(57)【要約】【課題】  小容量の木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置の構造の簡単化と小型化並びに製造コストの引下げを可能にすると共に、発電効率及びエネルギ利用効率を大幅に高める。【解決手段】  筒型の装置本体の内部に下方から順に本質バイオマス燃料の燃焼装置と高温熱交換器と排熱回収ボイラ装置の熱交換管とを配設して成る木質バイオマス燃焼装置Ａと、マイクロガスタービン装置と圧縮機と発電機とを駆動連結軸を介して連結したマイクロガスタービン発電装置Ｂとから形成され、前記圧縮機からの圧縮空気流を高温熱交換器へ流通させて木質バイオマス燃料の燃焼により生じた燃焼ガスにより加熱すると共に、高温熱交換器からの高温圧縮空気流をマイクロガスタービン装置へ作動用流体として供給し、当該マイクロガスタービン装置からの排出空気流を前記装置本体内のバイオマス燃料の燃焼装置へ燃焼用空気として供給し、更に、前記排熱回収ボイラ装置からの蒸気を、前記圧縮機からの圧縮空気流内へ供給する。【選択図】  図１
2008101474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒型の装置本体の内部に下方から順に本質バイオマス燃料の燃焼装置と高温熱交換器と排熱回収ボイラ装置の熱交換管とを配設して成る木質バイオマス燃焼装置Ａと、マイクロガスタービン装置と圧縮機と発電機とを駆動連結軸を介して連結したマイクロガスタービン発電装置Ｂとから形成され、前記圧縮機からの圧縮空気流を高温熱交換器へ流通させて木質バイオマス燃料の燃焼により生じた燃焼ガスにより加熱すると共に、高温熱交換器からの高温圧縮空気流をマイクロガスタービン装置へ作動用流体として供給し、また、当該マイクロガスタービン装置からの排出空気流を前記装置本体内のバイオマス燃料の燃焼装置へ燃焼用空気として供給し、更に、前記排熱回収ボイラ装置で生じた蒸気を前記圧縮機からの圧縮空気流内へ供給する構成としたことを特徴とする木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置。
【請求項２】
高温熱交換器を、上方に位置する低温側熱交換器と下方に位置する高温側熱交換器とを直列状に連結した構成とすると共に、前記排熱回収ボイラ装置で生じた蒸気を低温側熱交換器の入口側と高温側熱交換器の入口側の何れか一方又は両方から圧縮空気流内へ供給する構成とした請求項１に記載の木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置。
【請求項３】
高温熱交換器の圧縮空気流の出口側とマイクロガスタービン装置の作動用流体供給口との間に助燃バーナ装置を設け、当該助燃バーナ装置により高温熱交換器からの高温圧縮空気流を加熱する構成とした請求項１に記載の木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置。
【請求項４】
木質バイオマス燃料を木質ペレットとすると共に木質バイオマス燃料の燃焼装置を流動層式燃焼装置とし、且つ、燃焼排ガス内の固形分をサイクロン装置により分離して前記流動層式燃焼装置内へ戻す構成としたことを特徴とする請求項１に記載の木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置。
【請求項５】
排熱回収ボイラ装置で発生した蒸気の一部を外部の蒸気負荷へ供給する構成とした請求項１に記載の木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置。
【請求項６】
装置本体を水管壁構造とすると共に、当該水管壁の一部を高温熱交換器及び又は排熱回収ボイラ装置の形成部材とする構成とした請求項１に記載の木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置。
【請求項７】
