(57)【要約】【課題】  可燃物を予め破砕することなく処理することができ、流動層の温度を例えば約５５０℃以下に下げても流動媒体にチャーやタールが付着して排出されることを防止することができる可燃物の処理方法を提供する。【解決手段】  流動媒体が充填された乾燥・熱分解室１０に流動化ガスを供給して乾燥・熱分解室１０内の流動媒体を流動化し、乾燥・熱分解室１０内の流動層内に可燃物５０を供給する。流動媒体が充填された燃焼室１２から乾燥・熱分解室１０に流動媒体を受け入れて可燃物５０を乾燥し、乾燥された可燃物５０および乾燥・熱分解室１０内の流動媒体を燃焼室１２に供給する。燃焼室１２に酸素を含む流動化ガスを供給して燃焼室１２内の流動媒体を流動化し、供給された可燃物５０を燃焼室１２の流動層内で燃焼する。燃焼室１２内の流動媒体を乾燥・熱分解室１０に供給する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動媒体が充填された乾燥・熱分解室に流動化ガスを供給して該乾燥・熱分解室内の流動媒体を流動化し、
前記乾燥・熱分解室内の流動層内に性状が不均一もしくは不均質な可燃物または水分含有量の多い可燃物を供給し、
流動媒体が充填された燃焼室から前記乾燥・熱分解室に流動媒体を受け入れて前記可燃物を乾燥、または熱分解、または熱破砕し、
乾燥、または熱分解、または熱破砕により、水分が蒸発した可燃物、または水分が蒸発して熱破砕された可燃物、または水分が蒸発して熱分解が一部進行した可燃物、または水分が蒸発して熱分解が一部進行して熱破砕された可燃物および前記乾燥・熱分解室内の流動媒体を前記燃焼室に供給し、
前記燃焼室に酸素を含む流動化ガスを供給して該燃焼室内の流動媒体を流動化し、
供給された前記可燃物を前記燃焼室の流動層内で燃焼し、
前記燃焼室内の流動媒体を前記乾燥・熱分解室に供給することを特徴とする可燃物の焼却方法。
【請求項２】
前記乾燥・熱分解室の流動層の温度を１００℃〜５５０℃に維持することを特徴とする請求項１に記載の可燃物の焼却方法。
【請求項３】
前記乾燥・熱分解室の流動層の温度を１２０℃〜４５０℃に維持することを特徴とする請求項１に記載の可燃物の焼却方法。
【請求項４】
前記乾燥・熱分解室の流動層の温度を１２０℃〜３５０℃に維持することを特徴とする請求項１に記載の可燃物の焼却方法。
【請求項５】
前記乾燥・熱分解室には、酸素を含まない流動化ガスを供給することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の可燃物の焼却方法。
【請求項６】
前記乾燥・熱分解室には、蒸気または前記燃焼室からの燃焼排ガスを流動化ガスとして供給することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の可燃物の焼却方法。
【請求項７】
前記乾燥・熱分解室には、スクリューコンベヤ装置、プッシャー装置、およびプッシャー装置と火格子式搬送装置とを有する供給装置のうち少なくとも１つにより前記可燃物を供給することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の可燃物の焼却方法。
【請求項８】
前記乾燥・熱分解室には、生ごみ、都市ごみ、汚泥、およびバイオマスのうち少なくとも１つを含む可燃物を供給することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の可燃物の焼却方法。
【請求項９】
流動媒体が充填された乾燥・熱分解室に流動化ガスを供給して該乾燥・熱分解室内の流動媒体を流動化し、
前記乾燥・熱分解室内の流動層内に性状が不均一もしくは不均質な可燃物または水分含有量の多い可燃物を供給し、
流動媒体が充填された燃焼室から前記乾燥・熱分解室に流動媒体を受け入れて前記可燃物を乾燥、または熱分解、または熱破砕し、
乾燥、または熱分解、または熱破砕により、水分が蒸発した可燃物、または水分が蒸発して熱破砕された可燃物、または水分が蒸発して熱分解が一部進行した可燃物、または水分が蒸発して熱分解が一部進行して熱破砕された可燃物および前記乾燥・熱分解室内の流動媒体を前記燃焼室に供給し、
前記燃焼室に酸素を含む流動化ガスを供給して該燃焼室内の流動媒体を流動化し、
供給された前記可燃物を前記燃焼室の流動層内で熱分解ガス化して可燃ガスを生成し、
前記燃焼室内の流動媒体を前記乾燥・熱分解室に供給することを特徴とする可燃物の熱分解ガス化方法。
【請求項１０】
前記乾燥・熱分解室の流動層の温度を１００℃〜５５０℃に維持することを特徴とする請求項９に記載の可燃物の熱分解ガス化方法。
【請求項１１】
前記乾燥・熱分解室の流動層の温度を１２０℃〜４５０℃に維持することを特徴とする請求項９に記載の可燃物の熱分解ガス化方法。
【請求項１２】
前記乾燥・熱分解室の流動層の温度を１２０℃〜３５０℃に維持することを特徴とする請求項９に記載の可燃物の熱分解ガス化方法。
【請求項１３】
前記乾燥・熱分解室には、酸素を含まない流動化ガスを供給することを特徴とする請求項９から１２のいずれか一項に記載の可燃物の熱分解ガス化方法。
【請求項１４】
前記乾燥・熱分解室には、蒸気または前記燃焼室からの燃焼排ガスを流動化ガスとして供給することを特徴とする請求項９から１２のいずれか一項に記載の可燃物の熱分解ガス化方法。
【請求項１５】
前記乾燥・熱分解室には、スクリューコンベヤ装置、プッシャー装置、およびプッシャー装置と火格子式搬送装置とを有する供給装置のうち少なくとも１つにより前記可燃物を供給することを特徴とする請求項９から１４のいずれか一項に記載の可燃物の熱分解ガス化方法。
【請求項１６】
前記乾燥・熱分解室には、生ごみ、都市ごみ、汚泥、およびバイオマスのうち少なくとも１つを含む可燃物を供給することを特徴とする請求項９から１５のいずれか一項に記載の可燃物の熱分解ガス化方法。
【請求項１７】
流動媒体が充填された乾燥・熱分解室に流動化ガスを供給して該乾燥・熱分解室内の流動媒体を流動化し、
前記乾燥・熱分解室内の流動層内に性状が不均一もしくは不均質な可燃物または水分含有量の多い可燃物を供給し、
流動媒体が充填された燃焼室から前記乾燥・熱分解室に流動媒体を受け入れて前記可燃物を乾燥、または熱分解、または熱破砕し、
乾燥、または熱分解、または熱破砕により、水分が蒸発した可燃物、または水分が蒸発して熱破砕された可燃物、または水分が蒸発して熱分解が一部進行した可燃物、または水分が蒸発して熱分解が一部進行して熱破砕された可燃物および前記乾燥・熱分解室内の流動媒体を前記燃焼室に供給し、
前記燃焼室に酸素を含む流動化ガスを供給して該燃焼室内の流動媒体を流動化し、
供給された前記可燃物を前記燃焼室の流動層内で部分燃焼して部分燃焼ガスを生成し、
前記燃焼室内の流動媒体を前記乾燥・熱分解室に供給し、
前記燃焼室で生成された部分燃焼ガスを溶融炉に供給し、
前記溶融炉内で前記部分燃焼ガスを燃焼して灰分を溶融スラグ化することを特徴とする可燃物の処理方法。
【請求項１８】
流動媒体が充填された乾燥・熱分解室に流動化ガスを供給して該乾燥・熱分解室内の流動媒体を流動化し、
前記乾燥・熱分解室内の流動層内に性状が不均一もしくは不均質な可燃物または水分含有量の多い可燃物を供給し、
流動媒体が充填された燃焼室から前記乾燥・熱分解室に流動媒体を受け入れて前記可燃物を乾燥、または熱分解、または熱破砕し、
乾燥、または熱分解、または熱破砕により、水分が蒸発した可燃物、または水分が蒸発して熱破砕された可燃物、または水分が蒸発して熱分解が一部進行した可燃物、または水分が蒸発して熱分解が一部進行して熱破砕された可燃物および前記乾燥・熱分解室内の流動媒体を前記燃焼室に供給し、
前記燃焼室に酸素を含む流動化ガスを供給して該燃焼室内の流動媒体を流動化し、
供給された前記可燃物を前記燃焼室の流動層内で熱分解ガス化して可燃ガスを生成し、
前記燃焼室内の流動媒体を前記乾燥・熱分解室に供給し、
前記燃焼室で生成された可燃ガスを溶融炉に供給し、
前記溶融炉内で前記可燃ガスを高温ガス化して灰分を溶融スラグ化するとともにガス化生成ガスを生成することを特徴とする可燃物の処理方法。
【請求項１９】
流動化ガスにより流動化される流動媒体が充填された乾燥・熱分解室と、
酸素を含む流動化ガスにより流動化される流動媒体が充填された燃焼室と、
前記燃焼室で生成された部分燃焼ガスを燃焼して灰分を溶融スラグ化する溶融炉と、
を備え、
前記乾燥・熱分解室の流動層内には、性状が不均一もしくは不均質な可燃物または水分含有量の多い可燃物が供給され、
前記乾燥・熱分解室は、前記燃焼室から受け入れられた流動媒体により前記可燃物を乾燥、または熱分解、または熱破砕し、
前記燃焼室には、前記乾燥・熱分解室の乾燥、または熱分解、または熱破砕により、水分が蒸発した可燃物、または水分が蒸発して熱破砕された可燃物、または水分が蒸発して熱分解が一部進行した可燃物、または水分が蒸発して熱分解が一部進行して熱破砕された可燃物および該乾燥・熱分解室内の流動媒体が供給され、
前記燃焼室は、前記乾燥・熱分解室から供給された前記可燃物を該燃焼室の流動層内で部分燃焼して部分燃焼ガスを生成することを特徴とする可燃物の処理装置。
【請求項２０】
流動化ガスにより流動化される流動媒体が充填された乾燥・熱分解室と、
酸素を含む流動化ガスにより流動化される流動媒体が充填された燃焼室と、
前記燃焼室で生成された可燃ガスを高温ガス化して灰分を溶融スラグ化するとともにガス化生成ガスを生成する溶融炉と、
を備え、
前記乾燥・熱分解室の流動層内には、性状が不均一もしくは不均質な可燃物または水分含有量の多い可燃物が供給され、
前記乾燥・熱分解室は、前記燃焼室から受け入れられた流動媒体により前記可燃物を乾燥、または熱分解、または熱破砕し、
前記燃焼室には、前記乾燥・熱分解室の乾燥、または熱分解、または熱破砕により、水分が蒸発した可燃物、または水分が蒸発して熱破砕された可燃物、または水分が蒸発して熱分解が一部進行した可燃物、または水分が蒸発して熱分解が一部進行して熱破砕された可燃物および該乾燥・熱分解室内の流動媒体が供給され、
前記燃焼室は、前記乾燥・熱分解室から供給された前記可燃物を該燃焼室の流動層内で熱分解ガス化して可燃ガスを生成することを特徴とする可燃物の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可燃物の焼却、熱分解ガス化、処理方法、および処理装置に係り、特に流動媒体が充填された流動層炉を用いた可燃物の焼却、熱分解ガス化、処理方法、および処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の廃棄物焼却のための流動床焼却技術では、炉内の燃焼速度が速いため、原料供給量の変動がそのまま燃焼量の変動となり、空気不足状態を招きがちであった。したがって、従来の流動床焼却炉では、空気比を１．８以上と比較的高めに設定して空気を過剰気味に供給することで、ＣＯの発生を抑制していた。しかしながら、近年では、設備能力を抑えて設備のコストダウンを図ったり、通風量を抑えて運転コストを抑制したりするニーズが高まりつつある。
【０００３】
一方、廃棄物等の可燃物の流動床ガス化技術においても、燃焼（ガス化反応）量の変動が生成ガス量の変動につながる。これは、後段のガス精製設備のガスボリュームを高める必要が生ずることを意味している。したがって、廃棄物等の可燃物のガス化技術においても、燃焼量の変動を抑制することが重要となる。
【０００４】
燃焼量の変動を抑制するためには、流動床の温度を低くすればよいことは、原理的にも経験的にも知られてはいるが、流動床の温度が５５０℃以下になると、発生したタールやチャーが流動媒体や不燃物とともに炉床から外部に排出されてしまう傾向がある。このようにして炉床から外部に排出された流動媒体や不燃物やチャーを分析すると、有害物質（例えばダイオキシン類）の含有率が高くなる場合がありうるため、流動床の温度を低くするには限界があった。
【０００５】
以上のことから、原料供給量の変動を吸収して燃焼量の変動幅を抑制するために、やむを得ず廃棄物等の可燃物を事前に破砕機により破砕して均質化させる方法が採用される場合もある。しかしながら、この場合には、破砕機のメンテナンスやトラブルのたびに装置全体を停止および再起動する必要があり、運転経費が増大するという問題がある。また、原料を前処理して均質化する（ＲＤＦ化）する方法が採用される場合もあるが、この場合には、別途ＲＤＦ化を行う設備を設けなければならないため、必ずしもコスト的に採算がとれるものとはいえない。
【０００６】
このような観点から、廃棄物等の可燃物を予め破砕することなく、原料供給量の変動を吸収して燃焼量の変動を抑制することができる流動床焼却技術および流動床ガス化技術が必要とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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、可燃物を予め破砕することなく焼却することができ、流動層の温度を例えば約５５０℃以下に下げても有害物質（例えばダイオキシン類）が外部に排出されることを防止することができる可燃物の焼却方法を提供することを第１の目的とする。
【０００８】
また、本発明は、可燃物を予め破砕することなく熱分解ガス化することができ、流動層の温度を例えば約５５０℃以下に下げても有害物質（例えばダイオキシン類）が外部に排出されることを防止することができる可燃物の熱分解ガス化方法を提供することを第２の目的とする。
【０００９】
