JP3558039B2 - 廃棄物のガス化溶融炉およびガス化溶融方法 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、一般廃棄物および／または産業廃棄物（以下、これらを区別せず、単に廃棄物ともいう）に含まれる有機物をガス化して燃料として使用できるガス（以下、エネルギーガスともいう）を回収し、これら廃棄物に含まれる低沸点金属をダストとして回収するとともに、これら廃棄物に含まれる灰分および有価金属（以下、単に金属ともいう）を溶融スラグおよび溶融金属としてそれぞれ回収する廃棄物のガス化溶融炉およびガス化溶融方法に関する。特に、長期的に安定操業が可能な廃棄物のガス化溶融炉およびガス化溶融方法に関する。
ここで、廃棄物とは例えば生ごみに代表される都市ごみを主体とするものや、プラスチック屑や鉄屑、廃棄された自動車や家電製品のシュレッダーダスト、焼却灰、土砂を含む掘り起こしごみ等である。
背景技術
特開平９−３１４１００号公報には、廃棄物を処理するための高温反応器の操作方法が開示されている。
この高温反応器の操作方法は、少なくとも２つの酸素ランスが、廃棄物の融解もしくは溶融廃棄物の流れを強化するような仕方で廃棄物取り入れ箇所の下に配置されていること、そして少なくとも２つの酸素ランスが、上昇するガス成分の流れを阻害するような仕方で廃棄物取り入れ箇所の上に設置されていることを特徴とする。
しかしながら、同公報には、融解もしくは溶融廃棄物の流れを強化するような仕方、および上昇するガス成分の流れを阻害するような仕方についての具体的方法、実施の形態の記述が無い。
また、本発明者らが考えるところによると、吹き込まれたガスおよび廃棄物の分解により発生したガスは、系外に排出させるため上昇流となる。
従って、ガス全体の流れは、溶融廃棄物の流れを強化するような下向きは無く、上向きが支配的となる。同様に、上昇するガス成分の流れを阻害するような流れも無い。従って、上昇するガス成分の流れを阻害するような流れを人為的に操作することは困難である。
本発明者らは、同公報に開示されている技術は記載が不明瞭かつ自然法則に反する原理を根拠としているため、実施が困難であると考える。
特開平１０−１４８３１７号公報には、高価なコークスを使用せずに、廃棄物のガス化・溶融、脱水・熱分解および生成ガスの改質（ＣＯ、ＣＯ_２、Ｈ_２、Ｈ_２Ｏ等にまで改質することをいう）等の一連の工程を１炉で実施でき、しかもタールやダイオキシン等が含まれない清浄なエネルギーガスを生成できるガス化溶融炉およびガス化溶融方法が開示されている。以下、同公報のガス化溶融炉およびガス化溶融方法を従来技術という。
従来技術は、上部に廃棄物装入口とガス排出口、下部に溶融スラグ・金属排出口を有し、その間に支燃性ガスおよび燃料を独立に吹き込むことが可能な複数段の羽口を有する炉を基本構成とし、その発展型として、更に上部に炉内に向けて昇降可能な支燃性ガスおよび燃料を独立に吹き込むことが可能なランスを有し、装入された廃棄物の位置を計測する手段、中段の温度を計測する手段、上部温度を計測する手段を有することを特徴とする廃棄物のガス化溶融に関する技術であり、廃棄物をＣＯ、Ｈ_２を主成分とするエネルギーガスおよび溶融スラグ・金属に分離する技術である。
しかしながら、支燃性ガスおよび燃料を独立に吹き込む羽口やランスを有することは、羽口やランスから燃料を吹き込む際に、燃料中の炭化水素の熱分解による吸熱反応により炉内に低温域が生じたり、固体燃料の場合には、吹き込み用のキャリアーガスにより同様に温度を低下させるという問題がある。また固体燃料または液体燃料を吹き込まない場合でも、燃料供給配管の詰まり防止のために、パージガスを常に流す必要があり、火点の一部に低温域が発生し、その下部での熱分解残渣中のスラグおよび金属成分の溶解が不安定となり安定した操業ができないという問題もある。
この低温域の発生を防止するためには、燃料を吹き込むとともにその燃焼に必要な支燃性ガスを吹き込む必要があった。その結果、単位廃棄物処理量に対する支燃性ガスの使用量が増加し、プロセスの能率が低下するという問題もあった。
発明の開示
本発明の目的は、ガス化溶融炉内低温域の発生を防止し、廃棄物の燃焼処理を行うために火点を集中化することにより付加価値の高い溶融スラグおよび各種金属ならびにエネルギーガスとを安定して回収できる方法および装置を提供することである。
本発明者等は、実機規模のガス化溶融炉で試験を繰り返した結果、以下の（Ａ）から（Ｅ）の知見を得た。
（Ａ）炉中心ランスにおいては、支燃性ガスおよび燃料を独立に吹き込む設備を有することは、不要なばかりでなく、有害である。
気体燃料として使用されるＬＰＧ、ＬＮＧなど、そして液体燃料としての石油などは、それ自体が炭化水素や水素を多く含むため、熱分解による吸熱反応のため、支燃性ガスを同時に供給しても火点の一部に低温域が発生する。火点の温度低下により、火点の下部にある熱分解残渣中のスラグおよび金属成分の溶解が不安定になり、未溶解物あるいは再凝固部分ができ、溶解域が安定に形成されず、溶融物の流下も断続的になり、炉操業が不安定化する。固体燃料の吹き込み時は、支燃性でないキャリアガスが必要なため、キャリアガスが装入された廃棄物上端部の表面に集中的に当たり冷却作用を助長し、更に炉が不安定化する。
（Ｂ）上部羽口においても、廃棄物の熱分解で生じた生成ガスを改質、燃焼することを目的としているため、炉中心ランスと同様、燃料を吹き込む必要はない。
（Ｃ）炉中心ランスを炉の中心軸（以下、炉軸ともいう）に沿って設置することで、廃棄物の溶解を中心部で集中して行うことができ、操業は極めて安定化する。加えて火点部で集中して廃棄物の溶解をおこなうことにより、高温部が炉側壁から離れ、炉体耐火物の局所的な高温化を防止できるため、炉体耐火物の耐久性は飛躍的に向上できる。
この廃棄物の溶解を中心部で集中して行うには、炉内に装入された廃棄物（以下、装入廃棄物ともいう）の上端面の位置を制御することが重要となり、常に装入廃棄物の上端部の位置を計測し、装入廃棄物の上端部を適正位置に制御することが安定操業を維持するために重要である。
装入廃棄物の上端面位置を計測する位置測定装置を新たに開発するに際し、下記（ａ）から（ｃ）の知見を得た。
（ａ）装入廃棄物の上部において、パイプの下端から一定圧力のガスを吹き出しながら降下させていくと、装入廃棄物の上端面とパイプの下端が接触するため、パイプの下端が装入廃棄物により閉塞しパイプ内のガス圧力が急激に増加する。
（ｂ）予めパイプの移動距離と装入廃棄物の位置の関係を求めておけば、パイプ内ガスの圧力が急激に変化するまでのパイプの移動距離から装入廃棄物の位置を求めることができる。
（ｃ）パイプの下端が装入廃棄物により直接閉塞させる方式に代えて、パイプの下端に取り付けられた自由に上下動可能なコマ形状物によって間接的に前記パイプの下端を閉塞することも可能である。
上記知見を応用することにより装入廃棄物の上端面位置を容易に計測することができる。
（Ｄ）上部羽口は、支燃性ガスを吹き込む角度が炉軸方向からずらして設置することで、炉中心ランスからの支燃性ガスの流れを乱さないため、火点が同じ位置に安定的に形成され、炉中心ランスの設置効果を最大限に発揮できる。さらに、以下の効果を生むことができる。
上部羽口からの支燃性ガスが炉中心ランスに直接当たらないため、炉中心ランスの耐火物の耐久性も大きく向上できる。
また、炉軸からずらして上部羽口から支燃性ガスを吹き込むことにより、炉内で発生したガスを旋回させ、混合および改質反応を促進させることができる。
ガス中のダストを炉壁に向かわせ、炉壁へのダストの付着を促進し、セルフコーティング作用によって、炉の耐久性を飛躍的に向上できる。
ガス排出口から排出されるダスト量を低減でき、廃棄物の処理収率が向上でき、除塵設備の負荷を低減できる。
（Ｅ）下部羽口を炉軸方向に突き出すことで、下部羽口により形成される燃焼空間と炉中心ランスにより形成される火点からの溶融物の流下ゾーンを接触させることができ、上記（ｃ）の効果が更に発揮できる。
本発明は、以上（Ａ）から（Ｅ）の知見に基づいてなされたもので、その要旨は、下記（１）から（４）のとおりである。
