(57)【要約】【課題】  ごみの熱分解ガス化溶融システムにおいて、設備費及びランニングコストを増大させることなく、廃熱ボイラの伝熱性能低下及び伝熱面の腐食を防止する。【解決手段】  ガス化炉３と溶融炉６と廃熱ボイラ８と、廃熱ボイラ８から排出される排ガス中の固体粒子を捕集するバグフィルタ１０と、バグフィルタ１０に流入する排ガスに脱塩剤を供給する手段と、バグフィルタ１０を逆洗する手段と、を含んで熱分解ガス化溶融システムを構成し、バグフィルタ１０のろ過速度を、溶融炉６から固体で流出する粒子の粒子終末速度より小さく、前記溶融炉６から気化した状態で流出し、バグフィルタ１０に固体となって流入する粒子の粒子終末速度及び前記脱塩剤成分を含む粒子の粒子終末速度よりも大きく設定し、逆洗していないときは捕集された粒子を溶融炉６に供給し、逆洗中はバグフィルタ１０から排出される粒子を溶融炉６に供給しないようにする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ごみと産業廃棄物のいずれか一方もしくは双方を熱分解ガス化して熱分解ガスとチャーを排出するガス化炉と、前記排出された熱分解ガスとチャーを燃焼させる溶融炉と、前記溶融炉から排出される排ガスの熱を回収する廃熱ボイラと、前記廃熱ボイラから排出される排ガス中の固体粒子を捕集するろ過式集塵装置と、前記ろ過式集塵装置に流入する排ガスに脱塩剤を供給する脱塩剤供給手段と、前記ろ過式集塵装置の濾布を逆洗する逆洗手段と、前記ろ過式集塵装置に捕集された固体粒子の供給先を前記溶融炉とそれ以外に切り替える切替装置と、前記逆洗手段と切替装置の動作を制御する制御装置と、を有してなり、
前記ろ過式集塵装置のろ過速度が、溶融炉から固体で流出する粒子の粒子終末速度より小さく、前記溶融炉から気化した状態で流出し、ろ過式集塵装置に固体となって流入する粒子の粒子終末速度及び前記脱塩剤成分を含む粒子の粒子終末速度よりも大きく設定され、
前記制御装置は、逆洗終了から次回の逆洗開始までの間はろ過式集塵装置で捕集された粒子を溶融炉に供給し、逆洗中はろ過式集塵装置から排出される粒子を溶融炉に供給しないように前記切替装置を制御するものである熱分解ガス化溶融システム。
【請求項２】
請求項１記載の熱分解ガス化溶融システムにおいて、前記ろ過式集塵装置に排ガスを供給する排ガスダクト中の排ガスの速度は、前記溶融炉から固体で流出する粒子の粒子終末速度より大きく設定されていることを特徴とする熱分解ガス化溶融システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の熱分解ガス化溶融システムにおいて、ろ過式集塵装置のろ過速度が、０．５〜０．８ｍ／minであることを特徴とする熱分解ガス化溶融システム。
【請求項４】
ごみと産業廃棄物のいずれか一方もしくは双方を熱分解ガス化して熱分解ガスとチャーを排出するガス化炉と、前記排出された熱分解ガスとチャーを燃焼させる溶融炉と、前記溶融炉から排出される排ガスの熱を回収する廃熱ボイラと、前記廃熱ボイラから排出される排ガス中の固体粒子を捕集するろ過式集塵装置と、前記ろ過式集塵装置に流入する排ガスに脱塩剤を供給する脱塩剤供給手段と、前記ろ過式集塵装置の濾布を逆洗する逆洗手段と、前記ろ過式集塵装置に捕集された固体粒子の供給先を前記溶融炉とそれ以外に切り替える切替装置と、前記逆洗手段と切替装置の動作を制御する制御装置と、を有してなる熱分解ガス化溶融システムの運用方法であって、前記ろ過式集塵装置のろ過速度を、溶融炉から固体で流出する粒子の粒子終末速度より小さく、前記溶融炉から気化した状態で流出し、ろ過式集塵装置に固体となって流入する粒子の粒子終末速度及び前記脱塩剤成分を含む粒子の粒子終末速度よりも大きく設定し、かつ、逆洗終了から次回の逆洗開始までの間はろ過式集塵装置で捕集された粒子を溶融炉に供給し、逆洗中はろ過式集塵装置から排出される粒子を溶融炉に供給しないように前記切替装置を制御する熱分解ガス化溶融システムの運用方法。
【請求項５】
