流動床ガス化炉および熱分解ガス化方法
【課題】流動媒体の循環量を簡易かつ精密に制御し、ガス化室と燃焼室との間で熱分解残渣と熱の移動を容易かつ安定的に行うことができる流動床ガス化炉を提供する。
【解決手段】流動床ガス化炉１は、流動媒体を内部で流動させるガス化室１０と、流動媒体を内部で流動させる燃焼室２０とを備えている。ガス化室１０では、流動媒体中で原料を熱分解して熱分解ガスと熱分解残渣を生成する。燃焼室２０は、熱分解残渣を燃焼させて流動媒体を加熱する燃焼部２２と、加熱された流動媒体を沈降させる沈降部２４とを有する。流動床ガス化炉１は、燃焼室２０の沈降部２４に隣接する燃焼部２２の領域２２ａに流動化ガスを供給して燃焼部２２から沈降部２４に流動媒体を移動させる散気装置７１と、第１の散気装置７１から噴出される流動化ガスの流量を調整して流動媒体の循環量を制御する循環制御装置８２とを備えている。
【解決手段】流動床ガス化炉１は、流動媒体を内部で流動させるガス化室１０と、流動媒体を内部で流動させる燃焼室２０とを備えている。ガス化室１０では、流動媒体中で原料を熱分解して熱分解ガスと熱分解残渣を生成する。燃焼室２０は、熱分解残渣を燃焼させて流動媒体を加熱する燃焼部２２と、加熱された流動媒体を沈降させる沈降部２４とを有する。流動床ガス化炉１は、燃焼室２０の沈降部２４に隣接する燃焼部２２の領域２２ａに流動化ガスを供給して燃焼部２２から沈降部２４に流動媒体を移動させる散気装置７１と、第１の散気装置７１から噴出される流動化ガスの流量を調整して流動媒体の循環量を制御する循環制御装置８２とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動床ガス化炉に関し、特に各種廃棄物や固体燃料等を原料としてガスを発生させるのに適した流動床ガス化炉に関するものである。また、本発明は、かかる流動床ガス化炉を用いて原料を熱分解ガス化する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、各種の廃棄物や石炭などの固体燃料を熱分解して生成ガスを生成する流動床ガス化炉が知られている。このような流動床ガス化炉においては、反応に関わる諸因子のうち、例えばガス化炉の流動層の温度を変えるために、ガス化炉に供給する酸素や空気の流量を変えることが行われている。
【０００３】
しかしながら、ガス化炉に供給する酸素の量を増やした場合は、生成ガスに含まれる燃焼ガスの量が増加し、生成ガスの発熱量が低下してしまう。また、ガス化炉に供給する酸素の量を減らした場合には、チャーやタールなどの熱分解残渣の発生量が増え、ガス化の効率が低下してしまう。
【０００４】
このため、最近では、廃棄物や固体燃料などの原料を熱分解ガス化するガス化室と、ガス化により発生したチャーやタールなどの熱分解残渣を燃焼する燃焼室とを備えた統合型流動床ガス化炉が開発されている。この統合型流動床ガス化炉においては、燃焼室で発生した熱分解残渣の燃焼熱がガス化室でのガス化の反応熱に利用される。また、この統合型流動床ガス化炉のガス化室および燃焼室はともに流動媒体からなる流動床を備えており、この流動媒体をガス化室と燃焼室との間で循環させることで、ガス化室と燃焼室との間で熱分解残渣と熱の移動を行っている。
【０００５】
このような統合型流動床ガス化炉において、ガス化室から燃焼室への熱分解残渣の移動および燃焼室からガス化室への熱の移動を円滑に行うためには、流動媒体の循環量を精密に制御することが重要となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、流動媒体の循環量を簡易かつ精密に制御し、ガス化室と燃焼室との間で熱分解残渣と熱の移動を容易かつ安定的に行うことができる流動床ガス化炉および熱分解ガス化方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、流動媒体の循環量を簡易かつ精密に制御し、ガス化室と燃焼室との間で熱分解残渣と熱の移動を容易かつ安定的に行うことができる流動床ガス化炉が提供される。この流動床ガス化炉は、流動媒体を内部で流動させるガス化室と、流動媒体を内部で流動させる燃焼室とを備えている。ガス化室では、流動媒体中で原料を熱分解して熱分解ガスと熱分解残渣を生成する。燃焼室は、前記熱分解残渣を燃焼させて前記流動媒体を加熱する燃焼部と、前記加熱された流動媒体を沈降させる沈降部とを有する。沈降部は、前記燃焼部と前記ガス化室とに隣接して設けられている。また、流動床ガス化炉は、前記ガス化室内の熱分解残渣を前記流動媒体とともに前記ガス化室から前記燃焼室に導入する通路と、前記燃焼室内の加熱された流動媒体を前記燃焼室の沈降部から前記ガス化室に導入する通路とを備えている。さらに、流動床ガス化炉は、前記燃焼室の沈降部に隣接する燃焼部の第１の領域に流動化ガスを供給して前記燃焼部から前記沈降部に前記流動媒体を移動させる第１の散気装置と、前記第１の散気装置から噴出される流動化ガスの流量を調整して前記流動媒体の循環量を制御する循環制御装置とを備えている。
【０００８】
流動床ガス化炉は、前記燃焼室の沈降部から離れた燃焼部の第２の領域に流動化ガスを供給する第２の散気装置をさらに備えていてもよい。この場合において、流動床ガス化炉は、前記第２の散気装置から供給される流動化ガスの流量を調整して前記燃焼室における熱分解残渣の燃焼を制御する燃焼制御装置をさらに備えていることが好ましい。
【０００９】
本発明の第２の態様によれば、流動媒体の循環量を簡易かつ精密に制御し、ガス化室と燃焼室との間で熱分解残渣と熱の移動を容易かつ安定的に行うことができる熱分解ガス化方法が提供される。この方法によれば、ガス化室の内部で流動媒体を流動させ、該流動媒体中で原料を熱分解して熱分解ガスと熱分解残渣を生成する。前記ガス化室内の熱分解残渣を前記流動媒体とともに前記ガス化室から燃焼室の燃焼部に導入する。前記燃焼部の内部で流動媒体を流動させ、前記熱分解残渣を燃焼させて前記流動媒体を加熱する。前記燃焼部の第１の領域に流動化ガスを供給して、前記燃焼部から前記第１の領域に隣接する沈降部に前記流動媒体を移動させる。前記沈降部に移動させた流動媒体を前記沈降部内で沈降させる。前記沈降部内の流動媒体を前記沈降部から前記ガス化室に導入する。前記第１の領域に供給された流動化ガスの流量を調整して前記流動媒体の循環量を制御する。
【００１０】
また、前記燃焼室の沈降部から離れた燃焼部の第２の領域に前記第１の領域とは独立して流動化ガスを供給してもよい。この場合において、前記第２の領域に供給される流動化ガスの流量を調整して前記燃焼室における熱分解残渣の燃焼を制御することが好ましい。
【００１１】
本発明の上述した目的ならびにその他の目的および効果は、本発明の好ましい実施形態を一例として図示した添付図面と照らし合わせれば、以下に述べる説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る流動床ガス化炉の実施形態について図１から図３を参照して詳細に説明する。なお、同一または相当する構成要素には、図面を通して同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態における流動床ガス化炉１を示す斜視図である。図１においては、流動床ガス化炉１の内部構造が見えるように一部を破断して図示している。直角座標系ＸＹＺは、ＸＹが水平面となり、Ｚが鉛直軸となるように設定されている。Ｙ軸は、流動床ガス化炉１の正面方向に向いており、流動床ガス化炉１はＹ軸に対称に構成されている。図１に示すように、流動床ガス化炉１は、各種廃棄物や固体燃料等の原料を熱分解ガス化するガス化室１０と、ガス化により発生したチャーやタールなどの熱分解残渣を燃焼して流動媒体を加熱する燃焼室２０とを備えた統合型ガス化炉として構成されている。
【００１４】
