(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマス原料を加熱して熱分解ガスを発生させるガス化手段と、該ガス化手段と流路を介して接続されるとともに前記熱分解ガスを冷却する冷却手段と、該冷却手段と流路を介して接続されるとともに冷却された前記熱分解ガス中の粉塵を除去する除塵手段と、該除塵手段と流路を介して接続されるとともに除塵された前記熱分解ガスを燃料ガスとして発電する発電装置とを備えたバイオマスガス化システムであって、
前記熱分解ガスの流路における前記除塵手段の下流側には、上流側から下流側に向かって前記熱分解ガスを吸引する吸引手段が設けられ、
前記熱分解ガスの流路における前記除塵手段と前記冷却手段との間には、前記ガス化手段及び前記冷却手段のうち少なくとも一方において溜まった前記熱分解ガス中の粉塵を前記吸引手段の吸引力を利用して前記除塵手段へ導くことが可能な吸引管が接続されていることを特徴とするバイオマスガス化システム。
【請求項２】
前記吸引管は、フレキシブルに曲げることが可能になってい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】
前記吸引管には、該吸引管を開閉するための管開閉弁が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバイオマスガス化システム。
【請求項４】
前記熱分解ガスの流路における前記吸引管が接続された部位と前記冷却手段との間には、該流路を開閉するための流路開閉弁が設けられてい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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばバイオマス原料を熱分解することによって発生する熱分解ガスを燃料ガスとして利用するバイオマスガス化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、木材チップ等のバイオマス原料（被熱分解物）を加熱してガス化し、生成されたガスを燃料ガスとして用いて発電を行うバイオマスガス化発電システムが実用化されるようになってきた（例えば、特許文献１）。このようなバイオマスガス化発電システムでは、ガス化炉（ガス化手段）において、原料のバイオマスを低酸素下で加熱して熱分解すると、主に一酸化炭素、水素及び炭化水素よりなる熱分解ガスが発生する。そして、この熱分解ガスを冷却及び精製することにより燃料ガスとしてデュアルフューエルエンジン発電、ガスエンジン発電、ガスタービン発電あるいは燃料電池等の種々の発電用設備等に供給して利用している。
【０００３】
こうしたバイオマスガス化発電システムでは、ガス化炉で発生した熱分解ガスに煤等の粉塵が含まれるため、ガス化炉や、熱分解ガスを冷却するための冷却器（冷却手段）に煤等の粉塵が溜まってしまう。このため、ガス化炉や冷却器に溜まった煤等の粉塵を定期的または不定期に除去する必要がある。
【特許文献１】特開２００２−１２１５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１のようなバイオマスガス化発電システムでは、通常、ガス化炉や冷却器に溜まった煤等の粉塵を作業者がスコップなどを使って手作業で除去するため、作業効率が非常に悪いものであった。
【０００５】
本発明は、このような課題に着目してなされたものである。その目的とするところは、ガス化手段及び冷却手段のうち少なくとも一方に溜まった熱分解ガス中の粉塵を効率よく除去することが可能なバイオマスガス化システムを提供することにある。
【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に、請求項１に記載の発明は、バイオマス原料を加熱して熱分解ガスを発生させるガス化手段と、該ガス化手段と流路を介して接続されるとともに前記熱分解ガスを冷却する冷却手段と、該冷却手段と流路を介して接続されるとともに冷却された前記熱分解ガス中の粉塵を除去する除塵手段と、該除塵手段と流路を介して接続されるとともに除塵された前記熱分解ガスを燃料ガスとして発電する発電装置とを備えたバイオマスガス化システムであって、前記熱分解ガスの流路における前記除塵手段の下流側には、上流側から下流側に向かって前記熱分解ガスを吸引する吸引手段が設けられ、前記熱分解ガスの流路における前記除塵手段と前記冷却手段との間には、前記ガス化手段及び前記冷却手段のうち少なくとも一方において溜まった前記熱分解ガス中の粉塵を前記吸引手段の吸引力を利用して前記除塵手段へ導くことが可能な吸引管が接続されていることを要旨とする。