（１）廃棄物を燃焼させ、廃棄物中の有機物をガス化してエネルギーガスとして回収するとともに、廃棄物中の灰分と金属を溶融物として回収する竪型の廃棄物のガス化溶融炉であって、ガス排出口、溶融スラグおよび溶融金属排出口、廃棄物装入口、炉中心ランス、上部羽口、下部羽口、装入された廃棄物の上端面位置を計測する位置計測装置および炉内温度を計測する装置を有し、かつ、炉上部に前記ガス排出口を、炉下部に前記溶融スラグおよび溶融金属排出口を、該溶融スラグおよび溶融金属排出口と前記ガス排出口との間に前記廃棄物装入口を、炉上部に炉軸に沿って下方に向けて支燃性ガスを炉内に吹き込む昇降可能な炉中心ランスを配置し、該廃棄物装入口と前記ガス排出口との間の炉壁に、１段以上の上部羽口を支燃性ガスを吹き込む角度を炉軸方向からずらして配置し、そして前記廃棄物装入口と前記溶融スラグおよび溶融金属排出口との間の炉壁に、炉内に突き出した１段以上の下部羽口を支燃性ガスまたは支燃性ガスおよび燃料を炉軸に向かって吹き付ける方向に配置することを特徴とする廃棄物のガス化溶融炉。
上記（１）の廃棄物のガス化溶融炉を使用することにより、ガス化溶融炉内低温域の発生を防止でき、廃棄物の燃焼処理を行うために火点を集中化することが可能となる。その結果、付加価値の高い溶融スラグおよび各種金属ならびにエネルギーガスとを安定して回収できる。
（２）装入された廃棄物の上端面位置を計測する位置計測装置がパイプを有し、該パイプの下端からパイプ外に一定圧力のガスを吹き出す部分と、前記パイプ内の圧力を計測する計測器と、前記パイプを昇降する装置とを備えたガス化溶融炉。
上記（１）の廃棄物のガス化溶融炉に、装入された廃棄物の上端面位置を計測する位置計測装置として上記の（２）の位置計測装置をさらに設置すると、装入された廃棄物の上端面位置の測定精度が向上できる。その結果、付加価値の高い溶融スラグおよび各種金属ならびにエネルギーガスとを更に安定して回収できる。
（３）上記（１）に記載の廃棄物のガス化溶融炉を用いて行う廃棄物のガス化溶融方法であって、廃棄物装入口から廃棄物を装入して、下部羽口の最上段にある羽口上端より上で、かつ廃棄物装入口の下端より下に装入廃棄物の上端を形成させ、炉中心ランスおよび上部羽口から支燃性ガスを吹き込み、下部羽口から支燃性ガスまたは支燃性ガスおよび燃料を吹き込み、装入廃棄物を燃焼させ、前記装入廃棄物の上端面温度を６００℃以上とし、炉中心ランスから吹き付けられる支燃性ガス主流が廃棄物面に当たる火点の温度を２０００℃以上とし、廃棄物装入口より上部の炉内のガスを１０００℃以上１４００℃以下としてガスガス排出口から排出し、溶融した無機酸化物および金属を含有する溶融スラグおよび溶融金属を溶湯排出口から排出することを特徴とする廃棄物のガス化溶融方法。
上記（１）の廃棄物のガス化溶融炉を使用して、上記（３）の廃棄物のガス化溶融方法を行えば、付加価値の高い溶融スラグおよび各種金属ならびにエネルギーガスとを安定して回収できる。
（４）炉中心ランスにより形成される火点の径：ｄｆと炉内径：Ｄの比を、炉中心ランスの上下動により、ｄｆ／Ｄ≦０．６となるように制御するガス化溶融方法。
また、上記（３）に加えて、上記（４）の廃棄物のガス化溶融方法を行えば、廃棄物の燃焼処理を行うための火点を更に集中化することが可能となる。その結果、付加価値の高い溶融スラグおよび各種金属ならびにエネルギーガスとを更に安定して回収することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の廃棄物のガス化溶融炉の一例の構成を示す概略図である。
図２Ａ、図２Ｂは装入廃棄物の位置計測装置の使用方法の一例を示す概念図であり、図２Ａは、装入廃棄物の上端面にパイプが非接触の状態であることを示し、図２Ｂは、装入廃棄物の上端面にパイプが接触している状態をそれぞれ示す図である。
図３Ａ、図３Ｂは装入廃棄物の位置計測装置の使用方法の別の例を示す概念図であり、図３Ａは、装入廃棄物の上端面にコマ形状物が非接触の状態を示し、図３Ｂは、装入廃棄物の上端面にコマ形状物が接触している状態をそれぞれ示す図である。
図４は本発明の廃棄物のガス化溶融炉の他の例の構成を示す概略図である。
図５は炉内のガス平均流速と排ガスダスト濃度の関係を示すグラフである。
図６は炉本体に装入される廃棄物の嵩密度と生成ガスのガス量変動幅との関係を示すグラフである。
図７は装入される廃棄物の廃棄物の１個あたりの容量と生成ガスのガス量変動幅との関係を示すグラフである。
図８は炉本体に装入される廃棄物の水分と生成ガスのガス量変動幅との関係を示すグラフである。
図９は炉本体に装入される廃棄物の金属除去率とスラグ中のＴ−Ｆｅ濃度との関係を示すグラフである。
図１０は炉本体に装入される廃棄物のガラス類除去率とスラグ化エネルギー低下率との関係を示すグラフである。
図１１はダストのリサイクル回数と系外への排出ダイオキシン低減率との関係を示すグラフである。
図１２は、比較例１の装入廃棄物の上端面位置を計測する位置計測装置例を示す概念図である。
発明を実施するための最良の形態
図１に基づいて、本発明を実施するための装置の構成例および方法を説明する。
図１は本発明の廃棄物のガス化溶融炉の一例の構成を説明するための概略図である。同図に示すように、廃棄物ガス化溶融炉５は内張り耐火物４で内張りされ、かつ廃棄物１を装入するための廃棄物装入口３と生成するエネルギーガス（以下、排ガスともいう）およびダストを排出するためのガス排出口１０とを有し、廃棄物装入口３にはプッシャー２が取り付けられている。更に炉下部には溶融スラグ１１（以下、単にスラグともいう）および溶融金属１２（以下、単にメタルともいう）を炉外に排出するための溶湯排出口９が設けられている。
炉の下方から順に、支燃性ガス７−１、または支燃性ガス７−１および燃料８−１を吹き込むための下部羽口６−１と、支燃性ガス７−２を吹き込むための上部羽口６−２とが側面に設置され、更に炉上部中心軸上に、支燃性ガス７−３を吹き込むための炉中心ランス６−３が設置されている。
支燃性ガスとは、純酸素または酸素を含有するガスであり、燃料とは、ＬＰＧあるいはＬＮＧ等の気体燃料、重油等の液体燃料、微粉炭等の固体燃料である。
炉中心ランス６−３は昇降装置１６により上下動が可能である。
上部羽口６−２は、支燃性ガスを吹き込む角度が炉軸方向からずらして設置され、下部羽口６−１は炉軸方向に炉壁より内側に突きだして設置されている。
上記ガス化溶融炉を用いる廃棄物のガス化溶融は、以下（Ａ）から（Ｅ）に示す手順でおこなわれる。
（Ａ）廃棄物１をプッシャー２で押し込んで廃棄物装入口３から炉内へ装入し、下部羽口６−１の最上段位置の上端より上の位置で、廃棄物装入口３の下端より下の位置に、挿入廃棄物の上端面１８の位置を制御する。
装入廃棄物の上端面位置を計測する位置計測装置は、図２Ａ、図２Ｂおよび図３Ａ、図３Ｂにそれぞれ示す第１装置例および第２装置例が好ましい。
図２Ａ、図２Ｂは装入廃棄物の位置計測装置の一例の使用方法を示す概念図であり、図２Ａは、装入廃棄物の上端面にパイプが非接触の状態であることを示し、図２Ｂは、装入廃棄物の上端面にパイプが接触している状態をそれぞれ示す図である。
図２Ａおよび図２Ｂに示すように、ガス導入管３８から供給されたガスを圧力調整弁２７により一定圧力のガスとしてパイプ２８の下端からガスを吹き出した状態で、パイプ２８を昇降装置３７により降下させ、装入廃棄物の上端面１８にパイプ下端の開口部が接触すると排出ガスの逃げ場がなくなり、パイプ内の圧力が上昇し圧力計２９でその上昇を計測できる。この圧力が急激に変化するまでのパイプの移動距離から装入廃棄物の位置を求めることができる。
図３Ａ、図３Ｂは装入廃棄物の位置計測装置の別々の例の使用方法を示す概念図であり、図３Ａは、装入廃棄物の上端面にコマ形状物が非接触の状態を示し、図３Ｂは、装入廃棄物の上端面にコマ形状物が接触している状態を示す図である。
図３Ａおよび図３Ｂに示すように、ガス導入管３８から供給されたガスを圧力調整弁２７により一定圧力のガスとしてパイプ２８の下端からガスを吹き出した状態で、パイプ２８を昇降装置３７により降下させ、装入廃棄物の上端面１８にコマ形状物３３が接触するとパイプ２８の下端に接続したパイプ２８の内径より大きい内径の開口部３２のある大径パイプ３１に保持されたコマ形状物３３によって間接的にパイプ２８の下端を閉塞し、排出ガスの逃げ場がなくなり、パイプ内２の圧力が上昇し圧力計２９でその上昇を計測できる。この圧力が急激に変化するまでのパイプの移動距離から装入廃棄物の位置を求めることができる。装入廃棄物の上端面１８に非接触の状態では、上部のパイプ２８から吹き出すガス圧力と重力によってコマ形状物はパイプ内２の内径より内径の大きい大径パイプ３１の下端に移動した位置を保ちパイプ内２のガス圧は変化しない状態になる。
