(57)【要約】【課題】溶融バーナの使用頻度を低減してスラグの流下を安定させることができる廃棄物ガス化溶融システのガス化溶融炉を提供する。【解決手段】廃棄物から可燃性ガスを生成する旋回溶融炉１２が底部に開口するスラグ出滓口１６を備え、旋回溶融炉１２の下部に設けられたスラグ抜出シュート１４内のスラグ冷却水Ｗｓに廃棄物をガス化して排出されたスラグＳをスラグ出滓口１６から流下させるとともに、スラグ抜出シュート１４内のスラグ出滓口１６の近傍に溶融バーナ２０が設けられているガス化溶融炉１０Ａにおいて、スラグ抜出シュート１４内にシュート内中心部の圧力を降下させる渦発生装置３０を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物から可燃性ガスを生成する溶融炉が底部に開口するスラグ出滓口を備え、前記溶融炉の下部に設けられたスラグ抜出シュート内のスラグ冷却水に前記廃棄物をガス化して排出されたスラグを前記スラグ出滓口から流下させるとともに、前記スラグ抜出シュート内の前記スラグ出滓口近傍に溶融バーナが設けられているガス化溶融炉であって、
前記スラグ抜出シュート内にシュート内中心部の圧力を降下させる渦流形成手段を設けたことを特徴とするガス化溶融炉。
【請求項２】
廃棄物から可燃性ガスを生成する溶融炉が底部に開口するスラグ出滓口を備え、前記溶融炉の下部に設けられたスラグ抜出シュート内のスラグ冷却水に前記廃棄物をガス化して排出されたスラグを前記スラグ出滓口から流下させるとともに、前記スラグ抜出シュート内の前記スラグ出滓口近傍に溶融バーナが設けられ、前記スラグ抜出シュート内に設置したシュート内監視カメラのカメラ窓にシールガスを流して汚れを防いでいるガス化溶融炉であって、
前記スラグ抜出シュート内にシュート内中心部の圧力を降下させる渦流形成手段を設けたことを特徴とするガス化溶融炉。
【請求項３】
前記シールガスを酸素富化ガスにしたことを特徴とする請求項２に記載のガス化溶融炉。
【請求項４】
前記スラグ抜出シュート内にスラグ流下口を形成した仕切板を設け、前記スラグ抜出シュート内を前記渦流形成手段の上下空間に区分したことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のガス化溶融炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば廃棄物等をガス化溶融する廃棄物ガス化溶融システムに適用されるガス化溶融炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物ガス化溶融システムは、各種の廃棄物をガス化炉でガス化し、生成したガス化ガスを溶融炉で燃焼するものである。このような廃棄物ガス化溶融システムでは、溶融炉でガス化ガスを燃焼する過程で、ガス化ガス中の煤塵が溶融され、ガラス状のスラグ（灰）が排出される。
【０００３】
以下、上述した廃棄物ガス化溶融システムの溶融炉について、図面を参照して要部の構成を簡単に説明する。
図６に示す従来の燃焼溶融炉１０は、ガス化炉で廃棄物から発生した可燃性ガスを燃焼する有底円筒状の旋回溶融炉１２と、旋回溶融炉１２の下部に設けられたスラグ抜出シュート１４とを備えており、旋回溶融炉１２において煤塵が溶融して排出されたスラグＳは、旋回溶融炉１２の底部中央に開口するスラグ出滓口１６からスラグ抜出シュート１４内に貯留されたスラグ冷却水Ｗｓまで流下する。
【０００４】
また、スラグ抜出シュート１４の内部には、溶融バーナ２０がスラグ出滓口１６の下方に設置されている。この溶融バーナ２０は、スラグ出滓口１６からスラグ抜出シュート１４内を流下するスラグＳの流れが不安定になった場合、すなわち、非常時にのみスラグＳを加熱・溶融させて流動性を増すものであり、通常灯油と酸素とにより起動される。
しかし、スラグＳが高粘度となるような運転状況においては、溶融バーナ２０の連続運用が必要となる可能性もあるため、燃料の灯油消費量が増大してランニングコストの面で不利になる。
