JP2004143204A

JP2004143204A - Solid biomass fuel gasifier

Info

Publication number: JP2004143204A
Application number: JP2002306693A
Authority: JP
Inventors: Sueo Shudo; 首藤　末男; Akio Shimokawa; 下川　明男; Misuzu Kozeni; 小銭　美鈴; Seiji Kitao; 北尾　▲斉▼治; Yoshio Akiyama; 秋山　芳夫
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd; Sanyo Juko KK
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd; Sanyo Juko KK
Priority date: 2002-10-22
Filing date: 2002-10-22
Publication date: 2004-05-20

Abstract

【課題】燃料投入や、灰落し、灰の排出等の適切な制御の自動化を図り、もって、安定した発電出力の維持を可能とする固形バイオマス燃料のガス化装置を提供する。
【解決手段】例えば、燃料の導入手段は、上部シャッター１０３及び下部シャッター１０４と燃料レベル計１１３とを有する燃料の定量供給装置１０２と、前記各シャッターの駆動手段と、燃料導入制御装置１１５とを備え、この燃料導入制御装置は、下部シャッターを閉・上部シャッターを開として、定量供給装置の下部シャッター上部空間に燃料を装填し、燃料レベル計の検出値に基づき燃料の装填を停止した後、装填された燃料を、ガス発生炉本体１内に投入する所定の燃料投入信号に基づいて、上部シャッターを閉・下部シャッターを開とする制御機能を備える。
【選択図】　　　　図１An object of the present invention is to provide a gasification apparatus for solid biomass fuel, which automates appropriate control of fuel input, ash removal, ash discharge, and the like, and can maintain a stable power generation output.
For example, the fuel introduction means includes a fuel fixed amount supply device 102 having an upper shutter 103 and a lower shutter 104, and a fuel level meter 113, a drive unit for each of the shutters, and a fuel introduction control device 115. This fuel introduction control device closes the lower shutter, opens the upper shutter, loads the fuel in the upper space of the lower shutter of the fixed amount supply device, stops loading the fuel based on the detection value of the fuel level meter, A control function is provided for closing the upper shutter and opening the lower shutter based on a predetermined fuel injection signal for charging the loaded fuel into the gas generating furnace main body 1.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、固形バイオマス燃料のガス化装置、特に、固形バイオマスを燃料とする分散型電源に使用されるガス発生炉の燃料投入，灰落し，灰排出などの自動化装置の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽エネルギーが植物の光合成によって生体内に固定，蓄積された生体量（バイオマス）には、炭素や水素が含まれるため、バイオマスは、代替エネルギー源として注目されている。
【０００３】
従来のバイオマスを燃料とした発電の方式としては、▲１▼バイオマス燃料を直接ボイラーで燃焼させ、例えば、蒸気タービンにより発電する方式、▲２▼微生物を利用して、バイオマス燃料を発酵させてメタンガスを取出し、例えば、燃料電池に供給して発電する方式、▲３▼バイオマス燃料を、ガス発生炉においてガス化して可燃ガスを発生し、このガスを、例えばガスエンジンやディーゼルエンジンに供給して発電する方式等がある。
【０００４】
上記▲３▼のバイオマス燃料をガス化する方式としては、既に、昭和５８年に、おが屑をガス化し、発生ガスをガス清浄化装置を介してエンジンに供給し、数十ｋＶＡの発電を行なう、所謂、おが屑発電が実施されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
この場合、おが屑が粉状であるため、燃焼効率が低い問題がある。この問題を解消するため、おが屑を固形チップ化し、この固形バイオマス燃料をガス化し、このガスを使用して発電を行なうことが考えられる。上記固形化したバイオマス燃料を利用することにより、燃料の取り扱いが容易となる。
【０００６】
しかしながら、上記固形バイオマス燃料の場合、木炭等の炭化された燃料と異なり、発生するガス中にタール分が多く含まれ、このタールがエンジンの吸入弁や配管に付着し、長期連続運転が困難となる問題がある。本願発明者等は、前記問題を解消した固形バイオマス燃料のガス化方法及び装置の発明について、特開２００２−２８５１７２号により出願している。
【０００７】
図８は、上記特開２００２−２８５１７２号に記載されたガス化装置の模式的構成図を示し、図８（ａ）は、定常運転時の模式的状態を示し、図８（ｂ）は、図８（ａ）における燃料供給ゲート１２の概略構造の説明図を示す。
【０００８】
図８において、１はガス発生炉本体、２はサイクロン、３は吸込みファン、４は固形バイオマス燃料を示す。ガス発生炉本体１において発生したガスは、吸込みファン３によって吸引され、ガス排出パイプ（１）２１，サイクロン２，ガス排出パイプ（２）２２を経由し、さらに、例えば図示しないオイルフィルタ兼冷却器を経由して、エンジン側に供給される。前記サイクロン２においては、その遠心作用により、固形不純物が除去される。
【０００９】
ガス発生炉本体１は、燃料供給用ホッパー１１、燃料供給ゲート１２、炉燃焼部１３、火格子１４、金属球（金属ボール）１５、バーナポート１６、空気取り入れパイプ１７とからなり、起動時には、図示しないバーナの棒状部材が、バーナポート１６に挿入される。
【００１０】
上記において、金属球１５は層状かつ略均一に配設され、例えば、ステンレスや鋳鉄のボール、セラミックスボール等の耐火球が使用される。
【００１１】
燃料供給ゲート１２は、燃料供給用ホッパー１１から固形バイオマス燃料４を、炉燃焼部１３の半径方向に対して、できる限り均一に供給可能な構造とすることが好ましく、例えば、図８（ｂ）に示す回転ゲート構造が用いられる。
【００１２】
図８（ｂ）において、１２ａは、回転ゲートを示し、１１ａは、回転ゲートの上部に配設されるホッパー底面を示す。回転ゲート１２ａは、例えば、回転円板の一部を、円板中心から例えば約３０°の角度に切り欠き、この切り欠き部１２ｂを、固形バイオマス燃料４の供給口とする。一方、ホッパー底面１１ａには、前記切り欠き部をカバーする遮蔽部１１ｂを設ける。
【００１３】
上記構成において、前記回転ゲート１２ａを回転することにより、切り欠き部１２ｂが円周方向に順次移動し、これにより、固形バイオマス燃料４が略均一に供給可能となる。なお、ホッパー底面の遮蔽部１１ｂと回転ゲートの切り欠き部１２ｂとが重なった位置が、燃料供給ゲート１２が閉のモードとなる。
【００１４】
次に、ガス発生炉本体１における動作について以下に述べる。
【００１５】
固形バイオマス燃料４投入前の起動時には、バーナにより、金属球１５を５００〜８００℃に予熱する。この際、バーナの燃焼排ガスが金属球の間の隙間を経て、火格子１４の下方から排出されるので、複数個の金属球は、略均等に加熱される。金属球１５の予熱が完了すると、バーナをバーナポート１６から取出し、バーナポート１６を閉じた後に、固形バイオマス燃料４を投入する。燃料の投入完了後、燃料供給ゲート１２を閉じる。
【００１６】
炉燃焼部１３内の燃料は、予熱された金属球１５の上層部から燃焼を開始する。空気取り入れ口が、炉燃焼部１３の中央部に設けてあるので、上方に向けて、次第に燃焼層（酸化層）が移動する。これにより、金属球１５の直上の層は、還元層となり、空気取り入れ口付近の中央部の層は、燃焼層（酸化層）となる。燃焼層（酸化層）の上層は、予熱層（乾留層）となる。なお、ガス中に含まれるタール分は、還元層を通過する間に燃焼し、かつ還元されて一酸化炭素（ＣＯ）を含む可燃性ガスとなる。
【００１７】
炉燃焼部１３の固形バイオマス燃料が消費されて、燃料レベルが低下すると、図示しないレベルセンサにより、燃料レベルが所定のレベルに到達したことを検知し、この検知信号に基づき、燃料供給ゲート１２を開として、再度、燃料供給を行なう。
【００１８】
上記特開２００２−２８５１７２号に記載されたガス化装置の構成によれば、発生ガスにタール分を含まず起動停止が容易であって、さらに、安定した組成のガスが得られ、かつ安定組成までの立ち上がり時間が短い固形バイオマス燃料のガス化方法及び装置が提供できる（詳細は、前記特開２００２−２８５１７２号公報参照）。
【００１９】
図７は、前記図８に示したガス化装置の空気噴出ノズル部を有する空気導入手段を一部改良した装置を示し、図７において、図８に示す装置の同一構成部材には同一番号を付して詳細説明を省略する。また、図７においては、図８におけるバーナポートや金属球を一部省略して示す。
【００２０】
図７における空気導入手段５１は、ガス発生炉本体１の下部から配管を導入し、本体中央部に立ち上げて、空気噴出ノズル部５３を構成し、前記空気噴出ノズル部５３は、中空円筒配管の軸方向先端部における円筒部に、空気流通用の複数個の孔を備える構造としている。
【００２１】
なお、前記図７に記載された下向通風式ガス化炉においても、従来の空気噴出ノズル部の構造は、一点噴出構造であって、比較的広い範囲にわたって均一に空気を吹き出す構造ではないために、安定したガスの発生を阻害する問題があった。さらに、燃料の種類や導入空気量によっては、ガス発生炉内燃焼部の温度分布が安定せず、空気噴出ノズル部が、さらに高温度にさらされる問題があった。
【００２２】
これらの問題を解消し、空気噴出ノズル部が異常な高温度にさらされることがなく、かつ、安定した燃焼とガスの発生を可能とする固形バイオマス燃料のガス化装置の発明について、本願発明者等は、さらに特願２００２−２０６５７８号により出願している。
【００２３】
【非特許文献１】
塩ノ谷幸造著「木炭自動車」，パワー社発行，１９９６年，ｐ．１７−１８
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記装置においても、燃料投入，灰落し，灰排出などに関連して、下記のような問題点があった。
【００２５】
図６は、図７に示したガス化装置で生成したガスをガスエンジンに供給し、発電した時の発電出力の時間経過の一例を示す図である。図６に示す運転モードにおいては、約２０分ごとに燃料供給ゲート１２を開とし、固形バイオマス燃料４を投入した。燃料装入後炉内の状況観察、灰落しのための上部からポーキング等により、約３分間、燃料供給ゲート１２を開としたため、発電出力の低下が観られる。発電出力が低下する理由は、燃料供給ゲート１２から空気が侵入したり、また、発生炉本体１からガスの噴出しが起こるためと考えられる。また燃料の供給が遅れた場合には、図６の約６０分以降に示されるように、燃料不足が生じて同様に発電出力が低下する。
【００２６】
さらに、灰落しをしないで、急いで（１分程度で）装入ゲート１２を閉とした場合には、発電出力の低下は顕著ではないものの、灰落しおよび灰の排出が不適切な場合、火格子１４の上部（還元層）にＣＯ_２ガスをＣＯに還元するためのカーボン比率が減少するため、同様に発電出力が低下する。
【００２７】
この発明は、燃料投入や、灰落し、灰の排出等の適切な制御の自動化を図り、もって、安定した発電出力の維持を可能とする固形バイオマス燃料のガス化装置を提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、この発明は、固形バイオマス燃料の燃焼部を有するガス発生炉本体と、この本体上部に設けた固形バイオマス燃料の導入手段と、前記燃焼部に空気を導入する空気導入手段と、前記本体下部に設けた火格子と、この火格子の下方に設けた発生ガスの排出手段とを設けた下向通風式の固形バイオマス燃料のガス化装置において、
前記燃料の導入手段は、上部シャッター及び下部シャッターと燃料レベル計とを有する燃料の定量供給装置と、前記各シャッターの駆動手段と、燃料導入制御装置とを備え、前記燃料導入制御装置は、前記下部シャッターを閉・上部シャッターを開として、定量供給装置の下部シャッター上部空間に燃料を装填し、前記燃料レベル計の検出値に基づき燃料の装填を停止した後、前記装填された燃料を前記ガス発生炉本体内に投入する所定の燃料投入信号に基づいて、前記上部シャッターを閉・下部シャッターを開とする制御機能を備えるものとする（請求項１の発明）。
【００２９】
上記発明によれば、燃料をガス発生炉本体内への投入する際、上部シャッターが閉となっているため、ガス発生炉本体からのガスの噴出しおよび上部シャッターからの空気の侵入は起こらず、安定した発電出力が得られる。
【００３０】
また、前記請求項１に記載のガス化装置において、前記所定の燃料投入信号は、所定の時間間隔に基づいて出力するタイマーの信号、もしくは、生成ガス排出ラインに設けた一酸化炭素濃度計の計測値が所定の値に低下した際に出力する信号とする（請求項２の発明）。
【００３１】
燃料消費量は、ほぼ生成ガスの使用量（即ち、電力使用量）によって決まるため、燃料のガス発生炉本体への投入時期は、通常は前記定量供給装置の容量の燃料を消費する時間によって決められる。ただし、生成ガスの成分がガス発生炉の燃焼状況によって変動する場合、一定電力を得るための生成ガスの使用量も変動するため、上記方法だけで投入時期を決めると必要燃料に過不足が生じる。燃料が不足するとガス発生炉の燃焼量が減少し、すぐに生成ガス中の一酸化炭素濃度が減少するため、この場合には、ＣＯ濃度計で監視し、その計測値が一定値より低下した時に、下部シャッターに開指令を出し、燃料投入を促す制御が好ましい。
【００３２】
さらに、灰落しの制御に関しては、燃焼を効率よく行なわせるために、さらには、燃焼効率を悪化させる空気の侵入を防止する観点から、下記請求項３の発明と、その実施態様としての請求項４ないし６の発明が好ましい。
【００３３】
即ち、固形バイオマス燃料の燃焼部を有するガス発生炉本体と、この本体上部に設けた固形バイオマス燃料の導入手段と、前記燃焼部に空気を導入する空気導入手段と、前記本体下部に設けた火格子と、この火格子の下方に設けた発生ガスの排出手段とを設けた下向通風式の固形バイオマス燃料のガス化装置において、前記火格子は、旋回可能にしてなる円形状火格子とし、かつ固形バイオマス燃料の燃焼に伴って発生する灰を、所定の灰落し制御信号に基づいて、火格子の下方へ落下させる灰落し手段を備え、前記灰落し手段は、前記円形状火格子の円周部に設けた火格子旋回力点と、この力点に火格子下方から、火格子円周方向の回転力を印加する回転ロッドと、この回転ロッドの駆動手段とを備えるものとする（請求項３の発明）。
【００３４】
