JP5917938B2 - Power generation system operation method - Google Patents
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Description
本発明は、発電システムの運転方法に関する。 The present invention relates to a method for operating a power generation system.
平成２３年３月１１日に発生した東日本大震災は、日本という国に未曽有の被害をもたらしただけでなく、我々に対して原発、放射能、エネルギーといった多くの課題を投げかけている。また、一方において、震災によって被害を被った東北地方の復興は急務であるにもかかわらず、地震や津波によって発生した膨大な量の廃材や瓦礫の撤去作業は一向にすすんでいない。したがって、これらの問題を一挙に解決できる技術の登場が強く望まれている。 The Great East Japan Earthquake that occurred on March 11, 2011 not only caused unprecedented damage to Japan, but also posed many problems such as nuclear power, radioactivity, and energy to us. On the other hand, despite the urgent need for reconstruction of the Tohoku region, which was damaged by the earthquake, removal of a huge amount of waste materials and rubble generated by the earthquake and tsunami has not been promoted. Therefore, the advent of technology that can solve these problems all at once is strongly desired.
本願の発明者らは、日本が原発依存のエネルギー政策から脱却するためのキーテクノロジーの一つとして、マグネシウムに着目している。なぜ、今、「マグネシウム」なのかは、本発明とは直接の関係がないのでここでは詳述しないが、本願の発明者らは、マグネシウムを中心として今後の日本のエネルギー政策における大きなパラダイムの変革が起きるであろうと予想している。 The inventors of the present application are paying attention to magnesium as one of the key technologies for Japan to break away from nuclear energy policy. The reason why “magnesium” is currently not directly related to the present invention will not be described in detail here, but the inventors of the present application will change the major paradigm in Japan's energy policy in the future centering on magnesium. I expect that will happen.
ところで、金属マグネシウムの精錬方法は、電解法と熱還元法の二つに大別される。電解法は、原料からいったん塩化マグネシウムを得て、これを電気分解して精製する方法であり、一方、熱還元法は、原料から酸化マグネシウムを得て、フェロシリコン（鉄−シリコン）などの還元剤を添加して減圧下で高温に加熱して製錬する方法である。現在主流となっているのは、熱還元法の一つであるピジョン法である。ピジョン法は、ドロマイト鉱石（ＭｇＣｌ２・ＣａＣｌ２）を焼成炉によって加熱して炭酸ガス分を除いた後、高温・高真空中でフェロシリコン（ＦｅＳｉ）を還元剤としてマグネシウム分を気化させて分離・凝縮させて結晶として取り出す方法である。 By the way, the refining method of metallic magnesium is roughly divided into an electrolytic method and a thermal reduction method. The electrolytic method is a method in which magnesium chloride is once obtained from a raw material, and this is electrolyzed and purified. On the other hand, the thermal reduction method is obtained by obtaining magnesium oxide from a raw material and reducing ferrosilicon (iron-silicon) or the like. In this method, an agent is added and heated to a high temperature under reduced pressure for smelting. Currently, the Pigeon method is one of the thermal reduction methods. In the Pigeon method, dolomite ore (MgCl 2 · CaCl 2 ) is heated in a firing furnace to remove carbon dioxide, and then separated by vaporizing magnesium using ferrosilicon (FeSi) as a reducing agent in high temperature and high vacuum. -It is a method of condensing and taking out as crystals.
ピジョン法を用いたマグネシウム精錬方法の例として、特許文献１には、ドロマイトにアルミニウムの溶解によって生じたアルミドロスを混合して加熱し、ドロマイトをアルミニウム成分にて還元して金属マグネシウムを蒸発させ、蒸発した金属マグネシウムを冷却部分に導いて金属マグネシウムを凝固させることを特徴とするマグネシウムの精錬方法が開示されている。 As an example of a magnesium refining method using the Pigeon method, Patent Document 1 discloses that dolomite is mixed with aluminum dross generated by dissolution of aluminum and heated, and dolomite is reduced with an aluminum component to evaporate metallic magnesium. A method for refining magnesium is disclosed, wherein the evaporated magnesium metal is led to a cooling part to solidify the magnesium metal.
