(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスを破砕する原料破砕機と、破砕したバイオマスを乾燥する乾燥機と、乾燥した前記バイオマスを加熱して炭化する炭化炉と、水蒸気を熱して過熱蒸気を発生する過熱蒸気発生装置と、前記過熱蒸気発生装置より供給される過熱蒸気と前記炭化炉で炭化して得られた炭化物とを前記炭化炉で発生した燃焼排ガスによって加熱して熱分解ガスを発生させる熱分解ガス化装置と、前記熱分解ガスを熱交換し精製した水性ガスを用いて発電して電力を得る発電装置とを備え、
前記乾燥機は、原料のバイオマスを前記炭化炉ないし熱分解ガス化装置から供給される燃焼排ガスによって乾燥し該乾燥したバイオマスを炭化炉に供給する、
前記過熱蒸気発生装置は、水源ボイラーから供給される水蒸気を前記炭化炉ないし熱分解ガス化装置から供給される燃焼排ガスによって熱して発生する過熱蒸気を熱分解ガス化装置に供給する、
前記熱分解熱分解ガス化装置は、筒状の外筒と、外筒内部に設けられる内筒と、内筒の下方に回転自在に配置されるターンテーブルと、ターンテーブルの回転中心部に内筒の周壁と空隙をおいて配設される蓄熱性突起とを備え、
前記内筒と蓄熱性突起との空隙を炭化物のガス化領域として構成し、前記外筒と内筒の空隙には炭化炉で発生した燃焼排ガスが導入され、該燃焼排ガスによって内筒内部並びに前記蓄熱性突起が加熱されると共にその輻射熱と過熱蒸気とによってガス化領域の炭化物が均一に加熱されて得られる組成比が均一な水性ガスによって常時一定の熱量で発電装置を作動し、もって安全で且つ効率よく電力を供給するように構成されることを特徴とするバイオマス発電システム。
【請求項２】
バイオマスを破砕する原料破砕機と、破砕したバイオマスを乾燥する乾燥機と、乾燥した前記バイオマスを加熱して炭化する炭化炉と、水蒸気を熱して過熱蒸気を発生する過熱蒸気発生装置と、前記過熱蒸気発生装置より供給される過熱蒸気と前記炭化炉で炭化して得られた炭化物とを炭化炉で発生した燃焼排ガスによって加熱して熱分解ガスを発生させる熱分解ガス化装置と、前記熱分解ガスを熱交換し精製した水性ガスを用いて発電して電力を得る第１発電装置と、前記熱分解ガス化装置より燃焼排ガスを過熱蒸気発生装置へ供給し熱源に使用し、過熱蒸気発生装置の燃焼排ガスをボイラーへ供給して飽和蒸気を回収しこの回収された飽和蒸気を用いて発電して電力を得る第２発電装置とを備え、
前記熱分解ガス化装置は、筒状の外筒と、外筒内部に設けられる内筒と、内筒の下方に回転自在に配置されるターンテーブルと、ターンテーブルの回転中心部に内筒の周壁と空隙をおいて配設される蓄熱性突起とを備え、
前記内筒と蓄熱性突起との空隙を炭化物のガス化領域として構成し、前記外筒と内筒の空隙には炭化炉で発生した燃焼排ガスが導入され、該燃焼排ガスによって内筒内部並びに前記蓄熱性突起が加熱されると共にその輻射熱と過熱蒸気とによってガス化領域の炭化物が均一に加熱されて得られる組成比が均一な水性ガスによって常時一定の熱量で発電装置を作動し、もって安全で且つ効率よく電力を供給するように構成されることを特徴とするバイオマス発電システム。
【請求項３】
前記乾燥機は、原料のバイオマスを前記炭化炉ないし熱分解ガス化装置から供給される燃焼排ガスによって乾燥し該乾燥したバイオマスを炭化炉に供給することを特徴とする請求項２記載のバイオマス発電システム。
【請求項４】
前記過熱蒸気発生装置は、水源ボイラーから供給される水蒸気を前記炭化炉ないし熱分解ガス化装置から供給される燃焼排ガスによって熱して発生する過熱蒸気を熱分解ガス化装置に供給することを特徴とする請求項２記載のバイオマス発電システム。
【請求項５】
前記蓄熱性突起は鋳物、その他の金属またはセラミックスの中の何れか一種からなることを特徴とする請求項２記載のバイオマス発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマス発電システムに関する。さらに詳細には、バイオマス（廃木材等有機廃棄物）を熱分解・ガス化し、得られた生成ガスを用いてガスエンジン等で効率よく発電するバイオマス発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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温度２００〜６００℃で低酸素状態において、ガス（ＣＯ、Ｈ２、ＣＨ４、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ）、炭化物、炭化水素に分解し、熱分解生成物を酸素又は空気を制限下供給して燃焼し、次に前記炭化物を高温加熱してガス化して水性ガスを生成する。
