廃棄物ガス化処理装置
【課題】廃棄物ガス化改質炉と冷却装置とを連結して改質ガスを冷却装置へ送る連結管の内壁へのダスト付着防止を可能とする廃棄物ガス化処理装置を提供することを課題とする。
【解決手段】廃棄物を部分酸化・熱分解しガス化して発生したガスを改質して改質ガスを生成するガス化改質炉１０と、該ガス化改質炉１０からの改質ガスを受けてこれを冷却する冷却装置２０と、該ガス化改質炉１０と冷却装置２０とを連結して改質ガスを冷却装置２０へ送る連結管３０とを少なくとも有する廃棄物ガス化処理装置において、連結管３０内に酸素含有ガスを吹き込み改質ガスの一部を燃焼させるバーナ４１を備えている。
【解決手段】廃棄物を部分酸化・熱分解しガス化して発生したガスを改質して改質ガスを生成するガス化改質炉１０と、該ガス化改質炉１０からの改質ガスを受けてこれを冷却する冷却装置２０と、該ガス化改質炉１０と冷却装置２０とを連結して改質ガスを冷却装置２０へ送る連結管３０とを少なくとも有する廃棄物ガス化処理装置において、連結管３０内に酸素含有ガスを吹き込み改質ガスの一部を燃焼させるバーナ４１を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物を部分酸化・熱分解しガス化して発生したガスを改質して改質ガスを生成し燃料ガス等として供給する廃棄物ガス化処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、廃棄物を部分酸化・熱分解しガス化して得られるガスを燃料用ガスなどとして利用することが進められている。このような廃棄物ガス化処理装置として、特許文献１に開示されている装置が挙げられる。
【０００３】
廃棄物の圧縮成形物が高温反応塔の下部で部分酸化・熱分解され熱分解ガスが発生し、高温反応塔の上部で熱分解ガスが改質されて一酸化炭素と水素を含む改質ガスが生成され、燃料ガスとして利用される。高温反応塔から抜き出された改質ガスは冷却装置で冷却液と接触し、後段のガス精製プロセスに適した温度にまで冷却される。
【０００４】
本発明ではかかる高温反応塔をガス化改質炉という。
【０００５】
ガス化改質炉と冷却装置を連結していて改質ガスを冷却装置へ送る連結管の内壁に、ガス化改質炉からの改質ガスに随伴されるダストが付着する状況が度々発生する。連結管内壁にダストが付着して堆積すると管路が狭まり、連結管における改質ガスの圧力損失が増大し、ガス化改質炉から排出される改質ガスの流れが影響されて、ガス化改質炉内の圧力が上昇する。安全上の理由から炉内の圧力を所定値以下に抑えることが求められ、そのためには、連結管の通過ガス量を低下させる必要があり、その結果、廃棄物の処理量を低下させ発生ガス量を低減させることになり、ガス化改質炉の操業効率が低下する。また、連結管内壁に付着したダストを除去するため、定期的にガス化改質炉の操業を停止しなければならないので、稼働率が低くなる。
【０００６】
連結管内壁へのダスト付着を防止する対策として、特許文献２に、連結管内壁温度を１１９０℃超１３００℃以下に保持する加熱装置を設置することが記載されている。すなわち、この特許文献２では、ガス化改質炉から改質ガスに随伴されるダストの溶融温度以上に、連結管内壁温度を保持することにより、ダストを溶融状態に保持し、連結管内壁表面で溶融ダストが冷却され固化し付着するのを防ぐこととしている（特許文献２、段落［００２７］，［００２８］，［００３４］）。
【０００７】
また、特許文献３に、連結管の内壁温度を連結管に付着するダストの溶融温度以上に制御することによって連結管内での付着物による詰まりを防ぐことができること、ガス化改質炉に溶融促進剤（石灰石、消石灰）を添加することにより、ダストの溶融温度を低下させ、連結管の内壁温度の制御目標温度を低めることができることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−２０５２４４
【特許文献２】特開２００１−２５９６００
【特許文献３】特開２００５−２２６０２７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献２又は特許文献３に記載の方法では、連結管内壁温度をダストの溶融温度以上に保持する加熱装置として連結管壁内に加熱用高温ガスを流通する機構や、電気ヒータを設けることが必要であり、設備コストや運転コストが嵩むという問題がある。また、特許文献３に記載の方法では、連結管内壁をダストの溶融温度以上に保持するのに設備コストや運転コストが嵩むという問題に加え、溶融促進剤を添加するため運転コストがさらに嵩む問題や、廃棄物の性状によっては溶融促進剤の添加によるダストの溶融温度を低下させる効果が少なく、連結管の閉塞を防止できないという問題がある。
【００１０】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、廃棄物ガス化改質炉と冷却装置とを連結する連結管内壁へのダスト付着を防止することが、安価に、かつ廃棄物の性状にかかわらず安定して行うことができる廃棄物ガス化処理装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る廃棄物ガス化処理装置は、廃棄物を部分酸化・熱分解しガス化して発生したガスを改質して改質ガスを生成するガス化改質炉と、該ガス化改質炉からの改質ガスを受けてこれを冷却する冷却装置と、該ガス化改質炉と冷却装置とを連結して改質ガスを冷却装置へ送る連結管とを少なくとも有する。
