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JP3973919B2 - High temperature gasifier - Google Patents
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可燃性廃棄物を低温にて部分燃焼(不完全燃焼)させて生成した不燃性物質を含む粒子と可燃性炭素質粒子とを浮遊状態で含有する可燃性気体を、旋回させながら高温にて部分燃焼させるガス化システムに好適に用いることができる高温ガス化炉に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
都市ゴミ、下水汚泥、廃プラスチック、バイオマス廃棄物、シュレッダダスト、及び廃油に代表される可燃性廃棄物は、現状としては再利用されるものはごく僅かであって、未処理のまま埋め立て処分されているものもあるが、一般的には、焼却処理によって減容化と無害化がなされて最終処分場に堆積される。
【0003】
従来より、可燃性廃棄物の焼却処理には、ストーカ炉や流動層炉が用いられている。しかし、ストーカ炉や流動層炉は可燃性廃棄物を完全に焼却処理するには大量の空気を要するため排ガス量も多くなる。また、可燃性廃棄物に含まれている金属も可燃性廃棄物の焼却処理と同時に酸化されるので、可燃性廃棄物に含まれている金属を再利用することが難しいという問題がある。さらに、可燃性廃棄物の焼却処理後の不燃性物質(灰分)の減容化を目的として、溶融設備等を上記の焼却処理設備に併設するところも増えているが、設備全体の建設コストや運転コストを押し上げる結果となっている。
【0004】
従って、近年、可燃性廃棄物を流動層炉を用いて比較的低温にて部分燃焼(不完全燃焼)させて、燃性物質(灰分)を含む粒子と可燃性炭素質粒子(チャー)とを含む可燃性気体(例:水素ガス、一酸化炭素ガス、炭化水素ガス、タール)を生成させると共に、可燃性廃棄物に含まれていた金属を未酸化の状態で取り出す低温ガス化炉と、可燃性気体及び可燃性炭素質粒子を燃焼させ、その燃焼熱を利用して炉内を高温にして不燃性物質をスラグ化、減容化する高温燃焼炉を組み合わせた可燃性廃棄物の二段燃焼処理装置が開発されている(特開平7−332614号公報参照)。
【0005】
また、WO98/10225号公報には、可燃性廃棄物の二段ガス化処理装置に用いることができる高温ガス化炉が提案されている。ここに提案されている高温ガス化炉は、可燃性炭素質粒子を含む可燃性気体を内部で旋回させながら部分燃焼させる円筒状燃焼室、スロート部、そして円筒状燃焼室で生成した生成ガスとスラグとを分離する不燃性物質分離室(スラグ分離室)が、円筒状燃焼室を上方に配置して縦方向にて一体的に結合した構造となっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
前記WO98/10225号公報に記載されている高温ガス化炉は、縦に長い形状となっているので、広い設置場所を必要としないという利点がある。
しかしながら、本発明者による検討の結果、上記の高温ガス化炉では円筒状燃焼室で生成したスラグは、そのほとんどが溶融した状態(以下、溶融状態のスラグを溶融スラグという)で円筒状燃焼室の側面壁を流下し、残りが生成ガスと共に旋回しながら、スロート部を通って不燃性物質分離室に到達するようになっているため、次に述べるような問題があることが判明した。
【0007】
(1)可燃性気体に含まれている不燃性物質を含む粒子と可燃性炭素質粒子との組成やその供給量などの変動により円筒状燃焼室の温度が変化したり、生成したスラグの融点や粘性が変わることがあり、このような場合に一度に大量の溶融スラグが円筒状燃焼室の底部の開口部からスロート部に流れ込み、一時的にスロート部を閉塞させることがある。
特に、円筒状燃焼室内の温度が急激に上昇すると、それまで円筒状燃焼室の側面壁に固着していたスラグが溶融スラグとなって側面壁を流れ出して、一度に大量の溶融スラグがスロート部に流れ込み閉塞を引き起こすことがある。
【0008】
(2)生成ガスはスロート部を過ぎても旋回を続け、その遠心力により、スロート部と不燃性物質分離室との接続部の周壁に、生成ガスと共に旋回しているスラグ(スラグミスト)が固着して、大きなスラグ塊となり、このスラグ塊が不燃性物質分離室に落下し、不燃性物質分離室のスラグ排出口を閉塞させることがある。
【0009】
上記のようにして、スロート部やスラグ排出口が一時的にでも閉塞すると高温ガス化炉の内圧が高くなり安全性の観点から問題である。また、スラグ排出口がスラグ塊によって閉塞した場合には、可燃性気体の燃焼操作を一旦止めて、不燃性分離室の内部を清掃しなければならないため操業効率が低下するという問題もある。
【0010】
従って、本発明の目的は、長期間にわたって連続的に可燃性気体を安全に燃焼させることのできる、可燃性廃棄物の二段ガス化処理装置に有利に用いることができる高温ガス化炉を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、不燃性物質を含む粒子と可燃性炭素質粒子とを浮遊状態で含有する可燃性気体を内部で旋回させながら部分燃焼させて水素ガスと一酸化炭素ガスを含むガスを生成させるための、側面壁に該可燃性気体の導入口を備え、そして軸位置の周囲に形成された開口部に向かって側面壁から下降する円錐状の底部を備えた円筒状燃焼室;該開口部から下側に向かって延びるスロート部;該スロート部の下側に備えられた不燃性物質分離室;そして該不燃性物質分離室に備えられた生成ガス取り出し口からなる高温ガス化炉であって、
該円筒状燃焼室の底部表面平坦な表面領域と、開口部から側面壁に向かって放射状に延び、側面壁に接触する先端部においても突起形状を維持している突起部とから構成されていることを特徴とする高温ガス化炉にある。
【0012】
前記円筒状燃焼室の底部表面の突起部は、上記のように、その先端が側面壁に接触するように延びていることが好ましい。
【0013】
本発明の高温ガス化炉の好ましい態様を下記に示す。
1)前記底部表面の突起部が開口部周縁を超えて内側に突出するように延びていること。
2)前記底部表面の突起部の断面が三角形、矩形または半円形もしくはこれらの組み合わせであること。
3)前記突起部が底部表面に複数個(通常は3〜5個)形成されていること。
4)前記複数個の突起部が底部表面の円周に沿って等間隔に形成されていること。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明の高温ガス化炉の一実施例について添付図面の図1と図2を参照しながら説明する。
図1は、本発明に従う高温ガス化炉の一例の断面図である。図2は図1に示す高温ガス化炉の円筒状燃焼室1の底部8を示す図であり、図2(a)は、円筒状燃焼室1を上方(可燃性気体導入口3側)から下方(開口部9側)に見た一例の横断図(図1のA−A横断図)、図2(b)は図2(a)のB−B部分断面概略図、図2(c)は図2(a)のC−C部分断面概略図である。
【0015】
本発明の高温ガス化炉は、円筒状燃焼室1の底部8の表面に、開口部9から側面壁2に向かって放射状に延びる突起部10が形成されている点に主な特徴がある。ここには、側面壁2に接触するまで延びた断面形状が三角形であって、底部表面を基準として開口部9側と側面壁2側とで実質的に同じ高さの突起部10が4個形成されている例が示されている(図2参照)。
【0016】
円筒状燃焼室1の底部8に突起部10を形成したことによる第一の効果は、開口部9の周囲を部分的に突出させることにより、溶融スラグが開口部9の周囲全体からスロート部11に流出しなくなることにある。大量の溶融スラグが発生した場合には、底部8の表面の突起部10が形成されていない平坦な領域(以下、平坦な表面領域という)20に溶融スラグが一時的に貯留されて、溶融スラグが少量ずつ開口部からスロート部11に流れるようになる。
【0017】
平坦な表面領域20の傾斜は、通常は水平方向に対して10〜70度の範囲内とするが、特に20〜60度の範囲内とすることが好ましい。平坦な表面領域の傾斜を10度未満とすると溶融スラグが平坦な表面領域20を流れにくくなり、平坦な表面領域20に溶融スラグが固着することがある。また、平坦な表面領域20の傾斜を70度を超えて大きくし過ぎると溶融スラグが平坦な表面領域20を流れやすくなりすぎて、溶融スラグを平坦な表面領域20に一時的に貯留させることができなくなる。
【0018】
円筒状燃焼室1の底部8に突起部10を形成したことによる第二の効果は、生成ガスが突起部10の側面に接触することにより、生成ガスが旋回したまま直接、スロート部11に入り込まないようになることにある。通常、生成ガスの流れは円筒状燃焼室1の側面壁2側の方が速いので、生成ガスの旋回を止めるには、突起部10が円筒状燃焼室1の側面壁2に接触するまで延びていることが好ましい。
【0019】
突起部10の断面形状を三角形とする場合、突起部10の頂部の角度は55〜110度の範囲内にすることが好ましい。頂部の角度が55度未満になると、頂部が細くなりすぎて生成ガスとの接触により欠落しやすくなる。一方、頂部の角度を110度よりも大きくすると、頂部は欠落しにくくなるが、突起部10の高さが低くなり突起部10の生成ガスの旋回を止める効果が低下する。また、突起部10の断面形状を三角形とする場合、突起部10の頂部の角を丸めておくことが好ましい。
