JP2004531683A

JP2004531683A - Melting furnace

Info

Publication number: JP2004531683A
Application number: JP2002583878A
Authority: JP
Inventors: 洋也能勢; 和章渡邊; 敏夫小嶋; 茂小杉; 哲也安藤
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2001-04-19
Filing date: 2002-04-19
Publication date: 2004-10-14
Also published as: WO2002086388A1; TW510958B

Abstract

ガス化溶融システムは、比較的低温で廃棄物をガス化するガス化炉（２）と、ガス化炉（２）で生成されたガスとチャーを高温で燃焼する溶融炉（７）とを備える。溶融炉（７）は、ガス化炉（２）で生成されたガスを高温で燃焼する燃焼室（８，９，１０）を備える。燃焼室（９）の底部（９１）には、高温での燃焼により生じた溶融スラグを排出するスラグ排出口（１１）が設けられている。燃焼室（９）の底部（９１）には、底部（９１）を流下する溶融スラグをスラグ排出口（１１）に導入する案内溝（９３）が設けられている。案内溝（９３）は、底部（９１）の上流側からスラグ排出口（１１）に向けて次第に幅が狭くなった流路を有する。The gasification and melting system includes a gasification furnace (2) for gasifying waste at a relatively low temperature, and a melting furnace (7) for burning gas and char generated in the gasification furnace (2) at a high temperature. . The melting furnace (7) includes combustion chambers (8, 9, 10) for burning the gas generated in the gasification furnace (2) at a high temperature. At the bottom (91) of the combustion chamber (9), a slag discharge port (11) for discharging molten slag generated by combustion at a high temperature is provided. The bottom (91) of the combustion chamber (9) is provided with a guide groove (93) for introducing molten slag flowing down the bottom (91) into the slag discharge port (11). The guide groove (93) has a flow path whose width is gradually reduced from the upstream side of the bottom (91) toward the slag discharge port (11).

