(57)【要約】【課題】ガス化対象物の部分燃焼によるガス化を促進させることができる。【解決手段】炉側壁の下部に設けられた主羽口と、前記主羽口より上部の炉側壁に放射状に設けられた複数個の副羽口３と、副羽口３より上部の炉側壁に設けられたガス化対象物投入口５と、炉上部に設けられたガス排出口とを有し、前記主羽口および副羽口３からは、酸素および空気の少なくとも１つの燃焼ガスが炉内に送風され、前記ガス排出口からは、前記ガス化対象物の部分燃焼により生成された可燃ガスが炉外に排出されるシャフト型ガス化溶融炉において、ガス化対象物投入口５に最も接近する副羽口３Ａの間隔は、全ての副羽口３を等間隔に配置した場合の間隔より狭い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉側壁の下部に設けられた主羽口と、前記主羽口より上部の炉側壁に炉水平断面において放射状に設けられた複数個の副羽口と、前記副羽口より上部の炉側壁に設けられたガス化対象物投入口と、炉上部に設けられたガス排出口とを有し、前記主羽口および前記副羽口からは、酸素および空気の少なくとも１つの燃焼ガスが炉内に送風され、前記ガス排出口からは、前記ガス化対象物の部分燃焼により生成された可燃ガスが炉外に排出されるシャフト型ガス化溶融炉において、
前記ガス化対象物投入口近傍の前記副羽口の間隔は、全ての副羽口を等間隔に配置した場合の間隔より狭いことを特徴とするシャフト型ガス化溶融炉。
【請求項２】
炉側壁の下部に設けられた主羽口と、前記主羽口より上部の炉側壁に炉水平断面において放射状に設けられた複数個の副羽口と、前記副羽口より上部の炉側壁に設けられたガス化対象物投入口と、炉上部に設けられたガス排出口とを有し、前記主羽口および前記副羽口からは、酸素および空気の少なくとも１つの燃焼ガスが炉内に送風され、前記ガス排出口からは、前記ガス化対象物の部分燃焼により生成された可燃ガスが炉外に排出されるシャフト型ガス化溶融炉において、
前記ガス化対象物投入口近傍の前記副羽口の高さ位置を、他の前記副羽口の高さ位置より高く配置したことを特徴とするシャフト型ガス化溶融炉。
【請求項３】
前記ガス化対象物投入口近傍の前記副羽口の間隔は、全ての副羽口を等間隔に配置した場合の間隔より狭いことを特徴とする、請求項２記載のシャフト型ガス化溶融炉。
【請求項４】
炉側壁の下部に設けられた主羽口と、前記主羽口より上部の炉側壁に炉水平断面において放射状に設けられた複数個の副羽口と、炉上部に設けられたガス排出口とを有し、前記主羽口および前記副羽口からは、酸素および空気の少なくとも１つの燃焼ガスが炉内に送風され、前記ガス排出口からは、炉内に投入されたガス化対象物の部分燃焼により生成された可燃ガスが炉外に排出されるシャフト型ガス化溶融炉において、
前記副羽口は、炉高さ方向に少なくとも２段に設けられ、前記副羽口の上下段の炉水平断面上における位置は異なっていることを特徴とするシャフト型ガス化溶融炉。
【請求項５】
炉側壁の下部に設けられた主羽口と、前記主羽口より上部の炉側壁に炉水平断面において放射状に設けられた複数個の副羽口と、炉上部に設けられたガス排出口とを有し、前記主羽口および前記副羽口からは、酸素および空気の少なくとも１つの燃焼ガスが炉内に送風され、前記ガス排出口からは、炉内に投入されたガス化対象物の部分燃焼により生成された可燃ガスが炉外に排出されるシャフト型ガス化溶融炉において、
炉の円周方向の接線に対する前記副羽口の配置角度（θ）を、０°＜θ＜９０°の範囲内にすることを特徴とするシャフト型ガス化溶融炉。
【請求項６】
前記副羽口より上部の炉側壁に、炉内に前記ガス化対象物の部分燃焼用酸素を送風する別の羽口が設けられていることを特徴とする、請求項１から５の何れか１つに記載のシャフト型ガス化溶融炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、石炭・合成樹脂・草木・紙・ゴム等の可燃物、可燃性の廃棄物、または、バイオマス等のガス化対象物を部分燃焼させて可燃ガスを得、この際にガス化対象物の部分燃焼によるガス化を促進することができるシャフト型ガス化溶融炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、焼却灰の処分対策、ダイオキシンの削減対策、リサイクル等の観点から、廃棄物の処理プラントとしてガス化溶融炉が用いられつつある。
