JP4216818B2

JP4216818B2 - 廃棄物ガス化装置

Info

Publication number: JP4216818B2
Application number: JP2005034525A
Authority: JP
Inventors: 健宮地; 淳太郎牛越; 学片桐; 晃木戸口
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Priority date: 2005-02-10
Filing date: 2005-02-10
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2025-02-10
Also published as: JP2006220365A

Description

本発明は、廃棄物の移動床式ガス化装置に関する。

廃棄物を処理する方法として、廃棄物をガス化炉に投入して充填層を形成し、底部から酸化剤を供給して部分燃焼させ、炉高方向に燃焼帯、熱分解帯、乾燥帯を形成させることにより、廃棄物をガス化させる移動床式ガス化炉が提案されている（特許文献１参照。）。これによれば、熱分解帯で生成された熱分解ガスの熱により乾燥帯の廃棄物を加熱して乾燥させることができる。また、熱分解ガスが乾燥帯を上昇する過程で、熱分解ガスに含まれる飛灰等が除去されるため、比較的清浄な熱分解ガスを得ることができる。

特開２００４−２５５２号公報

ところで、従来、上記の移動床式ガス化炉において、汚泥等の水分含有量の高い廃棄物を処理する場合、脱水して所定の含水率（例えば、７５〜８５％）に低下させた汚泥を、発熱量の大きい高カロリ廃棄物（例えば、木屑等）と同時に炉内へ供給し、所定の発熱量を確保して燃焼させることが行われている。

このような汚泥を含む廃棄物を炉内へ供給する方法としては、例えば、汚泥と木屑の混合物をスクリューコンベア等により搬送し、ガス化炉の上部の供給口から炉内へ供給することが行われている。

しかしながら、汚泥は含水率が高いため、木屑と均一に混ざりあわず、廃棄物の充填層の上に大きな塊となって落下する場合がある。このように、汚泥が充填層の上に不均一に供給されると、例えば、充填層の隙間を流れるガスの流れに偏りが生じ、炉内の水平断面において燃焼帯の温度が不均一となってガス化効率の低下を招くおそれがある。

本発明は、汚泥のガス化効率を向上させることを課題とする。

本発明は、上記課題を達成するため、炉上部に廃棄物が投入される投入口を有する縦型のガス化炉と、ガス化炉内に汚泥を供給する汚泥供給手段と、ガス化炉内の廃棄物及び汚泥の充填層に下方から酸化剤を供給するガス供給口と、ガス化炉の上方から生成ガスを排出するガス排出口と、廃棄物及び汚泥を燃焼させて生成される燃焼残渣を炉底部から排出する排出手段とを備えた廃棄物ガス化装置において、汚泥投入手段は、ガス化炉の側壁を貫通して挿入された汚泥供給管と、汚泥供給管の先端部に連通させてガス化炉内の水平方向又は下向きに傾斜させて設けられた筒状のノズルとを有し、ノズルは汚泥供給管に回転可能に支持され、ノズルの延在方向に複数の汚泥排出孔が設けられることを特徴とする。

すなわち、汚泥供給手段を木屑などの高カロリ廃棄物の投入口と別に設け、例えば、炉内の鉛直方向に設けられる回転軸に対して回転可能に配置され、複数の汚泥排出孔を有するノズルから汚泥を供給するようにする。これにより、充填層の上に汚泥を均一に分散させて供給することができ、汚泥のガス化効率を向上させることができる。ここで、木屑などの高カロリ廃棄物は、例えば、汚泥の供給と同時に連続的又は間欠的に供給するようにする。また、本発明では、汚泥供給手段として回転式の筒状のノズルを採用しているため、ノズルの上方から投入される高カロリ廃棄物の落下を邪魔することがない。なお、ノズルは、炉内の水平断面の中心位置に回転軸を設け、回転領域ができるだけ充填層の広範囲を覆うように、延在して配置させることが好ましい。

この場合において、ノズルは、ノズルの回転方向と反対側の側面に所定間隔で複数の汚泥排出孔を設け、この汚泥排出孔はノズルの延在方向の先端に向かうにつれて孔径を大きく形成することが好ましい。これは、ノズルの回転中心から延在方向の先端側に向かうほど、各孔までの距離が長くなることから、同一孔径では先端側ほど汚泥の排出量が少なくなってしまうためである。これにより、ノズルの半径方向に渡って汚泥を均一に分散させて供給することができ、ガス化効率を一層向上させることができる。また、汚泥排出孔は、回転方向の下流側に設けることにより、汚泥の切れ具合が向上し、塊としての供給単位（重量）を小さくできる。

