JP5059381B2 - ガス化溶融炉の底壁の施工方法及び底壁用プレキャストブロックの組合せユニット - Google Patents

Description

本発明は、都市ごみや産業廃棄物などを処理するためのガス化溶融炉の底壁の施工方法及び底壁用プレキャストブロックの組合せユニットに関するものである。

従来、都市ごみや産業廃棄物等は、廃棄物処理場において焼却処理されて減容化され、最終的に排出される焼却残渣等の固形物は埋め立て処分場で埋め立て処分されている。又、それらの固形物中において、焼却又は溶融処理した際に発生する飛灰には亜鉛、鉛などの重金属類が含まれているため、飛灰はセメント固化や薬剤処理等によって安定化処理された後に埋め立て処分されている。しかし、このような処分の仕方は埋め立て処分場が必要であるとともに近年ではこのような処分場の確保が非常に困難となってきている。また、安定化処理した場合でも、超長期的には、埋め立て処分された飛灰から溶出する重金属が環境汚染の原因となるというリスクを抱えており、環境汚染を防ぐための対策を施す必要がある。

このため、近年においては、上記焼却処理に代わる廃棄物の処理の仕方として、廃棄物を還元性熱処理炉で熱処理することが行われている。このような処理方法の例としてガス化改質方式によるガス化溶融プロセスがある（特許文献１参照）。

この方法は、ガス化溶融炉内で、廃棄物を熱処理することにより、該廃棄物を熱分解ガスを含むガスと溶融物とに転換するものである。そして、このガス化溶融の方法は、得られたガス中にダイオキシン等の有害なガス成分が少ないという利点がある。又、廃棄物から発生する熱分解ガス中には可燃性のガスが含まれるため、このガスを発電用燃料、工業用燃料及び化学工業用原料等として有効に利用することができる。さらに、廃棄物に含まれていた重金属類等の有害物質は、溶融スラグ中に固定できるため、重金属類が溶出しにくいという利点がある。
特開２００５−２４９３６６号公報

ところで、前記のガス化溶融炉では、炉本体内部の温度が高温になり、高温ガスや溶融スラグと接触するため、一般に炉本体は外側の鉄皮を耐火物によって内張するという構造をとっている。そして、ガス化溶融炉の底部（炉底）の底壁を形成する場合、従来はガス化溶融炉が設けられている現場において、該底部に対してキャスタブルを成型して形勢するようにしていた。

ところが、ガス化溶融炉が設けられている現場においてキャスタブルで底壁を形成すると、底壁を形成する施工時間が長くなり、効率が悪い問題があるとともにガス化溶融炉の施工コストが高くなる問題があった。又、現場において、キャスタブルで底壁を形成する場合、キャスタブルの流動性を高めて行う必要があるため、水の使用量が多くなり、緻密（高密度）な底壁が出来にくく、そのため耐用が低い問題があった。

本発明は、ガス化溶融炉の底壁の施工に時間を要することなく、底壁を早期に完成することができるとともに、緻密な底壁に形成することができ、耐用を長くできるガス化溶融炉の底壁の施工方法及び底壁用プレキャストブロックの組合せユニットを提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、ガス化溶融炉の底部において鉄皮に第１不定形耐火物及び第２不定形耐火物を内張し、該第１不定形耐火物に対して、溶融物を流すためであって溶融物が流れる方向に沿って徐々に深くなる流路凹部を上面に形成した不定形耐火物からなる複数のプレキャストブロックを列状に配置するとともに、該第２不定形耐火物に対して、前記複数のプレキャストブロックのうち、溶融物が流れる方向の最も上流側のプレキャストブロックを配置して底壁を構築することを特徴とするガス化溶融炉の底壁の施工方法を要旨とするものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載のガス化溶融炉の底壁の施工方法において、前記プレキャストブロック間の目地を前記溶融物が流れる方向とは直交する方向に形成することを要旨とするものである。

請求項３の発明は、不定形耐火物からなり、上面には溶融物を流すための流路凹部が形成されていることを特徴とするガス化溶融炉の底壁用プレキャストブロックを要旨とするものである。