【０００５】
スラグＳの流下が不安定になる原因は、スラグ出滓口１６の下方において、スラグＳの温度が急激に低下して固化するためである。
従って、スラグＳの固化による不具合を改善するため、たとえば下記の特許文献１に記載されているように、スラグ出滓口下のスラグ抜出シュート１４から二次燃焼室へ連通するバイパス通路を設けて、溶融炉の高温ガスがスラグ抜出シュート１４に流れ込むようにした従来技術がある。また、下記の特許文献２に記載されているように、スラグ出滓口を内部加熱する従来技術も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−８３６４０号公報
【特許文献２】特開２００５−３３７８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、溶融バーナ２０を使用してスラグを加熱・溶融する従来技術は、廃棄物の種類や性状によっては溶融バーナ２０の連続運用となるので、燃料消費量の増大によるランニングコストの問題を有している。
また、バイパス流路を設ける従来技術の場合、配管の取り回し等の構造が複雑になるという問題を有している。さらに、バイパス流路を設ける従来技術は、スラグ抜出シュート１４に対して、高温ガスの他にも煤塵や未燃分のチャーが流れ込んでくるため、スラグ中未燃分が増加する問題や、煤塵によるバイパス流路閉塞の問題が指摘されている。
【０００８】
一方、スラグ出滓口の内部を加熱する従来技術の場合には、スラグの融点が１２００〜１４００℃の高温となるので、同程度までスラグ出滓口を内部加熱すると、スラグ出滓口を構成する耐火材の寿命が短くなるという問題を有している。
このような背景から、溶融バーナを使用してスラグを加熱・溶融する廃棄物ガス化溶融システムのガス化溶融炉においては、ランニングコストを低減して溶融炉からスラグ抜出シュートへのスラグ流下を安定させることが望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、溶融バーナの使用頻度を低減してスラグの流下を安定させることができる廃棄物ガス化溶融システムの燃焼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】
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明の請求項１に係るガス化溶融炉は、廃棄物をガス化炉でガス化し、生成したガス化ガスを燃焼する旋回溶融炉が底部に開口するスラグ出滓口を備え、前記旋回溶融炉の下部に設けられたスラグ抜出シュート内のスラグ冷却水に前記ガス化ガスを燃焼すると同時にガス化ガス中の煤塵を溶融して排出されたスラグを前記スラグ出滓口から流下させるとともに、前記スラグ抜出シュート内の前記スラグ出滓口近傍に溶融バーナが設けられているガス化溶融炉であって、前記スラグ抜出シュート内にシュート内中心部の圧力を降下させる渦流形成手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載のガス化溶融炉によれば、スラグ抜出シュート内にシュート内中心部の圧力を降下させる渦流形成手段を設けたので、発生渦の影響を受けて溶融炉内の高温ガス帯が圧力低下したスラグ抜出シュート内のスラグ出滓口下まで及ぶようになり、従って、この高温によりスラグ出滓口から流下するスラグを加熱して固化を抑制することができる。
【００１１】
