JP5974950B2 - 混合気体吹込装置及びこれを有する廃棄物ガス化溶融炉、混合気体吹込方法及びこれを用いた廃棄物ガス化溶融方法 - Google Patents

Description

本発明は、廃棄物を熱分解、燃焼し、熱分解残渣を溶融する廃棄物ガス化溶融炉のための、混合気体吹込装置及びこれを有する廃棄物ガス化溶融炉、混合気体吹込方法及びこれを用いた廃棄物ガス化溶融方法に関する。

都市ごみやシュレッダーダストなどの廃棄物を処理する技術として、廃棄物を熱分解、燃焼して、熱分解残渣を溶融しスラグにして排出する廃棄物溶融処理が知られている。

この処理方法は、廃棄物を熱分解してガス化することによりその燃焼熱を回収することができるとともに、熱分解残渣を溶融してスラグとして排出した後に、埋立処分などで最終処分されるべき量を減容することができる利点を有している。このような溶融処理方法には幾つかの方式があるが、その一つとして、竪型をなすシャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉による方法がある。

このシャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉は、例えば、炉下部に堆積させたコークスを燃焼させ、この高温のコークス上へ廃棄物を投入して、熱分解及び部分酸化させてガス化するとともに残渣を溶融してスラグにする処理を行なう炉である（特許文献１参照）。

特許文献１のシャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉においては、竪型筒状をなす炉体の機能が大別して縦（上下）方向で３つの領域に区分される。すなわち、炉下部にコークスを堆積させたコークス床を有する高温燃焼帯が形成され、この高温燃焼帯の上に廃棄物層が形成され、炉体の上部にて該廃棄物層の上方に大きな空間のフリーボード部をなしている。

かかるガス化溶融炉では、上記３つの領域のそれぞれでは酸素含有ガスの炉内への吹込みが行われる。炉下部における高温燃焼帯には主羽口が設けられていて、投入されて堆積されたコークス床のコークスを燃焼させて、廃棄物の熱分解残渣を溶融する溶融熱源を得るために酸素富化空気が吹き込まれる。また、廃棄物層には副羽口が設けられ、投入されて堆積された廃棄物を緩やかに流動させると共に、廃棄物を熱分解及び部分酸化させるために空気が吹き込まれる。また、フリーボード部には三段目羽口が設けられ、廃棄物が熱分解されて生成した熱分解ガス（可燃性ガス）の一部を部分燃焼させて内部を所定温度に維持するために空気が吹き込まれる。

このようにシャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉は、一つの炉で、廃棄物をその炉内での降下に伴い熱分解ガス化処理と溶融処理の両方を行うことのできる設備である。投入された廃棄物は熱分解され、ガスと残渣が生成される。主羽口からの酸素富化空気の送風によりコークス床のコークスが燃焼され高温燃焼帯が形成され、廃棄物の熱分解残渣が溶融されスラグとメタルとして排出される。コークス床はコークス同士間に生ずる空隙で、主羽口からの酸素富化空気やコークス燃焼により発生した高温ガスを通ガスさせるとともに、溶融したスラグとメタルを通液させる高温火格子としても機能している。高温燃焼帯のコークス燃焼により発生した高温ガスが高温燃焼帯の上に形成された廃棄物層の廃棄物を加熱し、副羽口からの空気の送風により廃棄物は熱分解され、この熱分解により発生した可燃性ガスを含むガスは廃棄物層内を上昇し、フリーボード部を経て、炉内上部に設けられた排出煙道より、炉外の二次燃焼室へ排出される。ガスは可燃ガスを多量に含んでいて二次燃焼室で燃焼され、ボイラで熱回収され蒸気を発生させその蒸気が発電等に用いられる。ボイラから排出されたガスは、サイクロンで比較的粗いダストが除去され、さらに、減温装置で冷却され、有害物質除去剤との反応により有害ガスが除去され、集塵機で除塵処理されるなど排ガス処理された後、煙突から大気に放散される。

かかる廃棄物ガス化溶融炉では、炉底部にコークスを堆積させたコークス床が形成され、コークスが燃焼して熱分解残渣の溶融熱源となっているが、近年、化石燃料に由来する石炭コークスの使用量を低減して二酸化炭素排出量を削減することが要望されている。

そこで、石炭コークスの一部の代替としてＬＮＧ、ＬＰＧ、廃棄物ガス化溶融炉にて熱分解により発生する可燃ガス等の燃料ガスを利用することが検討され、例えば、特許文献２では、主羽口（送風羽口）から酸素富化空気とともに燃料ガスを吹き込むことが提案されている。

