(57)【要約】【課題】ごみ質の変化に対してガス化炉と溶融炉の温度を個別に最適に保持できるガス化溶融炉装置を提供すること。【解決手段】ごみを熱分解ガス化する流動床式ガス化炉５と、ごみの熱分解で生成する可燃性ガスと可燃微粒子とを高温で燃焼する溶融炉１３と、を備えた流動床式ガス化溶融炉装置において、ガス化炉５に補助燃料９と補助空気１１を供給し、補助燃料量と補助空気量の供給比率を可変的に調整すること。また、ガス化炉に供給する補助燃料投入口を流動床上部の空間部分又は流動床内に設け、ガス化炉に供給する補助空気を流動床上部の空間部分又は散気管への流動化空気に加算して流動床内に供給すること。また、溶融炉の温度１４を検出し、この溶融炉温度に基づいてガス化炉への補助燃料流量を調整し、ガス化炉の流動床温度８を検出し、この流動床温度に基づいて補助空気量を調整すること。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ごみを熱分解ガス化する流動床式ガス化炉と、ごみの熱分解で生成する可燃性ガスと可燃粒子とを高温で燃焼する溶融炉と、を備えた流動床式ガス化溶融炉装置において、
前記ガス化炉に補助燃料と補助空気を供給する
ことを特徴とする流動床式ガス化溶融炉装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記ガス化炉に供給する補助燃料投入口と補助空気口を流動床上部の空間部分に設けることを特徴とする流動床式ガス化溶融炉装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記ガス化炉に供給する補助燃料投入口を流動床内に設け、前記補助空気は散気管への流動化空気に加算して流動床内に供給することを特徴とする流動床式ガス化溶融炉装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記ガス化炉に供給する補助燃料投入口を流動床上部の空間部分に設け、前記補助空気は散気管への流動化空気に加算して流動床内に供給する流動床式ガス化溶融炉装置。
【請求項５】
請求項１、２、３又は４において、
前記溶融炉の温度を検出し、前記検出した温度に基づいて補助燃料流量を調整し、
前記ガス化炉の流動床温度を検出し、前記検出した流動床温度に基づいて補助空気量を調整することを特徴とする流動床式ガス化溶融炉装置。
【請求項６】
請求項１、２、３又は４において、
前記溶融炉の温度を検出し、前記検出した温度に基づいて補助燃料流量を調整し、
前記ガス化炉の前記補助燃料流量を検出し、前記検出した補助燃料流量に基づいて前記補助空気量を調整することを特徴とする流動床式ガス化溶融炉装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流動床式廃棄物ガス化溶融燃焼設備に係り、ごみ質が変動してもガス化炉と溶融炉の温度を一定範囲に保持するのに好適なガス化溶融炉装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な従来技術として、流動床式ガス化溶融炉は、ガス化炉で家庭ごみ等の廃棄物を熱分解することで不燃成分、有価金属と可燃ガス、チャー成分とを分離生成し、可燃ガス、チャーのみを旋回溶融炉で高温燃焼する。これによって、高温燃焼でダイオキシン発生を抑え、燃焼灰は溶融スラグで減容化できる環境対応型の焼却方式となっている。
【０００３】
ここで、ごみを熱分解するためガス化炉は、空気比１．０以下の低空気比雰囲気として流動床温度を５００〜７００℃で運転する。また、溶融炉においては空気比１．０近傍の条件で焼却灰の融点以上（一般に１３００℃以上）の高温燃焼を行う。安定したガス化溶融運転を行なうためには、ガス化炉と溶融炉の温度と空気比の管理が重要となる。
【０００４】
一方で、供給するごみの水分量や発熱量といったごみ質はごみの種類や季節により大きく異なるため、例えばごみの処理量が一定でもごみ中の水分の増加や発熱量の低下といったごみ質の低下により、ガス化炉、溶融炉の温度が低下してしまうという事象が生じる。
【０００５】
