【手続補正書】
【提出日】平成16年1月30日(2004.1.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】ガス化炉、その運転方法及びガス化溶融システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】炉内に投入される可燃物をガス化するガス化炉において、
炉壁に設けた各種機器が装着されるノズルに、該ノズルから外部空気が炉内にリークするのを防止するため不活性ガス又は蒸気を注入するガス注入手段を設けたことを特徴とするガス化炉。
【請求項２】請求項１に記載のガス化炉において、
前記ノズルに装着する機器は着火用バーナであり、該ノズル内に燃焼用空気を供給する空気供給パイプに完全閉止用弁を設けたことを特徴とするガス化炉。
【請求項３】炉内に投入される可燃物をガス化するガス化炉において、
炉壁に炉内を観測するＩＴＶカメラを装着するＩＴＶ装着用ノズルを設けると共に、該ＩＴＶ装着用ノズル内に空気を注入する空気注入手段を設けたことを特徴とするガス化炉。
【請求項４】炉内に投入される可燃物をガス化するガス化炉の運転方法において、
炉壁に設けた各種機器が装着されるノズルに不活性ガス注入手段を設け、当該ガス化炉運転中、該不活性ガス注入手段を通して該ノズルに不活性ガスを注入することを特徴とするガス化炉の運転方法。
【請求項５】炉内に投入される可燃物をガス化するガス化炉の運転方法において、
炉壁に炉内を観測するＩＴＶカメラを装着するＩＴＶ装着用ノズルを設け、該ＩＴＶ装着用ノズル内に空気を注入する空気注入手段を設け、当該ガス化炉運転中、該空気注入手段を通して該ＩＴＶ装着用ノズルに空気を注入することを特徴とするガス化炉の運転方法。
【請求項６】ガス化炉及び溶融炉を具備し、該ガス化炉内に可燃物を投入し、ガス化された生成ガスを該溶融炉に導き高温燃焼させるガス化溶融システムにおいて、
前記ガス化炉に請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガス化炉を用いることを特徴とする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、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ーダスト等の自動車廃棄物等、可燃物をガス化し、可燃性の生成ガスとするガス化炉、その運転方法及び該ガス化炉を用いたガス化溶融システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、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ーダスト等の自動車廃棄物等、廃棄物の処理に、これらの廃棄物を流動床ガス化炉の流動層の還元雰囲気下でガス化し、該ガス化された生成ガスを溶融炉で高温燃焼させ、該生成ガスに含まれるチャー等の未燃炭素成分を燃焼させると共に、該生成ガスに含まれる灰分を溶融し、溶融スラグ化するガス化溶融施設がある。
【０００３】
このようなガス化溶融施設において、ガス化炉内の状況の監視や制御のため各種センサや散水装置等の各種機器を装着する機器装着用ノズルが多数炉壁に設けられている。通常、この種のガス化炉は可燃性の生成ガスが外部にリークするのを防止するため完全密閉構造が基本構造であり、運転中炉内圧力は外部圧力より低く設定されている。このため上記機器装着用ノズルから炉内に外部空気がリークすると、このリーク部分で空気と生成ガスの混合が起り、生成ガスが燃焼し、その部分が局所的に高温となる。この高温によりクリンカが発生し、該クリンカが機器装着用ノズルの内壁面に付着し、ノズルを閉塞するという問題がある。
【０００４】
また、炉内を観測するためノズルにＩＴＶカメラを装着する場合もあるが、通常この種のガス化炉の内部は暗く、可視光線領域のＩＴＶカメラでは観測すべき場所を観測できない。
【０００５】
