(57)【要約】【課題】燃料ガスを酸素富化空気と混合して羽口へ吹き込み安定して燃焼させることができる廃棄物ガス化溶融装置及び廃棄物ガス化溶融方法を提供することを課題とする。【解決手段】廃棄物の投入を受け該廃棄物を熱分解、ガス化、燃焼し、残留する灰分を溶融するシャフト炉式の廃棄物ガス化溶融炉１と、酸素富化空気に燃料ガスを混合した混合気体を、廃棄物ガス化溶融炉１の炉下部に設けられた主羽口５から吹き込む混合気体吹込装置２０を備える廃棄物ガス化溶融装置において、混合気体吹込装置２０は、主羽口５に接続され混合気体を炉内へ送る送気管２２と、送気管２２の炉内側の端部を冷却する冷却部３０を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物の投入を受け該廃棄物を熱分解、ガス化、燃焼し、残留する灰分を溶融するシャフト炉式の廃棄物ガス化溶融炉と、酸素富化空気に燃料ガスを混合した混合気体を、廃棄物ガス化溶融炉の炉下部に設けられた主羽口から吹き込む混合気体吹込装置を備える廃棄物ガス化溶融装置において、
混合気体吹込装置は、主羽口に接続され混合気体を炉内へ送る送気管と、送気管の炉内側の端部を冷却する冷却部を有することを特徴とする廃棄物ガス化溶融装置。
【請求項２】
冷却部は送気管の炉内側の端部を先端から２０〜１００ｍｍまでの範囲で冷却するように形成されていることとする請求項１に記載の廃棄物ガス化溶融装置。
【請求項３】
冷却部は送気管の炉内側の端部を、混合気体の着火温度より５０℃低い温度以下、又は３００℃以下の温度に冷却するように形成されていることとする請求項１または請求項２に記載の廃棄物ガス化溶融装置。
【請求項４】
廃棄物の投入を受け該廃棄物を熱分解、ガス化、燃焼し、残留する灰分を溶融するシャフト炉式の廃棄物ガス化溶融炉と、酸素富化空気に燃料ガスを混合した混合気体を、廃棄物ガス化溶融炉の炉下部に設けられた主羽口から炉内へ送る送気管を備える廃棄物ガス化溶融装置において、
主羽口は、送気管の外周面に接面して該送気管の炉内側の端部を保持する羽口本体と、該羽口本体の外周面に接面して該羽口本体を保持する状態で炉壁に取り付けられる保持体とを有し、羽口本体は冷却部として冷却媒体の流通のための中空流路が形成され、送気管の先端は、該送気管の軸線方向で、羽口本体の先端位置よりも後方に没入していて冷却部の軸線方向範囲に位置しており、羽口本体の内径面は上記送気管の先端位置より先方で露呈面を形成していることを特徴とする廃棄物ガス化溶融装置。
【請求項５】
羽口本体は、その内径面が送気管の先端位置より先方に向けテーパ面をなしていることとする請求項４に記載の廃棄物ガス化溶融装置。
【請求項６】
送気管は、廃棄物ガス化溶融炉からの排ガス中のダストを該送気管内へ供給するダスト供給口が設けられており、羽口本体のテーパ面はダストに対して耐摩耗性を有する材料の耐摩耗層が形成されていることとする請求項５に記載の廃棄物ガス化溶融装置。
【請求項７】
テーパ面のテーパ角度は２０°〜４０°であることとする請求項５または請求項６に記載の廃棄物ガス化溶融装置。
【請求項８】
シャフト炉式の廃棄物ガス化溶融炉に廃棄物を投入し廃棄物を熱分解、ガス化、燃焼し、残留する灰分を溶融し、酸素富化空気と燃料ガスを混合した混合気体を、上記廃棄物ガス化溶融炉の炉下部に設けられた主羽口から吹き込む混合気体吹込工程を有する廃棄物ガス化溶融方法において、
混合気体吹込工程は、主羽口に接続され混合気体を炉内へ送る送気管の炉内側の端部を冷却する冷却工程を有することを特徴とする廃棄物ガス化溶融方法。
【請求項９】
冷却工程は、送気管の炉内側の端部を先端から２０〜１００ｍｍまでの範囲で冷却することとする請求項８に記載の廃棄物ガス化溶融方法。
【請求項１０】
冷却工程は、送気管の炉内側の端部を、混合気体の着火温度より５０℃低い温度以下、又は３００℃以下の温度に冷却することとする請求項８または請求項９に記載の廃棄物ガス化溶融方法。
【請求項１１】
シャフト炉式の廃棄物ガス化溶融炉に廃棄物を投入し廃棄物を熱分解、ガス化、燃焼し、残留する灰分を溶融し、酸素富化空気に燃料ガスを混合した混合気体を送気管により供給し、上記廃棄物ガス化溶融炉の炉下部に設けられた主羽口から炉内へ吹き込む混合気体吹込工程を有する廃棄物ガス化溶融方法において、
主羽口は、送気管の外周面に接面して該送気管の炉内側の端部を保持する羽口本体と、該羽口本体の外周面に接面して該羽口本体を保持する状態で炉壁に取り付けられる保持体とを有し、羽口本体は冷却部として冷却媒体の流通のための中空流路が形成され、送気管の先端は、該送気管の軸線方向で、羽口本体の先端位置よりも後方に没入していて冷却部の軸線方向範囲に位置しており、羽口本体の内径面は上記送気管の先端位置より先方で露呈面を形成していて、  
