JP7194494B2 - Chemical looping combustion system - Google Patents
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Description
本発明は、ケミカルルーピング燃焼システムに関する。 The present invention relates to chemical looping combustion systems.
ケミカルルーピング燃焼(CLC : Chemical Looping Combustion)システム(以下、CLCシステムとも称する。)の形式として、例えば、循環式と切替式とが挙げられる。循環式CLCシステムは、燃料を酸素キャリア粒子により酸化し且つ酸素キャリア粒子を還元する還元反応室と、還元された酸素キャリア粒子を酸化性ガスにより酸化する酸化反応室とを有する。循環式CLCシステムの運転時には、酸素キャリア粒子は、各反応室間を配管により循環される。 Examples of types of chemical looping combustion (CLC) systems (hereinafter also referred to as CLC systems) include a circulation type and a switching type. A circulating CLC system has a reduction reaction chamber in which the fuel is oxidized with oxygen carrier particles and the oxygen carrier particles are reduced, and an oxidation reaction chamber in which the reduced oxygen carrier particles are oxidized with an oxidizing gas. During operation of the circulating CLC system, oxygen carrier particles are circulated between the reaction chambers by piping.
切替式CLCシステムは、特許文献1に開示されるように、酸化性ガスと燃料とが交互に供給される反応室を有する。切替式CLCシステムの運転時には、燃料を酸化させて還元された酸素キャリア粒子を酸化性ガスにより酸化する酸化反応と、酸素キャリア粒子により燃料を酸化させ且つ酸素キャリア粒子を還元させる還元反応とが、同一の反応室内で切り替えられながら交互に繰り返し行われる。 A switched CLC system has a reaction chamber alternately supplied with an oxidizing gas and a fuel, as disclosed in US Pat. During operation of the switching type CLC system, an oxidation reaction in which the fuel is oxidized and reduced oxygen carrier particles are oxidized with an oxidizing gas, and a reduction reaction in which the fuel is oxidized by the oxygen carrier particles and the oxygen carrier particles are reduced. It is repeated alternately while being switched within the same reaction chamber.
CLCシステムの反応室から排出されるガスは、所定の熱回収装置により熱回収される。CLCシステムでは、燃料が空気に直接接触することなく酸化されるため、各反応室からの排ガスの成分は、ほぼ二酸化炭素(CO2)と水蒸気(H2O)のみとなる。従ってCLCシステムでは、燃料の酸化に伴って窒素酸化物(NOx)が生じるのを防止できると共に、排ガスから二酸化炭素を低コスト且つ容易に分離・回収できる。CLCシステムは、火力発電所等の設備の排ガスから二酸化炭素を分離・回収するためのCCS技術の有力候補とされている。 Gas exhausted from the reaction chamber of the CLC system is heat-recovered by a given heat-recovery device. In the CLC system, the fuel is oxidized without direct contact with air, so the components of the exhaust gas from each reaction chamber are almost exclusively carbon dioxide (CO 2 ) and water vapor (H 2 O). Therefore, the CLC system can prevent the generation of nitrogen oxides (NO x ) accompanying fuel oxidation, and can easily separate and recover carbon dioxide from the exhaust gas at low cost. The CLC system is regarded as a strong candidate for CCS technology for separating and recovering carbon dioxide from the exhaust gas of facilities such as thermal power plants.
運転中の切替式CLCシステムの反応室内では、異なる反応が交互に繰り返し行われるため、反応室から排出される排出ガスの排熱量は、例えば、循環式CLCシステムの運転中に反応室から排出される排出ガスの排熱量に比べて大きく変動する。このため切替式CLCシステムでは、熱回収装置により排出ガスから回収可能な回収熱量も大きく変動する。 Since different reactions are alternately repeated in the reaction chamber of the switching CLC system during operation, the exhaust heat of the exhaust gas discharged from the reaction chamber is, for example, the amount of heat exhausted from the reaction chamber during operation of the circulating CLC system. It fluctuates greatly compared to the exhaust heat amount of the exhaust gas. Therefore, in the switching type CLC system, the amount of heat recovered from the exhaust gas by the heat recovery device also fluctuates greatly.
また一般に、切替式CLCシステムでは、所定のタイミング毎に反応室内に酸化性ガス又は燃料を供給するため、例えば、循環式CLCシステムに比べて、反応室に酸化性ガス又は燃料を供給する際の単位時間当たりの供給量が大きい。これにより切替式CLCシステムでは、反応室に酸化性ガスと燃料とを供給するための付帯設備が大型化するおそれがある。 In addition, in general, the switching type CLC system supplies the oxidizing gas or fuel into the reaction chamber at predetermined timings. The supply volume per unit time is large. As a result, in the switching type CLC system, there is a risk that the incidental equipment for supplying the oxidizing gas and the fuel to the reaction chamber will become large.
そこで本発明は、切替式CLCシステムにおいて、付帯設備の大型化を防止しながら、熱回収装置における回収熱量の変動を抑制可能にすることを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to suppress variation in the amount of heat recovered in a heat recovery device while preventing ancillary equipment from becoming large in a switchable CLC system.
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係るケミカルルーピング燃焼システムは、内部に酸素キャリア粒子を含む流動層が配置された複数の反応室と、前記複数の反応室に個別に接続され、燃料が流通し且つ前記複数の反応室の各反応室に対する燃料流量を個別に調節可能な複数の第1供給装置が設けられた燃料供給路と、前記複数の反応室に個別に接続され、酸化性ガスが流通し且つ前記各反応室に対する酸化性ガス流量を個別に調節可能な複数の第2供給装置が設けられた酸化性ガス供給路と、前記複数の第1及び第2供給装置を制御する制御装置と、前記複数の反応室の排出ガスから熱回収する熱回収装置と、を備え、前記制御装置は、前記複数の第1及び第2供給装置を個別に制御することにより、第1タイミングで、前記複数の反応室のうち特定数の反応室を、酸化されて流動化された前記酸素キャリア粒子により前記燃料を酸化させ且つ前記酸素キャリア粒子を還元させる還元室に設定すると共に、残りの反応室を、前記燃料の酸化に伴って還元された前記酸素キャリア粒子を酸化性ガスにより酸化する酸化室に設定し、前記第1タイミング後の第2タイミングで、前記第1タイミングで前記還元室に設定した反応室を前記酸化室に設定すると共に、前記第1タイミングで前記酸化室に設定した反応室のうち前記特定数と同数の反応室を前記還元室に設定するように、前記複数の反応室を切り替える切替制御を、繰り返し実行する。 In order to solve the above problems, a chemical looping combustion system according to one aspect of the present invention includes a plurality of reaction chambers in which a fluidized bed containing oxygen carrier particles is arranged, and the plurality of reaction chambers are individually connected to each other, a fuel supply passage through which fuel flows and provided with a plurality of first supply devices capable of individually adjusting a fuel flow rate to each reaction chamber of the plurality of reaction chambers; an oxidizing gas supply path through which the oxidizing gas flows and which is provided with a plurality of second supply devices capable of individually adjusting the flow rate of the oxidizing gas to each of the reaction chambers; and the plurality of first and second supply devices. and a heat recovery device for recovering heat from the exhaust gases of the plurality of reaction chambers, wherein the control device individually controls the plurality of first and second supply devices to control the first At the timing, a specific number of reaction chambers among the plurality of reaction chambers are set as reduction chambers in which the fuel is oxidized and the oxygen carrier particles are reduced by the oxidized and fluidized oxygen carrier particles, and the remaining reaction chambers are is set as an oxidation chamber for oxidizing the oxygen carrier particles reduced with the oxidation of the fuel with an oxidizing gas, and at a second timing after the first timing, the reduction is performed at the first timing The plurality of switching control for switching the reaction chambers is repeatedly executed.