図１に示すように、流動床ガス化炉１は、内部にガス化室１０と燃焼室２０とが収容された直方体状の炉体３０を有している。すなわち、流動床ガス化炉１は、概ね矩形の炉壁３２により側面が構成された炉体３０を有している。このように、炉体３０を直方体とすることにより、流動床ガス化炉１の設計の自由度が増す。例えば、ガス化室１０の寸法（ガス化室１０の面積および形状）を固定したままで、燃焼室２０のＸ軸方向またはＹ軸方向の長さを変化させることで、燃焼室２０の寸法のみを任意に変更することができる。したがって、原料の性状（固定炭素の割合など）に応じた最適な寸法に流動床ガス化炉１を設計することが容易になる。例えば、円筒状の炉体である場合は、ガス化室１０と燃焼室２０のいずれか一方の寸法を変更すると他方の寸法も変わってしまう。
【００１５】
ガス化室１０と燃焼室２０のそれぞれの底部には、流動媒体を含む濃厚層である流動床が形成されている。この流動床は、後述する散気装置から噴出される流動化ガスによって流動媒体を流動状態にすることにより形成される。この流動床は、鉛直方向下方に位置し、流動化ガスにより流動状態に置かれた流動媒体（例えば珪砂）を濃厚に含む濃厚層と、その濃厚層の鉛直方向上方に位置し、流動媒体と多量のガスが共存して流動媒体が勢いよく跳ね上がっているスプラッシュゾーンとからなる。流動床の上方、すなわちスプラッシュゾーンの上方には流動媒体をほとんど含まずガスを主体とするフリーボード部がある。流動床の界面は、ある厚さをもったスプラッシュゾーンをいうが、スプラッシュゾーンの上面と下面（濃厚層の上面）との中間にある仮想的な面と捉えることもできる。
【００１６】
ガス化室１０と燃焼室２０とは、前方の仕切壁４０と側方の仕切壁４２により仕切られている。仕切壁４０はガス化室１０の炉床から天井まで一面に延びており、仕切壁４２は炉底近傍から鉛直方向に延び、フリーボード部の途中で斜め上方に曲がり、炉壁３２につながっている。
【００１７】
また、燃焼室２０には、ガス化室１０の両側に仕切壁４４が設けられている。これらの仕切壁４４は、炉底から上方に向かって延びており、その上端は、流動床の界面近傍、すなわち濃厚層の上面よりは上方であるが、スプラッシュゾーンの上面よりは下方に位置している。これらの仕切壁４４により燃焼室２０の内部にチャー燃焼部２２と２つの沈降部２４が形成されている。チャー燃焼部２２は、ガス化室１０のガス化により発生したチャーやタールなどの熱分解残渣を燃焼して流動媒体を加熱するものである。また、沈降部２４は、チャー燃焼部２２において加熱された流動媒体を沈降させてガス化室１０に供給するものである。
【００１８】
図１に示すように、ガス化室１０の上部には、ガス化室１０で発生した生成ガスＧ１を排出する生成ガス排出口３４が設けられており、燃焼室２０の上部には、燃焼室２０で発生した燃焼ガスＧ２を排出する燃焼ガス排出口３６が設けられている。ガス化室１０内の空間は、生成ガス排出口３４の下方のフリーボード部で大きくなっているので、生成ガスＧ１の空塔速度を生成ガス排出口３４に至る前に下げることができる。したがって、未燃分が生成ガスＧ１とともに飛散することを防止することができるとともに、生成ガスＧ１の熱分解に必要な反応時間（滞留時間）を十分に確保することができる。
【００１９】
図２は、流動床ガス化炉１の平面図、図３は、流動床ガス化炉１内の各室の構成を模式的に示す展開図である。図１および図３に示すように、チャー燃焼部２２に隣接する仕切壁４０の下部には、ガス化室１０と燃焼室２０のチャー燃焼部２２とを連通する開口５０が形成されている。また、沈降部２４に隣接する仕切壁４２の下部には、ガス化室１０と沈降部２４とを連通する開口５２が形成されている。
【００２０】
仕切壁４０に形成された開口５０は、ガス化室１０から燃焼室２０のチャー燃焼部２２に流動媒体を導入する通路としての役割を有し、仕切壁４２に形成された開口５２は、燃焼室２０の沈降部２４からガス化室１０に流動媒体を導入する通路としての役割を有する。仕切壁４０の開口５０は、流動床ガス化炉１の運転中のガス化室１０の流動床の上面および燃焼室２０のチャー燃焼部２２の流動床の上面よりも常に下方に位置するように設計されており、仕切壁４２の開口５２は、流動床ガス化炉１の運転中のガス化室１０の流動床の上面および沈降部２４の流動床の上面よりも常に下方に位置するように設計されている。好ましくは、仕切壁４０の開口５０の上端は、ガス化室１０の流動床の濃厚層の上面およびチャー燃焼部２２の流動床の濃厚層の上面のいずれよりも下方に位置するようにし、仕切壁４２の開口５２の上端は、ガス化室１０の流動床の濃厚層の上面および沈降部２４の流動床の濃厚層の上面のいずれよりも下方に位置するようにする。したがって、ガス化室１０で発生した有価な生成ガスＧ１および燃焼室２０で発生した燃焼ガスＧ２が、これらの開口５２および開口５０を通って流通することはほとんどない。
【００２１】
図１に示すように、仕切壁４０の開口５０の下方には不燃物抜出口６０が形成されており、この不燃物抜出口６０は、不燃物を炉外に取り出す不燃物排出口６２に接続されている。このように、本実施形態では、不燃物が燃焼室２０の炉底から排出されるようになっている。また、燃焼室２０のチャー燃焼部２２の炉底２３が不燃物抜出口６０に向かって傾斜しており、不燃物が排出されやすいようになっている。
【００２２】
図３に示すように、燃焼室２０のチャー燃焼部２２の炉底には、沈降部２４の近傍の領域２２ａに流動化ガスを吹き込む第１の散気装置７１と、沈降部２４から離れた領域２２ｂに流動化ガスを吹き込む第２の散気装置７２とが設けられている。また、燃焼室２０の沈降部２４の炉底には、沈降部２４の内部の領域２４ａに流動化ガスを吹き込む第３の散気装置７３が設けられている。また、ガス化室１０の炉底には、仕切壁４２の近傍の領域１０ａに流動化ガスを吹き込む第４の散気装置７４と、仕切壁４２から離れた領域１０ｂに流動化ガスを吹き込む第５の散気装置７５とが設けられている。
【００２３】
第１の散気装置７１は、流動化ガスとしての空気または蒸気を供給するガスライン８０に接続されており、このガスライン８０には流量調整弁８１が設けられている。この流量調整弁８１は、流動媒体の循環量を制御する循環制御装置８２に接続されており、循環制御装置８２によって第１の散気装置７１に供給される流動化ガスの流量が調整されるようになっている。また、本実施形態では、第１の散気装置７１に供給される流動化ガスの流量を検出する流量検出器８３がガスライン８０に設けられており、この流量検出器８３の出力は循環制御装置８２に入力されている。
【００２４】
第２の散気装置７２は、流動化ガスとしての空気を供給するガスライン９０に接続されており、このガスライン９０には流量調整弁９１が設けられている。この流量調整弁９１は、燃焼室２０におけるチャーの燃焼を制御する燃焼制御装置９２に接続されており、燃焼制御装置９２によって第２の散気装置７１に供給される流動化ガスの流量が調整されるようになっている。また、本実施形態では、第２の散気装置７２に供給される流動化ガスの流量を検出する流量検出器９３がガスライン９０に設けられており、この流量検出器９３の出力は燃焼制御装置９２に入力されている。
【００２５】
第３の散気装置７３、第４の散気装置７４、および第５の散気装置７５も同様に、流動化ガスを供給するガスラインに接続されているが、本実施形態ではこれらのガスラインの図示を省略している。
【００２６】
これらの散気装置７１，７２，７３，７４，７５は、例えば、炉底に配置された多孔板とその幅方向に分割された複数の部屋とを備えており、各部屋から多孔板を通して吹き出す流動化ガスの流速を変えて流動化状態を局所的に変えることができるようになっている。
【００２７】
