JP2006207924A

JP2006207924A - 旋回式溶融炉とその運用方法

Info

Publication number: JP2006207924A
Application number: JP2005020228A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Marumoto; 隆弘丸本; Noriyuki Oyatsu; 紀之大谷津; Tetsuya Iwase; 徹哉岩瀬
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2005-01-27
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】ごみの発熱量が低い場合であっても、熱分解ガス及びチャーが流入して衝突する溶融炉内壁近傍の温度を灰の溶融温度以上に保持し、かつ溶融炉出口部の耐火材の溶損を防止して溶融炉出口部の耐火材の溶損を防止すること。
【解決手段】ガス化炉１内でごみを熱分解ガスさせて生じた熱分解ガスと微粒子の未燃分（チャー）を熱分解ガスノズル４から旋回式溶融炉２へ供給し、溶融炉２内で燃焼用空気ノズル５から入る燃焼用空気と共に燃焼させる。溶融炉下流部の炉壁面に不活性ガス又は不活性ガスに富むガスの供給ノズル１４を設置してあるので溶融炉２での安定した灰溶融を維持しつつ、溶融炉出口部３のガス温度の上昇を抑制することができるので、炉出口部３の耐火材の溶損を防止できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、都市ごみや産業廃棄物等の熱分解ガス化溶融システムにおける旋回式溶融炉に係り、特に耐火材の損傷を防止し、長期間の安定運転が可能な旋回式溶融炉とその運用方法に関する。

エネルギー有効利用の観点から、補助燃料を使用せずに、ごみの持つエネルギーのみで、ごみ中の灰分を溶融可能なごみガス化溶融システムが実用化されている。

ごみガス化溶融システムでは、ガス化炉に投入されたごみを低温、低空気比で熱分解することで熱分解ガスとチャーを生成し、これらの燃料と燃焼用空気を溶融炉へ供給することで、燃焼反応を生じさせ、１３００〜１４００℃の高温場を得て、チャーに含まれる灰を溶融し、スラグ化して系外へ排出する。

ごみガス化溶融システムの溶融炉には種々の型式が存在するが、ごみの燃焼性及びスラグ回収効率の観点から、旋回式溶融炉が最も多く採用されている。図８には従来の傾斜型の旋回式溶融炉２を用いるごみガス化溶融システムの構成図を示す。

図８に示すようにガス化炉１内に供給されたごみａが空気ｂにより流動層（図示せず）で５００〜６５０℃の温度で熱分解され、熱分解ガスを生じる。ガス化炉１で生じた熱分解ガスと微粒子の未燃分（チャー）は熱分解ガスノズル４から旋回式溶融炉２へ供給され、該溶融炉２内で燃焼用空気ノズル５から入る燃焼用空気ｂと共に燃焼する。溶融炉２では前記熱分解ガスと微粒子の未燃分（チャー）の燃焼熱を利用して灰や不燃物は溶融してスラグ化する。この溶融スラグｃはスラグ排出口９を経て系外へ排出される。

一方、溶融炉２から排出された燃焼排ガス中の未燃分が溶融炉２の後流側の２次燃焼室７で２次空気ノズル８から供給される２次空気により燃焼して燃焼ガスは廃熱回収ボイラ１０に送られてガス中の熱が回収される。また、廃熱回収ボイラ１０で熱回収された排ガスは減温装置１１で温度降下した後、排ガス中の固形微粒子がバグフィルタ等からなる集塵装置１２で回収される。集塵装置１２によりクリーンになった排ガスは誘引ファンによって煙突１３から大気中に放出される。

旋回式溶融炉２は、炉内の空間を最大限に利用するため、熱分解ガス及びチャーと燃焼用空気を炉の上流部から投入し、かつ、熱分解ガスと燃焼用空気に旋回力を与えることで、滞留時間を確保する工夫がなされている。溶融炉２へ投入された熱分解ガスは燃焼用空気と混合することで燃焼するが、流入部での完全混合は困難なため、炉上流部のガス温度は低く、炉出口部３に行くにしたがってガス温度が高くなる。

一方、熱分解ガスに同伴されて溶融炉２に流入するチャーは炉上流部近傍の内壁面に衝突した後に燃焼し、さらにチャーに含有される灰が溶融する。該灰を安定して溶融させるためには、チャーが衝突する溶融炉２の内壁面近傍のガス温度を灰の融点以上にする必要がある。このため、熱分解ガスと燃焼用空気の投入方法を工夫することで、チャーが溶融炉２の内壁面へ衝突する部分のガス温度を高めているが、前記チャーが衝突する壁面近傍のガス温度を上昇させると、それに応じて炉出口部３のガス温度が高くなる。また、旋回式溶融炉２では、炉出口部３を絞り形状にすることで、炉内ガスの旋回強度を確保しているため、炉出口部３のガス流速が大きい。従って、溶融炉２の出口部３ではガス温度が高く、かつガス流速も大きいので、出口部３の内壁面の耐火材は溶損及び摩耗に対して厳しい環境下に置かれていることになる。

