JP2022163739A - ガス化溶融システムおよびその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶融炉の１次燃焼室において内部側壁へのクリンカやダスト塊の付着形成を防止し、安定したスラグ化を促進し、溶融炉の１次燃焼室上部において均一で安定した高温燃焼を可能にすることができるガス化溶融システムを提供する。【解決手段】ガス化溶融システムは、生成ガスＤ１をガス化炉２０から溶融炉４０へ導入するための生成ガスダクト３０を備える。生成ガスダクト３０は、燃焼用空気導入口３０－１，３０－２，３０－３を有しており、生成ガスＤ１と燃焼用空気と混合ガスＤ２が生成ガスダクト３０内に形成される。混合ガスＤ２の燃焼により発生した燃焼ガスは、溶融炉４０の１次燃焼室４１内で旋回流を形成する。溶融炉４０は、燃焼ガスの旋回流および混合ガスの燃焼を促進させるための旋回用空気が導入される旋回用空気導入口４１－１，４１－２を有しており、生成ガスダクト３０への燃焼用空気流量は、１次燃焼室４１への旋回用空気流量を上回る。【選択図】図１

Description

本発明は、都市ごみ、産業廃棄物等の不燃物を含む固形状被処理物をガス化炉で部分燃焼させて発生した未反応ガスを溶融炉に導いて高温燃焼させ、その高温で灰分を溶融し、溶融スラグとして排出するガス化溶融システムおよびその運転方法に関するものである。

都市ごみ、産業廃棄物等の不燃物を含む固形状被処理物の焼却処理にあたっては、通常は焼却炉にて燃焼に必要な空気を十分に供給して完全に焼却する。発生した燃焼ガスはボイラなどの設備に導かれて熱エネルギーが回収される。さらに、十分に温度が低下した燃焼ガスはその中に含まれる灰分をバグフィルターなどの集塵設備で煤塵として捕集したのち、煙突から大気中に放出される。

捕集した煤塵は、重金属の溶出を防止するために薬品処理などを行って専用の処分場で埋立することが必要とされる。しかしながら、次第に埋立処分場の立地が困難になってきており、その延命化をはかるために煤塵量を低減する必要があった。そこで、電気式溶融炉にて煤塵を高温で溶融スラグ化することで無害化し、再利用をはかるシステムが考案された。しかし、焼却プラントとは別に溶融設備を設けなければならないこと、電気で溶融するためエネルギー的、コスト的に無駄があり、対策を迫られていた。

そこで、ガス化溶融設備が考案されたものである。この設備は部分燃焼による熱分解によって未反応ガスを発生するガス化炉と、当該未反応ガスを高温燃焼させるための溶融炉を備えたものである。都市ごみ、産業廃棄物等の不燃物を含む固形状被処理物は、前記ガス化炉で部分燃焼され、そこで発生した未反応ガス（生成ガス）は前記溶融炉に導かれて１３００～１５００℃で高温燃焼させる。さらに、その高温で灰分を溶融し、溶融スラグとして排出する。

前記ガス化炉が流動床炉であると、不定形な可燃物でも安定処理できること、また鉄などの金属の分離排出に最適である。前述のように、通常の焼却設備では、飛灰をスラグにするためには別途設置した電気式溶融炉などを使用する必要があるが、ガス化溶融設備では自己が保有する熱量によって運転中に溶融炉内部でスラグに出来るため、電力を使用することもなく別途溶融炉を設置することもないので効率的である。

２００９－２８１６９４号公報 ２０１０－２３６７３３号公報

しかしながら、この種のガス化溶融設備では、溶融炉の１次燃焼室の内壁上部にクリンカやダストの塊が付着形成しやすい。このクリンカやダストの塊が成長し大きくなると、溶融炉内のガス流れが阻害されて燃焼反応が不十分になるためスラグ化率が低下したり、溶融炉に設けられた燃焼用空気導入口が塞がれてしまい、さらに燃焼が不十分になって温度が低下するなどの悪影響が発生する。さらにクリンカやダスト塊が成長すると溶融炉の１次燃焼室の上部が閉塞して運転できなくなるなど、大きな問題を引き起こすこととなる。

そこで、本発明は、溶融炉の１次燃焼室において内部側壁へのクリンカやダスト塊の付着形成を防止し、安定したスラグ化を促進し、溶融炉の１次燃焼室上部において均一で安定した高温燃焼を可能にすることができるガス化溶融システムおよびその運転方法を提供する。

