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JP5778069B2 - 流動床式ガス化炉への流動粒子供給装置 - Google Patents
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流動床式ガス化炉への流動粒子供給装置 Download PDF

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Description

本発明は、流動粒子を流動化させた流動層において廃棄物を加熱することによって当該廃棄物から可燃性ガスを取り出す流動床式ガス化炉内に前記流動粒子を供給する流動粒子供給装置に関する。
従来から特許文献1に開示されるガス化システムが知られている。このガス化システムでは、図3に示されるように、流動床式ガス化炉100から不燃物等と共に排出された流動粒子が、流動床式ガス化炉100内に戻されることにより、循環使用されている。具体的には、以下の通りである。
流動床式ガス化炉100は、炉内部に流動粒子(例えば硅砂等)を有し、この流動粒子を流動化させた流動層102において廃棄物を加熱することによって当該廃棄物から可燃性ガス(熱分解ガス)を取り出す。この流動床式ガス化炉100では、可燃性ガスが取り出された後の廃棄物や不燃物等が流動粒子と共に炉外に排出される。この不燃物等と共に炉外に排出された流動粒子は、分離装置104において前記不燃物等と分離された後、流動粒子循環用エレベータ106等によって炉内に戻され、再度、流動層102を構成する。
ここで、流動床式ガス化炉100では、炉内で可燃性ガスを生成しているため、炉外部からの不要な空気(燃焼制御のために炉内に積極的に供給される空気以外の空気)が炉内に流入するのを防ぐ必要がある。前記の流動床式ガス化炉100では、不燃物等と共に排出された流動粒子が、再度、炉内に戻される(投入される)部位に流動粒子投入弁108が設けられ、この流動粒子投入弁108を閉じることによって前記不要な空気が炉内に流入するのを防いでいる。
特開2004−263886号公報
しかし、上記の流動床式ガス化炉100では、排出された流動粒子を炉内に戻す際に流動粒子投入弁108を開いて流動粒子を投入するため、このときに、流動粒子と共に外部からの空気が炉内に流入する場合がある。
そこで、本発明は、上記問題に鑑み、流動床式ガス化炉内への流動粒子の投入時においても流動粒子の投入部位から炉内に外部の空気が流入するのを防ぐことができる流動床式ガス化炉への流動粒子供給装置を提供することを課題とする。
上記課題を解消すべく、本発明は、流動床式ガス化炉に設けられた粒子投入部から当該流動床式ガス化炉内に流動粒子を供給する流動粒子供給装置であって、前記流動粒子を受け入れるための開口部を有して当該開口部から水平方向に離れた位置の前記粒子投入部まで延びる筒状の周壁を備え、前記粒子投入部側が前記開口部側よりも上方位置となるように傾斜しているコンベアケーシングと、前記コンベアケーシングの内部に回転可能に収容され、その回転によって前記開口部から当該コンベアケーシング内に供給された流動粒子を前記粒子投入部まで搬送可能なスクリュー軸と、前記開口部の上側に配置され、その内部に前記流動粒子が充填可能であると共にその充填された流動粒子を前記コンベアケーシング内の流動粒子上に積み上げるように当該コンベアケーシング内に前記開口部から供給する流動粒子貯留部と、を備え
かかる構成によれば、流動粒子貯留部内及びコンベアケーシング内の流動粒子がマテリアルシールとして機能することにより、流動床式ガス化炉内への流動粒子の投入時においても、外部の空気が当該流動粒子供給装置を通じて粒子投入部から流動床式ガス化炉内に流入するのを防ぐことができる。具体的には、流動粒子貯留部内に流動粒子が充填されると、当該流動粒子貯留部が前記充填された流動粒子を開口部を通じてコンベアケーシング内の流動粒子上に積み上げるように供給することによって、少なくとも開口部周辺のコンベアケーシング内が流動粒子に満たされ且つ上側に積み上げられた流動粒子貯留部内の流動粒子の重みによって密集した状態となると共に、流動粒子貯留部の底部においても上側の流動粒子の重みによって流動粒子が密集した状態となることにより、流動粒子がマテリアルシールとして働き、流動粒子貯留部からコンベアケーシング内を通じて粒子投入部へ向かう空気の流れが妨げられる。