JP2004271039A

JP2004271039A - 熱分解ガス化溶融システム

Info

Publication number: JP2004271039A
Application number: JP2003061811A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Marumoto; 隆弘丸本; Noriyuki Oyatsu; 紀之大谷津; Tetsuya Iwase; 徹哉岩瀬
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2003-03-07
Filing date: 2003-03-07
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】補助燃料の供給が不要または減少でき、ランニングコストの低減が図れる熱分解ガス化溶融システムを提供する。
【解決手段】被燃焼物を部分燃焼し、熱分解されることで熱分解ガス及びチャーを生成するガス化炉３と、ガス化炉３からの熱分解ガス及びチャーに燃焼用空気ｂを供給して燃焼させ、チャー中の灰分を溶融してスラグとして排出する溶融炉６と、溶融炉６からの燃焼排ガスを脱塵する集塵装置１０とを備えた熱分解ガス化溶融システムにおいて、集塵装置１０で脱塵処理された燃焼排ガスｇを燃焼用空気ａと混合して溶融炉６へ供給することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般ごみや産業廃棄物等を熱分解し、灰をスラグとして回収する熱分解ガス化溶融システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、一般ごみや産業廃棄物等を処理する従来の熱分解ガス化溶融システムの概略構成図である。同図に示すように燃料であるごみや廃棄物などの被燃焼物を流動床式のガス化炉３へ供給し、空気不足の状態で熱分解によりガス化させ、生成した熱分解ガス及び未燃カーボンと灰を主成分とするチャーを溶融炉６で燃焼させることで、高温場を得てチャー中の灰を溶融スラグ化するものである。この過程でごみは減容化され、ダイオキシン類は高温場で完全に分解・無害化される。
【０００３】
溶融炉６からの燃焼排ガスは２次燃焼室７で完全燃焼される。さらに、廃熱回収ボイラ８で熱回収された後、ダイオキシン類の再合成を防止するため減温装置９で急冷され、バグフィルタを備えた集塵装置１０において脱塵及び脱塩処理されて大気中に放出される。
【０００４】
図中の１は供給ホッパ、２は給塵装置、４は散気管、５は熱分解ガスの流路、１１は煙突、１２は燃焼用空気吹込みノズル、１３は押込送風機、１４ａは空気流量計、１５ａは空気流量調整弁、１６は酸素濃度計、ａは流動化空気、ｂは燃焼用空気、ｃは不燃物、ｄはスラグ、ｅは消石灰、ｆは煤塵である。
【０００５】
燃焼溶融炉に関しては、例えば下記のような特許文献１，２を挙げることができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２８９４１４号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平１０−５４５１８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ごみの燃焼エネルギーのみで溶融炉の温度を灰の融点以上にするためには、溶融炉の熱負荷を上げ、入熱に対する放散熱量の割合を減少させる必要がある。溶融炉の熱負荷を上げるためには溶融炉を小型化する必要があるが、溶融炉を小型化するとガス化炉で生成した熱分解ガス及びチャーの燃焼に必要な滞留時間が確保できなくなり、燃焼効率及び燃焼温度が低下する。
【０００９】
このため一般的には、旋回式溶融炉を採用し滞留時間を確保することで燃焼効率の低下を防止している。旋回式溶融炉は熱分解ガス及びチャー並びにこれらの可燃性物質の燃焼に必要な空気が溶融炉に対し接線方向に流入する構造となっている。また、熱分解ガス及び燃焼用空気の吹込み流速を極力大きくすることで、乱流混合による燃焼効率の向上を図り、短時間で燃焼反応を完了させるよう工夫がなされている。
