(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物を加熱して熱分解ガスを生成する熱分解装置と、
熱分解装置からの熱分解ガスを高温還元雰囲気中で改質して改質ガスを生成するガス改質装置と、
ガス改質装置からの改質ガスを冷却する手段とを備え、
改質ガスの冷却手段は、煙管式ボイラからなり、煙管式ボイラは、ケーシングと、ケーシング内に配置され、内部に改質ガスが流入する多数のチューブとを有し、チューブ近傍にチューブ内を蒸気によりブローするスートブローノズルを設けたことを特徴とする廃棄物処理システム。
【請求項２】
ボイラは、飽和蒸気圧が０．５〜１．５ＭＰａとなる運転圧力で運転されることを特徴とする請求項１記載の廃棄物処理システム。
【請求項３】
ケーシングにケーシング内に水を給水する給水管と、ケーシングからの蒸気を排出する蒸気管とが設けられ、スートブローノズルには蒸気管からの蒸気が流入することを特徴とする請求項１記載の廃棄物処理システム。
【請求項４】
ボイラの下流側に、ボイラへ給水源から給水する水を予熱する給水予熱器が設けられていることを特徴とする請求項１記載の廃棄物処理システム。
【請求項５】
給水源からの水を給水予熱器を経てボイラへ送る予熱ラインと、給水源からの水を直接ボイラへ送るバイパスラインとが設けられ、これら予熱ラインとバイパスラインは切換弁により切換自在となっていることを特徴とする請求項４記載の廃棄物処理システム。
【請求項６】
ボイラは堅型の煙管式ボイラからなることを特徴とする請求項１記載の廃棄物処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物を減容化処理する廃棄物処理システムに関し、特に廃棄物の熱分解処理を行った際に発生する熱分解ガスを高温にて改質した後、冷却することができる廃棄物処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、廃棄物を熱分解処理などにより減容化処理する廃棄物処理システムが知られている。
【０００３】
この廃棄物処理システムは、各家庭、各事業所などから収集された廃棄物などの被処理物を破砕し、破砕された被処理物を熱分解処理して減容化および無害化を図るものである。
【０００４】
廃棄物を熱分解した際に発生する熱分解ガスは、空気を多量に吹き込むことにより高温にて燃焼し、その際に発生するガスを冷却するために、水管式のボイラが用いられている。
【０００５】
ボイラから発生する蒸気により蒸気タービンを稼動して発電を行う場合、蒸気ターピンでの熱落差を大きく取るために、ボイラの蒸気圧設定を高温高圧とする必要があるが、このような場合、高温高圧に耐えうる構造を有する水管式ボイラを採用することが不可欠である。しかしながら、高温高圧に蒸気設定においてボイラを運転すると、ボイラチューブの温度が高温腐食領域に入ってしまうため、ボイラチューブが著しく腐食してしまい、チューブに穴が開くなど重大なボイラ災害につながることがある。
【０００６】
一方、熱分解ガスを空気リッチの状態で燃焼させずに、還元雰囲気にて部分燃焼させて高温のガス雰囲気を作り、熱分解ガスを改質して改質ガスを生成させることも考えられている。改質ガスは、その後洗浄されて燃料ガスとして用いられ、その燃焼ガスによりガスエンジン、ガスタービンおよび燃料電池などを作動させて発電している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、廃棄物の熱分解システムにおいて、廃棄物の有する熱量を電気に変化する方法には、廃棄物を熱分解して発生する熱分解ガスを完全燃焼させてその発生熱を蒸気タービンにて回収して電気に変換する方法と、廃棄物を熱分解して発生する熱分解ガスを部分燃焼させてガス改質およびその洗浄を行い、燃料ガスとして取り出して発電を行う方法とがある。
【０００８】
廃棄物を熱分解して得られる熱分解ガスを部分燃焼することにより改質ガスを生成したのち、燃料ガスを取り出すシステムにおいては、発生する改質ガスをバグフィルターの耐用温度まで冷却する必要がある。この場合、改質ガスを冷却しすぎてもバグフィルタ内での改質ガスの凝縮成分の結露を生じさせるために、バグフィルタのろ布を濡らしてしまうという問題がある。
【０００９】
また、上記のような廃棄物を熱分解して得られる熱分解ガスを部分燃焼することにより改質ガスを生成した後、燃料ガスを取り出すシステムにおいては、改質ガス中に多量のダストが含まれ、このダストが改質ガス流路の澱み部に蓄積したり、ボイラの伝熱チューブへ付着したりして、ガス系統の圧力損失増大や伝熱性能の低下を招く原因となる。
【００１０】
また、バグフィルターに流入する改質ガスの温度を、ろ布が溶失せない温度よりも低く、かつろ布において結露が生じる温度よりも高くなるように改質ガス温度を制御する必要がある。
