JP5855784B1

JP5855784B1 - 濡れ壁構造

Info

Publication number: JP5855784B1
Application number: JP2015150836A
Authority: JP
Inventors: 吉浩石田; 田中　宏和; 宏和田中; 純一高田; 瑞樹名間; 直子吉元; 拓実樽角; 史朗小宮
Original assignee: NS Plant Designing Corp; Nippon Steel Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Engineering Co Ltd; Nippon Steel Plant Designing Corp
Priority date: 2015-07-30
Filing date: 2015-07-30
Publication date: 2016-02-09
Anticipated expiration: 2035-07-30
Also published as: JP2017032188A

Abstract

【課題】なるべく少ない量の水で壁面を十分均一に濡らすのに有用な濡れ壁構造を提供する。【解決手段】本発明は、廃棄物ガス化溶融炉から排出される溶融物が壁面に付着することを抑制するための濡れ壁構造に関する。この濡れ壁構造は、水で濡らすべき壁面を有する壁と、壁の上部において壁に沿って横方向に延びるように設けられた貯水部と、貯水部に水を供給する給水路と、貯水部の内側から外側にかけて貫通するように形成されており、壁面に沿って分散配置された複数の放水孔とを備える。【選択図】図６

Description

本発明は、廃棄物ガス化溶融炉から排出される溶融物が壁面に付着することを抑制するための濡れ壁構造に関する。

一般廃棄物や産業廃棄物などを処理する方法として、炭素系固形燃料（例えばコークス）を熱源に使用し、工業炉で廃棄物を溶融する方法が知られている。廃棄物の溶融処理は、廃棄物の減容化だけでなく、これまで埋め立てによって最終処分されていた焼却灰及び不燃性ゴミをスラグやメタルなどの資源として回収できる利点がある。

特許文献１の図１には廃棄物ガス化溶融炉に付設される水槽が図示されている。この図によれば、溶融炉２から排出された溶融スラグ４は、ノズル１８から噴射される水によって冷却され、水槽１へと落下する。

特開２００３−６５５２９号公報

ところで、廃棄物ガス化溶融炉の操業形態として、溶融炉の底部から溶融物を間欠的に排出する形態（「間欠出湯」と称される。）と、連続的に排出する形態（「連続出湯」と称される。）が知られている。間欠出湯の場合、溶融物排出用の貫通孔を耐熱材料で塞いだ状態とし、所定時間の経過ごとに貫通孔を開放することによって溶融物を排出させ、その後、再び貫通孔を耐熱材料で塞ぐ。この作業は人手に頼らざるを得ないため、本発明者らは連続出湯による安定的な操業の実現に向けて検討を重ねた。その結果、連続出湯による安定的な操業には以下の課題があることが判明した。

すなわち、貫通孔及びその周辺における溶融物の温度低下を十分に抑制しないと、比較的短時間のうちに溶融物の固化物によって貫通孔が閉塞されてしまう。間欠出湯の場合、炉底に溜まった比較的多量の溶融物が短時間のうちに排出されるため、溶融物の温度の低下に伴う問題は顕在化していなかった。これに対し、連続出湯の場合、少量の溶融物が連続的（場合によっては間欠的）に貫通孔から排出されるため、貫通孔及びその周辺において溶融物の温度が低下しやすい。温度低下に伴う溶融物の高粘性化又は固化によって貫通孔の下部から徐々に塞がれていき、その状態が続くと最終的には貫通孔全体が閉塞されるおそれがある。

上記特許文献１に記載の発明のように、貫通孔からの溶融物に水を噴射すると、貫通孔及びその周辺の温度も低下する傾向にある。貫通孔及びその周辺の温度の低下を防ぐため、本発明者らは貫通孔からの溶融物を加熱するためのバーナを貫通孔の出口側に配置した。バーナによる加熱は溶融物の温度低下を抑制する反面、溶融物がバーナの火炎の勢いにあおられて周辺に飛散する場合があることが判明した。そこで、本発明者らは、貫通孔周辺の壁面のうち、溶融物の飛散によって溶融物が付着するおそれがある領域を濡れ壁構造とすることを検討した。ここでいう濡れ壁構造とは、水で濡らすべき壁面の上方から壁面に水を供給し、この水が当該壁面上に水の膜を形成しながら下方に流れる構造を意味する。本発明者らの検討によると、濡れ壁構造を貫通孔周辺に採用する場合、壁を伝わる水によって熱が奪われるのを抑制する観点から、なるべく少ない水量で壁面上に水の膜を形成することが望ましい。

本発明は、少ない量の水で壁面を十分均一に濡らすのに有用な濡れ壁構造を提供することを目的とする。

本発明に係る濡れ壁構造は、廃棄物ガス化溶融炉から排出される溶融物が壁面に付着することを抑制するためのものである。この濡れ壁構造は、水で濡らすべき壁面を有する壁と、壁の上部において壁に沿って横方向に延びるように設けられた貯水部と、貯水部に水を供給する給水路と、貯水部の内側から外側にかけて貫通するように形成されており、壁面に沿って分散配置された複数の放水孔とを備える。

上記濡れ壁構造は、壁面に沿って分散配置された複数の放水孔から同時に且つ各放水孔からほぼ均等の量の水を排出することで、放水孔よりも下方の壁面上に水の膜を形成することができる。複数の放水孔から同時に且つほぼ均等に放水するには、例えば、給水路から貯水部に供給する単位時間あたりの水量と、複数の放水孔から排出される単位時間あたりの水の合計量とをバランスさせればよい。給水量の調整により、貯水部の水位を放水孔の形成された位置よりも高いレベルに維持することで、給水路からの水が貯水部のどの位置に供給されるかに関わらず、複数の放水孔から同時に且つ各放水孔からほぼ均等の量の水を壁面に向けて放水することができる。この場合、放水孔からの放水量は、放水孔の数、放水孔のサイズなどを適宜設定することによって調節すればよい。

複数の放水孔から同時に且つほぼ均等に放水することで、十分に少ない量の水で壁面を十分均一に濡らすことができる。仮に、特定の放水孔（例えば給水路に近い放水孔）から多量の水が排出され、残りの放水孔からは水がほとんど排出されないという状況では、当該残りの放水孔からも十分な量の水が排出されるように、給水路から供給する水量を増やす必要がある。

なお、上述のとおり、本発明は廃棄物ガス化溶融炉の連続出湯に関する検討に基づいて着想されたものであるが、本発明を適用する廃棄物ガス化溶融炉の操業形態は連続出湯に限定されず、間欠出湯であってもよい。

貯水部は、壁に接して形成されていることが好ましく、水で濡らすべき壁面上に設けられていることがより好ましい。例えば、濡らすべき壁面（表面）に接するように貯水部を形成したり、壁面の一部で貯水部を構成したりすることで、壁における濡らすべき壁面と反対側の壁面（裏面）側に設ける場合と比較して濡れ壁構造全体を比較的シンプルな構造とすることができる。

貯水部は、給水路から水が供給される第１の領域と、複数の放水孔が形成されている第２の領域と、貯水部内の空間を第１の領域と第２の領域とに仕切っており、壁面に沿って横方向に延びるように設けられた仕切り板とを有し、第１の領域に供給された水が仕切り板を超えて第２の領域に流れ込むように構成されていてもよい。かかる構成を採用することで、上述のように貯水部の水位を放水孔の形成された位置よりも高いレベルに必ずしも維持しなくてもよく、放水孔から放出する水量を調整しやすいという利点がある。すなわち、給水路から第１の領域への給水を開始すると、第１の領域の水位が徐々に高まる。第１の領域の水位が仕切り板の高さを超えると、第１の領域内の水がオーバーフローして第２の領域へと流れ込む。第１の領域内の水を第２の領域に向けてオーバーフローさせることで、給水路からの水が第１の領域のどの位置に供給されるかに関わらず、第２の領域に形成された複数の放水孔に同時に且つほぼ均等に水を供給することができる。その結果、複数の放水孔から同時に且つほぼ均等に壁面に向けて放水することができる。第１の領域に対して単位時間あたりに供給する水の量にもよるが、仕切り板の上辺は略水平方向に延びていることが好ましい。

上述のように貯水部が仕切り板によって仕切られている場合、貯水部は第１の領域と第２の領域とを導通する導通部を有してもよい。導通部を設けることで、第１の領域にスラッジなどの異物が蓄積することを防止することができる。例えば、給水路から供給される水に異物が含まれていても、その異物は水の流れによって第１の領域から第２の領域へと導通部を通じて移動し、その後、第２の領域に形成された放水孔から排出される。なお、貯水部が導通部を有する場合、第１の領域の水位が仕切り板の高さを超える状態を維持できるように、給水路から第１の領域に単位時間あたりに供給する水の量を、導通部を通じて第１の領域から第２の領域に単位時間あたりに流れる水の量よりも多くすればよい。

