JP6331149B2 - Waste gasification and melting apparatus and waste gasification and melting method - Google Patents
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Description
本発明は、廃棄物を熱分解、ガス化、燃焼し、残留する灰分を溶融する廃棄物ガス化溶融装置及び廃棄物ガス化溶融方法に関する。 The present invention relates to a waste gasification and melting apparatus and a waste gasification and melting method for pyrolyzing, gasifying, and burning waste and melting residual ash.
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、ガス化、燃焼して、残留する灰分を溶融しスラグにして排出する廃棄物ガス化溶融炉による廃棄物溶融処理が知られている。 Waste melting treatment using a waste gasification melting furnace that processes waste such as municipal waste and shredder dust by pyrolyzing, gasifying, and burning the waste to melt the remaining ash into slag It has been known.
この処理方法は、廃棄物を熱分解、ガス化することによりその熱量を回収することができるとともに、灰分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の廃棄物ガス化溶融炉による方法がある。 This treatment method can recover the amount of heat by pyrolyzing and gasifying waste, and reducing the amount that should be finally disposed of in landfills after melting the ash and discharging it as slag. Has the advantage that can be. There are several methods for such melting treatment, and one of them is a method using a shaft furnace type waste gasification melting furnace having a vertical shape.
このシャフト炉式の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床上へ廃棄物を投入して、熱分解、ガス化するとともに残留する灰分を溶融してスラグにする処理を行う炉である(特許文献1参照)。 This shaft furnace type waste gasification and melting furnace, for example, burns coke deposited in the lower part of the furnace, throws the waste on this high-temperature coke bed, pyrolyzes and gasifies it, and removes residual ash It is a furnace that performs a process of melting into slag (see Patent Document 1).
特許文献1のシャフト炉式の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。
In the shaft furnace type waste gasification and melting furnace of
かかる廃棄物ガス化溶融炉では、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、該主羽口に接続された送気管で酸素富化空気が炉内へ吹き込まれ、高温燃焼帯では投入されて堆積されたコークス床のコークスが燃焼して、灰分を溶融する溶融熱源となっている。また、廃棄物層には副羽口が設けられ、空気が吹き込まれ、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、部分酸化及びガス化させる。また、フリーボード部には三段羽口が設けられ、空気が吹き込まれ、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。 In such a waste gasification and melting furnace, oxygen-containing gas is blown into the furnace in each of the three regions. A main tuyere is provided in the high-temperature combustion zone at the lower part of the furnace, and oxygen-enriched air is blown into the furnace through an air pipe connected to the main tuyere, and the coke deposited and deposited in the high-temperature combustion zone The coke in the floor burns and serves as a heat source for melting ash. In addition, the waste layer is provided with a sub tuyere, air is blown in, and the waste deposited and flowed gently, and the waste is thermally decomposed, partially oxidized and gasified. In addition, the free board part is provided with a three-stage tuyere, air is blown in, and a part of the pyrolysis gas (combustible gas) generated by pyrolyzing the waste is partially burned to bring the inside to a predetermined temperature. maintain.
このようにシャフト炉式の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、ガス化され、ガスと灰分が生成される。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、廃棄物の灰分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、ガス化され、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口より、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。
As described above, the shaft furnace type waste gasification and melting furnace is a facility capable of performing both pyrolysis gasification treatment and melting treatment in one furnace as the waste falls in the furnace. The input waste is pyrolyzed and gasified to produce gas and ash. Coke on the coke floor is combusted by blowing oxygen-enriched air from the main tuyere to form a high-temperature combustion zone, and the ash content of the waste is melted and discharged as slag and metal. The coke floor is a gap created between cokes, and it functions as a high-temperature grate that allows oxygen-enriched air from the main tuyere and high-temperature gas generated by coke combustion to flow, and also allows molten slag and metal to flow. ing. The high temperature gas generated by coke combustion in the high temperature combustion zone heats the waste in the waste layer formed on the high temperature combustion zone, and the waste is pyrolyzed and gasified by blowing air from the sub tuyere. The gas containing the combustible gas generated by this pyrolysis rises in the waste layer, and is discharged to the secondary combustion chamber outside the furnace through the free board portion and the discharge port provided in the upper part of the furnace. . The gas contains a large amount of combustible gas and is combusted in the secondary combustion chamber, and heat is recovered by the boiler to generate steam, which is used for power generation and the like. The gas discharged from the boiler removes relatively coarse dust with a cyclone,
Further, the gas is cooled by a temperature reducing device, the harmful gas is removed by reaction with the harmful substance removing agent, exhaust gas treatment such as dust removal treatment by a dust collector, and then emitted from the chimney to the atmosphere.
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灰分の溶融熱源となっているが、近年、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。 In such a waste gasification melting furnace, a coke bed in which coke is deposited at the bottom of the furnace is formed, and the coke burns to become a heat source for melting ash. There is a need to reduce emissions.
