(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉本体の内部空間が、下方から、堆積されたコークスを燃焼させて高温燃焼帯を形成し廃棄物の熱分解残渣を溶融する下部シャフト部、高温燃焼帯上に形成された廃棄物層の廃棄物を熱分解させる中部シャフト部、フリーボード部に大別され、下部シャフト部に酸素富化空気を吹き込む主羽口が設けられ、中部シャフト部に、廃棄物を部分燃焼、熱分解させるための空気を吹き込む副羽口が設けられている廃棄物ガス化溶融炉にて、副羽口先端周囲に生じる高温域により廃棄物やダスト類が溶融し副羽口近傍の炉内壁面に塊状に付着して生成するクリンカを破壊、脱落するとともに、クリンカの発生を抑制する廃棄物ガス化溶融炉のクリンカの破壊・発生抑制装置であって、
副羽口の高さ位置から１.５ｍ上方の高さまでの範囲で炉内周の複数位置から、接線方向成分をもつ方向で炉内に向かって０．５ＭＰａ以上の高圧気体を噴射し、噴射気体を周方向で炉内壁面に沿う方向に向かわせる気体噴射手段を備え、上記高圧気体が窒素又は廃棄物ガス化溶融炉から排出され循環される排ガスであることを特徴とする廃棄物ガス化溶融炉のクリンカの破壊・発生抑制装置。
【請求項２】
気体噴射手段は気体噴射口を有する気体噴射管を備え、隣接する気体噴射管の気体噴射口の水平面内での間隔が０．１〜１.５ｍであり、気体噴射口が噴射気体の噴射形状を放射状またはコーン状にすることとする請求項１に記載の廃棄物ガス化溶融炉のクリンカの破壊・発生抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物を熱分解、ガス化し、熱分解残渣を溶融する竪型の廃棄物ガス化溶融炉のクリンカの破壊・発生抑制装置に関する。
【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、ガス化して可燃性ガスを発生させ、熱分解残渣を溶融しスラグにして排出するガス化溶融処理が知られている。
【０００３】
この処理方法は、廃棄物を熱分解してガス化することによりその燃焼熱を回収することができるとともに、残渣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。このような処理を行なう溶融炉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式廃棄物ガス化溶融炉がある。
【０００４】
このシャフト式廃棄物ガス化溶融炉は、例えば、炉底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上へ廃棄物を投入して、熱分解及び部分酸化させてガス化するとともに残渣を溶融してスラグにする処理を行なう方式の炉である（特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１のシャフト式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、炉底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。この酸素含有ガスの吹込みを行うために、高温燃焼帯には主羽口が設けられていて、投入されて堆積されたコークス床のコークスを燃焼させて廃棄物の熱分解残渣を溶融するための酸素富化空気が吹き込まれる。また、廃棄物層には副羽口が設けられ、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、廃棄物を熱分解及び部分酸化させるための空気が吹き込まれる。また、フリーボード部には三段目羽口が設けられ、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ための空気が吹き込まれる。
【０００７】
このようにシャフト式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され、ガスと残渣に分離される。主羽口及び副羽口からの送風により廃棄物は熱分解され、この熱分解による炉内発生ガスは炉底部又は、コークスベッド周囲より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煙道より、炉外の二次燃焼室へ排出される。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。また、熱分解残渣は、炉内を下方に移動し、炉下部の高温燃焼帯で溶融され、スラグとメタルとして排出される。
