JP2007051846A - Gasification melting system and operation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、都市ごみや産業廃棄物等の廃棄物を処理するためのガス化溶融システムに関するものである。 The present invention relates to a gasification and melting system for treating waste such as municipal waste and industrial waste.
従来、廃棄物を処理するための手段として、例えば特許文献1に記載されるようなガス化溶融システムが知られている。このシステムは、流動化ガスにより流動層が形成される流動床式ガス化炉と、その後段の溶融炉とを備え、前記流動床式ガス化炉は、その流動層に投入された廃棄物を燃焼させて熱分解ガスを生成し、前記溶融炉は、前記流動床式ガス化炉により生成された熱分解ガスをさらに燃焼させて同ガス中の灰分を溶融させることにより溶融スラグを生成し、排出する。この溶融炉で生成された高温燃焼ガスは、後段のボイラ、ガス冷却室、及びバグフィルタに順次送られ、その処理後に系外に排出される。
前記システムが導入される廃棄物処理施設のうち、例えば人口の少ない地方都市に設けられるような小規模の廃棄物処理施設においては、前記ボイラを省略し、これに代えて前記溶融炉を含む高温燃焼装置のガス排出部とその後段の減温塔とをダクトを介して接続するシステムが採用されることがある。 Among the waste treatment facilities to which the system is introduced, for example, in a small-scale waste treatment facility such as provided in a local city with a small population, the boiler is omitted, and a high temperature including the melting furnace instead is provided. A system may be employed in which a gas discharge part of a combustion apparatus and a subsequent temperature reduction tower are connected via a duct.
しかしながら、このように高温燃焼装置のガス排出部にダクトが直結されるシステムでは、当該ダクト内を流れるガスすなわち高温燃焼ガスの温度が非常に高く、当該ガスに接触するダクト内面の温度も灰の軟化点(約800℃〜1000℃)を超える可能性がある。この場合、前記高温燃焼ガス中に含まれる灰分が前記ダクトの内面に接触することにより、そのダクト内面上で前記灰分が軟化して当該ダクト内面に付着するおそれがある。このような灰分の付着を放置しておくと、当該灰分がダクト内に堆積して当該ダクトを閉塞させてしまうため、定期的に当該ダクトのメンテナンスを行う必要があり、作業負荷の増大を招き、場合によっては長期にわたる連続操業に支障をきたすことがある。 However, in such a system in which the duct is directly connected to the gas discharge part of the high-temperature combustion apparatus, the temperature of the gas flowing in the duct, that is, the high-temperature combustion gas is very high, and the temperature of the inner surface of the duct that contacts the gas is There is a possibility of exceeding the softening point (about 800 ° C. to 1000 ° C.). In this case, when the ash contained in the high-temperature combustion gas contacts the inner surface of the duct, the ash may soften on the inner surface of the duct and adhere to the inner surface of the duct. If such ash content is left unattended, the ash content accumulates in the duct and closes the duct. Therefore, it is necessary to periodically maintain the duct, resulting in an increased work load. In some cases, it may interfere with long-term continuous operation.
本発明は、このような事情に鑑み、ガス化溶融システムにおいて、その溶融炉を含む高温燃焼装置のガス排出部にダクトを接続する構成をとりながら、そのダクト内で灰分が堆積するのを有効に抑止することを目的とする。 In view of such circumstances, the present invention is effective in depositing ash in a duct in a gasification and melting system while connecting the duct to a gas discharge part of a high-temperature combustion apparatus including the melting furnace. The purpose is to deter.
前記課題を解決するための手段として、本発明は、被処理物を熱分解して熱分解ガスを生成するガス化炉と、このガス化炉で生成された熱分解ガス中の可燃成分を燃焼させて同ガス中の灰分を溶融させる溶融炉を含み、その溶融スラグを排出する高温燃焼装置とを備えたガス化溶融システムを運転する方法であって、前記高温燃焼装置のガス排出部にダクトを接続してその内側に前記高温燃焼装置の排出ガスを流すとともに、このダクトにおいてその内側を流れるガスの温度が400℃以上である部分の少なくとも一部を冷却してその内面温度を前記灰分の軟化点よりも低下させるものである。 As means for solving the problems, the present invention combusts a gasification furnace that pyrolyzes an object to be processed to generate a pyrolysis gas, and a combustible component in the pyrolysis gas generated in the gasification furnace. A high temperature combustion apparatus including a melting furnace for melting ash in the gas and discharging the molten slag, and a duct connected to a gas discharge portion of the high temperature combustion apparatus And the exhaust gas of the high-temperature combustion apparatus flows through the inside of the duct, and at least a part of the portion where the temperature of the gas flowing inside the duct is 400 ° C. or higher is cooled to reduce the inner surface temperature of the ash content. It is lower than the softening point.