特開平９−４２６２７号公報には、溶融炉内の酸素濃度を調整することで、炉内壁の損傷を防ぐ発明が開示されている。

また、最近では、ごみガス化溶融炉（図示せず）の特徴を生かし、最終処分場の埋立て用のごみや下水汚泥等の混合処理が行われている。この混合ごみは灰分や水分を多く含むため、ガス化溶融炉へ投入される混合ごみの発熱量は一般ごみ単独の場合に比べて大幅に低下する。ガス化溶融炉へ投入される混合ごみの発熱量が低くなると、溶融炉内のガス温度が低下し、未溶融の灰が炉内に堆積するおそれがある。未溶融灰が炉内に堆積するとガス流れが阻害され、圧力損失が増大する。このため、補助燃料をガス化溶融炉へ供給して炉内温度を上昇させ、未溶融の灰を溶融させる必要があるが、混合ごみの発熱量が極端に低い場合には補助燃料の供給量が過大となり、ランニングコストの増大を招くという問題がある。
特開平９−４２６２７号公報

上記特開平９−４２６２７号公報記載の従来技術では、溶融炉２の内周面に設けられた複数のガス吹き出し口のうちの上流側のガス吹き出し口からは、酸素富化ガスと循環ガスとの混合気により気流搬送されてきた廃棄物片が、溶融炉２内頂部に投入されるようになっており、その他のガス吹き出し口からは、酸素富化ガスと循環ガスとの混合気を噴出して、溶融炉２内の全域に渡って旋回流を発生させるようになっている。また、前記混合気の酸素濃度を調整することで、溶融炉２内の温度が焼却灰の融点より５０〜１００℃高い１，２５０〜１，４００℃に保持される構成である。
しかし、上記公報記載の発明には、溶融炉出口部の耐火材の溶損を防止するための対策はされていない。

本発明の課題は、ごみの発熱量が低い場合であっても、熱分解ガス及びチャーが流入して衝突する溶融炉内壁近傍の温度を灰の溶融温度以上に保持し、かつ溶融炉出口部の耐火材の溶損を防止して溶融炉出口部の耐火材の溶損を防止することである。

上記の問題は、以下の解決手段を用いることで解決できる。
請求項１記載の発明は、一般ごみ、産業廃棄物を熱分解する熱分解ガス化炉で生成した熱分解ガス及びチャーを燃焼して灰分を溶融させる旋回式の溶融炉において、溶融炉下流部側の炉壁面に不活性ガス又は不活性ガスに富むガスの供給ノズルを設置した旋回式溶融炉である。

請求項２記載の発明は、溶融炉の上流部側の炉壁面に熱分解ガス及びチャーの供給ノズルと酸素を富化した燃焼用空気の供給ノズルを設置した請求項１記載の旋回式溶融炉である。

請求項３記載の発明は、空気を酸素濃度の高い空気と窒素濃度の高い空気とに分離する空気性状分離装置を備え、該空気性状分離装置で得られた酸素濃度の高い空気を燃焼用空気ノズルを通して溶融炉内に供給する手段と、前記空気性状分離装置で得られた窒素濃度の高い空気を不活性ガス又は不活性ガスに富むガスの供給ノズルを通して溶融炉内に供給する手段とを備えた請求項１又は２記載の旋回式溶融炉である。

請求項４記載の発明は、不活性ガス又は不活性ガスに富むガスの供給ノズルには前記不活性ガス又は不活性ガスに富むガスの他に被溶融物質を供給する被溶融物質供給路を接続した請求項１ないし４のいずれかに記載の旋回式溶融炉である。

請求項５記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の旋回式溶融炉の燃焼用空気ノズルから溶融炉内に供給する酸素の量及び不活性ガス又は不活性ガスに富むガスの供給ノズルから溶融炉内に供給する不活性ガス又は不活性ガスに富むガスの量を溶融炉に設置された温度計の指示値により制御する旋回式溶融炉の運用方法である。

請求項６記載の発明は、被溶融物質供給路に供給する被溶融物質をごみ焼却用の施設及びその他の産業廃棄物の施設から排出される不燃物やばいじんとした請求項５記載の旋回式溶融炉の運用方法である。

