JP4266880B2 - ガス化炉及び複合リサイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガス化対象物を加熱用バーナにて加熱して非燃焼状態で熱分解させて、熱分解ガスを生成するように構成されたガス化炉、及び、そのガス化炉を備えた複合リサイクル装置に関する。

かかるガス化炉は、例えば、プラスチック等の廃棄物をガス化対象物として、そのガス化対象物を加熱用バーナにて加熱して非燃焼状態で熱分解させて、熱分解ガスを生成するものである。
ちなみに、ガス化対象物を非燃焼状態で熱分解させるとは、ガス化対象物を燃焼させるための専用の燃焼用酸素含有ガスを供給することなく、加熱用バーナによる加熱によりガス化対象物を熱分解させることであり、ガス化対象物を全く燃焼させない状態はもちろんのこと、意図することなくガス化炉内に残存される酸素や、加熱用バーナの燃焼ガスがガス化炉内に供給される場合にその燃焼排ガスに含まれる残存酸素により、ガス化対象物がわずかに燃焼する状態をも含むものである。

このようなガス化炉は、例えば特許文献１に開示されている。
この特許文献１には明確に記載されていないが、従来では、加熱用バーナの燃焼用酸素含有ガスとして、常温の空気を用いていた。
つまり、燃焼用空気供給用の送風機を室内又は室外に設置して、その室内又は室外の常温の空気を燃焼用空気として加熱用バーナに供給するように構成していた。

特開２００１−１８２９３５号公報

ところで、このようなガス化炉が設置される設備においては、その設備全体としてのエネルギー効率の向上が望まれる。
ちなみに、ガス化炉が設置される設備としては、例えば、製造過程で発生する不良品や不用品等がガス化対象物となり得るプラスチック製品等の製造設備や、ガス化対象物となり得るプラスチック製品等の廃棄物を処理する廃棄物処理設備がある。
つまり、前記製造設備では、その製造過程で発生するする不良品や不用品等をガス化対象物としてガス化炉にて処理して熱分解ガスを生成し、前記廃棄物処理設備では、廃棄物をガス化対象物としてガス化炉にて処理して熱分解ガスを生成するものである。

しかしながら、ガス化対象物を熱分解可能なように例えば６００°Ｃ程度といった高温の熱分解温度に加熱する必要があるのに対して、従来では、加熱用バーナの燃焼用酸素含有ガスとして、前記熱分解温度に対してかなり低温の常温の空気を用いていたことから、ガス化対象物を熱分解可能なように加熱するために、加熱用バーナにおける燃料の使用量が多くなる問題があった。

又、このようなガス化炉が設置される設備においては、電気及び熱を消費することになるが、従来では、電気は商用電力から得ており、熱は熱発生用として専用に設けたボイラ等の熱源装置から得ていたので、電気及び熱を得るためのエネルギー効率が低かった。
要するに、ガス化炉が設置される設備において、従来では、設備全体としてのエネルギー効率が低いという問題があった。

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、設備全体としてのエネルギー効率の向上を図り得るガス化炉、及び、そのガス化炉を備えることにより設備全体としてのエネルギー効率の向上を図り得る複合リサイクル装置を提供することにある。

〔ガス化炉について〕
本発明のガス化炉は、ガス化対象物を加熱用バーナにて加熱して非燃焼状態で熱分解させて、熱分解ガスを生成するように構成されたものであって、
その第１特徴構成は、燃焼式の原動機から酸素を含有する状態で排出される燃焼排ガスを、前記加熱用バーナに供給される燃焼用酸素含有ガスを予熱するための熱源として、又は、前記加熱用バーナの燃焼用酸素含有ガスとして用いるように構成され、輻射伝熱可能な仕切り体としての火格子により、加熱室とその上方側のガス化対象物を収納する反応室とに上下方向に区画され、前記加熱用バーナが前記加熱室に設けられている点を特徴とする。

即ち、燃焼式の原動機にて駆動されるコージェネレーションシステムから、電気及び熱が発生し、その燃焼式の原動機から酸素を含有する状態で排出される燃焼排ガスが、加熱用バーナに供給される燃焼用酸素含有ガスを予熱するための熱源として、又は、加熱用バーナの燃焼用酸素含有ガスとして用いられる。

つまり、コージェネレーションシステムは、燃焼式の原動機にて発電機を駆動して、その発電機から電気を発生すると共に、そのように発電機を駆動する際に燃焼式の原動機から発生する排熱を回収して熱を発生するものであり、そのようなコージェネレーションシステムを設けて電気及び熱を得るようにすると、電気及び熱を得るためのエネルギー効率を向上することが可能となる。
そして、燃焼式の原動機から排出される燃焼排ガスの温度は、例えば４００°Ｃ程度というように、従来、加熱用バーナの燃焼用酸素含有ガスとして用いていた常温の空気に比べてかなり高温である。
その燃焼式の原動機の燃焼排ガスを加熱用バーナに供給される燃焼用酸素含有ガスを予熱するための熱源として、又は、加熱用バーナの燃焼用酸素含有ガスとして用いることにより、加熱用バーナに供給される燃焼用酸素含有ガスの温度を高くすることが可能となって、ガス化対象物を熱分解温度に加熱するための加熱用バーナにおける燃料の使用量を低減することが可能となる。

従って、電気及び熱を得るためのエネルギー効率を向上することが可能となること、及び、加熱用バーナにおける燃料の使用量を低減することが可能となることの相乗効果により、ガス化炉を設置する設備において、設備全体としてのエネルギー効率を向上することが可能となるのである。
要するに、設備全体としてのエネルギー効率の向上を図り得るガス化炉を提供することができるようになった。

又、第１特徴構成によれば、加熱室に設けられた加熱用バーナの燃焼により発生する輻射熱が、輻射伝熱可能な仕切り体を通過して、加熱室の上方の反応室内に収納されているガス化対象物に放射されて、その輻射熱によりガス化対象物が加熱される。