【００１２】
かかる廃棄物ガス化処理装置において、本発明は連結管内に酸素含有ガスを吹き込み改質ガスの一部を燃焼させるバーナを備えることを特徴としている。
【００１３】
このように構成される本発明では、バーナから吹き込まれる酸素含有ガスで改質ガスの一部を燃焼させて連結管内壁の温度をダストの溶融点以上に保持し、ダストを冷却装置へ向け送り込むことで、溶融したダストが上記連結管内壁面で冷却固化して付着することを防止する。
【００１４】
本発明では、バーナは、酸素含有ガスに加え、燃料ガスをも吹き込むこととしてもよい。燃料ガスをも吹き込むことにより、燃焼が促進される。
【００１５】
本発明において、連結管内壁の温度を計測する温度計測手段と、温度計測手段により測定された連結管内壁の温度測定値に基づきバーナに供給する酸素含有ガス供給量を制御する連結管内壁温度制御手段とをさらに備えることが好ましい。このように、温度制御することにより、バーナから吹き込む酸素含有ガスを過不足ない量とすることができ、ダストの溶融状態を維持するのに十分な燃焼を無駄なく十分に行うことができる。
【００１６】
本発明において、バーナが燃料ガスをも吹き込む場合には、連結管内壁の温度を計測する温度計測手段と、温度計測手段により測定された連結管内壁の温度測定値に基づきバーナに供給する酸素含有ガス供給量及び燃料ガス供給量のうち少なくとも一つを制御する連結管内壁温度制御手段を備えることが好ましい。このように、温度制御することにより、バーナから吹き込む酸素含有ガスそして燃料ガスを過不足ない量とすることができ、ダストの溶融状態を維持するのに十分な燃焼を無駄なく十分に行うことができる。
【００１７】
本発明において、連結管は、冷却装置に向かって下方に傾斜して延びていることが好ましい。こうすることにより、溶融ダストを伴う改質ガスは、該溶融ダストと共に、該改質ガスの流勢に加え、重力による成分も作用し、円滑に冷却装置へ送り込まれる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、廃棄物ガス化改質炉と冷却装置とを連結する連結管内へバーナから酸素含有ガスを吹き込むことにより該連結管内で改質ガスの一部を燃焼させて該連結管内壁温度をダスト溶融点以上に保持することとしたので、該連結管内壁へのダスト付着を容易に防止することが可能となり、安価に、かつ廃棄物の性状にかかわらず安定して操業を行うことができる廃棄物ガス化処理装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態装置を示す概要構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面にもとづき、本発明の一実施形態を説明する。
【００２１】
図１において、本実施形態の廃棄物ガス化処理装置は、廃棄物を熱分解してガス化するガス化改質炉１０と、該ガス化改質炉１０で生成かつ改質された改質ガスを受けてこれを冷却する冷却装置２０と、上記ガス化改質炉１０と冷却装置２０を連結して改質ガスを冷却装置２０へ送る連結管３０と、該連結管３０に酸素含有ガスを吹き込むバーナ装置４０と、さらには、本実施形態での好ましい形態として、該バーナ装置４０を制御する制御手段５０とを備えている。
【００２２】
ガス化改質炉１０は、竪型の炉本体１１の内部空間にガス改質のためのガス改質空間１２が形成されており、上記ガス化改質炉１０の下方には廃棄物Ｐを堆積してこれを加熱する熱分解部１３と該熱分解部１３から横方向に延びる溶融部１４が設けられている。さらに、上記熱分解部１３の上部側壁には、側方から廃棄物Ｐを装入するための廃棄物装入部１５が設けられている。これらの熱分解部１３、溶融部１４そして廃棄物装入部１５自体は、例えば、特許文献１で公知であり、本発明の主旨とする部分ではないので、これらの説明は省略する。
【００２３】
上記ガス化改質炉１０は、そのガス改質空間１２へガス改質のための酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給口１２Ａが設けられていて、熱分解部１３で加熱された廃棄物Ｐから生成され上昇するガスを上記酸素含有ガスで改質し、改質ガスとして上記冷却装置２０へ送り出すようになっている。酸素含有ガス供給口１２Ａには酸素含有ガス供給装置１６が接続されている。かかるガス化改質炉１０の頂部には、改質ガス送出し口１０Ａが設けられており、該改質ガス送出し口１０Ａに、上記連結管３０の一端側（図１にて左端側）が接続されている。改質ガス送出し口１０Ａの内部には、ガス化改質炉１０の頂部から送出される改質ガスの温度を検出する温度センサ１７が設けられており、該温度センサ１７は制御装置１８に接続されている。該制御装置１８は、上記温度センサ１７の検出温度にもとづき、上記酸素含有ガス供給装置１６の酸素含有ガス供給口１２Ａへの酸素含有ガス供給量を制御するようになっている。
【００２４】
上記連結管３０は、他端側（図１にて右端側）に向け下向き勾配をもって配設されており、該他端側で冷却装置２０に接続されている。上記連結管３０の一端側には、バーナ装置４０のバーナ４１が他端側に向け設けられている。該バーナ４１には、酸素含有ガス供給装置４２そして燃料ガス供給装置４３が接続されている。また、上記連結管３０には、好ましい形態として、管壁の温度を検出する温度センサ５１が設けられており、該温度センサ５１は制御装置５０に接続されている。該制御装置５０は、上記温度センサ５１の検出温度にもとづき、上記酸素含有ガス供給装置４２と燃料ガス供給装置４３のバーナ４１へのガス供給量を制御するようになっている。本実施形態では、バーナ４１は、酸素含有ガスを吹き出すが、制御装置５０の設定により、上記酸素含有ガスに加え、適宜燃料ガスをも吹き出すようになっている。
