JP3840322B2 - ガス化灰溶融方法と装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はごみガス化灰溶融システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２に従来技術によるごみのガス化灰溶融システムを示す。
ガス化炉１に供給されたごみは、同時に吹き込まれた空気と反応して還元雰囲気でガス化され可燃性のガスと固体のチャーが生成する。ごみ中の金属類、瓦礫などの不燃物はチャーに含まれるか或いは比重などの物性の差を利用してチャーからは分離される。従って、図２に示した様に、ガス化炉１からは可燃性のガス、固体のチャー、不燃物の３種類が排出される。この時、不燃物からは金属類を回収した後、埋め立て処理などに利用される。可燃性のガスとチャーはガス火炉１の後流の灰溶融炉２に送られて、熱源として利用される。
【０００３】
すなわち、図２に示した従来技術では、可燃ガスとチャーは共に灰溶融炉２に送られて燃焼し、チャー中の灰は灰溶融炉２で溶融してスラグとして排出される。灰溶融炉２からの燃焼ガスは後流の熱回収部３で熱回収された後、図示していない排ガス処理装置により清浄化され煙突を通じて大気に放出される。
以上、説明した従来技術によるごみのガス化灰溶融システムには下記の問題点がある。
【０００４】
ガス化炉で生成する可燃性ガスとチャーの発熱量は原料であるごみの性状、特にごみ中の水分により強く影響を受ける。図４は原料ごみ中の水分とガス化した時に生成する可燃性ガスおよびチャーの発熱量の関係を示す。図４に示すように空気で原料ごみをガス化した場合には、空気中の窒素による希釈のため生成した可燃性ガスの発熱量は１０００ｋｃａｌ／ｋｇにも達せず、通常のガスバーナでは安定した燃焼は非常に困難である。一方、生成したチャーの発熱量は空気中窒素およびごみ中の水分による希釈は受けないため、発熱量は３０００ｋｃａｌ／ｋｇ以上と高発熱量である。
【０００５】
図２の従来技術のシステムでは、ガス化炉１で生成した可燃性ガスおよびチャーを共に灰溶融炉２に送り、燃焼させることにより高温を得ようとしている。図５はこの時の灰溶融炉２の空気比と炉内温度の関係を示している。チャー中に灰分として含まれるごみから得られた灰を安定して溶融するためには、少なくとも１４００℃以上の炉内温度を保つ必要がある。図５で分かるように、水分５０％のごみをガス化した時に生成する可燃性ガスとチャーを灰溶融炉２で燃焼した場合、灰溶融炉２のガス温度は１４００℃に達しない。すなわち、図５は、運転中にごみの水分が５０％になった場合には、灰溶融炉２内の温度が低下し、灰の固化、閉塞による運転中断といったトラブルが生じることを示している。
【０００６】
地方自治体で収集したごみの性状変化は非常に大きく、且つ、水分などの組成を事前に予測することはほとんど不可能といってよい。すなわち、ごみ性状の変化は全くランダムな現象である。
【０００７】
従って、図２の従来システムでは、（ａ）ごみの性状変化に起因する可燃ガスとチャーの性状変化により、頻繁に灰の溶融不良を生じて運転を中断していた。この対策として、灰溶融炉２に重油などの高価な助燃燃料を供給して灰溶融炉２の温度維持を図っている従来技術もあるが、この場合には、運転コストが高い、という問題が生ずる。
【０００８】
図３は以上のような灰溶融炉２内の温度低下という問題を回避するために考案された他の従来技術を示す。このシステムは、ガス化炉１で生成するガスをチャー分離器４を通し、可燃ガスとチャーを分離する。発熱量が高いチャーは灰溶融炉２に送り、灰溶融炉２を高温に維持し、灰の安定溶融を図っている。チャー分離器４でチャーを分離した後の低発熱量の可燃ガスは灰溶融炉２とは別に設けたボイラ５で燃焼させる。
【０００９】
この方式によりチャーの生成量並びにその性状が安定している限りにおいては、灰溶融炉２内の温度は安定した高温を維持でき、灰を溶融できる。しかし、先に述べたようにごみの性状変化は大きく、しかも予測不可能である。ガス化炉１から生成した可燃性ガスは非常に発熱量が低い上に、ガス化炉１に供給するごみの性状変動により、ガス発生量と発熱量が大きく変動する。そのため、図４に示した低発熱量の可燃性ガスをボイラ５において、安定して単独燃焼することは実際的にはほとんど不可能なため、図３に示したボイラ５では、やはり重油等の助燃が必要である。さらに、比較的高カロリーであるチャーにしてもごみの性状によっては、ごみ１トン当たりのチャー生成量には大きな差があるため、ガス化１からのチャーの量、性状も変化し、その結果、灰溶融炉６の温度もまた変動する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術では、以下のような問題点がある。
（ａ）灰溶融炉内の温度維持が難しく、灰の固化などのトラブルによる運転中断が避けられない。
