JP3839709B2 - Gas supply device, gas supply utilization system, gasification and melting system, and gas supply method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス供給装置、ガス供給方法、ガス供給利用システム、およびガス化溶融システムに関する。さらに、各種廃棄物や固体燃料等の熱分解ガス化、チャー燃焼、灰分の溶融機能を備えたガス化溶融システムに関する。また、各種廃棄物や固体燃料等を熱分解して得られる可燃性ガス、チャー及び灰分等の固体粒子を、セメント焼成工程、高炉、ガラス製造工程等のガス利用装置に供給するガス供給装置、ガス供給方法、さらに当該ガス供給装置とガス利用装置とを備えたガス供給利用システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のガス供給装置は、(流動層)ガス化室と、(流動層)燃焼室とを備え、原料はガス化用原料としてガス化室のみに供給し、ガス化用原料の熱分解により発生したチャーを伴った流動媒体(一般的には硅砂を使用)は、ガス化室から燃焼室に送られ、燃焼室でチャーが燃焼され、この燃焼による顕熱が流動媒体に与えられ、顕熱が与えられた流動媒体は、ガス化室に戻され原料の熱分解が行われていた。また従来のガス供給利用システム中でも、上述したガス供給装置から得られるガスを利用するガス利用装置を付置したガス供給利用システムが着目されてきた。
【0003】
また、従来のガス化溶融システムは、流動砂(硅砂)により形成される流動層により、各種廃棄物や固体燃料等の燃料を熱分解ガス化し可燃性ガスを生成する流動層ガス化炉と、流動層ガス化炉により生成された可燃性ガスを燃焼し、当該可燃性ガスに含まれる灰分を溶融する溶融炉とを含んで構成されていた。
【0004】
流動層ガス化炉は、炉底に送入された空気により、流動層ガス化炉内に設けられた空気分散板上に硅砂の流動層が形成される。流動層ガス化炉内に供給された原料は、硅砂の流動層に供給することにより硅砂と空気に接触して部分燃焼し速やかに熱分解ガス化する。炉底の排出物抜出口から排出物として排出された硅砂と不燃物は不燃物排出装置により搬出されて排出されていた。
【0005】
流動層ガス化炉を出た可燃性ガスは、燃焼ガスを一部含んで溶融炉に供給され、可燃性ガスが、一次燃焼室にて予熱された空気と旋回流中で混合しながら、1200℃から1500℃の高温で高速完全燃焼する。燃焼は傾斜した二次燃焼室で完結する。この燃焼により、可燃性ガス中の灰分は溶融し溶融スラグとして溶融炉のスラグ分離部底部より排出される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような(流動層)ガス化室と、(流動層)燃焼室とを備えた従来のガス供給装置は、揮発成分割合が多いので、ガス化室でチャーが発生しにくいガス化用原料を供給した場合は、燃焼室でのチャー燃焼により発生する燃焼熱が不足し、燃焼室流動層の層温が十分高く維持されない。よって、燃焼室で流動媒体に顕熱が付与され、顕熱が付与された流動媒体が燃焼室からガス化室に搬送されても、ガス化室全体の流動媒体の顕熱量が不足する。このためガス化室に十分な熱量を付与することができず、ガス化室流動床温度を十分に昇温できなくなる結果、可燃性ガス中のタール分の分解が十分でなくなり、タールトラブル等の問題が発生することがあった。
【0007】
また、石炭等をガス化した場合に発生するチャーは、チャーそのものの着火性が悪く、適度な揮発分を含有していないと、初期燃焼速度が小さい。よって、一度ガス化室内に供給されて揮発分の放出が済んだチャーのみでは、燃焼室流動床内で燃焼せずに未燃分として系外に放出されてしまうものが多くなる。それにより、燃焼室流動床の温度が上昇せず、燃焼室での燃焼効率が悪化するので、ガス化室流動床の温度が結果として十分でなく、このことがタールトラブル等の原因となることがあった。
【0008】
以上のようなガス化溶融システムでは、燃焼ガスを含んだ可燃性ガスが溶融炉に供給されるため溶融炉の入口ダクトで灰分等の付着による閉塞が起こることがあった。
【0009】
また、カーボンリッチな原料を使用した場合は、流動層ガス化炉から排出される排出物に残存する残存チャーが多く、排出物中にクリンカが発生する原因となることがあった。高カロリー原料の場合、流動層ガス化炉での酸素比が少なく、溶融炉での燃焼量が多いため、溶融炉での温度抑制のため溶融炉以降での空気比を高くしなければならず、溶融炉以降の排ガス系で排ガス量が過大となることがあった。また、低カロリー原料の場合は、溶融炉での温度を溶融に必要な温度以上に高めなければならず、バーナによる助燃が大量に必要であった。
【0010】
そこで本第1の発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、チャーが発生しにくいガス化用原料、発生したチャーの着火性の悪いガス化用原料、有害物を多く含む上にチャーが発生しにくい原料を使用しても、ガス化室で発生する生成ガス中のタール分を十分に分解することができ、また燃焼室での燃焼効率をよくすることができるガス供給装置、ガス供給利用システム、ガス化溶融システム、およびガス供給方法を提供することを目的とする。
【0011】
本第2の発明は、溶融炉の入口ダクトで灰分等の付着による閉塞が起こりにくくいガス化溶融システムを提供することを目的とする。
【0012】
本第3の発明は、カーボンリッチ原料を使用した場合の残存チャーの発生を抑制し、さらに高カロリー原料を使用した場合の溶融炉の排ガスの量を抑制し、さらに低カロリー原料を使用した場合の助燃の量を減少させ、種々の原料に対応することができるガス化溶融システムを提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項1に係る発明によるガス供給装置1101は、例えば図3に示すように、高温の流動媒体c1を内部で流動させ、第1の界面を有するガス化室1001流動床を形成し、前記ガス化室流動床内で第1の被処理物a1をガス化するガス化室1001と;高温の流動媒体c2を内部で流動させ、第2の界面を有する燃焼室1002流動床を形成し、第2の被処理物a2を燃焼室1002流動床内で燃焼させ、または第2の被処理物a2とガス化室1001でのガス化に伴い生成されたチャーhとを燃焼室1002流動床内で燃焼させ、流動媒体c2を加熱する燃焼室1002とを備え;ガス化室1001と燃焼室1002とは、前記それぞれの流動床の界面より鉛直方向上方においては第1の仕切壁1015により仕切られ、第1の仕切壁1015の下部にはガス化室1001と燃焼室1002とを連通する連通口1025であって、該連通口1025の上端の高さは前記第1の界面および第2の界面以下である連通口1025が形成され、該連通口1025を通じて、燃焼室1002側からガス化室1001側へ燃焼室1002で加熱された流動媒体c2を移動させるように構成され、第1の被処理物a1および第2の被処理物a2は、廃棄物または燃料である。
【0014】
このように構成すると、ガス化室1001と、燃焼室1002とを備え、ガス化室1001と燃焼室1002とは、それぞれの流動床の界面より鉛直方向上方においては第1の仕切壁1015により仕切られているので、それぞれの室1001、1002のガス圧力が変動しても圧力バランスが崩れて可燃性ガスbと燃焼ガスeが混ざるという問題を生じない。そして、第1の仕切壁1015の連通口625を通じて、燃焼室1002側からガス化室1001側へ安定して流動媒体c2を移動させることができ、ガス化室1001で安定して可燃性ガスbを発生させることができる。
【0015】
また、カーボンリッチな第1の被処理物(原料)a1の場合は、ガス化室1001で生成するチャーhの量が多いが、ガス化室1001で生成したチャーhを燃焼室1002で燃焼させれば、ガス化室1001、燃焼室1002からの排出物c3、c4、d1、d2に残存するチャーhの量を抑制することができる。
【0016】
燃焼室1002が、第2の被処理物a2を燃焼するので、チャーが発生しにくいガス化用の第1の被処理物a1の場合は、燃焼室1002で第2の被処理物a2の燃焼により燃焼熱を補い、燃焼室1002の燃焼温度を上昇させ、燃焼室1002で流動媒体に十分に顕熱を付与することができ、ガス化室1001への顕熱供給が十分となるので、ガス化室流動床温度が高くなる結果、可燃性ガスb中のタール分を十分に分解することができ、タールトラブルの問題を回避することができる。
【0017】
また、着火性の低いチャーhを発生する第1の被処理物a1の場合でも、第2の被処理物a2を燃焼室1002で燃焼させることより、燃焼室1002の温度を上昇させ、チャーhの燃焼速度を上昇させることにより、チャーhを燃焼室1002内で確実に燃焼させ、燃焼室1002での燃焼効率を維持することができ、ガス化室1001への顕熱供給が十分となるので、ガス化室流動床温度を十分に保持すると共に、ガス化により可燃性ガスbがもたらすタールトラブルの問題を回避することができる。
【0018】
なお、第1のガス利用装置1204で可燃性ガスbの燃焼が行われる場合は、完全燃焼であってもよく、部分燃焼であってもよい。また、熱分解とはガス化を含む概念とする。また、ガス化室1001と燃焼室1002とは、典型的には、それぞれの流動床の界面より鉛直方向上方においてはガスの流通がないように第1の仕切壁1015により仕切られている。第1の被処理物a1と第2の被処理物a2とは、予め別種であってもよいし、同じであってもよい。
【0019】
請求項1に記載のガス供給装置では、例えば図3に示すように、さらに、燃焼室1002に接して設けられた熱回収室1003を備え;燃焼室1002と熱回収室1003との間には燃焼室1002流動床の流動層部を仕切る第2の仕切壁1012が設けられ、第2の仕切壁1012の下部には開口部1022が形成され、燃焼室1002の流動媒体は第2の仕切壁1012の上部から熱回収室1003に流入し、開口部1022を通じて燃焼室1002に戻る循環流が形成されるようにしてもよい。仕切壁の下部は典型的には炉床面近傍である。このように構成すると、熱回収室1003を備えるので、燃焼室1002で発生する熱を回収することができ、またガス化室1001で必要な熱量と燃焼室1002で発生する熱量との差分をここで回収することにより、燃焼室1002あるいはガス化室1001の層温を一定に保つ、即ち熱バランスをとるのに資することもできる。
【0020】
請求項2に係る発明によるガス供給装置1101、1701は、請求項1に記載のガス供給装置において、例えば図3、図4に示すように、ガス化室1001、1601で生成した可燃性ガスbを第1のガス利用装置1204、1801に供給する第1のガス経路1231、1232、1234、1820と;燃焼室1002、1602で生成した燃焼ガスeを、可燃性ガスbとは別々に第1のガス利用装置1801に供給する、または第2のガス利用装置1211に供給する第2のガス経路1235、1821、1822とを備える。
【0021】
第1のガス経路1231、1232、1234、1820と、第2のガス経路1235、1821、1822とを備えるので、ガス化室1001、1601で生成した可燃性ガスbを第1のガス経路1820を通して第1のガス利用装置1801に供給し、燃焼室1002、1602で生成した燃焼ガスeを可燃性ガスbとは別々に、第2のガス経路1235、1821、1822を通して第1のガス利用装置1801に供給し、または第2のガス利用装置1211に供給することができる。
【0022】
上記目的を達成するために請求項3に記載のガス供給利用システム1301は、例えば図3に示すように、第1のガス利用装置1204と;請求項2に記載のガス供給装置1101とを備える。このように構成すると、ガス供給装置1101が供給した可燃性ガスbを第1のガス利用装置1204で利用し、燃焼ガスeを第1のガス利用装置1204、または第2のガス利用装置1211で利用することができる。
【0023】
上記目的を達成するために、請求項4に記載のガス供給方法は、例えば図3に示すように、第1の被処理物a1を熱分解して可燃性ガスbとチャーhを生成するガス化工程と;第2の被処理物a2を燃焼し、または第2の被処理物a2と前記ガス化工程で生成されたチャー分hとを燃焼して、燃焼ガスeを生成し、さらに前記ガス化工程における熱分解反応に必要な熱量を得る燃焼工程とを備え;前記ガス化工程は、高温の流動媒体c1で形成される流動床で行われ;前記燃焼工程は、前記第2の被処理物a2の燃焼、または前記第2の被処理物a2とチャー分hとの燃焼により得られた熱量で流動媒体c2を加熱する加熱工程を含み;前記ガス化工程は、前記燃焼工程にて加熱された流動媒体c2を少なくとも一部に用いて形成される前記流動床にて行われ、第1の被処理物a1および第2の被処理物a2は、廃棄物または燃料である。
【0024】
請求項5に記載のガス供給方法は、請求項4に記載のガス供給方法において、例えば図3に示すように、前記ガス化工程で生成した可燃性ガスbを第1のガス利用装置1204に供給する第1のガス供給工程と;前記燃焼工程で生成した燃焼ガスeを、前記可燃性ガスbとは別々に第1のガス利用装置1204に供給する、または第2のガス利用装置1211に供給する第2のガス供給工程とを備える。
【0025】
ガス化溶融システム901は、例えば図1に示すように、被処理物a1を熱分解して可燃性ガスbとチャーhとを生成するガス化室601と;ガス化室601で生成したチャーhを燃焼して燃焼ガスeを生成する燃焼室602と;ガス化室601で生成した可燃性ガスbを燃焼させて灰分を溶融する溶融炉801と;前記ガス化室601で生成した可燃性ガスbを溶融炉801に供給する第1のガス経路820と;燃焼室602で生成した燃焼ガスeを、可燃性ガスbとは別々に溶融炉801に供給するに供給する第2のガス経路821、822と、被処理物a1を供給する第3の被処理物供給経路708、709、710とを備え;第3の被処理物供給経路708、709、710が、被処理物a1をガス化室601および燃焼室602へ供給するように構成されるようにしてもよい。