【0020】
本発明の高温ガス化炉は、従来の高温ガス化炉と同様に円筒状燃焼室1、スロート部11、及び不燃性物質分離室12からなる。
図1に示した円筒状燃焼室1には、側面壁2に可燃性気体導入口3と可燃性気体を燃焼させるためのガス化剤(通常は、酸素ガスと水蒸気の混合ガス)を供給するガス化剤導入口4とを備え、円筒状燃焼室1の頂部には、円筒状燃焼室1の上部にて不足しがちな酸素又は水蒸気を供給するための頂部ガス化剤導入口5が設けられている。なお、図1においては、ガス化剤導入口4は3個とされているが、ガス化剤導入口4の個数には特別な制限はない。
【0021】
可燃性気体導入口3とガス化剤導入口4は、円筒状燃焼室1に供給された可燃性気体が円筒状燃焼室1の軸を中心として旋回しながら下降するように側面壁2に備えられている。円筒状燃焼室1に供給された可燃性気体は、粒子状の可燃分を多く含有する外周側の旋回流とガス状の可燃分を多く含有する内周側の旋回流を形成する。粒子状の可燃分を多く含有する外周側の旋回流に向けて側面壁2のガス化剤導入口4から酸素ガスなどのガス化剤が供給され、粒子状の可燃分のガス化を促進する。
【0022】
図1では、開口部9は円筒状燃焼室1の軸位置に設けられているが、開口部9は円筒状燃焼室1の軸位置からわずかに偏心した位置(軸位置の周囲)に設けられていてもよい。
【0023】
図1には、円筒状燃焼室1の側面壁2の周囲が鉄皮6で覆われ、さらにその外側が、冷却媒体を内部に通す冷却ジャケット7で外装された構成の高温ガス化炉が示されている。側面壁2は、耐火物(通常はキャスタブル耐火物)で形成されるが、溶融スラグの浸食作用などによって表面が削られることがある。この場合に、冷却媒体により側面壁2の温度を溶融スラグの融点前後まで冷却させて溶融スラグを固着させることにより側面壁2の浸食を食止めすることができる(スラグのセルフコーティング)。冷却媒体には特に制限はないが、通常は、ボイラ用水が用いられ、冷却ジャケット7内で一部水蒸気が発生している。
【0024】
円筒状燃焼室1の底部8もまた、側面壁2と同様に耐火物(通常はキャスタブル耐火物)で形成され、高温ガス化炉上部の円筒状燃焼室1と下部の不燃性物質分離室12との境(スロート部11)を形成している。
【0025】
不燃性物質分離室12は、スロート部11に接続している円筒状下降管14の下方先端が水槽部16の冷却水に水没するように延長されており、スロート部11から供給された生成ガスと溶融スラグとが水槽部16の冷却水に吹き込まれるようになっている。
円筒状下降管14の周囲には、円筒状下降管14の外径よりも内径が大きい円筒状上昇管15が円筒状下降管14と同心状に設置されており、水槽部16の冷却水に吹き込まれた生成ガスは、円筒状下降管14と円筒状上昇管15の間を通って、不燃性物質分離室12の側面に設けられている生成ガス取り出し口17から排出されるようになっている。
【0026】
水槽部16の冷却水は、冷却水導入管13から供給される。冷却水導入管13から供給された冷却水は、円筒状下降管14の内壁表面を流下して、水槽部16にて貯留される。水槽部16に溜まった冷却水は、水槽部の側面に設けられている冷却水取り出し口19から外部に取り出される。
水槽部16の冷却水に吹き込まれた溶融スラグは、水槽部16の冷却水により急冷されスラグ粒(粗粒スラグ)となって、水槽部16の底部に設けられているスラグ排出口18から取り出される。
【0027】
図1では、円筒状下降管14は下方で内径が小さくなっており、またその下方先端は鋸歯形状になっているが、円筒状下降管14の形状に特別な制限はない。また、円筒状下降管14の内壁表面には、冷却水を旋回させながら流下させることが好ましい。これにより高温ガスの生成ガスが効果的に円筒状下降管14の内側表面の冷却水と接触し、生成ガスの冷却効率を高くすることができる。
【0028】
なお、ここでは不燃性物質分離室12の一例を示したに過ぎず、必ずしも生成ガスを冷却水で冷却する必要はない。例えば、生成ガスの熱を輻射ボイラで回収して発電などに利用してもよい。
【0029】
次に、円筒状燃焼室1の底部8の表面に形成される突起部10の別の形態を添付図面の図3〜図13を参照しながら説明する。
【0030】
図1、図2においては、円筒状燃焼室1の底部8に形成されている突起部10が、底部表面を基準として開口部9側と側面壁2側とで実質的に同じ高さとなっているが、生成ガスの流れが速い突起部10の側面壁2側の高さを高くしてもよい。図3〜図6に、突起部10が底部表面を基準として開口部9側で低く、側面壁2側で高く形成されている円筒状燃焼室1の底部8の例を示す。
【0031】
図3には、底面(底部表面に接している面)の幅を開口部9側と側面壁2側とで同じにして、高さが開口部9側で低く、側面壁2側で高い突起部10が形成されている円筒状燃焼室1の底部8が示されている。図3(a)は、円筒状燃焼室1を上方から下方に見た横断図であり、図3(b)は図3(a)のD−D部分断面概略図であり、図3(c)は図3(a)のE−E部分断面概略図である。
突起部10の底面の幅が開口部9側と側面壁2側とで同じであるので、平坦な表面領域20の面積を広く取ることができる。従って、底面の幅を開口部9側と側面壁2側とで同じにして、高さが開口部9側で低く、側面壁2側で高い突起部10が円筒状燃焼室1の底部8に形成されている高温ガス化炉は、不燃性物質を多く含む可燃性気体を燃焼処理する場合に有利である。
【0032】
図4には、突起部10の頂部の角度を開口部9側と側面壁2側とで同じにして、高さが開口部9側で低く、側面壁2側で高い突起部10が示されている。図4(a)は、円筒状燃焼室1を上方から下方に見た横断図であり、図4(b)は図4(a)のF−F部分断面概略図であり、図4(c)は図4(a)のG−G部分断面概略図である。
突起部10の頂部の角度が開口部9側と側面壁2側とで同じであるので、突起部10の側面壁2側の頂部が損傷を受けにくく安定する。
【0033】
不燃性物質の少ない可燃性気体を燃焼処理する場合、すなわち、溶融スラグを貯留するために平坦な表面領域20の面積を広く取る必要がない場合には、複数個の突起部10をそれぞれ、底辺にて連結させてもよい。図5及び図6(いずれも本発明に包含されない態様を示す)に底辺にて連結している複数個の突起部10が形成されている円筒状燃焼室1の底部8の例を示す。
【0034】
図5には、突起部10の断面形状が三角形である例が示されている。図5(a)は、円筒状燃焼室1を上方から下方に見た横断図であり、図5(b)は図5(a)のH−H部分断面概略図である。
【0035】
図6には、突起部10の断面形状が頂部の角を丸くした三角形である例が示されている。図6(a)は、円筒状燃焼室1を上方から下方に見た横断図であり、図6(b)は図6(a)のI−I部分断面概略図である。
【0036】
図5及び図6に示すように、複数個の突起部10を底辺にて連結させることによって、突起部10の側面壁2側の底面の幅が広くなるので、突起部10の頂部を細くすることなく側面壁2側の高さを開口部9側より高くすることができるが、この態様は本発明には包含されない
【0037】
これまでに例示した突起部10は、開口部9から側面壁2に延びているが、突起部10の開口部9側の先端が開口部9の周縁を超えて内側に突出するように延びていてもよい。
突起部10の開口部9側の先端が開口部9の周縁を超えて内側に突出するように延びている突起部10が形成されている円筒状燃焼室1の底部8の一例を図7に示す。図7(a)は、円筒状燃焼室1を上方から下方に見た横断図であり、図7(b)は図7(a)のJ−J部分断面概略図である。
【0038】
図7に示すように、突起部10を開口部9の周縁を超えて内側に突出するように延ばすことによって、生成ガスが旋回したままスロート部に入り込みにくくなる。従って、スロート部9と不燃性物質分離室12との接続部の周壁に溶融スラグが固着しにくくなる。
【0039】
今まで述べた突起部はいずれも断面形状が三角形であるが、突起部の形状はこれに限定されるものではない。図8に、断面形状が矩形である突起部の一例を示す。図8(a)は、円筒状燃焼室1を上方から下方に見た横断図であり、図8(b)は図8(a)のK−K部分断面概略図である。
【0040】
突起部10の断面形状を矩形とすることによって、断面形状を三角形とした場合と比較して、突起部10の幅を狭くできるので、平坦な表面領域20の面積を広くすることができる。従って、このような突起部10が円筒状燃焼室1の底部8に形成されている高温ガス化炉は、不燃性物質を多く含む可燃性気体を燃焼処理する場合に有利である。
【0041】
不燃性物質を多く含む可燃性気体を燃焼処理する場合、すなわち溶融スラグが多く発生する場合には、平坦な表面領域20の傾斜を50度以上にして、突起部10の開口部9側の高さを高くすることが好ましい。図9に、底部表面を基準として、開口部9側の高さを高くした断面形状が矩形である突起部10の一例を示す。図9(a)は、円筒状燃焼室1を上方から下方に見た横断図であり、図9(b)は図9(a)のL−L部分断面概略図である。
【0042】