【００２５】
上記冷却装置２０は、冷却槽２１と、その上方に位置する連結管３０の他端部と該冷却槽２１を結ぶ冷却管２２とを有している。該冷却管２２は上記連結管３０の他端部から垂下しており、その下端で冷却槽２１に連通している。該冷却管２２の上部には、下方に向けて該冷却管２２内へ酸性洗浄液を噴射する洗浄液ノズル２３が設けられている。また、該冷却管２２内の上端位置には、管内面の付着物を掻き取る掻き取り装置２４が設けられている。該掻き取り装置２４は、管外に向け上方に延出するロッド２４Ａの下端に取り付けられた掻き部材２４Ｂを有し、ロッド２４Ａを昇降させることで、該掻き部材２４Ｂが冷却管２２の内面を掻いて、付着物を掻き落とすようになっている。
【００２６】
冷却槽２１は、その下部に洗浄液排出口２１Ａが、そして上部に粗ガス排出口２１Ｂが設けられている。
【００２７】
かかる本実施形態装置では、廃棄物の部分酸化・熱分解によるガス化そしてガス改質は、次の要領で行われる。
【００２８】
ピット（図示せず）に集積された都市ごみ、産業廃棄物等の廃棄物はプレス機（図示せず）で圧縮され圧縮成形物とされた後、加熱炉（図示せず）で加熱乾留されてから廃棄物装入部１５を経てガス化改質炉１０に送られ熱分解部１３で熱分解されてガス化する。ガス化改質炉１０のガス改質空間１２の下部に設けられた酸素含有ガス供給口１２Ａ（ランス）から炉内に酸素含有ガスが導入され、この酸素ガスが圧縮成形物中の炭素と反応し、一酸化炭素と二酸化炭素が生成される。また、廃棄物から発生した又は外部から供給された高温水蒸気が存在するため、炭素と水蒸気とによる水性ガス反応が生じて、水素と一酸化炭素が生成される。更に、圧縮成形物の熱分解・部分酸化により発生した炭化水素が水蒸気と反応して、水素と一酸化炭素が生成する。これらの廃棄物から発生したガスから水素と一酸化炭素に富むガスを生成することを改質といい、ガス化改質炉の塔頂部の改質ガス送出し口１０Ａより改質ガスが排出される。改質ガス送出し口１０Ａの内部に設けられた温度センサ１７により検出された改質ガスの温度にもとづき、制御装置１８が、酸素含有ガス供給装置１６の酸素含有ガス供給口１２Ａへの酸素含有ガス供給量を制御する。改質ガスは、該改質ガス送出し口１０Ａから連結管３０を経て冷却装置２０へ送られ、該冷却装置２０で洗浄液ノズル２３からの酸性洗浄液と接触し急冷酸洗浄された後に、粗ガス排出口２１Ｂから排出され、後段のガス精製工程に適切な温度にまで冷却され、ガス精製工程を経て燃料ガス等として取り出されて利用される。
【００２９】
一方、ガス化改質炉１０の下部で生成した熱分解残渣や灰分は溶融部１４で溶融され、溶融物がガス化改質炉下部から後段の均質化炉（図示せず）へ流れ出る。均質化炉において金属溶融物は比重が大きいため、スラグの下部を流れる。溶融物は水砕システムに流れ落ちて、冷却固化され、水砕メタル・スラグの混合物は、磁選によりメタルとスラグに分離される。
【００３０】
このようなガス改質の工程において、上記ガス改質炉１０から抜き出される改質ガスには、廃棄物から発生したダスト（灰分）が溶融した粒子状で含まれており、これが改質ガスに乗って連結管３０内を流れる。
【００３１】
本実施形態では、上記連結管３０の上流端となる一端側にバーナ４１が設けられており、酸素含有ガス供給装置４２からの酸素含有ガス（例えば純酸素や高濃度酸素含有ガス）を連結管３０の下流側たる他端側に向け改質ガスの流れの方向に吹き出している。この酸素含有ガスは、連結管３０内で改質ガスの一部を燃焼させ、高温の燃焼ガスにより連結管３０の内壁の表面温度をダストの溶融温度以上に保有する。したがって、連結管３０内を流れる改質ガス中の溶融状ダストは、連結管３０の内壁面と接触しても、冷却されて固化されることがなく、上記内壁面に付着せずに、連結管３０を改質ガスと共に下流端まで流れて冷却装置２０まで導かれる。
【００３２】
改質ガスは、冷却装置２０の冷却管２２に達すると、洗浄液ノズル２３から噴射される酸性洗浄液と接触して冷却され、ダストは固化して洗浄液で捕捉され冷却槽２１へ至る。冷却管２２の内面に付着物が生じたときには、上記掻き取り装置２４を作動させて該付着物を掻き落とす。
【００３３】
本実施形態では、好ましい形態として、上記の改質ガスの温度制御とは別に、連結管３０内に連結管３０の内壁面温度を検出する温度センサ５１を配し、この検出手段にもとづき、制御装置５０によって、上記酸素含有ガス供給装置４２と燃料ガス供給装置４３のガス供給量を制御するようになっている。そこで、本実施形態では、上記検出温度にもとづき、酸素含有ガス供給装置４２を制御してバーナ４１から吹き込む酸素含有ガス供給量を調整して、上記連結管３０の内壁面の温度をダストの溶融温度とする。この場合、必要に応じ、酸素含有ガスに加え、燃料ガス供給装置４３を作動させて、燃料ガスをもバーナ４１から吹き込むようにしてもよい。燃料ガスを連結管３０内で燃焼させるということは、連結管３０内を流れる改質ガスの一部を燃焼させる必要がないということであり、改質ガス中の可燃ガス成分の量が低下せず、改質ガスを最終的に燃料用ガスとして取り出し利用する場合に好ましい。バーナ４１からのこの燃料ガスの供給量は、上記温度センサ５１にもとづいて、酸素含有ガス供給量と相俟って調整される。かくして、ダストは連結管３０への付着が防止される。