上記第１装置例または第２装置例の装置で使用するパイプ２８の内径は、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下程度が望ましく、材質はガスで冷却されているため特に耐熱性の材料でなくてもよい。パイプ２８の長さは、圧損を生じない長さであることが好ましく、０．３ｍｍ以上５ｍ以下程度であればよい。
パイプ外に一定圧力のガスを吹き出す手段としては、圧力調整弁２７が使用され、圧力調整弁２７へのガスの導入はガス導入管３８から行われる。
パイプ内の圧力を計測する装置としては、圧力の変化を測定できる装置であればよい。使用するガスは、Ｎ_２やＡｒ等の不活性ガスが好ましい。
前記パイプを昇降する装置としては、０．１ｍ／Ｓ以上１ｍ／Ｓ以下程度の速度で昇降できる装置であればよく、ケーブルシリンダー等が使用できる。
パイプ２８の下端に接続したパイプ２８の内径より内径の大きい大径パイプ３１の材質は、耐熱性の材質が望ましく鋼またはステンレス材料等が利用される。大径パイプ３１の内径は、上部に配置されたパイプ内径の２倍以上１０倍以上程度が望ましい。大径パイプ３１の開口部３２の大きさは、圧損を生じない程度あればよい。
コマ形状物３３の形状は、上部がパイプ内径の１．５倍以上９倍以下程度、下部は１倍以上８倍以下程度が望ましい。材質は、耐熱性の材質が望ましくステンレス材料等が利用される。
また、コマ形状物３３の下部の接触面積を大きくしてコマ形状物３３の位置を安定化させる手段として、コマ形状物３３の下部に円盤等の付帯物をさらに接続させてもよい。
（Ｂ）炉中心ランス６−３、上部羽口６−２から支燃性ガスおよび下部羽口６−１から支燃性ガスまたは支燃性ガスおよび燃料を吹き込んで廃棄物を燃焼させ、装入廃棄物の上端面温度を６００℃以上の高温にすることにより、廃棄物１を熱分解させる。
（Ｃ）溶融スラグ１１の粘度を下げてスムーズに炉外に排出できるように、廃棄物に石灰石等を適宜添加する。
（Ｄ）炉中心ランス６−３を通して支燃性ガス７−３を装入廃棄物１３の上端面１８に吹き付け、炉中心ランス６−３の支燃性ガス７−３の主流（火点に向かって構成される流れをいう）が廃棄物面に当たる火点においては、主に熱分解残渣である炭素を燃焼させ、ＣＯに変換し、その燃焼熱で火点の温度を２０００℃以上にすることにより、熱分解残渣を加熱し、残渣から溶融スラグ・溶融金属を生成させる。
（Ｅ）炉中心ランス６−３の支燃性ガス７−３の主流の外側では、その廃棄物１の熱分解で生成した炭化水素を含有する可燃性ガスおよび炉中心ランス６−３の火点での燃焼により発生した可燃性ガスを、炉中心ランス６−３から吹き込んだ支燃性ガス７−３の支流（支流とは、火点を構成する主流以外の流れをいう）および上部羽口６−２から吹き込んだ支燃性ガス７−２により燃焼させ、炭化水素ガスをＣＯ、ＣＯ_２、Ｈ_２、Ｈ_２Ｏまで改質し、雰囲気ガス温度を１０００℃以上１４００℃以下に制御してガス排出口１０から排出する。
各羽口およびランスの設置位置および必要機能について以下に述べる。炉中心ランス６−３を炉軸上に位置させる理由は、炉中心ランスを炉の炉軸に設置することで、廃棄物の溶解を中心部で集中して行うことができ、操業が極めて安定化するからである。加えて、火点部で集中して廃棄物の溶解をおこなうことにより、高温部が炉側壁から離れ、炉体耐火物の局所的な高温化を防止できるため、炉体耐火物の耐久性は飛躍的に向上できるからである。
炉中心ランス６−３からの支燃性ガス７−３の吹き込みによる火点部の集中度合いは、装入廃棄物の上端面１８の位置を計測する位置計測装置１７のデータに基づく装入廃棄物の上端面１８の位置と炉中心ランス６−３先端との距離で調整され、このため炉中心ランス６−３は上下可動式であることが必要である。
炉中心ランス６−３が、燃料を吹き込むための設備を必要としない理由は、炉中心ランス６−３の使用目的が、装入廃棄物の上端面１８の火点での燃焼および炉上部での熱分解成分の改質にあり、燃料を吹き込むことが不要であるからである。
炉中心ランスにおいては、燃料を吹き込む設備を有することは、不要なばかりでなく、有害でもある。
その理由は、気体燃料として使用されるＬＰＧ、ＬＮＧなど、そして液体燃料としての石油などは、それ自体が炭化水素や水素を多く含むため、熱分解による吸熱反応のため、火点の一部に低温域が発生するからである。火点の温度低下により、火点の下部にある熱分解残渣中のスラグおよび金属成分の溶解が不安定になり、未溶解物あるいは再凝固部分ができ、溶解域が安定に形成されず、溶融物の流下も断続的になり、炉が不安定化する。また、固体燃料の吹き込み時は、支燃性でないキャリアガスが必要なため、キャリアガスが装入廃棄物の上端面に集中的に当たり冷却作用を助長し、更に炉が不安定化するからである。
上記の火点位置制御の役割を担う炉中心ランス６−３に加え、上部羽口６−２を必要とする理由は、炉上部内の温度制御を行うためである。
すなわち、上部羽口６−２は所定の温度で廃棄物から発生した炭化水素の改質および２次燃焼をおこなう役割を担うために必要であり、この所定の温度に維持することにより、ダイオキシンなどの有害成分も完全に分解できる。
上記の操作を的確におこなう計測器として、炉内に温度計（炉内上部に備えられた熱電対１４−１、廃棄物装入口下に備えられた熱電対１４−２）が必要である。
上部羽口６−２から支燃性ガスを吹き込む角度が炉軸方向からずらされて設置する理由は、炉中心ランス６−３からの支燃性ガスの主流（火点を形成させる流れ）を乱さないようにするためである。
この配置により、上記の炉中心ランス６−３からの支燃性ガスを火点に集中するという効果を最大限に発揮できる。上部羽口６−２の支燃性ガスが炉中心ランス６−３に直接当たらないために炉中心ランス６−３の耐久性を向上できる。
上部羽口６−２から支燃性ガスを吹き込む角度が炉軸方向からずらされて設置することにより、廃棄物から発生したガスを旋回させる効果を生み、滞留時間を長くすることが可能となり、改質および２次燃焼の反応効率を促進させることができる。さらに、廃棄物から発生したガスに含有されたダストを炉壁方向に向かわせ、炉壁５へのダストの付着を促進し、セルフコーティング作用によって、炉の耐久性を飛躍的に向上できる。ガス排出口１０から排出されるダスト量を低減でき、廃棄物の処理収率が向上でき、除塵設備の負荷を低減できる。
上部羽口６−２が、燃料を吹き込むための設備を必要としないのは、廃棄物の熱分解成分の改質や燃焼を目的としているため、炉中心ランス６−３と同様、燃料を吹き込むことが不要だからである。
装入廃棄物の上端面１８より下の位置では、廃棄物の熱分解で生成した残渣中の炭素を、下部羽口６−４から支燃性ガス７−１、または支燃性ガス７−１および燃料８−１を吹き込んで燃焼させ、生成する熱により、炉中心ランス６−３の火点面の下側の下部羽口６−１突き出し長さより中心側の位置で、残渣中に含まれる無機酸化物および金属を溶融し、溶融スラグ１１および溶融金属１２として溶湯排出口９から排出する。
下部羽口６−１から支燃性ガス７−１、または支燃性ガス７−１および燃料８−１を吹き込むとした理由は下記のとおりである。
下部羽口６−１から支燃性ガス７−１を吹き込む理由は、火点で高温に加熱された廃棄物残渣中の炭素分を燃焼させ、その温度で残渣中の灰分や金属を溶解させる効果があるからである。しかし、廃棄物の成分は、一定ではなく、不均質な場合が多く、時として熱分解残渣中に炭素分がない場合が想定される。このような場合は、支燃性ガスに加えて、燃料を吹き込んで燃焼させることにより、下部羽口６−１の前面の温度が低下し、低温のため着火しないというトラブルを回避することができるからである。
下部羽口６−１の先端を炉内に突き出して配置する理由は、高温のガスが炉壁５を傷め、炉の耐久性を大きく損なうのを防止するため、下部羽口６−１の先端を炉壁５から離して置くためである。好ましくは１００ｍｍ以上突き出して配置する。この突き出し長さは、実用的な炉において、炉径に依存しないことも確認している。実用的な炉とは、生ごみ換算で１日あたり２トン程度以上の廃棄物を処理できる炉を指す。
