JP3831588B2 - 廃棄物のガス化処理設備及びこれを利用したガス化発電設備 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物のガス化処理設備及びこれを利用したガス化発電設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみ、下水汚泥、産業用廃棄物などの有機系廃棄物からエネルギー回収を図るために、廃棄物を熱分解によりガス化して燃料用ガス（ガス化ガス）を得るガス変換技術が、環境保全及び省資源の観点から注目されている。
【０００３】
このガス変換技術のシステムとしては、廃棄物に水蒸気を添加して４００〜８００℃でガス化し、さらに１３００〜１５００℃でクラッキングして、煤を含まないクリーンなＣＯ、Ｈ2 リッチガスを得るシステムが開発されている。このようにして得られたガス化ガス（燃料用ガス）により発電装置による発電などが行われる。
【０００４】
ここで、ガス化変換技術の一例のシステムとして、ガス化炉（流動床ガス化炉）と灰溶融炉（旋回溶融炉）にて二段ガス化を行い、発生したガス化ガスを発電装置に供給して発電を行う従来のガス化発電設備について、図１４を参照しつつ説明する。
【０００５】
図１４に示すように、内部に砂層２１１ａを有する流動床ガス化炉２１１の上部の送出口は、旋回溶融炉２１２に受入口に連絡している。旋回溶融炉２１２のガス送出口は、ボイラ２１３のガス受入口に連絡している。ボイラ２１３のガス送出口は、バグフィルタ２１７の受入口に連絡している。バグフィルタ２１７の送出口は、凝縮器２１８のガス受入口に連絡している。凝縮器２１８のガス送出口は、発電装置３００のガス受入側に連絡している。
【０００６】
前記ボイラ２１３の蒸気送出口は、スチームタービン２１４の蒸気受入口に連絡している。スチームタービン２１４の出力軸は、発電機２１５の入力軸に連結されている。スチームタービン２１４の蒸気送出口は、復水器２１６の蒸気受入口に連絡している。復水器２１６の送水口は、ボイラ２１３の受水口に連絡している。
【０００７】
このようなガス化発電設備において、酸素（または空気）と水蒸気との混合ガスであるガス化剤１を流動床ガス化炉２１１の内部に上記砂層２１１ａの下方から供給すると共に、流動床ガス化炉２１１の内部の砂層２１１ａ上に廃棄物２を投入すると、廃棄物２は、加熱（４００〜８００℃）されながら浮遊流動する上記砂層２１１ａにより、熱分解されてガス状物質になり、ガス化剤１の酸素および水蒸気と接触すると共に、その一部がフリーボード部２１１ｂで燃焼し（６５０〜８００℃）、下記式（１）で示す燃焼反応および下記式（２）で示す水性ガス化反応（改質反応）を起こし、一酸化炭素、水素、メタン、エタン、二酸化炭素等を含むガス化ガス３と、タールや煤などの未燃炭素質物質４ａと、飛灰４ｂと、不燃物４ｃとを生じる。
【０００８】
Ｃ＋Ｏ2 →ＣＯ2 ＋熱・・・・・（１）
Ｃ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋Ｈ2 ・・・・（２）
【０００９】
前記不燃物４ｃは、流動床ガス化炉２１１の下部から系外へ排出される。一方、ガス化ガス３と未燃炭素質物質４ａと飛灰４ｂとは、流動床ガス化炉２１１の上部から送出されて旋回溶融炉２１２内に送給される。
【００１０】
酸素（または空気）と水蒸気との混合ガスであるガス化剤１を旋回溶融炉２１２の内部に供給すると、ガス化ガス３および未燃炭素質物質４ａの一部は、燃焼して旋回溶融炉２１２内を加熱（１３００〜１５００℃程度）する。ガス化ガス３と未燃炭素質物質４ａと飛灰４ｂとは、旋回溶融炉２１２の内部で旋回しながら加熱される。このため、飛灰（無機物）４ｂは、溶融してスラグミスト化し、旋回流の遠心力で炉壁に捕捉され、スラグ４ｄとなって炉壁を流下して系外へ排出される。一方、ガス化ガス３および未燃炭素質物質４ａは、ガス化剤１の水蒸気により、上述した水性ガス化反応（改質反応）がさらに進行する。
【００１１】
上記ガス化ガス３は、旋回溶融炉２１２から送出されてボイラ２１３で熱回収される。ボイラ２１３は、ガス化ガス３から回収した熱で水を加熱して蒸気を発生させる。この蒸気は、スチームタービン２１４を回転させて、発電機１５を駆動させることにより、発電を行う。スチームタービン２１４から排出された蒸気は、復水器１６で水に戻されてボイラ２１３に再び供給される。
【００１２】
ボイラ２１３から送出されたガス化ガス３は、バグフィルタ２１７でダストや塩酸分が除去された後、凝縮器２１８の冷却水５ａで冷却され、凝縮水５ｂが系外へ取り除かれて精製ガス６となる。
【００１３】
精製ガス６は、発電装置３００に送られ、発電作動に使用された後、排ガス７として系外へ排出される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
前述したような従来のガス化発電設備においては、ガス化ガス３を凝縮器２１８の冷却水５ａで冷却して当該ガス化ガス３中から水分を凝縮除去するため、当該冷却水５ａに奪われたガス化ガス３の熱が系外にそのまま放出されてしまい、系内の熱効率に無駄があった。
【００１５】
このようなことから、本発明は、系内の熱効率が高い廃棄物のガス化処理設備及びこれを利用したガス化発電設備を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、酸素を含む気体と水蒸気とのガス化剤を供給されて廃棄物を部分酸化および熱分解してガス化ガスを発生するガス化炉と、前記ガス化炉で発生した前記ガス化ガスを高温加熱して当該ガス化ガスに含まれている灰分を溶融して除去する溶融炉と、前記溶融炉からの前記ガス化ガスを冷却して当該ガス化ガス中の水分を凝縮除去する凝縮器とを備えた廃棄物のガス化処理設備において、前記凝縮器に送給された前記ガス化ガスの顕熱および当該ガス化ガス中の水分の凝縮潜熱を利用して原料水から水蒸気を生成させて、前記ガス化炉および前記溶融炉のうちの少なくとも前記ガス化炉に当該水蒸気を前記ガス化剤の前記水蒸気として供給する水蒸気生成手段と、前記ガス化ガスの使用済みの排ガスの熱を利用して、前記水蒸気生成手段で生成した前記水蒸気をさらに加熱する水蒸気加熱手段とを備え、前記水蒸気生成手段が、前記原料水の蒸発圧力を低下させるように吸引して生成した水蒸気を送出するポンプを備えていることを特徴とする。
【００１７】
第二番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、酸素を含む気体と水蒸気とのガス化剤を供給されて廃棄物を部分酸化および熱分解してガス化ガスを発生するガス化炉と、前記ガス化炉で発生した前記ガス化ガスを高温加熱して当該ガス化ガスに含まれている灰分を溶融して除去する溶融炉と、前記溶融炉からの前記ガス化ガスを冷却して当該ガス化ガス中の水分を凝縮除去する凝縮器とを備えた廃棄物のガス化処理設備において、前記凝縮器に送給された前記ガス化ガスの顕熱および当該ガス化ガス中の水分の凝縮潜熱を利用して原料水から水蒸気を生成させて、前記ガス化炉および前記溶融炉のうちの少なくとも前記ガス化炉に当該水蒸気を前記ガス化剤の前記水蒸気として供給する水蒸気生成手段と、前記ガス化ガスの使用済みの排ガスの熱を利用して、前記水蒸気生成手段で生成した前記水蒸気をさらに加熱する水蒸気加熱手段とを備え、前記水蒸気生成手段が、前記凝縮器内の前記ガス化ガスと熱交換させた熱媒と前記原料水との間で熱交換させる水加熱手段と、前記水加熱手段の前記原料水の蒸発圧力を低下させるように吸引して生成した水蒸気を送出するポンプとを備えていることを特徴とする。
【００１８】
第三番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、第一番目の発明において、前記水蒸気生成手段が、前記凝縮器内を貫通し、内部に前記原料水が流通すると共に、前記ポンプに連絡する熱回収用パイプを備えていることを特徴とする。
【００１９】
第四番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、第二番目の発明において、前記水蒸気生成手段が、前記凝縮器内を貫通し、内部に前記熱媒が流通すると共に、前記水加熱手段で前記原料水と熱交換させる熱回収用パイプを備えていることを特徴とする。
【００２０】
第五番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、第三番目または第四番目の発明において、前記原料水が、前記凝縮器で前記ガス化ガスから生成した凝縮水であることを特徴とする。
【００２１】
第六番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、第一番目から第五番目の発明のいずれかにおいて、前記ガス化炉が流動床ガス化炉であり、前記溶融炉が旋回溶融炉であることを特徴とする。
【００２２】
また、第七番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第一番目から第六番目の発明のいずれかの廃棄物のガス化処理設備からの前記ガス化ガスを使用して発電する発電手段を備えた廃棄物のガス化発電設備であって、前記発電手段が、前記ガス化ガスを使用して作動するガスエンジンと、前記ガスエンジンの作動により発電する発電機とを備えていることを特徴とする。
【００２３】
第八番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第一番目から第六番目の発明のいずれかの廃棄物のガス化処理設備からの前記ガス化ガスを使用して発電する発電手段を備えた廃棄物のガス化発電設備であって、前記発電手段が、前記ガス化ガスを使用して作動するガスタービンと、前記ガスタービンの作動により発電する発電機とを備えていることを特徴とする。
【００２４】
第九番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第一番目から第六番目の発明のいずれかの廃棄物のガス化処理設備からの前記ガス化ガスを使用して発電する発電手段を備えた廃棄物のガス化発電設備であって、前記発電手段が、前記ガス化ガスを使用して作動する燃料電池と、前記燃料電池の作動により発電する発電機とを備えていることを特徴とする。
【００２５】
第十番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第九番目の発明において、前記発電手段が、前記燃料電池で使用された前記ガス化ガスを使用して作動するガスエンジンと、前記ガスエンジンの作動により発電する発電機とを備えていることを特徴とする。
【００２６】
第十一番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第九番目の発明において、前記発電手段が、前記燃料電池で使用された前記ガス化ガスを使用して作動するガスタービンと、前記ガスタービンの作動により発電する発電機とを備えていることを特徴とする。
