(57)【要約】【課題】ごみ処理量に係わらず、溶融炉からのスラグの飛散を防止すること。【解決手段】一般ごみや産業廃棄物等の熱分解ガス化溶融システムにおける旋回式溶融炉２（ごみなどを空気不足の状態で熱分解させてガス化して得られる熱分解ガス及び未燃カーボンと灰を主成分とするチャーを炉内に供給する熱分解ガス及びチャー供給ノズルと炉内壁の接線方向から炉内に空気を供給する空気ノズルとを備えた溶融炉）において、溶融炉出口部３の断面におけるガス平均流出速度をガス温度１４００℃の状態で５０ｍ／ｓ以下とし、かつ、炉内径Ｄに対する炉出口径Ｄｏの比（Ｄｏ／Ｄ）を０．８以下にすることで解決できる。【選択図】    図１
2004317042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般ごみや産業廃棄物を空気不足の状態で熱分解させてガス化して得られる熱分解ガス及び未燃カーボンと灰を主成分とするチャーを（炉内壁の接線方向から）炉内に供給する熱分解ガス及びチャー供給ノズルと、該ノズルと並列配置された炉内壁の接線方向から炉内に空気を供給する空気ノズルとを備え、炉内での前記チャー内に含まれる灰分を溶融して炉出口部から排出する旋回式溶融炉において、
炉出口断面におけるガス平均流出速度をガス温度１４００℃の状態で５０ｍ／ｓ以下とし、かつ、炉内径に対する炉出口径の比が０．８以下であることを特徴とする旋回式溶融炉。
【請求項２】
請求項１記載の旋回式溶融炉を、一般ごみや産業廃棄物を空気不足の状態で熱分解させてガス化するガス化炉と、該ガス化炉で生成した熱分解ガス及び未燃カーボンと灰を主成分とするチャーを燃焼させる溶融炉と、該溶融炉からの排ガスを完全燃焼させる二次燃焼室を備えた熱分解ガス化溶融システムにおける溶融炉として用いることを特徴とする熱分解ガス化溶融システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、旋回式溶融炉に関し、特に一般ごみや産業廃棄物等を熱分解し、灰をスラグとして回収する熱分解ガス化溶融システムに用いる旋回式溶融炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般ごみや産業廃棄物等（以下、単にごみと言うことがある）の熱分解ガス化溶融システムは、図５に示すように燃料であるごみや廃棄物をガス化炉１へ供給し、空気不足の状態で熱分解ガス化させ、生成した熱分解ガス及び未燃カーボンと灰を主成分とするチャーを熱分解ガス及びチャー供給ノズル４から溶融炉２に供給し、空気ノズル５から供給される空気と共に燃焼させることで、高温場を得てチャー中の灰を溶融スラグ化するものである。
【０００３】
このガス化炉１と溶融炉２内での一般ごみや産業廃棄物等の熱分解ガス化と溶融の過程で、ごみや廃棄物は減容化され、ダイオキシン類は高温場で完全に分解・無害化される。溶融炉２の出口部３から排出する排ガスは二次燃焼室７で空気ノズル８から供給される燃焼用空気により完全燃焼される。さらに、廃熱ボイラ１０で熱回収された後、ダイオキシン類の再合成を防止するため減温塔１１で急冷され、集塵装置１２において脱塵及び脱塩処理されて煙突１３から大気中に放出される。また、二次燃焼室７の底部の排出口９からはスラグが排出される。
【０００４】
ごみの燃焼エネルギーのみで溶融炉２の温度を灰の融点以上にするためには、溶融炉２の熱負荷を上げ、入熱に対する放散熱量の割合を減少させる必要がある。溶融炉２の熱負荷を上げるためには溶融炉２を小型化する必要があるが、溶融炉２を小型化するとガス化炉１で生成した熱分解ガス及びチャーの燃焼に必要な滞留時間が確保できなくなり、燃焼効率が低下して温度が低下する。このため、一般的には、図６に示すような旋回式溶融炉２を採用し、滞留時間を確保することで燃焼効率の低下を防止している。旋回式溶融炉２は熱分解ガス及びチャー並びにこれらの可燃性物質の燃焼に必要な空気が溶融炉２の内壁に対して接線方向に流入する構造となっている。また、熱分解ガス及び燃焼用空気の吹込み流速を極力大きくすることで、乱流混合による燃焼効率の向上を図り、短時間で燃焼反応を完了させるよう工夫がなされている。さらに、炉出口部３の断面積を小さくすることで、チャー粒子が炉２内に滞留する時間を長くする工夫がなされている。
【０００５】
しかしながら、炉出口部３の断面積を小さくすると排ガスの流出速度が増大するため、液状で流動しているスラグ表面を高速の排ガスが流通し、液状スラグの表面から飛沫が発生する。発生するスラグ飛沫は大きさが小さいため、ガス流に同伴されて溶融炉２から飛散して後流部の機器へ付着するという問題が生じる。また、溶融炉２でのスラグｃの回収量が減少すると共に、飛散して後流部の機器に付着したスラグが次第に成長し、機器下部に落下することでガス流路を閉塞させ、運転が継続できなくなるという問題がある。
