JP2005195229A

JP2005195229A - 灰溶融装置

Info

Publication number: JP2005195229A
Application number: JP2004001155A
Authority: JP
Inventors: Naoki Fujiwara; 直機藤原; Tetsuya Iwase; 徹哉岩瀬
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2004-01-06
Filing date: 2004-01-06
Publication date: 2005-07-21

Abstract

【課題】設備コストが低く、プラントとしての信頼性が高い灰溶融装置を提供する。
【解決手段】溶融炉９からのスラグを流下させるスラグタップ３８と、スラグタップ３８の下部に連結されたスラグ落下筒３９と、スラグ落下筒３９の下部に設けられた水槽７１によるスラグ排出装置１１を設けた灰溶融装置において、スラグ落下筒３９の下端と水槽７１の水面との間に隙間５６を設け、スラグ落下筒３９の外周に大気と遮断された均等抜出区画６０を形成し、均等抜出区画６０の後流側に前記水槽７１の水７２に無数の気泡を吹き込むバブリングゾーン５５を形成して、溶融炉９の高温燃焼ガスを前記スラグタップ３８、スラグ落下筒スラグタップ３９、隙間５６、均等抜出区画６０ならびにバブリングゾーン５５を通して抜き出すように構成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ごみなどのガス化溶融システムに利用される灰溶融装置に係り、特にそれのスラグ排出装置に関するものである。

近年、ごみ自身の燃焼熱を利用して灰を溶融、無害化する(流動式)ガス化溶融システムが実用化されつつある。図４は、従来技術によるごみガス化溶融システムの系統図である。

同図に示すようにごみは供じんホッパ１から定量供給機２、供給シュート５を通じて流動式のガス化炉６に供給される。配管２１を通じて流動層８内に吹き込まれた空気は、ごみと反応し熱分解ガスが発生する。この熱分解反応熱(部分燃焼熱)により、流動層８の温度は約６００℃に維持されている。ガス化炉６は空気比が１以下、通常のごみであれば空気比０．３〜０．６といった空気比で運転されている。

ガス化炉６内での灰の溶融粘着トラブルを避けるため、流動層８も含めたガス化炉６の温度が約９００℃以下になるように空気比を制御している。すなわち流動層８並びに炉内温度が高くなり過ぎるようであれば、ガス化炉６の空気比を下げ、逆に温度が下がり過ぎるようであれば、空気比を増やす操作を行って炉内温度を制御している。

流動層８は、通常、粒径が１ｍｍ程度の砂を層内媒体として使用している場合が多い。すなわち、流動層８内には細かい砂が充填されている。一方、ごみ中には粗大な不燃焼物が混入しているのが通例であり、これらの不燃焼物は流動層８の底部に沈積する。不燃焼物が大量に流動層８内に沈積すると流動化が阻害されるため、排出装置２２を用いて定期的あるいは連続的に不燃焼物を抜き出している。その際、細かい層内媒体も不燃焼物として混ざって排出される。

排出装置２２から排出された粗大な不燃焼物と細かい層内媒体の混合物は、フルイ４３により細かい層内媒体を分離して、配管３０を通じて再び流動層８に戻し、層内媒体として再利用する。一方、流動化を阻害する粗大な不燃焼物は配管４４を通じて排出され、金属分離機４５などを用いて不燃焼物中の鉄、アルミニウムなどの有価物を分離し、配管４７を通じて回収する。一方、瓦礫類が主体の残りの粗大な不燃焼物は配管４６から排出され、埋め立て処分される。

ガス化炉６でごみから発生した熱分解ガス及びチャーは、煙道１２を通じて溶融炉９に入り、配管２０を通じて溶融炉９に吹き込まれた空気と反応し完全燃焼する。チャーに含まれる灰の大部分は、溶融炉９の高熱により溶融し、スラグとなってスラグタップ３８、スラグ落下筒３９、スラグ排出装置１１を経由し系外に排出される。完全燃焼した排ガスは、ボイラ３、エアヒータ１４、ガス急冷塔１３、集じん器１５を経て浄化され、煙突１７から大気に放出される。

集じん器１５での捕集灰は、溶融炉９をすり抜けた微細な灰及び集じん器１５に至る煙道中で凝縮しフュームとなった低沸点物質並びに酸性ガスと消石灰が反応して生成したカルシュウム化合物から成っている。この集じん灰は配管４８を通じて灰安定化設備(図示せず)に送られ、薬剤などで安定化処理された後に埋め立て処分される。

