JP6815475B2 - Gasifier - Google Patents
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Description
本発明は、原料を熱処理してガスを発生させるガス化炉を備えるガス化装置に関する。 The present invention relates to a gasifier including a gasifier that heat-treats a raw material to generate gas.
従来から、原料（典型的には、バイオマス）をガス化するガス化装置が知られている。このようなガス化装置は、例えば特許文献１に記載されている。 Conventionally, a gasifier for gasifying a raw material (typically biomass) has been known. Such a gasifier is described in, for example, Patent Document 1.
特許文献１には流動床式と呼ばれるガス化装置の構成が開示されているが、それとは異なる方式として、炉構造が簡単で、一般的にタールの発生が少ないと言われている固定床ダウンドラフト式ガス化装置が知られている。 Patent Document 1 discloses a configuration of a gasification device called a fluidized bed type, but as a method different from that, a fixed bed down which is said to have a simple furnace structure and generally generate less tar. Draft gasifiers are known.
固定床ダウンドラフト式ガス化装置において、ガス化炉に投入された原料としてのバイオマスは、熱分解、酸化、還元の順に反応し、その過程でガスが発生する。これらの反応の過程で生成される炭化物（チャー）はガス化炉の下部に堆積するが、ある程度の時間が経過すると、堆積しているチャーは排出装置によってガス化炉の外部に排出される。 In a fixed-bed downdraft gasifier, biomass as a raw material put into a gasifier reacts in the order of pyrolysis, oxidation, and reduction, and gas is generated in the process. Carbide (char) produced in the process of these reactions is deposited in the lower part of the gasifier, but after a certain period of time, the deposited char is discharged to the outside of the gasifier by the discharge device.
上記のようなガス化装置において、近年、チャーがガス化炉の下部に滞留する時間が長過ぎると不要な物質が生成されてしまうおそれがあることが問題視されている。その反面、ガスの発生にチャーも寄与していることから、チャーがガス化炉の下部に滞留する時間が短過ぎると、ガス化効率が低下してしまうことが懸念される。従って、チャーがガス化炉の下部に滞留する時間は適正な長さに調整されることが望ましく、そのためには少なくともガス化炉におけるチャーの堆積量が過剰にならないようにすることが必要と考えられる。 In the above-mentioned gasification apparatus, in recent years, it has been regarded as a problem that unnecessary substances may be generated if the char stays in the lower part of the gasification furnace for too long. On the other hand, since char also contributes to the generation of gas, there is a concern that the gasification efficiency will decrease if the char stays in the lower part of the gasification furnace for too short a time. Therefore, it is desirable to adjust the time that the char stays in the lower part of the gasifier to an appropriate length, and for that purpose, it is necessary to at least prevent the amount of char accumulated in the gasifier from becoming excessive. Be done.
ガス化炉内のチャーの堆積量が過剰にならないようにするため、例えば特許文献２に記載のように、ガス化炉の所望の高さの位置にレベルセンサを設け、レベルセンサの検出結果を監視しながら、バイオマスの投入量を調整したり、排出装置によるチャーの抜出し量を調整したりすることが考えられる。しかしながら、チャーの堆積量は、バイオマスの種類・状態、ガス化炉内の温度等の様々な因子の影響を受けて変動するため、制御が複雑となり、改善の余地があった。
In order to prevent the amount of char accumulated in the gasification furnace from becoming excessive, for example, as described in
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、ガス化炉内のチャーの堆積量が過剰にならないようにすることにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to prevent an excessive amount of char from being deposited in a gasification furnace.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。 The problem to be solved by the present invention is as described above, and next, the means for solving this problem and its effect will be described.