従来技術のごみ焼却炉においても、ごみ質が低下すると燃焼部位である流動床温度が低下する事象が生じる。この場合、安定した燃焼を継続するために、ごみ質の低下分に見合う発熱量を発生させ得る量の補助燃料を焼却炉へ供給して燃焼させることにより燃焼温度を維持する手法が一般的に行われている。この手法は、ごみ焼却炉への供給空気量が供給ごみの理論空気量に対して１．５〜１．８程度に十分高く設定されているので、ごみ焼却炉に供給した補助燃料がごみ焼却炉内で燃焼し、ごみ焼却炉の温度を昇温する作用乃至機能を果たすものである。
【０００６】
そこで、ガス化溶融炉においては、上述した従来技術のごみ焼却炉の手法をそのまま流用して、ガス化炉に補助燃料を供給することによって高温燃焼部の溶融炉温度を調整することが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−２３６２２０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術のごみ焼却炉又はガス化溶融炉においても、いづれも補助燃料で燃焼部の温度の調整を行うことが特徴であるが、前記特許文献１におけるガス化溶融炉では、燃焼部分である溶融炉のガス流れ上流部にガス化炉が存在するため、従来技術のごみ焼却炉と同様に補助燃料だけの一つの操作手段で、二つの炉（ガス化炉と溶融炉）の温度を個別に調整することは制御的に困難である。
【０００９】
さらに、ガス化溶融炉において、各種の試験研究と解析評価から補助燃料の供給量を調整するだけでは、ガス化炉と溶融炉の温度を最適に維持することが困難であることが実験炉での試験データの解明結果から判明した。例えば、ごみ質が低下して水分が増えたり発熱量が減少した場合は、ガス化炉とガス化炉の下流側にある溶融炉の温度は共に低下傾向となる。この状態で溶融炉の温度を維持するのに必要な発熱量に見合うだけの補助燃料量をガス化炉に供給すると、低空気比であるため補助燃料の顕熱分と気化熱分（補助燃料が液体の場合）の熱量をガス化炉の熱量から消費するので、ガス化炉の温度は更に低下傾向となる。ガス化炉の温度低下により熱分解ガスの生成が抑制されて、溶融炉の温度は補助燃料を供給したにも拘わらず改善されないか、却って低下傾向となる場合もある。
【００１０】
本発明の目的は、ごみ質の変化に対してガス化炉と溶融炉の温度を同時に最適に保持できるガス化溶融炉装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
ごみを熱分解ガス化する流動床式ガス化炉と、ごみの熱分解で生成する可燃性ガスと可燃微粒子とを高温で燃焼する溶融炉と、を備えた流動床式ガス化溶融炉装置において、
前記ガス化炉に補助燃料と補助空気を供給する構成とする。
【００１２】
また、前記流動床式ガス化溶融炉装置において、前記ガス化炉に供給する補助燃料投入口を流動床上部の空間部分又は流動床内に設け、前記ガス化炉に供給する補助空気を流動床上部の空間部分又は散気管への流動化空気に加算して流動床内に供給する構成とする。
【００１３】
また、前記流動床式ガス化溶融炉装置において、前記溶融炉の温度を検出し、前記検出した温度に基づいて補助燃料流量を調整し、
前記ガス化炉の流動床温度を検出し、前記検出した流動床温度に基づいて補助空気量を調整する構成とする。
【００１４】
また、前記流動床式ガス化溶融炉装置において、前記溶融炉の温度を検出し、前記検出した温度に基づいて補助燃料流量を調整し、
前記ガス化炉の補助燃料流量を検出し、前記検出した補助燃料流量に基づいて前記補助空気量を調整する構成とする。
【００１５】
このような構成を採用することにより、ごみ質の変動に対して補助燃料と補助空気を組み合わせてガス化炉に供給することによって、ガス化炉と溶融炉の両方の温度を同時に最適に制御できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係る流動床式ガス化溶融炉装置について、図１を参照しながら以下説明する。図１は本発明の実施形態に係る流動床式ガス化溶融炉装置の全体構成を示す図である。
【００１７】
