JPH11241817A - ガス化溶融システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温での溶融燃焼で生じた溶融スラグを、溶
融炉のスラグ排出口からスムーズに排出して水砕スラグ
化できるガス化溶融システムを提供する。 【解決手段】 廃棄物ａをガス化炉２を用いて比較的低
温で熱分解ガス化して、生成したガスｄとチャーを溶融
炉７を用いて高温で溶融燃焼するガス化溶融システムに
おいて、溶融炉の底部に設けたスラグ排出口１１から少
なくとも一部に水冷ジャケット構造１８を有するシュー
ト１４を介してスラグ冷却装置に接続すると共に、溶融
炉の燃焼排ガスの一部をシュート内に導入する誘引ファ
ン１９を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス化溶融システ
ムに係り、特に都市ごみ等の廃棄物をガス化溶融するこ
とにより、ダイオキシン類を発生することなく完全に燃
焼するとともに、廃棄物中に含まれる灰分を溶融スラグ
化して効率良く取り出すことのできる環境保全型の廃棄
物処理方法に関する。尚、上記廃棄物には、都市ごみの
他に、固形化燃料、スラリー化燃料、廃プラスチック、
廃ＦＲＰ、バイオマス廃棄物、自動車廃棄物、製紙スラ
ッジ、医療廃棄物、選炭廃棄物、廃油といった各種の廃
棄物が含まれる。ここに上記廃棄物中、固形化燃料（Ｒ
ＤＦ：Refuse Derived Fuel）は、都市ごみ等を破砕選
別後、生石灰等を加えて圧縮成形したものであり、スラ
リー化燃料（ＳＷＭ：Solid Water Mixture）は、都市
ごみ等を破砕して水スラリー化し、高圧下で水熱分解に
より油化したものである。

【０００２】

【従来の技術】焼却に代わる新たな廃棄物の処理方法と
して、熱分解ガス化と高温燃焼を組み合わせた「ガス化
溶融システム」の開発が行われ、既に実用の域に達しよ
うとしている。

【０００３】こうしたガス化溶融システムは以下の特長
を有している。即ち、まず、流動層炉の緩慢なガス化と
旋回式溶融炉の高温燃焼により、１．３程度の低空気比
燃焼が可能となり、このため排ガス量は大幅に低減さ
れ、排ガス処理設備も小型化される。次に、旋回式溶融
炉での１３００〜１４００℃の高温燃焼により、ダイオ
キシン類、フラン類の合成が抑制される。次に、旋回式
溶融炉にて廃棄物中の無機分はスラグミスト化され、旋
回流による遠心力のため高効率で溶融スラグ化される。
水砕スラグ粒化することによるマスの縮小と安定性向上
のため、埋立地の延命化が図れ、土木建築材への利用も
可能となる。

【０００４】更に、低空気比燃焼により廃熱ボイラでの
熱回収量が向上するため、２０％を越える発電効率が可
能となる。また、鉄、銅、アルミニウム等の有価金属
は、未酸化状態でしかも付着可燃物が除去されて回収さ
れるため、地金としてリサイクル利用することが可能と
なる。また、廃棄物が有するエネルギーを高温燃焼の熱
源に用いることができ（自己熱溶融）、しかも、電力消
費の大きな灰溶融設備が必要無いため、送電可能な電力
量は大幅に向上する。また、単純な炉の構成中に、ダイ
オキシン分解と灰溶融の機能が組み込まれるため、これ
らの機能を従来型の焼却設備に付加するより建設コスト
が下がり、プラント全体もコンパクトになる。

【０００５】図３に、流動層ガス化炉と旋回式溶融炉を
組み合わせたガス化溶融システムの核心部分のフローを
示す。図３にて、符号１は廃棄物供給装置、２は流動層
ガス化炉、３は空気室、４は空気分散板、５は流動層、
６はフリーボード、７は旋回式溶融炉、８は一時燃焼
室、９は二次燃焼室、１０は三次燃焼室、１１はスラグ
排出口である。そして、符号ａは廃棄物、ｂは一次空
気、ｃは二次空気、ｄは生成ガス、ｅは三次空気、ｆは
燃焼排ガス、ｇは溶融スラグ、ｈは不燃物である。

