JP5936946B2

JP5936946B2 - 流動床ガス化装置

Info

Publication number: JP5936946B2
Application number: JP2012171949A
Authority: JP
Inventors: 収一野村
Original assignee: Metawater Co Ltd
Current assignee: Metawater Co Ltd
Priority date: 2012-08-02
Filing date: 2012-08-02
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2032-08-02
Also published as: JP2014031929A

Description

本発明は、流動床式ガス化炉を備える流動床ガス化装置に関し、特には、ガス化炉内から抜き出した流動媒体を循環させて再利用する循環型の流動床式ガス化炉を備える流動床ガス化装置に関するものである。

従来、都市ごみ等の廃棄物を処理する装置として、流動床式ガス化炉（「流動床式炭化炉」と称されることもある。）を備える流動床ガス化装置が知られている。

ここで、流動床式ガス化炉は、砂等の流動媒体を流動化させて形成した流動床を炉内に有している。そして、流動床式ガス化炉では、廃棄物投入口から炉内に投入された可燃物としての廃棄物が、低酸素濃度雰囲気下で熱分解（部分燃焼）され、水素や、メタンや、一酸化炭素等を含む可燃性熱分解ガス（以下「可燃性ガス」と称する。）と、熱分解残渣（例えば、不燃物や、炭化物や、灰など）へと転換される。従って、流動床式ガス化炉を備える流動床ガス化装置を用いれば、廃棄物を減容化すると共に、廃棄物の熱分解時に生成する可燃性ガスを回収して再利用することができる。

また、上記従来の流動床式ガス化炉を備える流動床ガス化装置では、金属などの不燃物を含む流動媒体を炉内から抜き出し、分級等の手段を用いて不燃物を分離した後に、抜き出した流動媒体を再び炉内に戻す（即ち、流動媒体を循環させる）流動媒体循環流路を設けることにより、流動床から不燃物を除去しつつ、流動媒体を再利用している（例えば、特許文献１参照）。

ここで、一般に、流動床式ガス化炉は、生成した可燃性ガスを回収しつつ、炉内を負圧に保った状態で運転されるため、炉内で生成した可燃性ガスの流動媒体循環流路への流出（漏洩）等は、通常は起こらない。
しかし、廃棄物投入量の急増または廃棄物の性状変化による異常燃焼や、流動床式ガス化炉の非常停止などが発生した場合には、炉内の圧力が正圧になり、炉内で生成した可燃性ガスが流動媒体循環流路へ流出する可能性がある。そして、可燃性ガスが流動媒体循環流路へ流出した場合には、流動媒体の安定的な循環が妨げられる。

そこで、近年では、流動床式ガス化炉内の圧力が正圧になった場合でも可燃性ガスが流動媒体循環流路へ流出するのを防止することができる流動床ガス化装置が提案されている。具体的には、流動床式ガス化炉内の下部に流動媒体の堆積層（流動媒体を流動化させない部分）を設けると共に、流動媒体循環流路の、流動媒体を炉内へと戻す側の開口を当該堆積層に開口させることにより、循環させた流動媒体が流動媒体循環流路内に堆積するようにした流動床ガス化装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。そして、この流動床ガス化装置によれば、流動床式ガス化炉内の圧力が正圧になった場合でも、流動媒体循環流路内に堆積した流動媒体の圧力により、可燃性ガスの流動媒体循環流路への流出を防止することができる。

特開２００１−２４８８１５号公報特開２００１−２４１６２７号公報

しかし、流動床式ガス化炉内に流動媒体の堆積層を形成する上記従来の流動床ガス化装置には、流動媒体を流動化させない部分を炉内に形成する必要があるため、異常燃焼の発生や、副生成物の生成が起こり易くなるという問題点があった。

そこで、本発明は、炉内が正圧になった場合でも可燃性ガスの流動媒体循環流路への流出を防止することができ、且つ、異常燃焼の発生や副生成物の生成が起こり難い流動床ガス化装置を提供することを目的とする。

