JP2016169708A - ガスエンジンシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ガスエンジンに与える影響を少なくしつつ、かつ、ガス化したバイオマスを含む燃料を効率よく燃焼させる。【解決手段】バイオマスガス化システムと、バイオマスガス化システムから供給されたガス燃料を燃焼させるガスエンジンと、各部の動作を制御する制御装置と、を有し、バイオマスガス化システムは、ガス化炉と、バイオマスを乾燥した後、ガス化炉にバイオマスを供給するバイオマス供給ユニットと、ガス化炉で生成されたガス燃料を冷却する第１冷却器と、第１冷却器を通過したガス燃料に含まれる異物を捕集し、異物を捕集したガス燃料を排出するフィルタ装置と、フィルタ装置を通過したガス燃料を４００℃以下に冷却する第２冷却器と、第２冷却器を通過したガス燃料に媒体油を接触させて、ガス燃料中のタール分を捕集するスクラバ装置と、スクラバ装置を通過したガス燃料を７０℃以上に保持してガスエンジンに供給するガス燃料ラインと、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、バイオマスを燃焼・ガス化させて生成したガス燃料を燃焼させるガスエンジンシステムに関するものである。

バイオマスを燃料としてガス化させることで一酸化炭素や水素などを発生させ、これをガス燃料として生成するガス化炉が各種提案されている。また、石炭や油などの化石燃料を燃料として燃焼させることで熱を発生させ、この発生した熱を回収するボイラが各種提案されている。そして、ガス化炉で生成したガス燃料をボイラに供給し、このガス燃料と化石燃料とを燃料として併用して燃焼させ、熱を回収するようにした設備が、例えば、下記特許文献１に記載されている。また、特許文献２には、バイオマスをガス化したガス燃料からタール分を除去する機構として、洗浄オイルを接触させ、洗浄オイルにタール分を吸収させる機構が記載されている。

米国特許第４６７６１７７号明細書 特表２００５−５０１１６９号公報

ここで、バイオマスをガス化したガス燃料を燃焼させる装置としてガスエンジンを用いることが検討されている。ガスエンジンでガス燃料を燃焼させる場合、供給されるガス燃料の条件によっては、窒素酸化物が多く発生する場合や、ガスエンジンの内部への付着物が多くなり、ガスエンジンに与える影響が大きくなる場合がある。

本発明は上述した課題を解決するものであり、ガスエンジンに与える影響を少なくしつつ、かつ、ガス化したバイオマスを含む燃料を効率よく燃焼させることができるガスエンジンシステムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明は、バイオマスからガス燃料を生成するバイオマスガス化システムと、前記バイオマスガス化システムから供給されたガス燃料を燃焼させるガスエンジンと、各部の動作を制御する制御装置と、を有し、前記バイオマスガス化システムは、バイオマスを燃料として燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成するガス化炉と、バイオマスを乾燥した後、前記ガス化炉にバイオマスを供給するバイオマス供給ユニットと、前記ガス化炉で生成されたガス燃料を冷却する第１冷却器と、前記第１冷却器を通過したガス燃料に含まれる異物を捕集し、異物を捕集したガス燃料を排出するフィルタ装置と、前記フィルタ装置を通過したガス燃料を４００℃以下に冷却する第２冷却器と、前記第２冷却器を通過したガス燃料に媒体油を接触させて、前記ガス燃料中のタール分を捕集するスクラバ装置と、前記スクラバ装置を通過したガス燃料を７０℃以上に保持して前記ガスエンジンに供給するガス燃料ラインと、を有することを特徴とする。

また、前記第２冷却器と前記スクラバ装置との間の温度を検出する温度検出器と、を有し、前記制御装置は、前記温度検出器の検出結果に基づいて、前記第２冷却器の冷却を制御し、前記冷却器から排出されるガス燃焼を４００℃以下とすることが好ましい。

また、前記第２冷却器は、前記ガス化炉で生成されたガス燃料と、前記スクラバ装置で循環する媒体油との間で熱交換を行い、前記ガス燃料を冷却する熱交換器であることが好ましい。

また、前記ガスエンジンのパイロット燃料となるガスエンジン燃料を前記スクラバ装置に供給するガスエンジン燃料供給装置を有し、前記スクラバ装置は、前記ガスエンジン燃料を前記媒体油に含むことが好ましい。

また、前記スクラバ装置の媒体油を前記ガスエンジンに供給するガスエンジン燃料供給ラインを有することが好ましい。

また、前記ガスエンジンのパイロット燃料となるガスエンジン燃料を前記ガスエンジンに供給するガスエンジン燃料供給装置を有することが好ましい。

また、前記ガス火炉と前記第１冷却器との間を流れるガス燃料と、前記ガスエンジン燃料供給装置が供給する前記ガスエンジン燃料との熱交換を行い、前記ガスエンジン燃料を昇温させる燃料熱交換器と、を有することが好ましい。

また、前記ガスエンジン燃料供給装置は、ガスエンジン燃料の一部を前記フィルタ装置と前記スクラバ装置との間の前記ガス燃料が流れるガス燃料ラインに供給することが好ましい。

また、前記ガス化炉は、起動用バーナを有し、前記起動用バーナの燃料であるバーナ燃料を前記スクラバ装置に供給するバーナ燃料供給装置を有し、前記スクラバ装置は、前記バーナ燃料を前記媒体油に含むことが好ましい。

