(57)【要約】  電力を発生させる装置を制御する方法、及び前記方法を使用する装置であって、この装置は、廃棄物、木材チップ、麦わら等のようなバイオマス材料のためのガス化装置であって、縦型上昇気流固定床型であり、頂部からガス化のための原料で充填され、その底部にガス化剤が導入されるガス化装置と、ガス化装置からの燃料ガスによって駆動され、電力を発生させるための発電機を駆動するガスエンジンとを備える。ガス化装置からガスエンジンまで生成された燃料ガスを直接供給し、一定の電気的出力を維持するためにガス化装置中の燃料ガスの生成を制御することによって、ガス化装置とガスエンジンとの間にガスホルダーを使用する必要性が回避される。
2009542834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を発生させる装置を制御する方法であって、
前記装置が、
廃棄物、木材チップ、麦わら等のようなバイオマス材料のためのガス化装置（１）であって、縦型上昇気流固定床型であり、頂部からガス化のための原料で充填され、その底部にガス化剤が導入されるガス化装置（１）と、
前記ガス化装置からの燃料ガスによって駆動され、電力を発生させるための発電機（６）を駆動するガスエンジン（５）と
を備え、
前記方法が、
ガスホルダーを使用することなく前記ガス化装置（１）から前記ガスエンジン（５）まで前記生成された燃料ガスを直接供給するステップと、
設定された所望の一定の電気的出力を維持するために前記ガス化装置（１）中の前記燃料ガスの生成を制御するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記ガス化装置（１）の前記頂部における前記燃料ガスの温度を１００℃よりも小さく維持するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ガス化装置（１）の前記頂部において一定の燃料ガス圧力を維持するステップをさらに含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記一定の圧力が、周囲の大気圧に接近していることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記一定の圧力が、前記ガス化装置に導入されるガス化剤の量を制御することによって維持されることを特徴とする、請求項３及び４に記載の方法。
【請求項６】
前記ガス化剤が、加熱空気であり、前記加熱空気中の水蒸気の一定の含有量を維持することを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記ガス化剤が、再循環煙道ガス又は排気ガスをさらに含むことを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
水蒸気の前記一定の含有量が、制御された湿度及び一定の温度を有する装置（３）の中に前記加熱空気を導入することによって維持されることを特徴とする、請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
前記ガス化装置（１）と前記ガスエンジン（５）との間に挿入される、ファン（９）、及び前記燃料ガス流を変化するためのガス制御弁によって前記ガスエンジン（５）に供給される前記燃料ガスの一定の圧力を維持するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記ガス化装置（１）の前記頂部における前記燃料ガスの圧力が、０〜４９パスカル、好ましくは前記周囲の大気圧よりも低い０〜９．８パスカルに維持されることを特徴とする、請求項１から９のいずれかに記載の方法。  
【請求項１１】
廃棄物、木材チップ、麦わら等のようなバイオマスをガス化するためのガス化装置（１）であって、縦型上昇気流固定床型であり、ガス化されることになる原料が前記頂部から供給され、ガス化剤が前記下部から供給されるガス化装置（１）と、
前記ガス化装置（１）において生成される前記燃料ガスによって駆動され、電力を発生させるための発電機（６）に連結されるガスエンジン（５）と
を備える発電プラントにおいて、
前記ガスエンジン（５）が、ガスホルダーを使用することなく前記ガス化装置（１）から出口まで直接連結され、前記ガス化装置（１）が、一定の電気的出力を確保する制御手段によって制御されることを特徴とする、発電プラント。
【請求項１２】
前記制御手段が、前記ガス化装置（１）に導入されるガス化剤の量を制御することによって、前記ガス化装置（１）の前記頂部における一定の燃料ガス圧力を維持するための閉ループ制御を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の発電プラント。
【請求項１３】
