(57)【要約】【課題】ガス化炉の雰囲気と熱源の雰囲気とを適切にシールしつつ、残さ供給系を介して残さをガス化炉から熱源へ安定的に供給することが可能なバイオマスガス化システムおよびその稼働方法を提供する。【解決手段】熱風発生炉１の熱によりバイオマスを処理して燃料ガスを生成するガス化炉２で発生した残さＳを燃料として熱風発生炉へ供給する残さ供給系３を有するバイオマスガス化システムであって、残さ供給系に、残さを滞留させる縦向き管４を備えた。縦向き管に滞留された残さは、ガス化炉の雰囲気と熱風発生炉の雰囲気とを遮断する。縦向き管の残さ量を検出する検出手段を、縦向き管の残さと接触することにより導通される少なくとも一対の電極９，１０，１１で構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源の熱によりバイオマスを処理して燃料ガスを生成するガス化炉で発生した残さを燃料として該熱源へ供給する残さ供給系を有するバイオマスガス化システムであって、上記残さ供給系に、残さを滞留させる滞留部を備えたことを特徴とするバイオマスガス化システム。
【請求項２】
前記滞留部に滞留された残さは、前記ガス化炉の雰囲気と前記熱源の雰囲気とを遮断することを特徴とする請求項１に記載のバイオマスガス化システム。
【請求項３】
前記滞留部の残さ量を検出する検出手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のバイオマスガス化システム。
【請求項４】
前記検出手段は、前記滞留部の残さと接触することにより導通される少なくとも一対の電極であることを特徴とする請求項３に記載のバイオマスガス化システム。
【請求項５】
前記滞留部と前記熱源との間には、前記検出手段によって検出された残さ量が雰囲気の遮断に必要な量を超えたことに応じて、該滞留部の残さを該熱源へ向かって搬送する搬送手段が設けられることを特徴とする請求項３または４に記載のバイオマスガス化システム。
【請求項６】
熱源の熱によりバイオマスを処理して燃料ガスを生成するガス化炉で発生した残さを燃料として該熱源へ供給する残さ供給系を有するバイオマスガス化システムであって、上記残さ供給系に設けた滞留部に残さを滞留させて、該ガス化炉の雰囲気と該熱源の雰囲気とを遮断するようにしたことを特徴とするバイオマスガス化システムの稼働方法。
【請求項７】
前記滞留部の残さ量が雰囲気の遮断に必要な量を超えたときに、該滞留部の残さを前記熱源へ搬送するようにしたことを特徴とする請求項６に記載のバイオマスガス化システムの稼働方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス化炉の雰囲気と熱源の雰囲気とを適切にシールしつつ、残さ供給系を介して残さをガス化炉から熱源へ安定的に供給することが可能なバイオマスガス化システムおよびその稼働方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
木材チップや鶏糞等のバイオマスを原料とし、これを無酸素下で６００℃〜９００℃の高温に加熱し熱分解することで燃料ガスを生成するバイオマスガス化システムが知られている。このシステムでは、バイオマスの有機可燃分が２００℃〜６００℃でガス化されることとなり、こうして得られた燃料ガスを、後段の燃焼発電やガスエンジン発電、燃料電池など、種々の発電システムの発電用燃料として利用するようにしたバイオマスガス化発電システムが近年脚光を浴びている。
【０００３】
そして特に本願出願人は、熱源の熱によりバイオマスを処理して燃料ガスを生成するガス化炉を有するバイオマスガス化システムにおいて、ガス化炉で発生した発生残さを燃料として熱源に供給する残さ供給系を備えたバイオマスガス化システムを提案している（特願２００３−１５５６５８参照）。詳細には、ガス化炉には、バイオマスの加熱処理で発生した炭化物である残さを排出する残さ排出部が設けられるとともに、熱源である熱風発生炉には、燃焼燃料となる残さをその内部へ投入する残さ投入部が設けられ、そしてこれらガス化炉と熱風発生炉との間には、残さ排出部から排出される残さを搬送する排出フィーダや、排出フィーダから送り込まれる残さを残さ投入部へ搬送する投入フィーダなどを備えた残さ供給系が設けられている。