ボイラ設備
【課題】ボイラ設備において、ボイラでのガス燃料によるトラブルを防止して熱回収効率の向上を図る。
【解決手段】バイオマスを燃料として燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成するガス化炉１０と、ガス化炉１０で生成されたガス燃料と化石燃料を燃焼させて発生した熱を回収するボイラ３０とを設け、ガス化炉１０で生成されたガス燃料をボイラ３０に送るガス燃料配管２４を設けると共に、このガス燃料配管２４にガス燃料中のチャー（未燃固形分）を捕集するサイクロン２６を設ける。
【解決手段】バイオマスを燃料として燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成するガス化炉１０と、ガス化炉１０で生成されたガス燃料と化石燃料を燃焼させて発生した熱を回収するボイラ３０とを設け、ガス化炉１０で生成されたガス燃料をボイラ３０に送るガス燃料配管２４を設けると共に、このガス燃料配管２４にガス燃料中のチャー（未燃固形分）を捕集するサイクロン２６を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスを燃焼・ガス化させることで一酸化炭素や水素などを発生させ、これをガス燃料として生成するガス化炉、バイオマスを用いて生成したガス燃料と石炭や油などの化石燃料とを燃料として併用して燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収することが可能なボイラ設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バイオマスを燃料としてガス化させることで一酸化炭素や水素などを発生させ、これをガス燃料として生成するガス化炉が各種提案されている。また、石炭や油などの化石燃料を燃料として燃焼させることで熱を発生させ、この発生した熱を回収するボイラが各種提案されている。そして、ガス化炉で生成したガス燃料をボイラに供給し、このガス燃料と化石燃料とを燃料として併用して燃焼させ、熱を回収するようにした設備が、例えば、下記特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第４６７６１７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなガス化炉とボイラとを組み合わせた設備にあっては、ガス化炉で生成したガス燃料と化石燃料（石炭や油など）を燃焼させて熱を回収している。この場合、ガス化炉で生成したガス燃料は、異物が含まれており、例えば、ガス化炉が循環流動層形式であるとき、ガス燃料中に流動材やチャー（未燃固形分）などが含まれている。この異物（流動材やチャーなど）を含んだままのガス燃料をボイラに供給して燃焼させると、炉壁や伝熱部へ溶融灰が付着するスラッギングやファウリングが発生しやすいという問題がある。
【０００５】
本発明は上述した課題を解決するものであり、ボイラでのガス燃料によるトラブルを防止して熱回収効率の向上を図るボイラ設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するための本発明のボイラ設備は、バイオマスを燃料として燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成するガス化炉と、該ガス化炉で生成されたガス燃料と化石燃料を燃焼させて発生した熱を回収するボイラと、前記ガス化炉で生成されたガス燃料を前記ボイラに送るガス燃料送給経路と、該ガス燃料送給経路に設けられてガス燃料中の未燃固形分を捕集する未燃固形分捕集部と、を備えることを特徴とするものである。
【０００７】
従って、ガス化炉にて、バイオマスを燃焼・ガス化させることでガス燃料が生成され、生成されたガス燃料がガス燃料送給経路を通ってボイラに送られ、このボイラにて、ガス燃料と化石燃料を燃焼させることで発生した熱が回収されることとなり、このとき、ガス燃料送給経路では、未燃固形分捕集部によりガス燃料中の未燃固形分が捕集されるため、この未燃固形分がボイラで燃焼することで発生するスラッギングやファウリングなどのトラブルを防止し、熱回収効率の向上を図ることができる。
【０００８】
本発明のボイラ設備では、前記未燃固形分捕集部は、セラミックフィルタを有するサイクロンであることを特徴としている。
【０００９】
従って、セラミックフィルタによりガス燃料中の未燃固形分を適正に捕集することができ、構造の簡素化を可能とすることができる。
【００１０】
本発明のボイラ設備では、前記ガス化炉は、バイオマスと空気と流動材を混合すると共に循環しながら燃焼・ガス化することでガス燃料を生成可能であり、前記ガス燃料送給経路にガス燃料中の流動材を捕集する流動材捕集部が設けられることを特徴としている。
【００１１】
従って、ガス化炉で生成されたガス燃料がガス燃料送給経路を通ってボイラに送られるとき、流動材捕集部によりガス燃料中の流動材が捕集されるため、この流動材によるガス燃料送給経路やボイラでの磨耗やボイラでの燃焼不安定などのトラブルを防止することができる。
【００１２】
本発明のボイラ設備では、前記流動材捕集部は、リターンフロー方式を利用した比重分離によりガス燃料中の流動材を捕集することを特徴としている。
【００１３】
従って、ガス燃料がガス燃料送給経路を流れるときに、流動材捕集部にてリターンフローすることで、ガス燃料から流動材が比重分離されることとなり、簡単な構成で容易に流動材を分離することができる。
【００１４】
本発明のボイラ設備では、前記ガス化炉は、６５０℃以下のガス燃料を生成可能であり、前記ボイラは、ガス燃料と化石燃料としての油を燃焼可能であることを特徴としている。
【００１５】
従って、ガス化炉にて、バイオマスと空気を６５０℃以下で燃焼・ガス化してガス燃料を生成すると、バイオマスに含まれるアルカリ金属がガス燃料中に放出されずに未燃固形分中に残存する。ガス燃料送給経路にて、このアルカリ金属を含んだ未燃固形分が未燃固形分捕集部により捕集されるためにボイラに送給されることはない。ボイラにて、アルカリ金属が送給され、化石燃料としての油と共に燃焼すると、硫黄やバナジウムと反応してスラッギングやファウリングなどのトラブルが発生するが、未燃固形分捕集部で捕集されることで、このトラブルを防止することができる。
【００１６】
本発明のボイラ設備では、前記ガス燃料送給経路への異物の付着を防止する付着防止装置が設けられることを特徴としている。
【００１７】
従って、ガス燃料送給経路にて、温度が低下してガス燃料中のタールなどが析出すると、ガス燃料送給経路の壁面にこのタールや未燃固形分が付着しやすくなることから、付着防止装置によりガス燃料送給経路の壁面をガードすることで、異物の付着を防止することができ、ガス燃料送給経路におけるガス燃料のスムーズな流れを確保することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のボイラ設備によれば、ガス化炉で生成されたガス燃料がガス燃料送給経路を通ってボイラに送られるとき、未燃固形分捕集部によりガス燃料中の未燃固形分が捕集されることとなり、この未燃固形分がボイラで燃焼することで発生するトラブルを防止し、熱回収効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係るボイラ設備を表す概略構成図である。
【図２】図２は、本実施例ボイラ設備におけるガス燃料送給経路を表す概略図である。
【図３】図３は、本実施例のボイラ設備におけるガス燃料送給経路の要部を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照して、本発明に係るボイラ設備の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００２１】
図１は、本発明の一実施例に係るボイラ設備を表す概略構成図、図２は、本実施例ボイラ設備におけるガス燃料送給経路を表す概略図、図３は、本実施例のボイラ設備におけるガス燃料送給経路の要部を表す断面図である。
【００２２】