混合気体吹込工程は、該露呈面を上記冷却部により冷却する冷却工程を有することを特徴とする廃棄物ガス化溶融方法。
【請求項１２】
羽口本体は、その内径面が送気管の先端位置より先方に向けテーパ面をなしていることとする請求項１１に記載の廃棄物ガス化溶融方法。
【請求項１３】
送気管は、廃棄物ガス化溶融炉からの排ガス中のダストを該送気管内へ供給するダスト供給口が設けられており、羽口本体のテーパ面はダストに対して耐摩耗性を有する材料の耐摩耗層が形成されていることとする請求項１２に記載の廃棄物ガス化溶融方法。
【請求項１４】
テーパ面のテーパ角度は２０°〜４０°であることとする請求項１２または請求項１３に記載の廃棄物ガス化溶融方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物を熱分解、ガス化、燃焼し、残留する灰分を溶融する廃棄物ガス化溶融装置及び廃棄物ガス化溶融方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
都市ごみやシュレッダーダストなどの廃棄物を処理する技術として、廃棄物を熱分解、ガス化、燃焼して、残留する灰分を溶融しスラグにして排出する廃棄物ガス化溶融炉による廃棄物溶融処理が知られている。
【０００３】
この処理方法は、廃棄物を熱分解、ガス化することによりその熱量を回収することができるとともに、灰分を溶融してスラグとして排出した後に、埋立処分などで最終処分されるべき量を減容することができる利点を有している。このような溶融処理方法には幾つかの方式があるが、その一つとして、竪型をなすシャフト炉式の廃棄物ガス化溶融炉による方法がある。
【０００４】
このシャフト炉式の廃棄物ガス化溶融炉は、例えば、炉下部に堆積させたコークスを燃焼させ、この高温のコークス床上へ廃棄物を投入して、熱分解、ガス化するとともに残留する灰分を溶融してスラグにする処理を行う炉である（特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１のシャフト炉式の廃棄物ガス化溶融炉においては、竪型筒状をなす炉体の機能が大別して縦（上下）方向で３つの領域に区分される。すなわち、炉下部にコークスを堆積させたコークス床を有する高温燃焼帯が形成され、この高温燃焼帯の上に廃棄物層が形成され、炉体の上部にて該廃棄物層の上方に大きな空間のフリーボード部をなしている。
【０００６】
かかる廃棄物ガス化溶融炉では、上記３つの領域のそれぞれでは酸素含有ガスの炉内への吹込みが行われる。炉下部における高温燃焼帯には主羽口が設けられていて、該主羽口に接続された送気管で酸素富化空気が炉内へ吹き込まれ、高温燃焼帯では投入されて堆積されたコークス床のコークスが燃焼して、灰分を溶融する溶融熱源となっている。また、廃棄物層には副羽口が設けられ、空気が吹き込まれ、投入されて堆積された廃棄物を緩やかに流動させると共に、廃棄物を熱分解、部分酸化及びガス化させる。また、フリーボード部には三段羽口が設けられ、空気が吹き込まれ、廃棄物が熱分解されて生成した熱分解ガス（可燃性ガス）の一部を部分燃焼させて内部を所定温度に維持する。
【０００７】
このようにシャフト炉式の廃棄物ガス化溶融炉は、一つの炉で、廃棄物をその炉内での降下に伴い熱分解ガス化処理と溶融処理の両方を行うことのできる設備である。投入された廃棄物は熱分解、ガス化され、ガスと灰分が生成される。主羽口からの酸素富化空気の送風によりコークス床のコークスが燃焼され高温燃焼帯が形成され、廃棄物の灰分が溶融されスラグとメタルとして排出される。コークス床はコークス同士間に生ずる空隙で、主羽口からの酸素富化空気やコークス燃焼により発生した高温ガスを通ガスさせるとともに、溶融したスラグとメタルを通液させる高温火格子としても機能している。高温燃焼帯のコークス燃焼により発生した高温ガスが、高温燃焼帯の上に形成された廃棄物層の廃棄物を加熱し、副羽口からの空気の送風により廃棄物は熱分解、ガス化され、この熱分解により発生した可燃性ガスを含むガスは廃棄物層内を上昇し、フリーボード部を経て、炉内上部に設けられた排出口より、炉外の二次燃焼室へ排出される。ガスは可燃ガスを多量に含んでいて二次燃焼室で燃焼され、ボイラで熱回収され蒸気を発生させその蒸気が発電等に用いられる。ボイラから排出されたガスは、サイクロンで比較的粗いダストが除去され、
さらに、減温装置で冷却され、有害物質除去剤との反応により有害ガスが除去され、集塵機で除塵処理されるなど排ガス処理された後、煙突から大気に放散される。
