(57)【要約】【課題】流動床式ガス化溶融炉システムにおいて、安定流動を確保しかつ温度制御が可能であり、特に低質ごみ処理時のガス化炉高温化対策を解決すること。【解決手段】空気性状分離装置１６により高酸素濃度空気と高窒素濃度空気とに分離し、ガス化炉２には高窒素濃度空気を供給してごみ燃焼を抑制しつつ安定流動化を維持する。層温度低下の場合は、溶融炉３へ供給する高酸素濃度空気の一部をガス火炉２へ供給して酸素含有率を上げてガス化炉温度を制御する。一方、高酸素濃度空気は溶融炉３での燃焼用空気に用い、ガス化炉２で発生した可燃物質や助燃料を高温燃焼し、助燃料使用量を低減して総空気比を変えずにランニングコストを低減する。流動化用気体を燃焼に寄与しない高窒素濃度空気で確保し、高酸素濃度空気で温度制御することで、システムの安定運用が実現できる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ごみを熱分解して熱分解ガスを生成する流動床式ガス化炉と、前記熱分解ガスを燃焼溶融する溶融炉とを備え、空気を酸素濃度の高い空気と窒素濃度の高い空気とに分離する空気性状分離手段と、前記窒素濃度の高い空気を前記ガス化炉へ供給する第１の供給手段と、前記酸素濃度の高い空気を前記溶融炉へ供給する第２の供給手段とを備えたことを特徴とする流動床式ガス化溶融炉システム。
【請求項２】
請求項１に記載の流動床式ガス化溶融炉システムにおいて、前記酸素濃度の異なる空気をガス化炉と溶融炉とに供給することにより、総空気比を変えることなく燃焼可能であることを特徴とする流動床式ガス化溶融炉システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の流動床式ガス化溶融炉システムにおいて、前記ガス化炉の流動化に使用する燃焼空気の成分割合を調整することにより、該ガス化炉流動層および該ガス化炉内温度を制御することを特徴とするガス化溶融炉システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流動床式ガス化溶融炉システムに係り、特に、広範囲なごみ質に対応するのに好適な流動床式ガス化溶融炉システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガス化溶融炉システムは、ガス化炉でごみ中の可燃分を熱分解し、生成した熱分解ガスを溶融炉で燃焼し、灰融点以上まで温度上昇させて灰溶融し、最終処分の減量化を図るシステムである。
【０００３】
この種の従来技術で、ガス化炉に流動床式ガス化炉を用いる場合、流動層の層温制御には、流動化空気量を制御するための助燃料を投入したり、冷却水を層やガス化炉内に噴霧する等の層温度制御を実施している。（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１８２９２５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特に水分が多いごみ低位発熱量の比較的低いごみ質（以下、低質ごみと称する）を燃焼する際には、層温を上昇させるために、ガス化炉でごみの持つ発熱量の大半を消費してしまう。
【０００６】
そのため、この水分蒸発に必要な熱量を取り除く必要から、ガス火炉へごみを投入する前処理として、乾燥機や脱水機等の設備を使って水分を除去し、低質ごみの発熱量を増加させて層温上昇を維持し、かつ溶融炉での助燃使用量低減を図っている。
【０００７】
特に、本システムにて空気量を制御する場合、ごみの中に可燃分が少ない低質ごみは、燃焼空気をあまり必要としないため、流動床の安定流動化を維持するための最低空気量を維持しつつ層温度およびガス化炉内温度を一定範囲内に制御することは困難であった。
【０００８】
また、温度が上昇しすぎた場合には、せっかく乾燥機や脱水機で水分を取り除いたにも拘らず、ガス化炉内に水噴霧を実施することとなり、溶融炉での燃焼に不利な条件となる可能性があった。
【０００９】