また、請求項３に記載のガス化装置において、前記回転ロッドは、回転軸を偏心させた２軸・Ｓ字クランク状に構成して、その一軸端を前記火格子旋回力点に接続し、他軸端を前記発生ガスの排出手段より下方に設けた灰の受け板を貫通したものとし、他軸端を回転駆動した際に、前記偏心により前記火格子を旋回可能にしたものとするものとする（請求項４の発明）。
【００３５】
さらに、請求項４に記載のガス化装置において、前記回転ロッドの他軸端は、前記灰の受け板下方に設けた空気侵入防止用の水封手段を介して、回転ロッドの駆動手段と接続するものとする（請求項５の発明）。
【００３６】
さらにまた、請求項５に記載のガス化装置において、前記水封手段は、前記灰の受け板下方に設けた水封水受け用の気密性容器と、この容器の底面に設けた前記回転ロッドの貫通シール手段と、気密性容器の下方に貯めた水封水と、前記回転ロッドの軸と隙間をもって同心状に設けた外筒とを有し、前記外筒を水封水から突出させ、かつ前記回転ロッドと外筒との間の隙間に水を充填して水封する構成とする（請求項６の発明）。
【００３７】
自動的に灰落しを実施するための課題は、温度が約６００℃と高温であることと、酸素の吸入があってはならないことである。前記請求項３ないし６の発明は、上記課題の解決に沿った構成を備えるもので、詳細は後述する。
【００３８】
さらに、灰落しは、例えば、約１時間毎に定期的に一定時間実施することもできるが、燃料に含有する無機質の量にばらつきがあることから、以下の請求項７または８のようなタイミングで灰落しを開始または停止するのが望ましい。これについても、詳細は後述する。
【００３９】
即ち、前記請求項３ないし６のいずれか１項に記載のガス化装置において、前記所定の灰落し制御信号は、前記空気導入手段に設けた空気流量計の出力信号とし、所定の流量下限値で灰落し開始、同上限値で灰落し停止の制御信号とする（請求項７の発明）。また、前記請求項３ないし６のいずれか１項に記載のガス化装置において、前記所定の灰落し制御信号は、前記火格子の下方に設けた落下灰温度計の出力信号とし、所定の温度下限値で灰落し開始、同上限値で灰落し停止の制御信号とする（請求項８の発明）。
【００４０】
また、落し灰の排出制御に関しては、灰落しと同様に、周囲空気を無用に取り込まないように構成することが必要で、この観点から、下記請求項９ないし１１の発明が好ましい。これについても、詳細は後述する。
【００４１】
即ち、固形バイオマス燃料の燃焼部を有するガス発生炉本体と、この本体上部に設けた固形バイオマス燃料の導入手段と、前記燃焼部に空気を導入する空気導入手段と、前記本体下部に設けた火格子と、この火格子の下方に設けた発生ガスの排出手段とを設けた下向通風式の固形バイオマス燃料のガス化装置において、固形バイオマス燃料の燃焼に伴って発生する灰を火格子の下方に貯め、かつ周囲空気の侵入を防止する構成とした灰溜め容器と、所定の灰排出信号に基づいて、灰を灰溜め容器外部に、実質的に灰溜め容器内に周囲空気の侵入を防止可能に排出する機能を有した灰の排出手段を備えるものとする（請求項９の発明）。
【００４２】
さらに、前記請求項９に記載のガス化装置において、前記灰の排出手段は、前記灰溜め容器に一端の灰導出部を接続した水平スクリュー式コンベヤーと、この水平スクリュー式コンベヤーの他端と接続した灰溜めボックスと、この灰溜めボックスから灰を外部に搬出する傾斜スクリュー式コンベヤーとを有し、前記水平および傾斜スクリュー式コンベヤー内に充填された灰により、実質的に灰溜め容器内に周囲空気の侵入を防止可能に構成する（請求項１０の発明）。
【００４３】
さらにまた、前記請求項９または１０に記載のガス化装置において、前記所定の灰排出信号は、前記灰溜め容器および前記灰溜めボックス内に設けた堆積灰レベル計の出力信号とする（請求項１１の発明）。
【００４４】
また、燃料投入，灰落し，灰排出などを全て自動化し、最も安定した発電出力の維持を可能とする固形バイオマス燃料のガス化装置を提供するためには、下記請求項１２の発明が好ましい。即ち、前記請求項１に記載のガス化装置と請求項３に記載のガス化装置および／または請求項９に記載のガス化装置とを組み合わせた構成とする。
【００４５】
【発明の実施の形態】
図面に基づき、本発明の実施例について以下に述べる。
【００４６】
図１は、本発明の燃料導入に関わる固形バイオマス燃料のガス化装置の実施例の模式的構成図を示す。図１において、図７と同一構成部材には同一番号を付して詳細説明を省略する。図１における燃料の導入手段は、上部シャッター１０３及び下部シャッター１０４と燃料レベル計１１３とを有する燃料の定量供給装置１０２と、前記各シャッターの駆動手段（上部シャッター駆動モーターシリンダー１１１および下部シャッター駆動モーターシリンダー１１２）と、燃料導入制御装置１１５とを備える。なお、１０１は燃料の搬送コンベヤー、１１０は搬送コンベヤーの駆動モータを示す。また、１１４は後述する一酸化炭素（ＣＯ）濃度計を示す。
【００４７】
次に、図１のガス化装置の動作について述べる。各動作は、燃料導入制御装置１１５によって指示が出される。通常、ガス発生炉本体は、上部シャッター１０３，下部シャッター１０４が閉の状態で運転される。
【００４８】
燃料導入時、上部シャッター１０３は上部シャッター駆動モーターシリンダー１１１によって開とされ、その後、燃料が搬送コンベヤー１０１によって定量供給装置１０２に供給される。燃料が定量供給装置１０２に満たされ、上部に取付けられたレベル計１１３がＯＮとなった時点で、燃料導入制御装置１１５は，搬送コンベヤーの駆動モータ１１０を停止し、定量供給装置１０２への燃料導入を停止する。その後、上部シャッター１０３は上部シャッター駆動モーターシリンダー１１１によって閉とされる。
【００４９】
次に、後述する燃料のガス発生炉本体１への投入信号が出力された時、下部シャッター１０４は下部シャッター駆動モーターシリンダー１１２によって開とされ、燃料はガス発生炉本体１に投入される。この時、上部シャッター１０３が閉となっているため、ガス発生炉本体１からのガスの噴出しおよび上部からの空気の侵入は起こらない。
【００５０】
燃料の発生炉本体１への投入が完了すると、下部シャッター駆動モーターシリンダー１１２によって下部シャッター１０４が閉とされる。
【００５１】
次に、燃料のガス発生炉本体１への投入制御について述べる。前述のように、燃料消費量は、ほぼ生成ガスの使用量（即ち、電力使用量）によって決まるため、燃料のガス発生炉本体１への投入時期は、定量供給装置１０２の容量の燃料を消費する時間によって決められる。しかしながら、生成ガスの成分が、ガス発生炉の燃焼状況によって変動する場合、一定電力を得るための生成ガスの使用量も変動するため、上記方法だけで装入時期を決めると必要燃料に過不足が生じる。燃料が不足すると、ガス発生炉１の燃焼量が減少し、すぐに生成ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）濃度が減少するため、吸込みファン３の後に設置したＣＯ濃度計１１４で監視し、その測定値が一定値より低下した時に、燃料導入制御装置１１５は、下部シャッター駆動モーターシリンダー１１２に開指令を出し、燃料投入を促す。
【００５２】
次に、図２，図４および図５に基づき、請求項３ないし８の発明の灰落し手段およびその制御について述べる。図２は灰落し手段に関わるガス化装置の実施例の模式的構成図を示し、図４は、火格子部の拡大平面図であって、後述する図３におけるＡ−Ａ矢視平面図を示す。また、図５は図２の要部拡大断面図を示す。
【００５３】
図２，図４および図５において、図１と同一機能部材には同一番号を付して詳細説明を省略する。図２について述べる前に、前記図７に基づき燃焼と灰落し動作の関連等について述べる。前記図７において、ガス発生炉本体１では、空気噴出ノズル部５３から噴出す空気中の酸素によって、燃料４が燃焼し、炉燃焼部１３（酸化層）を形成する。酸化層で炭化した燃料４は、赤熱状態のまま、下方の還元層に移動する。一方、酸化層で発生した二酸化炭素（ＣＯ_２）は、下方に吸引され、還元層では赤熱炭化した燃料と反応し、一酸化炭素を含む可燃性ガスとなり、ガス排出パイプ（１）２１から排出する（詳細は、前記特願２００１−８９８５４号参照）。
【００５４】
ところで、燃料４には、燃料種によって異なるが、通常数％から十数％の無機質を含む。赤熱炭素は、還元層にて消費されるが、無機質は消費されることなく残留する。還元層でこの無機質の比率が増大すると、一酸化炭素の生成が妨げられる。無機質の一部は、ガス排出パイプ（１）２１を通ってサイクロン２において捕捉されるが、還元層に残留するものも多いため、強制的に排除する必要がある。この作業は通常灰落しと呼ばれる。自動的に灰落しを実施するための課題は、灰の温度が約６００℃と高温であることと、酸素の吸入があってはならないことである。
【００５５】
図２に示す構成は、上記の課題を解決したもので、灰落し手段は、主要部材として以下を備える（細部構成は、図４および５参照）。
１）円形状火格子１４の円周部に設けた火格子旋回力点１２０
２）前記力点に火格子下方から、火格子円周方向の回転力を印加する回転ロッド１２１
３）前記ロッドを回転させる駆動装置１２２
４）ロッドの支持部からの空気の侵入を防止するための水封手段１２３
図４に示すように、火格子旋回力点１２０は、火格子１４の外周部にあり、回転ロッド１２１の回転軸を偏心させた２軸クランク状に屈曲した上部に接続している。回転ロッド１２１がロッド旋回駆動装置１２２により回転を開始すると、火格子は円周方向に回転力を受け、回転ロッド１２１の前記偏心に応じて旋回し、３６０°回転により、図４のＲで示すように正逆方向に旋回し、これにより、火格子はその隙間から下方に灰を落すことができる。
【００５６】
次に、回転ロッドの支持部からの空気の侵入を防止するための水封手段１２３の詳細について、図５に基づいて述べる。ガス発生炉本体１の下部には、後述する灰溜め容器１３９があり、その底部は、灰の受け板１２７として構成されている。ガス排出パイプ（１）２１は、前記灰溜め容器１３９の上部に接続され、ガス排出パイプ（１）内に灰が混入しないように構成される。
【００５７】
回転ロッド１２１は、前記灰の受け板１２７の下方に設けた空気侵入防止用の水封手段１２３を介して、回転ロッドの駆動手段１２２と接続される。この水封手段１２３は、前記灰の受け板１２７の下方に設けた水封水受け用の気密性容器１３０と、この容器の底部に設けた回転ロッドの貫通シール手段１２１ａと、気密性容器１３０の下方に貯留した水封水１２４と、回転ロッド１２１の軸と隙間をもって同心状に設けた外筒１２９とを有し、この外筒１２９を水封水から突出させ、かつ前記回転ロッド１２１と外筒１２９との間の隙間に水を充填して水封する構成としている。なお、前記灰溜め容器１３９における回転ロッドの外筒は、回転ロッドの機械的ガイドである。
【００５８】
灰落し操作は、回転ロッド１２１を数回、回転させることによって行う。灰落しは、約１時間毎に定期的に、一定期間実施することもできるが、燃料４に含有する無機質の量にばらつきがあることから、請求項７または８の発明のように、以下のタイミングで起動・停止するのが望ましい。
【００５９】
燃料４に含有する無機質の灰は、粉体として残留する。このため還元層でこの無機質の比率が増大すると、ガス発生炉本体１の通気性が悪化する。そこで、図２に示すように、空気導入手段５１の空気取り込み口に取付けた空気流量計１２５により、取り込み空気量を監視することによって、無機質の比率の増大を監視して行なうことができる。即ち、所定の流量下限値で灰落し開始、同上限値で灰落し停止の制御信号を、灰落し制御装置１２８に出力し、灰落し制御装置１２８から回転ロッドの駆動手段１２２に操作信号を送り、灰落しの開始または停止の操作を行なう。
【００６０】
また、灰落しが過剰の場合、赤熱炭素が落下することからその温度が急激に上昇する。そこで、灰の落下部に取付けた落下灰温度計１２６により温度を監視し、所定の温度下限値で灰落し開始、同上限値で灰落し停止の制御信号を灰落し制御装置１２８に出力し、灰落し制御装置１２８から回転ロッドの駆動手段１２２に操作信号を送り、灰落しの開始または停止の操作を行なう。
【００６１】
次に、図３について述べる。図３は、請求項９ないし１１に関わるガス化装置の実施例の模式的構成図を示す。即ち、図５は自動灰排出手段の実施例を示し、その一連の動作について、以下に述べる。なお、図３において、図２と同一構成部材には同一番号を付して詳細説明を省略する。
【００６２】
主として燃料４中の無機質残渣（灰）は、前記自動灰落し手段によって火格子１４の下部の灰溜め容器１３９内に堆積する。連続運転を実施する場合、この堆積した灰を、ガス発生炉本体１から排出する必要がある。この作業は通常灰出しと呼ばれる。灰落しと同様に、自動的に灰出しを実施するための課題は、灰の温度が高温であることと、酸素の吸入があってはならないことである。
【００６３】
図３に示す灰の排出手段は、上記の課題を解決したもので、前記灰溜め容器１３９に一端の灰導出部を接続した水平スクリュー式コンベヤー１３１と、この水平スクリュー式コンベヤー１３１の他端と接続した灰溜めボックス１３３と、この灰溜めボックスから灰を外部に搬出する傾斜スクリュー式コンベヤー１３４とを備える。
【００６４】
水平スクリュー式コンベヤー１３１は、外部とは密封構造となっているが、灰溜めボックス１３３とは灰の移動のため通気性を有する。火格子１４の下部に堆積する灰は、水平スクリュー式コンベヤー駆動装置１３２によって、灰溜めボックス１３３に移送される。灰溜めボックス１３３は、常時灰で充填されている。このため、灰のシールによって、空気は火格子１４の下部に侵入することはない。
【００６５】
灰溜めボックス１３３には、灰溜めボックス１３３から外部に灰を排出するための、傾斜スクリュー式コンベヤー１３４が設置され、灰溜めボックス１３３から傾斜スクリュー式コンベヤー１３４上部の排出口１３５から、傾斜スクリュー式コンベヤー駆動装置１３６により、余剰の灰を搬出することができる。傾斜スクリュー式コンベヤー１３４の底部から排出口１３５までは、常時灰で充填されている。従って、排出口１３５から灰溜めボックス１３３に空気が侵入することはない。
【００６６】
灰出しは、約１時間毎に定期的に一定期間実施することもできるが、灰落しの程度によって堆積する灰の量が変化するため、火格子１４の下部の灰溜め容器１３９内に堆積灰レベル計１３７を設置し、規定レベル以上になった時に、灰出し制御装置１４０から指示をだし、水平スクリュー式コンベヤー駆動装置１３２を駆動して灰溜めボックス１３３に移送する。
【００６７】
また、灰溜めボックス１３３内には、同様に、堆積灰レベル計１３８を設置し、規定レベル以上になった時に、灰出し制御装置１４０から指示をだし、傾斜スクリュー式コンベヤー駆動装置１３６を駆動して灰排出口１３５から排出する。
【００６８】
【発明の効果】
上記のとおり、この発明によれば、固形バイオマス燃料の燃焼部を有するガス発生炉本体と、この本体上部に設けた固形バイオマス燃料の導入手段と、前記燃焼部に空気を導入する空気導入手段と、前記本体下部に設けた火格子と、この火格子の下方に設けた発生ガスの排出手段とを設けた下向通風式の固形バイオマス燃料のガス化装置において、
前記燃料の導入手段は、上部シャッター及び下部シャッターと燃料レベル計とを有する燃料の定量供給装置と、前記各シャッターの駆動手段と、燃料導入制御装置とを備えるものとし、また、前記火格子は、旋回可能にしてなる円形状火格子とし、かつ固形バイオマス燃料の燃焼に伴って発生する灰を、所定の灰落し制御信号に基づいて、火格子の下方へ落下させる灰落し手段を備えるものとし、さらに、燃料の燃焼に伴って発生する灰を火格子の下方に貯め、かつ周囲空気の侵入を防止する構成とした灰溜め容器と、所定の灰排出信号に基づいて、灰を灰溜め容器外部に、実質的に灰溜め容器内に周囲空気の侵入を防止可能に排出する機能を有した灰の排出手段を備えるものとし、さらにまた、前述のような制御を行うものとしたので、
燃料投入や、灰落し、灰の排出等の適切な制御の自動化を図り、もって、安定した発電出力の維持を可能とする固形バイオマス燃料のガス化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の燃料の導入手段の実施例に関わるガス化装置の模式的構成図
【図２】この発明の灰落し手段の実施例に関わるガス化装置の模式的構成図
【図３】この発明の灰の排出手段の実施例に関わるガス化装置の模式的構成図
【図４】図３におけるＡ−Ａ矢視拡大平面図
【図５】この発明の灰落し手段の要部拡大断面図
