JP2002130632A

JP2002130632A - 廃棄物ガス化溶融炉とその操業方法

Info

Publication number: JP2002130632A
Application number: JP2000329526A
Authority: JP
Inventors: Torakatsu Miyashita; 虎勝宮下; Mitsuharu Kishimoto; 充晴岸本
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-10-27
Filing date: 2000-10-27
Publication date: 2002-05-09

Abstract

(57)【要約】【課題】安定した操業が可能で、廃棄物の処理量の幅が
広く、熟練の有無を問わず容易に操業できる、廃棄物ガ
ス化溶融炉の操業方法を提供する。【解決手段】廃棄物ガス化溶融炉１において逆円錐台部
１２もしくは円筒部１３に形成されるドーム状溶融帯Ｍ
の口径をＤとした場合に、燃焼ガス吹込み炉１４内に吹
き込むＬＰＧ等の補助燃料ガスとこれに対し一定割合で
混合する酸素又は酸素富裕空気との合計吹込みガス流量
Ｑを、Ｄの２.５乗に比例する所定量にして一定に保つ
ように制御することにより、ドーム状溶融帯Ｍの位置が
不安定にならないように操業するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、都市ゴミや産業
廃棄物などを加熱して乾燥、熱分解して不燃成分をスラ
グにして取り出すとともに、炉内発生ガスは排ガス処理
装置により処理して排気する廃棄物のガス化溶融炉とそ
の操業方法に関する。詳しくは、単一の炉において廃棄
物を乾燥、熱分解して生成する灰を溶融する際のゴミ
（廃棄物）のばらつきに起因するシステムの変動や不安
定性を改善した廃棄物ガス化溶融炉とその操業方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種のガス化溶融炉として主に直接溶
融方式（一つの炉内で溶融スラグまで転化する方式）の
縦型のシャフト炉が用いられているが、このシャフト炉
には２つのタイプがあり、このうちの一方のタイプに、
たとえば特開平１０−２９２９１３号公報に記載のガス
化溶融炉がある。このガス化溶融炉の下部は、図２に示
すように、円筒状の炉体（直胴部）５１の下部５２が逆
円錐台状に形成され、その下方の中心部にその下端開口
よりも内径をさらに縮小した円筒部５３が連設され、円
筒部５３の下方に酸素および燃料ガスの羽口（燃焼バー
ナー）５５を備えた燃焼ガス吹込み炉５４が連設され、
この燃焼ガス吹込み炉５４の下方に溶融スラグＳの取出
し口５６が開口されている。

【０００３】上記シャフト炉５１内へは廃棄物Ａのみを
投入し、炉５１の底部から燃料Ｒと酸素Ｏを燃焼用バー
ナ５５等を介して吹き込み廃棄物Ａを加熱・溶融するも
ので、炉底から導入される高温（たとえば１６００℃〜
１７００℃）の燃焼ガスＱの流圧によって加熱・溶融中
の廃棄物Ａとがバランスされて燃焼ガスＱとの境界であ
る溶融帯がドーム状（以下、溶融ドームともいう）Ｍに
形成される。そして、溶融されたスラグＳは溶けて流下
し取出し口５６から炉外へ取り出される。一方、燃焼ガ
スＱ（但し、炉底から吹き込まれる燃焼ガスＱとは組成
や温度が異なる）は炉５１内の廃棄物Ａ間（間隙）を上
昇するが、この上昇する燃焼ガスＱによって炉５１内の
上部層で廃棄物Ａが乾燥され、また中間層では乾燥後の
廃棄物Ａが熱分解され、このとき可燃成分から発生する
高温ガスＧが排気筒から排気される。炉５１内の廃棄物
Ａは乾燥工程および熱分解工程を経て熱分解残渣が重力
下で徐々に炉底付近まで降下し、上記したとおりそこで
高温の燃焼ガスＱによって加熱・溶融しスラグＳにして
取り出すものである。

【０００４】ところで、上記した溶融ドームＭは、図２
に示すように炉本体内の廃棄物Ａの荷重と炉底部から吹
き込まれ炉の上部へ上昇しようとする燃焼ガス（高温ガ
ス）Ｑの流圧とがバランスしているときには、位置が安
定しかつドーム状に保たれているが、炉の操業条件によ
って溶融ドームＭの位置や形状が急激に変化し、結果と
して炉内から発生し排出される高温の排ガスの流量や組
成が急激に変わるなどの不都合が生じることが確認され
ている。

【０００５】そこで、本願の発明者らは上記したタイプ
の直接溶融方式の縦型のシャフト炉において、溶融ドー
ムが不安定になる理由やどのようにすれば溶融ドームを
安定させることができるかなどについて、実機における
データを解析するなどした結果、理論的に解明すること
ができた。

【０００６】なお、シャフト炉方式の他のタイプは、図
示は省略するが、廃棄物とともに石灰石およびコークス
を投入シュートより投入して乾燥・熱分解させたのち、
炉の底部付近から酸素および空気を吹き込んで継続的に
燃焼させる構造からなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】まず、本発明の基本と
なる、直接溶融方式の縦型のシャフト炉からなる廃棄物
ガス化溶融炉における不燃物の溶融原理と溶融ドームの
安定原理について、図２に示す上記炉を例に挙げて詳し
く説明する。

【０００８】図２に示すように、シャフト炉５１の底部
付近は、逆円錐台部５２とこの下端に一体に連設される
円筒部５３を備え、円筒部５３に酸素とＬＰＧの混合ガ
スを吹き込む羽口（燃焼バーナー）５５を燃焼ガス吹込
み炉５４の中心に向けて配備している。また、炉底は溶
融スラグの溜り部５４ａに構成され、この溜り部５８に
溜った溶融スラグＳが取出し口５６から徐々に炉外へ溶
出する。図２の逆円錐台部５２の上端に連設されている
円筒状炉体（直胴部）５１はかなり上の方まで延設され
ており、炉５１内に投入された廃棄物Ａは底部から上昇
する高温ガスＱによって炉５１の上部にて乾燥されたの
ち、徐々に降下して熱分解される。熱分解されると、廃
棄物Ａ中の可燃物の大部分は、固定炭素と灰からなるチ
ャーと不燃物の混合層となって逆円錐台部５２に降下す
る一方、炉５１の底部からは酸素とＬＰＧが吹き込まれ
て高温ガスＱとなってチャーと不燃物との混合層に接触
する。この接触域が上記した溶融ドームＭと称され、こ
の溶融ドームＭの付近では、上昇しようとする高温の燃
焼ガスＱによってチャーと不燃物が加熱されるととも
に、高温ガスＱ中に含有されている酸素とチャー中の炭
素が急激に反応して燃焼し、高熱を発する。こうして、
溶融ドームＭの下面側近傍は灰などの不燃物が溶融して
一種の溶融スラグ帯を形成し、溶融スラグＳが炉底に滴
下すると同時に、周辺の内壁を伝わって炉底５４ａに流
れ落ちる。そして、炉底５４ａに溜った溶融スラグＳは
取出し口５６から排出される。

【０００９】１）溶融ドームに作用する力溶融ドームの上方の廃棄物重量（Ｆ１）溶融ドームＭの上方に存在する廃棄物Ａは、溶融ドーム
Ｍに対し下向きの力（重力）を及ぼす。廃棄物Ａ層は通
常数メートル（たとえば５ｍ）あるが、これらの全ての
廃棄物Ａの重量Ｗが溶融ドームＭに作用する訳ではな
い。つまり、廃棄物Ａと炉内壁とに摩擦が生じることか
ら、粉体工学の理論により、溶融ドームＭに作用する廃
棄物の荷重（Ｗ）は、廃棄物の比重（γ）×溶融ドーム
の断面積（Ａ）×廃棄物の高さ（ｈ）×１／３になる。
また、実機による実験結果から、高さ（ｈ）は溶融ドー
ムの位置における逆円錐台部の内径がＤの場合に２Ｄに
設定すればよい（図３参照）。

