(57)【要約】【課題】得られるコークスが高水分率コークスであっても、適切な水分率のもとで燃料として供せられる廃棄物ガス化溶融炉及び廃棄物ガス化溶融方法を提供することを課題とする。【解決手段】シャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉にて廃棄物を熱分解、ガス化、燃焼し、灰分を溶融する廃棄物ガス化溶融装置１において、コークスの水分率を測定し所定水分率以下のコークスを選別するコークス水分率測定選別装置２３と、コークス水分率測定選別装置２３から所定水分率以下のコークスを受け入れガス化溶融炉１に該コークスを供給するコークス供給装置２１とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉にて廃棄物を熱分解、ガス化、燃焼し、灰分を溶融する廃棄物ガス化溶融装置において、
コークスの水分率を測定し所定水分率以下のコークスを選別するコークス水分率測定選別装置と、
コークス水分率測定選別装置から所定水分率以下のコークスを受け入れガス化溶融炉に該コークスを供給するコークス供給装置とを備える、
ことを特徴とする廃棄物ガス化溶融装置。
【請求項２】
シャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉にて廃棄物を熱分解、ガス化、燃焼し、灰分を溶融する廃棄物ガス化溶融装置において、
石炭コークスの水分率を測定し所定水分率以下の石炭コークスを選別する石炭コークス水分率測定選別装置と、
石炭コークス水分率測定選別装置から所定水分率以下の石炭コークスを受け入れガス化溶融炉に該石炭コークスを供給する石炭コークス供給装置と、
石油コークスの水分率を測定し所定水分率以下の石油コークスを選別する石油コークス水分率測定選別装置と、
石油コークス水分率測定選別装置から所定水分率以下の石油コークスを受け入れガス化溶融炉に該石油コークスを供給する石油コークス供給装置とを備える、
ことを特徴とする廃棄物ガス化溶融装置。
【請求項３】
シャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉にて廃棄物を熱分解、ガス化、燃焼し、灰分を溶融する廃棄物ガス化溶融装置において、
コークスの水分率を測定し所定水分率以下のコークスと所定水分率を超えるコークスとに分別するコークス水分率測定分別装置と、
コークス水分率測定分別装置から所定水分率を超えるコークスを受け入れ所定水分率以下まで乾燥する乾燥装置と、
コークス水分率測定分別装置から所定水分率以下のコークスを受け入れるとともに、乾燥装置から乾燥されたコークスを受け入れて、所定水分率以下のコークスをガス化溶融炉に供給するコークス供給装置とを備える、
ことを特徴とする廃棄物ガス化溶融装置。
【請求項４】
シャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉にて廃棄物を熱分解、ガス化、燃焼し、灰分を溶融する廃棄物ガス化溶融装置において、
石炭コークスの水分率を測定し所定水分率以下の石炭コークスを分別する石炭コークス水分率測定分別装置と、
石炭コークス水分率測定分別装置から所定水分率を超える石炭コークスを受け入れ所定水分率以下まで乾燥する石炭コークス乾燥装置と、
石炭コークス水分率測定分別装置から所定水分率以下の石炭コークスを受け入れるとともに、石炭コークス乾燥装置から乾燥された石炭コークスを受け入れて、所定水分率以下の石炭コークスをガス化溶融炉に供給する石炭コークス供給装置と、
石油コークスの水分率を測定し所定水分率以下の石油コークスを分別する石油コークス水分率測定分別装置と、
石油コークス水分率測定分別装置から所定水分率を超える石油コークスを受け入れ所定水分率以下まで乾燥する石油コークス乾燥装置と、
石油コークス水分率測定分別装置から所定水分率以下の石油コークスを受け入れるとともに、石油コークス乾燥装置から乾燥された石油コークスを受け入れて、所定水分率以下の石油コークスをガス化溶融炉に供給する石油コークス供給装置とを備える、
ことを特徴とする廃棄物ガス化溶融装置。
【請求項５】
シャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉にて廃棄物を熱分解、ガス化、燃焼し、灰分を溶融する廃棄物ガス化溶融方法において、
コークスの水分率を測定して所定水分率以下のコークスを選別し、
選別された所定水分率以下のコークスをガス化溶融炉に供給する、
ことを特徴とする廃棄物ガス化溶融方法。
【請求項６】
シャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉にて廃棄物を熱分解、ガス化、燃焼し、灰分を溶融する廃棄物ガス化溶融方法において、
石炭コークスの水分率を測定して所定水分率以下の石炭コークスを選別し、
選別された所定水分率以下の石炭コークスをガス化溶融炉に供給し、
石油コークスの水分率を測定して所定水分率以下の石油コークスを選別し、
選別された所定水分率以下の石油コークスをガス化溶融炉に供給する、
ことを特徴とする廃棄物ガス化溶融方法。
【請求項７】
シャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉にて廃棄物を熱分解、ガス化、燃焼し、灰分を溶融する廃棄物ガス化溶融方法において、