上記濡れ壁構造は、例えば、溶融物に熱を加えるバーナを備える以下の構成の廃棄物ガス化溶融炉に適用できる。すなわち、上記濡れ壁構造を適用するのに好適な廃棄物ガス化溶融炉は、炉底側に位置する溶融炉部と、溶融炉部の内面から外面にかけて形成されており、溶融物が排出される貫通孔と、溶融炉部の外に配置されており、貫通孔と連通する内部空間とを有する保圧室と、保圧室内に配置されており、貫通孔から排出される溶融物に熱を加えるバーナとを備える。この廃棄物ガス化溶融炉において、水で濡らすべき壁面は保圧室の内面の一部である。保圧室の内面の一部を濡れ壁とすることで、溶融物がバーナの火炎の勢いにあおられて周辺に飛散しても、溶融物又はその固形物が壁面に付着することを抑制できる。

上記廃棄物ガス化溶融炉における保圧室は、溶融炉部内の圧力よりも保圧室内の圧力を高く維持できるように構成されたものであってもよい。保圧室内の圧力を溶融炉部内の圧力よりも高く維持することで、貫通孔から保圧室側に溶融物を排出する一方、この溶融物の流れと対向するように保圧室内のガスを貫通孔から炉内へと流入させることができる。これにより、連続出湯による安定的な操業を十分に実現できる。その理由は以下のとおりである。まず、貫通孔から排出される溶融物をバーナの火炎で加熱することができる。これにより溶融物の粘性上昇を抑制でき、貫通孔の閉塞を抑制できる。更に、バーナから発生する燃焼ガスによって保圧室内の圧力を溶融炉部内の圧力よりも高い状態にすることができる。保圧室内の圧力を溶融炉部内の圧力よりも高くすることで、高温の炉内ガスが貫通孔を通じて炉外に排出されるのを防止するとともに、十分に高い温度の燃焼ガスを保圧室から溶融炉部へと貫通孔を通じて流入させることができる。その結果、溶融炉部内の温度（炉内温度）の低下を抑えることができ、炉内に導入すべき燃料の増加を十分に抑制できる。なお、上記保圧室内の圧力は例えば水封によって維持されるようにすればよい。

本発明によれば、少ない量の水で壁面を十分均一に濡らすのに有用な濡れ壁構造が提供される。

図１は本発明に係る廃棄物ガス化溶融炉の一実施形態を模式的に示す縦断面図である。図２は溶融炉部における四本の羽口と、溶融物排出用の貫通孔との位置関係を模式的に示す横断面図である。図３（ａ）は貫通孔の形状の一例を示す断面図であり、図３（ｂ）は貫通孔の下側に固形物が堆積した状態を示す断面図である。図４は溶融炉部の貫通孔を含む部分を拡大して示す縦断面図である。図５は図１に示された濡れ壁構造の正面図である。図６は図５に示すＶＩ−ＶＩ線における断面図である。図７は図６に示すＶＩＩ−ＶＩＩ線における断面図である。図８（ａ）〜（ｃ）は給水路から貯水部に供給された水が放水孔から排出されるまでの過程を模式的に示す断面図である。図９は溶融炉部における六本の羽口と、貫通孔との位置関係を模式的に示す横断面図である。図１０（ａ）〜（ｃ）は貫通孔からの溶融物の排出が停止した状態から、安定的に溶融物が流れ出る状況にまで、溶融物の流動性が改善する様子を示す画像である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

＜廃棄物ガス化溶融炉＞
図１に示す廃棄物ガス化溶融炉１０は、主な構成として、シャフト部１と、連通部２と、炭化火格子部３と、溶融炉部４と、保圧室６と、バーナ７と、水槽８と、濡れ壁構造２０とを備える。シャフト部１は還元雰囲気下で廃棄物を乾燥させるとともに熱分解する。連通部２は、シャフト部１と溶融炉部４とを連結している。炭化火格子部３はシャフト部１からの廃棄物を更に熱分解して、廃棄物を炭化させる。溶融炉部４は炭化された廃棄物を燃焼させるとともに融解する。溶融炉部４で生じた溶融物Ｍは貫通孔４ａを通じて保圧室６側に排出される。保圧室６は貫通孔４ａの外側の空間の圧力を維持するためのものである。バーナ７は保圧室６内に配置されており、貫通孔４ａの方向に向けられている。水槽８は保圧室６の下部を水封するとともに貫通孔４ａから排出される溶融物Ｍを冷却する水を収容する。濡れ壁構造２０は、貫通孔４ａから排出される溶融物Ｍが保圧室６の内面に付着することを抑制するためものである。以下、各構成について説明する。

シャフト部１は、還元雰囲気下で廃棄物を乾燥させるとともに熱分解するためのものである。シャフト部１の横断面形状は、例えば円筒形である。シャフト部１の上部には、廃棄物を炉内に装入するための廃棄物装入口１１が形成されている。シャフト部１の上部側には、廃棄物が乾燥・燃焼・熱分解する際に発生するガスを排出する炉内ガス排出口１２が形成されている。シャフト部１の下端には開口部１３が形成されており、自重でシャフト部１内を降下した廃棄物が開口部１３から連通部２へと排出される。シャフト部１の内径及び高さは、炉の処理能力等に応じて適宜決定することができる。例えば、シャフト部１の高さは、シャフト部１内の廃棄物の充填高さを少なくとも下端面から１ｍ以上で管理することのできる高さであることが好ましい。充填高さを１ｍ以上に確保することによって、シャフト部１内において炉内ガスの吹き抜け現象を抑制できる。

連通部２は、シャフト部１の底部側開口部１３と溶融炉部４の上部側開口部４６とを連結している。連通部２の縦断面形状は、例えば矩形であり、その底面に沿って炭化火格子部３が配置されている。炭化火格子部３は、シャフト部１で乾燥及び熱分解された廃棄物を更に熱分解する。

連通部２の底面は、炭化火格子部３によって構成されている。炭化火格子部３は、上記のとおり、廃棄物を熱分解（乾留）するための機能のみならず、炭化した廃棄物を溶融炉部４に供給する供給装置としての機能をも有する。炭化火格子部３は、可動炭化火格子と固定炭化火格子とを交互に階段状又は傾斜状に組み合せることによって形成されている。各可動炭化火格子は、流体圧シリンダ等の駆動装置３１ａ，３１ｂによって横方向に一定のピッチで往復動するように構成されている（図１の両矢印参照）。かかる可動炭化火格子と固定炭化火格子との組み合わせによって炭化火格子部３の上の廃棄物を撹拌しながら上流側から下流側へ向けて押し出すことができる。なお、炭化火格子部３を固定炭化火格子のみで構成し、供給装置を別に設けてもよい。供給装置の一例として、プッシャーが挙げられる。

連通部２の底面は、複数の炭化火格子で構成されており、全体が平坦面であるわけではないが、全体としてはシャフト部１側から溶融炉部４側に向けて低くなるように傾斜している。

炭化火格子部３は、上段側の供給炭化火格子３Ａと、下段側の乾留炭化火格子３Ｂとによる二段構造になっている。供給炭化火格子３Ａは、シャフト部１の真下に位置しており、シャフト部１内に充填された廃棄物の荷重を直接的に受ける。供給炭化火格子３Ａは、シャフト部１で乾燥及び熱分解された廃棄物の炭化が進むように当該廃棄物を更に熱分解するとともに乾留炭化火格子３Ｂへと押し出して供給する。炭化火格子部３の幅、特に供給炭化火格子３Ａの幅は、シャフト部１の内径と同程度であることが好ましい。シャフト部１から炭化火格子部３に切り替わる箇所において炭化火格子部３の幅とシャフト部１の内径を同程度とすることによって、廃棄物の荷下がりを安定化できる。

乾留炭化火格子３Ｂは、供給炭化火格子３Ａに隣接して設けられている。乾留炭化火格子３Ｂは、供給炭化火格子３Ａからの廃棄物を更に熱分解して炭化物を生成し、炭化された廃棄物を溶融炉部４へと押し出して供給する。乾留炭化火格子３Ｂは、供給炭化火格子３Ａと同様の構成を有する。なお、乾留炭化火格子３Ｂは、供給炭化火格子３Ａと同じ幅であってもよく、異なる幅であってもよい。乾燥及び熱分解の進行に伴って廃棄物は減容化するので、シャフト部１の内径や連通部２の幅に比べて溶融炉部４の炉底内径は小さくてもよい。乾留炭化火格子３Ｂの幅は、上流側から下流側に向かうにつれて徐々に小さくなるように設定されていてもよい。

