JP2004101010A

JP2004101010A - ガス化溶融炉

Info

Publication number: JP2004101010A
Application number: JP2002261165A
Authority: JP
Inventors: Yoshimoto Fujii; 藤井　良基; Tatsuya Shimada; 島田　達哉; Koichi Takashi; 高士　弘一; Takamitsu Kusada; 艸田　隆充
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-09-06
Filing date: 2002-09-06
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】自己発生した組成が変動するガスを、自己の炉内やスラグ樋の温度維持用燃料として利用できるようにする。
【解決手段】各種廃棄物をガス化炉２にて高温還元雰囲気により熱分解・ガス化溶融するとともに、溶融スラグ９をスラグ樋１２より排出するガス化溶融炉１において、ガス化炉２およびスラグ樋１２の少なくとも一方に、温度維持用の管状火炎バーナ１３を設置することで、発熱量が逐次変化する自己発生のガス化溶融炉ガスを燃料として使用できるようにして、燃料費用を削減し、運転費を圧縮する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば使用済みプラスチックなどの可燃性廃棄物を高温還元雰囲気により熱分解・ガス化溶融するとともに、溶融スラグをスラグ樋より排出するガス化溶融炉に係り、より詳しくは自己発生したガスを、自己の炉内やスラグ樋の温度維持用燃料として利用することのできるガス化溶融炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガス化溶融炉は、周知のように高温の炉内において、使用済みプラスチック、建設廃材（紙くず、木くず、繊維くず）、シュレッダーダスト（廃棄家電、廃車）、汚泥、燃えがら、動植物性残さ等の可燃性廃棄物を送風酸素と反応させ、炉上部温度を８００〜１０００℃とし、高温・還元雰囲気により熱分解・ガス化させ、可燃性のガス化溶融炉ガスとして回収するもので、発生ガスの性状は約８，０００〜１１，０００ｋＪ／ｍ^３である。また炉下部においては、コークス及び炭素の燃焼により、灰分を溶融し、溶融スラグを出滓口からスラグ樋上に排出するものである（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
したがって、ガス化溶融炉には、一般に炉上部のガス化炉内や炉下部のスラグ樋の温度維持用バーナが設置されている。そして、これらのバーナとして従来は、外部購入燃料（都市ガス、ＬＰＧ、灯油、重油）を使用する一般的な拡散火炎バーナや予混合火炎バーナが使用されている。
【０００４】
これらの火炎バーナは、いずれもバーナの先端よりも前方で火炎が形成される構造になっている。そして、拡散燃焼方式（外部混合）のものにあっては、バーナの先端で燃料ガスと酸素含有ガスを混合して燃焼させるため、高温の火炎を得ることができ、広く利用されている。また、予混合燃焼方式のものにあっては、比較的短い火炎を形成させることができる等の利点を有している。
【０００５】
ところで、前記２つの方式以外のバーナとして本出願人により提案されている管状火炎バーナがある（例えば特許文献２参照）。この管状火炎バーナは、周知のように、下記のような利点を有する。
▲１▼燃料の発熱量変動に耐用性があるため、発生ガスの発熱量が逐次変化するガス化溶融炉ガスを燃料としても安定燃焼が可能である。
▲２▼高負荷燃焼が可能で、燃焼量の調節範囲が広く、１基のバーナで広範囲の燃焼量に対応することができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−６０８３０号公報
【特許文献２】
特開平１１−２８１０１５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ガス化溶融炉ガスは、処理している廃棄物種によって発生するガスの組成が変動するので、当然、発生ガスの発熱量も逐次変化する。また、従来のガス化溶融炉で使用されている一般的な拡散火炎バーナ、予混合火炎バーナでは、使用する燃料種に対応してバーナ設計がなされ、燃料種が変わるとバーナを交換する必要がある。すなわち、一般的な拡散火炎バーナ、予混合火炎バーナでは、燃料の発熱量が変動するとバーナの燃焼状態が不安定になり、最悪の場合、失火、爆発の危険性がある。したがって、一般的な拡散火炎バーナ、予混合火炎バーナでは、ガス化溶融炉で発生するガスを燃料として利用することができず、従来のガス化溶融炉では、その発生ガスを有効に利用する資源リサイクルが実現されていなかった。
