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JP7051384B2 - Biomass gasifier and its operation method - Google Patents

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JP7051384B2 JP2017221827A JP2017221827A JP7051384B2 JP 7051384 B2 JP7051384 B2 JP 7051384B2 JP 2017221827 A JP2017221827 A JP 2017221827A JP 2017221827 A JP2017221827 A JP 2017221827A JP 7051384 B2 JP7051384 B2 JP 7051384B2
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Description

本発明は、粒状のバイオマス燃料をガス化するバイオマスガス化装置およびその運転方法に関するものである。 The present invention relates to a biomass gasification apparatus for gasifying granular biomass fuel and an operation method thereof.

バイオマス燃料をガス化するバイオマスガス化装置が知られている(特許文献1)。バイオマスガス化装置によってガス化して生成された液化燃料は、化石燃料に比べて環境負荷が少ない燃料とされる。 A biomass gasifier that gasifies biomass fuel is known (Patent Document 1). The liquefied fuel produced by gasification by the biomass gasifier is considered to be a fuel with less environmental load than fossil fuel.

特開2012-246439号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-246439

粒状とされたバイオマス燃料をガス化炉に供給してガス化する噴流床式ガス化炉は、高速でガス化を行うため比較的コンパクトであり大容量化が可能であるため有利である。
しかし、粒状のバイオマス燃料をガス化炉内に供給しても、ガス化炉内のガス流速が終末速度未満の場合には、粒状のバイオマス燃料がガス化炉内で下降してしまい、ガス化反応が十分に行われずに排出されるおそれがある。
A jet bed type gasification furnace that supplies granular biomass fuel to a gasification furnace and gasifies it is advantageous because it is relatively compact and can be increased in capacity because it gasifies at high speed.
However, even if the granular biomass fuel is supplied into the gasification furnace, if the gas flow velocity in the gasification furnace is less than the terminal speed, the granular biomass fuel will fall in the gasification furnace and gasify. There is a risk that the reaction will not be carried out sufficiently and the gas will be discharged.

一方で、ガス化を十分に行うためにバイオマス燃料の粒径を小さくしてしまうと(例えば1mm程度)、それだけバイオマス燃料を粉砕する粉砕機の粉砕動力が大きくなり、プラント効率の低下を招いてしまう。 On the other hand, if the particle size of the biomass fuel is reduced in order to sufficiently gasify (for example, about 1 mm), the crushing power of the crusher that crushes the biomass fuel increases accordingly, which leads to a decrease in plant efficiency. It ends up.

このような事情に鑑み、本開示は、プラント効率の低下を招くことなく粒状のバイオマス燃料を十分にガス化させることができるバイオマスガス化装置およびその運転方法を提供することを目的とする。 In view of such circumstances, it is an object of the present disclosure to provide a biomass gasifier and an operation method thereof capable of sufficiently gasifying granular biomass fuel without causing a decrease in plant efficiency.

本開示の少なくとも一態様に係るバイオマスガス化装置は、ガス流れの上流側から第1筒部、第2筒部および第3筒部が順に下方から上方に向かって接続されたガス化炉本体と、前記第1筒部に接続され、ガス化剤を供給するガス化剤供給部と、前記第2筒部に接続され、ふるい平均粒径が0.5mm以上3mm以下とされた粒状のバイオマス燃料を供給するバイオマス燃料供給部と、を備え、前記第1筒部の代表直径を1とした場合に、前記第2筒部の代表直径は、3以上4.5以下、前記第3筒部の代表直径は、6.5以上7.5以下とされている。 The biomass gasification apparatus according to at least one aspect of the present disclosure includes a gasifier main body in which the first cylinder portion, the second cylinder portion and the third cylinder portion are connected in order from the lower side to the upper side from the upstream side of the gas flow. , A granular biomass fuel connected to the first cylinder portion and supplying a gasifying agent and a granular biomass fuel connected to the second cylinder portion and having an average sieve particle size of 0.5 mm or more and 3 mm or less. When the representative diameter of the first cylinder portion is 1, the representative diameter of the second cylinder portion is 3 or more and 4.5 or less, and the representative diameter of the third cylinder portion is 1. The representative diameter is 6.5 or more and 7.5 or less.