【０００７】
この構成によれば、ガス化手段及び冷却手段のうち少なくとも一方において溜まった熱分解ガス中の粉塵を吸引手段の吸引力を利用して吸引管により除塵手段へ導くことが可能となるため、該粉塵を効率よく容易に除去することが可能となる。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記吸引管は、フレキシブルに曲げることが可能になっていることを要旨とする。
この構成によれば、ガス化手段及び冷却手段が入り組んだ場所にあっても、吸引管における粉塵を吸引する側の端部がガス化手段または冷却手段まで届くように、該吸引管を容易に引き回すことが可能となる。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記吸引管には、該吸引管を開閉するための管開閉弁が設けられていることを要旨とする。
この構成によれば、バイオマスガス化システムの運転時に管開閉弁を閉弁することで、吸引手段により熱分解ガスを上流側から下流側に向かって効率よく吸引することが可能となる。
【００１０】
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の発明において、前記熱分解ガスの流路における前記吸引管が接続された部位と前記冷却手段との間には、該流路を開閉するための流路開閉弁が設けられていることを要旨とする。
【００１１】
この構成によれば、流路開閉弁を閉弁することで、吸引手段により吸引管を介して粉塵を効率よく吸引することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ガス化手段及び冷却手段のうち少なくとも一方に溜まった熱分解ガス中の粉塵を効率よく除去することが可能なバイオマスガス化システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明をバイオマスガス化発電システムに具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、バイオマスガス化システムとしてのバイオマスガス化発電システム１１は、おが屑等の木質のバイオマス原料を投入するための投入ホッパ１２と、投入されたバイオマス原料を加熱して熱分解ガスを発生させるガス化炉１３と、発生した熱分解ガスを一時滞留させて熱分解ガス中に含まれるタール等を分解除去する滞留槽１４とを備えている。そして、本実施形態ではガス化炉１３と滞留槽１４とによりガス化手段が構成されている。
【００１４】
滞留槽１４の下流側には熱分解ガスの冷却を行う冷却手段としての冷却装置１５が設けられ、該冷却装置１５の下流側には熱分解ガスの除塵を行う除塵手段としてのバグフィルタ１９が設けられている。
【００１５】
冷却装置１５は、熱分解ガス中の煤などの粉塵を幾分除去しながら該熱分解ガスを冷却する水冷式サイクロン１６と、熱分解ガスを冷却する一次冷却器１７及び二次冷却器１８とを備えている。ガス化炉１３で発生した熱分解ガスは約８００〜９００℃の高温で、例えば水冷式サイクロン１６で約６００℃、一次冷却器１７で約４００〜５００℃、二次冷却器１８で約５０〜８０℃程度に順次冷却される。水冷式サイクロン１６、一次冷却器１７及び二次冷却器１８で使用される冷却水Ｗ（図２参照）は、クーリングタワー２０で気化熱を奪うことでその水温を下げてポンプ２１により各部を通る経路で循環される。
【００１６】
バグフィルタ１９は冷却装置１５によって冷却された後の熱分解ガスの最終的な除塵を行って燃料ガスとするようになっており、バグフィルタ１９の下流側には吸引手段としての送風機２２が設けられている。したがって、送風機２２が下流側へ送風することで、送風機２２の上流側にはガスを下流側へ引き込もうとする負圧が発生するようになっている。すなわち、送風機２２は、下流側へ送風することで、熱分解ガス（燃料ガス）を上流側から下流側に向かって吸引するようになっている。
