JP3854141B2 - 高温ガス冷却装置、高温ガス化炉及び高温ガス冷却方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般廃棄物や産業廃棄物、ＲＤＦ（Reduced Derive Fuel:廃棄物固形化燃料)、石炭、バイオマス等、部分酸化または完全燃焼により飛灰や溶融スラグを含有する燃焼排ガスまたは可燃成分を含むガスを生成する燃焼炉又はガス化炉に用いて好適な高温ガス冷却装置及び高温ガス冷却方法に関し、特に部分酸化または完全燃焼により発生する高温ガスから飛灰や溶融スラグを除去して大気汚染防止を行うと共に、高温ガスからのエネルギ回収効率を高める改良に関する。また本発明は、一般廃棄物や産業廃棄物、ＲＤＦ、バイオマス等の低級資源や、石炭等の化石燃料から、付加価値の高いエネルギー資源或いは化学原料を生成する高温ガス化炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガス化炉では生成ガスの下流側での利用の観点から煤塵の処理が大切である。また、燃焼炉においては、大気汚染防止の観点から燃焼排ガスの煤塵の処理が大切である。特に、ガス化炉が飛灰や溶融スラグを多量に含有するガス化ガスを生成したり、燃焼炉が飛灰や溶融スラグを多量に含有する燃焼排ガスを排出する場合は大事になる。図１３は直接接触冷却型の高温ガス冷却装置の構成図である。ガス化炉本体１は周囲が耐熱レンガ２で囲われたガス化室３を備えており、ガス化室３の下側にはスラグ水冷室４が設けられている。スラリータンク５は、微粉炭と水を混合するもので、混合物が燃料としてバーナー６に供給される。バーナー６はガス化室３の上方に設けられたもので、スラリータンク５から供給された微粉炭を酸素と燃焼反応させる。冷却水は、バーナー６で発生する高温から耐熱レンガ２を保護するために供給される。ガス化室３で反応した高温ガスは、スラグ水冷室４にてスラグ冷却水に飛灰や溶融スラグが捕捉されると共に冷却されて、粗ガスとして外部に排出される。水砕スラリーは、スラグ冷却水に捕捉された飛灰や溶融スラグで、適宜スラグ水冷室４から排出される。
【０００３】
このような直接接触冷却型の高温ガス冷却装置においては以下の利点がある。
▲１▼スラグ水冷室４にてガス化ガス（例えば１５００℃）が急冷される（例えば３００℃）ので、ダイオキシンの再合成抑制効果が高い。
▲２▼ガス化ガスはスラグ水冷室４を通過して粗ガスとして排出されるので、ガス洗浄効果が高く、溶融スラグの冷却と分離が確実に行えると共に、後段へ飛散する飛灰量を減少させることができる。
▲３▼排出される粗ガスの成分が安定している。
【０００４】
図１４は顕熱回収型の高温ガス冷却装置の構成図である。顕熱回収型の高温ガス冷却装置は、ガス化ガスに含まれる熱エネルギを効率良く回収することができエネルギ効率の改善に役立つ。圧力容器７の内部はガス化炉８となっており、内壁は耐火レンガ９にて被覆されている。ガス化炉８には燃料としてのＣＷＭ（微粉炭と水の混合スラリ）と酸素又は空気が供給され、ガス化した混合気が蒸発器１０に供給される。蒸発器１０では、燃焼反応が進行して、蒸発器１０の下側に貯留されたスラグ冷却水にガス化ガスに含まれる飛灰や溶融スラグが捕捉される。そして、ガス化ガスは蒸発器１０から連結管路１２を介して対流クーラ１３に送られ、対流クーラ１３内部に設けられた熱交換器１４によりガス化ガスの顕熱が回収されて、生成ガスとして排出される。
【０００５】
このような顕熱回収型の高温ガス冷却装置においては、ガス化ガスが直接スラグ冷却水に接触する構造ではないため、過冷却されず、ガス顕熱の利用が可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、直接接触冷却型の高温ガス冷却装置においては、粗ガスの出口温度が蒸気飽和温度となり圧力条件で温度が決まってしまう。そこで、高温ガスの顕熱はスラグ冷却水によって１００℃〜２００℃（常圧プラントでは約１００℃、０．８ＭＰａ（ゲージ）程度の加圧プラントでは２００℃前後となる）の排水低レベル熱となり、利用しにくいという課題がある。
【０００７】
また、顕熱回収型の高温ガス冷却装置においては、蒸発器１０から連結管路１２に流れ込む部分でガスが偏流しやすく、スラグ冷却水に飛灰や溶融スラグが旨く捕捉されない場合がある。するとガス化ガスは、飛灰や溶融スラグが除去されないまま連結管路１２に流れ込む為、連結管路１２入口でのスラグ付着が発生して連結管路１２の流体抵抗が増大したり、対流クーラ１３にスラグ付着が発生して熱交換効率が低下するという課題があった。
【０００８】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、燃焼反応や部分酸化により発生する高温ガスから飛灰や溶融スラグを除去すると共に、高温ガスからのエネルギ回収を効率良く行いうる高温ガス冷却装置、高温ガス化炉及び高温ガス冷却方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の高温ガス冷却装置は、例えば図１に示すように、飛灰及び／又は溶融スラグを含有する高温ガス４０を導入する導入口３１と、導入口３１から導入された前記飛灰及び／又は溶融スラグを捕捉し、高温ガス４０を冷却する液体領域部と、高温ガス４０を液体領域部の液体界面方向若しくは液体界面に対して上方向に排出する排出口３６とを備えている。ここで、飛灰及び／又は溶融スラグとは、飛灰と溶融スラグの少なくとも一方を含む場合と、飛灰と溶融スラグの双方を含む場合とがある。
【００１０】
このように構成された装置において、液体領域部は貯留水により導入口３１から導入された飛灰及び／又は溶融スラグを捕捉し、また導入口３１から導入された高温ガス４０を冷却する。排出口３６は液体領域部に流れてくる高温ガス４０を液体領域部の液体界面方向若しくは液体界面に対して上方向に排出させる構造としているので、排出された高温ガス４０から熱回収する場合や、高温ガス４０を外部のプロセスの原料として用いる場合に、排出方向を適宜に採択できる。
【００１１】
好ましくは、例えば図１に示すように、前記液体領域部は、導入口３１から流入した前記飛灰及び／又は溶融スラグを捕捉し、冷却する貯留水を貯える水冷室（例えば飛灰水冷室３３）とする良い。飛灰水冷室３３は、多量の貯留水を貯えることができるので、多量の飛灰及び／又は溶融スラグを捕捉し、冷却するのが容易に行える。
【００１２】
好ましくは、例えば図１に示すように、飛灰水冷室３３に流れてくる高温ガス４０を、前記貯留水の水面に沿って移動させる連絡部３４と、高温ガス４０が連絡部３４に流入する位置に設けられ、高温ガス４０の流れ方向を連絡部３４方向に急変させると共に、表面が液体で濡れている覆液部（例えば、濡れ壁邪魔板部３５）とを更に備え、連絡部３４を通過してきた高温ガス４０を前記貯留水の水面方向若しくは水面に対して上方向に排出する排出口３６とを有する構成とする。
【００１３】
このように構成された装置において、連絡部３４と濡れ壁邪魔板部３５が協働して、高温ガス４０の流れ方向を導入口３１方向から連絡部３４方向に急変させることで、高温ガス４０に含まれる大粒径の飛灰及び／又は溶融スラグを貯留水に捕捉させる。濡れ壁邪魔板部３５は表面が液体で濡れているので、連絡部３４付近の高温ガス４０に含まれる飛灰及び／又は溶融スラグが有効に捕捉される。
【００１４】
好ましくは、例えば図５に示すように、連絡部３４が排出口３６の機能をも有し、連絡部３４の入口に位置する壁面に濡れ壁邪魔板部３５を備える構造とすると、高温ガス冷却装置３０の設置面積が少なくて済み、例えば隣に熱回収プラントを併設する場合に、プラント配置が容易に行える。
【００１５】
好ましくは、例えば図６、図７又は図８に示すように、連絡部３４が排出口３６の機能も備える飛灰水冷室３３であって、連絡部３４の接続部近傍に設けられた壁面、若しくは排出口３６に接続された排出管が覆液構造（或いは、濡れ壁構造）であり、覆液構造より溢流した液滴が落下して、連絡部３４に流入する高温ガス４０に接触する構造とすると、飛灰水冷室３３にて捕捉されなかった高温ガス４０に含まれる中小粒径の飛灰及び／又は溶融スラグが、排出口３６の接続部に設けられた壁面、若しくは排出口３６に接続された排出管の覆液構造によって捕捉される。
【００１６】
好ましくは、例えば図１に示すように、導入口３１から流入した高温ガス４０に含有される飛灰及び／又は溶融スラグを捕捉し、冷却する貯留水が、連絡部３４の底部にも貯えられている構造とすると、導入口３１の直下付近に位置する貯留水により大粒径の飛灰及び／又は溶融スラグが捕捉され、連絡部３４の底部付近に位置する貯留水により中小粒径の飛灰及び／又は溶融スラグが捕捉され、飛灰及び／又は溶融スラグの全粒径範囲での捕捉が効率良く行える。
【００１７】
好ましくは、例えば図１又は図８に示すように、さらに連絡部３４と排出口３６の間であって、高温ガス４０が通過する位置に、液滴を噴霧させる噴霧器３７又は落下させる排出口濡れ壁３８Ｇを有する構造とすると、排出ガスの温度を低下させたり、ガス中の蒸気分圧を高めることができる。好ましくは、噴霧器３７より液滴を噴霧させている場合に、さらに液滴量又は／及び液滴径により高温ガス４０の性状を制御する排ガス性状制御手段を備える構造とすると、排出された高温ガス４０から熱回収する場合や、高温ガス４０を外部のプロセスの原料として用いる場合等の用途に合せたガス性状を得ることが出来る。
【００１８】
好ましくは、例えば図１に示すように、導入口３１の壁面にジャケット構造を有し、且つ飛灰水冷室３３の壁面に覆液構造を有する構造とすると、導入口３１の壁面や飛灰水冷室３３の壁面に飛灰及び／又は溶融スラグが固着することが防止できる。もし、導入口３１の壁面や飛灰水冷室３３の壁面に飛灰及び／又は溶融スラグが固着すると、導入口３１や飛灰水冷室３３の高温ガス４０流路形状が変化して、設計時に意図した飛灰及び／又は溶融スラグの除去効率や熱回収効率が得られなくなったり、固着スラグの上に次々とスラグが固着して成長することにより、炉が閉塞状態となる。
【００１９】
好ましくは、例えば図６、図７又は図８に示すように、さらに請求項１に記載の覆液構造より溢流した液滴の落下量により高温ガス４０の温度、湿度等の性状を制御する排ガス性状制御手段（５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ）を備える構造とするとよい。
【００２０】