請求項１に記載の木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置において、マイクロガスタービン装置の出力を木質バイオマス燃料の供給量を調整することにより制御すると共に、発電機から外部へ供給する電気出力を調整することにより、前記マイクロガスタービン装置の回転数を所定値に制御する構成としたことを特徴とする木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置の運転制御方法。
【請求項８】
請求項１に記載の木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置において、マイクロガスタービン装置の出力を木質バイオマス燃料の供給量を調整することにより制御すると共に、排熱回収ボイラ装置で生じた蒸気又は外部からの水を高温熱交換器の加熱管内へ供給することにより、マイクロガスタービン装置へ供給する高温圧縮空気流の温度を一定値に保持する構成としたことを特徴とする木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置の運転制御方法。
【請求項９】
請求項１記載の木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置において、マイクロガスタービン装置の出力を木質バイオマス燃料の供給量を調整することにより制御すると共に、高温熱交換器からマイクロガスタービン装置へ供給する高温圧縮空気流（作動用流体）を助燃バーナ装置により加熱することにより、前記マイクロガスタービン装置へ供給する高温圧縮空気流の温度を一定値に保持する構成としたことを特徴とする木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置の運転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木屑や間伐材、建設廃木材等の所謂木質バイオマスの燃焼熱を利用してガスタービンの作動用流体を加熱することにより、発電効率のみならず総合的なエネルギー利用効率の大幅な向上を図り、木質バイオマス資源のより有効な利用を可能とした熱・電併給式の木質バイオマス焚きマイクロガスタービン装置とその運転制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、所謂化石燃料の消費を削減する見地からバイオマス資源の利用が積極的に図られている。しかし、バイオマス資源は一般に分散して存在するため、大量のバイオマス資源を集中的に利用することは、収集及び運搬等の点から困難な状態にある。
そのため、バイオマス資源の有効利用を図るには、小規模且つ小容量で、しかも高効率な利用システムの開発が急務となっている。
【０００３】
而して、従前の所謂木質バイオマスを燃料とする発電装置では、木屑焚きボイラで蒸気を発生し、その蒸気でタービン発電機を駆動した後、排出蒸気を冷却して復水として回収し、これを再度ボイラに給水すると云う蒸気サイクル（ランキンサイクル）が用いられてきた。
しかし、出力が１０〜２０ＭＷ規模のバイオマス発電では、蒸気の高温高圧化に限界があるうえ、冷却水による熱損失が大きいためにエネルギー利用効率を高める点にも限界があること等により、発電効率は１０〜１５％の間に溜っている。また、バイオマスの年間処理規模も３万トン〜６万トン程度が限度であり、バイオマス資源の集中が現実に困難なことから、年間処理規模を約６万トン以上とすることは不可能な状態にある。
【０００４】
一方、上述の如き蒸気タービン発電サイクルの欠点を克服し、バイオマス発電の高効率化を達成するものとしてガス化発電システムが提案されている。また、このガス化発電システムに使用するためのガス化炉の開発やガス化効率の向上、効率的なタール除去やガスクリーンアップ・プロセスの開発、メタノール合成による液化触媒の開発など、多くの努力がこれ迄に払われて来た。しかし、ガス化プロセスが複雑なうえ、ガスエンジン発電機が安定的に運用できるようなタール除去の有効な手立てが得られないため、実用的な成果が挙がっていないのが実情である。
【０００５】