そこで、コークスの一部の代替として天然ガス、プロパンガス、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、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。 Therefore, it is considered to use fuel gas such as natural gas, propane gas, and combustible gas generated by thermal decomposition in a waste gasification and melting furnace as an alternative to coke. It has been proposed to inject fuel gas along with oxygen-enriched air from the tuyere.
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主羽口から炉内へ吹き込むとすると、次のような状況のもとに、いくつかの問題を生ずる。
In order to reduce the amount of carbon dioxide emitted, in order to reduce the amount of coke used in a waste gasification and melting furnace, when fuel gas is blown into the furnace from the main tuyere as an alternative to part of coke as in
廃棄物ガス化溶融炉の主羽口から燃料ガスを供給し燃焼させる場合、予め燃料ガスと酸素富化空気を炉外で混合した混合気体を、火炎伝播速度を超える速度で送気管の羽口先から炉内に供給し燃焼させる予混合燃焼が次の点から好ましい。 When fuel gas is supplied from the main tuyere of the waste gasification melting furnace and burned, a mixture of fuel gas and oxygen-enriched air mixed in advance outside the furnace is used at the tip of the feed pipe at a speed exceeding the flame propagation speed. From the following points, premixed combustion is preferably performed by supplying the fuel into the furnace.
廃棄物ガス化溶融炉では、送気管により主羽口から灰、ダスト、粉体燃料などの粉体を供給することがあるが、送気管内で粉体の閉塞を起こさないためには大径の配管を用い高流速のガスで粉体を搬送することが望ましい。これには、ガス全量を予混合した混合気体を一つの配管で形成されている送気管で主羽口に供給する予混合燃焼方式が適している。 In waste gasification and melting furnaces, powder such as ash, dust, and pulverized fuel may be supplied from the main tuyere through the air pipe, but the diameter is large to prevent clogging of the powder in the air pipe. It is desirable to convey the powder with a high flow rate gas using this pipe. For this purpose, a premixed combustion system in which a mixed gas in which the total amount of gas is premixed is supplied to the main tuyere with an air pipe formed by a single pipe is suitable.
予混合燃焼を行う場合、羽口先からは混合気体の火炎伝播速度を超える速度、望ましくは火炎伝播速度の5倍以上の速度で混合気体を炉内へ吹き込むこととされている。こうすることにより、混合気体を吹き込む送気管内で燃料ガスの着火が生じることはなく、送気管から吹き込まれた燃料ガスは炉内で着火するが、次のような場合には送気管内で着火してしまい、送気管内で振動燃焼が生じる場合があることが判明した。 In the case of performing premixed combustion, the mixed gas is blown into the furnace from the tuyere at a speed exceeding the flame propagation speed of the mixed gas, preferably 5 times or more the flame propagation speed. By doing so, the fuel gas is not ignited in the air supply pipe into which the mixed gas is blown, and the fuel gas blown in from the air supply pipe is ignited in the furnace. It has been found that ignition may occur and vibration combustion may occur in the air pipe.
送気管内で振動燃焼が生ずると、燃焼速度が時間的に著しく変動し、燃焼圧力が大きく変動し脈動が生じるため燃焼が安定せず、送気管の損傷を招く場合もある。 When vibration combustion occurs in the air pipe, the combustion speed fluctuates remarkably in time, the combustion pressure fluctuates greatly and pulsation occurs, so that the combustion is not stable and the air pipe may be damaged.
送気管は、水冷された主羽口内に該送気管の先端が設置されているが、送気管は予熱したガスを供給するためのものであり、この観点から積極的な冷却は行われていない。振動燃焼が生じていない通常送気のもとでは、混合気体の予熱温度は着火温度未満であるので、混合気体が流れることにより送気管は冷却されていることになっている。 The tip of the air pipe is installed in the water-cooled main tuyere, but the air pipe is for supplying preheated gas. From this point of view, active cooling is not performed. . Under normal air supply in which no oscillating combustion occurs, the preheating temperature of the mixed gas is lower than the ignition temperature, so that the air supply pipe is cooled by the flow of the mixed gas.