つまり、ガス化対象物の下方から加熱用バーナの燃焼による輻射熱を放射して、ガス化対象物を加熱するようにすることにより、ガス化対象物を効率良く加熱することができて、ガス化対象物が効率良く熱分解して熱分解ガスが効率良く発生するようにすることが可能となるので、熱分解ガスを燃焼させてその燃焼排ガスから保有熱を回収する際の熱回収効率を向上することが可能となり、設備全体としてのエネルギー効率を一段と向上することが可能となる。
ちなみに、加熱用バーナをガス化対象物を収納する炉体をその外部から加熱するように設けて、炉体を通じての熱伝導により炉体内のガス化対象物を加熱する構成が想定されるが、この構成では、放熱損失が大きくなり易く、加熱効率を向上する上で多少不利となる。
従って、設備全体としてのエネルギー効率を一段と向上することができるようになった。

ガス化炉の第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、
ラジアントチューブが前記加熱室内に平面視にて略全域にわたるように配設され、
前記加熱用バーナが、供給される燃料と酸素含有ガスとを前記ラジアントチューブ内に噴出して、前記燃料を前記ラジアントチューブ内にて燃焼させるように構成されている点を特徴とする。

即ち、加熱室内に平面視にて略全域にわたるように配設されたラジアントチューブ内にて加熱用バーナにより燃料を燃焼させることにより、ラジアントチューブから輻射熱を仕切り体の略全域にわたってバラツキを抑制した状態で通過させるように放射することが可能となって、反応室内のガス化対象物を一層均等に加熱することが可能となるので、加熱効率を一層向上することが可能となり、延いては、設備全体としてのエネルギー効率を更に向上することが可能となる。

又、燃料をラジアントチューブ内にて燃焼させるようにすることにより、加熱用バーナの燃焼排ガスを加熱室外に排出して、加熱用バーナの燃焼排ガスがガス化対象物に供給されないようにすることが可能になる。
そして、加熱用バーナの燃焼排ガスがガス化対象物に供給されないようにすることにより、燃焼排ガスが含有されなくて又はその含有率が小さくて燃焼性に優れた熱分解ガスを生成することが可能となり、又、加熱用バーナの燃焼排ガス中の残存酸素によりガス化対象物が燃焼したり、生成された熱分解ガスが燃焼するのを防止することが可能となって、熱分解ガスの生成効率を向上する、延いては、設備全体としてのエネルギー効率を更に向上することが可能となる。
従って、設備全体としてのエネルギー効率を更に向上しながら、燃焼性に優れた熱分解ガスを生成することができるようになった。

〔複合リサイクル装置について〕
本発明の複合リサイクル装置は、上記第１又は第２特徴構成のいずれかを備えたガス化炉を備えたものであって、
その第１特徴構成は、前記ガス化炉にて生成される熱分解ガスを燃焼させる熱分解ガス燃焼器と、
その熱分解ガス燃焼器の燃焼排ガスの保有熱を回収する排熱回収熱交換部とが設けられている点を特徴とする。

即ち、ガス化炉にて生成される熱分解ガスが熱分解ガス燃焼器にて燃焼され、その熱分解ガス燃焼器の燃焼排ガスの保有熱が排熱回収熱交換部において回収されて、その排熱回収熱交換部から蒸気、温水等の熱出力が得られる。

つまり、ガス化対象物をガス化炉にて熱分解させて熱分解ガスを生成し、その熱分解ガスを燃焼させて、その燃焼排ガスの保有熱を回収するように構成した複合リサイクル装置
において、ガス化炉として、上記第１又は第２特徴構成を備えたガス化炉を用いることにより、以下に説明するように、設備全体としてのエネルギー効率を向上することが可能となるのである。

説明を加えると、燃焼式の原動機にて駆動されるコージェネレーションシステムを設けて電気及び熱を得るので、電気及び熱を得るためのエネルギー効率を向上することが可能となる。
又、燃焼式の原動機の燃焼排ガスを加熱用バーナに供給される燃焼用酸素含有ガスを予熱するための熱源として、又は、加熱用バーナの燃焼用酸素含有ガスとして用いることにより、その燃焼式の原動機の燃焼排ガスの温度は、例えば４００°Ｃ程度というように、従来、前記燃焼用酸素含有ガスとして用いていた常温の空気に比べてかなり高温であるので、加熱用バーナに供給される燃焼用酸素含有ガスの温度を高くすることが可能となって、ガス化対象物を熱分解温度に加熱するための加熱用バーナにおける燃料の使用量を低減することが可能となる。

従って、電気及び熱を得るためのエネルギー効率を向上することが可能となること、及び、加熱用バーナにおける燃料の使用量を低減することが可能となることの相乗効果により、ガス化炉を備えた複合リサイクル装置を設置する設備において、設備全体としてのエネルギー効率を向上することが可能となるのである。
要するに、設備全体としてのエネルギー効率の向上を図り得る複合リサイクル装置を提供することができるようになった。

複合リサイクル装置の第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、
前記原動機から排出される前記燃焼排ガスの一部を前記排熱回収熱交換部の熱源用として分配供給するように構成されている点を特徴とする。

即ち、原動機から排出される燃焼排ガスの一部が排熱回収熱交換部にその熱源用として分配供給されて、排熱回収熱交換部において、その原動機の燃焼排ガスの保有熱が回収される。
つまり、加熱用バーナに供給される燃焼用酸素含有ガス予熱用の熱源として、又は、加熱用バーナの燃焼用酸素含有ガスとして使用される量よりも多い量の燃焼排ガスが原動機から排出される場合は、原動機から排出される燃焼排ガスの一部を排熱回収熱交換部にその熱源用として分配供給するようにすることにより、排熱回収熱交換部における回収熱量を一層増大することが可能となるのである。
従って、設備全体としてのエネルギー効率を一段と向上することができるようになった。

複合リサイクル装置の第３特徴構成は、上記第１又は第２特徴構成に加えて、
前記熱分解ガス燃焼器への補助燃料の供給量を調節する補助燃料供給量調節手段と、
その補助燃料供給量調節手段を制御する制御手段とが設けられている点を特徴とする。