好ましくは、例えば図４に示すように、濡れ壁邪魔板部３５と飛灰水冷室３３の貯留水水面との距離を変化させて、高温ガス４０の性状を制御する排ガス性状制御手段５０Ａを備える構造とすると、排出された高温ガス４０から熱回収する場合や、高温ガス４０を外部のプロセスの原料として用いる場合等の用途に合せたガス性状を得ることが出来る。
【００２１】
好ましくは、例えば図９に示すように、前記液体領域部は、導入口３１から排出口３６に至る前記高温ガス４０の流路に形成された、表面が液体で濡れている濡れ壁（６８Ａ、６８Ｂ、６８Ｃ）とするとよい。濡れ壁は高温ガス冷却装置の壁面の表面を液体で濡れた状態にすれば良いので、貯留水を貯える飛灰水冷室に比較して設置できる場所の自由度が高く、柔軟な配置が可能である。
【００２２】
上記目的を達成する本発明の高温ガス冷却装置は、例えば図１に示すように、飛灰及び／又は溶融スラグを含有する高温ガス４０を導入する導入口３１と、導入口３１から導入された前記飛灰及び／又は溶融スラグを捕捉し、高温ガス４０を冷却する水冷室（例えば飛灰水冷室３３）と、水冷室に流れてくる高温ガス４０を、前記貯留水の水面に沿って移動させる連絡部３４と、高温ガス４０が連絡部３４に流入する位置に設けられ、高温ガス４０の流れ方向を連絡部３４方向に急変させると共に、表面が液体で濡れている覆液部（例えば、濡れ壁邪魔板部３５）と、連絡部３４を通過してきた高温ガス４０を前記貯留水の水面方向若しくは水面に対して上方向に排出する排出口３６とを備えている。
【００２３】
上記目的を達成する本発明の高温ガス化炉は、例えば図１に示すように、燃料を投入する燃料投入部２５と、酸素を含有するガスを投入する酸化剤投入部２６と、燃料の一部又は全量を燃焼させるガス化部２４と、燃料に含有される飛灰と、当該飛灰から生成される溶融スラグとを含有する高温ガス４０を流入させる導入口３１と、導入口３１から流入した前記飛灰及び／又は溶融スラグを捕捉し、冷却する液体領域部と、液体領域部に流れてくる高温ガス４０を液体領域部の液体界面方向若しくは液体界面に対して上方向に排出する排出口３６とを備えている。
【００２４】
このように構成された装置においては、高温ガス化炉として燃料投入部２５、酸化剤投入部２６、ガス化部２４、並びにガス化ガスを処理する請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の高温ガス冷却装置３０を備えている。そこで、燃料として重油、灯油、天然ガス等に加え、ダストや溶融スラグを発生する石炭、微粉炭を燃焼或いはガス化する場合や、不純物の多い各種廃棄物、バイオマス、汚泥などの有効利用されていない低級燃料の燃焼やガス化の場合でも、発生ガスに含まれる飛灰及び／又は溶融スラグが高温ガス冷却装置３０によって有効に除去されて、後段機器へのダスト負荷が低減される。これにより、ダスト付着による後段機器の熱回収率低下などのトラブルが回避できると共に、ガス洗浄プロセスが容易になることで大気汚染防止に役立つ。さらに、高温ガスの飛灰及び／又は溶融スラグ除去処理に付随するガス温度低下が少なくて済むので、高温ガス顕熱の有効利用にも役立つ。
【００２５】
上記目的を達成する本発明の高温ガス冷却方法は、例えば図１、図１０、図１１に示すように、高温ガス４０中に含有される飛灰及び／又は溶融スラグを液体領域部（例えば飛灰水冷室３３、スラグ水封水６４、飛灰水冷室８３）にて捕捉すると共に、高温ガス４０を冷却する工程と、前記冷却された高温ガス４０を、前記液体領域部の液体界面方向若しくは液体界面に対して上方向に排出する工程とを有している。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号又は類似符号を付し、重複した説明は省略する。図１は本発明の一実施の形態を説明する構成図で、高温ガス化炉と高温ガス冷却装置の結合プラントを示している。
【００２７】
高温ガス化炉２０は、水管壁２１、断熱材２２、耐火材２３、ガス化部としてのガス化室２４、炉頂に設けられた燃料投入部２５、酸化剤投入部２６、炉底に設けられたスラグ落ち口２７を備えている。ガス化室２４は９００℃〜１６００℃の高温になるから、炉壁を保護するために水管壁２１、断熱材２２、耐火レンガのような耐火材２３が積層されている。炉の大きさや使用目的によっては、水管壁２１と耐火材２３のみ、或いは断熱材２２と耐火材２３のみの組合せも用いられる。燃料投入部２５には一般廃棄物や産業廃棄物、建設廃材、ＲＤＦ、汚泥のような燃やすと飛灰を大量に発生する燃料や、石炭、重油、天然ガスなどの化石燃料、廃プラスチックのような高カロリー燃料、並びにこれら燃料をガス化して得た燃料ガスが供給される。酸化剤投入部２６には、酸素、空気、並びにガス化ガスのガス成分を調整する為の水蒸気等が供給される。スラグ落ち口２７は、飛灰が溶融して生成した溶融スラグ２８が、ガス化室２４から高温ガス冷却装置３０に向けて落下する開口部である。
【００２８】
高温ガス冷却装置３０は、導入口３１、水冷ジャケット３２、飛灰水冷室３３、連絡部３４、濡れ壁邪魔板部３５、排出口３６、噴霧器３７、濡れ壁３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃを備えている。導入口３１は、ここではスラグ落ち口２７の飛灰水冷室３３側への開口部が該当している。水冷ジャケット３２は、自然循環水ＲＷの供給を受け、帰還循環水ＲＷＲとして排水することにより壁面を水冷するものである。なお、水冷ジャケット３２の冷却能力は、スラグ落ち口２７が過度に冷却されて、溶融スラグ２８の固化によりスラグ落ち口２７が閉塞するのを防止する為、適切な範囲に設定する。
【００２９】
飛灰水冷室３３は高温ガス冷却装置３０の底部に設けられた貯留水を貯える室で、ここでは導入口３１側と排出口３６側とを共通の室とする一室構造になっている。飛灰水冷室３３の底部には、水砕スラグを排出する水砕スラグ排出口３３Ａが設けられている。連絡部３４は、飛灰水冷室３３に流入した高温ガス４０を貯留水の水面３３Ｂに沿って移動させて、排出口３６側に導くガス通路である。濡れ壁邪魔板部３５は、水冷ジャケット３２の連絡部３４側の下側に設けられたもので、飛灰水冷室３３側の表面が水で濡れた濡れ壁３８Ｂを有すると共に、高温ガス４０の流通する連絡部３４の天井側を規制する邪魔板としても機能する。
【００３０】
排出口３６は、連絡部３４を通過してきた高温ガス４０を貯留水の水面３３Ｂ上側に排出させる開口部である。噴霧器３７は、排出口３６付近に設けられた冷却水の噴霧器で、排出される高温ガス４０の性状、例えば温度を３００℃〜９００℃の範囲で調整したり、或いは排出される高温ガス４０を原料として利用する下流側プロセスの仕様に適合するように、水分の含有率を調整するのに用いる。濡れ壁３８Ａは高温ガス冷却装置３０の導入口３１側壁面を水で濡れた状態に保持する。濡れ壁３８Ｃは高温ガス冷却装置３０の排出口３６側壁面の表面を水で濡れた状態に保持する。
【００３１】
このように構成された装置の動作を説明する。高温ガス化炉２０は、飛灰を大量に発生する燃料や、これら燃料をガス化して得た飛灰を多量に含む燃料ガスを燃焼させるのに特に適する構造となっている。高温ガス冷却装置３０の導入口３１には、燃料や燃料ガスから生成された高温ガスが供給される。高温ガスの温度は、ガス化室２４内部では例えば１３００℃以上に到達しているので、飛灰が溶融して溶融スラグが生成する。溶融スラグのうち、ガス化室２４の壁面に捕捉された溶融スラグ２８は、ガス化室２４の壁面からスラグ落ち口２７に流下し、さらにスラグ落ち口２７から飛灰水冷室３３の貯留水に落下して、水砕スラグとして固体化される。なお、高温ガスの温度が非常に高い場合、例えば１６００℃以上の場合には実質的にほとんどが溶融スラグとなる。高温ガスの温度が中間的な場合、例えば１０００℃から１６００℃の間では飛灰と溶融スラグの双方が含まれる。高温ガスの温度が比較的低い場合、例えば９００℃から１０００℃の間では、飛灰が多くなる。
【００３２】
飛灰や溶融スラグを同伴する高温ガス４０は、導入口３１から連絡部３４を経て排出口３６に排出される。この高温ガス４０の流れの経路は、導入口３１から飛灰水冷室３３の貯留水水面３３Ｂへの重力方向への流れと、貯留水水面３３Ｂに沿って連絡部３４に移動する水平方向の流れにて構成される。濡れ壁邪魔板部３５により連絡部３４の入口が狭くなっている為、高温ガス４０の重力方向の流れと水平方向の流れの境界領域では、流れの方向が急変している。そこで、高温ガス４０に同伴される飛灰や溶融スラグのうち、大粒径のものは慣性が大きいため、高温ガス４０の重力方向への流れにより飛灰水冷室３３の貯留水に捕捉される。
【００３３】
他方、中小粒径のものは慣性が小さいため、高温ガス４０の水平方向の流れに沿って連絡部３４の入口へ移動する。しかし、中小粒径の飛灰や溶融スラグにも重力が作用しているから、連絡部３４から排出口３６への流れの途中で飛灰水冷室３３の貯留水に捕捉される。また、中小粒径の飛灰や溶融スラグのうち、排出口３６まで到達したものは、噴霧器３７の噴霧する液滴により凝集して粒径が大型化し、重力の作用で飛灰水冷室３３の貯留水に落下する。
【００３４】
高温ガス４０に同伴される飛灰や溶融スラグを捕捉する機能を有する構成要素として、濡れ壁３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃがある。濡れ壁３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃの表面は水で濡れているので、飛灰や溶融スラグが捕捉されやすくなっている。そして、捕捉された飛灰や溶融スラグは水と共に流下して、飛灰水冷室３３の貯留水に落下する。さらに、濡れ壁３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃには、スラグ付着を防止して缶体を保護すると共に、排出口３６に熱交換器のような顕熱回収部を設けている場合には、噴霧器３７との協働によるガス洗浄効果により伝熱管へのダスト堆積によって促進される溶融塩腐食を低減できる。
【００３５】
図２は本発明の第２の実施の形態を説明する構成図で、（Ａ）は高温ガス冷却装置単体、（Ｂ）は飛灰水冷室の要部を示している。ここでは、飛灰水冷室３３は隔壁３３Ｅによって、導入口側室３３Ｃと排出口側室３３Ｄとを区画する二室構造になっている。高温ガス４０に同伴される飛灰や溶融スラグは、大粒径のものが導入口側室３３Ｃの貯留水に捕捉され、中小大粒径のものが排出口側室３３Ｄの貯留水に捕捉されるので、水砕スラグの粒径分類を行うことが出来る。また、濡れ壁邪魔板部３５から落下する飛灰を捕捉した水は、大粒径のスラグを含むので、導入口側室３３Ｃに落下するように隔壁３３Ｅの位置を選定してある。
