JP6886242B2 - Hydrogen supply system - Google Patents

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Description

本発明は、バイオマス(廃木材等有機廃棄物)を熱分解・ガス化し、得られた水性ガスを用いて水素精製、圧縮し、水素を供給する水素供給システムに関する。 The present invention relates to a hydrogen supply system that thermally decomposes and gasifies biomass (organic waste such as waste wood), purifies and compresses hydrogen using the obtained water gas, and supplies hydrogen.

近年、バイオマス特にリグニンを多く含む木質系材料の熱分解ガス化は新規なエネルギー資源の供給源として大きな可能性を有しており有効利用する試みが行われている。木質系材料を熱分解ガス化するには、原料となる木質バイオマスを炭化炉温度1000〜1200℃で炭化物を回収し、次に前記炭化物を熱分解炉にて高温加熱して高温水蒸気と水性反応させ水性ガスを生成する。 In recent years, pyrolysis gasification of wood-based materials containing a large amount of biomass, especially lignin, has great potential as a supply source of new energy resources, and attempts are being made to effectively utilize it. In order to pyrolyze and gasify wood-based materials, carbonized material is recovered from woody biomass, which is a raw material, at a carbonization furnace temperature of 1000 to 1200 ° C. To generate water gas.

化石燃料に代わる代替えエネルギー資源としてバイオマスや廃棄物から熱化学的手法によってエネルギーを回収する方法が注目されボイラー設備を用いたスチームタービン発電の他に生成ガスを燃料ガスとして発電効率の高いガスエンジンで発電し35%を超える発電効率が得られている。また、ガス化で得られる合成ガスはメタノールや合成軽油、混合アルコールといった液体燃料の原料ともなることから石油代替燃化技術の一つとしてガス化技術が注目されている。 As an alternative energy resource to fossil fuels, the method of recovering energy from biomass and waste by thermochemical methods has attracted attention, and in addition to steam turbine power generation using boiler equipment, a gas engine with high power generation efficiency using generated gas as fuel gas. It generates electricity and has a power generation efficiency of over 35%. In addition, since the synthetic gas obtained by gasification can be used as a raw material for liquid fuels such as methanol, synthetic light oil, and mixed alcohol, gasification technology is attracting attention as one of petroleum alternative combustion technologies.

バイオマス発電においては、ガスエンジン、ガスタービンエンジン、スチームタービンエンジン等が用いられる。中でもガスエンジンはエンジンの構造がガソリンエンジンと同様であり、他のエンジンに比較してコンパクト(50〜4000kW程度)で発電効率が高くバイオマス発電に適する。しかし、熱分解ガス(水性ガス)はガス中の可燃ガス(CO、H)の含有割合によって発熱量が決まる。即ち、水性ガス中の水素(H)、一酸化炭素(CO)及び二酸化炭素(CO)の組成比にブレがあると発熱量が変化し、発電機を回転するエンジンの回転数に影響するために安定した電力が得られないばかりでなくオーバーヒート等で故障の原因ともなり問題であった。また、従来のボイラーで発生した水蒸気を直接熱分解ガス化装置に供給することも考えられるが、熱量過不足によりガス化領域の温度分布にブレが生じ或いはメタンガス等余分なガスが発生する可能性が生じる問題がある。 In biomass power generation, gas engines, gas turbine engines, steam turbine engines and the like are used. Among them, the gas engine has the same engine structure as the gasoline engine, is more compact (about 50 to 4000 kW) than other engines, has high power generation efficiency, and is suitable for biomass power generation. However, the calorific value of the pyrolysis gas (water gas) is determined by the content ratio of the combustible gas (CO, H 2) in the gas. That is, if there is a fluctuation in the composition ratio of hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO 2 ) in the water gas, the calorific value changes, which affects the rotation speed of the engine that rotates the generator. Not only is it not possible to obtain stable power, but it also causes problems due to overheating and the like, which is a problem. It is also conceivable to directly supply the water vapor generated in the conventional boiler to the pyrolysis gasifier, but there is a possibility that the temperature distribution in the gasification region will be blurred or extra gas such as methane gas will be generated due to excess or deficiency of heat. There is a problem that occurs.

そこで、本出願人は、ボイラーで発生した水蒸気を加熱して高温の過熱蒸気を熱分解ガス化装置のガス化領域に供給することによってガス化領域の温度を低下させることなく且つ炭化炉の高温排ガスの輻射熱との相乗効果によって領域内の温度分布をより安定化させ、水性ガスの組成比を更に均一化すると共に水性ガス成分中のメタンガス等の発生を防止できるバイオマス発電システムを先に提案し特許文献1として出願している。 Therefore, the applicant heats the steam generated in the boiler and supplies the high-temperature superheated steam to the gasification region of the pyrolysis gasification device without lowering the temperature of the gasification region and the high temperature of the carbonization furnace. We first proposed a biomass power generation system that can stabilize the temperature distribution in the region by the synergistic effect with the radiant heat of the exhaust gas, further make the composition ratio of the water gas more uniform, and prevent the generation of methane gas etc. in the water gas component. It is applied as Patent Document 1.

特開2015−165019号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-165019

従来の化石燃料を用いて自動車等に燃料を供給するガソリンスタンドに代わるものとして、水素ステーションの提案もなされている。水素ステーション等への水素供給には、燃料電池車に使用する水素ガスとして、水素純度とともに不純物の除去が必要となる。 Hydrogen stations have also been proposed as an alternative to gas stations that use conventional fossil fuels to supply fuel to automobiles and the like. In order to supply hydrogen to a hydrogen station or the like, it is necessary to remove impurities as well as hydrogen purity as hydrogen gas used for a fuel cell vehicle.

本発明者は、先に提案されたバイオマス発電システムに使用した水性ガスを発生する炭化炉、熱分解炉に改良を加え、水性ガス発生のメカニズムを用い、得られた水性ガスをさらに水素精製、圧縮を施すことに着目した。そして、燃料電池車等に用いて好適な新たな水素供給システムを開発した。 The present inventor has improved the carbonization furnace and pyrolysis furnace used in the previously proposed biomass power generation system to generate water gas, and further refined the obtained water gas by hydrogen using the mechanism of water gas generation. We focused on applying compression. Then, a new hydrogen supply system suitable for use in fuel cell vehicles and the like was developed.

水素供給のための水性ガスの生成に使用される先に提案された炭化炉として、略円形の本体と本体に収容された円筒体との間に形成された領域の上方に炭化物を多く含む固形分を炭化させる炭化部を形成し、下方に炭化物を消火する不燃部を形成したものであるが、この上方の燃焼部に供給される空気量が変動したり、可燃性ガスを燃焼させるのに適切な空気量とならない場合、可燃性ガスの燃焼効率の悪化をまねく。 As a previously proposed carbonization furnace used to generate water gas for hydrogen supply, a solid with a large amount of carbonization above the region formed between a substantially circular body and a cylindrical body housed in the body. A carbonized part that carbonizes the portion is formed, and a non-combustible part that extinguishes the carbonized material is formed below. If the amount of air is not appropriate, the combustion efficiency of combustible gas will deteriorate.

また、熱分解ガス化炉(熱分解炉)として、外筒と内筒とを備え、内筒の内周側に炭化物とガス化剤とを供給し、外筒と内筒との間の空隙に炭化炉で生成された燃焼ガスを供給するようにしたものであるが、内筒の熱膨張によって鉛直方向に沿った長さの変動がある。この内筒と外筒との間の熱膨張に差があると、内筒と外筒と上面の接触する部分から燃焼ガスが外部へ流出してしまう可能性もある。 Further, as a pyrolysis gasification furnace (pyrolysis furnace), an outer cylinder and an inner cylinder are provided, carbonized material and a gasifying agent are supplied to the inner peripheral side of the inner cylinder, and a gap between the outer cylinder and the inner cylinder is provided. The combustion gas generated in the carbonization furnace is supplied to the fuel, but the length fluctuates along the vertical direction due to the thermal expansion of the inner cylinder. If there is a difference in thermal expansion between the inner cylinder and the outer cylinder, the combustion gas may flow out from the contact portion between the inner cylinder and the outer cylinder and the upper surface.

燃焼効率の低下や、燃焼ガスの流出等により、下流側の装置へ供給する水性ガスとして組成比率の変動にもなりかねず、各機器の不具合やシステムバランスが崩れ、システム全体として効率も低下してしまう。 Due to the decrease in combustion efficiency and the outflow of combustion gas, the composition ratio of the water gas supplied to the downstream equipment may fluctuate, resulting in malfunction of each equipment and imbalance of the system, and the efficiency of the entire system also decreases. It ends up.

本発明はかかる問題点を解消し安全且つ効率の良い水素供給システムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve such a problem and to provide a safe and efficient hydrogen supply system.

上記の課題を解決するために、本発明は、バイオマスを炭化する炭化炉と、前記炭化炉で得られた燃焼ガスを熱源とし、前記炭化炉で得られた炭化物および水蒸気により熱分解ガスを発生させる熱分解炉と、前記熱分解ガスを洗浄し得られた水性ガスを水素精製する水素精製装置と、水素圧縮装置を備え、前記バイオマスから水素ガスを生成し供給し、前記炭化炉に、空気の供給量により温度制御する手段を備え、温度制御された燃焼ガスを熱分解炉に供給し、前記炭化炉は、堆積する前記バイオマスに向けて前記バイオマスを部分燃焼させる1次燃焼用空気を供給する1次空気供給部と、前記バイオマスを部分燃焼させる1次燃焼領域において生成される燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを燃焼させる2次燃焼用空気を供給する2次空気供給部とを有することを特徴とする水素供給システムを提供するものである。 In order to solve the above problems, the present invention uses a carbonization furnace for carbonizing biomass and a combustion gas obtained in the carbonization furnace as a heat source, and generates a pyrolysis gas by the carbides and steam obtained in the carbonization furnace. A pyrolysis furnace for combustion, a hydrogen purification device for purifying the aqueous gas obtained by cleaning the pyrolysis gas, and a hydrogen compression device are provided to generate and supply hydrogen gas from the biomass, and air is supplied to the carbonization furnace. A means for controlling the temperature according to the supply amount of the above is provided, and the temperature-controlled combustion gas is supplied to the pyrolysis furnace, and the carbonization furnace supplies the primary combustion air for partially burning the biomass toward the deposited biomass. It has a primary air supply unit for combusting the combustible gas contained in the combustion gas generated in the primary combustion region where the biomass is partially combusted, and a secondary air supply unit for supplying secondary combustion air for combusting the combustible gas. It provides a hydrogen supply system characterized by.

本発明によれば、化石燃料に代わる代替えエネルギー資源として木屑等のバイオマスから熱化学的手法によって水素ガスを効率的且つ安定して取り出すことができ、エネルギー資源として水素ガスを供給することができる。 According to the present invention, hydrogen gas can be efficiently and stably extracted from biomass such as wood chips as an alternative energy resource instead of fossil fuel by a thermochemical method, and hydrogen gas can be supplied as an energy resource.

また、本発明は、前記水素精製装置に、水性ガス圧縮手段と、前記水性ガス圧縮手段により得られた水素ガスから不要物を吸着する加圧吸着手段を有することを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the hydrogen purification apparatus includes an aqueous gas compression means and a pressurized adsorption means for adsorbing unnecessary substances from the hydrogen gas obtained by the aqueous gas compression means.

本発明によれば、水素ガスの純度を高く、安定して取り出すことができる。 According to the present invention, the purity of hydrogen gas is high and stable extraction is possible.

また、本発明は、前記炭化炉に、前記空気の供給量により温度制御する手段を備え、温度制御された燃焼ガスを熱分解炉に供給し、前記熱分解炉は、筒状の本体部と、前記本体部の内部に前記本体部の上端よりも突出した反応管を備え、前記本体部の内壁と前記反応管の外周面間を加熱用流路とし、反応管内部を炭化物とガス化剤の反応部とし、得られた水性ガスを用いて前記水素精製装置に供給することを特徴とする。 Further, in the present invention, the carbonization furnace is provided with means for controlling the temperature according to the amount of air supplied, and the temperature-controlled combustion gas is supplied to the pyrolysis furnace. A reaction tube protruding from the upper end of the main body is provided inside the main body, a heating flow path is provided between the inner wall of the main body and the outer peripheral surface of the reaction tube, and the inside of the reaction tube is a carbonized product and a gasifying agent. It is characterized in that the obtained aqueous gas is used as a reaction unit of the above and supplied to the hydrogen purification apparatus.

本発明によれば、可燃性ガスを燃焼させるのに適切な空気量を制御でき燃焼効率を高く安定して維持でき、下流側の装置への安定化に寄与できるとともに、熱分解炉からの燃焼ガスが外部へ流出することもなく、水性ガスを効率よく取り出すことができる。 According to the present invention, it is possible to control an appropriate amount of air for burning flammable gas, maintain high combustion efficiency and stably, contribute to stabilization to a device on the downstream side, and burn from a pyrolysis furnace. Water gas can be efficiently taken out without the gas flowing out.

また、本発明は、前記炭化炉の前段に乾燥機を設け、前記炭化炉に投入するバイオマスを事前に乾燥させることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that a dryer is provided in front of the carbonization furnace to pre-dry the biomass to be charged into the carbonization furnace.

本発明によれば、バイオマスとして、さまざまな廃棄物、廃材、木屑等を使用して、再生エネルギーとしての水素ガスを生成し、供給することができる。 According to the present invention, various wastes, waste materials, wood chips and the like can be used as biomass to generate and supply hydrogen gas as renewable energy.

また、本発明は、前記熱分解炉の反応管内部に複数の傾斜板を設け、上端側から下端側へ段階的に炭化物を滞留させることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that a plurality of inclined plates are provided inside the reaction tube of the pyrolysis furnace, and carbides are gradually retained from the upper end side to the lower end side.

本発明によれば、炭化物から水性ガスを効率よく取り出すことができる。 According to the present invention, water gas can be efficiently extracted from carbides.

また、本発明は、前記熱分解炉に、前記熱分解炉にて炭化物とガス化剤との反応後の未反応物を回収する回収手段と、前記回収手段から未反応物を前記熱分解炉の反応管上部へ搬送する搬送手段を備え、前記未反応物を前記熱分解炉へ再度投入可能とすることを特徴とする。 Further, in the present invention, in the pyrolysis furnace, a recovery means for recovering the unreacted product after the reaction between the carbide and the gasifying agent in the pyrolysis furnace and the pyrolysis furnace for recovering the unreacted product from the recovery means. The unreacted material is provided with a transporting means for transporting the unreacted material to the upper part of the reaction tube, and the unreacted material can be put into the pyrolysis furnace again.

本発明によれば、反応管内での炭化物の滞留時間を長くでき、効率よく水性ガスを抽出でき、水素ガスの供給量を増加させることができる。 According to the present invention, the residence time of carbides in the reaction tube can be lengthened, water gas can be efficiently extracted, and the supply amount of hydrogen gas can be increased.

本発明によれば、バイオマスの燃焼効率を改善した炭化炉と、安定して熱分解を可能とする熱分解炉を用いて、組成比率の変動の少ない水性ガスを生成でき、その水性ガスを更に水素精製、圧縮することにより、水素純度が高く、かつ、不順物の少ない水素ガスを生成でき、安全且つ効率の良い水素供給システムを提供することができる。また、本発明によれば、炭化物の反応効率を高め、精製される水性ガス量も多くできる熱分解炉のリターンシステムを用いて、さらに多くの水素ガスを提供することができる。 According to the present invention, a carbonization furnace having improved combustion efficiency of biomass and a pyrolysis furnace capable of stable thermal decomposition can be used to generate an aqueous gas having a small fluctuation in composition ratio, and the aqueous gas can be further produced. By hydrogen purification and compression, hydrogen gas having high hydrogen purity and few irregularities can be generated, and a safe and efficient hydrogen supply system can be provided. Further, according to the present invention, it is possible to provide a larger amount of hydrogen gas by using a return system of a pyrolysis furnace capable of increasing the reaction efficiency of carbides and increasing the amount of water gas to be purified.

本発明の一実施形態に係る水素供給システムのブロック図である。It is a block diagram of the hydrogen supply system which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る水素供給システムの構成図を示し、水性ガス発生装置の構成図である。The block diagram of the hydrogen supply system which concerns on one Embodiment of this invention is shown, and it is the block diagram of the water gas generator. 本発明の一実施形態に係る水素供給システムの構成図を示し、水槽精製装置および水素圧縮装置の構成図である。The block diagram of the hydrogen supply system which concerns on one Embodiment of this invention is shown, and it is the block diagram of a water tank purification apparatus and a hydrogen compression apparatus. 図2A及び図2Bに示す本発明の一実施形態に係る炭化炉の縦断面図である。It is a vertical sectional view of the carbonization furnace which concerns on one Embodiment of this invention shown in FIG. 2A and FIG. 2B. 図2A及び図2Bに示す本発明の一実施形態に係る熱分解炉の縦断面図である。2A and 2B are vertical cross-sectional views of a pyrolysis furnace according to an embodiment of the present invention shown in FIGS. 2A and 2B. 図2A及び図2Bに示す本発明の一実施形態に係る熱分解炉、減温器、サイクロン、蒸気発生器、および蒸気過熱器を示す構成図である。It is a block diagram which shows the pyrolysis furnace, the thermostat, the cyclone, the steam generator, and the steam superheater which concerns on one Embodiment of this invention shown in FIG. 2A and FIG. 2B. 本発明の他の実施形態に係る熱分解炉のリターンシステムの構成図である。It is a block diagram of the return system of the pyrolysis furnace which concerns on other embodiment of this invention. 図2A及び図2Bに示す本発明の一実施形態に係る乾燥機を示す構成図である。It is a block diagram which shows the dryer which concerns on one Embodiment of this invention shown in FIG. 2A and FIG. 2B.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明の一実施形態に係る水素供給システムは、炭素を含む廃棄物であるバイオマス(有機廃棄物)を原料とし炭化させて炭化物を生成した後に、過熱された水蒸気(以下、「蒸気」ともいう。)をガス化剤として用いて炭化物を熱分解反応させることにより水性ガス(水素ガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガスを主成分とする混合ガス)を生成し、この水性ガスをさらに水素精製装置により精製し、水素圧縮装置により水素圧縮を施すことにより水素ガスを得るようにしたシステムである。 The hydrogen supply system according to an embodiment of the present invention uses biomass (organic waste), which is a waste containing carbon, as a raw material and carbonizes it to generate carbide, and then superheats steam (hereinafter, also referred to as “steam”). Aqueous gas (mixed gas containing hydrogen gas, carbon monoxide gas, and carbon dioxide gas as main components) is generated by thermally decomposing carbides using.) As a gas agent, and this aqueous gas is further purified by hydrogen. It is a system in which hydrogen gas is obtained by purifying with an apparatus and applying hydrogen compression with a hydrogen compression apparatus.

バイオマス(有機廃棄物)とは、例えば、食品廃棄物、建設廃材、シュレッダーダスト、畜産廃棄物、間伐材や剪定枝等の樹木製の廃材、木屑、汚泥、家庭から排出される一般廃棄物である。水性ガスを生成する原料として以上に例示されるような種々の有機廃棄物を用いることができる。 Biomass (organic waste) is, for example, food waste, construction waste, shredder dust, livestock waste, wood waste such as thinned wood and pruned branches, wood chips, sludge, and general waste discharged from households. is there. Various organic wastes as exemplified above can be used as raw materials for producing water gas.

図1は、本発明の一実施形態に係る水素供給システムのブロック図を示し、図2A及び図2Bは、本発明の一実施形態に係る水素供給システムの構成図を示している。図2において、図2Aは、水性ガス発生装置の構成図を示し、図2Bは、水槽精製装置および水素圧縮装置の構成図を示している。なお、図1のブロック図に対し、図2A及び図2Bの構成図では、一部記載を省略した部分や、詳細化した部分もある。また、図1、図2(図2A及び図2B)において、水性ガス発生装置、水素精製装置、水素圧縮装置として便宜上、機能を分けて図示しているが、それらを構成する各装置、設備等は、厳密に区分けされるものではなく、これら実施形態に限定して解釈されるものでもない。図示する各装置が協働して本発明の水素供給システムが提供される。 FIG. 1 shows a block diagram of a hydrogen supply system according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2A and 2B show a configuration diagram of a hydrogen supply system according to an embodiment of the present invention. In FIG. 2, FIG. 2A shows a block diagram of a water gas generator, and FIG. 2B shows a block diagram of a water tank purification device and a hydrogen compression device. In addition, with respect to the block diagram of FIG. 1, in the block diagram of FIGS. 2A and 2B, there are a part where the description is omitted and a part which is detailed. Further, in FIGS. 1 and 2 (FIGS. 2A and 2B), the functions of the water gas generator, the hydrogen purification apparatus, and the hydrogen compression apparatus are shown separately for convenience. Is not strictly classified and is not construed as being limited to these embodiments. The hydrogen supply system of the present invention is provided in cooperation with each of the illustrated devices.

図1、図2A及び図2Bに示すように、本発明の一実施形態に係る水素供給システムは、水性ガス発生装置Aと、水素精製装置71と、水素圧縮装置72とからなり、さらに、水素ステーション供給ホルダ73を備えてもよい。 As shown in FIGS. 1, 2A and 2B, the hydrogen supply system according to the embodiment of the present invention includes a water gas generator A, a hydrogen purification device 71, and a hydrogen compression device 72, and further comprises hydrogen. A station supply holder 73 may be provided.