即ち、制御手段により補助燃料供給量調節手段が制御されて、熱分解ガス燃焼器への補助燃料の供給量が調節される。
つまり、通常は、ガス化炉によりガス化対象物をバッチ処理的に処理して熱分解ガスを生成するものであり、単位時間当たりの熱分解ガスの生成量は時間経過に伴って変動し易いものである。
そこで、単位時間当たりの熱分解ガスの生成量が時間経過に伴って変動する場合に、補助燃料供給量調節手段による熱分解ガス燃焼器への補助燃料の供給量の調節により、排熱回収熱交換部から熱消費先における熱消費量に応じた熱出力を出力するようにしたり、所定の設定熱出力を出力したりするようにすることが可能となる。
従って、熱分解ガスの生成量の変動に拘らず熱出力を所望通りに調節することができて、使い勝手性を向上するようにする上で好適な手段を提供することができるようになった。

複合リサイクル装置の第４特徴構成は、上記第１〜第３特徴構成のいずれかに加えて、
前記加熱用バーナへの燃料の供給量を調節する加熱用燃料供給量調節手段と、
その加熱用燃料供給量調節手段を制御する制御手段とが設けられている点を特徴とする。

即ち、制御手段により、加熱用燃料供給量調節手段が調節されて、加熱用バーナへの燃料の供給量が調節される。
例えば、原動機から排出される燃焼排ガスの温度に基づいて、その燃焼排ガスの温度が高くなるほど、加熱用バーナへの燃料の供給量が少なくなるように加熱用燃料供給量調節手段を制御するようにすると、加熱用バーナにてガス化対象物を加熱する温度の変動を抑制することが可能となる。
そして、ガス化対象物を加熱する温度の変動を抑制することができるので、ガス化対象物を適切に非燃焼状態で熱分解させて、熱分解ガスの生成を一層安定化させることが可能となる。
従って、熱分解ガスの生成を一層安定化させるようにする上で好適な手段を提供することができるようになった。

〔第１実施形態〕
以下、図面に基づいて、本発明の第１実施形態を説明する。
図１ないし図３に示すように、ガス化炉Ａは、炉体６内に収容されるガス化対象物を加熱用バーナ１にて加熱して非燃焼状態で熱分解させて、熱分解ガスを生成するように構成してある。
そして、本発明では、燃焼式の原動機としてのガスエンジン２にて駆動されるコージェネレーションシステムＢを設けて、そのガスエンジン２から酸素を含有する状態で排出される燃焼排ガスを前記加熱用バーナ１に供給される燃焼用空気を予熱するための熱源として用いるように構成してある。

前記コージェネレーションシステムＢは周知であるので、詳細な説明を省略して、図１に基づいて簡単に説明すると、発電用燃料路３にて都市ガス等のガス燃料をガスエンジン２に供給し、そのガスエンジン２にて発電機４を駆動するように構成してあり、発電機４から電気出力を得ると共に、ガスエンジン２を冷却するエンジン冷却水から排熱を回収して温水等の熱出力を得るようになっている。

図１ないし図３に基づいて、ガス化炉Ａについて説明を加える。
このガス化炉Ａは、上部のガス化対象物投入用の開口部を蓋体５にて開閉自在な概ね円筒形箱状の前記炉体６の内部を、輻射伝熱可能な仕切り体としての円板状の火格子７にて、加熱室８とその上方側のガス化対象物を収納する反応室９とに上下方向に区画して構成してある。つまり、前記火格子７は無数の開口部を備えるものであり、その無数の開口部を通過して輻射熱が通過することにより、輻射伝熱可能となっている。
炉体６の上端部には、熱分解ガスを外部に導出する熱分解ガス導出口１０を設け、炉体６における火格子７の上方近く及び炉体６の下端部夫々には、ガス化対象物が炭化した炭化物を取り出す炭化物取り出し口１１，１２を蓋体（図示省略）にて開閉自在な状態で設けてある。

前記炉体６の下方側の部分は、下方側ほど小径となるように形成して、その下方側ほど小径となる椀状部分１３に、前記火格子７を通過して垂れ落ちるガス化対象物の溶融物を集めて溜めるように構成してある。

ラジアントチューブ１７を、前記加熱室８内に水平方向に蛇行状に配設することにより、加熱室８内に平面視にて略全域にわたるように配設してある。
前記加熱用バーナ１は、加熱用燃料路１４を通じて供給されるガス燃料とガス化側燃焼用空気路１６を通じて供給される送風機１５からの燃焼用空気とをラジアントチューブ１７の基端からラジアントチューブ１７内に噴出して、ガス燃料をラジアントチューブ１７内にて燃焼させるように構成してある。つまり、前記加熱用バーナ１は、ラジアントチューブバーナである。
要するに、前記加熱用バーナ１は、前記加熱室８に設けてある。

前記ラジアントチューブ１７の終端には、燃焼排ガスを排出する排ガス排出口１７ｅを設けてあり、このラジアントチューブ１７は、その排ガス排出口１７ｅを前記炉体６の外部に位置させてラジアントチューブ１７内から燃焼排ガスを炉体６の外部に排出するように、その終端を前記炉体６の側周壁を貫通させて炉体外に突出させた状態で前記加熱室８に設けてある。

図１に示すように、前記ガスエンジン２からの燃焼排ガスを導く熱分解用燃焼排ガス路１８を設け、その熱分解用燃焼排ガス路１８を通流する燃焼排ガスと前記ガス化側燃焼用空気路１６を通流する燃焼用空気とを熱交換させるように、予熱用熱交換器３４を設けて、その予熱用熱交換器３４において、ガスエンジン２からの燃焼排ガスにて、加熱用バーナ１に供給される燃焼用空気を予熱するようにしてある。

