(57)【要約】  本発明は、熱電併給プラント（１０）であって、炭素質材料を生合成ガス（２１ａ）へ変換するためのガス化装置（１１）と、ガス化装置（１１）内で形成された前記生合成ガス（２１ａ）の熱を、加熱に使用するための加熱媒体と熱交換することによって、前記生合成ガス（２１ａ）の温度を低下させ、これによって、冷却された生合成ガス（２１ｂ）を形成するように構成された熱交換器（１２）と、内燃機関（１４）のための燃料として適した精製合成ガス（２１ｃ）を形成するように、冷却された生合成ガス（２１ｂ）を清浄化するための濾過ユニット（１３）と、精製合成ガス（２１ｃ）が機械動力を生成するように燃焼させられる内燃機関（１４）と、ガス化装置（１１）から熱交換器（１２）へ案内される第１の生ガスダクト（１６）と、熱交換器（１２）から濾過ユニット（１３）へ案内される第２の生ガスダクト（１７）と、濾過ユニット（１３）から内燃機関（１４）へ案内される精製ガスダクト（１８）と、内燃機関（１４）の排出ガス（２３）が導かれる排出ガスダクトとを含む、熱電併給プラント（１０）の種々異なる部分を互いに接続するダクトと、精製合成ガス（２１ｃ）が内燃機関（１４）内で利用されない時間中にガス化装置（１１）内で形成された生合成ガス（２１ａ）を燃焼させるためにガス化装置（１１）に後置された生ガスバーナー（２０）と、を含む形式のものに関する。本発明による熱電併給プラント（１０）では、生ガスバーナー（２０）が熱交換器（１２）の加熱媒体を加熱するように構成されている。本発明はまた、熱電併給プラント内のガス化装置によって生成された生合成ガスを処理する方法に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電併給プラント（１０）であって、
−  炭素質材料を生合成ガス（２１ａ）へ変換するためのガス化装置（１１）と、
−  前記ガス化装置（１１）内で形成された前記生合成ガス（２１ａ）の熱を、加熱に使用するための加熱媒体と熱交換することによって、前記生合成ガス（２１ａ）の温度を低下させ、これによって、冷却された生合成ガス（２１ｂ）を形成するように構成された熱交換器（１２）と、
−  内燃機関（１４）のための燃料として適した精製合成ガス（２１ｃ）を形成するように、前記冷却された生合成ガス（２１ｂ）を清浄化するための濾過ユニット（１３）と、
−  前記精製合成ガス（２１ｃ）が機械動力を生成するように燃焼させられる内燃機関（１４）と、
−  前記ガス化装置（１１）から前記熱交換器（１２）へ案内される第１の生ガスダクト（１６）と、熱交換器（１２）から前記濾過ユニット（１３）へ案内される第２の生ガスダクト（１７）と、前記濾過ユニット（１３）から前記内燃機関（１４）へ案内される精製ガスダクト（１８）と、前記内燃機関（１４）の排出ガス（２３）が導かれる排出ガスダクトと、を含む、前記熱電併給プラント（１０）の種々異なる部分を互いに接続するダクトと、
−  前記精製合成ガス（２１ｃ）が前記内燃機関（１４）内で利用されない時間中に前記ガス化装置（１１）内で形成された生合成ガス（２１ａ）を燃焼させるために前記ガス化装置（１１）に後置された生ガスバーナー（２０）と、
を含む形式のものにおいて、
−  前記生ガスバーナー（２０）が前記熱交換器（１２）の加熱媒体を加熱するように構成されている、
ことを特徴とする、熱電併給プラント（１０）。
【請求項２】
前記熱電併給プラント（１０）が、前記生ガスバーナー（２０）に酸素を提供するように、前記生ガスバーナー（２０）内に接続された空気入口（２４）を含む、
請求項１に記載の熱電併給プラント（１０）。
【請求項３】
前記生ガスバーナー（２０）が燃焼チャンバー（３４）を含み、前記燃焼チャンバー内では、前記熱交換器（１２）の熱交換チャンネルが、前記燃焼チャンバー（３４）内で形成された熱を前記熱交換器（１２）の加熱媒体へ導くように構成されている、
請求項１又は２に記載の熱電併給プラント（１０）。
【請求項４】
前記熱交換器（１２）が第１の加熱区分（２９）を含み、前記第１の加熱区分（２９）では、前記生ガスバーナー（２０）内で生ガス（２１ａ）を燃焼させることによって形成された熱によって、前記加熱媒体が加熱される、
請求項１から３までのいずれか１項に記載の熱電併給プラント（１０）。
【請求項５】
前記熱交換器（１２）が第２の加熱区分（３０）を含み、前記前記熱交換器（１２）の前記第２の加熱区分（３０）の熱交換面を流過するように構成された高温の前記生ガス（２１ａ）の流れ又は排出ガス（２２ａ）の流れによって、前記加熱媒体が加熱される、
請求項４に記載の熱電併給プラント（１０）。
【請求項６】
前記熱電併給プラント（１０）が共通の排出ガスダクト（１９）を含み、前記共通の排出ガスダクト（１９）へ、生ガスバーナー（２０）から来た前記冷却された排出ガス（２２ｂ）が前記精製ガスダクト（１８）を通って導かれ、そして前記内燃機関（１４）から来た排出ガスが排出ガス接続ダクト（３１）を通って導かれている、
請求項１から５までのいずれか１項に記載の熱電併給プラント（１０）。
【請求項７】
内燃機関（１４）の使用中に前記精製合成ガス（２１ｃ）の流れが前記排出ガスダクト（１９）に入るのを防止するために、前記精製ガスダクト（１８）が遮断弁（２５）を通って前記排出ガスダクト（１９）に接続されている、
請求項６に記載の熱電併給プラント（１０）。
【請求項８】