【００１０】溶融ドームの上方に存在する廃棄物の重量
による溶融ドームへの下向きの力Ｆ１（ｋｇ／ｍ²）
は、（π／４×Ｄ²×２／３×Ｄ×γ）／（π／４×Ｄ²）＝
２／３×Ｄ×γ 上記の式においてγは廃棄物の種類によって変わるが、
廃棄物の荷重平均値であり、種々の実績によりγを２３
０ｋｇ／ｍ³として計算できるので、Ｆ１＝２／３×Ｄ×２３０＝１５３×Ｄ（ｋｇ／ｍ²）
になる。

【００１１】溶融ドームおよび溶融ドーム上の廃棄
物を通過する高温ガスの差圧（Ｆ２）溶融ドームお
よび溶融ドーム上の廃棄物を通過する高温ガスは差圧Ｆ
２を生じさせ、溶融ドームとその上の廃棄物を上方に押
し上げる力Ｆ２を発生する。

【００１２】一般に、溶融ドームは溶融帯で覆われてお
り、ドームの隙間は溶融物で塞がれているから、溶融ド
ームを通過する高温ガスが大きな差圧（いいかえれば、
溶融ドームを境界にして下側圧力と上側圧力との差圧）
を発生し、その差圧が溶融ドームを押し上げる力Ｆ２に
なる。溶融ドーム上方の廃棄物層には溶融物が存在しな
いから、通過する高温ガスの空塔速度は０．５ｍ／ｓ以
下で、廃棄物層を通過するガスの差圧は溶融ドームのそ
れに比べて遥かに小さい。また、この差圧は主にガス流
量とドーム径に依存する（厳密にいうと、溶融ドームの
差圧はドームに至るガスの圧力や温度および組成等の多
種の要因の影響を受けるが、それらの要因は比較的変動
が少なく、かつ差圧への影響が小さいので無視でき
る）。

【００１３】ここで、具体的には経験上、７０ｔｏｎ／
１日の廃棄物を焼却処理する場合、溶融ドームに至るガ
ス流量が８１８Ｎｍ³／ｈ、溶融ドームの温度が約１７
００℃で、溶融ドーム径が１３００ｍｍと推定されると
すると、この差圧は約１５０〜３００ｍｍＨ₂Ｏあるか
ら、この平均的差圧２００ｍｍＨ₂Ｏによる力Ｆ２はＦ２＝ＭＱ²／Ｄ⁴＝Ｋ［（ガス流量Ｎｍ³／ｈ）×｛（１７００＋２７３）／２７３｝／｛（π／４）×Ｄ²｝］² ＝０.０００８５４×（ガス流量Ｎｍ³／ｈ）²／Ｄ⁴ なお、上記ＭおよびＫは仮りの係数で、逆算して数値を
求めるために仮定したものであって、Ｍは０．０００６
４〜０．００１３程度の数値になる。

【００１４】上記以外の力その他にも、種々の力が溶融ドームに作用する。たとえ
ば、炉内の廃棄物が存在する直胴部の途中で炉の口径が
縮小されている場合（廃棄物が炉の内壁に付着して口径
が縮小される場合がある）は、その縮径部分を通過する
ガスの流速が大幅に増するために過大な差圧を生じ、そ
の結果、廃棄物層を介して溶融ドームに下向きの力を及
ぼす。しかし、縮径部がない場合にはガスの流速は上記
したとおり極めて小さいので、ガスの差圧は極めて小さ
く、影響を及ぼすおそれはほとんどない。また、従来技
術としての特開平１１−２０１４２８号公報に記載のよ
うに、重し板で機械的に廃棄物層に下向きの圧力を加え
る構造のシャフト炉では、溶融ドームに下向きの力を及
ぼすことがある。このような例は非常に特殊な場合であ
り、一般的には溶融ドームに上記以外の過大な力が作用
することがないので、その他の力は特に考慮する必要が
ない。

【００１５】２）溶融ドームおよび溶融ドーム上の廃棄
物層を押し上げる力のバランス溶融ドームおよび溶融ドーム上の廃棄物層を押し上げる
力をＦとすると、Ｆ＝Ｆ２−Ｆ１＝０.０００８５４×（ガス流量Ｎｍ³／
ｈ）²／Ｄ⁴−１５３×Ｄ（ｋｇ／ｍ²）で表される。

【００１６】３）溶融ドームの上下方向の位置が安定す
る条件基本的に溶融ドームの上下方向における位置が安定する
には、上記Ｆ≒Ｆ２−Ｆ１≒±０でなければならない。
つまり、Ｆ２≒Ｆ１でなければならない。しかし、実際
にはその他の要因による誤差があり、この誤差と安全代
とを考慮すると、Ｆ＝×５０ｋｇ／ｍ²の範囲内に抑え
る必要がある。これが、安定させるための条件といえ
る。仮にＦの値の絶対値が大きい場合には、安定するま
で溶融ドームは上下方向で変位することになる。

【００１７】４）溶融ドームの上下方向の位置が変動し
やすい試算例・上記した力（Ｆ）がプラス（＋）になると、溶融ドー
ムは上方へ押し付けられた状態になって上方へ移動する
力を受ける。このため、溶融ドームの下面から溶融スラ
グが滴下するたびに、溶融ドームは上方へ移動する。

【００１８】・具体的な数値を挙げると、たとえば、溶
融ドームの径が１２００ｍｍ、燃焼ガス流量が６７０Ｎ
ｍ³／ｈで安定していたと仮定し、ここでガス流量が９
００Ｎｍ³／ｈへ増えたとすると、Ｆが＋１５０ｋｇ／
ｍ²に増加するために、溶融ドームは上方への移動を開
始する。ガス流量が９００Ｎｍ³／ｈでＦが±数
ｋｇ／ｍ²以下となるドーム径は１３５０ｍｍであるか
ら、溶融ドームの口径が１３５０ｍｍになる位置まで上
昇すると、停止して安定する。この状態からガス流量が
７００Ｎｍ³／ｈに減少すると、Ｆが−８１ｋｇ／ｍ²に
なって下向きの力が溶融ドームに作用するので、溶融ド
ームは下降を開始し、ドーム径が１２２０ｍｍ前後の位
置に移動すると、そこで移動が停止する。

【００１９】・溶融ドームの最小径ガス流量が非常に少なくても安定する溶融ドーム径は、
計算上は非常に小さく、たとえば、ガス流量が１０Ｎｍ
³／ｈのときには２２０ｍｍである。しかしながら、廃
棄物を貯蔵している逆円錐台状のホッパーの場合に、出
口の口径が３００ｍｍ〜４００ｍｍでは、出口を全開し
ても内壁との摩擦作用等により廃棄物が落下しないこと
が確認されている。したがって、ガス化溶融炉において
安定した運転を確保し、かつ廃棄物が棚吊りをすること
なく重力降下できるようにするには、逆円錘台部の下端
出口径（あるいはこれに連設される円筒部の内径）を３
００ｍｍ〜４００ｍｍ以上に設定する必要がある。いい
かえれば、ガス流量は溶融ドームの最小径が３００ｍｍ
の場合に適用される値である２１Ｎｍ³／ｈ以上にしな
ければならない。しかも、この値は計算上の数値であ
り、吹き込む高温ガスによる熱的ロスや反応熱を考慮す
ると、ガス流量を１００Ｎｍ³／ｈ以下にすることは実
質的には不可能である。