【０００８】
本発明の技術的課題は、自己発生した組成が変動するガスを、自己の炉内やスラグ樋の温度維持用燃料として利用できるようにすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るガス化溶融炉は、各種廃棄物をガス化炉にて高温還元雰囲気により熱分解・ガス化溶融するとともに、溶融スラグをスラグ樋より排出するガス化溶融炉であって、前記ガス化炉および前記スラグ樋の少なくとも一方に、温度維持用の管状火炎バーナを設置したものである。
【００１０】
また、請求項２に係るガス化溶融炉は、助燃燃料と自己発生したガスを混合する混合器を設置し、助燃燃料と自己発生したガスをそれぞれ単独、または混合させて供給可能としたものである。
【００１１】
また、請求項３に係るガス化溶融炉は、管状火炎バーナへの燃料供給系内にバーナ側から、燃料ガスと酸素含有ガスまたは酸素を混合するための複数の第１のガス混合器を設けるとともに、これらガス混合器に連なる燃料ガス配管と酸素含有ガス配管にそれぞれ第１の弁を設け、さらに前記燃料ガス配管には第２のガス混合器を介して、自己発生したガス化溶融炉ガスの配管と助燃燃料配管を接続し、かつこれらガス化溶融炉ガス配管と助燃燃料配管にそれぞれ第２の弁を設けたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施形態１．
以下、図示実施形態に基づき本発明のガス化溶融炉について説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係るガス化溶融炉とバーナ及び燃料供給配管の関係を示す図である。
【００１３】
図において、１はガス化溶融炉であり、そのガス化炉となるフリーボード２の上部には、コークス・石灰石投入口３と、この投入口３に側方より連通する廃棄物投入口４と、発生する可燃性ガスすなわちガス化溶融炉ガスの排出口５とが設けられている。また、羽口が高さ方向に三段設けられており、下位より主羽口６、副羽口７、三段羽口８となっている。炉底側面には、コークス及び炭素の燃焼により溶融した灰分（溶融スラグ・メタル）９を排出するための出滓口１１が設けられ、出滓口１１に連続してスラグ樋１２が設置されている。
【００１４】
また、フリーボード２には、炉内温度維持用の管状火炎バーナ１３がそのバーナ口１４を炉内に臨ませて設置されている。管状火炎バーナ１３は、既述したように、燃料の発熱量変動に耐用性があるため、発生ガスの発熱量が逐次変化するガス化溶融炉ガスを燃料としても安定燃焼が可能である。
【００１５】
ここでは管状火炎バーナ１３に、燃料ガスと酸素含有ガスまたは酸素を混合するための複数（こでは２つ）の第１のガス混合器１５，１６を有し、燃焼室の奥端部に各第１のガス混合器１５，１６に接続されたノズル１７，１８がその内壁面の接線方向に向けて設けられ、各第１のガス混合器１５，１６に接続された燃料ガス配管２１，２２と酸素含有ガス（または酸素）配管２３，２４にそれぞれ第１の弁２５，２６，２７，２８が設けられ、選定された弁を開閉することにより、各ノズル１７，１８から噴出するガスを、燃料ガスまたは酸素含有ガスもしくは予混合気の何れかに変更可能に構成されている。なお、ここでいう酸素含有ガスとは、空気、酸素、酸素富化空気、酸素・排ガス混合ガスなど燃焼用の酸素を供給するガスを指す。
【００１６】
また、燃料ガス配管２１，２２には、第２のガス混合器３１を介して、ガス化溶融炉ガスの配管３２と助燃燃料（購入燃料であり、一般にはＬＰＧ）の配管３３を接続し、これらガス化溶融炉ガス配管３２と助燃燃料配管３３にそれぞれ第２の弁３４，３５を設け、選定された弁を開閉することにより、第２のガス混合器３１から先の燃料ガス配管２１，２２に流すガスを、ガス化溶融炉ガスまたは助燃燃料（ＬＰＧ）の何れかに変更可能に構成されている。なお、予混合気を燃料とする場合は、第２のガス混合器３１の下流側に燃料ガスと酸素含有ガスを混合するためのガス混合器（第１のガス混合器に相当）を１つ設け、このガス混合器にて製造した予混合気をノズル１７，１８に直接供給する形態をとることもできる。この場合、ノズル側の第１のガス混合器１５，１６やこれらの間をつなぐ配管２２，２３及び第１の弁２６，２７を不要にでき、燃料供給系の配管構成をシンプルなものとすることができる。また、燃料ガスと酸素含有ガスを予混合せず、燃料ガスをノズル１７に、酸素含有ガスをノズル１８に、それぞれ直接供給してもよい。
