(57)【要約】【課題】  下水汚泥等の高含水率有機物を燃料としつつ、その発電効率を飛躍的に高めた高含水率有機物のガス化システム及びこのようなガス化システムに好適に用いることのできる潜熱回収ボイラを提供する。【解決手段】  高含水率有機物を乾燥手段１で乾燥してからガス化手段２で加熱してガス化ガスを生成し、生成されたガス化ガスをもとにエネルギーを生成する高含水率有機物のガス化システムにおいて、ガス化ガスの水蒸気潜熱を回収する潜熱回収手段５を備え、該潜熱回収手段５で回収した水蒸気潜熱を上記乾燥手段１での乾燥熱源として利用するようにした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高含水率有機物を乾燥手段で乾燥してからガス化手段で加熱してガス化ガスを生成し、生成されたガス化ガスをもとにエネルギーを生成する高含水率有機物のガス化システムにおいて、ガス化ガスの水蒸気潜熱を回収する潜熱回収手段を備え、該潜熱回収手段で回収した水蒸気潜熱を上記乾燥手段での乾燥熱源として利用するようにしたことを特徴とする高含水率有機物のガス化システム。
【請求項２】
ガス化ガスの有する顕熱を回収する顕熱回収手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の高含水率有機物のガス化システム。
【請求項３】
上記潜熱回収手段が潜熱回収ボイラであることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の高含水率有機物のガス化システム。
【請求項４】
上記顕熱回収手段が顕熱回収ボイラであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高含水率有機物のガス化システム。
【請求項５】
上記顕熱回収ボイラで回収した顕熱で高圧蒸気を発生させ、該高圧蒸気で回転する蒸気タービンを備え、さらに該蒸気タービンによって駆動する蒸気圧縮機を備え、該蒸気圧縮機によって上記潜熱回収ボイラからの低圧蒸気を加圧して中圧蒸気を発生させ、該中圧蒸気を上記乾燥手段での高含水率有機物の乾燥に用いるようにしたことを特徴とする請求項４に記載の高含水率有機物のガス化システム。
【請求項６】
上記蒸気圧縮機と上記潜熱回収ボイラとの間に、蒸気過熱器を設けたことを特徴とする請求項５に記載の高含水率有機物のガス化システム。
【請求項７】
上記蒸気タービンと上記蒸気圧縮機との間に減速機を介在させたことを特徴とする請求項５又は６に記載の高含水率有機物のガス化システム。
【請求項８】
上記蒸気圧縮機に補助動力を設けたことを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の高含水率有機物のガス化システム。
【請求項９】
上記高圧蒸気が１０〜１００ａｔａ、上記中圧蒸気が１〜１０ａｔａ、上記低圧蒸気が０．１〜１ａｔａであることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の高含水率有機物のガス化システム。
【請求項１０】
改質炉をさらに備え、ガス化炉またはガス化炉と該改質炉に上記中圧蒸気の一部を供給するようにしたことを特徴とする請求項５〜９のいずれかに記載の高含水率有機物のガス化システム。
【請求項１１】
上記改質炉に上記乾燥手段からの排出蒸気を供給し、顕熱及び潜熱回収効率を調整するようにしたことを特徴とする請求項１０に記載の高含水率有機物のガス化システム。
【請求項１２】
流入ガスを水中に分散させ気泡化し、流入ガスの含有する水蒸気を凝縮させて凝縮水として循環水に取り込み、循環水をシェル内に配設したチューブ内に流し、該チューブの外壁面に水膜を形成し、上記凝縮水を生成することによって獲得した潜熱によって上記水膜を蒸発させて水蒸気を得ることにより潜熱を回収するようにしたことを特徴とする潜熱回収ボイラ。
【請求項１３】
上記シェル内に循環水を循環させながら凝縮水を生成するようにしたことを特徴とする請求項１２に記載の潜熱回収ボイラ。
【請求項１４】
予め凝縮水を得た後、該凝縮水を含む循環水をシェル内で循環するようにしたことを特徴とする請求項１２に記載の潜熱回収ボイラ。
【請求項１５】
上記潜熱回収ボイラを請求項１２〜１４のいずれかに記載の潜熱回収ボイラとしたことを特徴とする請求項３〜１１のいずれかに記載の高含水率有機物のガス化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水汚泥等の高含水率有機物を加熱してガス化ガスを生成し、生成されたガス化ガスをもとにエネルギーを生成する高含水率有機物のガス化システム及びこのようなガス化システムに好適に用いることのできる潜熱回収ボイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
都市ごみ、下水汚泥、産業用廃棄物、バイオマス等の有機系廃棄物からエネルギーを回収するために、廃棄物を加熱し熱分解してガス化ガスを生成し、生成されたガス化ガスをもとにエネルギーを生成する廃棄物ガス化システムが、環境保全及び省資源の観点から注目されている。
【０００３】
このような廃棄物ガス化システムとして、例えば、特開２００２−２５６８８４号公報には、下水汚泥の熱分解ガス化発電システムが記載されている。この発電システムは、乾燥機、流動層式熱分解炉、ガスタービン発電機を主たる構成要素として含んでいる。この発電システムでは、乾燥機で下水汚泥を乾燥し、流動層式熱分解炉で下水汚泥を熱分解し、得られた熱分解ガスを燃料としてガスタービン発電機によって発電を行うようにしている。
【０００４】
