フィルタの再生方法、及びこの方法が適用されるガス化発電プラント
【課題】化石燃料や電力を無駄に消費することがなく、設備コストの徒な上昇を招くこともなく、比較的小規模なガス化発電プラントにも適用しやすいフィルタの再生方法を提供する。
【解決手段】燃料をガス化するためのガス化炉１と、このガス化炉１の生成ガスからダストを取り除くためのフィルタとを備えたガス化発電プラントにおいて、ガス化炉１の運転を停止した後に、時間の経過とともに低下するフィルタ温度がダストの着火温度よりも低くなる前に、フィルタエレメント５へ下方から空気を供給して、付着しているダストに含まれているチャーを燃焼させる。温度センサ２２，２３により検出されるフィルタ上部、下部の温度Ｔ１，Ｔ２及びその勾配ΔＴ１，ΔＴ２に基づいて、きめ細かく給気量を調整する。
【解決手段】燃料をガス化するためのガス化炉１と、このガス化炉１の生成ガスからダストを取り除くためのフィルタとを備えたガス化発電プラントにおいて、ガス化炉１の運転を停止した後に、時間の経過とともに低下するフィルタ温度がダストの着火温度よりも低くなる前に、フィルタエレメント５へ下方から空気を供給して、付着しているダストに含まれているチャーを燃焼させる。温度センサ２２，２３により検出されるフィルタ上部、下部の温度Ｔ１，Ｔ２及びその勾配ΔＴ１，ΔＴ２に基づいて、きめ細かく給気量を調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばバイオマス等をガス化させて燃焼させるようにしたガス化発電プラント等の施設において、ガス化炉の生成ガスからダストを取り除くためのフィルタの再生に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば特許文献１に開示されるように、流動層ガス化炉においてバイオマスをガス化し、その生成ガスをガスタービンやガスエンジン等に供給して燃焼させるようにしたガス化発電プラントは公知である。同文献には、サイクロンやフィルタのような除塵装置をガス化炉と同じケーシング内に収容し、放熱を抑えるようにしたものが記載されている。
【０００３】
そのように放熱を抑制し、ガス化炉からの生成ガスを高温のまま除塵してガスタービン等に供給するようにすれば、タールトラブルが起こり難いというメリットがある。また、システム全体として耐火物等の蓄熱材がないので、停止後の再起動時間が短くなり、さらに、ガス化炉から除塵装置への外部配管がないことで設備コストの低減も図られる。
【０００４】
ところで、従来一般的にガス化炉からの生成ガス中のダストを除去するためのフィルタは、目詰まりを防ぐためにプラントの運転中、所定の時間間隔でフィルタの下流側から逆洗ガスを吹き付けるようにしているが（いわゆる逆洗）、これでは、タールや水分を多く含んだ付着性の強いダストを除塵面から完全に除去することはできない。
【０００５】
また、プラントの運転中にフィルタの逆洗を行うために、その逆洗ガスは窒素のような不活性なガスでなくてはならず、コストが高くなる。さらに、逆洗に用いた不活性なガスの一部が混入することによって生成ガスのカロリーが低下したり、その流量が変動してガスタービン等の燃焼状態が悪くなるおそれもある。
【０００６】
そのような逆洗に付随する問題点に着目して、例えば特許文献２に記載の発明では、ディーゼルエンジンの排ガスの浄化処理に用いられる触媒化セラミックフィルタを対象として、排ガスの温度が８０〜４００℃、その酸素濃度が５〜２０％になるようにエンジンを運転し、その排ガスを通気してフィルタの温度を５００℃に維持することにより、付着したダストをゆっくりと酸化（おき燃焼）させて除去するようにしている。
【０００７】
また、特許文献３には、石炭ガス化炉からの生成ガス中のチャー（未燃物）を捕獲するためのポーラスフィルタを対象として、このフィルタを、窒素の流量調整により酸素濃度を管理したガスでもって灰化させるという再生方法について開示されている。このものでは、フィルタを電気ヒータにより加熱して４００〜４５０℃に保持し、且つ酸素濃度が５〜１５％の灰化ガスを供給してチャーを灰化させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−８０８号公報
【特許文献２】特開平８−３０９１５１号公報
【特許文献３】特開２００６−１９２３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記特許文献２のようにフィルタの再生にエンジンの排ガスを利用するためには、エンジンを運転し続ける必要があり、フィルタの再生のためだけに化石燃料を使用することになるから、不経済であるとともに環境への悪影響も大きくなってしまう。
【００１０】
しかも、比較的高温の排ガスが流れる配管の耐熱性を確保しなくてはならず、コストアップの懸念がある。また、特許文献２のものでは排ガスの温度は調整できるものの、これが供給されるフィルタにおける「おき燃焼」による温度の上昇が十分に考慮されておらず、排ガスの流量が多かったり、その酸素濃度が高かったりすると一時的に急激な燃焼が起きてしまい、フィルタに損傷を与えるおそれもある。
【００１１】
一方、特許文献３のようにフィルタの再生のために大容量の電気ヒータを設け、これによりフィルタを加熱するというのは不経済であり、環境への悪影響も大きい。しかも、同文献のシステムでは酸素濃度の調整のために高価な窒素発生器を設けるとともに、燃焼状態の把握には酸素濃度計を用いており、設備コストが上昇する。よって、例えばバイオマスを用いたガス化発電設備のような比較的小規模なプラントに適用することは困難である。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、設備コストの上昇を招くことがなく、フィルタの再生のための化石燃料や電力の消費が殆どなく、しかも、比較的小規模なガス化発電プラントにも適用できるフィルタの再生方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
かかる目的を達成するための本発明は、ガス化炉の生成ガスからダストを取り除くためのフィルタを対象として、そのフィルタから付着したダストを除去し、除塵機能を回復させる再生方法に関するものである。
【００１４】
本発明の再生方法では、ガス化炉の運転を停止した後に、時間の経過とともに低下するフィルタの温度がダストに含まれるチャーの着火温度よりも低くなる前に、当該フィルタへの空気の供給を開始し、前記チャーを燃焼させてダストを除去する。なお、具体的に空気の供給を開始する時期は予め実験等によって決定すればよいが、要するにダストの着火温度以上であれば、そこに空気を供給するだけでダストが燃焼を始めるのである。
【００１５】
そうしてガス化炉の運転停止後にフィルタに空気を供給するだけで、チャーを燃焼させてダストを除去することができるから、従来例に比べて化石燃料や電力の消費が少なく、また、フィルタには外気を供給するだけでよいから、設備コストはあまり上昇しない。よって、比較的小規模なガス化発電プラントにも適用しやすい。
【００１６】
但し、その場合にはフィルタ表面でダストに含まれるチャーが燃焼することから、フィルタの温度乃至その上昇勾配が大きいとダストに含まれている灰が溶融したり、或いはフィルタ自体に溶融が生じて、当該フィルタの強度劣化やその濾過面積の減少を生じる心配がある。一方、そうならないように空気の供給量を絞りすぎると時間ばかりかかってしまい、付着しているダストを除去しきれない可能性もある。そこで、フィルタの温度状態を検出するためのセンサを設け、このセンサにより検出される温度乃至その勾配（温度の上昇乃至下降の変化率）に応じて空気の供給量を調整するのが好ましい。
【００１７】
より好ましくは前記センサを複数設けておき、フィルタの再生時には、検出温度が上昇しているセンサの中でその検出温度の最も高いものからの信号に応じて、空気の供給量を調整すればよい。
【００１８】
また、前記フィルタにおいて生成ガスの通過する壁部に、所定方向に離間させて前記センサを複数、配設しておき、フィルタの再生時には前記所定方向の一方から空気を供給して、初期の所定期間はその所定方向の一方のセンサからの信号に応じて空気の供給量を調整し、所定期間の経過後は前記所定方向の他方のセンサからの信号に応じて空気の供給量を調整してもよい。
【００１９】
すなわち、フィルタに所定方向の一方から空気を供給すると、当該フィルタに付着したダスト中のチャーがその一方の端から燃え始め、新たな空気の供給に連れて徐々に他方に向かって燃え進むようになるから、初期の所定期間はフィルタの前記一方の部位の温度状態に応じて、また、その所定期間の経過後はフィルタの他方の部位の温度状態に応じて空気の供給量を適切に調整することによって、急な燃焼によるフィルタの損傷を防止しながら、付着しているダスト中のチャーを燃やしきることが可能になる。
【００２０】
具体的には前記のように、検出温度の高いセンサからの信号に応じて空気の供給量を調整するようにすれば、空気の供給を開始してから暫くの間はフィルタの一方の部位の温度が高くなり、この一方の部位の温度状態に応じて空気の供給量が調整されるようになり、その後、フィルタの他方の部位の温度が高くなればこの他方の部位の温度状態に応じて、空気の供給量が調整されるようになる。
【００２１】
そして、そのようにしてフィルタに付着したダスト中のチャーが一方から他方に向かい所定方向に徐々に燃えていって、その全てが燃え尽きてしまえば、それ以上はいくら空気量を増やしてもフィルタ温度が上昇しなくなり、むしろ空気によって冷やされることになる。よって、前記所定方向の他方のセンサによる検出温度の上昇割合が所定値未満になったときに、フィルタ再生の終了時期を判定することができる。
【００２２】
その際、付着しているダストの量によってフィルタの通気抵抗が変化することを考慮して、該フィルタを通過する生成ガスの流量とその上流側及び下流側の差圧とから圧力損失を計算し、この点も加味してフィルタの再生終了時期を判定するようにしてもよい。
【００２３】
見方を変えれば本発明は、燃料をガス化するためのガス化炉と、このガス化炉の生成ガスからダストを取り除くためのフィルタとを備えたガス化発電プラントが対象であって、そのフィルタには温度状態を検出するためのセンサを複数、配設するとともに、そのフィルタに空気を供給可能であり、且つその供給量を調整可能なバルブを備えた空気供給手段を設ける。
【００２４】
そして、前記センサからの信号に応じて前記バルブの開度を制御し、前記空気の供給量を調整する制御手段を備え、この制御手段は、前記ガス化炉の運転停止後に、前記複数のセンサのいずれかにより検出されるフィルタ温度が時間の経過とともに低下して、前記ダストに含まれるチャーの着火温度よりも低くなる前に当該フィルタへの空気の供給を開始し、前記チャーを燃焼させてダストを除去するように構成したものである。
【００２５】
好ましくは前記制御手段は、前記センサにより検出されるフィルタの温度乃至その上昇及び下降勾配に基づいて空気の供給量を調整するものとすればよく、また、前記複数のセンサのうち、その検出温度が上昇しているものの中で該検出温度の最も高いセンサからの信号に応じて、空気の供給量を調整するものとしてもよい。
【００２６】
また、前記フィルタにおいて生成ガスの通過する壁部に前記複数のセンサを所定方向に離間させて配設し、前記空気供給手段は、前記フィルタに前記所定方向の一方から空気を供給するように構成しておいて、前記制御手段を、前記空気供給手段によるフィルタへの空気の供給を開始した後、初期の所定期間は前記所定方向の一方のセンサからの信号に応じて空気の供給量を調整し、その所定期間の経過後は前記所定方向の他方のセンサからの信号に応じて空気の供給量を調整するものとしてもよい。
【発明の効果】
【００２７】
