(57)【要約】【課題】成型炭を含む固形燃料を用いてランニングコストを低減することが可能な廃棄物溶融炉を提供すること。【解決手段】廃棄物溶融炉は、羽口４２から酸素を含むガスを供給して成型炭を含む固形燃料を燃焼し、廃棄物又はその熱分解残渣を溶融する溶融炉部４を備える。ガスの酸素濃度は２７〜３５体積％、及び、溶融炉部４の炉底部４Ａにおける断面流速は０．０７〜０．１８ｍ／秒の範囲内に維持される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉底部に酸素を含むガスと成型炭を含む固形燃料を供給しながら前記固形燃料を燃焼し、廃棄物又はその熱分解残渣を溶融する溶融工程を有する廃棄物溶融炉の運転方法であって、
前記溶融工程では、前記ガスの酸素濃度を２７〜３５体積％、及び、前記炉底部における断面流速を０．０７〜０．１８ｍ／秒の範囲内に維持する、廃棄物溶融炉の運転方法。
【請求項２】
前記成型炭は、炭材とリグニンスルホン酸塩を含有するバインダを含む、請求項１に記載の廃棄物溶融炉の運転方法。
【請求項３】
前記炉底部に供給される前記固形燃料に含まれる炭素量に対し、前記炉底部から飛散する炭素量の割合が２０質量％以下である、請求項１又は２に記載の廃棄物溶融炉の運転方法。
【請求項４】
前記廃棄物溶融炉は、廃棄物装入口を有するシャフト部、前記シャフト部と炉芯をずらして配置され、前記ガスを供給する羽口を有する溶融炉部、及び、前記シャフト部の下部と前記溶融炉部の上部とを接続する連通部を備える、廃棄物ガス化溶融炉であり、
前記シャフト部及び前記連通部において前記廃棄物を乾燥及び熱分解させる熱分解工程を有し、
前記溶融炉部において前記溶融工程を行う、請求項１〜３のいずれか一項に記載の廃棄物溶融炉の運転方法。
【請求項５】
羽口から酸素を含むガスを供給して成型炭を含む固形燃料を燃焼し、廃棄物又はその熱分解残渣を溶融する溶融炉部を備える廃棄物溶融炉であって、
前記ガスの酸素濃度を２７〜３５体積％、及び、前記溶融炉部の炉底部における断面流速を０．０７〜０．１８ｍ／秒の範囲内に維持するように構成される、廃棄物溶融炉。
【請求項６】
前記成型炭は、炭材とリグニンスルホン酸塩を含有するバインダとを含む、請求項５に記載の廃棄物溶融炉。
【請求項７】
前記廃棄物の流通方向を基準にして、上流側から、
廃棄物装入口から装入された廃棄物を乾燥して熱分解させるシャフト部と、
前記シャフト部の下部と前記溶融炉部の上部とを接続する連通部と、
前記シャフト部と炉芯をずらして配置される前記溶融炉部と、をこの順に備える、請求項５又は６に記載の廃棄物溶融炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、廃棄物溶融炉及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般廃棄物及び産業廃棄物などを処理する方法として、固形燃料を熱源に使用し、工業炉で廃棄物を溶融する方法が知られている。廃棄物の溶融処理は、廃棄物の減容化だけでなく、これまで埋め立てによって最終処分されていた焼却灰及び不燃性ゴミをスラグ及びメタル等の資源として回収できる利点がある。
【０００３】
廃棄物溶融炉の固形燃料の例として、高炉用コークス、及び炭材とバインダとを含む成型炭が知られている。特許文献１，２では、所定の炭材とともに、数平均分子量が１１００以上のリグニンスルホン酸塩を含むバインダを用いて、高温環境下においても高い圧壊強度を有する廃棄物溶融炉用の成型炭を製造する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５６８４４２０号公報
【特許文献２】特許第５７６２６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１，２で提案されているような成型炭は、廃棄物溶融炉の固形燃料として高炉用コークスを用いる場合に比べて、ランニングコストの面で有利である。しかしながら、成型炭の使用条件によっては、廃棄物の溶融に必要となる成型炭の使用量が増加してランニングコストが大きくなることが分かった。
【０００６】
本発明は、一つの側面において、成型炭を含む固形燃料を用いてランニングコストを低減することが可能な廃棄物溶融炉の運転方法を提供することを目的とする。本発明は、別の側面において、成型炭を含む固形燃料を用いてランニングコストを低減することが可能な廃棄物溶融炉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】
【０００７】