【００１７】
また、着火源として電気火花で助燃燃料専用のパイロットバーナ（図示せず）が管状火炎バーナ１３近傍に配置されている。ただし、ガス化溶融炉１内の温度が８００℃を超えると、炉内温度で充分な保炎ができるので、助燃燃料のパイロットバーナは消火し、運転費の増大を防止できるようになっている。
【００１８】
なお、ガス化溶融炉１で発生して排出口５から排出されたガス化溶融炉ガスは、図示しないガス改質炉にて、ガス中に酸素および水素が吹き込まれ、１０００〜１２００℃の高温下で、残存した炭化水素類（タール、チャー等）が熱分解・ガス化されてから、ガス清浄設備にて、ガスに含まれるダスト、塩化水素、硫化水素が湿式処理法により除去された後、ガス化溶融炉ガスホルダに送られ、一時貯蔵されるようになっている。そして、このガス化溶融炉ガスホルダ内に貯留されているガス化溶融炉ガスの一部をガス化溶融炉ガス配管３２を通してガス化溶融炉１の燃料として供給できるようになっている。
【００１９】
本実施形態のガス化溶融炉において、ガス化溶融炉立上げ時は、ガス発生が無いので、ガス化溶融炉ガス配管３２の第２の弁３４を閉じ、助燃燃料配管３３の第２の弁３５を開き、助燃燃料（ＬＰＧ）を管状火炎バーナ１３に供給することで立上げ時の炉昇温を実現する。なお、ガス化溶融炉立上げ時でもガス化溶融炉ガスホルダにガス化溶融炉ガスが貯蔵されていれば、これを管状火炎バーナ１３に供給することで立上げ時の炉昇温を実現する。
【００２０】
また、ガス化溶融炉ガスによる保熱操業時、ガス化溶融炉ガスが極低発熱量となり火炎温度が炉内温度維持に必要な温度までの保熱ができない場合も、ガス化溶融炉ガス配管３２の第２の弁３４を閉じ、助燃燃料配管３３の第２の弁３５を開き、助燃燃料（ＬＰＧ）を管状火炎バーナ１３に供給して火炎温度を上昇させ保熱操業を可能にする。
【００２１】
なお、助燃燃料（ＬＰＧ）は購入燃料であり購入費用分運転費がかかるので、助燃燃料（ＬＰＧ）を使用する前記二例の場合において、ガス化溶融炉ガスの供給が可能であれば、ガス化溶融炉ガス配管３２と助燃燃料配管３３の両方の第２の弁３４，３５を開き、第２のガス混合器３１によりできる限りガス化溶融炉ガスと助燃燃料（ＬＰＧ）を混合して使用することが望ましい。
【００２２】
本実施形態において、投入された廃棄物は、まず副羽口７から供給される空気によって形成される流動化層Ａで熱分解される。ここで可燃性ガス（ガス化溶融炉ガス）が発生し、フリーボード２において高温還元雰囲気を維持されて、二次燃焼炉へ向かう。固定炭素や灰分は、ごみと一緒に投入された石灰石やコークス、返送飛灰とともに前記流動化層Ａを形成（特に砂が入っているわけではない）し、予熱される。
【００２３】
出滓口１１からスラグ・メタル９が連続的に出滓されるのに伴い、流動化層Ａで熱分解された灰分等はコークス・石灰石とともに下部へ移動する。主羽口６からは高温で酸素濃度の高い熱風が高速で供給されており、コークスと固定炭素の燃焼により灰分が溶融する。石灰石は、このとき溶融しやすく流れやすいスラグ成分になるための調整剤として働く。
【００２４】
主羽口６から下では、高温になりながらも燃え尽きていないコークスが充填された状態になっており、スラグやメタルは、その間をしずくのように滴下する。コークスは、補助燃料となるだけでなく、火格子状の充填物からなる溶融分離帯Ｂを形成する重要な役割を担っている。なお、炉底に達するまでにスラグとメタルは均質化され、炉底側面の出滓口１１からスラグ樋１２上に連続的に出滓される。
【００２５】
実施形態２．
図２は本発明の第２の実施形態に係るガス化溶融炉とバーナ及び燃料供給配管の関係を示す図であり、図中、前述の第１実施形態のものと同一機能部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００２６】
本実施形態のガス化溶融炉は、スラグ樋１２の温度維持用のバーナとして前述の第１実施形態で説明した管状火炎バーナ１３を用いたもので、管状火炎バーナ１３を、そのバーナ口１４を出滓口１１に臨ませた状態にしてスラグ樋１２近傍に設置したものであり、管状火炎バーナ１３への燃料供給系統の配管を含むそれ以外の構成は全て第１実施形態のものと同様である。