以上より、本発明に係るフィルタの再生方法によると、例えばガス化発電プラントにおいてガス化炉の運転を停止した後に、除塵フィルタの温度が、付着しているダストに含まれているチャーの着火温度よりも低くなる前に空気を供給することによって、このチャーを燃焼させてダストを除去することができるから、その際に化石燃料や電力を無駄に消費することがない。また、フィルタには外気を供給するだけでよいから、設備コストの上昇を招くこともなく、比較的小規模なガス化発電プラントにも適用しやすい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態に係るガス化発電プラントの一例を示す系統図である。
【図２】同プラントにおけるフィルタの構造の一例を示し、図(a)は、ケーシングの中心線に沿った縦断面図であり、その(b)-(b)線における横断面図が図(b)である。
【図３】同フィルタを再生するための制御系の一例を示すブロック図である。
【図４】フィルタ再生制御の手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】再生の開始から終了までのフィルタ温度の変化の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、実施の形態に係るガス化発電プラントの系統図であり、ここでは例えばバイオマスのような低カロリの燃料をガス化炉１において比較的低温でガス化し、よりエネルギ変換効率の高いガスに改質した上で、発電設備の運転に利用するようにしている。
【００３０】
−プラントの全体構成−
図の例ではバイオマスは、例えば製材所木屑、間伐材、建築廃材等の木質系バイオマスであり、これらが例えばホッパやコンベアからなる供給機構２により、チップの状態でガス化炉１へ投入される。また、図示のガス化炉１は一例として流動層式のものであり、図２にも示すように炉内の下部に流動砂の層１ａが形成されていて、下方から送り込まれる空気によって流動化されている。
【００３１】
そうして下方から送り込まれる空気は、後述する圧縮機９により加圧されるとともに昇温されており、この空気により流動化される流動砂によってバイオマスが分散されながら加熱され、その一部が燃焼することも相俟って短時間で熱分解される。この際、燃焼するバイオマスの量は空気の供給量によって決まるので、まず、所望の発熱量からバイオマスの投入量を決めて、これに応じて空気の供給量を制御することにより、炉内を適切な温度に維持するようにしている。
【００３２】
また、バイオマスの熱分解によって生成されるガスはガス化炉１の上部から排出され、サイクロン３において比較的大きなダストが遠心分離された後に、フィルタ室４へと導かれる。詳しくは後述するが、フィルタ室４へと導かれた生成ガスがフィルタエレメント５を通過するときには、サイクロン３では分離できなかった小さなダストが捕集される。フィルタエレメント５を通過したガスは生成ガス管６によってガスタービン燃焼器７へと導かれる。
【００３３】
そして、そのガスタービン燃焼器７において生成ガスが燃焼され、高温高圧の排ガスがタービン８に供給される。図の例ではタービン８には圧縮機９及び発電機１０が接続されており、タービン８の回転によって発電機１０が動作するとともに、圧縮機９が空気を圧縮して加圧給気管１１によりガス化炉１及びガスタービン燃焼器７へと供給するようになっている。
【００３４】
すなわち、加圧給気管１１は、圧縮機９に接続されている上流側の共通管１１ａと、これの下流側で二股に分かれた第１及び第２分岐管１１ｂ，１１ｃとからなり、その第１分岐管１１ｂの下流端がガスタービン燃焼器７の空気取入口に接続されて、前記のように生成ガスを燃焼させるための空気を供給するようになっている。この第１分岐管１１ｂには、空気の流量を調整するためのバルブ１２が配設されている。
【００３５】
一方、第２分岐管１１ｃの下流端はガス化炉１の下部の空気取入口１ｂ（図２参照）に接続されており、これにより供給される空気が、前記したように炉内の流動層に下方から送り込まれて流動砂を流動化させる。なお、第１及び第２分岐管１１ｂ，１１ｃの中を流れる空気は共通の熱交換器１３においてタービン８からの排ガスと熱交換し、暖められるようになっている。また、熱交換器１３を通過した排ガスはボイラ１４において蒸気の生成に利用されるようになっており、廃熱の利用が図られている。なお、ボイラ１４を通過した排ガスは煙突１５から排気される。
【００３６】
前記のようにして加圧され且つ昇温された空気がガス化炉１に供給されることで、バイオマスのガス化が促進される。バイオマスは通常、６５０℃くらいと比較的低温でガス化するものであるが、その温度状態を維持するためにはガス化炉１においてバイオマスの一部を燃焼させる必要がある。ガス化炉１に送り込む空気を前記のように加圧し且つ昇温すれば、それだけ多くの熱量を炉内に持ち込むことができ、燃焼させるバイオマスの量が少なくて済む。
【００３７】
また、そのように加圧した空気を供給することでガス化炉１内を、ガスタービン燃焼器７内と概ね同じ圧力状態とすることができる。このことで、ガス化炉１において生成したガスを冷却することなくガスタービン燃焼器７に導入することができ、このガス中に含まれているタール成分を除去することなく燃焼させることができる。このことで、燃料の利用効率が向上するとともにタール分の付着等に起因するハンドリングトラブルが回避される。
【００３８】
なお、図１において符号１６として示すように、生成ガス流の方向に見てフィルタ室４の上流側及び下流側の差圧を検出するための差圧センサが設けられている。また、詳しくは後述するが符号２２，２３は、フィルタ室４の上部及び下部の温度状態をそれぞれ検出するための温度センサである。
【００３９】
−フィルタの構造−
この実施形態のガス化発電プラントにおいては、前記したようにサイクロン３で比較的大きなダストを分離した後に生成ガスをフィルタ室４へ導いて、フィルタエレメント５により小さなダストまで除去するようにしている。図２には、ガス化炉１及びフィルタ室４の具体的な構造の一例を示し、この例ではフィルタ室４は、ガス化炉１を収容する二重殻構造のケーシング２０内に形成されている。
【００４０】
この二重殻構造のケーシング２０は、一例として特許文献１に記載されているものと同じなので、詳しい説明は省略するが、ケーシング２０は、上端及び下端がそれぞれ閉塞された概略円筒状のものであり、図示のように内殻２０ａと外殻２０ｂとの中間に空間部２０ｃを有している。この空間部２０ｃは例えば空気層としても、ここに遮熱材を充填してもよく、或いは真空にすることによって断熱性能を高めることもできる。このような二重殻構造のケーシング２０内に収容することで、ガス化炉１やフィルタエレメント５の放熱を抑制し、その温度状態を維持する上で有利になる。
【００４１】
図の例では、上下に延びるケーシング２０内のほぼ中心線に沿ってガス化炉１が配置され、その概略上半分を取り囲むように円周方向に互いに間隔をあけて複数のフィルタエレメント５が並んでいる。また、ケーシング２０内は、ガス化炉１の上端よりも上方において仕切板２１により上下に仕切られていて、その下方には、生成ガスの流れの上流側であるフィルタ上流室４ａが、また上方には同じくフィルタ下流室４ｂが、それぞれ形成されている。
【００４２】
前記の仕切板２１には、図２(b)に示すよう外周寄りに複数の丸穴が円周上に並んで形成されていて、これら丸穴のそれぞれに前記フィルタエレメント５の上部が内挿されている。フィルタエレメント５は例えばセラミックフィルタからなり、上下方向に延びる円筒状の周壁部とその下端を閉ざす半球状の底壁部とを有していて、それらの壁部をフィルタエレメント５の外側から内側へ通過するガス中のダストを捕集するようになっている。
【００４３】
図の例では、生成ガスをサイクロン３からフィルタ室４へ導く導入管３ａがフィルタエレメント５とほぼ同じ円周上に配置されていて、ここからフィルタ室４における仕切板２１の下方、即ちフィルタ上流室４ａに導かれた後に生成ガスは当該フィルタ上流室４ａ全体に拡散する。こうして拡散した生成ガスは、フィルタエレメント５の壁部を通過してその内部に至り、自然に上昇した後にフィルタエレメント５の上端開口から仕切板２１の上方のフィルタ下流室４ｂに流入する。そして、このフィルタ下流室４ｂに臨むようにケーシング２０を貫通して設けられている生成ガス管６へと流出する。
【００４４】
この実施形態では、前記のようにフィルタエレメント５を通過する生成ガスの温度状態を検出し、その温度が高くなりすぎないよう監視するために、当該フィルタエレメント５の周壁部の上部に対応づけて上部温度センサ２２を配設している。この上部温度センサ２２は、一例として図(b)に示すように、サイクロン３からの生成ガスが導入される導入管３ａの近傍に位置するフィルタエレメント５に設けられている。
【００４５】
また、この実施形態では、前記の上部温度センサ２２だけでなく、フィルタエレメント５の周壁部の下部に対応づけて下部温度センサ２３も配設されている。図の例では下部温度センサ２３は、前記のように上部温度センサ２２の設けられているフィルタエレメント５に対して、ガス化炉１を取り囲む円周上のほぼ対角位置にある別のフィルタエレメント５に設けられている。
【００４６】
それらの温度センサ２２，２３は、いずれもフィルタエレメント５に直接、接触させるのではなくて、フィルタエレメント５の周壁部の外周面、即ち生成ガスの流れの上流側面に対して所定の間隔をあけて配置されている。この間隔は一例として、フィルタエレメント５の周壁部に付着するダストの想定される最大の厚みに対応するものであり、換言すれば温度センサ２２，２３は、フィルタの再生を開始する際のダストとの境界層に接触するように配置されている。
【００４７】
このようにダスト境界層に接触する程度の間隔をあけて配設されていることから、温度センサ２２、２３によってフィルタエレメント５の温度状態を所要の精度でもって検出することができるとともに、例えば地震動のような外的な振動が加わったときでも温度センサ２２，２３がフィルタエレメント５に直接、接触して損傷を与える心配がない。
【００４８】
ところで、前記のようにフィルタエレメント５の上部だけでなく下部にも温度センサ２３を設けているのは、以下に説明するようにフィルタエレメント５に付着したダストを除去して除塵機能を回復させる、いわゆるフィルタの再生を行うためである。すなわち、この実施形態のガス化発電プラントでは、ガス化炉１の運転を停止した後に暫くして、未だ高温状態にあるフィルタエレメント５に空気を供給し、付着しているダストを燃焼させて除去するようにしており、このときのフィルタ温度の検出に前記の温度センサ２２，２３を用いるのである。
【００４９】
また、そのフィルタ再生時にはフィルタ室４に下方から空気（外気）を供給するようにしており、前記の図１に示すように例えば電動のエアポンプ２４が設けられていて、その吐出口に接続された外気供給管２５の下流端がフィルタ室４の下方に接続されて、エアポンプ２４からの空気を供給するようになっている。図２にのみ示すが、一例として外気供給管２５の下流端は３つに分岐していて、それぞれがケーシング２０の下部を貫通する貫通部２５ａによりフィルタ室４に連通されている。同図(b)に示すように、この例では３つの貫通部２５ａは円周方向に等間隔に並んでいる。
【００５０】
さらに、その外気供給管２５の途中には空気の流量を調整可能なバルブ２６と、その流量を検出するための流量センサ２７とが配設されており、以下に詳細に述べるようにフィルタエレメント５の温度状態に基づいて空気の供給量を調整するようになっている。
【００５１】
なお、図の例では外気供給管２５の途中から分岐して加圧給気管１１の第２分岐管１１ｃに至る分岐管２８が設けられ、この分岐管２８にも空気の流量を調整可能なバルブ２９が配設されている。これらは、プラントの運転を停止した後に、翌日の運転再開に備えて或る程度の高温状態を維持するべく、ガス化炉１を種火運転するときに使用するものである。
