【手続補正書】
【提出日】平成16年9月8日(2004.9.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
都市ごみをガス化した後に、灰分を熔融する装置において、
流動媒体からなる流動層を備え、該流動層の温度を４５０℃〜６５０℃に維持し、都市ごみを受け入れて該流動層内で加熱しガスとチャーとを生成する流動層炉と、
生成された該ガスと該チャーを該流動層炉から導入すると共に、酸素、又は酸素と空気の混合気体を導入し、該ガスと該チャーとを燃焼して該チャーに随伴する灰分を熔融する熔融炉と、
を備える
ことを特徴とするガス化及び熔融装置。
【請求項２】
該流動層炉へ供給される空気量を理論燃焼空気量の３０％以下とした
ことを特徴とする請求項１に記載のガス化及び熔融装置。
【請求項３】
上記熔融炉において、上記ガスとチャーとを１３００℃以上で燃焼するようにしたことを特徴とする請求項１若しくは２に記載のガス化及び熔融装置。
【請求項４】
該熔融炉は、ほぼ垂直方向の軸線を有する円筒形燃焼室を備え、該流動層炉で発生された該ガス及びチャーを、円筒形燃焼室の上端から該円筒形燃焼室の軸線のまわりに旋回するように供給するようになされ、
該円筒形燃焼室の上端部分に該酸素、又は酸素と空気の混合気体を上記軸線のまわりに旋回するように供給する複数のノズルを備える
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のガス化及び熔融装置。
【請求項５】
都市ごみをガス化した後に、灰分を熔融する方法において、
流動層炉内の流動層の温度を４５０℃〜６５０℃に維持し、都市ごみを受け入れて該流動層内で加熱してガスとチャーとを生成し、
該流動層炉から生成した該ガスと該チャーを該熔融炉に供給し、
該熔融炉に酸素、又は酸素と空気の混合気体を導入し、
該ガスと該チャーとを燃焼してチャーに随伴する灰分を熔融する、
ことを特徴とするガス化及び熔融方法。
【請求項６】
該流動層炉へ理論燃焼空気量の３０％以下とした空気量を供給するようにしたことを特徴とする請求項５に記載のガス化及び熔融方法。
【請求項７】
上記熔融炉において、上記ガスとチャーとを１３００℃以上で燃焼するようにしたことを特徴とする請求項５若しくは６に記載のガス化及び熔融方法。
【請求項８】
該熔融炉が、ほぼ垂直方向の軸線を有する円筒形燃焼室を備えるようにし、  該流動層炉で発生された該ガス及びチャーを、該円筒形燃焼室の上端から該円筒形燃焼室の軸線のまわりに旋回するように供給し、
該円筒形燃焼室の上端部分において該酸素、又は酸素と空気の混合気体を上記軸線のまわりに旋回するように供給するようにした
ことを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載のガス化及び熔融方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】ガス化及び熔融装置及び方法
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動層炉において可燃物をガス化するガス化炉、並びに生成された可燃ガス及び微粒子を熔融燃焼炉において高温燃焼させ灰分を熔融する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、多量に発生する都市ごみ、廃プラスチック等の廃棄物を焼却し減量化すること、及びその焼却熱を有効利用することが望まれている。廃棄物の焼却灰は、通常、有害な重金属を含むので、焼却灰を埋め立てにより処理するためには、重金属成分を固化処理する等の対策が必要である。これらの課題に対応するため、特公昭６２−３５００４号公報の固形物の燃焼方法及びその装置が提案された。この公報の燃焼方法においては、固形物原料が流動層熱分解炉において熱分解され、熱分解生成物、即ち、可燃ガス及び粒子、がサイクロン燃焼炉に導入される。サイクロン燃焼炉の中で加圧空気により可燃分が高負荷燃焼され、旋回流により灰分が壁面に衝突し溶けて壁面を流下し、熔融スラグとなって排出口から水室へ落下し固化される。
【０００３】
特公昭６２−３５００４号公報の方法においては、流動層全体が活発な流動化状態であるため、生成ガスに同伴して炉外へ飛散する未反応可燃分が多いため、高いガス化効率が得られない等の短所があった。また、従来、流動層炉が使用できるガス化原料としては、石炭等の場合は、粒径０．５〜３ｍｍの粉炭、廃棄物の場合は、数十ｍｍの細破砕物とされてきた。これより大きいと流動化を阻害するし、これより小さいと完全にガス化されないまま未反応可燃分として生成ガスに同伴して炉外へ飛散してしまう。従って、これまでの流動層炉では、ガス化原料を炉に投入する前の前処理として、予め粉砕機等を用いて破砕・整粒することが不可欠であり、所定の粒径範囲に入らないガス化原料は、利用できず、歩留まりをある程度犠牲にせざるをえなかった。
【０００４】
上記の問題を解決するため、特開平２−１４７６９２号公報の流動層ガス化方法及び流動層ガス化炉が提案された。この公報の流動層ガス化方法においては、炉の水平断面が矩形にされ、炉底中央部から炉内へ上向きに噴出される流動化ガスの質量速度が、炉底の２つの側縁部から供給される流動化ガスの質量速度より小さくされ、炉底側縁部の上方で流動化ガスの上向き流が炉中央部へ転向され、炉中央部に流動媒体が沈降する移動層が形成され、炉の両側縁部に流動媒体が活発に流動化する流動層が形成され、移動層に可燃物が供給される。流動化ガスは、空気と蒸気の混合物、又は酸素と蒸気の混合物であり、流動媒体は、珪砂である。