【００２０】５）溶融ドームが不安定になることによる
プロセスへの悪影響一般に運転条件が変動しても溶融ドームは安定状態
へ徐々に移動しやがて安定するため問題はない。しか
し、溶融ドームの上下方向の位置が変動して不安定にな
ると、溶融ドームが上下方向に激しく変位し、その結
果、ドーム中に含まれるガレキ（瀬戸物の破片等）が慣
性によりドームから逸脱したり、溶融ドームの炉壁との
接触部が引きずられたりすることによって、ドームが破
れる等の不都合を生じる。このようにしてドームが破れ
ると、破れた個所から高温のガスが集中的に上方の廃棄
物層へ流れ込む。そして、廃棄物層での均一な乾燥・熱
分解・燃焼・溶融の各工程が乱れる結果、シャフト炉か
ら出る排ガス（炉頂ガス）の流量や性状（組成と温度）
が急激に変動する。

【００２１】シャフト炉の排気筒の下流側に設置さ
れるガス燃焼器やボイラや排ガス除塵器や有害ガス除去
装置は、炉頂ガス（排ガス）の流量や性状等に応じて制
御されるが、その変動が急激で不安定な排ガスの流量お
よび性状に対しては上手く適応できない。たとえば、ボ
イラにて発生する蒸気の量が急激に変動してもその蒸気
をそのまま蒸気タービンへは送れず、一部はタービンへ
送らずに無駄を承知のうえで復水器へ送り込むことにな
る。この結果、プラント全体の熱効率が悪化する。ま
た、排ガス中に含まれるＮＯｘ等の有害成分を除去する
には、排ガス流量に応じた量の尿素水を加える方法が採
用されるが、排ガス流量が急激に変動する場合には予め
多い目の尿素水を加えなくてはならず、その結果、尿素
水を無駄に消費することになる。さらに、ダイオキシン
を分解するために排ガス温度を一定の温度に制御した
後、触媒塔を通過させる場合に排ガスの流量や組成が急
激に変動すると、触媒塔入口の排ガス温度を上手く制御
できない。

【００２２】また、一般のガス化溶融システムにお
いては、炉頂ガスに適正量の空気を加えて炉頂ガスを完
全に燃焼させている。この燃焼に際しては加えられる空
気量を必要以上に大きくすると、燃焼後の温度が低過ぎ
て（８５０℃以下になって）炉頂ガス中のダイオキシン
が分解し切れなくなるおそれがあり、また排ガス流量そ
のものも大きくなり過ぎるおそれがある。また、逆に空
気量が適正量よりも少な過ぎると、炉頂ガス中の可燃ガ
スや固定炭素を含むチャーダストが十分に燃焼し尽くさ
れずに、有害なガスであるＣＯガスとして排ガス中に残
存するおそれがある。したがって、加えるべき空気量は
適正量より常に多くしなければならず、さらに炉頂ガス
の流量や性状が急激に変動する場合には空気量で燃焼温
度を制御し切れないおそれがある。このため、散水量を
調節して燃焼温度を制御する方法が採られている。

【００２３】このように炉頂ガスの急激な変動は様々
な悪影響を及ぼす。

【００２４】６）逆円錐台部の内壁の傾斜角度と溶融ド
ームの安定性逆円錐台部６２の内壁の傾斜角度αが、図４の例に
示すように４０゜前後と小さ過ぎると、下記のような不
都合を生じる。

【００２５】ａ）溶融ドームＭが僅かに上下に移動して
も、溶融ドームＭの径が大幅に変わることになる結果、
溶融ドームＭの上下方向の位置は非常に不安定になり、
溶融ドームＭが短時間に激しく上下することになり、や
がてちょっとした外乱（たとえばガレキの混入）が起こ
ってもドームが破れることになる。たとえば、図４の例
ではドームの上下位置が１００ｍｍ変わると、ドーム径
は約２４０ｍｍも変化することになる。その結果、たと
えばドーム径が１３００ｍｍでほぼ安定した状態からゆ
らぎ現象により溶融ドームの位置が５０ｍｍ下がると、
ドーム径は１１８０ｍｍとなり、このゆらぎに伴う安定
ガス流量は８１８Ｎｍ³／ｈから６４０Ｎｍ³／ｈに大幅
に変動することになる。しかし、実際にはガス流量はほ
とんど変化しないために、溶融ドームＭは微小なゆらぎ
的な外乱だけでも激しく上下方向に変動することにな
る。

【００２６】ｂ）逆円錐台部内のガス流れが均等でな
く、中心部の流れが優勢になる。すなわち、溶融ドーム
全体に亘って均一な燃焼・溶融が得られないだけではな
く、圧力分布も異なる。

【００２７】上記と異なり、逆に逆円錐台部６２の
内壁の傾斜角度αが大き過ぎる（たとえばα＞８０°）
と、シャフト炉の高さが高くなり過ぎて設備費が膨大に
なるとともに、僅かなガス流量の変化に対してもそれに
対応する適正なドーム径の変化に見合う溶融ドームＭの
上下方向の位置が大幅に異なってくるために、些少の外
乱が生じただけでも溶融ドームが大きく上下方向に変動
することになり、ドームが破れ易くなる。

【００２８】上記の現象に基づく結論として、逆円錐台
部６２の内壁の傾斜角度αは適正な値であるべきである
と言うことが判る。

【００２９】７）逆円錐台部の上端径と下端径の差によ
る操業範囲幅（ターンダウン比）図５に例示するように逆円錐台部６２の上部径と下
部径の差が小さい場合には、操業範囲は小さくなる不都
合を生じる。すなわち、図５の溶融炉６１の例では、上
部径は１６００ｍｍであり、最大ガス流量Ｑはドーム径
１６００ｍｍに見合う値の１３７０Ｎｍ³／ｈとなり、
一方最小値はドーム径１４００ｍｍに見合う値、９８２
Ｎｍ³／ｈとなる。この結果、最小操業可能なガス流量
Ｑは最大量の９８２／１３７０、すなわち７２％という
不都合（操業範囲が狭い）な値になり、操業可能な幅が
大幅に制限される。

【００３０】もし図５の例において、ガス量を８０
０Ｎｍ³／ｈ前後で操業した場合、溶融ドームはレベル
Ｌ以下になり、ゆらぎ的外乱により、レベルＬより上が
ったり、レベルＬより下がったりして非常に不安定な操
業となる。勿論、それよりも少ないガス量では、廃棄物
Ａが溶融せずに炉底に落下するおそれがある。

【００３１】８）溶融ドームからの溶融スラグの流下速
度図５の例において、溶融ドームＭを構成する部分の
炉下部空間に接する面積は、逆円錐台の中間部の径の二
乗に比例しており、この部分の温度は次の理由で一定化
する。つまり、ａ）溶融スラグが流動するためには、流
動するのに必要な粘度以下でなければならない。ｂ）溶
融スラグの粘度は高温ほど低くなるので、流れ易い。

【００３２】溶融ドームの熱バランスはＬＰＧの吹
き込み量、放射熱、溶融ドーム内での酸素とチャーの燃
焼熱、水冷壁の放熱、溶融ドームでの溶融スラグの溶解
熱、溶融ドーム上部への伝熱、排ガスの持出し熱、溶融
スラグが滴下して持出す熱などであるが、放熱熱は面積
に比例すること、および溶融スラグの溶ける速さも表面
が更新されることから、面積に比例する。

