JP2007085562A - シャフト炉式ガス化溶融炉 - Google Patents

Abstract

【課題】 シャフト炉に塵芥とコークスを供給し、炉底部に形成したコークス層を加熱・燃焼し、この上に堆積した塵芥を燃焼及びガス化し、残渣はコークス層で溶融化して炉底部の出滓口から排出する。シュレッダーダストは、都市ゴミに比して灰分や金属分が多く、シャフト炉への投入量が増えると溶融物の量も多くなる。また、この時の溶融物は流動性が悪く出滓口から排出され難い。
【解決手段】 炉底部にコークス層を形成し、この上に廃棄物を積層し、コークス層を加熱・燃焼させてこの熱で廃棄物を燃焼及びガス化し、固形物を溶融して炉底部から排出するシャフト炉式ガス化溶融炉において、炉底部に通常用いる主出滓口２３１と、通常は閉止され必要時に開口される予備出滓口２３２ａ，２３２ｂとを設けたシャフト炉式ガス化溶融炉。
【選択図】 図２

Description

本発明は廃棄物を溶融化処理するシャフト炉式ガス化溶融炉に関する。

従来より、都市ゴミなどの可燃性廃棄物をストーカー炉や流動床炉で焼却処理して、その焼却灰を埋め立て処分することが一般的に行なわれている。しかし、埋め立て処分する際に焼却灰の容積が未だ充分に減少していないこと、焼却灰を埋め立て処分するに際に飛散して周囲の環境に悪影響を及ぼすこと等から、焼却灰を溶融スラグ化してそれを埋め立て処分することが推奨されている。焼却灰を溶融スラグ化する方法としては、従来の焼却炉から排出された焼却灰を別途の溶融炉で溶融スラグ化するものと、廃棄物を一つの炉内で溶融化までするものがある。

本願出願人は、廃棄物を一つの炉内で溶融化まで行なう処理装置を、例えば特許文献１で提案している。この塵芥の処理装置は、シャフト炉式ガス化溶融炉（以下、シャフト炉と略す）とこれに連接した二次燃焼炉を有した構成で、シャフト炉に塵芥とコークスを供給し、炉底部に形成したコークス層を加熱・燃焼し、この上に堆積した塵芥を燃焼及びガス化し、残渣はコークス層で溶融化して炉底部の出滓口から排出し、燃焼ガスは二次燃焼炉で更に燃焼して排ガス処理装置を経て大気へ放出するものである。
特開２００１−２２７７１５号公報

処理される塵芥のゴミ質に大きな変化がない場合は、炉内で溶融化される量と出滓口から排出される量はバランスしており、炉内に溶融物が滞留することはない。しかし、最近では自動車や家電製品の廃棄量が増大し、これらから発生するシュレッダーダストもシャフト炉で焼却処理することが図られている。このシュレッダーダストは、都市ゴミに比して灰分や金属分が多く、シャフト炉への投入量が増えると溶融物の量も多くなる。また、この時の溶融物は流動性が悪く出滓口から排出され難い。従って、この状態が長時間続くと、溶融物が炉底部に溜まり、炉底部に設けられた羽口にまで達すると操業に支障をきたす。しかし、特許文献１ではこの問題に対しては言及されていない。

従って本発明は、ゴミ質が変動する等で炉底部に溶融物が滞留しても、操業に支障をきたす前に炉底部から排出することができるシャフト炉を提供することを目的としている。

本発明のシャフト炉式ガス化溶融炉は、炉底部にコークス層を形成し、この上に廃棄物を積層し、コークス層を加熱・燃焼させてこの熱で廃棄物を燃焼及びガス化し、固形物を溶融して炉底部から排出するシャフト炉式ガス化溶融炉において、炉底部に複数の出滓口を設けたことを特徴としている。
本発明において、出滓口は、通常は開口されている主出滓口と、通常は閉止され必要時に開口される予備出滓口からなることを特徴としている。
前記予備出滓口は、主出滓口から離れた位置であることが好ましく、主出滓口と円周方向に約９０°または約１８０°離れて設けられることが望ましい。

本発明のシャフト炉は、ゴミ質が変動する等で炉底部に溶融物が滞留しても、速やかに排出することができ、操業に支障をきたすような状況を回避することができる。

図１に本発明のシャフト炉２の断面略図を示すが、特許文献１に示されたシャフト炉と同様、炉底部２２にコークス層２５を形成し、この上に廃棄物Ｒを積層し、コークス層２５を加熱・燃焼させてこの熱で廃棄物Ｒを燃焼及びガス化し、固形物を溶融して炉底部から排出するもので、ほぼ同じ構造である。本実施の形態のシャフト炉２は、炉底部２２近傍にプラズマトーチ４と、プラズマトーチ４の上方に第一の羽口５と第二の羽口６を設けている。プラズマトーチ４はコークス層２５に向けて同一高さの円周上に４ヶ所設け、プラズマトーチ４から吹き出す高温ガスの方向は平面的には炉体の直径方向、立面的には炉底部の底と垂直部の交点方向としている。第一の羽口５及び第二の羽口６は同じく円周上６ヶ所としている。第一の羽口５及び第二の羽口６から吹き込む空気は、後続の熱交換器（図示せず）で二次燃焼後の高温排ガスと熱交換して高温になったものを使用する。