前記精製ガスダクト（１８）を通って前記排出ガスダクト（１９）へ流れる前記生ガスバーナー（２０）の排出ガス（２２ｂ）が、生ガスバーナー（２０）の使用中に前記内燃機関（１４）に入るのを防止するために、前記精製ガスダクト（１８）が、遮断弁（２７）を有する精製ガス接続ダクト（２６）を通って前記内燃機関（１４）に接続されている、
請求項６又は７に記載の熱電併給プラント（１０）。
【請求項９】
前記精製ガスダクト（１８）から前記排出ガスダクト（１９）へ流れる排出ガス（２２ｂ）が、生ガスバーナー（２０）の使用中に前記排出ガス接続ダクト（３１）を通って前記内燃機関（１４）に入るのを防止するために、前記内燃機関（１４）が、遮断弁（３２）を有する排出ガス接続ダクト（３１）を含む、
請求項６から８までのいずれか１項に記載の熱電併給プラント（１０）。
【請求項１０】
前記熱電併給プラント（１０）が、冷却された生合成ガス（２１ｂ）又は冷却された排出ガス（２２ａ）のための第２の濾過ユニットを含み、前記第２の濾過ユニットが前記熱交換器に後置されており、そしてインプットダクトによって前記第２の生ガスダクト（１７）に接続され、そしてアウトプットダクトによって前記精製ガスダクト（１８）に接続されている、
請求項１から９までのいずれか１項に記載の熱電併給プラント（１０）。
【請求項１１】
熱電併給プラント（１０）内のガス化装置（１１）によって生成された生合成ガス（２１ａ）を処理する方法であって、前記方法が、
−  前記ガス化装置（１１）に後置された生ガスバーナー（２０）内で前記生合成ガス（２１ａ）を燃焼させるか、或いは、
−  前記ガス化装置（１１）内で生成された高温の前記生合成ガス（２１ａ）の熱を、前記ガス化装置（１１）に後置された熱交換器（１２）の加熱媒体と交換することにより、高温の前記生合成ガス（２１ａ）の温度を低下させる、
方法工程と、
−  冷却された生合成ガス（２１ｂ）を濾過ユニット（１３）内で清浄化することにより、精製合成ガス（２１ｃ）を生成し、
−  前記精製合成ガス（２１ｃ）を内燃機関（１４）内で前記内燃機関（１４）の燃料として利用することにより、機械動力を生成する、
方法工程と、
を含む形式のものにおいて、
前記方法が、前記生合成ガス（２１ａ）が前記生ガスバーナー（２０）内で燃焼させられる場合には、前記生ガスバーナー（２０）内で形成された熱によって、前記熱交換器（１２）の加熱媒体を加熱する方法工程を含む、
ことを特徴とする、熱電併給プラント（１０）内のガス化装置（１１）によって製造された生合成ガス（２１ａ）を処理する方法。
【請求項１２】
前記熱交換器（１２）と関連づけて配置された前記生ガスバーナー（２０）の燃焼チャンバー（３４）内で生合成ガス（２１ａ）を燃焼させることにより、前記燃焼チャンバー（３４）内で生成された熱が前記熱交換器（１２）の加熱媒体と交換されるようにする、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記生ガスバーナー（２０）の前記燃焼チャンバー（３４）に接続された少なくとも１つの空気入口を通して前記燃焼チャンバー（３４）内に空気が提供される、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記生ガスバーナー（２０）の燃焼チャンバー（３４）と関連づけて配置された少なくとも１つの加熱媒体チャンネルを通して、前記加熱媒体を循環させることによって、前記生合成ガス（２１ａ）の燃焼プロセス中に形成された熱が前記加熱媒体の中に導かれ、これにより前記生合成ガス（２１ａ）の燃焼プロセス中に形成された排出ガス（２２ａ）の温度が低下させられるようにする、
請求項１１から１３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記生ガスバーナー（２０）の前記冷却された生ガス（２１ａ）と前記冷却された排出ガス（２２ａ）とが、前記冷却された生ガス（２１ａ）と前記冷却された排出ガス（２２ａ）とを、少なくとも１つの濾過ユニット（１３）を通るように導くことにより清浄化される、
請求項１１から１４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記冷却された生ガス（２１ａ）が、前記冷却された生ガス（２１ａ）を、第１の濾過ユニット（１３）を通るように導くことにより清浄化され、そして前記冷却された排出ガス（２２ａ）が、前記冷却された排出ガス（２２ａ）を、第２の濾過ユニットを通るように導くことにより清浄化される、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２の濾過ユニットが、前記第１の濾過ユニット（１３）のフィルタよりも高い温度に耐えるフィルタを備える、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記生ガスバーナー（２０）の前記冷却された排出ガス（２２ａ）と、前記内燃機関（１４）内で形成された前記排出ガス（２３）とが、共通の排出ガスダクト（１９）内へ案内される、
請求項１１から１７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記生ガスバーナー（２０）の前記冷却された排出ガス（２２ａ）と、前記内燃機関（１４）の前記排出ガス（２３）とが、前記共通の排出ガスダクト（１９）の端部に設けられたフレアブロワ（３３）によって、前記共通の排出ガスダクト（１９）から吹き出される、