本発明の観点によれば、以下の構成のガス化装置が提供される。即ち、このガス化装置は、ガス化炉と、容器と、第１排出口と、第２排出口と、を備える。前記ガス化炉は、原料を熱処理してガスを発生させ、その過程で生成される炭化物が堆積する。前記容器は、開口を有する。前記容器は、前記ガス化炉の内部に配置され、前記原料が前記開口から投入され前記炭化物が堆積される。前記第１排出口は、前記容器の内側から外側に向かって前記炭化物を排出可能とする。前記第２排出口は、前記ガス化炉の内部における前記容器の外側から、前記ガス化炉の外部に向かって、前記炭化物を排出可能とする。前記ガス化装置は、前記炭化物が前記容器の内側に堆積する過程で前記容器の内側の前記炭化物の堆積量が過剰になった場合、この炭化物の少なくとも一部を、前記開口を経由して前記容器の外側に出し、その後に前記第２排出口を経由して前記ガス化炉の外部に排出する。 From the viewpoint of the present invention, a gasifier having the following configuration is provided. That is, this gasifier includes a gasifier, a container, a first discharge port, and a second discharge port. In the gasification furnace, the raw material is heat-treated to generate gas, and carbides produced in the process are deposited. The container has an opening. The container is arranged inside the gasification furnace, the raw material is charged from the opening, and the carbide is deposited. The first discharge port enables the carbide to be discharged from the inside to the outside of the container. The second discharge port makes it possible to discharge the carbide from the outside of the container inside the gasifier toward the outside of the gasifier. When the amount of the carbide inside the container becomes excessive in the process of depositing the carbide inside the container , the gasifier allows at least a part of the carbide to be deposited through the opening. It is taken out of the container, and then discharged to the outside of the gasifier via the second discharge port.
これにより、ガス化炉に原料としてバイオマスを投入して、熱分解、酸化、還元によってガスを発生させるとき、バイオマスは筒部の容器に向かって投入されるため、原則として、炭化物は容器の内側に堆積し、第１排出口を経由してガス化炉の外部に排出される。しかしながら、筒部内での炭化物の堆積量がある程度大きくなると、炭化物は容器の内側から溢れて容器の外側に出て、第２排出口からガス化炉の外部に排出される。よって、バイオマスの投入量や排出口からの炭化物の排出量を精密に制御しなくても、炭化物の堆積量が過大になることを抑制することができる。この結果、炭化物の滞留時間が長くなり過ぎて不要な物質が生成されてしまうことを、簡単な構成で抑制することができる。 As a result, when biomass is charged into the gasification furnace as a raw material and gas is generated by thermal decomposition, oxidation, and reduction, the biomass is charged toward the container in the cylinder, so in principle, carbides are inside the container. And is discharged to the outside of the gasification furnace via the first discharge port. However, when the amount of carbide deposited in the cylinder becomes large to some extent, the carbide overflows from the inside of the container and goes out of the container, and is discharged to the outside of the gasification furnace from the second discharge port. Therefore, even if the amount of biomass input and the amount of carbide discharged from the discharge port are not precisely controlled, it is possible to prevent the amount of carbide deposited from becoming excessive. As a result, it is possible to suppress that the residence time of carbides becomes too long and unnecessary substances are generated with a simple configuration.