【００１０】
補助燃料を一切使用せず、ごみの燃焼エネルギーのみで灰の溶融が可能な最低の発熱量は、１００ｔ／ｄ規模の処理量で１５００〜１８００ｋｃａｌ／ｋｇである。溶融炉で熱分解ガス及びチャーを完全燃焼するために、熱分解ガス及び燃焼用空気の吹込み流速をできるだけ大きくする必要がある。ごみの発熱量が常に一定であれば、熱分解ガス量及び燃焼用空気量は一定となり、ファンの許容範囲内で流速が最大となるノズル寸法を決定できる。
【００１１】
しかしながら、ごみは季節により水分が変動し、これに伴って発熱量が変化する。また、設備の耐用年数の関係から、数十年先のごみの発熱量を想定した炉の設計が求められるため、これらの広範囲のごみ発熱量に対応し得る溶融炉の設計が必須となる。
【００１２】
ごみの燃焼温度は、空気比（＝供給空気量／理論空気量）の値が１付近で最大となるため、溶融炉出口における空気比が１になるように設計すれば、ごみの燃焼エネルギーを最大限利用できる。理論空気量はごみ中の可燃分量及び組成から計算されるが、一般的には発熱量と相関関係があり、発熱量が多いほど理論空気量も多くなる。年々、ごみの発熱量が増大する傾向があり、現在では最大で３０００ｋｃａｌ／ｋｇ程度の発熱量のごみを安定に処理できるシステムが求められている。これはごみの燃焼エネルギーのみで灰が溶融可能な熱量である１５００〜１８００ｋｃａｌ／ｋｇの約２倍の数値であり、この時のごみの理論空気量も約２倍となる。
【００１３】
ガス化炉では、ごみを熱分解するため、温度を６００℃程度に維持する必要がある。この時に必要な空気量はごみの発熱量によらずほぼ一定となる。これは、図７に示すように、ガス化炉におけるごみの部分発熱量が空気比（＝供給空気量／理論空気量）に依存するためである。ガス化炉の温度を６００℃程度に維持するために必要な空気比の値は発熱量の多いごみほど小さくて良い。すなわち、発熱量の多いごみは理論空気量が多いが、空気比の値は小さくて良いため、ガス化炉へ供給される空気量の絶対値はごみ質に依存せず、ほぼ一定となる。
【００１４】
一方、溶融炉では、極力温度を高くするために溶融炉の出口空気比を１前後に設定する必要がある。従って、ガス化炉及び溶融炉へ供給される空気量の合計はごみの理論空気量と等しくする必要がある。前述の通りガス化炉への供給空気量はごみ質によらず、ほぼ一定となるため、溶融炉へ供給される燃焼用空気量は、ごみの発熱量が大きいほど多くなる。
【００１５】
また、ガス化炉への供給空気量がごみの発熱量に関わらずほぼ一定であるため、生成する熱分解ガス量もほぼ一定となり、溶融炉へ吹き込まれる熱分解ガスの流速はごみ質によらずほぼ一定となる。
【００１６】
これに対し溶融炉へ供給される燃焼用空気量は、ごみの発熱量によって異なるため、ノズル寸法の決定に注意が必要となる。燃焼性向上の観点から、吹込み流速を５０ｍ／ｓ以上にする必要があるが、最も発熱量の低いごみを基準にして、流速５０ｍ／ｓでノズル寸法を決定した場合、最も発熱量の高いごみでは、流速が約２倍の１００ｍ／ｓにもなり、ファンの能力を超えてしまう。
【００１７】
よって、最も発熱量の高いごみで流速が６０ｍ／ｓ程度になるようにノズル寸法を決定せざるを得ないが、この場合、最も発熱量の低いごみでは流速が約半分の３０ｍ／ｓ程度と極端に小さくなり、燃焼性が悪化する。燃焼用空気の吹込み流速と溶融炉内温度には図２のような相関関係があり、流速が５０ｍ／ｓを下回ると温度が急激に低下し、灰の溶融が困難となる。
【００１８】
このため、従来は溶融炉に設置された補助バーナを用いて温度を上昇させ、灰を溶融していた。本来、ごみの燃焼エネルギーのみで灰の溶融が可能なはずであるが、燃焼性が悪化したことで、補助燃料の供給が必要となり、不要な燃料費が発生し、ランニングコストの増大を招くという問題がある。
