JP3973071B2

JP3973071B2 - ガス化溶融炉

Info

Publication number: JP3973071B2
Application number: JP2001179144A
Authority: JP
Inventors: 直機藤原; 隆弘丸本; 透千手
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2001-06-13
Filing date: 2001-06-13
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2021-06-13
Also published as: JP2002372212A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガス化溶融炉に関し、さらに詳しくはごみを燃焼させるガス化溶融炉の稼働率の向上、信頼性の向上および運転コストの低減を図ることができるガス化溶融炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ごみ灰の減容化と無害化を同時に実現できる灰溶融システムが注目されている。例えば、ごみ焼却炉で発生した焼却灰を集塵器で捕集し、灯油、重油などを熱源として灰を溶融する、ごみ焼却炉と灰溶融炉を備えたシステム、またはごみ自身の燃焼熱を利用してごみの灰分を溶融、無害化するごみガス化溶融炉システムが実用化されている。
【０００３】
図６は、従来技術によるごみガス化溶融炉のシステム系統図、図７は、該システムに用いられるガス化燃焼炉（以下、ガス化炉と略称することがある）および溶融炉の断面説明図、図８は、該溶融炉本体のVIII−VIII線矢視図、図９は、該溶融炉本体のIX−IX線矢視図である。
図６〜図９において、ごみガス化溶融炉は、給じんホッパ１、定量供給機２および供給シュート５を介して供給されるごみを燃焼させる流動層８およびガス化炉用起動バーナ１０を備えたガス化炉６と、該ガス化炉６で発生した灰およびチャー粒子を含む熱分解ガスを完全燃焼させる溶融炉９と、該溶融炉９と前記ガス化炉６を連設する熱分解ガス煙道１２と、前記溶融炉９で発生する燃焼熱を回収するボイラ３とを備える。
【０００４】
ガス化炉６では、流動層８を流動させる空気が空気配管２１および散気管３７を介して供給され、ガス化炉用起動バーナ１０が点火されてごみの燃焼が開始される。この燃焼により発生した灰およびチャー粒子を含む熱分解ガスは熱分解ガス煙道を介して溶融炉９に送られる。
溶融炉９では、油噴射ノルズ７から噴射される油燃料が溶融炉起動バーナ２６Ａにより点火され、空気配管２０から供給される燃焼用空気により熱分解ガスの燃焼が行われる。この燃焼により発生するスラグは、スラグチャンバー４１下部のスラグタップ３８、スラグ落下筒３９および水粉水４０を経てスラグ排出装置１１から系外に排出される。一方、燃焼ガスは、二次燃焼室２４で空気ノズル４２から供給される空気により未燃分の燃焼が行われ、その後、ボイラ３に供給されて排ガスからの熱回収が行われる。熱回収された排ガスは、ガス冷却塔１３、エアヒータ１４および集じん器１５で処理された後、ダンパー１８および誘引送風機１６を介して煙突１７から系外に排出される。またエアヒータ１４には送風機１９および配管４を介して空気が供給され、熱の供給を受けた空気は、空気配管３２、２０、２１、２２、２３および空気調整弁２５２７、２８、２９を経てガス化炉６、焼却炉９および二次燃焼室２９にそれぞれ供給される。なお、３３、３４、３５は排ガス煙道、４４は旋回羽根、４５はウインドボックス、４６はエアレジスタである。
【０００５】
このようなごみガス化溶融炉においては以下のような操作が行われる。
