JP2005003230A - 燃焼溶融炉 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】溶融炉本体1の底部の溶融スラグ排出口13から落下した溶融スラグ12をスラグ冷却部45で受け入れて冷却・固化する燃焼溶融炉46において、スラグ冷却部45からの冷気によって溶融スラグ排出口13の溶融スラグが冷却されるのを阻止するために、気体吸引装置を設けてスラグ冷却部からの冷気を除去する。溶融スラグ排出口13とスラグ冷却部45との間が覆われてスラグ排出部15が形成される場合、気体吸引装置を設けたことにより、スラグ冷却部45からの冷気による、溶融スラグ排出口13及びスラグ排出部15の温度低下を抑制できる。これにより、溶融スラグ12の冷却が抑制され、溶融スラグ12の安定排出に貢献する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ごみや石炭に含まれる灰分を溶融してスラグとして回収することで灰を無害化する燃焼溶融炉に関する。
【0002】
【従来の技術】
ごみや石炭に含まれる灰分を溶融スラグ化する従来技術として、灰に外熱を加えて溶融し、スラグとして回収する灰溶融炉が知られている(例えば特許文献1,2参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平11−270827号公報(段落番号[0017],図1)
【特許文献2】
特開平11−159738号公報(特許請求の範囲,図1)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
燃焼溶融炉において、溶融スラグ排出口から排出された溶融スラグは、その下流に設けられたスラグ冷却部に導入され、固形スラグとして回収される。溶融スラグ排出口とスラグ冷却部との間が覆われてスラグ排出部が形成される場合、スラグ排出部とスラグ冷却部の温度を比較すると、スラグ冷却部の方が、スラグ排出部の温度よりも低い。このため、スラグ冷却部から温度の低いガスがスラグ排出部に流入すると、スラグ排出部内の雰囲気温度が低下する。スラグ排出部の溶融スラグが冷却・固化し溶融スラグ排出口が閉塞するのを防止するためには、スラグ排出部を加熱する必要がある。
【0005】
本発明の目的は、溶融スラグ排出口の溶融スラグが冷却・固化するのを防止するために有効な手段を備えた燃焼溶融炉を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、底部に溶融スラグ排出口を有する燃焼溶融炉本体と、前記溶融スラグ排出口から落下した溶融スラグを受け入れて冷却・固化させるスラグ冷却部とを具備する燃焼溶融炉において、前記スラグ冷却部からの冷気によって前記溶融スラグ排出口の溶融スラグが冷却されるのを阻止するための気体吸引装置を設けたことにある。
【0007】
本発明においては、溶融スラグ排出口とスラグ冷却部との間をスカートで覆い、前記気体吸引装置の吸引ノズルを、このスカート内のなるべくスラグ冷却部に近い側に設けることが望ましい。
【0008】
また、溶融スラグ排出口でスラグが冷却・固化してしまうのを防止するために、溶融スラグ排出口を加熱する加熱バーナを設けると共に、前記気体吸引装置により回収した気体をこの加熱バーナの燃焼気体の一部として戻すようにすることが望ましい。なお、気体吸引装置により回収した気体は、溶融炉本体に戻すようにしても良い。
【0009】
また、溶融スラグ排出口から落下した溶融スラグを受けるスラグ溜めと、前記スラグ溜めに溜まったスラグを前記スラグ冷却部に流下させるスラグ流下口を設けても良い。この場合、溶融スラグ排出口とスラグ流下口の両方を加熱できる加熱バーナを設けると良い。また、スラグ溜めのスラグ中に無機物を投入する無機物投入装置を設けると良い。
【0010】
【発明の実施の形態】
(第一実施例)
本発明の第一実施例を図1に示す。燃焼溶融炉46は、竪型の円筒炉であり、溶融炉本体1の上部に燃焼排ガス2を排出する燃焼排ガス排出口42を有し、溶融炉本体1の底部にスラグタップ14と溶融スラグ排出口13を有する。溶融スラグ排出口13から落下した溶融スラグは、スラグ冷却部45にて冷却・固化されたのち、固形スラグとして回収される。本実施例では、溶融スラグ排出口13とスラグ冷却部45との間が、スカート47で覆われており、それによってスラグ排出部15が形成されている。なお、スカート47の下端は開放されていてもかまわない。スカート47はスラグタップ14が冷えるのを防ぐ効果を有する。
