(57)【要約】【課題】本発明は、高温ガス化炉急冷室溢流堰内にスラグ粒子が堆積することで冷却水が下降管を流下する際に液膜の形成が不均一化する問題を防止して該下降管の損傷を防ぐことができる高温ガス化炉の生成ガス冷却装置及び該高温ガス化炉に関する。【解決手段】本発明の課題は、燃焼室と内部に下降管を有する二重管構造の急冷室を持つ高温ガス化炉の生成ガス冷却装置において、該急冷室には、該下降管上部の外側表面に沿って冷却水導入口が複数個所接続されていると共に、該冷却水を貯留するための環状の溢流堰が設置されていて、該溢流堰は、貯留された冷却水が堰を越えて該下降管内側表面に沿って流下することができる溢流堰であって、スラグ粒子排出用ホールが複数個所設置されていることを特徴とする高温ガス化炉の生成ガス冷却装置によって解決される。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室と内部に下降管を有する二重管構造の急冷室を持つ高温ガス化炉の生成ガス冷却装置において、該急冷室には、該下降管上部の外側表面に沿って冷却水導入口が複数個所接続されていると共に、該冷却水を貯留するための環状の溢流堰が設置されていて、該溢流堰は、貯留された冷却水が堰を越えて該下降管内側表面に沿って流下することができる溢流堰であって、スラグ粒子排出用ホールが複数個所設置されていることを特徴とする高温ガス化炉の生成ガス冷却装置。
【請求項２】
スラグ粒子排出用ホールが溢流堰底部に設置された請求項１に記載の高温ガス化炉の生成ガス冷却装置。
【請求項３】
スラグ粒子排出用ホールが、該ホールから冷却水を全冷却水量に対して１〜１０ｗｔ％排出できるもので、残りの冷却水は溢流堰よりオーバーフローとして下降管内側表面を流下するものである請求項１又は２に記載の高温ガス化炉の生成ガス冷却装置。
【請求項４】
スラグ粒子排出用ホールの断面形状が溢流堰の底部にスラグ粒子を残留させず、全て排出できる断面形状である請求項１又は２に記載の高温ガス化炉の生成ガス冷却装置。
【請求項５】
燃焼室と、その下部に、内部に下降管を有する二重管構造の急冷室を持つ高温ガス化炉において、該急冷室には、該下降管上部の外側表面に沿って冷却水導入口が複数個所接続されていると共に、該冷却水を貯留するための環状の溢流堰が設置されていて、該溢流堰は、貯留された冷却水が堰を越えて該下降管内側表面に沿って流下することができる溢流堰であって、スラグ粒子排出用ホールが複数個所設置されていることを特徴とする高温ガス化炉。
【請求項６】
スラグ粒子排出用ホールが溢流堰底部に設置された請求項５に記載の高温ガス化炉。
【請求項７】
スラグ粒子排出用ホールが、該ホールから冷却水を全冷却水量に対して１〜１０ｗｔ％排出できるもので、残りの冷却水は溢流堰よりオーバーフローとして下降管内側表面を流下するものである請求項５又は６に記載の高温ガス化炉。
【請求項８】
スラグ粒子排出用ホールの断面形状が溢流堰の底部にスラグ粒子を残留させず、全て排出できる断面形状である請求項５又は６に記載の高温ガス化炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可燃性廃棄物のガス化処理に係わり、高温ガス化炉急冷室において、燃焼室で生成するガスを冷却する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ゴミ、下水汚泥、廃プラスチック、バイオマス廃棄物、シュレッダダスト、及び廃油に代表される可燃性廃棄物は、現状としては再利用されるものはごく僅かであって、未処理のまま埋め立て処分されるものがあるが、一般的には、焼却処理によって減容化と無害化がなされて最終処分場に堆積される。
【０００３】