【０００５】
しかしながら、この特開平２−１４７６９２号公報の方法は、次の短所を有する。即ち、（１）移動層及び流動層の全体において、ガス化吸熱反応と燃焼反応が同時に生じ、ガス化し易い揮発分がガス化すると同時に燃焼され、ガス化困難な固定炭素（チャー）やタール分等は、未反応物として生成ガスに同伴して炉外へ飛散し、高いガス化効率が得られない。（２）生成ガスを燃焼させ蒸気及びガスタービン複合発電プラントに使用する場合、流動層炉を加圧型とすることが必要であるが、炉の水平断面が矩形のため、加圧型とすることが困難である。好ましいガス化炉の内圧は、生成ガスの用途によって決定される。一般の燃焼用ガスとして使用する場合は、数千ｍｍＡｑ程度で良いが、ガスタービンの燃料として使用する場合は、数ｋｇｆ／ｃｍ2以上が必要であり、更に、高効率ガス化複合発電用の燃料として使用する場合には十数数ｋｇｆ／ｃｍ2以上が適当である。
【０００６】
都市ごみ等の廃棄物処理については、依然として可燃性ごみの燃焼による減量化が、重要な役割を担っており、それに付随して、近年、ダイオキシン対策、媒塵の無害化、エネルギー回収効率の向上等、環境保全型のごみ処理技術の必要性が増大している。我が国の都市ごみの焼却量は、約１００，０００トン／日であり、都市ごみ全量のエネルギーは、我が国の消費電力量の約４％に相当する。現在、都市ごみのエネルギーの利用率は、約１０％に止まっているが、利用率を高めることができれば、それだけ化石燃料の消費量が少なくなり、地球温暖化防止にも寄与できる。
【０００７】
しかしながら、現在の焼却システムは、次の問題を含んでいる。即ち、（１）ＨＣｌによる腐食の問題があり、発電効率を高くできない。（２）ＨＣｌ、ＮＯｘ、ＳＯｘ、水銀、ダイオキシン等に対する公害防止設備が複雑化してコスト及びスペースが増大している。（３）法規制の強化、最終処分場の用地難等により、焼却灰の熔融設備の設置が増大しているが、そのため別設備の建設が必要であり、また電力等を多量に消費している。（４）ダイオキシンを除去するには、高価な設備が必要である。（５）有価金属の回収が困難である。
【特許文献１】特公昭６２−３５００４号公報
【特許文献１】特開平２−１４７６９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の如き問題に鑑み、都市ごみを適切に処分することを可能とするガス化及び熔融装置並びに方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本発明は、都市ごみをガス化した後に、灰分を熔融する装置であって、
流動媒体からなる流動層を備え、該流動層の温度を４５０℃〜６５０℃に維持し、都市ごみを受け入れて該流動層内で加熱しガスとチャーとを生成する流動層炉と、
生成された該ガスと該チャーを該流動層炉から導入すると共に、酸素、又は酸素と空気の混合気体を導入し、該ガスと該チャーとを燃焼して該チャーに随伴する灰分を熔融する熔融炉と、
を備える
ことを特徴とするガス化及び熔融装置を提供する。
好ましくは、  該流動層炉へ理論燃焼空気量の３０％以下とした空気量を供給するようにする。
また、上記熔融炉において、上記ガスとチャーとを１３００℃以上で燃焼するようにする。
該熔融炉は、具体的には、ほぼ垂直方向の軸線を有する円筒形燃焼室を備え、該流動層炉で発生された該ガス及びチャーを、円筒形燃焼室の上端から該円筒形燃焼室の軸線のまわりに旋回するように供給するようになされ、
該円筒形燃焼室の上端部分に該酸素、又は酸素と空気の混合気体を上記軸線のまわりに旋回するように供給する複数のノズルを備えるようにする。
更に、本発明では、都市ごみをガス化した後に、灰分を熔融する方法であって、
流動層炉内の流動層の温度を４５０℃〜６５０℃に維持し、都市ごみを受け入れて該流動層内で加熱してガスとチャーとを生成し、
該流動層炉から生成した該ガスと該チャーを該熔融炉に供給し、
該熔融炉に酸素、又は酸素と空気の混合気体を導入し、
該ガスと該チャーとを燃焼してチャーに随伴する灰分を熔融する、
ことを特徴とするガス化及び熔融方法を提供する。
好ましくは、  該流動層炉へ理論燃焼空気量の３０％以下とした空気量を供給する。
また、上記熔融炉において、上記ガスとチャーとを１３００℃以上で燃焼するようにする。
具体的には、該熔融炉は、ほぼ垂直方向の軸線を有する円筒形燃焼室を備えるようにし、  該流動層炉で発生された該ガス及びチャーを、該円筒形燃焼室の上端から該円筒形燃焼室の軸線のまわりに旋回するように供給し、
該円筒形燃焼室の上端部分において該酸素、又は酸素と空気の混合気体を上記軸線のまわりに旋回するように供給することが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明においては、流動層炉が少量の空気で燃焼を維持できるので、流動層炉を低空気比低温度（４５０〜６５０℃）とし、発熱を最小限に抑えて、ゆるやかに燃焼させることにより、可燃ガスのほかチャーなどの可燃分を多量に含む均質な生成ガスを得ることができ、次段の熔融炉において利用できる。また、溶融炉においては酸素、又は酸素と空気の混合気体が導入されるので、可燃ガス及びチャーなどの可燃分を高効率で燃焼することが出来る。
本発明によれば、ごみ処理を無害化し、高いエネルギ利用率を有する方法又は設備が提供される。
【００１１】
【表１】
2004264017.tif 000001
【００１２】