しかし、炉内状況の悪化(例えば廃棄物の下降が停滞することや、炉内での酸素富化空気や燃焼ガスの上昇通気が不均一になることなど)により、羽口先で良好な燃焼が維持できず、溶融スラグが良好に流下できなくなることがある。十分に加熱されていない粘度の高いスラグは周辺の固形物と共に閉塞物を形成し、火炎もしくは赤熱したコークスや溶融
スラグが送気管先端に接近または接触した場合、送気管先端が加熱されて着火温度に達し該送気管の先端で燃料ガスが着火してしまい、さらに、送気管先端で形成された火炎が先端周辺の送気管内壁を加熱し着火温度にまで昇温させ、送気管上流側に向かって送気管内壁で着火する位置が移動して行き、燃料ガスが送気管内で燃焼すると振動燃焼が生じる。送気管内で振動燃焼が生じると炉内での燃料ガスの燃焼が安定して行えないという問題や送気管が損傷する問題が生じる。
However, due to worsening of the furnace conditions (for example, stagnant decline of waste and uneven ventilation of oxygen-enriched air and combustion gas in the furnace), good combustion at the tuyere It cannot be maintained, and molten slag may not be able to flow well. High-viscosity slag that is not sufficiently heated forms a blockage with surrounding solids.If flame or red-hot coke or molten slag approaches or comes into contact with the tip of the air pipe, the air pipe tip is heated and the ignition temperature is reached. The fuel gas is ignited at the tip of the air pipe, and the flame formed at the tip of the air pipe heats the inner wall of the air pipe around the tip to raise the temperature to the ignition temperature, toward the upstream side of the air pipe. When the ignition position moves on the inner wall of the air supply pipe and the fuel gas burns in the air supply pipe, vibration combustion occurs. When vibration combustion occurs in the air supply pipe, there arises a problem that the combustion of the fuel gas in the furnace cannot be stably performed and a problem that the air supply pipe is damaged.
本発明は、このような事情に鑑み、燃料ガスを酸素富化空気と混合して主羽口へ吹き込んでも、送気管内での着火を生じることなく、炉内で安定して燃焼させることができる廃棄物ガス化溶融装置及び廃棄物ガス化溶融方法を提供することを課題とする。 In view of such circumstances, the present invention can stably burn in a furnace without causing ignition in the air pipe even if the fuel gas is mixed with oxygen-enriched air and blown into the main tuyere. It is an object of the present invention to provide a waste gasification and melting apparatus and a waste gasification and melting method.
本発明によると、廃棄物ガス化溶融装置及び廃棄物ガス化溶融方法は、次のように構成される。 According to the present invention, the waste gasification and melting apparatus and the waste gasification and melting method are configured as follows.
<廃棄物ガス化溶融装置>
廃棄物の投入を受け該廃棄物を熱分解、ガス化、燃焼し、残留する灰分を溶融するシャフト炉式の廃棄物ガス化溶融炉と、酸素富化空気に燃料ガスを混合した混合気体を、廃棄物ガス化溶融炉の炉下部に設けられた主羽口から吹き込む混合気体吹込装置を備える廃棄物ガス化溶融装置において、混合気体吹込装置は、主羽口に接続され混合気体を炉内へ送る送気管と、送気管の炉内側の端部を冷却する冷却部を有することを特徴とする廃棄物ガス化溶融装置。
<Waste gasification and melting equipment>
A shaft furnace type waste gasification and melting furnace which receives waste input, pyrolyzes, gasifies and burns the waste, and melts the remaining ash, and a mixed gas in which fuel gas is mixed with oxygen-enriched air In a waste gasification and melting apparatus comprising a mixed gas blowing device for blowing from the main tuyere provided at the lower part of the waste gasification and melting furnace, the mixed gas blowing apparatus is connected to the main tuyere and the mixed gas is fed into the furnace A waste gasification and melting apparatus, comprising: an air supply pipe to be fed to the inside of the furnace, and a cooling portion for cooling an end portion of the air supply pipe inside the furnace.
<廃棄物ガス化溶融方法>
シャフト炉式の廃棄物ガス化溶融炉に廃棄物を投入し廃棄物を熱分解、ガス化、燃焼し、残留する灰分を溶融し、酸素富化空気と燃料ガスを混合した混合気体を、上記廃棄物ガス化溶融炉の炉下部に設けられた主羽口から吹き込む混合気体吹込工程を有する廃棄物ガス化溶融方法において、混合気体吹込工程は、主羽口に接続され混合気体を炉内へ送る送気管の炉内側の端部を冷却する冷却工程を有することを特徴とする廃棄物ガス化溶融方法。
<Waste gasification and melting method>
The waste gas is put into a shaft furnace type waste gasification melting furnace, the waste is pyrolyzed, gasified, burned, the remaining ash is melted, and the mixed gas in which oxygen-enriched air and fuel gas are mixed is In a waste gasification and melting method having a mixed gas blowing process for blowing from a main tuyere provided at the lower part of a waste gasification and melting furnace, the mixed gas blowing process is connected to the main tuyere and the mixed gas is fed into the furnace A waste gasification and melting method comprising a cooling step of cooling an inner end portion of an air feeding pipe to be sent.