そしてこの残さ供給系により、ガス化炉で発生した残さを熱風発生炉へと順次送り込むようにしていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ガス化炉の炉内雰囲気は、ここで生成される可燃性の燃料ガスであり、他方、熱風発生炉の炉内雰囲気は、ガス化炉を加熱するために燃焼された高温の空気を含む排ガスであって、これらガス化炉と熱風発生炉の雰囲気が互いに混ざり合わないようにしなければならない。従って、残さの供給のためにガス化炉と熱風発生炉とが連通する残さ供給系には、これらガス化炉と熱風発生炉とを遮断して雰囲気をシールする機構を備える必要がある。この種のシール機構としては例えば、ダンパーなど、残さ供給系の系路を適宜に開閉して残さを移動させながら雰囲気をシールすることができる機械的なシール機構の採用が考えられる。
【０００５】
しかしながらこのような機械的なシール機構では、残さ供給系に機械部品などを組みこむこととなるため、このシール機構の設置箇所で、残さがブリッジを起こしたり、また高温の残さによってシール機構に熱変形が生じるなどして、その作動の安定性が懸念されるという課題があった。
【０００６】
本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、ガス化炉の雰囲気と熱源の雰囲気とを適切にシールしつつ、残さ供給系を介して残さをガス化炉から熱源へ安定的に供給することが可能なバイオマスガス化システムおよびその稼働方法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】
【０００７】
本発明にかかるバイオマスガス化システムは、熱源の熱によりバイオマスを処理して燃料ガスを生成するガス化炉で発生した残さを燃料として該熱源へ供給する残さ供給系を有するバイオマスガス化システムであって、上記残さ供給系に、残さを滞留させる滞留部を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、前記滞留部に滞留された残さは、前記ガス化炉の雰囲気と前記熱源の雰囲気とを遮断することを特徴とする。
【０００９】
また、前記滞留部の残さ量を検出する検出手段を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、前記検出手段は、前記滞留部の残さと接触することにより導通される少なくとも一対の電極であることを特徴とする。
【００１１】
さらに、前記滞留部と前記熱源との間には、前記検出手段によって検出された残さ量が雰囲気の遮断に必要な量を超えたことに応じて、該滞留部の残さを該熱源へ向かって搬送する搬送手段が設けられることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかるバイオマスガス化システムの稼働方法は、熱源の熱によりバイオマスを処理して燃料ガスを生成するガス化炉で発生した残さを燃料として該熱源へ供給する残さ供給系を有するバイオマスガス化システムであって、上記残さ供給系に設けた滞留部に残さを滞留させて、該ガス化炉の雰囲気と該熱源の雰囲気とを遮断するようにしたことを特徴とする。
【００１３】
また、前記滞留部の残さ量が雰囲気の遮断に必要な量を超えたときに、該滞留部の残さを前記熱源へ搬送するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明にかかるバイオマスガス化システムおよびその稼働方法にあっては、ガス化炉の雰囲気と熱源の雰囲気とを適切にシールしつつ、残さ供給系を介して残さをガス化炉から熱源へ安定的に供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明にかかるバイオマスガス化システムおよびその稼働方法の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。本実施形態にかかるバイオマスガス化システムは基本的には、図１に示すように、熱源である熱風発生炉１の熱風により木材チップなどのバイオマスを加熱処理して燃料ガスを生成するガス化炉２で発生した残さＳを燃料として熱風発生炉１へ供給する残さ供給系３を有するバイオマスガス化システムであって、残さ供給系３に、残さＳを滞留させる滞留部として、縦向き管４を備えて構成される。
