JP7488785B2 - ガス・スチーム併用タービン発電システム - Google Patents
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Description
本発明は、廃棄物ガス化装置で廃棄物をガス化して発生する可燃性ガスを燃焼させた燃焼ガス及び当該燃焼ガスで高熱化したタービンの回転体に向け噴出された水が気化したスチームを動力源として発電するガス・スチーム併用タービン発電システムに関する。
従来、廃棄物の処理を利用して発電する廃棄物発電システムに関する提案がある。例えば、廃棄物を加熱して熱分解ガスを発生する熱分解炉と、熱分解ガス中のタールやすす、硫黄分や塩素分等を除去し、水素豊富なガスを精製する改質設備と、精製ガスを供給して発電する燃料電池とを備え、更に、前記燃料電池から生じる排熱を前記熱分解炉の熱源に使用するための排熱回収設備を備えることを特徴とする廃棄物発電システムがある（特許文献１）。また、従来、ガスタービンと蒸気タービンを利用する発電についての提案がある。例えば、燃料を燃焼して駆動されるガスタービンと、復水器から給水配管を介して供給された給水を前記ガスタービンの排ガスにより加熱し、蒸気を発生する排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラから蒸気配管を介して供給された蒸気により駆動される蒸気タービンと、前記ガスタービンと蒸気タービンのいずれか、あるいは双方により駆動される発電機と、前記蒸気タービンで仕事をした後の蒸気を水に戻すための前記復水器とから構成されるコンバインドサイクル発電プラントであって、前記蒸気配管から分岐し、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気を前記復水器へ導くとともに減温器を備えるタービンバイパス管、前記減温器へ供給するスプレ水を貯留するためのスプレ水タンク、を備えたことを特徴とするコンバインドサイクル発電プラントがある（特許文献２）。
しかし、特許文献１の廃棄物発電システムは、コークスや石灰石等と共に投入される廃棄物を熱分解して得た熱分解ガス（可燃性ガス）を利用して発電するものであり、高温水蒸気を用いて水性ガス反応が起きる温度で廃棄物を処理することにより得られる可燃性ガスを利用して発電するものではない。また、特許文献２のコンバインドサイクル発電プラントにおける蒸気タービンは、ガスタービンの排ガスで加熱して発生する蒸気で駆動されるものである。
本発明は、上記の事情に鑑みなされたもので、高温水蒸気を利用する廃棄物ガス化装置で廃棄物をガス化して発生する高密度・高熱量の可燃性ガスを燃焼させた燃焼ガス及び当該燃焼ガスで高熱化したタービンの回転体に向け噴出された水が気化したスチームを動力源として発電するガス・スチーム併用タービン発電システムを提供することを課題とする。
本発明者は、上記の課題を解決するために鋭意検討を重ねて本発明に想到した。
すなわち、本発明は、廃棄物ガス化装置で廃棄物をガス化して発生する可燃性ガスを燃焼させた燃焼ガス及び当該燃焼ガスで高熱化したガス・スチーム併用タービンの回転体に向け噴出された水が気化したスチームを動力源として発電するガス・スチーム併用タービン発電システムであって、前記廃棄物ガス化装置は、高温水蒸気により廃棄物を熱分解し、可燃性ガスを発生させるガス化炉と、ガス吸引手段と高電圧放電発生器とガス圧縮手段を備え、前記ガス化炉に接続されて前記可燃性ガスを前記ガス化炉から排出させるガス排出管と、筒形周壁の周面に複数のガス噴出孔を穿設し、前方開口側を中心にガス吐出孔を設けた蓋板により被蓋した内側燃焼筒体の後方開口側周縁を、筒形で前方開口側を中心にガス放出口を有する前方側壁板に、又後方開口側を後方側壁板により閉塞する外側燃焼筒体の後方側壁板内面に接合して、内側燃焼筒体を外側燃焼筒体に内設し、内側燃焼筒体内に適量の流体燃料と加圧空気を供給点火して燃焼させ内側燃焼筒体を加熱すると共に、後方より外側燃焼筒体内に加圧空気を供給し周回させて加熱し、内側燃焼筒体に設けたガス噴出孔及びガス吐出孔より外側燃焼筒体内に噴出する気化した不完全燃