そして、加熱用バーナ１により火格子７の下方のラジアントチューブ１７内にてガス燃料を燃焼させて、ラジアントチューブ１７からの輻射熱により反応室９内のガス化対象物を加熱し、ガス化対象物を非燃焼状態で熱分解させて、熱分解ガスを生成するようにしてある。
その場合、ガス燃料を燃焼させるための燃焼用空気は、予熱用熱交換器３４にてガスエンジン２からの燃焼排ガスを熱源として予熱するので、ガス化対象物を非燃焼状態で熱分解が可能なように適切に加熱しながらも、加熱用バーナ１におけるガス燃料の使用量を低減することができる。
又、ラジアントチューブ１７は、加熱室８内に平面視にて略全域にわたるように配設してあるので、ラジアントチューブ１７から輻射熱を火格子７の略全面にわたってバラツキを抑制した状態で通過させるように放射することができて、反応室９内のガス化対象物を一層均等に加熱することができる。
又、ラジアントチューブ１７内の燃焼排ガスを炉体６外に排出させるようにして、加熱用バーナ１の燃焼排ガスがガス化対象物に供給されないようにしてあるので、燃焼排ガスが含有されなくて又はその含有率が小さくて燃焼性に優れた熱分解ガスを生成することができる。
又、炉体８内の雰囲気を無酸素状態あるいは酸素濃度が極めて低い状態にすることができるので、ガス化対象物が燃焼したり、生成された熱分解ガスが燃焼するのを防止することが可能となって、熱分解ガスの生成効率を向上することができる。

又、火格子７を通過して垂れ落ちるガス化対象物の溶融物を前記椀状部分１３に集めて溜めて、その溶融物をもラジアントチューブ１７からの輻射熱により非燃焼状態で熱分解させて熱分解ガスを生成するようにしてある。

次に、図１に基づいて、上述のように構成したガス化炉Ａを備えた複合リサイクル装置について、説明する。
複合リサイクル装置は、前記ガス化炉Ａと、そのガス化炉Ａにて生成される熱分解ガスを燃焼させる熱分解ガス燃焼器１９を備えた混焼炉Ｃと、その熱分解ガス燃焼器１９の燃焼排ガスの保有熱を回収する排熱回収熱交換部としての排熱ボイラ２０と、その排熱ボイラ２０に供給する水を予熱するエコノマイザ２１と、複合リサイクル装置の運転を制御する制御部２２等を備えて構成してある。

前記混焼炉Ｃは、前記熱分解ガス燃焼器１９と、その熱分解ガス燃焼器１９にて熱分解ガスを燃焼させるための燃焼室２３等を備えて構成してある。
熱分解ガス燃焼器１９は、拡散燃焼型のバーナであり、その熱分解ガス燃焼器１９には、前記ガス化炉Ａの前記熱分解ガス導出口１０から導出される熱分解ガスを導く熱分解ガス路２４、及び、前記送風機１５からの燃焼用空気を導く混焼側燃焼用空気路２６を夫々接続して、供給される熱分解ガス及び燃焼用空気を燃焼室２３内に噴出して熱分解ガスを燃焼させるようにしてある。更に、熱分解ガス燃焼器１９には、都市ガス等の補助ガス燃料を供給する補助燃料路２５を接続してあり、必要に応じて、補助ガス燃料も燃焼室２３内に噴出して、熱分解ガスを補助ガス燃料の燃焼火炎にて保炎する状態で燃焼させることが可能なようにも構成してある。

前記熱分解ガス燃焼器１９の燃焼排ガスを前記燃焼室２３から排出する集合排ガス路２７の終端には、その集合排ガス路２７に対して吸引作用すると共に、吸引した燃焼排ガスを煙突２８内に排出するように、誘引送風機２９を設けてある。

前記排熱ボイラ２０及びエコノマイザ２１は、排熱ボイラ２０を燃焼排ガスの通流方向上流側に位置させて、前記集合排ガス路２７に設けてある。
給水路３１を、水をエコノマイザ２１を通過させた後、排熱ボイラ２０に供給するように配管してある。

前記熱分解用燃焼排ガス路１８から分岐させた分岐燃焼排ガス路３０を、前記集合排ガス路２７における前記排熱ボイラ２０よりも上流側の箇所に接続して、前記ガスエンジン２から排出される燃焼排ガスの一部を前記熱分解ガス燃焼器１９の燃焼排ガスと共に集合排ガス路２７を通流させるようにして、前記ガスエンジン２から排出される燃焼排ガスの一部を前記排熱ボイラ２０の熱源用として分配供給するように構成してある。

そして、エコノマイザ２１にて予熱した水を排熱ボイラ２０にて加熱して蒸発させて、その水蒸気を蒸気路３２を通じて蒸気消費部（図示省略）に供給するようにしてある。

前記補助燃料路２５には、前記熱分解ガス燃焼器１９への補助ガス燃料の供給量を調節する補助燃料供給量調節手段としての補助燃料調節弁Ｖ１を設け、前記加熱用燃料路１４には、前記加熱用バーナ１へのガス燃料の供給量を調節する加熱用燃料供給量調節手段としての加熱用燃料調節弁Ｖ２を設け、前記熱分解用燃焼排ガス路１８には、前記加熱用バーナ１の燃焼用空気の予熱用として前記予熱用熱交換器３４に供給する前記燃焼排ガスの供給量を調節するガス化側燃焼排ガス調節弁Ｖ３を設けてある。
又、前記ガス化側燃焼用空気路１６には、前記加熱用バーナ１への燃焼用空気の供給量を調節するガス化側空気調節弁Ｖ４を設け、前記混焼側燃焼用空気路２６には、前記熱分解ガス燃焼器１９への燃焼用空気の供給量を調節する混焼側空気調節弁Ｖ５を設けてある。

又、前記混焼炉Ｃの出口の燃焼排ガスの温度を検出する混焼炉燃焼排ガス温度センサＳｐ、前記ガスエンジン２から排出される前記燃焼排ガスの温度を検出する原動機燃焼排ガス温度センサＳｔを設けてある。
更に、前記制御部２２に各種制御情報を指令する操作盤３３には、複合リサイクル装置の運転開始及び運転停止を指令する手動式の運転スイッチ（図示省略）を設けてある。

以下、前記制御部２２の制御動作について説明する。
制御部２２は、前記コージェネレーションシステムＢを予め設定された設定運転時間帯の間運転させるように制御する。
そして、基本的には、操作盤３３の運転スイッチを操作して、複合リサイクル装置をコージェネレーションシステムＢの運転中に運転する。