【図６】従来のガス化装置の発電出力の時間経過の一例を示す図
【図７】改良された従来のガス化装置の模式的構成図
【図８】従来のガス化装置の模式的構成図
【符号の説明】
１：ガス発生炉本体、２：サイクロン、３：吸込みファン、４：固形バイオマス燃料、１３：炉燃焼部、１４：火格子、１５：金属球、２１：ガス排出パイプ（１）、２２：ガス排出パイプ（２）、５１：空気導入手段、５３：空気噴出ノズル部、１０２：定量供給装置、１０３：上部シャッター、１０４：下部シャッター、１１３：燃料レベル計、１１４：一酸化炭素濃度計、１１５：燃料導入制御装置、１２０：火格子旋回力点、１２１：回転ロッド、１２１ａ：回転ロッドの貫通シール手段、１２２：回転ロッドの駆動手段、１２３：水封手段、１２４：水封水、１２５：空気流量計、１２６：落下灰温度計、１２８：灰落し制御装置、１２９：外筒、１３０：気密性容器、１３１：水平スクリュー式コンベヤー、１３３：灰溜めボックス、１３４：傾斜スクリュー式コンベヤー、１３７，１３８：堆積灰レベル計、１３９：灰溜め容器、１４０：灰出し制御装置。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a gasification apparatus for solid biomass fuel, and more particularly to a configuration of an automatic apparatus for fuel injection, ash removal, ash discharge, etc. of a gas generating furnace used for a distributed power source using solid biomass as fuel.
[0002]
[Prior art]
Biomass has attracted attention as an alternative energy source because the biomass (biomass) in which solar energy is fixed and accumulated in the living body by photosynthesis of plants contains carbon and hydrogen.
[0003]
Conventional power generation methods using biomass as fuel include: (1) a method in which biomass fuel is directly burned by a boiler and power is generated by, for example, a steam turbine; (3) Biomass fuel is gasified in a gas generating furnace to generate combustible gas, and this gas is supplied to, for example, a gas engine or a diesel engine to generate power. There is a method to do so.
[0004]
As a method of gasifying the biomass fuel of the above (3), already in 1983, sawdust was gasified, and the generated gas was supplied to the engine via a gas cleaning device to generate power of several tens of kVA. So-called sawdust power generation is performed (for example, see Non-Patent Document 1).
[0005]
In this case, since the sawdust is powdery, there is a problem that the combustion efficiency is low. In order to solve this problem, it is conceivable to convert sawdust into solid chips, gasify the solid biomass fuel, and perform power generation using the gas. The use of the solidified biomass fuel facilitates handling of the fuel.
[0006]
However, in the case of the solid biomass fuel, unlike the carbonized fuel such as charcoal, a large amount of tar is contained in the generated gas, and this tar adheres to the intake valves and pipes of the engine, making long-term continuous operation difficult. There is a problem. The present inventors have filed an application for an invention of a method and an apparatus for gasifying solid biomass fuel in which the above-mentioned problem has been solved by Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-285172.
[0007]
FIG. 8 shows a schematic configuration diagram of a gasifier described in the above-mentioned JP-A-2002-285172, FIG. 8A shows a schematic state at the time of steady operation, and FIG. FIG. 9 is an explanatory diagram of a schematic structure of the fuel supply gate 12 in FIG.
[0008]
8, reference numeral 1 denotes a gas generating furnace main body, 2 denotes a cyclone, 3 denotes a suction fan, and 4 denotes a solid biomass fuel. The gas generated in the gas generating furnace main body 1 is sucked by the suction fan 3, passes through the gas discharge pipe (1) 21, the cyclone 2, and the gas discharge pipe (2) 22, and further, for example, an oil filter and cooler (not shown) And is supplied to the engine side. In the cyclone 2, solid impurities are removed by the centrifugal action.
[0009]
The gas generating furnace main body 1 is composed of a fuel supply hopper 11, a fuel supply gate 12, a furnace combustion section 13, a grate 14, a metal ball (metal ball) 15, a burner port 16, and an air intake pipe 17. A bar-shaped member of a burner (not shown) is inserted into the burner port 16.
[0010]
In the above description, the metal balls 15 are disposed in a layered and substantially uniform manner. For example, a refractory ball such as a stainless steel or cast iron ball or a ceramic ball is used.
[0011]
The fuel supply gate 12 preferably has a structure capable of supplying the solid biomass fuel 4 from the fuel supply hopper 11 in the radial direction of the furnace combustion unit 13 as uniformly as possible. For example, FIG. The rotating gate structure shown in FIG.
[0012]
In FIG. 8B, reference numeral 12a denotes a rotary gate, and reference numeral 11a denotes a hopper bottom disposed above the rotary gate. The rotary gate 12a cuts, for example, a part of the rotary disk at an angle of, for example, about 30 ° from the center of the disk, and uses the cutout portion 12b as a supply port for the solid biomass fuel 4. On the other hand, the hopper bottom surface 11a is provided with a shielding portion 11b that covers the cutout portion.
[0013]
In the above configuration, by rotating the rotary gate 12a, the cutouts 12b move sequentially in the circumferential direction, whereby the solid biomass fuel 4 can be supplied substantially uniformly. The position where the shielding portion 11b on the bottom surface of the hopper and the notch portion 12b of the rotary gate overlap is the mode in which the fuel supply gate 12 is closed.
[0014]
Next, the operation in the gas generating furnace main body 1 will be described below.
[0015]
At the time of starting before the introduction of the solid biomass fuel 4, the metal balls 15 are preheated to 500 to 800 ° C. by the burner. At this time, the combustion exhaust gas of the burner is discharged from below the grate 14 through the gap between the metal balls, so that the plurality of metal balls are heated substantially uniformly. When the preheating of the metal balls 15 is completed, the burner is taken out from the burner port 16, and after closing the burner port 16, the solid biomass fuel 4 is charged. After the completion of the fuel supply, the fuel supply gate 12 is closed.
[0016]
The fuel in the furnace combustion section 13 starts burning from the upper layer of the preheated metal ball 15. Since the air intake is provided at the center of the furnace combustion section 13, the combustion layer (oxidized layer) gradually moves upward. As a result, the layer immediately above the metal balls 15 becomes a reduction layer, and the layer in the center near the air intake becomes a combustion layer (oxidation layer). The upper layer of the combustion layer (oxidation layer) becomes a preheating layer (dry distillation layer). Note that the tar component contained in the gas is burned while passing through the reducing layer, and is reduced to a combustible gas containing carbon monoxide (CO).
[0017]
When the solid biomass fuel in the furnace combustion unit 13 is consumed and the fuel level decreases, a level sensor (not shown) detects that the fuel level has reached a predetermined level, and the fuel supply gate 12 is turned on based on the detection signal. Open and supply fuel again.
[0018]
According to the configuration of the gasifier described in JP-A-2002-285172, starting and stopping can be easily performed without including a tar component in the generated gas, a gas having a stable composition can be obtained, and a stable composition can be obtained. A method and an apparatus for gasifying solid biomass fuel having a short rise time up to this point can be provided (for details, see JP-A-2002-285172).