プラズマトーチ４から吹き出す高温ガスは、窒素などの不活性ガスまたは空気や酸素富化空気などの酸素含有ガスである。コークス層２５及び廃棄物層２６で必要とされる全空気量を、コークス層２５に設けるプラズマトーチ４から供給すると、コークス消費量の増大を招くため、第一の羽口５及び第二の羽口６は廃棄物層２６に設ける。なお、コークス層２５に酸素含有ガスを供給する羽口（図示せず）を設けることで、プラズマトーチ４を設けないようにすることもできる。

シャフト炉２の略中間部には、廃棄物ＲとコークスＣまた必要に応じ石灰石を混合して供給する材料供給口２８を設けている。廃棄物Ｒの供給とコークスＣの供給を例えば３：１の回数割合で行なうと、廃棄物ＲとコークスＣはほぼ交互に層状をなす。しかもコークス／廃棄物の比率は２重量％程度であるが、廃棄物Ｒの燃焼はコークスＣに比してはるかに速やかであるから、第一の羽口５及び第二の羽口６からの空気の大半は廃棄物Ｒの燃焼に消費され、コークスＣは燃焼し難くその消費量は少ない。その結果、廃棄物層２６の上部はゴミリッチ層２６１となり、廃棄物の燃焼及びガス化が進行する廃棄物層２６の中部では廃棄物・コークス混在層２６２となり、廃棄物層２６の下部はコークスリッチ層２６３となる。炉底部２２に形成されたコークス層２５は、コークスＣの消費量と供給量とがバランスしている状態では所定の高さに維持される。

炉底部２２には溶融物を炉内から排出する出滓口２３を設けるが、本シャフト炉２は、横断面図（図２）及び縦断面図（図３，図４）で示すように、通常時は開口している主出滓口２３１の他に、通常時は塞がれており必要に応じて開口して出滓することができる１又は複数個の予備出滓口２３２を有している（図２〜４にはコークス層は図示せず）。主出滓口２３１が従来のシャフト炉における出滓口に相当する。予備出滓口２３２は、主出滓口２３１とほぼ同じ高さレベルに同等の傾斜を有するように、円周方向にはできるだけ離れた位置に設けられるのが好ましいが、一般的にシャフト炉は円筒形でその架台は４足であることから、主出滓口２３１と１８０°または９０°ずれた位置に設けるのが現実的である。図２では、主出滓口２３１と直交するように２個の予備出滓口２３２ａ、２３２ｂを設けた例を示している。予備出滓口２３２は、炉底本部２１の耐火材に形成した貫通口であり炉の内部空間と炉外部とを連通させる。通常は耐火物で塞ぐなどして炉内の溶融物が流出しないよう閉止しておく。

上記したように、供給された廃棄物は、ゴミリッチ層２６１では一部のゴミＲとコークスＣが燃焼され、廃棄物・コークス混在層２６２では燃焼及びガス化が進行しガスと固形物に分解される。この燃焼過程で生成した可燃性の固形物は、下降しながら燃焼しコークスリッチ層２６３に達する時点で灰分（約１０００〜１５００℃）になる。固形物はコークスリッチ層２６３を通過して炉底部２２に近づくにしたがい、プラズマトーチ４からの熱とコークスの燃焼熱でさらに加熱されて溶融物Ｍとなり、灰分は溶融スラグとなり金属類は溶融メタルとなる。コークスリッチ層２６３は火格子及び蓄熱体としての機能も有し、下降する溶融物Ｍと上昇する高温ガスとが接触して充分な熱交換が行われるので、溶融物Ｍは１５００℃程度に加熱される。この間に生成した熱分解ガスは、出口９から二次燃焼室（図示せず）に排出される。

コークス層２５は、高温に加熱された極めて間隙の多い充填層であり、またコークスＣは溶融スラグに濡れにくいので、溶融物Ｍはコークス粒子間を流下して炉底部２２に達し主出滓口２３１から炉外に排出される。排出された溶融物Ｍは冷却後スラグと金属に分離され、各々再利用することができる。溶融物Ｍの安定した連続的な排出は、コークス層２５や炉底部２２及び溶融物Ｍが安定して高温に保たれる限り維持することができる。

