(57)【要約】【課題】改質炉内に噴出させるバーナの固着物の除去作業を容易にし、かつ炉内の燃焼を安定化させてガス化効率を向上させること。【解決手段】容器内に供給された廃棄物の充填層の下方から酸化剤を供給して部分燃焼による燃焼帯を形成するとともに、容器の上方から生成ガスを排出する廃棄物ガス化炉と、廃棄物ガス化炉から排出された生成ガスを取り込んで生成ガスを加熱する改質炉とを備える廃棄物ガス化装置において、改質炉は、炉壁に穿設した生成ガスを炉内に噴出させるバーナ２２と、このバーナ２２の周囲に形成される案内空間２４を通じてバーナ２２の先端部に向かって前進し、かつ、炉内から後退して案内空間２４に収納される払い出し棒２３と、この払い出し棒２３を前進後退させる駆動手段２６とを備える。【選択図】    図１
2007246620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内に供給された廃棄物の充填層の下方から酸化剤を供給して部分燃焼による燃焼帯を形成するとともに、前記容器の上方から生成ガスを排出する廃棄物ガス化炉と、該廃棄物ガス化炉から排出された前記生成ガスを取り込んで該生成ガスを加熱する改質炉とを備える廃棄物ガス化装置において、
前記改質炉は、炉壁に穿設した前記生成ガスを炉内に噴出させるバーナと、該バーナの周囲に形成される案内空間を通じて前記バーナの先端部に向かって前進し、かつ、炉内から後退して前記案内空間に収納される払い出し棒と、該払い出し棒を前進後退させる駆動手段とを備えることを特徴とする廃棄物ガス化装置。
【請求項２】
前記案内空間は、前記バーナの周方向に複数形成されていることを特徴とする請求項１に記載の廃棄物ガス化装置。
【請求項３】
前記改質炉は、前記バーナの先端の様子を撮影するカメラと、該カメラの撮影画像を表示する表示器と、前記駆動手段を遠隔操作する操作手段とを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の廃棄物ガス化装置。
【請求項４】
前記操作手段は、前記表示器の表示情報に基づいて前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項３に記載の廃棄物ガス化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動床式のガス化炉を備えた廃棄物ガス化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、木屑や一般ごみなど（以下、廃棄物という）を処理する方法として、これらの廃棄物を縦型のガス化炉に投入して充填層を形成し、炉底部から酸化剤ガスを供給して部分燃焼させ、炉高方向に燃焼帯、熱分解帯、乾燥帯を形成し、上部から生成ガスを抜き出すとともに、ガス化により生じた燃焼残渣を炉底から抜き出して廃棄物を連続的に処理する移動床式のガス化炉が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。これによれば、生成ガスの熱により乾燥帯の廃棄物を乾燥させるとともに、炉底の燃焼残渣の熱で酸化剤ガスを予熱できるため効率がよい。また、生成ガスが乾燥帯を上昇する過程で、例えば、生成ガス中のタール分が冷却されて凝縮し、充填物に付着して除去されるため、比較的清浄な熱分解ガスを得ることができる。
【０００３】
しかし、乾燥帯が生成ガスの熱により所定の温度まで上昇すると、この温度よりも露点が低いタール分は気相のまま乾燥帯を通過し、生成ガスに同伴されて炉外へ流出する。そこで、例えば、ガス化炉から排出される生成ガスを後段側の改質炉へ導いて部分燃焼させ、所定の温度（例えば、８００℃以上）で加熱することにより、タール分を熱分解する方法が検討されている。この場合、廃棄物中に水蒸気が含まれていると、改質炉において水性ガス化反応が進行するため、タール分が効率的に分解除去され、ガス化効率を向上できる（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２５５２号公報
