JP2014025616A

JP2014025616A - 焼却炉システム

Info

Publication number: JP2014025616A
Application number: JP2012164572A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Ishikawa; 泰男石川
Original assignee: TI KK
Current assignee: TI KK
Priority date: 2012-07-25
Filing date: 2012-07-25
Publication date: 2014-02-06

Abstract

【課題】発生する熱を利用して効率よく水素を発生せしめる焼却炉システムを提供する。
【解決手段】焼却炉１から伸びる第１排出ガス通路７、ボイラ８および第２排出ガス通路９に第１水素発生装置Ｍ_１および第２水素発生装置Ｍ_２をそれぞれ分岐管５を介して接続し、前記第１水素発生装置Ｍ_１においてはボイラからの水蒸気で加熱釜６０に横方向に配設された反応セル８０の外周を加熱し、前記第２水素発生装置Ｍ_２においては高温の排気ガスで反応セル８０を加熱し、前記反応セル８０内には、ボイラからの水蒸気またはボイラ８とは別個に設けた水タンクＴからの水が供給され、発生した水素は焼却炉１のバーナ６に送られて焼却炉１の加熱源とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱を利用した水素発生装置を組込んだ焼却炉システムに関する。

反応剤としてのカセイソーダ(ＮａＯＨ)を反応セル内に収納し、これに水蒸気を供給した水素発生装置を火力発電システムに組込んで、採集した水素をボイラのバーナに送り込み、水素を燃料として使用して化石燃料の使用量を減少させる技術を本件発明者は特開２０１０−１３１５５３号公報で開示している。

特開２０１０−１３１５５３号公報

ところが特許文献１では、火力発電システム中に水素発生装置を組込むことは開示されているが、具体的にどのように組込むかは十分に開示されていないし、焼却炉システムに水素発生装置を組込むことは開示されていないし、その具体的組込み構成については何ら示唆はない。

そこで、本発明は可燃物を焼却炉で燃焼させ、このときに発生する高温の排ガスによりボイラで水蒸気を作り、ボイラを流出した排ガスを集塵装置を通して外部に排出する焼却炉システムにおいて、反応剤が収納された反応セルを加熱釜内に設置して反応セルを加熱流体で加熱するとともに反応セル内に水蒸気を導いて水蒸気を分解して水素を発生させるようにした水素発生装置をシステム内に設け、この水素を焼却炉の加熱源として使用し、前記水素発生装置は加熱流体を加熱釜内に供給して反応セルを加熱する加熱配管と、前記反応セル内に水蒸気又は水を供給するための注水配管とを備えるようにした。

また、前記加熱流体は、前記ボイラから供給される水蒸気であり、この水蒸気の一部が反応セル内に供給されることが好ましい。更に、また、前記加熱流体は、前記焼却炉からの排出ガスであり、前記反応セル内には前記ボイラからの水蒸気が供給されることが好ましい。更に、また、前記加熱釜を外ケーシングで被い、この外ケーシング内に反応セルの両端部分を前記蒸気ボックスまたは加熱釜内から突出せしめ、この突出部分に反応セル内に水又は水蒸気を供給する水管および反応セル内で生成した水素を排出する水素管を配置せしめることが好ましい。更に、また、前記加熱釜の反応セルが伸びる方向の水注入側が水素排出側よりも高くなるように高さ調整機能を備えていることが好ましい。更に、また、前記反応セルは、円筒形のステンレス鋼からなり、その加熱部分に対応した位置に反応剤としてのカセイソーダ(ＮａＯＨ)または水酸化カリウム(ＫＯＨ)を保持した樋形の反応剤受けが収納されていることが好ましい。

反応セルを加熱釜内に配設して加熱配管により５００〜６００℃に加熱し、注水配管により水または水蒸気を反応セル内に供給すれば、焼却炉の熱を有効に利用でき、大量の水素を発生させることができ、この水素を焼却炉の加熱源として使用すれば、化石燃料の使用量を著しく減少させ、炭酸ガスの発生量を減らすことができる。

前記反応セルを加熱する加熱流体をボイラからの水蒸気とし、この水蒸気の一部を反応セル内に供給し、さらに加熱流体を焼却炉からの高温排気ガスとし、反応セル内にボイラからの水蒸気の一部を供給するようにすれば、ボイラからの水蒸気のエネルギー、焼却炉から流出しボイラを加熱する前の排気ガス、更にはボイラ加熱後の排気ガスのエネルギーを有効に利用できる。

