(57)【要約】【課題】腐食性ガスかつ高温ガスであるごみ燃焼排ガス内に設置しながら、水素製造効率を低下させないガス改質器を提供する。【解決手段】ガス改質器１０は、燃焼排ガス２３流路と改質器投入物１１流路と改質ガス１７流路とを有し廃棄物を燃焼処理する焼却炉１の内部に設置されている。ガス改質器１０は、燃焼排ガス２３流路の中の溶融塩腐食領域より高温の領域に設置され、炭化水素とエーテルとアルコールの内１つ以上を含む改質器投入物１１と蒸気１３とが流入し、燃焼排ガス２３からの熱を用いて水蒸気改質させる事で水素を含む改質ガス１７を発生させる。これにより、ごみ燃焼排ガス２３内に設置しながら、水素製造効率を低下させない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼排ガス流路を有し廃棄物を燃焼処理する焼却炉の内部に設置されたガス改質器において、
前記燃焼排ガス流路の中の溶融塩腐食領域より高温の領域に設置され、炭化水素とエーテルとアルコールの内１つ以上を含む改質器投入物と蒸気とが流入し、燃焼排ガスからの熱を用いて水蒸気改質させる事で水素を含む改質ガスを発生させる、ことを特徴とするガス改質器。
【請求項２】
少なくとも前記燃焼排ガス流路に存在している部分に、耐熱合金が用いられている、ことを特徴とする請求項１に記載のガス改質器。
【請求項３】
少なくとも前記燃焼排ガス流路に存在している部分に、耐熱耐食合金が用いられている、ことを特徴とする請求項１に記載のガス改質器。
【請求項４】
前記耐熱合金が、鉄基固溶強化型合金、鉄基弱析出強化型合金、鉄基強析出強化型合金、ニッケル基固溶強化型合金、ニッケル基析出強化型合金、コバルト基合金からなる、ことを特徴とする請求項２に記載のガス改質器。
【請求項５】
前記耐熱耐食合金が、鉄基固溶強化型合金、鉄基弱析出強化型合金、鉄基強析出強化型合金、ニッケル基固溶強化型合金、ニッケル基析出強化型合金、コバルト基合金である、ことを特徴とする請求項３に記載のガス改質器。
【請求項６】
前記耐熱合金が、クロムの重量比１５％以上である、ことを特徴とする請求項２または４に記載のガス改質器。
【請求項７】
前記耐熱耐食合金が、クロムの重量比１５％以上である、ことを特徴とする請求項３または５に記載のガス改質器。
【請求項８】
前記耐熱合金が通算４年間、８５０℃以下であった状態のラプチュア応力が４０ＭＰａ以上である、ことを特徴とする請求項２、４または６に記載のガス改質器。
【請求項９】
前記耐熱耐食合金が通算４年間、８５０℃以下であった状態のラプチュア応力が４０ＭＰａ以上である、ことを特徴とする請求項３、５または７に記載のガス改質器。
【請求項１０】
燃焼排ガス流路を有し廃棄物を燃焼処理する焼却炉の内部に設置されたガス改質器において、
溶融塩腐食する領域に設置され、炭化水素とエーテルとアルコールの内１つ以上を含む改質器投入物と蒸気とが流入し、燃焼排ガスからの熱を用いて内蔵した改質触媒により水蒸気改質させる事で水素を含む改質ガスを発生させ、かつ腐食進行または強度低下が所定許容値以上になる以前に、改質器投入物流路または改質ガス流路を未使用物に交換しながら使用する、ことを特徴とするガス改質器。
【請求項１１】
前記改質器投入物流路または前記改質ガス流路の材料がクリープ破断に到る時間が、前記内蔵改質触媒の寿命以下である、ことを特徴とする請求項１０に記載のガス改質器。
【請求項１２】
前記改質器投入物流路または前記改質ガス流路の材料がクリープ破断に到る時間が、１年以下である、ことを特徴とする請求項１０または１１に記載のガス改質器。
【請求項１３】
前記改質器投入物流路または前記改質ガス流路が、前記燃焼排ガス流路の天井壁を貫通する構造となっている、ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のガス改質器。
【請求項１４】
前記改質器投入物流路または前記改質ガス流路が、複数の金属から構成される部分を具備しており、異なる金属同士の溶接部が、炉壁貫通部分または、管を分岐するヘッダと炉壁貫通部分の間における管突合せである、ことを特徴とする請求項１３に記載のガス改質器。
【請求項１５】
前記燃焼排ガスにより加熱されながらかつ前記改質器投入物を流通させない時は、前記改質器投入物の流路に蒸気または水を流通させる、ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載のガス改質器。
【請求項１６】
前記蒸気または水が、前記焼却炉内に設置したボイラにて、前記燃焼排ガスの熱を利用して製造した蒸気の一部または全部である、ことを特徴とする請求項１５に記載のガス改質器。