請求項４記載の熱分解ガス化溶融システムの運用方法において、前記ろ過式集塵装置に排ガスを供給する排ガスダクト中の排ガスの速度を、前記溶融炉から固体で流出する粒子の粒子終末速度より大きく設定することを特徴とする熱分解ガス化溶融システムの運用方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の熱分解ガス化溶融システムの運用方法において、ろ過式集塵装置のろ過速度を、０．５〜０．８ｍ／minに設定することを特徴とする熱分解ガス化溶融システムの運用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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とその運用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般ごみ、産業廃棄物等を対象とした熱分解ガス化溶融システムは、図４に示すように、燃料であるごみや廃棄物を流動床式ガス化炉３へ供給し、空気不足の状態で熱分解ガス化させ、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スラグ化するものである。この過程でごみは減容され、ダイオキシン類は高温場で完全に分解・無害化される。溶融炉６からの排ガスは２次燃焼室７で完全燃焼される。２次燃焼室７を出た排ガスは、廃熱ボイラ８で熱回収されたのち、集塵装置１４，１５において脱塵および脱塩処理され、無害化された状態で大気中に放出される。
【０００３】
また、上述のようなごみ、産業廃棄物等を対象とした熱分解ガス化溶融システムでは、埋立て処分される廃棄煤塵ｆの量を低減するため、集塵装置で回収された溶融飛灰を循環飛灰ｅとして溶融炉へ再循環させ、一部をスラグとして回収している。
【０００４】
集塵装置は煤塵の捕集の他に、排ガス中の塩化水素除去をも目的としており、集塵装置上流側で消石灰等の脱塩剤が噴霧される。このため、捕集された溶融飛灰中には多量のカルシウムが含まれ、純粋な溶融飛灰よりも塩基度が高くなる。塩基度と融点には図５に示すような相関関係があり、塩基度が１を超えるごみの溶融飛灰では、塩基度上昇と共に融点が上昇する。溶融炉へ再循環される溶融飛灰の融点が高いと、溶融炉内で固化し、安定した溶融炉の運転が困難になる等の問題がある。このため、図４や特許文献１に示されるように集塵装置を２基設け、後段の集塵装置へのみ消石灰を供給することで、前段の集塵装置で回収された循環飛灰ｅのみを溶融炉へ再循環させる方法が採用されている。一般的に、集塵装置としてろ過式集塵装置であるバグフィルタが採用されることが多いが、この場合、バグフィルタの目詰まり防止のため、前段のバグフィルタへ珪藻土ｈ等を供給する必要がある。
【０００５】
しかしながら、このようなシステムでは、集塵装置が２台以上必要になり、設備費が増加し、さらに珪藻土が消石灰に比べ高価であるためランニングコストが嵩むことになる。また、溶融飛灰中には、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３等のスラグとして回収可能な高沸点化合物と、Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ及び塩化物といったスラグとして回収不可能な低沸点化合物が混在するが、後者の量が多いため、回収された溶融飛灰を溶融炉へ再循環しても、スラグとして回収される量は限られる。また、Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ及び塩化物といった化合物は溶融炉後流の機器である廃熱ボイラへ付着し、伝熱性能を低下させるとともに、伝熱面を腐食させるという問題を抱えている。
【０００６】
特許文献２には、Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ及び塩化物といった低沸点の化合物が気相に析出しない高温雰囲気下にサイクロンセパレータを配置し、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３を主体とする灰のみを分離回収し溶融炉へ供給する技術が開示されている。しかし、この技術では、サイクロンセパレータの構造維持のため、外部からの冷却が必要となり、サイクロンセパレータ内壁温度がガス温度よりも極端に低くなる。このため、壁近傍でＮａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ及び塩化物といった低沸点の化合物が析出することで壁に多量付着し、サイクロンセパレータが閉塞することが危惧される。
【０００７】
他にも、集塵装置としてサイクロン及びろ過式集塵装置を直列に配置し、サイクロンにおいて大粒子径の溶融飛灰のみを回収し溶融炉へ再供給する手法が考案されている。この手法によっても、ろ過式集塵装置の他に余分なサイクロンを設置する必要があることから、設備費の増大は不可避である。さらに、排ガス中に含まれる高濃度の塩化水素によるサイクロンの腐食が懸念される。サイクロン内壁を耐火材当で保護することも考えられるが、摩擦抵抗の増大により捕集されずサイクロンを通過していた小流径の溶融飛灰も捕集されるようになるため、大粒子径の溶融飛灰のみを回収するという本来の作用及び効果が得られなくなる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−２７６７７４号公報（第２〜３頁、図１）
