JP6209860B2 - スラグ打破装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガス化炉、改質炉、タール分解炉および溶融炉で生じた塊状スラグを打破するスラグ打破装置に関する。

工業原料、廃棄物、下水汚泥等を焼却することによって生じた灰を、１０００℃以上の高温で溶融して溶融スラグとする溶融炉が知られている。このような溶融炉には、下部に形成された排出口へ向けてその断面が漸減するように傾斜する傾斜部が設けられており、傾斜部において溶融スラグが集約され、集約された溶融スラグは、傾斜部を伝って排出口に導かれることとなる。また、排出口の下方には、水槽を含んで構成される水砕装置が設けられており、排出口を通じて排出された溶融スラグは、水槽に貯留された水によって冷却されて固体となり、一部は粒度調整工程を経て、セメント原料、土木建材用資材、ガラス原料等として再利用される。

上述した溶融炉では、溶融炉内の温度が低下することにより、溶融スラグの流動性が低下し、傾斜部において溶融スラグが滞留して塊状となる場合があり、当該塊状のスラグ（塊状スラグ）によって排出口を閉塞してしまうおそれがある。

そこで、ハンマーとシリンダとを含んで構成されるスラグ打破装置を溶融炉外に設けておき、溶融炉において塊状スラグが生じると、シリンダを駆動してハンマーを押し出し、当該ハンマーを溶融炉内に突出させて塊状スラグに衝突させることで、塊状スラグを打破して除去する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。

また、塊状スラグを掻き取るための掻き取り棒と、当該掻き取り棒を伸縮したり回転させたりする駆動部を溶融炉外に設けておき、溶融炉において塊状スラグが生じると、駆動部を駆動して掻き取り棒を押し出して溶融炉内に突出させ、さらに掻き取り棒を回転させることにより塊状スラグを掻き取って除去する技術が開示されている（例えば、特許文献２）。

このようなハンマーや掻き取り棒は、金属で形成されるため、溶融炉内といった１０００℃以上の高温雰囲気に曝されると、変形するおそれがある。そこで、特許文献２には、溶融炉内に水を噴射するノズルを設けておき、掻き取り棒が溶融炉内に位置する際に、掻き取り棒に水を噴射して冷却する構成が記載されている。

しかし、溶融炉内で水を噴射すると、噴射した水によって溶融炉内の温度が低下し、塊状スラグの生成量が増加してしまうおそれがある。そうすると、塊状スラグによる排出口の閉塞確率が上昇してしまう。

そこで、スラグ溶融酸素バーナの内部に冷却流体を流通させることで、溶融炉内の熱によるバーナの変形を防止しつつ、バーナで塊状スラグを加熱して溶融する技術が開示されている（例えば、特許文献３）。

特開２００３−３０２０２４号公報 特許第３１２００６３号公報 特開２０１１−２５２６９５号公報

上述した特許文献３の技術を利用して、ハンマーの内部に冷却流体を流通させることで、溶融炉内の熱によるハンマーの変形を防止する構成が考えられる。しかし、ハンマーの内部に冷媒を流通させる構成では、ハンマーの内部構造が複雑になるため、製造に要するコストが上昇してしまう。

本発明は、このような課題に鑑み、簡易な構成で、溶融炉内の熱によるハンマーの変形を防止しつつ、効率よく塊状スラグを打破することが可能なスラグ打破装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明のスラグ打破装置は、ガスとともに灰が導入され、ガスを燃焼させることにより、灰を溶融させて溶融スラグを生成する溶融炉において生じた塊状スラグを打破するスラグ打破装置であって、棒形状であるハンマーと、溶融炉外に配され、ハンマーを移動させることで、ハンマーを溶融炉外と溶融炉内とで往復させる駆動部と、冷媒を貯留し、ハンマーが駆動部によって溶融炉外に位置している間、ハンマーが常時冷媒に浸漬される位置関係となる冷媒槽と、を備えたことを特徴とする。