【特許文献２】特開２００５−１８８８７７号公報（第８頁、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献２のように、ガス化炉の後段側に接続される改質炉では、ガス化炉から送出された生成ガスがバーナを通じて炉内へ供給され、このバーナの噴出口には高温の火炎が形成される。この火炎にガス化炉から排出された飛灰やタール分などが混入すると、これらが燃焼した焼却飛灰（すす）などの一部がバーナの先端面に固着して、生成ガスの噴き出しが阻害され、また、炉内圧力が変動するなど、ガス化効率低下の要因となる。
【０００６】
一般に、ガス化炉の充填層に形成される燃焼帯の炉高位置は所定の高さになるように制御されているが、例えば、廃棄物の充填状態などが変化して燃焼帯の炉高位置が上昇し、炉高位置の制御が間に合わないと、熱分解帯の炉高位置が上昇する。すなわち、充填層の高さは常に一定に管理されるため、熱分解帯の炉高位置が上昇した分だけ、生成ガスのフィルタ機能を果たす乾燥帯の厚みが減少し、ガス化炉から排出される生成ガス中のタール分や飛灰の量が増加する。このように、ガス化炉の燃焼状態により改質炉に流入する生成ガス中のタール分や飛灰の量は必ずしも一定ではない。
【０００７】
これに対し、バーナの先端面の固着物の状態や火炎の変化などを頻繁に監視して、定期的にバーナのメンテナンスを行う必要があるが、通常、炉外から操作して固着物を除去することは容易ではない。固着物が成長し燃焼状態が不良となった場合は、例えばバーナに沿って炉外部から細い金属棒を挿入し固着物を剥ぎ落とすといった手作業を行う。この際、金属棒をバーナ先端部に的確に当てることが困難であり、作業が非常に煩雑でバーナ監視者の負荷が大きくなるという問題がある。
【０００８】
また、改質炉の設置位置、特に、炉内の監視窓などが高所の場合、バーナ監視者の負荷がさらに大きくなるという問題がある。
【０００９】
本発明は、改質炉内に噴出させるバーナの固着物の除去作業を容易にし、かつ炉内の燃焼を安定化させてガス化効率を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するため、容器内に供給された廃棄物の充填層の下方から酸化剤を供給して部分燃焼による燃焼帯を形成するとともに、容器の上方から生成ガスを排出する廃棄物ガス化炉と、廃棄物ガス化炉から排出された生成ガスを取り込んで生成ガスを加熱する改質炉とを備える廃棄物ガス化装置において、改質炉は、炉壁に穿設した生成ガスを炉内に噴出させるバーナと、このバーナの周囲に形成される案内空間を通じてバーナの先端部に向かって前進し、かつ、炉内から後退して案内空間に収納される払い出し棒と、この払い出し棒を前進後退させる駆動手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
すなわち、バーナの先端面に付着する固着物は、粒子同士が強固に固着し、一体化している。このため、本発明のように、例えば、バーナの先端面に固着する固着物が成長し、バーナの外周よりも外側へ突出した時点で、バーナの基端側から先端側へ払い出し棒を前進させて固着物を押し出すことにより、固着物はバーナの先端面から容易に剥がれて脱落する。
【００１２】
このように、機械的な除去手段を用いれば、バーナ監視者の負荷を低減できると同時に、固着物が成長しても的確に取り除くことができる。また、固着物を取り除くことにより炉内の燃焼状態を安定に維持できるため、ガス化効率を向上できる。なお、払い出し棒は、払い出し作業時を除き、普段は、案内空間に収納されているため、熱による影響を抑制できる。
【００１３】
ここで、案内空間は、バーナの周方向に複数配置されているものとする。これによれば、例えば、バーナ先端面に固着物が放射状に成長しても、複数の払い出し棒を適宜用いることにより除去作業の効率を向上できる。
【００１４】
また、改質炉は、バーナの先端の様子を撮影するカメラと、このカメラの撮影画像を表示する表示器と、駆動手段を遠隔操作する操作手段とを備えようにする。これにより、例えば、監視者は中央制御室にて表示器を見ながら遠隔操作により的確に固着物を除去することができるため、監視者の負荷を低減し、監視もれを抑制できる。また、操作手段は、表示器の表示情報に基づいて駆動手段を制御するようにしてもよい。これによれば、例えば、常に監視者が表示器で監視していなくても駆動手段による操作を自動化できるため、監視負荷を大幅に低減できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、改質炉内に噴出させるバーナの固着物の除去作業を容易にし、かつ炉内の燃焼を安定化させてガス化効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図３は、本発明を適用してなる廃棄物ガス化装置の主要部を示す構成図である。ここで、本実施形態で処理する可燃性廃棄物としては、例えば、家庭やオフィスなどの一般ごみ、産業廃棄物などがあり、木屑や廃プラスチックなどの比較的発熱量の大きい廃棄物が好適に処理される。