本発明の請求項２に係るガス化溶融炉は、廃棄物から可燃性ガスを生成する溶融炉が底部に開口するスラグ出滓口を備え、前記溶融炉の下部に設けられたスラグ抜出シュート内のスラグ冷却水に前記廃棄物をガス化して排出されたスラグを前記スラグ出滓口から流下させるとともに、前記スラグ抜出シュート内の前記スラグ出滓口近傍に溶融バーナが設けられ、前記スラグ抜出シュート内に設置した監視カメラのカメラ窓にシールガスを流して汚れを防いでいるガス化溶融炉であって、前記スラグ抜出シュート内にシュート内中心部の圧力を降下させる渦流形成手段を設けたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載のガス化溶融炉によれば、スラグ抜出シュート内にシュート内中心部の圧力を降下させる渦流形成手段を設けたので、発生渦の影響を受けて旋回溶融炉内の高温ガス帯が圧力低下したスラグ抜出シュート内のスラグ出滓口下まで及ぶようになり、従って、この高温によりスラグ出滓口から流下するスラグを加熱して固化を抑制することができる。
そして、渦流形成手段により形成されたスラグ抜出シュート内の発生渦は、溶融炉のバーナにより溶融炉内に形成された旋回流（渦）との相乗効果により、スラグ抜出シュート内に中心部の下降流及び周囲の上昇流よりなる高温ガスの循環流れを形成する。この結果、スラグ抜出シュート内に低温のシールガスが投入されても、スラグ出滓口下の急激な温度低下を緩和することができる。
【００１３】
請求項２に記載のガス化溶融炉においては、前記シールガスを酸素富化ガスにすることが好ましく、これにより、高温ガス中に含まれる一酸化炭素及び水素が、酸素富化ガス中の酸素と反応して発熱するので、高温ガスを加熱することができる。この場合の発熱反応は、主に局所濃度が高まるスラグ出滓口下で生じることから、スラグ出滓口下を効果的に加熱して高温にすることができる。
【００１４】
請求項１から３のいずれかに記載のガス化溶融炉においては、前記スラグ抜出シュート内にスラグ流下口を形成した仕切板を設け、前記スラグ抜出シュート内を前記渦流形成手段の上下空間に区分することが好ましく、これにより、高温ガス帯の影響が仕切板に遮られて渦流形成手段の下部空間に及ぶことを防止できるようになり、従って、高温ガス帯の高温によるスラグ冷却水の温度上昇を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１５】
上述した本発明によれば、溶融バーナを使用してスラグを加熱溶融する廃棄物ガス化溶融システムのガス化溶融炉において、旋回溶融炉内の高温ガス帯の高熱を有効利用することにより、溶融バーナの使用を最小限に抑えてスラグの流下を安定させることができる。このため、廃棄物をガス化する運転時には、溶融バーナの燃料消費量を低減することができるので、低いランニングコストでガス化溶融炉の運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る廃棄物ガス化溶融システムのガス化溶融炉について第１の実施形態を示すスラグ流下部周辺の要部構成図であり、（ａ）は渦発生装置の回転翼を横置きにした状態の縦断面図、（ｂ）は渦発生装置の回転翼を縦置きにした状態（変形例）の横断面図である。
【図２】図１のガス化溶融炉において、渦発生装置によりスラグ抜出シュート内に形成される強制渦の模式図である。
【図３】本発明に係る廃棄物ガス化溶融システムのガス化溶融炉について、第２の実施形態を示すスラグ流下部周辺の要部構成図（縦断面図）である。
【図４】図３のガス化溶融炉について、シールガスとして酸素富化ガスを使用する場合の吹出口配置例を示す横断面図である。
【図５】図３のガス化溶融炉について、仕切板を設けた変形例を示すスラグ流下部周辺の要部構成図（縦断面図）である。
【図６】従来のガス化溶融炉について要部の構成例を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係るガス化溶融炉の一実施形態を図面に基づいて説明する。
本発明に係るガス化溶融炉は、たとえば廃棄物ガス化溶融システムにおいて、粉砕された廃棄物を炉内に投入して可燃性ガスを生成するための装置に用いられる。この場合の廃棄物としては、たとえば一般ごみ、産業廃棄物等がある。
一方、廃棄物中の灰は、水砕スラグとしてガス化溶融炉底部より炉外へ排出することが必要となる。
【００１８】
＜第１の実施形態＞
