(57)【要約】【課題】可燃物を酸素含有ガスで部分燃焼させて可燃ガスを得るガス化炉において、操業コストの上昇を抑えて、送風口近傍の炉壁の損傷を防止可能なガス化炉およびガス化炉の操業方法を提供すること。【解決手段】ガス化対象物と炭材とをガス化炉内に投入して、該ガス化炉の炉体側面に位置するノズルを介して酸素含有ガスを炉内に吹き込み前記ガス化対象物を部分燃焼させて可燃ガスを生成するガス化炉であって、前記炉体を構成する耐火物と前記ノズルとの間の少なくとも該ノズルの上部に、冷却部材を設置することを特徴とするガス化炉を用いる。冷却部材が貫通孔を有し、該貫通孔内にノズルを設置することが好ましい。酸素含有ガス中の酸素濃度を９０体積％以上として炉内に吹き込むことが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス化対象物と炭材とをガス化炉内に投入して、該ガス化炉の炉体側面に位置するノズルを介して酸素含有ガスを炉内に吹き込み前記ガス化対象物を部分燃焼させて可燃ガスを生成するガス化炉であって、前記炉体を構成する耐火物と前記ノズルとの間の少なくとも該ノズルの上部に、冷却部材を設置することを特徴とするガス化炉。
【請求項２】
冷却部材が貫通孔を有し、該貫通孔内にノズルを設置することを特徴とする請求項１に記載のガス化炉。
【請求項３】
内部に冷却水を循環させるための流路を形成した金属体により構成されている冷却部材を用いることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス化炉。
【請求項４】
酸素含有ガス中の酸素濃度を９０体積％以上として炉内に吹き込むことを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のガス化炉の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、石炭・合成樹脂・草木・紙・ゴム等の可燃物、または可燃性の廃棄物を、部分燃焼させることにより可燃ガスを得るためのガス化炉およびガス化炉の操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
可燃物を焼却することを目的とした炉では、燃焼用に空気が送風される。高温を要する場合は、空気に酸素を富化し、酸素濃度を高める場合もあるが、空気と酸素との混合ガスの酸素濃度は最高でも４０体積％程度である。
【０００３】
一方、石炭・合成樹脂・草木・紙・ゴム等の可燃物、または、可燃性の廃棄物を部分燃焼させて、生成したガスを可燃ガスとして回収して利用する技術が知られている。生成ガス中の可燃成分はＣＯ、Ｈ2、ＣＨ4等であり、高効率のガスタービン発電や、ガスエンジン発電、その他燃料ガス、化学合成原料等に利用されている。この技術は、固形状可燃物を扱いやすい可燃ガスに転換する方法であることから、多様な形態で多様な需要に応じることができるという利点を有している。
【０００４】
近年普及しつつある廃棄物ガス化溶融炉は、廃棄物をガス化する工程（ガス化工程）と、生成した可燃ガスを完全燃焼する工程（一般に２次燃焼工程と称される）の２工程から成る廃棄物処理設備である。前段のガス化工程は、上記の可燃性の廃棄物を部分燃焼させて、生成したガスを可燃ガスとして回収して利用する技術を用いるものである。
【０００５】
固形状可燃物を可燃ガスに転換する方法は種々あることが知られているが、シャフト炉、流動床（もしくは流動層）炉、キルンの形式の炉が用いられている。
【０００６】
シャフト炉は竪型炉とも称され、炉が縦方向に長いことに特徴がある。シャフト炉の一例を図７を用いて説明する。図７に示すシャフト炉２１では、ガス化対象物と炭材の投入口２２が炉の頂部に設けられている。ガス化対象物とはガス化する対象である可燃物であり、炭材とは、炭素系可燃物質であり、塊状であることが望ましい。炭材はコークスや木炭等の乾留済みの炭材であることが特に望ましい。炭材の投入口をガス化対象物の投入口とは別に炉の頂部に設ける場合もある。投入されたガス化対象物と炭材は炉の下部に堆積される。炉の側面には送風口２３が設けられている。通常、送風口２３は円周方向に複数本設置され、場合によっては、高さ方向に複数段（２３ａ、２３ｂ、２３ｃ）設置される。送風口２３から、酸素含有ガスが炉内に吹き込まれる。水ないし水蒸気が同時に吹き込まれる場合もある。これらの送風により、ガス化対象物と炭材は燃焼ガス化され、生成した可燃ガスは炉の上部に設けてある排ガス口２４から炉外に排気される。尚、ガス化対象物の一部は熱分解によりガス化する。ガス化対象物と炭材中に含まれる不燃分を溶融する場合には、溶融物の排出口２５を炉の下部に設ける。溶融しない場合には、溶融物の排出口はむろん設ける必要はない。炭材は炉下部に堆積して溶融物（溶融スラグ）のスペーサーの役割を果たす。さらに酸素による燃焼により熱供給材としての役割を果たし、炭材自身の赤熱により熱の保持にも寄与する。