本実施形態では、第１の散気装置７１は、領域２２ａに強流動化域を形成するように構成されており、第２の散気装置７２は、仕切壁４０の近傍の領域２２ｂ−１（図２参照）に強流動化域、仕切壁４０から離れた領域２２ｂ−２（図２参照）に弱流動化域を形成するように構成されている。また、第３の散気装置７３は、沈降部２４の内部の領域２４ａに弱流動化域を形成するように構成されている。第４の散気装置７４は、仕切壁４２の近傍の領域１０ａに強流動化域を形成するように構成され、第５の散気装置７５は、仕切壁４２から離れた領域１０ｂに弱流動化域を形成するように構成されている。このように、各領域での流動化状態に差を設けることによって、ガス化室１０および燃焼室２０の内部に流動媒体の内部旋回流を形成するとともに、流動媒体をガス化室１０と燃焼部２２との間で循環させることができる。
【００２８】
ガス化室１０および燃焼室２０における強流動化域の流動化速度は５Ｕｍｆ以上、弱流動化域の流動化速度は５Ｕｍｆ以下とするのが好ましいが、弱流動化域と強流動化域の流動化速度に相対的な差があれば、これらをどのように設定してもよい。ここで、Ｕｍｆは、最低流動化速度（流動化が開始される速度）に対する流動化速度を表す単位であり、例えば、５Ｕｍｆは最低流動化速度の５倍の速度を表している。
【００２９】
ここで、本実施形態のガス化室１０には、図３に示すように、ガス化室１０の流動媒体の温度を検出する温度センサ８４が設けられている。この温度センサ８４の出力は循環制御装置８２に入力されている。例えば、この温度センサ８４を仕切壁４０の開口５０の上流側に配置する。この温度センサ８４は、流動媒体の温度を直接検出するものであってもよいし、あるいは、流動媒体の温度を間接的に検出するものであってもよい。また、燃焼室２０には、燃焼室２０の流動媒体の温度を検出する温度センサ８５が設けられている。この温度センサ８５の出力は循環制御装置８２に入力されている。この温度センサ８５は、流動媒体の温度を直接検出するものであってもよいし、あるいは、流動媒体の温度を間接的に検出するものであってもよい。さらに、燃焼室２０の燃焼ガス排出口３６には、燃焼室２０から排出される燃焼ガスＧ２の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ９４が設けられている。この酸素濃度センサ９４の出力は燃焼制御装置９２に入力されている。
【００３０】
廃棄物や固体燃料などの原料Ａは、原料供給口（図示せず）からガス化室１０に投入され、ガス化室１０で流動媒体から熱を受け、熱分解ガス化される。この熱分解により、原料Ａは、可燃性ガス、チャー、灰分に分解される。典型的には、原料Ａは、ガス化室１０では燃焼せず、いわゆる乾留される。ここで、ガス化室１０に供給される原料Ａとしては、廃プラスチック、廃タイヤ、カーシュレッダーダスト、木質系廃棄物、一般廃棄物、ＲＤＦ、石炭、重質油、タールなど、発熱量を有する有機性廃棄物または燃料であることが好ましい。
【００３１】
上述したように、ガス化室１０の領域１０ａには強流動化域が形成され、領域１０ｂには弱流動化域が形成されており、領域１０ａと領域１０ｂの流動化状態に差が設けられている。このため、ガス化室１０には流動媒体の内部旋回流が形成される。
【００３２】
ここで、ガス化室１０の領域１０ｂには弱流動化域が形成され、燃焼室２０の領域２２ｂ−１には強流動化域が形成されており、燃焼室２０の領域２２ｂ−１がガス化室１０の領域１０ｂよりも強い流動化状態に保持されている。このため、仕切壁４０を挟んで両側の領域で圧力差が生じ、ガス化室１０での熱分解によって生成したチャーのうち、粒子径が大きく可燃性ガスに同伴されないものが、ガス化室１０内の流動媒体とともに仕切壁４０の下部の開口５０を通って燃焼室２０に流入する。
【００３３】
燃焼室２０では、流動化ガスとしての空気や酸素富化空気または酸素等の有酸素ガスによりチャーが完全燃焼される。チャーの燃焼によって発生した熱により燃焼室２０内の流動媒体は加熱される。燃焼室２０の領域２２ｂ−１には強流動化域が形成され、領域２２ｂ−２には弱流動化域が形成されており、領域２２ｂ−１と領域２２ｂ−２の流動化状態に差が設けられている。このため、燃焼室２０には流動媒体の内部旋回流が形成され、流動媒体はこの内部旋回流によって旋回されつつ十分に加熱される。
【００３４】
仕切壁４４の近傍のチャー燃焼部２２の領域２２ａには強流動化域が形成されており、チャー燃焼部２２の領域２２ａの流動媒体は、仕切壁４４の上端を越えて沈降部２４に流入する。ここで、沈降部２４の領域２４ａには弱流動化域が形成され、ガス化室１０の仕切壁４２の近傍の領域１０ａには強流動化域が形成されており、ガス化室１０の領域１０ａが沈降部２４の領域２４ａよりも強い流動化状態に保持されている。このため、仕切壁４２を挟んで両側の領域で圧力差が生じ、沈降部２４内の流動媒体が仕切壁４２の開口５２を通ってガス化室１０に流入する。このように、チャー燃焼部２２の領域２２ａから沈降部２４に流入した流動媒体は、沈降部２４内を下方（炉底方向）に移動し、仕切壁４２の開口５２を通ってガス化室１０に流入する。
【００３５】
このようにして、流動媒体がガス化室１０と燃焼室２０との間で循環され、ガス化室１０と燃焼室２０との間で熱分解残渣と熱の移動が行われる。
【００３６】
上述したように、このような統合型流動床ガス化炉においては、ガス化室１０から燃焼室２０への熱分解残渣の移動および燃焼室２０からガス化室１０への熱の移動を円滑に行うために、流動媒体の循環量を制御することが重要である。本発明者等は、沈降部２４に隣接する領域２２ａにおけるＵｍｆ比を適切に調整することにより、流動媒体の循環量を簡易かつ精密に制御できることを見いだした。
【００３７】
すなわち、沈降部２４に隣接する領域２２ａに供給する流動化ガスのＵｍｆ比を大きくすれば、仕切壁４４を飛び越えて沈降部２４に流入する流動媒体の量が増えるが、このように沈降部２４に流入する流動媒体の量が増えると、沈降部２４内の領域２４ａにおける圧力とガス化室１０の領域１０ａにおける圧力との差が大きくなる。このため、燃焼室２０からガス化室１０に移動する流動媒体の移動量、すなわち流動床ガス化炉１における流動媒体の循環量を増やすことができる。したがって、沈降部２４に隣接する領域２２ａにおけるＵｍｆ比を適切に調整することにより、流動媒体の循環量を簡易かつ精密に制御できる。
【００３８】
ここで、ガス化室１０におけるガス化の効率を上げるためには、ガス化室１０の流動媒体の温度を適切な温度に維持する必要がある。本実施形態では、第１の散気装置７１から吹き出す流動化ガスのＵｍｆ比を調整することによって、沈降部２４に隣接する領域２２ａにおけるＵｍｆ比を適切に調整し、ガス化室１０の流動媒体の温度を適切な温度に維持している。Ｕｍｆ比は流動媒体の温度により変化するので、本実施形態においては、温度センサ８５により燃焼室２０の流動媒体の温度を検出している。循環制御装置８２は、流量検出器８３により検出される流動化ガスの流量と温度センサ８５により検出される燃焼室２０の流動媒体の温度とから第１の散気装置７１から吹き出す流動化ガスのＵｍｆ比を算出し、算出されたＵｍｆ比に基づいて、温度センサ８４により検出されるガス化室１０の流動媒体の温度が所望の温度となるように、流量調整弁８１の開度を調整して第１の散気装置７１から噴出される流動化ガスの流量を調整する。
【００３９】
なお、循環制御装置８２は、ガス化室１０および燃焼室２０内の１点を測定した代表温度に基づいて制御を行ってもよいし、ガス化室１０および燃焼室２０内の複数の点を測定した平均温度に基づいて制御を行ってもよい。Ｕｍｆ比の演算は燃焼室２０内の領域２２ａを測定した温度に基づいて行うことが好ましい。燃焼室２０内の領域２２ａを測定した温度に基づいて制御を行うことが好ましい。あるいは、ガス化室１０の流動媒体の温度と燃焼室２０の流動媒体の温度との差に基づいて流動化ガスの流量を調整してもよい。
【００４０】
ここで、燃焼室２０の流動層内の空気比が高いと、チャーの燃焼率が向上し、チャーの燃焼による熱を効率的に流動媒体に伝えることができるが、燃焼室２０の流動層内の空気比を高めすぎると、流動層から燃焼ガスＧ２として放出される熱量が増えるため、逆に流動媒体の温度を下げることとなる。好ましくは空気比が０．８〜１．２程度になるように調整する。
【００４１】