水性ガス発生装置Aは、原料である木屑等のバイオマス(有機廃棄物)を原料破砕機等によりチップ状に破砕し、あるいは、トラック等により運び入れ、乾燥機へ投入する有機廃棄物を貯留する原料ホッパ11と、その破砕した木屑等の有機廃棄物を排熱(高温排ガス)等を利用して乾燥させる乾燥機10と、乾燥された木屑等の有機廃棄物から炭化物を生成する炭化炉20と、炭化炉20で生成された炭化物とガス化剤とを熱分解反応させる熱分解炉30と、熱分解炉30で生成された水性ガスを冷却する減温器40と、炭化炉20から排出された未燃の炭化物を回収するチャー回収装置41と、減温器40から供給される水性ガスから残渣を除去するサイクロン50と、サイクロン50で除去された残渣を回収する残渣回収装置51と、サイクロン50で残渣が除去された水性ガスを触媒にてCOシフト反応させるCO改質塔55と、改質された水性ガスを洗浄する水性ガス洗浄塔60と、洗浄されクリーンな水性ガスとして保持する水性ガスホルダ70等を備えている。また、水から飽和蒸気を生成する蒸気発生器80と、蒸気発生器80が生成した蒸気を過熱する蒸気過熱器81と蒸気発生装置へ水を供給する水供給装置82等を備えている。また、水性ガス発生装置Aの各装置を制御する制御装置90を備える。この制御装置90は、後述の水素精製装置、水素圧縮装置等を含め全体の制御もつかさどる制御装置としてある。 The water gas generator A crushes biomass (organic waste) such as wood chips, which is a raw material, into chips by a raw material crusher or the like, or carries it in by a truck or the like and stores the organic waste to be put into the dryer. A raw material hopper 11, a dryer 10 that dries organic waste such as crushed wood chips using waste heat (high temperature exhaust gas), and a carbonization furnace 20 that produces carbonized products from the dried organic waste such as wood chips. , A pyrolysis furnace 30 that thermally decomposes the carbonized material generated in the carbonization furnace 20 and a gasifying agent, a thermostat 40 that cools the water gas generated in the thermal decomposition furnace 30, and discharge from the carbonization furnace 20. A char recovery device 41 that recovers the unburned carbonized material, a cyclone 50 that removes the residue from the water gas supplied from the thermostat 40, and a residue recovery device 51 that recovers the residue removed by the cyclone 50. A CO reforming tower 55 in which the aqueous gas from which the residue has been removed by the cyclone 50 is subjected to a CO shift reaction with a catalyst, an aqueous gas cleaning tower 60 for cleaning the modified aqueous gas, and a clean aqueous gas that has been cleaned are maintained. It is provided with a water gas holder 70 and the like. Further, it includes a steam generator 80 that generates saturated steam from water, a steam superheater 81 that superheats the steam generated by the steam generator 80, a water supply device 82 that supplies water to the steam generator, and the like. Further, a control device 90 for controlling each device of the water gas generator A is provided. The control device 90 is a control device that controls the entire system including a hydrogen purification device, a hydrogen compression device, and the like, which will be described later.

以下、水性ガス発生装置Aが備える各部について説明する。 Hereinafter, each part included in the water gas generator A will be described.

原料ポッパー11から自動払出し機構により原料供給路11aを介して乾燥機10に投入された木屑等の有機廃棄物は、乾燥機10にて燃焼ガスにより乾燥され炭化炉へ供給される。また、乾燥機10には、有機廃棄物を乾燥させる熱源として、蒸気発生器80から排出された燃焼ガスが燃焼ガス流路200dを介して供給される。 Organic waste such as wood chips thrown into the dryer 10 from the raw material popper 11 via the raw material supply path 11a by the automatic dispensing mechanism is dried by the combustion gas in the dryer 10 and supplied to the carbonization furnace. Further, the combustion gas discharged from the steam generator 80 is supplied to the dryer 10 via the combustion gas flow path 200d as a heat source for drying the organic waste.

原料ホッパ11から乾燥機10に供給される有機廃棄物は、例えば、5mm以上かつ60mm以下の長さの木製チップである。また、有機廃棄物は、例えば、55%程度の重量比で水分を含有する木質チップを加熱して乾燥させることにより、有機廃棄物が含有する水分を15%程度の重量比まで低下させるものである。 The organic waste supplied from the raw material hopper 11 to the dryer 10 is, for example, a wooden chip having a length of 5 mm or more and 60 mm or less. Further, the organic waste reduces the water content of the organic waste to a weight ratio of about 15% by heating and drying the wood chips containing water at a weight ratio of about 55%, for example. is there.

乾燥機10は、燃焼ガスの熱により乾燥させた有機廃棄物を、原料供給路10aを介して乾燥した木屑等を定量供給器12へ供給する。定量供給器12は、乾燥した原料(木屑等)を単位時間当たりの供給量を計測しながらコンベアを介して炭化炉20へ供給する。この定量制御は、例えば、単位時間当たりに搬送される量を計測し一定時間の重量を算出することで、その増減をコンベアのインバータ制御により調整している。 The dryer 10 supplies the organic waste dried by the heat of the combustion gas to the quantitative feeder 12 via the raw material supply path 10a to supply the dried wood chips and the like. The fixed-quantity feeder 12 supplies the dried raw material (wood chips, etc.) to the carbonization furnace 20 via a conveyor while measuring the supply amount per unit time. In this quantitative control, for example, the amount transported per unit time is measured and the weight for a certain period of time is calculated, and the increase or decrease is adjusted by the inverter control of the conveyor.

また、乾燥機10は、有機廃棄物を乾燥させる熱源として用いた燃焼ガスを、燃焼ガス流路200eを介して排ガス冷却洗浄装置13へ供給する。乾燥機10が排ガス冷却洗浄装置13へ供給する燃焼ガスの温度は、150℃以上かつ210℃以下となるように調整されている。 Further, the dryer 10 supplies the combustion gas used as a heat source for drying the organic waste to the exhaust gas cooling / cleaning device 13 via the combustion gas flow path 200e. The temperature of the combustion gas supplied by the dryer 10 to the exhaust gas cooling / cleaning device 13 is adjusted to be 150 ° C. or higher and 210 ° C. or lower.

排ガス冷却洗浄装置13は、例えば、スクラバとされており、大気中に排出する燃焼ガスの温度が120℃以上かつ180℃以下となるように調整されている。図2Aの構成図において、この排ガス冷却洗浄装置13の一例として、熱交換機13a、排ガス設備(バグ集塵機)13b、廃棄塔13c等からなるものを示している。 The exhaust gas cooling / cleaning device 13 is, for example, a scrubber, and is adjusted so that the temperature of the combustion gas discharged into the atmosphere is 120 ° C. or higher and 180 ° C. or lower. In the configuration diagram of FIG. 2A, as an example of the exhaust gas cooling / cleaning device 13, one including a heat exchanger 13a, an exhaust gas equipment (bug dust collector) 13b, a waste tower 13c, and the like is shown.

炭化炉20は、乾燥した有機廃棄物を部分燃焼させることにより炭化物と燃焼ガスとを生成する装置である。炭化炉20には、有機廃棄物を供給する定量供給器12から原料供給路12aを介して乾燥した有機廃棄物が供給される。炭化炉20は、有機廃棄物の燃焼によって生成された炭化物を、炭化物供給路101を介して熱分解炉30へ供給する。炭化物供給路101には、クリンカ除去装置(後述の101b)、磁選機(後述の101d)等が設けられている。 The carbonization furnace 20 is a device that produces carbonized matter and combustion gas by partially burning dry organic waste. The carbonization furnace 20 is supplied with the dried organic waste from the fixed quantity feeder 12 that supplies the organic waste through the raw material supply path 12a. The carbide furnace 20 supplies the carbides produced by the combustion of organic waste to the pyrolysis furnace 30 via the carbide supply path 101. The carbide supply path 101 is provided with a clinker removing device (101b described later), a magnetic separator (101d described later), and the like.

また、炭化炉20は、有機廃棄物の燃焼によって生成された燃焼ガスを、燃焼ガス流路200aを介して熱分解炉30へ供給する。 Further, the carbonization furnace 20 supplies the combustion gas generated by the combustion of organic waste to the pyrolysis furnace 30 via the combustion gas flow path 200a.

熱分解炉30は、炭化炉20が生成した炭化物を過熱蒸気とともに燃焼ガスにより過熱して熱分解反応させることにより水性ガスを生成する装置である。熱分解炉30には、炭化物供給路101を介して炭化炉20で加熱した炭化物が供給される。また、熱分解炉30には、蒸気過熱器81が生成した過熱蒸気がガス化剤として供給される。また、熱分解炉30には、熱分解反応を促進させる熱源として燃焼ガス流路200aから燃焼ガスが供給される。 The thermal decomposition furnace 30 is an apparatus for generating water gas by heating the carbides produced by the carbonization furnace 20 together with superheated steam with combustion gas and causing a thermal decomposition reaction. The carbide heated in the carbide furnace 20 is supplied to the pyrolysis furnace 30 via the carbide supply path 101. Further, the superheated steam generated by the steam superheater 81 is supplied to the pyrolysis furnace 30 as a gasifying agent. Further, combustion gas is supplied to the thermal decomposition furnace 30 from the combustion gas flow path 200a as a heat source for promoting the thermal decomposition reaction.

熱分解炉30は、炭化物と過熱蒸気とを熱分解反応をさせて、水素ガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガスを主成分とする水性ガスを生成する。炭化物と過熱蒸気との熱分解反応は、主に以下の式(1)、(2)に示す反応である。
C+HO → CO+H (1)
CO+HO → CO+H (2)
The pyrolysis furnace 30 causes a pyrolysis reaction between the carbide and the superheated steam to generate an aqueous gas containing hydrogen gas, carbon monoxide gas, and carbon dioxide gas as main components. The pyrolysis reaction between the carbide and the superheated steam is mainly the reaction represented by the following formulas (1) and (2).
C + H 2 O → CO + H 2 (1)
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (2)

式(1)に示す水性ガス反応は吸熱反応であり、式(2)に示す水性ガスシフト反応は発熱反応である。式(2)に示す発熱反応の発熱量よりも式(1)に示す吸熱反応の吸熱量の方が大きい。そのため、炭化物と過熱蒸気との熱分解反応は、全体として吸熱反応となる。 The water gas reaction represented by the formula (1) is an endothermic reaction, and the water gas shift reaction represented by the formula (2) is an exothermic reaction. The endothermic amount of the endothermic reaction represented by the formula (1) is larger than the calorific value of the exothermic reaction represented by the formula (2). Therefore, the pyrolysis reaction between the carbide and the superheated steam becomes an endothermic reaction as a whole.

熱分解炉30に供給される炭化物の温度は、常温(例えば、25℃)以上かつ350℃以下となるように調整されている。また、熱分解炉30に供給される過熱蒸気の温度は、730℃以上かつ830℃以下となるように調整されている。また、熱分解炉30に供給される燃焼ガスの温度は、900℃以上かつ1300℃以下となるように調整されている。また、熱分解炉30が生成する水性ガスの温度は、650℃以上かつ850℃以下となるように調整されている。 The temperature of the carbides supplied to the pyrolysis furnace 30 is adjusted so as to be at room temperature (for example, 25 ° C.) or higher and 350 ° C. or lower. Further, the temperature of the superheated steam supplied to the pyrolysis furnace 30 is adjusted to be 730 ° C. or higher and 830 ° C. or lower. Further, the temperature of the combustion gas supplied to the pyrolysis furnace 30 is adjusted to be 900 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower. Further, the temperature of the water gas generated by the pyrolysis furnace 30 is adjusted to be 650 ° C. or higher and 850 ° C. or lower.

熱分解炉30は、熱分解反応により生成された水性ガスと炭化物の未反応分および残渣を、水性ガス供給路102を介して減温器40へ供給する。また、熱分解炉30は、熱分解反応の熱源として用いられた燃焼ガスを、燃焼ガス流路200bを介して蒸気過熱器81へ供給する。蒸気過熱器81に供給される燃焼ガスの温度は、820℃以上かつ920℃以下となるように調整されている。 The pyrolysis furnace 30 supplies the unreacted components and residues of the water gas and carbides generated by the pyrolysis reaction to the heater 40 via the water gas supply path 102. Further, the pyrolysis furnace 30 supplies the combustion gas used as a heat source for the thermal decomposition reaction to the steam superheater 81 via the combustion gas flow path 200b. The temperature of the combustion gas supplied to the steam superheater 81 is adjusted to be 820 ° C. or higher and 920 ° C. or lower.

減温器40は、液体である水を噴霧することにより水性ガス供給路102から供給される水性ガスの温度を低下させる装置である。減温器40には、水供給装置82から水供給ポンプ(図示略)により水が供給される。減温器40は、減温させた水性ガスを、水性ガス供給路103を介してサイクロン50へ供給する。また、減温器40は、水性ガス供給路102から供給される炭化物の未反応分および残渣をチャー回収装置41へ供給する。 The heater 40 is a device that lowers the temperature of the water gas supplied from the water gas supply path 102 by spraying water which is a liquid. Water is supplied to the heater 40 from the water supply device 82 by a water supply pump (not shown). The heater 40 supplies the cooled water gas to the cyclone 50 via the water gas supply path 103. Further, the heater 40 supplies the unreacted portion and the residue of the carbide supplied from the water gas supply path 102 to the char recovery device 41.

減温器40は、750℃以上かつ900℃以下となるように熱分解炉30で調整された水性ガスを、220℃以上かつ280℃以下となるように水の噴霧量を調整する。 The cooler 40 adjusts the amount of water sprayed on the water gas adjusted in the pyrolysis furnace 30 so as to be 750 ° C. or higher and 900 ° C. or lower so as to be 220 ° C. or higher and 280 ° C. or lower.

チャー回収装置41は、炭化物の未反応分を回収して再び熱分解炉30へ供給する装置である。チャー回収装置41を設けることにより、炭化物の未反応分が水性ガスの生成に用いられず破棄されることが回避される。そのため、チャー回収装置41を設けることにより、炭化物からの水性ガスの収率が向上する。このチャー回収装置41を用い、発電システムや、水素供給システムに好適な、水性ガスの水性反応を高効率に改善した熱分解炉30のリターンシステムを提供することができる。このリターンシステムの詳細については後述する。 The char recovery device 41 is a device that recovers the unreacted portion of carbide and supplies it to the pyrolysis furnace 30 again. By providing the char recovery device 41, it is possible to prevent the unreacted portion of the carbide from being discarded without being used for producing the water gas. Therefore, by providing the char recovery device 41, the yield of the water gas from the carbide is improved. Using this char recovery device 41, it is possible to provide a return system of a pyrolysis furnace 30 that is suitable for a power generation system or a hydrogen supply system and has improved water-gas reaction of water gas with high efficiency. The details of this return system will be described later.

サイクロン50は、水性ガス供給路103を介して供給される水性ガスに含まれる残渣を除去する装置である。サイクロン50は、水性ガス供給路103を介して供給される水性ガスを内部で旋回させることにより水性ガスに含まれる残渣を遠心分離して下方へ導いて残渣回収装置51へ供給する。また、サイクロン50は、残渣が除去された水性ガスを上方へ導いてCO改質塔55へ供給する。CO改質塔55は、触媒により、COからCOに反応させる。このCO改質塔へ供給された水性ガスは触媒にてCOシフト反応により、水性ガス組成が、例えば、水素H:70〜75%、一酸化炭素CO:2〜5v%、二酸化炭素CO:23〜28v%となる。改質された水性ガスは水性ガス洗浄塔60にて洗浄される。水性ガスは、水性ガス洗浄塔60にて液体である水を噴霧され、クリーンな水性ガスとして水性ガスホルダー70を介して、水素精製装置72へ供給される。 The cyclone 50 is a device for removing residues contained in the water gas supplied via the water gas supply path 103. The cyclone 50 centrifuges the residue contained in the water gas by internally swirling the water gas supplied through the water gas supply path 103, guides the residue downward, and supplies the residue to the residue recovery device 51. Further, the cyclone 50 guides the water gas from which the residue has been removed upward and supplies it to the CO reforming tower 55. The CO reforming tower 55 reacts CO to CO 2 with a catalyst. The water gas supplied to this CO reforming tower is subjected to a CO shift reaction with a catalyst, and the water gas composition is, for example, hydrogen H 2 : 70 to 75%, carbon monoxide CO: 2 to 5 v%, carbon dioxide CO 2. : 23 to 28 v%. The reformed water gas is washed in the water gas washing tower 60. The water gas is sprayed with water which is a liquid in the water gas cleaning tower 60, and is supplied as a clean water gas to the hydrogen purification apparatus 72 via the water gas holder 70.

蒸気発生器80は、燃焼ガスで加熱することにより水を気化させて飽和水蒸気を生成する装置である。蒸気発生器80には、水供給装置82から水供給ポンプ(図示略)を介して水が供給される。また、蒸気発生器80には、蒸気過熱器81から排出される燃焼ガスが燃焼ガス流路200cを介して供給される。蒸気発生器80に供給される燃焼ガスの温度は、750℃以上かつ850℃以下となるように調整されている。 The steam generator 80 is a device that vaporizes water to generate saturated steam by heating it with combustion gas. Water is supplied to the steam generator 80 from the water supply device 82 via a water supply pump (not shown). Further, the combustion gas discharged from the steam superheater 81 is supplied to the steam generator 80 via the combustion gas flow path 200c. The temperature of the combustion gas supplied to the steam generator 80 is adjusted to be 750 ° C. or higher and 850 ° C. or lower.

蒸気発生器80が生成した飽和水蒸気は蒸気過熱器81へ供給される。また、蒸気発生器80で水を気化させる熱源として用いられた燃焼ガスは、燃焼ガス流路200dを介して乾燥機10へ供給される。乾燥機10へ供給される燃焼ガスの温度は、540℃以上かつ640℃以下となるように調整されている。 The saturated steam generated by the steam generator 80 is supplied to the steam superheater 81. Further, the combustion gas used as a heat source for vaporizing water in the steam generator 80 is supplied to the dryer 10 via the combustion gas flow path 200d. The temperature of the combustion gas supplied to the dryer 10 is adjusted to be 540 ° C. or higher and 640 ° C. or lower.

蒸気過熱器81は、燃焼ガスで飽和水蒸気を加熱することにより飽和水蒸気から過熱蒸気を生成する装置である。蒸気過熱器81には、蒸気発生器80が生成した飽和水蒸気が供給される。また、蒸気過熱器81には、熱分解炉30から排出される燃焼ガスが燃焼ガス流路200bを介して供給される。蒸気過熱器81に供給される燃焼ガスの温度は、820℃以上かっ920℃以下となるように調整されている。 The steam superheater 81 is a device that generates superheated steam from saturated steam by heating saturated steam with combustion gas. Saturated steam generated by the steam generator 80 is supplied to the steam superheater 81. Further, the combustion gas discharged from the pyrolysis furnace 30 is supplied to the steam superheater 81 via the combustion gas flow path 200b. The temperature of the combustion gas supplied to the steam superheater 81 is adjusted to be 820 ° C. or higher and 920 ° C. or lower.

蒸気過熱器81が生成した過熱蒸気は、熱分解炉30へガス化剤として供給される。また、蒸気過熱器81で過熱蒸気を生成する熱源として用いられた燃発ガスは、燃焼ガス流路200cを介して蒸気発生器80へ供給される。 The superheated steam generated by the steam superheater 81 is supplied to the pyrolysis furnace 30 as a gasifying agent. Further, the combustion gas used as a heat source for generating superheated steam in the steam superheater 81 is supplied to the steam generator 80 via the combustion gas flow path 200c.

制御装置90は水性ガス発生装置Aを構成する各部が備える制御部(図示略)と通信可能となっているほか、後述の水素精製装置71、水素圧縮装置72の各部が備える制御部(図示略)とも通信可能となっている。また、また制御装置90は、水素供給システムを構成する各部から温度、圧力等の各部の状態を示す信号も受信可能となっている。また、制御装置90は、記憶部(図示略)に記憶された制御プログラムを読み出して実行することにより、水性ガス発生装置Aを構成する各部に所望の動作を実行させることができる。 The control device 90 can communicate with a control unit (not shown) included in each part constituting the water gas generator A, and a control unit (not shown) included in each part of the hydrogen purification device 71 and the hydrogen compression device 72 described later. ) Can also be communicated. Further, the control device 90 can also receive signals indicating the states of each part such as temperature and pressure from each part constituting the hydrogen supply system. Further, the control device 90 can make each unit constituting the water gas generator A execute a desired operation by reading and executing the control program stored in the storage unit (not shown).

図1に示す水性ガス発生装置Aにおいて、炭化炉20で生成された燃焼ガスは燃焼ガス流路200a、200b、200c、200d、200eからなる燃焼ガス流路によって以下のように流通する。 In the water gas generator A shown in FIG. 1, the combustion gas generated in the carbonization furnace 20 is circulated as follows by the combustion gas flow path including the combustion gas flow paths 200a, 200b, 200c, 200d, 200e.

