专利名称：生物质气化系统及其工作方法
技术领域：
本发明涉及生物质(biomass)气化系统及其工作方法，其将气化炉的气氛和热源的气氛适宜地密封，并能够经由残留物供给系统将残留物从气化炉稳定地供给向热源。
背景技术：
已知有以下这样的生物质气化系统，以木材片及鸡粪便等生物质作为原料，通过将其在无氧下加热到600℃～900℃的高温进行热分解，生成燃料气体。在该系统中，近年来以下这样的生物质气化发电系统正在受到人们的关注，即，生物质的有机可燃成分在200℃～600℃下气化，将这样得到的燃料气体作为后段的燃烧发电及气体发动机发电、燃料电池等各种发电系统的发电用燃料加以利用。
而且，特别是本发明申请人提出了以下这样的生物质气化系统(参照特愿2003-155658)，即，在具有通过热源的热处理生物质来生成燃料气体的气化炉的生物质气化系统中，具有将在气化炉中产生的残留物作为燃料供给热源的残留物供给系统。详细地说，在气化炉中设置将由生物质的加热处理产生的碳化物即残留物排出的残留物排出部，并且在作为热源的热风产生炉中设置将成为燃烧燃料的残留物投入其内部的残留物投入部，而且，在这些气化炉和热风产生炉之间设置残留物供给系统，其具有搬运从残留物排出部排出的残留物的排出进料器、及将从排出进料器送入的残留物搬运向残留物投入部的投入进料器等。而且，通过该残留物供给系统将在气化炉中产生的残留物顺序送入热风产生炉。
但是，气化炉的炉内气氛是在此生成的可燃性的燃料气体，另一方面，热风产生炉的炉内气氛必须是为加热气化炉而燃烧了的包含高温空气的废气，即，一定不能将这些气化炉和热风产生炉的气氛相互混合。因此，在为供给残留物而将气化炉和热风产生炉连通的残留物供给系统中，需要具有阻断这些气化炉和热风产生炉，将气氛密封的机构。作为这种密封机构，考虑采用例如将气门等残留物供给系统的系统路径适宜开关，使残留物移动，同时可将气氛密封的机械的密封机构。
但是，在这种机械的密封机构中，由于在残留物供给系统中装入机械部件等，因而存在如下课题，在该密封机构的设置位置，残留物引起火桥，或高温的残留物使密封机构产生热变形等，影响其动作的稳定性。
发明内容
本发明是鉴于上述现有的课题而构成的，其目的在于，提供生物质气化系统及其工作方法，能够将气化炉的气氛和热源的气氛适宜地密封，且能够经由残留物供给系统将残留物从气化炉稳定地供给向热源。
本发明的生物质气化系统，具有残留物供给系统，该残留物供给系统将在通过热源的热处理生物质而生成燃料气体的气化炉内产生的残留物作为燃料供给向该热源，其中，在所述残留物供给系统中具有使残留物滞留的滞留部。
另外，在所述滞留部滞留的残留物将所述气化炉的气氛和所述热源的气氛阻断。
还具有检测所述滞留部的残留物量的检测装置。
另外，所述检测装置是通过与所述滞留部的残留物接触而导通的至少一对电极。
还有，在所述滞留部和所述热源之间设置有搬运装置，该搬运装置根据由所述检测装置检测到的残留物量超过阻断气氛所需要的量的情况，将该滞留部的残留物搬运向该热源。
另外，本发明的生物质气化系统的工作方法，其具有残留物供给系统，该残留物供给系统将在通过热源的热处理生物质而生成燃料气体的气化炉内产生的残留物作为燃料供给向该热源，其中，使残留物滞留在设于所述残留物供给系统上的滞留部，将该气化炉的气氛和该热源的气氛阻断。
另外，在所述滞留部的残留物量超过阻断气氛所需要的量时，将该滞留部的残留物搬运向所述热源。
在本发明的生物质气化系统及其工作方法中，可将气化炉内的气氛和热源的气氛适宜地密封，同时可经由残留物供给系统将残留物从气化炉稳定地供给向热源。