【０００７】
別の構造を有するシャフト炉の例を図８に示す。図８において、ガス化対象物の投入口２２ａは炉の側面に設けられており、炭材の投入口２２ｂは炉の頂部に設けられている。炭材の一部はガス化対象物と共に側面の投入口２２ａからも投入される。その他の構成は図７と同様である。側面の投入口２２ａは水平または傾斜して設置されている。投入口が水平ないし緩傾斜の場合は、ピストンやスクリューのような機構により、ガス化対象物等は強制的に炉内に投入される。投入口が急傾斜を有する場合は、ガス化対象物等は自然落下により炉内に投入される。
【０００８】
上記のようなガス化炉では、窒素が混入すると回収する可燃ガスの発熱量が低下するため、一般には空気ではなく酸素を燃焼用ガスに用いている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照。）。
【０００９】
酸素の製造方法は種々あるが、例えば、深冷分離方式では酸素濃度９９．９９％以上、ＰＳＡ方式では酸素濃度９０％以上のガスが得られる。なお、前記ガスの酸素以外の残部は主に窒素である。以下、括弧をつけて「酸素ガス」と記載したガスは、酸素を９０％以上含むガスを意味するものとする。
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−８１８８５号公報
【特許文献２】特開平１０−１３２２４２号公報
【特許文献３】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】
【００１１】
空気と酸素との混合ガス、特に「酸素ガス」をガス化炉に送風すると、燃焼温度は空気のみの場合に比べて必然的に高くなる。特に、送風口近傍の温度は高くなり、送風口近傍の炉壁耐火物は激しく損傷するという問題がある。空気を送風する場合においても耐火物の損傷は発生するが、耐火物の厚さがわずかに減る程度であり、炉の運転にはほとんど影響を与えない。
【００１２】
耐火物の損傷に対する対策として、耐火温度の高い高品質の耐火物を採用する方法がある。耐火物が損傷する速度は小さく、寿命が長じる利点はあるが、高品質の耐火物は高価であるため、操業コストが上昇する。
【００１３】
耐火物の損傷は温度を下げることで抑えられるので、ガス化炉の鉄皮を水冷（散水、ジャケット等の種々の方式がある）して対処する方法がある。このとき、部分的に水冷を行うと、水冷していない部分と温度差が生じ、温度差に起因するひずみや亀裂が発生するため、結果として、水冷は炉全体に対して行わなければならない。炉全体の水冷による抜熱は、炉壁のみならず炉内ガスにも及び、炉内ガス温度を低下させる。炉内ガス温度の低下を燃焼により補償すると、酸素消費量の増加、可燃ガス発熱量の低下をもたらし、操業コストが上昇し、経済性を損ねることになる。
【００１４】
本発明は、可燃物を酸素含有ガスで部分燃焼させて可燃ガスを得るガス化炉において、操業コストの上昇を抑えて、送風口近傍の炉壁の損傷を防止可能なガス化炉およびガス化炉の操業方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、上記課題を解決するために以下の発明をなした。
【００１６】
第一の発明は、ガス化対象物と炭材とをガス化炉内に投入して、該ガス化炉の炉体側面に位置するノズルを介して酸素含有ガスを炉内に吹き込み前記ガス化対象物を部分燃焼させて可燃ガスを生成するガス化炉であって、前記炉体を構成する耐火物と前記ノズルとの間の少なくとも該ノズルの上部に、冷却部材を設置することを特徴とするガス化炉である。
【００１７】
第二の発明は、冷却部材が貫通孔を有し、該貫通孔内にノズルを設置することを特徴とする第一の発明に記載のガス化炉である。
【００１８】
第三の発明は、内部に冷却水を循環させるための流路を形成した金属体により構成されている冷却部材を用いることを特徴とする第一の発明または第二の発明に記載のガス化炉である。