制御部２２は、操作盤３３の運転スイッチにより運転開始が指令されると、前記送風機１５及び前記誘引送風機２９を作動させ、前記加熱用燃料調節弁Ｖ２及び前記ガス化側空気調節弁Ｖ４を開弁して、前記加熱用バーナ１を燃焼させ、並びに、前記ガス化側燃焼排ガス調節弁Ｖ３を開弁する。
又、前記補助燃料調節弁Ｖ１及び前記混焼側空気調節弁Ｖ５を開弁して、前記熱分解ガス燃焼器１９を燃焼させる。

つまり、前記加熱用バーナ１が燃焼して、ラジアントチューブ１７の輻射熱により、反応室９に収納されているガス化対象物が加熱されて非燃焼状態で熱分解して、熱分解ガスが生成される。
そして、そのガス化炉Ａにて生成された熱分解ガスの全量が熱分解ガス燃焼器１９に供給されて、その熱分解ガスが熱分解ガス燃焼器１９にて燃焼する。
そして、その熱分解ガス燃焼器１９の燃焼排ガス、及び、前記ガスエンジン２の燃焼排ガスのうちの前記予熱用熱交換器３４に供給される分を上回る余剰分が、前記集合排ガス路２７を通流して、前記排熱ボイラ２０において集合排ガス路２７を通流する燃焼排ガスから熱が回収されて、蒸気が生成されることになる。

又、制御部２２は、操作盤３３の運転スイッチにより運転停止が指令されると、前記加熱用燃料調節弁Ｖ２及び前記ガス化側空気調節弁Ｖ４を閉弁すると共に、前記送風機１５を停止させて前記加熱用バーナ１を消火し、並びに、前記ガス化側燃焼排ガス調節弁Ｖ３を閉弁する。
又、前記補助燃料調節弁Ｖ１及び前記混焼側空気調節弁Ｖ５を閉弁して、前記熱分解ガス燃焼器１９を消火させる。

すると、前記予熱用熱交換器３４への前記ガスエンジン２の燃焼排ガスの供給が停止されるので、ガスエンジン２の燃焼排ガスの全量が前記集合排ガス路２７に供給されて集合排ガス路２７を通流し、前記排熱ボイラ２０において、その集合排ガス路２７を通流する燃焼排ガスから熱が回収されて、蒸気が生成されることになる。
つまり、前記ガス化炉Ａの運転が停止されているときは、前記ガスエンジン２の燃焼排ガスの全量を前記排熱ボイラ２０の熱源用として供給するように構成してある。

前記制御部２２の制御動作について説明を加えると、制御部２２は、複合リサイクル装置の運転中は、前記混焼炉燃焼排ガス温度センサＳｐの検出情報に基づいて前記補助燃料調節弁Ｖ１を制御する混焼用燃焼量制御、前記原動機燃焼排ガス温度センサＳｔの検出情報に基づいて前記加熱用燃料調節弁Ｖ２を制御する熱分解用燃焼量制御を実行し、又、前記予熱用熱交換器３４への燃焼排ガスの供給量が設定燃焼排ガス供給量になるように、前記ガス化側燃焼排ガス調節弁Ｖ３を制御する。

前記混焼用燃焼量制御では、混焼炉燃焼排ガス温度センサＳｐの検出温度が設定温度になるように補助燃料調節弁Ｖ１を制御して、補助ガス燃料の供給量を調節する。

前記熱分解用燃焼量制御では、前記原動機燃焼排ガス温度センサＳｔにて検出される燃焼排ガスの温度が高くなるほど、ガス燃料の供給量が少なくなるように前記加熱用燃料調節弁Ｖ２を制御すると共に、燃焼用空気の供給量が前記ガス燃料の供給量に応じた量になるように前記ガス化側空気調節弁Ｖ４を制御する。
具体的には、所定の設定燃焼排ガス温度に対応して設定ガス燃料供給量を設定し、ガス燃料供給量減少率を燃焼排ガスの温度が前記設定燃焼排ガス温度よりも高くなるほど大きくなるように設定し、又、ガス燃料供給量増加率を燃焼排ガスの温度が前記設定燃焼排ガス温度よりも低くなるほど大きくなるように設定してある。
そして、前記原動機燃焼排ガス温度センサＳｔの検出温度に対応するガス燃料供給量減少率又はガス燃料供給量増加率を選択して、その選択したガス燃料供給量減少率又はガス燃料供給量増加率にて、前記設定ガス燃料供給量を補正して、その補正したガス燃料供給量になるように前記加熱用燃料調節弁Ｖ２を制御する。

つまり、前記加熱用バーナ１に供給される燃焼用空気を予熱するための燃焼排ガスの温度が高くなるほど、その燃焼排ガスにて予熱されて加熱用バーナ１に供給される燃焼用空気の温度が高くなって、加熱用バーナ１に燃焼温度が高くなるので、燃焼排ガスの温度が高くなるほど前記加熱用バーナ１の燃焼量が少なくなるように調節して、加熱用バーナ１の燃焼温度の変動を抑制して、ガス化対象物を加熱する温度の変動を抑制するようにしてある。

次に、図１に基づいて、上述のように構成した複合リサイクル装置を用いて、ガス化対象物をバッチ処理にて熱分解処理する場合の定常運転状態での運転条件について説明する。
尚、前記加熱用バーナ１、前記ガスエンジン２及び前記熱分解ガス燃焼器１９の夫々に供給するガス燃料としては、１３Ａの都市ガスを用いる。

処理対象のガス化対象物の条件は以下の通りである。
ガス化対象物：フィルム系のプラスチック類
ガス化対象物の発熱量：４１ＭＪ／ｋｇ
１バッチ当たりの処理量：５００ｋｇ／ｂａｔ（バッチ）

コージェネレーションシステムＢの運転条件は、以下の通りである。
ガスエンジン２へのガス燃料の供給量：６７ｍ³（標準状態）／ｈ
ガスエンジン２からの燃焼排ガスの排出量：１３２６ｍ³（標準状態）／ｈ
ガスエンジン２からの燃焼排ガスの温度：４０２°Ｃ
ガスエンジン２からの燃焼排ガスの組成：Ｎ₂：７４．４９０％、Ｏ₂：７．８８１％、Ｈ₂Ｏ：１１．４６０％、ＣＯ₂：６．１６９％