【００３３】ＬＰＧを酸素富化空気と一定割合で吹
き込み、かつ酸素を一定量吹き込むことで、溶融ドーム
の熱バランスが安定化するので、溶融ドームからの溶融
スラグの溶出する速度も安定化する。上記の項で溶融
ドームの伝熱が溶融ドームの面積に比例しており、上記
１）〜８）で述べたように溶融ドームの位置（上下方向
の位置）が一定高さ（一定面積）となるので、溶融ドー
ムの温度も一定になる。

【００３４】・炉下部の形状が逆円錐台部とこの最下端
に連設される円筒部から構成される構造とは違って、上
記の特開平１０−２９２９１３号公報に記載の例に見ら
れるように、つまり図６（ａ）の例１や図６（ｂ）の例
２のように、逆円錐台部６２と円筒部６３との間に段差
部６４が設けられているシャフト炉６１が採用される場
合がある。このような場合は幅広い運転範囲が得られな
いだけではなく、ある範囲（段差部６４）の運転領域で
溶融ドームＭは非常に不安定となる。このような例にお
ける溶融ドームＭの安定性を検討するために、炉各部径
に見合う溶融ドーム径とガス量についての計算値は下記
表１のとおりである。

【００３５】下記表１で明らかなように炉底部から吹き
込むガス流量が６６８Ｎｍ³／ｈ〜２４２Ｎｍ³／ｈの範
囲内にある場合は、溶融ドームＭはレベルＬよりも上で
は安定せず、レベルＬ以下でも安定しない。すなわち、
そのようなガス流量で運転した場合、溶融ドームＭがレ
ベルＬより上方で形成されると、溶融ドームＭには下向
きの力が働くので、下方へ移動し始めてレベルＬ以下に
なる。ところが、溶融ドームＭがレベルＬ以下になる
と、ドームには上方の圧力がかかる結果、その下面が溶
融するにつれて溶融ドームＭの位置は上昇し、やがて再
びレベルＬより上方へ移動する。このように溶融ドーム
Ｍの位置は安定せずに、常に周期的に上下動することに
なる。

【００３６】

【表１】９）炉底から溶融ドームに至るガス流量の制限・特開平１０−２９２９１３公報に記載の従来法による
と、炉底からは高濃度酸素とＬＰＧなどの燃料が吹き込
まれる。このようなガス量は、単に処理される廃棄物の
投入量（トン／時間）に見合う適切な量として決定され
る。つまり、溶融ドームの安定のために必要なガス量と
しては考慮されていない。逆に言えば、所定の廃棄物を
処理するためには炉底からは決まった量の高濃度酸素と
ＬＰＧなどの燃料のみが吹き込まれるために特定の形状
を有するシャフト炉の場合は、一義的に溶融ドーム径が
決定されてしまう（その状態が不安定になっても、溶融
ドームの径、すなわち、安定な溶融ドームを得るために
溶融ドームの位置を制御することはできない）。

【００３７】１０）結論上記したとおり、この種の廃棄物ガス化溶融炉における
従来の操業方法では、炉内に投入される廃棄物の投入
量、つまり廃棄物処理量に基づいて酸素とＬＰＧなどの
ガス量が決定されている。このため、ガス化溶融炉の設
計が複雑で非常に難しくなり、作業に時間がかかる。ま
た、実機における酸素とＬＰＧなどのガス量の制御も、
廃棄物の種類や性状などを考慮しつつその投入量（処理
量）に応じて行なわれることになるため、制御が困難で
熟練を要すなど限られた経験者に委ねられている。いい
かえれば、従来法では、廃棄物を投入した量と廃棄物の
質の変化に因って燃焼状態が変動すると考えられてお
り、それらの変動に対応するために、空気比の調整や廃
棄物の質に応じて処理能力に余裕のある設備にするなど
の対策を施す必要があった。

【００３８】一方、本発明は上記したように、廃棄物
の炉内投入量を粉体工学の理論に基づくとともに実験デ
ータの解析により、溶融ドーム径をＤとした場合に、そ
の上方の２Ｄの高さに存在する廃棄物からなる一定の荷
重として特定し、この荷重（Ｗ）は廃棄物の炉内投入量
が変動しても一定の溶融ドームに作用する下向きの力Ｆ
１として所定値で扱えること、溶融ドームを上方に押
し上げる力Ｆ２は、酸素又は酸素富裕空気とＬＰＧ等の
燃料ガスとの合計ガス量に基づいて決定され、このガス
量（Ｑ）は溶融ドーム径Ｄの２．５乗に比例すること、
溶融ドームを定位置に安定させて廃棄物を処理するこ
とにより、安定した操業が行なえるが、このためには、
Ｆ１≒Ｆ２にすればよいが、Ｆ１は上記に述べたとお
り所定値として特定できることから、結局Ｆ２を一定に
すればよく、いいかえればガス量を一定に保つことで達
成されるとともに、廃棄物の焼却処理能力は投入量によ
らず、酸素やＬＰＧのガス量（吹込み量）に比例するこ
と、などの廃棄物の燃焼（溶融）処理上における原理的
な理論を解明したものである。

【００３９】この結果として、酸素又は酸素富裕空気と
ＬＰＧ等の燃料ガスとの合計ガス量、ＬＰＧ等の燃料ガ
スは酸素又は酸素富裕空気に対し一定の重量割合（たと
えば１／１０）で混合されることから、酸素又は酸素富
裕空気の吹込み量を一定に保てば廃棄物の燃焼状態が多
少変動しても、安定した操業が可能になり、操業の簡素
化と安定化が図れ、また酸素又は酸素富裕空気の吹込み
量に基づいて廃棄物処理量を決定できることにより、従
来の設備的に大きな余裕をもたせた設計を改善し、設備
的な余裕を少なくして設備コストやランニングコストを
低減し、炉頂ガスの流量を一定に保ち得てタービン発電
等によるエネルギー効率の向上や設備寿命の延長を図れ
る。また、ガス化溶融炉の基本構造についても、本発明
の上記理論を適用することによって廃棄物の処理範囲
（能力）が広く、溶融ドームの位置を含め容易に安定さ
せられる直接溶融方式の縦型のシャフト炉からなる廃棄
物ガス化溶融炉の実現を可能にするものである。

【００４０】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
安定した操業が可能で、廃棄物の処理量の幅が広く、熟
練の有無を問わず容易に操業できる、廃棄物ガス化溶融
炉とその操業方法を提供しようとするものである。

【００４１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の請求項１に係るガス化溶融炉は、ａ）炉内
に投入された廃棄物が自重により降下しながら順次乾燥
および熱分解されたのち、燃焼・溶融されて前記廃棄物
中の不燃物が溶融スラグになって溶出されるとともに、
炉内で発生した高温の排ガスを炉頂部から排気させる直
接溶融方式の廃棄物ガス化溶融炉において、ｂ）縦型シ
ャフト炉の円筒状直胴部の下端に逆円錐台部を、この逆
円錐台部の下端に同下端開口と同一の内径を有する円筒
部を、それぞれこの順に一体に連設し、ｃ）前記円筒部
の下端に同下端開口よりも少なくとも一側方に拡がり、
酸素含有燃料ガスを吹き込む複数の燃焼バーナーを内側
に向けて配備し、一側方に溶融スラグの取出し口を開口
した燃焼ガス吹込み炉を、前記円筒部の下端開口に一体
に連設し、ｄ）前記逆円錐台部の，水平面に対する傾斜
角度を６０゜〜７５゜に設定するとともに、前記円筒部
の内径を３００ｍｍ以上にしたことを特徴とする。