供給炭化火格子３Ａの可動炭化火格子は第１駆動装置３１ａによって駆動され、乾留炭化火格子３Ｂの可動炭化火格子は第２駆動装置３１ｂによって駆動される。このように第１及び第２駆動装置３１ａ、３１ｂを互いに独立して設ければ、炭化火格子３Ａ，３Ｂの駆動、停止及び駆動速度を独立して制御でき、その結果、炭化火格子３Ａ，３Ｂによる廃棄物の供給速度も独立して制御できる。

炭化火格子部３は、炭化火格子間の隙間及び／又は炭化火格子に形成した送風孔（不図示）を通じて表面全体から空気を炉内に吹き込むことができる構成となっている。すなわち、炭化火格子部３は、廃棄物の乾燥及び熱分解用の空気を炉内に吹き込む機能も有する。

供給炭化火格子３Ａ及び乾留炭化火格子３Ｂの裏面側には、炭化した廃棄物のうちの微細なものが炭化火格子間の隙間から落下した場合にそれを回収するための回収室３２がそれぞれ配置されている。各回収室３２には空気供給管Ｌ１を通じて送風装置３３からそれぞれ所定量の空気を供給できるように構成されている。炭化火格子間の隙間及び／又は炭化火格子に形成した送風孔は、例えば４００ｍｍピッチ以下であることが好ましい。供給炭化火格子３Ａ及び乾留炭化火格子３Ｂから供給する空気は、常温であってもよく、例えば２００℃程度にまで予熱されていてもよい。空気の予熱は、例えば炉内ガス排出口１２から排出される高温ガスとの熱交換によって行うことができる。

溶融炉部４は、炭化された廃棄物を燃焼させるとともに融解するためのものである。溶融炉部４は、上述のシャフト部１に対して横方向に炉芯をずらすように配置されている。シャフト部１及び溶融炉部４はそれぞれ鉛直方向に延びている。かかる構成を採用することにより、溶融炉部４に対してコークス（炭素系固形燃料）を直接導入することができる。溶融炉部４の横断面形状は、例えば円筒形である。溶融炉部４の上方には、コークス等を溶融炉部４内に装入するための副資材装入口４１が設けられている。本実施形態において、副資材装入口４１は連通部２の上面に形成されている（図１参照）。副資材装入口４１から、コークスとともにコークス以外の炭素系可燃性物質を装入してもよく、塩基度調整剤としての石灰石やスラグを装入してもよい。なお、コークスは、廃棄物とともに廃棄物装入口１１から装入してもよい。

図２に示すとおり、溶融炉部４の炉底側には、四本の羽口４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄが周方向に配置されている。羽口４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄから溶融炉部４内に燃焼用の酸素がそれぞれ供給される。なお、酸素は窒素等とともに空気又は酸素富化空気の状態で供給されてもよいし、高い純度の酸素が供給されてもよい。酸素富化空気とは、通常の空気よりも酸素濃度が高められた空気を意味する。溶融炉部４内に酸素を供給することで、廃棄物の熱分解残渣及びコークスＣが燃焼する。溶融炉部４は羽口４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄよりも上側に複数の羽口（不図示）を更に備えてもよい。

溶融炉部４の炉底には、溶融物Ｍ（溶融スラグと溶融メタルとを含む混合物）を排出する貫通孔４ａが形成されている。貫通孔４ａは溶融炉部４の内面から外面にかけて形成されており、定常的に開放されている。これにより、貫通孔４ａから溶融物Ｍを連続出湯させることができる。貫通孔４ａから排出された溶融物Ｍは水槽８に収容された水に落下する。

貫通孔４ａのサイズは、未燃焼（炉内に装入前）のコークスＣが通過しないサイズに設定されていることが好ましい。かかる構成を採用することで、炉内に装入したコークスＣが貫通孔４ａから排出されるのを抑制できる（図２参照）。貫通孔４ａの開口面積は使用するコークスＣのサイズ、廃棄物ガス化溶融炉１０の規模などに応じて設定すればよく、例えば５０〜５００ｃｍ^２程度であればよい。貫通孔４ａの形状は特に制限はなく、円形、楕円形、矩形などであればよいが、図３（ａ）に示すように貫通孔４ａの流路断面の形状は縦長であることが好ましい。これにより、図３（ｂ）に示すように貫通孔４ａの下側から溶融物Ｍの固形物Ｓが徐々に付着しても、貫通孔４ａが閉塞されるまでの時間を十分長くすることができる。貫通孔４ａの流路断面が縦長である場合、その横幅は未燃焼のコークスＣが通過しない幅であればよい。貫通孔４ａの下側に例えばＶ字状の溝４ｂを設け、溶融物Ｍが溝４ｂを流れるようにしてもよい（図３（ａ）参照）。

図４は、溶融炉部４の貫通孔４ａを含む部分を拡大して示す縦断面図である。この図に示すように、貫通孔４ａにおける溶融物Ｍが流れる下側面４ｃは溶融炉部４の内面から外面に向けて低くなるように傾斜していることが好ましい。これにより、貫通孔４ａに溶融物Ｍが滞留することを抑制できる。また、貫通孔４ａの内面側開口面積は外面側開口面積よりも大きいことが好ましい。例えば、貫通孔４ａの上側は溶融炉部４の内面側に流路断面の拡張部４ｄを有してもよい。この場合、図４に示すように、貫通孔４ａの途中までコークスＣが配置されやすい。貫通孔４ａのなるべく近くにおいて、高温のコークスＣと溶融物Ｍとを固液接触させることで、高温に維持され且つ粘性が十分に低い溶融物Ｍを貫通孔４ａから排出させることができる。

保圧室６は、貫通孔４ａの外側の空間の圧力を維持するためのものである。図１に示すように保圧室６は溶融炉部４の外に配置されており、貫通孔４ａと連通する内部空間６Ｓを有する。内部空間６Ｓは上下方向に延びる筒状部材６ａと、筒状部材６ａの上側開口を塞ぐ上板６ｂと、筒状部材６ａの下側開口を水封する水面Ｗとによって形成されている。筒状部材６ａ及び上板６ｂは例えば鋼鉄製の板材からなる。筒状部材６ａの縦断面形状は、例えば互いに離隔して配置された二つの半円と、これらの半円の端部同士を結ぶ二本の直線とによって画成される形状である。なお、本実施形態では水封によって保圧室６の圧力を維持する場合を例示したが、水封以外の圧力保持手段を採用してもよい。また、保圧室６内に酸素含有ガス（例えば空気）を供給する開口（不図示）を設けてもよい。この開口を通じて保圧室６内に酸素含有ガスを供給することで、保圧室６から溶融炉部４に流入させるガスの酸素濃度を調整してもよい。

内部空間６Ｓにはバーナ７が配置されている。具体的には、バーナ７は貫通孔４ａに向けて配置されており、バーナ７の火炎によって貫通孔４ａ及びその周辺が加熱される。バーナ７の種類は特に制限はなく、プロパン、灯油などを燃料とするものを使用すればよい。保圧室６には内部空間６Ｓを保温するための断熱材６ｃが配置されている（水に浸る下部を除く）。保圧室６を構成する鋼板（鉄皮）の内面を断熱材６ｃで覆うことでバーナ７からの燃焼ガスの温度が低下することを抑制できる。これにより、保圧室６内の圧力が溶融炉部４内の圧力よりも高い場合には貫通孔４ａを通じて高温の燃焼ガスを溶融炉部４内に流入させることができる。なお、貫通孔４ａの出口周辺は、上述のとおり、バーナ７の火炎に曝される。このため、火炎に曝される部分を優れた耐熱性材料で構成しても比較的短い期間のうちに劣化するおそれがある。このため、当該部分を着脱自在の部材４ｅで構成し、定期的に交換できるようにしてもよい（図４参照）。また、溶融物Ｍが断熱材６ｃに付着するのを防止する観点から、断熱材６ｃの一部又は全部を覆うように鋼板６ｅを配置し、これによって保圧室６の内壁の一部又は全部を構成してもよい（図１参照）。

保圧室６は、内部空間６Ｓ内のガスを排出するための開口６ｄを有する。開口６ｄにはガス移送管Ｌ２が接続されている。開口６ｄから排出されたガスはガス移送管Ｌ２を介してガス燃焼炉９に導入される。ガス移送管Ｌ２の途中には弁Ｖが設けられている。弁Ｖの開度を調整することで、保圧室６内の圧力を調節することができる。例えば、通常時において、保圧室６内の圧力を溶融炉部４内の圧力よりも高く維持することにより、貫通孔４ａを通じて保圧室６内のガスを溶融炉部４内に流入させることができる。これに対し、異常時において、保圧室６内の圧力を溶融炉部４内の圧力よりも低くなるように、弁Ｖを操作してもよい。ここでいう異常時の具体例として、保圧室６内の圧力が何らかの原因で過度に高くなり、保圧室６の水封状態を維持できなくなったとき又はそのような事態になりそうなとき、溶融物Ｍの組成又は温度に起因して溶融物Ｍの粘性が上昇する傾向にあって溶融炉部４内からのガス流出とともに溶融物Ｍを強制的に排出させたいときなどが挙げられる。

