(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動媒体を流動加熱する燃焼炉と、該燃焼炉で加熱した流動媒体を燃焼排ガスから分離して導入すると共に固体原料を導入し、分散板の下部から供給される水蒸気により流動層を形成して前記固体原料をガス化し、ガス化ガスを流動層上部のフリーボードから取り出す流動層ガス化炉とを有し、流動層ガス化炉内の未燃固形分を流動媒体と共に前記燃焼炉に戻して燃焼させるようにした２塔式ガス化炉の原料供給装置であって、
流動層ガス化炉の流動層の内部に固体原料を供給する２軸スクリューフィーダが備えられ、該２軸スクリューフィーダは、２つのスクリューがセルフクリーニングされるように重なり合う如く接近して配置されており、更に、前記２軸スクリューフィーダを包囲するように設けたケーシングの外部には、冷却流体を通す水冷壁を設けたことを特徴とする２塔式ガス化炉の原料供給装置。
【請求項２】
ガスシール手段を備えた原料投入装置からの固体原料を前記２軸スクリューフィーダに供給する原料供給管を設け、該原料供給管と前記フリーボードとの間を連通する連絡管を設け、原料供給管内の圧力上昇時に該原料供給管内ガスを前記連絡管を介して前記フリーボードに逃がすようにした請求項１に記載の２塔式ガス化炉の原料供給装置。
【請求項３】
２軸スクリューフィーダが、流動層ガス化炉の側壁を通して流動層に上り勾配で固体原料を供給するように傾斜配置されている請求項１又は２に記載の２塔式ガス化炉の原料供給装置。
【請求項４】
２軸スクリューフィーダが、分散板の下部から分散板を通して流動層に固体原料を供給するよう配置されている請求項１又は２に記載の２塔式ガス化炉の原料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動層内に固体原料を安定供給できるようにして固体原料のガス化性能が高められるようにした２塔式ガス化炉の原料供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、石炭、バイオマス、廃プラスチック、或いは各種の含水廃棄物等の固体原料を用いてガス化ガスを生成するガス化設備の開発が進められている。
【０００３】
図６及び図７は、流動層ガス化炉１と燃焼炉６とを備えた２塔式ガス化炉と称されるガス化設備の一例を示すものであって、流動層ガス化炉１は、下部から分散板２を介して供給される水蒸気３（ガス化剤）により流動媒体（硅砂、石灰石等）を流動させた流動層４により投入される固体原料５（石炭、バイオマス等）のガス化を行いガス化ガスと可燃性固形分（未燃固形分）とを生成するようにしている。前記燃焼炉６は、前記流動層ガス化炉１で生成した未燃固形分と流動媒体との混合流体７を導入管８から導入し且つ下部から分散板９を介して供給される空気１０（又は酸素）により前記未燃固形分を流動燃焼させて流動媒体の加熱を行うようにしている。燃焼炉６で流動燃焼した燃焼流体１１は、上部の排ガス管１２によりホットサイクロン等の媒体分離装置１３に導入されて燃焼排ガス１４と流動媒体１５とに分離され、分離した流動媒体１５はダウンカマー１６を介して前記流動層ガス化炉１に供給される。又、前記流動層ガス化炉１の流動層４によって流動層上部のフリーボード１７に生成したガス化ガス１８は、導出管１９によりホットサイクロン等の固体分離装置２０に導かれ、ガス化ガス１８中に含まれる固体粒子が分離される。図中、２１は前記流動層ガス化炉１内部における導入管８が接続される部分を覆い流動層４内部に挿入された下端のみが開放されて流動層４の流動媒体を導入管８へ流出させると共に、流動層ガス化炉１と燃焼炉６との間におけるガスの移動を遮断するための仕切壁である。
【０００４】
図中２２は、前記流動層ガス化炉１に固体原料５を供給する原料供給装置であり、該原料供給装置２２は、流動層ガス化炉１の側壁を通して、流動層４より上部のフリーボード１７に固体原料５を供給するように配置している。
【０００５】
上述の２塔式ガス化炉においては、流動層ガス化炉１は、媒体分離装置１３から導入される高温の流動媒体１５を下部から吹き込まれる水蒸気３により流動化して流動層４を形成しており、この状態で原料供給装置２２によりフリーボード１７に石炭、バイオマス等の固体原料５を供給すると、固体原料５は流動層４の高温の流動媒体１５や水蒸気３の存在下、更に固体原料自体から蒸発する水分の存在により高温状態で熱分解による生成ガスを生成すると共に、残渣原料が水蒸気と反応することによるガス化（水性ガス化反応）を行って、Ｈ２やＣＯ等の可燃性のガス化ガスと未燃固形分を生成する。前記流動層ガス化炉１で生成した未燃固形分は流動媒体と共に導入管８から燃焼炉６へ導入されて高速で流動燃焼することにより流動媒体の加熱を行い、燃焼炉６からの燃焼流体１１はホットサイクロン等の媒体分離装置１３へ導入され、該媒体分離装置１３において燃焼排ガス１４と流動媒体１５とに分離され、分離された流動媒体１５はダウンカマー１６を介して前記流動層ガス化炉１に戻され、循環される。前記流動層ガス化炉１で生成したフリーボード１７のガス化ガス１８は、導出管１９により取り出されてホットサイクロン等の固体分離装置２０に導かれて固体粒子が分離される。