突起部10の開口部9側の高さを高くすることによって、平坦な表面領域20にスラグが固着した場合でも、固着したスラグによって突起部10の開口部9側が埋まりにくくなるので、安定して溶融スラグを少量ずつ開口部9からスロート部11に流出させることができる。
【0043】
突起部10の幅を狭くした場合(突起部の断面形状を矩形にした場合)、平坦な表面領域20の面積は広くなるものの、開口部9の周囲が広く開いて、実質的には開口部9からスロート部11に流出する溶融スラグの量が多くなることがある。そこで、突起部10の幅を狭くする場合には、突起部10の開口部9側の先端を開口部9の周囲に沿って延長させて、開口部9の周囲を部分的に閉じることが好ましい。図10及び図11に、突起部10の開口部9側の先端に開口部9の周囲に沿って延長させた延長部を設けた断面形状が矩形の突起部10が形成されている円筒状燃焼室1の底部8の例を示す。
【0044】
図10には、突起部10の延長部21と突起部10とから矩形状の溶融スラグ排出口22が形成されている例が示されている。図10(a)は、円筒状燃焼室1を上方から下方に見た横断図であり、図10(b)は図10(a)のM−M部分断面概略斜視図である。
【0045】
図11には、突起部10の延長部21と突起部10とから逆三角形状の溶融スラグ排出口22が形成されている例が示されている。図11(a)は、円筒状燃焼室1を上方から下方に見た横断図であり、図11(b)は図11(a)のN−N部分断面概略斜視図である。図11に示すように溶融スラグ排出口22を逆三角形状とすることによって、平坦な表面領域20に貯留された溶融スラグの量が多い時には開口部9からスロート部11に流出する溶融スラグの量を多くすることができる。
【0046】
突起部10の断面形状のさらに別の例を図12に示す。
図12(a)には、生成ガスに接触する側の面の角度が水平方向に対して垂直である断面形状が直角三角形の突起部10が示されている。生成ガスに接触する側の面の角度を水平方向に対して垂直とすることにより、突起部10の生成ガスに対する抵抗が高くなり、生成ガスの旋回を止める効果が高くなる。
【0047】
図12(b)には、断面形状が半円である突起部10が示されている。断面形状が半円である突起部10は、突起部10の頂部が欠落しにくく長期にわたって安定である。
【0048】
図12(c)には、図12(a)の頂部を水平方向に切断した断面形状の突起部10が示されている。
図12(d)には、断面形状が台形状(三角形の頂部を水平方向に切断した形状)の突起部10が示されている。
図12(c)及び図12(d)に示すような頂部を水平方向に切断した断面形状の突起部10は、生成ガスの旋回を止める効果はやや低くなるものの、突起部10の頂部が欠落しにくくなり、長期にわたって安定である。
【0049】
今まで述べた突起部10は開口部9から側面壁2に向かって直線状に延びた形となっているが、開口部9から側面壁2に向かって曲線状に延びた形としてもよい。開口部9から側面壁2に向かって曲線状に延びている突起部10が形成されている円筒状燃焼室1の底部8の例を図13に示す。図13(a)は、円筒状燃焼室1を上方から下方に見た横断図であり、図13(b)は図13(a)のO−O部分断面概略図である。
【0050】
図13には、生成ガスの進行方向(矢印S)に凸となるように曲線状に延びた突起部10が示されている。突起部10を生成ガスの進行方向に凸となるように曲線状に延ばすことによって、生成ガスの旋回流を止める効果が高くなる。
【0051】
本発明の高温ガス化炉は、円筒状燃焼室にガス化剤として酸素ガスと水蒸気(スチーム)とを供給することにより、水素ガスと一酸化炭素ガスとを含むガスを生成するガス化炉として使用することができる。次に、本発明の高温ガス化炉を用いた可燃性廃棄物の二段ガス化処理装置及び可燃性廃棄物の処理方法について説明する。
【0052】
図14は、本発明の高温ガス化炉を用いた可燃性廃棄物の二段ガス化処理装置の構成図である。
図14には、低温ガス化炉に流動層ガス化炉23を用い、高温ガス化炉に本発明に従い、円筒状燃焼室の底部に突起部が形成されている高温ガス化炉27を用いた可燃性廃棄物の二段ガス化処理装置が示されている。
【0053】
流動層ガス化炉23の内部では、炉の下方から供給された流動化ガスbによって流動化した流動媒体(例:砂)が流動層24を形成している。流動化ガスbには、通常は、酸素ガス、空気、又は水蒸気もしくはこれの混合ガスが用いられる。流動化ガスbとして供給される酸素ガス及び空気は可燃性廃棄物のガス化剤としても作用する。
流動層ガス化炉23に供給された可燃性廃棄物aは、450〜850℃(通常は600℃)の温度に保持された流動層24内で、流動化ガス兼ガス化剤として炉内に供給された酸素ガス又は空気により、速やかに部分燃焼(不完全燃焼)され可燃性気体(例:水素ガス、一酸化炭素ガス、炭化水素ガス、タール)が生成される。流動化ガス兼ガス化剤として供給する酸素ガス又は空気の量は、可燃性廃棄物を完全燃焼させるのに必要な理論量の30%以下とすることが好ましい。
【0054】
流動層ガス化炉23の炉底からは、流動媒体が不燃物と共にロックホッパ25を介して排出され、スクリーン26により粗大な不燃物dが除去される。不燃物が除去された流動媒体cは、流動層ガス化炉23の内部に戻される。分離された粗大不燃物dに含まれている金属(例:鉄、銅、アルミニウム)は、流動層24が比較的低温度で、しかも酸素が不足した状態となっているので、ほとんどが未酸化の状態である。
【0055】
可燃性廃棄物の部分燃焼により生成した可燃性炭素質(固形カーボン)は、流動層24の撹拌運動により微粉砕されて、粒子(チャー)となって可燃性気体の流れに同伴する。不燃性物質(灰分)の一部も流動層24の撹拌運動により微粉砕されて、粒子となって可燃性気体の流れに同伴する。
【0056】
不燃性物質を含む粒子と可燃性炭素質粒子とを浮遊状態で含有する可燃性気体eは、高温ガス化炉27の可燃性気体導入口3から円筒状燃焼室1に供給されて旋回しながら下降する。可燃性気体と可燃性炭素質粒子はガス化剤導入口4及び頂部ガス化剤導入口5から供給されたガス化剤(酸素ガスと水蒸気との混合ガス)fによって燃焼する。可燃性気体と可燃性炭素質粒子の燃焼熱により円筒状燃焼室1内の温度は1300〜1500℃に維持される。可燃性炭素質粒子の燃焼により一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガスが生成される。ガス化剤に含まれている水蒸気と可燃性炭素質粒子との水性ガス化反応により一酸化炭素ガスと水素ガスも生成される。
【0057】
可燃性気体eに含まれている不燃性物質を含む粒子は円筒状燃焼室1にて溶融スラグとなる。生成ガス(一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガス)及び溶融スラグは不燃性物質分離室12で急冷され、生成ガスは生成ガス取り出し口17から、スラグ粒(粗粒スラグ)はスラグ排出口18から取り出される。
【0058】
可燃性気体eが、固形物(可燃性炭素質粒子、不燃性物質)を多く含む場合には、高温ガス化炉27に供給する前に、予めサイクロン等を用いて気体と固形物とを分離し、気体を可燃性気体導入口4から、固形物はガス化剤fと共に頂部ガス化剤導入口5から高温ガス化炉27の円筒状燃焼室1に導入することが好ましい。サイクロンにより分離された固形物をガス化剤fと共に高温ガス化炉27の円筒状燃焼室1に導入することにより、固形物中の可燃性炭素質粒子が優先的にガス化剤と接触するので、未燃焼カーボン量の発生が少なくなる。
【0059】
高温ガス化炉27の生成ガス取り出し口17から取り出された生成ガスhは、スクラバ31にて洗浄され、生成ガスに同伴してきた微量の残存するスラグ(スラグミスト)が除去される。
スクラバ31にて洗浄された生成ガスh’に含まれている一酸化炭素ガス及び水素ガスは、各種の化学工業原料として利用することができる。可燃性廃棄物を二段ガス化処理装置で焼却処理して水素ガスを得て、これをアンモニア合成用の水素源として用いることも可能である。
スクラバ31にて回収されたスラグは貯留槽32にて沈降濃縮されて微粒スラグgfとして、外部に排出される。この微粒スラグgfには、可燃性炭素質粒子が多く含まれているため、高温ガス化炉に再供給することが好ましい。
【0060】
一方、高温ガス化炉27のスラグ排出口18から取り出されたスラグ粒gは、ロックホッパ28により適宜貯留槽29へ排出される。ここで回収された粗粒スラグは、スクリーン30により水と分離される。この粗粒スラグgcは、セメントや土木建築用の資材として利用できる。
【0061】
【発明の効果】
本発明の高温ガス化炉は、円筒状燃焼室で生成された溶融スラグがスロート部を閉塞させたり、大きなスラグ塊によりスラグ排出口が閉塞したりしにくいので、長期間にわたって連続運転が可能となると共に安定に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の高温ガス化炉の一例の断面図である。
【図2】本発明の高温ガス化炉の円筒状燃焼室の底部の一例を示す図である。
【図3】本発明の高温ガス化炉の円筒状燃焼室底部の別の一例を示す図である。
【図4】本発明の高温ガス化炉の円筒状燃焼室底部のさらに別の一例を示す図である。
【図5】 本発明に包含されない高温ガス化炉の円筒状燃焼室底部のさらに別の一例を示す図である。
