(57)【要約】【課題】メインの燃焼用ガス供給源が破損・機能停止となっても高温熱交換器を冷却するためのガス供給が停止することに伴って熱交換器上に生じる熱衝撃の結果として、応力が発生することによる熱交換器自体の破損という問題が生じることのないガス化溶融装置及びその運転方法を提供すること。【解決手段】廃棄物をガス化するガス化炉と、ガス化により生成した生成物を導入して灰分を溶融する溶融炉３を備えたガス化溶融装置において、高温熱交換器１１と、燃焼用ガス供給ファン１２を具備し、燃焼用ガス供給ファン１２からの燃焼用ガスｆを高温熱交換器１１で溶融炉３からの燃焼排ガスｅと熱交換して予熱し、溶融炉３に導入するように構成し、燃焼用ガス供給ファン１２が機能を停止した際に、燃焼用ガス供給ファン１２とは別に高温熱交換器１１を通して空気を供給する非常用冷却空気供給ファン１３を設けた。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物をガス化するガス化炉と、ガス化により生成した生成物を導入して灰分を溶融する溶融炉を備えたガス化溶融装置において、
高温熱交換器と、燃焼用ガス供給源を具備し、前記燃焼用ガス供給源からの燃焼用ガスを前記高温熱交換器で前記溶融炉からの燃焼排ガスと熱交換して予熱し、前記溶融炉に導入するように構成し、
前記燃焼用ガス供給源が機能を停止した際に、前記燃焼用ガス供給源とは別に前記高温熱交換器を通して空気を供給する非常用冷却空気供給源を設けたことを特徴とするガス化溶融装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガス化溶融装置において、
前記非常用冷却空気供給源は、前記高温熱交換器の焼損を防止するために必要な冷却空気の流量を供給できる容量を有することを特徴とするガス化溶融装置。
【請求項３】
廃棄物をガス化炉にてガス化した後、ガス化により生成した生成物を導入して灰分を溶融するガス化溶融装置の運転方法であって、
前記ガス化溶融装置は、高温熱交換器と、燃焼用ガス供給源を具備し、前記溶融炉に未燃ガスを導入して高温燃焼させると共に、前記燃焼用ガス供給源からの燃焼用ガスを前記高温熱交換器で前記溶融炉からの高温燃焼排ガスと熱交換して予熱し、前記溶融炉に導入し、前記燃焼用ガス供給源が機能を停止した際に、前記燃焼用ガス供給源とは別の非常用冷却空気供給源から前記高温熱交換器内を通して空気を供給することを特徴とするガス化溶融装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は都市ごみ、産業廃棄物等の可燃物を熱分解ガス化するガス化炉からの灰を含む未燃ガス（生成ガス）を高温燃焼させ、その高温で灰分を溶融し溶融スラグとするガス化溶融装置及びその運転方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみや産業廃棄物或いはバイオマス廃棄物や医療廃棄物、廃タイヤ或いはシュレッダダスト等の自動車廃棄物等、廃棄物の処理技術として、例えば図３に示す主要部の構成を示すガス化溶融装置がある。図３において、１は廃棄物供給装置、２は流動層ガス化炉、３は一次燃焼室３−１と二次燃焼室３−２と三次燃焼室３−３とからなる旋回型の溶融炉、４は廃熱ボイラ、５はエコノマイザ、６はバグフィルタ、７は排ガス再加熱器、８は触媒反応塔、９は煙突である。
【０００３】
上記構成のガス化溶融装置において、廃棄物供給装置１により流動層ガス化炉２内に投入された廃棄物ａは、流動媒体（砂等）ｃが炉床下部から挿入される流動化空気ｇで流動する流動層内で熱分解・ガス化し、得られた可燃性の生成ガスｂは溶融炉３に導入され、その一次燃焼室３−１で燃焼用ガスｆと混合され、二次燃焼室３−２でおよそ１２５０℃以上の高温で燃焼し、生成ガスｂ中に含まれるチャーを燃焼し灰分を溶融し、更に三次燃焼室３−３で燃焼用ガスｆと混合され燃焼した後、１２５０℃前後の高温の燃焼排ガスｅは廃熱ボイラ４に導入される。なお、廃棄物ａ中のガス化されない不燃物ｄは流動層ガス化炉２の流動層下部から外部に排出され、また溶融炉３で溶融した灰分は溶融スラグｈとしてスラグ排出口３−４から外部に排出される。
