JP2001247878A - プラズマ式ガス化溶融炉を備えた発電システム - Google Patents

プラズマ式ガス化溶融炉を備えた発電システム

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Akira Noma
野間  彰
Ichiro Yamashita
一郎 山下
Susumu Nishikawa
進 西川
Yoshimasa Kawami
佳正 川見
Keita Inoue
敬太 井上
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

(57)【要約】 【課題】 炉内温度を自由に選択して高カロリーガスや
H2 ガスを多く含むガスを発生させるガス化溶融炉を有
する発電システムを提供する。 【解決手段】 炭素と水素とを含有する燃焼対象物23
を、ガス化に適した温度と酸素濃度下においてガス化す
るプラズマ式ガス化溶融炉1と、このガス化によって得
られたガス化ガス25を精製することによって有害物を
除去した精製ガス27にするガス精製器26と、該精製
ガス27を用いて発電を行う発電装置30,43とを有
するプラズマ式ガス化溶融炉を備えた発電システム2
2,38である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ごみや石炭等の燃
焼対象物をガス化して得られるガス化ガスを用いて、ガ
スタービンや燃料電池等によって発電を行う発電システ
ムに関する。
【0002】
【従来の技術】従来は、以下に説明するように、ガス化
炉から排出されるガス化ガスを用いて発電を行ってい
る。まず、炭素(C)や水素(H)を含有する燃焼対象
物を、炉内温度が500〜700℃に設定されたガス化
炉を用いて低空気比でガス化すると、上記燃焼対象物は
灰とガス化ガスに分離する。次いで、このガス化ガスを
燃料として溶融炉において灰を溶融すると、スラグが製
造されると共に排ガスが発生するので、この排ガスを用
いて発電を行うことができる。該発電によって発生する
排ガスは、廃熱を回収した後に処理をする。
【0003】しかしながら、上記のガス化炉では空気を
用いて部分燃焼をするので、上記ガス化ガスは、窒素ガ
ス(N2ガス)や二酸化炭素ガス(CO2 ガス)などが
多く含まれており、相対的にCやHの割合が少ない低カ
ロリーガスである。また、空気を用いて部分燃焼をする
ため、ある空気比でガス化して得られたガス化ガスの温
度が定まってしまい、ガス化温度と空気比との自由度が
小さい。即ち、冷却によって温度を低下させることは可
能であるが、温度を上昇させることが非常に困難であ
り、自由度が小さい。さらに、ガス化炉で発生したガス
化ガスには、HCl、SOx 又は重金属などの有害物が
含まれており、発電を行う場合にボイラーが腐食等を起
こすため、ガス化炉の炉内温度を高温にすることができ
ず、発電効率が低下するという問題がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記課題を
解決し、炉内温度を自由に選択して高カロリーガスやH
2 ガスを多く含むガスを発生させるガス化溶融炉を有す
る発電システムを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に係る発電システ
ムの第1の態様は、上記目的を達成するため、炭素と水
素とを含有する燃焼対象物を高温のガス化温度でガス化
するプラズマ式ガス化溶融炉と、このガス化によって得
られたガス化ガスを精製することによって有害物を除去
した精製ガスにするガス精製器と、該精製ガスを用いて
発電を行う発電装置とを有することを特徴とするプラズ
マ式ガス化溶融炉を備えている。
【0006】上記燃焼対象物としては、ごみや石炭等の
炭素及び水素を含む有機物であれば、あらゆる物を用い
ることができる。大きさも特に限定されず、例えば、都
市ごみ、生活ごみ、又はコンクリートと鉄筋の混合物等
の産業廃棄物などが混入していても良い。これらの燃焼
対象物のガス化に適した水分量に調整すると共に、上記
プラズマ式ガス化溶融炉内を、例えば800℃以上のガ
ス化に適した温度と酸素濃度に設定することによって、
ガス化を効率良く行うことができる。また、発電装置に