(作用）
請求項１記載の発明によれば、旋回式溶融炉での安定な灰溶融を維持しつつ、溶融炉出口部のガス温度の上昇を抑制することができる。
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の作用に加えて、溶融炉の上流部の炉壁面に設けられた燃焼用空気供給ノズルから供給される燃焼用空気に酸素を富化するので、低発熱量ごみを処理する場合でも、溶融炉へ流入したチャーが衝突する溶融炉内壁近傍のガス温度を上昇させることが可能となる。

請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の発明の作用に加えて、空気性状分離装置で得られた酸素濃度の高い空気を燃焼用空気ノズルを通して溶融炉内に供給して溶融炉の上流部のチャー衝突位置近傍のガス温度を上昇させ、また空気性状分離装置で得られた窒素濃度の高い空気を不活性ガス又は不活性ガスに富むガスの供給ノズルを通して溶融炉内に供給して溶融炉の出口ガス温度の低下が図れる。特に、処理するごみの発熱量が低下した場合に有効である。

請求項４記載の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかに記載の発明の作用に加えて、不活性ガス又は不活性ガスに富むガスの供給ノズルから不活性ガス又は不活性ガスに富むガスの他に被溶融物質を供給することができ、不活性ガス又は不活性ガスに富むガスによる冷却効果及び被溶融物質の溶融熱による温度低下の相乗効果により、溶融炉出口ガス温度を低減することができる。

請求項５記載の発明によれば、請求項１ないし４のいずれかに記載の旋回式溶融炉の燃焼用空気ノズルから溶融炉内に供給する酸素の量及び不活性ガス又は不活性ガスに富むガスの供給ノズルから溶融炉内に供給する不活性ガス又は不活性ガスに富むガスの量を溶融炉に設置された温度計の指示値により制御することで、旋回式溶融炉での安定な灰溶融を維持しつつ、溶融炉出口部のガス温度の上昇を抑制することができる。

請求項６記載の発明によれば、請求項５記載の発明の作用に加えて、被溶融物質供給路にごみ焼却用の施設及びその他の産業廃棄物の施設から排出される不燃物やばいじんを含む被溶融物質を供給できるので各種の廃棄物などを焼却処理できる。

請求項１記載の発明によれば、炉出口ガス温度の上昇を抑制することで炉出口部耐火材の溶損を防止することができる。

請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、溶融炉の上流部の炉壁面に設けられた酸素を富化した燃焼用空気供給ノズルから燃焼用空気を炉内に供給するので、低発熱量ごみを処理する場合でも、溶融炉へ流入したチャーが衝突する溶融炉内壁近傍のガス温度を上昇させることが可能となり、チャー中に含まれる灰の安定溶融が可能となる。

請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の発明の効果に加えて、空気性状分離装置で得られた酸素濃度の高い空気を燃焼用空気ノズルを通して溶融炉内に供給して溶融炉の上流部のチャー衝突位置近傍のガス温度を上昇させ、また空気性状分離装置で得られた窒素濃度の高い空気を不活性ガス又は不活性ガスに富むガスの供給ノズルを通して溶融炉内に供給して溶融炉の出口ガス温度の低下させることができ、特に、処理するごみの発熱量が低下した場合に有効である。

請求項４記載の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかに記載の発明の効果に加えて、不活性ガス又は不活性ガスに富むガスの供給ノズルから不活性ガス又は不活性ガスに富むガスの他に被溶融物質を供給することができ、不活性ガス又は不活性ガスに富むガスによる冷却効果及び被溶融物質の溶融熱による温度低下の相乗効果により、溶融炉出口ガス温度を低減することができる。

請求項５記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の旋回式溶融炉の燃焼用空気ノズルから溶融炉内に供給する酸素の量及び不活性ガス又は不活性ガスに富むガスの供給ノズルから溶融炉内に供給する不活性ガス又は不活性ガスに富むガスの量を溶融炉に設置された温度計の指示値により制御することで、旋回式溶融炉での安定な灰溶融を維持しつつ、溶融炉出口部のガス温度の上昇を抑制することができる。