【００２７】
第十二番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第七番目から第十一番目の発明のいずれかにおいて、前記発電手段が、前記ガス化ガスの使用済みの排ガスにより加熱された蒸気を利用して作動するスチームタービンと、前記スチームタービンの作動により発電する発電機とを備えていることを特徴とする。
第十三番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第七番目から第十二番目の発明のいずれかにおいて、前記水蒸気加熱手段が、前記発電手段で使用された前記ガス化ガスの排ガスの熱を利用するものであることを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明による廃棄物のガス化処理設備及びこれを利用するガス化発電設備の実施の形態を以下に説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００２９】
［第一番目の実施の形態］
本発明による廃棄物のガス化処理設備及びこれを利用するガス化発電設備の第一番目の実施の形態を図１，２に基づいて説明する。図１は、ガス化発電設備の概略構成図、図２は、図１の凝縮器部分の抽出拡大内部構造図である。
【００３０】
図１に示すように、内部に砂層１１ａを有する流動床ガス化炉１１の上部の送出口は、旋回溶融炉１２に受入口に連絡している。旋回溶融炉１２のガス送出口は、ボイラ１３のガス受入口に連絡している。ボイラ１３のガス送出口は、バグフィルタ１７の受入口に連絡している。バグフィルタ１７の送出口は、凝縮器１８のガス受入口に連絡している。凝縮器１８のガス送出口は、発電手段である発電装置１００のガス受入側に連絡している。
【００３１】
前記ボイラ１３の蒸気送出口は、スチームタービン１４の蒸気受入口に連絡している。スチームタービン１４の出力軸は、発電機１５の入力軸に連結されている。スチームタービン１４の蒸気送出口は、復水器１６の蒸気受入口に連絡している。復水器１６の送水口は、ボイラ１３の受水口に連絡している。
【００３２】
また、図２に示すように、前記凝縮器１８内のガス化ガス３の流通方向上流側には、熱回収用パイプ１９ａが貫通している。熱回収用パイプ１９ａの一端は、圧損要素であるバルブ１９ｂを介して水タンク１９ｃに連結している。熱回収用パイプ１９ａの他端は、図１に示すように、熱交換器１９ｅの被加熱体受入口に連結されている。熱交換器１９ｅの被加熱体送出口は、前記流動床ガス化炉１１および前記旋回溶融炉１２に吸引ポンプ１９ｄを介して連絡している。熱交換器１９ｅの加熱体受入口は、前記発電装置１００のガス送出口に連結されている。
【００３３】
このような熱回収用パイプ１９ａ、バルブ１９ｂ、水タンク１９ｃ、吸引ポンプ１９ｄなどにより、本実施の形態では水蒸気生成手段を構成し、熱交換器１９ｅなどにより水蒸気加熱手段を構成している。なお、図１中、１０は圧力スイング式吸着（ＰＳＡ）システム等のような酸素発生器である。
【００３４】
このようなガス化発電設備においては、酸素１ｂと水蒸気１ａとの混合ガスであるガス化剤１を流動床ガス化炉１１の内部に上記砂層１１ａの下方から供給すると共に、流動床ガス化炉１１の内部の砂層１１ａ上に廃棄物２を投入すると、廃棄物２は、加熱（４００〜８００℃）されながら浮遊流動する上記砂層１１ａにより、熱分解されてガス状物質になり、ガス化剤１の酸素１ｂおよび水蒸気１ａと接触すると共に、その一部がフリーボード部１１ｂで燃焼し（６５０〜８００℃）、下記式（１）で示す燃焼反応および下記式（２）で示す水性ガス化反応（改質反応）を起こし、一酸化炭素、水素、メタン、エタン、二酸化炭素等を含むガス化ガス３と、タールや煤などの未燃炭素質物質４ａと、飛灰４ｂと、不燃物４ｃとを生じる。
【００３５】
Ｃ＋Ｏ2 →ＣＯ2 ＋熱・・・・・（１）
Ｃ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋Ｈ2 ・・・・（２）
【００３６】
前記不燃物４ｃは、流動床ガス化炉１１の下部から系外へ排出される。一方、ガス化ガス３と未燃炭素質物質４ａと飛灰４ｂとは、流動床ガス化炉１１の上部から送出されて旋回溶融炉１２内に送給される。
【００３７】
酸素１ｂと水蒸気１ａとの混合ガスであるガス化剤１を旋回溶融炉１２の内部に供給すると、ガス化ガス３および未燃炭素質物質４ａの一部は、燃焼して旋回溶融炉１２内を加熱（１３００〜１５００℃程度）する。ガス化ガス３と未燃炭素質物質４ａと飛灰４ｂとは、旋回溶融炉１２の内部で旋回しながら加熱される。このため、飛灰（無機物）４ｂは、溶融してスラグミスト化し、旋回流の遠心力で炉壁に捕捉され、スラグ４ｄとなって炉壁を流下して系外へ排出される。一方、ガス化ガス３および未燃炭素質物質４ａは、ガス化剤１の水蒸気１ａにより、上述した水性ガス化反応（改質反応）がさらに進行する。
【００３８】
上記ガス化ガス３は、旋回溶融炉１２から送出されてボイラ１３で熱回収される。ボイラ１３は、ガス化ガス３から回収した熱で水を加熱して蒸気を発生させる。この蒸気は、スチームタービン１４を回転させて、発電機１５を駆動させることにより、発電を行う。スチームタービン１４から排出された蒸気は、復水器１６で水に戻されてボイラ１３に再び供給される。
【００３９】
ボイラ１３から送出されたガス化ガス３は、バグフィルタ１７でダストや塩酸分が除去された後、凝縮器１８の内部に送給され、熱回収用パイプ１９ａと接触する。この熱回収用パイプ１９ａ内には、水タンク１９ｃ内に貯溜された原料水５ｃがバルブ１９ｂを介して減圧された状態で流通する。このため、原料水５ｃは、熱回収用パイプ１９ａを介してガス化ガス３から熱を奪って温度上昇する。つまり、ガス化ガス３の顕熱およびガス化ガス３中の水分の凝縮潜熱により、原料水５ｃが加熱（約８０℃程度）されるのである。
【００４０】
バルブ１９ｂを介して減圧されて加熱された原料水５ｃは、吸引ポンプ１９ｄで吸引されると、蒸発圧力が低下するため、沸点まで加熱されなくても水蒸気１ａを発生させる。この水蒸気１ａは、熱交換器１９ｅに送給される。
【００４１】
一方、原料水５ｃに熱を回収されたガス化ガス３は、凝縮器１８の冷却水５ａでさらに冷却され、水分が凝縮されて凝縮水５ｂとなって系外へ取り除かれて精製ガス６となる。
【００４２】
前記精製ガス６は、発電装置１００に送られ、発電作動に使用された後、排ガス７として前記熱交換器１９ｅに送給される。熱交換器１９ｅは、上記排ガス７の熱を利用して、前記水蒸気１ａを加熱する。このように加熱された水蒸気１ａは、酸素発生器２２からの酸素１ｂと混合されてガス化剤１となって、流動床ガス化炉１１および旋回溶融炉１２内に供給される。
【００４３】
つまり、本実施の形態では、凝縮器１８で凝縮される直前のガス化ガス３の熱および発電装置１００からの排ガス７の熱を利用して、流動床ガス化炉１１および旋回溶融炉１２内に供給するガス化剤１の水蒸気１ａを生成させるようにしたのである。
【００４４】
したがって、系内の熱を有効に利用することができるので、系内の熱効率を大幅に向上させることができる。
【００４５】
なお、本実施の形態では、水タンク１９ｃ内の原料水５ｃを熱回収用パイプ１９ａに流通させるようにしたが、当該原料水５ｃとして、図３に示すように、凝縮器１８内でガス化ガス３から生じた凝縮水５ｂを利用して熱回収用パイプ１９ａ内に流通させることにより、当該凝縮水５ｂからガス化剤１の水蒸気１ａを生成させるようにすれば、処理にかかる原材料コストを低減させることができる。
【００４６】
［第二番目の実施の形態］
本発明による廃棄物のガス化処理設備及びこれを利用するガス化発電設備の第二番目の実施の形態を図４に基づいて説明する。図４は、ガス化発電設備の概略構成図である。ただし、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様な部分については、前述した第一番目の実施の形態の説明で用いた符号と同一の符号を用いることにより、重複した説明を省略する。
【００４７】
図４に示すように、凝縮器１８の内部を貫通する熱回収用パイプ１９ａの他端は、熱交換器２９ｆの熱媒受入口に連絡している。熱交換器２９ｆの熱媒送出口は、上記熱回収用パイプ１９ａの一端に連結している。熱交換器２９ｆの被加熱体受入口は、バルブ１９ｂを介して水タンク１９ｃに連絡している。熱交換器２９ｆの被加熱体送出口は、熱交換器１９ｅの被加熱体受入口に連絡している。なお、本実施の形態では、バルブ１９ｂ、水タンク１９ｃ、熱交換器２９ｆなどにより水加熱手段を構成し、当該水加熱手段、熱回収用パイプ１９ａ、吸引ポンプ１９ｄなどにより水蒸気生成手段を構成し、熱交換器１９ｅなどにより水蒸気加熱手段を構成している。
【００４８】
このような本実施の形態においては、熱回収用パイプ１９ａ内に熱媒９を流通させると共に、水タンク１９ｃ内の原料水５ｃを熱交換器２９ｆ内に送給すると、凝縮器１８内に流入したガス化ガス３から上記熱媒９が熱回収用パイプ１９ａを介して熱を奪って温度上昇して熱交換器２９ｆ内に流入し、上記原料水５ｃと熱交換した後、熱回収用パイプ１９ａ内を再び流通する。上記熱媒９と熱交換して加熱された原料水５ｃは、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様に、吸引ポンプ１９ｄで吸引され、水蒸気１ａが熱交換器１９ｅに送給される。
【００４９】
つまり、前述した第一番目の実施の形態では、ガス化ガス３の熱から水蒸気１ａを直接生成させるようにしたが、本実施の形態では、熱媒９を介してガス化ガス３の熱を原料水５ｃに与えて水蒸気１ａを生成させるようにしたのである。
【００５０】
したがって、本実施の形態によれば、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様に、系内の熱を有効に利用することができるので、系内の熱効率を大幅に向上させることができる。
【００５１】
なお、本実施の形態では、水タンク１９ｃ内の原料水５ｃを熱交換器２９ｆに送給するようにしたが、前述した第一番目の実施の形態でも説明したように、当該原料水５ｃとして、図５に示すように、凝縮器１８内でガス化ガス３から生じた凝縮水５ｂを利用して熱交換器２９ｆ内に送給することにより、当該凝縮水５ｂからガス化剤１の水蒸気１ａを生成させるようにすれば、処理にかかる原材料コストを低減させることができる。
【００５２】
なお、前述した各実施の形態では、酸素１ｂと水蒸気１ａとを混合したガス化剤１を流動床ガス化炉１１および旋回溶融炉１２に供給するようにしたが、酸素（または空気）１ｂと水蒸気１ａとをそれぞれ個別に供給するようにしてもよい。さらに、流動床ガス化炉１１において改質反応が十分行われる場合には、流動床ガス化炉１１のみに水蒸気１ａを供給するようにしてもよい。
【００５３】