おける発電によって得られた電力を上記プラズマ式ガス
化溶融炉に供給することによって、得られたエネルギー
の有効利用を図ることができる。上記発電装置として
は、有害物を除去した精製ガスを用いることができるた
め、ガスタービンやガスエンジンなどの通常の発電装置
を使用できる。さらに、プラズマ式ガス化溶融炉は電気
を熱源とするため、ガス化ガスの成分は、N2ガスやC
2ガスが少なく、相対的にCやHの含有割合が高い高
カロリーガスを得ることができるので、燃焼温度を高温
にすることができる。また、空気比にも関係なく自由に
ガス温度を選択することができ、COやH2ガスが多い
ガスを選択的に生成することができる。
【0007】本発明に係る発電システムの第2の態様
は、水素を発生させるのに適した水分量に調整し、水素
と炭素とを含む燃焼対象物を高温のガス化温度でガス化
するプラズマ式ガス化溶融炉と、このガス化によって得
られた、水素を多く含むガス化ガスを精製して有害物を
除去した精製ガスにするガス精製器と、この水素を多く
含有した精製ガスを用いて発電を行う燃料電池とを有す
るプラズマ式ガス化溶融炉を備えた発電システムであ
る。上記プラズマ式ガス化溶融炉内部を水素発生に適し
た温度と酸素濃度に調整することによって、ガス化ガス
の水素含有量を増加させることができる。また、上記ガ
ス化温度を800℃以上にすることによって、ダイオキ
シンを分解して、その発生を抑えることができる。そし
て、発電装置として燃料電池を利用することができるた
め、CO2 を発生させず、環境保護に非常に有効な発電
システムである。
【0008】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態に係
る発電システムについて、第1と第2の実施の形態に分
けて詳細に説明する。 [第1の実施の形態]図1は、上記発電システムに設け
られたプラズマ式ガス化溶融炉を示す概略図である。プ
ラズマ式ガス化溶融炉(以下、溶融炉ともいう。)1の
中心には、上下方向に沿って主電極2及び炉底電極3が
配設されており、該溶融炉1の底部には溶融スラグ5と
溶融メタル6が収容されている。上記主電極2は直流電
源9の負極10に、炉底電極3は正極11に各々接続さ
れており、主電極2の内部には上部から窒素ガス(N
ガス)が送られている。上記主電極2から発生するプラ
ズマアーク14の温度は、約10000℃であり、上記
溶融スラグ5は、温度が約1600℃であり、SiO
2 、Al23、CaO等から構成されている。
【0009】また、溶融炉1の内部には、1200℃程
度で気化するNa、K、Cl、SO x などが収容されて
おり、溶融炉内部の温度は約1000℃に保たれてい
る。溶融炉1の側部には、溶融スラグ5が排出される出
滓口15、及び斜め下方に傾斜して設けられた出滓樋1
6が配設されている。この出滓樋16の下方には複数の
鋳型19が設けられたスラグ排出コンベア20が配設さ
れており、該鋳型19には、上記出滓樋16の先端部か
ら、温度が1200℃程度の溶融スラグ5が流れ込むよ
うになっている。この溶融スラグ5は、鋳型19が上方
に移動する間に空冷され、400℃まで温度が低下して
固化すると、スラグ排出コンベア20の上端部から排出
される。また、溶融炉1は、その天井部17にある配管
18を介して、ガス化ガス25を精製するガス精製器2
6に連通している。さらに、このスラグ排出コンベア2
0では、空冷によって鋳型19内の溶融スラグ5を固化
させたが、出滓樋16の下方に水槽(図示せず)を配設
し、該水槽内に溶融スラグ5を流し込み、水冷によって
急激に冷却させて固化させたのち、排出コンベアで搬出
させても良い。
【0010】次に、図2を用いて、第1の実施の形態に
係る発電システム22を説明する。まず、燃焼対象物2
3に水分調整24を施したのち、溶融炉1に投入する。
この燃焼対象物23は、元素としてCとHを含むもので
あれば特に限定されずに広い種類のものを用いることが
できる。例えば、都市ごみ、生活ごみ又は産業廃棄物等
の種々のごみに限らず、石炭等でも良い。また、上記水
分調整24は、燃焼対象物23に水を入れるか乾燥空気
を通すことによって、ガス化に適した水分量に調整する
ことによって行う。これによって、C+H2O→CO+
