JP3848619B2

JP3848619B2 - Molten slag cooling device, molten slag cooling method, and gasification melting system using molten slag cooling device

Info

Publication number: JP3848619B2
Application number: JP2002330895A
Authority: JP
Inventors: 信彦浜野; 靖博澤田
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2002-11-14
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2006-11-22
Anticipated expiration: 2022-11-14
Also published as: JP2004163034A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス化溶融システムに係り、特に可燃物や都市ごみ等の廃棄物をガス化して溶融スラグ化処理することにより、可燃物または廃棄物中に含まれる灰分を高温にて溶融スラグ化して効率良く取り出すことのできる環境保全型の処理装置および方法に関する。尚、上記廃棄物には、都市ごみの他に、固形化燃料、廃プラスチック、廃ＦＲＰ、バイオマス廃棄物、自動車廃棄物、製紙スラッジ、医療廃棄物、選炭廃棄物、廃油といった各種の廃棄物が含まれる。ここに上記廃棄物中、固形化燃料（ＲＤＦ：Refuse Derived Fuel）は、都市ごみ等を破砕選別後、生石灰等を加えて圧縮成形したものである。
【０００２】
【従来の技術】
焼却に代わる新たな廃棄物の処理方法として、「ガス化溶融システム」の開発が行われ、既に実用の域に達している。
【０００３】
こうしたガス化溶融システムは以下の特長を有している。即ち、まず、流動層炉における緩慢なガス化反応（ごみ＋Ｏ₂→Ｃ＋Ｃ_nＨ_m＋灰分＋Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ＋ＣＯ₂）と、溶融炉における高温反応（▲１▼Ｃ＋ＣＯ₂→２ＣＯ、▲２▼Ｃ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ＋Ｈ₂、▲３▼Ｃ_nＨ_m＋ｎＨ₂Ｏ→ｎＣＯ＋（ｎ＋１／２ｍ）Ｈ₂、▲４▼Ｃ＋Ｏ₂→ＣＯ₂、▲５▼Ｃ＋１／２Ｏ₂→ＣＯ）により、システム全体として１．３程度の低空気比によった処理が可能となるので、排ガス量は大幅に低減され、排ガス処理設備も小型化されうる。尚、溶融炉における反応▲１▼〜▲３▼は、吸熱的な改質反応であり、他方、▲４▼〜▲５▼は、発熱を伴う燃焼反応である。したがって、原理的には、溶融炉内部において、燃焼反応を主として改質反応を従とするか、改質反応を主として燃焼反応を従とするかによって、得られるガスの性状が異なってくる。すなわち、ガス化溶融システムにおいて、被処理物を完全燃焼することによって生じた熱を、サーマルリサイクルしたい場合には、溶融炉における燃焼反応（▲４▼、▲５▼）を主として改質反応（▲１▼〜▲３▼）を従とすればよい。他方、被処理物から、メタノール、水素などの有用な資源性ガスを回収するような、いわゆるマテリアルリサイクルを行いたい場合は、溶融炉において改質反応（▲１▼〜▲３▼）を主として燃焼反応（▲４▼、▲５▼）を従とすればよい。
【０００４】
さらに、溶融炉で１３００乃至１４００℃程度の炉内温度を維持することにより、ダイオキシン類、フラン類等の有害物質の合成・再合成反応が抑制される。また、溶融炉にて廃棄物中の灰分は高温雰囲気下にてスラグミスト化されるとともに、炉壁面のノズルから炉の軸線を中心とした円の接線方向にガスが導入されて炉内ガスの旋回流が形成され、これによって生じた遠心力のためにスラグミストは炉壁面に捕捉されて炉壁面をセルフコーティングして保護しつつ、トータルとして高効率にて灰分を溶融スラグ化できる。
【０００５】
また溶融スラグを水冷スラグとして水砕スラグ粒化して回収すれば、マスの縮小がなされ、埋立地の延命化が図れ、さらにスラグの塑性安定性が向上するから土木建築材への利用・応用も可能となる。
【０００６】
更に、低空気比燃焼により廃熱ボイラでの熱回収量が向上するため、サーマルリサイクル施設においては、３０％を越える発電効率が可能となる。また、鉄、銅、アルミニウム等の有価金属は、未酸化状態でしかも付着可燃物が除去されて回収されるため、リサイクル利用することが可能となる。また、廃棄物が有するエネルギーを高温燃焼の熱源に用いることができ（自己熱溶融）、しかも、電力消費の大きな灰溶融設備が必要無いため、送電可能な電力量は大幅に向上する。また、単純な炉の構成中に、ダイオキシン分解と灰溶融の機能が組み込まれるため、これらの機能を従来型の焼却設備に付加するより建設コストが下がり、プラント全体もコンパクトになる。さらに、熱・マテリアルを被処理物からリサイクルすることができるため、処理コストの問題も従来に比べて改善される。
【０００７】
図２に、流動層ガス化炉と旋回式溶融炉を組み合わせた、完全燃焼によるサーマルリサイクル化を目的としたガス化溶融システムの核心部分のフローを示す。図２にて、符号１は廃棄物（可燃物）供給装置、２は流動層ガス化炉、３は空気室、４は空気分散板、５は流動層、６はフリーボード、７は旋回式溶融炉、８は一次室、９は二次室、１０は三次室、１１はスラグ排出口である。そして、符号ａは廃棄物（可燃物）、ｂは一次空気、ｃは二次空気、ｄは生成ガス、ｅは三次空気、ｆは排ガス、ｇは溶融スラグ、ｈは不燃物である。
【０００８】
処理対象の廃棄物ａは、必要に応じ、破砕・選別といった前処理を施された後、廃棄物供給装置１により流動層ガス化炉２に定量供給される。ガス化炉２下部の空気室３には一次空気ｂが送入され、空気分散板４から上方に向かって吹き出すことにより、空気分散板４上に流動媒体（例えば砂［珪砂等］）の流動層５が形成される。
【０００９】
およそ４５０乃至６５０℃に保持された流動層５に、廃棄物供給装置１より投入された廃棄物ａは、流動層中央部の下降流動層に呑み込まれつつ熱分解ガス化され、ガス、タール、チャー、水分を生成する。チャーは、流動層５の撹乱運動と酸素のアタックにより循環する流動層５中で徐々に微粉化される。そして、ガス化炉２の炉底からは不燃物ｈが砂と共に排出される。不燃物ｈ中の金属類は、流動層５内が還元雰囲気であるため、未酸化で付着物が除かれたクリーンな状態で回収される。ガス化炉２から排出された不燃物ｈと流動媒体は、磁力選別や機械的に分級された後に、流動媒体だけがガス化炉２に戻される。ガス化炉２のフリーボード６には必要に応じて二次空気ｃが送入されうる。この時、フリーボード６では、溶融炉に送給すべきガス組成にするために、必要に応じてさらに空気含有ガスを供給され、６５０乃至８５０℃に維持される。すなわち、流動層炉は、溶融炉の炉内温度を維持するために必要とされる燃料としてのガスを送り込むための装置としての機能を有しているので、必要に応じて二次空気を導入して、フリーボード部にて生成ガスの組成を調整するわけである。
【００１０】
微粉状のチャーを同伴した生成ガス６は旋回式溶融炉７の一次燃焼室８に供給され、同じく一次室の側面から供給された三次空気ｅと旋回流中で混合しながら、１３００乃至１４００℃程度の高温で速やかに反応する。チャーに含まれる無機分およびガスと同伴して溶融炉に導入された灰分は燃焼反応（上記▲４▼、▲５▼等）により生じた熱によってスラグミスト化し、その多くはガスの旋回流による遠心力により一次室８と二次室９の炉壁面に形成された溶融スラグ相に捕捉される。重力の作用により流下した溶融スラグは、二次室９の出口に設けられたスラグ排出口１１から排出され、速やかにトラフ上に流れる水に落下し、さらに水槽へと落下することにより急冷される。冷却されたスラグはスラグ分離コンベヤにより形骸に排出される。ガス中に残留する未燃分は、三次室１０にて三次空気ｅの残りと、さらに必要に応じて四次空気も導入することができ、９００乃至１４００℃でさらに反応を進行させた後にガスとして排出され、排出されたガスｆは一連の熱回収と脱塵の工程を経た後に大気に放出される。以上は、サーマルリサイクルを行う場合を示したが、他方、被処理物から、メタノール、水素などの有用な資源性ガスを回収するような、いわゆるマテリアルリサイクルを行いたい場合には、溶融炉において改質反応（▲１▼〜▲３▼）を主として燃焼反応（▲４▼、▲５▼）を従とするようなシステムが構成することができる。その場合、約１３００℃〜１４００℃で反応を進行させて得た生成ガスは、溶融炉から排出された後に、熱回収、改質・精製の各工程を経るように構成される。
【００１１】
図３は、以上に述べたガス化溶融システムにおいて、溶融スラグを冷却排出する従来法を示している。図３にて、符号１２と１３は昇温用バーナ、１４はシュート、１５は水砕トラフ、１７はスラグコンベヤ、１８は循環水ポンプである。ここで符号ｇはスラグ、ｇ’はスラグ粒、ｉは水である。
【００１２】
水砕トラフ１５は、いわば水ｉが流れる滑り台のようなものである。旋回式溶融炉７の炉底に設けられたスラグ排出口１１の炉材張出部から、シュート１４内の空間を落下した溶融スラグｇは、水砕トラフ１５上の水流中で急冷されて粒状のスラグ粒ｇ’となり、水とともに水槽１６へ運ばれる。次いで、水槽１６よりスラグ粒ｇ’がスラグコンベヤ１７により連続的に搬出される。なお、水砕トラフ１５を用いず、溶融スラグｇをスラグ排出口１１から直接水槽１６に落下させると、スラグ粒ｇ’の大きさが不揃いとなったり、大きなスラグ塊が落下した時に、大量の発生水蒸気により炉内圧の上昇を招いたりするので好ましくない。
【００１３】
ガス化溶融システムにおいて、運転上最も問題になるのが溶融スラグｇの排出、およびスラグとガスの分離である。これには以下に述べる２つの問題点がある。即ち、第１の問題点は、溶融スラグｇが水砕トラフ１５上で急冷する際に発生する水蒸気ｉ’が、シュート１４内を上昇して、スラグ排出口１１付近の温度を低下させることである。これにより、炉材張出部を流下する溶融スラグが冷えて溶融スラグの流動性を低下させるため、図４に示すように、張出部の下につらら状の塊状固化物２４を形成し成長させる。また第２の問題点として、溶融スラグｇが炉材張出部の先端から切れて落ちれば問題ないが、時として張出部を下に回り込んでシュート１４壁面上を流下することがある点が挙げられる。図５に示すように、シュート１４壁面を流下するうちに、温度が下がって流動性を失った溶融スラグは、壁面に固着した状態で大きな塊状物２４に成長していく。
【００１４】
