(57)【要約】【課題】  １０００℃以上の生成ガスを搬送する高温ガスダクトで、ダクト内におけるダスト類の堆積を防止し、又はいずれかの理由によりダクト内に堆積物が生じた場合でもこれを除去することのできる装置を有する高温熱分解ガス化溶融設備及び当該設備による高温ガスダクトの閉塞防止方法を提供する。【解決手段】  可燃物又は可燃物と不燃物との混合物を１５００℃以上で熱分解してガス化溶融する熱分解ガス化溶融炉と、ガス化溶融によりダスト類を含んで生成されたガスを１０００℃以上から２００℃以下に急冷するガス急冷減温塔と、ガスが熱分解ガス化溶融炉からガス急冷減温塔に搬送される通路である高温ガスダクトとを備えた熱分解ガス化溶融設備であって、高温ガスダクトの入口におけるガスの温度を制御し、高温ガスダクト内の全長に亘ってダスト類が溶流する温度以上とする温度制御手段を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可燃物又は可燃物と不燃物との混合物を１５００℃以上で熱分解してガス化溶融する、熱分解ガス化溶融炉と、
前記ガス化溶融をすることによりダスト類を含んで生成されたガスを１０００℃以上から２００℃以下に急冷するガス急冷減温塔と、
前記ガスが前記熱分解ガス化溶融炉から前記ガス急冷減温塔に搬送される通路である高温ガスダクトと、を備えた熱分解ガス化溶融設備であって、
前記高温ガスダクトの入口における前記ガスの温度を制御し、前記高温ガスダクト内の全長に亘って前記ダスト類が溶流する温度以上とする温度制御手段を備える熱分解ガス化溶融設備。
【請求項２】
前記高温ガスダクト内の少なくとも１つの部位に配置され、前記高温ガスダクト内に空気又は酸素を吹き込む、吹込みノズルを備える請求項１に記載の熱分解ガス化溶融設備。
【請求項３】
前記高温ガスダクト内の少なくとも１つの部位に配置され、前記高温ガスダクト内のブラスト処理を行うブラスト装置を備える請求項１又は２のいずれか一項に記載の熱分解ガス化溶融設備。
【請求項４】
前記高温ガスダクト内の少なくとも１つの部位に配置され、前記高温ガスダクト内を加熱するバーナー装置を備える請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱分解ガス化溶融設備。
【請求項５】
可燃物又は可燃物と不燃物との混合物を１５００℃以上で熱分解してガス化溶融する、熱分解ガス化溶融炉と、
前記ガス化溶融をすることによりダスト類を含んで生成されたガスを１０００℃以上から２００℃以下に急冷するガス急冷減温塔と、
前記ガスが前記熱分解ガス化溶融炉から前記ガス急冷減温塔に搬送される通路である高温ガスダクトと、を備えた熱分解ガス化溶融設備の前記ダスト類による前記高温ガスダクトの閉塞防止方法であって、
前記高温ガスダクト内温度を当該高温ガスダクト内の全長に亘って、前記ダスト類が溶流する温度以上とすることより、前記高温ガスダクト内の前記ダスト類堆積を防止することを特徴とする高温ガスダクトの閉塞防止方法。
【請求項６】
前記高温ガスダクト内に空気又は酸素を吹き込み、前記ガス中の可燃ガス成分又は未燃炭素分を二次燃焼させることにより、前記高温ガスダクト内の前記ダスト類堆積を防止することを特徴とする請求項５に記載の高温ガスダクトの閉塞防止方法。
【請求項７】
前記高温ガスダクト内の少なくとも１つの部位にブラスト処理を行うことにより、前記部位における前記ダスト類の堆積を防止し、又は前記堆積したダスト類の堆積を除去することを特徴とする請求項５又は６のいずれか一項に記載の高温ガスダクトの閉塞防止方法。
【請求項８】
前記高温ガスダクト内の少なくとも１つの部位にバーナーによる加熱を行うことにより、前記加熱された部位に堆積した前記ダスト類を除去することを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の高温ガスダクトの閉塞防止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、十分な高温で可燃物、又は不燃物と可燃物との混合物、特に廃棄物を熱分解し、ガス化溶融した時に生成されるガスを搬送する高温ガスダクトを付設した熱分解ガス化溶融設備に関する。詳しくは、生成ガス中のダスト類やその他の含有成分により、高温ガスダクト内にダスト類や焼結物が付着堆積することを防止する、又は堆積した堆積物を除去する手段を有する設備及び当該設備による高温ガスダクトの閉塞防止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来において、可燃物、又は不燃物と可燃物との混合物、特に廃棄物を酸化雰囲気又は還元雰囲気で、例えば１５００℃以上の高温で熱分解してガス化溶融する技術が知られている。この方法で生成された１０００℃以上のガスは、高温ガスダクトを経て、ガスを急冷するためのガス急冷減温塔に搬送され、数秒単位の短い時間で１０００℃以上の高温から、２００℃以下の低温に急冷減温される。ガス急冷減温塔の入口側で１０００℃以上であるガスを、当該ガス急冷減温塔内で短時間で２００℃以下に急冷することによって、生成ガス中のダイオキシン類の生成及び再合成を防止することができる。急冷されたガスは、次工程のガス清浄化設備に搬送され、清浄化された後、無害化されて大気中に放散されるか、ボイラやガスエンジン等のエネルギー変換施設で利用される。