特許文献２では、酸素富化空気を炉内へ送入する主羽口（送風羽口）の先端（開口）が炉内に進入してコークス床内にまで突入して位置するようにして該主羽口が設けられている。燃料ガスはこの羽口の先端位置で主羽口内へ供給されて、主羽口先端から酸素富化空気とともに吹き出される。したがって、主羽口の先端から吹き出された燃料ガスと酸素富化空気は上記主羽口内では混合されずに、コークス床へ吹き込まれた後にコークス床でのコークス粒間で混合されることとなる。

特開平０９−０６０８３０ 特開２００１−０９０９２３

二酸化炭素排出量を削減するため、廃棄物ガス化溶融炉におけるコークスの使用量を低減するべく、特許文献２のようにコークスの一部の代替として燃料ガスを吹き込むとしても、次のような問題がある。すなわち、特許文献２では、燃料ガスと酸素富化空気が吹き出される主羽口の先端はコークス床内に位置していてコークス堆積層に直面しているのでコークス粒による通気抵抗が大きく、燃料ガスを酸素富化空気と混合させて効率的に燃焼させることができない。換言すると主羽口から溶融炉内に酸素富化空気と燃料ガスが吹き込まれて混合されるための空間が、コークス床内の未溶融スラグや低温のコークスにより塞がれてしまって形成されず、それ故にコークス床で十分に混合された状態での安定した燃焼が行われないことがあるという問題がある。

また、廃棄物ガス化溶融炉から排出され回収したダストを溶融処理するため、該ダストを主羽口からコークス床に吹き込むことも併せて行いたい場合には、特許文献２には、酸素富化空気、ダスト、燃料ガスを吹き込む適切な機構が開示されておらず、この点でも問題がある。

本発明は、このような事情に鑑み、燃料ガスを酸素そして空気と十分に混合して羽口へ吹き込める混合気体吹込装置及び方法そしてこれを用いる廃棄物ガス化溶融装置及び方法を提供することを課題とする。

上述した課題は、本発明によると、装置そして方法に関し次のように構成することで解決される。燃焼のために廃棄物溶融炉に混合気体を吹き込む装置としては、混合気体吹込装置そしてこれを有する廃棄物ガス化溶融炉、さらに方法としては、混合気体吹込方法そしてこれを用いる廃棄物ガス化溶融方法として、次のごとく構成される。

＜混合気体吹込装置＞
本発明に係る混合気体吹込装置は、コークス床を有する炉体内で廃棄物を熱分解し残渣を溶融する廃棄物ガス化溶融炉のコークス床へ、酸素と、空気と、燃料ガスと、廃棄物ガス化溶融炉から排出され回収されたダストとを混合した混合気体を、上記廃棄物ガス化溶融炉の炉体に設けられた羽口から吹き込む。

かかる混合気体吹込装置において、本発明では、上記羽口に接続され上記混合気体を炉体内へ送る送気管を有し、上記送気管は、外管と該外管の先端開口よりも上流側に先端開口が位置する内管とを有する二重管構造をなしていて、該内管に酸素がそして外管に空気が供給され、さらには、上記外管は、軸線方向で上記内管が延びる範囲での異なる二位置のそれぞれに少なくとも一つの分枝口が上記外管の外周面に開孔して形成されていて、上記二位置のうち上流側に位置する分枝口は、上記外管内を流れる空気にダストを供給するためのダスト供給口として形成され、下流側に位置する分枝口は、上記空気に燃料ガスを送入するための燃料ガス送入口として形成されており、上記外管内にて上記内管の先端開口の位置に至るまでに空気、燃料ガスおよびダストが混合された後、上記内管から吹き出される酸素が上記外管内の先端域でこれに混合されて上記混合気体が形成されるようになっていることを特徴としている。

本発明において、送気管は、該送気管の軸線方向に見て、燃料ガス送入口からの燃料ガスの送入方向が外管の軸線に対して偏倚しており、上記燃料ガス送入口から上記外管の接線方向に送入された燃料ガスが外管内で旋回流を生ずるようになっていることが好ましい。

また、本発明において、送気管は、燃料ガス送入口が周方向での複数位置に形成されており、これらの燃料ガス送入口を連通して覆う環状空間を形成するジャケットを有しているようにすることもできる。

さらに、本発明において、送気管は、該送気管の軸線方向に見て、内管の軸線が外管の軸線と異なる位置で平行に延びているようにすることができる。

＜廃棄物ガス化溶融炉＞
本発明において、廃棄物ガス化溶融炉は、上述した本発明の混合気体吹込装置を炉体に備えることにより構成される。

＜混合気体吹込方法＞
本発明に係る混合気体吹込方法では、コークス床を有する炉体内で廃棄物を熱分解し残渣を溶融する廃棄物ガス化溶融炉のコークス床へ、酸素と、空気と、燃料ガスと、廃棄物ガス化溶融炉から排出され回収されたダストとを混合した混合気体を、上記廃棄物ガス化溶融炉の炉体に設けられた羽口から吹き込む。