第1に、炭化炉20が生成した燃焼ガスは、燃焼ガス流路200aによって熱分解炉30へ供給される。 First, the combustion gas generated by the carbonization furnace 20 is supplied to the pyrolysis furnace 30 by the combustion gas flow path 200a.

第2に、熱分解炉30から排出された燃焼ガスは、燃焼ガス流路200bによって蒸気過熱器81へ供給される。 Second, the combustion gas discharged from the pyrolysis furnace 30 is supplied to the steam superheater 81 by the combustion gas flow path 200b.

第3に、蒸気過熱器81から排出された燃焼ガスは、燃焼ガス流路200cによって蒸気発生器80へ供給される。 Third, the combustion gas discharged from the steam superheater 81 is supplied to the steam generator 80 by the combustion gas flow path 200c.

第4に、蒸気発生器80から排出された燃焼ガスは、燃焼ガス流路200dによって乾操機10へ供給される。 Fourth, the combustion gas discharged from the steam generator 80 is supplied to the drying machine 10 by the combustion gas flow path 200d.

第5に、乾燥機10から排出された燃焼ガスは、燃焼ガス流路200eによって排ガス冷却洗浄装置13へ供給される。 Fifth, the combustion gas discharged from the dryer 10 is supplied to the exhaust gas cooling / cleaning device 13 by the combustion gas flow path 200e.

第6に、排ガス冷却洗浄装置13が無害化した燃発ガスは、排ガス冷却洗浄装置13によって大気中に排出される。 Sixth, the exhaust gas that has been detoxified by the exhaust gas cooling and cleaning device 13 is discharged into the atmosphere by the exhaust gas cooling and cleaning device 13.

この排ガス冷却洗浄装置13は、図2A及び図2Bに示すように、例えば、熱交換機13a、バグ集塵機13b、排気塔13c等からなる。 As shown in FIGS. 2A and 2B, the exhaust gas cooling / cleaning device 13 includes, for example, a heat exchanger 13a, a bug dust collector 13b, an exhaust tower 13c, and the like.

ここで、炭化炉20が生成した燃焼ガスを他の熱媒体との熱交換をさせないで熱分解炉30へ供給しているのは、高温な状態が維持された燃焼ガスを用いて熱分解炉30における熱分解反応を促進して炭化物からの水性ガスの収率を向上させるためである。炭化炉20が生成した燃焼ガスを他の熱媒体との熱交換をさせた後に熱分解炉30へ供給する場合に比べ、熱分解炉30の内部を高温に維持することができるため、熱分解反応が促進されて炭化物からの水性ガスの収率が向上する。 Here, the combustion gas generated by the carbonization furnace 20 is supplied to the pyrolysis furnace 30 without exchanging heat with another heat medium by using the pyrolysis gas maintained in a high temperature state. This is to promote the pyrolysis reaction in No. 30 and improve the yield of the water gas from the carbonized material. Compared with the case where the combustion gas generated by the carbonization furnace 20 is heat-exchanged with another heat medium and then supplied to the pyrolysis furnace 30, the inside of the pyrolysis furnace 30 can be maintained at a high temperature, so that the inside of the pyrolysis furnace 30 can be kept at a high temperature. The reaction is promoted and the yield of aqueous gas from the carbonized material is improved.

次に、図1に図示した水素精製装置71、水素圧縮装置72について、図2Bの構成図により説明する。 Next, the hydrogen purification device 71 and the hydrogen compression device 72 illustrated in FIG. 1 will be described with reference to the configuration diagram of FIG. 2B.

図2Aに図示の水性ガスホルダ70に保持された水性ガスは、図2Bに図示した水素精製装置71に供給される。 The water gas held in the water gas holder 70 shown in FIG. 2A is supplied to the hydrogen purification device 71 shown in FIG. 2B.

水素精製装置71は、入口スナッパー711と、水性ガス圧縮機712と、前段熱交換機713および後段熱交換機714と、出口スナッパー715と、加圧吸着塔716と、水素ホルダ717を備えている。 The hydrogen purification apparatus 71 includes an inlet snapper 711, a water gas compressor 712, a front stage heat exchanger 713 and a rear stage heat exchanger 714, an outlet snapper 715, a pressure adsorption tower 716, and a hydrogen holder 717.

水性ガスホルダ70から、入口スナッパー711に、水性ガスを受入れ、水性ガス圧縮機712を経て前段熱交換樹13にて冷却後、再度水性ガス圧縮機712にて水性ガスを加圧圧縮される。さらに後段熱交換機714を経て、出口スナッパー715を介して、圧縮された水性ガスは、加圧吸着塔716へ供給される。図中の矢印で示す、Sは、送入ファンあるいは冷却水の送水を示し、Rは、排出ファンあるいは冷却水の排出を示し、各熱交換機(あるいは冷却器)等へ、冷水あるいは冷風を入出力することを示している。なお、本実施形態では、水性ガスを水性ガス圧縮機712にて2段階にて圧縮しているが、この圧縮回数に限定されるものではなく、目的とする圧縮率が達成されるのもであればよい。 The water gas is received from the water gas holder 70 into the inlet snapper 711, cooled by the pre-stage heat exchange tree 13 via the water gas compressor 712, and then pressure-compressed by the water gas compressor 712 again. Further, the compressed water gas is supplied to the pressure adsorption tower 716 via the post-stage heat exchanger 714 and the outlet snapper 715. Indicated by arrows in the figure, S indicates the input fan or cooling water supply, R indicates the discharge fan or cooling water discharge, and cold water or cold air is input to each heat exchanger (or cooler) or the like. Indicates to output. In the present embodiment, the water gas is compressed by the water gas compressor 712 in two steps, but the number of compressions is not limited to this, and the target compression ratio can be achieved. All you need is.

加圧吸着塔716にてCO、CO等を吸着させ、水素Hが99.999v%の純度の水素Hを回収し、水素ホルダー717を経由し、水素圧縮装置72へ供給する。 CO, CO 2 and the like are adsorbed in the pressurized adsorption tower 716, and hydrogen H 2 recovers hydrogen H 2 having a purity of 99.999 v%, and supplies the hydrogen H 2 to the hydrogen compressor 72 via the hydrogen holder 717.

この加圧吸着塔716は、3塔から成る例を示し、スタンバイタイマーにて電磁弁(図示略)の開閉動作により吸着と再生を繰り返し、所定の水素純度を得るものである。なお、この3塔の塔数に限定されるものではなく、水素ガスが所定の純度で得られる塔数であればよい。 The pressurized adsorption tower 716 shows an example composed of three towers, and repeats adsorption and regeneration by opening and closing an electromagnetic valve (not shown) with a standby timer to obtain a predetermined hydrogen purity. The number of towers is not limited to these three, and any number of towers can be used as long as hydrogen gas can be obtained with a predetermined purity.

水素ホルダー717から供給される水素ガスを圧縮する水素圧縮装置72は、前段水素圧縮機721と、後段水素圧縮機723と、水素ガスを冷却する熱交換器722、724とからなる。 The hydrogen compressor 72 that compresses the hydrogen gas supplied from the hydrogen holder 717 includes a front-stage hydrogen compressor 721, a rear-stage hydrogen compressor 723, and heat exchangers 722 and 724 that cool the hydrogen gas.

水素圧縮装置72に供給された水素ガスは、前段水素圧縮機721にて一次圧縮した後、前段熱交換器722にて冷却され、後段水素圧縮機723に入力され、後段水素圧縮機723にて二次圧縮され、後段熱交換機724を介して、水素ステーション供給ホルダ73に保持される。なお、水素圧縮装置の本実施形態では、2段階にて水素圧縮する例を示しているが、これに限定されるものではなく、1段或いは3段等、適宜変更可能である。 The hydrogen gas supplied to the hydrogen compressor 72 is primarily compressed by the pre-stage hydrogen compressor 721, cooled by the pre-stage heat exchanger 722, input to the post-stage hydrogen compressor 723, and is input to the post-stage hydrogen compressor 723 by the post-stage hydrogen compressor 723. It is secondarily compressed and held in the hydrogen station supply holder 73 via the post-stage heat exchanger 724. In this embodiment of the hydrogen compressor, an example of hydrogen compression in two stages is shown, but the present invention is not limited to this, and the hydrogen compression device can be appropriately changed to one stage, three stages, or the like.

水性ガスを水素精製し、水素圧縮して得られた水素ガスは、例えば、燃料電池で動く燃料電池車へ供給するために、水素ステーション供給ホルダ73を介して、各地に配置される水素ステーション74にて車に供給される。 The hydrogen gas obtained by hydrogen refining the aqueous gas and hydrogen-compressing it is, for example, hydrogen stations 74 arranged in various places via a hydrogen station supply holder 73 in order to supply the hydrogen gas to a fuel cell vehicle powered by a fuel cell. It will be supplied to the car at.

本発明を実施した例によると、
1)乾燥機10にて水分を約55wt%を15wt%まで、乾燥し、炭化炉20に供給する。
2)炭化炉10にて、原料量に対し15wt%〜25wt%のクリーンな炭化物を回収する。なお、後述するように、炭化炉20内は上部より燃焼ゾーン1000℃〜1200℃、燃焼炭化ゾーン1000℃〜1100℃、精錬ゾーン1000℃〜1100℃、消化ゾーン300℃〜500℃に自動制御し、ターンテーブルにて常温の炭化物を回収する。上記の温度を自動制御により、木酢酸、タール等の発生を防止している。
3)炭化炉にて回収された炭化物を一定量、炭化部に含まれる空気を窒素ガスN2にて置換後、熱分解炉30へ供給する。
4)熱分解炉30にて、反応管32は熱輻射にて700℃〜800℃に加熱され、反応率は供給炭化物に対して80〜90wt%で、水性ガス組成は、水素H:60〜65v%、一酸化炭素CO:10〜20v%、二酸化炭素CO:20〜25v%を得ている。
5)CO改質塔55へ供給された水性ガスは、触媒にてCOシフト反応させることで、水性ガス組成は、水素H:70〜75v%、一酸化炭素CO:2〜5v%、二酸化炭素CO:23〜28v%を得ている。
6)水素精製装置71の入口スナッパー711にて、水性ガスを0.01〜0.06MpaGにて受入れ、水性ガス圧縮機712にて、0.8〜0.9MpaGまで、水性ガスを圧縮する。
7)加圧吸着塔716にて、一酸化炭素CO、二酸化炭素CO等を吸着させ、99.999v%の純度の水素Hを回収した。
8)水素圧縮装置72にて、水素精製装置71から供給された、0.8〜0.9MpaGの水素Hを圧縮機721、723にて70MpaGまで圧縮した。
According to an example of carrying out the present invention
1) About 55 wt% of water is dried to 15 wt% in the dryer 10 and supplied to the carbonization furnace 20.
2) In the carbonization furnace 10, 15 wt% to 25 wt% of clean carbide is recovered with respect to the amount of raw material. As will be described later, the inside of the carbonization furnace 20 is automatically controlled from the upper part to a combustion zone of 1000 ° C. to 1200 ° C., a combustion carbonization zone of 1000 ° C. to 1100 ° C., a refining zone of 1000 ° C. to 1100 ° C., and a digestion zone of 300 ° C. to 500 ° C. , Collect the carbonized material at room temperature on the turntable. The above temperature is automatically controlled to prevent the generation of wood acetic acid, tar, etc.
3) A certain amount of carbonized material recovered in the carbonization furnace is replaced with nitrogen gas N2, and then the air contained in the carbonized portion is supplied to the pyrolysis furnace 30.
4) by thermal decomposition furnace 30, reaction tube 32 is heated to 700 ° C. to 800 ° C. at heat radiation, the reaction rate 80~90Wt% relative to the feed carbides, water gas composition, hydrogen H 2: 60 ~ 65v%, carbon monoxide CO: 10 to 20v%, carbon dioxide CO 2 : 20 to 25v% are obtained.
5) The water gas supplied to the CO reforming tower 55 is subjected to a CO shift reaction with a catalyst, so that the water gas composition is hydrogen H 2: 70 to 75 v%, carbon monoxide CO: 2 to 5 v%, carbon dioxide. Carbon CO 2 : 23-28v% is obtained.
6) The water gas is received at 0.01 to 0.06 MpaG by the inlet snapper 711 of the hydrogen purification apparatus 71, and the water gas is compressed to 0.8 to 0.9 MpaG by the water gas compressor 712.
7) Carbon monoxide CO, carbon dioxide CO 2, and the like were adsorbed in the pressure adsorption tower 716, and hydrogen H 2 having a purity of 99.999 v% was recovered.
8) In the hydrogen compressor 72, hydrogen H 2 of 0.8 to 0.9 MpaG supplied from the hydrogen purification device 71 was compressed to 70 MpaG by the compressors 721 and 723.

本実施例によると、木屑等(バイオマス)の原料量2Ton/h(水分15w%)で水素電池自動車250台/日〜320台/日、供給できる。なお、一台当たり5kg(56Nm3)による。 According to this embodiment, a hydrogen battery vehicle of 250 units / day to 320 units / day can be supplied with a raw material amount of 2 Ton / h (moisture 15 w%) of wood chips and the like (biomass). It is based on 5 kg (56 Nm3) per vehicle.

次に、図3にて本実施形態の炭化炉20について説明する。 Next, the carbonization furnace 20 of the present embodiment will be described with reference to FIG.

図3は、図1および図2A及び図2Bに示す本発明の一実施形態に係る炭化炉の縦断面図である。 FIG. 3 is a vertical sectional view of a carbonization furnace according to an embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 and 2A and 2B.

図3において、軸線Xは、炭化炉20が設置される設置面(図示略)に対して直交する鉛直方向(重力方向)を示している。 In FIG. 3, the axis X indicates a vertical direction (gravity direction) orthogonal to an installation surface (not shown) on which the carbonization furnace 20 is installed.

図3に示すように、炭化炉20は、本体部21と、円筒部22(筒部)と有機廃棄物投入部23(投入部)と、炭化物排出部24と、1次空気供給部25と、2次空気供給部26と、燃焼ガス排出部27と、温度センサ28a(温度検出部)と、温度センサ28b(温度検出部)と、温度センサ28c(温度検出部)と、レベルセンサ28d(堆積量検出部)と、着火バーナ20cと、炭化炉制御部29(制御部)とを備える。 As shown in FIG. 3, the carbonization furnace 20 includes a main body portion 21, a cylindrical portion 22 (cylinder portion), an organic waste input portion 23 (input unit), a carbide discharge unit 24, and a primary air supply unit 25. Secondary air supply unit 26, combustion gas discharge unit 27, temperature sensor 28a (temperature detection unit), temperature sensor 28b (temperature detection unit), temperature sensor 28c (temperature detection unit), level sensor 28d ( A deposit amount detection unit), an ignition burner 20c, and a carbonization furnace control unit 29 (control unit) are provided.

本体部21は、軸線Xに沿って延びる略円筒状に形成されるとともに炭化炉20の外装となる部材である。本体部21は、その内部に有機廃棄物を部分燃焼させる1次燃焼領域R2と、有機廃棄物から生成された燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを燃焼させる2次燃焼領域R4とを形成している。 The main body 21 is a member that is formed in a substantially cylindrical shape extending along the axis X and serves as an exterior of the carbonization furnace 20. The main body 21 forms a primary combustion region R2 for partially combusting organic waste and a secondary combustion region R4 for combusting combustible gas contained in the combustion gas generated from the organic waste. There is.

本体部21は、炭化炉20の外装を形成する金属製(例えば鉄製)のハウジング21aと、ハウジング21aの内周面に貼り付けられる断熱材21bと、断熱材21bの内周面に貼り付けられる耐火材21cとを有する。 The main body 21 is attached to a metal (for example, iron) housing 21a forming the exterior of the carbonization furnace 20, a heat insulating material 21b attached to the inner peripheral surface of the housing 21a, and an inner peripheral surface of the heat insulating material 21b. It has a refractory material 21c.

円筒部22は、軸線Xに沿って延びる略円筒状に形成される部材である。円筒部22は本体部21の内周面21dとの間に有機廃棄物を燃焼させて炭化物を生成するための間隙20aを形成する外周面22aを有する。円筒部22は、有機廃棄物の燃焼によって高温となるため、耐熱性の材料(例えば、ステンレス等の金属材料)によって形成するのが好ましい。 The cylindrical portion 22 is a member formed in a substantially cylindrical shape extending along the axis X. The cylindrical portion 22 has an outer peripheral surface 22a that forms a gap 20a between the inner peripheral surface 21d of the main body portion 21 and the inner peripheral surface 21d for burning organic waste to generate carbides. Since the cylindrical portion 22 becomes hot due to the combustion of organic waste, it is preferably formed of a heat-resistant material (for example, a metal material such as stainless steel).

図3に示すように、円筒部22の内部は中空の閉空間となっておりこの閉空間は他の空間と連通しない状態となっている。そのため、円筒部22は一定の熱量を蓄熱可能であり外部の温度変化による影響を受けにくくなっている。 As shown in FIG. 3, the inside of the cylindrical portion 22 is a hollow closed space, and this closed space is in a state of not communicating with other spaces. Therefore, the cylindrical portion 22 can store a certain amount of heat and is less susceptible to external temperature changes.

円筒部22は、後述するターンテーブル24aに取り付けられておりターンテーブル24aが軸線X回りに回転するのに応じて軸線X回りに回転するようになっている。円筒部22が軸線X回りに回転することにより、間隙20aとその上部に存在する有機廃棄物は間隙20aに沿って上方から下方へ導かれる。 The cylindrical portion 22 is attached to a turntable 24a, which will be described later, so that the turntable 24a rotates about the axis X as the turntable 24a rotates about the axis X. By rotating the cylindrical portion 22 around the axis X, the gap 20a and the organic waste existing above the gap 20a are guided from above to below along the gap 20a.

間隙20aに供給された有機廃棄物は、1次燃焼領域R2において1次空気供給部25から供給される1次燃焼用空気によって部分燃焼し、炭化物を多く含む固形分と可燃性ガスを含む燃焼ガスとが生成される。炭化物を多く含む固形分は間隙20aに沿って下方の炭化物精錬・冷却領域R1へ導かれ、可燃性ガスを含む燃焼ガスは2次燃焼領域R4へ導かれる。 The organic waste supplied to the gap 20a is partially burned by the primary combustion air supplied from the primary air supply unit 25 in the primary combustion region R2, and is burned containing a solid content containing a large amount of carbide and a flammable gas. Gas is produced. The solid content containing a large amount of carbide is guided to the lower carbide refining / cooling region R1 along the gap 20a, and the combustion gas containing combustible gas is guided to the secondary combustion region R4.

炭化物精錬・冷却領域R1は、上方が有機廃棄物で閉塞されているとともに1次空気供給部25からの1次燃焼用空気が供給されない領域となっている。そのため、炭化物は、炭化物精錬・冷却領域R1において冷却されながら精錬される。 The carbide refining / cooling region R1 is a region in which the upper part is blocked with organic waste and the primary combustion air is not supplied from the primary air supply unit 25. Therefore, the carbide is refined while being cooled in the carbide refining / cooling region R1.

有機廃棄物投入部23は、本体部21に設けられるとともにホッパ12から原料供給路12aを介して供給される有機廃棄物(図示略)を本体部21の内部へ投入する開口部である。有機廃棄物投入部23の下方には軸線Xに近付くにつれて上方から下方へ傾斜する傾斜面23aが形成されている。有機廃棄物投入部23から供給された有機廃棄物は、傾斜面23aに沿って円筒部22の上面22bおよび間隙20aに導かれる。 The organic waste charging unit 23 is an opening provided in the main body 21 and for charging organic waste (not shown) supplied from the hopper 12 via the raw material supply path 12a into the main body 21. An inclined surface 23a that inclines downward from above is formed below the organic waste input portion 23 as it approaches the axis X. The organic waste supplied from the organic waste input unit 23 is guided along the inclined surface 23a to the upper surface 22b of the cylindrical portion 22 and the gap 20a.

図3に示すように有機廃棄物投入部23が配置される領域が原料投入領域R3である。原料投入領域R3において、軸線Xに対して有機廃棄物投入部23と反対側には点検窓20bが設けられている。点検窓20bは、炭化炉20の内部を視認可能にするものである。 As shown in FIG. 3, the region where the organic waste input unit 23 is arranged is the raw material input region R3. In the raw material input region R3, an inspection window 20b is provided on the side opposite to the organic waste input unit 23 with respect to the axis X. The inspection window 20b makes the inside of the carbonization furnace 20 visible.

炭化物排出部24は、間隙20aにおいて有機廃棄物が部分燃焼することにより生成される炭化物を炭化物供給路101へ排出する機構である。炭化物排出部24から炭化物供給路101へ排出された炭化物は、熱分解炉30へ供給される。 The carbide discharge unit 24 is a mechanism for discharging the carbides produced by the partial combustion of the organic waste in the gap 20a to the carbide supply path 101. The carbide discharged from the carbide discharge unit 24 to the carbide supply path 101 is supplied to the pyrolysis furnace 30.

図3に示すように、炭化物排出部24は、ターンテーブル24a(回転体)と、駆動部24bと、炭化物排出口24cとを有する。 As shown in FIG. 3, the carbide discharge unit 24 has a turntable 24a (rotating body), a drive unit 24b, and a carbide discharge port 24c.