焼ガスを、周回する加熱ガスの逆火熱により再燃焼して反復周回させて更に内側燃焼筒体を加熱して熱気化を促進し、ガス放出口より外部に高温の完全燃焼ガスを放出する逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナーの熱により発生した高温水蒸気を前記ガス化炉内に噴出させる高温水蒸気用ボイラーと、を備え、前記ガス・スチーム併用タービンは、筐体と、当該筐体が載置される架台と、前記筐体内に設けられ、圧縮して供給される前記廃棄物ガス化装置で発生した可燃性ガスを燃焼させかつ燃焼ガスを噴出するガス燃焼噴出器と、前記筐体内に設けられ、高圧水発生装置から供給される高圧水を噴出する水噴出ノズルと、前記筐体の外周に沿い回転する円盤状の回転体と、を備え、前記回転体は、回転体内を仕切る仕切り壁により隔てられた複数のガス・スチーム区画が形成され、回転体の内周部は開口し、外周部は閉口しかつ切欠きが形成され、また、外周部上には外周部の前記切欠きと連通する切欠きを有し、前記ガス・スチーム区画内の燃焼ガス又はスチームをジェット噴出するジェット噴出ノズルが設けられ、当該ジェット噴出ノズルからジェット噴出される燃焼ガスの推力及び高熱化した回転体に向け噴出された水が瞬時に気化したスチームの推力により回転体と連結材で連結される発電機を駆動することを特徴とするガス・スチーム併用タービン発電システムに関する。この構成により、廃棄物ガス化装置で廃棄物の熱分解により発生する可燃性ガスを燃焼させた燃焼ガス及びスチームをタービンの動力源として利用することができる。
すなわち、本発明は、廃棄物ガス化装置で廃棄物をガス化して発生する可燃性ガスを燃焼させた燃焼ガス及び当該燃焼ガスで高熱化したガス・スチーム併用タービンの回転体に向け噴出された水が気化したスチームを動力源として発電するガス・スチーム併用タービン発電システムであって、前記廃棄物ガス化装置は、高温水蒸気により廃棄物を熱分解し、可燃性ガスを発生させるガス化炉と、ガス吸引手段と高電圧放電発生器とガス圧縮手段を備え、前記ガス化炉に接続されて前記可燃性ガスを前記ガス化炉から排出させるガス排出管と、筒形周壁の周面に複数のガス噴出孔を穿設し、前方開口側を中心にガス吐出孔を設けた蓋板により被蓋した内側燃焼筒体の後方開口側周縁を、筒形で前方開口側を中心にガス放出口を有する前方側壁板に、又後方開口側を後方側壁板により閉塞する外側燃焼筒体の後方側壁板内面に接合して、内側燃焼筒体を外側燃焼筒体に内設し、内側燃焼筒体内に適量の流体燃料と加圧空気を供給点火して燃焼させ内側燃焼筒体を加熱すると共に、後方より外側燃焼筒体内に加圧空気を供給し周回させて加熱し、内側燃焼筒体に設けたガス噴出孔及びガス吐出孔より外側燃焼筒体内に噴出する気化した不完全燃焼ガスを、周回する加熱ガスの逆火熱により再燃焼して反復周回させて更に内側燃焼筒体を加熱して熱気化を促進し、ガス放出口より外部に高温の完全燃焼ガスを放出する逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナーの熱により発生した高温水蒸気を前記ガス化炉内に噴出させる高温水蒸気用ボイラーと、を備え、前記ガス・スチーム併用タービンは、筐体と、当該筐体が載置される架台と、前記筐体内に設けられ、圧縮して供給される前記廃棄物ガス化装置で発生した可燃性ガスを燃焼させかつ燃焼ガスを噴出するガス燃焼噴出器と、前記筐体内に設けられ、高圧水発生装置から供給される高圧水を噴出する水噴出ノズルと、前記筐体の外周に沿い回転する円盤状の回転体と、を備え、前記回転体は、回転体内を仕切る仕切り壁により隔てられた複数のガス・スチーム区画が形成され、回転体の内周部は開口し、外周部は閉口しかつ切欠きが形成され、また、外周部上には外周部の前記切欠きと連通する切欠きを有し、前記ガス・スチーム区画内の燃焼ガス又はスチームをジェット噴出するジェット噴出ノズルが設けられ、当該ジェット噴出ノズルからジェット噴出される燃焼ガスの推力及び高熱化した回転体に向け噴出された水が瞬時に気化したスチームの推力により回転体と連結材で連結される発電機を駆動することを特徴とするガス・スチーム併用タービン発電システムに関する。この構成により、廃棄物ガス化装置で廃棄物の熱分解により発生する可燃性ガスを燃焼させた燃焼ガス及びスチームをタービンの動力源として利用することができる。
