JP5812575B2 - ボイラ設備 - Google Patents

Description

本発明は、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に関するものである。

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。

米国特許第４６７６１７７号公報

このようなガス化炉とボイラとを組み合わせた設備において、ガス化炉は、バイオマスと共に高温空気を供給することで、このバイオマスを燃焼・ガス化させ、発生した可燃性のガスを燃料ガスとして取り出している。一般的に、高温空気はガス化炉の下部から供給されるものであり、燃焼ガスが上昇することから、ガス化炉内で空気比が相違し、バイオマスの反応速度が異なる。そのため、ガス化炉内の異なる位置でバイオマスの反応速度が変動し、バイオマスのガス化率が低下してしまうという問題がある。また、バイオマスは、色々な状態（例えば、種類、大きさ、形状、水分率など）のものがあり、最適な空気比が相違することからガス化炉内での反応速度が異なる。そのため、異なる状態のバイオマスをガス化炉内に投入すると、ガス化炉内での反応速度が変動し、バイオマスのガス化率が低下してしまうという問題がある。

本発明は上述した課題を解決するものであり、ガス化率を向上することで燃料ガスの生成効率の向上を可能とすると共に、熱回収効率の向上を可能とするボイラ設備を提供することを目的とする。

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循環流動層形式のガス化炉と、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、を備え、前記ガス化炉は、中空形状をなすガス化炉本体と、該ガス化炉本体内にバイオマスを供給可能な燃料供給系と、前記ガス化炉本体内にガス化用空気を供給可能な複数の空気供給系と、複数の空気供給系にそれぞれ設けられる流量調整弁と、を有し、前記ガス化炉本体に供給されるバイオマスの反応速度に応じて前記流量調整弁により前記複数の空気供給系の空気供給量を増減する、ことを特徴とするものである。

従って、循環流動層形式のガス化炉にて、ガス化炉本体に対して複数の箇所から空気が供給されることとなり、ガス化炉本体内を均一な空気比にすることができ、ガス化炉内での反応速度を上げてガス化率を向上することができ、その結果、燃料ガスの生成効率を向上することができ、その結果、ボイラにて、熱回収効率を向上することができる。

本発明のボイラ設備では、前記複数の空気供給系は、前記ガス化炉本体の下部に空気を供給可能な第１空気供給系と、前記ガス化炉本体における前記第１空気供給系より上方に空気を供給可能な第２空気供給系とを有することを特徴としている。

従って、第１空気供給系と第２空気供給系とでガス化炉本体に対する空気の供給位置を上下に相違させることで、ガス化炉本体内での燃焼・ガス化状態やバイオマスの状態に応じてガス化炉本体に対する空気の供給位置を変更することができ、ガス化炉本体内の状態に適応した最適な空気比で燃焼・ガス化してガス化炉内での反応速度を上げることができ、容易にガス化率を向上することができる。

本発明のボイラ設備では、前記第２空気供給系は、前記ガス化炉本体における鉛直方向の中間位置に空気を供給することを特徴としている。

従って、第２空気供給系からの空気が、反応速度の低いガス化炉本体の中間位置に供給されることとなり、ガス化炉本体の全領域にわたってバイオマスを適正に燃焼・ガス化することができ、ガス化炉内での反応速度を上げてガス化率を向上することができる。

本発明のボイラ設備では、前記第２空気供給系は、前記ガス化炉本体にガス化促進剤を供給することを特徴としている。

従って、第２空気供給系からのガス化促進剤が、反応速度の低いガス化炉本体内に供給されることとなり、ガス化炉本体の全領域にわたってバイオマスを適正に燃焼・ガス化することができ、ガス化炉内での反応速度を上げてガス化率を向上することができる。

本発明のボイラ設備では、前記複数の空気供給系は、前記ボイラに供給される燃焼用空気の一部を前記ガス化炉内に供給することを特徴としている。

従って、ボイラに供給される燃焼用空気の一部が空気供給系によりガス化炉内に供給されることとなり、別途、空気供給系や加熱手段を設ける必要もなく、構成を簡素化することで設備コストの低減を可能とすると共に、品質の高いガス燃料を生成可能とすることができる。

本発明のボイラ設備では、前記複数の空気供給系のうちの一つは、前記ボイラから排出される排ガスの一部を前記ガス化炉内に供給することを特徴としている。

従って、ボイラから排出される排ガスの一部が空気供給系によりガス化炉内に供給されることとなり、別途、供給系などを設けることなく、排ガスによりガス化を促進することができ、品質の高いガス燃料を生成可能とすることができる。