本実施例のボイラ設備は、バイオマスを用いて生成したガス燃料と石炭や油などの化石燃料とを燃料として併用して燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収することが可能なボイラ設備である。
【００２３】
この本実施例のボイラ設備は、図１に示すように、バイオマスを燃焼してガス化することでガス燃料を生成するガス化炉１０と、このガス化炉１０で生成したガス燃料と化石燃料とを燃焼することで発生した熱を回収するボイラ３０を有している。
【００２４】
ここで、バイオマスとは、再生可能な生物由来の有機性資源であって、化石資源を除いたものと定義する。例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ及びこれらを原料とするリサイクル燃料（ペレットやチップ）などであり、ここに提示したものに限定されることはない。
【００２５】
ガス化炉１０は、循環流動層形式のガス化炉であって、ガス化炉本体１１を有している。この場合、循環流動層形式に限らず気泡型循環流動層形式であってもよい。このガス化炉本体１１は、中空形状をなして鉛直方向に沿って設置され、上下及び周囲の各壁部が全面耐火材料により構成され、外部への放熱が防止可能な構造であり、例えば、５００〜１０００℃で運転可能となっている。このガス化炉本体１１は、流動材としての流動砂と燃料としてのバイオマスを供給可能となっており、内部でバイオマスを燃焼・ガス化することで流動砂を高温化すると共に、二酸化炭素を主成分とする可燃性ガスが発生し、この可燃性ガスをガス化剤としてガス化反応が起こる。ここで、流動砂としては、例えば、珪砂（主成分として、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３など）であり、また、ガス化炉本体１１内で発生したガスから硫黄を除去（脱硫）するために、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を投入してもよい。
【００２６】
燃料供給系として、ホッパ１２、スクリューフィーダ１３、コンベア１４、供給配管１５を有している。ホッパ１２は、所定量のバイオマスを貯留可能であり、スクリューフィーダ１３は、このホッパ１２に貯留されたバイオマスを所定量ずつ供給することができる。コンベア１４は、スクリューフィーダ１３から供給されたバイオマスを搬送可能であり、ここで、図示しない磁選機により釘や蝶番など、混入している金属製の異物を除去する。そして、バイオマスは、供給配管１５を通して側部からガス化炉本体１１内に投入される。
【００２７】
なお、燃料供給系にて、ホッパ１２の上方には乾燥装置１６が設けられている。この乾燥装置１６は、バイオマスに含まれる水分を除去する。
【００２８】
また、ガス化炉本体１１は、可燃性ガスと流動砂を分離するサイクロン１７が接続されている。即ち、ガス化炉本体１１は、上側部が排出配管１８を介してサイクロン１７の上側部に連結されており、このサイクロン１７は、下部が循環配管１９を介してガス化炉本体１１の下側部に連結されており、この循環配管１９にシールポッド２０が装着されている。
【００２９】
そして、ガス化炉本体１１に対して、ガス化用の空気を供給する空気供給系が設けられている。即ち、空気供給系を構成する空気供給配管２１は、端部がガス化炉本体１１の下部に連結されると共に、この空気供給配管２１から分岐した空気供給分岐配管２２がシールポッド２０に連結されている。この空気供給配管２１は、後述するが、２００〜３５０℃に加熱された高温空気をガス化炉本体１１の下部から内部に供給することができると共に、空気供給分岐配管２２によりシールポッド２０に供給することができる。
【００３０】
ガス化炉本体１１は、下部にバイオマスに混入していた異物を除去する異物排出配管２３が連結されている。
【００３１】
また、サイクロン１７は、上部に生成した可燃性ガス、つまり、ガス燃料を送給するガス燃料配管２４が連結されている。このガス燃料配管２４は、ガス燃料をボイラ３０まで搬送するためのものであり、中途部に除塵装置２５とサイクロン２６が設けられている。この除塵装置２５は、流速を低減することで、比重が重く、ガス燃料の気流に乗りにくい燃料とならない成分、具体的には、珪砂を主成分とする粉体を集塵除去する。そのため、除塵装置２５は、下部に粉体排出配管２７が設けられている。また、サイクロン２６は、セラミックフィルタを有し、サイクロン１７で除去できなかった微細なチャーを除去する。そのため、サイクロン２６は、下部にチャー排出配管２８が設けられている。
【００３２】
なお、ガス化炉１０で生成されるガス燃料は、主成分が一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）、窒素（Ｎ）などから構成され、３００〜１１００ｋｃａｌ／Ｎｍ３程度の低カロリーガスであり、６５０〜８５０℃の範囲でガス化炉１０により生成される。
【００３３】
従って、ガス化炉１０にて、ガス化炉本体１１は、図示しない供給経路から流動砂が供給されており、バイオマスは、乾燥装置１６で乾燥された後にホッパ１２に貯留され、このホッパ１２からスクリューフィーダ１３及びコンベア１４により供給配管１５を通してガス化炉本体１１に投入される。また、ガス化炉本体１１は、空気供給配管２１により下部から燃焼・ガス化用の高温空気が供給される。すると、ガス化炉本体１１内にて、流動砂とバイオマスとが流動混合すると共に、バイオマスが燃焼・ガス化して可燃性ガスが発生する。
【００３４】
この燃焼・ガス化により発生した可燃性ガスは、流動砂と共に排出配管１８を通してサイクロン１７に排出され、このサイクロン１７により可燃性ガスと流動砂とに分離される。そして、分離された可燃性ガスは、ガス燃料としてガス燃料配管２４を通してボイラ３０に供給される。このとき、ガス燃料配管２４を流動するガス燃料は、除塵装置２５により珪砂を主成分とする粉体が集塵除去され、サイクロン２６により微細なチャーが除去される。また、サイクロン１７で分離された高温の流動砂は、シールポッド２０を介して循環配管１９によりガス化炉本体１１に戻される。
【００３５】
一方、ボイラ３０は、コンベンショナルボイラであって、ガス燃料と化石燃料とを燃焼可能なボイラ本体３１を有している。このボイラ本体３１は、中空形状をなして鉛直方向に設置され、このボイラ本体３１を構成するボイラ本体壁の下部に燃焼装置３２が設けられている。この燃焼装置３２は、ボイラ本体壁に装着された複数の化石燃料用の燃焼バーナ３３と、複数のガス燃料用の燃焼バーナ３４とを有している。本実施例にて、化石燃料用の燃焼バーナ３３は、周方向に沿って４個配設されたものが上下方向に４段配置されている。一方、ガス燃料用の燃焼バーナ３４は、複数の化石燃料用の燃焼バーナ３３の下方であって、周方向に沿って４個配設されたものが上下方向に１段配置されている。なお、化石燃料用の燃焼バーナ３３とガス燃料用の燃焼バーナ３４の配置関係は上下逆であってもよい。また、各燃焼バーナ３３，３４にて、周方向の数は４個に限るものではなく、段数も４段や１段に限るものではない。更に、各燃焼バーナ３３，３４対向するように配置してもよい。
【００３６】
そして、化石燃料用の燃焼バーナ３３は、微粉炭供給部３５が供給配管３６を介して連結されると共に、燃料油（または、燃料ガス）供給部３７が供給配管３８を介して連結されており、この場合、化石燃料として、微粉炭または燃料油を供給可能となっている。一方、ガス燃料用の燃焼バーナ３４は、ガス化炉１０からのガス燃料配管２４が連結されている。この場合、ガス燃料配管２４からガス燃料用の燃焼バーナ３４に供給されるガス燃料は、４００℃以上に維持することが望ましい。
【００３７】
また、燃焼装置３２は、各燃焼バーナ３３，３４に燃焼用空気を供給可能な空気供給配管３９を有しており、この空気供給配管３９は、基端部に送風機４０が装着され、先端部がボイラ本体３１の外周側に設けられた風箱４１に連結されている。そのため、この風箱４１に供給された空気を各燃焼バーナ３３，３４に供給することができる。
【００３８】
ボイラ本体３１は、上部に煙道４２が連結されており、この煙道４２に、対流伝熱部として排ガスの熱を回収するための、過熱器４３，４４、再熱器４５，４６、節炭器４７，４８，４９が設けられており、ボイラ本体３１での燃焼で発生した排ガスと水との間で熱交換が行われる。