コークスの水分率を測定して所定水分率以下のコークスと所定水分率を超えるコークスとに分別し、
分別された所定水分率を超えるコークスを所定水分率以下まで乾燥し、
分別された所定水分率以下のコークスと分別後乾燥されて所定水分率以下となったコークスをガス化溶融炉に供給する、
ことを特徴とする廃棄物ガス化溶融方法。
【請求項８】
シャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉にて廃棄物を熱分解、ガス化、燃焼し、灰分を溶融する廃棄物ガス化溶融方法において、
石炭コークスの水分率を測定して所定水分率以下の石炭コークスと所定水分率を超える石炭コークスとに分別し、
分別された所定水分率を超える石炭コークスを所定水分率以下まで乾燥し、
分別された所定水分率以下の石炭コークスと分別後乾燥されて所定水分率以下となった石炭コークスをガス化溶融炉に供給し、
石油コークスの水分率を測定して所定水分率以下の石油コークスと所定水分率を超える石油コークスとに分別し、
分別された所定水分率を超える石油コークスを所定水分率以下まで乾燥し、
分別された所定水分率以下の石油コークスと分別後乾燥されて所定水分率以下となった石油コークスをガス化溶融炉に供給する、
ことを特徴とする廃棄物ガス化溶融方法。
【請求項９】
所定水分率をコークス、石炭コークス、石油コークスのそれぞれに対して１０重量％以下とする請求項５ないし請求項８のうちの一つに記載の廃棄物ガス化溶融方法。
【請求項１０】
所定水分率をコークス、石炭コークス、石油コークスのそれぞれに対して５重量％以下とする請求項５ないし請求項８のうちの一つに記載の廃棄物ガス化溶融方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物をシャフト炉式ガス化溶融炉内で熱分解、燃焼し、灰分を溶融する廃棄物ガス化溶融装置及び廃棄物ガス化溶融方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
都市ごみやシュレッダーダストなどの廃棄物を処理する技術として、廃棄物を熱分解、燃焼して、灰分を溶融しスラグにして排出する廃棄物溶融処理が知られている。
【０００３】
この処理方法は、廃棄物を熱分解してガス化することによりその燃焼熱を回収することができるとともに、灰分を溶融してスラグとして排出した後に、埋立処分などで最終処分される量を減容することができる利点を有している。このような溶融処理方法には幾つかの方式があるが、その一つとして、シャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉による方法がある。
【０００４】
このシャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉は、例えば、炉下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、熱分解及び部分酸化させてガス化するとともに灰分を溶融してスラグにする処理を行なう炉である（特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１のシャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉においては、竪型筒状をなす炉体の内部が大別して縦（上下）方向で３つの領域に区分される。すなわち、炉下部にコークスを堆積させたコークス床を有する高温燃焼帯が形成され、この高温燃焼帯の上に廃棄物層が形成され、炉上部にて該廃棄物層の上方に大きな空間のフリーボード部が形成されている。
【０００６】
かかる廃棄物ガス化溶融炉では、上記３つの領域のそれぞれでは酸素含有ガスの炉内への吹込みが行われる。炉下部における高温燃焼帯には主羽口が設けられていて、酸素富化空気が吹き込まれ、高温燃焼帯では投入されて堆積されたコークス床のコークスが燃焼して、灰分を溶融する溶融熱源となっている。また、廃棄物層には副羽口が設けられ、空気が吹き込まれ、投入されて堆積された廃棄物を緩やかに流動させると共に、廃棄物を熱分解及び部分酸化させる。また、フリーボード部には三段羽口が設けられ、空気が吹き込まれ、廃棄物が熱分解されて生成した熱分解ガス（可燃性ガス）の一部を部分燃焼させて内部を所定温度に維持するようになっている。
【０００７】
このようにシャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉は、一つの炉で、廃棄物をその炉内での降下に伴い熱分解ガス化処理と溶融処理の両方を行うことのできる設備である。投入された廃棄物は熱分解され、ガスと灰分が生成される。炉下部では、主羽口からの酸素富化空気の送風によりコークス床のコークスが燃焼され高温燃焼帯が形成され、廃棄物の灰分が溶融されスラグとメタルとして排出される。コークス床はコークス同士間に生ずる空隙で、主羽口からの酸素富化空気やコークス燃焼により発生した高温ガスを上昇通ガスさせるとともに、溶融したスラグとメタルを降下通液させる高温火格子としても機能している。高温燃焼帯のコークス燃焼により発生した高温ガスが高温燃焼帯の上に形成された廃棄物層の廃棄物を加熱し、副羽口からの空気の送風により廃棄物は熱分解され、この熱分解により発生した可燃性ガスを含むガスは廃棄物層内を上昇し、フリーボード部を経て、炉内上部に設けられた排出口より、炉外の二次燃焼室へ排出される。ガスは可燃ガスを多量に含んでいて二次燃焼室で燃焼され、ボイラで熱回収され蒸気を発生させその蒸気が発電等に用いられる。ボイラから排出されたガスは、サイクロンで比較的粗いダストが除去され、さらに、減温装置で冷却され、有害物質除去剤との反応により有害ガスが除去され、集塵機で除塵処理されるなど排ガス処理された後、煙突から大気に放散される。  
