JP2010096443A - 乾留ガス化炉 - Google Patents

Abstract

【課題】炉内の下部に燃焼炎を吹き込んで廃棄物に着火する着火手段６と、炉底部から酸素を供給する酸素供給手段とを備える乾留ガス化炉において、異常燃焼を生ずることなく火床の生成を促進できるようにする。
【解決手段】炉底部を着火手段６からの距離がそれぞれ異なる複数の領域１０_１〜１０_４に区分し、該各領域毎に、該各領域の温度を検出する温度センサ１７_１〜１７_４を備え、酸素供給手段７は、該各領域別に酸素を供給するように構成される。着火手段６の燃焼開始時に、着火手段６に最も近い領域にのみ酸素供給手段７により酸素を供給し、以後、各領域の着火手段６に近い側に隣接する領域に備える温度センサの検出温度が所定温度に上昇したとき、酸素供給手段７による該各領域への酸素供給を開始する。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃棄物を収納すると共に、廃棄物の一部を燃焼させつつ燃焼熱により廃棄物の残部を乾留して可燃性ガスを生じさせる乾留ガス化炉に関する。

従来、この種の乾留ガス化炉として、乾留ガス化炉内の下部に燃焼炎を吹き込んで廃棄物に着火する着火バーナと、乾留ガス化炉内に炉底部から酸素を供給する酸素供給手段とを備えるものは知られている（例えば、特許文献１参照）。また、このものでは、乾留ガス化炉で発生した可燃性ガスを燃焼させる燃焼炉を設けている。

ところで、廃棄物の焼却処理によるダイオキシン類の排出を防止するためには、廃棄物を８００℃以上の温度に２秒以上滞留させて、生成したダイオキシン類を完全に熱分解させることが有効とされている。そこで、廃棄物の着火で発生した可燃性ガスを助燃バーナを燃焼させつつ燃焼炉で燃焼させ、可燃性ガスのみの燃焼で燃焼炉内の温度が８００℃以上に維持できるようになったときに、助燃バーナの燃焼を停止するようにしている。

ここで、助燃バーナの燃焼時間を短縮して燃料消費量を低減するには、廃棄物への着火後に火床の生成を促進し、可燃性ガスの発生量を早期に増加させる必要がある。また、廃棄物は最終的に灰化されるが、着火から灰化完了までのトータル運転時間を短縮する上でも火床の生成を促進する必要がある。

しかし、廃棄物がゴム屑のスカム乾燥物や自動車シュレッダーダストなどの比重の大きなものである場合、乾留ガス化炉の下部では廃棄物が自重で押しつぶされ、火移りしにくくなって、火床の生成に時間がかかることがある。この場合、酸素供給手段により乾留ガス化炉の炉底部から供給する酸素量を、廃棄物に着火して着火バーナの燃焼を停止した後しばらくの間は増量して、火床の生成を促進することが考えられる。

しかし、これでは、以下の不具合を生ずる。即ち、着火バーナの燃焼炎により着火するのは燃焼炎の吹き込み口の近傍に存在する廃棄物であって、吹き込み口から離れた炉底部の部分から供給される酸素は、この部分に存する廃棄物に火移りするまでは燃焼に寄与しない余剰酸素となる。そして、余剰酸素が可燃性ガスと混合して、乾留ガス化炉内での異常燃焼を起こし易くなる。
特許第２９２７６８９号公報

本発明は、以上の点に鑑み、炉内での異常燃焼を生ずることなく火床の生成を促進できるようにした乾留ガス化炉を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明の乾留ガス化炉は、廃棄物を収納し、該廃棄物の一部を燃焼させつつ燃焼熱により該廃棄物の残部を乾留して可燃性ガスを生じさせる乾留ガス化炉であって、該乾留ガス化炉内の下部に形成した着火口において廃棄物に着火する着火手段と、該乾留ガス化炉内に炉底部から酸素を供給する酸素供給手段とを備えるものにおいて、炉底部を着火手段からの距離がそれぞれ異なる複数の領域に区分し、該酸素供給手段は、該各領域別に酸素を供給するように構成され、該着火手段の燃焼開始時に、該着火手段に最も近い領域にのみ該酸素供給手段により酸素を供給し、以後、各領域に存する廃棄物に、該各領域の着火手段に近い側に隣接する領域から火移りする状態になったとき、酸素供給手段による該各領域への酸素の供給を開始することを特徴とする。

