(57)【要約】【課題】安定して廃棄物の処理を行うとともに炭素固形燃料を低減することが可能な廃棄物ガス化溶融炉を提供すること。【解決手段】廃棄物ガス化溶融炉１０は、廃棄物を乾燥及び熱分解させるシャフト部２と、シャフト部２と炉芯をずらして配置され、上部側に熱分解された廃棄物及び炭素系固形燃料が供給される開口部４６と炉底側に燃焼用の酸素富化空気を吹き込む羽口４２とを有する溶融炉部４と、シャフト部２の底部側開口部２３と溶融炉部４の上部側開口部４６とを連結する連通部５を備える。廃棄物ガス化溶融炉１０は、炭素系固形燃料の装入量を調節する装入量調節手段と、酸素富化空気の供給量を調節する供給量調節手段４７と、廃棄物の装入量の実績値に応じて、装入量調節手段及び供給量調節手段４７による調節量と調節タイミングを制御する制御部を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部側に廃棄物装入口及び炉内ガス排出口、並びに底部側に廃棄物が排出される開口部を有し、内部に充填された廃棄物を乾燥及び熱分解させるシャフト部と、
前記シャフト部と炉芯をずらして配置され、上部側に熱分解された廃棄物及び炭素系固形燃料が供給される開口部と炉底側に燃焼用の酸素富化空気を吹き込む羽口とを有する溶融炉部と、
前記シャフト部の底部側開口部と前記溶融炉部の上部側開口部とを連結する連通部と、を備える廃棄物ガス化溶融炉の運転方法であって、
前記廃棄物装入口からの廃棄物の単位時間当たりの装入量の変化に追従するように、前記炭素系固形燃料の単位時間当たりの装入量を自動で調節する第１の調節工程と、
調節された前記炭素系固形燃料の装入量に応じて、前記羽口からの前記酸素富化空気の単位時間当たりの供給量を自動で調節する第２の調節工程と、を有する、廃棄物ガス化溶融炉の運転方法。
【請求項２】
前記第１の調節工程における前記炭素系固形燃料の装入量の調節は、前記廃棄物の装入量が変化してから、所定時間経過後に行う、請求項１に記載の廃棄物ガス化溶融炉の運転方法。
【請求項３】
前記第２の調節工程において、
前記炭素系固形燃料に含まれる炭素の理論燃焼酸素量をＡ、前記羽口から供給される前記酸素富化空気に含まれる酸素量をＢとしたきに、Ａ／Ｂ（モル基準）を０．３〜１．２に制御する、請求項１又は２に記載の廃棄物ガス化溶融炉の運転方法。
【請求項４】
上部側に廃棄物装入口及び炉内ガス排出口、並びに底部側に廃棄物が排出される開口部を有し、内部に充填された廃棄物を乾燥及び熱分解させるシャフト部と、
前記シャフト部と炉芯をずらして配置され、上部側に熱分解された廃棄物及び炭素系固形燃料が供給される開口部と炉底側に燃焼用の酸素富化空気を吹き込む羽口とを有する溶融炉部と、
前記シャフト部の底部側開口部と前記溶融炉部の上部側開口部とを連結する連通部と、を備える廃棄物ガス化溶融炉であって、
前記炭素系固形燃料の単位時間当たりの装入量を調節する装入量調節手段と、
前記酸素富化空気の単位時間当たりの供給量を調節する供給量調節手段と、
前記廃棄物の装入量の実績値に応じて、前記装入量調節手段による装入量及び前記供給量調節手段による供給量を制御するとともに、前記装入量調節手段及び前記供給量調節手段による調節タイミングを制御する制御部と、を有する廃棄物ガス化溶融炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉上部から廃棄物が装入されるシャフト部と、熱分解された廃棄物を燃焼させるとともに熱分解残渣を溶かす溶融炉部と、シャフト部と溶融炉部とをつなぐ連結部とを備える廃棄物ガス化溶融炉及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般廃棄物や産業廃棄物などを処理する方法として、炭素系固形燃料（例えばコークス）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やメタルなどの資源として回収できる利点がある。
【０００３】