【特許文献２】特開２００１−２８０６３３号公報（第３〜４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、廃熱ボイラを備えたごみの熱分解ガス化溶融システムにおいて、設備費及びランニングコストを増大させることなく、廃熱ボイラの伝熱性能低下及び伝熱面の腐食を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ごみと産業廃棄物のいずれか一方もしくは双方を熱分解ガス化して熱分解ガスとチャーを排出するガス化炉と、前記排出された熱分解ガスとチャーを燃焼させる溶融炉と、前記溶融炉から排出される排ガスの熱を回収する廃熱ボイラと、前記廃熱ボイラから排出される排ガス中の固体粒子を捕集するろ過式集塵装置と、前記ろ過式集塵装置に流入する排ガスに脱塩剤を供給する脱塩剤供給手段と、前記ろ過式集塵装置の濾布を逆洗する逆洗手段と、前記ろ過式集塵装置に捕集された固体粒子の供給先を前記溶融炉とそれ以外に切り替える切替装置と、前記逆洗手段と切替装置の動作を制御する制御装置と、を有してなり、前記ろ過式集塵装置のろ過速度が、溶融炉から固体で流出する粒子の粒子終末速度より小さく、前記溶融炉から気化した状態で流出し、ろ過式集塵装置に固体となって流入する粒子の粒子終末速度及び前記脱塩剤成分を含む粒子の粒子終末速度よりも大きく設定され、前記制御装置は、逆洗終了から次回の逆洗開始までの間はろ過式集塵装置で捕集された粒子を溶融炉に供給し、逆洗中はろ過式集塵装置から排出される粒子を溶融炉に供給しないように前記切替装置を制御するものである熱分解ガス化溶融システムにより、上記課題を解決する。
【００１１】
上記構成によれば、Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ及び塩化物といった低沸点の化合物をろ過式集塵装置の濾布に付着させて捕集するとともに、ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３などの高沸点化合物を濾布に到達するまえに落下させて捕集することが可能になり、ろ過式集塵装置の逆洗中、すなわち、ろ過式集塵装置の濾布に付着していた粒子が脱離されている間は、脱離される粒子を溶融炉に循環させず、逆洗が終了してから次の逆洗が開始されるまでの間はろ過式集塵装置で濾布に到達するまえに落下させて捕集された粒子、つまり、ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３などの高沸点化合物の粒子を溶融炉に再循環させることで、廃熱ボイラの伝熱面にＮａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ及び塩化物が付着するのが避けられ、伝熱性能の低下や伝熱面の腐食が防止される。
【００１２】
前記ろ過式集塵装置に排ガスを供給する排ガスダクト中の排ガスの速度は、排ガスダクト中に前記溶融炉から固体で流出する粒子が落下して堆積するのを避けるために、前記溶融炉から固体で流出する粒子の粒子終末速度より大きく設定することが望ましい。
【００１３】
また、前記ろ過式集塵装置のろ過速度は、発明者らの知見によれば、０．５〜０．８ｍ／minの範囲に設定されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、廃熱ボイラを備えたごみの熱分解ガス化溶融システムにおいて、設備費及びランニングコストを増大させることなく、廃熱ボイラの伝熱性能低下及び伝熱面の腐食を防止することが可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を一般ごみ用の熱分解ガス化溶融システムに適用した場合の実施の形態を、図１を参照して説明する。図示の熱分解ガス化溶融システムは、流動床式ガス化炉３と、この流動床式ガス化炉３に熱分解ガス流路５で接続された旋回式の溶融炉６と、溶融炉６の後段に排ガスの完全燃焼のために設けられた２次燃焼室７と、２次燃焼室７に続けて配置され排ガスからの熱回収を目的とした廃熱ボイラ８と、廃熱ボイラ８の排ガス出側に排ガスダクトで接続された排ガス温度減温装置９と、排ガス温度減温装置９の排ガス出側に排ガスダクト１８で接続されたろ過式集塵装置であるバグフィルタ１０と、バグフィルタ１０の排ガス出側に煙道で接続された煙突１１と、バグフィルタ１０の煤塵出側に接続して設けられた切替装置１３と、切替装置１３の一方の出側と前記溶融炉６を接続する循環飛灰管路１６と、切替装置１３の他方の出側に接続された廃棄煤塵取出し管路１７と、前記切替装置１３を制御する制御装置１２と、を含んで構成されている。
