(57)【要約】【課題】水砕槽より発生した水蒸気によるスラグ出滓口の冷却、補助バーナ等の機器への不具合を防止でき、溶融設備の円滑な運転を可能とした。【解決手段】熱分解ガスバーナ３と、スラグ出滓口６と、スラグ出滓口６から水砕槽２０まで延設されたスラグ抜出シュート７とを備えた旋回溶融炉２と、該旋回溶融炉の上方に配設された二次燃焼室１５とからなる熱分解ガス化システムの溶融設備１において、スラグ抜出シュート７の下端が水砕槽２０へ浸漬されて水封を形成し、該スラグ抜出シュート下端７ａが水砕槽２０への溶融スラグの落下により変位する水面位置より下方まで延設され、スラグ抜出シュート７から二次燃焼室１５へ連通するバイパス通路１０を設け、水砕槽２０から蒸発した水蒸気を含む水蒸気含有ガス１３の少なくとも一部をスラグ抜出シュート７から二次燃焼室１５へ導く構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物を熱分解して発生させた熱分解ガスを導入する熱分解ガスバーナと、該熱分解ガスの燃焼熱により灰分を溶融させて生じた溶融スラグを排出するスラグ出滓口と、該スラグ出滓口から水砕槽まで延設されたスラグ抜出シュートとを備えた旋回溶融炉と、該旋回溶融炉の上方に連結部を介して配設された二次燃焼室と、からなる熱分解ガス化システムの溶融設備において、
前記スラグ抜出シュートの下端が前記水砕槽に浸漬されて水封を形成し、該スラグ抜出シュート下端が、前記水砕槽への溶融スラグの落下により変位する水面位置より下方まで延設され、
前記スラグ抜出シュートから前記二次燃焼室へ連通するバイパス通路を設け、前記水砕槽から蒸発した水蒸気を含む水蒸気含有ガスの少なくとも一部を前記スラグ抜出シュートから前記二次燃焼室へ導くことを特徴とするガス化溶融システムの溶融設備。
【請求項２】
前記スラグ抜出シュートに前記スラグ出滓口を加熱する補助バーナを設けたことを特徴とする請求項１記載のガス化溶融システムの溶融設備。
【請求項３】
前記スラグ抜出シュートを含む旋回溶融炉内が負圧状態に維持されることを特徴とする請求項１記載のガス化溶融システムの溶融設備。
【請求項４】
前記バイパス通路が、前記スラグ抜出シュートの下方で且つ前記水砕槽の水面近傍に設けられることを特徴とする請求項１記載のガス化溶融システムの溶融設備。
【請求項５】
廃棄物を熱分解して発生させた熱分解ガスの燃焼熱により旋回溶融炉にて灰分を溶融し、該溶融により生じた溶融スラグをスラグ出滓口よりスラグ抜出シュートを経て水砕槽に排出するとともに、前記旋回溶融炉にて発生した燃焼排ガスを該溶融炉上方の二次燃焼室に導くようにした熱分解ガス化システムの溶融方法において、
前記スラグ抜出シュートの下端が前記水砕槽へ浸漬されて水封を形成し、前記水砕槽から蒸発した水蒸気を含む水蒸気含有ガスの少なくとも一部を、バイパス通路を介して前記スラグ抜出シュートから前記二次燃焼室へ導くことを特徴とするガス化溶融システムの溶融方法。
【請求項６】
前記スラグ抜出シュートを含む旋回溶融炉内が負圧状態に維持されるように、該旋回溶融炉の後段側に設置された誘引ファンを制御することを特徴とする請求項５記載の熱分解ガス化システムの溶融方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物を熱分解して熱分解ガスを発生させ、該熱分解ガスの燃焼熱で灰分を溶融するガス化溶融システムにおける溶融技術に関し、特に、溶融スラグを水砕する水砕槽から蒸発した水蒸気により溶融設備に不具合が発生することを防止し、円滑な運転を行うことを可能としたガス化溶融システムの溶融設備及び溶融方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、都市ごみを始めとして不燃ごみ、焼却残渣、汚泥、埋立ごみ等の廃棄物まで幅広く処理できる技術としてガス化溶融システムが知られている。