このような構成の本発明の廃棄物ガス化溶融装置そして方法によると、送気管の炉内側の端部は冷却部により冷却される。したがって、送気管の炉内側の端部が、酸素富化空気と燃料ガスの混合気体の着火温度より低く保たれ、その結果、送気管の端部で混合気体の着火が生じることがなく、したがって、振動燃焼も生じない。 According to the waste gasification and melting apparatus and method of the present invention having such a configuration, the end portion inside the furnace of the air supply pipe is cooled by the cooling section. Therefore, the end of the air pipe inside the furnace is kept lower than the ignition temperature of the mixed gas of oxygen-enriched air and fuel gas, and as a result, there is no ignition of the mixed gas at the end of the air pipe. Also, vibration combustion does not occur.
本発明において、冷却部による送気管の冷却は、該送気管の炉内側の端部を先端から20〜100mmまでの範囲で冷却することが好ましい。 In the present invention, the cooling of the air supply pipe by the cooling section is preferably performed by cooling the end of the air supply pipe inside the furnace within a range of 20 to 100 mm from the tip.
また、本発明において、冷却部による送気管冷却は、該送気管の炉内側の端部を、混合気体の着火温度より50℃低い温度以下、又は300℃以下の温度に冷却することが好ましい。 In the present invention, the cooling of the air pipe by the cooling section is preferably performed by cooling the end of the air pipe inside the furnace to a temperature lower than the ignition temperature of the mixed gas by 50 ° C. or lower or 300 ° C. or lower.
本発明において、主羽口は、送気管の外周面に接面して該送気管の炉内側の端部を保持する羽口本体と、該羽口本体の外周面に接面して該羽口本体を保持する状態で炉壁に取り付けられる保持体とを有し、羽口本体は冷却部として冷却媒体の流通のための中空流路が形成され、送気管の先端は、該送気管の軸線方向で、羽口本体の先端位置よりも後方に没入していて冷却部の軸線方向範囲に位置しており、羽口本体の内径面は上記送気管の先端位置より先方で露呈面を形成していることができる。この場合、羽口本体は、その内径面が送気管の先端位置より先方に向けテーパ面をなしていることが好ましい。 In the present invention, the main tuyere is in contact with the outer peripheral surface of the air supply tube and holds the inner end of the air supply tube in the furnace, and the main tuyere is in contact with the outer peripheral surface of the tuyere main body and A holding body attached to the furnace wall in a state of holding the mouth body, the tuyere body is formed as a cooling part with a hollow channel for the flow of the cooling medium, and the tip of the air feeding pipe is connected to the air feeding pipe. In the axial direction, it is immersed behind the tip position of the tuyere body and is located in the axial range of the cooling unit, and the inner diameter surface of the tuyere body forms an exposed surface ahead of the tip position of the air supply tube. Can be. In this case, it is preferable that the tuyere body has a tapered surface whose inner diameter surface is further forward than the tip position of the air supply tube.
本発明において、送気管は、廃棄物ガス化溶融炉からの排ガス中のダストを該送気管内へ供給するダスト供給口が設けられている場合、羽口本体のテーパ面はダストに対して耐摩耗性を有する材料の耐摩耗層が形成されていることが好ましい。 In the present invention, when the air supply pipe is provided with a dust supply port for supplying dust in the exhaust gas from the waste gasification melting furnace into the air supply pipe, the tapered surface of the tuyere body is resistant to dust. It is preferable that a wear-resistant layer of a material having wear properties is formed.
本発明において、テーパ面のテーパ角度は20°〜40°であることが好ましい。 In the present invention, the taper angle of the taper surface is preferably 20 ° to 40 °.
このような、本発明の廃棄物ガス化溶融装置及びガス化溶融方法によると、酸素富化空気と燃料ガスとを混合した混合気体を廃棄物ガス化溶融炉の炉下部に設けられた主羽口から吹き込む混合気体吹込装置は、主羽口に接続され上記混合気体を炉内へ送る送気管と、送気管の炉内側の端部を冷却する冷却部を有していて、送気管の炉内側の端部を混合気体の着火温度より低い温度に冷却するため、混合気体が送気管内で着火し振動燃焼が発生することを防止でき、混合気体を炉内のコークスなどを着火源として着火させ炉内で安定し
て燃焼できる。
According to the waste gasification and melting apparatus and the gasification and melting method of the present invention, the main wing provided in the lower part of the waste gasification and melting furnace is a mixed gas obtained by mixing oxygen-enriched air and fuel gas. The mixed gas blowing device blown from the mouth has an air supply pipe connected to the main tuyere to send the mixed gas into the furnace, and a cooling section for cooling the inner end of the air supply pipe. Since the inner end is cooled to a temperature lower than the ignition temperature of the mixed gas, it can be prevented that the mixed gas ignites in the air supply pipe and vibration combustion occurs, and the mixed gas is used as an ignition source such as coke in the furnace. It can be ignited and burned stably in the furnace.
