JP4477596B2 - 廃棄物ガス化装置 - Google Patents

Description

本発明は、移動床式ガス化炉を用いて廃棄物を処理する廃棄物ガス化装置に関する。

廃棄物を処理する方法として、廃棄物を不燃性ペレット（例えば、軽石等）とともにガス化炉に投入して充填層を形成し、底部から酸化剤ガス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する移動床式ガス化炉が提案されている（例えば、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乾燥させるとともに、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。また、炉内における廃棄物の充填層には不燃性ペレットが含まれるため、例えば、酸化剤ガスなどの通流性を向上させることができる。

一方、このようなガス化炉の底部には、燃焼残渣と不燃性ペレットを抜き出すための回転式の抜出装置が設置されている。この抜出装置は、例えば、固定された平板状のテーブルの中央から突出する回転軸に、テーブルと一定の間隔を隔てて水平方向に延在する複数の回転羽根が取り付けられている。この回転羽根をテーブル上で回転させることにより、廃棄物の燃焼残渣や不燃性ペレットを半径方向に切り出して、排出口から排出させることができる（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００４−２５５２号公報 特開２００３−３３５４２２号公報

しかしながら、特許文献２の抜き出し機を用いると、例えば、ガス化炉の充填層から流下する所定の粒径の微粉がテーブルと回転羽根との隙間に噛み込むことにより、回転羽根の回転負荷が大きくなり、回転羽根を変形させるなど、安定的な排出を妨げるおそれがある。

この微粉の発生要因としては、必ずしも明確ではないが、例えば、不燃性ペレットを供給装置から切り出す際の擦れ、炉内投入時の落下衝撃、繰り返し使用による熱劣化などによる不燃性ペレットの一部の破砕が考えられる。また、このようにして生じた微粉の大きさは一定ではないため、例えば、テーブルと回転羽根との間隔を調整しても噛み込みを完全になくすことはできない。

本発明は、移動式ガス化炉から燃焼残渣と不燃性ペレットを安定的に抜き出すことを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、炉の上部に廃棄物と不燃性ペレットが投入される投入口を有する縦型のガス化炉と、このガス化炉内の廃棄物と不燃性ペレットの充填層に下方から酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、ガス化炉の上方から生成ガスを排出するガス排出口と、ガス化炉の底部から燃焼残渣と不燃性ペレットを抜き出す抜出装置とを有する廃棄物ガス化装置において、抜出装置は、ガス化炉の炉底面から炉内に突設する回転軸と、炉底面と間隔を隔てて水平方向に延在するとともに中央部を回転中心として回転軸に取り付けられた平板状の回転テーブルと、回転テーブルの上面に回転中心から外周に向かって放射状に突出して回転テーブルと一体的に形成された複数の羽根と、回転テーブルの外周の下方に形成された燃焼残渣と不燃性ペレットの排出流路とを備えることを特徴とする。

この構成によれば、回転テーブルと複数の羽根は一体となって回転するため、両者の隙間に微粉などが噛み混んで羽根の回転負荷を増加させることがなく、燃焼残渣や不燃性ペレットなどを安定的に抜き出すことができる。また、テーブル面には炉内の充填層の荷重がかかるが、テーブルに対して羽根を相対的に回転させた場合と比べて、羽根の回転負荷を小さくできるため、羽根の破損を抑制できる。加えて、回転テーブル自体を回転させることにより、充填層のせん断領域が大きくなり、十分な排出能力を確保することができる。

この場合において、抜出装置は、羽根が回転テーブルの回転方向と反対側に湾曲して形成され、回転中心から先端に向かうにつれて湾曲半径を小さくなるようにする。これによれば、回転テーブルの回転に伴い、排出物を湾曲する羽根に沿って効率的に排出流路へ導くことができる。

また、抜出装置は、羽根が回転テーブルの外周よりも外側に延在するとともに、その先端が排出流路内に配置されるスクレーパと接続されて形成されるものとする。これにより、排出流路内に切り出された排出物をスクレーパにより所定の排出口へ導くことができる。

本発明によれば、移動式ガス化炉から燃焼残渣と不燃性ペレットを安定的に抜き出すことができる。

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、本発明の廃棄物ガス化装置の主要部を示す構成図である。ここで、本実施形態の廃棄物ガス化装置は、一般ごみや産業廃棄物、バイオマスなどのガス化に好適に使用されるが、これに限定されるものではない。

図に示すように、本実施形態の廃棄物ガス化装置１（以下、単に、ガス化装置という。）は、例えば、円筒の縦型の容器３の頂部に、廃棄物を適宜乾燥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性ペレット（例えば、球形の焼成軽石、φ２０〜２５ｍｍ）を貯蔵するホッパ６を備える。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から容器３内に供給される一方、不燃性ペレットは、ロータリフィーダ１２により投入口９から容器３内に供給される。