本発明の乾留ガス化炉によれば、炉底部を着火手段からの距離がそれぞれ異なる複数の領域に区分し、該各領域別に酸素を供給するように構成される。そして、着火手段の燃焼開始時に、着火手段に最も近い領域にのみ酸素を供給する。従って、燃焼に寄与せず余剰酸素となる酸素が、乾留ガス化炉内に供給されることを防止することができる。そのため、炉底部全域から酸素を供給する場合に比して、着火手段により着火する領域に、多くの酸素を供給可能となり、火床の生成を促進することができる。

そして、各領域に存する廃棄物に、該各領域の着火手段に近い側に隣接する領域から火移りする状態になったとき、酸素供給手段による該各領域への酸素の供給を開始する。これにより、着火手段に近い領域からそれより遠い側の領域に存する廃棄物に順次火移りして、火床が生成される。ここで、酸素を供給する領域は、火移り可能な状態になっているため、酸素供給量を多くしても、酸素は廃棄物の燃焼で消費される。従って、燃焼に寄与せず余剰酸素となる酸素が、乾留ガス化炉内に供給されることを防止しつつ、炉底部全域に火床を早期に生成することができる。

また、本発明の乾留ガス化炉は、前記各領域毎に、該各領域の温度を検出する温度センサを備え、各領域の着火手段に近い側に隣接する領域に備える温度センサの検出温度が所定温度に上昇したとき、酸素供給手段による該各領域への酸素供給を開始することが好ましい。これによれば、各領域に存する廃棄物に、該各領域の着火手段に近い側に隣接する領域から火移りする状態になったか否かを温度センサの検出温度が所定温度に上昇したか否かで正確に判別でき、火移りしない状態で酸素を供給することによる余剰酸素の発生を確実に防止できる。

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１（ａ）は、本発明の実施形態の乾留ガス化炉を具備する乾留ガス化焼却装置の構成を示す説明図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線で切断した乾留ガス化炉の切断平面図であり、図２は、実施形態の乾留ガス化炉に備える温度センサの検出温度と、酸素供給手段用の開閉弁の開閉と、酸素供給手段用の調整弁の開度との関係を示すグラフであり、図３は、本発明の第２実施形態を示す説明図であり、図４は、本発明の第３実施形態を示す説明図であり、図５は、本発明の第４実施形態を示す説明図である。

図1（ａ）を参照して、１は本発明の実施形態の乾留ガス化炉を示している。乾留ガス化炉１は、ゴム屑のスカム乾燥物や自動車シュレッダーダスト等の廃棄物を収納し、廃棄物の一部を燃焼させつつ燃焼熱により廃棄物の残部を乾留して可燃性ガスを生じさせるものである。そして、乾留ガス化炉１と、乾留ガス化炉１で発生した可燃性ガスを燃焼する燃焼炉２とで乾留ガス化焼却装置を構成している。

乾留ガス化炉１の上面部分には、開閉自在な扉３ａを有する投入口３が形成され、該投入口３から廃棄物が乾留ガス化炉１内に投入される。乾留ガス化炉１の周壁部には、冷却構造としてのウォータージャケット４が形成されている。また、乾留ガス化炉１は、その周壁部の下部に形成した吹き込み口５に臨む着火手段たる着火バーナ６と、乾留ガス化炉１内に炉底部から酸素を供給する酸素供給手段７とを備える。吹き込み口５の外側には、アクチュエータ５ａにより開閉されるシャッター５ｂが設けられている。そして、シャッター５ｂを開いた状態で着火バーナ６に点火し、該バーナ６の燃焼炎を吹き込み口５を介して乾留ガス化炉１内の下部に吹き込み、廃棄物に着火させるようにしている。着火バーナ６は、ＣＰＵなどを含む電子回路により構成された図示しない制御装置により制御される。