【０００８】
シャフト炉式ガス化溶融炉に使用されるコークスとしては、例えば製鉄用コークスや鋳物用コークスに使用される緻密堅牢で高温強度が大きく、低反応性であり高温下でも塊状を保持する石炭コークスが、コークス同士の間隙を維持するため高温火格子として好適であり使用されている。また、シャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉において、石炭コークスの一部の代替えとして、石油精製の際に生ずる石油コークスを使用して、高価な石炭コークスの代わりに安価な石油コークスを用いることにより運転費用の削減を図ることが試みられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平０９−０６０８３０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
石炭コークスや石油コークス（まとめてコークスということがある）は野外の貯蔵ヤードで保管する際、露天での保管であるため台風など大雨により水分率が高くなることがある。従来では、コークスの水分は、コークスの発熱量を低下させるだけの影響を及ぼすものであり、水分率が高い場合でもコークスのガス化溶融炉への投入量を増加させて廃棄物処理量に対するコークスによる投入熱量を一定にすれば、廃棄物ガス化溶融炉の運転を維持できるとされていた。しかしながら、コークスの水分率がかなり高い場合には、急激に灰分の溶融状態が悪化するなど、炉内状況が不安定になるという問題が生じる。
【００１１】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、コークスの水分率が高い場合でも、コークスを適切な水分率のもとで廃棄物ガス化溶融炉に供給することができ、廃棄物ガス化溶融炉の安定した運転を可能とする廃棄物ガス化溶融装置及び廃棄物ガス化溶融方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
＜本発明の原理、本発明を導くに到る解析＞
＜高水分率コークスの炉内挙動＞
（１）水分率の高いコークスのガス化溶融炉内の挙動を解析した。水分率の高いコークスは、ガス化溶融炉内に供給されて高温にさらされ、コークス内部の水分の急激な気化により、崩壊する。崩壊したコークスは、比表面積の増大によりガス化時の反応速度が大きくなるため、炉下部に下降して到達する前にガス化して消失する。そのため、水分率の高いコークスは、炉下部の高温燃焼帯において灰分を溶融する熱源および高温火格子として機能できない。そればかりか、崩壊したコークスは、廃棄物層上部においてCO2と吸熱反応するため炉内温度を低下させる。さらに、崩壊したコークスの一部は、炉下部の高温火格子に到達して火格子間隙に入り込み閉塞させるため、酸素富化空気と発生燃焼ガスの上昇通気と、溶融スラグの通液が十分にできなくなり、廃棄物ガス化溶融炉の運転に支障を及ぼす事態がおこる。
【００１３】
石炭コークスおよび石油コークスの見かけ密度は同程度（1.0〜1.2g/cm3）であるので、空隙率も同程度である。コークスの内部空隙に水分が含有されるので、石炭コークスおよび石油コークスは、野外の貯蔵ヤードに堆積されているので、降雨などにより同じように水分率が高くなる。もともとコークス強度の弱い石油コークスは、水分率が高いと、ガス化溶融炉内で、コークス内部の水分の急激な気化により、崩壊し易く、コークス強度の高い石炭コークスでも水分率が高いと、内部水分の気化により崩壊することが判明した。
【００１４】
（２）また、石油コークスは、直径３ｍｍ程度の小粒子が相互に軽く融着した構造をもつ。水分率が高い石油コークスは、ガス化溶融炉内に単独で供給された場合、炉内で高温にさらされ、コークス内部の水分の急激な気化により崩壊するが、崩壊現象と別に、小粒子の融着状態が容易に解け解砕される現象も生じるが、解砕後の小粒子は粉砕されにくく、高温下での反応性が低くガス化溶融炉内で消失せず残存する傾向にある。小粒子が消失せず炉下部のコークス床にまで到達すると、小粒子がコークス床内の空隙を塞ぎガスの上昇通気や溶融スラグの滴下を阻害する。その結果、溶融スラグ排出が滞りガス化溶融炉の運転に支障が生じることになる。
【００１５】
ガス化溶融炉に、石油コークスを単独で用いる場合だけでなく、石炭コークスの一部の代替として石油コークスを用いる場合においても、石油コークスの崩壊や解砕により、石油コークス単独の場合と同様な上述した問題が生じる。
【００１６】
ガス化溶融炉内で石炭コークスや石油コークスのコークスが容易に崩壊する現象と、コークスの水分率との関係を調べ、コークスの水分率が１０重量％を超えると、崩壊が著しく生じることを解明した。  
【００１７】
このように、コークスの水分率と、崩壊現象との関係を解明した結果、コークスの水分率を把握して所定の水分率以下のコークスをガス化溶融炉に供給することにより、崩壊現象が容易に生じることなく、ガス化溶融炉の安定した運転を行うことができることを見出した。