【００３９】
煙道４２は、その下流側に熱交換を行った排ガスが排出される排ガス配管５０が連結されている。この排ガス配管５０は、空気供給配管３９との間にエアヒータ５１が設けられ、空気供給配管３９を流れる空気と、排ガス配管５０を流れる排ガスとの間で熱交換を行い、燃焼バーナ３３，３４に供給する燃焼用空気を２００〜３００℃の範囲に昇温することが望ましい。
【００４０】
また、空気供給配管３９は、エアヒータ５１より下流側の位置から分岐して、空気供給配管２１が設けられている。この空気供給配管２１は、塵や埃などの粒子状物質を除去可能な除塵装置５２と、高温空気を昇圧可能なブロア５３が装着されており、エアヒータ５１で２００〜３００℃に加熱した空気をガス化炉１０のガス化炉本体１１内に供給することができる。
【００４１】
なお、排ガス配管５０は、エアヒータ５１より上流側に位置して、選択還元型触媒５４が設けられ、エアヒータ５１より下流側に位置して、電気集塵機５５、誘引送風機５６、脱硫装置５７が設けられ、下流端部に煙突５８が設けられている。
【００４２】
従って、ボイラ３０にて、送風機４０を駆動して空気を吸引すると、この空気は、空気供給配管３９を通してエアヒータ５１で加熱された後に風箱４１を介して各燃焼バーナ３３，３４に供給される。また、化石燃料としての微粉炭または燃料油は、供給配管３６，３８を通して化石燃料用の燃焼バーナ３３に供給されると共に、ガス化炉１０からのガス燃料は、ガス燃料配管２４を通してガス燃料用の燃焼バーナ３４に供給される。
【００４３】
すると、化石燃料用の燃焼バーナ３３は、燃焼用空気と化石燃料をボイラ本体３１に噴射すると同時に着火し、また、ガス燃料用の燃焼バーナ３４は、燃焼用空気とガス燃料をボイラ本体３１に噴射すると同時に着火する。このボイラ本体３１では、燃焼用空気、化石燃料、ガス燃料が燃焼して火炎が生じる。ボイラ本体３１内の下部で火炎が生じると、燃焼ガスがこのボイラ本体３１内を上昇し、煙道４２に排出される。
【００４４】
このとき、図示しない給水ポンプから供給された水は、節炭器４７，４８，４９によって予熱された後、図示しない蒸気ドラムに供給されボイラ本体壁の各水管（図示せず）に供給される間に加熱されて飽和蒸気となり、図示しない蒸気ドラムに送り込まれる。更に、図示しない蒸気ドラムの飽和蒸気は過熱器４３，４４に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器４３，４４で生成された過熱蒸気は、図示しない発電プラント（例えば、タービン等）に供給される。また、タービンでの膨張過程の中途で取り出した蒸気は、再熱器４５，４６に導入され、再度過熱されてタービンに戻される。なお、ボイラ本体３１をドラム型（蒸気ドラム）として説明したが、この構造に限定されるものではない。
【００４５】
その後、煙道４２の節炭器４７，４８，４９を通過した排ガスは、排ガス配管５０にて、選択還元型触媒５４でＮＯｘなどの有害物質が除去され、電気集塵機５５で粒子状物質が除去され、脱硫装置５７により硫黄分が除去された後、煙突５８から大気中に排出される。
【００４６】
このように構成された本実施例のボイラ設備において、上述したように、バイオマスを燃料として燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成するガス化炉１０と、このガス化炉１０で生成されたガス燃料と化石燃料を燃焼させて発生した熱を回収するボイラ３０とを設けると共に、ガス化炉１０で生成されたガス燃料をボイラ３０に送るガス燃料送給経路としてのガス燃料配管２４を設けている。そして、このガス燃料配管２４に、ガス燃料中のチャー（未燃固形分）を捕集する未燃固形分捕集部としてのサイクロン２６と、ガス燃料中の珪砂（流動材）を捕集する流動材捕集部としての除塵装置２５が設けられている。
【００４７】
即ち、図２に詳細に示すように、サイクロン１７は、後流部にフィルタ（図示略）を有し、ガス化炉１０で生成された燃焼ガスと珪砂及びチャーとを分離することができ、除去した珪砂及びチャーが循環配管１９を通してガス化炉本体１１に戻される。一方、分離されたガス燃料は、ガス燃料配管２４を通してボイラ３０に送給される。このガス燃料配管２４は、第１、第２、第３配管２４ａ，２４ｂ，２４ｃから構成され、その間に除塵装置２５とサイクロン２６が装着されている。
【００４８】
除塵装置２５は、リターンフロー方式を利用した比重分離によりガス燃料中の珪砂を捕集することができる。除塵装置２５は、上部から第１配管２４ａの下流端部が挿入されると共に、第２配管２４ｂの上流端部が挿入されており、両者の間に屈曲して流速が低下する低流速部２５ａが形成される。そのため、第１配管２４ａから除塵装置２５に流れるガス燃料は、この低流速部２５ａでその流速が低下し、第２配管２４ｂに流れ込む。このとき、低流速部２５ａでは、ガス燃料の流速が低減することで、比重が重く、ガス燃料の気流に乗りにくい珪砂などが底部に溜まって分離される。そして、ガス燃料から分離された珪砂などが粉体排出配管２７から排出される。なお、この珪砂は、粉体排出配管２７から図示しない配管を通してガス化炉１０のガス化炉本体１１内に再投入するとよい。
【００４９】
また、サイクロン２６は、後流部にセラミックフィルタ２６ａを有しており、このセラミックフィルタ２６ａによりガス燃料からチャーを分離除去することができる。そして、ガス燃料から分離されたチャーがチャー排出配管２８から排出される。なお、このチャーは、チャー排出配管２８から図示しない配管を通してガス化炉１０のガス化炉本体１１内に再投入するとよい。
【００５０】
ところで、本実施例のボイラ設備では、ガス化炉１０でバイオマスを燃焼・ガス化することから、このバイオマスにナトリウム（Ｎａ）やカリウム（Ｋ）などのアルカリ金属が分有している場合には、ここで生成したガス燃料にアルカリ金属が混入する。本実施例のガス化炉１０は、５００〜１０００℃の高温領域で運転可能であり、具体的には、６００〜６５０℃の低温領域、６５０〜８５０℃の領域で運転することが好ましい。ところが、ガス化炉１０を６５０〜８５０℃の高温領域で運転すると、バイオマスに含まれるアルカリ金属が気化し、気体としてガス燃料に混入してしまう。そして、アルカリ金属を含むガス燃料がボイラに送給されて化石燃料と共に燃焼するとき、この化石燃料が燃料油であると、アルカリ金属が燃料油に含まれる硫黄やバナジウムと反応し、付着性溶融灰が生成され、この付着性溶融灰がボイラ本体３１の炉壁や対流伝熱部へ付着し、スラッギングやファウリングなどのトラブルが発生するおそれがある。
【００５１】
そこで、本実施例では、ボイラ３０にて、化石燃料として燃料油を使用するときには、ガス化炉１０を、６００〜６５０℃の高温領域で運転するようにしている。ガス化炉１０を６００〜６５０℃の高温領域で運転すると、バイオマスに含まれるアルカリ金属が気化せずに、固体としてチャーに付着もしくは残存する。そして、チャーを含むガス燃料がガス燃料配管２４を通してボイラ３０に送給されるとき、サイクロン２６によりガス燃料からチャーが分離回収される。そのため、アルカリ金属を有するチャーがボイラ３０のボイラ本体３１内に供給されることはなく、化石燃料が燃料油であっても、付着性溶融灰が生成されることはなく、スラッギングやファウリングなどのトラブルの発生が防止される。
【００５２】
また、ガス燃料配管２４は、耐火材料により断熱・保温された構造となっており、ガス化炉１０で生成されたガス燃料が４００℃程度（４００〜４５０℃）より低下しないような構成となっている。この構造により、ガス燃料に含まれるタール（乾留液）が析出することはなく、ガス燃料配管２４の内面へのタールや灰の付着が防止される。
【００５３】
また、図３に示すように、ガス燃料配管２４は、例えば、第１配管２４ａが屈曲部を有していたり、エキスパンジョン２４ｃを有していたりする。すると、ボイラ設備の起動時や停止時にガス燃料の温度が低下すると、ガス燃料に含まれるタールが析出し、ガス燃料配管２４の内面へこのタールや灰が付着するおそれがある。そこで、本実施例では、ガス燃料配管２４は、その内面への異物としてのタールや灰などの付着を防止する付着防止装置としてブロア２９が設けられている。このブロア２９は、ガス燃料配管２４の内面に向けて空気や窒素ガスなどを噴射することでガードし、この内面へのタールや灰などの付着が防止される。