ターンテーブル24aは、間隙20aの軸線X方向の下端と対向する位置に設けられる部材であり、軸線X回りの周方向に延びる円環状の回転体である。ターンテーブル24aは、駆動部24bから伝達される駆動力によって軸線X回りに回転する。 The turntable 24a is a member provided at a position facing the lower end of the gap 20a in the axis X direction, and is an annular rotating body extending in the circumferential direction around the axis X. The turntable 24a rotates about the axis X by the driving force transmitted from the driving unit 24b.

間隙20aの下端と対向するターンテーブル24aの面は軸線Xから違さかるに従って下方へ傾斜する傾斜面となっている。そのため、間隙20aの下端とターンテーブル24aの傾斜面との間には隙間が形成されている。 The surface of the turntable 24a facing the lower end of the gap 20a is an inclined surface that inclines downward as it deviates from the axis X. Therefore, a gap is formed between the lower end of the gap 20a and the inclined surface of the turntable 24a.

間隙20aの下端に存在する炭化物(図示略)は、ターンテーブル24aが軸線X回りに回転するのに応じてターンテーブル24aの傾斜面に沿って下方へ移動して炭化物排出口24cへと導かれる。そのため、ターンテーブル24aの回転速度が増加するのに応じて、間隙20aの下端から炭化物排出口24cへ導かれる炭化物の量が増加する。同様にターンテーブル24aの回転速度が減少するのに応じて、間隙20aの下端から炭化物排出口24cへ導かれる炭化物の量が減少する。 The carbide (not shown) existing at the lower end of the gap 20a moves downward along the inclined surface of the turntable 24a as the turntable 24a rotates about the axis X, and is guided to the carbide discharge port 24c. .. Therefore, as the rotation speed of the turntable 24a increases, the amount of carbide guided from the lower end of the gap 20a to the carbide discharge port 24c increases. Similarly, as the rotation speed of the turntable 24a decreases, the amount of carbide guided from the lower end of the gap 20a to the carbide discharge port 24c decreases.

駆動部24bは、ターンテーブル24cに駆動力を伝達し、ターンテーブル24bを軸線X回りに回転させる装置である。駆動部24bは、駆動モータ24eと、減速機24fと、駆動べルト24gと、駆動軸24hとを有する。 The drive unit 24b is a device that transmits a driving force to the turntable 24c to rotate the turntable 24b around the axis X. The drive unit 24b includes a drive motor 24e, a speed reducer 24f, a drive belt 24g, and a drive shaft 24h.

駆動モータ24eは、炭化炉制御部29から伝達される制御信号によって回転数が制御されるインバータモータである。駆動モータ24eの回転動力は、駆動べルト24gによって減速機24fに伝達される。 The drive motor 24e is an inverter motor whose rotation speed is controlled by a control signal transmitted from the carbonization furnace control unit 29. The rotational power of the drive motor 24e is transmitted to the speed reducer 24f by the drive belt 24g.

減速機24fは駆動べルト24gによって駆動モータ24eから伝達される回転動力の回転速度を減速させつつトルクを増加させる装置である。減速機24fは、トルクを増加させた回転動力を軸線X回りに延びる駆動軸24hに伝達する。 The speed reducer 24f is a device that increases torque while decelerating the rotational speed of rotational power transmitted from the drive motor 24e by the drive belt 24g. The speed reducer 24f transmits the rotational power with increased torque to the drive shaft 24h extending around the axis X.

ターンテーブル24aは駆動軸24hに連結されている。そのため、駆動軸24hが軸線X回りに回転するのに伴って、ターンテーブル24aが軸線X回りに回転する。 The turntable 24a is connected to the drive shaft 24h. Therefore, as the drive shaft 24h rotates around the axis X, the turntable 24a rotates around the axis X.

炭化物排出口24cは、炭化物を炭化物供給路101へ排出する開口部である。炭化物排出口24cから炭化物供給路101へ排出された炭化物は、炭化物供給路101を介して熱分解炉30へ供給される。 The carbide discharge port 24c is an opening for discharging carbide to the carbide supply path 101. The carbide discharged from the carbide discharge port 24c to the carbide supply path 101 is supplied to the pyrolysis furnace 30 via the carbide supply path 101.

クリンカクラッシャ24dは、間隙20aの下端とターンテーブル24aの傾斜面との間に形成される隙間よりも大きな塊であるクリンカを破砕するための部材である。ここでクリンカとは、1次燃焼領域R2での有機廃棄物の燃焼により生成された燃焼灰が溶融して塊となったものである。クリンカクラッシャ24dは、軸線X回りに配置される略円環状の部材となっており、周方向の複数の位置に径方向の内側に突出する爪が設けられている。 The clinker crusher 24d is a member for crushing a clinker, which is a mass larger than the gap formed between the lower end of the gap 20a and the inclined surface of the turntable 24a. Here, the clinker is a mass of combustion ash produced by burning organic waste in the primary combustion region R2. The clinker crusher 24d is a substantially annular member arranged around the axis X, and is provided with claws protruding inward in the radial direction at a plurality of positions in the circumferential direction.

クリンカクラッシャ24dは、締結ボルトによって本体部21に取り付けられている。クリンカクラッシャ24dは、ターンテーブル24aが軸線X回りに回転しても本体部21に対して固定されたままとなる。そのため、ターンテーブル24aの回転に伴ってクリンカが移動すると、クリンカがクリンカクラッシャの爪24iに衝突して破砕される。 The clinker crusher 24d is attached to the main body 21 by a fastening bolt. The clinker crusher 24d remains fixed to the main body 21 even when the turntable 24a rotates about the axis X. Therefore, when the clinker moves with the rotation of the turntable 24a, the clinker collides with the claw 24i of the clinker crusher and is crushed.

次に、1次空気供給部25について説明する。 Next, the primary air supply unit 25 will be described.

1次空気供給部25は、間隙20aに堆積する有機廃棄物に向けて有機廃棄物を部分燃焼させる1次燃焼用空気を供給する装置である。1次空気供給部25は、1次燃焼ファン25a(送風部)と、カバー部25bと、空気供給口25cとを有する。 The primary air supply unit 25 is a device that supplies air for primary combustion that partially burns the organic waste toward the organic waste deposited in the gap 20a. The primary air supply unit 25 includes a primary combustion fan 25a (blower unit), a cover unit 25b, and an air supply port 25c.

1次燃焼ファン25aは、外部から導入した空気(大気)を送風する装置であり、インバータモータ(図示略)とインバータモータにより駆動されるファン(図示略)を有している。1次燃焼ファン25aは、インバータモータの回転数を制御することにより送風する風量を調整することができる。 The primary combustion fan 25a is a device that blows air (atmosphere) introduced from the outside, and has an inverter motor (not shown) and a fan driven by the inverter motor (not shown). The primary combustion fan 25a can adjust the amount of air to be blown by controlling the rotation speed of the inverter motor.

カバー部25bは、1次燃焼ファン25aから送風される空気が導入されるとともに空気供給口25cへ空気を供給する閉空間25dを形成する部材である。 The cover portion 25b is a member that forms a closed space 25d in which the air blown from the primary combustion fan 25a is introduced and the air is supplied to the air supply port 25c.

カバー部25bは、本体部21の外周面との間に軸線X回りに延びる閉空間25dを形成する。また、空気供給口25cは、1次燃焼ファン25aから閉空間25dに送風された空気を閉空間25dから本体部21の内部の1次燃焼領域R2へ供給する流路である。 The cover portion 25b forms a closed space 25d extending around the axis X between the cover portion 25b and the outer peripheral surface of the main body portion 21. Further, the air supply port 25c is a flow path for supplying the air blown from the primary combustion fan 25a to the closed space 25d from the closed space 25d to the primary combustion region R2 inside the main body 21.

図示のように、空気供給口25cは、有機廃棄物を1次燃焼用空気により部分燃焼させる1次燃焼領域R2において、軸線Xに沿った鉛直方向の複数箇所に設けられている。 As shown in the figure, the air supply ports 25c are provided at a plurality of locations in the vertical direction along the axis X in the primary combustion region R2 in which the organic waste is partially burned by the primary combustion air.

また、空気供給口25cは軸線X回りの周方向に沿った等間隔(例えば、30°、20°、45°等の間隔)あるいは任意の間隔で直線状の流路として本体部21に設けられている。また、1次空気供給部25は、1次燃焼ファン25aから送風される空気を加熱する加熱部(図示略)を有する。空気供給口25cは、加熱部によって加熱された空気を空気供給口25cへ供給する。そのため、1次燃焼ファン25aから送風される空気を加熱しない場合に比べ、1次燃焼領域R2の雰囲気温度を高温に維持することができる。 Further, the air supply port 25c is provided in the main body 21 as a linear flow path at equal intervals (for example, at intervals of 30 °, 20 °, 45 °, etc.) along the circumferential direction around the axis X or at arbitrary intervals. ing. Further, the primary air supply unit 25 has a heating unit (not shown) that heats the air blown from the primary combustion fan 25a. The air supply port 25c supplies the air heated by the heating unit to the air supply port 25c. Therefore, the atmospheric temperature of the primary combustion region R2 can be maintained at a high temperature as compared with the case where the air blown from the primary combustion fan 25a is not heated.

次に、2次空気供給部26について説明する。 Next, the secondary air supply unit 26 will be described.

2次空気供給部26は、1次燃焼領域R2において有機廃棄物の燃焼により生成される燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを燃焼させる2次燃焼用空気を本体部21の内部へ供給する装置である。図3に示すように、2次空気供給部26は2次燃焼領域R4に設けられており、2次燃焼領域R4に向けて2次燃焼用空気を供給する。 The secondary air supply unit 26 is a device that supplies the secondary combustion air for burning the flammable gas contained in the combustion gas generated by the combustion of organic waste in the primary combustion region R2 to the inside of the main body unit 21. is there. As shown in FIG. 3, the secondary air supply unit 26 is provided in the secondary combustion region R4, and supplies the secondary combustion air toward the secondary combustion region R4.

2次空気供給部26は、2次燃焼ファン26aと、カバー部26bと、空気供給口26cとを有する。 The secondary air supply unit 26 has a secondary combustion fan 26a, a cover unit 26b, and an air supply port 26c.

2次燃焼ファン26aは、外部から導入した空気(大気)を送風する装置であり、インバータモータ(図示略)とインバータモータにより駆動されるファン(図示略)を有している。2次燃焼ファン26aは、インバータモータの回転数を制御することにより送風する風量を調整することができる。 The secondary combustion fan 26a is a device that blows air (atmosphere) introduced from the outside, and has an inverter motor (not shown) and a fan driven by the inverter motor (not shown). The secondary combustion fan 26a can adjust the amount of air to be blown by controlling the rotation speed of the inverter motor.

カバー部26bは、2次燃焼ファン26aから送風される空気が導入されるとともに空気供給口26cへ空気を供給する閉空間26dを形成する部材である。 The cover portion 26b is a member that forms a closed space 26d in which the air blown from the secondary combustion fan 26a is introduced and the air is supplied to the air supply port 26c.

カバー部26bは、カバー部25bと同様に、本体部21の外周面21eとの間に軸線X回りに延びる閉空間26dを形成する。 Similar to the cover portion 25b, the cover portion 26b forms a closed space 26d extending around the axis X between the cover portion 26b and the outer peripheral surface 21e of the main body portion 21.

空気供給口26cは、2次燃焼ファン26aから閉空間26dに送風された空気を閉空間26dから本体部21の内部の2次燃焼領域R4へ供給する流路である。空気供給口26cは、燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを2次燃焼用空気により燃焼させる2次燃焼領域R4において、軸線Xに沿った鉛直方向の複数箇所に設けられている。空気供給口26cは軸線X回りの周方向に沿った等間隔(例えば、30°、20°、45°等の間隔)あるいは任意の間隔で本体部21の外周面から軸線Xに向けた延びる直線状の流路として本体部21に設けられている。 The air supply port 26c is a flow path for supplying the air blown from the secondary combustion fan 26a to the closed space 26d from the closed space 26d to the secondary combustion region R4 inside the main body 21. The air supply ports 26c are provided at a plurality of locations in the vertical direction along the axis X in the secondary combustion region R4 in which the flammable gas contained in the combustion gas is burned by the secondary combustion air. The air supply port 26c is a straight line extending from the outer peripheral surface of the main body 21 toward the axis X at equal intervals (for example, intervals of 30 °, 20 °, 45 °, etc.) along the circumferential direction around the axis X or at arbitrary intervals. It is provided in the main body 21 as a shaped flow path.

燃焼ガス排出部27は、1次燃焼領域R2で生成されて2次燃焼領域R4で可燃性ガス成分を燃焼させた燃焼ガスを燃焼ガス流路200aへ排出する排出口である。燃焼ガス流路200aへ排出された燃焼ガスは、熱分解反応の熱源として利用するために熱分解炉30へ供給される。 The combustion gas discharge unit 27 is a discharge port for discharging the combustion gas generated in the primary combustion region R2 and burning the combustible gas component in the secondary combustion region R4 to the combustion gas flow path 200a. The combustion gas discharged to the combustion gas flow path 200a is supplied to the pyrolysis furnace 30 for use as a heat source for the pyrolysis reaction.

温度センサ28aは、燃焼ガス排出部27から排出される燃焼ガスの温度を検出するセンサである。温度センサ28aは、検出した温度を示す温度検出信号を炭化炉制御部29へ伝達する。 The temperature sensor 28a is a sensor that detects the temperature of the combustion gas discharged from the combustion gas discharge unit 27. The temperature sensor 28a transmits a temperature detection signal indicating the detected temperature to the carbonization furnace control unit 29.

図3に示すように、温度センサ28aは2次燃焼領域R4の中でも燃焼ガス流路200aに近接した領域に配置されている。そのため、温度センサ28aが検出する燃焼ガス温度Tgは、燃焼ガス流路200aに排出される燃焼ガスの温度と略一致した温度となる。 As shown in FIG. 3, the temperature sensor 28a is arranged in a region of the secondary combustion region R4 close to the combustion gas flow path 200a. Therefore, the combustion gas temperature Tg detected by the temperature sensor 28a is a temperature substantially equal to the temperature of the combustion gas discharged to the combustion gas flow path 200a.

温度センサ28bは、1次燃焼領域R2の雰囲気温度を検出するセンサである。温度センサ28bは、検出した温度を示す温度検出信号を炭化炉制御部29へ伝達する。 The temperature sensor 28b is a sensor that detects the atmospheric temperature in the primary combustion region R2. The temperature sensor 28b transmits a temperature detection signal indicating the detected temperature to the carbonization furnace control unit 29.

温度センサ28cは、間隙20aの下端側に堆積する炭化物の温度である炭化物温度Tcを検出するセンサである。温度センサ28bは、検出した炭化物温度Tcを示す温度検出信号を炭化炉制御部29へ伝達する。 The temperature sensor 28c is a sensor that detects the carbide temperature Tc, which is the temperature of the carbides deposited on the lower end side of the gap 20a. The temperature sensor 28b transmits a temperature detection signal indicating the detected carbide temperature Tc to the carbonization furnace control unit 29.

レベルセンサ28dは、間隙20aに堆積する有機廃棄物の堆積量を検出するセンサである。レベルセンサ28dは、1次燃焼領域R2において、図3に示す軸線Y方向に存在する有機廃棄物の堆積量を堆積量に応じた出力信号を得ることにより検出する。 The level sensor 28d is a sensor that detects the amount of organic waste deposited in the gap 20a. The level sensor 28d detects the accumulated amount of organic waste existing in the Y direction of the axis shown in FIG. 3 in the primary combustion region R2 by obtaining an output signal corresponding to the accumulated amount.

レベルセンサ28dは、出射した光や超音波等の反射を受信することで堆積量を検出する反射型のセンサであってもよい。また、レベルセンサ28dは、出射したX線等を受信する受信部を円筒部22に設けた透過型のセンサであってもよい。 The level sensor 28d may be a reflection type sensor that detects the amount of deposit by receiving the reflection of the emitted light, ultrasonic waves, or the like. Further, the level sensor 28d may be a transmission type sensor in which a receiving unit for receiving emitted X-rays or the like is provided in the cylindrical portion 22.

後述するようにレベルセンサ28dは、有機廃棄物投入部23からの新たな有機廃棄物の投入が停止される場合等、間隙20aに存在する有機廃棄物の堆積量が減少したことを検出するためのセンサである。そのため、レベルセンサ28dは、取付位置から鉛直方向の下方に向けた軸線Yに沿った堆積量を検出するようになっている。炭化炉制御部29はレベルセンサ28dが検出する有機廃棄物の堆積量である堆積量Aoが0(ゼロ)である旨の検出信号を出力する場合、間隙20aに存在する有機廃棄物の堆積量が所定の第1堆積量Ao1以下へ減少したと判定する。 As will be described later, the level sensor 28d detects that the amount of organic waste accumulated in the gap 20a has decreased, such as when the input of new organic waste from the organic waste input unit 23 is stopped. It is a sensor of. Therefore, the level sensor 28d detects the amount of deposit along the axis Y downward in the vertical direction from the mounting position. When the carbonization furnace control unit 29 outputs a detection signal indicating that the accumulated amount Ao, which is the accumulated amount of organic waste detected by the level sensor 28d, is 0 (zero), the accumulated amount of organic waste existing in the gap 20a. Is determined to have decreased to a predetermined first deposit amount Ao1 or less.

着火バーナ20cは、炭化炉20における有機廃棄物の燃焼を開始させる際に、有機廃棄物を着火させるために用いられる装置である。図3に示すように、着火バーナ20cは、間隙20aの下端側に設けられている。また、図3に示すように、着火バーナ20cは、軸線Xに対して対向する2箇所に配置されている。 The ignition burner 20c is a device used to ignite the organic waste when starting the combustion of the organic waste in the carbonization furnace 20. As shown in FIG. 3, the ignition burner 20c is provided on the lower end side of the gap 20a. Further, as shown in FIG. 3, the ignition burners 20c are arranged at two positions facing the axis X.

着火バーナ20cは、灯油等の着火用燃料を利用して火炎を発生させることにより間隙20aの下端側に堆積する有機廃棄物を燃焼させる。着火バーナ20cは、炭化炉制御部29からの制御指令によって炭化炉20における有機廃棄物の燃焼を開始させる際に火炎を発生させる。また、着火バーナ20cは、炭化炉制御部29からの制御指令によって所定のタイミングで火炎の発生を停止させる。 The ignition burner 20c burns organic waste accumulated on the lower end side of the gap 20a by generating a flame using an ignition fuel such as kerosene. The ignition burner 20c generates a flame when the combustion of organic waste in the carbonization furnace 20 is started by a control command from the carbonization furnace control unit 29. Further, the ignition burner 20c stops the generation of the flame at a predetermined timing by a control command from the carbonization furnace control unit 29.

炭化炉制御部29は、炭化炉20が備える各部から各部の状態を示す検出信号を受信するとともに検出信号に基づいて各部に制御信号を伝達することで各部を制御する装置である。また、炭化炉制御部29は、制御装置90へ炭化炉20の状態を示す信号を伝達するとともに制御装置90から伝達される制御信号に応答して炭化炉20を制御する装置である。 The carbonization furnace control unit 29 is a device that controls each unit by receiving detection signals indicating the state of each unit from each unit included in the carbonization furnace 20 and transmitting a control signal to each unit based on the detection signal. Further, the carbonization furnace control unit 29 is a device that transmits a signal indicating the state of the carbonization furnace 20 to the control device 90 and controls the carbonization furnace 20 in response to the control signal transmitted from the control device 90.

炭化炉制御部29は、温度センサ28a、28b、28cのそれぞれが検出する温度を示す温度検出信号と、レベルセンサ28dが検出する有機廃棄物の堆積量Aoを示す堆積量検出信号とを受信する。また、炭化炉制御部29は、1次燃焼ファン25aの送風量を制御する制御信号を1次空気供給部25へ伝達する。また、炭化炉制御部29は、2次燃焼ファン26aの送風量を制御する制御信号を2次空気供給部26へ伝達する。また、炭化炉制御部29は、着火バーナ20cに制御信号を伝達して有機廃棄物の燃焼を開始させる際に、火炎を発生させるとともに所定のタイミングで制御信号を伝達して火炎の発生を停止させる。また、炭化炉制御部29は、ターンテーブル24aの回転速度を制御する制御信号を駆動モータ24eへ伝達する。 The carbonization furnace control unit 29 receives a temperature detection signal indicating the temperature detected by each of the temperature sensors 28a, 28b, and 28c and an accumulation amount detection signal indicating the accumulation amount Ao of the organic waste detected by the level sensor 28d. .. Further, the carbonization furnace control unit 29 transmits a control signal for controlling the amount of air blown by the primary combustion fan 25a to the primary air supply unit 25. Further, the carbonization furnace control unit 29 transmits a control signal for controlling the amount of air blown by the secondary combustion fan 26a to the secondary air supply unit 26. Further, when the carbonization furnace control unit 29 transmits a control signal to the ignition burner 20c to start combustion of organic waste, the carbonization furnace control unit 29 generates a flame and transmits a control signal at a predetermined timing to stop the generation of the flame. Let me. Further, the carbonization furnace control unit 29 transmits a control signal for controlling the rotation speed of the turntable 24a to the drive motor 24e.