本発明のボイラ設備によれば、ガス化炉本体内にガス化用空気を供給可能な複数の空気供給系を設けるので、ガス化炉本体に対して複数の箇所から空気が供給されることとなり、ガス化炉本体内を均一な空気比にすることができ、ガス化炉内での反応速度を上げてガス化率を向上することができ、その結果、燃料ガスの生成効率を向上することができ、その結果、熱回収効率を向上することができる。

図１は、本発明の実施例１に係るボイラ設備を表す概略構成図である。 図２は、本発明の実施例２に係るボイラ設備を表す概略構成図である。 図３は、本発明の実施例３に係るボイラ設備を表す概略構成図である。

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。

図１は、本発明の実施例１に係るボイラ設備を表す概略構成図である。

実施例１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。

この実施例１のボイラ設備は、図１に示すように、バイオマスを燃焼・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。

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減量としたリサイクル燃料（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。

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、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３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（ＣａＣＯ_３）を投入してもよい。

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。

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。

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。

そして、ガス化炉本体１１に対して、燃焼用の空気を供給する複数（本実施例では、２個）の空気供給系が設けられている。即ち、空気供給系として空気供給配管２１が設けられており、この空気供給配管２１は、先端部が２つに分岐され、第１燃料供給系としての第１空気供給配管６１と、第２燃料供給系としての第２空気供給配管６２が設けられている。そして、第１空気供給配管６１は、先端部がガス化炉本体１１の下部に連結されると共に、この第１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。また、第２空気供給配管６２は、先端部がガス化炉本体１１における第１空気供給配管６１より上方、つまり、ガス化炉本体１１における鉛直方向の中間位置に連結されている。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の下部及び中間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。

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。

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。

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（Ｈ_２）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、窒素（Ｎ）などから構成され、３００〜１１００ｋｃａｌ／Ｎｍ^３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。

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、第１空気供給配管６１により下部から燃焼用の高温空気が供給されると共に、第２空気供給配管６２により下部から燃焼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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

このように構成された本実施例のボイラ設備のガス化炉１０において、上述したように、ガス化炉本体１１に燃焼・ガス化用空気を供給可能な第１、第２空気供給系６１，６２が設けられ、第１空気供給配管６１は、ガス化炉本体１１の下部に空気を供給可能であり、第２空気供給配管６２は、ガス化炉本体１１の上下方向の中間部に空気を供給可能である。また、ガス化炉本体１１にバイオマスを供給する燃料供給系（ホッパ１２、スクリューフィーダ１３、コンベア１４、供給配管１５など）が設けられ、ガス化炉本体１１にバイオマスを供給可能である。

即ち、ガス化炉本体１１は、内部に流動砂と共にバイオマス及び燃焼・ガス化用の空気が供給されることで、バイオマスが燃焼し、発生した一酸化炭素などの可燃性ガスが上昇し、上部に設けられたガス燃料配管２４から排出される。この場合、生成ガスが上昇することが起因し、ガス化炉本体１１は、ガス化炉本体１１の上方と下方では、空気比がばらついてしまう。ガス化炉本体１１では、バイオマスを燃焼して効率良くガス化するために、空気比を０．３〜０．７の範囲に設定することが最適であると考えられている。

そこで、実施例１では、第１空気供給配管６１により、ガス化炉本体１１の下部に空気を供給すると共に、第２空気供給配管６２により、ガス化炉本体１１の中間部（上部）に空気を供給することで、ガス化炉本体１１の上方から下方まで、均一な空気比となるように調整している。そのため、ガス化炉本体１１は、下部だけでなく、中間部（上部）からも空気（酸素）が供給されることとなり、内部が均一な空気比となるように調整され、全域にわたって燃焼温度も均一化され、バイオマスを適正に燃焼・ガス化させて反応速度を上げることができる。

また、第１空気供給配管６１と第２空気供給配管６２に流量調整弁を設けることで、ガス化炉本体１１の下部と中間部に供給する空気量を調整してもよい。即ち、ガス化炉本体１１における燃焼状態に応じて、流量調整弁により、第１空気供給配管６１からの空気供給量と、第２空気供給配管６２からの空気供給量を増減するとよい。

この場合、ガス化炉本体１１で燃焼されるバイオマスは、ガス化しやすいものと、ガス化しにくいものがある。例えば、水分量の少ないもの、例えば、木屑、麦蕎、ペレット、石炭などは反応速度が高く、水分量の多いもの、例えば、間伐材、汚泥、流木などは反応速度が低い。そのため、ガス化炉本体１１に供給されるバイオマスの反応速度に応じて、流量調整弁により、第１空気供給配管６１からの空気供給量と、第２空気供給配管６２からの空気供給量を増減してもよい。

