(57)【要約】【課題】灰溶融装置においてスラグタップからのスラグがスラグ落下筒に付着したり、スラグ加熱用の燃焼ガス中の塩化物が配管に凝固固着したりすることを防止すること。【解決手段】灰溶融炉からのスラグを流下させるスラグタップ３８と、スラグタップに連結したスラグ落下筒３９と、スラグ落下筒の下方に設置した水槽と、を備えた灰溶融装置において、スラグ落下筒の下部外周を取り囲む燃焼ガス抜出部６０を設け、燃焼ガス抜出部の下端を水槽の水面より下方に配置し、スラグ落下筒の下端と水槽水面との間に隙間６５を形成し、灰溶融炉の燃焼ガスが、スラグタック３８、スラグ落下筒３９、隙間６５、燃焼ガス抜出部６０を順に通るようにする。また、傾斜した配管６１に水を噴出するノズル６４を設け、ノズルからの噴出水を燃焼ガス抜出部６０に向けて流すこと。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
灰溶融炉と二次燃焼室とを結ぶ煙道の下部に設けられて前記灰溶融炉からのスラグを流下させるスラグタップと、前記スラグタップに連結したスラグ落下筒と、前記スラグ落下筒の下方に設置した水槽と、を備えた灰溶融装置において、
前記スラグ落下筒の下部外周を取り囲む燃焼ガス抜出部を設け、前記燃焼ガス抜出部の下端を前記水槽の水面より下方に配置し、
前記スラグ落下筒の下端と前記水槽水面との間に隙間を形成し、
前記灰溶融炉の燃焼ガスが、前記スラグタック、前記スラグ落下筒、前記隙間、前記燃焼ガス抜出部を順に通る
ことを特徴とする灰溶融装置。
【請求項２】
請求項１に記載の灰溶融装置において、
前記燃焼ガスを外部に排出する配管を前記燃焼ガス抜出部に傾斜して接続し、前記傾斜した配管に水を噴出するノズルを設け、
前記ノズルからの噴出水を前記燃焼ガス抜出部に向けて流す
ことを特徴とする灰溶融装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の灰溶融装置において、
前記燃焼ガス抜出部の内壁、前記スラグ落下筒の下部の内壁及び外壁に水を流下させる注水ヘッダを設ける
ことを特徴とする灰溶融装置。
【請求項４】
灰溶融炉と二次燃焼室とを結ぶ煙道の下部に設けられて前記灰溶融炉からのスラグを流下させるスラグタップと、前記スラグタップに連結したスラグ落下筒と、前記スラグ落下筒の下方に設置した水槽と、を備えた灰溶融装置において、
前記スラグ落下筒の下部外周を取り囲む燃焼ガス抜出部を設け、前記燃焼ガス抜出部の下端を前記水槽の水面より下方に配置し、
前記スラグ落下筒の下端を前記水槽の水面より下方に配置し、
前記スラグ落下筒の前記水面近傍部に複数の燃焼ガス抜き孔を設け、
前記灰溶融炉の燃焼ガスが、前記スラグタック、前記スラグ落下筒、前記燃焼ガス抜き孔、前記燃焼ガス抜出部を順に通る
ことを特徴とする灰溶融装置。
【請求項５】
請求項４に記載の灰溶融装置において、
前記燃焼ガスを外部に排出する配管を前記燃焼ガス抜出部に傾斜して接続し、前記傾斜した配管に水を噴出するノズルを設け、
前記ノズルからの噴出水を前記燃焼ガス抜出部に向けて流す
ことを特徴とする灰溶融装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の灰溶融装置において、
前記燃焼ガス抜出部の内壁、前記スラグ落下筒の下部の内壁及び外壁に水を流下させる注水ヘッダを設ける
ことを特徴とする灰溶融装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ごみガス化溶融システムに係り、特に、溶融炉におけるスラグ排出に際する信頼性向上、メインテナンスコスト低減に好適な灰溶融装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ごみ自身の燃焼熱を利用して灰を溶融、無害化するガス化溶融炉システムが実用化されつつある。図３は従来技術に関するごみガス化溶融システムの全体系統を示す構成図である。図３に示す全体構成における各構成要素の名称は後述する符号の説明欄を参照のこと。
