JP2006037012A - Gasification power generation system and gasification power generation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はガス化発電システムとガス化発電方法に関し、詳しくは、被ガス化物を加熱してガス化するガス化炉と、このガス化炉の下流側に配置されて前記ガス化炉から発生する生成ガスを精製する集塵手段と、この集塵手段により精製された生成ガスを発電設備に供給可能になっているガス化発電システムとガス化発電方法に関する。 The present invention relates to a gasification power generation system and a gasification power generation method, and more specifically, a gasification furnace that heats and gasifies a gasification object, and is generated downstream from the gasification furnace and is generated from the gasification furnace. The present invention relates to a dust collecting means for purifying a generated gas, a gasification power generation system and a gasification power generation method capable of supplying the generated gas purified by the dust collection means to a power generation facility.
バイオマス等の有機系被ガス化物を加熱・分解してガス化し、発電設備などの燃料ガスとして利用するガス化発電システムが進展している(例えば、特許文献1)。 Gasification power generation systems are being developed that heat and decompose organic gasified products such as biomass to gasify them and use them as fuel gas for power generation facilities (for example, Patent Document 1).
このガス化発電システムは、例えば、図2に示すように、有機系被ガス化物は、必要に応じて粉砕機1等により所定の大きさに粉砕され、粉砕された被ガス化物は所定量以下の水分となるように乾燥機2により乾燥される。乾燥された被ガス化物は、ガス化装置の1種である循環流動層式ガス化炉3に投入され、加熱・分解されてガス化される。循環流動層式ガス化炉3には、サイクロン3aが隣接されており、被ガス化物と加熱媒体(流動砂など)とを流動化させてガス化させた後、ガス化炉の上部に上昇した生成ガスと流動媒体とは、サイクロン3aで分離され、加熱・分解して発生したガスはサイクロン3a上部より次工程に送給されるが、サイクロンで捕捉された流動媒体は、サイクロン3aの下部に溜まり、これを循環流動層式ガス化炉3に返送して再利用する。サイクロン下部と循環流動層式ガス化炉の分離部には、炉からの生成ガスが逆流するのを防止するため、ループシール3bが設置されており、ここで滞留している流動媒体を流動化させるために、窒素が導入される。もっとも、窒素に代えて空気を送給することも考えられるが、その場合、流動媒体中に未燃カーボンが混入しているため、これが発火するおそれがあり好ましくない。
In this gasification power generation system, for example, as shown in FIG. 2, the organic gasified product is pulverized to a predetermined size by a pulverizer 1 or the like as necessary, and the pulverized gasified product is less than a predetermined amount. It is dried by the drier 2 so as to have a water content of The dried gasified product is put into a circulating fluidized bed
生成されたガスは、高温集塵装置であるセラミックフィルター4により除塵される。この場合、生成ガス中の灰分、未燃成分は再度ガス化炉3内に戻されて、ガス化炉3内を循環して十分な滞留時間を確保され、ガス化効率の向上に寄与されることになる。灰分は、ガス化炉3下方に設置された残渣ガス化炉5にて燃焼・ガス化されて系外に排出される。この残渣ガス化炉5には、燃焼を促進するために空気あるいは酸素が吹き込まれる。
The generated gas is removed by the ceramic filter 4 which is a high temperature dust collector. In this case, the ash and unburned components in the product gas are returned to the
セラミックフィルター4により除塵された生成ガスは、熱回収装置である熱交換器6に送り込まれて熱回収される。その熱エネルギーはボイラー設備9などに送られて有効に利用される。
The product gas removed by the ceramic filter 4 is sent to a
熱回収された生成ガスに硫黄酸化物や塩化水素などの酸性ガスが含まれる場合、薬剤投入装置である炭酸水素ナトリウム吹込装置7に送給されて、生成ガス中の酸性成分が中和・除去され精製される。中和処理された生成ガス中の反応生成物は、集塵手段であるバグフィルターのような低温集塵装置8により除去されて、系外に取り出される。低温集塵装置8により反応生成物を除去された精製ガスはガスエンジン、ガスタービン等10に送給され発電に利用される。更に、このガスエンジン、ガスタービンからの燃料排ガスはボイラー設備9に送給され熱回収される。
