(57)【要約】【課題】ＣＤＱにおいて木材、下水汚泥ケーキ等のバイオマスを熱分解させ、熱分解によって生成した可燃ガスを有効利用するにあたり、低効率な熱回収しかできない可燃ガスの燃焼による利用ではなく、石油・ＬＮＧを代替する燃料や化学原料として他用途に使用可能な可燃ガスの回収方法を提供すること。【解決手段】ＣＤＱにおいて、冷却室５上部のプレチャンバー４に、木材、下水汚泥ケーキ等のバイオマスを装入し、このバイオマスを赤熱コークス１の顕熱を利用して熱分解させ、熱分解により生成した可燃ガスを冷却ガスとして使用するとともに、余剰の可燃ガスを燃料ガスとして回収するにあたり、プレチャンバー４をバイオマスの熱分解に適した温度にするために、バイオマスの熱分解により生成した可燃ガスの一部を燃焼させる部分燃焼用空気をプレチャンバー４に導入する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤熱コークスをＣＤＱ本体の冷却室に装入し、冷却室下部より冷却ガスを導入して、この冷却ガスと赤熱コークスを冷却室内で接触させて冷却ガスを昇熱させ、この昇熱したガスを冷却室から環状ダクト及び煙道を経由してボイラーに搬送して昇熱ガスの熱を回収して冷却ガスとし、再度循環させて冷却室下部に導入する冷却ガスとして再利用するＣＤＱにおいて、前記冷却室上部のプレチャンバーに、木材、下水汚泥ケーキ等のバイオマスを装入し、このバイオマスを赤熱コークスの顕熱を利用して熱分解させ、熱分解により生成した可燃ガスを前記冷却ガスとして使用するとともに、余剰の可燃ガスを燃料ガスとして回収するにあたり、
前記プレチャンバーをバイオマスの熱分解に適した温度にするために、バイオマスの熱分解により生成した可燃ガスの一部を燃焼させる部分燃焼用空気をプレチャンバーに導入することを特徴とするＣＤＱにおけるバイオマス処理時の可燃ガス回収方法。
【請求項２】
前記プレチャンバーに導入する部分燃焼用空気量を、プレチャンバー温度により制御することを特徴とする請求項１に記載のＣＤＱにおけるバイオマス処理時の可燃ガス回収方法。
【請求項３】
前記プレチャンバーに水及び／又は蒸気を導入することを特徴とする請求項１又は２記載のＣＤＱにおけるバイオマス処理時の可燃ガス回収方法。
【請求項４】
回収する燃料ガスのガスカロリーを調整するための空気を前記環状ダクト及び／又は煙道に導入することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＣＤＱにおけるバイオマス処理時の可燃ガス回収方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コークス乾式消火設備（Ｃｏｋｅ  Ｄｒｙ  Ｑｕｅｎｃｈｅｒ  本明細書ではＣＤＱという）における木材、下水汚泥ケーキ等のバイオマス処理時の可燃ガス回収方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤＱでは、赤熱コークスをＣＤＱ本体のプレチャンバーに装入し冷却室に下降させ、冷却室下部より導入した冷却ガスである不活性ガスを赤熱コークスと熱交換させ、赤熱コークスの熱を回収した高温の不活性ガスを環状ダクト及び煙道を経由してボイラーに導入して熱交換した後、循環ブロワーで再度冷却室へ圧送して循環させるようになっている。ボイラーで熱交換により得られた蒸気は発電機に送られ電気エネルギーとして回収される。
【０００３】
このＣＤＱを利用したバイオマスの処理方法として、ＣＤＱ本体のプレチャンバーにバイオマス（下水汚泥ケーキ）を装入して熱分解処理する方法が例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
特許文献１に開示されている熱分解処理方法は、赤熱コークスの顕熱を利用しプレチャンバー内で下水汚泥ケーキの有機成分を熱分解するとともに、下水汚泥ケーキ中の水分と赤熱コークスとを水性ガス化反応させ、ＣＯ、Ｈ２等の可燃ガスとして煙道に導き、煙道にて燃焼用空気を導入し燃焼させるものである。
【０００５】