【００５４】
従って、ガス化炉１０にて、バイオマスと燃焼・ガス化用の高温空気が供給されることで、バイオマスが燃焼・ガス化し、可燃性ガスが発生し、ガス燃料として取り出される。このとき、ガス化炉１０は、６００〜６５０℃の低温領域で運転されることから、バイオマスに含まれるアルカリ金属が気化せずに、固体としてチャーに付着し、このチャーを含むガス燃料がサイクロン１７を介してガス燃料配管２４に排出される。そして、この燃焼ガスがガス燃料配管２４を流れるとき、まず、除塵装置２５により珪砂が集塵除去され、次に、サイクロン２６によりチャーが分離除去される。即ち、このサイクロン２６によりアルカリ金属を含んだチャーが除去される。
【００５５】
なお、サイクロン２６によりガス燃料から除去されたアルカリ金属を含んだチャーは、ガス化炉１０に再投入して同じ設備内で処理することが望ましいが、他の石炭焚きのボイラの高温、高空気比領域に供給してリサイクルしたり、ペレットなどの燃料製造に利用したりしてもよい。
【００５６】
そして、ボイラ３０にて、ガス燃料は、燃焼バーナ３３，３４により化石燃料としての燃料油と共にボイラ本体３１に噴射される。この場合、ガス燃料は、アルカリ金属を含んでいないことから、バナジウムと反応して溶融灰が生成されることはなく、スラッギングやファウリングなどのトラブルの発生が防止される。その後、ボイラ本体３１では、燃焼用空気、燃料油、ガス燃料が燃焼して火炎が生じ、燃焼ガスが上昇し、対流伝熱部で熱が回収される。
【００５７】
このように本実施例のボイラ設備にあっては、バイオマスを燃料として燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成するガス化炉１０と、ガス化炉１０で生成されたガス燃料と化石燃料を燃焼させて発生した熱を回収するボイラ３０とを設け、ガス化炉１０で生成されたガス燃料をボイラ３０に送るガス燃料配管２４を設けると共に、このガス燃料配管２４にガス燃料中のチャー（未燃固形分）を捕集するサイクロン２６を設けている。
【００５８】
従って、ガス化炉１０にて、バイオマスを燃焼・ガス化させることでガス燃料が生成され、生成されたガス燃料がガス燃料配管２４を通ってボイラ３０に送られ、このボイラ３０にて、ガス燃料と化石燃料を燃焼させることで発生した熱が回収されることとなり、このとき、ガス燃料配管２４では、サイクロン２６によりガス燃料中のチャーが除去されるため、このチャーがボイラ１０で燃焼することで発生するスラッギングやファウリングなどのトラブルを防止し、熱回収効率の向上を図ることができる。
【００５９】
この場合、サイクロン２６にセラミックフィルタ２６ａを設けており、このセラミックフィルタ２６ａによりガス燃料中のチャーを適正に捕集することができ、構造の簡素化を可能とすることができる。
【００６０】
また、本実施例のボイラ設備では、ガス化炉１０として、バイオマスと空気と珪砂を混合すると共に循環しながら燃焼・ガス化することでガス燃料を生成可能なガス化炉本体１１を用い、ガス燃料配管２４にガス燃料中の珪砂を除去する除塵装置２５を設けている。従って、ガス化炉１０で生成されたガス燃料がガス燃料配管２４を通ってボイラ３０に送られるとき、除塵装置２５によりガス燃料中の珪砂が除去されるため、この珪砂によるガス燃料配管２４やボイラ本体３１における壁面の磨耗、ボイラ３０のボイラ本体３１内での燃焼不安定などのトラブルを防止することができる。
【００６１】
この場合、除塵装置２５を、リターンフロー方式を利用した比重分離によりガス燃料中の珪砂を捕集可能とすることで、ガス燃料がガス燃料配管２４を流れるときに、除塵装置２５にてリターンフローすることで、ガス燃料から珪砂が比重分離されることとなり、簡単な構成で容易に珪砂を分離することができる。
【００６２】
また、本実施例のボイラ設備では、ガス化炉１０にて、６００〜６５０℃の低温領域で運転し、ボイラ３０にて、ガス燃料と化石燃料としての燃料油を燃焼している。従って、ガス化炉２０にて、バイオマスと空気を６５０℃以下で燃焼してガス燃料を生成すると、バイオマスに含まれるアルカリ金属がガス燃料中に放出されずにチャーと共に排出される。ガス燃料配管２４にて、このアルカリ金属を含んだチャーがサイクロン２６により捕集されるためにボイラ３０に送給されることはない。ボイラ３０にて、アルカリ金属が送給されて燃料油と共に燃焼すると、アルカリ金属が硫黄やバナジウムと反応してスラッギングやファウリングなどのトラブルが発生するが、サイクロン２６でアルカリ金属を含んだチャーが捕集されることで、このトラブルを防止することができる。
【００６３】
この場合、ガス化炉１０を６００〜６５０℃の低温領域で運転することで、チャーの発生量が増加するおそれがあるが、アルカリ金属を含有するバイオマスを利用することができることで、燃料を選択する必要がなく、燃料コストを低減することができる。また、発生したチャーをガス化炉１０に再投入したり、他の石炭焚きのボイラに供給したりして再利用することで、
【００６４】
また、本実施例のボイラ設備では、ガス燃料配管２４への異物の付着を防止する付着防止装置としてブロア２９を設けている。従って、ガス燃料配管２４にて、温度が低下してガス燃料中のタールなどが析出すると、ガス燃料配管２４の壁面にこのタールや灰が付着しやすくなることから、ブロアから噴射される空気などによりガス燃料配管２４の壁面をガードすることで、異物の付着を防止することができ、ガス燃料配管２４におけるガス燃料のスムーズな流れを確保することができる。
【００６５】
なお、上述した実施例では、流動材捕集部を除塵装置２５、未燃固形分捕集部をサイクロン２６としたが、この構成に限定されるものではなく、ガス燃料から流動材を捕集することができ、また、ガス燃料からチャーを捕集することができるものであればよい。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明に係るボイラ設備は、ガス燃料送給経路にガス燃料中の未燃固形分を捕集する未燃固形分捕集部を設けることで、ボイラでのガス燃料によるトラブルを防止して熱回収効率の向上を図るものであり、いずれのボイラ設備にも適用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１０ ガス化炉
１１ ガス化炉本体
１２ ホッパ
１５ 供給配管
１６ 乾燥装置
１７ サイクロン
２１ 空気供給配管
２４ ガス燃料配管（ガス燃料送給経路）
２５ 除塵装置（流動材捕集部）
２６ サイクロン（未燃固形分捕集部）
３０ ボイラ
３１ ボイラ本体
３２ 燃焼装置
３３ 化石燃料用の燃焼バーナ
３４ ガス燃料用の燃焼バーナ
３９ 空気供給配管
４２ 煙道
５１ エアヒータ
５２ 除塵装置
５３ ブロア
２９ ブロア（付着防止装置）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスを燃焼・ガス化させることで一酸化炭素や水素などを発生させ、これをガス燃料として生成するガス化炉、バイオマスを用いて生成したガス燃料と石炭や油などの化石燃料とを燃料として併用して燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収することが可能なボイラ設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バイオマスを燃料としてガス化させることで一酸化炭素や水素などを発生させ、これをガス燃料として生成するガス化炉が各種提案されている。また、石炭や油などの化石燃料を燃料として燃焼させることで熱を発生させ、この発生した熱を回収するボイラが各種提案されている。そして、ガス化炉で生成したガス燃料をボイラに供給し、このガス燃料と化石燃料とを燃料として併用して燃焼させ、熱を回収するようにした設備が、例えば、下記特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第４６７６１７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなガス化炉とボイラとを組み合わせた設備にあっては、ガス化炉で生成したガス燃料と化石燃料（石炭や油など）を燃焼させて熱を回収している。この場合、ガス化炉で生成したガス燃料は、異物が含まれており、例えば、ガス化炉が循環流動層形式であるとき、ガス燃料中に流動材やチャー（未燃固形分）などが含まれている。この異物（流動材やチャーなど）を含んだままのガス燃料をボイラに供給して燃焼させると、炉壁や伝熱部へ溶融灰が付着するスラッギングやファウリングが発生しやすいという問題がある。
