JP2008179487A - Gas reformer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ごみ燃焼排ガス中に設置されるガス改質器に関する。 The present invention relates to a gas reformer installed in waste combustion exhaust gas.
第1の従来技術として考えられている廃棄物処理の排熱を利用した水素製造システムの1つを、図9を用いて説明する。なお、これ以降、全ての図において、物質の搬送に用いる機器は図中に描かない事とする。 One hydrogen production system using waste heat from waste treatment, which is considered as the first prior art, will be described with reference to FIG. From now on, in all the figures, the equipment used for transporting substances will not be drawn in the figures.
焼却炉1に一般廃棄物などの処理したい廃棄物2と燃焼用空気3を流入させ、廃棄物2を燃焼させる。燃焼によって灰4と第1の燃焼排ガス23が発生し、灰4は焼却炉1から排出される。ボイラ6にはボイラ給水7が流入し、第1の燃焼排ガス23によって加熱され蒸発し、ボイラ蒸気5となって流出する。ボイラ6は節炭器、蒸発器、過熱器から構成されており、ボイラ蒸気5は熱利用先に熱を渡す事で冷却され水になり、循環しボイラ給水7となるが、図には描いていない。またボイラ蒸気5を、発電機に接続した蒸気タービン43に流す事で、発電してから、圧力温度ともに低下した蒸気タービン排気蒸気41を、河川水や大気を用いた復水器40で冷却して水にしてボイラ給水7にする廃棄物発電の構成にしてもよいが、図には描いていない。燃焼排ガス23は熱を与えた分、温度低下し、焼却炉排ガス8となって流出し、バグフィルタ流入ガス9となる。バグフィルタ以降については説明を割愛する。
焼却炉1の内部に、改質触媒を内蔵した改質器10を設置する。改質器10に、改質器投入物である都市ガス12と、蒸気13を混合した改質原料11を流入させる。都市ガス12は脱硫器によって脱硫された状態の都市ガスであるが、脱硫器は図に描いていない。改質原料11は燃焼排ガス23により加熱され、水蒸気改質し、改質ガス17となって流出する。改質ガス17は一酸化炭素、二酸化炭素、水素、蒸気、メタンから構成される。改質ガス17は一酸化炭素変成器19に流入し、適当な温度状態にされる。一酸化炭素の多くは蒸気と反応し、二酸化炭素に変化すると同時に、蒸気は水素に変化する。変成ガス18となって流出し、二酸化炭素分離器15に流入させ、二酸化炭素21を分離する。二酸化炭素分離器15から二酸化炭素以外である分離済みガス22を流出させる。二酸化炭素分離器15にて二酸化炭素21を分離する方法は幾つかあるが、例えば熱炭酸カリウム方式を用いる。分離済みガス22は水素分離器16に流入する。分離済みガス22は、圧力スイング吸着法などの方法により、水素14と水素以外のガス20に分離される。このように製造された水素28は、燃料電池や水素エンジンや水素燃焼タービンの燃料や、冷媒水素として用いられる。また、水素28を分離しないで、一酸化炭素と水素の混合ガスのままでエンジンや燃焼タービンの燃料に用いる事もできる。なお、水素製造のみが目的である場合は、二酸化炭素分離過程はなくてもよい。
Inside the
第2の従来技術として、第1の従来技術を改良した水素製造システムの1つを、図10を用いて説明する。第1の従来技術と異なる部分のみを説明する。 As a second conventional technique, one hydrogen production system improved from the first conventional technique will be described with reference to FIG. Only the parts different from the first prior art will be described.
ボイラ蒸気5を分岐し、分岐蒸気24を得た後、減圧弁25で、都市ガス12と同じか近い圧力まで減圧し前記蒸気13とする。ボイラ蒸気5は熱利用先に熱を渡す事で冷却され水になり、循環しボイラ給水7の一部になる。その循環する水に、分岐蒸気24と同じ流量の補給水を合流させ、ボイラ給水7にするが、図には描いていない。水蒸気改質反応を用いた水素製造では、軟水装置を通した水から発生させた蒸気が必要なので、水をポンプで搬送し、軟水装置を通し、加熱によって蒸気を発生させる事が必要だが、図10に示す第2の従来技術では、軟水装置を通した水であるボイラ給水7から発生させたボイラ蒸気5の一部である、分岐蒸気24を用いる事で、適当な蒸気が容易に導入できる。その他は第1の従来技術と同じである。
ごみ焼却炉1内に設置した改質器10の表面は、ごみ燃焼排ガス23に曝されているが、ごみ燃焼排ガス23は腐食性ガスかつ高温ガスであるため、改質器10の材料が腐食しやすい。特に表面温度が後述する高温腐食温度域ならば、溶融塩腐食による減肉が極めて激しい。表面温度が高温腐食温度域より低くなるように、ボイラ6により冷却され排ガス温度がより低くなっている排ガス流路部分に改質器10を設置したり、改質器10内を流通する作動流体(入口時点では改質原料11)の流量を増やしたりする事は可能だが、表面温度が低いと改質器10内を流通する作動流体の温度も低くなる。ボイラ6の蒸発管では表面温度を高温腐食温度域より低温側に回避するので、製造蒸気温度が低くなるだけで済む。しかし、改質器10の場合は改質温度が低くなると、都市ガス12の転化率が低くなり、水素14の製造効率が低下する。改質器10を高温腐食温度域より低温域に設置すると、都市ガス12が同じ流量の場合の製造水素量は数割低減してしまう。一般に金属と異なりセラミックは腐食しないが、例えば代表的なセラミックであるSiCは燃焼排ガス23中のダストに含まれるNa2Oと化学反応するため、改質器10の材料としては使用できない。
The surface of the
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、ごみ燃焼排ガス中に設置しながら、水素の製造効率が低くならない改質器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such points, and an object of the present invention is to provide a reformer in which hydrogen production efficiency is not lowered while being installed in waste combustion exhaust gas.