この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の流動床ガス化装置は、流動床を形成する流動媒体を炉内に有し、炉内に投入された可燃物を熱分解して可燃性ガスを生成する流動床式ガス化炉と、前記流動媒体を炉内から抜き出し、抜き出した流動媒体を再び炉内へと戻す流動媒体循環流路とを備える流動床ガス化装置であって、前記流動媒体循環流路が、前記流動床式ガス化炉に設けられた流動媒体抜き出し口と、流動媒体返送口とを連通し、前記流動媒体抜き出し口を介して抜き出した流動媒体を前記流動媒体返送口側へと搬送する搬送機構と、前記搬送機構により搬送された流動媒体を貯留する貯留部と、前記貯留部の前記流動媒体返送口側に設けられたバルブと、前記バルブと前記流動媒体返送口とを連結するシュートと、前記バルブの開閉を制御する制御器とを有し、前記制御器が、前記貯留部内に貯留される流動媒体の高さが所定の高さ以上となるように前記バルブの開閉を制御し、前記流動床式ガス化炉内の圧力が所定圧力以上に上昇した際に流動床式ガス化炉内への可燃物の供給を遮断して流動床式ガス化炉内の圧力が所定圧力以上に上昇するのを防止するインターロック機構を更に備え、前記所定の高さが、前記貯留部内に貯留された流動媒体により貯留部の底面に負荷される圧力が前記所定圧力以上となる高さであることを特徴とする。このように、流動媒体を貯留する貯留部の流動媒体返送口側にバルブを設ければ、流動床式ガス化炉内に流動媒体の堆積層を形成することなく、貯留部内に流動媒体を貯留することができる。そして、貯留部内に貯留される流動媒体の高さが所定の高さ以上となるようにバルブの開閉を制御する制御器を設ければ、流動床式ガス化炉内の圧力が正圧になった場合でも、貯留部内に堆積した流動媒体の圧力により、可燃性ガスの流動媒体循環流路への流出を防止することができる。また、流動床ガス化装置にインターロック機構を設け、且つ、貯留部内に貯留された流動媒体により貯留部の底面に負荷される圧力がインターロック機構の作動圧力以上となるように流動媒体を貯留すれば、可燃性ガスの流動媒体循環流路への流出を確実に防止することができる。
なお、本発明において、「貯留部内に貯留される流動媒体の高さ」とは、貯留部内に貯留された流動媒体が形成する流動媒体層の、貯留部の底面から測定した高さを指す。

また、本発明の流動床ガス化装置は、前記シュート内の前記流動媒体返送口側にゲートバルブを備えることが好ましい。ゲートバルブを設ければ、流動床式ガス化炉内で生成した可燃性ガス中に含まれるタール分がシュート内で固着するのを抑制することができ、シュートの閉塞を防止することができるからである。

そして、本発明の流動床ガス化装置は、前記シュートがシュート内の温度低下を抑制する温度低下抑制機構を備えることが好ましい。温度低下抑制機構を設ければ、流動床式ガス化炉内で生成した可燃性ガス中に含まれるタール分がシュート内で固着するのを抑制することができ、シュートの閉塞を防止することができるからである。

本発明によれば、炉内が正圧になった場合でも可燃性ガスの流動媒体循環流路への流出を防止することができ、且つ、異常燃焼の発生や副生成物の生成が起こり難い流動床ガス化装置を提供することができる。

本発明に従う代表的な流動床ガス化装置の概略構成を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。
本発明の流動床ガス化装置は、可燃物を低酸素濃度雰囲気下で部分燃焼させて熱分解し、可燃物を、可燃性ガス（例えば、水素、メタン、一酸化炭素など）と、熱分解残渣（例えば、不燃物や、炭化物や、灰など）とに転換する装置である。そして、本発明の流動床ガス化装置は、特に限定されることなく、廃木材や都市ごみ等の廃棄物を可燃物として熱分解し、廃棄物を減容化すると共に廃棄物の熱分解時に生成する可燃性ガスを回収して再利用する際に用いることができる。なお、可燃物としては、上記した廃棄物以外に、異物や残渣（例えば、砂や瓦礫）を分離して投入することが困難な廃棄物や、下水汚泥等の汚泥を含む産業廃棄物を用いることもできる。

ここで、図１に、本発明の流動床ガス化装置の一例の概略構成を示す。図１に示す流動床ガス化装置１０は、流動床２を形成する流動媒体を炉内に有し、炉内に投入された可燃物を熱分解して可燃性ガスを生成する流動床式ガス化炉１と、流動床式ガス化炉１から流動媒体を抜き出し、抜き出した流動媒体を再び流動床式ガス化炉１内へと戻す流動媒体循環流路８とを備えている。そして、この流動床ガス化装置１０では、流動媒体を循環させつつ、可燃物を連続的に熱分解する。

流動床式ガス化炉１は、炉の内部に、流動床２を形成する流動媒体と、空気や酸素ガスなどの気体を炉内に供給して流動媒体を流動化させるための散気管２１とを有している。そして、流動床２を形成する流動媒体は、ヒーター（図示せず）により、可燃物を熱分解することができる温度、例えば４５０〜６００℃に加熱されている。なお、流動床２を形成する流動媒体としては、特に限定されることなく、砂などの既知の流動媒体を使用することができる。