しかし、この特開２００２−２５６８８４号公報に係る発電システムを含めて従来の技術では、下水汚泥のように高含水率の有機系廃棄物に関しては、発電効率が悪く、コスト上の課題があった。高含水率の有機系廃棄物の場合、焼却時の蒸発潜熱に起因するエネルギーの消費量が大きいことがその一因としてあった。
【０００５】
また、ガスタービン発電機ではなく、ガス化ガスを燃焼させ、蒸気タービンを回転させて発電することも従来行われていた。しかし、下水汚泥のような高含水率有機物の場合には、特に発熱量が小さく、蒸気タービンが小規模となり、タービン内部の蒸気の漏れ損失が相対的に大きくなり、タービン効率が悪くなるという課題が残されていた。
【特許文献１】特開２００２−２５６８８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、下水汚泥等の高含水率有機物を燃料としつつ、その発電効率を飛躍的に高めた高含水率有機物のガス化システム及びこのようなガス化システムに好適に用いることのできる潜熱回収ボイラ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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、高含水率有機物を乾燥手段で乾燥してからガス化手段で加熱してガス化ガスを生成し、生成されたガス化ガスをもとにエネルギーを生成する高含水率有機物のガス化システムにおいて、ガス化ガスの水蒸気潜熱を回収する潜熱回収手段を備え、該潜熱回収手段で回収した水蒸気潜熱を上記乾燥手段での乾燥熱源として利用するようにしたことを特徴とする。また、本発明に係る高含水率有機物のガス化システムは、その実施の形態において、ガス化ガスの有する顕熱を回収する顕熱回収手段を備える。また、本発明に係る高含水率有機物のガス化システムは、上記潜熱回収手段として、潜熱回収ボイラを用いることが好適である。また、上記顕熱回収手段としては、顕熱回収ボイラが好適である。
なお、「高含水率有機物」とは、具体的に以下のものを挙げることができる。
（ｉ）下水、し尿、浄化槽汚泥、家畜糞尿、厨芥残渣等の有機性廃棄物、また、その排水処理に伴い発生する汚泥・残渣。
（ｉｉ）畜産加工業、水産加工業、酒精飲料業等に伴い発生する食品加工残渣、またその排水処理に伴い発生する汚泥・残渣。
（ｉｉｉ）製紙業、繊維業等の有機性工業製品の製造に伴い発生する残渣、また、その排水処理に伴い発生する汚泥・残渣。
（ｉｖ）動植物等生物系バイオマス資源。
【０００８】
さらに、本発明に係る高含水率有機物のガス化システムは、その実施の形態として、上記顕熱回収ボイラで回収した顕熱で高圧蒸気を発生させ、該高圧蒸気で回転する蒸気タービンを備え、さらに該蒸気タービンによって駆動する蒸気圧縮機を備え、該蒸気圧縮機によって上記潜熱回収ボイラからの低圧蒸気を加圧して中圧蒸気を発生させ、該中圧蒸気を上記乾燥手段での高含水率有機物の乾燥に用いるようにすることを含む。この場合、上記蒸気圧縮機と上記潜熱回収ボイラとの間に、蒸気過熱器を設けたことが好適である。またこの場合、上記蒸気タービンと上記蒸気圧縮機との間に減速機を介在させることが好適である。また、上記蒸気圧縮機に補助動力を設けることが好適である。そして、上記高圧蒸気が１０〜１００ａｔａ、上記中圧蒸気が１〜１０ａｔａ、上記低圧蒸気が０．１〜１ａｔａであることが好ましい。
【０００９】
本発明に係る高含水率有機物のガス化システムでは、改質炉をさらに備え、ガス化炉またはガス化炉と該改質炉に上記中圧蒸気の一部を供給するようにすることもその実施の形態として含み、さらに必要に応じて上記改質炉に上記乾燥手段からの排出蒸気を供給し、顕熱及び潜熱回収効率を調整するようにすることも含む。
【００１０】
本発明は、別の側面において潜熱回収ボイラであり。該潜熱回収ボイラは、流入ガスを水中に分散させ気泡化し、流入ガスの含有する水蒸気を凝縮させて凝縮水として循環水に取り込み、循環水をシェル内に配設したチューブ内に流し、該チューブの外壁面に水膜を形成し、上記凝縮水を生成することによって獲得した潜熱によって上記水膜を蒸発させて水蒸気を得ることにより潜熱を回収するようにしたことを特徴とする。この潜熱回収ボイラでは、上記シェル内に循環水を循環させながら凝縮水を生成するようにすることができる。また、予め凝縮水を得た後、該凝縮水を含む循環水をシェル内で循環するようにすることもできる。
【００１１】
本発明に係る潜熱回収ボイラは、本発明に係る高含水率有機物のガス化システムに用いることが好適である。しかし、その用途は、これに限定されるものではない。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、下水汚泥等の高含水率有機物を燃料としつつ、その発電効率を飛躍的に高めた高含水率有機物のガス化システム及びこのようなガス化システムに好適に用いることのできる潜熱回収ボイラが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に本発明に係る高含水率有機物のガス化システム及び潜熱回収ボイラを、添付図面に示した実施の形態を参照して、さらに詳細に説明する。
【００１４】
図１に、本発明に係る高含水率有機物のガス化システムの一実施の形態を概念的に示す。該ガス化システムは、処理対象を下水汚泥とし、汚泥乾燥機１、ガス化炉２、改質炉３、顕熱回収ボイラ４、潜熱回収ボイラ５、発電機６を備える。
【００１５】
脱水された下水汚泥を乾燥させる汚泥乾燥機１は、間接加熱式の乾燥手段である。