廃棄物の資源化のニーズの高まりを背景に、日本において１９７０年代から廃棄物ガス化溶融炉の研究がなされ、これまでに種々のタイプの溶融炉が開発されている。特許文献１に記載の廃棄物溶融処理装置はその一例である。当該文献に記載の装置は、装入される廃棄物を乾燥させるためのシャフト部と、熱分解後の廃棄物を燃焼させるとともに熱分解残渣を溶かすための溶融炉部とを備え、シャフト部と溶融炉部の炉心をずらして配置され、これらの間に廃棄物を更に熱分解するための炭化火格子部が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０４３８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、廃棄物ガス化溶融炉は、性状の異なる廃棄物を連続的に処理することが求められる。廃棄物の性状によって、廃棄物の処理速度が変動し、これに伴って、廃棄物の装入量を調整する必要がある。ここで、特許文献１のような溶融炉では、廃棄物の装入位置と、炭素系固形燃料等の副資材の装入位置が異なっている。このため、廃棄物の装入量の変動に併せ、同時に副資材の装入量を変更すると溶融炉部に供給される廃棄物の量と副資材の量が適正でない時間帯が見られるため、これに応じて炭素系固形燃料を増量する等の対応が必要であった。
【０００６】
このような事情の下、溶融炉部に供給される廃棄物の量に見合うように運転条件を調整することによって、性状の異なる廃棄物の処理を安定的に継続できるような技術を確立することが求められている。本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、安定して廃棄物の処理を行うことが可能であり、炭素固形燃料を低減することが可能な廃棄物ガス化溶融炉及びその運転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】
【０００７】
本発明は、上部側に廃棄物装入口及び炉内ガス排出口、並びに底部側に廃棄物が排出される開口部を有し、内部に充填された廃棄物を乾燥及び熱分解させるシャフト部と、シャフト部と炉芯をずらして配置され、上部側に熱分解された廃棄物及び炭素系固形燃料が供給される開口部と炉底側に燃焼用の酸素富化空気を吹き込む羽口とを有する溶融炉部と、シャフト部の底部側開口部と溶融炉部の上部側開口部とを連結する連通部と、を備える廃棄物ガス化溶融炉の運転方法であって、廃棄物装入口からの廃棄物の単位時間当たりの装入量の変化に追従するように、炭素系固形燃料の単位時間当たりの装入量を自動で調節する第１の調節工程と、調節された炭素系固形燃料の装入量に応じて、羽口からの酸素富化空気の単位時間当たりの供給量を自動で調節する第２の調節工程と、を有する、廃棄物ガス化溶融炉の運転方法を提供する。
【０００８】
上記本発明の廃棄物ガス化溶融炉の運転方法によれば、廃棄物装入口からの廃棄物の装入量の変化に追従するように、炭素系固形燃料の単位時間当たりの装入量を自動で調節していることから、廃棄物の装入量に見合った量の炭素系固形燃料が装入されることとなる。そして、炭素系固形燃料の単位時間当たりの装入量に応じて、羽口からの酸素富化空気の単位時間当たりの供給量を自動で調節している。したがって、廃棄物の溶融に必要な炭素系固形燃料を最小限に維持しつつ、溶融炉部における溶融状態を安定的に維持することができる。
【０００９】
上記第１の調節工程における炭素系固形燃料の装入量の調節は、廃棄物の装入量が変化してから、所定時間経過後に行うことが好ましい。これによって、廃棄物がシャフト部及び連通部内を移動して溶融炉部の上部側開口物に到達したタイミングで、炭素固形燃料の装入量が調節されることとなる。したがって、廃棄物ガス化溶融炉を一層安定して運転することができる。
【００１０】
上記第２の調節工程において、炭素系固形燃料に含まれる固定炭素の理論燃焼酸素量をＡ、羽口から供給される酸素富化空気に含まれる酸素量をＢとしたきに、Ａ／Ｂ（モル基準）を０．３〜１．２に制御することが好ましい。これによって、溶融炉部における溶融状態を一層安定的に維持することができる。
【００１１】
本発明ではまた、上部側に廃棄物装入口及び炉内ガス排出口、並びに底部側に廃棄物が排出される開口部を有し、内部に充填された廃棄物を乾燥及び熱分解させるシャフト部と、シャフト部と炉芯をずらして配置され、上部側に熱分解された廃棄物及び炭素系固形燃料が供給される開口部と炉底側に燃焼用の酸素富化空気を吹き込む羽口とを有する溶融炉部と、シャフト部の底部側開口部と溶融炉部の上部側開口部とを連結する連通部と、を備える廃棄物ガス化溶融炉であって、炭素系固形燃料の単位時間当たりの装入量を調節する装入量調節手段と、酸素富化空気の単位時間当たりの供給量を調節する供給量調節手段と、廃棄物の装入量の実績値に応じて、装入量調節手段による装入量及び供給量調節手段による供給量を制御するとともに、装入量調節手段及び供給量調節手段による調節タイミングを制御する制御部とを有する廃棄物ガス化溶融炉を提供する。