【００３６】
また、排出口側室３３Ｄの水位は、導入口側室３３Ｃの水位よりも高くなっている為、隔壁３３Ｅの導入口側室３３Ｃの上端部が濡れ壁３８Ｄとして作用する。即ち、濡れ壁３８Ｄでは排出口側室３３Ｄの貯留水が越流して導入口側室３３Ｃに流下しているので、この越流水に高温ガス４０に同伴される飛灰や溶融スラグを捕捉する機能がある。
【００３７】
図３は本発明の第３の実施の形態を説明する構成図である。第２の実施の形態と比較すると、排出口側室３３Ｄの水位が導入口側室３３Ｃの水位よりも低くなっている点で相違する。例えば、高温ガス４０に同伴される飛灰や溶融スラグは、大部分が大粒径であって、導入口側室３３Ｃで大部分が捕捉され、排出口側室３３Ｄで捕捉される中小粒径の割合が低い場合がある。このような場合には、排出口側室３３Ｄの水位を下げたり、極端な場合には排出口側室３３Ｄの貯留水を空にして、排出口３６から成るべく高温の排出ガスが排出されるように操業してもよい。
【００３８】
図４は本発明の第４の実施の形態を説明する構成図である。ここでは、排出口３６のガス温度を測定する温度計Ｔ、排ガス性状制御手段５０Ａ、並びに飛灰水冷室３３の貯留水水位計Ｈを有している。温度計Ｔには放射温度計や熱伝対を用い、貯留水水位計Ｈには圧力式や超音波式を用いるとよい。排ガス性状制御手段５０Ａは、ＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）のようなＰＩＤ制御機能を有する調節計を用いると良い。排ガス性状制御手段５０Ａは、温度計Ｔで測定した排ガス温度が所定値になるように、飛灰水冷室３３に給水するポンプＰや、濡れ壁邪魔板部３５に給水するポンプＰや管路の途中に設けられたバルブに給水量制御信号を送り、水位計Ｈの測定値が目標値になるように制御している。
【００３９】
飛灰水冷室３３の貯留水水位を制御することで、濡れ壁邪魔板部３５と貯留水水面３３Ｂとのクリアランスが制御され、実質的に連絡部３４の形状を最適に保持することができる。濡れ壁邪魔板部３５と貯留水水面３３Ｂとのクリアランスは、狭すぎると連絡部３４を通過する高温ガス４０が偏流して飛灰や溶融スラグを同伴してしまい、広すぎると高温ガス４０の流れを急変させる効果が薄くなって、貯留水水面３３Ｂに捕捉される大粒径スラグの割合が低下する性質がある。
【００４０】
図５は本発明の第５の実施の形態を説明する構成図で、顕熱回収型の高温ガス冷却装置に適合するものである。飛灰水冷室３３は、導入口３１側の一室構造になっている。連絡部３４の入口に位置する壁面に濡れ壁邪魔板部３５を備えている。連絡部３４の出口側が排出口３６の機能も有し、排出口３６は連絡部３４を通過してきた高温ガス４０を貯留水の水面方向に排出させる構造としている。排出口３６は貯留水の水面方向を向いている構造なので、後段に顕熱回収施設を接続する顕熱回収型の高温ガス冷却装置に適合する。
【００４１】
図６は本発明の第６の実施の形態を説明する構成図で、第５の実施の形態と比較すると、濡れ壁邪魔板部３５に代えて濡れ壁３８Ｅ並びに排ガス性状制御手段５０Ｂが設けられている。濡れ壁３８Ｅは、連絡部３４のガス流入側の接続部近傍に設けられた壁面表面を水で濡れた状態にするもので、濡れ壁３８Ｅより溢流した液滴が落下して、連絡部３４に流入する高温ガス４０に接触する構造としている。排ガス性状制御手段５０Ｂは、温度計Ｔで測定した排ガス温度が所定値になるように、濡れ壁３８Ｅに給水するポンプＰや管路の途中に設けられたバルブに給水量制御信号を送り、液滴落下量が目標値になるように制御している。
【００４２】
図７は本発明の第７の実施の形態を説明する構成図で、第５の実施の形態と比較すると、濡れ壁邪魔板部３５に代えて二重管式濡れ壁３８Ｆ並びに排ガス性状制御手段５０Ｃが設けられている。二重管式濡れ壁３８Ｆは、連絡部３４並びに排出口３６を二重管で構成すると共に、二重管のガス流入側の端部表面が水で濡れた状態にするものである。二重管式濡れ壁３８Ｆの、ガス流入側端部より溢流した液滴が落下して、連絡部３４に流入する高温ガス４０に接触する構造としている。排ガス性状制御手段５０Ｃは、温度計Ｔで測定した排ガス温度が所定値になるように、二重管式濡れ壁３８Ｆに給水するポンプＰや管路の途中に設けられたバルブに給水量制御信号を送り、液滴落下量が目標値になるように制御している。
【００４３】
図８は本発明の第８の実施の形態を説明する構成図で、第５の実施の形態と比較すると、排出口濡れ壁３８Ｇ並びに排ガス性状制御手段５０Ｄが設けられている。排出口３６は、連絡部３４を通過してきた高温ガス４０を貯留水の水面３３Ｂ上側に排出させる開口部で、内壁に排出口濡れ壁３８Ｇが設けてある。排出口濡れ壁３８Ｇより溢流した液滴が落下して、排出口３６から排出される高温ガス４０に接触する構造としている。排ガス性状制御手段５０Ｄは、温度計Ｔで測定した排ガス温度が所定値になるように、排出口濡れ壁３８Ｇや濡れ壁邪魔板部３５に給水するポンプＰや管路の途中に設けられたバルブに給水量制御信号を送り、液滴落下量が目標値になるように制御している。
【００４４】
また、上記第２乃至第８の実施の形態においては、さらに第１の実施の形態で示した噴霧器を併設してもよい。噴霧器によるガス冷却効果は、濡れ壁や飛灰水冷室３３の貯留水に比較して高く、排出口３６でのガス温度制御が充分可能となる。噴霧器によるガス冷却効果が高い理由は、高温ガスとの接触効率が良いためであるが、接触効率は噴霧量だけでなく、噴霧器から噴霧される液滴の大きさにも依存し、液滴が細かいほど接触効率は上昇する。そこで、排ガス性状制御手段５０により噴霧器３７を制御する場合は、噴霧量制御と液滴径最適化制御とを併用するとよい。液滴径を最適化するには、スプレーノズルを使用したり、蒸気によって水を散らして飛ばすような、２流体ノズルを使用するとよい。さらに、噴霧器と濡れ壁の相乗効果により、ガス洗浄効果が高まることで、後段へ飛散する付着性腐食促進物質を含む溶融飛灰量が減少し、顕熱回収装置で問題となっている溶融塩腐食環境を改善することができる。
【００４５】
また濡れ壁へ供給する液体や噴霧する液体にアルカリ性液体を用いると、高温ガスに塩素のような酸性腐食ガス成分が含まれていても、化学反応により害悪を及ぼす成分を除去できる。また、アミンのように特定のガスを選択的に吸収する液体を使用すれば、高温ガスから特定のガス成分を除去あるいは減少させてガス成分を調整することもできる。液体にメタノールのようなアルコール類を用いても良い。この場合、蒸発潜熱による冷却に加えて、アルコールが吸熱分解されることにより冷却効果が促進されると共に、吸熱分解により発生する熱分解ガスにより高温ガスの成分補完、例えば水素濃度上昇などの効果を得ることができる。
【００４６】
次に、高温ガス化炉がトラフ型の場合に好適な高温ガス冷却装置について説明する。ここでトラフ型高温ガス化炉とは、高温ガス化炉としてのガス化溶融炉において、スラグ落ち口の下側に傾斜している濡れ壁を設け、スラグ落ち口から落下してくるスラグを流水で冷やして水封する形式の高温ガス化炉をいう。トラフ型高温ガス化炉では、水封されたスラグを排出コンベヤで連続排出するので、炉内のスラグ処理が容易であると共に、高温ガス化炉からの輻射熱の影響によるスラグ水封水の蒸発量が少なくて済むという利点がある。
【００４７】
図９は本発明の第９の実施の形態を説明する構成図で、トラフ型高温ガス化炉に好適な高温ガス冷却装置を示しており、（Ａ）はスラグ水封水のある型、（Ｂ）はスラグ水封水と濡れ壁邪魔板を併設してある型、（Ｃ）は高温ガス冷却装置にスラグ水封水を内在させない型、（Ｄ）は高温ガス冷却装置にスラグ水封水を内在させないが、濡れ壁邪魔板を設ける型を示している。図において、高温ガス化炉２０には燃料２５と空気や酸素などの酸化剤２６が供給されて、ガス化反応が進行し、スラグ落ち口２７から高温ガス４０と溶融スラグが高温ガス冷却装置６０に送られる。
【００４８】
図９（Ａ）に示すように、高温ガス冷却装置６０は、スラグ落ち口２７側に設けられたジャケット６１、傾斜壁６２、スラグ排出口６３、ガス排出口６６並びに後壁６９を備えている。高温ガス冷却装置６０と高温ガス化炉２０とが密接な構造をしているため、導入口には実質的に高温ガス化炉２０のスラグ落ち口２７が対応している。スラグ水封水６４は、飛灰水冷室としての傾斜壁６２と後壁６９のスラグ排出口６３側の領域を水で満たすもので、水砕スラグを生成する。濡れ壁６８は表面が水で濡れている壁面で、濡れ壁６８Ａはジャケット６１が濡れ壁用の給水設備を有する場合に存在し、濡れ壁６８Ｂは傾斜壁６２の頂部に濡れ壁用の給水設備を有する場合に存在し、濡れ壁６８Ｃは後壁６９に濡れ壁用の給水設備を有する場合に存在する。
【００４９】
このように構成された装置においては、溶融スラグが濡れ壁６８Ａ、Ｂ、Ｃによって捕捉され、捕捉された水砕スラグがスラグ水封水６４に流下して、スラグ排出口６３より排出される。高温ガス４０は濡れ壁６８Ａ、Ｂ、Ｃやスラグ水封水６４にて大粒径の溶融スラグが除去されて、ガス排出口６６より排出される。
【００５０】
図９（Ｂ）に示すように、高温ガス冷却装置６０において、濡れ壁邪魔板部６５をジャケット６１のガス排出口６６側の壁面であって、スラグ水封水６４側に伸延する構造としてもよい。濡れ壁６８Ｄが、濡れ壁邪魔板部６５の高温ガス４０流入側に形成されている。このように、濡れ壁邪魔板部６５を高温ガス４０の流路の途中に設けると、大粒径の溶融スラグばかりでなく、中小粒径の溶融スラグについても高温ガス４０の気流による慣性が有効に作用して、貯留水としてのスラグ水封水６４に捕捉される割合が高まる。また、濡れ壁６８Ｄにより捕捉される中小粒径の溶融スラグが増える。
【００５１】
図９（Ｃ）に示すように、高温ガス冷却装置６０として、スラグ水封水６４の水位がスラグ排出口６３に達しない形式も存在している。この場合には、常圧式の高温ガス冷却装置６０では、スラグ排出口６３の下側にスラグ水封水を有する機器が接続されており、濡れ壁６８Ａ、Ｂ、Ｃにて捕捉された水砕スラグを水封する。また加圧式の高温ガス冷却装置６０では、ロックホッパ等を利用するとよい。
【００５２】
このように構成された装置においては、濡れ壁６８Ａ、Ｂ、Ｃに存在する流水が、貯留水としての機能を発揮する。スラグ水封水６４の水位がスラグ排出口６３に達しない為、図９（Ａ）に示す高温ガス冷却装置６０に比較して濡れ壁６８Ａ、Ｂ、Ｃからの蒸発量が多くなるから、濡れ壁６８Ａ、Ｂ、Ｃに給水する水量を増して、貯留水としての機能を発揮させるのが良い。