【０００３】
図３において、ごみは給じんホッパ１から定量供給機２、供給シュート５を通じてガス化炉６に供給される。配管２１を通じて流動層８内に吹き込まれた空気は、ごみと反応し熱分解ガスが発生する。この熱分解反応熱（部分燃焼熱）により流動層８の温度は約６００℃に維持されている。流動層式ガス化炉６は空気比が１以下、通常のごみであれば空気比０．３〜０．６といった空気比で運転されている。
【０００４】
ガス化炉６内での灰の溶融粘着トラブルを避けるため、流動層も含めたガス化炉６の温度が約９００℃以下になる様に空気比を制御している。すなわち、流動層並びに炉内温度が高くなり過ぎる様であれば、ガス化炉６の空気比を下げ、逆に温度が下がり過ぎる様であれば空気比を増す操作を行って炉内温度を制御している。流動層８は通常、粒径が１ミリ程度の砂を層内媒体として使用している場合が多い。すなわち、流動層内には細かい砂が充填されている。
【０００５】
一方、ごみ中には粗大な不燃異物が混入しているのが通例であり、これらの不燃異物は流動層８の底部に沈積する。不燃異物が大量に流動層内に沈積すると流動化が阻害されるため、排出装置２２を用いて定期的あるいは連続的に不燃異物を抜き出している。その際、細かい層内媒体も不燃異物と混じて排出される。
【０００６】
排出装置２２を用いて排出された粗大な不燃異物と細かい層内媒体の混合物は、フルイ４３により細かい層内媒体を分離し、配管３０を通じて再び流動層８に戻し、層内媒体として再利用する。一方、流動化を阻害する粗大な不燃異物は配管４４を通じて排出され、金属分離機４５などを用いて不燃異物中の鉄、アルミなどの有価物を分離し、配管４７を通じて回収する。一方、瓦礫類が主体の残りの粗大不燃異物は配管４６から排出され埋立処分されている。
【０００７】
ガス化炉６でごみから発生した熱分解ガス及びチャーは、煙道１２を通じて溶融炉９に入り配管２０を通じて溶融炉９に吹き込まれた空気と反応し、完全燃焼する。チャーに含まれる灰の大部分は、溶融炉９の高熱により溶融し、スラグとなってスラグタップ３８、スラグ落下筒３９、スラグ排出装置１１を経由し系外に排出される。
【０００８】
溶融炉９は１，３００℃以上の高温燃焼炉であるため過剰空気燃焼を行うと大量のサーマルＮＯｘが生成する。かといって、逆に空気比を下げ過ぎると未燃分であるＣＯが多量に発生する。ある程度のＣＯであれば後段の二次燃焼炉２４で吹き込んだ空気で完全に燃焼できるが、あまり多量のＣＯであれば二次燃焼炉２４で燃焼し切れず、ボイラ３、ガス急冷塔１３、集じん器１５を経由し煙突１７から大気中に放出されてしまう。
【０００９】
ＮＯｘとＣＯのバランスを考慮し、０．９〜１．０５近辺の空気比になる様に溶融炉９を制御している。若干のＣＯとＮＯｘを含んだ溶融炉９の排ガスは、二次燃焼炉２４に入り空気ノズル４２から吹き込んだ空気によりＣＯを完全燃焼させる。この二次燃焼炉２４での空気比は完全燃焼をさせるため、通常１．２〜１．３程度になる様に制御されている。空気比がこの値より高すぎると排ガス量が不必要に多くなるため、排ガスの顕熱損失が大きくボイラ効率が低下する、又、燃焼に関与しない余剰の空気によるテンパリング効果により炉内温度が低下しＣＯの燃焼が妨げられる。そのため、この二次燃焼炉２４の空気比の制御も重要である。集じん器１５出口のＣＯ計５８は二次燃焼炉２４で燃焼し切れなかったＣＯを監視する為に設置してある．
完全燃焼した排ガスはボイラ３、エアヒータ１４、ガス急冷塔１３、集じん器１５を経て浄化され煙突から大気に放出される。集じん器１５での捕集灰は、溶融炉９をすり抜けた微細な灰及び集じん器１５に至る煙道中で凝縮したフュームとなった低沸点物質並びに酸性ガスと消石灰が反応して生成したＣａ化合物から成っている。この集じん灰は配管４８を通じて灰安定化設備に送られ薬剤などで安定化処理をされた後に埋立処分されている。
【００１０】