【００１８】
コークスの水分率と上記の現象の発現との関係の解析を行った結果、水分率が１０重量％以下のコークスを用いることにより、より好ましくは５重量％以下のコークスを用いることにより、コークスの崩壊現象が生じることを回避して、コークスをガス化溶融炉の炉下部にまで到達させて熱源として、また高温火格子として機能させることができることを確認した。そして、このようにコークスの水分率を特定することにより、コークス床においてガス成分の上昇通気と溶融スラグの滴下が円滑に保たれ、ガス化溶融炉の安定な運転が可能になる。
【００１９】
本発明によると、廃棄物ガス化溶融装置及び廃棄物ガス化溶融方法は、次のように構成される。
【００２０】
［廃棄物ガス化溶融装置］
廃棄物ガス化溶融装置に関しては、本発明は、次の第一ないし第四発明のいずれによっても構成できる。
【００２１】
＜第一発明＞
シャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉にて廃棄物を熱分解、ガス化、燃焼し、灰分を溶融する廃棄物ガス化溶融装置において、
コークスの水分率を測定し所定水分率以下のコークスを選別するコークス水分率測定選別装置と、
コークス水分率測定選別装置から所定水分率以下のコークスを受け入れガス化溶融炉に該コークスを供給するコークス供給装置とを備える、
ことを特徴とする廃棄物ガス化溶融装置。
【００２２】
＜第二発明＞
シャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉にて廃棄物を熱分解、ガス化、燃焼し、灰分を溶融する廃棄物ガス化溶融装置において、
石炭コークスの水分率を測定し所定水分率以下の石炭コークスを選別する石炭コークス水分率測定選別装置と、
石炭コークス水分率測定選別装置から所定水分率以下の石炭コークスを受け入れガス化溶融炉に該石炭コークスを供給する石炭コークス供給装置と、
石油コークスの水分率を測定し所定水分率以下の石油コークスを選別する石油コークス水分率測定選別装置と、
石油コークス水分率測定選別装置から所定水分率以下の石油コークスを受け入れガス化溶融炉に該石油コークスを供給する石油コークス供給装置とを備える、
ことを特徴とする廃棄物ガス化溶融装置。
【００２３】
＜第三発明＞
シャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉にて廃棄物を熱分解、ガス化、燃焼し、灰分を溶融する廃棄物ガス化溶融装置において、
コークスの水分率を測定し所定水分率以下のコークスと所定水分率を超えるコークスとに分別するコークス水分率測定分別装置と、
コークス水分率測定分別装置から所定水分率を超えるコークスを受け入れ所定水分率以下まで乾燥する乾燥装置と、
コークス水分率測定分別装置から所定水分率以下のコークスを受け入れるとともに、乾燥装置から乾燥されたコークスを受け入れて、所定水分率以下のコークスをガス化溶融炉に供給するコークス供給装置とを備える、
ことを特徴とする廃棄物ガス化溶融装置。
【００２４】
＜第四発明＞
シャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉にて廃棄物を熱分解、ガス化、燃焼し、灰分を溶融する廃棄物ガス化溶融装置において、
石炭コークスの水分率を測定し所定水分率以下の石炭コークスを分別する石炭コークス水分率測定分別装置と、
石炭コークス水分率測定分別装置から所定水分率を超える石炭コークスを受け入れ所定水分率以下まで乾燥する石炭コークス乾燥装置と、
石炭コークス水分率測定分別装置から所定水分率以下の石炭コークスを受け入れるとともに、石炭コークス乾燥装置から乾燥された石炭コークスを受け入れて、所定水分率以下の石炭コークスをガス化溶融炉に供給する石炭コークス供給装置と、
石油コークスの水分率を測定し所定水分率以下の石油コークスを分別する石油コークス水分率測定分別装置と、
石油コークス水分率測定分別装置から所定水分率を超える石油コークスを受け入れ所定水分率以下まで乾燥する石油コークス乾燥装置と、
石油コークス水分率測定分別装置から所定水分率以下の石油コークスを受け入れるとともに、石油コークス乾燥装置から乾燥された石油コークスを受け入れて、所定水分率以下の石油コークスをガス化溶融炉に供給する石油コークス供給装置とを備える、
ことを特徴とする廃棄物ガス化溶融装置。
【００２５】
［廃棄物ガス化溶融方法］  
廃棄物ガス化溶融方法に関しては、本発明は次のような第五ないし第八発明にいずれによっても構成できる。
【００２６】
＜第五発明＞
シャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉にて廃棄物を熱分解、ガス化、燃焼し、灰分を溶融する廃棄物ガス化溶融方法において、
コークスの水分率を測定して所定水分率以下のコークスを選別し、
選別された所定水分率以下のコークスをガス化溶融炉に供給する、
ことを特徴とする廃棄物ガス化溶融方法。
【００２７】
＜第六発明＞
シャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉にて廃棄物を熱分解、ガス化、燃焼し、灰分を溶融する廃棄物ガス化溶融方法において、
