(57)【要約】【課題】主に灰を溶融する燃焼溶融炉において、溶融スラグ排出口の溶融スラグの冷却を抑制する。【解決手段】溶融炉本体１の底部の溶融スラグ排出口１３から落下した溶融スラグ１２をスラグ冷却部４５で受け入れて冷却・固化する燃焼溶融炉４６において、スラグ冷却部４５からの冷気によって溶融スラグ排出口１３の溶融スラグが冷却されるのを阻止するために、気体吸引装置を設けてスラグ冷却部からの冷気を除去する。溶融スラグ排出口１３とスラグ冷却部４５との間が覆われてスラグ排出部１５が形成される場合、気体吸引装置を設けたことにより、スラグ冷却部４５からの冷気による、溶融スラグ排出口１３及びスラグ排出部１５の温度低下を抑制できる。これにより、溶融スラグ１２の冷却が抑制され、溶融スラグ１２の安定排出に貢献する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部に溶融スラグ排出口を有する溶融炉本体と、前記溶融スラグ排出口から落下した溶融スラグを受け入れて冷却・固化させるスラグ冷却部とを具備する燃焼溶融炉において、前記スラグ冷却部からの冷気によって前記溶融スラグ排出口の溶融スラグが冷却されるのを阻止するための気体吸引装置を備えたことを特徴とする燃焼溶融炉。
【請求項２】
請求項１において、前記気体吸引装置は気体吸引ノズルとブロアを有していることを特徴とする燃焼溶融炉。
【請求項３】
請求項２において、前記溶融スラグ排出口と前記スラグ冷却部との間を覆うスカートを有し、前記気体吸引ノズルが前記スカートに取り付けられていることを特徴とする燃焼溶融炉。
【請求項４】
請求項１において、前記溶融スラグ排出口を加熱する加熱バーナを更に有することを特徴とする燃焼溶融炉。
【請求項５】
請求項４において、前記気体吸引装置によって吸引回収された気体を前記スカート内に戻す手段を更に有することを特徴とする燃焼溶融炉。
【請求項６】
請求項５において、前記気体吸引装置によって吸引回収された気体は前記加熱バーナの燃焼気体として戻されることを特徴とする燃焼溶融炉。
【請求項７】
請求項１において、前記気体吸引装置によって吸引回収された気体を前記溶融炉本体に戻す手段を更に有することを特徴とする燃焼溶融炉。
【請求項８】
請求項１において、前記溶融スラグ排出口から落下した溶融スラグを受けるスラグ溜めと、前記スラグ溜めに溜まったスラグを前記スラグ冷却部に流下させるスラグ流下口を更に有することを特徴とする燃焼溶融炉。
【請求項９】
請求項８において、前記溶融スラグ排出口及び前記スラグ流下口のスラグを加熱する加熱バーナを更に有することを特徴とする燃焼溶融炉。
【請求項１０】
請求項８において、前記スラグ溜めのスラグ中に無機物を投入する無機物投入装置を更に有することを特徴とする燃焼溶融炉。
【請求項１１】
請求項１または８に記載の燃焼溶融炉から排出された燃焼排ガスの熱回収手段と、前記熱回収手段で回収した熱から発電する発電手段を備えたことを特徴とする発電システム。
【請求項１２】
請求項１または８に記載の燃焼溶融炉と、石炭火力発電所で発生した石炭灰を前記燃焼溶融炉に供給する手段と、前記燃焼溶融炉の燃焼排ガスを前記石炭火力発電所の排ガス処理設備から系外に排出する手段を備えたことを特徴とする石炭火力発電所の灰処理システム。
【請求項１３】
請求項１２において、前記石炭火力発電所にて発生した石炭灰を、前記燃焼溶融炉の前段において分別する手段を備えたことを特徴とする石炭火力発電所の灰処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ごみや石炭に含まれる灰分を溶融してスラグとして回収することで灰を無害化する燃焼溶融炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ごみや石炭に含まれる灰分を溶融スラグ化する従来技術として、灰に外熱を加えて溶融し、スラグとして回収する灰溶融炉が知られている（例えば特許文献１，２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２７０８２７号公報（段落番号［００１７］，図１）