このようにして出来たスラグの塊状物２４はゆっくりと冷えるため、非常に強固なガラス状の固化物となり、しかも壁面との接着も強固であるため、除去することが困難である。そして、このまま放置して運転を続行すれば、シュート１４がスラグの塊状物２４により完全に閉塞する事態となり、これ以上の運転続行は不可能となる。これは見方を変えれば、二次室９における炉内雰囲気温度が、灰の溶融温度より１００℃程度しか高くないことが原因しているとも考えられる。
【００１５】
上述した事情に鑑みて、高温での溶融燃焼で生じた溶融スラグを、溶融炉のスラグ排出口からスムーズに排出して水砕スラグ化できるガス化溶融システムを提供することを目的としたガス化溶融システムが提案されている（たとえば特許文献１参照）。
【００１６】
すなわち、シュート１４の少なくとも一部に水冷ジャケットを設け、かかるシュートを通過させて溶融スラグを排出することを特徴としている。図６には、シュートの一部に水冷ジャケットを設けたシステムを示す。図中符号１９は水冷ジャケットを示す。水冷ジャケット１９を備えることによって、シュート壁面にスラグの塊状物が付着しても、その接着部が水冷により冷却されることでスラグ塊の壁面への接着部を脆弱な非晶質にすることができ、これによりスラグ塊が大きく成長する前に自身の重みで剥離脱落させることができるようになった。このようなシステムによって溶融スラグが溶融スラグ排出口付近で凝固してシュートを閉塞することが防止され、溶融スラグ排出口から安定連続して排出して水砕スラグ化させることが可能となった。
【００１７】
尚、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
【００１８】
【特許文献１】
特開平１１−２４１８１７号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の水砕トラフを設置する構造を有するガス化溶融システムにおいて、以下のような不都合が見出されている。
【００２０】
被処理物として、可燃物主体のものを用いる場合には問題とはなりにくいが、特に、被処理物の組成・性状が可燃物主体ではない場合等に、溶融炉内で生成した生成ガス中の灰分、ガス化炉で発生した煤塵が、旋回式溶融炉内で完全に溶融スラグ化しない場合がある。したがって溶融スラグとともに排出されるガス中に無視できない量の灰分が残存してしまい、この灰分が排出口付近の特定の箇所に付着することがある。灰分が付着すると溶融スラグ排出口付近を閉塞することがあり、これにより溶融スラグの排出が効果的に行われなくおそれがある。
【００２１】
また、水砕トラフ上では、高温の溶融スラグが水と接触して急激に冷却される際に蒸気が発生するが、このときにスラグの流れ方向と発生した蒸気の流れ方向に応じた形で壁面の特定の箇所に材料腐食が発生するおそれがある。
【００２２】
また、被処理物が、特にポリ塩化ビニル等のＣｌ成分を含むプラスチック類を含む場合に、水砕トラフ上の水質が塩素イオン濃度が高いものとなることがあり、これに起因する材質の応力腐食割れを回避するために、水砕トラフの母材として炭素鋼鋼材を採用した上で、さらに重防食塗装補修が必要となる場合があった。
【００２３】
さらに、水砕トラフを設置する場合には、溶融炉設置の基礎を水砕トラフの高さ分だけ高くする必要があり、それに伴い施設全体の高さが高くなるという問題もある。このことが施設全体の建設の費用をそれだけ増加させることとなっている。施設全体の高さが高いことにより、スラグ冷却水を循環再使用するための循環ポンプを設置する際に、比較的高い位置にポンプを設置するか、あるいは圧をかける必要があり、すなわちポンプヘッドを高くする必要があるという問題もある。
【００２４】
また、使用に伴ってトラフの底板が摩耗し、接続ダクトも摩耗するおそれがあったため、定期的な修繕・点検が必要となりコスト高の原因となりえた。
さらに従来の水砕トラフは、溶融スラグをトラフ上に排出して水により冷却しつつ流し落とす構造であるため、実際の冷却に寄与する水膜の厚さが薄く、冷却に要する水量に比べて冷却効果が得にくい場合があった。
【００２５】
また、トラフ部位、配管、ダクト等、耐食耐熱加工を施した特殊部品が必要であり比較的コストの高い施設となるという問題も生じうる。
かかる問題を解決すべく、水砕トラフを用いた溶融スラグ冷却法に替わるような新規な溶融スラグの冷却法を開発が望まれていた。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様のガス化溶融システム用溶融スラグ冷却装置は、溶融炉の底部に設けたスラグ排出口から排出させた、高温雰囲気下で生じた溶融スラグを通過させるためのシュートと、該シュートを通過する該スラグの排出方向に対向して水流を噴射する手段と、を含むことを特徴とする。
【００２７】
溶融スラグの排出方向に対向して水流を噴射する手段を有するため、この手段により噴射された冷却水流によって溶融スラグが水砕され、冷却効果が高くなる。また溶融スラグと実質的に接触する水膜の厚さが増大するため、それに伴い冷却効果も増大する。
【００２８】
また、本発明の第２の態様のガス化溶融システム用溶融スラグ冷却装置は、溶融炉の底部に設けたスラグ排出口から排出させた、高温雰囲気下で生じた溶融スラグを鉛直下方向に通過させるさせるためのシュートと、該シュートを通過する該スラグの排出方向に対向した鉛直上向きに水流を噴射して該スラグを冷却する手段と、を含むことを特徴とする。
【００２９】
溶融スラグを溶融炉の底部の溶融スラグ排出口から、シュートを通過させて鉛直下方向に排出する際に、排出されたスラグに対向した鉛直上向きに水流を噴射する手段を有するため、この手段により噴射された水流によって溶融スラグが水砕され、冷却効果が高くなる。また溶融スラグと実質的に接触する水膜の厚さが増大するため、それに伴い冷却効果も増大する。また、水砕、冷却されたスラグがシュート内に分散し、さらにスラグコンベヤに落下する際に、噴射する水流に乱れが生じるため、これによる２次的な冷却効果が期待できる。本実施の態様では、いわゆる噴水のように水流を噴射するため、この噴射によってシュート内壁面自体を冷却することができ、溶融スラグを冷却する効果が高くなる。さらに噴射された水流によりシュート内壁面を清浄化する効果が期待できる。すなわち、噴射水流によりシュート内壁面を清浄することによって、万一スラグ化が不充分で排ガス中に灰分が含まれていたとしても、これが溶融スラグ排出口付近などのシュート内の特定の箇所に堆積することを防止できる。さらに噴射水流のシュート内壁面の清浄化効果により、シュート内の腐食を効果的に防止することも可能となる。
【００３０】
ここで溶融スラグを通過させるシュートとしては、ダクト形状のものであればいかなるものも使用可能である。すなわち規格の円管ダクトを好適に使用することができる。このように構成することで従来使用していた特殊な形状の水砕トラフを用いる必要がなくなるため、施設建設コストの低減が図れる。尚、溶融スラグを通過させるシュートには、必要に応じて耐火材を設けることができ、さらにライニング加工を行うこともできる。
【００３１】
さらに、水流を噴射するための手段とは、水流を噴射することができるものであれば如何なる手段であっても良く、例えば水砕ノズルを好適に用いることができる。シャワーヘッドなどを使用することもまた可能である。水流を噴射するための手段は、場合により複数設けることもできる。
【００３２】
また、本発明の第３の態様のガス化溶融システム用溶融スラグ冷却装置は、前記シュートの表面の少なくとも一部に、亜鉛を主成分としたメッキが施されていることを特徴とする。溶融スラグを溶融炉の底部の溶融スラグ排出口から、シュートを通過させて鉛直下方向に排出する際に、排出されたスラグに対向した鉛直上向きに水流を噴射するため、この噴射された水流によりシュート内壁面の清浄効果が期待できることを先に述べたが、さらに防食処理として少なくとも一部に亜鉛を主成分としたメッキ、好ましくは溶融亜鉛メッキを施したシュートを使用することが望ましい。かかる内壁面を有するシュートを用いることにより、シュート内壁面への灰分の付着や、これに伴う溶融スラグ排出口の閉塞を防ぐことができる。従来の水砕トラフで用いていた炭素鋼鋼材を母材とし、さらに重防食塗装補修したトラフを用いる必要がなくなり、施設建設コストの低減が図れる。
【００３３】
本発明の第４の態様のガス化溶融システム用溶融スラグ冷却装置は、前記水流により冷却された水冷スラグを捕集するための水槽と、該水槽に留まっているスラグを系外に牽引排出するための手段と、をさらに備えたことを特徴とする。水槽に留まっているスラグを系外に牽引排出するための手段を備えることにより、噴射された水流により冷却されて生成したスラグ粒を連続的に系外に搬出することができる。ここで、スラグを系外に牽引排出するための手段としては、スラグを連続的に系外に排出することができれば如何なる装置であってもよいが、例えばコンベヤ形式のものが好適に使用できる。
【００３４】
本発明の第５の態様のガス化溶融システム用溶融スラグ冷却装置は、該水を系内に再循環使用するための循環ポンプおよび循環経路をさらに備えたことを特徴とする。溶融スラグに噴射する水は、循環して系内で再利用することができ、このように再利用することが環境面、コスト面からも望ましい。先に述べたスラグを捕集するための水槽には水冷スラグと、噴射された水とがともに落ちて留まるが、この水槽内から水を抜き出して再利用することができる。つまり該循環ポンプおよび循環経路は、水冷スラグを捕集するための水槽に接続することが望ましい。
【００３５】
本発明の第６の態様のガス化溶融システム用溶融スラグ冷却装置は、溶融スラグへの水流の噴射により生じる蒸気を排気するための排気システムをさらに備えたことを特徴とする。従来の水砕トラフを用いたガス化溶融システムにおいては、溶融スラグ排出口より溶融スラグが排出される際に、ガスがともに排出されることは先に述べたとおりである。スラグ化が不十分であると、このガスに灰分が残存し、水砕トラフ内壁面の特定の箇所に付着し、ひいては溶融スラグ排出口を閉塞するおそれがあった。そこで、このような灰分を系外から排出する必要があった。さらに、溶融スラグを水流により冷却する際に生じる蒸気を系外に排出させることによって、炉内の高温ガスをシュート１４内に誘引し、溶融スラグ排出口のごく近傍の温度を維持する必要があった。これは水蒸気ｉ’が、シュート１４内を上昇して、スラグ排出口１１付近の温度を低下させ、これにより、炉材張出部を流下する溶融スラグが冷えて溶融スラグの流動性が低下し、図４に示すように、張出部の下につらら状の塊状固化物２４を形成し成長することを防ぐためである。これらの観点から、従来の水砕トラフを備えた溶融スラグ冷却装置では、冷却の際に発生した蒸気を系外に排出するために、主にフィルタ、誘引ファンを含む排気システムを備えてた。ところがかかるフィルタを含む排気システムは、排気ガスを全く洗浄しないままフィルターで飛灰を捕集しようとするものであったため、蒸気の存在下で飛灰が粘性、凝集性を増し、フィルタの目詰まりが生じやすく、フィルタのメンテナンスに手間及び時間を必要としていた。