ごみは発熱量が低いため、溶融炉９の温度は灰の流動温度よりもやや高い程度の温度しか維持できない。溶融したスラグは溶融炉９からスラグタップ３８より滴り落ちるスラグ落下筒３９内を滴下しスラグ排出装置１１に溜められた水により冷却され水粉スラグ３１となる。

ガス化溶融システムでは、溶融炉９が最も高温の部位である。すなわち、溶融炉９から排出された後のスラグは冷却される一方である。そのため溶融し難いスラグの場合には、溶融炉９内では溶融し流動状態であるが、溶融炉９を出たスラグタップ３８付近で固化閉塞するといったトラブルが往々にして発生する。

それを防止するため、溶融炉９からの高温燃焼ガスの一部を、スラグタップ３８を経由して抜き出すことにより、スラグタップ３８付近を加熱しスラグ固化トラブルを防止する方法が提案されている。

すなわち、図４に示す配管４０からの高圧空気を作動流体とするエジェクター４１を用いて、配管５１を経由してスラグ落下筒３９からガスを吸引しスラグタップ３８に溶融炉９からの高温燃焼ガスを通す方法である。配管５１を通じて吸引した高温燃焼ガスと配管４０からの高圧空気の混合物は、配管５２を通じて二次燃焼炉２４に吹き込まれる。

この従来技術によるスラグタップ部、ガス抜出部の構造を図５に示す。これら図４，５において符号４は配管、７は油噴射ノズル、１０は起動バーナ、１６は誘引送風機、１８はダンパー、１９は送風機、２３は配管、２５は配管、２６〜２９は制御弁、３１はスラグ、３２は配管、３３煙道、３４は流量計、３５は煙道、３６は流量計、３７は配管、４２は空気ノズル、４９，５０は流量計、５７は酸素濃度計、５８は一酸化炭素濃度計である。

この従来技術における大きな問題点は以下の３つである。

(１) 配管５１を通じて吸引されるガス流によりスラグ滴が振れ、スラグ落下筒３９の内壁に衝突付着固化したり、あるいはスラグ滴がガス流に乗って配管５１内に吸い込まれたりする場合がある。

(２) 配管５１の吸い込み口に近い部分のスラグタップ３８は高温燃焼ガスが偏流するため加熱されるが、吸い込み口から遠い部分のスラグタップ３８は加熱され難い。

(３) 吸引した燃焼ガスが配管５１内で冷却されるに伴い、溶融炉９で気化したＮａＣｌ、ＣａＣｌ_２などの塩化物、鉛、錫などの低沸点物質が凝縮固化し、配管５１の入口部に付着成長し、配管５１を閉塞させる。

これらの問題点を解決するため図６、図７に示す従来技術が提案されている。図６は全体の系統図、図７はスラグ排出装置の縦断面図である。図４の従来技術と比較し、凝縮固化した低沸点物質を水で溶融除去するための水配管６７，６８、水噴射ノズル６４、注水ヘッダー６２などが追加され、スラグ排出装置１１の構造はかなり異なっている。

この従来技術の機能を図７により説明する。スラグ排出装置１１の水面近傍から円周方向に均等にガスを吸引する二重筒構造となっている。すなわちスラグ落下筒３９の下部外周に均等抜出区画６０を設け、その均等抜出区画６０に配管６１を接続してある。さらに、均等抜出区画６０の上部に注水ヘッダー６２を設け、注水ヘッダー６２から多数の注水孔６３を通じてスラグ落下筒３９の内壁、外壁及び均等抜出区画６０の内壁に注水している。

水噴射ノズル６４を設けた配管６１は均等抜出区画６０側に向かって低く傾斜するように接続されており、噴射水がスラグ排出装置１１の水槽に流入する構造にしてある。配管６１を通じてエジェクター４１(図６参照)を用いてガスを吸引すると、スラグ落下筒３９の下端円周部に設けた隙間６５(図７参照)から円周方向に均等にガスが吸引され、スラグタップ３８部のガスはほぼ垂直に下向きに流れる。その結果、スラグ滴をスラグ落下筒３９の水平方向に振らせる速度成分をなくすことができると同時に、スラグタップ３８の開口部においても均一な加熱が実現できる。