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス化溶融システム並びにそのようなガス化溶融システムに用いて好適な溶融炉に関し、特に、ガス化溶融燃焼によりダイオキシン類を発生することなく廃棄物を完全に燃焼し、廃棄物中に含まれる灰分を、効率良く取り出すことのできるスラグに溶融するガス化溶融システム並びにそのようなガス化溶融システムに用いて好適な溶融炉に関する。また、本発明は、旋回溶融炉に関し、特に、都市ごみ、固形化燃料（ＲＤＦ）、廃プラスチック、廃繊維強化プラスチック（廃ＦＲＰ）、バイオマス廃棄物、自動車廃棄物、廃油、シュレッダーダスト等の廃棄物のガス化炉における低温の熱分解ガス化により生成されたガスを高温で燃焼させ、生成ガス中に含まれる灰分を溶融する旋回溶融炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼却に代わる新たな廃棄物処理方法として、熱分解ガス化と高温燃焼とを組み合わせたガス化溶融システム（ガス化燃焼融解システム）が実用化されている。このようなガス化溶融システムは、例えば特開平１１−２４１８１７号公報に開示されているように本出願人により提案されている。ここで、ガス化溶融システムは、ガス化炉において廃棄物が比較的低温でガス化されて可燃ガスを生成し、溶融炉（燃焼融解炉）において生成ガスが比較的高温で燃焼されて排ガスを生成し、可燃ガス中に含まれていた灰が溶融されてスラグを生成するシステムとして定義される。ガス化溶融システムは、都市ごみ、固形化燃料、固体・水混合物、廃プラスチック、廃繊維強化プラスチック（廃ＦＲＰ）、バイオマス廃棄物、自動車廃棄物、ペーパースラッジ、医療廃棄物、廃油などの廃棄物に対して用いられる。
【０００３】
図５は、流動層ガス化炉と旋回溶融炉とを組み合わせたガス化溶融システムにおける溶融炉のスラグ排出口近傍の部分を示す斜視図である。図５において、溶融炉の上半部は切り取られている。図６は、溶融炉のスラグ排出口近傍の部分を示す断面図である。旋回溶融炉においては、廃棄物中に含まれていた灰分が高温で溶融され、溶融した灰分、すなわち溶融スラグが炉内の旋回流の遠心力により内壁に捕捉される。旋回溶融炉は、燃焼室（図示せず）とスラグ排出口１１とを備えている。図５においては、燃焼室９の底部が示されており、燃焼室９の底部はスラグ排出口１１に向けて緩やかな角度で傾斜している。燃焼室９の内壁に捕捉された溶融スラグは、燃焼室９の内壁をゆっくり流下して、スラグ排出口１１から排出シュート１４をへて水砕トラフ１５上に落下する。そして、溶融スラグは、水砕トラフ１５内で水により急冷される。図５に示されるように、スラグ排出口１１は、矩形形状となっている。
【０００４】
しかし、溶融スラグは排出シュート１４の内部で固化しやすく、排出シュートが固化したスラグにより閉塞しやすい。特に熱分解ガス化炉が流動床炉である場合、キルン炉やその他の炉に比べて発生する飛灰の量が多い。加えて、シュレッダーダスト（自動車廃棄物）やメッキスラッジ、固形廃棄物等の灰分の多い廃棄物の場合に、溶融スラグの量が比較的多くなる。このような場合、上述した問題がより顕著になる。図６において、つらら形状を有する塊状スラグ１７がスラグ排出口１１の張出部Ａの下に形成される。このような塊状スラグ１７は、以下の理由により形成される。スラグ排出口１１が四角形であるため、溶融スラグは、スラグ排出口１１の四角形の角部ではやや太い流れとして、スラグ排出口１１の四角形の辺の部分では幾本もの細い流れとして、水砕トラフ１５に流下する。そのため、スラグ排出口１１付近の温度が低い場合に溶融スラグが流動性を失って固化する。したがって、スラグ排出口１１の張出部Ａから流下する溶融スラグが冷えてスラグ排出口１１付近で流動性が低下する。この結果、スラグ排出口１１の張出部Ａの下に塊状スラグ１７が形成され成長する。
【０００５】
図７は、排出シュートの内壁に形成された塊状溶融スラグを示す概略図である。上述したように、溶融スラグｇがスラグ排出口１１から排出シュート１４を流下するとき、つらら形状を有する塊状スラグが、スラグ排出口１１の張出部Ａの先端から垂れ下がる場合がある。この場合に加えて、幾条もの溶融スラグの流れが、張出部Ａの下面及び排出シュート１４の内面を流れる場合がある。この場合において、排出シュート１４の内面を流下するうちに、溶融スラグはその温度が下がって流動性を失い、排出シュート１４の内壁に固着した大きな塊状スラグ１７を成長させる。また、つらら形状を有する塊状スラグの場合に、つらら状塊状スラグの先端が周りのガスの流れの変動により振動し、流下する溶融スラグが排出シュート１４の内面に付着することがあり、図７に示されるように、排出シュート１４の内面に塊状スラグ１７を形成することとなる。
【０００６】
このようにしてできた塊状スラグ１７はゆっくりと冷えるため、非常に強固なガラス状に固化したスラグとなる。しかも、塊状スラグ１７は排出シュート１４の内壁に強固に固着している。このため、塊状スラグ１７を排出シュート１４の内壁から除去することが困難である。このような状態でシステムを継続して運転すれば、排出シュート１４が塊状スラグ１７により完全に閉塞し、それ以上の運転続行は不可能となる。塊状スラグ１７の成長は、スラグの量が多いほど、すなわちガス化炉から導入される飛灰の量が多いほど顕著である。
【０００７】
また、溶融炉を構成する構造材には、１３００℃以上という温度に対する耐熱性の問題と共に、硫酸化物や塩化物による高温腐食に対する耐食性の問題があった。溶融炉は、耐久性を維持しつつ、炉の内壁の保守及び修理が容易な構造材で作ることが求められていた。また、排出シュート１４には燃焼ガスが流れないので、排出シュート１４の内壁に鉄材による水冷ジャケットが設けられる場合がある。しかしながら、周囲雰囲気は腐食性であるため、水冷ジャケットを耐食材料で作る必要であることが判明した。そこで、ステンレス鋼のような耐久性の高い鋼材を水冷ジャケットに用いることもできる。しかしながら、耐久性の高い鋼材は鉄材に比較して高価であるため、水冷ジャケットを耐久性の高い鋼材で作った場合には、製造コストが著しく増大してしまう。
【０００８】
上述したように、従来の旋回溶融炉においては、ガス化炉で廃棄物を低温で熱分解ガス化することにより生成されたガスを高温にて燃焼させ、ガスに含まれる固形分を溶融する。溶融スラグは、旋回溶融炉の底部から排出される。排出されたスラグは、スラグ排出シュート（又はダクト）を通って冷却装置に流れる。スラグは冷却装置で冷却され、その後外部に搬出される。
【０００９】
従来の旋回溶融炉においては、冷ガスが冷却装置からスラグ排出ダクト内を上昇する。特に、スラグが冷却装置内の水によって冷却されると、水蒸気が急激に発生し、冷ガスとして上昇する。冷ガスは、スラグ排出ダクトを上昇し、旋回溶融炉の底部に設けられたスラグ排出口に達し、旋回溶融炉の底部近傍の温度を、灰分をスラグ化するために必要な温度以下に低下させる。このように、旋回溶融炉のスラグ排出口の近傍の温度が、灰分をスラグ化するために必要な温度以下に低下する。この結果、スラグがスラグ排出口の近傍の部分に固着し易くなり、旋回溶融炉からスラグを安定して排出することが難しくなるという問題が生ずることがあった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものである。したがって、本発明の第１の目的は、高温での燃焼で生じた溶融スラグをスムーズにスラグ排出口に導くと共に、溶融スラグが排出シュートの内壁に付着し成長することを防止し、溶融炉をスラグ排出口からスムーズに排出して水中で溶融スラグを冷却して水砕スラグ化することができる溶融炉及びガス化溶融システムを提供することにある。
【００１１】
本発明の第２の目的は、溶融炉を構成する構造材として耐腐食性とコストの観点から最適の構造材を用いた溶融炉及びガス化溶融システムを提供することである。
【００１２】
本発明の第３の目的は、冷却装置で生成された冷ガスが、スラグ排出口の近傍の温度を溶融温度以下に低下させることを防止し、スラグを安定して排出することができる旋回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】
【００１３】
上記第１の目的を達成するため、本発明の第１の態様によれば、可燃ガスを燃焼し、前記可燃ガス中に含まれる灰分を溶融させる燃焼室と；前記燃焼室の底部に設けられ、前記灰分の溶融により生じた溶融スラグを排出するスラグ排出口と；前記燃焼室の前記底部に設けられ、前記底部を流下する溶融スラグを前記スラグ排出口に導く案内溝であって、前記底部の上流側から前記スラグ排出口に向けて次第に幅が狭くなった流路を有する案内溝と；を備えた、溶融炉が提供される。
【００１４】
このような構成により、高温での燃焼で生じた溶融スラグは溶融炉の内壁に捕捉され、溶融炉の底部９１を流下する。案内溝９３は底部の上流側からスラグ排出口に向けて次第に幅が狭くなった流路を有するので、底部９１を流下する溶融スラグが集められ、まとまった１条乃至少数の流れの束となった太い流れとなってスラグ排出口に流下する。したがって、塊状スラグによって排出シュートが閉塞されないように、スラグ排出口に接続された排出シュート内で、塊状スラグが形成され成長することを防止することができる。スラグが幾条にもなってスラグ排出口に流れることを防ぐことができるので、流動式ガス化炉のように、例えば、可燃ガスと共に排出されるチャーや飛灰の量が他の形式の炉に比較して多い場合や、ガス化炉に供給された廃棄物がシュレッダーダスト（自動車廃棄物）、固形化燃料、メッキスラッジ、ペーパースラッジ、籾殻やコーン粕等のバイオマス廃棄物等の灰分を多く含む廃棄物、特に灰分を２０％〜３０％以上含む廃棄物の場合に、本発明は特に有効である。
【００１５】
本発明の第２の態様によれば、可燃ガスを燃焼し、前記可燃ガス中に含まれる灰分を溶融させる燃焼室と；前記燃焼室の底部に設けられ、前記灰分の溶融により生じた溶融スラグを排出するスラグ排出口であって、前記溶融スラグが滞留することを防ぐ滑らかな形状を有するスラグ排出口と；を備えた、溶融炉が提供される。前記滑らかな形状は、円形形状及び楕円形状の少なくとも１つとすることができる。
【００１６】
このような構成により、溶融炉７の底部９１を流下する溶融スラグが滞留することなく円滑に流下する。したがって、スラグ排出口に接続された排出シュートの温度が溶融スラグが固化する温度より低い場合でも、溶融スラグは流動性を失う温度まで冷却されることない。その結果、排出シュートが塊状スラグにより閉塞されないように、溶融スラグは排出シュートを流下して、塊状スラグが排出シュート内で形成され成長することを防止できる。
【００１７】
上記第２の目的を達成するため、本発明の第３の態様によれば、可燃ガスを燃焼し、前記可燃ガス中に含まれる灰分を溶融させる燃焼室と；前記燃焼室の底部に設けられ、前記灰分の溶融により生じた溶融スラグを排出するスラグ排出口と；水冷ジャケットを有し、前記溶融スラグを通過させて該溶融スラグを排出する排出シュートであって、前記水冷ジャケットが設けられた位置の内面がキャスタブルにより被覆された排出シュートと；を備えた、溶融炉が提供される。
【００１８】
このような構成により、排出シュート１４の少なくとも水冷ジャケット１８が位置する部分がキャスタブル２０により被覆されるので、水冷ジャケット１８を形成する構造材が安価な鉄材により形成されている場合にも、鉄材が腐食に対して充分な耐久性を有することとなる。好ましくは、キャスタブルは種々の耐火材（後述する）から選ぶことができるので、例えば、水冷ジャケット１８用のキャスタブルは、クロムを含むキャスタブルに比較して耐火性（耐熱性）に劣るが、必要な耐食性を有する炭化ケイ素を含んでいてもよい。溶融炉７の溶融スラグｇを収容する室が、５％以上のクロムを含み残部がアルミナであるクロム系キャスタブル等による内壁を有する場合、室は１３００℃以上の耐火性と十分な耐食性を有する。更に、キャスタブルがシャモットキャスタブルである場合には、断熱性が改善される。
【００１９】
本発明の第４の態様によれば、廃棄物をガス化して可燃性ガスを生成するガス化炉と；前記可燃ガスを燃焼し、前記可燃ガス中に含まれる灰分を溶融させる溶融炉と；を備えた、ガス化溶融システムが提供される。廃棄物は、例えば４５０〜６５０℃の比較的低温に保持された流動層５で熱分解ガス化される。ガス化炉で生成された可燃ガス及びチャーは、例えば１３００〜１５００℃の高温で燃焼される。
【００２０】
上記第３の目的を達成するために、可燃ガスを燃焼し、前記可燃ガス中に含まれる灰分を溶融させる燃焼室と；前記燃焼室の底部に設けられ、溶融スラグを排出するスラグ排出口と；前記排出された溶融スラグを冷却固化する冷却装置と；前記スラグ排出口と前記冷却装置とを繋ぎ、前記排出された溶融スラグを下方に導くスラグ排出路と；前記スラグ排出路から前記可燃ガスの燃焼により生成されたガスを吸引するガス吸引装置と；を備えた旋回溶融炉が提供される。
【００２１】
このような構成により、旋回溶融炉はスラグ排出路２０４とガス吸引装置２１５とを備えるので、ガス吸引装置２１５によってガスｍが吸引され、燃焼室２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｄの底部に設けられたスラグ排出口２０６からスラグ排出路２０４を通りガス吸引装置２１５に流れる高温のガスｍの流れを発生させることができる。よって、冷却装置２０５において生成された冷ガスが、スラグ排出路２０４を上昇することが防止され、したがってスラグ排出口２０６に達することがない。その結果、スラグ排出口２０６の近傍部分を高温に維持することができ、スラグ排出口２０６の近傍部分の温度がスラグ溶融温度以下に低下することを防止することができる。
【００２２】
本発明の好ましい態様によれば、前記ガス吸引装置は、前記生成ガスを吸引する吸引口を有し、前記吸引口における前記生成ガスの温度は、前記吸引口において１００℃以上に上げられる。
【００２３】
このような構成により、吸引口における生成ガスの温度が少なくとも１００℃となるので、吸引口２１５ａまでのガスｍの流路における結露がない。したがって、ガスｍに含まれるダストが、吸引配管２１３の結露した部分に付着し、吸引口２１５ａまでのガスｍの流路を閉塞することを防止することができる。
【００２４】
本発明の好ましい態様によれば、本発明の好ましい態様によれば、前記ガス吸引装置は、前記生成ガスを吸引する吸引口を有し、該吸引口は、前記冷却装置の上方に位置する。
【００２５】
本発明の好ましい態様によれば、旋回溶融炉は、前記スラグ排出路から吸引された前記生成ガスの流れに対して前記吸引装置の上流側に配置され、前記生成ガス内の塵を除去する除塵器を更に備える。
【００２６】
このような構成により、除塵器２１４が、スラグ排出路２０４から吸引された生成ガスｍの流れに対し吸引装置２１５の上流側に配置されているので、ガスｍに含まれるダストが除塵器２１４によりガスから除去され、ガス吸引装置２１５を保護することができる。
【００２７】
本発明の好ましい態様によれば、前記冷却装置が、内部に水を保持する水砕トラフである。この構成により、冷却装置２０５が、内部に水ｗを保持する水砕トラフ２０５であるので、排出されたスラグを水砕トラフ２０５内の水ｗによって急激に冷却することができる。
【００２８】
本発明の好ましい態様によれば、前記スラグ排出路の下部が、前記水でシールされている。
【００２９】
本発明の上述した及び他の目的、特徴、及び効果は、本発明の好ましい実施形態を例として示した添付図面と共に、以下の説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明の第１の実施の形態に係る溶融炉を含むガス化溶融システムについて、図１，２，３Ａ乃至３Ｄを参照して説明する。各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一又は相当する符号を付し、重複して説明しない。
【００３１】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る流動層ガス化炉と旋回溶融炉とを組み合わせたガス化溶融システムを示す概略図である。図１に示されるように、ガス化溶融システム（ガス化燃焼融解システム）は、流動床ガス化炉２と旋回溶融炉７（旋回式燃焼融解炉）とを備えている。処理される廃棄物ａは、都市ごみ、固形化燃料、固体・水混合物、廃プラスチック、廃繊維強化プラスチック（廃ＦＲＰ）、バイオマス廃棄物、自動車廃棄物、ペーパースラッジ、医療廃棄物、廃油等のうち少なくとも１つを含んでいる。処理対象の廃棄物ａは、必要に応じ、破砕、選別、脱水、乾燥といった前処理を施される。その後、廃棄物ａは、廃棄物供給装置（フィード装置）１により流動層ガス化炉２に定量供給される。流動床ガス化炉２は、その下部に配置された流動化ガス供給室３を有している。流動化ガスｂが流動化ガス供給室３に供給され、分散板４から上方に向かって流動床ガス化炉２内に吹き出され、分散板４上に砂の流動層５を形成する。流動化ガスｂは、流動層ガス化炉２に供給される可燃分が完全燃焼するのに必要とされる酸素量よりも少ない量の酸素を含んでいる。理論完全燃焼に必要とされる酸素量に対する流動化ガスｂに含まれる酸素量の比は、０．１〜０．９、好ましくは０．１〜０．３である。流動化ガスを、ある領域には相対的に多くの流量で、他の部分には相対的に少ない流量で供給すると、流動媒体は、流動化ガスの供給流量が多い領域では上昇し、流動化ガスの供給流量が少ない領域では下降し、流動層５内で循環流を形成する。すなわち、流動層５内で循環流を形成することにより、廃棄物のガス化が緩慢に行われ、ガスが溶融炉に安定して供給される。循環流は、外部循環流動床炉により形成することもできる。したがって、流動床ガス化炉２において、流動化ガスをある部分には相対的に多くの流量で、他の部分には相対的に少ない流量で供給することがより好ましい。
【００３２】
廃棄物ａは、４５０〜６５０℃に保持された流動層５に、廃棄物供給装置１より投入される。後段の溶融炉に導入されるガスの量と質を安定させるために、定量的に廃棄物ａを供給することが好ましい。次に、投入された廃棄物ａは流動層５で熱分解ガス化される。上述したように循環流が形成される流動層ガス化炉の場合には、流動層５の下降流動層に廃棄物が呑み込まれつつ流動層５で熱分解ガス化され、可燃ガス、タール、チャーを生成する。チャーは、流動層５の撹乱運動と酸素との燃焼反応により流動層５中で徐々に微粉化される。流動床ガス化炉２の底部からは不燃物ｈが砂（流動媒体）と共に排出される。不燃物ｈ中に含まれる金属は、流動層５内が還元雰囲気であるため、未酸化の状態で付着物が除かれた地金として回収される。そのような地金はリサイクル利用に好適である。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、砂だけがガス化炉２に戻される。流動床ガス化炉２のフリーボード６には二次空気ｃが送入され、流動層５に堆積又は蓄積したチャーの酸化燃焼を行う。
【００３３】
微粉化の後、流動層の上方の雰囲気に流れた微粉状のチャーを同伴した生成ガスｄは、ガス化炉２から旋回溶融炉７に通じるダクトにより、旋回溶融炉７の一次燃焼室８に供給される。チャーを含む生成ガスｄは、一次燃焼室８の側壁から供給された空気ｅと旋回流中で混合され、１３００〜１４００℃の高温で高速燃焼される。高温燃焼により、チャーに含まれる無機分（灰分）はスラグミスト化する。スラグミスト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の内壁に衝突し、燃焼室８，９に溶融スラグ層を形成する。溶融スラグは、燃焼室８，９の内壁に捕捉され、重力の作用により流下し、二次燃焼室９の底部に設けられたスラグ排出口１１から排出される。そして、溶融スラグは、排出シュート１４内に形成された空間を通って水砕トラフ１５内の水中に落下し、水砕トラフ１５内の水により急冷される。生成ガス中に残留する未燃分は、空気ｅが追加的に供給される三次燃焼室１０にて９００〜１４００℃で燃焼される。排ガスｆは、三次燃焼室１０の上端部から排出される。排ガスｆは、一連の熱回収装置又は脱塵装置（図示せず）を通過し、その後に大気に放出される。
【００３４】
上述したガス化溶融システムは以下の特長を有している。
【００３５】
（１）旋回溶融炉における１３００〜１４００℃の高温での燃焼により、ダイオキシン類又はフラン類の合成が抑制される。
【００３６】
（２）旋回溶融炉にて廃棄物中の無機分はスラグミスト化され、このスラグミストは、旋回流による遠心力のため及びスラグミストの多くが燃焼室の内壁の溶融スラグ層に捕捉され、燃焼室の内壁を流下するというぬれかべ効果のため、高効率で溶融スラグ化される。水中で溶融スラグを冷却することにより水砕スラグ粒化することにより、スラグのマスを縮小し、スラグの安定性が向上される。このため、埋立地の延命化が図れ、スラグを土木建築材として利用することも可能となる。
【００３７】
図２は、図１に示されるガス化溶融システムにおける溶融スラグの冷却及び排出構造を示す模式図である。図２に示されるように、一次燃焼室８は、その上端部に設けられた昇温用バーナ１２と、二次燃焼室９に連通する下端部に設けられた昇温用バーナ１３とを備えている。水砕トラフ１５は、水が滑り台上を流れる構造を有している。溶融スラグは、施回溶融炉７の底部に設けられたスラグ排出口１１から、排出シュート１４内の空間を通って、水砕トラフ１５内の水中に落下し、水砕トラフ１５内の水により急冷される。このようにして、溶融スラグが粒状スラグｇ’になる。そして、粒状スラグｇ’は、水と共にスラグコンベア１６上に運ばれ、スラグコンベア１６が粒状スラグｇ’を連続的に外部に搬出する。排出シュート１４の内部の温度は、約７００℃〜約９００℃である。
【００３８】
図２に示されるように、二次燃焼室９は、一次燃焼室８に接続された部分からスラグ排出口１１まで延びる底部９１を有している。底部９１は、１０度〜２０度の緩やかな角度θだけ傾斜している。水冷ジャケット１８は、排出シュート１４の一部として設けられている。水冷ジャケット１８は、外壁１８３と、内壁１８４と、外壁１８３の上部に設けられた冷却水供給口１８１と、外壁１８３の下部に設けられた冷却水排出口１８２とを有している。排出シュート１４は、水冷ジャケット１８の内壁１８４を被覆するキャスタブル２０を有している。コスト、溶融炉内の環境条件（炉内のガス温度及びガス成分）、耐衝撃性、耐腐食性、耐熱性のいずれが重要であるかを考慮して、キャスタブルを選択することができる。
【００３９】
用いる耐火材として好ましいものとしては、ＭｇＯ・Ｃｒ_２Ｏ_３耐火材、ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３耐火材、ＳｉＯ_２・Ａｌ_２Ｏ_３耐火物が挙げられる。また、これらの耐火材に原料物質としてのＺｒＯ_２，Ｆｅ_２Ｏ_３，Ｙ_２Ｏ_３，ＣａＯ，ＴｉＯ_２などを添加し、混合して耐火材を生成することもできる。これらの耐火材は、キャスタブルあるいはレンガとして用いることができる。例えば、ロウ石、ムライト耐火物、シリマナイト耐火物を用いることが可能である。ムライト耐火物は、３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２を主成分とする高アルミナ質耐火物で緻密であり急熱急冷に強い。アルミナシリカ質耐火物は、主としてアルミナとシリカからなり、高い耐熱性を有する。これらの耐火材もまたキャスタブルあるいはレンガとして用いることができる。
【００４０】
キャスタブルは、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含む耐火性の砕石とアルミナを含む水硬セメントのような結合材との混合物とすることができる。水冷ジャケット１８の内壁１８４がキャスタブル２０により被覆されているので、内壁１８４が鉄板のように、ステンレス鋼鈑やニッケル鋼鈑に比較して腐食性ガスに対する耐食性が比較的低い材料でできていても、水冷ジャケット１８は充分な耐久性を有する。
【００４１】
水冷ジャケット１８の内壁１８４やキャスタブル２０に塊状スラグ１７（図７参照）が形成されても、塊状スラグ１７が付着した内壁１８４やキャスタブル２０の部分が水冷ジャケット１８により強制的に冷却される。したがって、内壁１８４やキャスタブル２０に付着している塊状スラグ１７の部分が脆弱な非晶質になり、塊状スラグ１７を小さいうちにその自重で脱落させてしまうことができる。
【００４２】
図３Ａ乃至図３Ｄは、溶融スラグをスラグ排出口まで導く構造の概略図である。図３Ａは、二次燃焼室９の底部９１及び水冷ジャケット１８を示す正面断面図、図３Ｂは、図３Ａの矢印Ｂで示された方向から見た平面図、図３Ｃは、図３Ａの線Ｃ−Ｃに沿った断面図、図３Ｄは、図３Ａの矢印Ｄで示された方向から見た斜視図である。図３Ｂに示されるように、二次燃焼室９の底部９１は、その上面に形成され、溶融スラグを上流側からスラグ排出口１１へ導く案内溝９３を有している。
【００４３】
図３Ｃに示されるように、案内溝９３は、幅Ｗ_０の下段面９３ａと幅Ｗ_１の上段面９３ｂとを有しており、凹状の二段溝を形成している。この構成により、溶融スラグの流量が少ない場合でも溶融スラグを充分な流速で流し、溶融スラグの流量が多い場合にも溶融スラグが案内溝９３から溢れないようになっている。図３Ｄに示されるように、案内溝９３の長さはＬであり、上流側では広い幅Ｗ_３、スラグ排出口１１側では狭い幅Ｗ_２を有している。このように、案内溝９３は、底部９１の上流側からスラグ排出口１１に向けて次第に幅が狭くなった流路を有している。この構成により、溶融スラグが充分に速い流速でスラグ排出口１１に導かれ、流下する溶融スラグが着実に水砕トラフ１５上に到達するようになっている。
【００４４】
図３Ｂに示されるように、スラグ排出口１１は、板１１２と、板１１２に形成され、案内溝９３、底部９１、二次燃焼室９の側壁９２、及び三次燃焼室１０の内壁１０１を流下する溶融スラグが排出シュート１４から水砕トラフ１５に落下するようにするための孔（窓）１１１と有している。孔１１１は、円形形状又は楕円形形状を有している。孔１１１は、丸められた角部を有する限り、多角形形状、略四角形形状、又は略三角形形状であってもよい。スラグの量が多いと想定できる場合は、二次燃焼室９の側壁９２及び／又は三次燃焼室１０の内壁１０１に補助案内溝を設けてもよい。板１１２は、案内溝９３、底部９１、二次燃焼室９の側壁、及び三次燃焼室１０の内壁１０１を流下する溶融スラグが途中で流動性を失って固形スラグとして滞留しないような滑らかな形状をしている。板１１２は、四隅の角が丸められている。また、板１１２に形成された孔１１１を比較的小さくすることにより、水砕トラフ１５で溶融スラグが急冷されるときに発生する水蒸気が排出シュート１４内を上昇することを防止し、溶融スラグ排出口１１１近傍の温度を下げないようになっている。
【００４５】
旋回溶融炉７は、内部に溶融スラグを収容する燃焼室８，９，１０を有している。燃焼室８，９，１０は、クロム系キャスタブルからなる内壁を有している。すなわち、図３Ａに示されるように、二次燃焼室９並びに三次燃焼室１０の内壁は、キャスタブル２２，２３により被覆されている。コスト、溶融炉内の環境条件（炉内のガス温度及びガス成分）、耐衝撃性、耐腐食性、耐熱性のいずれが重要であるかを考慮して、キャスタブル２０，２２，２３を選択することができる。
【００４６】
用いる耐火材として好ましいものとしては、ＭｇＯ・Ｃｒ_２Ｏ_３耐火材、ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３耐火材、ＳｉＯ_２・Ａｌ_２Ｏ_３耐火物が挙げられる。また、これらの耐火材に原料物質としてのＺｒＯ_２，Ｆｅ_２Ｏ_３，Ｙ_２Ｏ_３，ＣａＯ，ＴｉＯ_２などを添加し、混合して耐火材を生成することもできる。これらの耐火材は、キャスタブルあるいはレンガとして用いることができる。例えば、ロウ石、ムライト耐火物、シリマナイト耐火物を用いることが可能である。ムライト耐火物は、３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２を主成分とする高アルミナ質耐火物で緻密であり急熱急冷に強い。アルミナシリカ質耐火物は、主としてアルミナとシリカからなり、高い耐熱性を有する。これらの耐火材もまたキャスタブルあるいはレンガとして用いることができる。