また、前記スクラバ装置の媒体油を前記起動用バーナに供給するバーナ燃料供給ラインを有することが好ましい。

また、前記ガス化炉は、起動用バーナを有し、前記起動用バーナの燃料であるバーナ燃料を前記起動用バーナに供給するバーナ燃料供給装置を有することが好ましい。

また、前記ガス火炉と前記第１冷却器との間を流れるガス燃料と、前記バーナ燃料供給装置が供給する前記バーナ燃料との熱交換を行い、前記バーナ燃料を昇温させる燃料熱交換器と、を有することが好ましい。

また、前記バーナ燃料供給装置は、バーナ燃料の一部を前記フィルタ装置と前記スクラバ装置との間の前記ガス燃料が流れるガス燃料ラインに供給することが好ましい。

本発明によれば、ガスエンジンに与える影響を少なくしつつ、かつ、ガス化したバイオマスを含む燃料を効率よく燃焼させることができる。

図１は、本実施形態のガスエンジンシステムを表す概略構成図である。 図２は、ガスエンジンシステムの動作の一例を示すフローチャートである。 図３は、他の実施形態のガスエンジンシステムを表す概略構成図である。 図４は、他の実施形態のガスエンジンシステムを表す概略構成図である。

以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。

図１は、本実施形態に係るガスエンジンシステムを表す概略構成図である。図２は、図１に示すガスエンジンシステムのガスエンジンを表す概略構成図である。

図１に示すガスエンジンシステム１は、バイオマスを用いて生成したガス燃料を燃料としてガスエンジンで燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収することが可能なガスエンジンシステムである。

この実施例１のガスエンジンシステム１は、図１に示すように、バイオマスを燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成するバイオマスガス化システム２と、バイオマスガス化システム２で生成されたガス燃料を燃焼するガスエンジン３２と、各部の動作を制御する制御装置１５０と、を有する。

バイオマスガス化システム２は、バイオマスを乾燥して供給するバイオマス供給装置３と、供給されたバイオマスをガス化しガス燃料を生成するガス化炉４と、ガス化炉４で生成されたガス燃料を冷却する空気予熱器５と、空気予熱器５を通過しガス燃料の異物を捕集するフィルタ装置６と、スクラバ装置７と、熱交換器８と、を有する。

ここで、バイオマスとは、再生可能な生物由来の有機性資源であって、化石資源を除いたものと定義する。例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ及びこれらを減量としたリサイクル燃料（ペレットやチップ)などペレットなどであり、ここに提示したものに限定されることはない。

バイオマス供給装置３は、バイオマス貯留部（バイオマスヤード）７０と、運搬機７２と、受入部７４と、搬送コンベヤ７６、７８と、磁選機８０と、鉄分貯留ヤード８２と、ホッパ８４と、乾燥装置８６と、計量コンベア８８と、ホッパ９０と、供給配管９２と、を有する。バイオマス貯留部（バイオマスヤード）７０は、加工前のバイオマスが貯留されている。バイオマス貯留部７０には、外部からバイオマスが搬送される。運搬機７２は、油圧ショベル、ホイールローダ等であり、バイオマス貯留部７０に貯留されているバイオマスを搬送する。受入部７４は、運搬機７２で搬送されたバイオマスが投入される。搬送コンベヤ７６は、受入部７４に投入されたバイオマスを搬送コンベア７８に搬送する。搬送コンベア７８は、搬送コンベア７６から搬送されたバイオマスをホッパ８４に搬送する。磁選機８０は、電磁石等でバイオマスに含まれる金属製の異物を吸着し、バイオマスから除去する。異物としては、釘や蝶番が例示される。磁選機８０は、バイオマスから除去した金属製の異物を鉄分貯留ヤード８２に排出する。ホッパ８４は、所定量のバイオマスを貯留可能な装置である。ホッパ８４は、搬送コンベア７８から供給されたバイオマスを貯留し、貯留したバイオマスを乾燥装置８６に供給する。乾燥装置８６は、バイオマスから水分を除去する。乾燥装置８６としては、バイオマスに熱風を供給する乾燥装置や、加熱源を内部に配置しつつ、バイオマスを流動化させて移動させる流動層乾燥装置を用いることができる。計量コンベア８８は、乾燥装置８６から排出された乾燥されたバイオマスを、計量した後、ホッパ９０に搬送する。ホッパ９０は、所定量のバイオマスを貯留可能であり、スクリューフィーダ等で、貯留したバイオマスを所定量ずつ供給する。供給配管９２は、ホッパ９０とガス化炉４とを接続しており、ホッパ９０から排出されたバイオマスをガス化炉４に供給する。

バイオマス供給装置３は、以上のような構成であり、バイオマスから異物を除去し、乾燥させた後、ガス化炉４に供給する。バイオマス供給装置３の構造は、これに限定されない。例えば、バイオマス供給装置３は、さらにバイオマスを粉砕するミル等の粉砕装置を備えていてもよい。

ガス化炉４は、循環流動層形式のガス化炉であって、ガス化炉本体１１と、サイクロン１７と、排出配管１８と、循環配管１９と、シールポッド２０と、空気供給配管２１と、空気供給分岐配管２２と、灰排出配管２３と、ガス燃料ライン２４と、灰処理装置２７と、流動材搬送装置２８と、起動用バーナ２９と、を有する。ガス化炉４は、循環流動層形式のガス化炉であるが、循環流動層形式に限らず気泡型循環流動層形式であってもよい。