【請求項１７】
前記蒸気または水が、前記焼却炉内に設置したボイラの給水の一部である、ことを特徴とする請求項１５に記載のガス改質器。
【請求項１８】
前記燃焼排ガスにより加熱されながらかつ前記改質器投入物を流通させない時、前記改質器から流出した蒸気または水の圧力が、前記焼却炉内に設置したボイラの製造蒸気の圧力より高く、前記蒸気または水を前記製造蒸気の流路に流す、ことを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれかに記載のガス改質器。
【請求項１９】
前記焼却炉内に設置したボイラの製造蒸気により駆動する蒸気タービンを設けたシステムの一部を構成しているガス改質器であり、前記燃焼排ガスにより加熱されながらかつ前記改質器投入物を流通させない時、前記改質器から流出した蒸気または水を、前記蒸気タービンの排気の流路または前記排気が流入する復水器に流す、ことを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれかに記載のガス改質器。
【請求項２０】
外表面に高圧蒸気を吹き付けるスートブロワを具備し、前記改質器投入物を流通させない時に前記スートブロワを作動させる事ができる、ことを特徴とする請求項１乃至１９のいずれかに記載のガス改質器。
【請求項２１】
前記改質器投入物の流路の内、前記改質触媒が封入された部分がＵ字管構造流路の一部である、ことを特徴とする請求項１乃至２０のいずれかに記載のガス改質器。
【請求項２２】
流出する流体の圧力を監視し、前記圧力が所定値より低くなった場合、前記改質器投入物の流入を遮断する、ことを特徴とする請求項１乃至２１のいずれかに記載のガス改質器。
【請求項２３】
炭化水素とエーテルとアルコールの内１つ以上を含む改質器投入物と、蒸気を流入させ、水蒸気改質させる事で水素を含む改質ガスを発生させる反応器であるガス改質器であって、廃棄物を燃焼処理する焼却炉の燃焼排ガス流路に設置された熱交換器に、ボイラ給水の一部を流入させ、燃焼排ガスからの熱で加熱製造した蒸気の流路内に設置され、かつ、前記熱交換器から流出した蒸気を、水蒸気改質用の蒸気とする、ことを特徴とするガス改質器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ごみ燃焼排ガス中に設置されるガス改質器に関する。
【背景技術】
【０００２】
第１の従来技術として考えられている廃棄物処理の排熱を利用した水素製造システムの１つを、図９を用いて説明する。なお、これ以降、全ての図において、物質の搬送に用いる機器は図中に描かない事とする。
【０００３】
焼却炉１に一般廃棄物などの処理したい廃棄物２と燃焼用空気３を流入させ、廃棄物２を燃焼させる。燃焼によって灰４と第１の燃焼排ガス２３が発生し、灰４は焼却炉１から排出される。ボイラ６にはボイラ給水７が流入し、第１の燃焼排ガス２３によって加熱され蒸発し、ボイラ蒸気５となって流出する。ボイラ６は節炭器、蒸発器、過熱器から構成されており、ボイラ蒸気５は熱利用先に熱を渡す事で冷却され水になり、循環しボイラ給水７となるが、図には描いていない。またボイラ蒸気５を、発電機に接続した蒸気タービン４３に流す事で、発電してから、圧力温度ともに低下した蒸気タービン排気蒸気４１を、河川水や大気を用いた復水器４０で冷却して水にしてボイラ給水７にする廃棄物発電の構成にしてもよいが、図には描いていない。燃焼排ガス２３は熱を与えた分、温度低下し、焼却炉排ガス８となって流出し、バグフィルタ流入ガス９となる。バグフィルタ以降については説明を割愛する。
【０００４】
焼却炉１の内部に、改質触媒を内蔵した改質器１０を設置する。改質器１０に、改質器投入物である都市ガス１２と、蒸気１３を混合した改質原料１１を流入させる。都市ガス１２は脱硫器によって脱硫された状態の都市ガスであるが、脱硫器は図に描いていない。改質原料１１は燃焼排ガス２３により加熱され、水蒸気改質し、改質ガス１７となって流出する。改質ガス１７は一酸化炭素、二酸化炭素、水素、蒸気、メタンから構成される。改質ガス１７は一酸化炭素変成器１９に流入し、適当な温度状態にされる。一酸化炭素の多くは蒸気と反応し、二酸化炭素に変化すると同時に、蒸気は水素に変化する。変成ガス１８となって流出し、二酸化炭素分離器１５に流入させ、二酸化炭素２１を分離する。二酸化炭素分離器１５から二酸化炭素以外である分離済みガス２２を流出させる。二酸化炭素分離器１５にて二酸化炭素２１を分離する方法は幾つかあるが、例えば熱炭酸カリウム方式を用いる。分離済みガス２２は水素分離器１６に流入する。分離済みガス２２は、圧力スイング吸着法などの方法により、水素１４と水素以外のガス２０に分離される。このように製造された水素２８は、燃料電池や水素エンジンや水素燃焼タービンの燃料や、冷媒水素として用いられる。また、水素２８を分離しないで、一酸化炭素と水素の混合ガスのままでエンジンや燃焼タービンの燃料に用いる事もできる。なお、水素製造のみが目的である場合は、二酸化炭素分離過程はなくてもよい。
