JP2009096888A - Gasification system effectively utilizing steam produced during drying of high-water content fuel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガス化炉から取り出されたガスを有効利用するためのガス化システムに関するものであり、特に、下水汚泥等の高含水燃料を乾燥して乾燥燃料とする際に生成する蒸気を有効に利用するガス化システムに関するものである。 The present invention relates to a gasification system for effectively using a gas taken out from a gasification furnace, and in particular, effectively uses steam generated when drying a high water content fuel such as sewage sludge into a dry fuel. The present invention relates to a gasification system used for the production.
従来から、バイオマス、ごみ、下水汚泥などの有機資源等を炭化水素系固体燃料として利用し、生成したガスを、可燃ガス及び熱源として利用することにより、有機資源の有効活用を図る技術が開発されている。
生成したガスを可燃ガスとして取り出すためには、生成ガスに含まれるタールが析出する、或いはチャーが酸素と触れると燃焼する等の問題があるため、一般的には、バイオマス、ごみ、下水汚泥などの有機資源、及び石炭等を炭化水素系固体燃料として利用し、これを、ガス化炉内において可燃ガスにガス化した後、未燃残渣分を燃焼炉に導き、酸素や空気などの酸化剤を用いて燃焼ガスとする方法を採用している。
Conventionally, technologies have been developed to make effective use of organic resources by using organic resources such as biomass, garbage, and sewage sludge as hydrocarbon-based solid fuel, and using the generated gas as a combustible gas and heat source. ing.
In order to take out the generated gas as a combustible gas, there is a problem that tar contained in the generated gas precipitates or burns when the char comes into contact with oxygen. Generally, biomass, garbage, sewage sludge, etc. Organic hydrocarbons, coal, etc. are used as hydrocarbon-based solid fuel, which is gasified into a combustible gas in a gasification furnace, and then the unburned residue is led to the combustion furnace to oxidize oxygen, air, etc. The method of using as a combustion gas is adopted.
従来の有機資源等を炭化水素系固体燃料として利用し、可燃ガスとして取り出す方法及び装置においては（下記特許文献１、２参照）、蒸発したアルカリがチャーへ吸着することもあり得るが、その可能性は極めて低いために、燃焼炉へ導入するチャーの割合が高く、ガス化炉で取り出せる生成ガスが少ない、すなわち、ガス化効率が悪いのが現状であって、低温で高含有チャー燃料のガス化を促進させたいという課題が未だに解決されていないのが現状である。また、高揮発分含有燃料に対しても、より高効率で生成ガスを取り出したいという要望もある。 In the method and apparatus for using conventional organic resources as hydrocarbon solid fuel and taking out as combustible gas (see Patent Documents 1 and 2 below), evaporated alkali may be adsorbed to char, but this is possible. Because of its extremely low efficiency, the ratio of char introduced into the combustion furnace is high, and the amount of product gas that can be taken out by the gasifier is small, that is, the gasification efficiency is low. The current situation is that the problem of promoting the development has not been solved. There is also a demand for taking out the product gas with higher efficiency even for high volatile content fuel.
本発明者らは、こうした問題を解決する技術の１つとして、従来の燃焼炉とガス化炉を分離して、燃焼ガスとガス化ガスをそれぞれ別々に取り出す方法に加え、ガス化炉をさらにアルカリ吸収炉とチャーガス化炉とに分離して、熱分解ガスとガス化ガスをそれぞれ別々に取り出す方法を提案している（下記特許文献３参照）。
本提案のガス化方法及びガス化反応炉によれば、チャーガス化において、熱分解ガス及びタールによる阻害の影響をなくすことができる。さらに、移動層としたアルカリ吸収炉において、アルカリ含有量が高い固体燃料からアルカリを蒸発させ、それをチャーの含有量が高い固体燃料に吸着させて、アルカリをチャーのガス化触媒として利用することで、チャーガス化炉において、チャーのガス化が促進される。
As one of the techniques for solving these problems, the present inventors have separated a conventional combustion furnace and a gasification furnace, and in addition to a method of separately taking out the combustion gas and the gasification gas, the gasification furnace is further provided. A method has been proposed in which the pyrolysis gas and the gasification gas are separately extracted separately from the alkali absorption furnace and the char gasification furnace (see Patent Document 3 below).