【０００８】
かかる溶融炉では、コークス床を有する高温燃焼帯上に形成された廃棄物層に対し副羽口から空気を送風し、廃棄物の熱分解、ガス化が安定して行われるように、通常の操業状態では、副羽口の送風量等を調整して、単位時間で熱分解される廃棄物の量を所定値に維持することにより、廃棄部層高さを所定の範囲内で安定させ発生ガス量の変動を抑え安定化させることが行われている。その際、副羽口設置部周辺の炉内温度は概ね６５０℃〜９００℃の範囲とされている。
【０００９】
しかし、実際の操業においては、炉上部から投入される廃棄物の性状変化や供給量の変動があると、一時的に廃棄物層高さが所定の範囲より高くなり、副羽口の位置よりも上方の廃棄物層厚さが大きくなることがある。このような状態では、副羽口先端周囲が局部加熱（過昇温）されてしまうことがあり、この局部加熱による高温域形成により、廃棄物やダスト類が溶融し、副羽口近傍の炉内壁面に塊状に付着する。この塊状の付着物をクリンカという。クリンカは、炉内壁面では、炉周方向にほぼ等間隔に配設されている副羽口の近傍から付着し、次第に、炉周方向全周にわたりリング状に付着物が形成されて行く。このような炉内壁面に付着したクリンカにより、上部から投入される廃棄物が安定して下降することが阻害されたり、クリンカ上に廃棄物やダスト類が堆積して残留する現象が生じる。
【００１０】
炉内壁面に付着していたクリンカが脱落、崩落して、クリンカ上に残留していた廃棄物が一度に落下すると、廃棄物燃焼量が急激に増大し炉内から発生するガス量を大きく変動させることとなる。この発生ガス量変動は、炉内圧の変動をもたらしガス化溶融炉の安定的な操業に支障が生じる問題となる。また、発生ガス中の可燃性ガスを二次燃焼室で燃焼する場合に、発生ガス量の急激な変動に対して二次燃焼室に供給する燃焼空気送風量を追従して調整することができず、燃焼空気不足による一酸化炭素ガス量の増大など、排ガス成分の乱れが生じる問題や、ボイラでの熱回収による蒸気発生量の変動、発電量の変動などの問題を引き起こす。また、クリンカの脱落、崩落による発生ガス量変動に対して、二次燃焼室における燃焼空気送風量の追随性を向上させるため、発生ガスの燃焼に必要な空気量の比率（空気比）を高めに設定することがあるが、そうすると燃焼用余剰空気量が増大し、ボイラでの熱回収効率が落ちることとなり問題となる。
【００１１】
また、副羽口設置部周辺に温度計を設置し炉内温度を計測し、計測値に基づき副羽口からの送風量を調整するように温度計を備えている場合には、クリンカの付着成長により温度計の検温部分がクリンカに埋まってしまい、炉内温度計測ができなくなり副羽口からの送風量の調整不可能という問題が生じる。
【００１２】
一方、廃棄物ガス化溶融炉内の廃棄物の滞留、いわゆるブリッジ現象を解消するために滞留廃棄物を突き崩して落下せしめるように押動部材を炉内に向かって往復動させるプッシャー機構（特許文献２参照）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平０９−０６０８３０
【特許文献２】特開平１０−０１９２２１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ガス化溶融炉の炉内壁面に付着したクリンカを突き崩すのに、廃棄物のブリッジ現象解消のための特許文献２に記載のプッシャー機構を適用しても、クリンカは、炉周方向全周にわたりリング状に付着しているため、押動部材により局部的に突いても、この押動部材が設けられている位置でクリンカを除去できても、周方向で大きな範囲を占める他の部分を崩すことができないという問題がある。
【００１５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ガス化溶融炉の炉内壁面の周方向全周にわたり付着するクリンカを破壊、脱落させ、クリンカ付着による問題の発生を防止することができる廃棄物ガス化溶融炉のクリンカの破壊・発生抑制装置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】
【００１６】