【０００５】
本発明は上述した課題を解決するものであり、ボイラでのガス燃料によるトラブルを防止して熱回収効率の向上を図るボイラ設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するための本発明のボイラ設備は、バイオマスを燃料として燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成するガス化炉と、該ガス化炉で生成されたガス燃料と化石燃料を燃焼させて発生した熱を回収するボイラと、前記ガス化炉で生成されたガス燃料を前記ボイラに送るガス燃料送給経路と、該ガス燃料送給経路に設けられてガス燃料中の未燃固形分を捕集する未燃固形分捕集部と、を備えることを特徴とするものである。
【０００７】
従って、ガス化炉にて、バイオマスを燃焼・ガス化させることでガス燃料が生成され、生成されたガス燃料がガス燃料送給経路を通ってボイラに送られ、このボイラにて、ガス燃料と化石燃料を燃焼させることで発生した熱が回収されることとなり、このとき、ガス燃料送給経路では、未燃固形分捕集部によりガス燃料中の未燃固形分が捕集されるため、この未燃固形分がボイラで燃焼することで発生するスラッギングやファウリングなどのトラブルを防止し、熱回収効率の向上を図ることができる。
【０００８】
本発明のボイラ設備では、前記未燃固形分捕集部は、セラミックフィルタを有するサイクロンであることを特徴としている。
【０００９】
従って、セラミックフィルタによりガス燃料中の未燃固形分を適正に捕集することができ、構造の簡素化を可能とすることができる。
【００１０】
本発明のボイラ設備では、前記ガス化炉は、バイオマスと空気と流動材を混合すると共に循環しながら燃焼・ガス化することでガス燃料を生成可能であり、前記ガス燃料送給経路にガス燃料中の流動材を捕集する流動材捕集部が設けられることを特徴としている。
【００１１】
従って、ガス化炉で生成されたガス燃料がガス燃料送給経路を通ってボイラに送られるとき、流動材捕集部によりガス燃料中の流動材が捕集されるため、この流動材によるガス燃料送給経路やボイラでの磨耗やボイラでの燃焼不安定などのトラブルを防止することができる。
【００１２】
本発明のボイラ設備では、前記流動材捕集部は、リターンフロー方式を利用した比重分離によりガス燃料中の流動材を捕集することを特徴としている。
【００１３】
従って、ガス燃料がガス燃料送給経路を流れるときに、流動材捕集部にてリターンフローすることで、ガス燃料から流動材が比重分離されることとなり、簡単な構成で容易に流動材を分離することができる。
【００１４】
本発明のボイラ設備では、前記ガス化炉は、６５０℃以下のガス燃料を生成可能であり、前記ボイラは、ガス燃料と化石燃料としての油を燃焼可能であることを特徴としている。
【００１５】
従って、ガス化炉にて、バイオマスと空気を６５０℃以下で燃焼・ガス化してガス燃料を生成すると、バイオマスに含まれるアルカリ金属がガス燃料中に放出されずに未燃固形分中に残存する。ガス燃料送給経路にて、このアルカリ金属を含んだ未燃固形分が未燃固形分捕集部により捕集されるためにボイラに送給されることはない。ボイラにて、アルカリ金属が送給され、化石燃料としての油と共に燃焼すると、硫黄やバナジウムと反応してスラッギングやファウリングなどのトラブルが発生するが、未燃固形分捕集部で捕集されることで、このトラブルを防止することができる。
【００１６】
本発明のボイラ設備では、前記ガス燃料送給経路への異物の付着を防止する付着防止装置が設けられることを特徴としている。
【００１７】
従って、ガス燃料送給経路にて、温度が低下してガス燃料中のタールなどが析出すると、ガス燃料送給経路の壁面にこのタールや未燃固形分が付着しやすくなることから、付着防止装置によりガス燃料送給経路の壁面をガードすることで、異物の付着を防止することができ、ガス燃料送給経路におけるガス燃料のスムーズな流れを確保することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のボイラ設備によれば、ガス化炉で生成されたガス燃料がガス燃料送給経路を通ってボイラに送られるとき、未燃固形分捕集部によりガス燃料中の未燃固形分が捕集されることとなり、この未燃固形分がボイラで燃焼することで発生するトラブルを防止し、熱回収効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係るボイラ設備を表す概略構成図である。
【図２】図２は、本実施例ボイラ設備におけるガス燃料送給経路を表す概略図である。
【図３】図３は、本実施例のボイラ設備におけるガス燃料送給経路の要部を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照して、本発明に係るボイラ設備の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００２１】
図１は、本発明の一実施例に係るボイラ設備を表す概略構成図、図２は、本実施例ボイラ設備におけるガス燃料送給経路を表す概略図、図３は、本実施例のボイラ設備におけるガス燃料送給経路の要部を表す断面図である。
【００２２】
本実施例のボイラ設備は、バイオマスを用いて生成したガス燃料と石炭や油などの化石燃料とを燃料として併用して燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収することが可能なボイラ設備である。
【００２３】
この本実施例のボイラ設備は、図１に示すように、バイオマスを燃焼してガス化することでガス燃料を生成するガス化炉１０と、このガス化炉１０で生成したガス燃料と化石燃料とを燃焼することで発生した熱を回収するボイラ３０を有している。
【００２４】
ここで、バイオマスとは、再生可能な生物由来の有機性資源であって、化石資源を除いたものと定義する。例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ及びこれらを原料とするリサイクル燃料（ペレットやチップ）などであり、ここに提示したものに限定されることはない。
【００２５】
ガス化炉１０は、循環流動層形式のガス化炉であって、ガス化炉本体１１を有している。この場合、循環流動層形式に限らず気泡型循環流動層形式であってもよい。このガス化炉本体１１は、中空形状をなして鉛直方向に沿って設置され、上下及び周囲の各壁部が全面耐火材料により構成され、外部への放熱が防止可能な構造であり、例えば、５００〜１０００℃で運転可能となっている。このガス化炉本体１１は、流動材としての流動砂と燃料としてのバイオマスを供給可能となっており、内部でバイオマスを燃焼・ガス化することで流動砂を高温化すると共に、二酸化炭素を主成分とする可燃性ガスが発生し、この可燃性ガスをガス化剤としてガス化反応が起こる。ここで、流動砂としては、例えば、珪砂（主成分として、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３など）であり、また、ガス化炉本体１１内で発生したガスから硫黄を除去（脱硫）するために、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を投入してもよい。
【００２６】
燃料供給系として、ホッパ１２、スクリューフィーダ１３、コンベア１４、供給配管１５を有している。ホッパ１２は、所定量のバイオマスを貯留可能であり、スクリューフィーダ１３は、このホッパ１２に貯留されたバイオマスを所定量ずつ供給することができる。コンベア１４は、スクリューフィーダ１３から供給されたバイオマスを搬送可能であり、ここで、図示しない磁選機により釘や蝶番など、混入している金属製の異物を除去する。そして、バイオマスは、供給配管１５を通して側部からガス化炉本体１１内に投入される。