一態様では、廃棄物を含む被処理物を熱分解して生成ガスを生成するガス化炉と、前記生成ガスを燃焼させるとともに、前記生成ガスに含まれる灰分を高温で溶融スラグ化するための溶融炉と、前記生成ガスを前記ガス化炉から前記溶融炉へと導入するための生成ガスダクトとを備え、前記生成ガスダクトは、燃焼用空気ラインが接続された燃焼用空気導入口を有しており、前記ガス化炉から出た前記生成ガスと燃焼用空気との混合ガスが前記生成ガスダクト内に形成されるように構成されており、前記生成ガスダクトは前記溶融炉に対して偏心して連結され、前記生成ガスダクトが前記溶融炉の円筒状側壁の接線に沿って延びるように配置され、前記混合ガスの燃焼により発生した燃焼ガスが前記溶融炉の１次燃焼室の内壁に沿って流れることによって旋回流を形成するように構成され、前記溶融炉は、前記１次燃焼室内の前記旋回流および前記混合ガスの燃焼を促進させるための旋回用空気が導入される旋回用空気導入口を有しており、前記生成ガスダクトへの前記燃焼用空気の流量は、前記１次燃焼室への前記旋回用空気の流量を上回るように設定されている、ガス化溶融システムが提供される。

一態様では、前記燃焼用空気ラインが接続された前記燃焼用空気導入口は、異なる位置に配置された複数の燃焼用空気導入口である。
一態様では、前記複数の燃焼用空気導入口は、室温の空気を供給するための第１燃焼用空気ラインに接続された第１燃焼用空気導入口と、室温よりも高い温度の空気を供給するための第２燃焼用空気ラインに接続された第２燃焼用空気導入口を含む。
一態様では、前記複数の燃焼用空気導入口は、２次空気を供給するための第３燃焼用空気ラインに接続された第３燃焼用空気導入口をさらに含む。
一態様では、前記燃焼用空気導入口の位置は、前記ガス化炉と前記溶融炉との中間にあり、前記燃焼用空気導入口から前記溶融炉までの距離は、前記燃焼用空気が前記生成ガスと前記生成ガスダクト内で撹拌され、前記溶融炉に入る時点で前記燃焼用空気と前記生成ガスとが均一に混合された混合ガスとなるような距離である。
一態様では、前記燃焼用空気導入口から前記溶融炉までの前記距離は、３０００ｍｍ～６０００ｍｍの範囲内である。

一態様では、前記旋回用空気導入口は、上段の旋回用空気導入口と、下段の旋回用空気導入口を含み、前記上段の旋回用空気導入口は、前記生成ガスダクトに接続された前記溶融炉の混合ガス導入口の中心と同じ高さ、または前記混合ガス導入口の上端部から６００ｍｍ～９００ｍｍだけ下方に位置しており、前記下段の旋回用空気導入口は、前記混合ガス導入口の下端と同じ高さ、または前記上段の旋回用空気導入口から６００ｍｍ～９００ｍｍだけ下方に配置している。
一態様では、前記下段の旋回用空気導入口は、前記１次燃焼室内の前記燃焼ガスの旋回方向において前記上段の旋回用空気導入口よりも下流側に位置している。
一態様では、前記旋回用空気導入口の空気噴射方向は、前記１次燃焼室の中心から外れており、前記旋回流を助けるように、前記１次燃焼室の半径方向に対してずれている。
一態様では、前記旋回用空気導入口は、水平方向を向いて、または水平方向に対して斜め下方を向いている。
一態様では、前記ガス化溶融システムは、前記旋回用空気導入口から前記１次燃焼室内に導入される前記旋回用空気に酸素ガスを富化するための酸素ガス供給ラインをさらに備えている。

一態様では、廃棄物を含む被処理物をガス化炉内で熱分解して生成ガスを生成し、前記生成ガスを前記ガス化炉から溶融炉へと導入するための生成ガスダクト内に燃焼用空気を燃焼用空気導入口から導入して、前記生成ガスと前記燃焼用空気とが均一に混合された混合ガスを前記生成ガスダクト内に形成し、前記混合ガスを前記溶融炉に導入して、前記溶融炉の１次燃焼室内で前記混合ガスを燃焼させて燃焼ガスの旋回流を形成しながら、前記旋回流および前記混合ガスの燃焼を促進させるための旋回用空気を前記１次燃焼室内に導入し、前記混合ガスに含まれる灰分を高温で溶融スラグ化し、前記生成ガスダクトへの前記燃焼用空気の流量は、前記１次燃焼室への前記旋回用空気の流量を上回る、ガス化溶融システムの運転方法が提供される。

一態様では、前記燃焼用空気は、集塵器を通過した空気を含む。
一態様では、前記集塵器を通過した空気は、３００℃～４００℃の空気を含む。
一態様では、前記燃焼用空気導入口の位置は、前記ガス化炉と前記溶融炉との中間にあり、前記燃焼用空気導入口から前記溶融炉までの距離は、前記燃焼用空気が前記生成ガスと前記生成ガスダクト内で撹拌され、前記溶融炉に入る時点で前記燃焼用空気と前記生成ガスとが均一に混合された混合ガスとなる距離である。
一態様では、前記燃焼用空気導入口から前記溶融炉までの距離は、３０００ｍｍ～６０００ｍｍの範囲内である。
一態様では、前記燃焼用空気導入口は、複数の燃焼用空気導入口である。
一態様では、前記１次燃焼室内に導入される前記旋回用空気に酸素ガスを富化する。