图1是表示本发明生物质气化系统的优选一实施方式的概略结构图；图2是表示测定残留物的导电性时的状况的说明图；图3是表示实施本发明的生物质气化系统的工作方法时的热风产生炉的热风温度和炉床温度的关系的曲线图。
具体实施例方式
下面，参照附图详细说明本发明的生物质气化系统及其工作方法的优选的一实施方式。本实施方式的生物质气化系统基本上如图1所示，具有残留物供给系统3，该残留物供给系统3将在由作为热源的热风发生炉1的热风加热处理木材片等生物质而生成燃料气体的气化炉2中产生的残留物S作为燃料供给向热风产生炉1，其中，残留物供给系统3中具有纵向管4作为使残留物S滞留的滞留部。
气化炉2由气化室2a和外热室2b构成2室结构，其中，所述气化室2a将对其供给的生物质加热处理而生成燃料气体，所述外热室2b为进行上述加热处理，而在要加热气化室2a的其周围形成。热风产生炉1使化石燃料及从气化炉2供给的残留物S作为燃料进行燃烧动作，生成由含有高温空气的废气构成的热风。由热风产生炉1生成的热风被送入气化炉2的外热室2b，加热气化室2a，加热后的废气通过热风循环风扇5从外热室2b返回热风产生炉1。在气化炉2的气化室2a内设置有将由生物质的加热处理产生的碳化物即残留物S从其排出的残留物排出部2c。在热风产生炉1设有将残留物S投入其内部的残留物投入部1a。
在这些气化炉2的残留物排出部2c和热风产生炉1的残留物投入部1a之间，从气化炉2向热风产生炉1设置有搬运处于350℃以上的高温状态的残留物S的残留物供给系统3。残留物供给系统3由分别通过单个电动机6a、7a驱动的、作为搬出装置的排出用螺旋进料器6及作为搬运装置的投入用螺旋进料器7构成。这些进料器6、7都具备具有气密性的罩8。排出用螺旋进料器6被大致水平地设置，其搬入端6b与气化炉2的残留物排出部2c联设，将从气化炉2排出的残留物S向其搬出端6c搬出。投入用螺旋进料器7被倾斜地设置，位于上方的其搬出端7b与热风产生炉1的残留物投入部1a连接，将由排出用螺旋进料器6搬出的残留物S从位于该进料器6的搬出端6c下方的搬入端7c搬向热风产生炉1。
纵向管4为将残留物从排出用螺旋进料器6交接给投入用螺旋进料器7，而与将其上端部及下端部连接于上下方向隔开间隔的排出用螺旋进料器6的搬出端6c及投入用螺旋进料器7的搬入端7c，且在这些进料器6、7间直立设置。因此，向该纵向管4向其上端部下方从排出用螺旋进料器6投入残留物S，并且投入的残留物S通过投入用螺旋进料器7从其下端部搬出。而且，在该纵向管4中，通过相对于排出用螺旋进料器6的残留物投入量调节投入用螺旋进料器7的残留物搬出量，而滞留残留物S，由于在纵向管4中使残留物S滞留相当的量，具体而言滞留相当的高度，从而将两进料器6、7间进而气化炉2的气氛和热风产生炉1的气氛阻断。
对纵向管4进行详述，该纵向管4通过将上部管4a、下部管4b、设于这些上部管4a、下部管4b之间将它们的热伸缩吸收的金属制的波纹管4c一连串连接而成。上部管4a及下部管4b通过可电导通的不锈钢制等的金属材料形成。
在纵向管4上设置有通过与纵向管4内的残留物S接触而导通的电极9、10、11作为用于检测滞留于其内部的残留物量、具体而言为残留物高度的检测装置。残留物S通常为1～10mm程度的粒状，例如在生物质为木材时，如果对残留物S进行元素分析，则如表1所示，其构成成分的88％为具有导电性的炭成分。有关这样的成分组成的残留物S，如图2所示，使用测试器12隔开100mm的距离进行电阻值的测定，其显示约5kΩ的电阻值，判定为残留物具有充分的导电性。
表1木材片和碳化物的成分