ガス化剤供給部からガス化剤を第1筒部に供給することによって、ガス流れが第1筒部、第2筒部および第3筒部の順に形成される。
バイオマス燃料供給部から粒状のバイオマス燃料を第2筒部に供給することによって、第1筒部から導かれたガス化剤と反応して部分酸化燃焼が行われてバイオマス燃料がガス化される。このように、バイオマスガス化装置は、噴流床式とされる。
粒状のバイオマス燃料は、ガス化反応の進行に伴い粒径が減少する。したがって、供給当初は粒径が大きく終末速度未満のガス流速によって上昇せずに下降する粒子であっても、反応が進行するにしたがって粒径が小さくなり、最終的には終末速度以上のガス流れに乗って上方へ吹き上げられる。
ガス化炉本体内を通過するガス流れの流速は、ガス流量を一定とすれば、各筒部の流路断面積に反比例することから、各筒部の代表直径によって決定される。本発明者等が鋭意検討したところ、ふるい平均粒径が0.5mm以上3mm以下のバイオマス燃料であれば、第1筒部の代表直径を1とした場合に、第2筒部の代表直径を3以上4.5以下、第3筒部の代表直径を6.5以上7.5以下とし、バイオマス燃料が十分にガス化することを確認した。したがって、バイオマス燃料を1mm程度まで粉砕する必要がなくなり、粉砕機の動力を低減してプラント効率を向上させることができる。
代表直径は、いわゆる等価水力直径を意味し、所定形状の流路断面と等価な円管の直径を意味する。したがって、筒部が円筒の場合は、その直径に相当する。
バイオマス燃料としては、典型的には木質系のバイオマス燃料が用いられる。
ガス化剤としては、例えば、酸素と、400℃以上600℃以下とされた水蒸気が用いられる。
バイオマス燃料供給部は、例えばスクリューフィーダ等の機械式搬送方法が用いられる。
終末速度(terminal velocity)とは、終端速度と同義であり、物体にはたらく重力と、速度に依存する抗力とがつりあって変化しなくなったときの速度である。
By supplying the gasifying agent from the gasifying agent supply unit to the first cylinder portion, a gas flow is formed in the order of the first cylinder portion, the second cylinder portion, and the third cylinder portion.
By supplying the granular biomass fuel to the second cylinder portion from the biomass fuel supply unit, the biomass fuel is gasified by reacting with the gasifying agent derived from the first cylinder portion to perform partial oxidative combustion. As described above, the biomass gasification device is a jet bed type.
The particle size of the granular biomass fuel decreases as the gasification reaction progresses. Therefore, even if the particles have a large particle size at the beginning of supply and decrease without increasing due to a gas flow velocity lower than the terminal velocity, the particle size becomes smaller as the reaction progresses, and finally the gas flow exceeds the terminal velocity. It is blown up by riding on.
Since the flow velocity of the gas flow passing through the gasification furnace main body is inversely proportional to the flow path cross-sectional area of each cylinder portion if the gas flow rate is constant, it is determined by the representative diameter of each cylinder portion. As a result of diligent studies by the present inventors, in the case of a biomass fuel having an average sieve particle size of 0.5 mm or more and 3 mm or less, when the representative diameter of the first cylinder portion is 1, the representative diameter of the second cylinder portion is used. It was confirmed that the biomass fuel was sufficiently gasified by setting the representative diameter of the third cylinder portion to 3 or more and 4.5 or less and the representative diameter of the third cylinder portion to 6.5 or more and 7.5 or less. Therefore, it is not necessary to crush the biomass fuel to about 1 mm, and the power of the crusher can be reduced to improve the plant efficiency.
The representative diameter means the so-called equivalent hydraulic diameter, and means the diameter of the circular pipe equivalent to the cross section of the flow path having a predetermined shape. Therefore, when the tubular portion is a cylinder, it corresponds to the diameter thereof.
As the biomass fuel, a wood-based biomass fuel is typically used.
As the gasifying agent, for example, oxygen and water vapor having a temperature of 400 ° C. or higher and 600 ° C. or lower are used.
For the biomass fuel supply unit, for example, a mechanical transfer method such as a screw feeder is used.
Terminal velocity is synonymous with terminal velocity, which is the velocity at which the gravity acting on an object and the drag that depends on the velocity are balanced and do not change.

さらに、少なくとも一態様に係るバイオマスガス化装置では、前記第1筒部の代表直径は、前記バイオマス燃料の最大粒径の終末速度が得られる寸法とされている。 Further, in the biomass gasifier according to at least one aspect, the representative diameter of the first cylinder portion is set to a size that can obtain the terminal rate of the maximum particle size of the biomass fuel.

第1筒部の代表直径を、バイオマス燃料の最大粒径の終末速度が得られる寸法とすることによって、バイオマス燃料供給部から供給されたバイオマス燃料が第1筒部よりも下方に下降することを抑制することができる。これにより、バイオマス燃料のガス化反応を向上させることができる。なお、第1筒部における終末速度は、ガス化剤供給部から供給されるガス化剤の流量を用いて得ることができる。
バイオマス燃料の最大粒径は、好ましくは10mm、より好ましくは8mmとされる。
By setting the representative diameter of the first cylinder portion to a size that allows the final rate of the maximum particle size of the biomass fuel to be obtained, the biomass fuel supplied from the biomass fuel supply portion descends below the first cylinder portion. It can be suppressed. This makes it possible to improve the gasification reaction of the biomass fuel. The terminal velocity in the first cylinder portion can be obtained by using the flow rate of the gasifying agent supplied from the gasifying agent supply unit.
The maximum particle size of the biomass fuel is preferably 10 mm, more preferably 8 mm.

さらに、少なくとも一態様に係るバイオマスガス化装置では、前記第1筒部と前記第2筒部との接続部、及び、前記第2筒部と前記第3筒部との接続部の傾斜角度は、安息角以上とされている。 Further, in the biomass gasification apparatus according to at least one aspect, the inclination angle of the connection portion between the first cylinder portion and the second cylinder portion and the connection portion between the second cylinder portion and the third cylinder portion is set. , It is said to be above the angle of repose.