ガス化炉２は、下水汚泥を水蒸気と酸素でガス化するガス化手段である。ガス化は、部分燃焼を起こさせながら行い、下水汚泥をＣＯ、Ｈ2、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ、メタン、エタン、タール、すす等に変換する。
【００１６】
改質炉３は、ガス化ガスをさらに水蒸気、Ｈ2、ＣＯ、ＣＯ2に低分子化する機能を有する。
顕熱回収ボイラ４は、いわゆる廃熱ボイラであり、改質炉３からのガス化ガス（約１０００℃）の顕熱で高圧蒸気を発生させる顕熱回収手段である。
潜熱回収ボイラ５は、顕熱回収ボイラ４を経たガス化ガス中の水蒸気から潜熱を回収するための潜熱回収手段である。なお、顕熱回収ボイラ４と潜熱回収ボイラ５との間には、図示しないフィルタ又はバグフィルタを設け、ガス化ガスを精製することもできる。
発電機６は、ガス化ガスをエネルギー源として発電を行う発電手段である。例えばガスエンジンを用いたものを採用することができる。このような発電機では、コンプレッサで精製されたガス化ガスを圧縮し、圧縮されたガス化ガスと空気をガスエンジンに送り、ガスエンジンで燃焼爆発させ、その力で発電機本体を回転させる。このようなガスエンジンの排ガスを汚泥乾燥機１の乾燥熱源として利用することもできる。
【００１７】
発電機は、このようなガスエンジン式の他、ガスタービン式発電装置、燃料電池など気体燃料を電力へ変換する他のタイプのものを採用することもできる。
【００１８】
さらに、本実施の形態に係るガス化システムは、蒸気タービン７及び蒸気圧縮機８を備えている。
顕熱回収ボイラ４の蒸気送出口は、流路を介して蒸気タービン７の蒸気受入口に接続されている。これによって、蒸気タービン７には、顕熱回収ボイラ４からの高圧蒸気が供給される。また、潜熱回収ボイラ５の蒸気送出口は、流路を介して蒸気圧縮機８の蒸気受入口に接続されている。これによって、蒸気圧縮機８には、潜熱回収ボイラ５からの低圧蒸気が供給される。
【００１９】
ここで、図２について、蒸気タービン７と蒸気圧縮機８の関係を説明する。図２に示すように、蒸気タービン７と蒸気圧縮機８とは、減速機９を介して直結している。蒸気圧縮機８は、蒸気タービン７によって回転されるが、必ずしも同一回転である必要はなく、減速機９によって回転数を調整することができる。さらに、蒸気圧縮機８には、電動機１０が接続されている。該電動機１０は、処理対象の下水汚泥の供給量等の変動によらず、蒸気圧縮機８の稼動状態を調整するための補助動力である。なお、蒸気タービン７、蒸気圧縮機８、減速機９の具体的構成自体は、当業者に従来知られているものを採用することができる。
【００２０】
次に、本実施の形態に係る高含水率有機物のガス化システムについて、その作用を説明する。
まず、処理対象である下水汚泥は、図示しない脱水手段により脱水され、含水率７０〜８０重量％の脱水汚泥として汚泥乾燥機１に投入される。汚泥乾燥機１には、後述するところに従って、中圧蒸気及び必要に応じて乾燥機１からの排出蒸気が供給され、下水汚泥を３０〜５０重量％程度となるように乾燥処理する。中圧蒸気は、１〜１０ａｔａの圧力で供給され、典型的には、約７ａｔａ、約３００℃である。なお、「約」とは、その数値そのもの又は前後の値である。
【００２１】
汚泥乾燥機１での下水汚泥の乾燥に伴って、水蒸気が発生する。その排出蒸気の一部は、必要に応じて改質炉３に送られる。これは、後段の顕熱回収ボイラ４及び潜熱回収ボイラ５で、十分な顕熱・潜熱が得られるように蒸気量を調整するためである。
汚泥乾燥機１で乾燥処理された下水汚泥は、ガス化炉２に送られる。ガス化炉２には、汚泥乾燥機１への供給源と同様の供給源から中圧蒸気が水蒸気源として供給され、さらに酸素（空気）または酸素富化空気が供給される。これによって下水汚泥を水と空気でガス化する。ガス化は、部分燃焼を起こさせながら行い、下水汚泥をＣＯ、Ｈ2、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ、メタン、エタン、タール、すす等に変換する。このガス化ガスは、改質炉３に送られる。
【００２２】
改質炉３では、ガス化ガスをさらに水蒸気、Ｈ2、ＣＯ、ＣＯ2に低分子化する。前述したように、改質炉３には、汚泥乾燥機１からの排出蒸気が必要に応じて供給される。
改質炉３からのガス化ガスは、顕熱回収ボイラ４に送られる。顕熱回収ボイラ４では、改質炉３からのガス化ガス（約１０００℃）の顕熱で高圧蒸気を発生させる。高圧蒸気は、１０〜１００ａｔａの高圧であり、典型的には、約５０ａｔａ、５００℃である。高圧蒸気は、蒸気タービン７に送られる。
【００２３】
顕熱を回収されたガス化ガスは、１５０℃程度となり、触媒フィルタ等によって精製された後、潜熱回収ボイラ５に送られる。潜熱回収ボイラ５は、後述する形態を備え、ガス化ガスの潜熱により、低圧蒸気を発生する。低圧蒸気は、０．１〜１ａｔａであり、典型的には約０．３ａｔａ、約６９℃である。この低圧蒸気は、蒸気圧縮機８に送られる。
潜熱を回収されたガス化ガスは、洗浄され、さらに精製された後、発電機６に送られる。発電機６では、ガス化ガスを用いて発電が行われ、排出ガスは、煙突１１から排出される。
【００２４】
一方、図２に示すように、蒸気タービン７には、顕熱回収ボイラ４からの高圧蒸気が供給され、蒸気圧縮機８には、潜熱回収ボイラ５からの低圧蒸気が供給される。蒸気タービン７は、高圧蒸気によって回転し、蒸気圧縮機８を減速機９を介して回転させる。これによって、低圧蒸気が加圧される。蒸気タービン７からの排出蒸気と、蒸気圧縮機８からの加圧蒸気とは混合され、中圧蒸気となる。中圧蒸気は、１０〜１００ａｔａであり、典型的には約７ａｔａ、約３００℃である。
ここで、下水汚泥の量が変動しても、電動機１０が蒸気圧縮機８の稼動状態を維持し、汚泥乾燥機１の稼動状態を安定に保つ。