【００１６】
流動床式ガス化炉（以下、ガス化炉という）３には、ごみを供給する供給ホッパ１、給塵装置２が設けられている。排ガス温度減温装置９は、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低下させるために設けられているものである。前記排ガスダクト１８には、バグフィルタ１０に流入する排ガスに脱塩剤として消石灰ｇを供給する脱塩剤供給手段が設けられている。また、バグフィルタ１０の濾布に付着した固体粒子を剥離除去するための、図示されていない逆洗手段が設けられている。
【００１７】
上記構成のシステムにおいて、ごみは供給ホッパ１から給塵装置２を経てガス化炉３へ供給され、ガス化炉３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、熱分解されて、熱分解ガスと未燃カーボン及び灰を主成分とするチャーが生成される。
【００１８】
生成された熱分解ガスとチャーは溶融炉６へ送られ、別途供給される燃焼空気ｂと反応して燃焼する。溶融炉６内は灰の溶融温度よりも高い温度に保たれており、チャー中の灰は溶融し、スラグｄとなって回収される。チャー中の灰の一部は溶融炉６で捕集されず、排ガスに同伴されて溶融炉６から流出する。溶融炉６を出た排ガスは２次燃焼室７で完全燃焼され、廃熱ボイラ８で熱回収される。
【００１９】
溶融炉６で捕集されなかった溶融飛灰のうち、粒子径及び比重が大きなものはバグフィルタ１０において逆洗を実施する前に回収され、循環飛灰ｅとして再び溶融炉６へ供給され、スラグｄとなって回収される。バグフィルタ１０において逆洗後に回収される消石灰を含む粒子径及び比重の小さな煤塵ｆは、無害化処理後、埋立て処分される。
【００２０】
バグフィルタの逆洗間隔は１時間で、図２に示すように、逆洗実施後、バグフィルタ差圧が許容最大差圧になる前に切替装置１３を廃棄煤塵側に切り替え、所定の時間ｔだけ廃棄煤塵を連続的に排出し、その後、循環飛灰側に切り替えて溶融炉６へ循環飛灰ｅを再供給している。逆洗のタイミング及び切替装置１３の作動は制御装置１２からの指示により制御される。
【００２１】
本実施の形態は、流動床式ガス化炉と旋回式溶融炉を組み合わせた例であるが、本発明はこれらの形式に限定されるものではなく、流動床式以外のガス化炉と旋回式以外の溶融炉の組み合わせ、流動床式以外のガス化炉と旋回式溶融炉の組み合わせ、流動床式ガス化炉と旋回式以外の溶融炉の組み合わせにおいても、同様の作用、効果を発揮する。
【００２２】
溶融炉で捕集されない灰は大きく分けて２種類に分けられる。一つは高温に保持された溶融炉の内壁に衝突し、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３といった高沸点の化合物がスラグとして回収され、Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ及び塩化物といった低沸点の化合物のみが気化した状態で溶融炉から流出し、廃熱ボイラ８以降の低温領域で固体として析出するものであり、粒子径及び比重が非常に小さい。粒子終末速度は図３のＢで示され、極端に値が小さいものである。もう一つは、溶融炉に衝突することなく、短時間で溶融炉から流出する固体状のもので、Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ及び塩化物等の低沸点化合物が気散し、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３といった高沸点の化合物のみで構成される。これらは粒子径及び比重が大きく、粒子終末速度は図３のＡで示されるように、前記Ｂに比べ、１桁大きいことが特徴である。
【００２３】
また、脱塩剤である消石灰の粒子径、比重、粒子終末速度は、図３のＣで示され、Ｂで示され小粒子径の溶融飛灰に似た特性を持っている。
【００２４】
上記各粒子の粒子終末速度を考慮し、本実施の形態におけるバグフィルタ１０のろ過速度は、図３に示されているように、Ｂ，Ｃの粒子終末速度よりも大きく、Ａの粒子終末速度よりも小さい、０．０１ｍ／ｓ（０．６ｍ／min）に設定されている。なお、本実施の形態では、ろ過速度は０．０１ｍ／ｓに設定されているが、Ｂ，Ｃの粒子終末速度よりも大きく、Ａの粒子終末速度よりも小さい速度、好ましくは、０．５ｍ／min〜０．８ｍ／minであれば、０．６ｍ／min以外の速度でもよいことは云うまでもない。