上記構成によれば、制御装置による切替制御が、酸化室と還元室とを一定比率で存在させながら繰り返し実行される。これにより、複数の反応室全体では、酸素キャリア粒子の酸化反応と還元反応とを一定の割合で行えるため、各反応室の排出ガスにより熱回収する熱回収装置の熱回収量を一定にできる。よって、システム運転時に熱回収量が大きく変動するのを防止できる。また、複数の反応室全体では、燃料と酸化性ガスとの供給量の変動を抑制できるため、本システムの複数の反応室に燃料と酸化性ガスとを供給するための供給設備の大型化を抑制できる。 According to the above configuration, the switching control by the control device is repeatedly executed while the oxidation chamber and the reduction chamber exist at a constant ratio. As a result, the oxidation reaction and the reduction reaction of the oxygen carrier particles can be performed at a constant rate in the reaction chambers as a whole, so that the heat recovery amount of the heat recovery device that recovers heat from the exhaust gas of each reaction chamber can be made constant. Therefore, it is possible to prevent the heat recovery amount from greatly fluctuating during system operation. In addition, fluctuations in the amount of fuel and oxidizing gas supplied to multiple reaction chambers as a whole can be suppressed. can be suppressed.
前記複数の反応室は、少なくとも3つ以上の反応室を含み、前記制御装置は、前記複数の反応室のうち1つの反応室を前記還元室に設定し且つ前記還元室以外の反応室を前記酸化室に設定すると共に、前記各反応室を順次前記還元室に設定するように、前記切替制御を繰り返し実行してもよい。 The plurality of reaction chambers includes at least three or more reaction chambers, and the control device sets one reaction chamber among the plurality of reaction chambers as the reduction chamber and sets reaction chambers other than the reduction chamber as the reduction chamber. The switching control may be repeatedly performed so that the oxidation chamber is set and each of the reaction chambers is sequentially set as the reduction chamber.
上記構成によれば、複数の反応室のうちの各反応室を順次還元室に設定するように切替制御が実行されることにより、複数の反応室全体において、酸素キャリア粒子の酸化反応と、燃料の酸化反応とを偏りなく行わせることができ、システム運転時に熱回収量が大きく変動するのを一層防止できる。 According to the above configuration, the switching control is executed so that each of the reaction chambers among the plurality of reaction chambers is sequentially set to the reduction chamber, whereby the oxidation reaction of the oxygen carrier particles and the fuel and the oxidation reaction can be performed evenly, and it is possible to further prevent the amount of heat recovery from fluctuating greatly during system operation.
前記複数の反応室に個別に接続され、燃料ガス化剤が流通し且つ前記各反応室に対する燃料ガス化剤流量を個別に調節可能な複数の第3供給装置が設けられた燃料ガス化剤供給路を更に備え、前記燃料は固体燃料であり、前記制御装置は、前記複数の第1、第2、及び第3供給装置を個別に制御することにより、前記第1タイミングで、前記還元室において、酸化された前記酸素キャリア粒子と前記固体燃料とを燃料ガス化剤により流動化させて、酸化された前記酸素キャリア粒子により燃料ガス化剤でガス化した前記固体燃料を酸化させ且つ前記酸素キャリア粒子を還元させてもよい。 A fuel gasifying agent supply provided with a plurality of third supply devices individually connected to the plurality of reaction chambers, through which the fuel gasifying agent flows, and capable of individually adjusting the flow rate of the fuel gasifying agent to each of the reaction chambers. wherein the fuel is a solid fuel, and the controller individually controls the plurality of first, second, and third feeders to cause, at the first timing, in the reduction chamber fluidizing the oxidized oxygen carrier particles and the solid fuel with a fuel gasifying agent, oxidizing the solid fuel gasified with the fuel gasifying agent by the oxidized oxygen carrier particles, and The particles may be reduced.
上記構成によれば、燃料ガス化剤を用いることで、還元室において、酸化された酸素キャリア粒子と固体燃料とを効率よく流動化させながら、酸化された酸素キャリア粒子により燃料ガス化剤でガス化した固体燃料を酸化させることができる。 According to the above configuration, by using the fuel gasifying agent, the oxidized oxygen carrier particles efficiently fluidize the oxidized oxygen carrier particles and the solid fuel in the reduction chamber, and the oxidized oxygen carrier particles are used to gas the fuel gasifying agent. oxidized solid fuel.
前記複数の反応室の各内部には、前記流動層の上方で前記酸素キャリア粒子を支持するガス透過性の支持部材が設けられていてもよい。これにより、固体燃料を酸化させる際、流動層において未反応ガスが発生した場合でも、ガス透過性の支持部材に支持された酸素キャリア粒子により、支持部材を通過した未反応ガスを効率よく酸化させることができる。従って、燃料の二酸化炭素転換率を向上できると共に、未反応ガスが反応室外に排出されるのを防止でき、環境負荷を低減できる。 A gas-permeable support member may be provided inside each of the plurality of reaction chambers to support the oxygen carrier particles above the fluidized bed. As a result, even if unreacted gas is generated in the fluidized bed when oxidizing the solid fuel, the oxygen carrier particles supported by the gas-permeable support member efficiently oxidize the unreacted gas that has passed through the support member. be able to. Therefore, the carbon dioxide conversion rate of the fuel can be improved, and the unreacted gas can be prevented from being discharged outside the reaction chamber, thereby reducing the environmental load.
また、支持部材とこれに支持される酸素キャリア粒子により構成される流動層が、流動層の上方に設けられるので、複数の反応室の設置面積が増大するのを防止でき、比較的低コストでシステムを構成できる。 In addition, since the fluidized bed composed of the support member and the oxygen carrier particles supported by the support member is provided above the fluidized bed, it is possible to prevent an increase in the installation area of the plurality of reaction chambers, and the cost is relatively low. Can configure the system.
