WO2024009878A1 - 冷却構造及びスクリューフィーダ並びに冷却方法 - Google Patents

冷却構造及びスクリューフィーダ並びに冷却方法 Download PDF

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WO2024009878A1
WO2024009878A1 PCT/JP2023/024145 JP2023024145W WO2024009878A1 WO 2024009878 A1 WO2024009878 A1 WO 2024009878A1 JP 2023024145 W JP2023024145 W JP 2023024145W WO 2024009878 A1 WO2024009878 A1 WO 2024009878A1
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WO
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cooling
outer jacket
temperature
cooling medium
cooling structure
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/024145
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English (en)
French (fr)
Inventor
康弘 山内
克彦 篠田
幸治 西村
皓介 稲田
篤 藤井
Original Assignee
三菱重工業株式会社
三菱パワー株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/20—Apparatus; Plants
    • C10J3/30—Fuel charging devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B40/00—Combustion apparatus with driven means for feeding fuel into the combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K3/00—Feeding or distributing of lump or pulverulent fuel to combustion apparatus
    • F23K3/10—Under-feed arrangements
    • F23K3/14—Under-feed arrangements feeding by screw
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K3/00—Feeding or distributing of lump or pulverulent fuel to combustion apparatus
    • F23K3/16—Over-feed arrangements

Definitions

  • the present disclosure relates to a cooling structure, a screw feeder, and a cooling method.
  • a screw feeder may be used to supply fuel into the furnace (see Patent Document 1).
  • the screw feeder is connected to the gasifier, and its tip faces into the high-temperature furnace, so the screw feeder may be heated to a high temperature by heat conduction or radiation from inside the furnace. Therefore, by providing a cooling structure, the entire screw feeder may be cooled.
  • the distal end portion of the screw feeder tends to become hotter than other portions (for example, the proximal end portion of the screw feeder). For example, when the temperature inside the furnace is around 1000 degrees Celsius, the temperature at the tip of the screw feeder can reach several hundred degrees Celsius, causing thermal stress due to the temperature gradient, which can lead to damage to the screw feeder depending on the situation. There is sex.
  • the gasification gas flowing through the furnace contains water vapor
  • the screw feeder if the screw feeder is excessively cooled, the water vapor that has flowed into the screw feeder from inside the furnace may condense. In this case, the biomass fuel becomes wet due to the condensed water, reducing its fluidity and potentially clogging the screw feeder.
  • the temperature of the screw feeder becomes higher than the softening temperature of lignin contained in biomass fuel (for example, wood-based fuel), and the lignin may soften. In this case, the biomass fuel adheres to the screw feeder due to the softened lignin, which may reduce the fluidity of the biomass fuel and cause the screw feeder to become clogged.
  • the present disclosure has been made in view of the above circumstances, and the first object is to provide a cooling structure, a screw feeder, and a cooling method that can cool the tip of a screw feeder with a cooling medium. do.
  • a second object of the present invention is to provide a cooling structure, a screw feeder, and a cooling method that can maintain a screw feeder at an appropriate temperature.
  • a cooling structure for a screw feeder that supplies biomass fuel into the furnace of a gasifier, in which a space is defined inside and a closed end portion is located inside the furnace. and an outer jacket located in the outer jacket, which is provided in the space of the outer jacket, defines an outgoing path for the cooling medium therein, and defines a return path for the cooling medium between the outer jacket and the cooling medium flowing through the outgoing path.
  • the apparatus further includes an inner jacket formed at a position facing the closed end portion of the outer jacket from which the ejection port is ejected.
  • a screw feeder includes the above cooling structure and a screw, and the outer jacket of the cooling structure is a casing that accommodates the screw.
  • a cooling method is a cooling method using the above-described cooling structure, in which a cooling medium is jetted out from the jetting port to the closed end portion of the outer jacket. make it collide.
  • the tip of the screw feeder can be efficiently cooled with a cooling medium.
  • the screw feeder can be kept at an appropriate temperature.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a screw feeder and a gasifier to which the screw feeder is connected according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view of a screw according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of a cooling structure according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a longitudinal cross-sectional view taken along cutting line V shown in FIG. 3;
  • FIG. 3 is a graph diagram showing the relationship between the flow velocity of a cooling medium flowing in an outgoing path and pressure loss.
  • FIG. 3 is a vertical cross-sectional view showing a divided structure of the outer jacket.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the ratio of the position from the tip to the inner diameter of the outer jacket and thermal stress.
  • FIG. 7 is a longitudinal cross-sectional view of a cooling structure according to modification example 1.
  • FIG. 9 is a longitudinal cross-sectional view taken along cutting line IX shown in FIG. 8.
  • FIG. 7 is a longitudinal cross-sectional view of a cooling structure according to modification example 1.
  • FIG. 11 is a longitudinal cross-sectional view along cutting line XI shown in FIG. 10.
  • the screw feeder 1 is a device that supplies fuel into the gasifier 50.
  • the gasification furnace 50 is a facility that generates synthesis gas G from fuel in a furnace under a high-temperature environment of about 500° C. to 1250° C., for example.
  • the generated synthesis gas G is purified, for example, in a gas purification facility (not shown), and then supplied to a liquefaction facility (not shown) to be synthesized as biojet fuel.
  • biomass fuels containing tar components such as lignin (for example, woody biomass fuels and plant biomass fuels) are used.
  • the screw feeder 1 includes a screw 11 and a cooling structure 20 as a casing that houses the screw 11.
  • the screw 11 is a part that moves fuel supplied from the fuel supply pipe 32 inside the casing.
  • the screw 11 has a rotating shaft 11a and a blade 11b attached to wrap around the rotating shaft 11a, and extends along the direction of the rotating axis X.
  • the rotating shaft 11a is pivotally supported by a bearing 12, and is configured to rotate around a rotation axis X by a motor 31 provided outside the casing. As the rotating shaft 11a rotates, the blades 11b also rotate, whereby the fuel supplied from the fuel supply pipe 32 moves inside the casing and is supplied into the gasifier 50.
  • the cooling structure 20 is a part that functions as a casing that accommodates the screw 11. Further, inside the cooling structure 20, a flow path (outward path 23 and return path 24) through which the cooling medium W flows is defined, and the temperature-adjusted cooling medium W flows through the flow path to feed the screw feeder 1. is designed to maintain an appropriate temperature. As the cooling medium W, water/hot water is exemplified.
  • the cooling structure 20 is connected to a supply line L1 and a discharge line L2 through which a cooling medium W flows.
  • the cooling structure 20 constitutes one circulation path together with the supply line L1 and the discharge line L2.
  • the circulation path is configured to start from the circulation pump 34 (flow rate adjustment section) and return to the circulation pump 34 via the supply line L1 provided with the temperature adjustment section 35, the cooling structure 20, and the discharge line L2. It is a closed path.
  • the temperature adjustment unit 35 is a device that adjusts (heats/cools) the temperature of the cooling medium W that flows through the supply line L1 and is supplied to the cooling structure 20.
  • the temperature adjustment unit 35 includes, for example, a heat exchanger 35a and a heating/cooling device 35b, and the heat exchanger 35a performs heat exchange between the heat/cold generated in the heating/cooling device 35b and the cooling medium W. is configured to take place.
  • the temperature adjustment section 35 may have any configuration as long as it can adjust the temperature of the cooling medium W, and is not limited to the above configuration.
  • the screw feeder 1 has its tip end inserted through the furnace wall of the gasifier 50. Specifically, the tip end portion is inserted into a furnace wall including a refractory material 51 and a gasifier outer wall 52 attached to the outer surface of the refractory material 51.
  • the screw feeder 1 inserted through the furnace wall is attached to the furnace wall via a mounting seat 53 and a heat insulating material 54.
  • the tip of the screw feeder 1 attached to the furnace wall faces into the furnace.
  • the tip of the screw feeder 1 is the tip of the cooling structure 20 as a casing, specifically, the closing portion 21c of the outer jacket 21, which will be described later.
  • the cooling structure 20 of the screw feeder 1 includes an outer jacket 21 and an inner jacket 22.
  • illustration of the screw 11, the mounting seat 53, the heat insulating material 54, and the furnace wall (the refractory material 51 and the gasifier outer wall 52) is omitted for simple explanation.
  • the outer jacket 21 has a cylindrical outer tube 21a and an inner tube 21b whose center axis is the rotation axis X, and a closed portion 21c that connects the tip of the outer tube 21a and the tip of the inner tube 21b. It is said to be a double tube with a bottom.
  • the outer jacket 21 is made of metal such as stainless steel or carbon steel.