When the heat-recovered product gas contains an acid gas such as sulfur oxide or hydrogen chloride, it is sent to the sodium hydrogen carbonate blowing device 7 as a chemical charging device to neutralize and remove the acid components in the product gas. And purified. The reaction product in the neutralized product gas is removed by a low-temperature dust collector 8 such as a bag filter, which is a dust collecting means, and taken out of the system. The purified gas from which the reaction products have been removed by the low temperature dust collector 8 is supplied to a gas engine, a gas turbine, etc. 10 and used for power generation. Further, the fuel exhaust gas from the gas engine and the gas turbine is supplied to the
上記ガス化発電システムにおいて、高温集塵装置であるセラミックフィルター4及び低温集塵装置であるバグフィルター8の除塵・洗浄については、主として窒素をパルスジェット方式で吹き付けることにより、付着したダストを払い落とすようにしている。
しかしながら、上記従来技術は、集塵装置(ろ過式集塵器)のダスト払い落としについて、システム内に設置された窒素ガス製造設備からの窒素を吹き付けることによって行っている(パルスジェット法)ため、ガス化炉から発生したガスを燃焼して利用するに際して、燃焼ガスを希釈することになり、発生したガスの発熱量が低下するという問題点がある。しかも、集塵装置の除塵・洗浄は、システムを停止させることなく、操業中に頻繁に行われるので、吹き付けられる窒素量は決して少ないものではなく、結果的に下流側の発電設備の発電効率を低下させることになっている。のみならず、循環流動層式ガス化炉を使用する場合、サイクロン下部と循環流動層式ガス化炉の分離部にループシールを設置し、そこに窒素ガス導入を行っているため、この窒素が被ガス化物の燃焼によって発生した燃焼ガスを希釈する。また、ループシール部に、窒素の代わりに空気を用いる場合、滞留している流動媒体に混在している未燃カーボンが発火するおそれがある。 However, since the above prior art is performed by blowing nitrogen from a nitrogen gas production facility installed in the system for dust removal of the dust collector (filter type dust collector) (pulse jet method), When the gas generated from the gasification furnace is burned and used, the combustion gas is diluted, and there is a problem that the calorific value of the generated gas is reduced. Moreover, since dust removal and cleaning of the dust collector are frequently performed during operation without stopping the system, the amount of nitrogen blown is never small, and as a result, the power generation efficiency of the downstream power generation equipment is reduced. It is supposed to be lowered. In addition, when using a circulating fluidized bed gasifier, a loop seal is installed at the lower part of the cyclone and the separation part of the circulating fluidized bed gasifier, and nitrogen gas is introduced there. The combustion gas generated by the combustion of the gasified product is diluted. Further, when air is used instead of nitrogen for the loop seal portion, unburned carbon mixed in the staying fluid medium may ignite.
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の有する問題点に鑑みて、ガス化発電システムにおいて、発電効率を低下させることなく、それでいて集塵装置の除塵・洗浄を確実に行えるガス化発電システムとガス化発電方法を提供することを第1の目的とする。 In view of the above-described problems of the prior art, an object of the present invention is to provide a gasification power generation system that can reliably remove dust and clean a dust collector without reducing power generation efficiency in the gasification power generation system. A first object is to provide a gasification power generation method.
更には、ガス化炉として循環流動層式ガス化炉を使用する場合でも発生ガスの発熱量を低下させることなく、確実にループシールを機能させることで、安定して操業可能なガス化発電システムとガス化発電方法を提供することを第2の目的とする。 Furthermore, even when a circulating fluidized bed type gasification furnace is used as a gasification furnace, a gasification power generation system that can operate stably by reliably functioning a loop seal without reducing the calorific value of the generated gas. A second object is to provide a gasification power generation method.
