(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
頂部に設けられ燃料と酸化剤を供給する供給ノズルと、該供給ノズルの下方に設けられたガス反応空間と、該ガス反応空間の下方に設けられ溶融灰を付着させて滴下せしめ且つ反応ガスと溶融灰を接触反応させるセラミック充填物からなるセラミック充填層とを有し、燃料を燃焼又はガス化する反応炉と、
該反応炉の下方に連結され且つ発生した溶融灰と反応ガスを重力分離する分離室と
を備えた低質燃料の燃焼・ガス化炉において、
反応炉の下端開口に、セラミック充填物が脱落しない間隔をあけて脱落防止部材を配設し、分離室内下部に、重力分離した溶融灰を急激に冷却・凝固させて炉内から取り出すための冷却水貯留部を、脱落防止部材の下方に位置するよう設け、前記脱落防止部材の直下における分離室の入口開口部を、下方へ向け漸次内径が減少するよう擂鉢状に絞り、
内部に冷却媒体が流通される冷却管と、該冷却管の外周を被覆する内外二層の耐火材とから前記脱落防止部材を構成し、二層の耐火材のうち冷却管と接する内側の層の耐火材を熱伝導率の小さい材質のものとし、且つ外側の層の耐火材を耐食性のよい高密度な材質のものとしたことを特徴とする低質燃料の燃焼・ガス化炉。
【請求項２】
擂鉢状に絞った分離室の入口開口部の下端周縁部に、スラグの回り込みを防ぐための突状返し部を形成した請求項１記載の低質燃料の燃焼・ガス化炉。
【請求項３】
脱落防止部材の直下における分離室の入口開口部に、加熱用バーナを設けた請求項１又は２記載の低質燃料の燃焼・ガス化炉。
【請求項４】
加熱用バーナを酸素燃焼バーナとした請求項３記載の低質燃料の燃焼・ガス化炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低質燃料の燃焼・ガス化炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、石炭等の灰分を含む燃料をガス化するガス化炉には、固定床炉、流動層炉、噴流床炉、溶融床炉等があり、噴流床炉としては図５に模式的に示す構成の炉（例えばテキサコ炉）が知られている。この炉はダウンフロー形の一段一室のガス化炉であり、炉頂部から燃料と酸化剤が供給され、断熱構造の炉頂部で燃料の一部が燃焼して高温（約１４００［℃］）を発生し、残りの燃料をガス化する。更に燃料中の灰分は、溶融してガス化ガス（粗ガス）と共にガス化炉底部から排出され、水冷室で凝固してスラグとして排出される。
【０００３】
同様に、ＲＤＦ等の低質固形燃料を燃焼させる焼却炉や、燃焼熱により高温空気を発生させる燃焼炉では、炉内で燃料を完全燃焼させ、その熱で余剰空気を加熱する。ここでＲＤＦとは、Refuse Derived Fuel（廃棄物固形化燃料）の略であり、可燃ゴミを破砕、選別、成形、乾燥することにより得られるペレット状の高カロリー固形燃料である。
【０００４】
上述した従来の燃焼炉やガス化炉（以下、燃焼・ガス化炉という）では、反応時間が非常に短いため、燃焼、又はガス化反応が短時間で完結するよう、燃料の粒子を非常に細かくする必要があった。燃焼・ガス化炉の形式により燃料の供給方法は異なるが、いずれの形式においても、石炭を微粉砕し、これをそのまま、若しくは水を加えてスラリー化した後、炉内へ供給する。炉内への供給に際し、燃料は供給ノズルから高速で噴射され、細かい飛沫となるため、短時間で反応が完結する。又、燃焼・ガス化炉の形式により燃料の範囲は異なるが、一般的には反応性に優れた、揮発分が比較的多く、固定炭素（石炭等を熱処理し、揮発分を取り除いた後に残る炭素分）が比較的少ない燃料、例えば、重質油、瀝青炭等が適している。
【０００５】
微粉化しにくい燃料（例えば、廃棄物固形化燃料：ＲＤＦ）を燃焼・ガス化する場合、比較的大きな粒子径で炉内に供給することになり、上述した燃焼・ガス化炉では、反応を完結することができないため、従来、このような燃料は利用されなかった。
【０００６】
更に、従来の燃焼・ガス化炉では、燃料中の灰分の大半は溶融灰（溶融スラグ）としてガス化炉底部から排出されるが、灰分の一部、及び未燃カーボン等の微粉はガスに同伴されるため、下流側に脱塵設備（例えば、セラミックフィルタや水洗式除塵器）を設ける必要があった。
【０００７】