【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、ガス化炉装置において、炉壁に設けたノズルを通して炉内にリークする空気を防止すると共に、該空気のリークによる生成ガスの燃焼に起因する局所的高温部の発生によりクリンカが発生し、該クリンカの発生による機器装着用ノズルが閉塞されることのないガス化炉及びその運転方法を提供することを目的とする。また、機器装着用ノズルにＩＴＶカメラを設置した場合、ＩＴＶカメラを炉内の高温からの保護と共に、炉内の観測場所を効果的に観測できるガス化炉、その運転方法及び該ガス化炉を用いたガス化溶融システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【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、炉内に投入される可燃物をガス化するガス化炉において、炉壁に設けた各種機器が装着されるノズルに、該ノズルから外部空気が炉内にリークするのを防止するため不活性ガス又は蒸気を注入するガス注入手段を設けたことを特徴とする。
【０００７】
上記のように各種機器が装着されるノズルにガス注入手段を設けたことにより、該ガス注入手段を介してノズル内に不活性ガス又は蒸気を注入することにより、ノズル内にリークする空気は阻止（パージ）され、該ノズル内及びその近傍で生成ガスが燃焼することがないから、その部分が局所的に高温となることもなく、クリンカが発生しノズルを閉塞することもない。
【０００８】
請求項２に記載の発明は請求項１に記載のガス化炉において、ノズルに装着する機器は着火用のバーナであり、該ノズル内に燃焼用空気を供給する空気供給パイプに完全閉止用弁を設けたことを特徴とする。
【０００９】
上記のように燃焼用空気を供給する空気供給パイプに完全閉止用弁を設けることにより、バーナの休止後、該完全閉止用弁を閉じることにより、該空気供給パイプを介して空気がリークすることがないから、該ノズル内及びその近傍で生成ガスが燃焼することがなく、局所的高温によるクリンカが発生することもない。従って、クリンカ発生によるノズル閉塞もない。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、炉内に投入される可燃物をガス化するガス化炉において、炉壁に炉内を観測するＩＴＶカメラを装着するＩＴＶ装着用ノズルを設けると共に、該ＩＴＶ装着用ノズル内に空気を注入する空気注入手段を設けたことを特徴とする。
【００１１】
上記のように炉壁にＩＴＶ装着用ノズルを設けると共に、空気注入手段を設けたことにより、ガス化炉運転中に該空気注入手段を通して空気を注入することにより、この注入空気によりＩＴＶカメラを冷却し炉内の高温より保護すると共に、ＩＴＶ装着用ノズル近傍で生成ガスと空気が混合して燃焼するから、ＩＴＶカメラの周辺が局所的に明るくなり、所定の観測場所を観測することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、炉内に投入される可燃物をガス化するガス化炉の運転方法において、炉壁に設けた各種機器が装着されるノズルに不活性ガス注入手段を設け、当該ガス化炉運転中、該不活性ガス注入手段を通して該ノズルに不活性ガスを注入することを特徴とする。
【００１３】
上記のようにガス化炉運転中、該不活性ガス注入手段を通してノズルに不活性ガスを注入するので、該ノズル内及びその近傍で生成ガスが燃焼することがないから、その部分が局所的に高温化となることもなく、クリンカが発生しノズルを閉塞することもない。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、炉内に投入される可燃物をガス化するガス化炉の運転方法において、炉壁に炉内を観測するＩＴＶカメラを装着するＩＴＶ装着用ノズルを設け、該ＩＴＶ装着用ノズル内に空気を注入する空気注入手段を設け、当該ガス化炉運転中、該空気注入手段を通して該ＩＴＶ装着用ノズルに空気を注入することを特徴とする。
【００１５】
上記のようにガス化炉運転中、該空気注入手段を通して該ＩＴＶ装着用ノズルに空気を注入するので、ＩＴＶカメラを冷却し高温より保護すると共に、ＩＴＶ装着用ノズル近傍で生成ガスと空気が混合して燃焼するから、ＩＴＶカメラの周辺が局所的に明るくなり、所定の観測場所を観測することができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、ガス化炉及び溶融炉を具備し、該ガス化炉内に可燃物を投入し、ガス化された生成ガスを該溶融炉に導き高温燃焼させるガス化溶融システムにおいて、前記ガス化炉に請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガス化炉を用いることを特徴とする。