ガス化炉本体１１は、中空形状をなして鉛直方向に沿って設置され、上下及び周囲の各壁部が全面耐火材料により構成され、外部への放熱が防止可能な構造であり、例えば、５００〜１０００℃で運転可能となっている。このガス化炉本体１１は、流動材としての流動砂と燃料としてのバイオマスを供給可能となっており、内部でバイオマスを燃焼・ガス化することで流動砂を高温化すると共に、二酸化炭素を主成分とする可燃性ガスが発生し、この可燃性ガスをガス化剤としてガス化反応が起こる。ここで、流動砂としては、例えば、珪砂（主成分として、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３など）であり、また、ガス化炉本体１１内で発生したガスから硫黄を除去（脱硫）するために、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）を投入してもよい。

また、ガス化炉本体１１は、上側部が排出配管１８を介してサイクロン１７の上側部に連結されている。サイクロン１７は、可燃性ガスと流動砂を分離する。サイクロン１７は、下部が循環配管１９を介してガス化炉本体１１の下側部に連結されており、この循環配管１９にシールポッド２０が装着されている。

空気供給配管２１と、空気供給分岐配管２２とは、ガス化炉本体１１に接続され、燃焼・ガス化用の空気を供給する。空気供給配管２１は、端部がガス化炉本体１１の下部に連結される。空気供給分岐配管２２は、空気供給配管２１から分岐し、シールポッド２０に連結されている。空気供給配管２１は、空気予熱器５で例えば２００〜３５０℃に加熱された高温空気をガス化炉本体１１の下部から内部に供給することができる。空気供給分岐配管２２は、空気予熱器５で例えば２００〜３５０℃に加熱された高温空気をシールポッド２０に供給する。

灰排出配管２３は、ガス化炉本体１１の下部に接続され、堆積した灰を排出する。灰排出管２３は、灰と流動材と異物が混在した状態で排出される。ガス燃料ライン２４は、サイクロン１７の上部に接続されている。ガス燃料ライン２４は、サイクロン１７を通過した可燃性ガス、つまりガス燃料が排出される。ガス燃料ライン２４は、空気予熱器５に接続されている。

灰処理装置２７は、灰排出配管２３から排出された灰と流動材と異物の混合物を処理する。灰処理装置２７は、搬送ベルト２７ａと、分離装置２７ｂと、流動材搬出ライン２７ｃとを有する。搬送ベルト２７ａは、灰排出配管２３から排出された灰と流動材と異物の混合物を分離装置２７ｂに搬送する。分離装置２７ｂは、灰と流動材と異物の混合物を分離し、流動材を流動材搬出ライン２７ｃに供給し、その他の物質を灰循環装置１００に供給する。なお、灰処理装置２７は、分離装置２７ｂで分離を行わず、そのまま、流動材搬出ライン２７ｃと灰循環装置１００に混合物を供給してもよい。

流動材搬送装置２８は、流動材搬出ライン２７ｃから供給された流動材を含む物質をガス化炉本体１１及び循環配管１９に供給する。ガス化炉４は、このようにガス化炉本体１１及び循環配管１９を循環する経路内に、流動材を戻す。起動用バーナ２９は、ガス化炉本体１１に接続されている燃焼装置である。起動用バーナ２９は、燃料（例えばＬＮＧ、液化天然ガス）を供給する燃料供給装置２９ａと、空気を供給する空気供給装置２９ｂとを有する。燃料供給装置２９ａから燃料を供給しつつ、空気供給装置２９ｂから空気を供給することで、火炎を発生させて、ガス化炉本体１１を加熱する。起動用バーナ２９は、バイオマスガス化システム２の起動時にガス化炉本体１１を加熱する場合に使用される。

空気予熱器５は、ガス燃料ライン２４及びガス燃料ライン１１８と接続されており、ガス燃料ライン２４から供給されたガス燃料を、熱交換で冷却した後、ガス燃料ライン１１８に排出する。空気予熱器５は、送風ファン１１６と接続されている。空気予熱器５は、送風ファン１１６から供給された空気とガス燃料との間で熱交換を行い、空気を２００〜３００℃に加熱して昇温させ、ガス燃料を４００℃以上５００℃以下に減温させる。空気予熱器５は、空気供給配管２１及び空気供給分岐配管２２と接続しており、昇温した空気を空気供給配管２１及び空気供給分岐配管２２に供給する。

フィルタ装置６は、ガス燃料ライン１１８及びガス燃料ライン１２４と接続されており、ガス燃料ライン１１８から供給されたガス燃料から異物を除去した後、ガス燃料ライン１２４に排出する。フィルタ装置６は、セラミックフィルタ等の高温、具体的には４００℃以上の温度で使用可能なフィルタを有する。フィルタ装置６は、ガス燃料の温度低下を抑制しつつ、フィルタを用いて異物を除去することができればよく、ガス燃料が固定したフィルタを通過する構造としても、サイクロン式の構造としてよい。異物排出装置１２２は、フィルタ装置６でガス燃料から分離された異物を外部に搬送する。ガス燃料ライン１２４は、フィルタ装置６から供給されたガス燃料をスクラバ装置７に供給する。

