JP2005139338A - 移動床式ガス化炉の燃焼帯の温度計測方法および廃棄物ガス化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 廃棄物のガス化を安定化させること。
【解決手段】 縦型のガス化炉１内に廃棄物を投入して充填層を形成し、充填層の下方から酸化剤ガスを供給して部分燃焼による燃焼帯３１と熱分解帯３３とを順次形成し、炉底部から抜き出す燃焼残渣の抜き出し量を変化させて所定炉高位置の温度変化を計測（２０〜２３）することにより、燃焼帯の最高温度を検知することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、廃棄物の移動床式ガス化炉における燃焼帯の温度計測方法およびこれを適用してなる廃棄物ガス化装置に関する。

廃棄物を処理する方法として、廃棄物をガス化炉に投入して充填層を形成し、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、乾燥帯を形成させることにより廃棄物をガス化する移動床式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、熱分解帯で生成された熱分解ガスの熱により、乾燥帯の廃棄物を乾燥できる。また、熱分解ガスが乾燥帯を上昇する過程で、熱分解ガスに含まれる飛灰等が除去されるから、比較的清浄な熱分解ガスが得られる。

特表２０００−５１７４０９号公報

しかしながら、上記の技術では、炉高方向に移動し得る燃焼帯の温度計測方法について配慮されておらず、燃焼帯温度の正確な測定ができないという問題がある。

ここで、廃棄物の燃焼帯温度についてみると、移動床式ガス化炉は、燃焼帯の燃焼熱により熱分解帯が加熱され、熱分解ガスを生成するため、燃焼帯温度はガス化効率を考慮して、例えば、約１０００℃以上の高温域に管理されている。この場合、特に、燃焼帯の最高温度を検知して温度管理する必要がある。

そこで、燃焼帯の最高温度を計測する方法として、ガス化炉の炉高方向に複数の温度センサを配置して、直接または間接的に温度を検出する方法が考えられる。しかし、燃焼帯の厚みは一般に充填層の全厚みに対し薄いため、例えば、燃焼帯の最高温度位置が温度センサ同士の間に存在すると、温度が正確に測定できないという問題がある。また、温度センサの設置数量が増加して不経済となる。

本発明は、燃焼帯の最高温度を検知することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、縦型のガス化炉内に廃棄物を投入して充填層を形成し、充填層の下方から酸化剤ガスを供給して部分燃焼による燃焼帯と熱分解帯とを順次形成し、炉底部から抜き出す燃焼残渣の抜き出し量を変化させて所定炉高位置の温度変化を計測して、燃焼帯の最高温度を検知することを特徴とする。

すなわち、本発明は、燃焼残渣の抜き出しを停止すると燃焼帯が上方に移動し、抜き出しを行うと燃焼帯が下方に移動することを利用して、燃焼帯の最高温度を検知することを特徴とする。つまり、燃焼帯が通過する炉高位置の温度変化を測定し、温度変化のピークを検知することにより燃焼帯の最高温度を検知できる。

このようにして、底部から充填層の燃焼残渣の抜き出しと停止を繰り返すことにより、温度センサが設けられた所定炉高位置を燃焼帯が繰り返し通過するから、継続的に燃焼帯の最高温度を検知することができる。また、検知された最高温度に基づいて酸化剤ガスの供給量等を調整することにより、燃焼帯温度の変動が低減され、ガス化効率を安定化することができる。

本発明の廃棄物ガス化装置は、炉の上部に廃棄物が投入される投入口を有する縦型のガス化炉と、ガス化炉内の廃棄物の充填層に下方から酸化剤ガスを供給して部分燃焼による燃焼帯と熱分解帯を順次形成する酸化剤供給手段と、ガス化炉の上方に設けられる生成ガスの排出口と、充填層の所定炉高位置の温度変化を検知する温度センサと、ガス化炉の底部から燃焼残渣を抜き出す抜出機と、温度センサの検出温度に基づいて抜出機の抜き出し量を制御して燃焼帯の最高温度を求める温度計測手段とを備えることにより実現する。