【０００４】
高温の燃焼排ガスｅは廃熱ボイラ４やエコノマイザ５を通過することにより冷却され温度が下がり（１５０℃前後）、バグフィルタ６でその中に含まれる溶融飛灰等の塵が除去される。更に排ガス再加熱器７で触媒反応を起こす適切な温度（２００℃〜２１０℃）に加熱され、触媒反応塔８で燃焼排ガスｅ中のＮＯｘをアンモニアと反応させ除去し、煙突９を通して大気中に放出する。一方廃熱ボイラ４で得られた蒸気タービン発電機（図示せず）を駆動し、得られた電力は当該ガス化溶融装置の機器の運転電源に当てることにより、装置の省エネルギーやランニングコストの低減化を図っている。
【０００５】
従来この種のガス化溶融装置は、一系統の燃焼用ガス供給源から溶融炉３内に燃焼用ガス（空気等）ｆを導入するように構成されている。そしてこの燃焼用ガス供給源からの燃焼用ガスｆを高温熱交換器（図示せず）に導き、該高温熱交換器で溶融炉３からの高温の燃焼排ガスｅとの間で熱交換を行い、所定温度範囲の温度に予熱して溶融炉３内に供給するように構成している。この高温熱交換器は高温の燃焼排ガスｅ中で使用されるため、耐熱性及び耐食性を有する材料で構成されると共に、常に燃焼用ガスｆで冷却されることで、高温溶融腐食に耐えて連続使用することができる。
【０００６】
しかしながら、トラブル等により一旦燃焼用ガス供給源が破損・機能停止に陥ると、上記のように燃焼用ガス供給源が一系統の場合、高温熱交換器に燃焼用ガスが導入されないことになり、高温熱交換器は冷却されず急速に過熱し、熱衝撃により破損してしまうという問題がある。
【０００７】
【特許文献１】
特表２００１−５２０３６０号公報
【特許文献２】
特開２０００−２９７６１３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、メインの燃焼用ガス供給源が破損・機能停止となっても高温熱交換器を冷却するためのガス供給が停止することに伴って熱交換器上に生じる熱衝撃の結果として、応力が発生することによる熱交換器自体の破損という問題が生じることのないガス化溶融装置及びその運転方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、廃棄物をガス化するガス化炉と、ガス化により生成した生成物を導入して灰分を溶融する溶融炉を備えたガス化溶融装置において、高温熱交換器と、燃焼用ガス供給源を具備し、燃焼用ガス供給源からの燃焼用ガスを高温熱交換器で溶融炉からの燃焼排ガスと熱交換して予熱し、溶融炉に導入するように構成し、燃焼用ガス供給源が機能を停止した際に、燃焼用ガス供給源とは別に高温熱交換器を通して空気を供給する非常用冷却空気供給源を設けたことを特徴とする。
【００１０】
上記のように非常用冷却空気供給源を設けることにより、燃焼用ガス供給源が破損・停電などにより、機能を停止して高温熱交換器に燃焼用ガスを供給できなくなっても、非常用冷却空気供給源から高温熱交換器上の熱応力発生を防止するための空気を供給することができるから熱衝撃（サーマルショック）を防いで高温熱交換器上の熱応力発生を防止して、より長時間ガス化溶融装置を運転することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のガス化溶融装置において、非常用冷却空気供給源は、高温熱交換器の焼損を防止するために必要な冷却空気の流量を供給できる容量を有することを特徴とする。
【００１２】
上記のように非常用冷却空気供給源の容量を、高温熱交換器の焼損を防止する流量の空気を供給できるだけの容量とすることにより、通常の燃焼用ガス供給源の容量より小さく済み、非常用冷却空気供給源を安価に構築できる。また、機器をコンパクトにすることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、廃棄物をガス化炉にてガス化した後、ガス化により生成した生成物を導入して灰分を溶融するガス化溶融装置の運転方法であって、ガス化溶融装置は、高温熱交換器と、燃焼用ガス供給源を具備し、溶融炉に未燃ガスを導入して高温燃焼させると共に、燃焼用ガス供給源からの燃焼用ガスを高温熱交換器で溶融炉からの高温燃焼排ガスと熱交換して予熱し、溶融炉に導入し、燃焼用ガス供給源が機能を停止した際に、燃焼用ガス供給源とは別の非常用冷却空気供給源から高温熱交換器内を通して空気を供給することを特徴とする。