【００２７】
なお、燃料供給系にて、ホッパ１２の上方には乾燥装置１６が設けられている。この乾燥装置１６は、バイオマスに含まれる水分を除去する。
【００２８】
また、ガス化炉本体１１は、可燃性ガスと流動砂を分離するサイクロン１７が接続されている。即ち、ガス化炉本体１１は、上側部が排出配管１８を介してサイクロン１７の上側部に連結されており、このサイクロン１７は、下部が循環配管１９を介してガス化炉本体１１の下側部に連結されており、この循環配管１９にシールポッド２０が装着されている。
【００２９】
そして、ガス化炉本体１１に対して、ガス化用の空気を供給する空気供給系が設けられている。即ち、空気供給系を構成する空気供給配管２１は、端部がガス化炉本体１１の下部に連結されると共に、この空気供給配管２１から分岐した空気供給分岐配管２２がシールポッド２０に連結されている。この空気供給配管２１は、後述するが、２００〜３５０℃に加熱された高温空気をガス化炉本体１１の下部から内部に供給することができると共に、空気供給分岐配管２２によりシールポッド２０に供給することができる。
【００３０】
ガス化炉本体１１は、下部にバイオマスに混入していた異物を除去する異物排出配管２３が連結されている。
【００３１】
また、サイクロン１７は、上部に生成した可燃性ガス、つまり、ガス燃料を送給するガス燃料配管２４が連結されている。このガス燃料配管２４は、ガス燃料をボイラ３０まで搬送するためのものであり、中途部に除塵装置２５とサイクロン２６が設けられている。この除塵装置２５は、流速を低減することで、比重が重く、ガス燃料の気流に乗りにくい燃料とならない成分、具体的には、珪砂を主成分とする粉体を集塵除去する。そのため、除塵装置２５は、下部に粉体排出配管２７が設けられている。また、サイクロン２６は、セラミックフィルタを有し、サイクロン１７で除去できなかった微細なチャーを除去する。そのため、サイクロン２６は、下部にチャー排出配管２８が設けられている。
【００３２】
なお、ガス化炉１０で生成されるガス燃料は、主成分が一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）、窒素（Ｎ）などから構成され、３００〜１１００ｋｃａｌ／Ｎｍ３程度の低カロリーガスであり、６５０〜８５０℃の範囲でガス化炉１０により生成される。
【００３３】
従って、ガス化炉１０にて、ガス化炉本体１１は、図示しない供給経路から流動砂が供給されており、バイオマスは、乾燥装置１６で乾燥された後にホッパ１２に貯留され、このホッパ１２からスクリューフィーダ１３及びコンベア１４により供給配管１５を通してガス化炉本体１１に投入される。また、ガス化炉本体１１は、空気供給配管２１により下部から燃焼・ガス化用の高温空気が供給される。すると、ガス化炉本体１１内にて、流動砂とバイオマスとが流動混合すると共に、バイオマスが燃焼・ガス化して可燃性ガスが発生する。
【００３４】
この燃焼・ガス化により発生した可燃性ガスは、流動砂と共に排出配管１８を通してサイクロン１７に排出され、このサイクロン１７により可燃性ガスと流動砂とに分離される。そして、分離された可燃性ガスは、ガス燃料としてガス燃料配管２４を通してボイラ３０に供給される。このとき、ガス燃料配管２４を流動するガス燃料は、除塵装置２５により珪砂を主成分とする粉体が集塵除去され、サイクロン２６により微細なチャーが除去される。また、サイクロン１７で分離された高温の流動砂は、シールポッド２０を介して循環配管１９によりガス化炉本体１１に戻される。
【００３５】
一方、ボイラ３０は、コンベンショナルボイラであって、ガス燃料と化石燃料とを燃焼可能なボイラ本体３１を有している。このボイラ本体３１は、中空形状をなして鉛直方向に設置され、このボイラ本体３１を構成するボイラ本体壁の下部に燃焼装置３２が設けられている。この燃焼装置３２は、ボイラ本体壁に装着された複数の化石燃料用の燃焼バーナ３３と、複数のガス燃料用の燃焼バーナ３４とを有している。本実施例にて、化石燃料用の燃焼バーナ３３は、周方向に沿って４個配設されたものが上下方向に４段配置されている。一方、ガス燃料用の燃焼バーナ３４は、複数の化石燃料用の燃焼バーナ３３の下方であって、周方向に沿って４個配設されたものが上下方向に１段配置されている。なお、化石燃料用の燃焼バーナ３３とガス燃料用の燃焼バーナ３４の配置関係は上下逆であってもよい。また、各燃焼バーナ３３，３４にて、周方向の数は４個に限るものではなく、段数も４段や１段に限るものではない。更に、各燃焼バーナ３３，３４対向するように配置してもよい。
【００３６】
そして、化石燃料用の燃焼バーナ３３は、微粉炭供給部３５が供給配管３６を介して連結されると共に、燃料油（または、燃料ガス）供給部３７が供給配管３８を介して連結されており、この場合、化石燃料として、微粉炭または燃料油を供給可能となっている。一方、ガス燃料用の燃焼バーナ３４は、ガス化炉１０からのガス燃料配管２４が連結されている。この場合、ガス燃料配管２４からガス燃料用の燃焼バーナ３４に供給されるガス燃料は、４００℃以上に維持することが望ましい。
【００３７】
また、燃焼装置３２は、各燃焼バーナ３３，３４に燃焼用空気を供給可能な空気供給配管３９を有しており、この空気供給配管３９は、基端部に送風機４０が装着され、先端部がボイラ本体３１の外周側に設けられた風箱４１に連結されている。そのため、この風箱４１に供給された空気を各燃焼バーナ３３，３４に供給することができる。
【００３８】
ボイラ本体３１は、上部に煙道４２が連結されており、この煙道４２に、対流伝熱部として排ガスの熱を回収するための、過熱器４３，４４、再熱器４５，４６、節炭器４７，４８，４９が設けられており、ボイラ本体３１での燃焼で発生した排ガスと水との間で熱交換が行われる。
【００３９】
煙道４２は、その下流側に熱交換を行った排ガスが排出される排ガス配管５０が連結されている。この排ガス配管５０は、空気供給配管３９との間にエアヒータ５１が設けられ、空気供給配管３９を流れる空気と、排ガス配管５０を流れる排ガスとの間で熱交換を行い、燃焼バーナ３３，３４に供給する燃焼用空気を２００〜３００℃の範囲に昇温することが望ましい。
【００４０】
また、空気供給配管３９は、エアヒータ５１より下流側の位置から分岐して、空気供給配管２１が設けられている。この空気供給配管２１は、塵や埃などの粒子状物質を除去可能な除塵装置５２と、高温空気を昇圧可能なブロア５３が装着されており、エアヒータ５１で２００〜３００℃に加熱した空気をガス化炉１０のガス化炉本体１１内に供給することができる。
【００４１】
なお、排ガス配管５０は、エアヒータ５１より上流側に位置して、選択還元型触媒５４が設けられ、エアヒータ５１より下流側に位置して、電気集塵機５５、誘引送風機５６、脱硫装置５７が設けられ、下流端部に煙突５８が設けられている。
【００４２】
従って、ボイラ３０にて、送風機４０を駆動して空気を吸引すると、この空気は、空気供給配管３９を通してエアヒータ５１で加熱された後に風箱４１を介して各燃焼バーナ３３，３４に供給される。また、化石燃料としての微粉炭または燃料油は、供給配管３６，３８を通して化石燃料用の燃焼バーナ３３に供給されると共に、ガス化炉１０からのガス燃料は、ガス燃料配管２４を通してガス燃料用の燃焼バーナ３４に供給される。
【００４３】
すると、化石燃料用の燃焼バーナ３３は、燃焼用空気と化石燃料をボイラ本体３１に噴射すると同時に着火し、また、ガス燃料用の燃焼バーナ３４は、燃焼用空気とガス燃料をボイラ本体３１に噴射すると同時に着火する。このボイラ本体３１では、燃焼用空気、化石燃料、ガス燃料が燃焼して火炎が生じる。ボイラ本体３１内の下部で火炎が生じると、燃焼ガスがこのボイラ本体３１内を上昇し、煙道４２に排出される。
【００４４】
このとき、図示しない給水ポンプから供給された水は、節炭器４７，４８，４９によって予熱された後、図示しない蒸気ドラムに供給されボイラ本体壁の各水管（図示せず）に供給される間に加熱されて飽和蒸気となり、図示しない蒸気ドラムに送り込まれる。更に、図示しない蒸気ドラムの飽和蒸気は過熱器４３，４４に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器４３，４４で生成された過熱蒸気は、図示しない発電プラント（例えば、タービン等）に供給される。また、タービンでの膨張過程の中途で取り出した蒸気は、再熱器４５，４６に導入され、再度過熱されてタービンに戻される。なお、ボイラ本体３１をドラム型（蒸気ドラム）として説明したが、この構造に限定されるものではない。