According to the gasification method and the gasification reactor of the present proposal, it is possible to eliminate the influence of inhibition by pyrolysis gas and tar in char gasification. Furthermore, in an alkali absorption furnace as a moving bed, the alkali is evaporated from the solid fuel having a high alkali content and adsorbed by the solid fuel having a high char content, and the alkali is used as a char gasification catalyst. Thus, the gasification of char is promoted in the char gasification furnace.
ところで、これらのガス化システムにおいて、炭化水素系固体燃料として用いられるバイオマス、ごみ、下水汚泥などの有機資源のうち、特に下水汚泥や木材のように、その含水量が多いものは、前記ガス化炉又はアルカリ吸収炉に供給する前に、乾燥機で乾燥させる必要があるが、その際に蒸気が生成してしまう。 By the way, in these gasification systems, organic resources such as biomass, garbage, and sewage sludge used as hydrocarbon solid fuels, especially those having a high water content, such as sewage sludge and wood, Before supplying to a furnace or an alkali absorption furnace, it is necessary to dry with a dryer, but a vapor | steam will be produced | generated in that case.
一方、汚泥処理においては、汚泥から発生する排ガスの処理について、幾つかの提案がなされている。
例えば、特許文献４では、脱水汚泥を乾燥機で乾燥した後、この乾燥汚泥を焼却炉で焼却処理するとともに、焼却に伴い発生する排ガスをスクラバで洗浄液と接触させて洗浄するように構成した汚泥焼却設備において、スクラバで排ガスとの接触により高温となった洗浄液の廃熱を、乾燥機の熱源としている。
同様に、特許文献５では、排ガスをスクラバで洗浄する際に、同じ下水処理場の処理水を利用するものである。
また、特許文献６では、汚泥を乾燥した後の排ガスを廃水の濃縮過程に設置された曝気槽に吹き込むことにより、復水器やスクラバもしくは脱気装置を不必要とするものである。
さらに、特許文献７では、汚泥を遠心薄膜乾燥機により乾燥させる際に発生する蒸発蒸気をスクラバで凝縮させ、得られた凝縮水を凝縮剤の溶解液或いは遠心薄膜乾燥機内部の洗浄に再利用するものである。
For example, in Patent Document 4, after dewatered sludge is dried with a drier, the dried sludge is incinerated in an incinerator, and the exhaust gas generated during incineration is cleaned with a scrubber in contact with a cleaning liquid. In the incineration facility, the waste heat of the cleaning liquid that has become hot due to contact with the exhaust gas in the scrubber is used as the heat source of the dryer.
Similarly, in patent document 5, when wash | cleaning exhaust gas with a scrubber, the treated water of the same sewage treatment plant is utilized.
Moreover, in patent document 6, a condenser, a scrubber, or a deaeration apparatus is unnecessary by blowing the exhaust gas after drying sludge into the aeration tank installed in the concentration process of waste water.
Furthermore, in Patent Document 7, the evaporated vapor generated when the sludge is dried by the centrifugal thin film dryer is condensed by the scrubber, and the obtained condensed water is reused for the solution of the condensing agent or the inside of the centrifugal thin film dryer. To do.
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであって、ガス化炉から取り出したガスを用いたガス化システムにおいて、下水汚泥や木材のような含水量の高い炭化水素系燃料を用いる際に、該燃料を乾燥機で乾燥させることにより生成した蒸気を有効利用するとともに、システムで使用する水の量を低減できるガス化システムを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a gasification system using a gas taken out from a gasification furnace, a hydrocarbon fuel having a high water content such as sewage sludge and wood is used. It is an object of the present invention to provide a gasification system that can effectively use steam generated by drying the fuel with a dryer and reduce the amount of water used in the system.
