JP6824745B2 - 炭化炉及び熱分解炉、並びに、水性ガス生成システム、水素ガス生成システム、及び、発電システム - Google Patents
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Description
C+H2O → CO+H2 (1)
CO+H2O → CO2+H2 (2)
その結果、2次燃焼領域R4における可燃性ガスの燃焼効率が悪化し、可燃性ガスを多く含んだままの燃焼ガスが燃焼ガス排出部27から排出されてしまうこととなる。このような可燃性ガスには、凝固してタールとなる成分である高分子炭化水素が含まれているため、可燃性ガスに多量に含まれるタールが凝固して、炭化炉20及びその下流側に設置される機器に損傷を与えるという問題が生じる。
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
20 炭化炉
20a 間隙
21 本体部
22 円筒部(筒部)
23 有機廃棄物投入部(投入部)
24 炭化物排出部
24a ターンテーブル(回転体)
24b 駆動部
24c 炭化物排出口(排出口)
24d クリンカクラッシャ
25 1次空気供給部(第1空気供給部)
25a 1次燃焼ファン(送風部)
25b カバー部
25c 空気供給口
25d 閉空間
25e 放熱フィン(加熱部)
26 2次空気供給部(第2空気供給部)
26a 2次燃焼ファン
26b カバー部
26c 空気供給口
26d 閉空間
27 燃焼ガス排出部
28a,28b,28c 温度センサ(温度検出部)
28d レベルセンサ(堆積量検出部)
29 炭化炉制御部(制御部)
30 熱分解炉
30a 燃焼ガス流路(加熱用ガス流路)
31 本体部
32 反応管
32a センターバイプ(筒状部材)
32b 上端フランジ(第3フランジ部)
32c 下端部
32f 第1傾斜板
32g 第2傾斜板
32h 保持棒(保持部)
33 反応管ヘッド(供給部)
33a 下端フランジ(第4フランジ部)
33d 締結ボルト(締結部材)
34 水性ガス出口ノズル(水性ガス出口部)
35 燃焼ガス供給部(加熱用ガス供給部)
36 燃焼ガス排出部(加熱用ガス排出部)
40 減温器
41 チャー回収装置
60 水性ガス冷却装置
70 水性ガスホルダ
80 蒸気発生器
81 蒸気過熱器
82 水供給装置
90 制御装置
100 水性ガス生成システム
102,103,104 水性ガス供給路
200a,200b,200c,200d,200e 燃焼ガス流路
R1 炭化物精錬・冷却領域
R2 1次燃焼領域
R3 原料投入領域
R4 2次燃焼領域
W,X,Y,Z 軸線
Claims (37)
- 軸線に沿って延びる筒状に形成される本体部と、
前記軸線に沿って延びる筒状に形成されるとともに前記本体部の内周面との間に有機廃棄物を炭化させるための間隙を形成する外周面を有する筒部と、
前記間隙へ前記有機廃棄物を投入する投入部と、
前記間隙に堆積する前記有機廃棄物の燃焼用空気を供給する空気供給部と、
前記有機廃棄物の燃焼により生成される燃焼ガスを排出する燃焼ガス排出部と、
前記間隙から前記有機廃棄物が燃焼により炭化した炭化物を排出する炭化物排出部と、
前記有機廃棄物の燃焼条件を制御する炭化炉制御部とを備え、
前記空気供給部が、
前記間隙に堆積する前記有機廃棄物を部分燃焼させる1次燃焼用空気を供給する第1空気供給部と、前記有機廃棄物の部分燃焼により生成される燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを燃焼させる2次燃焼用空気を前記本体部の内部へ供給する第2空気供給部とを備え、
前記本体部が、