【００４５】
その後、煙道４２の節炭器４７，４８，４９を通過した排ガスは、排ガス配管５０にて、選択還元型触媒５４でＮＯｘなどの有害物質が除去され、電気集塵機５５で粒子状物質が除去され、脱硫装置５７により硫黄分が除去された後、煙突５８から大気中に排出される。
【００４６】
このように構成された本実施例のボイラ設備において、上述したように、バイオマスを燃料として燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成するガス化炉１０と、このガス化炉１０で生成されたガス燃料と化石燃料を燃焼させて発生した熱を回収するボイラ３０とを設けると共に、ガス化炉１０で生成されたガス燃料をボイラ３０に送るガス燃料送給経路としてのガス燃料配管２４を設けている。そして、このガス燃料配管２４に、ガス燃料中のチャー（未燃固形分）を捕集する未燃固形分捕集部としてのサイクロン２６と、ガス燃料中の珪砂（流動材）を捕集する流動材捕集部としての除塵装置２５が設けられている。
【００４７】
即ち、図２に詳細に示すように、サイクロン１７は、後流部にフィルタ（図示略）を有し、ガス化炉１０で生成された燃焼ガスと珪砂及びチャーとを分離することができ、除去した珪砂及びチャーが循環配管１９を通してガス化炉本体１１に戻される。一方、分離されたガス燃料は、ガス燃料配管２４を通してボイラ３０に送給される。このガス燃料配管２４は、第１、第２、第３配管２４ａ，２４ｂ，２４ｃから構成され、その間に除塵装置２５とサイクロン２６が装着されている。
【００４８】
除塵装置２５は、リターンフロー方式を利用した比重分離によりガス燃料中の珪砂を捕集することができる。除塵装置２５は、上部から第１配管２４ａの下流端部が挿入されると共に、第２配管２４ｂの上流端部が挿入されており、両者の間に屈曲して流速が低下する低流速部２５ａが形成される。そのため、第１配管２４ａから除塵装置２５に流れるガス燃料は、この低流速部２５ａでその流速が低下し、第２配管２４ｂに流れ込む。このとき、低流速部２５ａでは、ガス燃料の流速が低減することで、比重が重く、ガス燃料の気流に乗りにくい珪砂などが底部に溜まって分離される。そして、ガス燃料から分離された珪砂などが粉体排出配管２７から排出される。なお、この珪砂は、粉体排出配管２７から図示しない配管を通してガス化炉１０のガス化炉本体１１内に再投入するとよい。
【００４９】
また、サイクロン２６は、後流部にセラミックフィルタ２６ａを有しており、このセラミックフィルタ２６ａによりガス燃料からチャーを分離除去することができる。そして、ガス燃料から分離されたチャーがチャー排出配管２８から排出される。なお、このチャーは、チャー排出配管２８から図示しない配管を通してガス化炉１０のガス化炉本体１１内に再投入するとよい。
【００５０】
ところで、本実施例のボイラ設備では、ガス化炉１０でバイオマスを燃焼・ガス化することから、このバイオマスにナトリウム（Ｎａ）やカリウム（Ｋ）などのアルカリ金属が分有している場合には、ここで生成したガス燃料にアルカリ金属が混入する。本実施例のガス化炉１０は、５００〜１０００℃の高温領域で運転可能であり、具体的には、６００〜６５０℃の低温領域、６５０〜８５０℃の領域で運転することが好ましい。ところが、ガス化炉１０を６５０〜８５０℃の高温領域で運転すると、バイオマスに含まれるアルカリ金属が気化し、気体としてガス燃料に混入してしまう。そして、アルカリ金属を含むガス燃料がボイラに送給されて化石燃料と共に燃焼するとき、この化石燃料が燃料油であると、アルカリ金属が燃料油に含まれる硫黄やバナジウムと反応し、付着性溶融灰が生成され、この付着性溶融灰がボイラ本体３１の炉壁や対流伝熱部へ付着し、スラッギングやファウリングなどのトラブルが発生するおそれがある。
【００５１】
そこで、本実施例では、ボイラ３０にて、化石燃料として燃料油を使用するときには、ガス化炉１０を、６００〜６５０℃の高温領域で運転するようにしている。ガス化炉１０を６００〜６５０℃の高温領域で運転すると、バイオマスに含まれるアルカリ金属が気化せずに、固体としてチャーに付着もしくは残存する。そして、チャーを含むガス燃料がガス燃料配管２４を通してボイラ３０に送給されるとき、サイクロン２６によりガス燃料からチャーが分離回収される。そのため、アルカリ金属を有するチャーがボイラ３０のボイラ本体３１内に供給されることはなく、化石燃料が燃料油であっても、付着性溶融灰が生成されることはなく、スラッギングやファウリングなどのトラブルの発生が防止される。
【００５２】
また、ガス燃料配管２４は、耐火材料により断熱・保温された構造となっており、ガス化炉１０で生成されたガス燃料が４００℃程度（４００〜４５０℃）より低下しないような構成となっている。この構造により、ガス燃料に含まれるタール（乾留液）が析出することはなく、ガス燃料配管２４の内面へのタールや灰の付着が防止される。
【００５３】
また、図３に示すように、ガス燃料配管２４は、例えば、第１配管２４ａが屈曲部を有していたり、エキスパンジョン２４ｃを有していたりする。すると、ボイラ設備の起動時や停止時にガス燃料の温度が低下すると、ガス燃料に含まれるタールが析出し、ガス燃料配管２４の内面へこのタールや灰が付着するおそれがある。そこで、本実施例では、ガス燃料配管２４は、その内面への異物としてのタールや灰などの付着を防止する付着防止装置としてブロア２９が設けられている。このブロア２９は、ガス燃料配管２４の内面に向けて空気や窒素ガスなどを噴射することでガードし、この内面へのタールや灰などの付着が防止される。
【００５４】
従って、ガス化炉１０にて、バイオマスと燃焼・ガス化用の高温空気が供給されることで、バイオマスが燃焼・ガス化し、可燃性ガスが発生し、ガス燃料として取り出される。このとき、ガス化炉１０は、６００〜６５０℃の低温領域で運転されることから、バイオマスに含まれるアルカリ金属が気化せずに、固体としてチャーに付着し、このチャーを含むガス燃料がサイクロン１７を介してガス燃料配管２４に排出される。そして、この燃焼ガスがガス燃料配管２４を流れるとき、まず、除塵装置２５により珪砂が集塵除去され、次に、サイクロン２６によりチャーが分離除去される。即ち、このサイクロン２６によりアルカリ金属を含んだチャーが除去される。
【００５５】
なお、サイクロン２６によりガス燃料から除去されたアルカリ金属を含んだチャーは、ガス化炉１０に再投入して同じ設備内で処理することが望ましいが、他の石炭焚きのボイラの高温、高空気比領域に供給してリサイクルしたり、ペレットなどの燃料製造に利用したりしてもよい。
【００５６】
そして、ボイラ３０にて、ガス燃料は、燃焼バーナ３３，３４により化石燃料としての燃料油と共にボイラ本体３１に噴射される。この場合、ガス燃料は、アルカリ金属を含んでいないことから、バナジウムと反応して溶融灰が生成されることはなく、スラッギングやファウリングなどのトラブルの発生が防止される。その後、ボイラ本体３１では、燃焼用空気、燃料油、ガス燃料が燃焼して火炎が生じ、燃焼ガスが上昇し、対流伝熱部で熱が回収される。
【００５７】
このように本実施例のボイラ設備にあっては、バイオマスを燃料として燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成するガス化炉１０と、ガス化炉１０で生成されたガス燃料と化石燃料を燃焼させて発生した熱を回収するボイラ３０とを設け、ガス化炉１０で生成されたガス燃料をボイラ３０に送るガス燃料配管２４を設けると共に、このガス燃料配管２４にガス燃料中のチャー（未燃固形分）を捕集するサイクロン２６を設けている。
【００５８】
従って、ガス化炉１０にて、バイオマスを燃焼・ガス化させることでガス燃料が生成され、生成されたガス燃料がガス燃料配管２４を通ってボイラ３０に送られ、このボイラ３０にて、ガス燃料と化石燃料を燃焼させることで発生した熱が回収されることとなり、このとき、ガス燃料配管２４では、サイクロン２６によりガス燃料中のチャーが除去されるため、このチャーがボイラ１０で燃焼することで発生するスラッギングやファウリングなどのトラブルを防止し、熱回収効率の向上を図ることができる。