請求項６記載の発明によれば、請求項５記載の発明の効果に加えて、被溶融物質供給路にごみ焼却用の施設及びその他の産業廃棄物の施設から排出される不燃物やばいじんを含む被溶融物質を供給できるので各種の廃棄物などを焼却処理できるので溶融炉の利用範囲が拡大する。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図２は、本実施例の溶融炉を用いたごみガス化溶融システムの系統図である。
ごみは図示しない給塵ホッパから定量フィーダを経てガス化炉１へ供給される。一方、ガス化炉１内に供給された空気ｂは、ガス化炉１内の流動層（図示せず）の流動媒体である流動砂を流動化すると共に５００〜６５０℃の温度でごみと反応して熱分解ガスを生じる。ガス化炉１で生じた熱分解ガスと微粒子の未燃分（チャー）は、ダクト１５を通って熱分解ガスノズル４から溶融炉２へ供給され、溶融炉２内で燃焼用空気ノズル５から入る燃焼用空気と共に燃焼する。また、溶融炉２では前記熱分解ガスと微粒子の未燃分（チャー）の燃焼熱を利用して灰や不燃物は溶融してスラグ化する。この溶融スラグはスラグ排出口９及びスラグ排出コンベア（図示せず）を経て系外へ排出される。

一方、溶融炉２から排出された燃焼排ガスは、溶融炉２の後流側の２次燃焼室７に送られ、ここで未燃分が燃焼され、燃焼ガスは廃熱回収ボイラ１０に送られて、ガス中の熱が回収される。また、廃熱回収ボイラ１０で熱回収された排ガスは減温装置１１で温度降下された後、排ガス中の固形微粒子がバグフィルタ等からなる集塵装置１２で回収される。集塵装置１２によりクリーンになった排ガスは誘引ファン（図示せず）によって煙突１３から大気中に放出される。

図２に示すごみガス化溶融システムの旋回式溶融炉２を図１に示す。図１（ａ）は旋回式溶融炉の側断面を見た図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面矢視図及び図１（ｃ）は図１（ｂ）のＢ−Ｂ線断面矢視図である。

図１（ａ）に示すように、旋回式溶融炉２は内部の燃焼室を断熱材による炉壁で囲んだ中空円筒状であり、旋回式溶融炉２の上流側端部には補助バーナ６が取り付けられ、下流側端部が燃焼排ガスおよび溶融スラグの出口となっている。また、熱分解ガスノズル４及び燃焼用空気ノズル５は、旋回式溶融炉２の上流部分に位置し、不活性ガス又は不活性ガスに富むガスのノズル１４（以下不活性ガスノズル１４と記す。）が旋回式溶融炉２の下流部分に設けられている。

さらに、熱分解ガスノズル４、燃焼用空気ノズル５及び不活性ガスノズル１４などが、旋回式溶融炉２の周方向の接線に沿って設置され、該溶融炉２内ではガスの旋回流が形成される。本実施例では、不活性ガスノズル１４を熱分解ガスノズル４および燃焼用空気ノズル５より下流側の溶融炉２の出口部近傍に配置していることに大きな特徴がある。

また、図２に示すように溶融炉２内の雰囲気温度を測定する温度計１６を設置しておき、温度計１６の指示値に基づき、燃焼用空気ノズル５から溶融炉２内に供給する酸素の量及び不活性ガス供給ノズル１４から溶融炉２内に供給する不活性ガスの量を各流量調節弁１９，２０の開度をコントローラ２２により制御して炉内温度を調節する。

図３は、本実施例における溶融炉２の長手方向の炉内ガス平均温度を示す図である。炉内ガス温度は炉入口部付近から上昇し、炉出口部３に行くにしたがって上昇している。しかしながら、不活性ガスノズル１４の設置部より炉出口側ではガス温度が低下している。ただし、前記ガス温度の低下した領域でも、排ガス温度は灰の安定溶融及び安定流動に必要な温度以上に保たれているので、システムの安定運用に支障はない。

本発明の他の実施例を図４に示す。本実施例の旋回式溶融炉２の構成は図１に示すものと同じであるが、不活性ガスノズル１４から不活性ガスｄの他に他焼却設備等から排出される煤塵や自施設（同一ごみガス化溶融システム）のガス化炉１から排出される不燃物を被溶融物質ｅとして投入しており、不活性ガスｄによる冷却効果及び被溶融物質ｅの溶融熱による温度低下の相乗効果により、炉出口ガス温度を低減することが可能である。

図５が示す実施例は、図１に示す旋回式溶融炉２の他に空気分離装置２１を設置し、空気分離装置２１で高酸素濃度空気と高窒素濃度空気を生成し、得られた高酸素濃度空気は高酸素濃度空気用ダクト１７を通り燃焼用空気ノズル５から旋回式溶融炉２へ供給し、かつ高窒素濃度空気は高窒素濃度空気用ダクト１８を通り不活性ガスノズル１４から旋回式溶融炉２へ供給する構成である。本実施例では、図６に示すように溶融炉２の上流部のチャー衝突位置近傍のガス温度の上昇と溶融炉２の出口ガス温度の低下が図れる。なお、本実施例は、特に、処理するごみの発熱量が低下した場合に有効な手段である。

