(57)【要約】【課題】ガス化溶融装置において、スラグ排出部の熱負荷変化を安定化して、溶融スラグの固化を防止し、また、エネルギーコストを抑制する。【解決手段】スラグ排出部２２の側面に温度検出器２６を設置し、スラグ排出部２２直上に補助バーナ２５を設置する。補助バーナ２５の燃料使用量は温度検出器２６の検出温度により制御される燃料調節弁２７で調節する。スラグ排出部２２の温度が１２５０℃〜１３５０℃程度の場合、補助バーナ２５は停止状態にある。１０００℃を下まわると補助バーナ２５が点火される。補助バーナ２５の燃料使用量は固化温度付近となる９００℃を下まわらないように燃料調節弁２７で調節する。補助バーナ２５により排ガス３５も加温され、この加温された排ガス３５と補助バーナ火炎とによる輻射熱で、溶融スラグは加温される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動層により被燃焼物をガス化した熱分解ガスを供給され、前記熱分解ガス中の灰分を溶融したスラグと排ガスとを生成する溶融炉のスラグ排出部の上部に、前記スラグを加温するバーナを設置してなるガス化溶融装置。
【請求項２】
前記バーナは、前記排ガスを加温する位置に設置されている請求項１に記載のガス化溶融装置。
【請求項３】
前記溶融炉のスラグ排出部に、スラグ温度を検出する温度検出器を備えた請求項１または２に記載のガス化溶融装置。
【請求項４】
前記スラグ排出部で検出されたスラグ温度に基づいて、前記スラグ排出部に設置したバーナの起動または停止を制御する制御器を備えた請求項１、２または３に記載のガス化溶融装置。
【請求項５】
前記スラグ排出部に設置したバーナの燃料使用量を調節する調節弁を備えた請求項１、２、３または４に記載のガス化溶融装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ごみなどの被燃焼物をガス化し、このガスを燃料としてその被燃焼物に含まれている灰分を加熱溶融してスラグとして回収するガス化溶融装置に係り、特に、前記溶融スラグが装置内で固化するのを防止するようにしたガス化溶融装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のガス化溶融システムは、図２に示すように、乾燥機１１で乾燥させたごみを、給塵装置４により流動床式ガス化炉５に供給し、ここで５００℃〜７００℃の温度で、ごみを部分燃焼させ、残りを熱分解し、ガス化する。
【０００３】
ガス化炉５で得られた熱分解ガスとチャー（灰分を含む）の混合物は、ガス化溶融装置２０で１２００〜１４００℃の温度で高温燃焼され、下部からは溶融されたスラグ１９が排出される。燃焼排ガスはさらに二次燃焼室２３で未燃分を燃焼された後、廃熱ボイラ１１、減温塔１２、バグフィルタ１３、誘引通風機１４を通して、煙突１５から系外に排出される。
【０００４】
ガス化溶融装置の構造は、図３に示すように、溶融炉２１の溶融部２１ａ、スラグ排出部２２、排ガス二次燃焼室２３から成り立っている。溶融部２１で熱分解ガスとチャーが高温燃焼され、チャー中の灰分が溶融されこれらは溶融炉出口から出てゆく。
【０００５】
溶融スラグはスラグ排出部２２に向け流れ、絞りを入れた開口部であるスラグタップ３４を通ってスラグ排出部２２の下部の出口から排出される。一方、溶融部の燃焼排ガスは、排ガス二次燃焼室側２３に流れ、ここで排ガス中の未燃分が完全燃焼する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
溶融炉２１は１２００℃〜１４００℃の温度で運転される。溶融炉２１の溶融部２１ａで溶けた溶融スラグは、溶融部２１ａの傾斜に沿って流れ、スラグタップ３４からスラグ排出部２２を通って自重により下方へ流れる。
【０００７】