前記1次燃焼用空気が供給される第1次燃焼領域の雰囲気の温度を検出する第1温度検出部を備え、
前記燃焼ガス排出部が、
前記燃焼ガス排出部から排出される燃焼ガスの温度を検出する第2温度検出部を備え、
前記炭化炉制御部が、
前記本体部に備えられた前記第1温度検出部が検出した温度と前記燃焼ガス排出部に備えられた前記第2温度検出部が検出した温度に応じて、前記第1空気供給部及び前記第2空気供給部の空気供給量を制御し、
前記燃焼ガス排出部に備えられた前記第2温度検出部が検出する温度が第1燃焼ガス温度以上となるまでは前記2次燃焼用空気の供給量を一定とし、
前記燃焼ガス排出部に備えられた前記第2温度検出部が検出する温度が前記第1燃焼ガス温度を下回る場合に前記2次燃焼用空気の供給量を減少させることにより前記燃焼ガス排出部から排出される燃焼ガスの温度を前記第1燃焼ガス温度以上に上昇させ、
前記燃焼ガス排出部に備えられた前記第2温度検出部が検出する温度が第2燃焼ガス温度を上回る場合には前記2次燃焼用空気の供給量を増加させることにより前記燃焼ガス排出部から排出される燃焼ガスの温度を前記第2燃焼ガス温度以下に低下させ、
前記第1燃焼ガス温度が900℃〜1200℃であり、
前記第2燃焼ガス温度が前記第1燃焼ガス温度よりも高く、1100℃〜1300℃であることを特徴とする炭化炉。 - 請求項1に記載の炭化炉と、
前記炭化炉が前記有機廃棄物を炭化させることにより生成された前記炭化物をガス化剤により熱分解させて水性ガスを生成する熱分解炉とを備える水性ガス生成システム。 - 軸線に沿って延びる筒状に形成される本体部と、前記軸線に沿って延びる筒状に形成されると共に前記本体部の内周面との間に有機廃棄物を炭化させるための間隙を形成する外周面を有する筒部と、前記間隙へ前記有機廃棄物を投入する投入部と、前記間隙から前記有機廃棄物が炭化した炭化物を排出する炭化物排出部と、前記間隙に堆積する前記有機廃棄物を部分燃焼させる1次燃焼用空気を供給する第1空気供給部と、前記有機廃棄物の燃焼により生成される燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを燃焼させる2次燃焼用空気を前記本体部の内部へ供給する第2空気供給部と、前記有機廃棄物の燃焼により生成される燃焼ガスを外部へ排出する燃焼ガス排出部と、前記有機廃棄物の燃焼条件を制御する炭化炉制御部とを備える炭化炉において、
前記燃焼ガス排出部から排出される前記燃焼ガスの温度を検出する温度検出工程と、
前記温度検出工程が検出する前記燃焼ガスの温度が第1燃焼ガス温度以上となるまでは前記第2空気供給部が供給する前記2次燃焼用空気の供給量を一定とする工程と、
前記温度検出工程が検出する前記燃焼ガスの温度が前記第1燃焼ガス温度を下回る場合に前記燃焼ガスの温度が前記第1燃焼ガス温度以上となるように前記第2空気供給部が供給する前記2次燃焼用空気の供給量を減少させる工程と、
前記温度検出工程が検出する前記燃焼ガスの温度が第2燃焼ガス温度を上回る場合に前記燃焼ガスの温度が前記第2燃焼ガス温度以下となるように前記第2空気供給部が供給する前記2次燃焼用空気の供給量を増加させる工程と、を備え、
前記第1燃焼ガス温度が900℃〜1200℃であり、
前記第2燃焼ガス温度が前記第1燃焼ガス温度よりも高く、1100℃〜1300℃であることを特徴とする炭化炉の制御方法。 - 請求項1に記載の炭化炉において、
前記本体部が、
前記間隙の下端側に堆積する前記炭化物の温度を検出する第3温度検出部を備え、
前記炭化炉制御部が、
前記第3温度検出部が検出する前記炭化物の温度が所定の炭化物温度よりも低い温度から前記所定の炭化物温度以上となった場合に、前記炭化物排出部が排出する前記炭化物の温度を低下させるように前記炭化物の排出量を減少させることを特徴とする炭化炉。 - 請求項4に記載の炭化炉において、
