(57)【要約】【課題】発電効率を低下させることなく、それでいて集塵装置のダスト払い落としを確実に行い、安定して操業可能なガス化発電システムとガス化発電方法を提供する。【解決手段】被ガス化物を加熱してガス化するガス化炉２３と、このガス化炉２３の下流側に配置されてガス化炉２３から発生する生成ガスを精製する集塵手段２４，２８と、この集塵手段２４，２８により精製された生成ガスを発電設備に供給可能になっている。集塵手段２４，２８がろ過式集塵器であり、このろ過式集塵器に付着したダストの払い落としをパルスジェットにより行うに当たり、パルスジェットに可燃性ガスを用いる可燃性ガス供給機構２７が設けられているガス化発電システム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被ガス化物を加熱してガス化するガス化炉と、このガス化炉の下流側に配置されて前記ガス化炉から発生する生成ガスを精製する集塵手段と、この集塵手段により精製された生成ガスを発電設備に供給可能になっているガス化発電システムにおいて、前記集塵手段がろ過式集塵器であり、このろ過式集塵器に付着したダストの払い落としをパルスジェットにより行うに当たり、パルスジェットに可燃性ガスを用いる可燃性ガス供給機構が設けられていることを特徴とするガス化発電システム。
【請求項２】
前記集塵手段が、高温の前記生成ガスを精製する高温集塵設備と、熱交換され温度低下した前記生成ガスを精製する低温集塵設備を有していて、これらの高温集塵設備および低温集塵設備のいずれか一方又は双方に前記可燃性ガス供給機構からの可燃性ガスを供給するようになっている請求項１に記載のガス化発電システム。
【請求項３】
前記ガス化炉が循環流動層式ガス化炉であり、この循環流動層式ガス化炉のループシール用ガスとして、前記可燃性ガス供給機構からの可燃性ガスを供給する請求項１又は２に記載のガス化発電システム。
【請求項４】
ガス化炉により被ガス化物を加熱してガス化し、前記ガス化炉の下流側に配置された集塵手段により前記ガス化炉から発生する生成ガスを精製し、精製された前記燃焼ガスを発電設備に送給して発電するガス化発電方法において、前記集塵手段におけるダストの払い落としを、可燃性ガスにより行うことを特徴とするガス化発電方法。
【請求項５】
前記ガス化炉が循環流動層式ガス化炉であり、この循環流動層式ガス化炉のループシール導入用ガスとして、前記可燃性ガス供給機構からの可燃性ガスを供給する請求項４に記載のガス化発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガス化発電システムとガス化発電方法に関し、詳しくは、被ガス化物を加熱してガス化するガス化炉と、このガス化炉の下流側に配置されて前記ガス化炉から発生する生成ガスを精製する集塵手段と、この集塵手段により精製された生成ガスを発電設備に供給可能になっているガス化発電システムとガス化発電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオマス等の有機系被ガス化物を加熱・分解してガス化し、発電設備などの燃料ガスとして利用するガス化発電システムが進展している（例えば、特許文献１）。
【０００３】
このガス化発電システムは、例えば、図２に示すように、有機系被ガス化物は、必要に応じて粉砕機１等により所定の大きさに粉砕され、粉砕された被ガス化物は所定量以下の水分となるように乾燥機２により乾燥される。乾燥された被ガス化物は、ガス化装置の１種である循環流動層式ガス化炉３に投入され、加熱・分解されてガス化される。循環流動層式ガス化炉３には、サイクロン３ａが隣接されており、被ガス化物と加熱媒体（流動砂など）とを流動化させてガス化させた後、ガス化炉の上部に上昇した生成ガスと流動媒体とは、サイクロン３ａで分離され、加熱・分解して発生したガスはサイクロン３ａ上部より次工程に送給されるが、サイクロンで捕捉された流動媒体は、サイクロン３ａの下部に溜まり、これを循環流動層式ガス化炉３に返送して再利用する。サイクロン下部と循環流動層式ガス化炉の分離部には、炉からの生成ガスが逆流するのを防止するため、ループシール３ｂが設置されており、ここで滞留している流動媒体を流動化させるために、窒素が導入される。もっとも、窒素に代えて空気を送給することも考えられるが、その場合、流動媒体中に未燃カーボンが混入しているため、これが発火するおそれがあり好ましくない。
【０００４】
生成されたガスは、高温集塵装置であるセラミックフィルター４により除塵される。この場合、生成ガス中の灰分、未燃成分は再度ガス化炉３内に戻されて、ガス化炉３内を循環して十分な滞留時間を確保され、ガス化効率の向上に寄与されることになる。灰分は、ガス化炉３下方に設置された残渣ガス化炉５にて燃焼・ガス化されて系外に排出される。この残渣ガス化炉５には、燃焼を促進するために空気あるいは酸素が吹き込まれる。