ピジョン法を用いたマグネシウム精錬方法では、ドロマイトを１２００℃〜１５００℃程度の高温に加熱する必要があるため、燃料としてコークス（石炭）を大量に消費する。大量の石炭が燃焼すると、大量のＣＯ２（二酸化炭素）が発生する。このため、より省エネルギーで、かつ、よりＣＯ２発生量の少ないマグネシウム精錬技術の登場が望まれていた。 In the magnesium refining method using the Pigeon method, since dolomite needs to be heated to a high temperature of about 1200 ° C. to 1500 ° C., a large amount of coke (coal) is consumed as fuel. When a large amount of coal burns, a large amount of CO 2 (carbon dioxide) is generated. For this reason, the appearance of magnesium refining technology that saves energy and generates less CO 2 has been desired.
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、より省エネルギーで、かつ、よりＣＯ２発生量の少ないマグネシウム精錬技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a magnesium refining technique that saves energy and generates less CO 2 .
上記の課題を解決するための手段は、以下の発明である。
ガス化炉で発生させた可燃性ガスを後段の発電設備に供給して発電する発電システムの運転方法であって、
前記発電設備が稼働していないときには、前記ガス化炉をマグネシウム精錬炉として利用することを特徴とする発電システムの運転方法。
Means for solving the above problems are the following inventions.
A method of operating a power generation system for generating power by supplying a combustible gas generated in a gasification furnace to a subsequent power generation facility,
When the power generation facility is not operating, the gasification furnace is used as a magnesium refining furnace.
本発明の発電システムの運転方法は、以下の構成をとることが好ましい。
前記ガス化炉で発生させた可燃性ガスを、前記ガス化炉においてマグネシウムを精錬するための燃料として利用する。
前記ガス化炉で発生させた可燃性ガスを、前記ガス化炉に循環させる。
前記ガス化炉を用いて、ピジョン法によってマグネシウムを精錬する。
前記ガス化炉の周壁部には、マグネシウムの原料となるドロマイトを収容した円筒状のカートリッジを差し込むための差し込み孔が設けられている。
前記ガス化炉において可燃性ガスを発生させるために、バイオマス燃料を利用する。
前記バイオマス燃料が間伐材もしくは廃材である。
The operation method of the power generation system of the present invention preferably has the following configuration.
The combustible gas generated in the gasifier is used as a fuel for refining magnesium in the gasifier.
The combustible gas generated in the gasifier is circulated in the gasifier.
Using the gasifier, magnesium is refined by the Pigeon method.
An insertion hole for inserting a cylindrical cartridge containing dolomite which is a raw material of magnesium is provided in the peripheral wall portion of the gasification furnace.
Biomass fuel is used to generate combustible gas in the gasifier.
The biomass fuel is thinned wood or waste wood.
本発明によれば、より省エネルギーで、かつ、よりＣＯ２発生量の少ないマグネシウム精錬技術を提供することが可能になる。 According to the present invention, it is possible to provide a magnesium refining technique that saves energy and generates less CO 2 .
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる発電システム１０の全体図である。
図１に示すように、発電システム１０は、ガス化炉２０、及び、発電設備３０を備えており、ガス化炉２０で発生させた可燃性ガスを後段の発電設備３０に供給して発電することのできるシステムである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is an overall view of a power generation system 10 according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the power generation system 10 includes a gasification furnace 20 and a power generation facility 30. The combustible gas generated in the gasification furnace 20 is supplied to the subsequent power generation facility 30 to generate power. It is a system that can.
ガス化炉２０は、投入口２２から投入される燃料を加熱して熱分解することでガス化することのできる装置である。このようなガス化炉としては、例えば、特開２０１１−２３１１９３号公報に開示されたガス化炉を使用することができる。 The gasification furnace 20 is a device that can be gasified by heating and thermally decomposing the fuel charged from the charging port 22. As such a gasification furnace, for example, a gasification furnace disclosed in JP 2011-231193 A can be used.