【特許文献２】
特開平１１−１５９７３８号公報（特許請求の範囲，図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
燃焼溶融炉において、溶融スラグ排出口から排出された溶融スラグは、その下流に設けられたスラグ冷却部に導入され、固形スラグとして回収される。溶融スラグ排出口とスラグ冷却部との間が覆われてスラグ排出部が形成される場合、スラグ排出部とスラグ冷却部の温度を比較すると、スラグ冷却部の方が、スラグ排出部の温度よりも低い。このため、スラグ冷却部から温度の低いガスがスラグ排出部に流入すると、スラグ排出部内の雰囲気温度が低下する。スラグ排出部の溶融スラグが冷却・固化し溶融スラグ排出口が閉塞するのを防止するためには、スラグ排出部を加熱する必要がある。
【０００５】
本発明の目的は、溶融スラグ排出口の溶融スラグが冷却・固化するのを防止するために有効な手段を備えた燃焼溶融炉を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、底部に溶融スラグ排出口を有する燃焼溶融炉本体と、前記溶融スラグ排出口から落下した溶融スラグを受け入れて冷却・固化させるスラグ冷却部とを具備する燃焼溶融炉において、前記スラグ冷却部からの冷気によって前記溶融スラグ排出口の溶融スラグが冷却されるのを阻止するための気体吸引装置を設けたことにある。
【０００７】
本発明においては、溶融スラグ排出口とスラグ冷却部との間をスカートで覆い、前記気体吸引装置の吸引ノズルを、このスカート内のなるべくスラグ冷却部に近い側に設けることが望ましい。
【０００８】
また、溶融スラグ排出口でスラグが冷却・固化してしまうのを防止するために、溶融スラグ排出口を加熱する加熱バーナを設けると共に、前記気体吸引装置により回収した気体をこの加熱バーナの燃焼気体の一部として戻すようにすることが望ましい。なお、気体吸引装置により回収した気体は、溶融炉本体に戻すようにしても良い。
【０００９】
また、溶融スラグ排出口から落下した溶融スラグを受けるスラグ溜めと、前記スラグ溜めに溜まったスラグを前記スラグ冷却部に流下させるスラグ流下口を設けても良い。この場合、溶融スラグ排出口とスラグ流下口の両方を加熱できる加熱バーナを設けると良い。また、スラグ溜めのスラグ中に無機物を投入する無機物投入装置を設けると良い。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（第一実施例）
本発明の第一実施例を図１に示す。燃焼溶融炉４６は、竪型の円筒炉であり、溶融炉本体１の上部に燃焼排ガス２を排出する燃焼排ガス排出口４２を有し、溶融炉本体１の底部にスラグタップ１４と溶融スラグ排出口１３を有する。溶融スラグ排出口１３から落下した溶融スラグは、スラグ冷却部４５にて冷却・固化されたのち、固形スラグとして回収される。本実施例では、溶融スラグ排出口１３とスラグ冷却部４５との間が、スカート４７で覆われており、それによってスラグ排出部１５が形成されている。なお、スカート４７の下端は開放されていてもかまわない。スカート４７はスラグタップ１４が冷えるのを防ぐ効果を有する。
【００１１】