溶融物Ｍの粘性の上昇は、例えば保圧室６に配置されたカメラ（不図示）の映像で把握することができる。保圧室６の圧力は圧力計（不図示）を監視すればよい。溶融炉部４と保圧室６の差圧を監視することで貫通孔４ａの閉塞度合いを把握できるようにしてもよい。なお、廃棄物ガス化溶融炉１０内の複数箇所の圧力（差圧）及び温度のデータ、並びに、溶融物Ｍの温度及び粘性のデータに基づき、廃棄物ガス化溶融炉１０の運転を緊急停止できるようにしてもよい。

弁Ｖは、保圧室６内の圧力が閾値以上となったとき自動的に開くように構成されていてもよい。あるいは、保圧室６と溶融炉部４との差圧を一定に維持するように、弁Ｖの開度をＰＩＤ制御してもよい。

水槽８は、保圧室６の下部を水封するとともに貫通孔４ａから排出される溶融物Ｍを冷却する水を収容する。図１に示すとおり、筒状部材６ａの下側開口が水面下まで延びている。貫通孔４ａから落下した溶融物Ｍは水槽８内の水で急冷される。これによりスラグ（「水砕スラグ」とも称される。）とメタルとが得られる。水槽８の底部にはスラグ及びメタルを水槽８の外に搬送するコンベア８ａが設置されている。なお、スラグ（水砕スラグ）は、溶融物の冷却によって得られる混合物を磁選処理して得られる非磁性成分である。

図５は濡れ壁構造２０の正面図であり、図６は図５に示すＶＩ−ＶＩ線における断面図である。濡れ壁構造２０は、保圧室６の内面であって貫通孔４ａよりも下の壁面６Ｆ（鋼板６ｅの表面）に水の膜Ａを形成するためのものである。濡れ壁構造２０は溶融炉部４の下方に設けられている（図１参照）。図５に示すとおり、保圧室６の壁面６Ｆ上に水の膜Ａを形成することで、保圧室６内を落下する溶融物Ｍがバーナ７の火炎の勢いにあおられて周辺に飛散しても、溶融物Ｍ又はその固形物Ｓが壁面６Ｆに付着することを抑制できる。なお、本実施形態における壁面６Ｆは鉛直方向に延びている面であるが、壁面６Ｆは傾斜面であってもよい。

図５，６に示すとおり、濡れ壁構造２０は、水で濡らすべき壁面６Ｆと、給水管（給水路）２１と、貯水部２２と、複数の放水孔２８とを備える。壁面６Ｆは保圧室６を構成する筒状部材６ａの一部（壁）の表面である。給水管２１は貯水部２２に水を供給するためのものである。貯水部２２は、給水管２１から供給された水を一旦貯留するためのものである。複数の放水孔２８は、貯水部２２の底部の上側から下側にかけて貫通するように形成されており、貯水部２２内の水を壁面６Ｆに向けて放水するためのものである。以下、濡れ壁構造の各構成について説明する。

壁面６Ｆは飛散した溶融物Ｍが付着するおそれがある領域である。図６に示すように壁面６Ｆの横断面形状は半円状である。溶融物Ｍはこの半円のほぼ中心を落下する。保圧室６のサイズにもよるが、平面視において溶融物Ｍが落下する位置（貫通孔４ａの出口）から壁面６Ｆまでの距離は、例えば１５〜５０ｃｍ（より好ましくは２０〜４０ｃｍ）程度である。

本実施形態においては、壁面６Ｆの上部に二つの濡れ壁構造２０が横方向に並ぶように配置されている（図６参照）。平面視において、一つの濡れ壁構造２０が約９０°の範囲にわたって水の膜Ａを形成し、同一の構成の二つの濡れ壁構造２０によって約１８０°の範囲にわたって水の膜Ａを形成できるように構成されている。

給水管２１は壁面６Ｆを濡らす水を貯水部２２に供給するためのものである。図６に示すように、給水管２１は筒状部材６ａ、断熱材６ｃ及び鋼板６ｅを貫通するように形成されている。給水管２１の途中には、例えば流量調整弁（不図示）が設けられており、貯水部２２への単位時間あたりの給水量を調節できるように構成されている。給水管２１の先端側の開口２１ａは貯水部２２の内面２２ａの近くまで延びている。給水管２１から供給する水としては、例えば工業用水を使用できる。また、使用済みの水に対してフィルターによるろ過処理などを施した後、再度利用してもよい。給水管２１からの単位時間あたりの給水量は、濡らすべき壁面６Ｆの面積、壁面６Ｆに対する溶融物Ｍの飛散量などに応じて設定すればよい。

貯水部２２は、給水管２１から供給された水を一旦貯留するためのものである。図５に示すとおり、貯水部２２は、壁面６Ｆの上部において壁面６Ｆに沿って水平方向に延びるように設けられている。貯水部２２を壁面６Ｆ上に設けたことで、例えば、筒状部材６ａの外側に貯水部２２を設ける場合と比較して濡れ壁構造全体を比較的シンプルな構造とすることができる。保圧室６内のダストなどが内部に侵入しないように、貯水部２２はカバー２３で覆われている。

図６に示すように、貯水部２２の内部には仕切り板２４が設けられている。仕切り板２４によって貯水部２２の内部は第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２に仕切られている。仕切り板２４は壁面６Ｆに沿って水平方向に延びるように設けられている。ただし、仕切り板２４は貯水部２２の側面２２ｂまで至っておらず、仕切り板２４の端部と側面２２ｂとの間に切欠き（導通部）２４ａが形成されている。貯水部２２の両端にそれぞれ形成された切欠き２４ａはスラッジなどの異物が第１の領域Ｒ１に蓄積するのを防止するためのものである。例えば、給水管２１から供給される水に異物が含まれていても、その異物は水の流れによって第１の領域Ｒ１から第２の領域Ｒ２へと切欠き２４ａを通じて移動し、その後、第２の領域Ｒ２に形成された放水孔２８から排出される。切欠き２４ａの幅は、例えば２〜８ｍｍ程度とすることができる。図７に示すように、仕切り板２４は貯水部２２の底面２２ｃから上方に向けて延びており、切欠き２４ａ以外の部分は導通していない。

第１の領域Ｒ１は、給水管２１から供給される水を一旦貯留する領域である。第１の領域Ｒ１は、貯水部２２の内面２２ａと仕切り板２４と底面２２ｃとによって構成されている。一方、第２の領域Ｒ２は、第１の領域Ｒ１から流れ込んでくる水を複数の放水孔２８から壁面６Ｆに向けて排出するための領域である。第２の領域Ｒ２は、壁面６Ｆと仕切り板２４と底面２２ｃとによって構成されている。

図６に示すように、第２の領域Ｒ２における底面２２ｃには壁面６Ｆに沿って複数の放水孔２８が略等間隔に形成されている。本実施形態においては、一つの濡れ壁構造２０に計８個の放水孔２８が第２の領域Ｒ２の底部を上側から下側にかけて貫通するように形成されている。各放水孔２８の開口形状は略半円形である。すなわち、平面視において、各放水孔２８は半円状の円弧と、壁面６Ｆとによって構成されている。放水孔２８の一部を壁面６Ｆで構成することで、つまり放水孔２８が壁面６Ｆに接していることで、放水孔２８から放水される水が壁面６Ｆを伝わって流れやすい。

放水孔２８の数、放水孔２８のサイズ、第２の領域Ｒ２における開口率（第２の領域Ｒ２の底面の面積に対する複数の放水孔２８の合計開口面積の比）は水で濡らすべき壁面６Ｆの面積、壁面６Ｆ上を流れる水の勢い（水の膜Ａの厚さ）などに応じて設定すればよい。図６に示す半円状の放水孔２８の半径は、例えば３〜１５ｍｍ程度（より好ましくは４〜１０ｍｍ程度）とすることができる。第２の領域Ｒ２における開口率は例えば５〜２０％程度（より好ましくは８〜１６％程度）とすることができる。

図８は給水管２１から貯水部２２に供給された水が放水孔２８から排出されるまでの過程を模式的に示す断面図である。なお、図８において給水管２１と放水孔２８との位置関係が正確に図示されていないが、これは貯水部２２における水の流れを分かりやすく説明するためである。