請求項３の発明は、上面には溶融物を流すための流路凹部が形成されているとともにガス化溶融炉の底部において鉄皮に内張された第１不定形耐火物及び第２不定形耐火物に配置される、不定形耐火物からなる複数個の底壁用プレキャストブロックの組合せユニットであって、前記複数個の底壁用プレキャストブロックが列状に組み合わされたときに、前記第１不定形耐火物に対して、前記各流路凹部が溶融物の流れる方向に沿って徐々に深くなるように配置されるとともに、前記第２不定形耐火物に対して、前記複数個のプレキャストブロックのうち、溶融物が流れる方向の最も上流側の底壁用プレキャストブロックを配置されて、前記流路凹部によって溶融物が流れる流路が形成され、前記複数の底壁用プレキャストブロックが列状に組み合わされたときに互いに接合される面を有する底壁用プレキャストブロックの該面は、前記流路に対して直交する方向に沿って形成されていることを特徴とするガス化溶融炉の底壁用プレキャストブロックの組合せユニットを要旨とするものである。

請求項１の発明によれば、工場で成型した底壁用プレキャストブロックをガス化溶融炉の底部に配置することにより底壁として構築できるため、ガス化溶融炉の底壁の施工に時間を要することなく、底壁を早期に完成することができる効果がある。又、工場でプレキャストブロックを形成する場合、水の使用量をコントロールしてプレキャストブロックを形成することができるため、緻密（高密度）なプレキャストブロックができ、その結果、底壁の耐用を高くすることができる。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加えて、プレキャストブロック間の目地が前記溶融物が流れる方向とは直交する方向に形成されるため、高温の溶融物による目地の溶損を抑制することができる。すなわち、仮に、目地を高温の溶融物と流れる方向に沿って配置した場合は、目地が高温の溶融物の流れに沿うようにして該溶融物に晒されるため溶損量が多くなるが、請求項２の発明ではそのようなことがなく、目地の溶損を抑制できる。

請求項３の発明によれば、請求項１の効果や請求項２の効果を期待できる底壁用プレキャストブロックを提供できる。

以下、本発明をガス化溶融炉の底壁に具体化した一実施形態を図１〜３を参照して説明する。
図１はガス化溶融炉の概略断面図である。まず、このガス化溶融炉の基本的な構成の概略及び機能を説明する。ガス化溶融炉１０は、上部に円筒状の高温反応炉部１２を有し、下部に均質化炉部１４が設けられている。均質化炉部１４は図１に示すように炉底１５から横方向に延びて形成され、その末端下部には、排出口１６が設けられている。又、炉底１５の近傍の側壁には、図１に示すように炉内に高濃度酸素を導入するためのランス１７及び補助燃料（微粉炭、重油などの液体燃料、或いは天然ガス等の気体燃料）を導入するためのランス１８が設けられている。

ガス化溶融炉１０では、都市ごみ、産業廃棄物等の廃棄物は図示しないプレス機で圧縮された後、乾燥熱分解工程で間接加熱により加熱乾留されて乾留物が形成され、この乾留物が、高温反応炉部１２の下部に設けられた投入口１２ａを介して高温反応炉部１２に送られる。高温反応炉部１２の下部には、ランス１３が配置されている。このランス１３によって炉内に高濃度酸素が導入され、この酸素ガスが前記乾留物中の炭素と反応して一酸化炭素と二酸化炭素が生成される。また、炉内には高温水蒸気が存在するため、炭素と水蒸気とによる水性ガス反応が生じて、水素と一酸化炭素が生成される。更に、有機化合物（炭化水素など）も水蒸気と反応して、水素と一酸化炭素が生成する。上記反応の結果、高温反応炉部１２の塔頂部に設けられた図示しないガス排出口を介して粗合成ガスが回収される。

一方、高温反応炉部１２下部で生成した溶融物は高温反応炉部１２から均質化炉部１４へ流れ出る。この溶融物には炭素や微量の重金属等が含まれており、均質化炉部１４においては炭素が十分な酸素あるいは水蒸気によってガス化されて水素、一酸化炭素、二酸化炭素が生成される。均質化炉部１４において金属溶融物は比重が大きいため、スラグの下部に溜まる。溶融物は排出口１６から排出されて図示しない水砕システムに流れ落ちて、冷却固化され、メタル・スラグの混合物は、磁選によりメタルとスラグに分離される。