本発明は、燃焼排ガス流路を有し廃棄物を燃焼処理する焼却炉の内部に設置されたガス改質器において、前記燃焼排ガス流路の中の溶融塩腐食領域より高温の領域に設置され、炭化水素とエーテルとアルコールの内1つ以上を含む改質器投入物と蒸気とが流入し、燃焼排ガスからの熱を用いて水蒸気改質させる事で水素を含む改質ガスを発生させる、ことを特徴とするガス改質器である。 The present invention provides a gas reformer that is provided in an incinerator that has a flue gas flow path and burns waste, and is installed in a region higher than the molten salt corrosion area in the flue gas flow path. The reformer charge containing one or more of hydrocarbon, ether and alcohol flows in and steam is generated, and the reformed gas containing hydrogen is generated by steam reforming using heat from the combustion exhaust gas. This is a gas reformer characterized by that.
本発明は、少なくとも前記燃焼排ガス流路に存在している部分に、耐熱合金が用いられている、ことを特徴とするガス改質器である。 The present invention is a gas reformer characterized in that a heat-resistant alloy is used at least in a portion existing in the combustion exhaust gas passage.
本発明は、少なくとも前記燃焼排ガス流路に存在している部分に、耐熱耐食合金が用いられている、ことを特徴とするガス改質器である。 The present invention is a gas reformer characterized in that a heat-resistant and corrosion-resistant alloy is used at least in a portion existing in the combustion exhaust gas passage.
本発明は、前記耐熱合金が、鉄基固溶強化型合金、鉄基弱析出強化型合金、鉄基強析出強化型合金、ニッケル基固溶強化型合金、ニッケル基析出強化型合金、コバルト基合金からなる、ことを特徴とするガス改質器である。 In the present invention, the heat-resistant alloy includes an iron-based solid solution strengthened alloy, an iron-based weak precipitation strengthened alloy, an iron-based strong precipitation strengthened alloy, a nickel-based solid solution strengthened alloy, a nickel-based precipitation strengthened alloy, a cobalt base A gas reformer comprising an alloy.
本発明は、前記耐熱耐食合金が、鉄基固溶強化型合金、鉄基弱析出強化型合金、鉄基強析出強化型合金、ニッケル基固溶強化型合金、ニッケル基析出強化型合金、コバルト基合金である、ことを特徴とするガス改質器である。 In the present invention, the heat-resistant and corrosion-resistant alloy includes an iron-based solid solution strengthened alloy, an iron-based weak precipitation strengthened alloy, an iron-based strong precipitation strengthened alloy, a nickel-based solid solution strengthened alloy, a nickel-based precipitation strengthened alloy, cobalt A gas reformer characterized by being a base alloy.
本発明は、前記耐熱合金が、クロムの重量比15%以上である、ことを特徴とするガス改質器である。 The present invention is the gas reformer characterized in that the heat-resistant alloy has a chromium weight ratio of 15% or more.
本発明は、前記耐熱耐食合金が、クロムの重量比15%以上である、ことを特徴とするガス改質器である。 The present invention is the gas reformer, characterized in that the heat-resistant and corrosion-resistant alloy has a chromium weight ratio of 15% or more.
本発明は、前記耐熱合金が通算4年間、850℃以下であった状態のラプチュア応力が40MPa以上である、ことを特徴とするガス改質器である。 The present invention is the gas reformer characterized in that the rupture stress in the state where the heat-resistant alloy has been 850 ° C. or less for 4 years in total is 40 MPa or more.
本発明は、前記耐熱耐食合金が通算4年間、850℃以下であった状態のラプチュア応力が40MPa以上である、ことを特徴とするガス改質器である。 The present invention is a gas reformer characterized in that the rupture stress in the state where the heat and corrosion resistant alloy has been 850 ° C. or less for 4 years in total is 40 MPa or more.
