(57)【要約】【課題】ボイラ設備において、設備コストの低減を可能とすると共に品質の高いガス燃料を生成可能とする。【解決手段】バイオマスを燃料として燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成するガス化炉１０と、ガス化炉１０で生成されたガス燃料と化石燃料を燃焼させて発生した熱を回収するボイラ３０とを設けると共に、ボイラ３０に供給される燃焼用空気の一部をガス化炉１０内に供給する空気供給配管２１を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスを燃料として燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成するガス化炉と、
該ガス化炉で生成されたガス燃料と化石燃料を燃焼させて発生した熱を回収するボイラと、
を備え、
前記ボイラに供給される燃焼用空気の一部を前記ガス化炉内に供給するガス化炉用空気供給経路を設ける、
ことを特徴とするボイラ設備。
【請求項２】
空気を前記ボイラに供給するボイラ用空気供給経路と、該ボイラ用空気供給経路を流れる空気を前記ボイラから排出される排ガスと熱交換を行う熱交換器が設けられ、前記ガス化炉用空気供給経路は、前記熱交換器により昇温された前記ボイラ用空気供給経路の高温近空気の一部を前記ガス化炉内に供給することを特徴とする請求項１に記載のボイラ設備。
【請求項３】
前記ガス化炉用空気供給経路に流動する空気を所定圧まで昇圧する昇圧機が設けられることを特徴とする請求項１または２に記載のボイラ設備。
【請求項４】
前記ガス化炉用空気供給経路における前記昇圧機より上流側に除塵装置が設けられることを特徴とする請求項３に記載のボイラ設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスを燃焼・ガス化させることで一酸化炭素や水素などを発生させ、これをガス燃料として生成するガス化炉、バイオマスを用いて生成したガス燃料と石炭や油などの化石燃料とを燃料として併用して燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収することが可能なボイラ設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バイオマスを燃料としてガス化させることで一酸化炭素や水素などを発生させ、これをガス燃料として生成するガス化炉が各種提案されている。また、石炭や油などの化石燃料を燃料として燃焼させることで熱を発生させ、この発生した熱を回収するボイラが各種提案されている。そして、ガス化炉で生成したガス燃料をボイラに供給し、このガス燃料と化石燃料とを燃料として併用して燃焼させ、熱を回収するようにした設備が、例えば、下記特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第４６７６１７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなガス化炉とボイラとを組み合わせた設備にあっては、ガス化炉にバイオマスだけではなく、高温空気を供給することで、バイオマスを燃焼・ガス化させる必要があり、従来は、ガス化炉に対して、バイオマスを供給するバイオマス供給系を設けると共に、高温空気を供給する空気供給系を設ける。この場合、ガス化炉に空気供給系を設けると、ブロアや空気供給配管だけではなく、空気を加熱する加熱手段などが必要となり、設備コストが上昇してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は上述した課題を解決するものであり、設備コストの低減を可能とすると共に品質の高いガス燃料を生成可能とするボイラ設備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】
【０００６】
上記の目的を達成するための本発明のボイラ設備は、バイオマスを燃料として燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成するガス化炉と、該ガス化炉で生成されたガス燃料と化石燃料を燃焼させて発生した熱を回収するボイラと、を備え、前記ボイラに供給される燃焼用空気の一部を前記ガス化炉内に供給するガス化炉用空気供給経路を設ける、ことを特徴とするものである。
【０００７】
従って、ボイラに供給される燃焼用空気の一部がガス化炉用空気供給経路を通してガス化炉内に供給されることとなり、別途、空気供給系や加熱手段を設ける必要もなく、構成を簡素化することで設備コストの低減を可能とすると共に、品質の高いガス燃料を生成可能とすることができる。
【０００８】
