廃棄物ガス化装置及びその立ち上げ方法
【課題】 ガス化炉の立ち上げ時間を短くすること。
【解決手段】 縦型のガス化炉１内に廃棄物を投入して充填層を形成し、充填層の下方から酸化剤を供給して部分燃焼による燃焼帯を形成し、ガス化炉１の下部から燃焼残渣を排出するように形成された廃棄物ガス化装置の立ち上げ方法において、燃焼帯５１の炉高位置よりも低い第１の炉高位置（１８）から水蒸気を供給し、水蒸気の供給位置の設定高さ範囲の充填層の温度が設定温度を超えたとき、第１の炉高位置（１８）からの水蒸気の供給を停止させ、これよりも低い第２の炉高位置（１３）から水蒸気を供給するようにする。
【解決手段】 縦型のガス化炉１内に廃棄物を投入して充填層を形成し、充填層の下方から酸化剤を供給して部分燃焼による燃焼帯を形成し、ガス化炉１の下部から燃焼残渣を排出するように形成された廃棄物ガス化装置の立ち上げ方法において、燃焼帯５１の炉高位置よりも低い第１の炉高位置（１８）から水蒸気を供給し、水蒸気の供給位置の設定高さ範囲の充填層の温度が設定温度を超えたとき、第１の炉高位置（１８）からの水蒸気の供給を停止させ、これよりも低い第２の炉高位置（１３）から水蒸気を供給するようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物の移動床式ガス化装置およびその立ち上げ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物を処理する方法として、廃棄物をガス化炉に投入して充填層を形成し、炉下部から酸化剤を供給して部分燃焼させ、炉高方向に燃焼帯、熱分解帯、乾燥帯を形成させることにより、廃棄物をガス化させる移動床式ガス化炉が提案されている（特許文献１参照。）。これによれば、熱分解帯で生成された熱分解ガスの熱により乾燥帯の廃棄物を加熱して乾燥させることができる。また、熱分解ガスが乾燥帯を上昇する過程で、熱分解ガスに含まれる飛灰等が除去されるため、比較的清浄な熱分解ガスを得ることができる。
【０００３】
この移動床式ガス化炉は、通常、廃棄物とともに軽石などの不燃ペレットを混合して充填し、燃焼帯を通過して流下した燃焼残渣と不燃ペレットを炉下部から排出して分別処理している。ここで、燃焼帯を通過して加熱された不燃ペレット等は、例えば、炉底部から供給される酸化剤等と熱交換して冷却される一方、酸化剤等により熱が回収されるため、熱ロスが少ない。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記の移動床式ガス化炉では、熱分解帯において廃棄物が熱分解されて、可燃性の熱分解ガスとともに炭素（チャー）が生成される。このチャーは燃焼帯に流下して燃焼されるため、燃焼帯の温度は約１０００℃以上になる。ここで、燃焼帯に導かれたチャーの一部は、例えば、炉底部から供給された水蒸気と反応して、ＣＯとＨ２に転換されるため、高いガス化効率が得られる。
【０００６】
しかしながら、このようなガス化炉の立ち上げ時においては、充填層の移動が十分に行われていないため、燃焼帯の下方には、初期充填時の不燃ペレット等が低温の状態で留まっている。このため、炉底部から供給された水蒸気は、不燃ペレット等を通過して上昇する過程で凝縮し、燃焼帯に供給されないおそれがある。このように、立ち上げ時に水蒸気の供給が十分に行われないと、ガス化効率の低下を招くため、燃焼帯の下方の充填層が十分に加熱されるまで安定した運転を行うことができず、立ち上げ時間が長くなるという問題がある。
【０００７】
本発明は、ガス化炉の立ち上げ時間を短くすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を達成するため、縦型のガス化炉内に廃棄物を投入して充填層を形成し、充填層の下方から酸化剤を供給して部分燃焼による燃焼帯を形成し、ガス化炉の下部から燃焼残渣を排出するように形成された廃棄物ガス化装置の立ち上げ方法において、燃焼帯の炉高位置よりも低い第１の炉高位置から水蒸気を供給し、この水蒸気の供給位置の設定高さ範囲の充填層の温度が設定温度を超えたとき、第１の炉高位置からの水蒸気の供給を停止させ、第１の炉高位置よりも低い第２の炉高位置から水蒸気を供給することを特徴とする。
【０００９】
すなわち、ガス化炉に水蒸気を供給する位置を少なくとも２箇所設け、立ち上げ時において、まず、燃焼帯の炉高位置に最も近い第１の炉高位置から水蒸気を供給し、充填層の流下によって、この水蒸気の供給位置の周辺高さの充填層が設定温度まで上昇したところで、さらに下方の第２の炉高位置から水蒸気を供給するようにする。これにより、ガス化炉の立ち上げ時において、炉内に供給された水蒸気は、設定温度以上に加熱された充填層を水蒸気のまま流れて燃焼帯に供給される。したがって、燃焼帯の下方の充填層が底部まで設定温度以上に加熱されるのを待たなくても水蒸気を安定して供給できるため、ガス化炉の立ち上げ時間を短縮することができる。
【００１０】