従来より、可燃性廃棄物の焼却処理には、ストーカ炉や流動層炉が用いられている。しかし、ストーカ炉や流動層炉は、可燃性廃棄物を完全に焼却処理するのに大量の空気を要するため排ガス量が多くなり、可燃性廃棄物に含まれている金属も酸化されて再利用することが難しいという問題がある。また、可燃性廃棄物の焼却処理後の不燃性物質の減容化を目的として、溶融設備等を上記の焼却処理設備に併設するところも増えているが、設備全体の建設コストや運転コストを押し上げる結果となっている。
【０００４】
一方、近年、可燃性廃棄物を二段ガス化処理装置を用いて処理する方法が提案されている。ここで、高温ガス化炉１は、図１のように可燃性炭素質粒子を含む可燃性気体を内部で旋回させながら部分燃焼させる燃焼室３、スロート部９、そして燃焼室３で生成した生成ガスｈとスラグを冷却する二重管構造の急冷室２５が、燃焼室３を上方に配置して縦方向にて一体的に結合した構造となっている（特許文献１参照）。
【０００５】
上記急冷室２５には、外管に、スラグ排出口１９、生成ガス取出し口２１、及び冷却水導入口１５、スラグスラリー水排出口１７が設置され、そして下降管２７には、その上部外側表面に沿って冷却水導入口１５が接続され、更に、該冷却水を貯留するための環状の溢流堰２３が設置されていて、該溢流堰２３内に貯留された冷却水が該溢流堰２３を越えて該下降管２７内側表面に沿って流下することができる装置が設けられている（特許文献２参照）。
【０００６】
また、ここで使用する冷却水は高温ガス化炉とガス洗浄塔の間で大量のスラリー水を循環させる様にしたものの一部である。該スラリー水は高温ガス化炉の底部から抜き出され、スラグ回収工程（セトラユニット、ファインスラグフィルタユニット）を経て浄化され、再び冷却水として循環される（特許文献３参照）。
【０００７】
【特許文献１】
ＷＯ９８／１０２２５号公報（第２図）
【特許文献２】
特開２０００−５５４２号公報（第３−４頁、第１−４図）
【特許文献３】
特開２０００−３２８０６９号公報（第１２頁、第２図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の装置においては、高温ガス化炉急冷室内２５の下降管２７に設置された溢流堰２３に供給される冷却水には上記で説明したようにスラリー水を循環させたものであるためスラグ粒子が含まれており、冷却水を該溢流堰２３をオーバーフローさせて該下降管２７を流下させていく際、運転を継続しているとスラグ粒子が次第に溢流堰内に堆積していた。
その結果、溢流堰内にスラグ粒子の堆積する量が増えていき供給冷却水のオーバーフロー流れが不均一となり、そのことにより、冷却水が下降管２７を流下する際に形成される液膜の厚みが不均一になって、高温の生成ガスが該下降管２７に接触する際に、局所的に該下降管２７の温度を上昇させ、該下降管２７の変形や破損を起こす要因となっていた。
【０００９】
そこで、本発明は、高温ガス化炉急冷室溢流堰内にスラグ粒子が堆積することで冷却水が下降管２７を流下する際に液膜の形成が不均一化する問題を防止して該下降管２７の損傷を防ぐことができる高温ガス化炉の生成ガス冷却装置及び該高温ガス化炉を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、燃焼室と内部に下降管を有する二重管構造の急冷室を持つ高温ガス化炉の生成ガス冷却装置において、該急冷室には、該下降管上部の外側表面に沿って冷却水導入口が複数個所接続されていると共に、該冷却水を貯留するための環状の溢流堰が設置されていて、該溢流堰は、貯留された冷却水が堰を越えて該下降管内側表面に沿って流下することができる溢流堰であって、スラグ粒子排出用ホールが複数個所設置されていることを特徴とする高温ガス化炉の生成ガス冷却装置にある。
【００１１】