前記一定の圧力が、前記周囲の大気圧に接近しており、好ましくは０パスカルと４９パスカルとの間に、より好ましくは前記周囲の大気圧よりも低い０〜９．８パスカルであることを特徴とする、請求項１２に記載の発電プラント。
【請求項１４】
前記ガスエンジン（５）に供給される前記燃料ガスの一定の圧力を維持するために、前記ガス化装置（１）と前記ガスエンジン（５）との間に挿入されるファン（９）及びガス制御弁をさらに備えることを特徴とする、請求項１１から１３のいずれかに記載の発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力を発生させる装置を制御する方法、及び前記方法において使用する装置に関し、前記装置は、廃棄物、木材チップ、麦わら等のようなバイオマス材料用ガス化装置であって、縦型上昇気流固定床型であり、頂部からガス化用原料が充填され、その底部にガス化剤が導入されるガス化装置と、ガス化装置中に生成される燃料ガスによって駆動され、電力を発生させるための発電機を駆動するガスエンジンとを備える。
【背景技術】
【０００２】
電力を発生させるためのこの種の装置では、ガス化装置と、ガスエンジン、又は別個に生成及び使用を制御し且つ燃料ガス生成の変動を補償し、したがって一定の電気的出力を維持することができるように生成される燃料ガスについて利用される他の装置との間で、ガスホルダーを使用することが知られている。
【０００３】
ＦＲ２，８４４，８０４によれば、電力を発生させるガスエンジン用の燃料として、下降気流ガス化装置に供給されるガスを使用することが知られている。そのうえ、生成されるガスは、加熱目的のバーナー用の燃料として使用される。ガス生成の変化は、ガスエンジンの機械慣性によって部分的に受け入れられると言われている。明らかに、この種のガス生成の変化はまた、バーナーへのガスの供給を変化することによって受け入れることもできる。下降気流ガス化装置の１つの主な利点は、生成されるガスが、およそ５００℃〜６５０℃の高温で供給されることであり、これは、爆発の危険を低減するために直ちに冷却しなければならない。冷却した後、ガスをガスエンジンにおいて使用することができる前に、清浄ステップ、こすり洗いステップ、及び濾過ステップといういくつかのさらなるステップが実行される。さらに、この文献は、ガス化装置に送出されるバイオマス燃料が、１０％〜２５％という明確な水分量を有する脱水され、乾燥され、且つ小球状にされたバイオマスであることを明記している。大気が乾燥、熱分解、還元、及び酸化に使用されること以外はガス化剤の明細に関して、この文献では何も示していない。  
【０００４】
ＵＳ２００４／０１６８４６８Ａ１、及びＧＢ２３３１１２８Ａによれば、高圧ガス化装置から電気を発生させるガスタービンまでガスを供給することが知られている。高圧ガス化装置は、石炭などの粒状の化石燃料、又は石油産業からの残留物をガス化するのに適しており、５００℃〜１０００℃の範囲の高温で燃料ガスを生成する。この種の高圧ガス化装置による主な欠点は、ガス化装置の閉じ込めが圧力容器でなければならないこと、並びに、ガス化装置への燃料及びガス化剤の供給をガス化装置の高圧において実行しなければならず、したがってそれの供給のために高圧コンプレッサの使用を必要とすることである。
【０００５】
ＵＳ２００４／０１６８４６８Ａ１は、モニタ出力発電機出力に基づくガス化装置への固体燃料給送流の自動的な増減変化を説明している。さらに、この文献は、洗練され、且つ複雑な空気分離システムを説明しており、この空気は、高圧高温のガス化装置、及び燃焼装置すなわちガスタービンにおいてガス化剤として純粋な酸素を供給するために、Ｎ２及びＯ２から成る２つの流れに分離され、この分離されたＮ２はガスタービンを冷却するために導入される。
【０００６】
ＧＢ２３３１１２８Ａでは、高圧のバッファ煙道ガス貯蔵所を使用し、又は別法として、高圧ガス化装置システムそれ自身がバッファ・ガス貯蔵所として使用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の先行技術に基づいて、本発明の目的は、上で言及した種類の簡単化された方法及び装置を提供することであり、それによって、上昇気流ガス化装置における燃料ガスの生成の変化を補償するガスホルダーを使用する必要なしで、直接にガスエンジンまで制御された量の製品ガスを供給でき、その結果、需要の変化に従って制御された電力を伝えることができ、このことは、適切な冷却及び濾過装置を挿入した状態で、ガス化装置からガスエンジンまで燃料ガスを直接供給することによって、並びに、一定の及び／又は制御された電気的出力を維持するために燃料ガスの生成を制御することによって得られる。燃料ガス生成の制御は、ガス化装置に供給されるガス化剤の量を制御することによって行うことができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