ガス化炉２０においてガス化する燃料としては、例えば、バイオマス燃料を使用することができる。バイオマス燃料を使用することによって、いわゆるカーボンニュートラルを達成することが可能になる。 As the fuel to be gasified in the gasification furnace 20, for example, biomass fuel can be used. By using biomass fuel, it is possible to achieve so-called carbon neutral.
バイオマス燃料としては、例えば、地震や津波等の災害で大量に発生した瓦礫に含まれる木材や廃材、森林を間伐する際に大量に発生する間伐材、建築廃材、食品廃棄物、下水汚泥、廃棄される紙、稲わら、麦わら、もみ殻等を用いることができる。特に、瓦礫に含まれる木材や廃材を燃料として使用した場合、地震や津波で発生した大量の瓦礫の撤去の問題を同時に解決することができる。一方、間伐材を燃料として使用した場合、間伐材に燃料としての付加価値が生まれるため、間伐材を高価で取引することが可能となり、近年問題となっている森林の荒廃化の問題を同時に解決することができる。なお、投入口２２に投入する燃料としては、バイオマス燃料以外にも、例えば、石炭や重油等の化石燃料を使用してもよい。 Biomass fuels include, for example, timber and waste materials contained in rubble generated in large quantities due to disasters such as earthquakes and tsunamis, thinned materials generated in large quantities when thinning forests, building waste materials, food waste, sewage sludge, disposal Paper, rice straw, wheat straw, rice husk etc. can be used. In particular, when wood and waste materials contained in rubble are used as fuel, the problem of removing a large amount of rubble generated by an earthquake or tsunami can be solved at the same time. On the other hand, when thinned wood is used as fuel, it adds value to the thinned wood as a fuel, making it possible to trade thinned wood at an expensive price and simultaneously solving the problem of devastation of forests, which has become a problem in recent years can do. In addition to the biomass fuel, for example, a fossil fuel such as coal or heavy oil may be used as the fuel to be input to the inlet 22.
発電設備３０は、ガス化炉２０から供給される可燃性ガスを燃焼させて発電する設備である。ガス化炉２０でガス化した可燃性ガスには、ＣＯ（一酸化炭素）やＨ２（水素）等の可燃成分が含まれており、これらの可燃成分の燃焼エネルギーを用いて発電設備３０で発電を行うことができる。発電設備３０としては、可燃性ガスを燃焼させて発電できる設備であればどのようなものでも使用可能であり、例えば、ガスエンジンや、蒸気発電タービンを備えたボイラ等を使用することができる。 The power generation facility 30 is a facility that generates power by burning a combustible gas supplied from the gasification furnace 20. The combustible gas gasified in the gasification furnace 20 contains combustible components such as CO (carbon monoxide) and H 2 (hydrogen), and the power generation facility 30 uses the combustion energy of these combustible components. It can generate electricity. Any power generation facility 30 can be used as long as it can generate power by burning a combustible gas. For example, a gas engine, a boiler equipped with a steam power generation turbine, or the like can be used.
図１に示すように、ガス化炉２０で発生した可燃性ガスは、ガス化炉２０と発電設備３０とを接続する接続ダクト３２を通って発電設備３０に供給される。接続ダクト３２の途中にはダンパ３４が設置されており、このダンパ３４によって発電設備３０への可燃性ガスの供給量を制御することができる。 As shown in FIG. 1, the combustible gas generated in the gasification furnace 20 is supplied to the power generation facility 30 through a connection duct 32 that connects the gasification furnace 20 and the power generation facility 30. A damper 34 is installed in the middle of the connection duct 32, and the amount of combustible gas supplied to the power generation facility 30 can be controlled by the damper 34.