しかし、木材、下水汚泥ケーキ等のバイオマスに含まれる灰分は、石炭の灰分に比べＮａ、Ｋ等のアルカリ金属成分が多く含まれており、その融点が低く付着性が高い。そのため、木材、下水汚泥ケーキ等のバイオマスから発生したバイオマス灰分を含む可燃ガスを燃焼する場合は、バイオマス灰分の溶融を回避するため、燃焼温度に制約がある（通常９００℃）。すなわち、高温にてバイオマス灰分を含む可燃ガスを燃焼させるとバイオマス灰分が溶融し、粘着性を発し炉壁への付着による煉瓦への悪影響やボイラーの伝熱管表面に付着し熱効率を低下させるトラブルを生じる。そのため、９００℃程度の燃焼温度にて燃焼せざるを得ず、結果として効率の低い熱回収しかできない。
【０００６】
一方、可燃性の揮発分を多く含む木材、下水汚泥ケーキ等のバイオマスをＣＤＱにて熱分解し、熱分解により生成した可燃ガスの利用法としては、熱分解にて生成した大量の可燃ガスを燃料ガスとして回収することが可能であれば、石油・ＬＮＧを代替する燃料や化学原料として他用途に使用することが考えられる。さらに、可燃ガスを回収した後、バイオマス灰分を除去すれば、灰の溶融問題が生じることなく高温燃焼が可能となり、高効率な熱回収が可能となる。
【０００７】
ＣＤＱにおいて可燃ガスを含有する冷却ガスの余剰分を回収する方法は、例えば特許文献２に記載されているが、この特許文献２に記載のＣＤＱは、バイオマスを処理するものではない。バイオマスには上述のように灰分が含まれているため、熱分解温度等の特別な管理が必要である。
【０００８】
【特許文献１】
特許第２７８９９８８号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開２００１−２００２５７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、ＣＤＱにおいて木材、下水汚泥ケーキ等のバイオマスを熱分解させ、熱分解によって生成した可燃ガスを有効利用するにあたり、低効率な熱回収しかできない可燃ガスの燃焼による利用ではなく、石油・ＬＮＧを代替する燃料や化学原料として他用途に使用可能な可燃ガスの回収方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のＣＤＱにおけるバイオマス処理時の可燃ガス回収方法は、赤熱コークスをＣＤＱ本体の冷却室に装入し、冷却室下部より冷却ガスを導入して、この冷却ガスと赤熱コークスを冷却室内で接触させて冷却ガスを昇熱させ、この昇熱したガスを冷却室から環状ダクト及び煙道を経由してボイラーに搬送して昇熱ガスの熱を回収して冷却ガスとし、再度循環させて冷却室下部に導入する冷却ガスとして再利用するＣＤＱにおいて、前記冷却室上部のプレチャンバーに、木材、下水汚泥ケーキ等のバイオマスを装入し、このバイオマスを赤熱コークスの顕熱を利用して熱分解させ、熱分解により生成した可燃ガスを前記冷却ガスとして使用するとともに、余剰の可燃ガスを燃料ガスとして回収するにあたり、前記プレチャンバーをバイオマスの熱分解に適した温度にするために、バイオマスの熱分解により生成した可燃ガスの一部を燃焼させる部分燃焼用空気をプレチャンバーに導入することを特徴とする。
【００１２】
プレチャンバーに導入する部分燃焼用空気量は、プレチャンバー温度により制御する。
【００１３】
また、プレチャンバーに水及び／又は蒸気を導入しても良い。この水及び／又は蒸気は、プレチャンバー温度の制御用として使用されるとともに、バイオマス固定炭素や赤熱コークスと水性ガス化反応し、可燃ガスの生成量を増加させる作用も有する。
【００１４】
さらに、回収する燃料ガスのガスカロリーを調整するための空気を環状ダクト及び／又は煙道に導入しても良い。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に示す実施例に基づき説明する。
【００１６】
実施例１
図１は、本発明に係る可燃ガス回収方法を実施するＣＤＱの構成図である。ＣＤＱでは、赤熱コークス１をＣＤＱ本体２上部のコークス装入口３から、蓋３ａを開放した後プレチャンバ４に装入して冷却室５に下降させ、冷却室５下部の冷却ガス管１４から供給する冷却ガスとしての不活性ガスを赤熱コークス１と熱交換させ、赤熱コークス１の熱を回収した高温の不活性ガスを環状ダクト６から煙道１０を経由してボイラー１３に導入して熱交換した後、循環ブロワー１５で冷却室５下部へ圧送して循環させるようになっている。冷却されたコークスはＣＤＱ本体２最下部のコークス排出口７から排出される。