スラグタップ３８から吸引した高温燃焼ガスは、スラグ落下筒３９下部内壁、均等抜出区画６０の部分で冷却され、その際に溶融炉９で気化し燃焼ガス中に蒸気として含まれている塩化物、低沸点金属などが凝縮し、壁に成長付着する。これをそのままにしておくと閉塞に至るため、注水ヘッダー６２からスラグ落下筒３９の下部内壁、均等抜出区画６０の内壁に注水して除去する。この際、注水を極力、壁に沿って流下させるためには低圧で注水する。

燃焼ガス中に蒸気として含まれている塩化物、低沸点金属などはほとんど全てがＮａＣｌ、ＣａＣｌ_２などの水に易溶性の物質であるため、注水により容易に除去できる。一部は均等抜出区画６０をすり抜け配管６１の入口部分に凝縮付着するが、これに対しては水噴射ノズル６４からの水により溶解除去する。

この場合、水を直接、壁に衝突させるため、水の圧力は高い方が望ましい。配管６１を通じて抜き出したガスは、図６に示したように、エジェクター４１などを用いて二次燃焼炉２４に送り、未燃ガスなどを完全燃焼させる。

以上の図６、図７に示した従来技術で抜出ガスの偏流、低沸点物の凝縮固化による閉塞の問題は解決できるものの、以下の新しい問題が発生している。

(１) 注水ヘッダー６２、水噴射ノズル６４、水配管６７，６８などの水噴射系統が必要となり、構造、システムが複雑でコストが高い。

(２) 洗浄用の水として外部から浄水を供給すると、スラグ排出装置１１の水がオーバーフローするため、その分抜き出して排水するための運転コストがかさむ。

(３) スラグ排出装置１１内の水封用の水を循環利用すると、水に溶け出したＮａＣｌなどの低沸点物質が水ポンプを腐食させるため、耐食性の高い高価な水ポンプが必要になる。

なお、この種の灰溶融システムに関しては、例えば下記のような特許文献を挙げることができる。
特開平１０−０９９８１８号公報特開平０９−３２３０２０号公報特開２０００−３９１３５号公報

上述したように従来技術では、水ポンプ、注水ノズル、水噴霧ノズルなど構成機器の数が多いため、系統が複雑で設備コストが高く、プラントとしての信頼性が低いという問題がある。

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、設備コストが低く、プラントとしての信頼性が高い灰溶融装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の第１の手段は、溶融炉からのスラグを流下させるスラグタップと、そのスラグタップの下部に連結されたスラグ落下筒と、そのスラグ落下筒の下部に設けられた水槽によるスラグ排出装置を設けた灰溶融装置において、前記スラグ落下筒の下端と水槽の水面との間に隙間を設け、スラグ落下筒の外周に大気と遮断された均等抜出区画を形成し、その均等抜出区画の後流側に前記水槽の水に無数の気泡を吹き込むバブリングゾーンを形成して、前記溶融炉の高温燃焼ガスを前記スラグタップ、スラグ落下筒スラグタップ、隙間、均等抜出区画ならびにバブリングゾーンを通して抜き出すように構成されていることを特徴とするものである。

本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記バブリングゾーンの下流側流路に、ガスの流れ方向が急激に変化する慣性力式分離流路を設けたことを特徴とするものである。

本発明の第３の手段は前記第１または第２の手段において、前記バブリングゾーンを経由して抜き出した燃焼ガスの少なくとも一部をバブリングゾーンに吹き込む気体として利用することを特徴とするものである。

(１) 本発明は前述のような構成になっており，スラグ落下筒のスラグタップから最も遠い下端部の周方向に隙間を設け、その隙間から燃焼ガスを吸引することにより、スラグタップ部でのガスの偏流が防止できる。

(２) 水面と接している前記隙間から燃焼ガスを吸引することによりガスの流れが扁平状態となり、かつ多数の気泡が発生しているバブリングゾーンを通過させることにより、高温の燃焼ガスを急速に冷却することができる。

(３) ガス中に含まれている低沸点物質をミストあるいはフュームに変化させ、これの大部分を気泡破裂時の水滴で洗浄、捕集，水に溶かし込むことにより除去し、残りを慣性力によりガスの流れから分離、除去するから、配管閉塞の原因となる低沸点物質を後流側に流さないようにすることができる。