上述したように、循環制御装置８２により流動媒体の循環量を所望の値に調整することができるが、第２の散気装置７２からの流動化ガスの流量を一定にした場合、循環制御装置８２により散気装置７１からの流動化ガス（空気）の量が変化すると、燃焼室２０の流動層内の空気比が変化する。このため、燃焼室２０における流動媒体の温度が変化し、結果的にガス化室１０の流動媒体の温度も変化する。ガス化室１０の温度媒体の変化により生成ガスＧ１の量や質も変動するとともに、循環制御装置８２により再び流動媒体の循環量を制御する必要が生じる。
【００４２】
したがって、本実施形態においては、燃焼室２０から排出される燃焼ガスＧ２の酸素濃度を酸素濃度センサ９４により検出し、燃焼ガスＧ２の酸素濃度に基づいて第２の散気装置７２から噴出される流動化ガスの流量が調整され、燃焼室２０の流動層内の空気比が所望の値に制御される。例えば、燃焼ガスＧ２の酸素濃度が低下した場合は、燃焼制御装置９２は、第２の散気装置７２から噴出される流動化ガスの流量を増やすために流量調整弁９３の開度を大きくする。
【００４３】
なお、本実施形態では、燃焼室２０から排出される燃焼ガスＧ２の酸素濃度に基づいて第２の散気装置７２から噴出される流動化ガスの流量を調整しているが、例えば、チャーの燃焼に必要な酸素量と、第２の散気装置７２からの流動化ガスの酸素量の比（酸素比）に基づいて、第２の散気装置７２から噴出される流動化ガスの流量を調整してもよい。この場合には、例えば、原料Ａの投入量からチャーの発生量を算出し、算出されたチャーの発生量から燃焼に必要な酸素量を算出する。そして、流量検出器９３により検出された流動化ガスの流量からこの流動化ガスの酸素量が算出され、これら算出されたチャーの燃焼に必要な酸素量と流動化ガスの酸素量とに基づいて第２の散気装置７２から噴出される流動化ガスの流量が調整される。
【００４４】
このように、本実施形態における流動床ガス化炉１は、第１の散気装置７１から噴出される流動化ガスの流量を調整して流動媒体の循環量を制御する循環制御装置８２と、第２の散気装置７２から噴出される流動化ガスの流量を調整して燃焼室２０における熱分解残渣の燃焼を制御する燃焼制御装置９２とを備えているので、流動床ガス化炉１における流動媒体の循環量と燃焼室２０の空気比とを互いに独立して制御することが可能となる。
【００４５】
これまで本発明の一実施形態について図示および説明したが、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変更および改変が可能であることは容易に理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、本発明の一実施形態における流動床ガス化炉を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す流動床ガス化炉の平面図である。
【図３】図３は、図１に示す流動床ガス化炉における各室の構成を模式的に示す展開図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 流動床ガス化炉
１０ ガス化室
２０ 燃焼室
２２ チャー燃焼部
２４ 沈降部
７１，７２，７３，７４，７５ 散気装置
８２ 循環制御装置
８３，９３ 流量検出器
９２ 燃焼制御装置
８４，８５ 温度センサ
９４ 酸素濃度センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動床ガス化炉に関し、特に各種廃棄物や固体燃料等を原料としてガスを発生させるのに適した流動床ガス化炉に関するものである。また、本発明は、かかる流動床ガス化炉を用いて原料を熱分解ガス化する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、各種の廃棄物や石炭などの固体燃料を熱分解して生成ガスを生成する流動床ガス化炉が知られている。このような流動床ガス化炉においては、反応に関わる諸因子のうち、例えばガス化炉の流動層の温度を変えるために、ガス化炉に供給する酸素や空気の流量を変えることが行われている。
【０００３】
しかしながら、ガス化炉に供給する酸素の量を増やした場合は、生成ガスに含まれる燃焼ガスの量が増加し、生成ガスの発熱量が低下してしまう。また、ガス化炉に供給する酸素の量を減らした場合には、チャーやタールなどの熱分解残渣の発生量が増え、ガス化の効率が低下してしまう。
【０００４】
このため、最近では、廃棄物や固体燃料などの原料を熱分解ガス化するガス化室と、ガス化により発生したチャーやタールなどの熱分解残渣を燃焼する燃焼室とを備えた統合型流動床ガス化炉が開発されている。この統合型流動床ガス化炉においては、燃焼室で発生した熱分解残渣の燃焼熱がガス化室でのガス化の反応熱に利用される。また、この統合型流動床ガス化炉のガス化室および燃焼室はともに流動媒体からなる流動床を備えており、この流動媒体をガス化室と燃焼室との間で循環させることで、ガス化室と燃焼室との間で熱分解残渣と熱の移動を行っている。
【０００５】
このような統合型流動床ガス化炉において、ガス化室から燃焼室への熱分解残渣の移動および燃焼室からガス化室への熱の移動を円滑に行うためには、流動媒体の循環量を精密に制御することが重要となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、流動媒体の循環量を簡易かつ精密に制御し、ガス化室と燃焼室との間で熱分解残渣と熱の移動を容易かつ安定的に行うことができる流動床ガス化炉および熱分解ガス化方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、流動媒体の循環量を簡易かつ精密に制御し、ガス化室と燃焼室との間で熱分解残渣と熱の移動を容易かつ安定的に行うことができる流動床ガス化炉が提供される。この流動床ガス化炉は、流動媒体を内部で流動させるガス化室と、流動媒体を内部で流動させる燃焼室とを備えている。ガス化室では、流動媒体中で原料を熱分解して熱分解ガスと熱分解残渣を生成する。燃焼室は、前記熱分解残渣を燃焼させて前記流動媒体を加熱する燃焼部と、前記加熱された流動媒体を沈降させる沈降部とを有する。沈降部は、前記燃焼部と前記ガス化室とに隣接して設けられている。また、流動床ガス化炉は、前記ガス化室内の熱分解残渣を前記流動媒体とともに前記ガス化室から前記燃焼室に導入する通路と、前記燃焼室内の加熱された流動媒体を前記燃焼室の沈降部から前記ガス化室に導入する通路とを備えている。さらに、流動床ガス化炉は、前記燃焼室の沈降部に隣接する燃焼部の第１の領域に流動化ガスを供給して前記燃焼部から前記沈降部に前記流動媒体を移動させる第１の散気装置と、前記第１の散気装置から噴出される流動化ガスの流量を調整して前記流動媒体の循環量を制御する循環制御装置とを備えている。
【０００８】
流動床ガス化炉は、前記燃焼室の沈降部から離れた燃焼部の第２の領域に流動化ガスを供給する第２の散気装置をさらに備えていてもよい。この場合において、流動床ガス化炉は、前記第２の散気装置から供給される流動化ガスの流量を調整して前記燃焼室における熱分解残渣の燃焼を制御する燃焼制御装置をさらに備えていることが好ましい。
【０００９】
本発明の第２の態様によれば、流動媒体の循環量を簡易かつ精密に制御し、ガス化室と燃焼室との間で熱分解残渣と熱の移動を容易かつ安定的に行うことができる熱分解ガス化方法が提供される。この方法によれば、ガス化室の内部で流動媒体を流動させ、該流動媒体中で原料を熱分解して熱分解ガスと熱分解残渣を生成する。前記ガス化室内の熱分解残渣を前記流動媒体とともに前記ガス化室から燃焼室の燃焼部に導入する。前記燃焼部の内部で流動媒体を流動させ、前記熱分解残渣を燃焼させて前記流動媒体を加熱する。前記燃焼部の第１の領域に流動化ガスを供給して、前記燃焼部から前記第１の領域に隣接する沈降部に前記流動媒体を移動させる。前記沈降部に移動させた流動媒体を前記沈降部内で沈降させる。前記沈降部内の流動媒体を前記沈降部から前記ガス化室に導入する。前記第１の領域に供給された流動化ガスの流量を調整して前記流動媒体の循環量を制御する。