第1筒部、第2筒部、第3筒部はそれぞれ代表直径が異なるので、接続部には傾斜した壁部が形成される。この接続部の傾斜角度を安息角以上(例えば50°以上)とすることによって、接続部に粒子が堆積することなく下方へと導くことができる。 Since the representative diameters of the first cylinder portion, the second cylinder portion, and the third cylinder portion are different from each other, an inclined wall portion is formed at the connection portion. By setting the inclination angle of the connection portion to the angle of repose or more (for example, 50 ° or more), particles can be guided downward without accumulating particles on the connection portion.

さらに、少なくとも一態様に係るバイオマスガス化装置では、前記第1筒部の下方には、排出弁が設けられている。 Further, in the biomass gasification device according to at least one aspect, a discharge valve is provided below the first cylinder portion.

第1筒部の下方に排出弁を設けることによって、炉内に堆積した堆積物を炉外に排出する。これにより、炉底部が閉塞することを回避することができる。
炉底に堆積する堆積物としては、例えば、バイオマス燃料に混入した石や砂等が挙げられる。
By providing an discharge valve below the first cylinder portion, the deposits accumulated in the furnace are discharged to the outside of the furnace. As a result, it is possible to prevent the bottom of the furnace from being blocked.
Examples of the deposits deposited on the bottom of the furnace include stones and sand mixed in the biomass fuel.

本開示の少なくとも一態様に係るバイオマスガス化装置の運転方法は、ガス流れの上流側から第1筒部、第2筒部および第3筒部が順に下方から上方に向かって接続されたガス化炉本体と、前記第1筒部に接続され、ガス化剤を供給するガス化剤供給部と、前記第2筒部に接続され、ふるい平均粒径が0.5mm以上3mm以下とされた粒状のバイオマス燃料を供給するバイオマス燃料供給部と、前記第1筒部の下方に設けられた排出弁と、を備え、前記第1筒部の代表直径を1とした場合に、前記第2筒部の代表直径は、3以上4.5以下、前記第3筒部の代表直径は、6.5以上7.5以下とされているバイオマスガス化装置の運転方法であって、前記排出弁は、所定の運転時間が経過した後に開とされる。 The method of operating the biomass gasification apparatus according to at least one aspect of the present disclosure is gasification in which the first cylinder portion, the second cylinder portion and the third cylinder portion are connected in order from the lower side to the upper side from the upstream side of the gas flow. Granules connected to the furnace body, the gasifying agent supply unit connected to the first cylinder portion and supplying the gasifying agent, and the second cylinder portion having an average sieving particle size of 0.5 mm or more and 3 mm or less. The second cylinder portion is provided with a biomass fuel supply unit for supplying the biomass fuel of the above and a discharge valve provided below the first cylinder portion, and the representative diameter of the first cylinder portion is 1. The representative diameter of the biomass gasification device is 3 or more and 4.5 or less, and the representative diameter of the third cylinder portion is 6.5 or more and 7.5 or less. It is opened after a predetermined operation time has elapsed.

所定の運転時間の経過後に第1筒部の下方に設けた排出弁を開とすることによって、炉内に堆積した堆積物を炉外に排出する。これにより、炉底部が閉塞することを回避することができる。
排出弁を開とするタイミングは、運転時間に基づいて決定しても良いし、炉内に堆積した堆積物の量に基づいて決定しても良い。
By opening the discharge valve provided below the first cylinder portion after the lapse of a predetermined operation time, the deposit accumulated in the furnace is discharged to the outside of the furnace. As a result, it is possible to prevent the bottom of the furnace from being blocked.
The timing for opening the discharge valve may be determined based on the operating time or the amount of deposits deposited in the furnace.

さらに、少なくとも一態様に係るバイオマスガス化装置の運転方法では、前記排出弁を開とする際に、前記バイオマス燃料および前記ガス化剤の供給を停止し、前記排出弁を閉とした後に、前記ガス化剤の水蒸気、前記バイオマス燃料、前記ガス化剤の酸素の順に供給を開始する。 Further, in the operation method of the biomass gasifier according to at least one aspect, when the exhaust valve is opened, the supply of the biomass fuel and the gasifier is stopped, the exhaust valve is closed, and then the exhaust valve is closed. The supply of water vapor of the gasifying agent, the biomass fuel, and oxygen of the gasifying agent is started in this order.

排出弁を開とする際にバイオマス燃料およびガス化剤の供給を停止することによってガス化反応を一時的に停止し、確実に堆積物の排出を行う。
その後、排出弁を閉としてガス化反応を再開する場合には、水蒸気、バイオマス燃料、酸素の順に供給を開始する。このように酸素を最後に供給することで、急激な酸化反応(例えば燃焼反応)を回避することができる。
By stopping the supply of biomass fuel and gasifying agent when the discharge valve is opened, the gasification reaction is temporarily stopped to ensure the discharge of sediment.
After that, when the exhaust valve is closed and the gasification reaction is restarted, the supply of steam, biomass fuel, and oxygen is started in this order. By supplying oxygen last in this way, a rapid oxidation reaction (for example, a combustion reaction) can be avoided.