【００１２】
本発明の廃棄物ガス化溶融炉は、廃棄物の単位時間当たりの装入量の変化に応じて、炭素系固形燃料の単位時間当たりの装入量と酸素富化空気の単位時間当たりの供給量を調節するとともに、これらの調節のタイミングを制御する制御部を有している。したがって、廃棄物の装入量に見合った量の炭素系固形燃料とこれに見合った量の酸素富化空気を、適切なタイミングで供給することができる。したがって、炭素系固形燃料の装入量が低減できるとともに、廃棄物ガス化溶融炉の安定運転を継続することができる。このような廃棄物ガス化溶融炉は、炭素系固形燃料の浪費を抑えつつ安定的に自動運転することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、安定して廃棄物の処理を行うことが可能であり、炭素固形燃料を低減することが可能な廃棄物ガス化溶融炉及びその運転方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の廃棄物ガス化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】本発明の廃棄物ガス化溶融炉の機能的な構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の廃棄物ガス化溶融炉の運転方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。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。
【００１６】
＜廃棄物ガス化溶融炉＞
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。炭化火格子部３はシャフト部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は炭化された廃棄物を燃焼させるとともに融解する。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の底部側開口部２３と溶融炉部４の上部側開口部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。以下、各構成について説明する。
【００１７】
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。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へと排出される。シャフト部２の内径及び高さは、炉の処理能力等に応じて適宜決定することができるが、例えば、シャフト部２内の廃棄物の充填高さを少なくとも下端面から１ｍ以上で管理することのできる高さにすることが好ましい。充填高さを１ｍ以上に確保することによって、シャフト部２内において炉内ガスの吹き抜け現象を抑制できる。
【００１８】
廃棄物装入口２１から装入される、単位時間当たりの廃棄物の装入量の実績値(ton/h）は、廃棄物を廃棄物装入口２１に運搬するクレーンの掴み重量（クレーンが掴んだ廃棄物の重量）に基づいて算出される。
【００１９】
溶融炉部４の形状は、例えば円筒形である。溶融炉部４の上方には、炭素系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。炭素系固形燃料として、コークス、及び、バイオマスの炭化物などを使用でき、これら以外の炭素系可燃性物質を使用してもよい。また、炭素系固形燃料の他に、塩基度調整剤としての石灰石等を副資材装入口４１から装入してもよい。
【００２０】
副資材装入口４１の上流側には、コークスなどの炭素系固形燃料の単位時間当たりの装入量を調節できる装入量調節手段４９（図１には図示しない。図２参照）が設けられている。装入量調節手段４９としては、例えば振動フィーダが挙げられる。「設定燃料比」として、廃棄物の単位時間当たりの装入量に対して必要な炭素系固形燃料の単位時間当たりの装入量を決めておけば、廃棄物の装入量の変動に応じて、炭素系固形燃料の装入量を自動で調節することができる。廃棄物の装入量の実績値（ton/h）と、設定燃料比（kg/ton-廃棄物）との積が、必要な炭素系固形燃料の装入量(kg/h)となる。炭素系固形燃料の装入量の実績値は、例えば、炭素系固形燃料が貯留されるホッパーに取り付けられたロードセルによって重量を測定し、時間当たりの重量減少量を算出することによって求めることができる。炭素系固定燃料に含まれる固定炭素の含有率を予め調べておけば、（単位時間当たりの炭素系固定燃料の装入量）×（固定炭素の含有率）を計算することによって、単位時間当たりの固定炭素の供給量を求めることができる。炭素系固定燃料の固定炭素の含有率は、例えば８５〜９５質量％であり、この含有率は元素分析法によって測定することができる。