本発明によれば、以下の効果が得られる。
まず、溶融炉に入る前に生成ガスダクト内部にて、生成ガスと燃焼用空気が十分に攪拌混合し、均一化されることによって、その混合ガスが溶融炉の１次燃焼室に入ると同時に燃焼開始できるため、溶融炉の１次燃焼室上部で安定した高温燃焼が行われる。その結果、溶融炉の内壁にクリンカの形成やダスト付着がなくなり、安定した溶融スラグ流を形成し、その結果スラグが溶融炉内に堆積することなく順調に排出され、スラグ化率の高い安定した運転が継続可能となる。
また溶融炉の１次燃焼室における旋回用空気導入口の適切な配置によって溶融炉内部には燃焼ガスの旋回流が適切に形成され、さらに溶融炉の１次燃焼室へ供給する旋回用空気に酸素ガスを富化することによって、より高温燃焼が可能になる。

また生成ガスダクトに投入する燃焼用空気としてガス化溶融プラント場内の高温設備の冷却装置や集塵装置から発生する４００℃近い高温集塵空気を使用することは、ガス化溶融プラントのエネルギー効率上昇に寄与するものである。
また低温集塵空気や高温集塵空気にはダストが含まれており、ガス化溶融設備に投入されることにより溶融炉でスラグ化したり、最終的には溶融炉の後段にあるバグフィルターで捕集されるため、各集塵設備においては送風機を保護する程度のサイクロンのような簡単な集塵機で済む効果がある。

本発明に係るガス化溶融設備における燃焼用空気および旋回用空気の供給系統の構成例を示す図である。 図１における溶融炉の水平断面であり、溶融炉の混合ガス導入口および上段の旋回用空気導入口の配置の一実施形態を示す図である。 図１における溶融炉の水平断面であり、溶融炉の混合ガス導入口および下段の旋回用空気導入口の配置の一実施形態を示す図である。 溶融炉の混合ガス導入口および上段の旋回用空気導入口の配置の他の実施形態を示す図である。 溶融炉の混合ガス導入口および下段の旋回用空気導入口の配置の他の実施形態を示す図である。

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。各説明図において、同一または対応する部材については同一の符号を付して、重複する説明を省略する。図１は、ガス化溶融システム１０の一実施形態を示す模式図である。ガス化溶融システム１０は、例えば、ガス化溶融発電プラントに適用することができる。

図１に示すように、ガス化溶融システム１０は、都市ごみ、産業廃棄物等の廃棄物を含む被処理物を部分燃焼により熱分解して生成ガスを生成するガス化炉２０と、当該生成ガスを燃焼させるとともに、当該生成ガスに含まれる灰分を高温で溶融スラグ化するための溶融炉４０と、前記生成ガスを前記ガス化炉２０から溶融炉４０へと導入するための生成ガスダクト３０を備える。

ガス化溶融システム１０は、さらに、被処理物をガス化炉２０に供給するための供給装置２２と、生成ガスダクト３０内に燃焼用空気を供給するための燃焼用空気ライン３３と、溶融炉４０内に旋回流を形成するための旋回用空気ライン４５を備えている。図示しないが、溶融炉４０から排出された燃焼ガスＦから熱を回収するボイラなどの熱回収設備、燃焼ガスＦ中のダストを捕集除去する集塵設備、燃焼ガスＦを引き込む誘引送風機、燃焼ガスＦを大気中に放出する煙突などが溶融炉４０の後段に設置される。

本実施形態では、ガス化炉２０は、流動床炉から構成されている。燃焼用１次空気としての流動化空気は、ガス化炉２０内の流動床２０ａの下方に供給され、流動床２０ａを形成する流動媒体を流動化させる。燃料となる被処理物（例えば産業廃棄物）は、供給装置２２によってガス化炉２０内に投入される。燃焼用一次空気としての流動化空気の流量は、投入された被処理物を燃焼させるのに必要な空気の流量よりも低く設定されている。例えば、流動化空気の流量は、投入された被処理物を完全燃焼させるのに必要な空気の流量の３割程度である。したがって、被処理物はガス化炉２０内で部分燃焼により熱分解し、未反応ガスである生成ガスＤ１を発生する。被処理物に含まれている不燃物は、流動媒体の一部とともに、ガス化炉２０の外に排出される。なお本実施形態ではガス化炉２０は流動床炉から構成されているが、生成ガスＤ１を発生させるものであれば、ガス化炉２０は流動床炉に限るものではない。例えば、ガス化炉２０はキルン型ガス化炉であってもよい。