しかも、スクリュー軸の回転によって流動粒子がコンベアケーシング内を粒子投入部に向けて搬送されるときにも、コンベアケーシングの傾斜によって流動粒子に開口部側に向けて力が働くため、コンベアケーシングの少なくとも前記開口部周辺での流動粒子の密集状態が維持されてマテリアルシールとしての機能が維持される。これにより、粒子投入部から流動床式ガス化炉内に流動粒子を供給しつつ、外部の空気が当該流動粒子供給装置を通じて粒子投入部から流動床式ガス化炉内に流入するのを防ぐことができる。
本発明に係る流動粒子供給装置は、さらに、前記スクリュー軸を回転駆動する駆動部と、少なくとも前記開口部周辺のコンベアケーシング内が流動粒子に満たされ且つその上側に流動粒子貯留部内の流動粒子が積み上げられるように前記駆動部を制御する制御部と、を備え、前記流動粒子貯留部は、内部に貯留された流動粒子の上端位置を検出可能なレベル計を有し、前記制御部は、前記レベル計によって検出される前記流動粒子の上端位置が所定の高さ位置より低くなると前記駆動部を停止させる。
かかる構成によれば、レベル計によって流動粒子貯留部に貯留された流動粒子が少なくなった(流動粒子の上端位置が所定の高さ位置よりも低くなった)のを検出して制御部がスクリューコンベアを停止させることにより、流動粒子貯留部内及びコンベアケーシング内の流動粒子の減少によって当該流動粒子がマテリアルシールとして機能しなくなる前に流動床式ガス化炉内への流動粒子の供給を自動的に停止させることができる。
以上より、本発明によれば、流動床式ガス化炉内への流動粒子の投入時においても流動粒子の投入部位から炉内に外部の空気が流入するのを防ぐことができる流動床式ガス化炉への流動粒子供給装置を提供することができる。
本実施形態に係るガス化システムのブロック図である。 本実施形態に係る流動粒子供給装置の概略構成図である。 従来のガス化熔融システムのブロック図である。
以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
本実施形態の流動粒子供給装置は、例えば、廃棄物から可燃性ガスを取り出すガス化システムにおいて用いられる流動床式ガス化炉に対して流動粒子を供給する。以下では、先ず、図1を参照しつつガス化システム10について説明し、その後に、流動粒子供給装置について説明する。
ガス化システム10は、流動床式ガス化炉11と、流動粒子循環部20と、ガス処理部30と、を備える。
流動床式ガス化炉(以下、単に「ガス化炉」とも称する。)11は、流動粒子を流動化させた流動層18において廃棄物を加熱することによって当該廃棄物から可燃性ガス(熱分解ガス)を取り出す。このガス化炉11は、内部に流動粒子を有する炉本体12と、炉本体12の内部に廃棄物を投入する廃棄物供給部13と、炉本体12の内部において流動粒子を流動化させると共に廃棄物を燃焼させるための空気を供給する空気供給部14と、を備える。炉本体12の下部には、流動粒子、不燃物、及び可燃性ガスが取り出された後の廃棄物等の混合物を排出する排出部15が設けられ、炉本体12の上部には、廃棄物から生成した可燃性ガスを排出する排気部16が設けられている。また、炉本体12の高さ方向における中間部には、流動層18の上方から流動粒子を投入するための粒子投入部17が設けられている。
尚、流動粒子は、炉本体12の内部において流動層18を構成し、廃棄物を加熱するための粒子である。即ち、廃棄物の一部の燃焼により加熱されて高温になった流動粒子が廃棄物と混合されることにより、廃棄物がガス化されて可燃性ガスが発生する。本実施形態では、流動粒子として例えば珪砂が用いられる。より具体的には、流動粒子として、例えば、硅砂4号又は硅砂5号が用いられる。
流動粒子循環部20は、不燃物排出装置21と、流動粒子循環用エレベータ22と、流動粒子貯留槽23と、流動粒子供給装置40と、を有し、炉本体12内から排出された流動粒子を、再度、炉本体12内に戻す。
