JPWO2004074409A1 - ガス化炉への可燃物供給方法及び装置及びガス化溶融システム - Google Patents

Abstract

可燃物をガス化するガス化炉（１０）への可燃物供給方法において、外部空気が可燃物（１４）と共にガス化炉（１０）内に漏洩するのを阻止しつつ可燃物（１４）をホッパー（３６）へ供給し、ホッパー（３６）に供給された可燃物（１４）の貯留量を一定に制御しつつホッパー（３６）内の可燃物（１４）をガス化炉（１０）内に定量供給する。これによって外部空気のガス化炉（１０）内へのリークを阻止し、同時にホッパー（３６）内の可燃物（１４）をガス化炉（１０）内に定量供給することでガス化炉（１０）内で発生する可燃性ガスの変動を少なくし、ガス化炉（１０）の安定運転を容易にする。

Description

本発明は、都市ごみや産業廃棄物或いは、バイオマス廃棄物や医療廃棄物、廃タイヤ或いはシュレッダーダスト等の自動車廃棄物等の可燃物をガス化し、可燃性ガスとするガス化炉への可燃物供給方法及び装置及びガス化溶融システムに関するものである。

近年、都市ごみや産業廃棄物或いは、バイオマス廃棄物や医療廃棄物、廃タイヤ或いはシュレッダーダスト等の自動車廃棄物等、可燃物の処理に、これらの廃棄物をガス化炉で還元雰囲気下にてガス化し、該ガス化により生成した可燃性ガスを溶融炉で高温燃焼させ、該可燃性ガスに同伴されたチャー等の未燃炭素分を燃焼させると共に、該チャーに含まれる灰分を溶融し、溶融スラグ化するガス化溶融施設がある。
図１はこの種のガス化溶融施設で用いられる、流動層ガス化炉及び該流動層ガス化炉に可燃物を供給する可燃物供給装置の概略構成例を示す図である。図示するように、流動層ガス化炉１０は下部に流動媒体を保有し、炉下方から導入される流動化ガス１２により該流動媒体が流動層１１を形成している。
可燃物投入口１３から投入される可燃物１４は、流動層１１内の還元雰囲気下で部分燃焼によりガス化され、生成した可燃性ガス１７は流動層１１内を上昇しフリーボード１５を通って、可燃性ガス出口１６から図示しない溶融炉に導かれ高温燃焼する。
この種の流動層ガス化炉１０は炉内圧力が通常−５０ｍｍＡｑ程度の負圧で運転されている。このため可燃物投入口１３から予熱されていない外部の空気が炉内に大量にリークする。このリークした予熱されていない空気は、流動層ガス化炉１０のフリーボード１５で燃焼により消費される。このリーク空気により一部燃焼した可燃性ガスは、可燃性ガス出口１６から溶融炉に入る。通常、溶融炉へ供給する燃焼用空気は予熱されており、溶融炉部の高温化を図っている。しかしながら前記リーク空気が入ることにより、溶融炉に供給される予熱された空気量が減少し、この結果、溶融温度の低下を招く。また、何らかの理由で、流動層ガス化炉１０内が正圧になった時に、流動層ガス化炉１０内の可燃性ガスが可燃物供給装置に漏れ出すことを防止する必要がある。そのため、例えば可燃物投入口１３に接続されるシュート（図１では可燃物供給手段３０とその上段に接続される可燃物供給手段３３との間に相当）にシール機能を有するダンパーを二重に設け（所謂ダブルダンパー）、クレーン２１でホッパー３８に投入された可燃物１４を、スクリュー３４により該ダブルダンパー１９を介して可燃物供給手段３０に供給すると共に、ダブルダンパー１９のシール作用により、可燃物投入口１３から外部空気が流動層ガス化炉１０内に侵入するのを阻止している。
しかしながら、上記のように流動層ガス化炉１０内に可燃物１４を間欠的に供給する方法では、供給される可燃物１４には流動層１１内で極めて迅速に熱が伝えられるため、流動層ガス化炉１０で生成される可燃性ガス１７の量が可燃物１４の間欠的な供給の作用を受けて大きく変動し、流動層ガス化炉１０の安定運転に支障をきたすと共に、後段の溶融炉で流動層ガス化炉１０からの生成ガスを受け入れて低空気比で高温燃焼を行わせるための運転制御にも支障をきたす。
また、ホッパー３８にはクレーン２１により可燃物１４が間欠的に供給されるため、ホッパー３８内に貯留される可燃物１４の量は変動が大きく、また可燃物１４自身の質にもバラツキがあるため、スクリュー３４による定量供給性は必ずしも良好ではない。
本発明は上述の点に鑑みて、ガス化炉内への外部空気のリークを抑制し、生成ガスの変動が少なく、安定したガス化のための運転制御が容易となるガス化炉への可燃物供給方法及び装置及びガス化溶融システムを提供することを目的とする。