そして、加熱用バーナ１にガス燃料、燃焼用空気を夫々１９．１ｍ³（標準状態）／ｈ、２０４ｍ³（標準状態）／ｈにて供給し、その燃焼用空気の予熱用として前記予熱用熱交換器３４にガスエンジン２からの燃焼排ガスを１９０ｍ³（標準状態）／ｈ、３８０°Ｃにて供給すると、燃焼用空気が２５０°Ｃに予熱されて、その予熱燃焼用空気によりガス燃料がラジアントチューブ１７内で燃焼する。尚、前記予熱用熱交換器３４から排出される熱交換後の燃焼排ガスの温度は、１５０°Ｃである。

すると、前記ガス化炉Ａにより、３０３ｍ³（標準状態）／ｈで熱分解ガスが生成される。
熱分解ガス燃焼器１９に、補助ガス燃料を供給しない状態で、前記ガス化炉Ａにて生成される熱分解ガスの全量を供給すると共に、燃焼用空気を１５００ｍ³（標準状態）／ｈにて供給して、熱分解ガスを燃焼させると、８５０°Ｃの燃焼排ガスが１８１０ｍ³（標準状態）／ｈで生成される。
そして、熱分解ガス燃焼器１９の燃焼排ガスが１８１０ｍ³（標準状態）／ｈ、８５０°Ｃにて、前記ガスエンジン２の燃焼排ガスのうちの余剰分が１１３６ｍ³（標準状態）／ｈ、３８０°Ｃにて、夫々、集合排ガス路２７に供給されて混合され、集合排ガス路２７を燃焼排ガスが２９４６ｍ³（標準状態）／ｈ、７００°Ｃにて通流し、その燃焼排ガスにて前記排熱ボイラ２０により、蒸気が１０００ｋｇ／ｈ、０．７８Ｍｐａにて生成される。
前記排熱ボイラ２０及び前記エコノマイザ２１を通過して夫々において排熱が回収された燃焼排ガスは、前記煙突２８から２９４６ｍ³（標準状態）／ｈ、１５０°Ｃにて排出される。

次に、ガス化対象物を加熱用バーナ１による加熱により非燃焼状態で熱分解させ、生成される熱分解ガスを熱源として蒸気を発生させる複合リサイクル装置において、前記加熱用バーナ１の燃焼用空気をガスエンジン２の燃焼排ガスにて予熱することにより、ガス燃料の使用量を低減して省エネルギー化を図ることができることを検証した結果を説明する。
この検証試験では、加熱用バーナ１への燃焼用空気を燃焼排ガスにて予熱する場合と予熱しない場合とで、前記ガス化炉Ａにおけるガス燃料の使用量と前記混焼炉Ｃにおける補助ガス燃料の使用量を合わせた総ガス燃料使用量を比較した。
先ず、検証試験の条件を説明するが、その検証試験の条件において、処理対象のガス化対象物の条件、コージェネレーションシステムＢの運転条件、及び、排熱ボイラ２０の蒸気生成条件は、先に複合リサイクル装置における定常運転状態での運転条件において説明したものと同様であるので、説明を省略する。
複合リサイクル装置の運転時間は、約９．０３時間である。
ガス化炉Ａ、混焼炉Ｃ夫々の運転条件は以下の通りである。

〔ガス化炉Ａの運転条件〕
加熱用バーナ１の定格燃焼量：８３７．２ＭＪ／ｈ（燃焼用空気を予熱しない場合）
燃焼用空気の予熱温度：２５０°Ｃ

〔混焼炉Ｃの運転条件〕
熱分解ガス燃焼器１９の定格燃焼量：
・燃焼用空気を予熱しない場合；３３４８．８ＭＪ／ｈ
・燃焼用空気を予熱する場合 ；３１３９．５ＭＪ／ｈ

検証試験の結果を図４にまとめる。
図４に示すように、燃焼用空気を予熱しない場合、ガス化炉Ａの加熱用バーナ１のガス燃料使用量、混焼炉Ｃの熱分解ガス燃焼器１９の補助ガス燃料使用量は、夫々、７５６４ＭＪ／ｂａｔ、１２４６２ＭＪ／ｂａｔであり、総ガス燃料使用量は２００２６ＭＪ／ｂａｔとなる。尚、燃焼用空気を予熱しない場合、前記加熱用バーナ１へのガス燃料の供給量、燃焼用空気の供給量は、夫々、２０．６ｍ³（標準状態）／ｈ、２２１ｍ³（標準状態）／ｈであり、ガス化炉Ａでの熱分解ガスの生成量は、３２１ｍ³（標準状態）／ｈであり、熱分解ガス燃焼器１９への補助ガス燃料の供給量、燃焼用空気の供給量は、夫々、５．２ｍ³（標準状態）／ｈ、１５００ｍ³（標準状態）／ｈである。

又、燃焼用空気を予熱した場合、ガス化炉Ａの加熱用バーナ１のガス燃料使用量、混焼炉Ｃの熱分解ガス燃焼器１９の補助ガス燃料使用量は、夫々、７００７ＭＪ／ｂａｔ、１０９９０ＭＪ／ｂａｔであり、総ガス燃料使用量は１７９９７ＭＪ／ｂａｔとなる。
つまり、燃焼用空気を予熱することにより、燃焼用空気を予熱しない場合に比べて、総ガス燃料使用量を２０２９ＭＪ／ｂａｔを削減することができて、約１０．１％の省エネルギーを図ることができた。

ちなみに、燃焼用空気を予熱する場合のガス化炉Ａの加熱用バーナ１のガス燃料使用量は、以下のようにして求めた。
即ち、燃焼用空気を予熱しない場合に、ガス燃料及び燃焼用空気の夫々にて持ち込まれる熱量を合わせた総持込熱量を求めて、燃焼用空気を予熱する場合に、燃焼用空気を予熱しない場合の前記総持込熱量と同熱量を得るためのガス燃料の使用量を求めた。