又、従来の燃焼・ガス化炉は、熱容量が小さいために、炉の緊急停止時に炉の温度が低下し、灰の抜き出しが難しくなる問題があった。
【０００８】
これらの問題を解決するために、従来においては、図６に示されるような燃焼・ガス化炉が考え出されている。
【０００９】
図６に示される燃焼・ガス化炉は、燃料１を燃焼又はガス化する反応炉１０と、該反応炉１０の下方に連結され発生した溶融灰３と反応ガス４を重力分離する分離室２０とを備えている。
【００１０】
前記反応炉１０は、その頂部に設けられ燃料１と酸化剤２を燃焼・ガス化炉内へ供給する供給ノズル１２と、該供給ノズル１２の下方に設けられたガス反応空間１４と、該ガス反応空間１４の下方に設けられ溶融灰３を付着させて滴下し且つ反応ガス４と溶融灰３を接触反応させるセラミック充填層１６とを備えている。
【００１１】
前記反応炉１０は、全体が一段一室構造であり、ガス反応空間１４とセラミック充填層１６を囲む耐熱層１０ａと、そのまわりを囲む断熱層１０ｂと、更に全体を囲む反応容器１０ｃとを備えている。耐熱層１０ａは内部の反応温度（例えば１５００［℃］以上）に耐える耐火材、例えば耐火煉瓦、キャスタブル等で構成される。断熱層１０ｂは、熱伝導率の低い断熱材で構成される。反応容器１０ｃは、常圧用でもよいが、好ましくは燃焼・ガス化反応を加圧下で行う圧力容器である。
【００１２】
前記供給ノズル１２は、反応容器１０ｃの頂部に下向きに取り付けられており、燃料１をガス反応空間１４に下向きに供給する燃料供給ノズル１２ａと、その周りに酸化剤２を供給する酸化剤供給管１２ｂとから構成されている。燃料供給ノズル１２ａと酸化剤供給管１２ｂは、それぞれ耐火材で内張りされている。
【００１３】
燃料１には、微粉砕した石炭等の従来の燃焼・ガス化炉に使用される燃料の他に、微粉化が難しい燃料（例えば、廃棄物固形化燃料：ＲＤＦ）も用いることができる。又、酸化剤２としては、酸素ガス又は空気が用いられる。特に、１０００［℃］以上に予熱された高温空気を用いるようにすれば、使用燃料、例えば石炭の自己着火温度を遥かに越えているので、燃料と接触すると同時に燃焼を開始させることができる。
【００１４】
前記ガス反応空間１４は、供給ノズル１２とセラミック充填層１６の間に位置する中空の空間であり、この内部で燃料の一部が燃焼し、高温ガスを発生させるようになっている。このガス反応空間１４は、燃料１に含まれる揮発分の燃焼には充分であるが、カーボンは完全燃焼できない程度の比較的小さい容積に設定されている。
【００１５】
このガス反応空間１４において、化学量論比以下の酸素で燃料を部分燃焼させることにより、灰の溶融点以上の温度で一部の燃料を安定燃焼させながら、それによって生ずる高温によって残りの燃料をガス化することができる。同様に、充分な酸素或いは空気で燃料を完全燃焼させることにより、低質燃料を焼却し、或いは高温ガスを発生させることができる。このガス反応空間１４で、燃料の一部分が燃焼又はガス化され、反応により発生した溶融灰３と未燃カーボン６が、発生した高温の反応ガス４のガス流に随伴して下方のセラミック充填層１６に流入するようになっている。
【００１６】
前記セラミック充填層１６は、耐熱性の高いセラミック充填物１６ａからなる。このセラミック充填物１６ａとしては、例えば、直径２０〜１００［ｍｍ］程度の球形のアルミナボールが用いられ、図６の例では、５０［ｍｍ］程度の大径のアルミナボールで下層を形成し、その上部に２０［ｍｍ］程度の小径のアルミナボールを積層した二重構造にしてある。この二重構造とされた小径のアルミナボールからなる上層のセラミック充填物１６ａ表面に付着した溶融灰３により効率的に灰分や未燃成分を捕獲することができ、同時に大径のアルミナボールからなる下層のセラミック充填物１６ａで全体の圧力損失を低く抑え、スラグの滴下を容易にできるようになっている。
【００１７】
尚、セラミック充填物１６ａは、１５００［℃］以上の高温に耐える耐熱材であれば、アルミナに限定されず、その他のセラミック材を用いることもできる。又、その形状も溶融灰３の流れと高温の反応ガス４の流れを形成できるものであれば、球形に限定されず、例えば、円筒形、或いは破砕したままのランダムな多面体とすることもできる。
【００１８】