本発明は、可燃物をガス化するガス化炉への可燃物供給方法において、外部空気がガス化炉内に漏洩するのを可燃物により阻止しつつ可燃物をホッパーへ供給し、前記ホッパーに供給された可燃物の貯留量を一定に制御しつつ前記ホッパー内の可燃物を前記ガス化炉内に定量供給することを特徴とする。上記のように外部空気が可燃物と共にガス化炉内に漏洩するのを可燃物により阻止しつつ可燃物をホッパーへ供給するので、外部空気のガス化炉内へのリークを阻止でき、ダブルダンパー等の特別のシール機構を設ける必要がなくなる。同時にホッパーに供給された可燃物の貯留量を一定に制御しつつ前記ホッパー内の可燃物を前記ガス化炉に定量的に供給できるので、ガス化炉内で発生する可燃性ガスの変動量が小さくなり、ガス化炉の安定運転が容易となる。また、発生する可燃性ガスの変動量が小さいことから、ガス化炉に続く溶融炉の安定運転も容易に実行できる。
また本発明は、前記ガス化炉内から可燃物を供給する側に漏洩する可燃性ガスをごみピットに放出することを特徴とする。ごみピットは脱臭のために、常時空気を吸引して燃焼処理しているので、可燃物を供給する側に漏洩する可燃性ガスをごみピットに放出することで、当該可燃性ガスを安全に処理することが出来る。
また本発明は、可燃物をガス化するガス化炉への可燃物供給装置において、外部空気がガス化炉内に漏洩するのを阻止しつつ可燃物を供給する第一可燃物供給機構と、前記第一可燃物供給機構から供給された可燃物を貯留するホッパーと、前記ホッパーに供給された可燃物の貯留量を一定に制御しつつホッパー内の可燃物を前記ガス化炉内に定量供給する第二可燃物供給機構とを備えたことを特徴とする。上記のように第一可燃物供給機構によって外部空気がガス化炉内に漏洩するのを阻止しつつ可燃物をホッパーへ供給するので、外部空気のガス化炉内へのリークを阻止でき、ダブルダンパー等の特別のシール機構を設ける必要がなくなる。同時に第二可燃物供給機構によってホッパーに供給された可燃物の貯留量を一定に制御しつつホッパー内の可燃物をガス化炉に定量供給できるので、ガス化炉内で発生する可燃性ガスの変動が少なくなり、ガス化炉の安定運転が容易となる。また、発生する可燃性ガスの変動量が小さいことから、ガス化炉に続く溶融炉の安定運転も容易に実行できる。
また本発明は、前記ガス化炉内から第二可燃物供給機構側に漏洩した可燃性ガスを逃がす逃がし弁と、該逃がし弁から放出された可燃性ガスをごみピットに供給する供給手段とを備えたことを特徴とする。逃がし弁を設けることで、ガス化炉内が正圧になった時に、ガス化炉内から漏れ出す可燃性ガスを、逃がし弁から放出して供給手段によってごみピットに供給できる。ごみピットは脱臭のために、常時空気を吸引して燃焼処理しているので、当該可燃性ガスを安全に処理することが出来る。
また本発明は、可燃物をガス化するガス化炉と、該ガス化炉にて生成した生成物を溶融する溶融炉とを備えたガス化溶融システムにおいて、外部空気が可燃物と共に前記ガス化炉内に漏洩するのを阻止しつつ可燃物を供給する第一可燃物供給機構と、前記第一可燃物供給機構から供給された可燃物を貯留するホッパーと、前記ホッパーに供給された可燃物の貯留量を一定に制御しつつホッパー内の可燃物を前記ガス化炉内に定量供給する第二可燃物供給機構とを備えたことを特徴とする。
また本発明は、前記ガス化炉内から第二可燃物供給機構側に漏洩した可燃性ガスを逃がす逃がし弁と、該逃がし弁から放出された可燃性ガスをごみピットに供給する供給手段とを備えたことを特徴とする。