本発明は、燃焼排ガス流路を有し廃棄物を燃焼処理する焼却炉の内部に設置されたガス改質器において、溶融塩腐食する領域に設置され、炭化水素とエーテルとアルコールの内1つ以上を含む改質器投入物と蒸気とが流入し、燃焼排ガスからの熱を用いて内蔵した改質触媒により水蒸気改質させる事で水素を含む改質ガスを発生させ、かつ腐食進行または強度低下が所定許容値以上になる以前に、改質器投入物流路または改質ガス流路を未使用物に交換しながら使用する、ことを特徴とするガス改質器である。 The present invention provides a gas reformer having a flue gas passage and installed in an incinerator for treating waste, and is installed in an area where molten salt corrodes, and is one of hydrocarbon, ether and alcohol. The reformer charge and steam containing the above flow in, and steam reforming is performed with the built-in reforming catalyst using the heat from the combustion exhaust gas, thereby generating reformed gas containing hydrogen, and the progress or strength of corrosion. The gas reformer is characterized in that the reformer input flow path or the reformed gas flow path is used while being replaced with an unused one before the decrease reaches or exceeds a predetermined allowable value.
本発明は、前記改質器投入物流路または前記改質ガス流路の材料がクリープ破断に到る時間が、前記内蔵改質触媒の寿命以下である、ことを特徴とするガス改質器である。 The present invention provides the gas reformer characterized in that the time required for the material of the reformer input flow path or the reformed gas flow path to creep rupture is less than the life of the built-in reforming catalyst. is there.
本発明は、前記改質器投入物流路または前記改質ガス流路の材料がクリープ破断に到る時間が、1年以下である、ことを特徴とするガス改質器である。 The present invention is the gas reformer characterized in that the time required for the material of the reformer input flow path or the reformed gas flow path to creep rupture is one year or less.
本発明は、前記改質器投入物流路または前記改質ガス流路が、前記燃焼排ガス流路の天井壁を貫通する構造となっている、ことを特徴とするガス改質器である。 The present invention is the gas reformer characterized in that the reformer input channel or the reformed gas channel penetrates the ceiling wall of the combustion exhaust gas channel.
本発明は、前記改質器投入物流路または前記改質ガス流路が、複数の金属から構成される部分を具備しており、異なる金属同士の溶接部が、炉壁貫通部分または、管を分岐するヘッダと炉壁貫通部分の間における管突合せである、ことを特徴とするガス改質器である。 In the present invention, the reformer input flow path or the reformed gas flow path includes a portion composed of a plurality of metals, and a welded portion of different metals is connected to a furnace wall penetrating portion or a tube. A gas reformer characterized in that it is a pipe butt between a branching header and a furnace wall penetrating portion.
本発明は、前記燃焼排ガスにより加熱されながらかつ前記改質器投入物を流通させない時は、前記改質器投入物の流路に蒸気または水を流通させる、ことを特徴とするガス改質器である。 The present invention is characterized in that steam or water is circulated through the flow path of the reformer charge when the reformer charge is not circulated while being heated by the combustion exhaust gas. It is.
本発明は、前記蒸気または水が、前記焼却炉内に設置したボイラにて、前記燃焼排ガスの熱を利用して製造した蒸気の一部または全部である、ことを特徴とするガス改質器である。 The gas reformer according to the present invention is characterized in that the steam or water is part or all of the steam produced by using the heat of the combustion exhaust gas in a boiler installed in the incinerator. It is.
本発明は、前記蒸気または水が、前記焼却炉内に設置したボイラの給水の一部である、ことを特徴とするガス改質器である。 The present invention is the gas reformer characterized in that the steam or water is a part of water supply of a boiler installed in the incinerator.
本発明は、前記燃焼排ガスにより加熱されながらかつ前記改質器投入物を流通させない時、前記改質器から流出した蒸気または水の圧力が、前記焼却炉内に設置したボイラの製造蒸気の圧力より高く、前記蒸気または水を前記製造蒸気の流路に流す、ことを特徴とするガス改質器である。 In the present invention, when the reformer charge is not circulated while being heated by the combustion exhaust gas, the pressure of the steam or water flowing out from the reformer is the pressure of the production steam of the boiler installed in the incinerator. A gas reformer characterized in that it is higher, and the steam or water flows through the flow path of the production steam.
本発明は、前記焼却炉内に設置したボイラの製造蒸気により駆動する蒸気タービンを設けたシステムの一部を構成しているガス改質器であり、前記燃焼排ガスにより加熱されながらかつ前記改質器投入物を流通させない時、前記改質器から流出した蒸気または水を、前記蒸気タービンの排気の流路または前記排気が流入する復水器に流す、ことを特徴とするガス改質器である。 The present invention is a gas reformer constituting a part of a system provided with a steam turbine that is driven by steam produced by a boiler installed in the incinerator, while being heated by the combustion exhaust gas and the reforming A gas reformer characterized in that when the reactor charge is not circulated, the steam or water flowing out of the reformer flows into the exhaust passage of the steam turbine or a condenser into which the exhaust flows. is there.
本発明は、外表面に高圧蒸気を吹き付けるスートブロワを具備し、前記改質器投入物を流通させない時に前記スートブロワを作動させる事ができる、ことを特徴とするガス改質器である。 The present invention is a gas reformer comprising a soot blower that blows high-pressure steam on an outer surface and capable of operating the soot blower when the reformer charge is not circulated.
本発明は、前記改質器投入物の流路の内、前記改質触媒が封入された部分がU字管構造流路の一部である、ことを特徴とするガス改質器である。 The present invention is the gas reformer characterized in that a part of the reformer charge flow path in which the reforming catalyst is enclosed is a part of a U-shaped pipe structure flow path.