【００４７】
キャスタブルは、クロムの重量比で１０％以上の酸化クロムを含んでいてもよい。三次燃焼室１０のキャスタブル２３周囲の雰囲気の温度である環境温度は、二次燃焼室９のキャスタブル２２周囲の雰囲気の温度である環境温度よりも低い。また、燃焼反応の大部分は二次燃焼室９で完了している。したがって、三次燃焼室１０のキャスタブル２３がクロムの重量比で５％以上の酸化クロムを含んでいる場合であっても充分な耐久性を有する。しかし、クロムの重量比で３％以下の酸化クロムを含むキャスタブルを三次燃焼室１０のキャスタブル２３として使用した場合には、必要とする耐食性を得ることができなかった。クロムの重量比で０％の酸化クロムを含む、すなわち、アルミナだけを含むキャスタブルを三次燃焼室１０のキャスタブル２３として使用した場合にも、必要とする耐食性を得ることができなかった。
【００４８】
三次燃焼室１０のキャスタブル２３と同様に、水冷ジャケット１８のキャスタブル２０がクロムの重量比で５％以上の酸化クロムを含んでいると、充分な耐久性が得られる。排出シュート１４周囲の環境温度は１３００℃程度の三次燃焼室１０周囲の環境温度よりも低く、約１１００℃以下である。また、排出シュート１３の周囲では、反応性ガスの活性も低い。したがって、水冷ジャケット１８のキャスタブル２０も、クロムの重量比で５％以上の酸化クロムを含んでいてもよい。あるいは、水冷ジャケット１８のキャスタブル２０は、１１００℃程度以下の耐火性（耐熱性）を有する炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含んでいてもよい。
【００４９】
上述した実施形態においては、案内溝は凹状の二段溝である。しかしながら、溶融スラグが充分に速い流速でスラグ排出口１１に導入され、流下する溶融スラグが着実に水砕トラフ１５上に到達するものである限り、案内溝はどのような形状であってもよい。上述の実施形態では、スラグ排出口１１の板１１２は丸めた角部を有している。しかしながら、板１１２は、溶融スラグに対して良好な濡れ特性を有する材料を用いることにより、溶融スラグが板１１２上に滞留することが防止されるような構造を有することもできる。
【００５０】
本発明によれば、溶融スラグを集中させる案内溝を有する溶融炉において、クロムの重量比で５％以上の酸化クロムを含むキャスタブルを案内溝の材料として用いる。案内溝にスラグの熱やスラグに含まれる溶融塩による腐食や腐食ダメージなどの負荷が集中的に作用しても、炉自体の寿命や保守の面で充分耐久性のある案内溝構造を溶融炉に採用できる。このように、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく種々の改良及び変形が可能であることは当業者に明らかなことであろう。
【００５１】
以上に説明したように、本発明によれば、溶融炉は、ガス化炉にて生成されたガスを高温で燃焼する燃焼室と；燃焼室の底部に設けられ、高温での燃焼により生じた溶融スラグを排出するスラグ排出口と；燃焼室の底部に設けられ、底部を流下する溶融スラグをスラグ排出口に導く案内溝と；を備えている。この案内溝は、底部の上流側からスラグ排出口に向けて次第に幅が狭くなった流路を有している。したがって、溶融スラグが溶融スラグ排出口近傍で固化することが防止され、排出シュートが溶融スラグで閉塞されなくなる。本発明は、ガス化炉から供給されるガス及びチャーに含まれる灰分の量が多い場合に有効である。
【００５２】
本発明によれば、溶融炉は、ガス化炉にて生成されたガスを高温で燃焼する燃焼室と；燃焼室の底部に設けられ、高温での燃焼により生じた溶融スラグを排出するスラグ排出口と；を備えている。このスラグ排出口は、溶融スラグが滞留することを防ぐ滑らかな形状を有している。したがって、溶融スラグが溶融スラグ排出口近傍で固化することが防止され、排出シュートが溶融スラグで閉塞されなくなる。この結果、溶融スラグ排出口から溶融スラグが安定的に連続して排出され、水中で冷却され水砕スラグ化させることができる。このため、ガス化溶融システムを長時間連続して運転することが可能となる。
【００５３】
本発明によれば、溶融炉は、ガス化炉にて生成されたガスを高温で燃焼する燃焼室と；燃焼室の底部に設けられ、高温での燃焼により生じた溶融スラグを排出するスラグ排出口と；水冷ジャケットを有し、溶融スラグを通過させて該溶融スラグを排出する排出シュートと；を備えている。この水冷ジャケットは、キャスタブルで被覆されている。水冷ジャケットが鉄板のように、ステンレス鋼鈑やニッケル鋼鈑に比較して腐食性ガスに対する耐食性が比較的低い材料でできていても、キャスタブルにより水冷ジャケットの耐食性を高めることができる。したがって、安価な材料で溶融炉の寿命を長くすることができる。
【００５４】
本発明の第２の実施形態に係る旋回溶融炉について、図４を参照して説明する。
【００５５】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る旋回溶融炉（旋回式燃焼融解炉）２０１および流動層ガス化炉２３１の構造を示すブロック図である。旋回溶融炉２０１は流動層ガス化炉２３１に接続され、流動層ガス化炉２３１の後段側に配置されている。旋回溶融炉２０１は、垂直に延びる一次燃焼室２０１ａと、一次燃焼室２０１ａの下端に接続され斜め下方に傾いた二次燃焼室２０１ｂと、二次燃焼室２０１ｂの下端に接続され垂直に延びる三次燃焼室２０１ｄと、三次燃焼室２０１ｄの底部に配置され、炉の底部として機能するスラグ分離部２０１ｃと、一次燃焼室２０１ａの上端部の入口部２０２と、三次燃焼室２０１ｄの上端部の出口部２０３とを備える。スラグ分離部２０１ｃは、溶融した灰分としてのスラグｇを排出するスラグ排出口２０６を有している。また、旋回溶融炉２０１は、スラグ排出口２０６に接続されて、その下方に延びるスラグ排出ダクト（スラグ排出路）２０４と、スラグ排出ダクト２０４の下端部に接続された水砕トラフ（冷却装置）２０５と、吸引送風機（ガス吸引装置）２１５と、除塵器２１４とを備える。
【００５６】
水砕トラフ２０５は、傾斜部２０８と、９０℃〜１００℃の温度の水ｗを貯える貯水部２０９と、貯水部２０９で固化したスラグｇを運搬するスラグコンベア２１０と、水循環装置２１６とを有する。スラグ排出ダクト２０４の下端と貯水部２０９とは、傾斜部２０８で互いに接続されている。溶融スラグｇが水に接触すると、水が蒸発して冷ガスとしての水蒸気になる。貯水部２０９には、蒸発した水の量に対応する分だけの水が常に供給されている。水循環装置２１６は、給水口２１７と供給口２１８とを繋ぐ水循環配管２１９と、水循環配管２１９に接続され、水ｗを循環させる水循環ポンプ２２０とを有する。給水口２１７は貯水部２０９に形成され、供給口２１８は傾斜部２０８の最上部に形成されている。
【００５７】
スラグ排出ダクト２０４は、下部に形成され、スラグ排出ダクト２０４中を流れる生成ガスｍを吸引する吸引口２１１を有している。三次燃焼室２０１ｄは、吸引口２１１から吸引された生成ガスｍを三次燃焼室２０１ｄに排出する排出口２１２を有している。吸引口２１１と排出口２１２とは吸引配管２１３で繋がれている。吸引配管２１３は、生成ガスｍ中のダストを除去する除塵器２１４と、生成ガスｍを吸引し排出する吸引送風機２１５とを備えている。すなわち、除塵器２１４は、スラグ排出ダクト２０４から吸引された生成ガスｍの流れに対し吸引送風機２１５の上流側に配置されている。吸引送風機２１５は、除塵器２１４に接続された吸引口２１５ａを有している。除塵器２１４は、乾式の慣性集塵機でもよいが、生成ガスｍ中のダスト分が多い場合は、湿式のスクラバーとすることが好ましい。
【００５８】
次に、このように構成された旋回溶融炉２０１の作用について説明する。
【００５９】
流動層ガス化炉２３１に廃棄物ａが供給され、炉の底部から燃焼空気ｈが導入され、流動層ガス化炉２３１内に配置された空気分散板２３２上に流動層を形成する。供給された廃棄物ａは、４５０℃〜６５０℃の低温にてガス化され、ガスｍを生じさせる。
【００６０】
生成ガスｍは、流動床ガス化炉２３１から旋回溶融炉２０１の上端部に形成された入口部２０２を通って一次燃焼室２０１ａに導入される。生成ガスｍは、流動層により微細化された固形カーボンを同伴する。一次燃焼室２０１ａには、予熱された燃焼空気ｈがその上端部から導入される。一次燃焼室２０１ａでは、生成ガスｍが燃焼空気ｈに混合され、旋回流を生じさせる。生成ガスｍは１２００〜１５００℃の高温で燃焼され、下方に流れる。
【００６１】
固形カーボンに含まれる灰分は、高温のためにすべてスラグミストとなる。スラグミストの大部分は、旋回流の遠心力の作用により、一次燃焼室２０１ａの内壁上の溶融スラグ層に捕捉される。溶融スラグは、一次燃焼室２０１ａの内壁を流下し、二次燃焼室２０１ｂに入る。その後、溶融スラグは、スラグ分離部２０１ｃのスラグ排出口２０６からスラグ排出ダクト２０４に排出される。生成ガスｍ中に残留する未燃物は、三次燃焼室２０１ｄの下部から供給される燃焼空気ｈにより三次燃焼室２０１ｄで完全燃焼される。
【００６２】
スラグ排出口２０６から排出された溶融スラグは、スラグ排出ダクト２０４を通って、水砕トラフ２０５の傾斜部２０８上を貯水部２０９に向かって流下し、傾斜部２０８を流れる水ｗと、貯水部２０９に保持されている水ｗによって冷却されて固化される。貯水部２０９で固化したスラグｇはスラグコンベア２１０により貯水部２０９から搬出される。
【００６３】
貯水部２０９に保持されている水ｗは、水循環ポンプ２２０によって貯水部２０９の給水口２１７から吸い込まれ、水循環配管２１９を通る。そして、水ｗは、傾斜部２０８の最上部に形成された供給口２１８から放出され、傾斜部２０８を貯水部２０９に向かって流れる。このようにして、貯水部２０９の水ｗが循環される。傾斜部２０８上にはスラグ排出ダクト２０４を通って溶融スラグｇが落下し、傾斜部２０８を流れる水ｗによって冷却される。溶融スラグｇは、更に傾斜部２０８を下方に貯水部２０９に向かって流れる。したがって、溶融スラグｇは傾斜部２０８に堆積することなく、確実に下方に向かって流れ、貯水部２０９に集められる。また、傾斜部２０８上に溶融スラグｇが落下し、水ｗと接触すると、水蒸気ｓが発生し、スラグ排出ダクト２０４中を上昇する。
【００６４】
スラグ排出ダクト２０４中の生成ガスｍは、スラグ排出ダクト２０４の吸引口２１１から、スラグ排出ダクト２０４中を上昇した水蒸気ｓと共に吸引送風機２１５によって吸引される。このようにして吸引送風機２１５によって吸引された生成ガスｍと水蒸気ｓは、吸引配管２１３を通り、排出口２１２から三次燃焼室２０１ｄに放出される。スラグ排出ダクト２０４の下部、すなわち、本実施形態では傾斜部２０８の下部は、水ｗで水封されている。したがって、これにより、スラグ排出口２０６からスラグ排出ダクト２０４を通る生成ガスｍの流れが生じる。この生成ガスｍの流れは、二次燃焼室２０１ｂから三次燃焼室２０１ｄへ向かう生成ガスｍの流れの一部から生じており、スラグ排出口２０６からスラグ排出ダクト２０４を通る流れとしてスラグ分離部２０１ｃで分岐したものである。
【００６５】
高温の生成ガスｍは、スラグ排出ダクト２０４の上部に流れこんで、吸引配管２１３に吸い込まれ、三次燃焼室２０１ｄに放出される。吸引口２１１は、溶融スラグｇが冷却されるときに蒸気ｓが発生する領域の上方、すなわち冷却装置の上方に位置している。したがって、溶融スラグｇがスラグ排出ダクト２０４を通ってスラグ排出口２０６から排出され、水砕トラフ２０５の水ｗと接触したときに発生し、スラグ排出ダクト２０４を上昇する水蒸気ｓは、吸引口２１１に吸引されやすい。さらに、吸引口２１１に吸引される生成ガスｍの流れにより、水蒸気ｓがスラグ排出ダクト２０４中を上昇することが防止される。この結果、水蒸気ｓはスラグ排出口２０６に達することがない。したがって、スラグ排出口２０６近傍の部分を高温に維持することができ、スラグ排出口２０６近傍の部分の温度が低下することを防止することができる。特に、スラグ排出ダクト２０４の下部、すなわち本実施形態では傾斜部２０８の下部が貯水部２０９の水ｗで水封されているので、スラグ排出口２０６からスラグ排出ダクト２０４を通る生成ガスｍの流れを効果的に生じさせることができる。
【００６６】
スラグ排出口２０６の開口面積、吸引口２１１のスラグ排出口２０６からの距離、吸引口２１１の傾斜部２０８からの距離、吸引口２１１の大きさ、吸引配管２１３の大きさ、吸引配管２１３での流速を適切な値に選択し、吸引送風機２１５の吸引口２１５ａにおける生成ガスｍの温度が少なくとも１００℃で、かつ、除塵器２１４、吸引送風機２１５が耐えられる温度を考慮して、例えば３５０℃以下となるようにすることができる。吸引送風機２１５の吸引口２１５ａにおける生成ガスｍの温度が少なくとも１００℃であるので、吸引配管２１３の吸引口２１５ａまでの部分では蒸発した水ｗの結露が発生しない。したがって、ダストが吸引配管２１３の内面に付着せず、吸引配管２１３を閉塞することが防止される。
【００６７】
図４において、吸引口２１１は、スラグ排出ダクト２０４に形成された単一の吸引口であるが、スラグ排出ダクト２０４の水平断面周方向に等配された複数の吸引口を形成することが好ましい。複数の吸引口１１は、スラグ排出口２０６近傍で生成ガスｍの温度が低下することを防止するのにより効果的である。
【００６８】
傾斜部２０８を流れる水ｗの液面は、傾斜部２０８に落下するスラグｇによって跳ね上げられる水滴が、吸引口２１１に吸引されない程度に十分な距離だけ吸引口２１１から離れていることが好ましい。
【００６９】
本実施形態の旋回溶融炉２０１では、吸引口２１１と傾斜部２０８の最上部との距離は、スラグ排出口２０６から水砕トラフ２０５に向かいスラグ排出ダクト２０４内を流れて吸引口２１１に吸引される高温の生成ガスｍが、傾斜部２０８を流下する水ｗに達することがない程度に十分に大きいことが好ましい。
【００７０】
本実施形態の旋回溶融炉２０１は、傾斜部２０８を有する水砕トラフ２０５を備えるものとして説明したが、水砕トラフは、傾斜部を有さず、傾斜部に対応する部分が鉛直方向にストレートな形状であってもよい。このような水砕トラフにより、外気温度の変化による水砕トラフへの影響を最小限に抑えることができる。
【００７１】
以上のように、本発明によれば、旋回溶融炉は、スラグ排出路とガス吸引装置とを備えているので、ガス吸引装置によってガスが吸引され、燃焼室の底部に設けられたスラグ排出口からスラグ排出路を通ってガス吸引装置に流れる高温のガスの流れを発生させることができる。したがって、冷却装置において発生した冷ガスがスラグ排出路を上昇することが防止され、スラグ排出口に達することがない。この結果、スラグ排出口を高温に維持することができ、スラグ排出口近傍の部分の温度が、溶融温度以下に低下するのを防止される。したがって、溶融した灰分を安定して旋回溶融炉から排出することができる。
【００７２】
本発明の好ましい実施形態について詳細に示し説明したが、添付のクレームの範囲を逸脱することなく種々の変更及び改良が可能であることが理解できるであろう。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、ガス化溶融燃焼によりダイオキシン類を発生することなく廃棄物を完全に燃焼し、廃棄物中に含まれる灰分をスラグに溶融するガス化溶融システムに適用できる。また、本発明は、都市ごみなどの廃棄物のガス化炉における低温の熱分解ガス化により生成されたガスを高温で燃焼させ、生成ガス中に含まれる灰分を溶融する旋回溶融炉に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る流動層ガス化炉と旋回溶融炉とを組み合わせたガス化溶融システムの概略図である。
【図２】図２は、図１に示すガス化溶融システムにおける溶融スラグの冷却及び排出構造を示す概略図である。
【図３】図３Ａ乃至図３Ｄは、溶融スラグをスラグ排出口まで導く構造を示す概略図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施の形態に係る旋回溶融炉と旋回溶融炉の上流側に配置された流動層ガス化炉とを示すブロック図である。
【図５】図５は、流動層ガス化炉と旋回溶融炉とを組み合わせたガス化溶融システムにおける溶融炉のスラグ排出口の近傍部分を示す斜視図である。
【図６】図６は、溶融炉のスラグ排出口の近傍部分を示す概略断面図である。
【図７】図７は、排出シュートの内壁に形成された塊状溶融スラグを示す概略図である。【Technical field】
[0001]
The present invention relates to a gasification / melting system and a melting furnace suitable for use in such a gasification / melting system, and in particular, completely burns waste without generating dioxins by gasification / melting combustion, and produces The present invention relates to a gasification and melting system that melts ash contained in slag into slag that can be efficiently extracted, and a melting furnace suitable for use in such a gasification and melting system. Further, the present invention relates to a rotary melting furnace, and particularly to the disposal of municipal solid waste, solidified fuel (RDF), waste plastic, waste fiber reinforced plastic (waste FRP), biomass waste, automobile waste, waste oil, shredder dust, and the like. The present invention relates to a swirling melting furnace that burns a gas generated by low-temperature pyrolysis gasification in a gasification furnace at a high temperature and melts ash contained in the generated gas.
[Background Art]
[0002]
As a new waste disposal method that replaces incineration, a gasification and melting system (gasification combustion and melting system) that combines pyrolysis gasification and high-temperature combustion has been put to practical use. Such a gasification and melting system has been proposed by the present applicant as disclosed in, for example, JP-A-11-241817. Here, in the gasification and melting system, waste is gasified at a relatively low temperature in a gasification furnace to generate combustible gas, and the generated gas is burned at a relatively high temperature in a melting furnace (combustion melting furnace) to generate exhaust gas. It is defined as a system in which the ash produced and contained in the combustible gas is melted to produce slag. Gasification and melting systems include municipal solid waste, solidified fuel, solid / water mixtures, waste plastic, waste fiber reinforced plastic (waste FRP), biomass waste, automobile waste, paper sludge, medical waste, waste oil, and other waste. Used for
[0003]
FIG. 5 is a perspective view showing a portion near a slag discharge port of a melting furnace in a gasification and melting system in which a fluidized bed gasification furnace and a swirling melting furnace are combined. In FIG. 5, the upper half of the melting furnace is cut off. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a portion near the slag discharge port of the melting furnace. In a swirling melting furnace, the ash contained in the waste is melted at a high temperature, and the molten ash, that is, the molten slag, is captured on the inner wall by the centrifugal force of the swirling flow in the furnace. The swirling melting furnace includes a combustion chamber (not shown) and a slag discharge port 11. FIG. 5 shows the bottom of the combustion chamber 9, and the bottom of the combustion chamber 9 is inclined at a gentle angle toward the slag discharge port 11. The molten slag captured on the inner wall of the combustion chamber 9 slowly flows down the inner wall of the combustion chamber 9, and falls from the slag discharge port 11 through the discharge chute 14 onto the granulation trough 15. Then, the molten slag is rapidly cooled by water in the granulation trough 15. As shown in FIG. 5, the slag discharge port 11 has a rectangular shape.
[0004]
However, the molten slag is easily solidified inside the discharge chute 14 and the discharge chute is easily blocked by the solidified slag. In particular, when the pyrolysis gasification furnace is a fluidized-bed furnace, the amount of fly ash generated is larger than in kiln furnaces and other furnaces. In addition, in the case of ash-rich waste such as shredder dust (automobile waste), plating sludge, and solid waste, the amount of molten slag is relatively large. In such a case, the above-described problem becomes more prominent. In FIG. 6, a massive slag 17 having an icicle shape is formed below the overhang portion A of the slag discharge port 11. Such a massive slag 17 is formed for the following reason. Since the slag discharge port 11 is square, the molten slag flows as a somewhat thick flow at the square corner of the slag discharge port 11 and as a number of narrow flows at the square sides of the slag discharge port 11, and the granulated trough is formed. Run down to 15. Therefore, when the temperature near the slag discharge port 11 is low, the molten slag loses fluidity and solidifies. Therefore, the molten slag flowing down from the overhang portion A of the slag discharge port 11 cools down and the fluidity near the slag discharge port 11 decreases. As a result, a massive slag 17 is formed below the overhang portion A of the slag discharge port 11 and grows.
[0005]