  • the screw 11 is housed in a space defined by the inner circumferential surface of the outer jacket 21 (in other words, the inner circumferential surface of the inner tube 21b) (see FIG. 2).
  • a heat insulating material 54 is provided on the outer peripheral surface of the outer jacket 21 (in other words, the outer peripheral surface of the outer tube 21a) (see FIG. 2).
  • An inner jacket 22 is provided in a space defined by the inner circumferential surface of the outer tube 21a, the outer circumferential surface of the inner tube 21b, and the inner surface of the closing portion 21c.
  • the inner jacket 22 is, for example, a tube extending in a direction parallel to the rotation axis X (center axis).
  • a spout 22a is formed at the tip of the tubular inner jacket 22.
  • the spout 22a faces the inner surface of the closing portion 21c at a position spaced apart from the closing portion 21c of the outer jacket 21 by a predetermined distance (for example, equal to or larger than the hole diameter of the spout 22a).
  • the inner jacket 22 is made of metal such as stainless steel or carbon steel.
  • a plurality of inner jackets 22 are provided at equal angular intervals around the rotation axis X (center axis).
  • twelve tubular inner jackets 22 are provided.
  • the inner jacket 22 can have the above-mentioned configuration as long as it can define an outgoing path 23 through which the cooling medium W flows therein and a return path 24 through which the cooling medium W flows between the inner jacket 22 and the outer jacket 21. but not limited to.
  • the inside (inside) of the tubular inner jacket 22 is an outgoing path 23 through which the cooling medium W flows toward the tip side (toward the gasifier 50 side). Furthermore, the space defined by the outer jacket 21 and the inner jacket 22, specifically, the inner circumferential surface of the outer tube 21a, the outer circumferential surface of the inner tube 21b, the inner surface of the closing part 21c, and the outer circumferential surface of the inner jacket 22. The space formed is a return path 24 through which the cooling medium W flows toward the base end side (motor 31 side). At this time, the outgoing path 23 communicates with the incoming path 24 via the jet port 22a formed at the tip of the inner jacket 22.
  • a supply line L1 for the cooling medium W is connected to an upstream portion (not shown) of the outgoing path 23. Thereby, the cooling medium W is supplied to the outgoing path 23 from the supply line L1. Further, a discharge line L2 for the cooling medium W is connected to a downstream portion (not shown) of the return path 24. Thereby, the cooling medium W is discharged from the return path 24 to the discharge line L2.
  • the cooling medium W flows as follows. As shown in FIGS. 1 and 3, the cooling medium W whose pressure has been increased by the circulation pump 34 flows into the outgoing path 23 of the cooling structure 20 through the supply line L1. At this time, the temperature of the cooling medium W is adjusted to an appropriate temperature by the temperature adjustment section 35. A specific temperature management method will be described later.
  • the cooling medium W flowing into the outgoing path 23 from the supply line L1 flows toward the tip side (right side in FIG. 3) and is ejected from the spout 22a formed at the tip of the inner jacket 22.
  • the cooling medium W ejected from the ejection port 22 a collides with the inner surface of the closed portion 21 c of the outer jacket 21 .
  • the closing portion 21c located at the tip of the cooling structure 20 faces the inside of the furnace through which the synthesis gas G flows, and is the portion of the casing (cooling structure 20) that has the highest temperature.
  • the blockage 21c and its vicinity can be cooled (impingement jet cooling). Note that the collision of the jets is not essential, and it is sufficient that the closed portion 21c and its vicinity are cooled by the cooling medium W. However, by using collision jet cooling, the blocking portion 21c and its vicinity can be efficiently cooled.
  • the cooling medium W that has collided with the closing portion 21c changes direction so as to turn back along the inner surface of the closing portion 21c and flows into the return path 24.
  • the coolant W flowing into the return path 24 flows toward the base end (left side in FIG. 3), is discharged from the return path 24 to the discharge line L2, and returns to the circulation pump 34. At this time, while the cooling medium W flows through the return path 24, the main portion of the outer jacket 21 is maintained at a predetermined temperature by the cooling medium W. A specific temperature management method will be described later.
  • the "main portion of the outer jacket 21" is, for example, the proximal portion of the outer jacket 21 excluding the distal portion of the outer jacket 21 including the closing portion 21c facing the inside of the furnace.
  • the "main portion of the outer jacket 21” does not include the outer peripheral surface of the outer jacket 21.
  • the main part of the outer jacket 21 is a portion of the outer jacket 21 that is 0.05 d or more to 0.1 d or more away from the tip of the outer jacket 21, where the inner diameter of the outer jacket 21 is d. In other words, the portion within 0.05 d to 0.1 d from the tip of the outer jacket 21 becomes the portion on the tip side of the outer jacket 21.
  • the length of the main portion of the outer jacket 21 that is subject to temperature control is sufficiently larger (for example, 4 times or more) than the length of the distal end portion of the outer jacket 21 that is not subject to temperature control.
  • the "length dimension” is a dimension along the rotation axis X (center axis).
  • the temperature of the cooling medium W flowing into the outgoing path 23 of the cooling structure 20 is adjusted by a temperature adjustment section 35. Specifically, the temperature of the cooling medium W is adjusted to a temperature such that the metal temperature of the main portion of the outer jacket 21 maintained by the cooling medium W is 80° C. or higher and 100° C. or lower.
  • the cooling structure 20 is provided with a temperature sensor 33 so as to be able to obtain the temperature at a desired location.
  • a temperature sensor 33 is shown in FIG. 1 for convenience, the number of temperature sensors 33 may be plural.
  • the temperature sensor 33 is configured to be able to communicate with the control unit 36.
  • the means of communication may be wired or wireless.
  • the control unit 36 calculates the metal temperature of the main parts of the outer jacket 21 based on the information from the temperature sensor 33. Then, the control unit 36 controls the temperature of the cooling medium W by heating/cooling the cooling medium W using the temperature adjustment unit 35 so that the metal temperature of the main portion of the outer jacket 21 is 80° C. or higher and 100° C. or lower. are doing.
  • the reason why the metal temperature is set to 80° C. or higher is as follows.
  • the water vapor concentration in the synthesis gas G in the gasifier 50 is 40 vol% to 80 vol%.
  • the pressure inside the furnace is approximately atmospheric pressure. From these, the condensation temperature relative to the partial pressure of water vapor is approximately 77°C to 94°C. Therefore, in consideration of these average temperatures, it is preferable to maintain the metal temperature of the main portion of the outer jacket 21 that comes into contact with the syngas G containing water vapor at 80° C. or higher.
  • the reason why the metal temperature is set to 100° C. or less is as follows. Lignin contained in biomass fuel can soften at about 130°C, and the presence of moisture further reduces the softening temperature. For example, the water content contained in wood-based biomass fuel is about 10 wt%. From these results, the softening temperature of lignin is expected to exceed at least 100°C. Therefore, it is preferable to maintain the metal temperature of the main portion of the outer jacket 21 that comes into contact with the biomass fuel at 100° C. or lower.
  • the metal temperature of the tip side portion (not the main portion) of the outer jacket 21 exceeds 100°C and the lignin softens and biomass fuel adheres, the extent of the adhesion will be limited to the outer jacket near the inside of the furnace. Since the attached biomass fuel is limited to the tip side of the screw 21, the attached biomass fuel is easily pushed out into the furnace by the screw 11. Therefore, the main portion of the outer jacket 21 may be the only portion where the metal temperature should be kept below 100°C. Note that, of course, the metal temperature of the tip side portion may be maintained at 100° C. or lower.
  • the flow rate of the cooling medium W flowing inside (inside) the inner jacket 22, that is, through the outgoing path 23, is adjusted, for example, by changing the rotation speed of the circulation pump 34. Note that it may be adjusted by a control valve provided downstream of the circulation pump 34. Specifically, the flow velocity is adjusted to be 1 m/s or more and 4 m/s or less.
  • the cooling structure 20 is provided with a sensor (not shown) for measuring the flow velocity of the cooling medium W flowing through the outgoing path 23.
  • the sensor may be, for example, a current meter that directly measures the flow rate or a flow meter that measures the flow rate of the cooling medium W.
  • the flow velocity can be indirectly measured using the known flow area of the outgoing path 23 and the measured flow rate of the cooling medium W.
  • the sensor is configured to be able to communicate with the control unit 36.
  • the means of communication may be wired or wireless.
  • the control unit 36 calculates the flow velocity of the cooling medium W flowing through the outward path 23 based on information from the sensor.
  • the control unit 36 manages the flow rate of the cooling medium W by the circulation pump 34.
  • the flow velocity is set to 1 m/s or more.