【００１７】
本実施形態の廃棄物ガス化装置は、図３に示すように、ガス化炉１と、改質炉３を備えて構成される。ガス化炉１は、筒状縦型の容器２の頂部に、廃棄物を投入する投入口４が設けられ、投入口４には廃棄物を搬送するためのスクリュフィーダ５の一端が連結される。スクリュフィーダ５の他端には廃棄物を貯蔵するホッパ６が連結される。また、投入口４には、不燃性ペレットを炉内に投入するための供給手段（図示せず）が接続される。
【００１８】
容器２の上方には、生成ガス（熱分解ガス）を排出するガス排出口が設けられ、底部には、燃焼用の酸化剤ガス（例えば、空気など）及び水蒸気を供給するガス化剤供給口が設けられる。このガス化剤供給口は、例えば、ガス化炉１の底部に設けられた回転式抜き出し機７の回転軸の先端に形成される。回転式抜き出し機７の回転軸はモータ８に連結され、回転軸が回転することにより回転羽根が廃棄物の燃焼残渣及び不燃性ペレットなどを半径方向に切り出して底部の排出口から排出させるようになっている。
【００１９】
ガス化炉１のガス排出口は、排ガス流路９を介して改質炉３のガス供給口に接続される。排ガス流路９にはガス流路に沿ってラインヒータ１０が設置される。改質炉３のガス供給口は、例えば、縦型容器の頂部に設けられ、ガス化炉１から排出された生成ガス、別系統から供給される燃料ガス（例えば、プロパンガス）及び酸素が供給されるようになっている。改質炉３の炉底部にはガス排出口が設けられ、ガス排出口から排出された改質ガスは、例えば、図示しないガス冷却塔、凝縮塔、吸着塔などを経てガスホルダに貯蔵される。なお、改質炉３においては、燃料ガスを燃焼させることで炉内を加熱してもよいし、生成ガスを部分燃焼させて加熱するようにしてもよい。
【００２０】
次に、本実施形態のガス化炉１の動作について説明する。先ず、破砕された廃棄物が投入口４からガス化炉１内に投入され、底部から炉内に充填されて充填層を形成する。ここで、廃棄物に加えて不燃性ペレットが投入されることにより充填層中には不燃性ペレットが均一に分散される。廃棄物及び不燃性ペレットの投入量は少なくともガス化炉１の頂部に所定の空間、つまり充填層の設定高さが確保されるように調整される。
【００２１】
廃棄物が充填されたガス化炉１内にガス化剤供給口から酸化剤ガスを供給し、図示しない着火用熱風器から高温空気を吹き込むことで着火を行う。そして、酸化剤ガスの供給量を調整し、主として炉底部の廃棄物のみを部分燃焼させて燃焼帯を形成する。この燃焼帯の燃焼熱により、上層の廃棄物が熱分解され、発生した熱分解ガスは充填された廃棄物の隙間を通って炉内を上昇し、ガス排出口から排出される。
【００２２】
廃棄物の部分燃焼及び熱分解が安定する定常状態になると、炉底部近傍から安定した燃焼帯が形成され、その上部には熱分解帯が形成され、さらにその上部には廃棄物の乾燥帯が形成される。廃棄物は、例えば、約３００℃以上に達すると熱分解されるため、この温度域を超えた廃棄物の充填層の領域が熱分解帯となる。熱分解帯では、廃棄物が熱分解されて可燃性の熱分解ガス及び炭素（チャー）が生成される。ここで生成されたチャーの一部は、ガス化剤供給口から供給される水蒸気と反応して、ＣＯ、Ｈ２が生成される。
【００２３】
このようにして生成された生成ガスは、上層の廃棄物の隙間を上昇する過程で乾燥帯の廃棄物を乾燥させる。これにより、生成ガスは廃棄物と熱交換して減温（例えば、約２００℃）され、炉頂部のガス排出口から排出される。また、燃焼帯で発生する飛灰が生成ガスに同伴しても、乾燥帯に充填された廃棄物の層がフィルタの役目を果たしてある程度これを捕集できるため、炉外へ流出する飛灰の量を低減できる。
【００２４】
一方、乾燥帯で乾燥された廃棄物は、次第に熱分解帯に移動して熱分解され、続いて燃焼帯に移動して熱分解及び燃焼されて灰になる。これらは燃焼帯の下層に形成される冷却帯を流下し、回転式抜き出し機７により排出口に切り出されて排出口から炉外へ排出される。なお、炉外に排出された燃焼残渣、不燃性ペレットなどは、分別処理される。