【００１４】
上記のように、燃焼用ガス供給源から燃焼用ガスを供給できない場合、非常用冷却空気供給源から高温熱交換器内に空気を供給するので、高温熱交換器上の熱応力発生を防止でき、より長時間ガス化溶融装置を連続運転することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係るガス化溶融装置に用いる溶融炉の構成例を示す図である。図１において、３は溶融炉、４は廃熱ボイラ、１１は高温熱交換器、１０は導管、１２は燃焼用ガス供給ファン、１３は非常用冷却空気供給ファン、１５はバルブ、１４はヒータ、１６は燃焼用ガス供給ノズルである。なお、ガス化溶融装置の全体構成は図３に示す構成例と略同一であるから、その説明は省略する。
【００１６】
溶融炉３は一次燃焼室３−１、二次燃焼室３−２及び三次燃焼室３−３を具備し、流動層ガス化炉２（図３参照）からの灰やチャー（主に未燃炭素分）を含む生成ガス（未燃ガス）ｂが導管１０を通して溶融炉３の一次燃焼室３−１内に導入され、燃焼用ガス供給ノズル１６、１６から該一次燃焼室３−１内に供給される燃焼用ガス（空気、酸素富化空気等）ｆと混合され、生成ガスｂ及びそれに含まれるチャーは一次燃焼室３−１、及び二次燃焼室３−２へと移動しながら高温燃焼すると共に、三次燃焼室３−３内で完全燃焼し、高温の燃焼排ガスｅとなって廃熱ボイラ４へと流れる。なお、酸素発生装置（図示せず）から得られる酸素は、燃焼用ガスｆと予め混合された後に、燃焼用ガス供給ノズル１６、１６より混合されたガス（酸素富化空気）を投入するとより好ましい。そして生成ガスｂ中に含まれる灰は高温（１０００〜１３００℃）により溶融し、溶融スラグｈとなってスラグ排出口３−４から炉外に排出される。
【００１７】
燃焼用ガスｆは燃焼用ガス供給ファン１２によりヒータ（例えば、スチーム・エア・ヒータ）１４に送られ（なお、この時バルブ１５は閉じている）、ここで２００℃程度まで予熱され、高温熱交換器１１に送られる。該高温熱交換器１１では燃焼用ガスｆを高温の燃焼排ガス（１０００〜１３００℃）ｅと熱交換させ５００〜７００℃の温度に加熱し、燃焼用ガス供給ノズル１６、１６を介して上記のように一次燃焼室３−１内に供給する。
【００１８】
上記構成のガス化溶融装置において、燃焼用ガス供給ファン１２等からなるメインの燃焼用ガス供給源が停電・破損等により機能停止となり、燃焼用ガスｆが供給できなくなると、高温熱交換器１１は熱衝撃によって熱応力が発生することになり、破損又は材質の脆弱化を招く。そこで、ここでは、非常用冷却空気供給ファン１３等からなる非常用冷却空気供給源を設け、該非常用冷却空気供給ファン１３を起動すると共に、バルブ１５を開き、冷却空気ｊを非常用冷却空気として高温熱交換器１１を通して供給する。これにより、トラブル発生時にも高温熱交換器１１を常に冷却してやれることになるから熱応力発生を抑制することができる。なお、非常用冷却空気供給ファン１３は、高温熱交換器１１を過熱によるサーマルショックにより破損する温度領域以下に維持できる流量の冷却空気を供給できる容量であればよい。従って、燃焼用ガス供給ファン１２より小さい容量のファン、即ち安価なファンで済む上、非常用負荷の容量も小さくできる。
【００１９】
図２は高温熱交換器１１の一構成例を示す図である。図示するように、高温熱交換器１１は、該外筒１１−１と内筒１１−２を具備し、該内筒１１−２を高温の燃焼排ガスｅが通る通路内に配置している。そして内筒１１−２の入口１１−２ａから低温の燃焼用ガスｆを供給し、内筒１１−２の出口１１−２ｂから外筒１１−１と内筒１１−２の間を通して送ることにより、高温の燃焼排ガスｅと燃焼用ガスｆの間で熱交換が行われ、燃焼用ガスｆは上記所定の温度範囲に予熱される。
