| 【発明の名称】 |
廃棄物ガス化発電方法および装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】福田 祐治
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| 【要約】 |
【課題】固形廃棄物をガス化して発電を行なう際に熱交換器の高温腐食を最小限に抑え、より高効率の発電を行なう。
【解決手段】ごみを含む各種廃棄物を熱分解してガス化した熱分解ガスを燃焼させて生じた燃焼ガスを熱交換器に通し、熱交換した蒸気を利用して発電を行なう廃棄物ガス化発電装置において、硫黄含有燃料を燃焼炉内に導き、前記熱分解ガス中の二酸化硫黄濃度を２００ｐｐｍ以上にして燃焼させる。燃焼は例えば熱分解ガスを燃焼させるバーナによって行う。その際、熱交換器を設けた部位の二酸化硫黄濃度を検出するモニタを設け、このモニタ出力に応じて硫黄含有燃料の供給量を制御するとよい。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ごみを含む各種廃棄物を熱分解してガス化した熱分解ガスを燃焼させて生じた燃焼ガスを熱交換器に通し、熱交換した蒸気を利用して発電を行なう廃棄物ガス化発電方法において、前記熱分解ガス中の二酸化硫黄濃度を２００ｐｐｍ以上として燃焼させることを特徴とする廃棄物ガス化発電方法。
【請求項２】 ごみを含む各種廃棄物を熱分解してガス化した熱分解ガスを燃焼させて生じた燃焼ガスを熱交換器に通し、熱交換した蒸気を利用して発電を行なう廃棄物ガス化発電装置において、硫黄含有燃料を燃焼炉内に導き、前記熱分解ガス中の二酸化硫黄濃度を２００ｐｐｍ以上にして燃焼させる手段を備えていることを特徴とする廃棄物ガス化発電装置。
【請求項３】 前記燃焼させる手段が前記熱分解ガスを燃焼させるバーナであることを特徴とする請求項２記載の廃棄物ガス化発電装置。
【請求項４】 前記熱交換器を設けた部位の二酸化硫黄濃度を検出する手段と、この検出する手段の検出結果に基づいて二酸化硫黄濃度を制御する手段と、を備えていることを特徴とする請求項２記載の廃棄物ガス化発電装置。
【請求項５】 前記二酸化硫黄濃度を制御する手段が、硫黄含有燃料を供給する配管に設けられた流量制御弁であることを特徴とする請求項２記載の廃棄物ガス化発電装置。
【請求項６】 前記燃焼炉で燃料された燃焼ガスが導かれ、伝熱管を介して熱交換を行なうボイラの排ガスの一部を前記伝熱管配設位置近傍に供給する配管が設けられていることを特徴とする請求項２記載の廃棄物ガス化発電装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、可燃性の固体廃棄物をガス化し、得られた生成物を燃焼させて熱回収することにより発電を行なう廃棄物ガス化発電方法およびその方法を使用した発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】都市ごみや各種廃棄物（以下、単に「ごみ」と称する場合もある）の処理方法が種々開発されている。この種の処理方法として例えば１つのシステム内でごみを熱分解し、生成した熱分解ガスやチャーを熱源として灰を溶融したり、発電を行なうシステムが特開平９−２８７４４１号公報に提案されている。
【０００３】この発明は基本的には、図４に示すようにガス化炉１でごみを燃やしてガス化し、そのガスを燃焼炉２１に送り込んで燃焼させ、ボイラ２２で蒸気を生成して蒸気タービン２３を駆動して発電を行なうように構成されている。ガス化炉１は流動層炉からなり、ごみは給じん器２の底部からスクリューフィーダ３によってガス化炉１のごみ投入口４に投入される。炉内に投入されたごみは熱分解部５で熱分解され、熱分解ガス２８が発生する。発生した熱分解ガス２８は第１のガス排出口１１から空気予熱器１７に導かれる。一方、分解されなかった残部は炉の底部に導かれ、炉の底部に配置された散気管９から供給される空気を混合して燃焼し、部分酸化ガス２９となって一部は前記熱分解部５に導かれて当該部分の雰囲気温度を熱分解温度に上昇させ、他部は第２のガス排出口１２から排出される。