【００５３】
図９（Ｄ）に示すように、高温ガス冷却装置６０として、スラグ水封水６４の水位がスラグ排出口６３に達しない形式であって、濡れ壁邪魔板部６５をジャケット６１のガス排出口６６側の壁面であって、スラグ水封水６４側に伸延する構造としてもよい。濡れ壁６８Ｄが、濡れ壁邪魔板部６５の高温ガス４０流入側に形成されている。この場合の効果は、図９（Ｂ）、（Ｃ）で記載した効果を合わせたものとなる。
【００５４】
図１０は本発明の第１０の実施の形態を説明する構成図で、図９に示す各形式の高温ガス冷却装置に噴霧器６７を付設する形式を示している。高温ガス冷却装置として、図１０（Ａ）はスラグ水封水のある型、（Ｂ）はスラグ水封水と濡れ壁邪魔板を併設してある型、（Ｃ）は高温ガス冷却装置にスラグ水封水を内在させない型、（Ｄ）は高温ガス冷却装置にスラグ水封水を内在させないが、濡れ壁邪魔板を設ける型を示している。噴霧器６７は、ガス排出口６６のスラグ排出口６３側に設けられたもので、水、液体、並びに必要に応じて蒸気を供給して、高温ガスに含まれる中小粒径の溶融スラグを捕捉している。
【００５５】
次に、高温ガス化炉のガス化ガスの温度が１３００℃以下、特に１０００℃以下の場合に好適な高温ガス冷却装置について説明する。ここでの高温ガス冷却装置は、ガス化ガスの温度が１３００℃以下、特に１０００℃以下の高温ガス化炉に適用可能なもので、特段のスラグ落ち口が設けられていない点に特徴がある。ガス化ガスの温度が１０００℃以下であるため、ガス化ガスに存在する飛灰及び／又はスラグが溶融しないという性質がある。
【００５６】
図１１は本発明の第１１の実施の形態を説明する構成図で、横置き型高温ガス化炉に好適な高温ガス冷却装置を示しており、（Ａ）はスラグ水封水のある型、（Ｂ）はスラグ水封水と濡れ壁邪魔板を併設してある型を示している。横置き型高温ガス化炉７０は、燃料７５と空気や酸素などの酸化剤７６が供給されて、ガス化反応が進行し、高温ガス冷却装置８０に送られる。
【００５７】
図１１（Ａ）に示すように、高温ガス冷却装置８０は、ジャケット８１、飛灰水冷室８３、後壁８４並びにガス排出口８６を備えている。高温ガス冷却装置８０と横置き型高温ガス化炉７０とが密接な構造をしているため、導入口には実質的にジャケット８１と横置き型高温ガス化炉７０との結合部が対応している。給水壁８２は、高温ガス冷却装置８０の高温ガス化炉７０と接続された天井に設けられたもので、濡れ壁８８Ａを生成する。濡れ壁８８Ｂは後壁８４の頂部に濡れ壁用の給水設備を有する場合に存在する。
【００５８】
このように構成された装置においては、飛灰水冷室８３に濡れ壁８８Ａ、８８Ｂから供給される流水が流れ込む。横置き型高温ガス化炉７０から高温ガス冷却装置８０に流入する高温ガス４０は、濡れ壁８８Ｂにて流れの方向をガス排出口８６側に急変させている。そこで、濡れ壁８８Ｂの流水が貯留水としての機能を発揮する。また濡れ壁８８Ａにも溶融しない飛灰（ドライアッシュ）及び／又はスラグが捕捉される。濡れ壁８８Ａ、８８Ｂにてドライアッシュ及び／又はスラグを捕捉した水封水は、飛灰水冷室８３に流れ込む。
【００５９】
図１１（Ｂ）に示すように、高温ガス冷却装置８０として、ジャケット８１が高温ガス冷却装置８０の高温ガス化炉７０と接続された底部並びに天井に設けられている形式もある。濡れ壁邪魔板部８５は、天井側のジャケット８１のガス排出口８６側に設けられており、飛灰水冷室８３に伸延する構造となっている。濡れ壁８８Ｃが、濡れ壁邪魔板部８５の高温ガス４０流入側に形成されている。このように、濡れ壁邪魔板部８５を高温ガス４０の流路の途中に設けると、大粒径のドライアッシュ及び／又はスラグばかりでなく、中小粒径のドライアッシュ及び／又はスラグについても高温ガス４０の気流による慣性が有効に作用して、貯留水としての飛灰水冷室８３に捕捉される割合が高まる。また、濡れ壁８８Ｃにより捕捉される中小粒径のドライアッシュ及び／又はスラグが増える。
【００６０】
図１２は本発明の第１２の実施の形態を説明する構成図で、図１１に示す各形式の高温ガス冷却装置に噴霧器８７を付設する形式を示している。高温ガス冷却装置として、図１２（Ａ）はスラグ水封水のある型、（Ｂ）はスラグ水封水と濡れ壁邪魔板を併設してある型を示している。噴霧器８７は、ガス排出口８６の飛灰水冷室８３と対向する側に設けられたもので、水、液体、並びに必要に応じて蒸気を供給して、高温ガスに含まれる中小粒径のドライアッシュ及び／又はスラグを捕捉している。
【００６１】
なお、上記の実施の形態においては一般廃棄物等を部分酸化するガス化炉を例に説明したが、本発明はガス化炉に限定されるものではなく、一般廃棄物等を完全燃焼させる燃焼炉に適用しても良い。高温ガスとしては、ガス化ガスでもよく、また燃焼排ガスでも良く、さらに加圧されていても、また常圧でもよい。また、高温ガス化炉は縦置き型でも横置き型でもよい。
【００６２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の高温ガス冷却装置によれば、導入口から導入された飛灰及び／又は溶融スラグを捕捉し、冷却する液体領域部を設けているので、高温ガスに含まれる飛灰及び／又は溶融スラグが有効に捕捉される。また、排出口は高温ガスを液体領域部の液体界面方向若しくは液体界面に対して上方向に排出させる構造としているので、排出された高温ガスから熱回収する場合や、高温ガスを外部のプロセスの原料として用いる場合に、排出方向を適宜に採択できる。
【００６３】
また、本発明の高温ガス冷却装置によれば、水冷室に流れてくる高温ガスを、貯留水の水面に沿って移動させる連絡部と、前記高温ガスが前記連絡部に流入する位置に設けられ、前記高温ガスの流れ方向を連絡部方向に急変させると共に、表面が液体で濡れている覆液部とをさらに備える構造としているので、連絡部と覆液部が協働して、高温ガスの流れ方向を導入口方向から連絡部方向に急変させることで、高温ガスに含まれる大粒径の飛灰及び／又は溶融スラグを水冷室の貯留水に捕捉させることができる。また、覆液部は表面が液体で濡れているので、連絡部付近の高温ガスに含まれる飛灰及び／又は溶融スラグが有効に捕捉される。
【００６４】
本発明の高温ガス化炉によれば、燃料投入部、酸化剤投入部、ガス化部、並びにガス化ガスを処理する請求項１〜請求項１０に記載の高温ガス冷却装置を備えている構造としているので、燃料として重油、灯油、天然ガス等に加え、ダストや溶融スラグの発生する石炭、微粉炭を燃焼あるいはガス化する場合や、不純物の多い各種廃棄物、バイオマス、汚泥などの有効利用されていない低級燃料の燃焼やガス化の場合でも、発生ガスに含まれる飛灰及び／又は溶融スラグが高温ガス冷却装置によって有効に除去されて、後段機器へのダスト負荷が低減される。これにより、ダスト付着による後段機器の熱回収率低下などのトラブルが回避できると共に、ガス洗浄プロセスが容易になることで大気汚染防止に役立つ。さらに、高温ガスの飛灰及び／又は溶融スラグ除去処理に付随するガス温度低下が少なくて済むので、高温ガス潜熱の有効利用にも役立つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態を説明する構成図で、高温ガス化炉と高温ガス冷却装置の結合プラントを示している。
【図２】 本発明の第２の実施の形態を説明する構成図である。
【図３】 本発明の第３の実施の形態を説明する構成図である。
【図４】 本発明の第４の実施の形態を説明する構成図である。
【図５】 本発明の第５の実施の形態を説明する構成図で、顕熱回収型の高温ガス冷却装置に適合するものである。
【図６】 本発明の第６の実施の形態を説明する構成図である。
【図７】 本発明の第７の実施の形態を説明する構成図である。
【図８】 本発明の第８の実施の形態を説明する構成図である。
【図９】 本発明の第９の実施の形態を説明する構成図で、トラフ型高温ガス化炉に好適な高温ガス冷却装置を示している。
【図１０】 本発明の第１０の実施の形態を説明する構成図である。
【図１１】 本発明の第１１の実施の形態を説明する構成図で、横置き型高温ガス化炉に好適な高温ガス冷却装置を示している。
【図１２】 本発明の第１２の実施の形態を説明する構成図である。
【図１３】 直接接触冷却型の高温ガス冷却装置の構成図である。
【図１４】 顕熱回収型の高温ガス冷却装置の構成図である。
【符号の説明】
２０、７０ 高温ガス化炉
３０、６０、８０ 高温ガス冷却装置
３１ 導入口
３３、８３ 飛灰水冷室
３４ 連絡部
３５、６５、８５ 濡れ壁邪魔板部
４０ 高温ガス
５０ 排出ガス性状制御手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般廃棄物や産業廃棄物、ＲＤＦ（Reduced Derive Fuel:廃棄物固形化燃料)、石炭、バイオマス等、部分酸化または完全燃焼により飛灰や溶融スラグを含有する燃焼排ガスまたは可燃成分を含むガスを生成する燃焼炉又はガス化炉に用いて好適な高温ガス冷却装置及び高温ガス冷却方法に関し、特に部分酸化または完全燃焼により発生する高温ガスから飛灰や溶融スラグを除去して大気汚染防止を行うと共に、高温ガスからのエネルギ回収効率を高める改良に関する。また本発明は、一般廃棄物や産業廃棄物、ＲＤＦ、バイオマス等の低級資源や、石炭等の化石燃料から、付加価値の高いエネルギー資源或いは化学原料を生成する高温ガス化炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガス化炉では生成ガスの下流側での利用の観点から煤塵の処理が大切である。また、燃焼炉においては、大気汚染防止の観点から燃焼排ガスの煤塵の処理が大切である。特に、ガス化炉が飛灰や溶融スラグを多量に含有するガス化ガスを生成したり、燃焼炉が飛灰や溶融スラグを多量に含有する燃焼排ガスを排出する場合は大事になる。図１３は直接接触冷却型の高温ガス冷却装置の構成図である。ガス化炉本体１は周囲が耐熱レンガ２で囲われたガス化室３を備えており、ガス化室３の下側にはスラグ水冷室４が設けられている。スラリータンク５は、微粉炭と水を混合するもので、混合物が燃料としてバーナー６に供給される。バーナー６はガス化室３の上方に設けられたもので、スラリータンク５から供給された微粉炭を酸素と燃焼反応させる。冷却水は、バーナー６で発生する高温から耐熱レンガ２を保護するために供給される。ガス化室３で反応した高温ガスは、スラグ水冷室４にてスラグ冷却水に飛灰や溶融スラグが捕捉されると共に冷却されて、粗ガスとして外部に排出される。水砕スラリーは、スラグ冷却水に捕捉された飛灰や溶融スラグで、適宜スラグ水冷室４から排出される。