不燃物排出装置21は、炉本体12の排出部15から排出された前記混合物から、流動粒子と、不燃物等とを分離する。不燃物排出装置21によって前記混合物から分離された流動粒子は、流動粒子用コンベア24によって流動粒子循環用エレベータ22に搬送され、不燃物排出装置21によって前記混合物から分離された不燃物等は、不燃物用コンベア25によって不燃物ヤード26に搬送される。
流動粒子循環用エレベータ22は、不燃物排出装置21によって分離された流動粒子を、炉本体12の粒子投入部17よりも上方位置まで搬送する。流動粒子循環用エレベータ22は、第1ダンパー22a及び第2ダンパー22bを切り換えることによって前記上方位置まで搬送した流動粒子を、流動粒子供給装置40、流動粒子貯留槽23、又は、不燃物ヤード26に供給する。具体的には、流動粒子循環用エレベータ22は、通常、流動粒子供給装置40に流動粒子を供給する。そして、流動粒子循環用エレベータ22は、流動粒子供給装置40における流動粒子の貯留部位に貯留された流動粒子が所定の量に達すると、第1ダンパー22a及び第2ダンパー22bの少なくとも一方を切り換えることによって流動粒子の供給先を流動粒子貯留槽23又は不燃物ヤード26に切り換える。そして、前記貯留部位に貯留された流動粒子が前記所定の量よりも減少すると、流動粒子循環用エレベータ22は、第1ダンバー22aを切り換えることによって流動粒子の供給先を流動粒子供給装置40に切り換える。
尚、ガス化炉11において流動粒子が使用され続けると不燃物等の付着によって流動粒子の粒径が大きくなって流動層18における通気性等が変化するため、粒径が所定の値よりも大きくなった流動粒子は、不燃物排出装置21において篩い分けられ、不燃物ヤード26に供給される。
流動粒子貯留槽23は、所定の量の流動粒子を貯留しておき、炉本体12の立ち上げ時や炉本体12と流動粒子循環部20との間で循環する流動粒子の量が大幅に減少したときや、炉本体12内の流動粒子の量を増加させるときに、流動粒子循環用エレベータ22に流動粒子を供給する。
ガス処理部30は、ガス改質炉31と、ガス冷却機32と、バグフィルター33と、誘引ファン34と、有し、ガス化炉11から排出された熱分解ガス(可燃性ガスを含むガス)の改質処理を行う。
ガス改質炉31は、ガス化炉11から排出された熱分解ガスを改質(クラッキング)して熱分解ガスに含まれるタール等を分解し、燃料ガスや原料ガスとして再利用できる性状(可燃性ガス)とする。ガス冷却機32は、ガス改質炉31において改質された可燃性ガスを冷却する。バグフィルター33は、冷却後の可燃性ガスから粉塵やばいじん等を除去する。誘引ファン34は、ガス化炉11において生成された熱分解ガスをガス処理部30に誘引する。この誘引ファン34によってガス化炉11(炉本体12)内から熱分解ガスが誘引されることにより、ガス化炉11内の圧力が大気圧以下となる。
以上のガス処理部30において改質処理された可燃性ガスは、後段のガスタービンやガスボイラ等に燃料として供給される。
次に、流動粒子供給装置40について図2も参照しつつ説明する。
流動粒子供給装置40は、流動粒子貯留部42と、流動粒子搬送部44と、制御部46と、を備える。
流動粒子貯留部42は、流動粒子循環用エレベータ22から供給された流動粒子を貯留すると共に、貯留した流動粒子を流動粒子搬送部44に供給する。この流動粒子貯留部42は、貯留部本体421と、貯留部本体421と流動粒子搬送部44とを接続する接続部422と、貯留部本体421の上部に設けられ、貯留部本体421内に流動粒子を投入可能な投入部423と、貯留部本体421に取り付けられる複数(本実施形態では4つ)のレベル計424a、424b、424c、424dと、を備える。
貯留部本体421は、上下に延びる中空の柱状であり、内部に流動粒子を貯留する。
接続部422は、貯留部本体421の内部と流動粒子搬送部44におけるスクリューコンベア441の内部とが連通するように、貯留部本体421の下端部とスクリューコンベア441とを接続する。
各レベル計424a、424b、424c、424dは、貯留部本体421内に貯留された流動粒子の上端位置(貯留された流動粒子とその上方の空間との境界面の高さ位置)を、接触又は非接触で検出する。このようなレベル計としては、例えば、静電容量式レベル計、パドル式レベル計、レーザー式レベル計等が用いられる。