第1筒部、第2筒部および第3筒部の代表直径を適正化することによって、プラント効率の低下を招くことなく粒状のバイオマス燃料を十分にガス化させることができる。 By optimizing the representative diameters of the first cylinder, the second cylinder, and the third cylinder, the granular biomass fuel can be sufficiently gasified without causing a decrease in plant efficiency.

少なくとも一実施形態に係るバイオマスガス化装置を示した概略構成図である。It is a schematic block diagram which showed the biomass gasification apparatus which concerns on at least one Embodiment. 下部筒部における粒径に対する終末速度比を示したグラフである。It is a graph which showed the terminal velocity ratio with respect to the particle diameter in the lower cylinder part. 中部筒部および上部筒部における粒径に対する終末速度比を示したグラフである。It is a graph which showed the terminal velocity ratio with respect to the particle diameter in the middle cylinder part and the upper cylinder part.

以下、少なくとも一実施形態に係るのバイオマスガス化装置について説明する。
図1には、バイオマスガス化装置1が示されている。バイオマスガス化装置1は、バイオマス燃料のガス化を行うガス化炉本体3を備えている。ガス化炉本体3内でのガス化は、大気圧で行われる。
Hereinafter, the biomass gasification apparatus according to at least one embodiment will be described.
FIG. 1 shows a biomass gasification device 1. The biomass gasification device 1 includes a gasification furnace main body 3 for gasifying biomass fuel. Gasification in the gasifier main body 3 is performed at atmospheric pressure.

ガス化炉本体3は、下方から上方に向けて、下部筒部(第1筒部)4、中部筒部(第2筒部)5及び上部筒部(第3筒部)6が順に設けられている。下部筒部4と中部筒部5との間には第1接続部8が設けられ、中部筒部5と上部筒部6との間には第2接続部9が設けられている。 The gasification furnace main body 3 is provided with a lower cylinder portion (first cylinder portion) 4, a middle cylinder portion (second cylinder portion) 5, and an upper cylinder portion (third cylinder portion) 6 in this order from the bottom to the top. ing. A first connection portion 8 is provided between the lower cylinder portion 4 and the middle cylinder portion 5, and a second connection portion 9 is provided between the middle cylinder portion 5 and the upper cylinder portion 6.

下部筒部4は、内径(代表直径)ΦLとされた円筒形とされている。下部筒部4の下方の側壁部には、ガス化剤を供給するガス化剤供給配管(ガス化剤供給部)10が接続されている。これにより、ガス化炉本体3のガス流れは、下方から上方へと向かうように形成される。 The lower tubular portion 4 has a cylindrical shape having an inner diameter (representative diameter) of ΦL. A gasifying agent supply pipe (gasifying agent supply unit) 10 for supplying the gasifying agent is connected to the lower side wall portion of the lower cylinder portion 4. As a result, the gas flow of the gasifier main body 3 is formed so as to go from the lower side to the upper side.

ガス化剤は、酸素と水蒸気が用いられる。水蒸気は、400℃以上600℃以下とされ、大気圧にて下部筒部4内に供給される。酸素は、室温とされ、大気圧にて下部筒部4内に供給される。したがって、下部筒部4におけるガス温度は、400℃以上600℃以下とされる。 Oxygen and water vapor are used as the gasifying agent. The water vapor is set to 400 ° C. or higher and 600 ° C. or lower, and is supplied into the lower cylinder portion 4 at atmospheric pressure. Oxygen is brought to room temperature and is supplied into the lower cylinder portion 4 at atmospheric pressure. Therefore, the gas temperature in the lower cylinder portion 4 is set to 400 ° C. or higher and 600 ° C. or lower.

下部筒部4を流れるガス流速VLは、バイオマス燃料の粒子径が最大径である10mm(又は8mm)のときの終末速度となるように設定される。具体的には、図2に示すグラフを用いて決定する。同図において、横軸はバイオマス燃料の粒径(mm)、縦軸は終末速度比である。終末速度比は、粒径が0.2mmのときを基準として正規化したものである。同図から分かるように、バイオマス燃料の粒子の最大径を10mmと設定すると、終末速度比が40あたりとなることが分かる。この終末速度比に一致するように、ガス化剤供給配管10から供給されるガス化剤の流量と下部筒部4の内径ΦLが決定される。 The gas flow velocity VL flowing through the lower cylinder portion 4 is set to be the terminal velocity when the particle diameter of the biomass fuel is 10 mm (or 8 mm), which is the maximum diameter. Specifically, it is determined using the graph shown in FIG. In the figure, the horizontal axis is the particle size (mm) of the biomass fuel, and the vertical axis is the terminal velocity ratio. The terminal velocity ratio is normalized based on the case where the particle size is 0.2 mm. As can be seen from the figure, when the maximum diameter of the biomass fuel particles is set to 10 mm, the terminal velocity ratio is around 40. The flow rate of the gasifying agent supplied from the gasifying agent supply pipe 10 and the inner diameter ΦL of the lower cylinder portion 4 are determined so as to match this terminal velocity ratio.