前記炭化物排出部は、
前記炭化物を排出する排出口と、
前記間隙の下端と対向する位置に設けられるとともに前記軸線回りに回転することにより前記間隙の下端から前記排出口へ前記炭化物を導く回転体と、
前記回転体を前記軸線回りに回転させる駆動部とを有し、
前記炭化炉制御部は、
前記第3温度検出部が検出する前記炭化物の温度が前記所定の炭化物温度よりも低い温度から前記所定の炭化物温度以上となった場合に、前記炭化物排出部が排出する前記炭化物の温度を低下させるように前記駆動部が前記回転体を回転させる回転速度を低下させることを特徴とする炭化炉。 - 請求項5に記載の炭化炉において、
前記炭化炉制御部は、
前記第3温度検出部が検出する前記温度が所定温度より低い場合は第1回転速度で前記回転体を回転させるよう前記駆動部を制御し、前記第3温度検出部が検出する前記温度が前記所定温度以上である場合は前記第1回転速度より低い第2回転速度で前記回転体を回転させるよう前記駆動部を制御することを特徴とする炭化炉。 - 請求項4から請求項6のいずれか1項に記載の炭化炉と、
前記炭化炉が前記有機廃棄物を炭化させることにより生成された前記炭化物をガス化剤により熱分解させて水性ガスを生成する熱分解炉と
を備える水性ガス生成システム。 - 請求項3に記載の炭化炉の制御方法において、
前記間隙の下端側に堆積する前記炭化物の温度を検出する炭化物温度検出工程と、
前記炭化物温度検出工程が検出する前記温度が所定の炭化物温度よりも低い温度から前記所定の炭化物温度以上となった場合に、前記炭化物排出部が排出する前記炭化物の温度を低下させるように前記炭化物の排出量を減少させる制御工程と
を備えることを特徴とする炭化炉の制御方法。 - 請求項1に記載の炭化炉において、
前記本体部が、
前記間隙に堆積する前記有機廃棄物の堆積量を検出する堆積量検出部を備え、
前記炭化炉制御部が、
前記堆積量検出部が検出する前記堆積量が所定の堆積量よりも多い堆積量から前記所定の堆積量以下となった場合に、前記炭化物排出部が排出する前記炭化物の温度を低下させるように前記炭化物の排出量を減少させることを特徴とする炭化炉。 - 請求項9に記載の炭化炉において、
前記炭化物排出部は、
前記炭化物を外部へ排出する排出口と、
前記間隙の下端と対向する位置に設けられるとともに前記軸線回りに回転することにより前記間隙の下端から前記排出口へ前記炭化物を導く回転体と、
前記回転体を前記軸線回りに回転させる駆動部とを有し、
前記炭化炉制御部は、前記堆積量検出部が検出する前記堆積量が所定の堆積量よりも多い堆積量から前記所定の堆積量以下となった場合に、前記炭化物排出部が排出する前記炭化物の温度を低下させるように前記駆動部が前記回転体を回転させる回転速度を低下させることを特徴とする炭化炉。 - 前記炭化炉制御部は、前記堆積量検出部が検出する前記堆積量が所定堆積量以上である場合は第1回転速度で前記回転体を回転させるよう前記駆動部を制御し、前記堆積量検出部が検出する前記堆積量が前記所定堆積量以下である場合は前記第1回転速度より低い第2回転速度で前記回転体を回転させるよう前記駆動部を制御することを特徴とする請求項10に記載の炭化炉。
- 請求項9から請求項11のいずれか1項に記載の炭化炉と、
前記炭化炉が前記有機廃棄物を炭化させることにより生成された前記炭化物をガス化剤より熱分解させて水性ガスを生成する熱分解炉と
を備える水性ガス生成システム。 - 請求項1に記載の炭化炉において、
前記空気供給部が、
外部から導入した空気を送風する送風部と、