このようにして、燃料ガスを送気管内で振動燃焼の生じることなく安定して燃焼できるため、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安定してできるため、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。 In this way, the fuel gas can be stably burned without causing vibration combustion in the air supply pipe, so that the fuel gas can be used as a substitute for a part of coke and the combustion heat can be stably used as a melting heat source. Therefore, the amount of coke used can be reduced and the amount of carbon dioxide emissions can be reduced.
以下、添付図面にもとづき、本発明の実施形態を説明する。本実施形態の廃棄物ガス化溶融装置は、燃料としてコークスと燃料ガスの供給を受け、廃棄物を熱分解、ガス化し、残留する灰分を溶融するシャフト炉式の廃棄物ガス化溶融炉1と、該廃棄物ガス化溶融炉1の炉下部へ酸素富化空気と、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主羽口から吹き込む混合気体吹込装置20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、このシャフト炉式の廃棄物ガス化溶融炉1の概要構成を説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The waste gasification and melting apparatus of the present embodiment includes a shaft furnace type waste gasification and
<シャフト炉式廃棄物ガス化溶融炉の概要構成>
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の廃棄物ガス化溶融炉1には、該廃棄物ガス化溶融炉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、廃棄物ガス化溶融炉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。
<Overview of shaft furnace waste gasification and melting furnace>
A shaft furnace type waste gasification and
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ようになっている。
Above the waste gasification and
ガス排出口3には二次燃焼室10が接続して設けられており、廃棄物を熱分解、ガス化して生成した可燃性ガスを燃焼する。該二次燃焼室10は、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。
A
上記シャフト炉式の廃棄物ガス化溶融炉1は、該廃棄物ガス化溶融炉1の内部空間が縦方向で4つの領域に区分されていて、下方から、コークス充填層A、移動層B、ガス化層C、フリーボード部Dが形成される。
The shaft furnace type waste gasification and
かかる廃棄物ガス化溶融炉1では、コークス充填層A、ガス化層Cのそれぞれで、羽口が設けられ酸素含有ガスの炉内への吹込みが行われる。
In such a waste gasification and
炉下部におけるコークス充填層Aには主羽口5が設けられ、酸素富化空気が吹き込まれる。ガス化層Cには副羽口6が設けられ、空気が吹き込まれる。
A
上記二次燃焼室10そしてボイラ12の下部には、排ガスが二次燃焼室10そしてボイラ12を通過する際に排ガスに含まれていて落下したダストを受けて、ダスト貯留槽16へ送るダスト帰還路15をなす配管が接続されていて、該ダスト貯留槽16は、該ダスト貯留槽の下部出口に設けられたロータリバルブ16Aを経て、後述の混合気体吹込装置20に接続されている。
In the lower part of the
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から排出され、集塵機で集塵されたダストとともに、既述のダスト帰還路15を経てダスト貯留槽16へもたらされた後に、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混合気体吹込装置20の一部をなす送気管22に設けられたダスト供給管23へ供給されて、ダストが炉内へ供給帰還されるようになっている。
The dust contained in the exhaust gas and falling in the
<混合気体吹込装置>
図2に示すように、混合気体吹込装置20は、上記酸素富化空気、燃料ガスそしてダストが混合された混合気体を炉内へ送るように主羽口5に接続された送気管22と、該送気管22の炉内側の端部を冷却する冷却媒体が流れている冷却部30を有している。
<Mixed gas blowing device>
As shown in FIG. 2, the mixed
上記混合気体吹込装置20は、上述のごとく、主羽口5に接続され上記混合気体を炉体内へ送る送気管22を有し、該送気管には、該送気管22の軸線方向に酸素富化空気を送入するための酸素富化空気供給管26が接続されており、該送気管22の軸線方向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送気管22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、上記送気管22内を流れる酸素富化空気にダスト供給管23からのダストを供給するためのダスト供給口23Aとして形成され、下流側に位置する分枝口は、上記酸素富化空気に燃料ガス送入管24からの燃料ガスを送入するための燃料ガス送入口24Aとして形成されている。