図1に示すように、下部筒部4の下端には、排出弁12が設けられている。排出弁12は、通常運転時には全閉とされ、下部筒部4内に堆積した堆積物を排出するときに全開とされる。排出弁12の開閉動作は、図示しない制御部によって行われても良いし、手動によって行われても良い。 As shown in FIG. 1, a discharge valve 12 is provided at the lower end of the lower cylinder portion 4. The discharge valve 12 is fully closed during normal operation and fully opened when the deposits accumulated in the lower cylinder portion 4 are discharged. The opening / closing operation of the discharge valve 12 may be performed by a control unit (not shown) or may be performed manually.

中部筒部5は、下部筒部4よりも大きな内径(代表直径)ΦMとされた円筒形とされている。中部筒部5の内径ΦMは、下部筒部4の内径ΦLを1とした場合、3以上4.5以下とされている。 The middle cylinder portion 5 has a cylindrical shape having an inner diameter (representative diameter) ΦM larger than that of the lower cylinder portion 4. The inner diameter ΦM of the middle cylinder portion 5 is 3 or more and 4.5 or less when the inner diameter ΦL of the lower cylinder portion 4 is 1.

中部筒部5の側壁部には、バイオマス燃料を供給するバイオマス燃料供給部14が接続されている。バイオマス燃料は、木材の端材、おがくず、木質ペレット等の木質系とされている。バイオマス燃料供給部14には、スクリューフィーダ等の機械式搬送装置を備えている。バイオマス燃料供給部14から、粒状のバイオマス燃料が定量されて中部筒部5内に投入される。このように、本実施形態のバイオマスガス化装置1は、噴流床式となっている。
中部筒部5では、バイオマス燃料のガス化が行われる。中部筒部5におけるガス温度は、900℃以上1050℃以下とされる。
A biomass fuel supply unit 14 for supplying biomass fuel is connected to the side wall portion of the central cylinder portion 5. Biomass fuel is considered to be wood-based such as wood scraps, sawdust, and wood pellets. The biomass fuel supply unit 14 is provided with a mechanical transfer device such as a screw feeder. Granular biomass fuel is quantified from the biomass fuel supply unit 14 and charged into the central cylinder portion 5. As described above, the biomass gasification device 1 of the present embodiment is a jet bed type.
Biomass fuel is gasified in the central cylinder portion 5. The gas temperature in the central cylinder portion 5 is 900 ° C. or higher and 1050 ° C. or lower.

バイオマス燃料供給部14の上流側には、図示しない粉砕機(ミル)が接続されている。粉砕機にて木質系のバイオマス燃料が所定の粒径まで粉砕されるようになっている。本実施形態では、バイオマス燃料は、ふるい平均粒径が0.5mm以上3mm以下とされ、最大粒径が10mm、より好ましくは8mmとされている。すなわち、1mmよりも大きいバイオマス燃料を用いる。 A crusher (mill) (not shown) is connected to the upstream side of the biomass fuel supply unit 14. Woody biomass fuel is crushed to a predetermined particle size by a crusher. In the present embodiment, the biomass fuel has an average sieve particle size of 0.5 mm or more and 3 mm or less, and a maximum particle size of 10 mm, more preferably 8 mm. That is, a biomass fuel larger than 1 mm is used.

ふるい平均粒径は、例えばJIS Z 8801に規定するふるいを用いて試料をふるい分け、それぞれのふるい上に残った試料の質量を計測し、グラフに累積分布を作成し、50%となる値から得られる。 The average particle size of the sieve is obtained from a value of 50% by sieving the sample using, for example, a sieve specified in JIS Z8801, measuring the mass of the sample remaining on each sieve, and creating a cumulative distribution on the graph. Be done.

下部筒部4と中部筒部5とを接続する第1接続部8は、円錐台形とされている。円錐台形を構成する傾斜壁部が鉛直方向に対して成す角度αは、安息角以上(例えば50°以上)とされている。 The first connecting portion 8 connecting the lower tubular portion 4 and the middle tubular portion 5 has a conical trapezoidal shape. The angle α formed by the inclined wall portion forming the conical trapezoid with respect to the vertical direction is set to be the angle of repose or more (for example, 50 ° or more).

上部筒部6は、中部筒部5よりも大きな内径(代表直径)ΦUとされた円筒形とされている。上部筒部6の内径ΦUは、下部筒部4の内径ΦLを1とした場合、6.5以上7.5以下とされている。
上部筒部6では、バイオマス燃料のガス化が行われる。上部筒部6におけるガス温度は、900℃以上1050℃以下とされる。
上部筒部6の上端には、排気部16が接続されている。この排気部16から、バイオマス燃料をガス化したガス化ガスやチャーが排出され、下流側の処理設備へと導かれる。
The upper cylinder portion 6 has a cylindrical shape having an inner diameter (representative diameter) ΦU larger than that of the middle cylinder portion 5. The inner diameter ΦU of the upper cylinder portion 6 is 6.5 or more and 7.5 or less when the inner diameter ΦL of the lower cylinder portion 4 is 1.
In the upper cylinder portion 6, the biomass fuel is gasified. The gas temperature in the upper cylinder portion 6 is 900 ° C. or higher and 1050 ° C. or lower.
An exhaust portion 16 is connected to the upper end of the upper cylinder portion 6. Gasified gas or char, which is a gasification of biomass fuel, is discharged from the exhaust unit 16 and guided to a processing facility on the downstream side.