そして、各レベル計424a、424b、424c、424dは、前記上端位置を検出すると検出信号を出力する。本実施形態では、4つのレベル計(第1レベル計424a、第2レベル計424b、第3レベル計424c、及び第4レベル計424d)が貯留部本体421に取り付けられている。具体的に、4つのレベル計424a、424b、424c、424dは、上下方向に間隔をおいて一列に配置されている。
尚、本実施形態のレベル計424a、424b、424c、424dは、水平面方向(同一高さ位置)において、1つだけ設けられているが、これに限定されない。即ち、レベル計は、水平面方向(同一高さ位置)において、複数設けられてもよい。これにより、貯留部本体421内での流動粒子の偏りによるレベル計の誤検知を防ぐことができる。特に、下段(貯留部本体421の下部)には、同じ高さ位置(本実形態では、例えば、レベル計424a、424bの高さ位置)に複数のレベル計が設けられることが好ましい。かかる構成によれば、レベル計の誤検知が効果的に防止される。
流動粒子搬送部44は、スクリューコンベア441と、このスクリューコンベア441を駆動する駆動部442と、を有する。
スクリューコンベア441は、コンベアケーシング443と、コンベアケーシング443の内部に収容されるスクリュー軸444と、支持部448と、を有する。
コンベアケーシング443は、ケーシング本体445と、点検口部446と、流動粒子排出部447と、を有する。
ケーシング本体445は円筒状の周壁を有し、この周壁の両端は閉塞されている。ケーシング本体445の一方の端部(図2における左側の端部)の上端部に設けられた開口部445aに流動粒子貯留部42の接続部422が接続されている。これにより、貯留部本体421の内部とケーシング本体445の内部とが接続部422を通じて連通する。
点検口部446は、ケーシング本体445の他方の端部(前記一方の端部と反対側の端部:図2における右側の端部)の上端部に設けられる開口部である。この点検口部446には、蓋446aが取り付けられている。この蓋446aを取り外すことにより、点検口部446からケーシング本体445の内部を点検することができる。
流動粒子排出部447は、ケーシング本体445内の流動粒子を炉本体12の粒子投入部17内に排出する。具体的に、流動粒子排出部447は、ケーシング本体445の前記他方の端部の下端部と炉本体12の粒子投入部17とを接続し、ケーシング本体445の内部と炉本体12の内部とを連通する。この流動粒子排出部447は、気密状態で粒子投入部17と接続される。これにより、流動粒子貯留部42の内部からケーシング本体445の内部と流動粒子排出部447の内部とを通じて粒子投入部17内までが気密状態で連通する。
支持部448は、流動粒子排出部447側(粒子投入部17側)の端部が流動粒子貯留部42の接続部422側の端部よりも上方位置になるように傾斜した姿勢でケーシング本体445を支持する。具体的には、支持部448は、ケーシング本体445の中心軸が水平に対して例えば15°となるようにケーシング本体445を支持する。尚、水平に対するケーシング本体445の中心軸の角度は、10°〜45°が好ましい。このように、前記中心軸の角度が10°〜45°の場合は、ケーシング本体445内における流動粒子の圧密によるマテリアルシール効果に大きな差異がない。一方、前記中心軸の角度が10°未満の場合は、ケーシング本体445内において流動粒子の圧密によるマテリアルシール効果が小さくなり、ケーシング本体445内を空気が流れる。
スクリュー軸444は、ケーシング本体445と同じ方向に延びる軸本体444aと、軸本体444aの周面に設けられるスクリュー(螺旋状の)羽根444bとを有し、ケーシング本体445の内部において軸本体444aの中心軸周りに回転可能に収容される。
駆動部442は、ケーシング本体445内に収容されているスクリュー軸444(軸本体444a)に接続され、制御部46からの指示信号に基づいてスクリュー軸444を回転駆動する。このように、駆動部442によってスクリュー軸444が回転させられることによって、流動粒子貯留部42側の端部から流動粒子排出部447側の端部に向けて流動粒子がケーシング本体445の内部を搬送される。