【０００８】
かかる廃棄物ガス化溶融炉では、炉底部にコークスを堆積させたコークス床が形成され、コークスが燃焼して灰分の溶融熱源となっているが、近年、コークスの使用量を低減して二酸化炭素排出量を削減することが要望されている。
【０００９】
そこで、コークスの一部の代替として天然ガス、プロパンガス、廃棄物ガス化溶融炉にて熱分解により発生する可燃ガス等の燃料ガスを利用することが検討され、例えば、特許文献２では、送風羽口から酸素富化空気とともに燃料ガスを吹き込むことが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平０９−０６０８３０
【特許文献２】特開２００１−０９０９２３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
二酸化炭素排出量を削減するため、廃棄物ガス化溶融炉におけるコークスの使用量を低減するべく、特許文献２のようにコークスの一部の代替として燃料ガスを主羽口から炉内へ吹き込むとすると、次のような状況のもとに、いくつかの問題を生ずる。
【００１２】
廃棄物ガス化溶融炉の主羽口から燃料ガスを供給し燃焼させる場合、予め燃料ガスと酸素富化空気を炉外で混合した混合気体を、火炎伝播速度を超える速度で送気管の羽口先から炉内に供給し燃焼させる予混合燃焼が次の点から好ましい。
【００１３】
廃棄物ガス化溶融炉では、送気管により主羽口から灰、ダスト、粉体燃料などの粉体を供給することがあるが、送気管内で粉体の閉塞を起こさないためには大径の配管を用い高流速のガスで粉体を搬送することが望ましい。これには、ガス全量を予混合した混合気体を一つの配管で形成されている送気管で主羽口に供給する予混合燃焼方式が適している。
【００１４】
予混合燃焼を行う場合、羽口先からは混合気体の火炎伝播速度を超える速度、望ましくは火炎伝播速度の５倍以上の速度で混合気体を炉内へ吹き込むこととされている。こうすることにより、混合気体を吹き込む送気管内で燃料ガスの着火が生じることはなく、送気管から吹き込まれた燃料ガスは炉内で着火するが、次のような場合には送気管内で着火してしまい、送気管内で振動燃焼が生じる場合があることが判明した。
【００１５】
送気管内で振動燃焼が生ずると、燃焼速度が時間的に著しく変動し、燃焼圧力が大きく変動し脈動が生じるため燃焼が安定せず、送気管の損傷を招く場合もある。
【００１６】
送気管は、水冷された主羽口内に該送気管の先端が設置されているが、送気管は予熱したガスを供給するためのものであり、この観点から積極的な冷却は行われていない。振動燃焼が生じていない通常送気のもとでは、混合気体の予熱温度は着火温度未満であるので、混合気体が流れることにより送気管は冷却されていることになっている。
【００１７】
しかし、炉内状況の悪化（例えば廃棄物の下降が停滞することや、炉内での酸素富化空気や燃焼ガスの上昇通気が不均一になることなど）により、羽口先で良好な燃焼が維持できず、溶融スラグが良好に流下できなくなることがある。十分に加熱されていない粘度の高いスラグは周辺の固形物と共に閉塞物を形成し、火炎もしくは赤熱したコークスや溶融
スラグが送気管先端に接近または接触した場合、送気管先端が加熱されて着火温度に達し該送気管の先端で燃料ガスが着火してしまい、さらに、送気管先端で形成された火炎が先端周辺の送気管内壁を加熱し着火温度にまで昇温させ、送気管上流側に向かって送気管内壁で着火する位置が移動して行き、燃料ガスが送気管内で燃焼すると振動燃焼が生じる。送気管内で振動燃焼が生じると炉内での燃料ガスの燃焼が安定して行えないという問題や送気管が損傷する問題が生じる。
【００１８】
本発明は、このような事情に鑑み、燃料ガスを酸素富化空気と混合して主羽口へ吹き込んでも、送気管内での着火を生じることなく、炉内で安定して燃焼させることができる廃棄物ガス化溶融装置及び廃棄物ガス化溶融方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明によると、廃棄物ガス化溶融装置及び廃棄物ガス化溶融方法は、次のように構成される。
【００２０】
＜廃棄物ガス化溶融装置＞
廃棄物の投入を受け該廃棄物を熱分解、ガス化、燃焼し、残留する灰分を溶融するシャフト炉式の廃棄物ガス化溶融炉と、酸素富化空気に燃料ガスを混合した混合気体を、廃棄物ガス化溶融炉の炉下部に設けられた主羽口から吹き込む混合気体吹込装置を備える廃棄物ガス化溶融装置において、混合気体吹込装置は、主羽口に接続され混合気体を炉内へ送る送気管と、送気管の炉内側の端部を冷却する冷却部を有することを特徴とする廃棄物ガス化溶融装置。