中部筒部5と上部筒部6とを接続する第2接続部9は、円錐台形とされている。円錐台形を構成する傾斜壁部が鉛直方向に対して成す角度αは、安息角以上(例えば50°以上)とされている。 The second connecting portion 9 connecting the middle tubular portion 5 and the upper tubular portion 6 has a conical trapezoidal shape. The angle α formed by the inclined wall portion forming the conical trapezoid with respect to the vertical direction is set to be the angle of repose or more (for example, 50 ° or more).

図3には、中部筒部5の内径ΦMの下部筒部4の内径ΦLに対する内径比を3以上4.5以下にした根拠、及び、上部筒部6の内径ΦUの下部筒部4の内径ΦLに対する内径比を6.5以上7.5以下にした根拠が示されている。 FIG. 3 shows the grounds that the inner diameter ratio of the inner diameter ΦM of the middle cylinder portion 5 to the inner diameter ΦL of the lower cylinder portion 4 is 3 or more and 4.5 or less, and the inner diameter of the lower cylinder portion 4 of the inner diameter ΦU of the upper cylinder portion 6. The grounds for setting the inner diameter ratio to ΦL to 6.5 or more and 7.5 or less are shown.

図3は、図2と同様に横軸がバイオマス燃料の粒径(mm)を示し、縦軸が終末速度比を示している。ただし、図2と異なり、ガス化による温度上昇とガス量増加を反映したものとなっている。 In FIG. 3, as in FIG. 2, the horizontal axis indicates the particle size (mm) of the biomass fuel, and the vertical axis indicates the terminal velocity ratio. However, unlike FIG. 2, it reflects the increase in temperature and the amount of gas due to gasification.

内径比が3以上4.5以下の範囲では、バイオマス燃料の粒径が約0.9mmから2mmのものが終末速度となるため中部筒部5内で滞留しつつガス化反応が行われる。ガス化反応が行われると粒径は小さくなり、上部筒部6へ向けて上昇する。
内径比が6.5以上7.5以下の範囲では、バイオマス燃料の粒径が約0.32から約0.4のものが終末速度となるため上部筒部6内で滞留しつつガス化反応が行われる。ガス化反応が行われると粒径は小さくなり、排気部16へ向けて上昇する。
このように、上述の通りに内径比を設定すると、最大粒径が10mmとされ、ふるい平均粒径が0.5mm以上3mm以下のバイオマス燃料であれば、十分にガス化が行われることが分かる。
In the range of the inner diameter ratio of 3 or more and 4.5 or less, the biomass fuel having a particle size of about 0.9 mm to 2 mm has a terminal velocity, so that the gasification reaction is carried out while staying in the central cylinder portion 5. When the gasification reaction is carried out, the particle size becomes smaller and rises toward the upper cylinder portion 6.
In the range of the inner diameter ratio of 6.5 or more and 7.5 or less, the particle size of the biomass fuel is about 0.32 to about 0.4, which is the terminal velocity. Is done. When the gasification reaction is carried out, the particle size becomes smaller and rises toward the exhaust portion 16.
As described above, when the inner diameter ratio is set as described above, the maximum particle size is 10 mm, and it can be seen that if the biomass fuel has an average sieve particle size of 0.5 mm or more and 3 mm or less, gasification is sufficiently performed. ..

次に、上述したバイオマスガス化装置1の運転方法について説明する。
排出弁12は、ガス化運転中は閉とされているが、運転時間が所定時間を経過した後に一時的に開とされる。これにより、炉内に堆積した堆積物が炉外へと排出される。堆積物としては、例えば、バイオマス燃料に混入した石や砂等が挙げられる。排出弁12を開とするタイミングは、運転時間に基づいて決定しても良いし、炉内に堆積した堆積物の量に基づいて決定しても良い。
Next, the operation method of the above-mentioned biomass gasification device 1 will be described.
The discharge valve 12 is closed during the gasification operation, but is temporarily opened after the operation time has elapsed. As a result, the deposits accumulated in the furnace are discharged to the outside of the furnace. Examples of the deposit include stones and sand mixed in the biomass fuel. The timing for opening the discharge valve 12 may be determined based on the operating time or may be determined based on the amount of deposits deposited in the furnace.

排出弁12を開とする際には、バイオマス燃料およびガス化剤の供給を停止する。停止時間は、例えば5秒から10秒とされる。 When the discharge valve 12 is opened, the supply of the biomass fuel and the gasifying agent is stopped. The stop time is, for example, 5 to 10 seconds.