溶融部２１ａの高温排ガスは二次燃焼室２３を通って炉外に排出される。スラグタップ３４に入る前の溶融スラグは高温排ガスで加熱された溶融スラグの温度が保たれ、溶融スラグの粘性が上昇したり、固化してしまったりすることがなく、溶融スラグは安定して流れる。しかし、スラグタップ３４に入った溶融スラグは排ガス流の加熱を受けにくくなり、かつスラグ排出部外殻からの熱放散により溶融スラグの温度が低くなる。
【０００８】
溶融温度が低くなると、流動性が悪くなるが、溶融スラグ温度が固化温度を下まわることがなければ、溶融スラグはスラグ排出部内を流れ続け、排出部が固化したスラグにより閉塞することはない。しかし、固化温度を下まわれば、固化したスラグによりスラグタップ３４および排出部２２が閉塞し、ガス化溶融装置の運転が不可能となる。
【０００９】
スラグタップの下部およびスラグ排出部の温度が低下しないように、スラグ排出部に補助バーナ２５を設け、常時燃焼させておけば、温度低下は起こらないとする提案がある。（例えば、特開平８−１７８２３８号公報参照）。
【００１０】
しかし、補助バーナの燃焼条件は溶融スラグが固化温度まで低下した場合を想定して設定されるため、ごみガス化溶融装置の負荷を変化させ、溶融部での燃焼温度が上昇した場合、スラグ排出部温度が通常運転範囲を超え、スラグ排出部の耐火材を損傷させる。
【００１１】
また、補助バーナは常時運転のため、エネルギーコストが増大する。また、補助バーナがスラグ排出部２２側面に設置されているため、補助バーナの燃焼排ガスがスラグタップ３４を通って二次燃焼室２３に流れ、この排ガス流れは溶融スラグの流れと逆になるため、溶融スラグの流れが不安定になる。
【００１２】
本発明の目的は、ガス化溶融装置において、スラグ排出部内で溶融スラグが固化するのを防止し、負荷変化時のスラグ排出部の耐火材の損傷を防止し、安定的に溶融スラグ温度を保持でき、また、エネルギーコストを過剰に上昇させず、スラグ排出部２２での溶融スラグを安定して流下させることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題は次のように解決される。すなわち、ガス化溶融装置において、溶融炉２１の出口に補助バーナを溶融炉のスラグ排出部直上に設置した中間燃焼室３２を設け、スラグ排出部にスラグ温度検出器を設け、検出された温度によりスラグ排出部上部に設置された補助バーナの運転を制御することにより、スラグ排出部温度を保持するようにした。
【００１４】
本発明によれば、スラグ排出部の温度が低下した場合、スラグ排出部上部に設置された補助バーナが点火され、補助バーナにより排ガスをさらに加熱し、加熱された排ガスによる輻射熱でスラグ排出部内の温度を上昇させる。この排ガスの温度上昇およびバーナ火炎自体による輻射熱で、スラグ排出部内の溶融スラグ温度を上昇させることができる。
【００１５】
また、この補助バーナの燃料使用量は、スラグ排出部の検出温度により制御され、温度がある範囲になるように調節されるが、急激な負荷変化等による温度上昇時には補助バーナは停止される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明に係るガス化溶融装置の一実施形態を示す構成図である。溶融炉２１は全体が傾斜した構造で、円筒形の室となっいる溶融部２１ａの一方の側に熱分解ガス入口ノズル３３が設けられており、他方の側の傾斜した溶融部の低い側に溶融部出口３６がある。
【００１７】
熱分解入口ノズルは溶融部２１ａの円周方向に取り付けられており、そのため、溶融部２１ａの円筒室内では、熱分解ガス、チャー等は旋回しながら燃焼し、灰分は溶融し、スラグとなる。
【００１８】