【０００３】
このような直接接触冷却型の高温ガス冷却装置においては以下の利点がある。
▲１▼スラグ水冷室４にてガス化ガス（例えば１５００℃）が急冷される（例えば３００℃）ので、ダイオキシンの再合成抑制効果が高い。
▲２▼ガス化ガスはスラグ水冷室４を通過して粗ガスとして排出されるので、ガス洗浄効果が高く、溶融スラグの冷却と分離が確実に行えると共に、後段へ飛散する飛灰量を減少させることができる。
▲３▼排出される粗ガスの成分が安定している。
【０００４】
図１４は顕熱回収型の高温ガス冷却装置の構成図である。顕熱回収型の高温ガス冷却装置は、ガス化ガスに含まれる熱エネルギを効率良く回収することができエネルギ効率の改善に役立つ。圧力容器７の内部はガス化炉８となっており、内壁は耐火レンガ９にて被覆されている。ガス化炉８には燃料としてのＣＷＭ（微粉炭と水の混合スラリ）と酸素又は空気が供給され、ガス化した混合気が蒸発器１０に供給される。蒸発器１０では、燃焼反応が進行して、蒸発器１０の下側に貯留されたスラグ冷却水にガス化ガスに含まれる飛灰や溶融スラグが捕捉される。そして、ガス化ガスは蒸発器１０から連結管路１２を介して対流クーラ１３に送られ、対流クーラ１３内部に設けられた熱交換器１４によりガス化ガスの顕熱が回収されて、生成ガスとして排出される。
【０００５】
このような顕熱回収型の高温ガス冷却装置においては、ガス化ガスが直接スラグ冷却水に接触する構造ではないため、過冷却されず、ガス顕熱の利用が可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、直接接触冷却型の高温ガス冷却装置においては、粗ガスの出口温度が蒸気飽和温度となり圧力条件で温度が決まってしまう。そこで、高温ガスの顕熱はスラグ冷却水によって１００℃〜２００℃（常圧プラントでは約１００℃、０．８ＭＰａ（ゲージ）程度の加圧プラントでは２００℃前後となる）の排水低レベル熱となり、利用しにくいという課題がある。
【０００７】
また、顕熱回収型の高温ガス冷却装置においては、蒸発器１０から連結管路１２に流れ込む部分でガスが偏流しやすく、スラグ冷却水に飛灰や溶融スラグが旨く捕捉されない場合がある。するとガス化ガスは、飛灰や溶融スラグが除去されないまま連結管路１２に流れ込む為、連結管路１２入口でのスラグ付着が発生して連結管路１２の流体抵抗が増大したり、対流クーラ１３にスラグ付着が発生して熱交換効率が低下するという課題があった。
【０００８】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、燃焼反応や部分酸化により発生する高温ガスから飛灰や溶融スラグを除去すると共に、高温ガスからのエネルギ回収を効率良く行いうる高温ガス冷却装置、高温ガス化炉及び高温ガス冷却方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の高温ガス冷却装置は、例えば図１に示すように、飛灰及び／又は溶融スラグを含有する高温ガス４０を導入する導入口３１と、導入口３１から導入された前記飛灰及び／又は溶融スラグを捕捉し、高温ガス４０を冷却する液体領域部と、高温ガス４０を液体領域部の液体界面方向若しくは液体界面に対して上方向に排出する排出口３６とを備えている。ここで、飛灰及び／又は溶融スラグとは、飛灰と溶融スラグの少なくとも一方を含む場合と、飛灰と溶融スラグの双方を含む場合とがある。
【００１０】
このように構成された装置において、液体領域部は貯留水により導入口３１から導入された飛灰及び／又は溶融スラグを捕捉し、また導入口３１から導入された高温ガス４０を冷却する。排出口３６は液体領域部に流れてくる高温ガス４０を液体領域部の液体界面方向若しくは液体界面に対して上方向に排出させる構造としているので、排出された高温ガス４０から熱回収する場合や、高温ガス４０を外部のプロセスの原料として用いる場合に、排出方向を適宜に採択できる。
【００１１】
好ましくは、例えば図１に示すように、前記液体領域部は、導入口３１から流入した前記飛灰及び／又は溶融スラグを捕捉し、冷却する貯留水を貯える水冷室（例えば飛灰水冷室３３）とする良い。飛灰水冷室３３は、多量の貯留水を貯えることができるので、多量の飛灰及び／又は溶融スラグを捕捉し、冷却するのが容易に行える。
【００１２】
好ましくは、例えば図１に示すように、飛灰水冷室３３に流れてくる高温ガス４０を、前記貯留水の水面に沿って移動させる連絡部３４と、高温ガス４０が連絡部３４に流入する位置に設けられ、高温ガス４０の流れ方向を連絡部３４方向に急変させると共に、表面が液体で濡れている覆液部（例えば、濡れ壁邪魔板部３５）とを更に備え、連絡部３４を通過してきた高温ガス４０を前記貯留水の水面方向若しくは水面に対して上方向に排出する排出口３６とを有する構成とする。
【００１３】
このように構成された装置において、連絡部３４と濡れ壁邪魔板部３５が協働して、高温ガス４０の流れ方向を導入口３１方向から連絡部３４方向に急変させることで、高温ガス４０に含まれる大粒径の飛灰及び／又は溶融スラグを貯留水に捕捉させる。濡れ壁邪魔板部３５は表面が液体で濡れているので、連絡部３４付近の高温ガス４０に含まれる飛灰及び／又は溶融スラグが有効に捕捉される。
【００１４】
好ましくは、例えば図５に示すように、連絡部３４が排出口３６の機能をも有し、連絡部３４の入口に位置する壁面に濡れ壁邪魔板部３５を備える構造とすると、高温ガス冷却装置３０の設置面積が少なくて済み、例えば隣に熱回収プラントを併設する場合に、プラント配置が容易に行える。
【００１５】
好ましくは、例えば図６、図７又は図８に示すように、連絡部３４が排出口３６の機能も備える飛灰水冷室３３であって、連絡部３４の接続部近傍に設けられた壁面、若しくは排出口３６に接続された排出管が覆液構造（或いは、濡れ壁構造）であり、覆液構造より溢流した液滴が落下して、連絡部３４に流入する高温ガス４０に接触する構造とすると、飛灰水冷室３３にて捕捉されなかった高温ガス４０に含まれる中小粒径の飛灰及び／又は溶融スラグが、排出口３６の接続部に設けられた壁面、若しくは排出口３６に接続された排出管の覆液構造によって捕捉される。
【００１６】
好ましくは、例えば図１に示すように、導入口３１から流入した高温ガス４０に含有される飛灰及び／又は溶融スラグを捕捉し、冷却する貯留水が、連絡部３４の底部にも貯えられている構造とすると、導入口３１の直下付近に位置する貯留水により大粒径の飛灰及び／又は溶融スラグが捕捉され、連絡部３４の底部付近に位置する貯留水により中小粒径の飛灰及び／又は溶融スラグが捕捉され、飛灰及び／又は溶融スラグの全粒径範囲での捕捉が効率良く行える。
【００１７】
好ましくは、例えば図１又は図８に示すように、さらに連絡部３４と排出口３６の間であって、高温ガス４０が通過する位置に、液滴を噴霧させる噴霧器３７又は落下させる排出口濡れ壁３８Ｇを有する構造とすると、排出ガスの温度を低下させたり、ガス中の蒸気分圧を高めることができる。好ましくは、噴霧器３７より液滴を噴霧させている場合に、さらに液滴量又は／及び液滴径により高温ガス４０の性状を制御する排ガス性状制御手段を備える構造とすると、排出された高温ガス４０から熱回収する場合や、高温ガス４０を外部のプロセスの原料として用いる場合等の用途に合せたガス性状を得ることが出来る。
【００１８】
好ましくは、例えば図１に示すように、導入口３１の壁面にジャケット構造を有し、且つ飛灰水冷室３３の壁面に覆液構造を有する構造とすると、導入口３１の壁面や飛灰水冷室３３の壁面に飛灰及び／又は溶融スラグが固着することが防止できる。もし、導入口３１の壁面や飛灰水冷室３３の壁面に飛灰及び／又は溶融スラグが固着すると、導入口３１や飛灰水冷室３３の高温ガス４０流路形状が変化して、設計時に意図した飛灰及び／又は溶融スラグの除去効率や熱回収効率が得られなくなったり、固着スラグの上に次々とスラグが固着して成長することにより、炉が閉塞状態となる。
【００１９】
好ましくは、例えば図６、図７又は図８に示すように、さらに請求項１に記載の覆液構造より溢流した液滴の落下量により高温ガス４０の温度、湿度等の性状を制御する排ガス性状制御手段（５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ）を備える構造とするとよい。
【００２０】
好ましくは、例えば図４に示すように、濡れ壁邪魔板部３５と飛灰水冷室３３の貯留水水面との距離を変化させて、高温ガス４０の性状を制御する排ガス性状制御手段５０Ａを備える構造とすると、排出された高温ガス４０から熱回収する場合や、高温ガス４０を外部のプロセスの原料として用いる場合等の用途に合せたガス性状を得ることが出来る。
【００２１】
好ましくは、例えば図９に示すように、前記液体領域部は、導入口３１から排出口３６に至る前記高温ガス４０の流路に形成された、表面が液体で濡れている濡れ壁（６８Ａ、６８Ｂ、６８Ｃ）とするとよい。濡れ壁は高温ガス冷却装置の壁面の表面を液体で濡れた状態にすれば良いので、貯留水を貯える飛灰水冷室に比較して設置できる場所の自由度が高く、柔軟な配置が可能である。
【００２２】
上記目的を達成する本発明の高温ガス冷却装置は、例えば図１に示すように、飛灰及び／又は溶融スラグを含有する高温ガス４０を導入する導入口３１と、導入口３１から導入された前記飛灰及び／又は溶融スラグを捕捉し、高温ガス４０を冷却する水冷室（例えば飛灰水冷室３３）と、水冷室に流れてくる高温ガス４０を、前記貯留水の水面に沿って移動させる連絡部３４と、高温ガス４０が連絡部３４に流入する位置に設けられ、高温ガス４０の流れ方向を連絡部３４方向に急変させると共に、表面が液体で濡れている覆液部（例えば、濡れ壁邪魔板部３５）と、連絡部３４を通過してきた高温ガス４０を前記貯留水の水面方向若しくは水面に対して上方向に排出する排出口３６とを備えている。
【００２３】
上記目的を達成する本発明の高温ガス化炉は、例えば図１に示すように、燃料を投入する燃料投入部２５と、酸素を含有するガスを投入する酸化剤投入部２６と、燃料の一部又は全量を燃焼させるガス化部２４と、燃料に含有される飛灰と、当該飛灰から生成される溶融スラグとを含有する高温ガス４０を流入させる導入口３１と、導入口３１から流入した前記飛灰及び／又は溶融スラグを捕捉し、冷却する液体領域部と、液体領域部に流れてくる高温ガス４０を液体領域部の液体界面方向若しくは液体界面に対して上方向に排出する排出口３６とを備えている。