また、流動床式ガス化炉１は、可燃物投入路４１に接続された可燃物投入口４と、流動床式ガス化炉１内で生成した可燃性ガスが流出するガス流出口５と、流動媒体循環流路８の一端に接続された流動媒体抜き出し口６と、流動媒体循環流路８の他端に接続された流動媒体返送口７とを有している。なお、流動床式ガス化炉１では、可燃物投入口４、ガス流出口５および流動媒体返送口７は、流動床２の上側に位置する空塔部３に開口している。また、流動媒体抜き出し口６は、流動床式ガス化炉１の下部、より具体的には流動床２の下側に開口している。

更に、流動床式ガス化炉１は、炉内の空塔部３に圧力計３１を有している。そして、圧力計３１は、炉内の圧力を測定し、得られた炉内圧力データをインターロック機構１１に送信している。

ここで、可燃物投入路４１には、合計２つの投入口ゲートバルブ４２，４３が設けられている。そして、流動床式ガス化炉１内には、可燃物としての廃棄物が、可燃物投入路４１および可燃物投入口４を介して断続的に、或いは、連続的に投入される。

ガス流出口５は、ガス流路（図示せず）に接続されており、ガス流出口５から流出した可燃性ガスは、ガス流路を介して回収され、燃料などとして有効利用される。なお、ガス流路には、ダンパー（図示せず）が設けられており、ダンパーは、可燃性ガスの流出量を調整して、流動床式ガス化炉１内の圧力を調整する。

インターロック機構１１は、流動床式ガス化炉１内の圧力が所定圧力以上に上昇するのを防止するためのものである。そして、インターロック機構１１は、圧力計３１で測定した炉内の圧力が所定値（例えば、ゲージ圧力で２ｋＰａ）以上に上昇した際に、投入口ゲートバルブ４２，４３を閉じ、流動床式ガス化炉１内への可燃物の供給を遮断して、炉内の圧力の上昇を防止する。

また、流動媒体抜き出し口６と流動媒体返送口７とを接続する流動媒体循環流路８は、流動媒体抜き出し口６側から流動媒体返送口７側に向かって、不燃物を分離する分離機構８１と、抜き出した流動媒体を搬送する搬送機構８２と、流動媒体を貯留する貯留部８３と、ロータリーバルブ８４と、シュート８５とを順次配設して形成されている。
なお、流動媒体抜き出し口６と流動媒体循環流路８との接続部には、抜き出し口バルブ６１が設けられている。そして、流動床式ガス化炉１内の流動媒体は、抜き出し口バルブ６１を開閉することにより断続的に、或いは、抜き出し口バルブ６１を常時開とすることにより連続的に抜き出される。

ここで、分離機構８１は、可燃物（廃棄物）と共に流動床式ガス化炉１内に投入され、熱分解されずに流動床２内に残留した不燃物（例えば、金属、瓦礫、石など）を、抜き出した流動媒体から分離除去するためのものである。そして、分離機構８１では、流動媒体と不燃物とが分離され、分離された不燃物は、既知の方法で廃棄処分される。一方、流動媒体は、搬送機構８２へと送られる。
なお、分離機構８１としては、振動篩などの既知の分級装置を用いることができる。

搬送機構８２は、分離機構８１で分離された流動媒体を貯留部８３へと搬送するためのものである。そして、搬送機構８２としては、バケットコンベヤや、空気搬送機などの既知の搬送装置を用いることができる。

貯留部８３は、搬送機構８２を用いて搬送した流動媒体を一時的に貯留するものである。そして、貯留部８３内には、貯留されている流動媒体の高さ、より具体的には、貯留された流動媒体が形成する流動媒体層の、貯留部８３の底面から測定した高さを検出するレベル計（図示せず）が設けられている。
なお、貯留部８３としては、特に限定されることなく、流動媒体の流入口を上面に有し、流動媒体の流出口を下面に有する中空円柱状の金属缶を用いることができる。また、レベル計としては、特に限定されることなく、パドル式（回転羽根式）のレベル計などの既知のレベル計を用いることができる。

ロータリーバルブ８４は、貯留部８３の下側（流動媒体返送口７側）に設けられており、貯留部８３の底面に設けられた流動媒体の流出口に接続されている。そして、ロータリーバルブ８４の開閉は、制御器９により制御されている。
具体的には、ロータリーバルブ８４は、貯留部８３内の流動媒体の高さがＭＨまで上昇した際に回転を開始し（開き）、流動媒体の送出により貯留部８３内の流動媒体の高さがＭＬまで低下した際に停止する（閉じる）ように、制御器９により制御されている。