図８（ａ）は給水管２１から第１の領域Ｒ１への水の供給を開示した状態を示す。第１の領域Ｒ１に継続して水が供給されると、図８（ｂ）に示すように水位が上昇する。なお、給水管２１から供給された水の一部は切欠き２４ａを通じて第２の領域Ｒ２に流れる（図６参照）。第１の領域Ｒ１の水位を上昇させるには給水管２１から第１の領域Ｒ１に単位時間あたりに供給する水の量を、切欠き２４ａを通じて第１の領域Ｒ１から第２の領域Ｒ２に単位時間あたりに流れる水の量よりも多くすればよい。

図８（ｃ）は第１の領域Ｒ１の水位が更に上昇した結果、水が仕切り板２４を超えて第２の領域Ｒ２に流れ込んでいる状態を示す。第１の領域Ｒ１内の水を第２の領域Ｒ２に向けてオーバーフローさせることで、すなわち、仕切り板２４の全体にわたって水が超えることで、給水管２１からの水が第１の領域Ｒ１のどの位置に供給されるかに関わらず、第２の領域Ｒ２に形成された複数の放水孔２８に同時に且つほぼ均等に水を供給することができる。その結果、複数の放水孔２８から同時に且つほぼ均等に壁面６Ｆに向けて放水することができる。第１の領域Ｒ１に対して単位時間あたりに供給する水の量にもよるが、仕切り板２４の上辺２４ｂは略水平方向に延びていることが好ましい。上辺２４ｂと水平方向とのなす角度は５°以下であることが好ましい。なお、第２の領域Ｒ２における貯水部２２の底面２２ｃは、略水平方向に延びているか、あるいは、壁面６Ｆに向けて傾斜していることが好ましい。

第１の領域Ｒ１から第２の領域Ｒ２に水がオーバーフローする状態を維持するには、給水管２１から第１の領域Ｒ１に単位時間あたりに供給する水の量を、切欠き２４ａを通じて第１の領域Ｒ１から第２の領域Ｒ２に単位時間あたりに流れる水の量よりも多くした状態を維持すればよい。

上述のとおり、第１の領域Ｒ１は給水管２１から供給される水を一旦貯留するためのものであり、換言すれば、給水管２１からの供給される水の勢いを和らげるバッファの役割を果たすものである。仮に、給水管２１からの水が給水管２１近傍のみから第２の領域Ｒ２にオーバーフローしてしまったら、その位置に近い放水孔２８から主に水が排出されてしまい、壁面６Ｆ全体を十分に濡らすことができない。このような状態になるのをより確実に避けるため、第１の領域Ｒ１は十分な容積を有していることが好ましく、例えば、第１の領域Ｒ１の容積は第２の領域Ｒ２の容積よりも大きいことが好ましい。具体的には、第１の領域Ｒ１の幅（図７における幅ｗ１）は第２の領域Ｒ２の幅（図７における幅ｗ２）よりも広いことが好ましい。第１の領域Ｒ１の幅は、例えば１０〜３０ｍｍ程度（より好ましくは１２〜２０ｍｍ程度）とすることができる。第２の領域Ｒ２の幅は例えば５〜２０ｍｍ程度（より好ましくは７〜１５ｍｍ程度）とすることができる。

上述のとおり、給水管２１に近い放水孔２８あるいは切欠き２４ａに近い放水孔２８から多量の水が排出され、残りの放水孔２８からは水がほとんど排出されないという状況では、当該残りの放水孔２８からも十分な量の水が排出されるように、給水管２１から供給する水量を増やす必要がある。本実施形態においては、給水管２１からの単位時間あたりの給水量を調整し、これにより第１の領域Ｒ１内の水を第２の領域Ｒ２に向けてオーバーフローさせることで、壁面６Ｆに沿って分散配置された複数の放水孔２８から同時に且つほぼ均等に壁面６Ｆに向けて放水することができる。各放水孔２８から排出される水の量を十分に均一にできるため、十分に少ない量の水で壁面６Ｆを濡らすことができる。

本発明者らは、本実施形態と同様の構成を有する濡れ壁構造を実際に作製し、その評価試験を行った。その結果、濡らすべき壁面６Ｆの水平方向に沿った単位長さ（１ｍ）あたり約１０Ｌ／分の水が流れる量に相当する水量を給水管２１から貯水部２２に供給したところ、この水量で壁面６Ｆを十分均一に濡らせることができた。

なお、本実施形態においては、仕切り板２４の端部と側面２２ｂとの間に切欠き２４ａが形成された貯水部２２を例示したが、仕切り板２４が貯水部２２の側面２２ｂまで至った構成とし、切欠き２４ａは形成しなくてもよいし、切欠き２４ａの代わりに仕切り板２４の下部（底面２２ｃ側）に第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２とを導通する導通孔（不図示）を形成してもよい。

本実施形態においては、仕切り板２４によって第１の領域Ｒ１及び第２の領域Ｒ２に仕切られた貯水部２２を例示したが、必ずしも貯水部２２内に仕切り板２４を設けなくてもよい。仕切り板２４を採用しない場合、複数の放水孔２８から同時に且つほぼ均等に放水するには、例えば、給水管２１から貯水部２２に供給する単位時間あたりの水量と、複数の放水孔２８から排出される単位時間あたりの水の合計量とをバランスさせればよい。放水孔２８が露出しないように貯水部２２の水位を維持することで、給水管２１からの水が貯水部２２のどの位置に供給されるかに関わらず、複数の放水孔２８から同時に且つほぼ均等に壁面６Ｆに向けて放水することができる。この場合、放水孔２８からの放水量は、放水孔２８の数、放水孔２８のサイズなどを適宜設定することによって調節すればよい。

本実施形態においては、二つの濡れ壁構造２０を水平方向に並べた構成を例示したが（図６参照）、一つの濡れ壁構造２０を単独で配置してもよいし、三つ以上の濡れ壁構造２０を並べて配置してもよい。また、本実施形態においては、横断面が半円状の壁面６Ｆに対して貯水部２２を配置して濡れ壁構造２０を構成する場合を例示したが、例えば、平坦な壁面に対して貯水部を配置してもよい。

＜廃棄物処理方法＞
次に、廃棄物ガス化溶融炉１０を用いた廃棄物処理方法について説明する。処理すべき廃棄物を廃棄物装入口１１からシャフト部１に装入する。廃棄物の種類は、特に限定されることはなく、一般廃棄物及び産業廃棄物のいずれであってもよい。シュレッダーダスト（ＡＳＲ）、掘り起こしごみ、焼却灰などの単体又は混合物、あるいはこれらと可燃性ごみの混合物なども処理することが可能である。廃棄物によってシャフト部１内に廃棄物充填層１００が形成される。廃棄物装入口１１から乾留された廃棄物やチャーを廃棄物と共に投入してもよい。

シャフト部１内においては、炭化火格子部３及び溶融炉部４から吹き込まれた空気や炉内で発生したガスが廃棄物充填層１００を通過するときの熱交換によって、廃棄物の乾燥及び熱分解が進行する。廃棄物の乾燥及び熱分解には廃棄物自身が発する熱も利用される。廃棄物は、シャフト部１内を徐々に降下し、供給炭化火格子３Ａ上に到達し、供給炭化火格子３Ａで更に熱分解され、その後、乾留炭化火格子３Ｂへと送られる。廃棄物は、乾留炭化火格子３Ｂで更に熱分解されて炭化が進行し、上部側開口部４６から落下して溶融炉部４に供給される。

連通部２から炭化された廃棄物が溶融炉部４に供給される。炭化された廃棄物によって溶融炉部４内に充填層１０１が形成される。溶融炉部４内には副資材装入口４１からコークスＣと、必要に応じて塩基度調整剤（例えば石灰石）とを装入する。また、羽口４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄから酸素富化空気を吹き込むことによってコークスＣ及び廃棄物の固定炭素を燃焼させる。これにより炉底に高温のコークスベッドＢｃが形成され、その熱で廃棄物に含まれる灰分や不燃成分を溶融する。一方、炉内ガス排出口１２から排出された高温ガスは、ボイラー等の装置で廃熱を回収した後、無害化処理をして放出する。なお、溶融炉部４内にコークスベッドＢｃを形成することで、溶融炉部４内を高温状態（例えば１７００℃超）に安定的に維持できる。

操業時における溶融炉部４内の廃棄物の充填高さは、羽口４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄより上方向＋０．５ｍ〜炭化火格子部３の最下端部までの範囲内に維持することが好ましい。この範囲内に維持することによって、充填層１０１の層厚が薄くなることに起因する炉底からの酸素リークを抑制することができる。更に、充填し過ぎに起因する炭化火格子部３の熱分解効率低下や溶融炉部４内における物流停滞の発生を抑制できる。

