JP4542812B2

JP4542812B2 - 熱分解処理システム

Info

Publication number: JP4542812B2
Application number: JP2004128684A
Authority: JP
Inventors: 英武仕入; 毅野間; 良中島; 潔今井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-04-23
Filing date: 2004-04-23
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2024-04-23
Also published as: JP2005307086A

Description

本発明は、廃棄物などの被処理物を熱分解処理する熱分解装置を有し、この熱分解装置からの熱分解ガスを冷却し、浄化してクリーンガスを生成する熱分解処理システムに関する。

従来、一般廃棄物あるいは産業廃棄物などの処理方法として、有害物質で汚染された廃棄物等を熱的に処置する熱分解処理方法が知られている(例えば、特許文献１参照)。

同方法では、廃棄物などの被処理物が前処理装置を経て投入装置により熱分解炉内へ導入され、熱分解処理される。熱分解により発生した有機性の高分子ガスはガス改質器により改質されて低分子の可燃性ガスとなり、ガス冷却装置により急冷された後、集塵装置やガス洗浄装置により浄化されてクリーンガスとなり、エネルギ源として再利用される。すなわち、本システムでは改質ガスという可燃性ガスの形でエネルギ源を再利用する事が可能であり、ケミカル・リサイクル方法として知られている。

このような、エネルギ源の再利用法として、可燃性ガスによるガスエンジンやガスタービン、燃料電池などでの発電が考えられる。この方法では発電のために高温高圧の蒸気を必要としないのでガス冷却装置における高温腐食の心配がないこと、小型のシステムにおいても発電効率が低下しないこと、集塵装置や誘因ブロワーなどでの処理ガス流量が少ないこと、などの利点を有している。

このようなシステムにおけるガスの冷却には、水の保有する大きな潜熱を利用する蒸気発生廃熱回収型ボイラーを用いることが考えられる。この場合、系統の後段から冷却されたクリーンガスが得られるので、このクリーンガスをガス冷却装置の上流や下流に還流させて集塵機入口ガス温度を調整する方法がある。また、一般的な方法として該廃熱回収ボイラーの後段に冷却塔を設置して水噴霧冷却等を行い、集塵装置入口温度を調整する方法もある。この方法はガスの冷却に水の蒸発潜熱を用いることができるので、ガスの流量の増大を抑制することができる。

しかしながら、系統の後段からクリーンガスを還流させる方法では、還流のためにブロワを通過するガス量が増大するため、機器の構造等により還流量の上限が制約され、ブロワや配管系の大形化を招く。また、水噴霧冷却の場合、噴霧量が増えるとガス冷却装置や後段の集塵装置で捕捉されるダストの含水率が上がることになる。このため、粘性の高いダストの付着により搬送系に支障をきたしたり、水噴霧により発生した水蒸気に吸着されたダストやイオンが後段のガス洗浄装置で洗浄されるため、ここの水質が悪化しガス洗浄装置の電気伝導度の許容値を超える恐れがある。
特公平８−２４９０４号公報

このように、クリーンガスを還流させて熱分解ガスを冷却する方法では、還流ガス量に制限が生じ、また、水噴霧で冷却する場合は、過剰噴霧によるダスト含水率の向上や洗浄水の水質悪化などの問題が生じた。

本発明の目的は、上限のあるクリーンガス還流量を効率よく使用することにより水噴霧量を最小限にして良好なガス冷却効果を得ることができる熱分解処理システムを提供することにある。

本発明の熱分解処理システムは、被処理物を熱分解処理する熱分解装置と、この熱分解装置の後段に設けられ熱分解装置からの熱分解ガスを冷却するガス冷却装置と、このガス冷却装置の後段に設けられ冷却された熱分解ガスを浄化してクリーンガスを生成するガス浄化装置とを有する熱分解処理システムであって、前記ガス浄化装置で生成されたクリーンガスをガス浄化装置の上流側に還流する第１の還流設備と、前記ガス浄化装置で生成されたクリーンガスを前記ガス冷却装置の上流側に還流する第２の還流設備と、これら第１及び第２の還流設備の少なくとも一方に設けられ還流される前記クリーンガスの流量を任意に調節可能な流量調節器と、前記ガス冷却装置入り口のガス温度及びガス流量をそれぞれ計測する計測装置と、この計測装置の計測値に基づき、前記ガス浄化装置に流入するガス温度が目標範囲となるように前記第１及び第２の還流設備により還流されるクリーンガスの流量を前記流量調節器によって制御する制御部とを備え、前記制御部は、第１および第２の還流設備のうち、クリーンガス還流によるガス浄化装置の入り口温度降下の影響が小さい側の還流設備の還流量を、この還流部より下流に位置する機器の対熱保護に必要な最小の流量とし、この最小流量を、前記第１及び第２の還流設備へ還流されるクリーンガスの流量から除いた残りを、前記影響の大きい側の還流設備の還流量として配分させることを特徴とする。