また、溶融炉の下方には、溶融炉によって生成された溶融スラグを冷却するための水を収容する水槽が設けられ、冷媒として水槽に収容された水を冷媒槽に導入する冷媒導入部をさらに備えるとしてもよい。

また、溶融炉内と溶融炉外とを連通、または、溶融炉内と溶融炉外との連通を遮断するバルブを備え、駆動部は、バルブが溶融炉内と溶融炉外とを連通している際に、バルブの開口を介して、ハンマーを溶融炉外と溶融炉内とで往復させるとしてもよい。

本発明によれば、簡易な構成で、溶融炉内の熱によるハンマーの変形を防止しつつ、効率よく塊状スラグを打破することが可能となる。

ガス化ガス生成システムを説明するための図である。 改質装置を説明するための図である。 精製装置を説明するための図である。 スラグ打破装置を説明するための図である。 ハンマーの先端形状を説明するための図である。 スラグ打破方法の処理の流れを説明するためのフローチャートである。 変形例にかかるスラグ打破装置を説明するための図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

近年、石炭、石油コークス（ペトロコークス）、バイオマス、タイヤチップ等のガス化原料をガス化してガス化ガスを生成する技術が開発されている。このようにして生成されたガス化ガスは、発電システムや、水素の製造、合成燃料（合成石油）の製造、化学肥料（尿素）等の化学製品の製造等に利用されている。

ガス化ガスを生成する技術として、加熱した流動媒体が有する熱で、ガス化原料をガス化するガス化ガス生成装置が開発されている。このようなガス化ガス生成装置によって生成されたガス化ガスには、ガス化原料由来のタール、流動媒体を加熱するために利用した燃料の燃焼灰、流動媒体が含まれる。このため、ガス化ガスからタールを分解し、燃焼灰、および、流動媒体を除去するために改質炉（溶融炉）が利用されている。

このような溶融炉では、溶融炉内の温度が低下することにより、溶融スラグの流動性が低下し、溶融スラグが滞留して塊状となり、排出口を閉塞してしまうおそれがある。そこで、本実施形態では、溶融炉内で生じた塊状のスラグに衝撃を与えて打破するスラグ打破装置について説明する。以下、まず、溶融炉として機能する改質炉を含んで構成されるガス化ガス生成システムについて説明し、続いてスラグ打破装置について詳述する。

（ガス化ガス生成システム１００）
図１は、ガス化ガス生成システム１００を説明するための図である。図１に示すようにガス化ガス生成システム１００は、ガス化ガス生成装置１１０と、改質装置１３０と、精製装置１８０とを含んで構成される。なお、図１中、ガス化原料、ガス、水蒸気、空気、酸化剤の流れを実線の矢印で、流動媒体（砂）の流れを一点鎖線の矢印で示す。

（ガス化ガス生成装置１１０）
ガス化ガス生成装置１１０は、燃焼炉１１２と、媒体分離装置（サイクロン）１１４と、ガス化炉１１６とを含んで構成される。ガス化ガス生成装置１１０は、循環流動層式ガス化システムであり、全体として、粒径が３００μｍ程度の硅砂（珪砂）等の砂で構成される流動媒体を熱媒体として循環させている。具体的に説明すると、まず、流動媒体は、燃焼炉１１２で９００℃〜１０００℃程度に加熱され、燃焼排ガスＥＸとともに媒体分離装置１１４に導入される。媒体分離装置１１４においては、高温の流動媒体と燃焼排ガスＥＸとが分離され、当該分離された燃焼排ガスＥＸは、不図示の熱交換器（例えば、ボイラー）等で熱回収された後、外部へ排出される。

一方、媒体分離装置１１４で分離された高温の流動媒体は、ガス化炉１１６に導入される。そして、ガス化炉１１６に導入された流動媒体は、ガス化炉１１６の底面から導入されるガス化剤（水蒸気）によって流動層化された後、最終的に、燃焼炉１１２に戻される。