2 という吸熱反応が起こる。
【0011】また、電力を熱源とする溶融炉1は、予
め、ガス化に適した温度と酸素濃度に制御しておく。例
えば、温度は800℃以上の高温が好ましい。この溶融
炉1に上記燃焼対象物23を投入すると、該燃焼対象物
23が800℃以上の高温でガス化されるため、ダイオ
キシンを発生することなく、ガス化を行うことができ
る。このプラズマアーク溶融炉1のガス化によって、燃
焼対象物23が溶融スラグ5、溶融メタル6及びガス化
ガス25に分離する。ここで、溶融スラグ5と溶融メタ
ル6は回収し、資材として有効利用する。
【0012】一方、ガス化ガス25は高カロリーガスで
あるが、HCl、SOx 及び重金属を含んでいるため、
ガス精製器(スクラバーともいう。)26によって精製
する。ここで、ガス精製器26に送る前にガス化ガス2
5を熱交換して廃熱を利用しても良い。また、上記ガス
精製器26から廃棄物28が排出されるが、該廃棄物2
8中には重金属などが濃縮されているため、山元還元な
どによって再資源化する。上記ガス精製器26によって
精製された精製ガス27は、上記HCl等の有害物がな
く、通常のガスと同様に扱うことが可能なため、ガスエ
ンジンやガスタービンなどの通常の発電装置30によっ
て発電をすることができる。この発電によっても排ガス
33が排出されるため、廃熱を回収したのちガス処理を
する。また、発電によって得られた電力の一部35はプ
ラズマアーク溶融炉1の電力として利用することがで
き、その他の電力37は他の施設で利用したり売電した
りすることができる。
【0013】[第2の実施の形態]以下に、図3を用い
て第2の実施の形態に係る発電システム38を説明する
が、上述した第1の実施の形態と重複する部位は同一符
号とし、簡略化して説明を行う。
【0014】燃焼対象物23の水分調整24、及びプラ
ズマアーク溶融炉1の温度制御、酸素濃度の制御につい
ては、水素(H2)を発生させるのに適したものに調整
及び制御する。プラズマアーク溶融炉1の炉内温度は、
800℃以上の高温であるため、ダイオキシンが分解さ
れて発生することがない。このプラズマアーク溶融炉1
のガス化によって、上記燃焼対象物23は、溶融スラグ
5、溶融メタル6、カーボン39、タール40、及び高
カロリーのガス化ガス25に分離する。溶融スラグ5、
溶融メタル6は資材として有効利用され、カーボン39
やタール40は有機化合物合成の材料に用いたり、燃料
として再利用する。また、ガス化ガス25は、O2 ガス
濃度や水分量を調整することによってH2ガスを多く含
むようになるが、同時にHClやSOx も多く含むた
め、ガス精製器26で精製する。この精製によって発生
した廃棄物28には重金属等が濃縮されているため、山
元還元などで再資源化をする。そして、スクラバーなど
のガス精製器26によって精製された精製ガス27はH
2ガスを多く含むため、燃料電池43を用いて発電を行
うことができる。この燃料電池43では、発電によって
水44が排出されるが、CO2 ガスが発生することはな
い。また、発電によって得られた電力の一部35はプラ
ズマアーク溶融炉1に送られ、その他の電力37は売電
される。
【0015】
【発明の効果】本発明によれば、電気を熱源としたプラ
ズマ式ガス化溶融炉によって生成したガスを用いて発電
を行うため、空気比に関係なく自由にガス温度を選択す
ることができる。このため、例えば、800℃以上の高
温においてガス化を行うことも可能であり、ダイオキシ
ンの発生を有効に抑制することが可能である。また、有
害物を除去した精製ガスによって発電を行うため、通常
の発電装置や燃料電池を有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る発電システムのプラズマ式ガス化
溶融炉の概略図である。
【図2】第1の実施の形態に係る発電システムを示すフ
ローチャートである。
【図3】第2の実施の形態に係る発電システムを示すフ
ローチャートである。
【符号の説明】
1 プラズマ式ガス化溶融炉 2 主電極 3 炉底電極 5 溶融スラグ 6 溶融メタル 9 直流電源 10 負極 11 正極 14 プラズマアーク 15 出滓口 16 出滓樋 19 鋳型 20 スラグ排出コンベア 22,38 発電システム 25 ガス化ガス 26 ガス精製器 27 精製ガス 28 廃棄物 30 発電装置 33 排ガス 39 カーボン 40 タール 43 燃料電池 44 水