【０００５】
第２の従来技術として、第１の従来技術を改良した水素製造システムの１つを、図１０を用いて説明する。第１の従来技術と異なる部分のみを説明する。
【０００６】
ボイラ蒸気５を分岐し、分岐蒸気２４を得た後、減圧弁２５で、都市ガス１２と同じか近い圧力まで減圧し前記蒸気１３とする。ボイラ蒸気５は熱利用先に熱を渡す事で冷却され水になり、循環しボイラ給水７の一部になる。その循環する水に、分岐蒸気２４と同じ流量の補給水を合流させ、ボイラ給水７にするが、図には描いていない。水蒸気改質反応を用いた水素製造では、軟水装置を通した水から発生させた蒸気が必要なので、水をポンプで搬送し、軟水装置を通し、加熱によって蒸気を発生させる事が必要だが、図１０に示す第２の従来技術では、軟水装置を通した水であるボイラ給水７から発生させたボイラ蒸気５の一部である、分岐蒸気２４を用いる事で、適当な蒸気が容易に導入できる。その他は第１の従来技術と同じである。
【特許文献１】特開２００５−１１１３８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ごみ焼却炉１内に設置した改質器１０の表面は、ごみ燃焼排ガス２３に曝されているが、ごみ燃焼排ガス２３は腐食性ガスかつ高温ガスであるため、改質器１０の材料が腐食しやすい。特に表面温度が後述する高温腐食温度域ならば、溶融塩腐食による減肉が極めて激しい。表面温度が高温腐食温度域より低くなるように、ボイラ６により冷却され排ガス温度がより低くなっている排ガス流路部分に改質器１０を設置したり、改質器１０内を流通する作動流体（入口時点では改質原料１１）の流量を増やしたりする事は可能だが、表面温度が低いと改質器１０内を流通する作動流体の温度も低くなる。ボイラ６の蒸発管では表面温度を高温腐食温度域より低温側に回避するので、製造蒸気温度が低くなるだけで済む。しかし、改質器１０の場合は改質温度が低くなると、都市ガス１２の転化率が低くなり、水素１４の製造効率が低下する。改質器１０を高温腐食温度域より低温域に設置すると、都市ガス１２が同じ流量の場合の製造水素量は数割低減してしまう。一般に金属と異なりセラミックは腐食しないが、例えば代表的なセラミックであるＳｉＣは燃焼排ガス２３中のダストに含まれるＮａ２Ｏと化学反応するため、改質器１０の材料としては使用できない。
【０００８】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、ごみ燃焼排ガス中に設置しながら、水素の製造効率が低くならない改質器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、燃焼排ガス流路を有し廃棄物を燃焼処理する焼却炉の内部に設置されたガス改質器において、前記燃焼排ガス流路の中の溶融塩腐食領域より高温の領域に設置され、炭化水素とエーテルとアルコールの内１つ以上を含む改質器投入物と蒸気とが流入し、燃焼排ガスからの熱を用いて水蒸気改質させる事で水素を含む改質ガスを発生させる、ことを特徴とするガス改質器である。
【００１０】
本発明は、少なくとも前記燃焼排ガス流路に存在している部分に、耐熱合金が用いられている、ことを特徴とするガス改質器である。
【００１１】
本発明は、少なくとも前記燃焼排ガス流路に存在している部分に、耐熱耐食合金が用いられている、ことを特徴とするガス改質器である。
【００１２】
本発明は、前記耐熱合金が、鉄基固溶強化型合金、鉄基弱析出強化型合金、鉄基強析出強化型合金、ニッケル基固溶強化型合金、ニッケル基析出強化型合金、コバルト基合金からなる、ことを特徴とするガス改質器である。
【００１３】
本発明は、前記耐熱耐食合金が、鉄基固溶強化型合金、鉄基弱析出強化型合金、鉄基強析出強化型合金、ニッケル基固溶強化型合金、ニッケル基析出強化型合金、コバルト基合金である、ことを特徴とするガス改質器である。
【００１４】
本発明は、前記耐熱合金が、クロムの重量比１５％以上である、ことを特徴とするガス改質器である。
【００１５】
本発明は、前記耐熱耐食合金が、クロムの重量比１５％以上である、ことを特徴とするガス改質器である。
【００１６】
本発明は、前記耐熱合金が通算４年間、８５０℃以下であった状態のラプチュア応力が４０ＭＰａ以上である、ことを特徴とするガス改質器である。