また、こうした内燃機関を利用したガス化エンジン発電システムの欠点を克服する簡便なエンジン発電システムとして、外燃機関であるスターリングエンジンを利用したバイオマス直焚き発電システムが提案されている。スターリングエンジンは外燃機関であるため、各種燃料への対応性に優れているからである。しかし、作動ガス温度が６５０℃と高くて排ガス損失が大きいことから、発電効率は５〜１０％に過ぎない。また、エンジンのボア径とストロークの点から自ら作動ガスの封入容量に限界があり、灰分の多い木質バイオマス燃料に適した形状の加熱部熱交換器を形成することが困難な状態にある。その結果、十分な作動熱量を確保できずに必要な出力性能が得られないか、又は発電効率の低下が避けられないかの何れかの状況にある。
【０００６】
ところで、我国のバイオマス資源を利用した熱電供給装置等の分野に於いては、バイオマス利用システムの目標として、「バイオマス処理量２０トン／日の設備で発電効率を２０％以上に、１００トン／日の設備で３０％以上に（日本バイオマス戦略）」することが具体的な目標数値として挙げられており、これ等の目標を達成するために、例えば図２に示す如きバイオマスからのガス発生手段２０、ガス分配器２１、ガスタービン発電装置２２及び熱発生手段２３等から成るバイオマスを利用した熱電供給装置が開発されている。
【０００７】
即ち、図２の熱電供給装置においては、先ず製材残材等のバイオマス資源２４をガス発生手段２０へ供給し、可燃性ガス２４を発生させる。次に、発生させた可燃性ガス２４をガス分配器２１において分流させ、分流せしめた一方の可燃性ガス２４ａを高温バグフィルタ２５を通して燃焼器２６へ供給し、空気流ａ2の存在下でこれを燃焼させると共に、その燃焼ガスＫでもってガスタービン２２ａを回転駆動させる。また、分流せしめた他方の可燃性ガス２４ｂを供給ノズル２７を通して熱発生手段２３内へ供給し、空気流ａ3の存在下でこれを燃焼させると共に、その燃焼熱により加熱管２３ａを介して水Ｗを加熱し、蒸気Ｓを発生させる。更に、圧縮機２２ｂ及び発電機２２ｃは、ガスタービン２２ａの駆動力を利用して回転駆動され、これによって空気流ａの圧縮と発電等が行われる。
尚、図２において、２８は空気予熱器、２３ｂは空気噴射ノズル、Ｃはバイオマス資源である。
【特許文献１】特開２００５−２１３６３１号
【特許文献２】特開２００６−０００８０８号
【特許文献３】特開２００５−１５５５５９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、図２の熱・電力供給装置においては、ガス発生手段２０やガス分配器２１、熱発生手段２３等を個別に設けているため、装置が必然的に大型となり、設備費の削減が難しいと云う難点がある。
【０００９】
また、ガス発生手段２０のガス発生効率が総体的に低いため、ガスタービン発電装置２２の容量に比較してガス発生手段２０の所要容積が大きくなり、設備費が高騰すると共にバイオマスエネルギの利用効率が極めて低いと云う問題がある。
【００１０】
更に、ガス発生手段２０とガスタービン発電装置２２との円滑な連続運転を可能とするためには、高温バグフィルタ２５以外に可燃性ガス２４ａ内のタール分を除去するためのガス精製装置やその排水処理設備等が必要となり、設備費及び運転費の削減が図れないと云う問題がある。
【００１１】
加えて、図２の如き構成の熱電供給装置は、発電効率やエネルギーの総合利用効率の点から相当大容量の設備でなければ採用が困難であり、バイオマス処理量が１〜１０トン／日程度の小規模設備には事実上適用できないと云う問題がある。
【００１２】
本発明は、従前のバイオマス資源を利用した熱電供給装置における上述の如き問題の解決を課題とするものであり、複雑で厄介な前処理装置を必要とせず、構造が単純でしかも多くの運転実績に基づく高い信頼性を備えた従前のバイオマス焚き燃焼装置を用いて、バイオマス処理量が１〜１０トン／日程度の小規模設備であり乍ら、発電効率２０％以上及び総合エネルギー利用効率７５％以上の達成を可能とした熱電供給装置を提供するものである。
【００１３】