【図6】 本発明に包含されない高温ガス化炉の円筒状燃焼室底部のさらに別の一例を示す図である。
【図7】本発明の高温ガス化炉の円筒状燃焼室底部のさらに別の一例を示す図である。
【図8】本発明の高温ガス化炉の円筒状燃焼室底部のさらに別の一例を示す図である。
【図9】本発明の高温ガス化炉の円筒状燃焼室底部のさらに別の一例を示す図である。
【図10】本発明の高温ガス化炉の円筒状燃焼室底部のさらに別の一例を示す図である。
【図11】本発明の高温ガス化炉の円筒状燃焼室底部のさらに別の一例を示す図である。
【図12】本発明に従い、高温ガス化炉の円筒状燃焼室底部に形成される突起部の断面形状の例を示す図である。
【図13】本発明の高温ガス化炉の円筒状燃焼室底部のさらに別の一例を示す図である。
【図14】本発明の高温ガス化炉を用いた可燃性廃棄物の二段ガス化処理装置の一例の構成図である
【符号の説明】
1 円筒状燃焼室
2 側面壁
3 可燃性気体導入口
4 ガス化剤導入口
5 頂部ガス化剤導入口
6 鉄皮
7 冷却ジャケット
8 底部
9 開口部
10 突起部
11 スロート部
12 不燃性物質分離室
13 冷却水導入管
14 円筒状下降管
15 円筒状上昇管
16 水槽部
17 生成ガス取り出し口
18 スラグ排出口
19 冷却水取り出し口
20 平坦な表面領域
21 延長部
22 溶融スラグ排出口
23 流動層ガス化炉
24 流動層
25 ロックホッパ
26 スクリーン
27 高温ガス化炉
28 ロックホッパ
29 貯留槽
30 スクリーン
31 スクラバ
32 貯留槽
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention swirls a combustible gas containing particles containing incombustible substances and combustible carbonaceous particles in a floating state, which are generated by partially burning (incomplete combustion) combustible waste at a low temperature. The present invention relates to a high-temperature gasification furnace that can be suitably used in a gasification system that performs partial combustion at high temperatures.
[0002]
[Prior art]
Combustible waste, represented by municipal waste, sewage sludge, waste plastic, biomass waste, shredder dust, and waste oil, is very rarely reused and is disposed of in landfills. However, in general, it is reduced in volume and detoxified by incineration and deposited in the final disposal site.
[0003]
Conventionally, a stoker furnace or a fluidized bed furnace has been used for incineration of combustible waste. However, since the stoker furnace and the fluidized bed furnace require a large amount of air to completely incinerate combustible waste, the amount of exhaust gas increases. Moreover, since the metal contained in the flammable waste is also oxidized simultaneously with the incineration treatment of the flammable waste, there is a problem that it is difficult to reuse the metal contained in the flammable waste. Furthermore, for the purpose of reducing the volume of incombustible substances (ash) after incineration of combustible waste, an increasing number of facilities are equipped with melting facilities etc. in the above incineration facilities. As a result, operating costs are increased.
[0004]
Therefore, in recent years, combustible waste is partially combusted (incomplete combustion) at a relatively low temperature using a fluidized bed furnace, and particles containing flammable substances (ash) and combustible carbonaceous particles (char) are produced. A low-temperature gasification furnace that generates flammable gases (eg, hydrogen gas, carbon monoxide gas, hydrocarbon gas, tar) and removes metals contained in flammable waste in an unoxidized state, and flammable -Stage combustion of combustible waste combined with a high-temperature combustion furnace that burns combustible gases and combustible carbonaceous particles and uses the heat of combustion to raise the temperature inside the furnace to slag and reduce the volume of incombustible materials A processing apparatus has been developed (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-332614).
[0005]
WO98 / 10225 proposes a high-temperature gasification furnace that can be used in a two-stage gasification treatment apparatus for combustible waste. The high-temperature gasifier proposed here has a cylindrical combustion chamber in which a combustible gas containing combustible carbonaceous particles is swirled inside, a throat portion, and a product gas generated in the cylindrical combustion chamber. A non-combustible substance separation chamber (slag separation chamber) that separates slag has a structure in which a cylindrical combustion chamber is disposed above and is integrally coupled in the vertical direction.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The high-temperature gasification furnace described in the above-mentioned WO98 / 10225 has an advantage that it does not require a wide installation place because it has a vertically long shape.