【０００３】
１９９０年代に入って化石燃料の消費が地球温暖化を引き起こすことが明らかとなったことに加え、２０１１年３月１１日の東日本大震災により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２０％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。
【０００４】
前記の廃木材等バイオマスから炭化物を熱分解して熱分解ガスを発生させる装置としては例えば、特許文献１に記載の外熱式分解ガス化炉がある。特許文献１記載の外熱式分解ガス化炉は水平方向に配置された内筒となるガス化炉本体の外側に水蒸気加熱器の排ガスを通過させる外筒部が覆う二重構造となっており内筒内部に軸方向にスクリューコンベアが設置されている。また、過熱水蒸気を炭化炉に使用する発明として特許文献２に記載のバイオマス系を燃料とする炭の製造装置がある。しかし、特許文献２記載の発明は炭化炉で発生した熱分解ガスを過熱蒸気で無煙無臭処理して排気ガスとして排出するものであり、熱分解ガスの成分比を均一化するという点において本願発明とは技術的思想が全く異なるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３５８３７号公報
【特許文献２】特開２００８−１３７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の固定床炉等では、ガス化炉本体を外側から８００℃以上の高温に加熱しても内筒容積が大きなガス化炉では内部に投入された炭化物を均一に且つ速やかに高温に加熱することは困難であり、加熱温度分布にムラが生じる等不安定要素が高く、発生する熱分解ガスの組成比にブレが生じる可能性がある。内筒内部の炭化物を均一に且つ速やかに高温に加熱して組成比が均一な熱分解ガスが得られる熱分解ガス化技術が要望されていた。そこで、本願発明者は熱分解ガス化炉の内筒内部に蓄熱性突起を設けることによって温度分布をより安定化して生成ガスの成分比のブレがない熱分解ガス化装置の発明について特許を取得した（特許第５３４２６６４）。
【０００７】
一方、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、Ｈ２）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（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）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、前記特許発明に係る熱分解ガス化装置をバイオマス発電システムに適用するに当たって、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方式では、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った。そこで、本願発明者は鋭意研究し、ボイラーで発生した水蒸気に代え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蓄熱性突起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ことを見出し本願発明に到達したものであって、本願発明は前記問題点を解消し安全且つ効率の良いバイオマス発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の課題を解決するために、本発明は、バイオマスを破砕する原料破砕機と、破砕したバイオマスを乾燥する乾燥機と、乾燥した前記バイオマスを加熱して炭化する炭化炉と、水蒸気を熱して過熱蒸気を発生する過熱蒸気発生装置と、前記過熱蒸気発生装置より供給される過熱蒸気と前記炭化炉で炭化して得られた炭化物とを前記炭化炉で発生した燃焼排ガスによって加熱して熱分解ガスを発生させる熱分解ガス化装置と、前記熱分解ガスを熱交換し精製した水性ガスを用いて発電して電力を得る発電装置とを備え、