【０００６】
尚、図６及び図７に示される２塔式ガス化炉と類似した装置構成を有するものとしては、例えば、特許文献１がある。
【０００７】
図６及び図７に示した２塔式ガス化炉のような従来のガス化設備では、固体原料５の供給は、一般に流動層４上部のフリーボード１７から供給するようにしており、このために、固体原料５のガス化性能が有効に高めることができないという問題を有していた。即ち、フリーボード１７から供給された固体原料５は流動層４の層上に浮游する傾向を示して流動層４の内奥部には混合され難く、そのために、流動層４内での固体原料５の滞留時間が短く、よって高温の流動媒体１５及び水蒸気３との十分な接触が図られず、更に、固体原料５からの発生ガスや固体原料中の水分が反応に寄与できないために、ガス化性能が低下してしまう。又、フリーボード１７に供給した固体原料５はフリーボード１７に飛散し易く、飛散した固体原料は未反応のままガス化ガス１８と共に導出管１９から外部に取り出されてしまい、このために更にガス化性能は低下してしまう。
【０００８】
上記問題点を解決するために、流動層熱分解炉において、流動床部の流動層内に供給スクリュウによって破砕廃棄物等の固体原料を直接供給するようにしたものが特許文献２にある。
【特許文献１】特開２００５−０４１９５９号公報
【特許文献２】特開平０９−２４３０１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献２に記載された原料供給装置においては、以下のような問題を有していた。即ち、特許文献２に示される流動層の内部は流動空気によって高い圧力に保持されるため、供給スクリュウを用いて固体原料を供給することは有効であるが、供給スクリュウの上流における原料投入装置に、ロータリーバルブ等のガスシール手段を備えたり、或いは不活性ガスを供給する手段を備えるようにしても、流動層内部の高圧ガスが上流の原料投入装置側へ逆流するのを完全に防ぐことは困難であり、可燃性の高圧ガスが原料投入装置側へ逆流した場合には燃焼を引き起こす虞れがあるという問題がある。更に、長時間運転した場合や運転停止時に、凝縮水やタールが高温によって供給スクリュウ内部に固着することにより供給スクリュウの回転が安定しなくなる、或いは閉塞によりスティックするといった事態が発生し、このために固体原料の安定供給ができなくなったり、或いは停止後に起動できないという問題が生じる。
【００１０】
本発明は、上記実情に鑑みてなしたもので、流動層内に固体原料を安定供給できるようにして固体原料のガス化性能が高められるようにした２塔式ガス化炉の原料供給装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、流動媒体を流動加熱する燃焼炉と、該燃焼炉で加熱した流動媒体を燃焼排ガスから分離して導入すると共に固体原料を導入し、分散板の下部から供給される水蒸気により流動層を形成して前記固体原料をガス化し、ガス化ガスを流動層上部のフリーボードから取り出す流動層ガス化炉とを有し、流動層ガス化炉内の未燃固形分を流動媒体と共に前記燃焼炉に戻して燃焼させるようにした２塔式ガス化炉の原料供給装置であって、
流動層ガス化炉の流動層の内部に固体原料を供給する２軸スクリューフィーダが備えられ、該２軸スクリューフィーダは、２つのスクリューがセルフクリーニングされるように重なり合う如く接近して配置されており、更に、前記２軸スクリューフィーダを包囲するように設けたケーシングの外部には、冷却流体を通す水冷壁を設けたことを特徴とする２塔式ガス化炉の原料供給装置、に係るものである。
【００１２】
上記２塔式ガス化炉の原料供給装置において、ガスシール手段を備えた原料投入装置からの固体原料を前記２軸スクリューフィーダに供給する原料供給管を設け、該原料供給管と前記フリーボードとの間を連通する連絡管を設け、原料供給管内の圧力上昇時に該原料供給管内ガスを前記連絡管を介して前記フリーボードに逃がすようにしたことは好ましい。
【００１３】
又、上記２塔式ガス化炉の原料供給装置において、２軸スクリューフィーダが、流動層ガス化炉の側壁を通して流動層に上り勾配で固体原料を供給するように傾斜配置されていることは好ましい。
【００１４】