[0019]
FIG. 7 shows an apparatus obtained by partially improving the air introduction means having an air ejection nozzle part of the gasifier shown in FIG. 8. In FIG. 7, the same components of the apparatus shown in FIG. The detailed description is omitted. In FIG. 7, the burner ports and metal balls in FIG. 8 are partially omitted.
[0020]
The air introducing means 51 in FIG. 7 introduces a pipe from the lower part of the gas generating furnace main body 1 and rises at the center of the main body to constitute an air jet nozzle section 53. The air jet nozzle section 53 is a hollow cylindrical pipe. Is provided with a plurality of holes for air circulation in the cylindrical portion at the axial end.
[0021]
In the downdraft gasifier described in FIG. 7 as well, the structure of the conventional air jet nozzle is a one-point jet structure, and is not a structure that uniformly blows air over a relatively wide range. However, there is a problem that the generation of stable gas is hindered. Further, depending on the type of fuel and the amount of introduced air, the temperature distribution in the combustion section in the gas generating furnace is not stable, and there is a problem that the air ejection nozzle section is exposed to a higher temperature.
[0022]
The inventor of the present invention discloses a gasification apparatus for solid biomass fuel which solves these problems, does not expose the air ejection nozzle portion to an abnormally high temperature, and enables stable combustion and gas generation. And the like have further filed an application as Japanese Patent Application No. 2002-206578.
[0023]
[Non-patent document 1]
"Charcoal Car", published by Power Corporation, 1996, p. 17-18
[0024]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, also in the above-mentioned apparatus, there were the following problems related to fuel input, ash removal, ash discharge, and the like.
[0025]
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a time course of a power generation output when the gas generated by the gasifier illustrated in FIG. 7 is supplied to a gas engine and power is generated. In the operation mode shown in FIG. 6, the fuel supply gate 12 was opened approximately every 20 minutes, and the solid biomass fuel 4 was charged. After fuel supply, the fuel supply gate 12 was opened for about 3 minutes by observing the inside of the furnace and poking from the upper part for removing ash, etc., and a decrease in power generation output was observed. It is considered that the reason why the power generation output is reduced is that air enters from the fuel supply gate 12 and gas is ejected from the reactor body 1. If the supply of fuel is delayed, as shown after about 60 minutes in FIG. 6, a fuel shortage occurs and the power generation output similarly decreases.
[0026]
Further, when the charging gate 12 is closed quickly (within about one minute) without ash removal, the power generation output is not significantly reduced, but when ash removal and ash discharge are inappropriate, CO on the upper part (reducing layer) of the grate 14 ₂ Since the ratio of carbon for reducing gas to CO is reduced, the power generation output is similarly reduced.
[0027]
An object of the present invention is to provide a gasification apparatus for solid biomass fuel that automates appropriate control of fuel input, ash dropping, ash discharge, and the like, and can maintain a stable power generation output.
[0028]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a gas generating furnace main body having a solid biomass fuel combustion part, a solid biomass fuel introduction means provided on an upper part of the main body, and an air introduction for introducing air into the combustion part. Means, a grate provided at the lower part of the main body, and a gasification device for solid biomass fuel of a downward ventilation type provided with a means for discharging generated gas provided below the grate,
The fuel introduction means includes a fuel quantitative supply device having an upper shutter and a lower shutter, and a fuel level meter, a drive unit for each of the shutters, and a fuel introduction control device. The lower shutter is closed and the upper shutter is opened, fuel is loaded into the lower shutter upper space of the fixed quantity supply device, and after the loading of fuel is stopped based on the detection value of the fuel level meter, the loaded fuel is discharged into the gas. A control function for closing the upper shutter and opening the lower shutter based on a predetermined fuel injection signal to be injected into the generator main body is provided (the invention of claim 1).
[0029]
According to the above invention, when the fuel is injected into the gas generating furnace main body, the upper shutter is closed, so that gas is not ejected from the gas generating furnace main body and air does not enter from the upper shutter. , And a stable power output can be obtained.
[0030]
Further, in the gasifier according to claim 1, the predetermined fuel input signal is a signal of a timer output based on a predetermined time interval, or a signal of a carbon monoxide concentration meter provided in a product gas discharge line. The signal is output when the measured value decreases to a predetermined value (the invention of claim 2).
[0031]
Since the amount of fuel consumption is substantially determined by the amount of generated gas used (that is, the amount of electric power used), the timing of charging the fuel into the gas generating furnace body is usually determined by the time for consuming the fuel of the capacity of the quantitative supply device. Can be However, when the components of the generated gas fluctuate depending on the combustion conditions of the gas generating furnace, the amount of generated gas used to obtain constant power also fluctuates. . Insufficient fuel reduces the amount of combustion in the gas generating furnace, and immediately decreases the concentration of carbon monoxide in the product gas. In this case, monitoring was performed with a CO concentration meter, and the measured value dropped below a certain value. At times, it is preferable to control the lower shutter to issue an open command to prompt fuel injection.
[0032]
Further, with respect to the control of ash removal, the invention of the following claim 3 and the claim as an embodiment thereof from the viewpoint of efficient combustion and prevention of the intrusion of air which deteriorates the combustion efficiency. Four to six inventions are preferred.
[0033]
That is, a gas generating furnace main body having a solid biomass fuel combustion section, solid biomass fuel introduction means provided at an upper portion of the main body, air introduction means for introducing air into the combustion section, and a fire provided at a lower portion of the main body. In a downward ventilation type solid biomass fuel gasifier provided with a grate and a means for discharging generated gas provided below the grate, the grate is a circular grate capable of turning. And, based on a predetermined ash removal control signal, the ash generated due to the combustion of the solid biomass fuel is provided with ash removal means for dropping below the grate, and the ash removal means is a circle of the circular grate. It is provided with a grate turning force point provided in the peripheral portion, a rotating rod for applying a rotating force in the grate circumferential direction to the power point from below the grate, and driving means for the rotating rod. Invention).