また本発明は、被処理物を熱分解して熱分解ガスを生成するガス化炉と、このガス化炉で生成された熱分解ガス中の可燃成分を燃焼させて同ガス中の灰分を溶融させる溶融炉を含み、その溶融スラグを排出する高温燃焼装置とを備えたガス化溶融システムにおいて、前記高温燃焼装置のガス排出部にダクトが接続されるとともに、このダクトにおいてその内側を流れるガスの温度が400℃以上である部分の少なくとも一部の内面温度を低下させる冷却手段が当該ダクトに設けられているものである。 The present invention also includes a gasification furnace that pyrolyzes an object to be processed to generate a pyrolysis gas, and combustible components in the pyrolysis gas generated in the gasification furnace to melt ash in the gas. A gasification and melting system including a high-temperature combustion apparatus that discharges the molten slag, and a duct is connected to a gas discharge portion of the high-temperature combustion apparatus, and a gas flowing inside the duct is connected to the gas discharge section of the high-temperature combustion apparatus. The duct is provided with cooling means for lowering the inner surface temperature of at least a part of the portion having a temperature of 400 ° C. or higher.
また本発明は、被処理物を熱分解して熱分解ガスを生成するガス化炉と、このガス化炉で生成された熱分解ガス中の可燃成分を燃焼させて同ガス中の灰分を溶融させる溶融炉を含み、その溶融スラグを排出する高温燃焼装置と、前記高温燃焼装置から排出されるガスを冷却する減温塔と、前記高温燃焼装置のガス排出部と前記減温塔のガス入口部とを接続するダクトとを備え、かつ、このダクトにその内面温度を低下させる冷却手段が設けられているものである。 The present invention also includes a gasification furnace that pyrolyzes an object to be processed to generate a pyrolysis gas, and combustible components in the pyrolysis gas generated in the gasification furnace to melt ash in the gas. A high-temperature combustion apparatus including a melting furnace for discharging the molten slag, a temperature reducing tower for cooling the gas discharged from the high-temperature combustion apparatus, a gas discharge unit of the high-temperature combustion apparatus, and a gas inlet of the temperature reduction tower And a cooling means for lowering the inner surface temperature of the duct.
以上の構成によれば、高温燃焼装置のガス排出部に接続されているダクトを冷却してその内面温度を低下させることにより、当該ダクトの内面に接触したガス中の灰分が当該内面上で軟化して当該内面に付着するのを有効に抑止することができる。特に、前記ダクトにおいて少なくともその内側を流れるガスの温度が800℃以上である部分を冷却することにより、灰分の付着、堆積を抑止する効果は顕著なものとなる。 According to the above configuration, the ash in the gas contacting the inner surface of the duct is softened on the inner surface by cooling the duct connected to the gas discharge part of the high-temperature combustion apparatus and lowering the inner surface temperature thereof. Thus, it is possible to effectively suppress adhesion to the inner surface. In particular, by cooling at least a portion of the duct where the temperature of the gas flowing inside thereof is 800 ° C. or higher, the effect of suppressing the adhesion and accumulation of ash becomes remarkable.
前記高温燃焼装置は、前記溶融炉のみで構成されたものであってもよいし、その溶融炉に加えてその後段に二次燃焼室を有するものであってもよい。後者の場合には、前記二次燃焼室の下流側(当該二次燃焼室の直下流側でもよいし、当該二次燃焼室の下流側に設けられた空気予熱器のさらに下流側でもよい。)に前記ガス排出部が設けられている構成とすればよい。 The high-temperature combustion apparatus may be constituted only by the melting furnace, or may have a secondary combustion chamber in the subsequent stage in addition to the melting furnace. In the latter case, it may be downstream of the secondary combustion chamber (directly downstream of the secondary combustion chamber, or further downstream of an air preheater provided downstream of the secondary combustion chamber. ) In which the gas discharge part is provided.
前記冷却手段としては、前記ダクトの内壁を囲む形状の冷却流体通路を形成する通路形成部材を含むものが、好適である。この構成によれば、前記内壁のすぐ外側に冷却流体を流すことができ、これにより、簡素な構成で効率良く前記内壁の内面温度を低下させることができる。 The cooling means preferably includes a passage forming member that forms a cooling fluid passage having a shape surrounding the inner wall of the duct. According to this configuration, the cooling fluid can be allowed to flow immediately outside the inner wall, and thereby the inner surface temperature of the inner wall can be efficiently reduced with a simple configuration.