かかる混合気体吹込方法において、本発明では、上記羽口に接続され上記混合気体を炉体内へ送る送気管が接続されており、上記送気管は、外管と該外管の先端開口よりも上流側に先端開口が位置する内管とを有する二重管構造をなしていて、該内管に酸素をそして外管に空気を供給し、さらには、上記外管は、軸線方向で上記内管が延びる範囲での異なる二位置のそれぞれに少なくとも一つの分枝口が上記外管の外周面に開孔して形成されていて、上記二位置のうち上流側に位置する分枝口をダスト供給口として、上記外管内を流れる空気にダストを上記ダスト供給口から供給し、下流側に位置する分枝口を燃料ガス送入口として、上記空気に燃料ガスを上記燃料ガス送入口から送入し、上記外管内にて上記内管の先端開口の位置に至るまでに空気、燃料ガスおよびダストを混合した後、上記内管から吹き出される酸素を上記外管内の先端域でこれに混合して上記混合気体を形成することを特徴としている。

本発明において、送気管は、該送気管の軸線方向に見て、燃料ガス送入口からの燃料ガスの送入方向が外管の軸線に対して偏倚しており、上記燃料ガス送入口から上記外管の接線方向に燃料ガスを送入して外管内で旋回流を生じさせるようになっていることが好ましい。

また、本発明において、送気管は、燃料ガス送入口が周方向での複数位置に形成されており、これらの燃料ガス送入口を連通して覆う環状空間を形成するジャケットを有しており、上記環状空間を通じて燃料ガスを各燃料ガス送入口から外管内へ送入することもできる。

さらに、本発明において、送気管は、該送気管の軸線方向に見て、内管の軸線が外管の軸線と異なる位置で平行に延びており、外管内で混合気体を形成するようにすることもできる。

＜廃棄物ガス化溶融方法＞
本発明において、廃棄物ガス化溶融方法は、溶融炉に対して上述の混合気体吹込方法により混合気体を吹き込むこととして構成され、上述の混合気体吹込方法によって廃棄物ガス化溶融炉のコークス床へ向け炉体内に混合気体を吹き込んで、廃棄物を熱分解し残渣を溶融することを特徴とする。

このような、混合気体吹込装置及び方法そして廃棄物ガス化溶融炉及び溶融方法によると、送気管内に配された内管は流路断面積が内管と外管の間の環状流路における流路断面積に比し十分小さい。上記環状流路内を流れる空気に比し酸素の流量は少ないのでこのような小さな流路断面積で十分である。かかる内管に圧送入された酸素は、その圧力で送気管の先端に取り付けられた先端取付部の先端開口から炉内へ高速で噴出される。したがって、酸素の流量が空気に比して少なくとも、上記先端開口での噴出速度が大きいので、その噴出時の運動量がきわめて高くなり、先端取付部の先端開口近傍に位置する炉内の未溶融スラグや低温コークスを吹きとばして、そこに混合気体による空間を形成する。かかる空間は内管の先端開口から酸素が噴出している限り常に確保できるので、燃焼空間が安定して存在することとなり、燃焼が確実そして十分に行われる。そして、酸素が炉内に噴出供給されることで、上記環状流路から炉内へ空気とともに供給される燃料ガスの着火性を改善する。

本発明において、燃料ガスが送気管の外管と内管の間の環状流路内で旋回流を生ずるようにして送気管内へ供給されると、燃料ガスは空気そしてダストと速やかに混合されるので、混合のための送気管の軸線方向寸法を小さめにすることができる。

本発明において、燃料ガスがジャケットを経て供給されると、燃料ガスはジャケット内の環状空間を流れて周方向でほぼ均一に分散されてから、複数の燃料ガス送入口から送気管に供給されるので、空気との混合が促進される。また、ジャケットへの燃料ガスの供給のための供給管が周方向一個でしかジャケットに接続されていなくとも、燃料ガスはジャケット内で周方向に分散するので、上記供給管の数を最小限の一本とすることができ、装置が簡単化する。

本発明は、以上のように、送気管を外管と内管を有する二重管構造とし、内管で酸素を、外管と内管の間で空気、燃料ガスそしてダストを炉内へ向け送入することとしたので、小さい流路断面積となる内管から吹き出され、送気管の先端に取り付けられた先端取付部の先端開口から炉内へ噴出する酸素が、きわめて高い運動量を有し、先端開口近傍に位置する炉内の未溶融スラグや低温コークスを吹きとばして、混合気体の燃焼空間を確実に形成し、炉内での燃焼が安定しかつ混合気体中の燃料ガスの着火性を改善する。このようにして、燃料ガスをコークスの一部の代替として用い、燃焼熱を溶融熱源として用いることが効率よくできるため、コークスの使用量を低減して二酸化炭素排出量を削減することができる。