本発明はまた、燃焼室と、その下部に、内部に下降管を有する二重管構造の急冷室を持つ高温ガス化炉において、該急冷室には、該下降管上部の外側表面に沿って冷却水導入口が複数個所接続されていると共に、該冷却水を貯留するための環状の溢流堰が設置されていて、該溢流堰は、貯留された冷却水が堰を越えて該下降管内側表面に沿って流下することができる溢流堰であって、スラグ粒子排出用ホールを複数個所設置されていることを特徴とする高温ガス化炉にもある。
【００１２】
次に、本発明の好ましい態様を列記する。
（１）スラグ粒子排出用ホールが溢流堰底部に設置された上記の高温ガス化炉の生成ガス冷却装置。
（２）スラグ粒子排出用ホールが、該ホールから冷却水を全冷却水量に対して１〜１０ｗｔ％排出できるもので、残りの冷却水は溢流堰よりオーバーフローとして下降管内側表面を流下するものである上記いずれかの高温ガス化炉の生成ガス冷却装置。
（３）スラグ粒子排出用ホールの断面形状が溢流堰の底部にスラグ粒子を残留させず、全て排出できる断面形状である上記いずれかの高温ガス化炉の生成ガス冷却装置。
（４）スラグ粒子排出用ホールが溢流堰底部に設置された上記の高温ガス化炉。
（５）スラグ粒子排出用ホールが、該ホールから冷却水を全冷却水量に対して１〜１０ｗｔ％排出できるもので、残りの冷却水は溢流堰よりオーバーフローとして下降管内側表面を流下するものである上記いずれかの高温ガス化炉。
（６）スラグ粒子排出用ホールの断面形状が溢流堰の底部にスラグ粒子を残留させず、全て排出できる断面形状である上記いずれかの高温ガス化炉。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の高温ガス化炉の生成ガス冷却装置の実施の形態について、添付図面の図１〜図３を参照しながら説明する。
まず最初に図１を参照し、本発明の高温ガス化炉を用いた可燃性廃棄物の二段ガス化処理装置の概略について説明する。
図１は、本発明の高温ガス化炉を用いた可燃性廃棄物の二段ガス化処理装置の一例の構成図である。
図１には、低温ガス化炉に流動層ガス化炉４０を用い、高温ガス化炉に急冷室２５の内部の下降管２７上部の外側表面に沿って溢流堰２３が設置されている高温ガス化炉１を用いた可燃性廃棄物ａの二段ガス化処理装置が示されている。
【００１４】
流動層ガス化炉４０の内部では、炉の下方から供給された流動化ガスｂによって流動化した流動媒体ｃが流動層４２を形成している。流動化ガスｂには、通常は、含酸素ガス（酸素ガス、空気、又は水蒸気、或いはこれらの混合ガス）が用いられる。流動化ガスｂとして供給される酸素ガス及び空気は可燃性廃棄物ａのガス化剤としても作用する。
流動層ガス化炉４０に供給された可燃性廃棄物ａは、４５０〜８５０℃の温度に保持された流動層４２内で、流動化ガス兼ガス化剤として炉内に供給された酸素ガス又は空気により速やかに部分燃焼によりガス化され、可燃性気体ｅを生成する。流動化ガス兼ガス化剤として供給する酸素ガス又は空気の量は、可燃性廃棄物ａを完全燃焼させるのに必要な理論量の１０〜３０％とすることが好ましい。
【００１５】
流動層ガス化炉４０の炉底からは、流動媒体ｃが不燃物ｄと共にロックホッパ４４を介して排出され、スクリーン４６により不燃物ｄが除去される。不燃物ｄが除去された流動媒体ｃは、流動層ガス化炉４０の内部に戻される。分離された不燃物ｄに含まれている金属は、流動層４２を還元雰囲気とすることで未酸化状態で回収することが可能である。
【００１６】
可燃性廃棄物ａの部分燃焼により生成した可燃性炭素質は、流動層４２の攪拌運動により微粉砕されて、チャーとなって可燃性気体ｅの流れに同伴する。不燃性物質（灰分）の一部も流動層４２の攪拌運動により微粉砕されて、粒子となって可燃性気体ｅの流れに同伴する。
【００１７】
