(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱分解した廃棄物から生成される熱分解ガスを部分燃焼させるためのフリーボード部と、酸素含有ガスを吹き込む副羽口を備え、前記フリーボード部の下に連なって設けられた、廃棄物を堆積させて熱分解させるための熱分解部と、酸素含有ガスを吹き込む主羽口を備え、前記熱分解部の下に連なって設けられた、堆積させたコークスを燃焼させて前記熱分解部から降下してくる廃棄物の熱分解残渣を溶融するための溶融部と、が順次設けられたシャフト式の廃棄物溶融炉であって、
前記フリーボード部は、大径の円筒部と下方に向かって縮径された絞り部とにより形成され、前記熱分解部は、円筒状をなしてフリーボード部の絞り部の下端に連なって形成され、前記溶融部は、熱分解部の下端に連なって設けられた絞り部と円筒部とにより形成されており、前記溶融部の絞り部の傾斜が前記熱分解部から降下した廃棄物の熱分解残渣の滞りの生じない傾斜となり、且つ、前記主羽口からの火炎により炉壁の損傷が生じないことを可能とするように、前記溶融部の内径Ｄ3 の前記熱分解部の内径Ｄ2 に対する比率（Ｄ3／Ｄ2 ）が下記の（１）式に示す範囲であることを特徴とする廃棄物溶融炉。
０．５＜（Ｄ3 ／Ｄ2 ）≦０．９５  （１）
【請求項２】
前記熱分解部の内径Ｄ2 の前記フリーボード部の円筒部の内径Ｄ1 に対する比率（Ｄ2 ／Ｄ1 ）が０．３〜０．５の範囲であることを特徴とする、請求項１に記載の廃棄物溶融炉。
【請求項３】
前記主羽口は複数設けられており、前記溶融部内の加熱が偏らないような主羽口先端位置を配置することを可能にするように、前記主羽口の先端のピッチサークル径ｄの溶融部の内径Ｄ3 に対する比率（ｄ／Ｄ3 ）が下記の（２）式に示す範囲であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の廃棄物溶融炉。
０．２≦（ｄ／Ｄ3 ）≦０．８  （２）
【請求項４】
熱分解した廃棄物から生成される熱分解ガスを部分燃焼させるためのフリーボード部と、酸素含有ガスを吹き込む副羽口を備え、前記フリーボード部の下に連なって設けられた、廃棄物を堆積させて熱分解させるための熱分解部と、酸素含有ガスを吹き込む主羽口を備え、前記熱分解部の下に連なって設けられた、堆積させたコークスを燃焼させて前記熱分解部から降下してくる廃棄物の熱分解残渣を溶融するための溶融部と、が順次設けられたシャフト式の廃棄物溶融炉であって、
前記主羽口は複数設けられており、前記溶融部内の加熱が偏らないような主羽口先端位置を配置することを可能にするように、前記主羽口の先端のピッチサークル径ｄの溶融部の内径Ｄ3 に対する比率（ｄ／Ｄ3 ）が下記の（２）式に示す範囲であることを特徴とする廃棄物溶融炉。
０．２≦（ｄ／Ｄ3 ）≦０．８  （２）
【請求項５】
熱分解した廃棄物から生成される熱分解ガスを部分燃焼させるためのフリーボード部と、酸素含有ガスを吹き込む副羽口を備え、前記フリーボード部の下に連なって設けられた、廃棄物を堆積させて熱分解させるための熱分解部と、酸素含有ガスを吹き込む主羽口を備え、前記熱分解部の下に連なって設けられた、堆積させたコークスを燃焼させて前記熱分解部から降下してくる廃棄物の熱分解残渣を溶融するための溶融部と、が順次設けられたシャフト式の廃棄物溶融炉であって、
前記主羽口は複数設けられており、前記溶融部の炉底から前記主羽口の先端までの高さｈの主羽口先端のピッチサークル径ｄに対する比率（ｈ／ｄ）が下記の（４）式に示す範囲であることを特徴とする廃棄物溶融炉。