従って、ガス化炉１０のガス化炉本体１１にて、第１空気供給配管６１からガス化炉本体１１の下部に空気が供給されると共に、第２空気供給配管６２からガス化炉本体１１の中間部に空気が供給される。また、燃料供給系からガス化炉本体１１内にバイオマスが供給される。

すると、このガス化炉本体１１は、下部にてバイオマスの燃焼により発生した二酸化炭素をガス化剤とするガス化反応により生成した一酸化炭素や水素を含む可燃性ガスが発生して上昇するが、空気は、下部だけでなく中間部からも供給されることで、全域にわたって空気比が均一となり、上部でもバイオマスが適正にガス化する。そして、このガス化により発生した可燃性ガスは、サイクロン１７で流動砂が分離され、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。

このように実施例１のガス化炉にあっては、中空形状をなすガス化炉本体１１に対して、このガス化炉本体１１内にバイオマスを供給可能な燃料供給系と、ガス化炉本体１１内にガス化用空気を供給可能な複数の空気供給系としての第１、第２空気供給配管６１，６２（空気供給配管２１）を設けている。

従って、ガス化炉本体１１内に空気を供給可能な第１、第２空気供給配管６１，６２が設けられることで、ガス化炉本体１１に対して複数の箇所から空気が供給されることとなり、ガス化炉本体１１内を均一な空気比にすることができ、ガス化炉１０内での反応速度を上げてガス化率を向上することができ、その結果、燃料ガスの生成効率を向上することができる。また、ガス化炉本体１１にて、ガス化炉本体１１にある色々な状態のバイオマスに対して、第１、第２空気供給配管６１，６２から空気を供給し、ガス化炉本体１１内をバイオマスの状態に応じた最適な空気比に調整することができ、ガス化炉１０内での反応速度を上げてガス化率を向上することができる。

また、実施例１のガス化炉では、第１空気供給配管６１は、ガス化炉本体１１の下部に空気を供給可能であり、第２空気供給配管６２は、ガス化炉本体１１における第１空気供給配管６１より上方に空気を供給可能としている。従って、第１空気供給配管６１と第２空気供給配管６２とでガス化炉本体１１に対する空気の供給位置を上下に相違させることで、ガス化炉本体内でのガス化状態やバイオマスの状態に応じて、ガス化炉本体１１に対する空気の供給位置を変更することができ、ガス化炉本体１１のガス化状態に適応した最適な空気比で燃焼・ガス化してガス化炉１０内での反応速度を上げることができ、容易にガス化率を向上することができる。

また、実施例１のガス化炉では、第２空気供給配管６２は、ガス化炉本体１１における鉛直方向の中間位置に空気を供給している。従って、第２空気供給配管６２からの空気が、反応速度の低いガス化炉本体１１の中間位置に供給されることとなり、ガス化炉本体１１の全領域にわたってバイオマスを適正に燃焼・ガス化することができ、ガス化炉１０内での反応速度を上げてガス化率を向上することができる。

実施例１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として、中空形状をなすガス化炉本体１１に対して、このガス化炉本体１１内にバイオマスを供給可能な燃料供給系と、ガス化炉本体１１内にガス化用空気を供給可能な複数の空気供給系としての第１、第２空気供給配管６１，６２（空気供給配管２１）を設けている。

従って、ガス化炉１０にて、ガス化炉本体１１に対して複数の箇所から空気が供給されることとなり、ガス化炉本体１１内を均一な空気比にすることができ、ガス化炉１０内での反応速度を上げてガス化率を向上することができ、その結果、燃料ガスの生成効率を向上することができる、その結果、ボイラにて、熱回収効率を向上することができる。また、ガス化炉本体１１にて、ガス化炉本体１１にある色々な状態のバイオマスに対して、第１、第２空気供給配管６１，６２から空気を供給し、ガス化炉本体１１内をバイオマスの状態に応じた最適な空気比に調整することができ、ガス化炉１０内での反応速度を上げてガス化率を向上することができる。

この場合、第１、第２空気供給配管６１，６２は、ボイラ３０に供給される燃焼用空気の一部をガス化炉本体１１に供給している。従って、ボイラ３０に供給される燃焼用空気の一部が空気供給配管２１によりガス化炉１０内に供給されることとなり、別途、空気供給系や加熱手段を設ける必要もなく、構成を簡素化することで設備コストの低減を可能とすると共に、品質の高いガス燃料を生成可能とすることができる。