【０００４】この部分酸化ガス２９はすべて第２のガス排出口１２から排出された後、サイクロン１４に送り込まれ、未燃チャー１５およびダスト１６と可燃ガスとに分離される。可燃ガスはバーナ１９に送り込まれ、未燃チャー１５はガス化炉１に戻され、再度、可燃物として使用される。ダスト１６は未燃物８と同様に灰溶融炉などで処理される。第１のガス排出口１１から空気予熱器１７に導かれた可燃ガスは空気予熱器１７を経てバグフィルタ１８で塵埃類を除去した後、燃焼炉２１のバーナ１９に導入される。また、押し込み送風機２０によって空気予熱器１７側に送り込まれた空気は、空気予熱器１７で加熱される。加熱された空気の一部はバーナ１９に送られ、残りは流動化空気として散気管９に送り込まれる。
【０００５】バーナ１９に送り込まれた可燃ガスは、空気とともに燃焼炉２１で燃焼させ、高温の燃焼ガスを発生させる。高温の燃焼ガスはボイラ２２で蒸気を発生させ、バグフィルタ２４で除塵された後、誘引送風機２５を経て煙突２６から大気中に放出される。なお、バグフィルタ２４の上流側で、消石灰サイロ３０から消石灰を添加し、塩分および散成分を除去する。これは熱分解ガス２８のバーナ１９への供給経路でも同様である。ボイラ２２で過熱された蒸気は蒸気タービン２３を駆動させ、さらに蒸気タービン２３によって発電機を駆動して発電が行なわれる。
【０００６】なお、図４中、符号１３は仕切り板、７は分級機であって、ＦｅやＡｌなどの金属分６を回収する。３１はエゼクタ、３２は部分酸化ガスのサイクロン導入経路に設けられた砂ビットである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このようなシステムにおいては、燃焼灰をサイクロン１４によって除去し、ガス化された可燃ガスのみを燃焼炉２１に供給するように構成しているが、サイクロン１４における灰捕集効率は高くとも９０％程度であり、ある程度の灰がボイラ２２内に飛散するのは避けることができない。燃焼灰には、ＮａＣｌやＫＣｌなど多量の塩化物とＮａ2ＳＯ4やＫ2ＳＯ4などの多量の硫酸塩が含まれ、さらに燃焼ガス中には例えば１０００ｐｐｍ近くものＨＣｌガスが含まれており、その含有量は非常に多い。このため、ボイラ２２に設置される伝熱管では５００℃以下の低融点化合物とガス中のＨＣｌの複合作用により激しい高温腐食が発生する。これを避けるために、従来のこの種のシステムでは、蒸気温度が４００℃以下になるような発電効率の悪い低温での運転を余儀なくされている。
【０００８】発電効率をあげるために、例えば、■ 過熱蒸気管の材質をＡｌｌｏｙ６２５などの耐食材料とし、過熱蒸気温度を５００℃まで高める方法■ 腐食の一要因であるＨＣｌガスを中和するため、炉内にＮａ2ＣＯ3やＣａＣＯ3などのアルカリ性物質を噴霧する方法■ 腐食原因物質である媒塵を少なくする方法■ 腐食原因物質である媒塵が蒸気管璧に付着しにくくするための燃焼技術やボイラの改善■ 最も腐食しやすい過熱蒸気管を消耗部品として交換しやすくする方法などの各方法が検討され、導入されている。
【０００９】しかし、これらのいずれの方法を採用しても根本的な解決策にはなっていない。すなわち、上記のいずれの方法でも腐食を防止することは根本的に困難であり、しかも、設備の建設費や維持費が高くなるからである。
【００１０】一方、ごみ中の硫黄含有量を増加させると、腐食が大きく低下するということも知られている。これは、管表面に付着する燃焼灰中の塩化物濃度が低下するためであろうと考えられている。この一例として、腐食を少なくするために必要な硫黄量としては材料にＳＵＳ３１６を使用した場合には、０．７５％、炭素鋼を使用した場合で１．０％となっている。しかし、ごみ中に硫黄を添加してガス化した場合には、多量の硫化水素（Ｈ2Ｓ）が発生するため、硫化水素による高温腐食が発生するというという問題がある。
【００１１】本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、固形廃棄物をガス化して発電を行なう際に熱交換器の高温腐食を最小限に抑え、より効率の高い発電を行なうことが可能な方法および装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため、本発明は、ごみを含む各種廃棄物を熱分解してガス化した熱分解ガスを燃焼させて生じた燃焼ガスを熱交換器に通し、熱交換した蒸気を利用して発電を行なう廃棄物ガス化発電方法において、前記熱分解ガス中の二酸化硫黄濃度を２００ｐｐｍ以上として燃焼させるようにした。