【００２５】
図３に、図１、図２について説明した高含水率有機物のガス化システムの他の実施の形態を示す。図３中、図１と同一の符号を付した構成要素は、図１と実質的に同様の構成・作用・機能を持ち、ここではその説明を省略する。
この実施の形態では、発電機６を例えば、ガスエンジンとして、その排ガスから廃熱を回収するようにしている。すなわち、廃熱回収ボイラ（本明細書でＷＨＢともいう）１２を設けている。
図３の実施の形態では、発電機６（ガスエンジン、本明細書でＧＥともいう）でガス化ガスを燃焼させた後の排ガスを廃熱回収ボイラ１２に送る。廃熱回収ボイラ１２では、排ガスから廃熱を回収し、得られる蒸気を直接蒸気タービン７に送るか、一部または全部を顕熱回収ボイラ４に送り、過熱または蒸発・過熱して蒸気タービン７に送る。これによって、排ガスの持つ廃熱を有効に回収することができる。
【００２６】
図４に、図１、図２について説明した高含水率有機物のガス化システムのさらに他の実施の形態を示す。図４中、図１と同一の符号を付した構成要素は、図１と実質的に同様の構成・作用・機能を持ち、ここではその説明を省略する。
【００２７】
図４の実施の形態では、本発明のガス化システムを立ち上げる際等に、水蒸気量等を調整するために必要な補機として、ボイラ１６及び復水器１４を備えている。またさらに、ガス精製装置として、固形分除去フィルタ１８、スクラバ１９、凝縮水のｐＨ制御手段２０を追加している。そして、潜熱回収ボイラから発生する飽和蒸気を過熱するための過熱器２２も備えている。
【００２８】
ボイラ１６は、都市ガス等の化石燃料を燃料とするボイラである。該ボイラ１６は、図示のように顕熱回収ボイラ４と並列に設置されている。また、復水器１４は、冷却水又は冷却空気により復水するための手段である。これは、汚泥乾燥機１と並列に設置されている。
【００２９】
そして、固形分除去フィルタ１８は、顕熱回収ボイラ４と潜熱回収ボイラ５の間に、設置されている。また、スクラバ１９は、潜熱回収ボイラ５の出口に設置されている。凝縮水ｐＨ制御手段は、例えば、潜熱回収ボイラ５の凝縮水のｐＨ計測器と、ｐＨ調整用薬剤供給装置とを含む。
【００３０】
さらに、蒸気過熱器２２は、潜熱回収ボイラ５と蒸気圧縮機８の間に設置されている。
【００３１】
例えば、本発明のガス化システムを運転開始する際には、当初系全体で十分な蒸気量及び熱を確保できないことがある。そこで、都市ガス等を燃料とするボイラ１６により不足する熱を補い、かつ、復水器１４により水を補う。これによって、十分な蒸気量を確保すると共に汚泥乾燥機１の熱源を安定に調整できる。図４で、復水器１４からの水は、ボイラ１６に供給され蒸気タービン７に補充される。なお、得られた水は、顕熱回収ボイラ４のボイラ水、潜熱回収ボイラ５に導入される蒸発水としても用いることができる。
なおまた、他の形態として、汚泥乾燥機１からの蒸気を受けるように、汚泥乾燥機１と並列に復水器を設けることもできる。
【００３２】
また、固形分除去フィルタ１８を設置することにより、潜熱回収ボイラ５の凝縮水の汚れを抑制できる。すなわち、顕熱回収ボイラ４からの改質ガスに含まれる灰、チャーといった汚染物質を除去することができる。
そして、凝縮水のｐＨ制御手段２０を設けて、潜熱回収ボイラ５の凝縮水のｐＨを制御することにより、改質ガス中の腐食性ガス（Ｈ2Ｓ、ＨＣｌ等）を安定に吸収できる。さらに、腐食性ガスがさらに残存していてもスクラバ１９を設置することにより、改質ガス中の腐食性ガスをガスエンジン稼動に必要な許容濃度以下に除去できる。
【００３３】
諸条件によって、蒸気圧縮機８で、水滴がインペラに衝突すると、インペラが摩耗するおそれがある。本実施の形態では、蒸気過熱器２２によって、潜熱回収ボイラ５からの飽和蒸気を過熱する。これにより、蒸気圧縮機８での結露が防止される。また、潜熱回収ボイラ６で得られた飽和蒸気を過熱するためシステム効率を維持でき、もちろん都市ガスを用いてもよい。
このために、蒸気過熱器２２の熱源として、顕熱回収ボイラ４から得られた蒸気又は顕熱回収ボイラ４の出口の改質ガスを採用することができる。
【００３４】
図１の実施の形態に対して、図４で加えられた構成要素に関し、ボイラ１６と、復水器１４とは通常両者が設けられる。しかし、原則的に追加された構成要素は、諸条件によってそれらのいずれかのみを敷設することも、勿論本発明の技術的思想に含まれる。
【００３５】
次に、上記潜熱回収ボイラ５について、その好適な実施の形態を説明する。図５に、潜熱回収ボイラ５の一実施の形態を示す。この潜熱回収ボイラ５は、いわゆるシェル・アンド・チューブ型のものであり、略円筒状のシェル３００を備える。シェル３００の内部は、隔壁３０２、３０４、３０６によって隔絶された上下方向の４つの部屋に仕切られている。そして、隔壁３０２、３０４、３０６を貫通して少なくとも一のチューブ３０８が設けられている。図５で、チューブ３０８は３本描かれている。しかし、これはあくまで便宜上のものであって、チューブ３０８は、少なくとも１本以上であって必要に応じて複数設けることができる。
【００３６】
最上部の部屋３１０、チューブ３０８、最下部の部屋３１２は連通し、水ポンプ３１４によって、返送管３１６を経て内部の流体を循環できるように構成している。
一方、隔壁３０４とチューブ３０８との間には、図６に示すように間隙３１８が設けられている。このように間隙３１８が設けられることによって、上部の部屋３２０、下部の部屋３２２は連通し、水ポンプ３２４によって、返送管３２６を経て内部の流体を循環できるように構成している。
チューブ３０８と水膜形成のための間隙３１８との関係については、必要蒸発量により定められるものであるが、本発明者らが検討したところ、水膜の安定な形成のためには、間隙３１８をチューブ３０８の外径に対して1ｍｍ程度以上大きな径とすることが好適である。