本発明は、流出する流体の圧力を監視し、前記圧力が所定値より低くなった場合、前記改質器投入物の流入を遮断する、ことを特徴とするガス改質器である。 The present invention is the gas reformer characterized by monitoring the pressure of the fluid flowing out and shutting off the inflow of the reformer charge when the pressure becomes lower than a predetermined value.
本発明は、炭化水素とエーテルとアルコールの内1つ以上を含む改質器投入物と、蒸気を流入させ、水蒸気改質させる事で水素を含む改質ガスを発生させる反応器であるガス改質器であって、廃棄物を燃焼処理する焼却炉の燃焼排ガス流路に設置された熱交換器に、ボイラ給水の一部を流入させ、燃焼排ガスからの熱で加熱製造した蒸気の流路内に設置され、かつ、前記熱交換器から流出した蒸気を、水蒸気改質用の蒸気とする、ことを特徴とするガス改質器である。 The present invention provides a gas reformer that is a reformer charge containing one or more of hydrocarbon, ether, and alcohol, and a reactor that generates reformed gas containing hydrogen by injecting steam and steam reforming. A steam flow path that is produced by heating a part of boiler feed water into the heat exchanger installed in the flue gas flow path of an incinerator that combusts waste, and is heated by heat from the flue gas The gas reformer is characterized in that the steam that is installed inside and flows out of the heat exchanger is used as steam for steam reforming.
第1の実施の形態
以下、本発明の第1の実施の形態について、図1を参照して説明する。
ここで、図1は、本発明の第1の実施の形態を示す概略図であり、図2は、腐食速度の温度依存性を示す図である。
First Embodiment Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Here, FIG. 1 is a schematic diagram showing the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing the temperature dependence of the corrosion rate.
図1に示すように、改質器10を、ごみ燃焼排ガス23流路の中の溶融塩腐食領域より高温の領域に設置する。ごみ焼却炉環境における炭素鋼の腐食速度の温度依存性は図2のようであり、例えば500〜700℃は溶融塩腐食が激しい高温腐食温度域である。表面温度が800〜950℃ならば、付着物であるごみ燃焼排ガス23中のダストが溶融しないので、溶融塩腐食が充分に小さい。そこで、例えば900℃の領域に改質器10を設置する。
As shown in FIG. 1, the
他は図10に示す第2の従来技術と同じである。なお、本実施の形態では都市ガス12を用いたが、その他の炭化水素やアルコールやエーテルでもよく、硫黄分がなければ、改質器投入物の脱硫工程はない。本実施の形態では、ボイラ蒸気5から分岐蒸気24を分岐したが、ボイラ蒸気5の一部を前記蒸気13として改質器10に流入させているが、ボイラ蒸気5の全部を前記蒸気13にしてもよい。この場合、ボイラ蒸気5を分岐する構成を具備しないで、全量を前記蒸気13にする。また前記蒸気13はボイラ蒸気5でなく別途供給された蒸気を用いてもよい。
The rest is the same as the second prior art shown in FIG. Although the
本実施の形態には以下のような効果がある。改質器10の表面温度が例えば750℃になっても、高温腐食温度域ほど腐食は大きくない。よって、改質温度を高くでき、都市ガス12の転化率が低くならない。例えば改質温度830℃であれば、転化率0.995以上が容易に実現できる。
This embodiment has the following effects. Even when the surface temperature of the
前記のように、ごみ燃焼排ガス23内に設置しながら、水素14の製造効率が低くならない改質器10が提供される。また、改質器10は腐食減肉を想定して、初期肉厚を大きくしておくのだが、腐食減肉が小さくなる分、初期肉厚が小さくでき熱抵抗が減るので、より改質温度が高くなり転化率が高くなる上、より軽量になる。
As described above, the
第2の実施の形態
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。
第1の実施の形態において、少なくとも前記燃焼排ガス流路に存在している部分に、耐熱合金を用いる。金属は高温状態のまま充分な時間が経つと、クリープ強度が激しく低下するが、耐熱合金は同じ温度における強度が高い。改質器10の材料強度が許容強度以下になるまでの時間が寿命に相当するので、寿命が長くなる効果がある。
Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In the first embodiment, a heat-resistant alloy is used at least in a portion existing in the combustion exhaust gas flow path. When a metal is sufficiently heated for a sufficient time, the creep strength is drastically reduced. However, a heat-resistant alloy has a high strength at the same temperature. Since the time until the material strength of the
第3の実施の形態
次に、本発明の第3の実施の形態図1について説明する。
第1の実施の形態において、少なくとも前記燃焼排ガス流路に存在している部分に、耐熱耐食合金を用いる。第2の実施の形態の効果に加え、より腐食されにくくなる効果がある。
Third Embodiment Next, the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the first embodiment, a heat-resistant and corrosion-resistant alloy is used at least in a portion existing in the combustion exhaust gas passage. In addition to the effect of the second embodiment, there is an effect that it is less likely to be corroded.