FIG. 7 is a schematic view showing a massive molten slag formed on the inner wall of the discharge chute. As described above, when the molten slag g flows down the discharge chute 14 from the slag discharge port 11, the massive slag having an icicle shape may hang down from the tip of the overhang portion A of the slag discharge port 11. In addition to this case, a number of streams of the molten slag may flow on the lower surface of the overhang portion A and the inner surface of the discharge chute 14. In this case, while flowing down the inner surface of the discharge chute 14, the temperature of the molten slag decreases and loses its fluidity, and the large slag 17 adhered to the inner wall of the discharge chute 14 grows. Further, in the case of a massive slag having an icicle shape, the tip of the massive slag may vibrate due to fluctuations in the flow of surrounding gas, and the molten slag flowing down may adhere to the inner surface of the discharge chute 14, and FIG. As shown, a massive slag 17 is formed on the inner surface of the discharge chute 14.
[0006]
Since the massive slag 17 thus formed cools slowly, it becomes a very strong glass-solidified slag. Moreover, the massive slag 17 is firmly fixed to the inner wall of the discharge chute 14. For this reason, it is difficult to remove the massive slag 17 from the inner wall of the discharge chute 14. If the system is continuously operated in such a state, the discharge chute 14 is completely closed by the massive slag 17, and further operation cannot be continued. The growth of the massive slag 17 is more remarkable as the amount of slag increases, that is, as the amount of fly ash introduced from the gasifier increases.
[0007]
In addition, the structural material constituting the melting furnace has a problem of heat resistance at a temperature of 1300 ° C. or higher and a problem of corrosion resistance to high-temperature corrosion due to sulfates and chlorides. The melting furnace has been required to be made of a structural material that can easily maintain and repair the inner wall of the furnace while maintaining durability. Further, since the combustion gas does not flow through the discharge chute 14, a water cooling jacket made of an iron material may be provided on the inner wall of the discharge chute 14. However, it has been found that the water-cooled jacket must be made of a corrosion-resistant material because the surrounding atmosphere is corrosive. Therefore, a highly durable steel material such as stainless steel can be used for the water-cooled jacket. However, since a highly durable steel material is more expensive than an iron material, when the water-cooled jacket is made of a highly durable steel material, the manufacturing cost is significantly increased.
[0008]
As described above, in the conventional swirling melting furnace, a gas generated by pyrolyzing and gasifying waste at a low temperature in a gasification furnace is burned at a high temperature, and a solid content contained in the gas is melted. The molten slag is discharged from the bottom of the rotary melting furnace. The discharged slag flows to a cooling device through a slag discharge chute (or duct). The slag is cooled by a cooling device, and then is carried out.
[0009]
In a conventional swirling melting furnace, cold gas rises from the cooling device into the slag discharge duct. In particular, when the slag is cooled by the water in the cooling device, steam is rapidly generated and rises as a cold gas. The cold gas rises up the slag discharge duct, reaches the slag discharge port provided at the bottom of the swirling melting furnace, and lowers the temperature near the bottom of the swirling melting furnace below the temperature required for slagging ash. . In this way, the temperature near the slag discharge port of the swirling melting furnace falls below the temperature required to slag ash. As a result, the slag tends to adhere to a portion near the slag discharge port, and there has been a problem that it is difficult to stably discharge the slag from the rotary melting furnace.
DISCLOSURE OF THE INVENTION
[Problems to be solved by the invention]
[0010]
The present invention has been made in view of the above problems. Therefore, the first object of the present invention is to smoothly guide the molten slag generated by combustion at a high temperature to a slag discharge port, prevent the molten slag from attaching and growing on the inner wall of the discharge chute, and set a melting furnace. An object of the present invention is to provide a melting furnace and a gasification melting system capable of smoothly discharging molten slag from water and cooling the molten slag in water to form granulated slag.
[0011]
A second object of the present invention is to provide a melting furnace and a gasification melting system using a structural material that is optimal from the viewpoint of corrosion resistance and cost as a structural material constituting the melting furnace.
[0012]
A third object of the present invention is to prevent the cold gas generated by the cooling device from lowering the temperature near the slag discharge port to a melting temperature or lower, and to stir the slag to discharge the slag stably. To provide a furnace.
[Means for Solving the Problems]
[0013]
In order to achieve the first object, according to a first aspect of the present invention, a combustion chamber that burns combustible gas and melts ash contained in the combustible gas; provided at a bottom of the combustion chamber A slag discharge port for discharging molten slag generated by the melting of the ash; and a guide groove provided at the bottom of the combustion chamber and guiding the molten slag flowing down the bottom to the slag discharge port, And a guide groove having a flow path whose width is gradually reduced from the upstream side toward the slag discharge port.
[0014]
With such a configuration, the molten slag generated by the combustion at a high temperature is captured by the inner wall of the melting furnace and flows down the bottom 91 of the melting furnace. Since the guide groove 93 has a flow passage whose width is gradually reduced from the upstream side of the bottom toward the slag discharge port, the molten slag flowing down the bottom 91 is collected to form a bundle of one to a small number of flows. It flows down to the slag discharge port as a thick flow. Therefore, it is possible to prevent the block slag from being formed and growing in the discharge chute connected to the slag discharge port so that the block chute does not block the discharge chute. Since it is possible to prevent the slag from flowing into the slag discharge port in the form of a strip, the amount of char and fly ash discharged together with combustible gas is reduced by other types of furnaces, such as a fluidized gasifier. The waste supplied to the gasification furnace contains more ash such as shredder dust (automobile waste), solidified fuel, plating sludge, paper sludge, and biomass waste such as rice husk and corn meal. The present invention is particularly effective in the case of waste containing ash, particularly waste containing 20% to 30% or more.
[0015]
According to the second aspect of the present invention, a combustion chamber that burns combustible gas and melts ash contained in the combustible gas; a molten slag provided at the bottom of the combustion chamber and generated by melting the ash And a slag discharge port having a smooth shape for preventing the molten slag from staying. The smooth shape may be at least one of a circular shape and an elliptical shape.
[0016]
With such a configuration, the molten slag flowing down the bottom 91 of the melting furnace 7 flows down smoothly without stagnation. Therefore, even when the temperature of the discharge chute connected to the slag discharge port is lower than the temperature at which the molten slag solidifies, the molten slag is not cooled to a temperature at which it loses fluidity. As a result, the molten slag flows down the discharge chute so that the discharge chute is not blocked by the lump slag, and the lump slag can be prevented from forming and growing in the discharge chute.
[0017]
In order to achieve the second object, according to a third aspect of the present invention, a combustion chamber for burning combustible gas and melting ash contained in the combustible gas; provided at a bottom of the combustion chamber A slag discharge port for discharging molten slag generated by the melting of the ash; and a discharge chute for discharging the molten slag by passing the molten slag through the water-cooled jacket, wherein the water-cooled jacket is provided. A discharge chute, the inner surface of which is castable-coated.
[0018]
With such a configuration, at least a portion of the discharge chute 14 where the water cooling jacket 18 is located is covered with the castable 20. Therefore, even when the structural material forming the water cooling jacket 18 is formed of an inexpensive iron material, the iron material is It will have sufficient durability against corrosion. Preferably, the castables can be selected from a variety of refractory materials (discussed below), so that, for example, castables for the water-cooled jacket 18 have inferior fire resistance (heat resistance) compared to castables containing chromium, but are necessary. It may contain silicon carbide having corrosion resistance. When the chamber of the melting furnace 7 containing the molten slag g has an inner wall made of a chromium castable or the like containing 5% or more of chromium and the balance being alumina, the chamber has fire resistance of 1300 ° C. or more and sufficient corrosion resistance. Furthermore, when the castable is a chamotte castable, the heat insulation is improved.
[0019]
According to a fourth aspect of the present invention, a gasification furnace for gasifying waste to produce a combustible gas; a melting furnace for burning the combustible gas and melting ash contained in the combustible gas; A gasification and melting system is provided. The waste is pyrolyzed gasified in a fluidized bed 5 maintained at a relatively low temperature of, for example, 450 to 650 ° C. The combustible gas and char generated in the gasification furnace are burned at a high temperature of, for example, 1300 to 1500 ° C.
[0020]
In order to achieve the third object, a combustion chamber that burns combustible gas and melts ash contained in the combustible gas; a slag discharge port that is provided at the bottom of the combustion chamber and discharges molten slag; A cooling device that cools and solidifies the discharged molten slag; a slag discharge passage that connects the slag discharge port to the cooling device and guides the discharged molten slag downward; and the combustible gas from the slag discharge passage. And a gas suction device for sucking a gas generated by the combustion of the gas.
[0021]
With such a configuration, since the swirling melting furnace includes the slag discharge path 204 and the gas suction device 215, the gas m is sucked by the gas suction device 215, and the slag discharge provided at the bottom of the combustion chambers 201a, 201b, and 201d. A flow of the hot gas m flowing from the outlet 206 through the slag discharge path 204 to the gas suction device 215 can be generated. Therefore, the cold gas generated in the cooling device 205 is prevented from rising in the slag discharge path 204, and therefore does not reach the slag discharge port 206. As a result, the temperature in the vicinity of the slag discharge port 206 can be maintained at a high temperature, and the temperature in the vicinity of the slag discharge port 206 can be prevented from falling below the slag melting temperature.
[0022]
According to a preferred aspect of the present invention, the gas suction device has a suction port for sucking the generated gas, and a temperature of the generated gas at the suction port is increased to 100 ° C. or higher at the suction port.
[0023]
With such a configuration, the temperature of the generated gas at the suction port becomes at least 100 ° C., so that there is no condensation in the flow path of the gas m to the suction port 215a. Therefore, it is possible to prevent dust contained in the gas m from adhering to the condensed portion of the suction pipe 213 and blocking the flow path of the gas m to the suction port 215a.