【００５２】
−フィルタの再生−
以下に、この実施形態のガス化発電プラントにおけるフィルタの再生について図３〜５を参照して詳細に説明する。図３は、フィルタ再生のための制御系の一例を示すブロック図であり、図４はフィルタ再生の制御手順の一例を示すフローチャートである。また、図５は、再生時のフィルタ温度の変化の一例を示すタイムチャートである。
【００５３】
まず、図３に模式的に示すように、この実施形態ではガス化発電プラントのプロセスコントローラ３０によって所定の状態でフィルタの再生が実行される。この際、プロセスコントローラ３０は、図示のように上部及び下部の温度センサ２２，２３からの信号と、差圧センサ１６からの信号と、流量センサ２７からの信号とを少なくとも入力し、バルブ２６の開度を制御することによって、外気供給管２５によるフィルタ室４への空気の供給量を調整する。
【００５４】
すなわち、プロセスコントローラ３０は、温度センサ２２，２３からの信号に応じてフィルタ再生の開始判定を行う開始判定部３０ａと、該温度センサ２２，２３からの信号に応じて、フィルタ室４へ供給する空気の流量を調整する調整部３０ｂと、該温度センサ２２，２３からの信号に応じてフィルタ再生の終了時期を判定する終了判定部３０ｃと、を備えている。
【００５５】
また、図の例ではプロセスコントローラ３０は、差圧センサ１６からの信号と流量センサ２７からの信号とを受け入れて、フィルタエレメント５における空気の流通抵抗、即ち圧損係数を演算する圧損係数演算部３０ｄも備えており、前記の終了判定部３０ｃは、温度センサ２２，２３により検出されるフィルタの温度状態だけでなく、前記の圧損係数も加味してフィルタ再生の終了時期を判定する。
【００５６】
なお、それら開始判定部３０ａ、空気量調整部３０ｂ、終了判定部３０ｃ、圧損係数演算部３０ｄはいずれも、プロセスコントローラ３０がフィルタ再生のための制御プログラムを実行することによって具現化されるものであり、言い換えると、この実施形態においてプロセスコントローラ３０は、前記の各制御部３０ａ〜３０ｄをそれぞれソフトウエアの態様で備えている。
【００５７】
次に、フィルタ再生制御の具体的な手順について図４のフローチャートを参照して説明する。まず、オペレータの操作入力によって予めフィルタ再生を行うことが選択されている場合に、ガス化発電プラントの通常運転を停止して所定の時間が経過すれば、プロセスコントローラ３０の開始判定部３０ａにおいて、上部及び下部の温度センサ２２，２３によりそれぞれ検出されるフィルタ温度が所定値になったかどうかの判定が行われる（ステップＳ１：開始条件の成立？）。
【００５８】
すなわち、この実施形態のガス化発電プラントにおいては通常運転の停止後に、ガス化炉１に残っているバイオマスを燃やしきるための停止準備運転を行う。これは、例えば翌日に運転を再開するときにバイオマスが残っていると、これがガス化炉１の昇温運転の途中で一気に燃焼し始めて、急激な温度上昇を招くおそれがあるからである。停止準備運転は、新たなバイオマスは投入せずにガス化炉１に空気を供給して、残っているバイオマスを徐々に燃焼させるものであり、ガス化炉１のいわゆる「運転」には含まれない。
【００５９】
こうしてガス化炉１に残っているバイオマスを徐々に燃焼させることから、その排ガスの温度は低くなり、これが流通するフィルタエレメント５の温度は徐々に低下してゆく。また、そのように残っているバイオマスを燃焼させる間に、ガス化炉１内の圧力も徐々に低下させてゆくので、その後、引き続いて行うフィルタ再生時には出力の小さなエアポンプ２４でもって、ガス化炉１に空気を供給することができる。
【００６０】
なお、前記のフィルタ温度の所定値というのは、フィルタエレメント５に付着しているダスト中のチャーの着火温度（チャーの成分によって異なるが、一例として２００〜３００℃）以上であればよく、これに適当な値を加えて予め設定すればよい。着火温度よりも低くなるとチャーが燃えなくなり、フィルタの再生が行えなくなるからである。
【００６１】
前記のように徐々に低下してゆくフィルタエレメント５の温度は、一例を図５のグラフの左端に示すように通例、フィルタエレメント５の下部の温度Ｔ２が上部の温度Ｔ１よりも低いので、前記ステップＳ１において、下部温度センサ２３により検出されるフィルタ下部の温度Ｔ２が前記の所定値になれば（ＹＥＳ）、エアポンプ２４の動作とともに空気供給管２５のバルブ２６を開いて、フィルタ室４への空気の供給を始める（ステップＳ２）。つまり、前記のようにガス化炉１の通常運転の停止後に、時間の経過とともに徐々に低下するフィルタ温度Ｔ１，Ｔ２が、ダスト中のチャーの着火温度よりも低くなる前に、フィルタ室４への空気の供給を開始する。
【００６２】
その際、最初に供給される空気によって急に燃焼が立ち上がることがないよう、バルブ２６の開度の初期値は予め実験等により適切に設定すればよい。このバルブの開度の初期値は一定値でもよいが、例えばフィルタ温度Ｔ１，Ｔ２に対応づけてテーブル等に設定しておいてもよいし、プラントの運転履歴、即ち運転時間や投入したバイオマスの総量等も加味してバルブ２６の開度の初期値を設定してもよい。
【００６３】
そして、前記のように供給される空気は、フィルタエレメント５に対して下方から供給されるので、該フィルタエレメント５の下部において付着しているダストの燃焼（正確にはダスト中のチャーの燃焼であるが、以下、簡略化してダストの燃焼ともいう）が開始し、これによりフィルタ下部の温度が上昇し始める（図５の時刻ｔ１を参照）。そこで、まず、下部温度センサ２３により検出されるフィルタ下部の温度、及びその上昇勾配を監視して、それらがいずれも適正範囲に含まれるように空気の供給量（以下、簡略に給気量ともいう）を調整する。
【００６４】
すなわち、最初に上部及び下部のフィルタ温度の勾配ΔＴ１，ΔＴ２の値がいずれも負であるかどうか判定し（ステップＳ３）、いずれも負値であれば（ＹＥＳ）未だダストの燃焼が始まっていないので待機する。一方、いずれかが正値であれば（ＮＯ）ステップＳ４に進み、ここではフィルタ上部の温度勾配ΔＴ１が零以上かどうか、即ち温度勾配ΔＴ１が零若しくは正値であるか、それとも負値であるか判定する。
【００６５】
この判定がＹＥＳの場合、フィルタ下部の温度勾配ΔＴ２も零以上である可能性があるので、これを判定すべく後述のステップＳ１０に進む。一方、判定がＮＯでフィルタ上部の温度勾配ΔＴ１が負値であれば、前記ステップＳ３でＮＯであったことから、フィルタ下部の温度勾配ΔＴ２は零以上でなくてはならないので、フィルタエレメント５の下部においてダストの燃焼が開始したとみなして、このフィルタ下部の検出温度Ｔ２を空気量の制御に用いるフィルタ温度Ｔｆとする（ステップＳ５）。
【００６６】
そして、前記フィルタ温度Ｔｆ、及びその勾配ΔＴｆがいずれも適正範囲に含まれるかどうか判定して（ステップＳ６）、例えばフィルタの温度上昇が所定以上に急である等、フィルタ温度Ｔｆ乃至その上昇勾配ΔＴｆが高すぎるときにはステップＳ７に進み、予め決めてある設定値だけバルブ２６の開度を小さくして、フィルタへ供給する空気の量を減少させる。
【００６７】
反対に、例えばフィルタ温度Ｔｆが所定値未満である等、温度Ｔｆ乃至その上昇勾配ΔＴｆが低すぎるときにはステップＳ８に進み、予め決めてある設定値だけバルブ２６の開度を大きくして、フィルタへの給気量を増大させる。また、それらのいずれでもないとき、即ちフィルタ温度Ｔｆ乃至その上昇勾配ΔＴｆが何れも適正範囲にあるときには、バルブ２６の開度は変更しない。
【００６８】
続くステップＳ９ではプロセスコントローラ３０の終了判定部３０ｃが、後述するようにフィルタ再生の終了時期かどうか判定し、終了時期でなければ（ＮＯ）ステップＳ３に戻って前記した制御手順を繰り返し実行する（ステップＳ３〜Ｓ８）。
【００６９】
つまり、フィルタエレメント５の下方から徐々にダストが燃焼することに着目し、再生初期の所定期間はフィルタ下部の温度状態、即ちその温度Ｔ２乃至上昇勾配ΔＴ２に応じてバルブ２６の開度を制御し給気量を調整するものであり、こうすることで、フィルタ再生の初期に給気量が多くなりすぎて燃焼が急に立ち上がることを阻止しながら、速やかにダストを燃焼させて除去することが可能になる。
【００７０】
そうしてフィルタエレメント５におけるダストの燃焼がその下部から上方に向かって進行すると、暫くして上部温度センサ２２による検出温度Ｔ１が低下から上昇に転じるから、前記ステップＳ４においてＹＥＳと判定してステップＳ１０に進み、ここではフィルタ下部の温度勾配ΔＴ２が零以上かどうか、即ち温度勾配ΔＴ２が零若しくは正値であるか、それとも負値であるか判定する。この判定がＮＯであれば後述のステップＳ１２に進む一方、判定がＹＥＳであればステップＳ１１に進んで、今度はフィルタ上部の検出温度Ｔ１が下部の検出温度Ｔ２以下かどうか判定する（Ｔ１≦Ｔ２？）。
【００７１】
この判定がＹＥＳでＴ１≦Ｔ２であれば前記ステップＳ５に進んで、温度の高い方のフィルタ下部の検出温度Ｔ２を空気量の制御に用いるフィルタ温度Ｔｆとする一方、判定がＮＯでＴ１＞Ｔ２であればステップＳ１２に進んで、フィルタ上部の検出温度Ｔ１をフィルタ温度Ｔｆとする。そして、前記したステップＳ６〜Ｓ８に進んでフィルタ温度Ｔｆに基づくバルブ２６の開度の制御を実行する。
【００７２】
つまり、この実施形態では、フィルタ上部、下部の検出温度Ｔ１，Ｔ２のいずれか一方のみが上昇しているときには、その温度をフィルタ温度Ｔｆとし、いずれもが上昇しているときにはそのうちの高い方をフィルタ温度Ｔｆとして、フィルタへの給気量の制御に用いる。こうすると、フィルタ再生の初期にその下部の温度が高い所定期間は、当該フィルタ下部の温度状態に基づいて給気量の制御が行われ、その後、ダストの燃焼部位がフィルタ上部に移行して、この上部の温度が高くなるのに伴い、当該フィルタ上部の温度状態に基づく給気量の制御に切替わることになる。
【００７３】
その後は前記のようにステップＳ６〜Ｓ８において、上部温度センサ２２からの信号に応じてバルブ２６の開度を制御し、フィルタエレメント５への給気量を調整するとともに、プロセスコントローラ３０においては圧損係数演算部３０ｄが差圧センサ１６からの信号と流量センサ２７からの信号とに応じて、フィルタ上下の空気流の圧損係数を演算しており、こうして演算される圧損係数と前記上部温度センサ２２による検出温度Ｔ１とに基づいて終了判定部３０ｃが、フィルタ再生の終了時期を判定する（ステップＳ９）。
【００７４】
例えば、上部温度センサ２２による検出温度Ｔ１が所定値以下にまで低下するか、或いは、前記のような調整部３０ｂによる給気量の調整によって給気量を増やしても、フィルタ上部温度Ｔ１が殆ど上昇しなくなり、その上昇割合ΔＴ１が所定値未満になれば、フィルタエレメント５の上部にも残存するダストがなくなったと判断し（終了条件成立：ステップＳ９でＹＥＳ）、バルブ２６を閉じてフィルタ室４への空気の供給を停止し（ステップＳ１３）、フィルタ再生制御を終了する（エンド）。
【００７５】
−再生時のフィルタ温度の変化−
次に、前記の如き制御によるフィルタ再生の開始から終了までに亘って、フィルタ温度Ｔ１，Ｔ２が変化する様子の一例を図５に示す。このグラフは横軸に時間の経過を表し、縦軸にはフィルタ温度Ｔ１，Ｔ２を表したもので、実線で示すグラフが下部温度センサ２３によるフィルタ下部の温度Ｔ２の検出値であり、破線で示すのはフィルタ上部の温度Ｔ１の検出値である。
【００７６】
まず、プラントの運転停止後には、前記したように停止準備運転が行われるが、このとき、図の左端に示すようにフィルタ室４の温度は上部及び下部の双方で同様に低下する。フィルタ室４の上部には相対的に暖かいガスが対流するので、破線のグラフに示すように上部の温度の方が高くなっている。そして、時刻ｔ１において、実線のグラフで示すフィルタ下部の温度Ｔ２が所定値になってフィルタ再生が開始されると、フィルタ室４に下方から供給される空気によってダストの燃焼が始まり、フィルタ下部の温度Ｔ２が上昇し始める。