【００１６】
ガス化炉２は、これに供給されるバイオマスを加熱処理して燃料ガスを生成するガス化室２ａと、当該加熱処理のためにガス化室２ａを加熱すべくその周囲に形成された外熱室２ｂとから２室構造で構成される。熱風発生炉１は、化石燃料やガス化炉２から供給される残さＳを燃料として燃焼動作され、高温の空気を含む排ガスからなる熱風を生成する。熱風発生炉１で生成された熱風は、ガス化炉２の外熱室２ｂに送り込まれてガス化室２ａを加熱し、加熱後の排気は熱風循環ファン５により外熱室２ｂから熱風発生炉１へと戻されるようになっている。ガス化炉２のガス化室２ａには、これよりバイオマスの加熱処理で発生した炭化物である残さＳを排出する残さ排出部２ｃが設けられる。熱風発生炉１には、残さＳをその内部へ投入する残さ投入部１ａが設けられる。
【００１７】
これらガス化炉２の残さ排出部２ｃと熱風発生炉１の残さ投入部１ａとの間には、ガス化炉２から熱風発生炉１へ向けて、３５０℃以上の高温状態にある残さＳを搬送する残さ供給系３が設けられる。残さ供給系３は、それぞれ個別のモーター６ａ，７ａで駆動される、搬出手段としての排出用スクリューフィーダー６および搬送手段としての投入用スクリューフィーダー７から構成される。これらフィーダー６，７はともに、気密性を有するカバー８を備える。排出用スクリューフィーダー６は、ほぼ水平に設置され、ガス化炉２の残さ排出部２ｃにその搬入端６ｂが連設されて、ガス化炉２から排出される残さＳをその搬出端６ｃに向かって搬出するようになっている。投入用スクリューフィーダー７は、斜めに傾けて設置され、上方に位置するその搬出端７ｂが熱風発生炉１の残さ投入部１ａに接続されて、排出用スクリューフィーダー６によって搬出される残さＳを、当該フィーダー６の搬出端６ｃ下方に位置する搬入端７ｃから熱風発生炉１へ向かって搬送するようになっている。
【００１８】
縦向き管４は、残さＳを排出用スクリューフィーダー６から投入用スクリューフィーダー７へ受け渡すために、その上端部および下端部が上下方向に間隔を隔てる排出用スクリューフィーダー６の搬出端６ｃおよび投入用スクリューフィーダー７の搬入端７ｃに接続されて、これらフィーダー６，７間に立てて設置される。従ってこの縦向き管４には、その上端部より下方に向かって排出用スクリューフィーダー６から残さＳが投入されるとともに、投入された残さＳは投入用スクリューフィーダー７によってその下端部から搬出されるようになっている。そして縦向き管４には、排出用スクリューフィーダー６による残さ投入量に対して、投入用スクリューフィーダー７による残さ搬出量を調節することにより、残さＳが滞留されるようになっていて、縦向き管４に相当の量、具体的には相当の高さで残さＳを滞留させることによって、当該残さＳが両フィーダー６，７間、ひいてはガス化炉２の雰囲気と熱風発生炉１の雰囲気とを遮断するようになっている。
【００１９】
縦向き管４について詳述すると、この縦向き管４は、上部管４ａと、下部管４ｂと、これら上部管４ａと下部管４ｂとの間に設けられ、それらの熱伸縮を吸収する金属製のベローズ管４ｃとが一連に接続されて構成される。上部管４ａおよび下部管４ｂは、電気的に導通可能なステンレス製などの金属材料によって形成される。
【００２０】
縦向き管４には、その内部に滞留されている残さ量、具体的には残さ高さを検出するための検出手段として、縦向き管４内の残さＳと接触することにより導通される電極９，１０，１１が設けられる。残さＳは一般に１〜１０ｍｍ程度の粒状であり、例えばバイオマスが木材チップである場合にその残さＳの元素分析を行うと、表１に示すようにその構成成分の８８％が導電性を有する炭素分である。このような成分組成の残さＳについて図２に示すように、テスター１２を用いて１００ｍｍの距離を隔てて抵抗値の測定をしたところ、約５ｋΩの抵抗値を示し、残さが十分な導電性を有することが判明した。