石炭コークスの水分率を測定して所定水分率以下の石炭コークスを選別し、
選別された所定水分率以下の石炭コークスをガス化溶融炉に供給し、
石油コークスの水分率を測定して所定水分率以下の石油コークスを選別し、
選別された所定水分率以下の石油コークスをガス化溶融炉に供給する、
ことを特徴とする廃棄物ガス化溶融方法。
【００２８】
＜第七発明＞
シャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉にて廃棄物を熱分解、ガス化、燃焼し、灰分を溶融する廃棄物ガス化溶融方法において、
コークスの水分率を測定して所定水分率以下のコークスと所定水分率を超えるコークスとに分別し、
分別された所定水分率を超えるコークスを所定水分率以下まで乾燥し、
分別された所定水分率以下のコークスと分別後乾燥されて所定水分率以下となったコークスをガス化溶融炉に供給する、
ことを特徴とする廃棄物ガス化溶融方法。
【００２９】
＜第八発明＞
シャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉にて廃棄物を熱分解、ガス化、燃焼し、灰分を溶融する廃棄物ガス化溶融方法において、
石炭コークスの水分率を測定して所定水分率以下の石炭コークスと所定水分率を超える石炭コークスとに分別し、
分別された所定水分率を超える石炭コークスを所定水分率以下まで乾燥し、
分別された所定水分率以下の石炭コークスと分別後乾燥されて所定水分率以下となった石炭コークスをガス化溶融炉に供給し、
石油コークスの水分率を測定して所定水分率以下の石油コークスと所定水分率を超える石油コークスとに分別し、
分別された所定水分率を超える石油コークスを所定水分率以下まで乾燥し、
分別された所定水分率以下の石油コークスと分別後乾燥されて所定水分率以下となった石油コークスをガス化溶融炉に供給する、
ことを特徴とする廃棄物ガス化溶融方法。
【００３０】
第五ないし第八発明においては、所定水分率をコークス、石炭コークス、石油コークスのそれぞれに対して１０重量％以下、好ましくは５重量％以下、とするのがよい。
【００３１】
第一ないし第八発明において、コークスの供給量を制御する制御装置を備え、該制御装置がコークス供給装置からのコークス供給量を、そしてコークスを石炭コークスと石油コークスとに別けて供給する場合には、石炭コークス供給装置からの石炭コークス供給量及び石油コークス供給装置からの石油コークス供給量を、ガス化溶融炉の炉内状況に応じて制御するようになっていることが好ましい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明は、以上のようにコークスあるいは石炭コークスや石油コークスの水分率を測定して、所定水分率以下のものを選別しあるいは所定水分率以下にしてから廃棄物ガス化溶融炉へ供給することとしたので、コークスの水分率が高い場合でも、コークスを適切な水分率のもとで廃棄物ガス化溶融炉に供給することができ、廃棄物ガス化溶融炉の安定した運転を可能とする廃棄物ガス化溶融装置及び廃棄物ガス化溶融方法を提供することができる。
【００３３】
また、本発明では、以上のように、シャフト炉式ガス化溶融炉で廃棄物を熱分解し、灰分を溶融処理する際に、適切な範囲とするように石油コークス供給量を設定することになるので、安定した操業を確保しながら石炭コークスの一部を石油コークスに代替して運転コストを低減できる経済的な運転が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第一実施形態装置の概要構成を示す図である。
【図２】本発明の第二実施形態装置の概要構成を示す図である。
【図３】本発明の第三実施形態装置の概要構成を示す図である。
【図４】本発明の第四実施形態装置の概要構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
＜第一実施形態＞
以下、添付図面の図１にもとづき、本発明の第一実施形態を説明する。本実施形態の廃棄物ガス化溶融装置は、コークス（石炭コークス、石油コークスであることを問わない）を燃料として供給し、主羽口から炉下部内へ酸素富化空気を吹き込むシャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉と、その周辺装置とを備えている。
【００３６】
図１に示される本発明の第一実施形態のシャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉には、該廃棄物ガス化溶融炉１の炉上部に、処理対象物としての廃棄物、燃料としてのコークス、生成されるスラグの成分調整材としての石灰石を炉内へ投入するための投入口２が設けられ、また、上部側方には炉内のガスを炉外へ排出するためのガス排出口３が設けられている。また、廃棄物ガス化溶融炉１の炉底部には溶融スラグと溶融金属を排出するための出滓口４が設けられている。
【００３７】
廃棄物ガス化溶融炉１の上方には、周辺装置として、都市ごみ等の廃棄物、コークス、石灰石をそれぞれ供給する廃棄物供給装置２０、コークス供給装置２１、石灰石供給装置２２が配設されており、それぞれの供給装置２１〜２２から供給されたコークス、石灰石は搬送コンベア（図示せず）により搬送され、廃棄物供給装置２０からの廃棄物とともに炉上部の上記投入口２から炉内に投入される。上記コークス供給装置２１の手前には、コークス水分率測定選別装置が２３が設けられており、コークスを廃棄物ガス化溶融炉１への供給前に受けてこのコークスの水分率を測定し、所定水分率以下のコークスを選別してコークス供給装置２１へ送り出し、所定水分率よりも高い高水分率のコークスを排除するようになっている。