前記のガス化装置においては、前記容器内には、撹拌部材が備えられることが好ましい。 In the gasification device, it is preferable that the container is provided with a stirring member.
前記のガス化装置においては、前記第２排出口には、開閉弁が設けられることが好ましい。 In the gasification device, it is preferable that the second discharge port is provided with an on-off valve.
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るガス化装置１の全体的な構成を示す模式図である。図２は、ガス化装置１に備えられるガス化炉２及びそれに関連する構成を説明する側面模式図である。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing an overall configuration of a gasifier 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic side view illustrating the
初めに、本実施形態に係るガス化装置１の全体的な構成について、図１を参照して説明する。 First, the overall configuration of the gasification device 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
本実施形態のガス化装置１は、例えば、籾殻等の農業残渣や木質系廃材等の生物由来の有機性資源（厳密には、化石燃料を除いた有機性資源。以下、「バイオマス」と称する場合がある。）を燃料（原料、ガス化対象物）としてガスを発生させて、当該ガスを用いて発電する、いわゆるバイオマス発電プラントである。図１に示すように、本実施形態のガス化装置１は、ガス化炉２、原料供給装置（原料供給部）３、チャー排出装置４、バグフィルタ５、ガス冷却装置６、洗浄装置７、誘引ブロワ８、制御装置９、コージェネレーションシステム１０、及び余剰ガス燃焼装置１１等を備える。
The gasifier 1 of the present embodiment is, for example, an organic resource derived from living organisms such as agricultural residues such as rice husks and wood waste (strictly speaking, organic resources excluding fossil fuels. Hereinafter, it is referred to as “biomass”. This is a so-called biomass power generation plant in which gas is generated using fuel (raw material, object to be gasified) as fuel and power is generated using the gas. As shown in FIG. 1, the gasifier 1 of the present embodiment includes a
図２に示すガス化炉２は、バイオマスのガス化の主要な反応が行われる炉である。本実施形態のガス化炉２は、いわゆる固定床式炉である。図２に示すように、ガス化炉２の上下方向中途部には、ガス化炉２の内部に酸化剤としての空気又は酸素を供給するための酸化剤供給口１３が設けられる。
The
図２に模式的に示すように、ガス化炉２の内部には、バイオマスの熱分解及び酸化（部分燃焼）が行われる領域が形成されている。また、ガス化炉２の内部の、部分燃焼が行われる領域よりも下方には、熱分解及び部分燃焼の後に残ったチャー（炭化物）が堆積するチャー堆積領域が形成される。酸化剤供給口１３は、ガス化炉２の炉高方向の上記部分燃焼が行われる領域に対応する位置に、当該ガス化炉２の内部と外部とを連通するように孔状に設けられる。
As schematically shown in FIG. 2, a region where biomass is thermally decomposed and oxidized (partially burned) is formed inside the
原料供給装置３は、ガス化炉２の上端部から内部にバイオマスを供給するものである。本実施形態の原料供給装置３は、図略のホッパ、スクリュー３２、及びモータ３３等を備えている。前記ホッパは、バイオマスを投入する容器である。スクリュー３２は、このホッパの底部に回転可能に取り付けられる。モータ３３は、スクリュー３２を回転駆動する。本実施形態では、このモータ３３の回転速度を例えばインバータ制御によって変化させることにより、バイオマスが所望の供給速度でガス化炉２に供給される。原料供給装置３からのバイオマスは、ガス化炉２内の、第１排出口１９を有する筒部１４の内側に向かって投入されるようになっている。筒部１４の構成については、後で詳しく説明する。
The raw
チャー排出装置４は、ガス化炉２の底部から、ガス化炉２の外部に向かってチャーを排出する（抜き出す）ものである。厳密には、チャー排出装置４は、ガス化炉２の底部のうち筒部１４の外側の部分から、ガス化炉２の外部に向かってチャーを排出する。具体的には、本実施形態のチャー排出装置４は、ガス化炉２の底壁から当該ガス化炉２の外部に向かってチャーを抜き出す。本実施形態のチャー排出装置４は、ガス化炉２の外部に向かってチャーを排出可能とする第２排出口４３と、当該第２排出口４３の下流側に設けられるロータリバルブ（気密部材）４１と、スクリューコンベア４２と、を備えて構成される。