【００１０】
また、前記燃焼室の沈降部から離れた燃焼部の第２の領域に前記第１の領域とは独立して流動化ガスを供給してもよい。この場合において、前記第２の領域に供給される流動化ガスの流量を調整して前記燃焼室における熱分解残渣の燃焼を制御することが好ましい。
【００１１】
本発明の上述した目的ならびにその他の目的および効果は、本発明の好ましい実施形態を一例として図示した添付図面と照らし合わせれば、以下に述べる説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る流動床ガス化炉の実施形態について図１から図３を参照して詳細に説明する。なお、同一または相当する構成要素には、図面を通して同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態における流動床ガス化炉１を示す斜視図である。図１においては、流動床ガス化炉１の内部構造が見えるように一部を破断して図示している。直角座標系ＸＹＺは、ＸＹが水平面となり、Ｚが鉛直軸となるように設定されている。Ｙ軸は、流動床ガス化炉１の正面方向に向いており、流動床ガス化炉１はＹ軸に対称に構成されている。図１に示すように、流動床ガス化炉１は、各種廃棄物や固体燃料等の原料を熱分解ガス化するガス化室１０と、ガス化により発生したチャーやタールなどの熱分解残渣を燃焼して流動媒体を加熱する燃焼室２０とを備えた統合型ガス化炉として構成されている。
【００１４】
図１に示すように、流動床ガス化炉１は、内部にガス化室１０と燃焼室２０とが収容された直方体状の炉体３０を有している。すなわち、流動床ガス化炉１は、概ね矩形の炉壁３２により側面が構成された炉体３０を有している。このように、炉体３０を直方体とすることにより、流動床ガス化炉１の設計の自由度が増す。例えば、ガス化室１０の寸法（ガス化室１０の面積および形状）を固定したままで、燃焼室２０のＸ軸方向またはＹ軸方向の長さを変化させることで、燃焼室２０の寸法のみを任意に変更することができる。したがって、原料の性状（固定炭素の割合など）に応じた最適な寸法に流動床ガス化炉１を設計することが容易になる。例えば、円筒状の炉体である場合は、ガス化室１０と燃焼室２０のいずれか一方の寸法を変更すると他方の寸法も変わってしまう。
【００１５】
ガス化室１０と燃焼室２０のそれぞれの底部には、流動媒体を含む濃厚層である流動床が形成されている。この流動床は、後述する散気装置から噴出される流動化ガスによって流動媒体を流動状態にすることにより形成される。この流動床は、鉛直方向下方に位置し、流動化ガスにより流動状態に置かれた流動媒体（例えば珪砂）を濃厚に含む濃厚層と、その濃厚層の鉛直方向上方に位置し、流動媒体と多量のガスが共存して流動媒体が勢いよく跳ね上がっているスプラッシュゾーンとからなる。流動床の上方、すなわちスプラッシュゾーンの上方には流動媒体をほとんど含まずガスを主体とするフリーボード部がある。流動床の界面は、ある厚さをもったスプラッシュゾーンをいうが、スプラッシュゾーンの上面と下面（濃厚層の上面）との中間にある仮想的な面と捉えることもできる。
【００１６】
ガス化室１０と燃焼室２０とは、前方の仕切壁４０と側方の仕切壁４２により仕切られている。仕切壁４０はガス化室１０の炉床から天井まで一面に延びており、仕切壁４２は炉底近傍から鉛直方向に延び、フリーボード部の途中で斜め上方に曲がり、炉壁３２につながっている。
【００１７】
また、燃焼室２０には、ガス化室１０の両側に仕切壁４４が設けられている。これらの仕切壁４４は、炉底から上方に向かって延びており、その上端は、流動床の界面近傍、すなわち濃厚層の上面よりは上方であるが、スプラッシュゾーンの上面よりは下方に位置している。これらの仕切壁４４により燃焼室２０の内部にチャー燃焼部２２と２つの沈降部２４が形成されている。チャー燃焼部２２は、ガス化室１０のガス化により発生したチャーやタールなどの熱分解残渣を燃焼して流動媒体を加熱するものである。また、沈降部２４は、チャー燃焼部２２において加熱された流動媒体を沈降させてガス化室１０に供給するものである。
【００１８】
図１に示すように、ガス化室１０の上部には、ガス化室１０で発生した生成ガスＧ１を排出する生成ガス排出口３４が設けられており、燃焼室２０の上部には、燃焼室２０で発生した燃焼ガスＧ２を排出する燃焼ガス排出口３６が設けられている。ガス化室１０内の空間は、生成ガス排出口３４の下方のフリーボード部で大きくなっているので、生成ガスＧ１の空塔速度を生成ガス排出口３４に至る前に下げることができる。したがって、未燃分が生成ガスＧ１とともに飛散することを防止することができるとともに、生成ガスＧ１の熱分解に必要な反応時間（滞留時間）を十分に確保することができる。
【００１９】
図２は、流動床ガス化炉１の平面図、図３は、流動床ガス化炉１内の各室の構成を模式的に示す展開図である。図１および図３に示すように、チャー燃焼部２２に隣接する仕切壁４０の下部には、ガス化室１０と燃焼室２０のチャー燃焼部２２とを連通する開口５０が形成されている。また、沈降部２４に隣接する仕切壁４２の下部には、ガス化室１０と沈降部２４とを連通する開口５２が形成されている。
【００２０】
仕切壁４０に形成された開口５０は、ガス化室１０から燃焼室２０のチャー燃焼部２２に流動媒体を導入する通路としての役割を有し、仕切壁４２に形成された開口５２は、燃焼室２０の沈降部２４からガス化室１０に流動媒体を導入する通路としての役割を有する。仕切壁４０の開口５０は、流動床ガス化炉１の運転中のガス化室１０の流動床の上面および燃焼室２０のチャー燃焼部２２の流動床の上面よりも常に下方に位置するように設計されており、仕切壁４２の開口５２は、流動床ガス化炉１の運転中のガス化室１０の流動床の上面および沈降部２４の流動床の上面よりも常に下方に位置するように設計されている。好ましくは、仕切壁４０の開口５０の上端は、ガス化室１０の流動床の濃厚層の上面およびチャー燃焼部２２の流動床の濃厚層の上面のいずれよりも下方に位置するようにし、仕切壁４２の開口５２の上端は、ガス化室１０の流動床の濃厚層の上面および沈降部２４の流動床の濃厚層の上面のいずれよりも下方に位置するようにする。したがって、ガス化室１０で発生した有価な生成ガスＧ１および燃焼室２０で発生した燃焼ガスＧ２が、これらの開口５２および開口５０を通って流通することはほとんどない。
【００２１】
図１に示すように、仕切壁４０の開口５０の下方には不燃物抜出口６０が形成されており、この不燃物抜出口６０は、不燃物を炉外に取り出す不燃物排出口６２に接続されている。このように、本実施形態では、不燃物が燃焼室２０の炉底から排出されるようになっている。また、燃焼室２０のチャー燃焼部２２の炉底２３が不燃物抜出口６０に向かって傾斜しており、不燃物が排出されやすいようになっている。
【００２２】
図３に示すように、燃焼室２０のチャー燃焼部２２の炉底には、沈降部２４の近傍の領域２２ａに流動化ガスを吹き込む第１の散気装置７１と、沈降部２４から離れた領域２２ｂに流動化ガスを吹き込む第２の散気装置７２とが設けられている。また、燃焼室２０の沈降部２４の炉底には、沈降部２４の内部の領域２４ａに流動化ガスを吹き込む第３の散気装置７３が設けられている。また、ガス化室１０の炉底には、仕切壁４２の近傍の領域１０ａに流動化ガスを吹き込む第４の散気装置７４と、仕切壁４２から離れた領域１０ｂに流動化ガスを吹き込む第５の散気装置７５とが設けられている。
【００２３】
第１の散気装置７１は、流動化ガスとしての空気または蒸気を供給するガスライン８０に接続されており、このガスライン８０には流量調整弁８１が設けられている。この流量調整弁８１は、流動媒体の循環量を制御する循環制御装置８２に接続されており、循環制御装置８２によって第１の散気装置７１に供給される流動化ガスの流量が調整されるようになっている。また、本実施形態では、第１の散気装置７１に供給される流動化ガスの流量を検出する流量検出器８３がガスライン８０に設けられており、この流量検出器８３の出力は循環制御装置８２に入力されている。