【００２７】
本実施形態のガス化溶融炉において、ガス化溶融炉立上げ時は、ガス発生が無いので、ガス化溶融炉ガス配管３２の第２の弁３４を閉じ、助燃燃料配管３３の第２の弁３５を開き、助燃燃料（ＬＰＧ）を管状火炎バーナ１３に供給することで立上げ時のスラグ樋昇温を実現する。なお、ガス化溶融炉立上げ時でもガス化溶融炉ガスホルダにガス化溶融炉ガスが貯蔵されていれば、これを管状火炎バーナ１３に供給することで立上げ時のスラグ樋昇温を実現する。
【００２８】
また、ガス化溶融炉ガスによる保熱操業時、ガス化溶融炉ガスが極低発熱量となり火炎温度がスラグ樋温度維持に必要な温度までの保熱ができない場合も、ガス化溶融炉ガス配管３２の第２の弁３４を閉じ、助燃燃料配管３３の第２の弁３５を開き、助燃燃料（ＬＰＧ）を管状火炎バーナ１３に供給して火炎温度を上昇させ保熱操業を可能にする。
【００２９】
なお、助燃燃料（ＬＰＧ）は購入燃料であり購入費用分運転費がかかるので、ここでも助燃燃料（ＬＰＧ）を使用する前記二例の場合において、ガス化溶融炉ガスの供給が可能であれば、ガス化溶融炉ガス配管３２と助燃燃料配管３３の両方の第２の弁３４，３５を開き、第２のガス混合器３１によりできる限りガス化溶融炉ガスと助燃燃料（ＬＰＧ）を混合して使用することが望ましい。
【００３０】
なお、前述の各実施形態ではガス化炉またはスラグ樋の一方にガス化溶融炉ガスを使用可能な管状火炎バーナを設置したものを例に挙げて説明したが、ガス化炉およびスラグ樋の両方にそれぞれ管状火炎バーナを設置してもよく、その場合には燃料費用をさらに削減でき、運転費のさらなる圧縮が可能となる。
【００３１】
また、前述の各実施形態では管状火炎バーナからなる一種類のバーナのみを使用するようにしたものを例に挙げて説明したが、管状火炎バーナはガス化溶融炉ガス専用とし、その他に助燃燃料（ＬＰＧ）専用のバーナを設けて、二種類のバーナ構成としてもよく、その場合にも所期の目的は達成できる。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、各種廃棄物をガス化炉にて高温還元雰囲気により熱分解・ガス化溶融するとともに、溶融スラグをスラグ樋より排出するガス化溶融炉において、前記ガス化炉および前記スラグ樋の少なくとも一方に、温度維持用の管状火炎バーナを設置したので、発熱量が逐次変化する自己発生のガス化溶融炉ガスを燃料として使用することができて、炉保熱またはスラグ樋保熱用の燃料費用を削減することができ、運転費を圧縮することができた。また燃焼が安定し、安全性が向上した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るガス化溶融炉とバーナ及び燃料供給配管の関係を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るガス化溶融炉とバーナ及び燃料供給配管の関係を示す図である。
【符号の説明】
１　ガス化溶融炉
２　フリーボード（ガス化炉）
９　スラグ・メタル
１２　スラグ樋
１３　管状火炎バーナ
１５，１６　第１のガス混合器
２１，２２　燃料ガス配管
２３，２４　酸素含有ガス配管
２５，２６，２７，２８　第１の弁
３１　第２のガス混合器
３２　ガス化溶融炉ガス配管
３３　助燃燃料配管
３４，３５　第２の弁

Claims

各種廃棄物をガス化炉にて高温還元雰囲気により熱分解・ガス化溶融するとともに、溶融スラグをスラグ樋より排出するガス化溶融炉であって、
前記ガス化炉および前記スラグ樋の少なくとも一方に、温度維持用の管状火炎バーナを設置したことを特徴とするガス化溶融炉。
管状火炎バーナへの燃料供給系内に、助燃燃料と自己発生したガスを混合する混合器を設置し、助燃燃料と自己発生したガスをそれぞれ単独、または混合させて供給可能としたことを特徴とする請求項１記載のガス化溶融炉。
管状火炎バーナへの燃料供給系内にバーナ側から、燃料ガスと酸素含有ガスまたは酸素を混合するための複数の第１のガス混合器を設けるとともに、これらガス混合器に連なる燃料ガス配管と酸素含有ガス配管にそれぞれ第１の弁を設け、さらに前記燃料ガス配管には第２のガス混合器を介して、自己発生したガス化溶融炉ガスの配管と助燃燃料配管を接続し、かつこれらガス化溶融炉ガス配管と助燃燃料配管にそれぞれ第２の弁を設けたことを特徴とする請求項１記載のガス化溶融炉。