【０００６】
これらの問題に対し、特開２０００−１９９６１３号公報に示されるように、溶融炉内径Ｄに対する溶融炉出口部径Ｄｏの比を０．３〜０．７に限定する方法が発明されている。しかしながら、この方法では限られたごみ処理量の範囲ではスラグの飛散を防止できるものの、処理量が多い場合、すなわち、排ガス量が多い場合には、スラグの飛散量が増大するという問題がある。これは、図７に示すように、ごみの処理量によって排ガス量も変化するため、溶融炉内径Ｄに対する溶融炉出口部径Ｄｏの比を０．３〜０．７の範囲に設定した場合でも、炉出口部３の排ガス流速が増大することで、液体状のスラグから飛沫が発生するためである。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−１９９６１３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の旋回式溶融炉２は、前述のように、熱分解ガス及びチャー並びにこれらの可燃性物質の燃焼に必要な空気が溶融炉２の内壁に対して接線方向に流入させて滞留時間を確保することで燃焼効率の低下を防止し、また、熱分解ガス及び燃焼用空気の吹込み流速を大きくして燃焼効率の向上を図り、さらに炉出口部３の断面積を小さくすることで、チャー粒子が炉２内に滞留する時間を長くする工夫がなされている。
【０００９】
しかし、ごみ処理量が多くなると排ガス量も多くなり、スラグの飛散量が増大して、スラグｃの回収量が減少すると共に、飛散して溶融炉の後流部の機器にスラグが付着して、それが成長すると後流部の機器のガス流路を閉塞してしまい、溶融炉の運転が継続できなくなるという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明の課題は、上記の従来のごみガス化溶融システムの課題に鑑み、ごみ処理量に係わらず、溶融炉からのスラグの飛散を防止することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、一般ごみや産業廃棄物を空気不足の状態で熱分解させてガス化して得られる熱分解ガス及び未燃カーボンと灰を主成分とするチャーを（炉内壁の接線方向から）炉内に供給する熱分解ガス及びチャー供給ノズルと、該ノズルと並列配置された炉内壁の接線方向から炉内に空気を供給する空気ノズルとを備え、炉内での前記チャー内に含まれる灰分を溶融して炉出口部から排出する旋回式溶融炉において、炉出口断面におけるガス平均流出速度をガス温度１４００℃の状態で５０ｍ／ｓ以下とし、かつ、炉内径に対する炉出口径の比が０．８以下である旋回式溶融炉である。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の旋回式溶融炉を、一般ごみや産業廃棄物を空気不足の状態で熱分解させてガス化するガス化炉と、該ガス化炉で生成した熱分解ガス及び未燃カーボンと灰を主成分とするチャーを燃焼させる溶融炉と、該溶融炉からの排ガスを完全燃焼させる二次燃焼室を備えた熱分解ガス化溶融システムにおける溶融炉として用いる熱分解ガス化溶融システムである。
【００１３】
【作用】
請求項１記載の発明によれば、ごみ処理量に係わらず、旋回溶融炉出口部のガス流速をスラグ飛沫発生限界速度以下にすることで、液状で流動しているスラグ表面からのスラグ飛沫の発生を防止できる。これにより、旋回溶融炉でのスラグ回収量の増大が図れると共に前記溶融炉の後流部へのスラグ飛散がなくなる。
【００１４】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の旋回式溶融炉を熱分解ガス化溶融システムの溶融炉として用いることで、溶融炉の後流部へのスラグ飛散がなくなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
本実施例を一般ごみ用の熱分解ガス化溶融システムに適用した例は図５に示した熱分解ガス化システム及び図６に示す旋回式溶融炉と同一構成からなるので、その構造的な説明は省略する。
【００１６】
図１に示す本実施例の旋回式溶融炉２は、ガス及びチャー粒子の滞留時間を確保するために図６に示す従来技術の溶融炉２のように炉出口部径Ｄｏが溶融炉２の炉胴体内径Ｄよりも小さく設定されている。これは、炉出口径Ｄｏを大きくすると、炉胴体部で形成された旋回流の影響で一旦、炉出口部３から排出されたガスが炉２内へ逆流し、温度を低下させるためである。
【００１７】
本実施例が従来技術と相違する部分は、溶融炉出口部３の排ガス量を炉出口部径Ｄｏで割った値、すなわち、炉出口部３の平均流出ガス速度がガス温度１４００℃の状態で５０ｍ／ｓ以下になるように設計されていることである。
【００１８】