前記耐熱層１０ａの底部、即ち、反応炉１０の下端開口１０ｄは、図７に示される如く、セラミック充填物１６ａが抜け落ちない細長い矩形に形成され、且つ上方が徐々に拡がった漏斗形状に形成されている。この構成により、セラミック充填物１６ａの下方への落下を防止しながら、充分な面積のガス流路を確保することができるようになっている。
【００１９】
前記分離室２０は、図６に示される如く、前記反応炉１０と同様の、全体が一段一室構造であり、側面にガス排出管２２が取り付けられ、下端に灰分の抜出管２４が取り付けられている。更に、分離室２０の内部には中空の分離空間２０ａが形成され、その底部には冷却水７が一定のレベルに保持されている。
【００２０】
この構成により、分離室２０の分離空間２０ａにおいて滴下した溶融灰３と高温ガスとを重力分離し、高温の反応ガス４はガス排出管２２を介して図示していない下流設備（例えば、ガスタービン、高温空気燃焼設備）に供給し、溶融灰３は冷却水７で冷却凝固させて抜出管２４から排出することができるようになっている。
【００２１】
図６に示される燃焼・ガス化炉の場合、酸化剤２と共に反応炉１０の供給ノズル１２に供給された燃料１は、ガス反応空間１４において燃焼又は部分燃焼し、揮発成分の全量とカーボンの一部を燃焼させて高温の溶融灰３と高温の反応ガス４並びに未燃カーボン６、フライアッシュ８を発生させる。
【００２２】
次いで、発生した溶融灰３及び反応ガス４は、未燃カーボン６、フライアッシュ８と共にセラミック充填層１６を通過し、ここで、溶融灰３はセラミック充填層１６を構成するセラミック充填物１６ａの表面に付着して捕獲され、同時に反応ガス４中のフライアッシュ８や未燃カーボン６は、セラミック充填物１６ａ表面に溶融灰３と接触して捕獲され除去される。
【００２３】
更にセラミック充填層１６で捕獲された溶融灰３は、セラミック充填物１６ａの表面を流れる高温のガス流で保温されながら重力により徐々に下方に移動し、下端で分離室２０内に滴下する。この溶融灰３の滞留時間は、ガス反応空間１４におけるガス流の通過時間に比べて充分に長いので、溶融灰３に取り込まれたカーボンの反応が更に進み未燃カーボンを低減することができる。
【００２４】
従って、フライアッシュ８及び未燃カーボン６を溶融灰３で捕獲し、該溶融灰３中でゆっくりと反応させて未燃分を低減することができる。又、比較的小型の炉で、カーボン等の反応時間が長くとれることから、反応性の劣る低質燃料についても適用が可能となる。
【００２５】
又、セラミック充填物１６ａの充填により炉の熱容量が増加し、緊急停止をしても炉の温度が下がり難く、灰の排出が容易となる。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示されるような従来の燃焼・ガス化炉の場合、前述の如く、耐熱層１０ａの底部、即ち、反応炉１０の下端開口１０ｄを、図７に示されるように、セラミック充填物１６ａが抜け落ちない程度の細長い矩形に形成し、且つ上方が徐々に拡がった漏斗形状として、セラミック充填物１６ａの下方への落下を防止するようになっているが、この形状では、小型のものには対応可能であるものの、燃焼・ガス化炉を大型化しようとした場合、反応炉１０の下端開口１０ｄも大きくしなければならず、セラミック充填物１６ａの下方への落下を防止できなくなるという問題を有しており、大型化への障害となっていた。
【００２７】
このため、本発明者等は、反応炉の下端開口を大きくしても、セラミック充填物の下方への落下を確実に防止することができ、大型化に対応し得る低質燃料の燃焼・ガス化炉を発明し、特願平１１-９１９８５号で既に出願している。
【００２８】
図８〜図１４は特願平１１-９１９８５号に開示した低質燃料の燃焼・ガス化炉の一例を表わすものであって、図中、図６と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、装置全体を大型化した以外の基本的な構成は図６に示す従来のものと同様であるが、この例における特徴部分は、反応炉１０の下端開口１０ｄに、セラミック充填物１６ａが脱落しない間隔Ｌをあけて脱落防止部材３０を配設し、脱落防止部材３０と冷却水貯留部３５との間に、脱落防止部材３０と冷却水貯留部３５に満たされた冷却水７との間の輻射伝熱を阻害する熱シールド３６を設け、前記輻射伝熱による脱落防止部材３０の温度低下と、それに伴って発生する溶融灰３の脱落防止部材３０表面での凝固を防止するよう構成した点にある。
【００２９】