また、前述した各実施の形態では、水蒸気１ａと酸素１ｂとを混合したガス化剤１を流動床ガス化炉１１および旋回溶融炉１２にそのまま供給するようにしたが、例えば、精製ガス６の一部を抜き取って燃焼させて、この燃焼熱によりガス化剤１をさらに加熱して流動床ガス化炉１１および旋回溶融炉１２内に供給するようにしてもよい。
【００５４】
［発電装置の実施の形態］
ここで、前述した発電装置１００の実施の形態を図６〜１３を用いて説明する。図６は、発電装置の第一番目の実施の形態の概略構成図、図７は、発電装置の第二番目の実施の形態の概略構成図、図８は、発電装置の第三番目の実施の形態の概略構成図、図９は、発電装置の第四番目の実施の形態の概略構成図、図１０は、発電装置の第五番目の実施の形態の概略構成図、図１１は、発電装置の第六番目の実施の形態の概略構成図、図１２は、発電装置の第七番目の実施の形態の概略構成図、図１３は、発電装置の第八番目の実施の形態の概略構成図である。
【００５５】
［第一番目の実施の形態］
図６に示すように、前記凝縮器１８からの精製ガス６（ガス化ガス３を精製したもの）は、発電手段であるガスエンジン発電装置１１０のコンプレッサ１１１のガス受入口に供給される。コンプレッサ１１１のガス送出口は、ガスホルダ１１２のガス受入口に連結している。ガスホルダ１１２のガス送出口は、ガスエンジン１１３の精製ガス受入口に連結している。ガスエンジン１１３には、空気８が供給されるようになっている。このガスエンジン１１３の出力部は、発電機１１５に連結している。
【００５６】
このようなガスエンジン発電装置１１０においては、コンプレッサ１１１が精製ガス６を高圧に圧縮してガスホルダ１１２に送給し、ガスホルダ１１２がガスエンジン１１３内に精製ガス６を規定の圧力で供給すると共に、ガスエンジン１１３内に空気８が供給され、ガスエンジン１１３内での精製ガス６と空気８との燃焼爆発力による出力軸の駆動により発電機１１５が駆動され、発電することができる。
【００５７】
［第二番目の実施の形態］
図７に示すように、前記凝縮器１８からの精製ガス６（ガス化ガス３を精製したもの）は、発電手段であるガスタービン発電装置１２０のコンプレッサ１１１のガス受入口に供給される。コンプレッサ１１１のガス送出口は、ガスホルダ１１２の精製ガス受入口に連結している。ガスホルダ１１２には、空気が供給されるようになっている。ガスホルダ１１２のガス送出口は、ガスタービン１２３のガス受入口に連結している。このガスタービン１２３の出力部は、発電機１１５に連結している。
【００５８】
このようなガスタービン発電装置１２０においては、コンプレッサ１１１が精製ガス６を高圧に圧縮してガスホルダ１１２に送給し、ガスホルダ１１２が空気８と共に精製ガス６をガスタービン１２３内に規定の圧力で供給し、ガスタービン１２３内での精製ガス６と空気８との燃焼爆発力による出力軸の駆動により発電機１１５が駆動され、発電することができる。
【００５９】
［第三番目の実施の形態］
図８に示すように、前記凝縮器１８からの精製ガス６（ガス化ガス３を精製したもの）は、燃料電池発電装置１３０の燃料電池１３３の燃料ガス受入口に供給される。燃料電池１３３には、空気８が供給されるようになっている。燃料電池１３３には、インバータ１３４を介して発電機１３５が接続されている。
【００６０】
このような燃料電池発電装置１３０においては、燃料電池１３３に精製ガス６および空気８が供給されると、燃料電池１３３内で電気化学反応を生じて発電され、インバータ１３４を介して発電機１３５を作動させるようになっている。
【００６１】
［第四番目の実施の形態］
図９に示すように、上述の第一番目の実施の形態と同様な構成をなすガスエンジン発電装置１１０のガスエンジン１１３のガス送出口は、スチームタービン発電装置１４０のボイラ１４１のガス受入口に連絡している。ボイラ１４１の蒸気送出口は、スチームタービン１４３の蒸気受入口に連絡している。スチームタービン１４３の出力部は、発電機１４５の入力部に連結されている。スチームタービン１４３の蒸気送出口は、復水器１４２の蒸気受入口に連絡している。復水器１４２の送水口は、ボイラ１４１の受水口に連絡している。
【００６２】
このような発電手段であるガスエンジン−スチームタービン発電装置１５０においては、上述の第一番目の実施の形態のガスエンジン発電装置１１０と同様にして発電に使用された排ガス７がスチームタービン発電装置１４０のボイラ１４１に送給され、ボイラ１４１で熱回収され、ボイラ１４１が排ガス７から回収した熱で水を加熱して蒸気を発生させ、当該蒸気がスチームタービン１４３を回転させて、発電機１４５を駆動させることにより発電され、スチームタービン１４３から排出されて復水器１６で冷却されて水に戻され、当該水がボイラ１４１に再び供給される。
【００６３】
［第五番目の実施の形態］
図１０に示すように、上述の第二番目の実施の形態と同様な構成をなすガスタービン発電装置１２０のガスタービン１２３のガス送出口は、上述の第四番目の実施の形態と同様な構成をなすスチームタービン発電装置１４０のボイラ１４１のガス受入口に連絡している。
【００６４】
このような発電手段であるガスタービン−スチームタービン発電装置１６０においては、上述の第二番目の実施の形態のガスタービン発電装置１２０と同様にして発電に使用された排ガス７がスチームタービン発電装置１４０のボイラ１４１に送給され、上述の第四番目の実施の形態のスチームタービン発電装置１４０と同様にして発電に使用される。
【００６５】
［第六番目の実施の形態］
図１１に示すように、上述の第三番目の実施の形態と同様な構成をなす燃料電池発電装置１３０の燃料電池１３３のガス送出口は、上述の第四番目の実施の形態と同様な構成をなすスチームタービン発電装置１４０のボイラ１４１のガス受入口に連絡している。なお、燃料電池発電装置１３０の燃料電池１３３に供給する空気８は、スチームタービン発電装置１４０のボイラ１４１で加熱されるようになっている。
【００６６】
このような発電手段である燃料電池−スチームタービン発電装置１７０においては、上述の第三番目の実施の形態の燃料電池発電装置１３０と同様にして発電に使用された精製ガス６の排ガス７と空気８の排ガス７とがスチームタービン発電装置１４０のボイラ１４１にそれぞれ送給され、上述の第四番目の実施の形態のスチームタービン発電装置１４０と同様にして発電に使用される。
【００６７】
［第七番目の実施の形態］
図１２（ａ）に示すように、上述の第三番目の実施の形態と同様な構成をなす燃料電池発電装置１３０の燃料電池１３３の空気受入口は、ガスホルダ１３７を介してコンプレッサ１３６に連結している。燃料電池１３３のガス送出口は、上述の第二番目の実施の形態と同様な構成をなすガスタービン発電装置１２０のガスタービン１２３のガス受入口に連絡している。
【００６８】
このような発電手段である燃料電池−ガスタービン発電装置１８０においては、燃料電池発電装置１３０のコンプレッサ１３６で圧縮された空気８がガスホルダ１３７を介して燃料電池１３３に供給されると共に、前記凝縮器１８からの精製ガス６が燃料電池１３３に供給され、上述の第三番目の実施の形態の燃料電池発電装置１３０と同様にして発電し、発電に使用された精製ガス６の排ガス７と空気８の排ガス７とがガスタービン発電装置１２０のガスタービン１２３にそれぞれ送給され、上述の第二番目の実施の形態のガスタービン発電装置１２０と同様にして発電に使用される。
【００６９】
なお、図１２（ｂ）に示すように、燃料電池発電装置１３０の燃料電池１３３の精製ガス受入口にもガスホルダ１３２を介してコンプレッサ１３１を連結するようにしてもよい。
【００７０】
また、ガスタービン発電装置１２０に代えて、上述の第一番目の実施の形態のガスエンジン発電装置１１０を適用した発電手段である燃料電池−ガスエンジン発電装置とすることも可能である。
【００７１】
［第八番目の実施の形態］
図１３（ａ）に示すように、上述の第三番目の実施の形態と同様な構成をなす燃料電池発電装置１３０の燃料電池１３３の空気受入口は、ガスホルダ１３７を介してコンプレッサ１３６に連結している。燃料電池１３３のガス送出口は、上述の第二番目の実施の形態と同様な構成をなすガスタービン発電装置１２０のガスタービン１２３のガス受入口に連絡している。ガスタービン１２３のガス送出口は、上述の第四番目の実施の形態と同様な構成をなすスチームタービン発電装置１４０のボイラ１４１のガス受入口に連絡している。
【００７２】
このような燃料電池−ガスタービン−スチームタービン発電装置１９０においては、精製ガス６および空気８が上述の第七番目の実施の形態の燃料電池−ガスタービン発電装置１８０の場合の燃料電池発電装置１３０と同様にして発電に使用され、精製ガス６の排ガス７と空気８の排ガス７とがガスタービン発電装置１２０のガスタービン１２３にそれぞれ送給され、上述の第七番目の実施の形態の燃料電池−ガスタービン発電装置１８０の場合のガスタービン発電装置１２０と同様にして発電に使用された後、上述の第四番目の実施の形態のスチームタービン発電装置１４０の場合と同様にして発電に使用される。
【００７３】
なお、図１３（ｂ）に示すように、燃料電池発電装置１３０の燃料電池１３３の精製ガス受入口にもガスホルダ１３２を介してコンプレッサ１３１を連結するようにしてもよい。
【００７４】
また、ガスタービン発電装置１２０に代えて、上述の第一番目の実施の形態のガスエンジン発電装置１１０を適用した発電手段である燃料電池−ガスエンジン−スチームタービン発電装置とすることも可能である。
【００７５】
【発明の効果】
第一番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、酸素を含む気体と水蒸気とのガス化剤を供給されて廃棄物を部分酸化および熱分解してガス化ガスを発生するガス化炉と、前記ガス化炉で発生した前記ガス化ガスを高温加熱して当該ガス化ガスに含まれている灰分を溶融して除去する溶融炉と、前記溶融炉からの前記ガス化ガスを冷却して当該ガス化ガス中の水分を凝縮除去する凝縮器とを備えた廃棄物のガス化処理設備において、前記凝縮器に送給された前記ガス化ガスの顕熱および当該ガス化ガス中の水分の凝縮潜熱を利用して原料水から水蒸気を生成させて、前記ガス化炉および前記溶融炉のうちの少なくとも前記ガス化炉に当該水蒸気を前記ガス化剤の前記水蒸気として供給する水蒸気生成手段と、前記ガス化ガスの使用済みの排ガスの熱を利用して、前記水蒸気生成手段で生成した前記水蒸気をさらに加熱する水蒸気加熱手段とを備え、前記水蒸気生成手段が、前記原料水の蒸発圧力を低下させるように吸引して生成した水蒸気を送出するポンプを備えていることから、ガス化ガスの顕熱およびガス化ガス中の水分の凝縮潜熱を利用して、流動床ガス化炉や旋回溶融炉内に供給する水蒸気を生成させることができるので、系内の熱を有効に利用することができ、系内の熱効率を大幅に向上させることができる。
【００７６】