【００３４】
バーナ４１から燃料ガスをも供給する場合、バーナからは、この燃料ガスの燃焼に必要な理論酸素量より少ない酸素量となる酸素含有ガスを吹き込むようにするとよい。この場合、酸素比（供給酸素量／理論酸素量）は０．７以上１．０未満が好ましく、０．８以上１．０未満がさらに好ましい。
【００３５】
このように、バーナから酸素含有ガスを連結管内へ吹き込むことにより、連結管の内壁面へのダストの付着を防止していても、ダストは付着してしまうこともあり、装置を長期にわたり操業している間には、この付着が堆積してその量が増加し、連結管内の有効流通断面積が減少する結果、圧力損失が増大してしまう。そこで、この場合には、連結管内に圧損センサを設けることにより、圧力損失が許容値を超えるときに、バーナから酸素含有ガスを吹き込んで、改質ガスの一部を燃焼させて、その高温の燃焼ガスで連結管の内壁面に付着した付着物を加熱そして溶融流動化させて除去させることができる。除去された付着物は冷却装置へ送られる。このような付着物の除去において、既述のダスト付着防止の際と同様に、バーナから上記酸素含有ガスと共に燃料ガスをも連結管内へ吹き込むことも可能である。
【００３６】
このように、付着物の除去のために、バーナから酸素含有ガスそして必要に応じこれと共に燃料ガスを連結管内へ吹き込む場合、本実施形態では、連結管３０が冷却装置２０へ向って下方へ向け傾斜して延びているので、溶融流動化した付着物は冷却装置２０へ容易に流下する。
【００３７】
このように、連結管内壁に付着した付着物を溶融流動化させ除去する操作を行う際には、ガス化改質炉への廃棄物の供給量を低減するか、あるいは、ガス化改質炉に供給する酸素含有ガスの供給量を低減させて、ガス化改質炉で発生するガス量を低減させることにより、連結管に送られる改質ガス量を低減させることが望まれる。こうすることにより、バーナからの高温の燃焼ガスによる付着物の加熱が効率よく行われ、付着物を溶融流動化させ除去させるための時間を短縮できる。
【実施例】
【００３８】
図１に示す廃棄物ガス化処理装置を用い、ガス化改質処理を行った。連結管の上流部にバーナを設置し、連結管の圧力損失が許容値より高くなったとき、廃棄物の供給量を５ｔ／ｈから４ｔ／ｈに低下させた上で、ＬＮＧと理論酸素量より低い酸素量の酸素含有ガスとをバーナに供給し、ＬＮＧを燃焼させ連結管内壁を、ダストの溶融温度より高い温度である１３００℃に加熱し、内壁表面に付着した付着物を溶融流動化し、冷却装置へ流下させた。バーナにＬＮＧを供給してから３時間で付着物を除去し圧力損失を許容値未満にすることができた。このような連結管の圧力損失の監視とバーナからの燃料ガスによる付着物除去運転を継続して行った。ガス化改質炉から排出する改質ガスの温度を通常の運転時と同じ１２００℃のまま変更することなく、連結管の付着物除去を行うことができるため、ガス化改質炉の炉壁耐火物の劣化を生じさせることがなく耐火物の耐用年数を低下させることがなかった。
【比較例】
【００３９】
連結管にバーナを設けない廃棄物ガス化処理装置を用い、廃棄物の供給量を５ｔ／ｈとしてガス化改質処理を行った。ガス化改質炉から排出する改質ガスの温度を１２００℃とした。連結管の圧力損失が許容値より高くなった時、ガス化改質炉に供給する酸素量を増加させ、炉内ガスを部分燃焼しガス化改質炉から排出する改質ガスの温度を１３５０℃に昇温し、連結管内壁表面を加熱し、付着した付着物を溶融流動化し除去した。このような連結管の圧力損失の監視とガス化改質炉の炉内ガスの部分燃焼による改質ガスの温度上昇による付着物除去運転を継続して行った。この付着物除去運転は５日毎に８時間程度必要であった。改質ガスの温度を１３５０℃に昇温するためガス化改質炉の炉壁耐火物の劣化が早く生じるため、耐火物の耐用年数が通常操業の場合の１／８にまで短くなり問題となった。
【符号の説明】
【００４０】
１０ ガス化改質炉
２０ 冷却装置
３０ 連結管
４１ バーナ
５０ 連結管内壁温度制御手段（制御装置）
５１ 温度計測手段（温度センサ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物を部分酸化・熱分解しガス化して発生したガスを改質して改質ガスを生成し燃料ガス等として供給する廃棄物ガス化処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、廃棄物を部分酸化・熱分解しガス化して得られるガスを燃料用ガスなどとして利用することが進められている。このような廃棄物ガス化処理装置として、特許文献１に開示されている装置が挙げられる。
【０００３】
廃棄物の圧縮成形物が高温反応塔の下部で部分酸化・熱分解され熱分解ガスが発生し、高温反応塔の上部で熱分解ガスが改質されて一酸化炭素と水素を含む改質ガスが生成され、燃料ガスとして利用される。高温反応塔から抜き出された改質ガスは冷却装置で冷却液と接触し、後段のガス精製プロセスに適した温度にまで冷却される。
【０００４】
本発明ではかかる高温反応塔をガス化改質炉という。
【０００５】