【００２４】
このように構成された装置においては、高温ガス化炉として燃料投入部２５、酸化剤投入部２６、ガス化部２４、並びにガス化ガスを処理する請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の高温ガス冷却装置３０を備えている。そこで、燃料として重油、灯油、天然ガス等に加え、ダストや溶融スラグを発生する石炭、微粉炭を燃焼或いはガス化する場合や、不純物の多い各種廃棄物、バイオマス、汚泥などの有効利用されていない低級燃料の燃焼やガス化の場合でも、発生ガスに含まれる飛灰及び／又は溶融スラグが高温ガス冷却装置３０によって有効に除去されて、後段機器へのダスト負荷が低減される。これにより、ダスト付着による後段機器の熱回収率低下などのトラブルが回避できると共に、ガス洗浄プロセスが容易になることで大気汚染防止に役立つ。さらに、高温ガスの飛灰及び／又は溶融スラグ除去処理に付随するガス温度低下が少なくて済むので、高温ガス顕熱の有効利用にも役立つ。
【００２５】
上記目的を達成する本発明の高温ガス冷却方法は、例えば図１、図１０、図１１に示すように、高温ガス４０中に含有される飛灰及び／又は溶融スラグを液体領域部（例えば飛灰水冷室３３、スラグ水封水６４、飛灰水冷室８３）にて捕捉すると共に、高温ガス４０を冷却する工程と、前記冷却された高温ガス４０を、前記液体領域部の液体界面方向若しくは液体界面に対して上方向に排出する工程とを有している。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号又は類似符号を付し、重複した説明は省略する。図１は本発明の一実施の形態を説明する構成図で、高温ガス化炉と高温ガス冷却装置の結合プラントを示している。
【００２７】
高温ガス化炉２０は、水管壁２１、断熱材２２、耐火材２３、ガス化部としてのガス化室２４、炉頂に設けられた燃料投入部２５、酸化剤投入部２６、炉底に設けられたスラグ落ち口２７を備えている。ガス化室２４は９００℃〜１６００℃の高温になるから、炉壁を保護するために水管壁２１、断熱材２２、耐火レンガのような耐火材２３が積層されている。炉の大きさや使用目的によっては、水管壁２１と耐火材２３のみ、或いは断熱材２２と耐火材２３のみの組合せも用いられる。燃料投入部２５には一般廃棄物や産業廃棄物、建設廃材、ＲＤＦ、汚泥のような燃やすと飛灰を大量に発生する燃料や、石炭、重油、天然ガスなどの化石燃料、廃プラスチックのような高カロリー燃料、並びにこれら燃料をガス化して得た燃料ガスが供給される。酸化剤投入部２６には、酸素、空気、並びにガス化ガスのガス成分を調整する為の水蒸気等が供給される。スラグ落ち口２７は、飛灰が溶融して生成した溶融スラグ２８が、ガス化室２４から高温ガス冷却装置３０に向けて落下する開口部である。
【００２８】
高温ガス冷却装置３０は、導入口３１、水冷ジャケット３２、飛灰水冷室３３、連絡部３４、濡れ壁邪魔板部３５、排出口３６、噴霧器３７、濡れ壁３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃを備えている。導入口３１は、ここではスラグ落ち口２７の飛灰水冷室３３側への開口部が該当している。水冷ジャケット３２は、自然循環水ＲＷの供給を受け、帰還循環水ＲＷＲとして排水することにより壁面を水冷するものである。なお、水冷ジャケット３２の冷却能力は、スラグ落ち口２７が過度に冷却されて、溶融スラグ２８の固化によりスラグ落ち口２７が閉塞するのを防止する為、適切な範囲に設定する。
【００２９】
飛灰水冷室３３は高温ガス冷却装置３０の底部に設けられた貯留水を貯える室で、ここでは導入口３１側と排出口３６側とを共通の室とする一室構造になっている。飛灰水冷室３３の底部には、水砕スラグを排出する水砕スラグ排出口３３Ａが設けられている。連絡部３４は、飛灰水冷室３３に流入した高温ガス４０を貯留水の水面３３Ｂに沿って移動させて、排出口３６側に導くガス通路である。濡れ壁邪魔板部３５は、水冷ジャケット３２の連絡部３４側の下側に設けられたもので、飛灰水冷室３３側の表面が水で濡れた濡れ壁３８Ｂを有すると共に、高温ガス４０の流通する連絡部３４の天井側を規制する邪魔板としても機能する。
【００３０】
排出口３６は、連絡部３４を通過してきた高温ガス４０を貯留水の水面３３Ｂ上側に排出させる開口部である。噴霧器３７は、排出口３６付近に設けられた冷却水の噴霧器で、排出される高温ガス４０の性状、例えば温度を３００℃〜９００℃の範囲で調整したり、或いは排出される高温ガス４０を原料として利用する下流側プロセスの仕様に適合するように、水分の含有率を調整するのに用いる。濡れ壁３８Ａは高温ガス冷却装置３０の導入口３１側壁面を水で濡れた状態に保持する。濡れ壁３８Ｃは高温ガス冷却装置３０の排出口３６側壁面の表面を水で濡れた状態に保持する。
【００３１】
このように構成された装置の動作を説明する。高温ガス化炉２０は、飛灰を大量に発生する燃料や、これら燃料をガス化して得た飛灰を多量に含む燃料ガスを燃焼させるのに特に適する構造となっている。高温ガス冷却装置３０の導入口３１には、燃料や燃料ガスから生成された高温ガスが供給される。高温ガスの温度は、ガス化室２４内部では例えば１３００℃以上に到達しているので、飛灰が溶融して溶融スラグが生成する。溶融スラグのうち、ガス化室２４の壁面に捕捉された溶融スラグ２８は、ガス化室２４の壁面からスラグ落ち口２７に流下し、さらにスラグ落ち口２７から飛灰水冷室３３の貯留水に落下して、水砕スラグとして固体化される。なお、高温ガスの温度が非常に高い場合、例えば１６００℃以上の場合には実質的にほとんどが溶融スラグとなる。高温ガスの温度が中間的な場合、例えば１０００℃から１６００℃の間では飛灰と溶融スラグの双方が含まれる。高温ガスの温度が比較的低い場合、例えば９００℃から１０００℃の間では、飛灰が多くなる。
【００３２】
飛灰や溶融スラグを同伴する高温ガス４０は、導入口３１から連絡部３４を経て排出口３６に排出される。この高温ガス４０の流れの経路は、導入口３１から飛灰水冷室３３の貯留水水面３３Ｂへの重力方向への流れと、貯留水水面３３Ｂに沿って連絡部３４に移動する水平方向の流れにて構成される。濡れ壁邪魔板部３５により連絡部３４の入口が狭くなっている為、高温ガス４０の重力方向の流れと水平方向の流れの境界領域では、流れの方向が急変している。そこで、高温ガス４０に同伴される飛灰や溶融スラグのうち、大粒径のものは慣性が大きいため、高温ガス４０の重力方向への流れにより飛灰水冷室３３の貯留水に捕捉される。
【００３３】
他方、中小粒径のものは慣性が小さいため、高温ガス４０の水平方向の流れに沿って連絡部３４の入口へ移動する。しかし、中小粒径の飛灰や溶融スラグにも重力が作用しているから、連絡部３４から排出口３６への流れの途中で飛灰水冷室３３の貯留水に捕捉される。また、中小粒径の飛灰や溶融スラグのうち、排出口３６まで到達したものは、噴霧器３７の噴霧する液滴により凝集して粒径が大型化し、重力の作用で飛灰水冷室３３の貯留水に落下する。
【００３４】
高温ガス４０に同伴される飛灰や溶融スラグを捕捉する機能を有する構成要素として、濡れ壁３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃがある。濡れ壁３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃの表面は水で濡れているので、飛灰や溶融スラグが捕捉されやすくなっている。そして、捕捉された飛灰や溶融スラグは水と共に流下して、飛灰水冷室３３の貯留水に落下する。さらに、濡れ壁３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃには、スラグ付着を防止して缶体を保護すると共に、排出口３６に熱交換器のような顕熱回収部を設けている場合には、噴霧器３７との協働によるガス洗浄効果により伝熱管へのダスト堆積によって促進される溶融塩腐食を低減できる。
【００３５】
図２は本発明の第２の実施の形態を説明する構成図で、（Ａ）は高温ガス冷却装置単体、（Ｂ）は飛灰水冷室の要部を示している。ここでは、飛灰水冷室３３は隔壁３３Ｅによって、導入口側室３３Ｃと排出口側室３３Ｄとを区画する二室構造になっている。高温ガス４０に同伴される飛灰や溶融スラグは、大粒径のものが導入口側室３３Ｃの貯留水に捕捉され、中小大粒径のものが排出口側室３３Ｄの貯留水に捕捉されるので、水砕スラグの粒径分類を行うことが出来る。また、濡れ壁邪魔板部３５から落下する飛灰を捕捉した水は、大粒径のスラグを含むので、導入口側室３３Ｃに落下するように隔壁３３Ｅの位置を選定してある。
【００３６】
また、排出口側室３３Ｄの水位は、導入口側室３３Ｃの水位よりも高くなっている為、隔壁３３Ｅの導入口側室３３Ｃの上端部が濡れ壁３８Ｄとして作用する。即ち、濡れ壁３８Ｄでは排出口側室３３Ｄの貯留水が越流して導入口側室３３Ｃに流下しているので、この越流水に高温ガス４０に同伴される飛灰や溶融スラグを捕捉する機能がある。
【００３７】
図３は本発明の第３の実施の形態を説明する構成図である。第２の実施の形態と比較すると、排出口側室３３Ｄの水位が導入口側室３３Ｃの水位よりも低くなっている点で相違する。例えば、高温ガス４０に同伴される飛灰や溶融スラグは、大部分が大粒径であって、導入口側室３３Ｃで大部分が捕捉され、排出口側室３３Ｄで捕捉される中小粒径の割合が低い場合がある。このような場合には、排出口側室３３Ｄの水位を下げたり、極端な場合には排出口側室３３Ｄの貯留水を空にして、排出口３６から成るべく高温の排出ガスが排出されるように操業してもよい。
【００３８】
図４は本発明の第４の実施の形態を説明する構成図である。ここでは、排出口３６のガス温度を測定する温度計Ｔ、排ガス性状制御手段５０Ａ、並びに飛灰水冷室３３の貯留水水位計Ｈを有している。温度計Ｔには放射温度計や熱伝対を用い、貯留水水位計Ｈには圧力式や超音波式を用いるとよい。排ガス性状制御手段５０Ａは、ＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）のようなＰＩＤ制御機能を有する調節計を用いると良い。排ガス性状制御手段５０Ａは、温度計Ｔで測定した排ガス温度が所定値になるように、飛灰水冷室３３に給水するポンプＰや、濡れ壁邪魔板部３５に給水するポンプＰや管路の途中に設けられたバルブに給水量制御信号を送り、水位計Ｈの測定値が目標値になるように制御している。
