(57)【要約】【課題】  縦型のガス化装置において、燃焼帯の中心部に水蒸気を供給でき、燃焼及び温度の均一化を図ることができるガス化装置を提供する。【解決手段】  縦型の炉１０の上部に被処理物投入装置３４を、炉１０の下部に酸化剤ガス供給装置４３と水蒸気供給装置４４をそれぞれ接続して、前記被処理物投入装置３４から被処理物Ａを炉内に投入し、該被処理物Ａを部分燃焼及び熱分解して、生成ガスＧｃを炉１０の上部の生成ガス排出口１２から取り出し、燃焼残渣Ａｃを炉１０の下部の燃焼残渣排出口１５から取り出すガス化装置１において、前記水蒸気供給装置４４の水蒸気供給ノズル４４ａを炉内に向かって延伸して設け、炉１０の中心部分に水蒸気Ｇｂを供給できる位置に、前記水蒸気供給ノズル４４ａを配置して構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦型の炉の上部に被処理物投入装置を、炉の下部に酸化剤ガス供給装置と水蒸気供給装置をそれぞれ接続して、前記被処理物投入装置から被処理物を炉内に投入し、該被処理物を部分燃焼及び熱分解して、生成ガスを炉の上部の生成ガス排出口から取り出し、燃焼残渣を炉の下部の燃焼残渣排出口から取り出すガス化装置において、
前記水蒸気供給装置の水蒸気供給ノズルを炉内に向かって延伸して設け、炉の中心部分に水蒸気を供給できる位置に、前記水蒸気供給ノズルを配置したことを特徴とするガス化装置。
【請求項２】
前記水蒸気供給ノズルのノズル開口部を、平面噴霧が可能なスリット形状に形成したことを特徴とする請求項１記載のガス化装置。
【請求項３】
前記水蒸気供給装置の水蒸気供給ノズルを炉内に向かって移動可能に設けると共に、前記被処理物が燃焼する燃焼帯における温度分布を検出して、該温度分布が所定の温度範囲内に入るように、所定の温度範囲を超えた高温部分の近傍に、前記水蒸気供給ノズルを移動して、前記高温部分に水蒸気を供給することを特徴とする請求項１又は２に記載のガス化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理物を上方から炉本体に投入すると共に酸化剤ガス等を炉下部より注入して、被処理物を部分燃焼及び熱分解して、生成ガスを炉上部から抜き出すと共に燃焼残渣を炉下部から抜き出す縦型のガス化装置において、炉内の燃焼帯の温度分布を均一化することができるガス化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
木屑・廃木材の木質系バイオマスや廃棄物系バイオマスを熱分解してガス化して、改質されたガスをガスエンジンに供給し発電するバイオマスガス化発電システムが研究開発されている。
【０００３】
このガス化に関連して、廃棄物をガス化装置（反応器）に供給し、廃棄物の完全な酸化に不十分な量で酸素含有ガスをそのガス化装置の下部から連続的に供給し、自重により降下してくる燃焼残渣（固形残留物）の層を通る際に、燃焼残渣に含まれる可燃物を燃焼させ、その上層の熱分解層の熱源とし、熱分解層で、ガス状燃焼生成物及び燃焼残渣を生成し、ガス状燃焼生成物を未処理廃棄物の層を通し、炭化水素含有生成物及び液状炭化水素の小滴を生じる廃棄物処理装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。  本発明者らは、これと同じ原理のガス化装置として、図６及び図７に示すようなガス化装置１を開発し、実験を行ってきている。
【０００４】