【００７７】
こうしてフィルタ下部においてダストの燃焼が始まる一方で、これにより空気が消費されることから暫くの間、フィルタ上部でのダストの燃焼は始まらず、破線のグラフで示すようにフィルタ上部の温度Ｔ１は低下を続ける。そして、新たな空気の供給に連れて徐々にフィルタエレメント５の上側に向かって燃焼が進んでゆくと、フィルタ上部の温度Ｔ１が低下から上昇に転ずる（時刻ｔ２）。
【００７８】
その後、暫くの間はフィルタ上部及び下部の双方で同じように温度が上昇するが、或るところでフィルタ下部の温度の上昇が鈍り（時刻ｔ３）、徐々に低下するようになる。この結果として、図の例では時刻ｔ３においてフィルタ上部温度Ｔ１がフィルタ下部温度Ｔ２を上回り、フィルタ室４への給気量の調整が、フィルタ上部温度Ｔ１に基づくものに切替わっている。
【００７９】
図の例では破線で示すフィルタ上部の温度Ｔ１が時刻ｔ３以降も上昇しているが、これは、前記したように上部温度センサ２２からの信号に応じてバルブ２６の開度が制御され、フィルタ室４への空気の供給量が調整されるためである。このときのフィルタ上部の温度Ｔ１は、一例としてダスト中の灰の溶融温度（例えば６００℃くらい）よりも少しだけ低くなるように維持される。一方、フィルタ下部の温度Ｔ２は時間の経過とともに徐々に低下してゆく。
【００８０】
そして、フィルタエレメント５に付着していたダストが概ね燃え尽きると、その後は、いくら給気量を増やしてもフィルタ上部の温度Ｔ１を維持できなくなって、図の右端に示すように破線のグラフも低下するようになり、これが所定値になった頃に（時刻ｔ４）フィルタの再生が終了することになる。
【００８１】
以上、説明した実施の形態に係るフィルタの再生方法によると、ガス化発電プラントにおいてガス化炉１の運転を停止した後に、フィルタ室４の温度がダスト中のチャーの着火温度よりも低くなる前に、そこへ空気（外気）を供給することによって、フィルタエレメント５に付着しているダスト中のチャーを燃焼させて、そのダストを除去することができる。その際、化石燃料や電力を無駄に消費することがないから経済的であり、環境適合性も高い。
【００８２】
しかも、フィルタ再生の際にフィルタ室４にはエアポンプ２４によって外気を供給するだけであり、設備コストの上昇は最低限で済むから、比較的小規模なガス化発電プラントにも適用しやすい。
【００８３】
また、この実施形態においてはフィルタ室４に下方から空気を供給し、上下に延びるフィルタエレメント５のダストが下部から上方に向かって徐々に燃え進むようにしており、そのときに給気量を、フィルタ下部の温度Ｔ２が高い初期の所定期間はその下部の温度状態に基づいて、また、その後はフィルタ上部の温度状態に基づいて調整することにより、フィルタエレメント５の損傷を防止しながら、付着しているダストを速やかに燃焼除去することができる。
【００８４】
また、フィルタ温度Ｔ１，Ｔ２だけでなくその上昇勾配ΔＴ１，ΔＴ２に基づいて給気量をきめ細かく調整することにより、フィルタエレメント５の損傷をより確実に防止することができる。温度センサ２２，２３によるフィルタ温度の検出値は、あくまでセンサ付近の雰囲気温度であり、これがあまり高くないとしてもその上昇勾配が大きいときには、局所的に燃焼が激しくなって温度が急上昇し、その部位のみにてダスト中の灰が溶融したり、フィルタ自体が溶融したりするおそれがあるからである。
【００８５】
さらに、前記の実施形態ではフィルタ再生の終了時期を、フィルタ上部の温度Ｔ１だけでなく、フィルタ上下の差圧とガス流量とを加味して、即ちフィルタエレメント５における通気抵抗も考慮して判定するようにしているので、その判定の精度が向上し、フィルタエレメント５に付着しているダストを十分に除去して、除塵機能を回復させることができる。
【００８６】
−他の実施形態−
なお、上述した実施形態の説明は本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、或いはその用途を制限することを意図するものではない。例えば、前記実施形態においてはフィルタ再生の際に２つの温度センサ２２，２３によってフィルタの上部及び下部の双方の温度Ｔ１，Ｔ２を検出し、その温度勾配ΔＴ１，ΔＴ２が零乃至正値であるもののうちの高い方の温度に基づいて、フィルタへの給気量を調整するようにしているが、これに限るものではない。
【００８７】
例えば、フィルタ再生の初期は下部温度センサ２３からの信号に基づいて給気量の制御を行うものとし、その後、ダストの燃焼がフィルタ下部から上方に向かって進行して、下部温度センサ２３による検出温度の勾配ΔＴ２が所定値以下になるか、該下部温度センサ２３による検出温度Ｔ２が上部温度センサ２２による検出温度Ｔ１と同じになるか、或いは該上部温度センサ２２による検出温度Ｔ１が低下から上昇に転じるか等、種々のタイミングでフィルタ上部温度Ｔ１に基づく給気量調整に切替えるようにしてもよい。
【００８８】
また、温度センサの数は、前記実施形態のように上部、下部の２つには限定されず、簡略には１つであってもよいし、反対に３つ以上としてもよい。３つ以上の温度センサを用いるのであれば、上述した実施形態と同じく、その検出温度が上昇しているものの中で温度の最も高いセンサからの信号に応じて、給気量の制御を行うようにするのが好ましい。
【００８９】
また、そうして複数のセンサを用いる場合の各センサの配置についても何ら限定されるものではない。前記の実施形態では上下に長いフィルタエレメント５の形状に対応して、その上部及び下部にそれぞれ温度センサ２２，２３を配設しているが、これに限ることはない。フィルタエレメント５を一方向に長い形状とする必要もなく、その長手方向に並べて複数の温度センサを配置する必要もない。
【００９０】
フィルタエレメント５の形状に依らず、それに所定方向の一方から空気を供給して、他方に向かい徐々にダストを燃焼させる場合には、その所定方向の一方から他方に向かい互いに離間させて複数の温度センサを配設するのが好ましい。この場合には、フィルタ再生の初期には、前記の所定方向一方の温度センサからの信号に応じて給気量を制御し、フィルタ再生の終盤になれば、前記所定方向の他方の温度センサからの信号に応じて給気量を制御するのがよい。
【００９１】
また、前記の実施形態においてフィルタエレメント５はセラミックフィルタであるが、これは、ＳＵＳやインコネルのような金属製のフィルタであってもよい。前記実施形態においてフィルタエレメント５は、ガス化炉１と共通の二重殻構造のケーシング２０内に収容されているが、これに限ることもなく、ケーシング２０は二重殻構造でなくてもよいし、フィルタエレメント５をガス化炉１と共通のケーシング２０に収容しなくてもよい。
【００９２】
また、前記実施形態においては図２に示すように、フィルタエレメント５をガス化炉１の回りを囲むように配置しているが、これに限らず、例えば図１に模式的に示すように、フィルタエレメント５を専用のフィルタハウジングに収容して、ケーシング２０内においてガス化炉１の隣に配置してもよい。この場合にはフィルタ室４は、ガス化炉１のケーシング２０内に形成されるのではなく、それとは別個に前記フィルタハウジング内に形成される。
【００９３】
また、前記実施形態においてはガス化発電プラントとして、バイオマスを燃料とするものを例示しているが、これは、例えば石炭ガス化発電プラントのようにバイオマス以外の燃料をガス化して用いるものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明に係るフィルタの再生方法は、フィルタに付着したダストを燃焼させて除去する際に化石燃料や電力を無駄に消費することがなく、設備コストの上昇を最小限に抑制できるもので、例えばバイオマスを燃料とするガス化発電プラントのような比較的小規模なプラントに適用して好適である。
【符号の説明】
【００９５】
１ ガス化炉
４ フィルタ室
５ フィルタエレメント
２０ ケーシング
２２ 上部の温度センサ
２３ 下部の温度センサ
２４ エアポンプ（空気供給手段）
２５ 外気供給管（空気供給手段）
２６ バルブ（空気供給手段）
３０ プロセスコントローラ（制御手段）
３０ａ 開始判定部
３０ｂ 調整部
３０ｃ 終了判定部
３０ｄ 圧損係数演算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばバイオマス等をガス化させて燃焼させるようにしたガス化発電プラント等の施設において、ガス化炉の生成ガスからダストを取り除くためのフィルタの再生に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば特許文献１に開示されるように、流動層ガス化炉においてバイオマスをガス化し、その生成ガスをガスタービンやガスエンジン等に供給して燃焼させるようにしたガス化発電プラントは公知である。同文献には、サイクロンやフィルタのような除塵装置をガス化炉と同じケーシング内に収容し、放熱を抑えるようにしたものが記載されている。
【０００３】
そのように放熱を抑制し、ガス化炉からの生成ガスを高温のまま除塵してガスタービン等に供給するようにすれば、タールトラブルが起こり難いというメリットがある。また、システム全体として耐火物等の蓄熱材がないので、停止後の再起動時間が短くなり、さらに、ガス化炉から除塵装置への外部配管がないことで設備コストの低減も図られる。
【０００４】
ところで、従来一般的にガス化炉からの生成ガス中のダストを除去するためのフィルタは、目詰まりを防ぐためにプラントの運転中、所定の時間間隔でフィルタの下流側から逆洗ガスを吹き付けるようにしているが（いわゆる逆洗）、これでは、タールや水分を多く含んだ付着性の強いダストを除塵面から完全に除去することはできない。
【０００５】
また、プラントの運転中にフィルタの逆洗を行うために、その逆洗ガスは窒素のような不活性なガスでなくてはならず、コストが高くなる。さらに、逆洗に用いた不活性なガスの一部が混入することによって生成ガスのカロリーが低下したり、その流量が変動してガスタービン等の燃焼状態が悪くなるおそれもある。
【０００６】
そのような逆洗に付随する問題点に着目して、例えば特許文献２に記載の発明では、ディーゼルエンジンの排ガスの浄化処理に用いられる触媒化セラミックフィルタを対象として、排ガスの温度が８０〜４００℃、その酸素濃度が５〜２０％になるようにエンジンを運転し、その排ガスを通気してフィルタの温度を５００℃に維持することにより、付着したダストをゆっくりと酸化（おき燃焼）させて除去するようにしている。
【０００７】
また、特許文献３には、石炭ガス化炉からの生成ガス中のチャー（未燃物）を捕獲するためのポーラスフィルタを対象として、このフィルタを、窒素の流量調整により酸素濃度を管理したガスでもって灰化させるという再生方法について開示されている。このものでは、フィルタを電気ヒータにより加熱して４００〜４５０℃に保持し、且つ酸素濃度が５〜１５％の灰化ガスを供給してチャーを灰化させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−８０８号公報
【特許文献２】特開平８−３０９１５１号公報
【特許文献３】特開２００６−１９２３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記特許文献２のようにフィルタの再生にエンジンの排ガスを利用するためには、エンジンを運転し続ける必要があり、フィルタの再生のためだけに化石燃料を使用することになるから、不経済であるとともに環境への悪影響も大きくなってしまう。
【００１０】
しかも、比較的高温の排ガスが流れる配管の耐熱性を確保しなくてはならず、コストアップの懸念がある。また、特許文献２のものでは排ガスの温度は調整できるものの、これが供給されるフィルタにおける「おき燃焼」による温度の上昇が十分に考慮されておらず、排ガスの流量が多かったり、その酸素濃度が高かったりすると一時的に急激な燃焼が起きてしまい、フィルタに損傷を与えるおそれもある。