なお、高温反応炉部１２から発生する粗合成ガスは、図示しない急冷装置で酸性水が噴射されることによりガスの温度を約１２００℃から約７０℃にまで急速冷却され、ダイオキシン類の再合成が阻止される。この時、酸性水によってガスが酸洗浄され、粗合成ガス中に含まれるＰｂなどの重金属成分と塩素分は洗浄中に溶け込む。

そして、酸洗浄された合成ガスは、必要に応じて更に酸洗浄を施されたのちアルカリ洗浄され、残存する塩化水素ガス等の酸性ガスが中和除去される。次いで、図示しない脱硫洗浄装置でガス中の硫化水素が硫黄に転換されて硫黄ケーキとして回収される。次いで合成ガスは低温除湿工程で水分を除去された後、精製された燃料ガスとして利用される。

さて、上記のように使用されるガス化溶融炉１０において、高温反応炉部１２の真下に位置する均質化炉部１４の底部について説明する。
高温反応炉部１２の真下に位置する均質化炉部１４の底部には、鉄皮２０の内底面に内張された不定形耐火物２２の上面に対し、底壁用プレキャストブロックとしての複数のプレキャストブロック２４〜２６が列状に配置されることにより底壁が構築されている。プレキャストブロック２４〜２６は、所定の量の水が加えられた各種サイズの耐火性骨材と流し込み不定形耐火物が、混練機で混練され、該混練機からホッパーに移し替えられて、該ホッパーから型枠で形成された空間内に流し込みされることにより形成されたものである。プレキャストブロック２４〜２６に使用される原材料は、耐食性に富むもので有れば材質に限定されるものではない。耐食性に富むアルミナ不定形耐火物としては、例えば、アルミナ不定形耐火物を挙げることができ、これらのアルミナ系不定形耐火物に、高い耐食性を付与するマグネシアやクロミアが配合されていることが好ましい。本実施形態では、プレキャストブロック２４〜２６に使用される原材料は、アルミナ−クロミア系の原材料が使用されている。

図３に示すようにプレキャストブロック２４は、下半分が上下に反転した円錐台を軸心方向に沿って半割した形状に形成され、上半分が低円柱体を軸心方向に沿って半割した形状に形成されている。そして、図１、図３に示すようにプレキャストブロック２４の上面の一部は、平面を有する接合面２４ａが形成され、鉄皮２０内面に内張された不定形耐火物１４ａに接合されている。プレキャストブロック２４の上面において、接合面２４ａを除く部分は、流路凹部としての凹部２４ｂが形成されている。凹部２４ｂは幅方向（溶融物が流れる方向Ａ（図３参照）に直交する方向）において、断面円弧状に形成され、溶融物が流れる方向Ａに向かうほど図１、図３に示すように断面円弧状の最深部が徐々に深くなるように形成されている。又、図１、図３に示すように、プレキャストブロック２４の下部端面は水平面２４ｃを有する。

又、プレキャストブロック２４に隣接して設けられたプレキャストブロック２５の下半分は、溶融物が流れる方向Ａ（図３参照）において、厚みが均等に設けられている。又、プレキャストブロック２５の幅方向の両端の上部には、図１、図３に示すように、平面を有する接合面２５ａが形成され、鉄皮２０内面に内張された不定形耐火物１４ａに接合されている。接合面２５ａは前記接合面２４ａと同一高さを有するとともに平面に形成されている。

プレキャストブロック２５の上面において、接合面２５ａを除く部分は、流路凹部としての凹部２５ｂが形成されている。凹部２５ｂは、前記凹部２４ｂに連通されるように断面略円弧状に形成されており、溶融物が流れる方向Ａに向かうほど図１、図３に示すように断面円弧状の最深部が徐々に深くなるように形成されている。又、図１、図３に示すように、プレキャストブロック２５の下部端面は水平面２５ｃを有する。

又、プレキャストブロック２５に隣接して設けられたプレキャストブロック２６の幅方向の両端の上部には、図３に示すように、平面を有する接合面２６ａが形成され、鉄皮２０内面に内張された不定形耐火物１４ａに接合されている。接合面２６ａは前記接合面２５ａと同一高さを有するとともに平面に形成されている。