前記送風部により送風された空気を加熱する加熱部と、
前記加熱部により加熱された空気を前記間隙へ供給する空気供給口とを備えることを特徴とする炭化炉。 - 請求項13に記載の炭化炉において、
前記間隙の外周側に配置されるとともに前記本体部の前記外周面との間に前記軸線回りに延びる閉空間を形成するカバー部を更に備え、
前記送風部は外部から導入した空気を前記閉空間に送風し、
前記加熱部は前記閉空間に配置されるとともに前記送風部により前記閉空間に供給された空気を加熱し、
前記空気供給口は前記閉空間で前記加熱部により加熱された空気を前記間隙へ供給することを特徴とする炭化炉。 - 請求項14に記載の炭化炉において、
前記加熱部は、前記本体部の前記外周面を介して前記間隙の雰囲気温度が伝熱される伝熱部材を前記空気供給口よりも下方に備えることを特徴とする炭化炉。 - 請求項15に記載の炭化炉において、
前記送風部は、前記間隙の下方の外周側に位置する前記本体部の前記外周面に向けて外部から導入した空気を送風することを特徴とする炭化炉。 - 請求項15または請求項16に記載の炭化炉において、
前記空気供給口が配置される位置における前記本体部の前記内周面から前記外周面までの距離よりも、前記伝熱部材が配置される位置における前記本体部の前記内周面から前記外周面までの距離の方が短いことを特徴とする炭化炉。 - 請求項15から請求項17のいずれか1項に記載の炭化炉において、
前記伝熱部材は前記本体部の前記外周面に接触するとともに前記外周面に沿って前記軸線回りに延びる環状の放熱フィンであり、
前記放熱フィンは前記軸線に沿った複数箇所に設けられていることを特徴とする炭化炉。 - 請求項16または請求項17に記載の炭化炉において、
前記伝熱部材は、前記本体部の前記外周面に接触するとともに前記外周面に沿って前記軸線回りに下方から上方へ向けて旋回する螺旋状の流路を形成する放熱フィンであることを特徴とする炭化炉。 - 請求項13から請求項19のいずれか1項に記載の炭化炉と、
前記炭化炉が前記有機廃棄物を炭化させることにより生成された前記炭化物をガス化剤により熱分解させて水性ガスを生成する熱分解炉と
を備える水性ガス生成システム。 - 軸線に沿って延びる筒状に形成される本体部と、
前記軸線に沿って延びる筒状に形成されるとともに前記本体部の内周面との間に加熱用ガスを流通させるための加熱用ガス流路を形成する外周面を有し、上端部が前記本体部の上面から突出した反応管と、
前記反応管の内部で水性ガスを生成させるために前記反応管の内部へ炭化物とガス化剤とを供給する供給部と、
前記本体部の上方に設けられるとともに前記加熱用ガス流路へ前記加熱用ガスを供給する加熱用ガス供給部と、
前記反応管の下端部に取り付けられるとともに前記反応管の内部で前記炭化物の熱分解反応により生成された水性ガスを外部へ導く水性ガス出口部と、
前記本体部の下方に設けられるとともに前記加熱用ガス流路から前記加熱用ガスを排出する加熱用ガス排出部と、
前記本体部の前記上面の下方に前記上面と接するように設けられるとともに前記反応管の前記外周面と接触する内周面を有しており、前記本体部の上面からの前記加熱用ガスの流出を遮断する第1シール部と、
前記反応管の下端部が前記本体部の底面から突出しており、前記本体部の前記底面の上方に前記底面と接するように設けられるとともに前記反応管の前記外周面と接触する内周面を有しており、前記本体部の底面からの前記加熱用ガスの流出を遮断する第2シール部と、
前記反応管の下端部と前記水性ガス出口部との取付位置において、前記反応管の前記外周面および前記水性ガス出口部の外周面のそれぞれと接触する内周面を有しており、前記取付位置からの前記水性ガスの流出を遮断する第3シール部と