この場合において、酸化剤供給手段は、温度計測手段により求められた燃焼帯の最高温度に基づいて酸化剤ガスの供給量を制御することが好ましい。また、温度計測手段は、検出温度の変化のピークを検知した後に燃焼残渣の抜き出しを開始又は停止するようにする。

本発明によれば、移動床式ガス化炉の燃焼帯最高温度を検知することができる。

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１は、本発明の廃棄物ガス化方法を適用してなる移動床式廃棄物ガス化装置の主要部を示す構成図である。ここで、本実施形態の廃棄物ガス化装置は、一般ごみや産業廃棄物、バイオマスなどのガス化に好適に使用されるが、これに限定されるものではない。

図に示すように、本実施形態の廃棄物ガス化装置（以下、単に、ガス化装置という。）は、筒状縦型に形成されたガス化炉１の容器３の頂部に、廃棄物を貯蔵するホッパ５を備え、ホッパ５から切り出される廃棄物は、例えばスクリューコンベア７により搬送され、投入口９から容器３内に供給されるようになっている。

ガス化炉１は、頂部の側壁に生成ガス（熱分解ガス）を排出する排出口１１が形成され、底部に燃焼用の酸化剤ガス（空気または酸素等）及び水性ガス化剤（水蒸気等）を供給するガス化剤供給口１３を備えている。このガス化剤供給口１３は、例えば、ガス化炉１の底部を形成する回転式抜き出し機１５の回転軸１７の先端に形成され、ガス供給ラインから回転軸１７内を通流して供給された酸化剤ガスと水蒸気とをガス化炉１内に、例えば放射状に供給するようになっている。回転式抜き出し機１５の回転軸１７はモータ１８に連結され、回転軸１７が回転することにより回転式抜き出し機１５の回転羽が廃棄物の燃焼残渣等を半径方向に抜き出して排出口１９から排出するようになっている。なお、上記のガス化剤供給口１３は、ガス化炉１の横断面方向に酸化剤ガスと水蒸気とを均一に供給する構成であれば、本実施形態に限定されるものではない。

また、容器３の側壁には、炉高方向に温度センサ２０〜２３が、例えば等間隔で４段配設されている。すなわち、炉高方向の所定範囲に複数の温度センサを多段配置して、経時的に温度を測定することにより、各温度センサにおいて温度の時間変化が検知され、温度勾配の変化点からピーク温度、つまり充填層の最高温度を読み取ることができる。本実施形態では、検出された温度から、図示しない制御装置によりピーク温度が演算されるようになっている。なお、温度センサはガス化炉１の同一高さ位置に周方向で複数配置するようにしてもよい。

また、充填層の最高温度に基づいて、ガス化剤供給口１３から炉内に供給される酸化剤ガス及び水性ガス化剤の量が調整され、最高温度の炉高位置に基づいて、回転式抜き出し機１５のモータ１８の回転数が制御されるようになっている。

次に、本実施形態のガス化装置の動作について説明する。先ず、破砕された廃棄物が適宜乾燥され、投入口９からガス化炉１に連続的に投入される。ガス化炉１に投入された廃棄物は、底部から炉内に充填されて充填層を形成する。廃棄物の投入量は少なくとも、ガス化炉１の頂部に空間が形成するように調整される。

このようにして廃棄物が充填されたガス化炉１にガス化剤供給口１３から酸化剤ガスを供給するとともに、図示していない着火用熱風発生器から高温空気（例えば、４００℃以上）を吹き込むことで着火させる。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排出口１１から排出される。

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、炉底部近傍に安定した燃焼帯３１が形成され、その上部には熱分解帯３３が形成され、さらに上部に廃棄物の乾燥帯３５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ことから、その温度域を超えた廃棄物の充填層の領域が熱分解帯３３になる。熱分解帯３３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）と、不燃性の熱分解残渣が生成される。ここで生成されたチャーは、燃焼帯３１に流下して燃焼され、燃焼帯３１の温度は約１０００℃以上になる。また、熱分解帯３３で生成されたチャーの一部は、ガス化剤供給口１３から供給される水性ガス化剤と反応してＣＯ、Ｈ_２が生成される。