【００３６】
そこで、本発明の第７の態様のガス化溶融システム用溶融スラグ冷却装置は、該排気システムが、スクラバー、サイクロンセパレータ、及び誘引ファンを含むことを特徴とする。スクラバーとは、排気ガス清浄装置の一種であり、本ガス化溶融システムでは汚水などの液体分をスプレーノズルを介して排気ガスに噴霧することで、ミスト状もしくは粒子状固体成分となったものを捕集するとともに、発生したスチームを凝縮し、粒径を大きくする機能を有するものである。このとき、拡散スプレーノズルを用いることが好ましい。サイクロンセパレータとは、主に粉じん類を回収するための装置であり、本ガス化溶融システムではスクラバーから排出されたガスに存在するミストを除去するために用いる。このような排気システムを含むことにより、灰分による溶融スラグ排出口の閉塞を防ぎ、さらに溶融スラグ排出口近傍の温度低下を防止することが可能となる。
【００３７】
本発明の第８の態様は、上記態様で説明した溶融スラグ冷却装置を使用する、ガス化溶融システムである。先に説明した溶融スラグ冷却装置は従来型のガス化溶融システムに使用することができるため、例えば水砕トラフを使用するタイプのガス化溶融システムにおける水砕トラフの部分のみを交換して使用することもまた可能である。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について、図１及び図２を参照しながら説明する。尚、各図中の同一符号は、同一又は相当部分を示す。
【００３９】
図１（ａ）に、本発明の一実施の形態の旋回式溶融炉における溶融スラグの冷却排出部分の構成を示す。図１にて、符号２０は、水流を上向きに噴射するように、噴射口が上端に設けられた、溶融スラグを冷却するための水を噴射する水砕ノズル、２１はスクラバー、２２はサイクロンセパレータ、２３は誘引ファン、ｋはバイパス排ガスである。その他の構成は、図３に示す従来の溶融スラグの冷却排出部分の構成と同様である。即ち、廃棄物（可燃物）を図示しない前段のガス化炉を用いて比較的低温で熱分解ガス化して、生成したガスとチャー、灰分を旋回式溶融炉７で高温で反応させ灰分を溶融する。流動層炉で生成したガスとチャーを溶融炉の軸線を中心とした円の接線方向から一次室８に導入し、旋回式溶融炉７の一次室８では、同様に軸線を中心とした円の接線方向になるよう供給された三次空気（酸素富活空気または酸素）ｅと旋回流中で混合しながら１３００乃至１４００℃の高温を維持するよう構成されている。一次室８及び二次室９で形成されたミスト状の溶融スラグは、旋回流の遠心力で壁面に集められ、炉壁面に形成された溶融スラグ相に捕捉され、炉底部に向けて流下する。
【００４０】
本実施の形態においては、シュート１４がダクト形状のもので構成されている。本実施の形態では規格の円管ダクトを用いることができるため、特殊な形状のシュートを製造する必要がなくなり、コストダウンが図れる。シュート壁面の少なくとも一部又は全面にメッキ処理をしておくことが望ましい。腐食防止の観点や、メッキ処理の利便性の観点から、亜鉛を主成分とするメッキ、特に溶融亜鉛メッキを施すことが好ましい。溶融亜鉛メッキを施すと、シュート壁表面に緻密な薄膜が形成されて、これが保護被膜として有効に機能する他、仮にこのメッキ皮膜上に何らかのキズが生じたとしても、周囲に存在する亜鉛が陽イオン化して鉄自体が腐食することを防ぐので、防食機能として非常に優れたものを期待することができる。また、さらに耐熱性を考慮したプライマー（上塗り塗料）として、シリコーン系の塗料を用いることもでき、これによりメッキ表面と塗膜との付着性を向上させることができる。
【００４１】
シュート壁面に溶融亜鉛メッキをする場合には、溶融スラグの冷却により生じた蒸気に晒され、シュート壁面の腐食が懸念される部分に施すことが好ましい。すなわち、溶融スラグ排出口１１の下部に設けられ、内面に耐火材を設けてもよい円型シュート１４の全長にわたってシュート内壁面をメッキすることが特に好ましい。このような部分をメッキ処理しておくと、腐食を効果的に防止することができ、好適である。
【００４２】
そしてスクラバー２１、サイクロンセパレータ２２及び誘引ファン２３を備え、二次室９内の反応により生じたガスの一部ｊをスラグ排出口１１からシュート１４を介して吸気した後に、系外に排出させるように構成されている。燃焼排ガスの一部ｊを、排ガスバイパスｋを介して旋回式溶融炉７における三次室１０に戻すように構成しても良い。排ガスｊには灰分が含まれており、かかる飛灰、粉じん類および酸性成分を効率的に回収してガスを洗浄するために、誘引ファンの前にスクラバー、及びサイクロンセパレータを配置することが望ましい。スクラバーからは主に酸性ミストが回収され、またサイクロンセパレータからはスクラバーで除去しきれなかった飛灰成分やミスト分が回収される。溶融炉内でのスラグ化率を向上させたい場合には、回収された飛灰成分を再び溶融炉１次室８乃至２次室９に戻すよう構成することもできる。
【００４３】
スラグ排出口１１の下に連なるシュート１４内で誘引ファン２３により排ガスを吸引している。スラグ排出口１１からシュート１４内に引き込む排ガスの量としては、二次室９を通過する排ガスの１／１００乃至１／１０程度の量が適当である。これにより溶融スラグ排出口１１の張り出し部１１ａ付近の温度を常時高く保つことができる。尚、排ガスの引き込み量はスラグ排出口１１の大きさと、システムの処理規模によって決まってくる。誘引ファン２３によりシュート１４内に引き込まれた排ガスの流れにより、溶融スラグｇの急冷時に発生する水蒸気ｉ’が溶融スラグ排出口１１に上昇するのを防止することができる。こうして、炉材張出部１１ａから流れ落ちる時の溶融スラグｇの流動性を良好に保つことが出来る。
【００４４】
シュート１４から誘引ファン２３によって吸引された水蒸気を含むバイパス排ガスｋは、旋回溶融炉７の三次室１０に供給することができる。これにより、バイパス排ガスｊ中に内在する未燃分を完全燃焼すると共に、スラグ化率を向上させ、かつ三次室１０内の炉内温度を下げることができる。この三次室１０における炉内温度を低く保つことができれば、溶融炉から排出される有害な窒素酸化物濃度を従来よりも低下させることができるので、このような構成はより好ましい形態である。例えば、ガス中のＮＯｘ濃度を２００ｐｐｍから５０〜８０ｐｐｍ程度にまで低減することができる。
【００４５】
溶融スラグ排出口１１よりシュート１４内に排出された溶融スラグは、シュート１４内で排出方向に対向して噴射された水流と接触し、ここで冷却される。図１（ａ）ではシュート１４を鉛直方向に配置しているため、溶融スラグは鉛直下方向に落ち、これに対して水流は鉛直上向きに噴射することになる。水流に接触した溶融スラグは蒸気を発生し、これがシュート上方部を冷却する。この効果により溶融スラグの冷却効果がより高まる。但し、溶融スラグと水流とが接触する地点から溶融スラグ排出口１１までの長さがあまりに短いと、発生した蒸気が溶融するが排出口に到達し、蒸気により排出口が冷却されて、排出される溶融スラグの流動性が低下して排出口が閉塞するおそれがある。かかる事情に鑑みて、溶融スラグと水流とが接触する地点から溶融スラグ排出口までの長さは２ｍ乃至１０ｍ程度、好ましくは３ｍ程度であることが望ましい。また、先に述べたような、排気システムを併用する場合には、発生した蒸気の排気に伴って炉内の高温ガスをシュート内に誘引し、スラグ排出口の温度低下を防止することができるので、この長さを例えば２ｍ程度まで短くすることが可能である。このように冷却により生じた蒸気によりシュート内壁面を冷却することができ、シュート下部のバイパス排ガスｋの温度をスラグが固化する９００℃以下、好ましくは７００℃以下とすることができる。同時に、シュート内壁面にスラグ塊状物２４が形成されても、接着部がある程度冷却されているので、接着部が脆弱な非晶質となり、塊状物２４が大きく成長する前に自身の重みで剥離脱落させることができる。
【００４６】
溶融スラグと水流とを接触させると、溶融スラグは水流の勢いにより散乱されるとともに水砕スラグ化される。この水砕効果により、冷却効果が高くなる。また溶融スラグに接触する水の水膜厚さが実質的に大きくなるため、さらに冷却効果が高くなる。
【００４７】
シュート内で対向する水流と接触して散乱し、急速に冷却された水冷スラグは、スラグ粒ｇ’になり下方に落ちる。スラグ粒ｇ’はスラグコンベヤ１７を備えた水槽１６に落下するが、この際に噴射水流に乱れが生じ、２次的な冷却効果が期待できる。
【００４８】
本実施の形態では、水砕トラフを採用しないので、施設（溶融炉）の高さが低くなることから、例えばスラグコンベヤ１７の上方向に牽引する距離を長くとることができる、など、施設の設計の自由度が増す。
【００４９】
尚、水槽１６中の水は、ガス化溶融施設に併設された水処理施設からの水を再利用することができ、水処理施設からの水を直接水砕ノズルに供給するように構成することもできる。
【００５０】
以上説明したような構成をとることによって、溶融炉のスラグ排出口１１における閉塞を防止できるので、閉塞によるシステム全体の停止を行うことがなく、連続運転をより長くすることが可能となる。
【００５１】
次に本発明の第二の実施の形態について、図１（ｂ）および図７を参照しながら説明する。
図１（ｂ）には、シュートの一部に水冷ジャケット１９を設けた、別の実施形態にかかるスラグ排出口付近拡大図を示す。本実施形態においては、水冷ジャケット１９を備えることによって、シュート壁面にスラグの塊状物が付着しても、その接着部が水冷部より冷却されることでスラグ塊の壁面への接着部を脆弱な非晶質にすることができ、これによりスラグ塊が大きく成長する前に自身の重みで剥離脱落させることができる。これにより溶融スラグが、溶融スラグ排出口付近で凝固してシュートを閉塞することが防止され、溶融スラグ排出口から安定に連続して排出され、これを水砕スラグ化させることが可能となる。本実施の形態においても、廃棄物（可燃物）を前段のガス化炉を用いて比較的低温で熱分解ガス化して、生成したガスとチャー、灰分を旋回式溶融炉７で高温で反応させ、灰分を溶融する。流動層炉で生成したガスとチャーを溶融炉の仮想的な軸線を中心とした円周の接線方向になるよう一次室に導入し、旋回式溶融炉７の一次室８では、同様に軸線を中心とした円の接線方向になるよう供給された三次空気（酸素富活空気または酸素）ｅとガスの旋回流中で混合しながら１３００乃至１４００℃の高温を維持する。一次室８および二次室９で形成されたミスト上の溶融スラグは、旋回流の遠心力で壁面に集められ、炉壁面に形成された溶融スラグ相に捕捉され、炉底面に向けて流下する。また、スラグ排出口１１から上方に抜けて三次室に移行したガスは、四次空気（酸素富活空気または酸素）を投入され、さらに反応を継続する。尚、炉壁面は溶融スラグのセルフコーティング効果により保護される。