又、上記２塔式ガス化炉の原料供給装置において、２軸スクリューフィーダが、分散板の下部から分散板を通して流動層に固体原料を供給するよう配置されていることは好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の２塔式ガス化炉の原料供給装置によれば、流動層ガス化炉の流動層の内部に固体原料を供給する２軸スクリューフィーダを備えたので、流動層の内部に直接供給された固体原料は、流動層内部での滞留時間が大幅に延長され、よって、固体原料は高温の流動媒体及び水蒸気との十分な接触が図られてガス化性能が大幅に向上されるという効果がある。
【００１６】
更に、逆方向に回転する２つのスクリューを備えた２軸スクリューフィーダはセルフクリーニング機能を備えているため、長時間運転した場合や運転停止時に、凝縮水やタールが固着しようとしても、２軸スクリューフィーダを駆動するとセルフクリーニングによって、常に安定した固体原料の供給が可能になるという効果がある。
【００１７】
又、ガスシール手段を備えた原料投入装置からの固体原料を２軸スクリューフィーダに供給する原料供給管と、流動層ガス化炉のフリーボードとの間を連通する連絡管を設けて、原料供給管内の圧力上昇時に該原料供給管内ガスを連絡管を介してフリーボードに逃がすようにしたので、流動層の高圧ガスが２軸スクリューフィーダを介して上流の原料投入装置側へ逆流する問題を確実に防止できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は、図６及び図７に示した２塔式ガス化炉によるガス化設備に適用した本発明の形態例を示したものであり、図１中、図６及び図７と同一の符号を付した部分は同一物を表わし、本発明の特徴部分についてのみ以下に説明する。
【００２０】
図１に示す如く、流動層ガス化炉１において、該流動層ガス化炉１の側壁を通して流動層４の内部に固体原料５を直接供給するようにした２軸スクリューフィーダ２３を配置している。図１の２軸スクリューフィーダ２３は、下り勾配を有する先端部が流動層ガス化炉１の側壁を貫通して開口２４を形成しており、固体原料５が流動層４内部の好ましくはダウンカマー１６の下端部近傍に直接供給されるように配置している。
【００２１】
２軸スクリューフィーダ２３は、図２に示すように、２つのスクリュー２５ａ，２５ｂが重なり合うように接近して配置されており、該２つのスクリュー２５ａ，２５ｂは僅かな隙間を隔ててケーシング２６により包囲されている。更に、該ケーシング２６の外部には所要の間隔を有して冷却流体を通すようにした水冷壁２７が設けられている。前記２つのスクリュー２５ａ，２５ｂは上端部に設けたモータ２８によって互いに逆方向に回転するようになっている。
【００２２】
前記２軸スクリューフィーダ２３のモータ２８に近い上端部側に設けた受入口２９には、鉛直上方に延びる原料供給管３０が接続されており、該原料供給管３０の上部にはロータリフィーダ３１等のようなガスシール手段を備えた原料投入装置３２が設けられている。ガスシール手段としてはロータリフィーダ３１以外に２段の開閉扉を備えて交互に開閉することによりガスシールして固体原料を投入できるようにしたものを用いてもよい。
【００２３】
前記原料供給管３０と前記流動層ガス化炉１のフリーボード１７との間には連絡管３３が設けてあり、原料供給管３０内の圧力上昇時に該原料供給管３０内の高圧ガスを前記連絡管３３によってフリーボード１７に逃がすことができるようにしている。連絡管３３は前記原料供給管３０から前記フリーボード１７に向かって下り勾配で設けられており、これにより連絡管３３内に固体粒子が堆積するのを防止している。
【００２４】
又、前記原料供給管３０と連絡管３３との接続部には、図３にも示すように、原料供給管３０が上方に向かい且つ連絡管３３側に向かうに従って拡径することにより前記原料投入装置３２から投入される固体原料５が連絡管３３側へ供給されるのを防止するようにした傾斜面３４を形成している。
【００２５】
図１に示した形態の作動を説明する。
【００２６】
原料投入装置３２は、ロータリフィーダ３１等のガスシール手段によりガスシールしながら固体原料５を原料供給管３０に投入する。原料供給管３０に投入された固体原料５は、受入口２９から２軸スクリューフィーダ２３内に供給され、モータ２８によって逆方向に回転駆動している２つのスクリュー２５ａ，２５ｂにより搬送されて先端部の開口２４から前記流動層ガス化炉１の流動層４の内部に直接供給される。
【００２７】
流動層４の内部に直接供給された固体原料５は、フリーボード１７に供給する場合に比して流動層４内部の滞留時間が大幅に延長されるようになり、従って、固体原料５はダウンカマー１６からの高温の流動媒体１５及び水蒸気３と十分な接触が図られ、これによってガス化性能が大幅に向上されるようになる。この時、２軸スクリューフィーダ２３からの固体原料５が、流動層４内部のダウンカマー１６の下端部近傍に供給されるようにすると、供給直後の固体原料５がダウンカマー１６から導入される高温の流動媒体１５と接触するようになるので、ガス化性能が更に向上されるようになる。
【００２８】