第二番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、酸素を含む気体と水蒸気とのガス化剤を供給されて廃棄物を部分酸化および熱分解してガス化ガスを発生するガス化炉と、前記ガス化炉で発生した前記ガス化ガスを高温加熱して当該ガス化ガスに含まれている灰分を溶融して除去する溶融炉と、前記溶融炉からの前記ガス化ガスを冷却して当該ガス化ガス中の水分を凝縮除去する凝縮器とを備えた廃棄物のガス化処理設備において、前記凝縮器に送給された前記ガス化ガスの顕熱および当該ガス化ガス中の水分の凝縮潜熱を利用して原料水から水蒸気を生成させて、前記ガス化炉および前記溶融炉のうちの少なくとも前記ガス化炉に当該水蒸気を前記ガス化剤の前記水蒸気として供給する水蒸気生成手段と、前記ガス化ガスの使用済みの排ガスの熱を利用して、前記水蒸気生成手段で生成した前記水蒸気をさらに加熱する水蒸気加熱手段とを備え、前記水蒸気生成手段が、前記凝縮器内の前記ガス化ガスと熱交換させた熱媒と前記原料水との間で熱交換させる水加熱手段と、前記水加熱手段の前記原料水の蒸発圧力を低下させるように吸引して生成した水蒸気を送出するポンプとを備えていることから、ガス化ガスの顕熱およびガス化ガス中の水分の凝縮潜熱を利用して、流動床ガス化炉や旋回溶融炉内に供給する水蒸気を生成させることができるので、系内の熱を有効に利用することができ、系内の熱効率を大幅に向上させることができる。
【００７７】
第三番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、第一番目の発明において、前記水蒸気生成手段が、前記凝縮器内を貫通し、内部に前記原料水が流通すると共に、前記ポンプに連絡する熱回収用パイプを備えているので、前述した第一番目の発明による効果を確実に得ることができる。
【００７８】
第四番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、第二番目の発明において、前記水蒸気生成手段が、前記凝縮器内を貫通し、内部に前記熱媒が流通すると共に、前記水加熱手段で前記原料水と熱交換させる熱回収用パイプを備えているので、前述した第二番目の発明による効果を確実に得ることができる。
【００７９】
第五番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、第三番目または第四番目の発明において、前記原料水が、前記凝縮器で前記ガス化ガスから生成した凝縮水であるので、処理にかかる原材料コストを低減させることができる。
【００８０】
第六番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、第一番目から第五番目の発明のいずれかにおいて、前記ガス化炉が流動床ガス化炉であり、前記溶融炉が旋回溶融炉であるので、ガス化や飛灰の回収を効率的に行うことができると共に、全体の熱効率を向上させることができる。
【００８１】
また、第七番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第一番目から第六番目の発明のいずれかの廃棄物のガス化処理設備からの前記ガス化ガスを使用して発電する発電手段を備えた廃棄物のガス化発電設備であって、前記発電手段が、前記ガス化ガスを使用して作動するガスエンジンと、前記ガスエンジンの作動により発電する発電機とを備えているので、ガス化ガスを有効に使用して発電を行うことができる。
【００８２】
第八番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第一番目から第六番目の発明のいずれかの廃棄物のガス化処理設備からの前記ガス化ガスを使用して発電する発電手段を備えた廃棄物のガス化発電設備であって、前記発電手段が、前記ガス化ガスを使用して作動するガスタービンと、前記ガスタービンの作動により発電する発電機とを備えているので、ガス化ガスを有効に使用して発電を行うことができる。
【００８３】
第九番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第一番目から第六番目の発明のいずれかの廃棄物のガス化処理設備からの前記ガス化ガスを使用して発電する発電手段を備えた廃棄物のガス化発電設備であって、前記発電手段が、前記ガス化ガスを使用して作動する燃料電池と、前記燃料電池の作動により発電する発電機とを備えているので、ガス化ガスを有効に使用して発電を行うことができる。
【００８４】
第十番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第九番目の発明において、前記発電手段が、前記燃料電池で使用された前記ガス化ガスを使用して作動するガスエンジンと、前記ガスエンジンの作動により発電する発電機とを備えているので、ガス化ガスをより有効に使用して発電を行うことができる。
【００８５】
第十一番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第九番目の発明において、前記発電手段が、前記燃料電池で使用された前記ガス化ガスを使用して作動するガスタービンと、前記ガスタービンの作動により発電する発電機とを備えているので、ガス化ガスをより有効に使用して発電を行うことができる。
【００８６】
第十二番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第七番目から第十一番目の発明のいずれかにおいて、前記発電手段が、前記ガス化ガスの使用済みの排ガスにより加熱された蒸気を利用して作動するスチームタービンと、前記スチームタービンの作動により発電する発電機とを備えているので、ガス化ガスをさらに有効に使用して発電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による廃棄物のガス化発電設備の第一番目の実施の形態の概略構成図である。
【図２】図１の凝縮器部分の抽出拡大内部構造図である。
【図３】本発明による廃棄物のガス化発電設備の第一番目の実施の形態の他の例の概略構成図である。
【図４】本発明による廃棄物のガス化発電設備の第二番目の実施の形態の概略構成図である。
【図５】本発明による廃棄物のガス化発電設備の第二番目の実施の形態の他の例の概略構成図である。
【図６】本発明による廃棄物のガス化発電設備の発電装置の第一番目の実施の形態の概略構成図である。
【図７】本発明による廃棄物のガス化発電設備の発電装置の第二番目の実施の形態の概略構成図である。
【図８】本発明による廃棄物のガス化発電設備の発電装置の第三番目の実施の形態の概略構成図である。
【図９】本発明による廃棄物のガス化発電設備の発電装置の第四番目の実施の形態の概略構成図である。
【図１０】本発明による廃棄物のガス化発電設備の発電装置の第五番目の実施の形態の概略構成図である。
【図１１】本発明による廃棄物のガス化発電設備の発電装置の第六番目の実施の形態の概略構成図である。
【図１２】本発明による廃棄物のガス化発電設備の発電装置の第七番目の実施の形態の概略構成図である。
【図１３】本発明による廃棄物のガス化発電設備の発電装置の第八番目の実施の形態の概略構成図である。
【図１４】廃棄物の従来のガス化発電設備の一例の概略構成図である。
【符号の説明】
１ ガス化剤
１ａ 水蒸気
１ｂ 酸素
２ 廃棄物
３ ガス化ガス
４ａ 未燃炭素質物質
４ｂ 飛灰
４ｃ 不燃物
４ｄ スラグ
５ａ 冷却水
５ｂ 凝縮水
５ｃ 原料水
６ 精製ガス
７ 排ガス
８ 空気
９ 熱媒
１０ 酸素発生器
１１ 流動床ガス化炉
１１ａ 砂層
１１ｂ フリーボード部
１２ 旋回溶融炉
１３ ボイラ
１４ スチームタービン
１５ 発電機
１６ 復水器
１７ バグフィルタ
１８ 凝縮器
１９ａ 熱回収用パイプ
１９ｂ バルブ
１９ｃ 水タンク
１９ｄ 吸引ポンプ
１９ｅ，２９ｆ 熱交換器
１００ 発電装置
１１０ ガスエンジン発電装置
１１１ コンプレッサ
１１２ ガスホルダ
１１３ ガスエンジン
１１５ 発電機
１２０ ガスタービン発電装置
１２３ ガスタービン
１３０ 燃料電池発電装置
１３３ 燃料電池
１３４ インバータ
１３６ コンプレッサ
１３７ ガスホルダ
１４０ スチームタービン発電装置
１４１ ボイラ
１４２ 復水器
１４３ スチームタービン
１４５ 発電機
１５０ ガスエンジン−スチームタービン発電装置
１６０ ガスタービン−スチームタービン発電装置
１７０ 燃料電池−スチームタービン発電装置
１８０ 燃料電池−ガスタービン発電装置
１９０ 燃料電池−ガスタービン−スチームタービン発電装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物のガス化処理設備及びこれを利用したガス化発電設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみ、下水汚泥、産業用廃棄物などの有機系廃棄物からエネルギー回収を図るために、廃棄物を熱分解によりガス化して燃料用ガス（ガス化ガス）を得るガス変換技術が、環境保全及び省資源の観点から注目されている。
【０００３】
このガス変換技術のシステムとしては、廃棄物に水蒸気を添加して４００〜８００℃でガス化し、さらに１３００〜１５００℃でクラッキングして、煤を含まないクリーンなＣＯ、Ｈ2 リッチガスを得るシステムが開発されている。このようにして得られたガス化ガス（燃料用ガス）により発電装置による発電などが行われる。
【０００４】
ここで、ガス化変換技術の一例のシステムとして、ガス化炉（流動床ガス化炉）と灰溶融炉（旋回溶融炉）にて二段ガス化を行い、発生したガス化ガスを発電装置に供給して発電を行う従来のガス化発電設備について、図１４を参照しつつ説明する。
【０００５】
図１４に示すように、内部に砂層２１１ａを有する流動床ガス化炉２１１の上部の送出口は、旋回溶融炉２１２に受入口に連絡している。旋回溶融炉２１２のガス送出口は、ボイラ２１３のガス受入口に連絡している。ボイラ２１３のガス送出口は、バグフィルタ２１７の受入口に連絡している。バグフィルタ２１７の送出口は、凝縮器２１８のガス受入口に連絡している。凝縮器２１８のガス送出口は、発電装置３００のガス受入側に連絡している。
【０００６】
前記ボイラ２１３の蒸気送出口は、スチームタービン２１４の蒸気受入口に連絡している。スチームタービン２１４の出力軸は、発電機２１５の入力軸に連結されている。スチームタービン２１４の蒸気送出口は、復水器２１６の蒸気受入口に連絡している。復水器２１６の送水口は、ボイラ２１３の受水口に連絡している。
【０００７】
このようなガス化発電設備において、酸素（または空気）と水蒸気との混合ガスであるガス化剤１を流動床ガス化炉２１１の内部に上記砂層２１１ａの下方から供給すると共に、流動床ガス化炉２１１の内部の砂層２１１ａ上に廃棄物２を投入すると、廃棄物２は、加熱（４００〜８００℃）されながら浮遊流動する上記砂層２１１ａにより、熱分解されてガス状物質になり、ガス化剤１の酸素および水蒸気と接触すると共に、その一部がフリーボード部２１１ｂで燃焼し（６５０〜８００℃）、下記式（１）で示す燃焼反応および下記式（２）で示す水性ガス化反応（改質反応）を起こし、一酸化炭素、水素、メタン、エタン、二酸化炭素等を含むガス化ガス３と、タールや煤などの未燃炭素質物質４ａと、飛灰４ｂと、不燃物４ｃとを生じる。