【０００５】
セラミックフィルター４により除塵された生成ガスは、熱回収装置である熱交換器６に送り込まれて熱回収される。その熱エネルギーはボイラー設備９などに送られて有効に利用される。
【０００６】
熱回収された生成ガスに硫黄酸化物や塩化水素などの酸性ガスが含まれる場合、薬剤投入装置である炭酸水素ナトリウム吹込装置７に送給されて、生成ガス中の酸性成分が中和・除去され精製される。中和処理された生成ガス中の反応生成物は、集塵手段であるバグフィルターのような低温集塵装置８により除去されて、系外に取り出される。低温集塵装置８により反応生成物を除去された精製ガスはガスエンジン、ガスタービン等１０に送給され発電に利用される。更に、このガスエンジン、ガスタービンからの燃料排ガスはボイラー設備９に送給され熱回収される。
【０００７】
上記ガス化発電システムにおいて、高温集塵装置であるセラミックフィルター４及び低温集塵装置であるバグフィルター８の除塵・洗浄については、主として窒素をパルスジェット方式で吹き付けることにより、付着したダストを払い落とすようにしている。
【特許文献１】特開２００３−１７１６７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来技術は、集塵装置（ろ過式集塵器）のダスト払い落としについて、システム内に設置された窒素ガス製造設備からの窒素を吹き付けることによって行っている（パルスジェット法）ため、ガス化炉から発生したガスを燃焼して利用するに際して、燃焼ガスを希釈することになり、発生したガスの発熱量が低下するという問題点がある。しかも、集塵装置の除塵・洗浄は、システムを停止させることなく、操業中に頻繁に行われるので、吹き付けられる窒素量は決して少ないものではなく、結果的に下流側の発電設備の発電効率を低下させることになっている。のみならず、循環流動層式ガス化炉を使用する場合、サイクロン下部と循環流動層式ガス化炉の分離部にループシールを設置し、そこに窒素ガス導入を行っているため、この窒素が被ガス化物の燃焼によって発生した燃焼ガスを希釈する。また、ループシール部に、窒素の代わりに空気を用いる場合、滞留している流動媒体に混在している未燃カーボンが発火するおそれがある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の有する問題点に鑑みて、ガス化発電システムにおいて、発電効率を低下させることなく、それでいて集塵装置の除塵・洗浄を確実に行えるガス化発電システムとガス化発電方法を提供することを第１の目的とする。
【００１０】
更には、ガス化炉として循環流動層式ガス化炉を使用する場合でも発生ガスの発熱量を低下させることなく、確実にループシールを機能させることで、安定して操業可能なガス化発電システムとガス化発電方法を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題は、請求項記載の発明により達成される。すなわち、本発明に係るガス化発電システムの特徴構成は、被ガス化物を加熱してガス化するガス化炉と、このガス化炉の下流側に配置されて前記ガス化炉から発生する生成ガスを精製する集塵手段と、この集塵手段により精製された生成ガスを発電設備に供給可能になっているガス化発電システムにおいて、前記集塵手段がろ過式集塵器であり、このろ過式集塵器に付着したダストの払い落としをパルスジェットにより行うに当たり、パルスジェットに可燃性ガスを用いる可燃性ガス供給機構が設けられていることにある。
【００１２】
この構成によれば、集塵手段におけるダスト払い落としを、窒素などに代えて可燃性ガスにより行うようにしているので、ガス化炉から発生した生成ガスを希釈することなく、生成ガスの発熱量を高く維持できるので、集塵手段に対するダスト払い落としをなんら支障なく確実に行えると共に、ガス化発電システムにおける発電効率を低下させることがない。しかも、発電設備は、一般に、助燃剤として可燃性ガスを供給する設備を備えているので、この可燃性ガス供給設備から可燃性ガスを分岐・延長することによって、新たな可燃性ガス供給設備を設ける必要がない。従って、従来技術のように窒素製造設備を設ける必要がないため、設備コストの低減を図ることができると共に、設置スペースを小さくできる。
【００１３】
その結果、ガス化発電システムにおいて、発電効率を低下させることなく、それでいて集塵装置のダスト払い落としを確実に行える、ガス化発電システムを提供することができた。
【００１４】
前記集塵手段が、高温の前記生成ガスを精製する高温集塵設備と、熱交換され温度低下した前記生成ガスを精製する低温集塵設備を有していて、これらの高温集塵設備および低温集塵設備のいずれか一方又は双方に前記可燃性ガス供給機構からの可燃性ガスを供給するようになっていることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、高温集塵設備、低温集塵設備の機能を高く維持できると共に、従来技術のように窒素洗浄により生成ガスを希釈させるということがなく、生成ガスの有する高い発熱量を確保できて、下流側の発電設備での発電効率を高く維持できる。