このガス化装置１は、縦型の筒状に形成された炉本体１０の上部に、被処理物投入口１１、生成ガス排出口１２が設けられ、炉の下部に酸化剤ガス供給口１３、水蒸気供給口１４、残渣抜き出し口１５が設けられている。また、炉の壁面部分に温度センサ取り付け穴１６が配置されている。
【０００５】
そして、廃棄物等の被処理物Ａを炉の上部の被処理物投入口１１から投入し、乾燥、熱分解、部分燃焼、冷却を経て残渣抜き出し口１５から被処理物Ａの燃焼残渣Ａｃを抜き出すと共に、熱分解で生じた生成ガスＧｃを生成ガス排出口１２から抜き出す。
【０００６】
また、炉の高さ方向に適宜設けられている温度センサ取り付け穴１６に挿入されている温度センサ４６などの温度検出手段により、燃焼帯Ｚｂの位置や最高温度を検出し、酸化剤ガス供給量や水蒸気供給量を調整している。
【０００７】
このガス化装置１によれば、熱分解帯Ｚｃで生成された熱分解ガスの熱により、乾燥帯Ｚｄの廃棄物を乾燥できる。また、熱分解ガスが乾燥帯Ｚｄを上昇する過程で、熱分解ガスに含まれる飛灰等が乾燥帯Ｚｄの廃棄物に付着し除去される。そのため、比較的清浄な熱分解ガスを得ることができる。
【０００８】
そして、このガス化装置１では、廃棄物等の被処理物Ａを縦型の炉１０に投入して、充填層を形成し、底部から空気や酸素などの酸化剤ガスＧａを供給して、被処理物Ａの一部分を燃焼させ、炉１０の高さ方向に下側から冷却帯Ｚａ、燃焼帯Ｚｂ、熱分解帯Ｚｃ、乾燥帯Ｚｄを形成し、被処理物Ａを自重により上側から順次降下させて、被処理物Ａを乾燥、熱分解、部分燃焼することによりガス化する。この冷却帯Ｚａは、２００℃程度に、燃焼帯Ｚｂは、約８００℃〜１１００℃程度に、熱分解帯Ｚｃは、熱分解ガスを発生させるために、ガス化効率を考慮して、５００℃程度の高温度域に、また、乾燥帯Ｚｄは、８０℃〜１５０℃程度に維持され、生成ガスＧｃは、８０℃程度で排出される。
【０００９】
このガス化装置１においては、下部より空気若しくは酸素を供給することにより、ある断面において、燃焼帯Ｚｂを形成する。
【００１０】
しかしながら、その際に、横断面位置において、破砕された被処理物Ａの大きさの差による充填の不均一や被処理物Ａの発熱量の差や酸化剤ガスＧａの偏流等により、局所的な高温部分が生じる場合がある。この局所的な高温部分の発生に対しては、図８及び図９に示すような炉の円周方向に等間隔に配置した水蒸気供給ノズル４４ａから、その高温部分に水蒸気Ｇｂを注入することにより、温度上昇を抑えて８００℃〜１１００℃程度の均一温度域を形成させる。
【００１１】
しかしながら、図８及び図９に示すような、炉壁付近に開口部４４ｃを有する水蒸気供給ノズル４４ａを用いた場合には、注入した水蒸気Ｇｂは壁面側に大部分が流れる傾向があり、壁面近傍のみに達するだけであり、四方向から供給しても、水蒸気Ｇｂを炉の中央部まで十分に供給することができない。
【００１２】
つまり、このガス化炉１では、燃焼帯Ｚｂの下部の水蒸気供給ノズル４４ａが配置される冷却帯Ｚａには、熱分解及び燃焼後の残渣Ａｃ（あるいは、この残渣Ａｃと不燃ペレットＰの混合物）が存在し、炉内を順次降下しているので、単に炉壁近傍から、炉の中心方向に向けて水蒸気Ｇｂを供給しても、これらの残渣Ａｃ（あるいは、混合物（Ａｃ＋Ｐ））に遮られて、水蒸気Ｇｂは炉の中心部に到達しにくい。
【００１３】
そのため、中央部の燃焼が活発化し、局所的に中央部に例えば１２００℃以上にも及ぶ異常高温部分が生成し、限界の温度を超えてしまうという問題がある。
【００１４】