プレキャストブロック２６の上面において、接合面２６ａを除く部分は、流路凹部としての凹部２６ｂが形成されている。凹部２６ｂは、前記凹部２５ｂに連通されるように断面略円弧状に形成されている。又、凹部２６ｂには図３に示すように流路凹部としての断面Ｖ字状の溝２６ｄが形成されている。溝２６ｄの最深部は溶融物が流れる方向Ａに向かうほど徐々に深くなるように形成されている。又、図１に示すように、プレキャストブロック２５の下部端面は水平面２６ｃを有する。

そして、プレキャストブロック２４，２５の互い対向する面にはそれぞれ接合面２４ｄ，２５ｅが略平行となるように形成されている。又、プレキャストブロック２５，２６の互い対向する面にはそれぞれ接合面２５ｄ，２６ｆが略平行となるように形成されている。又、プレキャストブロック２６の接合面２６ｆとは１８０度反対側の面には、接合面２６ｆと平行に接合面２６ｇが形成され、不定形耐火物２２の上面に配置された耐火物煉瓦層２８に接合されている。又、プレキャストブロック２４，２５の接合面２４ｄ，２５ｅ間、及びプレキャストブロック２５，２６の互い対向する面は接合面２５ｄ，２６ｆ間には、不定形耐火物３０が目地として充填されている。目地を構成する不定形耐火物３０は溶融物が流れる方向Ａに対して直交する方向に沿って形成されている。又、プレキャストブロック２４において、鉄皮２０と対向する面間には、図１に示すように、不定形耐火物３２が充填されている。本実施形態では、プレキャストブロック２４〜２６により底壁用プレキャストブロックの組合せユニットが構成されている。

さて、上記のように構成されたガス化溶融炉１０の炉底１５を構成する２４〜２６の施工方法について説明する。
まず、高温反応炉部１２の真下に位置する均質化炉部１４の底部において、不定形耐火物２２の上面を水平出ししておくとともに、プレキャストブロック２４〜２６を配置する空間域及びその周辺空間域は予め確保されているものとする。そして、前記不定形耐火物２２の上面に対して、予め工場で形成されたプレキャストブロック２４〜２６の組合せユニットを、溶融物の流れる方向Ａに沿って列状に載置する。そして、プレキャストブロック２４〜２６の接合面２４ｄ，２５ｅ、接合面２５ｄ，２６ｆ、２６ｇは、溶融物の流れる方向Ａと直交する方向（幅方向）に沿って配置する。そして、接合面２４ｄ，２５ｅ間、接合面２５ｄ，２６ｆ間には、それぞれ不定形耐火物３０を充填して目地を形成する。又、プレキャストブロック２４と鉄皮２０の間に不定形耐火物３２を充填するとともに、プレキャストブロック２６の接合面２６ｇに対して耐火物煉瓦層２８を構成する耐火物煉瓦を配置する。又、プレキャストブロック２４〜２６の上面である接合面２４ａ，２５ａ，２６ａに対して不定形耐火物１４ａを接合する。

さて、本実施形態の効果を説明する。
（１） 本実施形態のガス化溶融炉の底壁の施工方法では、ガス化溶融炉１０の底部に対して、不定形耐火物からなるプレキャストブロック２４〜２６を配置して底壁を構築するようにした。この結果、ガス化溶融炉１０の底壁の施工に時間を要することなく、底壁を早期に完成することができる。さらに、工場でプレキャストブロックを形成する場合、水の使用量をコントロールしてプレキャストブロックを形成することができるため、緻密（高密度）なプレキャストブロックができ、その結果、底壁の耐用を高くすることができる。

（２） 本実施形態では、ガス化溶融炉の底壁の施工方法では、ガス化溶融炉１０の底部に対して、溶融物が流れる方向Ａに沿って不定形耐火物からなる複数のプレキャストブロック２４〜２６を列状に配置した。そして、プレキャストブロック２４，２５間及びプレキャストブロック２５，２６間の目地を溶融物が流れる方向Ａとは直交する方向に形成して底壁を構築するようにした。この結果、高温の溶融物による目地の溶損を抑制することができる。