また、本発明は、炉上部に廃棄物が投入される投入口を有する縦型のガス化炉と、ガス化炉内の前記廃棄物の充填層に下方から酸化剤ガスを供給して部分燃焼による燃焼帯を形成する酸化剤供給手段と、ガス化炉の上方に設けられる生成ガスの排出口と、廃棄物を燃焼させて生成される燃焼残渣を炉底部から排出する排出手段と、充填層の燃焼帯に下方から水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、充填層の温度を検知する温度センサとを有し、水蒸気供給手段は、水蒸気を充填層に供給する第１のノズルと、第１のノズルよりも低い位置に設けられて水蒸気を充填層に供給する第２のノズルとを備え、第１のノズルの炉高位置の設定高さ範囲の充填層の温度が設定温度を超えたとき、第１のノズルから第２のノズルに水蒸気の供給位置を切り替える切替手段を有する廃棄物ガス化装置とすることができる。
【００１１】
この場合において、充填層の炉高方向の温度を検知する複数の温度センサを備え、水蒸気供給手段は、ガス化炉の炉高方向に複数のノズルを配設し、温度センサの計測結果に基づいてノズルの水蒸気の供給位置を下方に順次切り替える切替手段を備えるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ガス化炉の立ち上げ時間を短くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は、本発明を適用してなる廃棄物ガス化装置の主要部を示す構成図である。図２は、本発明を適用してなる廃棄物ガス化装置の水蒸気供給ノズルの先端部分の拡大図を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。
【００１４】
本実施形態の廃棄物ガス化炉（以下、単にガス化炉１という）は、図１に示すように、筒状縦型の容器３の頂部に、廃棄物を適宜乾燥させた状態で貯蔵するホッパ５と、炉内で廃棄物と混合して使用される不燃ペレット（例えば、焼成軽石、φ２０〜２５ｍｍ）を貯蔵するホッパ６とを備えている。ホッパ５及びホッパ６の投入口は、それぞれ二重ダンパ８，１０が設けられている。廃棄物は、例えば、スクリューコンベア７により搬送されて投入口９から容器３内に供給される一方、不燃ペレットは、ロータリフィーダ１２により投入口９からガス化炉１内に供給されるようになっている。
【００１５】
ガス化炉１は、頂部の側壁に生成ガス（熱分解ガス）を排出する排出口１１が形成され、底部に燃焼用の酸化剤ガス（空気又は酸素等）及び水蒸気を供給するガス化剤供給口１３が設けられている。ガス化剤供給口１３は、例えば、ガス化炉１の底部を形成する回転式抜き出し機１５の回転軸の先端に形成されている。回転軸１７内を通流してガス化剤供給口１３から炉内に供給される酸化剤ガスと水蒸気は、ガス化炉１内に放射状に供給されるようになっている。回転式抜き出し機１５の回転軸１７はモータ２１に連結され、回転軸１７が回転することにより回転羽１６が廃棄物の燃焼残渣等を半径方向に切り出して排出口１９から排出させるようになっている。なお、ガス化剤供給口１３は、例えば、ガス化炉１の水平断面方向に酸化剤と水蒸気とを均一に供給する構成であれば、本実施形態に限定されるものではない。
【００１６】
炉壁の設定高さ位置、すなわち、後述する燃焼帯５１の形成位置の下部には、水蒸気を炉内に供給する水蒸気供給ノズル１８が取り付けられている。この水蒸気供給ノズル１８は、例えば、炉壁の同一高さ位置に周方向で複数等間隔に配置されている。水蒸気供給ノズル１８は、図２に示すように、円筒状のノズル３１が炉内に突出して形成されている。ノズル３１の外周にはノズル孔３３が複数設けられている。
【００１７】
ガス化炉１は、炉壁の炉高方向に所定の間隔で複数の温度センサ２３が取り付けられており、この温度センサ２３のうち１つは、水蒸気供給ノズル１８と同一の炉高位置に配設されている。最上段に配置される温度センサ２３の上方の炉壁には、充填層の高さを検知するレベルセンサ２５が炉高方向に複数取り付けられている。なお、図示しないが、レベルセンサ２５の上方の炉壁には、充填層の上部空間２７の圧力を検知する圧力センサが取り付けられている。
【００１８】
次に、実施形態の動作について説明する。まず、立ち上げ時において、不燃ペレットが投入口９からガス化炉１内に供給される。この不燃ペレットは、炉内に供給される酸化剤等の通流性を向上させるためのものである。不燃ペレットが所定量供給されると、適宜乾燥及び粉砕された廃棄物が投入口９からガス化炉１内に投入される。炉内に投入された廃棄物は、不燃ペレットとともに均一に混合された状態で炉内に充填されて充填層を形成する。
【００１９】
次に、廃棄物が充填されたガス化炉１内に、ガス化剤供給口１３から酸化剤を供給し、着火用熱風発生器１４から高温空気（例えば、４００℃以上）を吹き込むことで着火させる。そして、酸化剤の供給量を調整し、廃棄物を部分燃焼させて、充填層に燃焼帯を形成する。この燃焼帯の燃焼熱により、廃棄物が熱分解されると、熱分解ガスが発生し、この熱分解ガスは廃棄物の隙間を通ってガス化炉１内を上昇し、排出口１１から排出される。
【００２０】