ガス化改質炉と冷却装置を連結していて改質ガスを冷却装置へ送る連結管の内壁に、ガス化改質炉からの改質ガスに随伴されるダストが付着する状況が度々発生する。連結管内壁にダストが付着して堆積すると管路が狭まり、連結管における改質ガスの圧力損失が増大し、ガス化改質炉から排出される改質ガスの流れが影響されて、ガス化改質炉内の圧力が上昇する。安全上の理由から炉内の圧力を所定値以下に抑えることが求められ、そのためには、連結管の通過ガス量を低下させる必要があり、その結果、廃棄物の処理量を低下させ発生ガス量を低減させることになり、ガス化改質炉の操業効率が低下する。また、連結管内壁に付着したダストを除去するため、定期的にガス化改質炉の操業を停止しなければならないので、稼働率が低くなる。
【０００６】
連結管内壁へのダスト付着を防止する対策として、特許文献２に、連結管内壁温度を１１９０℃超１３００℃以下に保持する加熱装置を設置することが記載されている。すなわち、この特許文献２では、ガス化改質炉から改質ガスに随伴されるダストの溶融温度以上に、連結管内壁温度を保持することにより、ダストを溶融状態に保持し、連結管内壁表面で溶融ダストが冷却され固化し付着するのを防ぐこととしている（特許文献２、段落［００２７］，［００２８］，［００３４］）。
【０００７】
また、特許文献３に、連結管の内壁温度を連結管に付着するダストの溶融温度以上に制御することによって連結管内での付着物による詰まりを防ぐことができること、ガス化改質炉に溶融促進剤（石灰石、消石灰）を添加することにより、ダストの溶融温度を低下させ、連結管の内壁温度の制御目標温度を低めることができることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−２０５２４４
【特許文献２】特開２００１−２５９６００
【特許文献３】特開２００５−２２６０２７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献２又は特許文献３に記載の方法では、連結管内壁温度をダストの溶融温度以上に保持する加熱装置として連結管壁内に加熱用高温ガスを流通する機構や、電気ヒータを設けることが必要であり、設備コストや運転コストが嵩むという問題がある。また、特許文献３に記載の方法では、連結管内壁をダストの溶融温度以上に保持するのに設備コストや運転コストが嵩むという問題に加え、溶融促進剤を添加するため運転コストがさらに嵩む問題や、廃棄物の性状によっては溶融促進剤の添加によるダストの溶融温度を低下させる効果が少なく、連結管の閉塞を防止できないという問題がある。
【００１０】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、廃棄物ガス化改質炉と冷却装置とを連結する連結管内壁へのダスト付着を防止することが、安価に、かつ廃棄物の性状にかかわらず安定して行うことができる廃棄物ガス化処理装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る廃棄物ガス化処理装置は、廃棄物を部分酸化・熱分解しガス化して発生したガスを改質して改質ガスを生成するガス化改質炉と、該ガス化改質炉からの改質ガスを受けてこれを冷却する冷却装置と、該ガス化改質炉と冷却装置とを連結して改質ガスを冷却装置へ送る連結管とを少なくとも有する。
【００１２】
かかる廃棄物ガス化処理装置において、本発明は連結管内に酸素含有ガスを吹き込み改質ガスの一部を燃焼させるバーナを備えることを特徴としている。
【００１３】
このように構成される本発明では、バーナから吹き込まれる酸素含有ガスで改質ガスの一部を燃焼させて連結管内壁の温度をダストの溶融点以上に保持し、ダストを冷却装置へ向け送り込むことで、溶融したダストが上記連結管内壁面で冷却固化して付着することを防止する。
【００１４】
本発明では、バーナは、酸素含有ガスに加え、燃料ガスをも吹き込むこととしてもよい。燃料ガスをも吹き込むことにより、燃焼が促進される。
【００１５】
本発明において、連結管内壁の温度を計測する温度計測手段と、温度計測手段により測定された連結管内壁の温度測定値に基づきバーナに供給する酸素含有ガス供給量を制御する連結管内壁温度制御手段とをさらに備えることが好ましい。このように、温度制御することにより、バーナから吹き込む酸素含有ガスを過不足ない量とすることができ、ダストの溶融状態を維持するのに十分な燃焼を無駄なく十分に行うことができる。
【００１６】
本発明において、バーナが燃料ガスをも吹き込む場合には、連結管内壁の温度を計測する温度計測手段と、温度計測手段により測定された連結管内壁の温度測定値に基づきバーナに供給する酸素含有ガス供給量及び燃料ガス供給量のうち少なくとも一つを制御する連結管内壁温度制御手段を備えることが好ましい。このように、温度制御することにより、バーナから吹き込む酸素含有ガスそして燃料ガスを過不足ない量とすることができ、ダストの溶融状態を維持するのに十分な燃焼を無駄なく十分に行うことができる。
【００１７】
本発明において、連結管は、冷却装置に向かって下方に傾斜して延びていることが好ましい。こうすることにより、溶融ダストを伴う改質ガスは、該溶融ダストと共に、該改質ガスの流勢に加え、重力による成分も作用し、円滑に冷却装置へ送り込まれる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、廃棄物ガス化改質炉と冷却装置とを連結する連結管内へバーナから酸素含有ガスを吹き込むことにより該連結管内で改質ガスの一部を燃焼させて該連結管内壁温度をダスト溶融点以上に保持することとしたので、該連結管内壁へのダスト付着を容易に防止することが可能となり、安価に、かつ廃棄物の性状にかかわらず安定して操業を行うことができる廃棄物ガス化処理装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態装置を示す概要構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面にもとづき、本発明の一実施形態を説明する。