（３） 本実施形態のプレキャストブロック２４〜２６は、不定形耐火物から形成され、上面には溶融物を流すための凹部２４ｂ，２５ｂ，２６ｂ（流路凹部）や溝２６ｄ（流路凹部）が形成されている。この結果、凹部２４ｂ，２５ｂ，２６ｂ（流路凹部）や溝２６ｄ（流路凹部）を備えているため、ガス化溶融炉１０の底壁を形成した場合には、凹部２４ｂ，２５ｂ，２６ｂ（流路凹部）や溝２６ｄ（流路凹部）にて、容易に溶融物を流すことができる。

（４） 本実施形態のユニットでは、複数のプレキャストブロック２４〜２６が列状に組み合わされたときに、各凹部２４ｂ，２５ｂ，２６ｂや溝２６ｄが列方向（すなわち、溶融物が流れる方向Ａ）に沿って配置されるとともに凹部２４ｂ，２５ｂ，２６ｂや溝２６ｄにより溶融物が流れる流路が形成される。そして、複数のプレキャストブロック２４〜２６が列状に組み合わされたときに互いに接合される面（接合面２４ｄ，２５ｅ、２５ｄ，２６ｆ等）を有するプレキャストブロック２４〜２６の該面は、前記流路に対して直交する方向に沿って形成されているようにした。この結果、上記（１）及び（２）の効果を容易に実現することができる効果がある。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、下記のように変更してもよい。
○ プレキャストブロック２４〜２６の形状は、前記実施形態に限定すめものではなく、炉の底部に応じた形状であればよい。

○ 前記凹部２４ｂ等の形状は、断面円弧状に限定されるものではなく、適宜の掲示用でようことはいうまでもない。
○ 又、組合せユニットを構成するプレキャストブロックの個数は、上記実施形態の３個に限定されるものではなく、２個でもよく、或いは４個以上であってもよい。

○ 前記プレキャストブロック２６において、凹部２６ｂを残して前記溝２６ｄを省略してもよい。

一実施形態のシャフト型ガス化溶融炉の概略断面図。 同じくガス化溶融炉の底部の概略断面図。 同じく底壁用プレキャストブロックのユニットの斜視図。

符号の説明

Ａ…溶融物が流れる方向、１０…ガス化溶融炉、１５…炉底、
２４〜２６…プレキャストブロック（底壁用プレキャストブロック）、
２４ｂ…凹部（流路凹部）、２５ｂ…凹部（流路凹部）、
２６ｂ…凹部（流路凹部）、２６ｄ…溝（流路凹部）。

Claims (3)

1. ガス化溶融炉の底部において鉄皮に第１不定形耐火物及び第２不定形耐火物を内張し、該第１不定形耐火物に対して、溶融物を流すためであって溶融物が流れる方向に沿って徐々に深くなる流路凹部を上面に形成した不定形耐火物からなる複数のプレキャストブロックを列状に配置するとともに、該第２不定形耐火物に対して、前記複数のプレキャストブロックのうち、溶融物が流れる方向の最も上流側のプレキャストブロックを配置して底壁を構築することを特徴とするガス化溶融炉の底壁の施工方法。
2. 前記プレキャストブロック間の目地を前記溶融物が流れる方向とは直交する方向に形成することを特徴とする請求項１に記載のガス化溶融炉の底壁の施工方法。
3. 上面には溶融物を流すための流路凹部が形成されているとともにガス化溶融炉の底部において鉄皮に内張された第１不定形耐火物及び第２不定形耐火物に配置される、不定形耐火物からなる複数個の底壁用プレキャストブロックの組合せユニットであって、
   前記複数個の底壁用プレキャストブロックが列状に組み合わされたときに、前記第１不定形耐火物に対して、前記各流路凹部が溶融物の流れる方向に沿って徐々に深くなるように配置されるとともに、前記第２不定形耐火物に対して、前記複数個の底壁用プレキャストブロックのうち、溶融物が流れる方向の最も上流側のプレキャストブロックを配置されて、前記流路凹部によって溶融物が流れる流路が形成され、
   前記複数の底壁用プレキャストブロックが列状に組み合わされたときに互いに接合される面を有する底壁用プレキャストブロックの該面は、前記流路に対して直交する方向に沿って形成されていることを特徴とするガス化溶融炉の底壁用プレキャストブロックの組合せユニット。

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