前記脱落防止部材３０は、内部に冷却媒体３１が流通される冷却管３２の外周面に棒状体３３（図１２及び図１３参照）を放射状に取り付け、該棒状体３３を含む冷却管３２の外周を耐火材３４で被覆してなる構成を有している。
【００３０】
前記冷却媒体３１としては、通常、水を用いるが、温度条件に応じて蒸気や油等を用いてもよい。
【００３１】
又、前記冷却管３２の材質としては、炭素鋼、或いはステンレス鋼等を用いることができ、棒状体３３についても同様の材質のものを用いることができる。
【００３２】
更に又、前記耐火材３４の材質としては、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、シリカ（ＳｉＯ2）系或いはこれらの複合酸化物、或いは酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3等）を含む耐火モルタル等を用いることができる。
【００３３】
前記熱シールド３６は、図８及び図１４に示す如く、反応炉１０の下端開口１０ｄから冷却水貯留部３５へ向かって輻射される熱の流線上に取り付けられ、熱の移動を妨げるものであって、反応炉１０の下端開口１０ｄと略同じ断面積を有し、又、滴下する溶融灰３が容易に冷却水貯留部３５まで流下するよう傾斜を付けた円錐形の頭部３７と、該頭部３７を支えるための金属製の支持部材３８とを備えてなる構成を有している。
【００３４】
前記支持部材３８は、二重管構造を有し、内部に冷却水３９を流通させて周囲の高温により強度が低下しないようにしてある一方、前記円錐形の頭部３７は、耐火性の高いセラミック（例えば、アルミナ系耐火材）材料からなり、その外周部を緻密で高耐熱性を有するセラミック耐火物３７ａとし、該セラミック耐火物３７ａと前記支持部材３８との間に、耐熱性は若干劣るが熱伝導率が比較的小さく断熱性に優れたセラミック耐火物３７ｂを介在せしめ、これにより、内部に冷却水３９が流通される支持部材３８への熱伝導を極力小さくすることによって、前記頭部３７のセラミック耐火物３７ａの温度が低下して溶融灰３が該セラミック耐火物３７ａの表面で凝固するのを防ぐようにしてある。
【００３５】
尚、図８及び図１４中、４０は前記熱シールド３６の支持部材３８を支えるために、該支持部材３８から放射状に張り出して分離室２０内部の水冷ジャケット４１に連結される補強支持梁である。
【００３６】
前述の如く反応炉１０の下端開口１０ｄに、セラミック充填物１６ａが脱落しない間隔Ｌをあけて脱落防止部材３０を配設すると、セラミック充填物１６ａの重量は、脱落防止部材３０で支えられることになり、セラミック充填物１６ａは落下しなくなり、大型化に対応可能となる。
【００３７】
又、脱落防止部材３０は冷却管３２として内部に冷却媒体３１を流通させているため、脱落防止部材３０の温度上昇が抑えられ、冷却管３２が高温化に伴ってその強度が低下したり、腐食が発生したりする心配がないと共に、冷却管３２の外周は耐火材３４で被覆してあるため、溶融スラグと冷却管３２との直接接触が避けられ、スラグが硬化して脱落防止部材３０間を閉塞させる心配もない。尚、耐火材３４の表面は、溶融スラグとの接触等により表面から徐々に成分組成が変化すると共に、元から存在する成分が徐々に溶け出すことにより、消耗する。即ち、脱落防止部材３０は消耗品であり、セラミック充填物１６ａの保持に支障を来たすまで消耗が進んだ場合、容易に交換できるような構造としてある。
【００３８】
更に又、冷却管３２の外周面に棒状体３３を放射状に取り付け、該棒状体３３を含む冷却管３２の外周を耐火材３４で被覆してあるため、冷却管３２に対する耐火材３４の結合状態が強まり、冷却管３２から耐火材３４が脱落することが防止される。
【００３９】
図８及び図１４に示すように、脱落防止部材３０と冷却水貯留部３５との間に、脱落防止部材３０と冷却水貯留部３５に満たされた冷却水７との間の輻射伝熱を阻害する熱シールド３６を設ければ、前記輻射伝熱による脱落防止部材３０の温度低下と、それに伴って発生する溶融灰３の脱落防止部材３０表面での凝固が防止され、脱落防止部材３０間の閉塞も生じなくなり、溶融灰３が分離室２０内を安定して流下する。
【００４０】
