JP2001280615A - 溶融炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排ガスの量を可能な限り抑制しながらガス化
炉からのチャーを溶融しうる溶融炉を提供する。 【解決手段】 本発明によれば、ガス化炉からの可燃性
熱分解ガスを燃焼して該ガス化炉からのチャー３１を溶
融スラグ３１ａとする溶融炉３０は、可燃性熱分解ガス
が導入されるラジアントチューブバーナ３５を備え、そ
の輻射熱により炉内雰囲気を高温に保持し、チャーの燃
焼、溶融を行うよう構成されている。ラジアントチュー
ブバーナの燃料はガス化炉からの熱分解ガスのみで足り
るため、経済的であり、燃焼用空気の量も少なくてす
む。従って、排ガス量を大幅に低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、都市ごみ等の廃棄
物のための熱分解ガス化溶融設備に関し、特に、かかる
設備におけるガス化炉にて発生するチャーの溶融に用い
られる溶融炉に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ごみ処理施設においては、ダイオキシン
類や重金属類の処理が問題となっている。一方、主とし
て炭水化物からなる都市ごみはガス化することが可能で
あるため、将来の有望な未利用エネルギ源として非常に
注目されるようになっている。

【０００３】従って、ダイオキシン類や重金属類の発生
を実質的に防止すると共に都市ごみをガス化してエネル
ギ源として提供しうる設備として、都市ごみ熱分解ガス
化溶融設備が脚光を浴びるようになってきており、更な
る改良を加えるため様々な開発が行われてきた。

【０００４】この熱分解ガス化溶融設備の一例に関し図
４を参照して概略的に説明すると、ごみは、熱分解効率
を上げるべく一定の大きさ以下に細断するため破砕機１
０に投入され、破砕ごみは、乾燥機１１に送られ、そこ
で例えば通気乾燥を行うことにより水分が除去される。
なお、この明細書で「ごみ」とは、例えば特開平１０−６
７９９２号公報にも記載されているように、焼却可能な
任意の有機性廃棄物を指しており、例えば、都市ごみに
限らず，廃プラスチック，廃ＦＲＰ，バイオマス廃棄
物，自動車廃棄物，低品位石炭，廃油等がある。

【０００５】乾燥機１１で使用される熱風には後述する
バグフィルタ１５からの分解ガスの一部が用いられる。
また、乾燥機１１で乾燥されたごみからは鉄，アルミニ
ウムのような有価金属が選別され、排ガスは例えば発電
系統の一部である燃焼炉１６に送られ、燃焼されること
により脱臭される。乾燥ごみは流動床型ガス化炉１２に
送り込まれる。ガス化炉１２にはサイクロン１３が付設
されており、これにより加圧空気がガス化炉を循環し、
可燃性の熱分解ガスと炉底灰とが生成される。熱分解ガ
スはガスクーラー１４等の熱交換器により冷却され、Ｃ
ａ（ＯＨ）₂により乾式脱塩された後、バグフィルタ１
５にて除塵される。一方、分解残渣、いわゆるチャー
は、ロータリーキルンのような溶融炉１７に送られる。
なお、バグフィルタ１５において除去された塵埃もロー
タリーキルン１７に送られて溶融される。また、バグフ
ィルタ１５を通過した清浄な脱塩熱分解ガスは、乾燥機
１１，燃焼炉１６及びロータリーキルン１７等に送られ
る。

【０００６】ロータリーキルン１７においては、ガス化
炉１２からのチャーとバグフィルタ１５からの塵埃と
が、上述した脱塩熱分解ガスを燃料の一部とした火炎に
より、ダイオキシン類の発生防止のために１２００℃以
上、好ましくは１３００℃程度に熱せられ溶融される。
この溶融物はスラグとして排出口１７ａから排出され、
水槽等で急激に冷却、固化される。このスラグはガラス
状に固化されるため、スラグ含有物である重金属類は内
部に封じ込まれる。

【０００７】また、ロータリーキルン１７の排出口１７
ａからの排ガスは二次燃焼室１８ａを画成する二次燃焼
塔１８において更に燃焼され、しかる後、空気予熱器１
９及び水冷式等の減温塔２０を経て約２００℃に減温さ
れてから、バグフィルタ２１で除塵される。更に、この
排ガスは脱硝塔２２で処理され、環境規準に適合する実
質的に無害のガスとなって図示しない煙突を介して大気
に放出されるようになっている。