【００１１】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、廃棄物を熱分解して得られる熱分解ガスを部分燃焼して改質ガスを生成した後、燃料ガスを取り出すシステムにおいて、耐腐食性を向上させ、かつ改質ガス中に含まれる多量のダストがボイラのチューブへ付着することのない廃棄物処理システムを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、廃棄物を加熱して熱分解ガスを生成する熱分解装置と、熱分解装置からの熱分解ガスを高温還元雰囲気中で改質して改質ガスを生成するガス改質装置と、ガス改質装置からの改質ガスを冷却する手段とを備え、改質ガスの冷却手段は、煙管式ボイラからなり、煙管式ボイラは、ケーシングと、ケーシング内に配置され、内部に改質ガスが流入する多数のチューブとを有し、チューブ近傍にチューブ内を蒸気によりブローするスートブローノズルを設けたことを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００１３】
本発明は、ボイラは、飽和蒸気圧が０．５〜１．５ＭＰａとなる運転圧力で運転されることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００１５】
本発明は、ケーシングにケーシング内に水を給水する給水管と、ケーシングからの蒸気を排出する蒸気管とが設けられ、スートブローノズルには蒸気菅からの蒸気が流入することを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００１６】
本発明は、ボイラの下流側に、ボイラへ給水源から給水する水を予熱する給水予熱器が設けられていることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００１７】
本発明は、給水源からの水を給水予熱器を経てボイラへ送る予熱ラインと、給水源からの水を直接ボイラへ送るバイパスラインとが設けられ、これら予熱ラインとバイパスラインは切換弁により切換自在となっていることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００１８】
本発明は、ボイラは堅型の煙管式ボイラからなることを特徴とする廃棄物処理システムである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２０】
図１乃至図３は、本発明による廃棄物処理システムの一実施の形態を示すシステム構成図である。
【００２１】
図１に示すように、廃棄物処理システムは、廃棄物１の熱分解処理を行う加熱処理手段として設けられ熱分解ガスを生じさせる熱分解キルン（熱分解装置）４と、熱分解装置４からの熱分解ガスを高温還元雰囲気中で改質して改質ガスを生成するガス改質装置５と、ガス改質装置５からの改質ガスを冷却する堅型の煙管式ボイラ１０と、煙管式ボイラ１０へ給水源３０から給水される水をボイラ１０からの改質ガスを用いて予熱する給水予熱器２０とを備えている。
【００２２】
また給水予熱器２０の下流側には、バグフィルタ９が設けられ、バグフィルタ９の下流側には、改質ガスを洗浄するガス洗浄装置６が設けられている。ガス洗浄装置６により洗浄された改質ガスは、燃料ガス回収装置６ａにおいて燃料ガスとして回収され、その後燃料ガスは発電設備７へ送られて燃焼されて発電に供される。
【００２３】
この場合、発電設備７としては、ガスエンジン、ガスタービンまたは燃料電池等が考えられる。
【００２４】
次に図２により、煙管式ボイラ１０および給水予熱器２０について詳述する。図２に示すように煙管式ボイラ１０は、ケーシング１０ａと、ケーシング１０ａ内に配置され、ガス改質装置５から送られる改質ガスが流入する多数のチューブ１３とを有している。ケーシング１０ａには、図示しない気水ドラムからの水が給水される給水管１１と、ケーシング１０ａ内で生成した蒸気が排出する蒸気菅１２とが接続されている。
【００２５】
また、ケーシング１０ａ内には、チューブ１３内をブローするためのスートブローノズル１５が複数配置され、これらスートブローノズル１５には蒸気菅１２から排出された蒸気が流入するようになっている。さらに、ケーシング１０ａの下部には、ケーシング１０ａ内のダストを排出するロータリーバルブ１６が設けられている。
【００２６】
また給水予熱器２０は、ケーシング２０ａと、ケーシング２０ａ内をブローするためのスートブローノズル２５とを有している。またケーシング２０ａ下部には、ケーシング２０ａ内のダストを排出するためのサークルフィーダ２７およびロータリーバルブ２６が設けられている。スートブローノズル２５には、ボイラ１０の蒸気菅１２から排出された蒸気が流入するようになっている。
