JP3825263B2

JP3825263B2 - ガス化溶融装置

Info

Publication number: JP3825263B2
Application number: JP2001022075A
Authority: JP
Inventors: 要之介星; 義仁清水; 一寛河合
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-01-30
Filing date: 2001-01-30
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2021-01-30
Also published as: JP2002228126A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ゴミ、下水汚泥等の廃棄物のガス化溶融装置に係り、特に流動層炉からなる熱分解炉と、該熱分解炉で生成された熱分解ガスを利用して主灰や飛灰等の微粒子の灰溶融を行う灰溶融燃焼炉を具えたガス化溶融装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、多量に発生する都市ごみ等の廃棄物の焼却により発生した主灰や飛灰の減量化とともに有害な重金属成分を固定化するために、灰溶融燃焼炉が用いられている。
一方、灰溶融燃焼炉は１２００〜１３００℃以上の高温が必要なために、これをプロパン等の既存の燃料を使用することは、省資源や温暖化等で問題があるために、都市ゴミ、下水汚泥等の廃棄物を熱分解し、該熱分解により得られた可燃性ガスを利用して灰溶融用の燃焼ガスとして用いられている例が多い。
このような技術は特開平１０−９５１１等で公知であり、その技術は流動層の温度が４５０〜６５０℃に維持された炉内へ廃棄物が供給されるとともに、該流動層炉へ供給される流動化ガスを、廃棄物の燃焼に必要な理論燃焼空気量の３０％以下の低酸素濃度の空気に設定することにより、炉内へ供給された可燃廃棄物を、流動媒体と共に循環する間に可燃ガスにガス化させている。
かかる従来技術によれば、流動層を形成する流動化ガスの酸素含有量が小さいため、流動層内で生じた可燃ガスは、ほとんど燃焼されずに発熱量の高い良質の生成ガスとなる。
【０００３】
そして更に前記従来技術によれば、流動層炉で生成された可燃ガスは後工程の灰溶融燃焼炉に供給されるとともに、空気や酸素の吹き込みにより１２００〜１３００℃以上に高温燃焼され、主灰若しくは排気ガス経路中のバグフィルタ等で捕捉された飛灰の溶融が行われるとともに、該灰熔融炉で、灰分の溶融固化と重金属の固定が行われる。
【０００４】
又前記したガス化を行う熱分解流動層炉においては、揮発分が失われた固定炭素（チャー）やタール分等を、更に同一の流動層内に循環して熱分解を行う一塔式のものと、前記固定炭素（チャー）やタール分等を次のチャー燃焼炉に投入し、該燃焼炉で比較的酸素含有量の多い流動化ガスと接触し燃焼させる二塔式のものとが存在する。
【０００５】
従って一塔式、二塔式いずれも流動層熱分解炉において生成された熱分解ガスが高可燃分を含むので、加熱用燃料を必要とすることなく、灰熔融炉内を１３００℃以上の高温にすることができ、該炉内で灰分を充分熔融させることができる。そして熔融した灰は、熔融炉から取り出し水冷等の周知の方法により容易に固化させ得る故、灰分の体積は、著しく減少され、また灰分中の有害金属は、固化されるので埋め立て処理可能な形態となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
さて上記の従来技術では、廃棄物の熱分解を行うための熱分解炉は、Ｏ_２を含むガス化剤（流動化ガス）の温度は２００〜３００℃程度であり、そして流動床内のガス化温度として４００〜６００℃程度に温度管理しているが、ガス化反応は吸熱反応であるため、ガス化温度を４００〜６００℃程度に制御するためには、▲１▼処理対象物を部分燃焼させる、▲２▼流動砂を高温化して該高温熱媒体を熱源として供給する、などの方法を取っているが、処理対象物を部分燃焼させる方法では、部分燃焼により生成するガス化ガスの発熱量の低下が生じ、又高温流動砂を熱源として供給する方法では、システムの複雑化という問題がある。
【０００７】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、発熱量を低下させることなく、然もシステムが煩雑化することなく可燃分を多量に含む均質な熱分解ガスを得ることができるとともに、灰分の円滑な熔融が可能なガス化溶融装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するために、都市ゴミ、下水汚泥等の廃棄物の熱分解を行う熱分解炉と、該熱分解炉で生成された熱分解ガスを利用して主灰や飛灰等の微粒子の灰溶融を行う灰溶融燃焼炉とを具えたガス化溶融装置において、
前記熱分解炉内のガス化温度を４００〜６００℃に維持のために該熱分解炉に供給する主ガス化剤を温度が略８００℃以上の低酸素高温空気を使用して前記主ガス化剤の温度エネルギーの吸熱反応による熱分解とガス化を行うことを特徴とする。
【０００９】
この場合前記熱分解炉にはロータリーキルン等を用いても良いが、好ましくは流動層炉を用いるのが良く、この場合前記流動層炉の流動床に供給する流動化ガスを温度が略８００℃以上の低酸素高温空気とするのがよい。
又前記流動化ガスの酸素濃度は投入する廃棄物によって異なるが、少なくとも流動化ガス（主ガス化剤）の酸素濃度が８％以下好ましくは５％以下で、更に下水汚泥のようにカロリーが小さい場合は、酸素濃度を３％以下とし、無駄な燃焼を避けるのがよい。
【００１０】
更に、前記灰溶融燃焼炉には８００℃以下で且つ酸素濃度が５〜１０％の高温（４００℃以上）低酸素濃度空気を吹き込んで、供給された熱分解ガスの燃焼用空気として用いるのがよい。
【００１１】
かかる発明によれば、熱分解炉側では、ガス化剤温度を８００℃以上の高温化することにより、熱分解のガス化温度（４００〜６００℃）維持のために主ガス化剤の温度エネルギーのみ吸熱反応による熱分解とガス化を行う事が出来、結果としてごみの部分燃焼量を減少させることが出来るため、熱分解ガス化ガスのカロリー低下を防ぐことができる。
この場合主ガス化剤の酸素濃度を８％以下好ましくは５％以下、更に下水汚泥のようにカロリーが小さい場合には、３％以下とすることにより、酸素濃度側での部分燃焼を積極的に抑制することが出来る。
【００１２】
一方前記灰溶融燃焼炉側の燃焼空気に高温低酸素濃度空気を用いることにより、溶融炉温度（通常１２００℃〜１６００℃）維持が容易になる。