図２は、本発明の実施例２に係るボイラ設備を表す概略構成図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例２のボイラ設備において、図２に示すように、ガス化炉１０のガス化炉本体１１にガス化用空気を供給可能な空気供給系として空気供給配管７１が設けられており、この空気供給配管７１は、基端部に送風機７２が装着され、中間部にガス燃料配管２４との間で熱交換を行う熱交換器７３が設けられている。また、空気供給配管７１は、先端部が２つに分岐され、第１燃料供給系としての第１空気供給配管７４と、第２燃料供給系としての第２空気供給配管７５が設けられ、第１空気供給配管７４は、先端部がガス化炉本体１１の下部に連結されると共に、この第１空気供給配管７４から分岐した空気供給分岐配管７６がシールポッド２０に連結されている。また、第２空気供給配管７５は、先端部がガス化炉本体１１における第１空気供給配管７４より上方、つまり、ガス化炉本体１１における鉛直方向の中間位置に連結されている。

従って、ガス化炉１０のガス化炉本体１１にて、送風機７２により外部の空気が空気供給配管７１に吸入されると、この空気は、熱交換器７３によりガス燃料配管２４を流れるガス燃料との間で熱交換が行われる。ここで、空気供給配管７１を流れる空気は、２００〜３５０℃に加熱されることが望ましい。そして、ここで加熱された空気は、第１空気供給配管７４からガス化炉本体１１の下部に供給されると共に、第２空気供給配管７５からガス化炉本体１１の中間部に供給される。また、燃料供給系からガス化炉本体１１内にバイオマスが供給される。

すると、このガス化炉本体１１は、下部にてバイオマスの燃焼により発生した二酸化炭素をガス化剤とするガス化反応により生成した一酸化炭素や水素を含む可燃性ガスが発生して上昇するが、空気は、下部だけでなく中間部からも供給されることで、全域にわたって空気比が均一となり、上部でもバイオマスが適正にガス化する。そして、このガス化により発生した可燃性ガスは、サイクロン１７で流動砂が分離され、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。

このように実施例２のガス化炉にあっては、中空形状をなすガス化炉本体１１に対して、このガス化炉本体１１内にバイオマスを供給可能な燃料供給系と、ガス化炉本体１１内にガス化用空気を供給可能な複数の空気供給系としての第１、第２空気供給配管７４，７５（空気供給配管７１）を設けている。

従って、ガス化炉本体１１に対して複数の箇所から空気が供給されることとなり、ガス化炉本体１１内を均一な空気比にすることができ、ガス化炉１０内での反応速度を上げてガス化率を向上することができる。この場合、外部の空気を熱交換器７３により加熱してから第１、第２空気供給配管７４，７５によりガス化炉本体１１の下部と中間部に供給することとなり、ガス化炉１０へ独立した空気供給系を構成することとなり、ガス化炉本体１１の下部や中間部へ供給する空気量をボイラ３０の作動に関係なく、コントロールすることができる。

なお、本実施例であっても、第１空気供給配管７４と第２空気供給配管７５に流量調整弁を設けることで、ガス化炉本体１１の下部と中間部に供給する空気量を調整することができる。また、空気供給配管７１に集塵装置を設けてもよい。

図３は、本発明の実施例３に係るボイラ設備を表す概略構成図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例３のボイラ設備において、図３に示すように、ガス化炉１０のガス化炉本体１１にガス化用空気を供給可能な空気供給系として空気供給配管２１が設けられており、この空気供給配管２１は、基端部が燃焼用空気をボイラ３０に供給する空気供給配管３９に連結されている。また、空気供給配管２１は、先端部が２つに分岐され、第１空気供給配管６１と第２空気供給配管６２が設けられ、第１空気供給配管６１は、先端部がガス化炉本体１１の下部に連結され第２空気供給配管６２は、先端部がガス化炉本体１１の中間部に連結されている。

また、ガス化炉１０のガス化炉本体１１にガス化促進剤として二酸化炭素を含有するボイラ排ガスを供給可能な第２空気供給系として排ガス供給配管８１が設けられ、この排ガス供給配管８１にブロア８２が装着されている。この排ガス供給配管８１は、基端部がボイラ３０からの排ガス配管５０における選択還元型触媒５４とエアヒータ５１との間に連結されている。また、排ガス供給配管８１は、先端部がガス化炉本体１１における第２空気供給配管６２より上方に連結されている。

従って、ガス化炉１０のガス化炉本体１１にて、空気供給配管３９の高温空気が空気供給配管２１を通り、第１空気供給配管６１からガス化炉本体１１の下部に供給されると共に、第２空気供給配管６２からガス化炉本体１１の中間部に供給される。また、排ガス配管５０の排ガスが排ガス供給配管８１からガス化炉本体１１の中間部に供給される。更に、燃料供給系からガス化炉本体１１内にバイオマスが供給される。