ガス化炉２０から導出された生成ガスＤ１は、生成ガスダクト３０を通って溶融炉４０へ供給される。溶融炉４０は、生成ガスダクト３０に接続された１次燃焼室４１と、１次燃焼室４１の下流側に位置する２次燃焼室４２と、２次燃焼室４２の下流側に位置する３次燃焼室４３を有している。２次燃焼室４２は、下方に傾斜しており、最下部からスラグが排出される。２次燃焼室４２の形状は特に限定されず、例えば、直線状または円弧状であってもよい。

ガス化炉２０から出た生成ガスＤ１には酸素はほとんど含まれていない。この生成ガスＤ１を燃焼させるために必要な燃焼用空気の大半は、燃焼用空気ライン３３から生成ガスダクト３０内に供給される。本実施形態では、後述するように、燃焼用空気は、集塵器および／または送風機から送られた空気を含む。

本実施形態では、燃焼用空気ライン３３は、３つの燃焼用空気ライン３３－１，３３－２，３３－３を含む。生成ガスダクト３０は、これら３つの燃焼用空気ライン３３－１，３３－２，３３－３にそれぞれ接続された３つの燃焼用空気導入口３０－１，３０－２，３０－３を有している。したがって、これら３つの燃焼用空気ライン３３－１，３３－２，３３－３を流れた燃焼用空気は、３つの燃焼用空気導入口３０－１，３０－２，３０－３を通って生成ガスダクト３０内に供給される。

第１燃焼用空気ライン３３－１は、第１集塵器３４に接続されており、第１集塵器３４を通過した空気が燃焼用空気として第１燃焼用空気ライン３３－１を通って生成ガスダクト３０内に供給される。第１集塵器３４は、ガス化溶融システム１０が設置されるプラント場内の空気から煤塵を除去するための室温集塵器である。したがって、第１集塵器３４から第１燃焼用空気ライン３３－１に送られる燃焼用空気は、室温の空気である。

第２燃焼用空気ライン３３－２は、第２集塵器３５に接続されており、第２集塵器３５を通過した空気が燃焼用空気として第２燃焼用空気ライン３３－２を通って生成ガスダクト３０内に供給される。第２集塵器３５は、ガス化溶融プラント場内の高温集塵器である。一実施形態では、第２集塵器３５は、図示しないが、ガス化炉２０から排出された不燃物を分級するための分級機、およびそこで篩い分けられた流動媒体を循環する系統に接続された高温集塵器である。分級機内には高温の不燃物および流動媒体が投入されるので、第２集塵器３５を通過する空気は高温の空気である。一例では、第２集塵器３５から第２燃焼用空気ライン３３－２に送られる燃焼用空気は、３００℃～４００℃の空気であり、第１燃焼用空気ライン３３－１を流れる室温の燃焼用空気よりも高い温度を有している。

第３燃焼用空気ライン３３－３は、プラント場内または外に設置された送風機３６に接続されている。送風機３６から第３燃焼用空気ライン３３－３に送られる燃焼用空気は、いわゆる２次空気であり、室温か外気温度、もしくは熱交換器を用いて温度を上げている。第３燃焼用空気ライン３３－３には空気調節弁３１が設けられており、第１燃焼用空気ライン３３－１および第２燃焼用空気ライン３３－２を流れる燃焼用空気ライン３３の流量が、生成ガスＤ１を燃焼させるために十分でない場合に空気調節弁３１が開かれる。

図１に示す実施形態では、３つの燃焼用空気導入口３０－１，３０－２，３０－３は、生成ガスＤ１の流れ方向に沿って、低温の燃焼用空気のための第１燃焼用空気導入口３０－１、高温の燃焼用空気のための第２燃焼用空気導入口３０－２、および２次空気のための第３燃焼用空気導入口３０－３の順序で配列されている。しかしながら、本発明はこの順序に限らず、順序が入れ替わってもよい。

燃焼用空気を生成ガスダクト３０に入れる理由は、生成ガスＤ１が溶融炉４０内に入る前に空気と生成ガスＤ１を均一に混合させ、温度および酸素濃度を均一にするためである。生成ガスダクト３０に空気を入れても、生成ガスＤ１はすぐには燃焼せず、導入された燃焼用空気と生成ガスＤ１が混合されて混合ガスＤ２を形成する。空気が均一に分散し温度および酸素濃度が均一になった混合ガスＤ２が溶融炉４０に入ると、混合ガスＤ２は直ちに着火し、しかも均一に燃焼することができる。すなわち、生成ガスダクト３０内で燃焼用空気と均一に混合されて初めて、混合ガスＤ２は１次燃焼室４１の上部において安定した高温燃焼が可能となる。したがって、溶融炉４０の混合ガス導入口４０－１から燃焼用空気導入口３０－１，３０－２，３０－３までの距離Ｌは、空気と生成ガスＤ１が均一に混合するのに必要かつ十分な距離である。