As described above, the mixed
ダスト供給口23Aには、ダスト帰還路15(図1参照)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、燃料ガス送入口24Aには、天然ガス等の燃料ガスを送気管22へ送入する燃料ガス送入管24が接続されている。
A
上記軸線方向での上記燃料ガス送入口24Aと上記主羽口5との間の範囲の管内空間で、酸素富化空気、燃料ガスおよびダストが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。かくして、酸素富化空気と、燃料ガスと、廃棄物ガス化溶融炉1から排出され回収されたダストとを混合した混合気体が、上記廃棄物ガス化溶融炉1の炉下部に設けられた主羽口5から吹き込まれる。送気管22の炉内側の端部(先端部)が上記冷却部30によって混合気体の着火温度より低い温度に冷却されるので、炉内へ混合気体が吹き込まれる際に、混合気体が送気管22内で着火し振動燃焼が発生することを防止でき、混合気体を炉内のコークスなどを着火源として着火させ炉内で安定して燃焼させることができる。
In the pipe space in the range between the
廃棄物ガス化溶融炉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を有しており、該保持体18がその内径で羽口本体21を保持している。羽口本体21は混合気体吹込装置20の送気管22が接続されていて、送気管22の先端部を保持するようになっており、混合気体を炉内へ吹き込むように機能している。
The
上記羽口本体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。かかる羽口本体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小径側端部(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は上記羽口本体21の外径面21Aの大径端側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羽口本体21の外径面21Aと接面して該羽口本体21を保持している。このように、保持体18で保持される羽口本体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、該羽口本体21の小外径先端が炉体内に突入して位置する。かかる保持体18により保持されていて、送気管22の先端部を保持する羽口本体21は、冷却媒体が流通する冷却構造を有しているが、その詳細はよく知られているので説明を省略する。ここで、送気管22は水冷された羽口本体21により保持されているが、本発明を適用する従来の構成では送気管を冷却する必要がないため最小限の接触となっており、送気管22の先端部内壁の温度が500℃以上に上昇することもあった。
The
送気管22の炉内側の端部の周囲には、冷却媒体としての水が流れる冷却部30が形成されている。上記冷却部30は、送気管22の炉内側の端部の外周面を包囲する環状部を有し、ここに冷却水を流通させることにより送気管22の炉内側の端部を冷却することとしている。冷却部30は水冷による方式が好ましいが、他の流体を冷媒としてもよい。
A cooling
冷却部30は、好ましくは、送気管22の炉内側の先端から20〜100mmまでの軸線方向範囲を冷却する。冷却する範囲が炉内側の先端から20mmより短い範囲であると、送気管22の炉内側の先端を十分に冷却することが困難となり送気管22内で混合気体の着火が生じる虞れがあり、冷却する範囲が炉内側の先端から100mmより長い範囲であると、送気管22の内面から混合気体が過剰に冷却されて混合気体の温度が低下し炉内で速やかに着火することができないという事態が生じる。
The cooling
また、冷却部30は、好ましくは送気管22の炉内側の端部を、混合気体の着火温度より50℃低い温度以下、又は300℃以下に冷却する。送気管22の炉内側の端部を冷却する温度が、混合気体の着火温度より50℃低い温度より高い温度、又は300℃より高い温度では、送気管22の炉内側の端部の部位によっては混合気体の着火温度以上の温度になる箇所が生じ、混合気体が送気管22内で着火する虞れがある。
In addition, the cooling
このように構成される本実施形態装置では、廃棄物の廃棄物ガス化溶融処理は次の要領で行われる。 In the present embodiment configured as described above, waste gasification and melting treatment of waste is performed in the following manner.
<廃棄物ガス化溶融炉でのガス化溶融方法>
供給装置からの廃棄物、コークス、石灰石が廃棄物ガス化溶融炉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から、それぞれ酸素富化空気、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内で酸素富化空気と燃料ガスそしてダストを混合して得られた混合気体が炉内へ吹き込まれる。
<Gas melting method in waste gasification melting furnace>
Waste, coke, and limestone from the supply device are respectively charged into the furnace by a predetermined amount through the
上記投入口2から投入された廃棄物は、炉内に堆積して廃棄物のガス化層Cを形成し、炉下部の移動層Bから上昇してくる高温の燃焼ガス及び副羽口6から吹き込まれる空気による燃焼ガスによって加熱され、乾燥され、次いで熱分解される。熱分解により生成した可燃性ガスを含む燃焼ガスは上昇し、可燃性ガスの一部がフリーボード部Dにて燃焼され、炉内部を所定温度に維持し、熱分解により発生した有害物とタール分を分解させる処理が施される。フリーボード部Dを通過したガスは炉上部に設けられた排出口より、炉外の二次燃焼室10へ排出される。ガスは可燃性ガスを多量に含んでいて二次燃焼室10で空気送風口11から空気を吹き込まれ燃焼され、ボイラ12で燃焼ガスから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12から排出されたガスは、サイクロン(図示せず)で比較的粗いダストが除去され、さらに、減温装置(図示せず)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(図示せず)で除塵処理されるなど排ガス処理された後、煙突(図示せず)から大気に放散される。