第4の実施の形態
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。
第2の実施の形態および第3の実施の形態において、前記耐熱合金あるいは耐熱耐食合金を、鉄基固溶強化型合金、鉄基弱析出強化型合金、鉄基強析出強化型合金、ニッケル基固溶強化型合金、ニッケル基析出強化型合金、またはコバルト基合金とする。第3の実施の形態および第4の実施の形態の効果がより強くなる。
Fourth Embodiment Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
In the second and third embodiments, the heat-resistant alloy or the heat-resistant and corrosion-resistant alloy is selected from iron base solid solution strengthened alloy, iron base weak precipitation strengthened alloy, iron base strong precipitation strengthened alloy, nickel base A solid solution strengthened alloy, a nickel base precipitation strengthened alloy, or a cobalt base alloy is used. The effects of the third embodiment and the fourth embodiment become stronger.
第5の実施の形態
次に、本発明の第5の実施の形態について説明する。
第2の実施の形態、第3の実施の形態、および第4の実施の形態において、前記耐熱合金あるいは耐熱耐食合金をクロムの重量比15%以上の物とする。より腐食されにくくなる効果がある。例えばInconel625を用いる。改質器10内部の流路は、保護皮膜が800〜900℃ならば安定なので水蒸気酸化しない。
Fifth Embodiment Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
In the second embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment, the heat-resistant alloy or the heat-resistant and corrosion-resistant alloy is made of chromium having a weight ratio of 15% or more. It has the effect of being less susceptible to corrosion. For example, Inconel 625 is used. The flow path inside the
第6の実施の形態
次に、本発明の第6の実施の形態について説明する。
第2の実施の形態、第3の実施の形態、第4の実施の形態、および第5の実施の形態において、前記耐熱合金あるいは前記耐熱耐食合金を通算4年間、850℃以下であった状態のラプチュア応力が40MPa以上である物とする。改質触媒の寿命は4年程度である事が多く、改質触媒の交換間隔より改質器10の材料の寿命を長くできる効果がある。
Sixth Embodiment Next, a sixth embodiment of the present invention will be described.
In the second embodiment, the third embodiment, the fourth embodiment, and the fifth embodiment, the heat-resistant alloy or the heat-resistant and corrosion-resistant alloy has been 850 ° C. or lower for a total of four years. The rupture stress is 40 MPa or more. The life of the reforming catalyst is often about 4 years, and there is an effect that the life of the material of the
第7の実施の形態
次に、本発明の第7の実施の形態について説明する。
第1の実施の形態において、改質器10を設置する燃焼排ガス23の温度域の制約を排除する。そして改質器10を、腐食進行または強度低下が所定許容値以上になる以前に、改質原料11や改質ガス17の流路を未使用物に交換しながら使用する。例えば500℃といった、ある程度、高温腐食する温度域に改質器10を設置し、短期間で交換し続ける。この場合、改質温度が低くなるが、耐熱合金や耐食合金といった高価な材料を使用しないので、一定年数当たりの改質器コストは低下する。転化率低下に伴う都市ガス消費量増加によるコスト増加に比べて、充分に低下するので、一定期間の消費コスト総額が低下する効果がある。
Seventh Embodiment Next, a seventh embodiment of the present invention will be described.
In 1st Embodiment, the restriction | limiting of the temperature range of the
第8の実施の形態
次に、本発明の第8の実施の形態について説明する。
第7の実施の形態において、前記改質器投入物や前記水素の流路の材料を、クリープ破断に到る時間が、前記内蔵改質触媒の寿命以下である状態にする。金属種類や温度や発生応力を考慮した設計により、クリープ破断に到る時間を調節する。改質触媒の交換間隔より改質器10の材料の寿命を長くできる効果がある。
Eighth Embodiment Next, an eighth embodiment of the present invention will be described.
In the seventh embodiment, the material for the reformer charge and the hydrogen flow path is brought into a state where the time to creep rupture is less than the life of the built-in reforming catalyst. The time to creep rupture is adjusted by the design considering the metal type, temperature and generated stress. There is an effect that the life of the material of the
第9の実施の形態
次に、本発明の第9の実施の形態について説明する。
第7の実施の形態および第8の実施の形態において、改質原料11や改質ガス17の流路の材料を、クリープ破断に到る時間が、1年以下である状態にする。金属種類や温度や発生応力を考慮した設計により、クリープ破断に到る時間を調節する。ごみ焼却炉1はメンテナンスのため1年以内に1回以上、例えば半年に1回、停止する。停止のたびに改質器10を交換する事が可能であり、寿命を長くして高価にするより、安価な材料の改質器10を繰り返す方が、一定年数の総額は安価になる。
Ninth Embodiment Next, a ninth embodiment of the present invention will be described.
