JP2005249366A - シャフト型ガス化溶融炉 - Google Patents

Abstract

【課題】炉内に投入されるガス化対象物の堆積高さをほぼ同じレベルに維持し、これによりガス化対象物全体を均一にガス化して、部分燃焼によるガス化速度を促進させることができる。
【解決手段】炉側壁の下部に設けられた主羽口２、主羽口２より上部の炉側壁に設けられた副羽口３と、副羽口３より上部の炉側壁に設けられたガス化対象物投入口５と、炉上部に設けられたガス排出口６とを有し、主羽口２および副羽口３からは、酸素および空気の少なくとも１つの燃焼ガスが炉内に送風され、ガス排出口６からは、廃棄物１２の部分燃焼により生成された可燃ガスが炉外に排出されるシャフト型ガス化溶融炉において、ガス化対象物投入口５は、矩形状に形成され、その高さ寸法（Ｈ）と幅寸法（Ｗ）と炉内径（ｄ）とは、下記（１）および（２）式を満足する。
０．４≦Ｈ／ｄ≦０．６ ---（１）
０．４≦Ｈ／Ｗ≦０．６ ---（２）
【選択図】図４

Description

この発明は、石炭・合成樹脂・草木・紙・ゴム等の可燃物、可燃性の廃棄物、または、バイオマス等のガス化対象物を部分燃焼させて可燃ガスを得、この際に、ガス化対象物投入口の形状を限定することによって、ガス化対象物の部分燃焼によるガス化を促進することができるシャフト型ガス化溶融炉に関するものである。

近年、焼却灰の処分対策、ダイオキシンの削減対策、リサイクル等の観点から、廃棄物の処理プラントとしてガス化溶融炉が用いられつつある。

ガス化溶融炉の一種であるシャフト型ガス化溶融炉は、熱分解炉と溶融炉とを一体化した構造からなり、ガス化対象物を部分燃焼させることにより生成された、ＣＯ、Ｈ₂、ＣＨ₄等の可燃成分を含む可燃ガスを、高カロリーの工業用燃焼ガスとして利用するものである。

シャフト型ガス化溶融炉の一例が特開平９−６０８３０号公報（特許文献１）に開示されている。このシャフト型ガス化溶融炉を、図面を参照しながら説明する。なお、ガス化対象物として可燃性の廃棄物を例に挙げて説明するが、他のガス化対象物においても同様である。

図４は、シャフト型ガス化溶融炉を示す概略垂直断面図である。

図４において、１は、炉頂部に設けられたコークス投入口、２は、炉側壁の下部に設けられた複数個の主羽口、３は、主羽口２より上部の炉側壁に設けられた複数個の副羽口、４は、副羽口３より上部の炉側壁に設けられた複数個の三段羽口である。主羽口２、副羽口３および三段羽口４は、それぞれ炉の中心軸線を中心として放射状に設けられ、各羽口２、３、４からは、酸素および空気の少なくとも１つの燃焼ガスが炉内に送風される。５は、副羽口３と三段羽口４との間の炉側壁に設けられた矩形状ガス化対象物投入口である。ガス化対象物投入口５は、複数個設けられる場合もある。６は、炉上部に設けられたガス排出口、７は、炉底に設けられたスラグ排出口である。

上記シャフト型ガス化溶融炉の炉内構成は、炉の上部から順次、以下の各部によって構成される。すなわち、生成された可燃ガスの改質領域であるフリーボード８、廃棄物の乾燥および熱分解領域である流動層９、廃棄物の高温燃焼および溶融領域である移動層１０および溶融分離領域であるコークス充填層１１から構成される。

以上のように構成されているシャフト型ガス化溶融炉によれば、ガス化対象物投入口から炉内に投入された廃棄物は、以下のようにしてガス化溶融される。

ガス化対象物投入口５から炉内に投入された廃棄物１２は、副羽口３の付近とその上方に堆積する。この堆積した廃棄物１２は、副羽口３から送風された燃焼ガスによって流動化し、流動層９が形成される。この流動層９において、廃棄物１２の水分は蒸発し、揮発分はガス化し、固定炭素および灰分は、炉底へ移動する。このように流動層９を形成することによって、炉内での廃棄物１２の棚吊り現象が防止できる。