【0026】
このように構成すると、ガス化室601と、燃焼室602と、溶融炉801と、第1のガス経路820と、第2のガス経路821、822とを備えるので、燃焼室602で生成した燃焼ガスeを、ガス化室601で生成し第1のガス経路820を通して供給される可燃性ガスbとは別々に、第2のガス経路821、822を通して溶融炉801に供給することができる。よって、可燃性ガスbを第1のガス経路820から溶融炉801へ導入する導入部と、燃焼ガスeを第2のガス経路821、822から溶融炉801へ導入する導入部とを、別々にすることができるので、各導入部でのガス温度、ガス流速の乱れを防止することができ、ガス温度、ガス流速の乱れに伴う各導入部での灰分f等の付着による閉塞を防止することができる。なお、溶融炉801での可燃性ガスbの燃焼は完全燃焼であってもよく、部分燃焼であってもよい。
【0027】
上記目的を達成するために請求項6に記載のガス化溶融システム901は、例えば図1に示すように、請求項1に記載のガス供給装置と;ガス化室601で生成したチャーhを燃焼して燃焼ガスeを生成する燃焼室602と;ガス化室601で生成した可燃性ガスbを燃焼させて灰分を溶融する溶融炉801と;前記ガス化室601で生成した可燃性ガスbを溶融炉801に供給する第1のガス経路820と;燃焼室602で生成した燃焼ガスeを、可燃性ガスbとは別々に溶融炉801に供給するに供給する第2のガス経路821、822とを備える。
【0028】
このように構成すると、ガス化室601と、燃焼室602と、溶融炉801と、第1のガス経路820と、第2のガス経路821、822とを備え、ガス化室601と燃焼室602とは、それぞれの流動床の界面より鉛直方向上方においてはガスの流通がないように第1の仕切壁615により仕切られているので、それぞれの室601、602のガス圧力が変動しても圧力バランスが崩れて可燃性ガスbと燃焼ガスeが混ざるという問題を生じない。そして、第1の仕切壁615の連通口625を通じて、燃焼室602側からガス化室601側へ安定して流動媒体c2を移動させることができ、ガス化室601で安定して可燃性ガスbを発生させることができる。また、燃焼室602で生成した燃焼ガスeを、ガス化室601で生成し第1のガス経路820を通して供給される可燃性ガスbとは別々に、第2のガス経路821、822を通して溶融炉801に供給することができる。なお、溶融炉801での可燃性ガスbの燃焼は完全燃焼であってもよく、部分燃焼であってもよい。
【0029】
請求項7に係る発明によるガス化溶融システム901は、例えば図1に示すように、請求項6に記載のガス化溶融システムにおいて、前記第2のガス経路821、822から分岐し、燃焼室602で生成した燃焼ガスeを導く第3のガス経路824を備え;溶融炉801が、溶融炉801を出た排ガスjを導く出口ガス経路802を有し;第3のガス経路824が、出口ガス経路802に接続する。
【0030】
このように構成すると、第3のガス経路824を備え、第3のガス経路824が、出口ガス経路802に接続するので、溶融炉801を出た排ガスjを出口ガス経路802に導くことができる。したがって、特に低カロリー被処理物a1の場合に、燃焼室602で生成した燃焼ガスeを第2のガス経路821、822から第3のガス経路824を通って、溶融炉801をバイパスさせ溶融炉801の出口ガス経路802に導いて、可燃性ガスbから燃焼ガスeを分離することができるので、可燃性ガスbの燃焼による熱エネルギを主として可燃性ガスbの燃焼温度上昇に利用し、燃焼室602で燃焼した燃焼ガスeの温度上昇に利用する必要がない。よって、溶融炉801における可燃性ガスbの燃焼温度を上昇させるための助燃料の量を減少させることができる。
【0031】
請求項8に係る発明によるガス化溶融システム1101は、例えば図1に示すように、請求項6または請求項7に記載のガス化溶融システムにおいて、被処理物a1を供給する第3の被処理物供給経路708、709、710を備え;第3の被処理物供給経路708、709、710が、被処理物a1をガス化室601および燃焼室602へ供給するように構成されている。
【0032】
このように構成すると、第3の被処理物供給経路708、709、710が、被処理物a1をガス化室601および燃焼室602へ供給するので、カーボンリッチな被処理物(原料)a1の場合は、ガス化室601で生成するチャーhの量が多いため、ガス化室601で生成したチャーhを燃焼室602で燃焼させることにより、排出物c3、d2に残存するチャーhの量を抑制することができる。燃焼ガスeは可燃性ガスbと別々に溶融炉801に供給されるので、燃焼ガスeの量を可燃性ガスbの量と切り離して増加させることができる。よって、高カロリー被処理物a1の場合は、燃焼室602で被処理物a1の燃焼量を増加させ、ガス化室601での被処理物a1のガス化を抑制して溶融炉801で燃焼する可燃性ガスbの量を抑制することができる。よって、溶融炉801での温度上昇を抑制し、溶融炉801に空気を過剰に供給することによる高温化抑制をする必要がなく、排ガス量の増加を抑制することができる。低カロリー被処理物a1の場合は、可燃性ガスbと燃焼ガスeを分離することができるので、可燃性ガスbの燃焼による熱エネルギを主として可燃性ガスbの燃焼温度上昇に利用し、燃焼室2で燃焼した燃焼ガスeの温度上昇に利用する必要がないので、溶融炉801における可燃性ガスbの燃焼温度を上昇させるための助燃料の量を減少させることができる。
【0033】
また、第3の被処理物供給経路708、709、710を備えるので、第3の被処理物供給経路708、709、710によって、被処理物a1をガス化室601および燃焼室602に供給することができる。よって、ガス化室601で被処理物a1のガス化を行い、燃焼室602で被処理物a1の燃焼を行うことができる。
【0034】
請求項9に係る発明によるガス化溶融システム901は、例えば図1に示すように、請求項6乃至請求項8のいずれか1項に記載のガス化溶融システムにおいて、ガス化室601を出た第1の不燃物d1を排出する第1の不燃物排出装置653と;第1の不燃物排出装置653とガス化室601との間に配置され、第1の不燃物d1から熱を回収する第1の熱交換器651とを備える。
【0035】
このように構成すると、第1の不燃物排出装置653と、第1の熱交換器651とを備えるので、第1の不燃物排出装置653により排出した第1の不燃物d1から第1の熱交換器651により熱を奪うことによって、第1の不燃物d1の温度を下げることができ、第1の不燃物d1でのクリンカの発生を防止するとができる。
【0036】
請求項10に係る発明によるガス化溶融システム901は、例えば図1に示すように、請求項6乃至請求項9のいずれか1項に記載のガス化溶融システムにおいて、燃焼室602を出た第2の不燃物d2を排出する第2の不燃物排出装置658と;第2の不燃物排出装置658と燃焼室602との間に配置され、第2の不燃物d2から熱を回収する第2の熱交換器656とを備える。
【0037】
このように構成すると、第2の不燃物排出装置658と、第2の熱交換器656とを備えるので、第2の不燃物排出装置658により排出される第2の不燃物d2から第2の熱交換器656により熱を奪うことによって、第2の不燃物d2の温度を下げることができ、第2の不燃物d2でのクリンカの発生を防止するとができる。
【0038】
請求項11に係る発明によるガス化溶融システム901は、例えば図1に示すように、請求項6乃至請求項10のいずれか1項に記載のガス化溶融システムにおいて、前記第3のガス経路824が分岐する分岐点の上流側の第2のガス経路821、822中に設置され、燃焼室602で生成した燃焼ガスeからチャーhおよび灰分fを分離するサイクロン811と;サイクロン811によって分離されたチャーhおよび灰分fを溶融炉801に独立して供給する戻し経路823とを備える。
【0039】
このように構成すると、サイクロン811と、戻し経路823とを備えるので、サイクロン811によって、燃焼室602で生成した燃焼ガスeからチャーhおよび灰分fを分離し、戻し経路823を通して、分離したチャーhおよび灰分fを溶融炉801に独立して供給することができる。したがって、燃焼ガスeから燃焼可能なチャーhを分離し溶融炉801で燃焼させ、燃焼ガスeから灰分fを分離し溶融炉801で溶融しスラグ化率を上昇させることができる。
【0040】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
【0041】
(第1の実施の形態では第1の被処理物、第2の被処理物という概念は使用せず、被処理物という概念を使用する。)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るガス化溶融システム901の基本的な構成を模式的に表したフロー図である。ガス化溶融システム901は、ガス供給装置としての統合型ガス化炉701と、溶融炉としての旋回溶融炉(以下溶融炉という)801とを含んで構成される。統合型ガス化炉701は、被処理物としての廃棄物または燃料(原料)a1を外部からガス化室601に投入させ熱分解しガス化するガス化室601と、被処理物としての廃棄物または燃料(原料)a1を外部から燃焼室602に投入させ、廃棄物または燃料(原料)a1を燃焼し、及びガス化室601において生成したチャーhを燃焼する燃焼室602とを含んで構成され、ガス化室601において生成した可燃性ガスbを溶融炉801に供給し、燃焼室602において生成した燃焼ガスeを後述のように溶融炉801に供給し、または出口ガス経路802に溶融炉801を介さず供給するよう構成されている。
【0042】
外部から第3の被処理物供給経路としての供給経路708に投入された原料a1が、不図示の原料振分装置によって、第3の被処理物供給経路としての供給経路710と、第3の被処理物供給経路としての供給経路709に振り分けられ、供給経路710に設けた不図示のスクリューフィーダによって、原料a1がガス化室601に投入され、一方、供給経路709に設けた不図示のスクリューフィーダによって原料a1が燃焼室602に投入される。
【0043】
ここで、ガス化室601と燃焼室602とは、互いの雰囲気が混合しないように仕切壁等により分離されている。統合型ガス化炉701は、ガス化室601で得られるチャー(未燃炭素)hをガス化室601より分離する機構と、ガス化室601で得られるチャーh又は前記原料a1を燃焼室602で燃焼したときに得られる燃焼熱をガス化室601に伝達する熱伝達手段を備え、好ましくはガス化室601より分離したチャーhを燃焼室602に搬送する搬送手段を備える。さらに好ましくは、ガス化室601からチャーhを分離する機構と、前記チャー搬送機構と、前記燃焼熱の伝達手段とは、流動媒体を用いて行うものであり、さらに好ましくは、各室601、602が一体に統合されている。供給経路710、供給経路709にそれぞれ別の原料が供給されるように構成してもよい。
【0044】
ここで図2の概念的断面図を参照してガス化炉701の構成を説明する。本ガス化炉701は、熱分解即ちガス化、燃焼、熱回収の3つの機能をそれぞれ担当するガス化室601、燃焼室602、熱回収室603を備え、例えば全体が円筒形を成した炉体701A内に収納されている。炉体701Aは、矩形柱形状であってもよい。ガス化室601、燃焼室602、熱回収室603は仕切壁で分割されており、それぞれの底部に流動媒体を含む濃厚層である流動床が形成される。
【0045】
各室601、602、603の流動床、即ちガス化室流動床、燃焼室流動床、熱回収室流動床の流動媒体を流動させるために、各室の底である炉底には、流動媒体中に流動化ガスg1、g2を吹き込む散気装置が設けられている。散気装置は炉底部に敷かれた例えば多孔板を含んで構成され、該多孔板を広さ方向に区分して複数の部屋に分割されており、各室内の各部の空塔速度を変えるために、散気装置の各部屋から多孔板を通して吹き出す流動化ガスの流速を変化させるように構成している。空塔速度が室の各部で相対的に異なるので各室内の流動媒体も室の各部で流動状態が異なり、そのため内部旋回流が形成される。また室の各部で流動状態が異なるところから、内部旋回流は、炉内の各室を循環する。図中、散気装置に示す白抜き矢印の大きさは、吹き出される流動化ガスの流速を示している。例えば602bで示す箇所の太い矢印は、602aで示す箇所の細い矢印よりも流速が大きい。
【0046】
ガス化室601と燃焼室602の間は仕切壁611及び第1の仕切壁としての仕切壁615で仕切られ、燃焼室602と熱回収室603の間は第2の仕切り壁としての仕切壁612で仕切られ、ガス化室601と熱回収室603の間は仕切壁613で仕切られている(なお本図は、円筒形の炉を平面的に展開して図示しているため、仕切壁611はガス化室601と燃焼室602の間にはないかのように、また仕切壁613はガス化室601と熱回収室603の間にはないかのように示されている)。即ち、ガス化炉701は、各室601、602、603が別々の炉として構成されておらず、一つの炉として一体に構成されている。更に、燃焼室602のガス化室601と接する面の近傍には、流動媒体が下降するべく沈降燃焼室604を設ける。即ち、燃焼室602は沈降燃焼室604と沈降燃焼室604以外の燃焼室本体部605とに分かれる。このため、沈降燃焼室604を燃焼室の他の部分(燃焼室本体部605)と仕切るための仕切壁614が設けられている。また沈降燃焼室604とガス化室601は、仕切壁615で仕切られている。
【0047】
ここで、流動床と界面について説明する。流動床は、その鉛直方向下方部にある、流動化ガスにより流動状態に置かれている流動媒体(例えば珪砂)を濃厚に含む濃厚層と、その濃厚層の鉛直方向上方部にある流動媒体と多量のガスが共存し、流動媒体が勢いよくはねあがっているスプラッシュゾーンとからなる。流動床の上方即ちスプラッシュゾーンの上方には流動媒体をほとんど含まずガスを主体とするフリーボード部がある。界面は、ある厚さをもった前記スプラッシュゾーンをいうが、またスプラッシュゾーンの上面と下面(濃厚層の上面)との中間にある仮想的な面ととらえてもよい。