【0011】
溶融炉本体1には、燃焼空気ノズル3,燃料ノズル5,被溶融物供給ノズル7が設置され、燃焼空気4,燃料6,被溶融物8はそれぞれ接線方向で溶融炉本体1に投入される。これにより、溶融炉本体1内に旋回流が形成される。この旋回流において燃料6が燃焼し、溶融炉本体1内に高温雰囲気が形成される。また炉内の被溶融物8は、旋回流の遠心力で炉壁付近に移動する。被溶融物は、燃料6の燃焼熱で溶融し、溶融スラグ12として炉壁を流下する。溶融スラグ12は、溶融炉本体1の底面であるスラグタップ14に到達し、溶融スラグ排出口13より流下する。
【0012】
本実施例は灰溶融炉を想定しており、ここでの被溶融物は、例えばごみ焼却灰や下水汚泥灰,石炭灰などの無機物を多く含む灰と、融点調整物質である。特に溶融炉本体1に投入する灰10としては、可燃分を含み、かつ粒径の小さな例えば数十μm程度のものが適する。これは、灰10中の可燃分が溶融炉本体1中で燃焼するためである。また融点調整物質11としては、灰10と同程度の粒径分布を持つ粉末状の物質である、例えば炭酸カルシウムや消石灰といったカルシウム系化合物が望ましい。これは、灰10との混合が容易であるためである。灰10及び融点調整物質11はホッパ9から被溶融物供給ノズル7に送られる。
【0013】
スラグ排出部15には、溶融スラグ排出口13に向かって火炎が噴出するように加熱バーナ16が設置されている。この加熱バーナ16により、溶融スラグ排出口13及びスラグタップ14の下面が加熱されて、溶融スラグ12の安定流下が促進されるのみならず、溶融スラグ排出口13が溶融スラグ12の冷却・固化によって閉塞するのが防止される。ここで、スラグ排出部15及び溶融スラグ排出口13の温度低下の原因となるのが、スラグ冷却部45への放熱とスラグ冷却部45からの冷気の流入である。
【0014】
スラグ冷却部45からの冷気の流入を抑制するために、スラグ排出部15内に気体吸引装置の気体吸引ノズル21を設置する。気体吸引ノズル21の設置場所は、加熱バーナ16より下で、スラグ冷却部45の入口付近が望ましい。
【0015】
気体吸引装置を用いることで、スラグ冷却部45からの冷気が排出され、スラグ排出部15の温度低下が抑制される。これにより、加熱バーナ16で消費するバーナ燃料35の量も低減される。
【0016】
なお、本実施例の気体吸引装置は、気体吸引ノズル21とブロア23及びバルブ22から構成され、吸引ノズル21からの冷気の吸引のためにブロワ23の動力を利用するようにしている。また、スラグ排出部15内および溶融炉本体1内の圧力に合わせることと、流下する溶融スラグ12の吸引を防止するために、吸引力を調整するバルブ22を設けている。
【0017】
(第二実施例)
本発明の第二実施例を図2〜図4に示す。ここでは、第一実施例で説明した燃焼溶融炉に設置する吸引ノズル21の形状及び取り付け方法について説明する。
【0018】
吸引ノズル21の正面図を図2に示す。吸引ノズル21は水冷管となっているため、吸引された冷気は、中心部の吸引ガス通過部36を通る。またノズル先端を斜面にして、下方向からのガスを吸引しやすくするとともに、上方向からの落下物等を吸引しにくい構造にしている。
【0019】
吸引ノズル21の断面図を図3に示す。吸引ノズル21は3重管となっており、最も内側が吸引ガス通過部36である。吸引ガス通過部の外側は、冷却水の経路となっている。冷却水は、内側の冷却水入口37より吸引ノズル21内に導入され、外側の冷却水出口38より排出される。
【0020】
図2及び図3に示した吸引ノズル21を取り付けた燃焼溶融炉46を図4に示す。なお、本実施例では、スラグ冷却部として水槽20及び水19を用いた場合を示している。
【0021】
溶融スラグ12は、1000度以上の高温である。これが水槽20の水19の中に落下し、冷却・固化して固形スラグ18となる。このため、溶融スラグ12の持込熱によって水槽20中の水19が沸騰し、水蒸気としてスラグ排出部15に流入する。水蒸気流入による、スラグ排出部15,溶融スラグ排出口13,スラグタップ14における溶融スラグ12の温度低下を防止するため、吸引ノズル21を設置する。吸引ノズル21を水19の水面付近に設置することで、効率よく水蒸気を除去できる。また、図2及び図3に示したように、先端を斜めとした吸引ノズル21を用いることで、下方向から上昇する水蒸気が吸引されやすくなり、また上方から流下してくる溶融スラグが吸引されにくくなる。これにより、吸引ノズル21の寿命を延ばすことができる。