本発明は、炉本体の内部空間が、下方から、堆積されたコークスを燃焼させて高温燃焼帯を形成し廃棄物の熱分解残渣を溶融する下部シャフト部、高温燃焼帯上に形成された廃棄物層の廃棄物を熱分解させる中部シャフト部、フリーボード部に大別され、下部シャフト部に酸素富化空気を吹き込む主羽口が設けられ、中部シャフト部に、廃棄物を部分燃焼、熱分解させるための空気を吹き込む副羽口が設けられている廃棄物ガス化溶融炉にて、副羽口先端周囲に生じる高温域により廃棄物やダスト類が溶融し副羽口近傍の炉内壁面に塊状に付着して生成するクリンカを破壊、脱落するとともに、クリンカの発生を抑制する廃棄物ガス化溶融炉のクリンカの破壊・発生抑制装置に関する。
【００１７】
かかる廃棄物ガス化溶融炉のクリンカの破壊・発生抑制装置において、本発明は、副羽口の高さ位置から１.５ｍ上方の高さまでの範囲で炉内周の複数位置から、接線方向成分をもつ方向で炉内に向かって０．５ＭＰａ以上の高圧気体を噴射し、噴射気体を周方向で炉内壁面に沿う方向に向かわせる気体噴射手段を備え、上記高圧気体が窒素又は廃棄物ガス化溶融炉から排出され循環される排ガスであることを特徴としている。
【００１８】
このように構成される本発明によると、羽口位置で炉内壁面に周方向へ延びるようにクリンカが生じ始めても、適宜時期に羽口の高さ位置から１.５ｍ上方の高さまでの範囲で
炉内周の複数位置から、接線方向成分をもつ方向で炉内に向かって０．５ＭＰａ以上の高圧気体として、窒素又は廃棄物ガス化溶融炉から排出され循環される排ガスを噴射することで、噴射気体を周方向で炉内壁面に沿う方向にも向わせることによりクリンカを効果的に破砕して吹き飛ばす。かくして、クリンカは上記周方向の広い範囲で炉内壁面から脱落除去される。また、適宜時期に気体を噴射することにより、廃棄物やダスト類の溶融物が炉内壁に付着することを防止し、クリンカの発生を抑制することができる。
【００１９】
本発明において、気体噴射手段は気体噴射口を有する気体噴射管を備え、隣接する気体噴射管の気体噴射口の水平面内での間隔が０．１〜１.５ｍであり、気体噴射口が噴射気体の噴射形状を放射状またはコーン状にすることが好ましい。こうすることにより、上記気体噴射口からの噴射気体は、炉内壁の周方向で広い範囲にわたり及んで、クリンカの破砕可能範囲を広げることとなる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明によれば、ガス化溶融炉の炉内壁面の周方向全周にわたり付着するクリンカを破壊、脱落させて、また、クリンカの発生を抑制して、クリンカ付着による問題の発生を防止することができる廃棄物ガス化溶融炉のクリンカの破壊・発生抑制装置を提供することが可能となる。
【００２１】
すなわち、ガス化溶融炉の炉内壁面のクリンカ付着成長を防止できるため、また、クリンカの発生を抑制できるため、以下の効果がある。
【００２２】
・炉内壁面に付着したクリンカにより、上部から投入される廃棄物が炉内を安定して下降することが阻害されたり、クリンカ上に廃棄物やダスト類が堆積して残留することがなく、円滑に廃棄物を熱分解、ガス化、そして熱分解残渣を溶融処理でき、炉の操業の安定性が向上する。
【００２３】
・炉内壁面に付着したクリンカが脱落、崩落して、クリンカ上に残留していた廃棄物が一度に落下することに起因して廃棄物燃焼量が急激に増大し熱分解、ガス化して発生するガス量を大きく変動させることがなくなり、炉内圧の変動をもたらしガス化溶融炉の安定的な操業に支障が生じることを防止できる。
【００２４】
・発生ガス中の可燃性ガスを二次燃焼室で燃焼する場合に、発生ガス量変動に対して二次燃焼室に供給する燃焼空気送風量を追従して調整することができず、燃焼が不安定になり、排ガス成分の乱れがもたらす排ガス処理の支障といった問題がなくなり、また、ボイラでの熱回収による蒸気発生量が安定化し、発電量が安定化する。
【００２５】
・クリンカの脱落、崩落による発生ガス量変動に対して、二次燃焼室における燃焼空気送風量の追随性を向上させるために、発生ガスの燃焼に必要な空気量の比率（空気比）を高めに設定する必要がなくなり、低空気比で操業することができ、燃焼用余剰空気の比率を低くでき、ボイラの蒸気発生効率、発電効率の向上ができる。
【００２６】
