(57)【要約】【課題】可燃性ガスに含まれる不純物の膠着に起因する圧力制御手段の動作不良を防止することができ、かつ、圧力制御手段を安価に構成することができるガス化発電システムを提供する。【解決手段】上流側ガス管３０１と下流側ガス管３０２とで第二ガス管３０を構成し、上流側ガス管３０１と下流側ガス管３０２との間に水封槽１４を設け、水封槽１４内に所定の水位まで水を封入し、水封槽１４内の水面よりも低い位置に上流側ガス管３０１のガス出口部３０１Ａを配置し、上流側ガス管３０１のガス出口部３０１Ａから吐出されるバイオガスに水封槽１４内の水圧を作用させて、余剰ガス燃焼装置１５への可燃性ガスの供給量を制御することにより、第一ガス管２９内のバイオガスの圧力を制御するようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体炭素質材料を加熱して可燃性ガスを生成するガス化炉と、
該可燃性ガスを燃焼して発電するエンジン発電装置と、
前記ガス化炉で生成された可燃性ガスのうち該エンジン発電装置に供給されなかった余剰分を燃焼する余剰ガス燃焼装置と、
前記エンジン発電装置に可燃性ガスを導入する第一ガス通路と、
該第一ガス通路から分岐し、前記余剰ガス燃焼装置に可燃性ガスを導入する第二ガス通路と、
該第一ガス通路内の可燃性ガスの圧力を制御する圧力制御手段と、を備えるガス化発電システムにおいて、
前記第二ガス通路は、上流側ガス通路と下流側ガス通路とで構成され、
該上流側ガス通路と該下流側ガス通路との間には、前記圧力制御手段としての水封槽が設けられ、
該水封槽内には、所定の水位まで水が封入されて、該水封槽内の水面よりも低い位置に、前記上流側ガス通路のガス出口部が配置され、
該上流側ガス通路のガス出口部から吐出される可燃性ガスに、前記水封槽内の水圧が作用して、前記余剰ガス燃焼装置への可燃性ガスの供給量が制御されることにより、前記第一ガス通路内の可燃性ガスの圧力が制御されることを特徴とするガス化発電システム。
【請求項２】
前記水封槽内の水位は、水位調整機構によって調整可能とされることを特徴とする請求項１に記載のガス化発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可燃性ガスを生成して発電するガス化発電システムに関し、特に、ガス通路内の可燃性ガスの圧力を制御する圧力制御手段を備えるガス化発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、バイオマス等の固体炭素質材料をガス化炉で加熱してバイオガス等の可燃性ガスを生成し、該バイオガスをエンジン発電装置で燃焼して発電する一方、前記ガス化炉で生成したバイオガスのうち、このエンジン発電装置に供給しなかった余剰分を余剰ガス燃焼装置で燃焼するガス化発電システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。該ガス化発電システムにおいて、前記エンジン発電装置には、第一ガス通路でバイオガスが導入される一方、前記余剰ガス燃焼装置には、この第一ガス通路から分岐する第二ガス通路で余剰分のバイオガスが導入される。
【０００３】
そして、前記第二ガス通路には、圧力制御手段としてバタフライバルブやリリーフバルブ等のバルブ（以下単に「バルブ」という。）が設けられる。該バルブで余剰ガス燃焼装置へのバイオガスの供給量が制御されることにより、前記第一ガス通路内のバイオガスがエンジン発電装置への供給に適した圧力に制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２４９６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記ガス化発電システムでは、バイオガスに含まれるタール等の不純物が、前記バルブの可動部（弁体等）に膠着し易い。該可動部に不純物が膠着すると、バルブが動作不良を起こすため、バイオガスを前記エンジン発電装置への供給に適した圧力に正確に制御することができなくなる、という問題があった。また、前記バルブは、一般的に高価であるため、ガス化発電システムに係る製造コストやメンテナンスコストが増加する一因になる、という問題もあった。
【０００６】