次に、炭化炉制御部29による1次燃焼ファン25aの送風量の制御方法について説明する。 Next, a method of controlling the amount of air blown by the primary combustion fan 25a by the carbonization furnace control unit 29 will be described.

炭化炉制御部29は、温度センサ28bが検出する1次燃焼領域R2の雰囲気温度に基づいて1次燃焼ファン25aが送風する空気の送風量を制御する。1次燃焼ファン25aが送風する空気の送風量は空気供給口25cから炭化炉20の1次燃焼領域R2へ供給される1次燃焼用空気の空気量と一致している。そのため、炭化炉制御部29は、1次燃焼ファン25aが送風する空気の送風量を制御することにより、1次燃焼領域R2に送風される1次燃焼用空気の空気量を調整することができる。 The carbonization furnace control unit 29 controls the amount of air blown by the primary combustion fan 25a based on the atmospheric temperature of the primary combustion region R2 detected by the temperature sensor 28b. The amount of air blown by the primary combustion fan 25a matches the amount of air for primary combustion supplied from the air supply port 25c to the primary combustion region R2 of the carbonization furnace 20. Therefore, the carbonization furnace control unit 29 can adjust the amount of air for primary combustion blown to the primary combustion region R2 by controlling the amount of air blown by the primary combustion fan 25a. ..

炭化炉制御部29は、間隙20aに堆積した有機廃棄物を炭化させるのに適した燃焼状態が維持されるように温度センサ28bが検出する1次燃焼領域R2の雰囲気温度に基づいて1次燃焼ファン25aが送風する空気の送風量を制御する。具体的には、炭化炉制御部29は、1次燃焼領域R2の雰囲気温度が1000℃以上かつ1200℃以下の範囲に収まるように1次燃焼ファン25aが送風する空気の送風量を制御する。 The carbonization furnace control unit 29 performs primary combustion based on the ambient temperature of the primary combustion region R2 detected by the temperature sensor 28b so that a combustion state suitable for carbonizing the organic waste deposited in the gap 20a is maintained. The amount of air blown by the fan 25a is controlled. Specifically, the carbonization furnace control unit 29 controls the amount of air blown by the primary combustion fan 25a so that the atmospheric temperature of the primary combustion region R2 falls within the range of 1000 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower.

次に、炭化炉制御部29による2次燃焼ファン26aの送風量の制御方法について説明する。 Next, a method of controlling the amount of air blown by the secondary combustion fan 26a by the carbonization furnace control unit 29 will be described.

炭化炉制御部29は、温度センサ28aが検出する燃焼ガス温度Tgに基づいて2次燃焼ファン26aが送風する空気の送風量を制御する。2次燃焼ファン26aが送風する空気の送風量は空気供給口26cから炭化炉20の2次燃焼領域R4へ供給される2次燃焼用空気の空気量と一致している。そのため、炭化炉制御部29は、2次燃焼ファン26aが送風する空気の送風量を制御することにより、2次燃燒領域R4に送風される2次燃焼用空気の空気量を調整することができる。 The carbonization furnace control unit 29 controls the amount of air blown by the secondary combustion fan 26a based on the combustion gas temperature Tg detected by the temperature sensor 28a. The amount of air blown by the secondary combustion fan 26a coincides with the amount of air for secondary combustion supplied from the air supply port 26c to the secondary combustion region R4 of the carbonization furnace 20. Therefore, the carbonization furnace control unit 29 can adjust the amount of air for secondary combustion blown to the secondary combustion region R4 by controlling the amount of air blown by the secondary combustion fan 26a. ..

炭化炉制御部29は、2次燃焼領域R4の燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを燃焼させるのに適した燃焼状態が維持されるように温度センサ28aが検出する燃焼ガス温度Tgに基づいて2次燃焼ファン26aが送風する空気の送風量を制御する。具体的には、炭化炉制御部29は、2次燃焼ファン26aが送風する空気の送風量を制御する。 The carbonization furnace control unit 29 is based on the combustion gas temperature Tg detected by the temperature sensor 28a so that a combustion state suitable for burning the combustible gas contained in the combustion gas in the secondary combustion region R4 is maintained. The amount of air blown by the next combustion fan 26a is controlled. Specifically, the carbonization furnace control unit 29 controls the amount of air blown by the secondary combustion fan 26a.

炭化炉制御部29は、炭化炉20における有機廃棄物の燃焼を開始させる際に、着火バーナ20cによって火炎を発生させて間隙20aに堆積する有機廃棄物の燃焼を開始させる。炭化炉制御部29は、その後に2次燃焼ファン26aによる外部の空気(大気)の送風を開始させる。炭化炉制御部29は、温度センサ28aが検出する燃焼ガス温度Tgが第1燃焼ガス温度Tg1以上となるまでは一定の送風量となるように2次燃焼ファン26aを制御する。なお、燃焼ガス温度Tgが第1燃焼ガス温度Tg1以上となるまでに2次燃焼ファン26aが送風する2次燃焼用空気の送風量は、2次燃焼領域R4に存在すると想定される可燃性ガスを完全燃焼させるのに必要な量に一定の余剰量を加算した量となっている。 When the carbonization furnace control unit 29 starts the combustion of the organic waste in the carbonization furnace 20, the ignition burner 20c generates a flame and starts the combustion of the organic waste deposited in the gap 20a. The carbonization furnace control unit 29 then starts blowing external air (atmosphere) by the secondary combustion fan 26a. The carbonization furnace control unit 29 controls the secondary combustion fan 26a so that the amount of air blown is constant until the combustion gas temperature Tg detected by the temperature sensor 28a becomes equal to or higher than the first combustion gas temperature Tg1. The amount of air for secondary combustion blown by the secondary combustion fan 26a before the combustion gas temperature Tg becomes equal to or higher than the first combustion gas temperature Tg1 is a flammable gas that is assumed to exist in the secondary combustion region R4. It is the amount required to completely burn the gas plus a certain surplus amount.

温度センサ28aが検出する燃焼ガス温度Tgが第1燃焼ガス温度Tg1以上となった後に、以下の1)〜3)の過程で制御される。 After the combustion gas temperature Tg detected by the temperature sensor 28a becomes the first combustion gas temperature Tg1 or more, the temperature is controlled in the following steps 1) to 3).

1)炭化炉制御部29は、温度センサ28aから伝達される温度検出信号を受信することにより、燃焼ガス排出部27から排出される燃焼ガスの温度である燃焼ガス温度Tgを検出する。 1) The carbonization furnace control unit 29 detects the combustion gas temperature Tg, which is the temperature of the combustion gas discharged from the combustion gas discharge unit 27, by receiving the temperature detection signal transmitted from the temperature sensor 28a.

2)炭化炉制御部29は、温度センサ28aが検出する燃焼ガス温度Tgが第1燃焼ガス温度Tg1より低いか否かを判定する。炭化炉制御部29は、燃焼ガス温度Tgが第1燃焼ガス温度Tg1よりも低いと判定した場合は、炭化炉制御部29は、2次燃焼ファン26aの送風量を減少させるための制御信号を2次燃焼ファン26aに伝達する。2次燃焼ファン26aは、炭化炉制御部29から制御信号を受信したのに応答して送風量を減少させる。 2) The carbonization furnace control unit 29 determines whether or not the combustion gas temperature Tg detected by the temperature sensor 28a is lower than the first combustion gas temperature Tg1. When the carbonization furnace control unit 29 determines that the combustion gas temperature Tg is lower than the first combustion gas temperature Tg1, the carbonization furnace control unit 29 sends a control signal for reducing the amount of air blown by the secondary combustion fan 26a. It is transmitted to the secondary combustion fan 26a. The secondary combustion fan 26a reduces the amount of air blown in response to receiving a control signal from the carbonization furnace control unit 29.

ここで、燃焼ガス温度Tgが第1燃焼ガス温度Tg1よりも低いと判定した場合に2次燃焼ファン26aの送風量を減少させているのは次の理由による。
2次空気供給部26が2次燃焼領域R4へ供給する2次燃焼用空気の量は、2次燃焼領域R4に存在する燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを完金燃焼させる量よりも一定量だけ多い量とするのが好ましい。すなわち、2次燃焼領域R4における空気過剰率を1.0より大きい一定値とするのが好ましい。
Here, when it is determined that the combustion gas temperature Tg is lower than the first combustion gas temperature Tg1, the amount of air blown by the secondary combustion fan 26a is reduced for the following reason.
The amount of secondary combustion air supplied by the secondary air supply unit 26 to the secondary combustion region R4 is a constant amount more than the amount of combustible gas contained in the combustion gas existing in the secondary combustion region R4 to be completely burned. It is preferable to use a large amount. That is, it is preferable that the excess air ratio in the secondary combustion region R4 is a constant value larger than 1.0.

しかしながら、2次燃焼領域R4に存在する可燃性ガスの量は、有機廃棄物の性状や1次燃焼領域R2における有機廃棄物の燃焼状態等の要因により変動するのが一般的である。そのため、2次空気供給部26が2次燃焼領域R4へ供給する2次燃焼用空気の量を一定としたままでは可燃性ガスを完全燃焼させるのに適した空気量を維持することができない。 However, the amount of combustible gas existing in the secondary combustion region R4 generally fluctuates depending on factors such as the properties of the organic waste and the combustion state of the organic waste in the primary combustion region R2. Therefore, if the amount of secondary combustion air supplied by the secondary air supply unit 26 to the secondary combustion region R4 remains constant, it is not possible to maintain an amount of air suitable for completely combusting the flammable gas.

そして、2次燃焼用空気の量が可燃性ガスを完全燃焼させる量に対して過剰に多くなる場合、可燃性ガスの燃焼に用いられない余剰空気が2次燃焼領域R4に多量に供給されることとなる。2次燃焼ファン26aが送風する空気(大気)の温度は2次燃焼領域R4の雰囲気温度よりも低いため、多量の余剰空気によって2次燃焼領域R4の雰囲気温度が低下してしまう。 When the amount of secondary combustion air is excessively large with respect to the amount of complete combustion of the combustible gas, a large amount of excess air not used for combustion of the combustible gas is supplied to the secondary combustion region R4. It will be. Since the temperature of the air (atmosphere) blown by the secondary combustion fan 26a is lower than the atmospheric temperature of the secondary combustion region R4, the atmospheric temperature of the secondary combustion region R4 is lowered by a large amount of excess air.

そうすると、2次燃焼領域R4における可燃性ガスの燃焼効率が悪化し、可燃性ガスを多く含んだままの燃焼ガスが燃焼ガス排出部27から排出されてしまうこととなる。可燃性ガスには、凝固してタールとなる成分である高分子炭化水素が含まれている。そのため、可燃性ガスに凝固してタールとなる成分が多量に含まれたままであると、炭化炉20およびその下流側に設置される機器に損傷を与える可能性がある。そのため、燃焼ガスに凝固してタールとなる成分が多量に含まれないようにし、炭化炉20およびその下流側に設置される機器に与える損傷を抑制するのが望ましい。 Then, the combustion efficiency of the combustible gas in the secondary combustion region R4 deteriorates, and the combustion gas containing a large amount of the combustible gas is discharged from the combustion gas discharge unit 27. The flammable gas contains high molecular weight hydrocarbons, which are components that solidify into tar. Therefore, if the flammable gas still contains a large amount of a component that solidifies into tar, the carbonization furnace 20 and the equipment installed on the downstream side thereof may be damaged. Therefore, it is desirable to prevent the combustion gas from containing a large amount of components that solidify into tar, and to suppress damage to the carbonization furnace 20 and the equipment installed on the downstream side thereof.

そこで、炭化炉制御部29は、燃焼ガス温度Tgが第1燃焼ガス温度Tg1よりも低いと判定した場合に、2次燃焼領域R4に供給される余剰空気量を減少させるために、2次燃焼ファン26aの送風量を減少させている。 Therefore, when the carbonization furnace control unit 29 determines that the combustion gas temperature Tg is lower than the first combustion gas temperature Tg1, the secondary combustion is performed in order to reduce the amount of excess air supplied to the secondary combustion region R4. The amount of air blown by the fan 26a is reduced.

3)炭化炉制御部29は、燃焼ガス温度Tgが第1燃焼ガス温度Tg1よりも高いと判定した場合は、2次燃焼ファン26aの送風量を増加させるための制御信号を2次燃焼ファン26aに伝達する。2次燃焼ファン26aは、炭化炉制御部29から制御信号を受信したのに応答して送風量を増加させる。 3) When the carbonization furnace control unit 29 determines that the combustion gas temperature Tg is higher than the first combustion gas temperature Tg1, a control signal for increasing the amount of air blown by the secondary combustion fan 26a is sent to the secondary combustion fan 26a. Communicate to. The secondary combustion fan 26a increases the amount of air blown in response to receiving a control signal from the carbonization furnace control unit 29.

ここで、燃焼ガス温度Tgが第2燃焼ガス温度Tg2よりも高いと判定した場合に2次燃焼ファン26aの送風量を増加させているのは次の理由による。 Here, when it is determined that the combustion gas temperature Tg is higher than the second combustion gas temperature Tg2, the amount of air blown by the secondary combustion fan 26a is increased for the following reason.

燃焼ガス温度Tgに上限を定めずに炭化炉20を運転させる場合、想定される最高の燃焼ガス温度を想定し、その燃売ガス温度でも十分に耐熱性が保たれるように炭化炉20および燃焼ガス流路200aを設計する必要がある。この場合、耐熱性の高い高価な部材を用いて炭化炉20等を製造する必要があり、炭化炉20等の製造コストが増加してしまう。炭化炉20等の製造コストを増加させないようにするためには、燃焼ガス温度Tgが予め定めた上限温度以下となるようにするのが好ましい。 When operating the carbonization furnace 20 without setting an upper limit on the combustion gas temperature Tg, the carbonization furnace 20 and the carbonization furnace 20 and the carbonization furnace 20 are assumed so that the maximum heat resistance can be maintained even at the combustion gas temperature, assuming the highest expected combustion gas temperature. It is necessary to design the combustion gas flow path 200a. In this case, it is necessary to manufacture the carbonization furnace 20 and the like using expensive members having high heat resistance, which increases the manufacturing cost of the carbonization furnace 20 and the like. In order not to increase the manufacturing cost of the carbonization furnace 20 and the like, it is preferable that the combustion gas temperature Tg is equal to or lower than a predetermined upper limit temperature.

そこで、炭化炉制御部29は、燃焼ガス温度Tgが第2燃焼ガス温度Tg2よりも高いと判定した場合に2次燃焼ファン26aの送風量を増加させている。前述したように、2次燃焼ファン26aの送風量を増加させることにより多量の余剰空気が2次燃焼領域R4に供給されると、2次燃焼領域R4の雰囲気温度が低下することとなる。 Therefore, the carbonization furnace control unit 29 increases the amount of air blown by the secondary combustion fan 26a when it is determined that the combustion gas temperature Tg is higher than the second combustion gas temperature Tg2. As described above, when a large amount of excess air is supplied to the secondary combustion region R4 by increasing the amount of air blown by the secondary combustion fan 26a, the atmospheric temperature of the secondary combustion region R4 is lowered.

以上のように、炭化炉制御部29は、温度センサ28aが検出する燃発ガス温度Tgに基づいて2次燃焼ファン26aが送風する空気の送風量を制御することにより、燃焼ガス温度Tgが第1燃焼ガス温度Tg1以上かつ第2燃焼ガス温度Tg2以下となるようにしている。 As described above, the carbonization furnace control unit 29 controls the amount of air blown by the secondary combustion fan 26a based on the combustion gas temperature Tg detected by the temperature sensor 28a, so that the combustion gas temperature Tg is the second. The temperature of one combustion gas is Tg1 or more and the temperature of the second combustion gas is Tg2 or less.

ここで、第1燃焼ガス温度Tg1および第2燃焼ガス温度Tg2として、例えば、第1燃焼ガス温度Tg1を900℃とし、第2燃焼ガス温度Tg2を1300℃と設定することができる。 Here, as the first combustion gas temperature Tg1 and the second combustion gas temperature Tg2, for example, the first combustion gas temperature Tg1 can be set to 900 ° C. and the second combustion gas temperature Tg2 can be set to 1300 ° C.

第1燃焼ガス温度Tg1を900℃としているのは、2次燃焼領域R4の温度を900℃以上に維持することにより、燃焼ガスから高分子炭化水素の大部分を除去することができるからである。高分子炭化水素は、燃焼ガスに含まれる可燃性ガスのうち凝固してタールとなる成分である。そのため、燃焼ガスから高分子炭化水素の大部分を除去することにより、炭化炉20およびその下流側に設置される機器に与える損傷を抑制することができる。 The reason why the first combustion gas temperature Tg1 is set to 900 ° C. is that most of the high molecular weight hydrocarbons can be removed from the combustion gas by maintaining the temperature of the secondary combustion region R4 at 900 ° C. or higher. .. High molecular weight hydrocarbon is a component of combustible gas contained in combustion gas that solidifies into tar. Therefore, by removing most of the high molecular weight hydrocarbon from the combustion gas, it is possible to suppress damage to the carbonization furnace 20 and the equipment installed on the downstream side thereof.

また、第1燃焼ガス温度Tg1および第2燃焼ガス温度Tg2として、例えば、第1燃焼ガス温度Tg1を1000℃とし、第2燃焼ガス温度Tg2を1200℃と設定するようにしてもよい。 Further, as the first combustion gas temperature Tg1 and the second combustion gas temperature Tg2, for example, the first combustion gas temperature Tg1 may be set to 1000 ° C. and the second combustion gas temperature Tg2 may be set to 1200 ° C.

また、例えば、第1燃焼ガス温度Tg1および第2燃焼ガス温度Tg2の双方を1100℃に設定するようにしてもよい。この場合、炭化炉制御部29は、燃焼ガス温度Tgが第1燃焼ガス温度Tg1より低い場合は送風量を減少させ、燃焼ガス温度Tgが第2燃焼ガス温度Tg2より高い場合は送風量を増加させるよう2次燃焼ファン26aを制御する。 Further, for example, both the first combustion gas temperature Tg1 and the second combustion gas temperature Tg2 may be set to 1100 ° C. In this case, the carbonization furnace control unit 29 reduces the amount of air blown when the combustion gas temperature Tg is lower than the first combustion gas temperature Tg1, and increases the amount of air blown when the combustion gas temperature Tg is higher than the second combustion gas temperature Tg2. The secondary combustion fan 26a is controlled so as to cause the combustion.

次に、炭化炉制御部29によるターンテーブル24aの回転速度の制御方法について説明する。 Next, a method of controlling the rotation speed of the turntable 24a by the carbonization furnace control unit 29 will be described.

炭化炉制御部29が有する演算部(図示略)が記憶部(図示略)に記憶された制御プログラムを実行することにより各処理は行われる。 Each process is performed by the arithmetic unit (not shown) included in the carbonization furnace control unit 29 executing the control program stored in the storage unit (not shown).

炭化炉制御部29は、炭化物排出部24が排出する炭化物の排出量を制御している。本実施形態において炭化物排出部24が排出する炭化物の排出量を制御しているのは、有機廃棄物投入部23から間隙20aへの有機廃棄物の投入が停止されるのに伴って炭化物排出部24から排出される炭化物の温度が上昇してしまうことを防ぐためである。 The carbonization furnace control unit 29 controls the amount of carbide discharged by the carbide discharge unit 24. In the present embodiment, the amount of carbide discharged by the carbide discharge unit 24 is controlled by the carbide discharge unit when the charge of organic waste from the organic waste input unit 23 into the gap 20a is stopped. This is to prevent the temperature of the carbide discharged from 24 from rising.

間隙20aに堆積する有機廃棄物の量が徐々に少なくなると、炭化物を消火させる炭化物精錬・冷却領域R1が徐々に狭くなる。この場合、ターンテーブル24aの回転速度を一定のままで維持すると、炭化物が十分に冷却されない状態で間隙20aの下端から排出されてしまう。これは、1次燃焼領域R2で炭化されて高温となった炭化物が炭化物精錬・冷却領域R1で十分に冷却されないためである。 As the amount of organic waste deposited in the gap 20a gradually decreases, the carbide refining / cooling region R1 that extinguishes the carbide gradually narrows. In this case, if the rotation speed of the turntable 24a is kept constant, the carbides are discharged from the lower end of the gap 20a in a state where they are not sufficiently cooled. This is because the carbides that are carbonized in the primary combustion region R2 and become hot are not sufficiently cooled in the carbide refining / cooling region R1.

そこで、炭化炉制御部29は、炭化物排出部24が排出する炭化物の排出量を制御することにより、炭化物排出部24が排出する炭化物の温度を調整している。 Therefore, the carbide furnace control unit 29 adjusts the temperature of the carbide discharged by the carbide discharge unit 24 by controlling the discharge amount of the carbide discharged by the carbide discharge unit 24.

本実施形態において、炭化炉制御部29は、温度センサ28cとレベルセンサ28dの双方を用いて、炭化物排出部24が排出する炭化物の温度を調整している。前者は炭化物の温度を直接的に検出するセンサであり、後者は炭化物の堆積量から炭化物の温度が高温となる状態を間接的に検出するセンサである。 In the present embodiment, the carbide furnace control unit 29 adjusts the temperature of the carbide discharged by the carbide discharge unit 24 by using both the temperature sensor 28c and the level sensor 28d. The former is a sensor that directly detects the temperature of carbides, and the latter is a sensor that indirectly detects a state in which the temperature of carbides becomes high from the amount of accumulated carbides.