溶融炉部４内の廃棄物の充填高さの制御は、炭化火格子部３が溶融炉部４に廃棄物を供給する速度を調節することによって行うことができる。例えば、溶融炉部４に充填層１０１の高さを検知するためのセンサー（不図示）を配置し、センサーが検知する充填層１０１の高さに基づいて炭化火格子部３の供給速度を制御してもよい。あるいは、例えばオペレーターが充填高さを監視し、監視結果に基づいて供給速度を制御してもよい。

供給炭化火格子３Ａの供給速度（Ｖ１）と乾留炭化火格子３Ｂの供給速度（Ｖ２）は、相対的に異なるように設定してもよく、あるいは同じに設定してもよい。供給速度を相対的に異なるように設定する場合、乾留炭化火格子３Ｂの供給速度（Ｖ２）が供給炭化火格子３Ａの供給速度（Ｖ１）よりも大きくなるように設定することが好ましい。更に、乾留炭化火格子３Ｂの供給速度（Ｖ２）を一定にして、供給炭化火格子３Ａの供給速度（Ｖ１）を可変制御することがより好ましい。供給速度Ｖ２を供給速度Ｖ１よりも大きくすることで、供給炭化火格子３Ａから送られてきた廃棄物が乾留炭化火格子３Ｂ上において比較的薄い層をなすように広げることができる。これにより、廃棄物の層の全体に乾留炭化火格子３Ｂからの熱を加えることができ、廃棄物全体の炭化状態を十分に良好にできる。

廃棄物の装入は、廃棄物装入口１１のみからではなく、例えば副資材装入口４１から装入してもよい。例えば、水分量が多い廃棄物は廃棄物装入口１１から装入して、シャフト部１及び炭化火格子部３における処理を経た後に溶融炉部４に供給することが好ましい。他方、灰分量が多くて水分が少ない廃棄物は、副資材装入口４１から装入することで、シャフト部１及び炭化火格子部３における乾燥及び熱分解の負荷を軽減できる。水分量が多い廃棄物の一例として汚泥が挙げられ、灰分量が多い廃棄物の一例として焼却灰が挙げられる。なお、廃棄物の装入口は廃棄物装入口１１及び副資材装入口４１以外の場所にも設けてもよい。廃棄物の性状に基づいて廃棄物を炉内に装入する位置を適宜変えることで、結果として炉全体の負荷を軽減できる。

次に、貫通孔４ａを定常的に開放した状態で廃棄物ガス化溶融炉１０を運転する場合に関し、以下の四種類の運転方法について具体的に説明する。これらの運転方法によれば、連続出湯による安定的な操業を十分に実現できる。これらの運転方法の各工程及び条件は必要に応じて適宜組み合わせてもよい。

１．貫通孔４ａにおけるガス流れ制御
２．バーナ７に供給する酸素量調整
３．羽口４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄから供給する酸素量の調整
４．副資材装入口４１から必要に応じてスラグを装入

１．貫通孔４ａにおけるガス流れ制御
この運転方法は以下の工程を含む。
貫通孔４ａから保圧室６側に溶融物Ｍを排出すること。
燃料と、酸素とをバーナ７に供給すること。
酸素の存在下、バーナ７において燃料を燃焼させること。
保圧室６内の圧力を溶融炉部４内の圧力よりも高く維持することにより、貫通孔４ａを通じて保圧室６内のガスを溶融炉部４内に流入させること。

この運転方法によれば、貫通孔４ａから排出される溶融物Ｍをバーナ７の火炎で加熱することができる。これにより溶融物Ｍの粘性上昇を抑制でき、貫通孔４ａの閉塞を抑制できる。更に、バーナ７から発生する燃焼ガスによって保圧室６内の圧力（例えば１．５〜２．５ｋＰａ（ゲージ圧））を溶融炉部４内の圧力（例えば１．０〜２．０ｋＰａ（ゲージ圧））よりも高い状態にすることができる。これにより貫通孔４ａを通じて燃焼ガスが溶融炉部４に流入する。すなわち、保圧室６内の圧力を溶融炉部４内の圧力よりも高くすることで、高温の炉内ガスが貫通孔４ａを通じて炉外に排出されるのを防止するとともに、十分に高い温度の燃焼ガスを保圧室６から溶融炉部４へと貫通孔４ａを通じて流入させることができる。その結果、溶融炉部４内の温度（炉内温度）の低下を抑えることができ、炉内に導入すべき燃料の増加を十分に抑制できる。なお、貫通孔４ａを通過する燃焼ガスの温度が１２００℃以上（より好ましくは１３００℃程度）であれば、貫通孔４ａ周辺で溶融物Ｍが固化することを十分に抑制できる。溶融物Ｍに含まれるスラグの融点はその組成に依存するが１１７５℃程度である。

貫通孔４ａにおける溶融物Ｍと燃焼ガスの流れに着目すると、貫通孔４ａにおいて溶融物Ｍとガスは対向流となっている。貫通孔４ａから溶融物Ｍを安定的に排出するには、貫通孔４ａ内において溶融物Ｍの流れが燃焼ガスの流れと十分に分離していることが好ましい。つまり、貫通孔４ａ内の流体の流れを対向気液二相流とみなした場合、溶融物Ｍが分離流（層状流又は波状流）を形成していることが好ましい。かかる観点から、貫通孔４ａの開口面積、コークスＣのサイズ及び保圧室６から溶融炉部４に流入するガス流量などを設定すればよい。例えば、貫通孔４ａを通過する燃焼ガスの流速は好ましくは０〜２０Ｂｍ／ｓであり、より好ましくは３〜１０Ｂｍ／ｓである。なお、流速の単位「Ｂｍ／ｓ」はその場の温度及び圧力条件下での流速を意味する。

なお、本実施形態においては、溶融炉部４内にコークスベッドＢｃを形成する場合を例示したが、この運転方法は溶融炉部４にコークスベッドＢｃが形成されない条件で実施してもよい。

２．バーナに供給する酸素量調整
この運転方法は以下の工程を含む。
溶融炉部４にコークスベッドＢｃを形成すること。
貫通孔４ａから保圧室６側に溶融物Ｍを排出すること。
燃料と、理論酸素量よりも多い酸素とをバーナ７に供給すること。
理論酸素量よりも酸素が多い条件下、バーナ７において燃料を燃焼させること。
保圧室６内の圧力を溶融炉部４内の圧力よりも高く維持することにより、貫通孔４ａを通じて保圧室６内の酸素含有ガスを溶融炉部４内に流入させること。

この運転方法によれば、貫通孔４ａから排出される溶融物Ｍをバーナ７の火炎で加熱することができる。これにより溶融物Ｍの粘性上昇を抑制でき、貫通孔４ａの閉塞を抑制できる。更に、バーナ７から発生する燃焼ガスによって保圧室６内の圧力を溶融炉部４内の圧力よりも高い状態にすることができる。これにより貫通孔４ａを通じて燃焼ガスが溶融炉部４に流入する。すなわち、保圧室６内の圧力を溶融炉部４内の圧力よりも高くすることで、高温の炉内ガスが貫通孔４ａを通じて炉外に排出されるのを防止するとともに、十分に高い温度の燃焼ガスを保圧室６から溶融炉部４へと貫通孔４ａを通じて流入させることができる。その結果、溶融炉部４内の温度（炉内温度）の低下を抑えることができ、炉内に導入すべき燃料の増加を十分に抑制できる。

更に、この運転方法においては、燃料と、理論酸素量よりも多い酸素とをバーナ７に供給する。このため、バーナ７の燃焼ガスには酸素が残存している。貫通孔４ａを通じて溶融炉部４内に流入する燃焼ガス（酸素含有ガス）は貫通孔４ａの近くに位置するコークスＣの燃焼に寄与する。特に、貫通孔４ａ付近において、高温のコークスＣと溶融物Ｍとを固液接触させることで、高温に維持されたままの溶融物Ｍを貫通孔４ａから排出させることができる。

この運転方法は、燃料に対する酸素の量を一時的に増やすことを更に含んでもよい。これにより、燃焼ガスに残存する酸素量を一時的に増やすことができる。このような操作を実施することにより、貫通孔４ａを通じて溶融炉部４内に流入するガスの酸素濃度が上昇する。これにより、溶融炉部４内の貫通孔４ａ付近のコークスＣの燃焼が促進され、その結果、当該領域の温度を一時的に上昇させることができる。これは溶融物Ｍの組成又は温度低下に起因して溶融物の粘性が上昇する傾向にあり、貫通孔周りに固形分の付着が認められる場合などにおいて、その改善策として有効である。