【００２１】
図１において、本実施形態の廃棄物ガス化処理装置は、廃棄物を熱分解してガス化するガス化改質炉１０と、該ガス化改質炉１０で生成かつ改質された改質ガスを受けてこれを冷却する冷却装置２０と、上記ガス化改質炉１０と冷却装置２０を連結して改質ガスを冷却装置２０へ送る連結管３０と、該連結管３０に酸素含有ガスを吹き込むバーナ装置４０と、さらには、本実施形態での好ましい形態として、該バーナ装置４０を制御する制御手段５０とを備えている。
【００２２】
ガス化改質炉１０は、竪型の炉本体１１の内部空間にガス改質のためのガス改質空間１２が形成されており、上記ガス化改質炉１０の下方には廃棄物Ｐを堆積してこれを加熱する熱分解部１３と該熱分解部１３から横方向に延びる溶融部１４が設けられている。さらに、上記熱分解部１３の上部側壁には、側方から廃棄物Ｐを装入するための廃棄物装入部１５が設けられている。これらの熱分解部１３、溶融部１４そして廃棄物装入部１５自体は、例えば、特許文献１で公知であり、本発明の主旨とする部分ではないので、これらの説明は省略する。
【００２３】
上記ガス化改質炉１０は、そのガス改質空間１２へガス改質のための酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給口１２Ａが設けられていて、熱分解部１３で加熱された廃棄物Ｐから生成され上昇するガスを上記酸素含有ガスで改質し、改質ガスとして上記冷却装置２０へ送り出すようになっている。酸素含有ガス供給口１２Ａには酸素含有ガス供給装置１６が接続されている。かかるガス化改質炉１０の頂部には、改質ガス送出し口１０Ａが設けられており、該改質ガス送出し口１０Ａに、上記連結管３０の一端側（図１にて左端側）が接続されている。改質ガス送出し口１０Ａの内部には、ガス化改質炉１０の頂部から送出される改質ガスの温度を検出する温度センサ１７が設けられており、該温度センサ１７は制御装置１８に接続されている。該制御装置１８は、上記温度センサ１７の検出温度にもとづき、上記酸素含有ガス供給装置１６の酸素含有ガス供給口１２Ａへの酸素含有ガス供給量を制御するようになっている。
【００２４】
上記連結管３０は、他端側（図１にて右端側）に向け下向き勾配をもって配設されており、該他端側で冷却装置２０に接続されている。上記連結管３０の一端側には、バーナ装置４０のバーナ４１が他端側に向け設けられている。該バーナ４１には、酸素含有ガス供給装置４２そして燃料ガス供給装置４３が接続されている。また、上記連結管３０には、好ましい形態として、管壁の温度を検出する温度センサ５１が設けられており、該温度センサ５１は制御装置５０に接続されている。該制御装置５０は、上記温度センサ５１の検出温度にもとづき、上記酸素含有ガス供給装置４２と燃料ガス供給装置４３のバーナ４１へのガス供給量を制御するようになっている。本実施形態では、バーナ４１は、酸素含有ガスを吹き出すが、制御装置５０の設定により、上記酸素含有ガスに加え、適宜燃料ガスをも吹き出すようになっている。
【００２５】
上記冷却装置２０は、冷却槽２１と、その上方に位置する連結管３０の他端部と該冷却槽２１を結ぶ冷却管２２とを有している。該冷却管２２は上記連結管３０の他端部から垂下しており、その下端で冷却槽２１に連通している。該冷却管２２の上部には、下方に向けて該冷却管２２内へ酸性洗浄液を噴射する洗浄液ノズル２３が設けられている。また、該冷却管２２内の上端位置には、管内面の付着物を掻き取る掻き取り装置２４が設けられている。該掻き取り装置２４は、管外に向け上方に延出するロッド２４Ａの下端に取り付けられた掻き部材２４Ｂを有し、ロッド２４Ａを昇降させることで、該掻き部材２４Ｂが冷却管２２の内面を掻いて、付着物を掻き落とすようになっている。
【００２６】
冷却槽２１は、その下部に洗浄液排出口２１Ａが、そして上部に粗ガス排出口２１Ｂが設けられている。
【００２７】
かかる本実施形態装置では、廃棄物の部分酸化・熱分解によるガス化そしてガス改質は、次の要領で行われる。
【００２８】
ピット（図示せず）に集積された都市ごみ、産業廃棄物等の廃棄物はプレス機（図示せず）で圧縮され圧縮成形物とされた後、加熱炉（図示せず）で加熱乾留されてから廃棄物装入部１５を経てガス化改質炉１０に送られ熱分解部１３で熱分解されてガス化する。ガス化改質炉１０のガス改質空間１２の下部に設けられた酸素含有ガス供給口１２Ａ（ランス）から炉内に酸素含有ガスが導入され、この酸素ガスが圧縮成形物中の炭素と反応し、一酸化炭素と二酸化炭素が生成される。また、廃棄物から発生した又は外部から供給された高温水蒸気が存在するため、炭素と水蒸気とによる水性ガス反応が生じて、水素と一酸化炭素が生成される。更に、圧縮成形物の熱分解・部分酸化により発生した炭化水素が水蒸気と反応して、水素と一酸化炭素が生成する。これらの廃棄物から発生したガスから水素と一酸化炭素に富むガスを生成することを改質といい、ガス化改質炉の塔頂部の改質ガス送出し口１０Ａより改質ガスが排出される。改質ガス送出し口１０Ａの内部に設けられた温度センサ１７により検出された改質ガスの温度にもとづき、制御装置１８が、酸素含有ガス供給装置１６の酸素含有ガス供給口１２Ａへの酸素含有ガス供給量を制御する。改質ガスは、該改質ガス送出し口１０Ａから連結管３０を経て冷却装置２０へ送られ、該冷却装置２０で洗浄液ノズル２３からの酸性洗浄液と接触し急冷酸洗浄された後に、粗ガス排出口２１Ｂから排出され、後段のガス精製工程に適切な温度にまで冷却され、ガス精製工程を経て燃料ガス等として取り出されて利用される。