上記課題は、請求項記載の発明により達成される。すなわち、本発明に係るガス化発電システムの特徴構成は、被ガス化物を加熱してガス化するガス化炉と、このガス化炉の下流側に配置されて前記ガス化炉から発生する生成ガスを精製する集塵手段と、この集塵手段により精製された生成ガスを発電設備に供給可能になっているガス化発電システムにおいて、前記集塵手段がろ過式集塵器であり、このろ過式集塵器に付着したダストの払い落としをパルスジェットにより行うに当たり、パルスジェットに可燃性ガスを用いる可燃性ガス供給機構が設けられていることにある。 The above object can be achieved by the invention described in the claims. That is, the characteristic configuration of the gasification power generation system according to the present invention includes a gasification furnace that heats and gasifies a gasification product, and a generated gas that is disposed downstream of the gasification furnace and is generated from the gasification furnace. And a gasification power generation system capable of supplying the generated gas purified by the dust collection means to a power generation facility, wherein the dust collection means is a filtration type dust collector, and the filtration type When the dust attached to the dust collector is removed by a pulse jet, a combustible gas supply mechanism using a combustible gas for the pulse jet is provided.
この構成によれば、集塵手段におけるダスト払い落としを、窒素などに代えて可燃性ガスにより行うようにしているので、ガス化炉から発生した生成ガスを希釈することなく、生成ガスの発熱量を高く維持できるので、集塵手段に対するダスト払い落としをなんら支障なく確実に行えると共に、ガス化発電システムにおける発電効率を低下させることがない。しかも、発電設備は、一般に、助燃剤として可燃性ガスを供給する設備を備えているので、この可燃性ガス供給設備から可燃性ガスを分岐・延長することによって、新たな可燃性ガス供給設備を設ける必要がない。従って、従来技術のように窒素製造設備を設ける必要がないため、設備コストの低減を図ることができると共に、設置スペースを小さくできる。 According to this configuration, since dust removal in the dust collecting means is performed by a combustible gas instead of nitrogen or the like, the calorific value of the generated gas can be obtained without diluting the generated gas generated from the gasification furnace. Therefore, it is possible to reliably remove dust from the dust collecting means without any trouble, and the power generation efficiency in the gasification power generation system is not lowered. Moreover, since the power generation equipment is generally equipped with equipment for supplying combustible gas as an auxiliary combustor, a new combustible gas supply equipment can be provided by branching and extending the combustible gas from the combustible gas supply equipment. There is no need to provide it. Therefore, since it is not necessary to provide a nitrogen production facility as in the prior art, the facility cost can be reduced and the installation space can be reduced.
その結果、ガス化発電システムにおいて、発電効率を低下させることなく、それでいて集塵装置のダスト払い落としを確実に行える、ガス化発電システムを提供することができた。 As a result, in the gasification power generation system, it is possible to provide a gasification power generation system that can reliably remove dust from the dust collector without reducing the power generation efficiency.
前記集塵手段が、高温の前記生成ガスを精製する高温集塵設備と、熱交換され温度低下した前記生成ガスを精製する低温集塵設備を有していて、これらの高温集塵設備および低温集塵設備のいずれか一方又は双方に前記可燃性ガス供給機構からの可燃性ガスを供給するようになっていることが好ましい。 The dust collection means has a high-temperature dust collection facility for purifying the product gas at a high temperature and a low-temperature dust collection facility for purifying the product gas that has undergone heat exchange and the temperature has been reduced. It is preferable that the combustible gas from the combustible gas supply mechanism is supplied to one or both of the dust collection facilities.
この構成によれば、高温集塵設備、低温集塵設備の機能を高く維持できると共に、従来技術のように窒素洗浄により生成ガスを希釈させるということがなく、生成ガスの有する高い発熱量を確保できて、下流側の発電設備での発電効率を高く維持できる。 According to this configuration, the functions of the high-temperature dust collection equipment and the low-temperature dust collection equipment can be maintained at a high level, and the generated gas is not diluted by nitrogen cleaning as in the prior art, and a high calorific value of the generated gas is ensured. It is possible to maintain high power generation efficiency in the downstream power generation facility.