０．３≦（ｈ／ｄ）≦０．７  （４）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はフリーボード部を有するシャフト式廃棄物溶融炉の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみやシュレッダーダストなどの廃棄物を熱分解してガス化した後、燃焼させて高温のガスを発生させ、その残渣を溶融しスラグにして排出する廃棄物処理技術の開発が進められている。この技術は上記の特徴を有すると共に廃棄物の減容化と残渣に含まれている重金属の不溶化が同時に達成される技術として注目されている。廃棄物を溶融処理する溶融炉には幾つかの方式によるものがあるが、その一つとして、シャフト式廃棄物溶融炉がある。
【０００３】
このシャフト式廃棄物溶融炉は、例えば、特開平９−６０８３０号公報に示されている構成によるものであって、炉底部に堆積させたコークスを燃焼させ、この高温のコークス上へ廃棄物を投入して、熱分解させてガス化し、次いでその熱分解残渣を溶融してスラグにする処理を行う方式の炉である。このため、上記シャフト式廃棄物溶融炉においては、炉体の機能が大別して縦方向に３つに区分されている。
【０００４】
すなわち、炉体の上部に大きな空間を有するフリーボード部が設けられ、このフリーボード部の下に連なって、熱分解ゾーンが設けられ、この熱分解ゾーンの下に、溶融ゾーンが設けられている。そして、このシャフト式廃棄物溶融炉にあっては、フリーボード部の下部が縮径されて朝顔状の形状をなし、この朝顔状の絞り部の下に連なって熱分解ゾーンと溶融ゾーンが設けられている。このため、このシャフト式廃棄物溶融炉は、大径の円筒（フリーボード部の円筒部）と小径の円筒（熱分解ゾーンと溶融ゾーンの部分）が朝顔状の絞り部を介して接合された形状になっている。又、フリーボード部、熱分解ゾーン、及び溶融ゾーンには、それぞれ酸素含有ガスを吹き込む羽口が設けられている。
【０００５】
熱分解ゾーンにおいては、投入された廃棄物を堆積して熱分解（乾留）させ、可燃性ガスを発生させる。溶融ゾーンにおいては、廃棄物と共に投入されたコークスを堆積させて燃焼させ、熱分解ゾーンから下降してくる廃棄物の熱分解残渣を溶融して溶融スラグにする処理が行われる。この際、廃棄物の熱分解残渣には、灰分及び不燃物の他に多量のチャーが含まれており、このチャーが廃棄物と共に投入されたコークスと一緒に燃焼して熱源となるので、コークスの消費量が節減される効果がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の廃棄物溶融炉は種々の問題点を有している。すなわち、上記従来の廃棄物溶融炉の操業においては、熱分解ゾーンで熱分解された廃棄物の残渣が炉底部の溶融ゾーンへ降下しにくくなる棚吊り現象が発生したり、炉底部に滞留している溶融スラグの温度が低下してその排出が不良になったりするトラブルが発生し、安定操業が妨げられることがある。
【０００７】
又、炉底部における加熱が不均一に行われ、炉底部の炉壁が損傷されやすいという問題も発生する。
【０００８】
さらに、熱分解残渣を溶融するための熱源として供給されるコークスの使用量を低減するために、熱効率を向上させることも望まれている。
【０００９】
本発明は、上記の問題を解決し、安定操業を継続することができると共に炉壁の損傷量が少なく、さらにコークスの使用量が低減される、廃棄物溶融炉を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記従来の廃棄物溶融炉で起こる問題の原因について、操業データを基に詳細な検討を行い、さらにその検討結果を確認するための実験を行ったところ、その原因は炉下部の構造にあることが判った。すなわち、従来の溶融炉においては、炉の下部が特開平９−６０８３０号公報に示されているような形状であって、機能が異なる熱分解ゾーンの部分と溶融ゾーンの部分が同径に形成されていることに問題があり、又、溶融ゾーンに備える酸素含有ガスを吹き込む羽口が適切に配置されていないことにも問題があることが判った。