【００１１】
一方、特許文献３のようにフィルタの再生のために大容量の電気ヒータを設け、これによりフィルタを加熱するというのは不経済であり、環境への悪影響も大きい。しかも、同文献のシステムでは酸素濃度の調整のために高価な窒素発生器を設けるとともに、燃焼状態の把握には酸素濃度計を用いており、設備コストが上昇する。よって、例えばバイオマスを用いたガス化発電設備のような比較的小規模なプラントに適用することは困難である。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、設備コストの上昇を招くことがなく、フィルタの再生のための化石燃料や電力の消費が殆どなく、しかも、比較的小規模なガス化発電プラントにも適用できるフィルタの再生方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
かかる目的を達成するための本発明は、ガス化炉の生成ガスからダストを取り除くためのフィルタを対象として、そのフィルタから付着したダストを除去し、除塵機能を回復させる再生方法に関するものである。
【００１４】
本発明の再生方法では、ガス化炉の運転を停止した後に、時間の経過とともに低下するフィルタの温度がダストに含まれるチャーの着火温度よりも低くなる前に、当該フィルタへの空気の供給を開始し、前記チャーを燃焼させてダストを除去する。なお、具体的に空気の供給を開始する時期は予め実験等によって決定すればよいが、要するにダストの着火温度以上であれば、そこに空気を供給するだけでダストが燃焼を始めるのである。
【００１５】
そうしてガス化炉の運転停止後にフィルタに空気を供給するだけで、チャーを燃焼させてダストを除去することができるから、従来例に比べて化石燃料や電力の消費が少なく、また、フィルタには外気を供給するだけでよいから、設備コストはあまり上昇しない。よって、比較的小規模なガス化発電プラントにも適用しやすい。
【００１６】
但し、その場合にはフィルタ表面でダストに含まれるチャーが燃焼することから、フィルタの温度乃至その上昇勾配が大きいとダストに含まれている灰が溶融したり、或いはフィルタ自体に溶融が生じて、当該フィルタの強度劣化やその濾過面積の減少を生じる心配がある。一方、そうならないように空気の供給量を絞りすぎると時間ばかりかかってしまい、付着しているダストを除去しきれない可能性もある。そこで、フィルタの温度状態を検出するためのセンサを設け、このセンサにより検出される温度乃至その勾配（温度の上昇乃至下降の変化率）に応じて空気の供給量を調整するのが好ましい。
【００１７】
より好ましくは前記センサを複数設けておき、フィルタの再生時には、検出温度が上昇しているセンサの中でその検出温度の最も高いものからの信号に応じて、空気の供給量を調整すればよい。
【００１８】
また、前記フィルタにおいて生成ガスの通過する壁部に、所定方向に離間させて前記センサを複数、配設しておき、フィルタの再生時には前記所定方向の一方から空気を供給して、初期の所定期間はその所定方向の一方のセンサからの信号に応じて空気の供給量を調整し、所定期間の経過後は前記所定方向の他方のセンサからの信号に応じて空気の供給量を調整してもよい。
【００１９】
すなわち、フィルタに所定方向の一方から空気を供給すると、当該フィルタに付着したダスト中のチャーがその一方の端から燃え始め、新たな空気の供給に連れて徐々に他方に向かって燃え進むようになるから、初期の所定期間はフィルタの前記一方の部位の温度状態に応じて、また、その所定期間の経過後はフィルタの他方の部位の温度状態に応じて空気の供給量を適切に調整することによって、急な燃焼によるフィルタの損傷を防止しながら、付着しているダスト中のチャーを燃やしきることが可能になる。
【００２０】
具体的には前記のように、検出温度の高いセンサからの信号に応じて空気の供給量を調整するようにすれば、空気の供給を開始してから暫くの間はフィルタの一方の部位の温度が高くなり、この一方の部位の温度状態に応じて空気の供給量が調整されるようになり、その後、フィルタの他方の部位の温度が高くなればこの他方の部位の温度状態に応じて、空気の供給量が調整されるようになる。
【００２１】
そして、そのようにしてフィルタに付着したダスト中のチャーが一方から他方に向かい所定方向に徐々に燃えていって、その全てが燃え尽きてしまえば、それ以上はいくら空気量を増やしてもフィルタ温度が上昇しなくなり、むしろ空気によって冷やされることになる。よって、前記所定方向の他方のセンサによる検出温度の上昇割合が所定値未満になったときに、フィルタ再生の終了時期を判定することができる。
【００２２】
その際、付着しているダストの量によってフィルタの通気抵抗が変化することを考慮して、該フィルタを通過する生成ガスの流量とその上流側及び下流側の差圧とから圧力損失を計算し、この点も加味してフィルタの再生終了時期を判定するようにしてもよい。
【００２３】
見方を変えれば本発明は、燃料をガス化するためのガス化炉と、このガス化炉の生成ガスからダストを取り除くためのフィルタとを備えたガス化発電プラントが対象であって、そのフィルタには温度状態を検出するためのセンサを複数、配設するとともに、そのフィルタに空気を供給可能であり、且つその供給量を調整可能なバルブを備えた空気供給手段を設ける。
【００２４】
そして、前記センサからの信号に応じて前記バルブの開度を制御し、前記空気の供給量を調整する制御手段を備え、この制御手段は、前記ガス化炉の運転停止後に、前記複数のセンサのいずれかにより検出されるフィルタ温度が時間の経過とともに低下して、前記ダストに含まれるチャーの着火温度よりも低くなる前に当該フィルタへの空気の供給を開始し、前記チャーを燃焼させてダストを除去するように構成したものである。
【００２５】
好ましくは前記制御手段は、前記センサにより検出されるフィルタの温度乃至その上昇及び下降勾配に基づいて空気の供給量を調整するものとすればよく、また、前記複数のセンサのうち、その検出温度が上昇しているものの中で該検出温度の最も高いセンサからの信号に応じて、空気の供給量を調整するものとしてもよい。
【００２６】
また、前記フィルタにおいて生成ガスの通過する壁部に前記複数のセンサを所定方向に離間させて配設し、前記空気供給手段は、前記フィルタに前記所定方向の一方から空気を供給するように構成しておいて、前記制御手段を、前記空気供給手段によるフィルタへの空気の供給を開始した後、初期の所定期間は前記所定方向の一方のセンサからの信号に応じて空気の供給量を調整し、その所定期間の経過後は前記所定方向の他方のセンサからの信号に応じて空気の供給量を調整するものとしてもよい。
【発明の効果】
【００２７】
以上より、本発明に係るフィルタの再生方法によると、例えばガス化発電プラントにおいてガス化炉の運転を停止した後に、除塵フィルタの温度が、付着しているダストに含まれているチャーの着火温度よりも低くなる前に空気を供給することによって、このチャーを燃焼させてダストを除去することができるから、その際に化石燃料や電力を無駄に消費することがない。また、フィルタには外気を供給するだけでよいから、設備コストの上昇を招くこともなく、比較的小規模なガス化発電プラントにも適用しやすい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態に係るガス化発電プラントの一例を示す系統図である。
【図２】同プラントにおけるフィルタの構造の一例を示し、図(a)は、ケーシングの中心線に沿った縦断面図であり、その(b)-(b)線における横断面図が図(b)である。
【図３】同フィルタを再生するための制御系の一例を示すブロック図である。
【図４】フィルタ再生制御の手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】再生の開始から終了までのフィルタ温度の変化の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、実施の形態に係るガス化発電プラントの系統図であり、ここでは例えばバイオマスのような低カロリの燃料をガス化炉１において比較的低温でガス化し、よりエネルギ変換効率の高いガスに改質した上で、発電設備の運転に利用するようにしている。
【００３０】
−プラントの全体構成−
図の例ではバイオマスは、例えば製材所木屑、間伐材、建築廃材等の木質系バイオマスであり、これらが例えばホッパやコンベアからなる供給機構２により、チップの状態でガス化炉１へ投入される。また、図示のガス化炉１は一例として流動層式のものであり、図２にも示すように炉内の下部に流動砂の層１ａが形成されていて、下方から送り込まれる空気によって流動化されている。
【００３１】
そうして下方から送り込まれる空気は、後述する圧縮機９により加圧されるとともに昇温されており、この空気により流動化される流動砂によってバイオマスが分散されながら加熱され、その一部が燃焼することも相俟って短時間で熱分解される。この際、燃焼するバイオマスの量は空気の供給量によって決まるので、まず、所望の発熱量からバイオマスの投入量を決めて、これに応じて空気の供給量を制御することにより、炉内を適切な温度に維持するようにしている。
【００３２】
また、バイオマスの熱分解によって生成されるガスはガス化炉１の上部から排出され、サイクロン３において比較的大きなダストが遠心分離された後に、フィルタ室４へと導かれる。詳しくは後述するが、フィルタ室４へと導かれた生成ガスがフィルタエレメント５を通過するときには、サイクロン３では分離できなかった小さなダストが捕集される。フィルタエレメント５を通過したガスは生成ガス管６によってガスタービン燃焼器７へと導かれる。
【００３３】
そして、そのガスタービン燃焼器７において生成ガスが燃焼され、高温高圧の排ガスがタービン８に供給される。図の例ではタービン８には圧縮機９及び発電機１０が接続されており、タービン８の回転によって発電機１０が動作するとともに、圧縮機９が空気を圧縮して加圧給気管１１によりガス化炉１及びガスタービン燃焼器７へと供給するようになっている。
【００３４】
すなわち、加圧給気管１１は、圧縮機９に接続されている上流側の共通管１１ａと、これの下流側で二股に分かれた第１及び第２分岐管１１ｂ，１１ｃとからなり、その第１分岐管１１ｂの下流端がガスタービン燃焼器７の空気取入口に接続されて、前記のように生成ガスを燃焼させるための空気を供給するようになっている。この第１分岐管１１ｂには、空気の流量を調整するためのバルブ１２が配設されている。
【００３５】
一方、第２分岐管１１ｃの下流端はガス化炉１の下部の空気取入口１ｂ（図２参照）に接続されており、これにより供給される空気が、前記したように炉内の流動層に下方から送り込まれて流動砂を流動化させる。なお、第１及び第２分岐管１１ｂ，１１ｃの中を流れる空気は共通の熱交換器１３においてタービン８からの排ガスと熱交換し、暖められるようになっている。また、熱交換器１３を通過した排ガスはボイラ１４において蒸気の生成に利用されるようになっており、廃熱の利用が図られている。なお、ボイラ１４を通過した排ガスは煙突１５から排気される。
【００３６】
前記のようにして加圧され且つ昇温された空気がガス化炉１に供給されることで、バイオマスのガス化が促進される。バイオマスは通常、６５０℃くらいと比較的低温でガス化するものであるが、その温度状態を維持するためにはガス化炉１においてバイオマスの一部を燃焼させる必要がある。ガス化炉１に送り込む空気を前記のように加圧し且つ昇温すれば、それだけ多くの熱量を炉内に持ち込むことができ、燃焼させるバイオマスの量が少なくて済む。
【００３７】