前記ガス化炉が循環流動層式ガス化炉であり、この循環流動層式ガス化炉のループシール導入用ガスとして、前記可燃性ガス供給機構からの可燃性ガスを供給することが好ましい。 The gasification furnace is a circulating fluidized bed gasification furnace, and it is preferable to supply a combustible gas from the combustible gas supply mechanism as a loop seal introduction gas of the circulating fluidized bed gasification furnace.
この構成によれば、循環流動層式ガス化炉のループシール導入用として、従来技術のように窒素を用いて燃焼ガスを希釈させるということがなく、燃焼ガスの有する高い発熱量を確保できて一層都合がよい。そして、ガス化炉として循環流動層式ガス化炉を使用する場合でも確実にループシール導入ガスによる発熱量の低下を防ぎ、安定して操業可能なガス化発電システムを提供することができることになる。 According to this configuration, for introducing a loop seal in a circulating fluidized bed gasifier, the combustion gas is not diluted with nitrogen as in the prior art, and a high calorific value of the combustion gas can be secured. More convenient. And even when using a circulating fluidized bed type gasification furnace as a gasification furnace, it is possible to reliably prevent a decrease in the amount of heat generated by the loop seal introduction gas and to provide a gasification power generation system that can be operated stably. .
また、本発明に係るガス化発電方法の特徴構成は、ガス化炉により被ガス化物を加熱してガス化し、前記ガス化炉の下流側に配置された集塵手段により前記ガス化炉から発生する生成ガスを精製し、精製された前記生成ガスを発電設備に送給して発電する方法において、前記集塵手段におけるダスト払い落としを、可燃性ガスにより行うことにある。 Further, the gasification power generation method according to the present invention is characterized in that a gasification product is heated and gasified by a gasification furnace, and is generated from the gasification furnace by dust collecting means disposed downstream of the gasification furnace. In the method of purifying the produced gas and supplying the refined produced gas to a power generation facility to generate electric power, dust removal in the dust collecting means is performed with a combustible gas.
この構成によれば、ガス化発電システムにおいて、発電効率を低下させることなく、それでいて集塵装置のダスト払い落としを確実に行えるガス化発電方法を提供することができる。 According to this configuration, in the gasification power generation system, it is possible to provide a gasification power generation method that can reliably remove dust from the dust collector without reducing the power generation efficiency.
前記ガス化炉が循環流動層式ガス化炉であり、この循環流動層式ガス化炉のループシール導入用ガスとして、前記可燃性ガス供給機構からの可燃性ガスを供給することが好ましい。 The gasification furnace is a circulating fluidized bed gasification furnace, and it is preferable to supply a combustible gas from the combustible gas supply mechanism as a loop seal introduction gas of the circulating fluidized bed gasification furnace.
この構成によれば、ガス化炉として循環流動層式ガス化炉を使用する場合でもループシール導入ガスによる発熱量の低下を防ぎ、安定して操業可能なガス化発電方法を提供することができる。 According to this configuration, even when a circulating fluidized bed gasification furnace is used as the gasification furnace, it is possible to provide a gasification power generation method that can prevent a decrease in the amount of heat generated by the loop seal introduction gas and can be stably operated. .
本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図1は、本実施形態に係るガス化発電システムの概略全体構成を示すフロー図である。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a flowchart showing a schematic overall configuration of a gasification power generation system according to the present embodiment.
