JP2006097914A

JP2006097914A - 灰溶融炉

Info

Publication number: JP2006097914A
Application number: JP2004281726A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Shimodaira; 克己下平
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2004-09-28
Filing date: 2004-09-28
Publication date: 2006-04-13

Abstract

【課題】灰溶融炉のスラグ排出口の閉塞状況を簡便に把握可能にする。
【解決手段】灰を溶融する一次燃焼溶融室１１と、一次燃焼溶融室１１にガス流路１３で接続された二次燃焼室１２と、ガス流路１３の底部床面に設けられたスラグ排出口１４を介して前記ガス流路１３に結合されたスラグ水砕室１５と、スラグ水砕室１５に結合されてスラグ排出口１４を経てスラグ水砕室１５に流入した排ガスを抜き出すガス排出配管１６と、ガス排出配管１６のガス流量を計測、出力する音波式ガス流速計２２と、音波式ガス流速計２２から出力されるガス流量が設定値未満のとき警報出力する閉塞警報手段３０と、ガス流路１３に設けられた補助バーナ１８に供給される燃料と空気の量を制御する制御弁１９と、音波式ガス流速計２２から出力されるガス流量が低下すると前記燃料と空気の量を増加させるように前記制御弁１９を制御する制御器４０と、を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、灰溶融炉に係り、特に、都市ごみ、廃棄物の焼却灰を溶融するのに好適な灰溶融炉に関する。

近年、環境問題がクローズアップされてきており、従来の焼却処理に代わる環境保全型の新たなごみ処理技術として、ごみガス化溶融処理システムが注目されている。この処理システムは、ごみを低温・低空気比の下で部分燃焼してガス化するとともに、生成した高カロリーの熱分解ガスと灰分、未燃固形分からなるチャーを灰溶融炉に導入し、灰溶融炉内で前記熱分解ガスや未燃固形分を燃焼させて１３００℃の高温雰囲気を形成して前記灰分を溶融し、スラグ化するものである。

この処理システムによれば、焼却灰がスラグとして減容されるので埋立地の延命を図ることができる上、灰溶融炉内での高温条件によりダイオキシン類を完全に分解できる。さらに、高温の排ガスの熱を利用した発電も可能である。

このように、灰溶融炉は、ごみガス化溶融処理システムの一部として重要な位置にあるが、一般の廃棄物焼却炉の灰、石炭灰などを、溶融処理するための単独の設備としても利用可能である。この場合、灰などとともに、油、ガスなどの可燃物を、高温雰囲気を形成するための燃料として供給する。

以下、主としてガス化溶融処理システムの一部としての灰溶融炉を例にとり説明するが、単独の設備としての灰溶融炉にもまったく同様の説明が適用できることは言うまでもない。

従来技術の灰溶融炉について、以下、説明する。灰溶融炉は、供給された可燃物、すなわち熱分解ガスおよびチャーを理論空気比近傍で燃焼させて形成した高温雰囲気により灰分の溶融を行う一次燃焼溶融室と、排ガス中の未燃分を過剰空気条件により完全燃焼させる二次燃焼室と、一次燃焼溶融室と二次燃焼室を結ぶガス流路と、ガス流路の床面に設けられたスラグ排出口と、スラグ排出口を介してガス流路の下方に結合され、ガス流路からスラグ排出口を経て流下したスラグを下部に保有する冷却水で急冷、水砕するスラグ水砕室とを備えて構成されている。

灰溶融炉の運転においては、一次燃焼溶融室で生成したスラグが安定的にスラグ水砕室に排出されることが重要である。そのためには、スラグ排出口近傍の温度が高温に保たれる必要がある。ところが、スラグ水砕室下部の冷却水に高温のスラグが流下した際に発生する低温の蒸気により、スラグ排出口付近が冷却され、スラグがスラグ排出口で固化して付着し、スラグ排出口が閉塞する場合があった。