このようにして生成された熱分解ガスと水性ガスが混合された生成ガスは、上層の廃棄物の隙間を通流する間に、廃棄物を乾燥する乾燥帯３５を形成し、これにより減温（例えば、約２００℃）されて、ガス化炉１の頂部の排出口１１から排出される。また、燃焼帯３１で発生する飛灰が生成ガスに同伴しても、乾燥帯３５に充填された廃棄物の層がフィルタの役目をして捕集し、排出口１１から流出する飛灰の量を低減できる。

一方、乾燥帯３５で乾燥された廃棄物は、次第に熱分解帯３３に移動して熱分解処理され、続いて燃焼帯３１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３１の下層に形成される冷却帯３７を流下し、回転式抜き出し機１５により排出口１９に送られて炉外に排出される。なお、炉外に排出された灰分や不燃物、不燃ペレット等は、分別処理される。

ところで、廃棄物は種々の可燃物を含むため、発熱量が変動し、燃焼帯３１の温度が変動する場合がある。この燃焼帯３１は、酸化剤ガスの供給量などにより廃棄物のガス化を考慮した温度範囲に設定されるため、例えば、発熱量が低下して燃焼温度が低下すると、ガス化効率が低下し、反対に発熱量が増加して燃焼温度が増加すると、灰分が溶融するおそれがある。つまり、燃焼帯温度が設定された温度範囲を外れると、廃棄物のガス化効率が不安定になる。

そのため、ガス化炉１の運転中は、燃焼帯３１の最高温度をできるだけ継続して測定し、異常温度が検知された場合は早期に対応することが望まれる。しかしながら、燃焼帯３１は、例えば、炉底部からの抜き出しを停止すると、廃棄物の燃焼とともに燃焼残渣などを下層に形成しながら上方に移動するため、抜き出し量を調整し、燃焼帯３１の炉高位置を保持しながら燃焼帯３１の温度を常時計測する場合、制御が複雑化するという問題がある。また、燃焼帯３１の厚みは一般に充填層の全厚みに対し薄いため、炉高方向に複数の温度センサを設けても、最高温度位置が温度センサ同士の間に挟まれる場合も想定されるため、検出温度が最高温度であるか否かの判断が困難となる。

そこで、本実施形態では、炉高方向の所定範囲に温度センサ２０〜２３を多段配置し、回転式抜き出し機１５の動作を制御して燃焼帯３１をその範囲内で移動させることにより、充填層の最高温度及びその位置を特定するようにしている。

図２は、各温度センサ２０〜２３が充填層の温度変化を測定した結果を示す線図である。図において横軸は時間、縦軸は温度を表し、Ｔ１〜Ｔ４は、それぞれ温度センサ２０〜２３に対応している。図に示すように、各温度センサが検知した温度の時間変化はいずれも山型の曲線を示し、ピークとなる温度勾配の変化点から最高温度を検知することができる。また、炉高方向に等間隔で配置される温度センサ２０〜２３のピーク位置を比較すると、最高温度位置が時間経過とともに少しずつ上方に移動していることが解る。ちなみに、各温度センサのピークが、ほぼ直線（図の点線）で結ばれることから、燃焼帯３１は一定の速さで上方に移動していることが解る。

本実施形態によれば、炉高方向の所定範囲に渡って複数の温度センサ２０〜２３がそれぞれ温度の経時変化を計測し、得られた結果に基づいて、制御装置が演算処理することにより、ピークが検知され、最高温度及びその炉高位置が特定される。この場合において、検出温度のばらつきを考慮してサンプリング間隔を適宜調整することにより、温度勾配の変化点となるピーク位置を正確に読み取ることができる。

また、本実施形態では、最高温度位置を所定の炉高範囲に維持するために底部から燃焼残渣を抜き出す量を制御している。具体的には、先ず、回転式抜き出し機１５を停止させた状態で燃焼帯３１を上方に移動させ、最上部の温度センサ２３が検知する温度が増加した後に減少に転じ、所定時間経過した後、回転式抜き出し機１５を稼動させるようにする。そして、燃焼帯３１が下方に移動し、最下部の温度センサ２０が検知する温度が増加した後に減少に転じ、所定時間経過した後、回転式抜き出し機１５を停止させるようにする。この場合において、温度勾配の変化を検知した後、所定時間待機させてから、回転式抜き出し機１５を稼動させることにより、ピークの検出精度は向上する。