[0024]
According to a preferred aspect of the present invention, according to the preferred aspect of the present invention, the gas suction device has a suction port for sucking the generated gas, and the suction port is located above the cooling device.
[0025]
According to a preferred aspect of the present invention, the swirling melting furnace is disposed upstream of the suction device with respect to the flow of the product gas sucked from the slag discharge path, and removes dust in the product gas. And a vessel.
[0026]
With such a configuration, since the dust remover 214 is disposed on the upstream side of the suction device 215 with respect to the flow of the product gas m sucked from the slag discharge passage 204, dust contained in the gas m is removed by the dust remover 214. It can be removed from the gas and protect the gas suction device 215.
[0027]
According to a preferred aspect of the present invention, the cooling device is a granulated trough that holds water therein. With this configuration, since the cooling device 205 is the granulated trough 205 holding water w inside, the discharged slag can be rapidly cooled by the water w in the granulated trough 205.
[0028]
According to a preferred aspect of the present invention, a lower portion of the slag discharge passage is sealed with the water.
[0029]
The above and other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following description, taken in conjunction with the accompanying drawings, illustrating by way of example preferred embodiments of the present invention.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0030]
A gasification and melting system including a melting furnace according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, 3A to 3D. In the respective drawings, the same or corresponding members are denoted by the same or corresponding reference numerals, and will not be described repeatedly.
[0031]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a gasification and melting system in which a fluidized bed gasification furnace and a swirling melting furnace according to the first embodiment of the present invention are combined. As shown in FIG. 1, the gasification melting system (gasification combustion melting system) includes a fluidized bed gasification furnace 2 and a swirling melting furnace 7 (swirl type combustion melting furnace). The waste a to be treated is municipal solid waste, solidified fuel, solid / water mixture, waste plastic, waste fiber reinforced plastic (waste FRP), biomass waste, automobile waste, paper sludge, medical waste, waste oil, etc. At least one of them is included. The waste a to be treated is subjected to pretreatment such as crushing, sorting, dehydration, and drying as necessary. Thereafter, the waste a is supplied to the fluidized-bed gasification furnace 2 by a waste supply device (feed device) 1 in a constant amount. The fluidized-bed gasification furnace 2 has a fluidized gas supply chamber 3 arranged at a lower part thereof. The fluidizing gas b is supplied to the fluidizing gas supply chamber 3 and is blown upward from the dispersion plate 4 into the fluidized bed gasification furnace 2 to form a fluidized bed 5 of sand on the dispersion plate 4. The fluidized gas b contains oxygen in an amount smaller than the amount of oxygen required for the combustibles supplied to the fluidized-bed gasification furnace 2 to completely burn. The ratio of the amount of oxygen contained in the fluidizing gas b to the amount of oxygen required for theoretical complete combustion is 0.1 to 0.9, preferably 0.1 to 0.3. If the fluidizing gas is supplied at a relatively high flow rate in one area and a relatively low flow rate in the other area, the fluidizing medium rises in the area where the flow rate of the fluidizing gas is high, resulting in fluidization. In a region where the gas supply flow rate is small, the gas flows downward and forms a circulating flow in the fluidized bed 5. That is, by forming a circulating flow in the fluidized bed 5, gasification of waste is performed slowly, and gas is supplied stably to the melting furnace. The circulating flow can also be formed by an external circulating fluidized bed furnace. Therefore, in the fluidized-bed gasification furnace 2, it is more preferable to supply the fluidized gas at a relatively high flow rate to a certain portion and at a relatively low flow rate to another portion.
[0032]
The waste a is charged from the waste supply device 1 into the fluidized bed 5 maintained at 450 to 650 ° C. In order to stabilize the quantity and quality of the gas introduced into the subsequent melting furnace, it is preferable to supply the waste a quantitatively. Next, the input waste a is gasified by pyrolysis in the fluidized bed 5. In the case of a fluidized bed gasifier in which a circulating flow is formed as described above, waste is swallowed by the descending fluidized bed of the fluidized bed 5 and pyrolyzed and gasified by the fluidized bed 5 to produce combustible gas, tar, and char. Generate The char is gradually pulverized in the fluidized bed 5 by the disturbance motion of the fluidized bed 5 and the combustion reaction with oxygen. From the bottom of the fluidized-bed gasification furnace 2, incombustibles h are discharged together with sand (fluidized medium). The metal contained in the incombustibles h is recovered as a metal from which deposits have been removed in an unoxidized state since the fluidized bed 5 has a reducing atmosphere. Such ingots are suitable for recycling. The incombustibles h and sand discharged from the gasification furnace 2 are mechanically classified, and only the sand is returned to the gasification furnace 2. The secondary air c is fed into the free board 6 of the fluidized-bed gasification furnace 2 to oxidize and burn the char accumulated or accumulated in the fluidized bed 5.
[0033]
After the pulverization, the generated gas d accompanied by the pulverized char flowing into the atmosphere above the fluidized bed is supplied to the primary combustion chamber 8 of the swirling melting furnace 7 by the duct leading from the gasification furnace 2 to the swirling melting furnace 7. Supplied. The generated gas d containing the char is mixed with the air e supplied from the side wall of the primary combustion chamber 8 in a swirling flow, and is burned at a high temperature of 1300 to 1400 ° C. at a high speed. Due to the high temperature combustion, the inorganic component (ash component) contained in the char becomes slag mist. Most of the slag mist collides against the inner walls of the primary combustion chamber 8 and the secondary combustion chamber 9 due to the centrifugal force of the swirling flow, and forms a molten slag layer in the combustion chambers 8 and 9. The molten slag is captured by the inner walls of the combustion chambers 8 and 9, flows down by the action of gravity, and is discharged from a slag discharge port 11 provided at the bottom of the secondary combustion chamber 9. Then, the molten slag falls into the water in the granulation trough 15 through the space formed in the discharge chute 14 and is rapidly cooled by the water in the granulation trough 15. The unburned portion remaining in the product gas is burned at 900 to 1400 ° C. in the tertiary combustion chamber 10 to which air e is additionally supplied. The exhaust gas f is discharged from the upper end of the tertiary combustion chamber 10. The exhaust gas f passes through a series of heat recovery devices or dust removal devices (not shown) and is then released to the atmosphere.
[0034]
The gasification and melting system described above has the following features.
[0035]
(1) The synthesis of dioxins or furans is suppressed by combustion at a high temperature of 1300 to 1400 ° C. in a swirling melting furnace.
[0036]
(2) In the swirling melting furnace, the inorganic components in the waste are converted into slag mist, and this slag mist is trapped by the molten slag layer on the inner wall of the combustion chamber due to the centrifugal force caused by the swirling flow, and The molten slag is formed with high efficiency due to the wet-cavity effect of flowing down the inner wall of the combustion chamber. By granulating the granulated slag by cooling the molten slag in water, the mass of the slag is reduced, and the stability of the slag is improved. Therefore, the life of the landfill can be extended, and the slag can be used as a civil engineering building material.
[0037]
FIG. 2 is a schematic diagram showing a cooling and discharging structure of molten slag in the gasification and melting system shown in FIG. As shown in FIG. 2, the primary combustion chamber 8 includes a temperature raising burner 12 provided at an upper end thereof, and a temperature raising burner 13 provided at a lower end communicating with the secondary combustion chamber 9. ing. The granulation trough 15 has a structure in which water flows on the slide. The molten slag falls from the slag discharge port 11 provided at the bottom of the rotating melting furnace 7 into the water in the granulated trough 15 through the space in the discharge chute 14, and is dropped by the water in the granulated trough 15. It is quenched. Thus, the molten slag becomes granular slag g ′. Then, the granular slag g ′ is carried onto the slag conveyor 16 together with the water, and the slag conveyor 16 continuously carries out the granular slag g ′ to the outside. The temperature inside the discharge chute 14 is about 700 ° C to about 900 ° C.
[0038]
As shown in FIG. 2, the secondary combustion chamber 9 has a bottom portion 91 extending from a portion connected to the primary combustion chamber 8 to the slag discharge port 11. The bottom 91 is inclined by a gentle angle θ of 10 to 20 degrees. The water cooling jacket 18 is provided as a part of the discharge chute 14. The water cooling jacket 18 has an outer wall 183, an inner wall 184, a cooling water supply port 181 provided above the outer wall 183, and a cooling water discharge port 182 provided below the outer wall 183. The discharge chute 14 has a castable 20 that covers the inner wall 184 of the water cooling jacket 18. The castables can be selected in consideration of cost, environmental conditions in the melting furnace (gas temperature and gas components in the furnace), impact resistance, corrosion resistance, and heat resistance.
[0039]
As a preferable refractory material to be used, MgO · Cr ₂ O ₃ Refractory material, MgO / Al ₂ O ₃ Refractory material, SiO ₂ ・ Al ₂ O ₃ Refractory. ZrO as a raw material is added to these refractory materials. ₂ , Fe ₂ O ₃ , Y ₂ O ₃ , CaO, TiO ₂ Etc. can be added and mixed to produce a refractory material. These refractory materials can be used as castables or bricks. For example, fluorite, mullite refractory, and sillimanite refractory can be used. Mullite refractory is 3Al ₂ O ₃ ・ 2SiO ₂ A high-alumina refractory containing as a main component, it is dense and resistant to rapid heating and quenching. Alumina-silica refractories are mainly composed of alumina and silica and have high heat resistance. These refractory materials can also be used as castables or bricks.
[0040]
The castable may be a mixture of refractory crushed stone comprising silicon carbide (SiC) and a binder such as hydraulic cement comprising alumina. Since the inner wall 184 of the water-cooling jacket 18 is covered with the castable 20, even if the inner wall 184 is made of a material such as an iron plate having a relatively low corrosion resistance to corrosive gas compared to a stainless steel plate or a nickel steel plate. The water cooling jacket 18 has sufficient durability.
[0041]
Even if the massive slag 17 (see FIG. 7) is formed on the inner wall 184 and the castable 20 of the water cooling jacket 18, the portion of the inner wall 184 and the castable 20 to which the massive slag 17 adheres is forcibly cooled by the water cooling jacket 18. Therefore, the portion of the massive slag 17 adhering to the inner wall 184 and the castable 20 becomes brittle amorphous, and the massive slag 17 can be dropped by its own weight while being small.
[0042]