また、本発明では、冷却装置はその後段部分に水噴霧による冷却塔部を有し、制御部は、ガス浄化装置入り口温度を所定温度に降下させるために必要な総冷却量が、第１及び第２の還流設備による還流可能な上限値による還流冷却量を越えた場合、前記総冷却量と還流冷却量との差分を前記冷却塔部での冷却量として噴霧水量を決定する。

また、本発明では、ガス浄化装置は、熱分解ガスからダストを除去する集塵装置を有し、この集塵装置で捕捉されたダストの含水率を計測する含水率計を設け、制御部は、この含水率計により計測されたダストの含水率に基づき冷却塔での噴霧水量を制御する。

さらに、本発明では、ガス浄化装置は、熱分解ガスを水洗浄する洗浄装置及びその洗浄水を処理する水処理装置を有し、この水処理装置による被処理水の電気伝導度を計測する伝導度計を設け、制御部は、この伝導度計で計測された伝導度に基づき冷却塔での噴霧水量を制御するようにしてもよい。

本発明によれば、ガス冷却装置入り口のガス温度及びガス流量をそれぞれ計測し、この計測値に基づき、ガス浄化装置に流入するガス温度が目標範囲となるように、ガス冷却装置の上流側への還流量と、ガス浄化装置の上流側への還流量とを調節するので、上限のあるクリーンガス還流量を効率よく使用して、良好なガス冷却効果を得ることができる。

以下、本発明による熱分解処理システムの一実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

まず、図１〜図３に示す実施の形態を説明する。図１は、熱分解処理システム全体の構成を概略的に示す。図２は、ガス冷却装置の一例として蒸気発生廃熱回収型ボイラーを示す。図３は後述するクリーンガスの還流量とその冷却効果との関係を示している。

図１において、１１は熱分解装置で、熱分解炉１２とガスクラッカ１３とで構成される。熱分解炉１１には、前処理された廃棄物などの被処理物が投入され、外部からの加熱により、投入された被処理物を所謂蒸し焼きの状態で熱分解処理し、熱分解ガスと残渣とに分理する。ガスクラッカ１３は、熱分解炉で生成された有機性の高分子ガスである熱分解ガスを、酸化剤として供給される空気又は酸素と共に低酸素状態で燃焼させ、１０００℃程度で、低分子の可燃性ガスに改質する。

１４はガス冷却装置で、この実施の形態では蒸気発生式の廃熱回収型ボイラーを用いており、その後段部分には図２で示すように水噴霧式の冷却塔１５が設けられている。図２により、このガス冷却装置１４の構造を説明する。廃熱回収型ボイラーは、その内部に縦向きの煙道管１４ａを複数本並設しており、その周囲が蒸気発生部となる。

すなわち、ガスクラッカ１３からの改質された熱分解ガスは、廃熱回収型ボイラー１４の入口機器１４ｉから内部上方に流入し、縦向きの仕切り板１４ｄに当って図示左半分の煙道管１４ａ内を下降する。この後、ボイラー内下部にて上向きにＵターンし、図示右半分の煙道管１４ａ内を上昇する。これら煙道管１４ａの周囲には外部から冷却水が供給されており、高温の熱分解ガスは、煙道管１４ａを通過する際に周囲の冷却水を加熱し、蒸気を発生させながら冷却される。

廃熱回収型ボイラー１４の後段部分に設けられた冷却塔１５は、内部上方に冷却水を噴霧するクエンチャ１５ａを有する。この冷却塔１５は、廃熱回収型ボイラー１４からの熱分解ガスを上部に導入し、下方への下降中にクエンチャ１５ａから噴霧される冷却水により冷却して、下部出口から次段に排出する。

１６はガス浄化装置で、集塵装置１７とガス洗浄装置１８とを有し、ガス冷却装置１４を構成する冷却塔１５の出口側に連結されている。集塵装置１７は、ガス冷却装置１４で冷却された熱分解ガス中のダストを捕捉し除去する。ガス洗浄装置１８は、熱分解ガスを洗浄水で洗浄しクリーンガスとして排出するもので、洗浄水を処理する水処理装置１９を有する。