前記乾燥機は、原料のバイオマスを前記炭化炉ないし熱分解ガス化装置から供給される燃焼排ガスによって乾燥し該乾燥したバイオマスを炭化炉に供給する、
前記過熱蒸気発生装置は、水源ボイラーから供給される水蒸気を前記炭化炉ないし熱分解ガス化装置から供給される燃焼排ガスによって熱して発生する過熱蒸気を熱分解ガス化装置に供給する、
前記熱分解熱分解ガス化装置は、筒状の外筒と、外筒内部に設けられる内筒と、内筒の下方に回転自在に配置されるターンテーブルと、ターンテーブルの回転中心部に内筒の周壁と空隙をおいて配設される蓄熱性突起とを備え、
前記内筒と蓄熱性突起との空隙を炭化物のガス化領域として構成し、前記外筒と内筒の空隙には炭化炉で発生した燃焼排ガスが導入され、該燃焼排ガスによって内筒内部並びに前記蓄熱性突起が加熱されると共にその輻射熱と過熱蒸気とによってガス化領域の炭化物が均一に加熱されて得られる組成比が均一な水性ガスによって常時一定の熱量で発電装置を作動し、もって安全で且つ効率よく電力を供給するように構成されることを特徴とするバイオマス発電システムとする。
【０００９】
前記の課題を解決するために、本発明は、バイオマスを破砕する原料破砕機と、破砕したバイオマスを乾燥する乾燥機と、乾燥した前記バイオマスを加熱して炭化する炭化炉と、水蒸気を熱して過熱蒸気を発生する過熱蒸気発生装置と、前記過熱蒸気発生装置より供給される過熱蒸気と前記炭化炉で炭化して得られた炭化物とを炭化炉で発生した燃焼排ガスによって加熱して熱分解ガスを発生させる熱分解ガス化装置と、前記熱分解ガスを熱交換し精製した水性ガスを用いて発電して電力を得る第１発電装置と、前記熱分解ガス化装置より燃焼排ガスを過熱蒸気発生装置へ供給し熱源に使用し、過熱蒸気発生装置の燃焼排ガスをボイラーへ供給して飽和蒸気を回収しこの回収された飽和蒸気を用いて発電して電力を得る第２発電装置とを備え、
前記熱分解ガス化装置は、筒状の外筒と、外筒内部に設けられる内筒と、内筒の下方に回転自在に配置されるターンテーブルと、ターンテーブルの回転中心部に内筒の周壁と空隙をおいて配設される蓄熱性突起とを備え、
前記内筒と蓄熱性突起との空隙を炭化物のガス化領域として構成し、前記外筒と内筒の空隙には炭化炉で発生した燃焼排ガスが導入され、該燃焼排ガスによって内筒内部並びに前記蓄熱性突起が加熱されると共にその輻射熱と過熱蒸気とによってガス化領域の炭化物が均一に加熱されて得られる組成比が均一な水性ガスによって常時一定の熱量で発電装置を作動し、もって安全で且つ効率よく電力を供給するように構成されることを特徴とするバイオマス発電システムとする。
【００１０】
また、前記の課題を解決するために、本発明は、前記乾燥機は、原料のバイオマスを前記炭化炉ないし熱分解ガス化装置から供給される燃焼排ガスによって乾燥し該乾燥したバイオマスを炭化炉に供給することを特徴とする前記のバイオマス発電システムとすることが好ましい。
【００１１】
また、前記の課題を解決するために、本発明は、前記過熱蒸気発生装置は、水源ボイラーから供給される水蒸気を前記炭化炉ないし熱分解ガス化装置から供給される燃焼排ガスによって熱して発生する過熱蒸気を熱分解ガス化装置に供給することを特徴とする前記のバイオマス発電システムとすることが好ましい。
【００１２】
また、前記の課題を解決するために、本発明は、前記蓄熱性突起は鋳物、その他の金属またはセラミックスの中の何れか一種からなることを特徴とする前記のバイオマス発電システムとすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本願発明に係るバイオマス発電システムは、前記のように熱分解ガス化炉の内筒内部に蓄熱性突起を設けた熱分解ガス化装置において過熱蒸気発生装置で発生する過熱蒸気を用いるこ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、熱分解ガス化効率を高め、発生する水性ガスの組成比を一定に保つことにより且つ窒素、硫黄及びタールなどの不純物は炭化炉と熱分解ガス化装置で除去されるので高い発電効率が得られ、もって安全で効率の良い電力を供給できる。また、従来の熱分解ガス化装置においては、領域内の温度分布が安定化せずに変動することから、熱電対などの温度検出手段を用いて炉内の温度を検出しこれをコンピューターを用いてフィードバックして温度制御していた。本願発明ではこのような煩雑な温度制御手段を用いることなく温度分布を安定化させることが可能となった。