ガス化効率の最も高い組合せは、Ｎｏ．１の組合せであるが酸素消費量が多いのでコスト高である。酸素消費量、次に水蒸気消費量を少なくする順に、ガス化効率が低下するが、コストも低くなる。本発明において使用される酸素は、高純度のものでも良く、また酸素富化膜を使用して得られる低純度のものでも良い。Ｎｏ．９の空気と空気の組合せは、従来の焼却炉の燃焼空気として公知であるが、流動層炉の水平断面を円形とした本発明においては、炉内周辺部上方に設けられる傾斜壁の下方投影面積が、流動層炉の水平断面を矩形とする場合の傾斜壁の下方投影面積より大きいので、周辺流動化ガスの流量を増大し、従って、酸素供給量を増大できるので、ガス化効率を向上させることができる。  
【００１３】
好ましくは、本発明の方法は、流動化ガスが炉底中央部と炉底周辺部の間の炉底中間部から炉内へ供給される中間流動化ガスを更に含む。中間流動化ガスの質量速度は、中央流動化ガスの質量速度と周辺流動化ガスの質量速度の間にある。中間流動化ガスは、水蒸気と空気の混合気体、及び空気の２種の気体の内の１つである。それ故、中央流動化ガス、中間流動化ガス、及び周辺流動化ガスの組合せは、１８通りとなるが、酸素含有量は、炉の中心部から周辺部へ順に増加することが好都合であり、好適な組合せは、第２表の１５通りである。  
【００１４】
【表２】
2004264017.tif 000002
【００１５】
第２表の組合せにおいて、どれを選定するかは、ガス化効率を重視するか、経済性を重視するかにより、決められる。第２表の組合せの内、ガス化効率の最も高い組合せは、Ｎｏ．１の組合せであるが、酸素消費量が多いのでコスト高である。酸素消費量、次に水蒸気消費量を少なくする順に、ガス化効率が低下するが、コストも低くなる。第１表及び第２表において使用される酸素は、高純度のものでも良く、また酸素富化膜を使用して得られる低純度のものでも良い。  
【００１６】
流動層炉が大型となる場合、中間流動化ガスは、炉底中央部と炉底周辺部の間に設けた複数の同心状の中間部から供給される複数の流動化ガスであることが好ましい。この場合、流動化ガスの酸素濃度は、炉中央部において最も低く、周辺部に近づくに従ってより高くするのが好適である。  
【００１７】
本発明の方法において、好ましくは、流動層炉へ供給される流動化ガスは、可燃物の燃焼に必要な理論燃焼空気量の３０％以下の空気量を含む。流動層炉の炉底周辺部付近から不燃物が取出され、分級され、得られた砂が流動層炉内へ戻される。流動層炉で生成された可燃ガス及び微粒子が熔融燃焼炉で１３００℃以上で高温燃焼され、灰分が熔融される。熔融燃焼炉からの排ガスによりガスタービンが駆動される。流動層炉内の圧力は、用途に応じて大気圧以下又は大気圧以上に維持される。可燃物は、廃棄物、石炭、その他である。  
【００１８】
本発明は、また流動層炉において可燃物がガス化される装置を提供する。本発明の装置において、流動層炉は、水平断面がほぼ円形の側壁、炉内底部に配置される流動化ガス分散機構、流動化ガス分散機構の外周に配置される不燃物取出口、流動化ガス分散機構の中央部付近から炉内へ流動化ガスを垂直方向上方へ流動するように供給する中央供給手段、流動化ガス分散機構の周辺部から炉内へ流動化ガスを垂直方向上方へ流動するように供給する周辺供給手段、周辺供給手段から垂直方向上方へ流動する流動化ガスを炉中央部へ転向させる傾斜壁、及び傾斜壁の上方に配置されるフリーボードを含み、中央供給手段は、質量速度が比較的小さく、酸素濃度が比較的低い流動化ガスを供給し、周辺供給手段は、質量速度が比較的大きく、酸素濃度が比較的高い流動化ガスを供給する。  
【００１９】
本発明の装置においては、流動化ガス分散機構の中央部と周辺部の間のリング状中間部から炉内へ流動化ガスを垂直方向上方へ供給する中間供給手段が設けられる。中間供給手段は、中央供給手段と周辺供給手段から供給される流動化ガスの質量速度の中間の質量速度、及び中央供給手段と周辺供給手段から供給される流動化ガスの酸素濃度の中間の酸素濃度の流動化ガスを供給する。周辺供給手段は、リング状の供給ボックスにより形成されることができる。可燃物入口が流動層炉の上方に配置され、可燃物入口は、可燃物を中央供給手段の上方へ落下させ、流動化ガス分散機構は、中央部よりも周辺部が低く形成されることができる。  
【００２０】
不燃物取出口は、分散機構の外周に配置されるリング部分とリング状部分から下方へ向かって縮小する円錐状部分を有することができる。不燃物取出口は、直列に配列される定量排出器、第１シール用スイング弁、スイングカット弁、及び第２シール用スイング弁を有することができる。  
【００２１】
本発明の装置は、流動層炉において発生された可燃ガス及び微粒子を高温燃焼させ灰分を熔融させる熔融燃焼炉を含むことができる。熔融燃焼炉は、ほぼ垂直方向の軸線を有する円筒形一次燃焼室、円筒形一次燃焼室へ前記流動層炉で発生された可燃ガス及び微粒子を軸線のまわりに旋回するように供給する可燃ガス入口、円筒形一次燃焼室に連通される二次燃焼室、二次燃焼室の下方部分に設けられ熔融灰分を排出可能な排出口を有する。熔融燃焼炉の二次燃焼室の排ガスが、廃熱ボイラ及び空気予熱器導入され、廃熱が回収される。熔融燃焼炉の二次燃焼室の排ガスによりガスタービンを駆動させることができる。排ガスは、集塵器に導入され塵埃が除去された後に大気中へ放出されることができる。熔融燃焼炉の二次燃焼室の排ガスは、廃熱ボイラ及び空気予熱器導入され、廃熱が回収され得る。熔融燃焼炉の二次燃焼室の排ガスによりガスタービンを駆動させることができる。排ガスは、集塵器に導入され塵埃が除去された後に大気中へ放出される。  