【００２１】
溶融炉部４の炉底には、複数の羽口４２が周方向に並んで配置されており、これらの羽口４２から溶融炉部４内に酸素富化空気が吹き込まれる。これにより、炭素系固形燃料及び熱分解残渣が燃焼する。なお、酸素富化空気とは、通常の空気よりも酸素濃度が高められた空気を意味する。
【００２２】
羽口４２からは、空気と酸素発生器４３からの酸素との混合ガスである酸素富化空気を供給することが可能な構成となっている。羽口４２からの酸素富化空気の供給量は、供給量調節手段を構成する流量調節弁４７ａによって調節される。酸素富化空気における酸素濃度の調整は、酸素の流量を調節する流量調節弁４７ｂによって行ってもよい。
【００２３】
溶融炉部４の炉底には、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。
【００２４】
溶融炉部４は、連通部５との連結位置（炭化火格子部３の最下端）から羽口４２までの間に絞り部をなす逆円錐台部（いわゆる朝顔部）４５を有するのが好ましい。逆円錐台部４５の傾斜角θは７５°より大きいことが好ましい。傾斜角θが７５°以下、特に７０°以下であると、特に逆円錐台部４５の壁面との摩擦によって荷下がりが停滞し、廃棄物の降下が不安定となる場合がある。逆円錐台部４５の傾斜角θを７５°より大きく設定することで、溶融炉部４内の充填物の荷下がりを促進させ、廃棄物の降下が不安定となることを防止することができる。
【００２５】
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。連通部５内において廃棄物の燃焼が進行して灰分が生成しないように、つまり還元雰囲気を維持できるように、送風量を調節しながら廃棄物を熱分解（乾留）して炭化させることが望ましい。
【００２６】
炭化火格子部３は、上記のとおり、廃棄物を熱分解（乾留）するための機能のみならず、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も有する。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。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）。かかる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。なお、炭化火格子部３を固定炭化火格子のみで構成し、供給装置を別に設けてもよい。供給装置の一例として、プッシャーが挙げられる。
【００２７】
連通部５の底面は、複数の炭化火格子で構成されており、全体が平坦面であるわけではないが、全体としてはシャフト部２側から溶融炉部４側に向けて低くなるように傾斜している。
【００２８】
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。炭化火格子部３の幅、特に供給炭化火格子３Ａの幅は、シャフト部２の内径と同程度であることが好ましい。シャフト部２から炭化火格子部３に切り替わる箇所において炭化火格子部３の幅とシャフト部２の内径を同程度とすることによって、廃棄物の荷下がりを安定化できる。その結果、シャフト部２から炭化火格子部３に切り替わる箇所やシャフト部２内において、廃棄物の移送及び降下が不安定となることを抑制できる。
【００２９】
供給炭化火格子３Ａの最上段の炭化火格子は、シャフト部２の下端よりも低い位置（図１中の高さｈ１＞０）に設けられていることが好ましい。かかる構成を採用することで、供給炭化火格子３Ａにおける可動炭化火格子の往復動によってシャフト部２の下端周辺の廃棄物が圧縮されて廃棄物の移送が不安定になることを抑制できる。また、供給炭化火格子３Ａの最下端部からシャフト部２の下端までの距離（図１中の高さｈ２）は、以下の条件を満たすように設定することが好ましい。すなわち、当該箇所における連通部５の縦断面の面積（＝高さｈ２×連通部５の幅）がシャフト部２の開口部２３の開口面積（楕円面積）よりも小さくなるように高さｈ２を設定することが好ましい。かかる構成を採用することで、連通部５からシャフト部２にガスが流れ込む際、ガスの流速が上がるためシャフト部２内に十分均一にガスを行き届かせることが可能となる。