本発明の一実施形態としての廃棄物ガス化溶融装置の概要構成を示す図である。 図１装置における主羽口についての拡大断面図である。 図２の主羽口に接続される混合気体吹込装置の主要部を示し、（Ａ）は送気管の軸線を含む面での断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるB-B断面図、（Ｃ）は（Ａ）におけるC-C断面図である。 本発明の他の実施形態としての混合気体吹込装置の主要部を示し、（Ａ）は送気管の軸線を含む面での断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるB-B断面図、（Ｃ）は（Ａ）におけるC-C断面図である。 本発明のさらに他の実施形態としての混合気体吹込装置の主要部を示し、（Ａ）は送気管の軸線を含む面での断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるB-B断面図、（Ｃ）は（Ａ）におけるC-C断面図である。 本発明のさらに他の実施形態としての混合気体吹込装置の主要部を示し、（Ａ）は送気管の軸線を含む面での断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるB-B断面図、（Ｃ）は（Ａ）におけるC-C断面図である。

以下、添付図面にもとづき、本発明の実施形態を説明する。本実施形態では、シャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉に燃料としてコークスと燃料ガスを供給し、廃棄物を炉体内で熱分解し、残渣を溶融するコークス床へ酸素と空気と燃料ガスと廃棄物ガス化溶融炉から排出され回収されたダストとを混合した混合気体を羽口から吹き込む混合気体吹込装置を有することを特徴としているが、これらの特徴についての説明に先立ち、図１にもとづき、このシャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉の概要構成を説明する。

図１に示される本発明の一実施形態で採用されているシャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉には、ガス化溶融炉１の炉上部に、処理対象物としての廃棄物、燃料としてのコークス、スラグの成分調整材としての石灰石を炉内へ投入するための投入口２が設けられ、また、上部側方には炉内のガスを炉外へ排出するためのガス排出口３が設けられている。また、ガス化溶融炉１の炉底部には溶融スラグと溶融金属を排出するための出滓口４が設けられている。

シャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉は、そのガス化溶融炉１の内部空間が縦方向で３つの領域に大別されていて、下方から、炉下部に形成された下部シャフト部Ｉ、その上に位置する中部シャフト部II、上部に形成されたフリーボード部IIIを有する領域となっている。これらの各部Ｉ，II，IIIは、それぞれ次のような機能を有する領域となっている。すなわち、下部シャフト部Ｉは、堆積されたコークス床を形成し、コークスを燃焼させて高温燃焼帯を形成する領域、中部シャフト部IIは、この高温燃焼帯上に投入された廃棄物の堆積により形成された廃棄物層の廃棄物を熱分解させる領域、フリーボード部IIIは、生成した可燃性ガスを部分燃焼させる領域である。

廃棄物ガス化溶融炉１の上方には、都市ごみ等の廃棄物、コークス、生成するスラグの成分調整材として使用する石灰石をそれぞれ供給する供給装置（図示せず）が配設されており、この供給装置から供給された廃棄物、コークス、石灰石は搬送コンベア（図示せず）により搬送され炉上部の上記投入口２から炉内に投入される。

廃棄物ガス化溶融炉に形成された上記下部シャフト部Ｉ、中部シャフト部II、フリーボード部IIIの各部に対して、それぞれ酸素含有ガスを吹き込む羽口が炉壁に設けられている。すなわち、下部シャフト部Ｉには、堆積されたコークスを燃焼させて高温燃焼帯を形成し、熱分解残渣を溶融するための混合気体を吹き込む主羽口５が設けられ、中部シャフト部IIには、投入されて堆積された廃棄物を部分燃焼させると共に廃棄物を緩やかに流動させながら熱分解、燃焼させるための空気を吹き込む副羽口６が設けられ、フリーボード部IIIには、廃棄物が熱分解して生成した可燃性ガスを部分燃焼させて炉内部を所定温度に維持するための空気を吹き込む三段羽口７が設けられている。

ガス排出口３に二次燃焼室１０が接続して設けられており、廃棄物を熱分解して生成した可燃性ガスを燃焼する。二次燃焼のための空気を吹き込む空気送風口１１が設けられている。また、この二次燃焼室１０には、該二次燃焼室１０で可燃性ガスを燃焼した燃焼ガスから熱回収するボイラ１２が隣接して設けられている。

また、ボイラ１２からの排気は、排気管１３で排出され、後流側に設けられた減温装置や集塵機、さらには排ガス処理装置（いずれも図示せず）を経て無害化された後に大気に放出されるようになっている。