本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、可燃性ガスに含まれる不純物の膠着に起因する圧力制御手段の動作不良を防止することができ、かつ、圧力制御手段を安価に構成することができるガス化発電システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上のとおりであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００８】
すなわち、請求項１においては、固体炭素質材料を加熱して可燃性ガスを生成するガス化炉と、該可燃性ガスを燃焼して発電するエンジン発電装置と、前記ガス化炉で生成された可燃性ガスのうち該エンジン発電装置に供給されなかった余剰分を燃焼する余剰ガス燃焼装置と、前記エンジン発電装置に可燃性ガスを導入する第一ガス通路と、該第一ガス通路から分岐し、前記余剰ガス燃焼装置に可燃性ガスを導入する第二ガス通路と、該第一ガス通路内の可燃性ガスの圧力を制御する圧力制御手段と、を備えるガス化発電システムにおいて、前記第二ガス通路は、上流側ガス通路と下流側ガス通路とで構成され、該上流側ガス通路と該下流側ガス通路との間には、前記圧力制御手段としての水封槽が設けられ、該水封槽内には、所定の水位まで水が封入されて、該水封槽内の水面よりも低い位置に、前記上流側ガス通路のガス出口部が配置され、該上流側ガス通路のガス出口部から吐出される可燃性ガスに、前記水封槽内の水圧が作用して、前記余剰ガス燃焼装置への可燃性ガスの供給量が制御されることにより、前記第一ガス通路内の可燃性ガスの圧力が制御されるものである。
【０００９】
請求項２においては、前記水封槽内の水位は、水位調整機構によって調整可能とされるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１１】
請求項１においては、水封槽には、バルブのような可動部（弁体等）が存在しないため、可燃性ガスに含まれる不純物の膠着に起因する圧力制御手段の動作不良を防止することができる。また、水を封入するだけの水封槽により、圧力制御手段を安価に構成することができる。
【００１２】
請求項２においては、可燃性ガスの発熱量の変動に応じて水封槽内の水位を調整することにより、第二ガス通路内の可燃性ガスに作用する水封槽内の水圧を調整することができるため、可燃性ガスをエンジン発電装置への供給に適した圧力になるように、きめ細かく制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係るガス化発電システムを示す図。
【図２】水封槽を示す側面断面図。
【図３】水位調整槽を示す側面断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態について図面に基づき説明する。
【００１５】
先ず、本発明の一実施形態に係るガス化発電システム１の全体構成について、図１により説明する。
【００１６】
ガス化発電システム１は、投入ホッパ２、投入コンベア３、ガス化炉４、サイクロン５、熱交換器６、冷却塔７、貯水槽８、スクラバー９、フィルター１０、誘引ブロワ１１、前処理ユニット１２、エンジン発電装置１３、水封槽１４、余剰ガス燃焼装置１５等で構成される。ガス化炉４で生成された可燃性ガスとしてのバイオガスは、サイクロン５、熱交換器６、スクラバー９、フィルター１０、誘引ブロワ１１の順に流れ、誘引ブロワ１１の下流側でエンジン発電装置１３側と余剰ガス燃焼装置１５側とに分岐して流れる。
【００１７】
投入ホッパ２には、固体炭素質材料としてのバイオマスが貯溜されており、投入ホッパ２内のバイオマスが投入コンベア３でガス化炉４内に投入される。前記固体炭素質材料としては、家畜排泄物、食品廃棄物、紙、黒液、下水汚泥、木質系廃材・未利用材、農作物非食用部、資源作物等のバイオマス以外に、石炭等の化石燃料も用いられる。
【００１８】
ガス化炉４では、バイオマスが不完全燃焼されて、バイオガスが生成される。生成されたバイオガスは、ガス管１６でサイクロン５に導入される。このバイオガスは、一酸化炭素を主成分とする可燃性ガスであり、該バイオガスには、ススやタール、塵等の不純物が含まれる。
【００１９】
サイクロン５では、バイオガスに含まれる比較的大きな塵等が、遠心分離によって除去される。サイクロン５で大きな塵等が除去されたバイオガスは、ガス管１７で熱交換器６に導入される。
【００２０】
熱交換器６内には、バイオガスが流れる図示せぬガス管が設けられており、該ガス管内のバイオガスが、洗浄水で洗浄、冷却されると共に、該ガス管の周囲を流れる冷却水で冷却される。熱交換器６で洗浄、冷却されたバイオガスは、ガス管１８でスクラバー９に導入される。