The
第２排出口４３は、ガス化炉２内の底部に設けられる孔である。厳密には、第２排出口４３は、ガス化炉２の底部のうち筒部１４の外側に配置される底壁に設けられている。第２排出口４３は、ガス化炉２の内部と外部とを接続する。当該第２排出口４３には、チャー堆積領域から抜き出したチャーをスクリューコンベア４２に案内するための通路が接続される。
The
ロータリバルブ４１は、ガス化炉２を気密状態に保持するための部材である。また、ロータリバルブ４１は、ガス化炉２から抜き出したチャーが当該ガス化炉２内に逆流することを防止するための逆止弁としての機能を有している。ロータリバルブ４１は、回転することにより、第２排出口４３から抜き出されたチャーを下方のスクリューコンベア４２へと供給する。スクリューコンベア４２は、その回転速度が変更されることにより、抜き出されたチャーをガス化炉２の外部の所定の場所へと所望の速度で搬送する。
The
ガス化炉２内のチャー堆積領域よりも上方の領域では、原料供給装置３から供給されたバイオマス（原料、ガス化対象物）が乾燥される。乾燥されたバイオマスは、その後、２００〜６００℃程度の温度で無酸素状態において熱分解される。これにより、バイオマスの約５０〜９０％がガス（ＣＯ、Ｈ2、ＣＨ4、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ）及びタール等のガス状物質に、残りの約１０〜５０％がチャーと呼ばれる固定炭素に転換される。なお、転換の割合は、炉内での加熱速度、バイオマスの種類・粒径等の影響を受けて変動する。熱分解で生成した熱分解生成物質は、酸化剤供給口１３から供給された空気又は酸素によって、酸化（部分燃焼）される。この部分燃焼により発生する熱は、上記の熱分解での熱源として利用される。部分燃焼の後に残ったチャーは、部分燃焼が行われる領域よりも下方のチャー堆積領域に堆積される。
In the region above the char deposition region in the
ガス化炉２内のチャー堆積領域では、部分燃焼のときよりも概ね低い温度（例えば、７００〜１０００℃）においてチャーによる還元反応（吸着反応）が行われ、これによりチャーが蒸し焼き状態とされてガス化が行われる。このチャー堆積領域でのチャーによるガス化（還元）では、主に以下の反応が行われ、ＣＯとＨ2が生成する。
Ｃ＋ＣＯ2→２ＣＯ
Ｃ＋Ｈ2Ｏ→Ｈ2＋ＣＯ
In the char deposition region in the
C + CO 2 → 2CO
C + H 2 O → H 2 + CO
ガス化炉２で生成されたガスは、図１に示すように、配管等により構成されるガス経路を通ってコージェネレーションシステム１０及び余剰ガス燃焼装置１１に供給される。このガス経路のガス化炉２とコージェネレーションシステム１０（余剰ガス燃焼装置１１）との間の中途部には、上流側から下流側に向かって、バグフィルタ５、ガス冷却装置６、洗浄装置７、及び誘引ブロワ８がこの順に配置されている。
As shown in FIG. 1, the gas generated in the
バグフィルタ５は、ガス化炉２から流れてきたガスに含まれる煤等の炭素の微粒子や、塵等を除去するものである。バグフィルタ５は、例えば遠心分離等の手法を用いて、ガスをバグフィルタ５のフィルタに通し、煤や塵等をこのフィルタで捕捉する。
The bug filter 5 removes carbon fine particles such as soot and dust contained in the gas flowing from the
ガス冷却装置６は、バグフィルタ５を通過した後に流れてきたガスを冷却し、当該ガスの密度を高めるものである。ガス冷却装置６は、例えば熱交換等の手法を用いて、ガスを冷却する。具体的には、ガス冷却装置６は、例えば冷却水が供給される熱交換器と、当該熱交換器の間に配管されるガス経路と、を備えている。熱交換器には冷却水として貯水槽からの水が供給され、冷却水とガスとの間で熱交換が行われる。
The
洗浄装置７は、ガス冷却装置６で冷却された後に流れてきたガスを洗浄してタール等を除去するものである。洗浄装置７は、例えば、ガス状のタールを凝縮する工程と、ガス・液体混合物を分離する工程と、液滴濾過を行う工程と、を含む物理的プロセスを行うことにより、タールを除去する。
The cleaning device 7 cleans the gas that has flowed after being cooled by the
誘引ブロワ８は、負圧を発生させることにより、ガス化炉２からのガスをコージェネレーションシステム１０側に誘引するものである。誘引ブロワ８は、例えば誘引通風式の送風機により構成される。誘引ブロワ８の作用により、誘引ブロワ８よりも上流側のガス経路及びガス化炉２内では、負圧が生じている。
The
コージェネレーションシステム１０は、ガスエンジン及び発電機等により構成されるものである。ガス化炉２で生成されたガスが、煤やタール等が除去されて密度が高められた後にガスエンジンに供給されて、当該ガスの熱エネルギーがガスエンジンにより回転運動に変換される。この回転運動が発電機に伝達されて、電気が発生する。またガスの熱エネルギーのうちの一部は、給湯等に用いられる。
The
誘引ブロワ８を通過した後のガスのうち、コージェネレーションシステム１０に供給されなかった余剰のガスは、余剰ガス燃焼装置１１に供給される。余剰ガス燃焼装置１１は、余剰のガスを焼却処理し、一酸化炭素を二酸化炭素に変換して無害化する。
Of the gas that has passed through the