【００１１】
本発明は、このような知見に基づいてなされたもので、以下のような特徴を有する。
【００１２】
第１の発明による廃棄物溶融炉は、熱分解した廃棄物から生成される熱分解ガスを部分燃焼させるためのフリーボード部と、酸素含有ガスを吹き込む副羽口を備え、前記フリーボード部の下に連なって設けられた、廃棄物を堆積させて熱分解させるための熱分解部と、酸素含有ガスを吹き込む主羽口を備え、前記熱分解部の下に連なって設けられた、堆積させたコークスを燃焼させて前記熱分解部から降下してくる廃棄物の熱分解残渣を溶融するための溶融部と、が順次設けられたシャフト式の廃棄物溶融炉であって、前記フリーボード部は、大径の円筒部と下方に向かって縮径された絞り部とにより形成され、前記熱分解部は、円筒状をなしてフリーボード部の絞り部の下端に連なって形成され、前記溶融部は、熱分解部の下端に連なって設けられた絞り部と円筒部とにより形成されており、前記溶融部の絞り部の傾斜が前記熱分解部から降下した廃棄物の熱分解残渣の滞りの生じない傾斜となり、且つ、前記主羽口からの火炎により炉壁の損傷が生じないことを可能とするように、前記溶融部の内径Ｄ3 の前記熱分解部の内径Ｄ2 に対する比率（Ｄ3／Ｄ2 ）が下記の（１）式に示す範囲であることを特徴としている。
０．５＜（Ｄ3 ／Ｄ2 ）≦０．９５  （１）
【００１３】
第２の発明による廃棄物溶融炉は、第１の発明において、前記熱分解部の内径Ｄ2 の前記フリーボード部の円筒部の内径Ｄ1 に対する比率（Ｄ2／Ｄ1 ）が０．３〜０．５の範囲であることを特徴としている。
【００１４】
第３の発明による廃棄物溶融炉は、第１又は第２の発明において、前記主羽口は複数設けられており、前記溶融部内の加熱が偏らないような主羽口先端位置を配置することを可能にするように、前記主羽口の先端のピッチサークル径ｄの溶融部の内径Ｄ3 に対する比率（ｄ／Ｄ3 ）が下記の（２）式に示す範囲であることを特徴としている。
０．２≦（ｄ／Ｄ3 ）≦０．８  （２）
【００１５】
第４の発明による廃棄物溶融炉は、熱分解した廃棄物から生成される熱分解ガスを部分燃焼させるためのフリーボード部と、酸素含有ガスを吹き込む副羽口を備え、前記フリーボード部の下に連なって設けられた、廃棄物を堆積させて熱分解させるための熱分解部と、酸素含有ガスを吹き込む主羽口を備え、前記熱分解部の下に連なって設けられた、堆積させたコークスを燃焼させて前記熱分解部から降下してくる廃棄物の熱分解残渣を溶融するための溶融部と、が順次設けられたシャフト式の廃棄物溶融炉であって、前記主羽口は複数設けられており、前記溶融部内の加熱が偏らないような主羽口先端位置を配置することを可能にするように、前記主羽口の先端のピッチサークル径ｄの溶融部の内径Ｄ3 に対する比率（ｄ／Ｄ3 ）が下記の（２）式に示す範囲であることを特徴としている。
０．２≦（ｄ／Ｄ3 ）≦０．８  （２）
【００１６】
第５の発明による廃棄物溶融炉は、熱分解した廃棄物から生成される熱分解ガスを部分燃焼させるためのフリーボード部と、酸素含有ガスを吹き込む副羽口を備え、前記フリーボード部の下に連なって設けられた、廃棄物を堆積させて熱分解させるための熱分解部と、酸素含有ガスを吹き込む主羽口を備え、前記熱分解部の下に連なって設けられた、堆積させたコークスを燃焼させて前記熱分解部から降下してくる廃棄物の熱分解残渣を溶融するための溶融部と、が順次設けられたシャフト式の廃棄物溶融炉であって、前記主羽口は複数設けられており、前記溶融部の炉底から前記主羽口の先端までの高さｈの主羽口先端のピッチサークル径ｄに対する比率（ｈ／ｄ）が下記の（４）式に示す範囲であることを特徴としている。