【００１９】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、補助燃料の供給が不要または減少でき、ランニングコストの低減が図れる熱分解ガス化溶融システムを提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明の第１の手段は、例えば一般ごみや産業廃棄物等の被燃焼物を部分燃焼し、熱分解されることで熱分解ガス及びチャーを生成するガス化炉と、
そのガス化炉からの熱分解ガス及びチャーに燃焼用空気を供給して燃焼させ、チャー中の灰分を溶融してスラグとして排出する溶融炉と、
その溶融炉からの燃焼排ガスを脱塵する集塵装置とを備えた熱分解ガス化溶融システムを対象とするものである。
【００２１】
そして前記集塵装置で脱塵処理された燃焼排ガスを、燃焼用空気と混合して前記溶融炉へ供給することを特徴とするものである。
【００２２】
本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記燃焼用空気と燃焼排ガスとの混合気体の溶融炉への吹込み流速が５０ｍ／ｓ以上に保持されるように、燃焼用空気と燃焼排ガスの供給量が調整されることを特徴とするものである。
【００２３】
本発明の第３の手段は前記第１の手段または第２の手段において、燃焼排ガスが前記集塵装置の出口側に設けられた誘引通風機の出口から供給することを特徴とするものである。
【００２４】
本発明の第４の手段は前記第１の手段ないし第３の手段において、前記集塵装置から排出された煤塵を前記燃焼排ガスに同伴させて溶融炉へ供給することを特徴とするものである。
【００２５】
本発明の第５の手段は前記第１の手段ないし第３の手段において、前記ガス化炉から排出された不燃物を前記燃焼排ガスに同伴させて溶融炉へ供給することを特徴とするものである。
【００２６】
本発明の第６の手段は前記第１の手段ないし第３の手段において、前記集塵装置から排出された煤塵と、前記ガス化炉から排出された不燃物とを前記燃焼排ガスに同伴させて溶融炉へ供給することを特徴とするものである。
【００２７】
本発明によれば、燃焼用空気のみでは困難であった燃焼用空気吹込みノズルからの吹込み流速を適正に保つことができるため、溶融炉での熱分解ガス及びチャーと空気との燃焼性の悪化を招くことがない。よって、従来技術で必要であった補助燃料の供給を不要あるいは減少することが可能となり、ごみなどの被燃焼物の燃焼エネルギーのみで灰の溶融が可能となる発熱量を低くすることができ、補助燃料の供給を不要または減少できて、ランニングコストの低減が図れる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態を図とともに説明する。図１は、第１の実施形態に係る熱分解ガス化溶融システムの概略構成図である。本システムは流動床式のガス化炉３と旋回式の溶融炉６を組合せたもので、溶融炉後段には燃焼排ガスの完全燃焼のため２次燃焼室７を設けている。さらに燃焼排ガスからの熱回収を目的とした廃熱回収ボイラ８、ダイオキシン類の再合成を抑制するために排ガス温度を調整する減温装置９を設けている。集塵装置１０としてろ過式集塵装置であるバグフィルタを設け、バグフィルタの上流側へ脱塩剤として消石灰ｅを供給している。
【００２９】
供給ホッパに投入された一般ごみは給塵装置２により流動床式のガス化炉３へ供給され、ガス化炉３の底部に設置された散気管４から供給される流動化空気ａにより流動媒体と共に流動化する。この過程でごみは部分燃焼し、熱分解されることで熱分解ガス及び未燃カーボンと灰を主成分とするチャーが生成する。不燃物ｃは、ガス化炉３の底部から排出される。
【００３０】
生成した熱分解ガス及びチャーは流路５を通り旋回式の溶融炉６へ送られ、別途供給される燃焼空気ｂと反応し燃焼する。溶融炉６内は灰の溶融温度以上に保たれており、チャー中の灰は溶融し、スラグｄとなって回収される。
【００３１】
燃焼排ガスは２次燃焼室７において完全燃焼され、廃熱回収ボイラ８で熱回収されてから、減温装置９でダイオキシン類の再合成を抑制するために燃焼排ガスが減温される。さらに集塵装置１０で脱塵及び脱塩処理されて、無害化された燃焼排ガスｇは誘引通風機２０を通り、その一部は排ガス再循環ファン１７により溶融炉６へ供給され、残りの燃焼排ガスは煙突１１から放出される。煤塵ｆは集塵装置１０から排出される。前述の誘引通風機２０の吐出圧を利用すれば、追加のファンが不要となる。