廃棄物の部分燃焼及び熱分解が安定する定常状態になると、炉底部近傍に安定した燃焼帯５１が形成され、その上部には熱分解帯５３が形成され、さらに上部に廃棄物の乾燥帯５５が形成される。廃棄物は、例えば約３００℃以上に達すると熱分解されることから、その温度域を越えた廃棄物の充填層の領域が熱分解帯５３となる。熱分解帯５３では、廃棄物が熱分解されて可燃性の熱分解ガス及び炭素（チャー）が生成される。ここで生成されたチャーは、燃焼帯５１に流下して燃焼され、燃焼帯５１の温度は約１０００℃以上になる。また、熱分解帯５３で生成されたチャーの一部は、後述するように、燃焼帯５１に供給される水蒸気と反応し、ＣＯ、Ｈ２に転換される。炉内に供給される酸化剤と水蒸気は、生成されたチャーの殆どが燃焼ガスと水性ガスとなるように、流量調整される。
【００２１】
このようにして生成された熱分解ガスと水性ガスが混合された生成ガスは、上層の廃棄物の隙間を通流する過程で、乾燥帯５５を通過して廃棄物を乾燥させる。生成ガスは、廃棄物を乾燥させることにより減温（例えば、約２００℃）され、ガス化炉１の頂部に形成される上部空間２７を介して排出口１１から排出される。また、燃焼帯５１で発生する飛灰が生成ガスに同伴しても、乾燥帯５５に充填された廃棄物の層がフィルタの役目をして捕集するため、排出口１１から流出する飛灰の量を低減できる。
【００２２】
一方、乾燥帯５５で乾燥された廃棄物は、次第に熱分解帯５３に移動して熱分解処理され、続いて燃焼帯５１に移動して熱分解及び燃焼されて灰になる。これらは燃焼帯５１の下層に形成される冷却帯５７を流下し、回転式抜き出し機１５の回転によって排出口１９に切り出されて炉外に排出される。
【００２３】
このように、回転式抜き出し機１５が廃棄物を底部から抜き出すことにより充填層の廃棄物は下方に移動する。これに対し、燃焼帯５１や熱分解帯５３が形成される炉高位置は、例えば、廃棄物の抜き出し速度、酸化剤の供給速度などによって設定された高さ範囲に調整されている。
【００２４】
ところで、上記ガス化炉１の立ち上げ時において、廃棄物を熱分解して生成されるチャーは、燃焼帯５１において燃焼処理されるが、一部は未燃のまま燃焼帯５１を通過して冷却帯５７を流下する場合がある。このため、立ち上げ時から廃棄物のガス化効率を安定化させるため、水蒸気を供給して水性ガス反応を行わせる必要がある。しかし、立ち上げ時において、燃焼帯５１の下方には、初期充填時の不燃ペレット等が充填されている。つまり、この不燃ペレット等は、燃焼帯５１を通過して加熱されたものではないため、比較的低温の状態になっている。このため、炉底部から供給された水蒸気は、これらを通過して上昇する過程で凝縮し、燃焼帯に供給されないおそれがある。
【００２５】
そこで、本実施形態では、ガス化炉１の立ち上げ時において、燃焼帯５１が形成されると、まず、燃焼帯５１に近い位置の水蒸気供給ノズル１８から炉内に水蒸気を供給し、水蒸気が低温の不燃ペレット等を通過する距離をできるだけ短縮して燃焼帯５１に供給するようにしている。そして、燃焼帯５１を通過して加熱された不燃ペレットや燃焼残渣が下方に移動し、水蒸気供給ノズル１８の炉高位置が設定温度、例えば２００℃を超えたことを温度センサ２３が検知したとき、図示しない制御手段により水蒸気供給ノズル１８のバルブが閉じられ、ガス化剤供給口１３に繋がるバルブが開放される。なお、水蒸気供給位置の切り替え時期を判断する温度センサ２３の検知位置（炉高位置）は、水蒸気供給ノズル１８と同一の炉高位置に限定されるものではなく、例えば、炉高位置と設定温度との兼ね合いで決められる。
【００２６】
以上述べたように、本実施形態のガス化炉１では、立ち上げ時に燃焼帯５１の下部の充填層の温度を検知し、この温度に基づいて水蒸気の供給位置を切り替えているため、水蒸気が設定温度未満の充填層の領域を通過する距離を短くして、水蒸気の凝縮を抑制できる。よって、燃焼帯５１の下方の充填層の温度に関係なく、燃焼帯５１に供給される水蒸気量を安定化できるため、ガス化効率が高くなり、ガス化炉１の立ち上げ時間を短くすることができる。
【００２７】
次に、本発明に係る他の実施形態について説明する。図３は、本発明を適用してなる廃棄物ガス化装置において水蒸気の供給動作を説明する図である。
【００２８】
本実施形態のガス化炉１には、図に示すように、炉壁の炉高方向に複数（段）の水蒸気供給ノズル１８が等間隔に取り付けられている。また、各段には、周方向に複数の水蒸気供給ノズル１８が等間隔で配置されるとともに、温度センサ２３ａ〜２３ｃがそれぞれ取り付けられている。各段の水蒸気供給ノズル１８には、上段側からバルブＶ１〜Ｖ３がそれぞれ連結されている。バルブＶ１〜Ｖ３及び温度センサ２３ａ〜２３ｃは、制御装置と電気的に接続されており、温度センサ２３ａ〜２３ｃの計測結果に基づいてバルブＶ１〜Ｖ３の開閉が制御されるようになっている。なお、他の構成部分は、図１と共通するため、説明を省略する。
【００２９】