さらに、本発明は、可燃物を予め破砕することなく処理することができ、流動層の温度を例えば約５５０℃以下に下げても有害物質（例えばダイオキシン類）が外部に排出されることを防止することができる可燃物の処理方法および処理装置を提供することを第３の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、可燃物を予め破砕することなく焼却することができ、流動層の温度を例えば約５５０℃以下に下げても流動媒体や不燃物にチャーやタールが付着して排出されることを防止することができる可燃物の焼却方法が提供される。この可燃物の焼却方法によれば、流動媒体が充填された乾燥・熱分解室に流動化ガスを供給して該乾燥・熱分解室内の流動媒体を流動化し、上記乾燥・熱分解室内の流動層内に都市ごみ、廃油、石油系残渣油、石炭、コークス、廃プラスチック、シュレッダーダスト、建築廃材などのうち、特に性状が不均一、不均質な可燃物、または汚泥、生ごみ、未乾燥バイオマスなどのように水分含有量の多い可燃物を供給する。流動媒体が充填された燃焼室から上記乾燥・熱分解室に流動媒体を受け入れて上記可燃物を乾燥、または熱分解、または熱破砕し、乾燥、または熱分解、または熱破砕により、水分が蒸発した可燃物、または水分が蒸発して熱破砕された可燃物、または水分が蒸発して熱分解が一部進行した可燃物、または水分が蒸発して熱分解が一部進行して熱破砕された可燃物および上記乾燥・熱分解室内の流動媒体を上記燃焼室に供給する。上記燃焼室に酸素を含む流動化ガスを供給して該燃焼室内の流動媒体を流動化し、供給された上記可燃物を上記燃焼室の流動層内で燃焼する。上記燃焼室内の流動媒体を上記乾燥・熱分解室に供給する。
【００１１】
本発明の第２の態様によれば、可燃物を予め破砕することなく熱分解ガス化することができ、流動層の温度を例えば約５５０℃以下に下げても流動媒体や不燃物にチャーやタールが付着して排出されることを防止することができる可燃物の熱分解ガス化方法が提供される。この可燃物の熱分解ガス化方法によれば、流動媒体が充填された乾燥・熱分解室に流動化ガスを供給して該乾燥・熱分解室内の流動媒体を流動化し、上記乾燥・熱分解室内の流動層内に都市ごみ、廃油、石油系残渣油、石炭、コークス、廃プラスチック、シュレッダーダスト、建築廃材などのうち、特に性状が不均一、不均質な可燃物、または汚泥、生ごみ、未乾燥バイオマスなどのように水分含有量の多い可燃物を供給する。流動媒体が充填された燃焼室から上記乾燥・熱分解室に流動媒体を受け入れて上記可燃物を乾燥、または熱分解、または熱破砕し、乾燥、または熱分解、または熱破砕により、水分が蒸発した可燃物、または水分が蒸発して熱破砕された可燃物、または水分が蒸発して熱分解が一部進行した可燃物、または水分が蒸発して熱分解が一部進行して熱破砕された可燃物および上記乾燥・熱分解室内の流動媒体を上記燃焼室に供給する。上記燃焼室に酸素を含む流動化ガスを供給して該燃焼室内の流動媒体を流動化し、供給された上記可燃物を上記燃焼室の流動層内で熱分解ガス化して可燃ガスを生成する。上記燃焼室内の流動媒体を上記乾燥・熱分解室に供給する。
【００１２】
本発明の第３の態様によれば、可燃物を予め破砕することなく処理することができ、流動層の温度を例えば約５５０℃以下に下げても流動媒体や不燃物にチャーやタールが付着して排出されることを防止することができる可燃物の処理方法が提供される。この可燃物の処理方法によれば、流動媒体が充填された乾燥・熱分解室に流動化ガスを供給して該乾燥・熱分解室内の流動媒体を流動化し、上記乾燥・熱分解室内の流動層内に都市ごみ、廃油、石油系残渣油、石炭、コークス、廃プラスチック、シュレッダーダスト、建築廃材などのうち、特に性状が不均一、不均質な可燃物、または汚泥、生ごみ、未乾燥バイオマスなどのように水分含有量の多い可燃物を供給する。流動媒体が充填された燃焼室から上記乾燥・熱分解室に流動媒体を受け入れて上記可燃物を乾燥、または熱分解、または熱破砕し、乾燥、または熱分解、または熱破砕により、水分が蒸発した可燃物、または水分が蒸発して熱破砕された可燃物、または水分が蒸発して熱分解が一部進行した可燃物、または水分が蒸発して熱分解が一部進行して熱破砕された可燃物および上記乾燥・熱分解室内の流動媒体を上記燃焼室に供給する。上記燃焼室に酸素を含む流動化ガスを供給して該燃焼室内の流動媒体を流動化し、供給された上記可燃物を上記燃焼室の流動層内で部分燃焼して部分燃焼ガスを生成する。上記燃焼室内の流動媒体を上記乾燥・熱分解室に供給し、上記燃焼室で生成された部分燃焼ガスを溶融炉に供給する。上記溶融炉内で上記部分燃焼ガスを燃焼して灰分を溶融スラグ化する。
【００１３】
本発明の第４の態様によれば、可燃物を予め破砕することなく処理することができ、流動層の温度を例えば約５５０℃以下に下げても流動媒体や不燃物にチャーやタールが付着して排出されることを防止することができる可燃物の処理方法が提供される。この可燃物の処理方法によれば、流動媒体が充填された乾燥・熱分解室に流動化ガスを供給して該乾燥・熱分解室内の流動媒体を流動化し、上記乾燥・熱分解室内の流動層内に都市ごみ、廃油、石油系残渣油、石炭、コークス、廃プラスチック、シュレッダーダスト、建築廃材などのうち、特に性状が不均一、不均質な可燃物、または汚泥、生ごみ、未乾燥バイオマスなどのように水分含有量の多い可燃物を供給する。流動媒体が充填された燃焼室から上記乾燥・熱分解室に流動媒体を受け入れて上記可燃物を乾燥、または熱分解、または熱破砕し、乾燥、または熱分解、または熱破砕により、水分が蒸発した可燃物、または水分が蒸発して熱破砕された可燃物、または水分が蒸発して熱分解が一部進行した可燃物、または水分が蒸発して熱分解が一部進行して熱破砕された可燃物および上記乾燥・熱分解室内の流動媒体を上記燃焼室に供給する。上記燃焼室に酸素を含む流動化ガスを供給して該燃焼室内の流動媒体を流動化し、供給された上記可燃物を上記燃焼室の流動層内で熱分解ガス化して可燃ガスを生成する。上記燃焼室内の流動媒体を上記乾燥・熱分解室に供給し、上記燃焼室で生成された可燃ガスを溶融炉に供給する。上記溶融炉内で上記可燃ガスを高温ガス化して灰分を溶融スラグ化するとともにガス化生成ガスを生成する。
【００１４】
本発明の第５の態様によれば、可燃物を予め破砕することなく処理することができ、流動層の温度を例えば約５５０℃以下に下げても流動媒体や不燃物にチャーやタールが付着して排出されることを防止することができる可燃物の処理装置が提供される。この処理装置は、流動化ガスにより流動化される流動媒体が充填された乾燥・熱分解室と、酸素を含む流動化ガスにより流動化される流動媒体が充填された燃焼室と、上記燃焼室で生成された部分燃焼ガスを燃焼して灰分を溶融スラグ化する溶融炉とを備えている。上記乾燥・熱分解室の流動層内には、都市ごみ、廃油、石油系残渣油、石炭、コークス、廃プラスチック、シュレッダーダスト、建築廃材などのうち、特に性状が不均一、不均質な可燃物、または汚泥、生ごみ、未乾燥バイオマスなどのように水分含有量の多い可燃物が供給される。上記乾燥・熱分解室は、上記燃焼室から受け入れられた流動媒体により上記可燃物を乾燥、または熱分解、または熱破砕する。上記燃焼室には、上記乾燥・熱分解室の乾燥、または熱分解、または熱破砕により、水分が蒸発した可燃物、または水分が蒸発して熱破砕された可燃物、または水分が蒸発して熱分解が一部進行した可燃物、または水分が蒸発して熱分解が一部進行して熱破砕された可燃物および該乾燥・熱分解室内の流動媒体が供給される。上記燃焼室は、上記乾燥・熱分解室から供給された上記可燃物を該燃焼室の流動層内で部分燃焼して部分燃焼ガスを生成する。
【００１５】
本発明の第６の態様によれば、可燃物を予め破砕することなく処理することができ、流動層の温度を例えば約５５０℃以下に下げても流動媒体や不燃物にチャーやタールが付着して排出されることを防止することができる可燃物の処理装置が提供される。この処理装置は、流動化ガスにより流動化される流動媒体が充填された乾燥・熱分解室と、酸素を含む流動化ガスにより流動化される流動媒体が充填された燃焼室と、上記燃焼室で生成された可燃ガスを高温ガス化して灰分を溶融スラグ化するとともにガス化生成ガスを生成する溶融炉とを備えている。上記乾燥・熱分解室の流動層内には、都市ごみ、廃油、石油系残渣油、石炭、コークス、廃プラスチック、シュレッダーダスト、建築廃材などのうち、特に性状が不均一、不均質な可燃物、または汚泥、生ごみ、未乾燥バイオマスなどのように水分含有量の多い可燃物が供給される。上記乾燥・熱分解室は、上記燃焼室から受け入れられた流動媒体により上記可燃物を乾燥、または熱分解、または熱破砕する。上記燃焼室には、上記乾燥・熱分解室の乾燥、または熱分解、または熱破砕により、水分が蒸発した可燃物、または水分が蒸発して熱破砕された可燃物、または水分が蒸発して熱分解が一部進行した可燃物、または水分が蒸発して熱分解が一部進行して熱破砕された可燃物および該乾燥・熱分解室内の流動媒体が供給される。上記燃焼室は、上記乾燥・熱分解室から供給された上記可燃物を該燃焼室の流動層内で熱分解ガス化して可燃ガスを生成する。
【００１６】
乾燥・熱分解室の流動層の温度を好ましくは約１００〜５５０℃（水分の蒸発温度以上、緩慢な熱分解の起こる温度以下）、より好ましくは約１２０〜４５０℃（乾燥を促進する温度以上、鉄の軟化温度以下）、さらに好ましくは約１２０〜３５０℃（ポリ袋が溶解する温度以下）、さらに好ましくは約１５０〜３５０℃（乾燥をより促進する温度以上）に維持するのがよい。また、乾燥・熱分解室には、酸素を含まないガス（例えば、Ｈ２Ｏ、Ｎ２、ＣＯ２、ＣＯ、Ｈ２、ＣＨ４などのガスや、これらのガスが複数混合したガス）、あるいは上記燃焼室からの燃焼排ガス、あるいは空気を流動化ガスとして供給することができる。また、２軸のスクリューコンベヤ装置、プッシャー装置、およびプッシャー装置と火格子式搬送装置とを有する供給装置のうち少なくとも１つにより上記可燃物を上記乾燥・熱分解室に供給することができる。また、乾燥・熱分解室には、都市ごみ、生ごみ等の廃棄物や廃プラスチック、汚泥、シュレッダーダスト、廃油、生ごみなどの産業廃棄物、石油系残渣油や石炭、コークスなどの燃料、建築廃材、あるいはバイオマスなどの可燃物を単独で、または複数混合して供給することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、流動層炉を用いて可燃物を焼却または熱分解ガス化するときに、流動層の温度を例えば約５５０℃以下に下げてもチャーやタールが流動媒体や不燃物とともに、炉床から外部に排出されることがない。すなわち、流動層炉は乾燥・熱分解室と燃焼室とに分けられており、流動媒体がその間を循環している。原料としての可燃物は乾燥・熱分解室に供給されるが、乾燥・熱分解室は水蒸気等の酸素を含まないガスあるいは燃焼排ガス等の酸素をほとんど含まないガスなどを流動化ガスとして流動化しているため、乾燥・熱分解室では原料はほとんど燃焼されないため発熱せず流動層の温度は５５０℃以下に保たれる。また、投入された可燃物は流動層内で緩慢な乾燥・熱分解を受け熱的に破砕され、可燃物を投入前に破砕しておく必要がない。この熱破砕された可燃物は流動媒体とともに燃焼室に移動する。燃焼室は空気などの酸素を含むガスで流動化しているため、燃焼室では燃焼反応が進み流動層の温度が上昇する。この燃焼室の温度は５５０℃以上に保たれ、乾燥・熱分解室で発生したタールやチャーが流動媒体や不燃物とともに外部に排出されてしまうことが防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る可燃物の処理方法を利用したシステムの実施形態について図１から図２４を参照して詳細に説明する。なお、図１から図２４において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施形態における可燃物の処理方法を利用したシステムを示すフロー図である。本実施形態におけるシステムは、投入された原料５０を焼却処理するものである。図１に示すように、流動媒体が充填された乾燥・熱分解室１０と流動媒体が充填された燃焼室１２とを有する流動層炉１４を備えており、原料５０が乾燥・熱分解室１０に投入される。
【００２０】
原料５０としては、都市ごみ、生ごみなどの廃棄物や廃プラスチック、汚泥、シュレッダーダスト、廃油、生ごみなどの産業廃棄物、石油系残渣油や石炭、コークスなどの燃料、あるいはバイオマス、建築廃材などの可燃物が単独または複数混合して投入される。この原料５０は、原料供給装置１６により流動層炉１４の乾燥・熱分解室１０に供給され、５００℃程度の低温で緩慢に乾燥および熱分解される。この乾燥および熱分解により、乾燥および熱分解された原料５０に加えて、乾燥により発生する水分と熱分解により発生する熱分解ガスとの混合物と、熱分解によって発生するタールとが生成される。このとき、原料５０は解砕される。流動層炉の場合、発生するタールは、流動媒体に付着して存在するものもあるし、乾燥および熱分解された原料５０に付着した状態のものもある。解砕は、乾燥・熱分解室１０が流動層炉である場合には顕著に起こる。この解砕により、原料５０は炉内で均一に分散されるので、原料供給装置１６で供給できる大きさまでは、破砕することなく炉内に投入しても安定に燃焼させることができる。
【００２１】
ここで、原料供給装置１６には、図２（ａ）に示すような、モータ１６０と、モータ１６０に連結されたスクリュー１６１とを有するスクリューコンベヤ（スクリューフィーダ）１６ａを用いてもよいし、ストーカ炉のようにプッシャーだけを用いて原料５０を押し込んでもよい。また、図２（ｂ）に示すようなプッシャー１６２と火格子１６３とを備えた火格子式搬送装置１６ｂや内部に砂が充填された傾斜コンベヤを用いてよい。このように原料供給装置１６を簡素化できるのは、上述したように、乾燥・熱分解室１０で原料５０を乾燥および熱分解することで解砕し、炉内に均一に分散できるようにしたため、原料５０の投入量の変動（まとまった原料が一時に大量に投入されてしまったり、供給されない時間が生じたりすることなどによる変動）があり、供給量の変動（一時的な大量投入や無供給時間ができること）によって炉内の発生ガスの量が変化し、この発生ガスの量の変化に起因する圧力の変動があっても、これらの変動に影響を受けることなく燃焼室１２での安定した燃焼を実現することが可能になるからである。このような変動抑制の効果は、特に流動層炉を用いることで容易に実現可能である。