Waste introduced from the
ガス化層Cで廃棄物は熱分解されてガスが生成され、さらに、熱分解により生じた固定炭素や灰分は、コークス及び石灰石とともに下降し移動層Bを形成する。移動層Bでは、コークス充填層Aから上昇してくる高温のガスにより下降するこれらの固体の昇温が行われると同時に、高温のCO2ガスにより廃棄物の熱分解により生じた固定炭素がガス化される。コークス充填層Aでは主羽口5から送風される酸素富化空気によりコークス、燃料ガスとガス化されずに残った廃棄物の固定炭素が燃焼され、この燃焼熱により廃棄物の灰分が溶融され溶融スラグと溶融メタルが生成される。石灰石は灰分が溶融されたスラグの性状を好ましいものとする調整材として働く。さらに、発生した高温の燃焼ガスが上昇し廃棄物の熱分解のために加熱する熱源となる。
The waste is thermally decomposed in the gasification layer C to generate gas, and the fixed carbon and ash generated by the thermal decomposition descend together with the coke and limestone to form the moving layer B. In the moving bed B, the solids that are lowered by the high-temperature gas rising from the coke packed bed A are heated, and at the same time, the fixed carbon generated by the pyrolysis of the waste by the high-temperature CO 2 gas is gas. It becomes. In the coke packed bed A, the oxygen-enriched air blown from the
主羽口5から下方の炉下部では、高温になりながらも燃え尽きていないコークスがコークス塊同士の間隙を保持して充填された状態でコークス充填層Aを形成しており、溶融スラグと溶融メタルはコークス塊同士の間隙を滴下し炉底に達する。溶融スラグと溶融メタルは炉底に達するまでに均質化され性状が安定化され、炉底に設けられた出滓口4から排出され、炉外に設けられた水砕装置(図示せず)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。主羽口5から送風される酸素富化空気と、コークス、燃料ガスと固定炭素の燃焼により発生した高温の燃焼ガスとは、コークス充填層Aから移動層Bを通過しガス化層Cへ上昇して廃棄物を加熱し、ガス化層Cの廃棄物が副羽口6から供給される空気により部分酸化、熱分解、ガス化される。コークス充填層Aでは、コークス、燃料ガスが燃焼して灰分溶融と廃棄物熱分解の熱源となり、コークスが塊同士の間隙を保持して酸素富化空気と高温の燃焼ガスとを通気させ、溶融スラグと溶融メタルとを通液させる高温火格子の機能を有している。
In the lower part of the furnace below the
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からコークス充填層Aへ達すると、溶融して廃棄物灰分の溶融物とともにコークス充填層を滴下し炉底部の出滓口4から溶融スラグとして抜き出される。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、ダストのまま埋立処分する場合に比べて埋立処分量を大幅に削減できる。
When the dust in the mixed gas blown from the main tuyere reaches the coke packed bed A from the
本実施形態では、酸素富化空気と燃料ガスとダストは、混合気体吹込装置20により、送気管22内で燃料ガス送入口24Aよりも下流側の空間にて十分に混合された状態で炉内へ吹き込まれる。そのため、燃料ガスは主羽口5から炉内へ吹き出される前に酸素富化空気と十分に混合された混合気体状態となっていて、コークス充填層Aでの燃料ガスの燃焼が良好に行われる。
In the present embodiment, the oxygen-enriched air, the fuel gas, and the dust are sufficiently mixed in the furnace by the mixed
本実施形態では、さらに、混合気体吹込装置20は、送気管22の炉内側の端部を冷却する冷却部30を有していて、送気管22の炉内側の端部を混合気体の着火温度より低い温度に冷却するため、混合気体が送気管22内で着火し振動燃焼が発生することを防止でき、混合気体を炉内のコークスなどを着火源として着火させ安定して燃焼できる。
In the present embodiment, the mixed
このようにして、燃料ガスを振動燃焼の生じることなく安定して燃焼できるため、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安定してできるため、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。 In this way, the fuel gas can be stably combusted without causing vibration combustion, so the fuel gas can be used as a substitute for a part of coke and the combustion heat can be stably used as a melting heat source. The amount of carbon dioxide emissions can be reduced by reducing the amount used.