【００２２】
本発明のガス化装置は、流動層炉の循環流により熱が拡散されるので、高負荷とすることができ、炉を小型にすることができる。
本発明においては、流動層炉が少量の空気で燃焼を維持できるので、流動層炉を低空気比低温度（４５０〜６５０℃）とし、発熱を最小限に抑えて、ゆるやかに燃焼させることにより、可燃分を多量に含む均質な生成ガスを得ることができ、ガス、タール、チャーの可燃分の大部分を次段の熔融燃焼炉において利用できる。
本発明においては、流動層炉の循環流により大きな不燃物も容易に排出できる。また、不燃物中の鉄、アルミが、未酸化の有価物として利用できる。
本発明の方法又は装置においては、流動層炉の水平断面がほぼ円形にされるから、炉を耐圧構造とし、流動層炉を大気圧以上の加圧状態とし、炉内へ供給される可燃物から生成される可燃ガスの圧力を高圧とすることが容易である。高圧の可燃ガスは、高効率で運転できるガスタービンやボイラ・ガスタービン複合プラント用の燃料として使用可能であり、それ故、そのようなプラントにおいて可燃ガスを使用することにより、可燃物からのエネルギ回収の効率を向上できる。本発明の方法又は装置において、ごみ処理を主体とする場合は、臭気や有害燃焼ガスが流動層炉から漏れるのを防止するため、炉内圧を大気圧以下とすることが好ましいが、この場合にも流動層炉の水平断面が円形であることにより、炉壁は、容易に外圧に耐えることができる。  
【００２３】
本発明においては、流動層炉へ供給される中央流動化ガスの質量速度が、周辺流動化ガスの質量速度より小にされ、炉内周辺部上方における流動化ガスの上向き流が炉の中央部へ向うように転向され、それによって、流動媒体の沈降拡散する移動層が炉の中央部に形成されると共に、炉内周辺部に流動媒体が活発に流動化している流動層が形成される。炉内へ供給された可燃物は、移動層の下部から流動層へ及び流動層頂部から移動層へ、流動媒体と共に循環する間に可燃ガスにガス化される。可燃物は、最初に、炉中央の下降する移動層の中で、主として揮発分が流動媒体（一般的には、硅砂を使用）の熱によりガス化される。そして、移動層を形成する中央流動化ガスの酸素含有量が、小さため、移動層内で生じた可燃ガスは、ほとんど燃焼されずに中央流動化ガスと共にフリーボードへ上昇され、発熱量の高い良質の生成ガスとなる。  
【００２４】
移動層において揮発分が失われ加熱された可燃物、即ち、固定炭素（チャー）やタール分等は、次に流動層内へ循環され、流動層内の比較的酸素含有量の多い周辺流動化ガスと接触し燃焼され、燃焼ガス及び灰分に変わると共に炉内を４５０〜６５０℃に維持する燃焼熱を発生する。この燃焼熱により流動媒体が加熱され、加熱された流動媒体が炉周辺部上方で炉中央部へ転向され移動層内を下降することにより移動層内の温度を揮発分のガス化に必要な温度に維持する。可燃物が投入される炉中央部ほど低酸素状態であるので、高い可燃分を有する生成ガスを発生することができる。また、可燃物中の金属が不燃物取出口から未酸化の有価物として回収することができる。  
【００２５】
本発明においては、流動層炉において生成されたガス及び灰分その他の微粒子を熔融燃焼炉において燃焼させる場合、生成ガスが高可燃分を含むので、加熱用燃料を必要とすることなく、熔融炉内を１３００℃以上の高温にすることができ、熔融炉内で灰分を充分熔融させることができる。熔融した灰は、熔融炉から取り出し水冷等の周知の方法により容易に固化させ得る。それ故、灰分の体積は、著しく減少され、また灰分中の有害金属は、固化されるので、灰分は、埋め立て処理可能な形態となる。本発明のその他の作用は、特許請求の範囲及び図面を参照する実施例の説明から明らかにされる。
【実施例１】
【００２６】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明するが、本発明は、これらに限定されるものではなく、特許請求の範囲によって定義されるものである。また、図１から図１４において、同一の符号が付された部材は、同一部材又は対応する部材であり、各図面の説明において、重複した説明は、省略される。  
【００２７】
図１は、本発明のガス化方法を実施する第１実施例のガス化装置の主要部の図解的な縦断面図、図２は、図１のガス化装置の図解的な水平断面図である。図１に示されるガス化装置において、流動層炉２内へ炉底に配置される流動化ガス分散機構１０６を介し供給される流動化ガスは、炉底中央部４付近から炉内へ上向き流として供給される中央流動化ガス７及び炉底周辺部３から炉内へ上向き流として供給される周辺流動化ガス８から成る。  
【００２８】
第１表に示すように、中央流動化ガス７は、水蒸気、水蒸気と空気の混合気体、及び空気の３種の気体の内の１つであり、周辺流動化ガス８は、酸素、酸素と空気の混合気体、及び空気の３種の気体の内の１つである。中央流動化ガスの酸素含有量は、周辺流動化ガスの酸素含有量以下とされる。流動化ガス全体の空気量が、可燃物１１の燃焼に必要な理論燃焼空気量の３０％以下とされ、炉内は、還元雰囲気とされる。  
【００２９】
中央流動化ガス７の質量速度は、周辺流動化ガス８の質量速度より小にされ、炉内周辺部上方における流動化ガスの上向き流がデフレクタ６により炉の中央部へ向うように転向される。それによって、炉の中央部に流動媒体（一般的には硅砂を使用）が沈降拡散する移動層９が形成されると共に炉内周辺部に流動媒体が活発に流動化している流動層１０が形成される。流動媒体は、矢印１１８で示すように、炉周辺部の流動層１０を上昇し、次にデフレクタ６により転向され、移動層９の上方へ流入し、移動層９中を下降し、次に矢印１１２で示すように、ガス分散機構１０６に沿って移動し、流動層１０の下方へ流入することにより、流動層１０と移動層９の中を矢印１１８及び１１２で示すように循環する。  