ガス化炉１１６は、例えば、気泡流動層（バブリング流動層）ガス化炉であり、褐炭等の石炭、石油コークス、バイオマス、タイヤチップ等の固体原料や、黒液等の液体原料といったガス化原料を７００℃〜９００℃でガス化させてガス化ガスを生成する。本実施形態では、ガス化炉１１６に水蒸気を供給することにより、ガス化原料をガス化させてガス化ガスを生成する（水蒸気ガス化）。

なお、ここでは、ガス化炉１１６として、循環流動層方式を例に挙げて説明したが、ガス化原料をガス化することができれば、ガス化炉１１６は、単なる流動層方式や、砂が自重で鉛直下方向に流下することで移動層を形成する移動層方式であってもよい。

ガス化炉１１６で生成されたガス化ガスＸ１には、タール、燃焼灰、流動媒体、水蒸気等が含まれているため、下流の改質装置１３０、精製装置１８０に送出され、精製される。以下、ガス化ガスＸ１中に含まれる燃焼灰および流動媒体を「灰」と称する。

（改質装置１３０）
図２は、改質装置１３０を説明するための図である。改質装置１３０は、改質炉１４０と、水砕装置１６０とを含んで構成される。図２中、ガス、スラグ、水等の物質の流れを実線の矢印で示し、信号の流れを破線の矢印で示す。

図２に示すように、改質炉１４０は、本体１４２と、酸化剤導入部１５０とを含んで構成される。本体１４２は、中心軸が鉛直方向（図２中、Ｚ軸方向）にある筒形状（例えば、円筒形状）の本体上部１４４と、本体上部１４４における下部開口１４４ａよりも小径の上部開口１４６ａを有するとともに、本体上部１４４よりも鉛直下方に位置する本体下部１４６と、本体上部１４４の下部開口１４４ａと本体下部１４６の上部開口１４６ａとを接続する傾斜部１４８とで構成される。また、本体下部１４６の下端１４６ｂは、後述する水砕装置１６０の水槽１６２によって水封される。

本体１４２のうち、本体上部１４４、傾斜部１４８は、アルミナやシリカからなる耐火材（図２中、クロスハッチングで示す）で構成され、本体下部１４６は、金属で構成される。また、本体下部１４６には耐熱性を持たせるため、水を流通させることで壁面を冷却する冷却管が配される。なお、当該壁面は、耐熱性を有すれば、金属壁で構成されてもよい。

本体上部１４４の側面上部には、導入口１４４ｂが設けられており、当該導入口１４４ｂを通じて、ガス化炉１１６から本体上部１４４（本体１４２）にガス化ガスＸ１が導入される。また、本体上部１４４の上部には、酸化剤導入部１５０が設けられており、酸化剤導入部１５０は、本体１４２に酸化剤（例えば、酸素）を導入する。

このように、導入口１４４ｂを通じてガス化ガスＸ１が導入されるとともに、酸化剤導入部１５０によって酸化剤が導入されると、酸化剤によってガス化ガスＸ１中の燃焼ガス（例えば、水素）の一部が燃焼し（酸化され）、ガス化ガスＸ１が９００℃〜１５００℃程度に昇温されて、ガス化ガスＸ１に含まれるタールが改質（酸化改質）される。

また、タールとともにガス化ガスＸ１に含まれる灰は、ガス化ガスＸ１の熱によって溶融し、溶融スラグＭＳとなって、ガス化ガスＸ１から除去される。

このようにして、タール、灰が除去されたガス化ガスＸ２は、本体下部１４６の側面に設けられた送出口１４６ｃを通じて、後段の精製装置１８０に送出される。一方、ガス化ガスＸ１の熱によって溶融した溶融スラグＭＳは、傾斜部１４８において集約され、傾斜部１４８を伝って流下して、水槽１６２に落下する。