従来のガス化システムの一例においては、ガス化炉で製造したガス化ガスは、例えば図４に示すように、熱交換器、ボイラ、及びスクラバを通過させた後に、タール吸収塔で活性炭により、主に軽質タールを除去し、ガスエンジンにより発電させている。
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、乾燥機から得られる蒸気を、ガス化炉の後段に設けられている前記スクラバで有効利用できるという知見を得た。
In an example of a conventional gasification system, the gasification gas produced in the gasification furnace is passed through a heat exchanger, a boiler, and a scrubber, for example, as shown in FIG. Mainly light tar is removed and power is generated by a gas engine.
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have obtained the knowledge that steam obtained from a dryer can be effectively used in the scrubber provided at the subsequent stage of the gasification furnace.
本発明は、これらの知見に基づいて完成に至ったものであり、以下のとおりのものである。
（１）ガス化炉で生成したガスを用いたガス化システムにおいて、高含水燃料を乾燥機で乾燥して得られた乾燥燃料を用いるとともに、該乾燥機で生成される蒸気を、ガス化炉の後段に設けたスクラバ内で用いるようにしたことを特徴とするガス化システム。
（２）前記蒸気を、ボイラの前段に設けられた熱交換器により冷水とした後、得られた冷水をスクラバ内で用いることを特徴とする（１）に記載のガス化システム。
The present invention has been completed based on these findings, and is as follows.
(1) In a gasification system using a gas generated in a gasification furnace, a dry fuel obtained by drying a high water content fuel with a dryer is used, and steam generated with the dryer is converted into a gasification furnace. A gasification system characterized by being used in a scrubber provided at the latter stage.
(2) The gasification system according to (1), wherein the steam is converted into cold water by a heat exchanger provided in the front stage of the boiler, and the obtained cold water is used in a scrubber.
本発明の方法によれば、乾燥機で生成された蒸気を、ガス化炉の後段に設けられたスクラバで利用することにより、可燃ガスの脱塵や脱灰、或いは重質タールの除去に有効利用できる。また、前記蒸気をスクラバに用いる水の一部として使用することにより、スクラバに使用する水の量を削減することができるので、ランニングコストの低減が図れる。 According to the method of the present invention, the steam generated in the dryer is used in the scrubber provided at the rear stage of the gasification furnace, so that it is effective for dedusting and deashing combustible gas or removing heavy tar. Available. Moreover, since the amount of water used for the scrubber can be reduced by using the steam as part of the water used for the scrubber, the running cost can be reduced.
本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
図１は、本発明のガス化システムの第１の形態を示す概要図である。
図１に示すシステムは、図４に示す従来のガス化システムにおけるガス化炉の前段に乾燥機を設けるとともに、乾燥機から排出される蒸気を、ガス化炉の後段に設けたスクラバで用いられるようにしたものである。
すなわち、炭化水素系固体燃料として、下水汚泥や木材のような高含水燃料を用いる場合、ガス化炉の前段に設けられた乾燥機により乾燥させると、ガス化炉には乾燥した燃料が供給できるが、同時に蒸気が生成する。それを、ボイラ前段の熱交換器により冷水とした後、スクラバ内のスプレー水として有効利用する。スクラバでは、塵や灰ばかりでなく、重質タールも除去するため、熱交換器により可能な限り水温を低下させる方が好ましい。一方、ガス化により生成した可燃ガスは熱交換器へ導入し、ボイラ、スクラバ、タール吸収塔でそれぞれの処理を行い、ガスエンジンにより発電させる。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of the gasification system of the present invention.
The system shown in FIG. 1 is used in a scrubber provided with a dryer before the gasification furnace in the conventional gasification system shown in FIG. 4 and steam discharged from the dryer at the latter stage of the gasification furnace. It is what I did.
That is, when a high water content fuel such as sewage sludge or wood is used as the hydrocarbon-based solid fuel, the dried fuel can be supplied to the gasification furnace by drying with a dryer provided in the front stage of the gasification furnace. However, steam is generated at the same time. After making it cold water by the heat exchanger in the front stage of the boiler, it is effectively used as spray water in the scrubber. In the scrubber, not only dust and ash but also heavy tar is removed. Therefore, it is preferable to reduce the water temperature as much as possible with a heat exchanger. On the other hand, combustible gas generated by gasification is introduced into a heat exchanger, and each treatment is performed in a boiler, a scrubber, and a tar absorption tower, and power is generated by a gas engine.