  • the cooling medium can be uniformly flowed to each inner jacket 22 by setting the flow velocity to 1 m/s. If the flow velocity is lower than 1 m/s, there is a risk that the pressure loss will be too small and the cooling medium will not flow evenly to each inner jacket 22. Therefore, it is preferable that the flow velocity of the cooling medium W is set to 1 m/s or more so that an appropriate pressure loss occurs.
  • the reason why the flow velocity is set to 4 m/s or less is as follows.
  • the inner diameter of the inner jacket 22 is 0.002 m to 0.005 m
  • the inventor has found that as shown in FIG. 5, the pressure loss rapidly increases near the flow rate of 4 m/s. Therefore, it is preferable that the flow velocity of the cooling medium W is 4 m/s or less.
  • the outer jacket 21 may have a divided structure.
  • the welded portion 21w may be formed by dividing the outer jacket 21 into a tip side portion 21t and a main body portion 21m, and joining them by butt welding. Thereby, the position of the inner jacket 22 and the main body portion 21m can be adjusted while visually checking, so that a highly accurate cooling structure 20 can be manufactured easily.
  • the main body portion 21m may be divided into an outer tube 21a and an inner tube 21b. As a result, the positions of the outer tube 21a and the inner tube 21b can also be adjusted, so that a return path 24 with high precision can be easily formed.
  • the tip side portion 21t is a portion on the tip side of the outer jacket 21 including the closing portion 21c facing into the furnace.
  • the main body portion 21m is a proximal portion of the outer jacket 21 excluding the distal end portion 21t.
  • the length L of the tip side portion 21t is the distance from the tip of the outer jacket 21 to the welding portion 21w, and is, for example, 30% or more of the inner diameter d of the outer jacket 21. In other words, L ⁇ 0.3 ⁇ d.
  • the reason for setting L ⁇ 0.3 ⁇ d is as follows.
  • the safety factor ⁇ when repeated loads are applied is usually 5 or more, so if the allowable tensile stress (tensile strength) of the outer jacket 21 is ⁇ , then the thermal stress acting on the welded part 21w is ⁇ / It is preferable to keep it within a range of 5 or less.
  • the horizontal axis is the value (expressed as a percentage) obtained by dividing the position from the tip of the outer jacket 21 by the inner diameter d of the outer jacket 21 and the vertical axis is the thermal stress
  • the horizontal axis The inventor has found that the thermal stress falls within the range of ⁇ /5 or less at a position of 30%. Therefore, in order to space the welding portion 21w at least 0.3xd from the tip, it is preferable that L ⁇ 0.3xd.
  • the cooling medium W can be ejected from the ejection port 22a of the inner jacket 22 toward the closed portion 21c of the outer jacket 21. This allows the cooling medium W to intensively cool the tip of the outer jacket 21, which is easily affected by the temperature inside the furnace. In particular, by causing the jet stream of the cooling medium W to collide with the closed portion 21c of the outer jacket 21, the tip of the outer jacket 21 can be cooled more efficiently. By cooling the tip of the outer jacket 21 in this way, it is possible to reduce the temperature difference (temperature gradient) that occurs in the portion on the tip side, and as a result, it is possible to reduce thermal stress.
  • the outer jacket 21 can be maintained at an appropriate temperature by the cooling medium W guided from the outgoing path 23 to the incoming path 24 via the jet port 22a. Thereby, for example, it is possible to suppress condensation of water vapor contained in the synthesis gas G or to suppress softening of lignin contained in the biomass fuel.
  • the circulation pump 34 is controlled to adjust the flow rate of the coolant W so that the flow velocity of the coolant W in the outward path 23 is 1 m/s or more and 4 m/s or less, the pressure loss in the outward path 23 is reduced as much as possible. At the same time, a sufficient amount of the cooling medium W can be uniformly ejected from each ejection port 22a.
  • the temperature adjustment section 35 is controlled based on the information acquired from the temperature sensor 33 to adjust the temperature of the cooling medium W, the temperature of the outer jacket 21 is maintained at a desired temperature by adjusting the temperature of the cooling medium W. be able to.
  • the syngas G flowing from inside the furnace contains It is possible to suppress the condensation of water vapor contained in biomass fuels (for example, wood-based fuels) and the softening of lignin contained in biomass fuels (for example, wood-based fuels). By suppressing condensation of water vapor, it is possible to reduce the possibility that the biomass fuel becomes wet and the screw feeder 1 becomes clogged. Moreover, by suppressing the softening of lignin, it is possible to reduce the possibility that biomass fuel will adhere to lignin and the screw feeder 1 will become clogged.
  • biomass fuels for example, wood-based fuels
  • lignin contained in biomass fuels for example, wood-based fuels
  • the inner jacket 22 can be provided inside the double tube structure.
  • the outer jacket 21 has a distal end side portion 21t including the closing portion 21c and a main body portion 21m other than the distal end side portion 21t, which are divided along the direction of the rotational axis X, the inner jacket 22 and the main body Since the position with respect to the portion 21m can be adjusted while visually checking, it is possible to easily manufacture the cooling structure 20 with high precision.
  • the distal end side portion 21t and the main body portion 21m are joined at a welded portion 21w, and the welded portion 21w is formed at a distance of 30% or more of the inner diameter of the inner tube 21b from the distal end, a large temperature difference ( The welded portion 21w can be formed while avoiding the region on the tip side (region within a distance of less than 30%) where a temperature gradient occurs. Thereby, the welded portion 21w can be formed avoiding areas where large thermal stress occurs. Therefore, the possibility that the welded portion 21w is damaged by thermal stress can be reduced.
  • the inner jacket 22 may have a double-tube structure with a closed end.
  • the cooling medium W can be ejected from the outward path 23 toward the closed part 21c of the outer jacket 21 by providing the jet port 22a in the closed part 22d that connects the outer pipe 22b and the inner pipe 22c.
  • a plurality of jet ports 22a are provided at equal angular intervals around the central axis. In the case of FIG. 9, twelve jet ports 22a are provided.
  • the inner jacket 22 may have a hollow fin-like structure.
  • the inner jackets 22 are formed at equal angular intervals around the central axis. In the case of FIG. 11, twelve fin-shaped inner jackets 22 are provided.
  • the fin-shaped inner jacket 22 protrudes from the outer tube 21a of the outer jacket 21 so as to taper toward the inner tube 21b, and has an outgoing path 23 defined inside (inside). has been done.
  • a spout 22a is formed at the tip of the fin-shaped inner jacket 22.
  • the cooling structure according to the first aspect of the present disclosure is a cooling structure (20) for a screw feeder (1) that supplies biomass fuel into the furnace of a gasifier (50), and defines a space inside.
  • a closed tip (21c) is provided in the outer jacket (21) located inside the furnace and in the space of the outer jacket (21), and defines an outgoing path (23) for the cooling medium (W) inside.
  • a return path (24) for the cooling medium (W) is defined between the outer jacket (21) and the jet port (22a) from which the cooling medium (W) flowing through the outgoing path (23) is jetted out is connected to the outer jacket (21).
  • An inner jacket (22) is formed at a position facing the closed end portion (21c) of the outer jacket (21).
  • the end portion (21c) which defines a space inside and is closed is provided in the space between the outer jacket (21) located inside the furnace and the outer jacket (21).
  • the cooling medium defines an outgoing path (23) for the cooling medium (W) inside and defines an incoming path (24) for the cooling medium (W) between the outer jacket (21) and flows through the outgoing path (23). Since the spout (22a) through which (W) is spouted includes an inner jacket (22) formed at a position facing the closed tip (21c) of the outer jacket (21), the outer jacket The cooling medium (W) can be ejected from the ejection port (22a) of the inner jacket (22) toward the closed tip (21c) of the inner jacket (21).
  • the tip (21c) of the outer jacket (21) which is susceptible to the temperature in the furnace, can be intensively cooled with the cooling medium (W).
  • the tip (21c) of the outer jacket (21) can be cooled more efficiently.
  • the outer jacket (21) can be maintained at an appropriate temperature by the cooling medium (W) guided from the outgoing path (23) to the incoming path (24) via the jet port (22a).
  • the cooling structure includes a flow rate adjustment section (34) that adjusts the flow rate of the cooling medium (W) supplied to the outgoing path (23), and a control section (36).
  • the control unit (36) controls the flow rate adjustment unit (34) so that the flow velocity of the cooling medium (W) in the outgoing path (23) is 1 m/s or more and 4 m/s or less, and performs cooling. Adjust the flow rate of the medium (W).
  • the flow rate adjustment section (34) that adjusts the flow rate of the cooling medium (W) supplied to the outgoing path (23) and the control section (36) are provided, and the control section (36) is provided.