【００１７】
本発明は、前記耐熱耐食合金が通算４年間、８５０℃以下であった状態のラプチュア応力が４０ＭＰａ以上である、ことを特徴とするガス改質器である。
【００１８】
本発明は、燃焼排ガス流路を有し廃棄物を燃焼処理する焼却炉の内部に設置されたガス改質器において、溶融塩腐食する領域に設置され、炭化水素とエーテルとアルコールの内１つ以上を含む改質器投入物と蒸気とが流入し、燃焼排ガスからの熱を用いて内蔵した改質触媒により水蒸気改質させる事で水素を含む改質ガスを発生させ、かつ腐食進行または強度低下が所定許容値以上になる以前に、改質器投入物流路または改質ガス流路を未使用物に交換しながら使用する、ことを特徴とするガス改質器である。
【００１９】
本発明は、前記改質器投入物流路または前記改質ガス流路の材料がクリープ破断に到る時間が、前記内蔵改質触媒の寿命以下である、ことを特徴とするガス改質器である。
【００２０】
本発明は、前記改質器投入物流路または前記改質ガス流路の材料がクリープ破断に到る時間が、１年以下である、ことを特徴とするガス改質器である。
【００２１】
本発明は、前記改質器投入物流路または前記改質ガス流路が、前記燃焼排ガス流路の天井壁を貫通する構造となっている、ことを特徴とするガス改質器である。
【００２２】
本発明は、前記改質器投入物流路または前記改質ガス流路が、複数の金属から構成される部分を具備しており、異なる金属同士の溶接部が、炉壁貫通部分または、管を分岐するヘッダと炉壁貫通部分の間における管突合せである、ことを特徴とするガス改質器である。
【００２３】
本発明は、前記燃焼排ガスにより加熱されながらかつ前記改質器投入物を流通させない時は、前記改質器投入物の流路に蒸気または水を流通させる、ことを特徴とするガス改質器である。
【００２４】
本発明は、前記蒸気または水が、前記焼却炉内に設置したボイラにて、前記燃焼排ガスの熱を利用して製造した蒸気の一部または全部である、ことを特徴とするガス改質器である。
【００２５】
本発明は、前記蒸気または水が、前記焼却炉内に設置したボイラの給水の一部である、ことを特徴とするガス改質器である。
【００２６】
本発明は、前記燃焼排ガスにより加熱されながらかつ前記改質器投入物を流通させない時、前記改質器から流出した蒸気または水の圧力が、前記焼却炉内に設置したボイラの製造蒸気の圧力より高く、前記蒸気または水を前記製造蒸気の流路に流す、ことを特徴とするガス改質器である。
【００２７】
本発明は、前記焼却炉内に設置したボイラの製造蒸気により駆動する蒸気タービンを設けたシステムの一部を構成しているガス改質器であり、前記燃焼排ガスにより加熱されながらかつ前記改質器投入物を流通させない時、前記改質器から流出した蒸気または水を、前記蒸気タービンの排気の流路または前記排気が流入する復水器に流す、ことを特徴とするガス改質器である。
【００２８】
本発明は、外表面に高圧蒸気を吹き付けるスートブロワを具備し、前記改質器投入物を流通させない時に前記スートブロワを作動させる事ができる、ことを特徴とするガス改質器である。
【００２９】
本発明は、前記改質器投入物の流路の内、前記改質触媒が封入された部分がＵ字管構造流路の一部である、ことを特徴とするガス改質器である。
【００３０】
本発明は、流出する流体の圧力を監視し、前記圧力が所定値より低くなった場合、前記改質器投入物の流入を遮断する、ことを特徴とするガス改質器である。
【００３１】
本発明は、炭化水素とエーテルとアルコールの内１つ以上を含む改質器投入物と、蒸気を流入させ、水蒸気改質させる事で水素を含む改質ガスを発生させる反応器であるガス改質器であって、廃棄物を燃焼処理する焼却炉の燃焼排ガス流路に設置された熱交換器に、ボイラ給水の一部を流入させ、燃焼排ガスからの熱で加熱製造した蒸気の流路内に設置され、かつ、前記熱交換器から流出した蒸気を、水蒸気改質用の蒸気とする、ことを特徴とするガス改質器である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
第１の実施の形態
以下、本発明の第１の実施の形態について、図１を参照して説明する。
ここで、図１は、本発明の第１の実施の形態を示す概略図であり、図２は、腐食速度の温度依存性を示す図である。
【００３３】
図１に示すように、改質器１０を、ごみ燃焼排ガス２３流路の中の溶融塩腐食領域より高温の領域に設置する。ごみ焼却炉環境における炭素鋼の腐食速度の温度依存性は図２のようであり、例えば５００〜７００℃は溶融塩腐食が激しい高温腐食温度域である。表面温度が８００〜９５０℃ならば、付着物であるごみ燃焼排ガス２３中のダストが溶融しないので、溶融塩腐食が充分に小さい。そこで、例えば９００℃の領域に改質器１０を設置する。