まず、図３（ａ）に示すように、ガス化炉１の立ち上げ時において、バルブＶ１のみが開放され、最上段の水蒸気供給ノズル１８ａから水蒸気が供給される。これにより、炉内に供給された水蒸気は、供給位置の直上に形成される設定温度（例えば、２００℃）以上の高温領域３５を介して燃焼帯５１に供給され、水性ガス反応が行われる。
【００３０】
次に、図３（ｂ）において、不燃ペレットや燃焼残渣が燃焼帯５１を通過して流下し、高温領域３５が温度センサ２３ａの検知領域まで拡がると、温度センサ２３ａの計測温度が設定温度を超えることになる。すなわち、図３（ｃ）に示すように、図示しない制御装置の指令によりバルブＶ１が閉じられて、バルブＶ２が開放される。これにより、水蒸気は、水蒸気供給ノズル１８ａを１段下げた水蒸気供給ノズル１８ｂからのみ導入され、高温領域３５を通じて燃焼帯５１に供給される。
【００３１】
次に、図３（ｄ）において、さらに不燃ペレットや燃焼残渣が流下して高温領域３５が温度センサ２３ｂの検知領域まで拡がると、温度センサ２３ｂの計測温度が設定温度を超えることになる。このため、制御装置の指令によりバルブＶ２が閉じられて、バルブＶ３が開放される。これにより、水蒸気は、水蒸気供給ノズル１８ｂを１段下げた水蒸気供給ノズル１８ｃからのみ導入され、高温領域３５を通じて燃焼帯５１に供給される。
【００３２】
なお、温度センサ２３ｃの計測温度が設定温度を超えたときは、例えば、定常運転とみなして、図１のガス化剤供給口１３から水蒸気を供給するようにしてもよい。また、ガス化剤供給口１３と水蒸気供給ノズル１８の両方から水蒸気を供給するようにしてもよい。
【００３３】
このように、炉高方向に複数の水蒸気供給ノズル１８を配設し、充填層の移動に伴う高温領域の流下に合わせて水蒸気の供給位置を下方に移動していくことにより、ガス化炉１の立ち上げ時において、充填層に供給される水蒸気の凝縮を抑制できる。よって、燃焼帯５１の下方の充填層の温度に関わらず、燃焼帯５１に供給される水蒸気量を安定化できるため、ガス化効率が高くなり、ガス化炉１の立ち上げ時間を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明を適用してなる廃棄物ガス化装置の主要部を示す構成図である。
【図２】本発明を適用してなる廃棄物ガス化装置の水蒸気供給ノズルの先端部分の拡大図を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】本発明を適用してなる廃棄物ガス化装置において水蒸気の供給動作を説明する図である。
【符号の説明】
【００３５】
１ ガス化炉
７ スクリューコンベア
９ 投入口
１１ 排出口
１３ ガス化剤供給口
１５ 回転式抜き出し機
１８ 水蒸気供給ノズル
１９ 排出口
２３ 温度センサ
３３ ノズル孔
５１ 燃焼帯
５３ 熱分解帯
５５ 乾燥帯
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物の移動床式ガス化装置およびその立ち上げ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物を処理する方法として、廃棄物をガス化炉に投入して充填層を形成し、炉下部から酸化剤を供給して部分燃焼させ、炉高方向に燃焼帯、熱分解帯、乾燥帯を形成させることにより、廃棄物をガス化させる移動床式ガス化炉が提案されている（特許文献１参照。）。これによれば、熱分解帯で生成された熱分解ガスの熱により乾燥帯の廃棄物を加熱して乾燥させることができる。また、熱分解ガスが乾燥帯を上昇する過程で、熱分解ガスに含まれる飛灰等が除去されるため、比較的清浄な熱分解ガスを得ることができる。
【０００３】
この移動床式ガス化炉は、通常、廃棄物とともに軽石などの不燃ペレットを混合して充填し、燃焼帯を通過して流下した燃焼残渣と不燃ペレットを炉下部から排出して分別処理している。ここで、燃焼帯を通過して加熱された不燃ペレット等は、例えば、炉底部から供給される酸化剤等と熱交換して冷却される一方、酸化剤等により熱が回収されるため、熱ロスが少ない。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記の移動床式ガス化炉では、熱分解帯において廃棄物が熱分解されて、可燃性の熱分解ガスとともに炭素（チャー）が生成される。このチャーは燃焼帯に流下して燃焼されるため、燃焼帯の温度は約１０００℃以上になる。ここで、燃焼帯に導かれたチャーの一部は、例えば、炉底部から供給された水蒸気と反応して、ＣＯとＨ２に転換されるため、高いガス化効率が得られる。
【０００６】
しかしながら、このようなガス化炉の立ち上げ時においては、充填層の移動が十分に行われていないため、燃焼帯の下方には、初期充填時の不燃ペレット等が低温の状態で留まっている。このため、炉底部から供給された水蒸気は、不燃ペレット等を通過して上昇する過程で凝縮し、燃焼帯に供給されないおそれがある。このように、立ち上げ時に水蒸気の供給が十分に行われないと、ガス化効率の低下を招くため、燃焼帯の下方の充填層が十分に加熱されるまで安定した運転を行うことができず、立ち上げ時間が長くなるという問題がある。