図１に示す実施形態のガス化溶融炉１０Ａは、有底円筒状の旋回溶融炉１２と、この旋回溶融炉１２の下部に設けられた有底円筒状のスラグ抜出シュート１４とを備えており、スラグ抜出シュート１４の内部（底部）にはスラグ冷却水Ｗｓが貯留されている。
旋回溶融炉１２は、有底円筒の底部中央に開口するスラグ出滓口１６を備えている。このスラグ出滓口１６は、旋回溶融炉１２内で廃棄物を部分燃焼して排出されたスラグＳをスラグ抜出シュート１４内のスラグ冷却水Ｗｓに流下させるための通路開口部となる。スラグ冷却水Ｗｓに流下したスラグＳは、冷却されて固化した後、スラグ抜出シュート１４の図示しない底部に設けた出口からガス化溶融炉１０Ａの外部へ排出される。
【００１９】
スラグ出滓口１６の上方には、旋回溶融炉１２内で廃棄物の部分燃焼により形成された高温ガス帯が存在している。
一方、スラグ抜出シュート１４の内部には、スラグ出滓口１６の下方近傍に溶融バーナ２０が設けられている。この溶融バーナ２０は、たとえばメタンを燃料として燃焼させることにより、スラグ出滓口１６から流下するスラグＳを加熱溶融させて流動性を増すものであり、スラグ出滓口１６からスラグ抜出シュート１４内を流下するスラグＳの流れが不安定になった場合に、すなわち、高粘度のスラグＳが急激な温度低下により固化するような場合に起動して使用される。
【００２０】
このように構成されたガス化溶融炉１０Ａのスラグ抜出シュート１４には、スラグ抜出シュート１４のシュート内中心部の圧力を降下させる渦流形成手段として渦発生装置３０が設けられている。すなわち、渦発生装置３０がスラグ抜出シュート１４の内部に渦（図中の矢印Ｃ参照）を発生させることにより、円形断面を有するスラグ抜出シュート１４の中心部で圧力を降下させ、旋回溶融炉１２の高温ガス帯が低圧になったスラグ出滓口１６の下まで及ぶようにしている。換言すれば、スラグ抜出シュート１４内に設けた渦発生装置３０を運転することによって、スラグ抜出シュート１４の内部は、円形断面を有するスラグ抜出シュート１４の軸中心位置に開口するスラグ出滓口１６の下方が低圧になるので、旋回溶融炉１２の高温ガス帯がスラグ出滓口１６を通過してスラグ抜出シュート１４の内部まで及ぶようになる。
【００２１】
この渦発生装置３０には、たとえば図１（ａ）に示すように、１または複数の回転翼３２を横置きに設置したものがある。なお、渦発生装置３０として複数の回転翼３２を設置する場合には、たとえばスラグ抜出シュート１４の周方向に１８０度ピッチで２台設置するというように、スラグ抜出シュート１４の周方向に等ピッチで配置することが望ましい。
また、図１（ｂ）に示す変形例の渦発生装置３０Ａは、１または複数の回転翼３４を縦置きに設置したものである。なお、図示の渦発生装置３０Ａは、スラグ抜出シュート１４の周方向に９０度ピッチで４台の回転翼３４が設置されており、複数の回転翼３４を設置する場合には、上述した横置きの回転翼３２と同様に、スラグ抜出シュート１４の周方向に等ピッチで配置することが望ましい。
【００２２】
このように、スラグ抜出シュート１４内にシュート内中心部の圧力を降下させる渦発生装置３０，３０Ａを設けることにより、発生渦Ｃの影響を受ける溶融炉１４内の高温ガス帯は、スラグ出滓口１６の下方において圧力低下したスラグ抜出シュート１４内の領域まで及ぶようになる。
従って、スラグ抜出シュート１４内では、高温ガス帯の高温によりスラグ出滓口１６から流下するスラグＳを加熱して固化を防止または抑制することができる。すなわち、渦発生装置３０，３０Ａは、スラグＳがスラグ出滓口１６から流れ落ちる領域を高温ガス帯の熱により高温とし、温度低下によるスラグＳの固化を防止または抑制してスラグ流下を安定化するものである。
【００２３】
ところで、上述した旋回溶融炉１２の高温ガス帯がスラグ出滓口１６からスラグ抜出シュート１４内に進入する深さ（渦の進入深さ；Δｈ）は、旋回溶融炉１２とスラグ抜出シュート１４とでガスの出入りがないと仮定した場合、下記の強制渦基礎式（数１参照）により、概略の見積もりが可能である。なお、図２に示す強制渦の模式図において、ｖは渦流速である。
【数１】