【０００３】
ガス化溶融炉の一種であるシャフト型ガス化溶融炉は、熱分解炉と溶融炉とを一体化した構造からなり、ガス化対象物を部分燃焼させることにより生成された、ＣＯ、Ｈ2、ＣＨ4等の可燃成分を含む可燃ガスを、例えば、製鉄所で利用される高カロリーの工業用燃焼ガスとして利用するものである。
【０００４】
シャフト型ガス化溶融炉の一例が特開平９−６０８３０号公報（特許文献１）に開示されている。このシャフト型ガス化溶融炉を、図面を参照しながら説明する。なお、ガス化対象物として可燃性の廃棄物を例に挙げて説明するが、他のガス化対象物においても同様である。
【０００５】
図１３は、シャフト型ガス化溶融炉を示す概略垂直断面図である。
【０００６】
図１３において、１は、炉頂部に設けられたコークス投入口、２は、炉側壁の下部に設けられた複数個の主羽口、３は、主羽口２より上部の炉側壁に設けられた複数個の副羽口、４は、副羽口３より上部の炉側壁に設けられた複数個の三段羽口である。主羽口２、副羽口３および三段羽口４は、それぞれ炉の中心軸線を中心として放射状に設けられ、各羽口２、３、４からは、酸素および空気の少なくとも１つの燃焼ガスが炉内に送風される。５は、副羽口３と三段羽口４との間の炉側壁に設けられた廃棄物投入口である。廃棄物投入口５は、複数個設けられる場合もある。６は、炉上部に設けられたガス排出口、７は、炉底に設けられたスラグ排出口である。
【０００７】
上記シャフト型ガス化溶融炉の炉内構成は、炉の上部から順次、以下の各部によって構成される。すなわち、生成された可燃ガスの改質領域であるフリーボード８、廃棄物の乾燥および熱分解領域である流動層９、廃棄物の高温燃焼および溶融領域である移動層１０および溶融分離領域であるコークス充填層１１から構成される。
【０００８】
以上のように構成されているシャフト型ガス化溶融炉によれば、廃棄物投入口から炉内に投入された廃棄物は、以下のようにしてガス化溶融される。
【０００９】
廃棄物投入口５から炉内に投入された廃棄物は、副羽口３の付近とその上方に堆積する。この堆積した廃棄物は、副羽口３から送風された燃焼ガスによって流動化し、流動層９が形成される。この流動層９において、廃棄物の水分は蒸発し、揮発分はガス化し、固定炭素および灰分は、炉底へ移動する。このように流動層９を形成することによって、炉内での廃棄物の棚吊り現象が防止できる。
【００１０】
このようにして廃棄物のガス化により生成された可燃ガスは、フリーボード８内において、三段羽口４からの部分燃焼用ガスにより所定の温度に制御される。フリーボード８における高温還元雰囲気により、ダイオキシン類、タールが分解される。フリーボード８は、大容積であるので、ガス排出口６から炉外に排出される可燃ガスを均質化および低流速化して、ダストの飛散が防止される。
【００１１】
副羽口３よりも下方で主羽口２よりも上方の領域に形成された移動層１０では、主羽口２から送風される燃焼ガスによって、コークスおよび固定炭素が高温燃焼し、その灰分が溶融し、溶融スラグとなる。消費されたコークスは、コークス投入口１から補充される。
【００１２】
コークス充填層１１では、溶融スラグおよび廃棄物に混入した溶融メタルがコークス間を流下し、これらは、スラグ排出口７から炉外に排出される。
【００１３】
以上のようにして、廃棄物がガス化溶融される。
【００１４】
なお、図１４に示すように、廃棄物投入口５は、炉頂部に設けられる場合もあり、この場合には、コークスと廃棄物とは、一緒に炉頂部から炉内に投入される。図１４において、図１３と同一番号は同一物を示し、説明は省略する。
【００１５】
【特許文献１】特開平９−６０８３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上述したシャフト型ガス化溶融炉は、以下のような問題があった。
【００１７】