【００３８】
廃棄物ガス化溶融炉１のガス排出口３には二次燃焼室１０が接続して設けられており、廃棄物を熱分解して生成した可燃性ガスを燃焼する。該二次燃焼室１０は、二次燃焼のための空気を吹き込む空気送風口１１が設けられている。また、この二次燃焼室１０には、該二次燃焼室１０で可燃性ガスを燃焼した燃焼ガスから熱回収するボイラ１２が隣接して設けられている。
【００３９】
このようなシャフト炉式の廃棄物ガス化溶融炉１では、炉内の内部空間が縦方向で四つの領域に区分されていて、下方から、コークス充填層Ａ、移動層Ｂ、ガス化層Ｃ、フリーボード部Ｄが形成される。
【００４０】
かかる廃棄物ガス化溶融炉１では、上記コークス充填層Ａ及びガス化層Ｃのそれぞれで、羽口が設けられ酸素含有ガスの炉内への吹込みが行われる。
【００４１】
炉下部におけるコークス充填層Ａには主羽口５が設けられていて、酸素富化空気が吹き込まれる。ガス化層Ｃには副羽口６が設けられ、空気が吹き込まれる。
【００４２】
このような羽口を有する廃棄物ガス化溶融炉１内にコークスが投入されると、このコークスが炉下部に下降し、主羽口５から吹き込まれる酸素富化空気によりコークスが燃焼し、これが燃焼し発生する高温の燃焼ガスが廃棄物の熱分解の熱源となり、さらに、灰分を溶融する熱源となる。
【００４３】
ガス化層Ｃには、副羽口６から空気が吹き込まれ、高温の燃焼ガスにより廃棄物が乾燥され、次いで熱分解及び部分酸化され可燃分がガス化される。
【００４４】
また、フリーボード部Ｄでは、廃棄物が熱分解されて生成した熱分解ガス（可燃性ガス）の一部を部分燃焼させて炉内部を所定温度に維持する。
【００４５】
酸素富化空気供給装置（図示せず）は、空気に酸素を混入して得られた酸素含有ガスとしての酸素富化空気を上記主羽口５の送気管に供給する。
【００４６】
コークス供給装置２１の上方に配置されているコークス水分率測定選別装置２３は、既述したようにコークスの水分率を測定して、所定水分率以下のコークスを選別してコークス供給装置２１へ送り出すようになっているが、その具体的構成としては、図示しないが、例えば、水分率が未知のコークスの投入を受けるホッパ部と、該ホッパ部につながるシュート部と、コークスがホッパ部からシュート部へ移動する部分に設けられた水分率測定器とを有している。上記ホッパ部は、その送出部を二つに分岐されていて一方の分岐口がコークス供給装置２１に連通しているか、あるいは、送出部が二つの位置を選択的に移動するようになっていて、一方がコークス供給装置２１の入口部に連通する位置となるようにすることができる。かくして、コークスはホッパ部からシュート部へ移動する路程にて、その水分率が測定され、所定水分率以下のコークスが選別されて上記送出部からコークス供給装置２１へ送り込まれ、ここから廃棄物ガス化溶融炉１の投入口２を経て炉内へ投入される。
【００４７】
上記水分率測定器は、コークスをホッパ部からシュート部へ連続して移動する際に、連続測定を行うオンライン水分率測定器が好ましい。この場合、コークスの全量について水分率測定を行わずとも、コークスの一部を採取して、乾燥による重量減少を測定することで水分率を得る形式の水分率測定器でもよい。オンライン水分率測定器としては、近赤外線、マイクロ波、静電容量、中性子線などを利用したオンライン水分率測定器が挙げられる。
【００４８】
＜第二実施形態＞
図２に示される本実施形態では、廃棄物ガス化溶融炉１、すなわち投入口２からボイラ１２までは図１にもとづき説明された前実施形態と同じであるが、周辺装置の構成が異なっている。図２において、図１における部位と共通な部位には、図１での符号と同一符号を付し、その説明は省略する。
【００４９】
図２に示される本実施形態において、周辺装置のうち、廃棄物供給装置２０、石灰石供給装置２２は図１に見られる前実施形態と同じである。
【００５０】
本実施形態において、コークス供給装置は、石炭コークス供給装置２１Ａと石油コークス供給装置２１Ｂが別途に設けられていて、これらの石炭コークス供給装置２１Ａそして石油コークス供給装置２１Ｂは、それぞれの手前に設けられた石炭コークス水分率測定選別装置２３Ａそして石油コークス水分率測定選別装置２３Ｂに対応して接続されている。これらの石炭コークス水分率測定選別装置２３Ａそして石油コークス水分率測定選別装置２３Ｂは、それぞれ石炭コークスそして石油コークスの水分率を測定して所定水分率以下のものを石炭コークス供給装置２１Ａそして石油コークス供給装置２１Ｂへ送り出し、所定水分率より高い高水分率のものは排除するようになっている。石炭コークス水分率測定選別装置２３Ａと石油コークス水分率測定選別装置２３Ｂとは、前実施形態におけるコークス水分率測定選別装置と同様の構成とすることができる。
【００５１】