以下、1)〜5)の過程で制御される。 Hereinafter, it is controlled in the processes of 1) to 5).

1)炭化炉制御部29は、温度センサ28cから伝達される温度検出信号を受信することにより、間隙20aの下端側に堆積する炭化物の温度である炭化物温度Tcを検出する。 1) The carbide furnace control unit 29 detects the carbide temperature Tc, which is the temperature of the carbide deposited on the lower end side of the gap 20a, by receiving the temperature detection signal transmitted from the temperature sensor 28c.

2)炭化炉制御部29は、レベルセンサ28dから伝達される堆積量検出信号を受信することにより、間隙20aに堆積する有機廃棄物の堆積量である堆積量Aoを検出する。 2) The carbonization furnace control unit 29 detects the accumulated amount Ao, which is the accumulated amount of organic waste accumulated in the gap 20a, by receiving the accumulated amount detection signal transmitted from the level sensor 28d.

3)炭化炉制御部29は、温度センサ28cが検出する炭化物温度Tcが第1炭化物温度Tc1以上であるか否かを判定する。ここで、第1炭化物温度Tc1として、例えば、250℃以上かつ300℃以下の範囲の任意の温度を設定することができる。 3) The carbonization furnace control unit 29 determines whether or not the carbide temperature Tc detected by the temperature sensor 28c is equal to or higher than the first carbide temperature Tc1. Here, as the first carbide temperature Tc1, for example, any temperature in the range of 250 ° C. or higher and 300 ° C. or lower can be set.

4)炭化炉制御部29は、検出した炭化物温度Tcが第1炭化物温度Tc1以上であると判定した場合は、ターンテーブル24aの回転速度を第2回転速度Rs2で回転させるよう駆動部24bを制御する。第2回転速度Rs2は後述する第1回転速度Rs1よりも低速度である。 4) When the carbonization furnace control unit 29 determines that the detected carbide temperature Tc is equal to or higher than the first carbide temperature Tc1, the carbonization furnace control unit 29 controls the drive unit 24b so as to rotate the rotation speed of the turntable 24a at the second rotation speed Rs2. To do. The second rotation speed Rs2 is lower than the first rotation speed Rs1 described later.

ここで、第1回転速度Rs1は、炭化炉20が通常運転状態を維持するために必要な量の炭化物を炭化物排出部24から排出させるための速度である。ここでは、温度センサ28cが検出する炭化物温度Tcが第1炭化物温度Tc1以上となった場合に炭化物排出部24が排出する炭化物の温度が低下するように、ターンテーブル24aの回転遠度を第1回転速度Rs1よりも低い第2回転速度Rs2としている。ターンテーブル24aの回転速度を低下させることにより炭化物が炭化物精錬・冷却領域R1に滞留する時間が長くなり、それに伴って炭化物排出部24が排出する炭化物の温度が低下する。 Here, the first rotation speed Rs1 is a speed at which the carbide furnace 20 discharges an amount of carbide required for maintaining the normal operating state from the carbide discharge unit 24. Here, the rotation speed of the turntable 24a is first set so that the temperature of the carbide discharged by the carbide discharge unit 24 decreases when the carbide temperature Tc detected by the temperature sensor 28c becomes the first carbide temperature Tc1 or higher. The second rotation speed Rs2, which is lower than the rotation speed Rs1, is set. By lowering the rotation speed of the turntable 24a, the time for the carbide to stay in the carbide refining / cooling region R1 becomes longer, and the temperature of the carbide discharged by the carbide discharge unit 24 decreases accordingly.

5)検出した炭化物温度Tcが第1炭化物温度Tc1より低いと判定した場合は、炭化炉制御部29は、レベルセンサ28dが検出する堆積量Aoが第1堆積量Ao1以下であるか否かを判定する。炭化炉制御部29は、検出した堆積量Aoが第1堆積量Ao1以下であると判定した場合は、ターンテーブル24aの回転速度を第2回転速度Rs2で回転させるよう駆動部24bを制御する。第2回転速度Rs2は後述する第1回転速度Rs1よりも低速度である。ここでは、レベルセンサ28dが検出する堆積量Aoが第1堆積量Ao1以下となった場合に炭化物排出部24が排出する炭化物の温度が低下するように、ターンテープル24aの回転速度を第1回転速度Rs1よりも低い第2回転速度Rs2としている。 5) When it is determined that the detected carbide temperature Tc is lower than the first carbide temperature Tc1, the carbide furnace control unit 29 determines whether or not the deposition amount Ao detected by the level sensor 28d is equal to or less than the first deposition amount Ao1. judge. When the carbonization furnace control unit 29 determines that the detected deposit amount Ao is equal to or less than the first deposit amount Ao1, the carbonization furnace control unit 29 controls the drive unit 24b so that the rotation speed of the turntable 24a is rotated by the second rotation speed Rs2. The second rotation speed Rs2 is lower than the first rotation speed Rs1 described later. Here, the rotation speed of the turntable 24a is rotated for the first time so that the temperature of the carbide discharged by the carbide discharge unit 24 decreases when the deposit amount Ao detected by the level sensor 28d becomes the first deposit amount Ao1 or less. The second rotation speed Rs2, which is lower than the speed Rs1, is set.

ここで、第1回転速度Rs1は、炭化炉20が通常運転状態を維持するために必要な量の炭化物を炭化物排出部24から排出させるための速度である。炭化炉制御部29は、炭化物温度Tcが第1炭化物温度Tc1よりも低くかつ堆積量Aoが第1堆積量Ao1よりも多い場合には、運転状態を維持するために必要な量の炭化物を炭化物排出部24から排出させるように駆動部24bを制御する。 Here, the first rotation speed Rs1 is a speed at which the carbide furnace 20 discharges an amount of carbide required for maintaining the normal operating state from the carbide discharge unit 24. When the carbide temperature Tc is lower than the first carbide temperature Tc1 and the accumulated amount Ao is larger than the first accumulated amount Ao1, the carbide furnace control unit 29 carbonizes the amount of carbide required to maintain the operating state. The drive unit 24b is controlled so as to discharge from the discharge unit 24.

このようにして、炭化炉制御部29は、温度センサ28cが検出する炭化物温度Tcおよびレベルセンサ28dが検出する有機廃棄物の堆積量Aoに基づいて駆動部24bがターンテーブル24aを回転させる回転速度を制御する。 In this way, in the carbonization furnace control unit 29, the rotation speed at which the drive unit 24b rotates the turntable 24a based on the carbide temperature Tc detected by the temperature sensor 28c and the accumulated amount of organic waste Ao detected by the level sensor 28d. To control.

以上の制御では、温度センサ28cが検出する炭化物温度Tcが第1炭化物温度Tc1以上であるか否かに応じてターンテーブル24aの回転速度を2段階に切り替えるものであったが他の態様であってもよい。 In the above control, the rotation speed of the turntable 24a is switched in two stages depending on whether or not the carbide temperature Tc detected by the temperature sensor 28c is equal to or higher than the first carbide temperature Tc1, but this is another embodiment. You may.

例えば、炭化物温度Tcに応じて2段階以上の複数段階でターンテーブル24cの回転速度を切り替えるようにしてもよい。また、例えば、ターンテーブル24aの回転速度を段階的に切り替えず、温度センサ28cが検出する炭化物温度Tcと反比例する速度となるようにターンテーブル24aの回転速度を制御するようにしてもよい。 For example, the rotation speed of the turntable 24c may be switched in a plurality of steps of two or more steps according to the carbide temperature Tc. Further, for example, the rotation speed of the turntable 24a may be controlled so as to be inversely proportional to the carbide temperature Tc detected by the temperature sensor 28c without gradually switching the rotation speed of the turntable 24a.

また、レベルセンサ28dが検出する堆積量Aoが第1堆積量Ao1以上であるか否かに応じてターンテーブル24aの回転速度を2段階に切り替えるものであるが、他の態様であってもよい。 Further, the rotation speed of the turntable 24a is switched in two stages depending on whether or not the deposit amount Ao detected by the level sensor 28d is equal to or higher than the first deposit amount Ao1, but other embodiments may be used. ..

例えば、堆積量Aoに応じて2段階以上の複数段階でターンテーブル24aの回転速度を切り替えるようにしてもよい。また、例えば、ターンテーブル24aの回転速度を段階的に切り替えず、レベルセンサ28dが検出する堆積量Aoと比例する遠度となるようにターンテーブル24aの回転遠度を制御するようにしてもよい。 For example, the rotation speed of the turntable 24a may be switched in a plurality of steps of two or more steps according to the amount of deposit Ao. Further, for example, the rotation speed of the turntable 24a may be controlled without gradually switching the rotation speed of the turntable 24a so that the distance is proportional to the deposit amount Ao detected by the level sensor 28d. ..

また、以上の説明では、温度センサ28cが検出する炭化物温度Tcとレぺルセンサ28dが検出する堆積量Aoの双方を用いてターンテーブル24aの回転速度を制御するものであったが他の態様であってもよい。 Further, in the above description, the rotation speed of the turntable 24a is controlled by using both the carbide temperature Tc detected by the temperature sensor 28c and the deposition amount Ao detected by the level sensor 28d. There may be.

例えば、温度センサ28cが検出する炭化物温度Tcとレベルセンサ28dが検出する堆積量Aoの何れか一方を用いてターンテーブル24aの回転速度を制御するようにしてもよい。 For example, the rotation speed of the turntable 24a may be controlled by using either the carbide temperature Tc detected by the temperature sensor 28c or the deposition amount Ao detected by the level sensor 28d.

次に、図4を用いて、本実施形態の熱分解炉30について説明する。 Next, the pyrolysis furnace 30 of the present embodiment will be described with reference to FIG.

図4は、図1、図2A及び図2Bに示す本発明の一実施形態に係る熱分解炉の縦断面図であり、図4において、軸線Zは、熱分解炉30が設置される設置面(図示略)に対して直交する鉛直方向(重力方向)を示している。 FIG. 4 is a vertical sectional view of the pyrolysis furnace according to the embodiment of the present invention shown in FIGS. 1, 2A and 2B. In FIG. 4, the axis Z is the installation surface on which the pyrolysis furnace 30 is installed. The vertical direction (gravitational direction) orthogonal to (not shown) is shown.

図4に示すように、本実施形態の熱分解炉30は、本体部31と、反応管32と、反応管へツド33(供給部)と、水性ガス出口ノズル34(水性ガス出口部)と、燃焼ガス供給部35(加熱用ガス供給部)と、燃焼ガス排出部36(加熱用ガス排出部)と、グランドパッキン37(第1シール部)と、グランドパッキン38(第2シール部)と、グランドパッキン39(第3シール部)とを備える。 As shown in FIG. 4, the pyrolysis furnace 30 of the present embodiment includes a main body 31, a reaction tube 32, a reaction tube head 33 (supply section), and a water gas outlet nozzle 34 (water gas outlet section). , Combustion gas supply unit 35 (heating gas supply unit), combustion gas discharge unit 36 (heating gas discharge unit), gland packing 37 (first seal part), gland packing 38 (second seal part) , A gland packing 39 (third seal portion) is provided.

本体部31は、軸線Zに沿って延びる略円筒状に形成される部材である。本体部31はその内部に反応管32を収容する空間を形成している。 The main body 31 is a member formed in a substantially cylindrical shape extending along the axis Z. The main body 31 forms a space for accommodating the reaction tube 32 inside.

本体部31は、熱分解炉30の外装を形成する金属製(例えば、鉄製)のハウジング31aと、ハウジング31aの内周面に貼り付けられる断熱材31bと、断熱材31bの内周面に貼り付けられる耐熱材31cとを有する。 The main body 31 is attached to a metal (for example, iron) housing 31a forming the exterior of the pyrolysis furnace 30, a heat insulating material 31b attached to the inner peripheral surface of the housing 31a, and an inner peripheral surface of the heat insulating material 31b. It has a heat-resistant material 31c to be attached.

略円筒状の本体部31の上面は平面視円環状の上板31dで構成されており、本体部31の底面は平面視円環状の底板31eで構成されている。 The upper surface of the substantially cylindrical main body 31 is formed of an annular top plate 31d in a plan view, and the bottom surface of the main body 31 is formed of a bottom plate 31e in an annular shape in a plan view.

また、本体部31の側面31fの上端には上端フランジ31g(第1フランジ部)が設けられており、本体部31の側面31fの下端には下端フランジ31i(第2フランジ部)が設けられている。 Further, an upper end flange 31g (first flange portion) is provided at the upper end of the side surface 31f of the main body portion 31, and a lower end flange 31i (second flange portion) is provided at the lower end of the side surface 31f of the main body portion 31. There is.

上板31dと上端フランジ部31gとは、軸線Z回りの複数箇所で上板31dと上端フランジ部31gとの間に図示しないガスケット(第4シール部)を挟んだ状態で締結ボルト31h(締結部材)によって締結されている。 The upper plate 31d and the upper end flange portion 31g have a fastening bolt 31h (fastening member) in a state where a gasket (fourth seal portion) (not shown) is sandwiched between the upper plate 31d and the upper end flange portion 31g at a plurality of locations around the axis Z. ) Is concluded.

同様に、底板31eと下端フランジ31iとは、軸線Z回りの複数箇所で底板31eと下端フランジ31iとの間に図示しないガスケット(第5シール部)を挟んだ状態で締結ボルト31j(締結部材)によって締結されている。 Similarly, the bottom plate 31e and the lower end flange 31i have a fastening bolt 31j (fastening member) with a gasket (fifth seal portion) (not shown) sandwiched between the bottom plate 31e and the lower end flange 31i at a plurality of locations around the axis Z. Is concluded by.

反応管32は、軸線Zに沿って延びる略円筒状に形成される機構である。反応管32は、本体部31の内周面との間に燃焼ガス(加熱用ガス)を流通させるための燃焼ガス流路30aを形成する外周面32dを有する。 The reaction tube 32 is a mechanism formed in a substantially cylindrical shape extending along the axis Z. The reaction tube 32 has an outer peripheral surface 32d that forms a combustion gas flow path 30a for flowing a combustion gas (heating gas) with the inner peripheral surface of the main body 31.

反応管32は、センターパイプ32a(管状部材)と、上端フランジ32b(第3フランジ部)と、複数の第1傾斜板32fと、複数の第2傾斜板32gと、複数の保持棒32h(保持部)とを有する。 The reaction tube 32 includes a center pipe 32a (tubular member), an upper end flange 32b (third flange portion), a plurality of first inclined plates 32f, a plurality of second inclined plates 32g, and a plurality of holding rods 32h (holding portions). ) And.

図4に示すように、反応管32の上端フランジ32bおよび上端フランジ32b側のセンターパイプ32aの端部は、本体部31の上板31d(上面)から上方へ突出している。 As shown in FIG. 4, the upper end flange 32b of the reaction tube 32 and the end portion of the center pipe 32a on the upper end flange 32b side project upward from the upper plate 31d (upper surface) of the main body portion 31.

また、反応管32の下端部32cは、本体部31の底板31e(底面)から下方へ突出している。 Further, the lower end portion 32c of the reaction tube 32 projects downward from the bottom plate 31e (bottom surface) of the main body portion 31.

センターパイプ32aは、軸線Zに沿って延びる円筒状に形成される部材である。センターパイプ32aの内部には、複数の第1傾斜板32fと複数の第2傾斜板32gと複数の保持棒32h(保持部)からなる熱分解促進機構が収容されている。 The center pipe 32a is a member formed in a cylindrical shape extending along the axis Z. Inside the center pipe 32a, a thermal decomposition promoting mechanism including a plurality of first inclined plates 32f, a plurality of second inclined plates 32g, and a plurality of holding rods 32h (holding portions) is housed.

熱分解促進機構は、炭化物をセンターパイプ32aの上端側から下端側まで段階的に導いて炭化物を反応管32の内部に滞留させることにより、炭化物および過熱蒸気(ガス化剤)の熱分解反応を促進させる機構である。 The pyrolysis promoting mechanism promotes the pyrolysis reaction of the carbide and the superheated vapor (gasifying agent) by guiding the carbide stepwise from the upper end side to the lower end side of the center pipe 32a and retaining the carbide inside the reaction tube 32. It is a mechanism to make it.

図4に示すように、複数の第1傾斜板32fおよび複数の第2傾斜板32gは、軸線Zに沿った複数箇所で(例えば、4本の保持捧によって)保持されている。また、第1傾斜板32fおよび第2傾斜板32gは、軸線Zに沿って交互に配置されている。 As shown in FIG. 4, the plurality of first inclined plates 32f and the plurality of second inclined plates 32g are held at a plurality of locations along the axis Z (for example, by holding four holdings). Further, the first inclined plate 32f and the second inclined plate 32g are alternately arranged along the axis Z.

複数の保持棒(例えば、4本の保持棒)の上端は、反応管へツド33の下端フランジ33aの下面に取り付けられている。反応管32の上端フランジ32bと反応管へツド33の下端フランジ33aとの締結を解除することにより、熱分解促進機構はセンターパイプ32aから上方に取り外す(着脱する)ことが可能となっている。 The upper ends of the plurality of holding rods (for example, four holding rods) are attached to the lower surface of the lower end flange 33a of the reaction tube head 33. By releasing the fastening between the upper end flange 32b of the reaction tube 32 and the lower end flange 33a of the reaction tube head 33, the thermal decomposition promotion mechanism can be removed (attached / detached) upward from the center pipe 32a.

図4に示すように、第1傾斜板32fが形成する第1傾斜面は第2開口部32jから落下した炭化物を下方へ導くように傾斜しており、第2傾斜板32gが形成する第2傾斜面は第1開口部32iから落下した炭化物を下方へ導くように傾斜している。 As shown in FIG. 4, the first inclined surface formed by the first inclined plate 32f is inclined so as to guide the carbides that have fallen from the second opening 32j downward, and the second inclined plate 32g is formed. The inclined surface is inclined so as to guide the carbides that have fallen from the first opening 32i downward.

このように、熱分解促進機構は、軸線Zに沿って交互に配置される第1傾斜板32fと第2傾斜板32gとを用いて炭化物をセンターパイプ32aの上端側から下端側まで段階的に導くことができる。 As described above, the thermal decomposition promotion mechanism guides the carbide stepwise from the upper end side to the lower end side of the center pipe 32a by using the first inclined plate 32f and the second inclined plate 32g alternately arranged along the axis Z. be able to.

第1傾斜面および第2傾斜面の軸線Zに直交する平面に対する傾斜角度は、炭化物の性状に応じて任意に設定することができるが、炭化物を確実に傾斜面に沿って移動させるために炭化物の安息角以上の角度とするのが好ましい。一方、傾斜角度を大きくしすぎると炭化物の反応管32内での滞留時間が短くなり、熱分解反応が十分に促進されない。 The angle of inclination of the first inclined surface and the second inclined surface with respect to the plane orthogonal to the axis Z can be arbitrarily set according to the properties of the carbide, but the carbide is ensured to move along the inclined surface. It is preferable that the angle is equal to or greater than the angle of repose of. On the other hand, if the inclination angle is made too large, the residence time of the carbide in the reaction tube 32 becomes short, and the thermal decomposition reaction is not sufficiently promoted.

そのため、第1傾斜面および第2傾斜面の軸線Zに直交する平面に対する傾斜角度は、20°以上かつ60°以下の範囲で炭化物の安息角以上となるように定めるのが特に好ましい。 Therefore, it is particularly preferable that the inclination angle of the first inclined surface and the second inclined surface with respect to the plane orthogonal to the axis Z is set to be equal to or more than the angle of repose of the carbide in the range of 20 ° or more and 60 ° or less.

反応管へツド33は、反応管32に取り付けられるとともに反応管32の内部へ炭化物と過熱蒸気(ガス化剤)とを供給して反応管32の内部で水性ガスを生成させるものである。 The reaction tube head 33 is attached to the reaction tube 32 and supplies carbides and superheated steam (gasifying agent) to the inside of the reaction tube 32 to generate water gas inside the reaction tube 32.

反応管へツド33は、反応管32と取り付けられる下端フランジ33a(第4フランジ)と、炭化物供給路101に取り付けられる上端フランジ33bと、蒸気過熱器81から過熱蒸気が供給される流路(図示略)に取り付けられる側方フランジ33cとを有する。 The reaction tube head 33 includes a lower end flange 33a (fourth flange) attached to the reaction tube 32, an upper end flange 33b attached to the carbide supply path 101, and a flow path in which superheated steam is supplied from the steam superheater 81 (not shown). It has a side flange 33c attached to (omitted).

反応管へツド33の下端フランジ33aと反応管32の上端フランジ32bとは、軸線Z回りの複数箇所でこれらの間に図示しないガスケット(第6シール部)を挟んだ状態で締結ボルト33dによって締結されている。 The lower end flange 33a of the reaction tube head 33 and the upper end flange 32b of the reaction tube 32 are fastened with a fastening bolt 33d with a gasket (sixth seal portion) (not shown) sandwiched between them at a plurality of locations around the axis Z. Has been done.