２１はブロワで、ガス浄化装置１６により浄化されたクリーンガスを、ガスエンジン２２や燃焼器２３などの負荷に供給する。また、第１の還流設備２５及び第２の還流設備２６により、クリーンガスの一部をガス浄化装置１６を構成する集塵装置１７の上流側又はガス冷却装置１４の上流側に還流させる。これら第１の還流設備２５及び第２の還流設備２６は、それぞれクリーンガスの還流量を調節するための流量調節器２７，２８が設けられている。

２９は温度計、３０は流量計で、前記ガス冷却装置１４の入り口部分におけるガス温度及びガス流量をそれぞれ計測する。３１は制御部で、これら温度計２９や流量計からなる計測装置の計測値に基づき、前記ガス浄化装置１６（図の例では集塵装置１７）に流入するガス温度が目標範囲となるように、第１の還流設備２５及び第２の還流設備２６により還流されるクリーンガスの流量を前記流量調節器２７や２８によって制御する。

なお、図中３３はダスト搬送装置で、ガス冷却装置１４や集塵装置１７において熱分解ガスから除去されたダストを所定の排出場所に搬送する。また、３４は排気塔で、ガスエンジン２２やクリーンガスの燃焼器２３からの排ガスを処理して大気に放出する。

上記構成において、熱分解装置１１から生じる改質された熱分解ガスは、ガス冷却装置１４を構成する廃熱回収型ボイラーやその後段に設けられた冷却塔１５により冷却される。冷却された熱分解ガスは、ガス浄化装置１６を構成する集塵装置１７でダストを除去された後、ガス洗浄装置１８で洗浄されクリーンガスとして生成される。

クリーンガスはブロワ２１により、ガスエンジン２２や燃焼器２３などの負荷に供給されるが、その一部は高温の熱分解ガスを冷却するため、第１の還流設備２５及び第２の還流設備２６により、ガス冷却装置１４の上流側又はガス洗浄装置１６を構成する集塵装置１７の上流側に還流される。

ここで、熱分解ガスの温度は、ガス洗浄装置１６の入り口部分、すなわち、集塵装置１７の入り口部分において、所定の温度まで充分に降下している必要がある。そこで、交換熱量の計算により、第１の還流設備２５によるクリーンガスの還流と、第２の還流設備２６による還流とが、集塵装置１７の入り口部分の温度降下におよぼす影響を検証する。図３は第１の還流設備２５による還流ａと、第２の還流設備２６による還流ｂとが、集塵装置の入口温度に与える影響の比較例を示している。

図３では、同量の還流量を流した場合、第１の還流設備２５による集塵装置還流ａにて引き起こされる集塵装置入口温度の降下が、第２の還流設備２６によるガス冷却装置還流ｂにて引き起こされる集塵装置入口温度の降下より大きいことを示している。

そこで、これら第１の還流設備２５及び第２の還流設備２６による還流の配分としては、集塵装置入口温度に与える影響の小さい第２の還流設備２６による還流量は、例えば、高温の改質された熱分解ガスから、図２で示したガス冷却装置１４の入口機器１４ｉを保護するのに必要な最小量のみ使用する。そして、残りを影響の大きい第１の還流設備２５による還流に使用する。

なお、ガス冷却装置１４の構成機器等の違い等により、第２の還流設備２６によるガス冷却装置還流ｂにて引き起こされる集塵装置入口温度の降下が、第１の還流設備２５による集塵装置還流ａにて引き起こされる集塵装置入口温度の降下より大きい場合は、還流量の配分を上述の場合と逆にする。

実際の還流量の制御は制御部３１により行う。すなわち、ガス冷却装置温度計２９およびガス冷却装置流量計３０により計測したガス温度、流量の値に基づき、制御部３１により演算を行い、ガス冷却装置還流量調節器２８を制御して第２の還流設備２６によるガス冷却装置還流流量ｂをリアルタイムに調整する。