水砕装置１６０は、水槽１６２と、送出機構１６４とを含んで構成される。水槽１６２には、水が収容され、上述した改質炉１４０の本体下部１４６の下端１４６ｂを水封する。また、改質炉１４０の傾斜部１４８を伝って流下し、落下した溶融スラグＭＳは、水槽１６２に導入され、水槽１６２に収容された水によって冷却されて固体（固体スラグＳＳ、図２中、ハッチングで示す）となる。

送出機構１６４は、例えば、コンベアで構成され、水槽１６２において固体となったスラグ（固体スラグＳＳ）を外部に送出する。このようにして、送出された固体スラグＳＳは、粒度調整などの工程を経て、セメント原料、土木建材用資材、ガラス原料等として再利用される。

（精製装置１８０）
図３は、精製装置１８０を説明するための図である。図３に示すように、精製装置１８０は、熱交換器１８２と、第１冷却器１８４と、第２冷却器１８６と、昇圧器１８８と、排水処理器１９０と、脱硫器１９２と、脱アンモニア器１９４と、脱塩器１９６とを含んで構成される。なお、脱硫器１９２、脱アンモニア器１９４、脱塩器１９６はガス化ガスＸ２の用途およびガス化原料の種類に応じて、設置順序および設置有無を変更することができる。

熱交換器１８２は、改質炉１４０から導入されたガス化ガスＸ２と水蒸気との熱交換を行い、すなわち、ガス化ガスＸ２の顕熱を水蒸気で回収し、ガス化ガスＸ２の出口温度を３００℃〜６００℃にする。

第１冷却器１８４は、水をスプレー噴霧することにより、３００℃〜６００℃となったガス化ガスＸ２をさらに冷却する。これにより、ガス化ガスＸ２に残存するタールや粉塵（灰）が凝縮し、ガス化ガスＸ２から除去される。

第２冷却器１８６は、海水、ブライン等を用いて、ガス化ガスＸ２を３０℃以下にさらに冷却し、さらに残存するタールや粉塵を凝縮して除去する。なお、第２冷却器１８６の後段に電機集塵機等で構成されるミスト・粉塵除去器を設け、タールや粉塵をさらに除去することもできる。

昇圧器１８８は、ブロワや圧縮機、ターボ型のポンプ、容積型のポンプ等で構成され、第２冷却器１８６を通過したガス化ガスＸ２を０．１ＭＰａ〜５ＭＰａに昇圧する。なお、昇圧器１８８の後段にガス化ガスＸ２を３０℃以下に冷却する冷却器を設け、タールや粉塵をさらに除去することもできる。

排水処理器１９０は、第１冷却器１８４、第２冷却器１８６、昇圧器１８８で発生するタールや粉塵を含有する排水からタールや粉塵を除去する処理を行う。排水処理器１９０で処理した後の水（処理後水）は、熱交換器１８２や第１冷却器１８４等で再利用される。

脱硫器１９２は、ガス化ガスＸ２に残存する硫黄や硫黄化合物を除去する。脱アンモニア器１９４は、ガス化ガスＸ２中のアンモニア等の窒素化合物を除去する。脱塩器１９６は、ガス化ガスＸ２中の塩素や塩素化合物を除去する。

このように、ガス化ガス生成装置１１０で生成され、改質炉１４０でタール、燃焼灰、流動媒体が除去されたガス化ガスＸ２は、熱交換器１８２、第１冷却器１８４、第２冷却器１８６、昇圧器１８８においてタール、燃焼灰、流動媒体が除去され、脱硫器１９２で硫黄や硫黄化合物が、脱アンモニア器１９４でアンモニアやアンモニア化合物が、脱塩器１９６で塩素や塩素化合物がそれぞれ除去されることにより精製され、精製ガス化ガスとなる。

（スラグ打破装置２００）
図２に戻って説明すると、上述したように、改質炉１４０は、灰を溶融して溶融スラグＭＳにし、傾斜部１４８を流下させて水砕装置１６０に導入しているが、ガス化ガスＸ１の温度の低下や、酸化剤導入部１５０による酸化剤の導入量の減少等によって、改質炉１４０の温度が通常運転時よりも低下し、溶融スラグＭＳの流動性が低下する場合がある。そうすると、傾斜部１４８において溶融スラグＭＳが滞留して塊状（塊状スラグＬＳ、図２中、黒い塗りつぶしで示す）となり、傾斜部１４８と、本体下部１４６の上部開口１４６ａを閉塞してしまうおそれがある。