水性ガス出口ノズル34は、反応管32の下端部32cに取り付けられる略筒状の部材である。水性ガス出口ノズル34は、反応管32の内部で炭化物の熱分解反応により生成された水性ガス、炭化物の未反応分、および灰分等の残渣を、水性ガス供給路102を介して減温器40へ導く。 The water gas outlet nozzle 34 is a substantially tubular member attached to the lower end portion 32c of the reaction tube 32. The water gas outlet nozzle 34 removes residues such as water gas, unreacted carbides, and ash generated by the thermal decomposition reaction of carbides inside the reaction tube 32 via the water gas supply path 102. Lead to.

燃焼ガス供給部35は、本体部31の上方に設けられるとともに燃焼ガス流路200aから導かれる燃焼ガスを燃焼ガス流路30aへ供給する開口部である。 The combustion gas supply unit 35 is an opening provided above the main body 31 and supplying the combustion gas guided from the combustion gas flow path 200a to the combustion gas flow path 30a.

燃焼ガス排出部36は、本体部31の下方に設けられるとともに燃焼ガス流路30aから燃焼ガス流路200bへ燃焼ガスを排出する開口部である。 The combustion gas discharge unit 36 is provided below the main body 31 and is an opening for discharging the combustion gas from the combustion gas flow path 30a to the combustion gas flow path 200b.

燃焼ガス供給部35から燃焼ガス流路30aへ供給される燃焼ガスは、センターパイプ32aの外周面32dを加熱しながらセンターパイプ32aの上端側から下端側に向けて流通し、燃焼ガス排出部36から排出される。 The combustion gas supplied from the combustion gas supply unit 35 to the combustion gas flow path 30a flows from the upper end side to the lower end side of the center pipe 32a while heating the outer peripheral surface 32d of the center pipe 32a, and is discharged from the combustion gas discharge unit 36. Will be done.

グランドパッキン37は、本体部31の上板31dから燃焼ガス流路30a内の燃焼ガスが外部へ流出することを遮断する部材である。グランドパッキン37は、本体部31の上板31dの下面と接するように設けられるとともに反応管32の外周面32dと接触する内周面37dを有する平面視円環状の部材である。 The gland packing 37 is a member that blocks the outflow of the combustion gas in the combustion gas flow path 30a from the upper plate 31d of the main body 31 to the outside. The gland packing 37 is a plan view annular member provided so as to be in contact with the lower surface of the upper plate 31d of the main body 31 and having an inner peripheral surface 37d in contact with the outer peripheral surface 32d of the reaction tube 32.

グランドパッキン37は、セラミックボード37aとセラミックボード37bとセラミックファイバー37cとを互いに密着させた状態で構成されている。比較的容易に変形可能な織維状の素材であるセラミックファイバー37cを用いることにより、断熱材31bおよび耐熱材31cと接触する部分におけるシール性を高めている。 The gland packing 37 is configured with the ceramic board 37a, the ceramic board 37b, and the ceramic fiber 37c in close contact with each other. By using the ceramic fiber 37c, which is a woven material that can be deformed relatively easily, the sealing property at the portion in contact with the heat insulating material 31b and the heat resistant material 31c is improved.

グランドパッキン38は、本体部31の底面31eから燃焼ガス流路30a内の燃焼ガスが外部へ流出することを遮断する部材である。グランドパッキン38は、本体部31の底板31eの上面と接するように設けられるとともに反応管32の外周面32dと接触する内周面38dを有する平面視円環状の部材である。 The gland packing 38 is a member that blocks the outflow of the combustion gas in the combustion gas flow path 30a from the bottom surface 31e of the main body 31 to the outside. The gland packing 38 is a plan view annular member provided so as to be in contact with the upper surface of the bottom plate 31e of the main body 31 and having an inner peripheral surface 38d in contact with the outer peripheral surface 32d of the reaction tube 32.

グランドパッキン38は、セラミックボード38aとセラミックボード38bとセラミックファイバー38cとを互いに密着させた状態で構成されている。比較的容易に変形可能な繊維状の素材であるセラミックファイバー38cを用いることにより、断熱材31bおよび耐熱材31cと接触する部分におけるシール性を高めている。 The gland packing 38 is configured with the ceramic board 38a, the ceramic board 38b, and the ceramic fiber 38c in close contact with each other. By using the ceramic fiber 38c, which is a fibrous material that can be deformed relatively easily, the sealing property at the portion in contact with the heat insulating material 31b and the heat resistant material 31c is improved.

グランドパッキン39は、反応管32の下端部32cと水性ガス出口ノズル34との取付位置において、取付位置からの水性ガスの流出を遮断する部材である。グランドパッキン39は、反応管32の外周面32dおよび水性ガス出口ノズルの外周面のそれぞれと接触する内周面を有する平面視円環形状の部材となっている。 The gland packing 39 is a member that blocks the outflow of water gas from the mounting position at the mounting position between the lower end portion 32c of the reaction tube 32 and the water gas outlet nozzle 34. The gland packing 39 is a member having an annular shape in a plan view having an inner peripheral surface in contact with each of the outer peripheral surface 32d of the reaction tube 32 and the outer peripheral surface of the water gas outlet nozzle.

グランドパッキン39は、円環状のパッキン部材と、円環状のパッキン部材と、パッキン押さえ部材とを有する。パッキン押さえ部材を底板31eに締結ボルトで締結することにより、各パッキン部材が軸線Z方向に収縮するとともに軸線Zに直交する径方向に膨張する。グランドパッキン39が径方向に膨張することにより、グランドパッキン39の内周面が反応管32の外周面32dおよび水性ガス出口ノズル34の外周面のそれぞれと接触してシール領域を形成する。 The gland packing 39 has an annular packing member, an annular packing member, and a packing holding member. By fastening the packing holding member to the bottom plate 31e with a fastening bolt, each packing member contracts in the axis Z direction and expands in the radial direction orthogonal to the axis Z. As the gland packing 39 expands in the radial direction, the inner peripheral surface of the gland packing 39 comes into contact with the outer peripheral surface 32d of the reaction tube 32 and the outer peripheral surface of the water gas outlet nozzle 34 to form a seal region.

次に、図5を用いて、本実施形態の熱分解炉30、減温器40、サイクロン50、蒸気発生器80、蒸気過熱器81、およびその周辺の機器について説明する。 Next, with reference to FIG. 5, the pyrolysis furnace 30, the heater 40, the cyclone 50, the steam generator 80, the steam superheater 81, and the peripheral devices of the present embodiment will be described.

図5に示すように、炭化物供給路101は、スクリューコンベア101aと、クリンカ除去装置101bと、ベルトコンべア101cと、磁選機101dと、スクリューコンベア101eと、スクリューコンベア101fとを有する。 As shown in FIG. 5, the carbide supply path 101 includes a screw conveyor 101a, a clinker removing device 101b, a belt conveyor 101c, a magnetic separator 101d, a screw conveyor 101e, and a screw conveyor 101f.

スクリューコンベア101aは、炭化炉20から排出された炭化物を運搬する装置である。スクリューコンベア101aは、直線状に延びる筒体の内部にスクリューを収容したものである。スクリューコンベア101aは、モータの駆動力によってスクリューを筒体の内部で回転させることにより、炭化物を筒体の延びる方向に沿って運搬する。 The screw conveyor 101a is a device for transporting carbides discharged from the carbonization furnace 20. The screw conveyor 101a accommodates a screw inside a cylinder extending in a straight line. The screw conveyor 101a conveys carbides along the extending direction of the cylinder by rotating the screw inside the cylinder by the driving force of the motor.

クリンカ除去装置101bは、スクリューコンベア101aから排出される炭化物から一定以上の粒径のクリンカをネット等により除去する装置である。クリンカが除去された炭化物はベルトコンべア101cによって磁選機101dまで運搬される。 The clinker removing device 101b is a device that removes clinker having a certain particle size or more from the carbide discharged from the screw conveyor 101a by a net or the like. The carbide from which the clinker has been removed is transported to the magnetic separator 101d by the belt conveyor 101c.

磁選機101dは、炭化物に含まれる釘等の鉄製の層を磁石により除去する装置である鉄製の屑が除去された炭化物は、スクリューコンベア101eへ供給される。 The magnetic separator 101d is a device for removing an iron layer such as a nail contained in the carbide with a magnet. The carbide from which iron debris has been removed is supplied to the screw conveyor 101e.

スクリューコンベア101eおよびスクリューコンベア101fは、それぞれ炭化物を運搬する装置である。スクリューコンベア101fは、炭化物を熱分解炉30が有する窒素置換器30bへ供給する。なお、スクリューコンベア101eおよびスクリューコンベア101fの構造は、スクリューコンベア101aと同様であるので説明を省略する。 The screw conveyor 101e and the screw conveyor 101f are devices for transporting carbides, respectively. The screw conveyor 101f supplies carbides to the nitrogen substituent 30b of the pyrolysis furnace 30. Since the structures of the screw conveyor 101e and the screw conveyor 101f are the same as those of the screw conveyor 101a, the description thereof will be omitted.

スクリューコンベア101eとスクリューコンベア101fとで熱分解炉30の上方まで炭化物を運搬しているのは、炭化物を熱分解炉30の上方から供給し、炭化物の自重によって熱分解炉30の反応管32中に炭化物を通過させるためである。炭化物の自重によって熱分解炉30の反応管32を通過させることにより、反応管32の上端から下端までの全領域を、熱分解反応を促進する領域として利用することができる。また、炭化物の自重によって反応管32中に炭化物を通過させるため、炭化物を移動させるための特段の動力を必要としない。 The screw conveyor 101e and the screw conveyor 101f transport the carbides above the pyrolysis furnace 30 by supplying the carbides from above the pyrolysis furnace 30 and using the weight of the carbides in the reaction tube 32 of the pyrolysis furnace 30. This is to allow carbides to pass through. By passing the reaction tube 32 of the pyrolysis furnace 30 by the weight of the carbide, the entire region from the upper end to the lower end of the reaction tube 32 can be used as a region for promoting the pyrolysis reaction. Further, since the carbide is passed through the reaction tube 32 by the weight of the carbide, no special power is required to move the carbide.

なお、スクリューコンベア101eとスクリューコンベア101fとの2段階で炭化物を運搬しているのは、各スクリューコンベアがスクリューを回転させるのに必要とする動力を少なくして駆動力の大きな高価なモータを必要としないようにするためである。 In addition, transporting carbides in two stages of the screw conveyor 101e and the screw conveyor 101f requires an expensive motor with a large driving force by reducing the power required for each screw conveyor to rotate the screw. This is to prevent it from happening.

窒素置換器30bは、熱分解炉30を構成する機器であり、炭化物とともにスクリューコンベア101fから供給される空気に含まれる酸素を不活性な窒素ガスと置換するための装置である。 The nitrogen substitution device 30b is a device constituting the thermal decomposition furnace 30, and is a device for replacing oxygen contained in the air supplied from the screw conveyor 101f together with carbides with an inert nitrogen gas.

窒素置換器30bは、スクリューコンベア101fと連結される上方と、反応管へツド33と連結される下方の、それぞれに配置され、制御装置90によって開閉状態が制御される電動式の制御弁(例えば、ボール弁)を有する。 The nitrogen substitution device 30b is arranged in each of the upper part connected to the screw conveyor 101f and the lower part connected to the reaction tube head 33, and the open / closed state is controlled by the control device 90 (for example, an electric control valve). , Ball valve).

制御装置90は、上方の制御弁を開状態とし、下方の制御弁を閉状態とすることで、窒素置換器30bの内部に炭化物を供給する。制御装置90は、窒素置換器30bの内部に供給される炭化物が一定量に達した場合、スクリューコンベア101fによる炭化物の運搬を停止させるとともに、窒素置換器30bの上方の制御弁を閉状態とする。 The control device 90 supplies carbides to the inside of the nitrogen substituent 30b by opening the upper control valve and closing the lower control valve. When the amount of carbide supplied to the inside of the nitrogen substitution device 30b reaches a certain amount, the control device 90 stops the transportation of the carbide by the screw conveyor 101f and closes the control valve above the nitrogen substitution device 30b. ..

窒素置換器30bには、空気分離装置等の窒素ガスを生成する装置から窒素ガスが常時供給されるようになっている。そのため、窒素置換器30bの上方および下方の制御弁を開状態として一定時間が経過すると、炭化物とともに窒素置換器30bの内部に供結された空気が外部に排出されて内部が窒素ガスで置換された状態となる。 Nitrogen gas is constantly supplied to the nitrogen substituent 30b from a device that generates nitrogen gas, such as an air separation device. Therefore, when a certain period of time elapses with the control valves above and below the nitrogen substitution device 30b open, the air provided inside the nitrogen substitution device 30b is discharged to the outside together with the carbides, and the inside is replaced with nitrogen gas. It will be in a state of being.

制御装置90は、窒素置換器30bの内部が窒素ガスで置換された状態となった後に、窒素置換器30bの下方の制御弁を開状態に切り替えて窒業置換器30bから反応管ヘッド33へ炭化物を供給する。 After the inside of the nitrogen substitution device 30b is replaced with nitrogen gas, the control device 90 switches the control valve below the nitrogen substitution device 30b to the open state and from the nitrogen substitution device 30b to the reaction tube head 33. Supply carbides.

制御装置90は、窒素置換器30bから反応管へツド33へ炭化物を供給した後、窒素置換器30bの下方の制御弁を閉状態とする。また、制御装置90は、その後に窒素置換器30bの上方の制御弁を開状態として窒素置換器30bの内部に新たな炭化物を供給する。 The control device 90 closes the control valve below the nitrogen substitution device 30b after supplying the carbide to the reaction tube from the nitrogen substitution device 30b. Further, the control device 90 subsequently opens the control valve above the nitrogen substitution device 30b and supplies new carbides to the inside of the nitrogen substitution device 30b.

制御装置90は、以上のように窒素置換器30bの上方および下方の制御弁の開閉を制御することにより、反応管ヘッド33へ炭化物とともに供給される気体を窒素ガスとしている。この窒素ガスは、反応管32で生成される水性ガスと反応しない不活性ガスであるそのため、炭化物とともに酸素を含む空気が反応管32へ供給され、酸素と水性ガスとが反応して水性ガスの収率が低下してしまうことを抑制することができる。 The control device 90 uses nitrogen gas as the gas supplied together with the carbides to the reaction tube head 33 by controlling the opening and closing of the control valves above and below the nitrogen substituent 30b as described above. Since this nitrogen gas is an inert gas that does not react with the water gas generated in the reaction tube 32, air containing oxygen together with carbides is supplied to the reaction tube 32, and the oxygen and the water gas react with each other to form the water gas. It is possible to prevent the yield from decreasing.

チャー回収装置41は、窒素置換器41aとチャー回収部41bとを有する。 The char recovery device 41 has a nitrogen substituent 41a and a char recovery unit 41b.

窒素置換器41aは、炭化物の未反応分とともに減温器40から供給される水性ガスを不活性な窒素ガスと置換するための装置である。 The nitrogen substitution device 41a is a device for replacing the water gas supplied from the heater 40 together with the unreacted component of the carbide with the inert nitrogen gas.

チャー回収部41bは、炭化物の未反応分を回収して図示しない供給経路から窒素置換器30bへ供給する装置である。この詳細は、リターンシステムとして後述する。 The char recovery unit 41b is a device that recovers the unreacted portion of the carbide and supplies it to the nitrogen substituent 30b from a supply path (not shown). This detail will be described later as a return system.

室素置換器41aは、減温器40と連結される上方と、チャー回収部41bと連結される下方の、それぞれに配置され、制御装置90によって開閉状態が制御される電動式の制御弁(例えば、ボール弁)を有する。 The chamber element replacement 41a is arranged in each of the upper part connected to the thermostat 40 and the lower part connected to the char recovery unit 41b, and the open / closed state is controlled by the control device 90. For example, it has a ball valve).

制御装置90は、上方の制御弁を開状態とし、下方の制御弁を閉状態とすることで窒素置換器41aの内部に炭化物の未反応分を供給する。制御装置90は、窒素置換器41aの内部に供給される炭化物の未反応分が一定量に達した場合、窒素置換器41aの上方の制御弁を閉状態とする。 The control device 90 supplies the unreacted portion of carbide to the inside of the nitrogen substituent 41a by opening the upper control valve and closing the lower control valve. When the unreacted amount of carbide supplied to the inside of the nitrogen substituent 41a reaches a certain amount, the control device 90 closes the control valve above the nitrogen substituent 41a.

窒素置換器41aには、空気分離装置等の窒素ガスを生成する装置から窒素ガスが常時供給されるようになっている。そのため、窒素置換器41aの上方および下方の制御弁を閉状態として一定時間が経過すると、炭化物の未反応分とともに窒素置換器41aの内部に供給された水性ガスが外部に排出されて内部が窒素ガスで置換された状態となる。 Nitrogen gas is constantly supplied to the nitrogen substituent 41a from a device that generates nitrogen gas, such as an air separation device. Therefore, when a certain period of time elapses with the control valves above and below the nitrogen substitution device 41a closed, the water gas supplied to the inside of the nitrogen substitution device 41a is discharged to the outside together with the unreacted component of the carbide, and the inside is nitrogen. It will be in a state of being replaced with gas.

制御装置90は、窒素置換器41aの内部が窒素ガスで置換された状態となった後に、窒素置換器41aの下方の制御弁を開状態に切り替えて窒素置換器41aからチャー回収部41bへ炭化物の未反応分を供給する。 After the inside of the nitrogen substitution device 41a is replaced with nitrogen gas, the control device 90 switches the control valve below the nitrogen substitution device 41a to the open state and carbonizes the carbide from the nitrogen substitution device 41a to the char recovery unit 41b. Supply the unreacted portion of.

制御装置90は、窒素置換器41aからチャー回収部41bへ炭化物の未反応分を供給した後、窒素置換器41aの下方の制御弁を閉状態とする。また、制御装置90は、その後に窒素置換器41aの上方の制御弁を開状態として窒素置換器41aの内部に新たな炭化物の未反応分を供給する。 The control device 90 supplies the unreacted portion of carbide from the nitrogen substitution device 41a to the char recovery unit 41b, and then closes the control valve below the nitrogen substitution device 41a. Further, the control device 90 subsequently opens the control valve above the nitrogen substituent 41a and supplies a new unreacted portion of carbide to the inside of the nitrogen substituent 41a.

制御装置90は、以上のように窒素置換器41aの上方および下方の制御弁の開閉を制御することにより、チャー回収部41bへ炭化物の未反応分とともに供給される水性ガスがチャー回収部41bへ供給されるのを防止している。 The control device 90 controls the opening and closing of the control valves above and below the nitrogen substituent 41a as described above, so that the water gas supplied to the char recovery unit 41b together with the unreacted portion of the carbide is supplied to the char recovery unit 41b. It prevents it from being supplied.

残渣回収装置51は、窒素置換器51aと残渣回収部51bとを有する。 The residue recovery device 51 includes a nitrogen substituent 51a and a residue recovery unit 51b.

窒素置換器51aは、残渣とともにサイクロン50から供給される水性ガスを不活性な窒素ガスと置換するための装置である。 The nitrogen substitution device 51a is a device for replacing the water gas supplied from the cyclone 50 together with the residue with the inert nitrogen gas.

残渣回収部51bは、窒素置換器51aから排出される残渣を回収する装置である。 The residue recovery unit 51b is a device that recovers the residue discharged from the nitrogen substituent 51a.

窒素置換器51aは、サイクロン50と連結される上方と、残渣回収部51bと連結される下方の、それぞれに配置され、制御装置90によって開閉状態が制御される電動式の制御弁(例えば、ボール弁)を有する。窒素置換器51aには、空気分離装置等の窒素ガスを生成する装置から窒素ガスが常時供給されるようになっている。 The nitrogen substitution device 51a is arranged in each of the upper part connected to the cyclone 50 and the lower part connected to the residue recovery unit 51b, and an electric control valve (for example, a ball) whose opening / closing state is controlled by the control device 90. Has a valve). Nitrogen gas is constantly supplied to the nitrogen substituent 51a from a device that generates nitrogen gas, such as an air separation device.

なお、制御装置90は、窒素置換器41aの制御弁を制御するのと同様に窒素置換器51aの制御弁を制御し、水性ガスが残渣回収部51bへ供給されるのを防止するものである。制御装置90が窒素置換器51aの制御弁を制御する方法は、制御装置90が窒素置換器41aの制御弁を制御する方法と同様であるので説明を省略する。 The control device 90 controls the control valve of the nitrogen substitution device 51a in the same manner as controlling the control valve of the nitrogen substitution device 41a, and prevents the water gas from being supplied to the residue recovery unit 51b. .. The method in which the control device 90 controls the control valve of the nitrogen substitution device 51a is the same as the method in which the control device 90 controls the control valve of the nitrogen substitution device 41a, and thus the description thereof will be omitted.

蒸気発生器80は、蒸気発生部80aと蒸気循環タンク80bとを有する。 The steam generator 80 has a steam generator 80a and a steam circulation tank 80b.

蒸気発生部80aは、燃焼ガスと熱交換する水を内部に流通させる伝熱管(図示略)と伝熱管を覆うように形成される筒体に設けられるとともに水を内部に流通させるジャケット(図示略)とを有する。伝熱管とジャケットには、それぞれ蒸気循環タンク80bから水が供給されるようになっている。 The steam generating unit 80a is provided on a heat transfer tube (not shown) for internally circulating water that exchanges heat with combustion gas and a cylinder formed so as to cover the heat transfer tube, and a jacket for circulating water inside (not shown). ) And. Water is supplied to the heat transfer tube and the jacket from the steam circulation tank 80b, respectively.