(４) バブリングゾーンで多数の気泡を発生させるための気体源として、スラグタップから抜き出した燃焼ガスの一部を利用することにより、システムの簡素化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。図１は本発明の実施形態に係る灰溶融装置におけるスラグ排出装置の縦断面図、図２は図１Ａ−Ａ線上での断面図、図３はそのごみガス化溶融システムの全体の系統図である。

図３に示すように、ごみは供じんホッパ１から定量供給機２、供給シュート５を通じて流動式のガス化炉６に供給される。配管２１を通じて流動層８内に吹き込まれた空気は、ごみと反応し熱分解ガスが発生する。

流動層８は、通常、砂を層内媒体として使用している。一方、ごみ中には粗大な不燃焼物が混入しているのが通例であり、これらの不燃焼物は流動層８の底部に沈積する。不燃焼物が大量に流動層８内に沈積すると流動化が阻害されるため、排出装置２２を用いて定期的あるいは連続的に不燃焼物を抜き出している。その際、細かい層内媒体も不燃焼物として混ざって排出される。

排出装置２２から排出された粗大な不燃焼物と細かい層内媒体の混合物は、フルイ４３により細かい層内媒体を分離して、配管３０を通じて再び流動層８に戻し、層内媒体として再利用する。一方、粗大な不燃焼物は配管４４を通じて排出され、金属分離機４５などを用いて不燃焼物中の鉄、アルミニウムなどの有価物を分離し、配管４７を通じて回収する。一方、瓦礫類が主体の残りの粗大な不燃焼物は配管４６から排出され、埋め立て処分される。

ガス化炉６で発生した熱分解ガス及びチャーは、煙道１２を通じて溶融炉９に入り、配管２０を通じて溶融炉９に吹き込まれた空気と反応し完全燃焼する。チャーに含まれる灰の大部分は、溶融炉９の高熱により溶融し、スラグ３１となってスラグタップ３８、スラグ落下筒３９、スラグ排出装置１１を経由し系外に排出される。完全燃焼した排ガスは、ボイラ３、エアヒータ１４、ガス急冷塔１３、集じん器１５を経て浄化され、煙突１７から大気に放出される。

集じん器１５で捕集した灰は、配管４８を通じて灰安定化設備(図示せず)に送られ、薬剤などで安定化処理をされた後に埋め立て処分される。

溶融したスラグは溶融炉９からスラグタップ３８より滴り落ちるスラグ落下筒３９内を滴下しスラグ排出装置１１の水槽７１に溜められた水７２により冷却され，コンベア７３で水槽７１から取り出されて水粉スラグ３１となる。灰溶融システムの全体的な流れは、以上の通りである。

次にスラグ排出装置１１の構成について図１，２とともに説明する。図１に示すようにスラグタップ３８の下部にスラグ落下筒３９が連結され、スラグ落下筒３９の下端は水槽７１内に溜められた水７２の水面近くまで延びており，スラグ落下筒３９の下端全周と水面の間に隙間５６が形成されている。

またスラグ落下筒３９の下端部外周を遮蔽部材７４で覆い、遮蔽部材７４の一部の下端部７５は水７２の中に浸漬され、遮蔽部材７４の他の部分は慣性力式分離流露５９側に水面とほぼ平行に延びてバブリングゾーン５５を形成している。

この遮蔽部材７４と水７２により、スラグ落下筒３９の下端部外周に大気と遮断された均等抜出区画６０が形成され、その均等抜出区画６０はバブリングゾーン５５に連通している。

前記慣性力式分離流露５９は内側に邪魔板７６が配置されて、例えばＵ字状などのガスの流れ方向が急激に変化する流路を有している。邪魔板７６の下端部は水７２の中に浸漬されている。前記バブリングゾーン５５と対応する水中には、
無数の小孔を有する散気管７０が複数本設置されている。

図３に示すように、前記慣性力式分離流露５９の出口側に接続された配管５３は排風機５４を介して配管５２に接続され、配管５２は二次燃焼炉２４に接続されている。また、排風機５４の出口側には配管５１が分岐接続され、配管５１は前記散気管７０のヘッダー７７に接続されている。