【００１７】
プレチャンバー４には、木材、下水汚泥ケーキ等のバイオマス装入口８と部分燃焼用空気導入口９が設けられている。バイオマスのうち、木材は１０〜５０ｍｍ程度にハンマークラッシャー等（図示せず）により粗粉砕してバイオマス装入口８より連続的に装入される。煙道１０には、衝突壁１１と、衝突壁１１によって分離されたダストを回収するためのダストキャッチャ１２が設けられている。また、ボイラー１３と循環ブロワー１５との間の配管にはダスト分離のためのサイクロン１６が設けられている。さらに、循環ブロワー１５の出側には余剰の可燃ガス（冷却ガス）を回収するためのガス回収管１７が設けられている。
【００１８】
以上の構成を有するＣＤＱにおいて、プレチャンバー４に投入されたバイオマスは、赤熱コークス１の顕熱により熱分解され、ＣＯ、Ｈ２等の可燃ガスが発生する。しかしながら、バイオマスに含有される水分の蒸発潜熱、蒸発した水分と赤熱コークス１との水性ガス化反応での吸熱、発生ガスの昇温顕熱などが赤熱コークス１の顕熱から奪われ、結果としてプレチャンバー４の温度が低下する。
【００１９】
一方、木材、下水汚泥等のバイオマスの熱分解による発生ガスの組成は、その熱分解温度により決定される。７００〜８００℃程度の低温にて熱分解すると、タール等の液成分が生成する。このタール等の液成分は、高温では気体であるが、４００℃程度まで温度を低下させると液体として結露する。そのため、タール等の液成分が発生するとボイラー１３の伝熱管等にて結露して付着し、熱効率を悪化させる要因となる。さらに低温にて熱分解すると、本来、可燃性ガスとして発生する量が減少し、固体のままコークス排出口７からコークスとともに排出されるか、または、ダストキャッチャ１２若しくはサイクロン１６にてダストとして回収されてしまい、有効に利用することができなくなる。
【００２０】
そのため、大量のバイオマスをＣＤＱ本体２のプレチャンバー４に装入し高効率でトラブルを生じないように熱分解させるためには、プレチャンバー４の温度を一定に保つ必要がある。また、プレチャンバー４の温度低下は、ボイラー１３にて回収される熱量の低下にもつながり、主蒸気量を低下させる。主蒸気量の低下は、発電効率の低下にもつながる。
【００２１】
そこで、本発明では、部分燃焼用空気導入口９よりプレチャンバー４に空気を導入するようにしている。導入された部分燃焼用空気は、バイオマスより発生した可燃ガスの一部と反応・燃焼し、プレチャンバー４の温度低下を防止し、タール等の液成分を発生することなく、バイオマスを高効率に熱分解できる温度（約９００℃）に維持する。また、プレチャンバー４の温度を低下させないことにより、ボイラー１３にて回収する熱量の低下を回避することが可能となり、発電効率の低下を招かない。
【００２２】
また、プレチャンバー４にて発生した可燃ガスは、冷却室５下部より導入され赤熱コークス１と熱交換した高温のコークス冷却ガスと混合され、環状ダクト６から煙道１０に導かれボイラー１３にて熱交換され冷却される。ボイラー１３にて冷却されたコークス冷却ガスと可燃ガスとの混合ガスは、循環ブロワー１５にて昇圧され、冷却室５に赤熱コークス１の冷却ガスとして再導入される。この循環使用によりコークス冷却ガスは可燃ガスとなり、赤熱コークス冷却用として必要のない余剰分の可燃ガスは、ガス回収管１７から燃料ガスとして回収され、石油・ＬＮＧを代替する燃料や化学原料として他用途に有効利用される。
【００２３】
実施例２
図２は、本発明に係る他の可燃ガス回収方法を実施するＣＤＱの構成図である。図１に示したＣＤＱと同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００２４】
本実施例では、プレチャンバー４の温度を一定にするため、プレチャンバー４の温度により、プレチャンバー４に導入する部分燃焼用空気の量を制御するようにしている。具体的には、プレチャンバー４に設けた温度センサ１８にて計測されるプレチャンバー４の温度が所定の温度（約９００℃）となるように、制御器１９により、部分燃焼用空気の導入管に設けた流量調整弁２０の開閉度を調整する。