In the seventh embodiment and the eighth embodiment, the material for the flow path of the reforming
第10の実施の形態
次に、本発明の第10の実施の形態について図3を用いて説明する。図3は寸法比を無視した図であり、U字管33は多数本並列に存在しているが代表して1本しか描いていない。
第1の実施の形態乃至第9の実施の形態において、改質原料11や改質ガス17の流路が、前記燃焼排ガス23流路の天井壁28を貫通する構造にする。改質器10外部から入口ヘッダ30に流入した改質原料11である都市ガス12と蒸気13の混合ガスは、多数本のU字管33に分配される。U字管33内部には少なくとも途中から改質触媒が封入されており、燃焼排ガス23から熱を受け取りながら、改質反応が起こる。改質原料11は改質ガス17に変化した後、多数のU字管33から排出され出口ヘッダ29にて合流し、改質器10外部に流出する。この時、U字管33が天井壁28を貫通する構造とする。
Tenth Embodiment Next, a tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram ignoring the dimensional ratio, and although many
In the first to ninth embodiments, the flow path of the reforming
天井壁28の上には、ヘッダ29、30を設置できるスペースがある上、改質器10を吊下げる事により、設置構造は改質器10の上側のみで済む。よって、設置しやすい構造になる効果がある。既設のごみ焼却炉1に設置する場合であっても、設置が容易な構造になる。
On the
第11の実施の形態
次に、本発明の第11の実施の形態について図3を用いて説明する。
第1の実施の形態乃至第10の実施の形態において、改質原料や改質ガスの流路が、複数の金属から構成される部分を具備しており、異なる金属同士の溶接部31を、炉壁貫通部分または、管を分岐するヘッダと炉壁貫通部分との間における管突合せとする。図3では当該炉壁は天井壁28である。前記燃焼排ガス流路に存在している部分以外、例えばヘッダ29、30にはダストの付着がないので溶融塩腐食がない。そのため耐食性に優れていない金属を用いる事ができ、安価にできる。しかし異なる金属を溶接接続する場所には、温度変化による応力が発生しやすく、許容応力を越える可能性も高くなる。そこで、溶接部は、管軸方向や管壁厚み方向の温度変化がほとんどない領域、即ち、熱授受のない燃焼排ガス23流路でない炉壁貫通部に設け、さらに、熱伸び差に起因する応力の発生が少ない管突合せ溶接にする。発生応力を抑える効果がある。
Eleventh Embodiment Next, an eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the first embodiment to the tenth embodiment, the flow path of the reforming raw material and the reformed gas includes a portion composed of a plurality of metals, and the welded
第12の実施の形態
次に、本発明の第12の実施の形態について図4を用いて説明する。
第1の実施の形態乃至第11の実施の形態において、前記燃焼排ガス23により加熱されながらかつ前記改質原料11を流通させない時は、前記改質原料11の流路に蒸気または水38を流通させる。水素製造運転中は改質器10の内部を流通する改質原料11が熱を受ける事で、改質器10の材料は冷却され表面温度の上昇が抑えられているが、水素製造非運転時に改質原料11の流通を停止すると、改質器10の材料温度はごみ燃焼排ガス23の温度と同じ温度まで上昇してしまう。温度が高いほどクリープ強度が低下し許容応力以下になるまでの時間が充分に短くなる。そこで、前記改質原料11の流路に蒸気または水38を流通させる。この時、弁25、26、35、37はそれぞれ開、閉、開、閉の状態である。なお水素製造運転中は、それぞれ開、開、閉、開の状態である。内部を流通する流体により改質器10の材料は冷却され、表面温度の上昇が抑えられ、寿命が短くなる事が抑えられる。蒸気あるいは水38の流入量は、弁25の開度で調節し、改質器10を流出した蒸気または水36は、一酸化炭素変成器19には流入させない。なお、水を流入させた場合、改質器10内部で沸騰し、水と蒸気の混合状態あるいは、蒸気のみの状態になって流出する場合もある。
Twelfth Embodiment Next, a twelfth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the first to eleventh embodiments, when the reforming
第13の実施の形態
次に、本発明の第13の実施の形態について図5を用いて説明する。
第12の実施の形態において、前記燃焼排ガス23により加熱されながらかつ前記改質原料11を流通させない時に、前記改質原料11の流路に流す蒸気または水を、前記焼却炉1内に設置したボイラ6にて、前記燃焼排ガス23の熱を利用して製造したボイラ蒸気5の一部または全部とする。分岐蒸気24を減圧弁25で、都市ガス12と同じか近い圧力まで減圧し蒸気13としてから改質器10に流入させる。この時、弁25、26、35、37はそれぞれ開、閉、開、閉の状態である。なお水素製造運転中は、それぞれ開、開、閉、開の状態である。分岐蒸気24を用いる事で、適当な蒸気が容易に導入できる効果がある。