【００２１】
＜廃棄物ガス化溶融方法＞
シャフト炉式の廃棄物ガス化溶融炉に廃棄物を投入し廃棄物を熱分解、ガス化、燃焼し、残留する灰分を溶融し、酸素富化空気と燃料ガスを混合した混合気体を、上記廃棄物ガス化溶融炉の炉下部に設けられた主羽口から吹き込む混合気体吹込工程を有する廃棄物ガス化溶融方法において、混合気体吹込工程は、主羽口に接続され混合気体を炉内へ送る送気管の炉内側の端部を冷却する冷却工程を有することを特徴とする廃棄物ガス化溶融方法。
【００２２】
このような構成の本発明の廃棄物ガス化溶融装置そして方法によると、送気管の炉内側の端部は冷却部により冷却される。したがって、送気管の炉内側の端部が、酸素富化空気と燃料ガスの混合気体の着火温度より低く保たれ、その結果、送気管の端部で混合気体の着火が生じることがなく、したがって、振動燃焼も生じない。
【００２３】
本発明において、冷却部による送気管の冷却は、該送気管の炉内側の端部を先端から２０〜１００ｍｍまでの範囲で冷却することが好ましい。
【００２４】
また、本発明において、冷却部による送気管冷却は、該送気管の炉内側の端部を、混合気体の着火温度より５０℃低い温度以下、又は３００℃以下の温度に冷却することが好ましい。
【００２５】
本発明において、主羽口は、送気管の外周面に接面して該送気管の炉内側の端部を保持する羽口本体と、該羽口本体の外周面に接面して該羽口本体を保持する状態で炉壁に取り付けられる保持体とを有し、羽口本体は冷却部として冷却媒体の流通のための中空流路が形成され、送気管の先端は、該送気管の軸線方向で、羽口本体の先端位置よりも後方に没入していて冷却部の軸線方向範囲に位置しており、羽口本体の内径面は上記送気管の先端位置より先方で露呈面を形成していることができる。この場合、羽口本体は、その内径面が送気管の先端位置より先方に向けテーパ面をなしていることが好ましい。
【００２６】
本発明において、送気管は、廃棄物ガス化溶融炉からの排ガス中のダストを該送気管内へ供給するダスト供給口が設けられている場合、羽口本体のテーパ面はダストに対して耐摩耗性を有する材料の耐摩耗層が形成されていることが好ましい。
【００２７】
本発明において、テーパ面のテーパ角度は２０°〜４０°であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２８】
このような、本発明の廃棄物ガス化溶融装置及びガス化溶融方法によると、酸素富化空気と燃料ガスとを混合した混合気体を廃棄物ガス化溶融炉の炉下部に設けられた主羽口から吹き込む混合気体吹込装置は、主羽口に接続され上記混合気体を炉内へ送る送気管と、送気管の炉内側の端部を冷却する冷却部を有していて、送気管の炉内側の端部を混合気体の着火温度より低い温度に冷却するため、混合気体が送気管内で着火し振動燃焼が発生することを防止でき、混合気体を炉内のコークスなどを着火源として着火させ炉内で安定し
て燃焼できる。
【００２９】
このようにして、燃料ガスを送気管内で振動燃焼の生じることなく安定して燃焼できるため、燃料ガスをコークスの一部の代替として用い、燃焼熱を溶融熱源として用いることが安定してできるため、コークスの使用量を低減して二酸化炭素排出量を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態としての廃棄物ガス化溶融装置の概要構成を示す図である。
【図２】図１装置における主羽口についての拡大断面図である。
【図３】他の実施形態として図１装置に適用可能な主羽口についての拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、添付図面にもとづき、本発明の実施形態を説明する。本実施形態の廃棄物ガス化溶融装置は、燃料としてコークスと燃料ガスの供給を受け、廃棄物を熱分解、ガス化し、残留する灰分を溶融するシャフト炉式の廃棄物ガス化溶融炉１と、該廃棄物ガス化溶融炉１の炉下部へ酸素富化空気と、燃料ガスと、廃棄物ガス化溶融炉から排出され回収されたダストとを混合した混合気体を主羽口から吹き込む混合気体吹込装置２０を有することを特徴としているが、これらの特徴についての説明に先立ち、図１にもとづき、このシャフト炉式の廃棄物ガス化溶融炉１の概要構成を説明する。
【００３２】
＜シャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉の概要構成＞