2012215352.tif 000003
【００２４】
ここで、一例としてガス化溶融炉１０Ａの炉径（直径）が３ｍの場合、進入深さΔｈは０．５ｍくらい欲しいので、必要となる渦流速ｖは、下記の計算式（数２参照）により算出される。
【数２】
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この結果、渦発生装置３０，３０Ａにより渦流速ｖが３ｍ／ｓ程度の渦Ｃを発生させると、スラグ抜出シュート１４内においては、スラグ出滓口１６の下方を約０．５ｍまで高温にすることができる。
【００２５】
このように、スラグ抜出シュート１４内に渦発生装置３０，３０Ａを設けて渦Ｃを発生させることにより、旋回溶融炉１２内の高温ガス帯がスラグ出滓口１６を通って流下するスラグＳは、温度低下や固化が防止または抑制されて安定した流下をするようになる。この結果、溶融バーナ２０の使用頻度を最低限に抑えることができ、メタン等の燃料消費量を減らすことができる。
【００２６】
＜第２の実施形態＞
続いて、本発明に係るガス化溶融炉について、第２の実施形態を図３に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図３に示すガス化溶融炉１０Ｂは、上述した実施形態の構成に加えて、スラグ抜出シュート１４内に設置したシュート内監視カメラ４０を備えている。このシュート内監視カメラ４０は、スラグ抜出シュート１４内のスラグ出滓口１６やスラグ冷却水Ｗｓの水面を監視するものであり、通常はカメラ窓４２にシールガスを流して汚れを防いでいる。
【００２７】
本実施形態では、シュート内監視カメラ４０のカメラ窓４２にシールガスを流して汚れを防いでいるガス化溶融炉１０Ｂに対し、上述した実施形態と同様に、スラグ抜出シュート１４内にシュート内中心部の圧力を降下させる渦発生装置３０を設けている。なお、図示の構成例では、２台の回転翼３２を横置きに設置しているが、縦置きの回転翼３４としてもよい。また、回転翼３２，３４の設置台数についても、１または複数のいずれでもよい。
【００２８】
ところで、上述したシールガスには、外部からスラグ抜出シュート１４内に流入した後、スラグ出滓口１６を通って溶融炉へ１２流出する出口流路しかない。このため、スラグ抜出シュート１４の内部には、スラグ出滓口１６から旋回溶融炉１２へ向かい、全体的に上向きとなるシールガス流（図中の矢印Ｆａを参照）が発生する。
一方、旋回溶融炉１２の内部には、バーナ（不図示）によって高温ガスの旋回流（図中の矢印Ｃｇを参照）が発生しており、この旋回流（渦）により高温ガス帯の高温ガスが中心部のスラグ出滓口１６からスラグ抜出シュート１４内に自然循環してくる。このため、スラグ抜出シュート１４内においては、スラグ出滓口１６の下部が高温となる。しかしながら、シールガスの流量が多いと、上向きのシールガス流Ｆａにより高温ガスの自然循環が消滅してしまう。
【００２９】
このような状況において、スラグ抜出シュート１４内に設けた渦発生装置３０を運転すると、渦発生装置３０によりスラグ抜出シュート１４内に形成された発生渦Ｃの影響を受けて、旋回溶融炉１２内の高温ガス帯がスラグ出滓口１６から圧力低下したスラグ抜出シュート１４内に流入し、スラグ出滓口１６の下部が高温となる。この結果、スラグ出滓口１６から流下するスラグＳを加熱し、固化を抑制することができる。
【００３０】
そして、渦発生装置３０により形成されたスラグ抜出シュート１４内の発生渦Ｃは、バーナにより旋回溶融炉１２内に形成された旋回流Ｃｇとの相乗効果により、スラグ抜出シュート１４内に中心部の下降流及び周囲の上昇流よりなる高温ガスの循環流れ（図中の矢印Ｆｇを参照）を形成するので、スラグ抜出シュート１４内にシールガスが投入されても、高温ガスの自然循環が消滅することを防止できる。
【００３１】