請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電併給プラント及び熱電併給プラント内のガス化装置によって生成された生合成ガスを処理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々様々な炭素質材料、例えばウッドチップ、木屑、及び都市ごみ及びその他の廃棄物を含む種々の形態のバイオマスからガス化装置によって生成された合成ガスが、熱及び電気を発生させるための熱電併給プラント（combined heat and power plants）（ＣＨＰプラント）内で利用されている。このようなプラント生合成ガスの１つの種類は、酸素を制限された環境下で、ガス化装置内で炭素質材料を燃焼させることによって生成され、その後で高温の生ガスの温度が熱交換器内で低下させられ、生合成ガスは電気を生成するために内燃機関のための燃料として利用する前に、濾過ユニット及び／又はサイクロン内で清浄化される。現在のＣＨＰプラントでは、純然たる熱を生成することはできない。なぜならば、生ガスは、内燃機関によって電気を発生させるために常に使用されることを必要とするからである。
【０００３】
周知のＣＨＰプラントでは、過剰の合成ガスは、ガス化装置の次に配置されたフレアバーナー（flare burner）内で燃焼させられるのが典型的である。このような構成の欠点は、不燃性汚染物を含有する生ガスを燃焼させることによって、有害なエミッションが形成されることである。さらに、このようなプラントでは、少なくとも２つの排出ガスダクト、つまり一方は生ガスバーナーのため、そして他方は内燃機関のための排出ガスダクトがなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】フィンランド国特許第１２３８０４号公報
【特許文献２】国際公開第２０１２／０１０７４２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、ガス化装置内で炭素質材料をガス化することに基づくＣＨＰプラント内の燃焼プロセスを改善することである。特に、本発明の目的は、このようなＣＨＰプラント内で過剰な清浄化されていない合成ガスを燃焼させることによってもたらされる有害エミッションを低減することである。さらに、本発明の目的は、機械動力及び電気が生成されていない期間中にも純然たる熱を生成するのを可能にすることによって、ＣＨＰプラントの効率を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的が達成される理由は、生合成ガスを燃焼させるための生ガスバーナーが生ガスを冷却するための熱交換器と関連づけて設けられていることにより、本来は高温の生ガスが冷却されることによって加熱される熱交換器の加熱媒体は、ガス化装置内で生成された生ガスを燃焼させるように構成されたバーナーによっても加熱されることにある。より正確には、本発明による熱電併給プラントは独立請求項１に基づく熱電併給プラントによって特徴付けられる。熱電併給プラント内のガス化装置によって生成された清浄化されていない合成ガスを処理する方法は、独立請求項１０に基づく方法によって特徴付けられる。従属請求項２〜１０には、本発明による熱電併給プラントの有利な実施態様が記載されている。従属請求項１２〜１９には、本発明による熱電併給プラント内のガス化装置によって生成された清浄化されていない合成ガスを処理する方法の有利な実施態様が記載されている。
【０００７】
本発明の利点は、この種類のＣＨＰプラント内で使用される炭素質材料のエネルギー含量の利用度が改善されることである。なぜならば、生合成ガスのエネルギーをこのようなＣＨＰプラント内で純然たる熱を生成するのに利用することもできるからである。さらに、本発明は、内燃機関のための燃料として使用される生合成ガスを濾過するために使用されるものと同じ濾過ユニットを使用することにより、生ガスバーナー内で形成された排出ガスを清浄化するのを可能にする。このことは、生ガスがガス化装置に後置された生ガスバーナー内で燃焼させられる場合に、環境中へ放出されるエミッションを低減する。
【０００８】
添付の図面を参照しながら本発明のいくつかの有利な実施態様を以下に詳述する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明による熱電併給プラントの１実施態様を示す原理図である。
【図２】図２は、図１に基づく熱電併給プラントの熱交換器を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１に示された熱電併給プラント１０は、ガス化装置１１と、熱交換器１２と、濾過ユニット１３と、内燃機関１４と、発電機１５とを含む。発電機１５には、内燃機関１４が適宜な機械的伝達手段によって接続されている。図１に示された熱電併給プラント１０はまた、熱電併給プラント１０の上記構成部分を互いに接続するためのダクトを含む。これらのダクトは、ガス化装置１１から熱交換器１２へ延びる第１の生ガスダクト１６と、熱交換器１２から濾過ユニット１３へ延びる第２の生ガスダクト１７と、濾過ユニット１３から内燃機関１４へ延びる精製ガスダクト１８とを含む。さらに、熱電併給プラント１０は排出ガスダクト１９を含む。排出ガスダクト１９には、生ガスバーナー２０から来た冷却され清浄化された排出ガス２２ｂが、精製ガスダクト１８を通って導かれ、そして排出ガスダクト１９には、内燃機関１４から来た排出ガス２３が排出ガス接続ダクト３１を通って導かれる。
【００１１】