【００３０】
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し、炭化された廃棄物を溶融炉部４へと押し出して供給する。乾留炭化火格子３Ｂは、供給炭化火格子３Ａと同じ幅であってもよく、異なる幅であってもよい。乾燥及び熱分解の進行に伴って廃棄物は減容化するので、シャフト部２の内径や連通部５の幅に比べて溶融炉部４の炉底内径は小さくてもよい。乾留炭化火格子３Ｂの幅は、上流側から下流側に向かうにつれて徐々に小さくなるように設定されていてもよく、例えば乾留炭化火格子３Ｂの下流側の幅と、溶融炉部４の上部側開口部４６の内径（幅）とがなるべく一致するように、乾留炭化火格子３Ｂの幅を調整してもよい。このように乾留炭化火格子３Ｂの幅を調整することで、逆円錐台部４５の絞り率を緩和することができ、その結果、逆円錐台部４５の傾斜角θが７５度を下回る形状となるのを回避できる。
【００３１】
図１に図示した供給炭化火格子３Ａ及び乾留炭化火格子３Ｂはいずれも、水平方向に炭化火格子が延びる水平炭化火格子である。かかる構成は、廃棄物の処理量が比較的多い大規模な溶融炉に適している。なお、供給炭化火格子３Ａ及び乾留炭化火格子３Ｂは当該構成に限定されず、これらの一方又は両方が傾斜炭化火格子、すなわち、先端側が上方向又は下方向に向かって傾斜する配置されていてもよい。
【００３２】
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による廃棄物の供給速度も独立して制御できる。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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は、例えば４００ｍｍピッチ以下であることが好ましい。供給炭化火格子３Ａ及び乾留炭化火格子３Ｂから供給する空気は、常温であってもよく、例えば２００℃まで予熱されていてもよい。空気の予熱は、例えば炉内ガス排出口２２から排出される高温ガスとの熱交換によって行うことができる。
【００３７】
図２は、本実施形態の廃棄物ガス化溶融炉の機能的な構成を示すブロック図である。廃棄物の単位時間当たりの装入量の実績値(ton/h)は、制御部６０に入力される。制御部６０には、「遅れ時間Ｔ(h)」と、「設定燃料比(kg/ton-廃棄物)」が記憶されている。遅れ時間Ｔは、廃棄物ガス化溶融炉１０のサイズや廃棄物の性状に応じて適宜設定可能な時間であり、例えば、２〜４時間である。設定燃料比は、廃棄物の性状や炭素系固形燃料の種類に応じて適宜変更することができる。制御部６０は、廃棄物の装入量の実績値と設定燃料比とから、以下の式（１）によって、炭素系固形燃料の装入量を計算する。
廃棄物の装入量の実績値(ton/h)×設定燃料比(kg/ton-廃棄物)
＝炭素系固形燃料の装入量(kg/h)          （１）
【００３８】
制御部６０は、上述の計算結果に基づいて、装入量調節手段４９に、炭素系固形燃料の装入量(kg/h)に関する制御信号を送信する。このとき、制御部６０は、遅れ時間Ｔを考慮した制御を行う。すなわち、制御部６０は、廃棄物の装入量の実績値が入力されてから、遅れ時間Ｔ経過後に、装入量調節手段４９に制御信号を送信する。したがって、装入量調節手段４９による調節は、装入量の実績値が入力されてから、遅れ時間Ｔが経過した後に行われる。これによって、廃棄物がシャフト部２及び連通部５内を移動する時間に応じた炭素系固形燃料の制御が可能となる。炭素系固形燃料の装入量が調節されることとなる。
【００３９】
装入量調節手段４９は、制御部６０からの制御信号に基づいて、副資材装入口４１から装入される炭素系固形燃料の装入量を調節する。このようにして、上部側開口部４６からの廃棄物の装入量の変化に対応して、炭素系固形燃料の装入量が調節される。このような制御を行うことによって、溶融炉部４に移送される廃棄物の量に見合った量の副資材を装入することが可能となり、安定した溶融状態を維持することができる。また、炭素系固形燃料の装入量が過剰になることを抑制することができる。なお、炭素系固形燃料の装入量の調節と同様にして、副資材装入口４１から炭素系固形燃料と同時に装入される石灰石等の副資材の装入量も調節してもよい。