制御部46は、各レベル計424a、424b、424c、424dと駆動部442とに接続され、各レベル計424a、424b、424c、424dからの検出信号に基づいて駆動部442、流動粒子循環用エレベータ22、及び廃棄物供給部13等に指示信号を出力する。具体的には、以下の通りである。
流動床式ガス化炉11の運転開始時の流動粒子貯留部42内には、流動粒子の上端位置が第2レベル計424bと第3レベル計424cとの間になるような量の流動粒子が貯留されている。そして、制御部46は、流動粒子供給装置40と流動粒子循環用エレベータ22とを駆動させる。
流動粒子供給装置40から炉本体12への流動粒子の供給量が流動粒子循環用エレベータ22から貯留部本体421への流動粒子の供給量よりも多い場合、貯留部本体421内における流動粒子の上端位置が徐々に低下する。この上端位置が第2レベル計424bの位置に到達すると、制御部46は、第2レベル計424bからの検出信号を受信し、駆動部442を停止させる(即ち、流動粒子供給装置40を停止させる)指示信号を駆動部442に向けて出力する。これにより、貯留部本体421内の流動粒子の上端位置の低下が止まり、流動粒子貯留部42からケーシング本体445内における流動粒子によるマテリアルシール効果が維持される。
仮に、流動粒子供給装置40から炉本体12への流動粒子の供給量と流動粒子循環用エレベータ22から貯留部本体421への流動粒子の供給量との差が非常に大きく、これにより、貯留部本体421内の流動粒子の上端位置が第1レベル計424aまで低下した場合には、制御部46は、第1レベル計424aからの検出信号を受信し、廃棄物供給部13を停止させる指示信号を廃棄物供給部13に向けて出力し、炉本体12内への廃棄物の供給を停止させる。これにより、炉本体12内における可燃性ガスの生成量が減少する。このため、貯留部本体421内の流動粒子の量が少なくなったことにより流動粒子によるマテリアルシール効果が低減し、これにより、流動粒子供給装置40を通じて炉本体12内に空気が流入しても、炉本体12内での可燃性ガスと前記空気との反応を抑制することができる。
第2レベル計424bよりも流動粒子の上端位置が低いときには流動粒子供給装置40が停止しているため、流動粒子循環用エレベータ22が貯留部本体421に供給する流動粒子によって、貯留部本体421内における流動粒子の上端位置が徐々に上昇する。前記上端位置が第3レベル計424cまで上昇すると、制御部46は、第3レベル計424cからの検出信号を受信し、駆動部442を駆動させる(即ち、流動粒子供給装置40を稼動させる)指示信号を駆動部442に向けて出力する。
流動粒子供給装置40から炉本体12への流動粒子の供給量が流動粒子循環用エレベータ22から貯留部本体421への流動粒子の供給量よりも少ない場合、貯留部本体421内における流動粒子の上端位置が徐々に上昇する。前記上端位置が第4レベル計424dまで上昇すると、制御部46は、流動粒子循環用エレベータ22を停止させる指示信号を流動粒子循環用エレベータ22に向けて出力する。これにより、流動粒子循環用エレベータ22から貯留部本体421への流動粒子の供給が停止擦る一方、駆動部442が駆動を続けているため炉本体12内への流動粒子の供給が維持されるため、貯留部本体421内の流動粒子の上端位置は徐々に低下する。これにより、前記上端位置が第3レベル計424cまで低下すると、制御部46は、第3レベル計424cからの検出信号を受信し、流動粒子循環用エレベータ22を駆動させるための指示信号を流動粒子循環用エレベータ22に向けて出力する。
尚、制御部46は、流動粒子循環用エレベータ22のon/offに代えて、第1ダンパー22aの切り換えを行ってもよい。この場合、流動粒子循環用エレベータ22が運転し続けるため、炉本体12からの不燃物の引き抜きを停止することなく貯留部本体421への流動粒子の供給量を制御することが可能となる。