【００２５】
実施例３
図３は、本発明に係る他の可燃ガス回収方法を実施するＣＤＱの構成図である。図１及び図２に示したＣＤＱと同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００２６】
先の実施例２では、プレチャンバー４の温度を一定にするため、プレチャンバー４に導入する部分燃焼用空気の量を制御するようにしたが、本実施例では部分燃焼用空気の量は変化させず、その代わりに、プレチャンバー４に設けた水及び／又は蒸気の導入口２１から水及び／又は蒸気を導入しプレチャンバー４の温度を制御するようにしている。具体的には、プレチャンバー４に設けた温度センサ１８にて計測されるプレチャンバー４の温度が所定の温度（約９００℃）となるように、制御器２２により、水及び／又は蒸気の導入管に設けた流量調整弁２３の開閉度を調整する。
【００２７】
本実施例によれば、プレチャンバー４に導入された水及び／又は蒸気とバイオマス固定炭素や赤熱コークス１との水性ガス化反応により、可燃ガス（Ｈ２、ＣＯ）が発生し、可燃性ガスの増量を行うことができる。
【００２８】
実施例４
図４は、本発明に係る他の可燃ガス回収方法を実施するＣＤＱの構成図である。図１〜図３に示したＣＤＱと同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００２９】
本実施例では、煙道１０に空気導入口２４を設け、そこからガスカロリー調整用の空気を導入するようにしている。
【００３０】
バイオマスをプレチャンバー４にて熱分解し可燃ガスを生成する場合、プレチャンバー４の温度条件や赤熱コークス１の投入等により、熱分解により発生するガス量及び組成が変動する。燃料ガスとして回収するガスは一定なカロリーに制御した方が有効利用しやすいため、変動したカロリー分を煙道１０に導入した空気により燃焼させることで、燃料ガスとして回収するガスのカロリーを一定に保つようにしている。空気により燃焼させた変動カロリー分の熱量は、燃焼により熱に変換されボイラー１３にて熱回収され有効利用される。
【００３１】
空気量の制御は、サイクロン１６の出側に設けたガスカロリー計２５にて計測されたガスカロリーが所定カロリーとなるように、制御器２６にて空気導入管に設けた流量調整弁２７の開閉度を調整することによって行う。
【００３２】
なお、本実施例では、ガスカロリー調整用の空気を煙道１０に導入するようにしたが、環状ダクト６から導入しても良いし、煙道１０と環状ダクト６の両方から導入しても良い。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、プレチャンバーの温度がバイオマスの熱分解に適した温度になるので、バイオマスの熱分解が効率的に行われ、設備トラブルや熱回収効率の低下を生じることなく、可燃ガスの回収を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る可燃ガス回収方法を実施するＣＤＱの構成図である。
【図２】本発明に係る他の可燃ガス回収方法を実施するＣＤＱの構成図である。
【図３】本発明に係る他の可燃ガス回収方法を実施するＣＤＱの構成図である。
【図４】本発明に係る他の可燃ガス回収方法を実施するＣＤＱの構成図である。
【符号の説明】
１  赤熱コークス
２  ＣＤＱ本体
３  コークス装入口
３ａ  コークス装入口の蓋
４  プレチャンバー
５  冷却室
６  環状ダクト
７  コークス排出口
８  バイオマス装入口
９  部分燃焼用空気導入口
９  燃焼用空気導入口
１０  煙道
１１  衝突壁
１２  ダストキャッチャ
１３  ボイラー
１４  冷却ガス管
１５  循環ブロワー
１６  サイクロン
１７  ガス回収管
１８  温度センサ
１９  制御器
２０  流量調整弁
２１  水及び／又は蒸気の導入口
２２  制御器
２３  流量調整弁
２４  空気導入口
２５  ガスカロリー計
２６  制御器
２７  流量調整弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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