JP2002053875A - 循環型流動床式ガス化炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 循環型の流動床式ガス化炉に設けられている
固−気分離装置からのリターンラインの閉塞を防止する
技術を提供すること。 【解決手段】 本発明は、熱分解により可燃性ガスを生
成する炉体１２と固−気分離装置２４の固体排出口３０
との間に接続され、固−気分離装置で分離された固体粒
子を炉体に戻すリターンライン３２を具備する循環型流
動床式ガス化炉１０において、固−気分離装置のガス排
出口２６に接続されたガスライン２８に設けられ、固−
気分離装置からの高温の可燃性ガスを高熱源として他の
ガスを昇温する熱交換器５４と、熱交換器により昇温さ
れた前記他のガスをリターンライン３２内に導入するた
めのガスライン６６とを備えたことを特徴とする。この
構成では、リターンライン内が加熱されるので、固体粒
子の粘着性が増すことがなく、リターンライン内を固体
粒子は円滑に移動することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば都市ごみ熱
分解ガス化溶融設備のような設備において用いられるガ
ス化炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】ごみ処理設備においては、ダイオキシン
類や重金属類の処理が問題となっている。一方、主とし
て炭水化物からなる都市ごみはガス化することが可能で
あるため、将来の有望な未利用エネルギ源として非常に
注目されるようになっている。

【０００３】従って、ダイオキシン類や重金属類の発生
を実質的に防止すると共に都市ごみをガス化してエネル
ギ源として提供しうる設備として、都市ごみ熱分解ガス
化溶融設備が脚光を浴びるようになってきており、更な
る改良を加えるため様々な開発が行われてきた。

【０００４】この熱分解ガス化溶融設備では従来から流
動床式のガス化炉が一般に用いられている。流動床式ガ
ス化炉は、炉体であるライザ内にごみ投入口から焼却対
象となる都市ごみ（得られる可燃性ガスの単位体積当た
りの化学的エネルギを高めるべく、ごみ乾燥装置により
乾燥された都市ごみ）を投入すると共に、空気口から導
入した高温の空気によりごみを撹拌、流動させて燃焼さ
せるものである。この結果、熱分解により形成された可
燃性の熱分解ガスは、ガスラインを通して、ガス処理系
に送られる。しかしながら、この熱分解ガスには、流動
媒体や灰が混入しているため、これを分離してライザに
戻すために、ガスラインには、サイクロンのような固−
気分離装置が設けられており、この固−気分離装置によ
り分離された固体粒子は、ダウンカマーと称されるリタ
ーンラインを経てライザに戻される。なお、ライザ内で
ごみの熱分解により生成された炉底灰、いわゆるチャー
は、ライザの下部から取り出され、溶融炉に送られて溶
融され、ガラス質のスラグとして回収される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
循環型の流動床式ガス化炉では、固体粒子によりリター
ンラインが閉塞するという問題点がある。

【０００６】この問題点に対しては、リターンライン内
に窒素ガス等を下流側に向けてパルス的に吹き込んで、
閉塞の防止を図っている。しかしながら、このような手
段を採っても、リターンラインの閉塞が生ずることがあ
る。

【０００７】そこで、本発明の目的は、循環型の流動床
式ガス化炉に設けられている固−気分離装置からのリタ
ーンラインの閉塞を防止する技術を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者は種々検討した結果、リターンライン内を
固体分が通過する際、放熱等によりリターンライン内の
温度が下がり、固体粒子がリターンラインの内壁面に付
着しやすくなることを見出した。すなわち、ガス化炉の
底部の流動層の中では８００℃、ガス化炉の上部及び固
−気分離装置内では９００℃の高温となっているが、リ
ターンライン内の中間部では６００℃を下回っているた
め、リターンライン中の気体成分の一部が凝縮してリタ
ーンラインの内壁面に付着すると共に、固体粒子の表面
が粘着性を呈するようになる。これにより、固体粒子が
リターンラインの内壁面に付着堆積し、やがて閉塞する
に至ると考えた。