【００５９】
この場合、サイクロン２６にセラミックフィルタ２６ａを設けており、このセラミックフィルタ２６ａによりガス燃料中のチャーを適正に捕集することができ、構造の簡素化を可能とすることができる。
【００６０】
また、本実施例のボイラ設備では、ガス化炉１０として、バイオマスと空気と珪砂を混合すると共に循環しながら燃焼・ガス化することでガス燃料を生成可能なガス化炉本体１１を用い、ガス燃料配管２４にガス燃料中の珪砂を除去する除塵装置２５を設けている。従って、ガス化炉１０で生成されたガス燃料がガス燃料配管２４を通ってボイラ３０に送られるとき、除塵装置２５によりガス燃料中の珪砂が除去されるため、この珪砂によるガス燃料配管２４やボイラ本体３１における壁面の磨耗、ボイラ３０のボイラ本体３１内での燃焼不安定などのトラブルを防止することができる。
【００６１】
この場合、除塵装置２５を、リターンフロー方式を利用した比重分離によりガス燃料中の珪砂を捕集可能とすることで、ガス燃料がガス燃料配管２４を流れるときに、除塵装置２５にてリターンフローすることで、ガス燃料から珪砂が比重分離されることとなり、簡単な構成で容易に珪砂を分離することができる。
【００６２】
また、本実施例のボイラ設備では、ガス化炉１０にて、６００〜６５０℃の低温領域で運転し、ボイラ３０にて、ガス燃料と化石燃料としての燃料油を燃焼している。従って、ガス化炉２０にて、バイオマスと空気を６５０℃以下で燃焼してガス燃料を生成すると、バイオマスに含まれるアルカリ金属がガス燃料中に放出されずにチャーと共に排出される。ガス燃料配管２４にて、このアルカリ金属を含んだチャーがサイクロン２６により捕集されるためにボイラ３０に送給されることはない。ボイラ３０にて、アルカリ金属が送給されて燃料油と共に燃焼すると、アルカリ金属が硫黄やバナジウムと反応してスラッギングやファウリングなどのトラブルが発生するが、サイクロン２６でアルカリ金属を含んだチャーが捕集されることで、このトラブルを防止することができる。
【００６３】
この場合、ガス化炉１０を６００〜６５０℃の低温領域で運転することで、チャーの発生量が増加するおそれがあるが、アルカリ金属を含有するバイオマスを利用することができることで、燃料を選択する必要がなく、燃料コストを低減することができる。また、発生したチャーをガス化炉１０に再投入したり、他の石炭焚きのボイラに供給したりして再利用することで、
【００６４】
また、本実施例のボイラ設備では、ガス燃料配管２４への異物の付着を防止する付着防止装置としてブロア２９を設けている。従って、ガス燃料配管２４にて、温度が低下してガス燃料中のタールなどが析出すると、ガス燃料配管２４の壁面にこのタールや灰が付着しやすくなることから、ブロアから噴射される空気などによりガス燃料配管２４の壁面をガードすることで、異物の付着を防止することができ、ガス燃料配管２４におけるガス燃料のスムーズな流れを確保することができる。
【００６５】
なお、上述した実施例では、流動材捕集部を除塵装置２５、未燃固形分捕集部をサイクロン２６としたが、この構成に限定されるものではなく、ガス燃料から流動材を捕集することができ、また、ガス燃料からチャーを捕集することができるものであればよい。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明に係るボイラ設備は、ガス燃料送給経路にガス燃料中の未燃固形分を捕集する未燃固形分捕集部を設けることで、ボイラでのガス燃料によるトラブルを防止して熱回収効率の向上を図るものであり、いずれのボイラ設備にも適用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１０ ガス化炉
１１ ガス化炉本体
１２ ホッパ
１５ 供給配管
１６ 乾燥装置
１７ サイクロン
２１ 空気供給配管
２４ ガス燃料配管（ガス燃料送給経路）
２５ 除塵装置（流動材捕集部）
２６ サイクロン（未燃固形分捕集部）
３０ ボイラ
３１ ボイラ本体
３２ 燃焼装置
３３ 化石燃料用の燃焼バーナ
３４ ガス燃料用の燃焼バーナ
３９ 空気供給配管
４２ 煙道
５１ エアヒータ
５２ 除塵装置
５３ ブロア
２９ ブロア（付着防止装置）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスを燃料として燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成するガス化炉と、
該ガス化炉で生成されたガス燃料と化石燃料を燃焼させて発生した熱を回収するボイラと、
前記ガス化炉で生成されたガス燃料を前記ボイラに送るガス燃料送給経路と、
該ガス燃料送給経路に設けられてガス燃料中の未燃固形分を捕集する未燃固形分捕集部と、
を備えることを特徴とするボイラ設備。
【請求項２】
前記未燃固形分捕集部は、セラミックフィルタを後流部に有するサイクロンであることを特徴とする請求項１に記載のボイラ設備。
【請求項３】
前記ガス化炉は、バイオマスと空気と流動材を混合すると共に循環しながら燃焼することでガス燃料を生成可能であり、前記ガス燃料送給経路にガス燃料中の流動材を捕集する流動材捕集部が設けられることを特徴とする請求項１または２に記載のボイラ設備。
【請求項４】
前記流動材捕集部は、リターンフロー方式を利用した比重分離によりガス燃料中の流動材を捕集することを特徴とする請求項３に記載のボイラ設備。
【請求項５】
前記ガス化炉は、６５０℃以下のガス燃料を生成可能であり、前記ボイラは、ガス燃料と化石燃料としての油を燃焼可能であることを特徴とする請求項１または２に記載のボイラ設備。
【請求項６】
前記ガス燃料送給経路への異物の付着を防止する付着防止装置が設けられることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載のボイラ設備。
【請求項１】
バイオマスを燃料として燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成するガス化炉と、
該ガス化炉で生成されたガス燃料と化石燃料を燃焼させて発生した熱を回収するボイラと、
前記ガス化炉で生成されたガス燃料を前記ボイラに送るガス燃料送給経路と、
該ガス燃料送給経路に設けられてガス燃料中の未燃固形分を捕集する未燃固形分捕集部と、
を備えることを特徴とするボイラ設備。
【請求項２】
前記未燃固形分捕集部は、セラミックフィルタを後流部に有するサイクロンであることを特徴とする請求項１に記載のボイラ設備。
【請求項３】
前記ガス化炉は、バイオマスと空気と流動材を混合すると共に循環しながら燃焼することでガス燃料を生成可能であり、前記ガス燃料送給経路にガス燃料中の流動材を捕集する流動材捕集部が設けられることを特徴とする請求項１または２に記載のボイラ設備。
【請求項４】
前記流動材捕集部は、リターンフロー方式を利用した比重分離によりガス燃料中の流動材を捕集することを特徴とする請求項３に記載のボイラ設備。
【請求項５】
前記ガス化炉は、６５０℃以下のガス燃料を生成可能であり、前記ボイラは、ガス燃料と化石燃料としての油を燃焼可能であることを特徴とする請求項１または２に記載のボイラ設備。
【請求項６】
前記ガス燃料送給経路への異物の付着を防止する付着防止装置が設けられることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載のボイラ設備。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−２１９５２３（Ｐ２０１１−２１９５２３Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８６８０３（Ｐ２０１０−８６８０３）
【出願日】平成２２年４月５日（２０１０．４．５）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月５日（２０１０．４．５）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]