ここで、１はごみ受入装置、２はごみ受入ホッパ、３はごみ供給機、４は回転バルブ、５はガス化炉、６は流動床、７は流動空気散気管、８はガス化炉温度計、９は補助燃料供給ノズル、１０は補助燃料流量調節弁、１１は補助空気流量調節ダンパ、１２は熱分解ガス流れ、１３は旋回溶融炉、１４は溶融炉温度計、１５は溶融スラグ、１６はスラグ排出口、１７はスラグ流下流れ、１８は溶融炉出口燃焼ガス、１９は二次燃焼炉、２０は廃熱回収ボイラ、をそれぞれ表す。
【００１８】
まず、流動床式ガス化溶融炉装置の基本的な構成並びに機能について説明すると、図１において、焼却対象となる廃棄物は、ごみ受入装置１からごみ受入ホッパ２を介してごみ供給機３で送られ、回転バルブ４を経由してガス化炉５に供給される。供給されたごみは、ガス化炉５の下部の流動床６において、流動床ガス化反応により熱分解ガスを発生する。ガス化は供給ごみ量に対して空気比０．３〜０．６程度を流動化燃焼空気として、流動空気散気管７から流動床６へ供給され、流動床温度を５００〜７００℃に維持することにより行なわれる。
【００１９】
ガス化炉５で発生した熱分解ガスは、ガス化炉頂部の煙道を通って旋回溶融炉１３に導入される。熱分解ガスは溶融炉で空気比１．０前後で灰の融点以上の高温で旋回燃焼を行う。旋回部での遠心力により溶融スラグは旋回溶融炉１３の傾斜下部壁からスラグ流となって流れ、溶融炉出口に設けたスラグ排出口１６から重力で下方に流れ落ちる。流下したスラグ１７はここでは図示しない水砕槽で急冷することで水砕スラグとなる。
【００２０】
旋回溶融炉１３でスラグと分離した燃焼ガス１８は、二次燃焼炉１９で完全燃焼した後、廃熱回収ボイラ２０を通過した後に、ここでは図示しない排ガス処理装置を経て有害ガス成分と煤塵を除去した後に、煙突から大気に排出される。
【００２１】
ここで、本発明の実施形態の概要を説明すると、本実施形態に係る流動床式廃棄物ガス化溶融炉においては、ごみ質の変動や幅広い廃棄物種類の違いに対しても流動床ガス化で安定して熱分解ガスを発生するには、ガス化炉温度を常に一定範囲の温度に維持する必要がある。更に、ガス化炉で発生した熱分解ガスを旋回溶融炉で溶融燃焼するためには、旋回溶融炉の燃焼温度を常に一定範囲の温度に維持する必要がある。
【００２２】
本実施形態においては、溶融炉の温度に基づいてガス化炉に補助燃料を供給すると同時に補助空気を供給することで、ごみ質やごみ種類の変動に際しても、ガス化炉における熱分解ガスと可燃微粒子の生成量を確保し、さらに下流側の旋回溶融炉での溶融炉温度を所定の温度に維持できるようにしたものである。この場合、図１に示すように補助空気量は、ガス温度計８での測定結果に基づいて制御することもできる。
【００２３】
そこで、本実施形態に係るガス化炉５には、補助燃料の供給ノズル９が設置されている。図１において、補助燃料供給ノズル９は流動床６内と流動床６外の空間部の２箇所に設けているが、何れか一方でも構わない。補助空気は図１においては流動床内の補助燃料供給ノズル９ならびに流動化空気散気管７に接続しているが、何れか一方であっても構わない。また、補助空気ノズル９’単独でガス化炉内の流動床外に供給することも可能である。
【００２４】
また、図示するように、溶融炉温度計１４の出力で補助燃料流量調節弁１０の開度を制御するとともに、ガス火炉温度計８の出力で補助空気流量調節ダンパ１１の開度を制御している。そして、補助燃料流量調節弁１０は、燃焼部位である旋回溶融炉１３の温度計１４の計測値が一定範囲を外れて低下すると、温度を回復するように補助燃料を供給するか、または開度を増して供給する。補助燃料の投入度合いにより流動床温度８が変化するので（補助燃料を供給増加すると顕熱分と気化熱分の消費により温度は低下傾向となる）、流動床温度が所定の温度範囲を下回る場合は、補助空気流量調節ダンパ１１を開して、ガス化炉５の燃焼発熱反応を増加して温度を上昇させるように制御する。
【００２５】
敷衍して説明すると、本実施形態の構成においては、ガス化炉と溶融炉の各々の温度を同時に調整する手段として、ガス化炉に補助燃料と補助空気を供給することで、ガス化炉と溶融炉の２つの制御対象に対して、補助燃料と補助空気という２つの操作手段を制御して各炉の温度を適宜に制御することができる。具体的には、溶融炉温度計１４で溶融炉の温度を検知し、これの基づいて補助燃料量を調整し、補助燃料の供給で流動床温度が変化して、この流動床温度変化をガス化炉温度計８で検知して補助空気量を調整していて、この一連の制御系統でガス化炉と溶融炉の各々の温度を個別に調整しているのである。