このように、上記従来技術では、ごみ質の広範囲な変動に対応することは困難であり、かつ、ごみ質が低質ごみに偏るような場合は、上述のように層温度およびガス化炉内温度の制御に問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、流動床式ガス化溶融炉システムにおいて、安定した流動を確保しつつ、温度制御が可能であり、特に低質ごみ時のガス化炉高温化対策を解決することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の流動床式ガス化溶融炉システムは、ごみを熱分解して熱分解ガスを生成する流動床式ガス化炉と、前記熱分解ガスを燃焼溶融する溶融炉とを備え、空気を酸素濃度の高い空気と窒素濃度の高い空気とに分離する空気性状分離手段と、前記窒素濃度の高い空気を前記ガス化炉へ供給する第１の供給手段と、前記酸素濃度の高い空気を前記溶融炉へ供給する第２の供給手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明によれば、ガス化炉の流動化のための気体を、燃焼に寄与する割合が少ない窒素濃度の高い空気で確保しつつ、酸素濃度の高い空気で温度制御することにより、安定したガス化を維持することが可能となる。また、酸素濃度の高い空気を溶融炉で燃焼用空気として使用することにより、通常の空気で燃焼するよりも高温化を図ることができ、灰溶融点以上に温度を維持することが容易となる。
【００１３】
しかも、総空気比を従来のものと変えることなく、溶融炉で助燃料を使用するような低質ごみの処理時においても、その使用量を低減でき、近年、ごみ焼却プラントの保証事項にもあるランニングコストの低減が可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態の概略を図１により説明する。本例は、ごみを処理する流動床式ガス化溶融炉システムにおいて、空気性状分離装置１６により、大気を酸素濃度の高い空気と窒素濃度の高い空気とに分離し、ガス化炉２には窒素濃度の高い空気を供給してごみ燃焼を抑制しつつ安定流動化を維持する。ガス化炉内層温度が低下した場合は、溶融炉３へ供給する酸素濃度の高い空気の一部をガス火炉２へ供給し、酸素含有率を上げてガス化炉温度を制御するようにしものである。
【００１５】
一方、酸素濃度の高い空気は溶融炉３での燃焼用空気に用い、ガス化炉２で発生した可燃物質や助燃料を高温燃焼し、助燃料使用量を低減して総空気比を変えずにランニングコストを低減するようにした。
【００１６】
以上のように、燃焼に寄与しない窒素濃度の高い空気を供給することにより、ガス化炉の安定した流動化を確保し、一方、酸素濃度の高い空気を燃焼用空気として溶融炉に供給することにより、通常の空気で燃焼するよりも高温化を図ることができ、灰溶融点以上に温度を維持することが容易となる。
【００１７】
以下、本発明の第１の実施形態を、図１を参照して説明する。図１に、空気性状分離装置を使用した本発明システムにおけるガス化溶融炉システムの系統図を示す。ごみ供給ライン１から供給されたごみは、ガス化炉２において可燃性ガスとチャー（未燃炭素分）とに分解し、ガス化炉出口連絡管２０を通って溶融炉３で１３００℃以上の高温で燃焼する
【００１８】
この高温燃焼で生成するスラグ（溶融した灰分）はスラグタップ４より系外へ排出され、燃焼ガスは一次燃焼室５を通って二次燃焼室６において二次空気と混合燃焼され、二次燃焼室出口煙道２１を通って後流機器へ送られる。
【００１９】
ガス化炉２へ供給される空気は、大気を空気性状分離装置１６に通して、窒素濃度の高い空気に分離し、流動化空気送風機７で昇圧し、流動化用空気予熱器９にて昇温した後、ガス化炉２へ供給する。
【００２０】
ガス化炉２へ供給される窒素濃度の高い空気は、燃焼に関与する酸素濃度が低いため、ガス化炉での層温上昇のため以外のごみ燃焼には関係しないことから、溶融炉の熱源となる可燃性ガスの発生に有効である。
【００２１】
なお、図１において、符号の８は燃焼用空気送風機、１１および１２は、溶融炉出口ガス温度に基づいて作動する二次燃焼空気調整ダンパと溶融炉空気調整ダンパ、１４は窒素濃度の高い流動化空気流量計、１５は酸素濃度の高い燃焼用空気流量計、１９は酸素濃度計、２２は燃焼用空気送風機１８を制御する制御装置、２３は助燃バーナである。
【００２２】
図２（ａ）に、ごみ中の炭素分が一酸化炭素に変わる割合の概略を示す。また、図２（ｂ）に、二酸化炭素に変わる割合の概略を示す。これらの図に示すように、ごみ中の炭素分が溶融炉での熱源となる一酸化炭素に移行するＣＯ転換率は、層温に比例して上昇することがわかる。
【００２３】
一方、二酸化炭素は、空気中の酸素濃度が上昇すると、一酸化炭素にとどまらずに二酸化炭素に移行し、つまり完全燃焼して、溶融炉の熱源としては有効に働かない。
【００２４】
このことからも、ガス化炉に、酸素濃度が低く、窒素濃度の高い空気を供給してガス化することは有効であることがわかる。本システムでは、ガス化炉層温度計１７によって、層温度が設定範囲より低下傾向にある場合は、酸素濃度調整ダンパ１３を開け、流動化用送風機が酸素濃度の高い空気を吸い込むようにした。
【００２５】
このことによって、今まで窒素濃度が高かった流動化空気中の酸素濃度が上昇し、ごみが燃焼して層温度を上昇させる。これによって、層温を一定に保ち、安定した可燃性ガスとチャーを溶融炉へ供給することが可能となる。