この高温部分の温度が高くなると、不燃ペレットＰの耐熱温度を超えたり、被処理物Ａの残渣Ａｃが溶融し始めるので、残渣Ａｃや不燃ペレットＰ同士の固着が生じる等不具合が発生するので、高温部分の発生を抑制する必要がある。そのため、燃焼帯Ｚｂの温度を１２００℃以下とし、通常は８００℃〜１１００℃程度に、好ましくは９００℃〜１００℃程度の範囲内としたい。
【特許文献１】特表２０００−５１７４０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、縦型のガス化装置において、燃焼帯の中心部に水蒸気を供給でき、燃焼及び温度の均一化を図ることができるガス化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の目的を達成するための本発明のガス化装置は、縦型の炉の上部に被処理物投入装置を、炉の下部に酸化剤ガス供給装置と水蒸気供給装置をそれぞれ接続して、前記被処理物投入装置から被処理物を炉内に投入し、該被処理物を部分燃焼及び熱分解して、生成ガスを炉の上部の生成ガス排出口から取り出し、燃焼残渣を炉の下部の燃焼残渣排出口から取り出すガス化装置において、前記水蒸気供給装置の水蒸気供給ノズルを炉内に向かって延伸して設け、炉の中心部分に水蒸気を供給できる位置に、前記水蒸気供給ノズルを配置して構成する。
【００１７】
この構成によれば、水蒸気供給装置の水蒸気供給ノズルを、炉の中央部に水蒸気を供給できる位置に配置したので、水蒸気を、被処理物の燃焼が行われる燃焼帯の下部から、局所的に高温度になり易い炉の中心部分に供給することができ、中心部分の燃焼を抑制できる。従って、燃焼帯の水平方向の燃焼及び温度分布を均等化できる。
【００１８】
そして、上記のガス化装置において、前記水蒸気供給ノズルのノズル開口部を、平面噴霧が可能なスリット形状に形成すると、噴霧角のより広角な扇状のフラットパターンな噴霧形状を形成できるため、炉の横断面位置において、より広範な部分に水蒸気を供給できるようになる。
【００１９】
また、上記のガス化装置において、前記水蒸気供給装置の水蒸気供給ノズルを炉内に向かって移動可能に設けると共に、前記被処理物が燃焼する燃焼帯における温度分布を検出して、該温度分布が所定の温度範囲内に入るように、所定の温度範囲を超えた高温部分の近傍に、前記水蒸気供給ノズルを移動して、前記高温部分に水蒸気を供給するように構成する。この構成により、高温部分に適切な量の水蒸気を確実に供給できるようになるので、温度の均等化の精度が向上する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のガス化装置によれば、水蒸気供給装置の水蒸気供給ノズルを、炉の中央部に水蒸気を供給できる位置に配置したので、被処理物の燃焼が行われる燃焼帯の下部から、水蒸気を、局所的に高温度になり易い炉の中心部分に供給することができ、燃焼帯の水平方向の燃焼及び温度分布を均等化できる。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下図面を参照して本発明に係るガス化装置について説明する。図７及び図８に示すガス化装置１は、縦型移動床ガス化炉であり、一般ゴミや産業廃棄物、バイオマスなどの被処理物Ａをガス化する。
【００２２】
このガス化装置１は、上側がステンレスで、下側がステンレスに耐火物を内張りした縦型の筒状に形成された炉本体１０を有して構成され、この炉の上部に、被処理物投入口１１、生成ガス排出口１２が設けられ、炉の下部に酸化剤ガス供給口１３、水蒸気供給口１４、残渣抜き出し口１５が設けられている。また、炉の壁面部分に温度センサ取り付け穴１６が配置される。