そして、加熱釜を外ケーシングで被い、反応セルの溶接部分の多い両端部分を加熱釜と外ケーシング間に位置せしめれば、反応セルの両端部分を加熱釜内に位置する加熱部分から離すことができ、反応セルの寿命を延ばすことができ、更には、反応セルの水注入側を他側よりも若干高くするように加熱釜の高さ調整機能を設ければ、スムーズに反応セル内に注水できる。

また、反応セルをステンレス鋼で形成し、反応剤をカセイソーダ(ＮａＯＨ)又は、水酸化カリウム(ＫＯＨ)とし、この反応剤を反応剤受け内に収納すれば、水素発生反応が活発になるとともに安価に反応セルを形成できる。

本発明の焼却システムの概略構成図である。本発明のボイラに接続される第１水素発生装置の概略構成図である。反応セルの概略構成図である。反応セルの配管状態説明図である。反応セルの加熱釜側壁に対する係合状態説明図である。反応セルの両端部を閉塞する閉塞筒の斜視図である。水素発生装置の反応セルの配置を示す斜視図である。本発明の他の実施例を示す反応セルの加熱方式説明図である。本発明の他の実施例を示す反応セルの斜視図である。本発明の排気通路に接続される第２水素発生装置の概略構成図である。第２水素発生装置における注水配管の他の実施例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１において、可燃ごみを燃焼させて焼却する焼却炉システムＳにおいて、焼却炉１には、ゴミ定量供給機２を介して可燃ごみが所定量供給され、ゴミ定量供給機２には、コンベア３によりゴミが送られ、このコンベア３にはクレーン４によってゴミが載せられる。前記焼却炉１の下部は燃焼部５が形成され、この燃焼部５は、バーナ６によって加熱され、このバーナ６には、天然ガスまたは重油等の燃料が供給され、本発明においては、バーナ６には水素ガス(H₂)が供給され、水素ガスのみによってバーナ６を作動させてもよいし、従来の燃料に水素ガスを混合したいわゆるハイブリットガスにより作動させてもよい。

前記焼却炉１で発生した高温（８００〜９００℃）の排気ガスは第１排気通路７を通ってボイラ８に送られ、このボイラ８によって高温水蒸気が作られる。前記ボイラ８を加熱した後の排気ガスは第２排気通路９を通って減温筒１０に至り、ここで減温された後に集塵装置１１を通過して通風機１２に至り、煙突１３から大気中に排気される。

前記ボイラ８からの水蒸気は分岐管５を通って第１水素発生装置Ｍ_１に送られ、前記第１排気通路７には分岐管５を介して第２水素発生装置Ｍ_２が接続され、前記第１排気通路７は高温排気ガスが通過するが、分岐管５の排気ガスが必要以上に高温の場合には、熱交換１４によって温度コントロールされる。

また、前記第２排気通路９にも、分岐管５を介して第２水素発生装置Ｍ_２が接続され、これら２つの第２水素発生装置Ｍ_２は複数の反応セル（後述）を有し、これら反応セルには、水蒸気がボイラ８に接続された分岐管５から水蒸気管１５、１６を介して供給される。なお、２つの第２水素発生装置Ｍ_２の各反応セルには水蒸気管１５、１６とは別個に設けた水又は水蒸気を反応セルに供給する注水配管を備えてもよい。

次に、前記第１、第２水素発生装置Ｍ_１、Ｍ_２の具体的構成について説明する。

なお、第１、第２水素発生装置Ｍ_１、Ｍ_２の本体６０の機械的構造は同一であり、第１水素発生装置Ｍ_１では反応セルの加熱流体が水蒸気であり、第２水素発生装置Ｍ_２では、高温排気ガス（熱風）である点のみが異なる。

図２において、第１水素発生装置Ｍ_１は箱形の本体６０を有し、この本体６０は、６００〜８００℃の高温水蒸気が供給される加熱釜７０を備え、この加熱釜７０内には、多数の反応セル８０、８０…８０がほぼ水平に配設され、これら反応セル８０の各々はその一グループが図７に示すように同一高さ位置で水平方向に所定間隔で配設することによって形成され、加熱釜７０には、複数のグループｇ、ｇ…ｇが高さ方向に複数段所定間隔で形成され、水蒸気が通り易いように、隣り合う上下の段の反応セル８０は千鳥状に配設されることが好ましい。