図１は、従来の流動層ガス化炉及び可燃物供給装置の概略構成例を示す図である。
図２は、本発明に係る流動層ガス化炉及び可燃物供給装置の概略構成例を示す図である。
図３は、本発明に係る別の流動層ガス化炉及び可燃物供給装置の概略構成例を示す図である。
図４は、本発明に係る別の流動層ガス化炉及び可燃物供給装置の概略構成例を示す図である。
図５は本発明に係る可燃物供給装置をガス化溶融システムに適用した場合の、システム全体の一例を示す概略構成図である。

図２は本発明に係る流動層ガス化炉及び該流動層ガス化炉に可燃物を供給する可燃物供給装置の概略構成を示す図である。図２において、図１と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示す。なお、他の図においても同様とする。図２において、可燃物投入口１３にはモータ３２で駆動されるスクリューコンベア３１を具備する可燃物供給手段３０が接続され、該可燃物供給手段３０にはモータ３５で駆動されるスクリューコンベア３４を具備する可燃物供給手段３３が接続されている。可燃物供給手段３３にはホッパー３６が接続して設けられ、該ホッパー３６にはシュート３７が接続して設けられ、更にシュート３７にはホッパー３８が接続して設けられ、シュート３７とホッパー３８の接続部にはプッシャー３９が設けられている。
都市ごみや産業廃棄物或いは、バイオマス廃棄物や医療廃棄物、廃タイヤ或いはシュレッダーダスト等の自動車廃棄物等の可燃物１４は、クレーン２１等でホッパー３８に投入され、ホッパー下部切り出し部においてプッシャー３９に押されて圧密した可燃物１４により良好なマテリアルシールが行われる。該可燃物１４はプッシャー３９により所定量ずつ切出され、ホッパー３６に収容される。該ホッパー３６にはレベル計１８が設けられ、該ホッパー３６の可燃物貯留量がほぼ一定になるようにプッシャー３９の運転が行われる。ホッパー３８下部の圧密した可燃物１４によるマテリアルシールにより外部空気のリークが阻止できる。また、ホッパー３６に積まれる可燃物１４のシール作用によっても外部空気の侵入が阻止される。
さらにホッパー３６の下部にはプッシャー４０が設けられ、プッシャー４０の駆動部４０１によってプッシャー部４０３をホッパー３６内に押し込み可燃物１４をスクリュー３４に押し付けることにより、可燃物１４の局所的な圧密化を防止し、可燃物１４をスクリュー３４により確実に排出することができる。スクリュー３４の先端部には掻き取り装置４１を設け、スクリュー３４により押し出される可燃物１４を機械的に掻き落とすことにより、スクリューコンベア３１への可燃物１４の供給をより平滑化することができる。
可燃物供給手段３３から可燃物供給手段３０に定量供給された可燃物１４は、スクリューコンベア３１により、可燃物投入口１３から流動層ガス化炉１０内に供給される。このように可燃物１４を定量供給できるので、流動化ガス１２の供給量制御や炉内温度制御等による流動層ガス化炉１０の安定運転が極めて容易となる。
また、可燃物供給手段３３には逃がし弁４２を設け、流動層ガス化炉１０内が正圧（大気圧力より高い）になった時に、流動層ガス化炉１０内から漏れ出す可燃性ガスを、逃がし弁４２から放出して図示しない配管等からなる供給手段によりごみピットに供給するのが良い。ごみピットは脱臭のために、常時空気を吸引して燃焼処理しているので、当該可燃性ガスを安全に処理することが出来る。可燃物供給手段３３と可燃物供給手段３０を接続するシュート４３には、図示しない遮断用ダンパを設けて、運転開始時や緊急時には閉とする。これにより流動層ガス化炉１０内の可燃性ガス１７が可燃物供給装置を通じて大気に放出されることを防ぐことができ、流動層ガス化炉１０の安全性を高めることができる。
図２に示す可燃物供給装置では、第一の可燃物供給機構にあたるホッパー３８、プッシャー３９、シュート３７において、収容される可燃物１４の充填密度を高くし、それにより外部空気のリークを阻止するシール作用を持たせつつ、間欠的に供給される可燃物１４を第２の可燃物供給機構にあたるホッパー３６、可燃物供給手段３３及び可燃物供給手段３０で可燃物１４によるシール作用を維持しながら所定量を流動層ガス化炉１０に供給することになる。また、外部空気の流動層ガス化炉１０内へのリークをマテリアルシールで阻止するために、ダンパー等の特別のシール機構を設ける必要がない。
図３は、図２における可燃物供給手段３０をシュート４３に代えた実施の形態例である。可燃物供給量の定量性は、可燃物供給手段３３のプッシャー４０、スクリューコンベア３４および掻き取り装置４１により行なうため、可燃物供給手段３０は必ずしも定量性を必要とするものではない。従って図３に示す実施の形態例では、可燃物供給手段３０を省略して可燃物１４を可燃物供給手段３３からシュート４３によって直接流動層ガス化炉１０内に供給するようにしている。ただし図３のような構造にすると、シュート４３は適当な傾斜角度が必要になるので、可燃物供給設備全体の位置が高くなることは避けられない。