ガス化炉１は、頂部の側壁に生成ガス（熱分解ガス）を排出するガス排出口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）及び水蒸気を供給するガス化剤供給口１３が設けられる。ガス化剤供給口１３は、例えば、ガス化炉１の底部を形成する回転式の抜出装置１５の回転軸１７の先端に形成される。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。抜出装置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、後述する羽根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、例えば、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。

炉壁の設定高さ位置、すなわち、後述する燃焼帯５１の形成位置の下部には、水蒸気を炉内に供給する水蒸気供給ノズル１８が取り付けられる。この水蒸気供給ノズル１８は、例えば、炉壁の同一高さ位置に周方向で複数等間隔に配置される。

ガス化炉１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、この温度センサ２３のうち１つは、水蒸気供給ノズル１８と同一の炉高位置に配設される。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る。

次に、このように構成されるガス化炉１の動作について説明する。まず、立ち上げ時において、不燃性ペレットが投入口９からガス化炉１内に供給される。この不燃性ペレットは、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。不燃性ペレットが所定量供給されると、適宜乾燥及び粉砕された廃棄物が投入口９からガス化炉１内に投入される。炉内に投入された廃棄物は、不燃性ペレットとともに均一に混合された状態で炉内に充填されて充填層を形成する。

次に、廃棄物が充填されたガス化炉１内に、ガス化剤供給口１３から酸化剤を供給し、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、廃棄物が熱分解されると、熱分解ガスが発生し、この熱分解ガスは廃棄物の隙間を通ってガス化炉１内を上昇し、ガス排出口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、その温度域を超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５１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、燃焼帯５１に供給される水蒸気と反応し、ＣＯ、Ｈ_２に転換される。炉内に供給される酸化剤と水蒸気は、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、ガス化炉１の頂部に形成される上部空間２７を介してガス排出口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するため、ガス排出口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（燃焼残渣）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、回転式の抜出装置１５の回転によって不燃性ペレットとともに排出口１９に切り出されて炉外に排出される。炉外へ排出された不燃性ペレットはホッパ６へ戻されて繰り返し利用される。

このように、抜出装置１５が廃棄物を底部から抜き出すことにより充填層の廃棄物は下方に移動する。これに対し、燃焼帯５１や熱分解帯５３が形成される炉高位置は、例えば、廃棄物の抜き出し速度、酸化剤の供給速度などによって設定された高さ範囲に調整されている。

上記ガス化炉１の立ち上げ時において、廃棄物を熱分解して生成されるチャーは、燃焼帯５１において燃焼処理されるが、一部は未燃のまま燃焼帯５１を通過して冷却帯５７を流下する場合があるため、立ち上げ時から廃棄物のガス化効率を安定化させるため、水蒸気を供給して水性ガス反応を行わせる。

ところで、ガス化炉１内に供給される不燃性ペレットは、例えば、ロータリフィーダ１２から切り出す際の擦れ、炉内投入時の落下衝撃、繰り返し使用による熱劣化などにより一部が破砕されることがある。この破砕された破砕片は、炉内を廃棄物とともに流下し、通常は燃焼残渣とともに炉外へ排出される。しかし、従来の抜出装置は、炉底部に固定された平板状のテーブルの中央から突出する回転軸に対し、テーブルと設定間隔を隔てて水平方向に延在する複数の回転羽根が取り付けられ、テーブル面に対して回転羽根が相対的に回転運動する構成となっている。このため、例えば、所定の大きさを有する不燃性ペレットの破砕片や廃棄物に含まれる不燃物などがテーブルと回転羽根との隙間に移動すると、回転羽根に噛み込まれて粉砕され、回転羽根の回転を妨げたり、回転羽根を変形させるおそれがある。

以下、図を参照して本実施形態の抜出装置１５の構成を説明する。

図２は、本実施形態の抜出装置の基本構成を示す縦断面図である。図３は、本実施形態の抜出装置の平面図、図４は、本実施形態の抜出装置の一部を示す縦断面図である。

本実施形態の抜出装置１５は、ガス化炉１の炉底部の底盤６１から突設した回転軸１７と、底盤６１と設定間隔を隔てて水平方向に延在し、中央部を回転中心として回転軸１７に取り付けられた円板状の回転テーブル６３を有し、その回転テーブル６３の上面には、回転軸１７付近からテーブルの外周縁に渡って放射状に突出する複数の羽根６５が形成される。回転テーブル６３の外周下方には、周方向に渡って排出流路６７が形成され、その一部はガス化炉１の排出口と連通する。

本実施形態の羽根６５は、回転テーブル６３の上面に沿って連続的に形成されるが、例えば、羽根６５と回転テーブル６３との連結部分の一部に所定の形状の空間（隙間）が形成されていてもよい。すなわち、羽根６５は回転テーブル６３と一体となって回転するため、このような空間が形成されていても、噛み込みを生じることはない。そのため、羽根６５の回転負荷を増加させることがなく、特に不燃性ペレットなどを破砕せずに安定的に抜き出すことができる。