このような状況に対応し、特許文献１には、スラグ排出口近傍のスラグ水砕室にガス排出配管を接続し、このガス排出配管により前記低温蒸気を排出するとともに、前記ガス流路より高温の燃焼ガスの一部をスラグ排出口、スラグ水砕室を経て前記ガス排出配管に導くことで、スラグ排出口付近を高温に保つ構成が開示されている。

特許文献２には、溶融炉本体の上部から燃焼排ガスを排出するとともに、底部のスラグ排出口から溶融スラグとともに排ガスの一部を誘引排出するよう構成し、スラグ排出口の出口側に底部排ガスの温度を検出する温度センサを設けるとともに、上部排ガス管に排ガス流量を調整可能な上部排ガスダンパを設け、前記温度センサの出力に基づいて上部排ガスダンパを作動する排ガスコントローラを設け、スラグ排出口から誘引排出される排ガス量を増減するものが示されている。

特許文献３には、スラグ排出口の湿度と温度を計測し、計測結果に基づいてスラグ排出口から引き抜くガス量を制御するものや、スラグ排出口でのスラグ流速を検出し、流速が一定値以上になるように引き抜くガス量を制御するものが示されている。

特許文献４には、スラグタップの上下の差圧を検出し、検出結果に基づいてスラグタップを加熱する手段、例えばスラグ水砕室に設けたスラグタップ加熱バーナを作動させてスラグタップを加熱する例が示されている。

特開２０００−２０５５４６号公報（第３頁、図１）特開平５−３９９１５号公報（第２頁、図１）特開平１１−１９０５１２号公報（第２頁、図１、図２）特開平８−１３４４７２号公報（第７頁、図４）

灰溶融炉を安定的に運転するためには、スラグ排出口が閉塞していないかどうかを確認することが望まれる。しかし、特許文献１にはスラグ排出口の閉塞を防ぐため、スラグ排出口付近を加熱昇温する構成は設けられているが、スラグ排出口の実際の閉塞の状況を確認することはできない。

特許文献２，３，４に記載の装置でも、スラグ排出口の実際の閉塞の状況を確認することはできない。

本発明の課題は、スラグ排出口の閉塞状況の簡便な把握を可能にすることにある。

上記課題を達成するため、発明者等は、前記ガス排出配管を流れるガスの流量に着目した。すなわち、スラグ排出口周囲が低温となり、スラグが固化してくると、一帯のスラグ厚さが徐々に増加する。スラグ排出口においても開口面に固化したスラグがせり出し、有効面積が徐々に狭まっていく。ガス排出配管の下流の圧力が一定であれば、スラグ排出口の有効面積の減少に伴い、ガス排出配管のガス流量も低下する。したがって、ガス排出配管のガス流量を監視することにより、スラグ排出口の閉塞状況を的確に把握することが可能である。

すなわち、上記課題は、灰と可燃物を供給され、前記可燃物を燃焼させて該燃焼による生じる高温ガスにより前記灰を溶融する一次燃焼溶融室と、一次燃焼溶融室に接続されたガス流路の底部に設けられたスラグ排出口と、このスラグ排出口に結合されたスラグ水砕室と、このスラグ水砕室に流入した排ガスを抜き出すガス排出配管のガス流量を計測するガス流量計測手段とを備えてなる灰溶融炉により達成される。

ガス流量計測手段としては、ガス排出配管に介装された流量計測用オリフィス、流量計測用エアロフォイル、音波式ガス流速計が適用可能であるが、圧力損失が無視できる大きさである点で、音波式ガス流速計が望ましい。

上記構成によれば、ガス流量計測手段によって計測されたガス排出配管のガス流量が低減することは、スラグ排出口を経てスラグ水砕室に流入する排ガス量が低減したことを示す。一次燃焼溶融室の圧力は定常運転中、一定に維持されているから、スラグ排出口を経てスラグ水砕室に流入する排ガス量が低減したことは、スラグ排出口の排ガス流路が狭まったこと、すなわち、スラグ排出口にスラグが付着、固化してスラグ排出口の有効断面積が減少したことを意味し、スラグ排出口の閉塞状況を的確に判断できる。