【0048】
また「流動床の界面より鉛直方向上方においてはガスの流通がないように仕切壁により仕切られ」というとき、さらに界面より下方の濃厚層の上面より上方においてガスの流通がないようにするのが好ましい。
【0049】
ガス化室601と燃焼室602の間の仕切壁611は、炉の天井619から炉底(散気装置の多孔板)に向かってほぼ全面的に仕切っているが、下端は炉底に接することはなく、炉底近傍に開口部621がある。但しこの開口部621の上端が、ガス化室流動床界面、燃焼室流動床界面のいずれの界面よりも上方にまで達することはない。さらに好ましくは、開口部621の上端が、ガス化室流動床の濃厚層の上面、燃焼室流動床の濃厚層の上面のいずれよりも上方にまで達することはないようにする。言い換えれば、開口部621は、常に濃厚層に潜っているように構成するのが好ましい。即ち、ガス化室601と燃焼室602とは、少なくともフリーボード部においては、さらに言えば界面より上方においては、さらに好ましくは濃厚層の上面より上方ではガスの流通がないように仕切壁611により仕切られていることになる。
【0050】
また燃焼室602と熱回収室603の間の仕切壁612はその上端が界面近傍、即ち濃厚層の上面よりは上方であるが、スプラッシュゾーンの上面よりは下方に位置しており、仕切壁612の下端は炉底近傍までであり、仕切壁611と同様に下端が炉底に接することはなく、炉底近傍に濃厚層の上面より上方に達することのない開口部622がある。言い換えれば、燃焼室602と熱回収室603の間は流動層部のみ仕切壁612で仕切られており、その仕切壁612の炉床面近傍には開口部622を有し、燃焼室602の流動媒体は仕切壁612の上部から熱回収室603に流入し、仕切壁612の炉床面近傍の開口部622を通じて再び燃焼室602に戻る循環流を有するように構成されている。
【0051】
ガス化室601と熱回収室603の間の仕切壁613は炉底から炉の天井にわたって完全に仕切っている。沈降燃焼室604を設けるべく燃焼室602内を仕切る仕切壁614の上端は流動床の界面近傍で、下端は炉底に接している。仕切壁614の上端と流動床との関係は、仕切壁612と流動床との関係と同様である。沈降燃焼室604とガス化室601を仕切る仕切壁615は、仕切壁611と同様であり、炉の天井から炉底に向かってほぼ全面的に仕切っており、下端は炉底に接することはなく、炉底近傍に連通口としての開口部625があり、この開口部625の上端が濃厚層の上面より下にある。即ち、開口部625と流動床の関係は、開口部621と流動床の関係と同様である。
【0052】
ガス化室601に投入された原料a1は流動媒体c1から熱を受け、熱分解、ガス化される。典型的には、原料a1はガス化室601では燃焼せず、いわゆる乾留される。残った乾留チャーhは流動媒体c1と共に仕切壁611の下部にある開口部621から燃焼室602に流入する。このようにしてガス化室601から導入されたチャーhは燃焼室602で燃焼して流動媒体c2を加熱する。燃焼室602でチャーhの燃焼熱によって加熱された流動媒体c2は仕切壁612の上端を越えて熱回収室603に流入し、熱回収室603内で界面よりも下方にあるように配設された層内伝熱管641で収熱され、冷却された後、再び仕切壁612の下部開口部622を通って燃焼室602に流入する。
【0053】
ここで、熱回収室603では、本発明の実施の形態であるガス化溶融システム901(図1参照)において熱回収が行われない場合がある。即ち、燃焼室602における燃焼発熱量と統合型ガス化炉701全体の温度状態を維持するのに必要な熱量がほぼ等しい場合には、流動媒体cから熱を奪うことになる熱回収室603による熱回収は行われない。
【0054】
図2に示すように、熱回収室603を備え、原料a1がガス化室601および燃焼室602に供給される場合は、チャーhの発生量の大きいカーボンリッチな原料(例えば石炭)から、ほとんどチャーhを発生させない低カロリーな原料(例えば都市ゴミ)、高カロリーな原料(例えば、廃プラスチック)まで、幅広く多種類の廃棄物または燃料に対応することができる。即ち、実用上どのような廃棄物または燃料であっても、ガス化室601へ供給する原料a1の量、燃焼室602へ供給する原料a1の量を変え、熱回収室603における熱回収量を加減することにより、燃焼室602の燃焼温度を適切に調節し、流動媒体c1の温度を適切に保つことができる。
【0055】
一方、燃焼室602で加熱された流動媒体c2は仕切壁614の上端を越えて沈降燃焼室604に流入し、次いで仕切壁615の下部にある開口部625からガス化室601に流入する。
【0056】
ここで、各室間の流動媒体の流動状態及び移動について説明する。
ガス化室601の内部で沈降燃焼室604との間の仕切壁615に接する面の近傍は、沈降燃焼室604の流動化と比べて強い流動化状態が維持される強流動化域601bになっている。全体としては投入された原料a1と流動媒体c1の混合拡散が促進される様に、場所によって流動化ガスの空塔速度を変化させるのが良く、一例として図2に示したように強流動化域601bの他に弱流動化域601aを設けて旋回流を形成させるようにする。
【0057】
燃焼室602は中央部に弱流動化域602a、周辺部に強流動化域602bを有し、流動媒体c2およびチャーhが内部旋回流を形成し、また投入された原料a1と流動媒体c2の混合拡散が生じている。ガス化室601、燃焼室602内の強流動化域の流動化速度は5Umf以上、弱流動化域の流動化速度は5Umf以下とするのが好適であるが、弱流動化域と強流動化域に相対的な明確な差を設ければ、この範囲を超えても特に差し支えはない。燃焼室602内の熱回収室603、および沈降燃焼室604に接する部分には強流動化域602bを配するようにするのがよい。また必要に応じて炉底には弱流動化域側から強流動化域側に下るような勾配を設けるのがよい(不図示)。ここで、Umfとは最低流動化速度(流動化が開始される速度)を1Umfとした単位である。即ち、5Umfは最低流動化速度の5倍の速度である。
【0058】
このように、燃焼室602と熱回収室603との仕切壁612近傍の燃焼室602側の流動化状態を熱回収室603側の流動化状態よりも相対的に強い流動化状態に保つことによって、流動媒体c2は仕切壁612の流動床の界面近傍にある上端を越えて燃焼室602側から熱回収室603の側に流入し、流入した流動媒体c2は熱回収室603内の相対的に弱い流動化状態即ち高密度状態のために下方(炉底方向)に移動し、仕切壁612の炉底近傍にある下端(の開口部622)をくぐって熱回収室603側から燃焼室602の側に移動する。
【0059】
同様に、燃焼室602の本体部と沈降燃焼室604との仕切壁614近傍の燃焼室本体部605側の流動化状態を沈降燃焼室604側の流動化状態よりも相対的に強い流動化状態に保つことによって、流動媒体c2は仕切壁614の流動床の界面近傍にある上端を越えて燃焼室本体部605の側から沈降燃焼室604の側に移動流入する。沈降燃焼室604の側に流入した流動媒体c2は、沈降燃焼室604内の相対的に弱い流動化状態即ち高密度状態のために下方(炉底方向)に移動し、仕切壁615の炉底近傍にある下端(の開口部625)をくぐって沈降燃焼室604側からガス化室601側に移動する。なおここで、ガス化室601と沈降燃焼室604との仕切壁615近傍のガス化室601側の流動化状態は沈降燃焼室604側の流動化状態よりも相対的に強い流動化状態に保たれている。これにより流動媒体c2の沈降燃焼室604からガス化室601への移動を誘引作用により助ける。
【0060】
同様に、ガス化室601と燃焼室602との間の仕切壁611近傍の燃焼室602側の流動化状態はガス化室601側の流動化状態よりも相対的に強い流動化状態に保たれている。したがって、流動媒体c1は仕切壁611の流動床の界面より下方、好ましくは濃厚層の上面よりも下方にある(濃厚層に潜った)開口部621を通して燃焼室602の側に流入する。
【0061】
熱回収室603は全体が均等に流動化され、通常は最大でも熱回収室603に接した燃焼室602の流動化状態より弱い流動化状態となるように維持される。したがって、熱回収室603の流動化ガスの空塔速度は0〜3Umfの間で制御され、流動媒体c2は緩やかに流動しながら沈降流動層を形成する。なおここで0Umfとは、流動化ガスが止まった状態である。このような状態にすれば、熱回収室603での熱回収を最小にすることができる。すなわち、熱回収室603は流動媒体c2の流動化状態を変化させることによって回収熱量を最大から最小の範囲で任意に調節することができる。また、熱回収室603では、流動化を室全体で一様に発停あるいは強弱を調節してもよいが、その一部の領域の流動化を停止し他を流動化状態に置くこともできるし、その一部の領域の流動化状態の強弱を調節してもよい。
【0062】
原料a1中に含まれる比較的大きな第1の不燃物としての不燃物d1はガス化室601の炉底に設けた不燃物排出口633から排出する。また、各室の炉底面は水平でもよいが、流動媒体c1の流れの滞留部を作らないようにするために、炉底近傍の流動媒体の流れに従って、炉底を傾斜させてもよい。なお、不燃物排出口634が、燃焼室602の炉底に設けてある。不燃物排出口は、熱回収室603の炉底に設けてもよい。
【0063】
ガス化室601の流動化ガスとして最も好ましいのはガスを昇圧してリサイクル使用することである。このようにすればガス化室601から出るガスは純粋に燃料から発生した可燃性ガスbのみとなり、非常に高品質のガスを得ることができる。それが不可能な場合は水蒸気、炭酸ガス(CO2)あるいは燃焼室602から得られる燃焼ガスe等、できるだけ酸素を含まないガス(無酸素ガス)を用いるのがよい。ガス化の際の吸熱反応によって流動媒体c1の層温が低下する場合は、必要に応じて熱分解温度より温度の高い燃焼排ガスを供給するか、あるいは無酸素ガスに加えて、酸素もしくは酸素を含むガス、例えば空気を供給して可燃性ガスbの一部を燃焼させるようにしてもよい。燃焼室602に供給する流動化ガスは、燃焼に必要な酸素を含むガス、例えば空気、酸素と蒸気の混合ガスを供給する。原料a1の発熱量(カロリー)が低い場合は、酸素量を多くする方が好ましく、酸素をそのまま供給する。また熱回収室603に供給する流動化ガスは、空気、水蒸気、燃焼ガス等を用いる。
【0064】
ガス化室601と燃焼室602の流動床の上面(スプラッシュゾーンの上面)より上方の部分すなわちフリーボード部は完全に仕切壁611、615で仕切られている。さらに言えば、流動床の濃厚層の上面より上方の部分すなわちスプラッシュゾーン及びフリーボード部は完全に仕切壁で仕切られているので、燃焼室602とガス化室601のそれぞれのフリーボード部の圧力のバランスが多少乱れても、双方の流動層の界面の位置の差、あるいは濃厚層の上面の位置の差、即ち層高差が多少変化するだけで乱れを吸収することができる。即ち、ガス化室601と燃焼室602とは、仕切壁611、615で仕切られているので、それぞれの室の圧力が変動しても、この圧力差は層高差で吸収でき、どちらかの層が開口部621、625の上端に下降するまで吸収可能である。従って、層高差で吸収できる燃焼室602とガス化室601のフリーボードの圧力差の上限値は、互いを仕切る仕切壁611、615の下部の開口部621、625の上端からの、ガス化室流動床のヘッドと、燃焼室流動床のヘッドとのヘッド差にほぼ等しい。
【0065】
以上説明したガス化炉701では、一つの流動床炉の内部に、ガス化室601、燃焼室602、熱回収室603の3つを、それぞれ隔壁(仕切壁)を介して設け、更に燃焼室602とガス化室601、燃焼室602と熱回収室603はそれぞれ隣接して設けられている。このガス化炉701は、燃焼室602とガス化室601間に大量の流動媒体循環を可能にしているので、流動媒体c1の顕熱だけでガス化のための熱量を充分に供給できる。ガス化炉701全体の温度状態を維持するのに必要な熱量以上の熱量が燃焼室602で発生する場合には、燃焼室602で燃焼された原料a1の発熱量は、熱回収室603で回収される。
【0066】
さらに以上のガス化炉601では、燃焼室602で燃焼された燃焼ガスeと可燃性ガスbの間のシールがほぼ完全にされるので、ガス化室601と燃焼室602の圧力バランス制御がうまくなされ、燃焼ガスeと可燃性ガスbが混ざることがなく、可燃性ガスbの性状を低下させることもない。
【0067】
また、熱媒体としての流動媒体c1とチャーhはガス化室601側から燃焼室602側に流入するようになっており、さらに同量の流動媒体c2が燃焼室602側からガス化室601側に戻るように構成されているので、自然にマスバランスがとれ、流動媒体を燃焼室602側からガス化室601側に戻すために、コンベヤ等を用いて機械的に搬送する必要もなく、高温粒子のハンドリングの困難さ、顕熱ロスが多いといった問題もない。
【0068】
なお、前述のように統合型ガス化炉701では、原料a1をガス化室601に供給し、原料a1を燃焼室602に供給している。この場合は、チャーhの発生量の大きいカーボンリッチな原料(例えば石炭)から、ほとんどチャーhを発生させない低カロリーな原料(例えば都市ゴミ)、高カロリーな原料(例えば、廃プラスチック)まで、幅広く多種類の廃棄物または燃料に対応することができる。即ち、実用上どのような廃棄物または燃料であっても、ガス化室601へ供給する量と、燃焼室602へ供給する量とを変え、熱回収室603における熱回収量を加減することにより、燃焼室602の燃焼温度を適切に調節し、流動媒体c1、c2の温度を適切に保つことができる。
【0069】
図1を参照して、溶融炉801と、溶融炉801の回りの配管系の構成について説明する。溶融炉801は、一次燃焼室801Aと、一次燃焼室801Aの下流側の二次燃焼室801Bと、二次燃焼室801Bの下流側のスラグ分離部底部801Cとを備える。溶融炉801の出口側には溶融炉801を出る出口ガス経路802が設けられている。
【0070】