溶融炉出口部３の排ガス量はごみの処理量に比例するため、ごみ処理量が多くなると排ガス量が増大する。例えば、ごみ処理量が日量１０トンの炉では排ガス量が、例えば１，０００ｍ３Ｎ／ｈであるのに対し、日量１００トンの炉では、１０倍の１０，０００ｍ３Ｎ／ｈとなる。溶融炉２はごみの全入熱を溶融炉２の容積で割った値、すなわち、容積熱負荷がほぼ一定となるように設計される。
【００１９】
また、炉長さＬと炉内径Ｄの比であるＬ／Ｄはごみ処理量によらず、一定となるように設計されるため、ごみ処理量が１０倍になると容積は１０倍になるが、炉内径Ｄは１０の１／３乗である約２．１５倍にしかならない。
【００２０】
従って、ごみ処理量が１０倍になると排ガス量が１０倍になるのに対し、炉内径Ｄは２．１５倍になり、炉内の断面平均ガス流速は約４．６５倍に増加する。当然であるが、炉出口径Ｄｏと炉内径Ｄの比を一定でスケールアップすると、ごみ処理量が１０倍の条件では炉出口流速は４．６５倍に増加することになる。
【００２１】
ここで、溶融炉２の底部を流動する液体状スラグ表面に高速のガス流れ場が存在すると、スラグ表面が擾乱を受け、微小な飛沫が発生する。スラグ飛沫の発生限界速度はスラグの性状等に左右されるが、図２に示すように、都市ごみや産業廃棄物等のスラグであれば、炉出口部３でのガスの逆流を伴わない場合、処理量によらず概ね５０ｍ／ｓ以上でスラグ回収率が低下すること、言い換えるとスラグ飛沫発生量が増えることを見出した。
【００２２】
従って、スラグ飛沫の発生を防止するためには、溶融炉出口部３でのガスの逆流を防止し、かつ、ガス流速を５０ｍ／ｓ以下にすれば良い。ここで、溶融炉２おいて最もガス流速が大きいのは炉出口部３であることから、炉出口部３のガス流速を５０ｍ／ｓ以下にできればスラグ飛沫の発生を減少させることができ、溶融炉２の後流部への飛散、付着といった問題を解決できる。
【００２３】
なお、排ガス量を溶融炉出口部３の断面積で割った値、すなわち、炉出口平均ガス流出速度の計算は溶融炉出口部３における排ガスの溶融炉２側への逆流が無い条件が前提となる。溶融炉出口部３における排ガスの逆流現象は、図３に示すように数値解析及び実測の結果、ごみ処理量に関わらず、炉出口径Ｄｏと炉内径Ｄの比が０．８以上で生じることが分かった。
したがって、本実施例の適用は炉出口径Ｄｏと炉内径Ｄの比（Ｄｏ／Ｄ）が０．８以下の範囲に限定する必要がある。
【００２４】
本発明の他の実施例を図４に示す。本実施例は天井部に出口部３’を備え、側面に熱分解ガス及びチャー供給ノズル４’と空気ノズル５’を備えた縦型の旋回式溶融炉２’であり、図１に示す実施例と同等の効果及び作用を有する。
【００２５】
なお、本発明では流動床式のガス化炉と横型もしくは縦型の溶融炉を組み合わせたシステムについて説明しているが、ガス化炉の型式は流動床式に限定されず、キルン式等の他の型式でも良い。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１及び請求項２記載の発明により、溶融炉でのスラグ回収量の増大が図れると共に後流部へのスラグ飛散がないので、流路の閉塞等のトラブルを回避でき、熱分解ガス化溶融システムを安定に運転できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の熱分解ガス化溶融システムの溶融炉と二次燃焼室の断面図である。
【図２】図１のシステムを用いるスラグ回収率と溶融炉出口部における平均ガス流速の関係図である。
【図３】図１のシステムを用いる溶融炉内温度と溶融炉出口部径／溶融炉内径比の関係図である。
【図４】本発明の一実施例の熱分解ガス化溶融システムを示す図である。
【図５】従来例の熱分解ガス化溶融システムを示す図である。
【図６】図５の溶融炉と二次燃焼室の断面図である。
【図７】図５のシステムを用いる溶融炉出口部ガス流速とごみ処理量の関係図である。
【符号の説明】
１  ガス化炉              ２  溶融炉
３、３’  出口部          ４、４’  チャー供給ノズル
５、５’  空気ノズル      ７  二次燃焼室
８  空気ノズル            ９  排出口
１０  廃熱ボイラ          １１  減温塔
１２  集塵装置            １３  煙突
ｃ  スラグ                Ｄ  溶融炉内径
Ｄｏ  溶融炉出口部径      Ｌ  炉長さ
【図１】
2004317042.tif 000003
【図２】
2004317042.tif 000004
【図３】
2004317042.tif 000005
【図４】
2004317042.tif 000006
【図５】
2004317042.tif 000007
【図６】
2004317042.tif 000008
【図７】
2004317042.tif 000009