上記の発明において、廃棄物ガス化装置は、ガス化炉の上部に上シャッターと下シャッターを備える廃棄物投入口が設けられ、投入された廃棄物に含まれる空気を排出させるために両シャッター間に水蒸気導入管と排気管が設けられてもよい。この構成により、含まれる酸素を追い出した廃棄物をガス化炉内に連続投入し、連続運転することができる。また、上記の各発明において、廃棄物ガス化装置は、ガス排出管にガス洗浄装置を備えてもよい。この構成により、可燃性ガスに含まれる不純物を除去できる。
本発明によれば、廃棄物ガス化装置で発生した可燃性ガスを燃焼させた燃焼ガス及び当該燃焼ガスで高熱化したタービンの回転体に向け噴出された水が気化したスチームを動力源として発電できるので、廃棄物の処理を有効に活用できるばかりか、化石燃料を使うことなく低廉な設備で発電ができ、ひいては脱炭素社会に向け有用である。また、本発明によれば、タービンの回転体に向け水を噴出することにより、タービンの熱破壊を防止することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に示す、本実施形態に係るガス・スチーム併用タービン発電システム３００を構成する廃棄物ガス化装置１００は、ガス化炉３０と可燃性ガスをガス化炉３０から排出するガス排出管４０と逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナー６０を熱源として高温水蒸気を発生する高温水蒸気用ボイラー５０とを備えている。
ガス化炉３０は、炉幅が上方から下方に向けて次第に拡径するテーパー状に形成されている。この構成により、熱で膨張した廃棄物が上方から落下し易くなり、下方での熱分解
が容易となる。ガス化炉３０の内側は、耐熱構造となっている。
が容易となる。ガス化炉３０の内側は、耐熱構造となっている。
ガス化炉３０の上部は、廃棄物投入口３１が設けられている。廃棄物投入口３１は、上シャッター３２と下シャッター３３が設けられ、両シャッター３２、３３間の下部に水蒸気導入管３４が接続され、上部に排気管３５が接続されている。上シャッター３２を開けて廃棄物を投入後、上シャッター３２を閉じる。次いで、ボイラー３６内で発生する水蒸気を水蒸気導入管３４から廃棄物投入口３１内に噴出させ、廃棄物に含まれる空気を水蒸気により排気管３５を介して外部に排出させる。廃棄物ガス化装置１００は、高温水蒸気により廃棄物を熱分解して可燃性ガスを発生させるので、廃棄物の処理に空気は必要なく、空気の存在は可燃性ガスを不燃性化する。廃棄物から空気を追い出した後、下シャッター３３を開け、廃棄物をガス化炉３０内に落下させ、下シャッター３３を閉じる。廃棄物投入口３１への廃棄物の投入、廃棄物に含まれる空気の追い出し、廃棄物のガス化炉内３０への落下を繰り返すことによりガス化炉３０内に廃棄物を連続投入し、連続運転ができる。
ガス化炉３０の下部には、多数の孔を有する仕切板３７で隔離された灰貯留部３８が形成されている。
ガス化炉３０の下部に２基の高温水蒸気用ボイラー５０が互いに対向する位置に接続されている。高温水蒸気用ボイラー５０は、逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナー６０の熱を熱源として高温水蒸気を発生し、ガス化炉３０内に高温水蒸気を噴出する。
次いで、逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナー６０について説明する。図２に示す逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナー６０は、特許第２８３８２４１号公報に開示がある。
逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナー６０の外側燃焼筒体１は、外周面の前端部にフランジを設けた筒形の周壁胴２と、下部に設けたダクト接続孔３の後方に向け突出して送風ダクト４を接続した後方側壁板５（ガスの流れ方向を前方とする）及び中央部にガス放出口６を穿設し、該ガス放出口６に連通して前方に突出するガス放出筒７を接続した前方側壁板８を有する。