【００５２】
本実施の形態においては、シュート１４がダクト形状のもので構成され、また水槽１６から適宜抜出された水は弁２６によりその抜出し量を調整され、併設されたまたは遠隔地に設けられた水処理施設２５に運ばれる。水処理施設２５により処理された処理水は、弁２６により水槽１６に戻す量が調整される。水処理施設２５からの水は、循環ポンプ１８によって第一の実施の形態と同様、水冷ノズル２０の冷却水に使用される。このように構成すると、ノズル２０で用いる冷却水、ひいては水槽１６内の水質を適切に維持することが可能となる。
【００５３】
また本実施の形態では、スクラバー２１、サイクロンセパレータ２２および誘引ファン２３を備えており、二次室９内の反応により生じたガスの一部ｊがスラグ排出口１１からシュート１４を介して吸気され、排ガスバイパスｋのスクラバー２１、サイクロンセパレータ２２および誘引ファン２３を介して三次室１０に導入されるように構成されている。スクラバー２１、サイクロンセパレータ２２において回収された回収物は各々ドレンｍ、ｍ’として処理される。
【００５４】
尚、排ガスバイパスｋから排気されるガスを四次空気（酸素富活空気または酸素）とともに溶融炉三次室に投入すると、四次空気（酸素富活空気または酸素）のみを炉内に加える場合に比べて、炉内の急激な温度変化を生じさせることがなくなるので、炉壁面保護の観点からは好ましい。また、本実施の形態において、ダクト管が水槽の水面よりも下に来るようにして、ダクト管を水封することも可能である。このように構成することで、ガスとスラグの分離をより確実に行うことが可能となる。
【００５５】
以上、サーマルリサイクルを行う第一、および第二の実施の形態を示したが、他方、被処理物からメタノール、水素などの有用な資源性ガスを回収するような、いわゆるマテリアルリサイクルを行うための第三の実施形態に係るシステムを説明する。
【００５６】
流動層路内において流動媒体の循環流を生成して、投入された被処理物から緩慢なガス化反応（ごみ＋Ｏ₂→Ｃ＋Ｃ_nＨ_m＋灰分＋Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ＋ＣＯ₂）を行うことで、次段の溶融炉において高温反応（▲１▼Ｃ＋ＣＯ₂→２ＣＯ、▲２▼Ｃ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ＋Ｈ₂、▲３▼Ｃ_nＨ_m＋ｎＨ₂Ｏ→ｎＣＯ＋（ｎ＋１／２ｍ）Ｈ₂、▲４▼Ｃ＋Ｏ₂→ＣＯ₂、▲５▼Ｃ＋１／２Ｏ₂→ＣＯ）を行うような、いわゆる「ガス化改質システム」とも呼ばれるガス化溶融システムの実施形態である。ここでは、被処理物からメタノール、水素などの有用な資源性ガスを回収することを目的としており、溶融炉において改質反応（▲１▼〜▲３▼）を主とし、燃焼反応（▲４▼、▲５▼）を従としている。
【００５７】
さらに、溶融炉で１３００℃乃至１４００℃程度の炉内温度を維持することにより、ダイオキシン類、フラン類などの有害物質の合成・再合成が抑制される。また、溶融炉において廃棄物中の灰分は高温雰囲気下にてスラグミスト化されるとともに、炉壁面のノズルから炉の軸線を中心とした円の接線方向にガスが導入されて炉内ガスの旋回流が形成され、これによって生じた遠心力のためにスラグミストは炉壁面に捕捉されて炉壁面をセルフコーティングして保護しつつ、トータルとして高効率にて灰分を溶融スラグ化する。約１３００℃乃至１４００℃で反応を進行させて得た生成ガスは、溶融炉から排出された後に、熱回収、改質・精製の各工程を経るように構成されている。
【００５８】
本実施の形態においても、第一および第二の実施の形態と同様、シュート１４をダクト形状のもので構成することができる。本実施の形態では規格の円管ダクトを用いることができるため、特殊な形状のシュートを製造する必要がなく、水砕トラフも必要としないため、コストダウンが図れる。
【００５９】
シュート壁面の少なくとも一部または全面にメッキ処理をしておくことが好ましい。腐食防止の観点や、メッキ処理の利便性の観点から、亜鉛を主成分とするメッキ、特に溶融亜鉛メッキを施すことが好ましい。さらに溶融スラグの冷却により生じた蒸気に晒され、シュート壁面の腐食が懸念される部分に施すことが好ましい。例えば溶融スラグ排出口１１の下部に設けられ、内面に耐火材を施してもよい炭素鋼鋼材で形成されたシュート１４の内壁面全長にわたってメッキを施すと、腐食を効果的に防止することができ、好適である。
【００６０】
以上説明したとおり、本発明にかかるガス化溶融システムは、従来の水砕トラフを用いないため、施設の高さをその分低くすることができる。この点は図１と図６を比較すると明瞭である。すなわち、図６では、水砕トラフ１５の高さの分だけ溶融炉全体を高く設置する必要があったものが、本発明の態様（図１）では水砕トラフ１５を使用せず、シュート１４から直接水槽１６にスラグ粒ｇ’を落下させる構造となっているため、その分装置自体を低く設置できる。このことにより、ガス化溶融システム設置の費用を低減することができる。さらに冷却水の循環ポンプ１８を用いる場合には、この循環ポンプのヘッドを低く設置することができるので、好適である。
【００６１】
本発明にかかるガス化溶融システムにおける溶融スラグ冷却装置では、シュートとして、通常の規格のダクトを使用することができるため、特殊な部品を製造する必要がなく、また効果的に腐食発生を抑制し、さらに溶融炉スラグ排出部における閉塞を防止することが可能となるため、建設および運転維持費用が低減できる。
【００６２】
さらに本発明に係るガス化溶融システムにおける溶融スラグ冷却装置では、スラグとガスの分離を好適に行うことができる。
このように本発明の実施の形態を図面を用いて説明したが、本発明の趣旨を逸脱することなく、種々の変形実施例が可能である。
【００６３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明は、溶融炉の底部に設けたスラグ排出口から排出させた、高温雰囲気下で生じた溶融スラグを通過させるためのシュートと、該シュートを通過する該スラグの排出方向に対向して水流を噴射する手段と、を含む、ガス化溶融システム用溶融スラグ冷却装置である。これにより、溶融スラグがと水流との接触の際に溶融スラグが散乱し、さらにスラグと接触する水膜厚さが大きくなるため、大変良好な冷却効果を得ることができる。溶融スラグが噴射した水流に接触する際に発生した蒸気により、シュート内壁面が冷却され、スラグの冷却効果がさらに高くなる。また、噴射した水流及び発生した蒸気によりシュート内壁面の清浄をすることができる。一方、従来のような特殊部品を使用する水砕トラフを用いないため、製造コストが低減できるほか、装置自体の設置高さを水砕トラフの高さの分だけ低くすることができる。溶融スラグ排出口付近で凝固してシュートを閉塞することが防止され、溶融スラグ排出口から安定連続して排出して水砕スラグ化させることが可能となり、ガス化溶融システムの長時間連続運転が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一実施の形態のスラグ冷却排出部分の構成を示す図であり、（ｂ）は本発明の別の一実施の形態のスラグ冷却排出部分の構成を示す図である。
【図２】ガス化溶融システムの基本的な構成を示す図である。
【図３】図２における従来のスラグ冷却排出部分の構成を示す図である。
【図４】図３における溶融スラグ排出口におけるつらら状の塊状物の形成を示す図である。
【図５】図３におけるシュート壁面に固着したスラグ塊状物の形成を示す図である。
【図６】水砕トラフシュート部分に水冷ジャケットを設置した、従来のスラグ冷却排出部分の構成を示す図である。
【図７】本発明のガス化溶融システムにかかる一実施の形態の全体構成を示すフロー図である。
【符号の説明】
１廃棄物（可燃物）供給装置
２流動層ガス化炉
３空気室
４空気分散板
５流動層
６フリーボード
７旋回式溶融炉
８一次室
９二次室
１０三次室
１１スラグ排出口
１２，１３昇温用バーナー
１４シュート
１５水砕トラフ
１６水槽
１７スラグコンベヤ
１８循環水ポンプ
１９水冷ジャケット
２０水砕ノズル
２１スクラバー
２２サイクロンセパレータ
２３誘引ファン
２４スラグ塊状物
２５水処理施設
２６弁
１００廃熱ボイラ
１０１空気予熱器
１０２バグフィルタ
１０３触媒塔
１０４不燃物抜出し機構
１０５磁選機
１０６ロックホッパ
１０７処理器
１０８エコノマイザ
１０９煙突
ａ廃棄物（可燃物）
ｂ一次空気
ｃ二次空気
ｄ生成ガス
ｅ三次空気（酸素富活空気または酸素）
ｆ排ガス
ｇ溶融スラグ
ｇ’ スラグ粒
ｈ不燃物
ｉ水
ｉ’ 水蒸気
ｊ排ガス
ｋ排ガスバイパス
ｌ四次空気（酸素富化空気または酸素）
ｍドレン
ｍ’ドレン
Ｆ助燃料
Ｎ中和剤（消石灰）
Ｗ水
Ａ空気
ＳＴスチームタービン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gasification and melting system, and in particular, by combusting wastes such as combustibles and municipal waste and gasifying and slagging the ash contained in combustibles or wastes at high temperatures. The present invention relates to an environment-conserving processing apparatus and method that can be efficiently taken out. In addition to municipal waste, the above waste includes various types of waste such as solid fuel, waste plastic, waste FRP, biomass waste, automobile waste, paper sludge, medical waste, selected coal waste, and waste oil. included. Here, in the waste, solidified fuel (RDF: Refuse Derived Fuel) is formed by crushing and sorting municipal waste etc. and then adding quick lime etc. to compression molding.