本発明者らは、図１に示す廃棄物ガス化溶融炉１０と同様の構成を有する廃棄物ガス化溶融炉において以下の評価試験を行った。すなわち、理論酸素量よりも多い酸素（バーナ酸素比１超）でバーナを運転している状態から、バーナに供給する酸素量を更に増やしてバーナを運転した。その結果、バーナ酸素比を増やすとほぼ同時に、貫通孔から見えるコークスが赤熱する様子が確認できた。これに伴って溶融物の粘性が低くなること、換言すれば流動性の改善効果が得られることが確認された。なお、ここでいうバーナ酸素比とは、バーナに供給される燃料が完全燃焼する必要な酸素量（理論酸素量）Ｏｔと、バーナに供給した酸素量Ｏｓとの比（Ｏｓ／Ｏｔ）を意味する。

３．羽口４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄから供給する酸素量の調整
この運転方法は以下の工程を含む。
溶融炉部４にコークスベッドＢｃを形成すること。
羽口４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄから溶融炉部４内にそれぞれ酸素を供給すること。
貫通孔４ａから保圧室６側に溶融物Ｍを排出すること。
燃料と、酸素とをバーナ７に供給すること。
酸素の存在下、バーナ７において燃料を燃焼させること。
保圧室６内の圧力を溶融炉部４内の圧力よりも高く維持することにより、貫通孔４ａを通じてバーナ７の燃焼ガスを溶融炉部４内に流入させること。

この運転方法においては、貫通孔４ａの最も近くにある羽口４２ａ，４２ｄから溶融炉部４内に単位時間あたりに供給する酸素量Ｓ_Ｎを、羽口４２ａ，４２ｄよりも貫通孔４ａからの距離が遠い羽口４２ｂ，４２ｃから溶融炉部４内に単位時間あたりに供給する酸素量Ｓ_Ｆよりも少なくする。

更に、貫通孔４ａの近くにある羽口４２ａ，４２ｄから溶融炉部４内に供給する酸素量Ｓ_Ｎを相対的に少なくすることで、貫通孔４ａの近くのコークスＣが過剰に消費されるのを抑制でき、これはコークスベッドＢｃの厚さを十分均一に維持するのに有用である。すなわち、貫通孔４ａの近くのコークスＣは、貫通孔４ａから流入するバーナ７の燃焼ガスによって消費されるため、他の領域にあるコークスＣと比較して消費されやすいからである。バーナ７の燃焼ガスに含まれ得るガス種と、コークスＣを構成する炭素との反応式は以下のとおりである。
Ｃ＋Ｏ_２→ＣＯ_２ …（１）
２Ｃ＋Ｏ_２→２ＣＯ …（２）
Ｃ＋ＣＯ_２→２ＣＯ …（３）
Ｃ＋Ｈ_２Ｏ→Ｈ_２＋ＣＯ …（４）

羽口４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄから単位時間あたりに供給する酸素量は、コークスベッドＢｃを構成するコークスＣがなるべく均一に消費されるように（コークスベッドＢｃの厚さが不均一にならないように）、それぞれ設定すればよい。図２を参照しながら説明すると、溶融炉部４の横断面において、貫通孔４ａを含む側（図２の右側）と、貫通孔４ａを含まない側（図２の左側）の二つの領域に溶融炉部４を分け、これら二つの領域における単位時間あたりのコークス消費量をバランスさせればよい。まず、コークス全体の単位時間あたりの消費量は溶融炉部４の炉底において必要とされる温度に基づいて設定される。コークスベッドＢｃ全体の単位時間あたりのコークス消費量は溶融炉部４へのコークス装入量とバランスしている。コークスベッドＢｃ全体の単位時間あたりのコークス消費量を１００とすると、羽口４２ｂ，４２ｃからそれぞれ供給される酸素によって単位時間あたり２５のコークスが消費されるようにすればよい。次に、貫通孔４ａから流れ込む燃焼ガス量及びその組成は、貫通孔４ａ周辺の加熱に必要な熱量に基づいて設定される。燃焼ガス量及びその組成が決まれば、上記反応式（１）〜（４）に基づいて燃焼ガスによって単位時間あたりに消費されるコークス消費量を求めることができる。仮にそのコークス消費量が２０であったとすると、残りの二つの羽口４２ａ，４２ｄからの酸素によって単位時間あたりに消費すべきコークスの量は３０である。すると、この場合、羽口４２ａ，４２ｄからの酸素によって単位時間あたりに消費すべきコークスの量はそれぞれ１５である。

本発明者らは、溶融炉部の炉底付近に二本の羽口（貫通孔に近い羽口及び貫通孔から遠い羽口）を備えることの他は、図１に示す廃棄物ガス化溶融炉１０と同様の構成を有する廃棄物ガス化溶融炉において以下の評価試験を行った。すなわち、貫通孔から流入する燃焼ガスによるコークスの消費を考慮し、貫通孔に近い羽口からの酸素供給量を貫通孔から遠い羽口からの酸素供給量よりも少なくして廃棄物ガス化溶融炉を５００時間にわたって操業した。その結果、貫通孔４ａから溶融物を安定的に連続的に排出させることができ、また、コークスベッドの厚さを十分均一に維持することができた（コークスベッドの厚さが不均一になっていることを示す兆候は認められなかった。）。バーナの燃料としてプロパンガスを使用し、理論酸素量よりも多い酸素（バーナ酸素比１超）でバーナを運転した。上記反応式（１）〜（４）の反応によるコークスの消費量を考慮し、貫通孔に近い羽口からの酸素供給量を貫通孔から遠い羽口からの酸素供給量よりも減らした。

なお、羽口の本数は四本に限定されず、二本以上であればよい。図９は六本の羽口４２ａ〜４２ｆが設けられた溶融炉部４を模式的に示す横断面図である。図９に示す溶融炉部４の水平方向の断面形状は楕円形である。溶融炉部４の形状を楕円形とすることで、円形の場合と比較して羽口４２ａ〜４２ｆからそれぞれ供給される酸素によって生じる熱が溶融炉部４の中央にまで届きやすいという利点がある。

この運転方法において、燃料と、理論酸素量よりも多い酸素とをバーナ７に供給した場合、バーナ７の燃焼ガスには酸素が残存している。貫通孔４ａを通じて溶融炉部４内に流入する燃焼ガス（酸素含有ガス）は貫通孔４ａの近くに位置するコークスＣの燃焼に寄与する（上記反応式（１）及び（２））。特に、貫通孔４ａ付近において、高温のコークスＣと溶融物Ｍとを固液接触させることで、高温に維持されたまま溶融物Ｍを貫通孔４ａから排出させることができる。なお、この場合も上記反応式（３）及び（４）の反応によっても貫通孔４ａの近くのコークスＣが消費される。

この運転方法において、燃料と、理論酸素量よりも少ない酸素とをバーナ７に供給した場合、バーナ７の燃焼ガスには酸素がほとんど残存しない。この場合は主に上記反応式（３）及び（４）の反応により、貫通孔４ａの近くのコークスＣが消費される。貫通孔４ａを通じて溶融炉部４内に流入する燃焼ガス（酸素をほとんど含まない燃焼ガス）は、コークスＣの燃焼に寄与しないものの、当該燃焼ガスは十分に高温であるため、溶融炉部４内の温度（炉内温度）の維持に寄与する。

４．副資材装入口４１から必要に応じてスラグを装入
この運転方法は以下の工程を含む。
貫通孔４ａから炉外に溶融物Ｍを排出すること。
貫通孔４ａから排出される溶融物Ｍの流れを監視すること。
廃棄物のガス化溶融処理によって得られたスラグを溶融物Ｍの流動性の低下に応じて副資材装入口４１から溶融炉部４に装入すること。

この運転方法によれば、廃棄物のガス化溶融処理によって得られたスラグを副資材装入口４１から溶融炉部４に装入することで、貫通孔４ａから排出される溶融物Ｍの流動性の悪化を十分迅速に改善できる。その理由は以下のとおりである。第一に、溶融物Ｍから得られるスラグをサンプリングし、その塩基度を実際に測定する必要がないからである。第二に、廃棄物ガス化溶融炉１０によれば、上記スラグを副資材装入口４１から溶融炉部４に直接供給することができるからである。溶融物Ｍの流動性の悪化を十分迅速に改善することで、溶融物Ｍが貫通孔４ａから安定的に排出される状態を十分に維持することができる。

溶融物Ｍの流れの監視は、例えば、貫通孔４ａの外側（保圧室６側）にビデオカメラ（不図示）を設置し、その画像によって貫通孔４ａ及びその周辺の溶融物Ｍの流れを作業者が観察することによって実施できる。より具体的には、溶融物Ｍが貫通孔４ａ内を流れる様子（図６参照）や貫通孔４ａの出口から部材４ｅの表面上を流れ落ちる様子を観察対象とすればよい。

