(57)【要約】【課題】排出ガス中の未燃焼成分量及びダイオキシン量を低減できるごみ処理用溶融炉の提供。【解決手段】主燃焼室の燃焼領域に相当する内部空間を縦長のオーバル状とし、当該内部空間に空気を下向きに、かつ、空間内で旋回流を生ずる方向に噴出する複数本の空気ノズルを、前記の内部空間を取り囲む燃焼室周壁に設ける。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
都市ごみのガス化炉から供給される熱分解ガス及び熱分解残渣の供給口と、補助燃料及び燃焼用空気の供給口を頂部に備え、室内での高温燃焼によって主として灰分を溶融して溶融スラグを生成する主燃焼室と、主燃焼室と連通して主燃焼室通過ガスに含まれる未燃焼成分を燃焼させる二次燃焼室とを有し、底部に溶融スラグの取り出し口を有するごみ処理用溶融炉において、
主燃焼室の内部空間が縦長のオーバル状を呈し、そのオーバル状空間を取り囲む燃焼室の周壁から、内部空間に向けて空気を下向きに、かつ、旋回できる方向に噴出できる複数本の空気ノズルが、燃焼室周壁に設けられていることを特徴とするごみ処理用溶融炉。
【請求項２】
オーバル状空間を取り囲む主燃焼室の周壁が、周方向に同じ高さで、しかも等間隔に並ぶ複数本の空気ノズルからなるノズル列を、２列以上備え、しかも、各ノズル列を構成する個々の空気ノズルの軸が、水平面より下向きに２０度±５度の範囲で傾き、かつ、個々の空気ノズルの設置位置における燃焼室の法線を含む水平面に、空気ノズルの軸を垂直に投影した場合の投影線が３０度±５度の範囲で前記法線から同じ方向に傾いていることを特徴とする請求項１記載のごみ処理用溶融炉。
【請求項３】
主燃焼室の周壁に設けられた空気ノズルのノズル列の過半数が、主燃焼室の上半に位置していることを特徴とする請求項２記載のごみ処理用溶融炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ごみをガス化溶融処理する際に使用される溶融炉の改良に関するものであって、詳しくは、主燃焼室と二次燃焼室を備えた溶融炉おける主燃焼室の改良に係る。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみの処理ないしは処分方法として、近年、ガス化溶融法が注目されている。ガス化溶融法によれば、都市ごみの減容化が可能であるうえ、有害なダイオキシンの発生を低レベルに維持できる利点があるからである。都市ごみのガス化溶融法は、基本的には、都市ごみを低酸素雰囲気下で熱分解するガス化炉と、ガス化炉で生成された熱分解ガスと熱分解残渣とを高温燃焼させる溶融炉とを使用する。溶融炉からの排ガスは、廃熱回収装置、ガス冷却装置、バグフィルター、触媒処理装置などを経て、大気中に放出されるのが通例である。
【０００３】
上記したガス化溶融法で使用される溶融炉の従来例としては、特開平１１−１４０２４号公報に記載された縦型円筒状溶融炉がある。この円筒状溶融炉は、炉内に側方から空気を供給できる空気ノズルを炉周壁に複数本を設けることによって、炉内に旋回気流を生起させ、以って、炉内で生成する溶融スラグに遠心力を作用させて周壁方向への移動を促し、溶融炉排出ガスに同伴される溶融スラグ（溶融飛灰）の減量を狙ったもので、その構造上の特徴は次のとおりである。
すなわち、特開平１１−１４０２４号公報記載の縦型円筒状溶融炉は、炉内頂部にガス化炉からの熱分解ガスと熱分解残渣と燃焼用空気を供給できる構造にあり、かつ、円筒状溶融炉の周壁に、周方向に等間隔で並んだ複数本の空気ノズルで構成されるノズル列を、円筒状溶融炉の高さ方向に複数列設け、しかも、少なくとも１つのノズル列を構成する個々のノズルを、その中心線と水平面とのなす角度が５〜５０度の範囲にあり、ノズルの中心線と円筒状溶融炉のノズル設置位置における法線とのなす角度が１０〜５０度の範囲になるように配置した構造にある。
【０００４】
都市ごみのガス化溶融法に使用される溶融炉の別の従来例としては、特開２００１−１４１２１５号公報に見られる如く、主燃焼室と二次燃焼室を備えた溶融炉が知られている。このタイプの溶融炉では、一般に、主燃焼室の頂部から熱分解ガスと熱分解残渣が下向きに室内に噴射されると共に、補助燃料及び燃焼用空気も同じく下向きに噴射され、補助燃料からの熱量補給を受けて、熱分解ガスと熱分解残渣は高温燃焼せしめられて溶融スラグを産生する。ちなみに、可燃分に富んだ高質ごみから得られる熱分解ガス及び熱分解残渣にあっては、補助燃料からの熱量補給を行うことなく、自己発熱による熱量供給のみで溶融スラグを産生する場合もある。いずれにしても、主燃焼室で生じた溶融スラグは、下方に流下し、溶融炉の底部で冷却されて回収される。二次燃焼室は燃焼室の底部を主燃焼室と共有して主燃焼室と連通し、溶融炉から排出されるガス中の未燃焼成分を燃焼させる領域として機能する。そして、このタイプの溶融炉でも、主燃焼室内並びに二次燃焼室内で旋回気流が形成させるよう、各燃焼室の側壁には工夫を凝らして複数本の空気ノズルを設置するのが通例である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、本発明者等が得た知見によれば、従来の溶融炉は、縦型円筒状のものであっても、また、２つの燃焼室を備えたものであっても、溶融炉から排出されるガス中に少なからず可燃性ガスが残存し、これに含まれるダイオキシンも予想したほど低くない。