电极9、10、11由不锈钢形成，被用于与纵向管4电绝缘的绝缘体13包围，在该纵向管4上从其外侧贯通向内部安装。在本实施方式中，电极9、10、11设有3个。第一电极9安装于纵向管4的上端部，第二电极10安装于与相当于阻断气氛所需要的残留物量的高度位置对应的波纹管4c的正下方，并且第三电极11安装于第二电极10下方即为了阻断气氛而在螺旋进料器7的搬入端7c上方所需要的最低限的量的残留物的高度位置。这些各电极9、10、11分别连接有导线14，并且在下部管4b上也连接有导线14。
这些导线14与施加微弱电流的直流电源等的电源部15连接。而且，在各电极9、10、11分别与下部管4b之间经由残留物S形成有个别的导通电路。电源部15被设置在利用通过电极9、10、11及下部管4b检测到的电导通状态·非导通状态施行控制的控制器16上。而且，例如当使用第三电极11进行说明时，在残留物S滞留于比第三电极11更高的位置的情况下，经由残留物S在这些第三电极11和下部管4b之间得到电导通，另一方面，在残留物S未滞留到第三电极11的高度位置的情况下，电导通不能得到，这样检测到的导通·非导通状态被应用于控制器16进行的控制中。而且，随着纵向管4内的残留物的高度上升，从第三电极11到第二电极10进而到第一电极9能够得到电导通，由此，检测残留物高度，并将该检测机构由控制器16加以利用。
进而，控制器16与投入用螺旋进料器7的电动机7a连接，输出与由各电极9、10、11检测到的纵向管4内的残留物S的高度对应的控制信号，进行其启动·停止和速度控制。例如，使用第二电极10进行说明，在残留物S滞留超过阻断气氛所需要的高度即第二电极10的安装位置的情况下，由于经由残留物S检测这些第二电极10和下部管4b之间的电导通，所以，控制器16与其对应而驱动投入用螺旋进料器7，将残留物S向热风发生炉1搬运，另一方面，由于残留物S未滞留到第二电极10的高度位置，所以在检测到非导通状态的情况下，控制器16与其对应将投入用螺旋进料器7停止。另外，控制器16输出系统整体的停止控制信号，或控制其具有的警报器17发出警报。
其次，对本实施方式的生物质气化系统的工作方法进行说明。在该生物质气化系统的工作状态下，在气化炉2中，通过利用从热风产生炉1供给的热风加热处理生物质，生成燃料气体，并且随其继续产生残留物S。产生的残留物S从气化室2a的残留物排出部2c排出，并由排出用螺旋进料器6搬出，投入纵向管4内。被投入到纵向管4内的残留物S通过投入用螺旋进料器7被搬运到热风产生炉1的残留物投入部1a。而且，在热风产生炉1中，通过使投入的残留物S燃烧而生成热风，将生成的热风供给到气化炉2的外热室2b，在加热处理时加以利用。
在该生物质气化系统的工作状态下，被投入纵向管4内且滞留的残留物的高度由作为检测装置的各电极9、10、11检测。在各电极9、10、11上，在与下部管4b连接的导线14之间施加来自电源部15的微弱电流，根据残留物S是否达到各电极9、10、11的高度位置，检测在与下部管4b之间经由残留物S的电导通的有无。该检测值被控制器16加以利用。
如果第三电极11为非导通状态(第一及第二电极9、10也为非导通状态)，则控制器16从警报器17发出警报，并且对包括投入用螺旋进料器7的生物质气化系统整体输出停止控制信号，使系统整体停止。
另一方面，如果第一电极9为导通状态(第二及第三电极10、11也为导通状态)，则由于在纵向管4中滞留有大量的残留物S，故为了从纵向管4大量搬出残留物S，控制器16向电动机7a输出使投入用螺旋进料器7高速旋转的控制信号。然后，如果第一电极9为非导通状态(第二及第三电极10、11也为导通状态)，则控制器16向电动机7a输出使投入用螺旋进料器7低速旋转的控制信号。