【００２９】
一方、ガス化改質炉１０の下部で生成した熱分解残渣や灰分は溶融部１４で溶融され、溶融物がガス化改質炉下部から後段の均質化炉（図示せず）へ流れ出る。均質化炉において金属溶融物は比重が大きいため、スラグの下部を流れる。溶融物は水砕システムに流れ落ちて、冷却固化され、水砕メタル・スラグの混合物は、磁選によりメタルとスラグに分離される。
【００３０】
このようなガス改質の工程において、上記ガス改質炉１０から抜き出される改質ガスには、廃棄物から発生したダスト（灰分）が溶融した粒子状で含まれており、これが改質ガスに乗って連結管３０内を流れる。
【００３１】
本実施形態では、上記連結管３０の上流端となる一端側にバーナ４１が設けられており、酸素含有ガス供給装置４２からの酸素含有ガス（例えば純酸素や高濃度酸素含有ガス）を連結管３０の下流側たる他端側に向け改質ガスの流れの方向に吹き出している。この酸素含有ガスは、連結管３０内で改質ガスの一部を燃焼させ、高温の燃焼ガスにより連結管３０の内壁の表面温度をダストの溶融温度以上に保有する。したがって、連結管３０内を流れる改質ガス中の溶融状ダストは、連結管３０の内壁面と接触しても、冷却されて固化されることがなく、上記内壁面に付着せずに、連結管３０を改質ガスと共に下流端まで流れて冷却装置２０まで導かれる。
【００３２】
改質ガスは、冷却装置２０の冷却管２２に達すると、洗浄液ノズル２３から噴射される酸性洗浄液と接触して冷却され、ダストは固化して洗浄液で捕捉され冷却槽２１へ至る。冷却管２２の内面に付着物が生じたときには、上記掻き取り装置２４を作動させて該付着物を掻き落とす。
【００３３】
本実施形態では、好ましい形態として、上記の改質ガスの温度制御とは別に、連結管３０内に連結管３０の内壁面温度を検出する温度センサ５１を配し、この検出手段にもとづき、制御装置５０によって、上記酸素含有ガス供給装置４２と燃料ガス供給装置４３のガス供給量を制御するようになっている。そこで、本実施形態では、上記検出温度にもとづき、酸素含有ガス供給装置４２を制御してバーナ４１から吹き込む酸素含有ガス供給量を調整して、上記連結管３０の内壁面の温度をダストの溶融温度とする。この場合、必要に応じ、酸素含有ガスに加え、燃料ガス供給装置４３を作動させて、燃料ガスをもバーナ４１から吹き込むようにしてもよい。燃料ガスを連結管３０内で燃焼させるということは、連結管３０内を流れる改質ガスの一部を燃焼させる必要がないということであり、改質ガス中の可燃ガス成分の量が低下せず、改質ガスを最終的に燃料用ガスとして取り出し利用する場合に好ましい。バーナ４１からのこの燃料ガスの供給量は、上記温度センサ５１にもとづいて、酸素含有ガス供給量と相俟って調整される。かくして、ダストは連結管３０への付着が防止される。
【００３４】
バーナ４１から燃料ガスをも供給する場合、バーナからは、この燃料ガスの燃焼に必要な理論酸素量より少ない酸素量となる酸素含有ガスを吹き込むようにするとよい。この場合、酸素比（供給酸素量／理論酸素量）は０．７以上１．０未満が好ましく、０．８以上１．０未満がさらに好ましい。
【００３５】
このように、バーナから酸素含有ガスを連結管内へ吹き込むことにより、連結管の内壁面へのダストの付着を防止していても、ダストは付着してしまうこともあり、装置を長期にわたり操業している間には、この付着が堆積してその量が増加し、連結管内の有効流通断面積が減少する結果、圧力損失が増大してしまう。そこで、この場合には、連結管内に圧損センサを設けることにより、圧力損失が許容値を超えるときに、バーナから酸素含有ガスを吹き込んで、改質ガスの一部を燃焼させて、その高温の燃焼ガスで連結管の内壁面に付着した付着物を加熱そして溶融流動化させて除去させることができる。除去された付着物は冷却装置へ送られる。このような付着物の除去において、既述のダスト付着防止の際と同様に、バーナから上記酸素含有ガスと共に燃料ガスをも連結管内へ吹き込むことも可能である。
【００３６】
このように、付着物の除去のために、バーナから酸素含有ガスそして必要に応じこれと共に燃料ガスを連結管内へ吹き込む場合、本実施形態では、連結管３０が冷却装置２０へ向って下方へ向け傾斜して延びているので、溶融流動化した付着物は冷却装置２０へ容易に流下する。
【００３７】
このように、連結管内壁に付着した付着物を溶融流動化させ除去する操作を行う際には、ガス化改質炉への廃棄物の供給量を低減するか、あるいは、ガス化改質炉に供給する酸素含有ガスの供給量を低減させて、ガス化改質炉で発生するガス量を低減させることにより、連結管に送られる改質ガス量を低減させることが望まれる。こうすることにより、バーナからの高温の燃焼ガスによる付着物の加熱が効率よく行われ、付着物を溶融流動化させ除去させるための時間を短縮できる。
【実施例】
【００３８】