【０００９】本発明は、かかる知見に基づいてなされた
ものであり、内部で流動層が形成され、熱分解により可
燃性ガスを生成する炉体と、この炉体の上部に接続さ
れ、炉体からの可燃性ガスに含まれている固体粒子を分
離する固−気分離装置と、固−気分離装置の固体排出口
と炉体との間に接続され、固−気分離装置で分離された
固体粒子を炉体に戻すリターンラインとを具備する循環
型流動床式ガス化炉において、固−気分離装置のガス排
出口に接続されたガスラインに設けられ、固−気分離装
置からの高温の可燃性ガスを高熱源として他のガスを昇
温する熱交換器と、熱交換器により昇温された前記他の
ガスをリターンライン内に導入するために熱交換器とリ
ターンラインの所定位置との間に接続されたガスライン
とを更に備えたことを特徴としている。

【００１０】このような構成においては、熱交換器で高
温とされたガスがリターンライン内に導入されライン内
部を加熱するため、固体粒子の粘着性が増すことがな
く、リターンライン内を固体粒子は円滑に移動すること
ができる。

【００１１】熱交換器に導入される前記他のガスとして
は、固−気分離装置からの可燃性ガスの一部であって、
冷却されたものを用いることが好ましい。固−気分離装
置からのガスはガス化炉で生成されたガスそのものであ
るため、リターンラインから炉体内に戻しても、熱分解
に悪影響を及ぼすことがないからである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明の好適な
実施形態について詳細に説明する。

【００１３】図１は、本発明による循環型の流動床式ガ
ス化炉及びその下流側の構成を示している。図示のシス
テムは、一般廃棄物や産業廃棄物等の有機物を含むごみ
をガス化炉１０で熱分解し、この熱分解で生じる可燃性
の熱分解ガスを、灰や有害物質を除去した清浄な可燃性
ガスとして回収しようとするものである。

【００１４】ガス化炉１０は、炉体である縦長円筒形状
のライザ１２を備えている。ライザ１２の底部には燃焼
・流動用の高温空気を導入する空気口１４が設けられ、
中間部にはごみを投入するごみ投入口１６、上部には熱
分解ガスを排出するガス出口１８が設けられている。ま
た、ライザ１２内部の底部には、空気口１４から導入さ
れた空気を分散させて上方に流すための空気分散板２０
が設けられている。

【００１５】ライザ１２の上部のガス出口１８にはガス
ライン２２を介して固−気分離装置２４が接続されてい
る。この固−気分離装置２４としては種々の型式のもの
があるが、本実施形態ではサイクロンを利用している。
サイクロン２４のガス排出口２６にはガスライン２８が
接続され、このガスライン２８は更にガス処理系に接続
されている。一方、サイクロン２６の底部の固体排出口
３０からはダウンカマーと称されるリターンライン３２
が下方に延び、その下端はライザ１２の中間部側面に接
続されている。

【００１６】ガス化炉１０は、ライザ１２内に投入され
たごみを約９００℃で熱分解し、この熱分解により生じ
た炉底灰等、いわゆるチャーを底部開口部３４から適宜
排出すると共に、ガス化炉１０で生成された可燃性の熱
分解ガスを、付設されているサイクロン２４に送出す
る。サイクロン２４では、遠心作用により固体粒子と気
体とを分離し、分離した固体粒子をリターンライン３２
を通してライザ１２に戻すと共に、固体粒子が分離され
た可燃性ガスをガスライン２８を経てガス処理系に送る
ようになっている。

【００１７】ガス処理系は、サイクロン２４のガス排出
口２６にガスライン２８を介して接続されたガス冷却装
置３６と、このガス冷却装置３６のガス排出口３８にガ
スライン４０を介して接続されたバグフィルタ（集塵
器）４２とを備えている。

【００１８】ガス冷却装置３６では、サイクロン２４か
ら送られてきた約９００℃の高温の可燃性ガスを約２０
０℃以下まで冷却し、バグフィルタ４２では、この可燃
性ガスに未だ同伴している飛灰等の微粒子を除去する。
なお、図１ではガス冷却装置３６は１基だけ示している
が、必要に応じて複数基設けてもよい。

【００１９】バグフィルタ４２のガス排出口４４から排
出された清浄な可燃性ガスはガスライン４６を経由して
溶融炉や燃焼炉等（図示せず）に送られ、チャーの溶融
や蒸気タービンの駆動等に利用されるが、本実施形態で
は、ガスライン４６からは分岐ガスライン４８が延び、
清浄な可燃性ガスの一部がこの分岐ガスライン４８を経
て取り出されるようになっている。