【００２６】
そして、ガス化炉の熱分解反応は通常０．３から０．６の低空気比条件下のため、ガス化炉温度上昇に寄与する発熱反応は、ガス化炉に供給される空気律速の環境であることが実験で確かめられた。そのため、空気量一定で補助燃料を供給しても補助燃料は燃焼せず、補助燃料の顕熱と気化熱（燃料が液体の場合）分をガス化炉入熱で補う分のガス化炉温度が低下することになる。ガス化炉温度が低下した状態では、下流側の溶融炉での燃焼に必要な可燃分、すなわち熱分解ガス及び可燃微粒子量が不足し、溶融炉温度は上昇せず、スラグ化率の低下等の課題が発生する。
【００２７】
したがって、ごみ質低下によるガス化炉温度低下に対しては補助燃料と同時にガス化炉温度上昇に必要な燃焼量に相当する燃焼空気を補助空気としてガス化炉に供給することが有効となる。
【００２８】
一方で、ガス化炉に供給された補助燃料は、ガス化炉での燃焼消費分を除いては可燃ガスとしてガス化炉を出た後に溶融炉に供給されるので、溶融炉で燃焼して溶融炉の温度上昇に寄与することになる。
【００２９】
このように、ガス化炉に供給する補助燃料の入熱分を補助空気の供給量でガス化炉と溶融炉に配分調節することが可能となる。これにより、ごみ質の変動に対してガス化炉と溶融炉の温度を最適に調整することができる。
【００３０】
次に、本発明の他の実施形態に係る流動床式ガス化溶融炉装置とその制御方法について、図２を参照しながら以下説明する。図２に示す符号の構成要素は図１の同符号の構成要素と同一である。
【００３１】
図２において、ガス化炉５への補助燃料の供給量が既知であれば、補助燃料供給によるガス化炉での温度低下は、計算から及び／又は試験データから予測することが可能となる。したがって、補助燃料の供給に対してガス化炉温度低下を補うだけの空気量も予め算出することができる。これにより、補助燃料の供給量の増減に応じた補助空気量を同時に調整することで、ガス化炉温度の変化に応じて予め補助空気量を調整することによって、先行的に制御することができる。
【００３２】
図２では、溶融炉温度計１４の出力によって補助燃料流量調節弁１０の開度を制御し（温度計１４の温度が低ければ補助燃料を増やすように制御する）、制御された補助燃料の流量を補助燃料流量計８で計測してこの計測値によって補助空気流量調節ダンパ１１の開度を制御している。即ち、補助空気流量調整ダンパ１１の開度は補助燃料の流量計８の測定値の関数として設定され、補助燃料量の一定比率で供給するものである。図２に示す第２の実施形態においても図１に示す実施形態と同等の効果を得ることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ごみ質の変動に対して補助燃料と補助空気を組み合わせてガス化炉に供給することによって、ガス化炉と溶融炉の両方の温度を同時に最適に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る流動床式ガス化溶融炉装置の全体構成を示す図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る流動床式ガス化溶融炉装置の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
１  ごみ受入装置
２  ごみ受入ホッパ
３  ごみ供給機
４  回転バルブ
５  ガス化炉
６  流動床
７  流動空気散気管
８  ガス化炉温度計
９，９’  補助燃料供給ノズル
１０  補助燃料流量調節弁
１１  補助空気流量調節ダンパ
１２  熱分解ガス流れ
１３  旋回溶融炉
１４  溶融炉温度計
１５  溶融スラグ
１６  スラグ排出口
１７  スラグ流下流れ
１８  溶融炉出口燃焼ガス
１９  二次燃焼炉
２０  廃熱回収ボイラ
【図１】
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【図２】
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