【００２４】
第２の散気装置７２は、流動化ガスとしての空気を供給するガスライン９０に接続されており、このガスライン９０には流量調整弁９１が設けられている。この流量調整弁９１は、燃焼室２０におけるチャーの燃焼を制御する燃焼制御装置９２に接続されており、燃焼制御装置９２によって第２の散気装置７１に供給される流動化ガスの流量が調整されるようになっている。また、本実施形態では、第２の散気装置７２に供給される流動化ガスの流量を検出する流量検出器９３がガスライン９０に設けられており、この流量検出器９３の出力は燃焼制御装置９２に入力されている。
【００２５】
第３の散気装置７３、第４の散気装置７４、および第５の散気装置７５も同様に、流動化ガスを供給するガスラインに接続されているが、本実施形態ではこれらのガスラインの図示を省略している。
【００２６】
これらの散気装置７１，７２，７３，７４，７５は、例えば、炉底に配置された多孔板とその幅方向に分割された複数の部屋とを備えており、各部屋から多孔板を通して吹き出す流動化ガスの流速を変えて流動化状態を局所的に変えることができるようになっている。
【００２７】
本実施形態では、第１の散気装置７１は、領域２２ａに強流動化域を形成するように構成されており、第２の散気装置７２は、仕切壁４０の近傍の領域２２ｂ−１（図２参照）に強流動化域、仕切壁４０から離れた領域２２ｂ−２（図２参照）に弱流動化域を形成するように構成されている。また、第３の散気装置７３は、沈降部２４の内部の領域２４ａに弱流動化域を形成するように構成されている。第４の散気装置７４は、仕切壁４２の近傍の領域１０ａに強流動化域を形成するように構成され、第５の散気装置７５は、仕切壁４２から離れた領域１０ｂに弱流動化域を形成するように構成されている。このように、各領域での流動化状態に差を設けることによって、ガス化室１０および燃焼室２０の内部に流動媒体の内部旋回流を形成するとともに、流動媒体をガス化室１０と燃焼部２２との間で循環させることができる。
【００２８】
ガス化室１０および燃焼室２０における強流動化域の流動化速度は５Ｕｍｆ以上、弱流動化域の流動化速度は５Ｕｍｆ以下とするのが好ましいが、弱流動化域と強流動化域の流動化速度に相対的な差があれば、これらをどのように設定してもよい。ここで、Ｕｍｆは、最低流動化速度（流動化が開始される速度）に対する流動化速度を表す単位であり、例えば、５Ｕｍｆは最低流動化速度の５倍の速度を表している。
【００２９】
ここで、本実施形態のガス化室１０には、図３に示すように、ガス化室１０の流動媒体の温度を検出する温度センサ８４が設けられている。この温度センサ８４の出力は循環制御装置８２に入力されている。例えば、この温度センサ８４を仕切壁４０の開口５０の上流側に配置する。この温度センサ８４は、流動媒体の温度を直接検出するものであってもよいし、あるいは、流動媒体の温度を間接的に検出するものであってもよい。また、燃焼室２０には、燃焼室２０の流動媒体の温度を検出する温度センサ８５が設けられている。この温度センサ８５の出力は循環制御装置８２に入力されている。この温度センサ８５は、流動媒体の温度を直接検出するものであってもよいし、あるいは、流動媒体の温度を間接的に検出するものであってもよい。さらに、燃焼室２０の燃焼ガス排出口３６には、燃焼室２０から排出される燃焼ガスＧ２の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ９４が設けられている。この酸素濃度センサ９４の出力は燃焼制御装置９２に入力されている。
【００３０】
廃棄物や固体燃料などの原料Ａは、原料供給口（図示せず）からガス化室１０に投入され、ガス化室１０で流動媒体から熱を受け、熱分解ガス化される。この熱分解により、原料Ａは、可燃性ガス、チャー、灰分に分解される。典型的には、原料Ａは、ガス化室１０では燃焼せず、いわゆる乾留される。ここで、ガス化室１０に供給される原料Ａとしては、廃プラスチック、廃タイヤ、カーシュレッダーダスト、木質系廃棄物、一般廃棄物、ＲＤＦ、石炭、重質油、タールなど、発熱量を有する有機性廃棄物または燃料であることが好ましい。
【００３１】
上述したように、ガス化室１０の領域１０ａには強流動化域が形成され、領域１０ｂには弱流動化域が形成されており、領域１０ａと領域１０ｂの流動化状態に差が設けられている。このため、ガス化室１０には流動媒体の内部旋回流が形成される。
【００３２】
ここで、ガス化室１０の領域１０ｂには弱流動化域が形成され、燃焼室２０の領域２２ｂ−１には強流動化域が形成されており、燃焼室２０の領域２２ｂ−１がガス化室１０の領域１０ｂよりも強い流動化状態に保持されている。このため、仕切壁４０を挟んで両側の領域で圧力差が生じ、ガス化室１０での熱分解によって生成したチャーのうち、粒子径が大きく可燃性ガスに同伴されないものが、ガス化室１０内の流動媒体とともに仕切壁４０の下部の開口５０を通って燃焼室２０に流入する。
【００３３】
燃焼室２０では、流動化ガスとしての空気や酸素富化空気または酸素等の有酸素ガスによりチャーが完全燃焼される。チャーの燃焼によって発生した熱により燃焼室２０内の流動媒体は加熱される。燃焼室２０の領域２２ｂ−１には強流動化域が形成され、領域２２ｂ−２には弱流動化域が形成されており、領域２２ｂ−１と領域２２ｂ−２の流動化状態に差が設けられている。このため、燃焼室２０には流動媒体の内部旋回流が形成され、流動媒体はこの内部旋回流によって旋回されつつ十分に加熱される。
【００３４】
仕切壁４４の近傍のチャー燃焼部２２の領域２２ａには強流動化域が形成されており、チャー燃焼部２２の領域２２ａの流動媒体は、仕切壁４４の上端を越えて沈降部２４に流入する。ここで、沈降部２４の領域２４ａには弱流動化域が形成され、ガス化室１０の仕切壁４２の近傍の領域１０ａには強流動化域が形成されており、ガス化室１０の領域１０ａが沈降部２４の領域２４ａよりも強い流動化状態に保持されている。このため、仕切壁４２を挟んで両側の領域で圧力差が生じ、沈降部２４内の流動媒体が仕切壁４２の開口５２を通ってガス化室１０に流入する。このように、チャー燃焼部２２の領域２２ａから沈降部２４に流入した流動媒体は、沈降部２４内を下方（炉底方向）に移動し、仕切壁４２の開口５２を通ってガス化室１０に流入する。
【００３５】
このようにして、流動媒体がガス化室１０と燃焼室２０との間で循環され、ガス化室１０と燃焼室２０との間で熱分解残渣と熱の移動が行われる。
【００３６】
上述したように、このような統合型流動床ガス化炉においては、ガス化室１０から燃焼室２０への熱分解残渣の移動および燃焼室２０からガス化室１０への熱の移動を円滑に行うために、流動媒体の循環量を制御することが重要である。本発明者等は、沈降部２４に隣接する領域２２ａにおけるＵｍｆ比を適切に調整することにより、流動媒体の循環量を簡易かつ精密に制御できることを見いだした。
【００３７】
すなわち、沈降部２４に隣接する領域２２ａに供給する流動化ガスのＵｍｆ比を大きくすれば、仕切壁４４を飛び越えて沈降部２４に流入する流動媒体の量が増えるが、このように沈降部２４に流入する流動媒体の量が増えると、沈降部２４内の領域２４ａにおける圧力とガス化室１０の領域１０ａにおける圧力との差が大きくなる。このため、燃焼室２０からガス化室１０に移動する流動媒体の移動量、すなわち流動床ガス化炉１における流動媒体の循環量を増やすことができる。したがって、沈降部２４に隣接する領域２２ａにおけるＵｍｆ比を適切に調整することにより、流動媒体の循環量を簡易かつ精密に制御できる。
【００３８】