溶融炉本体１には、燃焼空気ノズル３，燃料ノズル５，被溶融物供給ノズル７が設置され、燃焼空気４，燃料６，被溶融物８はそれぞれ接線方向で溶融炉本体１に投入される。これにより、溶融炉本体１内に旋回流が形成される。この旋回流において燃料６が燃焼し、溶融炉本体１内に高温雰囲気が形成される。また炉内の被溶融物８は、旋回流の遠心力で炉壁付近に移動する。被溶融物は、燃料６の燃焼熱で溶融し、溶融スラグ１２として炉壁を流下する。溶融スラグ１２は、溶融炉本体１の底面であるスラグタップ１４に到達し、溶融スラグ排出口１３より流下する。
【００１２】
本実施例は灰溶融炉を想定しており、ここでの被溶融物は、例えばごみ焼却灰や下水汚泥灰，石炭灰などの無機物を多く含む灰と、融点調整物質である。特に溶融炉本体１に投入する灰１０としては、可燃分を含み、かつ粒径の小さな例えば数十μｍ程度のものが適する。これは、灰１０中の可燃分が溶融炉本体１中で燃焼するためである。また融点調整物質１１としては、灰１０と同程度の粒径分布を持つ粉末状の物質である、例えば炭酸カルシウムや消石灰といったカルシウム系化合物が望ましい。これは、灰１０との混合が容易であるためである。灰１０及び融点調整物質１１はホッパ９から被溶融物供給ノズル７に送られる。
【００１３】
スラグ排出部１５には、溶融スラグ排出口１３に向かって火炎が噴出するように加熱バーナ１６が設置されている。この加熱バーナ１６により、溶融スラグ排出口１３及びスラグタップ１４の下面が加熱されて、溶融スラグ１２の安定流下が促進されるのみならず、溶融スラグ排出口１３が溶融スラグ１２の冷却・固化によって閉塞するのが防止される。ここで、スラグ排出部１５及び溶融スラグ排出口１３の温度低下の原因となるのが、スラグ冷却部４５への放熱とスラグ冷却部４５からの冷気の流入である。
【００１４】
スラグ冷却部４５からの冷気の流入を抑制するために、スラグ排出部１５内に気体吸引装置の気体吸引ノズル２１を設置する。気体吸引ノズル２１の設置場所は、加熱バーナ１６より下で、スラグ冷却部４５の入口付近が望ましい。
【００１５】
気体吸引装置を用いることで、スラグ冷却部４５からの冷気が排出され、スラグ排出部１５の温度低下が抑制される。これにより、加熱バーナ１６で消費するバーナ燃料３５の量も低減される。
【００１６】
なお、本実施例の気体吸引装置は、気体吸引ノズル２１とブロア２３及びバルブ２２から構成され、吸引ノズル２１からの冷気の吸引のためにブロワ２３の動力を利用するようにしている。また、スラグ排出部１５内および溶融炉本体１内の圧力に合わせることと、流下する溶融スラグ１２の吸引を防止するために、吸引力を調整するバルブ２２を設けている。
【００１７】
（第二実施例）
本発明の第二実施例を図２〜図４に示す。ここでは、第一実施例で説明した燃焼溶融炉に設置する吸引ノズル２１の形状及び取り付け方法について説明する。
【００１８】
吸引ノズル２１の正面図を図２に示す。吸引ノズル２１は水冷管となっているため、吸引された冷気は、中心部の吸引ガス通過部３６を通る。またノズル先端を斜面にして、下方向からのガスを吸引しやすくするとともに、上方向からの落下物等を吸引しにくい構造にしている。
【００１９】
吸引ノズル２１の断面図を図３に示す。吸引ノズル２１は３重管となっており、最も内側が吸引ガス通過部３６である。吸引ガス通過部の外側は、冷却水の経路となっている。冷却水は、内側の冷却水入口３７より吸引ノズル２１内に導入され、外側の冷却水出口３８より排出される。
【００２０】
図２及び図３に示した吸引ノズル２１を取り付けた燃焼溶融炉４６を図４に示す。なお、本実施例では、スラグ冷却部として水槽２０及び水１９を用いた場合を示している。
【００２１】