シュート８５は、ロータリーバルブ８４と流動媒体返送口７とを接続している。従って、ロータリーバルブ８４が回転した際に貯留部８３から送出される流動媒体は、シュート８５および流動媒体返送口７を介して流動床式ガス化炉１内の中空部３へと返送される。
そして、シュート８５は、流動媒体返送口７の近傍に返送口ゲートバルブ８６を有している。また、シュート８５には、シュート内の温度低下を抑制する温度低下抑制機構８７が設けられている。なお、温度低下抑制機構８７としては、シュート８５内の温度低下を抑制することができる既知の機構、例えば断熱材や、ヒーターを用いることができる。

ここで、流動媒体返送口７側に設けられた返送口ゲートバルブ８６の開閉は、制御器９により制御されている。具体的には、返送口ゲートバルブ８６の開閉は、ロータリーバルブ８４の開閉（回転／停止）のタイミングと対応させて制御されている。即ち、返送口ゲートバルブ８６は、ロータリーバルブ８４が回転を開始すると同時に、或いは、ロータリーバルブ８４が回転を開始する直前に開き、ロータリーバルブ８４が停止した後、所定の時間（流動媒体がシュート８５を通過するのに十分な時間）が経過した後に閉じるように、制御器９により制御されている。

制御器９は、上述したように、ロータリーバルブ８４および返送口ゲートバルブ８６の開閉を制御する。具体的には、制御器９は、貯留部８３内の流動媒体の高さがＭＨまで上昇すると、ロータリーバルブ８４と返送口ゲートバルブ８６とを開き、貯留部８３内の流動媒体の高さがＭＬまで低下すると、ロータリーバルブ８４と返送口ゲートバルブ８６とを閉じる。即ち、制御器９は、貯留部８３内の流動媒体の高さが常に所定の高さＭＬ以上となるようにロータリーバルブ８４および返送口ゲートバルブ８６の開閉を制御する。

ここで、所定の高さＭＬは、特に限定されることなく、貯留部８３内に貯留された流動媒体により貯留部８３の底面（即ち、ロータリーバルブ８４側）に負荷される圧力が、インターロック機構１１が作動して投入口ゲートバルブ４２，４３を閉じる圧力（例えば、ゲージ圧力で２ｋＰａ）以上となる高さとすることができる。
より具体的には、高さＭＬは、例えば３００ｍｍ以上とすることができる。なお、高さＭＨは、任意の高さ、例えば３００〜５００ｍｍとすることができる。

そして、上述した流動床式ガス化炉１および流動媒体循環流路８を備える流動床ガス化装置１０では、可燃物投入口４から投入された可燃物を、散気管２１を介して供給された空気等を用いて部分燃焼させ、熱分解することができる。そして、可燃物が熱分解して生成した可燃性ガスは、ガス流出口５およびガス流路（図示せず）を介して回収し、再利用することができる。なお、ガス流出口５からの可燃性ガスの流出量は、流動床式ガス化炉１内が負圧になるようにダンパーにより調整されている。従って、流動床ガス化装置１０では、通常は可燃性ガスが炉外へと漏洩することはない。

また、流動床ガス化装置１０では、流動媒体抜き出し口６を介して流動媒体の一部を抜き出し、抜き出した流動媒体に含まれている不燃物を分離機構８１で分離除去した後に、流動媒体を再び流動床式ガス化炉１内に戻している。従って、流動床ガス化装置１０では、流動床２から不燃物を除去しつつ、流動媒体を循環させて再利用することができる。

ここで、流動床ガス化装置１０では、流動媒体循環流路８に設けた貯留部８３内に所定の高さＭＬ以上の流動媒体を常に貯留している。従って、可燃物投入量の急増または可燃物の性状変化による異常燃焼や、流動床式ガス化炉１の非常停止などが発生し、炉内の圧力が正圧になった場合でも、可燃性ガスの流動媒体循環流路８への流出を防止することができる。即ち、流動床ガス化装置１０では、制御器９により貯留部８３内の流動媒体の高さが所定の高さＭＬ以上となるように制御されているので、炉内の圧力が正圧になった際に、ロータリーバルブ８４および返送口ゲートバルブ８６が開いたり、ロータリーバルブ８４および返送口ゲートバルブ８６に隙間があったりしても、貯留部８３内に堆積した流動媒体の圧力により、流動媒体返送口７側から流動媒体循環流路８内（特に、ロータリーバルブ８４よりも貯留部８３側）へと可燃性ガスが流入するのを防止することができる。
なお、流動床ガス化装置１０では、可燃物投入路４１への可燃性ガスの流出は、二重の投入口ゲートバルブ４２，４３および投入口ゲートバルブ４３上に堆積した可燃物により防止することができる。