【０００８】
Ｃ＋Ｏ2 →ＣＯ2 ＋熱・・・・・（１）
Ｃ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋Ｈ2 ・・・・（２）
【０００９】
前記不燃物４ｃは、流動床ガス化炉２１１の下部から系外へ排出される。一方、ガス化ガス３と未燃炭素質物質４ａと飛灰４ｂとは、流動床ガス化炉２１１の上部から送出されて旋回溶融炉２１２内に送給される。
【００１０】
酸素（または空気）と水蒸気との混合ガスであるガス化剤１を旋回溶融炉２１２の内部に供給すると、ガス化ガス３および未燃炭素質物質４ａの一部は、燃焼して旋回溶融炉２１２内を加熱（１３００〜１５００℃程度）する。ガス化ガス３と未燃炭素質物質４ａと飛灰４ｂとは、旋回溶融炉２１２の内部で旋回しながら加熱される。このため、飛灰（無機物）４ｂは、溶融してスラグミスト化し、旋回流の遠心力で炉壁に捕捉され、スラグ４ｄとなって炉壁を流下して系外へ排出される。一方、ガス化ガス３および未燃炭素質物質４ａは、ガス化剤１の水蒸気により、上述した水性ガス化反応（改質反応）がさらに進行する。
【００１１】
上記ガス化ガス３は、旋回溶融炉２１２から送出されてボイラ２１３で熱回収される。ボイラ２１３は、ガス化ガス３から回収した熱で水を加熱して蒸気を発生させる。この蒸気は、スチームタービン２１４を回転させて、発電機１５を駆動させることにより、発電を行う。スチームタービン２１４から排出された蒸気は、復水器１６で水に戻されてボイラ２１３に再び供給される。
【００１２】
ボイラ２１３から送出されたガス化ガス３は、バグフィルタ２１７でダストや塩酸分が除去された後、凝縮器２１８の冷却水５ａで冷却され、凝縮水５ｂが系外へ取り除かれて精製ガス６となる。
【００１３】
精製ガス６は、発電装置３００に送られ、発電作動に使用された後、排ガス７として系外へ排出される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
前述したような従来のガス化発電設備においては、ガス化ガス３を凝縮器２１８の冷却水５ａで冷却して当該ガス化ガス３中から水分を凝縮除去するため、当該冷却水５ａに奪われたガス化ガス３の熱が系外にそのまま放出されてしまい、系内の熱効率に無駄があった。
【００１５】
このようなことから、本発明は、系内の熱効率が高い廃棄物のガス化処理設備及びこれを利用したガス化発電設備を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、酸素を含む気体と水蒸気とのガス化剤を供給されて廃棄物を部分酸化および熱分解してガス化ガスを発生するガス化炉と、前記ガス化炉で発生した前記ガス化ガスを高温加熱して当該ガス化ガスに含まれている灰分を溶融して除去する溶融炉と、前記溶融炉からの前記ガス化ガスを冷却して当該ガス化ガス中の水分を凝縮除去する凝縮器とを備えた廃棄物のガス化処理設備において、前記凝縮器に送給された前記ガス化ガスの顕熱および当該ガス化ガス中の水分の凝縮潜熱を利用して原料水から水蒸気を生成させて、前記ガス化炉および前記溶融炉のうちの少なくとも前記ガス化炉に当該水蒸気を前記ガス化剤の前記水蒸気として供給する水蒸気生成手段と、前記ガス化ガスの使用済みの排ガスの熱を利用して、前記水蒸気生成手段で生成した前記水蒸気をさらに加熱する水蒸気加熱手段とを備え、前記水蒸気生成手段が、前記原料水の蒸発圧力を低下させるように吸引して生成した水蒸気を送出するポンプを備えていることを特徴とする。
【００１７】
第二番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、酸素を含む気体と水蒸気とのガス化剤を供給されて廃棄物を部分酸化および熱分解してガス化ガスを発生するガス化炉と、前記ガス化炉で発生した前記ガス化ガスを高温加熱して当該ガス化ガスに含まれている灰分を溶融して除去する溶融炉と、前記溶融炉からの前記ガス化ガスを冷却して当該ガス化ガス中の水分を凝縮除去する凝縮器とを備えた廃棄物のガス化処理設備において、前記凝縮器に送給された前記ガス化ガスの顕熱および当該ガス化ガス中の水分の凝縮潜熱を利用して原料水から水蒸気を生成させて、前記ガス化炉および前記溶融炉のうちの少なくとも前記ガス化炉に当該水蒸気を前記ガス化剤の前記水蒸気として供給する水蒸気生成手段と、前記ガス化ガスの使用済みの排ガスの熱を利用して、前記水蒸気生成手段で生成した前記水蒸気をさらに加熱する水蒸気加熱手段とを備え、前記水蒸気生成手段が、前記凝縮器内の前記ガス化ガスと熱交換させた熱媒と前記原料水との間で熱交換させる水加熱手段と、前記水加熱手段の前記原料水の蒸発圧力を低下させるように吸引して生成した水蒸気を送出するポンプとを備えていることを特徴とする。
【００１８】
第三番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、第一番目の発明において、前記水蒸気生成手段が、前記凝縮器内を貫通し、内部に前記原料水が流通すると共に、前記ポンプに連絡する熱回収用パイプを備えていることを特徴とする。
【００１９】
第四番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、第二番目の発明において、前記水蒸気生成手段が、前記凝縮器内を貫通し、内部に前記熱媒が流通すると共に、前記水加熱手段で前記原料水と熱交換させる熱回収用パイプを備えていることを特徴とする。
【００２０】
第五番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、第三番目または第四番目の発明において、前記原料水が、前記凝縮器で前記ガス化ガスから生成した凝縮水であることを特徴とする。
【００２１】
第六番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、第一番目から第五番目の発明のいずれかにおいて、前記ガス化炉が流動床ガス化炉であり、前記溶融炉が旋回溶融炉であることを特徴とする。
【００２２】
また、第七番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第一番目から第六番目の発明のいずれかの廃棄物のガス化処理設備からの前記ガス化ガスを使用して発電する発電手段を備えた廃棄物のガス化発電設備であって、前記発電手段が、前記ガス化ガスを使用して作動するガスエンジンと、前記ガスエンジンの作動により発電する発電機とを備えていることを特徴とする。
【００２３】
第八番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第一番目から第六番目の発明のいずれかの廃棄物のガス化処理設備からの前記ガス化ガスを使用して発電する発電手段を備えた廃棄物のガス化発電設備であって、前記発電手段が、前記ガス化ガスを使用して作動するガスタービンと、前記ガスタービンの作動により発電する発電機とを備えていることを特徴とする。
【００２４】
第九番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第一番目から第六番目の発明のいずれかの廃棄物のガス化処理設備からの前記ガス化ガスを使用して発電する発電手段を備えた廃棄物のガス化発電設備であって、前記発電手段が、前記ガス化ガスを使用して作動する燃料電池と、前記燃料電池の作動により発電する発電機とを備えていることを特徴とする。
【００２５】
第十番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第九番目の発明において、前記発電手段が、前記燃料電池で使用された前記ガス化ガスを使用して作動するガスエンジンと、前記ガスエンジンの作動により発電する発電機とを備えていることを特徴とする。
【００２６】
第十一番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第九番目の発明において、前記発電手段が、前記燃料電池で使用された前記ガス化ガスを使用して作動するガスタービンと、前記ガスタービンの作動により発電する発電機とを備えていることを特徴とする。
【００２７】
第十二番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第七番目から第十一番目の発明のいずれかにおいて、前記発電手段が、前記ガス化ガスの使用済みの排ガスにより加熱された蒸気を利用して作動するスチームタービンと、前記スチームタービンの作動により発電する発電機とを備えていることを特徴とする。
第十三番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第七番目から第十二番目の発明のいずれかにおいて、前記水蒸気加熱手段が、前記発電手段で使用された前記ガス化ガスの排ガスの熱を利用するものであることを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明による廃棄物のガス化処理設備及びこれを利用するガス化発電設備の実施の形態を以下に説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００２９】
［第一番目の実施の形態］
本発明による廃棄物のガス化処理設備及びこれを利用するガス化発電設備の第一番目の実施の形態を図１，２に基づいて説明する。図１は、ガス化発電設備の概略構成図、図２は、図１の凝縮器部分の抽出拡大内部構造図である。
【００３０】
図１に示すように、内部に砂層１１ａを有する流動床ガス化炉１１の上部の送出口は、旋回溶融炉１２に受入口に連絡している。旋回溶融炉１２のガス送出口は、ボイラ１３のガス受入口に連絡している。ボイラ１３のガス送出口は、バグフィルタ１７の受入口に連絡している。バグフィルタ１７の送出口は、凝縮器１８のガス受入口に連絡している。凝縮器１８のガス送出口は、発電手段である発電装置１００のガス受入側に連絡している。
【００３１】
前記ボイラ１３の蒸気送出口は、スチームタービン１４の蒸気受入口に連絡している。スチームタービン１４の出力軸は、発電機１５の入力軸に連結されている。スチームタービン１４の蒸気送出口は、復水器１６の蒸気受入口に連絡している。復水器１６の送水口は、ボイラ１３の受水口に連絡している。
【００３２】
また、図２に示すように、前記凝縮器１８内のガス化ガス３の流通方向上流側には、熱回収用パイプ１９ａが貫通している。熱回収用パイプ１９ａの一端は、圧損要素であるバルブ１９ｂを介して水タンク１９ｃに連結している。熱回収用パイプ１９ａの他端は、図１に示すように、熱交換器１９ｅの被加熱体受入口に連結されている。熱交換器１９ｅの被加熱体送出口は、前記流動床ガス化炉１１および前記旋回溶融炉１２に吸引ポンプ１９ｄを介して連絡している。熱交換器１９ｅの加熱体受入口は、前記発電装置１００のガス送出口に連結されている。