熱電併給プラント１０内では、ガス化装置１１の後ろにある生ガスバーナー２０は、熱電併給プラント１０内で生成された精製ガス２１ｃがその内燃機関１４内で利用されない時間中にガス化装置１１内で形成された生ガス２１を燃焼させるように構成されている。このような理由から、内燃機関１３の使用中に精製合成ガス２１ｃの流れが排出ガスダクト１９に入るのを防止するために、精製ガスダクト１８は遮断弁２５を通って排出ガスダクト１９に接続されている。さらに、精製ガスダクト１８を通って排出ガスダクト１９へ流れる冷却され濾過された排出ガス２２ｂが生ガスバーナー２０の使用中に内燃機関１４へ入るのを防止するために、精製ガスダクト１８は、遮断弁２７を有する精製ガス接続ダクト２６を通って内燃機関１４に接続されている。
【００１２】
ガス化装置１１は、限定的酸素環境内で燃焼させられる炭素質材料を生合成ガスに変換するように構成されている（例えば本出願人の特許文献１に記載されている）、それ自体知られているガス化装置である。ガス化後、高温の生合成ガス２１ａは第１の生ガスダクト１６を通って、熱交換器１２と関連づけて配置された生ガスバーナー２０に導かれる。
【００１３】
生ガスバーナー２０は、加熱媒体のためのチャンネル３６を内部に配置した壁２８によって囲まれた燃焼チャンバー３４を含み、燃焼プロセス中に形成された熱エネルギーを、加熱媒体チャンネル３６内を循環している加熱媒体中に回収できるように、構成されている。このような構成は、燃焼プロセス中に形成された排出ガスの温度を既に燃焼チャンバー３４内で低下させる。
【００１４】
生ガスバーナー２０はまた空気入口２４を含む。生ガス２１ａの燃焼中、空気入口２４を通って適量の空気が生ガスバーナー２０の燃焼チャンバー３４内へ提供される。空気入口２４は例えば、生ガスバーナーの外部から燃焼チャンバーへ案内されるダクトである。空気入口２４は、燃焼チャンバー３４内に提供される空気量を調節するために調節弁３５又は相応の手段を含むことにより、生合成ガス２１ａができる限り完全に生ガスバーナー２０内で燃焼させられるように適量の酸素を燃焼チャンバー内で利用し得ることを保証する。生合成ガス２１ａが生ガスバーナー２０内で燃焼させられない期間中には、調節弁３５が閉じられるので、生合成ガスは熱交換器１２内に入る前に第１の生ガスダクト１６から流出することができない。さらに、燃焼チャンバー３４内には、高温の生合成ガス２１ａが生ガスバーナー２０によって燃焼させられるときに、高温の生合成ガス２１ａを点火するのに適した点火手段が配置されている。生ガスバーナー２０のシャットダウンは、調節弁３５を閉じることによって達成される。このことは、燃焼チャンバー３４内の燃焼プロセスを停止させる。
【００１５】
この実施態様では、熱交換器１２は、単一のケーシング内に配置された２つの区分から形成されている。図２に示されているように、生ガスバーナー２０は第１の区分２９内に配置されている。生ガスバーナー２０内に形成された熱は、熱交換器１２の媒体チャンネル３６及び３７内を循環させられる加熱媒体と交換される。第１の区分内には、加熱媒体チャンネル３６は例えば燃焼チャンバー２０の壁内に配置されている。第２の区分３０内では、加熱媒体チャンネル３７は加熱媒体管３８内に配置されている。この加熱媒体管を、生ガスバーナー２０内で形成された高温の生ガス２１ａ又は高温の排出ガス２２ａは、熱電併給プラント１０の使用中に流過するように構成されている。こうして、加熱媒体チャンネル３６及び３７は、生ガス２１ａ又は排出ガス２２ａの熱を、それぞれ第１の区分２９及び第２の区分３０の加熱媒体チャンネル３６及び３７内を流れる加熱媒体と交換することによって、生ガスバーナー内（すなわち熱交換器の第１の区分内）で形成された高温の生ガス２１ａ又は排出ガス２２ａの温度を低下させる。このようなものとして熱交換器１２は例えば、例えば本出願人の特許文献２に記載された沸騰熱交換器のような動作原理を有する沸騰熱交換器であってよい。加熱後、加熱された加熱媒体は、熱交換器１２の外部、例えば適宜な場所に配置された蓄熱器内に導かれるか、又は加熱される物体、例えば家屋又は建造物、を加熱するために使用し得る、熱電併給プラント１０の外部に直接に導かれる。
【００１６】
冷却された生合成ガス２１ｂを清浄化するように濾過ユニット１３を配置することにより、内燃機関１４のための燃料として適した精製合成ガス２１ｃを形成する。この実施態様では、濾過ユニット１３は布フィルタが位置決めされたチャンバーを含むことにより、濾過ユニットに入った冷却された生合成ガス２１ｂ又は冷却された排出ガス２２ａが、濾過ユニットから出る前にフィルタを流過する。フィルタは例えば何らかの適宜な濾布から形成されている。濾布は、フィルタを流過する冷却された生合成ガス２１ｂ又は冷却された排出ガス２２ａが、濾過ユニットの入口と出口との間のいくつかの布地層を流過するように折り畳まれている。このように、フィルタは、冷却された生合成ガス２１ｂ又は冷却された排出ガス２２ａから灰や煤及び他の汚染物のほとんどを除去する。従って、高温の生合成ガス２１ａが生ガスバーナー２０内で燃焼させられない場合には、冷却された生合成ガス２１ｂが濾過ユニットのフィルタを流過したときに、精製ガス２１ｃが形成される。他方において、ガス化装置１１から来た高温の生合成ガス２１ａが生ガスバーナー２０内で燃焼させられる場合には、冷却された排出ガス２２ａは清浄化されることにより、濾過後のその汚染物含有量は、濾過前の冷却された排出ガス２２ａよりも大幅に少なくなる。従って、この種類の従来技術のＣＨＰプラントの場合のように熱交換器１２内で排出ガス２２ａの熱を回収することなしに、そして濾過ユニット１３内で排出ガス２２ａを清浄化することなしに生ガスが燃焼させられる場合よりも環境に放出される有害エミッションが著しく少なくなる。濾過ユニットのフィルタは、布地以外の何らかの材料から成るフィルタ、例えば何らかの適宜なセラミック材料から成るフィルタであってもよい。