炉中心ランス６−３で装入廃棄物の上端面に高温の火点を中心部に集中的に形成させ、炉内に突き出した下部羽口６−１での燃焼、溶解を組み合わることによって、集中的な溶解域を形成でき、安定して溶融物を溶湯排出口に導く湯道ができる。
下部羽口６−１を突き出さず、炉断面全体に広がった溶解域にした場合には、集中した湯道ができないので、安定して溶融物を溶湯排出口に導くためには、コークス等のスペーサーが必要となる。従って、炉中心ランス６−３との組み合わせで、下部羽口６−１を炉内に突き出すことが必須となる。
図４は、望ましい態様を説明するための概略図である。
図４に基づいて、以下（１）から（２８）の望ましい態様について述べる。
（１）溶湯排出口の後の設備として溶湯溜まり室を有すること：
図４に示すように、溶融スラグ１１および溶融金属１２を炉外に排出する前にそれらを一旦蓄積できる空間部を内部に備えた溶湯溜まり室１９を取り付ける。
廃棄物の成分の変動により溶融スラグの成分も変動するが、スラグ成分は溶湯の流動性、即ち排滓性を大きく支配しており、炉の安定性を左右する要因となるが、この溶湯溜まり室を設けることにより炉内は常にドライハース（炉底に溶融スラグ１１や溶融金属１２が貯まっていない状態）になり、溶湯溜まり室１９内でスラグが混合することによりスラグ自体の成分変動も吸収できる。
溶湯排出口９から出てくる溶湯は溶融スラグ１１および溶融金属１２が混在した状態となっているが、その比重差によって容易に分離できる。
上部に比重の小さい溶融スラグ１１が、下部に比重の大きい溶融金属１２が分離できる。各々の位置に応じた複数個の排出口を設ければ、溶融スラグ１１と溶融金属１２を別々に回収することができる。
（２）溶湯溜まり室内に溶湯蓄積量を監視する装置を有すること：
炉の操業安定性を保つためには、炉内に溶湯を溜め過ぎないことが、非常に重要である。その理由は、溶湯が炉内に溜まり過ぎて、炉内の圧力損失が増すと、棚吊りや吹き抜けなどを引き起こし、炉のトラブルに結びつく原因となるからである。しかし、廃棄物は、一般的にその成分、性状が不均一で変動が大きいため、炉内に溶湯がどれほど溜まっているかを把握することができない。
溶湯量を把握する手段として、溶湯溜まり室１９に溶湯高さ監視装置２０を設けることにより、直接、溶湯位置を監視できるようになる。
溶湯高さ監視装置２０は、例えば光ファイバー等を用いたモニター監視や超音波レベル計等の既存の技術を用いれば良い。
（３）溶湯溜まり室に保熱および／または昇熱のための支燃性ガスおよび燃料を吹き込む設備を有すること：
廃棄物の処理量が比較的少ない場合は、溶融スラグが冷却され易く固化し易いため、溶湯溜まり室１９の温度を監視し、必要に応じてバーナー２１を用いて燃料２３と支燃性ガス２２を燃焼させて、熱を供給できるようにすることが、安定な溶湯排出のために好ましく、効果的である。なお、バーナー２１は、冷却水２４により冷却することがバーナー２１の保守のために望ましい。
（４）炉壁５（炉壁を形成する金物、鉄系材料の場合は通常、鉄皮ともいう）は耐火物で構成され、該耐火物の背面が冷却される手段を有すること：
内張り耐火物４の浸食、損耗を抑制するためには、炉の外側、すなわち炉壁５の背面に冷却装置２５を設けるのが効果的である。冷却装置としては、ステーブ方式、ジャケット方式あるいはシャワー散水等の冷却装置を用いればよい。
（５）炉中心ランス、上部羽口および下部羽口の少なくとも１つが銅製で水冷構造であること、下部羽口に炉内覗き窓を取り付けてあること：
炉中心ランス６−３、上部羽口６−２および下部羽口６−１は、いずれも高温の非常に過酷な雰囲気下に曝され、損耗・溶損等が発生し易い。長時間健全な状態に保つために、各羽口を水冷構造として冷却水２６を通すこと、および材質を熱伝導性のよい銅製とすることが冷却能力を高め効果的である。
下部羽口６−１は、火点で高温に加熱された廃棄物残渣中の炭素分を燃焼させ、その温度で残渣中の灰分や金属を溶解させる機能を持つが、廃棄物の成分・性状は不均質な場合が多く、熱分解残渣中に炭素分がない場合も想定される。炭素分がない期間が長いと、下部羽口６−１から吹き込む支燃性ガス７−１は冷却ガスとしてしか機能せず、温度が低下し、次に熱分解残渣中に炭素分が下部羽口６−１の前面に降下してきても、低温のため着火しないというトラブルが発生する可能性がある。着火有無の確認を素早く把握し、迅速に対処するため、下部羽口６−１に覗き窓を取り付けておくことが望ましい。
（６）最下段の下部羽口の下端が、溶融スラグおよび溶融金属排出口の上端位置と廃棄物装入口の下端位置との中間の高さ位置より下にあること：
最下段の下部羽口の下端が、溶融スラグおよび溶融金属排出口の上端位置と廃棄物装入口の下端位置との間の下からの距離の１／２以下とするのは、それを超えると、前記の炉中心ランス６−３で装入廃棄物の上端面に、高温の火点を中心部に形成させ、炉内に突き出した下部羽口６−１を組み合わせて、集中的な溶解域を形成させたときに、特にその下部において安定的な溶解域を形成することが困難となるからである。集中的な溶解域が形成されないと、湯道が形成されないため、安定して溶融物を溶湯排出口９に流すことが阻害され、炉の操業が不安定になるからである。
廃棄物のガス化溶融方法の望ましい態様について、以下に述べる。
（７）支燃性ガスとして純度８５％以上の酸素を使用すること：
最も一般的な支燃性ガスは空気であるが、空気においてはその７９％までが不活性成分であり、生成ガスの高カロリー化や炉本体およびガスの後処理設備の小型化に有利なガス発生量の低減の観点からは、高酸素濃度の支燃性ガスの使用が好適である。
操業上の観点からは、炉中心ランス６−３および下部羽口６−１からの支燃性ガス７が廃棄物に当たる火点面での温度を２０００℃以上を保つことが必須であり、この温度を実現するためには、理論火炎温度計算によると酸素濃度が５０％以上の支燃性ガスが必要である。エネルギーガスの有効な利用の観点からは、ガスカロリーは少なくとも１２００ｋｃａｌ／Ｎｍ^３必要であり、ガス希釈を防止するため、支燃性ガスは純度８５％以上の酸素であることが望ましい。
（８）炉中心ランスにより形成される火点の径：ｄｆと炉内径：Ｄの比を、炉中心ランスの上下動により、ｄｆ／Ｄ≦０．６となるように制御すること：
前述したように、溶融域を中心に集中し、湯道を形成させることにより、炉の操業は安定する。適正な集中の度合いを、溶融スラグおよび溶融金属の溶湯排出口からの排出性から検討した結果、炉中心ランス６−３により形成される火点の径：ｄｆと炉内径：Ｄの比が、ｄｆ／Ｄ≦０．６であることが望ましいことがわかった。
（９）廃棄物装入口より上部の炉内のガス平均流速を１．０ｍ／ｓ以下とすること：
炉内のガスの流速が速すぎると、その流れに乗ったダストが多量にガス排出口１０から炉外に排出され好ましくない。ガス平均流速と排ガスダスト濃度の関係を調べた。
図５に生成ガスの平均流速と排ガスダスト濃度との関係を示す。
なお、縦軸の排ガスダスト濃度は、生成ガスの平均流速が０．５ｍ／ｓの時のダスト濃度を１とした場合の指数値を示す。
同図に示すように、平均ガス流速は１．０ｍ／ｓを超えると排ガス中のダスト濃度が急激に増加することから、ガス平均流速を１．０ｍ／ｓ以下とすることが望ましいことがわかった。
（１０）生成する溶融スラグ中の塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２質量比）を０．６以上１．２以下とすること：
溶融スラグ中の塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２質量比）はスラグの流動性を大きく支配する因子で、この流動性が悪くなると溶湯排出性が悪化し、引いては炉況不安定化を招くおそれがある。流動性の面では、０．６以上が必要である。１．２を超えると、スラグが凝固した後、遊離したＣａＯが水分と反応してＣａ（ＯＨ）_２になり易く、スラグが崩壊し易く、路盤材等の再利用上で問題があり、上限１．２を規定した。また、強度を必要としない他の利用方法が考えられたとしても、スラグの崩壊による重金属の溶出の可能性もあり、望ましくない。
（１１）生成する溶融スラグ中の塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２質量比）を、ＣａＯを含む副原料および／またはＳｉＯ_２を含む副原料を装入することにより０．６以上１．２以下とすること：
塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２質量比）の調整するには、ＣａＯを含む副原料、例えば、石灰石、あるいはＳｉＯ_２を含む副原料、例えば、珪砂を装入するのが有効である。
操業の安定性と高効率化、ダストおよびダイオキシン類の低減、エネルギーガスの有効利用等の観点からは、下記の（１２）から（２２）の設備を有することと、（２３）から（２８）の方法を使用することとが望ましい。
（１２）廃棄物装入口の前の設備として廃棄物の乾燥をおこなう乾燥設備、廃棄物中の金属および／またはガラス類を除去する除去設備、および廃棄物の圧密化をおこなう圧密設備の少なくとも１つの設備を有すること：
廃棄物装入口の前の設備として廃棄物の乾燥をおこなう乾燥設備を有することにより、炉内での水分の蒸発が最小となり、廃棄物の炉投入時の生成ガス量および生成ガスカロリーの変動幅が低減可能となり、炉の操業が安定化する。
廃棄物中の金属を除去する除去設備を有することにより、スラグへの金属の混入は最小となり、高品質なスラグの生成が可能になる。さらに、溶融されない状態で金属を回収できるために、省エネルギー操業が可能になる。
廃棄物中のガラス類を除去する除去設備を有することにより、炉内でスラグ化するために必要なエネルギーが低減でき、省エネルギー操業が可能になる。
廃棄物の圧密化をおこなう圧密設備を有することにより、炉投入後の廃棄物の形状の変化（特に表面積の増大）を抑えることができ、炉内での反応を一定に保つことが可能となり、生成ガス量および生成ガスカロリーの変動幅が低減可能となる。
（１３）廃棄物装入口の前の設備として廃棄物中の金属および／またはガラス類を除去する除去設備、廃棄物の圧密化をおこなう圧密設備がこの順序で配置されたこと：
廃棄物装入口の前の設備として金属を除去する設備および／またはガラス類を除去する設備、廃棄物の圧密化をおこなう圧密設備をこの順序に配置することにより、圧密設備ケーシング部の摩耗を低減することができる。
（１４）廃棄物装入口の前の設備として廃棄物の乾燥をおこなう乾燥設備、廃棄物中の金属および／またはガラス類を除去する除去設備、廃棄物の圧密化をおこなう圧密設備がこの順序に配置されること：
乾燥後の廃棄物から金属・ガラス類を除去することにより、乾燥前に金属・ガラス類に付着していた可燃物等が剥離し易くなり、廃棄物中の異物混入率が低減され、前記のとおりの圧密設備ケーシング部の摩耗を低減することができる。
（１５）ガス化溶融炉のガス排出口の後の設備として排出ガスの冷却をおこなうガス冷却設備を有すること、および、ガス冷却設備を水噴霧冷却方式とすること：
ガス排出口からは、１０００℃以上１４００℃以下の温度の生成ガスが排出されるため、冷却設備が必要である。
冷却方式として水噴霧冷却方式が望ましい。その理由は、水噴霧冷却方式は冷却速度が大きいのでガス発生量変動（＝冷却負荷変動）に対しての温度制御性が良好であるからである。また、水噴霧冷却方式はダイオキシン対策にも有効な方式である。
（１６）ガス冷却設備の後の設備として排出ガス中のダストを分離する除塵設備を有すること：
ガス冷却設備の後の設備として排ガス中のダストを分離する除去設備を有することにより、未燃ダストだけではなく、ガス由来のダストも、冷却することにより固体に変化し除塵設備で除去することができる。特に、ダイオキシンや低沸点の重金属ダストの分離にに対しては、冷却設備の後の設備として除塵設備を設置するのがよい。
（１７）除塵設備が濾布除塵方式であること：
除塵方式として濾布除塵方式を採用する理由は、微細粒子の除塵効率が高く、特にダイオキシンの除去効率が高いからである。
（１８）ガス冷却設備のガス出口と除塵設備のガス出口とを連結するバイパス配管を有すること：
除塵設備に濾布方式を採用した場合、濾布内の温度が１００℃を越えない条件下、前設備のガス冷却設備からの水分を多量に含んだガスが通過すると、濾布およびケーシング上で結露し、濾布の目詰まりやケーシングの腐食が生じ、設備寿命が短命化するおそれがある。また、濾布圧損の異常な上昇により、操業を続けることができなくなる恐れもある。
そこで、除塵設備の単独加熱装置により１００℃以上に昇温されるまでは、ガス冷却設備からのガスを、除塵設備をバイパスして連結する連結管を通して、後の設備に流すことにより、上記の不具合の発生を抑制することができる。
（１９）除塵設備の後の設備として脱硫設備、脱硝設備およびエネルギー回収設備の少なくとも１つの設備を有すること：
ガス中の主な有害成分は、ＨＣｌ、ＳＯｘ、Ｈ_２およびＮＯｘであり、ＨＣｌおよびＳＯｘは除塵設備でほぼ除去されるが、Ｈ_２ＳおよびＮＯｘは除去されない。そこで、除塵設備の後の設備として脱硫設備および脱硝設備を有することにより、Ｈ_２ＳおよびＮＯｘは９０％以上除去され、これらの設備を出たガスは環境面でクリーンガスとなる。ボイラー用等の燃料とし利用するエネルギー回収の面からも、利用用途の広いガスとなり、有効利用が可能となる。
（２０）ガス化溶融炉のガス排出口と、ガス冷却設備、除塵設備、脱硫設備、脱硝設備およびエネルギー回収設備の少なくとも１つの設備とがエクスパンションを有した連結管を通じて連結されること：
プラントの立上げ・立下げ時には、各設備に温度変化を伴い、さらに上行程の設備から下行程の設備に向かって温度勾配を持つために、各設備間の連結管は伸縮作用を受ける。そこで、連結管にエクスパンションを設置することにより、連結管の伸縮幅を吸収し、各設備への応力発生を抑制し、設備を保護することが可能になる。
また、プラントの非常停止時には、通常系内に常温のＮ_２ガスが吹き込まれ、急激に冷却されるため、収縮応力は立上げ・立下げ時に比べ大きくなる。このプラントの非常停止時の対策としても、各設備がエクスパンションを有した連結管を通じて連結されることが望ましい。
（２１）除塵設備を２段以上設置すること：
除塵設備を２段以上設置することにより、ダストの捕集効率が上昇できる。
（２２）除塵設備が助剤を吹き込む設備を有すること：
除塵設備が消石灰などの助剤を吹き込む設備を設置することにより、濾布表面に助剤が付着し、助剤のコーティング層を形成することにより、ＨＣｌやＳＯｘとの反応性が向上し除去率が上昇する。
ダイオキシン中のガス状のダイオキシンも除去することが可能となり、ダイオキシンの除去率は９０％以上となる。
（２３）ガス化溶融炉に装入される廃棄物の嵩密度が０．３ｇ／ｃｍ^３以上であること：
図６は、装入される廃棄物の嵩密度と生成ガスのガス量変動幅との関係を示すグラフである。なお、生成ガスのガス量変動幅とは、生成ガス量は廃棄物の装入タイミングや量、組成の変動により一定とならず断続的にピークを示すため、単位時間当たりの平均生成ガス量に対する、ピーク時と平均との生成ガス量の差の割合（％）である。
同図に示すように、嵩密度が０．３ｇ／ｃｍ^３以上であると生成ガスのガス量変動幅が小さく安定操業が可能である。
（２４）ガス化溶融炉に装入される廃棄物の１個あたりの容量が０．０３ｍ^３以下であること：
図７は、装入される廃棄物の廃棄物の１個あたりの容量、つまり装入単位の容量と生成ガスのガス量変動幅との関係を示すグラフである。
同図に示すように、廃棄物の１個あたりの容量が０．０３ｍ^３以下で、あると生成ガスのガス量変動幅が小さく安定操業が可能である。
（２５）ガス化溶融炉に装入される廃棄物の水分が質量％で３０％以下であること：
図８は、装入される廃棄物の廃棄物の水分と生成ガスのガス量変動幅との関係を示すグラフである。
同図に示すように、廃棄物の水分が３０％以下であると生成ガスのガス量変動幅が小さく安定操業が可能である。
（２６）ガス化溶融炉に装入される廃棄物中の金属を、予め質量％で５０％以上除去すること、およびガス化溶融炉に装入される廃棄物中のガラス類を、予め質量％で５０％以上除去すること：
図９は、装入される廃棄物の金属の除去率とスラグ中のＴ−Ｆｅ濃度との関係を示すグラフである。
同図に示すように、廃棄物の金属の除去率が５０％以上であるとスラグ中のＴ−Ｆｅ濃度を０．２％以下にすることが可能となり、高品質のスラグができる。