ここで、ガス化室１０におけるガス化の効率を上げるためには、ガス化室１０の流動媒体の温度を適切な温度に維持する必要がある。本実施形態では、第１の散気装置７１から吹き出す流動化ガスのＵｍｆ比を調整することによって、沈降部２４に隣接する領域２２ａにおけるＵｍｆ比を適切に調整し、ガス化室１０の流動媒体の温度を適切な温度に維持している。Ｕｍｆ比は流動媒体の温度により変化するので、本実施形態においては、温度センサ８５により燃焼室２０の流動媒体の温度を検出している。循環制御装置８２は、流量検出器８３により検出される流動化ガスの流量と温度センサ８５により検出される燃焼室２０の流動媒体の温度とから第１の散気装置７１から吹き出す流動化ガスのＵｍｆ比を算出し、算出されたＵｍｆ比に基づいて、温度センサ８４により検出されるガス化室１０の流動媒体の温度が所望の温度となるように、流量調整弁８１の開度を調整して第１の散気装置７１から噴出される流動化ガスの流量を調整する。
【００３９】
なお、循環制御装置８２は、ガス化室１０および燃焼室２０内の１点を測定した代表温度に基づいて制御を行ってもよいし、ガス化室１０および燃焼室２０内の複数の点を測定した平均温度に基づいて制御を行ってもよい。Ｕｍｆ比の演算は燃焼室２０内の領域２２ａを測定した温度に基づいて行うことが好ましい。燃焼室２０内の領域２２ａを測定した温度に基づいて制御を行うことが好ましい。あるいは、ガス化室１０の流動媒体の温度と燃焼室２０の流動媒体の温度との差に基づいて流動化ガスの流量を調整してもよい。
【００４０】
ここで、燃焼室２０の流動層内の空気比が高いと、チャーの燃焼率が向上し、チャーの燃焼による熱を効率的に流動媒体に伝えることができるが、燃焼室２０の流動層内の空気比を高めすぎると、流動層から燃焼ガスＧ２として放出される熱量が増えるため、逆に流動媒体の温度を下げることとなる。好ましくは空気比が０．８〜１．２程度になるように調整する。
【００４１】
上述したように、循環制御装置８２により流動媒体の循環量を所望の値に調整することができるが、第２の散気装置７２からの流動化ガスの流量を一定にした場合、循環制御装置８２により散気装置７１からの流動化ガス（空気）の量が変化すると、燃焼室２０の流動層内の空気比が変化する。このため、燃焼室２０における流動媒体の温度が変化し、結果的にガス化室１０の流動媒体の温度も変化する。ガス化室１０の温度媒体の変化により生成ガスＧ１の量や質も変動するとともに、循環制御装置８２により再び流動媒体の循環量を制御する必要が生じる。
【００４２】
したがって、本実施形態においては、燃焼室２０から排出される燃焼ガスＧ２の酸素濃度を酸素濃度センサ９４により検出し、燃焼ガスＧ２の酸素濃度に基づいて第２の散気装置７２から噴出される流動化ガスの流量が調整され、燃焼室２０の流動層内の空気比が所望の値に制御される。例えば、燃焼ガスＧ２の酸素濃度が低下した場合は、燃焼制御装置９２は、第２の散気装置７２から噴出される流動化ガスの流量を増やすために流量調整弁９３の開度を大きくする。
【００４３】
なお、本実施形態では、燃焼室２０から排出される燃焼ガスＧ２の酸素濃度に基づいて第２の散気装置７２から噴出される流動化ガスの流量を調整しているが、例えば、チャーの燃焼に必要な酸素量と、第２の散気装置７２からの流動化ガスの酸素量の比（酸素比）に基づいて、第２の散気装置７２から噴出される流動化ガスの流量を調整してもよい。この場合には、例えば、原料Ａの投入量からチャーの発生量を算出し、算出されたチャーの発生量から燃焼に必要な酸素量を算出する。そして、流量検出器９３により検出された流動化ガスの流量からこの流動化ガスの酸素量が算出され、これら算出されたチャーの燃焼に必要な酸素量と流動化ガスの酸素量とに基づいて第２の散気装置７２から噴出される流動化ガスの流量が調整される。
【００４４】
このように、本実施形態における流動床ガス化炉１は、第１の散気装置７１から噴出される流動化ガスの流量を調整して流動媒体の循環量を制御する循環制御装置８２と、第２の散気装置７２から噴出される流動化ガスの流量を調整して燃焼室２０における熱分解残渣の燃焼を制御する燃焼制御装置９２とを備えているので、流動床ガス化炉１における流動媒体の循環量と燃焼室２０の空気比とを互いに独立して制御することが可能となる。
【００４５】
これまで本発明の一実施形態について図示および説明したが、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変更および改変が可能であることは容易に理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、本発明の一実施形態における流動床ガス化炉を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す流動床ガス化炉の平面図である。
【図３】図３は、図１に示す流動床ガス化炉における各室の構成を模式的に示す展開図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 流動床ガス化炉
１０ ガス化室
２０ 燃焼室
２２ チャー燃焼部
２４ 沈降部
７１，７２，７３，７４，７５ 散気装置
８２ 循環制御装置
８３，９３ 流量検出器
９２ 燃焼制御装置
８４，８５ 温度センサ
９４ 酸素濃度センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動媒体を内部で流動させ、該流動媒体中で原料を熱分解して熱分解ガスと熱分解残渣を生成するガス化室と、
流動媒体を内部で流動させ、前記熱分解残渣を燃焼させて前記流動媒体を加熱する燃焼部と、前記燃焼部と前記ガス化室とに隣接して設けられ、前記加熱された流動媒体を沈降させる沈降部とを有する燃焼室と、
前記ガス化室内の熱分解残渣を前記流動媒体とともに前記ガス化室から前記燃焼室に導入する通路と、
前記燃焼室内の加熱された流動媒体を前記燃焼室の沈降部から前記ガス化室に導入する通路と、
前記燃焼室の沈降部に隣接する燃焼部の第１の領域に流動化ガスを供給して前記燃焼部から前記沈降部に前記流動媒体を移動させる第１の散気装置と、
前記第１の散気装置から供給される流動化ガスの流量を調整して前記流動媒体の循環量を制御する循環制御装置と、
を備えた、流動床ガス化炉。
【請求項２】
前記ガス化室の流動媒体の温度を検出する第１の温度センサと、
前記燃焼室の流動媒体の温度を検出する第２の温度センサと、
をさらに備え、
前記循環制御装置は、前記第１の温度センサにより検出された流動媒体の温度が所定の温度となるように、前記第２の温度センサにより検出された流動媒体の温度に基づいて前記第１の散気装置から供給される流動化ガスの流量を調整する、請求項１に記載の流動床ガス化炉。
【請求項３】
前記ガス化室の流動媒体の温度を検出する第１の温度センサと、
前記燃焼室の流動媒体の温度を検出する第２の温度センサと、
をさらに備え、
前記循環制御装置は、前記第１の温度センサにより検出された流動媒体の温度が所定の温度となるように、前記第１の温度センサにより検出された流動媒体の温度と前記第２の温度センサにより検出された流動媒体の温度との差に基づいて前記第１の散気装置から供給される流動化ガスの流量を調整する、請求項１に記載の流動床ガス化炉。
【請求項４】
前記燃焼室の沈降部から離れた燃焼部の第２の領域に流動化ガスを供給する第２の散気装置をさらに備えた、請求項１に記載の流動床ガス化炉。
【請求項５】
前記第２の散気装置から供給される流動化ガスの流量を調整して前記燃焼室における熱分解残渣の燃焼を制御する燃焼制御装置をさらに備えた、請求項４に記載の流動床ガス化炉。
【請求項６】
前記燃焼室から排出される燃焼ガスの酸素濃度を検出する酸素濃度センサをさらに備え、
前記燃焼制御装置は、前記酸素濃度センサにより検出された酸素濃度に基づいて前記第２の散気装置から供給される流動化ガスの流量を調整する、請求項５に記載の流動床ガス化炉。
【請求項７】
前記燃焼制御装置は、前記熱分解残渣の燃焼に必要な酸素量と前記第２の散気装置から供給される流動化ガスの酸素量との比に基づいて前記第２の散気装置から供給される流動化ガスの流量を調整する、請求項５に記載の流動床ガス化炉。