【００１７】
内燃機関１４内で、精製合成ガス２１ｃは、機関を運転するように、そして発電機１５によって電気エネルギーを生成するための機械動力を得るように燃焼させられる。こうして、この実施態様では、内燃機関１４は適宜な動力伝達手段を介して発電機１５に接続されている。内燃機関１４は、その燃料として精製合成ガスを使用するのに適するように形成された、それ自体知られている内燃機関である。内燃機関１４は、そのエネルギー効率を最適化するのにふさわしい方式でそのシリンダ内へ燃料及び空気を供給するのに適した調節手段を含んでもよい。
【００１８】
内燃機関１４は作動すると排出ガス２３を生成する。排出ガス２３はまた、排出ガス接続ダクト３１を介して熱電併給プラント１０の排出ガスダクト１９に導かれる。このように、排出ガスダクト１９は、生ガスバーナー２０と内燃機関１４との両方のための共通のものと考えることができる。
【００１９】
精製ガスダクト１８から排出ガスダクト１９へ流れる排出ガス２２ｂが、生ガスバーナー２０の使用中に排出ガス接続ダクト３１を通って内燃機関１４に入るのを防止するために、排出ガス接続ダクト３１は遮断弁３２を有している。内燃機関１４が使用されていないとき、そして高温の生ガス２１ａが生ガスバーナー２０内で燃焼させられているときには、遮断弁２７及び３２は閉じられている。
【００２０】
排出ガスダクト１９はその（上）端部にフレアブロワ（flare blower）３３を有している。フレアブロワ３３は、プラント内で形成された排出ガス２２ｂ及び２３が排出ガスダクト１９から出ること、そしてガス２１ａ〜ｃ，２２ａ，２２ｂ及び２３が熱電併給プラント１０のダクト内で適切に流れることを保証する。排出ガスダクト１９の背丈を充分に高くすることによって、ガス流を重力によっても促進することができる。
【００２１】
図１に示された熱電併給プラントを使用するときには、限定的酸素環境下で炭素質材料を燃焼させることにより生合成ガス２１ａを生成する。使用者が電気及び熱の両方を生成することを望むような期間中には、生合成ガス２１ａを生ガスバーナー２０内で燃焼させることはなく、熱交換器１２を通るように導くことにより、高温の生合成ガス２１ａの温度を低下させる。生合成ガス２１ａの温度は、熱交換器に入る前には典型的には約４００〜６５０℃であるが、しかし熱交換器１２を流過すると２５０℃未満（高温の生合成ガス２１ａの熱の使用及び生成に応じて典型的には２００〜２５０℃）の温度まで低下する。このような温度低下は、布フィルタを使用して生合成ガス２１ａを濾過することを可能にする。こうして、熱交換器１２の後で、冷却された生合成ガス２１ｂは濾過ユニット１３内に案内され、ガスから汚染物質が除去される。濾過後には、内燃機関１４の燃料として使用し得るような等級の合成ガス（すなわち精製合成ガス２１ｃ）が得られる。精製合成ガス２１ｃを内燃機関１４内に導くために、排出ガスダクト１９の遮断弁２５が閉じられ、精製ガス接続ダクト２６の遮断弁２７、並びに排出ガス接続ダクト３１の遮断弁３２が開かれる。生成される熱及び電気の量は、ガス化装置１１内で生成されるガスの量に依存する。このように、図１に示されたＣＨＰプラント１０によって生成されるエネルギー総量を制御するために、ガス化装置１１内で燃焼させられる炭素質材料の供給速度を調節することができる。
【００２２】
内燃機関１４が使用されず、そして電気エネルギーが生成されないが、しかしガス化装置１１内で形成された高温の生ガスが純然たる熱の生成のために使用される場合、このような動作モードでは、空気入口２４の調節弁３５が開かれ、そしてガス化装置１１から来る高温の生ガス２１ａが燃焼チャンバー３４内の点火手段によって点火される。排出ガスダクトの遮断弁２５は開かれ、そして遮断弁２７及び３２は閉じられるので、冷却され濾過された排出ガス２２ｂは内燃機関１４内に入ることができない。こうして、ガス化装置１１によって生成された高温の生合成ガス、並びに生ガス自体の熱の全エネルギー含量が、熱交換器１２の加熱媒体チャンネル３６及び３７内を循環させられる加熱媒体を加熱するのに利用される。上記のように、生ガスバーナーの排出ガス２２ａは共通の排出ガスダクト１９を通ってＣＨＰプラント１０の外部に放出される前に、熱交換器１２内で冷却され濾過ユニット１３内で清浄化される。このように有害エミッションの低減に加えて、図１に基づくＣＨＰプラントの本発明による概念は、この種類のＣＨＰプラントのエネルギー効率を改善する。
【００２３】