また、流動床ガス化装置１０では、貯留部８３の流動媒体返送口７側にロータリーバルブ８４を設けているので、流動床式ガス化炉１内に流動媒体の堆積層を形成することなく、貯留部８３内に流動媒体を貯留することができる。従って、流動媒体を流動化させない部分を炉内に形成することなく可燃物を熱分解することができるので、堆積層の形成に起因した異常燃焼の発生や副生成物の生成を抑制し、安定した状態で可燃物の熱分解および流動媒体の循環を継続することができる。

更に、流動床ガス化装置１０では、インターロック機構１１を設けているので、流動床式ガス化炉１内の圧力が所定の圧力以上まで上昇するのを防止し、流動床ガス化装置１０を安全に運転することができる。
また、流動床ガス化装置１０では、制御器９がロータリーバルブ８４を閉じる（即ち、ロータリーバルブ８４の回転を停止する）際の所定の高さＭＬを、貯留部８３内に貯留された流動媒体により貯留部８３の底面に負荷される圧力が、インターロック機構１１が作動する圧力以上となるように設定している。従って、流動床ガス化装置１０では、流動媒体循環流路８への可燃性ガスの流出、特にロータリーバルブ８４よりも貯留部８３側への可燃性ガスの流出を確実に防止することができる。

なお、流動床式ガス化炉１内で生成する可燃性ガスにはタール分が含まれているが、流動床ガス化装置１０では、返送口ゲートバルブ８６や温度低下抑制機構８７をシュート８５に設けているので、可燃性ガス中に含まれるタール分がシュート８５内で固着するのを抑制することができる。従って、流動床ガス化装置１０では、可燃性ガス中のタール分によるシュート８５の閉塞を防止することができる。

以上、一例を用いて本発明の流動床ガス化装置について説明したが、本発明の流動床ガス化装置は、上記一例に限定されることはなく、本発明の流動床ガス化装置には、適宜変更を加えることができる。具体的には、本発明の流動床ガス化装置で用いる各種バルブや装置は、上記一例には限定されない。

本発明の流動床ガス化装置によれば、炉内が正圧になった場合でも可燃性ガスの流動媒体循環流路への流出を防止することができ、且つ、異常燃焼の発生や副生成物の生成を抑制することができる。

１流動床式ガス化炉
２流動床
３空塔部
４可燃物投入口
５ガス流出口
６流動媒体抜き出し口
７流動媒体返送口
８流動媒体循環流路
９制御器
１０流動床ガス化装置
２１散気管
１１インターロック機構
３１圧力計
４１可燃物投入路
４２，４３投入口ゲートバルブ
６１抜き出し口バルブ
８１分離機構
８２搬送機構
８３貯留部
８４ロータリーバルブ
８５シュート
８６返送口ゲートバルブ
８７温度低下抑制機構

Claims

流動床を形成する流動媒体を炉内に有し、炉内に投入された可燃物を熱分解して可燃性ガスを生成する流動床式ガス化炉と、前記流動媒体を炉内から抜き出し、抜き出した流動媒体を再び炉内へと戻す流動媒体循環流路とを備える流動床ガス化装置であって、
前記流動媒体循環流路が、
前記流動床式ガス化炉に設けられた流動媒体抜き出し口と、流動媒体返送口とを連通し、
前記流動媒体抜き出し口を介して抜き出した流動媒体を前記流動媒体返送口側へと搬送する搬送機構と、
前記搬送機構により搬送された流動媒体を貯留する貯留部と、
前記貯留部の前記流動媒体返送口側に設けられたバルブと、
前記バルブと前記流動媒体返送口とを連結するシュートと、
前記バルブの開閉を制御する制御器と、
を有し、
前記制御器が、前記貯留部内に貯留される流動媒体の高さが所定の高さ以上となるように前記バルブの開閉を制御し、
前記流動床式ガス化炉内の圧力が所定圧力以上に上昇した際に流動床式ガス化炉内への可燃物の供給を遮断して流動床式ガス化炉内の圧力が所定圧力以上に上昇するのを防止するインターロック機構を更に備え、
前記所定の高さが、前記貯留部内に貯留された流動媒体により貯留部の底面に負荷される圧力が前記所定圧力以上となる高さであることを特徴とする、流動床ガス化装置。
前記シュート内の前記流動媒体返送口側にゲートバルブを備えることを特徴とする、請求項１に記載の流動床ガス化装置。
前記シュートがシュート内の温度低下を抑制する温度低下抑制機構を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の流動床ガス化装置。