Thirteenth Embodiment Next, a thirteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the twelfth embodiment, steam or water flowing through the flow path of the reforming
第14の実施の形態
次に、本発明の第14の実施の形態について図6を用いて説明する。
第12の実施の形態において、前記燃焼排ガス23により加熱されながらかつ前記改質原料11を流通させない時に、前記改質原料11の流路に流す蒸気または水を、前記焼却炉1内に設置したボイラ6の給水の一部とする。分岐水39を減圧弁38で、都市ガス12と同じか近い圧力まで減圧してから改質器10に流入させる。この時、弁25、26、36、37、38はそれぞれ閉、閉、開、閉、開の状態である。なお水素製造運転中は、それぞれ開、開、閉、開、閉の状態である。分岐水39を用いる事で、適当な冷却流体が容易に導入できるだけでなく、改質器10の材料との温度差がより大きくかつ気化潜熱が存在する事で、改質器10の冷却がしやすくなるという効果がある。改質器10内部で沸騰し、水と蒸気の混合状態あるいは、蒸気のみの状態に変化して流出する場合もある。
Fourteenth Embodiment Next, a fourteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the twelfth embodiment, steam or water flowing through the flow path of the reforming
第15の実施の形態
次に、本発明の第15の実施の形態について図5および図6を用いて説明する。
第12の実施の形態、第13の実施の形態、および第14の実施の形態において、前記燃焼排ガス23により加熱されながらかつ前記改質原料11を流通させない時、前記改質器10から流出した蒸気または水36の圧力が、前記焼却炉1内に設置したボイラ6の製造蒸気5の圧力より高い状態であり、前記蒸気または水36を前記製造蒸気5の流路に流す。そして熱利用先に熱を渡す事で冷却され水になり、循環しボイラ給水7になる。ボイラ蒸気5と合流する事になり、改質器10内を通過した蒸気または水36の処理のために新たに処理機能を追設する必要がない。蒸気または水36が、蒸気のみの状態でなくても、流量がボイラ蒸気5より充分に小さいので、合流すると全てが蒸気状態になるので、合流後の蒸気により駆動する蒸気タービンを設けたシステムも可能であり、この場合はタービン蒸気流量が減らない効果もある。
Fifteenth Embodiment Next, a fifteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the twelfth embodiment, the thirteenth embodiment, and the fourteenth embodiment, when the reforming
第16の実施の形態
次に、本発明の第16の実施の形態について図7を用いて説明する。
第12の実施の形態、第13の実施の形態、および第14の実施の形態において、前記焼却炉1内に設置したボイラ6の製造蒸気5により駆動する蒸気タービン43を設け、改質器10が前記燃焼排ガス23により加熱されながらかつ前記改質原料11を流通させない時、前記改質器10から流出した蒸気または水36を、前記蒸気タービンの排気41の流路または前記排気41が流入する復水器40に流す。図7では、前記改質原料11の流路に流す蒸気または水を、前記焼却炉1内に設置したボイラ給水7の分岐水39とし、前記改質器10から流出した蒸気または水36を、前記蒸気タービンの排気41に合流させ、蒸気タービン蒸気42にしている。第15の実施の形態と異なり、前記改質器10から流出した蒸気または水36の圧力が、前記焼却炉1内に設置したボイラ6の製造蒸気5の圧力より低くても流れる。前記蒸気タービン排気41は前記復水器40により冷却され水になり、ボイラ給水7となって循環するが、改質器10内を通過した蒸気または水36も、ボイラ給水7として利用されるという効果がある。また第15の実施の形態と同様の効果もある。
Sixteenth Embodiment Next, a sixteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the twelfth embodiment, the thirteenth embodiment, and the fourteenth embodiment, a
第17の実施の形態
次に、本発明の第17の実施の形態について説明する。
第1の実施の形態乃至第16の実施の形態において、改質器10の外表面に高圧蒸気を吹き付けるスートブロワを具備し、前記改質器投入物を流通させない時に前記スートブロワを作動させる事ができるようにする。溶融塩腐食を抑えるために改質器10の外表面に付着したダストを除去したいが、スートブロワで高圧蒸気を吹き付けて除去しようとすると、改質温度が低下して転化率が下がる。ボイラによる蒸気製造は運転が停止する事はないが、改質器10は水素製造運転をしない時があり、例えば1日数時間停止するので、その間にスートブロワを作動させる。水素製造効率を低下させずに、溶融塩腐食を抑える効果がある。
Seventeenth Embodiment Next, a seventeenth embodiment of the present invention will be described.