図１に示される本発明の一実施形態で採用されているシャフト炉式の廃棄物ガス化溶融炉１には、該廃棄物ガス化溶融炉１の炉上部に、処理対象物としての廃棄物、燃料としてのコークス、スラグの成分調整材としての石灰石を炉内へ投入するための投入口２が設けられ、また、上部側方には炉内のガスを炉外へ排出するためのガス排出口３が設けられている。また、廃棄物ガス化溶融炉１の炉底部には溶融スラグと溶融金属を排出するための出滓口４が設けられている。
【００３３】
廃棄物ガス化溶融炉１の上方には、都市ごみ等の廃棄物、コークス、生成するスラグの成分調整材として使用する石灰石をそれぞれ供給する供給装置（図示せず）が配設されており、この供給装置から供給された廃棄物、コークス、石灰石は搬送コンベア（図示せず）により搬送され炉上部の上記投入口２から炉内に投入されるようになっている。
【００３４】
ガス排出口３には二次燃焼室１０が接続して設けられており、廃棄物を熱分解、ガス化して生成した可燃性ガスを燃焼する。該二次燃焼室１０は、二次燃焼のための空気を吹き込む空気送風口１１が設けられている。また、この二次燃焼室１０には、該二次燃焼室１０で可燃性ガスを燃焼した燃焼ガスから熱回収するボイラ１２が隣接して設けられている。
【００３５】
上記シャフト炉式の廃棄物ガス化溶融炉１は、該廃棄物ガス化溶融炉１の内部空間が縦方向で４つの領域に区分されていて、下方から、コークス充填層Ａ、移動層Ｂ、ガス化層Ｃ、フリーボード部Ｄが形成される。
【００３６】
かかる廃棄物ガス化溶融炉１では、コークス充填層Ａ、ガス化層Ｃのそれぞれで、羽口が設けられ酸素含有ガスの炉内への吹込みが行われる。
【００３７】
炉下部におけるコークス充填層Ａには主羽口５が設けられ、酸素富化空気が吹き込まれる。ガス化層Ｃには副羽口６が設けられ、空気が吹き込まれる。
【００３８】
上記二次燃焼室１０そしてボイラ１２の下部には、排ガスが二次燃焼室１０そしてボイラ１２を通過する際に排ガスに含まれていて落下したダストを受けて、ダスト貯留槽１６へ送るダスト帰還路１５をなす配管が接続されていて、該ダスト貯留槽１６は、該ダスト貯留槽の下部出口に設けられたロータリバルブ１６Ａを経て、後述の混合気体吹込装置２０に接続されている。
【００３９】
排ガスに含まれていて、上記二次燃焼室１０とボイラ１２で落下したダストは、該二次燃焼室１０とボイラ１２から排出され、集塵機で集塵されたダストとともに、既述のダスト帰還路１５を経てダスト貯留槽１６へもたらされた後に、ロータリバルブ１６Ａを経て、主羽口５に取り付けられた後述の混合気体吹込装置２０の一部をなす送気管２２に設けられたダスト供給管２３へ供給されて、ダストが炉内へ供給帰還されるようになっている。
【００４０】
＜混合気体吹込装置＞ 
図２に示すように、混合気体吹込装置２０は、上記酸素富化空気、燃料ガスそしてダストが混合された混合気体を炉内へ送るように主羽口５に接続された送気管２２と、該送気管２２の炉内側の端部を冷却する冷却媒体が流れている冷却部３０を有している。
【００４１】
上記混合気体吹込装置２０は、上述のごとく、主羽口５に接続され上記混合気体を炉体内へ送る送気管２２を有し、該送気管には、該送気管２２の軸線方向に酸素富化空気を送入するための酸素富化空気供給管２６が接続されており、該送気管２２の軸線方向での異なる二位置のそれぞれに少なくとも一つの分枝口が上記送気管２２の外周面に開孔して形成されていて、上記二位置のうち上流側に位置する分枝口は、上記送気管２２内を流れる酸素富化空気にダスト供給管２３からのダストを供給するためのダスト供給口２３Ａとして形成され、下流側に位置する分枝口は、上記酸素富化空気に燃料ガス送入管２４からの燃料ガスを送入するための燃料ガス送入口２４Ａとして形成されている。
【００４２】
ダスト供給口２３Ａには、ダスト帰還路１５（図１参照）の一部をなしダストを送気管２２へ供給するダスト供給管２３が接続されている。また、燃料ガス送入口２４Ａには、天然ガス等の燃料ガスを送気管２２へ送入する燃料ガス送入管２４が接続されている。
【００４３】
上記軸線方向での上記燃料ガス送入口２４Ａと上記主羽口５との間の範囲の管内空間で、酸素富化空気、燃料ガスおよびダストが混合されて上記混合気体が形成されるようになっている。かくして、酸素富化空気と、燃料ガスと、廃棄物ガス化溶融炉１から排出され回収されたダストとを混合した混合気体が、上記廃棄物ガス化溶融炉１の炉下部に設けられた主羽口５から吹き込まれる。送気管２２の炉内側の端部（先端部）が上記冷却部３０によって混合気体の着火温度より低い温度に冷却されるので、炉内へ混合気体が吹き込まれる際に、混合気体が送気管２２内で着火し振動燃焼が発生することを防止でき、混合気体を炉内のコークスなどを着火源として着火させ炉内で安定して燃焼させることができる。