を備える熱分解炉。 - 請求項21に記載の熱分解炉において、
前記本体部の前記上面は上板で構成され、前記本体部の側面の上端には第1フランジ部が設けられており、前記軸線回りの複数箇所で締結部材によって締結されている前記上板と前記第1フランジ部との間に、前記加熱用ガスの流出を遮断する第4シール部と、
前記本体部の前記底面は底板で構成され、前記本体部の側面の下端には第2フランジ部が設けられており、前記軸線回りの複数箇所で締結部材によって締結されている前記底板と前記第2フランジ部との間に、前記加熱用ガスの流出を遮断する第5シール部と、
前記反応管の前記上端部には第3フランジ部が設けられており、前記供給部の下端部には第4フランジ部が設けられており、前記軸線回りの複数筒所で締結部材によって締結されている前記第3フランジ部と前記第4フランジ部との間に、前記水性ガスの流出を遮断する第6シール部と
を更に備えることを特徴とする熱分解炉。 - 有機廃棄物を部分燃焼させて炭化物と燃焼ガスとを生成する炭化炉と、
請求項21または請求項22に記載の熱分解炉であって、前記炭化炉が生成した前記炭化物を前記炭化物とガス化剤の供給部から前記反応管の内部へ供給すると共に、前記加熱用ガスとして前記炭化炉が生成した前記燃焼ガスを前記加熱用ガス供給部から前記加熱用ガス流路へ供給する熱分解炉とを備えることを特徴とする水性ガス生成システム。 - 請求項21または請求項22に記載の熱分解炉において、
前記反応管は、
前記軸線に沿って延びる筒状に形成される筒状部材と、
前記筒状部材の内部に収容されると共に前記上端部から供給される前記炭化物を前記筒状部材の上端側から下端側まで段階的に導いて前記炭化物および前記ガス化剤の熱分解反応を促進させる熱分解促進機構とを備え、
前記熱分解促進機構は、
前記炭化物を前記反応管の内周面の一端部から他端部に設けられた第1開口部へ導くように傾斜した第1傾斜面を形成する複数の第1傾斜板と、
前記第1傾斜板によって前記第1開口部から下方へ落下した前記炭化物を前記他端部から前記一端部に設けられた第2開口部へ導くように傾斜した第2傾斜面を形成する複数の第2傾斜板と、
前記軸線に沿って前記第1傾斜板と前記第2傾斜板とが交互に配置されるように、前記複数の第1傾斜板と前記複数の第2傾斜板を保持する保持部とを備えることを特徴とする熱分解炉。 - 請求項24に記載の熱分解炉において、
前記保持部は前記軸線に沿って延びる棒状部材を有し、
前記複数の第1傾斜板及び前記複数の第2傾斜板は前記棒状部材の前記軸線に沿った複数箇所で前記棒状部材に保持されていることを特徴とする熱分解炉。 - 請求項24または請求項25に記載の熱分解炉において、
前記熱分解促進機構は、前記筒状部材から着脱可能となっていることを特徴とする熱分解炉。 - 請求項21、請求項22、請求項24乃至請求項26のうちのいずれか1項に記載の熱分解炉と、
前記熱分解炉の前記水性ガス出口部から排出される未反応の前記炭化物を回収して前記熱分解炉へ再び供給するチャー回収装置と
を備える水性ガス生成システム。 - 有機廃棄物を部分燃焼させて炭化物と燃焼ガスとを生成する炭化炉と、
請求項24から請求項27のいずれか1項に記載の熱分解炉であって、前記炭化炉が生成した前記炭化物を前記炭化物とガス化剤の供給部から前記反応管の内部へ供給すると共に前記加熱用ガスとして前記炭化炉が生成した前記燃焼ガスを前記加熱用ガス流路へ供給する熱分解炉と
を備える水性ガス生成システム。 - 請求項1、請求項4乃至請求項6、請求項9乃至請求項11、請求項13乃至請求項19のうちのいずれか1項に記載の炭化炉と、