特に、前記通路形成部材が、前記ダクトの内壁からその径方向外側に隙間をおいて当該内壁を囲む略筒状をなし、当該ダクトの内壁との間にその全周にわたって連続する冷却流体通路を形成するものであれば、前記内壁をその略全域にわたって効率良く冷却することができる。 In particular, the passage forming member has a substantially cylindrical shape surrounding the inner wall with a gap radially outward from the inner wall of the duct, and a cooling fluid passage that is continuous over the entire circumference between the inner wall of the duct. If it forms, the said inner wall can be efficiently cooled over the substantially whole region.
前記ダクトは、その全長にわたって一体のものでもよいが、そのガス流れ方向に分割された複数のダクト構成管をつなぎ合わせて構成されるものとすれば、その搬送作業や現場での設置作業がより容易となる。この場合、前記通路形成部材は、前記各ダクト構成管毎に独立した冷却流体通路を形成するとともに、その隣接するダクト構成管の冷却流体通路同士を接続する接続配管を備えるようにすれば、各ダクト構成管で冷却流体通路を確実に密封することができるとともに、その冷却流体通路同士を接続配管で接続することにより、複数のダクト構成管に跨る冷却流体通路を形成することができる。また、前記接続配管により放熱面積を稼いで冷却効率の向上を図ることもできる。 The duct may be integrated over its entire length, but if it is constructed by connecting a plurality of duct constituent pipes divided in the gas flow direction, its transport work and installation work on site will be more effective. It becomes easy. In this case, each of the passage forming members forms an independent cooling fluid passage for each of the duct constituent pipes, and includes connection pipes that connect the cooling fluid passages of the adjacent duct constituent pipes. The cooling fluid passages can be reliably sealed with the duct constituent pipes, and the cooling fluid passages extending over the plurality of duct constituent pipes can be formed by connecting the cooling fluid passages with the connecting pipes. In addition, the cooling efficiency can be improved by increasing the heat radiation area by the connection pipe.
以上のように、本発明によれば、高温燃焼装置のガス排出部に接続されるダクトを冷却してその内面温度を低下させることにより、当該ダクトの内面に高温燃焼ガス中の灰分が付着するのを有効に抑止して円滑な運転を実現することができる効果がある。 As described above, according to the present invention, the duct connected to the gas discharge portion of the high-temperature combustion apparatus is cooled to lower the inner surface temperature thereof, so that the ash content in the high-temperature combustion gas adheres to the inner surface of the duct. There is an effect that can be effectively suppressed and smooth operation can be realized.
本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。 A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示すガス化溶融システムは、その前段側から順に、給塵機10と、流動床式ガス化炉12と、高温燃焼装置14と、第1減温塔16と、空気予熱装置18と、第2減温塔20と、バグフィルタ22と、誘引送風機24と、煙突26とを備えている。
The gasification and melting system shown in FIG. 1 includes a