  • the part (36) controls the flow rate adjusting part to adjust the flow rate of the cooling medium (W) so that the flow velocity of the cooling medium (W) in the outward path (23) is 1 m/s or more and 4 m/s or less.
  • a sufficient amount of the cooling medium (W) can be uniformly ejected from each ejection port (22a) while reducing the pressure loss in the outward path (23) as much as possible.
  • the cooling structure includes a temperature adjustment section (35) that adjusts the temperature of the cooling medium (W) supplied to the outgoing path (23), and It includes a temperature sensor (33) that measures the temperature of the jacket (21) and a control section (36), and the control section (36) adjusts the temperature based on the information acquired from the temperature sensor (33). (35) to adjust the temperature of the cooling medium (W).
  • the temperature control section (35) adjusts the temperature of the cooling medium (W) supplied to the outward path (23), and the temperature control section (35) measures the temperature of the outer jacket (21). It includes a sensor (33) and a control section (36), and the control section (36) controls the temperature adjustment section (35) based on the information acquired from the temperature sensor (33) to control the cooling medium (W). Therefore, the temperature of the outer jacket (21) can be maintained at a desired temperature by adjusting the temperature of the cooling medium (W).
  • control unit (36) controls the temperature so that the temperature of the outer jacket (21) is maintained at a temperature of 80°C or more and 100°C or less.
  • the temperature of the cooling medium (W) is adjusted by controlling the adjustment section (35).
  • the control unit (36) controls the temperature adjustment unit (35) so that the temperature of the outer jacket (21) is maintained at a temperature of 80°C or more and 100°C or less.
  • biomass fuel e.g. wood-based
  • the softening of lignin can be suppressed. By suppressing the condensation of water vapor, the possibility that the biomass fuel becomes wet and the screw feeder (1) becomes clogged can be reduced. Moreover, by suppressing the softening of lignin, it is possible to reduce the possibility that biomass fuel will adhere to lignin and clog the screw feeder (1).
  • the outer jacket (21) includes an outer tube (21a) extending along the axis (X) direction and an inner tube (21a) extending along the axis (X) direction.
  • the space has a double pipe structure including a pipe (21b), and the space provided with the inner jacket (22) is defined between the outer pipe (21a) and the inner pipe (21b).
  • the outer jacket (21) has a double tube structure having an outer tube (21a) and an inner tube (21b) extending along the axis (X) direction. Since the space in which the outer jacket (21) is provided is defined between the outer tube (21a) and the inner tube (21b), it is possible to provide the inner jacket (22) inside the double tube structure. can.
  • the outer jacket (21) has a tip side portion including the tip portion (21c) divided along the direction of the axis (X). (21t) and a main body portion (21m) other than the tip side portion (21t).
  • the outer jacket (21) is divided along the direction of the axis (X), and includes a tip side portion (21t) including the tip portion (21c) and a tip side portion. (21t), the position of the inner jacket (22) and the main body (21m) can be adjusted while visually checking, making it easy to create a highly accurate cooling structure 20. can be manufactured.
  • the tip side portion (21t) and the main body portion (21m) are joined at a welded portion (21w), and the welded portion (21w) includes: It is formed at a distance of 30% or more of the inner diameter of the inner tube (21b) from the tip (21c).