排ガスに含まれていて、上記二次燃焼室１０とボイラ１２で落下したダストは、該二次燃焼室１０とボイラ１２から落下排出され、上記集塵機で集塵されたダストとともに、ダスト帰還路１５を経てガス化溶融炉１の側方上方位置に設けられたダスト貯留槽１６へもたらされた後に、ダスト貯留槽１６の下部出口に設けられたロータリバルブ１６Ａを経て、主羽口５に取り付けられた後述の送気管２２に設けられた後述のダスト供給管２３へ接続されていて、ダストが炉内へ供給帰還されるようになっている。このダストの主羽口５への供給については、後に再度説明する。

ガス化溶融炉１の炉壁１Ａの下部に設けられた主羽口５は、図２に見られるごとく、該炉壁１Ａに形成された段状テーパ貫通孔１Ｂに取り付けられた円錐状外周面をもつ口金状の保持体１８を有している。該保持体１８は、下述する混合気体吹込装置２０の送気管２２の先端に取り付けられた先端取付部２１を保持する。

上記先端取付部２１は外径面２１Ａがテーパ状をなし、また円筒状貫通孔２１Ｂが形成されている。該貫通孔２１Ｂの内径面には耐摩耗材層２１Ｃが設けられている。貫通孔２１Ｂは大外径端側で段状に大内径をなす係止部２１Ｂ−１を有している。かかる先端取付部２１を保持する上記保持体１８は、既述のように円錐椀状をなしその底部（図にて右端部）には保持孔１８Ａが形成されている。該保持孔１８Ａは上記先端取付部２１の外径面の大径端部と適合するテーパ孔をなしていて、このテーパ孔で上記先端取付部２１の外径面と接面して該先端取付部２１を保持している。このように、保持体１８で保持される先端取付部２１は炉体の炉壁１Ａに取り付けられた上記保持体１８により保持された状態で、該先端取付部２１の小外径端側先端が炉体内に突入して位置する。かかる保持体１８と先端取付部２１のうちの少なくとも保持体１８は水冷されるが、その形式は公知なので、ここでは水冷のための形態についての説明は省略する。

先端取付部２１が先端に設けられた送気管２２を有する混合気体吹込装置２０は、図３（Ａ）に見られるように、外管２６内に同心に内管２７が配された二重管構造をなし、内管２７の先端開口は外管２６の先端開口よりも手前の左方（上流側）に位置している。上記外管２６は上流側端部に端壁２８が設けられていて、上記内管２７は該端壁２８を貫通して上流側（左方）に延びている。かかる外管２６そして内管２７を有する該送気管２２は中心線となる軸線方向で異なる二位置、図示の例では、上記先端取付部２１から距離を持った位置と、そこからさらに距離をもった位置に、分岐口がそれぞれ形成されていて、上流側（図にて左側）に位置する分岐口がダスト供給口２３Ａとして、そして下流側に位置する分岐口が燃料ガス送入口２４Ａとして用いられている。送気管２２の軸線（外管２６の軸線でもある）に対して直角な面での断面を示す図３（Ｂ）、図３（Ｃ）にも見られるように、上記ダスト供給口２３Ａは周方向の一箇所で上面位置に、そして燃料ガス送入口２４Ａは周方向の四箇所にそれぞれ形成されている。

上記ダスト供給口２３Ａには、ダスト帰還路１５の一部をなしダストを送気管２２へ供給するダスト供給管２３が接続されている。また、外管２６の周囲四箇所に形成された燃料ガス送入口２４Ａには、これらの燃料ガス送入口２４Ａを包囲するようにして環状の空間を形成するジャケット２５が送気管２２に取り付けられていて、該ジャケット２５の周方向の一箇所に燃料ガス送入管２４が接続されている。図３（Ａ），（Ｃ）では一つの燃料ガス送入管２４から送入された燃料ガスは上記ジャケット２５内で分散して四つの燃料ガス送入口２４Ａから均等に送気管２２内に進入して周方向に行きわたる。このようにジャケット２５を有する混合気体吹込装置の形態とすることにより、燃料ガスの供給のための管系が単純化される。勿論、ジャケットを用いずに、複数の燃料ガス送入管が別個の管系をなして外管に接続される形態も可能であるが、そのような形態では、管系同士の干渉を避けるために燃料ガス送入口の数に制約があるので、図３に図示の形態のようにジャケットを有する混合気体吹込装置の形態とすることにより、より多くの燃料ガス送入口を設けて、混合をより効率よく行うことができ、かつ送気管の長さを短くコンパクトにすることが好ましい。図３（Ａ），（Ｃ）では外管２６に四つの燃料ガス送入口２４Ａを設けているが、一つ又は複数の燃料ガス送入口２４Ａを設けても、燃料ガスの供給のための管系が単純化されコンパクトにすることができるので好ましい。また、図３（Ｃ）では燃料ガス送入口２４Ａは、短管の形状であるが、外管２６に開孔を設ける形状でもよい。