そこで、本実施形態にかかるスラグ打破装置２００は、改質炉１４０で生じた塊状スラグＬＳに衝撃を与え、塊状スラグＬＳを打破して除去する。以下、スラグ打破装置２００の具体的な構成について説明する。

図４は、スラグ打破装置２００を説明するための図である。図４に示すように、スラグ打破装置２００は、改質炉１４０外に設けられ、ハンマー２１０と、駆動部２２０と、バルブ２３０と、冷媒槽２４０と、制御部２５０と、液位計２６０と、冷媒導入部２７０とを含んで構成される。図４中、水等の物質の流れを実線の矢印で示し、信号の流れを破線の矢印で示す。スラグ打破装置２００は、ハンマー２１０を改質炉１４０外に保持する収納状態と（図４（ａ）参照）、塊状スラグＬＳの打破を試みて、ハンマー２１０を改質炉１４０内に突出させる突出状態（図４（ｂ）参照）とに変移する。また、スラグ打破装置２００は、改質炉１４０の周方向に複数（例えば９０°間隔で４つ）設けられているとよい。ここでは、理解を容易にするために改質炉１４０に設けられた複数のスラグ打破装置２００のうち１のスラグ打破装置２００について例示する。

ハンマー２１０は、金属で構成された棒形状の部材である。駆動部２２０は、改質炉１４０外に配され、後述する制御部２５０による制御指令に応じて、ハンマー２１０を直線的に移動させることで、ハンマー２１０を改質炉１４０内に突出させる（図４（ｂ）に示す突出状態）。詳細に説明すると、改質炉１４０における本体下部１４６には貫通路１４６ｄが設けられており、ハンマー２１０は貫通路１４６ｄを通じて、改質炉１４０外と改質炉１４０内とを往復することとなる。

なお、貫通路１４６ｄにおける改質炉１４０の外側には、玉形弁やストップ弁からなるバルブ２３０が設けられており、ハンマー２１０の突出状態においては、バルブ２３０が開かれて、貫通路１４６ｄ（改質炉１４０内）と改質炉１４０外とが連通され、ハンマー２１０の収納状態においては、バルブ２３０が閉じられて、貫通路１４６ｄと改質炉１４０外とが遮断される。

具体的に説明すると、ハンマー２１０および駆動部２２０は、例えば、ガスシリンダで構成され、ハンマー２１０は、シリンダロッドとして機能する。また、駆動部２２０は、例えば、シリンダ２２２と、シリンダ２２２内に形成されるピストン側室またはロッド側室にガス（例えば、空気、窒素）を供給してハンマー２１０を移動させるガス供給源と、シリンダ２２２とガス供給源との接続を維持したり遮断したりするバルブ２２６、バルブ２２８とを含んで構成される。ここで、ガス供給源は、例えば、ガス化ガス生成システム１００の他の設備で利用される圧縮（高圧）ガスラインである。

図５は、ハンマー２１０の先端形状を説明するための図である。ハンマー２１０および駆動部２２０として、市販のガスシリンダを利用する場合であって、シリンダロッド２１０ａが肉抜きされている（内部に空間が形成されている）場合、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、シリンダロッド２１０ａの先端に円柱形状の金属棒２１０ｂを接合してハンマー２１０とするとよい。なお、金属棒２１０ｂを接合する場合、金属棒２１０ｂの直径ＨＤは、シリンダロッド２１０ａの直径ＳＤの１／２倍（図５（ａ））〜１倍（図５（ｂ））であるとよい。