【００２７】
さらに、給水予熱器２０のケーシング２０ａには、給水源３０からの水をケーシング２０ａ内へ送って予熱するとともに、煙管式ボイラ１０側の汽水ドラムへ送る予熱ライン２２が設置されている。給水源３０からの水は、給水予熱器２０を経ることなく直接煙管式ボイラ１０の汽水ドラムへもバイパスライン２１を介して送ることができ、バイパスライン２１は予熱ライン２２に三方弁（切換弁）２３を介して接続されている。
【００２８】
また、給水予熱器２０のケーシング２０ａには、改質ガスをバグフィルタ９へ送る排出管２４が接続され、この排出管２４に温度計２８が取り付けられている。温度計２８からの信号は制御部２３ａに送られ、この制御部２３ａにより三方弁２３を駆動制御して、バイパスライン２１と予熱ライン２２への給水量を調整することができる。
【００２９】
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
【００３０】
まず、図１に示すように、熱分解装置４内で廃棄物１が熱分解して熱分解ガスを発生させる。熱分解ガスは下流側のガス改質装置５に流入し、このガス改質装置５において熱分解ガスが還元雰囲気において部分燃焼して約１１００℃の高温となる。このとき熱分解ガスはその中に含まれるタール分やダイオキシンなどを分解して、可燃性成分として水素、一酸化炭素を含む形質の改質ガスに改質される。
【００３１】
この改質ガス中には多量のダストが含まれ、ダストの成分の約９０％は炭素からなる。この改質ガス中のダストを取り除くために、後述のように改質ガスは、バグフィルタ９を通ることになる。この場合、バグフィルタ９の耐用温度が一般的に２５０℃以下であるため、改質ガスの温度を２５０℃以下にまで下げなくてはならない。さらに、改質ガスはその温度が３００〜５００℃であると、ガス中に含まれるダイオキシンの分解成分が再合成して、再びダイオキシンを生成してしまう可能性がある。このため、ダイオキシンの再合成の起こりにくい約２００℃までガスを冷却する必要がある。
【００３２】
このような点を考慮して、ガス改質装置５からの改質ガスは、煙管式ボイラ１０へ送られ、改質ガスの温度を下げると共に、改質ガスの保有する顕熱量を蒸気として熱回収を行う。この時、煙管式ボイラ１０におけるチューブ１３の温度が低温腐食領域と高温腐食領域の間の１５０℃〜３２０℃となるように蒸気の発生圧力を選定する必要がある。
【００３３】
すなわち、図３に示すように、管壁温度が１５０℃以下の場合、電気化学的腐食ゾーンとなって炭素銅鋼管からなるチューブ１３の電気化学的腐食が進行し、３２０℃〜４８０℃の場合、塩化鉄またはアルカリ鉄硫酸塩の生成による腐食が進行する。さらに４８０℃以上の場合、塩化鉄またはアルカリ鉄硫酸塩の分解により腐食が進行するとともに、ガス層における腐食が進行する。
【００３４】
このため、チューブ１３の温度は１５０℃〜３２０℃に定めることが望ましい。
【００３５】
本実施例においては、ボイラー１０として煙管式のものを採用し、またダストの排出性やチューブ清掃などのメンテナンス性にも優れた堅型のボイラを用いている。
【００３６】
なお、煙管式ボイラ１０の運動圧力は、ボイラ１０内の飽和蒸気圧が０．５〜１．５ＭＰａ（ゲージ圧）となるよう定められている。
【００３７】
また、飽和蒸気圧を０．８ＭＰａ（ゲージ圧）と定めてチューブの温度を１８０〜１９０℃程度とすることが好ましい。蒸発温度をもっと高く設定して飽和蒸気圧を２ＭＰａ程度にすると、腐食領域としてはより安全であるが、安価な煙管式ボイラ１０を作製することはむずかしい。また飽和蒸気圧を２ＭＰａ程度にすると、沸騰温度が約２００℃以上となってしまうために、改質ガス温度を２００℃まで下げるには、ボイラ１０後段の給水予熱器２０が大きくなってしまう。しかしながらこの場合、給水予熱器２０は低温腐食領域での使用を余儀なくされるため、形状が大きくなると支障が生じる。
【００３８】
この間、煙管式ボイラ１０においては、チューブ１３内にダストが付着することがある。この場合は、チューブ１３の流路を狭めて伝熱性能の低下およびガス流れの圧力損失の増大をもたらす。このような場合は、ダストの着いたチューブ１３内壁面に向かってスートブローノズル１５から蒸気を噴射する。このスートブローノズル１５はケーシング１０ａの入口、チューブ１３の１パス目入口、チューブ１３の１パス目と２パス目の間、およびチューブ１３の２パス目の入口に各々設けられている。
【００３９】
煙管式のボイラ１０ではチューブ１３の内側にダストが付くために、チューブ１３の外側にダストが付く水管式ボイラよりもダスト付着による伝熱性能の低下および圧力損失の増加への影響も考えられるが、最小限の蒸気噴射でチューブ１３内のダストを確実に除去できる。