図１０は、装入される廃棄物のガラス類の除去率とスラグ化エネルギー低下率との関係を示すグラフである。なお、スラグ化エネルギーとは、装入された廃棄物および副原料中のスラグ成分を溶融スラグ化するのに要するエネルギーであり、スラグ化エネルギー低下率とは、廃棄物中のガラス類を除去しなかった場合のスラグ化エネルギーに対する、ガラス類を除去したスラグ化エネルギーの割合（％）である。
同図に示すように、廃棄物のガラス類の除去率が５０％以上であるとスラグ化エネルギー低下率を４０％以上にすることができる。
（２７）ガス排出口の後の設備として排出ガスの冷却装置を設け、ガス冷却装置の入口温度が１０００℃以上１４００℃以下であり、ガス冷却設備内で２秒以内に１２０℃以上２００℃以下に排出ガスを冷却すること：
ガス冷却入口温度１０００℃以上１４００℃以下のガスを、ガス冷却設備内で２秒以内に２００℃以下まで冷却することにより、ダイオキシンの再合成を抑制することができる。下限を１２０℃としたのは、ガス冷却設備以降の設備における結露によるダクト等の腐食を防止するためである。
（２８）除塵設備で回収されたダストを炉本体にリサイクルすること：
図１１は、除塵設備で回収されたダストのリサイクル回数と系外に排出されるダイオキシン低減率との関係を示すグラフである。
同図に示すように、リサイクル回数を増加させるほどダイオキシン量は増加するが、その効果は５回で飽和するため、リサイクル回数は５回が最も効率的である。
ダストをリサイクルする効果としては、ダスト中の重金属および未燃炭素分等も炉内でスラグへの再固定化および再燃焼できることにあり、ダスト発生量を低減できる効果もある。
【実施例】
（実施例１）
下記各実施例の試験を１ヶ月間連続操業でおこない評価を実施した。
表１は、本発明例１と比例例１から５までの試験結果を示す。
表２は、比較例６から７と本発明例２から４までの試験結果を示す。
なお、図中の吹込量の単位であるＮｍ^３／ｈは、ｍ^３（標準状態）／ｈを意味する。また、ｔ／ｄは、質量ton ／day を意味する。

（本発明例１）
図１に示した構成を有する竪型炉を用い、廃棄物のガス化溶融試験を行った。竪型炉の各部の寸法、羽口その他取付部品の数量およびそれらの配置は以下のとおりであった。

上記の試験に使用した廃棄物は一般的な都市ごみを乾燥したものであり、その乾燥ごみおよび副原料の石灰石の組成を表３および表４に示す。
すなわち、表３に乾燥ごみおよび副原料の内の可燃分組成（質量％）を、表４に乾燥ごみおよび副原料の内の金属分を除く不燃分組成（質量％）を示す。また、表５に使用した燃料（ＬＰＧ）の組成（容量％）を示す。炉中心ランス、上部羽口および下部羽口から吹き込む支燃性ガスには純酸素を用いた。

（処理条件の設定手順）
（１）装入する廃棄物の組成を分析し、そのＣ量に基づき酸素吹き込み量の概略値を、スラグ成分量より造滓材として投入する石灰石量を求めた。なお石灰石投入量は、溶融スラグの流動性が比較的良いと考えられるスラグ塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２質量比）＝１．０になるように調整した。
（２）ガス化溶融炉をあらかじめバーナー等で加熱し、支燃性ガスが加熱していない常温のガスでも廃棄物が着火する状態にした。
（３）廃棄物を炉内に装入し、高さ２．０ｍまで積み上げた。
（４）下部羽口から徐々に酸素を流した。
（５）溶湯排出口を開けた。
（６）廃棄物の燃焼に伴い装入廃棄物の上端面位置が下がってくるので、その位置を１．９ｍ以上２．１ｍ以下の範囲に維持するように廃棄物および石灰石を逐次装入した。
（７）装入廃棄物の上端面近傍の熱電対により測定される温度が６００℃以上、フリーボード空間の熱電対により測定される温度が１０００℃以上１４００℃以下を、常に維持するように、炉中心ランスは、上部羽口、下部羽口から吹き込む酸素量を調整した。
すなわち、荷下がり速度が速く、所定の廃棄物の処理量では装入廃棄物の上端面位置が維持できない場合には、下部羽口および場合によっては炉中心ランスからの酸素吹き込み量を減少させた。装入廃棄物の上端面近傍の温度が６００℃未満の場合には、炉中心ランスからの酸素吹き込み量を増加させた。また、フリーボード空間の温度が１０００℃より低い場合には、上部羽口からの酸素吹き込み量を増加させた。逆にフリーボード空間の温度が１４００℃を越えた場合には、上部羽口および場合によっては炉中心ランスからの酸素吹き込み量を減少させた。
（８）溶湯排出口から排出される溶融スラグおよび溶融金属の温度を測定し、所定の温度（少なくとも溶融スラグおよび溶融金属が固まらない温度であるが、ここでは１４００℃以上１６００℃以下とした）より低下した場合には、下部羽口からＬＰＧ吹き込みを行った。また、溶融スラグおよび溶融金属の成分を分析し、所定のスラグ塩基度になるように投入する石灰石量を調整した。
（９）上記の（６）から（８）を繰り返した。
表１の本発明例１に示すように、トラブルによる停機日数はゼロ日で安定な操業が保てた。
（比較例１）
比較例１は本発明例１と同じ炉で、炉中心ランスを支燃性ガスに加えて燃料も吹き込める設備に変更し、詰まり防止用パージＮ_２を吹き込んで試験を実施した。
廃棄物、副原料、ＬＰＧおよび支燃性ガスの組成は本発明例１と同一であり、処理条件の設定手順も同一でおこない、操業結果の比較を容易にするため、総酸素吹き込み量も本発明例１と同一になるようにした。
表１の比較例１に示すように、詰まり防止用パージＮ_２を吹き込んで実施したため、低温域の形成、溶解の不安定化による操業の不安定化が発生した。
（比較例２）
比較例２は本発明例１と同じ炉で、炉中心ランスを支燃性ガスに加えて燃料も吹き込める設備に変更し、ＬＰＧを吹き込んで試験を実施した。
廃棄物、副原料、ＬＰＧおよび支燃性ガスの組成は本発明例１と同一であり、処理条件の設定手順も同一でおこない、操業結果の比較を容易にするため、総酸素吹き込み量も本発明例１と同一になるようにした。
表１の比較例２に示すように、ＬＰＧ燃焼に酸素が消費され、廃棄物の処理能力低下等の不具合が発生した。
（比較例３）
比較例３は本発明例１と同じ炉で、上部羽口を支燃性ガスに加えて燃料も吹き込める設備に変更し、詰まり防止用パージＮ_２を吹き込んで試験を実施した。
廃棄物、副原料、ＬＰＧおよび支燃性ガスの組成は本発明例１と同一であり、処理条件の設定手順も同一でおこない、操業結果の比較を容易にするため、総酸素吹き込み量も本発明例１と同一になるようにした。
表１の比較例３に示すように、詰まり防止用パージＮ_２を吹き込んで実施したため、それによる炉上部の温度低下を補償するためには総酸素吹き込み量一定の中で上部羽口への割合を増加、つまり下部羽口への割合を低減する必要があり、安定的に操業を継続するためには廃棄物の処理量を低下させなければならない等の不具合が発生した。
（比較例４）
比較例４は本発明例１と同じ炉で、上部羽口を支燃性ガスに加えて燃料も吹き込める設備に変更し、ＬＰＧを吹き込んで試験を実施した。
廃棄物、副原料、ＬＰＧおよび支燃性ガスの組成は本発明例１と同一であり、処理条件の設定手順も同一でおこない、操業結果の比較を容易にするため、総酸素吹き込み量も本発明例１と同一になるようにした。
表１の比較例４に示すように、ＬＰＧの熱分解による吸熱反応のため、炉上部が低温化し炉が不安定化した。
（比較例５）
比較例５は本発明例１の炉中心ランスの配置を変更した場合である。
竪型炉の各部の寸法、羽口その他取付部品の数量およびそれらの配置は以下のとおりである。
寸法 本発明例１と同一
数量 本発明例１と同一
配置 炉中心ランス：炉軸と炉壁の中間（位置計測装置と反対側）
その他は本発明例１と同一
廃棄物、副原料、ＬＰＧおよび支燃性ガスの組成は本発明例１と同一であり、処理条件の設定手順も同一でおこない、操業結果の比較を容易にするため、総酸素吹き込み量も本発明例１と同一になるようにした。
表１の比較例５に示すように、炉中心ランスによる火点と下部羽口による溶融域の位置が異なるため操業が不安定化した。
本試験実施後、炉を冷やして炉内を解体調査した結果、炉中心ランスとの距離が近い方位の内張り耐火物には損耗が見られ、全周における損耗偏差は１ヶ月の操業で１５ｍｍ以上２０ｍｍ以下であった。また、炉中心ランス自身についても、若干の損耗が見られた。
（比較例６）
比較例６は本発明例１の上部羽口の配置向きを変更した場合である。
竪型炉の各部の寸法、羽口その他取付部品の数量およびそれらの配置は以下のとおりである。