まず、灯油などを燃料とする溶融炉用起動バーナ２６Ａを点火し、溶融炉９を昇温する。並行して流動層８を灯油などを燃料とするガス化炉用起動バーナ１０に点火して昇温する。溶融炉９の温度が約１３００℃、流動層８の温度が約５００℃に達したら、ごみを給じんホッパ１から定量供給機２および供給シュート５を介してガス化炉６に供給する。空気配管２１および散気管３７を介して流動層８内に吹込まれた空気は、ごみと反応して熱分解ガスを発生させる。この熱分解反応熱（部分燃焼熱）により流動層８の温度を約６００℃に安定に維持できる状態になったら、起動バーナ１０の油燃料を止め、消火する。流動層式ガス化炉６の炉内温度は、灰の溶融粘着を避けるために９００℃以下で運転される。従って、ガス化炉６に関しては溶融灰により起動バーナ１０の出口が塞がれることがなく、また炉内からの輻射熱も起動バーナ１０が焼損するほど大きくないため、油噴射ノズルを引き抜いておけば、空気を完全に遮断しても問題は生じない。
ガス化炉６で発生した熱分解ガスは、煙道１２を通じて溶融炉９に入り、空気配管２０を経て溶融炉９に送り込まれた空気と反応し、完全燃焼する。
【０００６】
また溶融炉９でも溶融炉用起動バーナ２６Ａの点火による燃焼で炉温度を約１３００℃以上に維持できる状態になったら、起動バーナ２６Ａへの燃料油の供給を停止し、消火する。これ以降、溶融炉９の炉内温度は、ガス化炉６で発生した灰、チャーを含む熱分解ガスの燃焼熱で維持され、定常運転状態に移行する。
一方、溶融炉用起動バーナ２６Ａは、図７に示すように、該起動バーナ２６Ａに付設された旋回羽根４４、ウインドボックス４５、エアレジスタ４６などが１３００℃〜１５００℃に達する溶融炉９内の輻射熱にさらされるため、これらの焼損を防止するため、定格空気量の約１０％程度の空気を空気配管２２を通じて流して冷却されている。
【０００７】
単に起動バーナ２６Ａ等の焼損防止のためであれば、起動バーナ２６Ａの本体をヒンジ構造で溶融炉本体に取付けておき、起動バーナ２６Ａを消火した後は取り外し、開口部に熱遮蔽ブロックを挿入する方法、または焼損し易い油噴射ノズル７のみを抜出させる構造にする方法などの手段を採用することができるが、溶融炉９の内壁は溶融したスラグで覆われており、この溶融スラグが開口部を覆い、上記熱遮蔽ブロックの隙間に入り込んだスラグが固化し、起動バーナ２６Ａの再装着、再起動ができなくなる、または開口部が塞がれて油噴射ノズルの再挿入ができなくなるなどの問題があり、採用されていない。
このように、溶融炉９の本体に設けた開孔は、炉運転中は必ず空気またはガスなどを絶えず流通させておかないと、炉内側から溶融スラグで覆われて閉塞してしまう。炉内側の閉塞物は高温のため半溶融状態であるが、炉外壁側は冷やされるため、岩石状の強固なかたまりができており、炉の運転中に炉の外側から再度開孔することは事実上ほとんど不可能である。
【０００８】
ごみ中の灰分のほとんどは熱分解ガスに随伴して溶融炉９内に接線方向に吹込まれ、遠心力により溶融炉９内壁に押し付けられる。炉内の温度は灰の溶融温度以上であるため溶融した灰で覆われており、灰の粒子が一旦壁に付着するとそのまま壁に捕集され、溶融スラグとなる。溶融炉９は、水平面に対して傾斜して設置しており、溶融スラグはスラグタップ３８に向かって流下し、最終的にはスラグ排出装置１１内の水砕水４０に滴下し、冷却された後、排出される。
一方、溶融炉９からの燃焼排ガスは２次燃焼室２４に入り、空気ノズル４２から吹込まれた空気と混合、微量な未燃分を完全燃焼した後、ボイラ３で熱回収され、ガス急冷塔１３、エアヒータ１４、集塵器１５を経由して煙突１７から排出される。このようにしてガス化溶融システムを用いることにより、ごみを無害なスラグに変えることができる。
【０００９】
しかし、上記の従来技術においては、溶融炉９の軸方向に流入する起動バーナ２６Ａのバーナ保護用空気を完全にゼロにすることができないという問題点があった。一方において、溶融炉全体としての空気比（空気量と比例）は、約１．０〜１．１の範囲で一定にしなければならず、従って、起動バーナ２６Ａの保護用空気分だけ空気配管２０から溶融炉９の接線方向に吹込む空気量を減らさなければならず、その分、空気の旋回力が弱まり、またバーナ保護用空気が溶融炉９の軸方向に吹込まれるために空気配管２０による空気の旋回力が弱められる。その結果、灰の捕集効率低下によるスラグ化率の低下、炉内での燃焼率低下による炉内温度の低下、灰の固化閉塞といった問題が生じていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来技術では、プラントが定常運転に達した後も溶融炉の起動バーナ焼損防止用空気を吹込まなければならず、その焼損防止用の空気が炉内の旋回流れを乱し、以下の障害が生じている。