本発明は、一つの側面において、炉底部に酸素を含むガスと成型炭を含む固形燃料を供給しながら固形燃料を燃焼し、廃棄物又はその熱分解残渣を溶融する溶融工程を有する廃棄物溶融炉の運転方法であって、溶融工程では、ガスの酸素濃度を２７〜３５体積％、及び、炉底部における断面流速を０．０７〜０．１８ｍ／秒の範囲内に維持する、廃棄物溶融炉の運転方法を提供する。
【０００８】
この廃棄物溶融炉の運転方法は、溶融工程において、炉底部に供給されるガスの酸素濃度と炉底部における断面流速を、所定の範囲に維持している。このため、炉底部から固形燃料の小片が飛散することを抑制し、固形燃料を燃料として有効利用することができる。したがって、成型炭を含む固形燃料を用いてランニングコストを低減することができる。
【０００９】
成型炭は、炭材とリグニンスルホン酸塩を含有するバインダを含むことが好ましい。これによって、成型炭の圧壊強度が十分に高くなり、良好な火格子機能を発現することができる。したがって、廃棄物又はその熱分解残渣の溶融を一層効率良く行うことができる。
【００１０】
炉底部に供給される固形燃料に含まれる炭素量に対し、炉底部から飛散する炭素量の割合が２０質量％以下であることが好ましい。これによって、炉底部から飛散する固形燃料の割合を低減して、ランニングコストを一層低減することができる。
【００１１】
上述の廃棄物溶融炉は、廃棄物装入口を有するシャフト部、シャフト部と炉芯をずらして配置され、上記ガスを供給する羽口を有する溶融炉部、及び、シャフト部の下部と溶融炉部の上部とを接続する連通部を備える、廃棄物ガス化溶融炉であってもよい。この場合、上記運転方法は、シャフト部及び連通部において廃棄物を乾燥及び熱分解させる熱分解工程を有し、溶融炉部において上記溶融工程を行ってもよい。
【００１２】
本発明は、別の側面において、羽口から酸素を含むガスを供給して成型炭を含む固形燃料を燃焼し、廃棄物又はその熱分解残渣を溶融する溶融炉部を備える廃棄物溶融炉であって、上記ガスの酸素濃度を２７〜３５体積％、及び、溶融炉部の炉底部における断面流速を０．０７〜０．１８ｍ／秒の範囲内に維持するように構成される、廃棄物溶融炉を提供する。
【００１３】
上記廃棄物溶融炉は、溶融炉部に羽口から所定の酸素濃度を有するガスを供給するとともに、溶融炉部の炉底部における断面流速を所定の範囲にしている。このため、炉底部から固形燃料の小片が飛散することを抑制し、固形燃料を燃料として有効利用することができる。したがって、成型炭を含む固形燃料を用いてランニングコストを低減することができる。
【００１４】
上記廃棄物溶融炉は、廃棄物の流通方向を基準にして、上流側から、廃棄物装入口から装入された廃棄物を乾燥して熱分解させるシャフト部と、シャフト部の下部と溶融炉部の上部とを接続する連通部と、シャフト部と炉芯をずらして配置される溶融炉部と、をこの順に備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、一つの側面において、成型炭を含む固形燃料を用いてランニングコストを低減することが可能な廃棄物溶融炉の運転方法を提供することができる。本発明は、別の側面において、成型炭を含む固形燃料を用いてランニングコストを低減することが可能な廃棄物溶融炉を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、廃棄物溶融炉の一実施形態を模式的に示す縦断面図である。
【図２】図２は、図1の廃棄物溶融炉の溶融炉部を拡大して示す縦断面図である。
【図３】図３は、成型炭の燃焼による変化を模式的に示す図である。図３（Ａ）は、燃焼前の固形燃料を模式的に示し、図３（Ｂ）は一部燃焼後の状態を模式的に示す図である。
【図４】図４は、実施例１，２及び比較例４，５の結果を示すグラフである。
【図５】図５は、参考例１の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の廃棄物溶融炉の運転方法は、幾つかの実施形態において、炉底部に酸素を含むガスと成型炭を含む固形燃料を供給しながら固形燃料を燃焼し、廃棄物又はその熱分解残渣を溶融する溶融工程を有する。この溶融工程では、羽口から供給されるガスの酸素濃度を２７〜３５体積％、及び、炉底部における断面流速を０．０７〜０．１８ｍ／秒の範囲内に維持する。廃棄物溶融炉は、炉底部に、酸素を含むガスを供給するための羽口を備える。
【００１８】
ガスの酸素濃度は、標準状態（０℃、１０１．３２５ｋＰａ）における体積比率であり、炉底部における断面流速は、上記標準状態におけるガスの流量を炉底部の断面積で割って求められる。炉底部の断面積は、炉底部を最下段の羽口が設けられる高さの水平面で切断したときの内部空間の断面積である。