このような観点から、生成ガスダクト３０への燃焼用空気導入口３０－１，３０－２，３０－３の位置は、ガス化炉２０と溶融炉４０との中間とされる。すなわち、投入した燃焼用空気が生成ガスＤ１と十分に撹拌混合され、溶融炉４０に入る時点で燃焼用空気と生成ガスＤ１が均一に混合された混合ガスＤ２となるよう溶融炉４０までに適切な距離Ｌを確保している。その距離Ｌは３０００ｍｍ～６０００ｍｍの範囲内とし、好ましくは４０００ｍｍ～５０００ｍｍの範囲内になるように設定される。

低温の燃焼用空気のための第１燃焼用空気導入口３０－１、高温の燃焼用空気のための第２燃焼用空気導入口３０－２、および２次空気のための第３燃焼用空気導入口３０－３の位置は、生成ガスダクト３０の天井面、両側面、底面のいずれでもよく、生成ガスダクト３０の形状に基づいて決定すればよい。本実施形態では、生成ガスダクト３０は、生成ガスＤ１の流れ方向を変えるための湾曲部３０Ａを有している。より具体的には、生成ガスダクト３０は、ガス化炉２０から上方に円弧を描き溶融炉４０には水平に接続するように構成される。３つの燃焼用空気導入口３０－１，３０－２，３０－３は、湾曲部３０Ａに位置しており、生成ガスダクト３０の天井面または両側面に位置している。さらに、これら３つの燃焼用空気導入口３０－１，３０－２，３０－３は、溶融炉４０の１次燃焼室４１を向いている。したがって、燃焼用空気は、溶融炉４０の１次燃焼室４１に向かって生成ガスダクト３０内に注入される。

通常運転では、空気調節弁３１は閉止されており、２次空気は使用しない。つまり、通常運転では、第１燃焼用空気導入口３０－１から供給される低温の燃焼用空気と、第２燃焼用空気導入口３０－２から供給される高温の燃焼用空気を使用する。低温の燃焼用空気と高温の燃焼用空気の流量変動や不足によって燃焼に必要な酸素量が不足する際には、空気調節弁３１を開いて、第３燃焼用空気導入口３０－３から２次空気を適宜導入できるようにしている。これにより、燃焼に必要な酸素量を一定に供給することで溶融炉４０の１次燃焼室４１での高温化を維持し、スラグの流れを円滑にし、安定運転を行う。

上述の通り、運転中は、少なくとも２つの燃焼用空気導入口３０－１，３０－２が使用される。これは、異なる位置に配置された複数の燃焼用空気導入口３０－１，３０－２から燃焼用空気を導入することで、より速やかに、かつ均一に燃焼用空気を生成ガスＤ１と混合させるためである。

図１では、第１燃焼用空気導入口３０－１、第２燃焼用空気導入口３０－２、第３燃焼用空気導入口３０－３はそれぞれ１つずつ設けられているが、これに限るものではなく、実施にあたっては生成ガスダクト３０の形状等に応じて適宜複数にしてよい。例えば、図示はしないが、それぞれの燃焼用空気の変動や、燃焼用空気ライン３３－１，３３－２，３３－３のいずれかの廃止などの状況に対応するため、燃焼用空気ライン３３－１，３３－２，３３－３を相互に連結し、空気弁により切り替えることで、燃焼用空気導入口３０－１，３０－２，３０－３を共有化することも可能である。

旋回用空気ライン４５は、溶融炉４０の１次燃焼室４１に接続されており、さらに２次空気ライン４６は、溶融炉４０の３次燃焼室４３に設けられた２次空気導入口４３－１に接続されている。生成ガスダクト３０へ投入される燃焼用空気の流量は、溶融炉４０の１次燃焼室４１に投入される旋回用空気の流量を上回るように設定される。このようにすることで、混合ガスＤ２は、１次燃焼室４１に入ると直ぐに燃焼を開始し、１次燃焼室４１の上部において安定した高温燃焼が可能となる。溶融炉４０の３次燃焼室４３内に供給される２次空気は、ＣＯ濃度の低減や、燃焼ガスＦの冷却に必要な量で供給される。

本実施形態では、旋回用空気ライン４５は、上段旋回用空気ライン４５－１および下段旋回用空気ライン４５－２を含む。溶融炉４０の１次燃焼室４１には燃焼ガスＦの流れに沿って鉛直方向に複数段の旋回用空気導入口４１－１，４１－２が設けられている。上段の旋回用空気導入口４１－１および下段の旋回用空気導入口４１－２は、上段旋回用空気ライン４５－１および下段旋回用空気ライン４５－２にそれぞれ接続されている。上段旋回用空気ライン４５－１および下段旋回用空気ライン４５－２は独立した２つのラインであってもよく、または共通のラインから分岐した２つのラインであってもよい。