(1) 溶融炉内での熱分解ガスと空気の混合状態が悪くなるため、燃焼率が低下し、それに伴って炉内温度の低下、スラグの固化、閉塞が生じる。
(2) 本来全量を溶融炉の接線方向に吹込むべき燃焼用空気の一部を焼損防止用空気として用い、さらに溶融炉の軸方向に吹込むため、炉内での旋回力が弱められ、遠心力を利用した灰粒子の壁への付着効率が低下し、灰のスラグ化率が低下する。
本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決し、溶融炉用起動バーナの冷却空気による溶融炉内での旋回流の乱れおよびスラグ化率の低下をなくし、溶融炉の稼働率の向上、信頼性の向上および運転コストの低減を図ることができるガス化溶融炉を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意検討した結果、溶融炉起動バーナを溶融炉本体と切り離した燃焼室に設け、該燃焼室で発生する熱風を熱分解ガス煙道または燃焼用空気配管に合流させ、これらの煙道または配管から熱風を溶融炉に吹き込むようにするか、または該熱風を予め旋回させて溶融炉に吹き込むようにすることにより、上記課題を達成できることを見いだし、本発明に到達したものである。
すなわち、上記課題を達成するために本願で特許請求される発明は以下の通りである。
【００１３】
（１）ごみを燃焼させるガス化燃焼炉と、該ガス化燃焼炉で発生した灰およびチャー粒子を含む熱分解ガスを完全燃焼させる溶融炉と、前記熱分解ガスを該溶融炉に供給する熱分解ガス煙道と、該溶融炉に燃焼用空気を供給する空気配管とを備えたガス化溶融炉であって、前記溶融炉に煙道を介して連通する燃焼室を設けるとともに、該燃焼室に油噴射ノズルおよび起動バーナを設け、かつ該煙道と前記溶融炉の間に旋回室を設け、前記燃焼室で発生する熱風を該旋回室で溶融炉内の熱分解ガスの旋回方向と同一方向に旋回させて前記溶融炉に吹き込むようにしたことを特徴とするガス化溶融炉。
【００１４】
【作用】
本発明のガス化溶融炉によれば、溶融炉と切り離した燃焼室を設け、この燃焼室に起動バーナを設けて燃焼させるため、該起動バーナが溶融炉本体からの輻射熱によって焼損されるのを防止できるため、従来のように定常状態に入って起動バーナを停止させた場合でも、損傷防止のための空気を供給する必要がなく、また溶融炉内での旋回力が低下することがない。またごみ質低下などの原因によりガス化炉で発生する熱分解ガスのカロリーが低下し、溶融炉内の温度が灰の溶融温度以下になった場合には起動バーナを点火し、油燃料による助燃により溶融炉温度を維持しなければならないが、この場合でも、燃焼室での燃焼を容易に再開でき、熱風を容易に溶融炉に接線方向に吹込むことができ、炉内の旋回流れの乱れや温度低下を防止することができる。従って、溶融炉のスラグ化率の向上、ひいては溶融炉の稼働率の向上を図ることができ、システムの信頼性の向上および運転コストの低減を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面により詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施例を示すガス化溶融炉の一部断面説明図であり、図２および図３は、それぞれ図１の溶融炉のII−II線矢視図およびIII −III 線矢視図である。
図１において、図７の従来装置と異なる点は、溶融炉９と切り離して燃焼室４８を設け、溶融炉９に油噴射ノズル７および溶融炉用起動バーナ２６Ａを設ける代わりに、該燃焼室４８に油噴射ノズル７と燃焼室用起動バーナ２６を設置し、さらに燃焼室４８に熱分解ガス煙道１２を介して連通する煙道４７を設け、燃焼室４８の燃焼により発生する熱風を該煙道４７および熱分解ガス煙道１２を介して溶融炉９に接線方向に吹き込むようにしたことである。
【００１６】