図１３に示すように、廃棄物投入口５が炉側壁に設けられている場合には、廃棄物は、廃棄物投入口５の直下部分に多く堆積する。すなわち、図９に示すように、廃棄物投入口５が１つの場合には、図１０に示すように、廃棄物投入口５側に頂が形成された山状に堆積し、また、図１１に示すように、廃棄物投入口５が２つの場合には、図１２に示すように、各廃棄物投入口５側に頂が形成された山状に堆積する。
【００１８】
このように廃棄物が山状に堆積した場合、各副羽口３からの燃焼ガス流量を同じにして送風すると、山部の廃棄物の燃焼効率が他の平坦な部分の廃棄物の燃焼効率に比べて低くなる。この結果、廃棄物全体を均一にガス化させることが困難である。
【００１９】
従って、この発明の目的は、ガス化対象物全体を均一にガス化することを可能とし、部分燃焼によるガス化速度を促進させることができるシャフト型ガス化溶融炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
この発明は、上記目的を達成するためになされたものであって、下記を特徴とするものである。
【００２１】
請求項１記載の発明は、炉側壁の下部に設けられた主羽口と、前記主羽口より上部の炉側壁に炉水平断面において放射状に設けられた複数個の副羽口と、前記副羽口より上部の炉側壁に設けられたガス化対象物投入口と、炉上部に設けられたガス排出口とを有し、前記主羽口および前記副羽口からは、酸素および空気の少なくとも１つの燃焼ガスが炉内に送風され、前記ガス排出口からは、前記ガス化対象物の部分燃焼により生成された可燃ガスが炉外に排出されるシャフト型ガス化溶融炉において、前記ガス化対象物投入口近傍の前記副羽口の間隔は、全ての副羽口を等間隔に配置した場合の間隔より狭いことに特徴を有するものである。
【００２２】
請求項２記載の発明は、炉側壁の下部に設けられた主羽口と、前記主羽口より上部の炉側壁に炉水平断面において放射状に設けられた複数個の副羽口と、前記副羽口より上部の炉側壁に設けられたガス化対象物投入口と、炉上部に設けられたガス排出口とを有し、前記主羽口および前記副羽口からは、酸素および空気の少なくとも１つの燃焼ガスが炉内に送風され、前記ガス排出口からは、前記ガス化対象物の部分燃焼により生成された可燃ガスが炉外に排出されるシャフト型ガス化溶融炉において、前記ガス化対象物投入口近傍の前記副羽口の高さ位置を、他の前記副羽口の高さ位置より高く配置したことに特徴を有するものである。
【００２３】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記ガス化対象物投入口近傍の前記副羽口の間隔は、全ての副羽口を等間隔に配置した場合の間隔より狭いことに特徴を有するものである。
【００２４】
請求項４記載の発明は、炉側壁の下部に設けられた主羽口と、前記主羽口より上部の炉側壁に炉水平断面において放射状に設けられた複数個の副羽口と、炉上部に設けられたガス排出口とを有し、前記主羽口および前記副羽口からは、酸素および空気の少なくとも１つの燃焼ガスが炉内に送風され、前記ガス排出口からは、炉内に投入されたガス化対象物の部分燃焼により生成された可燃ガスが炉外に排出されるシャフト型ガス化溶融炉において、前記副羽口は、炉高さ方向に少なくとも２段に設けられ、前記副羽口の上下段の炉水平断面上における位置は異なっていることに特徴を有するものである。
【００２５】
請求項５記載の発明は、炉側壁の下部に設けられた主羽口と、前記主羽口より上部の炉側壁に炉水平断面において放射状に設けられた複数個の副羽口と、炉上部に設けられたガス排出口とを有し、前記主羽口および前記副羽口からは、酸素および空気の少なくとも１つの燃焼ガスが炉内に送風され、前記ガス排出口からは、炉内に投入されたガス化対象物の部分燃焼により生成された可燃ガスが炉外に排出されるシャフト型ガス化溶融炉において、炉の円周方向の接線に対する前記副羽口の配置角度（θ）を、０°＜θ＜９０°の範囲内にすることに特徴を有するものである。
【００２６】
請求項６記載の発明は、請求項１から５の何れか１つに記載の発明において、前記副羽口より上部の炉側壁に、炉内に前記ガス化対象物の部分燃焼用酸素を送風する別の羽口が設けられていることに特徴を有するものである。
【発明の効果】
【００２７】