乾留ガス化炉１は、酸素供給手段７の構成要素として、乾留ガス化炉１の炉底部の下側に設けた空室８と、炉底部の全域にわたって多数形成した給気口９とを備えている。ここで、炉底部は、着火バーナ６（吹き込み口５）からの距離が異なる複数、例えば、４つの領域１０_１〜１０_４に区分されている。また、空室８は、隔壁１１によりこれら領域１０_１〜１０_４に対応する複数の分室１２（１２_１〜１２_４）に区分けされている。そして、送風機１３からの酸素（空気）を酸素供給路１４を介して分室１２に送り、分室１２から給気口９を介して乾留ガス化炉１内に酸素を供給するようにしている。酸素供給路１４には、調整弁１５が設けられており、調整弁１５の下流側で各分室１２に対応するよう分岐し、各分岐先で開閉弁１６（１６_１〜１６_４）を介して分室１２に接続されている。調整弁１５、開閉弁１６は、前記制御装置により制御される。

乾留ガス化炉１内の炉底部には、各領域１０（１０_１〜１０_４）に対応するように温度センサ１７（１７_１〜１７_４）が取着され、該取着されている位置の乾留ガス化炉１内の炉底部の温度を検出している。各温度センサ１７は、例えば、図１（ｂ）に示すように、各領域１０内の、着火バーナ６と炉底部の中心を結ぶ線上であり、かつ、着火バーナ６から離間する側に設けられている。なお、温度センサ１７としては、例えば、熱電対が用いられる。温度センサ１７の検知信号は前記制御装置に入力される。

乾留ガス化炉１の周壁部の上部にはガス取出し口１８が形成されている。そして、乾留ガス化炉１内での廃棄物の乾留により発生した可燃性ガスをガス取出し口１８に接続したガス管１９を介して燃焼炉２に導入している。燃焼炉２には、送風機１３から調整弁２０を介して酸素が供給される。調整弁２０は前記制御装置によりその開度が制御されるようになっている。そして、乾留ガス化炉１からの可燃性ガスと酸素とを燃焼炉２内で混合させて燃焼させるようにしている。また、燃焼炉２は、燃焼炉２内に燃焼炎を吹き出す助燃バーナ２１を備えている。そして、助燃バーナ２１の燃焼により燃焼炉２内の温度をダイオキシン類の熱分解が可能な８００℃以上に上昇させる暖機運転を行い、暖機運転後に着火バーナ６の燃焼により乾留ガス化炉１内の廃棄物に着火し、廃棄物の着火後に発生する可燃性ガスを助燃バーナ２１を燃焼させつつ燃焼炉２で燃焼させ、可燃性ガスのみの燃焼で燃焼炉２内の温度が８００℃以上に維持できるようになったときに、助燃バーナ２１の燃焼を停止するようにしている。

ここで、助燃バーナ２１の燃焼時間を短縮して燃料消費量を低減するには、乾留ガス化炉１での廃棄物への着火後に火床の生成を促進し、可燃性ガスの発生量を早期に増加させる必要がある。廃棄物への着火から灰化完了までのトータル運転時間を短縮する上でも、火床の生成を促進する必要がある。しかし、廃棄物がゴム屑のスカム乾燥物や自動車シュレッダーダスト等の比重の大きなものである場合、乾留ガス化炉１の下部では廃棄物が自重で押しつぶされ、火移りしにくくなって、火床の生成に時間がかかることがある。この場合、酸素供給手段７による炉底部全域からの酸素供給量を増量して、火床の生成を促進することが考えられる。しかし、吹き込み口５から離れた炉底部の領域から供給される酸素は、この領域に存する廃棄物に火移りするまでは、燃焼に寄与しない余剰酸素となる。そのため、酸素供給手段７により炉底部全域からの酸素供給量を増量したのでは、余剰酸素量が増し、該余剰酸素が可燃性ガスと混合され、乾留ガス化炉１内での異常燃焼を起こし易くなる。従って、炉底部全域から酸素を供給する場合には、調整弁１５の開度を所定の小開度（例えば、全開開度の２０％）にして、酸素供給量を少量に制限する必要があり、火床の生成に時間がかかる。