【００２２】
乾燥・熱分解室１０で乾燥および熱分解された原料５０は、同時に発生したタールとともに、特に流動層炉を用いる場合にはさらに流動媒体とともに経路１８を介して燃焼室１２に移動される。燃焼室１２に移動した原料５０は、供給されるガス５１中の酸素との反応により燃焼される。供給されるガス５１として、空気、酸素を富化した空気、または酸素を水蒸気で希釈したガスなどの酸素を含むガスを用いることができる。また、燃焼室１２で発生した燃焼排ガスの一部をそのまま、あるいは酸素を富化して供給してもよい。
【００２３】
また、燃焼室１２において、乾燥・熱分解室１０から供給される原料５０の理論酸素量よりも少ない酸素を含有するガスを供給することにより、燃焼室１２を部分燃焼室として用い、流動層炉１４をガス化炉として構成することもできる。この場合には、乾燥・熱分解された原料５０を部分燃焼室１２で部分燃焼させ、部分燃焼によって発生した熱と酸素により原料５０の一部を熱分解・ガス化し、可燃性ガス成分を含むガス化生成ガスを部分燃焼室１２から得られるようにすることができる。
【００２４】
燃焼室１２での燃焼反応によって、特に流動層炉を用いる場合には流動媒体が加熱され、加熱された流動媒体５２を乾燥・熱分解室１０に移動させ、乾燥・熱分解に必要な熱源として利用することもできる。
【００２５】
乾燥・熱分解室１０には、乾燥・熱分解のための乾燥剤５３として水蒸気、空気や燃焼排ガスなどを供給する。乾燥および熱分解には熱の供給（乾燥用の原料を昇温させ、水分を気化させるのに必要な熱および熱分解に必要な熱）が必要であるが、この熱を燃焼室１２からの燃焼排ガスや燃焼排ガスで加熱した加熱空気等の高温ガスの供給によってまかなってもよい。特に流動層炉の場合には、上述のように燃焼室１２での燃焼反応によって高温化された流動媒体５２を乾燥・熱分解室１０に供給することで、乾燥と熱分解に必要な熱を供給することも可能である。このような場合には、流動化を維持し、発生した水分や熱分解ガスを排出するためのガスを乾燥・熱分解室１０に供給してもよい。この場合に供給するガスとしては、水蒸気、空気や燃焼ガスなどを用いることができる。
【００２６】
乾燥・熱分解室１０は、これら乾燥剤５３および／または燃焼室１２からの流動媒体５２によって供給される顕熱によって、約１００〜５５０℃（水分の蒸発温度以上、緩慢な熱分解の起こる温度以下）、好ましくは約１２０〜４５０℃（乾燥を促進する温度以上、鉄の軟化温度以下）、より好ましくは約１２０〜３５０℃（ポリ袋が溶解する温度以下）、さらに好ましくは約１５０〜３５０℃（乾燥をより促進する温度以上）に保たれるのがよい。これらの温度は、乾燥に必要な温度（約１００℃以上）よりも高く、緩慢な熱分解を起こすのに適した温度以下であるのが好ましい。乾燥・熱分解室１０の温度の上限を低くする方が、熱分解反応が緩慢になり原料供給量の変動（すなわち発生するガスの量および質の変動）を吸収できることとなる点で好ましい。
【００２７】
上述したように、乾燥・熱分解室１０では、原料５０の加熱、乾燥、熱分解、および解砕が行われる。乾燥により原料５０中の水分が、熱分解により熱分解ガスとタールおよび熱分解残渣が発生する。この熱分解残渣が乾燥・熱分解された原料である。発生した水分と熱分解ガスは、一緒に乾燥・熱分解室１０から排出される。排出された乾燥・熱分解ガス５４は、乾燥・熱分解ガス利用／処理装置２０に送られ、洗浄や精製などがなされてから可燃性ガスとして利用されるかもしくは燃焼処理される。
【００２８】
図１は、乾燥・熱分解ガス５４中に含まれる可燃ガス成分を精製して動力回収する例を示しているが、乾燥・熱分解ガス利用／処理装置２０は、後述の実施形態で説明するように、このようなプロセスに限定されるものではない。
【００２９】
図１では、乾燥・熱分解室１０から排出された乾燥・熱分解ガス５４は、まず乾燥・熱分解ガス利用／処理装置２０の洗浄装置２２に送られる。洗浄装置２２においては、例えばスクラバなどを用いて、乾燥・熱分解ガス５４が冷却され、ガス５４中に含まれる水分が除去され、また、ガス５４中に含まれるタールなどの低温で凝縮する物質およびダストが除去される。洗浄されたガス５５は精製装置２４に送られ、この精製装置２４においては、例えば固定床や湿式洗浄塔などを用いて、ガス５５中に含まれる塩化水素や硫化水素、硫黄酸化物などの酸性ガスやアンモニアやシアン等の有害物質が除去される。精製装置２４で精製されたクリーンな可燃性ガス成分を含むガス５６は貯留装置２６に貯蔵され、必要量が動力回収装置２８に送られて発電に供される。
【００３０】
洗浄装置２２でスクラバを用いた場合には排水５７が発生するが、この排水５７は系外に排出される。排水５７を排出するにあたり、必要に応じて廃水処理設備（図示せず）により処理をするのが好ましい。本実施形態においては、乾燥・熱分解ガス利用／処理装置２０において動力（電力）を回収することができ、さらに排気ガス５８が排出される。排気ガス５８は、必要に応じて排ガス処理設備（図示せず）により処理してから排出するのが好ましい。
【００３１】
乾燥・熱分解室１０で発生したタールと熱分解残渣は、流動層炉の場合には流動媒体とともに燃焼室１２に送られる。燃焼室１２には、酸素を含むガス５１が供給され、供給されるガス５１中の酸素との反応により熱分解残渣は燃焼または部分燃焼される。熱分解残渣の燃焼により発生する熱によって、燃焼室１２を約５５０〜６６０℃に保つのがよい。これは、燃焼室１２内での原料の燃焼によって発熱し、結果として流動媒体の温度が上昇するが、燃焼室１２内の流動層の温度は、少なくとも約５５０℃以上に保つのがよく、上限はアルミニウムの融点である約６６０℃以下とするのがよいからである。また、原料の変動に伴う温度変動や燃焼反応が行われる温度が流動層の温度よりも高いことを考慮すると、燃焼室１２の流動層の温度は、好ましくは約５７０〜６３０℃、より好ましくは約５８０℃〜６２０℃、さらに好ましくは約５９０〜６１０℃とするのがよい。
【００３２】
燃焼室１２では、熱分解残渣の少なくともその一部が燃焼し、燃焼ガス５９が発生する。また、原料中の灰分も発生する。特に原料５０が廃棄物等である場合、原料５０中に含まれる不燃物は、燃焼によって可燃分から分離され、排出および回収される。また、乾燥・熱分解室１０および燃焼室１２で発生したタールも燃焼室１２内で燃焼される。このため、タールが燃焼によりなくなったクリーンな状態で、不燃物６０を燃焼室１２から抜き出して回収することができる。
【００３３】
燃焼室１２が流動層炉である場合には、炉底に不燃物排出口を設け、不燃物排出装置により不燃物６０を流動媒体とともに炉外に排出し、不燃物６０と流動媒体を分離して、分離された流動媒体は炉内に戻すように構成するのがよい。また、燃焼室１２が流動層炉である場合には、燃焼反応による発熱で流動媒体が加熱され、加熱された流動媒体を乾燥・熱分解室１０に供給することで、乾燥・熱分解反応に必要な熱を流動媒体の移動により供給することも可能である。燃焼室１２で発生した燃焼ガス５９は、燃焼ガス利用／処理装置３０で利用または処理される。
【００３４】
図１に示す例では、燃焼ガス５９は、２次燃焼装置３２に供給され、空気等の酸素を含むガスと反応して完全燃焼される。焼却炉のように原料を完全燃焼処理するプロセスでは、ＮＯｘの発生量を低くするために２段燃焼システムを採用するのが一般的である。本実施形態においては、ＮＯｘの発生量を低くするためよりもむしろ炉内の温度を低く保つために２段燃焼システムを採用している。すなわち、通常、１次燃焼段階で供給される酸素量は、ＮＯｘの発生の抑制などを目的として燃焼室１２に供給された原料の理論燃焼酸素量よりも少なく維持されるのが一般的であるが、本実施形態においては燃焼室１２で燃焼される原料は乾燥・熱分解室１０で予め熱分解を受けているため、有機性窒素等の揮発分が既に放出されており、ＮＯｘの発生量の増加を心配することなく酸素比を１以上にすることができる。しかしながら、本実施形態では、上述したように流動層の温度を所定の温度範囲に維持する必要があるため、大量の酸素で完全に燃焼させると所定温度以上の高温になってしまう場合には酸素比を１以下にする場合がある。このような理由から、図１に示す例では２次燃焼装置３２を設けているが、原料によって１次酸素比を１以上にしても燃焼室１２の流動層の温度を上述した適切な温度範囲に維持できる場合には、２次燃焼装置３２をなくすことができる。
【００３５】
２次燃焼装置３２において完全燃焼されたガス６１は高温であるため、熱回収装置３４でその顕熱を回収して降温される。熱回収装置３４には、ボイラや空気予熱器などの間接熱交換器を用いることができる。図示していないが、ボイラを用いた場合にはボイラで発生した水蒸気を乾燥・熱分解室１０の乾燥剤として供給してもよく、また、空気予熱器を用いた場合には予熱され高温化された空気を燃焼室１２の酸化剤または乾燥・熱分解室１０の乾燥剤として供給してもよい。熱回収装置３４で減温された燃焼ガス６２は、脱塵装置３６および有害物質除去装置３８に導入され、ダストおよびガス中の塩化水素や硫黄酸化物等の有害成分が除去された後、煙突から排気される。
【００３６】
なお、本実施形態においては、２段燃焼システムを採用した例について説明したが、後述の実施形態で説明するように、燃焼ガス利用／処理装置３０の構成は図１に示すものに限られるものではない。
【００３７】
図３は、本発明の第２の実施形態における可燃物の処理方法を利用したシステムを示すフロー図である。図３に示すように、本実施形態におけるシステムは、流動媒体が充填された乾燥・熱分解室１０と流動媒体が充填された燃焼室１２とを有する流動層炉１４を備えており、原料５０が乾燥・熱分解室１０に投入される。
【００３８】
第１の実施形態と同様に、投入される原料５０は予め破砕されている必要はなく、原料供給装置１６が許容する最大サイズのまま流動層炉１４に供給される。原料供給装置１６としては、通常は２軸のスクリューコンベヤ（図２（ａ）参照）が用いられるが、ストーカ炉のようにプッシャーだけを用いて原料５０を押し込んでもよい。また、図２（ｂ）に示すようなプッシャー１６２と火格子１６３とを備えたストーカ炉型のフィーダ１６ｂや内部に砂が充填された傾斜コンベヤを用いてもよい。
【００３９】
乾燥・熱分解室１０内の流動媒体は、蒸気等の酸素を含まないガスで流動化されており、原則として乾燥・熱分解室１０で燃焼反応が生じないようにしている。なお、蒸気等の酸素を含まないガスの入手が困難な場合は、燃焼排ガスなどの酸素濃度が空気と比べて比較的低いガスを用いることもできる。また、原料５０が大量の水分を含むような場合は、乾燥・熱分解室１０の温度を維持するために、そこで乾燥・熱分解室１０内で原料５０を燃焼させる必要が生じる場合もあるが、その場合には、空気等の酸素含有ガスで原料５０を流動化させてもよい。
【００４０】
乾燥・熱分解室１０の流動層の温度は、約５５０℃以下、好ましくは約５００℃以下、より好ましくは約４５０℃以下、さらに好ましくは約４００℃以下に保たれるのがよい。乾燥・熱分解室１０の温度が低い方がよいのは、熱分解反応が緩慢になり、原料供給量の変動を吸収できるからである。流動層の温度の維持は、後述する燃焼室１２から循環して戻ってくる流動媒体によってなされるが、この流動媒体の循環量をコントロールすることで乾燥・熱分解室１０の流動層の温度を制御することができる。
【００４１】
乾燥・熱分解室１０に投入された原料５０は、流動媒体の熱で乾燥および熱分解され、その結果破砕される。また、その過程で発生する蒸気やガス状の熱分解生成物は、後述する燃焼室１２の燃焼ガスと流動層炉１４の下流で混合される。
【００４２】
乾燥・熱分解室１０の流動層の温度を低くする以外に、熱分解反応を緩慢にさせるもう１つの手段としては、原料５０の比表面積を小さくするという方法もある。原料５０を破砕しないで供給できるのは、この点からも有効である。
【００４３】
乾燥・熱分解室１０で破砕された原料５０は、流動媒体とともに燃焼室１２に移動する。原料５０の熱分解の過程でタールやチャーも発生するが、発生したタールやチャーの一部は流動媒体に付着して燃焼室１２に供給される。
【００４４】
燃焼室１２内の流動媒体は、酸素を含むガスで流動化されており、酸素を含むガスとしては通常は空気を用いる。流動媒体とともに燃焼室１２に移動した原料５０は、燃焼室１２で燃焼される。排ガスの発生量を減らしたい場合には、図３の点線で示すように、空気の代わりに燃焼排ガスに酸素を付加したものを流動化ガスとして用いてもよい。このようにすることにより、空気を供給する場合に比べて窒素をほとんど含まないため、燃焼ガスの量は約１／５程度まで減らすことができる。
【００４５】
燃焼室１２内では、原料５０の燃焼によって発熱し、結果として流動媒体の温度が上昇する。燃焼室１２内の流動層の温度は、少なくとも約５５０℃以上に保つのがよく、上限はアルミニウムの融点である約６６０℃以下とするのがよい。原料の変動に伴う温度変動や燃焼反応が行われる温度が流動層の温度よりも高いことを考慮すると、燃焼室１２の流動層の温度は、好ましくは約５７０〜６３０℃、より好ましくは約５８０℃〜６２０℃、さらに好ましくは約５９０〜６１０℃とするのがよい。
【００４６】
また、乾燥・熱分解室１０で発生し流動媒体に付着していたタールやチャーも燃焼室１２内で燃焼されるので、流動媒体は昇温されるとともにクリーニングされる。昇温およびクリーニングされた流動媒体は、再び乾燥・熱分解室１０に還流し、乾燥・熱分解用の熱を乾燥・熱分解室１０に供給する熱媒体として機能する。このような機能を発現させる焼却炉としては、本発明者等が先に発明した内部循環流動床炉が最も適当であるが、２塔循環式の炉や他の方式の炉を用いてもよいことは言うまでもない。