図２及び図３に、ガス化反応炉の例を示す。
図２に示すガス化反応炉は、アルカリ吸収炉、ガス化炉、及び燃焼炉がそれぞれ独立して設けられ、それぞれの炉が連通路によりこの順に連結されている炭化水素系固体燃料のガス化反応炉（特許文献３参照）である。
2 and 3 show examples of the gasification reactor.
The gasification reactor shown in FIG. 2 includes an alkali absorption furnace, a gasification furnace, and a combustion furnace, each of which is independently provided, and each of the furnaces is connected in this order by a communication path. It is a reaction furnace (refer patent document 3).
図２に示す炭化水素系固体燃料のガス化反応炉において、前段に設けられた乾燥機で乾燥された乾燥燃料は、流動媒体とともに、アルカリ吸収炉、連通路、ガス化炉、連通路、燃焼炉、サイクロン（図示せず）及びダウンカマー（図示せず）を経て、再加熱された流動媒体がアルカリ吸収炉に送られる。
アルカリ吸収炉においては、アルカリ吸収炉の上部より、石炭等のチャーの含有量が高い炭化水素系固体燃料（高含有チャー燃料）を、側部より、バイオマス、ごみ、及び下水汚泥等のアルカリの含有量が高い炭化水素系固体燃料（高含有アルカリ燃料）を、それぞれ供給するとともに、下側部より、生成した燃焼ガスの一部を再循環させたＣＯ２ガス、あるいは水蒸気を導入し、これらの炭化水素系固体燃料を熱分解させる。アルカリ吸収炉内で燃料の熱分解時に蒸発したアルカリをチャーへ高効率に吸着させるために、アルカリ吸収炉を移動層としてある。
In the hydrocarbon-based solid fuel gasification reactor shown in FIG. 2, the dry fuel dried by the dryer provided in the preceding stage, together with the fluidized medium, is an alkali absorption furnace, a communication path, a gasification furnace, a communication path, a combustion Through a furnace, a cyclone (not shown) and a downcomer (not shown), the reheated fluid medium is sent to the alkali absorption furnace.
In the alkali absorption furnace, hydrocarbon-based solid fuel (high-content char fuel) with a high char content such as coal is provided from the upper part of the alkali absorption furnace, and alkali, such as biomass, garbage, and sewage sludge is provided from the side part. A hydrocarbon-based solid fuel (high-content alkali fuel) having a high content is supplied, and CO 2 gas or water vapor in which a part of the generated combustion gas is recirculated is introduced from the lower side. The hydrocarbon solid fuel is thermally decomposed. In order to adsorb the alkali evaporated during the thermal decomposition of the fuel in the alkali absorption furnace to the char with high efficiency, the alkali absorption furnace is used as a moving bed.
アルカリ吸収炉内では、発生した熱分解ガスと粒子が分離され、アルカリを吸収したチャーと流動媒体は、次のガス化炉へ導入され、アルカリ触媒効果によりガス化炉内でのガス化が促進される。
またアルカリ吸収炉の上部には、発生した熱分解ガスを取り出す手段が設けられている。取り出された熱分解ガスは、可燃ガスの一種であって、燃料電池やガスエンジンによる発電、液体燃料などに利用されるが、タールを含んでいる。このタールを、活性炭に吸着させることもでき、ガス化炉の後段、特にスクラバでのガス洗浄処理が軽減される。
In the alkali absorption furnace, generated pyrolysis gas and particles are separated, and the char and fluid medium that have absorbed the alkali are introduced into the next gasification furnace, and the gasification in the gasification furnace is promoted by the alkali catalyst effect. Is done.
A means for taking out the generated pyrolysis gas is provided at the upper part of the alkali absorption furnace. The extracted pyrolysis gas is a kind of combustible gas, and is used for power generation by a fuel cell or a gas engine, liquid fuel, etc., but contains tar. This tar can also be adsorbed on the activated carbon, which reduces the gas cleaning treatment in the latter stage of the gasification furnace, particularly in the scrubber.