かかるダスト供給管２３そして燃料ガス送入管２４が接続されている送気管２２の外管２６には、上流端（図にて左端側）の端壁２８に空気供給管２９が接続されていて、空気が下流に向け流れている。さらに、外管２６内に位置する内管２７は、酸素供給管として用いられていて、酸素供給管（図示せず）から受けた酸素が下流に向けて流れている。該酸素は内管２７へ圧送入されており、先端開口から噴出する。

上記外管２６には、既述のように、上記ダスト供給口２３Ａからダストが供給されるので、下流側に向け流れるダストによって管内壁が摩耗等の損傷を受けないように、該外管２６の管内壁面が、上記ダスト供給口２３Ａよりも下流側範囲で耐摩耗材料でコーティングされた耐摩耗材層２６Ａを有している。該耐摩耗材層２６Ａは外管２６の下流側の先端まで及んでいて、該外管２６の先端に取り付けられている円錐状の先端取付部２１の内径面に形成されている耐摩耗材層２１Ｃと連続している（図２参照）。このような、耐摩耗材層２１Ｃ，２６Ａは、例えば、セラミックあるいは耐摩耗性クラッド鋼で形成できる。セラミックとしては、例えば、窒化珪素、ジルコニア、アルミナのうちの少なくとも一つを使用する。また、この耐摩耗材層は、各管の内径面にコーティングして形成することも、あるいは耐摩耗材の肉厚１０ｍｍ程度のスリーブを各管内に挿入して形成することもできる。特に、耐摩耗性クラッド鋼の場合は、管全体を該耐摩耗性クラッド鋼製としてもよい。耐摩耗材スリーブを用いる場合、耐摩耗材スリーブは、外管２６においては、モルタル等により管内径面と固着されるようにすることができる。

このような送気管２２にあっては、外管２６の端壁２８に接続された空気供給管２９から空気が供給されて外管２６と内管２７との間で下流端に向け流送される。流送途中で、空気には先ずダスト供給口２３Ａからダストが供給され、その下流位置では燃料ガス送入口２４Ａから燃料ガスが送入される。したがって、空気にはダストそして燃料ガスが混合され、流送の進行に伴いその混合度合が高められながら先端取付部２１の貫通孔２１Ｂ（図２参照）の先端から炉内へ吹き込まれることとなる。一方、酸素供給管として用いられる内管２７には酸素供給源からの酸素が圧送入されており、該内管２７の先端開口から勢いよく炉内へ噴出される。その際、内管２７の先端開口は外管の先端開口よりも手前（上流側）に位置しているので、内管２７から噴出される酸素は、外管２６内で混合状態にある上述の空気、ダストそして燃料ガスを巻き込むようにして炉内へ達する。このように、本実施形態では酸素、空気、燃料ガスそしてダストは、内管２７の先端開口から炉内に至る空間にて混合された状態で炉内へ吹き込まれる。炉内へ噴出される酸素は、外管２６に比し流路断面積の小さい内管２７から噴出し、しかも内管２７へ圧送入されているので、噴出速度はきわめて大きく、その噴出時の運動量が大きく、炉内で先方に位置する未溶融スラグそして低温コークスを吹き飛ばして、燃焼空間を形成し、該燃焼空間で送気管２２からの混合気体の混合度合いをさらに高め燃焼性を向上させる。

上記送気管２２の先端に取り付けられた先端取付部２１は、その先端開口が炉内にあって高温燃焼帯のコークス床に直面しているので、本発明のように酸素あるいは気体を勢いよく噴出しないと、従来のような通常の速度で吹き込まれる場合、気体はこの先端取付部２１から吹き出した後コークス粒間を流通できるといえども、コークス粒から大きな通気抵抗を受けることとなり、炉内では混合が十分に行える状況ではない。この点で、本実施形態では、炉内に混合気体が吹き込まれる際に、内管２７から勢いよく噴出される酸素により、炉内で先方に位置する未溶融スラグや低温コークスを吹き飛ばして、既述のごとく燃焼空間を形成するので、この燃焼空間で、酸素、空気、燃料ガスそしてダストの混合は十分に行われ、燃焼性が向上される。