ここで、プラズマトーチ４や羽口５、６からの空気量など供給熱量に係わる操業条件は変更しない状態で、廃棄物中にシュレッダーダスト量が多くなると、シュレッダーダストには灰分や金属類が多く含まれるため、溶融物Ｍが多く発生するだけでなく、コークス層２５や炉底部２２及び溶融物Ｍの温度も低下し溶融物Ｍの流動性も悪くなる。また、都市ゴミであっても水分量が少ない場合はゴミ投入量が多くなるので同様に溶融物Ｍの量が多くなる。このため、主出滓口２３１だけから排出させていたのでは、炉底部２２には溶融物Ｍが徐々に滞留してしまう。このような状況が長時間にわたると、溶融物Ｍが炉底部２２に設けたプラズマトーチ４などの燃焼用気体供給口にまで達することがある。これは、炉底径が１メートルを越えるような比較的大きいシャフト炉に起こり易い。

また、溶融物が主出滓口２３１から滞ることなく排出される限り、主出滓口２３１の設置数または断面積は小さいほうが好ましい。炉底部には溶融物がたまるが、一般的に廃棄物の投入量のばらつきや灰分含有率の違いなどにより溶融物の流量にもばらつきが生じる。このため炉底部にたまっている溶融物Ｍのレベルも上下する。溶融物のレベルが上がったときは、主出滓口２３１は排出される溶融物で満たされるため炉内から主出滓口２３１を経て外部へ噴出する熱風はほとんどない。溶融物のレベルが下がったときは、主出滓口２３１は完全には溶融物で満たされず炉内と外部とが主出滓口２３１を介して連通する。このとき炉内から主出滓口２３１を経て熱風が噴出する。この熱風の噴出は熱の損失になるためできるだけ抑制しなければならない。主出滓口２３１の設置数または断面積が必要以上に大きいと溶融物が炉底部２２に溜まらない状態または溶融物のレベルが下がった状態が長く維持される。このことから通常時に溶融物を出滓する主出滓口２３１の設置数または断面積は小さいほうが好ましいのである。

本発明のシャフト炉２では、炉底部２２に予備出滓口２３２を設けており、廃棄物の性状が変わり、炉底部２２に溶融物Ｍが所定量以上に滞留したとき又は滞留しそうな場合には、予備出滓口２３２を開口することで、ここからも溶融物Ｍを排出することができる。これにより、炉底部２２に溶融物Ｍが過剰に溜まることを未然に防止することができ、操業に支障をきたすような事態を防ぐことができる。炉底部２２に溜まった溶融物Ｍを速やかに排出するためには、予備出滓口２３２は主出滓口２３１から離れた場所に設けるのがよい。

溶融物Ｍを連続出滓する場合、主出滓口２３１は常時開口させるが、予備出滓口２３２は閉止したままとする。これは、予備出滓口２３２も開口すると、出滓口から多くの高温ガスが逃げて炉内の熱損失が大きくなるためである。予備出滓口２３２を閉塞するためには、ランスで掘削可能な耐火材を内部に充填したり、出口部に前記耐火材を詰めて予備出滓口に入り込んだ溶融物を排出させずに凝固させたりすればよい。予備出滓口２３２を開口するには、ランスで前記閉塞材を溶融して除去すればよい。

なお、予備出滓口２３２は、上述したように滞留した溶融物Ｍを速やかに排出するのに使用されるだけでなく、主出滓口２３１に補修を施さなければならなくなった場合に使用することで、シャフト炉の操業を停止させなくてもよくなる。また、溶融物の排出に用いるのではなく、一時的に酸素や空気または熱源を供給する羽口として用いることもできる。例えば、シャフト炉立ち上げ時に、炉底部に凝固している溶融物Ｍを溶融したり、コークス層を短時間で加熱するために利用すると有効である。

本発明のシャフト炉式ガス化溶融炉の断面略図である。 上記シャフト炉式ガス化溶融炉の出滓口の配置の一例を示す平面図である。 図２のＡ−Ａ矢視断面図である。 図２のＢ−Ｂ矢視断面図である。

符号の説明

２ シャフト炉式ガス化溶融炉（シャフト炉）
４ プラズマトーチ
５ 第一の羽口
６ 第二の羽口
２２ 炉底部
２５ コークス層
２６ 廃棄物層
２６１ ゴミリッチ層
２６２ 廃棄物・コークス混在層
２６３ コークスリッチ層
２３１ 主出滓口
２３２ 予備出滓口
Ｒ 廃棄物
Ｃ コークス
Ｍ 溶融物

Claims (3)

1. 炉底部にコークス層を形成し、この上に廃棄物を積層し、コークス層を加熱・燃焼させてこの熱で廃棄物を燃焼及びガス化し、固形物を溶融して炉底部から排出するシャフト炉式ガス化溶融炉において、炉底部に複数の出滓口を設けたことを特徴とするシャフト炉式ガス化溶融炉。
2. 上記出滓口は、通常は開口されている主出滓口と、通常は閉止され必要時に開口される予備出滓口からなることを特徴とする請求項１記載のシャフト炉式ガス化溶融炉。
3. 予備出滓口は、主出滓口と円周方向に約９０°または約１８０°離れて設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のシャフト炉式ガス化溶融炉。
   
   

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