溶融部出口は絞りを入れて、口径が小さくしてあり、これによって、溶融部内の熱分解ガス等の旋回力は大きくなる。また、溶融部２１ａは出口側が低くなるように傾斜しているが、これによって、灰分を含むチャー等を壁面に衝突させ、壁面上に滞留させることにより、滞留時間を長くし、燃焼および溶融し易いようにしてある。
【００１９】
なお、熱分解ガス等の入口側の端部に設けられている主バーナ２４は、溶融炉２１の起動時あるいは熱分解ガス、チャーのカロリーが低くなったときの助撚用で常時は燃焼されていないバーナである。
【００２０】
溶融部出口３６を出た燃焼排ガスと溶融スラグは、次に本発明の特徴部分でもある中間燃焼室３２に入る。この中間燃焼室３２は下部に溶融スラグを系外に排出するためのスラグタップ３４およびスラグ排出部２２があり、これらの上部に補助バーナ２５が設けられている。
【００２１】
この補助バーナはスラグタップ３４およびスラグ排出部２２を燃焼ガスおよび火炎の輻射熱で加熱することを目的としているため、スラグタップ３４およびスラグ排出部２２の近傍がよい。火炎の輻射熱が直線的に進むことを考えれば、スラグ排出部から火炎が見える範囲が望ましく、通常、スラグ排出部２２の真上に補助バーナ２５を設けるのが望ましい。
【００２２】
以上説明したように、本実施形態のガス化溶融装置２０は、図２に示したガス化炉５から供給される熱分解ガスおよびチャーを高温で燃焼し、灰分を溶融してスラグを生成する溶融炉２１と、この溶融炉の出口に設けられるスラグ排出部２２の上部に補助バーナ２５を設けた中間燃焼室３２と、溶融炉２１から排出される排ガス３５をさらに燃焼する二次燃焼室２３とから構成されている。そのほか、溶融部２１ａには、熱分解ガス入口ノズル３３および起動、助燃用の主バーナ２４が設置されている。
【００２３】
本実施形態は、このようなガス化溶融装置２０において、スラグ排出部２２直上に補助バーナ２５を設置し、スラグ排出部２２の側面には、温度検出器２６を設置した。さらに、補助バーナ２５に供給する燃料、空気、排ガスのそれぞれの供給量を調節する燃料調節弁２７、空気調節弁３０、および排ガス調節弁３１が配置され、これらの調節弁２７、３０、３１の開度を、温度検出器２６の検出温度に基づいて制御する制御器２９を具備している。
【００２４】
次に、各構成部分の相互関係および作用を説明する。温度検出器２６により検出されたスラグ排出部２２の温度が、１２００℃〜１４００℃程度の範囲にある場合には、補助バーナ２５は停止状態にある。
【００２５】
温度検出器２６により検出されたスラグ排出部２２の温度が、１２００℃を下まわった場合、補助バーナ２５が点火される。補助バーナ２５の燃料使用量は、固化温度付近となる９００〜１２００℃を下まわらないように、燃料調節弁２７で調節される。補助バーナ２５の運転中に、温度検出器２６により検出されたスラグ排出部２２の温度が１３５０〜１４００℃を上回った場合、補助バーナ２５は停止される。
【００２６】
補助バーナ２５はスラグ排出部２２直上に設置されているため、溶融部２１から二次燃焼室２３に流れる排ガス３５を加温することとなる。この加温された排ガス３５からの輻射熱と、補助バーナ２５の火炎による輻射熱とで、スラグタップ３４の下部およびスラグ排出部２２を流れる溶融スラグは加温される。
【００２７】
また、補助バーナ２５の設置位置は、スラグ排出部２２の直上に必ずしも限定されない。スラグ排出部の直上近傍であればよく、スラグタップ３４を通してスラグ排出部２２に補助バーナの火炎の輻射熱が入射する位置にあればよい。好ましくは、スラグタップ３４を補助燃焼バーナの火炎または燃焼ガスが直接加熱できる位置が適当である。
【００２８】
なお、本実施形態におけるガス化溶融装置２０の溶融炉２１には、ごみなどの被燃焼物を熱分解して生成した熱分解ガスの入口ノズル３３と、溶融炉の起動および助燃用の主バーナ２４とが設置されている。
【００２９】