制御装置９は、ガス化炉２、原料供給装置３、チャー排出装置４、バグフィルタ５、ガス冷却装置６、洗浄装置７、誘引ブロワ８、コージェネレーションシステム１０、及び余剰ガス燃焼装置１１等を制御するコンピュータである。制御装置９は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータとして構成されており、ＣＰＵは各種プログラム等をＲＯＭから読み出して実行することができる。また、前記ＲＯＭには、ガス化装置１に適切にバイオマスのガス化を行わせるための適宜のプログラムが記憶されている。そして、上記したソフトウェアとハードウェアの協働により、ガス化装置１に適宜にバイオマスのガス化を行わせ、ガス中の煤やタールの除去、ガスの濃縮、コージェネレーションシステム１０及び余剰ガス燃焼装置１１へのガスの供給等を行わせることができる。
The
記憶部１２は、制御装置９が行う様々な制御に用いられる数値や、パラメータ等を記憶するメモリである。
The
上記のような構成のガス化装置１では、バイオマスを燃料としてガス化炉２内でガスが生成されて、このガスに含まれる煤やタールがガス経路の途中で取り除かれて、濃縮された後に当該ガスがコージェネレーションシステム１０に供給される。このガスの熱エネルギーにより電力を得ることができる。即ち、バイオマスを資源としたエネルギーが電力に変換されて取り出される。これにより、再生可能なエネルギー源としてのバイオマスを有効に利用することができる。
In the gasifier 1 having the above configuration, gas is generated in the
ところで、チャーがチャー堆積領域に滞留する時間が長過ぎると不要な物質が生成されてしまうことが、近年問題視されている。その反面、チャーがチャー堆積領域に滞留する時間が短過ぎると、チャーによる十分なガス化（還元）が行われず、ガス化効率が低下してしまうことも懸念される。従って、チャーがガス化炉２内のチャー堆積領域に適切な時間だけ滞留してから排出されることが望まれており、そのためには、少なくともガス化炉２内のチャー堆積領域のチャーの堆積量が過剰にならないようにすることが必要と考えられる。
By the way, in recent years, it has been regarded as a problem that unnecessary substances are generated when char stays in the char deposition area for too long. On the other hand, if the char stays in the char deposition area for too short a time, there is a concern that the char does not sufficiently gasify (reduce) and the gasification efficiency is lowered. Therefore, it is desired that the char stays in the char deposition area in the
そこで、本実施形態のガス化装置１では、チャー堆積領域のチャーの堆積量が過剰になることを防止するための構成として、図２に示すように、筒部１４、第１排出口１９、及び第２排出口４３等を備えている。また、チャー堆積領域でのチャーの滞留時間を十分に確保するための構成の一部として、撹拌部材１５等を備えている。
Therefore, in the gasification device 1 of the present embodiment, as shown in FIG. 2, as a configuration for preventing the amount of char accumulated in the char accumulation region from becoming excessive, the
以下では、チャー堆積領域のチャーの堆積量、及びチャーの滞留時間を調整するために、本実施形態のガス化装置１が備える特徴的な構成について、詳細に説明する。 In the following, the characteristic configuration of the gasification device 1 of the present embodiment will be described in detail in order to adjust the amount of char deposited in the char deposition region and the residence time of char.
筒部１４は、下端が閉塞し、上端が大きく開口することにより容器状に構成されている円筒状の部材である。即ち、筒部１４は、有底円筒状をなす。筒部１４の下端部の壁（底壁）は円板状とされており、ガス化炉２の底部の底壁の近傍に配置される。筒部１４の側壁（円筒状の側壁）は、その底壁の周縁部（ガス化炉２の底面側）から上方に向かって延びている。筒部１４の上端面は、その開口を原料供給装置３側に向けて配置される。筒部１４は、その側壁の上縁の複数箇所がそれぞれ吊上げ部材２１を介してガス化炉２の炉壁２ａに固定されることにより、ガス化炉２の（底壁）底面に対して若干上方に浮いた状態で設けられる。
The
筒部１４の底部には、筒部１４の内側から外側に向かってチャーを排出可能とする第１排出口１９が設けられる。本実施形態では、筒部１４の側壁の下端部に第１排出口１９が設けられている。第１排出口１９は、筒部１４の内側の空間と外側の空間とを連通するように孔状に形成される。ただし、第１排出口１９の開口面積は、筒部１４の上側の開放部分の開口面積と比較すると相当に小さくなっている。
At the bottom of the
撹拌部材１５は筒部１４の内側において、その下端面の近傍に配置される。図２及び図３に示すように、本実施形態の撹拌部材１５は、多角錘状に形成されており、複数の稜線を有している。本実施形態では、撹拌部材１５は４角錐状に形成されており、４つの稜線を有する。撹拌部材１５は、実質的に多角錘状に形成されていればよい。撹拌部材１５の形状は、例えば、上面の面積が底面の面積よりも相当に小さい多角錘台状であってもよい。図３は、ガス化炉２の内部、とりわけチャーが堆積する領域の周辺の構成を説明する平面断面模式図である。
The stirring