[0002]
[Prior art]
As a new waste disposal method that replaces incineration, a “gasification and melting system” has been developed and has already reached the practical level.
[0003]
Such a gasification melting system has the following features. That is, first, a slow gasification reaction in a fluidized bed furnace (garbage + O ₂ → C + C _n H _m + Ash content + H ₂ O + CO + CO ₂ ) And high-temperature reaction in the melting furnace (1) C + CO ₂ → 2CO, (2) C + H ₂ O → CO + H ₂ , ▲ 3 ▼ C _n H _m + NH ₂ O → nCO + (n + 1 / 2m) H ₂ , (4) C + O ₂ → CO ₂ , (5) C + 1 / 2O ₂ → CO) enables processing with a low air ratio of about 1.3 as a whole system, so that the amount of exhaust gas can be greatly reduced and the exhaust gas treatment facility can be downsized. The reactions (1) to (3) in the melting furnace are endothermic reforming reactions, while (4) to (5) are combustion reactions accompanied by heat generation. Therefore, in principle, the properties of the obtained gas vary depending on whether the combustion reaction mainly depends on the reforming reaction or the reforming reaction mainly depends on the combustion reaction inside the melting furnace. In other words, in the gasification and melting system, when it is desired to thermally recycle the heat generated by completely combusting the workpiece, the combustion reaction (4, 5) in the melting furnace is mainly used as the reforming reaction (▲ (1) to (3)) may be subordinate. On the other hand, if you want to perform so-called material recycling, such as recovering useful resource gases such as methanol and hydrogen from the material to be treated, the reforming reaction (1) to (3) is mainly combusted in the melting furnace. The reaction ((4), (5)) may be followed.
[0004]
Furthermore, by maintaining the furnace temperature of about 1300 to 1400 ° C. in the melting furnace, synthesis / resynthesis reactions of harmful substances such as dioxins and furans are suppressed. In addition, the ash content in the waste in the melting furnace is converted into slag mist in a high-temperature atmosphere, and gas is introduced from the nozzle on the furnace wall surface in the tangential direction of the circle centering on the axis of the furnace, A swirl flow is formed, and slag mist is trapped on the furnace wall surface due to the centrifugal force generated thereby, and the ash can be melted into slag with high efficiency as a whole while protecting and protecting the furnace wall surface.
[0005]
Moreover, if granulated slag is recovered as granulated slag as water-cooled slag, the mass can be reduced, the life of the landfill can be extended, and the plastic stability of the slag can be improved. It becomes possible.
[0006]
Furthermore, since the amount of heat recovered in the waste heat boiler is improved by the low air ratio combustion, power generation efficiency exceeding 30% becomes possible in the thermal recycling facility. Moreover, valuable metals such as iron, copper, and aluminum can be recycled because they are recovered in an unoxidized state and with the attached combustible material removed. In addition, the energy of waste can be used as a heat source for high-temperature combustion (self-heating melting), and an ash melting facility that consumes a large amount of power is not required, so the amount of power that can be transmitted is greatly improved. In addition, since the functions of dioxin decomposition and ash melting are incorporated in a simple furnace configuration, the construction cost is lower than adding these functions to a conventional incinerator, and the entire plant is also compact. Furthermore, since heat and materials can be recycled from the object to be processed, the problem of processing costs is also improved as compared with the conventional case.
[0007]
FIG. 2 shows a flow of the core part of a gasification and melting system for the purpose of thermal recycling by complete combustion, combining a fluidized bed gasification furnace and a swirl type melting furnace. In FIG. 2, reference numeral 1 is a waste (combustible) supply device, 2 is a fluidized bed gasification furnace, 3 is an air chamber, 4 is an air dispersion plate, 5 is a fluidized bed, 6 is a free board, and 7 is a swivel type. A melting furnace, 8 is a primary chamber, 9 is a secondary chamber, 10 is a tertiary chamber, and 11 is a slag discharge port. The symbol a is waste (combustible), b is primary air, c is secondary air, d is product gas, e is tertiary air, f is exhaust gas, g is molten slag, and h is non-combustible.
[0008]
The waste a to be treated is subjected to pretreatment such as crushing and sorting as necessary, and then quantitatively supplied to the fluidized bed gasification furnace 2 by the waste supply device 1. The primary air b is fed into the air chamber 3 at the lower part of the gasification furnace 2 and blown upward from the air dispersion plate 4 so that a fluid medium (for example, sand [silica sand]) flows on the air dispersion plate 4. Layer 5 is formed.
[0009]
The waste a introduced into the fluidized bed 5 held at about 450 to 650 ° C. from the waste supply device 1 is pyrolyzed and gasified while being swallowed by the descending fluidized bed at the center of the fluidized bed. Char, generates moisture. Char is gradually pulverized in the fluidized bed 5 circulated by the disturbing motion of the fluidized bed 5 and the attack of oxygen. And the incombustible material h is discharged | emitted from the furnace bottom of the gasification furnace 2 with sand. Since the inside of the fluidized bed 5 is a reducing atmosphere, the metals in the incombustible material h are recovered in a clean state in which deposits are removed without being oxidized. After the incombustible material h and the fluid medium discharged from the gasification furnace 2 are magnetically sorted and mechanically classified, only the fluid medium is returned to the gasification furnace 2. Secondary air c can be fed into the free board 6 of the gasification furnace 2 as necessary. At this time, the free board 6 is further supplied with an air-containing gas as necessary to maintain a gas composition to be supplied to the melting furnace, and is maintained at 650 to 850 ° C. In other words, the fluidized bed furnace has a function as a device for feeding gas as fuel required to maintain the furnace temperature of the melting furnace, so secondary air is introduced as necessary. Thus, the composition of the product gas is adjusted in the free board section.
[0010]
The product gas 6 accompanied with the fine powdery char is supplied to the primary combustion chamber 8 of the swirling melting furnace 7 and is mixed with the tertiary air e supplied from the side surface of the primary chamber in the swirling flow. Reacts quickly at a high temperature. The inorganic content contained in the char and the ash content introduced into the melting furnace with the gas are converted into slag mist by the heat generated by the combustion reaction (above (4), (5), etc.), most of which is due to the swirling flow of gas. It is captured by the molten slag phase formed on the furnace wall surfaces of the primary chamber 8 and the secondary chamber 9 by centrifugal force. The molten slag that has flowed down due to the action of gravity is discharged from a slag discharge port 11 provided at the outlet of the secondary chamber 9, quickly falls into the water flowing on the trough, and is further rapidly cooled by dropping into the water tank. . The cooled slag is discharged into the form by a slag separation conveyor. The unburned matter remaining in the gas can be introduced into the tertiary chamber 10 with the remainder of the tertiary air e and, if necessary, quaternary air, and after further progressing the reaction at 900 to 1400 ° C. The discharged gas f is discharged to the atmosphere after a series of heat recovery and dust removal processes. The above shows the case where thermal recycling is performed. On the other hand, when so-called material recycling is performed to recover useful resource gas such as methanol and hydrogen from the object to be processed, the melting furnace is modified. A system in which the quality reaction (1) to (3) is mainly followed by the combustion reaction (4, 5) can be configured. In that case, the product gas obtained by allowing the reaction to proceed at about 1300 ° C. to 1400 ° C. is discharged from the melting furnace and then undergoes heat recovery, reforming / refining steps.
[0011]
FIG. 3 shows a conventional method for cooling and discharging molten slag in the gasification melting system described above. In FIG. 3, reference numerals 12 and 13 are burners for heating, 14 is a chute, 15 is a granulated trough, 17 is a slag conveyor, and 18 is a circulating water pump. Here, symbol g is slag, g ′ is slag grain, and i is water.
[0012]
The granulated trough 15 is like a slide through which water i flows. The molten slag g dropped from the furnace material overhanging portion of the slag discharge port 11 provided at the bottom of the swirl type melting furnace 7 is rapidly cooled in the water flow on the granulated trough 15 and granular. Slag particles g ′ and are transported to the aquarium 16 together with water. Next, the slag particles g ′ are continuously carried out from the water tank 16 by the slag conveyor 17. If the molten slag g is dropped directly from the slag discharge port 11 into the water tank 16 without using the granulated trough 15, a large amount of slag particles g 'are not uniform or a large amount of slag is dropped. The generated steam causes an increase in the furnace pressure, which is not preferable.
[0013]
In the gasification and melting system, the most important problems in operation are the discharge of molten slag g and the separation of slag and gas. This has the following two problems. That is, the first problem is that the steam i ′ generated when the molten slag g rapidly cools on the granulated trough 15 rises in the chute 14 and lowers the temperature near the slag discharge port 11. is there. As a result, the molten slag flowing down the furnace material overhanging portion is cooled and the fluidity of the molten slag is lowered, so that an icicle-shaped lump solidified product 24 is formed under the overhanging portion as shown in FIG. Let Also, as a second problem, there is no problem if the molten slag g is cut off from the tip of the furnace material overhanging part, but sometimes it flows down on the wall surface of the chute 14 by going down the overhanging part. Is mentioned. As shown in FIG. 5, the molten slag that has lost its fluidity due to the temperature falling while flowing down the wall surface of the chute 14 grows into a large lump 24 in a state of being fixed to the wall surface.