In the first to sixteenth embodiments, a soot blower for blowing high-pressure steam to the outer surface of the
第18の実施の形態
次に、本発明の第18の実施の形態について図3を用いて説明する。
第1の実施の形態乃至第17の実施の形態において、前記改質原料11の流路の内、前記改質触媒が封入された部分をU字管構造流路の一部とする。改質器10外部から入口ヘッダ30に流入した改質原料11である都市ガス12と蒸気13との混合ガスは、多数本のU字管33に分配される。U字管33内部には少なくとも途中から改質触媒が封入されており、燃焼排ガス23から熱を受け取りながら、改質反応が起こる。改質原料11は改質ガス17に変化した後、多数のU字管33から排出され出口ヘッダ29にて合流し、改質器10外部に流出する。内部流体即ち改質原料11や改質ガス17が下降する部分と上昇する部分は、内部流体の温度が異なるため熱伸び差が生じるが、鉛直下側にヘッダを設けて拘束されている構造ではないため、高い応力の発生を抑える事になる。
Eighteenth Embodiment Next, an eighteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the first to seventeenth embodiments, a portion of the flow path of the reforming
第19の実施の形態
次に、本発明の第19の実施の形態について図1を用いて説明する。
第1の実施の形態乃至第18の実施の形態において、改質器10の出口から流出する流体である前記改質ガス17の圧力を圧力計27で監視し、前記圧力が所定値より低くなった場合、都市ガス12の弁26を閉じて前記改質原料の流入を遮断する。蒸気13の弁25は閉じる方が望ましいが、即時実施する必要はない。改質器10に腐食等の理由で、穴があいた場合、改質器10の内部流体の圧力が燃焼排ガス23の圧力より高いため、内部流体が焼却炉1内に漏れる。その時、改質器10の出口圧力は低下する。圧力低下を検知し弁26を閉じた時、改質原料11の内、少なくとも可燃性ガスである都市ガス12の流入を停止する事になる。改質器10の内部流体である改質原料11や改質ガス17がごみ焼却炉1内に流出した場合、可燃成分である炭化水素、水素、一酸化炭素は燃焼するが、流出が止まるまでのごく短時間で抑える事ができる。
Nineteenth Embodiment Next, a nineteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the first to eighteenth embodiments, the pressure of the reformed
第20の実施の形態
次に、本発明の第20の実施の形態について図8を用いて説明する。
図1に示す第1の実施の形態と異なる部分のみを説明する。ごみ焼却炉1の燃焼排ガス23流路に熱交換器32を設置し、ボイラ給水7を分岐した分岐水39を流入させ、燃焼排ガス23からの熱で加熱し沸騰させ、加熱後蒸気44として流出させる。加熱後蒸気44の流路に改質器10を設置し、前記加熱後蒸気44からの熱で水蒸気改質を行う。改質原料11に熱を奪われた蒸気を、改質器10に流入する蒸気13とし、都市ガス12と合流させ改質原料11とする。この時、ごみ燃焼排ガス23から熱交換器32が奪った熱は全て水蒸気改質に用いられ、全体システムの外部には出ていかない。さて、改質原料11や改質ガス17の流路はごみ燃焼排ガスに接していないので腐食しない。よって、仮に熱交換器32に腐食による穴があいた場合、熱交換器32の内部流体の圧力が燃焼排ガス23の圧力より高いため、内部流体が焼却炉1内に漏れるが、内部流体は分岐蒸気39であり、可燃成分は含まれていない。よって、可燃成分が焼却炉1内部に漏れる事がなくなる。
20th Embodiment Next, the 20th embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Only parts different from the first embodiment shown in FIG. 1 will be described. A
1 ごみ焼却炉
2 廃棄物
3 燃焼用空気
4 灰
5 ボイラ蒸気
6 ボイラ
7 ボイラ給水
8 燃焼炉排ガス
9 バグフィルタ流入ガス
10 改質器
11 改質原料
12 都市ガス
13 蒸気
14 水素
15 二酸化炭素分離器
16 水素分離器
17 改質ガス
18 変成ガス
19 一酸化炭素変成器
20 水素以外の物質
21 二酸化炭素
22 分離済みガス
23 燃焼排ガス
24 分岐蒸気
25 弁
26 弁
27 圧力計
28 天井壁
29 出口ヘッダ
30 入口ヘッダ
31 溶接部
32 熱交換器
33 U字管
34 弁
35 弁
36 蒸気または水
37 弁
38 蒸気または水
39 分岐水
40 復水器
41 蒸気タービン排気
42 蒸気タービン蒸気
43 蒸気タービン
44 加熱後蒸気
DESCRIPTION OF
Claims (23)
前記燃焼排ガス流路の中の溶融塩腐食領域より高温の領域に設置され、炭化水素とエーテルとアルコールの内1つ以上を含む改質器投入物と蒸気とが流入し、燃焼排ガスからの熱を用いて水蒸気改質させる事で水素を含む改質ガスを発生させる、ことを特徴とするガス改質器。 In a gas reformer installed inside an incinerator that has a combustion exhaust gas passage and burns waste,
It is installed in a region higher than the molten salt corrosion region in the flue gas flow path, and a reformer charge containing one or more of hydrocarbon, ether and alcohol and steam flow in, and heat from the flue gas A gas reformer characterized in that a reformed gas containing hydrogen is generated by steam reforming using a gas.
溶融塩腐食する領域に設置され、炭化水素とエーテルとアルコールの内1つ以上を含む改質器投入物と蒸気とが流入し、燃焼排ガスからの熱を用いて内蔵した改質触媒により水蒸気改質させる事で水素を含む改質ガスを発生させ、かつ腐食進行または強度低下が所定許容値以上になる以前に、改質器投入物流路または改質ガス流路を未使用物に交換しながら使用する、ことを特徴とするガス改質器。 In a gas reformer installed inside an incinerator that has a combustion exhaust gas passage and burns waste,
Installed in the molten salt corrosive area, the reformer charge containing one or more of hydrocarbons, ethers and alcohols and steam flow in, and steam reforming by the built-in reforming catalyst using heat from combustion exhaust gas. While reforming, the reforming gas containing hydrogen is generated, and the reformer input flow path or reformed gas flow path is replaced with an unused one before the corrosion progress or strength drop exceeds the predetermined allowable value. A gas reformer characterized by being used.
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