【００３４】
他は図１０に示す第２の従来技術と同じである。なお、本実施の形態では都市ガス１２を用いたが、その他の炭化水素やアルコールやエーテルでもよく、硫黄分がなければ、改質器投入物の脱硫工程はない。本実施の形態では、ボイラ蒸気５から分岐蒸気２４を分岐したが、ボイラ蒸気５の一部を前記蒸気１３として改質器１０に流入させているが、ボイラ蒸気５の全部を前記蒸気１３にしてもよい。この場合、ボイラ蒸気５を分岐する構成を具備しないで、全量を前記蒸気１３にする。また前記蒸気１３はボイラ蒸気５でなく別途供給された蒸気を用いてもよい。
【００３５】
本実施の形態には以下のような効果がある。改質器１０の表面温度が例えば７５０℃になっても、高温腐食温度域ほど腐食は大きくない。よって、改質温度を高くでき、都市ガス１２の転化率が低くならない。例えば改質温度８３０℃であれば、転化率０．９９５以上が容易に実現できる。
【００３６】
前記のように、ごみ燃焼排ガス２３内に設置しながら、水素１４の製造効率が低くならない改質器１０が提供される。また、改質器１０は腐食減肉を想定して、初期肉厚を大きくしておくのだが、腐食減肉が小さくなる分、初期肉厚が小さくでき熱抵抗が減るので、より改質温度が高くなり転化率が高くなる上、より軽量になる。
【００３７】
第２の実施の形態
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
第１の実施の形態において、少なくとも前記燃焼排ガス流路に存在している部分に、耐熱合金を用いる。金属は高温状態のまま充分な時間が経つと、クリープ強度が激しく低下するが、耐熱合金は同じ温度における強度が高い。改質器１０の材料強度が許容強度以下になるまでの時間が寿命に相当するので、寿命が長くなる効果がある。
【００３８】
第３の実施の形態
次に、本発明の第３の実施の形態図１について説明する。
第１の実施の形態において、少なくとも前記燃焼排ガス流路に存在している部分に、耐熱耐食合金を用いる。第２の実施の形態の効果に加え、より腐食されにくくなる効果がある。
【００３９】
第４の実施の形態
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態および第３の実施の形態において、前記耐熱合金あるいは耐熱耐食合金を、鉄基固溶強化型合金、鉄基弱析出強化型合金、鉄基強析出強化型合金、ニッケル基固溶強化型合金、ニッケル基析出強化型合金、またはコバルト基合金とする。第３の実施の形態および第４の実施の形態の効果がより強くなる。
【００４０】
第５の実施の形態
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態、第３の実施の形態、および第４の実施の形態において、前記耐熱合金あるいは耐熱耐食合金をクロムの重量比１５％以上の物とする。より腐食されにくくなる効果がある。例えばＩｎｃｏｎｅｌ６２５を用いる。改質器１０内部の流路は、保護皮膜が８００〜９００℃ならば安定なので水蒸気酸化しない。
【００４１】
第６の実施の形態
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態、第３の実施の形態、第４の実施の形態、および第５の実施の形態において、前記耐熱合金あるいは前記耐熱耐食合金を通算４年間、８５０℃以下であった状態のラプチュア応力が４０ＭＰａ以上である物とする。改質触媒の寿命は４年程度である事が多く、改質触媒の交換間隔より改質器１０の材料の寿命を長くできる効果がある。
【００４２】
第７の実施の形態
次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。
第１の実施の形態において、改質器１０を設置する燃焼排ガス２３の温度域の制約を排除する。そして改質器１０を、腐食進行または強度低下が所定許容値以上になる以前に、改質原料１１や改質ガス１７の流路を未使用物に交換しながら使用する。例えば５００℃といった、ある程度、高温腐食する温度域に改質器１０を設置し、短期間で交換し続ける。この場合、改質温度が低くなるが、耐熱合金や耐食合金といった高価な材料を使用しないので、一定年数当たりの改質器コストは低下する。転化率低下に伴う都市ガス消費量増加によるコスト増加に比べて、充分に低下するので、一定期間の消費コスト総額が低下する効果がある。
【００４３】
第８の実施の形態
次に、本発明の第８の実施の形態について説明する。