また、そのように加圧した空気を供給することでガス化炉１内を、ガスタービン燃焼器７内と概ね同じ圧力状態とすることができる。このことで、ガス化炉１において生成したガスを冷却することなくガスタービン燃焼器７に導入することができ、このガス中に含まれているタール成分を除去することなく燃焼させることができる。このことで、燃料の利用効率が向上するとともにタール分の付着等に起因するハンドリングトラブルが回避される。
【００３８】
なお、図１において符号１６として示すように、生成ガス流の方向に見てフィルタ室４の上流側及び下流側の差圧を検出するための差圧センサが設けられている。また、詳しくは後述するが符号２２，２３は、フィルタ室４の上部及び下部の温度状態をそれぞれ検出するための温度センサである。
【００３９】
−フィルタの構造−
この実施形態のガス化発電プラントにおいては、前記したようにサイクロン３で比較的大きなダストを分離した後に生成ガスをフィルタ室４へ導いて、フィルタエレメント５により小さなダストまで除去するようにしている。図２には、ガス化炉１及びフィルタ室４の具体的な構造の一例を示し、この例ではフィルタ室４は、ガス化炉１を収容する二重殻構造のケーシング２０内に形成されている。
【００４０】
この二重殻構造のケーシング２０は、一例として特許文献１に記載されているものと同じなので、詳しい説明は省略するが、ケーシング２０は、上端及び下端がそれぞれ閉塞された概略円筒状のものであり、図示のように内殻２０ａと外殻２０ｂとの中間に空間部２０ｃを有している。この空間部２０ｃは例えば空気層としても、ここに遮熱材を充填してもよく、或いは真空にすることによって断熱性能を高めることもできる。このような二重殻構造のケーシング２０内に収容することで、ガス化炉１やフィルタエレメント５の放熱を抑制し、その温度状態を維持する上で有利になる。
【００４１】
図の例では、上下に延びるケーシング２０内のほぼ中心線に沿ってガス化炉１が配置され、その概略上半分を取り囲むように円周方向に互いに間隔をあけて複数のフィルタエレメント５が並んでいる。また、ケーシング２０内は、ガス化炉１の上端よりも上方において仕切板２１により上下に仕切られていて、その下方には、生成ガスの流れの上流側であるフィルタ上流室４ａが、また上方には同じくフィルタ下流室４ｂが、それぞれ形成されている。
【００４２】
前記の仕切板２１には、図２(b)に示すよう外周寄りに複数の丸穴が円周上に並んで形成されていて、これら丸穴のそれぞれに前記フィルタエレメント５の上部が内挿されている。フィルタエレメント５は例えばセラミックフィルタからなり、上下方向に延びる円筒状の周壁部とその下端を閉ざす半球状の底壁部とを有していて、それらの壁部をフィルタエレメント５の外側から内側へ通過するガス中のダストを捕集するようになっている。
【００４３】
図の例では、生成ガスをサイクロン３からフィルタ室４へ導く導入管３ａがフィルタエレメント５とほぼ同じ円周上に配置されていて、ここからフィルタ室４における仕切板２１の下方、即ちフィルタ上流室４ａに導かれた後に生成ガスは当該フィルタ上流室４ａ全体に拡散する。こうして拡散した生成ガスは、フィルタエレメント５の壁部を通過してその内部に至り、自然に上昇した後にフィルタエレメント５の上端開口から仕切板２１の上方のフィルタ下流室４ｂに流入する。そして、このフィルタ下流室４ｂに臨むようにケーシング２０を貫通して設けられている生成ガス管６へと流出する。
【００４４】
この実施形態では、前記のようにフィルタエレメント５を通過する生成ガスの温度状態を検出し、その温度が高くなりすぎないよう監視するために、当該フィルタエレメント５の周壁部の上部に対応づけて上部温度センサ２２を配設している。この上部温度センサ２２は、一例として図(b)に示すように、サイクロン３からの生成ガスが導入される導入管３ａの近傍に位置するフィルタエレメント５に設けられている。
【００４５】
また、この実施形態では、前記の上部温度センサ２２だけでなく、フィルタエレメント５の周壁部の下部に対応づけて下部温度センサ２３も配設されている。図の例では下部温度センサ２３は、前記のように上部温度センサ２２の設けられているフィルタエレメント５に対して、ガス化炉１を取り囲む円周上のほぼ対角位置にある別のフィルタエレメント５に設けられている。
【００４６】
それらの温度センサ２２，２３は、いずれもフィルタエレメント５に直接、接触させるのではなくて、フィルタエレメント５の周壁部の外周面、即ち生成ガスの流れの上流側面に対して所定の間隔をあけて配置されている。この間隔は一例として、フィルタエレメント５の周壁部に付着するダストの想定される最大の厚みに対応するものであり、換言すれば温度センサ２２，２３は、フィルタの再生を開始する際のダストとの境界層に接触するように配置されている。
【００４７】
このようにダスト境界層に接触する程度の間隔をあけて配設されていることから、温度センサ２２、２３によってフィルタエレメント５の温度状態を所要の精度でもって検出することができるとともに、例えば地震動のような外的な振動が加わったときでも温度センサ２２，２３がフィルタエレメント５に直接、接触して損傷を与える心配がない。
【００４８】
ところで、前記のようにフィルタエレメント５の上部だけでなく下部にも温度センサ２３を設けているのは、以下に説明するようにフィルタエレメント５に付着したダストを除去して除塵機能を回復させる、いわゆるフィルタの再生を行うためである。すなわち、この実施形態のガス化発電プラントでは、ガス化炉１の運転を停止した後に暫くして、未だ高温状態にあるフィルタエレメント５に空気を供給し、付着しているダストを燃焼させて除去するようにしており、このときのフィルタ温度の検出に前記の温度センサ２２，２３を用いるのである。
【００４９】
また、そのフィルタ再生時にはフィルタ室４に下方から空気（外気）を供給するようにしており、前記の図１に示すように例えば電動のエアポンプ２４が設けられていて、その吐出口に接続された外気供給管２５の下流端がフィルタ室４の下方に接続されて、エアポンプ２４からの空気を供給するようになっている。図２にのみ示すが、一例として外気供給管２５の下流端は３つに分岐していて、それぞれがケーシング２０の下部を貫通する貫通部２５ａによりフィルタ室４に連通されている。同図(b)に示すように、この例では３つの貫通部２５ａは円周方向に等間隔に並んでいる。
【００５０】
さらに、その外気供給管２５の途中には空気の流量を調整可能なバルブ２６と、その流量を検出するための流量センサ２７とが配設されており、以下に詳細に述べるようにフィルタエレメント５の温度状態に基づいて空気の供給量を調整するようになっている。
【００５１】
なお、図の例では外気供給管２５の途中から分岐して加圧給気管１１の第２分岐管１１ｃに至る分岐管２８が設けられ、この分岐管２８にも空気の流量を調整可能なバルブ２９が配設されている。これらは、プラントの運転を停止した後に、翌日の運転再開に備えて或る程度の高温状態を維持するべく、ガス化炉１を種火運転するときに使用するものである。
【００５２】
−フィルタの再生−
以下に、この実施形態のガス化発電プラントにおけるフィルタの再生について図３〜５を参照して詳細に説明する。図３は、フィルタ再生のための制御系の一例を示すブロック図であり、図４はフィルタ再生の制御手順の一例を示すフローチャートである。また、図５は、再生時のフィルタ温度の変化の一例を示すタイムチャートである。
【００５３】
まず、図３に模式的に示すように、この実施形態ではガス化発電プラントのプロセスコントローラ３０によって所定の状態でフィルタの再生が実行される。この際、プロセスコントローラ３０は、図示のように上部及び下部の温度センサ２２，２３からの信号と、差圧センサ１６からの信号と、流量センサ２７からの信号とを少なくとも入力し、バルブ２６の開度を制御することによって、外気供給管２５によるフィルタ室４への空気の供給量を調整する。
【００５４】
すなわち、プロセスコントローラ３０は、温度センサ２２，２３からの信号に応じてフィルタ再生の開始判定を行う開始判定部３０ａと、該温度センサ２２，２３からの信号に応じて、フィルタ室４へ供給する空気の流量を調整する調整部３０ｂと、該温度センサ２２，２３からの信号に応じてフィルタ再生の終了時期を判定する終了判定部３０ｃと、を備えている。
【００５５】
また、図の例ではプロセスコントローラ３０は、差圧センサ１６からの信号と流量センサ２７からの信号とを受け入れて、フィルタエレメント５における空気の流通抵抗、即ち圧損係数を演算する圧損係数演算部３０ｄも備えており、前記の終了判定部３０ｃは、温度センサ２２，２３により検出されるフィルタの温度状態だけでなく、前記の圧損係数も加味してフィルタ再生の終了時期を判定する。
【００５６】
なお、それら開始判定部３０ａ、空気量調整部３０ｂ、終了判定部３０ｃ、圧損係数演算部３０ｄはいずれも、プロセスコントローラ３０がフィルタ再生のための制御プログラムを実行することによって具現化されるものであり、言い換えると、この実施形態においてプロセスコントローラ３０は、前記の各制御部３０ａ〜３０ｄをそれぞれソフトウエアの態様で備えている。
【００５７】
次に、フィルタ再生制御の具体的な手順について図４のフローチャートを参照して説明する。まず、オペレータの操作入力によって予めフィルタ再生を行うことが選択されている場合に、ガス化発電プラントの通常運転を停止して所定の時間が経過すれば、プロセスコントローラ３０の開始判定部３０ａにおいて、上部及び下部の温度センサ２２，２３によりそれぞれ検出されるフィルタ温度が所定値になったかどうかの判定が行われる（ステップＳ１：開始条件の成立？）。
【００５８】
すなわち、この実施形態のガス化発電プラントにおいては通常運転の停止後に、ガス化炉１に残っているバイオマスを燃やしきるための停止準備運転を行う。これは、例えば翌日に運転を再開するときにバイオマスが残っていると、これがガス化炉１の昇温運転の途中で一気に燃焼し始めて、急激な温度上昇を招くおそれがあるからである。停止準備運転は、新たなバイオマスは投入せずにガス化炉１に空気を供給して、残っているバイオマスを徐々に燃焼させるものであり、ガス化炉１のいわゆる「運転」には含まれない。
【００５９】
こうしてガス化炉１に残っているバイオマスを徐々に燃焼させることから、その排ガスの温度は低くなり、これが流通するフィルタエレメント５の温度は徐々に低下してゆく。また、そのように残っているバイオマスを燃焼させる間に、ガス化炉１内の圧力も徐々に低下させてゆくので、その後、引き続いて行うフィルタ再生時には出力の小さなエアポンプ２４でもって、ガス化炉１に空気を供給することができる。
【００６０】
なお、前記のフィルタ温度の所定値というのは、フィルタエレメント５に付着しているダスト中のチャーの着火温度（チャーの成分によって異なるが、一例として２００〜３００℃）以上であればよく、これに適当な値を加えて予め設定すればよい。着火温度よりも低くなるとチャーが燃えなくなり、フィルタの再生が行えなくなるからである。
【００６１】
前記のように徐々に低下してゆくフィルタエレメント５の温度は、一例を図５のグラフの左端に示すように通例、フィルタエレメント５の下部の温度Ｔ２が上部の温度Ｔ１よりも低いので、前記ステップＳ１において、下部温度センサ２３により検出されるフィルタ下部の温度Ｔ２が前記の所定値になれば（ＹＥＳ）、エアポンプ２４の動作とともに空気供給管２５のバルブ２６を開いて、フィルタ室４への空気の供給を始める（ステップＳ２）。つまり、前記のようにガス化炉１の通常運転の停止後に、時間の経過とともに徐々に低下するフィルタ温度Ｔ１，Ｔ２が、ダスト中のチャーの着火温度よりも低くなる前に、フィルタ室４への空気の供給を開始する。
【００６２】
その際、最初に供給される空気によって急に燃焼が立ち上がることがないよう、バルブ２６の開度の初期値は予め実験等により適切に設定すればよい。このバルブの開度の初期値は一定値でもよいが、例えばフィルタ温度Ｔ１，Ｔ２に対応づけてテーブル等に設定しておいてもよいし、プラントの運転履歴、即ち運転時間や投入したバイオマスの総量等も加味してバルブ２６の開度の初期値を設定してもよい。