【００４０】
また、制御部６０には、炭素系固形燃料に含まれる固定炭素の含有割合（質量割合）のデータが記憶されている。この固定炭素の含有割合と、上記式（１）で計算された炭素系固形燃料の装入量とから、下記式（２）によって、炭素系固形燃料の固定炭素を燃焼させるために必要な酸素の理論量「理論燃焼酸素量(Nm3/h)」を算出する。
炭素系固形燃料の装入量(kg/h)×固定炭素の含有割合／１２(kg/kmol)×２２．４(Nm3/kmol)  ＝  理論燃焼酸素量(Nm3/h）    （２）
【００４１】
制御部６０は、上記式（２）の計算結果と、酸素富化空気の酸素濃度とに基づいて、供給量調節手段４７に、羽口４２からの酸素富化空気の供給量に関する制御信号を送信する。酸素富化空気の酸素濃度は、予め制御部６０に酸素濃度データを記憶しておき、このデータと理論燃焼酸素量とから酸素富化空気の量を制御部６０で計算してもよい。
【００４２】
供給量調節手段４７は、制御部６０からの制御信号に基づいて、羽口４２から供給される酸素富化空気の供給量を調節する。酸素富化空気の供給量の調節は、流量調節弁４７ａによって行うことができる。このようにして、羽口４２から供給される酸素の供給量は、副資材装入口４１から装入される炭素系固形燃料の量に見合った量に調節される。供給量調節手段４７による調節も、廃棄物装入量の実績値が制御部６０に入力されてから、遅れ時間Ｔが経過した後に行う。
【００４３】
このような制御を行うことによって、単位時間当たりの炭素系固形燃料及び酸素富化空気の装入量及び供給量を、上部側開口部４６から装入される廃棄物の単位時間当たりの装入量に見合った量に調整することができる。したがって、炭素系固形燃料の過剰な装入が抑制されるとともに、廃棄物ガス化溶融炉１０の安定運転を自動で行うことができる。羽口４２から供給される酸素富化空気の酸素濃度は、流量調節弁４７ｂの開度を調節して空気と酸素発生器４３からの酸素との混合比率を変更することによって調整してもよい。
【００４４】
制御部６０は、廃棄物ガス化溶融炉１０全体の制御処理を行うものであってもよく、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）及び入出力インターフェイスなどを備えていてもよい。
【００４５】
廃棄物装入口２１から装入される廃棄物の量や性状が変化すると、従来は運転員による煩雑な運転調整が必要であったが、本実施形態の廃棄物ガス化溶融炉１０によれば、制御部６０で、廃棄物の装入量の測定値に基づいて、炭素固形燃料の装入量と酸素富化空気の供給量とを制御することによって、廃棄物ガス化溶融炉１０を安定的に運転することができる。したがって、廃棄物ガス化溶融炉１０の自動運転を行うことも可能となる。
【００４６】
＜廃棄物ガス化溶融炉の運転方法＞
次に、上記廃棄物ガス化溶融炉１０の運転方法を説明する。処理すべき廃棄物を廃棄物装入口２１からシャフト部２に装入する。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、焼却灰などの単体又は混合物、ある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から乾留された廃棄物やチャーを廃棄物と共に投入してもよい。
【００４７】
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から吹き込まれた空気や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。廃棄物の乾燥及び熱分解には廃棄物自身が発する熱も利用される。廃棄物は、シャフト部２内を徐々に降下し、供給炭化火格子３Ａ上に到達し、供給炭化火格子３Ａで更に熱分解され、その後、乾留炭化火格子３Ｂへと送られる。廃棄物は、乾留炭化火格子３Ｂで更に熱分解されて炭化が進行し、上部側開口部４６から落下して溶融炉部４に供給される。
【００４８】
炭化された廃棄物によって溶融炉部４内に充填層１０１が形成される。溶融炉部４内には副資材装入口４１からコークス（炭素系固形燃料）を装入する。また、羽口４２から酸素富化空気を吹き込むことによってコークス及び廃棄物の固定炭素を燃焼させる。これにより炉底に高温のコークスベット１０２が形成され、その熱で廃棄物に含まれる灰分や不燃成分を溶融する。一方、炉内ガス排出口２２から排出された高温ガスは、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する。