【００１９】
第四の発明は、酸素含有ガス中の酸素濃度を９０体積％以上として炉内に吹き込むことを特徴とする、第一の発明ないし第三の発明のいずれかに記載のガス化炉の操業方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により、可燃物を部分燃焼して可燃ガスを得るガス化炉において、炉内温度を極端に低下させることなく、抜熱を最小限としながら、送風口近傍の炉壁耐火物の損傷を防止することができる。このため、ガス化炉を長期間安定して操業できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明では、ガス化対象物と炭材とをガス化炉内に投入して、ガス化炉の炉体側面に位置するノズルを介して酸素含有ガスを炉内に吹き込みガス化対象物を部分燃焼させて可燃ガスを生成するガス化炉で、炉体を構成する耐火物とノズルとの間に冷却部材を設置する。冷却部材は少なくともノズルの上部に設置する。ノズルの周囲全体に冷却部材を設置する際には、冷却部材に貫通孔を形成し、貫通孔内にノズルを設置することが望ましい。ノズルの周囲に冷却部材を設置することで、ノズル（送風口）近傍の炉壁耐火物の損傷を防止する。
【００２２】
また、冷却部材は、金属製水冷パネル等の、内部に冷却水を循環させるための流路を形成した金属体により構成されていることが望ましい。
【００２３】
本発明のガス化炉を用いれば、送風ガスに空気等を混合して用いる場合でも炉壁耐火物の損傷防止に効果があるが、酸素含有ガス中の酸素濃度が９０体積％以上である、空気等を混合しない酸素ガスを炉内に吹き込むガス化炉の操業の際に用いると、操業を長期間安定して行うことができ、非常に効果的である。
【００２４】
図５は、従来のガス化炉の送風口付近の概略断面図である。
【００２５】
炉壁１は、鉄皮２に耐火物３を内張りして構成されている。従来のガス化炉においては、鉄皮２と耐火物３を貫通して酸素含有ガスを吹き込むノズル４を配置している。「酸素ガス」を吹き込むとノズル４近傍の耐火物が損傷し、特に上方において、厚さが著しく減少する。
【００２６】
図１は、本発明の一実施形態を示すガス化炉の送風口付近の概略断面図である。
【００２７】
炉壁１は、鉄皮２に耐火物３を内張りして構成されている。鉄皮２と耐火物３を貫通して「酸素ガス」を吹き込むノズル４を配置し、更にノズル４の周囲に金属製水冷パネル５を配置している。金属製水冷パネル５は、その一部にノズルを配置するための貫通孔が設けられている。金属製水冷パネル５はボルト６を介して鉄皮２に固定されており、鉄皮２外側のボルト頭には、炉内ガスの漏洩を防止するためのキャップ７がかぶせられている（図では１ヶ所のみ記載されているが、通常複数のボルトおよびキャップを設置する。）。また、冷却水の供給管８、排出管９が接続され、鉄皮２を貫通する部分は密閉されている（図１では、排出管の記載を省略している。）。金属製水冷パネル５内部には、図示しない冷却水の流路が形成されている。金属製水冷パネルの材質には、鋳鉄や銅を用いることが望ましい。
【００２８】
鉄皮２と金属製水冷パネル５の間には、クッション性（弾力性）と密閉性とを兼ね備えたパッキン材１０を設置することが好ましい。クッション性と密閉性とを有する材料を挟むことで、金属製水冷パネル５が安定して固定され、鉄皮２と金属製水冷パネル５の間の高温ガス流れを防止することができる。
【００２９】
金属製水冷パネル５と周囲の耐火物３との間には、必然的に隙間が発生するために、隙間は炉内ガスで充満される。ガスの熱伝導率は小さいので、隙間は断熱層のように機能し、金属製水冷パネル５の冷却が周囲の耐火物３に直接的に及ぶことはない。炉壁１全体に対して金属製水冷パネルの炉内面の面積は十分に小さく、炉壁全体の抜熱の上昇は最小限に抑えられる。
【００３０】
本実施形態では、金属製水冷パネル５は一体として形成して、貫通孔内にノズルを配置する構成であるが、金属製水冷パネル５を複数部分に分割することも可能である。
【００３１】
ノズル４は水冷することが望ましい。また、ノズル４の先端部分は炉内に突き出して設置することも可能である。
【００３２】
図２は、本発明の他の実施形態であるガス化炉の送風口付近を示す概略断面図である。
【００３３】