０．３≦（ｈ／ｄ）≦０．７  （４）
【００１７】
なお、上記の各発明においては、溶融炉各部の内径の比率が限定されているが、この比率は各部の円筒部の内径の比率である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の廃棄物溶融炉の構成に係る説明図である。図１に示す溶融炉はフリーボード部を有するシャフト式廃棄物溶融炉であって、炉体の機能が縦方向に３つに区分されている。図中、Ａはフリーボード部１０の部分、Ｂは熱分解部１３の部分、Ｃは溶融部１５の部分を示す。
【００１９】
フリーボード部１０は、炉内ガスの流速を下げて炉下部で生成したダストの飛散を防止するための空間であると共に、炉下部で生成した熱分解ガス（可燃性ガス）を部分燃焼させて内部を所定温度に維持するために設けられた部分であって、大径の円筒部１１と下方に向かって縮径された絞り部１２により形成され、空気を吹き込む三段羽口２３を備えている。
【００２０】
熱分解部１３は、フリーボード部１０から投入されて堆積された廃棄物を部分燃焼させると共に廃棄物を緩やかに流動させながら熱分解させ、その熱分解残渣をさらに加熱するための部分であって、円筒状をなして、フリーボード部の絞り部１２の下端に連なって形成されおり、空気を吹き込む副羽口２２を備えている。
【００２１】
溶融部１５は、フリーボード部１０から投入されて堆積されたコークスを燃焼させて熱分解部１３から降下してくる廃棄物の熱分解残渣を溶融する部分であって、熱分解部１３の下端に連なって設けられた絞り部１６と円筒部１７により形成され、酸素富化された空気を吹き込む主羽口２１を備えている。
【００２２】
１８は廃棄物及び副資材であるコークスと石灰石の装入口、１９は投入された廃棄物の熱分解により生成した熱分解ガスの出口、２０は廃棄物の熱分解残渣が溶融部１５で溶融処理されることにより生成した溶融スラグの排出口である。
【００２３】
上記のように、この溶融炉は、フリーボード部の円筒部１１と円筒状の熱分解部１３と溶融部の円筒部１７が、フリーボード部の絞り部１２と溶融部の絞り部１６を介して接合されている。このため、円筒形状のものが下方に向かって2段階に絞り加工された形状になっている。
【００２４】
なお、上記溶融炉各部の説明における形状又は直径は、内法の形状又は内法の大きさで示す。
【００２５】
そして、この溶融炉は、炉下部の形状及び炉下部における各部の寸法の比率が次の範囲である場合に、本発明の効果が得られる。
【００２６】
ａ．熱分解部１３は円筒形状であることを要する。完全な円筒形でなくても、絞りの度合いが小さく、ほぼ円筒形に近い形状であることが望ましい。熱分解部１３が円筒形状であると、有機廃棄物が乾留されたチャーが溶融部１５に到達する割合が大きいので、このチャーが溶融部１５でコークスの代替熱源として活用され、コークスの使用量が節減される。
【００２７】
もしも、熱分解部１３が下方に向かって大きく絞った形状になっていると、熱分解部内を流れる炉内ガスの上昇流速が速くなるので、廃棄物の熱分解により生成したチャーが飛散し、上方の羽口から吹き込まれる空気によって燃焼してしまう。このため、溶融部１５へ降下して燃焼し、コークスの代替熱源として活用されなくなる。
【００２８】
なお、熱分解部１３の内径Ｄ2 は、フリーボード部の円筒部１１の内径Ｄ1 に対する比率が０．３〜０．５の範囲であることが望ましい。
【００２９】
ｂ．溶融部の円筒部１７の内径Ｄ3 の熱分解部１３の内径Ｄ2 に対する比率（Ｄ3 ／Ｄ2 ）が次の（１）式に示す範囲であることを要する。
【００３０】
０．５＜（Ｄ3 ／Ｄ2 ）≦０．９５      （１）