こうして、図８〜図１４に示す例の場合には、反応炉１０の下端開口１０ｄを大きくしても、セラミック充填物１６ａの下方への落下を確実に防止することができ、大型化に対応し得ると共に、大型化に伴う反応炉１０の下端開口１０ｄから冷却水貯留部３５への輻射伝熱による脱落防止部材３０の温度低下と、それに伴って発生する溶融灰３の脱落防止部材３０表面での凝固を防止でき、脱落防止部材３０間の閉塞を防止できるようになっている。
【００４１】
図８〜図１４に示す低質燃料の燃焼・ガス化炉の場合、脱落防止部材３０の下方に熱シールド３６以外の障害物がなく、生成ガス及び溶融スラグの流れが妨げられない反面、脱落防止部材３０の下の空間が大きく開いているため、この空間内のガスと冷却水貯留部３５の冷却水７との接触面積が大きく、脱落防止部材３０の下の雰囲気ガス温度が上がりにくいことが判明した。
【００４２】
又、脱落防止部材３０も、耐火材３４として耐食性のよい高密度な材質のものを使用すると、脱落防止部材３０表面から冷却管３２への伝熱量が多くなり、脱落防止部材３０の表面温度が上がりにくいことも判明した。
【００４３】
本発明は、斯かる実情に鑑み、反応炉の下端開口を大きくしても、セラミック充填物の下方への落下を確実に防止することができ、大型化に対応し得、且つ大型化に伴う反応炉の下端開口から冷却水貯留部への輻射伝熱による脱落防止部材の温度低下と、それに伴って発生する溶融灰の脱落防止部材表面での凝固を防止でき、脱落防止部材間の閉塞を防止できる低質燃料の燃焼・ガス化炉を提供しようとするものである。
【００４４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、頂部に設けられ燃料と酸化剤を供給する供給ノズルと、該供給ノズルの下方に設けられたガス反応空間と、該ガス反応空間の下方に設けられ溶融灰を付着させて滴下せしめ且つ反応ガスと溶融灰を接触反応させるセラミック充填物からなるセラミック充填層とを有し、燃料を燃焼又はガス化する反応炉と、
該反応炉の下方に連結され且つ発生した溶融灰と反応ガスを重力分離する分離室と
を備えた低質燃料の燃焼・ガス化炉において、
反応炉の下端開口に、セラミック充填物が脱落しない間隔をあけて脱落防止部材を配設し、分離室内下部に、重力分離した溶融灰を急激に冷却・凝固させて炉内から取り出すための冷却水貯留部を、脱落防止部材の下方に位置するよう設け、前記脱落防止部材の直下における分離室の入口開口部を、下方へ向け漸次内径が減少するよう擂鉢状に絞り、
内部に冷却媒体が流通される冷却管と、該冷却管の外周を被覆する内外二層の耐火材とから前記脱落防止部材を構成し、二層の耐火材のうち冷却管と接する内側の層の耐火材を熱伝導率の小さい材質のものとし、且つ外側の層の耐火材を耐食性のよい高密度な材質のものとしたことを特徴とする低質燃料の燃焼・ガス化炉にかかるものである。
【００４５】
前記低質燃料の燃焼・ガス化炉においては、擂鉢状に絞った分離室の入口開口部の下端周縁部に、スラグの回り込みを防ぐための突状返し部を形成することが有効である。
【００４６】
【００４７】
又、脱落防止部材の直下における分離室の入口開口部に、加熱用バーナを設けることもでき、該加熱用バーナとしては酸素燃焼バーナを用いることが望ましい。
【００４８】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００４９】
反応炉の下端開口に、セラミック充填物が脱落しない間隔をあけて脱落防止部材を配設すると、セラミック充填物の重量は、脱落防止部材で支えられることになり、セラミック充填物は落下しなくなり、大型化に対応可能となり、又、分離室内下部に、重力分離した溶融灰を急激に冷却・凝固させて炉内から取り出すための冷却水貯留部を、脱落防止部材の下方に位置するよう設けた場合、反応炉の下端開口は反応炉での燃焼・ガス化反応によって発生する熱により灰分が溶融する温度以上になる一方、冷却水貯留部は水の沸点以下に保たれるため、脱落防止部材と冷却水貯留部との間には非常に大きな温度差が生じ、該温度差により反応炉の下端開口から冷却水貯留部へ熱の輻射が起こり、特に燃焼・ガス化炉を大型化した場合に前記反応炉の下端開口から冷却水貯留部への輻射伝熱が増加し、脱落防止部材の直下における雰囲気温度が上がりにくくなって、反応炉の下端開口が著しく温度低下し、それに伴って溶融灰の脱落防止部材表面での凝固が発生する虞があるが、脱落防止部材の直下における分離室の入口開口部を、下方へ向け漸次内径が減少するよう擂鉢状に絞れば、脱落防止部材と冷却水貯留部に満たされた冷却水との間の輻射伝熱が抑えられ、脱落防止部材の直下における雰囲気温度が高く保持され、前記輻射伝熱による脱落防止部材の温度低下と、それに伴って発生する溶融灰の脱落防止部材表面での凝固が防止され、脱落防止部材間の閉塞も生じなくなり、溶融灰が分離室内を安定して流下する。