[0014]
The slag lump 24 produced in this way slowly cools down, so that it becomes a very strong glassy solidified product and is firmly adhered to the wall surface, and is difficult to remove. If the operation is continued with the state left as it is, the chute 14 is completely blocked by the lump of slag 24, and further operation cannot be continued. From a different point of view, it is considered that the furnace atmosphere temperature in the secondary chamber 9 is only about 100 ° C. higher than the melting temperature of ash.
[0015]
In view of the circumstances described above, gasification aimed at providing a gasification and melting system capable of smoothly discharging molten slag generated by melting combustion at a high temperature from a slag outlet of a melting furnace into granulated slag. A melting system has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
[0016]
That is, a water cooling jacket is provided on at least a part of the chute 14, and the molten slag is discharged through the chute. FIG. 6 shows a system in which a water cooling jacket is provided on a part of the chute. Reference numeral 19 in the figure denotes a water cooling jacket. By providing the water cooling jacket 19, even if a lump of slag adheres to the chute wall surface, the bonding portion to the wall surface of the slag lump can be made fragile amorphous by cooling the bonding portion by water cooling. This allows the slag lump to be peeled off by its own weight before the slag lump grows greatly. Such a system prevents the molten slag from solidifying in the vicinity of the molten slag discharge port and clogging the chute, and enables stable and continuous discharge from the molten slag discharge port to form granulated slag.
[0017]
The prior art document information relating to the invention of this application includes the following.
[0018]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-241817
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
However, the following inconveniences have been found in a gasification and melting system having a structure in which a conventional granulated trough is installed.
[0020]
This is unlikely to be a problem when using combustible-based materials as the material to be treated, but especially in the product gas generated in the melting furnace when the composition and properties of the material to be processed are not combustible. Ash and dust generated in the gasification furnace may not be completely melted into slag in the swirl type melting furnace. Therefore, a non-negligible amount of ash remains in the gas discharged together with the molten slag, and this ash may adhere to a specific location near the discharge port. When the ash adheres, the vicinity of the molten slag discharge port may be blocked, and there is a possibility that the molten slag cannot be discharged effectively.
[0021]
On the granulated trough, steam is generated when the high-temperature molten slag comes into contact with water and is cooled rapidly, and at this time, the steam flows in a form corresponding to the flow direction of the slag and the generated steam. Material corrosion may occur at specific locations on the wall.
[0022]
In addition, when the material to be treated contains plastics containing a Cl component such as polyvinyl chloride, the water quality on the granulated trough may be high in chlorine ion concentration, resulting in the stress of the material. In order to avoid corrosion cracking, carbon steel was adopted as the base material for the granulated trough, and further heavy-duty anticorrosive coating repair was sometimes required.
[0023]
In addition, when installing a granulated trough, it is necessary to raise the foundation of the melting furnace installation by the height of the granulated trough, and there is a problem that the height of the entire facility increases accordingly. This increases the construction cost of the entire facility. Due to the high height of the entire facility, when installing a circulating pump for circulating and reusing slag cooling water, it is necessary to install the pump at a relatively high position or to apply pressure, ie, the pump head There is also a problem that it is necessary to increase the height.
[0024]
In addition, the trough bottom plate was worn with use, and the connecting duct could also be worn. Therefore, periodic repairs and inspections were necessary, which could be a cause of high costs.
Furthermore, the conventional granulated trough has a structure that discharges molten slag onto the trough and cools it down with water, so the water film that contributes to the actual cooling is thin, compared to the amount of water required for cooling. In some cases, it was difficult to obtain a cooling effect.
[0025]
In addition, special parts such as trough parts, pipes, ducts, etc. that have undergone anti-corrosion and heat-resistant processing are required, which may cause a problem that the facility becomes relatively expensive.
In order to solve such a problem, it has been desired to develop a new molten slag cooling method that can replace the molten slag cooling method using a granulated trough.
[0026]
[Means for Solving the Problems]
The molten slag cooling device for a gasification melting system according to the first aspect of the present invention includes a chute for passing molten slag generated in a high-temperature atmosphere discharged from a slag discharge port provided at the bottom of the melting furnace, And means for injecting a water flow so as to oppose the discharge direction of the slag passing through the chute.
[0027]
Since it has a means to inject a water flow facing the discharge direction of molten slag, molten slag is crushed by the cooling water flow injected by this means, and a cooling effect becomes high. In addition, since the thickness of the water film substantially in contact with the molten slag increases, the cooling effect increases accordingly.
[0028]
Moreover, the molten slag cooling device for a gasification and melting system according to the second aspect of the present invention passes vertically through the molten slag generated in a high temperature atmosphere discharged from a slag discharge port provided at the bottom of the melting furnace. A chute for causing the slag to pass, and a means for cooling the slag by injecting a water flow vertically upward facing the discharge direction of the slag passing through the chute.
[0029]
When the molten slag is discharged from the molten slag discharge port at the bottom of the melting furnace through the chute and discharged vertically downward, this means has a means for injecting a water flow vertically upward facing the discharged slag. The molten slag is crushed by the jetted water flow, and the cooling effect is enhanced. In addition, since the thickness of the water film substantially in contact with the molten slag increases, the cooling effect increases accordingly. Further, when the slag which has been granulated and cooled is dispersed in the chute and further dropped onto the slag conveyor, the water flow to be ejected is disturbed, so that a secondary cooling effect can be expected. In this embodiment, since a water flow is injected like a so-called fountain, the inner wall surface of the chute itself can be cooled by this injection, and the effect of cooling the molten slag is enhanced. Further, the effect of cleaning the inner wall surface of the chute by the jetted water flow can be expected. In other words, by cleaning the inner wall surface of the chute with the jet water flow, even if slag is insufficient and ash is contained in the exhaust gas, it accumulates at a specific location in the chute such as near the molten slag outlet. Can be prevented. Furthermore, it is possible to effectively prevent corrosion in the chute due to the cleaning effect of the inner wall surface of the chute of the jet water flow.
[0030]
Here, any chute having a duct shape can be used as the chute for passing the molten slag. That is, a standard circular duct can be used preferably. With such a configuration, it is not necessary to use a specially shaped granulated trough that has been used in the past, so that the construction cost can be reduced. Note that a refractory material can be provided on the chute through which the molten slag passes, and a lining process can also be performed.
[0031]
Further, the means for injecting the water flow may be any means as long as it can inject the water flow. For example, a water granulation nozzle can be suitably used. It is also possible to use a showerhead or the like. A plurality of means for injecting the water flow may be provided depending on circumstances.
[0032]
Moreover, the molten slag cooling device for a gasification melting system according to the third aspect of the present invention is characterized in that at least a part of the surface of the chute is plated with zinc as a main component. When the molten slag is discharged from the molten slag discharge port at the bottom of the melting furnace through the chute and discharged vertically downward, a water flow is injected vertically upward facing the discharged slag. Although it has been described above that a cleaning effect on the inner wall surface of the chute can be expected, it is further desirable to use a chute plated with zinc as a main component, preferably hot dip galvanized, at least partially as an anticorrosion treatment. By using a chute having such an inner wall surface, it is possible to prevent ash from adhering to the inner wall surface of the chute and the resulting blockage of the molten slag discharge port. It is no longer necessary to use a trough that has been made of carbon steel material used in conventional granulated troughs and repaired with heavy anti-corrosion coating, thus reducing facility construction costs.
[0033]
A molten slag cooling device for a gasification and melting system according to a fourth aspect of the present invention pulls and discharges a water tank for collecting water-cooled slag cooled by the water flow and the slag remaining in the water tank out of the system. And a means for further comprising. By providing the means for pulling and discharging the slag remaining in the water tank out of the system, the slag particles generated by being cooled by the jetted water flow can be continuously carried out of the system. Here, as a means for pulling and discharging the slag out of the system, any device can be used as long as the slag can be continuously discharged out of the system. For example, a conveyor type can be preferably used.
[0034]
The molten slag cooling device for a gasification melting system according to the fifth aspect of the present invention is characterized by further comprising a circulation pump and a circulation path for recirculating and using the water in the system. The water injected into the molten slag can be circulated and reused in the system, and such reuse is desirable from the environmental and cost viewpoints. Although the water-cooled slag and the jetted water both fall in the water tank for collecting the slag described above, water can be extracted from the water tank and reused. In other words, the circulation pump and the circulation path are preferably connected to a water tank for collecting water-cooled slag.
[0035]
The molten slag cooling device for a gasification melting system according to the sixth aspect of the present invention is further characterized by further comprising an exhaust system for exhausting steam generated by jetting water flow into the molten slag. In the conventional gasification and melting system using the granulated trough, when the molten slag is discharged from the molten slag discharge port, the gas is discharged together as described above. If the slag is insufficient, ash remains in the gas and adheres to a specific location on the inner wall surface of the granulated trough, which may eventually block the molten slag outlet. Therefore, it was necessary to discharge such ash from outside the system. Furthermore, it is necessary to attract the hot gas in the furnace into the chute 14 by discharging the steam generated when the molten slag is cooled by the water flow, and to maintain the temperature in the vicinity of the molten slag outlet. It was. This is because the steam i ′ rises in the chute 14 and lowers the temperature in the vicinity of the slag discharge port 11, whereby the molten slag flowing down the furnace material overhanging portion cools and the fluidity of the molten slag decreases. As shown in FIG. 4, the icicle-like lump solidified product 24 is prevented from forming and growing under the overhanging portion. From these viewpoints, the conventional molten slag cooling device provided with the granulated trough has an exhaust system mainly including a filter and an induction fan in order to discharge the steam generated during the cooling to the outside of the system. However, since the exhaust system including such a filter is intended to collect fly ash with a filter without cleaning exhaust gas at all, the fly ash becomes more viscous and cohesive in the presence of steam, and the filter is clogged. Therefore, it takes time and labor to maintain the filter.