【００４７】
通常、１次燃焼段階で供給される酸素量は、ＮＯｘの発生の抑制などを目的として燃焼室１２に供給された原料の理論燃焼酸素量よりも少なく維持されるのが一般的であるが、本実施形態においては燃焼室１２で燃焼される原料は乾燥・熱分解室１０で予め熱分解を受けているため、有機性窒素等の揮発分が既に放出されており、ＮＯｘの発生量の増加を心配することなく酸素比を１以上にすることができる。しかしながら、本実施形態では、上述したように流動層の温度を所定の温度範囲に維持する必要があるため、大量の酸素で完全に燃焼させると所定温度以上の高温になってしまう場合には酸素比を１以下にする場合がある。このような理由から、図３に示す例では２次燃焼装置３２を設けているが、原料によって１次酸素比を１以上にしても燃焼室１２の流動層の温度を上述した適切な温度範囲に維持できる場合には、２次燃焼装置３２をなくすことができる。また、本実施形態では、上述した乾燥・熱分解室１０で発生する蒸気やガス状の熱分解生成物を２次燃焼装置３２に供給して燃焼させ完全分解することとしているが、２次燃焼装置３２を設けない場合は、乾燥・熱分解室１０からの蒸気や熱分解生成物を燃焼室１２のフリーボードに供給し、フリーボードで完全燃焼させることで同様の効果を得ることができる。
【００４８】
２次燃焼装置３２以降のプロセスは通常の焼却システムと同様である。すなわち、２次燃焼装置３２で燃焼されたガスの顕熱がボイラなどの熱回収装置３４ａおよび空気予熱器などの熱回収装置３４ｂによって回収される。この場合において、ボイラ３４ａで発生した水蒸気を流動化蒸気として乾燥・熱分解室１０に供給することができるし、空気予熱器３４ｂで予熱された空気を燃焼用空気として燃焼室１２に供給することもできる。熱回収装置３４ａ，３４ｂで減温された燃焼ガスは、脱塵装置３６および脱硝装置３８ａに導入された後、煙突から排気される。
【００４９】
図４は、本発明の第３の実施形態における可燃物の処理方法を利用したシステムを示すフロー図である。本実施形態におけるシステムは、原料５０として下水汚泥など高含水率の可燃物を用いた場合の例である。
【００５０】
図４に示すように、乾燥・熱分解室１０で発生した水蒸気やガス状の熱分解生成物は、凝縮器４０に導入され、ここで水分が除去された後、２次燃焼装置３２で燃焼室１２からの燃焼ガスと混合される。従来の焼却炉では、原料中の水分が蒸発して発生した水蒸気は１次燃焼ガス中に含まれ、分離されることなく２次燃焼炉に供給されるため、原料中の水分に起因する水蒸気を２次燃焼炉の温度まで昇温するための顕熱も必要である。原料の燃焼によってこの顕熱がまかなえればよいが、高含水率の原料の場合には通常熱量が不足し、重油などの補助燃料を２次燃焼炉に供給して水蒸気を高温化するための顕熱を得ていることが多い。上述した本実施形態の構成により、原料中の水分に起因する水蒸気を２次燃焼室に供給する前に除去することができるので、水蒸気を高温化するための熱量が不要となるので、高含水率で発熱量の低い原料であっても補助燃料の供給なしに焼却処理を行うことができる。なお、この場合には、凝縮器４０から排出される凝縮水の水処理装置４２が必要となるので、下水処理場や製紙工場などの水処理設備が充実した場所に適用するのが好ましい。
【００５１】
また、本実施形態においては、乾燥・熱分解室１０が果たす役割は原料乾燥が主となるため、乾燥・熱分解室１０の温度は水分が蒸発する温度以上であればよく、その上限は、好ましくは約３００℃以下、より好ましくは約２００℃以下、さらに好ましくは約１５０℃以下に保たれるのがよい。また、温度の下限は、好ましくは約１００℃以上、より好ましくは約１２０℃以上とするのがよい。
【００５２】
他の部分については、図３に示す第２の実施形態と同様であるので、ここではその説明を省略する。
【００５３】
図５は、本発明の第４の実施形態における可燃物の処理方法を利用したシステムを示すフロー図である。本実施形態におけるシステムは、原料５０として廃プラスチックや乾燥バイオマスなど比較的発熱量の高い可燃物を用いた場合の例である。
【００５４】
図５に示すように、乾燥・熱分解室１０で発生した水蒸気やガス状の熱分解生成物は、第３の実施形態と同様に、凝縮器４０に導入され、ここで水分が除去される。凝縮器４０から排出されたガスは、スクラバ２２ａで洗浄され、有価なガスとして貯留装置２６に貯蔵され、必要量が動力回収装置２８に送られて発電に供される。
【００５５】
本実施形態においても、第３の実施形態と同様に、凝縮器４０から排出される凝縮水の水処理装置４２が必要となるので、下水処理場や製紙工場などの水処理設備が充実した場所に適用するのが好ましい。
【００５６】
なお、図５に示す例では、凝縮器４０とスクラバ２２ａが独立して設けられているが、スクラバ２２ａに凝縮器としての機能を持たせてもよい。また、ガスの用途によっては貯留装置２６や動力回収装置２８を省略できることは言うまでもない。例えば、スクラバ２２ａを出た生成ガスをセメントキルンや熱分解炉などの熱源用燃料ガスとして利用する場合には、スクラバ２２ａを出たガスをそのままこれらの装置に供給したり、使用先の装置で要求されるガス組成となるように、水性ガスシフト反応やメタン改質などの炭化水素の水蒸気改質反応を行わせる触媒装置などを設けてもよい。
【００５７】
他の部分については、図４に示す第３の実施形態と同様であるので、ここではその説明を省略する。
【００５８】
図６は、本発明の第５の実施形態における可燃物の処理方法をガス化溶融炉に利用したシステムを示すフロー図である。本実施形態においては、燃焼室１２の下流に２次燃焼装置を兼ねた灰溶融炉３２ａが設けられている。この灰溶融炉３２ａの温度は約１３００℃以上に維持されている。燃焼室１２で発生した部分燃焼ガスは、灰溶融炉３２ａに導入され、灰溶融炉３２ａの下部からはスラグ６２が排出される。
【００５９】
このような構成により、灰溶融炉３２ａに供給される熱量の変動が抑制されるので、灰溶融炉３２ａで熱量が不足する頻度を大幅に減らすことができ、灰溶融炉３２ａの助燃料の消費量を大幅に抑制することができる。
【００６０】
図６に示す例では、乾燥・熱分解室１０で発生した水蒸気およびガス状の熱分解生成物を、燃焼室１２からの部分燃焼ガスと同様に灰溶融炉３２ａに導入しているが、このような構成とするかどうかは、原料の発熱量や乾燥・熱分解室１０の運転温度による。すなわち、乾燥・熱分解室１０で発生した水蒸気とガス状の熱分解生成物との混合物の理論燃焼温度が約１３００℃以上である場合は、乾燥・熱分解室１０で発生した水蒸気およびガス状の熱分解生成物を灰溶融炉３２ａに供給してもよいが、約１３００℃に満たない場合は、図６に点線で示すように、乾燥・熱分解室１０で発生した水蒸気およびガス状の熱分解生成物を灰溶融炉３２ａの下流に供給するのがよい。灰溶融炉３２ａが、燃焼とスラグ化とスラグ壁面捕集を行う前段ゾーンと、ガスおよびガスに同伴される可燃物の完全燃焼を行う後段ゾーンの２つのゾーンから構成される場合には、乾燥・熱分解室１０で発生した水蒸気およびガス状の熱分解生成物を、前段ゾーンと後段ゾーンの間に供給するのがよい。
【００６１】
乾燥・熱分解室１０で発生した水蒸気およびガス状の熱分解生成物を灰溶融炉３２ａに導入しない場合には、灰溶融炉３２ａを小さく設計することができる。したがって、高級な耐火材の使用量を減らすことができるだけでなく、灰溶融炉３２ａでの放熱ロスを抑制することができ、さらに助燃料の消費量を抑制することができる。なお、この場合においては、乾燥・熱分解室１０から排出される灰分は、灰溶融炉３２ａを通らず排出されるので、スラグ化率（＝スラグとして排出される灰分重量／原料中の全灰分重量）が若干低下する。しかしながら、乾燥・熱分解室１０から排出される比較的粒子の大きな灰分が灰溶融炉３２ａを通らないでそのまま熱回収装置３４ａに導入されるので、溶融飛灰が熱回収装置３４ａ，３４ｂの伝熱面に付着するトラブルを回避することができ、熱回収装置３４ａ，３４ｂの伝熱面の伝熱係数を大きく保つことができるというメリットもある。
【００６２】
灰溶融炉３２ａの出口に設けられたボイラ３４ａには溶融飛灰が供給されるが、溶融飛灰はミスト状であるため、ボイラ３４ａの伝熱面に付着しやすい。伝熱面に付着した溶融飛灰ミストは冷却されて固着し、伝熱管の清掃によっても除去することが困難である。ボイラ３４ａの伝熱面に溶融飛灰が大量に付着することで、伝熱管の伝熱係数が悪化していく。このため、ボイラ３４ａの余裕率を大きくとる必要があり、これが高コスト化を招いていた。粗い粒子を含むガス（乾燥・熱分解室１０からのガス）をボイラ３４ａに供給すると、ボイラ３４ａの伝熱面に粗い粒子が堆積し、溶融飛灰がこれらの粒子に付着する。したがって、ボイラ３４ａの伝熱管の清掃によって粗い粒子とともに溶融飛灰を除去することができるため、ボイラ３４ａの伝熱面の伝熱係数を低下させることがなくなる。
【００６３】
また、図６の灰溶融炉３２ａでは、乾燥・熱分解室１０からの水蒸気およびガス状の熱分解生成物の導入口３３ａと燃焼室１２からの部分燃焼ガスの導入口３３ｂとが別々に設けられているが、灰溶融炉３２ａに導入する前にこれらを混合して１つの導入口から供給するようにしてもよい。
【００６４】
図７は、本発明の第６の実施形態における可燃物の処理方法を利用したシステムを示すフロー図である。図７に示すシステムは、図６に示すシステムにおいて、乾燥・熱分解室１０で発生した水蒸気およびガス状の熱分解生成物を灰溶融炉３２ａの下流に供給する場合においてもスラグ化率が低下しないように工夫したものである。
【００６５】
図７に示すように、乾燥・熱分解室１０で発生した水蒸気およびガス状の熱分解生成物は、灰溶融炉３２ａの下流で燃焼ガスと混合され、燃焼ガス中に含まれる残酸素によって完全燃焼される。この燃焼ガスは、熱回収装置３４ａ，３４ｂを通って脱塵装置３６に導入される。図７に示すように、脱塵装置３６で回収された灰分の一部は灰溶融炉３２ａの上流に還流され、再び灰溶融炉３２ａへ導入される。このような構成によって、乾燥・熱分解室１０から排出された未溶融の灰をそのまま系外に排出することを抑制することができるため、スラグ化率を高くし、飛灰の排出量を少なくすることができる。
【００６６】
図８は、本発明の第７の実施形態における可燃物の処理方法を利用したシステムを示すフロー図である。図８に示すように、本実施形態では、図７に示す脱塵装置３６の代わりに直列に並べた２つの脱塵装置３６ａ，３６ｂを備えている。上流側の脱塵装置３６ａは、サイクロンのような比較的大きな粒径の灰分を回収する脱塵装置とし、下流側の脱塵装置３６ｂは、バグフィルタのように環境規制をクリアできるレベルの精密集塵が可能な脱塵装置としている。
【００６７】
上流側の脱塵装置３６ａについては、できるだけ安価な材料で脱塵装置３６ａを構成し、各種金属塩類等をほとんど固化させてから集塵するために、脱塵装置３６ａに導入されるガスの温度は、約４００℃以下、好ましくは約３５０℃以下、より好ましくは約３００℃以下、さらに好ましくは約２５０℃以下になるように熱回収装置３４ａ，３４ｂで減温するのがよい。
【００６８】
このような構成により、上流側の脱塵装置３６ａで捕集された比較的大きな未溶融粒子を灰溶融炉３２ａに供給して溶融させることができるので、スラグ化率の低下を防止することができる。
【００６９】
図９は、本発明の第８の実施形態における可燃物の処理方法を利用したシステムを示すフロー図である。本実施形態におけるシステムは、原料５０として廃プラスチックや乾燥バイオマスなど発熱量が１５ＭＪ／ｋｇ以上の可燃物を用いた場合の例である。
【００７０】
図５に示す例と同様に、乾燥・熱分解室１０で発生した蒸気や熱分解生成物は、凝縮器４０に導入され、ここで水分が除去される。凝縮器４０から排出されたガスは、スクラバ２２ａで洗浄され、有価なガスとして貯留装置２６に貯蔵され、必要量が動力回収装置２８に送られて発電に供される。
【００７１】
本実施形態においては、凝縮器４０から排出される凝縮水とスクラバ２２ａから排出される排水が水処理装置４２で処理される。このように、本実施形態では、水処理装置４２が必要となるので、下水処理場や製紙工場などの水処理設備が充実した場所に適用すれば、水処理設備の建設コストおよび運転コストを抑えられるので好ましい。なお、システム内で熱が余っている場合には、その余剰熱を使って排水を蒸発乾固させてもよい。
【００７２】
また、本実施形態では、図５に示す例と同様に、凝縮器４０とスクラバ２２ａが独立して設けられているが、スクラバ２２ａに凝縮器としての機能を持たせてもよい。また、ガスの用途によっては貯留装置２６や動力回収装置２８を省略できることは言うまでもない。
【００７３】
図１０は、本発明の第９の実施形態における可燃物の処理方法を利用したシステムを示すフロー図である。本実施形態におけるシステムは、原料５０として廃プラスチックなど発熱量が３０ＭＪ／ｋｇ以上の可燃物を用いた場合の例である。
【００７４】
図１０に示すように、乾燥・熱分解室１０で発生した蒸気や熱分解生成物は、燃焼室１２から排出された熱分解ガスとともに灰溶融炉３２ａに導入される。灰溶融炉３２ａは、部分燃焼によって約１３００℃以上の温度に維持されているが、原料５０の発熱量が高いので、まだ還元状態が保たれている。したがって、灰溶融炉３２ａから出たガス中には有価ガス成分が残存しており、このガスをスクラバ２２ａで洗浄して有価ガスとして利用することができる。このような構成により、固形化燃料（ＲＤＦ）のように原料を前処理して均質化することなく、ガス化エネルギー回収を実現することができる。
【００７５】
次に、上述した実施形態における流動層炉１４として用いることができる熱分解・ガス化炉について説明する。
【００７６】