【００４４】
廃棄物ガス化溶融炉１の炉壁１Ａの下部に設けられた主羽口５は、図２に見られるごとく、該炉壁１Ａに形成された段状テーパ貫通孔１Ｂに取り付けられた円錐状外周面をもつ口金状の保持体１８を有しており、該保持体１８がその内径で羽口本体２１を保持している。羽口本体２１は混合気体吹込装置２０の送気管２２が接続されていて、送気管２２の先端部を保持するようになっており、混合気体を炉内へ吹き込むように機能している。
【００４５】
上記羽口本体２１は外径面２１Ａがテーパ状をなし、また円筒状貫通孔２１Ｂが形成されている。かかる羽口本体２１を保持する上記保持体１８は、既述のように円錐椀状をなしその小径側端部（図にて右端部）には保持孔１８Ａが形成されている。該保持孔１８Ａは上記羽口本体２１の外径面２１Ａの大径端側部と適合するテーパ孔をなしていて、このテーパ孔で上記羽口本体２１の外径面２１Ａと接面して該羽口本体２１を保持している。このように、保持体１８で保持される羽口本体２１は炉体の炉壁１Ａに取り付けられた上記保持体１８により保持された状態で、該羽口本体２１の小外径先端が炉体内に突入して位置する。かかる保持体１８により保持されていて、送気管２２の先端部を保持する羽口本体２１は、冷却媒体が流通する冷却構造を有しているが、その詳細はよく知られているので説明を省略する。ここで、送気管２２は水冷された羽口本体２１により保持されているが、本発明を適用する従来の構成では送気管を冷却する必要がないため最小限の接触となっており、送気管２２の先端部内壁の温度が５００℃以上に上昇することもあった。
【００４６】
送気管２２の炉内側の端部の周囲には、冷却媒体としての水が流れる冷却部３０が形成されている。上記冷却部３０は、送気管２２の炉内側の端部の外周面を包囲する環状部を有し、ここに冷却水を流通させることにより送気管２２の炉内側の端部を冷却することとしている。冷却部３０は水冷による方式が好ましいが、他の流体を冷媒としてもよい。
【００４７】
冷却部３０は、好ましくは、送気管２２の炉内側の先端から２０〜１００ｍｍまでの軸線方向範囲を冷却する。冷却する範囲が炉内側の先端から２０ｍｍより短い範囲であると、送気管２２の炉内側の先端を十分に冷却することが困難となり送気管２２内で混合気体の着火が生じる虞れがあり、冷却する範囲が炉内側の先端から１００ｍｍより長い範囲であると、送気管２２の内面から混合気体が過剰に冷却されて混合気体の温度が低下し炉内で速やかに着火することができないという事態が生じる。
【００４８】
また、冷却部３０は、好ましくは送気管２２の炉内側の端部を、混合気体の着火温度より５０℃低い温度以下、又は３００℃以下に冷却する。送気管２２の炉内側の端部を冷却する温度が、混合気体の着火温度より５０℃低い温度より高い温度、又は３００℃より高い温度では、送気管２２の炉内側の端部の部位によっては混合気体の着火温度以上の温度になる箇所が生じ、混合気体が送気管２２内で着火する虞れがある。
【００４９】
このように構成される本実施形態装置では、廃棄物の廃棄物ガス化溶融処理は次の要領で行われる。
【００５０】
＜廃棄物ガス化溶融炉でのガス化溶融方法＞
供給装置からの廃棄物、コークス、石灰石が廃棄物ガス化溶融炉１の上部に設けられた投入口２を経て、それぞれ所定量ずつ炉内へ投入され、主羽口５、副羽口６から、それぞれ酸素富化空気、空気が炉内へ吹き込まれる。特に、主羽口５からは、既述したように混合気体吹込装置２０の送気管２２内で酸素富化空気と燃料ガスそしてダストを混合して得られた混合気体が炉内へ吹き込まれる。
【００５１】
上記投入口２から投入された廃棄物は、炉内に堆積して廃棄物のガス化層Ｃを形成し、炉下部の移動層Ｂから上昇してくる高温の燃焼ガス及び副羽口６から吹き込まれる空気による燃焼ガスによって加熱され、乾燥され、次いで熱分解される。熱分解により生成した可燃性ガスを含む燃焼ガスは上昇し、可燃性ガスの一部がフリーボード部Ｄにて燃焼され、炉内部を所定温度に維持し、熱分解により発生した有害物とタール分を分解させる処理が施される。フリーボード部Ｄを通過したガスは炉上部に設けられた排出口より、炉外の二次燃焼室１０へ排出される。ガスは可燃性ガスを多量に含んでいて二次燃焼室１０で空気送風口１１から空気を吹き込まれ燃焼され、ボイラ１２で燃焼ガスから熱回収され蒸気を発生させ、その蒸気が発電等に用いられる。ボイラ１２から排出されたガスは、サイクロン（図示せず）で比較的粗いダストが除去され、さらに、減温装置（図示せず）で冷却され、有害物質除去剤との反応により有害ガスが除去され、集塵機（図示せず）で除塵処理されるなど排ガス処理された後、煙突（図示せず）から大気に放散される。