図２において、鉄皮２にフランジ１１ａを取り付け、フランジ１１ｂ付き金属製水冷パネル５を取り付けた。金属製水冷パネル５には、ノズル４を配置するための貫通孔が設けられ、炉外側後端にフランジ１１ｂが取り付けられ、ノズル４が金属製水冷パネル５に接続され、固定されている。また、金属製水冷パネル５の炉外側後端に冷却水供給管８、冷却水排出管９が接続されている。
【００３４】
図２のような方式では、金属製水冷パネル５の脱着が容易であるという利点を有する。この方式でも、図１に示す実施形態と同様に、炉壁全体の抜熱の上昇は最小限に抑えられる。
【００３５】
ノズル４は水冷することが望ましい。また、ノズル４の先端部分は炉内に突き出して設置することも可能である。
【００３６】
図３は、本発明の他の実施形態であるガス化炉の送風口付近を示す概略断面図である。
【００３７】
図３において、金属製水冷パネル５とノズル４を一体化とすることで、構造が簡略化される効果を有する。図１および図２に示した実施形態のように、金属製水冷パネル５とノズル４を分離した方式では、ノズル４の長さを任意に決定でき、ノズル先端を金属製水冷パネルの炉内面より炉内側に突出させることが容易である。
【００３８】
図４は、本発明の他の実施形態であり、ガス化炉の送風口付近を炉内側から見た場合の概略図である。金属製水冷パネル５は、逆Ｕ字型の形状をしており、ノズル４がある位置の両側部から上部にかけて配置している。
【００３９】
炉壁の耐火物の損傷はノズルの上方において激しく、下方の損傷はそれほど問題にならない程度であるため、ノズル下部に金属製水冷パネルが配置されない図４に示す実施形態でも充分な効果を有する。このような形状の金属製水冷パネル５を用いることで、金属製水冷パネル５の炉内面の面積は一層小さくなるので、抜熱の上昇を一層抑えることができる。
【００４０】
上記のようなガス化炉として、３つの円筒部分と２つの円錐部分からなる、図６に示すようなガス化炉を用いることが好ましい。
【００４１】
図６はガス化炉の一例の概略縦断面図であり、円筒部分Ａと円錐部分Ｂが交互にくみ合わせられた構成である。このようなガス化炉を用いることで、ガス化対象物のガス化と溶融とを効率的に行うことができる。
【００４２】
発生ガスを改質するために炉上部に送風口２３ｃを設ける場合は、発生ガスの改質が促進されるので、円錐部分Ｂ（テーパ部）に設置することが望ましい。
【００４３】
通常のガス化炉の操業においては炉体の水冷は行わないが、炉壁耐火物の保護のために炉体の一部を水冷する場合には、炉の上部を水冷して、炉の下部は非水冷とすることが望ましい。耐火物を保護しながら抜熱を比較的少なくすることが可能である。さらに本発明の冷却部材をくみ合わせると、より効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態を示すガス化炉の送風口付近の概略断面図。
【図２】本発明の他の実施形態を示すガス化炉の送風口付近の概略断面図。
【図３】本発明の他の実施形態を示すガス化炉の送風口付近の概略断面図。
【図４】本発明の他の実施形態を示すガス化炉の送風口付近の概略図。
【図５】従来のガス化炉の送風口付近の概略断面図。
【図６】ガス化炉の概略縦断面図。
【図７】従来の炉の概略縦断面図。
【図８】他の従来の炉の概略縦断面図。
【符号の説明】
【００４５】
１    炉壁
２    鉄皮
３    耐火物
４    ノズル
５    金属製水冷パネル
６    ボルト
７    キャップ
８    冷却水の供給管
９    冷却水の排出管
１０    パッキン材
１１ａ、１１ｂ    フランジ
２１    ガス化炉
２２    ガス化対象物と炭材の投入口
２２ａ    ガス化対象物の投入口
２２ｂ    炭材の投入口
２３    送風口
２３ａ    送風口（主羽口）
２３ｂ    送風口（副羽口）
２３ｃ    送風口（炉上部）
２４    生成ガスの排ガス口
２５    溶融物排出口
Ａ    円筒部分
Ｂ    円錐部分
【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】
2005255918.tif 000008
【図７】
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【図８】
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