図１１は、上述した流動層炉１４として用いることができる流動層炉の一例を示す模式図である。図１１に示すように、流動層炉７００は、上述した乾燥・熱分解室１０および燃焼室１２を備えている。乾燥・熱分解室１０では、原料５０の乾燥と熱分解が行われ、乾燥および熱分解された原料と、乾燥により発生する水分と熱分解により発生する熱分解ガスの混合ガスと、熱分解によって発生するタールとが生成される。燃焼室１２では、乾燥・熱分解された原料が燃焼または部分燃焼され燃焼ガスまたはガス化ガスが生成される。
【００７７】
図１１に示す流動層炉７００は、乾燥・熱分解室１０と燃焼室１２とを仕切る仕切壁７０２を有している。このように、炉内に仕切壁７０２を設けることで、乾燥・熱分解室１０と燃焼室１２とで発生するガスを混合させずに取り出すことができる。後述の例で述べるように、ガスが混合しても問題ない場合には、仕切壁７０２のようなフリーボード部を完全に仕切る仕切壁を設けなくてもよい。図３に示すような廃棄物等の焼却炉として用いる場合には、図１１に示すようにフリーボード部が完全に仕切られている必要はない。また、図１１に示す例では、仕切壁７０２の下部に開口７０４を設け、流動媒体および原料や熱分解残渣等の物質が、矢印で示すように、開口７０４を通って乾燥・熱分解室１０と燃焼室１２の間で移動するようになっている。
【００７８】
乾燥・熱分解室１０の炉内には、炉底の流動化ガス供給装置を介して乾燥剤５３が流動化ガスとして供給される。また、燃焼室１２の炉内には、炉底の流動化ガス供給装置を介して酸化剤５１が流動化ガスとして供給される。乾燥剤５３としては、水蒸気、空気、燃焼排ガスなどの酸素含有ガス、窒素などの不活性ガスなどが用いられるが、乾燥・熱分解室１０で緩慢な熱分解を起こすためには酸素供給量は少ない方が好ましい。したがって、乾燥・熱分解室１０には、水蒸気や窒素などの不活性ガスあるいは燃焼排ガスなど、酸素含有率が約５％以下、好ましくは約３％以下、より好ましくは約１％以下のガスを供給するのがよい。特に、燃焼排ガスなどの高温かつ酸素含有率の低いガスを供給することで、乾燥および熱分解に必要な熱を供給できるとともに、乾燥・熱分解室１０内での燃焼を抑えることもできる。また、第２の実施形態で説明したとおり、原料５０が大量の水分を含むような場合は、乾燥・熱分解室１０の温度を維持するために、乾燥・熱分解室１０内で原料５０を燃焼させる必要が生じる場合もあるが、その場合には、空気等の酸素含有ガスで原料５０を流動化させてもよい。
【００７９】
特に廃棄物等を原料とする場合には、原料中に含まれている不燃物が流動層内に残る。この不燃物は、流動層の下部に設けた不燃物抜出口から不燃物排出装置７０６を介して炉外に抜き出される。燃焼室１２ではタールが燃焼によりなくなってクリーンな状態の不燃物を回収できるので、不燃物排出口を燃焼室１２に設けて不燃物を燃焼室１２から抜き出すのがよい。不燃物排出口は、乾燥・熱分解室１０の炉床に設けても、仕切壁７０２の下部近傍の炉床に設けても、あるいは燃焼室１２の炉床に設けてもよい。
【００８０】
原料５０は原料供給装置１６によって乾燥・熱分解室１０に供給される。原料供給装置１６としては、通常は２軸のスクリューコンベヤ（図２（ａ）参照）が用いられるが、ストーカ炉のようにプッシャーだけを用いて原料５０を押し込んでもよい。また、図２（ｂ）に示すようなプッシャー１６２と火格子１６３とを備えたストーカ炉型のフィーダ１６ｂや内部に砂が充填された傾斜コンベヤを用いてもよい。このように原料供給装置１６を簡素化できるのは、上述したように、乾燥・熱分解室１０で原料５０を乾燥および熱分解することで解砕し、炉内に均一に分散できるようにしたため、原料５０の投入量の変動（まとまった原料が一時に大量に投入されてしまったり、供給されない時間が生じたりすることなどによる変動）があり、供給量の変動（一時的な大量投入や無供給時間ができること）によって炉内の発生ガスの量が変化し、この発生ガスの量の変化に起因する圧力の変動があっても、これらの変動に影響を受けることなく燃焼室１２での安定した燃焼を実現することが可能になるからである。このような変動抑制の効果は、特に流動層炉を用いることで容易に実現可能である。
【００８１】
次に、図１１に示した流動層炉７００における仕切壁について説明する。
【００８２】
図１２（ａ）は流動層炉７００における仕切壁の一例を示す垂直断面図、図１２（ｂ）は平面図、図１２（ｃ）は側面図である。図１２（ａ）から図１２（ｃ）に示すように、乾燥・熱分解室１０と燃焼室１２は仕切壁７０２ａによって仕切られている。図１２（ｃ）に示すように、仕切壁７０２ａの炉底近傍には、開口７０４ａと開口７０４ｂの２つの開口が設けられている。流動媒体および原料や熱分解残渣等の物質は、開口７０４ａおよび開口７０４ｂを通って乾燥・熱分解室１０と燃焼室１２の間を移動するようになっている。
【００８３】
例えば、図１２（ｂ）で矢印７０８ａに示すように、開口７０４ａを通って燃焼室１２から乾燥・熱分解室１０に流動媒体が移動し、矢印７０８ｂに示すように、開口７０４ｂを通って乾燥・熱分解室１０から燃焼室１２に流動媒体と熱分解残渣が移動するように、一方の開口から入って他方の開口から出るような流れを形成してもよい。
【００８４】
開口７０４ａと開口７０４ｂ以外の仕切壁７０２ａによって、乾燥・熱分解室１０と燃焼室１２とが完全に仕切られているので、乾燥・熱分解室１０と燃焼室１２とで発生するガスは混合されずそれぞれの室の上部から排出される。
【００８５】
乾燥・熱分解室１０の炉底には、乾燥剤を供給する乾燥剤供給装置（例えば風箱、分散ノズルを有する分散板、ガスの噴出口を有する散気管等）を設ける。また、燃焼室１２の炉底には、酸化剤を供給する酸化剤供給装置（例えば風箱、分散ノズルを有する分散板、ガスの噴出口を有する散気管等）および不燃物抜出口を設ける。また、乾燥・熱分解室１０には、原料供給口を設けて原料供給装置により原料を供給する。
【００８６】
開口７０４ａおよび開口７０４ｂを介して流動媒体および熱分解残渣を必要量移動するには、単に開口を設けるだけでなく、積極的に流動媒体および熱分解残渣を移動させるようにしてもよい。例えば、開口に向かって下降するような傾斜を炉床に設ければ、流動媒体および熱分解残渣が開口に向かって流れやすくなる。
【００８７】
また、炉底から供給する流動化ガス（乾燥剤または酸化剤）の流速を各室の内部で局所的に変化させることも、積極的に流動媒体および熱分解残渣を移動される上で有効である。すなわち、開口の近傍において、流動媒体もしくは熱分解残渣の流れの下流側に位置する室の流速を、流れの上流側に位置する室の流速よりも速くするように流動化ガスを供給すれば、仕切壁７０２ａの両側で流動層の密度と粘度に差異が生じる。ガスの流速が大きいほど流動層の密度は小さくなるので、開口を挟んで流れの上流側の流動層は下流側の流動層に対して密度が高い状態となる。このようにして、流動媒体は、密度の大きい上流側から密度の小さい下流側に流れる。また、流動層の粘性（流れにくさ）は、流動化速度を低くするほど大きくなる（流れにくくなる）。したがって、流動化ガスの量が少ない場合には、流動媒体は流れにくくなり、移動量も少なくなる。
【００８８】
このように、流動化ガスの速度（供給量）によって仕切壁７０２ａの近傍の流動層の密度と粘性が変化することから、仕切壁７０２ａの両側における開口７０４ａ，７０４ｂ近傍の流動化状態（供給流動化ガス量）を変化させることで、両室間の移動量を変えることもできる。
【００８９】
仕切壁７０２ａで仕切られた両室間の移動は、仕切壁７０２ａの開口７０４ａ，７０４ｂの両側の圧力差によって生じる。すなわち、圧力の高い方から低い方へ流動媒体は移動する。ここで、圧力は、流動層の密度と流動層の高さと重力加速度の積である。したがって、流動層の密度もしくは高さ（層高）を変化させることで、流動媒体の移動量を変えることができる。
【００９０】
また、乾燥・熱分解室１０と燃焼室１２の間で流動媒体および熱分解残渣と不燃物を移動させ、かつ、その移動量を変化させるために、開口７０４ａ，７０４ｂの近傍の炉底の流動化ガス分散ノズルのガス噴射方向を、流動媒体を移動させたい方向に向けておくこともできる。このようにすることで、流動化ガス分散ノズルから噴出された流動化ガスのジェット効果によって、流動媒体および熱分解残渣と不燃物を移動させることができ、また、流動化ガスの流量を変えることにより、流動媒体および熱分解残渣と不燃物の移動量を変えることができる。開口７０４ａ，７０４ｂの近傍の炉底に設置した流動化ガス分散ノズルだけを、流動媒体および熱分解残渣と不燃物を移動させるためのジェット効果を行わせるために用いることにより、乾燥・熱分解室１０に供給する乾燥剤と燃焼室１２に供給する酸化剤の供給量をほとんど変化させないで、流動媒体および熱分解残渣と不燃物の移動量を変化させることができる。
【００９１】
ここで、図１２（ｃ）に示すような構造の場合、炉の大きさが小さいと、２つの開口７０４ａ，７０４ｂが接近して存在することとなるため、一方の開口から入ってきた流動媒体や熱分解残渣がすぐに他方の開口から出て行ってしまう可能性があり、流動媒体および熱分解残渣の両室間の移動量の制御性が必ずしもよいとはいえない。図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、これらの課題を解決することができる構造を有する流動層炉７００を示す。
【００９２】
図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、乾燥・熱分解室１０と燃焼室１２は仕切壁７０２ｂによって仕切られ、別の仕切壁７０２ｃ，７０２ｄによって仕切壁７０２ｂと仕切壁７０２ｃ，７０２ｄの間にそれぞれ流動媒体沈降室７１０ａ，７１０ｂが形成されている。図１３（ａ）では、流動媒体が、燃焼室１２から仕切壁７０２ｃを飛び越えて流動媒体沈降室７１０ａに移動し、流動媒体沈降室７１０ａ内を沈降し、仕切壁７０２ｂの開口７０４ａから乾燥・熱分解室１０に移動する。図１３（ｂ）では、流動媒体と熱分解残渣が、乾燥・熱分解室１０から仕切壁７０２ｄを飛び越えて流動媒体沈降室７１０ｂへ移動し、流動媒体沈降室７１０ｂ内を沈降し、仕切壁７０２ｂの開口７０４ｂから燃焼室１２に移動する。
【００９３】
このように、２種類の仕切壁によって構成される流動媒体沈降室７１０ａ，７１０ｂを、仕切壁７０２ｂの開口７０４ａ、７０４ｂの上流側に設けるように構成する。仕切壁７０２ｂに対して流動媒体等の流れの上流側では、流動層でありながら流動媒体が沈降するような下降流を形成するように、弱い流動化状態とする。すなわち、仕切壁７０２ｂに対して流動媒体等の流れの上流側では、流動化速度を低く、もしくは流動化ガスの流量を少なくして、流動層の密度を大きくする。一方、仕切壁７０２ｂに対して流動媒体等の流れの下流側では流動化状態を強くする。すなわち、流動媒体等の流れの下流側では、流動化速度を高く、もしくは流動化ガスの流量を多くして、流動層の密度を小さくする。このようにすることで、流動媒体沈降室７１０ａ，７１０ｂから乾燥・分解室１０または燃焼室１２に流動媒体等を容易に移動させることができる。
【００９４】
また、流動媒体沈降室７１０ａ，７１０ｂの流動化状態を一定にした場合には、仕切壁７０２ｂの下流側の流動化状態を変える（すなわち流動化速度または流動化ガスの流量を変化させる）ことで、流動媒体の移動量（すなわち両室間の流動媒体の循環量）を変えることが可能となる。例えば、仕切壁７０２ｂの下流側の流動化状態を、流動媒体沈降室７１０ａ，７１０ｂにおける流動化状態に近い弱い流動化状態とすれば、密度差が小さいので、流動媒体の移動量が少なくなる。また、仕切壁７０２ｂの下流側の流動化状態を、流動媒体沈降室７１０ａ，７１０ｂの流動化状態に比べて強くすればするほど、流動媒体の移動量は多くなる。逆に、仕切壁７０２ｂの下流側の流動化状態を一定とし、流動媒体沈降室７１０ａ，７１０ｂの流動化状態を変えることで、流動媒体の移動量すなわち循環量を変えることも可能である。
【００９５】
図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、流動媒体沈降室７１０ａ，７１０ｂを設けることで、図１２（ａ）に示すように流動媒体沈降室を設けない場合に比べて、流動媒体を積極的に仕切壁７０２ｂの開口７０４ａ，７０４ｂに向かって下降させる流れを形成するような流動化域を形成することができる。したがって、仕切壁７０２ｂの前後での密度差および粘性差を顕著にすることができ、流動媒体の移動量の制御性を高めることができる。
【００９６】
また、流動媒体沈降室７１０ａ，７１０ｂを設けることで、流動媒体および熱分解残渣の移動の一方向性が強まるので、流動媒体および熱分解残渣の移動量を適切に制御することで、各室での原料および熱分解残渣の滞留時間を制御することも可能となる。流動層の温度とともに原料および熱分解残渣の滞留時間を制御できれば、乾燥・分解室１０での乾燥量や熱分解量、特に燃焼室１２での燃焼量といった反応量が制御可能となる。このように、各室で発生するガスおよび残渣の量を制御できるので、後段で必要とされるようなガスおよび残渣を得ることが可能となる。
【００９７】
また、流動媒体沈降室７１０ａ，７１０ｂを設けることで、流動媒体の移動量を決定する因子の１つである流動層の層高を変えることも容易になる。すなわち、仕切壁７０２ｃ，７０２ｄを飛び越える流動媒体の量が少なければ、流動媒体沈降室７１０ａ，７１０ｂの層高は低くなり、流動媒体の移動量は少なくなる。仕切壁７０２ｃ，７０２ｄを飛び越える流動媒体の量が多ければ、流動媒体沈降室７１０ａ，７１０ｂの層高は高くなり、流動媒体の移動量は多くなる。仕切壁７０２ｃ，７０２ｄを飛び越える流動媒体の量は、仕切壁７０２ｃ，７０２ｄの近傍の流動化状態に依存し、例えば、図１３（ａ）の領域７１２が強い流動化状態であれば、すなわち流動化速度が速ければ（供給される流動化ガス７１４の流量が多ければ）であれば、仕切壁７０２ｃを飛び越える流動媒体の量が多くなる。