进而，在投入用螺旋进料器7为低速旋转的状态下，在第二电极10为非导通状态(第三电极11为导通状态)的情况下，向电动机7a输出使投入用螺旋进料器7的运转停止、使得残留物高度不会下降到必要最低限的第三电极11的高度位置的控制信号，由此，停止残留物S对热风产生炉1的搬运。在第二电极10恢复导通状态的情况(第三电极11为导通状态)下，控制器16向电动机7a输出使投入用螺旋进料器7的低速旋转再开动的控制信号，由此，残留物S向热风产生炉1的供给再次开动。
这样，根据纵向管4内的残留物的高度自动控制投入用螺旋进料器7的运转，由此，能够抑制投入热风产生炉1的残留物量的变动，防止波及热风产生炉1的温度控制的外部影响，同时也能够确保通过残留物S得到的必要的密封性能。图3表示实际实施该控制时的热风产生炉1中的“热风温度”和“炉床温度”的变化。残留物的投入量的变化尽管使残留物S燃烧的热风产生炉1的炉床温度稍微上下变化，但判断为对生成的热风的温度几乎没有影响。
如以上说明，在本实施方式的生物质气化系统及其工作方法中，在残留物供给系统3中设置构成滞留部的纵向管4，通过使残留物S滞留于该纵向管4内，该残留物S自身发挥将气化炉2的气氛和热风发生炉1的气氛密封的功能，可将气化炉2和热风产生炉1的气氛适宜地阻断，以上优点是自不必说的，并且，在具有机械的密封机构等的情况下，与残留物S在该密封机构的设置位置引起火桥，或因热变形而可能在密封机构上产生工作障碍等的情况相比，由于没有机械部分，而仅使残留物S简单地滞留在纵向管3内，因此，是极其简单的结构及方法，并且作为密封功能部分能够确保高的可靠性，而且即使从自气化炉2向热风发生炉1供给残留物S的方面考虑，也可以连续地进行残留物供给系统3的残留物S的供给，同时可仅使残留物S暂时滞留在纵向管4内，因此，残留物S的密封作用对于供给动作不会造成障碍，而可以稳定地进行残留物S的供给。
实际上，气化炉2和热风产生炉1的压力被分别控制，其压力差为200Pa以内。在残留物S的比重为0.0113时，使残留物S在纵向管4内滞留例如354mm的高度，由此能够相对400Pa下的压力差确保密封功能。
另一方面，气化炉2中的残留物的产生量随气化条件而改变，不是一定的，因此，由于从排出用螺旋进料器6投入纵向管4内的残留物量也不一定，所以，即使投入用螺旋进料器7在一定条件下运转，纵向管4中的残留物量也会变动。因此，由于使残留物S残留在纵向管4中，从而即使将气化炉2和热风产生炉1密封，如果不能把握变动的纵向管3内的残留物量，则不能够确保必要的密封性能，或不能确保残留物S从气化炉2向热风产生炉1的稳定的供给。即，若残留物量减少，则不能确保适当的密封性能，若过多，则残留物S完全滞留在纵向管4内，会给予排出用螺旋进料器6进行的搬出作用不良影响。
在本实施方式中，由于具有检测纵向管4内的残留物量的检测装置，故能够确实地把握纵向管4内的残留物量。通过这样可靠地把握残留物量，基于把握的残留物量，无论自动还是手动，都可以适宜地运转控制残留物供给系统3，可将纵向管4内的残留物高度维持在密封所必要的高度，同时将残留物S适宜地从气化炉2供给向热风产生炉1。
特别是，通过利用检测装置的检测值，能够自动控制生物质气化系统的工作，特别是能够自动控制投入用螺旋进料器7的运转。在本实施方式中，控制器6利用由电极9、10、11检测到的导通·非导通状态，自动控制投入用螺旋进料器7的电动机7a的驱动，由此，可确保密封需要的纵向管4内的残留物量，且能够适宜地控制向热风产生炉1的残留物供给。