配管系は、経路820と、経路821と、経路821に接続されたサイクロン811と、サイクロン811で分離された灰分f等を溶融炉801に導く戻し経路としての経路823と、経路822と、経路822から分岐する経路824と、経路824中に設けられた制御弁812と、出口ガス経路802と、出口ガス経路802に設けられた出口温度制御装置813とを、備える。溶融炉801は、第1次燃焼室801Aに、ガス化室601からの可燃性ガスbを導入する導入部としての第1の入口ダクト804と、燃焼ガスeから分離された灰分f等を導入する導入部としての第2の入口ダクト805と、灰分f等が分離された燃焼ガスeが導入される第3のダクト806とを有する。
【0071】
経路820は、ガス化室601と、溶融炉801の第1の入口ダクト804とを繋ぎ、可燃性ガスbを溶融炉801の第1の入口ダクト804に導く。経路821は、燃焼室602と、サイクロン811とを繋ぎ、灰分f等を含む燃焼ガスeをサイクロン811に導く。経路823は、サイクロン811と溶融炉801の第2の入口ダクト805とを繋ぎ、サイクロン811で分離された灰分f等を溶融炉801に導く。経路822は、サイクロン811のガス出口826と溶融炉801の第3の入口ダクト806とを繋ぎ、灰分fが分離された燃焼ガスeを溶融炉801に導く。経路824は、経路822から分岐し、出口ガス経路802へ接続され、経路824を通る燃焼ガスeの流量を制御する制御弁812が取り付けられている。制御弁812は、出口温度制御装置813からの出口温度信号iを受け、出口ガス経路802を通る溶融路801から出た可燃性ガスbが燃焼した後の排ガスjの温度を基に当該温度が一定となるよう制御弁812を通る燃焼ガスeの流量を制御する。溶融炉801から出、出口ガス経路802を通る排ガスj、および燃焼室602を出、経路824を経て、出口ガス経路802を通る燃焼ガスeは、他のガス利用装置(不図示)に送られてもよいし、ガス処理装置(不図示)に送られてもよい。
【0072】
ガス化室601で発生した可燃性ガスbを第1のガス経路としての経路820から溶融炉801へ導入する入口ダクト804と、燃焼室602で発生した燃焼ガスeを第2のガス経路821、822から溶融炉801へ導入する入口ダクト806とを、別々にするので、各入口ダクト804、806でのガス温度、ガス流速の乱れを防止することができ、ガス温度、ガス流速の乱れに伴う入口ダクトでの灰分等の付着による閉塞を防止することができる。
【0073】
次に、統合型ガス化炉701の排出物について説明する。まず、ガス化室601の排出物について説明する。ガス化室601に導入され、熱分解されガス化された原料a1に含まれる灰分fのうち、粒子径が大きく可燃性ガスbに同伴されないもの、即ち第1の不燃物としての不燃物d1については、ガス化室601の下部から流動媒体c3とともに不燃物排出口633を通って抜き出される。
【0074】
抜き出された流動媒体c3と不燃物d1は、ガス化室601の下部に形成された不燃物排出口633に経路711を介して接続された熱交換器651によって冷却される。その後、不燃物排出装置653により搬送され、さらに分級装置654によって分離された後、流動媒体c3は経路712を通って再びガス化室601に戻されて使用される。分級装置654で分離された不燃物d1は、経路713を通って外部に排出され、他の用途に使用されるか、あるいは埋立処理等される。熱交換器651は、蒸気s1と、導入され流動媒体c3と不燃物d1との間で熱交換を行い、流動媒体c3と不燃物d1との温度を下げる。
【0075】
流動媒体c3、不燃物d1の温度を下げることにより、クリンカの発生を防止することができ、特にチャーが付着した流動媒体c3と不燃物d1のクリンカの発生を有効に防止できる。
【0076】
次に、燃焼室602の排出物について説明する。燃焼室602に導入され、燃焼された原料a1に含まれる灰分fのうち、粒子径が大きく燃焼ガスeに同伴されないもの、即ち第2の不燃物としての不燃物d2については、燃焼室602の下部から流動媒体c4とともに不燃物排出口634を通って抜き出される。
【0077】
抜き出された流動媒体c4と不燃物d2は、燃焼室602の下部に形成された不燃物排出口634に経路714を介して接続された熱交換器656によって冷却される。その後、流動媒体c4と不燃物d2は、不燃物排出装置658により搬送され、さらに分級装置659によって分離された後、流動媒体c4は経路715を通って再び燃焼室602に戻されて使用される。分級装置659で分離された不燃物d2は、経路716を通って外部に排出され、他の用途に使用されるか、あるいは埋立処理等される。熱交換器656には、蒸気s2が導入され流動媒体c4と不燃物d2との間で熱交換を行い、流動媒体c4と不燃物d2との温度を下げる。
【0078】
流動媒体c4、不燃物d2の温度を下げることにより、クリンカの発生を防止することができ、特にチャーが付着した流動媒体c4と不燃物d2のクリンカの発生を有効に防止できる。
【0079】
図1を参照して、本発明のガス化溶融システム901の作用を説明する。統合型ガス化炉701のガス化室601に供給された原料a1は、熱分解により可燃性ガスb、チャーh、灰分fに分解される。ガス化室601で発生したチャーhを燃焼室602で燃焼させることにより、ガス化に必要な発熱量を確保できる場合は、ガス化室601にのみ原料a1を供給することが望ましい。まず、ガス化室601にのみ原料a1を供給するとして説明する。
【0080】
可燃性ガスbの性状はガス化室601の流動化ガスg1の種類によって大きく異なる。流動化ガスg1として、空気等の酸素を含むガスを用いた場合は、可燃性ガスbの一部が燃焼するため可燃性ガスbの発熱量が低下してしまう。可燃性ガスbをできるだけ燃焼させず、高い発熱量を有する可燃性ガスbとして取り出すためには、流動化ガスg1は酸素を含まないガスであることが望ましく、例えば蒸気を用いるのが好ましい。なお、可燃性ガスbには、固体状であるチャーh及び灰分fのうち粒子径の小さい灰分fが同伴される。
【0081】
一方、熱分解によって生成したチャーhのうち、粒子径が大きく可燃性ガスbに同伴されないものhは、流動媒体c1とともに燃焼室602に移送される。燃焼室602では、流動化ガスg2として空気や、酸素富化空気または酸素等の有酸素ガスを用い、チャーhを完全燃焼させる。チャーhの燃焼によって発生した熱量の一部は、ガス化室601へ循環して戻される流動媒体c2の顕熱として、ガス化室601に供給され、ガス化室601における熱分解に必要な熱量として用いられる。
【0082】
前記の原料a1の熱分解に適当なガス化室601の温度は、300〜900℃程度であり、またチャーhの燃焼に適当な燃焼室602の温度は、800〜900℃程度である。チャーhの燃焼によって発生した熱量によりガス化室601の熱分解に必要な熱量を賄う場合は、ガス化室601の層温は燃焼室602の層温より低い温度に保つ必要があり、具体的には用いる原料a1の性状、特にチャーhの生成量に応じて決めることができる。
【0083】
例えば、廃プラスチックや都市ゴミ、RDFの様に、炭素分あるいはチャー生成量の少ないものを用いる場合は、ガス化室601の層温を400℃〜700℃程度の比較的低温とすることにより、チャーの生成量を増やし、ガス化に必要な熱量を確保することができる。また、廃タイヤや石炭の様に、炭素分あるいはチャー生成量の多いものを用いる場合には、ガス化室601の層温を600〜900℃程度の比較的高温とすることにより、チャー生成量が過大となることを抑制し燃焼室602で発生する熱量が過大となることを抑制することができる。ただし、ガス化室601の層温をあまり低くすると、生成ガスb中のタール分・重質分が増えるため、後段でガス温度が低下した場合に、付着トラブルを発生する危険性があることには留意する必要がある。
【0084】
また、高カロリー原料の場合、ガス化室601での可燃性ガスbの発生を抑制するため、ガス化室601へ投入する原料の一部を燃焼室602へ回して燃焼室で燃焼させるとよい。ガス化室601への原料a1の投入が抑制されるので可燃性ガスbの発生量が抑制され、ガス化室601へ投入されず燃焼室602に投入された原料a1は、燃焼室602で燃焼され、発生した熱量は、熱回収室603で回収される。熱回収室603は、燃焼室602での原料a1の一部が燃焼されることを考慮して、十分な熱量を回収できるようにするとよい。
【0085】
ガス化室601の原料a1に含まれる灰分fのうち、粒子径が大きく可燃性ガスbに同伴されないもの、即ち不燃物d1については、ガス化室601の下部から流動媒体c3とともに抜き出される。
【0086】
抜き出された流動媒体c3と不燃物d1は、不燃物排出口633から経路6111を通り、熱交換器651で温度を下げ、分級装置654によって分離された後、流動媒体c3は、経路712を通ってガス化室601に戻されて使用される。分級装置654で分離された不燃物d1は、経路713を通って外部に排出され、リサイクルあるいは埋立処理等を行ってもよい。
【0087】
燃焼室602の原料a1に含まれる灰分fのうち、粒子径が大きく燃焼ガスeに同伴されないもの、即ち不燃物d2については、燃焼室602の下部から流動媒体c4とともに抜き出される。
【0088】
抜き出された流動媒体c4と不燃物d2は、不燃物排出口634から経路714を通り、熱交換器656で温度を下げ、分級装置659によって分離された後、流動媒体c4は経路715を通って燃焼室602に戻されて使用される。分級装置659で分離された不燃物d2は、経路716を通って外部に排出され、リサイクルあるいは埋立処理等を行ってもよい。燃焼室602内は酸化雰囲気であり、流動媒体c4、不燃物d2は、COガスを含んでおらず、COガスリークの問題をなくすことができる。また、チャーがほとんど存在しないため、クリンカが生成しにくい。流動媒体と不燃物の排出をガス化室からは行わず、燃焼室からのみ行ってもよい。
【0089】
さらに図2を参照して説明したように、燃焼室602に接して熱回収室603を設けることにより、燃焼室602で原料a1の燃焼により発生した熱量の一部、チャーの燃焼によって発生した熱量の一部を回収することができる。すなわち、高カロリーな原料a1の場合は、ガス化室601に供給する原料a1の一部を、ガス化室601への供給せず燃焼室602に供給し、ガス化室601への原料a1の供給量を減少させて、その分燃焼室602への原料a1の供給を増加させて、供給量が増加した原料a1を燃焼室602で燃焼させ、流動媒体c2の加熱に必要な熱量以上の熱量を発生させ、発生した熱量の余剰分を熱回収室603で回収することができる。よって、溶融炉801での可燃性ガスbのカロリー過多を防止して燃焼温度上昇を抑制し、溶融炉に空気を過剰に供給することによる高温化抑制を行う必要がなく、総空気比を抑制し、排ガス量の増加を抑制することができる。
【0090】
また、ガス化室601にのみ原料a1を供給し、燃焼室602には原料a1を供給しない場合は、通常はガス化室601で発生するチャーの量と、燃焼室602で燃焼され流動媒体の加熱に利用されるチャーの量とはバランスしている。しかし、処理する原料a1の種類によっては、ガス化室601で発生するチャーの量と燃焼室602で流動媒体c2の加熱に必要とされるチャーの量のバランスが崩れることがあるが、その差は、熱回収室603での熱回収量を加減することにより調整し、ガス化室601にのみ原料a1を供給することを維持することができる。
【0091】
ガス化室601で発生した可燃性ガスbは、経路820を通って溶融炉801の第1次燃焼室801Aへ導入される。導された可燃性ガスbは、微細化したチャーを同伴しており、第1次燃焼室801Aへ導入された不図示の予熱空気とともに旋回流中で混合しながら、燃焼して火炎を形成し、1200〜1500℃の高温で高速燃焼する。不図示のバーナが、例えば第1次燃焼室801Aの天井に備え付けられており、燃焼温度が溶融温度以上になるよう必要な助燃が行われる。
【0092】
燃焼は傾斜した二次燃焼室801Bで完結する。固形カーボン中の灰分fの全量は、高温のためにスラグミストとなる。スラグミストの大部分は、旋回流の遠心力の作用により、一次燃焼室801Aの炉壁803上の溶融スラグ相に捕捉される。炉壁803を流れ下った溶融スラグは、二次燃焼室801Bに入った後に、スラグ分離部底部801Cより排出される。溶融炉801を出た排ガスjは出口ガス経路802に導かれる。
【0093】
燃焼室602を出た、チャーhと灰分fを含んだ燃焼ガスeは、経路821を通り、経路821上に設けられたサイクロン811に導かれる。サイクロン811にて、分離された燃焼ガス中のチャーhと灰分fは、経路823を通って溶融炉801の第1次燃焼室801Aに導入される。通常は、経路820を通って導入された可燃性ガスbの燃焼により火炎が発生している箇所に、チャーhと灰分fが導入され、チャーhが可燃性ガスbの燃焼を助け、灰分fが溶融され溶融スラグとなる。サイクロン811によって、灰分fとチャーが除去された燃焼ガスeは、経路822を通って一次燃焼室801Aに導入される。
【0094】
灰分fとチャーhが除去された燃焼ガスeの一部は、経路822から分岐する経路824を通り、制御弁812を通り、溶融炉801の出口ガス経路802に送られ、溶融炉801をバイパスする。制御弁812は、出口ガス経路802の温度を計測し、出口温度が所定の温度になるように、溶融炉801をバイパスする燃焼ガスの量を制御する。制御弁812は、出口ガス経路802の温度が高い場合は、開度を小さくして、より多くの燃焼ガスeが溶融炉801を通るようにし、出口ガス経路802の温度が低い場合は、開度を大きくして、より多くの燃焼ガスeが溶融炉801をバイパスするように出口温度制御装置813によって制御する。
【0095】
また、本実施の形態のガス化溶融システム901は、低カロリー原料a1の場合は、燃焼室602で生成した燃焼ガスeを第2のガス経路としての経路821、822から第3のガス経路としての経路824を通って、溶融炉801をバイパスさせ溶融炉801の出口ガス経路802に導いて、可燃性ガスbから燃焼ガスeを分離するとよい。こうすることにより、可燃性ガスbの燃焼による熱エネルギを主として可燃性ガスbの燃焼温度上昇に利用し、燃焼室603で燃焼した燃焼ガスeの温度上昇に利用する必要がない。よって、溶融炉801における可燃性ガスbの燃焼温度を上昇させるための助燃料の量を減少させることができる。なお、経路824は、第2のガス経路でもある。