また、ガス化炉２０で発生した可燃性ガスは、ガス化炉２０の上部と下部とを接続する循環ダクト３６を通ってガス化炉２０に循環することが可能となっている。循環ダクト３６の途中にはダンパ３８が設置されており、このダンパ３８によってガス化炉２０への可燃性ガスの循環量を制御することができる。 Further, the combustible gas generated in the gasification furnace 20 can be circulated to the gasification furnace 20 through a circulation duct 36 that connects the upper part and the lower part of the gasification furnace 20. A damper 38 is installed in the middle of the circulation duct 36, and the amount of flammable gas circulation to the gasification furnace 20 can be controlled by this damper 38.
接続ダクト３２に設置されたダンパ３４を開くとともに、循環ダクト３６に設置されたダンパ３８を閉じることによって、ガス化炉２０で発生した可燃性ガスの全量を発電設備３０に供給することができる。 By opening the damper 34 installed in the connection duct 32 and closing the damper 38 installed in the circulation duct 36, the entire amount of combustible gas generated in the gasification furnace 20 can be supplied to the power generation facility 30.
また、接続ダクト３２に設置されたダンパ３４を閉じるとともに、循環ダクト３６に設置されたダンパ３８を開くことによって、ガス化炉２０で発生した可燃性ガスの全量をガス化炉２０の下部に供給することができる。 Further, by closing the damper 34 installed in the connection duct 32 and opening the damper 38 installed in the circulation duct 36, the entire amount of combustible gas generated in the gasification furnace 20 is supplied to the lower part of the gasification furnace 20. can do.
さらに、２つのダンパ３４、３８の開度をそれぞれ調整することによって、可燃性ガスの発電設備３０への供給量と、可燃性ガスのガス化炉２０への供給量（循環量）との比率を制御することが可能である。 Furthermore, the ratio of the supply amount of the combustible gas to the power generation facility 30 and the supply amount (circulation amount) of the combustible gas to the gasification furnace 20 by adjusting the opening degree of the two dampers 34 and 38, respectively. Can be controlled.
図１に示すように、ガス化炉２０の周壁部２０ａには複数の孔２４が周方向に沿ってほぼ等間隔に設けられており、この複数の孔２４にはそれぞれ円筒状のカートリッジ２６が差し込まれている。円筒状のカートリッジ２６の内部には、マグネシウムの原料となるドロマイト、及び、還元剤としてフェロシリコンが収容されている。カートリッジ２６の材料としては、耐熱鋼(25Ni15Cr)等を使用することが好ましい。なお、カートリッジ２６としては、例えば特開平６−４１６５４号公報に開示されたレトルトを使用することが可能である。 As shown in FIG. 1, a plurality of holes 24 are provided in the circumferential wall portion 20 a of the gasification furnace 20 at substantially equal intervals along the circumferential direction. Cylindrical cartridges 26 are respectively provided in the plurality of holes 24. Plugged in. Inside the cylindrical cartridge 26, dolomite as a raw material of magnesium and ferrosilicon as a reducing agent are accommodated. As a material of the cartridge 26, it is preferable to use heat resistant steel (25Ni15Cr) or the like. As the cartridge 26, for example, a retort disclosed in JP-A-6-41654 can be used.
ガス化炉２０は、ピジョン法（熱還元法）によってマグネシウムを精錬するためのマグネシウム精錬炉として利用することができる。すなわち、ガス化炉２０で発生した可燃性ガスをガス化炉２０に循環させるとともに、この可燃性ガスを燃焼させることによって、ガス化炉２０内の下段部分をピジョン法によるマグネシウム精錬に必要な１２００℃〜１５００℃に加熱することができる。これにより、カートリッジ２６に収容されているドロマイトを還元させてマグネシウムを取り出すことが可能である。 The gasification furnace 20 can be used as a magnesium refining furnace for refining magnesium by the pigeon method (thermal reduction method). In other words, the combustible gas generated in the gasification furnace 20 is circulated to the gasification furnace 20, and the combustible gas is burned, whereby the lower part of the gasification furnace 20 is 1200 required for magnesium refining by the Pigeon method. C. to 1500.degree. C. Thereby, it is possible to take out magnesium by reducing the dolomite accommodated in the cartridge 26.