本実施形態の撹拌部材１５は、その頂点を上方に向けた状態で、筒部１４の底部の中央部に配置される。図２に示すように、撹拌部材１５は、軸部材１６の上端部に固定される。
The stirring
軸部材１６は、筒部１４の下端面の中央部、及びガス化炉２の底壁の中央部を貫通する長い軸状の部材である。軸部材１６は、筒部１４の底部及びガス化炉２の底壁に対して回転可能に設けられる。軸部材１６は、図示せぬモータ等の駆動源により回転駆動される。
The
内側撹拌羽根１７は、軸部材１６の軸線に対して放射状に設けられる羽根である。内側撹拌羽根１７は、筒部１４の内側に配置される。図２に示すように、本実施形態の内側撹拌羽根１７は、撹拌部材１５を介して、軸部材１６の上端部に固定される。内側撹拌羽根１７が軸部材１６の回転に伴って回転することにより、筒部１４の内側に堆積したチャーが筒部１４内で撹拌される。これにより、筒部１４の内側に堆積したチャーが、偏りのない状態で第１排出口１９に案内されて当該筒部１４の外側に排出される。
The
外側撹拌羽根１８は、軸部材１６の軸線に対して放射状に設けられる羽根である。外側撹拌羽根１８は、筒部１４の外側に配置される。本実施形態の外側撹拌羽根１８は、筒部１４の下端面と、ガス化炉２の底壁と、の間のスペースに配置される。外側撹拌羽根１８は、軸部材１６の上下中途部に固定される。外側撹拌羽根１８が軸部材１６の回転に伴って回転することにより、筒部１４の外側に出たチャーがガス化炉２の炉壁２ａの内側で撹拌される。これにより、筒部１４の外側に出たチャーが、偏りのない状態で第２排出口４３に案内されて、ロータリバルブ４１へと供給される。ロータリバルブ４１に供給されたチャーは、当該ロータリバルブ４１が回転することにより、スクリューコンベア４２側に供給される。
The
このような構成により、ガス化装置１では、原料としてのバイオマスは、原料供給装置３から筒部１４の内側に向かって供給される。これにより、投入されたバイオマス及び当該バイオマスが熱分解・部分燃焼されることにより生成するチャーは、原則として、筒部１４の内側に堆積する。筒部１４の内側に溜まったチャーの大部分は、多角錐状の撹拌部材１５の回転により、筒部１４の底壁付近では撹拌部材１５の軸線から遠ざかった後、筒部１４の内壁に沿って上昇し、チャー堆積領域の上面付近で前記軸線へ近づいた後に下降するように流動する（図２の細線矢印を参照）。この上下方向の循環の過程で、チャーの少なくとも一部は、第１排出口１９を経由して筒部１４の外側に出た後、第２排出口４３を経由してガス化炉２の外部に排出される。
With such a configuration, in the gasification device 1, biomass as a raw material is supplied from the raw
また、筒部１４の内側に堆積するチャーの量が過剰となり、それ以上筒部１４の内側に堆積できなくなった場合（具体的には、例えば安息角を超えるほどの角度でチャーが円錐状に積み上がった場合）には、余剰のチャーは、少なくともその一部が、筒部１４の内側のチャー堆積領域において下方に沈み込み、その後上方に浮かび上がってくる挙動を示した後（図２の細線矢印を参照）、筒部１４の側壁の上縁を超えて当該筒部１４の外側に出る。言い換えれば、チャーの一部は、筒部１４の内側を循環した後、当該筒部１４の外側へとオーバーフローする。なお、ロータリバルブ４１及びスクリューコンベア４２は十分な速度で動作しているので、第１排出口１９から出た場合であっても、筒部１４からオーバーフローした場合であっても、チャーを速やかに第２排出口４３からガス化炉２の外部へ排出することができる。
Further, when the amount of char accumulated inside the
即ち、チャーの堆積量が過剰になった場合には、その過剰分のチャーの殆どが、筒部１４の内側からオーバーフローして筒部１４の外側に出て落下し、第２排出口４３からガス化炉２の外部に短時間で排出される。よって、例えば原料供給装置３のスクリュー３２の動作速度や、チャー排出装置４のロータリバルブ４１及びスクリューコンベア４２の動作速度等を、従来のように精密に制御しなくても、チャーのチャー堆積領域への堆積量が過剰になってしまうことを抑制することができる。
That is, when the amount of accumulated char is excessive, most of the excess char overflows from the inside of the
また、撹拌部材１５の回転によってチャーが流動することにより、チャーが筒部１４の内側にある程度の時間滞留することが促進される。言い換えれば、チャーがチャー堆積領域に十分な時間滞留せずに、ガス化炉２の外部へと排出されてしまうことを抑制することができる。この結果、チャーによるガス化（還元）を十分な時間にわたって行うことが可能である。
Further, the rotation of the stirring
このように、本実施形態のガス化装置１では、バイオマスの供給量やチャーの抜出し量等の精密な制御を行うことなく、機械的な構造によって、チャーの滞留時間をある程度コントロールすることが可能である。よって、ガス化装置１の制御系の構成を簡素化することができる。 As described above, in the gasification device 1 of the present embodiment, it is possible to control the residence time of the char to some extent by the mechanical structure without precisely controlling the amount of biomass supplied and the amount of char extracted. Is. Therefore, the configuration of the control system of the gasification device 1 can be simplified.