（Ｄ3 ／Ｄ2 ）が０．５以下であると、熱分解部１３から降下してきた廃棄物の熱分解残渣が主羽口まで来ないで、溶融部の絞り部１６に滞ってしまい、棚吊り現象が発生しやすい。これは、嵩密度が小さい熱分解残渣を炉底部へ降下させためには、溶融部の絞り部１６の傾斜が緩過ぎるためである。
【００３１】
（Ｄ3 ／Ｄ2 ）が０．９５を超えると、主羽口２１の先端が炉壁に近くなり過ぎ、主羽口からの火炎により炉壁が損傷する。又、主羽口２１の直上部において、熱分解部１３から降下してきた廃棄物の熱分解残渣が壁の摩擦抵抗により棚吊りするようになり、荷下がりが不安定になって、コークスやチャーが主羽口の箇所まで降下してこなかったりするので、火炎が不安定になる。
【００３２】
従って、（Ｄ3 ／Ｄ2 ）が０．５〜０．９５の範囲内になるように構成した溶融炉においては、熱分解残渣の棚吊りが発生しにくく、炉壁が損傷されにくい。
【００３３】
ｃ．複数設けられている主羽口２１の先端のピッチサークル径ｄの溶融部の円筒部１７の内径Ｄ3 に対する比率（ｄ／Ｄ3 ）が次の（２）式に示す範囲であることを要する。
【００３４】
０．２≦（ｄ／Ｄ3 ）≦０．８      （２）
（ｄ／Ｄ3 ）が０．２未満であると、主羽口２１の先端が炉の中心部に近くなり過ぎて熱の供給が炉の中心部に偏ってしまうので、炉壁周辺の加熱度合いが弱くなり、溶融部１５内に滞留している溶融スラグのうち、炉壁周辺の溶融スラグの温度が低下する。このため、炉壁周辺の溶融スラグの粘性が高くなり、溶融スラグが排出されにくくなる。
【００３５】
又、（ｄ／Ｄ3 ）が０．８を超えると、主羽口２１の先端が炉壁に近くなり過ぎ、主羽口２１からの火炎により炉壁が損傷される。又、炉の中心部への熱の供給が不十分になり、炉中心部の溶融スラグの温度が低下し、粘性が高くなって溶融スラグの排出が不安定になる。
【００３６】
従って、（ｄ／Ｄ3 ）が０．２〜０．８の範囲内になるように構成した溶融炉においては、溶融部１５内の加熱が偏らないようにバランスよく行われるので、溶融スラグの排出が順調に行われる。又、主羽口２１の先端が適正な位置に配置されているので、主羽口２１からの火炎により炉壁が損傷される問題は起こらない。
【００３７】
なお、上記（２）式の他に（１）式をも満足するように構成した溶融炉においては、熱分解残渣の棚吊りが起こらず、又、溶融部内の加熱がバランスよく行われて溶融スラグの排出が順調に行われるので、溶融炉の操業が一層安定的に行われる。又、溶融炉の炉壁の損傷が一層軽減される。
【００３８】
ｄ．炉底から主羽口の先端までの高さｈの溶融部の内径Ｄ3 に対する比率（ｈ／Ｄ3 ）が（３）式に示す範囲であることを要する。
【００３９】
０．３≦（ｈ／Ｄ3 ）≦０．７      （３）
特に、溶融スラグの排出を間欠的に行う場合、作業間隔の制約から１時間程度分の溶融スラグを炉底部に貯溜する必要があるが、（ｈ／Ｄ3 ）が０．３未満であると、溶融スラグを貯留する炉底部の容量が小さくなり過ぎ、所定量の溶融スラグを貯留することができない。又、炉底部の容量が小さすぎて、主羽口２１が溶融スラグに埋没してしまうということも懸念される。
【００４０】
（ｈ／Ｄ3 ）が０．７を超えると、溶融スラグを貯留する炉底部の容量が大きくなり過ぎて、貯留中の溶融スラグの放散熱量が増加する。このため、溶融スラグの温度が低下して粘性が上がり、その排出が不安定になる。
【００４１】
従って、（ｈ／Ｄ3 ）は溶融スラグの貯溜必要量と熱分布により決定される値である。このため、（ｈ／Ｄ3 ）が０．３〜０．７の範囲内になるように構成した溶融炉においては、所定量の溶融スラグが貯留されると共に、主羽口から発生する熱が炉底部の各部にバランスよく分布して供給され、低温部が形成されない。このため、溶融スラグの排出が順調に行われ、操業を安定的に継続することができる。
【００４２】