【００１９】
固形燃料は成型炭を含有する。成型炭は炭材とバインダとを含むものが好ましい。炭材は、石炭、粉コークス、チャー、石油コークス及び飛灰から選ばれる少なくとも一種を含有してもよい。炭材に対するバインダの質量比は０．０６〜０．２であってもよい。このような質量比で混合すれば、成型炭の圧壊強度を高くすることができる。したがって、固形燃料の飛散を一層抑制することができる。
【００２０】
バインダとしては、例えば、分子構造中に、ベンゼン環と、スルホ基、ヒドロキシル基及びカルボキシル基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基とを有する親水性ポリマーが挙げられる。好ましい親水性ポリマーとしては、リグニンスルホン酸塩が挙げられる。
【００２１】
リグニンスルホン酸塩は、市販品を用いることができる。リグニンスルホン酸塩の数平均分子量は、成型炭の圧壊強度向上の観点から、例えば１０００以上であってもよく、１４００以上であってもよい。リグニンスルホン酸塩の数平均分子量は、入手の容易性の観点から、例えば１００００以下であってもよく、８０００以下であってもよい。本開示における数平均分子量は、ゲルパーミィテーションクロマトグラフィーを用いて、ポリスチレン標品検量線より求められる。リグニンスルホン酸塩としては、例えば、リグニンスルホン酸マグネシウム、リグニンスルホン酸カルシウム、及びリグニンスルホン酸ナトリウムが挙げられる。
【００２２】
成型炭の形状は特に限定されず、例えば円柱状であってもよいし、マセック形状であってもよい。成型炭の密度は、例えば１．０〜２．０ｇ／ｍｌであってもよい。成型炭の粒径Ａ１［ｍｍ］は、例えば３０ｍｍ以上である。成型炭の粒径Ａ１［ｍｍ］は、成型炭の体積Ｖ１［ｍｌ］を同一体積の真球に換算して下記式（１）によって算出される。
Ａ１＝２×（（Ｖ１×３／４／π）１／３）×１０      （１）
【００２３】
本発明の廃棄物溶融炉は、上述の運転方法に好適に用いることができる。廃棄物溶融炉は、幾つかの実施形態において、炉底部に酸素を含むガスを供給する羽口を有し、当該羽口から酸素を含むガスを供給して成型炭を含む固形燃料を燃焼して廃棄物又はその熱分解残渣を溶融する溶融炉部を備える。この廃棄物溶融炉では、ガスの酸素濃度を２７〜３５体積％、及び、溶融炉部の炉底部における断面流速を０．０７〜０．１８ｍ／秒の範囲内に維持するように構成される。羽口から供給されるガスの酸素濃度及び断面流速の求め方は上述のとおりである。
【００２４】
上記廃棄物溶融炉は、廃棄物の流通方向を基準にして、上流側から、廃棄物装入口から装入された廃棄物を乾燥して熱分解させるシャフト部と、シャフト部の下部と溶融炉部の上部とを接続する連通部と、シャフト部と炉芯をずらして配置される溶融炉部と、をこの順に備える廃棄物ガス化溶融炉であってもよい。このような廃棄物ガス化溶融炉であれば、シャフト部及び連通部において廃棄物を乾燥及び熱分解させる熱分解工程を行い、溶融炉部において溶融工程を行うことができる。
【００２５】
以下、図面を参照しながら、廃棄物溶融炉及びその運転方法の一実施形態を説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００２６】
図１は、廃棄物溶融炉の一実施形態である廃棄物ガス化溶融炉を模式的に示す縦断面図である。一実施形態に係る廃棄物溶融炉の運転方法は、この廃棄物ガス化溶融炉を用いて実施することができる。図１に示す廃棄物ガス化溶融炉１０は、主な構成として、シャフト部２と、炭化火格子部３を備える連通部５と、溶融炉部４とを備える。シャフト部２は還元雰囲気下で廃棄物を乾燥させるとともに熱分解する。連通部５では、炭化火格子部３によってシャフト部２からの廃棄物を更に熱分解して、廃棄物を炭化させる。溶融炉部４は熱分解された廃棄物を燃焼させるとともに融解する。
【００２７】
シャフト部２と溶融炉部４は、相対的に横方向に炉芯をずらすように配置されており、シャフト部２の底部側の開口部２３と溶融炉部４の上部側の開口部４６とが連通部５によって連結されている。炭化火格子部３は、連通部５の底面をなしており階段状に配置されている。
【００２８】
シャフト部２の形状は、例えば円筒形であってもよく矩形であってもよい。シャフト部２の上部には、廃棄物を炉内に装入するための廃棄物装入口２１が形成されている。廃棄物の種類は、特に限定されることはなく、一般廃棄物及び産業廃棄物のいずれであってもよい。シュレッダーダスト（ＡＳＲ）、掘り起こしごみ、焼却灰等の単体又は混合物、或いはこれらと可燃性ごみの混合物なども処理することが可能である。廃棄物によってシャフト部２内に廃棄物充填層１００が形成される。廃棄物装入口２１からは、乾留された廃棄物及びチャーを、廃棄物と共に投入してもよい。