旋回用空気導入口４１－１，４１－２から導入される旋回用空気は、１次燃焼室４１に形成される燃焼ガスＦの旋回流を促進するのみならず、混合ガスＤ２の燃焼に必要な酸素の供給にも寄与する。本実施形態では、２段の旋回用空気導入口４１－１，４１－２が設けられている。燃焼ガスＦの旋回流を促進する観点からは、３段以上の旋回用空気導入口を設けることも考えられるが、段数が増えるに従い、燃焼のバランスが崩れて、１次燃焼室４１内の燃焼温度を低下させたり、クリンカ等の塊を形成して燃焼状態を悪化させてしまうおそれがある。この観点から、本実施形態では、２段の旋回用空気導入口４１－１，４１－２が設けられている。

旋回用空気は、一例では、室温の空気であるが、室温よりも高い温度の空気であってもよい。例えば、旋回用空気は、上述した送風機３６から送られる２次空気であってもよい。上段の旋回用空気導入口４１－１は、混合ガス導入口４０－１の中心と同じ高さ、または混合ガス導入口４０－１の上端部から下方６００ｍｍ～９００ｍｍ、好ましくは７００ｍｍ～８００ｍｍに位置している。下段の旋回用空気導入口４１－２は、混合ガス導入口４０－１の下端と同じ高さ、または上段の旋回用空気導入口４１－１から６００ｍｍ～９００ｍｍ、好ましくは７００ｍｍ～８００ｍｍ下方に位置している。

図２は、溶融炉４０の混合ガス導入口４０－１および上段の旋回用空気導入口４１－１を上から見た水平断面図であり、図３は、溶融炉４０の混合ガス導入口４０－１および下段の旋回用空気導入口４１－２を上から見た水平断面図である。図２、図３に示すように、生成ガスダクト３０は溶融炉４０に対して偏心して連結されている。生成ガスダクト３０が溶融炉４０の円筒状側壁の接線に沿って延びるように配置されているので、生成ガスダクト３０から混合ガス導入口４０－１を通じて導入される混合ガスＤ２は、溶融炉４０の１次燃焼室４１の内壁に沿って流れ、溶融炉４０の１次燃焼室４１内に燃焼ガスＦの旋回流を形成する。

図２に示すように、溶融炉４０の１次燃焼室４１に配置された複数の旋回用空気導入口４１－１は、水平面において１次燃焼室４１の円筒状側壁上に並べられている。旋回用空気導入口４１－１のそれぞれの空気噴射方向は、１次燃焼室４１の中心Ｏから外れており、燃焼ガスＦの旋回流を助けるように、１次燃焼室４１の半径方向に対して燃焼ガスＦの旋回方向下流側にずれている。さらに、旋回用空気導入口４１－１のそれぞれは、水平方向を向いて、または水平方向に対して斜め下方を向いている。

溶融炉４０を上から見たときに、溶融炉４０の１次燃焼室４１の中心Ｏの周りにおいて時計回り方向に０°、９０°、１８０°、２７０°と位相角度を定義すると、生成ガスダクト３０および混合ガス導入口４０－１の位置は、０°～９０°内にある。混合ガス導入口４０－１は、溶融炉４０の１次燃焼室４１の接線方向に沿った方向を向き、かつ１次燃焼室４１の半径方向に対してずれているので、混合ガスＤ２は１次燃焼室４１内で旋回流を形成する。

上段の旋回用空気導入口４１－１は、燃焼ガスＦが溶融炉４０の１次燃焼室４１内で旋回を開始する位置である６０°～２１０°、より具体的には９０°～１８０°の範囲に配置されている。図２に示す例では、３つの旋回用空気導入口４１－１が設けられているが、１次燃焼室４１内の燃焼ガスＦの旋回流を促進できるのであればその数は特に限定されない。例えば、旋回用空気導入口４１－１の数は、１次燃焼室４１の直径や旋回用空気導入口４１－１の直径によって適宜調整される。

図３に示すように、溶融炉４０の１次燃焼室４１に配置された複数の旋回用空気導入口４１－２も、水平面において１次燃焼室４１の円筒状側壁上に並べられている。旋回用空気導入口４１－２のそれぞれの空気噴射方向は、１次燃焼室４１の中心Ｏから外れており、燃焼ガスＦの旋回流を助けるように、１次燃焼室４１の半径方向に対して燃焼ガスＦの旋回方向下流側にずれている。さらに、旋回用空気導入口４１－２のそれぞれは、水平方向を向いて、または水平方向に対して斜め下方を向いている。

下段の旋回用空気導入口４１－２は、１次燃焼室４１の周方向において上段の旋回用空気導入口４１－１とは異なる位置にある。より具体的には、下段の旋回用空気導入口４１－２は、１次燃焼室４１内の燃焼ガスＦの旋回方向において上段の旋回用空気導入口４１－１よりも下流側に位置している。例えば、上段の旋回用空気導入口４１－１が６０°～２１０°の範囲内にあるのに対し、下段の旋回用空気導入口４１－２は、２１０°～３３０°の範囲内にある。本実施形態では、下段の旋回用空気導入口４１－２は、上段の旋回用空気導入口４１－１の位置範囲とは１３５°位相がずれた２２５°～３１５°の範囲に配置されている。図３に示す例では、３つの旋回用空気導入口４１－２が設けられているが、１次燃焼室４１内の燃焼ガスＦの旋回流を促進できるのであればその数は特に限定されない。例えば、旋回用空気導入口４１－２の数は、１次燃焼室４１の直径や旋回用空気導入口４１－２の直径によって適宜調整される。