このように構成される本実施形態装置では、廃棄物のガス化溶融処理は次の要領で行われる。

供給装置からの廃棄物、コークス、石灰石がガス化溶融炉１の上部に設けられた投入口２を経て、それぞれ所定量ずつ炉内へ投入され、主羽口５、副羽口６、及び三段羽口７から、それぞれ空気が炉内へ吹き込まれる。特に、主羽口５からは、既述したように混合気体吹込装置２０の送気管２２の外管２６で混合された空気と燃料ガスそしてダストが、そして内管２７から酸素が炉内へ吹き込まれる。上記投入口２から投入された廃棄物は、炉内で中部シャフト部IIに堆積して廃棄物層を形成し、下部シャフト部Ｉの高温燃焼帯から上昇してくる高温ガス及び副羽口から吹き込まれる空気によって乾燥され、次いで部分燃焼および熱分解される。熱分解により生成した可燃性ガスは、フリーボード部IIIにて、三段羽口７から吹き込まれる空気により一部が燃焼され、フリーボード部IIIが８５０℃以上の高温の還元雰囲気に保たれ、有害ガスとタール分を分解させる処理が施され、可燃性ガスを含むガスは炉外に設けられた二次燃焼室１０へ送られ二次燃焼され、ボイラ１２でその燃焼ガスから熱回収される。

コークスは下部シャフト部Ｉに下降して高温燃焼帯（コークス床）を形成する。廃棄物層で廃棄物が熱分解した残渣は下降し、下部シャフト部Ｉのコークス床に達する。熱分解残渣（灰分、不燃物）は、コークス床でコークスと燃料ガスの燃焼により加熱され、溶融し溶融スラグと溶融金属になる。溶融スラグと溶融金属は出滓口４から排出され、炉外に設けられた水砕装置に供給され冷却固化され、冷却固化された水砕スラグと水砕金属が回収される。一方、主羽口５から吹き込まれた混合気体中のダストは主羽口５から高温燃焼帯へ達すると、溶融して熱分解残渣の溶融物とともに炉底部の出滓口４から抜き出される。このように、ダストを溶融処理することにより減容化して、埋立処分量を大幅に削減される。

本実施形態では空気と燃料ガスとダストは、外管２６内で燃料ガス送入口２４Ａよりも下流側の空間にて混合された状態となり、内管２７から勢いよく噴出する酸素に巻き込まれるようにして炉内へ吹き込まれる。そのため、燃料ガスは羽口から炉内へ吹き出される直前から炉内へ吹き込まれる直後に至る間で酸素、空気そしてダストと十分に混合された混合気体状態となっていて、コークス床での燃料ガスの燃焼が良好に行われる。このようにして、燃料ガスをコークスの一部の代替として用い、燃焼熱を溶融熱源として用いることが効率よくできるため、コークスの使用量を低減して二酸化炭素排出量を削減することができる。

本発明において、混合気体吹込装置２０は図３の形態に限定されず、種々変形が可能である。例えば、図３では、ジャケットを用いることとしていたが、このジャケットを用いずに、図４のごとく、送気管の軸線方向に見て、複数の燃料ガス送入口２４Ａ（図示の例では二つ）を送入方向が外管２６の軸線から偏倚するように位置させて、燃料ガス送入管２４を外管２６に対して接線方向となるように各燃料ガス送入口２４Ａにそれぞれ接続するようにしてもよい。こうすることで燃料ガスが外管２６内で空気、ダストに混合された状態で旋回流を生じることとなり、混合度合が高められることとなる。

さらには、図４の形態を変形した形態として、図５のように内管２７を外管２６の内底に接触するように配置することも可能である。こうすることで、図４（Ａ）〜（Ｃ）に見られるように、外管２６そして内管２７が図４の場合と同じ管径であるにもかかわらず、外管２６内にはまとまった形の流路断面領域が得られ、気体の混合が良好に行われるようになる。

さらには、図６に示されるように、内管２７の先端部分をラバール管形状とすることができる。こうすることで、酸素の噴出速度は超音速とすることができ、それだけ、炉内での未溶融スラグや低温コークスを効果的に吹き飛ばせる。また、図６（Ｃ）では燃料ガス送入口２４Ａは、短管の形状であるが、外管２６に開孔を設ける形状でもよい。

本発明の実施形態において、内管２７での酸素の流速を１５０ｍ／ｓｅｃ以上、好ましくは超音速とし、外管２６内での空気の流速７０〜１２０ｍ／ｓｅｃとし、燃料ガスの送風管への流入時の流速を５０〜２００ｍ／ｓｅｃとすることが好ましい。内管２７での酸素の流速の好ましい範囲の上限は、流速を高めるためには昇圧するコストが増大することと流速を速くすることによる効果とを勘案して定めることとする。このような範囲の流速とすることにより、酸素そして空気と燃料ガスとの混合が効率よく行われ、また、混合気体が羽口先から炉内のコークス床の好ましい範囲にまで到達でき、コークス床における燃料ガス燃焼を良好に行うことができる。

１ 廃棄物ガス化溶融炉
５ （主）羽口
２０ 混合気体吹込装置
２２ 送気管
２３Ａ ダスト供給口
２４Ａ 燃料ガス送入口
２５ ジャケット
２６ 外管
２７ 内管

Claims (10)