【００２９】
シャフト部２の上部側には、廃棄物が熱分解して発生するガスや炉内に吹き込んだガスを排出する炉内ガス排出口２２が形成されている。シャフト部２の下端には開口部２３が形成されており、自重でシャフト部２内を降下した廃棄物が開口部２３から連通部５へと導入される。シャフト部２内においては、炭化火格子部３及び溶融炉部４から吹き込まれた酸素を含有するガス及び炉内で発生したガスが廃棄物充填層１００を通過するときの熱交換によって、廃棄物の乾燥及び熱分解が進行する。
【００３０】
連通部５は、縦断面形状が矩形であり、その底面に沿って炭化火格子部３が配置されている。炭化火格子部３は、シャフト部２で乾燥及び熱分解された廃棄物を更に熱分解する。炭化火格子部３は、廃棄物を熱分解（乾留）する装置としての機能と、炭化した廃棄物を溶融炉部４に供給する供給装置としての機能を兼ね備える。炭化火格子部３は、可動炭化火格子と固定炭化火格子とを交互に階段状又は傾斜状に組み合せることによって形成されている。
【００３１】
各可動炭化火格子は、流体圧シリンダ等の駆動装置３１（３１ａ，３１ｂ）によって横方向に一定のピッチで往復動するように構成されている（図１の両矢印参照）。このような可動炭化火格子と固定炭化火格子との組み合わせによって炭化火格子部３の上の廃棄物を撹拌しながら上流側から下流側へ向けて押し出すことができる。
【００３２】
炭化火格子部３は、上段側の供給炭化火格子３Ａと、下段側の乾留炭化火格子３Ｂによる２段構造になっている。供給炭化火格子３Ａは、シャフト部２内に充填された廃棄物の荷重を直接的に受けるように、シャフト部２の真下に位置する。供給炭化火格子３Ａは、シャフト部２で乾燥及び熱分解された廃棄物の炭化が進むように当該廃棄物を更に熱分解するとともに乾留炭化火格子３Ｂへと押し出して供給する。
【００３３】
乾留炭化火格子３Ｂは、供給炭化火格子３Ａに隣接して設けられており、供給炭化火格子３Ａからの廃棄物を更に熱分解して炭化物を生成する。このようにして、シャフト部２及び連通部５の炭化火格子部３において廃棄物の熱分解工程が行われる。乾留炭化火格子３Ｂは、熱分解（炭化）された廃棄物を溶融炉部４の開口部４６に押し出す。
【００３４】
供給炭化火格子３Ａの可動炭化火格子は第１駆動装置３１ａによって駆動され、乾留炭化火格子３Ｂの可動炭化火格子は第２駆動装置３１ｂによって駆動される。このように第１及び第２駆動装置３１ａ、３１ｂを互いに独立して設けることで、炭化火格子３Ａ，３Ｂの駆動、停止及び駆動速度を独立して制御でき、その結果、炭化火格子３Ａ，３Ｂによる廃棄物の搬送速度も独立して制御できる。
【００３５】
炭化火格子部３は、炭化火格子間の隙間及び／又は炭化火格子に形成した送風孔（不図示）を通じて、空気を炭化火格子部３上にある廃棄物に向けて供給することができる構成となっている。すなわち、炭化火格子部３は、廃棄物の乾燥及び熱分解用の空気を炉内に吹き込む送風装置も兼ねている。供給炭化火格子３Ａ及び乾留炭化火格子３Ｂの裏面側には、炭化した廃棄物のうちの微細なものが炭化火格子間の隙間から落下した場合にそれを回収するための第１回収室３２ａと第２回収室３２ｂとがそれぞれ配置されている。
【００３６】
第１回収室３２ａには、送風管３３ａが連結されている。送風管３３ａには空気の流量を調節する流量調節弁３３ｂが設けられており、流量調節弁３３ｂの上流側には空気を供給するための送風装置３６が接続されている。送風装置３６からの空気は、流量調節弁３３ｂによって流量が調節された後、送風管３３ａを通って第１回収室３２ａに供給される。第１回収室３２ａに供給された空気は、供給炭化火格子３Ａの隙間及び／又は炭化火格子に形成された送風孔から炉内に導入される。
【００３７】
第２回収室３２ｂには、送風管３４ａが連結されている。送風管３４ａには空気の流量を調節する流量調節弁３４ｂが設けられており、流量調節弁３４ｂの上流側には空気を供給するための送風装置３６が接続されている。送風装置３６からの空気は、流量調節弁３４ｂによって流量が調節された後、送風管３４ａを通って第２回収室３２ｂに供給される。第２回収室３２ｂに供給された空気は、乾留炭化火格子３Ｂの隙間及び／又は炭化火格子に形成された送風孔から炉内に導入される。
【００３８】
溶融炉部４の上方の連通部５には、成型炭を含む固形燃料を溶融炉部４内に供給するための副資材装入口４１が設けられている。固形燃料は、成型炭以外に、コークス、又は、バイオマスの炭化物等を含んでいてもよい。固形燃料の他に、塩基度調整剤としての石灰石等を副資材装入口４１から供給してもよい。