溶融スラグ１２は、１０００度以上の高温である。これが水槽２０の水１９の中に落下し、冷却・固化して固形スラグ１８となる。このため、溶融スラグ１２の持込熱によって水槽２０中の水１９が沸騰し、水蒸気としてスラグ排出部１５に流入する。水蒸気流入による、スラグ排出部１５，溶融スラグ排出口１３，スラグタップ１４における溶融スラグ１２の温度低下を防止するため、吸引ノズル２１を設置する。吸引ノズル２１を水１９の水面付近に設置することで、効率よく水蒸気を除去できる。また、図２及び図３に示したように、先端を斜めとした吸引ノズル２１を用いることで、下方向から上昇する水蒸気が吸引されやすくなり、また上方から流下してくる溶融スラグが吸引されにくくなる。これにより、吸引ノズル２１の寿命を延ばすことができる。
【００２２】
（第三実施例）
本発明の第三実施例を図５に示す。ここでは、第一実施例で説明した燃焼溶融炉を改良し、吸引ノズル２１で回収した気体を加熱バーナ１６のバーナ燃焼気体３４の系統に戻す手段を備えた燃焼溶融炉４６について説明する。
【００２３】
吸引ノズル２１で回収された気体は、吸引力の調整バルブ２２とブロワ２３を介して熱交換器３９に供給される。この熱交換器で気体は冷却され、気体中の水蒸気はドレイン４０として排出される。排出されたドレイン４０は、水槽２０中に戻しても良い。
【００２４】
一方、水蒸気を除去された回収気体４１は、加熱バーナ１６のバーナ燃焼気体３４の系統に戻され、スラグ排出部１５に戻される。
【００２５】
本実施例は、バーナ燃料３５の流量に対するバーナ燃焼気体３４中の余剰酸素が少ない流量条件で加熱バーナ１６を運用する場合に特に有効である。なぜならば、スラグ排出部１５内は一酸化炭素，水素といった可燃物質が存在しやすくなっている。吸引ノズル２１から吸引した気体中に、これらの可燃物質が含まれている場合には、吸引した気体を大気に放出することは安全上問題がある。これら可燃物質を含む気体を吸引ノズル２１で吸引したのち加熱バーナ１６からスラグ排出部１５に戻すことで、可燃物質を完全燃焼させることができ、バーナ燃料３５のもつ熱量を有効に利用できる。さらに、吸引ノズル２１と加熱バーナ１６を設置する距離が近いために、吸引した気体を通す配管の距離も短くできる。
【００２６】
（第四実施例）
本発明の第四実施例を図６に示す。ここでは、第一実施例で説明した燃焼溶融炉を改良し、吸引ノズル２１で回収した気体を溶融炉本体１内に戻す手段を備えた燃焼溶融炉４６について説明する。
【００２７】
吸引ノズル２１で回収された気体が熱交換器３９に供給されるまでは第四実施例と同じである。本実施例では、熱交換器３９にて水蒸気を除去された回収気体４１が溶融炉本体１に戻される。図６では、回収気体４１の投入口が、燃焼空気ノズル３よりも上方に設けられた場合を示している。
【００２８】
溶融炉本体１を旋回燃焼式とした場合には、燃焼空気ノズル３よりも上方の領域で、下方より上昇してきた燃焼排ガス２が完全燃焼する。従って、水蒸気を除去された回収気体４１を燃焼空気ノズル３よりも上方の領域に投入することで、可燃物質は完全燃焼する。
【００２９】
（第五実施例）
本発明の第五実施例を図７に示す。ここでは、第一実施例で説明した燃焼溶融炉４６のスラグ冷却部４５として、水槽２０と水１９を用いている。また、燃焼溶融炉４６のスラグ排出部１５内には、溶融スラグ排出口１３から落下した溶融スラグ１２を一旦溜めるためのスラグ溜め４３と、スラグ溜め４３からの溶融スラグ１２を水槽２０に流下させる溶融スラグ流下口１７を設けている。スラグ溜めは溶融スラグ排出口１３の直下に設けられている。また、スラグ溜め４３及び溶融スラグ流下口１７を加熱する加熱バーナ１６と、水槽２０からの冷気を吸引する吸引ノズル２１とがそれぞれ設置されている。
【００３０】