[0036]
Therefore, the molten slag cooling device for a gasification melting system according to the seventh aspect of the present invention is characterized in that the exhaust system includes a scrubber, a cyclone separator, and an induction fan. A scrubber is a type of exhaust gas cleaning device. In this gasification and melting system, a liquid component such as sewage is sprayed on exhaust gas via a spray nozzle to produce a mist or particulate solid component. While collecting, it has the function to condense the generated steam and increase the particle size. At this time, it is preferable to use a diffusion spray nozzle. The cyclone separator is an apparatus mainly for collecting dusts, and is used for removing mist present in the gas discharged from the scrubber in the present gasification melting system. By including such an exhaust system, it is possible to prevent the molten slag discharge port from being blocked by ash, and to prevent a temperature drop in the vicinity of the molten slag discharge port.
[0037]
The eighth aspect of the present invention is a gasification and melting system that uses the molten slag cooling device described in the above aspect. Since the molten slag cooling device described above can be used in a conventional gasification and melting system, for example, only the portion of the granulated trough in a gasification and melting system using a granulated trough is replaced and used. It is also possible.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. In addition, the same code | symbol in each figure shows the same or an equivalent part.
[0039]
FIG. 1A shows the configuration of the cooling and discharging portion of the molten slag in the swirl type melting furnace of one embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 20 denotes a granulating nozzle that is provided with an injection port at the upper end so as to inject a water flow upward, and injects water for cooling the molten slag, 21 is a scrubber, and 22 is a cyclone separator. , 23 is an induction fan, and k is a bypass exhaust gas. The other structure is the same as that of the cooling discharge part of the conventional molten slag shown in FIG. In other words, waste (combustible material) is pyrolyzed and gasified at a relatively low temperature using a gasifier in the previous stage (not shown), and the generated gas, char and ash are reacted at a high temperature in the swirling melting furnace 7 to melt the ash. To do. The gas and char generated in the fluidized bed furnace are introduced into the primary chamber 8 from the tangential direction of the circle centering on the axis of the melting furnace. It is configured to maintain a high temperature of 1300 to 1400 ° C. while mixing in a swirling flow with tertiary air (oxygen-enriched air or oxygen) e supplied in a tangential direction. The mist-like molten slag formed in the primary chamber 8 and the secondary chamber 9 is collected on the wall surface by the centrifugal force of the swirling flow, is captured by the molten slag phase formed on the furnace wall surface, and flows down toward the bottom of the furnace. .
[0040]
In the present embodiment, the chute 14 has a duct shape. In the present embodiment, since a standard circular duct can be used, it is not necessary to manufacture a chute having a special shape, and the cost can be reduced. It is desirable to perform plating on at least a part or the entire surface of the chute wall surface. From the viewpoint of preventing corrosion and the convenience of plating treatment, it is preferable to apply plating containing zinc as a main component, particularly hot dip galvanizing. When hot dip galvanization is applied, a dense thin film is formed on the surface of the chute wall, which functions effectively as a protective film. Even if some scratches are generated on the plated film, the surrounding zinc is not positive. Since it prevents ionization and corrosion of iron itself, a very excellent anticorrosion function can be expected. Further, a silicone-based paint can also be used as a primer (overcoat paint) in consideration of heat resistance, whereby the adhesion between the plating surface and the coating film can be improved.
[0041]
When hot-dip galvanizing is applied to the chute wall surface, it is preferably applied to a portion that is exposed to steam generated by cooling of the molten slag and is likely to corrode the chute wall surface. That is, it is particularly preferable to plate the inner wall surface of the chute over the entire length of the circular chute 14 that is provided below the molten slag discharge port 11 and may be provided with a refractory material on the inner surface. If such a portion is plated, it is preferable because corrosion can be effectively prevented.
[0042]
A scrubber 21, a cyclone separator 22, and an induction fan 23 are provided, and a part j of the gas generated by the reaction in the secondary chamber 9 is sucked from the slag discharge port 11 through the chute 14 and then discharged outside the system. It is configured. A part j of the combustion exhaust gas may be returned to the tertiary chamber 10 in the swirling melting furnace 7 via the exhaust gas bypass k. The exhaust gas j contains ash, and it is desirable to arrange a scrubber and a cyclone separator in front of the attraction fan in order to efficiently recover the fly ash, dusts and acidic components and clean the gas. . Acid mist is mainly recovered from the scrubber, and fly ash components and mist that cannot be removed by the scrubber are recovered from the cyclone separator. When it is desired to improve the slag generation rate in the melting furnace, the recovered fly ash component can be returned to the melting furnace primary chamber 8 to the secondary chamber 9 again.
[0043]
Exhaust gas is sucked by the induction fan 23 in the chute 14 connected under the slag discharge port 11. As the amount of exhaust gas drawn into the chute 14 from the slag discharge port 11, an amount of about 1/100 to 1/10 of the exhaust gas passing through the secondary chamber 9 is appropriate. As a result, the temperature in the vicinity of the overhanging portion 11a of the molten slag discharge port 11 can be constantly kept high. The amount of exhaust gas drawn in is determined by the size of the slag discharge port 11 and the processing scale of the system. The flow of the exhaust gas drawn into the chute 14 by the induction fan 23 can prevent the water vapor i ′ generated during the rapid cooling of the molten slag g from rising to the molten slag discharge port 11. Thus, the fluidity of the molten slag g when flowing down from the furnace material overhanging portion 11a can be kept good.
[0044]
The bypass exhaust gas k containing water vapor sucked from the chute 14 by the induction fan 23 can be supplied to the tertiary chamber 10 of the swirl melting furnace 7. As a result, the unburned component present in the bypass exhaust gas j can be completely burned, the slag conversion rate can be improved, and the furnace temperature in the tertiary chamber 10 can be lowered. If the temperature in the furnace in the tertiary chamber 10 can be kept low, the concentration of harmful nitrogen oxides discharged from the melting furnace can be lowered as compared with the conventional one, and such a configuration is a more preferable form. For example, the NOx concentration in the gas can be reduced from 200 ppm to about 50 to 80 ppm.
[0045]
The molten slag discharged from the molten slag discharge port 11 into the chute 14 comes into contact with the water flow jetted in the chute 14 so as to face the discharge direction, and is cooled here. In FIG. 1A, since the chute 14 is arranged in the vertical direction, the molten slag falls in the vertically downward direction, and the water flow is jetted in the vertically upward direction. The molten slag in contact with the water stream generates steam, which cools the upper part of the chute. This effect further increases the cooling effect of the molten slag. However, if the length from the contact point between the molten slag and the water flow to the molten slag discharge port 11 is too short, the generated steam melts but reaches the discharge port, and the discharge port is cooled and discharged by the steam. There is a risk that the fluidity of the molten slag will be reduced and the outlet will be blocked. In view of such circumstances, the length from the point where the molten slag comes into contact with the water flow to the molten slag discharge port is desirably about 2 to 10 m, preferably about 3 m. Further, when the exhaust system as described above is used in combination, the hot gas in the furnace is attracted into the chute along with the exhaust of the generated steam, and the temperature drop of the slag discharge port can be prevented. Therefore, this length can be shortened to about 2 m, for example. Thus, the inner wall surface of the chute can be cooled by the steam generated by cooling, and the temperature of the bypass exhaust gas k below the chute can be 900 ° C. or lower, preferably 700 ° C. or lower, at which the slag solidifies. At the same time, even if the slag lump 24 is formed on the inner wall surface of the chute, the bonded portion is cooled to some extent, so that the bonded portion becomes fragile amorphous and peels off with its own weight before the lump 24 grows greatly. Can be dropped.
[0046]
When the molten slag is brought into contact with the water stream, the molten slag is scattered by the momentum of the water stream and converted into granulated slag. The cooling effect is enhanced by this water-pulverization effect. Moreover, since the water film thickness of the water which contacts molten slag becomes large substantially, a cooling effect becomes still higher.
[0047]
The water-cooled slag, which is scattered in contact with the opposing water flow in the chute and rapidly cooled, becomes slag particles g ′ and falls downward. The slag particles g ′ fall into the water tank 16 provided with the slag conveyor 17, but at this time, the jet water flow is disturbed and a secondary cooling effect can be expected.
[0048]
In this embodiment, since the granulated trough is not adopted, the height of the facility (melting furnace) is reduced, so that the distance to be pulled upward of the slag conveyor 17 can be increased, for example. Increase design freedom.
[0049]
The water in the water tank 16 can be reused from the water treatment facility attached to the gasification and melting facility, and the water from the water treatment facility is directly supplied to the water granulation nozzle. You can also.
[0050]
By adopting the configuration as described above, blockage at the slag discharge port 11 of the melting furnace can be prevented, so that the entire system can be prolonged without stopping the entire system due to blockage.
[0051]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 (b) and FIG.
FIG. 1B shows an enlarged view of the vicinity of the slag discharge port according to another embodiment in which a water cooling jacket 19 is provided on a part of the chute. In the present embodiment, by providing the water cooling jacket 19, even if a slag lump adheres to the chute wall surface, the bonding portion of the slag lump is weakened by being cooled from the water cooling portion. It can be made amorphous so that it can be peeled off with its own weight before the slag mass grows large. As a result, the molten slag is prevented from solidifying near the molten slag discharge port and closing the chute, and is stably discharged continuously from the molten slag discharge port, which can be made into granulated slag. Also in the present embodiment, waste (combustible material) is pyrolyzed and gasified at a relatively low temperature using the gasifier in the previous stage, and the generated gas, char, and ash are reacted at a high temperature in the swirl type melting furnace 7. Melt the ash. The gas and char generated in the fluidized bed furnace are introduced into the primary chamber so as to be in the tangential direction of the circumference around the virtual axis of the melting furnace. In the primary chamber 8 of the swirling melting furnace 7, the axis is similarly set. A high temperature of 1300 to 1400 ° C. is maintained while mixing in a swirling flow of tertiary air (oxygen-enriched air or oxygen) e supplied so as to be tangential to the center circle. The molten slag on the mist formed in the primary chamber 8 and the secondary chamber 9 is collected on the wall surface by the centrifugal force of the swirling flow, is captured by the molten slag phase formed on the furnace wall surface, and flows down toward the furnace bottom surface. . Further, the gas that has flowed upward from the slag discharge port 11 and transferred to the tertiary chamber is charged with quaternary air (oxygen-enriched air or oxygen), and further continues the reaction. The furnace wall surface is protected by the self-coating effect of the molten slag.