【０００７】
本発明は、ガス化炉の立ち上げ時間を短くすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を達成するため、縦型のガス化炉内に廃棄物を投入して充填層を形成し、充填層の下方から酸化剤を供給して部分燃焼による燃焼帯を形成し、ガス化炉の下部から燃焼残渣を排出するように形成された廃棄物ガス化装置の立ち上げ方法において、燃焼帯の炉高位置よりも低い第１の炉高位置から水蒸気を供給し、この水蒸気の供給位置の設定高さ範囲の充填層の温度が設定温度を超えたとき、第１の炉高位置からの水蒸気の供給を停止させ、第１の炉高位置よりも低い第２の炉高位置から水蒸気を供給することを特徴とする。
【０００９】
すなわち、ガス化炉に水蒸気を供給する位置を少なくとも２箇所設け、立ち上げ時において、まず、燃焼帯の炉高位置に最も近い第１の炉高位置から水蒸気を供給し、充填層の流下によって、この水蒸気の供給位置の周辺高さの充填層が設定温度まで上昇したところで、さらに下方の第２の炉高位置から水蒸気を供給するようにする。これにより、ガス化炉の立ち上げ時において、炉内に供給された水蒸気は、設定温度以上に加熱された充填層を水蒸気のまま流れて燃焼帯に供給される。したがって、燃焼帯の下方の充填層が底部まで設定温度以上に加熱されるのを待たなくても水蒸気を安定して供給できるため、ガス化炉の立ち上げ時間を短縮することができる。
【００１０】
また、本発明は、炉上部に廃棄物が投入される投入口を有する縦型のガス化炉と、ガス化炉内の前記廃棄物の充填層に下方から酸化剤ガスを供給して部分燃焼による燃焼帯を形成する酸化剤供給手段と、ガス化炉の上方に設けられる生成ガスの排出口と、廃棄物を燃焼させて生成される燃焼残渣を炉底部から排出する排出手段と、充填層の燃焼帯に下方から水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、充填層の温度を検知する温度センサとを有し、水蒸気供給手段は、水蒸気を充填層に供給する第１のノズルと、第１のノズルよりも低い位置に設けられて水蒸気を充填層に供給する第２のノズルとを備え、第１のノズルの炉高位置の設定高さ範囲の充填層の温度が設定温度を超えたとき、第１のノズルから第２のノズルに水蒸気の供給位置を切り替える切替手段を有する廃棄物ガス化装置とすることができる。
【００１１】
この場合において、充填層の炉高方向の温度を検知する複数の温度センサを備え、水蒸気供給手段は、ガス化炉の炉高方向に複数のノズルを配設し、温度センサの計測結果に基づいてノズルの水蒸気の供給位置を下方に順次切り替える切替手段を備えるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ガス化炉の立ち上げ時間を短くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は、本発明を適用してなる廃棄物ガス化装置の主要部を示す構成図である。図２は、本発明を適用してなる廃棄物ガス化装置の水蒸気供給ノズルの先端部分の拡大図を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。
【００１４】
本実施形態の廃棄物ガス化炉（以下、単にガス化炉１という）は、図１に示すように、筒状縦型の容器３の頂部に、廃棄物を適宜乾燥させた状態で貯蔵するホッパ５と、炉内で廃棄物と混合して使用される不燃ペレット（例えば、焼成軽石、φ２０〜２５ｍｍ）を貯蔵するホッパ６とを備えている。ホッパ５及びホッパ６の投入口は、それぞれ二重ダンパ８，１０が設けられている。廃棄物は、例えば、スクリューコンベア７により搬送されて投入口９から容器３内に供給される一方、不燃ペレットは、ロータリフィーダ１２により投入口９からガス化炉１内に供給されるようになっている。
【００１５】
ガス化炉１は、頂部の側壁に生成ガス（熱分解ガス）を排出する排出口１１が形成され、底部に燃焼用の酸化剤ガス（空気又は酸素等）及び水蒸気を供給するガス化剤供給口１３が設けられている。ガス化剤供給口１３は、例えば、ガス化炉１の底部を形成する回転式抜き出し機１５の回転軸の先端に形成されている。回転軸１７内を通流してガス化剤供給口１３から炉内に供給される酸化剤ガスと水蒸気は、ガス化炉１内に放射状に供給されるようになっている。回転式抜き出し機１５の回転軸１７はモータ２１に連結され、回転軸１７が回転することにより回転羽１６が廃棄物の燃焼残渣等を半径方向に切り出して排出口１９から排出させるようになっている。なお、ガス化剤供給口１３は、例えば、ガス化炉１の水平断面方向に酸化剤と水蒸気とを均一に供給する構成であれば、本実施形態に限定されるものではない。
【００１６】
炉壁の設定高さ位置、すなわち、後述する燃焼帯５１の形成位置の下部には、水蒸気を炉内に供給する水蒸気供給ノズル１８が取り付けられている。この水蒸気供給ノズル１８は、例えば、炉壁の同一高さ位置に周方向で複数等間隔に配置されている。水蒸気供給ノズル１８は、図２に示すように、円筒状のノズル３１が炉内に突出して形成されている。ノズル３１の外周にはノズル孔３３が複数設けられている。