【００６３】
そして、前記のように供給される空気は、フィルタエレメント５に対して下方から供給されるので、該フィルタエレメント５の下部において付着しているダストの燃焼（正確にはダスト中のチャーの燃焼であるが、以下、簡略化してダストの燃焼ともいう）が開始し、これによりフィルタ下部の温度が上昇し始める（図５の時刻ｔ１を参照）。そこで、まず、下部温度センサ２３により検出されるフィルタ下部の温度、及びその上昇勾配を監視して、それらがいずれも適正範囲に含まれるように空気の供給量（以下、簡略に給気量ともいう）を調整する。
【００６４】
すなわち、最初に上部及び下部のフィルタ温度の勾配ΔＴ１，ΔＴ２の値がいずれも負であるかどうか判定し（ステップＳ３）、いずれも負値であれば（ＹＥＳ）未だダストの燃焼が始まっていないので待機する。一方、いずれかが正値であれば（ＮＯ）ステップＳ４に進み、ここではフィルタ上部の温度勾配ΔＴ１が零以上かどうか、即ち温度勾配ΔＴ１が零若しくは正値であるか、それとも負値であるか判定する。
【００６５】
この判定がＹＥＳの場合、フィルタ下部の温度勾配ΔＴ２も零以上である可能性があるので、これを判定すべく後述のステップＳ１０に進む。一方、判定がＮＯでフィルタ上部の温度勾配ΔＴ１が負値であれば、前記ステップＳ３でＮＯであったことから、フィルタ下部の温度勾配ΔＴ２は零以上でなくてはならないので、フィルタエレメント５の下部においてダストの燃焼が開始したとみなして、このフィルタ下部の検出温度Ｔ２を空気量の制御に用いるフィルタ温度Ｔｆとする（ステップＳ５）。
【００６６】
そして、前記フィルタ温度Ｔｆ、及びその勾配ΔＴｆがいずれも適正範囲に含まれるかどうか判定して（ステップＳ６）、例えばフィルタの温度上昇が所定以上に急である等、フィルタ温度Ｔｆ乃至その上昇勾配ΔＴｆが高すぎるときにはステップＳ７に進み、予め決めてある設定値だけバルブ２６の開度を小さくして、フィルタへ供給する空気の量を減少させる。
【００６７】
反対に、例えばフィルタ温度Ｔｆが所定値未満である等、温度Ｔｆ乃至その上昇勾配ΔＴｆが低すぎるときにはステップＳ８に進み、予め決めてある設定値だけバルブ２６の開度を大きくして、フィルタへの給気量を増大させる。また、それらのいずれでもないとき、即ちフィルタ温度Ｔｆ乃至その上昇勾配ΔＴｆが何れも適正範囲にあるときには、バルブ２６の開度は変更しない。
【００６８】
続くステップＳ９ではプロセスコントローラ３０の終了判定部３０ｃが、後述するようにフィルタ再生の終了時期かどうか判定し、終了時期でなければ（ＮＯ）ステップＳ３に戻って前記した制御手順を繰り返し実行する（ステップＳ３〜Ｓ８）。
【００６９】
つまり、フィルタエレメント５の下方から徐々にダストが燃焼することに着目し、再生初期の所定期間はフィルタ下部の温度状態、即ちその温度Ｔ２乃至上昇勾配ΔＴ２に応じてバルブ２６の開度を制御し給気量を調整するものであり、こうすることで、フィルタ再生の初期に給気量が多くなりすぎて燃焼が急に立ち上がることを阻止しながら、速やかにダストを燃焼させて除去することが可能になる。
【００７０】
そうしてフィルタエレメント５におけるダストの燃焼がその下部から上方に向かって進行すると、暫くして上部温度センサ２２による検出温度Ｔ１が低下から上昇に転じるから、前記ステップＳ４においてＹＥＳと判定してステップＳ１０に進み、ここではフィルタ下部の温度勾配ΔＴ２が零以上かどうか、即ち温度勾配ΔＴ２が零若しくは正値であるか、それとも負値であるか判定する。この判定がＮＯであれば後述のステップＳ１２に進む一方、判定がＹＥＳであればステップＳ１１に進んで、今度はフィルタ上部の検出温度Ｔ１が下部の検出温度Ｔ２以下かどうか判定する（Ｔ１≦Ｔ２？）。
【００７１】
この判定がＹＥＳでＴ１≦Ｔ２であれば前記ステップＳ５に進んで、温度の高い方のフィルタ下部の検出温度Ｔ２を空気量の制御に用いるフィルタ温度Ｔｆとする一方、判定がＮＯでＴ１＞Ｔ２であればステップＳ１２に進んで、フィルタ上部の検出温度Ｔ１をフィルタ温度Ｔｆとする。そして、前記したステップＳ６〜Ｓ８に進んでフィルタ温度Ｔｆに基づくバルブ２６の開度の制御を実行する。
【００７２】
つまり、この実施形態では、フィルタ上部、下部の検出温度Ｔ１，Ｔ２のいずれか一方のみが上昇しているときには、その温度をフィルタ温度Ｔｆとし、いずれもが上昇しているときにはそのうちの高い方をフィルタ温度Ｔｆとして、フィルタへの給気量の制御に用いる。こうすると、フィルタ再生の初期にその下部の温度が高い所定期間は、当該フィルタ下部の温度状態に基づいて給気量の制御が行われ、その後、ダストの燃焼部位がフィルタ上部に移行して、この上部の温度が高くなるのに伴い、当該フィルタ上部の温度状態に基づく給気量の制御に切替わることになる。
【００７３】
その後は前記のようにステップＳ６〜Ｓ８において、上部温度センサ２２からの信号に応じてバルブ２６の開度を制御し、フィルタエレメント５への給気量を調整するとともに、プロセスコントローラ３０においては圧損係数演算部３０ｄが差圧センサ１６からの信号と流量センサ２７からの信号とに応じて、フィルタ上下の空気流の圧損係数を演算しており、こうして演算される圧損係数と前記上部温度センサ２２による検出温度Ｔ１とに基づいて終了判定部３０ｃが、フィルタ再生の終了時期を判定する（ステップＳ９）。
【００７４】
例えば、上部温度センサ２２による検出温度Ｔ１が所定値以下にまで低下するか、或いは、前記のような調整部３０ｂによる給気量の調整によって給気量を増やしても、フィルタ上部温度Ｔ１が殆ど上昇しなくなり、その上昇割合ΔＴ１が所定値未満になれば、フィルタエレメント５の上部にも残存するダストがなくなったと判断し（終了条件成立：ステップＳ９でＹＥＳ）、バルブ２６を閉じてフィルタ室４への空気の供給を停止し（ステップＳ１３）、フィルタ再生制御を終了する（エンド）。
【００７５】
−再生時のフィルタ温度の変化−
次に、前記の如き制御によるフィルタ再生の開始から終了までに亘って、フィルタ温度Ｔ１，Ｔ２が変化する様子の一例を図５に示す。このグラフは横軸に時間の経過を表し、縦軸にはフィルタ温度Ｔ１，Ｔ２を表したもので、実線で示すグラフが下部温度センサ２３によるフィルタ下部の温度Ｔ２の検出値であり、破線で示すのはフィルタ上部の温度Ｔ１の検出値である。
【００７６】
まず、プラントの運転停止後には、前記したように停止準備運転が行われるが、このとき、図の左端に示すようにフィルタ室４の温度は上部及び下部の双方で同様に低下する。フィルタ室４の上部には相対的に暖かいガスが対流するので、破線のグラフに示すように上部の温度の方が高くなっている。そして、時刻ｔ１において、実線のグラフで示すフィルタ下部の温度Ｔ２が所定値になってフィルタ再生が開始されると、フィルタ室４に下方から供給される空気によってダストの燃焼が始まり、フィルタ下部の温度Ｔ２が上昇し始める。
【００７７】
こうしてフィルタ下部においてダストの燃焼が始まる一方で、これにより空気が消費されることから暫くの間、フィルタ上部でのダストの燃焼は始まらず、破線のグラフで示すようにフィルタ上部の温度Ｔ１は低下を続ける。そして、新たな空気の供給に連れて徐々にフィルタエレメント５の上側に向かって燃焼が進んでゆくと、フィルタ上部の温度Ｔ１が低下から上昇に転ずる（時刻ｔ２）。
【００７８】
その後、暫くの間はフィルタ上部及び下部の双方で同じように温度が上昇するが、或るところでフィルタ下部の温度の上昇が鈍り（時刻ｔ３）、徐々に低下するようになる。この結果として、図の例では時刻ｔ３においてフィルタ上部温度Ｔ１がフィルタ下部温度Ｔ２を上回り、フィルタ室４への給気量の調整が、フィルタ上部温度Ｔ１に基づくものに切替わっている。
【００７９】
図の例では破線で示すフィルタ上部の温度Ｔ１が時刻ｔ３以降も上昇しているが、これは、前記したように上部温度センサ２２からの信号に応じてバルブ２６の開度が制御され、フィルタ室４への空気の供給量が調整されるためである。このときのフィルタ上部の温度Ｔ１は、一例としてダスト中の灰の溶融温度（例えば６００℃くらい）よりも少しだけ低くなるように維持される。一方、フィルタ下部の温度Ｔ２は時間の経過とともに徐々に低下してゆく。
【００８０】
そして、フィルタエレメント５に付着していたダストが概ね燃え尽きると、その後は、いくら給気量を増やしてもフィルタ上部の温度Ｔ１を維持できなくなって、図の右端に示すように破線のグラフも低下するようになり、これが所定値になった頃に（時刻ｔ４）フィルタの再生が終了することになる。
【００８１】
以上、説明した実施の形態に係るフィルタの再生方法によると、ガス化発電プラントにおいてガス化炉１の運転を停止した後に、フィルタ室４の温度がダスト中のチャーの着火温度よりも低くなる前に、そこへ空気（外気）を供給することによって、フィルタエレメント５に付着しているダスト中のチャーを燃焼させて、そのダストを除去することができる。その際、化石燃料や電力を無駄に消費することがないから経済的であり、環境適合性も高い。
【００８２】
しかも、フィルタ再生の際にフィルタ室４にはエアポンプ２４によって外気を供給するだけであり、設備コストの上昇は最低限で済むから、比較的小規模なガス化発電プラントにも適用しやすい。
【００８３】
また、この実施形態においてはフィルタ室４に下方から空気を供給し、上下に延びるフィルタエレメント５のダストが下部から上方に向かって徐々に燃え進むようにしており、そのときに給気量を、フィルタ下部の温度Ｔ２が高い初期の所定期間はその下部の温度状態に基づいて、また、その後はフィルタ上部の温度状態に基づいて調整することにより、フィルタエレメント５の損傷を防止しながら、付着しているダストを速やかに燃焼除去することができる。
【００８４】
また、フィルタ温度Ｔ１，Ｔ２だけでなくその上昇勾配ΔＴ１，ΔＴ２に基づいて給気量をきめ細かく調整することにより、フィルタエレメント５の損傷をより確実に防止することができる。温度センサ２２，２３によるフィルタ温度の検出値は、あくまでセンサ付近の雰囲気温度であり、これがあまり高くないとしてもその上昇勾配が大きいときには、局所的に燃焼が激しくなって温度が急上昇し、その部位のみにてダスト中の灰が溶融したり、フィルタ自体が溶融したりするおそれがあるからである。
【００８５】
さらに、前記の実施形態ではフィルタ再生の終了時期を、フィルタ上部の温度Ｔ１だけでなく、フィルタ上下の差圧とガス流量とを加味して、即ちフィルタエレメント５における通気抵抗も考慮して判定するようにしているので、その判定の精度が向上し、フィルタエレメント５に付着しているダストを十分に除去して、除塵機能を回復させることができる。
【００８６】
−他の実施形態−
なお、上述した実施形態の説明は本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、或いはその用途を制限することを意図するものではない。例えば、前記実施形態においてはフィルタ再生の際に２つの温度センサ２２，２３によってフィルタの上部及び下部の双方の温度Ｔ１，Ｔ２を検出し、その温度勾配ΔＴ１，ΔＴ２が零乃至正値であるもののうちの高い方の温度に基づいて、フィルタへの給気量を調整するようにしているが、これに限るものではない。
【００８７】
例えば、フィルタ再生の初期は下部温度センサ２３からの信号に基づいて給気量の制御を行うものとし、その後、ダストの燃焼がフィルタ下部から上方に向かって進行して、下部温度センサ２３による検出温度の勾配ΔＴ２が所定値以下になるか、該下部温度センサ２３による検出温度Ｔ２が上部温度センサ２２による検出温度Ｔ１と同じになるか、或いは該上部温度センサ２２による検出温度Ｔ１が低下から上昇に転じるか等、種々のタイミングでフィルタ上部温度Ｔ１に基づく給気量調整に切替えるようにしてもよい。