【００２３】
この被処理物投入口１１には、スクリューフィーダー３４が接続され、供給用ゲート弁３２で気密性を保たれているホッパー３３から被処理物Ａ（あるいは、被処理物Ａと軽石などの不燃ペレットＰの混合物Ｍ）が供給され、被処理物Ａがシールゲート３５及び緊急ゲート３６を通過して炉内に連続的又は間欠的に投入される。また、生成ガス排出口１２は、炉頂部の側壁部分に形成され、ここに生成ガス排出配管４２が接続され、このガス化装置１で発生した生成ガスＧｃを次の機器、例えば、改質炉等に供給する。
【００２４】
そして、炉の最下部に設けられた残渣抜き出し口１５からは、被処理物Ａの熱分解及び燃焼後に発生する残渣Ａｃが抜き出だされる。この残渣抜き出しを行うために、回転式抜き出し機１７が設けられ、モータ１７ｍで駆動される回転軸の回転羽が半径方向に残渣Ａｃを掃き出して残渣抜き出し口１５から灰ゲート機構４５を経由して排出する。
【００２５】
また、炉の下部の酸化剤ガス供給口１３には、酸化剤ガス供給配管４３が接続され、燃焼及びこの燃焼による温度上昇を促進する空気や酸素などの酸化剤ガスＧａが供給される。また、炉の下部の水蒸気供給口１４には、水蒸気供給配管４４が接続され、燃焼の抑制及びこの燃焼の抑制による温度低下を図るための水蒸気Ｇｂが供給される。
【００２６】
この酸化剤ガスＧａと水蒸気Ｇｂは燃焼帯Ｚｂの燃焼及び温度を均一化するために、炉内に均一に供給することが好ましい。そのため、図１及び図２に示すように、壁面の周囲から周囲方向に関して等間隔に配置されたノズルから、例えば、四方向から、炉内に向かって供給されるように構成される。なお、その他にも、回転式抜き出し機１７の回転軸（炉の中心部に配置される）の先端に設けたガスノズルから、回転軸内を経由して供給される酸化剤ガスＧａと水蒸気Ｇｂを放射状に噴射して炉内に均一に供給するように構成してもよい。
【００２７】
そして、本発明においては、図１及び図２に模式的に示すように、水蒸気供給装置４４の水蒸気供給ノズル４４ａの先端４４ｂを、炉の中心部分に水蒸気Ｇｂを供給できる位置に配置できるように構成する。また、水蒸気供給ノズル４４ａが万一閉塞した場合に掃除できるように、抜き差し可能に形成する。つまり、この先端４４ｂの突出量を調整可能に形成する。
【００２８】
そして、運転時は、炉の中心部に水蒸気Ｇｂを供給できる位置に配置しておく。図１は、水蒸気供給ノズル４４ａの先端４４ｂの移動方向を炉の中心方向と一致させた場合であり、図２は、炉の中心を外した場合である。
【００２９】
更に、図３〜図５に示すように、水蒸気供給ノズル４４ａの先端４４ｂにおける開口部４４ｃを、平面噴霧が可能な水平方向のスリット形状に形成する。これにより、炉の横断面位置において、広角な扇状のフラットパターンな噴霧形状を形成でき、より広範な部分に水蒸気を供給できるようになる。なお、水平スリット状の開口部４４ｃの先端は蓋をした後にスリットを形成し、正面の開口もスリット状にして、残渣Ａｃ等による開口部４４ｃの完全閉塞を防止しやすくしている。
【００３０】
また、水蒸気供給ノズル４４ａは通常は水平に設けられるが、被処理物Ａの自重による降下を促進するように、必要に応じて、傾斜させて設けてもよい。なお、この水蒸気供給ノズル４４ａは冷却帯Ｚａに設けられる。
【００３１】
この構成の水蒸気供給ノズル４４ａにより、冷却帯Ｚａに注入する炉内温度調整用の水蒸気Ｇｂを炉の中心部においても噴霧できるようになるので、高温になり易い炉の中心部分の温度上昇を抑制できる。従って、炉の燃焼帯Ｚｂにおける温度分布を均等化することができる。