前記燃料はガス燃料であり、前記制御装置は、前記第1のタイミングで、前記還元室において、酸化された前記酸素キャリア粒子を前記ガス燃料により流動化させて、酸化された前記酸素キャリア粒子により前記ガス燃料を酸化させ且つ前記酸素キャリア粒子を還元させてもよい。 The fuel is gas fuel, and the control device fluidizes the oxidized oxygen carrier particles with the gas fuel in the reduction chamber at the first timing to cause the oxidized oxygen carrier particles to The gaseous fuel may be oxidized and the oxygen carrier particles may be reduced.
このように、燃料にガス燃料を用いる場合には、燃料ガス化剤及び燃料ガス化剤供給路を省略することができ、制御装置によって還元室が設定された際は、ガス燃料によって酸素キャリア粒子を流動化させることで、酸素キャリア粒子の還元反応を得ることができる。 Thus, when gas fuel is used as the fuel, the fuel gasifying agent and the fuel gasifying agent supply path can be omitted, and when the reduction chamber is set by the control device, the oxygen carrier particles are is fluidized, a reduction reaction of the oxygen carrier particles can be obtained.
前記複数の反応室と、前記複数の反応室を個別に仕切る仕切壁とが内部に形成された単一の炉体を備えていてもよい。これにより炉をコンパクトに構成でき、複数の反応室の設置面積を低減してシステムの大型化を良好に抑制できると共に、複数の反応室を一カ所に配置できることで、各反応室の監視を比較的容易にできる。 A single furnace body may be provided in which the plurality of reaction chambers and partition walls for individually partitioning the plurality of reaction chambers are formed. As a result, the furnace can be configured compactly, the installation area of multiple reaction chambers can be reduced, and the size of the system can be suppressed well. can be done easily.
前記制御装置は、1回の前記切替制御により、前記酸化室において酸化性ガスにより酸化される酸素キャリア粒子量が、前記還元室において前記燃料の酸化により還元される酸素キャリア粒子量よりも多くなるように、前記切替制御を実行してもよい。 The control device makes the amount of oxygen carrier particles oxidized by the oxidizing gas in the oxidation chamber greater than the amount of oxygen carrier particles reduced by oxidation of the fuel in the reduction chamber by performing the switching control once. , the switching control may be executed.
これにより、酸化性ガスとして空気のような比較的低酸素濃度のガスを用いる場合でも、還元室で燃料の酸化に伴って還元された酸素キャリア粒子を、酸化室で酸化性ガスにより適切に酸化し易くすることができる。 As a result, even when a gas with a relatively low oxygen concentration, such as air, is used as the oxidizing gas, the oxygen carrier particles, which have been reduced as the fuel is oxidized in the reducing chamber, are appropriately oxidized by the oxidizing gas in the oxidation chamber. can be made easier.
本発明の各態様によれば、切替式CLCシステムにおいて、付帯設備の大型化を防止しながら、熱回収装置における回収熱量の変動を抑制できる。 According to each aspect of the present invention, in a switchable CLC system, fluctuations in the amount of heat recovered in the heat recovery device can be suppressed while preventing ancillary equipment from increasing in size.
以下、各実施形態について、図を参照して説明する。 Hereinafter, each embodiment will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係るCLCシステム1の概略図である。CLCシステム1は切替式であって、図1に示すように、CLC炉2、制御装置3、第1熱交換器4、第2熱交換器5、第1集塵機6、第2集塵機7、脱水機8、複数の第1(燃料)供給装置9、複数の燃料供給路R1、酸化性ガス供給路R2、燃料ガス化剤供給路R3、第1排出ガス排出路R4、及び第2排出ガス排出路R5を備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram of a
CLC炉2は、複数の反応室2aと、複数の反応室2aを仕切る仕切壁2bとを有する。本実施形態の複数の反応室2aには、少なくとも3つ以上(一例として4つ)の反応室2aが含まれている。反応室2aの形状は、適宜設定可能である。本実施形態では、複数の反応室2aの形状は同様であり、上下方向に延びている。
The
反応室2aの内部には、酸素キャリア粒子を含む流動層(流動床)2cが配置されている。流動層2cは、反応室2aの内部において、反応室2aの下側から外部より供給されるガスにより流動する。即ち流動層2cは、反応室2a内に封入されており、複数の反応室2a間では流動しない。
A fluidized bed (fluidized bed) 2c containing oxygen carrier particles is arranged inside the
本実施形態の酸素キャリア粒子は、鉄を含む。酸素キャリア粒子の主成分は、一例として、酸化された状態ではFe2O3(酸化第二鉄(III))であり、還元された状態ではFe3O4(四酸化三鉄(II,III))である。酸素キャリア粒子の材質は限定されない。酸素キャリア粒子は、例えばチタン、ニッケル、銅、マンガン、又はアルミニウム等の金属を含んでいてもよい。 The oxygen carrier particles of this embodiment contain iron. The main component of the oxygen carrier particles is, for example, Fe 2 O 3 (ferric oxide (III)) in the oxidized state and Fe 3 O 4 (triiron tetraoxide (II, III) in the reduced state). )). The material of the oxygen carrier particles is not limited. Oxygen carrier particles may include metals such as titanium, nickel, copper, manganese, or aluminum.