【０００３】
熱分解ガス化溶融炉からガス急冷減温塔へは、生成されたガスは高温ガスダクト内を通過するが、当該ガスには例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＣａＯといった不燃成分や、温度が低下すると固体として析出する金属塩化物がダスト類として含まれている。当該ダスト類は、高温ガスダクト内に堆積し、ガス急冷減温塔内でのガスの偏流による冷却不良や、高温ガスダクト内の閉塞という問題を発生させる。かかる問題の解決のため、特許文献１には、ダクト内に空気を吹き込み、冷却する方法が開示されている。また、特許文献２には、ダクト内掻き落とし装置やスクレーパーによって機械的に堆積物を除去する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００２-１２２３２１号公報
【特許文献２】特開平２００２−１６８４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されるように空気を吹き込むことによって冷却する方法は、溶融塩の付着を防止する目的で使用される方法であり、適用できる温度範囲が冷却後３００℃以下の場合である。従って、熱分解ガス化溶融炉により生成されるガスのような１０００℃以上の温度範囲では、ダクト内を冷却するとガス温度が低下し、溶融塩が析出して固着しやすい温度範囲になる可能性があった。これにより、却ってダクト閉塞を生じさせるとともに、ダイオキシン類の再合成が起こる虞があった。また、特許文献２に開示されているように、ダクト内の掻き落とし装置やスクレーパーにより機械的に堆積物を除去する方法では、ダクト内の温度が高温なので、掻き落とし装置等が熱により変形・溶融して作動しない虞があった。
【０００５】
そこで本発明は、上述した問題点、すなわち、１０００℃以上の生成ガスを搬送する高温ガスダクトで、ダクト内の冷却や、機械的にダクト内の堆積物を掻き落とす装置を使用することなく、ダクト内におけるダスト類の堆積を防止し、又はいずれかの理由によりダクト内に堆積物が生じた場合でも、これを除去することのできる装置を有する高温熱分解ガス化溶融設備及び当該設備による高温ガスダクトの閉塞防止方法を提供することを課題とする。なお、ここで「閉塞」とは、高温ガスダクト内の流路が完全に閉鎖されることだけでなく、当該流路の一部が閉鎖されることも含むものとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明者らは鋭意検討した結果、以下のような知見を得て、高温熱分解ガス化溶融設備の高温ガスダクトにおける堆積物による閉塞を防止することのできる熱分解ガス化溶融設備及び当該設備による高温ガスダクトの閉塞防止方法を開発した。
【０００７】
高温ガスダクトでのダスト類の堆積は、ダクト内の温度がダスト類の固着温度Ｔ１(例えば１２００℃)に低下した時に最も大きく生じる。そして当該堆積は、ダスト類が溶流する溶流温度Ｔ２（例えば１３７０℃）に達するまで生じる。従って、ダスト類が溶流温度Ｔ２以上となるように高温ガスダクト内温度を維持すれば、ダスト類の堆積は生じない。また、ダスト類の堆積が生じた場合でも、当該堆積物の温度を溶流温度Ｔ２以上に後発的に加熱すれば、当該ダスト類の堆積は溶流して除去することができる。これにより高温ガスダクトの閉塞を防止することが可能となる。
【０００８】
一方で、高温ガスダクト内の温度は、当該高温ガスダクトの内壁に付設された耐火物の耐火温度Ｔ３(例えば１５００℃)以下であることが好ましい。つまり、ダクト内の温度Ｔは、溶流温度Ｔ２（１３７０℃）＜温度Ｔ＜耐火温度Ｔ３（１５００℃）の関係であることが望まれる。
【０００９】
ところが、当該温度Ｔを上述の所定温度範囲内で制御するに際し、次の２つの困難な事項を有している。
（i）ダクト内のガスは、放熱により上流から下流に向けて温度が降下する場合がある。例えば、１日当たりの処理量が１００ｔの規模である熱分解ガス化溶融設備の場合、１４ｍのダクト長に対して温度が概７０℃降下していることもある。よって、ダクト内での温度が、当該ダクトの上流下流方向の位置によって異なるので、これを考慮して温度管理をする必要がある。
（ii）高温ダクト内を搬送する生成ガスに非定常な温度変動がある場合がある。これは、例えば熱分解ガス化溶融炉に装入される処理対象物の材質等が一定でないこと及び熱分解ガス化溶融炉内の熱分解状態が一定でないことによる。場合によっては、概１００℃の温度変動がある。よって、ダクト内の温度が時間的変動を有している場合があり、これを考慮して温度管理をする必要がある。
【００１０】
そこで、発明者らは、高温ガスダクト内ガスの温度の降下を予め考慮して制御すること、当該ダクト内を二次燃焼によって所定の温度範囲内に維持すること、必要に応じてブラスト処理すること、及びバーナーにより加熱することによって、ダスト類の堆積を防止したり、堆積したダスト類を除去したりし、高温ガスダクト内の閉塞を防止することを考え、そのための設備及び当該設備による高温ガスダクト内の閉塞防止方法を開発した。
【００１１】
以下に、さらに詳細に説明する。
【００１２】