ごみは発熱量が低いため、溶融炉９の温度は灰の流動温度よりもやや高い程度の温度しか維持できない。溶融したスラグは溶融炉からスラグタップ３８より滴り落ちスラグ落下筒３９内を滴下しスラグ排出装置１１に溜められた水により冷却され水砕スラグとなる。
【００１１】
ガス化溶融システムでは、溶融炉９が最も高温の部位である。すなわち、溶融炉９から排出された後のスラグは冷却される一方である。そのため溶融し難いスラグの場合には、溶融炉９内では溶融流動状態であるが、溶融炉９を出たスラグタップ３８付近で固化閉塞する、といったトラブルが往々にして発生する。それを防止するため、溶融炉９からの高温燃焼ガスの一部をスラグタップ３８を経由して抜き出す事によりスラグタップ３８付近を加熱し、スラグ固化トラブルを防止する方法が提案されている。
【００１２】
すなわち、図３に示す配管４０からの高圧空気を作動流体とするエジェクター４１を用いて、配管５１を経由してスラグ落下筒３９からガスを吸引しスラグタップ３８部に溶融炉９からの高温燃焼ガスを通す方法である。配管５１を通じて吸引したガスと配管４０からの高圧空気の混合物は、配管５２を通じて二次燃焼炉２４に吹き込まれる。図４には従来技術に関する溶融炉のスラグ落下筒部分における概略構造と機能を示す。
【００１３】
また、溶融炉を構成する煙道部への塩素、ナトリウム又はカリウムなどの低沸点化合物の凝縮付着による閉塞トラブル防止のための従来技術として、例えば、特許文献１に示すような技術が提案、開示されている。これによると、灰層の表面から揮散したガスが循環域に滞留し、これを抜き出し管より抜き出すことで、煙道を通じて排出される排ガス中には極く少量の揮散ガスが含まれるのみであり閉塞が防止される。
【特許文献１】特開平１１−９９８１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、図４に示す従来技術には、次のような解決課題が存在する。すなわち、（１）配管５１を通じて吸引されるガス流れにより、スラグ滴が振れスラグ落下筒内壁に衝突、付着固化したりあるいはスラグ滴がガス流に乗って配管５１内に吸い込まれたりする場合がある。（２）配管５１の吸い込み口に近い部分のスラグタップは高温燃焼ガスが偏流するため加熱されるが、吸い込み口から遠い部分のスラグタップは加熱され難い。（３）吸引した燃焼ガスが配管５１内で冷却されるに伴い、溶融炉で気化したＮａＣｌ，ＣａＣｌ２などの塩化物、鉛、スズなどの低沸点物質が凝縮固化し、配管５１入口部に付着成長し配管を閉塞させる虞がある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。  
灰溶融炉と二次燃焼室とを結ぶ煙道の下部に設けられて前記灰溶融炉からのスラグを流下させるスラグタップと、前記スラグタップに連結したスラグ落下筒と、前記スラグ落下筒の下方に設置した水槽と、を備えた灰溶融装置において、
前記スラグ落下筒の下部外周を取り囲む燃焼ガス抜出部を設け、前記燃焼ガス抜出部の下端を前記水槽の水面より下方に配置し、
前記スラグ落下筒の下端と前記水槽水面との間に隙間を形成し、
前記灰溶融炉の燃焼ガスが、前記スラグタック、前記スラグ落下筒、前記隙間、前記燃焼ガス抜出部を順に通る構成とする。
【００１６】
また、灰溶融炉と二次燃焼室とを結ぶ煙道の下部に設けられて前記灰溶融炉からのスラグを流下させるスラグタップと、前記スラグタップに連結したスラグ落下筒と、前記スラグ落下筒の下方に設置した水槽と、を備えた灰溶融装置において、
前記スラグ落下筒の下部外周を取り囲む燃焼ガス抜出部を設け、前記燃焼ガス抜出部の下端を前記水槽の水面より下方に配置し、
前記スラグ落下筒の下端を前記水槽の水面より下方に配置し、
前記スラグ落下筒の前記水面近傍部に複数の燃焼ガス抜き孔を設け、