より具体的には、本願発明は、木質バイオマスを燃料とし、日処理量１トン〜１０トン又は年間処理量３００〜３０００トン、発電出力３０ｋＷ〜３００ｋＷの熱電供給装置において、発電効率２０％以上及び総合エネルギー利用効率７０％以上の高効率な熱電供給を可能とした、木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置とその運転制御方法を提供するものであり、作動流体として、バイオマス直焚き蒸気ボイラで発生させた蒸気とマイクロタービンからの圧縮空気とを混合した流体を用いるハイブリッドサイクルのマイクロタービン装置を原動機とし、これに発電機を直結した構成を具備するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記発明を課題を解決するため、請求項１の発明に於いては、筒型の装置本体の内部に下方から順に本質バイオマス燃料の燃焼装置と高温熱交換器と排熱回収ボイラ装置の熱交換管とを配設して成る木質バイオマス燃焼装置Ａと、マイクロガスタービン装置と圧縮機と発電機とを駆動連結軸を介して連結したマイクロガスタービン発電装置Ｂとから形成され、前記圧縮機からの圧縮空気流を高温熱交換器へ流通させて木質バイオマス燃料の燃焼により生じた燃焼ガスにより加熱すると共に、高温熱交換器からの高温圧縮空気流をマイクロガスタービン装置へ作動用流体として供給し、また、当該マイクロガスタービン装置からの排出空気流を前記装置本体内のバイオマス燃料の燃焼装置へ燃焼用空気として供給し、更に、前記排熱回収ボイラ装置で生じた蒸気を前記圧縮機からの圧縮空気流内へ供給する構成としたことを発明の基本構成とするものである。
【００１５】
請求項２の発明は請求項１の発明において、高温熱交換器を、上方に位置する低温側熱交換器と下方に位置する高温側熱交換器とを直列状に連結した構成とすると共に、前記排熱回収ボイラ装置で生じた蒸気を低温側熱交換器の入口側と高温側熱交換器の入口側の何れか一方又は両方から圧縮空気流内へ供給する構成としたものである。
【００１６】
請求項３の発明は請求項１の発明において、高温熱交換器の圧縮空気流の出口側とマイクロガスタービン装置の作動用流体供給口との間に助燃バーナ装置を設け、当該助燃バーナ装置により高温熱交換器からの高温圧縮空気流を加熱する構成としたものである。
【００１７】
請求項４の発明は請求項１の発明において、木質バイオマス燃料を木質ペレットとすると共に木質バイオマス燃料の燃焼装置を流動層式燃焼装置とし、且つ燃焼排ガス内の固形分をサイクロン装置により分離して前記流動層式燃焼装置内へ戻す構成としたものである。
【００１８】
請求項５の発明は、請求項１の発明において、排熱回収ボイラ装置で発生した蒸気の一部を外部の蒸気負荷へ供給する構成としたものである。
【００１９】
請求項６の発明は、請求項１の発明において、装置本体を水管壁構造とすると共に、当該水管壁の一部を高温熱交換器及び又は排熱回収ボイラ装置の形成部材とする構成としたものである。
【００２０】
請求項７の発明は、請求項１に記載の木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置において、マイクロガスタービン装置の出力を木質バイオマス燃料の供給量を調整することにより制御すると共に、発電機から外部へ供給する電気出力を調整することにより、前記マイクロガスタービン装置の回転数を所定値に制御することを発明の基本構成とするものである。
【００２１】
請求項８の発明は、請求項１に記載の木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置において、マイクロガスタービン装置の出力を木質バイオマス燃料の供給量を調整することにより制御すると共に、排熱回収ボイラ装置からの蒸気又は外部からの水を高温熱交換器の加熱管内へ供給することにより、マイクロガスタービン装置へ供給する高温圧縮空気流の温度を一定値に保持することを発明の基本構成とするものである。
【００２２】