本発明のボイラ設備では、空気を前記ボイラに供給するボイラ用空気供給経路と、該ボイラ用空気供給経路を流れる空気を前記ボイラから排出される排ガスと熱交換を行う熱交換器が設けられ、前記ガス化炉用空気供給経路は、前記熱交換器により昇温された前記ボイラ用空気供給経路の高温近空気の一部を前記ガス化炉内に供給することを特徴としている。
【０００９】
従って、空気をボイラに供給するボイラ用空気供給経路から分岐してガス化炉用空気供給経路を設けることで、ボイラからの排ガスにより昇温された空気の一部がガス化炉内に供給されることとなり、ボイラへの燃焼用空気を有効的に利用することができる。
【００１０】
本発明のボイラ設備では、前記ガス化炉用空気供給経路に流動する空気を所定圧まで昇圧する昇圧機が設けられることを特徴としている。
【００１１】
従って、燃焼用空気の一部が昇圧機により昇圧されてからガス化炉内に供給されることとなり、ガス化炉で、バイオマスの流動化や反応に必要な空気量を適正に確保することができる。
【００１２】
本発明のボイラ設備では、前記ガス化炉用空気供給経路における前記昇圧機より上流側に除塵装置が設けられることを特徴としている。
【００１３】
従って、燃焼用空気の一部に含有する微粒子が除塵装置により除去されてから昇圧機より昇圧されることとなり、昇圧機を保護して耐久性を向上することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のボイラ設備によれば、ボイラに供給される燃焼用空気の一部をガス化炉内に供給するガス化炉用空気供給経路を設けるので、設備コストの低減を可能とすると共に品質の高いガス燃料を生成可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係るボイラ設備を表す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照して、本発明に係るボイラ設備の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００１７】
図１は、本発明の一実施例に係るボイラ設備を表す概略構成図である。
【００１８】
本実施例のボイラ設備は、バイオマスを用いて生成したガス燃料と石炭や油などの化石燃料とを燃料として併用して燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収することが可能なボイラ設備である。
【００１９】
この本実施例のボイラ設備は、図１に示すように、バイオマスを燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成するガス化炉１０と、このガス化炉１０で生成したガス燃料と化石燃料とを燃焼することで発生した熱を回収するボイラ３０を有している。
【００２０】
ここで、バイオマスとは、再生可能な生物由来の有機性資源であって、化石資源を除いたものと定義する。例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ及びこれらを原料とするリサイクル燃料（ペレットやチップ）などであり、ここに提示したものに限定されることはない。
【００２１】
ガス化炉１０は、循環流動層形式のガス化炉であって、ガス化炉本体１１を有している。この場合、循環流動層形式に限らず気泡型循環流動層形式であってもよい。このガス化炉本体１１は、中空形状をなして鉛直方向に沿って設置され、上下及び周囲の各壁部が全面耐火材料により構成され、外部への放熱が防止可能な構造であり、例えば、５００〜１０００℃で運転可能となっている。このガス化炉本体１１は、流動材としての流動砂と燃料としてのバイオマスを供給可能となっており、内部でバイオマスを燃焼・ガス化することで流動砂を高温化すると共に、二酸化炭素を主成分とする可燃性ガスが発生し、この可燃性ガスをガス化剤としてガス化反応が起こる。ここで、流動砂としては、例えば、珪砂（主成分として、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３など）であり、また、ガス化炉本体１１内で発生したガスから硫黄を除去（脱硫）するために、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を投入してもよい。
【００２２】
燃料供給系として、ホッパ１２、スクリューフィーダ１３、コンベア１４、供給配管１５を有している。ホッパ１２は、所定量のバイオマスを貯留可能であり、スクリューフィーダ１３は、このホッパ１２に貯留されたバイオマスを所定量ずつ供給することができる。コンベア１４は、スクリューフィーダ１３から供給されたバイオマスを搬送可能であり、ここで、図示しない磁選機により釘や蝶番など、混入している金属製の異物を除去する。そして、バイオマスは、供給配管１５を通して側部からガス化炉本体１１内に投入される。