前記給塵機10は、ごみホッパ11を有し、このごみホッパ11に投入されたごみをスクリュコンベアによって定量的に流動床式ガス化炉12に供給する。
The
この流動床式ガス化炉12の炉床には、砂等の流動粒子による流動層28が形成され、この流動層28の温度を例えば450〜650℃に維持しながら、当該流動層28に投入されたごみを低温熱分解すなわち一次燃焼させる運転が行われる。前記ごみに含まれる不燃物は前記流動粒子とともに炉底より抜き出され、その後段で前記流動粒子と分離される。分離された流動粒子は前記流動層28に戻されて再利用される。
A fluidized
前記高温燃焼装置14は、縦方向に延びる溶融炉30と、その後段の二次燃焼室32及び二次空気予熱器34とが並設された構成となっている。
The high-temperature combustion apparatus 14 has a configuration in which a
前記溶融炉30では、前記流動床式ガス化炉12から送られてくる熱分解ガスが例えばトータル空気比1.3の条件下でさらに燃焼処理される。具体的には、前記溶融炉30内に燃焼用空気による旋回流が形成されて約1300℃の高温燃焼が行われ、その熱により前記熱分解ガス中の灰分が炉壁上で溶融してスラグとなり、当該炉壁を伝って高温燃焼装置14の底部の出滓口36から排出される。この溶融スラグは、スラグ水冷装置38等により冷却処理を受けた後、特定箇所へ回収される。
In the
前記二次燃焼室32は、前記出滓口36を挟んで前記溶融炉30と反対の側に設けられ、この溶融炉30から導入されるガスをさらに二次燃焼させる役割を担う。前記二次空気予熱器34は、前記二次燃焼室32の下流側であってその上側に配置され、二次燃焼室32から上昇するガスを後述の空気予熱装置18から送られてくる空気と熱交換させることにより、前記ガスを減温させるとともに前記空気を昇温させて二次空気とする役割を担う。ここで昇温された二次空気は前記流動床式ガス化炉12や溶融炉30の適所に供給される。これら二次燃焼室32及び二次空気用予熱器34においても、その内壁面に接触した灰分は溶融してスラグ化する可能性があるが、そのスラグも当該内壁面を伝って前記出滓口36から排出される。
The
なお、本発明において前記二次空気用予熱器34は適宜省略が可能である。
In the present invention, the
図示の高温燃焼装置14では、前記二次空気用予熱器34の下流側、すなわち上側に、ガス排出口40が設けられ、このガス排出口40と前記第1減温塔16の塔頂のガス入口42とがダクト60を介して接続されている。このダクト60の構造については後に詳述する。
In the illustrated high-temperature combustion apparatus 14, a
前記第1減温塔16は、前記ガス入口42から導入される高温燃焼ガスを冷却水と接触させながら流下させ、当該ガスを例えば約300℃〜400℃まで減温させてから空気予熱装置側に排出する。
The first temperature-decreasing
空気予熱装置18は、その上流側(図例では下側)から順に、二次空気予熱器44、押込空気予熱器46、及び白煙防止用空気加熱器48を備え、前記第1減温塔16から排出されるガスと供給される空気との熱交換により、前記ガスの温度を降下させるとともに供給空気を予熱するように構成されている。
The
前記二次空気予熱器44には、二次送風機50から送出される空気が導入され、この空気は前記二次空気予熱器44で予熱されてから前記高温燃焼装置14の二次空気予熱器34に送り込まれる。同様に押込空気予熱器46には、押込送風機52から送出される空気が導入され、この空気は前記押込空気予熱器46で予熱されてから前記流動床式ガス化炉12の炉底に押込空気(流動化用ガス)として送り込まれる。また、前記白煙防止用空気加熱器48には白煙防止用送風機54から送出される空気が導入され、この空気は空気再加熱器56で再加熱された後に前記煙突26の下部に導入される。
Air sent from the
前記空気予熱装置18を通過したガスは、第2減温塔22でさらに150℃〜200℃程度まで冷却された後、バグフィルタ22に送られ、前記誘引送風機24から前記煙突26を通じて系外に排出される。
The gas that has passed through the
なお、本発明において前記空気予熱装置18や第2減温塔22は必ずしも要さず、例えば前記第1減温塔20においてガス温度を十分降下させることが可能であれば当該第1減温塔20に直接バグフィルタ22を接続するようにしてもよい。また、前記空気予熱装置18を設ける場合、その熱交換器は輻射式のものでもよいし、内部にプレートを挿入したプレート式のものであってもよい。
In the present invention, the
次に、前記高温燃焼装置14のガス排出口40と第1減温塔16のガス入口42とを接続するダクト60の構造を図2(a)(b)及び図3を参照しながら説明する。
Next, the structure of the
前記ダクト60は、複数本(図例では4本)のダクト構成管60A,60B,60C,60Dをその順につなぎ合せることにより構成されている。各ダクト構成管60A〜60Dは、そのガス流れ方向の上流側端及び下流側端にそれぞれフランジ61,62を有し、各ダクト構成管60A,60B,60Cの下流側フランジ62と、その下流側に隣接するダクト構成管60B,60C,60Dの上流側フランジ61とが互いに接合されるとともに、最上流側のダクト構成管60Aの上流側フランジ61が前記高温燃焼装置14のガス排出口に接合され、最下流側のダクト構成管60Dの下流側フランジ62が前記第1減温塔16のガス入口42に接合されている。