本発明による熱電併給プラントは、上記実施態様とは異なる数多くの形態で実現することができる。熱交換器は例えば熱交換器とは別個の生ガスバーナーを有することによって形成することができる。このようなＣＨＰプラントの場合、本出願人の特許文献２に記載された熱交換器と同様のものであってよく、生ガスバーナーは別個のケーシング内に形成されている。ケーシングは、別個のインプットダクト及びアウトプットダクト、並びにバイパスダクトによって第１の生ガスダクトに接続されている。インプットダクト及びアウトプットダクト、並びにバイパスダクトはすべて遮断弁を含むことができ、これにより、ガス化装置から来た生合成ガスが電気の生成のために使用されるときには、生合成ガスを、バイパスダクトを通して熱交換器に直接に案内することができ、また生合成ガスが生ガスバーナー内で燃焼させられるときには、バイパスダクトの遮断弁が閉じられ、インプットダクト及びアウトプットダクトの遮断弁が開かれるので、生合成ガスを生ガスバーナー内へ案内し、そして排出ガスを生ガスバーナーから熱交換器内へ案内することができる。このような実施態様では、生ガスバーナーは別個の加熱媒体チャンネルを含んでよい。これらの加熱媒体チャンネルは、生ガスバーナーの壁内に適宜に配置されている。或いは、生ガスバーナーは加熱媒体チャンネルを含まないように構成されていてもよく、高温の排出ガスは断熱されたアウトプットダクトを通して熱交換器内へ案内することができるので、生ガスバーナーと熱交換器との間に熱損失が生じることはない。生ガスバーナーは２つ以上の空気入口を含んでもよい。いくつかの実施態様では、生ガスバーナーはインプットダクトの周りに配置された複数の空気入口を含み、これにより燃焼チャンバー内へ流入する空気流が燃焼チャンバーの種々異なる側に均一に分配されるようにすることができる。このような空気入口は別個又は共通の調節弁を有することにより、生ガスバーナーの燃焼チャンバー内へ提供される空気量を制御して、燃焼チャンバー内の燃焼プロセスを最適化することができる。
【００２４】
また、熱交換器及び生ガスバーナー以外の本発明によるＣＨＰプラントの他の部分も、上記実施態様とは異なる形態で実現することができる。例えば、図１及び図２に示された種類の実施態様において、排出ガスダクト１９内の遮断弁２５、並びに生ガス接続ダクト２６内の遮断弁２７の代わりに、１つの２方向切換弁を設けることができる。この２方向切換弁は、２方向切換弁の第１の位置では、精製ガスダクト１８から来た排出ガスを排出ガスダクト１９へ案内し、そして２方向切換弁の第２の位置では、精製ガスダクト１８から来た精製合成ガス２１ｃを、精製ガス接続ダクト２６を通して内燃機関１４内へ案内する。また濾過ユニットは、布フィルタを有するもの以外の濾過方法に基づくこともできる。このように、濾過ユニットは、例えばサイクロン及び／又は静電フィルタ、又は例えば温度が２５０℃未満のガス中の汚染物を充分に良好に収集することを可能にする何らかの他の種類の濾過装置、例えば沈降チャンバー又はバッフルチャンバーを含むことができる。さらに、生ガスバーナーの冷却された生ガス及び冷却された排出ガスの両方に対してほとんどの事例で同じ濾過ユニットが適用されるものの、いくつかの実施態様では、本発明による熱電併給プラントは第２の濾過ユニットを含むことができる。第２の濾過ユニットは、図１及び２に示されているような種類の実施態様では、インプットダクトによって第２の生ガスダクトに、そしてアウトプットダクトによって精製ガスダクトに接続されることになる。こうして、このような熱電併給プラントによって、冷却された生合成ガスは第１の濾過ユニットによって濾過することができ、そして生ガスバーナーから熱交換器を通ってきた冷却された排出ガスは第２の濾過ユニット内で濾過することができる（又はその逆もある）。このような構成は有利である。それというのも冷却された排出ガスが冷却された生ガスよりも著しく高い温度を有することがあり、ひいては冷却された排出ガスのために使用される濾過ユニットが、濾過前の冷却された生ガスの温度を有するガスのために設計された種類のフィルタよりも著しく高い温度に耐え得る種類のフィルタを備えることができるからである。従って、本発明は上記有利な実施態様に限定されることはなく、添付の請求項の範囲内で変更を加えることができる。
【図１】
2019534931.tif 000003
【図２】
2019534931.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成31年2月26日(2019.2.26)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、熱電併給プラント及び熱電併給プラント内の燃焼プロセスを改善する方法に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明の目的が達成される理由は、生合成ガスを燃焼させるための生ガスバーナーが生ガスを冷却するための熱交換器と関連づけて設けられていることにより、本来は高温の生ガスが冷却されることによって加熱される熱交換器の加熱媒体は、ガス化装置内で生成された生ガスを燃焼させるように構成されたバーナーによっても加熱されることにある。より正確には、本発明による熱電併給プラントは独立請求項１に基づく熱電併給プラントによって特徴付けられる。熱電併給プラント内の燃焼プロセスを改善する方法は、独立請求項１１に基づく方法によって特徴付けられる。従属請求項２〜１０には、本発明による熱電併給プラントの有利な実施態様が記載されている。従属請求項１２〜１９には、本発明による熱電併給プラント内の燃焼プロセスを改善する方法の有利な実施態様が記載されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