【００２３】
なお、燃料供給系にて、ホッパ１２の上方には乾燥装置１６が設けられている。この乾燥装置１６は、バイオマスに含まれる水分を除去する。
【００２４】
また、ガス化炉本体１１は、可燃性ガスと流動砂を分離するサイクロン１７が接続されている。即ち、ガス化炉本体１１は、上側部が排出配管１８を介してサイクロン１７の上側部に連結されており、このサイクロン１７は、下部が循環配管１９を介してガス化炉本体１１の下側部に連結されており、この循環配管１９にシールポッド２０が装着されている。
【００２５】
そして、ガス化炉本体１１に対して、燃焼・ガス化用の空気を供給する空気供給系が設けられている。即ち、空気供給系を構成する空気供給配管２１は、端部がガス化炉本体１１の下部に連結されると共に、この空気供給配管２１から分岐した空気供給分岐配管２２がシールポッド２０に連結されている。この空気供給配管２１は、後述するが、２００〜３５０℃に加熱された高温空気をガス化炉本体１１の下部から内部に供給することができると共に、空気供給分岐配管２２によりシールポッド２０に供給することができる。
【００２６】
ガス化炉本体１１は、下部にバイオマスに混入していた異物を除去する異物排出配管２３が連結されている。
【００２７】
また、サイクロン１７は、上部に生成した可燃性ガス、つまり、ガス燃料を送給するガス燃料配管２４が連結されている。このガス燃料配管２４は、ガス燃料をボイラ３０まで搬送するためのものであり、中途部に除塵装置２５とサイクロン２６が設けられている。この除塵装置２５は、流速を低減することで、比重が重く、ガス燃料の気流に乗りにくい燃料とならない成分、具体的には、珪砂を主成分とする粉体を集塵除去する。そのため、除塵装置２５は、下部に粉体排出配管２７が設けられている。また、サイクロン２６は、セラミックフィルタを有し、サイクロン１７で除去できなかった微細なチャーを除去する。そのため、サイクロン２６は、下部にチャー排出配管２８が設けられている。
【００２８】
なお、ガス化炉１０で生成されるガス燃料は、主成分が一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）、窒素（Ｎ）などから構成され、３００〜１１００ｋｃａｌ／Ｎｍ３程度の低カロリーガスであり、６５０〜８５０℃の範囲でガス化炉１０により生成される。
【００２９】
従って、ガス化炉１０にて、ガス化炉本体１１は、図示しない供給経路から流動砂が供給されており、バイオマスは、乾燥装置１６で乾燥された後にホッパ１２に貯留され、このホッパ１２からスクリューフィーダ１３及びコンベア１４により供給配管１５を通してガス化炉本体１１に投入される。また、ガス化炉本体１１は、空気供給配管２１により下部から燃焼・ガス化用の高温空気が供給される。すると、ガス化炉本体１１内にて、流動砂とバイオマスとが流動混合すると共に、バイオマスが燃焼・ガス化して可燃性ガスが発生する。
【００３０】
この燃焼・ガス化により発生した可燃性ガスは、流動砂と共に排出配管１８を通してサイクロン１７に排出され、このサイクロン１７により可燃性ガスと流動砂とに分離される。そして、分離された可燃性ガスは、ガス燃料としてガス燃料配管２４を通してボイラ３０に供給される。このとき、ガス燃料配管２４を流動するガス燃料は、除塵装置２５により珪砂を主成分とする粉体が集塵除去され、サイクロン２６により微細なチャーが除去される。また、サイクロン１７で分離された高温の流動砂は、シールポッド２０を介して循環配管１９によりガス化炉本体１１に戻される。
【００３１】
一方、ボイラ３０は、コンベンショナルボイラであって、ガス燃料と化石燃料とを燃焼可能なボイラ本体３１を有している。このボイラ本体３１は、中空形状をなして鉛直方向に設置され、このボイラ本体３１を構成するボイラ本体壁の下部に燃焼装置３２が設けられている。この燃焼装置３２は、ボイラ本体壁に装着された複数の化石燃料用の燃焼バーナ３３と、複数のガス燃料用の燃焼バーナ３４とを有している。本実施例にて、化石燃料用の燃焼バーナ３３は、周方向に沿って４個配設されたものが上下方向に４段配置されている。一方、ガス燃料用の燃焼バーナ３４は、複数の化石燃料用の燃焼バーナ３３の下方であって、周方向に沿って４個配設されたものが上下方向に１段配置されている。なお、化石燃料用の燃焼バーナ３３とガス燃料用の燃焼バーナ３４の配置関係は上下逆であってもよい。また、各燃焼バーナ３３,３４にて、周方向の数は４個に限るものではなく、段数も４段や１段に限るものではない。更に、各燃焼バーナ３３，３４対向するように配置してもよい。
【００３２】