図４は本発明に係る別の流動層ガス化炉及び可燃物供給装置の概略構成例を示す図である。この実施の形態例において、前記図２，図３に示す実施の形態例と同一又は相当部分には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。この実施の形態例では、ホッパー３８に可燃物１４を供給するごみピット５０１の具体的構成を記載している。即ち可燃物１４はごみ投入扉５０２から外気を遮断しつつごみピット５０１に搬入される。ごみピット５０１に搬入された可燃物１４は、クレーン２１等によりホッパー３８に投入される。なお、ごみピット５０１内は負圧に維持され、ごみピット５０１内のガスが外気に出ることはない（前述の図２，３に係る実施の形態例においても同様である）。ホッパー３８内の可燃物１４は、ホッパー３８の下部においてプッシャー３９に押されて圧密化した可燃物１４により良好なマテリアルシールが行われる。ホッパー３８下部にて圧密化された可燃物１４によるいわゆるマテリアルシールにより、外部空気乃至ごみピット５０１内のガスの流動層ガス化炉１０への流入を阻止することができる。該可燃物１４は、プッシャー３９により所定量が切り出されてホッパー３６に投入される。プッシャー３９が後退する時に生ずる、いわゆるこぼれごみは、図示しない専用のコンベヤによってごみピット５０１に運ばれ戻される。ホッパー３６にはレベル計１８が設けられているので、ホッパー３６内の可燃物１４の量が一定に維持されるようにプッシャー３９の運転を行うことができる。なお、ホッパー３６内における可燃物１４のマテリアルシールによっても、外部空気の流入を防ぐことができる。
なおプッシャー４０の作用については図２における作用と同様に、プッシャー４０の駆動部４０１により、プッシャー部４０３をホッパー３６内に押し込んで可燃物１４をスクリュー３４に押し付けることで、可燃物１４の局所的圧密化を防止し、スクリュー３４への定量供給を確保することができる。スクリュー３４の出口には掻き取り装置４１が設けられ、スクリュー３４から押し出される可燃物１４を機械的に掻き取っており、スクリュー３４による供給をより定量化することができる。掻き取り装置４１を経た可燃物１４は、シュート４３を経て、流動層ガス化炉１０に供給される。
また可燃物供給手段３３に逃がし弁４２を設けて、流動層ガス化炉１０内が正圧となった場合に、流動層ガス化炉１０内から漏れ出す可燃性ガスを、逃がし弁４２から配管（供給手段）５００を経由して、ごみピット５０１へ放出する。なお、逃がし弁４２から、流動層ガス化炉１０内から漏れ出す可燃性ガスを、送風機により吸引して、直接、燃焼用ガス配管７００へ導入する経路を設けることも可能である。ごみピット５０１内のガスは、押し込み送風機５０４により常時吸引されており、弁５０３により吸引ガス量を調整することが可能である。燃焼用ガス配管７００へ導入されたガスは、別途、外部から導入される空気と混合させた後、ガス化溶融システムにおける流動層ガス化炉１０及び／又は溶融炉の燃焼用空気として用いることが好ましい。
なおシュート４３に緊急遮断弁４４を設けて緊急時又は運転開始時に該緊急遮断弁４４を閉とすることは、流動層ガス化炉１０内の可燃性ガスが可燃物供給装置を通じて外部に漏洩するのを遮断することができるので安全性の観点から好ましい。
図５は本発明に係る可燃物供給装置をガス化溶融システムに適用した場合の、システム全体の一例を示す概略構成図である。ここでガス化溶融システムとは、ガス化炉において可燃物をガス化し、ガス化炉にて生成したガス、チャー、タールといった生成物を溶融炉に導入し、溶融炉において該生成物を高温燃焼させ該生成物中に含まれる灰分を溶融スラグ化するシステムである。図に即して説明すると、流動層ガス化炉１０において生成した生成物である可燃性ガス１７を、溶融炉８００に、該溶融炉８００内で旋回流を形成するように導入し、燃焼用空気８０１を旋回流の接線方向に導入して灰分をスラグミスト化するとともに、該ガスの旋回作用により該スラグミストを炉壁に捕集する。スラグ排出口８０２より排出された溶融スラグは、水室８０３にて水砕スラグとなり、コンベヤ８０４により系外に排出される。他方、溶融炉８００内で発生した燃焼排ガスは、廃熱ボイラ９００により該燃焼排ガスの熱をスチームとして回収し、ガス冷却室９０１にて冷却され、バグフィルタ９０２により飛灰を捕集後に、系外に放出される。なお、誘引通風機９０３により、ガス化溶融システム全体が負圧に維持される。
なお、このようなガス化溶融システムに、図２，図３に示した可燃物供給装置を使用することもできる。
また上述の構成において、外部空気がガス化炉内にリークすることを阻止しつつダブルダンパなどの機械的シール機構が不要である可燃物供給装置を用いたので、極めて安全にガス化溶融システムを運転することができる。更に、従来ではシール性の向上と定量供給性の向上は二律背反する課題であったが、本供給装置を用いることによりシール性及び定量供給性両面で優れた可燃物の供給方法を実現できる。更にたとえ可燃物供給装置を介して可燃性ガスがリークしても本システムによれば安全に処理することができる。