【0022】
(第三実施例)
本発明の第三実施例を図5に示す。ここでは、第一実施例で説明した燃焼溶融炉を改良し、吸引ノズル21で回収した気体を加熱バーナ16のバーナ燃焼気体34の系統に戻す手段を備えた燃焼溶融炉46について説明する。
【0023】
吸引ノズル21で回収された気体は、吸引力の調整バルブ22とブロワ23を介して熱交換器39に供給される。この熱交換器で気体は冷却され、気体中の水蒸気はドレイン40として排出される。排出されたドレイン40は、水槽20中に戻しても良い。
【0024】
一方、水蒸気を除去された回収気体41は、加熱バーナ16のバーナ燃焼気体34の系統に戻され、スラグ排出部15に戻される。
【0025】
本実施例は、バーナ燃料35の流量に対するバーナ燃焼気体34中の余剰酸素が少ない流量条件で加熱バーナ16を運用する場合に特に有効である。なぜならば、スラグ排出部15内は一酸化炭素,水素といった可燃物質が存在しやすくなっている。吸引ノズル21から吸引した気体中に、これらの可燃物質が含まれている場合には、吸引した気体を大気に放出することは安全上問題がある。これら可燃物質を含む気体を吸引ノズル21で吸引したのち加熱バーナ16からスラグ排出部15に戻すことで、可燃物質を完全燃焼させることができ、バーナ燃料35のもつ熱量を有効に利用できる。さらに、吸引ノズル21と加熱バーナ16を設置する距離が近いために、吸引した気体を通す配管の距離も短くできる。
【0026】
(第四実施例)
本発明の第四実施例を図6に示す。ここでは、第一実施例で説明した燃焼溶融炉を改良し、吸引ノズル21で回収した気体を溶融炉本体1内に戻す手段を備えた燃焼溶融炉46について説明する。
【0027】
吸引ノズル21で回収された気体が熱交換器39に供給されるまでは第四実施例と同じである。本実施例では、熱交換器39にて水蒸気を除去された回収気体41が溶融炉本体1に戻される。図6では、回収気体41の投入口が、燃焼空気ノズル3よりも上方に設けられた場合を示している。
【0028】
溶融炉本体1を旋回燃焼式とした場合には、燃焼空気ノズル3よりも上方の領域で、下方より上昇してきた燃焼排ガス2が完全燃焼する。従って、水蒸気を除去された回収気体41を燃焼空気ノズル3よりも上方の領域に投入することで、可燃物質は完全燃焼する。
【0029】
(第五実施例)
本発明の第五実施例を図7に示す。ここでは、第一実施例で説明した燃焼溶融炉46のスラグ冷却部45として、水槽20と水19を用いている。また、燃焼溶融炉46のスラグ排出部15内には、溶融スラグ排出口13から落下した溶融スラグ12を一旦溜めるためのスラグ溜め43と、スラグ溜め43からの溶融スラグ12を水槽20に流下させる溶融スラグ流下口17を設けている。スラグ溜めは溶融スラグ排出口13の直下に設けられている。また、スラグ溜め43及び溶融スラグ流下口17を加熱する加熱バーナ16と、水槽20からの冷気を吸引する吸引ノズル21とがそれぞれ設置されている。
【0030】
まず、溶融スラグ12の経路について説明する。溶融炉本体1にて溶融した灰は溶融スラグ12となって壁面、スラグタップ14を流下し、溶融スラグ排出口13に到達する。溶融スラグ12は、この溶融スラグ排出口13よりスラグ排出部15内のスラグ溜め43に流下する。スラグ溜め43に流下した溶融スラグ12は、加熱バーナ16の火炎で溶融状態を保持される。そして、スラグ溜め43からあふれた溶融スラグ12は、溶融スラグ流下口17に達し、ここから水槽20に落下して冷却・固化して、固形スラグ18として回収される。
【0031】
次に、スラグ排出部15の保温方法について説明する。スラグタップ14の下面と、溶融スラグ排出口13及びスラグ溜め43及び溶融スラグ流下口17における溶融スラグ12は、加熱バーナ16の火炎により保温される。ここで、溶融スラグ12の流動状況によっては、加熱バーナ16のバーナ燃焼気体34に酸素を混入させて火炎温度を上昇させる運用も可能である。
【0032】