【００１４】
通常の飽和水蒸気は容易に凝縮し易く、潜熱（蒸発のエンタルピー）を放出するが、過熱蒸気は飽和水蒸気と異なり、そのエンタルピーの一部が減少するだけで飽和温度に低下するまでは全く凝縮することはない。従って、前記熱分解ガス化装置のガス化領域においては蓄熱性突起の輻射熱を受けて過熱蒸気は飽和温度に低下することなく凝縮せず過熱蒸気の温度を維持することとなり領域内の温度分布をより安定化させると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施の形態に係るバイオマス発電システムのブロック図である。
【図２】第１実施の形態に係るバイオマス発電システムの概略図である。
【図３】第２実施の形態に係るバイオマス発電システムのブロック図である。
【図４】（ａ）は熱分解ガス化炉の内外筒部を示す部分断面平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線部分断面側面図を含む熱分解ガス化装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明を実施するための形態（以下「実施の形態」と称する）について、以下に図面を参照しつつ詳細に説明する。しかし、本発明は、かかる実施の形態に限定されるものではない。図１及び図２には、第１実施の形態に係るバイオマス発電システムが示されており、図３には、第２実施の形態に係るバイオマス発電システムが示されており、図４には本実施の形態に用いられる熱分解ガス化装置が示されている。
【００１７】
図１及び図２に示すように、本発明の第１実施の形態に係るバイオマス発電システム５は、原料であるバイオマス（廃木材等有機廃棄物）をチップ状に破砕する原料破砕機３０と、破砕したバイオマスを乾燥する乾燥機３１と、乾燥した前記バイオマスを熱して炭化する炭化炉３と、水源４８より炭化炉を介して供給される蒸気を炭化炉の燃焼排ガスによって加熱してより高温の過熱蒸気を発生する過熱蒸気発生装置４と、前記炭化炉３より磁選機４１及びクリンカーネット４２によって異物を除去し供給される炭化物と前記過熱蒸気とを炭化炉で発生した燃焼排ガスによって加熱して熱分解ガスを発生させる熱分解ガス化装置１と、前記熱分解ガスを熱交換し洗浄するガス冷却洗浄塔３２と、前記熱交換洗浄された水性ガス中のミストを分離精製するミスト分離器３３と、前記ミストを活性炭に吸着させる活性炭吸着器３４と、前記精製した水性ガスを火種からの逆火を回避する目的で貯蔵タンクに繋がる配管に気液分離機能を有する水封ドラムを装備した逆火防止機４３を介して改質ガスレシーバ３５と連結し更にガスエンジンやガスタービンエンジン等に供給作動させて電力を得る発電装置３６と、発電装置で消費されない余剰ガスを無害化するため焼却するフレアアタック４４と、回収した水性ガスを蓄える補助燃料タンク４０と、前記熱分解ガス化装置１からの排ガスを前記乾燥機３１に供給する排ガス供給ラインＬ１と、前記乾燥機３１からの排ガスと前記熱分解ガス化装置１からの排ガスの一部を熱交換機３７とバグ集塵機３８を介して排気塔３９から大気へ排出する排ガス排出ラインＬ２とを備えている。
【００１８】
特許文献１又は２記載の方式においては、本発明の実施の形態に係るバイオマス発電システムにおける、炭化炉３で発生した燃焼排ガスを熱分解ガス化装置１での炭化物と過熱蒸気との熱分解反応を促進するための熱源として熱分解ガス化装置１に供給するものではない。それゆえ、従来、炭化炉３で発生した燃焼排ガスを熱源とするバイオマス発電システム全体の熱効率は必ずしも充分に高いものとは言えなかった。
【００１９】