【００２０】
なお、上記例では高温熱交換器１１は、廃熱ボイラ４の輻射伝熱部に設けた例を示すが、高温熱交換器１１の配置位置はこれに限定されるものではなく、例えば溶融炉３と廃熱ボイラ４の間の燃焼排ガス通路内に設けても良い。またヒータ１４は必ず必要なものではなく、場合によっては省略し、燃焼用ガスｆを直接高温熱交換器１１に供給するようにしてもよい。更に、溶融炉３の運転状態により冷却空気ｊを炉内に全量又は一部吹き込むことができないときは、吹き込むことができない余剰の冷却空気ｊを大気放出ライン（図示せず）により大気中に放出することもできる。
【００２１】
また、本発明に係るガス化溶融装置は上記構成に限定されるものではなく、請求項１に記載の発明の技術的範囲内で変更が可能である。要は、廃棄物をガス化するガス化炉と、ガス化により生成した生成物を導入して灰分を溶融する溶融炉を備えたガス化溶融装置において、高温熱交換器と、燃焼用ガス供給源を具備し、燃焼用ガス供給源からの燃焼用ガスを高温熱交換器で前記溶融炉からの燃焼排ガスと熱交換して予熱し、溶融炉に導入するように構成し、燃焼用ガス供給源が機能を停止した際に、燃焼用ガス供給源とは別に高温熱交換器を通して空気を供給する非常用冷却空気供給源を設けた構成であれば、本発明の技術的範囲内である。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように各請求項に記載の発明によれば、下記のような優れた効果が得られる。
【００２３】
請求項１に記載の発明によれば、非常用冷却空気供給源を設けることにより、燃焼用ガス供給源が破損・停電などにより、機能を停止して高温熱交換器に燃焼用ガスを供給できなくなっても、非常用冷却空気供給源から高温熱交換器上の熱応力発生を防止するための空気を供給することができるから熱衝撃（サーマルショック）を防いで高温熱交換器上の熱応力発生を防止して、より長時間ガス化溶融装置を運転することができる。
【００２４】
請求項２に記載の発明によれば、非常用冷却空気供給源の容量を、高温熱交換器の焼損を防止する流量の空気を供給できるだけの容量とすることにより、通常の燃焼用ガス供給源の容量より小さく済み、非常用冷却空気供給源を安価に構築できる。また、機器をコンパクトにすることができる。
【００２５】
請求項３に記載の発明によれば、燃焼用ガス供給源から燃焼用ガスを供給できない場合、非常用冷却空気供給源から高温熱交換器内に空気を供給するので、高温熱交換器上の熱応力発生を防止でき、より長時間ガス化溶融装置を連続運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガス化溶融装置に用いる溶融炉の構成例を示す図である。
【図２】高温熱交換器の構成例を示す図である。
【図３】ガス化溶融装置の主要部の構成を示す図である。
【符号の説明】
１            廃棄物供給装置
２            流動層ガス化炉
３            溶融炉
４            廃熱ボイラ
５            エコノマイザ
６            バグフィルタ
７            排ガス再加熱器
８            触媒反応塔
９            煙突
１０          導管
１１          高温熱交換器
１２          燃焼用ガス供給ファン
１３          非常用冷却空気供給ファン
１４          ヒータ
１５          バルブ
１６          燃焼用ガス供給ノズル
３−１        一次燃焼室
３−２        二次燃焼室
３−３        三次燃焼室
３−４        スラグ排出口
１１−１      外筒
１１−２      内筒
【図１】
2004245493.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004245493.tif 000005