前記ガス流路に設けられた補助バーナと、この補助バーナに供給される燃料と空気の量を制御する制御弁と、を備えてなる灰溶融炉の監視方法にあっては、ガス排出配管のガス流量に対応して前記補助バーナに供給される燃料と空気の量をガス流量―燃料・空気量テーブルとして設定しておき、前記ガス排出配管のガス流量を計測して出力し、出力されたガス流量と前記ガス流量―燃料・空気量テーブルに基づいて前記制御弁を制御するとともに、出力されたガス流量を予め定められた設定値と比較し、出力されたガス流量が前記設定値を下回っているとき、警報を出力するようにしてもよい。

本発明によれば、スラグ排出口の閉塞状況を簡便に把握することが可能になる。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態に係る灰溶融炉を、図１を参照して説明する。図１に示す灰溶融炉は、供給された可燃物、例えば前工程から送り込まれる熱分解ガスおよびチャーを理論空気比近傍で燃焼させて形成された高温ガスにより前記可燃物と同時に送り込まれた灰分の溶融を行う一次燃焼溶融室１１と、一次燃焼溶融室１１から排出される排ガス中の未燃分を過剰空気条件により完全燃焼させる二次燃焼室１２と、一次燃焼溶融室と二次燃焼室を結ぶガス流路１３と、ガス流路の床面に設けられたスラグ排出口１４と、スラグ排出口１４を介してガス流路の下方に結合され、ガス流路からスラグ排出口１４を経て流下したスラグを下部に保有する冷却水で急冷、水砕するスラグ水砕室１５と、スラグ水砕室１５に接続されたガス排出配管１６と、ガス排出配管１６に装着され、ガス排出配管１６内の気体を外部に誘引、排出する誘引ファン２０と、を備えて構成されている。

ガス流路１３上部には、スラグ排出口１４を監視する監視カメラ１７と、ガス流路１３内のガスを加熱する補助バーナ１８が設けられ、補助バーナ１８には制御弁１９を介して燃料と空気が供給されるようになっている。また、前記ガス排出配管１６には、誘引ファン２０よりも上流側に流量計測のためのエアロフォイル２１が内装され、エアロフォイル２１の出力は、制御器４０及び閉塞監視手段３０に入力されるようになっている。

閉塞監視手段３０はマイクロコンピュータを演算手段として備え、音声警報手段を備えていて、エアロフォイル２１の出力を監視し、エアロフォイル２１の出力、言い換えるとガス排出配管１６を流れる排ガスの流量が予め定められた設定値よりも低下した場合に警報を発し、対応手段をとるよう、運転員に促す。本実施の形態においては、制御器４０もマイクロコンピュータを演算手段として備え、その記憶手段には、予め、エアロフォイル２１の出力、言い換えると前記ガス排出配管１６のガス流量に対応して前記補助バーナ１８に供給されるべき燃料と空気の量がガス流量―燃料・空気量テーブルとして設定されたものが格納されている。制御器４０は、エアロフォイル２１の出力を入力として、補助バーナ１８へ供給すべき燃料量や空気量を、前記ガス流量―燃料・空気量テーブルを参照して選定する。制御器４０は、選定された燃料量や空気量を補助バーナ１８へ供給すべく、制御弁１９の開度を制御する。

前記予め設定されたガス流量―燃料・空気量テーブルと計測されたガス流量に基づいて燃料量や空気量を補助バーナ１８へ供給するのではなく、計測されたガス流量が予め定められた基準値よりも低下したとき、補助バーナ１８への燃料量や空気量を増加し、前記基準値よりも増加したとき、補助バーナ１８への燃料量や空気量を低減するよう、前記制御弁１９の開度を制御するようにしてもよい。