そして、化石燃料用の燃焼バーナ３３は、微粉炭供給部３５が供給配管３６を介して連結されると共に、燃料油（または、燃料ガス）供給部３７が供給配管３８を介して連結されており、この場合、化石燃料として、微粉炭または燃料油を供給可能となっている。一方、ガス燃料用の燃焼バーナ３４は、ガス化炉１０からのガス燃料配管２４が連結されている。この場合、ガス燃料配管２４からガス燃料用の燃焼バーナ３４に供給されるガス燃料は、４００℃以上に維持することが望ましい。
【００３３】
また、燃焼装置３２は、各燃焼バーナ３３，３４に燃焼用空気を供給可能な空気供給配管３９を有しており、この空気供給配管３９は、基端部に送風機４０が装着され、先端部がボイラ本体３１の外周側に設けられた風箱４１に連結されている。そのため、この風箱４１に供給された空気を各燃焼バーナ３３，３４に供給することができる。
【００３４】
ボイラ本体３１は、上部に煙道４２が連結されており、この煙道４２に、対流伝熱部として排ガスの熱を回収するための、過熱器４３，４４、再熱器４５，４６、節炭器４７，４８，４９が設けられており、ボイラ本体３１での燃焼で発生した排ガスと水との間で熱交換が行われる。
【００３５】
煙道４２は、その下流側に熱交換を行った排ガスが排出される排ガス配管５０が連結されている。この排ガス配管５０は、空気供給配管３９との間にエアヒータ５１が設けられ、空気供給配管３９を流れる空気と、排ガス配管５０を流れる排ガスとの間で熱交換を行い、燃焼バーナ３３，３４に供給する燃焼用空気を２００〜３００℃の範囲に昇温することが望ましい。
【００３６】
また、空気供給配管３９は、エアヒータ５１より下流側の位置から分岐して、空気供給配管２１が設けられている。この空気供給配管２１は、塵や埃などの粒子状物質を除去可能な除塵装置５２と、高温空気を昇圧可能なブロア５３が装着されており、エアヒータ５１で２００〜３００℃に加熱した空気をガス化炉１０のガス化炉本体１１内に供給することができる。
【００３７】
なお、排ガス配管５０は、エアヒータ５１より上流側に位置して、選択還元型触媒５４が設けられ、エアヒータ５１より下流側に位置して、電気集塵機５５、誘引送風機５６、脱硫装置５７が設けられ、下流端部に煙突５８が設けられている。
【００３８】
従って、ボイラ３０にて、送風機４０を駆動して空気を吸引すると、この空気は、空気供給配管３９を通してエアヒータ５１で加熱された後に風箱４１を介して各燃焼バーナ３３，３４に供給される。また、化石燃料としての微粉炭または燃料油は、供給配管３６，３８を通して化石燃料用の燃焼バーナ３３に供給されると共に、ガス化炉１０からのガス燃料は、ガス燃料配管２４を通してガス燃料用の燃焼バーナ３４に供給される。
【００３９】
すると、化石燃料用の燃焼バーナ３３は、燃焼用空気と化石燃料をボイラ本体３１に噴射すると同時に着火し、また、ガス燃料用の燃焼バーナ３４は、燃焼用空気とガス燃料をボイラ本体３１に噴射すると同時に着火する。このボイラ本体３１では、燃焼用空気、化石燃料、ガス燃料が燃焼して火炎が生じる。ボイラ本体３１内の下部で火炎が生じると、燃焼ガスがこのボイラ本体３１内を上昇し、煙道４２に排出される。
【００４０】
このとき、図示しない給水ポンプから供給された水は、節炭器４７，４８，４９によって予熱された後、図示しない蒸気ドラムに供給されボイラ本体壁の各水管（図示せず）に供給される間に加熱されて飽和蒸気となり、図示しない蒸気ドラムに送り込まれる。更に、図示しない蒸気ドラムの飽和蒸気は過熱器４３，４４に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器４３，４４で生成された過熱蒸気は、図示しない発電プラント（例えば、タービン等）に供給される。また、タービンでの膨張過程の中途で取り出した蒸気は、再熱器４５，４６に導入され、再度過熱されてタービンに戻される。なお、ボイラ本体３１をドラム型（蒸気ドラム）として説明したが、この構造に限定されるものではない。
【００４１】
その後、煙道４２の節炭器４７，４８，４９を通過した排ガスは、排ガス配管５０にて、選択還元型触媒５４でＮＯｘなどの有害物質が除去され、電気集塵機５５で粒子状物質が除去され、脱硫装置５７により硫黄分が除去された後、煙突５８から大気中に排出される。
【００４２】
このように構成された本実施例のボイラ設備のボイラ３０において、上述したように、ガス化炉１０は、ガス化炉本体１１を有すると共に、燃料供給系として、乾燥装置１６、ホッパ１２、スクリューフィーダ１３、コンベア１４、供給配管１５、空気供給系として空気供給配管２１を有している。そして、この空気供給配管２１は、空気供給配管３９から分岐して設けられることで、ボイラ３０に供給される燃焼用空気の一部をガス化炉１０のガス化炉本体１１内に供給するガス化炉用空気供給経路として機能する。
【００４３】