スクラバ装置７は、ガス燃料ライン１２４及びガス燃料ライン１２６と接続されており、ガス燃料ライン１２４から供給されたガス燃料からタール分を除去した後、ガス燃料ライン１２６に排出する。スクラバ装置７は、ガス燃料に媒体油を接触させることで、ガス燃料を冷却しつつ、ガス燃料に含まれるタール分を捕集する。スクラバ装置７は、スクラバ本体１３０と、循環装置１３２と、を有する。スクラバ本体１３０は、媒体油を貯留する貯留部、反応を促進させる触媒部、媒体油を噴霧する噴霧部を有し、噴霧部から媒体油を触媒部に噴霧する。触媒部を通過した媒体油は、貯留部に貯留される。循環装置１３２は、貯留部に貯留された媒体油を噴霧部に供給する。スクラバ装置７は、ガス燃料を８０℃以上４００℃以下に冷却することが好ましい。

熱交換器８は、冷媒（熱媒）を循環させて、スクラバ装置７の循環装置１３２を流れる媒体油と、ガス燃料ライン１２４を流れるガス燃料との熱交換を行う。熱交換器８は、媒体油と冷媒との間で熱交換を行い、媒体油の温度を上昇させ、冷媒の温度を低下させる。
熱交換器８は、ガス燃料と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒の温度を上昇させ、ガス燃料の温度を低下させる。熱交換器８は、ガス燃料を４００℃以下に冷却する。ガス燃料ライン１２６は、スクラバ装置７から供給されたガス燃料をガスエンジン３２に供給する。ガス燃料ライン１２６は、スクラバ装置７から供給されたガス燃料の温度を７０℃以上に維持してガスエンジン３２に供給する。

また、バイオマスガス化システム２は、温度検出器１４０と、温度検出器１４２とを有する。温度検出器１４０は、ガス燃料ライン１２４の熱交換器８よりも下流側（スクラバ装置７側）に設置され、フィルタ装置６及び熱交換器８を通過したガス燃料の温度を検出する。温度検出器１４２は、ガス燃料ライン１２６に設置され、スクラバ装置７を通過したガス燃料の温度を検出する。

一方、ガスエンジン３２は、ガス燃料を燃焼させる内燃機関である。ガスエンジン３２は、パイロット燃料として、液体燃料を燃焼させることもできる。ガスエンジン３２は、ガス燃料を燃焼させて発生したエネルギを駆動軸の回転エネルギに変換する。ガスエンジン３２の駆動軸には、発電機３４が接続されている。発電機３４は、ガスエンジン３２の駆動軸とともに回転部が回転することで、発電する。ガスエンジン３２は、ガス燃料を燃焼して生成される排ガスを排ガスライン１４６から排出する。排ガスライン１４６には、乾燥装置１４２が配置されている。乾燥装置１４２は、内部に乾燥前のバイオマス、例えば生木が配置され、排ガスに含まれる熱によりバイオマスを乾燥させる。

制御装置１５０は、バイオマスガス化システム２の各部の動作を制御する。制御装置１５０による動作制御については後述する。

次に、本実施形態のガスエンジンシステム１の動作について説明する。ガスエンジンシステム１は、バイオマスガス化システム２でバイオマスからガス燃料を生成する。バイオマスガス化システム２は、バイオマス供給装置３の各部でバイオマスを搬送し、金属性の異物を除去し、乾燥した後、ガス化炉４に供給する。ガス化炉４は、供給されたバイオマスと流動材とともに流動させつつ加熱することでガス燃料を生成する。具体的には、ガス化炉本体１１は、流動材搬送装置２８から流動砂が供給されており、バイオマス供給装置３からバイオマスが供給される。また、ガス化炉本体１１は、空気供給配管２１により下部からガス化用の高温空気が供給される。すると、ガス化炉本体１１内にて、流動砂とバイオマスとが流動混合すると共に、バイオマスが燃焼・ガス化して可燃性ガスが発生する。この燃焼・ガス化により発生した可燃性ガスは、流動砂と共に排出配管１８を通してサイクロン１７に排出され、このサイクロン１７により可燃性ガスと流動砂とに分離される。そして、分離された可燃性ガスは、ガス燃料としてガス燃料ライン２４を通して空気予熱器５に供給される。サイクロン１７で分離された高温の流動砂は、シールポッド２０を介して循環配管１９によりガス化炉本体１１に戻される。また、灰排出配管２３から排出された混合物は、一部が流動材搬送装置２８でガス化炉本体１１及び循環配管１９に戻され、一部が灰循環装置１００でバイオマス供給装置３に供給される。ここで、ガス火炉４の内部の温度は、５００℃以上１０００℃以下である。ガス化炉４は、供給する空気の火を変化させることで、温度を制御することができる。ガス化炉４で生成されるガス燃料は、主成分が一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ_２）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、窒素（Ｎ）などから構成され、３００〜１１００ｋｃａｌ／Ｎｍ^３程度の低カロリーガスであり、６５０〜８５０℃の範囲となる。

バイオマスガス化システム２は、ガス化炉４から排出され、ガス燃料ライン２４を通過したガス燃料が空気予熱器５に供給される。空気予熱器５は、供給されたガス燃料と空気とを熱交換することで、ガス燃料の温度を４００℃以上５００℃以下とする。また、空気予熱器５は、大気温度の空気を例えば２００〜３５０℃に加熱する。