【００３９】
溶融炉部４は、連通部５側、すなわち上部に絞り部をなす逆円錐台部（いわゆる朝顔部）４５を有する。逆円錐台部４５の水平方向に対する傾斜角は例えば７５°より大きくてもよい。
【００４０】
溶融炉部４には、副資材装入口４１からの固形燃料等に加えて、開口部４６から、シャフト部２及び連通部５を通過して乾燥及び乾留された廃棄物の熱分解残渣が供給される。供給された廃棄物の熱分解残渣は溶融炉部４においてさらに熱分解する。なお、溶融炉部４に供給される廃棄物の少なくとも一部は、熱分解されていなくてもよい。
【００４１】
溶融炉部４内の堆積層１０２の上には、炭化された廃棄物によって充填層１０１が形成される。副資材装入口４１から装入された成型炭を含む固形燃料は、充填層１０１を通過して溶融炉部４の下部にある炉底部４Ａに堆積し、堆積層１０２を形成する。炉底部４Ａは、円柱状の内部空間で構成されており、複数の羽口４２が周方向に並んで配置されている。羽口４２から、当該内部空間に形成される固形燃料の堆積層１０２に、燃焼用の酸素を含むガスが供給される。
【００４２】
炉底部４Ａでは、羽口４２から酸素を含むガスを供給することによって固形燃料及び廃棄物の熱分解残渣の固定炭素を燃焼させる。燃焼熱で廃棄物又はその熱分解残渣に含まれる灰分及び不燃成分が溶融する。このようにして、溶融炉部４において廃棄物又はその分解残渣を溶融する溶融工程が行われる。なお、熱分解工程及び溶融工程で発生する高温ガスは、炉内ガス排出口２２から排出され、ボイラー等の装置で廃熱を回収した後、無害化処理をして放出してもよい。
【００４３】
溶融炉部４の炉底部４Ａには、溶融物（すなわち、スラグ及びメタル）を排出する出湯口４４が設けられている。出湯口４４は、溶融物を還元雰囲気下で貯留及び排出できるように開閉機構（不図示）を有し、間欠的に溶融物を排出する。炉外に排出された溶融物は、冷却凝固し、スラグとメタルを得ることができる。
【００４４】
図２は、図1の廃棄物ガス化溶融炉１０の溶融炉部４を拡大して示す縦断面図である。溶融炉部４の炉底部４Ａにおける固形燃料の堆積層１０２には、主に固形燃料に含まれる炭素が燃焼する燃焼反応領域１０２Ａと、燃焼反応領域１０２Ａの周囲に、主に炭素がガス化するガス化反応領域１０２Ｂがある。燃焼反応領域１０２Ａにおける主な反応は式（２）で表され、ガス化反応領域１０２Ｂにおける主な反応は式（３）で表される。なお、本実施形態では、理解を容易にするために、燃焼反応領域１０２Ａのガス化反応領域１０２Ｂの境界線を明示しているが、これらの領域は明確に区画されていなくてもよい。すなわち、羽口４２近傍において主に式（２）の反応が進行し、羽口４２から離れるにつれて式（２）に対する式（３）の反応の割合が徐々に増加してもよい。
Ｃ＋Ｏ２    →  ＣＯ２      （２）
Ｃ＋ＣＯ２  →  ２ＣＯ      （３）
【００４５】
燃焼反応領域１０２Ａは、酸素が相対的に豊富な羽口４２近傍に形成され、ガス化反応領域１０２Ｂは、燃焼反応領域１０２Ａよりも羽口４２から離れた部分に形成される。羽口４２から供給される酸素を含有するガスの断面流速が小さくなり過ぎると、燃焼反応領域１０２Ａが縮小し、炉底部４Ａの中心部で式（２）の燃焼反応が十分に進行し難くなる。その結果、炉底部４Ａの温度が低下して、廃棄物又はその熱分解残渣の溶融が進行し難くなる傾向にある。このような観点から、酸素を含有するガスの断面流速は０．０７ｍ／秒以上である。固形燃料の燃焼を促進し、廃棄物の処理量を向上する観点から、羽口４２から供給される酸素を含有するガスの断面流速は、好ましくは０．０９ｍ／秒以上であり、より好ましくは０．１ｍ／秒以上である。
【００４６】
一方、酸素を含有するガスの断面流速が大きくなり過ぎると、燃焼反応領域１０２Ａ及びガス化反応領域１０２Ｂが形成されている堆積層１０２から固形燃料の小片５２ａの飛散量が増加する。小片５２ａは、例えば、副資材装入口４１から供給される固形燃料の一部が剥離したもの、及び、固形燃料が崩れて生じた破片等を含む。小片５２ａの飛散量を低減する観点から、羽口４２から供給される酸素を含有するガスの断面流速は０．１８ｍ／秒以下である。小片５２ａの飛散量を十分に低減して固形燃料の有効利用を図る観点から、炉底部４Ａにおける酸素を含有するガスの断面流速は、好ましくは０．１６ｍ／秒以下であり、より好ましくは０．１４ｍ／秒以下である。
【００４７】