前記の外側燃焼筒体１の周壁胴２より小径の筒状の周壁筒９は、周壁に複数のガス噴出孔１０を穿設すると共に、下側周壁前部に燃焼用給気孔１１を、また、後部に点火用給気孔１２を穿設し、周壁筒９の前方開口側の中心にガス吐出口１３を設けた蓋板１４により被蓋した内側燃焼筒体１５を構成し、周壁筒９の後端縁１６を外側燃焼筒体１の後方側壁板内壁面１７の中間上部に密着接合する。
内側燃焼筒体１５には、周壁筒９の下側周壁前部に設けた燃焼用給気孔１１を介して内側燃焼筒体１５に連通する如く送風ダクト４より適寸法小径の給気管１８の前端周縁１９を接合し、該給気管１８の他端が送風ダクト４内に臨むように取り付け、又下側周壁後部に設けた点火用給気孔１２を介し内側燃焼筒体１５に連通するように給気管１８より適寸法小径の補助給気管２０の上端周縁２１を接合し、他端が給気管１８内に臨むように取り付けられる。
このように給気管１８及び補助給気管２０を取り付け外側燃焼筒体１の後方側壁板内壁面１７に接合した内側燃焼筒体１５を、外側燃焼筒体１の周壁胴２の前方開口部をガス放出筒７を外方にして前方側壁板８により被蓋した該周壁胴２内に後方より挿入し、内側燃焼筒体１５の蓋板１４と外側燃焼筒体１の前方側壁板８間が適間隔ｔを隔てる状態で外側燃焼筒体１の周壁胴２の後端周縁と後方側壁板５の外周縁を密着接合して外側燃焼筒体１
内に内側燃焼筒体１５を内設すると共に、内側燃焼筒体１５内に連通する燃料供給管２２と点火装置Ｓを設けて逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナー６０が構成される。
内に内側燃焼筒体１５を内設すると共に、内側燃焼筒体１５内に連通する燃料供給管２２と点火装置Ｓを設けて逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナー６０が構成される。
図１に示すように、ガス化炉３０の上部は、可燃性ガスを外部に排出させるガス排出管４０が接続されている。ガス排出管４０の出口にはネット体４１が設けられ、ガス排出管４０内に廃棄物や廃棄物の熱分解物が入らないようにされている。また、ガス排出管４０にはガス吸引手段に相当する吸引送風機４２が接続され、ガス化炉３０内から可燃性ガスを吸引・排出する。
さらに、ガス排出管４０には高電圧放電発生器４３が設けられている。高電圧放電発生器４３により可燃性ガス中に含まれる酸素を下記のように反応させ、酸素が可燃性ガスの一酸化炭素や水素と反応しないように不活性化される。
2H2 ＋O2→2H2O
なお、ガス吸引手段は、ガス化炉３０から可燃性ガスを吸引・排出させることができれば吸引送風機４２に限定されるものではなく、吸引ポンプ等でもよい。
さらに、ガス排出管４０には高電圧放電発生器４３が設けられている。高電圧放電発生器４３により可燃性ガス中に含まれる酸素を下記のように反応させ、酸素が可燃性ガスの一酸化炭素や水素と反応しないように不活性化される。
2H2 ＋O2→2H2O
なお、ガス吸引手段は、ガス化炉３０から可燃性ガスを吸引・排出させることができれば吸引送風機４２に限定されるものではなく、吸引ポンプ等でもよい。
ガス排出管４０には、ガス洗浄装置４４が接続されている。ガス洗浄装置４４は、流入した可燃性ガスをシャワー（図示せず）から噴出する水により洗浄する。また、ガス洗浄装置４４には、ガス圧縮手段に相当するコンプレッサ４５が接続され、洗浄された可燃性ガスは圧縮される。圧縮された可燃性ガスは燃料等の利用に供することができる。さらに、ガス排出管４０の先端には、圧縮された可燃性ガスを分岐して供給可能とする分岐アダプタ４６が接続されている。
本実施形態に係る廃棄物ガス化装置１００による廃棄物の熱分解による可燃性ガスへのガス化について説明する。
