JP6973144B2 - バイオガス発電システムの管理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、有機性廃棄物を湿式メタン発酵処理してバイオガスを生成させ、このバイオガスを用いて発電を行うシステムの管理装置に関する。本発明は、特に発電量及びバイオガス浄化剤の交換時期を予測することができるバイオガス発電システムの管理装置に関する。
下水汚泥、生ごみ、食品廃棄物、家畜糞尿などの有機性廃棄物をメタン発酵菌の作用で嫌気性分解する湿式メタン発酵処理は、廃棄物を大幅に減容化すると共に、分解により得られるメタンガスを含むバイオガスを電気又は熱の形でエネルギー回収することができるという優れた利点を有する処理方法である。
下水汚泥及び浄化槽汚泥には、家庭等の排水中に含まれる洗剤成分に由来するシロキサンが含まれている。これに起因して、該汚泥を湿式メタン発酵処理することにより生成したバイオガス中にはシロキサンが約１０〜１００ｍｇ／Ｎｍ３程度含まれている。このシロキサンは、発電用エンジン、ガスタービン等にシリカとして付着し、エンジン等の作動を阻害する。また、バイオガス中には一般に硫化水素が含まれている。そのため、バイオガス発電システムでは、バイオガスを脱硫化水素処理及び脱シロキサン処理した後、発電機に供給するようにしている。
特許文献１には、バイオガスを活性炭吸着塔に通してバイオガス中のシロキサンを吸着除去するシステムにおいて吸着塔出口ガスを吸着検知材と接触させて吸着材の交換時期を決定することが記載されている。
本発明は、バイオガスの浄化剤の交換時期及び発電機のメンテナンス時期を予測することができるバイオガス発電システムの管理装置を提供することを目的とする。
本発明のバイオガス発電システムの管理装置は、湿式メタン発酵槽と、該湿式メタン発酵槽で発生したバイオガスの貯留槽と、該バイオガスを浄化剤によって浄化する浄化器と、該浄化器からのバイオガスによって発電する発電機とを有するバイオガス発電システムを管理する管理装置において、前記湿式メタン発酵槽で生成するバイオガスの生成量を測定する手段と、前記バイオガス生成量及び前記バイオガスの組成に基づいて前記浄化剤の交換時期を予測する手段と、を備えるものである。
本発明の一態様のバイオガス発電システムの管理装置は、前記発電機に供給されるバイオガス量を測定する手段と、前記発電機へのバイオガス供給量及び前記発電機の稼働時間に基づいて、前記発電機のメンテナンス時期を予測する手段と、をさらに備える。
本発明の一態様のバイオガス発電システムの管理装置は、前記発電機の発電量を測定する電力計と、前記発電量に基づく電力の売却価格、前記浄化剤の交換コスト、及び前記発電機のメンテナンスコストに基づいて事業収支を算出する手段と、をさらに備える。
本発明の一態様のバイオガス発電システムの管理装置において、前記浄化剤は、脱硫塔に収容された硫化水素吸着剤又は硫化水素処理剤、及びシロキサン除去塔に収容されたシロキサン除去剤を含む。
本発明のバイオガス発電システムの管理装置にあっては、バイオガスの浄化剤の交換時期及び発電機のメンテナンス時期を予測することができる。
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。図１のバイオガス発電システムでは、有機性廃棄物が湿式メタン発酵槽１に投入され、湿式メタン発酵処理される。生成したバイオガスは、硫化水素吸着用活性炭、ゼオライト等の硫化水素吸着剤及び酸化鉄等の硫化水素処理剤を収容した脱硫塔２に通気され、硫化水素が除去された後、ガス流量計３によってガス流量が計測された後、ガス貯留槽４に貯留される。
ガス貯留槽４内のバイオガスは、シロキサン吸着用活性炭等のシロキサン除去剤を収容したシロキサン除去塔５に通気されてシロキサンが除去された後、ガス流量計６によってガス流量が検知され、発電機７に供給される。この発電機としては、レシプロエンジン式、ガスタービン式など各種のものを用いることができる。発電機７で生じた電力が電力計８で計測された後、売却される。
図２のバイオガス発電システムは、湿式メタン発酵槽１の後段にガス流量計３、ガス貯留槽４、及び脱硫塔２がこの順に設置され、それに後続してシロキサン除去塔５、ガス流量計６、発電機７が設置されていること以外は図１と同様である。図１，２において、ガス流量計３、６で検出されたガス流量、及び電力計８で計測された発電量（売電量）が管理ユニット１０に入力される。
管理ユニット１０のコンピュータは、プログラムを実行することで、ガス流量及び発電機７の累積稼働時間から、発電機７のメンテナンス時期を予測するメンテナンス時期予測手段の機能を実現する。
また、有機性廃棄物の性状がほぼ一定であり、湿式メタン発酵槽１の処理状況も安定している場合には、湿式メタン発酵槽１で生成するバイオガス中の硫化水素濃度及びシロキサン濃度は概ね一定であるため、この濃度データを管理ユニット１０のメモリに入力手段１１を介して入力しておく。このメモリには、さらに、脱硫塔２内の脱硫剤の量及び単位脱硫剤量当りの吸着上限量（飽和吸着量）と、シロキサン除去塔５内の吸着剤量及び単位吸着剤量の吸着上限量（飽和吸着量）とを入力手段１１を介して入力しておく。