【００３０】
可燃物供給口１０４から移動層９の上部へ供給された可燃物１１は、流動媒体と共に移動層９中を下降する間に、流動媒体の持つ熱により加熱され、主として揮発分がガス化される。移動層９には、酸素が無いか少ないため、ガス化された揮発分から成る生成ガスは燃焼されないで、移動層９中を矢印１１６のように抜ける。それ故、移動層９は、ガス化ゾーンＧを形成する。フリーボード１０２へ移動した生成ガスは、矢印１２０で示すように上昇し、ガス出口１０８から生成ガス２９として排出される。  
【００３１】
移動層９でガス化されない、主としてチャー（固定炭素分）やタール１１４は、移動層９の下部から、流動媒体と共に矢印１１２で示すように炉内周辺部の流動層１０の下部へ移動し、比較的酸素含有量の多い周辺流動化ガス８により燃焼され、部分酸化される。流動層１０は、可燃物の酸化ゾーンＳを形成する。流動層１０内において、流動媒体は、流動層内の燃焼熱により加熱され高温となる。高温になった流動媒体は、矢印１１８で示すように、傾斜壁６により反転され、移動層９へ移り、再びガス化の熱源となる。流動層１０の温度は、４５０〜６５０℃に維持され、抑制された燃焼反応が継続するようにされる。  
【００３２】
図１及び図２に示すガス化炉１によれば、流動層炉２にガス化ゾーンＧと酸化ゾーンＳが形成され、流動媒体が両ゾーンにおいて熱伝達媒体となることにより、ガス化ゾーンＧにおいて、発熱量の高い良質の可燃ガスが生成され、酸化ゾーンＳにおいては、ガス化困難なチャーやタール１１４を効率良く燃焼させることができる。それ故、可燃物のガス化効率を向上させることができ、良質の可燃ガスを生成することができる。  
【００３３】
図２に示される流動層炉２の水平断面において、ガス化ゾーンＧを形成する移動層９は、炉中心部において円形であり、酸化ゾーンＳを形成する流動層１０は、移動層９のまわりにリング状に形成される。流動層１０の外周にリング状の不燃物排出口５が配置される。ガス化炉１を円筒形とすることにより、高い炉内圧を容易に支持することができる。ガス化炉自体により炉内圧を受ける構造に代えて、ガス化炉の外部に別途圧力容器（図示しない）を設けることができる。
【実施例２】
【００３４】
図３は、本発明のガス化方法を実施する第２実施例のガス化装置の主要部の図解的な縦断面図、図４は、図３のガス化装置の図解的な水平断面図である。図３に示される第２実施例のガス化装置において、流動化ガスは、中央流動化ガス７及び周辺流動化ガス８に加え、炉底中央部と炉底周辺部の間の炉底中間部から炉内へ供給される中間流動化ガス７’を含む。中間流動化ガス７’の質量速度は、中央流動化ガス７の質量速度と周辺流動化ガス８の質量速度の間に選定される。中間流動化ガスは、水蒸気、水蒸気及び空気の混合気体、又は空気の３種の気体の内のいずれか１つである。  
【００３５】
図３のガス化装置において、図１のガス化装置の場合と同様に、中央流動化ガス７は、水蒸気、水蒸気と空気の混合気体、及び空気の３種の気体の内の１つであり、周辺流動化ガス８は、酸素、酸素と空気の混合気体、及び空気の３種の気体の内の１つである。中間流動化ガスの酸素含有量は、中央流動化ガスの酸素含有量と周辺流動化ガスの酸素含有量の間に選定される。それ故、流動化ガスの好適な組合せは、第２表の１５通りである。各組合せにおいて、流動層炉の中央部から周辺部へ拡がっていくにつれて、酸素供給量が増加することが重要である。流動化ガス全体の空気量が、可燃物１１の燃焼に必要な理論燃焼空気量の３０％以下とされ、炉内は、還元雰囲気とされる。  
【００３６】
図１のガス化装置の場合と同様に、図３のガス化装置において、炉の中央部に流動媒体が沈降する移動層９が形成され、炉の周辺部に流動媒体が上昇する流動層１０が形成される。流動媒体が、矢印１１２及び１１８で示すように移動層及び流動層を通り循環する。移動層９と流動層１０の間においては、流動媒体が、主として横方向に拡散する中間層９’が形成される。移動層９及び中間層９’がガス化ゾーンＧを形成し、流動層１０が酸化ゾーンＳを形成する。  
【００３７】
移動層９の上部へ投入された可燃物１１は、流動媒体と共に移動層９中を下降する間に加熱され、その揮発分がガス化する。移動層９中でガス化されなかったチャー及びタール並びに一部の揮発分は、流動媒体と一緒に中間層９’及び流動層１０へ移動し、部分的にガス化し部分的に燃焼される。中間層９’でガス化されない主としてチャー及びタールは、流動媒体と共に、炉周辺部の流動層１０内へ移動し、比較的酸素含有量の多い周辺流動化ガス８中で燃焼される。流動媒体は、流動層１０中で加熱され、移動層９へ循環し、移動層９中の可燃物を加熱する。中間層の酸素濃度については、可燃物の種類（揮発分が多いか、チャー、タール分が多いか）等により、酸素濃度を低くしてガス化を主体にするか、酸素濃度を高くして酸化燃焼を主体にするかが選定される。  
【００３８】
図４に示す流動層炉の水平断面おいて、ガス化ゾーンを形成する移動層９は、炉中心部において円形であり、その外周に沿って中間流動化ガス７’により形成される中間ゾーン９’があり、酸化ゾーンを形成する流動層１０は、中間ゾーン９’のまわりにリング状に形成される。流動層１０の外周にリング状の不燃物排出口５が配置される。ガス化炉１を円筒形とすることにより、高い炉内圧を容易に支持することができる。炉内圧は、ガス化炉自体で受けるか、またはガス化炉の外部に別途圧力容器を設けてそれにより受けることができる。