本発明の実施の形態における熱分解ガス化装置１での炭化物と過熱蒸気との熱分解反応は、後述するとおり吸熱反応であり、収率良く熱分解ガスを得るためには、熱分解ガス化装置１内の熱分解反応の場を高い温度に過熱保持する必要がある。さらに、熱分解ガス化装置１内で熱分解反応（吸熱反応）により過熱蒸気の温度が低下して水蒸気が凝縮することがないように炭化炉３から供給された蒸気を過熱蒸気発生装置４で適切な温度まで上昇させた過熱蒸気を熱分解ガス化装置１に供給する必要がある。また、原料破砕機３０で破砕されたバイオマスに含まれる水分が高いままであれば、炭化炉３での炭化の効率が低下してしまうため、乾燥機３１で、当該バイオマスに含まれる水分を蒸発し乾燥させる必要がある。
【００２０】
また、乾燥機３１で当該バイオマスを乾燥させるのに必要な温度ないし熱エネルギーよりも、熱分解ガス化装置１内の熱分解反応の場の過熱に必要な温度ないし熱エネルギーの方が高いことから、本発明の実施の形態に係るバイオマス発電システム５全体の熱効率を向上させるために、炭化炉３で発生した燃焼排ガスを、過熱蒸気発生装置４を介して、炭化物と過熱蒸気との熱分解反応による熱分解ガスの発生を促進するための熱源として、熱分解ガス化装置１に供給する。そして、熱分解ガス化装置１で熱分解ガスの発生を促進させるための熱源として用いられた燃焼排ガスを、その後、原料破砕機３０で破砕されたバイオマスを乾燥させる熱源として乾燥機３１に供給する。乾燥機３１に供給される燃焼排ガスは、バイオマスを乾燥させるのに十分な温度となり、バイオマス発電システム５全体の熱効率を向上させることとなる。
【００２１】
また、図３に示すように、本発明の第２実施の形態に係るバイオマス発電システム６においては、原料バイオマスの破砕機３０、乾燥機３１、炭化炉３、熱分解ガス化装置１、
熱交換機３８、洗浄塔３２、ガスホルダー３５、ガスエンジン発電機３６ａへ水性ガスを供給して発電する電力供給Ａに至る系列は前記第１実施の形態のバイオマス発電システム５とほぼ同様である。前記第２実施の形態が前記第１実施の形態と異なるのは、炭化炉３で発生した燃焼排ガスが熱分解ガス化装置１、過熱蒸気発生装置４、ボイラー７の順に供給されて各装置の熱源となり、ボイラー７にて飽和蒸気を回収しスチームタービン発電機３６ｂへ供給して発電し電力供給Ｂへ送電するとともにボイラー７にて回収した蒸気の一部が過熱蒸気発生装置４へ供給されて過熱蒸気を発生し熱分解ガス化装置１へ供給される点にある。このように本来の熱分解ガスによるガスエンジン発電機３６ａへ供給して発電する電力供給Ａと前記ボイラー７から回収した飽和蒸気によるスチームタービン発電機３６ｂへ供給して発電する電力供給Ｂとの複合サイクル発電、所謂ハイブリッド発電とする点において熱効率に優れている。また、前記電力供給Ｂ系列のプロセスボイラー７で発生した飽和蒸気がスチームタービン発電機３６ｂへ供給され、スチームタービン発電機３６ｂで使用した蒸気は復水器４５にて軟水タンク４６に戻りポンプ４７によってプロセスボイラー７へ供給する循環ラインＬ３を形成することにより外部へ排出する排水をなるべく少なくして水の使用効率を高める点において優れている。
【００２２】
本発明の実施の形態に係るバイオマス発電システム６は、炭化炉３で発生した燃焼排ガスを熱分解ガス化装置１に供給して、該熱分解ガス化装置１で炭化物と過熱蒸気との熱分解反応を促進するための熱源として利用することにより、バイオマス発電システム６全体の熱効率を向上させる点において特徴を有する。ボイラー７で水蒸気を生成するのに必要な温度ないし熱エネルギーよりも、ボイラー７で生成された水蒸気を過熱蒸気発生装置４で過熱するのに必要な温度ないし熱エネルギーの方が高いことから、本発明の実施の形態では、バイオマス発電システム６全体の熱効率を向上させるために、炭化炉３で発生した燃焼排ガスを熱分解ガス化装置１、過熱蒸気発生装置４、ボイラー７の順に供給し各装置の熱源となるため、バイオマス発電システム６全体の熱効率を向上させることができる。
【００２３】