上記構成の灰溶融炉の動作を次に説明する。前工程、例えばごみ熱分解炉から、ごみ熱分解炉で生成された熱分解ガスと、灰分及び未燃固形分からなるチャーが一次燃焼溶融室１１に導入される。可燃物である熱分解ガスと未燃固形分が別途一次燃焼溶融室１１に供給される空気で燃焼され、１３００℃を超える高温ガスが生成される。この高温ガスにより、前記灰分すなわち灰が溶融されて溶融スラグとなり、前記スラグ排出口１４に沿ってスラグ水砕室１５に落下する。落下した溶融スラグは、スラグ水砕室１５に貯留された冷却水により、水砕される。

一次燃焼溶融室１１での前記燃焼により生成された燃焼ガスは、高温排ガスとなってガス流路１３を経て二次燃焼室１２に流入し、排ガス中の未燃分が過剰空気条件により完全燃焼する。ガス流路１３を流れる高温の排ガスの一部は、ガス流路１３の底部床面に形成されたスラグ排出口１４を経てスラグ水砕室１５に流入し、スラグ排出口１４を通過しつつ、スラグ排出口１４周辺を加熱する。スラグ水砕室１５に流入した排ガスは、誘引ファン２０に吸引されてガス排出配管１６に導かれ、エアロフォイル２１、誘引ファン２０を経て排出される。

エアロフォイル２１でガス排出配管１６を流れる排ガスの流速が計測され、計測結果すなわちエアロフォイル２１の出力は、閉塞監視手段３０及び制御器４０に入力される。閉塞監視手段３０はエアロフォイル２１の出力を監視し、エアロフォイル２１の出力、言い換えるとガス排出配管１６を流れる排ガスの流量が予め定められた設定値よりも低下した場合に警報を発し、対応手段をとるよう、運転員に促す。制御器４０は、エアロフォイル２１の出力を入力として、補助バーナ１８へ供給すべき燃料量や空気量を、前記ガス流量―燃料・空気量テーブルを参照して選定し、選定した燃料量や空気量を補助バーナ１８へ供給すべく、制御弁１９の開度を制御するか、予め設定されたガス排出配管１６を流れる排ガスの流量を予め設定された流量に保つように、制御弁１９の開度を制御する。

本実施の形態によれば、一次燃焼溶融室１１で生成された排ガスの一部がスラグ排出口１４を通過してスラグ排出口１４周辺を加熱するので、スラグ排出口１４に溶融スラグが固着するのが防止される。さらに、スラグ排出口１４を通過した排ガスは、ガス排出配管１６を経て排出されるが、ガス排出配管１６を流れる排ガスの流量が予め定められた設定値よりも低下した場合に警報が出力されるから、スラグ排出口の閉塞状況が、エアロフォイル２１および閉塞監視手段３０という簡便な手段で的確に把握される。

また、ガス排出配管１６を流れる排ガスの流量が予め定められた設定値よりも減少したらガス流路１３に備えられた補助バーナ１８に供給される燃料の量が増加され、ガス流路１３を通過する排ガス量が増加されるとともに、排ガス温度が上昇されて、スラグ排出口１４を流れる高温の排ガスの流量、つまりはガス排出配管１６を流れる高温の排ガスの流量が増加する。

これにより、スラグ排出口１４にスラグが固着して開口面積が小さくなりかけていても、スラグ排出口１４を通過する高温の排ガスの流量増加により、スラグ排出口１４へのスラグの固着が抑制され、スラグ排出口１４の閉塞が未然に抑制される。ガス排出配管１６を流れる高温の排ガスの流量が設定値よりも増加したら補助バーナ１８に供給される燃料の量が減少され、無駄に燃料を消費するのが避けられる。