【００４２】上記の構成を有する本発明のガス化溶融炉
は、上記ｂ）およびｄ）の構成により、逆円錐台部から
円筒部にかけて形成される溶融ドームをほぼ定位置に安
定して保持でき、また廃棄物の処理量に応じた操業可能
な範囲が非常に広く汎用性に冨み、さらに廃棄物が開口
を閉塞せず棚吊りをすることなく重力降下でき、安定し
た運転を容易に保てる。また、上記ｃ）の構成により、
溶融ドームの主に下面側から滴下するとともに、炉内壁
に沿って流れ落ちる溶融スラグ滴が燃焼バーナーから吹
き込まれる燃焼ガスに干渉せずスムーズに炉底に溜り、
取出し口から排出される。そして、溶融ドームが安定し
破れにくく、したがってその上方の廃棄物層での乾燥や
熱分解および燃焼・溶融の各作業も安定し均一に遂行さ
れる結果、シャフト炉から出る排ガス（炉頂ガス）の流
量や性状（組成と温度）がほぼ一定に保たれ、急激な変
動が防止されるから、排ガスのエネルギーを高効率で回
収できる。なお、逆円錐台部の傾斜角α（６０°〜７５
゜）は粉体工学における粉体の摩擦角７５°〜８０°に
近似するものである。傾斜角αが７５°を超えると、傾
斜が急になり過ぎてシャフト炉としての全体的なバラン
ス（形状上）が悪くなるとともに、上記した本発明の理
論が成立しにくくなる一方、傾斜角αが６０°未満にな
ると、溶融ドームが上下動したときのドーム径の変動
（増減割合）がやや大きくなり過ぎて溶融ドームの安定
が悪くなるおそれがあるうえに、たとえば溶融スラグに
よる炉内壁のセルフコーティング作用を期待できなくな
る。

【００４３】請求項２に記載のように、前記逆円錐台部
の少なくとも一部とこれに連設される前記円筒部の炉壁
をそれぞれ水冷壁で構成することが望ましい。

【００４４】請求項２記載のガス化溶融炉によれば、水
冷壁を含めて溶融炉の内壁は一般に耐火物で覆われる
が、溶融ドームが形成される逆円錐台部および円筒部は
極めて高温（たとえば１６００℃〜１７００℃以上）に
なることから、伝導伝熱や放射熱で高温となり、さらに
流下する溶融スラグの保有する熱が耐火材に伝えられて
内面が高温になり、その結果、耐火材が溶融スラグ中に
溶出して耐火物が減耗して消失した場合でも、水冷壁と
したことで高温に耐えられ操業が可能になる。しかも、
耐火物の代りに水冷壁の内表面には生成された溶融スラ
グの一部が冷却されて固化し水冷壁を覆う、いわゆるセ
ルフコーティングが維持されることによって、水冷壁を
経由して逸散する熱ロスが低減されるとともに、水冷壁
が保護される。結果的に、溶融ドームが位置する逆円錐
台部および円筒部の内径がほとんど変化しないことか
ら、溶融ドームが安定し、操業が安定して行なわれるこ
とになる。

【００４５】請求項３に記載のように、前記円筒部の内
径を３００ｍｍ〜６００ｍｍの範囲にすることが好まし
い。

【００４６】請求項３記載のガス化溶融炉によれば、逆
円錐台部の下端内径あるいは円筒部の内径が廃棄物が棚
吊りをしたり開口を閉塞したりするおそれのある寸法で
あっても、立上げ操作でＬＰＧと酸素を吹き込んで加熱
すれば、廃棄物が短時間で溶出し、やがて逆円錐台部の
中間部に溶融ドームを形成することから、安定した操業
運転が確保されるとともに、酸素等の最少の吹込み量に
て溶融ドームを容易に安定させられる。なお、炉内に吹
き込む高温の燃焼ガスによる熱的ロスや反応熱を考慮す
ると、酸素とＬＰＧ等との合計したガス流量は溶融ドー
ム径に基づいて計算により求められる値よりも多い１０
０Ｎｍ³／ｈ以上にする必要があることは、上記したと
おりである。

【００４７】請求項４に記載のように、前記燃焼バーナ
ーのガス吹出し口を臨ませた燃焼ガス吹込み炉底の、前
記溶融スラグ取出し口（の堰）からの溶融スラグ溜り部
の長さを１５０ｍｍ以上にすることが望ましい。

【００４８】請求項４に記載のガス化溶融炉によると、
溶融ドームの下面側から下方の炉底に落下した未溶融の
スラグを十分に加熱し完全燃焼するとともに、昇温して
粘度を下げ安定かつ連続的に流下させて安定性状の溶融
スラグ化をすることができる。

【００４９】本発明に係るガス化溶融炉の操業方法は、
請求項５に記載のように、縦型シャフト炉の円筒状直胴
部の下端に逆円錐台部が、この逆円錐台部の下端に同下
端開口と同一の内径を有する円筒部がそれぞれこの順に
一体に連設され、前記円筒部の下端に、この下端開口よ
りも少なくとも一側方向に拡がり、酸素含有燃料ガスを
吹き込む複数の燃焼バーナーが内側に向けて配備され、
一側方に溶融スラグの取出し口を開口した燃焼ガス吹込
み炉を一体に連設し、前記シャフト炉内に投入された廃
棄物が自重により降下しながら順次乾燥および熱分解さ
れたのち、燃焼・溶融されて前記廃棄物中の不燃物が溶
融スラグになって溶出されるとともに、炉内で発生する
排ガスを炉頂部から排気させる直接溶融方式の廃棄物ガ
ス化溶融炉において、前記逆円錐台部もしくは前記円筒
部に形成されるドーム状溶融帯の口径をＤとした場合
に、前記燃焼ガス吹込み炉内に吹き込むＬＰＧ等の補助
燃料ガスとこれに対し一定割合で混合する酸素又は酸素
富裕空気との合計吹込みガス流量（ガス量ともいう）
を、Ｄの２.５乗に比例する所定量（Ｄの関数）にして
一定に保つように制御することにより、ドーム状溶融帯
の位置が変動しないように操業することを特徴とするも
のである。

【００５０】上記の構成を有する本発明の操業方法によ
れば、上記請求項１に記載のガス化溶融炉において、逆
円錐台部もしくは円筒部に形成されるドーム状溶融帯の
位置が変動せず安定するように、ＬＰＧ等の補助燃料ガ
スとこれに対し一定割合で混合して前記燃焼ガス吹込み
炉内に吹き込む酸素又は酸素富裕空気とを合計した吹込
みガス流量を一定に保つだけで、廃棄物の燃焼状態が多
少変動したり、廃棄物の炉内への投入量が増減したりし
ても、安定した操業が可能になり、操業の簡素化と安定
化が図れる。また酸素又は酸素富裕空気の吹込み量に基
づいて廃棄物処理量を決定できるので、従来のゴミの発
熱量や燃焼性の変動を吸収するため設備的に余裕をもた
せた設計を改善し、設備コストやランニングコストを低
減し、炉頂ガスの流量を一定に保ち得てタービン発電等
によるエネルギー効率の向上や燃焼の変動を平均化する
ことによる設備寿命の延長を図れる。