たとえば、２段毎の組合せの下方には、高温水蒸気が平均的に供給されるように、加熱配管としての水蒸気供給体９０、９０…９０が設けられ、この水蒸気供給体９０は、図７に示すように、箱状のものでもよいし、小さな孔を有する管状体を複数水平方向に組合わせたものでもよい。前記水蒸気供給体９０には、多数の蒸気流通孔ｈ、ｈ…ｈが形成されている。前記水蒸気供給体９０の前端に沿って加熱配管としての蒸気分配管７１、７１…７１が配設され、この蒸気分配管７１からは、水蒸気供給体９０の端面に所定間隔で小分岐管７２、７２…７２が設けられ、この小分岐管７２の各々には開度調節弁７３が設けられている。なお、各小分岐管７２には、平均的に水蒸気が供給されるように、蒸気分配管７１の直径が蒸気の流れる下流方向に向かって大きくなるように形成され、蒸気の流れは、各分岐管７２に設けられた調整弁７３によっても調節される。なお、前記蒸気分配管７１、水蒸気供給体９０等が反応セル８０を加熱する加熱配管を形成している。

前記反応セル８０は、図３、図４に示すように、円筒状の筒体８１を有し、この筒体８１の中央部分には樋形の反応剤受け８２が収納され、この反応剤受け８２内にカセイソーダ(ＮａＯＨ)又は、水酸化カリウム(ＫＯＨ)が収納され、これら反応剤は反応セル８０が５００〜６００℃に加熱されたときには溶融して溶融塩を形成し、溶融塩表面から微細粒子が反応セル内に分散し、この微細粒子と供給される水蒸気とが反応して水を分解して水素を生ぜせしめる。なお、反応セル８０は、その一端である水蒸気供給部８１ａと他端である水素排出部８１ｂを備え、これら両部分を加熱釜７０の側壁７０ａ、７０ａから外方に突出せしめ、これら突出部分は加熱釜７０を被っている外ケーシング７５内に位置し、反応セル８０の加熱釜７０の側壁７０ａ間に位置して高温水蒸気によって加熱される加熱部８１ｃに対応して前記反応剤受け８２が反応セル８０内に収納されている。

前記水蒸気供給部８１ａの上面には、水を供給する水蒸気管７６が、前記水素排出部８１ｂの上面には水素管７７が設けられ、これら水蒸気管７６、水素管７７および両部分８１ａ、８１ｂの端面（端板）は溶接が必要であり、反応セル内の反応が活発になると溶接部分が破損するおそれがある。そこで、非加熱部分として直接加熱することを避けるため前記両部分８１ａ、８１ｂを加熱釜７０外に位置せしめ、温度の放熱を防止するため外ケーシング７５で被っている。前記両部分８１ａ、８１ｂ内には、図６に示すように閉塞筒７８が収納されて反応空間を加熱部分に限定しており、閉塞筒７８に端板７９が付着され、この端板７９が反応セル８０の端面に溶着されている。なお、閉塞筒７８は必ずしも必要ではないので図６においては図示されていない。また、前記水素管７７は隣り合う各反応セル８０の水素排出部８１ｂ間に垂設された水素集合管８５に接続され、この集合管８５により発生した水素が外部に取り出される。

前記水蒸気管７６は、反応セル８０の各グループｇに対応して水平に設けられた水蒸気供給管８６に接続され、この水蒸気供給管８６は調節弁８７を有している。

前記水蒸気供給管８６は、開閉弁８９を有する連通管８８から水蒸気を受け、この連通管８８は前記分岐管５およびバルブ９５を介して水タンクＴに連通しており、開閉弁８９を閉じ、開閉弁９５を開けば、水蒸気の代りに水を直接反応セル８０に供給することができる。前記連通管は、水蒸気供給管８６、水蒸気管７６は注水配管をなし、これにより水蒸気又は水が反応セル８０内に送られる。なお、反応セル内に送られる水蒸気の温度は図示されない熱交換器によって適宜コントロールされる。反応セル内に水を直接供給した場合には、水蒸気を供給するよりも反応が活発になることがあるので、水蒸気又は水を供給できるように構成することが好ましい。