総持込熱量＝ガス燃料持込熱量＋燃焼用空気持込熱量＝２０．６ｍ³（標準状態）／ｈ×９７００ｋｃａｌ／ｍ³（標準状態）＋２２１ｍ³（標準状態）／ｈ×０．３１１ｋｃａｌ／ｍ³（標準状態）・°Ｃ×２０°Ｃ＝２０１１９５ｋｃａｌ／ｈ
燃焼用空気の予熱温度を２５０°Ｃ、ガス燃料の使用量をｘとすると、
９７００ｘ＋１０．７ｘ×０．３２１ｋｃａｌ／ｍ³（標準状態）・°Ｃ×２５０°Ｃ＝２０１１９５ｋｃａｌ／ｈとなり、
ｘ＝１９．１ｍ³（標準状態）／ｈ
よって、燃焼用空気を予熱する場合のガス化炉Ａの加熱用バーナ１のガス燃料使用量は、
[１９．１ｍ³（標準状態）／ｈ×９７００ｋｃａｌ／ｍ³（標準状態）×９．０３ｈ×４．１８６０５]÷１０００＝７００７ＭＪ／ｂａｔ

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態を説明するが、この第２実施形態では、ガス化対象物を加熱するための構成が第１実施形態と異なる以外は第１実施形態と同様に構成してあるので、第１実施形態と同じ構成要素や同じ作用を有する構成要素については、重複説明を避けるために、同じ符号を付すことにより説明を省略し、主として、第１実施形態と異なる構成を説明する。
図５ないし図７に示すように、この第２実施形態では、上記の第１実施形態において設けたラジアントチューブ１７を省略してある。そして、前記加熱用バーナ１は、前記加熱用燃料路１４を通じて供給されるガス燃料と前記ガス化側燃焼用空気路１６を通じて供給される燃焼用空気とを前記加熱室８に噴出して、その加熱室８を燃焼室として機能させて、その加熱室８内にてガス燃料を燃焼させ、火炎ｆを前記加熱室８内に形成するように構成してある。つまり、前記加熱用バーナ１は、拡散燃焼型のバーナである。

第１実施形態と同様に、予熱用熱交換器３４を設けて、その予熱用熱交換器３４において、ガスエンジン２からの燃焼排ガスにて、加熱用バーナ１に供給される燃焼用空気を予熱するようにしてある。

つまり、この第２実施形態においては、火格子７の下方の加熱室８内にて加熱用バーナ１によりガス燃料を燃焼させて、その火炎ｆの輻射熱及び燃焼排ガスからの対流熱により、反応室９内のガス化対象物を加熱して、非燃焼状態で熱分解させるようにしてある。
その場合、加熱用バーナ１の燃焼により、加熱室８内を反応室９内よりも高圧にすることにより、加熱用バーナ１の燃焼排ガスを、火格子７をその全域にわたって均等化して通過させて、反応室９内に収納されているガス化対象物の全体にわたって満遍なく通過させるようにして、ガス化対象物を効率良く加熱するようにしてある。

又、火格子７を通過して垂れ落ちるガス化対象物の溶融物を前記椀状部分１３に集めて溜め、その溶融物をも火炎ｆからの輻射熱により非燃焼状態で熱分解させて熱分解ガスを生成するようにしてある。

ちなみに、炉体８内の雰囲気中の酸素濃度を極力低い状態にして、ガス化対象物を全く燃焼させない状態又はその燃焼量を極力少なくする状態で、ガス化対象物を適正に非燃焼状態で熱分解させるために、加熱用バーナ１における空気比を極力小さくして、その燃焼排ガス中の残存酸素を極力少なくするようにしてある。

〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態を説明するが、この第３実施形態では、前記ガスエンジン２からの燃焼排ガスを前記加熱用バーナ１に供給される燃焼用酸素含有ガスを予熱するための熱源として用いるのではなく、前記加熱用バーナ１の燃焼用酸素含有ガスとして用いる点で第１実施形態と異なる以外は第１実施形態と同様に構成してあるので、第１実施形態と同じ構成要素や同じ作用を有する構成要素については、重複説明を避けるために、同じ符号を付すことにより説明を省略し、主として、第１実施形態と異なる構成を説明する。

即ち、図８に示すように、第１実施形態において設けた予熱用熱交換器３４を省略して、前記熱分解用燃焼排ガス路１８を前記加熱用バーナ１に接続してある。
そして、前記加熱用バーナ１は、前記加熱用燃料路１４からのガス燃料、前記ガス化側燃焼用空気路１６からの燃焼用空気、及び、前記熱分解用燃焼排ガス路１８からの燃焼排ガスを前記加熱室８に噴出して、その加熱室８を燃焼室として機能させ、ガス燃料を燃焼用空気と燃焼排ガスにて燃焼させて火炎ｆを前記加熱室８内に形成するように構成してある。つまり、前記加熱用バーナ１は、拡散燃焼型のバーナである。

ちなみに、炉体８内の雰囲気中の酸素濃度を極力低い状態にして、ガス化対象物を全く燃焼させない状態又はその燃焼量を極力少なくする状態で、ガス化対象物を適正に非燃焼状態で熱分解させるために、加熱用バーナ１における空気比を極力小さくして、その燃焼排ガス中の残存酸素を極力少なくするようにしてある。

〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ） 上記の第１実施形態においては、前記ラジアントチューブ１７を、その終端の排ガス排出口１７ｅを前記炉体６外に位置させて、燃焼排ガスを炉体６の外部に排出するように設けたが、そのラジアントチューブ１７の終端の排ガス排出口１７ｅを炉体６内に位置させて、燃焼排ガスを加熱室８内に排出するように設けても良い。
この場合、前記ラジアントチューブ１７から排出される燃焼排ガスが前記火格子７を通過してガス化対象物内を通流するので、その燃焼排ガスの対流熱によってもガス化対象物を加熱することが可能となるので、加熱効率を向上させて省エネルギー化を図ることが可能となる。
但し、炉体８内の雰囲気中の酸素濃度を極力低い状態にして、ガス化対象物を全く燃焼させない状態又はその燃焼量を極力少なくする状態で、ガス化対象物を適正に非燃焼状態で熱分解させるために、加熱用バーナ１における空気比を極力小さくして、その燃焼排ガス中の残存酸素を極力少なくするようにする。