【００５１】請求項６に記載のように、請求項５の操業
方法を行うのに際し、前記逆円錐台部の傾斜角αが６０
°〜７５°で、その最大口径をＤ₀（ｍ）とし、同最小
口径をｄ（ｍ）とし、前記ドーム状溶融帯のドーム径を
Ｄ（ｍ）とした場合に、前記ドーム状溶融帯に至るガス
流量Ｑ（Ｎｍ³／ｈ）を、下記の式（１５３／Ｍ）^1/2×Ｄ₀ ^2.5＞Ｑ＞（１５３／Ｍ）^1/2×
ｄ^2.5 ［ただし、上記Ｍは０．０００６４〜０．００１３にす
ること］を満足するように操業することが好ましい。

【００５２】請求項６に記載の操業方法によれば、溶融
ドームの上下方向位置に対応するドーム径が求まり、上
記計算式から炉底から吹込むべきガス流量が簡単に導き
出せるから、溶融ドームを定位置に安定させるのに必要
かつ具体的な数値のガス流量を吹込むことにより、廃棄
物の処理を容易にかつ安定して遂行できる。

【００５３】請求項７に記載のように、前記補助燃料ガ
スがＬＰＧであり、このＬＰＧに対し酸素を１：（５〜
２０）の割合（重量比）で混合することができる。

【００５４】請求項７に記載の操業方法によれば、ＬＰ
Ｇに対する酸素の割合を高くしているので、溶融ドーム
を通過する高温ガスは大部分が酸素で占められるから、
溶融ドーム中の未燃分およびチャーを酸化・燃焼する。
また酸素に混合するＬＰＧの割合を一定にしたことで、
酸素の吹込み量を一定に制御するだけで廃棄物の処理が
円滑に行なえるので、操業が一層容易になる。その上、
炉頂ガスの温度および組成を一定化するという作用効果
がある。

【００５５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る廃棄物ガス化
溶融炉とその操業方法の実施の形態を図面に基づいて説
明する。

【００５６】図１は本発明の廃棄物ガス化溶融炉の実施
例を示す中央縦断面図である。図１に示すように、本例
のガス化溶融炉１は直接溶融方式の溶融炉で、縦型シャ
フト炉から構成されている。溶融炉１は内径が１８００
ｍｍ前後の円筒状直胴部１１の下端に逆円錐台部１２が
一体に連設され、さらに逆円錐台部１２の下端に内径が
３００ｍｍ〜６００ｍｍの範囲内（本例では５００ｍｍ
程度）の小口径の円筒部１３が一体に連設されている。
また円筒部１３の下端には、この下端開口（本例では５
００ｍｍ）よりも両側方向（左右方向）に拡がった燃焼
ガス吹込み炉１４が一体に連設され、この燃焼ガス吹込
み炉１４に複数の燃焼バーナー１５が内側に向けて配設
されている。各燃焼バーナー１５からは酸素に１０：１
の割合でＬＰＧを混合した燃料ガスが、一斉に吹き込ま
れる。さらに燃焼ガス吹込み炉１４の炉底の一側方（右
側）に、溶融スラグＳの取出し口１６が下向きに開口さ
れ、この取出し口１６は操業時に水封される。

【００５７】燃焼ガス吹込み炉１４の炉底である溶融ス
ラグ溜り部１４ａは、本例では左右間の一端から堰１４
ｂまでの長さを７００ｍｍ前後にし、溶融スラグ溜り部
１４ａに落下した粒状の溶融物などを燃焼バーナー１５
からの燃焼ガスで加熱し、溶融スラグ化して取出し口１
６から溶出できるようにしている。

【００５８】溶融炉１の円筒状直胴部１１の上端には、
円錐台部１７が一体に連設され、この円錐台部１７の頂
部に排気筒１８が一体に連設されている。また、廃棄物
の投入シュート１９が、円筒状直胴部１１の上部に炉壁
を内方へ貫通して配設されている。なお、投入シュート
１９から炉内に投入される廃棄物Ａは、本例では裁断機
（図示せず）によりあらかじめ一定幅（たとえば１５０
ｍｍ）に裁断して前処理した状態で、投入するようにし
ている。

【００５９】溶融炉１の炉壁は、全体的に鉄皮の内面に
セラミック等の耐火物を貼着した構造からなるが、逆円
錐台部１２の上下方向の中間高さより下方の部分と円筒
部１３との鉄皮部分はとくに水冷壁に構成されている。
これらの部分は熱分解された廃棄物Ａを高温ガスＱで溶
融する箇所であり、また溶融ドームＭが形成される箇所
でもあり、表面の耐火物が摩損して消失し易く、鉄皮が
露呈するおそれがある。したがって、水冷壁とすること
により表面の耐火物を冷却するので、耐火物が損傷しに
くくなって寿命が延びるとともに、耐火物の一部が消失
しても溶融スラグが水冷壁で冷却され、鉄皮の表面を覆
う、いわゆるセルフコーティングが行なわれるので、鉄
皮の部分まで溶融されることがなく、このため逆円錐台
部１２と円筒部１３の内径が大きく変化することもな
い。

【００６０】また、逆円錐台部１２の上部から円筒状直
胴部１１にかけての高さは、逆円錐台部１２の最大径を
Ｄとしたときに、少なくとも２Ｄ以上を確保できるよう
にしている。これは、溶融ドームＭ上に存在する廃棄物
Ａの荷重Ｗを、廃棄物Ａの投入量の増減にかかわらず高
さ２Ｄに至る廃棄物Ａの重量として特定するためであ
る。さらに、逆円錐台部１２のとくに内壁の傾斜角度α
は、６０°〜７５°の範囲内、本例では７０°にしてい
る。

【００６１】上記のようにして本実施例に係るガス化溶
融炉１が構成されるが、つづいてこのガス化溶融炉１に
よる操業方法について説明する。

【００６２】図１に示すように、廃棄物Ａは１５０ｍｍ
幅で裁断したうえ、一定の塊状に圧縮して脱水した状態
で、投入シュート１９から炉内に投入される。一方、炉
底部の燃焼ガス吹込み炉１４からは、燃焼バーナー１５
よりＬＰＧに多量（重量比で１０倍）の酸素を混合した
燃焼ガスが吹込まれる。ここで吹込まれるガス量Ｑは、
溶融ドームの径（ｄ）に基づいて計算により次の式で求
められる。すなわち、Ｑ（ｄ）＝（１５３／０．０００
８５４）^1/2×ｄ^2.5＝４２３ｄ^2.5（Ｎｍ³／ｈ）にな
る。本例では、ｄは５００ｍｍ〜１８００ｍｍの範囲で
あるから、７５Ｎｍ³／ｈ＜Ｑ（Ｎｍ³／ｈ）＜１８４０
Ｎｍ³／ｈということになる。そして、廃棄物Ａの投入
量が多少変化しても、燃焼ガスＱの吹込み量を一定に保
つことにより、溶融ドームＭは逆円錐台部１２の傾斜面
上に保たれて安定する。