本発明によれば、汚泥のガス化効率を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は、本発明を適用してなる廃棄物ガス化装置の主要部を示す構成図である。図２は、本発明に係る廃棄物ガス化装置に用いる汚泥供給ノズルの拡大図である。

本実施形態の廃棄物ガス装置（以下、単にガス化装置１という）は、図１に示すように、廃棄物（例えば、木屑などの高カロリ廃棄物を含む）を適宜破砕、粉砕等させた状態で貯蔵するホッパ５と、炉内で廃棄物と混合して使用される不燃ペレット（例えば、軽石）を貯蔵するホッパ６とを、筒状縦型の炉３の頂部に備えている。ホッパ５及びホッパ６の投入口は、それぞれ二重ダンパ８，１０が設けられている。廃棄物は、例えば、スクリューコンベア７により搬送されて投入口９から炉３内に供給される一方、不燃ペレットは、ロータリフィーダ１２により投入口９から炉３内に供給されるようになっている。

ガス化装置１は、頂部の側壁に生成ガス（熱分解ガス）を排出する排出口１１が形成され、底部に燃焼用の酸化剤ガス（空気又は酸素等）及び水性ガス化剤（水蒸気等）を供給するガス化剤供給口１３が設けられている。ガス化剤供給口１３は、例えば、ガス化装置１の底部に配設する回転式抜き出し機１５の回転軸の先端に形成されている。この場合、回転軸１７内を通流してガス化剤供給口１３から炉内に供給される酸化剤ガスと水蒸気は、ガス化炉１内に放射状に供給されるようになっている。回転式抜き出し機１５の回転軸１７はモータ２１に連結され、回転軸１７が回転することにより回転羽１６が廃棄物の燃焼残渣等を半径方向に切り出して排出口１９から排出させるようになっている。なお、ガス化剤供給口１３は、ガス化炉１の水平断面方向に酸化剤と水蒸気とを均一に供給する構成であれば、本実施形態に限定されるものではない。

炉３には、炉壁の炉高方向に所定の間隔で複数の温度センサ２３が取り付けられている。最上段に配置される温度センサ２３の上方の炉壁には、充填層の高さを検知するレベルセンサ２５が炉高方向に複数取り付けられている。なお、図示しないが、レベルセンサ２５の上方の炉壁には、充填層の上部空間２７の圧力を検知する圧力センサが取り付けられている。

炉３の上部空間２７には、汚泥を供給する汚泥供給ノズル３１が設けられている。汚泥供給ノズル３１は、炉内の水平断面の略中心位置に回転軸を鉛直方向に配置し、１本の筒状ノズルが斜め下方向に向けて回転可能に設けられている。そして、汚泥供給ノズル３１は、最下部が充填層の充填面と一定の距離を保つように所定の高さに配置されている。

汚泥供給ノズル３１は、図２に示すように、汚泥供給管３３と、ノズル部３５と、汚泥供給管３３とノズル部３５とを連結させてノズル部３５を回転自在に支持する回転駆動部３７とを備えている。汚泥供給管３３は、炉壁を貫通して炉内を斜め下方に向かって形成され、内部に汚泥が流れる管路を備えている。汚泥供給管３３の管壁には、炉外の制御電源と炉内の駆動モータ４１とを接続する電源ケーブルを収納するケーブル管３９が一体的に設けられている。

回転駆動部３７には、駆動モータ４１と、連結軸４３と、中空円筒状のノズル部３５の開口する基端部とがそれぞれ収納されている。ノズル部３５は、鉛直に形成される基端部が、駆動モータ４１の回転軸と連結軸４３を介して連結されるとともに、この基端部は、回転駆動部３７の両側に形成される耐熱ベアリング４５によって回転可能に支持されている。更に、ノズル部３５は、基端部を斜め下方に折り曲げて、炉壁に向かって直線状に形成されている。この直線状のノズル部３５は、他端面が閉口し、回転方向の反対側に複数の汚泥排出孔４７が所定間隔、例えば、等間隔で設けられている。汚泥排出孔４７は、炉壁側に向かって孔径を大きく形成している。なお、ノズル部３５は、基端部に対し、例えば、直角に折り曲げて水平方向に形成させるようにしてもよい。