又前記燃焼空気を８００℃以上にすると炉壁を傷める温度まで溶融炉温度が上昇してしまう恐れがあるために、８００℃以下、好ましくは６００〜８００℃にするとよい。この場合、酸素濃度を５〜１０％に設定することにより溶融炉内温度が均一・緩慢燃焼を実現し、更に空気の低酸素化の効果と熱分解ガスとの空気比を１以下、好ましくは０．８〜１に設定することにより低ＮＯｘ燃焼が可能となり、両者の相乗効果により、低ＮＯｘ、低ダイオキシン燃焼が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の構成、種類、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は、本発明の第１実施例のガス化溶融装置の主要部の図解的な基本構成図で、都市ゴミ、下水汚泥等の廃棄物５の熱分解を行う熱分解ガス化炉１と、該熱分解ガス化炉１で生成された熱分解ガスを利用して主灰や飛灰等の微粒子の灰溶融を行う灰溶融燃焼炉２からなり、熱分解ガス化炉１は一塔式流動層炉で構成されている。
【００１４】
流動層炉１の炉底には流動化ガス分散部１９が配置され、該流動化ガス分散部１９を介して灰溶融燃焼炉２内へ流動化ガスＡが炉内へ上向き流として供給される。
流動化ガス７は、灰溶融燃焼炉２から排出される排気ガス等を用いて温度が略８００℃以上の低酸素高温空気Ａを用いる。この場合流動化ガスＡの酸素濃度は投入する廃棄物によって異なるが、８％以下好ましくは５％以下、更には下水汚泥のようにカロリーが小さい廃棄物の場合は、酸素濃度を３％以下とし、無駄な燃焼を避ける。
【００１５】
流動化ガスＡ全体の酸素量は、廃棄物燃焼に必要な理論燃焼空気量の２０％以下、好ましくは１０％以下とするのが良く、これにより炉内は大幅な還元雰囲気とされ、然も温度を８００℃以上の高温化することにより、熱分解のガス化温度（４００〜６００℃）を維持しながら流動化ガスＡの温度エネルギーの吸熱反応による熱分解とガス化を行う事が出来、結果として、部分燃焼をさせることなく廃棄物５の熱分解とガス化を可能にする。
【００１６】
すなわち炉内の流動層の上部へ供給された廃棄物５は、流動媒体と共に流動層中を循環する間に、流動媒体の持つ熱と高温の流動化空気により加熱され、先ず揮発分がガス化される。
流動化ガスＡ中には、酸素がほとんどないため、ガス化された揮発分からなる生成ガスは燃焼されないで、灰溶融燃焼炉２に移送される。
流動層中でガス化されなかったチャー及びタールは、更に流動媒体と一緒に循環し、部分的にガス化し且つ部分的に燃焼される。この場合廃棄物５の種類により、酸素濃度を３％より更に低くしてガス化を主体にするか、酸素濃度を８％以下好ましくは３〜５％にして部分酸化燃焼を含ませて熱エネルギを付与するかが選択される。
【００１７】
熱分解ガス化炉１において発生した熱分解ガス及び微粒子（灰及びチャーやタールからなる）Ｄは、灰溶融燃焼炉２に導入されて高温燃焼され、灰が熔融される。
灰溶融燃焼炉２には、８００℃以下で且つ酸素濃度が５〜１０％の高温低酸素濃度空気Ｂが吹き込まれ、生成ガス及び微粒子Ｄが１３００℃以上で燃焼され、灰が熔融され、またダイオキシン、ＰＣＢ等の有害物質が分解される。灰溶融燃焼炉２で熔融された灰は、急冷されスラグとされ減量化される。
一方灰溶融燃焼炉２で発生した８００℃以上で低酸素濃度の排気ガスは、熱分解ガス化炉１の流動化ガスＡに用いられる。
【００１８】
図２は流動層炉を二塔構成とした本発明の他の実施例で、流動層炉は、流動床式ガス化炉１０Ａと、チャー燃焼炉１０Ｂの２塔構成を取る。
そして下水汚泥等の含水廃棄物５は、乾燥フィーダ１２で乾燥され、更に給じん機１３を介して流動式ガス化炉１０Ａに送られる。流動床式ガス化炉１０Ａでは温度が略８００℃以上の低酸素（８％以下好ましくは５％以下）高温空気を流動化ガスＡとして用いて、流動化ガスＡにより流動媒体と共に乾燥した廃棄物５が流動層中を循環する間に、流動媒体の持つ熱と高温の流動化ガスにより加熱され、揮発分がガス化される。
【００１９】
流動化ガス中には、酸素がほとんどないため、ガス化された揮発分からなる生成ガスは燃焼されないで、灰溶融燃焼炉２に移送される。
流動床式ガス化炉１０Ａの流動層中でガス化されなかったチャーは、供給コンベア１４を介してチャー燃焼炉１０Ｂに移送され、ここで高温空気により流動媒体により循環且つ熱接触しながら循環して部分的にガス化し部分的に燃焼される。
【００２０】
灰熔融燃焼炉２は、ほぼ垂直方向の軸線を有する円筒形一次燃焼室２１、及びその上方に二次燃焼室２２を設け、流動床式ガス化炉１０Ａで発生した熱分解ガス及びチャー燃焼炉１０Ｂ等で発生した微粒子Ｄを、可燃ガス入口を介し一次燃焼室２１の軸線のまわりに旋回するように供給可能に構成されている。
【００２１】
より具体的に説明するに、一次燃焼室２１は、燃焼用空気を軸線のまわりに旋回するように８００℃以下で且つ酸素濃度が５〜１０％の高温低酸素濃度空気を供給する複数の空気ノズルを備える。
そしてその上方に位置する二次燃焼室２２は、一次燃焼室２１とその下端で連通されると共に、乾燥フィーダ１２の熱により蒸発した水蒸気や含塩素揮発分Ｃを吹き込むノズルを備える。
【００２２】
かかる構成の灰熔融燃焼炉２では、８００℃以下で且つ酸素濃度が５〜１０％の高温低酸素濃度空気が吹き込まれ、熱分解ガス及び微粒子が１３００℃以上で燃焼され、灰が熔融され、またダイオキシン、ＰＣＢ等の有害物質が分解される。熔融燃焼炉２で熔融された灰は、水冷コンベア４で急冷されスラグとされ減量化された後、スラグピット４０に投入される。
【００２３】
一方灰熔融燃焼炉２で灰溶融した後の熱分解ガスの未燃分はその上方の二次燃焼室２２に送られ、水蒸気や含塩素揮発分Ｃを利用して燃焼した後、その高温排気ガスを、流動式ガス化炉の流動化ガスＡに戻している。
【００２４】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、ごみのガスか溶融炉におけるガス化剤に高温低酸素濃度空気を用いるとともに、灰溶融燃焼炉における燃焼用空気に高温低酸素濃度空気を用いたために、発熱量を低下させることなく、然もシステムが煩雑化することなく可燃分を多量に含む均質な熱分解ガスを得ることができ、且つ灰分の円滑な熔融が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例のガス化溶融装置の主要部の図解的な基本構成図である。
【図２】流動層炉を二塔構成とした本発明の他の実施例である。
【符号の説明】
１熱分解炉
２灰溶融燃焼炉
１０Ａ流動床式ガス化炉
１０Ｂチャー燃焼炉
２２二次燃焼室
２１一次燃焼室
Ａ流動化ガス
Ｂ高温低酸素濃度空気。
Ｄ熱分解ガス及び微粒子