つぎに、本発明の発電システム１０の運転方法について説明する。
本発明の運転方法は、発電設備３０が稼働していないときには、ガス化炉２０をマグネシウム精錬炉として利用することを特徴とする。これにより、例えば夜間の電力需要が少ない間は、ガス化炉２０をマグネシウム精錬炉として利用することができる。一般的に、発電に用いられるガス化炉や焼却炉は電力需要の変動に対応して稼働率を調整することが困難であり、常に１００％の稼働率で運転するのが最も効率的であると言われている。本発明の運転方法によれば、ガス化炉２０は常に１００％の稼働率で運転することが可能であり、夜間の電力需要の少ない間に余った燃焼エネルギーをマグネシウム精錬に振り分けることができる。
Next, an operation method of the power generation system 10 of the present invention will be described.
The operation method of the present invention is characterized in that the gasification furnace 20 is used as a magnesium refining furnace when the power generation facility 30 is not operating. Thereby, for example, when there is little electric power demand at night, the gasification furnace 20 can be utilized as a magnesium refining furnace. In general, it is difficult to adjust the operation rate of gasification furnaces and incinerators used for power generation in response to fluctuations in power demand, and it is most efficient to always operate at 100% operation rate. It is said. According to the operation method of the present invention, the gasification furnace 20 can always be operated at an operating rate of 100%, and surplus combustion energy can be distributed to magnesium refining while there is little electric power demand at night.
また、精錬によって得られたマグネシウムは、電池の負極材として利用することができる。例えば、夜間の電力需要の少ない間に余った燃焼エネルギーを利用してマグネシウムを精錬し、この精錬したマグネシウムを用いて電池を生産することができる。これにより、昼間の電力需要が大きいときには生産した電池を用いて電力供給の不足分を補うことが可能になるため、電力需要が一日の間で大きく変動する場合であっても、ガス化炉２０を一日中ほぼ一定の稼働率で運転することが可能であり、発電システム１０全体を効率的に稼働させることが可能になる。 Magnesium obtained by refining can be used as a negative electrode material for batteries. For example, magnesium can be refined by using surplus combustion energy while the demand for electric power at night is low, and a battery can be produced using the refined magnesium. This makes it possible to compensate for the shortage of power supply using produced batteries when daytime power demand is large, so even if the power demand fluctuates greatly throughout the day, the gasifier 20 can be operated at a substantially constant operation rate throughout the day, and the entire power generation system 10 can be operated efficiently.
本発明によれば、発電システムとマグネシウム精錬技術との組み合わせによって、発電システムの効率的な運転が可能になる。したがって、燃料の消費量が少なくなるため、より省エネルギーで、かつ、よりＣＯ２発生量の少ないマグネシウム精錬技術を提供することが可能になる。 According to the present invention, an efficient operation of the power generation system is possible by a combination of the power generation system and the magnesium refining technology. Therefore, since the fuel consumption is reduced, it is possible to provide a magnesium refining technique that saves energy and generates less CO 2 .
１０ 発電システム
２０ ガス化炉
２６ カートリッジ
３０ 発電設備
３２ 接続ダクト
３６ 循環ダクト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Power generation system 20 Gasification furnace 26 Cartridge 30 Power generation equipment 32 Connection duct 36 Circulation duct
Claims (6)
前記発電設備が稼働していないときには、前記ガス化炉をマグネシウム精錬炉として利用し、前記ガス化炉を用いて、ピジョン法によってマグネシウムを精錬することを特徴とする発電システムの運転方法。 A method of operating a power generation system for generating power by supplying a combustible gas generated in a gasification furnace to a subsequent power generation facility,
A method of operating a power generation system, wherein when the power generation facility is not in operation, the gasification furnace is used as a magnesium refining furnace, and the gasification furnace is used to refining magnesium by a pigeon method.
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