前記反応セル８０は、図５に示すように加熱釜７０の側壁７０ａにスライド自在に設けられ、反応セル８０の寿命がきたときに容易に交換可能に形成される。すなわち、前記外ケーシング７５の側壁７５ａは開閉自在に形成され（図２）、水素管７８の下端を反応セル８０にねじ込み可能に形成して、水素管７７を取り外した状態で反応セル８０の水蒸気供給部８１ａを把持して引抜いて新たな反応セル８０と交換可能なようになっている。

なお、反応セル８０の径が大きな場合には、その外周を加熱するのみでは十分でなく、反応セル８０の加熱部分に内管８０ｉを設け、この内管８０ｉに加熱水蒸気を通過させるようにしてもよい。

なお、図２において、水蒸気又は水、特に水を反応セル８０内に供給するためには、水供給側をその反対側に対して僅かに高くしておくのが望ましいので、本体６の底面に高さ調整機能を設けている。すなわち、ねじ調整の脚１００、１００が設けられている。なお反応セルの形状は円筒形に限定されず、図９に示すように長手方向に伸びる角筒形状の反応セル１１０でもよく、その両端部には、閉塞箱１１１を設け、この閉塞箱１１１上に水蒸気管又は水素管１１２が設けられ、反応セル１１０の中央部（加熱部分）に反応剤箱１１３が設置される。

なお、第２水素発生装置Ｍ_２には、図１０に示すように図１のシステムの水蒸気の代りに熱風が流され、熱風系路とは別に水又は水蒸気系路Ｓ・Ｌが設けられる点が異なっている。この場合、熱風を送る連通管８８は、熱交換器１３０迄延び、この熱交換器１３０によって水タンクＴからの水が水蒸気とされる。なお、水タンクＴからの水を直接反応セル８０に送る場合には、熱交換器１３０は不要となる。この場合には、水蒸気供給体９０は熱風供給体９０、蒸気分配管７１は熱風分配管７１とそれぞれ呼称される。前記水蒸気供給管８６には、図１１に示すようにボイラ８から水蒸気管１５、１６を介して水蒸気の一部が送られる。

１…焼却炉
５…分岐管
８…ボイラ
６０…本体
７０…加熱釜
７５…外ケーシング
８０…反応セル
９０…水蒸気（熱風）供給体
１００…脚

Claims

可燃物を焼却炉で燃焼させ、このときに発生する高温の排ガスによりボイラで水蒸気を作り、ボイラを流出した排ガスを集塵装置を通して外部に排出する焼却炉システムにおいて、反応剤が収納された反応セルを加熱釜内に設置して反応セルを加熱流体で加熱するとともに反応セル内に水蒸気を導いて水蒸気を分解して水素を発生させるようにした水素発生装置をシステム内に設け、この水素を焼却炉の加熱源として使用し、前記水素発生装置は加熱流体を加熱釜内に供給して反応セルを加熱する加熱配管と、前記反応セル内に水蒸気又は水を供給するための注水配管とを備えている焼却炉システム。
前記加熱流体は、前記ボイラから供給される水蒸気であり、この水蒸気の一部が反応セル内に供給される請求項１記載の焼却炉システム。
前記加熱流体は、前記焼却炉からの排出ガスであり、前記反応セル内には前記ボイラからの水蒸気が供給される請求項１記載の焼却炉システム。
前記加熱釜を外ケーシングで被い、この外ケーシング内に反応セルの両端部分を前記蒸気ボックスまたは加熱釜内から突出せしめ、この突出部分に反応セル内に水又は水蒸気を供給する水管および反応セル内で生成した水素を排出する水素管を配置せしめた請求項１乃至３のいずれかに記載の焼却炉システム。
前記加熱釜の反応セルが伸びる方向の水注入側が水素排出側よりも高くなるように高さ調整機能を備えている請求項１乃至４のいずれかに記載の焼却炉システム。
前記反応セルは、円筒形のステンレス鋼からなり、その加熱部分に対応した位置に反応剤としてのカセイソーダ(ＮａＯＨ)または水酸化カリウム(ＫＯＨ)を保持した樋形の反応剤受けが収納されている請求項１乃至５のいずれかに記載の焼却炉システム。