請求項９の発明は、請求項１記載の木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置において、マイクロガスタービン装置の出力を木質バイオマス燃料の供給量を調整することにより制御すると共に、高温熱交換器からマイクロガスタービン装置へ供給する高温圧縮空気流（作動用流体）を助燃バーナ装置により加熱することにより、前記マイクロガスタービン装置へ供給する高温圧縮空気流の温度を一定値に保持することを発明の基本構成とするものである。
【発明の効果】
【００２３】
本願請求項１の発明においては、木質バイオマス燃焼装置とマイクロガスタービン発電装置とを有機的に連結し、装置本体内の高温熱交換器を再生用熱交換器としてマイクロガスタービン装置の作動用流体を加熱すると共に、排熱回収ボイラ装置で発生した蒸気を作動用流体内へ供給することにより蒸気をマイクロガスタービン装置の駆動力として有効に活用するようにしている。その結果、従前のガス化装置を備えた木質バイオマス資源を活用する熱・電供給装置に比較して、木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置の大幅な小型化と低コスト化が図れると共に、小容量又は小規模の装置であっても、約２０％以上の発電効率と約７５％以上の高い資源エネルギーの有効利用効率を得ることが可能となり、優れた実用的効用が奏される。
【００２４】
また、本願請求項２〜６の発明においては、作動用流体の供給温度を容易に一定に保ったり、分離した固形分の再燃焼を行ったり、外部の蒸気負荷へ蒸気を供給したり、或いは装置の大幅な小型化を図ったりすることが可能となる。
【００２５】
更に、本願の請求項７〜９の発明に於いては、木質バイオマス燃料と云う特殊な燃焼特性を有する燃料を使用するにも拘わらず、比較的容易にマイクロガスタービン装置の出力を一定値に保持することができ、安定した木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置の運転制御が可能となる。
【００２６】
本発明は上述の通り、設備の小型化が図れること、建設コストの引下げが図れること、小容量にも拘わらず高い発電効率とエネルギー利用効率が得られること、及び安定した運転が行えること等の優れた実用的効用を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置の全体構成図であり、図１に於いて、Ａは木質バイオマス燃焼装置、Ｂはマイクロガスタービン発電装置、Ｃは木質バイオマス燃料、Ｆは化石燃料、Ｅは空気流、Ｅ1は圧縮空気流、Ｅ2は高温圧縮空気流（作動用混合流体）、Ｅ3は排出空気流、Ｇは燃焼ガス、Ｇ0は燃焼排ガス、Ｗは給水、Ｓは蒸気、１は燃焼装置本体、２は燃焼装置、３は高温熱交換器、４は排熱回収ボイラ装置、５は燃料貯留槽、６はサイクロン装置、７はフィルタ装置、８は助燃バーナ装置、９は圧縮機、１０はガスタービン装置、１１は発電機、１２は空気導入管、１３は駆動連結軸、１４は起動用バーナ装置、１５は燃焼空気供給管である。
【００２８】
本発明に係る木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置は、木質バイオマス燃焼装置Ａとマイクロガスタービン発電装置Ｂとから形成されており、また、前記木質バイオマス燃焼装置Ａは、堅筒形の燃焼装置本体１、本体１の下方に設けた燃焼装置２、燃焼装置２の上方に設けた高温熱交換器３、高温燃焼交換器３の上方に設けた排熱回収ボイラ装置４、木質バイオマス燃料の貯留槽５、サイクロン装置６及び起動用バーナ装置１４等から構成されている。
【００２９】
更に、前記マイクロガスタービン発電装置Ｂは、圧縮機９、ガスタービン装置１０、発電機１１と、フィルタ装置７、助燃バーナ装置８及び駆動連結軸１３等から構成されており、前記木質バイオマス燃焼装置Ａを形成する高温熱交換器３が、所謂従前のマイクロガスタービン装置における再生器の機能を果すものである。
【００３０】
尚、前記燃焼装置本体１は、鋼板と耐火材等とから、或いは鋼板と耐火材と水管壁等とから堅形の筒状体に形成されており、且つ水管壁そのものは、通常のボイラ等と同様に排熱回収ボイラ装置４の構成部材の一つを形成している。