【００３２】
溶融炉６へ供給される燃焼用空気ｂは押込送風機１３により取り入れられ、空気流量計１４ａで計測され、溶融炉６が所定の温度以上になるように空気流量調整弁１５ａで空気量を制御して、溶融炉燃焼用空気吹込みノズル１２から噴射される。
【００３３】
運転中のごみ質の低下及びごみ供給量の減少に伴い燃焼用空気ｂを減少させ、集塵装置１０の後流から抜出した燃焼排ガスｇを溶融炉燃焼用空気吹込みノズル１２へ供給することで、ノズル部の吹込み流速が常に５０ｍ／ｓ以上（好ましくは６０〜８０ｍ／ｓ）になるように制御している。
【００３４】
溶融炉６へ供給される排ガス量は排ガス流量計１４ｇにより計測され、燃焼排ガス中の酸素濃度は酸素濃度計１６により常時計測されている。空気流量計１４ａ、排ガス流量計１４ｇならびに酸素濃度計１６の計測データは演算／制御装置１８に入力され、演算／制御装置１８からの制御信号により、溶融炉６が所定の空気比及び温度になるように、空気流量調整弁１５ａ及び排ガス流量調整弁１５ｇの開度を制御している。
【００３５】
ガス化炉３への供給空気量はごみ質によらず、ほぼ一定となるため、溶融炉６へ供給される燃焼用空気量はごみの発熱量が大きいほど多くなる。また、ガス化炉３への供給空気量がごみの発熱量に関わらずほぼ一定であるため、生成する熱分解ガス量もほぼ一定となり、溶融炉６へ吹き込まれる熱分解ガスの流速はごみ質によらずほぼ一定となる。
【００３６】
これに対して、溶融炉６へ供給される燃焼用空気量はごみの発熱量によって異なるが、燃焼性を向上するために吹込み流速を５０ｍ／ｓ以上にする必要がある。想定される最も高い発熱量のごみを基準に燃焼用空気の流速が６０ｍ／ｓになるようにノズル寸法を決定する。この場合、発熱量の最も低いごみでは流速が約半分の３０ｍ／ｓ程度になるため、燃焼性が悪化する。
【００３７】
燃焼用空気の吹込み流速と溶融炉内温度には図２のような相関関係があり、流速が５０ｍ／ｓを下回ると温度が急激に低下することが分かっている。本発明では、燃焼排ガスｇの一部を燃焼用空気ａとして、燃焼用空気吹込みノズル１２に供給することで、吹込み流速を最適に保つことができる。
【００３８】
従って、溶融炉６での熱分解ガス及びチャーと空気との燃焼性の悪化を招くことがない。また、従来技術で必要であった補助燃料の供給を不要とすることが可能となり、ごみの燃焼エネルギーのみで灰の溶融が可能となる発熱量を低くすることができる。
【００３９】
図３は、第２の実施形態に係る熱分解ガス化溶融システムの概略構成図である。本実施形態で前記第１の実施形態と相違する点は、燃焼排ガスｇの供給経路上にエジェクタ１９を設け、溶融炉６に供給する燃焼排ガスｇに集塵装置１０で回収した煤塵ｆを同伴させ、吹き込みノズル１２を介して溶融炉６へ供給する点である。本実施形態により、従来技術において必要であった煤塵供給ノズルならびに煤塵輸送用空気ファンが省略できる。
【００４０】
図４は、第３の実施形態に係る熱分解ガス化溶融システムの概略構成図である。本実施形態で前記第２の実施形態と相違する点は、溶融炉６に供給する燃焼排ガスｇにガス化炉３から排出された不燃物ｃを同伴させ、溶融炉６へ供給する点である。
【００４１】
ごみの灰は酸化珪素や酸化アルミニウムが少ない、塩基度の高い灰であり、不燃物ｃは殆どが酸化珪素であるため、不燃物ｃを溶融炉６へ供給することにより、塩基度を下げることができる。このようにして塩基度を下げることにより融点が下がるので、溶融が容易かつ確実となる。また、本実施形態により、従来技術において必要であった不燃物供給ノズル及び不燃物搬送用空気ファンが省略できる。
【００４２】
図５は、第４の実施形態に係る熱分解ガス化溶融システムの概略構成図である。本実施形態で前記第２の実施形態と相違する点は、煤塵ｆと不燃物ｃの両方を溶融炉６へ供給する点である。本実施形態により、従来技術において必要であった煤塵供給ノズル，煤塵輸送用空気ファン，不燃物供給ノズル，不燃物搬送用空気ファンなどが省略できる。