ここで、還流可能なクリーンガスの流量には、ブロワ２１の送風容量や、ガスエンジン２２や燃焼器２３への供給量との関係から、総量に上限がある。そこで、制御部３１は、温度計２９および流量計３０により計測したガス冷却装置１４の入り口ガス温度、流量の値に基づき、第２の還流設備２６の還流部より下流側に位置するガス冷却装置１４の入口機器１４ｉを高温のガスから保護するのに必要な最小量を求め、前述のように、ガス冷却装置還流量調節器２８を制御して第２の還流設備２６によるガス冷却装置還流流量ｂをリアルタイムに調整する。このように、第２の還流設備２６の流量調節器２８を制御し、残りのすべてのクリーンガスを第１の還流設備２５から、集塵装置還流量ａとして還流させる。以上により自動運転を行う。

すなわち、制御部３１は、第１および第２の還流設備２５，２６のうち、クリーンガス還流によるガス浄化装置１６の入り口温度降下の影響が小さい側の還流設備(この例では２６)の還流量を、この還流部より下流に位置する機器(この例ではガス冷却装置１４の入口機器１４ｉ)の対熱保護に必要な最小の流量とし、この最小流量を除いた残りを、前記影響の大きい側の還流設備(この例では２６)の還流量として配分させる。

したがって、上限のある還流量を効率よく使用するので、ブロワや後段配管等の不要な大型化を防止できる。

なお、集塵装置１７の入り口ガス温度及びガス流量を測定する図示しない温度計および流量計により計測したガス温度、流量の値に基づき、制御部３１により演算を行い、第１の還流設備２５における流量調節器２９を制御して集塵装置還流量ａをリアルタイムに調整してもよい。

次に、図４を用いて他の実施の形態を説明する。冷却装置１４は、図２で示したように、廃熱回収型ボイラーの後段に冷却塔１５を設けており、廃熱回収型ボイラにより冷却された熱分解ガスに対し、必要に応じてクエンチャ１５ａから冷却水を噴霧し、冷却を行う。

図４は、集塵装置１７の入口温度を所定値に達成するために必要なクリーンガスの還流量と水噴霧量との関係例を示しており、交換熱量の計算により求められる。図の例では、集塵装置１７の入口温度が１９０℃、２００℃、２１０℃、・・・の場合について、それぞれクリーンガス還流量と水噴霧量との関係が示されている。

前述のように、ブロワ２１の容量や配管系などの機器構造により、使用できる還流量の上限が制約されるため、この上限値から機器保護に用いる還流量を差し引いた残りが集塵装置入口温度１７の降下に分配できる還流量であり、例えば、集塵装置１７の入口温度を２００℃に制御する場合の還流量は、図４中の“Ａ”となり、この時の最適な噴霧水量は、図４中の“Ｂ”として求められる。

具体的には、図１で示した制御部３１により、ガス冷却装置温度計２９、およびガス冷却装置流量計３０により計測したガス温度、流量の値に基づき、機器保護に必要とする第２の還流設備２６による還流流量ｂを演算する。使用できる還流量の上限値から、制御部３１により演算したガス冷却装置１４用の第２の還流管２６による還流流量ｂを差し引いた値が、集塵装置１７の入口温度の降下に分配できる還流量Ａとなり、図４の関係によりその時の最適な噴霧水量Ｂを演算する。これらの演算は制御部３１にて行い、リアルタイムに制御する。

すなわち、制御部３１は、ガス浄化装置１６の入り口温度を所定温度に降下させるための総冷却量が、第１及び第２の還流設備２５，２６による還流可能な上限値による還流冷却量を越えた場合、前記総冷却量と還流冷却量との差分を冷却塔１５での冷却量として噴霧水量を決定する。

本実施の形態によれば、還流を最大限に使用し、後段機器への影響の大きい水噴霧を最小限に止めた集塵装置入口温度の制御が可能となる。

次に、図５で示す実施の形態を説明する。この実施の形態では、熱分解ガスからクリーンガスを生成する処理系統は、図１で示したものと基本的に同じであるが、ガス洗浄装置１８の水処理装置１９による処理水の電気伝導度を計測する電気伝導度計３５及びダスト搬送装置３３により搬出されるダストの含水率を計測する含水率計３６を追加設置し、これらの計測値を制御部３１に入力するように構成している。

ここで、図３で示した冷却塔１５における水の噴霧量が増えると、ガス冷却装置１４や後段の集塵装置１７で捕捉されるダストの含水率が上がる。このため、前述のように、ダストの粘性が上がり、粘性の高いダストの付着により搬送系に支障をきたすことがある。また、水噴霧により発生した水蒸気に吸着されたダストやイオンがガス洗浄装置１８で洗浄されるため、ここの水質が悪化しガス洗浄装置１８における電気伝導度の許容値を超えることがある。