However, as a result of the study by the present inventor, in the above high-temperature gasification furnace, most of the slag generated in the cylindrical combustion chamber is in a molten state (hereinafter, the molten slag is referred to as molten slag). It has been found that there are the following problems because it flows down the side wall of the gas and the remaining gas swirls with the product gas and reaches the incombustible material separation chamber through the throat portion.
[0007]
(1) The temperature of the cylindrical combustion chamber changes due to fluctuations in the composition and supply amount of particles containing incombustible substances and combustible carbonaceous particles contained in the combustible gas, and the melting point of the generated slag In such a case, a large amount of molten slag may flow into the throat portion from the opening at the bottom of the cylindrical combustion chamber and temporarily close the throat portion.
In particular, when the temperature in the cylindrical combustion chamber suddenly rises, the slag that has been fixed to the side wall of the cylindrical combustion chamber until then becomes molten slag and flows out of the side wall. May flow into and cause blockage.
[0008]
(2) The generated gas continues to swirl even after passing through the throat portion, and due to the centrifugal force, slag (slag mist) swirling with the generated gas is formed on the peripheral wall of the connecting portion between the throat portion and the incombustible substance separation chamber. The slag lump may be fixed and become a large slag lump, and the slag lump may fall into the incombustible material separation chamber and block the slag discharge port of the incombustible material separation chamber.
[0009]
As described above, if the throat part or the slag discharge port is temporarily closed, the internal pressure of the high-temperature gasification furnace is increased, which is a problem from the viewpoint of safety. Further, when the slag discharge port is blocked by the slag lump, there is also a problem that the operation efficiency is lowered because the combustion operation of the combustible gas must be temporarily stopped and the inside of the nonflammable separation chamber must be cleaned.
[0010]
Therefore, an object of the present invention is to provide a high-temperature gasification furnace that can be used advantageously in a two-stage gasification treatment apparatus for combustible waste, which can safely burn a combustible gas continuously for a long period of time. There is to do.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention is to generate a gas containing hydrogen gas and carbon monoxide gas by partially burning a combustible gas containing particles containing incombustible substances and combustible carbonaceous particles in a suspended state while swirling inside. A cylindrical combustion chamber having a side wall with an inlet for the combustible gas and a conical bottom that descends from the side wall toward an opening formed around the axial position; A high temperature gasification furnace comprising a throat portion extending downward; a nonflammable material separation chamber provided below the throat portion; and a product gas outlet provided in the nonflammable material separation chamber,
  The bottom surface of the cylindrical combustion chamberBut,A flat surface area;Radially extending from the opening toward the side wallThe protrusion shape is maintained even at the tip that contacts the side wall.protrusionAnd consists ofIt is in a high-temperature gasifier characterized by
[0012]
  The protrusion on the bottom surface of the cylindrical combustion chamber isas mentioned above,It is preferable that the front-end | tip extends so that a side wall may be contacted.
[0013]
Preferred embodiments of the high temperature gasification furnace of the present invention are shown below.
1) The protrusion on the bottom surface extends beyond the periphery of the opening so as to protrude inward.
2) The cross section of the protrusion on the bottom surface is triangular, rectangular, semicircular, or a combination thereof.
3) A plurality (usually 3 to 5) of the protrusions are formed on the bottom surface.
4) The plurality of protrusions are formed at equal intervals along the circumference of the bottom surface.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the high-temperature gasification furnace of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 of the accompanying drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of an example of a high-temperature gasification furnace according to the present invention. FIG. 2 is a view showing the bottom 8 of the cylindrical combustion chamber 1 of the high-temperature gasification furnace shown in FIG. 1, and FIG. 2 (a) shows the cylindrical combustion chamber 1 from above (from the combustible gas inlet 3 side). An example of a cross-sectional view (cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1) viewed from below (opening 9 side), FIG. 2B is a schematic cross-sectional view taken along BB in FIG. 2A, and FIG. These are CC partial cross-sectional schematic of FIG. 2 (a).
[0015]
The high-temperature gasification furnace of the present invention is mainly characterized in that projections 10 extending radially from the opening 9 toward the side wall 2 are formed on the surface of the bottom 8 of the cylindrical combustion chamber 1. Here, the cross-sectional shape extending until it contacts the side wall 2 is a triangle, and four protrusions 10 having substantially the same height on the opening 9 side and the side wall 2 side with respect to the bottom surface. An example is shown (see FIG. 2).
[0016]
  The first effect of forming the projection 10 on the bottom 8 of the cylindrical combustion chamber 1 is that the molten slag is projected from the entire periphery of the opening 9 by partially projecting the periphery of the opening 9. There is to be no longer leaked. When a large amount of molten slag is generated, the protrusion 10 on the surface of the bottom 8 is not formed.Flat area(Less than,Flat surface area20), the molten slag is temporarily stored, and the molten slag flows from the opening to the throat portion 11 little by little.
[0017]
  Flat surface areaThe inclination of 20 is usually in the range of 10 to 70 degrees with respect to the horizontal direction, but is preferably in the range of 20 to 60 degrees.Flat surface areaIf the inclination of the angle is less than 10 degrees, the molten slagFlat surface area20 is difficult to flow,Flat surface areaThe molten slag may stick to 20. Also,Flat surface areaIf the inclination of 20 is increased beyond 70 degrees, molten slag willFlat surface area20 becomes too easy to flow, melted slagFlat surface area20 cannot be temporarily stored.
[0018]
The second effect of forming the protrusion 10 on the bottom 8 of the cylindrical combustion chamber 1 is that the generated gas contacts the side surface of the protrusion 10 so that the generated gas directly enters the throat portion 11 while swirling. There is to be no. Usually, the flow of the product gas is faster on the side wall 2 side of the cylindrical combustion chamber 1, so that the protrusion 10 extends until it contacts the side wall 2 of the cylindrical combustion chamber 1 in order to stop the rotation of the product gas. It is preferable.
[0019]
When the cross-sectional shape of the protrusion 10 is a triangle, the angle of the top of the protrusion 10 is preferably in the range of 55 to 110 degrees. When the angle of the top is less than 55 degrees, the top becomes too thin and is easily lost due to contact with the product gas. On the other hand, when the angle of the top portion is larger than 110 degrees, the top portion is difficult to be lost, but the height of the projection portion 10 is lowered and the effect of stopping the swirling of the generated gas of the projection portion 10 is reduced. Moreover, when making the cross-sectional shape of the projection part 10 into a triangle, it is preferable to round the corner | angular part of the projection part 10 at the top.
[0020]
The high temperature gasification furnace of the present invention comprises a cylindrical combustion chamber 1, a throat portion 11, and an incombustible material separation chamber 12 as in the conventional high temperature gasification furnace.
The cylindrical combustion chamber 1 shown in FIG. 1 is supplied with a combustible gas inlet 3 and a gasifying agent (usually a mixed gas of oxygen gas and water vapor) for burning the combustible gas on the side wall 2. A gasifying agent introduction port 4 is provided, and a top gasifying agent introduction port 5 for supplying oxygen or water vapor that tends to be insufficient at the top of the cylindrical combustion chamber 1 is provided at the top of the cylindrical combustion chamber 1. It has been. In FIG. 1, the number of gasifying agent introduction ports 4 is three, but the number of gasifying agent introduction ports 4 is not particularly limited.
[0021]
The combustible gas inlet 3 and the gasifying agent inlet 4 are provided in the side wall 2 so that the combustible gas supplied to the cylindrical combustion chamber 1 descends while turning around the axis of the cylindrical combustion chamber 1. It has been. The combustible gas supplied to the cylindrical combustion chamber 1 forms a swirling flow on the outer peripheral side containing a large amount of particulate combustibles and a swirling flow on the inner peripheral side containing a large amount of gaseous combustibles. A gasifying agent such as oxygen gas is supplied from the gasifying agent introduction port 4 of the side wall 2 toward the swirling flow on the outer peripheral side containing a large amount of particulate combustible matter, thereby promoting gasification of the particulate combustible matter. .
[0022]
In FIG. 1, the opening 9 is provided at the axial position of the cylindrical combustion chamber 1, but the opening 9 is provided at a position slightly decentered from the axial position of the cylindrical combustion chamber 1 (around the axial position). It may be.