図２および図３に示す実施形態では、１次燃焼室４１の上から見たときの燃焼ガスＦの旋回方向は時計回りであり、生成ガスダクト３０および混合ガス導入口４０－１の位置は、０°～９０°内にあるが、一実施形態では、図４および図５に示すように、生成ガスダクト３０および混合ガス導入口４０－１の位置は、２７０°～３６０°内にあってもよい。この場合は、燃焼ガスＦの旋回方向は反時計回りとなるが、上段の旋回用空気導入口４１－１と下段の旋回用空気導入口４１－２の空気噴射方向、配列順序、位相角度の差、およびこれら相互の関係は、図２および図３を参照して説明した実施形態と同じである。

図２乃至図５を参照して説明した実施形態によれば、溶融炉４０の内部では、１次燃焼室４１、２次燃焼室４２にて１３００℃～１５００℃で燃焼が行われ、燃焼ガスＦ中に含まれるダスト類は溶融してスラグとなって排出される。

図１に示すように、酸素ガス供給ライン４８は、上段旋回用空気ライン４５－１および下段旋回用空気ライン４５－２に接続されてもよい。一実施形態では、酸素ガス供給ライン４８は、上段旋回用空気ライン４５－１または下段旋回用空気ライン４５－２のいずれか一方に接続されてもよい。旋回用空気導入口４１－１および旋回用空気導入口４１－２のうちの少なくとも一方から溶融炉４０の１次燃焼室４１内に導入される旋回用空気に酸素ガスを富化することにより、１次燃焼室４１の内部をより高温化し、スラグ化率の向上やスラグが円滑に流れるようにすることが可能である。

燃焼ガスＦはその後３次燃焼室４３に入り、そこで２次空気導入口４３－１から導入される２次空気によって一酸化炭素（ＣＯ）の濃度の低減や燃焼ガスＦの冷却を行ったのち、溶融炉４０から排出される。排出された燃焼ガスＦは、いずれも図示はしないが熱回収設備であるボイラなどを通過してガス温度が低下し、さらに集塵設備でダストを除去したのち煙突から大気に放出される。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

１０ ガス化溶融システム
２０ ガス化炉
２０ａ 流動床
３０ 生成ガスダクト
３０Ａ 湾曲部
３０－１ 第１燃焼用空気導入口
３０－２ 第２燃焼用空気導入口
３０－３ 第３燃焼用空気導入口
３１ 空気調節弁
３３－１ 第１燃焼用空気ライン
３３－２ 第２燃焼用空気ライン
３３－３ 第３燃焼用空気ライン
３４ 第１集塵器
３５ 第２集塵器
３６ 送風機
４０ 溶融炉
４０－１ 混合ガス導入口
４１ １次燃焼室
４１－１ 上段旋回用空気導入口
４１－２ 下段旋回用空気導入口
４２ ２次燃焼室
４３ ３次燃焼室
４３－１ ２次空気導入口
４５ 旋回用空気ライン
４５－１ 上段旋回用空気ライン
４５－２ 下段旋回用空気ライン
４６ ２次空気ライン
４８ 酸素ガス供給ライン
Ｄ１ 生成ガス
Ｄ２ 混合ガス
Ｆ 燃焼ガス
Ｌ 生成ガスダクトの燃焼用空気導入口から溶融炉の混合ガス導入口までの距離

Claims (18)