【００２１】
スクラバー９内には、洗浄水が貯溜されており、バイオガスがスクラバー９内の洗浄水中を潜ることにより、洗浄、冷却される。スクラバー９で洗浄、冷却されたバイオガスは、ガス管２５でフィルター１０に導入される。
【００２２】
フィルター１０では、バイオガスに含まれる比較的小さな塵等が、濾過によって除去される。フィルター１０で塵等が除去されたバイオガスは、ガス管２８で誘引ブロワ１１に導入される。
【００２３】
ここで、熱交換器６に供給される冷却水は、冷却塔７に貯溜されており、冷却塔７内の冷却水は、配水管１９で熱交換器６に導入される。そして、配水管１９内の冷却水は、ポンプ２０で熱交換器６側に圧送され、熱交換器６でバイオガスを冷却した冷却水は、配水管２１で冷却塔７に導出される。
【００２４】
また、熱交換器６及びスクラバー９に供給される洗浄水は、貯水槽８に貯溜されており、貯水槽８内の洗浄水は、配水管２２で熱交換器６に導入されると共に、配水管２２から分岐する配水管２６でスクラバー９に導入される。そして、配水管２２内の洗浄水は、ポンプ２３で熱交換器６側及びスクラバー９側に圧送され、熱交換器６でバイオガスを洗浄、冷却した洗浄水は、配水管２４で貯水槽８に導出される一方、スクラバー９でバイオガスを洗浄、冷却した洗浄水は、配水管２７で貯水槽８に導出される。
【００２５】
さて、誘引ブロワ１１では、誘引ブロワ１１上流側のバイオガスが吸入されて下流側に吐出される。つまり、誘引ブロワ１１の上流側は負圧となる一方、誘引ブロワ１１の下流側は正圧となるため、誘引ブロワ１１上流側のバイオガスが誘引ブロワ１１で下流側に誘引される。
【００２６】
そして、誘引ブロワ１１で誘引されたバイオガスは、第一ガス管２９でエンジン発電装置１３に導入される。一方、余剰分のバイオガス（ガス化炉４で生成されたバイオガスのうちエンジン発電装置１３に供給されなかった余剰分）は、第一ガス管２９から分岐する第二ガス管３０で余剰ガス燃焼装置１５に導入される。
【００２７】
エンジン発電装置１３は、バイオガスを燃料とするガスエンジン、該ガスエンジンで駆動される発電装置等で構成される。本実施形態に係るエンジン発電装置１３は、前記発電装置で発電すると共に、前記ガスエンジンの排熱を給湯や空調等に利用するコージェネレーションシステムとされる。エンジン発電装置１３には、前処理ユニット１２で不純物が除去されたバイオガスが供給される。
【００２８】
余剰ガス燃焼装置１５では、余剰分のバイオガスが燃焼される。そして、余剰ガス燃焼装置１５の上流側で第二ガス管３０の途中には、水封槽１４が設けられる。
【００２９】
次に、水封槽１４について、図２により説明する。
【００３０】
図２に示すように、水封槽１４内には、所定の水位まで水が封入されている。水封槽１４内の水位は、水位調整槽３１（図３参照）によって、最低水位Ｈｍｉｎから最高水位Ｈｍａｘまで（水位調整範囲ΔＨ＝Ｈｍａｘ−Ｈｍｉｎ）調整可能とされる。水封槽１４の側面には、最高水位Ｈｍａｘを超えた余分な水を排出するオーバーフロー管３４が設けられる。つまり、オーバーフロー管３４の上端部の高さが、水封槽１４の最高水位Ｈｍａｘとなる。
【００３１】
そして、水封槽１４の上流側には、上流側ガス管３０１が配置される一方、水封槽１４の下流側には、下流側ガス管３０２が配置される。つまり、上流側ガス管３０１と下流側ガス管３０２とで、第二ガス管３０が構成される。
【００３２】
上流側ガス管３０１は、第一ガス管２９（図１参照）側から水封槽１４側に略水平に延出されて水封槽１４内に挿入される。第一ガス管２９と水封槽１４とは、上流側ガス管３０１を介して連通される。水封槽１４内では、上流側ガス管３０１が下方に折り曲げられて略垂直に延出され、上流側ガス管３０１のガス出口部３０１Ａは、水中で開口（下向きに開口）される。ガス出口部３０１Ａは、水封槽１４内の水面よりも低い位置（水深Ｈ１）に配置される。
【００３３】
そして、ガス出口部３０１Ａ近傍における上流側ガス管３０１の管壁には、ガス出口部３０１Ａから近い順に、下ガス孔３０１Ｂ・３０１Ｂ・・・、上ガス孔３０１Ｃ・３０１Ｃ・・・が形成される。上ガス孔３０１Ｃ・３０１Ｃ・・・及び下ガス孔３０１Ｂ・３０１Ｂ・・・は、いずれも上流側ガス管３０１の円周方向に沿って配置される。上ガス孔３０１Ｃ・３０１Ｃ・・・の高さは、最低水位Ｈｍｉｎの高さと一致する。
【００３４】