CLCシステム1の運転時には、各反応室2aは、後述する制御装置3が実行する切替制御により、所定のタイミング毎に、還元室又は酸化室に交互に繰り返し切り替えられる。還元室に設定された反応室2aは、酸化された酸素キャリア粒子と燃料とを燃料ガス化剤により流動化させて、酸化された酸素キャリア粒子により燃料ガス化剤でガス化した燃料を酸化させ且つ酸素キャリア粒子を還元させる。
During operation of the
酸化室に設定された反応室2aは、燃料の酸化に伴って還元された酸素キャリア粒子を酸化性ガスにより酸化する。本実施形態の酸化室は、燃料の酸化に伴って還元された酸素キャリア粒子を酸化性ガスである空気により酸化する空気反応室である。
The
仕切壁2bは、複数の反応室2aを個別に仕切る。仕切壁2bが設けられることで、各反応室2aの流動層2cよりも上方に位置する上方空間(フリーボード)は、反応室2a毎に隔離されている。これによりCLC炉2の内部において、各反応室2aの上方空間におけるガスが混合されることはない。
The
このようにCLCシステム1は、複数の反応室2aと、複数の反応室2aを個別に仕切る仕切壁2bとが内部に形成された単一の炉体として、CLC炉2を備えている。本実施形態では、全ての反応室2aの容積は同様であり、全ての反応室2a内に配置された酸素キャリア粒子量も同様である。
As described above, the
複数の燃料供給路R1は、各反応室2aに個別に接続され、燃料が流通し且つ複数の反応室2aのうち各反応室2aに対する燃料流量を個別に調節可能な複数の第1供給装置9が設けられている。本実施形態の燃料は、固体燃料であり、一例として石炭である。燃料供給路R1の上流端部は各第1供給装置9に接続され、燃料供給路R1の下流端部は各反応室2aに接続されている。
The plurality of fuel supply paths R1 are individually connected to the
なお図1に示す構成では、燃料は反応室2aの側方から流動層2cへ供給されるが、燃料の反応室2aへの供給方法や供給位置は、これに限定されない。また、固体燃料としては、炭素成分を含む固体であればよく、例えばバイオマスでもよい。
In the configuration shown in FIG. 1, the fuel is supplied from the side of the
酸化性ガス供給路R2は、複数の反応室2aに個別に接続され、酸化性ガスが流通し且つ各反応室2aに対する酸化性ガス流量を個別に調節可能な複数の第2供給装置13が設けられている。酸化性ガスは、一例として、空気もしくは酸素富化空気である。
The oxidizing gas supply path R2 is individually connected to the plurality of
酸化性ガス供給路R2の上流端部は、外気を取り込むためのポンプ(不図示)に接続されている。酸化性ガス供給路R2の下流端部は分岐し、且つ、各分岐路が第2供給装置13を介して各反応室2aの下側に接続されている。
An upstream end of the oxidizing gas supply path R2 is connected to a pump (not shown) for taking in outside air. The downstream end of the oxidizing gas supply path R2 is branched, and each branched path is connected to the lower side of each
燃料ガス化剤供給路R3は、複数の反応室2aに個別に接続され、燃料ガス化剤が流通し且つ各反応室2aに対する燃料ガス化剤流量を個別に調節可能な複数の第3供給装置14が設けられている。燃料ガス化剤は、一例として、水蒸気もしくは二酸化炭素ガス、或いは水蒸気と二酸化炭素ガスとの混合気である。
The fuel gasifying agent supply paths R3 are individually connected to the plurality of
燃料ガス化剤供給路R3の上流端部は、燃料ガス化剤供給源から燃料ガス化剤を取り込むためのポンプ(不図示)に接続されている。燃料ガス化剤供給路R3の下流端部は分岐し、且つ、各分岐路が第3供給装置14を介して各反応室2aの下側に接続されている。
The upstream end of the fuel gasifying agent supply path R3 is connected to a pump (not shown) for taking in the fuel gasifying agent from the fuel gasifying agent supply source. The downstream end of the fuel gasifying agent supply path R3 is branched, and each branched path is connected to the lower side of each
酸化性ガス供給路R2及び燃料ガス化剤供給路R3における分岐路の末端は、更に複数に分岐されて各反応室2aの下側に接続されている。これにより、反応室2aの下側の複数の位置から、酸化性ガス及び燃料ガス化剤が、それぞれ所定のタイミング毎に反応室2aに供給可能となっている。
The ends of the branched channels of the oxidizing gas supply channel R2 and the fuel gasifying agent supply channel R3 are further branched into a plurality of branches and connected to the lower sides of the
なお、複数の供給路R2,R3が、各反応室2aに対して個別に設けられていてもよい。この場合、各第2供給装置13は、各酸化性ガス供給路R2に対して個別に設けられてもよいし、各第3供給装置14は、各燃料ガス化剤供給路R3に対して個別に設けられてもよい。
A plurality of supply paths R2 and R3 may be provided individually for each
第1排出ガス排出路R4は、酸化室に設定された反応室2aから排出された第1排出ガスが流通する。第1排出ガスの主成分は、一例として窒素である。第1排出ガス排出路R4の上流端部は分岐し、且つ、分岐路が流路調節器15を介して各反応室2aの上側に接続されている。第1排出ガス排出路R4の下流端部は、その上流側から下流側に向けて、第1熱交換器4と第1集塵機6とを順に経た後、外部に開放されている。
The first exhaust gas discharged from the
第2排出ガス排出路R5は、還元室に設定された反応室2aから排出された第2排出ガスが流通する。第2排出ガスの主成分は、一例として二酸化炭素と水である。第2排出ガス排出路R5の上流端部は、流路調節器15と第1排出ガス排出路R4の分岐路とを介して、各反応室2aの上側に接続されている。第2排出ガス排出路R5の下流端部は、その上流側から下流側に向けて、第2熱交換器5、第2集塵機7、及び脱水機8を順に経た後、外部に開放されている。
The second exhaust gas discharged from the
第1熱交換器4及び第2熱交換器5は、各反応室2aの排出ガス(第1排出ガス及び第2排出ガス)から熱回収する熱回収装置である。第1熱交換器4は、第1排出ガスから熱回収し、第2熱交換器5は、第2排出ガスから熱回収する。脱水機8は、第2排出ガスを脱水する。脱水機8により脱水されることで、第2排出ガスの成分は、ほぼ二酸化炭素のみとなる。
The
制御装置3は、複数の供給装置9,13,14を個別に制御する。制御装置3は、複数の供給装置9,13,14に接続され、複数の供給装置9,13,14が設けられた流路を流通する流通物の流量を調節するように、複数の供給装置9,13,14を制御する。
The
また制御装置3は、複数の流路調節器15を個別に制御する。制御装置3は、複数の流路調節器15に接続され、流路R4,R5のいずれかに流通物を流通させるように、複数の流路調節器15を制御する。
The
制御装置3は、一例として、CPU、ROM、及びRAMを備えたコンピュータである。ROMには、所定の制御プログラムが格納されている。制御装置3は、この制御プログラムに基づいて、各要素9,13,14,15を制御する。
The
ここで制御装置3は、所定のタイミングで供給装置9,13,14を個別に制御することにより、第1タイミングで、複数の反応室2aのうち特定数の反応室2aを還元室に設定すると共に、残りの反応室2aを酸化室に設定し、第1タイミング後の第2タイミングで、第1タイミングで還元室に設定した反応室2aを酸化室に設定すると共に、第1タイミングで酸化室に設定した反応室2aのうち前記特定数と同数の反応室2aを還元室に設定するように、複数の反応室2aを切り替える切替制御を、繰り返し実行する。
Here, the
本実施形態の制御装置3は、この切替制御として、第1及び第2タイミングの各々で、CLC炉2が有する4つの反応室2a(A~D)のうち、3つを酸化室に設定し、1つを還元室に設定しながら(即ち、前記特定数を1としながら)、切替制御を繰り返し実行する。これにより制御装置3は、酸化室と還元室とを一定比率で存在させながら、切替制御を繰り返し実行する。
As the switching control, the