この発明によれば、羽口の配置や羽口への燃焼ガス供給量を調整することによって、廃棄物全体の部分燃焼によるガス化速度を促進させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
次に、この発明のシャフト型ガス化溶融炉の一実施態様を、図面を参照しながら説明する。なお、ガス化対象物として可燃性の廃棄物を例に挙げて説明するが、他のガス化対象物においても同様である。
【００２９】
図１は、１つの廃棄物投入口を有し、副羽口の間隔を変えた、この発明のシャフト型ガス化溶融炉を示す概略水平断面図、図２は、２つの廃棄物投入口を有し、副羽口の間隔を変えた、この発明のシャフト型ガス化溶融炉を示す概略水平断面図、図３は、１つの廃棄物投入口を有し、副羽口へのガス流量を変えた、この発明のシャフト型ガス化溶融炉を示す概略水平断面図、図４は、２つの廃棄物投入口を有し、副羽口へのガス流量を変えた、この発明のシャフト型ガス化溶融炉を示す概略水平断面図、図５は、１つの廃棄物投入口を有し、副羽口の高さを変えた、この発明のシャフト型ガス化溶融炉を示す概略垂直断面図、図６は、２つの廃棄物投入口を有し、副羽口の高さを変えた、この発明のシャフト型ガス化溶融炉を示す概略垂直断面図、図７は、この発明のシャフト型ガス化溶融炉における副羽口の配置を示す図であり、（ａ）は、概略垂直断面図であり、（ｂ）は、概略水平断面図、図８は、炉の円周方向の接線に対する副羽口の配置角度を変えた、この発明のシャフト型ガス化溶融炉を示す概略水平断面図である。
【００３０】
上述したように、図１３に示すような廃棄物投入口５が炉側壁に設けられたシャフト型ガス化溶融炉においては、廃棄物は、廃棄物投入口５の直下部分に多く堆積するので、廃棄物が厚く堆積した部分の燃焼効率は、他の部分に比べて低くなる。この結果、廃棄物全体の部分燃焼によるガス化速度が遅くなる。
【００３１】
この問題を解決するために、この発明では、図１に示すように、全ての副羽口３を等間隔に配置した場合、廃棄物投入口５近傍の２つの副羽口３Ａの間隔を、他の副羽口３の間隔より狭く配置する。これによって、燃焼ガスが廃棄物が厚く堆積した部分に集中するので、この部分の燃焼効率が高くなる。この結果、廃棄物全体の部分燃焼によるガス化速度が促進される。
【００３２】
図１に示す例は、廃棄物投入口が１つの場合であるが、図２に示すように、廃棄物投入口が２つの場合には、各廃棄物投入口５近傍の副羽口３Ａの間隔を、他の副羽口３の間隔より狭く配置する。これによって、廃棄物全体の部分燃焼によるガス化速度が促進される。
【００３３】
廃棄物が多く堆積した部分の燃焼効率を高くして、廃棄物全体の部分燃焼によるガス化速度を促進する手段として、図３に示すように、廃棄物投入口５近傍の副羽口３Ａの燃焼ガス流量調整バルブ１２の開度を他のバルブの開度より広げて、廃棄物投入口５近傍の副羽口３の燃焼ガス流量を増加させても良い。
【００３４】
図３に示す例は、廃棄物投入口が１つの場合であるが、図４に示すように、廃棄物投入口が２つの場合には、各廃棄物投入口５近傍の副羽口３Ａの燃焼ガス流量調整バルブ１２の開度を他のバルブの開度より広げる。これによって、廃棄物全体の部分燃焼によるガス化速度が促進される。
【００３５】
別の手段として、図５に示すように、廃棄物投入口５近傍の副羽口３Ａの高さを他の副羽口３の高さ位置より（ｈ）だけ高くして、廃棄物が多く堆積した部分の燃焼効率を高くしても良い。この場合、炉の直径を（ｄ）とすると、ｈ／ｄは、０．２７から０．５８の範囲内とするのが好ましい。
【００３６】
図５に示す例は、廃棄物投入口が１つの場合であるが、図６に示すように、廃棄物投入口が２つの場合には、各廃棄物投入口５近傍の副羽口３Ａの高さを他の副羽口３の高さ位置より（ｈ）だけ高くする。これによって、廃棄物全体の部分燃焼によるガス化速度が促進される。
【００３７】
また、図７に示すように、副羽口３を炉高さ方向に少なくとも２段（この例では２段）に設け、副羽口３の上下段の炉水平断面上における位置を互いに異ならせれば、副羽口３を炉周方向に一列に配置した場合に比べて、燃焼ガスを広範囲に送風できるので、廃棄物の燃焼効率が高まる。この結果、廃棄物全体の部分燃焼によるガス化速度を促進することができる。