  • the tip side portion (21t) and the main body portion (21m) are joined at the welded portion (21w), and the welded portion (21w) is inwardly connected from the tip portion (21c). Since they are formed at a distance of 30% or more of the inner diameter of the tube (21b), the area on the tip (21c) side where a large temperature difference (temperature gradient) occurs (area within a distance of less than 30%) is The welded portion (21w) can be formed by avoiding this. Thereby, the welded portion (21w) can be formed avoiding areas where large thermal stress occurs. Therefore, the possibility that the welded portion (21w) is damaged by thermal stress can be reduced.
  • a screw feeder (1) according to an eighth aspect of the present disclosure includes the cooling structure (20) according to any one of the first to seventh aspects, and a screw (11), and the cooling structure (20)
  • the outer jacket (21) is a casing that accommodates the screw (11).
  • a cooling method according to a ninth aspect of the present disclosure is a cooling method using the cooling structure (20) according to any one of the first to seventh aspects, in which a cooling medium (W ) to make the cooling medium (W) collide with the closed tip (21c) of the outer jacket (21).

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Abstract

スクリューフィーダの先端を冷却媒体で効率的に冷却することができる冷却構造及びスクリューフィーダ並びに冷却方法を提供する。ガス化炉の炉内にバイオマス燃料を供給するスクリューフィーダの冷却構造（２０）であって、内部に空間を画定するとともに閉塞された先端部（２１ｃ）が炉内側に位置する外側ジャケット（２１）と、外側ジャケット（２１）の空間に設けられ、内部に冷却媒体（Ｗ）の往路（２３）を画定するとともに外側ジャケット（２１）との間で冷却媒体（Ｗ）の復路（２４）を画定し、往路（２３）を流通する冷却媒体（Ｗ）が噴出される噴出口（２２ａ）が外側ジャケット（２１）の閉塞された先端部（２１ｃ）と対向する位置に形成された内側ジャケット（２２）と、を備えている。

Description

冷却構造及びスクリューフィーダ並びに冷却方法
　本開示は、冷却構造及びスクリューフィーダ並びに冷却方法に関する。
　例えば、バイオマス燃料を使用するガス化炉において、燃料を炉内に供給する場合、スクリューフィーダを用いることがある（特許文献１参照）。
　スクリューフィーダはガス化炉に接続され、また、その先端は高温の炉内に臨んでいるので、炉内からの熱伝導や輻射によってスクリューフィーダが加熱されて高温になることがある。そのため、冷却構造を備えることで、スクリューフィーダの全体を冷却することがある。
特開２０１６－１９０８８８号公報
　スクリューフィーダの先端側の部分は、他の部分（例えば、スクリューフィーダの基端側の部分）と比べて高温になりやすい。例えば、炉内の温度が１０００℃程度になる場合、スクリューフィーダの先端側の部分は数百℃にもなり、温度勾配に起因した熱応力が生じて、状況によってはスクリューフィーダの破損に至る可能性がある。
　また、炉内を流通するガス化ガスには水蒸気が含まれているが、スクリューフィーダを過度に冷却した場合、炉内からスクリューフィーダに流れ込んだ水蒸気が凝縮する可能性がある。この場合、凝縮した水分によってバイオマス燃料が湿ってしまい流動性が低下して、スクリューフィーダが詰まるおそれがある。
　一方、スクリューフィーダの冷却が不十分な場合、スクリューフィーダがバイオマス燃料（例えば木質系のもの）に含まれているリグニンの軟化温度以上となり、リグニンが軟化する可能性がある。この場合、軟化したリグニンによってバイオマス燃料がスクリューフィーダに付着することでバイオマス燃料の流動性が低下して、スクリューフィーダが詰まるおそれがある。
　本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、第１に、スクリューフィーダの先端を冷却媒体で冷却することができる冷却構造及びスクリューフィーダ並びに冷却方法を提供することを目的とする。
　第２に、スクリューフィーダを適切な温度に保つことができる冷却構造及びスクリューフィーダ並びに冷却方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本開示の冷却構造及びスクリューフィーダ並びに冷却方法は、以下の手段を採用する。
　すなわち、本開示の一態様に係る冷却構造は、ガス化炉の炉内にバイオマス燃料を供給するスクリューフィーダの冷却構造であって、内部に空間を画定するとともに閉塞された先端部が前記炉内側に位置する外側ジャケットと、該外側ジャケットの前記空間に設けられ、内部に冷却媒体の往路を画定するとともに前記外側ジャケットとの間で冷却媒体の復路を画定し、前記往路を流通する冷却媒体が噴出される噴出口が前記外側ジャケットの閉塞された前記先端部と対向する位置に形成された内側ジャケットと、を備えている。
　また、本開示の一態様に係るスクリューフィーダは、上記の冷却構造と、スクリューと、を備え、前記冷却構造の前記外側ジャケットは、前記スクリューを収容するケーシングとされている。
　また、本開示の一態様に係る冷却方法は、上記の冷却構造を用いた冷却方法であって、前記噴出口から冷却媒体を噴出して前記外側ジャケットの閉塞された前記先端部に冷却媒体を衝突させる。
　本開示によれば、第１に、スクリューフィーダの先端を冷却媒体で効率的に冷却することができる。第２に、スクリューフィーダを適切な温度に保つことができる。
本開示の一実施形態に係るスクリューフィーダ及びスクリューフィーダが接続されたガス化炉の概略構成図である。 本開示の一実施形態に係るスクリューの縦断面図である。 本開示の一実施形態に係る冷却構造の縦断面図である。 図３に示す切断線Ｖにおける縦断面図である。 往路を流通する冷却媒体の流速と圧力損失との関係を示したグラフ図である。 外側ジャケットの分割構造を示した縦断面図である。 外側ジャケットの内径に対する先端からの位置の割合と熱応力との関係を示したグラフ図である。 変形例１に係る冷却構造の縦断面図である。 図８に示す切断線ＩＸにおける縦断面図である。 変形例１に係る冷却構造の縦断面図である。 図１０に示す切断線ＸＩにおける縦断面図である。
　以下、本開示の一実施形態に係る冷却構造及びスクリューフィーダ並びに冷却方法について、図面を参照して説明する。
［スクリューフィーダの概要について］
　図１に示すように、スクリューフィーダ１は、ガス化炉５０の内部に燃料を供給する装置である。
　ガス化炉５０は、例えば、５００℃～１２５０℃程度の高温環境下の炉内において、燃料から合成ガスＧを生成する設備である。生成された合成ガスＧは、例えば、ガス精製設備（図示せず）で精製された後、液化設備（図示せず）に供給されてバイオジェット燃料として合成される。
　燃料としては、バイオマス燃料のうちリグニン等のタール成分を含むもの（例えば、木質系バイオマス燃料や草木系バイオマス燃料）が使用される。
　図１及び図２に示すように、スクリューフィーダ１は、スクリュー１１及びスクリュー１１を収容するケーシングとしての冷却構造２０を備えている。
　スクリュー１１は、燃料供給管３２から供給された燃料をケーシングの内部で移動させる部分である。
　スクリュー１１は、回転軸１１ａ及びその回転軸１１ａを巻回するように取り付けられた羽根１１ｂを有しており、回転軸線Ｘの方向に沿って延在している。
　回転軸１１ａは、軸受１２に軸支され、ケーシングの外部に設けられたモータ３１によって回転軸線Ｘの周りに回転するように構成されている。
　回転軸１１ａが回転することで羽根１１ｂも回転して、これによって、燃料供給管３２から供給された燃料がケーシングの内部を移動してガス化炉５０の炉内に供給される。
　冷却構造２０は、前述の通り、スクリュー１１を収容するケーシングとして機能する部分である。
　また、冷却構造２０の内部には、冷却媒体Ｗが流通する流路（往路２３及び復路２４）が画定されており、温度調節された冷却媒体Ｗがその流路を流通することによってスクリューフィーダ１の温度を適切に保つように構成されている。冷却媒体Ｗとしては、水／温水が例示される。
　図１に示すように、冷却構造２０には、冷却媒体Ｗが流通する供給ラインＬ１及び排出ラインＬ２が接続されている。
　冷却構造２０は、供給ラインＬ１及び排出ラインＬ２とともに１つの循環経路を構成している。
　循環経路は、循環ポンプ３４（流量調節部）を起点に、温度調節部３５が設けられた供給ラインＬ１、冷却構造２０及び排出ラインＬ２を経由して循環ポンプ３４に戻るように構成された、閉じられた経路である。