まず、ダスト類を堆積させないための方法について説明する。これは次に示す（ａ）〜（ｃ）による。
（ａ）ガスの発生源である熱分解ガス化溶融炉の炉頂温度又はフリーボード部の温度が、温度の降下を考慮した上で、高温ガスダクト内全長に亘ってダスト類の溶流温度Ｔ２以上になるように温度を維持する。高温ガスダクトは炉頂又はフリーボード部の近傍に連結されているので、炉頂又はフリーボード部の温度を高く設定することによって、生成されたガス中における不燃分のダスト類を溶融することができる。さらにそれを滴下させてガス減温塔下部から排出できるのでダスト類は堆積しない。
（ｂ）高温ガスダクトの途中に空気又は酸素を吹き込み、二次燃焼させ、高温ガスダクト内が、当該高温ガスダクト内全長に亘って、ダスト類の溶流温度Ｔ２以上になるように温度を維持する。
（ｃ）ダスト類の堆積が予想される部位に、必要に応じてブラスト処理を行う。これにより当該部位における面の性状や温度を変化させ、ダスト類が堆積するのを防止する。
【００１３】
次に、いずれかの理由により堆積物が生じた場合におけるその除去について説明する。上述の（ａ）〜（ｃ）を行ったにもかかわらず、ダスト類の堆積が生じた時に次の（ｄ）及び（ｅ）を行うことにより堆積物の除去を行う。
（ｄ）ダスト類が堆積した部位に、ブラスト処理を行う。これにより堆積したダスト類が物理的に除去される。この方法は、ダスト類が堆積する初期の段階で特に有効である。
（ｅ）堆積物除去のために、バーナー（燃料＋燃焼用空気(又は酸素)）により堆積物を溶流温度Ｔ２以上、望ましくは耐火温度Ｔ３を上回らない範囲で高い温度に加熱してダスト類を溶流除去する。
【００１４】
高温で可燃物、又は不燃物と可燃物との混合物、特に廃棄物を熱分解してガス化溶融した時に発生するガスには、粉状の不燃物や可燃物の未燃炭素分等のダスト類が多く含まれている。これらダスト類は、ダスト類の温度が溶流温度Ｔ２以上の高温では固着し難いが、温度の低下に伴って固着して堆積し、高温ガスダクトを閉塞する可能性がある。特に、ダスト類の固着温度Ｔ１以下の温度範囲でダスト類の固着が著しくなる。当該高温ガスダクトの下流側端部はガス急冷減温塔に連結され、当該ガス急冷減温塔に適切な状態のガスを送り込む必要がある。当該ガス急冷減温塔は、高温ガスダクト内を通過してきた生成ガスを１０００℃以上の高温から２００℃以下、望ましくは１７０℃に数秒間で急冷するという機能を有しており、適切な条件を有するガスの流入が望まれる。そのために、高温ガスダクト内に堆積物が生じることを防止し、又は生じた堆積物を除去する必要がある。
【００１５】
そこで、上述の（ａ）〜（ｃ）によれば、高温ガスダクト内に堆積物を生じさせないための対策の第一は、（ａ）に述べたように、高温ガスダクト内を全長に亘り溶流温度Ｔ２以上の高温に保持することである。このためには、高温ガスダクト入口である熱分解ガス化溶融炉の炉頂温度を、高温ガスダクト内での温度降下を考慮し、高温ガスダクト出口でも溶流温度Ｔ２以上を維持することができる十分に高い温度に維持すればよい。
【００１６】
一方で、（ａ）に基づいて炉頂温度を高温に保持する場合、必要以上に高温にすると、炉内及び高温ガスダクト内の耐火物の耐火温度Ｔ３を上回り、当該耐火物の溶損が起こる場合がある。これは、設備の連続運転時間を縮めるとともに耐火物補修頻度を増大させるので、コストアップの原因となる可能性がある。また、高温ガスダクトの全長を長く取る必要がある時には、高温ガスダクトの放熱量が大きくなり、高温ガスダクト内での温度降下が生じ、問題を生じる場合もある。これらの問題を解決するため、（ｂ）で述べたように、高温ガスダクト内に空気又は酸素を吹き込み、生成ガス中の、ＣＯ等の可燃ガス成分や未燃炭素分を二次燃焼させる。そして、当該二次燃焼の燃焼熱により高温ガスダクト内温度を上昇させることによりダスト類を溶流させて堆積を防止することができる。
【００１７】
さらに、熱分解ガス化溶融炉から発生するガスは、炉内に投入される処理対象物の性状や炉内の状況によって、ガス温度、ガス量、ガス組成、含じん量の変動が著しいことがある。この場合（ａ）や（ｂ）の方法によっても、ガス温度等が著しく変動する非定常状態では、ダスト類が堆積することもある。ダスト類が堆積しやすい部位は、高温ガスダクト内の温度がダスト類の固着温度Ｔ１まで低下した箇所の近傍であるが、特にダクト水平部（図５にＢで示した部位参照）、及び高温ガスダクト出口すなわちガス急冷減温塔入口（図１にＡで示した部位参照）である。その他、高温ガスダクトの熱伸縮吸収のためにダクト途中にエクスパンション等が設置される場合、当該エクスパンジョン部における段差、又は耐火物の種類が変わる部位にもダスト類の堆積が生じ易い。そこで、（ｃ）及び（ｄ）に述べたように、ダスト類の堆積の防止及び軽度の堆積除去のために、砂状粒子を吹き付ける。この場合、砂状粒子としては、耐熱性を有する粒子であれば特に限定されるものではないが、例えば珪砂等を挙げることができる。さらに、望ましくは比重の高い、例えばガーネット等が良い。
【００１８】
そして、さらにダスト類の堆積が進み、サンドブラストで除去することができなくなった場合の堆積物の除去は、（ｅ）に述べたように、ダスト類が堆積した部位を局部的に加熱し、堆積物を溶流させることによって行う。当該溶流は、ガス温度を短時間でダスト類の溶流温度Ｔ２以上の高温にする必要があることから、ＬＰＧ、ＬＮＧ等といった気体燃料と燃焼用空気(又は酸素)を吹き込むバーナー等によることが好ましい。