すると、このガス化炉本体１１は、下部にてバイオマスの燃焼により発生した二酸化炭素をガス化剤とするガス化反応により生成した一酸化炭素や水素を含む可燃性ガスが発生して上昇するが、空気は、下部だけでなく中間部からも供給されることで、全域にわたって空気比が均一となり、上部でもバイオマスが適正にガス化する。また、ガス化炉本体１１の中間部には、二酸化炭素を含む排ガスが供給されることで、バイオマスのガス化が促進される。そして、このガス化により発生した可燃性ガスは、サイクロン１７で流動砂が分離され、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。

このように実施例３のガス化炉にあっては、中空形状をなすガス化炉本体１１に対して、このガス化炉本体１１内にバイオマスを供給可能な燃料供給系と、ガス化炉本体１１内にガス化用空気を供給可能な複数の空気供給系としての第１、第２空気供給配管６１，６２（空気供給配管２１）を設けると共に、第２空気供給系として、ガス化炉本体１１内に排ガスを供給可能な排ガス供給配管８１を設けている。

従って、ガス化炉本体１１に対して複数の箇所から空気が供給されることとなり、ガス化炉本体１１内を均一な空気比にすることができ、ガス化炉１０内での反応速度を上げてガス化率を向上することができる。また、ガス化炉本体１１に対して空気とは別にガス化促進剤としての排ガスが供給されることとなりガス化炉１０内での反応速度を更に上げてガス化率を向上することができる。

なお、本実施例において、排ガス供給配管８１に流量調整弁を設けることで、ガス化炉本体１１に供給する排ガス量を調整することができる。また、空気供給系として、第１空気供給配管６１または第２空気供給配管６２だけとし、第２空気供給系として排ガス供給配管８１を設けてもよい。更に、第２空気供給系として排ガス供給配管８１を設けたが、別途、二酸化炭素を供給する経路や水蒸気を供給する経路を設けてもよい。

なお、上述した実施例では、ガス化炉本体としてのガス化炉本体１１内に空気を供給可能な複数の燃料供給系として、第１、第２空気供給系６１，６２,７４，７５を設けたが、空気供給系を３つ以上設けてもよい。

本発明に係るボイラ設備は、ガス化炉本体内にガス化用空気を供給可能な複数の空気供給系を設けることで、ガス化率を向上することで燃料ガスの生成効率の向上を可能とすると共に、熱回収効率の向上を可能とするものであり、いずれのガス化炉やボイラ設備にも適用することができる。

１０ ガス化炉
１１ ガス化炉本体
１２ａ，１２ｂ ホッパ（燃料供給系）
１５ａ，１５ｂ 供給配管（燃料供給系）
１６ａ，１６ｂ 乾燥装置
１７ サイクロン
２１ 空気供給配管（空気供給系）
２４ ガス燃料配管
２５ 除塵装置
２６ サイクロン
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
６１，７４ 第１空気供給配管（第１燃料供給系）
６２，７５ 第２空気供給配管（第２燃料供給系）
８１ 排ガス供給配管(第２空気供給系)

Claims (6)

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循環流動層形式のガス化炉と、
   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、
   を備え、
   前記ガス化炉は、
   中空形状をなすガス化炉本体と、
   該ガス化炉本体内にバイオマスを供給可能な燃料供給系と、
   前記ガス化炉本体内にガス化用空気を供給可能な複数の空気供給系と、
   複数の空気供給系にそれぞれ設けられる流量調整弁と、
   を有し、
   前記ガス化炉本体に供給されるバイオマスの反応速度に応じて前記流量調整弁により前記複数の空気供給系の空気供給量を増減する、
   ことを特徴とするボイラ設備。
2. 前記複数の空気供給系は、前記ガス化炉本体の下部に空気を供給可能な第１空気供給系と、前記ガス化炉本体における前記第１空気供給系より上方に空気を供給可能な第２空気供給系とを有することを特徴とする請求項１に記載のボイラ設備。
3. 前記第２空気供給系は、前記ガス化炉本体における鉛直方向の中間位置に空気を供給することを特徴とする請求項２に記載のボイラ設備。
4. 前記第２空気供給系は、前記ガス化炉本体にガス化促進剤を供給することを特徴とする請求項２または３に記載のボイラ設備。
5. 前記複数の空気供給系は、前記ボイラに供給される燃焼用空気の一部を前記ガス化炉内に供給することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のボイラ設備。
6. 前記複数の空気供給系のうちの一つは、前記ボイラから排出される排ガスの一部を前記ガス化炉内に供給することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のボイラ設備。

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