【実施例３】
【００３９】
図５は、本発明の第３実施例のガス化装置の図解的な垂直断面図である。図５のガス化装置１において、ごみ等の可燃物からなるガス化原料１１は、ダブルダンパー１２、圧縮フィーダ１３、及び給塵フィーダ１４により、ガス化装置１の流動層炉２へ供給される。圧縮フィーダ１３は、ガス化原料をプラグ状に圧縮し、これにより炉内圧がシールされる。プラグ状に圧縮されたごみは、図示しないほぐし器によりばらばらにされ、給塵フィーダ１４により炉内へ送られる。  
【００４０】
図５のガス化装置において、中央流動化ガス７及び周辺流動化ガス８は、図１の実施例と同様に供給され、それ故、図１の実施例と同様に、流動層炉２に還元雰囲気のガス化ゾーンと酸化ゾーンが形成される。流動媒体が両ゾーンにおいて熱伝達媒体となり、ガス化ゾーンにおいて、発熱量の高い良質の可燃ガスが生成され、また酸化ゾーンにおいて、ガス化困難なチャーやタール１１４が効率良く燃焼され、高いガス化効率と良質の可燃ガスが得られる。図５の実施例において、ダブルダンパ１２とガス化炉１のフリーボード１０２に連通するルーツブロア１５が設けられ、ごみの圧縮が不十分な場合に炉内から圧縮フィーダを通りダブルダンパ１２へリークするガスを炉内へ戻す。好ましくは、ルーツブロア１５は、ダブルダ
ンパ１２の上段部分が大気圧になるように、適当な量の空気及びガスをダブルダンパ１２から吸引し炉内へ戻す。  
【００４１】
図５のガス化装置において、流動層炉２から不燃物を排出するため、不燃物排出口５、円錐形シュート１６、定量排出器１７、シール用第１スイング弁１８、スイングカット弁１９、シール用第２スイング弁２０、トロンメル付き排出器２３が、順に配置され、次のように作動される。  
【００４２】
（１）シール用第１スイング弁１８が開にされ、第２スイング弁２０が閉にされて炉内圧が第２スイング弁２０でシールされる状態において、定量排出器１７が運転され、流動媒体の砂を含む不燃物が、円錐形シュート１６内からスイングカット弁１９へ排出される。（２）スイングカット弁１９が所定量の不燃物を受けると、定量排出器１７がＯＦＦされ、第１スイング弁１８が閉にされて炉内圧が第１スイング弁１８でシールされる。そして排出弁２２が開にされスイングカット弁１９内が大気圧に戻される。次に第２スイング弁２０が完全に開にされ、そしてスイングカット弁１９が開にされることにより、不燃物がトロンメル付き連続排出器２３へ排出される。（３）第２スイング弁２０が完全に閉にされた後に、均圧弁２１が開にされ、第１スイング弁１８の内部と円錐形シュート１６の内部が均圧にされてから、第１スイング弁１８が開にされ、最初の工程（１）へ戻る。これらの工程（１）〜（３）は、自動的に繰り返し運転される。  
【００４３】
トロンメル付き連続排出器２３は、連続運転され、大きな不燃物２７をトロンメルにより系外へ排出し、砂と小さな不燃物を砂循環エレベータ２４により輸送し、分級器２５により微細な不燃物２８を除去した後、砂は、ロックホッパ２６を介しガス化炉１へ戻される。このような不燃物排出機構は、２台のスイング弁が不燃物を受けずに圧力シール機能だけ有するので、第１及び第２スイング弁１８、２０のシール部における不燃物の噛込みを避けることができる。炉内圧が若干負圧でよい場合は、シール機能は不要である。
【実施例４】
【００４４】
図６は、本発明の第４実施例のガス化装置の図解的な垂直断面図である。図６のガス化装置において、ガス化原料１１の供給とそれに関係する炉内圧のシールは、図５の不燃物の排出のための機構と同様に、スイングカット弁１９、１９’及びシール用第１及び第２スイング弁１８の組合せを使用して行われる。圧縮フィーダ１３は、除かれている。図６の実施例において、炉内から第１スイング弁１８内へ漏れたガスは、排出弁２２及びブロア（図示しない）を介し、炉内へ戻される。また、第１スイング弁１８を完全に閉じた後に均圧弁２１が開とされ、スイングカット弁１９内の圧力が炉内圧と同じにされる。  
【００４５】
図７は、本発明のガス化装置により製造される生成ガスの精製工程の１例を示すフロー図である。図７の精製工程において、ガス化装置１へガス化原料１１及び流動化ガス７、８がガス化炉１へ供給される。ガス化装置１において生成された可燃生成ガスは、廃熱ボイラ３１で熱が回収され冷却されて、サイクロン分離器３２へ送られ、固形分３７、３８が分離される。その後、生成ガスは、水洗浄塔３３において水により洗浄され冷却され、アルカリ洗浄塔３４において硫化水素を除去され、その後、ガスホルダー３５に貯留される。サイクロン分離器３２で分離された固形分の内の未反応チャー３７は、ガス化装置１へ戻され、残りの固形分３８は、系外へ排出される。図５の実施例と同様に、ガス化装置１から排出された不燃物の内、大きな不燃物２７は、系外へ排出され、砂は、ガス化装置１へ戻される。洗浄塔３３、３４から出る廃水は、廃水処理器３６へ導入され、無害化処理される。  
【００４６】
図８は、ガス化装置１において発生した可燃生成ガス及び微粒子が、熔融燃焼炉４１に導入されて高温燃焼され、灰が熔融される工程の１例を示すフロー図である。図８の工程において、ガス化装置１で製造された可燃分の多い生成ガスが、熔融燃焼炉４１へ導入される。熔融燃焼炉４１には、酸素、酸素と空気の混合気体、又は空気が吹き込まれ、生成ガス及び微粒子が１３００℃以上で燃焼され、灰が熔融され、またダイオキシン、ＰＣＢ等の有害物質が分解される。熔融燃焼炉４１で熔融された灰４４は、急冷されスラグとされ減量化される。熔融燃焼炉４１で発生した燃焼排気ガスは、スクラバー４２で急冷され、ダイオキシンの再合成が防止される。スクラバー４１で急冷された排気ガスは、フィルター４３において更に塵埃３８が除去され、排気塔５５から大気へ排出される。