なお図1に示す例では、制御装置3は、1つの反応室2a(A)に対して、供給装置9,14による供給を開放し且つ供給装置13による供給を停止し、流路調節器15を第2排出ガス排出路R5側にガスが流れるように調整している。また制御装置3は、前記1つの反応室2a(A)以外の残余の反応室2a(B~D)に対して、供給装置9,14による供給を停止し且つ供給装置13による供給を開放し、流路調節器15を第1排出ガス排出路R4側にガスが流れるように調整している。これにより図1では、制御装置3が、前記1つの反応室2a(A)を還元室とし、残りの反応室2a(B~D)を酸化室とするように切替制御を実行した状態を示している。
In the example shown in FIG. 1, the
以下、本実施形態におけるCLCシステム1の運転方法について具体的に説明する。CLCシステム1の運転時には、制御装置3は、特定数の反応室2aに対して燃料及び燃料ガス化剤を供給すると共に、残りの反応室2aに対して酸化性ガスを供給するように、供給装置9,13,14を制御する。また制御装置3は、前記特定数の反応室2aから排出される第2排出ガスを第2排出ガス排出路R5に流通させると共に、前記残りの反応室2aから排出される第1排出ガスを第1排出ガス排出路R4に流通させるように、流路調節器15を制御する。これにより、制御装置3は、前記特定数の反応室2aを還元室に設定し、前記残余の反応室2aを酸化室に設定する。
Hereinafter, a method for operating the
酸化室では、酸化性ガス供給路R2を通過した酸化性ガスが、酸化室の下側の複数位置から酸化室内に噴出する。酸化性ガスは、酸化室内の流動層2cに気泡として混入する。酸化室内に噴出する酸化性ガスにより、酸化室の酸素キャリア粒子は、酸化されて反応熱により発熱する。このとき発生する熱量は、酸化室の流動層2cに蓄熱される。この酸素キャリア粒子の酸化により第1排ガスが発生する。第1排ガスは、酸化室の上方空間を通過して第1排出ガス排出路R4の分岐路へ排出され、流路調節器15を介して第1排出ガス排出路R4を下流側に向けて流通する。
In the oxidation chamber, the oxidizing gas that has passed through the oxidizing gas supply path R2 is jetted into the oxidation chamber from a plurality of positions below the oxidation chamber. The oxidizing gas is mixed as air bubbles in the
酸化性ガスとして空気を用いた場合、第1排ガスの成分は、ほぼ窒素(N2)と酸素(O2)のみとなる。なお、酸素キャリア粒子の酸化温度はそれほど高くないため、窒素成分を含む酸化性ガスを用いても、酸素キャリア粒子の酸化によって窒素酸化物が生じるおそれは小さい。 When air is used as the oxidizing gas, the components of the first exhaust gas are almost exclusively nitrogen (N 2 ) and oxygen (O 2 ). Since the oxidation temperature of the oxygen carrier particles is not so high, even if an oxidizing gas containing a nitrogen component is used, the oxygen carrier particles are less likely to be oxidized to produce nitrogen oxides.
還元室では、燃料供給路R1を通過した燃料が、還元室内に供給されると共に、燃料ガス化剤供給路R3を通過した燃料ガス化剤が、還元室の下側の複数位置から還元室内に噴出する。燃料ガス化剤は、還元室内の流動層2cに気泡として混入する。
In the reduction chamber, the fuel that has passed through the fuel supply path R1 is supplied into the reduction chamber, and the fuel gasification agent that has passed through the fuel gasification agent supply path R3 enters the reduction chamber from a plurality of positions below the reduction chamber. erupt. The fuel gasification agent mixes in the
還元室内に噴出する燃料ガス化剤により、還元室の酸素キャリア粒子は、燃料と混合されて流動する。燃料は燃料ガス化剤によりガス化されて、酸素キャリア粒子の酸素により酸化されると共に、酸素キャリア粒子が還元される。 Oxygen carrier particles in the reduction chamber mix with the fuel and flow due to the fuel gasifying agent ejected into the reduction chamber. The fuel is gasified by the fuel gasifying agent, oxidized by the oxygen in the oxygen carrier particles, and the oxygen carrier particles are reduced.
この燃料の酸化及び酸素キャリア粒子の還元と、流動層2cを通過した燃料ガス化剤により、第2排ガスが発生する。第2排ガスは、還元室の上方空間を通過して第1排出ガス排出路R4の分岐路へ排出され、流路調節器15を介して第2排出ガス排出路R5を下流側へ向けて流通する。燃料ガス化剤として水蒸気を用いた場合、第2排ガス成分は、ほぼ二酸化炭素と水蒸気のみとなる。
A second exhaust gas is generated by the oxidation of the fuel, the reduction of the oxygen carrier particles, and the fuel gasifying agent that has passed through the
ここで、酸化室と還元室とは仕切壁2bにより仕切られているため、還元室内における未反応の炭素成分が酸化室に侵入するのが防止される。よってCLC炉2では、酸化室内で炭素成分が酸化して第1排ガスの組成に炭素成分が混入したり、還元室内での固体燃料の炭素転換率が低下するのが、比較的簡素な構成により防止される。このようにCLC炉2は、還元室内における未反応の炭素成分が酸化室に侵入するのを防止するためのセパレータ構造(カーボンセパレータ)を備えている。
Here, since the oxidation chamber and the reduction chamber are separated by the
制御装置3は、還元室内における燃料の酸化が、予め定められた所定基準まで終了したと判定した場合、還元室に設定していた特定数(本実施形態では1つ)の反応室2aを酸化室に設定すると共に、酸化室に設定していた前記残余(本実施形態では3つ)の反応室2aのうち、前記判定直前に還元室に設定していた反応室2aと同数の反応室2aを還元室に設定する。制御装置3は、前記判定を行うたびに、この切替制御を所定のタイミングで繰り返し実行する。
When the
図2は、第1実施形態の切替制御におけるタイムチャートを示す図である。図2中、「AR」は、反応室2aが、還元された酸素キャリア粒子と酸化性ガス(空気)との反応が行われる酸化室に設定されていることを表し、「FR」は、反応室2aが、酸化された酸素キャリア粒子と燃料との反応が行われる還元室に設定されていることを表す。
FIG. 2 is a diagram showing a time chart in switching control of the first embodiment. In FIG. 2, "AR" indicates that the
本実施形態の制御装置3は、後述する第1及び第2タイミングで、複数の反応室2aのうち1つの反応室2aを還元室に設定し且つ還元室以外の反応室2aを酸化室に設定すると共に、複数の反応室2aのうちの各反応室2aを順次還元室に設定するように、切替制御を繰り返し実行する。
The
具体的に図2に示す例では、制御装置3は、時刻t1~t8の各々を経過するたびに切替制御を実行する。一例として、時刻t1(第1タイミング)の切替制御では、反応室Aが還元室に設定され、反応室B~Dが酸化室に設定される。
Specifically, in the example shown in FIG. 2, the
時刻t2(第2タイミング)の切替制御では、反応室Bが還元室に設定され、反応室A,C,及びDが酸化室に設定される。時刻t3(第1タイミング)の切替制御では、反応室Cが還元室に設定され、反応室A,B,及びDが酸化室に設定される。 In the switching control at time t2 (second timing), the reaction chamber B is set as the reduction chamber, and the reaction chambers A, C, and D are set as the oxidation chambers. In the switching control at time t3 (first timing), the reaction chamber C is set as the reduction chamber, and the reaction chambers A, B, and D are set as the oxidation chambers.