排出弁12を閉としてガス化反応を再開する場合には、水蒸気、バイオマス燃料、酸素の順に供給を開始する。このように酸素を最後に供給することで、急激な酸化反応(例えば燃焼反応)を回避することができる。 When the gasification reaction is restarted by closing the discharge valve 12, the supply of steam, biomass fuel, and oxygen is started in this order. By supplying oxygen last in this way, a rapid oxidation reaction (for example, a combustion reaction) can be avoided.

本実施形態のバイオマスガス化装置1によれば、以下の作用効果を奏する。
粒状のバイオマス燃料は、ガス化反応の進行に伴い粒径が減少する。したがって、供給当初は粒径が大きく終末速度未満のガス流速によって上昇せずに下降する粒子であっても、反応が進行するにしたがって粒径が小さくなり、最終的には終末速度以上のガス流れに乗って上方へ吹き上げられる。
ガス化炉本体3内を通過するガス流れの流速は、ガス流量を一定とすれば、各筒部4,5,6の流路断面積に反比例することから、各筒部4,5,6の内径ΦL,ΦM,ΦUによって決定される。本発明者等が鋭意検討したところ、ふるい平均粒径が0.5mm以上3mm以下のバイオマス燃料であれば、下部筒部4の内径ΦLを1とした場合に、中部筒部5の内径ΦMを3以上4.5以下、上部筒部6の内径ΦUを6.5以上7.5以下とすることで、バイオマス燃料が十分にガス化できることを確認した。したがって、バイオマス燃料を1mm程度まで粉砕する必要がなくなり、粉砕機の動力を低減してプラント効率を向上させることができる。
According to the biomass gasification device 1 of the present embodiment, the following effects are exhibited.
The particle size of the granular biomass fuel decreases as the gasification reaction progresses. Therefore, even if the particles have a large particle size at the beginning of supply and decrease without increasing due to a gas flow velocity lower than the terminal velocity, the particle size becomes smaller as the reaction progresses, and finally the gas flow exceeds the terminal velocity. It is blown up by riding on.
Since the flow velocity of the gas flow passing through the gasification furnace main body 3 is inversely proportional to the flow path cross-sectional area of each cylinder portion 4, 5, 6 if the gas flow rate is constant, each cylinder portion 4, 5, 6 It is determined by the inner diameters of ΦL, ΦM, and ΦU. As a result of diligent studies by the present inventors, in the case of a biomass fuel having an average sieve particle size of 0.5 mm or more and 3 mm or less, when the inner diameter ΦL of the lower cylinder portion 4 is 1, the inner diameter ΦM of the middle cylinder portion 5 is set. It was confirmed that the biomass fuel can be sufficiently gasified by setting the inner diameter ΦU of the upper cylinder portion 6 to 3 or more and 4.5 or less and the inner diameter ΦU to 6.5 or more and 7.5 or less. Therefore, it is not necessary to crush the biomass fuel to about 1 mm, and the power of the crusher can be reduced to improve the plant efficiency.

下部筒部4の内径ΦLを、バイオマス燃料の最大粒径の終末速度が得られる寸法とすることによって、バイオマス燃料供給部14から供給されたバイオマス燃料が下部筒部4よりも下方に下降することを抑制することができる。これにより、バイオマス燃料のガス化反応を向上させることができる。 By setting the inner diameter ΦL of the lower cylinder portion 4 to a size that allows the terminal rate of the maximum particle size of the biomass fuel to be obtained, the biomass fuel supplied from the biomass fuel supply portion 14 descends below the lower cylinder portion 4. Can be suppressed. This makes it possible to improve the gasification reaction of the biomass fuel.

接続部8,9の傾斜角度を安息角以上(例えば50°以上)としたので、接続部8,9に粒子が堆積することなく下方へと導くことができる。 Since the inclination angle of the connecting portions 8 and 9 is set to the angle of repose or more (for example, 50 ° or more), the particles can be guided downward without being deposited on the connecting portions 8 and 9.

下部筒部4の下方に排出弁12を設けることによって、炉内に堆積した堆積物を炉外に排出することとした。これにより、炉底部が閉塞することを回避することができる。 By providing the discharge valve 12 below the lower cylinder portion 4, it was decided to discharge the deposits accumulated in the furnace to the outside of the furnace. As a result, it is possible to prevent the bottom of the furnace from being blocked.

なお、上述した実施形態では、下部筒部4、中部筒部5および上部筒部6の形状を円筒形として説明したが、他の形状、例えば四角形等の多角形としてもよい。この場合には、代表直径として等価水力直径を用いる。 In the above-described embodiment, the shapes of the lower cylinder portion 4, the middle cylinder portion 5, and the upper cylinder portion 6 have been described as a cylindrical shape, but other shapes such as a polygon such as a quadrangle may be used. In this case, the equivalent hydraulic diameter is used as the representative diameter.