【実施例５】
【００４７】
図９は、本発明の第５実施例のガス化及び熔融燃焼装置の垂直断面斜視図である。図９において、ガス化装置１は、図１の実施例とほぼ同一であるが、ガス出口１０８は、熔融燃焼炉４１の可燃ガス入口１４２に連通されている。熔融燃焼炉４１は、ほぼ垂直方向の軸線を有する円筒形一次燃焼室１４０、及び水平方向に傾斜する二次燃焼室１５０を含む。流動層炉２で発生された可燃ガス１２０及び微粒子は、可燃ガス入口１４２を介し一次燃焼室１４０へその軸線のまわりに旋回するように供給される。  
【００４８】
一次燃焼室１４０は、上端に始動バーナを備えると共に、燃焼用空気を軸線のまわりに旋回するように供給する複数の空気ノズル１３４を備える。二次燃焼室１５０は、一次燃焼室１４０とその下端で連通されると共に、二次燃焼室の下方部分に配置され熔融灰分を排出可能な排出口１５２、排出口１５２の上方に配置される排気口１５４、一次燃焼室と連通する部分の付近に配置される助燃バーナ１３６、及び燃焼用空気を供給する空気ノズル１３４を備える。排気口１５４は、輻射板１６２を備え、輻射により排気口１５４から失われる熱量を減少させている。  
【００４９】
図１０は、廃熱ボイラ及びタービンと組み合わせて使用される本発明の実施例の流動層ガス化及び熔融燃焼装置の配置図である。図１０において、ガス化装置１は、排出器２３から排出された大きな不燃物２７及び分級器２５から排出された微細な不燃物２８を一緒に搬送するコンベヤ１７２を具備する。流動層炉２の下部から不燃物を取り出す円錐形シュート１６のまわりに空気ジャケット１８５が配置され、高温の抜き出し砂により空気ジャケット１８５内の空気が加熱される。補助燃料Ｆが、熔融燃焼炉４１の一次及び二次燃焼室１４０、１５０へ供給される。熔融燃焼炉４１の排出口１５２から排出される熔融状態の灰４４は、水室１７８に受け入れられ急冷されて、スラグ１７６として排出される。  
【００５０】
図１０において、熔融燃焼炉４１から排出される燃焼ガスは、廃熱ボイラ３１、エコノマイザ１８３、空気予熱器１８６、集塵器４３、誘引通風機５４を経て大気へ排出される。空気予熱器１８６から出た燃焼ガスは、集塵器４３に入る前に、消石灰等の中和剤Ｎを添加される。水Ｗがエコノマイザ１８３へ供給され、予熱された後、ボイラ３１で加熱されて蒸気にされ、蒸気タービンＳＴを駆動する。空気Ａが空気予熱器１８６へ供給され、加熱された後、空気ジャケット１８５で更に加熱され、空気管１８４を介し、熔融燃焼炉４１、及び必要に応じてフリーボード１０２へ供給される。  
【００５１】
廃熱ボイラ３１、エコノマイザ１８３、及び空気予熱器１８６の底部に溜まる微粒子１８０、１９０は、砂循環エレベータ２４で分級器２５へ搬送され微細な不燃物２８が除去され、流動層炉２へ戻される。フィルター４３において分離される飛灰３８は、高温で揮散したＮａ、Ｋなどのアルカリ金属塩を含むので、処理器１９４において薬品により処理される。  
【００５２】
図１０の装置においては、流動層炉２の燃焼が低空気比による低温部分燃焼とされ、流動層温度が４５０℃〜６５０℃に維持されることにより、高熱量の可燃ガスを発生させることができる。また、低空気比により還元雰囲気で燃焼が行われるので、不燃物中に鉄、アルミが未酸化の有価物として得られる。流動層炉２で発生された高熱量の可燃ガス及びチャーは、熔融燃焼炉４１において、１３００℃以上の高温燃焼することができ、灰を熔融させ、ダイオキシンを分解させることができる。  
【００５３】
図１１は、ガス冷却室２８０と組み合わせて使用される本発明の実施例の流動層ガス化及び熔融燃焼装置の配置図である。図１１において、ガス化装置１、熔融燃焼炉４１、水室１７８、集塵器４３、誘引通風機５４等は、図１０と同様である。図１１においては、廃熱ボイラに代えて、ガス冷却器２８０、独立空気予熱器１８８が設けられ、熔融燃焼炉４１から高温燃焼排ガスを耐火断熱被覆された高温ダクト２７８を介してガス冷却器２８０に導入する。ガス冷却器２８０において、燃焼ガスは、微細水噴霧により、瞬時に減温され、ダイオキシンの再合成が防止される。高温ダクト２７８の排ガス流速は、５ｍ／秒以下の低速とされる。ガス冷却器２８０の上部に温水発生器２８３が配置される。空気予熱器１８８で加熱された空気がガス化炉１のフリーボード１０２及び熔融燃焼炉４１へ供給される。  
【００５４】
図１２は、廃熱ボイラ３１及び反応塔３１０と組み合わせて使用される本発明の実施例の流動層ガス化及び熔融燃焼装置の配置図である。図１２において、ガス化装置１、熔融燃焼炉４１、水室１７８、廃熱ボイラ３１、蒸気タービンＳＴ、エコノマイザ１８３、空気予熱器１８６、集塵器４３、誘因通風機５４等は、図１０と同様である。図１２においては、廃熱ボイラ３１とエコノマイザ１８３の間に、反応塔３１０、スーパーヒータ加熱燃焼器３２０が配置される。反応塔３１０において、消石灰スラリー等の中和剤Ｎが燃焼排ガスに添加され、ＨＣｌが除去される。反応塔３１０から排出される固体微粒子３１２は、廃熱ボイラ３１から排出される固体微粒子１８０と一緒に砂循環エレベータ２４により分級器２５へ送られる。加熱燃焼器３２０において、未燃焼ガス及び補助燃料Ｆを燃焼させ、蒸気温度を５００℃程度に上げる。図１２の装置においては、蒸気が高温高圧であることと、空気比が小さく排ガスの持ち出し顕熱が小さいことにより、発電効率を約３０％とすることができる。  