【００１７】
【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は本発明に係る運転方法を実施するガス化炉装置の概略構成例を示す図である。図１において、１０は下方に流動床（流動層）１１を有する流動床ガス化炉であり、１２は該流動床ガス化炉１０の流動床１１上に可燃物１３を投入（供給）する可燃物供給装置（例えば、スクリューコンベア）である。ここで上記可燃物１３としては、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ーダスト等の自動車廃棄物等がある。
【００１８】
流動床ガス化炉１０は流動床１１の底部から流動ガス（主に空気）１４を吹き込み、流動床１１を形成する流動媒体（主に硅砂）を流動化させるようになっている。流動床ガス化炉１０の頂部には炉内に水を噴射する水噴射ノズル１５、１５、炉内を監視するための覗き窓１６が設けられ、側壁には可燃物１３に着火するための着火用バーナ１７、可燃物供給装置１２の可燃物供給口や着火用バーナ１７の着火状態を監視するためのＩＴＶカメラ１８、流動床１１内の温度を測定する温度センサ１９が設けられている。上記可燃物供給装置１２、水噴射ノズル１５、覗き窓１６、着火用バーナ１７、ＩＴＶカメラ１８等の各種機器を装着するためのノズルが流動床ガス化炉１０の炉壁に設けられている。
【００１９】
上記構成の流動床ガス化炉装置において、流動床１１の底部から流動ガス１４を吹き込み、流動媒体を流動化させている状態の流動床１１上に可燃物１３を投入する。流動ガス１４の酸素量は可燃物を完全燃焼させる量以下（空気比１以下）であるから、流動床１１内は還元雰囲気にある。可燃物の一部は燃焼し発熱源となり、流動媒体を加熱する。残りの可燃物は加熱された流動媒体の熱により、加熱され熱分解してガス化される。ガス化された生成ガス２０は流動床１１内を通ってフリーボード２１に抜け、更に生成ガス出口２２を通って炉外に排出され図示しない溶融炉へと供給（流入）される。
【００２０】
流動床ガス化炉１０は密閉構造が基本であり、炉内の可燃性の生成ガス２０が外部にリークするのを防ぐため、炉内圧力を炉外圧力より低くしている。ところが、上記各種機器を装着する炉壁に設けた機器装着用ノズルから空気がリークすると、該リークした空気と炉内の生成ガスが混合し、機器装着用ノズル内又は該ノズル近傍で生成ガスが燃焼し、その部分が局所的に高温となり、クリンカが発生する。このクリンカが機器装着用ノズルの内壁に付着し、該ノズルを閉塞するという問題がある。そこで、ここでは各ノズルからリークする空気を防止する手段を講じている。
【００２１】
図２は各種機器を装着させる機器装着用ノズルの構成例を示す図である。図示するように流動床ガス化炉１０の炉壁１０ａには、機器を装着するための機器装着用ノズル（穴）２３が設けられ、該機器装着用ノズル２３に外側から各種機器が挿入され装着される（図では外側に覗き窓１６を設けた例を示す）。２４は機器装着用ノズル２３内にガスを注入するためのガス注入口であり、該ガス注入口２４から不活性ガス（例えばＮ2ガス）又は蒸気２５を注入する。
【００２２】
これにより、機器装着用ノズル２３内にリークする空気は阻止（パージ）され、該リークした空気と炉内の生成ガスが混合し燃焼し、局部的に高温となることはない。従って、高温によるクリンカの発生も阻止できる。また、このように不活性ガス又は蒸気２５を機器装着用ノズル２３内に注入することにより、覗き窓１６の内壁面にタールが付着することを阻止でき、覗き窓１６がその役割を果たすことができなくなるということもなくなる。
【００２３】
図３は着火用バーナ１７を装着させるバーナ装着用ノズルの構成例を示す図である。着火用バーナ１７は流動床ガス化炉１０の炉壁１０ａに設けたバーナ装着用ノズル（穴）２６に装着できるようになっている。着火用バーナ１７が形成する火炎２７は流動床１１の上面に達し、流動床１１の上部に投入された可燃物１３を加熱・着火するようになっている。着火用バーナ１７には燃焼用空気貯留部１７−１と燃料３９を噴射するバーナーガン１７−２を具備し、バーナーガン１７−２はシリンダ２８によりバーナ装着用ノズル２６内へ挿入、バーナ装置用ノズル２６内から引き抜くことができるようになっている。