【００１９】
本発明は、上述の知見に基づき完成されたものである。以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記することがあるが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【００２０】
請求項１の発明は、可燃物又は可燃物と不燃物との混合物を１５００℃以上で熱分解してガス化溶融する熱分解ガス化溶融炉（１１）と、ガス化溶融をすることによりダスト類を含んで生成されたガスを１０００℃以上から２００℃以下に急冷するガス急冷減温塔（１３）と、ガスが熱分解ガス化溶融炉からガス急冷減温塔に搬送される通路である高温ガスダクト（１２）とを備えた熱分解ガス化溶融設備（１０）であって、高温ガスダクトの入口におけるガスの温度を制御し、高温ガスダクト内の全長に亘ってダスト類が溶流する温度以上とする温度制御手段を備える熱分解ガス化溶融設備を提供することにより前記課題を解決する。
【００２１】
請求項２の発明は、請求項１に記載の熱分解ガス化溶融設備（１０）が、高温ガスダクト（１２）内の少なくとも１つの部位に配置され、高温ガスダクト内に空気又は酸素を吹き込む、吹込みノズル（２５）を備えることにより前記課題を解決する。
【００２２】
請求項３の発明は、請求項１又は２のいずれか一項に記載の熱分解ガス化溶融設備（１０）が、高温ガスダクト（１２）内の少なくとも１つの部位に配置され、高温ガスダクト内のブラスト処理を行うブラスト装置（２６）を備えることにより前記課題を解決する。
【００２３】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱分解ガス化溶融設備（１０）が、高温ガスダクト（１２）内の少なくとも１つの部位に配置され、高温ガスダクト内を加熱するバーナー装置（２７）を備えることにより前記課題を解決する。
【００２４】
請求項５の発明は、可燃物又は可燃物と不燃物との混合物を１５００℃以上で熱分解してガス化溶融する熱分解ガス化溶融炉（１１）と、ガス化溶融をすることによりダスト類を含んで生成されたガスを１０００℃以上から２００℃以下に急冷するガス急冷減温塔（１３）と、ガスが熱分解ガス化溶融炉からガス急冷減温塔に搬送される通路である高温ガスダクト（１２）とを備えた熱分解ガス化溶融設備（１０）のダスト類による高温ガスダクトの閉塞防止方法であって、高温ガスダクト内温度を当該高温ガスダクト内の全長に亘って、ダスト類が溶流する温度以上とすることより、高温ガスダクト内の前記ダスト類堆積を防止することを特徴とする高温ガスダクトの閉塞防止方法を提供することにより前記課題を解決する。
【００２５】
請求項６の発明は、請求項５に記載の高温ガスダクト（１２）の閉塞防止方法が、高温ガスダクト内に空気又は酸素を吹き込み、ガス中の可燃ガス成分又は未燃炭素分を二次燃焼させることにより、高温ガスダクト内のダスト類堆積を防止することを特徴とする。
【００２６】
請求項７の発明は、請求項５又は６のいずれか一項に記載の高温ガスダクト（１２）の閉塞防止方法が、高温ガスダクト内の少なくとも１つの部位にブラスト処理を行うことにより、当該部位におけるダスト類の堆積を防止し、又は堆積したダスト類の堆積を除去することを特徴とする。
【００２７】
請求項８の発明は、請求項５〜７のいずれか一項に記載の高温ガスダクト（１２）の閉塞防止方法が、高温ガスダクト内の少なくとも１つの部位にバーナーによる加熱を行うことにより、加熱された部位に堆積したダスト類を除去することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明により、高温のガス搬送に用いられる高温ガスダクト内におけるダスト類の堆積を防止することができ、また、ダスト類が堆積した場合でも容易に当該ダスト類を除去することも可能であることから、高温ガスダクトの閉塞を未然に防止することができる。このことにより、熱分解ガス化溶融設備を連続して長期間運転することができるようになる。
【００２９】
本発明のこのような作用及び利得は、次に説明する発明を実施するための最良の形態から明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。
【００３１】
図１は、第一実施形態にかかる本発明の熱分解ガス化溶融設備１０を説明するために示した模式図である。熱分解ガス化溶融設備１０は、熱分解ガス化溶融炉１１と、高温ガスダクト１２と、ガス急冷減温塔１３とを主要な設備として備えている。熱分解ガス溶融炉１１とガス急冷減温塔１３とが高温ガスダクト１２により連通されている。熱分解ガス溶融炉１１には、処理対象物装入口１６、１６と、当該熱分解ガス溶融炉１１の下部に設けられたスラグ出滓口１８とを備えている。処理対象物装入口１６、１６は、処理の対象物である廃棄物等を熱分解ガス溶融炉１１内に装入するための入口であり、スラグ出滓口１８は溶融したスラグを熱分解ガス溶融炉１１外へ搬出するための出口である。また、高温ガスダクト１２は、熱分解ガス化溶融炉１１の上部に取り付けられている。一方、ガス急冷減温塔１３には、当該ガス急冷減温塔１３の上部でガスの入口近傍に取り付けられた水噴射ノズル１４、１４と、当該ガス急冷減温塔１３の下部に配置された低温ガスダクト１５とを備えている。水噴射ノズル１４、１４はガスの急冷に使用され、低温ガスダクト１５は当該冷却されたガスを排出するためのダクトである。高温ガスダクト１２は、ガス急冷減温塔１３の上部に取り付けられている。