【００１７】
ガス化炉１は、炉壁の炉高方向に所定の間隔で複数の温度センサ２３が取り付けられており、この温度センサ２３のうち１つは、水蒸気供給ノズル１８と同一の炉高位置に配設されている。最上段に配置される温度センサ２３の上方の炉壁には、充填層の高さを検知するレベルセンサ２５が炉高方向に複数取り付けられている。なお、図示しないが、レベルセンサ２５の上方の炉壁には、充填層の上部空間２７の圧力を検知する圧力センサが取り付けられている。
【００１８】
次に、実施形態の動作について説明する。まず、立ち上げ時において、不燃ペレットが投入口９からガス化炉１内に供給される。この不燃ペレットは、炉内に供給される酸化剤等の通流性を向上させるためのものである。不燃ペレットが所定量供給されると、適宜乾燥及び粉砕された廃棄物が投入口９からガス化炉１内に投入される。炉内に投入された廃棄物は、不燃ペレットとともに均一に混合された状態で炉内に充填されて充填層を形成する。
【００１９】
次に、廃棄物が充填されたガス化炉１内に、ガス化剤供給口１３から酸化剤を供給し、着火用熱風発生器１４から高温空気（例えば、４００℃以上）を吹き込むことで着火させる。そして、酸化剤の供給量を調整し、廃棄物を部分燃焼させて、充填層に燃焼帯を形成する。この燃焼帯の燃焼熱により、廃棄物が熱分解されると、熱分解ガスが発生し、この熱分解ガスは廃棄物の隙間を通ってガス化炉１内を上昇し、排出口１１から排出される。
【００２０】
廃棄物の部分燃焼及び熱分解が安定する定常状態になると、炉底部近傍に安定した燃焼帯５１が形成され、その上部には熱分解帯５３が形成され、さらに上部に廃棄物の乾燥帯５５が形成される。廃棄物は、例えば約３００℃以上に達すると熱分解されることから、その温度域を越えた廃棄物の充填層の領域が熱分解帯５３となる。熱分解帯５３では、廃棄物が熱分解されて可燃性の熱分解ガス及び炭素（チャー）が生成される。ここで生成されたチャーは、燃焼帯５１に流下して燃焼され、燃焼帯５１の温度は約１０００℃以上になる。また、熱分解帯５３で生成されたチャーの一部は、後述するように、燃焼帯５１に供給される水蒸気と反応し、ＣＯ、Ｈ２に転換される。炉内に供給される酸化剤と水蒸気は、生成されたチャーの殆どが燃焼ガスと水性ガスとなるように、流量調整される。
【００２１】
このようにして生成された熱分解ガスと水性ガスが混合された生成ガスは、上層の廃棄物の隙間を通流する過程で、乾燥帯５５を通過して廃棄物を乾燥させる。生成ガスは、廃棄物を乾燥させることにより減温（例えば、約２００℃）され、ガス化炉１の頂部に形成される上部空間２７を介して排出口１１から排出される。また、燃焼帯５１で発生する飛灰が生成ガスに同伴しても、乾燥帯５５に充填された廃棄物の層がフィルタの役目をして捕集するため、排出口１１から流出する飛灰の量を低減できる。
【００２２】
一方、乾燥帯５５で乾燥された廃棄物は、次第に熱分解帯５３に移動して熱分解処理され、続いて燃焼帯５１に移動して熱分解及び燃焼されて灰になる。これらは燃焼帯５１の下層に形成される冷却帯５７を流下し、回転式抜き出し機１５の回転によって排出口１９に切り出されて炉外に排出される。
【００２３】
このように、回転式抜き出し機１５が廃棄物を底部から抜き出すことにより充填層の廃棄物は下方に移動する。これに対し、燃焼帯５１や熱分解帯５３が形成される炉高位置は、例えば、廃棄物の抜き出し速度、酸化剤の供給速度などによって設定された高さ範囲に調整されている。
【００２４】
ところで、上記ガス化炉１の立ち上げ時において、廃棄物を熱分解して生成されるチャーは、燃焼帯５１において燃焼処理されるが、一部は未燃のまま燃焼帯５１を通過して冷却帯５７を流下する場合がある。このため、立ち上げ時から廃棄物のガス化効率を安定化させるため、水蒸気を供給して水性ガス反応を行わせる必要がある。しかし、立ち上げ時において、燃焼帯５１の下方には、初期充填時の不燃ペレット等が充填されている。つまり、この不燃ペレット等は、燃焼帯５１を通過して加熱されたものではないため、比較的低温の状態になっている。このため、炉底部から供給された水蒸気は、これらを通過して上昇する過程で凝縮し、燃焼帯に供給されないおそれがある。
【００２５】
そこで、本実施形態では、ガス化炉１の立ち上げ時において、燃焼帯５１が形成されると、まず、燃焼帯５１に近い位置の水蒸気供給ノズル１８から炉内に水蒸気を供給し、水蒸気が低温の不燃ペレット等を通過する距離をできるだけ短縮して燃焼帯５１に供給するようにしている。そして、燃焼帯５１を通過して加熱された不燃ペレットや燃焼残渣が下方に移動し、水蒸気供給ノズル１８の炉高位置が設定温度、例えば２００℃を超えたことを温度センサ２３が検知したとき、図示しない制御手段により水蒸気供給ノズル１８のバルブが閉じられ、ガス化剤供給口１３に繋がるバルブが開放される。なお、水蒸気供給位置の切り替え時期を判断する温度センサ２３の検知位置（炉高位置）は、水蒸気供給ノズル１８と同一の炉高位置に限定されるものではなく、例えば、炉高位置と設定温度との兼ね合いで決められる。