蒸気循環タンク80bは、水供給装置82から水が供給されるとともに水を蒸気発生部80aの伝熱管およびジャケットに供給する。ジャケットで熱された温水と、伝熱管が燃焼ガスによって加熱されて生成した蒸気とは、それぞれ蒸気循環タンク80bに回収される。 The steam circulation tank 80b supplies water from the water supply device 82 and also supplies the water to the heat transfer tube and the jacket of the steam generator 80a. The hot water heated by the jacket and the steam generated by heating the heat transfer tube with the combustion gas are recovered in the steam circulation tank 80b, respectively.

蒸気循環タンク80bは、蒸気発生部80aの伝熱管から供給された蒸気(飽和蒸気)を、蒸気過熱器81へ供給する。 The steam circulation tank 80b supplies steam (saturated steam) supplied from the heat transfer tube of the steam generator 80a to the steam superheater 81.

以上説明した水性ガス発生装置の設備中、熱分解炉のさらに改善された新たなシステムを図6により説明する。 In the equipment of the water gas generator described above, a further improved new system of the pyrolysis furnace will be described with reference to FIG.

図6は、本発明の他の実施形態に係る熱分解炉のリターンシステムの構成図である。このリターンシステムは、先の図1にて説明したチャー回収装置41に係わるもので、その一部を説明したが、このチャー回収装置と協働して構成される。また、図6に示す熱分解炉30は、先に図1、図2A及び図2Bの熱分解炉30の一実施形態として示した図4の構成に基本的に同じものである。また、本実施形態の熱分解炉30の周辺設備として図5にて説明した各機器についても同様である。従って、図6において、先に説明の各図にて用いた符号と同じ符号のものは、同じ機能をもつものである。 FIG. 6 is a block diagram of a return system of a pyrolysis furnace according to another embodiment of the present invention. This return system relates to the char collecting device 41 described with reference to FIG. 1 above, and although a part thereof has been described, it is configured in cooperation with the char collecting device. Further, the pyrolysis furnace 30 shown in FIG. 6 is basically the same as the configuration of FIG. 4 shown as an embodiment of the pyrolysis furnace 30 of FIGS. 1, 2A and 2B. The same applies to the equipment described with reference to FIG. 5 as peripheral equipment of the pyrolysis furnace 30 of the present embodiment. Therefore, in FIG. 6, those having the same reference numerals as those used in the above-described drawings have the same functions.

本発明は、熱分解炉30から排出される炭化物の未反応分に着目したのであり、図6により以下詳細に説明する。 The present invention has focused on the unreacted portion of the carbide discharged from the pyrolysis furnace 30, and will be described in detail below with reference to FIG.

図6において、熱分解炉30の下段に、減温器40、チャー回収装置41が配され、熱分解炉30の上段には炭化物の受入れホッパ30c、窒素置換器30bが配されている。チャー回収装置41は、窒素置換器41a、チャー回収部41b、炭化物搬送部41c、炭化物回収部41d等からなる。炭化物搬送部41cと受入れホッパ30c間には未反応物の搬送路30dが設けられている。この搬送部41c、搬送路30d等はコンベアあるいはリフター等により構成でき文字通り搬送路となる。 In FIG. 6, a heater 40 and a char recovery device 41 are arranged in the lower stage of the pyrolysis furnace 30, and a carbide receiving hopper 30c and a nitrogen substitution device 30b are arranged in the upper stage of the pyrolysis furnace 30. The char recovery device 41 includes a nitrogen substitution device 41a, a char recovery section 41b, a carbide transport section 41c, a carbide recovery section 41d, and the like. An unreacted material transport path 30d is provided between the carbide transport portion 41c and the receiving hopper 30c. The transport section 41c, the transport path 30d, and the like can be configured by a conveyor, a lifter, or the like, and literally becomes a transport path.

このチャー回収部41bから排出される炭化物を炭化物搬送部41cへ選択的に切りかえることにより、未反応分を搬送路30dを経て再度、熱分解炉30へ投入可能とする。この回収、搬送手段が熱分解炉のリターンシステムを構成する。 By selectively switching the carbide discharged from the char recovery unit 41b to the carbide transport unit 41c, the unreacted portion can be put into the pyrolysis furnace 30 again via the transport path 30d. This recovery and transportation means constitutes the return system of the pyrolysis furnace.

このリターンシステムにより、炭化物の未反応分を繰り返し熱分解炉30に投入することができ、反応管33内における滞留時間を長くすることができる。 With this return system, the unreacted portion of carbide can be repeatedly charged into the pyrolysis furnace 30, and the residence time in the reaction tube 33 can be lengthened.

実施例
発明者らが実施検証したところ、本発明の熱分解炉のリターンシステムを採用することにより、反応管内の滞留時間が数倍になることから、水性反応率が75%乃至80%から90%乃至95%に上昇改善される。これにより水性ガス量が1.19倍〜1.27倍に多くなることがわかった。
Examples As a result of implementation and verification by the inventors, by adopting the return system of the pyrolysis furnace of the present invention, the residence time in the reaction tube is increased several times, so that the aqueous reaction rate is 75% to 80% to 90. It rises and improves to% to 95%. As a result, it was found that the amount of water gas increased 1.19 times to 1.27 times.

例)
a)未反応分の50%〜200%をリターンできるリターンシステムを設置
b)熱分解炉の反応管内の滞留時間:1.5倍〜3倍
とすることで、水性反応率が75%〜80%から90%〜95%に上昇。
そこで、水素供給システムに適用した場合:
リターンシステムを採用しない場合を100Nm3/hとするとリターンシステムを設置した場合119〜127Nm3/hの水素を供給可能となる。
原料(木屑)が2To/h(含水率15wt%)の場合、
水素量が660Nm3/hから790〜838Nm3/h(99.999v%の水素)増大する。
Example)
a) Installed a return system that can return 50% to 200% of the unreacted portion b) Resident time in the reaction tube of the pyrolysis furnace: By setting the residence time to 1.5 to 3 times, the aqueous reaction rate is 75% to 80. Increased from% to 90% to 95%.
Therefore, when applied to a hydrogen supply system:
Assuming that the case where the return system is not adopted is 100 Nm3 / h, when the return system is installed, hydrogen of 119 to 127 Nm3 / h can be supplied.
When the raw material (wood chips) is 2 To / h (moisture content 15 wt%),
The amount of hydrogen increases from 660 Nm3 / h to 790 to 838 Nm3 / h (99.999 v% hydrogen).

次に、図7を用いて、本実施形態の乾燥機10について説明する。 Next, the dryer 10 of the present embodiment will be described with reference to FIG. 7.

図7は、図1、図2A及び図2Bに示す本発明の一実施形態に係る乾燥機の構成図である。 FIG. 7 is a configuration diagram of a dryer according to an embodiment of the present invention shown in FIGS. 1, 2A and 2B.

乾燥機10は、ロータリキルンと呼ばれる方式の乾操機であり、燃焼ガス導入部10bと、回転体10cと、排出部10dとを有する。 The dryer 10 is a type of dryer called a rotary kiln, and has a combustion gas introduction unit 10b, a rotating body 10c, and a discharge unit 10d.

燃焼ガス導入部10bは、燃発ガス流路200dから供給される燃焼ガスを乾燥機10の内部へ導入するとともに導入した燃焼ガスを回転体10cの内部へ導くものである。 The combustion gas introduction unit 10b introduces the combustion gas supplied from the combustion gas flow path 200d into the inside of the dryer 10 and guides the introduced combustion gas into the inside of the rotating body 10c.

回転体10cは、軸線Wに沿って延びる方向に形成される円筒状の部材であり駆動モータによって回転動力を与えられることにより軸線W回りに回転する。 The rotating body 10c is a cylindrical member formed in a direction extending along the axis W, and rotates around the axis W when rotational power is applied by a drive motor.

また、回転体10cの内部には、原料供給路11aから有機廃棄物が供給される。回転体10cの内部に供給された有機廃棄物は、燃焼ガス導入部10bから導かれる燃焼ガスによって乾燥されながら排出部10dに向けて導かれる。 Further, organic waste is supplied to the inside of the rotating body 10c from the raw material supply path 11a. The organic waste supplied to the inside of the rotating body 10c is guided toward the discharge unit 10d while being dried by the combustion gas derived from the combustion gas introduction unit 10b.

有機廃棄物は、回転体10cの回転によって撹拌されながら燃焼ガスによって直接的に加熱され、回転体10cの一端から他端まで燃焼ガスの流れによって搬送される。 The organic waste is directly heated by the combustion gas while being agitated by the rotation of the rotating body 10c, and is conveyed by the flow of the combustion gas from one end to the other end of the rotating body 10c.

排出部10dは、回転体10cによって搬送されながら乾燥した有機廃棄物を回収して原料供給路10aへ供給する。原料供給路10aへ供給された有機廃棄物は、ホッパ12を介して炭化炉20へ供給される。 The discharge unit 10d collects the dried organic waste while being conveyed by the rotating body 10c and supplies it to the raw material supply path 10a. The organic waste supplied to the raw material supply path 10a is supplied to the carbonization furnace 20 via the hopper 12.

また、排出部10dは、燃焼ガス導入部10bから回転体10cの内部を通過して導かれた燃焼ガスを燃焼ガス流路200eへ供給する。燃焼ガス流路200eへ供給された燃焼ガスは、排ガス冷却洗浄装置13へ供給される。 Further, the discharge unit 10d supplies the combustion gas guided from the combustion gas introduction unit 10b through the inside of the rotating body 10c to the combustion gas flow path 200e. The combustion gas supplied to the combustion gas flow path 200e is supplied to the exhaust gas cooling / cleaning device 13.

以上説明した各実施形態は、本発明の理解のために例示されたものであり、本発明は、これら実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって定義される。また、本発明の技術思想から離れるものでない限り、特許請求の範囲に記載の構成と均等であるものも本発明の保護の範囲に含まれるものである。 Each of the embodiments described above is exemplified for the understanding of the present invention, and the present invention is not limited to these embodiments and is defined by the description of the scope of claims. Further, as long as it does not deviate from the technical idea of the present invention, the structure equivalent to the configuration described in the claims is also included in the scope of protection of the present invention.

本発明に係る水素供給システムは、炭化炉の温度制御により燃焼効率を上げ、熱分解炉の密閉化を可能としガス化効率を高めると共に、発生する水性ガスの組成比を一定に保つことにより、水素精製、圧縮工程に安定して供給することができ、水性ガスから高純度の水素ガスを得ることができるので、化石燃料を用いて自動車等に燃料を供給するガソリンスタンドに代わるものとして、水素ステーション等への水素供給を安定して供給できるので、バイオマスの有効利用により省エネルギーと自然環境保護及び経済的に極めて有用である。 The hydrogen supply system according to the present invention raises the combustion efficiency by controlling the temperature of the carbonization furnace, enables the pyrolysis furnace to be sealed, improves the gasification efficiency, and keeps the composition ratio of the generated water gas constant. Since it can be stably supplied to hydrogen purification and compression processes and high-purity hydrogen gas can be obtained from water gas, hydrogen can be used as an alternative to gas stations that supply fuel to automobiles using fossil fuels. Since the hydrogen supply to stations and the like can be stably supplied, it is extremely useful for energy saving, protection of the natural environment and economically by effective use of biomass.

A…水性ガス発生装置
10…乾燥機
13…排ガス冷却洗浄装置
20…炭化炉
20a…間隙
21…本体部
22…円筒部
23…有機廃棄物投入部
24…炭化物排出部
25…1次空気供給部
26…2次空気供給部
27…燃焼ガス排出部
28a、28b、28c…温度センサ(温度検出部)
28d…レベルセンサ(堆積量検出部)
29…炭化炉制御部(制御部)
30…熱分解炉
30d…搬送路
31…本体部
32…反応管
32f…第1傾斜板
32g…第2傾斜板
34…水性ガス出口ノズル
35…燃焼ガス供給部
36…燃焼ガス排出部
40…減温器
41…チャー回収装置
50…サイクロン
55…CO改質塔
60…水性ガス冷却装置
70…水性ガスホルダ
71…水素精製装置
711…入口スナッパー
712…水性ガス圧縮機
715…加圧吸着塔
716…出口スナッパー
717…水素ホルダ
72…水素圧縮装置
712…前段圧縮機
723…後段圧縮機
73…水素ステーション供給ホルダ
80…蒸気発生器
81…蒸気過熱器
82…水供給装置
90…制御装置
A ... Water gas generator 10 ... Dryer 13 ... Exhaust gas cooling and cleaning device 20 ... Carbonization furnace 20a ... Gap 21 ... Main body 22 ... Cylindrical part 23 ... Organic waste input part 24 ... Carbide discharge part 25 ... Primary air supply part 26 ... Secondary air supply unit 27 ... Combustion gas discharge unit 28a, 28b, 28c ... Temperature sensor (temperature detection unit)
28d ... Level sensor (deposit amount detection unit)
29 ... Carbonization furnace control unit (control unit)
30 ... Thermal decomposition furnace 30d ... Transport path 31 ... Main body 32 ... Reaction tube 32f ... First inclined plate 32g ... Second inclined plate 34 ... Water gas outlet nozzle 35 ... Combustion gas supply unit 36 ... Combustion gas discharge unit 40 ... Reduction Heater 41 ... Char recovery device 50 ... Cyclone 55 ... CO reforming tower 60 ... Water gas cooling device 70 ... Water gas holder 71 ... Hydrogen purification device 711 ... Inlet snapper 712 ... Water gas compressor 715 ... Water gas suction tower 716 ... Outlet Snapper 717 ... Hydrogen holder 72 ... Hydrogen compressor 712 ... Front compressor 723 ... Rear compressor 73 ... Hydrogen station supply holder 80 ... Steam generator 81 ... Steam superheater 82 ... Water supply device 90 ... Control device

Claims (10)

バイオマスを炭化する炭化炉と、前記炭化炉で得られた燃焼ガスを熱源とし、前記炭化炉で得られた炭化物および水蒸気により熱分解ガスを発生させる熱分解炉と、前記熱分解ガスを洗浄し得られた水性ガスを水素精製する水素精製装置と、水素圧縮装置を備え、
前記バイオマスから水素ガスを生成し供給し、
前記炭化炉に、空気の供給量により温度制御する手段を備え、温度制御された燃焼ガスを熱分解炉に供給し、
前記炭化炉は、
堆積する前記バイオマスに向けて前記バイオマスを部分燃焼させる1次燃焼用空気を供給する1次空気供給部と、
前記バイオマスを部分燃焼させる1次燃焼領域において生成される燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを燃焼させる2次燃焼用空気を供給する2次空気供給部と、
を有することを特徴とする水素供給システム。
The carbonization furnace that carbonizes biomass, the pyrolysis furnace that uses the combustion gas obtained in the carbonization furnace as a heat source, and the pyrolysis gas is generated by the carbonized substances and steam obtained in the carbonization furnace, and the pyrolysis gas are washed. It is equipped with a hydrogen purification device that purifies the obtained water gas with carbon and a hydrogen compression device.
Hydrogen gas is generated and supplied from the biomass,
The carbonization furnace is provided with a means for controlling the temperature according to the amount of air supplied, and the temperature-controlled combustion gas is supplied to the pyrolysis furnace.
The carbonization furnace
A primary air supply unit that supplies air for primary combustion that partially burns the biomass toward the accumulated biomass, and
A secondary air supply unit that supplies air for secondary combustion that burns flammable gas contained in the combustion gas generated in the primary combustion region where the biomass is partially burned.
A hydrogen supply system characterized by having.
前記1次空気供給部は、外部から導入した空気を送風する第1送風部を有し、
前記2次空気供給部は、外部から導入した空気を送風する第2送風部を有し、
前記第1送風部が送風する空気の送風量を制御し、前記第2送風部が送風する空気の送風量を制御する炭化炉制御部を備えることを特徴とする請求項1記載の水素供給システム。
The primary air supply unit has a first air blower unit that blows air introduced from the outside.
The secondary air supply unit has a second air blower unit that blows air introduced from the outside.
The hydrogen supply system according to claim 1, further comprising a carbonization furnace control unit that controls the amount of air blown by the first blower unit and controls the amount of air blown by the second blower unit. ..
前記炭化炉制御部は、前記1次燃焼領域の温度が所定温度の範囲に収まるように前記第1送風部が送風する空気の送風量を制御することを特徴とする請求項2記載の水素供給システム。 The hydrogen supply according to claim 2, wherein the carbonization furnace control unit controls the amount of air blown by the first blower so that the temperature of the primary combustion region falls within a predetermined temperature range. system. 前記炭化炉制御部は、
検出された前記燃焼ガスの温度が、所定の第1燃焼ガス温度より低いか否か判定し、前記第1燃焼ガス温度よりも低いと判定した場合は、前記第2送風部の送風量が減少するように前記第2送風部が送風する空気の送風量を制御することを特徴とする請求項2又は3記載の水素供給システム。
The carbonization furnace control unit
It is determined whether or not the detected temperature of the combustion gas is lower than the predetermined first combustion gas temperature, and if it is determined that the temperature is lower than the first combustion gas temperature, the amount of air blown by the second blower unit is reduced. The hydrogen supply system according to claim 2 or 3, wherein the second blowing unit controls the amount of air blown so as to be blown.
前記炭化炉制御部は、
検出された前記燃焼ガスの温度が、前記第1燃焼ガス温度より高く設定された所定の第2燃焼ガス温度より低いか否か判定し、前記第2燃焼ガス温度よりも高いと判定した場合は、前記第2送風部の送風量が増加するように前記第2送風部が送風する空気の送風量を制御することを特徴とする請求項4記載の水素供給システム。
The carbonization furnace control unit
When it is determined whether or not the detected temperature of the combustion gas is lower than the predetermined second combustion gas temperature set higher than the first combustion gas temperature, and when it is determined that the temperature is higher than the second combustion gas temperature. The hydrogen supply system according to claim 4, wherein the amount of air blown by the second blower is controlled so that the amount of blown air of the second blower is increased.
前記熱分解炉は、
筒状の本体部と、
前記本体部の内部に前記本体部の上端よりも突出した反応管と、
を有し、
前記本体部の内壁と前記反応管の外周面間を加熱用流路とし、反応管内部を炭化物とガス化剤の反応部とし、得られた水性ガスを用いて前記水素精製装置に供給し、
前記熱分解炉は、前記本体部の上板の下面と接するように設けられるとともに前記反応管の外周面と接触する内周面を有する平面視円環状の部材であって、前記本体部の前記上板から前記加熱用流路内の前記燃焼ガスが外部へ流出することを遮断するグランドパッキンを備えることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1記載の水素供給システム。
The pyrolysis furnace
Cylindrical body and
A reaction tube that protrudes from the upper end of the main body inside the main body,
Have,
The inner wall of the main body and the outer peripheral surface of the reaction tube are used as a heating flow path, the inside of the reaction tube is used as a reaction part between a carbide and a gasifying agent, and the obtained water gas is supplied to the hydrogen purification apparatus.
The pyrolysis furnace is a plan-viewing annular member having an inner peripheral surface that is provided so as to be in contact with the lower surface of the upper plate of the main body and that is in contact with the outer peripheral surface of the reaction tube. The hydrogen supply system according to any one of claims 1 to 5, further comprising a gland packing that blocks the combustion gas in the heating flow path from flowing out from the upper plate to the outside.
前記水素精製装置に、水性ガス圧縮手段と、前記水性ガス圧縮手段により得られた水素ガスから不要物を吸着する加圧吸着手段を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1記載の水素供給システム。 The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the hydrogen purification apparatus includes an aqueous gas compression means and a pressurized adsorption means for adsorbing unnecessary substances from the hydrogen gas obtained by the aqueous gas compression means. Hydrogen supply system. 前記炭化炉の前段に乾燥機を設け、前記炭化炉に投入するバイオマスを事前に乾燥させることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1記載の水素供給システム。 The hydrogen supply system according to any one of claims 1 to 7, wherein a dryer is provided in front of the carbonization furnace to pre-dry the biomass to be charged into the carbonization furnace. 前記熱分解炉の反応管内部に複数の傾斜板を設け、上端側から下端側へ段階的に炭化物を滞留させることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1記載の水素供給システム。 The hydrogen supply system according to any one of claims 1 to 8, wherein a plurality of inclined plates are provided inside the reaction tube of the pyrolysis furnace, and carbides are gradually retained from the upper end side to the lower end side. 前記熱分解炉に、前記熱分解炉にて炭化物とガス化剤との反応後の未反応物を回収する回収手段と、前記回収手段から未反応物を前記熱分解炉の反応管上部へ搬送する搬送手段を備え、
前記未反応物を前記熱分解炉へ再度投入可能とすることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1記載の水素供給システム。
In the pyrolysis furnace, a recovery means for recovering the unreacted product after the reaction between the carbide and the gasifying agent in the pyrolysis furnace and the unreacted product are transported from the recovery means to the upper part of the reaction tube of the pyrolysis furnace. Equipped with a means of transportation
The hydrogen supply system according to any one of claims 1 to 9, wherein the unreacted product can be put into the thermal decomposition furnace again.
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