【００２１】
【表１】
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電極９，１０，１１はステンレス製で形成され、縦向き管４と電気的に絶縁するための碍子１３で包囲されて、当該縦向き管４にその外側から内部へ貫通させて取り付けられる。本実施形態にあっては、電極９，１０，１１は３つ設けられている。第１電極９は、縦向き管４の上端部に取り付けられ、第２電極１０は、雰囲気の遮断に必要な残さ量に相当する高さ位置に対応するベローズ管４ｃの直下に取り付けられるとともに、第３電極１１は、第２電極１０よりも下方であって、雰囲気の遮断のために投入用スクリューフィーダー７の搬入端７ｃ上方に最低限必要な量の残さ高さ位置に取り付けられる。これら各電極９，１０，１１にはそれぞれリード線１４が接続されるとともに、下部管４ｂにもリード線１４が接続される。
【００２２】
これらリード線１４は、微弱電流を印加する直流電源などの電源部１５に接続される。そして、各電極９，１０，１１それぞれと下部管４ｂとの間には、残さＳを介して個別の導通回路が形成されるようになっている。電源部１５は、電極９，１０，１１および下部管４ｂによって検出される電気的な導通状態・非導通状態を利用して制御を実行する制御器１６に設けられる。そして例えば、第３電極１１を用いて説明すると、第３電極１１よりも高い位置に残さＳが滞留している場合には、残さＳを介してこれら第３電極１１と下部管４ｂとの間に電気的な導通が得られる一方で、第３電極１１の高さ位置まで残さＳが滞留していない場合には、電気的な導通は得られず、このようにして検出される導通・非導通状態が制御器１６による制御に利用されるようになっている。そして、縦向き管４内の残さ高さが上昇するにしたがって、第３電極１１から第２電極１０、さらには第１電極９で電気的導通が得られてこれにより残さ高さが検出され、この検出結果が制御器１６によって利用されることになる。
【００２３】
さらに制御器１６は、投入用スクリューフィーダー７のモーター７ａと接続され、各電極９，１０，１１によって検出された縦向き管４内の残さＳの高さに応じた制御信号を出力してその起動・停止と速度制御を行うようになっている。例えば、第２電極１０を用いて説明すると、雰囲気の遮断に必要な残さ高さである第２電極１０の取り付け位置を超えて残さＳが滞留している場合には、残さＳを介してこれら第２電極１０と下部管４ｂとの間の電気的な導通が検出されるので、制御器１６はこれに応じて投入用スクリューフィーダー７を駆動して残さＳを熱風発生炉１へ向かって搬送する一方で、残さＳが第２電極１０の高さ位置まで滞留していないために非導通状態が検出された場合には、制御器１６はこれに応じて投入用スクリューフィーダー７を停止するようになっている。また制御器１６は、システム全体の停止制御信号を出力したり、またこれに備えられた警報器１７を制御して警報を発するようになっている。
【００２４】
次に、本実施形態にかかるバイオマスガス化システムの稼働方法について説明する。当該バイオマスガス化システムの稼働状態にあっては、ガス化炉２では、熱風発生炉１から供給される熱風を利用してバイオマスを加熱処理することで燃料ガスが生成されるとともに、これに伴い残さＳが継続的に発生する。発生した残さＳは、ガス化室２ａの残さ排出部２ｃから排出され、排出用スクリューフィーダー６で搬出されて縦向き管４内に投入される。縦向き管４内に投入された残さＳは、投入用スクリューフィーダー７によって熱風発生炉１の残さ投入部１ａへと搬送される。そして熱風発生炉１では、投入された残さＳを燃焼させることで熱風を生成し、生成された熱風がガス化炉２の外熱室２ｂへと供給されて加熱処理に利用されるようになっている。
【００２５】
このバイオマスガス化システムの稼働状態において、縦向き管４内に投入されて滞留する残さ高さは、検出手段である各電極９，１０，１１によって検出される。各電極９，１０，１１には、下部管４ｂに接続したリード線１４との間に電源部１５からの微弱電流が印加されていて、各電極９，１０，１１の高さ位置に残さＳが達しているか否かに応じて、下部管４ｂとの間に残さＳを介しての電気的導通の有無が検出され、この検出値が制御器１６によって利用される。