ガス化溶融システムの概略を図３に示す。ガス化溶融システムは、廃棄物を熱分解してガス化するガス化炉３３と、該ガス化炉３３の下流側に設けられ、ガス化炉３３にて生成された熱分解ガス５３を高温燃焼し、ガス中の灰分を溶融スラグ化する溶融設備１とを備えており、廃棄物の資源化、減容化及び無害化を図るために、溶融設備１からスラグを取り出して路盤材等の土木資材として再利用したり、溶融設備１から排出される排ガスから廃熱を回収して発電を行うなどしている（特許文献１等参考）。
【０００３】
溶融設備１の一つとして、竪型旋回溶融炉２を備えた装置がある。竪型旋回溶融炉２は、熱分解ガス５３を溶融炉内に吹き込む熱分解ガスバーナと、燃焼空気５４を導入する燃焼空気供給ノズルとが配設されており、熱分解ガスバーナから噴出された熱分解ガス５３は炉内で旋回流を形成させながら可燃分を燃焼させ、無機成分を溶融する。旋回流によって生じた遠心力によって溶融スラグは炉の内壁に付着し、壁面を伝って流下してスラグ出滓口より排出され、抜出シュート６を通って水砕槽２０へ落下する。水砕槽２０には冷却水が貯留されており、該冷却水内に落下した溶融スラグは急冷されることにより水砕し、水砕スラグとして回収される。一方、燃焼により発生した排ガスは、絞り構造の連結部５を介して二次燃焼室１５に送られ、該二次燃焼室１５にて未燃分を燃焼させた後にボイラ１７を経て排ガス処理設備へ送られる。
【０００４】
このような溶融設備では、炉内で発生した排ガスが上方の二次燃焼室へ導かれるため、下方に位置するスラグ出滓口に排ガスの顕熱が利用されず、スラグ出滓口が十分に加温されないため溶融スラグが炉壁に付着して閉塞する場合がある。従って、これを防ぐために種々の技術が提案されている。例えば、特許文献２（特開２０００−２０５５４６号公報）では、スラグ排出管と二次燃焼室を直接接続するバイパス配管を設け、炉内の高温燃焼排ガスがスラグ排出管を経由して二次燃焼室に送られる構成とし、スラグ排出管が高温に維持されるようにしている。また、特許文献３（特開平１１−６３４３７号公報）でも同様に、溶融炉内の乾留ガスを、スラグ出滓口下流側から排ガス流路を介して二次燃焼室に導き、スラグ出滓口の冷却を防止する構成としている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１４４４０２号公報
【特許文献２】特開２０００−２０５５４６号公報
【特許文献３】特開平１１−６３４３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
スラグ出滓口の冷却防止方法として、特許文献２乃至３に記載されるように、炉内の高温燃焼排ガスを出滓口側から抜き出してバイパスさせ、二次燃焼室に導く方法が提案されている。
しかし、スラグ出滓口が冷却される原因として、上記した高温燃焼排ガスの顕熱が利用できないという点の他に、水砕槽から蒸発する水蒸気によって冷却されることが考えられる。即ち、水砕スラグを回収する場合、スラグ抜出シュート下方に冷却水を貯留した水砕槽を設置するが、水砕槽内に高温の溶融スラグが落下する際に冷却水が蒸発して多量の水蒸気が発生する。特に、熱分解ガス化システムにおける溶融設備では、一般に炉内が負圧状態に維持されているため水蒸気が発生し易く、且つスラグ出滓口は密閉系であるため水蒸気が放散されずにスラグ出滓口や溶融炉内に残留し、この水蒸気がスラグ出滓口やスラグ抜出シュートを冷却し、溶融スラグが固化して閉塞してしまうことがある。
【０００７】
また、スラグ出滓口を加温するために設置された補助バーナが、この水蒸気によって結露して故障してしまうことがあり、スラグ抜出シュートに設置された機器に不具合が発生することも考えられる。
しかしながら、特許文献２及び３に記載される装置では、水蒸気により生じるスラグ抜出シュートの冷却や機器の不具合についての対策は講じられておらず、特に特許文献３についてはガス化溶融システムに適用した装置ではないため、ガス化溶融システムのように溶融設備を負圧状態にすることにより水蒸気が多く発生することを考慮していないものと考えられる。
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、水砕槽より発生した水蒸気によるスラグ出滓口の冷却、補助バーナ等の機器への不具合を防止でき、溶融設備の円滑な運転を可能としたガス化溶融システムにおける溶融設備及び溶融方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明はかかる課題を解決するために、