【００２６】
以上述べたように、本実施形態のガス化炉１では、立ち上げ時に燃焼帯５１の下部の充填層の温度を検知し、この温度に基づいて水蒸気の供給位置を切り替えているため、水蒸気が設定温度未満の充填層の領域を通過する距離を短くして、水蒸気の凝縮を抑制できる。よって、燃焼帯５１の下方の充填層の温度に関係なく、燃焼帯５１に供給される水蒸気量を安定化できるため、ガス化効率が高くなり、ガス化炉１の立ち上げ時間を短くすることができる。
【００２７】
次に、本発明に係る他の実施形態について説明する。図３は、本発明を適用してなる廃棄物ガス化装置において水蒸気の供給動作を説明する図である。
【００２８】
本実施形態のガス化炉１には、図に示すように、炉壁の炉高方向に複数（段）の水蒸気供給ノズル１８が等間隔に取り付けられている。また、各段には、周方向に複数の水蒸気供給ノズル１８が等間隔で配置されるとともに、温度センサ２３ａ〜２３ｃがそれぞれ取り付けられている。各段の水蒸気供給ノズル１８には、上段側からバルブＶ１〜Ｖ３がそれぞれ連結されている。バルブＶ１〜Ｖ３及び温度センサ２３ａ〜２３ｃは、制御装置と電気的に接続されており、温度センサ２３ａ〜２３ｃの計測結果に基づいてバルブＶ１〜Ｖ３の開閉が制御されるようになっている。なお、他の構成部分は、図１と共通するため、説明を省略する。
【００２９】
まず、図３（ａ）に示すように、ガス化炉１の立ち上げ時において、バルブＶ１のみが開放され、最上段の水蒸気供給ノズル１８ａから水蒸気が供給される。これにより、炉内に供給された水蒸気は、供給位置の直上に形成される設定温度（例えば、２００℃）以上の高温領域３５を介して燃焼帯５１に供給され、水性ガス反応が行われる。
【００３０】
次に、図３（ｂ）において、不燃ペレットや燃焼残渣が燃焼帯５１を通過して流下し、高温領域３５が温度センサ２３ａの検知領域まで拡がると、温度センサ２３ａの計測温度が設定温度を超えることになる。すなわち、図３（ｃ）に示すように、図示しない制御装置の指令によりバルブＶ１が閉じられて、バルブＶ２が開放される。これにより、水蒸気は、水蒸気供給ノズル１８ａを１段下げた水蒸気供給ノズル１８ｂからのみ導入され、高温領域３５を通じて燃焼帯５１に供給される。
【００３１】
次に、図３（ｄ）において、さらに不燃ペレットや燃焼残渣が流下して高温領域３５が温度センサ２３ｂの検知領域まで拡がると、温度センサ２３ｂの計測温度が設定温度を超えることになる。このため、制御装置の指令によりバルブＶ２が閉じられて、バルブＶ３が開放される。これにより、水蒸気は、水蒸気供給ノズル１８ｂを１段下げた水蒸気供給ノズル１８ｃからのみ導入され、高温領域３５を通じて燃焼帯５１に供給される。
【００３２】
なお、温度センサ２３ｃの計測温度が設定温度を超えたときは、例えば、定常運転とみなして、図１のガス化剤供給口１３から水蒸気を供給するようにしてもよい。また、ガス化剤供給口１３と水蒸気供給ノズル１８の両方から水蒸気を供給するようにしてもよい。
【００３３】
このように、炉高方向に複数の水蒸気供給ノズル１８を配設し、充填層の移動に伴う高温領域の流下に合わせて水蒸気の供給位置を下方に移動していくことにより、ガス化炉１の立ち上げ時において、充填層に供給される水蒸気の凝縮を抑制できる。よって、燃焼帯５１の下方の充填層の温度に関わらず、燃焼帯５１に供給される水蒸気量を安定化できるため、ガス化効率が高くなり、ガス化炉１の立ち上げ時間を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明を適用してなる廃棄物ガス化装置の主要部を示す構成図である。
【図２】本発明を適用してなる廃棄物ガス化装置の水蒸気供給ノズルの先端部分の拡大図を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】本発明を適用してなる廃棄物ガス化装置において水蒸気の供給動作を説明する図である。
【符号の説明】
【００３５】
１ ガス化炉
７ スクリューコンベア
９ 投入口
１１ 排出口
１３ ガス化剤供給口
１５ 回転式抜き出し機
１８ 水蒸気供給ノズル
１９ 排出口
２３ 温度センサ
３３ ノズル孔
５１ 燃焼帯
５３ 熱分解帯
５５ 乾燥帯
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦型のガス化炉内に廃棄物を投入して充填層を形成し、該充填層の下方から酸化剤を供給して部分燃焼による燃焼帯を形成し、前記ガス化炉の下部から燃焼残渣を排出するように形成された廃棄物ガス化装置の立ち上げ方法において、前記燃焼帯の炉高位置よりも低い第１の炉高位置から水蒸気を供給し、該水蒸気の供給位置の設定高さ範囲の前記充填層の温度が設定温度を超えたとき、前記第１の炉高位置からの水蒸気の供給を停止させ、前記第１の炉高位置よりも低い第２の炉高位置から水蒸気を供給することを特徴とする廃棄物ガス化装置の立ち上げ方法。
【請求項２】