【００３１】
また、前記燃焼装置２は、多孔板２ａと多孔板２ａの上方に配設した起動用バーナ装置１４と、必要に応じて多孔板２ａ上に配設した流動媒体（図示省略）と、燃料供給口５ｂから供給されたペレット状の木質バイオマス燃料Ｃ等とから所謂流動層式の燃焼装置に構成されており、ガスタービン装置１０から排出された作動用流体（排出空気流Ｅ3）が燃焼空気供給管１５を通して空気供給口２ｂから装置本体１内へ供給されることにより、多孔板２ａ上へ投入されたペレット状木質バイオマス燃料Ｃが所謂流動層燃焼をし、高温の燃焼ガスＧが発生する。
【００３２】
更に、前記再生器を形成する高温熱交換器３は、下方に位置する高温側熱交換器３ｂと上方に位置する低温側熱交換器３ａとを直列状に連結することにより構成されており、制御弁Ｖ1、Ｖ2を通して蒸気ドラム４ａから適宜量の蒸気Ｓが低温側及び又は高温側の熱交換器３ａ、３ｂへ供給されることにより、ガスタービン装置１０へ供給する高温圧縮空気流Ｅ2の温度調整及び作動用流体としての動力の増強が行われる。
また、前記高温側熱交換器３ｂの出口側の空気管路に設けた助燃バーナ装置８は、同様にガスタービン装置１０へ供給する高温圧縮空気流（作動用流体）Ｅ2の温度調整に利用されるものであり、主として作動用流体Ｅ2の昇温に用いられる。
【００３３】
前記流動熱交換式排熱ボイラ装置４は熱交換管４ｃと蒸気ドラム４ａと給水タンク４ｂ等から形成されており、燃焼ガスＧｏの熱により給水Ｗが加熱されることにより蒸気ドラム４ａ内で蒸気Ｓが発生すると共に、発生蒸気Ｓは前述の通り低温側熱交換器３ａ及び又は高温側熱交換器３ｂの入口側へ圧縮空気流Ｅ2の温度調整用及び作動用流体としての動力の向上のために供給される。
【００３４】
また、発生蒸気Ｓが過剰な場合には、制御弁Ｖ3を通して必要な蒸気負荷（図示省略）へ蒸気Ｓの供給が行われることは勿論である。
【００３５】
前記サイクロン装置６は主として燃焼排ガスＧｏ内の固形物を分離選別するものであり、分離された燃焼残渣等の固形物は固形物戻し管６ｃ及び固形物戻し口６ｄを通して、装置本体１内の燃焼装置２上へ供給される。
【００３６】
前記木質バイオマス燃料Ｃとしては、所謂木質ペレットが使用されるが、ペレットのみならず、間伐材や廃木材から成るチップ材であっても良いことは勿論である。本実施形態では比重量０．５ｋｇ／ｌ、高位発熱量１７．０〜１７．５ＭＪ／ｋｇ、低位発熱量１５．９〜１６．０ＭＪ／ｋｇ、水分１２〜１５ｗｔ％、固定炭素１６〜１６．２ｗｔ％、揮発分８３〜８３．４ｗｔ％であって、元素成分が炭素４３．２ｗｔ％、水素５．５ｗｔ％、酸素３８ｗｔ％、残部Ｎ、Ｃｌ及びＳ等の木質ペレットが、木質バイオマス燃料Ｃとして利用されている。
【００３７】
次に、本発明の作動について説明する。図１を参照して、マイクロガスタービン発電装置Ｂの圧縮機９は、フィルター装置７を通して空気流Ｅ（約１５℃）を吸引し、圧縮空気流Ｅ1（約２０２℃、０．４２ＭＰａ）を高温熱交換器３へ供給する。
一方、木質バイオマス燃焼装置Ａの燃焼装置２では、ガスタービン装置１０からの排出空気流（タービン排気ガス）（約５８２℃）Ｅ3が空気供給口２ｂから装置本体１内へ供給されることにより、燃料貯留槽５、燃料導入管５ａ、燃料供給口５ｂを通して本体１内へ供給された木質バイオマス燃料（木質ペレット）Ｃが流動燃焼され、これにより燃焼ガス（約９００℃）Ｇが生成される。
【００３８】
前記高温熱交換器３内の圧縮空気流Ｅ1は、上記燃焼ガスＧにより加熱され、高温高圧の圧縮空気流（作動用空気流）（約８００℃、０．４１ＭＰａ）Ｅ2となり、助燃バーナ装置８を経てマイクロガスタービン装置１０へ供給され、これを回転駆動する。
【００３９】
尚、マイクロガスタービン装置１０の発生動力は駆動連結軸１３を介して圧縮機９及び発電機１１へ伝達され、これにより電力の発生及び供給（約４５ｋｗ）が行われる。
【００４０】