【００２４】
また、バーナーガン１７−２をバーナ装着用ノズル２６から引き抜いた状態（バーナーガン１７−２を燃焼用空気貯留部１７−１内に引っ込めた状態）で、シリンダ２９によりシャッター３０を押し出すことにより、バーナ装着用ノズル２６の外側開口を閉塞できるようになっている。このようにバーナ装着用ノズル２６の外側開口をシャッター３０で閉塞した状態で、バーナ装着用ノズル２６内にガス注入口３１から不活性ガス又は蒸気２５を注入できるようになっている。燃焼用空気貯留部１７−１の空気注入口１７−１ａに燃焼用空気３４を供給する空気供給パイプ３２が接続され、該空気供給パイプ３２に完全閉止用弁３３が設けられる。また、着火用バーナ１７のバーナーガン１７−２の先端部にはバーナ装着用ノズル２６内に吹き込まれた空気に旋回流を与えるためのスワラ１７−３が設けられている。
【００２５】
着火用バーナ１７で流動床１１上に投入された可燃物１３に着火するには、シリンダ２９によりシャッター３０を引き込み、バーナ装着用ノズル２６の外側開口を開放し、シリンダ２８によりバーナーガン１７−２の先端をバーナ装着用ノズル２６内の所定の位置まで押し出し、これにより燃焼用空気貯留部１７−１からの燃焼用空気３４はバーナーガン１７−２のスワラ１７−３により旋回流となって流動床ガス化炉１０内に流入する。この状態でバーナーガン１７−２に燃料３９を供給し、その先端から燃料３９を噴射し、図示しないパイロットバーナで点火することにより、火炎２７が形成され、可燃物１３を加熱し、着火させる。
【００２６】
可燃物１３に着火し、その一部が燃焼し続けることができる状態になったことをＩＴＶカメラ１８や温度センサ１９の出力等で確認できたら、完全閉止用弁３３を閉じて燃焼用空気３４を完全に止めると共に、シリンダ２８によりバーナーガン１７−２をバーナ装着用ノズル２６内から引き抜き、更にシリンダ２９によりシャッター３０を押し出し、バーナ装着用ノズル２６の外側開口を閉塞する。この状態でバーナ装着用ノズル２６内にガス注入口３１から不活性ガス又は蒸気２５を注入する。これにより流動床ガス化炉１０の運転中、バーナ装着用ノズル２６内に浸入しようとする生成ガスは阻止（パージ）されると共に、バーナ装着用ノズル２６内にリークする空気もないから、該バーナ装着用ノズル２６内及びその近傍で生成ガスが燃焼することもない。また、局所的に高温になり、クリンカが発生し、バーナ装着用ノズル２６を閉塞することもない。
【００２７】
図４はＩＴＶカメラを装着させるＩＴＶ装着用ノズルの構成例を示す図である。ＩＴＶカメラ１８は流動床ガス化炉１０の炉壁１０ａに設けたＩＴＶ装着用ノズル（穴）３５の外側に透明なガラス板３６を介在させて装着されている。ＩＴＶ装着用ノズル３５内には空気注入口３７を介して空気３８が注入されるようになっている。流動床ガス化炉１０の内部は、可燃物１３がガス化される状態であるから通常は暗く、ＩＴＶカメラ１８で炉内を覗いても可視光線領域では内部を監視できない。
【００２８】
ここでは、上記のように空気注入口３７からＩＴＶ装着用ノズル３５内に空気を注入することにより、ＩＴＶ装着用ノズル３５の近傍で空気と生成ガスの混合が発生し、生成ガスが燃焼するので、ＩＴＶカメラ１８の近傍が明るくなり、監視対象範囲内（図４では詳細に示していないが、ＩＴＶカメラ１８は例えば可燃物供給装置１２の可燃物供給口近傍や着火用バーナ１７の先端近傍を監視できるようになっている）が監視可能となる。同時にＩＴＶ装着用ノズル３５内に供給される空気により、ＩＴＶカメラ１８の炉接近部が冷却され、高温から保護される。
【００２９】
上記例では、覗き窓１６及び着火用バーナ１７を装着するノズルにおいて、流動床ガス化炉１０の運転中に不活性ガス又は蒸気２５を注入し、リーク空気や生成ガスをパージする例を説明したが、ＩＴＶカメラ１８の機器を装着するＩＴＶ装着用ノズル３５を除いて、他の機器装着用ノズルにおいても、運転中に不活性ガス又は蒸気を注入することにより、該ノズル内にリークする空気をパージすることができ、該リーク空気と生成ガスの混合・燃焼により局部的高温を阻止できる。従って、高温によりクリンカが発生して、機器装着用ノズルを閉塞するというおそれがなくなる。