【００１６】
前記ガス化炉が循環流動層式ガス化炉であり、この循環流動層式ガス化炉のループシール導入用ガスとして、前記可燃性ガス供給機構からの可燃性ガスを供給することが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、循環流動層式ガス化炉のループシール導入用として、従来技術のように窒素を用いて燃焼ガスを希釈させるということがなく、燃焼ガスの有する高い発熱量を確保できて一層都合がよい。そして、ガス化炉として循環流動層式ガス化炉を使用する場合でも確実にループシール導入ガスによる発熱量の低下を防ぎ、安定して操業可能なガス化発電システムを提供することができることになる。
【００１８】
また、本発明に係るガス化発電方法の特徴構成は、ガス化炉により被ガス化物を加熱してガス化し、前記ガス化炉の下流側に配置された集塵手段により前記ガス化炉から発生する生成ガスを精製し、精製された前記生成ガスを発電設備に送給して発電する方法において、前記集塵手段におけるダスト払い落としを、可燃性ガスにより行うことにある。
【００１９】
この構成によれば、ガス化発電システムにおいて、発電効率を低下させることなく、それでいて集塵装置のダスト払い落としを確実に行えるガス化発電方法を提供することができる。
【００２０】
前記ガス化炉が循環流動層式ガス化炉であり、この循環流動層式ガス化炉のループシール導入用ガスとして、前記可燃性ガス供給機構からの可燃性ガスを供給することが好ましい。
【００２１】
この構成によれば、ガス化炉として循環流動層式ガス化炉を使用する場合でもループシール導入ガスによる発熱量の低下を防ぎ、安定して操業可能なガス化発電方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るガス化発電システムの概略全体構成を示すフロー図である。
【００２３】
このガス化発電システムは、バイオマス等の有機系被ガス化物を燃料２１として投入するガス化炉の１種である循環流動層式ガス化炉２３と、発生したガスを精製するための集塵手段である高温集塵設備２４と、発生したガス中に含まれるタール分を分解・除去するタール分解設備２５と、発生したガスから熱を回収する熱交換器２６と、熱回収され低温になった発生ガス中の塵芥を除去する集塵手段である低温集塵設備２８と、更に発生ガスから有害成分を除去する精製設備２９などとを備えて構成されていると共に、後述するように、ガス化炉１のループシール導入用として、あるいは高温集塵設備２４、低温集塵設備２８のダスト払い落とし用として、天然ガス供給設備２７から天然ガスを供給する可燃性ガス供給機構を有する。生成され清浄化された燃焼ガスは、下流側のガスエンジンやガスタービンや燃料電池などの発電設備に送給される。
【００２４】
ガス化炉２３は、燃料２１の他、適量の空気２０、水蒸気２２等が適度なタイミングで投入可能になっている。ガス化炉として、循環流動層式ガス化炉２３を用いる場合は、上記したように、サイクロンが隣接されていて、サイクロン下部と循環流動層式ガス化炉の分離部としてループシールを設置する必要があるが、ループシール導入用ガスとして、本実施形態では、後述する可燃性ガス供給機構を構成する天然ガス供給設備２７から天然ガスを供給するようにしている。このようにすると、従来技術のように、被ガス化物の加熱・分解によって発生した生成ガスが、ループシール導入用の窒素により希釈されることを防止できる。
【００２５】
発生した生成ガスは、通常、８００〜９００℃にもなっているため、セラミックフィルター等を備えた高温集塵設備２４に供給される。この高温集塵設備２４のセラミックフィルター等に蓄積されるダストの払い落としには、発生したガスの流動方向とは逆の方向から天然ガスがパルスジェットにより吹き付けられてダスト払い落としされるようになっている。
【００２６】
除塵され清浄化された生成ガスは、更に、ガス中に含まれる少量のタール分などを除去するため、タール分などの分解触媒を備えたタール分解設備２５に送給されて分解される。これにより、システム内の各種設備、配管などへのタール分などの付着が防止され、安定した操業が確保されるようになっている。
【００２７】
この段階でも、燃焼ガスは７５０〜８００℃程度の熱を有するため、熱交換されて回収された熱は、各種設備の熱源などとして有効利用される。
【００２８】
熱交換器２６で、２００℃以下程度に冷却された生成ガスは、バグフィルター等の低温集塵設備２８に送られて一層清浄化される。なお、図示はしないが、生成ガスは、低温集塵設備２８に送給される前に、必要に応じて重そう等を吹き込んで中和処理されガス中の酸性成分などが除去される。また、活性炭吹込みによる有害物質除去を行うこともある。