【００２６】
層温が上昇傾向になった場合は、従来と同様に、流動化空気送風機７の風量または流動化空気予熱器９での昇温を低下させ、燃焼または分解反応を低下して層温を一定にする。
【００２７】
一方、ガス化炉２で発生した可燃性ガスとチャーは溶融炉３へ供給される。空気性状装置１６で分離した酸素濃度の高い空気が、燃焼用空気送風機８にて昇圧され、燃焼用空気予熱器１０で昇温した後、溶融炉３へ供給される。
【００２８】
溶融炉３では、ガス化炉で発生した可燃性ガスとチャーを酸素濃度の高い空気で燃焼することにより、通常の空気で燃焼させるよりも容易に、ごみ中の灰分をスラグ化するのに必要な高温にできるので、安定したスラグ化と排出が可能となる。
【００２９】
図３に、空気中の酸素濃度の変化による断熱燃焼温度の変化を示す。本図から、酸素分を多くした空気を溶融炉ヘ供給することが、燃焼温度をより高温に維持するので有効であることがわかる。
【００３０】
溶融炉で高温燃焼することは、スラグの安定排出のためには有効であるが、設備保護のために、溶融炉出口ガス温度計１８にて、機器を損傷しないような温度になるように、酸素濃度の高い燃焼空気量を制御する。残った空気は、二次燃焼室６での二段燃焼に使用される。
【００３１】
本実施形態のシステムを使用することで、空気中の酸素濃度の違う空気をガス化炉と溶融炉で使用することにより、従来のシステムでは必要だった総空気比を変えることなく、容易にスラグ化とその排出が可能となり、安定したガス化溶融炉システムの運用を実現できる。
【００３２】
また、助燃料を用いる運用時においても、溶融炉内の温度を上昇させることが容易にできるので、ガス化溶融炉システムおよびプラント運用のランニングコストを低減することが可能である。
【００３３】
次に、本発明の他の実施形態として、図４に、酸素発生装置２４を使用した例を示す。なお、図４において図１と同一構造部分には同一の符号を付す。本例では、空気供給ブロア２５から廃棄物燃焼に必要な総空気比の１０〜３０％程度の空気を酸素発生装置２４に供給する。
【００３４】
酸素発生装置２４で発生した酸素は、酸素濃度調整ダンパ１３にてその量を調整し、ガス化炉２側と溶融炉３の燃焼用空気側へ分配する。一方、酸素発生装置２４で酸素を取り除かれた窒素分は、酸素発生装置２４からガス化炉２の流動化空気側へ供給され、ガス化炉２での安定した流動化維持に使用される。
【００３５】
ガス化炉層温度が低下した場合は、ガス化炉層温度計１７の信号により、酸素濃度調整ダンパ１３の開度を制御・調整し、ガス化炉側へ酸素を供給することで、ごみを燃焼させ層温度を上昇させる。
【００３６】
ガス化炉層温度が上昇した場合は、ガス化炉層温時計１７の信号により、酸素濃度調整ダンパ１３および流動化用空気予熱器９の昇温量を制御することで層温度を低下させる。
【００３７】
溶融炉３に供給される空気は、酸素発生装置２４から酸素を供給されているので、酸素濃度の高い空気と同じ効果があり、図１に示した実施形態と同様の高温燃焼効果が得られる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、従来運用している流動床式ガス化溶融炉システムでの運用性を向上し、かつ、低質ごみ時の助燃料低減によりランニングコストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示し、空気性状分離装置を使用したガス化溶融炉システムの系統図。
【図２】ごみ中炭素分の一酸化炭素および二酸化炭素への移行特性を示す図。
【図３】空気中の酸素濃度増加による断熱燃焼温度の変化を示す図。
【図４】本発明の他の実施形態を示し、酸素発生装置を使用したガス化溶融炉システムの系統図。
【符号の説明】
１　ごみ供給ライン
２　ガス化炉
３　溶融炉
４　スラグタップ
５　一次燃焼室
６　二次燃焼室
７　流動化空気送風機
８　燃焼用空気送風機
９　流動化用空気予熱器
１０　燃焼用空気予熱器
１１　二次燃焼空気調整ダンパ
１２　溶融炉空気調整ダンパ
１３　酸素濃度調整ダンパ
１４　流動化空気流量計
１５　燃焼用空気流量計
１６　空気性状分離装置
１７　ガス化炉層温度計
１８　溶融炉出口ガス温度計
１９　酸素濃度計
２０　ガス化炉出口連絡管
２１　二次燃焼室出口煙道
２２　制御装置
２３　助燃バーナ
２４　酸素発生装置
２５　空気供給ブロア
【図１】
2004132667.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004132667.tif 000006