【００３３】
このような熱回収用パイプ１９ａ、バルブ１９ｂ、水タンク１９ｃ、吸引ポンプ１９ｄなどにより、本実施の形態では水蒸気生成手段を構成し、熱交換器１９ｅなどにより水蒸気加熱手段を構成している。なお、図１中、１０は圧力スイング式吸着（ＰＳＡ）システム等のような酸素発生器である。
【００３４】
このようなガス化発電設備においては、酸素１ｂと水蒸気１ａとの混合ガスであるガス化剤１を流動床ガス化炉１１の内部に上記砂層１１ａの下方から供給すると共に、流動床ガス化炉１１の内部の砂層１１ａ上に廃棄物２を投入すると、廃棄物２は、加熱（４００〜８００℃）されながら浮遊流動する上記砂層１１ａにより、熱分解されてガス状物質になり、ガス化剤１の酸素１ｂおよび水蒸気１ａと接触すると共に、その一部がフリーボード部１１ｂで燃焼し（６５０〜８００℃）、下記式（１）で示す燃焼反応および下記式（２）で示す水性ガス化反応（改質反応）を起こし、一酸化炭素、水素、メタン、エタン、二酸化炭素等を含むガス化ガス３と、タールや煤などの未燃炭素質物質４ａと、飛灰４ｂと、不燃物４ｃとを生じる。
【００３５】
Ｃ＋Ｏ2 →ＣＯ2 ＋熱・・・・・（１）
Ｃ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋Ｈ2 ・・・・（２）
【００３６】
前記不燃物４ｃは、流動床ガス化炉１１の下部から系外へ排出される。一方、ガス化ガス３と未燃炭素質物質４ａと飛灰４ｂとは、流動床ガス化炉１１の上部から送出されて旋回溶融炉１２内に送給される。
【００３７】
酸素１ｂと水蒸気１ａとの混合ガスであるガス化剤１を旋回溶融炉１２の内部に供給すると、ガス化ガス３および未燃炭素質物質４ａの一部は、燃焼して旋回溶融炉１２内を加熱（１３００〜１５００℃程度）する。ガス化ガス３と未燃炭素質物質４ａと飛灰４ｂとは、旋回溶融炉１２の内部で旋回しながら加熱される。このため、飛灰（無機物）４ｂは、溶融してスラグミスト化し、旋回流の遠心力で炉壁に捕捉され、スラグ４ｄとなって炉壁を流下して系外へ排出される。一方、ガス化ガス３および未燃炭素質物質４ａは、ガス化剤１の水蒸気１ａにより、上述した水性ガス化反応（改質反応）がさらに進行する。
【００３８】
上記ガス化ガス３は、旋回溶融炉１２から送出されてボイラ１３で熱回収される。ボイラ１３は、ガス化ガス３から回収した熱で水を加熱して蒸気を発生させる。この蒸気は、スチームタービン１４を回転させて、発電機１５を駆動させることにより、発電を行う。スチームタービン１４から排出された蒸気は、復水器１６で水に戻されてボイラ１３に再び供給される。
【００３９】
ボイラ１３から送出されたガス化ガス３は、バグフィルタ１７でダストや塩酸分が除去された後、凝縮器１８の内部に送給され、熱回収用パイプ１９ａと接触する。この熱回収用パイプ１９ａ内には、水タンク１９ｃ内に貯溜された原料水５ｃがバルブ１９ｂを介して減圧された状態で流通する。このため、原料水５ｃは、熱回収用パイプ１９ａを介してガス化ガス３から熱を奪って温度上昇する。つまり、ガス化ガス３の顕熱およびガス化ガス３中の水分の凝縮潜熱により、原料水５ｃが加熱（約８０℃程度）されるのである。
【００４０】
バルブ１９ｂを介して減圧されて加熱された原料水５ｃは、吸引ポンプ１９ｄで吸引されると、蒸発圧力が低下するため、沸点まで加熱されなくても水蒸気１ａを発生させる。この水蒸気１ａは、熱交換器１９ｅに送給される。
【００４１】
一方、原料水５ｃに熱を回収されたガス化ガス３は、凝縮器１８の冷却水５ａでさらに冷却され、水分が凝縮されて凝縮水５ｂとなって系外へ取り除かれて精製ガス６となる。
【００４２】
前記精製ガス６は、発電装置１００に送られ、発電作動に使用された後、排ガス７として前記熱交換器１９ｅに送給される。熱交換器１９ｅは、上記排ガス７の熱を利用して、前記水蒸気１ａを加熱する。このように加熱された水蒸気１ａは、酸素発生器２２からの酸素１ｂと混合されてガス化剤１となって、流動床ガス化炉１１および旋回溶融炉１２内に供給される。
【００４３】
つまり、本実施の形態では、凝縮器１８で凝縮される直前のガス化ガス３の熱および発電装置１００からの排ガス７の熱を利用して、流動床ガス化炉１１および旋回溶融炉１２内に供給するガス化剤１の水蒸気１ａを生成させるようにしたのである。
【００４４】
したがって、系内の熱を有効に利用することができるので、系内の熱効率を大幅に向上させることができる。
【００４５】
なお、本実施の形態では、水タンク１９ｃ内の原料水５ｃを熱回収用パイプ１９ａに流通させるようにしたが、当該原料水５ｃとして、図３に示すように、凝縮器１８内でガス化ガス３から生じた凝縮水５ｂを利用して熱回収用パイプ１９ａ内に流通させることにより、当該凝縮水５ｂからガス化剤１の水蒸気１ａを生成させるようにすれば、処理にかかる原材料コストを低減させることができる。
【００４６】
［第二番目の実施の形態］
本発明による廃棄物のガス化処理設備及びこれを利用するガス化発電設備の第二番目の実施の形態を図４に基づいて説明する。図４は、ガス化発電設備の概略構成図である。ただし、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様な部分については、前述した第一番目の実施の形態の説明で用いた符号と同一の符号を用いることにより、重複した説明を省略する。
【００４７】
図４に示すように、凝縮器１８の内部を貫通する熱回収用パイプ１９ａの他端は、熱交換器２９ｆの熱媒受入口に連絡している。熱交換器２９ｆの熱媒送出口は、上記熱回収用パイプ１９ａの一端に連結している。熱交換器２９ｆの被加熱体受入口は、バルブ１９ｂを介して水タンク１９ｃに連絡している。熱交換器２９ｆの被加熱体送出口は、熱交換器１９ｅの被加熱体受入口に連絡している。なお、本実施の形態では、バルブ１９ｂ、水タンク１９ｃ、熱交換器２９ｆなどにより水加熱手段を構成し、当該水加熱手段、熱回収用パイプ１９ａ、吸引ポンプ１９ｄなどにより水蒸気生成手段を構成し、熱交換器１９ｅなどにより水蒸気加熱手段を構成している。
【００４８】
このような本実施の形態においては、熱回収用パイプ１９ａ内に熱媒９を流通させると共に、水タンク１９ｃ内の原料水５ｃを熱交換器２９ｆ内に送給すると、凝縮器１８内に流入したガス化ガス３から上記熱媒９が熱回収用パイプ１９ａを介して熱を奪って温度上昇して熱交換器２９ｆ内に流入し、上記原料水５ｃと熱交換した後、熱回収用パイプ１９ａ内を再び流通する。上記熱媒９と熱交換して加熱された原料水５ｃは、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様に、吸引ポンプ１９ｄで吸引され、水蒸気１ａが熱交換器１９ｅに送給される。
【００４９】
つまり、前述した第一番目の実施の形態では、ガス化ガス３の熱から水蒸気１ａを直接生成させるようにしたが、本実施の形態では、熱媒９を介してガス化ガス３の熱を原料水５ｃに与えて水蒸気１ａを生成させるようにしたのである。
【００５０】
したがって、本実施の形態によれば、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様に、系内の熱を有効に利用することができるので、系内の熱効率を大幅に向上させることができる。
【００５１】
なお、本実施の形態では、水タンク１９ｃ内の原料水５ｃを熱交換器２９ｆに送給するようにしたが、前述した第一番目の実施の形態でも説明したように、当該原料水５ｃとして、図５に示すように、凝縮器１８内でガス化ガス３から生じた凝縮水５ｂを利用して熱交換器２９ｆ内に送給することにより、当該凝縮水５ｂからガス化剤１の水蒸気１ａを生成させるようにすれば、処理にかかる原材料コストを低減させることができる。
【００５２】
なお、前述した各実施の形態では、酸素１ｂと水蒸気１ａとを混合したガス化剤１を流動床ガス化炉１１および旋回溶融炉１２に供給するようにしたが、酸素（または空気）１ｂと水蒸気１ａとをそれぞれ個別に供給するようにしてもよい。さらに、流動床ガス化炉１１において改質反応が十分行われる場合には、流動床ガス化炉１１のみに水蒸気１ａを供給するようにしてもよい。
【００５３】
また、前述した各実施の形態では、水蒸気１ａと酸素１ｂとを混合したガス化剤１を流動床ガス化炉１１および旋回溶融炉１２にそのまま供給するようにしたが、例えば、精製ガス６の一部を抜き取って燃焼させて、この燃焼熱によりガス化剤１をさらに加熱して流動床ガス化炉１１および旋回溶融炉１２内に供給するようにしてもよい。
【００５４】
［発電装置の実施の形態］
ここで、前述した発電装置１００の実施の形態を図６〜１３を用いて説明する。図６は、発電装置の第一番目の実施の形態の概略構成図、図７は、発電装置の第二番目の実施の形態の概略構成図、図８は、発電装置の第三番目の実施の形態の概略構成図、図９は、発電装置の第四番目の実施の形態の概略構成図、図１０は、発電装置の第五番目の実施の形態の概略構成図、図１１は、発電装置の第六番目の実施の形態の概略構成図、図１２は、発電装置の第七番目の実施の形態の概略構成図、図１３は、発電装置の第八番目の実施の形態の概略構成図である。
【００５５】
［第一番目の実施の形態］
図６に示すように、前記凝縮器１８からの精製ガス６（ガス化ガス３を精製したもの）は、発電手段であるガスエンジン発電装置１１０のコンプレッサ１１１のガス受入口に供給される。コンプレッサ１１１のガス送出口は、ガスホルダ１１２のガス受入口に連結している。ガスホルダ１１２のガス送出口は、ガスエンジン１１３の精製ガス受入口に連結している。ガスエンジン１１３には、空気８が供給されるようになっている。このガスエンジン１１３の出力部は、発電機１１５に連結している。
【００５６】
このようなガスエンジン発電装置１１０においては、コンプレッサ１１１が精製ガス６を高圧に圧縮してガスホルダ１１２に送給し、ガスホルダ１１２がガスエンジン１１３内に精製ガス６を規定の圧力で供給すると共に、ガスエンジン１１３内に空気８が供給され、ガスエンジン１１３内での精製ガス６と空気８との燃焼爆発力による出力軸の駆動により発電機１１５が駆動され、発電することができる。
【００５７】
［第二番目の実施の形態］
図７に示すように、前記凝縮器１８からの精製ガス６（ガス化ガス３を精製したもの）は、発電手段であるガスタービン発電装置１２０のコンプレッサ１１１のガス受入口に供給される。コンプレッサ１１１のガス送出口は、ガスホルダ１１２の精製ガス受入口に連結している。ガスホルダ１１２には、空気が供給されるようになっている。ガスホルダ１１２のガス送出口は、ガスタービン１２３のガス受入口に連結している。このガスタービン１２３の出力部は、発電機１１５に連結している。
【００５８】