【００５５】
図１３は、本発明の実施例のガス化コジェネレーション型の流動層ガス化及び熔融燃焼装置の配置図である。図１３において、ガス化装置１、熔融燃焼炉４１、水室１７８、廃熱ボイラ３１、集塵器４３、誘引通風機５４等は、図１０の装置と同様である。図１３においては、廃熱ボイラ３１と集塵器４３の間に反応塔３１０が配置され、反応塔３１０において、消石灰スラリー等の中和剤Ｎが燃焼排ガスに添加され、ＨＣｌが除去される。反応塔３１０の排ガスが、集塵器４３を経てガスタービン４２０で使用される。ガスタービン４２０においては、空気Ａが圧縮機Ｃにより圧縮され燃焼器ＣＣに供給され、燃焼器ＣＣにおいて燃料Ｆが燃焼され、この燃焼ガス及び圧縮機４１０で圧縮されて燃焼器ＣＣへ供給され排ガスが、タービンＴの作動流体となる。ガスタービン４２０の排気ガスは、スーパーヒータ４３０、節炭器４４０、及び空気予熱器４５０を順に通過され、誘因通風機５４により大気へ放出される。廃熱ボイラ３１において発生された蒸気が、スーパーヒータ４３０において、ガスタービン４２０の排気ガスにより加熱され、蒸気タービンＳＴへ供給される。  
【００５６】
図１４は、本発明の実施例の加圧ガス化複合発電型の流動層ガス化及び熔融燃焼方法の工程を示すフロー図である。加圧型のガス化炉１で生成された高温高圧の生成ガス２９は、廃熱ボイラ３１’へ導入され、蒸気を発生させると共にそれ自体は冷却される。廃熱ボイラを出た生成ガスは、２分され、一方が熔融燃焼炉４１へ他方が中和剤Ｎを添加されＨＣｌが中和されて集塵器４３’へ導入される。集塵器４３’において、温度低下により固化した生成ガス中の低融点物質が、生成ガスから分離されて熔融燃焼炉４１へ送られ、熔融される。低融点物質が除去された生成ガスが、ガスタービンＧＴにおいて燃料ガスとして利用される。ガスタービンＧＴの排気ガスは、スーパーヒータＳＨ、エコノマイザＥＣｏで熱交換され、その後、排ガス処理器５１０で処理され、大気中へ放出さ
れる。熔融燃焼炉４１の排気ガスは、熱交換器ＥＸ、集塵器４３を経て、排ガス処理器５１０へ導入される。熔融炉から排出された熔融灰４４は、急冷しスラグにされる。集塵器４３から排出された固形分３８は、処理器１９４において薬品処理される。  
【００５７】
図１４の工程によれば、廃棄物から生成されたガスが、ＨＣｌ及び固形分が除去された後、燃料として使用されるから、ガスタービンを腐食させるることがなく、また、ＨＣｌが除去されているので、ガスタービン排気ガスにより高温の蒸気を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１実施例のガス化装置の主要部の図解的な垂直断面図。
【図２】図１のガス化装置の流動層炉の図解的な水平断面図。
【図３】本発明の第２実施例のガス化装置の主要部の図解的な垂直断面図。
【図４】図２のガス化装置の流動層炉の図解的な水平断面図。
【図５】本発明の第３実施例のガス化装置の図解的な垂直断面図。
【図６】本発明の第４実施例のガス化装置の図解的な垂直断面図。
【図７】生成ガスの精製工程の１例を示すフロー図。
【図８】灰が熔融される工程の１例を示すフロー図。
【図９】本発明の第５実施例のガス化及び熔融燃焼装置の図解的な垂直断面斜視図。
【図１０】廃熱ボイラ及びタービンと組み合わせて使用される本発明の実施例の流動層ガス化及び熔融燃焼装置の配置図。
【図１１】ガス冷却室と組み合わせて使用される本発明の実施例の流動層ガス化及び熔融燃焼装置の配置図。
【図１２】廃熱ボイラ及び反応塔と組み合わせて使用される本発明の実施例の流動層ガス化及び熔融燃焼装置の配置図。
【図１３】本発明のガス化コジェネレーション型の実施例の流動層ガス化及び熔融燃焼装置の配置図。
【図１４】本発明の加圧ガス化複合発電型の実施例の流動層ガス化及び熔融燃焼方法の工程を示すフロー図。
【符号の説明】
【００５９】
１；ガス化装置、２；流動層炉、３；炉底周辺部、４；炉底中央部、５；不燃物排出口、６；傾斜壁、７；中央流動化ガス、７’；中間流動化ガス、８；周辺流動化ガス、９；移動層、９’；中間層、１０；流動層、１１；ガス化原料（可燃物）、１２；ダブルダンパー、１３；圧縮フィーダ、１４；給塵フィーダ、１５；ルーツブロア、１６；円錐形シュート、１７；定量排出器、１８、２０；スイング弁、１９、１９’；スイングカット弁、２２；排出弁、２３；トロンメル付き連続排出器、２４；砂循環エレベータ、２５；分級器、２７、２８；不燃物、２９；生成ガス、３１、３１’；廃熱ボイラ、３２；サイクロン分離機、３６；廃水処理器、３７；未反応チャー、３８；固形分、４１；熔融燃焼炉、４３、４３’；集塵器、４４；熔融灰、５４；誘引通風機、５５；排気塔、１０２；フリーボード、１０４；可燃物供給口、１０６；ガス分散機構、１０８；ガス出口、１１４；チャー・タール、１３４；助燃バーナ、１４０；一次燃焼室、１４２；可燃ガス入口、１５０；二次燃焼室、１６２；輻射板、１７６；スラグ、１７８；水室、１８３；エコノマイザ、１８５；空気ジャケット、１８６、１８８；空気予熱器、１９４、５１０；処理器、２８０；ガス冷却器、３１０；反応塔、３２０；スーパーヒータ加熱燃焼器、４２０；ガスタービン、Ａ；空気、Ｃ；圧縮機、ＣＣ；燃焼器、ＥＣｏ；エコノマイザ、Ｆ；補助燃料、Ｇ；ガス化ゾーン、Ｎ；中和剤、Ｓ；酸化ゾーン、ＳＨ；スーパーヒータ、ＳＴ；蒸気タービン、Ｔ；タービン、Ｗ；水。