【００３７】
さらに、必ずしも必要な条件ではないが、チューブ３０８を取り巻く隔壁３０４の内周には、少なくとも三ヶの突起３１９が設けられ、間隙を保つ構造としている。この突起３１９は、隔壁３０４の板厚と無関係に短くすることが好適である。突起３１９を設けることによって間隙３１８を均一に保つことが可能となる。
【００３８】
なお、チューブ３０８は、隔壁３０２及び３０６で支持され、チューブ３０８と隔壁３０２又は３０６の間は密封されている。
さらに、潜熱回収ボイラ５は、水及びガス化ガス導入口３２８、蒸発水導入口３３０、蒸気排出口３３２、ガス化ガス排出口３３４、凝縮水排出口３３６を備えている。
上記シェル３００、チューブ３０８等の流体（水）と接触する部材は、ＳＵＳ３０４等のステンレス製とする。ガス化ガスには、ＨＣｌ、Ｈ2Ｓが含まれることがあるからである。
また、チューブ３０８には、フィン構造のようなものは設けない。腐食成分の濃縮を防止するためである。チューブ３０８の径については、機器に要求されるガス量、許容圧力損失等により、一義的に限定されるものではないが、実用上は、ＪＩＳに規定される呼び径６５０Ａ程度までが好適である。
【００３９】
次に、上記構成の潜熱回収ボイラ５について、その作用・機能を説明する。
まず、水及びガス化ガス導入口３２８からは、微小気泡化したガス化ガスが導入される。ガス化ガスは、図示しない気泡生成装置で微小気泡化される。ガス化ガスは、典型的には、約１５０℃であり、露点が８６℃、水蒸気分圧０．６２６ａｔａである。微小気泡となったガス化ガスは、循環水中に拡散し、循環水は、部屋３１０、チューブ３０８内、部屋３１２から水ポンプ３１４、返送管３１６の順に循環する。循環水は、約７９℃に調整する。微小気泡中で、ガス化ガス中の水蒸気が凝縮し、潜熱を循環水に与える。このように、循環水は気液の二相流れであり、ガス化ガスの微小気泡の界面で伝熱が行われる。循環水には凝縮水が加わるが、これも含めて循環するので、熱伝達率を高めることができる。増加することにより余剰となった凝縮水は、凝縮水排出口３３６から排出される。尚，本実施例では気泡を含む循環はチューブ内を下向きに流れる構成となっているが，上向きに流れる構成としても良い。
【００４０】
ガス化ガスは、最下部の部屋３１２で集結し、ガス化ガス排出口３３４から排出され、後段の発電機６に送られる。排出されるガス化ガスは、約７９℃となっており、水蒸気分圧は約０．４６５ａｔａとなる。なお、循環水は、好適には、中和剤，例えばＮａＯＨを添加して、ｐＨを調整し、機器類の腐食を防ぐ。
【００４１】
蒸発水導入口３３０からは、蒸発水が導入される。上部の部屋３２０に入った蒸発水は、間隙３１８を抜けて、チューブ３０８の外壁面を下降する。これによって、チューブ３０８の外壁面に水膜が形成される。水膜は、下降するにつれて蒸発する。これによって生成される約６９℃、約０．３ａｔａの低圧蒸気は、蒸気排出口３３２から排出され、蒸気圧縮機８に供給される。すなわち、ガス化ガスの潜熱を、低圧蒸気の形で回収していることになる。蒸発し切れなかった蒸発水は、水ポンプ３２４によって、返送管３２６から再循環される。
【００４２】
本実施の形態に係る潜熱回収ボイラでは、水膜を蒸発させるようにしている。したがって、滞留した水から直接蒸発させることに比べ、水ヘッドの影響を受けず、沸点の上昇を抑制でき、沸騰伝熱の促進の効果を奏する。
逆に、チューブ３０８内の循環水では、壁面にこのような水膜を形成させるように、水蒸気を凝縮させていない。このため、冷却面での凝縮水膜形成による熱抵抗を生じることがなく、微小気泡形成によって，気泡内水蒸気の凝縮までの拡散距離が短縮し、また気泡形成によって気液界面も増大する。したがって、これらがあいまって、冷却面に対する直接の凝縮の場合に比べ、１０〜１００倍の伝熱促進を図ることができる。
水膜をチューブ３０８の外壁面に形成するには、間隙３１８ではなく、図７に示すように細孔３４０をチューブ３０８の貫通する隔壁３０４の周囲に設けるようにしても良い。
なお、間隙３１８の形態についても、図１３のように単純な細孔の他、図１４のように細孔３１８の内周上部角をカット面３７０としたもの、図１５のように円筒状のガイド３８０を設けたもの等とすることができる。カット面３７０を設けることにより、排出をスムーズにすることができる。また、ガイド３８０を設けた場合には、液膜の厚さの均一化に寄与することができる。
【００４３】
なお、本発明で、微小気泡として言及する気泡は、諸条件が許す場合、必ずしも微小の範疇に入らないものもあり、そのような場合には、単に「気泡」であり、本発明の技術的思想は、そのような場合も包含する。また、本発明に係る潜熱回収ボイラは、上記のようなガス化ガスだけではなく、他の「流入ガス」もその対象とすることができる。
【００４４】
潜熱回収ボイラ５の循環水中には改質ガスの吹き込みにより固形物（Ｎａ2Ｓ等）が発生する可能性がある。そこで、このような固形物の除去について対策を講じた実施の形態を図８〜図１２について説明する。なお、図８〜図１１で、図５と同一番号を付した構成要素は、図５と実質的に同一であり、実質的に同様の作用・機能を果たし、ここではその説明を省略する。
【００４５】
図８に示すのは、配管部にフィルタを設置した実施の形態である。
図８に示すように、図５の実施の形態のシェル３００の最下部の部屋３１２と、ポンプ３１４との間の配管にフィルタ３７０を設けている。フィルタ３７０は、単一とすることもできるが、図８のように配管を複数に並列して分岐し、複数設けることもできる。フィルタ３７０の両端は、弁３７２，３７４で挟むことが好適である。これによって、目詰まりを生じたフィルタ３７０を交換することができる。