このような不具合を防止するために、電気伝導度計３５や含水率計３６の計測値に基づき、制御部３１により、冷却塔１５における噴霧水量を制御する。すなわち、電気伝導度計３５で水処理装置１９で処理される洗浄水の電気伝導度を計測し、含水率計３６でガス冷却装置１４及び集塵装置１７で捕捉されたダストの含水率を計測し、これらの計測値に基づき、これらが許容値を超えないように制御部３１により噴霧水量を制御する。また、このときに必要な還流量を図４により求め、集塵装置１７の入口温度を制御する。

本実施の形態によれば、噴霧水量を、搬送系へのダストの付着や水処理装置１９の汚れ等、後段機器へ影響を及ぼさない流量に抑えた集塵装置入口温度の制御が可能となる。

上記実施の形態では、ガス浄化装置１６として集塵装置１７とガス浄化装置１８とを有するものを例示したが、設備規模などによりいずれか一方のみでもよい。さらに、これらとは方式の異なるガス浄化装置を用いても勿論構わない。

本発明による熱分解処理システムの一実施の形態を示すシステムブロック図である。同上一実施の形態におけるガス冷却装置の構成例を示す断面図である。同上一実施の形態におけるクリーンガスの還流量と集塵装置入り口温度降下との関係を説明する特性図である。本発明の実施の形態におけるクリーンガス還流量と冷却水噴霧量との関係を説明する特性図である。本発明の別の実施形態を説明するシステムブロック図である。

符号の説明

１１熱分解装置
１４ガス冷却装置
１５冷却塔
１６ガス浄化装置
１７集塵装置
１８ガス洗浄装置
１９水処理装置
２５第１の還流設備
２６第２の還流設備
２７，２８流量調節器
２９，３０計測装置
３１制御部
３５電気伝導度計
３６含水率計

Claims

被処理物を熱分解処理する熱分解装置と、この熱分解装置の後段に設けられ熱分解装置からの熱分解ガスを冷却するガス冷却装置と、このガス冷却装置の後段に設けられ冷却された熱分解ガスを浄化してクリーンガスを生成するガス浄化装置とを有する熱分解処理システムであって、
前記ガス浄化装置で生成されたクリーンガスをガス浄化装置の上流側に還流する第１の還流設備と、
前記ガス浄化装置で生成されたクリーンガスを前記ガス冷却装置の上流側に還流する第２の還流設備と、
これら第１及び第２の還流設備の少なくとも一方に設けられ還流される前記クリーンガスの流量を任意に調節可能な流量調節器と、
前記ガス冷却装置入り口のガス温度及びガス流量をそれぞれ計測する計測装置と、
この計測装置の計測値に基づき、前記ガス浄化装置に流入するガス温度が目標範囲となるように前記第１及び第２の還流設備により還流されるクリーンガスの流量を前記流量調節器によって制御する制御部とを備え、
前記制御部は、第１および第２の還流設備のうち、クリーンガス還流によるガス浄化装置の入り口温度降下の影響が小さい側の還流設備の還流量を、この還流部より下流に位置する機器の対熱保護に必要な最小の流量とし、この最小流量を、前記第１及び第２の還流設備へ還流されるクリーンガスの流量から除いた残りを、前記影響の大きい側の還流設備の還流量として配分させる
ことを特徴とする熱分解処理システム。
冷却装置はその後段部分に水噴霧による冷却塔部を有し、制御部は、ガス浄化装置入り口温度を所定温度に降下させるために必要な総冷却量が、第１及び第２の還流設備による還流可能な上限値による還流冷却量を越えた場合、前記総冷却量と還流冷却量との差分を前記冷却塔部での冷却量として噴霧水量を決定することを特徴とする請求項１に記載の熱分解処理システム。
ガス浄化装置は、熱分解ガスからダストを除去する集塵装置を有し、この集塵装置で捕捉されたダストの含水率を計測する含水率計を設け、制御部は、この含水率計により計測されたダストの含水率に基づき冷却塔での噴霧水量を制御することを特徴とする請求項２に記載の熱分解処理システム。
ガス浄化装置は、熱分解ガスを水洗浄する洗浄装置及びその洗浄水を処理する水処理装置を有し、この水処理装置による被処理水の電気伝導度を計測する伝導度計を設け、制御部は、この伝導度計で計測された伝導度に基づき冷却塔での噴霧水量を制御することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の熱分解処理システム。