【００６３】つまり、炉底部から吹込まれた燃焼ガスＱ
は円筒部１３で定常化され、逆円錐台部１２で均圧化さ
れてそこに形成されている溶融ドームＭを通過し、廃棄
物Ａの燃焼・溶融化、熱分解および乾燥に消費される。
いいかえると、炉内に投入された廃棄物Ａは、炉の上部
で乾燥されたのち、徐々に下降して熱分解され、このと
き分解ガスが廃棄物Ａ中の可燃成分から発生する。分解
ガスは上方の廃棄物Ａの乾燥に費やされる。熱分解され
た廃棄物Ａは、溶融ドームＭのすぐ上の燃焼・溶融域に
下降し、そこで、燃焼バーナー１５から吹き込まれ発生
した高温ガスＱが熱分解された廃棄物Ａを燃焼するとと
もに、廃棄物Ａ中のチャーと不燃物との混合層に接触
し、これが溶融ドームＭを形成する。この溶融ドームＭ
の付近では、上昇しようとする高温ガスＱによってチャ
ーと不燃物が加熱されるとともに、高温ガスＱ中に含有
されている酸素とチャー中の炭素が急激に反応して燃焼
し、高熱を発生するとともに、溶融ドームＭの下面側付
近は灰などの不燃物が溶融して一種の溶融スラグ帯を形
成する。この溶融スラグ帯から溶融スラグＳやその粒状
体が炉底に滴下すると同時に、周辺の内壁を伝わって炉
底の溶融スラグ溜り１４ａに流れ落ちる。そして、炉底
に溜った溶融スラグＳや粒状体は燃焼バーナー１５から
の燃焼ガスで加熱され、完全に溶融スラグ化されたの
ち、堰１４ｂを越えて取出し口１６から排出される。

【００６４】一方、廃棄物Ａの溶融スラグ化や加熱、熱
分解、乾燥に使用されたのちの排ガスＱ’は、温度３０
０℃前後の炉頂ガスＱ’として排気筒１８から排出さ
れ、図示を省略した排ガス処理装置等を経て発電タービ
ン等に導入され、排ガスＱ’中のエネルギーが回収され
る。本例の操業方法によると、溶融ドームＭを安定させ
るために定量の燃焼ガスを吹込み、この吹込みガス量Ｑ
を一定に保つことを特徴としており、操業が非常に容易
であるとともに、廃棄物Ａの投入量が変動しても、溶融
ドームＭにおける廃棄物Ａの溶融スラグ化および溶融ド
ームＭの上方に存在している廃棄物Ａの燃焼・溶融、熱
分解、乾燥などの各作業は溶融ドームＭを通過する高温
ガスＱにて行なわれ、そのガス通過量（流量）が一定で
安定しているから、廃棄物Ａの上記各作業も安定して確
実に行なわれると同時に、排気筒１８から排出される排
ガスＱ’の流量もほぼ一定に保たれ、かつ性状も安定す
るから、排ガスＱ’の適正な処理が可能になる。つま
り、ガス化溶融炉１の操業のポイントである排ガスＱ’
の流量とガス組成および温度が安定しているので、突然
の排ガス変動に対応するための過剰空気の割合を最小限
に抑えられるために、一酸化炭素の異常発生が抑えら
れ、かつダイオキシンやＮＯｘ、ＳＯｘの発生が抑えら
れる。これにより、尿素や活性炭や消石灰などのガス清
浄薬品の使用量を少なくでき、飛灰の量も低減される。
また、排ガスの量と性状がそれぞれ安定するため、ボイ
ラと蒸気タービン等の発電設備により安定した良質の電
力が得られ、より高効率の発電が可能になる。

【００６５】上記した第１実施例の廃棄物ガス化溶融炉
１では、燃焼バーナー１５より酸素（純酸素）とＬＰＧ
を一定の割合で混合して吹込んだが、これに代えて、酸
素に空気を混合した酸素富裕空気をＬＰＧなどの補助燃
料に混合して吹込むこともできる。この場合、ＬＰＧに
対する酸素富裕空気の混合割合は純酸素の場合よりも高
くする必要があるが、酸素の消費量を抑えられるので、
ランニングコストは低減される。

【００６６】上記した第１実施例の廃棄物ガス化溶融炉
１では、逆円錘台部１２の傾斜角αを７０°にしたが、
傾斜角αは６０°〜７５°の範囲内であればよい。

【００６７】また、逆円錘台部１２に代えて、偏芯した
逆円錘台や逆多角錐台（および多角筒部）を用いても実
施できる。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明に係る廃棄物ガス化溶融炉およびその操業方法に
は、次のような優れた効果がある。

【００６９】（１）請求項１のガス化溶融炉は、逆円錐
台部から円筒部にかけて形成される溶融ドームをほぼ定
位置に安定して保持でき、また廃棄物の処理量に応じた
操業可能な範囲が非常に広く汎用性に冨み、さらに廃棄
物が開口を閉塞せず棚吊りをすることなく重力降下で
き、安定した運転を容易に保てる。また、溶融ドームの
主に下面側から滴下するとともに、炉内壁に添って流れ
落ちる溶融スラグ滴が燃焼バーナーから吹き込まれる燃
焼ガスに干渉せずスムーズに炉底に溜り、取出し口から
排出される。しかも、溶融ドームが安定し破れにくく、
その上方の廃棄物層での乾燥や熱分解および燃焼・溶融
の各作業も安定し均一に遂行される結果、シャフト炉か
ら出る排ガス（炉頂ガス）の流量や性状（組成と温度）
がほぼ一定に保たれ、急激な変動が防止されるから、排
ガスのエネルギーを高効率で回収できる。

【００７０】（２）請求項２記載のガス化溶融炉では、
耐火物が破損して消失した場合でも、水冷壁としたこと
で高温に耐えられ操業が可能になる。しかも、溶融スラ
グによる、いわゆるセルフコーティングが行われること
によって、水冷壁を経由して逸散する熱ロスが低減され
るとともに、水冷壁が保護される。結果的に、溶融ドー
ムが位置する逆円錐台部および円筒部の内径がほとんど
変化しないから、溶融ドームが安定し、操業が安定して
行なわれることになる。

【００７１】（３）請求項３記載のガス化溶融炉では、
逆円錐台部の下端内径あるいは円筒部において廃棄物が
棚吊りをしたり開口を閉塞したりすることなく、安定し
た操業運転が確保されるとともに、酸素等の最少の吹込
み量にて溶融ドームを容易に安定させられる。

【００７２】（４）請求項４記載のガス化溶融炉では、
溶融ドームの下面側から下方の炉底に落下した未溶融の
スラグを十分に燃焼し連続的に流下させて溶融スラグ化
できる。

【００７３】（５）本発明の操業方法によれば、ガス化
溶融炉の逆円錐台部等に形成されるドーム状溶融帯の位
置が変動せず安定するように、吹込みガス流量を一定に
保つだけで、廃棄物の燃焼状態が多少変動したり、廃棄
物の炉内への投入量が増減したりしても、安定した操業
が可能になり、操業の簡素化と安定化が図れる。また酸
素又は酸素富裕空気の吹込み量に基づいて廃棄物処理量
を決定できるので、従来の設備的に余裕をもたせた設計
を改善し、設備コストやランニングコストを低減し、炉
頂ガスの流量を一定に保ち得てタービン発電等によるエ
ネルギー効率の向上や設備寿命の延長を図れる。

【００７４】（６）請求項６に記載の操業方法では、溶
融ドームを定位置に安定させるのに必要かつ具体的な数
値のガス流量を吹込むことにより、廃棄物の処理を容易
にかつ安定して遂行できる。

【００７５】（７）請求項７に記載の操業方法では、溶
融ドームを通過する高温ガスは大部分が酸素で占められ
るから、溶融ドーム中の未燃分およびチャーを酸化・燃
焼し、また酸素に混合するＬＰＧの割合を一定にしたこ
とで、酸素の吹込み量を一定に制御するだけで廃棄物の
処理が円滑に行なえるので、操業が一層容易になる。