フィルタ３７０を複数設ければ、運転中でも配管を適宜切り替えることで、その交換を可能とすることができる。
なお、部屋３１２の底面３７６には傾斜が設けられており、ここに堆積する固形物を凝縮水排出口３３６から排出しやすくしている。
【００４６】
図９に示す実施の形態では、部屋３１２の底面３７８に傾斜は付されていないが、ここにコンベア３７８を設置している。堆積した固形物は、コンベアによって排出される。
【００４７】
図１０に示す実施の形態では、部屋３１２の底面３７６に傾斜を付すると共に、ここにコンベア３７８を設置している。堆積した固形物は、コンベアによって排出され、その際固形物が排出されやすい構成となっている。
【００４８】
図１１の実施の形態は、図９の実施の形態のコンベア３７８に代替して、スクレーパ３８０を設けている。このスクレーパ３８０は、ナイフ状の部材を備え、ナイフ状の部材が順次底面３７６上を移動し、底面３７６に堆積した固形物を凝縮水排出口３３６に向けて排出して行く構成となっている。なお、この構成でも、図１０と同様の傾斜を底面３７６に設けることができる。
【００４９】
なお、底面３７６に傾斜を付す場合、図１２のように片傾斜ではなく、両方が傾斜した形態とすることもできる。
なお、コンベア３７８、スクレーパ３８０を設ける場合、シェル３００の底面形状は、長方形であったほうが、これらの設置には有利である。
【００５０】
次に、図１６に、潜熱回収ボイラ５の別の実施の形態を示す。この実施の形態では、別途の蒸気凝縮用タンク３５０を設けている。その他の、図５と同一の参照番号を付した要素は、ほぼ同様の構成であり、同様の機能を果たす。
この実施の形態では、ガス化ガス導入口３５２から凝縮用タンク３５０内にガス化ガスを導入している。この実施の形態では、ガス化ガスを凝縮用タンク３５０の底面に配置した、気泡形成装置４００で微小気泡化している。ガス化ガスは、気泡中の水蒸気を凝縮水として提供した後、ガス化ガス排出口３５４から排出される。シェル３００及びチューブ３０８には、予め微小気泡を抜いた循環水が供給される。また、循環される凝縮水は、凝縮用タンク３５０の上方から戻されているが、位置は限定されるものではない。なお、導入されるガス化ガス及び排出されるガス化ガスの性状は、諸条件が同じであれば図５の潜熱回収ボイラ同様である。この実施の形態は、シェル・アンド・チューブ熱交換器の中の流体を単相流とすることができ、安定した熱交換性能をより広い流量範囲で得ることができるという利点を備える。
【００５１】
ここで、ガス化ガスを微小気泡化するための気泡形成装置４００について、その実施の形態を図１７に示す。この気泡形成装置４００は、凝縮用タンク３５０の底面を覆う矩形状の形態としている。そして、上面に複数のガス化ガス放出孔４０２を設けている。この放出孔４０２からガス化ガスを放出することにより、ガス化ガスが気泡化する。
【００５２】
図１６に示した実施の形態でも、潜熱回収ボイラ５の循環水中改質ガスの吹き込みにより固形物（Ｎａ2Ｓ等）が発生する可能性がある。そこで、このような固形物の除去について対策を講じた実施の形態を図１８、図２１〜図２３について説明する。なお、図１８、図２１〜図２３で、図１６と同一番号を付した構成要素は、図１６と実質的に同一であり、実質的に同様の作用・機能を果たし、ここではその説明を省略する。
ただし、図１８、図２１〜図２３の実施の形態では、最下部の部屋３１２からチューブ３０８を通って、最上部の部屋３１０に向流で流すようにして、返送管３１６から循環するようにしている。そして、返送した循環水は、図１６と異なり、凝縮用タンク３５０の下部から戻しているが、位置は限定されるものではない。また、採用する水ポンプも循環水のためには、水ポンプ３１４のみであり、一基を省略している。さらに、図１８、図２１〜図２３では、ガス化ガス（改質ガス）を導入するためのファン３５３も図示されている。
【００５３】
まず、図１８に示すのは、配管部にフィルタを設置した実施の形態である。この実施の形態は、固形物の除去に関し、図８と同様の構成を備えている。
図１８に示すように、シェル３００から凝縮用タンク３５０に至る返送管３１６にフィルタ３７０を設けている。フィルタ３７０は、単一とすることもできるが、図１８のように配管を複数に並列して分岐し、複数設けることもできる。フィルタ３７０の両端は、弁３７２，３７４で挟むことが好適である。これによって、目詰まりを生じたフィルタ３７０を交換することができる。
【００５４】
フィルタ３７０を複数設ければ、運転中でも配管を適宜切り替えることで、その交換を可能とすることができる。
このフィルタ３７０を設けた構成は、図２１〜図２３の実施の形態でも共通しているが、これらの図２１〜図２３では省略されている。
なお、部屋３１２の底面３７６、凝縮用タンク３５０の底面４０４、４０６には傾斜が設けられており、ここに堆積する固形物を固形物排出口４０８、４１０、４１２から排出しやすくしている。固形物排出口４０８、４１０、４１２からは、循環水の一部も排出される。図示されてはいないが、循環水は適宜別途の手段によって補充される。このように三箇所の固形物排出口４０８、４１０、４１２を設ける構造は、図１８、図２１〜図２３で共通している。これによって堆積する固形物を排出しやすくしている。
【００５５】
さらに、図１８の実施の形態では、凝縮用タンク３５０に、隔壁４１４を設け、気泡と循環水の分離を行いやすい構造としている。この隔壁に関する構成も、図１６、図１８、図２１〜図２３で共通している。
【００５６】