【００３２】
熱分解ガス化溶融設備１０内には、高温のガス等が通過するので、熱分解ガス化溶融設備１０は全体として耐熱構造とされている。そのために例えば内壁に耐火物等が使用されている。
【００３３】
また、熱分解ガス化溶融炉１１には、不図示の温度制御手段が設けられている。当該温度制御手段は、炉頂温度計２０の計測結果に基づいて熱分解ガス化溶融炉１１内の温度、特に高温ガスダクト入口部のガス温度を制御を可能とするものである。
【００３４】
そして、熱分解ガス化溶融設備１０には、吹込みノズル２５と、サンドブラストノズル２６と、バーナー２７とが配設されている。熱分解ガス化溶融設備１０で、吹込みノズル２５、サンドブラストノズル２６及びバーナー２７は、高温ガスダクト１２とガス急冷減温塔１３とが連結される部位の近傍に備えられている。さらに熱分解ガス化溶融炉１１の炉頂部には炉頂温度計２０が、高温ガスダクト１２には高温ガスダクト温度計２１、２２が、ガス急冷減温塔１３の入口部分には減温塔入口温度計２３、２４が、それぞれ設置されている。それぞれの温度計は、当該温度計が溶損するのを防止するため、耐火物表面から例えば５０〜１００ｍｍ後退して取り付けられたり、又は保護ケースに格納されたりする。
【００３５】
上述したような設備を備える熱分解ガス化溶融設備１０及びその使用方法により、１０００℃以上の生成ガスを搬送する高温ガスダクトで、ダクト内冷却や、機械的ダクト内掻き落とし装置を使用することなく、ダクト内のダスト類の堆積を防止し、ダクト内に堆積物が生じた場合でも、これを除去することが可能となる。
【００３６】
以下にガス等の流れを説明する。処理対象物装入口１６、１６から熱分解ガス化溶融炉１１内に装入された処理対象物は、溶融帯１７で概１５００℃以上の高温で熱分解溶融される。そのとき、不燃物はスラグとしてスラグ出滓口１８から排出される一方で、可燃物はガス化され、ＣＯやＨ２を含んだ高温生成ガスとして高温ガスダクト１２中を搬送される。そして、ガス急冷減温塔１３に流入した後、水噴射ノズル１４、１４から噴射された不活性ガス混合の微粒子噴霧水によって、数秒で２００℃以下に冷却される。これにより高温でガス急冷減温塔１３に流入したガスは、低温のガスとなり、低温ガスダクト１５から排出されて次工程に送られる。
【００３７】
次に本発明の熱分解ガス化溶融設備１０により１０００℃以上の生成ガスを搬送する高温ガスダクト１２で、ダクト内におけるダスト類の堆積を防止し、ダクト内に堆積物が生じた場合でもこれを除去するための方法を図１〜図３を用いて説明する。
【００３８】
熱分解ガス化溶融炉１１とガス急冷減温塔１３とを連通する高温ガスダクト１２内の温度は、上述のように炉頂温度計２０、高温ガスダクト温度計２１、２２及び減温塔入口温度計２３、２４によって管理されている。図２は、横軸に高温ガスダクト１２の長さ方向位置、縦軸に高温ガスダクト１２内の温度を取った、高温ガスダクト１２内の長さ方向における温度降下を示したグラフである。図２において、横軸の左端部にＭで示した位置が高温ガスダクト１２入口部における高温ガスダクト１２内温度であり、横軸の右部にＮ１、Ｎ２で示した位置が高温ガスダクト１２出口部における高温ガスダクト１２内温度である。図２では高温ガスダクト内の温度降下に関する３つの場合を例示的に１つのグラフに示したものであり、線I〜IIIで示した。また、図２において線I及び線IIで示した場合における高温ガスダクトの出口は図２の横軸のＮ１で示した位置であり、線IIIで示した場合における高温ガスダクトの出口は図２の横軸のＮ２で示した位置である。
【００３９】
図３は炉頂温度計２０、高温ガスダクト温度計２１、減温塔入口温度計２３で計測した温度の経時変化の一例を示したものである。横軸は時間、縦軸は温度を示している。図３中、VIで示した線が炉頂温度計２０、VIIで示した線が高温ガスダクト温度計２１、VIIIで示した線が減温塔入口温度計２３で測定した結果から得られた高温ガスダクト内の温度である。さらに、図２及び図３において、破線IVでダスト類の溶流温度Ｔ２を、破線Vで耐火温度Ｔ３をそれぞれ示している。
【００４０】
耐火温度Ｔ３は、高温ガスダクト１２等を構成する材料が大きくダメージを受けることなく安定に機能を発揮することができる限界の温度である。従って、耐火温度Ｔ３より高い温度のガスを長時間に亘って流通させると、高温ガスダクト１２がダメージを受け、損害を受ける可能性が高くなる。よってガスは耐火温度Ｔ３よりも低い温度を維持することが好ましい。一方、溶流温度Ｔ２は、ダスト類が溶流して高温ガスダクト１２内に堆積し難い温度のうち最も低い温度である。従って、ガスが溶流温度Ｔ２以下になると、ダスト類が高温ガスダクト１２内へ堆積する可能性が高くなる。よって高温ガスは溶流温度Ｔ２よりも高いことが好ましい。
【００４１】