そこで、本実施形態では、着火バーナ６の燃焼と同時に、酸素供給手段７により乾留ガス化炉１内へ炉底部から酸素の供給を開始するが、ここでは酸素供給手段７は燃焼に寄与しない炉底部の領域１０_２〜１０_４への酸素供給は行わず、着火バーナ６に最も近い領域１０_１にのみ集中的に酸素を供給している。これによれば、酸素供給量を多くしても、燃焼に寄与することなく余剰酸素となる酸素をなくすことができるため、余剰酸素と可燃性ガスとの混合による乾留ガス化炉１内での異常燃焼を防止できる。さらに、着火した廃棄物には、領域１０_１から酸素供給手段７により集中的に酸素が供給される。従ってこの廃棄物の内方に存する廃棄物に早期に火移りして、火床の生成が促進される。

但し、酸素供給手段により酸素を供給する領域を、領域１０_１からのみに制限し続けると、領域１０_１から酸素が供給される範囲に十分火床が生成され、領域１０_２に火移りする状態になった後、酸素供給が行われていない領域１０_２への火床の生成が阻害される。そこで、本実施形態では、各領域１０_１〜１０_４に対応するように、乾留ガス化炉１内の炉底部に温度センサ１７（１７_１〜１７_４）を設け、この温度センサ１７の検出した乾留ガス化炉１内の温度が所定温度に上昇したときに、該所定温度を検知した領域１０に隣接し、酸素が供給されていない領域１０からの酸素の供給を開始するようにしている。以下その詳細について図３を参照して説明する。

まず、着火バーナ６の燃焼開始時に、調整弁１５を上記小開度より大きな所定開度（例えば、全開開度の２５％の開度）に開き、かつ、開閉弁１６_１を開いて（開閉弁１６_２〜１６_４は閉じている）、領域１０_１に対応する分室１２_１から乾留ガス化炉１内へ酸素を供給する。そして、温度センサ１７_１の検出温度Ｔ_１が所定の火移り判別温度Ｔａに上昇したとき、領域１０_１からこれに隣接する領域１０_２上に存する廃棄物に火移りする状態になったと判断して、領域１０_２に対応する開閉弁１６_２を開き、分室１２_２から乾留ガス化炉１内へ酸素を供給する。なお、この領域１０_２への酸素供給量開始と同時に、着火バーナ６の燃焼を停止する。次いで、同様に温度センサ１７_２，１７_３の検出温度Ｔ_２，Ｔ_３がＴａに上昇したとき、それぞれ開閉弁１６_３，１６_４を開き、領域１０_３，１０_４に対応する分室１２_３，１２_４から乾留ガス化炉１内へ酸素の供給を順次開始し、最終的に炉底部全域から乾留ガス化炉１内へ酸素供給手段７により酸素を供給することになる。

ここで、酸素を供給する領域は、火移り可能な状態になっているため、酸素供給量を多くしても、酸素は廃棄物の燃焼で消費される。従って、燃焼に寄与せず余剰酸素となる酸素が、乾留ガス化炉内に供給されることを防止しつつ、炉底部全域に火床を早期に生成することができる。そして、着火バーナ６から最も遠い位置に設けられている温度センサ１７_４で検知された温度が火移り判別温度Ｔａに上昇したとき、火床の生成が完了したと判断される。なお、温度センサ１７_４は省略してもよい。また、本実施形態では、温度センサ１７_１〜１７_４で検知された温度の火移り判別温度Ｔａは、全て同じにしたが、各温度センサ１７_１〜１７_４で別個の値を設定することもあり得る。

その後、調整弁１５の開度は、酸素供給量を下層部の廃棄物の継続的な部分燃焼に必要な程度に制限しつつ、段階的に徐々に増大される。そして、燃焼熱により中、上層部の廃棄物の乾留が活発化して、乾留により発生する可燃性ガスの量が増える。その結果、可燃性ガスが燃焼炉２で８００℃以上の温度で安定して燃焼するようになり、助燃バーナ２１の燃焼が停止される。

本実施形態では、上記の如く酸素供給手段８により乾留ガス化炉１内へ供給される酸素の範囲を制限し、集中させることで異常燃焼を引き起こすことなく火床の生成が促進されるため、早期に可燃性ガスの発生量が増える。従って、助燃バーナ２１の燃焼時間が短縮され、燃料消費量が低減される。