3A to 3D are schematic diagrams of a structure for guiding molten slag to a slag discharge port. 3A is a front sectional view showing the bottom portion 91 of the secondary combustion chamber 9 and the water cooling jacket 18, FIG. 3B is a plan view seen from the direction indicated by the arrow B in FIG. 3A, and FIG. 3C is a line in FIG. 3A. 3D is a cross-sectional view along CC, and FIG. 3D is a perspective view seen from the direction indicated by arrow D in FIG. 3A. As shown in FIG. 3B, the bottom 91 of the secondary combustion chamber 9 has a guide groove 93 formed on the upper surface thereof and guiding the molten slag from the upstream side to the slag discharge port 11.
[0043]
As shown in FIG. 3C, the guide groove 93 has a width W ₀ Lower surface 93a and width W ₁ And an upper step surface 93b to form a concave two-step groove. With this configuration, the molten slag flows at a sufficient flow rate even when the flow rate of the molten slag is small, and the molten slag does not overflow from the guide groove 93 even when the flow rate of the molten slag is large. As shown in FIG. 3D, the length of the guide groove 93 is L, and the width W is wide on the upstream side. ₃ , The narrow width W on the slag discharge port 11 side ₂ have. As described above, the guide groove 93 has a flow path whose width is gradually reduced from the upstream side of the bottom portion 91 toward the slag discharge port 11. With this configuration, the molten slag is guided to the slag discharge port 11 at a sufficiently high flow rate, and the molten slag flowing down reaches the granulated trough 15 steadily.
[0044]
As shown in FIG. 3B, the slag discharge port 11 flows down the plate 112, the guide groove 93, the bottom 91, the side wall 92 of the secondary combustion chamber 9, and the inner wall 101 of the tertiary combustion chamber 10. It has a hole (window) 111 for allowing the molten slag to fall from the discharge chute 14 to the granulated trough 15. The hole 111 has a circular shape or an elliptical shape. The hole 111 may have a polygonal shape, a substantially square shape, or a substantially triangular shape as long as the hole 111 has a rounded corner. When it can be assumed that the amount of slag is large, an auxiliary guide groove may be provided on the side wall 92 of the secondary combustion chamber 9 and / or the inner wall 101 of the tertiary combustion chamber 10. The plate 112 has a smooth shape such that the molten slag flowing down the guide groove 93, the bottom portion 91, the side wall of the secondary combustion chamber 9, and the inner wall 101 of the tertiary combustion chamber 10 loses fluidity on the way and does not stay as solid slag. You are. The plate 112 has four rounded corners. Further, by making the hole 111 formed in the plate 112 relatively small, it is possible to prevent the steam generated when the molten slag is rapidly cooled in the granulation trough 15 from rising in the discharge chute 14 and to discharge the molten slag. The temperature in the vicinity of the outlet 111 is not reduced.
[0045]
The swirling melting furnace 7 has combustion chambers 8, 9, and 10 for housing molten slag therein. The combustion chambers 8, 9, and 10 have inner walls made of chrome castables. That is, as shown in FIG. 3A, the inner walls of the secondary combustion chamber 9 and the tertiary combustion chamber 10 are covered with the castables 22 and 23. The castables 20, 22, and 23 are selected in consideration of cost, environmental conditions in the melting furnace (gas temperature and gas components in the furnace), impact resistance, corrosion resistance, and heat resistance. be able to.
[0046]
As a preferable refractory material to be used, MgO · Cr ₂ O ₃ Refractory material, MgO / Al ₂ O ₃ Refractory material, SiO ₂ ・ Al ₂ O ₃ Refractory. ZrO as a raw material is added to these refractory materials. ₂ , Fe ₂ O ₃ , Y ₂ O ₃ , CaO, TiO ₂ Etc. can be added and mixed to produce a refractory material. These refractory materials can be used as castables or bricks. For example, fluorite, mullite refractory, and sillimanite refractory can be used. Mullite refractory is 3Al ₂ O ₃ ・ 2SiO ₂ A high-alumina refractory containing as a main component, it is dense and resistant to rapid heating and quenching. Alumina-silica refractories are mainly composed of alumina and silica and have high heat resistance. These refractory materials can also be used as castables or bricks.
[0047]
The castable may include chromium oxide in an amount of 10% or more by weight of chromium. The environmental temperature that is the temperature of the atmosphere around the castables 23 of the tertiary combustion chamber 10 is lower than the environmental temperature that is the temperature of the atmosphere around the castables 22 of the secondary combustion chamber 9. Most of the combustion reaction is completed in the secondary combustion chamber 9. Therefore, even if the castable 23 of the tertiary combustion chamber 10 contains 5% or more of chromium oxide by weight of chromium, it has sufficient durability. However, when a castable containing chromium oxide of 3% or less by weight of chromium was used as the castable 23 of the tertiary combustion chamber 10, the required corrosion resistance could not be obtained. Even when a castable containing 0% chromium oxide by weight of chromium, ie, containing only alumina, was used as the castable 23 of the tertiary combustion chamber 10, the required corrosion resistance could not be obtained.
[0048]
As with the castables 23 of the tertiary combustion chamber 10, if the castables 20 of the water-cooled jacket 18 contain chromium oxide in a weight ratio of chromium of 5% or more, sufficient durability can be obtained. The environmental temperature around the discharge chute 14 is lower than the environmental temperature around the tertiary combustion chamber 10 of about 1300 ° C., and is about 1100 ° C. or less. In addition, the activity of the reactive gas is low around the discharge chute 13. Therefore, the castables 20 of the water-cooling jacket 18 may also contain chromium oxide in a weight ratio of chromium of 5% or more. Alternatively, the castable 20 of the water cooling jacket 18 may include silicon carbide (SiC) having fire resistance (heat resistance) of about 1100 ° C. or less.
[0049]
In the above-described embodiment, the guide groove is a concave two-step groove. However, the guide groove may have any shape as long as the molten slag is introduced into the slag discharge port 11 at a sufficiently high flow rate and the molten slag flowing down reaches the granulation trough 15 steadily. . In the above-described embodiment, the plate 112 of the slag discharge port 11 has a rounded corner. However, the plate 112 may have a structure that prevents the molten slag from staying on the plate 112 by using a material having good wettability to the molten slag.
[0050]
According to the present invention, in a melting furnace having a guide groove for concentrating molten slag, a castable containing chromium oxide at a weight ratio of chromium of 5% or more is used as a material of the guide groove. Even if loads such as corrosion or corrosion damage due to slag heat or molten salt contained in the slag act intensively on the guide groove, the guide groove structure is sufficiently durable in terms of the life and maintenance of the furnace itself. Can be adopted. Thus, it will be apparent to one skilled in the art that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the invention.
[0051]
As described above, according to the present invention, the melting furnace is provided with a combustion chamber for burning the gas generated in the gasification furnace at a high temperature; provided at the bottom of the combustion chamber, and generated by the combustion at a high temperature. A slag discharge port for discharging molten slag; and a guide groove provided at the bottom of the combustion chamber and guiding the molten slag flowing down the bottom to the slag discharge port. The guide groove has a flow path whose width gradually decreases from the upstream side of the bottom toward the slag discharge port. Therefore, the molten slag is prevented from solidifying near the molten slag discharge port, and the discharge chute is not blocked by the molten slag. The present invention is effective when the amount of ash contained in the gas and char supplied from the gasification furnace is large.
[0052]
According to the present invention, a melting furnace has a combustion chamber for burning gas generated in a gasification furnace at a high temperature; and a slag discharge provided at the bottom of the combustion chamber for discharging molten slag generated by the combustion at a high temperature. And an exit. The slag discharge port has a smooth shape that prevents molten slag from staying. Therefore, the molten slag is prevented from solidifying near the molten slag discharge port, and the discharge chute is not blocked by the molten slag. As a result, the molten slag is discharged stably and continuously from the molten slag discharge port, and can be cooled in water to form granulated slag. For this reason, the gasification and melting system can be operated continuously for a long time.
[0053]
According to the present invention, a melting furnace has a combustion chamber for burning gas generated in a gasification furnace at a high temperature; and a slag discharge provided at the bottom of the combustion chamber for discharging molten slag generated by the combustion at a high temperature. An outlet; and a discharge chute having a water cooling jacket and passing the molten slag to discharge the molten slag. The water-cooled jacket is castable. Even if the water-cooled jacket is made of a material having relatively low corrosion resistance to corrosive gas as compared with a stainless steel plate or a nickel steel plate, such as an iron plate, the corrosion resistance of the water-cooled jacket can be enhanced by castable. Therefore, the life of the melting furnace can be extended with inexpensive materials.
[0054]
A swirling melting furnace according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0055]
FIG. 4 is a block diagram showing the structures of a swirling melting furnace (swirl type combustion melting furnace) 201 and a fluidized bed gasification furnace 231 according to the second embodiment of the present invention. The swirling melting furnace 201 is connected to the fluidized-bed gasification furnace 231, and is arranged on the downstream side of the fluidized-bed gasification furnace 231. The swirling melting furnace 201 includes a vertically extending primary combustion chamber 201a, a secondary combustion chamber 201b connected to the lower end of the primary combustion chamber 201a and inclined obliquely downward, and a tertiary extending vertically connected to the lower end of the secondary combustion chamber 201b. A combustion chamber 201d, a slag separation part 201c disposed at the bottom of the tertiary combustion chamber 201d and functioning as a bottom of the furnace, an inlet 202 at an upper end of the primary combustion chamber 201a, and an outlet at an upper end of the tertiary combustion chamber 201d. 203. The slag separation section 201c has a slag discharge port 206 for discharging slag g as molten ash. Further, the swirling melting furnace 201 is connected to a slag discharge port 206 and extends downward therefrom, and a granulating trough (cooling device) connected to a lower end of the slag discharge duct 204. 205, a suction blower (gas suction device) 215, and a dust remover 214.
[0056]
The water granulation trough 205 includes an inclined portion 208, a water storage portion 209 for storing water w at a temperature of 90 ° C to 100 ° C, a slag conveyor 210 that transports the slag g solidified in the water storage portion 209, and a water circulation device 216. . The lower end of the slag discharge duct 204 and the water storage part 209 are connected to each other by an inclined part 208. When the molten slag g comes into contact with water, the water evaporates and becomes water vapor as a cold gas. The reservoir 209 is always supplied with water in an amount corresponding to the amount of evaporated water. The water circulation device 216 includes a water circulation pipe 219 connecting the water supply port 217 and the supply port 218, and a water circulation pump 220 connected to the water circulation pipe 219 to circulate the water w. The water supply port 217 is formed in the water storage section 209, and the supply port 218 is formed at the top of the inclined section 208.