高温熱交換器３で圧縮空気流Ｅ1を加熱（約２０２℃、０．４２ＭＰａから約８００℃、０．４１ＭＰａ）することにより熱を奪われた燃焼ガス（約２９４℃）Ｇは、引き続き排熱回収ボイラ装置４の熱交換管４ｃを介して給水Ｗを加熱したあと、燃焼排ガス（約１２５℃）Ｇｏとして燃焼排ガス導出口６ｅ及び燃焼排ガス導出管６ａを通してサイクロン装置６内へ導出され、固形物の分離が行われる。
尚、固形物を分離したあとの燃焼排ガス（約１２５℃）Ｇｏは大気中へ放散され、また、分離された固形物は固形物戻し管６ｃ及び固形物戻し口６ｄを経て流動層燃焼装置２内へ戻される。
【００４１】
前記排熱回収ボイラ装置４で発生した蒸気Ｓの全量または一部は、圧縮空気流Ｅ1内に噴射されることにより、マイクロガスタービン装置１０の作動用ガスの温度調整用並びに作動用ガスの一部として作用し、動力として回収される。その結果、マイクロガスタービン発電装置Ｂの発電効率は約２１％（発電機端）にまで上昇する。また、余剰の蒸気Ｓはプロセス側へ供給され、温水または蒸気として利用される。この結果、エネルギーの総合利用効率は７０〜７５％となる。
【００４２】
尚、前記図１の実施形態においては、圧縮機９への供給空気流Ｅの流量０．４８〜０．５０ｋｇ／ｓ、１５℃、圧縮比４、総熱入量２２５ｋｗ、ボイラ給水温度６０℃、発電電力４５ｋｗを夫々ベースにして、前記ヒートバランス上の各数値が求められている。
【００４３】
また、前記図１の実施形態は、木質バイオマス燃料Ｃを燃焼させた場合を示すものであるが、本発明に係る木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置は、従前のマイクロガスタービン発電装置と同様の状態下で、即ち木質バイオマス燃焼装置Ａを作動させずに運転することも可能なことは勿論である。
この場合には、圧縮機９からの圧縮空気流（約２０２℃、０．４２ＭＰａ）Ｅ1は高温熱交換器３へ供給され、マイクロガスタービン装置１０からの排出空気流（約５８２℃）Ｅ3によって加熱されることにより高温圧縮空気流（約５１５℃）Ｅ2となる。この高温圧縮空気流Ｅ2は、その後引き続き助燃バーナ装置８により加熱され、高温高圧の作動用ガス（約８００℃、０．４１ＭＰａ）Ｅ2が生成され、これによってマイクロガスタービン発電装置Ｂが回転駆動されることになる。
【００４４】
更に、マイクロガスタービン装置１０からの前記排出空気流（約５６３℃）Ｅ3は、高温熱交換器３で熱回収された後、排気ガス（２９４℃）Ｇｏとして排熱回収ボイラ装置４内へ流入する。その結果、マイクロガスタービン発電装置Ｂの発電効率は約２１％（発電機端）となる。更に、前記約２９４℃の高温を有する排気ガスＧｏは、排熱回収ボイラ装置４により熱回収され、温水または蒸気として利用される。この結果、総合エネルギー利用効率は約７０〜７５％となる。
【００４５】
次に、本発明に係る木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置の運転制御方法について説明する。図１を参照して、マイクロガスタービン装置１０の出力調整は燃料投入量を増減することによって行うのが、従前からの基本的な制御システムである。しかし、木質ペレットなどのバイオマス燃料Ｃの投入量、発熱量及び燃焼速度は常に大きく変動し、一定になることは殆どない。そのため、都市ガスや油などのガスタービン用燃料の場合と異なって、木質バイオマス燃料Ｃの場合には、熱発生率が一定にならない。即ち、マイクロガスタービン装置１０への高温高圧空気流Ｅ２の熱入力及び入口温度は時々刻々と変化することになり、当然にマイクロガスタービン装置１０の出力も安定しなくなる。
【００４６】
そのため、従前のこの種マイクロガスタービン発電装置のように熱入力側の制御のみで出力及び回転数を一定に制御することは至難の技で、現実には不可能に近いことである。
依って、本発明では、燃料投入量の調整によりマイクロガスタービン装置１０の出力調整を行うものの、当該出力調整の及ばない範囲においてはガスタービン装置１０の回転数は成り行きとする。そして、発電機１１を超高速発電機とし、インバーターを介して商用電源出力を得る構成とすると共に、超高速発電機１１の出力電圧及び電流、即ち出力電力を調整することによって、マイクロガスタービン装置１０の回転数を一定に保つ。