【0096】
また、ガス化室601で生成したチャーhを燃焼して燃焼ガスeを生成する燃焼室602を備えるので、特にカーボンリッチな原料の場合、ガス化室601で多量のチャーhが発生するが、発生したチャーhを原料a1を燃焼する燃焼室602で燃焼させることができるので、ガス化室601あるいは燃焼室602から排出される流動媒体c3、c4、不燃物d1、d2に付着して残存するチャーhの発生を確実に抑制することができる。
【0097】
以上説明したとおり、本実施の形態のガス化溶融システム901は、カーボンリッチな原料、高カロリーな原料、低カロリーな原料と種々の原料を利用することができ、機能の高い高機能なガス化溶融システム901とすることができる。
【0098】
以上説明した溶融炉801では、可燃性ガスbが完全燃焼される場合で説明したが、溶融炉801での可燃性ガスbの燃焼は部分燃焼であってもよい。この場合は、ガス化室601で得られた可燃性ガスbは、溶融炉801へ送られ、溶融炉801において1000〜1500℃の温度でさらにガス化され、低分子化される。溶融炉801の温度は、可燃性ガスb中に灰分が溶融する温度以上に維持され、可燃性ガスbおよび燃焼ガスe中の灰分、サイクロン811によって戻された灰分の、80〜90%はスラグ化され、溶融スラグとしてスラグ分離部底部801Cから排出される。可燃性ガスb中の有機物、炭化水素は溶融炉801内で完全に水素、一酸化炭素、水蒸気、二酸化炭素にまで分解される。
【0099】
以上のように本実施の形態のガス化溶融システム901によれば、ガス化室601と、燃焼室602と、溶融炉801と、経路820と、経路821、822とを設けたので、燃焼室602で生成した燃焼ガスeを、ガス化室601で生成し経路820を通して供給される可燃性ガスbとは別々に、経路821、822を通して溶融炉801に供給することができる。よって、可燃性ガスbを経路820から溶融炉801へ導入する入口ダクト804と、燃焼ガスeを経路821、822から溶融炉801へ導入する入口ダクト806とを、別々にすることができるので、各入口ダクト804、806でのガス温度、ガス流速の乱れを防止することができ、ガス温度、ガス流速の乱れに伴う入口ダクト804、806での灰分等の付着による閉塞を防止することができる。
【0100】
また、以上のように本実施の形態のガス化溶融システム901によれば、燃焼室602と、経路824と、供給経路710、709とを設けたので、特にカーボンリッチな原料a1の場合、ガス化室601で多量に発生したチャーhを燃焼室602で燃焼させ、ガス化室601あるいは燃焼室602から排出される流動媒体c3、c4、不燃物d1、d2に付着して残存するチャーhの発生を抑制することができ、さらに特に低カロリー原料a1の場合、燃焼室602で生成した燃焼ガスeを、経路821から経路824を通し、出口ガス経路802に導いて、溶融炉801をバイパスさせ、可燃性ガスbと燃焼ガスeとを分離し、溶融炉801内での可燃性ガスbの燃焼による熱エネルギを主として可燃性ガスbの燃焼温度上昇に利用し、溶融炉801における助燃料の量を減少させることができ、さらに特に高カロリー原料a1の場合、供給経路710、709を介して原料a1の一部を燃焼室602に供給して燃焼させ、ガス化室601で熱分解ガス化される原料a1の量を減らして、溶融炉801で燃焼される可燃性ガスbの量を減らし、溶融炉801の温度上昇を抑制し、溶融炉801に空気を過剰に供給することによる高温化抑制を不要とし、溶融炉801の排ガスj量の増加を抑制することができる。逆に低カロリー原料a1を扱う場合にも、溶融炉801に供給する空気量は温度維持のために大量に供給する必要はなく、溶融炉801内温度の低温下を防ぐことができる。したがって、種々の原料a1を取り扱うことができる。また、排ガスj量の抑制により、システム901の設備全体のコンパクト化が可能となる。
【0101】
図3は、本発明の第2の実施の形態に係るガス供給利用システム1301の基本的構成を模式的に表した図である。ガス供給利用システム1301は、ガス供給装置としての統合型ガス化炉1101と、集塵装置1201と、ガス減温・洗浄装置1203と、第1のガス利用装置としての生成ガス利用装置1204と、第2のガス利用装置としての廃熱ボイラ1211と、バグフィルタ1212と、吸引ダクトファン1213と、煙突1214と、前述の各構成機器、装置を繋ぐガス経路(詳細後述)とを含んで構成される。
【0102】
統合型ガス化炉1101は、第1の被処理物としてのガス化原料であるバイオマス、都市ゴミ等の外部から投入された低カロリー原料a1を熱分解しガス化するガス化室1001と、第2の被処理物としての燃焼用原料である外部から投入された高カロリー原料(例えば一例として、RDF、FRP、廃プラスチック等の高カロリー廃棄物)a2及びガス化室1001において生成したチャーhを燃焼する燃焼室1002と、層内伝熱管1041を有し、流動媒体c2から熱を回収する熱回収室1003とを含んで構成され、ガス化室1001において生成した可燃性ガスとしての生成ガスbを生成ガス利用装置1204に供給し、燃焼室1002において生成した燃焼ガスeを廃熱ボイラ1211に供給するよう構成されている。
【0103】
統合型ガス化炉1101は、低カロリー原料a1を不図示の供給ホッパからガス化室1001に供給する第1の被処理物供給経路としての供給経路1110と、高カロリー原料a2を不図示の供給ホッパから燃焼室1002に供給する第2の被処理物供給経路としての供給経路1109とを有する。供給経路1110と、供給経路1109とは、それぞれ低カロリー原料a1と、高カロリー原料a2とを搬送する不図示の搬送手段としての供給装置、好ましくは定量供給装置(例えば、スクリューフィーダ)を備える。
【0104】
原料a1(第1の被処理物)と、原料a2(第2の被処理物)とは、違ったものであってもよいし、同じものであってもよい。但し、原料a2は、原料a1からの生成物(例えば、チャー)とは、別のものである。但し、図示しないが、本発明では原料a1からの生成物を一端分離し、チャー成分のみを別途燃焼室1002に投入する場合には、チャー成分は原料a1とは別の原料a2であるとする。前述のように、原料a1は外部からガス化室1001に投入され、原料a2は外部から燃焼室1002に投入される。
【0105】
ここで、ガス化室1001と燃焼室1002とは、互いの雰囲気が混合しないように仕切壁等により分離されている。例えば、ガス化室1001と燃焼室1002とは、ガス化室流動床の界面および燃焼室流動床の界面より鉛直方向上方においては、ガスの流通がないように第1の仕切壁としての仕切壁1015により仕切られている。燃焼室1002と熱回収室1003の間は第2の仕切壁としての仕切壁1012で仕切られている。また、統合型ガス化炉1101は、ガス化室1001で得られるチャー(未燃炭素)hをガス化室1001より搬送する機構と、ガス化室1001で得られるチャーh、低カロリー原料a1とは別の原料である高カロリー原料a2を燃焼室1002で燃焼したときに得られる燃焼熱をガス化室1001に伝達する熱伝達手段を備え、好ましくはガス化室1001より搬送したチャーhを燃焼室1002に搬送する搬送手段を備える。さらに好ましくは、ガス化室1001からチャーhを搬送する機構と、前記チャー搬送機構と、前記燃焼熱の伝達手段とは、流動媒体を用いて行うものであり、さらに好ましくは、各室1001、1002が一体に統合されている。
【0106】
なお、仕切壁1015の下部にはガス化室1001と燃焼室1002とを連通する連通口1025であって、該連通口1025の上端の高さは前記第1の界面および第2の界面以下である連通口1025が形成され、該連通口1025を通じて、燃焼室1002側からガス化室1001側へ燃焼室1002で加熱された流動媒体c2を移動させるように構成される。ガス化室1001では、燃焼室1002で加熱された流動媒体c2を用いて原料a1のガス化が行われる。
【0107】
燃焼室1002と熱回収室1003の間の仕切壁1012は、その上端が界面近傍、即ち濃厚層の上面よりは上方であるが、スプラッシュゾーンの上面よりは下方に位置しており、仕切壁1012の下端は炉底近傍までであり、下端が炉底に接することはなく、炉底近傍に濃厚層の上面より上方に達することのない開口部1022がある。流動媒体c2は、仕切壁1012の上を越えて燃焼室1002から熱回収室1003に入り込み、開口部1022を通じて、流動媒体c2が熱回収室1003から燃焼室1002に移動する。
【0108】
なお、本実施の形態では、統合型ガス化炉1101は、供給経路1110と供給経路1109が別々の供給源(不図示)を有すること、後述の粒子排出配管1221が燃焼室1002に入り込んでいることを除けば、前述の統合型ガス化炉701(図1参照)と同じ構成である。なお、統合型ガス化炉701の構成要素と、その構成要素の符号に400を加えた符号を持つ統合型ガス化炉1101の構成要素とが対応する。
【0109】
前述のように本実施の形態の統合型ガス化炉1101は、ガス化原料である低カロリー原料a1をガス化室1001に供給し、燃焼用原料である高カロリー原料a2を燃焼室1002に供給する。
【0110】
燃焼用原料を燃焼しこの燃焼熱でガス化用原料のガス化を一つの層内で行う流動層ガス化炉の場合は、燃焼ガスとガス化により生成された生成ガスとが混合し、有価なガス成分が希釈された状態でしか回収できない。
【0111】
また、燃焼用原料またはガス化用原料のどちらか一方の原料に含まれる有害成分に対してのみ何らかのガス処理(精製、洗浄他)が必要とされる場合でも、生成ガスと燃焼ガスが混合されてしまうため、混合された全ガスに対してガス処理を施す必要が生じる。このためガス処理設備が大型化してコストアップにつながると共に、薄められた状態での低濃度有害成分の除去は困難であり、ガス処理効率が悪化する。
【0112】
この場合、燃焼用原料と、ガス化用原料とを別々に供給したとしても、一つの炉内に供給すると、結果的に両原料中の反応しやすい成分が先に燃焼され、反応しにくい、すなわちガス化しにくい成分のみ残る。したがって、ガス化用原料から本来得たい生成ガスを必ずしも得ることができない。
【0113】
しかし、本実施の形態の統合型ガス化炉1101によれば、燃焼室1002には燃焼に適する燃焼用原料a2を供給し、ガス化室1001にはガス化に適したガス化用原料a1を供給するので、ガス化原料a1からの有価な生成ガスbと、燃焼ガスeとを、混合しない状態で回収することが可能である。このようにして得られた生成ガスbは、高濃度であるばかりでなく、燃焼ガスeと混合しない、ガス化用原料a1のみから得られたピュアな生成ガスbである。
【0114】
ガス化用原料a1が、低カロリーで含有有価成分割合が小さく、そこから発生するチャーの燃焼発熱による熱源としては期待できないが、別途外部熱源を使用しても経済的に成立する程度に該有価成分の価値が高く、ピュアなガスとして回収する意味の大きい場合に効果が大きい。
【0115】
また、ガス化原料側に有害成分を含む原料a1を用い、燃焼側に有害成分を含まない燃料a2を用いるような場合には、通常、有害成分は原料中揮発分と共に生成ガスb側に移行するため、ガス化室1001から発生したカロリーを有する高濃度有価ガスである生成ガスbのみ有害物除去処理をすればよく、ガス処理設備の簡素化によるコストダウン、ガス処理効率の向上が図れる。この場合、生成ガスbに含まれる有害物濃度が重要であるので、ガス化室1001内でガス化と同時に有害物を除いてもよい。また、燃焼ガスeは、ガス処理が不要で有害成分とは無関係に燃焼ガスeによって加熱される蒸気の高温化等が図れ、燃焼ガスeの顕熱の有効利用が図れる。
【0116】
好ましくは、燃焼ガスeより回収された顕熱の有効利用の一形態として、バイオマス等の含水割合の比較的高いような、ガス発生のために要する熱量が大きい低カロリー原料a1を、統合型ガス化炉1101へ供給する前に乾燥する乾燥用熱源として燃焼ガスeを用いることで、ガス供給利用システム1301全体の熱効率の向上などエクセルギー的に有利なガス供給利用システム1301を構築することもできる。
【0117】
集塵装置1201は、ガス経路1231によって、ガス化室1001に接続されている。集塵装置1201としては、サイクロンが好ましいが、バグフィルタ、電気集塵機等を用いることが可能である。集塵装置1201は、ガス化室1001を出た生成ガスbから固体粒子fを分離し、分離された固体粒子fは、集塵装置1201に接続された粒子排出配管1221を通って燃焼室1002の流動床の界面の上方に排出される。ガス減温・洗浄装置1203では、例えば生成ガスbへの流体の噴霧が行われ、改質された生成ガスbの減温、洗浄が行われ、例えば生成ガス中のダスト、塩素分、炭酸ガスおよび硫化水素等の弱酸性ガスの除去が行われる。生成ガス利用装置1204は、ガス経路1234によってガス減温・洗浄装置1203に接続され、減温、洗浄の行われた生成ガスbを利用する。本発明の第1のガス経路は、ガス経路1231、1232、1234を含んで構成される。
【0118】
廃熱ボイラ1211は第2のガス経路としてのガス経路1235によって、燃焼室1002に接続されている。廃熱ボイラ1211は、燃焼ガスeの顕熱により蒸気の過熱を行い、過熱された蒸気は、ガス化室1001のガス化剤、および流動化ガスg1としてガス化室1001に送られる。バグフィルタ1212は経路1238によって、廃熱ボイラ1211に接続される。バグフィルタ1212では、顕熱の回収が行われた燃焼ガスe中の大気放出に適さないダスト等が除去される。
【0119】
なお、バグフィルタ1212の替わりとして電気集塵機(不図示)を用いることもできるし、多段階での集塵を行うこともできる。排ガス中の塵を除く作用を達成できる装置であれば、集塵装置としては任意のものを用いることができる。バグフィルタ1212を出た、燃焼ガスeは、一部、低カロリー原料a1を乾燥する乾燥用熱源として使用することもできる。
【0120】