寸法 本発明例１と同一
数量 本発明例１と同一
配置 上部羽口：炉軸に向かって配置
その他は本発明例１と同一
廃棄物、副原料、ＬＰＧおよび支燃性ガスの組成は本発明例１と同一であり、処理条件の設定手順も同一でおこない、操業結果の比較を容易にするため、総酸素吹き込み量も本発明例１と同一になるようにした。
表２の比較例６に示すように、本試験実施後、炉を冷やして炉内を解体調査した結果、当該炉の内張り耐火物表面は廃棄物とダスト、あるいは廃棄物とスラグが混在した固体物で一応覆われていたが、その厚みは前記の本発明例１に比べると不均一であった。また、炉中心ランスについては、その金物部分が元厚６ｍｍから残厚１ｍｍにまで損耗しており、更に操業を継続していれば大きなトラブルとなるところであった。
（比較例７）
比較例７は本発明例１の下部羽口の配置を変更した場合である。
竪型炉の各部の寸法、羽口その他取付部品の数量およびそれらの配置は以下のとおりである。
寸法 本発明例１と同一
数量 本発明例１と同一
配置 下部羽口：羽口先端を内張り耐火物表面に合わせて設置
（突き出し長さ：０ｍｍ）
その他は本発明例１と同一
廃棄物、副原料、ＬＰＧおよび支燃性ガスの組成は本発明例１と同一であり、処理条件の設定手順も同一でおこない、操業結果の比較を容易にするため、総酸素吹き込み量も本発明例１と同一になるようにした。
表２の比較例７に示すように、下部羽口による溶融域の集中が弱まったため、溶湯の排出性が悪化し、操業が不安定化した。本試験実施後、炉を冷やして炉内を解体調査した結果、下部羽口近傍の耐火物に大きな損耗（１ヶ月で２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下）が見られた。
（本発明例２）
本発明例２も比較例７と同様に本発明例１の下部羽口の配置を変更した場合であるが、下部羽口を本発明例１より更に突き出した場合である。
竪型炉の各部の寸法、羽口その他取付部品の数量およびそれらの配置は以下のとおりである。
寸法 本発明例１と同一
数量 本発明例１と同一
配置 下部羽口：羽口先端を内張り耐火物表面より炉内側に２００ｍｍ突き出して設置
その他は本発明例１と同一
廃棄物、副原料、ＬＰＧおよび支燃性ガスの組成は本発明例１と同一であり、処理条件の設定手順も同一でおこない、操業結果の比較を容易にするため、総酸素吹き込み量も本発明例１と同一になるようにした。
表２の本発明例２に示すように、本試験結果は本発明例１とほとんど同様であり、安定な操業を継続することができた。
（本発明例３）
本発明例３は本発明例１の下部羽口の数量を変更した場合であり、本発明例１でいうところの下段のみの１段とした。すなわち、竪型炉の各部の寸法、羽口その他取付部品の数量およびそれらの配置は以下のとおりである。
寸法 溶湯排出口上端から下端羽口下端までの高さ：０．８ｍ
その他は本発明例１と同一
数量 下部羽口：３個（円周方向）×１段（炉高方向）
その他は本発明例１と同一
配置 本発明例１と同一
廃棄物、副原料、ＬＰＧおよび支燃性ガスの組成は本発明例１と同一であり、処理条件の設定手順も同一でおこない、操業結果の比較を容易にするため、総酸素吹き込み量も本発明例１と同一になるようにした。
表２の本発明例３に示すように、本試験結果は本発明例１とほとんど同様であり、安定な操業を継続することができた。
（本発明例４）
本発明例４は本発明例１の炉中心ランスの先端位置を調整し、ｄｆ／Ｄを変更した場合である。すなわち、竪型炉の各部の寸法、羽口その他取付部品の数量およびそれらの配置は以下のとおりである。
寸法 炉底から炉中心ランス先端までの高さ：４．０ｍ
その他は本発明例１と同一
数量 本発明例１と同一
配置 本発明例１と同一
炉中心ランス先端までの高さ：ｈｌ（ｍ）と装入廃棄物の上端面位置：ＳＬ（ｍ）から、炉中心ランスにより形成される火点の径：ｄｆ（ｍ）は次式で求められ、炉内径：Ｄ（ｍ）との比は簡単に求められる。
ｄｆ＝２×（ｈ１−ＳＬ）×ｔａｎ（α／２） （ｍ）
一般的にαは２０度以上２２度以下であることが知られ、本試験で用いた炉中心ランスの場合は支燃性ガスの吹き込み量によらず、αは２２度であり、本発明例１の場合はｄｆ／Ｄ≒０．６、本発明例４の場合はｄｆ／Ｄ≒０．４となる。
廃棄物、副原料、ＬＰＧおよび支燃性ガスの組成は本発明例１と同一であり、処理条件の設定手順も同一でおこない、操業結果の比較を容易にするため、総酸素吹き込み量も本発明例１と同一になるようにした。
表２の本発明例４に示すように、本試験結果は本発明例１とほとんど同様であり、安定な操業を継続することができた。
（実施例２）
本実施例２は、装入廃棄物の上端面位置を計測する一般的な各種位置計測装置と本発明の計測装置とを、装入廃棄物の試験サンプルとして、廃棄物由来の固形燃料（ＲＤＦ）、生ごみを破砕、選別、乾燥した乾燥ごみ、焼却灰をそれぞれ使用した時の測定誤差を基に比較した試験結果である。
図１２は、比較例１の装入廃棄物の上端面位置を計測する位置計測装置例を示す概念図である。
同図に示すように、比較例１は、監視カメラ３６により確認しながら装入廃棄物の上端面１８よりも高い位置にある計測棒３４を下方に移動し、装入廃棄物の上端面１８に接触する時の計測棒３４の移動距離を計測した。
比較例２では監視カメラ３６を取り外しマイクロ波レベル計を炉の天井部に設置して計測を行った。比較例３では、超音波レベル計を炉の天井部に設置した。比較例４では、サウンジングデバイスを天井部に設置して計測を行った。
本発明例１では図１２の計測棒３４を取り外し、前記図２Ａおよび図２Ｂに示した装入廃棄物の位置計測装置を設置して装入廃棄物の位置計測試験を行った。装入廃棄物の位置計測装置は炉の天井部への設置も可能であるが天井部への他の機器設置等の理由から炉の側面に設置した。
本発明例２では前記図３Ａおよび図３に示した装入廃棄物の位置計測装置を設置して装入廃棄物の位置計測試験を本発明例１と同様に行った。
評価方法は、装入廃棄物の位置を上記各種装置で各装入廃棄物の試験サンプル毎に熱間で測定した後に、直ちに装入廃棄物を冷却して装入廃棄物の位置を実測して計測誤差を求める方法で行い、再現性を確認するために全ての試験を３回実施した。
目標計測誤差は１００ｍｍ以下として評価試験を実施した。
表６に、装入廃棄物の試験サンプルとしてＲＤＦを使用時の測定誤差を示す。
表７に、装入廃棄物の試験サンプルとして乾燥ごみを使用時の測定誤差を示す。
表８に、装入廃棄物の試験サンプルとして焼却灰を使用時の測定誤差を示す。

表６から表８に示すように、装入廃棄物の種類によらず、本発明例１は、計測誤差が５０ｍｍ以上８０ｍｍ以下あるのに対して、本発明例２は、１０ｍｍ以下の精度が得られた。
なお、本発明例１、２の計測精度は、冷間での目視観察によっても同様の結果が得られた。
比較例１の監視カメラにより確認しながら装入廃棄物の上端面よりも高い位置にある計測棒を下方に移動し、装入廃棄物の上端面に接触する時の計測棒の移動距離を計測する方法は、炉稼動中に監視カメラでいずれの装入廃棄物の上端面を確認できず計測不可能であった。
比較例４のサウンジングデバイス方式を使用した例では、１回目の試行は全て計測可能であり精度も良好であるが、１０００℃以上の高温環境で使用するため、２回目あるいは３回目の試行ではワイヤーの切断が発生し安定して計測できなかった。
比較例２のマイクロ波方式は、計測誤差が目標の１００ｍｍを超え、実用的でなかった。
比較例３の超音波方式は、計測不可能であった。
産業上の利用可能性
本発明の廃棄物のガス化溶融炉を用い、本発明の廃棄物のガス化溶融方法に従って、廃棄物の処理を行えば、安定して付加価値の高いスラグ、金属とエネルギーガスを製造することが可能となる。

Claims (35)

1. 廃棄物を燃焼させ、廃棄物中の有機物をガス化してエネルギーガスとして回収するとともに、廃棄物中の灰分と金属を溶融物として回収する竪型の廃棄物のガス化溶融炉であって、ガス排出口、溶融スラグおよび溶融金属排出口、廃棄物装入口、炉中心ランス、上部羽口、下部羽口、装入された廃棄物の上端面位置を計測する位置計測装置および炉内温度を計測する装置を有し、かつ、炉上部に前記ガス排出口を、炉下部に前記溶融スラグおよび溶融金属排出口を、該溶融スラグおよび溶融金属排出口と前記ガス排出口との間に前記廃棄物装入口を、炉上部に炉軸に沿って下方に向けて支燃性ガスを炉内に吹き込む昇降可能な炉中心ランスを配置し、該廃棄物装入口と前記ガス排出口との間の炉壁に、１段以上の上部羽口を支燃性ガスを吹き込む角度を炉軸方向からずらして配置し、そして前記廃棄物装入口と前記溶融スラグおよび溶融金属排出口との間の炉壁に、炉内に突き出した１段以上の下部羽口を支燃性ガスまたは支燃性ガスおよび燃料を炉軸に向かって吹き付ける方向に配置することを特徴とする廃棄物のガス化溶融炉。