【００４９】
送風装置３６から、炭化火格子部３を通じて炉内に吹き込む空気の送風量は、操業時に炉内に吹き込まれる全酸素量の６０％以上の酸素割合となるように調節することが好ましい（酸素供給条件１）。一方、溶融炉部４に供給される酸素割合は、全酸素量の４０％未満となるように羽口４２の送風量及び／又は酸素富化空気の酸素濃度を調節することが好ましい。
【００５０】
上記酸素供給条件１を満たすように廃棄物ガス化溶融炉１０を運転することで、シャフト部２及び炭化火格子部３において廃棄物自身の燃焼熱を利用して廃棄物の乾燥及び熱分解を促進できる。より好ましくは、シャフト部２内における乾燥及び熱分解を経た後、炭化火格子部３で更に炭化された後の廃棄物に含まれる水分が１０％以下であり且つ残存する固定炭素が３％以上となるように、炭化火格子部３から炉内に吹き込む空気量を調節することが好ましい（酸素供給条件２）。例えば水分が４５％以上であり且つ固定炭素が１０％以上である一般廃棄物を、水分が１０％以下であり且つ残存する固定炭素が３％以上となるように廃棄物を乾燥、熱分解及び炭化するのに好適な空気量は、理論空気量に対する空気比が０．２〜０．３である。ただし、廃棄物の種類によって水分や灰分の含有量が異なる場合があるので、空気比としては０．１〜０．４の範囲内で調節すればよい。
【００５１】
羽口４２から酸素富化空気の送風量を調節したり、酸素富化空気の酸素濃度を調整したりすることによって、炭化火格子部３の酸素供給条件１，２を満足することが好ましい。溶融炉部４に供給される廃棄物は十分に乾燥していることが望ましい反面、乾燥及び熱分解が進行し過ぎると固定炭素がガス化してしまい、溶融に利用する廃棄物自身の燃焼熱が減ってしまう。水分量及び残存固定炭素量を良好にバランスさせ、両方の値が良好な範囲となる運転条件を試験的に見出すことで、炉内を適正な状態に保ち、これにより炉底での燃焼負荷を低減することで、炭素系固形燃料の使用量及びこれに要するコストを削減できる。
【００５２】
適度に炭化が進行した廃棄物を溶融炉部４に供給するには、供給炭化火格子３Ａ及び乾留炭化火格子３Ｂの炭化火格子燃焼率が３００ｋｇ／（ｍ２・ｈ）〜５００ｋｇ／（ｍ２・ｈ）の範囲内であることが好ましい。ここでいう炭化火格子燃焼率は、単位時間及び単位面積あたりの廃棄物の処理量を意味する。上記事項を換言すれば、炭化火格子燃焼率が上記範囲内となるように、供給炭化火格子３Ａ及び乾留炭化火格子３Ｂの面積を設定することが好ましい。廃棄物の乾燥及び熱分解状態に応じて可動炭化火格子の駆動速度、各炭化火格子３Ａ，３Ｂからの送風量及び送風温度等を制御し、炉の操業時における炭化火格子燃焼率を調整してもよい。
【００５３】
炭化火格子燃焼率が５００ｋｇ／（ｍ２・ｈ）を超えると、炭化後の廃棄物の水分が１０％を超えてしまい、溶融炉部４において水分を蒸発させるために余分な燃焼負荷が発生しやすい。一方、炭化火格子燃焼率が３００ｋｇ／（ｍ２・ｈ）を下回ると、水分を殆ど蒸発させることができる反面、燃焼が進行することによって廃棄物の固定炭素がガス化し、溶融炉部４の炉底において燃焼熱の発生が不十分となりやすい。炭化火格子燃焼率を３００ｋｇ／（ｍ２・ｈ）〜５００ｋｇ／（ｍ２・ｈ）の範囲内にすることで溶融炉部４の燃焼負荷を低減できる。
【００５４】
図３は、本実施形態の廃棄物ガス化溶融炉１０の運転方法を示すフローチャートである。本実施形態の運転方法は、廃棄物装入口２１から装入する廃棄物装入量の実績値の変化に追従するように、副資材装入口４１から装入される炭素系固形燃料の装入量を自動で調節する第１の調節工程と、調節された炭素系固形燃料の装入量に応じて、羽口４２からの酸素富化空気の供給量を自動で調節する第２の調節工程とを有する。
【００５５】
廃棄物ガス化溶融炉１０は、廃棄物の性状の変化や、炉内状況の変動により、シャフト部２に充填された廃棄物充填層１００のレベルＬが変動する。このレベルＬを所定範囲に維持するため、廃棄物の装入間隔を変更する。
【００５６】
廃棄物の装入量の実績値が変化すると、制御部６０において、設定燃料比と廃棄物の装入量とから、測定された廃棄物の装入量に見合った炭素系固形燃料の装入量が算出される（Ｓ２）。第１の調節工程では、廃棄物装入口２１から装入される廃棄物の変化に追従して、副資材装入口４１から装入される炭素系固形燃料の装入量が調節される（Ｓ３）。このとき、炭素系固形燃料の装入量の調節は、廃棄物の装入量が変化してから、遅れ時間Ｔ経過後に行う。遅れ時間Ｔは、廃棄物がシャフト部２及び連通部５内の移動に所要する時間に相当する。これによって、溶融炉部４への廃棄物の供給量の変化に見合うように、炭素系固形燃料の装入量が調節されることとなり、炭素系固形燃料を過剰に消費することなく溶融炉部４で安定溶融を継続することができる。