[0023]
FIG. 1 shows a high-temperature gasification furnace having a structure in which the periphery of a side wall 2 of a cylindrical combustion chamber 1 is covered with an iron skin 6 and the outer side is covered with a cooling jacket 7 through which a cooling medium passes. Has been. The side wall 2 is formed of a refractory material (usually a castable refractory material), but the surface may be scraped by the erosion action of the molten slag. In this case, erosion of the side wall 2 can be prevented by cooling the temperature of the side wall 2 with the cooling medium to around the melting point of the molten slag and fixing the molten slag (slag self-coating). Although there is no restriction | limiting in particular in a cooling medium, Usually, the water for boilers is used, and some water vapor | steam has generate | occur | produced in the cooling jacket 7. FIG.
[0024]
The bottom portion 8 of the cylindrical combustion chamber 1 is also formed of a refractory material (usually a castable refractory material) in the same manner as the side wall 2, and the cylindrical combustion chamber 1 at the upper part of the high-temperature gasification furnace and the non-combustible material separation chamber 12 at the lower part. The boundary (throat part 11) is formed.
[0025]
The incombustible substance separation chamber 12 is extended so that the lower end of the cylindrical downcomer pipe 14 connected to the throat part 11 is submerged in the cooling water of the water tank part 16, and the generated gas supplied from the throat part 11 And molten slag are blown into the cooling water of the water tank section 16.
Around the cylindrical downcomer 14, a cylindrical riser 15 having an inner diameter larger than the outer diameter of the cylindrical downcomer 14 is installed concentrically with the cylindrical downcomer 14, and is used as cooling water for the water tank section 16. The blown-in product gas passes between the cylindrical downcomer 14 and the cylindrical riser 15 and is discharged from the product gas outlet 17 provided on the side surface of the incombustible substance separation chamber 12. Yes.
[0026]
The cooling water in the water tank section 16 is supplied from the cooling water introduction pipe 13. The cooling water supplied from the cooling water introduction pipe 13 flows down the inner wall surface of the cylindrical downcomer pipe 14 and is stored in the water tank section 16. The cooling water collected in the water tank 16 is taken out from a cooling water outlet 19 provided on the side surface of the water tank.
The molten slag blown into the cooling water of the water tank unit 16 is rapidly cooled by the cooling water of the water tank unit 16 to become slag grains (coarse slag), and is taken out from the slag discharge port 18 provided at the bottom of the water tank unit 16. It is.
[0027]
In FIG. 1, the cylindrical downcomer 14 has a lower inner diameter and a lower tip formed in a serrated shape, but the shape of the cylindrical downcomer 14 is not particularly limited. Further, it is preferable that the cooling water is caused to flow down on the inner wall surface of the cylindrical downcomer pipe 14 while swirling. As a result, the generated gas of the high-temperature gas can effectively come into contact with the cooling water on the inner surface of the cylindrical downcomer 14 and the cooling efficiency of the generated gas can be increased.
[0028]
Here, only an example of the incombustible substance separation chamber 12 is shown, and it is not always necessary to cool the generated gas with cooling water. For example, the heat of the generated gas may be recovered by a radiation boiler and used for power generation.
[0029]
Next, another form of the protrusion 10 formed on the surface of the bottom 8 of the cylindrical combustion chamber 1 will be described with reference to FIGS.
[0030]
1 and 2, the protrusion 10 formed on the bottom 8 of the cylindrical combustion chamber 1 has substantially the same height on the opening 9 side and the side wall 2 side with respect to the bottom surface. However, the height on the side wall 2 side of the protrusion 10 where the flow of the product gas is fast may be increased. 3 to 6 show an example of the bottom 8 of the cylindrical combustion chamber 1 in which the protrusion 10 is formed lower on the opening 9 side with respect to the bottom surface and higher on the side wall 2 side.
[0031]
  In FIG. 3, the width of the bottom surface (the surface in contact with the bottom surface) is the same on the opening 9 side and the side wall 2 side, and the height is low on the opening 9 side and high on the side wall 2 side. The bottom 8 of the cylindrical combustion chamber 1 in which the part 10 is formed is shown. 3 (a) is a cross-sectional view of the cylindrical combustion chamber 1 as viewed from above, and FIG. 3 (b) is a schematic cross-sectional view taken along the line DD in FIG. 3 (a). ) Is an EE partial cross-sectional schematic view of FIG.
  Since the width of the bottom surface of the protrusion 10 is the same on the opening 9 side and the side wall 2 side,Flat surface areaA large area of 20 can be taken. Accordingly, the width of the bottom surface is made the same on the opening 9 side and the side wall 2 side, and the protrusion 10 is low on the opening 9 side and high on the side wall 2 side on the bottom 8 of the cylindrical combustion chamber 1. The formed high-temperature gasification furnace is advantageous when combusting a combustible gas containing a large amount of incombustible substances.
[0032]
FIG. 4 shows the protrusion 10 having the same top angle at the opening 9 side and the side wall 2 side, the height being low at the opening 9 side, and high at the side wall 2 side. ing. 4A is a cross-sectional view of the cylindrical combustion chamber 1 as viewed from above, and FIG. 4B is a schematic cross-sectional view taken along the line F-F in FIG. 4A. ) Is a GG partial cross-sectional schematic diagram of FIG.
Since the angle of the top of the projection 10 is the same on the opening 9 side and the side wall 2 side, the top of the projection 10 on the side wall 2 side is less likely to be damaged and stabilized.
[0033]
  When combusting flammable gas with low incombustibility, that is, for storing molten slagFlat surface areaWhen it is not necessary to make the area of 20 wide, the plurality of protrusions 10 may be connected at the bottom. 5 and 6(All of the embodiments are not included in the present invention)Shows an example of the bottom 8 of the cylindrical combustion chamber 1 in which a plurality of protrusions 10 connected at the bottom are formed.
[0034]
FIG. 5 shows an example in which the protrusion 10 has a triangular cross-sectional shape. Fig.5 (a) is the cross-sectional view which looked at the cylindrical combustion chamber 1 from the upper direction to the downward direction, and FIG.5 (b) is HH partial cross-section schematic of Fig.5 (a).
[0035]
FIG. 6 shows an example in which the cross-sectional shape of the protrusion 10 is a triangle with rounded corners at the top. 6A is a cross-sectional view of the cylindrical combustion chamber 1 as viewed from above, and FIG. 6B is a schematic cross-sectional view taken along the line II of FIG. 6A.
[0036]
  As shown in FIG. 5 and FIG. 6, the width of the bottom surface of the protrusion 10 on the side wall 2 side is widened by connecting a plurality of protrusions 10 at the bottom, so that the top of the protrusion 10 is narrowed. The height on the side wall 2 side can be made higher than the opening 9 side withoutHowever, this embodiment is not included in the present invention..
[0037]
The protrusion 10 illustrated so far extends from the opening 9 to the side wall 2, but extends so that the tip of the protrusion 10 on the opening 9 side protrudes inward beyond the periphery of the opening 9. May be.
FIG. 7 shows an example of the bottom 8 of the cylindrical combustion chamber 1 in which the protrusion 10 extending so that the tip of the protrusion 10 on the opening 9 side protrudes inwardly beyond the periphery of the opening 9 is formed. Show. Fig.7 (a) is the cross-sectional view which looked at the cylindrical combustion chamber 1 from the upper direction to the downward direction, and FIG.7 (b) is the JJ partial cross section schematic of Fig.7 (a).
[0038]
As shown in FIG. 7, by extending the protruding portion 10 so as to protrude inward beyond the periphery of the opening portion 9, it is difficult for the generated gas to enter the throat portion while turning. Therefore, it becomes difficult for the molten slag to adhere to the peripheral wall of the connection portion between the throat portion 9 and the non-combustible substance separation chamber 12.
[0039]
All of the protrusions described so far have a triangular cross-sectional shape, but the shape of the protrusion is not limited to this. FIG. 8 shows an example of a protrusion having a rectangular cross-sectional shape. Fig.8 (a) is the cross-sectional view which looked at the cylindrical combustion chamber 1 from the upper direction to the downward direction, and FIG.8 (b) is the KK partial cross section schematic of Fig.8 (a).