このガス化発電システムは、バイオマス等の有機系被ガス化物を燃料21として投入するガス化炉の1種である循環流動層式ガス化炉23と、発生したガスを精製するための集塵手段である高温集塵設備24と、発生したガス中に含まれるタール分を分解・除去するタール分解設備25と、発生したガスから熱を回収する熱交換器26と、熱回収され低温になった発生ガス中の塵芥を除去する集塵手段である低温集塵設備28と、更に発生ガスから有害成分を除去する精製設備29などとを備えて構成されていると共に、後述するように、ガス化炉1のループシール導入用として、あるいは高温集塵設備24、低温集塵設備28のダスト払い落とし用として、天然ガス供給設備27から天然ガスを供給する可燃性ガス供給機構を有する。生成され清浄化された燃焼ガスは、下流側のガスエンジンやガスタービンや燃料電池などの発電設備に送給される。
This gasification power generation system includes a circulating fluidized
ガス化炉23は、燃料21の他、適量の空気20、水蒸気22等が適度なタイミングで投入可能になっている。ガス化炉として、循環流動層式ガス化炉23を用いる場合は、上記したように、サイクロンが隣接されていて、サイクロン下部と循環流動層式ガス化炉の分離部としてループシールを設置する必要があるが、ループシール導入用ガスとして、本実施形態では、後述する可燃性ガス供給機構を構成する天然ガス供給設備27から天然ガスを供給するようにしている。このようにすると、従来技術のように、被ガス化物の加熱・分解によって発生した生成ガスが、ループシール導入用の窒素により希釈されることを防止できる。
In the
発生した生成ガスは、通常、800〜900℃にもなっているため、セラミックフィルター等を備えた高温集塵設備24に供給される。この高温集塵設備24のセラミックフィルター等に蓄積されるダストの払い落としには、発生したガスの流動方向とは逆の方向から天然ガスがパルスジェットにより吹き付けられてダスト払い落としされるようになっている。
Since the generated gas is usually 800 to 900 ° C., it is supplied to the high temperature
除塵され清浄化された生成ガスは、更に、ガス中に含まれる少量のタール分などを除去するため、タール分などの分解触媒を備えたタール分解設備25に送給されて分解される。これにより、システム内の各種設備、配管などへのタール分などの付着が防止され、安定した操業が確保されるようになっている。
The product gas, which has been dedusted and cleaned, is further fed to a
この段階でも、燃焼ガスは750〜800℃程度の熱を有するため、熱交換されて回収された熱は、各種設備の熱源などとして有効利用される。 Even at this stage, since the combustion gas has a heat of about 750 to 800 ° C., the heat recovered through heat exchange is effectively used as a heat source for various facilities.
熱交換器26で、200℃以下程度に冷却された生成ガスは、バグフィルター等の低温集塵設備28に送られて一層清浄化される。なお、図示はしないが、生成ガスは、低温集塵設備28に送給される前に、必要に応じて重そう等を吹き込んで中和処理されガス中の酸性成分などが除去される。また、活性炭吹込みによる有害物質除去を行うこともある。
The product gas cooled to about 200 ° C. or less by the
その後、燃焼ガスは、ガス中に含まれる可能性のある硫化水素などを除去すべく精製設備29に送給され、精製される。これにより、下流側の発電設備での安定した操業を維持することができる。
Thereafter, the combustion gas is supplied to the
次に、高温集塵設備24および低温集塵設備28に対するダストの払落し機構について説明する。このダスト払落し機構は、可燃性ガス供給機構から可燃性ガスの供給を受けてダストを払い落とすようになっている。すなわち、下流側に配置されている発電装置に対する助燃剤導入設備として設けられている可燃性ガス供給設備27のラインから配管を分岐・延長して、高温集塵設備24および低温集塵設備28のダスト払い落とし装置に接続させて、従来技術の窒素吹き付けの代わりに天然ガスをパルスジェッ方式により間欠的に吹き付けるようになっている。一般に、バイオマス等から発生する生成ガスは、常に高い発熱量を維持できるとは限らないため、発電設備において発電効率を高め、安定した操業を確保するために、天然ガス等の可燃性ガスを助燃剤として追加・供給して混焼するようにしている。かかる可燃性ガス供給設備27から配管を分岐・延長して、上記した循環流動層式ガス化炉23のループシール導入用として、あるいは高温集塵設備24や低温集塵設備28のダスト払い落とし用として、天然ガスを供給する。従って、本実施形態の場合には、新たに天然ガス供給設備を設置する必要はなく、そのためのスペースを新たに確保する必要はない。
Next, a dust removal mechanism for the high temperature