【００５７】
制御部６０では、算出した炭素系固形燃料の装入量と、炭素系固形燃料に含まれる固形炭素の含有割合とから、上記式（２）によって理論燃焼酸素量を計算する（Ｓ４）。次に、理論燃焼酸素量の計算値と酸素富化空気の酸素濃度とに基づいて、羽口４２から供給される酸素富化空気の供給量が調節される（Ｓ５）。酸素富化空気の供給量の調節も、廃棄物の装入量が測定されてから、遅れ時間Ｔ経過後に行ってもよいし、遅れ時間Ｔにさらに炭素系固形燃料が副資材装入口４１から供給されてから、羽口４２の高さに降下するまでの時間αを加味した時間（Ｔ＋α）の経過後に行ってもよい。酸素富化空気の酸素濃度は、酸素発生器４３からの酸素と空気との混合比を変えることで任意に調整することができる。
【００５８】
上述のような運転方法を行うことによって、炭素系固形燃料の過剰な消費を抑えつつ廃棄物ガス化溶融炉１０の安定運転を自動で行うことができる。上記式（２）で算出される理論燃焼酸素量をＡ(Nm3/h)、羽口４２から供給される酸素富化空気に含まれる酸素量Ｂ(Nm3/h)としたとき、Ａ／Ｂの比は０．３〜１．２の範囲に制御することが好ましい。Ａ／Ｂが０．３を下回ると、炭素系固形燃料に含まれる固定炭素の理論燃焼酸素量に対して、羽口４２からの総酸素量が過剰となり、溶融炉部４から連通部５に酸素がリークし、リークした酸素と連通部５内に存在する一酸化炭素とが反応して異常燃焼が発生する場合がある。更に、炉の内壁に酸化溶融クリンカが形成される場合がある。溶融炉燃料比が１．２を超えると、Ａに対してＢが過少となり、溶融炉部４において炭素系固形燃料を十分に燃焼することが困難になる場合がある。また、炉底において炭素系固形燃料を十分に燃焼できない場合がある。
【００５９】
操業時における溶融炉部４内の廃棄物の充填高さは、羽口４２より上方向＋０．５ｍ〜炭化火格子部３の最下端部までの範囲内に維持することが好ましい。この範囲内に維持することによって、充填層１０１の層厚が薄くなることに起因する炉底からの酸素リークを抑制することができる。更に、充填し過ぎに起因する炭化火格子部３の熱分解効率低下や溶融炉部４内で廃棄物の降下が不安定になることを抑制できる。
【００６０】
溶融炉部４内の廃棄物の充填高さ制御は、炭化火格子部３が溶融炉部４に廃棄物を供給する速度を調節することによって行うことができる。例えば、溶融炉部４に充填層１０１の高さを検知するためのセンサー（不図示）を配置し、センサが検知する充填層１０１の高さに基づいて炭化火格子部３の供給速度を制御してもよい。
【００６１】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、形式や細部についての種々の置換、変形、変更等が、特許請求の範囲の記載により規定されるような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行われることが可能であることは、当該技術分野における通常の知識を有する者には明らかである。従って、本発明の範囲は、前述の実施形態及び添付図面に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。
【符号の説明】
【００６２】
２…シャフト部、３…炭化火格子部、３Ａ…供給炭化火格子、３Ｂ…乾留炭化火格子、４…溶融炉部、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（供給装置）、３２ａ，３２ｂ…回収室、３３ａ，３４ａ…送風管、３３ｂ，３４ｂ…流量調節弁、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…上部側開口部、４７…供給量調節手段、４７ａ，４７ｂ…流量調節弁、４９…装入量調節手段、６０…制御部、１００…廃棄物充填層、１０１…充填層、１０２…コークスベット。
【図１】
2015075246.tif 000003
【図２】
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【図３】
2015075246.tif 000005