すなわち、スラグ抜出シュート１４の内部に渦Ｃを発生させれば、旋回溶融炉１２内の渦Ｃｇとの相乗効果によりスラグ抜出シュート１４内に高温ガスの循環流れＦｇが形成されるので、スラグ抜出シュート１４からシュート内監視カメラ４０用のシールガスＦａがプラスされても、スラグ出滓口１６の下方における急激な温度低下を緩和できる。このため、シールガスＦａを使用するガス化溶融炉１０Ｂにおいても、スラグＳの流下を安定させることができる。
【００３２】
ところで、本実施形態のシールガスは、酸素富化ガスを使用することが望ましい。すなわち、たとえば図４に示すように、シールガスとして酸素濃度の高い酸素富化ガスをスラグ抜出シュート１４内のカメラ窓４２に向けて吹き出すシールガス吹出口４４を設置し、酸素濃度の高いシールガスをスラグ抜出シュート１４内に投入する。すると、旋回溶融炉１２内の高温ガス中に含まれる一酸化炭素及び水素と、酸素富化ガス中の酸素とが反応して発熱するので、この発熱により高温ガスを効率よく加熱することができる。この発熱反応は、主として酸素の局所濃度が高まるスラグ出滓口１６の下方において生じることから、スラグ出滓口下を効果的に加熱して高温にすることができる。
なお、シールガス吹出口４４を設置する向きは、渦発生装置３０がスラグ抜出シュート１４内に形成した発生渦Ｃの接線方向と略一致するように、すなわち、発生渦Ｃを加速する接線方向に向けて、スラグ抜出シュート１４内のカメラ窓４２へ酸素富化ガスを吹き出すようにするとよい。
【００３３】
また、旋回溶融炉１２内に生成された高温ガスの循環でスラグ抜出シュート１４の吸熱量が上昇し、スラグ冷却水Ｗｓの温度上昇が問題となる場合には、たとえば図５に示すガス化溶融炉１０Ｃのように、スラグ抜出シュート１４内にスラグ流下口１８ａを形成した仕切板１８を設け、スラグ抜出シュート１４内を渦発生装置３０の上下空間に区分することが望ましい。すなわち、スラグ抜出シュート１４内の空間は、スラグ抜出シュート１４内に設置した仕切板１８によりスラグ流下口１８ａの開口面積を残して上下に分離されるので、渦発生装置３０により発生する渦Ｃの領域は、スラグ出滓口１６の近傍となる仕切板１８の上部に制限される。
【００３４】
この結果、旋回溶融炉１２から流下した高温ガス帯の熱影響は、仕切板１８の遮断により最小限に抑えられる。このため、高温ガス帯の熱影響が渦発生装置３０の下部空間に及ぶことを防止または抑制できるようになり、従って、高温ガス帯の高温によるスラグ冷却水Ｗｓの温度上昇を抑えることができる。
なお、このような仕切板１８は、上述した第１の実施形態においても有効である。
【００３５】
このように、上述した本発明の各実施形態によれば、溶融バーナ２０を使用してスラグＳを加熱溶融する廃棄物ガス化溶融システムのガス化溶融炉１０Ａにおいて、旋回溶融炉１２内に形成される高温ガス帯の高熱を有効利用することにより、溶融バーナ２０によるスラグＳの加熱溶融を最小限に抑えてスラグの流下を安定させることができる。このため、廃棄物をガス化するガス化溶融炉１０Ａの運転時には、溶融バーナ２０の燃料消費量を低減して低いランニングコストでスラグの流下を安定させることができるので、ガス化溶融炉１０Ａの安定した運転を実現し、低コストで廃棄物をガス化した可燃性ガスを生成することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ    ガス化溶融炉
１２    旋回溶融炉
１４    スラグ抜出シュート
１６    スラグ出滓口
１８    仕切板
１８ａ    スラグ流下口
２０    溶融バーナ
３０，３０Ａ    渦発生装置
３２，３４    回転翼
４０    シュート内監視カメラ
４２    カメラ窓
４４    シールガス吹出口
Ｓ    スラグ
Ｗｓ    スラグ冷却水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2012215352.tif 000008
【図５】
2012215352.tif 000009
【図６】
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