図２に示したようにガスは高温ガスダクト１２のＭで示した入口部からＮ１、Ｎ２で示した出口部へ流れるに伴って温度が降下する。よって、途中でいずれのエネルギーも与えなければ、高温ガスダクト出口におけるガス温度は、入口温度よりも低くなる。そこで、図２の線Iで示したように、当該温度降下を考慮し、温度制御手段を用いて、ガスが高温ガスダクト１２の出口部で溶流温度Ｔ２よりも高い温度となるように設定されると良い。そのとき、高温ガスダクト１２の入口部でのガス温度は、炉頂温度計２０の使用により耐火温度Ｔ３よりも低い温度となるように設定されることが好ましい。これにより、高温ガスダクト１２内の全長に亘って、ガス温度が溶流温度Ｔ２よりも低い温度となる部位はなく、ダスト類の堆積は生じない。また、ガスは耐火温度よりも低い温度にされているので、高温ガスダクト１２にダメージが生じ難い。これにより１０００℃以上のガスを搬送する高温ガスダクト１２で、ダクト内冷却や、機械的ダクト内掻き落とし装置を使用することなく、ダクト内堆積を防止することができる（この方法を便宜上、以下においては（ａ１）と記述することがある。）。
【００４２】
このように方法（ａ１）により、高温ガスダクト内の温度を設定し、ダスト類の堆積を防止することができる場合がある。しかし、高温ガスダクトは、熱分解ガス化溶融炉とガス急冷減温塔とを連通するものであり、その設置条件は一様でない。すると必ずしも高温ガスダクト内におけるガスの温度降下も一様ではなく、例えば図２に線IIで示したように、ガスの温度を高温ガスダクト出口部（Ｎ１）で溶流温度Ｔ２に設定すると、ガスの高温ガスダクト入口部（Ｍ）での温度が耐火温度Ｔ３を大きく超えてしまう場合がある。また、図２の線IIIで示したように、高温ガスダクトが長い場合には、たとえ緩やかな温度降下であったとしてもガスの温度が、高温ガスダクトの出口部分（Ｎ２）で溶流温度Ｔ３を下回ってしまう場合もある。さらには、図３に示したように、通常はガス温度が耐火温度Ｔ３と溶流温度Ｔ２との間で安定しているが、図３にＰ及びＱで示したように、ガスの温度が、非定常的に耐火温度Ｔ３と溶流温度Ｔ２との間から外れてしまうことがある。以上のように、高温ガスダクト内のガスの温度降下が大きい場合、高温ガスダクトが長い場合及び生成したガスの温度変動が激しい場合等は、方法（ａ１）で示したような炉頂温度計による温度の一定管理のみでは不十分な場合がある。この時には、特に耐火物の溶損危険がある場合には、安全を考慮してガスの温度を低めに設定する傾向にあり、よって高温ガスダクト内が、ダスト類の溶流温度Ｔ２を下回り、ダスト類が高温ガスダクト内に固着する現象を起こしやすい。
【００４３】
ダスト類が高温ガスダスト１２中に堆積しやすい位置は、予め測定等により得ることができる。また、図１にＡで示したような高温ガスダクト１２の終端部、すなわちガス急冷減温塔１３と、高温ガスダクト１２との接続部の内側に堆積する場合や、高温ガスダクト１２の水平部（図５にＢで示した部位参照）に堆積する場合がある。
【００４４】
そこで、次にダスト類の堆積が生じる部位に隣接して吹込みノズル２５を設置し（図１参照）空気を吹き込む。これにより、ガス中のＣＯやＨ２の可燃成分や未燃炭素分が二次燃焼し、高温ガスダクト１２内の温度が溶流温度Ｔ２以上に保持され、ダスト類の堆積を防ぐことができる。（この方法を便宜上、以下において（ｂ１）と記述することがある。)
【００４５】
また、ダスト類の堆積が生じる部位に隣接してサンドブラストノズル２６を設置し（図１参照）、必要に応じて、又は定期的に粒子を不活性ガスとともに吹き込む。これにより堆積が生じる部位における面の性状を変化させたり、温度を上げたりすることができ、ダスト類の堆積を防止することができる（この方法を便宜上、以下において（ｃ１）と記述することがある。)。
【００４６】
以上の（ａ１）〜（ｃ１）による方法によっても堆積が生じてしまった時、（ｃ１）で利用したサンドブラスト装置２６から、当該堆積物に対して粒子を不活性ガスとともに吹き込み物理的にダスト類の堆積物を除去することができる（この方法を便宜上、以下において（ｄ１）と記述することがある。)。サンドブラストノズル２６から吹き込まれる粒子は、耐熱性を有するものであれば特に限定されないが、各種砂状粒子、望ましくは、比重が大きい粒子が良い。これには、例えば粒子状ガーネットを挙げることができる。
【００４７】
サンドブラストノズル２６は、通常考えられるあらゆる型のノズルを使用することができるが、好ましくは先端を絞ったノズルがよい。これにより、噴出圧力を高めることで粒子状物質の勢いを増し、除去効果を高めることができる。また、先端を円錐状に絞ったノズルでは、効果が局部的に集中し、耐火物に損傷を与える場合があるので先端を扁平状に絞ったノズルが好ましい。
【００４８】
（ｄ１）の方法によってもいずれかの理由により、ダスト類の堆積が大きく生じてしまう場合がある。このような場合には、図１に示したように、ダスト類が堆積した部位を狙って設置されたバーナー２７により堆積物を高温で溶融し、堆積物を除去することができる（この方法を便宜上、以下において（ｅ１）と記述することがある。）これにより、本発明の熱分解ガス化溶融設備１０により１０００℃以上の生成ガスを搬送する高温ガスダクト１２で、ダクト内に堆積物が生じた場合でもこれを除去することができる。