【００３８】
このような副羽口３の千鳥状配置は、図１３に示すように、廃棄物投入口５が炉の側壁に設けられているシャフト型ガス化溶融炉、および、図１４に示すように、廃棄物投入口５が炉頂部に設けられているシャフト型ガス化溶融炉の何れにも適用可能である。
【００３９】
さらに、図８に示すように、炉の円周方向の接線に対する副羽口３の配置角度（θ）を、０°＜θ＜９０°の範囲内にすることによって、燃焼ガスに旋回流が生じると共に、燃焼のデッドゾーンがなくなる結果、廃棄物全体の部分燃焼によるガス化速度を促進することができる。この場合も、廃棄物投入口５が炉の側壁に設けられているシャフト型ガス化溶融炉、および、廃棄物投入口５が炉頂部に設けられているシャフト型ガス化溶融炉の何れにも適用可能である。
【００４０】
なお、図１および図２に示す、廃棄物投入口５近傍の副羽口の間隔を狭める発明、図３および図４に示す、廃棄物投入口５近傍の副羽口の燃焼ガス流量を増加する発明、図５および図６に示す、廃棄物投入口５近傍の副羽口の高さを高くする発明、図７に示す、副羽口を千鳥状配置する発明、および、図８に示す、副羽口の配置角度を変える発明は、単独でも十分に目的を達成することことができるが、１つの発明に他の少なくとも１つの発明を組み合わせればさらに効果が上がる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】１つの廃棄物投入口を有し、副羽口の間隔を変えた、この発明のシャフト型ガス化溶融炉を示す概略水平断面図である。
【図２】２つの廃棄物投入口を有し、副羽口の間隔を変えた、この発明のシャフト型ガス化溶融炉を示す概略水平断面図である。
【図３】１つの廃棄物投入口を有し、副羽口へのガス流量を変えた、この発明のシャフト型ガス化溶融炉を示す概略水平断面図である。
【図４】２つの廃棄物投入口を有し、副羽口へのガス流量を変えた、この発明のシャフト型ガス化溶融炉を示す概略水平断面図である。
【図５】１つの廃棄物投入口を有し、副羽口の高さを変えた、この発明のシャフト型ガス化溶融炉を示す概略垂直断面図である。
【図６】２つの廃棄物投入口を有し、副羽口の高さを変えた、この発明のシャフト型ガス化溶融炉を示す概略垂直断面図である。
【図７】この発明のシャフト型ガス化溶融炉における副羽口の配置を示す図であり、（ａ）は、概略垂直断面図であり、（ｂ）は、概略水平断面図である。
【図８】炉の円周方向の接線に対する副羽口の配置角度を変えた、この発明のシャフト型ガス化溶融炉を示す概略水平断面図である。
【図９】１つの廃棄物投入口を有し、副羽口の間隔が均等な、従来のシャフト型ガス化溶融炉を示す概略水平断面図である。
【図１０】１つの廃棄物投入口を有する場合の廃棄物の堆積状態を示す概略垂直断面図である。
【図１１】２つの廃棄物投入口を有し、副羽口の間隔が均等な、従来のシャフト型ガス化溶融炉を示す概略水平断面図である。
【図１２】２つの廃棄物投入口を有する場合の廃棄物の堆積状態を示す概略垂直断面図である。
【図１３】炉側壁に廃棄物投入口を有するシャフト型ガス化溶融炉を示す概略垂直断面図である。
【図１４】炉頂部に廃棄物投入口を有するシャフト型ガス化溶融炉を示す概略垂直断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１：コークス投入口
２：主羽口
３：副羽口
４：三段羽口
５：廃棄物投入口
６：ガス排出口
７：スラグ排出口
８：フリーボード
９：流動層
１０：移動層
１１：コークス充填層
１２：流量調整バルブ
【図１】
2005233544.tif 000003
【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】
2005233544.tif 000012
【図１１】
2005233544.tif 000013
【図１２】
2005233544.tif 000014
【図１３】
2005233544.tif 000015
【図１４】
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