【００４０】
また水管式のスートブロー（ダストブロー）においては、定置回転式など、チューブ外側に着くダストを払うのにかなりの量の蒸気を必要とするために、熱分解キルンやガス改質器など系統内の圧力が正圧側に振れてしまう危険性がある。系統内での圧力が正圧側に振れると人体に悪いガスが出るばかりでなく、空気と触れて燃焼してしまうという危険性がある。
【００４１】
これに対して本発明によれば、最小限の蒸気量でチューブ１３内側のダストを除去することができる。
【００４２】
なお、図２に示すように、スートブローノズル１５から噴射される蒸気は、ボイラ１０内で生じ蒸気菅１２から排出される蒸気が用いられる。
【００４３】
ところでスートブローノズル１５から蒸気を噴射すると、負圧に保っているガス系統が正圧側に振れることも考えられる。そこで本発明においては、通常−０．０５ｋＰＡに制御している熱分解装置４内の圧力を、スートブローノズル１５からの蒸気噴射時に−０．２ｋＰａと強めにドラフトすることにより、蒸気噴射により系統内圧力が正圧側に振れても系統が負圧を保つことができる。
【００４４】
次にボイラ１０からの改質ガスは、給水予熱器２０へ送られて更に２００℃以下まで冷却される。この給水予熱器２０内ではボイラ１０を出た改質ガスと給水源３０からの５０〜７０℃の水を熱交換させることにより、改質ガス温度をさらに冷却できるとともに発生蒸気量の増大に寄与することができる。しかしながら、改質ガス量が少なくなるような低負荷運転時やプラント立ち上げ時または立ち下げ時などにおいては、給水予熱器２０を必要としなくても十分に２００℃程度まで改質ガスを冷却でき、給水予熱器２０があることによって改質ガスが冷えすぎるという問題が出てくる。改質ガスが冷えすぎると、バグフィルタ９において改質ガス中の凝縮成分が結露して、ろ布を濡らしてしまうことがある。ろ布が濡れてしまうと、ダストがろ布から落ちなくなるため、改質ガスの流れが閉塞してしまう危険性がある。
【００４５】
そこで、本実施例においては、給水を給水予熱器２０へ送る予熱ライン２２と、給水予熱器２０をバイパスするバイパスライン２１とが設けられている。そして二つのライン２１，２２への分岐作用は３方弁２３により行われる。
【００４６】
すなわち、バグフィルタ９への改質ガスの入口温度が温度計２８により測定され、この測定値が設定値より高くなったら、三方弁２３の開度を制御部２３ａにより制御して、予熱ライン２２に多く給水が流れるようにする。同様にして、改質ガス温度が低くなると、三方弁２３の開度を制御してバイパスライン２１に給水を多く導くようにする。上記のような方法によりバグフィルタ９入口の改質ガス温度を制御することができる。
【００４７】
また給水予熱器２０内において、必要に応じてスートブローノズル２５からケーシング２０ａ内に蒸気が噴射される。
【００４８】
その後、給水予熱器２０からの改質ガスはバグフィルタ９に入ってダストが除去される。ダストが除去された改質ガスは、その後ガス洗浄設備６へ送られて洗浄され、燃料ガス回収装置６ａにより燃料ガスとして回収されて発電設備７へ送られる。
【００４９】
このように本実施の形態によれば、ガス改質装置５により生成した改質ガスを煙管式ボイラ１０において確実に冷却することができる。この場合、ボイラ１０として、温度を適宜選定することによりチューブの腐食を生じさせにくい煙管式ボイラを用いることにより、ボイラ１０内におけるチューブ１３の腐食およびダストの付着を確実に防止することができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、廃棄物を熱分解装置において熱分解することにより生じる熱分解ガスを、ガス改質装置において改質して改質ガス生成することができる。その後、この改質ガスを煙管式ボイラで冷却することにより、確実に冷却することができる。この際、煙管式ボイラのチューブ内における腐食およびダストの腐食を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による廃棄物処理システムの一実施の形態を示す概略図。
【図２】煙管式ボイラと給水予熱器とを示す図。
【図３】炭素銅鋼管の管型温度と腐食温度との関係を示す図。
【符号の説明】
４  熱分解装置
５  ガス改質装置
６  ガス洗浄装置
７  発電設備
１０  煙管式ボイラ
１０ａ  ケーシング
１３  チューブ
１５  スートブローノズル
２０  給水予熱器
２０ａ  ケーシング
２１  バイパスライン
２２  予熱ライン
２３  三方弁
２３ａ  制御部
２８  温度計
３０  給水源
【図１】
0003935349.tif 000002
【図２】
0003935349.tif 000003
【図３】
0003935349.tif 000004