【００５２】
ガス化層Ｃで廃棄物は熱分解されてガスが生成され、さらに、熱分解により生じた固定炭素や灰分は、コークス及び石灰石とともに下降し移動層Ｂを形成する。移動層Ｂでは、コークス充填層Ａから上昇してくる高温のガスにより下降するこれらの固体の昇温が行われると同時に、高温のＣＯ２ガスにより廃棄物の熱分解により生じた固定炭素がガス化される。コークス充填層Ａでは主羽口５から送風される酸素富化空気によりコークス、燃料ガスとガス化されずに残った廃棄物の固定炭素が燃焼され、この燃焼熱により廃棄物の灰分が溶融され溶融スラグと溶融メタルが生成される。石灰石は灰分が溶融されたスラグの性状を好ましいものとする調整材として働く。さらに、発生した高温の燃焼ガスが上昇し廃棄物の熱分解のために加熱する熱源となる。
【００５３】
主羽口５から下方の炉下部では、高温になりながらも燃え尽きていないコークスがコークス塊同士の間隙を保持して充填された状態でコークス充填層Ａを形成しており、溶融スラグと溶融メタルはコークス塊同士の間隙を滴下し炉底に達する。溶融スラグと溶融メタルは炉底に達するまでに均質化され性状が安定化され、炉底に設けられた出滓口４から排出され、炉外に設けられた水砕装置（図示せず）に供給され冷却固化され、冷却固化された水砕スラグと水砕金属が回収される。主羽口５から送風される酸素富化空気と、コークス、燃料ガスと固定炭素の燃焼により発生した高温の燃焼ガスとは、コークス充填層Ａから移動層Ｂを通過しガス化層Ｃへ上昇して廃棄物を加熱し、ガス化層Ｃの廃棄物が副羽口６から供給される空気により部分酸化、熱分解、ガス化される。コークス充填層Ａでは、コークス、燃料ガスが燃焼して灰分溶融と廃棄物熱分解の熱源となり、コークスが塊同士の間隙を保持して酸素富化空気と高温の燃焼ガスとを通気させ、溶融スラグと溶融メタルとを通液させる高温火格子の機能を有している。
【００５４】
主羽口５から吹き込まれた混合気体中のダストは主羽口５からコークス充填層Ａへ達すると、溶融して廃棄物灰分の溶融物とともにコークス充填層を滴下し炉底部の出滓口４から溶融スラグとして抜き出される。このように、ダストを溶融処理することにより減容化して、ダストのまま埋立処分する場合に比べて埋立処分量を大幅に削減できる。
【００５５】
本実施形態では、酸素富化空気と燃料ガスとダストは、混合気体吹込装置２０により、送気管２２内で燃料ガス送入口２４Ａよりも下流側の空間にて十分に混合された状態で炉内へ吹き込まれる。そのため、燃料ガスは主羽口５から炉内へ吹き出される前に酸素富化空気と十分に混合された混合気体状態となっていて、コークス充填層Ａでの燃料ガスの燃焼が良好に行われる。
【００５６】
本実施形態では、さらに、混合気体吹込装置２０は、送気管２２の炉内側の端部を冷却する冷却部３０を有していて、送気管２２の炉内側の端部を混合気体の着火温度より低い温度に冷却するため、混合気体が送気管２２内で着火し振動燃焼が発生することを防止でき、混合気体を炉内のコークスなどを着火源として着火させ安定して燃焼できる。
【００５７】
このようにして、燃料ガスを振動燃焼の生じることなく安定して燃焼できるため、燃料ガスをコークスの一部の代替として用い、燃焼熱を溶融熱源として用いることが安定してできるため、コークスの使用量を低減して二酸化炭素排出量を削減することができる。
【００５８】
本発明において、酸素富化空気供給管２６から送気管２２へ流入する時の酸素富化空気の流速を７０〜１２０ｍ／ｓｅｃとし、燃料ガス送入口２４Ａから送気管２２へ流入する時の燃料ガスの流速を５０〜２００ｍ／ｓｅｃとすることが好ましい。このような範囲の流速とすることにより、酸素富化空気と燃料ガスとの混合が効率よく行われ、また、混合気体が羽口先から炉内の移動層の好ましい範囲にまで到達でき、移動層における燃料ガス燃焼を良好に行うことができる。
【００５９】
＜他の実施形態として適用する主羽口＞
次に、図３にもとづき、本発明における他の実施形態を説明する。図３の実施形態では、主羽口５は、送気管２７の外周面に接面して送気管２７の炉内側の端部を保持する羽口本体２８と、羽口本体２８の外周面に接面して羽口本体２８を保持する状態で炉壁に取り付けられる保持体２９とを有している。羽口本体２８は冷却部３０として冷却媒体の流通のための中空流路が形成され、送気管２７の先端は、送気管２７の軸線Ｘ方向で、羽口本体２８の先端位置よりも後方に没入していて冷却部３０の軸線Ｘ方向範囲に位置しており、羽口本体２８の内径面は送気管２７の先端位置より先方で露呈面を形成していて、さらに、送気管２７の先端位置より先方に向けテーパ面２８Ａをなしている。