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C10K 1/08 F01K 27/02 C 4H060 F01K 27/02 F23G 5/00 ZAB 5H027 F23G 5/00 ZAB 115B 115 5/027 ZABZ 5/027 ZAB 5/16 ZABE 5/16 ZAB 5/46 ZABA 5/46 ZAB H01M 8/06 R H01M 8/06 B09B 3/00 ZAB (72)発明者 西川 進 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目8番地1 三菱重工業株式会社横浜研究所内 (72)発明者 川見 佳正 神奈川県横浜市中区錦町12番地 三菱重工 業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 井上 敬太 神奈川県横浜市中区錦町12番地 三菱重工 業株式会社横浜製作所内 Fターム(参考) 3G081 BA11 3K061 AA18 AA23 AB02 AB03 AC01 BA08 CA07 CA08 CA14 DA18 DA19 FA10 FA21 3K065 AA18 AA23 AB02 AC01 AC19 BA08 JA05 JA13 JA18 3K078 AA05 AA08 BA02 BA22 CA06 CA21 CA24 4D004 AA31 AA33 AA46 AB03 AB07 BA03 CA27 CA29 CA43 CA47 CB31 4H060 AA02 BB02 BB03 BB23 DD12 DD13 DD28 GG01 GG02 5H027 BA16 DD05 DD09

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭素と水素とを含有する燃焼対象物をガ
    ス化に適した温度と酸素濃度下においてガス化するプラ
    ズマ式ガス化溶融炉と、このガス化によって得られたガ
    ス化ガスを精製することによって有害物を除去した精製
    ガスにするガス精製器と、該精製ガスを用いて発電を行
    う発電装置とを有することを特徴とするプラズマ式ガス
    化溶融炉を備えた発電システム。
  2. 【請求項2】 上記燃焼対象物をガス化に適した水分量
    に調整することを特徴とする請求項1に記載のプラズマ
    式ガス化溶融炉を備えた発電システム。
  3. 【請求項3】 炭素と水素とを含有する燃焼対象物を水
    素発生に適した温度と酸素濃度下においてガス化するプ
    ラズマ式ガス化溶融炉と、このガス化によって得られた
    水素を多く含むガス化ガスを精製することにより有害物
    を除去した精製ガスにするガス精製器と、この水素を多
    く含有した精製ガスを用いて発電を行う燃料電池とを有
    することを特徴とするプラズマ式ガス化溶融炉を備えた
    発電システム。
  4. 【請求項4】 上記燃焼対象物を水素を発生させるのに
    適した水分量に調整することを特徴とする請求項3に記
    載のプラズマ式ガス化溶融炉を備えた発電システム。
  5. 【請求項5】 上記ガス化温度が800℃以上であるこ
    とを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のプラズ
    マ式ガス化溶融炉を備えた発電システム。
  6. 【請求項6】 上記発電装置又は燃料電池での発電によ
    って得られた電力を上記プラズマ式ガス化溶融炉に供給
    することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の
    プラズマ式ガス化溶融炉を備えた発電システム。
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Cited By (3)

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