従来のバーナーで製造される高温水蒸気の温度は、３００℃～５００℃程度と低く、水性ガス反応が起きる６００℃～１０００℃にするには炉内の温度をバーナーやコークス等で高めておく必要があった。逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナー６０は、着火後１分前後で燃焼ガスの温度が１０００℃前後となり、エネルギー収束率が極めて高い高温・高エネルギーの火炎を放出し、又このバーナーは理論的空気量のみで完全燃焼するため、窒素酸化物の発生もなく、高温でガス化された燃料をバーナー内部で繰り返し旋回して酸素と激しく交わり高温となる。そのため、この火炎に水供給装置５１から噴霧又は滴下される水は瞬間的に６００℃以上の高温水蒸気となり、高温水蒸気は高温水蒸気用ボイラー５０内をらせん状に旋回しながらガス化炉３０内に噴出する。水性ガス反応は、６００℃～１０００℃で起こるので、ガス化炉３０内で６００℃以上の高温水蒸気が熱分解された炭素を含む廃棄物に吹き付けられることにより下記の水性ガス反応が起き、一酸化炭素ガスと水素ガスが生成する。
C＋H2O→CO+H2
また、高温水蒸気により炭素を含む廃棄物からCH4やC2H5等の炭化水素の可燃性ガスを発生する。
従来のバーナーで製造される高温水蒸気の温度は、３００℃～５００℃程度と低く、水性ガス反応が起きる６００℃～１０００℃にするには炉内の温度をバーナーやコークス等で高めておく必要があった。逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナー６０は、着火後１分前後で燃焼ガスの温度が１０００℃前後となり、エネルギー収束率が極めて高い高温・高エネルギーの火炎を放出し、又このバーナーは理論的空気量のみで完全燃焼するため、窒素酸化物の発生もなく、高温でガス化された燃料をバーナー内部で繰り返し旋回して酸素と激しく交わり高温となる。そのため、この火炎に水供給装置５１から噴霧又は滴下される水は瞬間的に６００℃以上の高温水蒸気となり、高温水蒸気は高温水蒸気用ボイラー５０内をらせん状に旋回しながらガス化炉３０内に噴出する。水性ガス反応は、６００℃～１０００℃で起こるので、ガス化炉３０内で６００℃以上の高温水蒸気が熱分解された炭素を含む廃棄物に吹き付けられることにより下記の水性ガス反応が起き、一酸化炭素ガスと水素ガスが生成する。
C＋H2O→CO+H2
また、高温水蒸気により炭素を含む廃棄物からCH4やC2H5等の炭化水素の可燃性ガスを発生する。
一酸化炭素と水素が生成する反応は吸熱反応であるため、ガス化炉３０内は上部に向かうほど炉内の温度が低下し、ガス排出管４０に排出される可燃性ガスは１００℃以下になる。３００℃～４００℃で発生するタールは、ガス化炉３０の上部で廃棄物に付着して下方に落下し、下方で高温水蒸気により再熱分解され一酸化炭素ガスと水素ガスを生成する。金属等の熱分解残渣は、灰分として灰貯留部３８に溜まる。
圧縮された可燃性ガスは燃料として用いたり、メタノール等の製造に用いることができる。また、水素ガスは燃料電池に用いることができる。さらに、一酸化炭素ガスは下記の水性ガスシフト反応により水素の製造に用いることができる。
CO＋H2O→CO2+H2
CO＋H2O→CO2+H2
上記の廃棄物ガス化装置１００を用いる無酸素加熱（乾留熱分解）により廃棄物がガス化し、主成分が水素の可燃性ガスが発生する。この可燃性ガスは、高密度・高熱量のガスであり、これを燃焼させた燃焼ガスは２０００℃を越える高温に達すると考えられる。そのため、可燃性ガスの燃焼ガスをタービンの動力源として用いると、タービンの熱破壊が発生する虞がある。そこで、ガス・スチーム併用タービン２００の回転体１８０に向け水を噴出して熱破損を防止する。そして、噴出された水は瞬時に気化・膨張してスチームが発生する。本発明に係るガス・スチーム併用タービン発電システム３００は、上記の可燃性ガスの燃焼ガス及びスチームを利用して発電することを企図し、案出されたものである。
図３に示すように、本実施形態に係るガス・スチーム併用タービン発電システム３００は、廃棄物ガス化装置１００とガス・スチーム併用タービン２００とを備えている。図４及び図５に示すように、ガス・スチーム併用タービン２００は、筐体１５０と、当該筐体１５０が載置される架台１９０と、前記筐体１５０内に設けられるガス燃焼噴出器１６０と、前記筐体１５０内に設けられる水噴出ノズル１７０と、前記筐体１５０の外周に沿い回転する円盤状の回転体１８０とを備えている。