【００２０】分岐ガスライン４８の先端部にはブロワ
（ポンプ）５０の吸引口が接続されている。また、ブロ
ワ５０の吐出口からはガスライン５２が延び、熱交換器
５４に接続されている。従って、ブロワ５０を駆動する
ことで、バグフィルタ４２から排出された可燃性ガスの
一部が熱交換器５４に送られることとなる。

【００２１】熱交換器５４は、サイクロン２４からの高
温の可燃性ガスと、バグフィルタ４２から排出された低
温の可燃性ガスとの間での熱交換を行うものである。図
２は一例として熱交換器５４の具体的な構造を示してい
る。図２に示す熱交換器５４は、ガスライン２８を構成
する耐熱管の管壁を貫通して設置される多数の熱交換管
５６を備えている。各熱交換管５６は、外管５８と、こ
の外管５８内に同軸に配置された内管６０とからなる二
重管構造となっており、外管５８は高温下でも損耗なく
使用し得るように、耐熱金属或いは金属にＳｉＣ等の耐
熱セラミック膜を被覆したもの、或いはＳｉＣ等の耐熱
セラミック・ソリッドで製造されている。外管５８の基
端部は耐熱管２８の外部に配置され、内管６０の基端部
は外管５８の基端部から外部に突出されている。内管６
０の基端部には、ガスライン５２からマニホールド等を
経て可燃性ガスを受け入れるガス入口６２が設けられて
いる。また、耐熱管２８の内部に配置される外管５８の
先端部は閉じており、内管６０の先端部は開放されてい
る。従って、内管６０のガス入口６２から導入された可
燃性ガスは、内管６０の先端から出て、外管５８と内管
６０との間の環状スペースを通り、外管５８の基端部に
形成されたガス出口６４から排出される。耐熱管２８の
内部には約９００℃の可燃性ガスが流通しているので、
熱交換管５６の内部を流れる低温の可燃性ガスは９００
℃近くまで昇温する。

【００２２】各熱交換管５６のガス出口６４はマニホー
ルド等を介してガスライン６６（図１参照）に接続され
ている。このガスライン６６とは、熱交換により９００
℃近くまで昇温した高温ガスが流れるため、リターンラ
イン３２やガスライン２８と同様に、内面にキャスタブ
ル・ライニングが施された金属管のような耐熱管から構
成されていることが必要となる。

【００２３】ガスライン６６の先端部は複数本に分岐
し、それぞれリターンライン３２の中間部の適所に接続
され、高温の可燃性ガスがリターンライン３２の内部に
流入するようになっている。

【００２４】上記から理解されるであろうが、本実施形
態では、システムを運転すると、ガス化炉１０で熱分解
により生成された可燃性の熱分解ガスは、サイクロン２
４により比較的大きな固体粒子が除去された後、ガス冷
却装置３４により冷却され、バグフィルタ４２で固体微
粒子が除去され、清浄なものとされる。そして、この清
浄な低温の可燃性ガスの一部がブロワ５０により取り出
される。ここで注意すべきことは、ブロワ５０は特殊な
ものでなく、一般的なもので足る点である。すなわち、
一般的なブロワは、その構成上、２００℃以上のガスを
輸送することが困難であるが、図示の位置ではブロワに
吸引される可燃性ガスの温度は２００℃以下であるの
で、特殊なブロワを開発する必要がない。

【００２５】ブロワ５０からガスライン５２を経て熱交
換器５４に導入された清浄な可燃性ガスは、サイクロン
２４からの高温の可燃性ガスと熱交換し、９００℃近く
まで温度が上昇する。逆に、サイクロン２４からの可燃
性ガスは熱交換により冷却されるため、後段のガス冷却
装置３４での冷却に必要なエネルギを低減することがで
きる。

【００２６】熱交換により高温となった可燃性ガスがリ
ターンライン３２に導入されると、リターンライン３２
内は６００〜８００℃の高温状態で維持されることにな
る。従来であれば、リターンライン３２内の温度は放熱
等により６００℃を下回るが、本実施形態では６００℃
以上の高温状態が確保されるので、サイクロン２４から
リターンライン３２を流下する気体成分の凝縮を抑制す
ることができ、固体粒子の表面やリターンライン３２の
内壁面がべと付くことがない。従って、固体粒子はリタ
ーンライン３２内を円滑に流れ、ライザ１２内に確実に
戻され、リターンライン３２の閉塞を防止することがで
きる。