1 バイオマスガス化装置
3 ガス化炉本体
4 下部筒部(第1筒部)
5 中部筒部(第2筒部)
6 上部筒部(第3筒部)
8 第1接続部
9 第2接続部
10 ガス化剤供給配管(ガス化剤供給部)
12 排出弁
14 バイオマス燃料供給部
16 排気部
ΦL 下部筒部の内径(代表直径)
ΦM 中部筒部の内径(代表直径)
ΦU 上部筒部の内径(代表直径)
1 Biomass gasifier 3 Gasifier body 4 Lower cylinder (1st cylinder)
5 Middle cylinder (second cylinder)
6 Upper cylinder (third cylinder)
8 1st connection 9 2nd connection 10 Gasifier supply pipe (gasifier supply)
12 Exhaust valve 14 Biomass fuel supply part 16 Exhaust part ΦL Inner diameter of lower cylinder part (representative diameter)
Inner diameter of ΦM middle cylinder (representative diameter)
ΦU Inner diameter of upper cylinder (representative diameter)

Claims (6)

ガス流れの上流側から第1筒部、第2筒部および第3筒部が順に下方から上方に向かって接続されたガス化炉本体と、
前記第1筒部に接続され、ガス化剤を供給するガス化剤供給部と、
前記第2筒部に接続され、ふるい平均粒径が0.5mm以上3mm以下とされた粒状のバイオマス燃料を供給するバイオマス燃料供給部と、
を備え、
前記第1筒部の代表直径を1とした場合に、
前記第2筒部の代表直径は、3以上4.5以下、
前記第3筒部の代表直径は、6.5以上7.5以下
とされているバイオマスガス化装置。
A gasifier main body in which the first cylinder, the second cylinder, and the third cylinder are connected in order from the lower side to the upper side from the upstream side of the gas flow.
A gasifying agent supply unit connected to the first cylinder portion and supplying a gasifying agent,
A biomass fuel supply unit connected to the second cylinder unit and supplying granular biomass fuel having an average sieve particle size of 0.5 mm or more and 3 mm or less.
Equipped with
When the representative diameter of the first cylinder portion is 1,
The representative diameter of the second cylinder is 3 or more and 4.5 or less.
A biomass gasification device having a representative diameter of 6.5 or more and 7.5 or less.
前記第1筒部の代表直径は、前記バイオマス燃料の最大粒径の終末速度が得られる寸法とされている請求項1に記載のバイオマスガス化装置。 The biomass gasification device according to claim 1, wherein the representative diameter of the first cylinder portion is a size that allows the terminal velocity of the maximum particle size of the biomass fuel to be obtained. 前記第1筒部と前記第2筒部との接続部、及び、前記第2筒部と前記第3筒部との接続部の傾斜角度は、安息角以上とされている請求項1又は2に記載のバイオマスガス化装置。 Claim 1 or 2 in which the inclination angle of the connection portion between the first cylinder portion and the second cylinder portion and the connection portion between the second cylinder portion and the third cylinder portion is equal to or more than the angle of repose. Biomass gasifier according to. 前記第1筒部の下方には、排出弁が設けられている請求項1から3のいずれかに記載のバイオマスガス化装置。 The biomass gasification device according to any one of claims 1 to 3, wherein a discharge valve is provided below the first cylinder portion. ガス流れの上流側から第1筒部、第2筒部および第3筒部が順に下方から上方に向かって接続されたガス化炉本体と、
前記第1筒部に接続され、ガス化剤を供給するガス化剤供給部と、
前記第2筒部に接続され、ふるい平均粒径が0.5mm以上3mm以下とされた粒状のバイオマス燃料を供給するバイオマス燃料供給部と、
前記第1筒部の下方に設けられた排出弁と、
を備え、
前記第1筒部の代表直径を1とした場合に、
前記第2筒部の代表直径は、3以上4.5以下、
前記第3筒部の代表直径は、6.5以上7.5以下
とされているバイオマスガス化装置の運転方法であって、
前記排出弁は、所定の運転時間が経過した後に開とされるバイオマスガス化装置の運転方法。
A gasifier main body in which the first cylinder, the second cylinder, and the third cylinder are connected in order from the lower side to the upper side from the upstream side of the gas flow.
A gasifying agent supply unit connected to the first cylinder portion and supplying a gasifying agent,
A biomass fuel supply unit connected to the second cylinder unit and supplying granular biomass fuel having an average sieve particle size of 0.5 mm or more and 3 mm or less.
The discharge valve provided below the first cylinder and
Equipped with
When the representative diameter of the first cylinder portion is 1,
The representative diameter of the second cylinder is 3 or more and 4.5 or less.
The representative diameter of the third cylinder is 6.5 or more and 7.5 or less, which is a method of operating a biomass gasification device.
The discharge valve is an operation method of a biomass gasification device which is opened after a predetermined operation time has elapsed.
前記排出弁を開とする際に、前記バイオマス燃料および前記ガス化剤の供給を停止し、
前記排出弁を閉とした後に、前記ガス化剤の水蒸気、前記バイオマス燃料、前記ガス化剤の酸素の順に供給を開始する請求項5に記載のバイオマスガス化装置の運転方法。
When the discharge valve is opened, the supply of the biomass fuel and the gasifying agent is stopped, and the supply is stopped.
The method for operating a biomass gasifier according to claim 5, wherein after closing the discharge valve, the supply of steam of the gasifying agent, the biomass fuel, and oxygen of the gasifying agent is started in this order.
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