ガス・スチーム併用タービン２００に形成される筐体１５０は、中空円柱状であり、一端が開口し、他端が閉口している。
図４に示すように、筐体１５０の内周部中央には、廃棄物ガス化装置１００のガス排出管４０から排出される圧縮された可燃性ガスを燃焼させかつ燃焼ガスを噴出するガス燃焼噴出器１６０が複数設けられている（本実施形態では４個）。図６に示すガス燃焼噴出器１６０は筒状をなし、一端にガス導入口１６１が形成され、他端にガス噴出ノズル１６２が形成されている。また、ガス導入口１６１の近傍には、酸素・空気導入口１６３が形成され、燃焼ガス噴出ノズル１６２の近傍には、着火器１６４が形成されている。筐体１５０には、ガス燃焼噴出器１６０が筐体１５０の外に突出できるように切欠き（図示せず）が形成されている。そして、ガス燃焼噴出器１６０のガス導入口１６１は、図３に示すガス供給管１６５を介して分岐アダプタ４６が接続されたガス排出管４０と繋がっている。
この構成により、ガス導入口１６１からガス燃焼噴出器１６０内に入る圧縮された可燃性ガスは、酸素・空気導入口１６３から導入された酸素又は空気の存在下、着火器１６４により着火され、激しく燃焼・膨潤し燃焼ガスとなってガス燃焼噴出ノズル１６２から後記の回転体１８０のガス・スチーム区画１８５内に噴出される。
この構成により、ガス導入口１６１からガス燃焼噴出器１６０内に入る圧縮された可燃性ガスは、酸素・空気導入口１６３から導入された酸素又は空気の存在下、着火器１６４により着火され、激しく燃焼・膨潤し燃焼ガスとなってガス燃焼噴出ノズル１６２から後記の回転体１８０のガス・スチーム区画１８５内に噴出される。
また、図４に示すように、筐体１５０の内周部中央には、複数の水噴出ノズル１７０が設けられている（本実施形態では４個）。筐体１５０には、水噴出ノズル１７０が筐体１５０の外に突出できるように切欠き（図示せず）が形成されている。そして、水噴出ノズル１７０は、図３に示す水供給管１７１を介して公知の高圧水発生装置１７２に接続している。高圧水発生装置１７２から供給された高圧水は、水噴出ノズル１７０から後記の回転体１８０のガス・スチーム区画１８５内に噴出される。
ガス・スチーム併用タービン２００は、図４及び図５に示すように、筐体１５０の円形状の外周に沿い回転する円盤状の回転体１８０が設けられている。回転体１８０は、回転体１８０内を仕切る仕切り壁１８４により隔てられた複数のガス・スチーム区画１８５が形成されている（本実施形態では８区画）。回転体１８０の内周部は開口し、外周部は閉口している。回転体１８０の外周部には、切欠き（図示せず）が形成されている。また、回転体１８０の外周部上には、外周部の切欠きと連通する切欠き（図示せず）を有するジェット噴出ノズル１８６が設けられている。
ガス・スチーム併用タービン２００の筐体１５０は、図４及び図５に示すように、架台１９０に形成された切欠き（図示せず）に下部が嵌入・載置されている。そして、ガス燃焼噴出器１６０又は水噴出ノズル１７０は、架台１９０に形成された切欠き及び筐体１５０に形成された切欠きにより筐体１５０の外に突出できるようになっている。
次いで、図３に示す上記の構成のガス・スチーム併用タービン発電システム３００の作用について説明する。
本実施形態に係るガス・スチーム併用タービン発電システム３００は、廃棄物ガス化装置１００により、着火後１分前後で燃焼ガスの温度が１０００℃前後となる特殊な逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナー６０の火炎を利用して水が瞬間的に６００℃以上となる高温水蒸気で廃棄物を熱分解して発生する高密度・高熱量の可燃性ガスを利用するものである。ガス・スチーム併用タービン２００のガス燃焼噴出器１６０で燃焼させる可燃性ガスは、激しく燃焼・膨潤して燃焼ガスとなり、当該燃焼ガスはガス噴出ノズル１６２から回転体１８０のガス・スチーム区画１８５内に噴出され、さらにガス・スチーム区画１８５からジェット噴出ノズル１８６を介して外部に噴出される。