【請求項８】
ガス化室の内部で流動媒体を流動させ、該流動媒体中で原料を熱分解して熱分解ガスと熱分解残渣を生成し、
前記ガス化室内の熱分解残渣を前記流動媒体とともに前記ガス化室から燃焼室の燃焼部に導入し、
前記燃焼部の内部で流動媒体を流動させ、前記熱分解残渣を燃焼させて前記流動媒体を加熱し、
前記燃焼部の第１の領域に流動化ガスを供給して、前記燃焼部から前記第１の領域に隣接する沈降部に前記流動媒体を移動させ、
前記沈降部に移動させた流動媒体を前記沈降部内で沈降させ、
前記沈降部内の流動媒体を前記沈降部から前記ガス化室に導入し、
前記燃焼部の第１の領域に供給される流動化ガスの流量を調整して前記流動媒体の循環量を制御する、熱分解ガス化方法。
【請求項９】
前記ガス化室の流動媒体の温度と前記燃焼室の流動媒体の温度とを検出し、
前記検出されるガス化室の流動媒体の温度が所定の温度となるように、前記検出された燃焼室の流動媒体の温度に基づいて前記燃焼部の第１の領域に供給される流動化ガスの流量を調整する、請求項８に記載の熱分解ガス化方法。
【請求項１０】
前記ガス化室の流動媒体の温度と前記燃焼室の流動媒体の温度とを検出し、
前記検出されるガス化室の流動媒体の温度が所定の温度となるように、前記ガス化室の流動媒体の温度と前記燃焼室の流動媒体の温度との差に基づいて前記燃焼部の第１の領域に供給される流動化ガスの流量を調整する、請求項８に記載の熱分解ガス化方法。
【請求項１１】
前記燃焼室の沈降部から離れた燃焼部の第２の領域に前記燃焼部の第１の領域とは独立して流動化ガスを供給する、請求項８に記載の熱分解ガス化方法。
【請求項１２】
前記第２の領域に供給される流動化ガスの流量を調整して前記燃焼室における熱分解残渣の燃焼を制御する、請求項１１に記載の熱分解ガス化方法。
【請求項１３】
前記燃焼室から排出される燃焼ガスの酸素濃度を検出し、
前記検出された酸素濃度に基づいて前記第２の領域に供給される流動化ガスの流量を調整する、請求項１２に記載の熱分解ガス化方法。
【請求項１４】
前記燃焼室における熱分解残渣の燃焼に必要な酸素量と前記第２の領域に供給される流動化ガスの酸素量との比に基づいて前記第２の領域に供給される流動化ガスの流量を調整する、請求項１２に記載の熱分解ガス化方法。
【請求項１】
流動媒体を内部で流動させ、該流動媒体中で原料を熱分解して熱分解ガスと熱分解残渣を生成するガス化室と、
流動媒体を内部で流動させ、前記熱分解残渣を燃焼させて前記流動媒体を加熱する燃焼部と、前記燃焼部と前記ガス化室とに隣接して設けられ、前記加熱された流動媒体を沈降させる沈降部とを有する燃焼室と、
前記ガス化室内の熱分解残渣を前記流動媒体とともに前記ガス化室から前記燃焼室に導入する通路と、
前記燃焼室内の加熱された流動媒体を前記燃焼室の沈降部から前記ガス化室に導入する通路と、
前記燃焼室の沈降部に隣接する燃焼部の第１の領域に流動化ガスを供給して前記燃焼部から前記沈降部に前記流動媒体を移動させる第１の散気装置と、
前記第１の散気装置から供給される流動化ガスの流量を調整して前記流動媒体の循環量を制御する循環制御装置と、
を備えた、流動床ガス化炉。
【請求項２】
前記ガス化室の流動媒体の温度を検出する第１の温度センサと、
前記燃焼室の流動媒体の温度を検出する第２の温度センサと、
をさらに備え、
前記循環制御装置は、前記第１の温度センサにより検出された流動媒体の温度が所定の温度となるように、前記第２の温度センサにより検出された流動媒体の温度に基づいて前記第１の散気装置から供給される流動化ガスの流量を調整する、請求項１に記載の流動床ガス化炉。
【請求項３】
前記ガス化室の流動媒体の温度を検出する第１の温度センサと、
前記燃焼室の流動媒体の温度を検出する第２の温度センサと、
をさらに備え、
前記循環制御装置は、前記第１の温度センサにより検出された流動媒体の温度が所定の温度となるように、前記第１の温度センサにより検出された流動媒体の温度と前記第２の温度センサにより検出された流動媒体の温度との差に基づいて前記第１の散気装置から供給される流動化ガスの流量を調整する、請求項１に記載の流動床ガス化炉。
【請求項４】
前記燃焼室の沈降部から離れた燃焼部の第２の領域に流動化ガスを供給する第２の散気装置をさらに備えた、請求項１に記載の流動床ガス化炉。
【請求項５】
前記第２の散気装置から供給される流動化ガスの流量を調整して前記燃焼室における熱分解残渣の燃焼を制御する燃焼制御装置をさらに備えた、請求項４に記載の流動床ガス化炉。
【請求項６】
前記燃焼室から排出される燃焼ガスの酸素濃度を検出する酸素濃度センサをさらに備え、
前記燃焼制御装置は、前記酸素濃度センサにより検出された酸素濃度に基づいて前記第２の散気装置から供給される流動化ガスの流量を調整する、請求項５に記載の流動床ガス化炉。
【請求項７】
前記燃焼制御装置は、前記熱分解残渣の燃焼に必要な酸素量と前記第２の散気装置から供給される流動化ガスの酸素量との比に基づいて前記第２の散気装置から供給される流動化ガスの流量を調整する、請求項５に記載の流動床ガス化炉。
【請求項８】
ガス化室の内部で流動媒体を流動させ、該流動媒体中で原料を熱分解して熱分解ガスと熱分解残渣を生成し、
前記ガス化室内の熱分解残渣を前記流動媒体とともに前記ガス化室から燃焼室の燃焼部に導入し、
前記燃焼部の内部で流動媒体を流動させ、前記熱分解残渣を燃焼させて前記流動媒体を加熱し、
前記燃焼部の第１の領域に流動化ガスを供給して、前記燃焼部から前記第１の領域に隣接する沈降部に前記流動媒体を移動させ、
前記沈降部に移動させた流動媒体を前記沈降部内で沈降させ、
前記沈降部内の流動媒体を前記沈降部から前記ガス化室に導入し、
前記燃焼部の第１の領域に供給される流動化ガスの流量を調整して前記流動媒体の循環量を制御する、熱分解ガス化方法。
【請求項９】
前記ガス化室の流動媒体の温度と前記燃焼室の流動媒体の温度とを検出し、
前記検出されるガス化室の流動媒体の温度が所定の温度となるように、前記検出された燃焼室の流動媒体の温度に基づいて前記燃焼部の第１の領域に供給される流動化ガスの流量を調整する、請求項８に記載の熱分解ガス化方法。
【請求項１０】
前記ガス化室の流動媒体の温度と前記燃焼室の流動媒体の温度とを検出し、
前記検出されるガス化室の流動媒体の温度が所定の温度となるように、前記ガス化室の流動媒体の温度と前記燃焼室の流動媒体の温度との差に基づいて前記燃焼部の第１の領域に供給される流動化ガスの流量を調整する、請求項８に記載の熱分解ガス化方法。
【請求項１１】
前記燃焼室の沈降部から離れた燃焼部の第２の領域に前記燃焼部の第１の領域とは独立して流動化ガスを供給する、請求項８に記載の熱分解ガス化方法。
【請求項１２】
前記第２の領域に供給される流動化ガスの流量を調整して前記燃焼室における熱分解残渣の燃焼を制御する、請求項１１に記載の熱分解ガス化方法。
【請求項１３】
前記燃焼室から排出される燃焼ガスの酸素濃度を検出し、
前記検出された酸素濃度に基づいて前記第２の領域に供給される流動化ガスの流量を調整する、請求項１２に記載の熱分解ガス化方法。
【請求項１４】
前記燃焼室における熱分解残渣の燃焼に必要な酸素量と前記第２の領域に供給される流動化ガスの酸素量との比に基づいて前記第２の領域に供給される流動化ガスの流量を調整する、請求項１２に記載の熱分解ガス化方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−２４４９２（Ｐ２００７−２４４９２Ａ）
【公開日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１９１９４２（Ｐ２００６−１９１９４２）
【出願日】平成１８年７月１２日（２００６．７．１２）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月１２日（２００６．７．１２）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]