更に、内部に冷却媒体が流通される冷却管と、該冷却管の外周を被覆する内外二層の耐火材とから脱落防止部材を構成し、二層の耐火材のうち冷却管と接する内側の層の耐火材を熱伝導率の小さい材質のものとし、且つ外側の層の耐火材を耐食性のよい高密度な材質のものとしたことにより、冷却管が高温化に伴ってその強度が低下したり、腐食が発生したりする心配がなくなると共に、溶融スラグと冷却管との直接接触が避けられ、しかも、耐食性のよい高密度な材質とした外側の層の耐火材により溶融スラグに対する脱落防止部材の耐食性が確保されつつ、熱伝導率の小さい材質とした内側の層の耐火材により脱落防止部材表面から冷却管への伝熱量が減少して脱落防止部材の表面温度が高く保持されることとなり、スラグが硬化して脱落防止部材間を閉塞させることが確実に防止される。
【００５０】
前記低質燃料の燃焼・ガス化炉において、脱落防止部材の直下における分離室の入口開口部を、下方へ向け漸次内径が減少するよう擂鉢状に絞ると、該絞り部の下端周縁部は冷却水貯留部における比較的温度の低い雰囲気に晒され、スラグが付着しやすくなる可能性があるが、擂鉢状に絞った分離室の入口開口部の下端周縁部に、スラグの回り込みを防ぐための突状返し部を形成すると、分離室の入口開口部の下端周縁部へのスラグの回り込みが抑えられると共に、高温の生成ガスが擂鉢状に絞られた分離室の入口開口部から高速で吹き出すため、突状返し部からスラグが滴下しやすくなり、分離室の入口開口部の下端周縁部にスラグが付着しにくくなる。
【００５１】
【００５２】
又、脱落防止部材の直下における分離室の入口開口部に、加熱用バーナを設けると、万一、脱落防止部材の直下における温度低下やスラグの固化が起こった場合には、加熱用バーナで分離室の入口開口部を加熱することにより対処することが可能となる。通常の空気燃焼バーナの場合、空気中に含まれる窒素によりガス化生成ガスの発熱量が低下する虞があるが、加熱用バーナを酸素燃焼バーナとすれば、ガス化生成ガスの発熱量低下を最小限に抑えることが可能となる。
【００５３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００５４】
図１〜図３は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図８〜図１３と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図８〜図１３に示すのものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図１〜図３に示す如く、脱落防止部材３０の直下における分離室２０の入口開口部４２を、下方へ向け漸次内径が減少するよう擂鉢状に絞った点にある。
【００５５】
前記擂鉢状に絞った分離室２０の入口開口部４２の下端周縁部には、スラグの回り込みを防ぐための突状返し部４３を形成してある。
【００５６】
前記脱落防止部材３０は、図２及び図３に示す如く、棒状体３３を含む冷却管３２の外周を熱伝導率の小さい材質の耐火材３４ａで被覆し、その外側を耐食性のよい高密度な材質の耐火材３４ｂで被覆してなる構成を有している。
【００５７】
次に、上記図示例の作動を説明する。
【００５８】
反応炉１０の下端開口１０ｄには、セラミック充填物１６ａが脱落しない間隔Ｌ（図９参照）をあけて脱落防止部材３０を配設してあるため、セラミック充填物１６ａの重量は、脱落防止部材３０で支えられることになり、セラミック充填物１６ａは落下しなくなり、大型化に対応可能となり、又、分離室２０内下部には、重力分離した溶融灰３を急激に冷却・凝固させて炉内から取り出すための冷却水貯留部３５を、脱落防止部材３０の下方に位置するよう設けてあるため、反応炉１０の下端開口１０ｄは反応炉１０での燃焼・ガス化反応によって発生する熱により灰分が溶融する温度以上になる一方、冷却水貯留部３５は水の沸点以下に保たれるため、脱落防止部材３０と冷却水貯留部３５との間には非常に大きな温度差が生じ、該温度差により