第７の実施の形態において、前記改質器投入物や前記水素の流路の材料を、クリープ破断に到る時間が、前記内蔵改質触媒の寿命以下である状態にする。金属種類や温度や発生応力を考慮した設計により、クリープ破断に到る時間を調節する。改質触媒の交換間隔より改質器１０の材料の寿命を長くできる効果がある。
【００４４】
第９の実施の形態
次に、本発明の第９の実施の形態について説明する。
第７の実施の形態および第８の実施の形態において、改質原料１１や改質ガス１７の流路の材料を、クリープ破断に到る時間が、１年以下である状態にする。金属種類や温度や発生応力を考慮した設計により、クリープ破断に到る時間を調節する。ごみ焼却炉１はメンテナンスのため１年以内に１回以上、例えば半年に１回、停止する。停止のたびに改質器１０を交換する事が可能であり、寿命を長くして高価にするより、安価な材料の改質器１０を繰り返す方が、一定年数の総額は安価になる。
【００４５】
第１０の実施の形態
次に、本発明の第１０の実施の形態について図３を用いて説明する。図３は寸法比を無視した図であり、Ｕ字管３３は多数本並列に存在しているが代表して１本しか描いていない。
第１の実施の形態乃至第９の実施の形態において、改質原料１１や改質ガス１７の流路が、前記燃焼排ガス２３流路の天井壁２８を貫通する構造にする。改質器１０外部から入口ヘッダ３０に流入した改質原料１１である都市ガス１２と蒸気１３の混合ガスは、多数本のＵ字管３３に分配される。Ｕ字管３３内部には少なくとも途中から改質触媒が封入されており、燃焼排ガス２３から熱を受け取りながら、改質反応が起こる。改質原料１１は改質ガス１７に変化した後、多数のＵ字管３３から排出され出口ヘッダ２９にて合流し、改質器１０外部に流出する。この時、Ｕ字管３３が天井壁２８を貫通する構造とする。
【００４６】
天井壁２８の上には、ヘッダ２９、３０を設置できるスペースがある上、改質器１０を吊下げる事により、設置構造は改質器１０の上側のみで済む。よって、設置しやすい構造になる効果がある。既設のごみ焼却炉１に設置する場合であっても、設置が容易な構造になる。
【００４７】
第１１の実施の形態
次に、本発明の第１１の実施の形態について図３を用いて説明する。
第１の実施の形態乃至第１０の実施の形態において、改質原料や改質ガスの流路が、複数の金属から構成される部分を具備しており、異なる金属同士の溶接部３１を、炉壁貫通部分または、管を分岐するヘッダと炉壁貫通部分との間における管突合せとする。図３では当該炉壁は天井壁２８である。前記燃焼排ガス流路に存在している部分以外、例えばヘッダ２９、３０にはダストの付着がないので溶融塩腐食がない。そのため耐食性に優れていない金属を用いる事ができ、安価にできる。しかし異なる金属を溶接接続する場所には、温度変化による応力が発生しやすく、許容応力を越える可能性も高くなる。そこで、溶接部は、管軸方向や管壁厚み方向の温度変化がほとんどない領域、即ち、熱授受のない燃焼排ガス２３流路でない炉壁貫通部に設け、さらに、熱伸び差に起因する応力の発生が少ない管突合せ溶接にする。発生応力を抑える効果がある。
【００４８】
第１２の実施の形態
次に、本発明の第１２の実施の形態について図４を用いて説明する。
第１の実施の形態乃至第１１の実施の形態において、前記燃焼排ガス２３により加熱されながらかつ前記改質原料１１を流通させない時は、前記改質原料１１の流路に蒸気または水３８を流通させる。水素製造運転中は改質器１０の内部を流通する改質原料１１が熱を受ける事で、改質器１０の材料は冷却され表面温度の上昇が抑えられているが、水素製造非運転時に改質原料１１の流通を停止すると、改質器１０の材料温度はごみ燃焼排ガス２３の温度と同じ温度まで上昇してしまう。温度が高いほどクリープ強度が低下し許容応力以下になるまでの時間が充分に短くなる。そこで、前記改質原料１１の流路に蒸気または水３８を流通させる。この時、弁２５、２６、３５、３７はそれぞれ開、閉、開、閉の状態である。なお水素製造運転中は、それぞれ開、開、閉、開の状態である。内部を流通する流体により改質器１０の材料は冷却され、表面温度の上昇が抑えられ、寿命が短くなる事が抑えられる。蒸気あるいは水３８の流入量は、弁２５の開度で調節し、改質器１０を流出した蒸気または水３６は、一酸化炭素変成器１９には流入させない。なお、水を流入させた場合、改質器１０内部で沸騰し、水と蒸気の混合状態あるいは、蒸気のみの状態になって流出する場合もある。
【００４９】
第１３の実施の形態
次に、本発明の第１３の実施の形態について図５を用いて説明する。
