JP4073916B2

JP4073916B2 - 溶融炉

Info

Publication number: JP4073916B2
Application number: JP2005004848A
Authority: JP
Inventors: 博之細田; 正伊藤
Original assignee: Kobelco Eco Solutions Co Ltd
Current assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Priority date: 2005-01-12
Filing date: 2005-01-12
Publication date: 2008-04-09
Anticipated expiration: 2025-01-12
Also published as: JP2006194486A

Description

本発明は、灰分を溶融させる溶融炉に関し、特に、灰分を溶融スラグ化して排出する溶融炉に関する。

最終処分場延命化のために、廃棄物や可燃物を焼却処理することにより発生する灰などの焼却残渣を溶融させて有効利用可能なスラグにする溶融炉が用いられている。
このような、溶融炉としては、可燃物をガス化した後に、該ガス化により生じた可燃性ガスを燃焼させて可燃物中の灰分を溶融するガス化溶融炉や不燃物、焼却残渣や飛灰等の灰分をプラズマ、アーク、電気ヒーター、化石燃料などを用いて溶融させる灰溶融炉などの溶融炉が用いられている。
中でも、ガス化溶融炉は、エネルギーの有効利用の観点から広く用いられている。
このような、ガス化溶融炉は、通常、内部が炭化ケイ素やアルミナ質などの耐火物で構成され灰が溶融される炉本体部が備えられ、該炉本体部で溶融された灰（溶融スラグ）が排出される溶融スラグ排出部が備えられている。このガス化溶融炉では、ガス化炉にて廃棄物等がガス化されて、通常、可燃性ガス、可燃性の固形分と灰に分解され、可燃性ガス、可燃性の固形分とともに灰が炉本体部に導入され可燃性ガスおよび可燃性の固形分の燃焼により灰の溶融温度以上の温度（例えば１３００℃）に加熱され、灰が溶融スラグ化される。このような灰の溶融が継続されると、やがて、溶融スラグは、溶融スラグ排出口から、管状の排出路を通り、溶融スラグ排出口の下方に配された水槽などに流下され水砕スラグとされる。

ところで、近年、ダイオキシンや重金属などの人体に対する影響が認知され、このような溶融炉においても、炉内部で作業員が作業する回数や時間を減少させるなどのメンテナンス性に優れたものが要望されている。しかし、このような溶融炉においては、溶融スラグなどの付着によって管状排出路の閉塞が生じることが知られており、年間（あるいは月間）に所定の回数で付着物を除去するメンテナンス作業が実施されている。また、溶融炉の内壁は、通常、前述のような材料で構成されているため衝撃に弱く（割れ易く）、付着した溶融スラグを除去するために慎重な作業を必要としメンテナンス作業に長い時間がかかるという問題を有している。

このような問題に対して、溶融スラグが管状排出路の内壁に付着することを抑制させて溶融スラグ除去作業の回数を減少させメンテナンス性を向上させることが考えられる。このことに対し、特許文献１には、出滓部として管状の排出路が記載され、この管状排出路の上端部に、内周縁よりも中心寄りに凸出した凸出部を設けることで管状排出路の内壁から離れた場所において溶融スラグを流下させることが図示されている。
しかし、このような溶融炉においては、上述のように凸出形状を有するため、管状排出路の内壁面などに比べ、より割れ易いものとなっており、より慎重な取り扱いが必要となる。また、このような凸出部が溶融スラグに侵食され補修を要する場合には、必要部分のハツリ作業を行った後、型枠を組んで作り直すという多大な作業工数をかけて補修することが必要となる。したがって、ガス化溶融炉や灰溶融炉のごとく、従来の溶融炉においては、メンテナンス回数ならびに時間を減少させること、すなわち、メンテナンス性に優れた溶融炉を提供することが困難であるという問題を有している。

特開平６−１１１３０号公報

本発明の課題は、上記問題点に鑑み、メンテナンス性に優れた溶融炉を提供することにある。

本発明は、前記課題を解決すべく、可燃物をガス化した後に、灰分を溶融炉にて溶融する可燃物のガス化溶融炉であって、該ガス化溶融炉には、溶融スラグが排出される溶融スラグ排出口が開口され、該溶融スラグ排出口から下方に向けて延在する管状排出路が設けられ、前記管状排出路上端部には、管状排出路の内面に溶融スラグが接触して流下するのを抑制し得るように管状排出路の内周縁よりも内方に凸出した凸出部が備えられており、該凸出部は、複数の分割片が用いられて形成され、しかも、同一形状を有する分割片を複数含む分割片が用いられて形成されており、着脱自在に設けられていることを特徴とする可燃物のガス化溶融炉を提供する。