　温度調節部３５は、供給ラインＬ１を流通して冷却構造２０に供給される冷却媒体Ｗの温度を調節（加熱／冷却）する装置である。
　温度調節部３５は、例えば、熱交換器３５ａ及び加熱冷却器３５ｂを有しており、熱交換器３５ａにて加熱冷却器３５ｂで発生した熱／冷熱と冷却媒体Ｗとの間の熱交換が行われるように構成されている。
　なお、温度調節部３５は、冷却媒体Ｗの温度を調節することができる構成であればよく、上記の構成に限定されるものではない。
　スクリューフィーダ１は、図２に示すように、先端側の部分がガス化炉５０の炉壁に挿通されている。具体的には、先端側の部分が、耐火材５１及び耐火材５１の外面に取り付けられたガス化炉外壁５２を有する炉壁に挿通されている。
　炉壁に挿通されたスクリューフィーダ１は、取付け座５３及び保温材５４を介して、炉壁に取り付けられている。
　炉壁に取り付けられたスクリューフィーダ１の先端は、炉内に面している。
　ここで、スクリューフィーダ１の先端は、ケーシングとしての冷却構造２０の先端部、具体的には後述する外側ジャケット２１の閉塞部２１ｃである。
［冷却構造について］
　図３及び図４に示すように、スクリューフィーダ１の冷却構造２０は、外側ジャケット２１及び内側ジャケット２２を備えている。
　なお、図３及び図４では、簡便な説明のために、スクリュー１１、取付け座５３、保温材５４及び炉壁（耐火材５１及びガス化炉外壁５２）の図示を省略している。
　外側ジャケット２１は、回転軸線Ｘを中心軸線とする筒状の外管２１ａ及び内管２１ｂ並びに外管２１ａの先端と内管２１ｂの先端とを接続する閉塞部２１ｃを有した、先端が閉塞された有底の二重管とされている。
　外側ジャケット２１は、例えばステンレス鋼、炭素鋼等の金属製とされている。
　外側ジャケット２１の内周面（言い換えれば、内管２１ｂの内周面）によって画定された空間には、スクリュー１１が収容されている（図２参照）。
　外側ジャケット２１の外周面（言い換えれば、外管２１ａの外周面）には、保温材５４が設けられている（図２参照）。
　外管２１ａの内周面、内管２１ｂの外周面及び閉塞部２１ｃの内面によって画定された空間には、内側ジャケット２２が設けられている。
　内側ジャケット２２は、例えば、回転軸線Ｘ（中心軸線）と平行な方向に沿って延在した管とされている。管状の内側ジャケット２２の先端には、噴出口２２ａが形成されている。
　噴出口２２ａは、外側ジャケット２１の閉塞部２１ｃから所定距離（例えば、噴出口２２ａの穴径以上）だけ離間した位置で閉塞部２１ｃの内面と対向している。
　内側ジャケット２２は、例えばステンレス鋼、炭素鋼等の金属製とされている。
　図４に示すように、内側ジャケット２２は、回転軸線Ｘ（中心軸線）の周りに等角度間隔で複数設けられている。図４の場合、１２本の管状の内側ジャケット２２が設けられている。
　なお、内側ジャケット２２は、内部に冷却媒体Ｗが流通する往路２３を画定するとともに、外側ジャケット２１との間で冷却媒体Ｗが流通する復路２４を画定することができる構成であれば上記の構成に限定されない。
　図３及び図４に示すように、管状の内側ジャケット２２の内側（内部）は、冷却媒体Ｗが先端側（ガス化炉５０側）に向かって流通する往路２３とされている。
　また、外側ジャケット２１と内側ジャケット２２とによって画定された空間、詳細には、外管２１ａの内周面、内管２１ｂの外周面、閉塞部２１ｃの内面及び内側ジャケット２２の外周面によって画定された空間は、冷却媒体Ｗが基端側（モータ３１側）に向かって流通する復路２４とされている。
　このとき、往路２３は、内側ジャケット２２の先端に形成された噴出口２２ａを介して復路２４と連通している。
　往路２３の上流部分（図示せず）には、冷却媒体Ｗの供給ラインＬ１が接続されている。これによって、供給ラインＬ１から往路２３に冷却媒体Ｗが供給されるようになっている。
　また、復路２４の下流部分（図示せず）には、冷却媒体Ｗの排出ラインＬ２が接続されている。これによって、復路２４から排出ラインＬ２に冷却媒体Ｗが排出されるようになっている。
［冷却媒体の流れについて］
　冷却媒体Ｗは、次のように流れる。
　図１及び図３に示すように、循環ポンプ３４によって圧力が高められた冷却媒体Ｗは、供給ラインＬ１を通って冷却構造２０の往路２３に流入する。
　このとき、冷却媒体Ｗの温度は、温度調節部３５によって適切な温度に調節されている。具体的な温度の管理方法については後述する。
　供給ラインＬ１から往路２３に流入した冷却媒体Ｗは、先端側（図３において右側）に向かって流れて、内側ジャケット２２の先端に形成された噴出口２２ａから噴出する。
　噴出口２２ａから噴出した冷却媒体Ｗは、外側ジャケット２１の閉塞部２１ｃの内面に衝突する。
　このとき、冷却構造２０の先端に位置する閉塞部２１ｃは、合成ガスＧが流通する炉内に面しており、ケーシング（冷却構造２０）の中で最も温度が高い部分となる。
　このような閉塞部２１ｃに冷却媒体Ｗの噴流を衝突させることで、閉塞部２１ｃ及びその近傍を冷却することができる（衝突噴流冷却）。
　なお、噴流の衝突は必須ではなく、閉塞部２１ｃ及びその近傍が冷却媒体Ｗによって冷却されていればよい。ただし、衝突噴流冷却とすることで、閉塞部２１ｃ及びその近傍の冷却を効率的に行うことができる。
　閉塞部２１ｃに衝突した冷却媒体Ｗは、閉塞部２１ｃの内面に沿って折り返すように方向を変えて復路２４に流入する。
　復路２４に流入した冷却媒体Ｗは、基端側（図３において左側）に向かって流れて、復路２４から排出ラインＬ２に排出されて、循環ポンプ３４に戻る。
　このとき、冷却媒体Ｗが復路２４を流通する過程で、外側ジャケット２１の主要部分は、冷却媒体Ｗによって所定の温度に保たれる。具体的な温度の管理方法については後述する。
　ここで、「外側ジャケット２１の主要部分」とは、例えば、炉内に面する閉塞部２１ｃを含む外側ジャケット２１の先端側の部分を除いた外側ジャケット２１の基端側の部分である。ただし、「外側ジャケット２１の主要部分」には、外側ジャケット２１の外周面は含まれない。
　具体例としては、外側ジャケット２１の主要部分は、外側ジャケット２１の内径ｄとしたとき、外側ジャケット２１の先端から０．０５ｄ以上～０．１ｄ以上離れた外側ジャケット２１の部分である。言い換えれば、外側ジャケット２１の先端から０．０５ｄ以内～０．１ｄ以内の部分は、外側ジャケット２１の先端側の部分となる。
　なお、温度管理の対象となる外側ジャケット２１の主要部分の長さ寸法は、温度管理の対象とならない外側ジャケット２１の先端側の部分の長さ寸法よりも十分に大きい（例えば４倍以上）。
　ここで、「長さ寸法」とは、回転軸線Ｘ（中心軸線）に沿った寸法である。
［温度の管理について］
　冷却構造２０の往路２３に流入する冷却媒体Ｗの温度は、温度調節部３５によって調節されている。
　具体的には、冷却媒体Ｗの温度は、冷却媒体Ｗによって保たれる外側ジャケット２１の主要部分のメタル温度が８０℃以上１００℃以下となるような温度に調節されている。
　図１に示すように、冷却構造２０には、所望の箇所の温度を取得可能できるように温度センサ３３が設けられている。図１では便宜的に１つの温度センサ３３を示しているが、温度センサ３３の数は複数であってもよい。
　温度センサ３３は、制御部３６と通信可能に構成されている。通信の手段は、有線・無線を問わない。
　制御部３６は、温度センサ３３からの情報に基づいて外側ジャケット２１の主要部分のメタル温度を算出する。そして、制御部３６は、温度調節部３５によって冷却媒体Ｗを加熱／冷却することで、外側ジャケット２１の主要部分のメタル温度が８０℃以上１００℃以下となるように冷却媒体Ｗの温度を管理している。
　メタル温度を８０℃以上とする理由は、次の通りである。
　ガス化炉５０の炉内の合成ガスＧ中の水蒸気濃度は、４０ｖｏｌ％～８０ｖｏｌ％である。また、炉内の圧力は、大気圧程度である。これらより、水蒸気の分圧に対する凝縮温度は、７７℃～９４℃程度となる。
　そのため、これらの平均温度を考慮して、水蒸気を含んでいる合成ガスＧに触れる外側ジャケット２１の主要部分のメタル温度を８０℃以上に保つことが好ましい。
　メタル温度を１００℃以下とする理由は、次の通りである。
　バイオマス燃料に含まれているリグニンは、約１３０℃で軟化することがあり、水分がある場合、軟化温度が更に低下する。例えば、木質系のバイオマス燃料に含まれる水分は、約１０ｗｔ％である。これらより、リグニンの軟化温度は、少なくとも１００℃を超えると予想される。
　そのため、バイオマス燃料に触れる外側ジャケット２１の主要部分のメタル温度を１００℃以下に保つことが好ましい。
　なお、外側ジャケット２１の先端側の部分（主要部分ではない部分）のメタル温度が１００℃を超えることでリグニンが軟化してバイオマス燃料が付着したとしても、付着の範囲は炉内に近い外側ジャケット２１の先端側の部分に限定されるため、付着したバイオマス燃料はスクリュー１１で炉内へ容易に押し出される。
　そのため、メタル温度を１００℃以下に保つべき部分は、外側ジャケット２１の主要部分だけでもよい。なお、当然ながら、先端側の部分のメタル温度を１００℃以下に保っても差し支えない。
［流量の管理について］
　内側ジャケット２２の内側（内部）、すなわち、往路２３を流通する冷却媒体Ｗの流速は、例えば、循環ポンプ３４の回転数を変化させることによって調節されている。なお、循環ポンプ３４の下流に設けた制御弁によって調節してもよい。