このようにすることにより、従来技術の窒素による吹き付けに比べて、ガス化炉から発生した燃焼ガスを希釈させずに済み、その結果、発電効率を低下させることなく、それでいて集塵装置のダスト払い落としを確実に行えると共に、ガス化炉として循環流動層式ガス化炉を用いる場合にループシール導入ガスによる生成ガスの発熱量の低下防止あるいは未燃カーボンの発火防止を行うことができる。のみならず、窒素製造設備を設ける必要がないので、そのための設備コストを省くことができ、スペースも小さくすることができる。 By doing so, it is not necessary to dilute the combustion gas generated from the gasification furnace as compared with the conventional blowing with nitrogen, and as a result, without reducing the power generation efficiency, it is still possible to remove dust from the dust collector. In addition to being able to reliably drop, when a circulating fluidized bed gasification furnace is used as the gasification furnace, it is possible to prevent a decrease in the amount of heat generated by the loop seal introduction gas or to prevent ignition of unburned carbon. In addition, since it is not necessary to provide a nitrogen production facility, the facility cost can be saved and the space can be reduced.
もっとも、天然ガスの吹き付けは、高温集塵設備24および低温集塵設備28の両者に行うことが好ましいが、必ずしも両者に行う必要はなく、例えば、ダスト払い落としのための吹き付けガス量の多い高温集塵設備24に対してのみ行うようにしてもよい。このようにしても、生成ガスへの希釈を効果的に低減でき、生成ガスの発熱量を低下させないものとなる。
Of course, it is preferable to spray the natural gas to both the high temperature
以下に、本実施形態のガス化発電システムを実施した場合、発生したガスの発電設備入口側の発熱量と、窒素を吹き込む従来技術における発生ガスの発電設備入口側の発熱量とを、夫々実施例1と比較例1として表1に比較して示す。 Below, when the gasification power generation system of the present embodiment is implemented, the heat generation amount at the power generation facility inlet side of the generated gas and the heat generation amount at the power generation facility inlet side of the generated gas in the prior art in which nitrogen is blown are performed, respectively. Example 1 and Comparative Example 1 are shown in comparison with Table 1.
表1の結果から、実施例1での燃焼ガスの発熱量(水分を除去)は、比較例の場合に比べて約2倍となっており、高い発熱量を有して発電設備に投入されるため、高い発電効率を確保でき、システム全体としてのエネルギー効率を高くできることになる。 From the results in Table 1, the calorific value (removing moisture) of the combustion gas in Example 1 is about twice that of the comparative example, and it has a high calorific value and is input to the power generation equipment. Therefore, high power generation efficiency can be secured, and the energy efficiency of the entire system can be increased.
〔別実施の形態〕
(1)上記実施形態では、ガス化炉として、循環流動層式ガス化炉を用いた例を示したが、本発明の適用可能なガス化炉としては、これに限定されるものではなく、バブリング流動層式ガス化炉などの各種流動床式ガス化炉、固定床式のガス化炉、キルン式ガス化炉など種々のものを挙げることができる。
(2)上記実施形態では、可燃性ガス供給機構として、可燃性ガス供給設備27から天然ガスを供給して吹き付ける例を示したが、天然ガスに代えて、プロパンガス、ジメチルエーテル等でもよく、要は可燃性ガスであればよい。
[Another embodiment]
(1) In the above embodiment, an example in which a circulating fluidized bed type gasification furnace is used as the gasification furnace is shown, but the gasification furnace to which the present invention can be applied is not limited to this, Various types such as various fluidized bed gasifiers such as a bubbling fluidized bed gasifier, a fixed bed gasifier, and a kiln gasifier can be used.
(2) In the above embodiment, an example in which natural gas is supplied and sprayed from the combustible
23 ガス化炉
24,28 集塵手段
27 可燃性ガス供給機構
23
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