【００４７】
また、マイクロタービン装置１０の入口のガス量及びガス温度は、前述の通り時々刻々変化するため、助燃バーナ装置８の運転により作動用空気流Ｅ2の加熱を行い、高温・高圧空気流Ｅ2のタービン入口温度が一定になるように調整をする。
【００４８】
更に、高温・高圧空気流Ｅ2のタービン入口温度を一定に保持するため、高温熱交換器３を低温側熱交換器３ａと高温側熱交換器３ｂとから形成すると共に、その何れか一方又は両方へ蒸気又は水を供給することにより、高温高圧空気流Ｅ２のタービン入口温度が一定となるように調整する。
【００４９】
前記図１に示した実施形態に於いては、木質バイオマス燃料Ｃとして木質ペレット燃料を使用しているが、木質バイオマス燃料Ｃは木質ペレット燃料のみに限定されるものではなく、木くず、バーク、バガス、籾殻などのバイオマス燃料を含むものである。また、木質以外の廃油、廃プラスチック、ＲＤＦ、汚泥、都市ごみ等の廃棄物燃料やバイオガス、メタンガス、フレアガス、乾留ガスなどの可燃性低カロリーガス燃料、石油、石炭、ＬＰＧ、都市ガス等の化石燃料であっても、燃料として使用できることは勿論である。
【００５０】
また、前記図１に示した実施形態に於いては、木質バイオマス燃焼装置Ａを流動層燃焼装置２を備えた構成のものとしているが、燃焼装置２としては、前記各種の燃料に対して最適な燃焼装置が使用されることは勿論である。例えば、木質ペレットなどバイオマス燃料には、供給される燃料の形状により火格子、流動層、循環流動層、気流などの燃焼装置が、また、廃棄物燃料には、供給される燃料の形状によりバーナー噴霧、火格子、流動層やガス化燃焼などの燃焼装置が、更に、低カロリーガスには、保炎性の高い低カロリー燃焼装置が、化石燃料にはそれぞれの化石燃料に適した燃焼装置が選択されることになる。
【００５１】
更に、前記図１に示した実施形態に於いては、高温空気加熱器３を、燃焼ガスＧの流れが所謂１パスとなるような構成のものにしているが、バイオマス燃料Ｃの種類や燃焼装置２の構造に応じて、燃焼ガスＧの流れが２パス或いは３パスとなるものであっても良い。
【００５２】
同様に、高温熱交換器３を水管壁で構成し、当該高温熱交換器３を構成する各機器全体を水管ボイラ内に内蔵した構成の高温熱交換器３とすることも可能である。
【００５３】
加えて、図１の実施形態では、排熱回収ボイラ装置４を流動熱交換式排熱回収ボイラとしているが、当該排熱回収ボイラ装置は如何なる型式もののであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明に係る木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置は、一般的な熱電供給装置としての利用以外に、廃棄物処理用としても利用可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態に係る木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置の全体構成図である。
【図２】従前のガス発生装置を用いた熱・電供給装置の全体構成図である。
【符号の説明】
【００５６】
Ａは木質バイオマス燃焼装置
Ｂはマイクロガスタービン発電装置
Ｃは木質バイオマス燃料
１は燃焼装置本体
２は燃焼装置
２ａは多孔板
２ｂは空気供給口
３は高温熱交換器
３ａは低温側熱交換器
３ｂは高温側熱交換器
４は流動熱交換式排熱回収ボイラ装置
４ａは蒸気ドラム
４ｂは給水タンク
４ｃは熱交換管
５は燃料貯留槽
５ａは燃料導入管
５ｂは燃料供給口
６はサイクロン装置
６ａは燃焼排ガス導出管
６ｂは燃焼排ガス排出管
６ｃは固形物戻し管
６ｄは固形物戻し口
６ｅは燃焼排ガス導出口
７はフィルタ装置
８は助燃バーナ装置
９は圧縮機
１０はマイクロガスタービン装置
１１は発電機
１２は空気導入管
１３は駆動連結軸
１４は起動用バーナ装置
１５は燃焼空気供給管
【図１】
2008101474.tif 000003
【図２】
2008101474.tif 000004