本発明によれば、溶融炉の管状排出炉が、上端部に管状排出路の内周縁よりも内方に凸出した凸出部が備えられているために、管状排出路の内周縁よりも中心寄りの位置において溶融スラグを流下させて管状排出路の内面に溶融スラグが接触して流下することを抑制し、付着したスラグを除去する作業回数を減少させ得る。また、前記凸出部が着脱自在に設けられていることから、凸出部に付着したスラグを除去したり、凸出部の補修が必要な場合に、新しい部材と取り替えるだけでよく作業時間を短縮させ得る。したがって、溶融炉をメンテナンス性に優れたものとし得る。

以下に、本発明の好ましい実施の形態について図１を参照して説明する。
まず、本実施形態のガス化溶融炉１０について説明する。本実施形態のガス化溶融炉１０には、可燃物を分解して可燃性のガスと灰とを産出するガス化部２と、該ガス化部２から可燃性ガスならびに灰を導入して溶融スラグ３として排出する灰溶融部１とを備えている。

前記灰溶融部１は、灰を可燃性ガスとともに燃焼させ溶融スラグ化させる炉本体部４と、該炉本体部４の下位に配されて前記炉本体部４と連通され、前記溶融スラグの排出を行う溶融スラグ排出部５とを備えている。
また、溶融スラグ排出部５の下方には、溶融スラグを冷却し水砕スラグとするためのスラグ冷却水槽６が配されている。

前記炉本体部４は、垂直方向に配された縦長の略円筒形状とされ、用途などによって異なるが、通常、内径１〜３ｍとされ、炭化ケイ素やアルミナ質などの耐火煉瓦、キャスタブル耐火物などにより内壁が構成され、耐熱レンガなどの断熱性部材を介して、鋼板などの外壁が設けられている。前記炉本体部４は、上端部が閉塞され、下端部が開口されている。また、上端部には、灰を可燃性ガスならびに空気もしくは酸素などの助燃性気体とともに導入する灰供給口４１を備え、下端部は、中央部に比べて径小な絞り構造４２が施され、該絞り構造４２を介して溶融スラグ排出部と連通している。

前記溶融スラグ排出部５は、すり鉢状に傾斜した底面５１を備え、該底面５１の最下部に開口された溶融スラグ排出口５２と、該溶融スラグ排出口５２に連通され、前記溶融スラグ排出口から下方に向けて延在する管状排出路５３が設けられ、前記炉本体部４と同様の部材により断面略Ｙ字状に形成されている。また、このＹ字形状の一方の上端部において前記炉本体部４と連通し、他方の上端部には炉本体部４にて燃焼された可燃性ガスの排ガスを排出する排気口５４が形成されている。

前記管状排出路５３は、用途によって、円管状や角管状に形成されているが、通常、内径０．５〜１．５ｍ、長さ１．５〜３．０ｍの円管状とされ、下端が前記スラグ冷却水槽６の水面から約０．５ｍの位置となるまで水中に没するよう配されている。また、管状排出路５３の上端部は、内周縁よりも中心寄りの位置において溶融スラグを流下させて管状排出路５３の内面に溶融スラグが接触して流下するのを抑制し得るように、通常、管状排出路５３の内周縁よりも内方に５〜１０ｃｍ凸出した凸出部５５が備えられている。該凸出部５５は、溶融炉のメンテナンス性をより高め得る点から、取り扱い易い大きさに分割されたものを組み合わせて形成されていることが好ましい。さらに、その分割された分割片は、製造が容易で、しかも、分割片の取り替え時に特定の分割片を特定の個所に取付けるという煩雑な手間が生じることを防止できる点から、分割片同士が同一の形状を有していることが好ましい。