反応炉１０の下端開口１０ｄから冷却水貯留部３５へ熱の輻射が起こり、特に燃焼・ガス化炉を大型化した場合に前記反応炉１０の下端開口１０ｄから冷却水貯留部３５への輻射伝熱が増加し、脱落防止部材３０の直下における雰囲気温度が上がりにくくなって、反応炉１０の下端開口１０ｄが著しく温度低下し、それに伴って溶融灰３の脱落防止部材３０表面での凝固が発生する虞があるが、脱落防止部材３０の直下における分離室２０の入口開口部４２は、下方へ向け漸次内径が減少するよう擂鉢状に絞ってあるため、脱落防止部材３０と冷却水貯留部３５に満たされた冷却水７との間の輻射伝熱が抑えられ、脱落防止部材３０の直下における雰囲気温度が高く保持され、前記輻射伝熱による脱落防止部材３０の温度低下と、それに伴って発生する溶融灰３の脱落防止部材３０表面での凝固が防止され、脱落防止部材３０間の閉塞も生じなくなり、溶融灰３が分離室２０内を安定して流下する。
【００５９】
前記脱落防止部材３０の直下における分離室２０の入口開口部４２を、下方へ向け漸次内径が減少するよう擂鉢状に絞ると、該絞り部の下端周縁部は冷却水貯留部３５における比較的温度の低い雰囲気に晒され、スラグが付着しやすくなる可能性があるが、擂鉢状に絞った分離室２０の入口開口部４２の下端周縁部には、スラグの回り込みを防ぐための突状返し部４３を形成してあるため、分離室２０の入口開口部４２の下端周縁部へのスラグの回り込みが抑えられると共に、高温の生成ガスが擂鉢状に絞られた分離室２０の入口開口部４２から高速で吹き出すため、突状返し部４３からスラグが滴下しやすくなり、分離室２０の入口開口部４２の下端周縁部にスラグが付着しにくくなる。
【００６０】
又、図２及び図３に示す如く、棒状体３３を含む冷却管３２の外周を熱伝導率の小さい材質の耐火材３４ａで被覆し、その外側を耐食性のよい高密度な材質の耐火材３４ｂで被覆して脱落防止部材３０を構成してあるため、冷却管３２が高温化に伴ってその強度が低下したり、腐食が発生したりする心配がなくなると共に、溶融スラグと冷却管３２との直接接触が避けられ、しかも、耐食性のよい高密度な材質とした外側の層の耐火材３４ｂにより溶融スラグに対する脱落防止部材３０の耐食性が確保されつつ、熱伝導率の小さい材質とした内側の層の耐火材３４ａにより脱落防止部材３０表面から冷却管３２への伝熱量が減少して脱落防止部材３０の表面温度が高く保持されることとなり、スラグが硬化して脱落防止部材３０間を閉塞させることが確実に防止される。
【００６１】
こうして、反応炉１０の下端開口１０ｄを大きくしても、セラミック充填物１６ａの下方への落下を確実に防止することができ、大型化に対応し得、且つ大型化に伴う反応炉１０の下端開口１０ｄから冷却水貯留部３５への輻射伝熱による脱落防止部材３０の温度低下と、それに伴って発生する溶融灰３の脱落防止部材３０表面での凝固を防止でき、脱落防止部材３０間の閉塞を防止できる。
【００６２】
図４は本発明を実施する形態の他の例であって、図中、図１〜図３と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図１〜図３に示すものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図４に示す如く、脱落防止部材３０の直下における分離室２０の入口開口部４２に、加熱用バーナ４４を設けた点にある。
【００６３】
前記加熱用バーナ４４としては酸素燃焼バーナを用いるようにしてある。
【００６４】
図４に示すように、脱落防止部材３０の直下における分離室２０の入口開口部４２に、加熱用バーナ４４を設けると、万一、脱落防止部材３０の直下における温度低下やスラグの固化が起こった場合には、加熱用バーナ４４で分離室２０の入口開口部４２を加熱することにより対処することが可能となる。
【００６５】
通常の空気燃焼バーナの場合、空気中に含まれる窒素によりガス化生成ガスの発熱量が低下する虞があるが、加熱用バーナ４４を酸素燃焼バーナとすれば、ガス化生成ガスの発熱量低下を最小限に抑えることが可能となる。尚、ガス化生成ガスの発熱量低下を最小限に抑えるためには、加熱用バーナ４４はできるだけ短時間の使用にとどめることが望ましい。
【００６６】