溶融部２１ａで生成した溶融スラグは、スラグ排出部２２からスラグ１９となって排出される。スラグ排出部２２にはスラグタップ３４、炉内高温ガス排出ノズル２８などが設置され、また、溶融部２１で生成した排ガスの二次燃焼室２３の入口には、飛散スラグを捕集するスラグスクリーン３２が設けられている。
【００３０】
ここで、図２および図３を参照して、ガス化溶融炉の参考例を説明する。図２に、ガス化溶融炉のフ口ーを示す。ごみは、熱風炉２で発生させた熱風を熱源とする乾燥機１で乾燥される。乾燥させたごみは給塵装置４により流動床式ガス化炉５に供給され、層内でガス化される。
【００３１】
このとき、ガス化を行うための層温度として、５００〜７００℃の範囲となるように、流動化空気量を調整弁で制御する。ガス化炉５で得られた熱分解ガスとチャーの混合物は、溶融炉９で高温燃焼され、溶融されたスラグ１９が排出される。燃焼ガスは廃熱ボイラ１１、減温塔１２、バグフィルタ１３、誘引通風機１４を通して、煙突１５から系外に排出される。
【００３２】
図３に、溶融炉９の構造を示す。溶融炉９は溶融部２１、スラグ排出部２２、排ガス二次燃焼部２３から構成されている。溶融部２１で熱分解ガスとチャーが高温燃焼され、溶融部２１で生成された溶融スラグはスラグ排出部２２に向け流れ、スラグ排出部２２下部の出口から排出される。一方、溶融部で生成された排ガスは排ガス二次燃焼室２３側に流れ、ここで二次燃焼する。
【００３３】
図２および図３に示した例の場合、スラグ排出部の下部は、排ガス流の輻射熱を受けにくくなり、かつスラグ排出部外殻からの熱放散により溶融スラグの温度が上部より低くなる。スラグ排出部下部の溶融スラグ温度が固化温度を下まわれば、固化したスラグにより排出部位閉塞し、溶融炉運転が不可能となる。
【００３４】
図１に示した本発明の実施形態によれば、スラグ排出部内の溶融スラグ温度が低下した場合でも、スラグ排出部上部に設置された補助バーナにより、溶融スラグ温度を上昇させることができるので、スラグ排出部における溶融スラグの固化が発生することはない。
【００３５】
また、補助バーナは排ガスを加温するため、溶融スラグの温度上昇は、加温された排ガスと補助バーナ火炎とによる輻射熱で行われるため、スラグ排出部での部分的な熱負荷変化が起こりにくく、安定的に溶融スラグ温度を保持できる。また、補助バーナの燃料調節弁により燃料使用量が調節されるため、エネルギーコストを過剰に上昇させないという効果もある。
【００３６】
【発明の効果】
上述のとおり、本発明によれば、ガス化溶融装置のスラグ排出部上部に補助バーナを設置したので、スラグ排出部における溶融スラグの固化を防止できる。
【００３７】
また、補助バーナにより加温された排ガスと補助バーナの火炎による輻射熱とによって、スラグ排出部での熱負荷変化が起こりにくく、安定的に溶融スラグ温度を保持できる。さらに、補助バーナの燃料使用量の調節によりエネルギーコストの上昇を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１図は本発明の溶融炉の実施形態を示す図である。
【図２】第２図は従来技術のフロー、を示す図である。
【図３】第３図は従来技術の溶融炉を示す図である。
【符号の説明】
２０  ガス化溶融装置
２１  溶融部
２２  スラグ排出部
２３  二次燃焼室
２４  主バーナ
２５  補助バーナ
２６  温度検出器
２７  燃料調節弁
２８  ノズル
２９  制御器
３０  空気調節弁
３１  排ガス調節弁
３２  スラグスクリーン
３３  熱分解ガス入口ノズル
３４  スラグタップ
３５  排ガス
【図１】
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【図２】
2004293832.tif 000004
【図３】
2004293832.tif 000005