バイオマスガス化システム２は、空気予熱器５で４００℃以上５００℃以下としたガス燃料をガス燃料ライン１１８でフィルタ装置６に供給し、ガス燃料に含まれる異物を除去する。バイマスガス化システム２は、フィルタ装置６で異物を除去し、４００℃以上を維持した状態のガス燃料をガス燃料ライン１２４でスクラバ装置７に供給する。ガス燃料ライン１２４には、熱交換器８が設けられている。熱交換器８は、ガス燃料ライン１２４を通過するガス燃料と冷媒との間で熱交換を行い、ガス燃料を４００℃以下とする。また、熱交換器８は、冷媒と媒体油との間で熱交換を行い、冷媒を冷却しつつ、媒体油を加熱する。

スクラバ装置７は、供給されたガス燃料を流通させる空間に媒体油を噴霧して、ガス燃料と媒体油とを接触させ、ガス燃料に含まれるタール分を媒体油で捕集する。これにより、ガス燃料は、タール分が除去、低減される。また、スクラバ装置７は、ガス燃料と媒体油とを接触させることで、ガス燃料を冷却する。スクラバ装置７は、配管内で水分が恐縮しない温度、例えば７０℃以上とする。スクラバ装置７は、タール分を除去したガス燃料をガスエンジン３２に供給する。なお、バイオマスガス化システム２は、予め運転条件を設定することで、各位置での温度を上記範囲とすることができる。ガスエンジン３２は、供給されたガス燃料を燃焼して、駆動軸を回転させ、発電機３４で発電を行う。乾燥装置１４８は、排ガスの熱を利用して内部に配置された対象を乾燥させる。

バイオマスガス化システム２は、熱交換器８で熱交換を行い、ガス燃料を４００℃以下に冷却した後、スクラバ装置７に供給することで、スクラバ装置７でタールを好適に回収することができる。つまり、熱交換器８でタールの凝縮温度以下に冷却することで、スクラバ装置７でタールを好適に回収することができる。また、バイオマスガス化システム２は、スクラバ装置７でガス燃料を冷却した後、７０℃以上に維持した状態でガスエンジン３２に供給することで、エンジンでの燃焼時に発生する窒素酸化物が増加することを抑制することができる。

バイオマスガス化システム２は、ガス燃料を４００℃以上５００℃以下とした後、フィルタ装置６で異物を除去することで、５００℃以下で析出するガス燃料に含まれるアルカリ金属成分をフィルタ装置６で除去することができる。また、ガス燃料が４００℃以上を維持した状態でフィルタ装置６を通過させガスエンジン３２に供給することで、タール分の析出を抑制することができる。これにより、タール分が付着することを抑制でき、ガスエンジン３２で燃焼可能な成分をより多くすることができる。また、ガス燃料が４００℃以上を維持した状態でフィルタ装置６を通過させガスエンジン３２に供給することで、ガス燃料をエネルギが高い状態でガスエンジン３２に供給することができる。これにより、ガスエンジンシステム１の運転効率を高くすることができる。また、油・ガス焚きのガスエンジン３２にアルカリ金属が投入されることを抑制でき、油・ガス焚きのガスエンジン３２でガス化したバイオマスを好適に燃焼させることができる。

ここで、フィルタ装置６は、ガス燃料の通過方向と逆の方向から不活性ガスを噴射し、捕集した異物を除去する逆洗機構を有することが好ましい。ここで、不活性ガスとしては、ガスエンジン３２の排ガスや、二酸化炭素、窒素等が例示される。フィルタ装置６の洗浄に不活性ガスを用いることで、温度が高い状態でガス燃料が通過するフィルタ装置６内で、ガス燃料が燃焼することを抑制することができる。

図２は、ガスエンジンシステムの動作の一例を示すフローチャートである。図３に示す動作は、制御装置１５０が各部の動作を実行することで、実現することができる。制御装置１５０は、温度検出器１４０で温度を検出する（ステップＳ１２）。

制御装置１５０は、温度を検出したら、ガス燃料ライン１２４の熱交換器８よりも下流側を流れるガス燃料の温度が４００℃以下であるか判定する（ステップＳ１４）。制御装置１５０は、温度が４００℃以下ではない（ステップＳ１４でＮｏ）、つまり、４００℃より高いと判定した場合、熱交換器８を循環させる冷媒の量を増加させる（ステップＳ１６）。制御装置１５０は、熱交換器８を循環させる冷媒の量を増加させることで、ガス燃料に対する冷媒の吸熱量が増加し、スクラバ装置７に供給されるガス燃料の温度を低くすることができる。制御装置１５０は、温度が４００℃以下である（ステップＳ１４Ｙｅｓ）と判定した場合、本処理を終了する。

バイオマスガス化システム２は、温度検出器１４０の検出結果に基づいて、熱交換器８の動作を制御し、ガス燃料と冷媒、冷媒と媒体油との熱交換を制御することで、スクラバ装置７に供給するガス燃料をより確実に４００℃以下とすることができる。これにより、ガス燃料からタール分を好適に除去することができる。また、上記制御では、上限の４００℃を制御の判定基準としたが、判定基準は、４００℃よりも低い温度とを用いることが好ましい。これにより、制御に誤差が生じても、フィルタ装置６に供給するガス燃料をより確実に４００℃以下とすることができる。また、上記制御では、温度の下限値を設定していないが下限値を設定してもよい。バイオマスガス化システム２は、温度が下限値よりも低くなったら循環させる冷媒の量を減少させる。

ここで、上記実施形態のバイオマスガス化システム２はフィルタから排出されたガス燃料を熱交換器８による熱交換で冷却しつつ、媒体油を加熱することで、システム全体の熱を効率よく利用することができる。なお、バイオマスガス化システム２は、熱交換器８に代えて、冷却器を設けてもよい。また、媒体油以外の媒体とガス燃料とを熱交換してもよい。