金属棒２１０ｂの直径ＨＤがシリンダロッド２１０ａの直径ＳＤの１／２倍未満であると、塊状スラグＬＳに衝突できない場合があったり、塊状スラグＬＳとの衝突によって変形したりするおそれがあるためである。

また、金属棒２１０ｂの直径ＨＤがシリンダロッド２１０ａの直径ＳＤの１倍を上回ると、塊状スラグＬＳへの衝突力が小さく（面圧が小さく）なり、効率よく塊状スラグＬＳを打破できなくなるおそれがあるためである。

なお、シリンダロッド２１０ａが肉抜きされていない場合、加工せずにハンマー２１０として利用してもよいし、先端のみを切削して、先端の直径ＳＤをシリンダロッド２１０ａの直径の１／２倍〜１倍未満としてもよい。

図４に戻って説明すると、冷媒槽２４０は、冷媒（例えば、水）を貯留する槽であり、ハンマー２１０が駆動部２２０によって改質炉１４０外に位置している間、すなわち、収納状態にある間、ハンマー２１０が冷媒に浸漬される位置関係となるように冷媒を貯留する。本実施形態において、冷媒槽２４０のＸ方向、および、Ｙ方向の長さは、ハンマー２１０およびシリンダ２２２を収容可能な大きさである、すなわち、ハンマー２１０およびシリンダ２２２を冷媒に浸漬可能な大きさである。しかし、冷媒槽２４０は、少なくともハンマー２１０を冷媒に浸漬可能な大きさであればよい。

また、冷媒による傾斜部１４８の温度低下を抑制するために、冷媒槽２４０に収容された冷媒と本体下部１４６とが接触する面積は可能な限り小さい方が好ましい。

冷媒槽２４０を備える構成により、ハンマー２１０を冷媒に浸漬するだけといった簡易な構成で、改質炉１４０内で加熱されたハンマー２１０を冷却することができ、ハンマー２１０の変形を抑制することが可能となる。また、塊状スラグＬＳの打破を試みて、ハンマー２１０を移動する場合、ハンマー２１０が改質炉１４０内に配される時間は、１〜２秒程度と極めて短時間であるため、冷媒槽２４０による改質炉１４０外での冷却であっても、十分にハンマー２１０が過熱されないようにすることができる。

制御部２５０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働してスラグ打破装置２００全体を管理および制御する。本実施形態において、制御部２５０は、駆動部２２０、バルブ２３０、後述する冷媒導入部２７０を制御する。制御部２５０による駆動部２２０、バルブ２３０、冷媒導入部２７０の制御については後に詳述する。

液位計２６０は、冷媒槽２４０に貯留されている冷媒の液位を測定する。冷媒導入部２７０は、ポンプで構成され、制御部２５０の制御指令に応じて、水砕装置１６０の水槽１６２に収容された水を冷媒槽２４０に導入する。

液位計２６０が測定した液位が、予め定められた液位未満となった場合、制御部２５０は、冷媒導入部２７０を駆動して水槽１６２に収容された水を冷媒槽２４０に導入させる。ここで、予め定められた液位は、バルブ２３０が開かれることによって、貫通路１４６ｄから改質炉１４０内に冷媒が流出したとしてもハンマー２１０を浸漬でき、かつ、貫通路１４６ｄが冷媒で封止できる液位の下限値であり、例えば、ハンマー２１０の位置を基準として鉛直上方に３００ｍｍ〜４００ｍｍである。

制御部２５０が、冷媒槽２４０の液位を、貫通路１４６ｄとハンマー２１０との間隙から改質炉１４０内に冷媒が流出したとしてもハンマー２１０を浸漬できるような液位に維持する構成により、冷媒槽２４０によって確実にハンマー２１０を冷却することができる。なお、バルブ２３０が開かれている間であっても、バルブ２３０の開口と比較して、貫通路１４６ｄとハンマー２１０との間隙が狭いため、改質炉１４０内への冷媒の流出量は相対的に少ない。