かかる本実施形態では、石炭コークスそして石油コークスは、それぞれ石炭コークス水分率測定選別装置２３Ａそして石油コークス水分率測定選別装置２３Ｂで水分率が測定されて所定水分率以下のものだけがそれぞれ石炭コークス供給装置２１Ａそして石油コークス供給装置２１Ｂを経て廃棄物ガス化溶融炉１へ投入される。廃棄物ガス化溶融炉１へ投入されなかった所定水分率より高い高水分率石炭コークスそして高水分率石油コークスは上記石炭コークス水分率測定選別装置２３Ａそして石油コークス水分率測定選別装置２３Ｂからそれぞれ排出され、後の使用に備えて貯蔵される。
【００５２】
＜第三実施形態＞
図３に示される本実施形態は、図１の第一実施形態と比し、周辺装置としてのコークス供給装置２１に接続される装置のみが相違し、他は同じであり、図１と共通部位には図３で同一符号を付し、その説明は省略する。
【００５３】
図３では、図１におけるコークス水分率測定選別装置２１に代え、コークス水分率測定分別装置２４がコークス供給装置２１の手前に設けられている。
【００５４】
このコークス水分率測定分別装置２４は、コークスの水分率を測定して所定水分率以下のコークスをコークス供給装置２１へ送り出すという点においては第一実施形態のコークス水分率測定選別装置２３と同じであり、同様の構造・形式のものであるが、所定水分率より高い高水分率コークスを後述の乾燥装置２５へ送り出すようになっている点で第一実施形態におけるコークス水分率測定選別装置２３とは相違している。
【００５５】
本実施形態では、上記乾燥装置２５がコークス水分率測定分別装置２４とコークス供給装置２１とを接続するように両者の間に設けられていて、該乾燥装置２５はコークス水分率測定分別装置２４での分別後に上記コークス水分率測定分別装置２４から排出された高水分率コークスを受けて、これを所定水分率以下に乾燥してから上記コークス供給装置２１へ送り出すようになっている。上記乾燥装置２５は、乾燥形式として、例えば所定水分率より高い高水分率コークスを容器内に収容し廃棄物ガス化溶融炉１やボイラ１２から排出された排ガスを吹き込んで加熱したり、ボイラで発生させた水蒸気の一部を用いて間接加熱したり、燃料を燃焼させて発生する高温ガスと直接または間接に接触させ加熱したり、電気ヒータ等加熱器により加熱して乾燥する形式が使用可能である。
【００５６】
このような本実施形態では、コークス水分率測定分別装置２４で分別された所定水分率以下のコークスがコークス供給装置２１へ送り込まれ、所定水分率より高い高水分率コークスは排出されずに乾燥装置２５で所定水分率以下まで乾燥された後にコークス供給装置２１へ送り込まれる。
【００５７】
＜第四実施形態＞
図４に示される第四実施形態は、第二実施形態で図２に示される石炭コークス供給装置２１Ａそして石油コークス供給装置２１Ｂが、第三実施形態の図３におけるコークス水分率測定分別装置２４と乾燥装置２５とを石炭コークス用と石油コークス用にそれぞれ別途設けられて構成される石炭コークス水分率測定分別装置２４Ａと石炭コークス乾燥装置２５Ａそして石油コークス水分率測定分別装置２４Ｂと石油コークス乾燥装置２５Ｂとにそれぞれ形成されている。石炭コークスそして石油コークスの水分率測定による分別、乾燥は第三実施形態の場合と同様になされる。
【００５８】
第一ないし第四実施形態のいずれの場合にも、コークス、石炭コークス、石油コークスは、選別あるいは分別されて炉内へ供給される際には、所定水分率以下とされるが、この所定水分率はコークス重量に対し、１０重量％好ましくは５重量％である。
【００５９】
このように構成される第一ないし第四実施形態における廃棄物ガス化溶融炉装置では、廃棄物のガス化溶融処理は次の要領で行われる。
【００６０】
＜第一、第三実施形態の場合＞
廃棄物供給装置２０からの廃棄物、コークス供給装置２１からの所定水分率以下のコークスと石灰石供給装置２２からの石灰石が廃棄物ガス化溶融炉１の上部に設けられた投入口２を経て、それぞれ所定量ずつ炉内へ投入され、主羽口５から酸素富化空気が、副羽口６から空気が炉内へ吹き込まれる。
【００６１】
炉内に投入された所定水分率以下のコークスは炉下部に下降し、このコークスが主羽口５から吹き込まれる酸素富化空気によって燃焼し、廃棄物の灰分を溶融する熱源を提供するとともに、発生した高温の燃焼ガスを上昇させ廃棄物の熱分解のために加熱する熱源を提供する。
【００６２】
上記投入口２から投入された廃棄物は、炉内に堆積して廃棄物のガス化層Ｃを形成し、炉下部のコークス充填層Ａから移動層Ｂを通過し上昇してくる高温の燃焼ガス及び副羽口６から吹き込まれる空気によって加熱され、乾燥され、次いで熱分解される。熱分解により生成した可燃性ガスを含む燃焼ガスは上昇し、可燃性ガスの一部がフリーボード部Ｄにて燃焼され、炉内部を所定温度に維持し、熱分解により発生した有害物とタール分を分解させる処理が施されるように用いられる。フリーボード部Ｄを通過したガスは炉上部に設けられた排出口３より、炉外の二次燃焼室１０へ排出される。ガスは可燃性ガスを多量に含んでいて二次燃焼室１０で燃焼され、ボイラ１２で熱回収され蒸気を発生させその蒸気が発電等に用いられる。ボイラ１２から排出されたガスは、サイクロン（図示せず）で比較的粗いダストが除去され、さらに、減温装置（図示せず）で冷却され、有害物質除去剤との反応により有害ガスが除去され、集塵機（図示せず）で除塵処理されるなど排ガス処理された後、煙突（図示せず）から大気に放散される。
【００６３】