時刻t4(第2タイミング)の切替制御では、反応室Dが還元室に設定され、反応室A~Cが酸化室に設定される。以降、時刻t5~t8においては、制御装置3は、時刻t1~t4と同様の切替制御を順に実行する。
In the switching control at time t4 (second timing), the reaction chamber D is set as the reduction chamber, and the reaction chambers A to C are set as the oxidation chambers. Thereafter, at times t5 to t8, the
このように、図2に示す例では、制御装置3は、切替制御を行うたび、一方向に並ぶ複数の反応室2aの一方側から他方側に向けて(図1参照)、1つの反応室2aを順に還元室に設定し、一方向の最も他方側の反応室2aを還元室に設定した後は、一方向の最も一方側の反応室2aを再び還元室に設定するように切替制御を行う。
Thus, in the example shown in FIG. 2, each time the
即ち制御装置3は、1回の切替制御により、酸化室において酸化性ガスにより酸化される酸素キャリア粒子量が、還元室において燃料の酸化により還元される酸素キャリア粒子量よりも多くなるように、切替制御を実行する。
That is, the
なお、図2に示すタイムチャートは例示に過ぎない。CLC炉が3つ以上の反応室2aを有する場合、制御装置3が所定のタイミングで実行する各切替制御において還元室とする反応室2aの順は、適宜設定可能である。
Note that the time chart shown in FIG. 2 is merely an example. When the CLC furnace has three or
また制御装置3が、還元室内における燃料の酸化が終了したと判定するための所定基準は、燃料投入量から算出する所定の基準時間でもよいし、還元室内の温度を測定する温度計が示す所定の基準値や、還元室内で発生する第2排ガス中の二酸化炭素濃度を測定する濃度計が示す所定の基準値でもよい。
The predetermined reference for the
また本実施形態では、1の切替制御後から還元室における燃料の酸化が実質的に終了するまでの燃料反応時間が、前記1の切替制御後から酸化室における酸素キャリア粒子の酸化が実質的に終了するまでの酸素キャリア酸化時間より長い。このため、切替制御を行うタイミング(t1~t8)は、燃料反応時間に合わせられている。しかしながら、酸素キャリア酸化時間が燃料反応時間よりも長い場合、切替制御を行うタイミングは、酸素キャリア酸化時間に合わせられてもよい。また、切替制御を行うタイミングは、燃料反応時間と酸素キャリア酸化時間とのうちいずれか長い方よりも更に長い時間に合わせられてもよい。
Further, in the present embodiment, the fuel reaction time from after switching
また、図2に示す例では、各反応室2aは連続する複数(ここでは3つ)の切替制御にわたって酸化室に設定されているが、反応室2aが酸化室として維持される時間が、反応室2aが還元室として維持される時間より長くても実質的な問題はない。
Further, in the example shown in FIG. 2, each
以上に説明したように、CLCシステム1によれば、制御装置3による切替制御が、酸化室と還元室とを一定比率で存在させながら繰り返し実行される。これにより、複数の反応室2a全体では、酸素キャリア粒子の酸化反応と還元反応とを一定の割合で行えるため、各反応室2aの排出ガスから熱回収する熱交換器4,5の熱回収量を一定にできる。よって、CLCシステム1運転時に熱回収量が大きく変動するのを防止できる。また、複数の反応室2a全体では、燃料と酸化性ガスとの供給量の変動を抑制できるため、本CLCシステム1の複数の反応室2aに燃料と酸化性ガスとを供給するための供給設備の大型化を抑制できる。
As described above, according to the
またCLCシステム1は、制御装置3による切替制御が、酸化室と還元室とを一定比率で存在させながら繰り返し実行されることで、例えば上記した特許文献1に開示される従来の切替式CLCシステムに比べて、運転時の吸気系及び排気系の脈動を無くせる点で優れている。またCLCシステム1は、ガス燃料だけでなく、固体燃料も酸化できる点においても優れている。
In addition, the
また、複数の反応室2aは、少なくとも3つ以上の反応室2aを含み、制御装置3は、複数の反応室2aのうち1つの反応室2aを還元室に設定し且つ還元室以外の反応室2aを酸化室に設定すると共に、複数の反応室2aのうちの各反応室2aを順次還元室に設定するように、切替制御を繰り返し実行する。
The plurality of
これにより、複数の反応室2a全体において、酸素キャリア粒子の酸化反応と、燃料の酸化反応とを偏りなく行わせることができ、CLCシステム1運転時に熱回収量が大きく変動するのを一層防止できる。
As a result, the oxidation reaction of the oxygen carrier particles and the oxidation reaction of the fuel can be performed evenly throughout the plurality of
またCLCシステム1は、複数の第3供給装置14が設けられた燃料ガス化剤供給路R3を備え、一例として、燃料が固体燃料であり、制御装置3は、複数の供給装置9,13,14を個別に制御することにより、第1タイミングで、還元室において、酸化された酸素キャリア粒子と固体燃料とを燃料ガス化剤により流動化させて、酸化された酸素キャリア粒子により燃料ガス化剤でガス化した固体燃料を酸化させ且つ酸素キャリア粒子を還元させる。
The
このように、燃料ガス化剤を用いることで、還元室において、酸化された酸素キャリア粒子と固体燃料とを効率よく流動化させながら、酸化された酸素キャリア粒子により燃料ガス化剤でガス化した固体燃料を酸化させることができる。 Thus, by using the fuel gasifying agent, the oxidized oxygen carrier particles and the solid fuel are efficiently fluidized in the reduction chamber, and the oxidized oxygen carrier particles are gasified by the fuel gasifying agent. Solid fuels can be oxidized.