[0040]
  By making the cross-sectional shape of the protrusion 10 rectangular, the width of the protrusion 10 can be reduced compared to the case where the cross-sectional shape is triangular,Flat surface areaThe area of 20 can be widened. Therefore, the high-temperature gasification furnace in which such a protrusion 10 is formed on the bottom 8 of the cylindrical combustion chamber 1 is advantageous when combusting a combustible gas containing a large amount of non-combustible substances.
[0041]
  When combusting a flammable gas containing a large amount of nonflammable substances, that is, when a lot of molten slag is generated,Flat surface areaIt is preferable that the inclination of 20 is set to 50 degrees or more to increase the height of the protrusion 10 on the opening 9 side. FIG. 9 shows an example of the protrusion 10 having a rectangular cross-sectional shape with a height on the opening 9 side with respect to the bottom surface. Fig.9 (a) is the cross-sectional view which looked at the cylindrical combustion chamber 1 from the downward direction from the upper direction, and FIG.9 (b) is LL partial cross-section schematic of Fig.9 (a).
[0042]
  By increasing the height of the protrusion 10 on the opening 9 side,Flat surface areaEven when the slag is fixed to 20, the protruding portion is fixed by the fixed slag.10Therefore, the molten slag can be stably discharged from the opening 9 to the throat portion 11 little by little.
[0043]
  When the width of the protrusion 10 is reduced (when the cross-sectional shape of the protrusion is rectangular),Flat surface areaAlthough the area of 20 becomes wide, the periphery of the opening 9 is wide open, and the amount of molten slag flowing out from the opening 9 to the throat portion 11 may increase substantially. Therefore, when narrowing the width of the protrusion 10, it is preferable to extend the tip of the protrusion 10 on the opening 9 side along the periphery of the opening 9 and partially close the periphery of the opening 9. . In FIGS. 10 and 11, the cylindrical combustion in which the protrusion 10 having a rectangular cross section is formed by providing an extension extending along the periphery of the opening 9 at the tip of the protrusion 10 on the opening 9 side. An example of the bottom 8 of the chamber 1 is shown.
[0044]
FIG. 10 shows an example in which a rectangular molten slag discharge port 22 is formed from the extension 21 of the protrusion 10 and the protrusion 10. FIG. 10A is a cross-sectional view of the cylindrical combustion chamber 1 as viewed from above, and FIG. 10B is a schematic partial perspective view taken along line MM in FIG. 10A.
[0045]
  FIG. 11 shows an example in which an inverted triangular molten slag discharge port 22 is formed from the extension 21 and the protrusion 10 of the protrusion 10. Fig.11 (a) is the cross-sectional view which looked at the cylindrical combustion chamber 1 from upper direction to the downward direction, and FIG.11 (b) is a NN partial cross-section schematic perspective view of Fig.11 (a). By making the molten slag discharge port 22 into an inverted triangle shape as shown in FIG.Flat surface areaWhen the amount of molten slag stored in 20 is large, the amount of molten slag flowing out from the opening 9 to the throat portion 11 can be increased.
[0046]
Another example of the cross-sectional shape of the protrusion 10 is shown in FIG.
FIG. 12A shows a protrusion 10 having a right-angle triangle cross-sectional shape in which the angle of the surface in contact with the product gas is perpendicular to the horizontal direction. By making the angle of the surface on the side in contact with the generated gas perpendicular to the horizontal direction, the resistance of the projection 10 to the generated gas increases, and the effect of stopping the rotation of the generated gas increases.
[0047]
FIG. 12B shows a protrusion 10 having a semicircular cross-sectional shape. The protrusion 10 having a semicircular cross-sectional shape is stable over a long period of time because the top of the protrusion 10 is not easily lost.
[0048]
FIG. 12C shows a protrusion 10 having a cross-sectional shape obtained by cutting the top of FIG. 12A in the horizontal direction.
FIG. 12D shows a protrusion 10 having a trapezoidal cross-sectional shape (a shape obtained by cutting the top of a triangle in the horizontal direction).
The protrusion 10 having a cross-sectional shape obtained by cutting the top in the horizontal direction as shown in FIGS. 12C and 12D is slightly less effective in stopping the swirling of the generated gas, but the top of the protrusion 10 is missing. It is difficult to do and is stable for a long time.
[0049]
The protrusion 10 described so far has a shape extending linearly from the opening 9 toward the side wall 2, but may be a shape extending from the opening 9 toward the side wall 2 in a curved shape. FIG. 13 shows an example of the bottom 8 of the cylindrical combustion chamber 1 in which a protrusion 10 extending in a curved shape from the opening 9 toward the side wall 2 is formed. Fig.13 (a) is the cross-sectional view which looked at the cylindrical combustion chamber 1 from the upper direction downward, FIG.13 (b) is the OO partial cross-sectional schematic of Fig.13 (a).
[0050]
FIG. 13 shows a protruding portion 10 that extends in a curved shape so as to be convex in the traveling direction of the generated gas (arrow S). The effect of stopping the swirling flow of the product gas is enhanced by extending the protrusion 10 in a curved shape so as to be convex in the direction of travel of the product gas.
[0051]
The high-temperature gasification furnace of the present invention is a gasification furnace that generates gas containing hydrogen gas and carbon monoxide gas by supplying oxygen gas and water vapor (steam) as gasification agents to the cylindrical combustion chamber. Can be used. Next, a two-stage gasification treatment apparatus for combustible waste and a method for treating combustible waste using the high-temperature gasification furnace of the present invention will be described.
[0052]
FIG. 14 is a configuration diagram of a two-stage gasification processing apparatus for combustible waste using the high-temperature gasification furnace of the present invention.
In FIG. 14, a fluidized bed gasification furnace 23 is used as a low temperature gasification furnace, and a high temperature gasification furnace 27 in which a protrusion is formed at the bottom of a cylindrical combustion chamber is used as a high temperature gasification furnace according to the present invention. A two-stage gasification processor for combustible waste is shown.
[0053]
Inside the fluidized bed gasification furnace 23, a fluidized medium (eg, sand) fluidized by the fluidized gas b supplied from below the furnace forms a fluidized bed 24. As the fluidizing gas b, oxygen gas, air, water vapor or a mixed gas thereof is usually used. The oxygen gas and air supplied as the fluidizing gas b also act as a gasifying agent for combustible waste.
The combustible waste a supplied to the fluidized bed gasification furnace 23 is placed in the furnace as a fluidizing gas and gasifying agent in the fluidized bed 24 maintained at a temperature of 450 to 850 ° C. (usually 600 ° C.). By the supplied oxygen gas or air, partial combustion (incomplete combustion) is quickly performed and a combustible gas (eg, hydrogen gas, carbon monoxide gas, hydrocarbon gas, tar) is generated. The amount of oxygen gas or air supplied as the fluidizing gas and gasifying agent is preferably 30% or less of the theoretical amount required to completely burn the combustible waste.
[0054]
From the bottom of the fluidized bed gasification furnace 23, the fluid medium is discharged together with the incombustible material through the lock hopper 25, and the coarse incombustible material d is removed by the screen 26. The fluidized medium c from which the incombustible material has been removed is returned to the inside of the fluidized bed gasification furnace 23. Most of the metals (eg, iron, copper, aluminum) contained in the separated coarse incombustible material d are unoxidized because the fluidized bed 24 is at a relatively low temperature and oxygen is insufficient. It is a state.
[0055]
The combustible carbonaceous matter (solid carbon) generated by the partial combustion of the combustible waste is finely pulverized by the stirring motion of the fluidized bed 24 and becomes particles (char) and is accompanied by the flow of combustible gas. A part of the incombustible substance (ash content) is also finely pulverized by the agitating motion of the fluidized bed 24 and becomes particles and is accompanied by the flow of combustible gas.