【０００６】処理対象の廃棄物ａは、必要に応じ、破砕
・選別といった前処理を施された後、廃棄物供給装置１
により流動層ガス化炉２に定量供給される。ガス化炉２
下部の空気室３には一次空気ｂが送入され、空気分散板
４から上方に向かって吹き出すことにより、空気分散板
４上に砂の流動層５が形成される。

【０００７】４５０〜６５０℃に保持された流動層５
に、廃棄物供給装置１より投入された廃棄物ａは、流動
層中央部の下降流動層に呑み込まれつつ熱分解ガス化さ
れ、ガス、タール、チャーを生成する。チャーは、流動
層５の撹乱運動と酸素のアタックにより流動層５中で徐
々に微粉化される。そして、ガス化炉２の炉底からは不
燃物ｈが砂と共に排出される。不燃物ｈ中の金属類は、
流動層５内が還元雰囲気であるため、未酸化で付着物が
除かれたクリーンな状態で回収される。ガス化炉２から
排出された不燃物ｈと砂は機械的に分級された後に、砂
だけがガス化炉２に戻される。ガス化炉２のフリーボー
ド６には二次空気ｃが送入され、層上に堆積するチャー
の酸化燃焼を行う。この時、フリーボード６の温度は、
クリンカーが形成されない６５０〜８５０℃に維持され
る。

【０００８】微粉状のチャーを同伴した生成ガス６は、
ガス化炉２から旋回式溶融炉７に通じるダクトの途中で
三次空気ｅの一部が添加され、８００℃で燃焼する。次
いで、旋回式溶融炉７の一次燃焼室８に供給され、同じ
く燃焼室の側面から供給された三次空気ｅと旋回流中で
混合しながら、１３００〜１４００℃の高温で高速燃焼
する。チャーに含まれる無機分は高温燃焼によりスラグ
ミスト化し、その多くは旋回流の遠心力により一次燃焼
室８と二次燃焼室９の炉壁面に形成された溶融スラグ相
に捕捉される。重力の作用により流下した溶融スラグ
は、二次燃焼室９の出口に設けられたスラグ排出口１４
から排出され、水中に落下することにより急冷される。
ガス中に残留する未燃分は、三次燃焼室１０にて三次空
気ｅの残りと９００〜１４００℃で燃焼した後に排出さ
れ、排ガスｆは一連の熱回収と脱塵の工程を経た後に大
気に放出される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図４は、以上に述べた
ガス化溶融システムにおいて、溶融スラグを冷却排出す
る従来法を示している。図４にて、符号１２と１３は昇
温用バーナ、１４はシュート、１５は水砕トラフ、１６
はスラグコンベア、１７は循環水ポンプである。ここで
符号ｇ’はスラグ粒、ｉは水である。

【００１０】水砕トラフ１５は、いわば水ｉが流れる滑
り台のようなものである。施回式溶融炉７の炉底に設け
られたスラグ排出口１１の炉材張出部から、シュート１
４内の空間を落下した溶融スラグｇは、水砕トラフ１５
上の水流中で急冷されて粒状のスラグ粒ｇ’となり、水
とともにスラグコンベア１６へ運ばれる。次いで、スラ
グ粒ｇ’がスラグコンベア１６により連続的に搬出され
る。なお、水砕トラフ１５を用いず、溶融スラグｇをス
ラグ排出口１１から直接スラグコンベア１６に落下させ
ると、スラグ粒ｇ’の大きさが不揃いとなったり、大き
なスラグ塊が落下した時に、大量の発生水蒸気により炉
内圧の上昇を招いたりするので好ましくない。

【００１１】ガス化溶融システムにおいて、運転上最も
問題になるのが溶融スラグｇの排出である。これには以
下に述べる２つの問題点がある。即ち、第１の問題点
は、溶融スラグｇが水砕トラフ１５上で急冷する際に発
生する水蒸気ｉ’が、シュート１４内を上昇して、スラ
グ排出口１１付近の温度を低下させることである。これ
により、炉材張出部を流下する溶融スラグが冷えて流動
性を低下させるため、図５に示すように、張出部の下に
つらら状の塊状固化物２０を形成し成長させる。また第
２の問題点として、溶融スラグｇが炉材張出部の先端か
ら切れて落ちれば問題ないが、時として張出部を下に回
り込んでシュート１４壁面上を流下することがある。図
６に示すように、シュート１４壁面を流下するうちに、
温度が下がって流動性を失った溶融スラグは、壁面に固
着した状態で大きな塊状物２０に成長していく。