吸引ダクトファン1213は、経路1239によって、バグフィルタ1212に接続される。煙突1214は、経路1240によって吸引ダクトファン1213に接続される。煙突1214は、排出ガスを排出するための出口であるので任意のものであることはいうまでもない。吸引ダクトファン1213に吸引されることにより燃焼ガスeは、バグフィルタ1212から吸引ダクトファン1213を通って煙突1214に送られ、煙突1214より大気に放出される。なお、好ましくはガス予熱器(不図示)を廃熱ボイラ1211の後段に設置する。このようにすると、該ガス予熱器を介して燃焼ガスeによって予熱されたガスを統合型ガス化炉1101の流動化ガスg2として用いることができ、かつ/または低カロリー原料a1の乾燥に用いることもできる。より好ましくは、該予熱されるガスは空気がよい。
【0121】
ガス化室1001に供給される原料a1が有害成分を含み、燃焼室1002に有害成分を含まないか、もしくは比較的低い割合でのみ有害成分を含むような原料a2が燃焼室1002に供給される場合であっても、生成ガスbと燃焼ガスeが別々に排出されるので、ガスを洗浄する洗浄装置1203を生成ガスbが排出されるガス経路1232、1234にのみ設ければよい。したがって、ガスを洗浄する洗浄装置1203のコンパクト化、初期設備費用の低コスト化及びランニングコストの低コスト化が図れ、ガス供給利用システム1301全体としては有利である。
【0122】
本実施の形態においては、予め互いに別種とした原料a1、原料a2(原料の持つカロリーが高いか、低いかという点、有害成分を多く含むか否かという点、有用成分を多く含むか否かという点等で別種)を統合型ガス化炉1101の別々の室1001、1002に供給することで、利用に際し好ましい性状を有する生成ガスb、燃焼ガスeを生成させることが可能となる。また、統合型ガス化炉1101のガス化室1001から生成された生成ガスbを、より効率よく精製するために、ガス化室1001の後段に設置され、生成ガスbの温度をより高温にする第2のガス化炉(不図示)を用いることもできる。
【0123】
また、第1のガス利用装置としては、燃料電池、液体燃料合成装置(液体燃料としては、メタノール、DME等)、ガスタービンまたはガスエンジンを用いた発電装置、セメントキルン、燃焼ボイラ等を用いることもできる。第2のガス利用装置としては、廃熱ボイラの他に、輻射ボイラ、節炭器等を用いることもできる。
【0124】
本実施の形態のガス供給利用システム1301では、上記説明したとおり統合型ガス化炉1101のガス化室1001で生成された生成ガスbを一つのガス利用装置、すなわち生成ガス利用装置1204に供給し、燃焼室1002で生成された燃焼ガスeを生成ガスbとは別々に他のガス利用装置、すなわち廃熱ボイラ1211に供給するよう構成されている。
しかし、ガス供給利用システムは、統合型ガス化炉のガス化室で生成された生成ガスを一つのガス利用装置に供給し、燃焼室で生成された燃焼ガスを生成ガスとは別々に当該一つのガス利用装置に供給するものであってもよい。この場合の実施の形態を以下説明する。
【0125】
図4は、本発明の第3の実施の形態に係るガス供給利用システム1901の基本的な構成を模式的に表した図である。ガス供給利用システム1901は、ガス供給装置としての統合型ガス化炉1701と、第1のガス利用装置としてのガス利用装置1801と、集塵装置1811とを含んで構成される。集塵装置1811としては、サイクロンが好ましいが、バグフィルタ、電気集塵機等を用いることが可能である。
【0126】
統合型ガス化炉1701は、ガス化室1601、燃焼室1602、熱回収室1603を含んで構成され、前述の統合型ガス化炉1101(図3参照)の構成、作用と、以下の点においてのみ相違し、他は同一である。相違点は、集塵装置1811が、燃焼室1602から生成された燃焼ガスe側の固定粒子を分離する分離装置として設置されており、集塵装置1811によって分離した固体粒子fを、燃焼室1602に戻さない点、ガス化室1601からガス利用装置1801に生成ガスbを供給する点、燃焼室1602からガス利用装置1801に燃焼ガスeを供給する点である。
【0127】
なお、集塵装置1811は、本実施の形態においては必須の構成要素ではなく、ガス利用装置1801にて固定粒子fを利用または処理することができる場合には、燃焼室1602から得られる燃焼ガスeを集塵装置1811を介さずにそのままガス利用装置1801に導入することもできる。
【0128】
ガス供給利用システム1901のガス利用装置1801は、ガス化室1601を出た生成ガスbを導入する導入部としての入口ダクト1804と、燃焼室1602を出た燃焼ガスeであって、灰分f等がサイクロン1811によって分離された燃焼ガスeが導入される入口ダクト1806とを有する。
【0129】
ガス供給利用システム1901のガス利用装置回りの配管系は、経路1820と、経路1821と、サイクロン1811で分離された灰分f等をガス利用装置1801に導く戻し経路としての経路1823と、経路1822と、出口ガス経路1802とを備える。
【0130】
経路1820は、ガス化室1601と、ガス利用装置1801の入口ダクト1804とを繋ぎ、生成ガスbをガス利用装置1801の入口ダクト1804に導く。経路1821は、燃焼室1602と、サイクロン1811とを繋ぎ、灰分f等を含む燃焼ガスeをサイクロン1811に導く。経路1823は、サイクロン1811とガス利用装置1801の入口ダクト1805とを繋ぎ、サイクロン1811で分離された灰分f等をガス利用装置1801に導く。経路1822は、サイクロン1811のガス出口1826とガス利用装置1801の入口ダクト1806とを繋ぎ、灰分fが分離された燃焼ガスeを生成ガスbとは別々に同一のガス利用装置1801に導く。
【0131】
ガス化室1601を出た生成ガスbは、経路1820、入口ダクト1804を経て、ガス利用装置1801に導入される。燃焼室1002を出た燃焼ガスeは、集塵装置1811によって固体粒子fを分離し、分離された固定粒子fは、集塵装置1811に接続された粒子排出配管1821を通って系外に排出される。集塵装置1811によって固定粒子fが分離された燃焼ガスeは、経路1820とは別の経路1822、入口ダクト1806を経て、ガス利用装置1801に導入される。
【0132】
本実施の形態のガス供給利用システム1901では、燃焼室1602が、原料a2を燃焼するので、チャーが発生しにくいガス化用の原料a1の場合は、燃焼室1602で原料a2の燃焼により燃焼熱を補い、燃焼室1602の燃焼温度を上昇させ、燃焼室1602で流動媒体に十分に顕熱を付与することができ、ガス化室1601への顕熱供給が十分となるので、ガス化室流動床温度が高くなる結果、生成ガスb中のタール分を十分に分解することができ、タールトラブルの問題を回避することができる。
【0133】
また、着火性の低いチャーhを発生する原料a1の場合でも、原料a2を燃焼室1602で燃焼させることより、燃焼室1602の温度を上昇させ、チャーhの燃焼速度を上昇させることにより、チャーhを燃焼室1602内で確実に燃焼させ、燃焼室1602での燃焼効率を維持することができ、ガス化室1601への顕熱供給が十分となるので、ガス化室流動床温度を十分に保持すると共に、ガス化により生成ガスbがもたらすタールトラブルの問題を回避することができる。
【0134】
なお、本発明は同様の作用効果を奏するガス発生装置、ガス利用供給システム、ガス化溶融システムであれば任意の構成をとることができ、上述した構成に限定されるものではない。
【0135】
【発明の効果】
以上のように本第1の発明によれば、燃焼室が、第2の被処理物を燃焼するので、チャーが発生しにくい、または発生したチャーの着火性の悪いガス化用の第1の被処理物の場合に、燃焼室で第2の被処理物の燃焼により燃焼熱を補い、燃焼室の燃焼温度を上昇させ、燃焼室で流動媒体に十分に顕熱を付与し、該顕熱が付与された流動媒体をガス化室に供給してガス化室層温を十分高く維持することで、生成ガス中のタール分を分解し、タールトラブルの問題を回避することができる。
【0136】
以上のように本第2の発明によれば、ガス化室と、燃焼室と、溶融炉と、第1のガス経路と、第2のガス経路とを設けたので、燃焼室で生成した燃焼ガスを、ガス化室で生成し第1のガス経路を通して供給される可燃性ガスとは別々に、第2のガス経路を通して溶融炉に供給することができる。可燃性ガスを第1のガス経路から溶融炉へ導入する導入部と、燃焼ガスを第2のガス経路から溶融炉へ導入する導入部とを、別々にすることができるので、各導入部でのガス温度、ガス流速の乱れを防止することができ、ガス温度、ガス流速の乱れに伴う各導入部での灰分等の付着による閉塞を防止することができる。
【0137】
以上のように本第3の発明によれば、燃焼室と、第3のガス経路と、第3の被処理物供給経路とを設けたので、特にカーボンリッチな被処理物の場合、ガス化室で多量に発生したチャーを燃焼室で燃焼させ、ガス化室あるいは燃焼室から排出される流動媒体、不燃物に付着して残存するチャーの発生を抑制することができ、さらに特に低カロリー被処理物の場合、燃焼室で生成した燃焼ガスを、第2のガス経路から第3のガス経路を通し、出口ガス経路に導いて、溶融炉をバイパスさせ、可燃性ガスから燃焼ガスを分離し、溶融炉内での可燃性ガスの燃焼による熱エネルギを主として可燃性ガスの燃焼温度上昇に利用し、溶融炉における助燃料の量を減少させることができ、さらに特に高カロリー被処理物の場合、供給経路を介して被処理物の一部を燃焼室に供給して燃焼させ、ガス化室で熱分解ガス化される被処理物の量を減らして、溶融炉で燃焼される可燃性ガスの量を減らし、溶融炉の温度上昇を抑制し、溶融炉に空気を過剰に供給することによる高温化抑制を不要とし、溶融炉の排ガス量の増加を抑制することができる。逆に低カロリー被処理物を扱う場合にも、溶融炉に供給する空気量は温度維持のために大量に供給する必要はなく、溶融炉内温度の低温下を防ぐことができる。したがって、種々の被処理物を取り扱うことができる。また、排ガス量の抑制により、システム全体のコンパクト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態である、ガス化溶融システムの基本的構成を模式的に表した図である。
【図2】図1の実施の形態に用いる統合型ガス化炉の原理を示すブロック図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態である、ガス供給利用システムの基本的構成を模式的に表した図である。
【図4】本発明の第3の実施の形態である、ガス供給利用システムの基本的構成を模式的に表した図である。
【符号の説明】
601、1001、1601 ガス化室
602、1002、1602 燃焼室
603、1003、1603 熱回収室
604、1004、1604 沈降燃焼室
611、612、613、614、615 仕切壁
621、622 開口部
625 開口部(連通口)
651 第1の熱交換器
653 第1の不燃物排出装置
656 第2の熱交換器
658 第2の不燃物排出装置
701、1101、1701 統合型ガス化炉(ガス供給装置)
708 供給経路(第3の被処理物供給経路)
709 供給経路(第3の被処理物供給経路)
710 供給経路(第3の被処理物供給経路)
801 溶融炉
802 出口ガス経路
804、805、806 入口ダクト
811、1811 サイクロン
820 経路(第1のガス経路)
821、822 経路(第2のガス経路)
823 経路(戻し経路)
824 経路(第3のガス経路)
901 ガス化溶融システム
1109、1709 供給経路(第2の被処理物供給経路)
1110、1710 供給経路(第1の被処理物供給経路)
1201 集塵装置
1203 ガス減温・洗浄装置
1204 生成ガス利用装置(第1のガス利用装置)
1211 廃熱ボイラ(第2のガス利用装置)
1212 バグフィルタ
1213 吸引ダクトファン
1214 煙突
1231、1232 ガス経路
1234、1235 ガス経路
1237〜1239 ガス経路
1301、1901 ガス供給利用システム
1801 ガス利用装置
a1 原料または低カロリー原料(第1の被処理物、被処理物)
a2 高カロリー原料(第2の被処理物)
b 可燃性ガスまたは生成ガス
c1、c2、c3、c4 流動媒体
d1、d2 不燃物
e 燃焼ガス
f 灰分及び微粒チャーまたは固体粒子
g1、g2 流動化ガス
h チャー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas supply device, a gas supply method, a gas supply utilization system, and a gasification melting system. Further, the present invention relates to a gasification and melting system having functions of pyrolysis gasification of various wastes and solid fuel, char combustion, and ash melting function. In addition, a gas supply device that supplies solid particles such as combustible gas, char and ash obtained by pyrolyzing various wastes and solid fuel to a gas utilization device such as a cement firing process, a blast furnace, a glass manufacturing process, The present invention relates to a gas supply method, and further to a gas supply and use system including the gas supply device and a gas use device.