【００２５】
ガス化炉１から排出された生成ガスは、改質炉３に導かれて、設定温度（例えば、約８００℃）に加熱され、生成ガス中に含まれるタールなどを熱分解し、低分子化させる。タール分を熱分解することで、後流側にて生成ガスを冷却させても、冷却水の汚染、配管や機器類へのタール分の付着を抑制することができる。また、生成ガス中に水蒸気が含まれる場合、改質炉３において水性ガス化反応が行われるため、タール分を効率的に除去できる。タール分を熱分解又は水性ガス化させて得られた成分は、燃料ガスとして利用できるため、エネルギの回収効率を向上できる。
【００２６】
次に、改質炉３の構成について詳細に説明する。図２は、改質炉の構成を示す断面図であり、（ａ）は上断面図、（ｂ）は横断面図を表している。
【００２７】
改質炉３は、円筒状の容器１１の一方の端面にガス供給口１２が設けられ、他端側の側壁には、ガス排出口１４が設けられる。ガス供給口１２には、後述する主バーナが取り付けられる。ガス供給口１２の近傍には補助バーナ取付口１３が設けられ、ここには、補助バーナが取り付けられる。ガス供給口１２と対向する容器１１の端面には、覗き孔１６が形成され、この覗き孔１６に連結された筒状体１７の窓部１８から炉内の様子が視認可能となる。窓部１８にはカメラ１９が接続され、炉内の様子を撮影できる。
【００２８】
筒状体１７には、窓部１８の炉内側の汚れを防止するため、シールドガス（例えば、不活性ガスや乾燥エアーなど）を導入するガス導入口（図示せず）が設置される。このガス導入口から導入されたシールドガスは、炉内側へ流れるため、炉内に浮遊する汚染物質が窓部１８のレンズなどに付着することを抑制できる。また、シールドガスの導入とともに、又はこれに代えて、開閉式のシャッタを筒状体１７に設置し、適宜シャッタを閉じて窓部１８を保護するようにしてもよい。
【００２９】
一方、容器１１の内部には、生成ガスが流れるガス流路が形成され、このガス流路の略中央には容器１１の内壁の周方向全域からガス流路の断面中心に向かって突出した邪魔板１５が形成される。すなわち、容器１１内を流れる生成ガスは、邪魔板１５によって流れ方向が乱されるため、例えば、生成ガス中のタール分のショートパスを抑制できる。また、邪魔板１５により炉内の輻射効果が大きくなるため、熱ロスが低減され、タール分の分解効率が高くなる。
【００３０】
次に、改質炉３の主バーナとその周辺構成について説明する。図１は、主バーナとその周辺機構を示す構成図である。
【００３１】
主バーナ２１は、炉壁の一端を貫通させて形成されるガス供給口１２に収納される。炉内側に突き出した主バーナ２１の先端面２０（ここではテーパ面）には複数の噴出口２２が周方向に等間隔で形成される。これらの噴出口２２は主バーナ２１の内部に貫通するガス供給流路（図示せず）を通じて他端の開口部に連通され、この開口部は、排ガス流路９に接続される。
【００３２】
主バーナ２１の外周面とガス供給口１２の内壁との隙間の空間には、主バーナ２１と軸心と平行に複数の案内溝２４が形成され、各案内溝２４には、払い出し棒２３が収納されている。払い出し棒２３は、主バーナ２１を等間隔に取り囲んで配置され、外周面にラック溝２５が形成されている。各払い出し棒２３にはそれぞれモータ２６が隣接して配置され、モータ２６の回転軸に取り付けられた歯車２７が対応する払い出し棒２３のラック溝と噛み合っている。ここで、モータ２６は、回転軸にシール機構が施されているため、案内溝２４を通じて外気が炉内へ漏れ込むことがない。また、ガス供給口１２の基端においても、図示しないシール機構が施されているため、炉内への漏れ込みはない。
【００３３】
このような構成において、改質炉３では、まず、立ち上げ時において、主バーナ２１から燃料ガスなどを噴出させて着火させ、炉内温度が安定すると燃料ガスの一部又は全部をガス化炉１の生成ガスに切り替える。主バーナ２１の噴出口２２から噴出されるガスにより主バーナ２１の先端には火炎が形成され、主バーナ２１の先端面２０はその輻射熱により高温に加熱される。
【００３４】