また、回転テーブル６３は、その上面の全体に炉内の充填層の荷重がかかるが、テーブル面に対して羽根を相対的に回転させる従来の構成と比べて、羽根６５の回転負荷を小さくできるため、羽根６５の破損を抑制できる。また、回転テーブル自体を回転させる構成のため、充填層のせん断領域が大きくなり、十分な排出能力を確保することができる。なお、本実施形態では、容器３の底部領域の内周構造を拡径させて、底盤６１の外径や容器３（底部より上の領域）の内径よりも回転テーブル６３の外径が大きくなるように形成し、底盤６１と回転テーブルとの隙間に粉粒体が侵入しないように構成する。

ここで、羽根６５は、その外周端が回転テーブル６３の外周縁まで達している必要はないが、排出流路６７へ燃焼残渣や不燃性ペレットなどを効率的に導くためには、本実施形態のように、羽根６５の外周端が回転テーブル６３の外周縁まで達していることが好ましい。

次に、羽根６５の具体的な形状について説明する。羽根６５は、回転軸１７近傍から回転テーブル６３の外周縁に向かって直線的に形成されていてもよいが、図３に示すように、例えば、回転テーブル６３の回転方向（図中の矢印）と反対側に湾曲させ、回転軸１７から先端側に向かうにつれて湾曲半径が小さくなるように形成してもよい。これによれば、回転テーブル６３の回転に伴って、燃焼残渣や不燃性ペレットなどを湾曲する羽根６５に沿って外周側へ容易に移動させることができ、効率的に排出することができる。

また、排出流路６７内にスクレーパ６９を配置し、羽根６５の先端部を回転テーブル６３の外周縁の外側から下方に向かって延在させてスクレーパ６９と接続させる。ここで、羽根６５の先端部は、排出流路６７内に周方向に渡って形成される回転リング７１と接続する。この回転リング７１の周方向には等間隔でスクレーパ６９が連結されている。スクレーパ６９は、例えば、図４に示すように、排出流路６７の外周側に向かって傾斜する支持部材７２の下方に掻板７３を接続して構成する。これによれば、回転テーブル６３の回転とともに、複数の羽根６５とスクレーパ６９が一体的に回転運動し、排出流路６７内に落下した燃焼残渣や不燃性ペレットなどを排出口１９まで効率的に導くことができる。

なお、羽根６５は、回転テーブル６３の回転軸１７付近から外周縁に渡ってテーブル面から突出する突出量（厚み）を均一としているが、例えば、外周方向に向かって突出量を小さくしてもよい。また、羽根６５の突出量（最大量）は、例えば、使用する不燃性ペレットの球径の略半分、又はそれよりも小さくなるように適宜設定する。

また、羽根６５は、回転テーブル６３と一体的に形成するようにしてもよいし、回転テーブル６３の上面に羽根６５を溶接して連結させるようにしてもよい。

以上本発明を図示の実施形態について詳述したが、本発明はそれらの実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱せずして種々改変を加え、多種多様の変形をなし得ることは云うまでもない。

本発明の廃棄物ガス化装置の主要部を示す構成図である。 本実施形態の抜出装置の基本構成を示す縦断面図である。 本実施形態の抜出装置を示す平面図である。 本実施形態の抜出装置の部分縦断面図である。

符号の説明

１ ガス化炉
５，６ ホッパ
１１ ガス排出口
１５ 抜出装置
１７ 回転軸
１９ 排出口
６１ 底盤
６３ 回転テーブル
６５ 羽根

Claims (3)

1. 炉の上部に廃棄物と不燃性ペレットが投入される投入口を有する縦型のガス化炉と、該ガス化炉内の前記廃棄物と前記不燃性ペレットの充填層に下方から酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、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、前記ガス化炉の底部から燃焼残渣と前記不燃性ペレットを抜き出す抜出装置とを有する廃棄物ガス化装置において、
   前記抜出装置は、前記ガス化炉の炉底面から炉内に突設する回転軸と、前記炉底面と間隔を隔てて水平方向に延在するとともに中央部を回転中心として前記回転軸に取り付けられた平板状の回転テーブルと、前記回転テーブルの上面に前記回転中心から外周に向かって放射状に突出して前記回転テーブルと一体的に形成された複数の羽根と、前記回転テーブルの外周の下方に形成された前記燃焼残渣と前記不燃性ペレットの排出流路とを備えることを特徴とする廃棄物ガス化装置。
2. 前記抜出装置は、前記羽根が前記回転テーブルの回転方向と反対側に湾曲して形成され、前記回転中心から先端に向かうにつれて湾曲半径が小さく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。
3. 前記抜出装置は、前記羽根が前記回転テーブルの外周よりも外側に延在するとともに、その先端が前記排出流路内に配置されるスクレーパと接続されて形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の廃棄物ガス化装置。
   

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