【００３９】
飛灰水冷室３３の貯留水水位を制御することで、濡れ壁邪魔板部３５と貯留水水面３３Ｂとのクリアランスが制御され、実質的に連絡部３４の形状を最適に保持することができる。濡れ壁邪魔板部３５と貯留水水面３３Ｂとのクリアランスは、狭すぎると連絡部３４を通過する高温ガス４０が偏流して飛灰や溶融スラグを同伴してしまい、広すぎると高温ガス４０の流れを急変させる効果が薄くなって、貯留水水面３３Ｂに捕捉される大粒径スラグの割合が低下する性質がある。
【００４０】
図５は本発明の第５の実施の形態を説明する構成図で、顕熱回収型の高温ガス冷却装置に適合するものである。飛灰水冷室３３は、導入口３１側の一室構造になっている。連絡部３４の入口に位置する壁面に濡れ壁邪魔板部３５を備えている。連絡部３４の出口側が排出口３６の機能も有し、排出口３６は連絡部３４を通過してきた高温ガス４０を貯留水の水面方向に排出させる構造としている。排出口３６は貯留水の水面方向を向いている構造なので、後段に顕熱回収施設を接続する顕熱回収型の高温ガス冷却装置に適合する。
【００４１】
図６は本発明の第６の実施の形態を説明する構成図で、第５の実施の形態と比較すると、濡れ壁邪魔板部３５に代えて濡れ壁３８Ｅ並びに排ガス性状制御手段５０Ｂが設けられている。濡れ壁３８Ｅは、連絡部３４のガス流入側の接続部近傍に設けられた壁面表面を水で濡れた状態にするもので、濡れ壁３８Ｅより溢流した液滴が落下して、連絡部３４に流入する高温ガス４０に接触する構造としている。排ガス性状制御手段５０Ｂは、温度計Ｔで測定した排ガス温度が所定値になるように、濡れ壁３８Ｅに給水するポンプＰや管路の途中に設けられたバルブに給水量制御信号を送り、液滴落下量が目標値になるように制御している。
【００４２】
図７は本発明の第７の実施の形態を説明する構成図で、第５の実施の形態と比較すると、濡れ壁邪魔板部３５に代えて二重管式濡れ壁３８Ｆ並びに排ガス性状制御手段５０Ｃが設けられている。二重管式濡れ壁３８Ｆは、連絡部３４並びに排出口３６を二重管で構成すると共に、二重管のガス流入側の端部表面が水で濡れた状態にするものである。二重管式濡れ壁３８Ｆの、ガス流入側端部より溢流した液滴が落下して、連絡部３４に流入する高温ガス４０に接触する構造としている。排ガス性状制御手段５０Ｃは、温度計Ｔで測定した排ガス温度が所定値になるように、二重管式濡れ壁３８Ｆに給水するポンプＰや管路の途中に設けられたバルブに給水量制御信号を送り、液滴落下量が目標値になるように制御している。
【００４３】
図８は本発明の第８の実施の形態を説明する構成図で、第５の実施の形態と比較すると、排出口濡れ壁３８Ｇ並びに排ガス性状制御手段５０Ｄが設けられている。排出口３６は、連絡部３４を通過してきた高温ガス４０を貯留水の水面３３Ｂ上側に排出させる開口部で、内壁に排出口濡れ壁３８Ｇが設けてある。排出口濡れ壁３８Ｇより溢流した液滴が落下して、排出口３６から排出される高温ガス４０に接触する構造としている。排ガス性状制御手段５０Ｄは、温度計Ｔで測定した排ガス温度が所定値になるように、排出口濡れ壁３８Ｇや濡れ壁邪魔板部３５に給水するポンプＰや管路の途中に設けられたバルブに給水量制御信号を送り、液滴落下量が目標値になるように制御している。
【００４４】
また、上記第２乃至第８の実施の形態においては、さらに第１の実施の形態で示した噴霧器を併設してもよい。噴霧器によるガス冷却効果は、濡れ壁や飛灰水冷室３３の貯留水に比較して高く、排出口３６でのガス温度制御が充分可能となる。噴霧器によるガス冷却効果が高い理由は、高温ガスとの接触効率が良いためであるが、接触効率は噴霧量だけでなく、噴霧器から噴霧される液滴の大きさにも依存し、液滴が細かいほど接触効率は上昇する。そこで、排ガス性状制御手段５０により噴霧器３７を制御する場合は、噴霧量制御と液滴径最適化制御とを併用するとよい。液滴径を最適化するには、スプレーノズルを使用したり、蒸気によって水を散らして飛ばすような、２流体ノズルを使用するとよい。さらに、噴霧器と濡れ壁の相乗効果により、ガス洗浄効果が高まることで、後段へ飛散する付着性腐食促進物質を含む溶融飛灰量が減少し、顕熱回収装置で問題となっている溶融塩腐食環境を改善することができる。
【００４５】
また濡れ壁へ供給する液体や噴霧する液体にアルカリ性液体を用いると、高温ガスに塩素のような酸性腐食ガス成分が含まれていても、化学反応により害悪を及ぼす成分を除去できる。また、アミンのように特定のガスを選択的に吸収する液体を使用すれば、高温ガスから特定のガス成分を除去あるいは減少させてガス成分を調整することもできる。液体にメタノールのようなアルコール類を用いても良い。この場合、蒸発潜熱による冷却に加えて、アルコールが吸熱分解されることにより冷却効果が促進されると共に、吸熱分解により発生する熱分解ガスにより高温ガスの成分補完、例えば水素濃度上昇などの効果を得ることができる。
【００４６】
次に、高温ガス化炉がトラフ型の場合に好適な高温ガス冷却装置について説明する。ここでトラフ型高温ガス化炉とは、高温ガス化炉としてのガス化溶融炉において、スラグ落ち口の下側に傾斜している濡れ壁を設け、スラグ落ち口から落下してくるスラグを流水で冷やして水封する形式の高温ガス化炉をいう。トラフ型高温ガス化炉では、水封されたスラグを排出コンベヤで連続排出するので、炉内のスラグ処理が容易であると共に、高温ガス化炉からの輻射熱の影響によるスラグ水封水の蒸発量が少なくて済むという利点がある。
【００４７】
図９は本発明の第９の実施の形態を説明する構成図で、トラフ型高温ガス化炉に好適な高温ガス冷却装置を示しており、（Ａ）はスラグ水封水のある型、（Ｂ）はスラグ水封水と濡れ壁邪魔板を併設してある型、（Ｃ）は高温ガス冷却装置にスラグ水封水を内在させない型、（Ｄ）は高温ガス冷却装置にスラグ水封水を内在させないが、濡れ壁邪魔板を設ける型を示している。図において、高温ガス化炉２０には燃料２５と空気や酸素などの酸化剤２６が供給されて、ガス化反応が進行し、スラグ落ち口２７から高温ガス４０と溶融スラグが高温ガス冷却装置６０に送られる。
【００４８】
図９（Ａ）に示すように、高温ガス冷却装置６０は、スラグ落ち口２７側に設けられたジャケット６１、傾斜壁６２、スラグ排出口６３、ガス排出口６６並びに後壁６９を備えている。高温ガス冷却装置６０と高温ガス化炉２０とが密接な構造をしているため、導入口には実質的に高温ガス化炉２０のスラグ落ち口２７が対応している。スラグ水封水６４は、飛灰水冷室としての傾斜壁６２と後壁６９のスラグ排出口６３側の領域を水で満たすもので、水砕スラグを生成する。濡れ壁６８は表面が水で濡れている壁面で、濡れ壁６８Ａはジャケット６１が濡れ壁用の給水設備を有する場合に存在し、濡れ壁６８Ｂは傾斜壁６２の頂部に濡れ壁用の給水設備を有する場合に存在し、濡れ壁６８Ｃは後壁６９に濡れ壁用の給水設備を有する場合に存在する。
【００４９】
このように構成された装置においては、溶融スラグが濡れ壁６８Ａ、Ｂ、Ｃによって捕捉され、捕捉された水砕スラグがスラグ水封水６４に流下して、スラグ排出口６３より排出される。高温ガス４０は濡れ壁６８Ａ、Ｂ、Ｃやスラグ水封水６４にて大粒径の溶融スラグが除去されて、ガス排出口６６より排出される。
【００５０】
図９（Ｂ）に示すように、高温ガス冷却装置６０において、濡れ壁邪魔板部６５をジャケット６１のガス排出口６６側の壁面であって、スラグ水封水６４側に伸延する構造としてもよい。濡れ壁６８Ｄが、濡れ壁邪魔板部６５の高温ガス４０流入側に形成されている。このように、濡れ壁邪魔板部６５を高温ガス４０の流路の途中に設けると、大粒径の溶融スラグばかりでなく、中小粒径の溶融スラグについても高温ガス４０の気流による慣性が有効に作用して、貯留水としてのスラグ水封水６４に捕捉される割合が高まる。また、濡れ壁６８Ｄにより捕捉される中小粒径の溶融スラグが増える。
【００５１】
図９（Ｃ）に示すように、高温ガス冷却装置６０として、スラグ水封水６４の水位がスラグ排出口６３に達しない形式も存在している。この場合には、常圧式の高温ガス冷却装置６０では、スラグ排出口６３の下側にスラグ水封水を有する機器が接続されており、濡れ壁６８Ａ、Ｂ、Ｃにて捕捉された水砕スラグを水封する。また加圧式の高温ガス冷却装置６０では、ロックホッパ等を利用するとよい。
【００５２】
このように構成された装置においては、濡れ壁６８Ａ、Ｂ、Ｃに存在する流水が、貯留水としての機能を発揮する。スラグ水封水６４の水位がスラグ排出口６３に達しない為、図９（Ａ）に示す高温ガス冷却装置６０に比較して濡れ壁６８Ａ、Ｂ、Ｃからの蒸発量が多くなるから、濡れ壁６８Ａ、Ｂ、Ｃに給水する水量を増して、貯留水としての機能を発揮させるのが良い。
【００５３】
図９（Ｄ）に示すように、高温ガス冷却装置６０として、スラグ水封水６４の水位がスラグ排出口６３に達しない形式であって、濡れ壁邪魔板部６５をジャケット６１のガス排出口６６側の壁面であって、スラグ水封水６４側に伸延する構造としてもよい。濡れ壁６８Ｄが、濡れ壁邪魔板部６５の高温ガス４０流入側に形成されている。この場合の効果は、図９（Ｂ）、（Ｃ）で記載した効果を合わせたものとなる。
【００５４】
図１０は本発明の第１０の実施の形態を説明する構成図で、図９に示す各形式の高温ガス冷却装置に噴霧器６７を付設する形式を示している。高温ガス冷却装置として、図１０（Ａ）はスラグ水封水のある型、（Ｂ）はスラグ水封水と濡れ壁邪魔板を併設してある型、（Ｃ）は高温ガス冷却装置にスラグ水封水を内在させない型、（Ｄ）は高温ガス冷却装置にスラグ水封水を内在させないが、濡れ壁邪魔板を設ける型を示している。噴霧器６７は、ガス排出口６６のスラグ排出口６３側に設けられたもので、水、液体、並びに必要に応じて蒸気を供給して、高温ガスに含まれる中小粒径の溶融スラグを捕捉している。
【００５５】
次に、高温ガス化炉のガス化ガスの温度が１３００℃以下、特に１０００℃以下の場合に好適な高温ガス冷却装置について説明する。ここでの高温ガス冷却装置は、ガス化ガスの温度が１３００℃以下、特に１０００℃以下の高温ガス化炉に適用可能なもので、特段のスラグ落ち口が設けられていない点に特徴がある。ガス化ガスの温度が１０００℃以下であるため、ガス化ガスに存在する飛灰及び／又はスラグが溶融しないという性質がある。
【００５６】