廃棄物を熱分解して発生させた熱分解ガスを導入する熱分解ガスバーナと、該熱分解ガスの燃焼熱により灰分を溶融させて生じた溶融スラグを排出するスラグ出滓口と、該スラグ出滓口から水砕槽まで延設されたスラグ抜出シュートとを備えた旋回溶融炉と、該旋回溶融炉の上方に連結部を介して配設された二次燃焼室と、からなる熱分解ガス化システムの溶融設備において、
前記スラグ抜出シュートの下端が前記水砕槽に浸漬されて水封を形成し、該スラグ抜出シュート下端が、前記水砕槽への溶融スラグの落下により変位する水面位置より下方まで延設され、
前記スラグ抜出シュートから前記二次燃焼室へ連通するバイパス通路を設け、前記水砕槽から蒸発した水蒸気を含む水蒸気含有ガスの少なくとも一部を前記スラグ抜出シュートから前記二次燃焼室へ導くことを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、溶融スラグの落下により水砕槽から発生した水蒸気を、旋回溶融炉上方の二次燃焼室に逃がすことができるため、スラグ出滓口、スラグ抜出シュートや補助バーナが多量の水蒸気に晒されることがなく、スラグ出滓口及びスラグ抜出シュートの冷却による閉塞や、補助バーナの結露による故障等の機器の不具合を防止できる。また、水蒸気がスラグ抜出シュートを通ってその上方の旋回溶融炉に侵入することを防ぎ、旋回流の形成を妨げることなく円滑な運転が可能となる。
また、抜出シュート下端を従来よりも長く延設するようにしたため、溶融スラグの落下により水面が波立った場合であっても、確実に水封を維持することができる。
【００１０】
また、前記スラグ抜出シュートに前記スラグ出滓口を加熱する補助バーナを設けたことを特徴とする。
このように、補助バーナにてスラグ出滓口を加熱することによりスラグ出滓口の冷却を防止し、且つ本発明によればバイパス通路を設けて水蒸気を逃がす構成としているため、補助バーナが水蒸気に晒されることがなく、補助バーナの結露による故障を防止できる。
【００１１】
さらに、前記スラグ抜出シュートを含む旋回溶融炉内が負圧状態に維持されることを特徴とする。
このように、炉内を負圧状態に維持することにより、旋回溶融炉にて旋回流の形成を促進し、燃焼状態を良好に保つことができる。また、炉内を負圧状態とすることにより水砕槽からの水蒸気の発生が増大するが、本発明のようにバイパス通路を設けることにより水蒸気による冷却、不具合を防止できる。
また本発明では、旋回溶融炉の上方に開放された連結部を介して二次燃焼室が設けられた構成であるため、スラグ抜出シュートよりも二次燃焼室の方が負圧が大きくなる。従って、水蒸気含有ガスがバイパス通路を通ってスラグ抜出シュートから二次燃焼室側へ搬送されやすくなり、水蒸気の除去効率を高くすることができる。
【００１２】
さらにまた、前記バイパス通路が、前記スラグ抜出シュートの下方で且つ前記水砕槽の水面近傍に設けられることを特徴とする。
これにより、水蒸気の大部分を二次燃焼室側へ導くことができ、水蒸気による冷却、不具合をより一層防止することができる。
【００１３】
また、廃棄物を熱分解して発生させた熱分解ガスの燃焼熱により旋回溶融炉にて灰分を溶融し、該溶融により生じた溶融スラグをスラグ出滓口よりスラグ抜出シュートを経て水砕槽に排出するとともに、前記旋回溶融炉にて発生した燃焼排ガスを該溶融炉上方の二次燃焼室に導くようにした熱分解ガス化システムの溶融方法において、
前記スラグ抜出シュートの下端が前記水砕槽へ浸漬されて水封を形成し、前記水砕槽から蒸発した水蒸気を含む水蒸気含有ガスの少なくとも一部を、バイパス通路を介して前記スラグ抜出シュートから前記二次燃焼室へ導くことを特徴とする。
さらに、前記スラグ抜出シュートを含む旋回溶融炉内が負圧状態に維持されるように、該旋回溶融炉の後段側に設置された誘引ファンを制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