【００９８】
特に、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、炉底に流動化ガス供給装置を領域ごとに区分けして設けて、内部旋回流を形成するように炉内の流動化状態に差を設けることにより、流動層内の流動媒体の混合を容易に実現できる。
【００９９】
ここで、内部旋回流とは、例えば、図１３（ａ）の乾燥・熱分解室１０において、おおよそ右側半分の流動層の空塔速度を速くし、おおよそ左側半分の流動層の空塔速度を遅くすることで、おおよそ右側半分の流動層がマクロにみて粒子全体が上昇し、おおよそ左側半分の流動層がマクロにみて粒子全体が下降し、その流動媒体の移動に伴って、おおよそ上方の流動層がマクロにみて粒子全体が左側に移動し、おおよそ下方の流動層がマクロにみて右側に移動し、マクロにみて流動層全体にわたって、流動媒体が大きな旋回移動をすることである。
【０１００】
また、例えば、図１３（ａ）の燃焼室１２における内部旋回流とは、燃焼室１２において、おおよそ左側半分の流動層の空塔速度を速くし、おおよそ右側半分の流動層の空塔速度を遅くすることで、おおよそ左側半分の流動層がマクロにみて粒子全体が上昇し、おおよそ右側半分の流動層がマクロにみて粒子全体が下降し、その流動媒体の移動に伴って、おおよそ上方の流動層がマクロにみて粒子全体が右側に移動し、おおよそ下方の流動層がマクロにみて左側に移動し、マクロにみて流動層全体にわたって、流動媒体が大きな旋回移動をすることである。
【０１０１】
図１４（ａ）から図１４（ｃ）、図１５（ａ）から図１５（ｃ）は、それぞれ図１３（ａ）に示す構成の具体例を示すものであり、図１４（ａ）および図１５（ａ）は垂直断面図、図１４（ｂ）および図１５（ｂ）は平面図、図１４（ｃ）および図１５（ｃ）は側面図である。図１４（ａ）から図１４（ｃ）に示す例では、燃焼室１２の内部に仕切壁７０２ｃで仕切られた流動媒体沈降室７１０ａが形成されている。図１５（ａ）から図１５（ｃ）に示す例では、仕切壁７０２ｂが折り曲げた構造となっており、乾燥・熱分解室１０の片側に流動媒体沈降室７１０ａが形成されている。
【０１０２】
いずれの例においても、流動媒体の流れ方は同様であり、乾燥・熱分解室１０で発生した熱分解残渣と流動媒体は、矢印７０８ｂに示すように仕切壁７０２ｂの開口７０４ｂを通って燃焼室１２に移動する。燃焼室１２の流動媒体は、矢印７０８ｃに示すように仕切壁７０２ｃを飛び越え、流動媒体沈降室７１０ａを沈降して、矢印７０８ａに示すように仕切壁７０２ｂの開口７０４ａを通って乾燥・熱分解室１０に移動する。
【０１０３】
図１６（ａ）から図１６（ｃ）は、図１５（ａ）から図１５（ｃ）に示す流動媒体沈降室７１０ａを２つ備えた構成の具体例を示すものであり、図１６（ａ）は垂直断面図、図１６（ｂ）は平面図、図１６（ｃ）は側面図である。大量の流動媒体を移動させる場合には、このように構成することで、大型の炉であっても流動媒体の移動を実現することが可能となる。
【０１０４】
図１７（ａ）および図１７（ｂ）は、上述した流動層炉１４として用いることができる流動層炉の他の例を示す模式図である。図１７（ａ）および図１７（ｂ）に示すように、乾燥・熱分解室１０と燃焼室１２は仕切壁７０２ｂによって仕切られている。図１７（ａ）に示すように、別の仕切壁７０２ｃによって仕切壁７０２ｂと仕切壁７０２ｃとの間に流動媒体沈降室７１０ａが、さらに別の仕切壁７０２ｅによって仕切壁７０２ｂと仕切壁７０２ｅとの間に流動媒体上昇室７１０ｃが形成されている。また、図１７（ｂ）に示すように、別の仕切壁７０２ｄによって仕切壁７０２ｂと仕切壁７０２ｄとの間に流動媒体沈降室７１０ｂが、さらに別の仕切壁７０２ｆによって仕切壁７０２ｂと仕切壁７０２ｆとの間に流動媒体上昇室７１０ｄが形成されている。
【０１０５】
図１７（ａ）に示すように、燃焼室１２から乾燥・熱分解室１０への流動媒体の移動流路として、仕切壁７０２ｂと仕切壁７０２ｃとの間に流動媒体沈降室７１０ａと、仕切壁７０２ｂと仕切壁７０２ｅとの間に流動媒体上昇室７１０ｃとを設けている。燃焼室１２内の燃焼によって高温になった流動媒体は、矢印７１６で示すように燃焼室１２から仕切壁７０２ｃを飛び越えて流動媒体沈降室７１０ａに移動し、矢印７１８で示すように流動媒体沈降室７１０ａの弱い流動化によって流動媒体沈降室７１０ａ内を下降し、矢印７０８ａで示すように仕切壁７０２ｂの開口７０４ａを通って流動媒体上昇室７１０ｃに移動する。流動媒体上昇室７１０ｃでは、矢印７２０で示すように強い流動化によって流動媒体は上方に吹き上げられ、矢印７２２で示すように仕切壁７０２ｅを飛び越えて乾燥・熱分解室１０に移動する。
【０１０６】
このような流動媒体上昇室７１０ｃを設けることで、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示す例に比べ、仕切壁７０２ｂの開口７０４ａの両側の密度差および粘性の差を明確にすることができ、仕切壁７０２ｂの開口７０４ａの両側の圧力差が明確になる。したがって、流動媒体の移動量の制御がより行いやすくなる。また、小さい炉の場合、燃焼室１２から乾燥・熱分解室１０への流動媒体の流れの流路の開口７０４ａと乾燥・熱分解室１０から燃焼室１２への流動媒体の流れの流路の開口７０４ｂとが近接しがちであるが、図１７（ａ）および図１７（ｂ）に示すような構造とすることで、これらの２つの開口７０４ａ，７０４ｂが隣接しても流動媒体のショートパスが起こることがないという利点がある。
【０１０７】
図１７（ｂ）に示すように、乾燥・熱分解室１０から燃焼室１２への流動媒体と乾燥・熱分解された原料の移動流路として、仕切壁７０２ｂと仕切壁７０２ｄとの間に流動媒体沈降室７１０ｂと、仕切壁７０２ｂと仕切壁７０２ｆとの間に流動媒体上昇室７１０ｄとを設けている。流動媒体と乾燥・熱分解された原料は、矢印７２４で示すように仕切壁７０２ｄを飛び越えて流動媒体沈降室７１０ｂに移動し、矢印７２６で示すように流動媒体沈降室７１０ｂ内を下降し、矢印７０８ｂで示すように仕切壁７０２ｂの下部開口７０４ｂを通って流動媒体上昇室７１０ｄに移動する。流動媒体と乾燥・熱分解された原料は、矢印７２８で示すように流動媒体上昇室７１０ｄ内で上方に吹き上げられ、矢印７３０で示すように仕切壁７０２ｆを飛び越えて燃焼室１２に移動する。
【０１０８】
このような流動媒体上昇室７１０ｄを設けることで、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示す例に比べ、仕切壁７０２ｂの開口７０４ｂの両側の密度差および粘性の差を明確にすることができ、仕切壁７０２ｂの開口７０４ｂの両側の圧力差が明確になる。したがって、流動媒体の移動量の制御がより行いやすくなる。また、小さい炉の場合、燃焼室１２から乾燥・熱分解室１０への流動媒体の流れの流路の開口７０４ａと乾燥・熱分解室１０から燃焼室１２への流動媒体の流れの流路の開口７０４ｂとが近接しがちであるが、図１７（ａ）および図１７（ｂ）に示すような構造とすることで、これらの２つの開口７０４ａ，７０４ｂが隣接しても流動媒体のショートパスが起こることがないという利点がある。
【０１０９】
なお、図１１から図１７（ｂ）に示す例において、燃焼室１２の層温を低く一定に保つために、燃焼室１２の一部に層内伝熱管を浸漬させ、熱回収を行うことで層温を制御するように構成してもよい。また、伝熱管を浸漬した部分への流動媒体の供給を一方向にするとともに流動媒体の供給量を変化させることで回収熱量を制御するために、後述の例のように熱回収部を仕切壁で仕切って構成してもよい。熱回収部を構成する場合には、燃焼室１２の流動層内に仕切壁を設け、該仕切壁の下部炉床との間に開口を設け、燃焼室１２と熱回収室の間で流動媒体の移動が可能なように構成するのがよい。特に、流動層の表面近傍に上端があるような仕切壁の上部を飛び越えて高温の流動媒体が熱回収室に入り、熱回収されて低温化した流動媒体が仕切壁の下部の開口を通って熱回収室から燃焼室１２に戻るように構成することが好ましい。このような構成とする場合、燃焼室１２と熱回収室の間の流動媒体の循環量を熱回収室の流動化状態を変化させることで変え、循環量の変化によって流動媒体から回収する熱量を変化させて層温を制御することが可能となる。
【０１１０】
図１８は、上述した流動層炉１４として用いることができる流動層炉の一例を示す垂直断面図である。図１８に示すように、流動層炉４００の内部は第１仕切壁４０２によって乾燥・熱分解炉４０３と燃焼炉４０４に分割されている。第１仕切壁４０２には上部開口４３７、下部開口４３８が設けてあり、乾燥・熱分解炉４０３と燃焼炉４０４とが相互に連絡されている。乾燥・熱分解炉４０３と燃焼炉４０４との境界をなす第１仕切壁４０２は、傾斜面を有してもよいし垂直面になっていてもよい。第２仕切壁４０５も同様である。乾燥・熱分解炉４０３にはガス排出口４４９が設けられ、このガス排出口４４９から生成ガス４５０が外部に導出される。
【０１１１】
一方、燃焼炉４０４はさらに第２仕切壁４０５によって、主燃焼室４０６と熱回収室４０７とに分割してもよい。ただし、上方では分割されず、フリーボード部は主燃焼室と熱回収室とは一体化しており、それぞれの燃焼排ガスはフリーボード部で混合されたのち、ガス排出口４５１から燃焼排ガス４５２となって外部に導出される。熱回収室４０７には伝熱面４４６が埋設されており、流動媒体から熱回収することができる。また、第２仕切壁４０５には、下部開口４４０が設けてあり、上部開口部４３９と合わせ主燃焼室４０６と熱回収室４０７相互の流動媒体の移動が可能になっている。
【０１１２】
乾燥・熱分解炉４０３の下部には炉床４２７，４２８が構成されており、炉床４２７，４２８の下部には風箱４０８，４０９が設けられている。風箱４０８，４０９にはそれぞれ接続口４１３，４１４を通して、流動化ガス４１８ａ，４１９ａが導入される。一方、炉床４２７，４２８にはそれぞれ散気装置４３２，４３３が設けられている。散気装置４３２からは、実質的に大きな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、その結果、炉床４２７の上方に強流動化域４４１ａを形成する。散気装置４３３からは、実質的に小さな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、炉床４２８の上方に弱流動化域４４２ａを形成する。このように、乾燥・熱分解炉４０３の流動層内に２つの異なる流動化域が存在する結果、流動媒体が強流動化域４４１ａで上昇し、弱流動化域４４２ａで下降する旋回流が生じる。
【０１１３】
一方、燃焼炉４０４においても、主燃焼室４０６の下部には炉床４２９，４３０，４１３０ａが構成されており、炉床４２９，４３０，４１３０ａの下部には風箱４１０，４１１，５１１ａが設けられている。風箱４１０，４１１，５１１ａにはそれぞれ接続口４１５，４１６，５１６ａを通して流動化ガス４２０ａ，４２７ａ，４２１ａが導入される。一方、炉床４２９，４３０，５３０ａにはそれぞれ散気装置４３４，４３５，５３５ａが設けられている。散気装置４３４，４３５からは、実質的に大きな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、その結果、炉床４２９，４３０の上方に強流動化域５６２ａ，４６２ａを形成する。散気装置５３５ａからは、実質的に小さな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、炉床５３０ａの上方に弱流動化域４４３ａを形成する。このように、主燃焼室４０６の流動層内に２つの異なる流動化域が存在する結果、流動媒体が弱流動化域４４４ａで沈降し、強流動化域４４３ａ，４４３ａで上昇する旋回流が生じる。
【０１１４】
一方、熱回収室４０７においても、下部には炉床４３１が構成されており、炉床４３１の下部には風箱４１２が設けられている。風箱４１２には接続口４１７を通して流動化ガス４２２が導入される。また炉床４３１には散気装置４３６が設けられている。散気装置４３６からは、実質的に小さな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、その結果、炉床４３１の上方に弱流動化域４４５を形成する。
【０１１５】
上述のように、流動化速度の異なる複数の流動化域を組み合わせることよって、以下のような流れが生じる。すなわち、乾燥・熱分解炉４０３の流動層内においては、弱流動化域４４２ａで流動媒体は沈降流４５７ａに乗って下降する。そして炉床４２８近くで、強流動化域４４１ａに向かう水平流４５６ａに転じ、強流動化域４４１ａではさらに上昇流４５５ａとなる。一方、下降流４５７ａは炉床４２８近傍で、強流動化域４４１ａへ向かう流れ４５６ａと第１仕切壁４０２の開口４３８を通って燃焼炉４０４へ向かう流れ４６０ａとに分岐する。
【０１１６】
したがって、乾燥・熱分解炉４０３の流動層内部では弱流動化域４４２ａで沈降し、強流動化域４４１ａで上昇する旋回流が形成される一方で、一部の流動媒体は第１仕切壁４０２の下部開口４３８を通って主燃焼室４０６に導入される。
【０１１７】
一方、主燃焼室４０６においても、炉床４２９，４３０の上方には強流動化域４４３ａが形成され、また炉床５３０ａの上方には弱流動化域４４４ａが形成されているため、主燃焼室４０６の流動層内においても、弱流動化域４４４ａで流動媒体は沈降流４７０ａに乗って下降する。そして流動層表面近傍で、一部は第１仕切壁４０２の上部開口４３７を通る反転流４５９ａとなって乾燥・熱分解炉４０３に戻るほか、弱流動化域４４４ａに向かう水平流５７１ａとなり、弱流動化域４４４ａではさらに下降流４７０ａとなる。一方、上昇流４６２ａは流動層表面近傍で、弱流動化域４４４ａへ向かう流れ４７１ａと第２仕切壁４０５の上部開口部４３９を通って、熱回収室４０７へ向かう流れ４６４とに分岐する。