請求項21、請求項22、請求項24乃至請求項26のうちのいずれか1項に記載の熱分解炉であって、前記炭化炉が生成した前記炭化物を前記炭化物とガス化剤の供給部から前記反応管の内部へ供給すると共に前記加熱用ガスとして前記炭化炉が生成した前記燃焼ガスを前記加熱用ガス流路へ供給する熱分解炉と
を備える水性ガス生成システム。 - 請求項29に記載の生成ガス生成システムにおいて、
前記熱分解炉の前記水性ガス出口部から排出される未反応の前記炭化物を回収して前記熱分解炉へ再び供給するチャー回収装置を更に備えることを特徴とする水性ガス生成システム。 - 有機廃棄物を部分燃焼させて炭化物と燃焼ガスとを生成する炭化炉と、
前記炭化炉が生成した前記炭化物を水蒸気とともに前記燃焼ガスにより加熱して水性ガスを生成する熱分解炉と、
前記燃焼ガスにより水を加熱して前記水蒸気を生成する蒸気発生器と、
前記蒸気発生器が生成した前記水蒸気を前記燃焼ガスにより過熱するとともに過熱された前記水蒸気を前記熱分解炉へ供給する蒸気過熱器と、
前記有機廃棄物を前記燃焼ガスにより乾燥させるとともに乾燥された前記有機廃棄物を前記炭化炉へ供給する乾燥機と、
前記炭化炉が生成した前記燃焼ガスを前記熱分解炉へ供給し、前記熱分解炉から排出された前記燃焼ガスを前記蒸気過熱器へ供給し、前記蒸気過熱器から排出された前記燃焼ガスを前記蒸気発生器へ供給し、前記蒸気発生器から排出された前記燃焼ガスを前記乾燥機へ供給する燃焼ガス流路とを備える水性ガス生成システム。 - 請求項31に記載の水性ガス生成システムにおいて、
前記熱分解炉から排出される未反応の前記炭化物を回収して前記熱分解炉へ再び供給するチャー回収装置を更に備えることを特徴とする水性ガス生成システム。 - 請求項31または請求項32に記載の水性ガス生成システムにおいて、
前記乾燥機から排出される前記燃焼ガスを前記乾燥機から排出される前記燃焼ガスから有害物質を除去して無害化する排ガス冷却洗浄装置へ供給する燃焼ガス流路を更に備えることを特徴とする水性ガス生成システム。 - 有機廃棄物を部分燃焼させて炭化物と燃焼ガスとを生成する炭化炉と、前記炭化炉が生成した前記炭化物を水蒸気とともに前記燃焼ガスにより加熱して水性ガスを生成する熱分解炉と、前記燃焼ガスにより水を加熱して前記水蒸気を生成する蒸気発生器と、前記蒸気発生器が生成した前記水蒸気を前記燃焼ガスにより過熱するとともに過熱された前記水蒸気を前記熱分解炉へ供給する蒸気過熱器と、前記有機廃棄物を前記燃焼ガスにより乾燥させるとともに乾燥された前記有機廃棄物を前記炭化炉へ供給する乾燥機とを備える水性ガス生成システムにおいて、
前記炭化炉が生成した前記燃焼ガスを前記熱分解炉に供給する第1工程と、
前記熱分解炉から排出された前記燃焼ガスを前記蒸気過熱器へ供給する第2工程と、
前記蒸気過熱器から排出された前記燃焼ガスを前記蒸気発生器へ供給する第3工程と、
前記蒸気発生器から排出された前記燃焼ガスを前記乾燥機へ供給する第4工程とを備える水性ガス生成システムの燃焼ガス供給方法。 - 請求項34に記載の水性ガス生成システムの燃焼ガス供給方法において、
前記乾燥機から排出された前記燃焼ガスを排ガス冷却洗浄装置へ供給する第5工程を更に備えることを特徴とする水性ガス生成システムの燃焼ガス供給方法。 - 請求項2、請求項7、請求項12、請求項20、請求項23、請求項27乃至請求項33のうちのいずれか1項に記載の水性ガス生成システムにおいて、
水素精製装置を更に備えたことを特徴とする水素ガス生成システム。 - 請求項2、請求項7、請求項12、請求項20、請求項23、請求項27乃至請求項33のうちのいずれか1項に記載の水性ガス生成システムと、
発電設備とを備えた発電システム。
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