1. 廃棄物を含む被処理物を熱分解して生成ガスを生成するガス化炉と、
   前記生成ガスを燃焼させるとともに、前記生成ガスに含まれる灰分を高温で溶融スラグ化するための溶融炉と、
   前記生成ガスを前記ガス化炉から前記溶融炉へと導入するための生成ガスダクトとを備え、
   前記生成ガスダクトは、燃焼用空気ラインが接続された燃焼用空気導入口を有しており、前記ガス化炉から出た前記生成ガスと燃焼用空気との混合ガスが前記生成ガスダクト内に形成されるように構成されており、
   前記生成ガスダクトは前記溶融炉に対して偏心して連結され、前記生成ガスダクトが前記溶融炉の円筒状側壁の接線に沿って延びるように配置され、前記混合ガスの燃焼により発生した燃焼ガスが前記溶融炉の１次燃焼室の内壁に沿って流れることによって旋回流を形成するように構成され、
   前記溶融炉は、前記１次燃焼室内の前記旋回流および前記混合ガスの燃焼を促進させるための旋回用空気が導入される旋回用空気導入口を有しており、
   前記生成ガスダクトへの前記燃焼用空気の流量は、前記１次燃焼室への前記旋回用空気の流量を上回るように設定されている、ガス化溶融システム。
2. 前記燃焼用空気ラインが接続された前記燃焼用空気導入口は、異なる位置に配置された複数の燃焼用空気導入口である、請求項１に記載のガス化溶融システム。
3. 前記複数の燃焼用空気導入口は、
   室温の空気を供給するための第１燃焼用空気ラインに接続された第１燃焼用空気導入口と、
   室温よりも高い温度の空気を供給するための第２燃焼用空気ラインに接続された第２燃焼用空気導入口を含む、請求項２に記載のガス化溶融システム。
4. 前記複数の燃焼用空気導入口は、２次空気を供給するための第３燃焼用空気ラインに接続された第３燃焼用空気導入口をさらに含む、請求項３に記載のガス化溶融システム。
5. 前記燃焼用空気導入口の位置は、前記ガス化炉と前記溶融炉との中間にあり、前記燃焼用空気導入口から前記溶融炉までの距離は、前記燃焼用空気が前記生成ガスと前記生成ガスダクト内で撹拌され、前記溶融炉に入る時点で前記燃焼用空気と前記生成ガスとが均一に混合された混合ガスとなるような距離である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のガス化溶融システム。
6. 前記燃焼用空気導入口から前記溶融炉までの前記距離は、３０００ｍｍ～６０００ｍｍの範囲内である、請求項５に記載のガス化溶融システム。
7. 前記旋回用空気導入口は、上段の旋回用空気導入口と、下段の旋回用空気導入口を含み、
   前記上段の旋回用空気導入口は、前記生成ガスダクトに接続された前記溶融炉の混合ガス導入口の中心と同じ高さ、または前記混合ガス導入口の上端部から６００ｍｍ～９００ｍｍだけ下方に位置しており、
   前記下段の旋回用空気導入口は、前記混合ガス導入口の下端と同じ高さ、または前記上段の旋回用空気導入口から６００ｍｍ～９００ｍｍだけ下方に配置している、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のガス化溶融システム。
8. 前記下段の旋回用空気導入口は、前記１次燃焼室内の前記燃焼ガスの旋回方向において前記上段の旋回用空気導入口よりも下流側に位置している、請求項７に記載のガス化溶融システム。
9. 前記旋回用空気導入口の空気噴射方向は、前記１次燃焼室の中心から外れており、前記旋回流を助けるように、前記１次燃焼室の半径方向に対してずれている、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のガス化溶融システム。
10. 前記旋回用空気導入口は、水平方向を向いて、または水平方向に対して斜め下方を向いている、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のガス化溶融システム。
11. 前記旋回用空気導入口から前記１次燃焼室内に導入される前記旋回用空気に酸素ガスを富化するための酸素ガス供給ラインをさらに備えている、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のガス化溶融システム。
12. 廃棄物を含む被処理物をガス化炉内で熱分解して生成ガスを生成し、
    前記生成ガスを前記ガス化炉から溶融炉へと導入するための生成ガスダクト内に燃焼用空気を燃焼用空気導入口から導入して、前記生成ガスと前記燃焼用空気とが均一に混合された混合ガスを前記生成ガスダクト内に形成し、
    前記混合ガスを前記溶融炉に導入して、前記溶融炉の１次燃焼室内で前記混合ガスを燃焼させて燃焼ガスの旋回流を形成しながら、前記旋回流および前記混合ガスの燃焼を促進させるための旋回用空気を前記１次燃焼室内に導入し、
    前記混合ガスに含まれる灰分を高温で溶融スラグ化し、
    前記生成ガスダクトへの前記燃焼用空気の流量は、前記１次燃焼室への前記旋回用空気の流量を上回る、ガス化溶融システムの運転方法。
13. 前記燃焼用空気は、集塵器を通過した空気を含む、請求項１２に記載のガス化溶融システムの運転方法。
14. 前記集塵器を通過した空気は、３００℃～４００℃の空気を含む、請求項１３に記載のガス化溶融システムの運転方法。
15. 前記燃焼用空気導入口の位置は、前記ガス化炉と前記溶融炉との中間にあり、前記燃焼用空気導入口から前記溶融炉までの距離は、前記燃焼用空気が前記生成ガスと前記生成ガスダクト内で撹拌され、前記溶融炉に入る時点で前記燃焼用空気と前記生成ガスとが均一に混合された混合ガスとなる距離である、請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載のガス化溶融システムの運転方法。
16. 前記燃焼用空気導入口から前記溶融炉までの距離は、３０００ｍｍ～６０００ｍｍの範囲内である、請求項１５に記載のガス化溶融システムの運転方法。
17. 前記燃焼用空気導入口は、複数の燃焼用空気導入口である、請求項１２乃至１６のいずれか一項に記載のガス化溶融システムの運転方法。
18. 前記１次燃焼室内に導入される前記旋回用空気に酸素ガスを富化する、請求項１２乃至１７のいずれか一項に記載のガス化溶融システムの運転方法。

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