・副羽口設置部周辺に温度計を設置し炉内温度を計測し、計測値に基づき副羽口からの送風量を調整することとなっている炉の場合には、検温部分がクリンカに埋まることがないので、正確な温度計測が行え、精度よく副羽口からの送風量を調整することができる。
【００２７】
・廃棄物層の層高測定を行い、各羽口の送風量、廃棄物供給量、コークス供給量等を制御することとなっている炉の場合には、層高測定の計測がクリンカによる阻害を受けることなく遂行できるので、計測精度が向上し、その結果、これらの制御性が向上し、層高レベルの安定化、操業安定化を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態装置の主要部を示す縦断面図である。
【図２】気体噴射手段の高さ位置での図１装置の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付図面にもとづき、本発明の実施形態を説明する。本実施形態では、竪型の廃棄物ガス化溶融炉に、気体噴射手段を設けた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、これらが設けられている廃棄物ガス化溶融炉の概要構成を説明する。
【００３０】
図１に示される本発明の一実施形態の廃棄物ガス化溶融炉は竪型をなすシャフト式廃棄物ガス化溶融炉であって、炉本体１の炉上部に、廃棄物、補助燃料、スラグの成分調整材などを炉内へ投入するための投入口（図示せず）が設けられ、また、上部側方には炉内の排ガスを炉外へ排出ための排ガス排出口（図示せず）が設けられている。また、炉本体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２が設けられている。
【００３１】
廃棄物ガス化溶融炉は、その炉本体１の内部空間が縦方向で３つの領域に大別されていて、下方から、炉下部に形成された下部シャフト部Ｉ、その上に位置する中部シャフト部II、上部に形成されたフリーボード部IIIを有する領域となっている。これらの各部Ｉ，II，IIIは、それぞれ次のような機能を有する領域となっている。すなわち、下部シャフト部Ｉは、堆積されたコークスを燃焼させて高温燃焼帯を形成する領域、中部シャフト部IIは、この高温燃焼帯上に投入された廃棄物の堆積により形成された廃棄物層の廃棄物を熱分解させる領域、フリーボード部IIIは、生成した可燃性ガスを部分燃焼させる領域である。
【００３２】
廃棄物ガス化溶融炉の炉本体１の上方には、都市ごみ等の廃棄物、補助燃料として使用するコークス、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から炉内に投入される。
【００３３】
廃棄物ガス化溶融炉に形成された上記下部シャフト部Ｉ、中部シャフト部II、フリーボード部IIIの各部に対して、それぞれ酸素含有ガスを吹き込む羽口が炉壁に設けられている。すなわち、下部シャフト部Ｉには、堆積されたコークスを燃焼させて高温燃焼帯を形成し、熱分解残渣を溶融するための酸素富化空気を吹き込む主羽口３が設けられ、中部シャフト部IIには、投入されて堆積された廃棄物を部分燃焼させると共に廃棄物を緩やかに流動させながら熱分解させるための空気を吹き込む副羽口４が設けられ、フリーボード部IIIには、廃棄物が熱分解して生成した可燃性ガスを部分燃焼させて内部を所定温度に維持するための空気を吹き込む三段羽口（図示せず）が設けられている。
【００３４】
このように下部シャフト部Ｉ、中部シャフト部II、フリーボード部IIIの３つの領域を内部空間に形成する炉本体１には、本実施形態では、炉壁に気体噴射手段が設けられている。
【００３５】
図２は気体噴射手段の高さ位置での図１装置の横断面図である。気体噴射手段としての気体噴射管５が、図１及び図２にも見られるように、炉本体１の炉壁の副羽口４の高さ位置から１.５ｍ上方の高さまでの範囲で炉内周の複数位置から、接線方向成分をもつ方向で炉内に向かって気体を噴射するように設けられており、気体噴射管５の炉内側先端に複数の気体噴射口５Ａを備えている。ここで接線方向成分をもつ方向とは、純粋な半径方向を除いた他の方向を意味しており、水平面内のみならず水平面に対して傾斜する方向さらには上下方向をも含む。図１及び図２の例では、水平面内での接線方向と上下方向に噴射する場合が示されている。上記隣接する気体噴射管の気体噴射口の水平平面内での間隔が０．１〜１.５ｍであることが好ましい。