【００２６】
第３電極１１が非導通状態（第１および第２電極９，１０も非導通状態）であると、制御器１６は、警報器１７から警報を発するとともに、投入用スクリューフィーダー７を含めて、バイオマスガス化システム全体の停止制御信号を出力し、システム全体が停止される。
【００２７】
他方、第１電極９が導通状態（第２および第３電極１０，１１も導通状態）であると、縦向き管４には大量の残さＳが滞留しているので、制御器１６は、縦向き管４から残さＳを多量に搬出するために投入用スクリューフィーダー７を高速運転する制御信号をモーター７ａに出力する。その後、第１電極９が非導通状態（第２および第３電極は導通状態１０，１１）になると、制御器１６は、投入用スクリューフィーダー７を低速運転する制御信号をモーター７ａに出力する。
【００２８】
さらに、投入用スクリューフィーダー７が低速運転されている状態で、第２電極１０が非導通状態（第３電極１１は導通状態）となった場合には、残さ高さが必要最低限である第３電極１１の高さ位置まで降下しないように、投入用スクリューフィーダー７の運転を停止する制御信号をモーター７ａに出力し、これにより残さＳの熱風発生炉１への搬送が停止される。第２電極１０が導通状態に復帰した場合（第３電極１１は導通状態）には、制御器１６は、投入用スクリューフィーダー７の低速運転を再開する制御信号をモーター７ａに出力し、これにより残さＳの熱風発生炉１への供給が再開されるようになっている。
【００２９】
このように縦向き管４内の残さ高さに応じて投入用スクリューフィーダー７の運転を自動制御するようにしていて、これにより熱風発生炉１に投入される残さ量の変動を抑えることができ、熱風発生炉１の温度制御に及ぼす外乱を防止しながら、残さＳによる必要なシール性能も確保することができる。当該制御を実際に実施した際の熱風発生炉１における「熱風温度」と「炉床温度」の変化が図３に示されている。残さ投入量の変化は、残さＳが燃焼する熱風発生炉１の炉床温度を若干上下させるものの、生成される熱風の温度にはほとんど影響を与えないことが判明した。
【００３０】
以上説明したように本実施形態にかかるバイオマスガス化システムおよびその稼働方法にあっては、残さ供給系３に滞留部となる縦向き管４を設け、この縦向き管４に残さＳを滞留させることで、この残さＳ自体がガス化炉２の雰囲気と熱風発生炉１の雰囲気とをシールする機能を発揮することとなり、ガス化炉２と熱風発生炉１の雰囲気を適切に遮断できることはもちろんのこと、機械的なシール機構等を備えた場合に、このシール機構の設置箇所で残さＳがブリッジを起こしたり、また熱変形によってシール機構に作動障害等が発生するおそれがあることに比べて、機械的部分がなく単に残さＳを縦向き管４に滞留させるだけであることから、きわめて簡単な構成および方法でありながらシール機能部分として高い信頼性を確保することができ、そしてまたガス化炉２から熱風発生炉１へ残さＳを供給するという面からしても、残さ供給系３による残さＳの供給を連続的に行いながら、縦向き管４内に残さＳを一時的に滞留させるだけなので、供給動作に対して残さＳによるシール作用が支障となることはなく、安定的に残さＳの供給を行うことができる。
【００３１】
実際には、ガス化炉２と熱風発生炉１の圧力は個別に制御されていて、その圧力差は２００Ｐａ以内である。残さＳの比重が０．１１３である場合、例えば３５４ｍｍの高さで縦向き管４に残さＳを滞留させることで、４００Ｐａまでの圧力差に対してシール機能を確保することができる。
【００３２】
他方、ガス化炉２における残さ発生量は、ガス化条件によって変動し、一定ではなく、従って排出用スクリューフィーダー６から縦向き管４に投入される残さ量も一定ではないことから、投入用スクリューフィーダー７を一定条件で運転したとしても、縦向き管４の残さ量は変動する。このため、縦向き管４に残さＳを滞留させることでガス化炉２と熱風発生炉１とをシールするとしても、変動する縦向き管４内の残さ量を把握することができなければ、必要なシール性能を確保したり、ガス化炉２から熱風発生炉１への残さＳの安定的な供給を確保することはできない。すなわち、残さ量が少なければ適切なシール性能を確保することができず、多すぎると、縦向き管４内に残さＳが一杯に滞留してしまって、排出用スクリューフィーダー６による搬出作用に悪影響を及ぼすことになる。