　具体的には、流速が１ｍ／ｓ以上４ｍ／ｓ以下となるように調節されている。
　冷却構造２０には、往路２３を流通する冷却媒体Ｗの流速を測定するためのセンサ（図示せず）が設けられている。センサは、例えば、直接的に流速を測定する流速計であってもよいし、冷却媒体Ｗの流量を測定する流量計であってもよい。センサが流量計の場合、既知とされた往路２３の流路面積と測定した冷却媒体Ｗの流量を用いて間接的に流速を測定することができる。
　センサは、制御部３６と通信可能に構成されている。通信の手段は、有線・無線を問わない。
　制御部３６は、センサからの情報に基づいて、往路２３を流通する冷却媒体Ｗの流速を算出する。そして、制御部３６は、循環ポンプ３４によって冷却媒体Ｗの流速を管理している。
　流速を１ｍ／ｓ以上とする理由は、次の通りである。
　例えば内側ジャケット２２の内径が０．００２ｍ～０．００５ｍの場合、流速を１ｍ／ｓにすることで、各内側ジャケット２２に対して均等に冷却媒体を流すことができる。仮に流速が１ｍ／ｓよりも小さい場合、圧力損失が小さくなり過ぎることで各内側ジャケット２２に対して均等に冷却媒体が流れなくなるおそれがある。そのため、適度な圧力損失が発生するように、冷却媒体Ｗの流速を１ｍ／ｓ以上にすることが好ましい。
　流速を４ｍ／ｓ以下とする理由は、次の通りである。
　例えば内側ジャケット２２の内径が０．００２ｍ～０．００５ｍの場合、図５に示すように、流速４ｍ／ｓを超える付近で圧力損失が急増するという知見を発明者は得た。そのため、冷却媒体Ｗの流速を４ｍ／ｓ以下にすることが好ましい。
［外側ジャケットの溶接部について］
　図３及び図６に示すように、外側ジャケット２１を分割構造としてもよい。
　具体的には、外側ジャケット２１を先端側部２１ｔと本体部２１ｍとに分割して、それらを突合せ溶接で接合することで溶接部２１ｗを形成してもよい。
　これによって、内側ジャケット２２と本体部２１ｍとの位置を目視で確認しながら調整できるため、精度の高い冷却構造２０を容易に製造することができる。
　更に、本体部２１ｍを外管２１ａと内管２１ｂとに分割してもよい。これによって、外管２１ａと内管２１ｂとの位置も調整できるため、精度の高い復路２４を容易に形成することができる。
　先端側部２１ｔは、炉内に面する閉塞部２１ｃを含む外側ジャケット２１の先端側の部分である。本体部２１ｍは、先端側部２１ｔを除いた外側ジャケット２１の基端側の部分である。
　先端側部２１ｔの長さ寸法Ｌは、外側ジャケット２１の先端から溶接部２１ｗまでの距離であり、例えば外側ジャケット２１の内径ｄの３０％以上とされている。つまり、Ｌ≧０．３×ｄとされている。
　Ｌ≧０．３×ｄとした理由は、次の通りである。
　繰り返し荷重が作用する場合の安全率αは、通常、５以上とされているので、外側ジャケット２１の許容引張応力（引張強度）をσとすれば、溶接部２１ｗに作用する熱応力をσ／５以下の範囲に収めることが好ましい。
　ここで、図７に示すように、外側ジャケット２１の先端からの位置を外側ジャケット２１の内径ｄで除した値（百分率で表示）を横軸にとり熱応力を縦軸にとった場合、横軸が３０％の位置で熱応力がσ／５以下の範囲に収まるという知見を発明者は得た。
　そのため、溶接部２１ｗの位置を先端から０．３×ｄ以上離間させるために、Ｌ≧０．３×ｄとすることが好ましい。
　本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
　外側ジャケット２１の閉塞部２１ｃに向けて内側ジャケット２２の噴出口２２ａから冷却媒体Ｗを噴出させることができる。
　これによって、炉内の温度の影響を受けやすい外側ジャケット２１の先端を冷却媒体Ｗで集中的に冷却することができる。特に、冷却媒体Ｗの噴流を外側ジャケット２１の閉塞部２１ｃに衝突させることで、外側ジャケット２１の先端をより効率的に冷却することができる。このように、外側ジャケット２１の先端を冷却することで、先端側の部分に発生する温度差（温度勾配）を低減して、結果として、熱応力を低減することができる。
　また、噴出口２２ａを介して往路２３から復路２４に導かれた冷却媒体Ｗによって、外側ジャケット２１を適切な温度に保つことができる。
　これによって、例えば、合成ガスＧに含まれている水蒸気の凝縮を抑制したりバイオマス燃料に含まれているリグニンの軟化を抑制したりすることができる。
　また、往路２３における冷却媒体Ｗの流速が１ｍ／ｓ以上４ｍ／ｓ以下となるように循環ポンプ３４を制御して冷却媒体Ｗの流量調節をした場合、往路２３における圧力損失をできる限り低減しつつ、各噴出口２２ａから十分な量の冷却媒体Ｗを均等に噴出させることができる。
　また、温度センサ３３から取得した情報に基づいて温度調節部３５を制御して冷却媒体Ｗの温度調節をした場合、冷却媒体Ｗを温度調節することで外側ジャケット２１の温度を任意の温度に保つことができる。
　また、外側ジャケット２１の温度が８０℃以上１００℃以下の温度に保たれるように温度調節部３５を制御して冷却媒体Ｗの温度調節をした場合、炉内から流れ込んだ合成ガスＧに含まれている水蒸気の凝縮を抑制するとともにバイオマス燃料（例えば木質系のもの）に含まれているリグニンの軟化を抑制することができる。
　水蒸気の凝縮を抑制することによって、バイオマス燃料が湿ってスクリューフィーダ１が詰まる可能性を低減することができる。また、リグニンの軟化を抑制することによって、リグニンにバイオマス燃料が付着してスクリューフィーダ１が詰まる可能性を低減することができる。
　また、内側ジャケット２２が設けられた空間は、外管２１ａと内管２１ｂとの間で画定されているので、二重管構造の内部に内側ジャケット２２を設けることができる。
　また、外側ジャケット２１は、回転軸線Ｘの方向に沿って分割された、閉塞部２１ｃを含む先端側部２１ｔ及び先端側部２１ｔ以外の本体部２１ｍを有しているので、内側ジャケット２２と本体部２１ｍとの位置を目視で確認しながら調整できるため、精度の高い冷却構造２０を容易に製造することができる。
　また、先端側部２１ｔと本体部２１ｍとが溶接部２１ｗで接合され、溶接部２１ｗが、先端から内管２１ｂの内径の３０％以上の距離を置いて形成されている場合、大きな温度差（温度勾配）が発生する先端側の領域（３０％未満の距離に収まる領域）を避けて溶接部２１ｗを形成することができる。
　これによって、大きな熱応力が発生する領域を避けて溶接部２１ｗを形成することができる。そのため、溶接部２１ｗが熱応力によって損傷する可能性を低減できる。
［変形例１］
　図８及び図９に示すように、内側ジャケット２２を、外側ジャケット２１と同様に、先端が閉塞された二重管構造としてもよい。
　このとき、外管２２ｂ及び内管２２ｃを接続する閉塞部２２ｄに噴出口２２ａを設けておくことで、往路２３から外側ジャケット２１の閉塞部２１ｃに向けて冷却媒体Ｗを噴出することができる。
　図９に示すように、噴出口２２ａは、中心軸線の周りに等角度間隔で複数設けられている。図９の場合、１２個の噴出口２２ａが設けられている。
［変形例２］
　図１０及び図１１に示すように、内側ジャケット２２を中空のフィンのような構造としてもよい。
　図１１に示すように、内側ジャケット２２は、中心軸線の周りに等角度間隔で形成されている。図１１の場合、１２個のフィン状の内側ジャケット２２が設けられている。
　図１０及び図１１に示すように、フィン状の内側ジャケット２２は、外側ジャケット２１の外管２１ａから内管２１ｂに向かって先細るように突出しており、内側（内部）には往路２３が画定されている。
　そして、フィン状の内側ジャケット２２の先端には、噴出口２２ａが形成されている。
　以上の通り説明した本実施形態に係る冷却構造及びスクリューフィーダ並びに冷却方法は、例えば、以下のように把握される。
　すなわち、本開示の第１態様に係る冷却構造は、ガス化炉（５０）の炉内にバイオマス燃料を供給するスクリューフィーダ（１）の冷却構造（２０）であって、内部に空間を画定するとともに閉塞された先端部（２１ｃ）が前記炉内側に位置する外側ジャケット（２１）と、該外側ジャケット（２１）の前記空間に設けられ、内部に冷却媒体（Ｗ）の往路（２３）を画定するとともに前記外側ジャケット（２１）との間で冷却媒体（Ｗ）の復路（２４）を画定し、前記往路（２３）を流通する冷却媒体（Ｗ）が噴出される噴出口（２２ａ）が前記外側ジャケット（２１）の閉塞された前記先端部（２１ｃ）と対向する位置に形成された内側ジャケット（２２）と、を備えている。
　本態様に係る冷却構造（２０）によれば、内部に空間を画定するとともに閉塞された先端部（２１ｃ）が炉内側に位置する外側ジャケット（２１）と、外側ジャケット（２１）の空間に設けられ、内部に冷却媒体（Ｗ）の往路（２３）を画定するとともに外側ジャケット（２１）との間で冷却媒体（Ｗ）の復路（２４）を画定し、往路（２３）を流通する冷却媒体（Ｗ）が噴出される噴出口（２２ａ）が外側ジャケット（２１）の閉塞された先端部（２１ｃ）と対向する位置に形成された内側ジャケット（２２）と、を備えているので、外側ジャケット（２１）の閉塞された先端部（２１ｃ）に向けて内側ジャケット（２２）の噴出口（２２ａ）から冷却媒体（Ｗ）を噴出させることができる。これによって、炉内の温度の影響を受けやすい外側ジャケット（２１）の先端部（２１ｃ）を冷却媒体（Ｗ）で集中的に冷却することができる。特に、冷却媒体（Ｗ）の噴流を外側ジャケット（２１）の先端部（２１ｃ）に衝突させることで、外側ジャケット（２１）の先端部（２１ｃ）をより効率的に冷却することができる。このように、外側ジャケット（２１）の先端部（２１ｃ）を冷却することで、先端側の部分に発生する温度差（温度勾配）を低減して、結果として、熱応力を低減することができる。