即，在本实施方式中，以投入用螺旋进料器7的启动停止控制的切换点为由第二电极10的导通检测到超过与气氛的阻断需要的高度对应的第二电极10的高度位置时刻，与其对应将纵向管4内的残留物S搬运向热风产生炉1，由此，可同时实现密封性能和适当的残留物供给。
另外，由于由通过利用残留物S的导电性与残留物S接触而导通的电极9、10、11及作为电极起作用的下部管4b构成检测装置，所以，通过在纵向管4上贯通并安装这些电极9、10、11，即使残留物S为350℃以上的高温状态，也能够容易地从外部掌握纵向管4内的残留物量，另外，由于其构成简单，且为简单的电极9、10、11，所以即使设置在投入残留物S的纵向管4内，也能够构成动作可靠性高的检测装置。
另外，由于在纵向管4的高度方向设置三个电极9、10、11，在不同的三个位置检测残留物的高度，并根据这些检测值控制投入用螺旋进料器7的驱动，因此，能够实现极细微的控制。
特别是，在使上方的第二电极10的位置低于密封需要的最低限的残留物S的高度位置即第三电极11的时刻，由于将投入用螺旋进料器7的驱动停止，因此，能够可靠地确保密封所需要的残留物高度。
在上述实施方式中，示例纵向管4作为滞留部进行了说明，但如果将排出用螺旋进料器6设为压入型，在水平管的长度方向检测被压入的残留物量，则也可以采用水平管作为滞留部。另外，当然也可以采用倾斜管作为滞留部。还有，电源部15也可以设于各电极9、10、11上。
权利要求
1.一种生物质气化系统，具有残留物供给系统，该残留物供给系统将在通过热源的热处理生物质而生成燃料气体的气化炉内产生的残留物作为燃料供给向该热源，其特征在于，所在述残留物供给系统中具有使残留物滞留的滞留部。
2.如权利要求1所述的生物质气化系统，其特征在于，在所述滞留部滞留的残留物将所述气化炉的气氛和所述热源的气氛阻断。
3.如权利要求1或2所述的生物质气化系统，其特征在于，具有检测所述滞留部的残留物量的检测装置。
4.如权利要求3所述的生物质气化系统，其特征在于，所述检测装置是通过与所述滞留部的残留物接触而导通的至少一对电极。
5.如权利要求3或4所述的生物质气化系统，其特征在于，在所述滞留部和所述热源之间设置有搬运装置，该搬运装置根据由所述检测装置检测到的残留物量超过阻断气氛所需要的量的情况，将该滞留部的残留物搬运向该热源。
6.一种生物质气化系统的工作方法，具有残留物供给系统，该残留物供给系统将在通过热源的热处理生物质而生成燃料气体的气化炉内产生的残留物作为燃料供给向该热源，其特征在于，使残留物滞留在设于所述残留物供给系统上的滞留部，将该气化炉的气氛和该热源的气氛阻断。
7.如权利要求6所述的生物质气化系统的工作方法，其特征在于，在所述滞留部的残留物量超过阻断气氛所需要的量时，将该滞留部的残留物搬运向所述热源。
全文摘要
本发明提供一种生物质气化系统及其工作方法，能够适宜地切断气化炉的气氛和热源的气氛，同时能够经由残留物供给系统将残留物从气化炉稳定地供给向热源。该生物质气化系统具有残留物供给系统(3)，所述残留物供给系统(3)将在通过热风产生炉(1)的热处理生物质而生成燃料气体的气化炉(2)内产生的残留物(S)作为燃料供给向热风产生炉，其中，残留物供给系统具有使残留物滞留的纵向管(4)。滞留于纵向管内的残留物将气化炉的气氛和热风产生炉的气氛阻断。由通过与纵向管的残留物接触而导通的至少一对电极(9、10、11)构成检测纵向管内的残留物量的检测装置。
文档编号C10B53/02GK1918266SQ200580004979
公开日2007年2月21日 申请日期2005年2月14日 优先权日2004年2月20日
发明者福岛政弘, 笹内谦一 申请人:中外炉工业株式会社