溶融炉部４の炉底部４Ａには羽口４２が設けられている。羽口４２からは、酸素を含むガスとして、空気と酸素発生器４３からの酸素との混合ガスを供給することが可能な構成となっている。羽口４２からのガスの供給量及び酸素濃度は、空気の流量を調節する流量調節弁４７ａと、酸素の供給量を調節する流量調節弁４７ｂとによって調節される。空気と酸素の供給比率を調節することによって、羽口４２から供給されるガスの酸素濃度を調整することができる。なお、ガスの供給量及び酸素濃度は、このような例に限定されず、別の手段で行ってもよい。例えば、空気と酸素の供給比率を調節する三方弁と、三方弁の下流側にガスの流量を調節する流量調節弁とを設けてもよい。
【００４８】
羽口４２から供給されるガスの供給量を調節することによって、炉底部４Ａにおける断面流速を調節することができる。炉底部４Ａが円柱状の内部空間である場合、ガスの断面流速は、以下の式（４）で求めることができる。なお、式（４）中、Ａは、標準状態に換算したときのガス流量［ｍ３／秒］を示し、Ｌは下段の羽口４２が設けられている高さにおける内径［ｍ］を示す。当該ガス流量は、羽口４２が複数ある場合、それぞれの羽口４２から供給されるガス流量の合計値となる。
断面流速［ｍ／秒］＝Ａ／（π×Ｌ２／４）      （４）
【００４９】
炉底部４Ａは円柱状でなくてもよい。例えば、炉底部４Ａの内部空間が四角柱状である場合、ガスの断面流速は、以下の式（５）で求めることができる。なお、式（５）中、Ａは、標準状態に換算したときのガス流量［ｍ３／秒］を示し、Ｌ１及びＬ２は、下段の羽口４２が設けられている高さにおいて内部空間を水平面で切断したときの断面の長辺及び短辺の長さ［ｍ］を示す。なお、当該断面が正方形である場合、Ｌ１＝Ｌ２となる。
断面流速［ｍ／秒］＝Ａ／（Ｌ１×Ｌ２）      （５）
【００５０】
炉底部４Ａにおける酸素を含むガスの断面流速は０．０７〜０．１８ｍ／秒であり、好ましくは０．０９〜０．１６ｍ／秒であり、より好ましくは、０．１〜０．１４ｍ／秒である。炉底部４Ａの径が高さ方向に変化している場合、断面流速は、炉底部４Ａにおいて最下段の羽口４２が設けられる高さの水平面で切断したときの内部空間の断面積に基づいて算出される。
【００５１】
図３は、固形燃料に含まれる成型炭５０の燃焼による変化を模式的に示す図である。図３（Ａ）は、燃焼前、すなわち副資材装入口４１から供給される固形燃料に含まれる成型炭５０を模式的に示している。成型炭５０は、複数の炭材５２と、複数の炭材５２同士を結着するバインダ５４を含有する。バインダ５４はリグニンスルホン酸塩を主成分として含有する。
【００５２】
図１に示される堆積層１０２を形成する固形燃料に含まれる成型炭５０は、ガス中に含まれる酸素によって燃焼する。ここで、成型炭５０に含まれる炭材５２は、バインダ５４よりも、ガスの酸素濃度の影響を受け難い傾向にある。すなわち、バインダ５４は、ガスの酸素濃度が高くなると、炭材５２よりも燃焼速度が大きくなる傾向にある。このため、ガスの酸素濃度が高くなり過ぎると、バインダ５４が炭材５２よりも先に燃焼して消失する。そして、図３（Ｂ）に示すように、小片５２ａが残存する。バインダ５４で結着されていない小片５２ａは、バインダ５４で結着されているものに比べて、堆積層１０２から飛散しやすい傾向にある。
【００５３】
小片５２ａの飛散量を低減する観点から、酸素を含有するガスにおける酸素濃度は、３５体積％以下であり、好ましくは３３体積％以下である。一方、酸素濃度が低くなり過ぎると、固形燃料の燃焼に必要なガスの量が増えるため、炉底部４Ａにおける温度が低下する傾向にある。特に、酸素濃度が２６．５体積％以下になると固形燃料の消費量が急増する。このため、ランニングコストが増加する傾向にある。このような観点から、酸素を含有するガスにおける酸素濃度は、２７体積％以上であり、好ましくは２９体積％以上である。
【００５４】
羽口４２から供給される、酸素を含有するガスにおける酸素濃度は、２７〜３５体積％であり、好ましくは２９〜３３体積％である。これによって、溶融炉部４における固形燃料の飛散の抑制しつつ、溶融炉部４における温度を確保するために必要となる固形燃料を低減することができる。したがって、固形燃料の使用量が低減され、ランニングコストを十分に低減することができる。
【００５５】
図１に戻り、溶融炉部４の羽口４２よりも上方には、一酸化炭素及び二酸化炭素の濃度を検知可能なガス検知部４８が設置されている。ガス検知部４８によって、溶融炉部４における一酸化炭素及び二酸化炭素の濃度を測定できる。これらの測定値と、羽口４２からのガスの吹込み量に基づいて、上記式（２）及び式（３）によって消費されるそれぞれの炭素の量を算出することができる。副資材装入口４１から供給される固形燃料に含まれる炭素の量から、式（２）及び式（３）によって消費される炭素の合計量を差し引くことによって、炉底部４Ａから飛散する炭素の量を算出することができる。