熱電併給プラント１０内では、ガス化装置１１の後ろにある生ガスバーナー２０は、熱電併給プラント１０内で生成された精製ガス２１ｃがその内燃機関１４内で利用されない時間中にガス化装置１１内で形成された生ガス２１を燃焼させるように構成されている。このような理由から、内燃機関１４の使用中に精製合成ガス２１ｃの流れが排出ガスダクト１９に入るのを防止するために、精製ガスダクト１８は遮断弁２５を通って排出ガスダクト１９に接続されている。さらに、精製ガスダクト１８を通って排出ガスダクト１９へ流れる冷却され濾過された排出ガス２２ｂが生ガスバーナー２０の使用中に内燃機関１４へ入るのを防止するために、精製ガスダクト１８は、遮断弁２７を有する精製ガス接続ダクト２６を通って内燃機関１４に接続されている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電併給プラント（１０）であって、
−  炭素質材料を生合成ガス（２１ａ）へ変換するためのガス化装置（１１）と、
−  前記ガス化装置（１１）内で形成された前記生合成ガス（２１ａ）の熱を、加熱に使用するための加熱媒体と熱交換することによって、前記生合成ガス（２１ａ）の温度を低下させ、これによって、冷却された生合成ガス（２１ｂ）を形成するように構成された熱交換器（１２）と、
−  内燃機関（１４）のための燃料として適した精製合成ガス（２１ｃ）を形成するように、前記冷却された生合成ガス（２１ｂ）を清浄化するための濾過ユニット（１３）と、
−  前記精製合成ガス（２１ｃ）が機械動力を生成するように燃焼させられる内燃機関（１４）と、
−  前記ガス化装置（１１）から前記熱交換器（１２）へ案内される第１の生ガスダクト（１６）と、熱交換器（１２）から前記濾過ユニット（１３）へ案内される第２の生ガスダクト（１７）と、前記濾過ユニット（１３）から前記内燃機関（１４）へ案内される精製ガスダクト（１８）と、前記内燃機関（１４）の排出ガス（２３）が導かれる排出ガスダクトと、を含む、前記熱電併給プラント（１０）の種々異なる部分を互いに接続するダクトと、
−  前記精製合成ガス（２１ｃ）が前記内燃機関（１４）内で利用されない時間中に前記ガス化装置（１１）内で形成された生合成ガス（２１ａ）を燃焼させるために前記ガス化装置（１１）に後置された生ガスバーナー（２０）と、
を含む形式のものにおいて、
−  前記生ガスバーナー（２０）が前記熱交換器（１２）の加熱媒体を加熱するように構成されており、
−  前記内燃機関（１４）の使用中に前記精製合成ガスが前記排出ガスダクト（１９）に入るのを防止するために、前記精製ガスダクト（１８）が遮断弁（２５）を通って前記排出ガスダクト（１９）に接続されているか、
−  前記精製ガスダクト（１８）を通って前記排出ガスダクト（１９）へ流れる冷却され濾過された前記排出ガスが前記生ガスバーナー（２０）の使用中に前記内燃機関（１４）へ入るのを防止するために、前記精製ガスダクト（１８）は、遮断弁（２７）を有する精製ガス接続ダクト（２６）を通って前記内燃機関（１４）に接続されているか、或いは、
−  前記精製ガスダクト（１８）が、１つの２方向切換弁を通して前記排出ガスダクト（１９）と前記精製ガス接続ダクト（２６）とに接続されており、前記２方向切換弁は、前記２方向切換弁の第１の位置では、前記精製ガスダクト（１８）から来た前記排出ガスを前記排出ガスダクト（１９）へ案内し、そして前記２方向切換弁の第２の位置では、前記精製ガスダクト（１８）から来た前記精製合成ガス（２１ｃ）を、前記精製ガス接続ダクト（２６）を通して前記内燃機関（１４）内へ案内する、
ことを特徴とする、熱電併給プラント（１０）。
【請求項２】
前記熱電併給プラント（１０）が、前記生ガスバーナー（２０）に酸素を提供するように、前記生ガスバーナー（２０）内に接続された空気入口（２４）を含む、
請求項１に記載の熱電併給プラント（１０）。
【請求項３】
前記生ガスバーナー（２０）が燃焼チャンバー（３４）を含み、前記燃焼チャンバー内では、前記熱交換器（１２）の熱交換チャンネルが、前記燃焼チャンバー（３４）内で形成された熱を前記熱交換器（１２）の加熱媒体へ導くように構成されている、
請求項１又は２に記載の熱電併給プラント（１０）。
【請求項４】
前記熱交換器（１２）が第１の加熱区分（２９）を含み、前記第１の加熱区分（２９）では、前記生ガスバーナー（２０）内で生ガス（２１ａ）を燃焼させることによって形成された熱によって、前記加熱媒体が加熱される、
請求項１から３までのいずれか１項に記載の熱電併給プラント（１０）。
【請求項５】
前記熱交換器（１２）が第２の加熱区分（３０）を含み、前記前記熱交換器（１２）の前記第２の加熱区分（３０）の熱交換面を流過するように構成された高温の前記生ガス（２１ａ）の流れ又は排出ガス（２２ａ）の流れによって、前記加熱媒体が加熱される、
請求項４に記載の熱電併給プラント（１０）。
【請求項６】
前記熱電併給プラント（１０）が共通の排出ガスダクト（１９）を含み、前記共通の排出ガスダクト（１９）へ、生ガスバーナー（２０）から来た前記冷却された排出ガス（２２ｂ）が前記精製ガスダクト（１８）を通って導かれ、そして前記内燃機関（１４）から来た排出ガスが排出ガス接続ダクト（３１）を通って導かれている、
請求項１から５までのいずれか１項に記載の熱電併給プラント（１０）。
【請求項７】
内燃機関（１４）の使用中に前記精製合成ガス（２１ｃ）の流れが前記排出ガスダクト（１９）に入るのを防止するために、前記精製ガスダクト（１８）が遮断弁（２５）を通って前記排出ガスダクト（１９）に接続されている、
請求項６に記載の熱電併給プラント（１０）。
【請求項８】