このような、複数の分割片を用いて前記凸出部を形成する場合の一例を、図２及び図３を参照しつつ説明すると、管状排出路５３の上端部には、分割片５６として厚さ１０〜６０ｍｍのＳＵＳ３０４ステンレス鋼板が８枚用いられて凸出部が形成されている。前記分割片５６は、溶融スラグ３を集合させて、より素早く排出させ、分割片５６が溶融スラグ３により侵食されたり、分割片５６にスラグが固化して付着したりすることを抑制し、分割片５６の取り替え期間を延長させ得る優れた点を有することから、２枚ずつが断面Ｖ字の樋状となるように組み合わされて、管状排出路５３の上縁部に取付けられている。

前記分割片５６は、図４に示すように、分割片５６に設けられた取付け穴５８と溶融炉の底面５１に取付けられたアンカーピン５９とを嵌め合わせることにより取付けることができる。また、要すれば、アンカーピン５９と分割片５６とを溶接やねじ止めなどの固定手段により固定させてもよい。

また、これら炉本体部４、溶融スラグ排出部５の必要個所には耐熱ガラスなどによる内部観察用窓や、各種センサーなどの検知手段、該検知手段を元に溶融炉の運転を制御する制御手段などが適宜設けられている。

次に、本実施形態のガス化溶融炉１０の運転方法についてガス化部２から可燃性ガスならびに灰を導入して溶融スラグ化し、排出する場合を例に挙げて説明する。
ガス化部２では、可燃物をガス化させて可燃性ガス、可燃性固形分と灰とを発生させる。このとき、要すれば、ガス化部２からチャーなどの可燃性固形物が多く産出される燃焼条件を選択することも可能である。
ガス化部２から可燃性ガスとともに排出された灰を、加圧空気により加速し前記灰供給口から灰溶融部１に導入させる。この時、灰をより長く炉本体部内に滞留させ得るように、炉本体部内において旋回流Ａを生じるよう灰を導入させる。
この炉本体部では、導入された可燃性ガスを燃焼させることにより内部を通常１３００℃程度に保っている。そして、前述のように旋回しながら炉本体部４を落下する間に、灰を溶融させる。また、前記旋回流Ａにより溶融した灰（溶融スラグ３）を炉本体部４の内壁に付着させ、この壁面において集合して、液滴状態とさせる。
そうすることで、溶融スラグを自重で流下させ、炉本体部４から溶融スラグ排出部５へと移動させる。

溶融スラグ排出部５では、前述したすり鉢形状の底面５１により炉本体部４から流下させた溶融スラグ３を溶融スラグ排出部５の最下部に集合させ、該最下部に開口された溶融スラグ排出口５２から、管状排出路５３を通過させて、スラグ冷却水槽６へと流下させる。
また、一方で溶融スラグ排出部５に開口された排気口５４から炉本体部４で燃焼された可燃性ガスの排ガスを排出させる。なお、ここでは詳述しないが、この排ガスはボイラーなどの熱交換器により熱を有効に利用することができる。

さらに、この排ガスを排気口５４から排出させることにより、管状排出路５３に高温の排ガスが流入することを抑制でき、管状排出路５３の凸出部５５の下位の雰囲気の温度を１０００〜１２００℃程度に保持させることができる。
また、溶融スラグ３を溶融スラグ排出口５２から、管状排出路５３を通過させて、スラグ冷却水槽６へと流下させる場合には、管状排出路５３の上端部に設けた凸出部５５により溶融スラグ３を管状排出路５３の中央部に誘導して、管状排出路５３の壁面に接触しないよう流下させる。

また、流下させた溶融スラグは、スラグ冷却水槽６に投入し、水砕スラグ３ａとしてベルトコンベアなどで搬出する。
なお、前記凸出部５５が溶融スラグ３により侵食され、溶融スラグ３が管状排出路５３の壁面に接触して流下されるおそれが生じた場合においては、分割片５６をアンカーピン５９から抜き取ることにより素早く新しい凸出部５５の形成を行うことができる。
以上のように、本実施形態においては、運転状態が安定していることからメンテナンス時期が予測でき、溶融炉内の状況を検知するための特別な装置や、点検作業などの工数を削減し得る有利な点を有することからガス化部から可燃性ガスならびに灰を導入して溶融スラグ化し排出するガス化溶融炉について説明したが、本発明においては、溶融炉をガス化溶融炉に限定するものではなく、不燃物、焼却残渣や飛灰等の灰分をプラズマ、アーク、電気ヒーター、化石燃料などを用いて溶融させる灰溶融炉も本発明の意図する範囲である。