（ロ） 上記の第１実施形態において、前記ラジアントチューブ１７から炉体６外に排出される燃焼排ガスと、前記予熱用熱交換器３４にて予熱された後、前記加熱用バーナ１に供給される燃焼用空気とを熱交換させる熱交換器を設けて、その熱交換器にて、ラジアントチューブ１７から排出される燃焼排ガスの排熱を回収して、加熱用バーナ１に供給される燃焼用空気を予熱するように構成しても良い。

（ハ） 上記の第１実施形態の構成において、前記予熱用熱交換器３４を省略して、前記熱分解用燃焼排ガス路１８を前記加熱用バーナ１に接続して、前記ガスエンジン２からの燃焼排ガスを加熱用バーナ１の燃焼用酸素含有ガスとして用いるように構成しても良い。
この場合は、加熱用バーナ１を、前記加熱用燃料路１４からのガス燃料、前記ガス化側燃焼用空気路１６からの燃焼用空気、及び、前記熱分解用燃焼排ガス路１８からの燃焼排ガスを前記ラジアントチューブ１７内に噴出して、そのラジアントチューブ１７内にてガス燃料を燃焼させるように構成する。

（ニ） 上記の第１実施形態では、ラジアントチューブ１７の基端に前記加熱用バーナ１を設け、ラジアントチューブ１７の終端から燃焼排ガスを排出させるように構成したが、ラジアントチューブ１７の両端夫々に加熱用バーナ１を設け、それら一対の加熱用バーナ１を、非燃焼状態の加熱用バーナ１を通じてラジアントチューブ１７内から燃焼排ガスを排出させる状態で、交互に燃焼させるように構成しても良い。
説明を加えると、各加熱用バーナ１を、ラジアントチューブ１７内にガス燃料を供給する燃料供給部と、蓄熱体を通気可能な状態で備えた給排路とを備えて構成し、前記一対の燃料供給部に交互にガス燃料が供給されるようにガス燃料供給を切り換える燃料供給切換手段と、ガス燃料が供給される方の前記燃料供給部に対応する前記給排気路には燃焼用空気を供給し且つガス燃料の供給が停止される方の前記燃料供給部に対応する前記給排路からは前記ラジアントチューブ１７内の燃焼排ガスを排気するように給排気状態を切り換える給排気切換手段とを設ける。

（ホ） 前記加熱用バーナ１の燃焼量を制御するための熱分解用燃焼量制御の具体形態は、上記の実施形態において例示した形態に限定されるものではない。
例えば、前記反応室９内のガス化対象物の温度を検出するガス化対象物温度センサを設けて、そのガス化対象物温度センサの検出温度が設定温度となるように、前記加熱用燃料調節弁Ｖ２により、前記加熱用バーナ１へのガス燃料の供給量を調節する形態でも良い。

（ヘ） 前記加熱用バーナ１に供給される燃焼用酸素含有ガスを予熱するための熱源として、又は、前記加熱用バーナ１の燃焼用酸素含有ガスとして用いる燃焼排ガスを排出する燃焼式の原動機は、上記の実施形態において例示したガスエンジン２に限定されるものではなく、例えば、ガスタービンを用いることが可能である。

第１実施形態にかかるガス化炉を備えた複合リサイクル装置のブロック図 第１実施形態にかかるガス化炉の縦断正面図 第１実施形態にかかるガス化炉の横断平面図 省エネルギーの検証結果を説明する図 第２実施形態にかかるガス化炉を備えた複合リサイクル装置のブロック図 第２実施形態にかかるガス化炉の縦断正面図 第２実施形態にかかるガス化炉の横断平面図 第３実施形態にかかるガス化炉を備えた複合リサイクル装置のブロック図

符号の説明

１ 加熱用バーナ
２ 燃焼式の原動機
７ 仕切り体
８ 加熱室
９ 反応室
１７ ラジアントチューブ
１９ 熱分解ガス燃焼器
２０ 排熱回収熱交換器
２２ 制御手段
Ａ ガス化炉
Ｖ１ 補助燃料供給量調節手段
Ｖ２ 加熱用燃料供給量調節手段

Claims (6)

1. ガス化対象物を加熱用バーナにて加熱して非燃焼状態で熱分解させて、熱分解ガスを生成するように構成されたガス化炉であって、
   燃焼式の原動機から酸素を含有する状態で排出される燃焼排ガスを、前記加熱用バーナに供給される燃焼用酸素含有ガスを予熱するための熱源として、又は、前記加熱用バーナの燃焼用酸素含有ガスとして用いるように構成され、
   輻射伝熱可能な仕切り体としての火格子により、加熱室とその上方側のガス化対象物を収納する反応室とに上下方向に区画され、
   前記加熱用バーナが前記加熱室に設けられているガス化炉。
2. ラジアントチューブが前記加熱室内に平面視にて略全域にわたるように配設され、
   前記加熱用バーナが、供給される燃料と酸素含有ガスとを前記ラジアントチューブ内に噴出して、前記燃料を前記ラジアントチューブ内にて燃焼させるように構成されている請求項１記載のガス化炉。
3. 請求項１又は２のいずれか１項に記載のガス化炉を備えた複合リサイクル装置であって、
   前記ガス化炉にて生成される熱分解ガスを燃焼させる熱分解ガス燃焼器と、
   その熱分解ガス燃焼器の燃焼排ガスの保有熱を回収する排熱回収熱交換部とが設けられている複合リサイクル装置。
4. 前記原動機から排出される前記燃焼排ガスの一部を前記排熱回収熱交換部の熱源用として分配供給するように構成されている請求項３記載の複合リサイクル装置。
5. 前記熱分解ガス燃焼器への補助燃料の供給量を調節する補助燃料供給量調節手段と、
   その補助燃料供給量調節手段を制御する制御手段とが設けられている請求項３又は４記載の複合リサイクル装置。
6. 前記加熱用バーナへの燃料の供給量を調節する加熱用燃料供給量調節手段と、
   その加熱用燃料供給量調節手段を制御する制御手段とが設けられている請求項３〜５のいずれか１項に記載の複合リサイクル装置。

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