不燃性物質粒子と可燃性炭素質粒子とを浮遊状態で含有する可燃性気体ｅは、高温ガス化炉１の可燃性気体導入口５から燃焼室３に供給されて旋回しながら下降する。そして、可燃性気体ｅ（特に可燃性炭素質粒子と炭化水素ガスとタール）が含酸素ガス導入口１３及び好ましくは頂部含酸素ガス導入口７からも供給される含酸素ガスｆによって部分燃焼によりガス化される。可燃性気体ｅの燃焼熱により燃焼室３内の温度は１３００〜１５００℃に維持される。可燃性気体ｅ（特に可燃性炭素質粒子と炭化水素ガスとタール）の部分燃焼により一酸化炭素ガスや水素ガスが生成する。含酸素ガスｆに水蒸気が含まれている場合は、水蒸気と可燃性炭素質粒子との水性ガス化反応によっても一酸化炭素ガスと水素ガスが生成する。
【００１８】
可燃性気体ｅに含まれている不燃性物質粒子は燃焼室３にて溶融スラグとなる。燃焼室３で発生したガス（一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガスを主体とするガス）及び溶融スラグは急冷室２５で急冷され、生成ガス取り出し口２１から生成ガスとして取り出され、スラグｇはスラグ排出口１９から取り出される。
【００１９】
高温ガス化炉１は、燃焼室３及びその下部にスロート部９を介して急冷室２５を備えている。燃焼室３は、側部に可燃性気体導入口５を備え、含酸素ガスとスチームの混合ガスを導入するため、側部に含酸素ガス導入口１３を複数個所備え、好ましくは頂部にも頂部含酸素ガス導入口７を備えている。急冷室２５には、下降管２７上部の外側表面に沿って冷却水導入口１５が接続されていると共に、該冷却水を貯留するための環状の溢流堰２３が配置されていて、該溢流堰は貯留された冷却水が該溢流堰２３を超えて該下降管内側表面に沿って流下することができるようになっている。冷却水は、旋回しながら下降管２７の内壁を流下している。下降管２７の内側表面に沿って流下した冷却水は、急冷室２５の底部の水槽部３１に貯留される。この貯留水には、下降管２７の下方の端部が埋没している。
【００２０】
燃焼室３にて生成した生成ガスは、急冷室２５の水槽部３１によって冷却された後、生成ガス取出し口２１から炉外に取り出される。溶融スラグは、急冷室２５の水槽部３１によって冷却されて水砕スラグとなり、スラグ排出口１９から取り出される。
【００２１】
高温ガス化炉１の生成ガス取り出し口２１から取り出された生成ガスｈに含まれている一酸化炭素ガス及び水素ガスは、各種の化学工業原料として利用することができる。例えば該生成ガスｈをＣＯ転化反応させ水素ガスを得て、これをアンモニア合成用の水素源として用いることも可能である。
【００２２】
一方、高温ガス化炉１のスラグ排出口１９から出されたスラグｇはセメントや土木建築用の資材として利用できる。
以上が二段ガス化処理装置の概略である。
【００２３】
次に本発明の高温ガス化炉の生成ガス冷却装置について詳しく説明する。
図２は、本発明の高温ガス化炉の生成ガス冷却装置の要部拡大断面図であり、図３は図２の矢視Ａから見た水平断面構成図である。
【００２４】
急冷室２５には、下降管２７上部の外側表面に沿って冷却水導入口１５が複数個所、例えば４個所（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ）接続され、冷却水ｉを貯留するための環状の溢流堰２３が配置されていて、冷却水導入口１５から導入され該溢流堰２３内に貯留された冷却水ｉが該溢流堰２３を超えて該下降管２７内側表面に沿って旋回しながら流下して液膜を形成する。そして下降管２７の内側表面に沿って流下した冷却水は、急冷室２５の底部の水槽部３１に貯留される。
このとき、該液膜は該下降管内面に均一で３〜４ｍｍ以上の一定厚み以上を有することが好ましく、また、下降管の形状は円柱形状若しくは逆円錐台形状であることが好ましい。円柱形状若しくは逆円錐台形状にすることで一様な冷却水の濡壁旋回流れが形成できるとともに燃焼室からの生成ガスの旋回流れを維持でき、更に、逆円錐台形状とすることで、高温の発生ガスとの接触により冷却水の一部が蒸発し失われても適度の厚みの濡壁旋回流れを確保することができる。また液膜の旋回流を生成ガスの旋回流れと逆方向とすることで濡壁旋回流れの表面から下降管内全体に水滴を発生でき、ガスと冷却水との接触を飛躍的に増大させることができる。