図４には、本実施の形態に用いられる熱分解ガス化装置１が示されている。図４に示すように、本発明の実施の形態において、２は熱分解ガス化炉であり、外筒１１及び内筒１２の何れも円筒形であり、互いに同心状に外筒１１と内筒１２を空隙２３をあけて立設し、外筒１１の上下端部は内筒１２と密着させ、下方の開口部である燃焼ガス導入口１５から空隙２３に炭化炉で発生した燃焼排ガスを導入し上方の開口部である燃焼ガス排出口１６から排出されるように構成される。内筒の上端部は熱分解ガス排出路１７に連結され、内筒の下端部は開口されておりターンテーブル１３が内筒の下端部と間隙を保持して配設されている。ターンテーブルは円錐形をなし、その頂上部に円柱形の蓄熱性突起１４が立設されており、蓄熱性突起が内筒周壁と略等間隔に空隙があくように内筒内部に配設されている。前記ターンテーブルは、中央部から下方に伸びる回転軸に支持されており連結されるモーターＭによって所定の速度で回転するように構成される。
【００２４】
内筒１２の中間部乃至下端寄りには炭化物を供給する炭化物供給手段１８が外筒を貫通して内筒の開口部１９に連結されている。炭化物供給手段１８としては特に限定するものではないが例えばスクリューコンベア等が好ましい。前記蓄熱性突起１４が設けられている内筒周壁にはガス化剤である過熱蒸気を噴出する開口部２１が穿設されていて、ガス化剤供給手段２０によって過熱蒸気を噴出するように構成される。
【００２５】
前記蓄熱性突起１４の材料は、蓄熱性を有しガス化温度に耐えられる耐熱性を有する限りにおいて特に限定されるものではないが、鋳物、その他の金属またはセラミックが好ましく、中でも鋳物が特に好ましい。内筒と外筒の空隙部を通過する燃焼排ガスの温度（９００〜１０００℃）によって内筒内部温度が８００〜９００℃、好ましくは７５０〜８００℃前後になるように予め調整しておく。蓄熱性突起の材料は少なくとも１０００℃以上の耐熱性を有することが好ましい。鋳物は炭素の含有率が２％以上の鋳鉄からなり砂型や金型に溶けた鋳鉄を流し込んで成型するもので、鋳鉄としては、硬いねずみ鋳鉄と呼ばれる片状黒鉛鋳鉄（ＦＣ）、引張強度の大きい球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ）、片状黒鉛鋳鉄と球状黒鉛鋳鉄の中間のＣＶ鋳鉄等の何れでもよいが比較的比熱が大きく融点が高いねずみ鋳鉄が好ましい。
【００２６】
【表１】
0005917735.tif 000002
【００２７】
表１にねずみ鋳鉄やその他の金属及びセラミックスの熱的性質を示す。鋳物以外に表１に示す耐熱性を有する金属及びセラミックス等も使用可能である。アルミニウムは比熱が大きくも融点が低いので単独使用は困難であるが合金として用いてもよい。前記内筒１２と蓄熱性突起１４との空隙２２を炭化物のガス化領域として構成し、前記外筒と内筒の空隙２３には炭化炉で発生した燃焼排ガスが導入され、該燃焼排ガスによって内筒内部並びに前記蓄熱性突起が加熱されると共にその輻射熱によってガス化領域にある炭化物が加熱されることよって温度分布がより安定化するように構成される。また、ターンテーブルの中心部に予め軸を設けてこの軸に大きさや材質の異なる蓄熱性突起を交換可能に装着できるように構成することが好ましい。蓄熱性突起の形状は特に限定するものではないが、例えば頭部を封じた円筒状又は円柱状が好ましい。
【００２８】
前述したとおり、前記内筒１２と蓄熱性突起１４との空隙２２を炭化物のガス化領域として、このガス化領域にある炭化物にガス化剤である過熱蒸気を吹きかけると共に内筒１２と蓄熱性突起１４から発する輻射熱によって熱してガス化する。その際、炭化物を速やかに熱するにはガス化領域はなるべく狭くした方が好ましい。しかし、狭すぎると生産効率が低下することから、特に限定するものではないが内筒周壁と蓄熱性突起までの距離は２０〜１００ｍｍ、蓄熱性突起の高さは２００〜１０００ｍｍの範囲で炭化物が加熱される時間とガス化領域を通過する速度つまりターンテーブル１３と内筒の間隙部及び炭化物の大きさ等を勘案して適宜調整することが好ましい。
【００２９】
本実施の形態に用いられる炭化炉３は、特に限定されるものではないが、例えば、特許第４２２６０６６号に記載される自己燃焼式炭化炉を用いてもよい。前記炭化炉は略円筒形の本体と本体に収納された円筒体により構成され、円筒体は内壁と外壁の二重構造からなり、その間に形成された予備加熱室により効率よく空気を加熱できる為に雰囲気温度を低下させることなく効率よく炭化が行える。