また、制御部２５０が、冷媒槽２４０の液位を、貫通路１４６ｄが冷媒で封止できるような液位に維持する構成により、ガス化ガスＸ１が改質炉１４０外へ漏出してしまう事態を回避することができる。また、冷媒導入部２７０が冷媒槽２４０に既存の水槽１６２の水を導入する構成により、冷媒槽２４０専用の水源の別途の確保が不要となり、スラグ打破装置２００の簡素化を図ることができる。

（スラグ打破方法）
続いて、スラグ打破装置２００を用いたスラグ打破方法について説明する。図６は、スラグ打破方法の処理の流れを説明するためのフローチャートである。スラグ打破装置２００は、初期状態においてバルブ２３０を閉状態としており、駆動部２２０は、ハンマー２１０の移動を停止している、すなわち、ハンマー２１０は、収納状態となっている。また、液位計２６０は、冷媒槽２４０の液位を常時測定しており、制御部２５０は、液位計２６０が測定した液位に基づいて、冷媒槽２４０の液位を予め定められた液位に維持しているものとする。

図６に示すように、まず、制御部２５０は、改質炉１４０における上部開口１４６ａの圧力と、送出口１４６ｃの圧力との差（上部開口１４６ａと送出口１４６ｃとの差圧）が、予め定められた圧力Ｐ以上であり、かつ、上部開口１４６ａ付近に塊状スラグＬＳがあるか否かを判定する（ステップＳ３１０）。

なお、上部開口１４６ａと送出口１４６ｃとの差圧は不図示の圧力計で測定するとよい。また、上部開口１４６ａ付近に塊状スラグＬＳがあるか否かは、本体１４２に設けられた不図示の覗き窓を通じて作業者が目視で確認し、当該作業者の操作入力に応じて、制御部２５０が判定してもよいし、上部開口１４６ａ付近を撮像する撮像装置を設けておき、制御部２５０が撮像装置によって撮像された画像を解析することで、上部開口１４６ａ付近に塊状スラグＬＳがあるか否かを判定してもよい。

そして、上部開口１４６ａと送出口１４６ｃとの差圧が圧力Ｐ以上であり、かつ、上部開口１４６ａ付近に塊状スラグＬＳがあると判定すると（ステップＳ３１０におけるＹＥＳ）、制御部２５０は、バルブ２３０を開状態にし（ステップＳ３１２）、駆動部２２０を制御して、ハンマー２１０を改質炉１４０外と改質炉１４０内とで移動（往復）させ、塊状スラグＬＳに衝撃を与えて、塊状スラグＬＳを打破する（ステップＳ３１４）。

制御部２５０は、上部開口１４６ａと送出口１４６ｃとの差圧が圧力Ｐ以上であり、かつ、上部開口１４６ａ付近に塊状スラグＬＳがあるか否かを判定し（ステップＳ３１６）、上部開口１４６ａと送出口１４６ｃとの差圧が圧力Ｐ以上であり、かつ、上部開口１４６ａ付近に塊状スラグＬＳがある場合（ステップＳ３１６におけるＹＥＳ）、ステップＳ３１４の処理に戻る。

一方、上部開口１４６ａと送出口１４６ｃとの差圧が圧力Ｐ以上でない、または、上部開口１４６ａ付近に塊状スラグＬＳがない場合（ステップＳ３１６におけるＮＯ）、改質炉１４０の運転上、問題とならない程度まで塊状スラグＬＳが除去できたとみなし、駆動部２２０によるハンマー２１０の移動を停止し（ステップＳ３１８）、バルブ２３０を閉じて（ステップＳ３２０）、ステップＳ３１０の処理に戻る。

以上説明したように、本実施形態にかかるスラグ打破装置２００およびこれを用いたスラグ打破方法によれば、簡易な構成で、改質炉１４０内の熱によるハンマー２１０の変形を防止しつつ、塊状スラグＬＳの増加を抑制して、効率よく塊状スラグＬＳを打破することが可能となる。