第１２の実施の形態において、前記燃焼排ガス２３により加熱されながらかつ前記改質原料１１を流通させない時に、前記改質原料１１の流路に流す蒸気または水を、前記焼却炉１内に設置したボイラ６にて、前記燃焼排ガス２３の熱を利用して製造したボイラ蒸気５の一部または全部とする。分岐蒸気２４を減圧弁２５で、都市ガス１２と同じか近い圧力まで減圧し蒸気１３としてから改質器１０に流入させる。この時、弁２５、２６、３５、３７はそれぞれ開、閉、開、閉の状態である。なお水素製造運転中は、それぞれ開、開、閉、開の状態である。分岐蒸気２４を用いる事で、適当な蒸気が容易に導入できる効果がある。
【００５０】
第１４の実施の形態
次に、本発明の第１４の実施の形態について図６を用いて説明する。
第１２の実施の形態において、前記燃焼排ガス２３により加熱されながらかつ前記改質原料１１を流通させない時に、前記改質原料１１の流路に流す蒸気または水を、前記焼却炉１内に設置したボイラ６の給水の一部とする。分岐水３９を減圧弁３８で、都市ガス１２と同じか近い圧力まで減圧してから改質器１０に流入させる。この時、弁２５、２６、３６、３７、３８はそれぞれ閉、閉、開、閉、開の状態である。なお水素製造運転中は、それぞれ開、開、閉、開、閉の状態である。分岐水３９を用いる事で、適当な冷却流体が容易に導入できるだけでなく、改質器１０の材料との温度差がより大きくかつ気化潜熱が存在する事で、改質器１０の冷却がしやすくなるという効果がある。改質器１０内部で沸騰し、水と蒸気の混合状態あるいは、蒸気のみの状態に変化して流出する場合もある。
【００５１】
第１５の実施の形態
次に、本発明の第１５の実施の形態について図５および図６を用いて説明する。
第１２の実施の形態、第１３の実施の形態、および第１４の実施の形態において、前記燃焼排ガス２３により加熱されながらかつ前記改質原料１１を流通させない時、前記改質器１０から流出した蒸気または水３６の圧力が、前記焼却炉１内に設置したボイラ６の製造蒸気５の圧力より高い状態であり、前記蒸気または水３６を前記製造蒸気５の流路に流す。そして熱利用先に熱を渡す事で冷却され水になり、循環しボイラ給水７になる。ボイラ蒸気５と合流する事になり、改質器１０内を通過した蒸気または水３６の処理のために新たに処理機能を追設する必要がない。蒸気または水３６が、蒸気のみの状態でなくても、流量がボイラ蒸気５より充分に小さいので、合流すると全てが蒸気状態になるので、合流後の蒸気により駆動する蒸気タービンを設けたシステムも可能であり、この場合はタービン蒸気流量が減らない効果もある。
【００５２】
第１６の実施の形態
次に、本発明の第１６の実施の形態について図７を用いて説明する。
第１２の実施の形態、第１３の実施の形態、および第１４の実施の形態において、前記焼却炉１内に設置したボイラ６の製造蒸気５により駆動する蒸気タービン４３を設け、改質器１０が前記燃焼排ガス２３により加熱されながらかつ前記改質原料１１を流通させない時、前記改質器１０から流出した蒸気または水３６を、前記蒸気タービンの排気４１の流路または前記排気４１が流入する復水器４０に流す。図７では、前記改質原料１１の流路に流す蒸気または水を、前記焼却炉１内に設置したボイラ給水７の分岐水３９とし、前記改質器１０から流出した蒸気または水３６を、前記蒸気タービンの排気４１に合流させ、蒸気タービン蒸気４２にしている。第１５の実施の形態と異なり、前記改質器１０から流出した蒸気または水３６の圧力が、前記焼却炉１内に設置したボイラ６の製造蒸気５の圧力より低くても流れる。前記蒸気タービン排気４１は前記復水器４０により冷却され水になり、ボイラ給水７となって循環するが、改質器１０内を通過した蒸気または水３６も、ボイラ給水７として利用されるという効果がある。また第１５の実施の形態と同様の効果もある。
【００５３】
第１７の実施の形態
次に、本発明の第１７の実施の形態について説明する。
第１の実施の形態乃至第１６の実施の形態において、改質器１０の外表面に高圧蒸気を吹き付けるスートブロワを具備し、前記改質器投入物を流通させない時に前記スートブロワを作動させる事ができるようにする。溶融塩腐食を抑えるために改質器１０の外表面に付着したダストを除去したいが、スートブロワで高圧蒸気を吹き付けて除去しようとすると、改質温度が低下して転化率が下がる。ボイラによる蒸気製造は運転が停止する事はないが、改質器１０は水素製造運転をしない時があり、例えば１日数時間停止するので、その間にスートブロワを作動させる。水素製造効率を低下させずに、溶融塩腐食を抑える効果がある。
【００５４】
第１８の実施の形態
次に、本発明の第１８の実施の形態について図３を用いて説明する。