【００３０】
上記実施形態例では、ガス化炉として流動床ガス化炉の場合を説明したが、ガス化炉はこれに限定されるものではなく、他の型式のガス化炉であっても本発明は適用できる。
【００３１】
【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。
【００３２】
請求項１に記載の発明によれば、各種機器が装着されるノズルにガス注入手段を設けたことにより、該ガス注入手段を介してノズル内に不活性ガス又は蒸気を注入することにより、ノズル内にリークする空気は阻止（パージ）され、該ノズル内及びその近傍で生成ガスが燃焼することがないから、その部分が局所的に高温となることもなく、クリンカが発生しノズルを閉塞することもない。
【００３３】
請求項２に記載の発明によれば、燃焼用空気を供給する空気供給パイプに完全閉止用弁を設けることにより、バーナの休止後、該完全閉止用弁を閉じることにより、該空気供給パイプを介して空気がリークすることがないから、該ノズル内及びその近傍で生成ガスが燃焼することがなく、局所的高温によるクリンカが発生することもない。従って、クリンカ発生によるノズル閉塞もない。
【００３４】
請求項３に記載の発明によれば、炉壁にＩＴＶ装着用ノズルを設けると共に、空気注入手段を設けたことにより、ガス化炉運転中に該空気注入手段を通して空気を注入することにより、この注入空気によりＩＴＶカメラを冷却し炉内の高温より保護すると共に、ＩＴＶ装着用ノズル近傍で生成ガスと空気が混合して燃焼するから、ＩＴＶカメラの周辺が局所的に明るくなり、所定の観測場所を観測することができる。
【００３５】
請求項４に記載の発明によれば、ガス化炉運転中、該不活性ガス注入手段を通してノズルに不活性ガスを注入するので、該ノズル内及びその近傍で生成ガスが燃焼することがないから、その部分が局所的に高温化することもなく、クリンカが発生しノズルを閉塞することもない。
【００３６】
請求項５に記載の発明によれば、ガス化炉運転中、該空気注入手段を通して該ＩＴＶ装着用ノズルに空気を注入するので、ＩＴＶカメラを冷却し高温より保護すると共に、ＩＴＶ装着用ノズル近傍で生成ガスと空気が混合して燃焼するから、ＩＴＶカメラの周辺が局所的に明るくなり、所定の観測場所を観測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガス化炉の概略構成例を示す図である。
【図２】本発明に係るガス化炉の覗き窓を装着するノズルの構成例を示す図である。
【図３】本発明に係るガス化炉の着火用バーナを装着するノズルの構成例を示す図である。
【図４】本発明に係るガス化炉のＩＴＶカメラを装着するノズルの構成例を示す図である。
【符号の説明】
１０            流動床ガス化炉
１１            流動床（流動層）
１２            可燃物供給装置
１３            可燃物
１４            流動ガス
１５            水噴射ノズル
１６            覗き窓
１７            着火用バーナ
１８            ＩＴＶカメラ
１９            温度センサ
２０            生成ガス
２１            フリーボード
２２            生成ガス出口
２３            機器装着用ノズル
２４            ガス注入口
２５            不活性ガス又は蒸気
２６            バーナ装着用ノズル
２７            火炎
２８            シリンダ
２９            シリンダ
３０            シャッター
３１            ガス注入口
３２            空気供給パイプ
３３            完全閉止用弁
３４            燃焼用空気
３５            ＩＴＶ装着用ノズル
３６            ガラス板
３７            空気注入口
３８            空気
３９            燃料