また、上記実施形態のバイオマスガス化システム２は、ガス化炉４から排出されたガス燃料を空気予熱器５による熱交換で冷却しつつ、空気を加熱することで、システム全体の熱を効率よく利用することができる。なお、バイオマスガス化システム２は、空気予熱器５に代えて、冷却器を設けてもよい。また、ガス化炉２に供給する空気以外の媒体とガス燃料とを熱交換してもよい。

また、上記実施形態では、温度検出器１４０をガス燃料ライン１２４に設置し、ガス燃料ライン１２４の検出結果に基づいて制御を行ったがこれに限定されない。例えば、ガス燃料ライン１２６に設置した温度検出器１４２の結果に基づいて制御を行ってもよい。この場合、スクラバ装置７から排出されるガス燃料の温度を設定した範囲内とするようにスクラバ装置７の運転を制御することで、ガスエンジン３２で発生する窒素酸化物を低減することができる。

図３は、他の実施形態のガスエンジンシステムを表す概略構成図である。図３に示すガスエンジンシステム１ａは、燃料供給ユニット１６０を備えている以外は、ガスエンジンシステム１と同様の構成である。以下ガスエンジンシステム１ａの特徴である燃料供給ユニット１６０について説明する。燃料供給ユニット１６０は、ガスエンジン３２にパイロット燃料を供給し、起動用バーナ２９に起動用バーナ燃料を供給する。ここで、パイロット燃料と、起動用バーナ燃料は、灯油、軽油、重油等の油（液体燃料）である。燃料供給ユニット１６０は、ガスエンジン燃料供給装置１６２と、バーナ燃料供給装置１６４と、燃料供給ライン１６６、１６８と、送液ポンプ１７０、１７２と、を有する。

ガスエンジン燃料供給装置１６２は、ガスエンジン３２のパイロット燃料であるガスエンジン燃料を貯留し、貯留したガスエンジン燃料をスクラバ装置７に供給する。バーナ燃料供給装置１６４は、起動用バーナ２９の起動用バーナ燃料（バーナ燃料）を貯留し、貯留したバーナ燃料をスクラバ装置７に供給する。燃料供給ライン１６６は、スクラバ装置７とガスエンジン３２とを接続している。燃料供給ライン１６８は、スクラバ装置７と起動用バーナ２９の燃料供給装置２９ａとを接続している。送液ポンプ１７０は、燃料供給ライン１６６に設置されており、スクラバ装置７に貯留された媒体油をガスエンジン燃料としてガスエンジン３２に供給する流れを形成する。送液ポンプ１７２は、燃料供給ライン１６８に設置されており、スクラバ装置７に貯留された媒体油をバーナ燃料として起動用バーナ２９に供給する流れを形成する。ガスエンジンシステム１ａの燃料供給ユニット１６０は、ガスエンジン３２の起動時や、起動用バーナ２９の使用時に、送液ポンプ１７０、１７２を駆動させ、媒体油を各部に送る。

ガスエンジンシステム１ａの燃料供給ユニット１６０は、ガスエンジン燃料供給装置１６２と、バーナ燃料供給装置１６４が貯留した燃料をスクラバ装置７に供給することで、ガスエンジン燃料、バーナ燃料をスクラバ装置７の媒体油として用いることができる。これにより、ガスエンジンシステム１ａ内の油を効率よく使用することができ、用いる油の種類を少なくすることができ、装置を簡単にすることができる。

また、ガスエンジンシステム１ａの燃料供給ユニット１６０は、スクラバ装置７に貯留された媒体油を燃料供給ライン１６６と送液ポンプ１７０とで、ガスエンジン３２に供給することで、スクラバ装置７に貯留され、タール分を捕集した媒体油をガスエンジン３２で燃焼させることができる。ガスエンジンシステム１ａの燃料供給ユニット１６０は、スクラバ装置７に貯留された媒体油を燃料供給ライン１６８と送液ポンプ１７２とで、起動用バーナ２９に供給することで、スクラバ装置７に貯留され、タール分を捕集した媒体油を起動用バーナ２９で燃焼させることができる。ガスエンジンシステム１ａは、スクラバ装置７でタール分を捕集した媒体油を燃料として、消費することで、新たな媒体油をスクラバ装置７に供給することができ、スクラバ装置７のタール分の除去性能を維持することができる。また、スクラバ装置７でタール分を捕集した媒体油をガスエンジン３２または起動用バーナ２９の燃料として用いることで、媒体油を効率よく利用することができ、エネルギ効率を高くすることができる。

燃料供給ユニット１６０は、ガスエンジン燃料を供給するガスエンジン燃料供給装置１６２と、バーナ燃料を供給するバーナ燃料供給装置１６４と、を別々に設けたが同じ供給装置から供給してもよい。また、燃料供給ユニット１６０は、ガスエンジン燃料を供給する燃料供給ライン１６６、バーナ燃料を供給する燃料供給ライン１６８の一方のみを設けてもよい。