ところで、ガス化炉１から供給される生成ガス中には飛灰やタール分などが含まれている。そのため、これらが主バーナ２２から噴出すると、燃焼した焼却飛灰（すす）の一部が主バーナ２１の先端面２０に固着し、次第に成長して主バーナ２１の外周面よりも外側へ突出するようになる。このように主バーナ２１の先端面２０に固着物が形成されると、生成ガスの噴き出しが阻害されて燃焼状態が不安定になり、炉内圧力の変動を招くなど、ガス化効率に影響を与えるおそれがある。
【００３５】
そこで、本実施形態では、主バーナ２１の先端部分を監視し、固着物の除去が必要と判断されたとき、モータ２６を駆動させて払い出し棒２３を炉内側（矢印の方向）へ前進させ、主バーナ２１の先端外周面よりも外側へ突出する固着物を炉内側へ押し出して除去する。つまり、主バーナ２１の先端に形成される固着物は、粒子同士が強固に固着し、一体化しているため、払い出し棒２３によってこれを炉内側へ押し出すことにより、主バーナ２１の先端から容易に剥がれて脱落する。このように固着物を機械的に除去することで、例えば、炉運転を停止させたり、炉内圧力を変動させることなく、固着物を容易に除去することができる。これにより、主バーナ２１への固着物の成長を初期段階で抑制し、炉内の燃焼を安定化できるため、ガス化効率の低下を回避できる。
【００３６】
払い出し棒２３は、主バーナ２１の先端面２０の位置まで前進した後、再び後退して案内溝２４に収納されるが、このように、払い出し操作時を除いて普段は案内溝２４に収納されるため、熱による影響を抑制できる。また、払い出し棒２３は、主バーナ２１の周囲に複数配置されるため、主バーナ２２の先端面に放射状に固着物が成長しても、それぞれの払い出し棒２３を適宜用いることにより除去作業を効率化できる。
【００３７】
また、本実施形態では、改質炉３の主バーナ２１と対向する端面に、覗き孔１６を通じて炉内の様子を撮影できるカメラ１９を備えるため、カメラ１９の撮影画像から主バーナ２１の先端の固着物を除去する時期を判断することができる。ここで、モータ２６の駆動を操作するコントローラ（図示せず）をカメラ１９の近傍に配置することにより、例えば、カメラ１９の画像を見ながら払い出し棒２３を操作することができ、作業の効率を向上できる。
【００３８】
また、カメラ１９の撮影画像を表示する表示器と、モータ２６の駆動を遠隔操作するコントローラ（図示せず）を中央制御室に設置して、現場と中央制御室の両方から操作可能とすることもできる。ここで、例えば、中央制御室のコントローラは、表示器の画像情報に基づいて判断し、モータ２６の駆動を制御するものであってもよい。これによれば、例えば、常に監視者が表示器により監視していなくてもモータ２６の操作を自動化できるため、監視負荷を大幅に低減できる。
【００３９】
なお、本実施形態では、案内溝２４はガス供給口１２の内周面に沿って形成される構成となっているが、この構成に限定されず、例えば、ガス供給口１２と独立した貫通孔を形成するものであってもよい。また、払い出し棒２３による固着物の除去操作は、監視者の判断や画像判定による自動操作に限らず、炉運転時間に応じて設定された時間間隔で自動的に操作するようにしてもよい。
【００４０】
以上述べたように、本発明によれば、改質炉３の主バーナ２１に付着する固着物を炉運転を停止させることなく、通常の運転条件において行うことができるため、運転効率の低下を回避することができる。また、ガス化炉１の燃焼状態の変化によらず、固着物の成長を抑制し、炉内の燃焼を安定化させることができるため、ガス化効率を向上させることができる。さらに、固着物を機械的に除去する方法であるため、除去作業の効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明を適用してなる廃棄物ガス化装置の改質炉の主バーナとその周辺機構を示す構成図である。
【図２】本発明を適用してなる廃棄物ガス化装置の改質炉の構成を示す断面図であり、（ａ）は上断面図、（ｂ）は横断面図である。
【図３】本発明を適用してなる廃棄物ガス化装置の主要部を示す構成図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  ガス化炉
３  改質炉
１２  ガス供給口
１９  カメラ
２１  主バーナ
２２  噴出口
２３  払い出し棒
２４  案内溝
２５  ラック溝
２６  モータ
【図１】
2007246620.tif 000003
【図２】
2007246620.tif 000004
【図３】
2007246620.tif 000005