まず、溶融スラグ１２の経路について説明する。溶融炉本体１にて溶融した灰は溶融スラグ１２となって壁面、スラグタップ１４を流下し、溶融スラグ排出口１３に到達する。溶融スラグ１２は、この溶融スラグ排出口１３よりスラグ排出部１５内のスラグ溜め４３に流下する。スラグ溜め４３に流下した溶融スラグ１２は、加熱バーナ１６の火炎で溶融状態を保持される。そして、スラグ溜め４３からあふれた溶融スラグ１２は、溶融スラグ流下口１７に達し、ここから水槽２０に落下して冷却・固化して、固形スラグ１８として回収される。
【００３１】
次に、スラグ排出部１５の保温方法について説明する。スラグタップ１４の下面と、溶融スラグ排出口１３及びスラグ溜め４３及び溶融スラグ流下口１７における溶融スラグ１２は、加熱バーナ１６の火炎により保温される。ここで、溶融スラグ１２の流動状況によっては、加熱バーナ１６のバーナ燃焼気体３４に酸素を混入させて火炎温度を上昇させる運用も可能である。
【００３２】
スラグ排出部１５の中でも溶融スラグ流下口１７より下の空間において、溶融スラグ１２が水１９に流下して熱を持ち込むことにより水蒸気が流入する。この水蒸気が、溶融スラグ流下口１７からスラグ溜め４３付近に達すると、水蒸気の潜熱によって、加熱バーナ１６からの火炎温度が低下する。この火炎温度の低下を回避するために、加熱バーナ１６の熱負荷を高めるか、水蒸気除去手段を設置するといった対策が必要となる。
【００３３】
本実施例では、溶融スラグ流下口１７と水槽２０の水面との間に、気体吸引ノズル２１を設置している。この吸引ノズル２１を用いて、水槽２０からの水蒸気を除去する。これにより、水蒸気によるスラグ排出部１５内の雰囲気温度の低下及び加熱バーナ１６の火炎温度の低下を回避できる。これにより、加熱バーナ１６で消費されるバーナ燃料３５の流量も小さくできるため、低コストでの運用が可能となる。さらに、吸引ノズル２１の吸引力によって、溶融スラグ流下口１７より下の雰囲気の圧力が若干低くなり、加熱バーナ１６からの火炎及び燃焼ガスが、この雰囲気に流入するようになる。これにより、溶融スラグ流下口１７及び溶融スラグ流下口１７よりも下の領域が保温されるという効果もある。なお、吸引ノズル２１の吸引力は、溶融炉本体１及びスラグ排出部１５の内圧に応じて、調整バルブ２２の開度及びブロワ２３の負荷を調整して制御することができる。
【００３４】
（第六実施例）
本発明の第六実施例を図８に示す。本実施例では、第五実施例で説明した燃焼溶融炉のスラグ排出部１５にも灰ノズル２５を設置している。灰ノズル２５から投入される被溶融物２４は、スラグ溜め４３の溶融スラグ１２に捕捉され、加熱バーナ１６の火炎により溶融する。
【００３５】
ここで、被溶融物２４として投入する灰２７には、可燃分が非常に少なく、かつ粒径の大きな、例えば数ｍｍ程度のものが適する。これは、灰２７が加熱バーナ１６からの燃焼ガスに同伴されて、溶融スラグ排出口１３から溶融炉本体１へと逆流するのを防ぐためである。またホッパ２６へ供給する融点調整物質２８としては、前記灰２７と同程度の粒径分布を持つ粒状の物質が望ましい。融点調整物質２８に、ガラス片などの廃棄物を使用できると、融点降下と廃棄物の処理量拡大を両立できる。
【００３６】
（第七実施例）
本発明の第七実施例を図９に示す。ここでは、第六実施例で説明した燃焼溶融炉４６の燃焼排ガス２から熱回収して発電する発電システムについて説明する。
【００３７】
まず燃焼溶融炉４６からの燃焼排ガス２は、排熱回収ボイラ３１に導かれる。ここで回収された熱で蒸気タービン３０を駆動し、発電機２９にて電力を得る。
【００３８】
次に、排熱回収ボイラ３１を出た燃焼排ガス２は、サイクロンやバグフィルタといった脱塵装置３２にて脱塵される。ここで脱塵された粉体は、回収飛灰４４としてホッパ９に戻し、燃焼溶融炉４６に戻す。ここで、回収飛灰４４をホッパ９に戻す理由は、回収飛灰４４の粒径が小さいためである。