【００３２】
そして、温度センサ取り付け穴１６に、温度センサ（ＴＩ）４６が、炉の周囲方向に等間隔で複数個（例えば、４個）、また、炉の高さ方向に、複数段（例えば、６段）配設され、炉内の温度を監視できる構成される。この温度センサ４６は、炉内の広範囲の場所の温度を測定できるように、炉内に抜き差し可能に形成する。例えば、二重配管の内側に温度センサ４６を配置し、この温度センサ４６の炉内への挿入量を大きくすることで、炉の中心側の温度を計測し、また、挿入量を小さくすることで、炉壁近傍の温度を計測する。
【００３３】
更に、投入された被処理物Ａの上部位置を検出するためのレベルセンサ（ＬＳ）４８が、炉の上方に設けられたレベルセンサ取り付け穴１８に配設される。また、圧力センサ（ＰＩ）４９が炉の上方に設けられた圧力センサ取り付け穴１９に配設される。
【００３４】
このガス化装置１においては、破砕された被処理物Ａ（あるいは、破砕された被処理物Ａと軽石などの不燃ペレットＰの混合物Ｍ）が炉内に投入され充填層を形成するが、この投入量は少なくとも炉頂部に空間Ｓが形成されるように調整される。
【００３５】
なお、この不燃ペレットＰは、被処理物Ａの充填層に適度な隙間を設けて、ガス流れを均一化させる。特に、冷却帯Ｚａで燃焼残渣灰分のみに至った場合のガスの流通性を保つための機能を有している。
【００３６】
外部からの熱源を用いて被処理物Ａに着火する。この着火により被処理物Ａの一部分は燃焼し、高温の燃焼帯Ｚｂを形成する。この燃焼帯Ｚｂは水性ガス化反応を起こすのに必要な１０００℃程度に維持されるが、この燃焼帯Ｚｂの熱が上に伝わり、この上層部分を熱分解温度（例えば約４５０℃）以上に加熱するので、被処理物Ａが熱分解され、熱分解帯Ｚｃが形成される。この熱分解帯Ｚｃでは、可燃性の熱分解ガスＧ１と、可燃性のチャー（炭素）と、不燃性の燃焼残渣Ａｃに熱分解される。この大部分のチャーは、燃焼帯Ｚｂに降下して燃焼し、燃焼帯Ｚｂの温度を上昇させる。また、一部のチャーは水蒸気などの水性ガス化剤Ｇｂと反応して、ＣＯ，Ｈ2 等の水性ガスが生成される。
【００３７】
この熱分解ガスＧ１と水性ガスＧ２は、炉の上部から投入される被処理物Ａよりも温度が高いので、上層の被処理物Ａが乾燥され、乾燥帯Ｚｄが形成される。この乾燥帯Ｚｄで温度が低くなり、例えば、２００℃〜２５０℃程度になる。この乾燥帯Ｚｄは、フィルタの役割を持っているため、生成ガスＧｃ（＝Ｇ１＋Ｇ２）に同伴したチャーや飛灰が乾燥帯Ｚｄの被処理物Ａに捕捉され、下降する被処理物Ａと共に熱分解帯Ｚｃ、燃焼帯Ｚｂに入っていく。そのため、生成ガスＧｃに混入する飛灰の量が減少する。
【００３８】
そして、生成ガスＧｃは、生成ガス排出口１２から排出され、図示しない改質炉などの次の装置に供給される。
【００３９】
一方、被処理物Ａは、自重で降下しながら、乾燥帯Ｚｄで乾燥され、熱分解帯Ｚｃで熱分解され、燃焼帯Ｚｂで燃焼して灰や不燃物等の残渣Ａｃになる。これらは、燃焼帯Ｚｂの下側の冷却帯Ｚａで酸化剤ガスＧａと水蒸気Ｇｂで冷却され、残渣抜き出し口１５から排出される。この排出された灰や不燃物等の残渣Ａｃは分別され、処理される。なお、この被処理物Ａと不燃ペレットＰの混合物Ｍを投入する場合には、不燃ペレットＰは再利用され、繰り返し炉内に投入される。
【００４０】
次に、上記のガス化装置１の運転制御について説明する。
【００４１】