以上記載のごとく本発明によれば、溶融スラグの落下により水砕槽から発生した水蒸気を、旋回溶融炉上方の二次燃焼室に逃がすことができるため、スラグ出滓口、抜出シュートや補助バーナが多量の水蒸気に晒されることがなく、スラグ出滓口、抜出シュートの冷却による閉塞や、補助バーナの結露による故障等の機器の不具合を防止できる。従って、ガス化溶融システムの円滑な運転が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の実施例に係る溶融設備の側断面を示す構成図、図２は図１の水砕槽を示す拡大側面図、図３は本発明の実施例に係るガス化溶融システムの全体構成を示す概略図である。
【００１６】
まず、図３を参照して、本実施例に係るガス化溶融システムの概略構成を説明する。
廃棄物投入ホッパ３１から投入された廃棄物５０は、必要に応じて破砕、乾燥された後に給じん機３２を介して流動床式ガス化炉３３へ定量供給される。流動床ガス化炉３３では、温度約１２０〜２３０℃、空気比０．２〜０．７程度の燃焼空気５１が炉下部から風箱３４を介して炉内に吹き込まれ、流動層温度が５５０〜６５０℃程度に維持されている。
廃棄物５０は流動床ガス化炉３３で熱分解ガス化され、ガス、タール、チャー（炭化物）に分解される。タールは、常温では液体となる成分であるが、ガス化炉内ではガス状で存在する。ガス化炉３３の不燃物５２は不燃物排出口３５より逐次排出される。
チャーは流動層内で徐々に微粉化され、ガス及びタールに同伴して溶融設備１の縦型旋回溶融炉２へ導入される。以下、旋回溶融炉１へ導入されるこれらの成分を総称して熱分解ガス５３と呼ぶ。尚、溶融設備１は、旋回溶融炉２と、該旋回溶融炉２の上方に配設された二次燃焼室１５と、該二次燃焼室１５の下流側に配設されたボイラ部１７と、からなる。
【００１７】
前記流動床ガス化炉３３の炉頂部より排出された熱分解ガス５３は、ライニングダクトを経て旋回溶融炉２の熱分解ガスバーナへ導入される。該熱分解ガスバーナで、熱分解ガス５３は燃焼空気５４と混合されて炉内に導入され、旋回流を形成する。このとき、燃焼空気は空気比０．９〜１．１、好ましくは１．０程度であると良い。
前記旋回溶融炉２では、熱分解ガス５３と燃焼空気５４の混合ガスが燃焼することにより炉内温度が１３００〜１５００℃に維持され、熱分解ガス５３中の灰分が溶融、スラグ化される。溶融したスラグは、旋回溶融炉２の内壁面に付着、流下し、炉底部のスラグ出滓口６からスラグ抜出シュート７を経て排出される。旋回溶融炉２から排出されたスラグは、水砕槽２０で急冷され、スラグコンベア２１により搬出されて水砕スラグとして回収される。回収された水砕スラグは、路盤材等に有効利用することが可能である。
【００１８】
一方、旋回溶融炉２から排出された燃焼排ガスは連結部５を介して二次燃焼室１５へ導入される。二次燃焼室１５では、燃焼空気５５が空気比１．２〜１．５となるように供給され、前記燃焼排ガス中の未燃分はここで完全燃焼される。
燃焼排ガスは、ボイラ部１７で熱回収されて、２５０℃程度まで冷却される。ボイラ部１７から排出された燃焼排ガスは、減温塔３６へ導入され、直接水噴霧により１５０℃程度まで冷却される。減温塔３６から排出された燃焼排ガスは、必要に応じて煙道で消石灰、活性炭が噴霧され、反応集塵装置３７に導入される。反応集塵装置３７では、燃焼排ガス中の煤塵、酸性ガス、ＤＸＮ類等が除去される。反応集塵装置３７から排出された集塵灰は薬剤処理して埋立処分され、燃焼排ガスは蒸気式加熱器３８で再加熱され、触媒反応装置３９でＮＯｘが除去された後、誘引ファン４０を介して煙突４１より大気放出される。
【００１９】
次に、図１を参照して本実施例における溶融設備１につき具体的に説明する。