前記灰溶融炉の燃焼ガスが、前記スラグタック、前記スラグ落下筒、前記燃焼ガス抜き孔、前記燃焼ガス抜出部を順に通る構成とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、スラグタップから最も遠い箇所で円周部から均一に燃焼ガスを吸引することによって、スラグタップ開口部における周縁部で燃焼ガス抜出量の偏りがなくなり、さらに、スラグタップからのスラグ滴の水平方向の振れを少なくすることができる。
【００１８】
また、燃焼ガスの通路の壁部分に水を流下させることで塩化物などの低沸点物質を除去することができる。
【００１９】
また、塩化物などの除去によって、ガス化溶融システム全体の信頼性が向上し、プラント運転コストの低減につながる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施形態に係る灰溶融装置について、図１と図２を参照しながら以下詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係る灰溶融装置におけるスラグ排出の構成例を示す図である。図２は本実施形態に係る灰溶融装置におけるスラグ排出の他の構成例を示す図である。なお、本発明の実施形態において、ガス化溶融装置の全体構成は図３に示す系統構成例を援用する。
【００２１】
図１、図２において、１１はスラグ排出装置、３１はスラグ、３８はスラグタップ（灰溶融炉９からのスラグを流下させるための開口部）、３９はスラグ落下筒、６０は均等抜出区画部（スラグ落下筒の下部外周を取り囲んだ燃焼ガス抜き出し部）、６１は配管、６２は注水ヘッダ、６３は注水孔、６４は水噴射ノズル、６５は隙間、６６はガス抜き孔、６７は水配管、をそれぞれ表す。
【００２２】
図１に示す構成は、スラグ排出装置１１の水面近傍から円周方向に均等にガスを吸引する例である。スラグ落下筒３９の下部外周に均等抜出区画部６０（ガスを周上で均等に抜き出す部材）を設け、この均等抜出区画部６０に配管６１を接続する。ここで、スラグ落下筒３８の最下端と水槽水面との間には隙間６５を設け、スラグ落下筒の下方部外周に均等抜出区画部６０を設けるとともにこの均等抜出区画部６０の下端を水面下に配して水封構造を形成する。更に、均等抜出区画部６０の上部に注水ヘッダ６２を設け、注水ヘッダ６２から多数の注水孔６３を通じてスラグ落下筒３９の内壁、外壁及び均等抜出区画部６０の内壁に注水できる構造となっている。注水ヘッダ６２への水配管６７の水は、系統外から供給しても良く、また、水槽の水を循環させても良い。
【００２３】
また、水噴射ノズル６４を配置した配管６１は、均等抜出区画部６０に向かって傾斜して接続されており、噴射水がスラグ排出装置１１の水槽に流入する構造になっている。
【００２４】
図１に示す構成例の動作を説明すると、配管６１を通じて図１に図示していないエジェクタ（図３のエジェクタ４１を参照）などを用いて、ガスを吸引すると、スラグ落下筒３９の最下端円周部に設けた隙間６５から、円周方向に均等にガスが吸引され、スラグタップ３８に存するガスはほぼ垂直に下向きに流れる。その結果、スラグ滴をスラグ落下筒３９の水平方向に振らせる速度成分を無くすることが出来るとともに（図４に示すスラグ滴の流れと対比して）、スラグタップ３８開口部においても均一な流れを形成できるため、均一なスラグタップ３８の加熱を実現できる。
【００２５】
スラグタップ３８から吸引した高温燃焼ガスは、スラグ落下筒３９の下部内壁、均等抜出区画部６０の部分で冷却され、その際、溶融炉９で気化し燃焼ガス中に蒸気として含まれている塩化物、低沸点金属などが凝縮して壁に付着成長する。この壁付着をそのままにしておくと、ガス通路の閉塞に至るため注水ヘッダ６２からスラグ落下筒３９の下部内壁及び外壁、均等抜出区画部６０の内壁に注水して除去する。燃焼ガス中に蒸気として含まれている塩化物、低沸点金属などはほとんど全てがＮａＣｌ，ＫＣｌ，ＣａＣｌ２などの水に易溶性の物質であるため、注水により容易に除去できる。
【００２６】
燃焼ガス中の塩化物、低沸点金属などの一部は均等抜出区画６０をすり抜けて配管６１の入口部分に凝縮付着するが、これに対しては水噴射ノズル６４からの水により溶解除去することができる。