また、連結軸４３とノズル部３５は、図３に示すように、支持部材４４を介して接合されている。さらに、ノズル部３５は、図４に示すように、基端部の外周面にリング部４６を設けることで、抜け落ち防止になるとともに、連結軸４３にかかる荷重を軽減できる。

また、本実施形態では、汚泥供給ノズル３１の駆動モータ４１は、回転駆動部３７に収納されているが、この構成に限定されず、例えば、外部に駆動モータ４１を設置してシャフトやワイヤー等でノズル部３５の基端と連結させるようにしてもよい。

図５は、その一例で、ケーブル管３９を回転駆動部３７の中まで延長し、該ケーブル管３９の中にワイヤー４８を設置したものである。こうすることで、駆動モータ４１は、高温仕様のものでなくとも使用することができ、また、駆動モータ４１が故障した場合のメンテナンスを容易に行えるという利点がある。

次に、本実施形態の特徴となる汚泥の供給手段について理解を容易にするために、ガス化装置１における一般的な固形廃棄物（以下、廃棄物と略す）の処理動作について説明する。

まず、適宜破砕された廃棄物が投入口９から炉３内に間欠的に投入されると、これに合わせて不燃ペレットも炉３内に投入される。この不燃ペレットは、炉内に供給される酸化剤等の通流性を向上させるためのものである。炉内に投入された廃棄物は、不燃ペレットとともに底部から炉内に充填されて充填層を形成する。

廃棄物が充填された炉３内に、ガス化剤供給口１３から酸化剤を供給するとともに、着火用熱風発生器１４から高温空気（例えば、４００℃以上）を吹き込むことで着火させる。そして、酸化剤の供給量を調整し、廃棄物を部分燃焼させて、充填層に燃焼帯を形成する。この燃焼帯の燃焼熱により、炉底部及び炉底部の上層の廃棄物が熱分解され、発生した熱分解ガスは廃棄物の隙間を通って炉３内を上昇し、排出口１１から排出される。

廃棄物の部分燃焼及び熱分解が安定する定常状態になると、炉底部近傍に安定した燃焼帯５１が形成され、その上部には熱分解帯５３が形成され、さらに上部に廃棄物の乾燥帯５５が形成される。廃棄物は、例えば約３００℃以上に達すると熱分解されることから、その温度域を越えた廃棄物の充填層の領域が熱分解帯５３となる。熱分解帯５３では、廃棄物が熱分解されて可燃性の熱分解ガス及び炭素（チャー）が生成される。ここで生成されたチャーは、燃焼帯５１に流下して燃焼され、燃焼帯の温度は約１０００℃以上になる。また、熱分解帯５３で生成されたチャーの一部は、ガス化剤供給口１３から供給される水性ガス化剤と反応して、ＣＯ、Ｈ_２が生成される。なお、ガス化剤供給口１３から供給される酸化剤と水性ガス化剤は、生成されたチャーの殆どが燃焼ガスと水性ガスとなるように、流量調整されている。

このようにして生成された熱分解ガスと水性ガスが混合された生成ガスは、上層の廃棄物の隙間を通流する過程で、乾燥帯５５を通過して廃棄物を乾燥させる。生成ガスは、廃棄物を乾燥させることにより減温（例えば、約２００℃）され、炉３の頂部に形成される上部空間２７を介して排出口１１から排出される。また、燃焼帯５１で発生する飛灰が生成ガスに同伴しても、乾燥帯５５に充填された廃棄物の層がフィルタの役目をして捕集し、排出口１１から流出する飛灰の量を低減できる。

一方、乾燥帯５５で乾燥された廃棄物は、次第に熱分解帯５３に移動して熱分解処理され、続いて燃焼帯５１に移動して熱分解及び燃焼されて灰になる。これらは燃焼帯５１の下層に形成される冷却帯５７を流下し、回転式抜き出し機１５の回転により排出口１９に切り出されて炉外に排出される。なお、炉外に排出された灰分や不燃物、不燃ペレット等は、分別処理される。

ところで、上記の廃棄物に汚泥が含まれる場合、所定の含水率を有する汚泥を木屑などの高カロリ廃棄物とともに炉内へ供給し、所定の発熱量を保持して燃焼させることが行われる。しかしながら、汚泥は含水率が高いため、木屑などと均一に混ざりあわずに廃棄物の充填層の上に大きな塊となって不均一に落下する場合がある。大きな塊の汚泥が供給されると、汚泥の中まで十分に熱が伝わらず、熱分解が十分に行われないことが懸念される。また、汚泥が充填層の上に不均一に供給されることにより、例えば、充填層の隙間を上方に向かって流れる酸化剤や熱分解ガスの流れに偏りが生じ、燃焼帯や熱分解帯の水平断面の温度に分布が生じる場合がある。つまり、充填層において温度分布が生じると、温度の低い領域では汚泥のガス化が不十分となり、ガス化効率が低下する。