【００１７】
そして、送風機２２は、バグフィルタ１９で除塵された燃料ガスを該送風機２２の吸引力で引き込んで発電装置２３へ送り込むとともに、例えば発電装置２３の運転停止時などには燃料ガスをフレアスタック２４へ送り込むようになっている。フレアスタック２４へ送り込まれた燃料ガスは、燃焼されてから排気される。もちろん、発電装置２３で使用されない余分な燃料ガスをガスタンクに一時貯留する構成も採用できる。
【００１８】
発電装置２３は、燃料ガスの燃焼で運転駆動されるエンジン２５と、該エンジン２５の回転出力を利用して発電する発電機２６とを備えている。そして、このバイオマスガス化発電システム１１からは、発電機２６で発電される電気や、エンジン２５の排気ガスの廃熱を利用した温水等が得られるようになっている。なお、本実施形態における発電装置２３は、デュアルフューエルエンジン発電方式を採用している。
【００１９】
図２に示すように、水冷式サイクロン１６は、直方体状をなす下側ケース３０と、該下側ケース３０の上側に設けられるとともに上側が閉塞された略円筒状の内側ケース３１と、該内側ケース３１の外周面を覆うとともに上下両側が閉塞された円筒状の外側ケース３２とを備えている。内側ケース３１における上下方向のほぼ中央部から下端部にかけての部位は、下方に向かって徐々に径が小さくなるテーパ状をなしており、内側ケース３１の下端部は下側ケース３０の上壁を貫通して下側ケース３０内に達している。すなわち、内側ケース３１の下端部は下側ケース３０内で開口しているため、内側ケース３１内と下側ケース３０内とは連通している。
【００２０】
外側ケース３２は下側ケース３０と隣接しているとともに、外側ケース３２内と下側ケース３０内とは隔絶されている。外側ケース３２と内側ケース３１との間には空間が形成されており、該空間は冷却水Ｗが充填された冷却水貯留室３３とされている。この冷却水貯留室３３内の冷却水Ｗはクーリングタワー２０を通る経路を介して絶えず循環されている。
【００２１】
内側ケース３１の周壁における上端部には、滞留槽１４から延びるとともに熱分解ガスの流路を形成する配管３４が外側ケース３２の周壁を貫通した状態で接続されている。すなわち、配管３４内は、内側ケース３１内と連通しているとともに、冷却水貯留室３３とは連通していない。内側ケース３１の上壁には一次冷却器１７へ延びるとともに熱分解ガスの流路を形成する配管３５が接続されており、内側ケース３１内と配管３５内とは連通している。また、下側ケース３０の周壁には開口部３０ａが設けられており、該開口部３０ａは蓋体３６によって開閉自在に閉塞されている。
【００２２】
そして、熱分解ガスが配管３４から内側ケース３１内に流入すると、該熱分解ガスは内側ケース３１の内周壁に沿って旋回し、このときの遠心力により熱分解ガスから煤などの粉塵が幾分除去される。粉塵が幾分除去された熱分解ガスは内側ケース３１の周壁を介して冷却水Ｗによって冷却されながら配管３５へ流れ込む一方、熱分解ガスから幾分除去された粉塵は内側ケース３１内で落下して下側ケース３０内に溜まる。
【００２３】
図２に示すように、バグフィルタ１９は、上側が閉塞された略円筒状の本体ケース４０を備えている。本体ケース４０内の上端部には該本体ケース４０内を上側区画室４１と下側区画室４２とに区画する区画板４３が設けられている。本体ケース４０の下部は下方に向かって徐々に径が小さくなるテーパ状をなしており、本体ケース４０の下端部には開口部４４が設けられている。さらに、本体ケース４０の開口部４４にはロータリーバルブ５２が設けられており、該ロータリーバルブ５２には本体ケース４０の下側に配置されたフレコンバッグ（フレキシブルコンテナバッグ）４５の開口部４５ａが着脱自在に接続されている。このロータリーバルブ５２は、本体ケース４０内の気密性を確保しつつ、本体ケース４０内の粉塵がフレコンバッグ４５内に排出されることを許容するようになっている。
【００２４】
本体ケース４０内において区画板４３には上下に延びる有底円筒状をなす複数（本実施形態では３つ）の濾布４６が水平方向に所定間隔を置いてそれぞれ配設されている。すなわち、各濾布４６は、下側区画室４２において区画板４３にぶら下がるように設けられており、該各濾布４６の上端は上側区画室４１に臨むように開口している。各濾布４６は、区画板４３に支持された図示しないリテーナによってその円筒形状が保持されており、熱分解ガスの透過を許容するとともに熱分解ガス中の煤などの粉塵の透過を規制するようになっている。