また、２０００℃を越える高温の燃焼ガスにより回転体１８０は高熱化するので、回転体１８０の熱破損を防止すべく、回転体１８０のガス・スチーム区画１８５内に向け水噴出ノズル１７０から水が噴出される。回転体１８０は高熱化しているため、噴出された水は瞬時に気化・膨張してガス・スチーム区画１８５内でスチームが発生する。発生したスチームは、回転体１８０のガス・スチーム区画１８５からジェット噴出ノズル１８６を介して外部に噴出される。また、回転体１８０の回転による遠心力で燃焼ガス及びスチームはジェット噴出ノズル１８６からより激しく噴出する。そして、作用・反作用の法則により、回転体１８０は燃焼ガスとスチームがジェット噴出ノズル１８６から噴出される向きと反対向きに回転する。
本実施形態に係るガス・スチーム併用タービン発電システム３００は、廃棄物ガス化装置１００により、着火後１分前後で燃焼ガスの温度が１０００℃前後となる特殊な逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナー６０の火炎を利用して水が瞬間的に６００℃以上となる高温水蒸気で廃棄物を熱分解して発生する高密度・高熱量の可燃性ガスを利用するものである。ガス・スチーム併用タービン２００のガス燃焼噴出器１６０で燃焼させる可燃性ガスは、激しく燃焼・膨潤して燃焼ガスとなり、当該燃焼ガスはガス噴出ノズル１６２から回転体１８０のガス・スチーム区画１８５内に噴出され、さらにガス・スチーム区画１８５からジェット噴出ノズル１８６を介して外部に噴出される。また、２０００℃を越える高温の燃焼ガスにより回転体１８０は高熱化するので、回転体１８０の熱破損を防止すべく、回転体１８０のガス・スチーム区画１８５内に向け水噴出ノズル１７０から水が噴出される。回転体１８０は高熱化しているため、噴出された水は瞬時に気化・膨張してガス・スチーム区画１８５内でスチームが発生する。発生したスチームは、回転体１８０のガス・スチーム区画１８５からジェット噴出ノズル１８６を介して外部に噴出される。また、回転体１８０の回転による遠心力で燃焼ガス及びスチームはジェット噴出ノズル１８６からより激しく噴出する。そして、作用・反作用の法則により、回転体１８０は燃焼ガスとスチームがジェット噴出ノズル１８６から噴出される向きと反対向きに回転する。
上記のジェット噴出ノズル１８６からジェット噴出される燃焼ガスの推力及びスチームの推力によりガス・スチーム併用タービン２００の回転体１８０が回転し、当該回転体１８０と連結材１９５で連結される公知の発電機１９６を駆動することにより発電することができる。
本実施形態に係るガス・スチーム併用タービン発電システムは、その技術的範囲に包含される限り、種々形態を変更して実施できるので、以下に例示する。
（１）ガス燃焼噴出器の数、水噴出ノズルの数及びガス・スチーム区画の数は、上記に限定されず、適宜設けることができる。
（２）筐体は中空円柱状が好ましいが、中空柱状であれば特に限定されない。また、筐体は、両端が開口していてもよい。
（１）ガス燃焼噴出器の数、水噴出ノズルの数及びガス・スチーム区画の数は、上記に限定されず、適宜設けることができる。
（２）筐体は中空円柱状が好ましいが、中空柱状であれば特に限定されない。また、筐体は、両端が開口していてもよい。
１ 外側燃焼筒体
６ ガス放出口
７ ガス放出筒
１０ ガス噴出孔
１３ ガス吐出孔
１５ 内側燃焼筒体
６０ 逆火熱利用有酸素気化再燃焼式バーナー
３０ ガス化炉
３１ 廃棄物投入口
３２ 上シャッター
３３ 下シャッター
３４ 水蒸気導入管
３５ 排気管
３６ ボイラー
４０ ガス排出管
４２ 吸引送風機
４３ 高電圧放電発生器
４４ ガス洗浄装置
４５ コンプレッサ
５０ 高温水蒸気用ボイラー
１００ 廃棄物ガス化装置
１５０ 筐体
１６０ ガス燃焼噴出器
１７０ 水噴出ノズル
１８０ 回転体
１８５ ガス・スチーム区画
１８６ ジェット噴射ノズル
１９０ 架台
１９６ 発電機
２００ ガス・スチーム併用タービン
３００ ガス・スチーム併用タービン発電システム
６ ガス放出口
７ ガス放出筒
１０ ガス噴出孔
１３ ガス吐出孔
１５ 内側燃焼筒体
６０ 逆火熱利用有酸素気化再燃焼式バーナー
３０ ガス化炉