【００１２】このようにして出来たスラグの塊状物２０
はゆっくりと冷えるため、非常に強固なガラス状の固化
物となり、しかも壁面との接着も強固であるため、除去
することが困難である。そして、このまま放置して運転
を続行すれば、シュート１４がスラグの塊状物２０によ
り完全に閉塞する事態となり、これ以上の運転続行は不
可能となる。これは見方を変えれば、二次燃焼室９にお
ける燃焼温度が、灰の溶流温度より１００℃程度しか高
くないことが原因しているとも考えられる。

【００１３】本発明は上述した事情に鑑みてなされたも
ので、高温での溶融燃焼で生じた溶融スラグを、溶融炉
のスラグ排出口からスムーズに排出して水砕スラグ化で
きるガス化溶融システムを提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様のガ
ス化溶融システムは、廃棄物をガス化炉を用いて比較的
低温で熱分解ガス化して、生成したガスとチャーを溶融
炉を用いて高温で溶融燃焼するガス化溶融システムにお
いて、前記高温での溶融燃焼で生じた溶融スラグを、前
記溶融炉の底部に設けたスラグ排出口から、少なくとも
一部に水冷ジャケット構造を有するシュートを通過させ
て排出することを特徴とする。

【００１５】これにより、水冷ジャケットのシュート壁
面にスラグの塊状物が付着しても、その接着部が水冷に
より冷却されることで、スラグ塊の壁面への接着部を脆
弱な非晶質として、スラグ塊状物が大きく成長する前
に、自身の重みで剥離脱落させることができる。従っ
て、スラグ排出口に接続したシュート内で、スラグ塊状
物が大きく成長して閉塞することを防止できる。

【００１６】また、本発明の第２の態様のガス化溶融シ
ステムは、廃棄物をガス化炉を用いて比較的低温で熱分
解ガス化して、生成したガスとチャーを溶融炉を用いて
高温で溶融燃焼するガス化溶融システムにおいて、前記
高温での溶融燃焼で生じた溶融スラグを、前記溶融炉の
底部に設けたスラグ排出口から、シュートを介してスラ
グ冷却装置に導入する際に、前記溶融炉の燃焼排ガスの
一部を前記シュート内に導入することを特徴とする。

【００１７】これにより、高温の燃焼排ガスの一部がシ
ュート内に導入されるので、溶融スラグ排出口付近の温
度を常時高く保つことができる。従って、シュート内で
スラグ塊状物がつらら状に大きく成長して閉塞すること
を防止できる。尚、シュート内に導入する排ガスの量
は、溶融炉の排ガスの量の１／１００〜１／１０程度で
あることが好ましい。

【００１８】また、本発明の第３の態様のガス化溶融シ
ステムは、廃棄物をガス化炉を用いて比較的低温で熱分
解ガス化して、生成したガスとチャーを溶融炉を用いて
高温で溶融燃焼するガス化溶融システムにおいて、前記
溶融炉の底部に設けたスラグ排出口から少なくとも一部
に水冷ジャケット構造を有するシュートを介してスラグ
冷却装置に接続すると共に、前記溶融炉の燃焼排ガスの
一部を前記シュート内に導入するための誘引ファンを備
えたことを特徴とする。

【００１９】こうして、二次燃焼室９の燃焼排ガスを強
制的にシュート内に導入することにより、シュート上部
の温度を高く保って、スラグの凝固を防止することがで
きる。引込まれた燃焼排ガスは、水冷ジャケット部分を
通過して９００℃以下に冷却され、誘引ファンを経由し
て溶融炉に戻され完全燃焼される。水冷ジャケット部分
もスラグの接着部を脆弱な非晶質として、スラグ塊状物
が大きく成長する前に落下させることが防止できる。従
って、スラグ塊状物の成長によるシュート上部の閉塞を
防止しつつ、高温の燃焼排ガスを有効利用できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて、図１乃至図２を参照しながら説明する。尚、各図
中の同一符号は、同一又は相当部分を示す。