【００２７】なお、リターンライン３２内が高温状態を
維持することにより閉塞を防止するため、リターンライ
ン３２に導入される高温の可燃性ガスの流量は僅かでよ
い。また、高温ガスの導入位置は放熱が最も起きやすい
部分が好ましいが、高温ガスがリターンライン３２の内
壁面に沿って流れるような場合には、特にそのような位
置に限る必要性もない。

【００２８】リターンライン３２に導入された高温の可
燃性ガスは最終的にはライザ１２に流入するが、この可
燃性ガスはガス化炉１０で生成されたガスの一部である
ので、ガス化炉１０のライザ１２内に戻されても、熱分
解に悪影響を及ぼすことはない。

【００２９】以上、本発明の好適な実施形態について詳
細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない
ことはいうまでもない。

【００３０】例えば、上記実施形態では、生成された可
燃性ガスの一部をリターンラインに戻す構成を採ってい
るが、リターンラインへの導入量は僅かでよいので、他
のガス、例えば窒素ガスを熱交換器に送って加熱した
後、リターンラインに送り込んでもよい。

【００３１】また、上記実施形態では、ガス化炉はごみ
を熱分解するためのものであるが、石炭から可燃性ガス
を取り出すためのガス化炉にも本発明は適用可能であ
る。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、循
環型の流動床式ガス化炉における固−気分離装置から炉
体へのリターンラインの閉塞を有効に防止することがで
きる。従って、リターンラインの閉塞に起因するガス化
炉の熱分解効率の低下や運転停止という事態を回避ない
しは低減することができ、システムの運転効率が向上す
ることになる。

【００３３】また、リターンラインに導入するガスの昇
温を固−気分離装置からの高温の可燃性ガスの熱を利用
しているので、熱エネルギの有効利用となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による循環型流動床式ガス化炉の一実施
形態を示す概略説明図である。

【図２】図１のガス化炉で用いられる熱交換器の一例を
示す断面図である。

【符号の説明】

１０…ガス化炉、１２…ライザ（炉体）、２４…サイク
ロン（固−気分離装置）、２６…ガス排出口、２８…ガ
スライン、３０…固体排出口、３２…リターンライン、
３６…ガス冷却装置、４２…バグフィルタ、４８…分岐
ガスライン、５０…ブロワ、５２…ガスライン、５４…
熱交換器、６６…ガスライン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ０４Ｃ 9/00 Ｂ０９Ｂ 3/00 ＺＡＢ Ｆターム(参考） 4D004 AA46 AB03 AB07 AC05 CA27 CA29 CA32 CA42 CB04 CB31 CC02 DA02 DA06 4D053 AA03 AB01 BA01 BB02 BC01 BD04 CD30 CE05 DA02 DA06 4G070 AA01 AB06 BA08 BB32 CA26 CB02 CB17 CB19 CC02 DA02 DA23

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部で流動層が形成され、熱分解により
   可燃性ガスを生成する炉体と、 前記炉体の上部に接続され、前記炉体からの可燃性ガス
   に含まれている固体粒子を分離する固−気分離装置と、 前記固−気分離装置の固体排出口と前記炉体との間に接
   続され、前記固−気分離装置で分離された固体粒子を前
   記炉体に戻すリターンラインと、 前記固−気分離装置のガス排出口に接続されたガスライ
   ンに設けられ、前記固−気分離装置からの高温の可燃性
   ガスを高熱源として他のガスを昇温する熱交換器と、 前記熱交換器により昇温された前記他のガスを前記リタ
   ーンライン内に導入するために前記熱交換器と前記リタ
   ーンラインの所定位置との間に接続されたガスラインと
   を備える循環型流動床式ガス化炉。
2. 【請求項２】 前記熱交換器に導入される前記他のガス
   が、前記固−気分離装置からの可燃性ガスの一部であっ
   て、冷却されたものであることを特徴とする請求項１に
   記載の循環型流動床式ガス化炉