高圧ガス化装置と比べて、大気圧の近くで作動する上昇気流ガス化装置は、非常に簡単でより費用のかからない機械装置であり、ガス化のために廃棄物、木材チップ、麦わら等のような低コストで安価なバイオマス材料を使用する。
【０００９】
上昇気流ガス化装置は、高水分量を有する不均質のバイオマス燃料に適しており、非常に低温で燃料ガスを生成し、このガス化は、ガス化装置の底部に注入されているガス化剤を制御することによって制御することができる。したがって、不変の発電は、ガス化剤の量及びパラメータを制御された方法で劇的に変化することによって制御され、それによって、生成された燃料ガスのその後の量が、直接供給され、発電機を駆動するガスエンジンによって直ちに１００％消費される。
【００１０】
制御は、設定された所望の電気的出力をガスエンジン及び発電機からの実際の電力生成量と比較することによって行われ、制御偏差が存在する場合、この制御偏差は、上記の所望の設定された出力を維持するために、ガス化装置からの燃料ガスを少し増減して制御することによって低減される。この調整は、例えばガスエンジンの中に燃料ガス流を変更する簡単なガス制御弁によって行われ、この種の調整には、ガス化装置に付加されるガス化剤のその後の自動的な変化が続くことになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明の説明の次に述べる詳細部分において、本発明は、図面に示す本発明による電力を発生させる装置の例示の実施例を参照して、より詳細に説明されるであろう。
【００１２】
【図１】本発明による電力を発生させる装置の実施例を概略的に示す図である。
【図２】ガス制御弁の開口を変化することによる安定な電力生成を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１に示される電力を発生させる装置は、縦型上昇気流固定床型のガス化装置１を備え、ガス化のための原料が、投入コンベア２によって頂部から投入される。ガス化剤が、ガス化装置１の底部から導入され、このガス化剤は、加湿機３及び予熱機４から供給される加湿され且つ予熱された空気を含む。ガス化装置１において生成されるガスは、電力を発生させるための発電機６を駆動するガスエンジン５に供給される。ガス冷却システム７及び電気集塵装置８から成るガス清浄装置が、ガスエンジン５に清浄なガスを供給するために、ガス化装置１とガスエンジン５との間に設けられる。さらに、ファン９が、ガスエンジン５に供給される燃料ガスの圧力を増大し、前記ファン９は、一定の圧力を伝えるように制御され、この目的のために燃料ガス流を変化させるガス制御弁がこれに続く。ガス冷却システム７は、このガス冷却システム７においてガスによって除去されるエネルギーを利用するために熱交換器１０に連結される。熱交換器１０は、ガス冷却システム７に組み込まれることができ、ガス冷却システム７は、燃料ガスの温度を低減し且つ燃料ガスからのさらなる凝縮物を抽出するために、さらなるガス冷却タワーを備えることができる。ガス冷却システム７からの凝縮物は、そこから取り出され、タール及び他の可燃性凝縮生成物の分離を含む清浄ステップの後、加湿機３用の給水として利用される。電気集塵装置８は、ガスエンジン５への供給前に燃料ガスにさらに存在し得る粒子／エアロゾルを取り除く。ガスエンジン５からの排気ガスは、ガス化剤として使用するために空気を予熱するための予熱機４内で利用することができ、さらにあり得る熱は、煙道１４へ排気ガスを供給する前に別個の熱交換器１１に取り出すことができる。熱交換器４からの予熱された二次空気が、図１に示されるように直接に、又は、別個の空気ファン及び水循環システムを含む加湿機３内で加湿された一次空気と組合わさってガス化装置１の底部に供給され、そこで水が加熱され、熱交換器１０を経由したガス冷却システム７による余分の熱、及び／又は熱交換器１１から供給されるガスエンジン５からの排気ガスによる余分の熱を使用する。
【００１４】
加湿された一次空気及び二次空気から成るガス化剤は、それぞれ一次空気及び二次空気用の別個のファン１２及びファン１３を制御することによって制御された量でガス化装置の底部に供給され、加湿は、加湿機３中の循環水に伝えられる熱を制御することによって制御され、それによって、制御された湿度を有する制御された量のガス化剤をガス化装置１に供給することができる。
【００１５】
図２に示されるように、時間についての代表的な電力生成曲線は、一定の電力が相当な期間にわたって維持され得ることを示している。ガス制御弁の位置の周期的な変化は、投入コンベア２によるバイオマス材料の周期的な送り込みに関係がある。
【００１６】