【００２１】図１に、本発明の一実施の形態の旋回式溶
融炉における溶融スラグの冷却排出部分の構成を示す。
図１にて、符号１８は水冷ジャケット、１９は誘引ファ
ン、ｊはバイパス排ガスである。その他の構成は、図４
に示す従来の溶融スラグの冷却排出部分の構成と同様で
ある。即ち、廃棄物を図示しない前段のガス化炉を用い
て比較的低温で熱分解ガス化して、生成したガスとチャ
ーを旋回式溶融炉７で高温で溶融燃焼する。旋回式溶融
炉７の一次燃焼室８では、供給された三次空気ｅと旋回
流中で混合しながら１３００〜１４００℃の高温で高速
燃焼する。一次燃焼室８及び二次燃焼室９で形成された
ミスト状の溶融スラグは、施回流の遠心力で壁面に集め
られ、炉壁面に形成された溶融スラグ相に捕捉され、炉
底部に向けて流下する。

【００２２】本実施の形態においては、シュート１４の
上端の張出し部１１ａより下方の部分が水冷ジャケット
構造１８により構成されている。そして誘引ファン１９
を備え、二次燃焼室９内の燃焼排ガスの一部ｊをスラグ
排出口１１からシュート１４を介して吸気した後に、バ
イパス排ガス配管ｊを介して、旋回式溶融炉７の後段の
三次燃焼室１０に戻すように構成されている。

【００２３】即ち、スラグ排出口１１の下に連なるシュ
ート１４を経て、水砕トラフ１５から誘引ファン１９に
より燃焼排ガスを吸引している。スラグ排出口１１から
シュート１４内に引き込む燃焼排ガスの量としては、二
次燃焼室９を通過する燃焼排ガスの１／１００〜１／１
０程度の量が適当である。これにより溶融スラグ排出口
１１の張り出し部１１ａ付近の温度を常時高く保つこと
ができる。尚、排ガスの引き込み量はスラグ排出口１１
の大きさと、システムの処理規模によって決まってく
る。誘引ファン１９によりシュート１４内に引き込まれ
た燃焼排ガスの流れにより、溶融スラグｇの急冷時に発
生する水蒸気ｉ’が溶融スラグ排出口１１に上昇するの
を防止することができる。

【００２４】こうして、炉材張出部１１ａから流れ落ち
る時の溶融スラグｇの流動性を良好に保つことが出来
る。同時に、水砕トラフ１５上で溶融スラグを急冷する
際発生する水蒸気が、シュート内を上昇して溶融スラグ
排出口１１付近の温度を下げることを防ぐことが可能と
なる。

【００２５】水砕トラフ１５から誘引ファン１９によっ
て吸引された水蒸気を含むバイパス排ガスｊは、旋回溶
融炉７の三次燃焼室１０に供給される。これにより、バ
イパス排ガスｊ中に内在する未燃分を完全燃焼すると共
に、三次燃焼室１０内の燃焼温度を下げることができ
る。この三次燃焼室１０における燃焼温度を低く保てれ
ば、窒素酸化物濃度を従来よりも低下させることができ
る。

【００２６】そして、シュート１４を部分的に水冷ジャ
ケット構造とすることにより、シュート下部のバイパス
排ガスｊの温度をスラグが固化する９００℃以下、好ま
しくは７００℃以下とする。同時に、水冷ジャケット１
８の壁面にスラグ塊状物２０が形成されても、接着部が
強制的に冷却されるので、接着部を脆弱な非晶質とし
て、図２に示すように、塊状物２０が大きく成長する前
に自身の重みで剥離脱落させてしまう。尚、シュート１
４下部のガス温度を下げることにより、水砕トラフで発
生する水蒸気や流水による冷却作用及びバイパスガス配
管からの放熱損失により誘引ファン１９通過時のガス温
度を２００℃以下、例えば１００℃程度にできる。

【００２７】尚、上述した実施の形態においては、誘引
ファンを用いてスラグ排出口からシュート側に燃焼排ガ
スの一部を引込むと共に、水冷ジャケットを用いてシュ
ート内を冷却する例について述べたが、いずれか一方の
みを用いるようにしてもよい。また、シュート内の冷却
を水冷ジャケット構造を用いて行う例について説明した
が、同等の冷却機能を奏するものであれば、他の方法で
あってもよい。このように本発明の趣旨を逸脱すること
なく、種々の変形実施例が可能である。