図７は縦型の旋回式溶融炉２へ本発明を適用した場合の実施例であり、図１に示す実施例と同等の効果及び作用を有する。すなわち、ガス化炉１内に供給されたごみａが空気ｂにより流動層（図示せず）で５００〜６５０℃の温度で熱分解され、熱分解ガスを生じる。ガス化炉１で生じた熱分解ガスと微粒子の未燃分（チャー）が熱分解ガスノズル４から縦型の溶融炉２へ供給され、溶融炉２内で燃焼用空気ノズル５から入る燃焼用空気と共に燃焼する。

縦型の旋回式溶融炉２は、図１に示す傾斜型の旋回式溶融炉２と同様に内部の燃焼室を断熱材による炉壁で囲んだ中空円筒状であり、旋回式溶融炉２の上流部分（炉内の下側側面）には熱分解ガスノズル４及び燃焼用空気ノズル５が設けられ、旋回式溶融炉２の下流部分（炉内の上側側面）に不活性ガスノズル１４が設けられている。また、旋回式溶融炉２の底部は溶融スラグｃの出口となっている。

本発明は、チャー衝突部の温度を高くして良好な灰の溶融を維持しつつ、炉出口部のガス温度を低く保つことで、炉出口部の溶損を防止する溶融炉である。

本発明の一実施例の旋回式溶融炉を示す図（図１（ａ）は旋回式溶融炉の側断面を見た図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面矢視図及び図１（ｃ）は図１（ｂ）のＢ−Ｂ線断面矢視図）である。図１の旋回式溶融炉を用いるごみガス化溶融システムの系統図を示す図である。図１の旋回式溶融炉内の温度を示す図である。本発明の一実施例の旋回式溶融炉を用いるごみガス化溶融システムの系統図を示す図である。本発明の一実施例の旋回式溶融炉を用いるごみガス化溶融システムの系統図を示す図である。図５の旋回式溶融炉内の温度を示す図である。本発明の一実施例の縦型旋回式溶融炉を示す図である。従来技術の旋回式溶融炉を示す図である。

符号の説明

１ガス火炉２溶融炉
３炉出口部４熱分解ガスノズル
５燃焼用空気ノズル６補助バーナ
７２次燃焼室８２次空気ノズル
９スラグ排出口１０廃熱回収ボイラ
１１減温装置１２集塵装置
１３煙突
１４不活性ガス又は不活性ガスに富むガス供給ノズル
１５ダクト１６温度計
１７高酸素濃度空気用ダクト１８高窒素濃度空気用ダクト
１９，２０流量調節弁２１空気分離装置
２２コントローラ
ａごみｂ空気
ｃ溶融スラグｄ不活性ガス
ｅ被溶融物質

Claims

一般ごみ、産業廃棄物を熱分解する熱分解ガス化炉で生成した熱分解ガス及びチャーを燃焼して灰分を溶融させる旋回式の溶融炉において、
溶融炉下流部側の炉壁面に不活性ガス又は不活性ガスに富むガスの供給ノズルを設置したことを特徴とする旋回式溶融炉。
溶融炉の上流部側の炉壁面に熱分解ガス及びチャーの供給ノズルと酸素を富化した燃焼用空気の供給ノズルを設置したことを特徴とする請求項１記載の旋回式溶融炉。
空気を酸素濃度の高い空気と窒素濃度の高い空気とに分離する空気性状分離装置を備え、該空気性状分離装置で得られた酸素濃度の高い空気を燃焼用空気ノズルを通して溶融炉内に供給する手段と、前記空気性状分離装置で得られた窒素濃度の高い空気を不活性ガス又は不活性ガスに富むガスの供給ノズルを通して溶融炉内に供給する手段とを備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の旋回式溶融炉。
不活性ガス又は不活性ガスに富むガスの供給ノズルには前記不活性ガス又は不活性ガスに富むガスの他に被溶融物質を供給する被溶融物質供給路を接続したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の旋回式溶融炉。
請求項１ないし４のいずれかに記載の旋回式溶融炉の燃焼用空気ノズルから溶融炉内に供給する酸素の量及び不活性ガス又は不活性ガスに富むガスの供給ノズルから溶融炉内に供給する不活性ガス又は不活性ガスに富むガスの量を溶融炉に設置された温度計の指示値により制御することを特徴とする旋回式溶融炉の運用方法。
被溶融物質供給路に供給する被溶融物質はごみ焼却用の施設及びその他の産業廃棄物の施設から排出される不燃物やばいじんとしたことを特徴とする請求項５記載の旋回式溶融炉の運用方法。