【００２５】
本体ケース４０の周壁における下側区画室４２の上端部と対応する位置には、二次冷却器１８から延びるとともに熱分解ガスの流路を形成する配管４７が接続されている。一方、本体ケース４０の周壁における上側区画室４１と対応する位置には、送風機２２へ延びるとともに熱分解ガスの流路を形成する配管４８が接続されている。すなわち、下側区画室４２内と配管４７内とは連通しているとともに、上側区画室４１内と配管４８内とは連通している。
【００２６】
そして、熱分解ガスが配管４７から下側区画室４２内に流入すると、該熱分解ガスは各濾布４６によって濾過される。すなわち、熱分解ガスは各濾布４６を透過して各濾布４６内、上側区画室４１内を介して配管４８内へ流れ込む。一方、熱分解ガス中に含まれた煤などの粉塵は、各濾布４６を透過することができないので、該各濾布４６の外面に付着したり下側区画室４２内で落下したりしてフレコンバッグ４５に回収される。したがって、配管４８内へ流れ込む熱分解ガス（燃料ガス）は、ほとんど煤などの粉塵を含まないクリーンな状態になっている。
【００２７】
なお、各濾布４６の外面に付着した粉塵層が厚くなって各濾布４６に対する熱分解ガスの通過抵抗が大きくなった場合には、上側区画室４１内に設けられた図示しないエアー噴射機によって各濾布４６内にエアーが噴射される。これにより、各濾布４６の外面に付着して層状になった粉塵が吹き飛ばされてフレコンバッグ４５に回収される。
【００２８】
図２に示すように、二次冷却器１８とバグフィルタ１９とを繋ぐ配管４７の途中位置には長尺のベローズ管によって構成された吸引管４９の基端が連通状態で接続されており、吸引管４９の長さは該吸引管４９の先端の開口部４９ａがガス化炉１３、滞留槽１４、及び水冷式サイクロン１６まで十分に届く程度に設定されている。なお、吸引管４９は、ベローズ管によって構成されているため、フレキシブルに曲げることが可能になっている。
【００２９】
また、吸引管４９の基端部には該吸引管４９内を開閉するための管開閉弁５０が設けられており、配管４７における吸引管４９が接続された部位と二次冷却器１８との間には該配管４７内を開閉するための流路開閉弁５１が設けられている。
【００３０】
次に、水冷式サイクロン１６の下側ケース３０内に溜まった煤などの粉塵を除去する際の作用を図２に基づいて説明する。
まず、バイオマスガス化発電システム１１の運転を停止させ、その後、流路開閉弁５１を閉弁させるとともに管開閉弁５０を開弁させる。そして、水冷式サイクロン１６の下側ケース３０内に溜まった煤などの粉塵が十分に自然冷却されるのを待ってから下側ケース３０の蓋体３６を取り外す。続いて、下側ケース３０の開口部３０ａから吸引管４９の先端部を挿入する。この状態で送風機２２を駆動して下流側へ送風すると、送風機２２の吸引力により下側ケース３０内に溜まった粉塵が吸引管４９の開口部４９ａから空気とともに吸い込まれる。
【００３１】
吸引管４９の開口部４９ａから空気とともに吸い込まれた粉塵は、吸引管４９及び配管４７を介してバグフィルタ１９の下側区画室４２内に導かれる。このとき、空気は各濾布４６を透過できるが、粉塵は各濾布４６を透過することができないので、バイオマスガス化発電システム１１の運転時と同様に、粉塵のみが各濾布４６の外面に付着したり下側区画室４２内で落下したりしてフレコンバッグ４５に回収される。この場合、吸引管４９は、十分な長さに設定されているとともに、フレキシブルに曲げることができるので、下側ケース３０内に溜まった粉塵を隅々まで確実かつ容易に吸引除去することができる。
【００３２】
このように、配管４７に吸引管４９を接続することで、バイオマスガス化発電システム１１における既存の設備であるバグフィルタ１９及び送風機２２を、粉塵を吸引除去するための掃除機として機能させることができるので、極めて合理的である。
【００３３】
そして、下側ケース３０内の粉塵を除去した後は、下側ケース３０の開口部３０ａから吸引管４９を抜き出すとともに該開口部３０ａを蓋体３６によって閉塞する。その後、流路開閉弁５１を開弁させるとともに管開閉弁５０を閉弁させた状態で、再びバイオマスガス化発電システム１１の運転を開始する。