またCLCシステム1は、複数の反応室2aと、複数の反応室2aを個別に仕切る仕切壁2bとが内部に形成された単一のCLC炉2(炉体)を備えているので、これによりCLC炉2をコンパクトに構成でき、複数の反応室2aの設置面積を低減してCLCシステム1の大型化を良好に抑制できると共に、複数の反応室2aを一カ所に配置できることで、各反応室2aの監視を比較的容易にできる。
In addition, the
また制御装置3は、1回の切替制御により、酸化室において酸化性ガスにより酸化される酸素キャリア粒子量が、還元室において燃料の酸化により還元される酸素キャリア粒子量よりも多くなるように、切替制御を実行するので、酸化性ガスとして空気のような比較的低酸素濃度のガスを用いる場合でも、還元室で燃料の酸化に伴って還元された酸素キャリア粒子を、酸化室で酸化性ガスにより適切に酸化し易くすることができる。
In addition, the
また、単一の炉体であるCLC炉2の内部に複数の反応室2aを形成したことにより、各反応室2aを接続するための配管を省略できる。よって、酸素キャリア粒子量を低減できると共に、複数の反応室2aをコンパクトに構成して、CLCシステム1の設置面積を抑制できる。よって、固体燃料を酸化するCLC炉2を備えるCLCシステム1において、設備の大型化を防止できると共に、設備構造を簡素化し、動作信頼性の低下を防止できる。このためCLCシステム1は、例えば、中小産業規模での産業用発電用の中小型炉や、ゴミ・バイオマスを燃焼するための燃焼炉として有効に利用できる。
Further, by forming a plurality of
また、各反応室2aを接続するための配管を省略できることにより、例えば、配管に酸素キャリア粒子を高速で流通・搬送するために供給するガスや制御が不要になると共に、酸素キャリア粒子と配管との接触によって、配管が腐食や摩耗等の不具合を生じたり酸素キャリア粒子が粉化する問題を回避できる。これにより、CLCシステム1の制御を簡素化できると共に、CLCシステム1を経済的且つ安定して駆動できる。以下、第2実施形態について、第1実施形態との差異を中心に説明する。
In addition, since piping for connecting each
(第2実施形態)
図3は、第2実施形態に係るCLCシステム11の概略図である。図3に示すように、第2実施形態のCLC炉12は、複数の反応室2aの各内部に、流動層2cの上方で酸素キャリア粒子を支持するガス透過性の支持部材2dが設けられている。
(Second embodiment)
FIG. 3 is a schematic diagram of the
支持部材2dは、一例として多孔性の板状に形成され、反応室2aの径方向に延びて、反応室2aの内面に対して反応室2aの全周で接している。支持部材2dの上方には、酸素キャリア粒子を含む補助流動層2eが、流動層2cとは別に設けられている。
As an example, the
一例として、補助流動層2eの底面は、反応室2aの上下方向中央よりも上方に配置されている。補助流動層2eの上面は、反応室2aの上端よりも下方に配置されている。補助流動層2eの最大深さ寸法は、流動層2cの最大深さ寸法よりも小さい値に設定されている。
As an example, the bottom surface of the auxiliary
CLCシステム11の運転時において、支持部材2dが設けられた反応室2aが還元室に設定されたとき、流動層2cで酸化される燃料(固体燃料)の揮発分中に、一酸化炭素(CO)や水素(H2)等の未反応ガスが生じると、未反応ガスは支持部材2dを通過して補助流動層2e内に入り込む。その後、未反応ガスは、補助流動層2eの酸素キャリア粒子により酸化される。
During operation of the
このように第2実施形態では、還元室において、流動層2cで燃料の固形分が酸化され、更に補助流動層2eで燃料の未反応ガスが酸化されることにより、燃料の二段階の酸化反応が行われる。即ち、補助流動層2eは、揮発分反応器として機能する。
As described above, in the second embodiment, in the reduction chamber, the solid content of the fuel is oxidized in the
また、支持部材2dが設けられた反応室2aが酸化室に設定されたとき、酸化室に供給される酸化性ガスにより、流動層2cと補助流動層2eとの酸化キャリア粒子は共に酸化される。酸化室の下側から酸化室に酸化性ガスを供給することで、下方から上方に向けて酸化室を流通する酸化性ガスにより、流動層2cと補助流動層2eとの酸化キャリア粒子が一度のプロセスで効率よく酸化される。
Further, when the
第2実施形態においても、第1実施形態と同様の効果が奏される。また第2実施形態では、複数の反応室2aの各内部に、流動層2cの上方で酸素キャリア粒子を支持するガス透過性の支持部材2dが設けられているので、固体燃料を酸化させる際、流動層2cにおいて未反応ガスが発生した場合でも、ガス透過性の支持部材2dに支持された酸素キャリア粒子により、支持部材2dを通過した未反応ガスを効率よく酸化させることができる。従って、燃料の二酸化炭素転換率を向上できると共に、未反応ガスが反応室2a外に排出されるのを防止でき、環境負荷を低減できる。
Also in the second embodiment, the same effect as in the first embodiment is exhibited. In the second embodiment, gas-
また、支持部材2dとこれに支持される酸素キャリア粒子により構成される補助流動層2eが、流動層2cの上方に設けられるので、複数の反応室2aの設置面積が増大するのを防止でき、比較的低コストでCLCシステム11を構成できる。
In addition, since the auxiliary
なお第2実施形態では、複数の補助流動層2eを上下方向に間隔をおいて設けてもよい。また補助流動層2eは、流動層2cの酸素キャリア粒子とは異なる酸素キャリア粒子を含んでいてもよい。この場合、補助流動層2eが含む酸素キャリア粒子と、流動層2cが含む酸素キャリア粒子とは、粒径、形状、サイズ、及び材質の少なくともいずれかが異なっていてもよい。
In the second embodiment, a plurality of auxiliary
(第3実施形態)
図4は、第3実施形態に係るCLCシステム21の概略図である。CLCシステム21は、燃料がガス燃料である。この場合、燃料ガス化剤は不要であるため、CLCシステム21では、燃料ガス化剤供給路R3及び供給装置14が省略されている。
(Third embodiment)
FIG. 4 is a schematic diagram of a
CLCシステム21は、ガス燃料供給路R6を備える。ガス燃料供給路R6は、複数の反応室2aに個別に接続され、ガス燃料が流通し且つ各反応室2aに対するガス燃料流量を個別に調節可能な複数の第4供給装置16が設けられている。第4供給装置16は制御装置3に接続され、制御装置3に制御される。
The
ガス燃料供給路R6の上流端部は、ガス燃料供給源からガス燃料を取り込むためのポンプ(不図示)に接続されている。ガス燃料供給路R6の下流端部は分岐し、且つ、各分岐路が第4供給装置16を介して各反応室2aの下側に接続されている。
An upstream end of the gas fuel supply path R6 is connected to a pump (not shown) for taking in gas fuel from a gas fuel supply source. The downstream end of the gas fuel supply path R6 is branched, and each branched path is connected to the lower side of each
ガス燃料供給路R6における分岐路の末端は、更に複数に分岐されて各反応室2aの下側に接続されている。これにより、反応室2aの下側の複数の位置から、ガス燃料が、それぞれ所定のタイミング毎に反応室2aに供給可能となっている。
The end of the branched channel in the gas fuel supply channel R6 is further branched into a plurality of branches and connected to the lower side of each
制御装置3は、第1のタイミングで、還元室において、酸化された酸素キャリア粒子をガス燃料により流動化させて、酸化された酸素キャリア粒子によりガス燃料を酸化させ且つ酸素キャリア粒子を還元させる。即ち、第3実施形態では、ガス燃料を用いることで、燃料ガス化剤の代りにガス燃料により酸素キャリア粒子を流動化させる。
At a first timing, the
このように、燃料にガス燃料を用いる場合には、燃料ガス化剤及び燃料ガス化剤供給路R3を省略することができ、制御装置3によって還元室が設定された際は、ガス燃料によって酸素キャリア粒子を流動化させることで、酸素キャリア粒子の還元反応を得ることができる。 Thus, when gas fuel is used as the fuel, the fuel gasifying agent and the fuel gasifying agent supply path R3 can be omitted. By fluidizing the carrier particles, a reduction reaction of the oxygen carrier particles can be obtained.