【００２５】
また、排ガスダクト１８における排ガスの速度は、Ａの粒子終末速度よりも大きくなるようにして、排ガスダクト１８に、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３といった高沸点の化合物のみで構成される粒子が堆積しないようにしてある。
【００２６】
上記構成によれば、バグフィルタ１０のろ過速度がＢ，Ｃの粒子終末速度よりも大きく、Ａの粒子終末速度よりも小さく設定されているため、バグフィルタに流入する灰のうち、粒子径及び比重が大きい、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３といった高沸点の化合物のみで構成される粒子Ａは、濾布に到達せずに落下してしまい、バグフィルタの下部ホッパから排出される。一方、消石灰Ｃと粒子径及び比重が小さい粒子Ｂは容易に濾布に到達し、濾布表面に付着する。したがって、逆洗が実施されるまでは、消石灰Ｃと粒子径及び比重が小さい粒子Ｂは下部ホッパに落下堆積することはない。
【００２７】
濾布表面では、消石灰Ｃと粒子径及び比重が小さい粒子Ｂが密集し、排ガスの力で密着することで、ある程度の厚みを持った層を形成する。逆洗を実施することで、濾布に付着した消石灰Ｃと粒子径及び比重が小さい粒子Ｂで構成される層は濾布から剥離し、落下する。剥離した層は大きいため、終末速度がろ過速度よりも大きく、濾布に再付着することなく、下部ホッパに落下する。
【００２８】
バグフィルタの逆洗は短時間で実施され、逆洗の間隔は１時間程度と長いため、逆洗の直前までは粒子径及び比重の大きい粒子Ａのみが下部ホッパに回収され、逆洗直後には消石灰Ｃと粒子径及び比重が小さい灰Ｂのみが回収可能である。
【００２９】
粒子径及び比重が大きい灰Ａは、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３といった高沸点の化合物で構成されるので、この灰を循環飛灰ｅとして溶融炉へ再供給すれば、ほぼ全量をスラグとして回収できる。また、Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ及び塩化物等の低沸点化合物からなる粒子径及び比重が小さい灰Ｂは無害化処理後、埋立て処分することができるので、廃熱ボイラ伝熱面への灰付着による伝熱性能の低下及び伝熱面の腐食を防止できる。
【００３０】
本実施の形態によれば、溶融飛灰の中でＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３といった高沸点化合物の含有割合の高い溶融飛灰のみを選択的に溶融炉へ再循環供給してスラグとして回収し、Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ及び塩化物等の低沸点化合物が廃熱ボイラへ流入するのを防止できるため、サイクロンセパレータ等の追加設備を設けることなく、かつ、珪藻土等の高価な剥離剤を用いることなく、廃熱ボイラ伝熱性能の低下及び伝熱面の腐食防止が可能になる。さらに、スラグとして回収される灰分が増えて廃棄煤塵の量が低減され、環境負荷が低くなる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態に係る熱分解ガス化溶融システムの要部構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る熱分解ガス化溶融システムの運転方法を示すタイムチャートである。
【図３】本発明の原理を示す概念図である。
【図４】従来技術の例を示すブロック図である。
【図５】灰の塩基度と融点の関係を示す概念図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  供給ホッパ
２  給塵装置
３  流動床式ガス化炉
４  散気管
５  熱分解ガス流路
６  溶融炉
７  ２次燃焼室
８  廃熱ボイラ
９  減温装置
１０  バグフィルタ
１１  煙突
１２  制御装置
１３  切替装置
１４，１５  集塵装置
１６  循環飛灰管路
１７  廃棄煤塵取出し管路
１８  排ガスダクト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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