【００１３】また、本発明は、ごみを含む各種廃棄物を熱分解してガス化した熱分解ガスを燃焼させて生じた燃焼ガスを熱交換器に通し、熱交換した蒸気を利用して発電を行なう廃棄物ガス化発電装置において、硫黄含有燃料を燃焼炉内に導き、前記熱分解ガス中の二酸化硫黄濃度を２００ｐｐｍ以上にして燃焼させる手段を設けた。
【００１４】この場合、前記燃焼させる手段は例えば前記熱分解ガスを燃焼させるバーナからなり、このバーナに硫黄含有燃料を供給する。また、前記熱交換器を設けた部位の二酸化硫黄濃度を検出する手段と、この検出する手段の検出結果に基づいて二酸化硫黄濃度を制御する手段と設け、燃焼炉内の二酸化硫黄濃度をモニタしながら適切な濃度で燃焼させる。この濃度制御には、例えば硫黄含有燃料を供給する配管に流量制御弁を設け、この弁開度制御によって二酸化硫黄の濃度制御を行なう。
【００１５】さらに、燃焼炉で燃料した燃焼ガスを導き、伝熱管を介して熱交換を行なうボイラの排ガスの一部を前記伝熱管配設位置近傍に供給し、二酸化硫黄濃度が２００ｐｐｍ以上という条件を保持するようにする。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１７】図１は本発明の実施形態に係る廃棄物ガス化発電システムのシステム構成を示す図である。この実施形態は、前述の図４に示した従来例に対して燃焼炉２１で可燃性ガスを燃焼させるためのバーナ１９に硫黄含有燃料燃料タンク４１から導かれる燃料配管４０を接続し、ガス化炉１から導かれた熱分解ガス２８や部分酸化ガス２９からなる可燃性ガスに混入して燃焼炉２１で燃焼させるもので、その他の各部は全て前述の図４に示した従来例を同等に構成されている。
【００１８】このように構成すると、ガス化炉１でガス化された熱分解ガス２８や部分酸化ガス２９からなる可燃性ガスはバグフィルタ１８で媒塵類が除去され、あるいはサイクロン１４で灰と分離された後、燃焼炉２１に設置されたバーナ１９に供給される。バーナ１９には前述のように燃料配管４０が接続されているので、バーナ１９に導かれた可燃性ガスは燃料配管４０から供給された硫黄含有燃料とともに燃焼炉２１で燃焼させる。燃焼炉２１で発生した高温の燃焼ガスはボイラ２２で蒸気を発生させ、バグフィルタ２４および誘引通風機２５を経て煙突２６から大気中に放出される。その他、硫黄含有燃料を可燃性ガスとともに燃焼させることおよび燃焼温度条件が異なることを除いて前記従来例と同様の運転が行なわれる。この実施形態では、過熱器５０出口の蒸気条件は５００℃×１００ａｔａで、過熱器５０の管材料にはＳＵＳ３１０（２５Ｃｒ２０Ｎｉ）を使用している。
【００１９】熱交換器（過熱器５０）を設置する部位を流れる排ガス中にＳＯ2ガスが添加されると、熱交換器表面に付着する灰中に含まれる塩化物が硫酸塩に変化し、灰の融点を上昇させるとともに燃焼排ガス中に含まれるＨＣｌが腐食性の強いＣｌ2ガスに変化するのを防止することができ、５００℃の高温の蒸気による発電が可能になる。
【００２０】図５に排ガス中のＳＯ2濃度と腐食量との関係を示す。腐食量は実機の熱交換器の伝熱管に付着していた灰を採取してＳＴＢＡ２４とＳＵＳ３４７Ｈ表面に塗布し、ＳＯ2濃度を０ｐｐｍから１０００ｐｐｍまで変化させた１０００ｐｐｍＨＣｌ−１０％Ｏ2−１０％ＣＯ2−２０％Ｈ2Ｏ−ｂａｌ．Ｎ2ガスを通気して測定した。試験温度は５５０℃、試験時間は２０時間である。この測定結果から、腐食量はガス中のＳＯ2濃度が２００ｐｐｍ以上から低下し、１０００ｐｐｍＳＯ2ではＳＴＢＡ２４においても非常に少なくなっているのが分かる。なお、通常の廃棄物を燃焼させた場合に発生するガス中のＳＯ2濃度は５０ｐｐｍ前後であり、この程度の低いＳＯ2濃度では腐食抑制効果はない。このことも図５から明らかである。