[0002]
[Prior art]
A conventional gas supply device has a (fluidized bed) gasification chamber and a (fluidized bed) combustion chamber. The raw material is supplied only to the gasification chamber as a raw material for gasification and is generated by thermal decomposition of the raw material for gasification. The fluidized medium (generally using cinnabar sand) with the char is sent from the gasification chamber to the combustion chamber, where the char is combusted, and the sensible heat from this combustion is given to the fluidized medium. Was returned to the gasification chamber, where the raw material was thermally decomposed. Further, among conventional gas supply and utilization systems, attention has been focused on a gas supply and utilization system provided with a gas utilization device that utilizes the gas obtained from the above-described gas supply device.
[0003]
In addition, the conventional gasification and melting system includes a fluidized bed gasification furnace that generates a combustible gas by thermally decomposing fuel such as various wastes and solid fuel by using a fluidized bed formed of fluidized sand (salted sand). And a melting furnace that combusts the combustible gas generated by the fluidized bed gasification furnace and melts the ash contained in the combustible gas.
[0004]
In the fluidized bed gasification furnace, a fluidized bed of dredged sand is formed on an air dispersion plate provided in the fluidized bed gasification furnace by the air sent to the bottom of the furnace. By supplying the raw material supplied into the fluidized bed gasification furnace to the fluidized bed of cinnabar, it is in contact with the cinnabar and air, partially burns, and is rapidly pyrolyzed and gasified. The cinnabar sand and incombustible material discharged from the discharge outlet at the bottom of the furnace were discharged by the incombustible material discharge device.
[0005]
The combustible gas exiting the fluidized bed gasification furnace contains a part of the combustion gas and is supplied to the melting furnace. The combustible gas is mixed with the air preheated in the primary combustion chamber in the swirling flow, 1200 High-speed complete combustion is performed at a high temperature of ℃ to 1500 ℃. Combustion is completed in an inclined secondary combustion chamber. By this combustion, the ash content in the combustible gas is melted and discharged from the bottom of the slag separation part of the melting furnace as molten slag.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Since the conventional gas supply apparatus having the (fluidized bed) gasification chamber and the (fluidized bed) combustion chamber as described above has a large proportion of volatile components, it is difficult to generate char in the gasification chamber. Is supplied, the combustion heat generated by char combustion in the combustion chamber is insufficient, and the bed temperature of the fluidized bed in the combustion chamber is not maintained sufficiently high. Therefore, even if sensible heat is imparted to the fluid medium in the combustion chamber and the fluid medium imparted with sensible heat is conveyed from the combustion chamber to the gasification chamber, the sensible heat amount of the fluid medium in the entire gasification chamber is insufficient. For this reason, a sufficient amount of heat cannot be applied to the gasification chamber, and the fluidized bed temperature of the gasification chamber cannot be sufficiently increased. As a result, decomposition of the tar content in the combustible gas becomes insufficient, and tar troubles, etc. There was a problem.
[0007]
In addition, the char generated when coal or the like is gasified has poor ignitability of the char itself, and the initial burning rate is low if it does not contain an appropriate volatile content. Therefore, only the char that has been once supplied into the gasification chamber and has released the volatile matter, will not be combusted in the fluidized bed of the combustion chamber, but will be discharged out of the system as unburned component. As a result, the temperature of the fluidized bed in the combustion chamber does not rise and the combustion efficiency in the combustion chamber deteriorates. As a result, the temperature of the fluidized bed in the gasification chamber is not sufficient, which may cause tar troubles. was there.
[0008]
In the gasification and melting system as described above, since combustible gas containing combustion gas is supplied to the melting furnace, there is a case where clogging due to adhesion of ash or the like occurs in the inlet duct of the melting furnace.
[0009]
In addition, when a carbon-rich raw material is used, a large amount of residual char remains in the discharge discharged from the fluidized bed gasification furnace, which may cause clinker to be generated in the discharge. In the case of high-calorie raw materials, the oxygen ratio in the fluidized bed gasification furnace is small, and the combustion amount in the melting furnace is large, so the air ratio after the melting furnace must be increased to suppress the temperature in the melting furnace. In some cases, the amount of exhaust gas is excessive in the exhaust gas system after the melting furnace. In the case of a low-calorie raw material, the temperature in the melting furnace has to be increased to a temperature higher than that required for melting, and a large amount of combustion by a burner is required.
[0010]
Therefore, the first invention has been made in view of the above problems, and includes a gasification raw material in which char is hardly generated, a gasification raw material in which the generated char has poor ignitability, and a large amount of harmful substances. A gas supply device that can sufficiently decompose the tar content in the generated gas generated in the gasification chamber and improve the combustion efficiency in the combustion chamber, even when using a raw material that does not easily generate char. It is an object to provide a gas supply utilization system, a gasification melting system, and a gas supply method.
[0011]
An object of the second invention is to provide a gasification melting system in which blockage due to adhesion of ash or the like hardly occurs in an inlet duct of a melting furnace.
[0012]
The third aspect of the present invention suppresses the generation of residual char when using a carbon-rich raw material, further suppresses the amount of melting furnace exhaust gas when using a high-calorie raw material, and further uses a low-calorie raw material An object of the present invention is to provide a gasification and melting system that can reduce the amount of auxiliary combustion and can cope with various raw materials.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the
[0014]
With this configuration, the
[0015]
In the case of the first carbon-rich object (raw material) a1, the amount of char h generated in the
[0016]
Since the
[0017]
Further, even in the case of the first object to be processed a1 that generates char h having low ignitability, the temperature of the
[0018]
In addition, when combustion of the combustible gas b is performed in the 1st
[0019]
In the gas supply device according to
[0020]
The
[0021]
Since the
[0022]
In order to achieve the above object, a gas supply and
[0023]
In order to achieve the above object, the gas supply method according to claim 4 is a gas for generating a combustible gas b and char h by pyrolyzing the first object a1 as shown in FIG. 3, for example. Combusting the second object to be treated a2 or combusting the second object to be treated a2 and the char fraction h generated in the gasification step to produce a combustion gas e, and A combustion step for obtaining an amount of heat necessary for the pyrolysis reaction in the gasification step; the gasification step is performed in a fluidized bed formed of a high-temperature fluidized medium c1; Including a heating step of heating the fluidized medium c2 with the amount of heat obtained by combustion of the treatment object a2 or combustion of the second object to be treated a2 and the char fraction h; the gasification step is performed in the combustion step Formed by using at least a part of the heated fluid medium c2. Carried out at fluidized bed,The first object to be processed a1 and the second object to be processed a2 are waste or fuel.
[0024]
The gas supply method according to claim 5 is the gas supply method according to claim 4, in which the combustible gas b generated in the gasification step is transferred to the first
[0025]
The
[0026]
With this configuration, the
[0027]
To achieve the above objectiveClaim 6As shown in FIG. 1, for example, the
[0028]
With this configuration, the
[0029]
Claim 7A gasification and
[0030]
With this configuration, the
[0031]
Claim 8The gasification and
[0032]
If comprised in this way, since the 3rd to-be-processed
[0033]
In addition, since the third
[0034]
Claim 9A gasification and
[0035]
If comprised in this way, since the 1st incombustible material discharge device 653 and the
[0036]
Claim 10A gasification and
[0037]
If comprised in this way, since the 2nd incombustible
[0038]
Claim 11A gasification and
[0039]
With this configuration, since the
[0040]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the mutually same or equivalent member, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
[0041]
(In the first embodiment, the concept of the first object to be processed and the second object to be processed is not used.This concept is used.)
FIG. 1 is a flowchart schematically showing a basic configuration of a gasification and
[0042]
A raw material a1 charged into a
[0043]
Here, the
[0044]
Here, the configuration of the
[0045]
In order to flow the fluidized beds of the fluidized beds of the
[0046]
A
[0047]
Here, the fluidized bed and the interface will be described. The fluidized bed has a concentrated layer in a lower part in the vertical direction and containing a fluid medium (eg, silica sand) that is in a fluidized state by a fluidizing gas, and a fluidized medium in the upper part in the vertical direction of the thick layer. It consists of a splash zone where a large amount of gas coexists and the fluid medium is vigorously splashing. Above the fluidized bed, that is, above the splash zone, there is a free board portion that contains almost no fluid medium and is mainly gas. The interface refers to the splash zone having a certain thickness, but may also be regarded as a virtual surface intermediate between the upper surface and the lower surface of the splash zone (the upper surface of the dense layer).
[0048]
In addition, when the phrase “partitioned by a partition wall so that there is no gas flow in the vertical direction above the fluidized bed interface”, it is necessary to prevent gas flow above the upper surface of the dense layer below the interface. preferable.
[0049]
The
[0050]
The
[0051]
A
[0052]
The raw material a1 put into the
[0053]
Here, in the
[0054]
As shown in FIG. 2, when the
[0055]
On the other hand, the fluid medium c <b> 2 heated in the
[0056]
Here, the flow state and movement of the fluid medium between the chambers will be described.
The vicinity of the surface in contact with the
[0057]
The
[0058]
Thus, by maintaining the fluidization state on the
[0059]
Similarly, the fluidization state on the combustion chamber main body 605 side in the vicinity of the
[0060]
Similarly, the fluidization state on the
[0061]
The
[0062]
A relatively large incombustible material d1 included in the raw material a1 is discharged from an
[0063]
The most preferable fluidizing gas in the
[0064]
A portion above the upper surface of the fluidized bed (upper surface of the splash zone) of the
[0065]
In the
[0066]
Further, in the
[0067]
Further, the fluid medium c1 and char h as the heat medium flow from the
[0068]
As described above, in the integrated
[0069]
With reference to FIG. 1, the structure of the
[0070]
The piping system includes a
[0071]
The
[0072]
An
[0073]
Next, the emissions from the integrated
[0074]
The extracted fluid medium c3 and the incombustible material d1 are cooled by the
[0075]
By reducing the temperature of the fluid medium c3 and the incombustible material d1, the generation of clinker can be prevented, and in particular, the generation of the clinker of the fluid medium c3 and the incombustible material d1 to which char is attached can be effectively prevented.
[0076]
Next, the emissions from the
[0077]
The extracted fluid medium c4 and the incombustible material d2 are cooled by the
[0078]
By reducing the temperature of the fluid medium c4 and the incombustible material d2, the generation of clinker can be prevented, and in particular, the generation of the clinker of the fluid medium c4 and the incombustible material d2 to which char is attached can be effectively prevented.
[0079]
With reference to FIG. 1, the operation of the gasification and
[0080]
The properties of the combustible gas b vary greatly depending on the type of fluidized gas g1 in the
[0081]
On the other hand, among the char h generated by pyrolysis, the h that has a large particle size and is not accompanied by the combustible gas b is transferred to the
[0082]
The temperature of the
[0083]
For example, in the case of using waste plastic, municipal waste, RDF or the like with a small amount of carbon or char, the layer temperature of the
[0084]
Further, in the case of a high-calorie raw material, in order to suppress the generation of the combustible gas b in the
[0085]
Among the ash content f contained in the raw material a1 of the
[0086]
The extracted fluid medium c3 and the incombustible material d1 pass through the path 6111 from the
[0087]
Among the ash content f contained in the raw material a1 of the
[0088]
The extracted fluid medium c4 and the incombustible material d2 pass through the incombustible
[0089]
Further, as described with reference to FIG. 2, by providing the
[0090]
In addition, when the raw material a1 is supplied only to the
[0091]
The combustible gas b generated in the
[0092]
Combustion is completed in the inclined
[0093]
The combustion gas e containing the char h and the ash content f leaving the
[0094]
A part of the combustion gas e from which the ash content f and the char h have been removed passes through the
[0095]
In the case of the low-calorie raw material a1, the gasification and
[0096]
In addition, since the
[0097]
As described above, the gasification and
[0098]
In the
[0099]
As described above, according to the gasification and
[0100]
Further, as described above, according to the gasification and
[0101]
FIG. 3 is a diagram schematically showing a basic configuration of a gas
[0102]
The integrated
[0103]
The integrated
[0104]
The raw material a1 (first object to be processed) and the raw material a2 (second object to be processed) may be different or the same. However, the raw material a2 is different from the product (for example, char) from the raw material a1. However, although not shown in the drawings, in the present invention, when the product from the raw material a1 is once separated and only the char component is separately charged into the
[0105]
Here, the
[0106]
Note that a
[0107]
The
[0108]
In the present embodiment, in the integrated
[0109]
As described above, the integrated
[0110]
In the case of a fluidized bed gasification furnace that burns combustion raw materials and gasifies the gasification raw material in one layer with this combustion heat, the combustion gas and the product gas generated by the gasification are mixed and valuable. It can only be recovered in a diluted state.
[0111]
Even when some kind of gas treatment (purification, cleaning, etc.) is required only for harmful components contained in either the raw material for combustion or the raw material for gasification, the product gas and the combustion gas are mixed. Therefore, it is necessary to perform gas treatment on all the mixed gases. For this reason, the gas processing equipment is increased in size and costs are increased, and it is difficult to remove low-concentration harmful components in a thinned state, resulting in deterioration in gas processing efficiency.
[0112]
In this case, even if the raw material for combustion and the raw material for gasification are separately supplied, if they are supplied into one furnace, the components that are likely to react in both raw materials are burned first, and the reaction is difficult. That is, only components that are difficult to gasify remain. Therefore, the product gas originally desired to be obtained from the gasification raw material cannot always be obtained.
[0113]
However, according to the integrated
[0114]
Although the gasification raw material a1 is low in calories and contains a small proportion of valuable components, it cannot be expected as a heat source due to the heat generated by combustion of char generated therefrom, but the value is such that it is economically established even if a separate external heat source is used. The effect is large when the value of the component is high and it is meaningful to recover as a pure gas.