[0034]
Further, in the gasifier according to claim 3, the rotating rod is formed in a two-shaft, S-shaped crank shape having an eccentric rotating shaft, and one shaft end is connected to the grate turning point, and It is assumed that the shaft end penetrates an ash receiving plate provided below the means for discharging the generated gas, and that the grate can be turned by the eccentricity when the other shaft end is driven to rotate. (The invention of claim 4).
[0035]
Further, in the gasifier according to claim 4, the other shaft end of the rotating rod is connected to a driving means of the rotating rod via a water sealing means provided under the ash receiving plate for preventing air from entering. (The invention of claim 5).
[0036]
6. The gasifier according to claim 5, wherein the water-sealing means includes an air-tight container for receiving a water-sealed water provided below the ash receiving plate, and the rotating rod provided on a bottom surface of the container. A through-sealing means, water sealing water stored below the airtight container, and an outer cylinder provided concentrically with a gap between the shaft of the rotating rod and the outer cylinder protruding from the water sealing water, The space between the rotating rod and the outer cylinder is filled with water and sealed.
[0037]
The challenge for performing automatic ash removal is that the temperature be as high as about 600 ° C. and there must be no inhalation of oxygen. The third to sixth aspects of the present invention have a configuration in accordance with the solution of the above-described problem, and will be described later in detail.
[0038]
Further, the ash removal can be carried out, for example, at regular intervals of about one hour, but the amount of inorganic substances contained in the fuel varies. It is desirable to start or stop ash removal at. This will be described later in detail.
[0039]
That is, in the gasifier according to any one of claims 3 to 6, wherein the predetermined ash removal control signal is an output signal of an air flow meter provided in the air introducing means, and the predetermined flow rate lower limit value And a control signal for stopping the ash removal at the same upper limit value (the invention of claim 7). Further, in the gasifier according to any one of claims 3 to 6, the predetermined ash removal control signal is an output signal of a fall ash thermometer provided below the grate, and a predetermined temperature A control signal for starting the ash removal at the lower limit and for stopping the ash removal at the same upper limit (the invention of claim 8).
[0040]
Further, as for the control of the discharge of the ashes, it is necessary to configure so as not to take in the surrounding air unnecessarily as in the case of the ashes, and in view of this, the following claims 9 to 11 are preferable. This will be described later in detail.
[0041]
That is, a gas generating furnace main body having a solid biomass fuel combustion section, solid biomass fuel introduction means provided at an upper portion of the main body, air introduction means for introducing air into the combustion section, and a fire provided at a lower portion of the main body. In a downward ventilation type solid biomass fuel gasifier provided with a grate and a means for discharging generated gas provided below the grate, ash generated with the combustion of the solid biomass fuel is reduced under the grate. Ash storage container that is configured to prevent the intrusion of ambient air into the ash storage container, and that based on a predetermined ash discharge signal, prevents ash from entering the ash storage container outside the ash storage container. An ash discharging means having a function of discharging as much as possible is provided (the invention of claim 9).
[0042]
10. The gasifier according to claim 9, wherein the ash discharging means is connected to a horizontal screw conveyor having an ash outlet at one end connected to the ash storage container, and to the other end of the horizontal screw conveyor. Ash sump box, and an inclined screw conveyor for discharging ash from the ash sump box to the outside, and the ash filled in the horizontal and inclined screw conveyors substantially surrounds the inside of the ash sump container. It is configured such that intrusion of air can be prevented (the invention of claim 10).
[0043]
Furthermore, in the gasifier according to claim 9 or 10, the predetermined ash discharge signal is an output signal of a deposited ash level meter provided in the ash reservoir and the ash box (claim) 11 inventions).
[0044]
Further, in order to provide a gasifier for solid biomass fuel capable of automating fuel input, ash removal, ash discharge and the like and maintaining the most stable power generation output, the following claim 12 is preferable. That is, the gasifier according to the first aspect is combined with the gasifier according to the third aspect and / or the gasifier according to the ninth aspect.
[0045]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0046]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of a solid biomass fuel gasifier according to the present invention. 1, the same components as those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be omitted. The fuel introduction means in FIG. 1 includes a fuel fixed amount supply device 102 having an upper shutter 103 and a lower shutter 104 and a fuel level meter 113, and a drive means for each of the shutters (an upper shutter drive motor cylinder 111 and a lower shutter drive motor). Cylinder 112) and a fuel introduction control device 115. Reference numeral 101 denotes a fuel transport conveyor, and 110 denotes a drive motor of the transport conveyor. Reference numeral 114 denotes a carbon monoxide (CO) concentration meter described later.
[0047]
Next, the operation of the gasifier of FIG. 1 will be described. Each operation is instructed by the fuel introduction control device 115. Usually, the gas generating furnace main body is operated with the upper shutter 103 and the lower shutter 104 closed.
[0048]
When the fuel is introduced, the upper shutter 103 is opened by the upper shutter drive motor cylinder 111, and then the fuel is supplied to the metering device 102 by the transport conveyor 101. When the fuel is filled in the fixed quantity supply device 102 and the level meter 113 mounted on the upper part is turned on, the fuel introduction control device 115 stops the drive motor 110 of the transport conveyor, and supplies the fuel to the fixed quantity supply device 102. Stop the deployment. Thereafter, the upper shutter 103 is closed by the upper shutter drive motor cylinder 111.