尚、本発明の低質燃料の燃焼・ガス化炉は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００６７】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の請求項１記載の低質燃料の燃焼・ガス化炉によれば、反応炉の下端開口を大きくしても、セラミック充填物の下方への落下を確実に防止することができ、大型化に対応し得、且つ大型化に伴う反応炉の下端開口から冷却水貯留部への輻射伝熱による脱落防止部材の温度低下と、それに伴って発生する溶融灰の脱落防止部材表面での凝固を防止でき、脱落防止部材間の閉塞を防止できるという優れた効果を奏し得ることに加え更に、脱落防止部材を冷却管として内部に冷却媒体を流通させることにより、脱落防止部材の温度上昇を抑制し得、強度の低下や腐食の発生を予防できると共に、冷却管の外周を耐火材で被覆することにより、溶融スラグと冷却管との直接接触を回避し得、しかも、耐食性のよい高密度な材質とした外側の層の耐火材により溶融スラグに対する脱落防止部材の耐食性を確保しつつ、熱伝導率の小さい材質とした内側の層の耐火材により脱落防止部材表面から冷却管への伝熱量を減少させて脱落防止部材の表面温度を高く保持することができ、スラグの硬化による脱落防止部材間の閉塞を確実に防止できるという優れた効果を奏し得る。
【００６８】
本発明の請求項２記載の低質燃料の燃焼・ガス化炉によれば、上記効果に加え更に、分離室の入口開口部の下端周縁部へのスラグの回り込みを抑制し得ると共に、擂鉢状に絞られた分離室の入口開口部から高速で吹き出す高温の生成ガスにより、突状返し部からスラグを滴下しやすくして、分離室の入口開口部の下端周縁部にスラグが付着することを防止し得るという優れた効果を奏し得る。
【００６９】
【００７０】
本発明の請求項３記載の低質燃料の燃焼・ガス化炉によれば、上記効果に加え更に、万一、脱落防止部材の直下における温度低下やスラグの固化が起こった場合には、加熱用バーナで分離室の入口開口部を加熱することにより対処することができるという優れた効果を奏し得る。
【００７１】
本発明の請求項４記載の低質燃料の燃焼・ガス化炉によれば、上記効果に加え更に、ガス化生成ガスの発熱量低下を最小限に抑えることができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を実施する形態の一例の全体概要構成図である。
【図２】  本発明を実施する形態の一例における脱落防止部材の断面図である。
【図３】  図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図である。
【図４】  本発明を実施する形態の他の例の全体概要構成図である。
【図５】  従来の噴流床炉の全体概要構成図である。
【図６】  従来の低質燃料の燃焼・ガス化炉の全体概要構成図である。
【図７】  図６のＶＩＩ部斜視図である。
【図８】  特願平１１-９１９８５号に開示した低質燃料の燃焼・ガス化炉の一例を表わす全体概要構成図である。
【図９】  図８のＩＸ−ＩＸ矢視拡大図である。
【図１０】  図９のＸ−Ｘ矢視図である。
【図１１】  図１０のＸＩ−ＸＩ矢視図である。
【図１２】  特願平１１-９１９８５号に開示した低質燃料の燃焼・ガス化炉の一例における脱落防止部材の断面図である。
【図１３】  図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ矢視図である。
【図１４】  特願平１１-９１９８５号に開示した低質燃料の燃焼・ガス化炉の一例における熱シールドの概略断面図である。
【符号の説明】
１    燃料
２    酸化剤
３    溶融灰
４    反応ガス
７    冷却水
１０    反応炉
１０ｄ  下端開口
１２    供給ノズル
１４    ガス反応空間
１６    セラミック充填層
１６ａ  セラミック充填物
２０    分離室
３０    脱落防止部材
３１    冷却媒体
３２    冷却管
３４ａ  耐火材
３４ｂ  耐火材
３５    冷却水貯留部
４２    入口開口部
４３    突状返し部
４４    加熱用バーナ
Ｌ    間隔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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