【００４３】
前記実施形態ではごみの場合について説明したが、産業廃棄物など他の被燃焼物を処理する場合も本発明が適用可能である。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の適用により、溶融炉の燃焼性を常に良好に維持することが可能となり、溶融炉の安定運用、すなわち、スラグの安定流下を達成できる。また、従来は発熱量の低いごみに対しては補助燃料の供給が必要であったが、本発明により補助燃料量の低減が可能となる。さらに、補助燃料の供給なしで安定溶融可能なごみの発熱量の最低値を下げることができ、経済的な運用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る熱分解ガス化溶融システムの概略構成図である。
【図２】燃焼用空気吹込み流速と溶融炉温度との関係を示す特性図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る熱分解ガス化溶融システムの概略構成図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る熱分解ガス化溶融システムの概略構成図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る熱分解ガス化溶融システムの概略構成図である。
【図６】従来の熱分解ガス化溶融システムの概略構成図である。
【図７】空気比と（消費発生熱量）／（ごみ入熱量）との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１：供給ホッパ、２：給塵装置、３：ガス化炉、４：散気管、５：流路、６：溶融炉、７：２次燃焼室、８：廃熱回収ボイラ、９：減温装置、１０：集塵装置、１１：煙突、１２：燃焼用空気吹込みノズル、１３：押込送風機、１４ａ：空気流量計、１４ｇ：排ガス流量計、１５ａ：空気流量調整弁、１５ｇ：排ガス流量調整弁、１６：酸素濃度計、１７：循環ファン、１８：演算／制御装置、１９：エジェクタ、ａ：流動化空気、ｂ：燃焼用空気、ｃ：不燃物、ｄ：スラグ、ｅ：消石灰、ｆ：煤塵、ｇ：燃焼排ガス

Claims

被燃焼物を部分燃焼し、熱分解されることで熱分解ガス及びチャーを生成するガス化炉と、
そのガス化炉からの熱分解ガス及びチャーに燃焼用空気を供給して燃焼させ、チャー中の灰分を溶融してスラグとして排出する溶融炉と、
その溶融炉からの燃焼排ガスを脱塵する集塵装置とを備えた熱分解ガス化溶融システムにおいて、
前記集塵装置で脱塵処理された燃焼排ガスを、燃焼用空気と混合して前記溶融炉へ供給することを特徴とする熱分解ガス化溶融システム。
請求項１記載の熱分解ガス化溶融システムにおいて、前記燃焼用空気と燃焼排ガスとの混合気体の溶融炉への吹込み流速が５０ｍ／ｓ以上に保持されるように、燃焼用空気と燃焼排ガスの供給量が調整されることを特徴とする熱分解ガス化溶融システム。
請求項１または請求項２記載の熱分解ガス化溶融システムにおいて、燃焼排ガスが前記集塵装置の出口側に設けられた誘引通風機の出口から供給することを特徴とする熱分解ガス化溶融システム。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の熱分解ガス化溶融システムにおいて、前記集塵装置から排出された煤塵を前記燃焼排ガスに同伴させて溶融炉へ供給することを特徴とする熱分解ガス化溶融システム。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の熱分解ガス化溶融システムにおいて、前記ガス化炉から排出された不燃物を前記燃焼排ガスに同伴させて溶融炉へ供給することを特徴とする熱分解ガス化溶融システム。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の熱分解ガス化溶融システムにおいて、前記集塵装置から排出された煤塵と、前記ガス化炉から排出された不燃物とを前記燃焼排ガスに同伴させて溶融炉へ供給することを特徴とする熱分解ガス化溶融システム。