[0049]
Next, when an injection signal of fuel to the gas generating furnace main body 1 described later is output, the lower shutter 104 is opened by the lower shutter driving motor cylinder 112, and the fuel is injected into the gas generating furnace main body 1. At this time, since the upper shutter 103 is closed, no gas is injected from the gas generating furnace main body 1 and no air enters from above.
[0050]
When the charging of the fuel into the reactor main body 1 is completed, the lower shutter 104 is closed by the lower shutter drive motor cylinder 112.
[0051]
Next, charging control of the fuel into the gas generating furnace main body 1 will be described. As described above, the amount of fuel consumption is substantially determined by the amount of generated gas used (that is, the amount of electric power used). It is determined by the time you do. However, when the composition of the generated gas fluctuates due to the combustion conditions of the gas generating furnace, the amount of generated gas used to obtain constant power also fluctuates. Occurs. When the fuel runs short, the combustion amount of the gas generating furnace 1 decreases, and the concentration of carbon monoxide (CO) in the generated gas immediately decreases. Therefore, the fuel is monitored by a CO concentration meter 114 installed after the suction fan 3. When the measured value falls below a certain value, the fuel introduction control device 115 issues an open command to the lower shutter drive motor cylinder 112 to urge fuel injection.
[0052]
Next, the ash removing means and the control thereof according to the third to eighth aspects of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an embodiment of a gasifier relating to ash removing means, and FIG. 4 is an enlarged plan view of a grate portion, and is a plan view taken along the line AA in FIG. Show. FIG. 5 is an enlarged sectional view of a main part of FIG.
[0053]
2, 4 and 5, the same functional members as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Before describing FIG. 2, the relationship between the combustion and the ash removing operation will be described with reference to FIG. In FIG. 7, in the gas generating furnace main body 1, the fuel 4 is burned by the oxygen in the air jetted from the air jet nozzle portion 53 to form a furnace combustion part 13 (oxide layer). The fuel 4 carbonized in the oxidized layer moves to the lower reduced layer in a red-hot state. On the other hand, carbon dioxide (CO ₂ ) Is sucked downward, reacts with the red-hot carbonized fuel in the reducing layer, becomes a combustible gas containing carbon monoxide, and is discharged from the gas discharge pipe (1) 21 (for details, see the aforementioned Japanese Patent Application No. 2001-89854). reference).
[0054]
By the way, the fuel 4 usually contains several percent to ten and several percent of inorganic matter, though it differs depending on the fuel type. Red-hot carbon is consumed in the reducing layer, but inorganics remain without being consumed. Increasing the proportion of this mineral in the reducing layer hinders the production of carbon monoxide. Some of the inorganic substances are captured in the cyclone 2 through the gas discharge pipe (1) 21, but since many of them remain in the reducing layer, they need to be forcibly removed. This operation is usually called ash removal. The challenges for performing the automatic ash removal are that the temperature of the ash is as high as about 600 ° C. and that there must be no inhalation of oxygen.
[0055]
The configuration shown in FIG. 2 solves the above-described problem, and the ash removing means includes the following as main members (for details, see FIGS. 4 and 5).
1) Grating turning point 120 provided on the circumference of circular grate 14
2) A rotating rod 121 for applying a rotational force in the circumferential direction of the grate from below the grate to the force point.
3) A driving device 122 for rotating the rod
4) Water sealing means 123 for preventing air from entering from the support portion of the rod
As shown in FIG. 4, the grate turning force point 120 is located on the outer peripheral portion of the grate 14 and is connected to an upper portion bent in a two-axis crank shape in which the rotation axis of the rotating rod 121 is eccentric. When the rotating rod 121 starts to rotate by the rod rotating drive device 122, the grate receives a rotating force in the circumferential direction, rotates according to the eccentricity of the rotating rod 121, and rotates by 360 °, as indicated by R in FIG. As described above, so that the grate can drop ash downward from the gap.
[0056]
Next, details of the water sealing means 123 for preventing air from entering from the support portion of the rotating rod will be described with reference to FIG. An ash storage container 139, which will be described later, is provided at a lower portion of the gas generating furnace main body 1, and a bottom portion thereof is configured as an ash receiving plate 127. The gas discharge pipe (1) 21 is connected to the upper part of the ash storage container 139, and is configured so that ash does not enter the gas discharge pipe (1).
[0057]
The rotating rod 121 is connected to a driving means 122 of the rotating rod via a water sealing means 123 provided below the ash receiving plate 127 for preventing air from entering. The water sealing means 123 includes an airtight container 130 for receiving water sealing water provided below the ash receiving plate 127, a through-sealing means 121a for a rotating rod provided at the bottom of the container, and an airtight container 130. And an outer cylinder 129 provided concentrically with the axis of the rotating rod 121 with a gap therebetween. The outer cylinder 129 is made to protrude from the water sealing water, and The gap between the outer cylinder 129 and the outer cylinder 129 is filled with water and sealed. Note that the outer cylinder of the rotating rod in the ash reservoir 139 is a mechanical guide for the rotating rod.
[0058]
The ash removing operation is performed by rotating the rotating rod 121 several times. Ashing can be carried out periodically for about one hour, for a certain period of time. However, since the amount of inorganic substances contained in the fuel 4 varies, the following method is used as in the invention of claim 7 or 8. It is desirable to start and stop at the timing.
[0059]
The inorganic ash contained in the fuel 4 remains as powder. For this reason, when the ratio of this inorganic substance increases in the reduction layer, the gas permeability of the gas generating furnace main body 1 deteriorates. Therefore, as shown in FIG. 2, by monitoring the amount of intake air with an air flow meter 125 attached to the air intake of the air introduction means 51, it is possible to monitor the increase in the ratio of inorganic substances. That is, a control signal for starting ash removal at a predetermined lower limit of flow rate and stopping ash removal at the same upper limit value is output to the ash removal control device 128, and an operation signal is sent from the ash removal control device 128 to the driving means 122 of the rotating rod. , Start or stop ash removal.