【０１１８】
したがって、燃焼炉４０４の主燃焼室４０６の流動層内部では弱流動化域４４４ａで沈降し、強流動化域４４３ａで上昇する旋回流が形成される一方で、一部の流動媒体は第２仕切壁４０５の上部を越えて熱回収室４０７に導入され、さらに一部の流動媒体は第１仕切壁４０２の上部開口４３７を通って乾燥・熱分解炉４０３に導入される。
【０１１９】
一方、熱回収室４０７においては、弱流動化域４４５が形成されているので、沈降流４６５が生じ、さらに流動媒体は第２仕切壁４０５の下部開口４４０を通る還流４６６によって主燃焼室４０６へ戻る。このように乾燥・熱分解炉４０３、燃焼炉４０４の主燃焼室４０６の流動層においては、それぞれ内部の旋回流と相互の循環流とが形成されており、燃焼炉４０４の熱回収室４０７においては、内部の沈降流と、主燃焼室４０６との間の循環流が形成されている。
【０１２０】
したがって、乾燥・熱分解炉４０３の弱流動化域４４２ａの上方に可燃物投入口４４７を設け、可燃物４４８を投入すると、沈降流４５７ａによって乾燥・熱分解炉４０３の流動層内部に飲み込まれ、旋回流によって均一に分散混合し、部分燃焼、ガス化が行われる。乾燥・熱分解炉４０３の炉床部分に供給する流動化ガスは、空気、水蒸気、酸素、窒素、二酸化炭素、可燃性ガス、または燃焼排ガスのいずれかであるか、あるいはそれらのうち２つ以上を組み合わせたものからなっている。
【０１２１】
一方、未燃チャーを含む流動媒体は反転流４６０ａによって主燃焼室４０６に導入され、旋回流によって均一に分散混合し、酸化雰囲気で完全に燃焼される。図１８に示すように、必要に応じて主燃焼室４０６の上方に燃料投入口４６８を設け、補助燃料４６９を供給することも可能である。
【０１２２】
また、フリーボード部に複数のノズル４５３を設け、２次空気４５４を導入して完全に燃焼させることも必要に応じて行うことができる。
【０１２３】
燃焼炉４０４の主燃焼室４０６内における燃焼により発生した熱量は、一部が第１仕切壁４０２の上部開口４３７を通る流れ４５９ａによって乾燥・熱分解炉４０３に導入されて乾燥および熱分解の熱源となるほか、第２仕切壁上部４３９を越える反転流４６４として熱回収室４０７に入り、沈降流４６５となったのち、第２仕切壁下部開口４４０から主燃焼室４０６に戻る流動媒体循環流によって、熱回収室４０７に運ばれ、伝熱面４４６を通じて外部に取り出される。
【０１２４】
このように投入された可燃物のエネルギーについて、一部はガスとなって化学エネルギー（または化学製品の原料など）として取り出され、ガス化しにくい成分は熱エネルギーとして有効に高効率で回収することが可能である。
【０１２５】
また、投入される可燃物の中に不燃分が混入していることも多い。そのため、図１８に示す例では、乾燥・熱分解炉４０３の炉床４２８と燃焼炉４０４の炉床４２９との間に不燃物排出口４２３が設けられており、この排出口４２３から不燃物４２５を排出するようにしている。さらに、補助燃料４６９に不燃物が混入している場合には、図１８に示す例のように主燃焼室４０６の炉床４３０と熱回収室４０７の炉床４３１の間に不燃物排出口４２４を設け、この排出口４２４から不燃物４２６を排出してもよい。また、不燃物排出を容易にするため、それぞれの炉床が不燃物出口に向かって下降傾斜面をなしていることが好ましい。
【０１２６】
図１９は、上述した流動層炉１４として用いることができる流動層炉の他の例を示す垂直断面図である。流動層炉３００は、水平断面が概略矩形をなしている。図１９に示すように、流動層炉３００の内部は第１仕切壁３０２によって乾燥・熱分解炉３０３と燃焼炉３０４に分割されている。第１仕切壁３０２には上部開口３３７、下部開口３３８が設けてあり、乾燥・熱分解炉３０３と燃焼炉３０４とが相互に連絡されている。乾燥・熱分解炉３０３にはガス排出口３４９が設けられ、このガス排出口３４９から生成ガス３５０が外部に導出される。
【０１２７】
一方、燃焼炉３０４はさらに第２仕切壁３０５によって、主燃焼室３０６と熱回収室３０７とに分割してもよい。ただし、上方では分割されず、フリーボード部は主燃焼室と熱回収室とは一体化しており、それぞれの燃焼排ガスはフリーボード部で混合されたのち、ガス排出口３５１から燃焼排ガス３５２となって外部に導出される。熱回収室３０７には伝熱面３４６が埋設されており、流動媒体から熱回収することができる。また、第２仕切壁３０５には、下部開口３４０が設けてあり、上部開口３３９と合わせ主燃焼室３０６と熱回収室３０７相互の流動媒体の移動が可能になっている。
【０１２８】
乾燥・熱分解炉３０３の下部には炉床３２７，３２８が構成されており、炉床３２７，３２８の下部には風箱３０８，３０９が設けられている。風箱３０８，３０９にはそれぞれ接続口３１３，３１４を通して、流動化ガス３１８，３１９が導入される。一方、炉床３２７，３２８にはそれぞれ散気装置３３２，３３３が設けられている。散気装置３３２からは、実質的に小さな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、その結果、炉床３２７の上方に弱流動化域３４１を形成する。散気装置３３３からは、実質的に大きな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、炉床３２８の上方に強流動化域３４２を形成する。このように、乾燥・熱分解炉３０３の流動層内に２つの異なる流動化域が存在する結果、流動媒体が弱流動化域３４１で沈降し、強流動化域３４２で上昇する旋回流が生じる。
【０１２９】
一方、燃焼炉３０４においても、主燃焼室３０６の下部には炉床３２９，３３０が構成されており、炉床３２９，３３０の下部には風箱３１０，３１１が設けられている。風箱３１０，３１１にはそれぞれ接続口３１５，３１６を通して流動化ガス３２０，３２１が導入される。一方、炉床３２９，３３０にはそれぞれ散気装置３３４，３３５が設けられている。散気装置３３４からは、実質的に小さな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、その結果、炉床３２９の上方に弱流動化域３４３を形成する。散気装置３３５からは、実質的に大きな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、炉床３３０の上方に強流動化域３４４を形成する。このように、主燃焼室３０６の流動層内に２つの異なる流動化域が存在する結果、流動媒体が弱流動化域３４３で沈降し、強流動化域３４４で上昇する旋回流が生じる。
【０１３０】
一方、熱回収室３０７においても、下部には炉床３３１が構成されており、炉床３３１の下部には風箱３１２が設けられている。風箱３１２には接続口３１７を通して流動化ガス３２２が導入される。また、炉床３３１には散気装置３３６が設けられている。散気装置３３６からは、実質的に小さな流動化速度を与えるように流動化ガスを噴出し、その結果、炉床３３１の上方に弱流動化域３４５を形成する。
【０１３１】
上述のように、流動化速度の異なる複数の流動化域を組み合わせることよって、以下のような流れが生じる。すなわち、乾燥・熱分解炉３０３の流動層内においては、弱流動化域３４１で流動媒体は沈降流３５５に乗って下降する。そして、炉床３２７近くで、強流動化域３４２に向かう水平流３５６に転じ、強流動化域３４２ではさらに上昇流３５７となる。一方、上昇流３５７は流動層表面近傍で、弱流動化域３４１へ向かう流れ３５８と第１仕切壁３０２の上部開口３３７を通って燃焼炉３０４へ向かう流れ３５９とに分岐する。
【０１３２】
したがって、乾燥・熱分解炉３０３の流動層内部では弱流動化域３４１で沈降し、強流動化域３４２で上昇する旋回流が形成される一方で、一部の流動媒体は第１仕切壁３０２の上部開口３３７を通って主燃焼室３０６に導入される。
【０１３３】
一方、主燃焼室３０６においても、炉床３２９の上方には弱流動化域３４３が形成され、また、炉床３３０の上方には強流動化域３４４が形成されているため、主燃焼室３０６の流動層内においても、弱流動化域３４３で流動媒体は沈降流３６０に乗って下降する。そして、炉床３２９の近くで、一部は第１仕切壁３０２の下部開口３３８を通る還流３６７となって乾燥・熱分解炉３０３に戻るほか、強流動化域３４４に向かう水平流３６１となり、強流動化域３４４ではさらに上昇流３６２となる。一方、上昇流３６２は流動層表面近傍で、弱流動化域３４３へ向かう流れ３６３と第２仕切壁３０５の上部開口３３９を通って、熱回収室３０７へ向かう流れ３６４とに分岐する。
【０１３４】
したがって、燃焼炉３０４の流動層内部では弱流動化域３４３で沈降し、強流動化域３４４で上昇する旋回流が形成される一方で、一部の流動媒体は第２仕切壁３０５の上部を越えて熱回収室３０７に導入される。
【０１３５】
一方、熱回収室３０７においては、弱流動化域３４５が形成されているので、沈降流３６５が生じ、さらに流動媒体は第２仕切壁３０５の下部開口３４０を通る還流３６６によって主燃焼室３０６へ戻る。このように乾燥・熱分解炉３０３、燃焼炉３０４の主燃焼室３０６、燃焼炉３０４の熱回収室３０７の流動層においては、それぞれ内部の旋回流と相互の循環流とが形成されている。
【０１３６】
したがって、乾燥・熱分解炉３０３の弱流動化域３４１の上方に可燃物投入口３４７を設け、可燃物３４８を投入すると、沈降流３５５によって乾燥・熱分解炉３０３の流動層内部に飲み込まれ、旋回流によって均一に分散混合し、部分燃焼、ガス化が行われる。乾燥・熱分解炉３０３の炉床部分に供給する流動化ガスは、空気、水蒸気、酸素、窒素、二酸化炭素、可燃性ガス、または燃焼排ガスのいずれかであるか、あるいはそれらのうち２つ以上を組み合わせたものからなっている。
【０１３７】
一方、未燃チャーを含む流動媒体は反転流３５９によって主燃焼室３０６に導入され、そこで沈降流３６０によって流動層内に飲み込まれ、旋回流によって均一に分散混合し、酸化雰囲気で完全に燃焼される。図１９に示されるように、必要に応じて弱流動化域４３の上方に燃料投入口３６８を設け、補助燃料３６９を供給することも可能である。また、フリーボード部に複数のノズル３５３を設け、２次空気３５４を導入して完全に燃焼させることも必要に応じて行うことができる。
【０１３８】
燃焼炉３０４の主燃焼室３０６内における燃焼により発生した熱量は、一部が第１仕切壁３０２の下部開口３３８を通る還流３６７によって乾燥・熱分解炉３０３に導入されて乾燥および熱分解の熱源となるほか、第２仕切壁３０５の上部開口３３９を越える流れ３６４として熱回収室３０７に入り、沈降流３６５となったのち、第２仕切壁３０５の下部開口３４０から主燃焼室３０６に戻る流動媒体循環流によって、熱回収室３０７に運ばれ、伝熱面３４６を通じて外部に取り出される。
【０１３９】
このように投入された可燃物のエネルギーについて、一部はガスとなって化学エネルギー（または化学製品の原料など）として取り出され、ガス化しにくい成分は熱エネルギーとして有効に高効率で回収することが可能である。
【０１４０】
また、投入される可燃物の中に不燃分が混入していることも多い。そのため、図１９に示す例においては、乾燥・熱分解炉３０３の炉床３２８と燃焼炉３０４の炉床３２９との間に不燃物排出口３２３が設けられており、この排出口３２３から不燃物３２５を排出するようにしている。さらに、補助燃料３６９に不燃物が混入している場合には、図１９に示す例のように主燃焼室３０６の炉床３０と熱回収室３０７の炉床３３１の間に不燃物排出口３２４を設け、この排出口３２４から不燃物３２６を排出してもよい。また、不燃物排出を容易にするため、それぞれの炉床が不燃物出口に向かって下降傾斜面をなしていることが好ましい。乾燥・熱分解炉３０３と燃焼炉３０４との境界をなす第１仕切壁３０２は、ガス化炉側においてはガス化炉側に倒れるような傾斜面３０２ａを有し、一方、燃焼炉側は垂直面になっている。燃焼炉３０４において、主燃焼室３０６と熱回収室３０７との境界をなす第２仕切壁３０５は、主燃焼室側においては主燃焼室側に倒れるような傾斜面３０５ａを有し、一方、熱回収室側は垂直面になっている。なお、上記傾斜面３０２ａ，３０５ａは垂直面になっていてもよい。
【０１４１】
また、図１３（ａ）および図１３（ｂ）、図１８、図１９などに記載の内部旋回流は、１室の流動層の左右どちらかおおよそ半分の領域の空塔速度を速く、それ以外のおおよそ半分の領域の空塔速度を遅くすることで形成させることができるが、１室の流動層において、炉底の流動化ガス供給用の風箱を分割することで、空塔速度の異なる領域を生じさせることができる。また、流動化ガス供給装置を以下のようにすることで、風箱を分割することなく内部旋回流を形成させることもできる。
（１）空塔速度を速くしたい流動層領域（１室の流動層の左右どちらかおおよそ半分の領域）の炉底の流動化ガス供給ノズルの孔径を大きくし、空塔速度を遅くしたい流動層領域の炉底の流動化ガス供給ノズルの孔径を小さくする。
（２）空塔速度を速くしたい流動層領域（１室の流動層の左右どちらかおおよそ半分の領域）の炉底の流動化ガス供給ノズルの配置間隔を狭くし、空塔速度を遅くしたい流動層領域の炉底の流動化ガス供給ノズルの配置間隔を広くする。
（３）上記（１）と（２）の両方を行う。
【０１４２】
次に、上述した実施形態における灰溶融炉３２ａとして用いることができる溶融炉について説明する。
【０１４３】
図２０は、上述した灰溶融炉３２ａとして用いることができる旋回溶融炉の一例を示す垂直断面図、図２１は、図２０の水平断面図である。図２０に示すように、旋回溶融炉８００は、上述した乾燥・熱分解室１０および／または燃焼室１２から供給されるガス８０２を高温にてガス化または燃焼する燃焼室８０４と、生成したスラグを冷却して回収するスラグ分離室８０６とを備えている。
【０１４４】