なお、上記（３）式の他に（１）式をも満足するように構成した溶融炉においては、熱分解残渣の棚吊りが起こらず、又、所定量の溶融スラグが貯留されると共に、炉底部が縦方向にもバランスよく加熱されるので、低温部が形成されず、溶融スラグの排出が順調に行われる。このため、溶融炉の操業が一層安定的に行われ、安定操業を継続することができる。
【００４３】
ｅ．炉底から主羽口の先端までの高さｈの複数設けられている主羽口の先端のピッチサークル径ｄに対する比率（ｈ／ｄ）が（４）式に示す範囲であることを要する。
【００４４】
０．３≦（ｈ／ｄ）≦０．７      （４）
（ｈ／ｄ）が０．３未満であると、高温を発する主羽口の先端が炉底に近くなり過ぎて、溶融スラグが異常に過熱され、スラグが発泡して排出できなくなったり、スラグの気化が起こり、その気化物が上方で炉壁や堆積物に付着して固化し、堆積物の棚吊りを誘発する。
【００４５】
溶融部１５内の温度を調整するために、主羽口から吹き込む酸素富化空気の酸素濃度を変更する等の操作が行われるが、（ｈ／ｄ）が０．７を超えていると、主羽口から発生する高温ガスによって直接的に加熱される範囲から外れてしまう部分が存在するようになるので、温度制御の応答性が悪くなり、溶融部１５内がバランスよく加熱されなくなる。
【００４６】
従って、（ｈ／ｄ）が０．３〜０．７の範囲内になるように構成した溶融炉においては、堆積物の棚吊りが起こることなく、溶融スラグの排出が順調に行われ、操業を安定的に継続することができる。
【００４７】
なお、上記（４）式の他に（１）式をも満足するように構成した溶融炉においては、熱分解残渣の棚吊りが一層起こりにくくなると共に、溶融部内が部分的に過熱されたり、或いは溶融部内の縦方向の加熱がバランスよく行われなくなったりする問題が発生しなくなって、溶融スラグの排出が順調に行われるので、溶融炉の操業が一層安定し、安定操業を継続することができる。
【００４８】
そして、本発明の溶融炉の操業においては、溶融部におけるコークス燃焼負荷が７０ｋｇ／ｍ2 ｈ〜１２０ｋｇ／ｍ2 ｈの範囲になるようにコークスを装入する。
【００４９】
コークス燃焼負荷が７０ｋｇ／ｍ2 ｈ未満であると、溶融部における熱量が不足し、溶融スラグ及び炉体の温度を適正な温度範囲に維持することができず、溶融スラグの排出が不安定になる。
【００５０】
コークス燃焼負荷が１２０ｋｇ／ｍ2 ｈを超えると、燃焼に必要な酸素を供給するために、酸素富化空気送風の場合、送風量が多くなって空塔速度が速くなり、フラッディング（溶融スラグが吹き上げられる現象）が頻発するようになる。このため、溶融スラグの排出が不安定になる。
【００５１】
又、上記のような空塔速度で操業すると、熱分解部で廃棄物が熱分解されて生成したチャーが吹き上げられて溶融部へ降下して来なくなるので、チャーを燃焼に利用できなくなり、コークス使用量が増大する。
【００５２】
従って、廃棄物由来の固定炭素を最大限利用し、コークスの使用量を低減しようとした場合には、コークス燃焼負荷を１２０ｋｇ／ｍ2 ｈ以下にすることが必須の要件である。そして、コークス燃焼負荷が７０ｋｇ／ｍ2 ｈ〜１２０ｋｇ／ｍ2 ｈの範囲になるようにコークスを装入する操業を行えば、熱分解残渣が溶融したスラグが滞りなく滴下されると共に溶融スラグが適正な温度に維持されて順調に排出される。又、廃棄物が熱分解されて生成したチャーを熱源として利用できるので、コークス使用量を低減することができる。
【００５３】
次に、本発明の構成による溶融炉の操業結果と、従来の構成による溶融炉の操業結果について説明する。
（実施例）
各部が下記の寸法に形成されたシャフト式廃棄物溶融炉を使用し、都市ごみをガス化・溶融する処理を行った。
【００５４】
ａ．炉体寸法
フリーボード部の内径Ｄ1         ：２．３ｍ