【００８８】
また、温度センサの数は、前記実施形態のように上部、下部の２つには限定されず、簡略には１つであってもよいし、反対に３つ以上としてもよい。３つ以上の温度センサを用いるのであれば、上述した実施形態と同じく、その検出温度が上昇しているものの中で温度の最も高いセンサからの信号に応じて、給気量の制御を行うようにするのが好ましい。
【００８９】
また、そうして複数のセンサを用いる場合の各センサの配置についても何ら限定されるものではない。前記の実施形態では上下に長いフィルタエレメント５の形状に対応して、その上部及び下部にそれぞれ温度センサ２２，２３を配設しているが、これに限ることはない。フィルタエレメント５を一方向に長い形状とする必要もなく、その長手方向に並べて複数の温度センサを配置する必要もない。
【００９０】
フィルタエレメント５の形状に依らず、それに所定方向の一方から空気を供給して、他方に向かい徐々にダストを燃焼させる場合には、その所定方向の一方から他方に向かい互いに離間させて複数の温度センサを配設するのが好ましい。この場合には、フィルタ再生の初期には、前記の所定方向一方の温度センサからの信号に応じて給気量を制御し、フィルタ再生の終盤になれば、前記所定方向の他方の温度センサからの信号に応じて給気量を制御するのがよい。
【００９１】
また、前記の実施形態においてフィルタエレメント５はセラミックフィルタであるが、これは、ＳＵＳやインコネルのような金属製のフィルタであってもよい。前記実施形態においてフィルタエレメント５は、ガス化炉１と共通の二重殻構造のケーシング２０内に収容されているが、これに限ることもなく、ケーシング２０は二重殻構造でなくてもよいし、フィルタエレメント５をガス化炉１と共通のケーシング２０に収容しなくてもよい。
【００９２】
また、前記実施形態においては図２に示すように、フィルタエレメント５をガス化炉１の回りを囲むように配置しているが、これに限らず、例えば図１に模式的に示すように、フィルタエレメント５を専用のフィルタハウジングに収容して、ケーシング２０内においてガス化炉１の隣に配置してもよい。この場合にはフィルタ室４は、ガス化炉１のケーシング２０内に形成されるのではなく、それとは別個に前記フィルタハウジング内に形成される。
【００９３】
また、前記実施形態においてはガス化発電プラントとして、バイオマスを燃料とするものを例示しているが、これは、例えば石炭ガス化発電プラントのようにバイオマス以外の燃料をガス化して用いるものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明に係るフィルタの再生方法は、フィルタに付着したダストを燃焼させて除去する際に化石燃料や電力を無駄に消費することがなく、設備コストの上昇を最小限に抑制できるもので、例えばバイオマスを燃料とするガス化発電プラントのような比較的小規模なプラントに適用して好適である。
【符号の説明】
【００９５】
１ ガス化炉
４ フィルタ室
５ フィルタエレメント
２０ ケーシング
２２ 上部の温度センサ
２３ 下部の温度センサ
２４ エアポンプ（空気供給手段）
２５ 外気供給管（空気供給手段）
２６ バルブ（空気供給手段）
３０ プロセスコントローラ（制御手段）
３０ａ 開始判定部
３０ｂ 調整部
３０ｃ 終了判定部
３０ｄ 圧損係数演算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス化炉の生成ガスからダストを取り除くためのフィルタを対象として、そのフィルタから付着したダストを除去し、除塵機能を回復させる再生方法であって、
前記ガス化炉の運転を停止した後に、時間の経過とともに低下する前記フィルタの温度が前記ダストに含まれるチャーの着火温度よりも低くなる前に、当該フィルタへの空気の供給を開始し、前記チャーを燃焼させてダストを除去することを特徴とするフィルタの再生方法。
【請求項２】
前記フィルタの温度状態を検出するためのセンサを設け、このセンサにより検出される温度乃至その上昇及び下降勾配に基づいて空気の供給量を調整する、請求項１に記載のフィルタの再生方法。
【請求項３】
前記センサを複数設け、その検出温度が上昇しているものの中で該検出温度の最も高いセンサからの信号に応じて空気の供給量を調整する、請求項２に記載のフィルタの再生方法。
【請求項４】
前記フィルタにおいて生成ガスの通過する壁部に、所定方向に離間させて前記センサを複数、配設し、
前記フィルタに前記所定方向の一方から空気を供給して、初期の所定期間はその所定方向の一方のセンサからの信号に応じて空気の供給量を調整し、その所定期間の経過後は前記所定方向の他方のセンサからの信号に応じて空気の供給量を調整する、請求項２又は３のいずれかに記載のフィルタの再生方法。
【請求項５】
前記複数のセンサ全てによる検出温度の上昇割合が所定値未満になったとき、前記フィルタの再生の終了時期と判定する、請求項３又は４のいずれかに記載のフィルタの再生方法。
【請求項６】
さらに、前記フィルタを通過する生成ガスの流量と、その上流側及び下流側の差圧とを加味して該フィルタの再生終了時期を判定する、請求項５に記載のフィルタの再生方法。
【請求項７】
燃料をガス化するためのガス化炉と、このガス化炉の生成ガスからダストを取り除くためのフィルタとを備えたガス化発電プラントであって、
前記フィルタにはその温度状態を検出するためのセンサが複数、配設され、
前記フィルタに空気を供給するとともに、その供給量を調整可能なバルブを備えた空気供給手段と、
前記センサからの信号に応じて前記バルブの開度を制御し、前記空気の供給量を調整する制御手段と、をさらに備え、
前記制御手段は、
前記ガス化炉の運転停止後に、前記複数のセンサのいずれかにより検出されるフィルタ温度が時間の経過とともに低下して、前記ダストに含まれるチャーの着火温度よりも低くなる前に当該フィルタへの空気の供給を開始し、前記チャーを燃焼させてダストを除去するように構成されている、ことを特徴とするガス化発電プラント。
【請求項８】
前記制御手段は、前記センサにより検出されるフィルタの温度乃至その上昇及び下降勾配に基づいて空気の供給量を調整するものである、請求項７に記載のガス化発電プラント。
【請求項９】
前記制御手段は、前記複数のセンサのうち、その検出温度が上昇しているものの中で該検出温度の最も高いセンサからの信号に応じて、空気の供給量を調整するものである、請求項７又は８のいずれかに記載のガス化発電プラント。
【請求項１０】
前記フィルタにおいて生成ガスの通過する壁部には、前記複数のセンサが所定方向に離間して配設され、
前記空気供給手段は、前記フィルタに前記所定方向の一方から空気を供給するように構成され、
前記制御手段は、前記空気供給手段によるフィルタへの空気の供給を開始した後、初期の所定期間は前記所定方向の一方のセンサからの信号に応じて空気の供給量を調整し、その所定期間の経過後は前記所定方向の他方のセンサからの信号に応じて空気の供給量を調整するものである、請求項７〜９のいずれか１つに記載のガス化発電プラント。
【請求項１】
ガス化炉の生成ガスからダストを取り除くためのフィルタを対象として、そのフィルタから付着したダストを除去し、除塵機能を回復させる再生方法であって、
前記ガス化炉の運転を停止した後に、時間の経過とともに低下する前記フィルタの温度が前記ダストに含まれるチャーの着火温度よりも低くなる前に、当該フィルタへの空気の供給を開始し、前記チャーを燃焼させてダストを除去することを特徴とするフィルタの再生方法。
【請求項２】
前記フィルタの温度状態を検出するためのセンサを設け、このセンサにより検出される温度乃至その上昇及び下降勾配に基づいて空気の供給量を調整する、請求項１に記載のフィルタの再生方法。
【請求項３】
前記センサを複数設け、その検出温度が上昇しているものの中で該検出温度の最も高いセンサからの信号に応じて空気の供給量を調整する、請求項２に記載のフィルタの再生方法。
【請求項４】
前記フィルタにおいて生成ガスの通過する壁部に、所定方向に離間させて前記センサを複数、配設し、
前記フィルタに前記所定方向の一方から空気を供給して、初期の所定期間はその所定方向の一方のセンサからの信号に応じて空気の供給量を調整し、その所定期間の経過後は前記所定方向の他方のセンサからの信号に応じて空気の供給量を調整する、請求項２又は３のいずれかに記載のフィルタの再生方法。
【請求項５】
前記複数のセンサ全てによる検出温度の上昇割合が所定値未満になったとき、前記フィルタの再生の終了時期と判定する、請求項３又は４のいずれかに記載のフィルタの再生方法。
【請求項６】
さらに、前記フィルタを通過する生成ガスの流量と、その上流側及び下流側の差圧とを加味して該フィルタの再生終了時期を判定する、請求項５に記載のフィルタの再生方法。
【請求項７】
燃料をガス化するためのガス化炉と、このガス化炉の生成ガスからダストを取り除くためのフィルタとを備えたガス化発電プラントであって、
前記フィルタにはその温度状態を検出するためのセンサが複数、配設され、
前記フィルタに空気を供給するとともに、その供給量を調整可能なバルブを備えた空気供給手段と、
前記センサからの信号に応じて前記バルブの開度を制御し、前記空気の供給量を調整する制御手段と、をさらに備え、
前記制御手段は、
前記ガス化炉の運転停止後に、前記複数のセンサのいずれかにより検出されるフィルタ温度が時間の経過とともに低下して、前記ダストに含まれるチャーの着火温度よりも低くなる前に当該フィルタへの空気の供給を開始し、前記チャーを燃焼させてダストを除去するように構成されている、ことを特徴とするガス化発電プラント。
【請求項８】
前記制御手段は、前記センサにより検出されるフィルタの温度乃至その上昇及び下降勾配に基づいて空気の供給量を調整するものである、請求項７に記載のガス化発電プラント。
【請求項９】
前記制御手段は、前記複数のセンサのうち、その検出温度が上昇しているものの中で該検出温度の最も高いセンサからの信号に応じて、空気の供給量を調整するものである、請求項７又は８のいずれかに記載のガス化発電プラント。
【請求項１０】
前記フィルタにおいて生成ガスの通過する壁部には、前記複数のセンサが所定方向に離間して配設され、
前記空気供給手段は、前記フィルタに前記所定方向の一方から空気を供給するように構成され、
前記制御手段は、前記空気供給手段によるフィルタへの空気の供給を開始した後、初期の所定期間は前記所定方向の一方のセンサからの信号に応じて空気の供給量を調整し、その所定期間の経過後は前記所定方向の他方のセンサからの信号に応じて空気の供給量を調整するものである、請求項７〜９のいずれか１つに記載のガス化発電プラント。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１６４９（Ｐ２０１２−１６４９Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３８９８４（Ｐ２０１０−１３８９８４）
【出願日】平成２２年６月１８日（２０１０．６．１８）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度、新エネルギー・産業技術総合開発機構、バイオマスエネルギー地域システム化実験事業 高知県仁淀川流域エネルギー自給システムの構築において考案された発明であり、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１８日（２０１０．６．１８）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度、新エネルギー・産業技術総合開発機構、バイオマスエネルギー地域システム化実験事業 高知県仁淀川流域エネルギー自給システムの構築において考案された発明であり、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]