前記排風機５４を駆動することにより、スラグタップ３８を通じて抜き出した高温の燃焼ガスは、水面近くに設けた隙間５６を通り、バブリングゾーン５５、慣性力式分離装置５９、配管５３、排風機５４、配管５２を通じて、二次燃焼室２４に送り込まれる。

また排風機５４によって抜き出した燃焼カズの一部は、配管５１を通じて散気管７０に送られ、多数の小孔を通じて水中に吹き込まれ、多数の気泡を発生させる。その気泡がバブリングゾーン５５に無数の飛沫を放出し、バブリングゾーン５５を通過する燃焼ガスを冷却洗浄し、燃焼ガス中に含まれる低沸点物質を捕集して水中に溶解させてしまう。バブリングゾーン５５で燃焼ガスに随伴した液滴は、その後の慣性力式分離流路５９を通過する際にガス流から分離し、邪魔板７６や壁面に付着して、最終的には水槽７１に還流する。

このようにして、スラグタップ３８からの高温燃焼ガスを冷却、洗浄することにより、従来のように水ポンプ、水噴射ノズルなどを用いなくても、１台の排風機５４のみで高温燃焼ガスを冷却、洗浄しつつ、長期間安定して抜き出すことができる。

上述したように、本発明では以下の動作を行う。

（１）スラグ落下筒３９のスラグタップ３８から最も遠い下端部の周方向に隙間５６を設け、その隙間５６から燃焼ガスを吸引することにより、スラグタップ３８部でのガスの偏流が防止できる。

（２）水面と接している前記隙間５６から燃焼ガスを吸引することによりガスの流れが扁平状態となり、かつ多数の気泡が発生しているバブリングゾーン５５を通過させることにより、高温の燃焼ガスを急速に冷却することができる。

（３）ガス中に含まれている低沸点物質をミストあるいはフュームに変化させ、これの大部分を気泡破裂時の水滴で洗浄、捕集，水に溶かし込むことにより除去し、残りを慣性力によりガスの流れから分離、除去するから、配管閉塞の原因となる低沸点物質を後流側に流さないようにすることができる。

（４）バブリングゾーン５５で多数の気泡を発生させるための気体源として、スラグタップ３８から抜き出した燃焼ガスの一部を利用することにより、システムの簡素化を図ることができる。

本発明の実施形態に係る灰溶融装置におけるガス抜出装置の縦断面図である。図１のＡ−Ａ線上の断面図である。本発明の灰溶融装置を適用したガス化溶融システムの系統図である。従来技術による灰融装置を適用したガス化溶融システムの系統図である。その灰溶融装置におけるスラグ排出装置の縦断面図である。他の従来技術による灰融装置を適用したガス化溶融システムの系統図である。その灰溶融装置におけるスラグ排出装置の縦断面図である。

符号の説明

９：溶融炉，２４：二次燃焼炉，１１：スラグ排出装置，３１：スラグ，３８：スラグタップ，３９：スラグ落下筒，５１〜５３：配管，５４：排風機，５５：バブリングゾーン，５６：隙間．５９：慣性力式分離流路，６０：均等抜出区画，７０：散気管，７１：水槽，７２：水，７３：コンベア，７４：遮蔽部材，７５：遮蔽部材の下端部，７６：邪魔板，７７：散気管のヘッダー。

Claims

溶融炉からのスラグを流下させるスラグタップと、そのスラグタップの下部に連結されたスラグ落下筒と、そのスラグ落下筒の下部に設けられた水槽によるスラグ排出装置を設けた灰溶融装置において、
前記スラグ落下筒の下端と水槽の水面との間に隙間を設け、スラグ落下筒の外周に大気と遮断された均等抜出区画を形成し、その均等抜出区画の後流側に前記水槽の水に無数の気泡を吹き込むバブリングゾーンを形成して、前記溶融炉の高温燃焼ガスを前記スラグタップ、スラグ落下筒スラグタップ、隙間、均等抜出区画ならびにバブリングゾーンを通して抜き出すように構成されていることを特徴とする灰溶融装置。
請求項１記載の灰溶融装置において、前記バブリングゾーンの下流側流路に、ガスの流れ方向が急激に変化する慣性力式分離流路を設けたことを特徴とする灰溶融装置。
請求項１または２記載の灰溶融装置において、前記バブリングゾーンを経由して抜き出した燃焼ガスの少なくとも一部をバブリングゾーンに吹き込む気体として利用することを特徴とする灰溶融装置。