熱分解部の内径Ｄ2               ：１．１ｍ
溶融部の内径Ｄ3                 ：０．８ｍ
主羽口先端のピッチサークル径ｄ：０．５ｍ
主羽口先端までの高さｈ        ：０．２５ｍ
炉底部断面積                  ：０．５０ｍ2
各部の寸法の比率は次の通りになる。
【００５５】
溶融部の内径Ｄ3 と熱分解部の内径Ｄ2 の比率
（Ｄ3 ／Ｄ2 ）＝０．７３
主羽口先端のピッチサークル径ｄと溶融部の内径Ｄ3 の比率
（ｄ／Ｄ3 ）＝０．６３
主羽口先端の高さｈと溶融部の内径Ｄ3 の比率
（ｈ／Ｄ3 ）＝０．３１
主羽口先端の高さｈと主羽口先端のピッチサークル径ｄの比率
（ｈ／ｄ）＝０．５
ｂ．操業条件
都市ごみ装入量：１０００kg／ｈ
コークス供給量：５０kg／ｈ
（溶融部におけるコークス燃焼負荷＝１００kg／ｍ2 ｈ）
石灰石装入量  ：６０kg／ｈ
主羽口送風量  ：空気２７４Ｎｍ3 ／ｈ、酸素４４Ｎｍ3 ／ｈ
（全送風酸素量＝１０２Ｎｍ3 ／ｈ）
装入固定炭素量：都市ごみ（固定炭素率６．５％）から６５kg／ｈ
コークス（固定炭素率８８％）から４４kg／ｈ
合計  １０９kg／ｈ
装入灰分量（溶融スラグ量）：
都市ごみ（灰分率１０％）から１００kg／ｈ
コークス（灰分率１２％）から６kg／ｈ
石灰石  （灰分率５６％）から３４kg／ｈ
合計  １４０kg／ｈ
固定炭素量／溶融スラグ量＝０．７８
なお、本発明者らによる廃棄物溶融の操業実績によれば、上記の固定炭素量／溶融スラグ量の値（０．７８）は、熱分解残渣を溶融し、好ましい流動性を有する溶融スラグを生成させる燃焼熱を供給するための熱源として充分余裕のある炭素量が存在していることを示す値である。そして、操業実績によれば、熱分解残渣の溶融に要する炭素量は、炭素量／溶融スラグ量比が０．５程度が下限値である。このため、装入された全固定炭素ができるだけ多くチャーになって溶融部に入っていけば、そのチャーの分だけ、コークスの使用量が低減される。
【００５６】
上記の操業条件により操業した結果は次の通りであった。コークス燃焼断面負荷は１００kg／ｍ2 ｈ（５０kg／ｈ）で、従来の溶融炉を使用した場合に比べ、コークス使用量は大幅に低減された。これは、熱分解部における廃棄物中の固定炭素の燃焼量が少なく、熱分解によって生成したチャーの多くが溶融部へ持ち込まれ、コークスの代替熱源になったためであると考えられる。
【００５７】
又、熱分解部と溶融部の間において棚吊りが発生することがなく、溶融スラグの排出も順調に行われ、安定的な操業を継続することができた。
【００５８】
そして、休止後に、溶融部の炉壁の損傷状況を調べたところ、炉壁の損傷度合いは全くなく、従来の構成による溶融炉を使用した場合と比べると、多大な効果があった。
【００５９】
（比較例１）
特開平９−６０８３０号公報に示されている従来の構成による溶融炉を使用し、都市ごみをガス化・溶融処理する操業を行った。
【００６０】
ａ．炉体寸法
フリーボード部の内径Ｄ1         ：２．３ｍ
,熱分解部の内径Ｄ2               ：１．１ｍ
溶融部の内径Ｄ3                 ：１．１ｍ
主羽口先端のピッチサークル径ｄ：１．０ｍ
主羽口先端までの高さｈ        ：０．５ｍ
炉底部断面積                  ：０．９５ｍ2
各部の寸法の比率は次の通りになり、溶融部の内径と熱分解部の内径の比率（Ｄ3 ／Ｄ2 ）と、主羽口先端のピッチサークル径と溶融部の内径の比率（ｄ／Ｄ3 ）が本発明の範囲外であった。
【００６１】
溶融部の内径Ｄ3 と熱分解部の内径Ｄ2 の比率
（Ｄ3 ／Ｄ2 ）＝１．０
主羽口先端のピッチサークル径ｄと溶融部の内径Ｄ3 の比率