[0060]
In addition, when the ash loss is excessive, the temperature rises sharply because the red-hot carbon falls. Therefore, the temperature is monitored by a falling ash thermometer 126 attached to the falling part of the ash, and a control signal for starting the ash falling at a predetermined lower limit value and stopping the ash falling at the same upper limit value is output to the ash removing control device 128, An operation signal is sent from the ash removal control device 128 to the driving means 122 of the rotating rod, and the operation for starting or stopping the ash removal is performed.
[0061]
Next, FIG. 3 will be described. FIG. 3 is a schematic structural view of an embodiment of the gasifier according to claims 9 to 11. That is, FIG. 5 shows an embodiment of the automatic ash discharging means, and a series of operations thereof will be described below. In FIG. 3, the same components as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be omitted.
[0062]
The inorganic residue (ash) mainly in the fuel 4 is deposited in the ash reservoir 139 below the grate 14 by the automatic ash removing means. When performing continuous operation, it is necessary to discharge the deposited ash from the gas generating furnace main body 1. This operation is usually called ashing. As with ash removal, the challenges for performing automatic ash removal are that the temperature of the ash is high and that there must be no inhalation of oxygen.
[0063]
The ash discharging means shown in FIG. 3 solves the above-mentioned problem, and includes a horizontal screw type conveyor 131 in which the ash outlet at one end is connected to the ash storage container 139, and the other end of the horizontal screw type conveyor 131. The ash storage box 133 is connected to the ash storage box.
[0064]
The horizontal screw type conveyor 131 has a sealed structure with the outside, but has air permeability with the ash storage box 133 for the movement of ash. The ash deposited on the lower part of the grate 14 is transferred to an ash storage box 133 by a horizontal screw type conveyor driving device 132. The ash storage box 133 is always filled with ash. Therefore, the ash seal prevents air from entering the lower part of the grate 14.
[0065]
The ash sump box 133 is provided with a slanted screw type conveyor 134 for discharging ash from the ash sump box 133 to the outside. The slanted screw type conveyor 134 is provided from the ash sump box 133 through a discharge port 135 above the slanted screw type conveyor 134. Excess ash can be carried out by the conveyor driving device 136. The space from the bottom of the inclined screw type conveyor 134 to the discharge port 135 is always filled with ash. Therefore, air does not enter the ash storage box 133 from the discharge port 135.
[0066]
Ashing can be carried out periodically for about one hour for a certain period of time. However, since the amount of ash deposited varies depending on the degree of ash removal, the ash is deposited in the ash reservoir 139 below the grate 14. The level meter 137 is installed, and when the level exceeds a specified level, an instruction is issued from the ash control device 140, and the horizontal screw type conveyor driving device 132 is driven to transfer the ash to the ash storage box 133.
[0067]
Similarly, in the ash storage box 133, a sedimentary ash level meter 138 is installed, and when the level exceeds a specified level, an instruction is issued from the ash control device 140 to drive the inclined screw type conveyor driving device 136. From the ash discharge port 135.
[0068]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a gas generating furnace main body having a combustion section for solid biomass fuel, a means for introducing solid biomass fuel provided on an upper portion of the main body, and an air introduction means for introducing air to the combustion section A grate provided in the lower part of the main body, and a gasification device for solid biomass fuel of a downward ventilation type provided with a means for discharging generated gas provided below the grate,
The fuel introduction means shall include a fuel quantitative supply device having an upper shutter and a lower shutter and a fuel level meter, a drive means for each of the shutters, and a fuel introduction control device. A circular grate that can be swirled, and ash generated by the combustion of the solid biomass fuel, based on a predetermined ash removal control signal, and provided with ash removal means for falling below the grate. An ash storage container configured to store ash generated due to fuel combustion below the grate and to prevent intrusion of ambient air; and an ash storage container based on a predetermined ash discharge signal. Outside, ash discharging means having a function of discharging the surrounding air in a manner that can substantially prevent intrusion of ambient air into the ash storage container is provided, and furthermore, since the above-described control is performed,
It is possible to provide an apparatus for gasifying solid biomass fuel that can automate appropriate control of fuel input, ash dropping, ash discharge, and the like, and that can maintain stable power generation output.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a gasifier according to an embodiment of a fuel introduction unit of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a gasifier according to an embodiment of the ash removing means of the present invention.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a gasifier according to an embodiment of the ash discharging means of the present invention.
FIG. 4 is an enlarged plan view taken along the line AA in FIG. 3;
FIG. 5 is an enlarged sectional view of a main part of the ash removing means of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an example of a time course of a power generation output of a conventional gasifier.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an improved conventional gasifier.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a conventional gasifier.
[Explanation of symbols]
1: gas generating furnace main body, 2: cyclone, 3: suction fan, 4: solid biomass fuel, 13: furnace combustion section, 14: grate, 15: metal ball, 21: gas discharge pipe (1), 22: gas Discharge pipe (2), 51: air introduction means, 53: air ejection nozzle, 102: fixed amount supply device, 103: upper shutter, 104: lower shutter, 113: fuel level meter, 114: carbon monoxide concentration meter, 115 : Fuel introduction control device, 120: grate swivel force point, 121: rotating rod, 121a: rotating rod penetrating sealing means, 122: rotating rod driving means, 123: water sealing means, 124: water sealing water, 125: air Flow meter, 126: falling ash thermometer, 128: ash removal control device, 129: outer cylinder, 130: airtight container, 131: horizontal screw type conveyor, 133: ash reservoir Scan, 134: inclined screw conveyor, 137, 138: deposited ash level meter, 139: ash reservoir, 140: ash removal control device.