【００５６】
炉底部４Ａから飛散する固形燃料の割合を低減して、ランニングコストを一層低減する観点から、固形燃料に含まれる炭素量に対する、炉底部４Ａから飛散する炭素量の割合は、好ましくは２０質量％以下であり、より好ましくは１５質量％以下である。固形燃料の消費量を一層低減する観点から、固形燃料に含まれる炭素量に対する、式（２）の反応によって消費される炭素量の割合は、好ましくは４０質量％以上であり、より好ましくは５０質量％以上である。
【００５７】
ガス検知部４８としては、水素ガス及びメタンガスを検知可能な市販のガスセンサを用いることができる。ガス検知部４８は、水素ガス及びメタンガスの濃度を検知できるようなセンサ部を溶融炉部４の内部に設置してもよいし、溶融炉部４に管等のサンプリング設備を設置し、サンプリングしたガスを市販のガスセンサで測定するようなものであってもよい。
【００５８】
廃棄物ガス化溶融炉１０は、溶融炉部４における炉底部４Ａから固形燃料の小片５２ａが飛散することを抑制し、固形燃料を燃料として有効利用することができる。したがって、成型炭を含む固形燃料を用いてランニングコストを低減することができる。
【００５９】
以上、本発明の幾つかの実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、上述の廃棄物溶融炉は、炭化火格子部を有する連通部を備えているが、このような連通部を備えていない縦型の廃棄物溶融炉であってもよい。
【実施例】
【００６０】
以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【００６１】
＜高炉用コークスと成型炭の比較＞
（比較例１）
固形燃料として通常の高炉用コークス（粒径：２０〜８０ｍｍ）を用い、図１に示すようなシャフト部と、炭化火格子部を備える連通部と、溶融炉部を備える廃棄物ガス化溶融炉の運転を行った。高炉用コークスの高位発熱量は表１に示すとおりであった。シャフト部の廃棄物装入口から一般廃棄物を装入するとともに副資材装入口から固形燃料として高炉用コークスを装入した。シャフト部における廃棄物の高さと、炉底部の出湯口から排出される溶融物の温度（約１３６０℃）がほぼ一定となるように運転を行った。炉底部の羽口から供給されるガスの酸素濃度、及び、炉底部における断面流速は、表１に示すとおりとした。定常状態において、単位質量の廃棄物を完全に溶融するのに必要な固形燃料（高炉用コークス）の使用量及び発熱量を求めた。結果は表１に示すとおりであった。
【００６２】
（比較例２）
固形燃料として、高炉用コークスに変えて、以下のとおりにして調製した成型炭を用いたこと以外は、比較例１と同様にして廃棄物ガス化溶融炉の運転を行った。
【００６３】
液体バインダとして、市販のリグニンスルホン酸マグネシウム水溶液（日本製紙株式会社製、商品名：サンエキスＭ１００、数平均分子量：３０００）と市販の粉コークス（水分：２０質量％、粒径：３ｍｍ以下）を準備した。粉コークスを、乾燥器において乾燥させた後、これにリグニンスルホン酸マグネシウム水溶液を配合して混合し、混合物を調製した。このときの混合割合は、粉コークス１００質量部に対してリグニンスルホン酸マグネシウム水溶液を２２．５質量部とした。
【００６４】
調製した混合物に水を加えて、約１０質量％の水を含有する成型原料を調製した。ダブルロール成型機に、この成型原料を供給して成型炭を製造した。目開きが３０ｍｍの篩を用いて製造した成型炭の篩分けを行い、１２０ｃｍ３程度の体積を有する成型炭を得た。成型炭の高位発熱量は表１に示すとおりであった。比較例１と同様にして、定常状態における、単位質量の廃棄物の溶融に要する固形燃料（成型炭）の使用量及び発熱量を求めた。結果は表１に示すとおりであった。
【００６５】
【表１】
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【００６６】
表１に示すとおり、発熱量換算でみると、比較例２の成型炭は、比較例１の高炉用コークスに比べて１．２倍以上の固形燃料を消費していた。このため、固形燃料を、単に高炉用コークスから成型炭に置換しただけでは、廃棄物溶融炉のランニングコストを低減できないことが確認された。
【００６７】
＜炉底部の断面流速、及び、羽口から供給されるガスの酸素濃度の影響＞
（実施例１〜３、比較例３〜６）
比較例２で用いた成型炭と同じ成型炭を用いて、図１と同じ構成を有する小型の廃棄物ガス化溶融炉の運転を行った。具体的には、図１の副資材装入口４１から成型炭を装入し、炉底部４Ａにおいて成型炭を燃焼するモデル実験を行った。