前記精製ガスダクト（１８）を通って前記排出ガスダクト（１９）へ流れる前記生ガスバーナー（２０）の排出ガス（２２ｂ）が、生ガスバーナー（２０）の使用中に前記内燃機関（１４）に入るのを防止するために、前記精製ガスダクト（１８）が、遮断弁（２７）を有する精製ガス接続ダクト（２６）を通って前記内燃機関（１４）に接続されている、
請求項６又は７に記載の熱電併給プラント（１０）。
【請求項９】
前記精製ガスダクト（１８）から前記排出ガスダクト（１９）へ流れる排出ガス（２２ｂ）が、生ガスバーナー（２０）の使用中に前記排出ガス接続ダクト（３１）を通って前記内燃機関（１４）に入るのを防止するために、前記内燃機関（１４）が、遮断弁（３２）を有する排出ガス接続ダクト（３１）を含む、
請求項６から８までのいずれか１項に記載の熱電併給プラント（１０）。
【請求項１０】
前記熱電併給プラント（１０）が、冷却された生合成ガス（２１ｂ）又は冷却された排出ガス（２２ａ）のための第２の濾過ユニットを含み、前記第２の濾過ユニットが前記熱交換器に後置されており、そしてインプットダクトによって前記第２の生ガスダクト（１７）に接続され、そしてアウトプットダクトによって前記精製ガスダクト（１８）に接続されている、
請求項１から９までのいずれか１項に記載の熱電併給プラント（１０）。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか１項に記載の熱電併給プラント（１０）内の燃焼プロセスを改善する方法であって、前記方法が、
−  前記ガス化装置（１１）に後置された生ガスバーナー（２０）内で前記生合成ガス（２１ａ）を燃焼させるか、或いは、
−  前記ガス化装置（１１）内で生成された高温の前記生合成ガス（２１ａ）の熱を、前記ガス化装置（１１）に後置された熱交換器（１２）の加熱媒体と交換することにより、高温の前記生合成ガス（２１ａ）の温度を低下させる、
方法工程と、
−  冷却された生合成ガス（２１ｂ）を濾過ユニット（１３）内で清浄化することにより、精製合成ガス（２１ｃ）を生成し、
−  前記精製合成ガス（２１ｃ）を内燃機関（１４）内で前記内燃機関（１４）の燃料として利用することにより、機械動力を生成する、
方法工程と、
を含む形式のものにおいて、
前記方法が、前記生合成ガス（２１ａ）が前記生ガスバーナー（２０）内で燃焼させられる場合には、前記生ガスバーナー（２０）内で形成された熱によって、前記熱交換器（１２）の加熱媒体を加熱する方法工程を含む、
ことを特徴とする、熱電併給プラント（１０）内の燃焼プロセスを改善する方法。
【請求項１２】
前記熱交換器（１２）と関連づけて配置された前記生ガスバーナー（２０）の燃焼チャンバー（３４）内で生合成ガス（２１ａ）を燃焼させることにより、前記燃焼チャンバー（３４）内で生成された熱が前記熱交換器（１２）の加熱媒体と交換されるようにする、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記生ガスバーナー（２０）の前記燃焼チャンバー（３４）に接続された少なくとも１つの空気入口を通して前記燃焼チャンバー（３４）内に空気が提供される、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記生ガスバーナー（２０）の燃焼チャンバー（３４）と関連づけて配置された少なくとも１つの加熱媒体チャンネルを通して、前記加熱媒体を循環させることによって、前記生合成ガス（２１ａ）の燃焼プロセス中に形成された熱が前記加熱媒体の中に導かれ、これにより前記生合成ガス（２１ａ）の燃焼プロセス中に形成された排出ガス（２２ａ）の温度が低下させられるようにする、
請求項１１から１３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記生ガスバーナー（２０）の前記冷却された生ガス（２１ａ）と前記冷却された排出ガス（２２ａ）とが、前記冷却された生ガス（２１ａ）と前記冷却された排出ガス（２２ａ）とを、少なくとも１つの濾過ユニット（１３）を通るように導くことにより清浄化される、
請求項１１から１４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記冷却された生ガス（２１ａ）が、前記冷却された生ガス（２１ａ）を、第１の濾過ユニット（１３）を通るように導くことにより清浄化され、そして前記冷却された排出ガス（２２ａ）が、前記冷却された排出ガス（２２ａ）を、第２の濾過ユニットを通るように導くことにより清浄化される、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２の濾過ユニットが、前記第１の濾過ユニット（１３）のフィルタよりも高い温度に耐えるフィルタを備える、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記生ガスバーナー（２０）の前記冷却された排出ガス（２２ａ）と、前記内燃機関（１４）内で形成された前記排出ガス（２３）とが、共通の排出ガスダクト（１９）内へ案内される、
請求項１１から１７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記生ガスバーナー（２０）の前記冷却された排出ガス（２２ａ）と、前記内燃機関（１４）の前記排出ガス（２３）とが、前記共通の排出ガスダクト（１９）の端部に設けられたフレアブロワ（３３）によって、前記共通の排出ガスダクト（１９）から吹き出される、
請求項１８に記載の方法。
【国際調査報告】
2019534931.tif 000005
2019534931.tif 000006