【０００８】なお、空気予熱器１９では排ガスと空気と
の間で熱交換が行われ、加熱された空気はロータリーキ
ルン１７において燃焼用空気として利用される。また、
符号２３は、燃焼炉１６の燃焼ガスにより高圧スチーム
を発生するボイラである。この高圧スチームは、蒸気タ
ービン（図示せず）を駆動して発電を行う等の目的で使
用される。

【０００９】以上のように、上述した熱分解ガス化溶融
設備は、一般に、ロータリーキルン１７をガス化炉１２
からのチャーの溶融炉として用いており、ロータリーキ
ルン１７内におけるチャーの溶融はバーナ（図示せず）
による火炎により行っている。このバーナには、燃料油
又は都市ガスに加えて、ガス化炉１２で得られた可燃性
分解ガスと前述した空気予熱器からの加熱空気とが供給
されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、チャーを溶融
させることのできる火炎を生成するためには、多量の空
気（酸素）を必要とするため、熱効率の低下を招くだけ
でなく、多量の排ガスを出すことになる。排ガスには当
然のことながらダストが含まれるので、多量のダストを
同伴する多量の排ガスの処理に大掛かりな設備を必要と
し、処理に手間を要するだけでなく、建設コストの増大
になる。しかも、廃棄物処理システムでは排ガスから熱
回収を行うが、多量のダストを含む多量の排ガスの場合
には、多量のダストが熱回収機器に付着するため熱回収
を効率的に行うことが難しい。

【００１１】また、多量の空気を供給するため、空気の
流速が速くなり、火炎が長大なものとなる。加えて、高
速の空気の流れによって溶融スラグの流れも速くなる。
このため、溶融スラグを溶融炉内に十分に時間留めるた
めに、溶融炉が大型となってしまうという問題点があ
る。

【００１２】更に、高温の火炎を発生させるためには、
多量の油や都市ガス等の燃料が必要となり、運転コスト
が高くなっている。また、この燃料の使用も排ガスの増
加に繋がるものである。

【００１３】従って、本発明の目的は、上述した従来の
おける課題を解決することのできる新規な溶融炉を提供
することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ガス化炉からの熱分解ガスを燃料として
用いる溶融炉において、溶融炉本体と、この溶融炉本体
内に配置され、可燃性熱分解ガス及び燃焼用空気が導入
される輻射型バーナとを備え、この輻射型バーナからの
輻射熱により炉内雰囲気を高温に保持することを特徴と
している。輻射型バーナとしてはラジアントチューブが
好ましい。

【００１５】ラジアントチューブバーナのような輻射型
バーナの利用により、燃料はガス化炉からの可燃性ガス
のみで足り、燃焼用空気も少量でよい。また、輻射型バ
ーナ内に供給される熱分解ガスと空気は、溶融炉本体内
で被溶融物（チャー）の溶融に伴い発生する排ガスとは
接触せず、輻射型バーナからの高温の燃焼排ガスを有効
に利用することができる。

【００１６】溶融がガス化炉において生成されたチャー
を溶融する場合、輻射型バーナを使用すると、溶融炉か
らの飛灰を防止することができる。すなわち、従来の溶
融炉のように火炎により飛灰が発生して後段の燃焼等の
内壁にダストが付着することがなくなる。

【００１７】なお、可燃性熱分解ガスに都市ガス等の補
助燃料を添加してラジアントチューブバーナに供給して
もよい。

【００１８】また、溶融炉本体の底面を該溶融炉本体の
被溶融物投入口からスラグ排出口にかけて下方に傾斜さ
せ、輻射型バーナを互いに離間して複数配置し、底面か
ら輻射型バーナまでの高さを被溶融物投入口側よりもス
ラグ排出口側の方を低くするよう構成することが好まし
い。このように輻射型バーナを配置すると、スラグは容
易に溶融状態で保持される。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、添付図面を参照して、本発
明の好適な実施の形態について説明するが、図中、同一
符号は同一又は対応部分を示すものとする。また、本発
明は、以下の説明から分かるように、この実施形態に限
定されるものではなく、種々の改変が可能である。

【００２０】図１は、本発明による溶融炉の一実施形態
を示す概要図である。この溶融炉３０は、先に図４に沿
って説明した熱分解ガス化溶融設備のロータリーキルン
１７に代えて用いられるものである。

【００２１】この実施形態においては、溶融炉３０内に
は、熱分解ガス化溶融設備のガス化炉１２（図４参照）
からのチャーと、該チャーの燃焼に必要な空気又は酸素
とがそれぞれ矢印３１，３２で示すように導入される。