[0057]
The slag discharge duct 204 has a suction port 211 formed at a lower portion for sucking the generated gas m flowing in the slag discharge duct 204. The tertiary combustion chamber 201d has an outlet 212 for discharging the product gas m sucked from the suction port 211 to the tertiary combustion chamber 201d. The suction port 211 and the discharge port 212 are connected by a suction pipe 213. The suction pipe 213 includes a dust remover 214 that removes dust in the generated gas m, and a suction blower 215 that suctions and discharges the generated gas m. That is, the dust remover 214 is arranged on the upstream side of the suction blower 215 with respect to the flow of the product gas m sucked from the slag discharge duct 204. The suction blower 215 has a suction port 215 a connected to the dust remover 214. The dust remover 214 may be a dry inertial dust collector, but is preferably a wet scrubber when the generated gas m has a large amount of dust.
[0058]
Next, the operation of the swirling melting furnace 201 configured as described above will be described.
[0059]
The waste a is supplied to the fluidized bed gasification furnace 231, and combustion air h is introduced from the bottom of the furnace to form a fluidized bed on the air dispersion plate 232 arranged in the fluidized bed gasification furnace 231. The supplied waste a is gasified at a low temperature of 450 ° C. to 650 ° C. to generate a gas m.
[0060]
The generated gas m is introduced from the fluidized bed gasification furnace 231 into the primary combustion chamber 201a through an inlet 202 formed at the upper end of the swirling melting furnace 201. The generated gas m accompanies solid carbon refined by the fluidized bed. Preheated combustion air h is introduced into the primary combustion chamber 201a from its upper end. In the primary combustion chamber 201a, the generated gas m is mixed with the combustion air h to generate a swirling flow. The generated gas m is burned at a high temperature of 1200 to 1500 ° C. and flows downward.
[0061]
The ash contained in the solid carbon becomes slag mist due to the high temperature. Most of the slag mist is captured by the molten slag layer on the inner wall of the primary combustion chamber 201a by the action of the centrifugal force of the swirling flow. The molten slag flows down the inner wall of the primary combustion chamber 201a and enters the secondary combustion chamber 201b. Thereafter, the molten slag is discharged from the slag discharge port 206 of the slag separation section 201c to the slag discharge duct 204. The unburned matter remaining in the generated gas m is completely burned in the tertiary combustion chamber 201d by the combustion air h supplied from the lower part of the tertiary combustion chamber 201d.
[0062]
The molten slag discharged from the slag discharge port 206 flows through the slag discharge duct 204 on the inclined part 208 of the granulation trough 205 toward the water storage part 209, and the water w flowing through the inclined part 208 and the water storage part 209 is cooled and solidified by the water w held in 209. The slag g solidified in the water storage section 209 is carried out of the water storage section 209 by the slag conveyor 210.
[0063]
The water w held in the water storage section 209 is sucked from the water supply port 217 of the water storage section 209 by the water circulation pump 220 and passes through the water circulation pipe 219. Then, the water w is discharged from the supply port 218 formed at the uppermost part of the inclined part 208, and flows through the inclined part 208 toward the water storage part 209. In this way, the water w in the water storage section 209 is circulated. The molten slag g falls on the inclined portion 208 through the slag discharge duct 204, and is cooled by the water w flowing through the inclined portion 208. The molten slag g flows further down the inclined section 208 toward the water storage section 209. Therefore, the molten slag g surely flows downward without accumulating on the inclined portion 208 and is collected in the water storage portion 209. Further, when the molten slag g falls on the inclined portion 208 and comes into contact with the water w, steam s is generated and rises in the slag discharge duct 204.
[0064]
The generated gas m in the slag discharge duct 204 is sucked from the suction port 211 of the slag discharge duct 204 together with the water vapor s rising in the slag discharge duct 204 by the suction blower 215. The product gas m and the water vapor s thus sucked by the suction blower 215 pass through the suction pipe 213 and are discharged from the outlet 212 to the tertiary combustion chamber 201d. A lower portion of the slag discharge duct 204, that is, a lower portion of the inclined portion 208 in the present embodiment, is sealed with water w. Accordingly, this causes a flow of the generated gas m from the slag discharge port 206 through the slag discharge duct 204. The flow of the generated gas m is generated from a part of the flow of the generated gas m from the secondary combustion chamber 201b to the tertiary combustion chamber 201d, and is a slag separation unit 201c that flows from the slag discharge port 206 through the slag discharge duct 204. It is a branch at.
[0065]
The high-temperature generated gas m flows into the upper part of the slag discharge duct 204, is sucked into the suction pipe 213, and is discharged to the tertiary combustion chamber 201d. The suction port 211 is located above a region where steam s is generated when the molten slag g is cooled, that is, above a cooling device. Accordingly, when the molten slag g is discharged from the slag discharge port 206 through the slag discharge duct 204 and comes into contact with the water w of the granulated trough 205, the water vapor s that rises in the slag discharge duct 204 is discharged from the suction port 211. Easy to be sucked. Further, the flow of the generated gas m sucked into the suction port 211 prevents the water vapor s from rising in the slag discharge duct 204. As a result, the steam s does not reach the slag discharge port 206. Therefore, the temperature near the slag discharge port 206 can be maintained at a high temperature, and the temperature near the slag discharge port 206 can be prevented from lowering. In particular, since the lower part of the slag discharge duct 204, that is, the lower part of the inclined part 208 in this embodiment is sealed with the water w of the water storage part 209, the flow of the generated gas m from the slag discharge port 206 through the slag discharge duct 204 Can be effectively generated.
[0066]
The opening area of the slag discharge port 206, the distance of the suction port 211 from the slag discharge port 206, the distance of the suction port 211 from the inclined portion 208, the size of the suction port 211, the size of the suction pipe 213, and the size of the suction pipe 213. The flow velocity is selected to an appropriate value, and the temperature of the generated gas m at the suction port 215a of the suction blower 215 is at least 100 ° C, and considering the temperature at which the dust remover 214 and the suction blower 215 can withstand, for example, 350 ° C or less. It can be made to be. Since the temperature of the generated gas m at the suction port 215a of the suction blower 215 is at least 100 ° C., dew condensation of the evaporated water w does not occur in the portion up to the suction port 215a of the suction pipe 213. Therefore, dust does not adhere to the inner surface of the suction pipe 213, and the suction pipe 213 is prevented from being closed.
[0067]
In FIG. 4, the suction port 211 is a single suction port formed in the slag discharge duct 204, but it is preferable to form a plurality of suction ports equally arranged in a horizontal cross-sectional circumferential direction of the slag discharge duct 204. . The plurality of suction ports 11 are more effective in preventing the temperature of the generated gas m from decreasing near the slag discharge port 206.
[0068]
It is preferable that the liquid level of the water w flowing through the inclined portion 208 is separated from the suction port 211 by a sufficient distance so that the water droplet jumped up by the slag g falling on the inclined section 208 is not sucked into the suction port 211.
[0069]
In the swirling melting furnace 201 of the present embodiment, the distance between the suction port 211 and the uppermost part of the inclined portion 208 is drawn from the slag discharge port 206 to the granulation trough 205 through the slag discharge duct 204 and is sucked into the suction port 211. It is preferable that the high-temperature product gas m is large enough not to reach the water w flowing down the inclined portion 208.
[0070]
Although the swirling melting furnace 201 of the present embodiment has been described as having the granulated trough 205 having the inclined portion 208, the granulated trough does not have the inclined portion, and the portion corresponding to the inclined portion is straight in the vertical direction. Shape may be used. With such a granulated trough, the influence on the granulated trough due to a change in the outside air temperature can be minimized.
[0071]
As described above, according to the present invention, since the swirling melting furnace includes the slag discharge path and the gas suction device, the gas is suctioned by the gas suction device, and the slag discharge port provided at the bottom of the combustion chamber is provided. And a high-temperature gas flow flowing through the slag discharge passage to the gas suction device can be generated. Therefore, the cold gas generated in the cooling device is prevented from rising in the slag discharge path, and does not reach the slag discharge port. As a result, the slag discharge port can be maintained at a high temperature, and the temperature of the portion near the slag discharge port is prevented from dropping below the melting temperature. Therefore, the molten ash can be stably discharged from the rotary melting furnace.
[0072]
While the preferred embodiment of the invention has been illustrated and described in detail, it will be appreciated that various changes and modifications can be made without departing from the scope of the appended claims.
[Industrial applicability]
[0073]
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to a gasification and melting system in which waste is completely burned without generating dioxins by gasification and melt combustion, and ash contained in the waste is melted into slag. Further, the present invention can be applied to a rotary melting furnace that burns gas generated by low-temperature pyrolysis gasification in a gasifier for waste such as municipal waste at a high temperature and melts ash contained in the generated gas. .
[Brief description of the drawings]
[0074]
FIG. 1 is a schematic diagram of a gasification and melting system in which a fluidized bed gasification furnace and a swirling melting furnace according to a first embodiment of the present invention are combined.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a structure for cooling and discharging molten slag in the gasification and melting system shown in FIG.
3A to 3D are schematic diagrams showing a structure for guiding molten slag to a slag discharge port.
FIG. 4 is a block diagram showing a swirling melting furnace and a fluidized-bed gasification furnace arranged upstream of the swirling melting furnace according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing a portion near a slag outlet of a melting furnace in a gasification and melting system in which a fluidized bed gasification furnace and a swirling melting furnace are combined.
FIG. 6 is a schematic sectional view showing a portion near a slag discharge port of a melting furnace.
FIG. 7 is a schematic view showing a massive molten slag formed on an inner wall of a discharge chute.