【００４９】
ここでは、当業者によって考えられるあらゆるバーナーによる方法を適用することができる。その中でも、高温ガスダクト内が常時１０００℃以上の高温であり、かつ炉内に突起物が存在するとダスト類が堆積しやすいので、ダスト類の堆積が認められた場合にのみバーナーを装入し、加熱溶融する設置方法が望ましい。また、適当な部位に点検用覗き窓を設置し、効果を確認しながら除去作業を行うことが好ましい。
【００５０】
また、いずれかの理由により堆積した堆積物の除去については、上述の（ｄ１）による方法の他に、サンドブラストを利用することも可能である。従ってサンドブラストは、ダスト類の固着防止の他に、固着した堆積物の除去をすることも可能である。よって利用者は、堆積物の除去に関してサンドブラストとバーナーとを選択することもできる。
【００５１】
以上のような方法により、本発明の熱分解ガス化溶融設備を使用し、１０００℃以上の生成ガスを搬送する高温ガスダクトで、ダクト内冷却や、機械的ダクト内掻き落とし装置を使用することなく、ダクト内におけるダスト類の堆積を防止し、ダクト内に堆積物が生じた場合でも、これを除去する設備及び当該設備を使用した高温ガスダクトの閉塞防止方法を提供することができる。
【００５２】
これら（ａ１）〜（ｅ１）による方法、及び当該方法に使用される設備は、必ずしも全てが適用される必要はない。場合に応じて必要な設備、必要な方法のみが適用されても良い。
【００５３】
（実施例）
次に、実験や解析等により得られた本発明の熱分解ガス化溶融設備に関する結果を実施例として示す。本発明は当該実施例に限定されるものではない。
【００５４】
はじめに、ダスト類の溶流温度Ｔ２について説明する。高温ガスダクト内の堆積物は、ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３といったスラグ成分、すなわち炉内投入物中の不燃成分が主成分であり、その６０〜７０％を占める。図４は当該堆積物を直径２０ｍｍ、高さ２０ｍｍの円柱状に成型した試験片３００を７５％のアルミナ板３０１に載せ、温度を変化させて熱処理をした時の結果の一例を示した写真である。図４（ａ）は熱処理前、図４（ｂ）は１２００℃で１時間、熱処理した後の写真である。この他にも温度を変えて実験をした結果、図４（ｂ）に示したように１２００℃近傍で最も堆積固着が著しいことがわかった。
【００５５】
さらに、飛灰（燃焼ガス中に含まれる固体の粒子状物質）におけるＡＦＴ（炭素成分を除去した後の不燃成分）の溶流温度を測定した結果、当該溶流温度は１３６７℃であり、その他、軟化温度が１２７８℃、溶融温度が１３５０℃であることがわかった。よって本実施例におけるダスト類の溶流温度Ｔ２は１３７０℃であるとした。従って、１３７０℃を超えるとダスト類の堆積はほとんどなく、スラグ成分（ダスト類）は溶流して、高温ガスダクト内壁を流れ落ちる。その後、当該液状のスラグ成分（ダスト類）は、ガス急冷減温塔内又は熱分解ガス化溶融炉内に滴下するので高温ガスダクトを閉塞しない。
【００５６】
従って、上述の（ａ１）の方法によれば、高温ガスダクト内のダスト類の堆積による閉塞を防止するために、高温ガスダクト出口すなわちガス急冷減温塔出口で１３７０℃以上であれば良い。例えば、内径１０００ｍｍでダクト長１４ｍの高温ガスダクトの場合、入口温度すなわち熱分解ガス化溶融炉の炉頂温度を高温ガスダクト出口温度＋７０℃以上、すなわち１４４０℃以上にすればかかる条件を満足することができる場合がある。
【００５７】
次に耐火温度Ｔ３について説明する。上述した（ａ１）による方法では、炉頂温度を高くするほど、高温ガスダクト内温度を高く維持することができ、高温ガスダクト内におけるダスト類の堆積による閉塞を防止することができる。しかし一部の耐火物では、その耐火温度が条件を満たすことができない場合ある。例えば高温ガスダクトに好適に使用されているハイアルミナ系耐火物の場合、ＪＩＳ  Ｒ  ２２０９に規定される荷重軟化試験における荷重軟化点は、１７００℃である。これに対して通常、裕度を２００℃考慮するので、１５００℃以下で使用することが条件となる。また、熱分解ガス化溶融炉内の生成ガス量が変動した場合は、図３に示したように、生成ガス温度は変動し、当該変動は±１００℃の幅を有することもある。従って、例えば炉頂温度１４４０℃制御では、ガス流量等により、高温ガスダクト温度が一時的に１５００℃を超える場合があり、高温ガスダクトの耐火物が溶損してしまう虞がある。これを防止するためには炉頂温度を１４００℃以下で制御しなければならない。しかし、この場合、炉頂温度を低く抑えたために、高温ガスダクト出口、すなわちガス急冷減温塔入口の温度が１３７０℃を下回り、ガス急冷減温塔入口でダスト類が堆積して高温ガスダクトが閉塞してしまう虞がある。
【００５８】