同図に示されるように、溶融設備１は断面円形状の旋回溶融炉２を有しており、該旋回溶融炉２の側壁には、熱分解ガス５３を吹き込む一又は複数の熱分解ガスバーナ３が配設され、該熱分解ガスバーナ３には燃焼空気（一次空気）５４を導入する燃焼空気供給ノズル４が付設されている。また、熱分解ガスバーナ３の近傍には、助燃バーナ（図示略）が配設されている。さらに、炉本体２の上部は絞り構造の連結部５を介して二次燃焼室１５に連通しており、旋回溶融炉２で発生した燃焼排ガスは二次燃焼室１５に送られるようになっている。旋回溶融炉２の底部にはスラグ出滓口６が設けおり、該スラグ出滓口６から下方に延設されたスラグ抜出シュート７を通って溶融スラグが排出されるようになっている。スラグ抜出シュート７にはスラグ出滓口６へ向けて補助バーナ８が取り付けられており、スラグ出滓口６から排出される溶融スラグが固化して閉塞しないように保温する機能を有している。補助バーナ８に供給される補助燃料５７としては、灯油、ＬＰＧ、都市ガス等が挙げられ、燃焼空気の代わりに純度９０％以上の酸素を使用することが望ましい。
【００２０】
また、図２に示されるように、スラグ抜出シュート７の下方には水砕槽２０が設置され、該水砕槽２０内には冷却水２４が貯留されている。該スラグ抜出シュート７の下端７ａは冷却水２４内に浸漬されており、スラグ抜出シュート７を水封している。また、水砕槽２０内には、スラグコンベア２１が浸漬配置され、スラグ抜出シュート７から落下してきた溶融スラグを受け止め、搬送する。溶融スラグは搬送される間に冷却水２４により冷却、水砕された後に水砕スラグ排出口２２より排出され、水砕スラグ５６として回収される。水砕スラグ５６はスラグ貯留部２３に貯留される。
【００２１】
本実施例の特徴的構成として、スラグ抜出シュート下端７ａが水砕槽２０に浸漬されて水封を形成するとともに、該下端７ａが、水砕槽２０への溶融スラグの落下により変位する水面位置より下方まで延設されるようにしている。さらに、スラグ抜出シュート７を含む溶融設備１内が負圧状態に維持されるように後段の誘引ファン４０を制御するようにしている。尚、溶融設備１内は負圧状態であるため、スラグ抜出シュート７内の水面は周囲の水面より高い位置にあるが、この水面の高低差を含めた水面の変位よりも低い位置に到達するまでスラグ抜出シュート下端７ａが延設されるようにする。このようにスラグ抜出シュート下端７ａを従来よりも長くすることにより、溶融スラグの落下により水砕槽２０の水面が波立った場合であっても、確実に水封を維持することができ、負圧状態を保つことができる。
【００２２】
さらに本実施例では、スラグ抜出シュート７から二次燃焼室１５に連通するバイパス通路１０を設けた構成としている。バイパス通路の入口１１は、水砕槽２０から蒸発する水蒸気が抜き出される位置とし、該水蒸気を含む水蒸気含有ガス１３の少なくとも一部を二次燃焼室１５に導くようになっている。好適には、バイパス通路入口１１は水砕槽２０の水面近傍に位置させる。また、バイパス通路出口１２は、絞り構造の連結部５より上部であって、二次燃焼室１５の下部とする。
【００２３】
本構成によれば、溶融スラグの落下により水砕槽から発生した水蒸気を、旋回溶融炉１上方の二次燃焼室１５に逃がすことができるため、スラグ出滓口６、抜出シュート７や補助バーナ８が多量の水蒸気に晒されることがなく、スラグ出滓口６、抜出シュート７の冷却による閉塞や、補助バーナ８の結露による故障等の機器の不具合を防止できる。従って、ガス化溶融システムの円滑な運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例に係る溶融設備の側断面を示す構成図である。
【図２】図１の水砕槽を示す拡大側面図である。
【図３】ガス化溶融システムの全体構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００２５】
１      溶融設備
２      竪型旋回溶融炉
３      熱分解ガスバーナ
５      連結部
６      スラグ出滓口
７      スラグ抜出シュート
７ａ    スラグ抜出シュート下端
８      補助バーナ
１０    バイパス通路
１３    水蒸気含有ガス
１５    二次燃焼室
２０    水砕槽
２１    スラグコンベア
【図１】
2007255844.tif 000003
【図２】
2007255844.tif 000004
【図３】
2007255844.tif 000005