なお、エアロフォイル２１に代えて、流量計測用のオリフィスをガス排出配管１６に介装し、オリフィスの上流側と下流側の差圧を、閉塞監視手段３０、制御器４０に入力して警報を出力したり、制御弁１９を制御したりするようにしてもよい。
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る灰溶融炉を、図２を参照して説明する。本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なるのは、ガス排出配管１６の下流端が二次燃焼室１２に接続され、誘引ファン２０及びエアロフォイル２１に代えて音波式ガス流速計２２が設けられている点である。音波式ガス流速計２２の出力は、制御器４０及び閉塞監視手段３０に入力されるようになっている。他の構成は前記第１の実施の形態と同じであるので、同一の符号を付して説明を省略する。

ガス排出配管１６を流れるガスは、ガス流路１３と二次燃焼室１２の微小な差圧に駆動されて流れるため、流動抵抗となるエアロフォイルを利用しての流量測定は困難である。本実施の形態では、流動抵抗を生じない音波式ガス流速計２２を採用した。音波式ガス流速計２２は、ガス流れに対し、斜めの経路に音波を往復させ、往路と復路の伝播時間差に基づいてガス流速を検出するものであり、原理的に流動抵抗を生じないため、このような用途に適する。
本実施の形態の動作は、ガス排出配管１６を流れる排ガス流量の計測が音波式ガス流速計２２で行われる以外、前記第１の実施の形態と同じなので、説明を省略する。

本実施の形態においては、閉塞監視手段３０は、音波式ガス流速計２２の出力を監視し、流速、言い換えると流量が予め定められた設定値よりも低下した場合に警報を発し、対応手段をとるよう、運転員に促す。制御器４０も、前記第１の実施の形態におけると同様、ガス流量―燃料・空気量テーブルを備えており、音波式ガス流速計２２の出力を入力として、ガス流速、言い換えるとガス流量が低下したとき、補助バーナ１８への燃料量や空気量を増加するよう、前記制御弁１９の開度を制御する。

本実施の形態においても、前記第１の実施の形態と同様に、ガス排出配管１６を流れる排ガスの流量が予め定められた設定値よりも低下した場合に警報が出力されるから、簡便な手段でスラグ排出口の閉塞状況が的確に把握される。また、ガス排出配管１６を流れる排ガスの流量が前記に応じてガス流路１３に備えられた補助バーナ１８に供給される燃料の量が増減されるから、スラグ排出口１４の閉塞が未然に抑制される。

本発明の第１の実施の形態の要部構成を示す断面模式図である。本発明の第２の実施の形態の要部構成を示す断面模式図である。

符号の説明

１１一次燃焼溶融室
１２二次燃焼室
１３ガス流路
１４スラグ排出口
１５スラグ水砕室
１６ガス排出配管
１７監視カメラ
１８補助バーナ
１９制御弁
２０誘引ファン
２１エアロフォイル
２２音波式ガス流速計
３０閉塞監視手段
４０制御器

Claims

灰と可燃物を供給され、前記可燃物を燃焼させて該燃焼による生じる高温ガスにより前記灰を溶融する一次燃焼溶融室と、一次燃焼溶融室に接続されたガス流路の底部に設けられたスラグ排出口と、このスラグ排出口に結合されたスラグ水砕室と、このスラグ水砕室に流入した排ガスを抜き出すガス排出配管のガス流量を計測するガス流量計測手段とを備えてなる灰溶融炉。
請求項１に記載の灰溶融炉において、ガス流量計測手段は、前記ガス排出配管に介装されたオリフィス、流量計測用エアロフォイル、音波式ガス流速計のうちの何れかであることを特徴とする灰溶融炉。
請求項１または２に記載の灰溶融炉において、前記ガス流量計測手段の出力を入力とし、前記ガス流量が予め設定された設定値を下回ったとき警報を出力する閉塞警報手段が設けられていることを特徴とする灰溶融炉。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の灰溶融炉において、前記ガス流路に設けられた補助バーナと、この補助バーナに供給される燃料と空気の量を制御する制御弁と、前記ガス流量計測手段の出力を入力とし、前記ガス流量が低下すると前記補助バーナに供給される燃料と空気の量を増加させるように前記制御弁を制御する制御器と、が設けられていることを特徴とする灰溶融炉。