Claims

A gas generating furnace main body having a solid biomass fuel combustion part, a solid biomass fuel introduction means provided at an upper part of the main body, an air introduction means for introducing air to the combustion part, and a grate provided at the lower part of the main body In a gasification apparatus for a downflow ventilation type solid biomass fuel provided with a means for discharging generated gas provided below the grate,
The fuel introduction unit includes a fuel quantitative supply device having an upper shutter and a lower shutter and a fuel level meter, a driving unit for each of the shutters, and a fuel introduction control device.
The fuel introduction control device closes the lower shutter and opens the upper shutter, loads fuel into the lower shutter upper space of the quantitative supply device, and stops loading fuel based on the detection value of the fuel level meter. A solid biomass fuel gas having a control function of closing the upper shutter and opening the lower shutter based on a predetermined fuel input signal for inputting the loaded fuel into the gas generating furnace main body. Device.

The gasifier according to claim 1, wherein the predetermined fuel input signal is a timer signal output based on a predetermined time interval, or a measured value of a carbon monoxide concentration meter provided in a product gas discharge line. An apparatus for gasifying a solid biomass fuel, wherein the signal is output when the value decreases to a predetermined value.

A gas generating furnace main body having a solid biomass fuel combustion part, a solid biomass fuel introduction means provided at an upper part of the main body, an air introduction means for introducing air to the combustion part, and a grate provided at the lower part of the main body In a gasification apparatus for a downflow ventilation type solid biomass fuel provided with a means for discharging generated gas provided below the grate,
The grate is a circular grate that can be swirled, and ash removing means for dropping ash generated along with combustion of solid biomass fuel below the grate based on a predetermined ash removal control signal. With
The ash removing means includes: a grate turning point provided on the circumference of the circular grate; a rotating rod for applying a rotating force in a grate circumferential direction to the power point from below the grate; and a rotating rod. And a driving unit for the gasification of solid biomass fuel.

4. The gasifier according to claim 3, wherein the rotating rod is formed in a two-shaft, S-shaped crank shape having an eccentric rotating shaft, one shaft end of which is connected to the grate turning point, and the other shaft end. The ash receiving plate provided below the generated gas discharging means is penetrated, and when the other shaft end is driven to rotate, the eccentricity allows the grate to turn. Gasifier for solid biomass fuel.

5. The gasifier according to claim 4, wherein the other shaft end of the rotating rod is connected to a driving means of the rotating rod via a water sealing means provided under the ash receiving plate for preventing air from entering. A gasifier for a solid biomass fuel, characterized in that:

6. The gasifier according to claim 5, wherein the water-sealing means includes an airtight container provided under the ash receiving plate for receiving a water-sealed water, and a through-seal of the rotary rod provided on a bottom surface of the container. Means, water sealing water stored below the airtight container, and an outer cylinder provided concentrically with a gap between the axis of the rotating rod and the outer cylinder protruding from the water sealing water, and rotating A gasifier for solid biomass fuel, characterized in that a gap between a rod and an outer cylinder is filled with water and sealed.

The gasifier according to any one of claims 3 to 6, wherein the predetermined ash removal control signal is an output signal of an air flow meter provided in the air introducing means, and the ash removal control signal is provided at a predetermined flow rate lower limit value. An apparatus for gasifying solid biomass fuel, wherein a control signal for starting and stopping the ash removal at the same upper limit value is provided.

The gasifier according to any one of claims 3 to 6, wherein the predetermined ash removal control signal is an output signal of a fall ash thermometer provided below the grate and has a predetermined lower temperature limit. An apparatus for gasifying solid biomass fuel, wherein a control signal for starting ash removal and stopping ash removal at the same upper limit value is provided.

A gas generating furnace main body having a solid biomass fuel combustion part, a solid biomass fuel introduction means provided at an upper part of the main body, an air introduction means for introducing air to the combustion part, and a grate provided at the lower part of the main body In a gasification apparatus for a downflow ventilation type solid biomass fuel provided with a means for discharging generated gas provided below the grate,
An ash storage container configured to store ash generated during the combustion of solid biomass fuel under the grate and to prevent intrusion of ambient air, and to store ash outside the ash storage container based on a predetermined ash discharge signal. A gasification device for solid biomass fuel, further comprising ash discharging means having a function of discharging the ambient air into the ash storage container so as to prevent the intrusion of the surrounding air.

10. The gasifier according to claim 9, wherein the ash discharging means includes a horizontal screw conveyor connected to the ash reservoir and an ash outlet at one end, and an ash pool connected to the other end of the horizontal screw conveyor. A box and an inclined screw conveyor for discharging ash from the ash box to the outside, and the ash filled in the horizontal and inclined screw conveyors substantially infiltrates ambient air into the ash container. An apparatus for gasifying a solid biomass fuel, wherein the gasification apparatus is configured to be able to prevent the occurrence of a gas.

11. The solid biomass according to claim 9, wherein the predetermined ash discharge signal is an output signal of a sedimentary ash level meter provided in the ash storage container and the ash storage box. Fuel gasifier.

A gasifier for solid biomass fuel, wherein the gasifier according to claim 1 and the gasifier according to claim 3 and / or the gasifier according to claim 9 are combined. .