図４は、他の実施形態のガスエンジンシステムを表す概略構成図である。図４に示すガスエンジンシステム１ｂは、燃料供給ユニット１６０ａを備えている以外は、ガスエンジンシステム１と同様の構成である。以下ガスエンジンシステム１ｂの特徴である燃料供給ユニット１６０ａについて説明する。燃料供給ユニット１６０ａは、ガスエンジン３２にパイロット燃料を供給し、起動用バーナ２９に起動用バーナ燃料を供給する。燃料供給ユニット１６０ａは、燃料供給装置１９０と、燃料供給ライン１９２と、燃料熱交換器１９３と、燃料供給ライン１９４、１９６、１９８と、制御弁１９５、１９７、１９９と、を有する。

燃料供給装置１９０は、ガスエンジン燃料及びバーナ燃料に相当する液体燃料（油）を貯留している。燃料供給ライン１９２は、燃料供給装置１９０と接続され、燃料供給装置１９０から液体燃料が供給される。燃料供給ライン１９２は、燃料供給ライン１９４、１９６と接続されている。燃料熱交換器１９３は、燃料供給ライン１９２とガス燃料ライン１２４とに接続されている。燃料熱交換器１９３は、燃料供給ライン１９２を流れる液体燃料と、ガス燃料ライン１２４を流れるガス燃料との熱交換を行い、液体燃料の温度を上昇させ、ガス燃料の温度を低下させる。

燃料供給ライン１９４は、燃料供給ライン１９２とガスエンジン３２とを接続している。制御弁１９５は、燃料供給ライン１９４に設置されており、燃料供給ライン１９２からガスエンジン３２に流れる液体燃料の流れを制御する。燃料供給ライン１９６は、燃料供給ライン１９２と起動用バーナ２９とを接続している。制御弁１９７は、燃料供給ライン１９６に設置されており、燃料供給ライン１９２から起動用バーナ２９に流れる液体燃料の流れを制御する。ガスエンジンシステム１ｂの燃料供給ユニット１６０ａは、ガスエンジン３２の起動時や、起動用バーナ２９の使用時に、制御弁１９５、１９７を開き、液体燃料を各部に送る。

燃料供給ライン１９８は、燃料供給装置１９０とガス燃料ライン１２４とを接続している。制御弁１９９は、燃料供給ライン１９８に設置されており、燃料供給装置１９０からガス燃料ライン１２４に流れる液体燃料の流れを制御する。

燃料供給ユニット１６０ａは、燃料熱交換器１９３を設け、液体燃料とガス燃料との熱交換を行い、ガス燃料の温度を低下させることで、空気予熱器５での熱交換量を少なくすることができ、空気予熱器５の負荷を低減することができる。また、燃料供給ユニット１６０ａは、燃料熱交換器１９３を設け、液体燃料とガス燃料との熱交換を行い、液体燃料の温度を高くすることで、液体燃料の流動性を高くすることができ、液体燃料に粘度の高い燃料、例えば、Ｃ重油以上の後粘度タール回収媒体油を用いることができる。

燃料供給ユニット１６０ａは、燃料供給ライン１９８を設け、液体燃料をガス燃料ライン１２４に供給することで、液体燃料でガス燃料ライン１２４を流れるガス燃料を冷却することができ、ガス燃料のタール分を液体燃料に吸収させることができる。これにより、スクラバ装置７に供給される前のガス燃料ライン１２４のガス燃料からタール分を除去することができ、かつ、ガス燃料の温度を低減することができる。このように、燃料供給ユニット１６０ａは、液体燃料をガス燃料ライン１２４に供給する燃料供給装置１９０及び燃料供給ライン１９８が、冷却器となる。

燃料供給ユニット１６０ａは、１つの燃料供給装置でガスエンジン燃料とバーナ燃料を供給したが、ガスエンジン燃料を供給するガスエンジン燃料供給装置と、バーナ燃料を供給するバーナ燃料供給装置と、を別々に設けてもよい。また、燃料供給ユニット１６０ａは、ガスエンジン燃料を供給する燃料供給ライン１９４、バーナ燃料を供給する燃料供給ライン１９６、燃料供給ライン１２４に燃料を供給する燃料供給ライン１９８の少なくとも１つを設ければよい。

また、ガスエンジンシステムは、図３に示す実施形態と図４に示す実施形態とを組み合わせてもよい。例えば、ガスエンジンシステムは、燃料熱交換器１９３で熱交換した燃料をスクラバ装置７に供給し、かつ、スクラバ装置７からガスエンジン３２、起動用バーナ２９に媒体油を供給してもよい。また、ガスエンジンシステムは、スクラバ装置７からガスエンジン３２、起動用バーナ２９に供給する液体燃料とガス燃料とを燃料熱交換器１９３で熱交換してもよい。また、ガスエンジンシステムは、燃料供給装置１９０及び燃料供給ライン１９８で、液体燃料をガス燃料ライン１２４に供給し、ガス燃料ライン１２４からスクラバ装置７に液体燃料を供給し、スクラバ装置７からガスエンジン３２、起動用バーナ２９に媒体油を供給してもよい。