【００３６】
上記気体噴射管５を副羽口４の１〜１．５ｍ上方の高さに設ける理由は、炉本体１の炉壁の副羽口４の高さ位置から１.５ｍ上方の高さまでの範囲で、副羽口先端周囲から上方が局部加熱（過昇温）されてしまい、この局部加熱による高温域形成により廃棄物やダスト類が溶融し炉内壁面に塊状に付着して、廃棄物層内でクリンカ２０が発生する高さ方向範囲に相当するからである。また、クリンカ２０の上方には廃棄物２１が残留している。
【００３７】
上記隣接する気体噴射管の気体噴射口の水平平面内での間隔を０．１〜１.５ｍとすることが好ましい理由は、間隔が０．１ｍより小さいと噴射した気体同士の気流が干渉して炉内壁面に付着しているクリンカに有効に当たらないためであり、間隔が１.５ｍより大きいと炉内周のうち噴射気流が当たらない箇所が生じるためである。
【００３８】
気体噴射管５は外部から高圧の気体の供給を受けてこれを該気体噴射口５Ａから噴射するようにすることができる。
【００３９】
炉内へ噴射する高圧気体は、炉内の廃棄物の熱分解反応に影響を及ぼさないよう、窒素を使用することが望ましく、また、圧力としては０．５ＭＰａ以上の圧力で噴射することが好ましい。高圧気体として排ガスを循環させて利用してもよい。
【００４０】
気体噴射口５Ａを、噴射させた気体の噴射形状が放射状またはコーン状になるような噴射口とするならば広範囲に気体を噴射することができる。
【００４１】
このように気体噴射手段を設けることにより、副羽口位置周辺で炉内壁面に周方向へ延びるようにクリンカが生じ始めても、適宜時期に副羽口の高さ位置から１.５ｍ上方の高さまでの範囲で炉内周の複数位置から、接線方向成分をもつ方向で炉内に向かって気体を噴射することで、噴射気体によりクリンカを破砕して吹き飛ばす。かくして、クリンカは周方向の広い範囲で炉内壁面から脱落除去される。また、適宜時期に気体を噴射することにより、廃棄物やダスト類の溶融物が炉内壁に付着することを防止し、クリンカの発生を抑制することができる。
【００４２】
また、隣接する気体噴射管の気体噴射口の水平面内での間隔が０．１〜１.５ｍとなるようにすると、上記気体噴射口からの噴射気体は、炉内壁の周方向で広い範囲にわたり及んで、クリンカの破砕可能範囲またはクリンカの発生抑制範囲を広げることとなる。
【００４３】
このように構成された本実施形態における廃棄物ガス化溶融炉の操業は次のように行われる。
【００４４】
供給装置からの廃棄物、コークス、石灰石が炉本体１の上部に設けられた投入口（図示せず）を経て、それぞれ所定量ずつ炉内へ投入され、主羽口３、副羽口４、及び三段羽口（図示せず）から、それぞれ酸素富化空気又は空気が炉内へ吹き込まれる。上記投入口から投入された廃棄物は、炉内で中部シャフト部IIに堆積して廃棄物層を形成し、下部シャフト部Ｉの高温燃焼帯から上昇してくる高温ガス及び副羽口４から吹き込まれる空気によって乾燥され、次いで熱分解される。熱分解により生成した可燃性ガスは、フリーボード部IIIにて、三段羽口（図示せず）から吹き込まれる空気により燃焼して８５０℃以上の温度に保たれ、有害ガスとタール分を分解させる処理が施されてから炉外に設けられた二次燃焼炉へ送られ、その燃焼ガスがボイラやガスタービン等で熱回収される。中部シャフト部IIの廃棄物層で廃棄物が熱分解した残渣は下降し、コークスが燃焼されている高温燃焼帯が形成されている下部シャフト部Ｉに達し、該下部シャフト部Ｉにて、残存する固定炭素が燃焼し、不燃物が溶融し溶融スラグと溶融金属になる。溶融スラグと溶融金属は出滓口２から排出され、炉外に設けられた水砕装置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。
【００４５】
本実施形態では、クリンカ２０が炉内壁面に付着したと考えられる適宜時期に、気体噴射口５Ａから気体を噴射する。こうすることにより、クリンカ２０を破砕、脱落させ除去する。また、適宜時期に気体を噴射することにより、廃棄物やダスト類の溶融物が炉内壁に付着することを防止し、クリンカの発生を抑制することができる。
【符号の説明】
【００４６】
４  副羽口
５  気体噴射手段（気体噴射管）
５Ａ  気体噴射口
２０  クリンカ
【図１】
0005783078.tif 000002
【図２】
0005783078.tif 000003