３１ 廃棄物投入口
３２ 上シャッター
３３ 下シャッター
３４ 水蒸気導入管
３５ 排気管
３６ ボイラー
４０ ガス排出管
４２ 吸引送風機
４３ 高電圧放電発生器
４４ ガス洗浄装置
４５ コンプレッサ
５０ 高温水蒸気用ボイラー
１００ 廃棄物ガス化装置
１５０ 筐体
１６０ ガス燃焼噴出器
１７０ 水噴出ノズル
１８０ 回転体
１８５ ガス・スチーム区画
１８６ ジェット噴射ノズル
１９０ 架台
１９６ 発電機
２００ ガス・スチーム併用タービン
３００ ガス・スチーム併用タービン発電システム
Claims (3)
- 廃棄物ガス化装置で廃棄物をガス化して発生する可燃性ガスを燃焼させた燃焼ガス及び当該燃焼ガスで高熱化したガス・スチーム併用タービンの回転体に向け噴出された水が気化したスチームを動力源として発電するガス・スチーム併用タービン発電システムであって、
前記廃棄物ガス化装置は、高温水蒸気により廃棄物を熱分解し、可燃性ガスを発生させるガス化炉と、
ガス吸引手段と高電圧放電発生器とガス圧縮手段を備え、前記ガス化炉に接続されて前記可燃性ガスを前記ガス化炉から排出させるガス排出管と、
筒形周壁の周面に複数のガス噴出孔を穿設し、前方開口側を中心にガス吐出孔を設けた蓋板により被蓋した内側燃焼筒体の後方開口側周縁を、筒形で前方開口側を中心にガス放出口を有する前方側壁板に、又後方開口側を後方側壁板により閉塞する外側燃焼筒体の後方側壁板内面に接合して、内側燃焼筒体を外側燃焼筒体に内設し、内側燃焼筒体内に適量の流体燃料と加圧空気を供給点火して燃焼させ内側燃焼筒体を加熱すると共に、後方より外側燃焼筒体内に加圧空気を供給し周回させて加熱し、内側燃焼筒体に設けたガス噴出孔及びガス吐出孔より外側燃焼筒体内に噴出する気化した不完全燃焼ガスを、周回する加熱ガスの逆火熱により再燃焼して反復周回させて更に内側燃焼筒体を加熱して熱気化を促進し、ガス放出口より外部に高温の完全燃焼ガスを放出する逆火熱利用有酸素熱気化再燃焼式バーナーの熱により発生した高温水蒸気を前記ガス化炉内に噴出させる高温水蒸気用ボイラーと、を備え、
前記ガス・スチーム併用タービンは、筐体と、当該筐体が載置される架台と、前記筐体内に設けられ、圧縮して供給される前記廃棄物ガス化装置で発生した可燃性ガスを燃焼させかつ燃焼ガスを噴出するガス燃焼噴出器と、前記筐体内に設けられ、高圧水発生装置から供給される高圧水を噴出する水噴出ノズルと、前記筐体の外周に沿い回転する円盤状の回転体と、を備え、
前記回転体は、回転体内を仕切る仕切り壁により隔てられた複数のガス・スチーム区画が形成され、回転体の内周部は開口し、外周部は閉口しかつ切欠きが形成され、また、外周部上には外周部の前記切欠きと連通する切欠きを有し、前記ガス・スチーム区画内の燃焼ガス又はスチームをジェット噴出するジェット噴出ノズルが設けられ、当該ジェット噴出ノズルからジェット噴出される燃焼ガスの推力及び高熱化した回転体に向け噴出された水が瞬時に気化したスチームの推力により回転体と連結材で連結される発電機を駆動することを特徴とするガス・スチーム併用タービン発電システム。 - 廃棄物ガス化装置は、ガス化炉の上部に上シャッターと下シャッターを備える廃棄物投入口が設けられ、投入された廃棄物に含まれる空気を排出させるために両シャッター間に水蒸気導入管と排気管が設けられてなることを特徴とする請求項１に記載のガス・スチーム併用タービン発電システム。
- 廃棄物ガス化装置は、ガス排出管にガス洗浄装置を備えてなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガス・スチーム併用タービン発電システム。
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|---|---|---|---|---|
| JP2006199838A (ja) | 2005-01-21 | 2006-08-03 | Teruie Fujiwara | 水性ガス製造装置及び水性ガスの製造方法並びに廃棄物の処理方法 |
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