【００３９】
さらに、脱塵装置３２を出た燃焼排ガス２は、スクラバなどで処理された後、煙突３３より系外に排出される。
【００４０】
（第八実施例）
本発明の第八実施例を図１０に示す。ここでは、第六実施例に示した燃焼溶融炉４６を石炭火力発電所に設置した灰処理システムについて説明する。
【００４１】
燃焼溶融炉４６の燃焼排ガス２は石炭火炉１０１へ戻される。燃焼排ガス２を石炭火炉１０１へ戻す系統には温度調整器１０３が備えられている。
【００４２】
石炭火炉１０１では、バーナ１０２にて石炭１１１が空気１１０によって燃焼され、これにより発生する排ガスはエアヒータ１０４及び脱硝装置１０５を経て電機集塵機１０６にて石炭灰がフライアッシュ１０７として回収される。石炭灰が除去された排ガスは脱硫装置１１４を経て煙突３３から排出される。フライアッシュ１０７の一部は、利用されるフライアッシュ１０９としてセメント原料などに再利用される。一方、残りの利用されないフライアッシュ１１２はホッパ９に送られる。セメント原料などに利用されるフライアッシュ１０９は、粒径４５ミクロン以下で可燃分を５％以下しか含有しないものが多い。従って、電機集塵機１０６で回収したフライアッシュ１０７を分級器などの分別装置１０８で分別する。これにより、フライアッシュ１０７の一部を溶融処理するシステムを構築できるため、燃焼溶融炉４６の設備をコンパクトにできる。
【００４３】
ホッパ９に、発電所内で発生する廃棄物１１３を投入することで、発電所の廃棄物低減にも寄与できる。ここで廃棄物１１３としては、既に埋め立てた灰，場内廃棄物，発電所の定期検査時に発生する廃棄物などが使用できる。
【００４４】
一方、融点調整物質１１，２８として使用する物質としては、消石灰や炭酸カルシウムなどのカルシウム化合物，ガラス片などの廃棄物、さらに海岸に立地した発電所の取水口に付着して廃棄物となる貝殻片などが挙げられる。
【００４５】
本実施例により、石炭火力発電所の石炭灰を処理するシステムが構築できる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、燃焼溶融炉の溶融スラグ排出口がスラグ冷却部から冷気によって冷やされるのを抑制することができる。これにより、溶融スラグの安定排出に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例を示す燃焼溶融炉の概略図。
【図２】吸引ノズルの正面図。
【図３】吸引ノズルの断面図。
【図４】本発明の第二実施例を示す燃焼溶融炉の概略図。
【図５】本発明の第三実施例を示す燃焼溶融炉の概略図。
【図６】本発明の第四実施例を示す燃焼溶融炉の概略図。
【図７】本発明の第五実施例を示す燃焼溶融炉の概略図。
【図８】本発明の第六実施例を示す燃焼溶融炉の概略図。
【図９】本発明の第七実施例を示す発電システムの概略図。
【図１０】本発明の第八実施例を示す石炭火力発電所の石炭灰溶融処理システムの概略図。
【符号の説明】
１…溶融炉本体、２…燃焼排ガス、３…燃焼空気ノズル、５…燃料ノズル、７…被溶融物供給ノズル、１２…溶融スラグ、１３…溶融スラグ排出口、１４…スラグタップ、１５…スラグ排出部、１６…加熱バーナ、１７…溶融スラグ流下口、１８…固形スラグ、２１…気体吸引ノズル、２４…被溶融物、２５…灰ノズル、４１…回収気体、４３…スラグ溜め、４５…スラグ冷却部、４６…燃焼溶融炉、４７…スカート、１０１…石炭火炉。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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