Claims

A combustion chamber that burns combustible gas and melts ash contained in the combustible gas;
A slag discharge port provided at a bottom of the combustion chamber and discharging molten slag generated by melting the ash;
A guide groove that is provided at the bottom of the combustion chamber and guides the molten slag flowing down the bottom to the slag discharge port, wherein the flow gradually narrows from the upstream side of the bottom toward the slag discharge port. A guide groove having a path;
, A melting furnace.

The melting furnace according to claim 1, wherein the combustible gas is generated by gasification of a material in a gasification furnace.

The melting furnace according to claim 1, further comprising a chamber for housing the molten slag therein, the chamber having an inner wall made of castable.

A combustion chamber that burns combustible gas and melts ash contained in the combustible gas;
A slag discharge port provided at the bottom of the combustion chamber and discharging molten slag generated by melting the ash, the slag discharge port having a smooth shape for preventing the molten slag from staying;
, A melting furnace.

The melting furnace according to claim 4, wherein the combustible gas is generated by gasification of a material in a gasification furnace.

The melting furnace according to claim 4, wherein the smooth shape is at least one of a circular shape and an elliptical shape.

The melting furnace according to claim 4, further comprising a chamber that accommodates the molten slag therein, the chamber having an inner wall made of castable.

A combustion chamber that burns combustible gas and melts ash contained in the combustible gas;
A slag discharge port provided at a bottom of the combustion chamber and discharging molten slag generated by melting the ash;
A discharge chute having a water-cooled jacket and discharging the molten slag through the molten slag, the discharge chute having an inner surface at a position where the water-cooled jacket is provided covered with a castable;
, A melting furnace.

9. The melting furnace of claim 8, wherein the combustible gas is generated by gasification of a material in a gasifier.

9. The melting furnace of claim 8, wherein said castable comprises silicon carbide.

9. The melting furnace according to claim 8, further comprising a chamber for housing the molten slag therein, the chamber having an inner wall made of castable.

A gasifier for gasifying waste to produce combustible gas;
A melting furnace for burning the combustible gas and melting ash contained in the combustible gas;
Comprising, the melting furnace,
A combustion chamber for burning the combustible gas and melting ash contained in the combustible gas;
A slag discharge port provided at a bottom of the combustion chamber and discharging molten slag generated by melting the ash;
A guide groove that is provided at the bottom of the combustion chamber and guides the molten slag flowing down the bottom to the slag discharge port, wherein the flow gradually narrows from the upstream side of the bottom toward the slag discharge port. A guide groove having a path;
A gasification and melting system.

13. The gasification and melting system according to claim 12, further comprising a chamber containing the molten slag therein, the chamber having an inner wall made of castable.

A gasifier for gasifying waste to produce combustible gas;
A melting furnace for burning the combustible gas and melting ash contained in the combustible gas;
Comprising, the melting furnace,
A combustion chamber that burns combustible gas and melts ash contained in the combustible gas;
A slag discharge port provided at the bottom of the combustion chamber and discharging molten slag generated by melting the ash, the slag discharge port having a smooth shape for preventing the molten slag from staying;
A gasification and melting system.

15. The gasification and melting system of claim 14, wherein the smooth shape is at least one of a circular shape and an elliptical shape.

15. The gasification and melting system according to claim 14, further comprising a chamber containing the molten slag therein, the chamber having a castable inner wall.

A gasifier for gasifying waste to produce combustible gas;
A melting furnace for burning the combustible gas and melting ash contained in the combustible gas;
Comprising, the melting furnace,
A combustion chamber that burns combustible gas and melts ash contained in the combustible gas;
A slag discharge port provided at a bottom of the combustion chamber and discharging molten slag generated by melting the ash;
A discharge chute having a water-cooled jacket and discharging the molten slag through the molten slag, the discharge chute having an inner surface at a position where the water-cooled jacket is provided covered with a castable;
A gasification and melting system.

20. The gasification and melting system of claim 17, wherein the castable comprises silicon carbide.

18. The gasification and melting system according to claim 17, further comprising a chamber for accommodating the molten slag therein, the chamber having a castable inner wall.

A combustion chamber that burns combustible gas and melts ash contained in the combustible gas;
A slag discharge port provided at the bottom of the combustion chamber and discharging molten slag;
A cooling device for cooling and solidifying the discharged molten slag;
A slag discharge path that connects the slag discharge port and the cooling device and guides the discharged molten slag downward;
A gas suction device for sucking gas generated by combustion of the combustible gas from the slag discharge passage;
A swirling melting furnace equipped with.

The swirling melting furnace according to claim 20, wherein the combustible gas is generated by gasification of a material in a gasification furnace.

21. The swirling melting furnace according to claim 20, wherein the gas suction device has a suction port for sucking the generated gas, and a temperature of the generated gas at the suction port is increased to 100C or more at the suction port.

21. The rotary melting furnace according to claim 20, wherein the gas suction device has a suction port for sucking the generated gas, and the suction port is located above the cooling device.

21. The swirling melting furnace according to claim 20, further comprising a dust remover disposed upstream of the suction device with respect to a flow of the product gas sucked from the slag discharge path and removing dust in the product gas.

21. The swirling melting furnace according to claim 20, wherein the cooling device is a granulated trough holding water therein.

The swirling melting furnace according to claim 25, wherein a lower part of the slag discharge passage is sealed with the water.