なお、本実施形態においては、衝撃に強く（割れたりするおそれが低く）、慎重な作業を必要としない点においてメンテナンス性に優れ、しかも炭素鋼など他の金属材料と比べて、クロムが含有されて耐熱性が向上されている点、および、ニッケルが含有されて高温時の粘りが付与されている点などから、溶融スラグにより侵食されることを抑制でき、単位期間における取り替え回数を減少させ得る有利な効果を有することから前記凸出部をステンレス鋼で形成させているが、本発明の凸出部は、その形成材料としてステンレス鋼に限定されるものではない。
なお、本実施形態においては、種々の厚み、形状の部材を調達することが容易で、外形加工などの加工手段も一般に確立されており、急な取替え要望にも迅速に対応し得る点から前記凸出部をステンレス鋼の中でもＳＵＳ３０４を用いて形成しているが、このような点において、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌを用いていても同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態においては、管状排出路に炉本体部の高温気体が流入することを抑制でき、管状排出路の内壁に未処理灰などが付着、蓄積することを防止し得る点、および、前記凸出部の温度をより低下させて溶融スラグによる侵食を抑制し得る点から前記凸出部よりも上位に排気口を設け炉本体部の気体を排出しているが、本発明の溶融炉においては、前記排気口の位置が限定されるものではなく、排気口が設けられていない構造とすることもできる。

また、前記凸出部がＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌで形成されている場合には、前記排気口などにより前記凸出部下位の雰囲気の温度が１０００〜１２００℃とすることで、前記凸出部が溶融スラグにより侵食されることを抑制する効果がより優れたものとなる。
なお、前記凸出部下位の雰囲気の温度が１０００〜１２００℃となっていることは、タイプＫあるいは、タイプＲなどのシース熱電対を用いた測定により確認することができる。

一実施形態のガス化溶融炉を示す部分断面図。同実施形態の凸出部を示す上面図。図２のX−Ｘ’矢視断面を示す部分断面図。ａ）取付けられた分割片を示す図３のＹ−Ｙ’矢視断面図。ｂ）取り外された分割片を示す図３のＹ−Ｙ’矢視断面図。

符号の説明

１灰溶融部
２ガス化部
３溶融スラグ
４炉本体部
５溶融スラグ排出部
１０ガス化溶融炉
５２溶融スラグ排出口
５３管状排出路
５４排気口
５５凸出部

Claims

可燃物をガス化した後に、灰分を溶融炉にて溶融する可燃物のガス化溶融炉であって、
該ガス化溶融炉には、溶融スラグが排出される溶融スラグ排出口が開口され、該溶融スラグ排出口から下方に向けて延在する管状排出路が設けられ、前記管状排出路上端部には、管状排出路の内面に溶融スラグが接触して流下するのを抑制し得るように管状排出路の内周縁よりも内方に凸出した凸出部が備えられており、該凸出部は、複数の分割片が用いられて形成され、しかも、同一形状を有する分割片を複数含む分割片が用いられて形成されており、着脱自在に設けられていることを特徴とする可燃物のガス化溶融炉。
前記凸出部がステンレス鋼により形成されている請求項１記載の可燃物のガス化溶融炉。
排ガスが排出される排気口がさらに設けられ、該排気口が前記凸出部よりも上位に配されている請求項２記載の可燃物のガス化溶融炉。
前記凸出部下位の雰囲気の温度が１０００〜１２００℃となり、前記ステンレス鋼としてＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ及びＳＵＳ３１０Ｓの何れかが用いられている請求項２又は３記載の可燃物のガス化溶融炉。
灰分が溶融されて溶融スラグとして排出される溶融炉であって、
該溶融炉には、溶融スラグが排出される溶融スラグ排出口が開口され、該溶融スラグ排出口から下方に向けて延在する管状排出路が設けられ、
前記管状排出路の上端部には、該管状排出路の内面に溶融スラグが接触して流下するのを抑制し得るように管状排出路の内周縁よりも内方に凸出した凸出部が備えられており、該凸出部は、複数の分割片が用いられて形成され、しかも、同一形状を有する分割片を複数含む分割片が用いられて形成されており、着脱自在に設けられていることを特徴とする溶融炉。
前記凸出部がステンレス鋼により形成されている請求項５記載の溶融炉。
溶融スラグ排出部の気体が排出される排気口がさらに設けられ、該排気口が前記凸出部よりも上位に配されている請求項６記載の溶融炉。