（ｂ）安定した運転を行うためには、高価な他燃料（重油など）の助燃が必要で、運転コストが高い。
（ｃ）高カロリー熱源であるチャーの生成量、性状の変動が直接、灰溶融炉の温度変動をもたらすため灰溶融状態が変化し、安定な溶融ができない。
【００１１】
本発明の課題は低質ごみのガス化灰溶融システムにおいて灰溶融炉の温度維持を図り、温度維持のための助燃を必要としないようにすることである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためにガス化炉で生成したチャーと可燃ガスを分離する手段を設け、チャーを灰溶融炉へ供給し、可燃物の一種であるごみ質などの影響を受け難く、且つ高カロリーのチャーで灰溶融炉を高温に維持し、可燃性ガス灰溶融炉の溶融スラグ取り出し部よりも下流に吹き込んで燃焼させるものである。
【００１３】
すなわち、本発明は次の構成からなる。ごみをガス化するためのガス化炉の後流に灰溶融部を接続したごみガス化灰溶融方法において、ガス化炉で生成したチャーと可燃ガスと不燃物の混合物から不燃物を分離し、更に前記チャーと可燃ガスを分離して分離したチャーを灰溶融部に導き、チャーの燃焼熱により灰溶融部の温度を灰溶融温度以上に維持すると共に、前記チャーと分離した直後の可燃ガスを灰溶融部の溶融スラグ取り出し部よりも下流に吹き込んで燃焼させるごみガス化灰溶融方法である。
【００１４】
このとき、ガス化炉で生成した可燃ガスを灰溶融炉から排出する高温のスラグと接触させるように吹き込むことにより可燃ガスの安定な着火、燃焼を行わせることができる。また、ガス化炉で生成した可燃ガスと分離したチャーを一旦、ホッパなどの容器に貯留させた後に、灰溶融炉の燃焼状態に応じて、灰溶融炉へのチャーの供給量を制御することにより、灰溶融炉の燃焼状態、特に炉内温度の変動を抑えて安定溶融を図ることができる。
【００１５】
また、本発明は次の構成からなる。ごみをガス化するためのガス化炉と、ガス化炉で生成したチャーと可燃ガスと不燃物の混合物から不燃物を分離する第１分離手段と、更に前記チャーと可燃ガスを分離する第２分離手段と、前記第２分離手段で分離されたチャーを導入して燃焼させる灰溶融炉と、前記第２分離手段で分離された直後の可燃ガスを灰溶融炉の溶融スラグ取り出し部よりも下流に設けられた吹込口から導入して燃焼させる燃焼炉とを備えたごみガス化灰溶融装置である。
【００１６】
このとき、燃焼炉の吹込口は燃焼炉内の水平断面に形成される仮想円の接線方向に可燃ガスが吹き込まれるように開口させることで、可燃ガスを旋回流として、灰溶融炉からの溶融スラグと高温ガスにより可燃ガスが燃焼し易くなる。
【００１７】
【作用】
本発明によれば、都市ごみ及び／又は各種廃棄物に含まれる可燃物のガス化で生成するチャーは元々、高い発熱量を有している。また、仮にごみ質が低下しチャーの発熱量が低下したとしても、灰溶融に充分な熱量を有している。従って、チャーにより灰溶融炉の温度を維持することにより、助燃なしで灰溶融炉を安定に高温に維持することが可能となる。例えば図６に示すように、ガス化炉で生成した６００℃の可燃ガスを燃焼しても灰溶融温度１４００℃以上に昇温することはできないが、図７に示したように、チャーを燃焼すれば容易に灰溶融温度以上に炉の温度を維持できる。
【００１８】
発電量の変動が激しく低カロリーの可燃ガスは、灰溶融炉からの高温排ガス中に吹き込んで完全燃焼させることができる。灰溶融炉からの燃焼ガスの温度は１０００℃以上の高温のため、これと接触混合させることにより、低カロリーの可燃ガスでも安定した火炎を維持し、完全に燃焼できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面と共に説明する。
図１（ａ）にごみガス化灰溶融システムの系統を示し、図１（ａ）のごみガス化灰溶融システムの灰溶融部および燃焼部の構造の一例を図１（ｂ）に示す。
【００２０】
ガス化炉１に供給されたごみは、ガス化剤として吹き込まれた空気と反応して可燃性のガスおよび固体のチャーを生成する。ごみ中の不燃異物は主として比重の差を利用してガス火炉１内で分離し、炉外に排出される。チャーは軽いため生成した可燃ガスに随伴してチャー分離器４に入る。チャー分離器４で分離したチャーは一旦、ホッパ１０に貯蔵された後、フィーダ１１を経由して溶融部６に送られて溶融部６に吹き込まれた空気と反応（燃焼）し、高温の燃焼ガスを発生し、チャー中に含まれた灰を溶融する。溶融部６の温度信号は炉温信号線１４を通じてコントローラ１３に送られ、コントローラ１３は溶融部６の温度が設定値よりも低下した場合にはモータ１２によりフィーダ１１の回転数を変えて、溶融部６へのチャーの供給量を増加し、溶融部６の温度が高すぎた場合にはチャー供給量を減少させる。このような方法により、溶融部６の炉内温度を灰の溶融、スラグ化に最適な温度範囲に保つことができる。
【００２１】