　また、噴出口（２２ａ）を介して往路（２３）から復路（２４）に導かれた冷却媒体（Ｗ）によって、外側ジャケット（２１）を適切な温度に保つことができる。これによって、例えば、ガス化ガス（Ｇ）に含まれている水蒸気の凝縮を抑制したりバイオマス燃料に含まれているリグニンの軟化を抑制したりすることができる。
　本開示の第２態様に係る冷却構造は、第１態様において、前記往路（２３）に供給される冷却媒体（Ｗ）の流量調節をする流量調節部（３４）と、制御部（３６）と、を備え、前記制御部（３６）は、前記往路（２３）における冷却媒体（Ｗ）の流速が１ｍ／ｓ以上４ｍ／ｓ以下となるように前記流量調節部（３４）を制御して冷却媒体（Ｗ）の流量調節をする。
　本態様に係る冷却構造（２０）によれば、往路（２３）に供給される冷却媒体（Ｗ）の流量調節をする流量調節部（３４）と、制御部（３６）と、を備え、制御部（３６）は、往路（２３）における冷却媒体（Ｗ）の流速が１ｍ／ｓ以上４ｍ／ｓ以下となるように流量調節部を制御して冷却媒体（Ｗ）の流量調節をするので、往路（２３）における圧力損失をできる限り低減しつつ、各噴出口（２２ａ）から十分な量の冷却媒体（Ｗ）を均等に噴出させることができる。
　本開示の第３態様に係る冷却構造は、第１態様又は第２態様において、前記往路（２３）に供給される冷却媒体（Ｗ）の温度調節をする温度調節部（３５）と、前記外側ジャケット（２１）の温度を測定する温度センサ（３３）と、制御部（３６）と、を備え、前記制御部（３６）は、前記温度センサ（３３）から取得した情報に基づいて前記温度調節部（３５）を制御して冷却媒体（Ｗ）の温度調節をする。
　本態様に係る冷却構造（２０）によれば、往路（２３）に供給される冷却媒体（Ｗ）の温度調節をする温度調節部（３５）と、外側ジャケット（２１）の温度を測定する温度センサ（３３）と、制御部（３６）と、を備え、制御部（３６）は、温度センサ（３３）から取得した情報に基づいて温度調節部（３５）を制御して冷却媒体（Ｗ）の温度調節をするので、冷却媒体（Ｗ）を温度調節することで外側ジャケット（２１）の温度を任意の温度に保つことができる。
　本開示の第４態様に係る冷却構造は、第３態様において、前記制御部（３６）は、前記外側ジャケット（２１）の温度が８０℃以上１００℃以下の温度に保たれるように前記温度調節部（３５）を制御して冷却媒体（Ｗ）の温度調節をする。
　本態様に係る冷却構造（２０）によれば、制御部（３６）は、外側ジャケット（２１）の温度が８０℃以上１００℃以下の温度に保たれるように温度調節部（３５）を制御して冷却媒体（Ｗ）の温度調節をするので、炉内から流れ込んだガス化ガス（Ｇ）に含まれている水蒸気の凝縮を抑制するとともにバイオマス燃料（例えば木質系のもの）に含まれているリグニンの軟化を抑制することができる。水蒸気の凝縮を抑制することによって、バイオマス燃料が湿ってスクリューフィーダ（１）が詰まる可能性を低減することができる。また、リグニンの軟化を抑制することによって、リグニンにバイオマス燃料が付着してスクリューフィーダ（１）が詰まる可能性を低減することができる。
　本開示の第５態様に係る冷却構造は、第１態様から第４態様のいずれかにおいて、前記外側ジャケット（２１）は、軸線（Ｘ）の方向に沿って延びた外管（２１ａ）及び内管（２１ｂ）を有する二重管構造とされ、前記内側ジャケット（２２）が設けられた前記空間は、前記外管（２１ａ）と前記内管（２１ｂ）との間で画定されている。
　本態様に係る冷却構造（２０）によれば、外側ジャケット（２１）は、軸線（Ｘ）の方向に沿って延びた外管（２１ａ）及び内管（２１ｂ）を有する二重管構造とされ、外側ジャケット（２１）が設けられた空間は、外管（２１ａ）と内管（２１ｂ）との間で画定されているので、二重管構造の内部に内側ジャケット（２２）を設けることができる。
　本開示の第６態様に係る冷却構造は、第５態様において、前記外側ジャケット（２１）は、前記軸線（Ｘ）の方向に沿って分割された、前記先端部（２１ｃ）を含む先端側部（２１ｔ）及び該先端側部（２１ｔ）以外の本体部（２１ｍ）を有している。
　本態様に係る冷却構造（２０）によれば、外側ジャケット（２１）は、軸線（Ｘ）の方向に沿って分割された、先端部（２１ｃ）を含む先端側部（２１ｔ）及び先端側部（２１ｔ）以外の本体部（２１ｍ）を有しているので、内側ジャケット（２２）と本体部（２１ｍ）との位置を目視で確認しながら調整できるため、精度の高い冷却構造２０を容易に製造することができる。
　本開示の第７態様に係る冷却構造は、第６態様において、前記先端側部（２１ｔ）と前記本体部（２１ｍ）とは溶接部（２１ｗ）で接合され、前記溶接部（２１ｗ）は、前記先端部（２１ｃ）から前記内管（２１ｂ）の内径の３０％以上の距離を置いて形成されている。
　本態様に係る冷却構造（２０）によれば、先端側部（２１ｔ）と本体部（２１ｍ）とは溶接部（２１ｗ）で接合され、溶接部（２１ｗ）は、先端部（２１ｃ）から内管（２１ｂ）の内径の３０％以上の距離を置いて形成されているので、大きな温度差（温度勾配）が発生する先端部（２１ｃ）側の領域（３０％未満の距離に収まる領域）を避けて溶接部（２１ｗ）を形成することができる。これによって、大きな熱応力が発生する領域を避けて溶接部（２１ｗ）を形成することができる。そのため、溶接部（２１ｗ）が熱応力によって損傷する可能性を低減できる。
　本開示の第８態様に係るスクリューフィーダ（１）は、第１態様から第７態様のいずれかに記載の冷却構造（２０）と、スクリュー（１１）と、を備え、前記冷却構造（２０）の前記外側ジャケット（２１）は、前記スクリュー（１１）を収容するケーシングとされている。
　本開示の第９態様に係る冷却方法は、第１態様から第７態様のいずれかに記載の冷却構造（２０）を用いた冷却方法であって、前記噴出口（２２ａ）から冷却媒体（Ｗ）を噴出して前記外側ジャケット（２１）の閉塞された前記先端部（２１ｃ）に冷却媒体（Ｗ）を衝突させる。
１　　　スクリューフィーダ
１１　　スクリュー
１１ａ　回転軸
１１ｂ　羽根
１２　　軸受
２０　　冷却構造（ケーシング）
２１　　外側ジャケット
２１ａ　外管
２１ｂ　内管
２１ｃ　閉塞部（先端部）
２１ｍ　本体部
２１ｔ　先端側部
２１ｗ　溶接部
２２　　内側ジャケット
２２ａ　噴出口
２２ｂ　外管
２２ｃ　内管
２２ｄ　閉塞部
２３　　往路
２４　　復路
３１　　モータ
３２　　燃料供給管
３３　　温度センサ
３４　　循環ポンプ（流量調節部）
３５　　温度調節部
３５ａ　熱交換器
３５ｂ　加熱冷却器
３６　　制御部
５０　　ガス化炉
５１　　耐火材
５２　　ガス化炉外壁
５３　　取付け座
５４　　保温材
Ｇ　　　合成ガス
Ｌ１　　供給ライン
Ｌ２　　排出ライン
Ｗ　　　冷却媒体
Ｘ　　　回転軸線

Claims (9)

  1. 　ガス化炉の炉内にバイオマス燃料を供給するスクリューフィーダの冷却構造であって、
    　内部に空間を画定するとともに閉塞された先端部が前記炉内側に位置する外側ジャケットと、
    　該外側ジャケットの前記空間に設けられ、内部に冷却媒体の往路を画定するとともに前記外側ジャケットとの間で冷却媒体の復路を画定し、前記往路を流通する冷却媒体が噴出される噴出口が前記外側ジャケットの閉塞された前記先端部と対向する位置に形成された内側ジャケットと、
    を備えている冷却構造。
  2. 　前記往路に供給される冷却媒体の流量調節をする流量調節部と、
    　制御部と、
    を備え、
    　前記制御部は、前記往路における冷却媒体の流速が１ｍ／ｓ以上４ｍ／ｓ以下となるように前記流量調節部を制御して冷却媒体の流量調節をする請求項１に記載の冷却構造。
  3. 　前記往路に供給される冷却媒体の温度調節をする温度調節部と、
    　前記外側ジャケットの温度を測定する温度センサと、
    　制御部と、
    を備え、
    　前記制御部は、前記温度センサから取得した情報に基づいて前記温度調節部を制御して冷却媒体の温度調節をする請求項１に記載の冷却構造。
  4. 　前記制御部は、前記外側ジャケットの温度が８０℃以上１００℃以下の温度に保たれるように前記温度調節部を制御して冷却媒体の温度調節をする請求項３に記載の冷却構造。
  5. 　前記外側ジャケットは、軸線の方向に沿って延びた外管及び内管を有する二重管構造とされ、
    　前記内側ジャケットが設けられた前記空間は、前記外管と前記内管との間で画定されている請求項１に記載の冷却構造。
  6. 　前記外側ジャケットは、前記軸線の方向に沿って分割された、前記先端部を含む先端側部及び該先端側部以外の本体部を有している請求項５に記載の冷却構造。
  7. 　前記先端側部と前記本体部とは溶接部で接合され、
    　前記溶接部は、前記先端部から前記内管の内径の３０％以上の距離を置いて形成されている請求項６に記載の冷却構造。
  8. 　請求項１に記載の冷却構造と、
    　スクリューと、
    を備え、
    　前記冷却構造の前記外側ジャケットは、前記スクリューを収容するケーシングとされているスクリューフィーダ。
  9. 　請求項１に記載の冷却構造を用いた冷却方法であって、
    　前記噴出口から冷却媒体を噴出して前記外側ジャケットの閉塞された前記先端部に冷却媒体を衝突させる冷却方法。
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