このような制御を繰り返し行い、温度センサ２０〜２３の炉高範囲を燃焼帯３１が繰り返し通過するように回転式抜き出し機１５を間欠運転させることにより、燃焼帯３１の最高温度を継続的に測定することができる。ここで、温度センサ２０〜２３を配置する炉高範囲は、充填層の高さやガス化効率などに基づいて決められる。

以上述べたように、本実施形態によれば、燃焼残渣の抜き出し量を変化させて燃焼帯３１の炉高位置を移動させ、燃焼帯３１が通過する炉高位置の温度を経時的に測定することにより、燃焼帯３１の最高温度を検知することができる。そして、検知された温度に基づいて、必要であれば、酸化剤供給量などを調整することにより、燃焼帯３１の温度は安定化され、ガス化効率の向上および安定化を図ることができる。また、最高温度位置を検知して、これを所定の炉高範囲に制御することにより、最高温度を継続的に検知することができる。

なお、本実施形態では、温度センサを炉高方向に複数設ける例を説明したが、最高温度を検知するには、基本的に温度センサは１個あればよい。この場合、１個の温度センサがピークを検知すると、燃焼残渣の抜き出しを開始または停止するように制御することにより、継続的な温度管理が可能となる。

本発明の廃棄物ガス化方法を適用してなる移動床式廃棄物ガス化装置の一部を示す構成図である。 炉高方向に配置された各温度センサが充填層の温度変化を測定した結果を示す線図である。

符号の説明

１ ガス化炉
９ 投入口
１３ ガス化剤供給口
１５ 回転式抜き出し機
１８ モータ
１９ 排出口
２０，２１，２２，２３ 温度センサ
３１ 燃焼帯
３３ 熱分解帯

Claims (5)

1. 縦型のガス化炉内に廃棄物を投入して充填層を形成し、該充填層の下方から酸化剤ガスを供給して部分燃焼による燃焼帯と熱分解帯とを順次形成し、炉底部から抜き出す燃焼残渣の抜き出し量を変化させて所定炉高位置の温度変化を計測して、前記燃焼帯の最高温度を検知することを特徴とする移動床式ガス化炉の燃焼帯の温度計測方法。
2. 炉の上部に廃棄物が投入される投入口を有する縦型のガス化炉と、該ガス化炉内の前記廃棄物の充填層に下方から酸化剤ガスを供給して部分燃焼による燃焼帯と熱分解帯を順次形成する酸化剤供給手段と、前記ガス化炉の上方に設けられる生成ガスの排出口と、前記充填層の所定炉高位置の温度変化を検知する温度センサと、前記ガス化炉の底部から燃焼残渣を抜き出す抜出機と、前記温度センサの検出温度に基づいて前記抜出機の抜き出し量を制御して前記燃焼帯の最高温度を求める温度計測手段とを備えてなる廃棄物ガス化装置。
3. 前記酸化剤供給手段は、前記温度計測手段により求められた前記燃焼帯の最高温度に基づいて前記酸化剤ガスの供給量を制御することを特徴とする請求項２に記載の廃棄物ガス化装置。
4. 前記温度計測手段は、前記検出温度のピークを検知すると、前記燃焼残渣の抜き出しを開始又は停止することを特徴とする請求項２または３に記載の廃棄物ガス化装置。
5. 前記温度センサは、前記充填層の炉高方向に複数配置され、前記温度計測手段は、高い位置の温度センサの前記検出温度がピークを検知すると、前記燃焼残渣の抜き出しを開始し、前記燃焼残渣の抜き出し中に低い位置の温度センサの前記検出温度がピークを検知すると、前記燃焼残渣の抜き出しを停止することを特徴とする請求項２または３に記載の廃棄物ガス化装置。
   

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