[0115]
In addition, when the raw material a1 containing harmful components is used on the gasification raw material side and the fuel a2 containing no harmful components is used on the combustion side, the harmful components usually move to the product gas b side together with the volatile components in the raw material. For this reason, only the product gas b, which is a high-concentration valuable gas having calories generated from the
[0116]
Preferably, as one form of effective use of sensible heat recovered from the combustion gas e, a low calorie raw material a1 having a large amount of heat required for gas generation, such as a relatively high moisture content of biomass or the like, is integrated gas. By using the combustion gas e as a drying heat source that is dried before being supplied to the
[0117]
The
[0118]
The
[0119]
Note that an electric dust collector (not shown) can be used instead of the
[0120]
The
[0121]
The raw material a2 supplied to the
[0122]
In this embodiment, raw material a1 and raw material a2 that are different from each other in advance (whether the raw material has high or low calories, whether or not it contains a lot of harmful components, and whether or not it contains a lot of useful components) Therefore, it is possible to generate the product gas b and the combustion gas e having preferable properties in use by supplying them to the
[0123]
As the first gas utilization device, a fuel cell, a liquid fuel synthesis device (liquid fuel is methanol, DME, etc.), a power generation device using a gas turbine or a gas engine, a cement kiln, a combustion boiler, or the like is used. You can also. As a 2nd gas utilization apparatus, a radiation boiler, a economizer, etc. can also be used besides a waste-heat boiler.
[0124]
In the gas supply and
However, the gas supply and utilization system supplies the generated gas generated in the gasification chamber of the integrated gasification furnace to one gas utilization device, and the combustion gas generated in the combustion chamber is separated from the generated gas. You may supply to one gas utilization apparatus. An embodiment in this case will be described below.
[0125]
FIG. 4 is a diagram schematically showing a basic configuration of a gas supply and
[0126]
The integrated
[0127]
Note that the
[0128]
The gas utilization device 1801 of the gas
[0129]
The piping system around the gas utilization device of the gas
[0130]
The
[0131]
The product gas b exiting the
[0132]
In the gas supply and
[0133]
Even in the case of the raw material a1 that generates char h having low ignitability, the temperature of the
[0134]
In addition, this invention can take arbitrary structures, if it is a gas generator, a gas utilization supply system, and a gasification melting system which show the same effect, and is not limited to the structure mentioned above.
[0135]
【The invention's effect】
As described above, according to the first invention, since the combustion chamber burns the second object to be processed, the first gas for gasification in which char is hardly generated or the generated char has poor ignitability. In the case of an object to be processed, combustion heat is supplemented by combustion of the second object to be processed in the combustion chamber, the combustion temperature of the combustion chamber is increased, and sufficient sensible heat is applied to the fluid medium in the combustion chamber. By supplying the fluidized medium with the gasification chamber to the gasification chamber and maintaining the gasification chamber layer temperature sufficiently high, the tar content in the product gas can be decomposed and the problem of tar trouble can be avoided.
[0136]
As described above, according to the second invention, since the gasification chamber, the combustion chamber, the melting furnace, the first gas path, and the second gas path are provided, the combustion generated in the combustion chamber The gas can be supplied to the melting furnace through the second gas path separately from the combustible gas generated in the gasification chamber and supplied through the first gas path. Since the introduction part for introducing the combustible gas into the melting furnace from the first gas path and the introduction part for introducing the combustion gas into the melting furnace from the second gas path can be made separate, The gas temperature and the gas flow velocity can be prevented from being disturbed, and the blockage caused by the adhesion of ash or the like at each introduction portion due to the gas temperature and the gas flow velocity being disturbed can be prevented.
[0137]
As described above, according to the third aspect of the present invention, the combustion chamber, the third gas path, and the third workpiece supply path are provided. A large amount of char generated in the chamber can be combusted in the combustion chamber to suppress the generation of char remaining on the gasification chamber or the fluid medium discharged from the combustion chamber or non-combustible material, and in particular, low calorie coverage. In the case of a treated product, the combustion gas generated in the combustion chamber is led from the second gas path through the third gas path to the outlet gas path, bypassing the melting furnace, and separating the combustion gas from the combustible gas. The heat energy from the combustion of combustible gas in the melting furnace can be used mainly to increase the combustion temperature of the combustible gas, and the amount of auxiliary fuel in the melting furnace can be reduced. To be processed through the supply path A part of the gas is supplied to the combustion chamber for combustion, the amount of the object to be pyrolyzed and gasified in the gasification chamber is reduced, the amount of combustible gas burned in the melting furnace is reduced, and the temperature of the melting furnace is increased. It is possible to suppress the increase in the amount of exhaust gas in the melting furnace without making it unnecessary to suppress the increase in temperature by excessively supplying air to the melting furnace. Conversely, when handling low-calorie workpieces, the amount of air supplied to the melting furnace does not need to be supplied in large quantities to maintain the temperature, and the low temperature of the melting furnace temperature can be prevented. Therefore, various objects to be processed can be handled. Further, the entire system can be made compact by suppressing the amount of exhaust gas.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a basic configuration of a gasification melting system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing the principle of an integrated gasifier used in the embodiment of FIG.
FIG. 3 is a diagram schematically showing a basic configuration of a gas supply and utilization system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram schematically showing a basic configuration of a gas supply and utilization system according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
601, 1001, 1601 Gasification chamber
602, 1002, 1602 Combustion chamber
603, 1003, 1603 Heat recovery chamber
604, 1004, 1604 Settling combustion chamber
611, 612, 613, 614, 615 Partition wall
621, 622 opening
625 opening (communication port)
651 first heat exchanger
653 First incombustible discharge device
656 Second heat exchanger
658 Second incombustible discharge device
701, 1101, 1701 Integrated gasifier (gas supply device)
708 Supply path (third workpiece supply path)
709 supply path (third workpiece supply path)
710 Supply path (third workpiece supply path)
801 Melting furnace
802 Exit gas path
804, 805, 806 Inlet duct
811, 1811 Cyclone
820 route (first gas route)
821, 822 route (second gas route)
823 route (return route)
824 route (third gas route)
901 Gasification and melting system
1109, 1709 Supply path (second workpiece supply path)
1110, 1710 Supply path (first workpiece supply path)
1201 Dust collector
1203 Gas temperature reduction and cleaning equipment
1204 Production gas utilization device (first gas utilization device)
1211 Waste heat boiler (second gas utilization device)
1212 Bug filter
1213 Suction duct fan
1214 Chimney
1231, 1232 Gas path
1234, 1235 Gas path
1237 to 1239 gas path
1301, 1901 Gas supply and utilization system
1801 Gas utilization equipment
a1 Raw material or low-calorie raw material (first processed object, processed object)
a2 High-calorie raw material (second object to be processed)
b Combustible gas or product gas
c1, c2, c3, c4 fluid medium
d1, d2 incombustible material
e Combustion gas
f Ash and fine char or solid particles
g1, g2 Fluidized gas
h Char
Claims (11)
高温の流動媒体を内部で流動させ、第2の界面を有する燃焼室流動床を形成し、第2の被処理物を前記燃焼室流動床内で燃焼させ、または前記第2の被処理物と前記ガス化室でのガス化に伴い生成されたチャーとを前記燃焼室流動床内で燃焼させ、前記流動媒体を加熱する燃焼室とを備え;
前記ガス化室と前記燃焼室とは、前記それぞれの流動床の界面より鉛直方向上方においては第1の仕切壁により仕切られ、前記第1の仕切壁の下部には前記ガス化室と前記燃焼室とを連通する連通口であって、該連通口の上端の高さは前記第1の界面および第2の界面以下である連通口が形成され、該連通口を通じて、前記燃焼室側から前記ガス化室側へ前記燃焼室で加熱された流動媒体を移動させるように構成され;
前記第1の被処理物および前記第2の被処理物は、廃棄物または燃料である;
ガス供給装置。A gasification chamber for flowing a high-temperature fluid medium therein to form a gasification chamber fluidized bed having a first interface, and gasifying the first object to be treated in the gasification chamber fluidized bed;
A high-temperature fluid medium is caused to flow inside to form a combustion chamber fluidized bed having a second interface, and a second object to be burned in the combustion chamber fluidized bed, or the second object to be treated A combustion chamber for combusting char generated with gasification in the gasification chamber in the combustion chamber fluidized bed and heating the fluidized medium;
The gasification chamber and the combustion chamber are partitioned by a first partition wall vertically above the interface between the respective fluidized beds, and the gasification chamber and the combustion chamber are located below the first partition wall. A communication port communicating with the chamber, wherein a communication port having a height at an upper end of the communication port equal to or lower than the first interface and the second interface is formed from the combustion chamber side through the communication port. Configured to move the fluidized medium heated in the combustion chamber toward the gasification chamber;
The first object to be processed and the second object to be processed are waste or fuel;
Gas supply device.
前記燃焼室で生成した燃焼ガスを、前記可燃性ガスとは別々に前記第1のガス利用装置に供給する、または第2のガス利用装置に供給する第2のガス経路とを備える;
請求項1に記載のガス供給装置。A first gas path for supplying combustible gas generated in the gasification chamber to a first gas utilization device;
A second gas path for supplying the combustion gas generated in the combustion chamber to the first gas utilization device separately from the combustible gas, or to the second gas utilization device;
The gas supply device according to claim 1.
請求項2に記載のガス供給装置とを備える;
ガス供給利用システム。The first gas utilization device;
A gas supply device according to claim 2;
Gas supply and utilization system.
第2の被処理物を燃焼し、または前記第2の被処理物と前記ガス化工程で生成されたチャー分とを燃焼して、燃焼ガスを生成し、さらに前記ガス化工程における熱分解反応に必要な熱量を得る燃焼工程とを備え;
前記ガス化工程は、高温の流動媒体で形成される流動床で行われ;
前記燃焼工程は、前記第2の被処理物の燃焼、または前記第2の被処理物と前記チャー分との燃焼により得られた熱量で前記流動媒体を加熱する加熱工程を含み;
前記ガス化工程は、前記燃焼工程にて加熱された流動媒体を少なくとも一部に用いて形成される前記流動床にて行われ;
前記第1の被処理物および前記第2の被処理物は、廃棄物または燃料である;
ガス供給方法。A gasification step of pyrolyzing the first object to be processed to generate combustible gas and char;
Combusting the second object to be processed or combusting the second object to be processed and the char portion generated in the gasification step to generate a combustion gas, and further a thermal decomposition reaction in the gasification step A combustion process for obtaining the amount of heat required for
The gasification step is performed in a fluidized bed formed of a hot fluid medium;
The combustion step includes a heating step of heating the fluid medium with an amount of heat obtained by combustion of the second object to be processed or combustion of the second object to be processed and the char;
The gasification step is performed in the fluidized bed formed using at least a portion of the fluidized medium heated in the combustion step;
The first object to be processed and the second object to be processed are waste or fuel;
Gas supply method.
前記燃焼工程で生成した燃焼ガスを、前記可燃性ガスとは別々に前記第1のガス利用装置に供給する、または第2のガス利用装置に供給する第2のガス供給工程とを備える;
請求項4に記載のガス供給方法。A first gas supply step of supplying the combustible gas generated in the gasification step to the first gas utilization device;
A second gas supply step of supplying the combustion gas generated in the combustion step to the first gas utilization device separately from the combustible gas, or to supply the second gas utilization device;
The gas supply method according to claim 4.
前記ガス化室で生成した可燃性ガスを燃焼させて灰分を溶融する溶融炉と; A melting furnace for burning flammable gas generated in the gasification chamber to melt ash;
前記ガス化室で生成した可燃性ガスを前記溶融炉に供給する第1のガス経路と; A first gas path for supplying the combustible gas generated in the gasification chamber to the melting furnace;
前記燃焼室で生成した燃焼ガスを、前記可燃性ガスとは別々に、前記溶融炉に供給する第2のガス経路とを備える; A second gas path for supplying the combustion gas generated in the combustion chamber to the melting furnace separately from the combustible gas;
ガス化溶融システム。 Gasification melting system.
前記溶融炉が、前記溶融炉を出た排ガスを導く出口ガス経路を有し;
前記第3のガス経路が、前記出口ガス経路に接続する;
請求項6に記載のガス化溶融システム。 Branched from previous SL second gas path, a third gas path for guiding the combustion gas generated in the combustion chamber;
The melting furnace has an outlet gas path for leading the exhaust gas exiting the melting furnace;
The third gas path connects to the outlet gas path;
The gasification melting system according to claim 6.
前記第3の被処理物供給経路が、前記被処理物を前記ガス化室および前記燃焼室へ供給するように構成された; The third workpiece supply path is configured to supply the workpiece to the gasification chamber and the combustion chamber;
請求項6または請求項7に記載のガス化溶融システム。 The gasification melting system according to claim 6 or 7.
前記第1の不燃物排出装置と前記ガス化室との間に配置され、前記第1の不燃物から熱を回収する第1の熱交換器とを備える; A first heat exchanger disposed between the first incombustible material discharge device and the gasification chamber and recovering heat from the first incombustible material;
請求項6乃至請求項8のいずれか1項に記載のガス化溶融システム。 The gasification melting system according to any one of claims 6 to 8.
前記第2の不燃物排出装置と前記燃焼室との間に配置され、前記第2の不燃物から熱を回収する第2の熱交換器とを備える; A second heat exchanger disposed between the second incombustible material discharge device and the combustion chamber and recovering heat from the second incombustible material;
請求項6乃至請求項9のいずれか1項に記載のガス化溶融システム。 The gasification melting system according to any one of claims 6 to 9.
前記サイクロンによって分離されたチャーおよび灰分を溶融炉に独立して供給する戻し経路とを備える; A return path for independently supplying the char and ash separated by the cyclone to the melting furnace;
請求項6乃至請求項10のいずれか1項に記載のガス化溶融システム。 The gasification melting system according to any one of claims 6 to 10.
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