【００３３】
本実施形態にあっては、縦向き管４の残さ量を検出する検出手段を備えたので、縦向き管４内の残さ量を的確に把握することができる。このように残さ量を的確に把握できることにより、把握した残さ量に基づき、自動・手動を問わず、残さ供給系３を適切に運転制御することが可能となり、縦向き管４内の残さ高さをシールに必要な高さに維持しつつ、ガス化炉２から熱風発生炉１へ残さＳを適切に供給することができる。
【００３４】
そして特に、検出手段の検出値を利用することで、バイオマスガス化システムの稼働、特に投入用スクリューフィーダー７の運転を自動制御することが可能である。本実施形態にあっては、電極９，１０，１１で検出された導通・非導通状態を制御器１６で利用して投入用スクリューフィーダー７のモーター７ａの駆動を自動制御するようにしていて、これによりシールに必要な縦向き管４内の残さ量の確保と、熱風発生炉１への残さ供給を適切にコントロールすることができる。
【００３５】
すなわち、本実施形態にあっては、投入用スクリューフィーダー７の発停制御の切り替え点を、縦向き管４の残さＳが、雰囲気の遮断に必要な高さに対応する第２電極１０の高さ位置を超えたことが第２電極１０での導通によって検出された時点とし、これに応じて縦向き管４内の残さＳを熱風発生炉１へ搬送するようにしていて、これにより必要なシール性能と適切な残さ供給との両立を達成することができる。
【００３６】
また、検出手段を、残さＳの導電性を利用して、残さＳと接触することで導通される電極９，１０，１１および電極として機能する下部管４ｂによって構成するようにしたので、縦向き管４にこれら電極９，１０，１１を貫通させて取り付けることで、残さＳが３５０℃以上の高温状態であっても、縦向き管４内の残さ量を外部から容易に把握することができ、また構成が簡単であって、さらに単なる電極９，１０，１１であるので、残さＳが投入される縦向き管４内に設置しても作動の信頼性が高い検出手段を構成することができる。
【００３７】
また、電極９，１０，１１を縦向き管４の高さ方向に３つ設けて、残さ高さを異なる３つの位置で検出し、これらの検出値に応じて投入用スクリューフィーダー７の駆動を制御するようにしたので、きめ細やかな制御を達成することができる。
【００３８】
特に、シールに最低限必要な残さＳの高さ位置である第３電極１１よりも上方の第２電極１０の位置を下回った時点で、投入用スクリューフィーダー７の駆動を停止するようにしたので、シールに必要な残さ高さを確実に保証することができる。
【００３９】
上記実施形態にあっては、滞留部として縦向き管４を例示して説明したが、排出用スクリューフィーダー６を押し込みタイプとし、押し込まれている残さ量を水平管の長さ方向に検出するようにすれば、滞留部として水平管を採用することもできる。また、滞留部として傾斜管を採用してもよいことはもちろんである。また、電源部１５は各電極９，１０，１１に備えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明にかかるバイオマスガス化システムの好適な一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】残さの導電性を測定したときの様子を示す説明図である。
【図３】本発明にかかるバイオマスガス化システムの稼働方法を実施したときの熱風発生炉における熱風温度と炉床温度との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  熱風発生炉
２  ガス化炉
３  残さ供給系
４  縦向き管
７  投入用スクリューフィーダー
９，１０，１１  電極
Ｓ  残さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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