ガス化炉は流動層とされており、アルカリ吸収炉から導入された未燃チャーは、下部より導入されたガス化剤とのガス化反応によりガス化される。ガス化剤としては、水蒸気、部分酸化燃焼として酸素あるいは空気などが用いられる。
ガス化炉内で生成したガス化ガスは、ガス化炉上部より取り出す一方、残渣チャーと流動媒体は、次の燃焼炉へ導入される。
The gasification furnace is a fluidized bed, and the unburned char introduced from the alkali absorption furnace is gasified by a gasification reaction with a gasifying agent introduced from the lower part. As the gasifying agent, steam, oxygen or air is used as partial oxidation combustion.
The gasification gas generated in the gasification furnace is taken out from the upper part of the gasification furnace, while the residual char and the fluidized medium are introduced into the next combustion furnace.
燃焼炉は、流動層とされており、残渣チャーが完全燃焼可能な滞留時間を確保する。該燃焼炉では導入された残渣チャーを、燃焼炉の下部より導入された酸素或いは空気とともに、燃焼させ、サイクロンにより燃焼ガスを取り出す。一方、再加熱された流動媒体は再びアルカリ吸収炉へ戻される。
取り出された燃焼ガスは、熱源として利用されるものであり、その一部はアルカリ吸収炉に再循環させる。また、前記ガス化炉又は燃焼炉に導入する空気や蒸気等の予熱としても利用できる。
The combustion furnace is a fluidized bed, and ensures a residence time during which the residual char can be completely combusted. In the combustion furnace, the introduced residual char is burned together with oxygen or air introduced from the lower part of the combustion furnace, and the combustion gas is taken out by a cyclone. On the other hand, the reheated fluid medium is returned again to the alkali absorption furnace.
The extracted combustion gas is used as a heat source, and a part thereof is recycled to the alkali absorption furnace. Moreover, it can utilize also as preheating of the air, steam, etc. which are introduce | transduced into the said gasification furnace or a combustion furnace.
図３に示すガス化反応炉は、ガス化炉及び燃焼炉がそれぞれ独立して設けられ、それぞれの炉が連通路によりこの順に連結されている炭化水素系固体燃料のガス化反応炉である。
すなわち、図３に示すガス化反応炉は、図２のアルカリ吸収炉とガス化炉が分離していない点で異なるだけである。
図３に示す炭化水素系固体燃料のガス化反応炉において、前段に設けられた乾燥機で乾燥された乾燥燃料は、流動媒体とともに、ガス化炉、連通路、燃焼炉、サイクロン（図示せず）及びダウンカマー（図示せず）を経て、再加熱された流動媒体がガス化炉に送られる。
The gasification reactor shown in FIG. 3 is a hydrocarbon-based solid fuel gasification reactor in which a gasification furnace and a combustion furnace are provided independently, and the respective furnaces are connected in this order by a communication path.
That is, the gasification reaction furnace shown in FIG. 3 is different only in that the alkali absorption furnace and the gasification furnace of FIG. 2 are not separated.
In the hydrocarbon solid fuel gasification reactor shown in FIG. 3, the dry fuel dried by the dryer provided in the preceding stage is supplied with a fluidizing medium, a gasification furnace, a communication passage, a combustion furnace, a cyclone (not shown). ) And downcomer (not shown), the reheated fluid medium is sent to the gasifier.
図２や図３に示すガス化反応炉において、例えば、流動媒体として、多孔質粒子を使用した場合、炉外へ放出されるタール量が激減するため、前述のスクラバで使用する水の量が減り、燃料乾燥時に生成する蒸気でまかなえる可能性があり、ランニングコストを大幅に削減できる。 In the gasification reactor shown in FIG. 2 and FIG. 3, for example, when porous particles are used as the fluid medium, the amount of tar discharged to the outside of the furnace is drastically reduced. The steam generated during the drying of fuel may be covered, and running costs can be greatly reduced.
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