以上説明したように、請求項１，２に記載の発明によれば、外部空気が可燃物と共にガス化炉内に漏洩するのを阻止しつつ可燃物をホッパーへ供給するので、外部空気のガス化炉内へのリークを阻止でき、ダブルダンパー等の特別のシール機構を設ける必要がなくなるガス化炉への可燃物供給方法が提供できる。同時にホッパーに供給された可燃物の貯留量を一定に制御しつつ前記ホッパー内の可燃物を前記ガス化炉内に定量的に供給できるので、ガス化炉内で発生する可燃性ガスの変動が少なくなり、ガス化炉の安定運転が容易となる。また、発生する可燃性ガスの変動量が小さいことから、ガス化炉に続く溶融炉の安定運転も容易に実行できる。
請求項２に記載の発明によれば、ごみピットは、常時ごみピット内の空気を吸引して燃焼処理しているので、可燃物を供給する側に漏洩する可燃性ガスをごみピットに放出することで、当該可燃性ガスを安全に処理することが出来るガス化炉への可燃物供給方法を提供できる。
請求項３，５に記載の発明によれば、第一可燃物供給機構によって外部空気がガス化炉内に漏洩するのを阻止しつつ可燃物をホッパーへ供給するので、外部空気のガス化炉内へのリークを阻止でき、ダブルダンパー等の特別のシール機構を設ける必要がなくなるガス化炉への可燃物供給装置及びガス化溶融システムが提供できる。同時に第二可燃物供給機構によってホッパーに供給された可燃物の貯留量を一定に制御しつつホッパー内の可燃物をガス化炉に定量供給できるので、ガス化炉内で発生する可燃性ガスの変動が少なくなり、ガス化炉の安定運転が容易となる。また、発生する可燃性ガスの変動量が小さいことから、ガス化炉に続く溶融炉の安定運転も容易に実行できる。
請求項４，６に記載の発明によれば、逃がし弁を設けることで、ガス化炉内が正圧になった時に、ガス化炉内から漏れ出す可燃性ガスを、逃がし弁から放出して供給手段によってごみピットに供給できるガス化炉への可燃物供給装置及びガス化溶融システムが提供できる。ごみピットは、常時ごみピット内の空気を吸引して燃焼処理しているので、当該可燃性ガスを安全に処理することが出来る。