燃焼室８０４の側面の吹込口８０７から、図２１に示す仮想円柱の接線方向に含酸素ガス８０８が吹き込まれ、炉内に供給されたガス８０２と含酸素ガス８０８は仮想円と同一径の旋回流を形成する。この旋回流は、粒子状の可燃分を多く含有する外周側の旋回流と、ガス状の可燃分を多く含有する内周側の旋回流とを含んでいる。外周側の旋回流に向けて燃焼室８０４の側面の吹込口８０７から酸素を供給し、粒子状の可燃分のガス化を促進するようにしている。また、溶融炉８００においては、灰のセルフコーティング作用により炉壁を保護することができる。
【０１４５】
ここで、旋回流の作る仮想円の径は、旋回溶融炉８００の内径ｒの１／２〜２／３程度とされる。また、ガス８０２と含酸素ガス８０８の吹き込み角度については、水平より下向きに３〜１５゜、好ましくは５〜１０゜とするのがよい。含酸素ガス８０８の吹込口８０７は、燃焼室８０４の側面の同一平面上に離間して２箇所以上設けることができ、あるいは燃焼室８０４の側面の上下方向に離間して設けることができる。また、吹き込みの方向は仮想円にほぼ接する方向が好ましい。
【０１４６】
また、燃焼室８０４の内部温度は、約１２００〜１６００℃、好ましくは約１２００〜１５００℃に維持されるのがよい。燃焼室８０４に吹き込む含酸素ガス８０８は、空気、酸素富活空気、酸素のいずれか、またはこれらにスチームまたは炭酸ガスを添加したものがよい。また、燃焼室８０４は、炉材中に水管８０９を配したボイラ構造としてもよい。
【０１４７】
燃焼室８０４の下に接続されるスラグ分離室８０６の側面と輻射ボイラとの間には空間が設けられ、この空間の側面上部にガス排出口が設けられている。輻射ボイラと水槽８１０の水面の間にガス通路を設けてもよいし、あるいは、輻射ボイラが水槽８１０の水中に没した構造としてもよい。また、輻射ボイラの代わりに、熱回収を目的としないガス導入管を用いることもできる。さらに、燃焼室８０４の出口の開口部にガス整流板を設けて、スラグ分離室８０６内の旋回流を抑制することもできる。
【０１４８】
図２２は、上述した灰溶融炉３２ａとして用いることができる旋回溶融炉の他の例を示す垂直断面図、図２３は図２２の平面図である。図２２に示すように、旋回溶融炉８２０は、上述した乾燥・熱分解室１０および／または燃焼室１２から供給されるガスを高温でガス化または燃焼する燃焼室８２４，８２５と、排ガスと溶融スラグとを分離して排ガス８２６を上方に排出する排ガス流路８２８と、溶融スラグ８３０を下方に排出するスラグ排出口８３２とを備えている。
【０１４９】
燃焼室は単段でも複数段でもよいが、例えば、２段に構成した場合、１次燃焼室８２４の上部には、乾燥・熱分解室１０および／または燃焼室１２から供給されるガスを炉内に供給するガス供給口８３４と、燃焼用空気を炉内に吹き込む吹込口８３６とが設けられる。図２３に示すように、ガス供給口８３４と吹込口８３６とを１次燃焼室８２４の円筒部の接線方向に配設して炉内でガスの旋回流を形成し、燃焼溶融を行う。
【０１５０】
また、１次燃焼室８２４の上部には、補助燃焼用バーナ８３８が１次燃焼室８２４円筒部の接線方向に沿って設けられている。１次燃焼室８２４の下部には、出口方向に向かって炉内径が順次縮小する傾斜面で構成された絞り部分８４０が設けられており、この絞り部分８４０により溶融スラグの捕集効率が高められる。さらに、１次燃焼室８２４の下部には、傾斜した円筒部を有する２次燃焼室８２５が接続されている。
【０１５１】
また、２次燃焼室８２５には、燃焼用空気吹込口８４２が２次燃焼室８２５の円筒部の接線方向に配置されている。２次燃焼室８２５の下部には、出口方向に向かって炉内径が順次縮小する絞り部分８４４が形成されている。この絞り部分８４４は、上方に位置する排ガス流路８２８および下方に位置するスラグ排出口８３２に接続されている。また、２次燃焼室８２５の上部には、補助燃焼用バーナ８４６が２次燃焼室８２５の円筒部の接線方向に設けられている。
【０１５２】
図２４は、上述した灰溶融炉３２ａとして用いることができる溶融炉の一例を示す垂直断面図である。図２４に示すように、溶融炉９２０は、高温ガス冷却装置９３０との結合プラントとして構成されている。
【０１５３】
溶融炉９２０は、水管壁９２１、断熱材９２２、耐火材９２３、燃焼溶融部としての燃焼室９２４、炉頂に設けられたガス投入部９２５、酸化剤投入部９２６、炉底に設けられたスラグ落ち口９２７を備えている。燃焼室９２４は９００℃〜１６００℃の高温になるから、炉壁を保護するために水管壁９２１、断熱材９２２、耐火レンガのような耐火材９２３が積層されている。炉の大きさや使用目的によっては、水管壁９２１と耐火材９２３のみ、あるいは断熱材９２２と耐火材９２３のみの組み合わせも用いられる。ガス投入部９２５には乾燥・熱分解室１０および／または燃焼室１２から供給されるガスが供給される。酸化剤投入部９２６には、酸素、空気、並びにガス化ガスのガス成分を調整するための水蒸気等が供給される。供給された乾燥・熱分解室１０および／または燃焼室１２からのガスは酸化剤により燃焼され、炉内は９００〜１６００℃の高温となり灰分は溶融される。スラグ落ち口９２７は、飛灰が溶融して生成した溶融スラグ９２８が、燃焼室９２４から高温ガス冷却装置９３０に向けて落下する開口部である。
【０１５４】
高温ガス冷却装置９３０は、導入口９３１、水冷ジャケット９３２、飛灰水冷室９３３、連絡部９３４、濡れ壁邪魔板部９３５、排出口９３６、噴霧器９３７、濡れ壁９３８ａ、９３８ｂ、９３８ｃを備えている。導入口９３１は、ここではスラグ落ち口９２７の飛灰水冷室９３３側への開口部が該当している。水冷ジャケット９３２は、自然循環水９４２の供給を受け、帰還循環水９４４として排水することにより壁面を水冷するものである。なお、水冷ジャケット９３２の冷却能力は、スラグ落ち口９２７が過度に冷却されて、溶融スラグ９２８の固化によりスラグ落ち口９２７が閉塞するのを防止するため、適切な範囲に設定する。
【０１５５】
飛灰水冷室９３３は高温ガス冷却装置９３０の底部に設けられた貯留水を貯える室で、ここでは導入口９３１側と排出口９３６側とを共通の室とする一室構造になっている。飛灰水冷室９３３の底部には、水砕スラグを排出する水砕スラグ排出口９３３ａが設けられている。連絡部９３４は、飛灰水冷室９３３に流入した高温ガス９４０を貯留水の水面９３３ｂに沿って移動させて、排出口９３６側に導くガス通路である。濡れ壁邪魔板部９３５は、水冷ジャケット９３２の連絡部９３４側の下側に設けられたもので、飛灰水冷室９３３側の表面が水で濡れた濡れ壁９３８ｂを有するとともに、高温ガス９４０の流通する連絡部９３４の天井側を規制する邪魔板としても機能する。
【０１５６】
排出口９３６は、連絡部９３４を通過してきた高温ガス９４０を貯留水の水面９３３ｂ上側に排出させる開口部である。噴霧器９３７は、排出口９３６付近に設けられた冷却水の噴霧器で、排出される高温ガス９４０の性状、例えば温度を３００℃〜９００℃の範囲で調整したり、あるいは排出される高温ガス９４０を原料として利用する下流側プロセスの仕様に適合するように、水分の含有率を調整するのに用いる。濡れ壁９３８ａは高温ガス冷却装置９３０の導入口９３１側壁面を水で濡れた状態に保持する。濡れ壁９３８ｃは高温ガス冷却装置９３０の排出口９３６側壁面の表面を水で濡れた状態に保持する。
【０１５７】
溶融炉９２０は、飛灰を大量に発生する燃料や、これら燃料をガス化して得た飛灰を多量に含む燃料ガスを燃焼させるのに特に適する構造となっている。高温ガス冷却装置９３０の導入口９３１には、燃料や燃料ガスから生成された高温ガスが供給される。高温ガスの温度は、燃焼室９２４内部では例えば１３００℃以上に到達しているので、飛灰が溶融して溶融スラグが生成する。溶融スラグのうち、燃焼室９２４の壁面に捕捉された溶融スラグ９２８は、燃焼室９２４の壁面からスラグ落ち口９２７に流下し、さらにスラグ落ち口９２７から飛灰水冷室９３３の貯留水に落下して、水砕スラグとして固体化される。なお、高温ガスの温度が非常に高い場合、例えば１６００℃以上の場合には実質的にほとんどが溶融スラグとなる。高温ガスの温度が中間的な場合、例えば１０００℃から１６００℃の間では飛灰と溶融スラグの双方が含まれる。高温ガスの温度が比較的低い場合、例えば９００℃から１０００℃の間では、飛灰が多くなる。
【０１５８】
飛灰や溶融スラグを同伴する高温ガス９４０は、導入口９３１から連絡部９３４を経て排出口９３６に排出される。この高温ガス９４０の流れの経路は、導入口９３１から飛灰水冷室９３３の貯留水水面９３３ｂへの重力方向への流れと、貯留水水面９３３ｂに沿って連絡部９３４に移動する水平方向の流れにて構成される。濡れ壁邪魔板部９３５により連絡部９３４の入口が狭くなっているため、高温ガス９４０の重力方向の流れと水平方向の流れの境界領域では、流れの方向が急変している。そこで、高温ガス９４０に同伴される飛灰や溶融スラグのうち、大粒径のものは慣性が大きいため、高温ガス９４０の重力方向への流れにより飛灰水冷室９３３の貯留水に捕捉される。
【０１５９】
他方、中小粒径のものは慣性が小さいため、高温ガス９４０の水平方向の流れに沿って連絡部９３４の入口へ移動する。しかし、中小粒径の飛灰や溶融スラグにも重力が作用しているから、連絡部９３４から排出口９３６への流れの途中で飛灰水冷室９３３の貯留水に捕捉される。また、中小粒径の飛灰や溶融スラグのうち、排出口９３６まで到達したものは、噴霧器９３７の噴霧する液滴により凝集して粒径が大型化し、重力の作用で飛灰水冷室９３３の貯留水に落下する。
【０１６０】
高温ガス９４０に同伴される飛灰や溶融スラグを捕捉する機能を有する構成要素として、濡れ壁９３８ａ，９３８ｂ，９３８ｃがある。濡れ壁９３８ａ，９３８ｂ，９３８ｃの表面は水で濡れているので、飛灰や溶融スラグが捕捉されやすくなっている。そして、捕捉された飛灰や溶融スラグは水とともに流下して、飛灰水冷室９３３の貯留水に落下する。さらに、濡れ壁９３８ａ，９３８ｂ，９３８ｃには、スラグ付着を防止して缶体を保護するとともに、排出口９３６に熱交換器のような顕熱回収部を設けている場合には、噴霧器９３７との協働によるガス洗浄効果により伝熱管へのダスト堆積によって促進される溶融塩腐食を低減できる。
【０１６１】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１６２】
【図１】本発明の第１の実施形態における可燃物の処理方法を利用したシステムを示すフロー図である。
【図２】図１に示すシステムにおいて用いることができる原料供給装置を示す模式図である。
【図３】本発明の第２の実施形態における可燃物の処理方法を利用したシステムを示すフロー図である。
【図４】本発明の第３の実施形態における可燃物の処理方法を利用したシステムを示すフロー図である。
【図５】本発明の第４の実施形態における可燃物の処理方法を利用したシステムを示すフロー図である。
【図６】本発明の第５の実施形態における可燃物の処理方法を利用したシステムを示すフロー図である。
【図７】本発明の第６の実施形態における可燃物の処理方法を利用したシステムを示すフロー図である。
【図８】本発明の第７の実施形態における可燃物の処理方法を利用したシステムを示すフロー図である。
【図９】本発明の第８の実施形態における可燃物の処理方法を利用したシステムを示すフロー図である。
【図１０】本発明の第９の実施形態における可燃物の処理方法を利用したシステムを示すフロー図である。
【図１１】本発明に係る可燃物の処理方法で用いることができる流動層炉の一例を示す模式図である。
【図１２】図１２（ａ）は図１１に示す流動層炉における仕切壁の配置の一例を示す垂直断面図、図１２（ｂ）は平面図、図１２（ｃ）は側面図である。
【図１３】図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、流動媒体沈降室を有する流動層炉の例を示す模式図である。
【図１４】図１４（ａ）は図１３（ａ）に示す構成の具体例を示す垂直断面図、図１４（ｂ）は平面図、図１４（ｃ）は側面図である。
【図１５】図１５（ａ）は図１３（ａ）に示す構成の具体例を示す垂直断面図、図１５（ｂ）は平面図、図１５（ｃ）は側面図である。
【図１６】図１６（ａ）は図１５（ａ）に示す流動媒体沈降室を２つ備えた構成の具体例を示す垂直断面図、図１６（ｂ）は平面図、図１６（ｃ）は側面図である。
【図１７】図１７（ａ）および図１７（ｂ）は本発明に係る可燃物の処理方法で用いることができる流動層炉の他の例を示す模式図である。
【図１８】本発明に係る可燃物の処理方法で用いることができる流動層炉の一例を示す模式図である。
【図１９】本発明に係る可燃物の処理方法で用いることができる流動層炉の他の例を示す模式図である。
【図２０】本発明に係る可燃物の処理方法で用いることができる旋回溶融炉の一例を示す垂直断面図である。
【図２１】図２０の水平断面図である。
【図２２】本発明に係る可燃物の処理方法で用いることができる旋回溶融炉の他の例を示す垂直断面図である。
【図２３】図２２の平面図である。
【図２４】本発明に係る可燃物の処理方法で用いることができる溶融炉の一例を示す垂直断面図である。
【符号の説明】
【０１６３】
１０    乾燥・熱分解室
１２    燃焼室
１４    流動層炉
１６    原料供給装置
５０    原料
２２    洗浄装置
２４    精製装置
２６    貯留装置
２８    動力回収装置
３２，３２ａ    ２次燃焼装置（灰溶融炉）
３４，３４ａ，３４ｂ    熱回収装置
３６，３６ａ，３６ｂ    脱塵装置
３８，３８ａ    有害物質除去装置（脱硝装置）
４０    凝縮器
４２    水処理装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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