【００３０】
炭化炉３は、バイオマスの有機廃棄物を温度２００〜６００℃で低酸素状態において、ガス（ＣＯ、Ｈ２、ＣＨ４、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ）、炭化物、炭化水素に分解し、炭化物と炭化水素ガスとに分離し、炭化水素ガスは燃焼室で二次燃焼して９００〜１０００℃の燃焼排ガスを生成し、熱分解ガス化炉２の下端部の燃焼ガス導入口１５を経て燃焼ガス領域に供給される。
【００３１】
炭化物供給手段１８は、炭化炉３から供給された炭化物を熱分解ガス化炉２の内筒１２内部に供給する。内筒１２内部に供給された炭化物は落下してガス化領域２２に達すると内筒周面に設けられた複数のガス化剤供給口２１から噴出した過熱蒸気と接触混合される。図示しないガス化剤供給手段によって過熱蒸気の噴射量が調整可能であり反応を制御して熱分解ガスの成分組成比を調整可能である。このガス化領域２２において過熱蒸気と接触混合された炭化物は内筒壁と蓄熱性突起の両面から輻射熱を受け、蓄熱性突起１４がターンテーブル１３の回転（例えば５〜１０ｒｐｍ）に伴って回転しつつ徐々に下方に移動する。ガス化された炭化物の残渣はターンテーブル１３と内筒の間隙部２４を通過して排出口２５から外部に排出される。
【００３２】
前記ガス化領域２２では吸熱反応である水性ガス化反応（Ｃ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ２−２８．３６kcal/mol）及び発熱反応である水性ガスシフト反応（ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２＋９．８５kcal/mol）が連続して進行する。その結果、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）の成分からなる熱分解ガスが発生する。一般的に、低温（７５０〜８００℃）では発熱反応である水性ガスシフト反応が促進され、高カロリーの一酸化炭素が消費されて低カロリーの水素が生成されるので単位体積当たりの発熱量が小さい水素リッチな熱分解ガスが生成し高温（９００〜９５０℃）では一酸化炭素リッチな熱分解ガスが生成する。また、ガス化剤の過熱蒸気の供給量が多いほど熱分解ガス中のＨ２／ＣＯ比が高くなる。
【００３３】
次に、熱分解ガス化装置１に過熱蒸気を供給する過熱蒸気発生装置４について説明する。本実施の形態に用いる過熱蒸気発生装置４は特に限定されるものではないが、加熱器管と呼ばれる長い管と管寄せからなり、内側にボイラー等により発生する乾き飽和蒸気が流れ外側から燃焼排ガスでさらに熱して、飽和蒸気の圧力に相当するより高い温度の過熱蒸気を発生させる構成からなっている。
【実施例】
【００３４】
実施例について説明する。前記第１実施の形態に係るバイオマス発電システム５のパイロットプラントを作成した。熱分解ガス化装置１の外筒は、外形がφ４６０ｍｍ、高さ１３８０ｍｍ、肉厚が５０ｍｍの耐火材で形成し、内筒は、外形がφ１５０ｍｍ、厚み８ｍｍの耐熱性ニッケルクロム鋼板で形成した。更に、蓄熱性突起は、外形がφ８４ｍｍで、高さが２３０ｍｍの鋳物で形成し、蓄熱性突起から内筒までの空隙であるガス化領域の幅は片側で２５ｍｍに調整した。炭化炉は前記自己燃焼式炭化炉を用いた。原料の炭化物はガス化領域の幅２５ｍｍを通過するサイズの塊状炭を用いた。
【００３５】
前記のバイオマス発電システムパイロットプラントにおいて、木質チップの有機廃棄物を前記自己燃焼式炭化炉を用いて炭化し、前記の過熱蒸気発生装置４からの過熱蒸気（温度約約８００℃）を熱分解ガス化炉に供給し、ガス化領域の温度が７５０〜８００℃になるように調整して、継続運転した結果、得られたガス化成分の組成比は、水素（Ｈ２）が６０％、一酸化炭素（ＣＯ）が２０％及び二酸化炭素（ＣＯ２）が２０％であり、この成分比のブレが全く見られないことが確認された。また、このパイロットプラントの発電量は、時間当たり１，０００ｋｇ（含水量１５％の木質チップ）の原料で５００ｋｗｈ〜１，０００ｋｗｈを発電することが確認された。
【００３６】