更に、逆方向に回転する２つのスクリュー２５ａ，２５ｂを備えた２軸スクリューフィーダ２３はそれ自身がセルフクリーニング機能を備えているので、長時間運転した場合や運転停止時に、凝縮水やタールが固着しようとしても、２軸スクリューフィーダ２３を駆動するとセルフクリーニングが行われるので、常に安定した回転が可能になり、固体原料５を常に安定して供給できるようになる。又、前記２軸スクリューフィーダ２３は水冷壁２７によって冷却しているので、タール等が熱によって固着する問題を更に低減できる。
【００２９】
一方、前記２軸スクリューフィーダ２３の内部及び原料供給管３０の内部には固体原料５が充填されているため、固体原料５の性状（固体原料５の粒子径が細かい等）によっては２軸スクリューフィーダ２３内がマテリアルシールされることにより、流動層４の生成ガスや水蒸気による高圧ガスが２軸スクリューフィーダ２３を通して上流へ逆流するのをある程度抑制することができる。
【００３０】
しかし、前記マテリアルシールが期待されない場合には、２軸スクリューフィーダ２３を通して高圧ガスが原料供給管３０に逆流することが発生する。
【００３１】
この時、図１に示すように、原料供給管３０と流動層ガス化炉１のフリーボード１７との間を連通する連絡管３３を設けたので、原料供給管３０内の圧力が上昇した場合には、原料供給管３０内の高圧ガスを連絡管３３を介してフリーボード１７に逃がすことができる。即ち、フリーボード１７内は、流動層４の内部に比して低い圧力に保持されているので、原料供給管３０内の高圧ガスは確実にフリーボード１７へ逃がすことができ、よって逆流した高圧ガスが上流の原料投入装置３２側へ作用する問題を確実に防止することができる。
【００３２】
図４は本発明の他の形態を示したもので、図４の形態においては、前記２軸スクリューフィーダ２３を、上り勾配を有して流動層ガス化炉１の側壁を通して流動層４に固体原料５を供給するように傾斜配置した場合を示している。
【００３３】
図４のように流動層４に向かって上り勾配に傾斜配置した２軸スクリューフィーダ２３にて固体原料５を流動層４に供給すると、流動層４内を上昇する気泡の２軸スクリューフィーダ２３内への流入を防ぐことができる。よって流動層４の高圧ガスが２軸スクリューフィーダ２３を通して原料供給管３０へ逆流するのを抑制する効果を高めることができる。
【００３４】
図５は本発明の更に他の形態を示したもので、図５の形態においては、前記２軸スクリューフィーダ２３を、分散板２の下部から分散板２を通して上向きに流動層４に固体原料５を供給するように配置した場合を示している。
【００３５】
図５のように分散板２の下部から分散板２を通して流動層４に向かうように上向きに配置した２軸スクリューフィーダ２３によって固体原料５を流動層４に供給すると、流動層４内を上昇する気泡の２軸スクリューフィーダ２３内への流入を防ぐことができる。よって流動層４の高圧ガスが２軸スクリューフィーダ２３を通して原料供給管３０へ逆流するのを抑制する効果を更に高めることができる。更に、ダウンカマー１６下部等の温度が最も高く反応促進が期待される箇所に直接固体原料５を供給することができる。
【００３６】
なお、上記形態例においては、２塔式ガス化炉に適用した場合について例示したが、流動層を形成する種々のガス化設備における原料供給装置に適用できること、その他、前記本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】２塔式ガス化炉によるガス化設備に適用した本発明の形態例を示す切断側面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ方向断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ方向断面図である。
【図４】本発明の他の形態を示す切断側面図である。
【図５】本発明の更に他の形態を示す切断側面図である。
【図６】従来のガス化設備である２塔式ガス化炉の一例を示す切断側面図である。
【図７】図６における流動層ガス化炉の切断側面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  流動層ガス化炉
２  分散板
３  水蒸気
４  流動層
５  固体原料
６  燃焼炉
１４  燃焼排ガス
１５  流動媒体
１７  フリーボード
１８  ガス化ガス
２３  ２軸スクリューフィーダ
３０  原料供給管
３１  ロータリフィーダ（ガスシール手段）
３２  原料投入装置
３３  連絡管
【図１】
0005358984.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0005358984.tif 000006
【図６】
0005358984.tif 000007
【図７】
0005358984.tif 000008