本発明は、各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、本発明の構成及び方法を変更、追加、又は削除できる。各実施形態は、互いに任意に組み合わせてもよく、例えば1実施形態中の一部構成を、他の実施形態に適用してもよい。また燃料として固体燃料を用いる場合、固体燃料と共にガス燃料や液体燃料を併用してもよい。 The present invention is not limited to each embodiment, and the configuration and method of the present invention can be changed, added, or deleted without departing from the spirit of the present invention. Each embodiment may be arbitrarily combined with each other, for example, a partial configuration in one embodiment may be applied to another embodiment. Moreover, when using solid fuel as fuel, you may use gas fuel and liquid fuel together with solid fuel.
また、上記各実施形態では、単一の炉体(CLC炉2)内を分割することで複数の反応室2aを設ける構成例を示したが、少なくとも1つの反応室2aは、残余の反応室2aと離隔した位置に設けられていてもよい。この場合、例えば、複数の反応室2aの各々が離隔した位置に並設されていてもよい。
Further, in each of the above-described embodiments, a configuration example in which a plurality of
R1 燃料供給路
R2 酸化性ガス供給路
R3 燃料ガス化剤供給路
1,11,21 ケミカルルーピング燃焼システム
2,12 CLC炉(炉体)
2a,A~D 反応室
2b 仕切壁
2c 流動層
2d 支持部材
3 制御装置
4 第1熱交換器(熱回収装置)
5 第2熱交換器(熱回収装置)
9 第1供給装置
13 第2供給装置
14 第3供給装置
R1 fuel supply path R2 oxidizing gas supply path R3 fuel gasification
2a,
5 Second heat exchanger (heat recovery device)
9
Claims (6)
前記複数の反応室に個別に接続され、燃料が流通し且つ前記複数の反応室の各反応室に対する燃料流量を個別に調節可能な複数の第1供給装置が設けられた燃料供給路と、
前記複数の反応室に個別に接続され、酸化性ガスが流通し且つ前記各反応室に対する酸化性ガス流量を個別に調節可能な複数の第2供給装置が設けられた酸化性ガス供給路と、
前記複数の第1及び第2供給装置を制御する制御装置と、
前記複数の反応室の排出ガスから熱回収する熱回収装置と、を備え、
前記制御装置は、前記複数の第1及び第2供給装置を個別に制御することにより、
第1タイミングで、前記複数の反応室のうち特定数の反応室を、酸化されて流動化された前記酸素キャリア粒子により前記燃料を酸化させ且つ前記酸素キャリア粒子を還元させる還元室に設定すると共に、残りの反応室を、前記燃料の酸化に伴って還元された前記酸素キャリア粒子を酸化性ガスにより酸化する酸化室に設定し、
前記第1タイミング後の第2タイミングで、前記第1タイミングで前記還元室に設定した反応室を前記酸化室に設定すると共に、前記第1タイミングで前記酸化室に設定した反応室のうち前記特定数と同数の反応室を前記還元室に設定するように、前記複数の反応室を切り替える切替制御を、前記酸化室と還元室とを一定比率で存在させながら繰り返し実行し、
前記燃料が固体燃料であり、
各々の前記還元室において、酸化された酸素キャリア粒子と前記固体燃料とを含む流動層が前記複数の反応室間では流動しない状態で、酸化された酸素キャリア粒子と前記固体燃料とが、前記燃料をガス化させる燃料ガス化剤により流動化される、ケミカルルーピング燃焼システム。 a plurality of reaction chambers in which fluidized beds containing oxygen carrier particles are arranged;
a fuel supply path provided with a plurality of first supply devices individually connected to the plurality of reaction chambers, through which fuel flows, and capable of individually adjusting a fuel flow rate to each of the plurality of reaction chambers;
an oxidizing gas supply path provided with a plurality of second supply devices individually connected to the plurality of reaction chambers, through which the oxidizing gas flows, and capable of individually adjusting the flow rate of the oxidizing gas to each of the reaction chambers;
a control device that controls the plurality of first and second supply devices;
a heat recovery device for recovering heat from the exhaust gas of the plurality of reaction chambers,
The control device individually controls the plurality of first and second supply devices to
At a first timing, a specific number of the reaction chambers among the plurality of reaction chambers are set as reduction chambers in which the fuel is oxidized and the oxygen carrier particles are reduced by the oxidized and fluidized oxygen carrier particles. setting the remaining reaction chamber as an oxidation chamber for oxidizing the oxygen carrier particles reduced by the oxidation of the fuel with an oxidizing gas;
At a second timing after the first timing, the reaction chamber set as the reduction chamber at the first timing is set as the oxidation chamber, and among the reaction chambers set as the oxidation chamber at the first timing, the specified repeatedly executing switching control for switching the plurality of reaction chambers while allowing the oxidation chamber and the reduction chamber to exist at a constant ratio so that the same number of reaction chambers as the number of reaction chambers are set as the reduction chamber;
the fuel is a solid fuel;
In each of the reduction chambers, the oxidized oxygen carrier particles and the solid fuel are mixed with the fuel while the fluidized bed containing the oxidized oxygen carrier particles and the solid fuel does not flow between the plurality of reaction chambers. A chemical looping combustion system fluidized by a fuel gasifier that gasifies the
前記制御装置は、前記複数の反応室のうち1つの反応室を前記還元室に設定し且つ前記還元室以外の反応室を前記酸化室に設定すると共に、前記各反応室を順次前記還元室に設定するように、前記切替制御を繰り返し実行する、請求項1に記載のケミカルルーピング燃焼システム。 The plurality of reaction chambers includes at least three or more reaction chambers,
The control device sets one reaction chamber among the plurality of reaction chambers as the reduction chamber, sets the reaction chambers other than the reduction chambers as the oxidation chamber, and sequentially sets each of the reaction chambers as the reduction chamber. 2. The chemical looping combustion system according to claim 1, wherein said switching control is repeatedly executed so as to set.
前記燃料は固体燃料であり、
前記制御装置は、前記複数の第1、第2、及び第3供給装置を個別に制御することにより、前記第1タイミングで、前記還元室において、酸化された前記酸素キャリア粒子と前記固体燃料とを燃料ガス化剤により流動化させて、酸化された前記酸素キャリア粒子により燃料ガス化剤でガス化した前記固体燃料を酸化させ且つ前記酸素キャリア粒子を還元させる、請求項1又は2に記載のケミカルルーピング燃焼システム。 A fuel gasifying agent supply provided with a plurality of third supply devices individually connected to the plurality of reaction chambers, through which the fuel gasifying agent flows, and capable of individually adjusting the flow rate of the fuel gasifying agent to each of the reaction chambers. prepare more roads,
the fuel is a solid fuel;
The control device individually controls the plurality of first, second, and third supply devices so that the oxidized oxygen carrier particles and the solid fuel are produced in the reduction chamber at the first timing. is fluidized by the fuel gasifying agent to cause the oxidized oxygen carrier particles to oxidize the solid fuel gasified by the fuel gasifying agent and reduce the oxygen carrier particles. Chemical looping combustion system.
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