2. 下部羽口を炉内に１００ｍｍ以上突き出すことを特徴とする請求の範囲第１項に記載のガス化溶融炉。
3. 溶融スラグおよび溶融金属排出口の後の設備として溶融溜まり室を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載のガス化溶融炉。
4. 溶湯溜まり室内に溶湯蓄積量を監視する装置を有することを特徴とする請求の範囲第３項に記載のガス化溶融炉。
5. 溶湯溜まり室に支燃性ガスおよび燃料を吹き込む設備を有することを特徴とする請求の範囲第３項または第４項に記載のガス化溶融炉。
6. ガス化溶融炉の炉壁は耐火物で構成され、該耐火物の背面が冷却される装置を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載のガス化溶融炉。
7. 炉中心ランス、上部羽口および下部羽口の少なくとも１つが銅製で水冷構造であり、下部羽口に炉内覗き窓を取り付けてあることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のガス化溶融炉。
8. 最下段の下部羽口の下端が、溶融スラグおよび溶融金属排出口の上端位置と廃棄物装入口の下端位置との中間の高さ位置より下にあることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のガス化溶融炉。
9. 装入された廃棄物の上端面位置を計測する位置計測装置がパイプを有し、該パイプの下端からパイプ外に一定圧力のガスを吹き出す部分と、前記パイプ内の圧力を計測する計測器と、前記パイプを昇降する装置とを備えたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載のガス化溶融炉。
10. 装入された廃棄物の上端面位置を計測する位置計測装置がパイプを有し、該パイプの下端からパイプ外に一定圧力のガスを吹き出す部分と、該パイプの下端に接続された前記ガスが排出できる開口部を有する前記パイプの内径よりも内径の大きい大径パイプと、該大径パイプの下端で支えられ、上部の径が該大径パイプの内径より小さく前記パイプの内径よりも大きく、かつ下部の径が上部の径より小さい形状の上下に移動可能なコマ形状物と、前記パイプ内の圧力を計測する計測器と、前記パイプを昇降する装置とを備えたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載のガス化溶融炉。
11. 廃棄物装入口の前の設備として廃棄物の乾燥をおこなう乾燥設備、廃棄物中の金属および／またはガラス類を除去する除去設備、および廃棄物の圧密化をおこなう圧密設備の少なくとも１つの設備を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載のガス化溶融炉。
12. 除去設備そして圧密設備が、この順序に配置されたことを特徴とする請求項の範囲第１１項に記載のガス化溶融炉。
13. 乾燥設備、除去設備、圧密設備がこの順序に配置されたことを特徴とする請求の範囲第１１項に記載のガス化溶融炉。
14. ガス化溶融炉のガス排出口の後の設備として排出ガスの冷却をおこなうガス冷却設備を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載のガス化溶融炉。
15. ガス冷却設備が水噴霧冷却方式であることを特徴とする請求の範囲第１４項に記載のガス化溶融炉。
16. ガス冷却設備の後の設備として排出ガス中のダストを分離する除塵設備を有することを特徴とする請求の範囲第１４項に記載のガス化溶融炉。
17. 除塵設備が濾布除塵方式であることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載のガス化溶融炉。
18. ガス冷却設備のガス出口と除塵設備のガス出口とを連結するバイパス配管を有することを特徴とする請求の範囲第１６項に記載のガス化溶融炉。
19. 除塵設備の後の設備として脱硫設備、脱硝設備およびエネルギー回収設備の少なくとも１つの設備を有することを特徴とする請求の範囲第１６項に記載のガス化溶融炉。
20. ガス化溶融炉のガス排出口と、ガス冷却設備、除塵設備、脱硫設備、脱硝設備およびエネルギー回収設備の相互を連結する連結管の少なくとも１つがエクスパンションを有することを特徴とする請求の範囲第１９項に記載のガス化溶融炉。
21. 除塵設備を２段以上設置することを特徴とする請求の範囲第１６項に記載のガス化溶融炉。
22. 除塵設備が除塵設備のガス取入口に助剤を吹き込む設備を有することを特徴とする請求の範囲第１６項に記載のガス化溶融炉。
23. 請求の範囲第１項に記載のガス化溶融炉を用いて行う廃棄物のガス化溶融方法であって、廃棄物装入口から廃棄物を装入して、下部羽口の最上段にある羽口上端より上で、かつ廃棄物装入口の下端より下に装入廃棄物の上端を形成させ、炉中心ランスおよび上部羽口から支燃性ガスを吹き込み、下部羽口から支燃性ガスまたは支燃性ガスおよび燃料を吹き込み、装入廃棄物を燃焼させ、前記装入廃棄物の上端面温度を６００℃以上とし、炉中心ランスから吹き付けられる支燃性ガス主流が廃棄物面に当たる火点の温度を２０００℃以上とし、廃棄物装入口より上部の炉内のガスを１０００℃以上１４００℃以下としてガスガス排出口から排出し、溶融した無機酸化物および金属を含有する溶融スラグおよび溶融金属を溶湯排出口から排出することを特徴とする廃棄物のガス化溶融方法。
24. 支燃性ガスとして純度８５％以上の酸素を使用することを特徴とする請求の範囲第２３項に記載のガス化溶融方法。
25. 炉中心ランスにより形成される火点の径：ｄｆと炉内径：Ｄの比を、炉中心ランスの上下動により、ｄｆ／Ｄ≦０．６となるように制御することを特徴とする請求の範囲第２３項に記載のガス化溶融方法。
26. 廃棄物装入口より上部の炉内のガス平均流速を１．０ｍ／ｓ以下とすることを特徴とする請求の範囲第２３項に記載のガス化溶融方法。
27. 生成する溶融スラグ中の塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２質量比）を０．６以上１．２以下とすることを特徴とする請求の範囲第２３項に記載のガス化溶融方法。
28. 生成する溶融スラグ中の塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２質量比）を、ＣａＯを含む副原料および／またはＳｉＯ_２を含む副原料を装入することにより調整することを特徴とする請求の範囲第２７項に記載のガス化溶融方法。
29. ガス化溶融炉に装入される廃棄物の嵩密度が０．３ｇ／ｃｍ^３以上であることを特徴とする請求の範囲第２３項に記載のガス化溶融方法。
30. ガス化溶融炉に装入される廃棄物の１個あたりの容量が０．０３ｍ^３以下であることを特徴とする請求の範囲第２３項に記載のガス化溶融方法。
31. ガス化溶融炉に装入される廃棄物の水分が質量％で３０％以下であることを特徴とする請求の範囲第２３項に記載のガス化溶融方法。
32. ガス化溶融炉に装入される廃棄物中の金属を、予め質量％で５０％以上除去することを特徴とする請求の範囲第２３項に記載のガス化溶融方法。
33. ガス化溶融炉に装入される廃棄物中のガラス類を、予め質量％で５０％以上除去することを特徴とする請求の範囲第２３項に記載のガス化溶融方法。
34. ガス排出口の後の設備として排出ガスの冷却装置を設け、ガス冷却設備内で２秒以内に１２０℃以上２００℃以下に排出ガスを冷却することを特徴とする請求の範囲第２３項に記載のガス化溶融方法。
35. ガス排出口の後の設備として設けられた除塵設備で回収されたダストをガス化溶融炉本体に戻すことを特徴とする請求の範囲第２３項に記載のガス化溶融方法。

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