【００２５】
該溢流堰２３の底部には、スラグ粒子排出用ホールが複数個所設置され、これにより、溢流堰２３へ供給される冷却水に含まれるスラグ粒子ｋがこのスラグ粒子排出ホールを通って連続的に下降管２７内に排出される。スラグ粒子排出用ホール設置の位置としては、溢流堰２３の底にスラグが残留するのを防ぐ為に溢流堰２３の底部に沿って設置するのが好ましい。更に該ホールは、溢流堰２３内に注入される冷却水量に対し１〜１０ｗｔ％のスラグ粒子を含む冷却水ｋが該ホールから排出できるように水平方向の任意の位置に１個所もしくは複数個所、例えば４個所（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ）設置することが好ましい。そして残りの冷却水は溢流堰２３よりオーバーフローして下降管２７内側表面を流下し、均一な厚みの液膜を形成することができる。また底面部は水平ではなく傾斜が溢流堰２３内に注入される冷却水量に対し１〜１０ｗｔ％のスラグ粒子を含む冷却水ｋが該ホールから排出できるように付けられている。このことによりに溢流堰内にスラグ粒子が堆積することを防止できる。
【００２６】
また、スラグ粒子排出用ホールの断面形状は溢流堰２３の底にスラグが残留せず、良好に排出できる断面形状とすることが好ましく、特に半円形が好ましい。
本発明では、スラグ粒子排出用ホールからスラグ粒子を含む冷却水ｋが噴出することにより、その冷却水も燃焼室３で発生する高温になったガスに直接接触して、高い冷却効果を生じる。
また、溢流堰２３内の仕切板３３には、冷却水導入口１５より入ってくる冷却水の流れを攪拌して溢流堰底部にたまっているスラグを掻き出す効果もある。
【００２７】
【発明の効果】
スラグ粒子排出用ホールを設置して高温ガス化炉急冷室溢流堰内にスラグ粒子が堆積することを防止することで、不均一なオーバーフロー流れの形成を抑制し、下降管２７内側表面を流下する冷却水の液膜が均一に形成される。その結果、高温ガス化炉１の燃焼室３で発生した高温のガスと下降管２７表面とが直接接触する部分を少なくし、均一な液膜によって下降管２７を高温ガスから保護する効果がある。そのことにより下降管の変形や破損を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高温ガス化炉を用いた可燃性廃棄物の二段ガス化処理装置の一例の構成図である。
【図２】本発明の高温ガス化炉の生成ガス冷却装置の要部拡大断面図である。
【図３】図２の矢視Ａから見た水平断面構成図である。
【符号の説明】
１：高温ガス化炉
３：燃焼室
５：可燃性気体導入口
７：頂部含酸素ガス導入口
９：スロート部
１３：側部含酸素ガス導入口
１４：高温ガス化炉内層キャスタブル
１５：冷却水導入口
１７：スラグスラリー水排出口
１９：スラグ排出口
２１：生成ガス取出し口
２３：溢流堰
２５：急冷室
２７：下降管
２９：上昇管
３０：スラグ粒子排出用ホール
３１：水槽部
３３：仕切板
４０：流動層ガス化炉
４２：流動層
４４：ロックホッパ
４６：スクリーン
ａ：可燃性廃棄物
ｂ：流動化ガス
ｃ：流動媒体
ｄ：不燃物
ｅ：可燃性気体
ｆ：含酸素ガス
ｇ：スラグ
ｈ：生成ガス
ｉ：冷却水
ｊ：スラグスラリー水
ｋ：スラグ粒子＋冷却水
【図１】
2004256657.tif 000003
【図２】
2004256657.tif 000004
【図３】
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