次に、前記第２実施の形態に係るバイオマス発電システム６について、具体的に説明する。二軸破砕機３０にて平均５ｍｍ（角）×２５ｍｍ（長）に破砕したバイオマス原料を炭化炉３へ供給し原料（木屑等）の１５ｗｔ％を炭化物として回収する。一方、タール分を含む不完全燃焼ガスは燃焼排ガスとして約１，０７０℃にて熱分解ガス化装置１へ供給される。回収された炭化物は空気を除去後熱分解ガス化装置１へ供給され、同時に供給される約８００℃の過熱蒸気とともに前記燃焼排ガスを熱源とする蓄熱性突起の輻射熱によって加熱されて水性ガス反応を起こす。発生した水性ガスは熱交換器３８にて約８００℃から２５０℃に冷却され水性ガスと残渣に分離され洗浄塔３２を経て残渣は系外へ処分される。空気が系内にリークしない構造になっており、熱分解ガス化装置の反応率は供給炭化物に対して約６０％である。水性ガスは洗浄塔３２で処理後ルーツブロワーにてガスホルダー３５へ供給されホールドしながら発電機３６ａにて発電し電力供給Ａへ送電する。発電機へ供給される水性ガスの組成比は、水素（Ｈ２）が６０％、一酸化炭素（ＣＯ）が２０％及び二酸化炭素（ＣＯ２）が２０％であり、この成分比のブレが全く見られないことは前記第１実施の形態と同様である。
【００３７】
炭化炉３の燃焼排ガス（約１，０７０℃）は熱分解ガス化装置１に供給し、熱分解ガス化装置１の燃焼排ガス（約９５１℃）は過熱蒸気発生装置４に供給し熱源として使用し、過熱蒸気発生装置４の燃焼排ガス（約８９６℃）はプロセスボイラー７に供給して０．８ＭＰａＧの飽和蒸気を回収し、スチームタービン発電機３６ｂへ供給して発電する。プロセスボイラー７で回収した蒸気の一部は過熱蒸気発生装置４にへ供給され、熱回収された燃焼排ガス（約２５０℃）は排ガス処理設備（アルカリ洗浄塔等）にて無害化して大気に放出する。マスバランスは木屑の場合、３Ｔｏｎ／ｈ処理で電力の回収は電力供給Ａが約８４０ｋｗｈ、電力供給Ｂが約１６０ｋｗｈ、合計約１，０００ｋｗｈである。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係るバイオマス発電システムは、熱分解ガス化効率を高め、発生する水性ガスの組成比を一定に保つことにより且つ窒素、硫黄及びタールなどの不純物は炭化炉と熱分解ガス化装置で除去されるので高い発電効率が得られ、もって安全で効率の良い電力を供給できる。間伐材など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。
【符号の説明】
【００３９】
１       熱分解ガス化装置
２       熱分解ガス化炉
３       炭化炉
４      過熱蒸気発生装置
５      第１実施の形態に係るバイオマス発電システム
６      第２実施の形態に係るバイオマス発電システム
７      ボイラー又はプロセスボイラー
１１    外筒
１２    内筒
１３    ターンテーブル
１４    蓄熱性突起
１５    燃焼ガス導入口
１６    燃焼ガス排出口
１７    熱分解ガス排出路
１８    炭化物供給手段
１９    炭化物供給口
２０    ガス化剤供給路
２１    ガス化剤供給口
２２    内筒と蓄熱性突起との空隙（ガス化領域）
２３    外筒と内筒の空隙（燃焼ガス領域）
２４    間隙部
２５    排出口
３０    原材料破砕機又は二軸破砕機
３１    乾燥機
３２    ガス冷却洗浄塔又は洗浄塔
３３    ミスト分離器
３４    活性炭吸着器
３５    改質ガスレシーバ又はガスホルダー
３６    発電装置
３６ａ  ガスエンジン発電機
３６ｂ  スチームタービン発電機
３７    熱交換機
３８    バグ集塵機又は排ガス設備
３９    排気塔
４０    補助燃料タンク
４１    磁選機
４２    クリンカーネット
４３    逆火防止機
４４    フレアアタック
４５    復水器
４６    軟水タンク
４７    ポンプ
４８    水源又は軟水
Ｌ１    排ガス供給ライン
Ｌ２    排ガス排出ライン
Ｌ３    循環ライン
Ｍ      モーター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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