即ち、空気をボイラ３０の風箱４１に供給するボイラ用空気供給経路として空気供給配管３９が設けられ、この空気供給配管３９には、内部に流れる空気をボイラ３０のボイラ本体３１から排出された排ガスと熱交換を行う熱交換器としてのエアヒータ５１が設けられている。空気供給配管２１は、空気供給配管３９における風箱４１とエアヒータ５１との間から分岐するように設けられ、エアヒータ５１により昇温された空気供給配管３９内の高温近空気の一部をガス化炉１０のガス化炉本体１１内に供給することができる。
【００４４】
そして、この空気供給配管２１は、内部を流動する空気を所定圧まで昇圧する昇圧機としてのブロア５３が設けられる。また、この空気供給配管２１は、このブロア５３より空気の流動方向における上流側に除塵装置５２が設けられている。
【００４５】
従って、送風機４０を駆動すると、この空気は、空気供給配管３９を通してエアヒータ５１で加熱され、２００〜３００℃となって風箱４１に供給される。このとき、ブロア５３を駆動すると、空気供給配管３９内で昇温された高温空気の一部が空気供給配管２１に取り込まれ、除塵装置５２により塵や埃などの粒子状物質を除去した後、ガス化炉１０のガス化炉本体１１内に供給される。
【００４６】
このように本実施例のボイラ設備にあっては、バイオマスを燃料として燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成するガス化炉１０と、ガス化炉１０で生成されたガス燃料と化石燃料を燃焼させて発生した熱を回収するボイラ３０とを設けると共に、ボイラ３０に供給される燃焼用空気の一部をガス化炉１０内に供給する空気供給配管２１を設けている。
【００４７】
従って、ボイラ３０に供給される燃焼用空気の一部が空気供給配管２１を通してガス化炉１０内に供給されることとなり、別途、空気供給系や加熱手段を設ける必要もなく、構成を簡素化することで設備コストの低減を可能とすると共に、品質の高いガス燃料を生成可能とすることができる。
【００４８】
また、本実施例のボイラ設備では、空気をボイラ３０に供給する空気供給配管３９と、この空気供給配管３９を流れる空気をボイラ３０から排出される排ガスと熱交換を行うエアヒータ５１を設け、空気供給配管２１を、エアヒータ５１により昇温された空気供給配管３９の高温近空気の一部をガス化炉１０内に供給するようにしている。従って、空気をボイラ３０に供給する空気供給配管３９から分岐して空気供給配管２１を設けることで、ボイラ３０からの排ガスにより昇温された空気の一部がガス化炉１０内に供給されることとなり、ボイラ３０への燃焼用空気を有効的に利用することができる。
【００４９】
この場合、ボイラ３０の燃焼用空気は、空気供給配管３９を通して風箱４１に送られ、各燃焼バーナ３３，３４により使用されるが、余剰となることが多く、プラント効率を低下させる要因となっている。そのため、この燃焼用空気の一部を空気供給配管２１からガス化炉１０内に供給することで、余剰空気が減少し、プラント効率の低下を抑制することができる。
【００５０】
また、本実施例のボイラ設備では、空気供給配管２１に流動する空気を所定圧まで昇圧するブロア５３を設けている。従って、燃焼用空気の一部がブロア５３により昇圧されてからガス化炉１０内に供給されることとなり、ガス化炉１０で、バイオマスの流動化や反応に必要な空気量を適正に確保することができる。
【００５１】
また、本実施例のボイラ設備では、空気供給配管２１におけるブロア５３より上流側に除塵装置５２を設けている。従って、燃焼用空気の一部に含有する微粒子が除塵装置５２により除去されてからブロア５３より昇圧されることとなり、このブロア５３への微粒子の流入を防止することで保護し、耐久性を向上することができる。
【００５２】
なお、上述した実施例では、空気供給配管３９における風箱４１とエアヒータ５１との間から分岐して空気供給配管２１を設けたが、この構成に限定されるものではない。例えば、空気供給配管３９における風箱４１から分岐して空気供給配管２１を設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明に係るボイラ設備は、ボイラに供給される燃焼用空気の一部をガス化炉内に供給するようにしたことで、設備コストの低減を可能とすると共に品質の高いガス燃料を生成可能とするものであり、いずれのボイラ設備にも適用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０  ガス化炉
１１  ガス化炉本体
１２  ホッパ
１５  供給配管
１６  乾燥装置
１７  サイクロン
２１  空気供給配管（ガス化炉用空気供給経路）
２４  ガス燃料配管
２５  除塵装置
２６  サイクロン
３０  ボイラ
３１  ボイラ本体
３２  燃焼装置
３３  化石燃料用の燃焼バーナ
３４  ガス燃料用の燃焼バーナ
３９  空気供給配管（ボイラ用空気供給経路）
４２  煙道
５１  エアヒータ
５２  除塵装置
５３  ブロア
【図１】
2011219524.tif 000003