本発明者等は、単純な縦型円筒状溶融炉よりも、二次燃焼室を備えた溶融炉の方が、排出ガス中の未燃焼成分量を低減できるとの考えのもとに、主燃焼室の構造と当該燃焼室への空気吹き込み方法について種々検討した結果、主燃焼室の燃焼領域となる内部空間を、縦長のオーバル状（卵型又は楕円球状）とすると共に、その内部空間を取り囲む周壁に設置した複数本の空気ノズルから、当該内部空間に空気流を特定な向きに吹き込むことにより、溶融炉排出ガス中に含まれる可燃性ガス量を低減させることができ、ダイオキシンの発生も従前より一段と抑制することができることを見出した。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るごみ処理用溶融炉は、都市ごみのガス化炉から供給される熱分解ガス及び熱分解残渣の供給口と、補助燃料及び燃焼用空気の供給口とを頂部に備え、室内での高温燃焼によって主として灰分を溶融して溶融スラグを生成する主燃焼室と、主燃焼室と連通して主燃焼室通過ガスに含まれる未燃焼成分を燃焼させる二次燃焼室とで構成され、底部に溶融スラグの取り出し口を有する溶融炉において、前記主燃焼室の内部空間が縦長のオーバル状形状を有し、そのオーバル状空間を取り囲む燃焼室の周壁から、内部空間に向けて空気を下向きに、かつ、旋回できる方向に噴出できる複数本の空気ノズルが、燃焼室周壁に設けられていることを特徴とする。
本発明のごみ処理用溶融炉にあっては、オーバル状空間を取り囲む主燃焼室の周壁が、周方向に同じ高さでしかも等間隔に並ぶ複数本の空気ノズルからなるノズル列を２列又はそれ以上備え、さらに、各ノズル列を構成する個々の空気ノズルの軸が、水平面より下向きに２０度±５度の範囲で傾斜し、かつ、個々の空気ノズルの設置位置における主燃焼室の法線を含む水平面に、各空気ノズルの軸を垂直に投影した場合の投影線が、３０度±５度の範囲で前記の法線から同じ方向に傾斜していることが好ましい。
主燃焼室の周壁に設けられる複数のノズル列は、好ましくは、その過半数が縦長の主燃焼室の上半にあり、例えば、３列のノズル列を有する主燃焼室にあっては、２列のノズル列が縦長燃焼室の上半に位置していることが好ましい。
また、空気ノズルの垂直方向の傾き並びに水平方向の傾きは、各ノズル列の各空気ノズルとも一様であることが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、都市ごみをガス化溶融法で処理する場合の典型的なフローチャートを示すものである。厨芥、雑芥、灰分、産業廃棄物などを含む都市ごみは、例えば、流動床式ガス化炉１において、低酸素雰囲気下で熱分解される。この熱分解で都市ごみ中の可燃物は、熱分解ガスとチャーを主成分とする熱分解残渣に転化されて炉上部から排出され、鉄分、非鉄金属などを含む不燃物は、通常、ガス化炉下部から系外に取り出される。熱分解ガスと熱分解残渣は、次いで、主燃焼室２及び二次燃焼室３を備えた溶融炉４に投入される。主燃焼室は、ガス化炉から供給される熱分解ガス及び熱分解残渣を下向きに放出できる噴出口と、補助燃料並びに燃焼用空気を同じく下向きに放出できる噴出口を頂部に備えているのが通例であって、ガス化炉からの熱分解ガスと熱分解残渣は、補助燃料からの熱量の補給を受けて高温燃焼される。先に説明したように、処理されたごみが可燃分に富んだ高質ごみの場合には、補助燃料の補給を省けることがある。いずれにしろ、この高温燃焼により、熱分解残渣中の灰分は溶融されて溶融スラグを形成し、このものは、溶融炉４の底部から系外に取り出される。
【０００８】
二次燃焼室３は、溶融炉４の底部を主燃焼室２と共有して主燃焼室に隣接し、主燃焼室での高温燃焼によっても完全燃焼していない可燃成分を二次燃焼室で燃焼させる。図示していないが、主燃焼室及び二次燃焼室では、それぞれの周壁に設けた複数本の空気ノズルから、特定の向きに空気を燃焼室内に噴出させて室内に旋回気流を形成させるのが通例である。二次燃焼室３から排出される溶融炉排ガスは、廃熱回収装置５、ガス冷却塔６、集塵装置７及び誘引送風機８を経て煙突９に導かれる。
なお、集塵装置７と誘引送風機８との間には、必要に応じて触媒塔などを設置することがある。
【０００９】