また、図１９にガス化ガスを微小気泡化するための気泡形成装置４００について、別の実施の形態を示す。この気泡形成装置４００は、ガス化ガス（改質ガス）の導入口３５２を２箇所設け、図２０に示すような複数２組の分岐管４０３を備え、該分岐管４０３に放出孔４０２を複数設けている。この気泡形成装置でも、放出孔４０２からガス化ガスを放出することにより、ガス化ガスが気泡化する。さらに、分岐管４０３同士の間隙から堆積する固形物が通り抜け、底面に堆積することを促進する。この気泡形成装置４００は、図１８、図２１〜図２３の実施の形態で採用されている。
【００５７】
図２１に示すのは、配管部にフィルタを設置した実施の形態である。この実施の形態は、固形物の除去に関し、図９と同様の構成を備えている。
図２１に示す実施の形態は、部屋３１２の底面３７６、凝縮用タンク３５０の底面４０４、４０６に傾斜は付されていないが、底面４０４にコンベア４２０、底面３７６にコンベア４２２を設置している。堆積した固形物は、コンベア４２０、４２２によって排出される。
【００５８】
図２２に示す実施の形態は、固形物の除去に関し、図１０と同様の構成を備えている。
図２１に示す実施の形態では、部屋３１２の底面３７６、凝縮用タンク３５０の底面４０４に傾斜を付すると共に、これらの底面にコンベア４２０、４２２を設置している。堆積した固形物は、コンベア４２０、４２２によって排出され、その際固形物が排出されやすい構成となっている。
【００５９】
図２３に示す実施の形態は、固形物の除去に関し、図１１と同様の構成を備えている。そして、図２１の実施の形態のコンベア４２０、４２２に代替して、スクレーパ４２４、４２６を設けている。このスクレーパは、ナイフ状の部材を備え、ナイフ状の部材が順次底面４０４、３７６上を移動し、底面４０４、３７６に堆積した固形物を凝縮水排出口４０８，４１２に向けて排出して行く構成となっている。なお、この構成でも、図２１と同様の傾斜を底面４０４、３７６に設けることができる。
【００６０】
ガス化ガスの温度もしくは流量、組成が変動した際に、凝縮用タンク３５０の温度が高くなりすぎることがある。図２４は、それに対策を講じた実施の形態を示している。図２４で、凝縮用タンク３５０と、シェル３００（チューブ構造を含む全体）とは、概略的に示されている。
この実施の形態では、温度センサ４５０で、凝縮用タンク３５０の温度をモニターする。凝縮用タンク３５０内の温度が設定温度よりも上昇したことを検知すると、バイパス流路４５２の制御弁４５４が開放する。これによって、ガス化ガスが一部バイパスされる。バイパスされたガス化ガス（改質ガス）は、排出口３５４からのガス化ガスと合流し、発電機６に導かれる。図２４では、発電機６が、ガスエンジン（ＧＥ）として例示されている。
なお、バイパス流路は、昇圧ファン３５２の上流でガス化ガスをバイパスしている。
【００６１】
図２４の実施の形態で想定されるのとは逆に、ガス化ガスの温度が低くなることもあり得る。図２５は、それに対策を講じた実施の形態を示している。図２５で、凝縮用タンク３５０と、シェル３００（チューブ構造を含む全体）とは、概略的に示されている。
なお、このような現象は、汚泥投入量が低下した場合に現れ、ガス化ガスの発生量が減少し凝縮用タンク３５０の温度が低下するといった形で現れる。
【００６２】
この実施の形態では、温度センサ４５０で、凝縮用タンク３５０の温度をモニターする。設定温度以下（例えば２〜３℃以上）に低下した際には、温水貯め４５６からポンプ４５８によって凝縮用タンク３５０に温水を送り込む。なお、温水貯めの配置位置に関しては、ポンプ動力が最低となるような配置が望ましい。
【００６３】
ここで、制御弁４５８、４６０、４６２が温度センサ４５０によって制御される。例えば、温水貯め４５６から温水を凝縮用タンク３５０に送り込む際には、制御弁４６０を開放する。一方、制御弁４６２も開放して凝縮水を一定に保つ。
さらに、制御弁４６４の開閉によって、温水ヒータ４６６から温水貯め４５６を循環する温水の量を制御する。
【００６４】
温水ヒータ４６６は、図５で示した廃熱回収ボイラ１２から排出される排ガスの温度を利用して、水を加熱する。なお、このように図２５の実施の形態では、ガスエンジン６でガス化ガスを燃焼し、廃熱回収ボイラ１２で廃熱を回収し、温水ヒータ４６６を経由して煙突１１から排ガスを排出する構成を採用している。
【００６５】
なお、この図２５の実施の形態は、図２４の実施の形態と併せて実施することができる。
【００６６】
図２６の実施の形態は、凝縮用タンク３５０の凝縮水の水面に泡が生じる場合に対しての対策を講じたものである。図２６で、凝縮用タンク３５０と、シェル３００（チューブ構造を含む全体）とは、概略的に示されている。なお、このような泡は、主として、凝縮水に混入する油分によるものである。
【００６７】
凝縮用タンク３５０で潜熱を回収した凝縮水は  シェル３００へ流され、熱交換後、凝縮用タンク３５０へ戻るといった循環ループを形成する。そこで、本図２６の実施の形態では、この循環水を一部分岐し、スプレー噴霧の措置を施すことで凝縮部上部にできた泡を消泡することとしている。
この実施の形態では、シェル３００を出て、循環される凝縮水（循環水）を、凝縮用タンク３５０の上方から戻している。すなわち、凝縮用タンク３５０（凝縮部）で潜熱を回収した水は、ポンプ３１４によって、シェル３００（熱交換器）へ流され、返送管３１６を介して凝縮用タンク３５０へ戻るといった循環ループを形成する。この循環水を一部分岐管４８２で分岐し、スプレー噴霧４８０等の措置を施すことで凝縮用タンク３５０の上部に出来た泡を消泡する。なお、弁４８４、４８６はそのように切り替えるための弁である。
【００６８】