このような装置によれば、燃焼室用起動バーナ２６に付設された旋回羽根４４、ウインドボックス４５、エアレジスタ４６などが１３００℃以上の高温となる溶融炉９から物理的に離れされており、輻射熱にさらされることはない。従って、起動バーナの焼損防止のための空気をバーナ消火後も流す必要がなく、起動バーナ２６消火後に空気を完全に遮断しても起動バーナ２６が焼損することはない。その結果、溶融炉９に供給する空気の全量を配管２０を通じて接線方向に吹込むことができるため、溶融炉内に強力な旋回流れを形成でき、燃焼ガスの混合ならびに燃焼効率を改善でき、高いスラグ化率を得ることができる。このような装置では、溶融炉９の昇温と起動は、燃焼室で発生する熱風を用いて行うのが好ましい。
なお、熱風は、熱分解ガス煙道１２に合流させるのではなく、燃焼用空気配管２０に合流させてもよく、また別途設けた専用の配管から接線方向に吹き込むようにしてもよい。
【００１７】
図４は、本発明の他の実施例を示すごみガス化溶融炉の一部断面説明図、図５は、図４の溶融炉本体のIV−IV線矢視図である。
図４において、図１と異なる点は、燃焼室４８において起動バーナ２６の点火による燃焼で発生した熱風を、熱分解ガス煙道１２に合流させずに煙道４７および溶融炉９の入口に隣接して設けた旋回室４９を介して溶融炉９に吹き込むようにした点である。このように溶融炉９に吹き込む前に予め熱風を旋回させることにより、溶融炉９内での旋回力を弱めることなく、熱風を吹き込むことができる。この場合も起動バーナ２６の高温による損傷を防止することができる。ただし、この場合には起動バーナ２６を消火した後、空気の供給を完全に停止すると、旋回室の溶融炉９への吹込孔がスラグで覆われ閉塞されてしまうため旋回された空気流を継続して流すことが必要となる。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１〜７に係るガス化溶融炉によれば、スラグの固化閉塞トラブルによるプラント稼働率の低下を防止でき、灰のスラグ化率を向上させることができ、溶融炉の稼働率の向上、信頼性の向上および運転コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すガス化溶融炉の一部断面説明図。
【図２】図１の溶融炉本体のII−II線矢視図。
【図３】図１の溶融炉のIII −III 線矢視図。
【図４】本発明の他の実施例を示すガス化溶融炉の一部断面説明図。
【図５】図１の溶融炉本体のＶ−Ｖ線矢視図。
【図６】従来技術によるガス化溶融炉のシステム系統図。
【図７】従来技術のガス化炉および溶融炉の断面説明図。
【図８】図７の溶融炉本体のVIII−VIII線矢視図。
【図９】図７の溶融炉のIX−IX線矢視図。
【符号の説明】
１…給じんホッパ、２…定量供給器、３…ボイラ、４…空気配管、５…供給シュート、６…ガス火炉、７…油噴射ノズル、８…流動層、９…溶融炉、１０…ガス化炉用起動バーナ、１２…熱分解ガス煙道、１３…ガス冷却塔、１４…エアヒータ、１５…集塵器、１６…誘引送風機、１７…煙突、１８…ダンパ、１９…送風機、２０、２１、２２、２３、３２…空気配管、２４…二次燃焼室、２６…燃焼室用起動バーナ、２５、２７、２８、２９…空気調整弁、３３、３４、３５…排ガス煙道、３７…散気管、３８…スラグタップ、３９…スラグ落下筒、４０…水砕水、４１…スラグチャンバー、４２…空気ノズル、４４…旋回羽根、４５…ウインドボックス、４６…エアレジスタ、４７…煙道、４８…燃焼室、４９…旋回室。

Claims

ごみを燃焼させるガス化燃焼炉と、該ガス化燃焼炉で発生した灰およびチャー粒子を含む熱分解ガスを完全燃焼させる溶融炉と、前記熱分解ガスを該溶融炉に供給する熱分解ガス煙道と、該溶融炉に燃焼用空気を供給する空気配管とを備えたガス化溶融炉であって、前記溶融炉に煙道を介して連通する燃焼室を設けるとともに、該燃焼室に油噴射ノズルおよび起動バーナを設け、かつ該煙道と前記溶融炉の間に旋回室を設け、前記燃焼室で発生する熱風を該旋回室で溶融炉内の熱分解ガスの旋回方向と同一方向に旋回させて前記溶融炉に吹き込むようにしたことを特徴とするガス化溶融炉。