本発明に係るごみ処理用溶融炉は、図１に示すフローの溶融炉４として使用される。図２及び図３を参照して本発明に係るごみ処理用溶融炉の一実施例を説明するが、これら図面では、各燃焼室の周壁に設けた空気ノズルへの空気供給管、燃焼室外壁に通常付設される断熱保護壁などの図示が便宜上省略されている。図２に示すとおり、本発明のごみ処理用溶融炉は、縦長のオーバル状内部空間（燃焼領域）を備えた主燃焼室２２と、これに隣接する二次燃焼室２３とを備え、底部には溶融スラグの取り出し口を備えている。
主燃焼室の頂部には、ガス化炉から供給される熱分解ガス及び熱分解残渣の供給口２４と、補助燃料の供給口２５と、燃焼用空気の供給口２６が設けられる。図示が省略されているが、パイロットバーナーもこの頂部に設けられる。
主燃焼室２２のオーバル状内部空間を形作る燃焼室周壁２７には、内部空間に側方から空気を吹き込むための空気ノズル２８が複数本設置されている。
本明細書では、主燃焼室の周壁に同じ設置高さで周方向に等間隔で配置される複数本の空気ノズルを、便宜上ノズル列と呼ぶが、本発明の主燃焼室は、周壁に設置高さが異なるノズル列を２列又はそれ以上備えている。図２は、設置高さが異なる３列のノズル列を持った主燃焼室を示しており、ノズル列の過半数は、図示の如く、主燃焼室の上半に位置させることが好ましい。図３は、同じ設置高さで周方向に等間隔で周壁２７に配置された６本の空気ノズル２８で構成されるノズル列を平面図で示したものである。列を構成する空気ノズルの本数は、主燃焼室直径に応じて５〜８本の範囲で任意に選択することができ、各列を構成する空気ノズルの本数は、必ずしも同数である必要はない。
【００１０】
個々の列を構成する複数本の空気ノズルは、次のような姿勢で主燃焼室周壁に設置されている。すなわち、各空気ノズルその軸が、水平面に対して一定の角度で下向きに傾斜し、さらに空気ノズル設置位置における燃焼室の法線を含む水平面に空気ノズルの軸を垂直に投影した場合の投影線が、その水平面上を法線から同一方向に一定の角度で傾斜するように、各空気ノズルは主燃焼室の周壁に設置される。図面を参照してこれをさらに詳しく説明すると、主燃焼室の周壁に設けられる空気ノズルは、図２に示すように、その軸（より厳密に言えば、その軸を垂直面に水平に投影した場合の投影線）と水平面とが形成する角度（図２のα参照）が、２０度±５度になるように下向きの配置される。そして、図３に示すように、空気ノズルの設置位置における主燃焼室の法線を含む水平面に、空気ノズルの軸を垂直に投影した場合の投影線と法線とで形成する角度（図３のβ参照）が、３０度±５度になるように、しかも、上記水平面上で法線から同一方向に傾斜した状態で配置される。
【００１１】
各空気ノズルの垂直方向の傾き並びに水平方向の傾きは、それぞれ上記した２０度±５度の範囲並びに３０度±５度の範囲で、任意に選ぶことができるが、本発明にあっては、各ノズル列の各空気ノズルとも、垂直方向の傾きが一様であって、水平方向の傾きも一様であることが好ましい。
また、主燃焼室に設けるノズル列を３列とした場合はそのうちの２列を、５列とした場合はそのうちの３列を、それぞれ主燃焼室の上半に配置することが好ましい。２列のノズル列を採用する場合は、２列とも主燃焼室の上半に位置させることを可とする。
【００１２】
【発明の効果】
本発明のごみ処理用溶融炉では、その主燃焼室が縦長のオーバル状燃焼領域を有し、しかも、その燃焼領域には側方から空気が下向きに、かつ、領域内で旋回可能な方向に導入されるため、主燃焼室に供給された熱分解ガス及び熱分解残渣を、空気と充分に混合できるとともに、充分な滞留時間で高温燃焼させることができる。従って、主燃焼室通過ガスに含まれる未燃焼成分量を低減させ、溶融炉排出ガス中のダイオキシン量をも削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】都市ごみをガス化溶融法で処理する場合のフローチャートである。
【図２】本発明に係るごみ処理用溶融炉の縦断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ‘線での断面図である。
【符号の説明】
１  流動床式ガス化炉            ２  主燃焼室
３  二次燃焼室                  ４  溶融炉
５  廃熱回収装置                ６  ガス冷却塔
７  集塵装置                    ８  誘引送風機
９  煙突                      ２２  主燃焼室
２３  二次燃焼室              ２４  熱分解ガス及び熱分解残渣の供給口
２５  補助燃料供給口          ２６  燃焼用空気供給口
２７  燃焼室周壁              ２８  空気ノズル
【図１】
2004278816.tif 000003
【図２】
2004278816.tif 000004
【図３】
2004278816.tif 000005