管理ユニット１０のコンピュータには、ガス流量計３、６で検出されたバイオガス量、バイオガス中の硫化水素濃度、脱硫剤量及び吸着上限量に基づいて脱硫塔２の破過時期を予測するプログラムが組み込まれて脱硫剤交換時期予測手段が構成されている。また、ガス流量計３、６で検出されたバイオガス量、バイオガス中のシロキサン濃度、吸着剤量及び吸着上限量に基づいてシロキサン除去塔５の破過時期を予測するプログラムが組み込まれてシロキサン吸着剤交換時期予測手段が構成されている。
この脱硫剤又は吸着剤交換時期予測手段では、塔２又は塔５に流入する硫化水素又はシロキサンの量の積算値を予測し、この予測積算値が飽和吸着量の所定割合に達する時期を交換時期として予測する。
上記のように、この実施の形態によると、発電機７に供給されるバイオガス量、及び発電機７の累積稼働時間から発電機７のメンテナンス時期を予測することができる。また、バイオガス量等に基づいて脱硫塔２の脱硫剤の交換時期と、シロキサン除去塔５のシロキサン除去剤の交換時期を予測することができる。
なお、発電機７の実際の発電量が電力計８で求められるから、これに基づいて発電機７への実際のメタン供給量を演算し、これによってバイオガス量を補正し、脱硫剤やシロキサン吸着剤の交換予測時期を補正して高精度化してもよい。
即ち、実際の発電量を単位発電量（メタンガス１Ｎｍ３を燃料として消費した際の発電量）で除算することにより、発電機への実際のメタンガス供給量を演算することができる。また、有機性廃棄物の性状がほぼ一定であり、湿式メタン発酵槽１の処理状況も安定している場合には、湿式メタン発酵槽１で生成するバイオガス中の硫化水素濃度及びシロキサン濃度並びにメタンガス濃度は概ね一定となっているから、メタン：硫化水素比及びメタン：シロキサン比は概ね一定で安定している。そこで、実際の発電量から演算された発電機へのメタンガス供給総量（これは、湿式メタン発酵槽からのメタン生成総量とほぼ等しい。）と上記の各比を乗算することにより、実際のメタンガス発生総量に基づいた硫化水素発生総量及びシロキサン発生総量が演算される。この演算された硫化水素発生総量及びシロキサン発生総量に基づいて吸着剤の交換予測時期を演算することができる。
さらに、この実施の形態では、管理ユニット１０には売電単価と、電力計８からの発電量とから売電価格（総額）を演算するプログラムが組み込まれている。また、脱硫剤、シクロヘキサン除去剤の単価と交換量とに基づいて脱硫コスト及び脱シロキサンコストを演算するプログラムが組み込まれている。また、発電機７のメンテナンスコストが登録されている。さらに、これらの各コストと売電金額とから事業収支を演算するプログラムが組み込まれて事業収支算出手段が構成されている。
また、管理ユニット１０には、年間の運転データ（発電量及び運転経費）を算出し、記憶しておくプログラムが組み込まれている。
上記実施の形態は本発明の一例であり、本発明は上記以外の構成とされてもよい。
１ 湿式メタン発酵槽
２ 脱硫塔
５ シロキサン除去塔
７ 発電機
１０ 管理ユニット
２ 脱硫塔
５ シロキサン除去塔
７ 発電機
１０ 管理ユニット
Claims (4)
- 湿式メタン発酵槽と、該湿式メタン発酵槽で発生したバイオガスの貯留槽と、該バイオガスを浄化剤によって浄化する浄化器と、該浄化器からのバイオガスによって発電する発電機とを有するバイオガス発電システムを管理する管理装置において、
前記湿式メタン発酵槽で生成するバイオガスの生成量を測定する手段と、
前記バイオガス生成量及び前記バイオガスの組成に基づいて前記浄化剤の交換時期を予測する手段と、
を備えることを特徴とするバイオガス発電システムの管理装置。 - 前記発電機に供給されるバイオガス量を測定する手段と、
前記発電機へのバイオガス供給量及び前記発電機の稼働時間に基づいて、前記発電機のメンテナンス時期を予測する手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１のバイオガス発電システムの管理装置。 - 前記発電機の発電量を測定する電力計と、
前記発電量に基づく電力の売却価格、前記浄化剤の交換コスト、及び前記発電機のメンテナンスコストに基づいて事業収支を算出する手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のバイオガス発電システムの管理装置。 - 前記浄化剤は、脱硫塔に収容された硫化水素吸着剤又は硫化水素処理剤、及びシロキサン除去塔に収容されたシロキサン除去剤を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のバイオガス発電システムの管理装置。
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