１、１ａ、１ｂ ガスエンジンシステム
２ バイオマスガス化システム
３ バイオマス供給装置
４ ガス化炉
５ 空気予熱器
６ フィルタ装置
７ スクラバ装置
８ 熱交換器
１１ ガス化炉本体
１７ サイクロン
１８ 排出配管
１９ 循環配管
２０ シールポッド
２１ 空気供給配管
２２ 空気供給分岐配管
２３ 灰排出配管
２４、１１８、１２４ ガス燃料ライン
２７ 灰処理装置
２７ａ搬送ベルト
２７ｂ分離装置
２７ｃ流動材搬出ライン
２８ 流動材搬送装置
２９ 起動用バーナ
２９ａ燃料供給装置
２９ｂ空気供給装置
３２ ガスエンジン
３４ 発電機
７０ バイオマス貯留部（バイオマスヤード）
７２ 運搬機
７４ 受入部
７６、７８ 搬送コンベヤ
８０ 磁選機
８２ 鉄分貯留ヤード
８４、９０ ホッパ
８６ 乾燥装置
８８ 計量コンベア
９２ 供給配管
１００ 灰循環装置
１１６ 送風ファン
１２２ 異物排出装置
１２４、１２６ ガス燃料ライン
１３０ スクラバ本体
１３２ 循環装置
１４０、１４２ 温度検出器
１４６ 排ガスライン
１４８ 乾燥装置
１６０、１６０ａ 燃料供給ユニット
１６２ ガスエンジン燃料供給装置
１６４ バーナ燃料供給装置
１６６、１６８ 燃料供給ライン
１７０、１７２ 送液ポンプ
１９０ 燃料供給装置
１９２ 燃料供給ライン
１９３ 燃料熱交換器
１９４、１９６、１９８ 燃料供給ライン
１９５、１９７、１９９ 制御弁

Claims (13)

1. バイオマスからガス燃料を生成するバイオマスガス化システムと、
   前記バイオマスガス化システムから供給されたガス燃料を燃焼させるガスエンジンと、
   各部の動作を制御する制御装置と、を有し、
   前記バイオマスガス化システムは、
   バイオマスを燃料として燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成するガス化炉と、
   バイオマスを乾燥した後、前記ガス化炉にバイオマスを供給するバイオマス供給ユニットと、
   前記ガス化炉で生成されたガス燃料を冷却する第１冷却器と、
   前記第１冷却器を通過したガス燃料に含まれる異物を捕集し、異物を捕集したガス燃料を排出するフィルタ装置と、
   前記フィルタ装置を通過したガス燃料を４００℃以下に冷却する第２冷却器と、
   前記第２冷却器を通過したガス燃料に媒体油を接触させて、前記ガス燃料中のタール分を捕集するスクラバ装置と、
   前記スクラバ装置を通過したガス燃料を７０℃以上に保持して前記ガスエンジンに供給するガス燃料ラインと、を有することを特徴とするガスエンジンシステム。
2. 前記第２冷却器と前記スクラバ装置との間の温度を検出する温度検出器と、を有し、
   前記制御装置は、前記温度検出器の検出結果に基づいて、前記第２冷却器の冷却を制御し、前記冷却器から排出されるガス燃焼を４００℃以下とすることを特徴とする請求項１に記載のガスエンジンシステム。
3. 前記第２冷却器は、前記ガス化炉で生成されたガス燃料と、前記スクラバ装置で循環する媒体油との間で熱交換を行い、前記ガス燃料を冷却する熱交換器であることを特徴とする請求項１または２に記載のガスエンジンシステム。
4. 前記ガスエンジンのパイロット燃料となるガスエンジン燃料を前記スクラバ装置に供給するガスエンジン燃料供給装置を有し、
   前記スクラバ装置は、前記ガスエンジン燃料を前記媒体油に含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のガスエンジンシステム。
5. 前記スクラバ装置の媒体油を前記ガスエンジンに供給するガスエンジン燃料供給ラインを有することを特徴とする請求項４に記載のガスエンジンシステム。
6. 前記ガスエンジンのパイロット燃料となるガスエンジン燃料を前記ガスエンジンに供給するガスエンジン燃料供給装置を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のガスエンジンシステム。
7. 前記ガス火炉と前記第１冷却器との間を流れるガス燃料と、前記ガスエンジン燃料供給装置が供給する前記ガスエンジン燃料との熱交換を行い、前記ガスエンジン燃料を昇温させる燃料熱交換器と、を有することを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載のガスエンジンシステム。
8. 前記ガスエンジン燃料供給装置は、ガスエンジン燃料の一部を前記フィルタ装置と前記スクラバ装置との間の前記ガス燃料が流れるガス燃料ラインに供給することを特徴とする請求項４から７のいずれか一項に記載のガスエンジンシステム。
9. 前記ガス化炉は、起動用バーナを有し、
   前記起動用バーナの燃料であるバーナ燃料を前記スクラバ装置に供給するバーナ燃料供給装置を有し、
   前記スクラバ装置は、前記バーナ燃料を前記媒体油に含むことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のガスエンジンシステム。
10. 前記スクラバ装置の媒体油を前記起動用バーナに供給するバーナ燃料供給ラインを有することを特徴とする請求項９に記載のガスエンジンシステム。
11. 前記ガス化炉は、起動用バーナを有し、
    前記起動用バーナの燃料であるバーナ燃料を前記起動用バーナに供給するバーナ燃料供給装置を有することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のガスエンジンシステム。
12. 前記ガス火炉と前記第１冷却器との間を流れるガス燃料と、前記バーナ燃料供給装置が供給する前記バーナ燃料との熱交換を行い、前記バーナ燃料を昇温させる燃料熱交換器と、を有することを特徴とする請求項９から１１のいずれか一項に記載のガスエンジンシステム。
13. 前記バーナ燃料供給装置は、バーナ燃料の一部を前記フィルタ装置と前記スクラバ装置との間の前記ガス燃料が流れるガス燃料ラインに供給することを特徴とする請求項９から１２のいずれか一項に記載のガスエンジンシステム。

Images