【００２９】
その後、燃焼ガスは、ガス中に含まれる可能性のある硫化水素などを除去すべく精製設備２９に送給され、精製される。これにより、下流側の発電設備での安定した操業を維持することができる。
【００３０】
次に、高温集塵設備２４および低温集塵設備２８に対するダストの払落し機構について説明する。このダスト払落し機構は、可燃性ガス供給機構から可燃性ガスの供給を受けてダストを払い落とすようになっている。すなわち、下流側に配置されている発電装置に対する助燃剤導入設備として設けられている可燃性ガス供給設備２７のラインから配管を分岐・延長して、高温集塵設備２４および低温集塵設備２８のダスト払い落とし装置に接続させて、従来技術の窒素吹き付けの代わりに天然ガスをパルスジェッ方式により間欠的に吹き付けるようになっている。一般に、バイオマス等から発生する生成ガスは、常に高い発熱量を維持できるとは限らないため、発電設備において発電効率を高め、安定した操業を確保するために、天然ガス等の可燃性ガスを助燃剤として追加・供給して混焼するようにしている。かかる可燃性ガス供給設備２７から配管を分岐・延長して、上記した循環流動層式ガス化炉２３のループシール導入用として、あるいは高温集塵設備２４や低温集塵設備２８のダスト払い落とし用として、天然ガスを供給する。従って、本実施形態の場合には、新たに天然ガス供給設備を設置する必要はなく、そのためのスペースを新たに確保する必要はない。
【００３１】
このようにすることにより、従来技術の窒素による吹き付けに比べて、ガス化炉から発生した燃焼ガスを希釈させずに済み、その結果、発電効率を低下させることなく、それでいて集塵装置のダスト払い落としを確実に行えると共に、ガス化炉として循環流動層式ガス化炉を用いる場合にループシール導入ガスによる生成ガスの発熱量の低下防止あるいは未燃カーボンの発火防止を行うことができる。のみならず、窒素製造設備を設ける必要がないので、そのための設備コストを省くことができ、スペースも小さくすることができる。
【００３２】
もっとも、天然ガスの吹き付けは、高温集塵設備２４および低温集塵設備２８の両者に行うことが好ましいが、必ずしも両者に行う必要はなく、例えば、ダスト払い落としのための吹き付けガス量の多い高温集塵設備２４に対してのみ行うようにしてもよい。このようにしても、生成ガスへの希釈を効果的に低減でき、生成ガスの発熱量を低下させないものとなる。
【実施例】
【００３３】
以下に、本実施形態のガス化発電システムを実施した場合、発生したガスの発電設備入口側の発熱量と、窒素を吹き込む従来技術における発生ガスの発電設備入口側の発熱量とを、夫々実施例１と比較例１として表１に比較して示す。
【００３４】
【表１】
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ガス化炉としては、処理量１００ｔ／日の循環流動層式ガス化炉を用い、実施例１に関しては、窒素の代わりに天然ガス（都市ガス１３Ａ）を用いて高温集塵設備および低温集塵設備に対して、パルスジェット方式で所定量の天然ガス吹込みを行いダスト払い落としを行った。比較例１では、高温集塵設備および低温集塵設備に対して、天然ガスと同量（比重換算）の窒素を吹込むことによりダスト払い落しを行った。
【００３５】
表１の結果から、実施例１での燃焼ガスの発熱量（水分を除去）は、比較例の場合に比べて約２倍となっており、高い発熱量を有して発電設備に投入されるため、高い発電効率を確保でき、システム全体としてのエネルギー効率を高くできることになる。
【００３６】
〔別実施の形態〕
（１）上記実施形態では、ガス化炉として、循環流動層式ガス化炉を用いた例を示したが、本発明の適用可能なガス化炉としては、これに限定されるものではなく、バブリング流動層式ガス化炉などの各種流動床式ガス化炉、固定床式のガス化炉、キルン式ガス化炉など種々のものを挙げることができる。
（２）上記実施形態では、可燃性ガス供給機構として、可燃性ガス供給設備２７から天然ガスを供給して吹き付ける例を示したが、天然ガスに代えて、プロパンガス、ジメチルエーテル等でもよく、要は可燃性ガスであればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態に係るガス化発電システムの概略全体構成を示すフロー図
【図２】従来技術のガス化発電システムの概略全体構成図
【符号の説明】
【００３８】
２３          ガス化炉
２４，２８    集塵手段
２７          可燃性ガス供給機構
【図１】
2006037012.tif 000004
【図２】
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