【００２７】
配管６１を通じて抜き出したガスは、図３に示した従来技術と同様にエジェクタ４１などを用いて二次燃焼炉２４に送り、未燃ガスなどを完全燃焼させる。エジェクタ４１の代わりに送風機などを用いることもできる。
【００２８】
次に、図２に示す本実施形態の他の構成例においては、スラグ落下筒３９の下部からのガス抜出をスラグ落下筒３９の下方部に設けた多数のガス抜き孔６６を通じて行う例を示している。ここで、図２の構成例では、スラグ落下筒３９の最下端は、図１とは異なり、水面に没している。この構成例においても抜き出したガスの処理は図３に示した従来技術と同様に処理して良い。図２に示す構成例はスラグ落下筒３９の下方部からのガス抜出部の形状が異っているが、その機能は図１に示す構成例と同様である。
【００２９】
以上説明したように、一般に、流動床式ごみガス化溶融システムではごみの発熱量が低いため灰溶融炉の温度に余裕が少なく、スラグタップでのスラグ固化トラブルが生じ易く、その対策として、従来、スラグタップから高温の燃焼ガスを吸引し、スラグタップ並びにスラグの温度維持を図っているが、従来技術では吸引した燃焼ガスの偏流、ガス流れによるスラグ滴の振れ、抜出配管内での塩化物の付着閉塞、といった信頼性の面で改善すべき課題が存在していたので、この課題を解決するために、本発明の実施形態に係る灰溶融装置の特徴は、次のような構成と、機能ないし作用を奏するものである。
【００３０】
すなわち、スラグ落下筒の最下部円周部分に隙間、あるいはスラグ落下筒の下部に多数のガス抜き孔を配置して、スラグタップから最も遠い部分からガスを吸引する。また、スラグ落下筒の最下部円周部分に隙間、あるいはスラグ落下筒の下部に多数のガス抜き孔を配置して、スラグタップから最も遠い部分で且つ円周部から均等にガスを吸引する。さらに、スラグ落下筒の内壁、外壁部分に水を流下あるいは噴射する設備を設ける。
【００３１】
このような本実施形態の構成によって、スラグ落下筒下部に設けたガス抜出孔が、スラグタップから離れれば離れる程、幾何学的にみて、ガス流れの鉛直方向のガス速度成分が増し、水平方向のガス速度成分が小さくなるため、スラグ滴の水平方向の振れが少なくなる。また、スラグタップ周縁部から等距離の位置からガス抜きを行うため、スラグタップ３８の孔周方向におけるガスの抜出量の偏よりが少なくなる。さらに、スラグ落下筒の壁に付着する付着物の大部分は容易に水に溶解する塩化物であるため水で容易に除去できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態に係る灰溶融装置におけるスラグ排出の構成例を示す図である。
【図２】本実施形態に係る灰溶融装置におけるスラグ排出の他の構成例を示す図である。
【図３】従来技術に関するごみガス化溶融システムの全体系統を示す構成図である。
【図４】従来技術に関する溶融炉のスラグ落下筒部分における概略構造と機能を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…給塵ホッパ
２…定量供給機
３…ボイラ
５…供給シュート
６…ガス化炉
７…油噴射ノズル
８…流動層
９…溶融炉
１０…起動バーナ
１１…スラグ排出装置
１３…ガス急冷塔
１４…エアーヒータ
１５…集塵器
１６…誘引送風機
１７…煙突
１８…ダンパ
１９…送風機
４，２０，２１，２３，２５，３０，３２，３７，４０，４４，４６，４７，  ４８，５１，５２…配管
２２…排出装置
２４…二次燃焼炉
２６〜２９…制御弁
３１…スラグ
１２，３３，３５…煙道
３４，３６，４９，５０…流量計
３８…スラグタップ
３９…スラグ落下筒
４１…エジェクタ
４２…空気ノズル
４３…フルイ
４５…金属分離機
５７…Ｏ２計
５８…ＣＯ計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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