ところで、各領域の着火バーナ６に近い側に隣接する領域への酸素供給開始から所定時間経過したときに、該各領域上に存する廃棄物に火移りする状態になったと判別して、該各領域への酸素供給を開始することも可能である。但し、乾留ガス化炉１に収容された廃棄物の種類、量等に応じて、火移りの状態が変化することがある。そのため、温度センサ１７により火移り判別する方が、火移りする状態になったか否かを正確に判別でき有利である。

また、上記第１実施形態では、着火バーナ６は１つであるが、着火バーナは２つ以上備えてもよい。例えば、図３に示す第２実施形態のように、乾留ガス化炉３１は、着火バーナ６，６を対向するように備えてもよい。これによれば、炉径が大きい乾留ガス化炉であっても、火床の生成にかかる時間を短くすることができる。また、第２実施形態では、炉底部を各バーナ６に最も近い領域１０_１とこれに隣接する領域１０_２と中央の領域１０_３とに区分している。

また、さらに炉径が大きい場合、図４に示す第３実施形態の如く、着火バーナ６を周方向に等間隔で４つ備えてもよい。第３実施形態では、炉底部を、隣接する着火バーナ６，６の中点と、これに対向する着火バーナ６，６の中点とを結ぶ直線により、４つの均等な扇形の領域に区分し、該各扇形において、着火バーナ６に近接する側から離間する側へ、複数、例えば、３つの領域１０_１，１０_２，１０_３に区分している。そして、前記各扇形の着火バーナ４２から最も離間する領域は、まとめて一つの領域１０_３としている。

また、図５に示す第４実施形態のように、炉底部を着火バーナ６からの距離が異なる複数、例えば、４つの領域に、着火バーナ６側を中心とする円弧で区分けしてもよい。

また、上記実施形態で、温度センサ１７は、炉底部に設けられているが、乾留ガス化炉の周壁部の下部に設けてもよい。

さらに、温度センサ１７は、各領域に各１個設けられているが、各領域に複数の温度センサを用いてもよい。例えば、温度センサは、各領域内の、着火バーナと炉底部の中心を結ぶ線上であり、かつ、該着火バーナから離間する側と、乾留ガス化炉の周壁部の下部との２カ所に設けてもよい。これによれば、廃棄物の偏在等により火床の生成が偏って進行した場合でも、これを判別でき、有利である。

また、上記実施形態では、着火手段として着火バーナ６を用いているが、電気ヒータガンや電気プラズマガンを用いてもよく、さらには、ライターなどの手動式の着火手段を用いることも可能である。

（ａ）本発明の実施形態の乾留ガス化炉を具備する乾留ガス化焼却装置の構成を示す説明図、（ｂ）図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線で切断した乾留ガス化炉の切断平面図。 実施形態の乾留ガス化炉に備える温度センサの検出温度と、酸素供給手段用の開閉弁の開閉と、酸素供給手段用の調整弁の開度との関係を示すグラフ。 本発明の第２実施形態を示す説明図。 本発明の第３実施形態を示す説明図。 本発明の第４実施形態を示す説明図。

符号の説明

１…乾留ガス化炉、６…着火バーナ（着火手段）、８…酸素供給手段、１７…温度センサ。

Claims (2)

1. 廃棄物を収納し、該廃棄物の一部を燃焼させつつ燃焼熱により該廃棄物の残部を乾留して可燃性ガスを生じさせる乾留ガス化炉であって、該乾留ガス化炉内の下部に形成した着火口において廃棄物に着火する着火手段と、該乾留ガス化炉内に炉底部から酸素を供給する酸素供給手段とを備えるものにおいて、
   炉底部を着火手段からの距離がそれぞれ異なる複数の領域に区分し、
   該酸素供給手段は、該各領域別に酸素を供給するように構成され、
   該着火手段の燃焼開始時に、該着火手段に最も近い領域にのみ該酸素供給手段により酸素を供給し、以後、各領域に存する廃棄物に、該各領域の着火手段に近い側に隣接する領域から火移りする状態になったとき、酸素供給手段による該各領域への酸素の供給を開始することを特徴とする乾留ガス化炉。
2. 前記各領域毎に、該各領域の温度を検出する温度センサを備え、各領域の着火手段に近い側に隣接する領域に備える温度センサの検出温度が所定温度に上昇したとき、酸素供給手段による該各領域への酸素供給を開始することを特徴とする請求項１記載の乾留ガス化炉。
   

Images