また、バルブ２３０を閉じることで、ハンマー２１０および駆動部２２０が改質炉１４０内から隔離された状態とすることができ、改質炉１４０の運転中であっても、ハンマー２１０、駆動部２２０をメンテナンスすることが可能となる。

（変形例）
図７は、変形例にかかるスラグ打破装置４００を説明するための図である。図７に示すように、スラグ打破装置４００は、改質炉１４０外に設けられ、ハンマー２１０と、駆動部２２０と、制御部２５０と、水槽１６２とを含んで構成される。図７中、スラグ、水等の物質の流れを実線の矢印で示し、信号の流れを破線の矢印で示す。

図７に示すように、変形例のスラグ打破装置４００は、改質装置１３０を構成する水槽１６２を、駆動部２２０によってハンマー２１０が改質炉１４０外に配される際に、ハンマー２１０が冷媒に浸漬されるように冷媒を貯留する冷媒槽として機能させる。

ハンマー２１０を冷却するための冷媒槽として既存の水槽１６２を利用することにより、ハンマー２１０の冷却専用の収容槽や収容槽に冷媒を導入する冷媒導入部が不要となり、さらに構成を簡易にすることができ、コストを低減することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した実施形態において、スラグ打破装置２００、４００を、ガス化ガス中に含まれる灰を溶融する改質炉１４０に適用する構成を例に挙げて説明した。しかし、スラグ打破装置２００、４００は、塊状スラグＬＳが生じる溶融炉であれば、どのような溶融炉であっても適用することができる。例えば、工業原料、廃棄物、下水汚泥等を焼却することによって生じた灰を、１０００℃以上の高温で溶融して溶融スラグＭＳとする溶融炉に適用することもできる。

また、上述した実施形態において、駆動部２２０は、ハンマー２１０を直線的に移動させるとしたが、駆動部２２０は、ハンマー２１０を移動させられれば、どのような軌跡で移動させてもよい。

また、上述した実施形態において、ハンマー２１０および駆動部２２０を、複動ガスシリンダで構成する場合を例に挙げて説明したが、シリンダ２２２内にバネ等の弾性体を備え、弾性体によって、ハンマー２１０の突出および収納（引き込み）のいずれか一方を為し、ガスの供給によって他方を為す単動ガスシリンダで構成してもよい。

本発明は、ガス化炉、改質炉、タール分解炉および溶融炉で生じた塊状スラグを打破するスラグ打破装置に利用することができる。

１４０ 改質炉（溶融炉）
１６２ 水槽（冷媒槽）
２００、４００ スラグ打破装置
２１０ ハンマー
２２０ 駆動部
２３０ バルブ
２４０ 冷媒槽
２７０ 冷媒導入部

Claims (3)

1. ガスとともに灰が導入され、該ガスを燃焼させることにより、該灰を溶融させて溶融スラグを生成する溶融炉において生じた塊状スラグを打破するスラグ打破装置であって、
   棒形状であるハンマーと、
   前記溶融炉外に配され、前記ハンマーを移動させることで、該ハンマーを該溶融炉外と該溶融炉内とで往復させる駆動部と、
   冷媒を貯留し、前記ハンマーが前記駆動部によって前記溶融炉外に位置している間、該ハンマーが常時該冷媒に浸漬される位置関係となる冷媒槽と、
   を備えたことを特徴とするスラグ打破装置。
2. 前記溶融炉の下方には、該溶融炉によって生成された溶融スラグを冷却するための水を収容する水槽が設けられ、
   冷媒として前記水槽に収容された水を前記冷媒槽に導入する冷媒導入部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のスラグ打破装置。
3. 前記溶融炉内と該溶融炉外とを連通、または、該溶融炉内と該溶融炉外との連通を遮断するバルブを備え、
   前記駆動部は、前記バルブが前記溶融炉内と該溶融炉外とを連通している際に、該バルブの開口を介して、前記ハンマーを該溶融炉外と該溶融炉内とで往復させることを特徴とする請求項１または２に記載のスラグ打破装置。

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