以上の流動粒子供給装置40によれば、貯留部本体421内及びケーシング本体445内の流動粒子がマテリアルシールとして機能することにより、炉本体12内への流動粒子の投入時においても、外部の空気が当該流動粒子供給装置40を通じて粒子投入部17から炉本体12内に流入するのを防ぐことができる。具体的には、貯留部本体421内に流動粒子が充填されると、当該貯留部本体421が前記充填された流動粒子を開口部445aを通じてケーシング本体445内の流動粒子上に積み上げるように供給する。これにより、少なくとも開口部445a周辺のケーシング本体445内が流動粒子に満たされ且つ上側に積み上げられた貯留部本体421内の流動粒子の重みによって密集した状態となる。また、貯留部本体421の底部においても上側の流動粒子の重みによって流動粒子が密集した状態となる。その結果、流動粒子がマテリアルシールとして働き、流動粒子貯留部42からケーシング本体445内を通じて粒子投入部17へ向かう空気の流れが妨げられる。しかも、スクリュー軸444の回転によって流動粒子がケーシング本体445内を粒子投入部17に向けて搬送されるときにも、ケーシング本体445の傾斜によって流動粒子に開口部445a側に向けて力が働くため、ケーシング本体445の少なくとも開口部445a周辺での流動粒子の密集状態が維持されてマテリアルシールとしての機能が維持される。これにより、粒子投入部17から炉本体12内に流動粒子を供給しつつ、外部の空気が当該流動粒子供給装置40を通じて粒子投入部17から炉本体12内に流入するのを防ぐことができる。
また、第2レベル計424bによって貯留部本体421に貯留された流動粒子が少なくなったのを検出して制御部46がスクリューコンベア441(駆動部442)を停止させることにより、貯留部本体421内及びケーシング本体445内の流動粒子の減少によって当該流動粒子がマテリアルシールとして機能しなくなる前に炉本体12内への流動粒子の供給を自動的に停止させることができる。
尚、本発明の流動粒子供給装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
上記実施形態では、流動粒子貯留部42に複数のレベル計(第1〜第4レベル計424a、424b、424c、424d)が設けられているが、1つだけでもよい。この場合、第1レベル計424aが設けられていれば、貯留部本体421内及びケーシング本体445内の流動粒子の減少によって当該流動粒子がマテリアルシールとして機能しなくなる前に炉本体12内への流動粒子の供給を自動的に停止させることができる。
11 流動床式ガス化炉
17 粒子投入部
40 流動粒子供給装置
42 流動粒子貯留部
46 制御部
424a 第1レベル計
424b 第2レベル計
424c 第3レベル計
424d 第4レベル計
441 スクリューコンベア
442 駆動部
443 コンベアケーシング
444 スクリュー軸

Claims (1)

  1. 流動床式ガス化炉に設けられた粒子投入部から当該流動床式ガス化炉内に流動粒子を供給する流動粒子供給装置であって、
    前記流動粒子を受け入れるための開口部を有して当該開口部から水平方向に離れた位置の前記粒子投入部まで延びる筒状の周壁を備え、前記粒子投入部側が前記開口部側よりも上方位置となるように傾斜しているコンベアケーシングと、
    前記コンベアケーシングの内部に回転可能に収容され、その回転によって前記開口部から当該コンベアケーシング内に供給された流動粒子を前記粒子投入部まで搬送可能なスクリュー軸と、
    前記開口部の上側に配置され、その内部に前記流動粒子が充填可能であると共にその充填された流動粒子を前記コンベアケーシング内の流動粒子上に積み上げるように当該コンベアケーシング内に前記開口部から供給する流動粒子貯留部と、
    前記スクリュー軸を回転駆動する駆動部と、
    少なくとも前記開口部周辺のコンベアケーシング内が流動粒子に満たされ且つその上側に流動粒子貯留部内の流動粒子が積み上げられるように前記駆動部を制御する制御部と、を備え、
    前記流動粒子貯留部は、内部に貯留された流動粒子の上端位置を検出可能なレベル計を有し、
    前記制御部は、前記レベル計によって検出される前記流動粒子の上端位置が所定の高さ位置より低くなると前記駆動部を停止させる、流動粒子供給装置。
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