[0052]
In the present embodiment, the chute 14 is formed in a duct shape, and the water extracted from the water tank 16 is appropriately adjusted by the valve 26 so that the water is provided or provided in a remote place. It is carried to the processing facility 25. The amount of the treated water treated by the water treatment facility 25 is returned to the water tank 16 by the valve 26. The water from the water treatment facility 25 is used for the cooling water of the water cooling nozzle 20 by the circulation pump 18 as in the first embodiment. If comprised in this way, it will become possible to maintain the cooling water used with the nozzle 20, and by extension, the water quality in the water tank 16 appropriately.
[0053]
In the present embodiment, a scrubber 21, a cyclone separator 22, and an induction fan 23 are provided, and a part of the gas j generated by the reaction in the secondary chamber 9 is sucked from the slag discharge port 11 through the chute 14. The exhaust gas bypass k is configured to be introduced into the tertiary chamber 10 via the scrubber 21, the cyclone separator 22 and the induction fan 23. The recovered materials recovered in the scrubber 21 and the cyclone separator 22 are treated as drains m and m ′, respectively.
[0054]
In addition, when the gas exhausted from the exhaust gas bypass k is introduced into the melting furnace tertiary chamber together with the quaternary air (oxygen-enriched air or oxygen), only the quaternary air (oxygen-enriched air or oxygen) is added to the furnace. Compared with the viewpoint of protecting the furnace wall surface, it is less likely to cause a rapid temperature change in the furnace. In the present embodiment, it is also possible to water seal the duct pipe so that the duct pipe is below the water surface of the water tank. By comprising in this way, it becomes possible to isolate | separate gas and slag more reliably.
[0055]
As mentioned above, although the 1st and 2nd embodiment which performs thermal recycling was shown, on the other hand, in order to perform what is called material recycling which collects useful resource gas, such as methanol and hydrogen, from a processed material A system according to the third embodiment will be described.
[0056]
A circulating flow of a fluidized medium is generated in the fluidized bed, and a slow gasification reaction (garbage + O ₂ → C + C _n H _m + Ash content + H ₂ O + CO + CO ₂ ) In the next stage melting furnace (1) C + CO ₂ → 2CO, (2) C + H ₂ O → CO + H ₂ , ▲ 3 ▼ C _n H _m + NH ₂ O → nCO + (n + 1 / 2m) H ₂ , (4) C + O ₂ → CO ₂ , (5) C + 1 / 2O ₂ This is an embodiment of a gasification and melting system that is also referred to as a so-called “gasification reforming system” that performs CO). The purpose here is to recover useful resource gases such as methanol and hydrogen from the material to be treated. In the melting furnace, the main reaction is a reforming reaction (1) to (3), and a combustion reaction (4). ▼, (5)) are subordinate.
[0057]
Furthermore, by maintaining a furnace temperature of about 1300 ° C. to 1400 ° C. in the melting furnace, synthesis / resynthesis of harmful substances such as dioxins and furans is suppressed. Also, in the melting furnace, the ash content in the waste is converted into slag mist in a high temperature atmosphere, and the gas is introduced from the nozzle on the furnace wall surface in the tangential direction of the circle centering on the axis of the furnace to turn the furnace gas. A slag mist is trapped on the furnace wall surface due to the centrifugal force generated by the flow, and self-coating and protecting the furnace wall surface, and as a total, the ash is melted into slag with high efficiency. The product gas obtained by causing the reaction to proceed at about 1300 ° C. to 1400 ° C. is discharged from the melting furnace and then undergoes heat recovery, reforming / purification steps.
[0058]
Also in the present embodiment, the chute 14 can be formed in a duct shape as in the first and second embodiments. In the present embodiment, since a standard circular duct can be used, it is not necessary to manufacture a chute having a special shape and a granulated trough is not required, so that the cost can be reduced.
[0059]
It is preferable to perform plating on at least a part or the entire surface of the chute wall surface. From the viewpoint of preventing corrosion and the convenience of plating treatment, it is preferable to apply plating containing zinc as a main component, particularly hot dip galvanizing. Furthermore, it is preferable to apply to the part which is exposed to the vapor | steam produced by cooling of the molten slag, and is anxious about corrosion of a chute wall surface. For example, if plating is performed over the entire inner wall surface of the chute 14 formed of a carbon steel material provided at the lower portion of the molten slag discharge port 11 and may be refractory on the inner surface, corrosion can be effectively prevented. Is preferable.
[0060]
As described above, since the gasification and melting system according to the present invention does not use the conventional granulated trough, the height of the facility can be reduced accordingly. This point is clear when FIG. 1 and FIG. 6 are compared. That is, in FIG. 6, the entire melting furnace needs to be installed higher by the height of the granulated trough 15, but in the embodiment of the present invention (FIG. 1), the granulated trough 15 is not used and the chute 14 is used. Since the slag particles g ′ are dropped directly into the water tank 16, the apparatus itself can be installed low. This can reduce the cost of installing the gasification and melting system. Furthermore, when the cooling water circulation pump 18 is used, the head of this circulation pump can be set low, which is preferable.
[0061]
In the molten slag cooling device in the gasification and melting system according to the present invention, a normal standard duct can be used as a chute, so that it is not necessary to manufacture special parts and effectively suppress the occurrence of corrosion. Further, since it becomes possible to prevent clogging in the melting furnace slag discharge part, construction and operation maintenance costs can be reduced.
[0062]
Furthermore, in the molten slag cooling device in the gasification melting system according to the present invention, separation of slag and gas can be suitably performed.
As described above, the embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings. However, various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
[0063]
【The invention's effect】
As described above, the present invention provides a chute for passing molten slag generated in a high temperature atmosphere discharged from a slag discharge port provided at the bottom of the melting furnace, and the slag passing through the chute. A molten slag cooling device for a gasification and melting system, comprising: means for injecting a water flow opposite to the discharge direction. As a result, the molten slag is scattered at the time of contact between the molten slag and the water flow, and the water film thickness in contact with the slag is increased, so that a very good cooling effect can be obtained. The inner wall surface of the chute is cooled by the steam generated when the molten slag comes into contact with the jet of water, and the cooling effect of the slag is further enhanced. Moreover, the chute inner wall surface can be cleaned by the jetted water flow and the generated steam. On the other hand, since a conventional granulated trough using special parts is not used, the manufacturing cost can be reduced, and the installation height of the apparatus itself can be lowered by the height of the granulated trough. It is possible to prevent solidification near the molten slag discharge port and block the chute, and it is possible to discharge the molten slag from the molten slag discharge port stably and into granulated slag. It has become possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a diagram showing a configuration of a slag cooling and discharging portion according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a diagram showing a configuration of a slag cooling and discharging portion according to another embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 2 is a diagram showing a basic configuration of a gasification melting system.
3 is a diagram showing a configuration of a conventional slag cooling and discharging portion in FIG. 2. FIG.
4 is a diagram showing the formation of icicle-like lumps at the molten slag discharge port in FIG. 3; FIG.
5 is a diagram showing the formation of a slag lump attached to the chute wall surface in FIG. 3. FIG.
FIG. 6 is a view showing a configuration of a conventional slag cooling / discharging portion in which a water cooling jacket is installed in a granulated trough chute portion.
FIG. 7 is a flowchart showing the overall configuration of an embodiment according to the gasification melting system of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Waste (combustible) supply device
2 Fluidized bed gasifier
3 Air chamber
4 Air dispersion plate
5 Fluidized bed
6 Free board
7 Swivel melting furnace
8 Primary room
9 Secondary room
10 tertiary room
11 Slag outlet
12,13 Heating burner
14 Shoot
15 Granulated trough
16 Aquarium
17 Slag conveyor
18 Circulating water pump
19 Water-cooled jacket
20 Granulated nozzle
21 Scrubber
22 Cyclone separator
23 Attracting Fan
24 Slag lump
25 Water treatment facility
26 Valve
100 Waste heat boiler
101 Air preheater
102 Bug filter
103 catalyst tower
104 Incombustible material extraction mechanism
105 Magnetic separator
106 Lock hopper
107 processor
108 economizer
109 Chimney
a Waste (combustible)
b Primary air
c Secondary air
d Generated gas
e Tertiary air (oxygen-rich air or oxygen)
f exhaust gas
g Molten slag
g 'slag grain
h Incombustible material
i water
i 'water vapor
j exhaust gas
k Exhaust gas bypass
l Fourth air (oxygen-enriched air or oxygen)
m Drain
m 'drain
F Supplementary fuel
N neutralizer (slaked lime)
W Water
A Air
ST Steam turbine

Claims

A chute for passing molten slag generated in a high temperature atmosphere discharged from a slag discharge port provided at the bottom of the melting furnace, and means for injecting a water flow opposite to the discharge direction of the slag passing through the chute And a molten slag cooling device for a gasification melting system.

A chute for vertically passing molten slag generated in a high temperature atmosphere discharged from a slag discharge port provided at the bottom of the melting furnace, and a vertically upward facing the discharge direction of the slag passing through the chute And a means for cooling the slag by injecting a water flow into the molten slag cooling device for a gasification melting system.

The molten slag cooling device for a gasification melting system according to claim 1 or 2, wherein at least a part of the surface of the chute is plated with zinc as a main component.

The water tank for collecting the water-cooled slag cooled by the water flow, and means for towing and discharging the slag remaining in the water tank to the outside of the system, further comprising: The molten slag cooling device for a gasification melting system according to any one of 3.

The molten slag cooling device for a gasification melting system according to any one of claims 1 to 4, further comprising a circulation pump and a circulation path for recirculating and using the water in the system.

The molten slag cooling device for a gasification melting system according to any one of claims 1 to 5, further comprising an exhaust system for exhausting steam generated by jetting water flow to the molten slag. .

The molten slag cooling device for a gasification melting system according to claim 6, wherein the exhaust system includes a scrubber, a cyclone separator, and an induction fan.

A gasification and melting system comprising the molten slag cooling device according to any one of claims 1 to 7.

In the molten slag cooling method of the gasification melting system,
Discharge slag from the slag discharge port provided at the bottom of the melting furnace and pass the chute,
When the discharged slag passes through the chute, the water flow is jetted opposite to the discharge direction of the slag,
A method for cooling a molten slag in a gasification melting system, wherein the water-cooled slag cooled by the water flow is collected in a water tank.