例えば、一日の処理量が１００ｔである比較的小型の熱分解ガス化溶融炉は、一般的に最小炉径が概４ｍなので、熱分解ガス化溶融炉からガス急冷減温塔へのガスの流れを円滑にするためには、熱分解ガス化溶融炉中心とガス急冷減温塔中心とを接続することが望ましい。このときの高温ガスダクト長は概ね６ｍを超えて１５ｍ以上であり、長くなる。従って、この場合には、上述の（ａ１）による炉頂温度を一定に維持する方法に加えて、（ｂ１）で示した方法を適用することが好ましい。これにより高温ガスダクト途中に空気又は酸素が吹き込まれ、生成ガス中の可燃成分（ＣＯ，Ｈ２）や未燃炭素分を二次燃焼させ、高温ガスダクト内温度を上昇させることができる。この時、空気等の吹込みノズルは、ダスト類の堆積が予想される箇所の直前に配置されるのが望ましい。また、空気等の吹込み量は、燃焼火炎に隣接して設置された高温ガスダクト内壁の耐火物内の温度計によって調節される。また、空気の代わりに酸素を吹き込む場合は、生成ガスの熱量低下が抑制され、吹き込む量が少量でよい。
【００５９】
次に、堆積物の除去に関して説明する。以上の方法によっても、いずれかの理由によりダスト類の堆積物が生じる場合がある。例えば、熱分解ガス化溶融炉は投入される処理対象物によって、ガス温度やガス量が著しく変動し、炉頂温度一定で管理していても、高温ガスダクト内にダスト類が堆積する場合がある。そこで、堆積初期では、方法（ｄ１）に示したように、サンドブラストによる物理的除去を行う。予めダスト類の堆積が予測される部位に設置した点検窓から、高温ガスダクト内を監視し、ダスト類の堆積が認められた場合又はダスト類の堆積の虞がある場合に、サンドブラストを行う。サンドブラストは、ダスト類の堆積の虞がある部位の隣接した上流側に設置されるのが好ましい。高温ガスダクトには、通常、ダスト類の堆積を防止するために不活性ガスを吹き込むビンブロー装置が設置されているが、本発明の装置は不活性ガスに砂状粒子を混合して吹きつける。当該方法は、ダスト類の堆積初期の段階で有効である。
【００６０】
また、方法（ｃ１）に示したようにダスト類の堆積を防止の目的で、定期的にサンドブラストを行うことが有効である。実施例では、８時間に１回、５００ｍｌ程度のガーネットをサンドブラストしている。
【００６１】
ダスト類の堆積が高さ１０ｃｍ以上に成長した時は、方法（ｄ１）に示したように補助燃焼と燃焼用空気又は酸素を吹き込むバーナーによる当該堆積物の除去が好ましい。特に図１にＡで示した位置であるガス急冷減温塔１３入口において堆積物が成長すると、ガスの冷却不良やガス急冷減温塔におけるダストの過湿が生じる。これにより熱分解ガス化溶融設備の運転を維持することができなくなる。バーナーを使用して堆積物を除去させる時は、一時的に処理対象物の装入を停止するとともに熱分解ガス化溶融炉も停止する。
【００６２】
図５は、第二実施形態にかかる本発明の熱分解ガス化溶融設備１１０を模式的に示した図である。図５では、図５にＢで示した高温ガスダクト１１２の水平である部分に堆積している。この場合においても、高温ガスダクト１１２内のガスの温度管理をするとともに、吹込みノズル１２５と、サンドブラストノズル１２６と、バーナー１２７とが配設されている。これにより、当該部位におけるダスト類の堆積を防止し、及び堆積した場合にも当該堆積物の除去をすることができる。
【００６３】
以上、現時点において、最も、実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う熱分解ガス化溶融設備及び当該熱分解ガス化溶融設備を用いた高温ガスダクトの閉塞防止方法もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】第一実施形態にかかる本発明の熱分解ガス化溶融設備について模式的に示す図である。
【図２】横軸に高温ガスダクトの位置を、縦軸に高温ガスの温度を示すグラフである。
【図３】横軸に時間、縦軸に高温ガスの温度を示すグラフである。
【図４】ダスト類の固着温度を調べる実験における実験前後の試験片の一例を示した図である。
【図５】第二実施形態にかかる本発明の熱分解ガス化溶融設備について模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０  熱分解ガス化溶融設備
１１  熱分解ガス化溶融炉
１２  高温ガスダクト
１３  ガス急冷減温塔
１４  水噴射ノズル
１５  低温ガスダクト
１６  処理対象物挿入口
１７  溶融帯
１８  スラグ出滓口
１９  フリーボード
２０  炉頂温度計
２１  高温ガスダクト温度計
２２  高温ガスダクト温度計
２３  減温塔入口温度計
２４  減温塔入口温度計
２５  吹込みノズル
２６  サンドブラストノズル
２７  バーナー
１１０  熱分解ガス化溶融設備
１１１  熱分解ガス化溶融炉
１１２  高温ガスダクト
１１３  ガス急冷減温塔
１１４  水噴射ノズル
１１５  低温ガスダクト
１１６  処理対象物挿入口
１１７  溶融帯
１１８  スラグ出滓口
１１９  フリーボード
１２０  炉頂温度計
１２１  高温ガスダクト温度計
１２２  高温ガスダクト温度計
１２３  減温塔入口温度計
１２４  減温塔入口温度計
１２５  吹込みノズル
１２６  サンドブラストノズル
１２７  バーナー
【図１】
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【図２】
2007003035.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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