図１１は本発明の第１１の実施の形態を説明する構成図で、横置き型高温ガス化炉に好適な高温ガス冷却装置を示しており、（Ａ）はスラグ水封水のある型、（Ｂ）はスラグ水封水と濡れ壁邪魔板を併設してある型を示している。横置き型高温ガス化炉７０は、燃料７５と空気や酸素などの酸化剤７６が供給されて、ガス化反応が進行し、高温ガス冷却装置８０に送られる。
【００５７】
図１１（Ａ）に示すように、高温ガス冷却装置８０は、ジャケット８１、飛灰水冷室８３、後壁８４並びにガス排出口８６を備えている。高温ガス冷却装置８０と横置き型高温ガス化炉７０とが密接な構造をしているため、導入口には実質的にジャケット８１と横置き型高温ガス化炉７０との結合部が対応している。給水壁８２は、高温ガス冷却装置８０の高温ガス化炉７０と接続された天井に設けられたもので、濡れ壁８８Ａを生成する。濡れ壁８８Ｂは後壁８４の頂部に濡れ壁用の給水設備を有する場合に存在する。
【００５８】
このように構成された装置においては、飛灰水冷室８３に濡れ壁８８Ａ、８８Ｂから供給される流水が流れ込む。横置き型高温ガス化炉７０から高温ガス冷却装置８０に流入する高温ガス４０は、濡れ壁８８Ｂにて流れの方向をガス排出口８６側に急変させている。そこで、濡れ壁８８Ｂの流水が貯留水としての機能を発揮する。また濡れ壁８８Ａにも溶融しない飛灰（ドライアッシュ）及び／又はスラグが捕捉される。濡れ壁８８Ａ、８８Ｂにてドライアッシュ及び／又はスラグを捕捉した水封水は、飛灰水冷室８３に流れ込む。
【００５９】
図１１（Ｂ）に示すように、高温ガス冷却装置８０として、ジャケット８１が高温ガス冷却装置８０の高温ガス化炉７０と接続された底部並びに天井に設けられている形式もある。濡れ壁邪魔板部８５は、天井側のジャケット８１のガス排出口８６側に設けられており、飛灰水冷室８３に伸延する構造となっている。濡れ壁８８Ｃが、濡れ壁邪魔板部８５の高温ガス４０流入側に形成されている。このように、濡れ壁邪魔板部８５を高温ガス４０の流路の途中に設けると、大粒径のドライアッシュ及び／又はスラグばかりでなく、中小粒径のドライアッシュ及び／又はスラグについても高温ガス４０の気流による慣性が有効に作用して、貯留水としての飛灰水冷室８３に捕捉される割合が高まる。また、濡れ壁８８Ｃにより捕捉される中小粒径のドライアッシュ及び／又はスラグが増える。
【００６０】
図１２は本発明の第１２の実施の形態を説明する構成図で、図１１に示す各形式の高温ガス冷却装置に噴霧器８７を付設する形式を示している。高温ガス冷却装置として、図１２（Ａ）はスラグ水封水のある型、（Ｂ）はスラグ水封水と濡れ壁邪魔板を併設してある型を示している。噴霧器８７は、ガス排出口８６の飛灰水冷室８３と対向する側に設けられたもので、水、液体、並びに必要に応じて蒸気を供給して、高温ガスに含まれる中小粒径のドライアッシュ及び／又はスラグを捕捉している。
【００６１】
なお、上記の実施の形態においては一般廃棄物等を部分酸化するガス化炉を例に説明したが、本発明はガス化炉に限定されるものではなく、一般廃棄物等を完全燃焼させる燃焼炉に適用しても良い。高温ガスとしては、ガス化ガスでもよく、また燃焼排ガスでも良く、さらに加圧されていても、また常圧でもよい。また、高温ガス化炉は縦置き型でも横置き型でもよい。
【００６２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の高温ガス冷却装置によれば、導入口から導入された飛灰及び／又は溶融スラグを捕捉し、冷却する液体領域部を設けているので、高温ガスに含まれる飛灰及び／又は溶融スラグが有効に捕捉される。また、排出口は高温ガスを液体領域部の液体界面方向若しくは液体界面に対して上方向に排出させる構造としているので、排出された高温ガスから熱回収する場合や、高温ガスを外部のプロセスの原料として用いる場合に、排出方向を適宜に採択できる。
【００６３】
また、本発明の高温ガス冷却装置によれば、水冷室に流れてくる高温ガスを、貯留水の水面に沿って移動させる連絡部と、前記高温ガスが前記連絡部に流入する位置に設けられ、前記高温ガスの流れ方向を連絡部方向に急変させると共に、表面が液体で濡れている覆液部とをさらに備える構造としているので、連絡部と覆液部が協働して、高温ガスの流れ方向を導入口方向から連絡部方向に急変させることで、高温ガスに含まれる大粒径の飛灰及び／又は溶融スラグを水冷室の貯留水に捕捉させることができる。また、覆液部は表面が液体で濡れているので、連絡部付近の高温ガスに含まれる飛灰及び／又は溶融スラグが有効に捕捉される。
【００６４】
本発明の高温ガス化炉によれば、燃料投入部、酸化剤投入部、ガス化部、並びにガス化ガスを処理する請求項１〜請求項１０に記載の高温ガス冷却装置を備えている構造としているので、燃料として重油、灯油、天然ガス等に加え、ダストや溶融スラグの発生する石炭、微粉炭を燃焼あるいはガス化する場合や、不純物の多い各種廃棄物、バイオマス、汚泥などの有効利用されていない低級燃料の燃焼やガス化の場合でも、発生ガスに含まれる飛灰及び／又は溶融スラグが高温ガス冷却装置によって有効に除去されて、後段機器へのダスト負荷が低減される。これにより、ダスト付着による後段機器の熱回収率低下などのトラブルが回避できると共に、ガス洗浄プロセスが容易になることで大気汚染防止に役立つ。さらに、高温ガスの飛灰及び／又は溶融スラグ除去処理に付随するガス温度低下が少なくて済むので、高温ガス潜熱の有効利用にも役立つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態を説明する構成図で、高温ガス化炉と高温ガス冷却装置の結合プラントを示している。
【図２】 本発明の第２の実施の形態を説明する構成図である。
【図３】 本発明の第３の実施の形態を説明する構成図である。
【図４】 本発明の第４の実施の形態を説明する構成図である。
【図５】 本発明の第５の実施の形態を説明する構成図で、顕熱回収型の高温ガス冷却装置に適合するものである。
【図６】 本発明の第６の実施の形態を説明する構成図である。
【図７】 本発明の第７の実施の形態を説明する構成図である。
【図８】 本発明の第８の実施の形態を説明する構成図である。
【図９】 本発明の第９の実施の形態を説明する構成図で、トラフ型高温ガス化炉に好適な高温ガス冷却装置を示している。
【図１０】 本発明の第１０の実施の形態を説明する構成図である。
【図１１】 本発明の第１１の実施の形態を説明する構成図で、横置き型高温ガス化炉に好適な高温ガス冷却装置を示している。
【図１２】 本発明の第１２の実施の形態を説明する構成図である。
【図１３】 直接接触冷却型の高温ガス冷却装置の構成図である。
【図１４】 顕熱回収型の高温ガス冷却装置の構成図である。
【符号の説明】
２０、７０ 高温ガス化炉
３０、６０、８０ 高温ガス冷却装置
３１ 導入口
３３、８３ 飛灰水冷室
３４ 連絡部
３５、６５、８５ 濡れ壁邪魔板部
４０ 高温ガス
５０ 排出ガス性状制御手段
Claims (12)
- 飛灰及び／又は溶融スラグを含有する高温ガスを導入する導入口と；
前記導入口から導入された前記飛灰及び／又は溶融スラグを捕捉し、該高温ガスを冷却する液体領域部と；
前記高温ガスを、前記液体領域部の液体界面方向若しくは液体界面に対して上方向に排出する排出口を備え；
前記液体領域部は、前記導入口から導入した前記飛灰及び／又は溶融スラグを捕捉し、冷却する貯留水を貯える水冷室であり；
前記水冷室に流れてくる前記高温ガスを、前記貯留水の水面に沿って移動させる連絡部と；
前記高温ガスが前記連絡部に流入する位置に設けられ、前記高温ガスの流れ方向を連絡部方向に急変させると共に、表面が液体で濡れている覆液部とをさらに備え；
前記排出口が、前記連絡部を通過してきた前記高温ガスを前記貯留水の水面方向若しくは水面に対して上方向に排出させる；
高温ガス冷却装置。 - 前記連絡部が前記排出口の機能も有し、前記連絡部の入口に位置する壁面に前記覆液部を備える請求項１に記載の高温ガス冷却装置。
- 前記連絡部が前記排出口の機能も有し；
前記連絡部の接続部に設けられた壁面、若しくは前記排出口に接続された排出管が覆液構造であり；
前記覆液構造より溢流した液滴が落下して、前記連絡部に流入する前記高温ガスに接触する；
請求項１又は請求項２に記載の高温ガス冷却装置。 - 前記導入口から流入した高温ガスに含まれる飛灰及び／又は溶融スラグを捕捉し、冷却する貯留水が、前記連絡部の底部にも貯えられている請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の高温ガス冷却装置。
- さらに前記連絡部と前記排出口の間であって、前記高温ガスが通過する位置に、液滴を噴霧或いは落下させている請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載の高温ガス冷却装置。
- 前記液滴を噴霧させている場合に、さらに液滴量又は／及び液滴径により前記高温ガスの性状を制御する手段を備える請求項５に記載の高温ガス冷却装置。
- 前記導入口の壁面にジャケット構造を有し；
且つ前記水冷室の壁面に覆液構造を有する；
請求項１乃至請求項６の何れか一つに記載の高温ガス冷却装置。 - 前記覆液部と前記水冷室の貯留水水面との距離を変化させて、前記高温ガスの性状を制御する手段を備える請求項１乃至請求項７の何れか一つに記載の高温ガス冷却装置。
- 前記覆液部は、表面が液体で濡れている濡れ壁であることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか一つに記載の高温ガス冷却装置。
- 前記水冷室が、異なる水位で前記貯留水を貯える二室に前記水冷室を区画する隔壁を有する請求項１乃至請求項９の何れか一つに記載の高温ガス冷却装置。
- 燃料を投入する燃料投入部と；
酸素を含有するガスを投入する酸化剤投入部と；
前記燃料の一部又は全量を燃焼させるガス化部と；
請求項１乃至請求項１０の何れか一つに記載の高温ガス冷却装置とを備える；
高温ガス化炉。 - 飛灰及び／又は溶融スラグを含有する高温ガスを貯留水水面への重力方向の流れから貯留水水面に沿った水平方向の流れに急変させて前記高温ガス中に含有される飛灰及び／又は溶融スラグを前記高温ガスの流れを急変させる覆液部の表面の液体 及び前記貯留水で捕捉すると共に、前記高温ガスを冷却し；
前記冷却された高温ガスを、前記貯留水水面に沿った水平方向若しくは前記貯留水水面に対して上方向に排出する；
高温ガス冷却方法。
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