1. コークス床を有する炉体内で廃棄物を熱分解し残渣を溶融する廃棄物ガス化溶融炉のコークス床へ、酸素と、空気と、燃料ガスと、廃棄物ガス化溶融炉から排出され回収されたダストとを混合した混合気体を、上記廃棄物ガス化溶融炉の炉体に設けられた羽口から吹き込む混合気体吹込装置において、
   上記羽口に接続され上記混合気体を炉体内へ送る送気管を有し、上記送気管は、外管と該外管の先端開口よりも上流側に先端開口が位置する内管とを有する二重管構造をなしていて、該内管に酸素がそして外管に空気が供給され、さらには、上記外管は、軸線方向で上記内管が延びる範囲での異なる二位置のそれぞれに少なくとも一つの分枝口が上記外管の外周面に開孔して形成されていて、上記二位置のうち上流側に位置する分枝口は、上記外管内を流れる空気にダストを供給するためのダスト供給口として形成され、下流側に位置する分枝口は、上記空気に燃料ガスを送入するための燃料ガス送入口として形成されており、上記外管内にて上記内管の先端開口の位置に至るまでに空気、燃料ガスおよびダストが混合された後、上記内管から吹き出される酸素が上記外管内の先端域でこれに混合されて上記混合気体が形成されるようになっていることを特徴とする混合気体吹込装置。
2. 送気管は、該送気管の軸線方向に見て、燃料ガス送入口からの燃料ガスの送入方向が外管の軸線に対して偏倚しており、上記燃料ガス送入口から上記外管の接線方向に送入された燃料ガスが外管内で旋回流を生ずるようになっていることとする請求項１に記載の混合気体吹込装置。
3. 送気管は、燃料ガス送入口が周方向での複数位置に形成されており、これらの燃料ガス送入口を連通して覆う環状空間を形成するジャケットを有していることとする請求項１または請求項２に記載の混合気体吹込装置。
4. 送気管は、該送気管の軸線方向に見て、内管の軸線が外管の軸線と異なる位置で平行に延びていることとする請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載の混合気体吹込装置。
5. 請求項１ないし請求項４のうちいずれか一つに記載の混合気体吹込装置を備えることを特徴とする廃棄物ガス化溶融炉。
6. コークス床を有する炉体内で廃棄物を熱分解し残渣を溶融する廃棄物ガス化溶融炉のコークス床へ、酸素と、空気と、燃料ガスと、廃棄物ガス化溶融炉から排出され回収されたダストとを混合した混合気体を、上記廃棄物ガス化溶融炉の炉体に設けられた羽口から吹き込む混合気体吹込方法において、
   上記羽口に接続され上記混合気体を炉体内へ送る送気管が接続されており、上記送気管は、外管と該外管の先端開口よりも上流側に先端開口が位置する内管とを有する二重管構造をなしていて、該内管に酸素をそして外管に空気を供給し、さらには、上記外管は、軸線方向で上記内管が延びる範囲での異なる二位置のそれぞれに少なくとも一つの分枝口が上記外管の外周面に開孔して形成されていて、上記二位置のうち上流側に位置する分枝口をダスト供給口として、上記外管内を流れる空気にダストを上記ダスト供給口から供給し、下流側に位置する分枝口を燃料ガス送入口として、上記空気に燃料ガスを上記燃料ガス送入口から送入し、上記外管内にて上記内管の先端開口の位置に至るまでに空気、燃料ガスおよびダストを混合した後、上記内管から吹き出される酸素を上記外管内の先端域でこれに混合して上記混合気体を形成することを特徴とする混合気体吹込方法。
7. 送気管は、該送気管の軸線方向に見て、燃料ガス送入口からの燃料ガスの送入方向が外管の軸線に対して偏倚しており、上記燃料ガス送入口から上記外管の接線方向に燃料ガスを送入して外管内で旋回流を生じさせることとする請求項６に記載の混合気体吹込方法。
8. 送気管は、燃料ガス送入口が周方向での複数位置に形成されており、これらの燃料ガス送入口を連通して覆う環状空間を形成するジャケットを有しており、上記環状空間を通じて燃料ガスを各燃料ガス送入口から外管内へ送入することとする請求項６または請求項７に記載の混合気体吹込方法。
9. 送気管は、該送気管の軸線方向に見て、内管の軸線が外管の軸線と異なる位置で平行に延びており、外管内で混合気体を形成することとする請求項６ないし請求項８のいずれか一つに記載の混合気体吹込方法。
10. 請求項６ないし請求項９のいずれか一つに記載の混合気体吹込方法によって廃棄物ガス化溶融炉のコークス床へ向け炉体内に混合気体を吹き込んで、廃棄物を熱分解し残渣を溶融することを特徴とする廃棄物ガス化溶融方法。

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