図１に示す廃棄物ガス化処理装置を用い、ガス化改質処理を行った。連結管の上流部にバーナを設置し、連結管の圧力損失が許容値より高くなったとき、廃棄物の供給量を５ｔ／ｈから４ｔ／ｈに低下させた上で、ＬＮＧと理論酸素量より低い酸素量の酸素含有ガスとをバーナに供給し、ＬＮＧを燃焼させ連結管内壁を、ダストの溶融温度より高い温度である１３００℃に加熱し、内壁表面に付着した付着物を溶融流動化し、冷却装置へ流下させた。バーナにＬＮＧを供給してから３時間で付着物を除去し圧力損失を許容値未満にすることができた。このような連結管の圧力損失の監視とバーナからの燃料ガスによる付着物除去運転を継続して行った。ガス化改質炉から排出する改質ガスの温度を通常の運転時と同じ１２００℃のまま変更することなく、連結管の付着物除去を行うことができるため、ガス化改質炉の炉壁耐火物の劣化を生じさせることがなく耐火物の耐用年数を低下させることがなかった。
【比較例】
【００３９】
連結管にバーナを設けない廃棄物ガス化処理装置を用い、廃棄物の供給量を５ｔ／ｈとしてガス化改質処理を行った。ガス化改質炉から排出する改質ガスの温度を１２００℃とした。連結管の圧力損失が許容値より高くなった時、ガス化改質炉に供給する酸素量を増加させ、炉内ガスを部分燃焼しガス化改質炉から排出する改質ガスの温度を１３５０℃に昇温し、連結管内壁表面を加熱し、付着した付着物を溶融流動化し除去した。このような連結管の圧力損失の監視とガス化改質炉の炉内ガスの部分燃焼による改質ガスの温度上昇による付着物除去運転を継続して行った。この付着物除去運転は５日毎に８時間程度必要であった。改質ガスの温度を１３５０℃に昇温するためガス化改質炉の炉壁耐火物の劣化が早く生じるため、耐火物の耐用年数が通常操業の場合の１／８にまで短くなり問題となった。
【符号の説明】
【００４０】
１０ ガス化改質炉
２０ 冷却装置
３０ 連結管
４１ バーナ
５０ 連結管内壁温度制御手段（制御装置）
５１ 温度計測手段（温度センサ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物を部分酸化・熱分解しガス化して発生したガスを改質して改質ガスを生成するガス化改質炉と、該ガス化改質炉からの改質ガスを受けてこれを冷却する冷却装置と、該ガス化改質炉と冷却装置とを連結して改質ガスを冷却装置へ送る連結管とを少なくとも有する廃棄物ガス化処理装置において、
連結管内に酸素含有ガスを吹き込み改質ガスの一部を燃焼させるバーナを備えることを特徴とする廃棄物ガス化処理装置。
【請求項２】
バーナは、酸素含有ガスに加え、燃料ガスをも吹き込むこととする請求項１に記載の廃棄物ガス化処理装置。
【請求項３】
連結管内壁の温度を計測する温度計測手段と、温度計測手段により測定された連結管内壁の温度測定値に基づきバーナに供給する酸素含有ガス供給量を制御する連結管内壁温度制御手段とをさらに備えることとする請求項１に記載の廃棄物ガス化処理装置。
【請求項４】
連結管内壁の温度を計測する温度計測手段と、温度計測手段により測定された連結管内壁の温度測定値に基づきバーナに供給する酸素含有ガス供給量及び燃料ガス供給量のうち少なくとも一つを制御する連結管内壁温度制御手段を備えることとする請求項２に記載の廃棄物ガス化処理装置。
【請求項５】
連結管は、冷却装置に向かって下方に傾斜して延びていることとする請求項１ないし請求項４のうちのいずれか一つに記載の廃棄物ガス化処理装置。
【請求項１】
廃棄物を部分酸化・熱分解しガス化して発生したガスを改質して改質ガスを生成するガス化改質炉と、該ガス化改質炉からの改質ガスを受けてこれを冷却する冷却装置と、該ガス化改質炉と冷却装置とを連結して改質ガスを冷却装置へ送る連結管とを少なくとも有する廃棄物ガス化処理装置において、
連結管内に酸素含有ガスを吹き込み改質ガスの一部を燃焼させるバーナを備えることを特徴とする廃棄物ガス化処理装置。
【請求項２】
バーナは、酸素含有ガスに加え、燃料ガスをも吹き込むこととする請求項１に記載の廃棄物ガス化処理装置。
【請求項３】
連結管内壁の温度を計測する温度計測手段と、温度計測手段により測定された連結管内壁の温度測定値に基づきバーナに供給する酸素含有ガス供給量を制御する連結管内壁温度制御手段とをさらに備えることとする請求項１に記載の廃棄物ガス化処理装置。
【請求項４】
連結管内壁の温度を計測する温度計測手段と、温度計測手段により測定された連結管内壁の温度測定値に基づきバーナに供給する酸素含有ガス供給量及び燃料ガス供給量のうち少なくとも一つを制御する連結管内壁温度制御手段を備えることとする請求項２に記載の廃棄物ガス化処理装置。
【請求項５】
連結管は、冷却装置に向かって下方に傾斜して延びていることとする請求項１ないし請求項４のうちのいずれか一つに記載の廃棄物ガス化処理装置。
【図１】
【公開番号】特開２０１２−９７１７８（Ｐ２０１２−９７１７８Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４５４８２（Ｐ２０１０−２４５４８２）
【出願日】平成２２年１１月１日（２０１０．１１．１）
【出願人】（０００００４１２３）ＪＦＥエンジニアリング株式会社 (1,044)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１日（２０１０．１１．１）
【出願人】（０００００４１２３）ＪＦＥエンジニアリング株式会社 (1,044)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]