【００２２】溶融炉３０は、耐火レンガ等で組み立てら
れたハウジングないしは溶融炉本体３３を有している。
この溶融炉本体３３は傾斜配置され、チャー３１の溶融
により生成されたスラグ３１ａが図１において左側のチ
ャー投入口（被溶融物投入口）３３ａから右側のスラグ
排出口３４に向かって自然流動するように、その底面３
３ｂが傾斜している。そして、溶融炉本体３３内には、
その長手方向軸線に沿って離間配置された複数（図示実
施形態では６個）の輻射型バーナ、好ましくはラジアン
トチューブバーナ３５が配置されている。これらのラジ
アントチューブバーナ３５は、後述するように長炎を内
部に保持する周知の管状構造物であり、溶融炉本体３３
の底面３３ｂから所定の高さ位置に配置されている。好
ましくは、床部３３ｂからのラジアントチューブバーナ
３５の高さがチャー投入口３３ａ側からスラグ排出口３
４側にかけて低くなるようにラジアントチューブ３５は
配置されている。このようにラジアントチューブバーナ
３５を配置すると、チャーが溶融スラグになった後、同
スラグにラジアントチューブバーナ３５が接近するの
で、容易に溶融状態を保持することができる。チャーの
溶融に伴って発生する排ガス３１ｂは、適当な排ガス処
理設備に送られて環境規準に適合する実質的に無害のガ
スとなって大気に放出される。

【００２３】次に、図２も参照して説明する。図２は上
述した溶融炉３０における種々の流体の流れを示す系統
図であり、ガス化炉１２（図４参照）からのチャー及び
その燃焼用空気又は酸素はそれぞれ白抜き矢印３１，３
２で示すように溶融炉３０に入る。また、各ラジアント
チューブバーナ３５には、ガス化炉１２において発生し
た可燃性の脱塩素熱分解ガスが黒抜き矢印３６で示すよ
うに導入されると共に、この熱分解ガスの燃焼のため
に、矢印３７で示すように燃焼用空気又は酸素が導入さ
れる。この熱分解ガスは、ダスト等がバグフィルタ１５
（図４参照）において除去されているため、ラジアント
チューブバーナの燃料として使用可能である。

【００２４】そして、ガス化炉１２のチャーは、ラジア
ントチューブバーナ３５からの輻射熱で間接的に加熱さ
れ、チャーに含まれているカーボンの自燃作用と相俟っ
て溶融し、溶融スラグ３１ａとなって白抜き矢印で示す
ように排出口３４から排出され、発生した排ガス３１ｂ
は前述のように排ガス処理設備に送られる。一方、各ラ
ジアントチューブバーナ３５内で燃焼した熱分解ガスの
燃焼排ガス３８は、好適には空気予熱器（図示せず）に
回され、溶融炉の燃焼用空気又はラジアントチューブバ
ーナ３５の燃焼用空気を加熱するのに使用される。

【００２５】図３はラジアントチューブバーナ３５の具
体的な構造を示している。ラジアントチューブバーナ３
５は、高温の炉内雰囲気でも損耗なく使用しうるように
表面がＳｉＣ膜により被覆されている。このバーナ３５
は、基端側において排気口４１ａで例えば空気予熱器に
通じる以外は閉じている外管４１と、その中に配置され
る内管４２と、内管４２の中に配置される保炎器４３及
びスパークロッド４４とを備えており、ガス化炉からの
可燃性熱分解ガスはスパークロッド４４に導かれ、燃焼
用空気が内管４２内を通り保炎器４３に導かれるように
なっている。熱分解ガスは、燃焼用空気の存在下にスパ
ークロッド４４で点火され、火炎は保炎器４３で保持さ
れ、内管４２に形成された吹出し口４５や内管４２の先
端から出て外管４１との間の環状スペースに吹き出し、
外管４１を介して炉内雰囲気を加熱して高温に保持し、
チャーの加熱溶融に寄与する。更に、燃焼排ガスはラジ
アントチューブバーナ３５から排出される。

【００２６】溶融スラグ３１ａを１２００℃以上に保つ
ためには、ラジアントチューブバーナ３５の外表面の温
度を１６００℃前後とする必要があるが、ガス化炉１２
により生成される熱分解ガスでこの温度域を得ることは
十分に可能である。しかしながら、ガス化炉１２からの
熱分解ガスの性状は、ごみによって変動するため、適
宜、熱分解ガスに都市ガス等の補助燃料を添加してもよ
い。また、運転開始直後はチャーの溶融に定常運転時の
温度以上を与えなければならないため、かかる場合にも
熱分解ガスに補助燃料を添加し、ラジアントチューブバ
ーナ３５の外表面をより高温とすることが好ましい。