溶融スラグは溶融部６下部より排出される。溶融部６で灰の溶融に使用した高温の燃焼ガスは後段の燃焼部７に入る。燃焼部７にはチャー分離器４で分離した可燃ガスと空気を吹き込み、溶融部６から流下するスラグ及び高温ガスと接触混合させて完全燃焼させる。図１（ｂ）の灰溶融部６および燃焼部７の構造では、可燃ガスと空気は流下する高温の溶融スラグと接触しつつ炉内の水平断面に形成される仮想円の接線方向に吹き込まれるので、可燃ガスと空気の混合流体は旋回流を形成しつつ安定燃焼する。
【００２２】
スラグは燃焼部７の下部に設けられた水槽１５の水中に落下し、水砕スラグとして回収される。
燃焼部７から排出された高温の燃焼ガスは熱回収部８に送られ、例えば蒸気などの形で熱回収が行われる。
【００２３】
以上のように、ごみガス化炉１で生成した発熱量の変動が激しく、低カロリーの可燃ガスとチャーを分離し、高発熱量のチャーにより灰溶融部６を高温に維持し、低発熱量の可燃ガスは灰溶融部６出口において１３００℃〜１６００℃のスラグと灰溶融部６から排出する１０００℃以上の高温燃焼ガスとに接触するように燃焼部７へ吹き込んで燃焼させることにより、低カロリー可燃ガスの安定な燃焼並びにチャーによる安定な灰溶融を実現できる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によればごみのガス化灰溶融システムに、助燃なしに安定した連続運転ができるようになり、システムの信頼性向上、運転コストの低減が可能となると共に、チャーと分離した直後の可燃性ガスを燃焼部へ供給し、燃焼させることにより、従来技術より熱回収の効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１（ａ）は本発明の実施の形態のごみガス化灰溶融システムの系統を示す図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のごみガス化灰溶融システムの灰溶融部および燃焼部の構造の一例を示した図である。
【図２】 従来技術のガス化灰溶融システムの系統図である。
【図３】 従来技術のガス化灰溶融システムの系統図である。
【図４】 ごみをガス化したときに生成したチャーと可燃ガスの発熱量を示す図である。
【図５】 ごみをガス化したときに生成したチャーと可燃ガスを分離しないで燃焼させた時の燃焼炉内の温度を示す図である。
【図６】 ごみをガス化したときに生成した可燃ガスのみを単独で燃焼させたときの燃焼炉内温度示す図である。
【図７】 ごみをガス化したときに生成したチャーのみを単独で燃焼させたときの燃焼炉内の温度を示す図である。
【符号の説明】
１ ガス火炉 ２ 灰溶融炉
３ 熱回収部 ４ チャー分離器
５ ボイラ ６ 灰溶融部
７ 燃焼部 ８ 熱回収部
１０ ホッパ １１ フィーダ
１２ モータ １３ コントローラ
１４ 炉温信号線 １５ 水槽

Claims (6)

1. ごみをガス化するためのガス化炉の後流に灰溶融部を接続したごみガス化灰溶融方法において、
   ガス化炉で生成したチャーと可燃ガスと不燃物の混合物から不燃物を分離し、更に前記チャーと可燃ガスを分離して分離したチャーを灰溶融部に導き、チャーの燃焼熱により灰溶融部の温度を灰溶融温度以上に維持すると共に、前記チャーと分離した直後の可燃ガスを灰溶融部の溶融スラグ取り出し部よりも下流に吹き込んで燃焼させることを特徴とするごみガス化灰溶融方法。
2. ガス化炉で生成した可燃ガスを灰溶融炉から得られる高温のスラグと接触させるように吹き込むことにより可燃ガスの安定な着火、燃焼を行わせることを特徴とする請求項１記載のごみガス化灰溶融方法。
3. ガス化炉で生成した可燃ガスと分離したチャーを一旦、ホッパなどの容器に貯留させた後に、灰溶融炉の燃焼状態に応じて、灰溶融炉へのチャーの供給量を制御することを特徴とする請求項１記載のごみガス化灰溶融方法。
4. ごみをガス化するためのガス化炉と、ガス化炉で生成したチャーと可燃ガスと不燃物の混合物から不燃物を分離する第１分離手段と、更に前記チャーと可燃ガスを分離する第２分離手段と、該第２分離手段で分離されたチャーを導入して燃焼させる灰溶融炉と、前記第２分離手段で分離された直後の可燃ガスを灰溶融炉の溶融スラグ取り出し部よりも下流に設けられた吹込口から導入して燃焼させる燃焼炉とを備えたことを特徴とするごみガス化灰溶融装置。
5. 燃焼炉の吹込口は燃焼炉内の水平断面に形成される仮想円の接線方向に可燃ガスが吹き込まれるように開口していることを特徴とする請求項４記載のごみガス化灰溶融装置。
6. ガス化炉で生成した可燃ガスや不燃物と分離したチャーを一旦、貯留させるためのホッパと、灰溶融炉の燃焼状態に応じて、灰溶融炉へのチャーの供給量を制御するチャー供給量制御手段とを備えたことを特徴とする請求項４記載のごみガス化灰溶融装置。

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