スラグ排出部15の中でも溶融スラグ流下口17より下の空間において、溶融スラグ12が水19に流下して熱を持ち込むことにより水蒸気が流入する。この水蒸気が、溶融スラグ流下口17からスラグ溜め43付近に達すると、水蒸気の潜熱によって、加熱バーナ16からの火炎温度が低下する。この火炎温度の低下を回避するために、加熱バーナ16の熱負荷を高めるか、水蒸気除去手段を設置するといった対策が必要となる。
【0033】
本実施例では、溶融スラグ流下口17と水槽20の水面との間に、気体吸引ノズル21を設置している。この吸引ノズル21を用いて、水槽20からの水蒸気を除去する。これにより、水蒸気によるスラグ排出部15内の雰囲気温度の低下及び加熱バーナ16の火炎温度の低下を回避できる。これにより、加熱バーナ16で消費されるバーナ燃料35の流量も小さくできるため、低コストでの運用が可能となる。さらに、吸引ノズル21の吸引力によって、溶融スラグ流下口17より下の雰囲気の圧力が若干低くなり、加熱バーナ16からの火炎及び燃焼ガスが、この雰囲気に流入するようになる。これにより、溶融スラグ流下口17及び溶融スラグ流下口17よりも下の領域が保温されるという効果もある。なお、吸引ノズル21の吸引力は、溶融炉本体1及びスラグ排出部15の内圧に応じて、調整バルブ22の開度及びブロワ23の負荷を調整して制御することができる。
【0034】
(第六実施例)
本発明の第六実施例を図8に示す。本実施例では、第五実施例で説明した燃焼溶融炉のスラグ排出部15にも灰ノズル25を設置している。灰ノズル25から投入される被溶融物24は、スラグ溜め43の溶融スラグ12に捕捉され、加熱バーナ16の火炎により溶融する。
【0035】
ここで、被溶融物24として投入する灰27には、可燃分が非常に少なく、かつ粒径の大きな、例えば数mm程度のものが適する。これは、灰27が加熱バーナ16からの燃焼ガスに同伴されて、溶融スラグ排出口13から溶融炉本体1へと逆流するのを防ぐためである。またホッパ26へ供給する融点調整物質28としては、前記灰27と同程度の粒径分布を持つ粒状の物質が望ましい。融点調整物質28に、ガラス片などの廃棄物を使用できると、融点降下と廃棄物の処理量拡大を両立できる。
【0036】
(第七実施例)
本発明の第七実施例を図9に示す。ここでは、第六実施例で説明した燃焼溶融炉46の燃焼排ガス2から熱回収して発電する発電システムについて説明する。
【0037】
まず燃焼溶融炉46からの燃焼排ガス2は、排熱回収ボイラ31に導かれる。ここで回収された熱で蒸気タービン30を駆動し、発電機29にて電力を得る。
【0038】
次に、排熱回収ボイラ31を出た燃焼排ガス2は、サイクロンやバグフィルタといった脱塵装置32にて脱塵される。ここで脱塵された粉体は、回収飛灰44としてホッパ9に戻し、燃焼溶融炉46に戻す。ここで、回収飛灰44をホッパ9に戻す理由は、回収飛灰44の粒径が小さいためである。
【0039】
さらに、脱塵装置32を出た燃焼排ガス2は、スクラバなどで処理された後、煙突33より系外に排出される。
【0040】
(第八実施例)
本発明の第八実施例を図10に示す。ここでは、第六実施例に示した燃焼溶融炉46を石炭火力発電所に設置した灰処理システムについて説明する。
【0041】
燃焼溶融炉46の燃焼排ガス2は石炭火炉101へ戻される。燃焼排ガス2を石炭火炉101へ戻す系統には温度調整器103が備えられている。
【0042】
石炭火炉101では、バーナ102にて石炭111が空気110によって燃焼され、これにより発生する排ガスはエアヒータ104及び脱硝装置105を経て電機集塵機106にて石炭灰がフライアッシュ107として回収される。石炭灰が除去された排ガスは脱硫装置114を経て煙突33から排出される。フライアッシュ107の一部は、利用されるフライアッシュ109としてセメント原料などに再利用される。一方、残りの利用されないフライアッシュ112はホッパ9に送られる。セメント原料などに利用されるフライアッシュ109は、粒径45ミクロン以下で可燃分を5%以下しか含有しないものが多い。従って、電機集塵機106で回収したフライアッシュ107を分級器などの分別装置108で分別する。これにより、フライアッシュ107の一部を溶融処理するシステムを構築できるため、燃焼溶融炉46の設備をコンパクトにできる。
【0043】
ホッパ9に、発電所内で発生する廃棄物113を投入することで、発電所の廃棄物低減にも寄与できる。ここで廃棄物113としては、既に埋め立てた灰,場内廃棄物,発電所の定期検査時に発生する廃棄物などが使用できる。