また、水封槽１４の上部側面には、下流側ガス管３０２のガス入口部３０２Ａが接続される。水封槽１４（水封槽１４内の水面上の空間）と余剰ガス燃焼装置１５とは、下流側ガス管３０２を介して連通される。下流側ガス管３０２は、水封槽１４の上部側面から余剰ガス燃焼装置１５側に略水平に延出され、下方に折れ曲げられて略垂直に延出される。該略垂直に延出された下流側ガス管３０２は、余剰ガス燃焼装置１５側に折り曲げられて略水平に延出され、余剰ガス燃焼装置１５の下部側面から内部に挿入されて上方に折り曲げられる。
【００３５】
そして、余剰ガス燃焼装置１５内の下流側ガス管３０２の端部には、バーナー部３０２Ｂが設けられる。また、余剰ガス燃焼装置１５の側面には、バーナー部３０２Ｂから吐出されるバイオガスに着火するパイロットバーナー３５が設けられる。
【００３６】
一方、上流側ガス管３０１の水平部分には、バイパス管３３の一端部が接続される。バイパス管３３は、第二ガス管３０の上流側ガス管３０１から分岐し、上流側ガス管３０１の水平部分から下方に略垂直に延出され、余剰ガス燃焼装置１５側に折り曲げられて略水平に延出される。該略水平に延出されたバイパス管３３は、余剰ガス燃焼装置１５の下側で上方に折り曲げられる。
【００３７】
そして、バイパス管３３の他端部には、吐出管３６の一端部が接続され、吐出管３６の他端部は、余剰ガス燃焼装置１５の下側から内部に挿入される。吐出管３６の他端部は、第二ガス管３０（下流側ガス管３０２）のバーナー部３０２Ｂ近傍に配置される。
【００３８】
このような構成により、水封槽１４には、上流側ガス管３０１でバイオガスが導入される。上流側ガス管３０１内のバイオガスは、ガス出口部３０１Ａ、下ガス孔３０１Ｂ・３０１Ｂ・・・及び上ガス孔３０１Ｃ・３０１Ｃ・・・から、水封槽１４内の水中に吐出される。
【００３９】
ここで、上流側ガス管３０１から吐出されるバイオガスには、水封槽１４内の水圧が作用する。つまり、水封槽１４内の水の単位体積重量をγｗ、ガス出口部３０１Ａ位置での水深をＨ１、下ガス孔３０１Ｂ・３０１Ｂ・・・位置での水深をＨ２、上ガス孔３０１Ｃ・３０１Ｃ・・・位置での水深をＨ３とすると、ガス出口部３０１Ａから吐出されるバイオガスには、水圧Ｐ１（＝γｗ×Ｈ１）、下ガス孔３０１Ｂ・３０１Ｂ・・・から吐出されるバイオガスには、水圧Ｐ２（＝γｗ×Ｈ２）、上ガス孔３０１Ｃ・３０１Ｃ・・・から吐出されるバイオガスには、水圧Ｐ３（＝γｗ×Ｈ３）が作用する。
【００４０】
こうして、上流側ガス管３０１から吐出されるバイオガスに、水封槽１４内の水圧が作用することにより、余剰ガス燃焼装置１５へのバイオガスの供給量が減少することになる。そうすると、エンジン発電装置１３へのバイオガスの供給量が増加するため、第一ガス管２９内のバイオガスの圧力が上昇する。
【００４１】
そして、前記上流側ガス管３０１から吐出されたバイオガスは、水封槽１４内の水面上に浮上して、ガス入口部３０２Ａから下流側ガス管３０２内に流れ込む。そして、下流側ガス管３０２内のバイオガスは、バーナー部３０２Ｂから吐出されて、余剰ガス燃焼装置１５に導入される。
【００４２】
こうして、バーナー部３０２Ｂから吐出されたバイオガスは、パイロットバーナー３５で着火されて余剰ガス燃焼装置１５で燃焼される。
【００４３】
また、上流側ガス管３０１内のバイオガスの一部は、バイパス管３３内に流れ込む。バイパス管３３内のバイオガスは、吐出管３６から吐出されて、余剰ガス燃焼装置１５に導入される。つまり、第二ガス管３０（上流側ガス管３０１）内のバイオガスが、バイパス管３３で水封槽１４を経由せずに（水封槽１４を迂回して）余剰ガス燃焼装置１５に導入される。
【００４４】
こうして、吐出管３６から吐出されたバイオガスは、パイロットバーナー３５で着火されて余剰ガス燃焼装置１５で燃焼される。
【００４５】
次に、水位調整槽３１について、図３により説明する。
【００４６】
図３に示すように、水位調整槽３１には、水封槽１４に供給される水が貯溜されている。水位調整槽３１と水封槽１４とは、弁３２１付きの連通管３２を介して連通される。水位調整槽３１内の水位と水封槽１４内の水位とは、弁３２１が開いた連通管３２を介して平衡する。
【００４７】
そして、水位調整槽３１には、水位調整槽３１内に水を供給する給水管３１１、及び水位調整槽３１内の水を排出する排水管３１２が設けられる。給水管３１１には、ボールタップ付きの弁（図示省略）が設けられており、水位調整槽３１内の水位が設定水位よりも低くなると、前記弁が開いて給水管３１１からの水が水位調整槽３１内に供給される。その後、水位調整槽３１内の水位が設定水位になると、前記弁が閉じて給水管３１１からの水の供給が停止する。