ガス化層Ｃで廃棄物は熱分解されてガスが生成され、さらに、熱分解により生じた固定炭素や灰分は、コークス及び石灰石とともに下降し移動層Ｂを形成する。移動層Ｂでは、コークス充填層Ａから上昇してくる高温のガスにより下降する固体の昇温が行われると同時に、高温のＣＯ２ガスにより廃棄物の熱分解により生じた固定炭素がガス化される。コークス充填層Ａでは主羽口５から送風される酸素富化空気によりコークスとガス化されずに残った廃棄物の固定炭素が燃焼され、この燃焼熱により廃棄物の灰分が溶融され溶融スラグと溶融メタルが生成される。石灰石は灰分が溶融されたスラグの性状を好ましいものとする調整材として働く。さらに、発生した高温の燃焼ガスが上昇し廃棄物の熱分解のために加熱する熱源となる。
【００６４】
主羽口５から下方の炉下部では、高温になりながらも燃え尽きていないコークスがコークス塊同士の間隙を保持して充填された状態でコークス充填層Ａを形成しており、溶融スラグと溶融メタルはコークス塊同士の間隙を滴下し炉底に達する。溶融スラグと溶融メタルは炉底に達するまでに均質化され性状が安定化され、炉底に設けられた出滓口４から排出され、炉外に設けられた水砕装置（図示せず）に供給され冷却固化され、冷却固化された水砕スラグと水砕金属が回収される。主羽口５から送風される酸素富化空気と、コークスと固定炭素の燃焼により発生した高温の燃焼ガスとは、コークス充填層Ａから移動層Ｂを通過しガス化層Ｃへ上昇して廃棄物を加熱し、ガス化層Ｃの廃棄物が副羽口６から供給される空気により部分酸化、熱分解される。コークス充填層Ａでは、所定水分率以下のコークスが燃焼して灰分溶融と廃棄物熱分解の熱源となるとともに、コークスが崩壊、解砕されずに塊同士の間隙を保持して酸素富化空気と高温の燃焼ガスとを通気させ、溶融スラグと溶融メタルとを通液させる高温火格子の機能を有するようになる。この機能は、石炭コークスの場合には、より良好である。このようにコークスの水分率を測定して、所定水分率以下のものを選別しあるいは乾燥して所定水分率以下にしてから廃棄物ガス化溶融炉へ供給することとしたので、コークスの水分率が高い場合でも、コークスを適切な水分率のもとで廃棄物ガス化溶融炉に供給することができ、廃棄物ガス化溶融炉の安定した運転が可能となる。
【００６５】
＜第二、第四実施形態の場合＞
第二、第四実施形態の場合は、コークスが石炭コークスと石油コークスが、それぞれ所定水分率以下の状態で、別々に供給されるとともに投入口２から廃棄物ガス化溶融炉内に投入される。石炭コークスそして石油コークスは、前述の第一、第三実施形態の場合と同様に、炉内で燃焼して、廃棄物の熱分解と灰分溶融に熱源となる。また、所定水分率以下の石炭コークスそして石油コークスは、容易に崩壊・解砕されずに高温火格子を形成する。このように石炭コークスと石油コークスの水分率を測定して、所定水分率以下のものを選別しあるいは乾燥して所定水分率以下にしてから廃棄物ガス化溶融炉へ供給することとしたので、石炭コークスと石油コークスの水分率が高い場合でも、石炭コークスと石油コークスを適切な水分率のもとで廃棄物ガス化溶融炉に供給することができ、廃棄物ガス化溶融炉の安定した運転が可能となる。
【００６６】
廃棄物ガス化溶融炉１に供給する石炭コークスとともに石油コークスをも供給する場合、供給しようとする石油コークスについてその性状を計測し把握しておくことで、その性状のもとで適切な範囲に設定された供給量の石炭コークスと石油コークスを炉内へ供給するようにするのがよい。廃棄物ガス化溶融炉１の炉下部に石炭コークスと石油コークスを下降させ、廃棄物の灰分、固定炭素とともに移動層Ｂを形成し、コークス充填層Ａで石炭コークスと石油コークスが燃焼して、廃棄物の灰分を溶融する熱源と、廃棄物を熱分解する熱源となる。石炭コークスの炉内への投入量は、高温火格子を形成することに必要な量となっており、また熱源として必要な熱量を石油コークスにより補うこととなる。
【００６７】
このような廃棄物のガス化溶融処理過程において、燃料としての石炭コークスと石油コークスのうち、石炭コークスは炉内への供給当初から塊状をなしており、炉下部で、石炭コークス塊同士間での隙間により、通気と通液を確保して高温火格子を形成する。石油コークスは許容最大限の供給量で投入されているので、溶融スラグ排出が滞るなどガス化溶融炉の操業に支障を生じさせずに石油コークスの供給量をできるだけ多くして、石炭コークスの代替として用い廃棄物ガス化溶融炉の運転費を低減し、かつ安定した操業ができる。
【００６８】
かくして、石炭コークスの使用量を極力抑制することができ、低価格の石油コークスでも燃料として使用することができるようになる。このようにして、石炭コークスの使用量を低減して廃棄物溶融炉の運転費を低減することができ、廃棄物の溶融処理を安定した操業の下でできる。
【符号の説明】
【００６９】
１  廃棄物ガス化溶融炉
２１  コークス供給装置
２１Ａ  石炭コークス供給装置
２１Ｂ  石油コークス供給装置
２３  コークス水分率測定選別装置
２３Ａ  石炭コークス水分率測定選別装置
２３Ｂ  石油コークス水分率測定選別装置
２４  コークス水分率測定分別装置
２４Ａ  石炭コークス水分率測定分別装置
２４Ｂ  石油コークス水分率測定分別装置
２５  乾燥装置
２５Ａ  石炭コークス乾燥装置
２５Ｂ  石油コークス乾燥装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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