図２７は、スプレー４８８によるスプレー噴霧の様子を示すための拡大図である。なお、消泡のための手段としては、このようなスプレー噴霧のほか、消泡剤等、又はこれらの組み合わせ等を採用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明に係る高含水率有機物のガス化システムは、下水汚泥等の高含水率有機物のガス化に広く採用することができる。また、本発明に係る潜熱回収ボイラは、本発明に係る高含水率有機物のガス化システムに好適に採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明に係る高含水率有機物のガス化システムの概要を示す概念図である。
【図２】本発明に係る高含水率有機物のガス化システムで、蒸気タービンと蒸気圧縮機との関係を説明する概念図である。
【図３】本発明に係る他の高含水率有機物のガス化システムの概要を示す概念図である。
【図４】本発明に係るさらに他の高含水率有機物のガス化システムの概要を示す概念図である。
【図５】本発明に係る潜熱回収ボイラの一実施の形態を説明する概念的断面図である。
【図６】図５の潜熱回収ボイラで、隔壁に設けた間隙を説明する平面図である。
【図７】図６の間隙に代わる細孔を説明する平面図である。
【図８】本発明に係る潜熱回収ボイラの他の実施の形態を説明する概念的断面図である。
【図９】本発明に係る潜熱回収ボイラの一実施の形態を説明する概念的断面図である。
【図１０】本発明に係る潜熱回収ボイラの一実施の形態を説明する概念的断面図である。
【図１１】本発明に係る潜熱回収ボイラの一実施の形態を説明する概念的断面図である。
【図１２】シェル又は凝縮用タンクの底部構造を説明する概念図である。
【図１３】図６の間隙３１８の形態を示す断面図である。
【図１４】図６の間隙３１８の他の形態を示す断面図である。
【図１５】図６の間隙３１８のさらに他の形態を示す断面図である。
【図１６】本発明に係る潜熱回収ボイラの他の実施の形態を説明する概念的断面図である。
【図１７】図１６等の凝縮用タンクに使用する気泡形成装置を示す平面図である。
【図１８】本発明に係る潜熱回収ボイラの他の実施の形態を説明する概念的断面図である。
【図１９】凝縮用タンクに使用する他の形態の気泡形成装置を示す平面図である。
【図２０】気泡形成装置の分岐管を説明する斜視図である。
【図２１】本発明に係る潜熱回収ボイラの他の実施の形態を説明する概念的断面図である。
【図２２】本発明に係る潜熱回収ボイラの他の実施の形態を説明する概念的断面図である。
【図２３】本発明に係る潜熱回収ボイラの他の実施の形態を説明する概念的断面図である。
【図２４】本発明に係る潜熱回収ボイラの他の実施の形態を説明する概念的断面図である。
【図２５】本発明に係る潜熱回収ボイラの他の実施の形態を説明する概念的断面図である。
【図２６】本発明に係る潜熱回収ボイラの他の実施の形態を説明する概念的断面図である。
【図２７】図２６の一部を拡大して示す概念的断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１  汚泥乾燥機
２  ガス化炉
３  改質炉
４  顕熱回収ボイラ
５  潜熱回収ボイラ
６  発電機
７  蒸気タービン
８  蒸気圧縮機
９  減速機
１０  電動機
１２  廃熱回収ボイラ
１４  復水器
１６  ボイラ
１８  固形分除去フィルタ
２０  凝縮水ｐＨ制御手段
２２  蒸気過熱器
３００  シェル
３０２、３０４、３０６  隔壁
３１８  間隙
３１９  突起
３２８  ガス化ガス導入口
３３０  蒸発水導入口
３３２  蒸気排出口
３３４  ガス化ガス排出口
３３６  凝縮水排出口
３４０  細孔
３５０  凝縮用タンク
３７０  フィルタ
３７８  コンベア
３８０  スクレーパ
４００  気泡形成装置
４２０、４２２  コンベア
４２４  スクレーパ
４５６  温水貯め
４６６  温水ヒータ
４８０  スプレー噴霧
【図１】
2005139443.tif 000003
【図２】
2005139443.tif 000004
【図３】
2005139443.tif 000005
【図４】
2005139443.tif 000006
【図５】
2005139443.tif 000007
【図６】
2005139443.tif 000008
【図７】
2005139443.tif 000009
【図８】
2005139443.tif 000010
【図９】
2005139443.tif 000011
【図１０】
2005139443.tif 000012
【図１１】
2005139443.tif 000013
【図１２】
2005139443.tif 000014
【図１３】
2005139443.tif 000015
【図１４】
2005139443.tif 000016
【図１５】
2005139443.tif 000017
【図１６】
2005139443.tif 000018
【図１７】
2005139443.tif 000019
【図１８】
2005139443.tif 000020
【図１９】
2005139443.tif 000021
【図２０】
2005139443.tif 000022
【図２１】
2005139443.tif 000023
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2005139443.tif 000027
【図２６】
2005139443.tif 000028
【図２７】
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