【0044】
一方、融点調整物質11,28として使用する物質としては、消石灰や炭酸カルシウムなどのカルシウム化合物,ガラス片などの廃棄物、さらに海岸に立地した発電所の取水口に付着して廃棄物となる貝殻片などが挙げられる。
【0045】
本実施例により、石炭火力発電所の石炭灰を処理するシステムが構築できる。
【0046】
【発明の効果】
本発明によれば、燃焼溶融炉の溶融スラグ排出口がスラグ冷却部から冷気によって冷やされるのを抑制することができる。これにより、溶融スラグの安定排出に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施例を示す燃焼溶融炉の概略図。
【図2】吸引ノズルの正面図。
【図3】吸引ノズルの断面図。
【図4】本発明の第二実施例を示す燃焼溶融炉の概略図。
【図5】本発明の第三実施例を示す燃焼溶融炉の概略図。
【図6】本発明の第四実施例を示す燃焼溶融炉の概略図。
【図7】本発明の第五実施例を示す燃焼溶融炉の概略図。
【図8】本発明の第六実施例を示す燃焼溶融炉の概略図。
【図9】本発明の第七実施例を示す発電システムの概略図。
【図10】本発明の第八実施例を示す石炭火力発電所の石炭灰溶融処理システムの概略図。
【符号の説明】
1…溶融炉本体、2…燃焼排ガス、3…燃焼空気ノズル、5…燃料ノズル、7…被溶融物供給ノズル、12…溶融スラグ、13…溶融スラグ排出口、14…スラグタップ、15…スラグ排出部、16…加熱バーナ、17…溶融スラグ流下口、18…固形スラグ、21…気体吸引ノズル、24…被溶融物、25…灰ノズル、41…回収気体、43…スラグ溜め、45…スラグ冷却部、46…燃焼溶融炉、47…スカート、101…石炭火炉。
Claims (13)
- 底部に溶融スラグ排出口を有する溶融炉本体と、前記溶融スラグ排出口から落下した溶融スラグを受け入れて冷却・固化させるスラグ冷却部とを具備する燃焼溶融炉において、前記スラグ冷却部からの冷気によって前記溶融スラグ排出口の溶融スラグが冷却されるのを阻止するための気体吸引装置を備えたことを特徴とする燃焼溶融炉。
- 請求項1において、前記気体吸引装置は気体吸引ノズルとブロアを有していることを特徴とする燃焼溶融炉。
- 請求項2において、前記溶融スラグ排出口と前記スラグ冷却部との間を覆うスカートを有し、前記気体吸引ノズルが前記スカートに取り付けられていることを特徴とする燃焼溶融炉。
- 請求項1において、前記溶融スラグ排出口を加熱する加熱バーナを更に有することを特徴とする燃焼溶融炉。
- 請求項4において、前記気体吸引装置によって吸引回収された気体を前記スカート内に戻す手段を更に有することを特徴とする燃焼溶融炉。
- 請求項5において、前記気体吸引装置によって吸引回収された気体は前記加熱バーナの燃焼気体として戻されることを特徴とする燃焼溶融炉。
- 請求項1において、前記気体吸引装置によって吸引回収された気体を前記溶融炉本体に戻す手段を更に有することを特徴とする燃焼溶融炉。
- 請求項1において、前記溶融スラグ排出口から落下した溶融スラグを受けるスラグ溜めと、前記スラグ溜めに溜まったスラグを前記スラグ冷却部に流下させるスラグ流下口を更に有することを特徴とする燃焼溶融炉。
- 請求項8において、前記溶融スラグ排出口及び前記スラグ流下口のスラグを加熱する加熱バーナを更に有することを特徴とする燃焼溶融炉。
- 請求項8において、前記スラグ溜めのスラグ中に無機物を投入する無機物投入装置を更に有することを特徴とする燃焼溶融炉。
- 請求項1または8に記載の燃焼溶融炉から排出された燃焼排ガスの熱回収手段と、前記熱回収手段で回収した熱から発電する発電手段を備えたことを特徴とする発電システム。
- 請求項1または8に記載の燃焼溶融炉と、石炭火力発電所で発生した石炭灰を前記燃焼溶融炉に供給する手段と、前記燃焼溶融炉の燃焼排ガスを前記石炭火力発電所の排ガス処理設備から系外に排出する手段を備えたことを特徴とする石炭火力発電所の灰処理システム。
- 請求項12において、前記石炭火力発電所にて発生した石炭灰を、前記燃焼溶融炉の前段において分別する手段を備えたことを特徴とする石炭火力発電所の灰処理システム。
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