【００６０】
上記冷却部３０は、軸線Ｘ方向で該テーパ面２８Ａの範囲にまで及んでおり、したがって、炉内の高温ガスに接し高温雰囲気にさらされる上記テーパ面２８Ａは、内部から冷却部３０の冷却媒体により冷却されることとなる。送気管２７の先端が、送気管２７の軸線Ｘ方向で、羽口本体２８の先端位置よりも後方に没入して炉内の高温ガスと接しないことと、テーパ面２８Ａが冷却されていることにより、送気管２７内からテーパ面２８Ａにそって炉内へ向けて吹き込まれる混合気体は着火温度に至ることがなく、混合気体が送気管２２内で着火し振動燃焼が発生することを防止でき、混合気体を炉内のコークスなどを着火源として着火させ安定して燃焼できる。
【００６１】
送気管２７の先端が、送気管２７の軸線Ｘ方向で、羽口本体２８の先端位置より２０〜１００ｍｍ、より好ましくは４０〜７０ｍｍ後方に没入していることにより、送気管２７の先端が炉内の高温ガスに接し高温雰囲気にさらされることや輻射熱により加熱されること、および高温の固体や溶融物の接触により加熱されることを回避でき、送気管２７の先端近傍の内壁温度の上昇を抑制し、混合気体の温度を着火温度未満に維持できる。送気管２７の先端位置が羽口本体２８の先端位置から２０ｍｍより短い位置であると、送気管２７の先端近傍の内壁温度の上昇を抑制することが困難となり送気管２２内で混合気体の着火が生じる虞れがあり、送気管２７の先端位置が羽口本体２８の先端位置から１００ｍｍより長い位置であると、羽口本体２８の内径面から混合気体が過剰に冷却されて混合気体の温度が低下し炉内で速やかに着火することができないという事態が生じる。
【００６２】
テーパ面２８Ａのテーパ角θは、２０°〜４０°であることが好ましく、約３０°であることがより好ましい。テーパ角θが２０°より小さいと、吹き込んだダスト粒子がテーパ面２８Ａに衝突し磨耗が生じ、４０°より大きいとテーパ部に生じる循環流により炉内の高温ガスが送気管側に引き込まれ高温になるため不適である。
【００６３】
また、送気管２７の先端の端面を覆うように、羽口本体２８の冷却部３０の送気管２７の先端と接する部分を半径方向内側に張り出させて、送気管２７の先端の端面を保護することにより、該端面が炉内からの輻射により加熱されないようにして送気管２７先端の温度上昇をさらに防止することができる。
【００６４】
該テーパ面２８Ａは、送気管２７から吹き出される混合気体内に含まれるダストに対して耐磨耗性を有する材料の耐磨耗層が形成されていることが好ましい。該耐磨耗層は、たとえばＷＣ（タングステンカーバイド）あるいはＣｒＣ（クロムカーバイド）をバインダー金属と共に溶射して膜厚１００〜５００μｍ程度の皮膜状に形成して得ることができる。
【００６５】
羽口本体２８の内部に、冷媒の流通のための中空流路として形成された冷却部３０は、軸線Ｘ方向で該羽口本体２８の両端近傍にまで及んでいる。軸線Ｘ方向で左端の閉塞壁には、二つの孔部が形成されていて、上方の孔部は冷媒の流入口３１Ａ、下方の孔部は流出口３１Ｂとして用いられている。上記中空流路は、図３にて紙面に対し直交方向に延びる区画壁（（図示されず）により上下の空間に区分されており、上記区画壁は右端では不存在域あるいは貫通孔が形成されていて、上下の空間を連通せしめている。したがって、流入口３１Ａから流入した冷媒は、上空間を右端（先端）方向へ流れた後右端で下空間に至り左方へ流れて流出口３１Ｂから流出する。また冷却部３０の冷媒の流路の構造はこれに限らず、羽口本体２８を効果的に冷却できる構造であればよい。なお、図３では、冷媒を流入口３１Ａまで導く管路、流出口３１Ｂから保持体２９外へ導く管路は図示が省略されている。
【００６６】
かくして、本実施形態では、送気管２７の先端が、羽口本体２８の先端位置よりも後方に没入して炉内の高温のガス、固体や溶融物と接しないことと、テーパ面２８Ａが冷却されていることにより、混合気体は着火温度に至ることがなく、混合気体が送気管２２内で着火し振動燃焼が発生することを防止でき、混合気体を炉内のコークスなどを着火源として着火させ安定して燃焼できる。
【符号の説明】
【００６７】
１  廃棄物ガス化溶融炉
５  主羽口
２０  混合気体吹込装置
３０  冷却部
２２  送気管
２７  送気管  
２８  羽口本体  
２９  保持体  
Ｘ  軸線  
θ  テーパ角
【図１】
2015200488.tif 000003
【図２】
2015200488.tif 000004
【図３】
2015200488.tif 000005