【００３４】
なお、ガス化炉１３及び滞留槽１４に溜まった煤などの粉塵も、上述した水冷式サイクロン１６の下側ケース３０内に溜まった粉塵を除去する場合と同様にして除去することができる。
【００３５】
以上詳述した実施形態によれば次の効果が得られる。
（１）ガス化炉１３、滞留槽１４及び水冷式サイクロン１６のうち少なくとも一つにおいて溜まった熱分解ガス中の煤などの粉塵を送風機２２の吸引力を利用して吸引管４９によりバグフィルタ１９へ導くことができるので、該粉塵を効率よく容易に吸引除去することができる。したがって、手作業で粉塵を除去する従来とは異なり、集めた粉塵をフレコンバッグ４５へ運ぶ作業が不要となる。
【００３６】
（２）吸引管４９は、フレキシブルに曲げることができるとともに十分な長さを有しているので、ガス化炉１３、滞留槽１４及び水冷式サイクロン１６が入り組んだ場所にあっても、吸引管４９の開口部４９ａがガス化炉１３、滞留槽１４及び水冷式サイクロン１６までそれぞれ届くように、該吸引管４９を容易に引き回すことができる。
【００３７】
（３）吸引管４９には管開閉弁５０が設けられているため、バイオマスガス化発電システム１１の運転時に管開閉弁５０を閉弁することで、送風機２２により熱分解ガスを上流側から下流側に向かって効率よく吸引することができる。
【００３８】
（４）二次冷却器１８とバグフィルタ１９とを繋ぐ配管４７における吸引管４９が接続された部位と二次冷却器１８との間には、流路開閉弁５１が設けられているため、流路開閉弁５１を閉弁することで、送風機２２により吸引管４９を介してガス化炉１３、滞留槽１４及び水冷式サイクロン１６に溜まった煤などの粉塵を効率よく吸引除去することができる。
【００３９】
（変更例）
なお、上記実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・管開閉弁５０及び流路開閉弁５１のうち少なくとも一方を省略してもよい。
【００４０】
・管開閉弁５０及び流路開閉弁５１の代わりに、配管４７における吸引管４９が接続された部位に三方弁を設けるようにしてもよい。
・吸引管４９は、フレキシブルに曲げられなくてもよい。この場合、吸引管４９は、その先端の開口部４９ａが水冷式サイクロン１６の下側ケース３０内に挿入された状態で固定されている必要がある。
【００４１】
・吸引管４９は、必ずしも全体がフレキシブルに曲げられなくてもよい。すなわち、吸引管４９は、その一部のみをベローズ管によって構成し、該ベローズ管で構成された部分のみがフレキシブルに曲げられるように構成してもよい。
【００４２】
・バイオマス原料は、木質のバイオマス原料に限定されない。ガス化炉１３での加熱により熱分解ガスを生成するバイオマス原料であればよい。
・粉塵は、煤だけでなく、灰、あるいは酸化物、炭化物、窒化物等の析出物なども含む。
【００４３】
・バイオマスガス化発電システム１１の発電装置２３は、デュアルフューエルエンジン発電方式に限定されず、例えばガスエンジン発電方式、タービン発電方式、あるいは燃料電池発電方式であってもよい。
【００４４】
上記実施形態から把握される技術的思想を以下に記載する。
（イ）前記吸引管は、ベローズ管であることを特徴とする請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載のバイオマスガス化システム。
【００４５】
この構成によれば、吸引管がベローズ管であるため、該吸引管を容易に入手または製造することできる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施形態のバイオマスガス化発電システムの概略構成を示すブロック図。
【図２】図１の要部拡大断面図。
【符号の説明】
【００４７】
１１…バイオマスガス化システムとしてのバイオマスガス化発電システム、１３…ガス化手段としてのガス化炉、１４…ガス化手段としての滞留槽、１５…冷却手段としての冷却装置、１９…除塵手段としてのバグフィルタ、２２…吸引手段としての送風機、２３…発電装置、４９…吸引管、５０…管開閉弁、５１…流路開閉弁。
【図１】
0005166000.tif 000002
【図２】
0005166000.tif 000003