溶融物Ｍの流れの監視により、通常時と比較して溶融物Ｍの流動性が低下したと判断されたとき、副資材装入口４１から溶融炉部４にスラグを装入する。ここでいう「通常時」とは貫通孔４ａから安定的に溶融物Ｍが排出されている状況を意味する。他方、「溶融物Ｍの流動性が低下した」と判断されるべき状況の具体例としては以下のものが挙げられる。
・貫通孔４ａから溶融物Ｍが一定の時間以上（例えば３００秒以上）にわたって排出されないとき。
・貫通孔４ａから溶融物Ｍが排出されているものの、通常時と比較して貫通孔４ａ付近の壁面上を流れ落ちる溶融物Ｍの速度が遅いとき。
・溶融炉部４内の圧力と保圧室６内の圧力との差圧が拡大する傾向にあるとき（貫通孔４ａが閉塞される傾向にあるとき）。

なお、スラグを実際に装入するか否かは、上記画像を観察している作業者が判断してもよいし、画像処理データや操業データ（例えば差圧データ）に基づいて自動的に判断してもよい。

副資材装入口４１から装入するスラグは、廃棄物のガス化溶融処理によって得られたものであればよく、廃棄物ガス化溶融炉１０の水槽８から回収された水砕スラグであってもよいし、他の廃棄物ガス化溶融炉で得られたスラグであってもよい。溶融炉部４において溶融物Ｍの流動性改善効果を十分に迅速に奏する観点から、スラグは粉状又は粒状であることが好ましい。溶融炉部４において、溶融物Ｍの流動性悪化の原因を十分に希釈化する観点から、副資材装入口４１から装入するスラグの塩基度は０．８〜１．０であることが好ましい。ここでいう「塩基度」とはスラグに含まれるＣａＯとＳｉＯ_２との質量比（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）であり、蛍光Ｘ線分析計による元素分析によって求めることができる。

この運転方法においては、溶融物Ｍの流動性の悪化が認められたとき、上記スラグを副資材装入口４１から溶融炉部４に即座に装入すればよい。溶融炉部４内の温度において適した流動性を有する溶融スラグとなるスラグを装入することで、溶融炉部４における溶融スラグの塩基度を流動に適した範囲に戻すことができる。すなわち、溶融炉部４内の溶融スラグの塩基度が設定範囲の下限値（例えば０．８）よりも低ければこれを高めることができ、一方、溶融炉部内の溶融スラグの塩基度が設定範囲の上限値（例えば１．０）よりも高ければこれを低くすることができる。なお、この運転方法においては、溶融炉部４内の溶融スラグの塩基度を所定の範囲とすることが目的ではなく、溶融炉部４内の溶融スラグの流動性が悪化したときに、これを迅速に改善することである。これに対し、溶融スラグの塩基度の季節的変動については、スラグの塩基度を定期的に測定し、測定結果に基づいて塩基度調整剤（例えば石灰石）の装入量を調整することによって対処すればよい。

副資材装入口４１から溶融炉部４に装入する上記スラグの量は特に制限はない。貫通孔４ａから排出される溶融物Ｍが流れる状態の監視を続け、流動性の改善効果が不十分であれば、再度、上記スラグを装入すればよい。上述のとおり、副資材装入口４１から上記スラグを溶融炉部４に直接供給でき、これにより流動性の改善効果が短時間（例えば３分程度）のうちに奏される。従って、上記スラグの供給後、流動性の改善効果が十分であるか否かを十分短時間のうちに判断でき、スラグを再度供給すべきか否かを判断することができる。なお、溶融炉部４に供給するスラグは適正な塩基度を有するため、これを溶融炉部４に過剰に供給したとしても、廃棄物ガス化溶融炉１０の安定的な操業に影響しない。具体的には、温度が低いスラグが過剰に供給されることに伴って溶融炉部４におけるコークスＣの消費量が一時的に増加する程度の影響にとどめることができる。従って、実際には溶融物Ｍの流動性が低下していなくても、そのような兆候が認められたときに副資材装入口４１から溶融炉部４に上記スラグを供給してもよい。

本発明者らは、図１に示す廃棄物ガス化溶融炉１０と同様の廃棄物ガス化溶融炉において、スラグによる溶融物流動性改善について評価試験を行った。この評価試験によると、一回につき１０ｋｇのスラグ（塩基度０．８〜１．０）を１〜３回にわたって副資材装入口から溶融炉部に装入したところ、溶融物の流動性改善効果が得られた。なお、当該廃棄物ガス化溶融炉の副資材装入口からは、１５分おきに１０ｋｇ程度のコークスと、１５分おきに１０ｋｇの石灰石（塩基度調整剤）とを装入しながら運転を行った。

図１０は保圧室側から貫通孔を撮影した画像である。図１０（ａ）は貫通孔からの溶融物の排出が停止した状態である。この画像を撮影した時点で副資材装入口から溶融炉部へのスラグの供給を開始した。図１０（ｂ）はスラグ供給開始から約１分後の画像であり、図１０（ｃ）はスラグ供給開始から約３分後の画像である。これらの画像から分かるとおり、スラグ供給開始から約３分後には溶融物の流動性改善効果が得られた。

本実施形態においては、連続出湯の操業形態において上記スラグを溶融炉部４に供給する場合を例示したが、間欠出湯の操業形態において溶融物の流動性が不十分であると認められたときに上記スラグを溶融炉部４に供給してもよい。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、形式や細部についての種々の置換、変形、変更等が、特許請求の範囲の記載により規定されるような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行われることが可能であることは、当該技術分野における通常の知識を有する者には明らかである。従って、本発明の範囲は、上記実施形態及び添付図面に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。

例えば、上記実施形態においては、シャフト部１と、溶融炉部４と、これらを連結する連通部２とを備えた廃棄物ガス化溶融炉１０（「低炭素型シャフト炉」とも称される。）を例示したが、本発明は、連通部２を具備せず、溶融炉部４の真上にシャフト部１が配置された廃棄物ガス化溶融炉（「シャフト炉式ガス化溶融炉」とも称される。）に適用してもよい。なお、低炭素型シャフト炉はシャフト炉式ガス化溶融炉と比較して使用するコークスの量を削減できるとともに、溶融炉部４の圧力変動が小さいという利点がある。

１…シャフト部、２…連通部、３…炭化火格子部、４…溶融炉部、４ａ…貫通孔、６…保圧室、６ａ…筒状部材（壁）、６Ｆ…壁面、６Ｓ…内部空間、７…バーナ、１０…廃棄物ガス化溶融炉、２０…濡れ壁構造、２１…給水管（給水路）、２２…貯水部、２４…仕切り板、２４ａ…切欠き（導通部）、２８…放水孔、Ｍ…溶融物、Ｒ１…第１の領域、Ｒ２…第２の領域。

Claims

廃棄物ガス化溶融炉から排出される溶融物が壁面に付着することを抑制するための濡れ壁構造であって、
水で濡らすべき壁面を有する壁と、
前記壁の上部において前記壁に沿って横方向に延びるように設けられた貯水部と、
前記貯水部に水を供給する給水路と、
前記貯水部の内側から外側にかけて貫通するように形成されており、前記壁面に沿って分散配置された複数の放水孔と、
を備える濡れ壁構造。
前記貯水部は前記壁面上に設けられている、請求項１に記載の濡れ壁構造。
前記貯水部は、
前記給水路から水が供給される第１の領域と、
前記複数の放水孔が形成されている第２の領域と、
前記貯水部内の空間を前記第１の領域と前記第２の領域とに仕切っており、前記壁面に沿って横方向に延びるように設けられた仕切り板と、
を有し、
前記第１の領域に供給された水が前記仕切り板を超えて前記第２の領域に流れ込むように構成されている、請求項１又は２に記載の濡れ壁構造。
前記貯水部は、前記第１の領域と前記第２の領域とを導通する導通部を有する、請求項３に記載の濡れ壁構造。
前記廃棄物ガス化溶融炉は、
炉底側に位置する溶融炉部と、
前記溶融炉部の内面から外面にかけて形成されており、前記溶融物が排出される貫通孔と、
前記溶融炉部の外に配置されており、前記貫通孔と連通する内部空間とを有する保圧室と、
前記保圧室内に配置されており、前記貫通孔から排出される前記溶融物に熱を加えるバーナと、
を備え、
前記壁面は、前記保圧室の内面の一部である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の濡れ壁構造。
前記保圧室は、前記溶融炉部内の圧力よりも前記保圧室内の圧力を高く維持できるように構成されている、請求項５に記載の濡れ壁構造。