以上に説明したように、本実施形態のガス化装置１は、バイオマスを熱分解し、当該熱分解で生成した熱分解生成物質を部分燃焼し、前記熱分解及び前記部分燃焼の後に残ったチャーを還元する。このガス化装置１は、容器状の筒部１４と、原料供給装置（原料供給部）３と、第１排出口１９と、第２排出口４３と、を備える。筒部１４は、ガス化炉２の内部において、その底壁が当該ガス化炉２の底壁の近傍に配置され、その側壁が当該ガス化炉２の底壁側から上方に延び、その上面が開放した状態で設けられる。原料供給装置３は、筒部１４の内側に向かってバイオマスを投入する。第１排出口１９は、筒部１４の内側から外側に向かってチャーを排出可能とする。第２排出口４３は、ガス化炉２の内部における筒部１４の外側から、ガス化炉２の外部に向かって、チャーを排出可能とする。
As described above, the gasifier 1 of the present embodiment thermally decomposes the biomass, partially burns the thermal decomposition product produced by the thermal decomposition, and the char remaining after the thermal decomposition and the partial combustion. To reduce. The gasification device 1 includes a container-shaped
バイオマスは筒部１４の内側に向かって投入されるため、原則として、チャーは筒部１４の内側に堆積し、第１排出口１９を経由してガス化炉２の外部に排出される。しかしながら、筒部１４内でのチャーの堆積量がある程度大きくなると、筒部１４内のチャーは筒部１４の上縁から溢れて筒部１４の外側に出て、第２排出口４３からガス化炉２の外部に排出される。よって、バイオマスの投入量や排出口４３からのチャーの排出量を精密に制御しなくても、チャーの堆積量が過剰になってしまうことを抑制することができる。この結果、チャーの滞留時間が長くなり過ぎて不要な物質が生成されてしまうことを、簡単な構成で抑制することができる。
Since the biomass is charged toward the inside of the
また、本実施形態のガス化装置１においては、筒部１４の内側の底部には、多角錘状の撹拌部材１５がその頂点を上方に向けて回転可能に備えられる。
Further, in the gasification device 1 of the present embodiment, a polygonal pyramid-shaped stirring
この構成で、多角錐状の撹拌部材１５が回転することにより、筒部１４の内側において、底部付近では中心部から外側へ向かった後、筒部１４の内壁に沿って上昇し、上面付近で中心部へ向かった後に下降するチャーの流れが生じる。この上下方向の循環により、筒部１４内に入ったチャーが第１排出口１９から速やかに排出されてしまうことが防止され、チャーが筒部１４の内側にある程度の時間滞留することが促進される。このため、チャーの滞留時間が短くなり過ぎることを抑制し、チャーによる十分なガス化（還元）を行うことが可能となる。よって、ガス化効率の向上を図ることができる。
In this configuration, the rotation of the polygonal pyramid-shaped stirring
また、本実施形態のガス化装置１においては、第２排出口４３には、ガス化炉２の内部の気密性を保つためのロータリバルブ（気密部材）４１が設けられる。
Further, in the gasification device 1 of the present embodiment, the
これにより、第２排出口４３からガス化炉２の内部に空気が侵入することを防止することができ、堆積したチャーが直接的に空気に晒されて高温で燃焼されてしまうことを防止することができる。
As a result, it is possible to prevent air from entering the inside of the
以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the above configuration can be changed as follows, for example.