Claims

都市ゴミ、下水汚泥等の廃棄物の熱分解を行う熱分解炉と、該熱分解炉で生成された熱分解ガスを利用して主灰や飛灰等の微粒子の灰溶融を行う灰溶融燃焼炉とを具えたガス化溶融装置において、
前記熱分解炉内のガス化温度を４００〜６００℃に維持のために該熱分解炉に供給する主ガス化剤を温度が略８００℃以上の低酸素高温空気を使用して前記主ガス化剤の温度エネルギーの吸熱反応による熱分解とガス化を行うことを特徴とするガス化溶融装置。
前記熱分解炉が流動層炉であるとともに、該流動層炉の流動床に供給する流動化ガスを温度が略８００℃以上の低酸素高温空気とすることを特徴とする請求項１記載のガス化溶融装置。
請求項１記載の主ガス化剤の酸素濃度が８％以下である請求項１記載のガス化溶融装置。
前記灰溶融燃焼炉に供給された熱分解ガスの燃焼用空気として８００℃以下で且つ酸素濃度が５〜１０％の高温低酸素濃度空気を吹き込むことを特徴とする請求項１記載のガス化溶融装置。
前記熱分解ガスと高温低酸素濃度空気との空気比を０．８〜１に設定したことを特徴とする請求項４記載のガス化溶融装置。