このようなガスタービン発電装置１２０においては、コンプレッサ１１１が精製ガス６を高圧に圧縮してガスホルダ１１２に送給し、ガスホルダ１１２が空気８と共に精製ガス６をガスタービン１２３内に規定の圧力で供給し、ガスタービン１２３内での精製ガス６と空気８との燃焼爆発力による出力軸の駆動により発電機１１５が駆動され、発電することができる。
【００５９】
［第三番目の実施の形態］
図８に示すように、前記凝縮器１８からの精製ガス６（ガス化ガス３を精製したもの）は、燃料電池発電装置１３０の燃料電池１３３の燃料ガス受入口に供給される。燃料電池１３３には、空気８が供給されるようになっている。燃料電池１３３には、インバータ１３４を介して発電機１３５が接続されている。
【００６０】
このような燃料電池発電装置１３０においては、燃料電池１３３に精製ガス６および空気８が供給されると、燃料電池１３３内で電気化学反応を生じて発電され、インバータ１３４を介して発電機１３５を作動させるようになっている。
【００６１】
［第四番目の実施の形態］
図９に示すように、上述の第一番目の実施の形態と同様な構成をなすガスエンジン発電装置１１０のガスエンジン１１３のガス送出口は、スチームタービン発電装置１４０のボイラ１４１のガス受入口に連絡している。ボイラ１４１の蒸気送出口は、スチームタービン１４３の蒸気受入口に連絡している。スチームタービン１４３の出力部は、発電機１４５の入力部に連結されている。スチームタービン１４３の蒸気送出口は、復水器１４２の蒸気受入口に連絡している。復水器１４２の送水口は、ボイラ１４１の受水口に連絡している。
【００６２】
このような発電手段であるガスエンジン−スチームタービン発電装置１５０においては、上述の第一番目の実施の形態のガスエンジン発電装置１１０と同様にして発電に使用された排ガス７がスチームタービン発電装置１４０のボイラ１４１に送給され、ボイラ１４１で熱回収され、ボイラ１４１が排ガス７から回収した熱で水を加熱して蒸気を発生させ、当該蒸気がスチームタービン１４３を回転させて、発電機１４５を駆動させることにより発電され、スチームタービン１４３から排出されて復水器１６で冷却されて水に戻され、当該水がボイラ１４１に再び供給される。
【００６３】
［第五番目の実施の形態］
図１０に示すように、上述の第二番目の実施の形態と同様な構成をなすガスタービン発電装置１２０のガスタービン１２３のガス送出口は、上述の第四番目の実施の形態と同様な構成をなすスチームタービン発電装置１４０のボイラ１４１のガス受入口に連絡している。
【００６４】
このような発電手段であるガスタービン−スチームタービン発電装置１６０においては、上述の第二番目の実施の形態のガスタービン発電装置１２０と同様にして発電に使用された排ガス７がスチームタービン発電装置１４０のボイラ１４１に送給され、上述の第四番目の実施の形態のスチームタービン発電装置１４０と同様にして発電に使用される。
【００６５】
［第六番目の実施の形態］
図１１に示すように、上述の第三番目の実施の形態と同様な構成をなす燃料電池発電装置１３０の燃料電池１３３のガス送出口は、上述の第四番目の実施の形態と同様な構成をなすスチームタービン発電装置１４０のボイラ１４１のガス受入口に連絡している。なお、燃料電池発電装置１３０の燃料電池１３３に供給する空気８は、スチームタービン発電装置１４０のボイラ１４１で加熱されるようになっている。
【００６６】
このような発電手段である燃料電池−スチームタービン発電装置１７０においては、上述の第三番目の実施の形態の燃料電池発電装置１３０と同様にして発電に使用された精製ガス６の排ガス７と空気８の排ガス７とがスチームタービン発電装置１４０のボイラ１４１にそれぞれ送給され、上述の第四番目の実施の形態のスチームタービン発電装置１４０と同様にして発電に使用される。
【００６７】
［第七番目の実施の形態］
図１２（ａ）に示すように、上述の第三番目の実施の形態と同様な構成をなす燃料電池発電装置１３０の燃料電池１３３の空気受入口は、ガスホルダ１３７を介してコンプレッサ１３６に連結している。燃料電池１３３のガス送出口は、上述の第二番目の実施の形態と同様な構成をなすガスタービン発電装置１２０のガスタービン１２３のガス受入口に連絡している。
【００６８】
このような発電手段である燃料電池−ガスタービン発電装置１８０においては、燃料電池発電装置１３０のコンプレッサ１３６で圧縮された空気８がガスホルダ１３７を介して燃料電池１３３に供給されると共に、前記凝縮器１８からの精製ガス６が燃料電池１３３に供給され、上述の第三番目の実施の形態の燃料電池発電装置１３０と同様にして発電し、発電に使用された精製ガス６の排ガス７と空気８の排ガス７とがガスタービン発電装置１２０のガスタービン１２３にそれぞれ送給され、上述の第二番目の実施の形態のガスタービン発電装置１２０と同様にして発電に使用される。
【００６９】
なお、図１２（ｂ）に示すように、燃料電池発電装置１３０の燃料電池１３３の精製ガス受入口にもガスホルダ１３２を介してコンプレッサ１３１を連結するようにしてもよい。
【００７０】
また、ガスタービン発電装置１２０に代えて、上述の第一番目の実施の形態のガスエンジン発電装置１１０を適用した発電手段である燃料電池−ガスエンジン発電装置とすることも可能である。
【００７１】
［第八番目の実施の形態］
図１３（ａ）に示すように、上述の第三番目の実施の形態と同様な構成をなす燃料電池発電装置１３０の燃料電池１３３の空気受入口は、ガスホルダ１３７を介してコンプレッサ１３６に連結している。燃料電池１３３のガス送出口は、上述の第二番目の実施の形態と同様な構成をなすガスタービン発電装置１２０のガスタービン１２３のガス受入口に連絡している。ガスタービン１２３のガス送出口は、上述の第四番目の実施の形態と同様な構成をなすスチームタービン発電装置１４０のボイラ１４１のガス受入口に連絡している。
【００７２】
このような燃料電池−ガスタービン−スチームタービン発電装置１９０においては、精製ガス６および空気８が上述の第七番目の実施の形態の燃料電池−ガスタービン発電装置１８０の場合の燃料電池発電装置１３０と同様にして発電に使用され、精製ガス６の排ガス７と空気８の排ガス７とがガスタービン発電装置１２０のガスタービン１２３にそれぞれ送給され、上述の第七番目の実施の形態の燃料電池−ガスタービン発電装置１８０の場合のガスタービン発電装置１２０と同様にして発電に使用された後、上述の第四番目の実施の形態のスチームタービン発電装置１４０の場合と同様にして発電に使用される。
【００７３】
なお、図１３（ｂ）に示すように、燃料電池発電装置１３０の燃料電池１３３の精製ガス受入口にもガスホルダ１３２を介してコンプレッサ１３１を連結するようにしてもよい。
【００７４】
また、ガスタービン発電装置１２０に代えて、上述の第一番目の実施の形態のガスエンジン発電装置１１０を適用した発電手段である燃料電池−ガスエンジン−スチームタービン発電装置とすることも可能である。
【００７５】
【発明の効果】
第一番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、酸素を含む気体と水蒸気とのガス化剤を供給されて廃棄物を部分酸化および熱分解してガス化ガスを発生するガス化炉と、前記ガス化炉で発生した前記ガス化ガスを高温加熱して当該ガス化ガスに含まれている灰分を溶融して除去する溶融炉と、前記溶融炉からの前記ガス化ガスを冷却して当該ガス化ガス中の水分を凝縮除去する凝縮器とを備えた廃棄物のガス化処理設備において、前記凝縮器に送給された前記ガス化ガスの顕熱および当該ガス化ガス中の水分の凝縮潜熱を利用して原料水から水蒸気を生成させて、前記ガス化炉および前記溶融炉のうちの少なくとも前記ガス化炉に当該水蒸気を前記ガス化剤の前記水蒸気として供給する水蒸気生成手段と、前記ガス化ガスの使用済みの排ガスの熱を利用して、前記水蒸気生成手段で生成した前記水蒸気をさらに加熱する水蒸気加熱手段とを備え、前記水蒸気生成手段が、前記原料水の蒸発圧力を低下させるように吸引して生成した水蒸気を送出するポンプを備えていることから、ガス化ガスの顕熱およびガス化ガス中の水分の凝縮潜熱を利用して、流動床ガス化炉や旋回溶融炉内に供給する水蒸気を生成させることができるので、系内の熱を有効に利用することができ、系内の熱効率を大幅に向上させることができる。
【００７６】
第二番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、酸素を含む気体と水蒸気とのガス化剤を供給されて廃棄物を部分酸化および熱分解してガス化ガスを発生するガス化炉と、前記ガス化炉で発生した前記ガス化ガスを高温加熱して当該ガス化ガスに含まれている灰分を溶融して除去する溶融炉と、前記溶融炉からの前記ガス化ガスを冷却して当該ガス化ガス中の水分を凝縮除去する凝縮器とを備えた廃棄物のガス化処理設備において、前記凝縮器に送給された前記ガス化ガスの顕熱および当該ガス化ガス中の水分の凝縮潜熱を利用して原料水から水蒸気を生成させて、前記ガス化炉および前記溶融炉のうちの少なくとも前記ガス化炉に当該水蒸気を前記ガス化剤の前記水蒸気として供給する水蒸気生成手段と、前記ガス化ガスの使用済みの排ガスの熱を利用して、前記水蒸気生成手段で生成した前記水蒸気をさらに加熱する水蒸気加熱手段とを備え、前記水蒸気生成手段が、前記凝縮器内の前記ガス化ガスと熱交換させた熱媒と前記原料水との間で熱交換させる水加熱手段と、前記水加熱手段の前記原料水の蒸発圧力を低下させるように吸引して生成した水蒸気を送出するポンプとを備えていることから、ガス化ガスの顕熱およびガス化ガス中の水分の凝縮潜熱を利用して、流動床ガス化炉や旋回溶融炉内に供給する水蒸気を生成させることができるので、系内の熱を有効に利用することができ、系内の熱効率を大幅に向上させることができる。
【００７７】
第三番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、第一番目の発明において、前記水蒸気生成手段が、前記凝縮器内を貫通し、内部に前記原料水が流通すると共に、前記ポンプに連絡する熱回収用パイプを備えているので、前述した第一番目の発明による効果を確実に得ることができる。
【００７８】
第四番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、第二番目の発明において、前記水蒸気生成手段が、前記凝縮器内を貫通し、内部に前記熱媒が流通すると共に、前記水加熱手段で前記原料水と熱交換させる熱回収用パイプを備えているので、前述した第二番目の発明による効果を確実に得ることができる。
【００７９】
第五番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、第三番目または第四番目の発明において、前記原料水が、前記凝縮器で前記ガス化ガスから生成した凝縮水であるので、処理にかかる原材料コストを低減させることができる。
【００８０】