上記の実施形態では、撹拌部材１５は４角錐状としたが、角錐の形状は４角錐に限るものではなく、例えば３角錐であってもよいし、５角錐以上であってもよい。
In the above embodiment, the stirring
上記の実施形態では、気密部材はロータリバルブ４１であるものとしたが、必ずしもこれに限るものではなく、例えばこれに代えて、ダブルダンパ等としてもよい。即ち、気密部材は、ガス化炉２内の気密性を保ちながら、当該ガス化炉２内のチャーを抜き出せるものであれば、他の構成であってもよい。
In the above embodiment, the airtight member is the
上記の実施形態では、第１排出口１９は、筒部１４の側壁の下端部に設けられるものとしたが、必ずしもこれに限るものではなく、例えばこれに代えて、第１排出口を筒部１４の下端面に貫通状に形成するものとしてもよい。筒部１４には、複数の第１排出口１９を設けることもできる。
In the above embodiment, the
上記の実施形態では、第１排出口１９は、筒部１４の内側の空間と外側の空間とを接続する孔状に形成されるものとしたが、第１排出口１９を開閉可能な構成としてもよい。その場合、例えばガス化装置１の始動直後等において所望の量のチャーが筒部１４の内側に堆積するまでは第１排出口１９を閉じた状態とし、チャー堆積量が所望の量に達した後に第１排出口１９を開いた状態として、チャー堆積量を増減する通常のコントロールを開始するものとしてもよい。
In the above embodiment, the
上記の実施形態では、第２排出口４３は、ガス化炉２の底壁に貫通状に設けられるものとしたが、これに限るものではなく、例えばこれに代えて、第２排出部をガス化炉２の炉壁２ａの下端部を水平方向に貫通するように形成するものとしてもよい。即ち、第２排出口４３は、ガス化炉２の底部に設けられているものであれば、底壁に形成されていてもよいし、炉壁２ａの下端近傍に形成されていてもよい。ガス化炉２には、複数の第２排出口４３を設けることもできる。
In the above embodiment, the
上記の実施形態では、筒部１４は有底円筒状の部材であったが、筒部１４の形状はこれに限定されるものではない。筒部１４は、例えば、有底の多角筒状等であってもよい。
In the above embodiment, the
上記の実施形態では、ガス化炉２で発生されたガスはコージェネレーションシステム１０に供給されるものとしたが、これに限るものではなく、例えばこれに代えて、ガスタービンに供給されるものとしてもよい。
In the above embodiment, the gas generated in the
上記の実施形態では、ガス化炉２内でバイオマスが乾燥されるものとしたが、必ずしもこれに限るものではなく、例えばこれに代えて、原料供給装置３に供給される前に予めバイオマスが乾燥されるものとしてもよい。
In the above embodiment, it is assumed that the biomass is dried in the
上記の実施形態では、筒部１４及び撹拌部材１５等を備えた機械的な構造により、チャーの堆積量をコントロールするものとした。しかしながら、これに限るものではなく、チャーの堆積量の制御は、上述した機械的な構造による制御に加えて、バイオマスの供給量を調整する電気的な制御や、チャーの抜出し量を調整する電気的な制御も併せて行われることにより、総合的に実現されてもよい。
In the above embodiment, the amount of char accumulated is controlled by a mechanical structure including a
本発明は、部分燃焼が行われる領域よりも下方にチャーが堆積されて、このチャーが堆積される領域で、部分燃焼のときよりも低い温度で当該チャーによる還元が行われるガス化炉２を備えるガス化装置１に広く適用可能である。即ち、ガス化炉２の形式は必ずしも固定床式に限るものではない。
The present invention provides a
１ ガス化装置
３ 原料供給装置（原料供給部）
１４ 筒部
１５ 撹拌部材
１９ 第１排出口
４１ ロータリバルブ（気密部材）
４３ 第２排出口
1
14
43 Second outlet
Claims (3)
開口を有し、前記ガス化炉の内部に配置され、前記原料が前記開口から投入され前記炭化物が堆積される容器と、
前記容器の内側から外側に向かって前記炭化物を排出可能とする第１排出口と、
前記ガス化炉の内部における前記容器の外側から、前記ガス化炉の外部に向かって、前記炭化物を排出可能とする第２排出口と、
を備え、
前記炭化物が前記容器の内側に堆積する過程で前記容器の内側の前記炭化物の堆積量が過剰になった場合、この炭化物の少なくとも一部を、前記開口を経由して前記容器の外側に出し、その後に前記第２排出口を経由して前記ガス化炉の外部に排出することを特徴とするガス化装置。 A gasifier that heat-treats raw materials to generate gas and deposits carbides generated in the process.
A container having an opening, which is arranged inside the gasifier, and the raw material is charged from the opening and the carbide is deposited.
A first discharge port capable of discharging the carbide from the inside to the outside of the container,
A second discharge port capable of discharging the carbide from the outside of the container inside the gasifier toward the outside of the gasifier, and
With
When the amount of the carbide deposited inside the container becomes excessive in the process of depositing the carbide inside the container, at least a part of the carbide is discharged to the outside of the container via the opening . After that, the gasifier is discharged to the outside of the gasifier via the second discharge port.
前記容器内には、撹拌部材が備えられることを特徴とするガス化装置。 The gasifier according to claim 1.
A gasification device characterized in that a stirring member is provided in the container.
前記第２排出口には、開閉弁が設けられることを特徴とするガス化装置。 The gasifier according to claim 1 or 2.
A gasification device characterized in that an on-off valve is provided at the second discharge port.
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