Claims (6)

1. 可燃物をガス化するガス化炉への可燃物供給方法において、
   外部空気がガス化炉内に漏洩するのを可燃物により阻止しつつ可燃物をホッパーへ供給し、
   前記ホッパーに供給された可燃物の貯留量を一定に制御しつつ前記ホッパー内の可燃物を前記ガス化炉内に定量供給することを特徴とするガス化炉への可燃物供給方法。
2. 前記ガス化炉内から可燃物を供給する側に漏洩する可燃性ガスをごみピットに放出することを特徴とする請求項１記載のガス化炉への可燃物供給方法。
3. 可燃物をガス化するガス化炉への可燃物供給装置において、
   外部空気がガス化炉内に漏洩するのを可燃物により阻止しつつ可燃物を供給する第一可燃物供給機構と、
   前記第一可燃物供給機構から供給された可燃物を貯留するホッパーと、
   前記ホッパーに供給された可燃物の貯留量を一定に制御しつつホッパー内の可燃物を前記ガス化炉内に定量供給する第二可燃物供給機構とを備えたことを特徴とするガス化炉への可燃物供給装置。
4. 前記ガス化炉内から第二可燃物供給機構側に漏洩した可燃性ガスを逃がす逃がし弁と、該逃がし弁から放出された可燃性ガスをごみピットに供給する供給手段とを備えたことを特徴とする請求項３記載のガス化炉への可燃物供給装置。
5. 可燃物をガス化するガス化炉と、該ガス化炉にて生成した生成物を溶融する溶融炉とを備えたガス化溶融システムにおいて、
   外部空気が可燃物と共に前記ガス化炉内に漏洩するのを阻止しつつ可燃物を供給する第一可燃物供給機構と、
   前記第一可燃物供給機構から供給された可燃物を貯留するホッパーと、
   前記ホッパーに供給された可燃物の貯留量を一定に制御しつつホッパー内の可燃物を前記ガス化炉内に定量供給する第二可燃物供給機構とを備えたことを特徴とするガス化溶融システム。
6. 前記ガス化炉内から第二可燃物供給機構側に漏洩した可燃性ガスを逃がす逃がし弁と、該逃がし弁から放出された可燃性ガスをごみピットに供給する供給手段とを備えたことを特徴とする請求項５記載のガス化溶融システム。

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