【００２１】このように腐食抑制効果を得るために必要なガス中のＳＯ2濃度は２００ｐｐｍ以上であるので、燃焼ガス中のＳＯ2濃度が少なくとも２００ｐｐｍ以上になるように硫黄含有燃料を可燃性ガスとともに燃焼させる必要がある。バーナ１９に供給される硫黄含有燃料の硫黄量は同時に供給される可燃性ガスの硫黄含有量との和となるので、特に硫黄含有燃料の供給量や硫黄含有燃料の硫黄の含有量を限定するものではなく、可燃性ガスの硫黄含有量と硫黄含有燃料の硫黄含有量に応じて適宜硫黄含有燃料の供給量は設定される。
【００２２】燃料の形態としては重油や残査油などの液体燃料やオイルコークスや石炭などの固体燃料、あるいはこれらの混合物が使用される。特に、残査油やオイルコークスは硫黄含有率が５％程度と高く、腐食を防止するのに必要なＳＯ2濃度を達成するのに使用料が少なくて済む。また、燃料自体も安価であり、コスト上これらの燃料を使用することが好ましい。
【００２３】硫黄含有燃料の供給量は、使用する燃料の硫黄含有量が燃料材によって異なることから、使用する燃料の種類や成分に応じて制御する必要がある。そこで、図１に示したシステムでは、燃料の種類や成分のデータから燃焼炉２１中のＳＯ2量を推測して硫黄含有燃料の供給量を決定している。これに対し、図２に示した他の実施形態では、ボイラ２２の過熱器５０の近傍の燃焼炉２１内にＳＯ2濃度を計測するためのモニタ６１を設置し、このモニタ６１からの信号からＳＯ2濃度を検出するように構成している。これにより、正確にＳＯ2濃度に基づいて硫黄含有燃料の供給量を制御することができる。この制御のために燃料タンク４１からバーナ１９に硫黄含有燃料を供給する燃料配管４０には流量調整弁４２が設けられ、流量制御器６２はモニタ６１からの検出信号に応じて流量調整弁４２の開度を設定する。なお、図２は他の実施形態に係る廃棄物ガス化発電システムの燃焼炉およびボイラ部の構成を示す概略断面図である。
【００２４】このように制御することによってガス化するごみ質の変動に対応して常にボイラ２２内を流れる排ガス中のＳＯ2が２００ｐｐｍ以上になるように制御することが可能になる。
【００２５】図３はさらに他の実施形態に係る廃棄物ガス化発電システムの燃焼炉およびボイラ部の構成を示す概略断面図である。この実施形態は、過熱器５０のうち最も高温になる部位の近傍にボイラ２２からの排ガスを再び導入するようにしたもので、排ガスはボイラ２２からの排ガス配管７１から排ガス導入配管７２を分岐し、ボイラ２２内の排ガス炉内供給装置７３に導くようになっている。このように構成すると、ガスの偏流などによってボイラ炉内においてＳＯ2の濃度分布が不均一になった場合でも、最も腐食が激しくなる過熱器５０の伝熱管表面のＳＯ2濃度を２００ｐｐｍ以上に保持することが可能になり、腐食が防止される。
【００２６】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、二酸化硫黄濃度が少なくとも２００ｐｐｍ以上の環境下に過熱器が位置することになり、蒸気温度が４００℃以上であっても高温腐食が抑制される。その結果、過熱器を高温高圧の状態で運転することが可能となり、高効率発電を行なうことができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５４４１
【氏名又は名称】バブコック日立株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年５月２０日（１９９９．５．２０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７８１３４
【弁理士】
【氏名又は名称】武 顕次郎
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３２９３２２（Ｐ２０００−３２９３２２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１１月３０日（２０００．１１．３０） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１４０５１４ |
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