そこで、本実施形態では、従来の移動床式のガス化炉の設備に対し、充填層の上部空間２７に、回転式の汚泥供給ノズル３１を設置し、回転させながら複数の汚泥排出孔４７から汚泥を供給するようにしている。これにより充填層の上に汚泥を均一に分散させて供給することができ、充填層の水平断面の温度分布を均一にできるため、汚泥のガス化を安定化させ、高効率のガス化を実現することができる。ここで、木屑などの高カロリ廃棄物は、汚泥の供給と同時に、投入口９から連続的又は間欠的に供給するようにする。なお、本実施形態では、回転式のノズルを採用しているため、ノズルの上方から投入される木屑の落下を邪魔することがない。

また、汚泥排出孔４７は、ノズル部３５の回転方向の下流側の側壁に所定間隔、例えば、等間隔で設けられ、ノズル部３５の炉壁側、つまり先端側に向かうほど、大きな孔径になるよう設定している。これは、各孔までの距離によらず、一定量の汚泥を排出できるようにしたもので、同一孔径では先端側ほど汚泥の排出量が少なくなってしまうためである。これにより、ノズル部３５の半径方向に渡って汚泥を均一に分散させて供給することができる。また、汚泥排出孔４７を回転方向と反対側の側壁に設けることで、例えば、下向きに設けるよりも汚泥の切れ具合が向上するため、塊としての供給重量を小さくできる。

本実施形態の汚泥供給ノズル３１は、低速（例えば、１ｒｐｍ）で回転させるため、汚泥排出孔４７から排出された汚泥は、略鉛直に落下する。このため、ノズル部３５の回転領域の水平断面積を炉内の水平断面積、つまり充填層の水平断面積とできるだけ一致させることにより、汚泥を充填層の上に均一に堆積させることができる。

以上述べたように、本実施形態では、廃棄物の移動床式ガス化炉において、充填層の上部空間内に、汚泥排出用の回転式ノズルを設置し、汚泥を分散させて供給しているため、充填層の上に汚泥を均一に分散させることができ、汚泥のガス化効率を向上させることができる。

本発明を適用してなる廃棄物ガス化装置の主要部を示す構成図である。本発明に係る廃棄物ガス化装置の汚泥供給ノズルの拡大図である。本発明に係る廃棄物ガス化装置の汚泥供給ノズルの一部を拡大して示す斜視図である。本発明に係る廃棄物ガス化装置の汚泥供給ノズルの一部を拡大して示す断面図である。本発明に係る廃棄物ガス化装置の汚泥供給ノズルの拡大図である。

符号の説明

１ガス化装置
３炉
７スクリューコンベア
９投入口
１１排出口
１３ガス化剤供給口
１５回転式抜き出し機
１９排出口
２７上部空間
３１汚泥供給ノズル
３５ノズル部
３７回転駆動部
４１駆動モータ

Claims

炉上部に廃棄物が投入される投入口を有する縦型のガス化炉と、該ガス化炉内に汚泥を供給する汚泥供給手段と、該ガス化炉内の前記廃棄物及び前記汚泥の充填層に下方から酸化剤を供給するガス供給口と、前記ガス化炉の上方から生成ガスを排出するガス排出口と、前記廃棄物及び前記汚泥を燃焼させて生成される燃焼残渣を炉底部から排出する排出手段とを備えた廃棄物ガス化装置において、
前記汚泥投入手段は、前記ガス化炉の側壁を貫通して挿入された汚泥供給管と、該汚泥供給管の先端部に連通させて前記ガス化炉内の水平方向又は下向きに傾斜させて設けられた筒状のノズルとを有し、前記ノズルは前記汚泥供給管に回転可能に支持され、前記ノズルの延在方向に複数の汚泥排出孔が設けられていることを特徴とする廃棄物ガス化装置。
前記ノズルは、該ノズルの回転方向と反対側の側面に所定間隔で前記汚泥排出孔が設けられ、該汚泥排出孔は前記延在方向で孔径が大きく形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の廃棄物ガス化装置。