【００６８】
炉底部の羽口から供給されるガスの酸素濃度、及び、炉底部におけるガスの断面流速は、表２及び表３に示すとおりとした。酸素濃度及び断面流速は、それぞれ、ガスを標準状態に換算したときの値である。定常状態において、単位質量の廃棄物の溶融に必要な固形燃料の発熱量を求めた。また、羽口の上方に設置されたガス検知部によって、一酸化炭素及び二酸化炭素の濃度を測定した。これらの測定値と、羽口からのガスの吹込み量に基づいて、上記式（２）及び式（３）によって消費されるそれぞれの炭素の量を算出した。廃棄物ガス化溶融炉に供給される固形燃料に含まれる炭素量から、式（２）及び式（３）によって消費される炭素の合計量を差し引くことによって、炉底部から飛散する炭素量を算出した。また、それぞれの炭素の消費割合及び飛散割合を算出した。結果は表２及び表３に示すとおりであった。
【００６９】
（比較例７）
固形燃料として比較例１と同じ高炉用コークスを用いたこと以外は、比較例６と同様にして廃棄物溶融炉の運転を行った。結果は表３に示すとおりであった。比較例７は、高炉用コークスを用いているため、ランニングコストを低減することができない。
【００７０】
【表２】
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【００７１】
【表３】
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【００７２】
実施例１〜３は、消費される炭素量と飛散する炭素量の合計値（ｋｇ／ｈ）が、比較例３よりも小さくなっていた。このことから、実施例１〜３は固形燃料の消費量を低減できることが確認された。
【００７３】
図４は、羽口から供給されるガスの酸素濃度が３０体積％である実施例１，２及び比較例４，５の炉底部の断面流速と飛散した炭素の割合の関係を示すグラフである。図４の結果からすると、断面流速が所定値（約０．１２ｍ／秒）以上になると、飛散する炭素の割合が直線的に増加すると予測される。そこで、実施例１のデータを除く、実施例２、比較例４，５の３つのデータから最小二乗法によって、断面流速と飛散した炭素の割合の相関関係を求めたところ、図４に示す直線関係が得られた。この結果から、炉底部における断面流速が０．１８ｍ／秒以下であれば、剥離飛散の割合を２０質量％以下に維持できることが分かった。
【００７４】
図４、表２及び表３に示す結果等から、羽口から供給されるガスの酸素濃度を２７〜３５体積％、及び、炉底部における断面流速を０．０７〜０．１８ｍ／秒にすることによって、成型炭を含む固形燃料の飛散が抑制され、廃棄物溶融炉のランニングコストを低減できることが確認された。
【００７５】
＜燃焼速度の評価＞
（参考例１）
上述の実施例１で用いた成型炭に含まれる粉コークス及びリグニンスルホン酸塩の熱重量分析を行って燃焼速度を評価した。熱重量分析は、廃棄物溶融炉の炉底部の温度を想定して１０００℃にて行った。熱重量分析の雰囲気が酸素濃度２１体積％、３０体積％及び３７体積％の場合について、それぞれ分析を行った。結果は、図５に示すとおりであった。
【００７６】
図５に示すとおり、酸素濃度が３０体積％付近では粉コークスとリグニンスルホン酸塩の燃焼速度がほぼ同じであった。これに対し、酸素濃度が３７体積％付近にまで上昇するとリグニンスルホン酸塩の燃焼速度が粉コークスの燃焼速度よりもかなり大きくなった。廃棄物溶融炉の炉底部において、このようにリグニンスルホン酸塩の燃焼速度の方が大きくなると、バインダであるリグニンスルホン酸塩が先に燃焼し、残存した粉コークスが小片として炉底部から飛散し易くなると推察される。
【符号の説明】
【００７７】
２…シャフト部、３…炭化火格子部、３Ａ…供給炭化火格子（炭化火格子）、３Ｂ…乾留炭化火格子（炭化火格子）、４…溶融炉部、４Ａ…炉底部、５…連通部、１０…廃棄物ガス化溶融炉、２１…廃棄物装入口、２２…炉内ガス排出口、２３…開口部、３１…駆動装置、３２ａ…第１回収室、３２ｂ…第２回収室、３６…送風装置、４１…副資材装入口、４２…羽口、４３…酸素発生器、４４…出湯口、４５…逆円錐台部、４６…開口部、４７ａ，４７ｂ…流量調節弁、４８…ガス検知部、５０…成型炭、５２…炭材、５２ａ…小片、５４…バインダ、１００…廃棄物充填層、１０１…充填層、１０２…堆積層、１０２Ａ…燃焼反応領域、１０２Ｂ…ガス化反応領域。
【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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