The
各ダクト構成管60A〜60Dの本体部分は、内壁64と、この内壁64を外側から囲む通路形成管66とにより構成されている。
A main body portion of each of the
前記内壁64は、耐火材(例えば炭化珪素(SiC)質のキャスタブル材)により円筒状に形成され、その内側を前記高温燃焼装置14の排出ガスが流通するように構成される。前記通路形成管66は、前記内壁64をその径方向外側から全周にわたって覆う略円筒状をなし、当該内壁64との間に全周にわたって連続する円筒状の冷却水通路65を形成する。前記冷却水通路65は、その両軸端が各ダクト構成管60A〜60Dのフランジ部61,62により封止されており、各ダクト構成管60A〜60B毎に冷却水通路65が独立したものとなっている。
The
さらに、前記各ダクト構成管60A〜60Dでは、その上流側フランジ部61及び下流側フランジ部62の近傍の位置に、それぞれ、前記冷却水通路65につながる配管接続フランジ68,67が形成されている。そして、前記ダクト構成管60A,60B,60Cのガス流れ方向下流側の配管接続フランジ67と、その下流側に隣接するダクト構成管60B,60C,60Dのガス流れ方向上流側の配管接続フランジ68とにそれぞれ接続配管70の両端が接続されることにより、互いに隣接するダクト構成管の冷却水通路65同士が前記接続配管70を介して連通され、ダクト60の全長にわたって連続する冷却水通路が形成されている。
Furthermore, in each of the
ここで、前記接続配管70の形状は適宜設定可能であるが、この実施の形態に係る各接続配管70は、互いに隣接するダクト構成管のフランジ部62,61を跨ぐ形状(図例ではU字状)をなし、ダクト本体からその径方向外側に大きく膨出して放熱面積を稼ぐことが可能な形状となっている。
Here, the shape of the
さらに、前記ダクト構成管60Dの(ガス流れ方向下流側の)配管接続フランジ67には、図略の冷却水供給配管が接続され、最も上流側のダクト構成管60Aの(ガス流れ方向下流側の)配管接続フランジ68には図略の冷却水排出配管が接続されている。そして、前記冷却水供給配管から前記ダクト構成管60Dの冷却水通路65に導入される冷却水が、ダクト構成管60D,60C間の接続配管70→ダクト構成管60Cの冷却水通路65→ダクト構成管60C,60B間の接続配管70→ダクト構成管60Bの冷却水通路65→ダクト構成管60B,60A間の接続配管70→ダクト構成管60Aの冷却水通路65を順に通って(すなわちダクト内側のガス流れとは逆行して)、ダクト構成管60Aの配管接続フランジ68に接続された冷却水排出配管へ排出されるようになっている。
Furthermore, a cooling water supply pipe (not shown) is connected to the pipe connecting flange 67 (downstream in the gas flow direction) of the
なお、図2(a)(b)において72は、前記ダクト60を設備内の適所に固定するためのブラケットである。
In FIGS. 2A and 2B,
以上示したダクト60においては、その内壁64の外側の冷却水通路に冷却水を流すことによって、内壁64の内面温度を下げることができ、その内面温度を前記冷却水の供給流量によって調節することができる。従って、当該内壁64の表面温度を灰分の軟化点(約800℃〜1000℃)よりも低い温度(例えば400℃)に抑えることにより、当該内壁64の内面に接触した灰分が軟化して当該内面に付着するのを有効に抑止することができ、その結果、当該灰分がダクト60内で堆積して当該ダクト60を閉塞させるのを抑止して連続運転可能期間を従来よりも延ばすことができる。
In the
なお、前記ダクト60を冷却するための冷却流体は水に限らず、種々の流体を適宜使用することが可能である。また、ダクト60の外側に冷却流体をかけるようにしてもその冷却は可能である。ただし、図示のようにダクト内壁64の外側に冷却水通路65を形成するようにすれば、当該内壁64の内面温度をより効率良く低下させることができる利点がある。また、内壁64の外側面上に冷却水配管を巻くようにしても効果的である。
The cooling fluid for cooling the
また、本発明では必ずしもダクト60をその全域にわたって冷却する必要はなく、ガス温度が400℃以上となる領域においてその少なくとも一部(例えばダクトの形状等の関係で特に詰まり易い部分)を冷却対象とすれば、ダクト内側における溶融灰分の堆積を有効に抑止することが可能である。ただし、その冷却対象には、少なくともガス温度が800℃以上の領域を含めておくことが、より好ましい。
Further, in the present invention, it is not always necessary to cool the
12 流動床式ガス化炉
14 高温燃焼装置
16 第1減温塔
30 溶融炉
32 二次燃焼室
36 出滓口
40 高温燃焼装置のガス排出口
42 第1減温塔のガス入口
60 ダクト
60A,60B,60C,60D ダクト構成管
64 内壁
65 冷却水通路(冷却流体通路)
66 通路形成管(通路形成部材)
70 接続配管
DESCRIPTION OF
66 Passage forming pipe (passage forming member)
70 Connection piping
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