一次空気についての代表的なパラメータは、７０℃における水飽和空気であり、二次空気については４００℃における乾燥空気であり、前記一次空気及び二次空気は、１２０℃においてガス化剤として使用するために混合される。
【００１７】
作動中、ガスエンジン５及び発電機６は、所望の電力を送出するように制御され、ファン９は、一定の圧力でガスエンジン５へ燃料ガスを供給するように制御される。さらに、ガス化装置１は、一定の圧力でガス化装置の頂部において燃料ガスを供給するように、それぞれ一次空気及び二次空気用のファン１２及びファン１３によって制御され、前記圧力は、周囲の大気圧に接近して、好ましくは０〜４９パスカルに、より好ましくは周囲の大気圧よりも低い０〜９．８パスカルに維持されることが好ましい。換言すれば、発生される電力を制御することは、ガス制御弁の位置の制御によって行われる。このガス制御弁の位置の変化は、このガス制御弁の一定の圧力を維持するファン９の制御の変化を引き起こし、このことは、ガス化装置の頂部において供給される燃料ガスの一定の圧力を維持するために、それぞれ一次空気及び二次空気用のファン１２及びファン１３の速度の変化を引き起こすことになる。固定床上昇気流ガス化装置を制御するこのモードによって、次の機能パラメータを得ている。
【００１８】
発生される電力の制御範囲：最大電力の１０％〜１００％である。
【００１９】
発生される電力の増加率：約１０％最大電力／分である。
【００２０】
発生される電力の減少率：約３５％最大電力／分である。
【００２１】
理論的には、最大電力の１０％よりも少量が制御できるが、これは比較的大きな熱損失等のため実際の関心の範囲外になるであろう。
【００２２】
それぞれ一次空気及び二次空気用の２つのファン１２及びファン１３は、ガス化装置１においてガス化を最適化するために個々に制御され、プロセスに対して最適化された温度及び湿度を有するガス化剤を供給する。前記パラメータは、投入コンベア２からの送出されるバイオマス材料、すなわち、前記バイオマス材料の湿度及びそれの成分に明らかに依存することになる。投入コンベア２によるバイオマスの送り込みは、例えば、それの上面にわたってバイオマスを分配するガス化装置の頂部のところでレベリング・インペラを有することによって、及びこのレベリング・インペラが遭遇する抵抗に依存して投入コンベア２を制御することによって、ガス化装置内のバイオマスについて実質的に一定のレベルを維持するように制御される。ガス化装置１の底部において、灰が取り出され、通常の方法で処分される。ガス化装置１は、ガス化装置の頂部における燃料ガスの温度が１００℃より小さく、一般的には約７５℃であるように制御されることが好ましい。
【００２３】
上記に、本発明が、それの好ましい実施例と関連して説明されているが、多くの改変を、次に述べる請求の範囲から逸脱することなく考えることができ、このような逸脱には特に、１つより多くのガスエンジン５及び電力を生成する発電機６を使用すること、並びに地域暖房を生成することができるようにボイラ内でガス化装置からの燃料ガスの一部を可能な限り使用することが含まれ、前記ボイラは、ガスを清浄にすることなくガス化装置から直接燃料ガスを使用するかもしれない。さらに、タール水であるガス冷却システム７からの凝縮物は、本出願の出願人が所有する欧州特許第１３９５５１９号に説明されるように、水からタールを分離し、水を清浄にすることによって、清浄にすることができる。
【００２４】
分離されたタールは、燃料として使用し、又はガス化のための原料として使用することができる。さらに、各熱交換器を、それぞれ、煙道１４において及び電気集塵装置８において適度に低い排気ガス温度を得るために熱交換器１１の後に、及びガス冷却システム７と電気集塵装置８との間に挿入することができる。いくつかの熱交換器で取り出される熱は、地域暖房に使用することができる。電気集塵装置８の入口における燃料ガスの代表的な温度は、３５℃であり、それから出口において４０℃であり、ファン９は、ガスエンジンへの供給のところで約６０℃までさらに温度を上昇させ、したがって、燃料ガスの凝縮といういかなる危険も回避することになる。上記のように、ガス化媒体の温度は、通常１２０℃であるが、この温度は、７０℃から４００℃までの間で変化することができる。上記のように、ガス化媒体は一次空気及び二次空気から成るが、このガス化媒体は、５０％に至るまで、ガス化プロセスに寄与するＣＯ２及びＨ２Ｏを含む再循環煙道ガス又は排気ガスで補充することができる。
【図１】
2009542834.tif 000003
【図２】
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【国際調査報告】
2009542834.tif 000005
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