【００２８】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明は高温で
の溶融燃焼で生じた溶融スラグを、溶融炉の底部に設け
たスラグ排出口から、シュートを介してスラグ冷却装置
に導入する際に、溶融炉の燃焼排ガスの一部をシュート
内に導入する、また、シュートの一部に水冷ジャケット
構造を配置するようにしたものである。これにより、溶
融スラグが溶融スラグ排出口付近で凝固してシュートを
閉塞することが防止され、溶融スラグ排出口から安定連
続して排出して水砕スラグ化させることが可能となり、
ガス化溶融システムの長時間連続運転が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態のスラグ冷却排出部分の
構成を示す図である。

【図２】図１におけるシュート壁面におけるスラグ塊状
物の自然落下を示す図である。

【図３】ガス化溶融システムの基本的な構成を示す図で
ある。

【図４】図３における従来のスラグ冷却排出部分の構成
を示す図である。

【図５】図４における溶融スラグ排出口におけるつらら
状の塊状物の形成を示す図である。

【図６】図４におけるシュート壁面に固着したスラグ塊
状物の形成を示す図である。

【符号の説明】

１ 廃棄物供給装置 ２ 流動層ガス化炉 ３ 空気室 ４ 空気分散板 ５ 流動層 ６ フリーボード ７ 旋回式溶融炉 ８ 一次燃焼室 ９ 二次燃焼室 １０ 三次燃焼室 １１ スラグ排出口 １２，１３ 昇温用バーナー １４ シュート １５ 水砕トラフ １６ スラグコンベア １７ 循環水ポンプ １８ 水冷ジャケット １９ 誘引ファン ２０ スラグ塊状物 ａ 廃棄物 ｂ 一次空気 ｃ 二次空気 ｄ 生成ガス ｅ 三次空気 ｆ 燃焼排ガス ｇ 溶融スラグ ｇ’ スラグ粒 ｈ 不熱物 ｉ 水 ｉ’ 水蒸気 ｊ バイパス排ガス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ２３Ｊ 9/00 Ｆ２３Ｊ 9/00 (72)発明者 福岡 大作 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 入江 正昭 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 廣勢 哲久 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 廃棄物をガス化炉を用いて比較的低温で
   熱分解ガス化して、生成したガスとチャーを溶融炉を用
   いて高温で溶融燃焼するガス化溶融システムにおいて、 前記高温での溶融燃焼で生じた溶融スラグを、前記溶融
   炉の底部に設けたスラグ排出口から、少なくとも一部に
   水冷ジャケット構造を有するシュートを通過させて排出
   することを特徴とするガス化溶融システム。
2. 【請求項２】 廃棄物をガス化炉を用いて比較的低温で
   熱分解ガス化して、生成したガスとチャーを溶融炉を用
   いて高温で溶融燃焼するガス化溶融システムにおいて、 前記高温での溶融燃焼で生じた溶融スラグを、前記溶融
   炉の底部に設けたスラグ排出口から、シュートを介して
   スラグ冷却装置に導入する際に、前記溶融炉の燃焼排ガ
   スの一部を前記シュート内に導入することを特徴とする
   ガス化溶融システム。
3. 【請求項３】 前記シュート内に導入する燃焼排ガスの
   量は、前記溶融炉の燃焼排ガスの１／１００〜１／１０
   程度であることを特徴とする請求項２記載のガス化溶融
   システム。
4. 【請求項４】 前記シュート内に導入された燃焼排ガス
   は、該シュート内を通過後に前記溶融炉に戻されること
   を特徴とする請求項２記載のガス化溶融システム。
5. 【請求項５】 廃棄物をガス化炉を用いて比較的低温で
   熱分解ガス化して、生成したガスとチャーを溶融炉を用
   いて高温で溶融燃焼するガス化溶融システムにおいて、 前記溶融炉の底部に設けたスラグ排出口から少なくとも
   一部に水冷ジャケット構造を有するシュートを介してス
   ラグ冷却装置に接続すると共に、前記溶融炉の燃焼排ガ
   スの一部を前記シュート内に導入する誘引ファンを備え
   たことを特徴とするガス化溶融システム。
6. 【請求項６】 前記シュート内に導入された燃焼排ガス
   は、シュート上部の温度を高く保つことで前記スラグの
   凝固を防止し、前記水冷ジャケット構造部分を通過する
   ことで９００℃以下に冷却され、しかる後に前記溶融炉
   に戻されることを特徴とする請求項５記載のガス化溶融
   システム。