【００７６】その他の効果として、（８）炉底からの吹込みガス量を一定に保って溶融ドー
ムの位置を安定させて操業するから、廃棄物の投入量が
変動しても、その変動の影響が廃棄物の処理作業にほと
んど及ばず、運転が容易で熟練の有無に関係しないの
で、操作員の労力負担が少ない。

【００７７】（９）吹込みガス量が一定になるため、排
ガスの流量や性状が安定し、ボイラで得られる蒸気量も
ほぼ一定となり、電力を高効率に安定して得られる。

【００７８】（１０）従来と違って、排ガス流量の変動
を大きく見込んだ排ガス処理設備を設置する必要がな
く、設備費が安くなる。

【００７９】（11）溶融ドームが安定しており、ドーム
が破れて未燃の廃棄物が炉底の溶融スラグ中に落下して
混入するような不都合が起こらないので、最終的に生成
される溶融スラグを埋立処分地などにそのまま投棄でき
る。

【００８０】（12）排ガス中のＣＯ濃度が低く、また排
ガスに含まれるＮＯｘ、ダイオキシン、ＳＯｘなどの処
理に必要な薬剤散布などの処理費用を低減できる。

【００８１】（13）排ガス処理系の温度制御が適切に行
える。したがって、ａ）燃焼器にてのガス燃焼温度を適
正に制御出来るために、適切なダイオキシン分解温度と
ガス滞留時間（８５０℃ ２秒間）を確保でき、その結
果、排ガス中のダイオキシンを激減できる。ｂ）燃焼器
による排ガス燃焼温度を適正に制御できるために、排ガ
スが過度の高温（たとえば１１００℃以上）にならず、
その結果、排ガス中のダストの溶着や耐火物の損傷など
の不都合を生じない。ｃ）排ガス処理設備の一部を構成
する排ガス触媒塔の入口温度を適正に制御できるため、
排ガス中の有毒ガスを有効に削減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の廃棄物ガス化溶融炉の実施例を示す中
央縦断面図である。

【図２】廃棄物ガス化溶融炉の従来例を示す、部分中央
縦断面図である。

【図３】溶融ドームの上方に働く下向きの力Ｆ１と溶融
ドームを押し上げる力Ｆ２の関係を示す説明図である。

【図４】逆円錐台部の傾斜角度αが４０°の場合の溶融
ドームＭを示す説明図である。

【図５】逆円錐台部の傾斜角度αが急で、上部径と下部
径の差異が小さい場合の溶融ドームＭを示す説明図であ
る。

【図６】図６（ａ）および図６（ｂ）はそれぞれ逆円錐
台部６２と円筒部６３との間に段差部６４が設けられて
いるシャフト炉６１の一部を示す説明図である。

【符号の説明】

１溶融炉（シャフト炉）１１円筒状直胴部１２逆円錐台部１３円筒部１４燃焼ガス吹込み炉１４ａ溶融スラグ溜り１５燃焼ガスバーナー１６取出し口１８排気筒１９投入シュートＡ廃棄物Ｍ溶融ドームＳ溶融スラグ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ２７Ｄ 1/12 Ｆ２７Ｄ 1/12 Ｚ 7/02 7/02 ＡＦターム(参考） 3K061 AA16 AB02 AB03 AC01 AC19 BA07 CA01 DA14 DB12 DB17 DB20 4K045 AA01 BA10 DA02 GA05 GB08 GB10 GD08 4K051 HA00 4K063 AA04 AA13 BA13 CA01 CA02 DA08 DA13 DA21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炉内に投入された廃棄物が自重により降
下しながら順次乾燥および熱分解されたのち、燃焼・溶
融されて前記廃棄物中の不燃物が溶融スラグになって溶
出されるとともに、炉内で発生した高温の排ガスを炉頂
部から排気させる直接溶融方式の廃棄物ガス化溶融炉に
おいて、縦型シャフト炉の円筒状直胴部の下端に逆円錐台部を、
この逆円錐台部の下端に同下端開口と同一の内径を有す
る円筒部を、それぞれこの順に一体に連設し、前記円筒部の下端に同下端開口よりも少なくとも一側方
に拡がり、酸素含有燃料ガスを吹き込む複数の燃焼バー
ナーを内側に向けて配備し、一側方に溶融スラグの取出
し口を開口した燃焼ガス吹込み炉を、前記円筒部の下端
開口に一体に連設し、前記逆円錐台部の傾斜角度を６０゜〜７５゜に設定する
とともに、前記円筒部の内径を３００ｍｍ以上にした―
ことを特徴とする廃棄物ガス化溶融炉。
【請求項２】前記逆円錐台部の少なくとも一部とこれ
に連設される前記円筒部の炉壁を、それぞれ水冷壁で構
成した請求項１記載の廃棄物ガス化溶融炉。
【請求項３】前記円筒部の内径を３００ｍｍ〜６００
ｍｍの範囲にした請求項１又は２記載の廃棄物ガス化溶
融炉。
【請求項４】前記燃焼バーナーのガス吹出し口を臨ま
せた燃焼ガス吹込み炉底の、前記溶融スラグ取出し口か
らの溶融スラグ溜り部の長さを１５０ｍｍ以上にする請
求項１〜３のいずれかに記載の廃棄物ガス化溶融炉。
【請求項５】縦型シャフト炉の円筒状直胴部の下端に
逆円錐台部が、この逆円錐台部の下端に同下端開口と同
一の内径を有する円筒部がそれぞれこの順に一体に連設
され、前記円筒部の下端に同下端開口よりも少なくとも
一側方向に拡がり、酸素含有燃料ガスを吹き込む複数の
燃焼バーナーが内側に向けて配備され、一側方に溶融ス
ラグの取出し口を開口した燃焼ガス吹込み炉を一体に連
設し、前記シャフト炉内に投入された廃棄物が自重によ
り降下しながら順次乾燥および熱分解されたのち、燃焼
・溶融されて前記廃棄物中の不燃物が溶融スラグになっ
て溶出されるとともに、炉内で発生した高温の排ガスを
炉頂部から排気させる直接溶融方式の廃棄物ガス化溶融
炉において、前記逆円錐台部もしくは前記円筒部に形成されるドーム
状溶融帯の口径をＤとした場合に、前記燃焼ガス吹込み
炉内に吹き込むＬＰＧ等の補助燃料ガスとこれに対し一
定割合で混合する酸素又は酸素富裕空気とを合計した前
記ドーム状溶融帯に至るガス流量を、Ｄの２.５乗に比
例する所定量にして一定に保つように制御することによ
り、ドーム状溶融帯の位置が変動しないように操業する
―ことを特徴とする廃棄物ガス化溶融炉の操業方法。
【請求項６】前記逆円錐台部の傾斜角αが６０°〜７
５°で、その最大口径をＤ₀（ｍ）とし、同最小口径を
ｄ（ｍ）とし、前記ドーム状溶融帯のドーム径をＤ
（ｍ）とした場合に、前記ドーム状溶融帯に至るガス流
量Ｑ（Ｎｍ³／ｈ）を、下記の式（１５３／Ｍ）^1/2×Ｄ₀ ^2.5＞Ｑ＞（１５３／Ｍ）^1/2×
ｄ^2.5 ［ただし、上記Ｍは０．０００６４〜０．００１３にす
ること］を満足するように操業する請求項５記載の廃棄
物ガス化溶融炉の操業方法。
【請求項７】前記補助燃料ガスがＬＰＧであり、この
ＬＰＧに対し酸素を１：（５〜２０）の割合（重量比）
で混合する請求項５又は６記載の廃棄物ガス化溶融炉の
操業方法。