このようにして廃棄物１２のガス化により生成された可燃ガスは、フリーボード８内において、三段羽口４からの部分燃焼用ガスにより所定の温度に制御される。フリーボード８における高温還元雰囲気により、ダイオキシン類、タールが分解される。フリーボード８は、大容積であるので、ガス排出口６から炉外に排出される可燃ガスを均質化および低流速化して、ダストの飛散が防止される。

副羽口３よりも下方で主羽口２よりも上方の領域に形成された移動層１０では、主羽口２から送風される燃焼ガスによって、コークスおよび固定炭素が高温燃焼し、その灰分が溶融し、溶融スラグとなる。消費されたコークスは、コークス投入口１から補充される。

コークス充填層１１では、溶融スラグおよび廃棄物に混入した溶融メタルがコークス間を流下し、これらは、スラグ排出口７から炉外に排出される。

以上のようにして、廃棄物１２がガス化溶融される。

特開平９−６０８３０号公報

しかしながら、上述したシャフト型ガス化溶融炉は、以下のような問題があった。

図４に示すように、ガス化対象物投入口５は、炉側壁に設けられているので、炉内に投入された廃棄物１２は、図５に示すように、ガス化対象物投入口５の直下部分に多く堆積する。

このように廃棄物１２がガス化対象物投入口５側に偏って堆積すると、どうしても山側の廃棄物１２の燃焼効率が谷側の廃棄物１２の燃焼効率に比べて悪くなる。この結果、廃棄物全体を均一にガス化させることが困難となる。

なお、上述の例は、１つのガス化対象物投入口５が設けられている場合であるが、２つのガス化対象物投入口５が設けられている場合には、図６に示すように、廃棄物１２は偏って堆積し、はやり廃棄物全体を均一にガス化させることが困難となる。

従って、この発明の目的は、ガス化対象物投入口の形状を限定することによって、炉内に投入されるガス化対象物の堆積高さをほぼ同じレベルに維持でき、これによりガス化対象物全体を均一にガス化して、部分燃焼によるガス化速度を促進させることができるシャフト型ガス化溶融炉を提供することにある。

この発明は、上記目的を達成するためになされたものであって、下記を特徴とするものである。

請求項１記載の発明は、炉側壁の下部に設けられた主羽口と、前記主羽口より上部の炉側壁に設けられた副羽口と、前記副羽口より上部の炉側壁に設けられたガス化対象物投入口と、炉上部に設けられたガス排出口とを有し、前記主羽口および前記副羽口からは、酸素および空気の少なくとも１つの燃焼ガスが炉内に送風され、前記ガス排出口からは、前記ガス化対象物の部分燃焼により生成された可燃ガスが炉外に排出されるシャフト型ガス化溶融炉において、
前記ガス化対象物投入口は、矩形状に形成され、その高さ寸法（Ｈ）と幅寸法（Ｗ）と炉内径（ｄ）とは、下記（１）および（２）式、
０．４≦Ｈ／ｄ≦０．６ ---（１）
０．４≦Ｈ／Ｗ≦０．６ ---（２）
を満足することに特徴を有するものである。

この発明によれば、ガス化対象物投入口の形状を限定することによって、炉内に投入されるガス化対象物の堆積高さをほぼ同じレベルに維持でき、これによりガス化対象物全体を均一にガス化して、部分燃焼によるガス化速度を促進させることができる。

次に、この発明のシャフト型ガス化溶融炉の一実施態様を、図面を参照しながら説明する。なお、ガス化対象物として可燃性の廃棄物を例に挙げて説明するが、他のガス化対象物においても同様である。

図１は、１つのガス化対象物投入口を有する、この発明のシャフト型ガス化溶融炉を示す概略垂直断面図、図２は、１つのガス化対象物投入口を有する、この発明のシャフト型ガス化溶融炉を示す概略水平断面図、図３は、２つのガス化対象物投入口を有する、この発明のシャフト型ガス化溶融炉を示す概略垂直断面図である。

上述したように、図４に示すような１つの矩形状ガス化対象物投入口５が炉側壁に設けられたシャフト型ガス化溶融炉においては、廃棄物１２は、ガス化対象物投入口５の直下部分に多く堆積するので、廃棄物１２が厚く堆積した山部分の燃焼効率は、谷部分に比べて悪くなる。この結果、廃棄物全体の部分燃焼によるガス化速度が遅くなる。