第六番目の発明による廃棄物のガス化処理設備は、第一番目から第五番目の発明のいずれかにおいて、前記ガス化炉が流動床ガス化炉であり、前記溶融炉が旋回溶融炉であるので、ガス化や飛灰の回収を効率的に行うことができると共に、全体の熱効率を向上させることができる。
【００８１】
また、第七番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第一番目から第六番目の発明のいずれかの廃棄物のガス化処理設備からの前記ガス化ガスを使用して発電する発電手段を備えた廃棄物のガス化発電設備であって、前記発電手段が、前記ガス化ガスを使用して作動するガスエンジンと、前記ガスエンジンの作動により発電する発電機とを備えているので、ガス化ガスを有効に使用して発電を行うことができる。
【００８２】
第八番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第一番目から第六番目の発明のいずれかの廃棄物のガス化処理設備からの前記ガス化ガスを使用して発電する発電手段を備えた廃棄物のガス化発電設備であって、前記発電手段が、前記ガス化ガスを使用して作動するガスタービンと、前記ガスタービンの作動により発電する発電機とを備えているので、ガス化ガスを有効に使用して発電を行うことができる。
【００８３】
第九番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第一番目から第六番目の発明のいずれかの廃棄物のガス化処理設備からの前記ガス化ガスを使用して発電する発電手段を備えた廃棄物のガス化発電設備であって、前記発電手段が、前記ガス化ガスを使用して作動する燃料電池と、前記燃料電池の作動により発電する発電機とを備えているので、ガス化ガスを有効に使用して発電を行うことができる。
【００８４】
第十番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第九番目の発明において、前記発電手段が、前記燃料電池で使用された前記ガス化ガスを使用して作動するガスエンジンと、前記ガスエンジンの作動により発電する発電機とを備えているので、ガス化ガスをより有効に使用して発電を行うことができる。
【００８５】
第十一番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第九番目の発明において、前記発電手段が、前記燃料電池で使用された前記ガス化ガスを使用して作動するガスタービンと、前記ガスタービンの作動により発電する発電機とを備えているので、ガス化ガスをより有効に使用して発電を行うことができる。
【００８６】
第十二番目の発明による廃棄物のガス化発電設備は、第七番目から第十一番目の発明のいずれかにおいて、前記発電手段が、前記ガス化ガスの使用済みの排ガスにより加熱された蒸気を利用して作動するスチームタービンと、前記スチームタービンの作動により発電する発電機とを備えているので、ガス化ガスをさらに有効に使用して発電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による廃棄物のガス化発電設備の第一番目の実施の形態の概略構成図である。
【図２】図１の凝縮器部分の抽出拡大内部構造図である。
【図３】本発明による廃棄物のガス化発電設備の第一番目の実施の形態の他の例の概略構成図である。
【図４】本発明による廃棄物のガス化発電設備の第二番目の実施の形態の概略構成図である。
【図５】本発明による廃棄物のガス化発電設備の第二番目の実施の形態の他の例の概略構成図である。
【図６】本発明による廃棄物のガス化発電設備の発電装置の第一番目の実施の形態の概略構成図である。
【図７】本発明による廃棄物のガス化発電設備の発電装置の第二番目の実施の形態の概略構成図である。
【図８】本発明による廃棄物のガス化発電設備の発電装置の第三番目の実施の形態の概略構成図である。
【図９】本発明による廃棄物のガス化発電設備の発電装置の第四番目の実施の形態の概略構成図である。
【図１０】本発明による廃棄物のガス化発電設備の発電装置の第五番目の実施の形態の概略構成図である。
【図１１】本発明による廃棄物のガス化発電設備の発電装置の第六番目の実施の形態の概略構成図である。
【図１２】本発明による廃棄物のガス化発電設備の発電装置の第七番目の実施の形態の概略構成図である。
【図１３】本発明による廃棄物のガス化発電設備の発電装置の第八番目の実施の形態の概略構成図である。
【図１４】廃棄物の従来のガス化発電設備の一例の概略構成図である。
【符号の説明】
１ ガス化剤
１ａ 水蒸気
１ｂ 酸素
２ 廃棄物
３ ガス化ガス
４ａ 未燃炭素質物質
４ｂ 飛灰
４ｃ 不燃物
４ｄ スラグ
５ａ 冷却水
５ｂ 凝縮水
５ｃ 原料水
６ 精製ガス
７ 排ガス
８ 空気
９ 熱媒
１０ 酸素発生器
１１ 流動床ガス化炉
１１ａ 砂層
１１ｂ フリーボード部
１２ 旋回溶融炉
１３ ボイラ
１４ スチームタービン
１５ 発電機
１６ 復水器
１７ バグフィルタ
１８ 凝縮器
１９ａ 熱回収用パイプ
１９ｂ バルブ
１９ｃ 水タンク
１９ｄ 吸引ポンプ
１９ｅ，２９ｆ 熱交換器
１００ 発電装置
１１０ ガスエンジン発電装置
１１１ コンプレッサ
１１２ ガスホルダ
１１３ ガスエンジン
１１５ 発電機
１２０ ガスタービン発電装置
１２３ ガスタービン
１３０ 燃料電池発電装置
１３３ 燃料電池
１３４ インバータ
１３６ コンプレッサ
１３７ ガスホルダ
１４０ スチームタービン発電装置
１４１ ボイラ
１４２ 復水器
１４３ スチームタービン
１４５ 発電機
１５０ ガスエンジン−スチームタービン発電装置
１６０ ガスタービン−スチームタービン発電装置
１７０ 燃料電池−スチームタービン発電装置
１８０ 燃料電池−ガスタービン発電装置
１９０ 燃料電池−ガスタービン−スチームタービン発電装置
Claims (13)
- 酸素を含む気体と水蒸気とのガス化剤を供給されて廃棄物を部分酸化および熱分解してガス化ガスを発生するガス化炉と、
前記ガス化炉で発生した前記ガス化ガスを高温加熱して当該ガス化ガスに含まれている灰分を溶融して除去する溶融炉と、
前記溶融炉からの前記ガス化ガスを冷却して当該ガス化ガス中の水分を凝縮除去する凝縮器と
を備えた廃棄物のガス化処理設備において、
前記凝縮器に送給された前記ガス化ガスの顕熱および当該ガス化ガス中の水分の凝縮潜熱を利用して原料水から水蒸気を生成させて、前記ガス化炉および前記溶融炉のうちの少なくとも前記ガス化炉に当該水蒸気を前記ガス化剤の前記水蒸気として供給する水蒸気生成手段と、
前記ガス化ガスの使用済みの排ガスの熱を利用して、前記水蒸気生成手段で生成した前記水蒸気をさらに加熱する水蒸気加熱手段と
を備え、
前記水蒸気生成手段が、
前記原料水の蒸発圧力を低下させるように吸引して生成した水蒸気を送出するポンプを備えている
ことを特徴とする廃棄物のガス化処理設備。 - 酸素を含む気体と水蒸気とのガス化剤を供給されて廃棄物を部分酸化および熱分解してガス化ガスを発生するガス化炉と、
前記ガス化炉で発生した前記ガス化ガスを高温加熱して当該ガス化ガスに含まれている灰分を溶融して除去する溶融炉と、
前記溶融炉からの前記ガス化ガスを冷却して当該ガス化ガス中の水分を凝縮除去する凝縮器と
を備えた廃棄物のガス化処理設備において、
前記凝縮器に送給された前記ガス化ガスの顕熱および当該ガス化ガス中の水分の凝縮潜熱を利用して原料水から水蒸気を生成させて、前記ガス化炉および前記溶融炉のうちの少なくとも前記ガス化炉に当該水蒸気を前記ガス化剤の前記水蒸気として供給する水蒸気生成手段と、
前記ガス化ガスの使用済みの排ガスの熱を利用して、前記水蒸気生成手段で生成した前記水蒸気をさらに加熱する水蒸気加熱手段と
を備え、
前記水蒸気生成手段が、
前記凝縮器内の前記ガス化ガスと熱交換させた熱媒と前記原料水との間で熱交換させる水加熱手段と、
前記水加熱手段の前記原料水の蒸発圧力を低下させるように吸引して生成した水蒸気を送出するポンプと
を備えている
ことを特徴とする廃棄物のガス化処理設備。 - 請求項１において、
前記水蒸気生成手段が、
前記凝縮器内を貫通し、内部に前記原料水が流通すると共に、前記ポンプに連絡する熱回収用パイプを備えている
ことを特徴とする廃棄物のガス化処理設備。 - 請求項２において、
前記水蒸気生成手段が、
前記凝縮器内を貫通し、内部に前記熱媒が流通すると共に、前記水加熱手段で前記原料水と熱交換させる熱回収用パイプを備えている
ことを特徴とする廃棄物のガス化処理設備。 - 請求項３または４において、
前記原料水が、前記凝縮器で前記ガス化ガスから生成した凝縮水である
ことを特徴とする廃棄物のガス化処理設備。 - 請求項１から５のいずれかにおいて、
前記ガス化炉が流動床ガス化炉であり、
前記溶融炉が旋回溶融炉である
ことを特徴とする廃棄物のガス化処理設備。 - 請求項１から６のいずれかの廃棄物のガス化処理設備からの前記ガス化ガスを使用して発電する発電手段を備えた廃棄物のガス化発電設備であって、
前記発電手段が、
前記ガス化ガスを使用して作動するガスエンジンと、
前記ガスエンジンの作動により発電する発電機と
を備えていることを特徴とする廃棄物のガス化発電設備。 - 請求項１から６のいずれかの廃棄物のガス化処理設備からの前記ガス化ガスを使用して発電する発電手段を備えた廃棄物のガス化発電設備であって、
前記発電手段が、
前記ガス化ガスを使用して作動するガスタービンと、
前記ガスタービンの作動により発電する発電機と
を備えていることを特徴とする廃棄物のガス化発電設備。 - 請求項１から６のいずれかの廃棄物のガス化処理設備からの前記ガス化ガスを使用して発電する発電手段を備えた廃棄物のガス化発電設備であって、
前記発電手段が、
前記ガス化ガスを使用して作動する燃料電池と、
前記燃料電池の作動により発電する発電機と
を備えていることを特徴とする廃棄物のガス化発電設備。 - 請求項９において、
前記発電手段が、
前記燃料電池で使用された前記ガス化ガスを使用して作動するガスエンジンと、
前記ガスエンジンの作動により発電する発電機と
を備えていることを特徴とする廃棄物のガス化発電設備。 - 請求項９において、
前記発電手段が、
前記燃料電池で使用された前記ガス化ガスを使用して作動するガスタービンと、
前記ガスタービンの作動により発電する発電機と
を備えていることを特徴とする廃棄物のガス化発電設備。 - 請求項７から１１のいずれかにおいて、
前記発電手段が、
前記ガス化ガスの使用済みの排ガスにより加熱された蒸気を利用して作動するスチームタービンと、
前記スチームタービンの作動により発電する発電機と
を備えていることを特徴とする廃棄物のガス化発電設備。 - 請求項７から１２のいずれかにおいて、
前記水蒸気加熱手段が、前記発電手段で使用された前記ガス化ガスの排ガスの熱を利用するものである
ことを特徴とする廃棄物のガス化発電設備。
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