このガス化装置１においては、被処理物Ａは種々の可燃物を含むため、発熱量が変動するので、燃焼帯Ｚｂの温度が変動するが、燃焼温度が低下するとガス化効率が低下し、また、燃焼温度が高くなる過ぎると灰分が溶融するので、温度範囲を予め設定し、この温度範囲内になるように、制御される。
【００４２】
通常は、被処理物Ａの投入量を一定にし、炉内の最高温度に基づいて、酸化剤ガスＧａの供給量を一定にし、また、水蒸気Ｇｂの供給量も略一定に調整され、炉内の最高温度を所定の運転温度範囲内に制御する。また、最高温度の炉の高さ方向の位置に基づいて、回転式抜き出し機１７の回転が制御され、抜き出し量が調整され、冷却帯Ｚａの厚さが調整される。
【００４３】
そして、本発明においては、通常は、水蒸気供給装置４４の水蒸気供給ノズル４４ａの先端４４ｂを、炉の中心部分に対して水蒸気Ｇｂを供給できる位置に配置しておく。この構成により、水蒸気Ｇｂを高温になり易い炉の中心部分に供給するので、炉の中心部分の温度の上昇を防止できる。
【００４４】
また、温度センサ４６の出力を監視し、燃焼帯Ｚｂにおける温度分布を検出して、この温度分布に局部的に温度が高く、所定の温度範囲を超えた高温部分が発生した場合に、水蒸気Ｇｂの量を調整することにより、より細かく、温度の均等化を図ることができる。
【００４５】
なお、更に、被処理物Ａの発熱量や性状が不均一で、高温部分が移動するような場合に対しては、水蒸気供給装置４４の水蒸気供給ノズル４４ａの先端４４ｂを移動可能に構成し、高温部分、又はその近傍に移動して、この水蒸気供給ノズル４４ａにより、高温部分に適切な量の水蒸気Ｇｂを確実に供給して、高温部分の燃焼を抑制して温度を下げるように構成する。これにより、炉の燃焼帯Ｚｂにおける温度分布を精度よく均等化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態の水蒸気供給ノズルの構成を示す図で、（ａ）は、垂直断面図で、（ｂ）は水平断面図である。
【図２】水蒸気供給ノズルの他の配置を示す水平断面図である。
【図３】水蒸気供給ノズルの構成を示す図である。
【図４】水蒸気供給ノズルの先端の構成を示す側面図である。
【図５】水蒸気供給ノズルの先端の横断面図である。
【図６】ガス化装置のシステム構成を示す図である。
【図７】図１の炉内の様子を模式的に示す図である。
【図８】従来技術の水蒸気供給ノズルの配置を示す垂直断面図である。
【図９】従来技術の水蒸気供給ノズルの配置を示す水平断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１    ガス化装置
１０    炉本体
１１    被処理物投入口
１２    生成ガス排出口
１３    酸化剤ガス供給口
１４    水蒸気供給口
１５    残渣抜き出し口
１６    温度センサ取り付け穴
４４    水蒸気供給装置
４４ａ  水蒸気供給ノズル
４４ｂ  先端
４４ｃ  開口部
４６    温度センサ
Ａ    被処理物
Ａｃ  燃焼残渣
Ｇａ  酸化剤ガス
Ｇｂ  水蒸気（水性ガス化剤）
Ｇｃ  生成ガス
Ｐ    不燃ペレット
Ｚａ  冷却帯
Ｚｂ  燃焼帯
Ｚｃ  熱分解帯
Ｚｄ  乾燥帯
【図１】
2006145124.tif 000003
【図２】
2006145124.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006145124.tif 000008
【図７】
2006145124.tif 000009
【図８】
2006145124.tif 000010
【図９】
2006145124.tif 000011