【００２７】以上のように、本発明の実施形態にかかる
溶融炉３０においては、ガス化炉により生成された可燃
性熱分解ガスを、溶融炉３０内に離間配置されたラジア
ントチューブバーナ３５において、予熱された空気又は
酸素３７を用いて燃焼させる。その際にラジアントチュ
ーブバーナ３５からの輻射熱で溶融炉３０内の雰囲気温
度が高温に保持され、溶融炉３０内に投入されたチャー
３１等（カーボンを含む除塵された飛灰や、二次燃焼室
からのダスト等を含む）のカーボンを、予熱された高温
の燃焼空気又は酸素３２を用いて燃焼させることがで
き、このようにしてチャー等は溶融される。

【００２８】かかる構成においては、燃焼される熱分解
ガスが脱塩素処理されており、且つ、溶融炉３０内の排
ガスと接触しないため、燃焼排ガス、即ち燃焼した熱分
解ガスに、排ガス中の塩化水素等の腐食性ガスの混入が
ない。そのため、燃焼排ガスの熱回収に輻射型の予熱器
を使用してもその伝熱面へのダストの付着や腐食がな
く、高効率で高温の予熱空気又は酸素を作ることができ
る。

【００２９】なお、各ラジアントチューブバーナ３５
は、溶融炉３０の長手方向軸線に対してほぼ直交するよ
うに水平に配置されているが、必ずしも水平である必要
はなく、若干下向き又は上向きに傾いていてもよい。ま
た、ラジアントチューブバーナ３５は溶融炉３０の長手
方向軸線に沿って延びるように溶融炉３０に取り付けて
もよい。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ガ
ス化炉からの可燃性熱分解ガスをラジアントチューブバ
ーナの燃料として用い、ラジアントチューブバーナによ
る輻射熱によりチャーを溶融することができる。

【００３１】ラジアントチューブバーナには基本的には
都市ガス等の燃料は必要ないので、燃料費が大幅に削減
される。

【００３２】また、ラジアントチューブバーナでの可燃
性熱分解ガスの燃焼に必要な空気量は僅かであるため、
従来のロータリーキルン型の溶融炉に比して、排ガス量
は大幅に低減される。従って、排ガスの処理も容易とな
り、そのためのコストも低減することができる。

【００３３】更に、ラジアントチューブバーナから排出
される燃焼排ガス中に、溶融炉本体内の腐食性を有する
排ガスが混入することがないので、燃焼排ガスの熱の利
用が容易化される。

【００３４】また、燃焼用空気を高速で溶融炉内で流す
必要がないため、溶融スラグを溶融炉内に十分な時間留
めておくことができる。従って、溶融炉を小型化するこ
とも可能となる。しかも、飛灰が実質的に発生せず、後
段でのダスト付着等の問題も生じない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による溶融炉を簡略に示す概念図であ
る。

【図２】図１の溶融炉に対する流動体の流れについて説
明するための概要図である。

【図３】図１の溶融炉内に設置されたラジアントチュー
ブバーナの断面図である。

【図４】代表的な都市ごみ熱分解ガス化溶融設備の一例
を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１２…ガス化炉、３０…溶融炉、３１…チャー、３１ａ
…溶融スラグ、３３…溶融炉本体、３３ａ…チャー投入
口、３３ｂ…底面、３４…スラグ排出口、３５…ラジア
ントチューブバーナ、３６…可燃性熱分解ガス。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス化炉からの熱分解ガスを燃料として
   用いる溶融炉において、溶融炉本体と、前記溶融炉本体
   内に配置され、前記熱分解ガス及び燃焼用空気が導入さ
   れる輻射型バーナとを備え、前記輻射型バーナからの輻
   射熱により炉内雰囲気を高温に保持することを特徴とす
   る溶融炉。
2. 【請求項２】 前記輻射型バーナがラジアントチューブ
   バーナであることを特徴とする請求項１に記載の溶融
   炉。
3. 【請求項３】 前記溶融炉が前記ガス化炉において生成
   されたチャーを溶融することを特徴とする請求項１又は
   ２に記載の溶融炉。
4. 【請求項４】 前記熱分解ガスに補助燃料を添加して前
   記輻射型バーナに供給することを特徴とする請求項１〜
   ３のいずれか１項に記載の溶融炉。
5. 【請求項５】 前記溶融炉本体の底面が該溶融炉本体の
   被溶融物投入口からスラグ排出口にかけて下方に傾斜し
   ており、前記輻射型バーナが互いに離間して複数配置さ
   れており、前記底面から前記輻射型バーナまでの高さが
   前記被溶融物投入口側より前記スラグ排出口側が低くな
   っていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項
   に記載の溶融炉。