[0056]
A combustible gas e containing particles containing incombustible substances and combustible carbonaceous particles in a suspended state is supplied from the combustible gas inlet 3 of the high-temperature gasification furnace 27 to the cylindrical combustion chamber 1 while swirling. Descend. The combustible gas and the combustible carbonaceous particles are combusted by the gasifying agent (mixed gas of oxygen gas and water vapor) f supplied from the gasifying agent introduction port 4 and the top gasifying agent introduction port 5. The temperature in the cylindrical combustion chamber 1 is maintained at 1300-1500 ° C. by the combustion heat of the combustible gas and the combustible carbonaceous particles. Carbon monoxide gas and carbon dioxide gas are generated by combustion of combustible carbonaceous particles. Carbon monoxide gas and hydrogen gas are also generated by water gasification reaction of water vapor and combustible carbonaceous particles contained in the gasifying agent.
[0057]
Particles containing incombustible substances contained in the combustible gas e become molten slag in the cylindrical combustion chamber 1. The generated gas (carbon monoxide gas, carbon dioxide gas, hydrogen gas) and molten slag are quenched in the incombustible material separation chamber 12, the generated gas is discharged from the generated gas outlet 17, and the slag particles (coarse slag) are discharged from the slag. 18 is taken out.
[0058]
When the combustible gas e contains a large amount of solids (combustible carbonaceous particles and non-combustible substances), the gas and the solids are separated in advance using a cyclone or the like before being supplied to the high-temperature gasifier 27. The gas is preferably introduced from the combustible gas inlet 4 into the cylindrical combustion chamber 1 of the high-temperature gasification furnace 27 from the top gasifier inlet 5 together with the gasifier f. By introducing the solid separated by the cyclone into the cylindrical combustion chamber 1 of the high-temperature gasification furnace 27 together with the gasifying agent f, the combustible carbonaceous particles in the solid are preferentially in contact with the gasifying agent. The generation of unburned carbon is reduced.
[0059]
The product gas h taken out from the product gas take-out port 17 of the high-temperature gasification furnace 27 is washed by the scrubber 31 to remove a small amount of remaining slag (slag mist) accompanying the product gas.
Carbon monoxide gas and hydrogen gas contained in the product gas h ′ cleaned by the scrubber 31 can be used as various chemical industrial raw materials. It is also possible to incinerate combustible waste with a two-stage gasification apparatus to obtain hydrogen gas, which can be used as a hydrogen source for ammonia synthesis.
The slag collected by the scrubber 31 is settled and concentrated in the storage tank 32 to form fine slag gfAre discharged to the outside. This fine slag gfSince it contains a lot of combustible carbonaceous particles, it is preferable to re-supply to the high-temperature gasifier.
[0060]
On the other hand, the slag particles g taken out from the slag discharge port 18 of the high-temperature gasification furnace 27 are appropriately discharged to the storage tank 29 by the lock hopper 28. The coarse slag collected here is separated from water by the screen 30. The coarse slag gc can be used as a material for cement or civil engineering construction.
[0061]
【The invention's effect】
In the high-temperature gasification furnace of the present invention, the molten slag generated in the cylindrical combustion chamber is unlikely to block the throat part, or the slag discharge port is not blocked due to a large slag lump. And can be used stably.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an example of a high-temperature gasification furnace of the present invention.
FIG. 2 is a view showing an example of a bottom portion of a cylindrical combustion chamber of the high temperature gasification furnace of the present invention.
FIG. 3 is a view showing another example of the cylindrical combustion chamber bottom portion of the high-temperature gasification furnace of the present invention.
FIG. 4 is a view showing still another example of the cylindrical combustion chamber bottom of the high-temperature gasification furnace of the present invention.
FIG. 5 shows the present invention.Not included inIt is a figure which shows another example of the cylindrical combustion chamber bottom part of a high temperature gasification furnace.
FIG. 6Not included inIt is a figure which shows another example of the cylindrical combustion chamber bottom part of a high temperature gasification furnace.
FIG. 7 is a view showing still another example of the cylindrical combustion chamber bottom of the high-temperature gasification furnace of the present invention.
FIG. 8 is a view showing still another example of the cylindrical combustion chamber bottom portion of the high-temperature gasification furnace of the present invention.
FIG. 9 is a view showing still another example of the cylindrical combustion chamber bottom portion of the high-temperature gasification furnace of the present invention.
FIG. 10 is a view showing still another example of the cylindrical combustion chamber bottom of the high-temperature gasification furnace of the present invention.
FIG. 11 is a view showing still another example of the cylindrical combustion chamber bottom of the high-temperature gasification furnace of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing an example of a cross-sectional shape of a protrusion formed at the bottom of a cylindrical combustion chamber of a high-temperature gasifier according to the present invention.
FIG. 13 is a view showing still another example of the cylindrical combustion chamber bottom of the high-temperature gasifier according to the present invention.
FIG. 14 is a configuration diagram of an example of a two-stage gasification treatment apparatus for combustible waste using the high-temperature gasification furnace of the present invention.
[Explanation of symbols]
  1 Cylindrical combustion chamber
  2 Side wall
  3 Combustible gas inlet
  4 Gasifying agent inlet
  5 Top gasifying agent inlet
  6 Iron skin
  7 Cooling jacket
  8 Bottom
  9 opening
  10 Protrusion
  11 Throat
  12 Nonflammable substance separation room
  13 Cooling water introduction pipe
  14 Cylindrical downcomer
  15 Cylindrical riser
  16 Water tank
  17 Product gas outlet
  18 Slag outlet
  19 Cooling water outlet
  20Flat surface area
  21 Extension
  22 Molten slag outlet
  23 Fluidized bed gasifier
  24 Fluidized bed
  25 lock hopper
  26 screens
  27 High-temperature gasifier
  28 Lock hopper
  29 Reservoir
  30 screens
  31 Scrubber
  32 Reservoir

Claims (5)

不燃性物質を含む粒子と可燃性炭素質粒子とを浮遊状態で含有する可燃性気体を内部で旋回させながら部分燃焼させて水素ガスと一酸化炭素ガスを含むガスを生成させるための、側面壁に該可燃性気体の導入口を備え、そして軸位置の周囲に形成された開口部に向かって側面壁から下降する円錐状の底部を備えた円筒状燃焼室;該開口部から下側に向かって延びるスロート部;該スロート部の下側に備えられた不燃性物質分離室;そして該不燃性物質分離室に備えられた生成ガス取り出し口からなる高温ガス化炉であって、
該円筒状燃焼室の底部表面平坦な表面領域と、開口部から側面壁に向かって放射状に延び、側面壁に接触する先端部においても突起形状を維持している突起部とから構成されていることを特徴とする高温ガス化炉。
Side wall for generating a gas containing hydrogen gas and carbon monoxide gas by partially burning a combustible gas containing particles containing nonflammable substances and combustible carbonaceous particles in a suspended state while swirling inside. A cylindrical combustion chamber with a combustible gas inlet and a conical bottom that descends from the side wall toward an opening formed around the axial position; from the opening downwards A high temperature gasification furnace comprising a nonflammable material separation chamber provided below the throat portion; and a product gas outlet provided in the nonflammable material separation chamber,
A bottom surface of the cylindrical combustion chamber is composed of a flat surface region, extending radially toward the side wall from the opening, the protrusion that maintains protrusion shape at the distal end in contact with the side wall hot gasifier, characterized by that.
前記底部表面の突起部が開口部周縁を超えて内側に突出するように延びていることを特徴とする請求項1に記載の高温ガス化炉。The high-temperature gasification furnace according to claim 1, wherein the protrusion on the bottom surface extends so as to protrude inward beyond the periphery of the opening . 前記底部表面の突起部の断面が三角形、矩形または半円形もしくはこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項1もしくは2に記載の高温ガス化炉。The high-temperature gasification furnace according to claim 1 or 2, wherein a cross section of the protrusion on the bottom surface is triangular, rectangular, semicircular, or a combination thereof . 前記突起部が底部表面に複数個形成されていることを特徴とする請求項1乃至3のうちのいずれかの項に記載の高温ガス化炉。The high-temperature gasification furnace according to any one of claims 1 to 3, wherein a plurality of the protrusions are formed on a bottom surface . 前記複数個の突起部が底部表面の円周に沿って等間隔に形成されていることを特徴とする請求項4に記載の高温ガス化炉。The high temperature gasification furnace according to claim 4 , wherein the plurality of protrusions are formed at equal intervals along the circumference of the bottom surface .
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