この問題を解決するために、この発明では、ガス化対象物投入口５の高さ寸法（Ｈ）と水平方向の幅寸法（Ｗ）と炉内径（ｄ）との間に、下記（１）および（２）式、
０．４≦Ｈ／ｄ≦０．６ ---（１）
０．４≦Ｈ／Ｗ≦０．６ ---（２）
が成り立つようにして、炉内に投入される廃棄物１２の堆積レベルをほぼ同じレベルに維持し、これにより廃棄物全体を均一にガス化して、部分燃焼によるガス化速度を促進させるようにしたものである。

上記Ｈ／ｄおよびＨ／Ｗを上述の範囲に限定した理由を説明する。

Ｈ／ｄが０．４未満では、ガス化対象物投入口から投入された廃棄物はガス化対象物投入口の直下部分に多く堆積するので好ましくない。一方、Ｈ／ｄが０．６を超えると、炉体寸法に対してガス化対象物投入口が過大になり、構造上好ましくない。また、Ｈ／Ｗが０．４未満では、ガス化対象物投入口から投入された廃棄物はガス化対象物投入口の直下部分に多く堆積するので好ましくない。一方、Ｈ／Ｗが０．６を超えると、炉体寸法に対してガス化対象物投入口が過大になり、構造上好ましくない。従って、この発明においては、ガス化対象物投入口５の高さ寸法（Ｈ）と幅寸法（Ｗ）と炉内径（ｄ）との間に上記（１）および（２）式が成り立つようにした。

これによって、図１に示すように、炉内に投入される廃棄物１２の堆積高さをほぼ同じレベルに維持でき、これによりガス化対象物全体が均一にガス化されて、部分燃焼によるガス化速度が促進される。

２つの矩形状ガス化対象物投入口５が炉側壁に設けられている場合にも、ガス化対象物投入口５の高さ寸法（Ｈ）と幅寸法（Ｗ）と炉内径（ｄ）とが、上記（１）および（２）式を満足すれば、図３に示すように、炉内に投入される廃棄物１２の堆積高さをほぼ同じレベルに維持でき、これによりガス化対象物全体が均一にガス化されて、部分燃焼によるガス化速度が促進される。

１つのガス化対象物投入口を有する、この発明のシャフト型ガス化溶融炉を示す概略垂直断面図である。 １つのガス化対象物投入口を有する、この発明のシャフト型ガス化溶融炉を示す概略水平断面図である。 ２つのガス化対象物投入口を有する、この発明のシャフト型ガス化溶融炉を示す概略垂直断面図である。 炉側壁にガス化対象物投入口を有するシャフト型ガス化溶融炉を示す概略垂直断面図である。 １つのガス化対象物投入口を有する従来のシャフト型ガス化溶融炉の廃棄物の堆積状態を示す概略垂直断面図である。 ２つのガス化対象物投入口を有する従来のシャフト型ガス化溶融炉の廃棄物の堆積状態を示す概略垂直断面図である。

符号の説明

１：コークス投入口
２：主羽口
３：副羽口
４：三段羽口
５：ガス化対象物投入口
６：ガス排出口
７：スラグ排出口
８：フリーボード
９：流動層
１０：移動層
１１：コークス充填層
１２：廃棄物

Claims (1)

1. 炉側壁の下部に設けられた主羽口と、前記主羽口より上部の炉側壁に設けられた副羽口と、前記副羽口より上部の炉側壁に設けられたガス化対象物投入口と、炉上部に設けられたガス排出口とを有し、前記主羽口および前記副羽口からは、酸素および空気の少なくとも１つの燃焼ガスが炉内に送風され、前記ガス排出口からは、前記ガス化対象物の部分燃焼により生成された可燃ガスが炉外に排出されるシャフト型ガス化溶融炉において、
   前記ガス化対象物投入口は、矩形状に形成され、その高さ寸法（Ｈ）と幅寸法（Ｗ）と炉内径（ｄ）とは、下記（１）および（２）式、
   ０．４≦Ｈ／ｄ≦０．６ ---（１）
   ０．４≦Ｈ／Ｗ≦０．６ ---（２）
   を満足することを特徴とするシャフト型ガス化溶融炉。

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