【００４８】
このような構成により、給水管３１１で水位調整槽３１内に水が供給されると、水位調整槽３１内の水位が上昇すると共に、弁３２１が開いた連通管３２で水位調整槽３１内の水が水封槽１４に導入されて、水封槽１４内の水位も上昇する。そうすると、第二ガス管３０では、バイオガスが余剰ガス燃焼装置１５側に流れ難く（上流側ガス管３０１内のバイオガスが水封槽１４内に吐出され難く）なって、余剰ガス燃焼装置１５へのバイオガスの供給量が減少する一方、エンジン発電装置１３へのバイオガスの供給量が増加して、第一ガス管２９内のバイオガスの圧力が上昇する。
【００４９】
一方、排水管３１２で水位調整槽３１内の水が排出されると、水位調整槽３１内の水位が低下すると共に、弁３２１が開いた連通管３２で水封槽１４内の水が水位調整槽３１に導出されて、水封槽１４内の水位も低下する。そうすると、第二ガス管３０では、バイオガスが余剰ガス燃焼装置１５側に流れ易く（上流側ガス管３０１内のバイオガスが水封槽１４内に吐出され易く）なって、余剰ガス燃焼装置１５へのバイオガスの供給量が増加する一方、エンジン発電装置１３へのバイオガスの供給量が減少して、第一ガス管２９内のバイオガスの圧力が低下する。
【００５０】
なお、オーバーフロー管３４の上端面の高さを変更可能に構成して、水封槽１４内の水位を低下させることもできる。
【００５１】
以上のように、本発明の一実施形態に係るガス化発電システム１は、バイオマスを加熱してバイオガスを生成するガス化炉４と、該バイオガスを燃焼して発電するエンジン発電装置１３と、ガス化炉４で生成されたバイオガスのうちエンジン発電装置１３に供給されなかった余剰分を燃焼する余剰ガス燃焼装置１５と、エンジン発電装置１３にバイオガスを導入する第一ガス通路としての第一ガス管２９と、第一ガス管２９から分岐し、余剰ガス燃焼装置１５にバイオガスを導入する第二ガス通路としての第二ガス管３０と、第一ガス管２９内のバイオガスの圧力を制御する圧力制御手段としての水封槽１４と、を備えるガス化発電システム１において、第二ガス管３０は、上流側ガス通路としての上流側ガス管３０１と下流側ガス通路としての下流側ガス管３０２とで構成され、上流側ガス管３０１と下流側ガス管３０２との間には、水封槽１４が設けられ、水封槽１４内には、所定の水位まで水が封入されて、水封槽１４内の水面よりも低い位置に、上流側ガス管３０１のガス出口部３０１Ａが配置され、上流側ガス管３０１のガス出口部３０１Ａから吐出されるバイオガスに、水封槽１４内の水圧が作用して、余剰ガス燃焼装置１５への可燃性ガスの供給量が制御されることにより、第一ガス管２９内のバイオガスの圧力が制御される。
【００５２】
このような構成により、水封槽１４には、バルブのような可動部（弁体等）が存在しないため、バイオガスに含まれる不純物の膠着に起因する圧力制御手段の動作不良を防止することができる。また、水を封入するだけの水封槽１４により、圧力制御手段を安価に構成することができる。
【００５３】
そして、水封槽１４内の水位は、水位調整機構としての水位調整槽３１によって調整可能とされる。
【００５４】
このような構成により、バイオガスの発熱量の変動に応じて水封槽１４内の水位を調整することにより、第二ガス管３０内のバイオガスに作用する水封槽１４内の水圧を調整することができるため、バイオガスをエンジン発電装置１３への供給に適した圧力になるように、きめ細かく制御することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１  ガス化発電システム
４  ガス化炉
１３  エンジン発電装置
１４  水封槽（圧力制御手段）
１５  余剰ガス燃焼装置
２９  第一ガス管（第一ガス通路）
３０  第二ガス管（第二ガス通路）
３１  水位調整槽（水位調整機構）
３０１  上流側ガス管（上流側ガス通路）
３０１Ａ  ガス出口部
３０２  下流側ガス管（下流側ガス通路）
【図１】
2011225684.tif 000003
【図２】
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【図３】
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