第１の実施の形態乃至第１７の実施の形態において、前記改質原料１１の流路の内、前記改質触媒が封入された部分をＵ字管構造流路の一部とする。改質器１０外部から入口ヘッダ３０に流入した改質原料１１である都市ガス１２と蒸気１３との混合ガスは、多数本のＵ字管３３に分配される。Ｕ字管３３内部には少なくとも途中から改質触媒が封入されており、燃焼排ガス２３から熱を受け取りながら、改質反応が起こる。改質原料１１は改質ガス１７に変化した後、多数のＵ字管３３から排出され出口ヘッダ２９にて合流し、改質器１０外部に流出する。内部流体即ち改質原料１１や改質ガス１７が下降する部分と上昇する部分は、内部流体の温度が異なるため熱伸び差が生じるが、鉛直下側にヘッダを設けて拘束されている構造ではないため、高い応力の発生を抑える事になる。
【００５５】
第１９の実施の形態
次に、本発明の第１９の実施の形態について図１を用いて説明する。
第１の実施の形態乃至第１８の実施の形態において、改質器１０の出口から流出する流体である前記改質ガス１７の圧力を圧力計２７で監視し、前記圧力が所定値より低くなった場合、都市ガス１２の弁２６を閉じて前記改質原料の流入を遮断する。蒸気１３の弁２５は閉じる方が望ましいが、即時実施する必要はない。改質器１０に腐食等の理由で、穴があいた場合、改質器１０の内部流体の圧力が燃焼排ガス２３の圧力より高いため、内部流体が焼却炉１内に漏れる。その時、改質器１０の出口圧力は低下する。圧力低下を検知し弁２６を閉じた時、改質原料１１の内、少なくとも可燃性ガスである都市ガス１２の流入を停止する事になる。改質器１０の内部流体である改質原料１１や改質ガス１７がごみ焼却炉１内に流出した場合、可燃成分である炭化水素、水素、一酸化炭素は燃焼するが、流出が止まるまでのごく短時間で抑える事ができる。
【００５６】
第２０の実施の形態
次に、本発明の第２０の実施の形態について図８を用いて説明する。
図１に示す第１の実施の形態と異なる部分のみを説明する。ごみ焼却炉１の燃焼排ガス２３流路に熱交換器３２を設置し、ボイラ給水７を分岐した分岐水３９を流入させ、燃焼排ガス２３からの熱で加熱し沸騰させ、加熱後蒸気４４として流出させる。加熱後蒸気４４の流路に改質器１０を設置し、前記加熱後蒸気４４からの熱で水蒸気改質を行う。改質原料１１に熱を奪われた蒸気を、改質器１０に流入する蒸気１３とし、都市ガス１２と合流させ改質原料１１とする。この時、ごみ燃焼排ガス２３から熱交換器３２が奪った熱は全て水蒸気改質に用いられ、全体システムの外部には出ていかない。さて、改質原料１１や改質ガス１７の流路はごみ燃焼排ガスに接していないので腐食しない。よって、仮に熱交換器３２に腐食による穴があいた場合、熱交換器３２の内部流体の圧力が燃焼排ガス２３の圧力より高いため、内部流体が焼却炉１内に漏れるが、内部流体は分岐蒸気３９であり、可燃成分は含まれていない。よって、可燃成分が焼却炉１内部に漏れる事がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１の実施の形態および第１９の実施の形態を示す概略図。
【図２】腐食速度の温度依存性を示す図。
【図３】本発明の第１０の実施の形態、第１１の実施の形態、および第１８の実施の形態を示す概略図。
【図４】本発明の第１２の実施の形態を示す概略図。
【図５】本発明の第１３の実施の形態および第１５の実施の形態を示す概略図。
【図６】本発明の第１４の実施の形態および第１５の実施の形態を示す概略図。
【図７】本発明の第１６の実施の形態を示す概略図。
【図８】本発明の第２０の実施の形態を示す概略図。
【図９】第１の従来技術を示す概略図。
【図１０】第２の従来技術を示す概略図。
【符号の説明】
【００５８】
１  ごみ焼却炉
２  廃棄物
３  燃焼用空気
４  灰
５  ボイラ蒸気
６  ボイラ
７  ボイラ給水
８  燃焼炉排ガス
９  バグフィルタ流入ガス
１０  改質器
１１  改質原料
１２  都市ガス
１３  蒸気
１４  水素
１５  二酸化炭素分離器
１６  水素分離器
１７  改質ガス
１８  変成ガス
１９  一酸化炭素変成器
２０  水素以外の物質
２１  二酸化炭素
２２  分離済みガス
２３  燃焼排ガス
２４  分岐蒸気
２５  弁
２６  弁
２７  圧力計
２８  天井壁
２９  出口ヘッダ
３０  入口ヘッダ
３１  溶接部
３２  熱交換器
３３  Ｕ字管
３４  弁
３５  弁
３６  蒸気または水
３７  弁
３８  蒸気または水
３９  分岐水
４０  復水器
４１  蒸気タービン排気
４２  蒸気タービン蒸気
４３  蒸気タービン
４４  加熱後蒸気
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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