（ｄ／Ｄ3 ）＝０．９１
主羽口先端の高さｈと溶融部の内径Ｄ3 の比率
（ｈ／Ｄ3 ）＝０．４５
主羽口先端の高さｈと主羽口先端のピッチサークル径ｄの比率
（ｈ／ｄ）＝０．５
この操業においては、熱分解部と溶融部の間において棚吊りが発生することがあった。又、溶融部の中心部の温度が低くなることがあり、溶融スラグの排出が排出されにくくなる等の問題が発生した。又、溶融スラグの排出温度を低下させないようにするために、コークスの使用量を８０kg／ｈ以下に減少させることはできなかった。
【００６２】
そして、休止後に、溶融部の炉壁の損傷状況を調べたところ、実験開始時の壁面より６ヶ月間で１００ｍｍ程度損傷しており、実施例の場合と比べて、短期間に補修が必要な損傷であった。
【００６３】
（比較例２）
実施例の場合よりも溶融部の内径Ｄ3 を小さくして、０．５５ｍ（炉底部断面積＝０．２４ｍ2 ）にし、溶融部の内径Ｄ3 と熱分解部の内径Ｄ2 の比率（Ｄ3 ／Ｄ2 ）＝０．５（本発明の範囲外）にした溶融炉により都市ごみをガス化・溶融する処理を行った。
【００６４】
操業結果は次のごとくであった。
【００６５】
コークス燃焼断面負荷は３００kg／ｍ2 ｈ（７２kg／ｈ）であり、実施例場合のコークス燃焼断面負荷１００kg／ｍ2 ｈ（５０kg／ｈ）より劣る値であった。このため、実施例で得られたようなコークス使用量の低減に対する効果は認められなかった。これは、熱分解によって生成したチャーの殆どが熱分解部で燃焼してしまい、溶融部における熱源の大部分がコークスで賄われたためであると考えられる。この原因は溶融部の内径Ｄ3 を小さくすることにより、溶融部が熱分解部から急激に絞られた形状に形成されているためであると考えられる。
【００６６】
従って、溶融部の内径を熱分解部の内径よりも小さくした形状にしても、その縮小度合いが適正でないと、コークス使用量低減の効果は得られないことが判った。
【００６７】
又、操業中において、溶融部の内径が小さくなったので、溶融部における炉内ガスの流速が上がって（空塔速度が実施例の場合の約２倍）、溶融スラグが持ち上げられるフラッディングが頻発するようになり、溶融スラグの排出が困難になることがあった。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、廃棄物の熱分解残渣を溶融する溶融部の内径を、その上に形成されている熱分解部の内径よりも小さくすると共に、熱分解部の内径に対する溶融部の内径の比率を適切な範囲にし、さらに溶融部に備える酸素含有ガスを吹き込む主羽口が適切な位置に配置されているので、次の効果を奏する。
【００６９】
熱分解部で生成したチャーの多くが溶融部へ持ち込まれて、溶融部で燃焼するので、熱分解残渣を溶融するための熱源として供給されるコークスの使用量が低減される。
【００７０】
又、熱分解部から溶融部へ降下する熱分解残渣の棚吊りが起こって装入物の荷下がりが悪くなったり、或いは溶融部に貯留されている溶融スラグの温度が低下してその排出が不調になったりする問題が発生しなくなり、安定操業を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の廃棄物溶融炉の構成に係る説明図である。
【符号の説明】
１０  フリーボード部
１１  フリーボード部の円筒部
１２  フリーボード部の絞り部
１３  熱分解部
１４  円筒状の熱分解部
１５  溶融部
１６  溶融部の絞り部
１７  溶融部の円筒部
１８  廃棄物とコークスと石灰石の装入口
１９  熱分解ガスの出口
２０  溶融スラグの排出口
２１  主羽口
２２  副羽口
２３  三段羽口
【図１】
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