炉上部に廃棄物が投入される投入口を有する縦型のガス化炉と、該ガス化炉内の前記廃棄物の充填層に下方から酸化剤ガスを供給して部分燃焼による燃焼帯を形成する酸化剤供給手段と、前記ガス化炉の上方に設けられる生成ガスの排出口と、前記廃棄物を燃焼させて生成される燃焼残渣を炉底部から排出する排出手段と、前記充填層の前記燃焼帯に下方から水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、前記充填層の温度を検知する温度センサとを備えた廃棄物ガス化装置であって、
前記水蒸気供給手段は、前記水蒸気を前記充填層に供給する第１のノズルと、該第１のノズルよりも低い位置に設けられて水蒸気を前記充填層に供給する第２のノズルとを備え、前記第１のノズルの炉高位置の設定高さ範囲の前記充填層の温度が設定温度を超えたとき、前記第１のノズルから前記第２のノズルに水蒸気の供給位置を切り替える切替手段を有することを特徴とする廃棄物ガス化装置。
【請求項３】
炉上部に廃棄物が投入される投入口を有する縦型のガス化炉と、該ガス化炉内の前記廃棄物の充填層に下方から酸化剤ガスを供給して部分燃焼による燃焼帯を形成する酸化剤供給手段と、前記ガス化炉の上方に設けられる生成ガスの排出口と、前記廃棄物を燃焼させて生成される燃焼残渣を炉底部から排出する排出手段と、前記充填層の前記燃焼帯に下方から水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、前記充填層の炉高方向の温度を検知する複数の温度センサとを備えた廃棄物ガス化装置であって、
前記水蒸気供給手段は、前記ガス化炉の炉高方向に複数のノズルを配設し、前記温度センサの計測結果に基づいて前記ノズルの水蒸気の供給位置を下方に順次切り替える切替手段を有することを特徴とする廃棄物ガス化装置。
【請求項１】
縦型のガス化炉内に廃棄物を投入して充填層を形成し、該充填層の下方から酸化剤を供給して部分燃焼による燃焼帯を形成し、前記ガス化炉の下部から燃焼残渣を排出するように形成された廃棄物ガス化装置の立ち上げ方法において、前記燃焼帯の炉高位置よりも低い第１の炉高位置から水蒸気を供給し、該水蒸気の供給位置の設定高さ範囲の前記充填層の温度が設定温度を超えたとき、前記第１の炉高位置からの水蒸気の供給を停止させ、前記第１の炉高位置よりも低い第２の炉高位置から水蒸気を供給することを特徴とする廃棄物ガス化装置の立ち上げ方法。
【請求項２】
炉上部に廃棄物が投入される投入口を有する縦型のガス化炉と、該ガス化炉内の前記廃棄物の充填層に下方から酸化剤ガスを供給して部分燃焼による燃焼帯を形成する酸化剤供給手段と、前記ガス化炉の上方に設けられる生成ガスの排出口と、前記廃棄物を燃焼させて生成される燃焼残渣を炉底部から排出する排出手段と、前記充填層の前記燃焼帯に下方から水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、前記充填層の温度を検知する温度センサとを備えた廃棄物ガス化装置であって、
前記水蒸気供給手段は、前記水蒸気を前記充填層に供給する第１のノズルと、該第１のノズルよりも低い位置に設けられて水蒸気を前記充填層に供給する第２のノズルとを備え、前記第１のノズルの炉高位置の設定高さ範囲の前記充填層の温度が設定温度を超えたとき、前記第１のノズルから前記第２のノズルに水蒸気の供給位置を切り替える切替手段を有することを特徴とする廃棄物ガス化装置。
【請求項３】
炉上部に廃棄物が投入される投入口を有する縦型のガス化炉と、該ガス化炉内の前記廃棄物の充填層に下方から酸化剤ガスを供給して部分燃焼による燃焼帯を形成する酸化剤供給手段と、前記ガス化炉の上方に設けられる生成ガスの排出口と、前記廃棄物を燃焼させて生成される燃焼残渣を炉底部から排出する排出手段と、前記充填層の前記燃焼帯に下方から水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、前記充填層の炉高方向の温度を検知する複数の温度センサとを備えた廃棄物ガス化装置であって、
前記水蒸気供給手段は、前記ガス化炉の炉高方向に複数のノズルを配設し、前記温度センサの計測結果に基づいて前記ノズルの水蒸気の供給位置を下方に順次切り替える切替手段を有することを特徴とする廃棄物ガス化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−２２５４１９（Ｐ２００６−２２５４１９Ａ）
【公開日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３７４０９（Ｐ２００５−３７４０９）
【出願日】平成１７年２月１５日（２００５．２．１５）
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月１５日（２００５．２．１５）
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【Ｆターム（参考）】
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