本発明において、酸素富化空気供給管26から送気管22へ流入する時の酸素富化空気の流速を70〜120m/secとし、燃料ガス送入口24Aから送気管22へ流入する時の燃料ガスの流速を50〜200m/secとすることが好ましい。このような範囲の流速とすることにより、酸素富化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移動層の好ましい範囲にまで到達でき、移動層における燃料ガス燃焼を良好に行うことができる。
In the present invention, the flow rate of oxygen-enriched air when flowing from the oxygen-enriched
<他の実施形態として適用する主羽口>
次に、図3にもとづき、本発明における他の実施形態を説明する。図3の実施形態では、主羽口5は、送気管27の外周面に接面して送気管27の炉内側の端部を保持する羽口本体28と、羽口本体28の外周面に接面して羽口本体28を保持する状態で炉壁に取り付けられる保持体29とを有している。羽口本体28は冷却部30として冷却媒体の流通のための中空流路が形成され、送気管27の先端は、送気管27の軸線X方向で、羽口本体28の先端位置よりも後方に没入していて冷却部30の軸線X方向範囲に位置しており、羽口本体28の内径面は送気管27の先端位置より先方で露呈面を形成していて、さらに、送気管27の先端位置より先方に向けテーパ面28Aをなしている。
<Main tuyere applied as another embodiment>
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the embodiment of FIG. 3, the
上記冷却部30は、軸線X方向で該テーパ面28Aの範囲にまで及んでおり、したがって、炉内の高温ガスに接し高温雰囲気にさらされる上記テーパ面28Aは、内部から冷却部30の冷却媒体により冷却されることとなる。送気管27の先端が、送気管27の軸線X方向で、羽口本体28の先端位置よりも後方に没入して炉内の高温ガスと接しないことと、テーパ面28Aが冷却されていることにより、送気管27内からテーパ面28Aにそって炉内へ向けて吹き込まれる混合気体は着火温度に至ることがなく、混合気体が送気管22内で着火し振動燃焼が発生することを防止でき、混合気体を炉内のコークスなどを着火源として着火させ安定して燃焼できる。
The cooling
送気管27の先端が、送気管27の軸線X方向で、羽口本体28の先端位置より20〜100mm、より好ましくは40〜70mm後方に没入していることにより、送気管27の先端が炉内の高温ガスに接し高温雰囲気にさらされることや輻射熱により加熱されること、および高温の固体や溶融物の接触により加熱されることを回避でき、送気管27の先端近傍の内壁温度の上昇を抑制し、混合気体の温度を着火温度未満に維持できる。送気管27の先端位置が羽口本体28の先端位置から20mmより短い位置であると、送気管27の先端近傍の内壁温度の上昇を抑制することが困難となり送気管22内で混合気体の着火が生じる虞れがあり、送気管27の先端位置が羽口本体28の先端位置から100mmより長い位置であると、羽口本体28の内径面から混合気体が過剰に冷却されて混合気体の温度が低下し炉内で速やかに着火することができないという事態が生じる。
The distal end of the
テーパ面28Aのテーパ角θは、20°〜40°であることが好ましく、約30°であることがより好ましい。テーパ角θが20°より小さいと、吹き込んだダスト粒子がテーパ面28Aに衝突し磨耗が生じ、40°より大きいとテーパ部に生じる循環流により炉内の高温ガスが送気管側に引き込まれ高温になるため不適である。
The taper angle θ of the tapered
また、送気管27の先端の端面を覆うように、羽口本体28の冷却部30の送気管27の先端と接する部分を半径方向内側に張り出させて、送気管27の先端の端面を保護することにより、該端面が炉内からの輻射により加熱されないようにして送気管27先端の温度上昇をさらに防止することができる。
Further, a portion of the cooling
該テーパ面28Aは、送気管27から吹き出される混合気体内に含まれるダストに対して耐磨耗性を有する材料の耐磨耗層が形成されていることが好ましい。該耐磨耗層は、たとえばWC(タングステンカーバイド)あるいはCrC(クロムカーバイド)をバインダー金属と共に溶射して膜厚100〜500μm程度の皮膜状に形成して得ることができる。
The tapered
羽口本体28の内部に、冷媒の流通のための中空流路として形成された冷却部30は、軸線X方向で該羽口本体28の両端近傍にまで及んでいる。軸線X方向で左端の閉塞壁には、二つの孔部が形成されていて、上方の孔部は冷媒の流入口31A、下方の孔部は流出口31Bとして用いられている。上記中空流路は、図3にて紙面に対し直交方向に延びる区画壁((図示されず)により上下の空間に区分されており、上記区画壁は右端では不存在域あるいは貫通孔が形成されていて、上下の空間を連通せしめている。したがって、流入口31Aから流入した冷媒は、上空間を右端(先端)方向へ流れた後右端で下空間に至り左方へ流れて流出口31Bから流出する。また冷却部30の冷媒の流路の構造はこれに限らず、羽口本体28を効果的に冷却できる構造であればよい。なお、図3では、冷媒を流入口31Aまで導く管路、流出口31Bから保持体29外へ導く管路は図示が省略されている。
The cooling
かくして、本実施形態では、送気管27の先端が、羽口本体28の先端位置よりも後方に没入して炉内の高温のガス、固体や溶融物と接しないことと、テーパ面28Aが冷却されていることにより、混合気体は着火温度に至ることがなく、混合気体が送気管22内で着火し振動燃焼が発生することを防止でき、混合気体を炉内のコークスなどを着火源として着火させ安定して燃焼できる。
Thus, in the present embodiment, the tip of the
1 廃棄物ガス化溶融炉
5 主羽口
20 混合気体吹込装置
30 冷却部
22 送気管
27 送気管
28 羽口本体
29 保持体
X 軸線
θ テーパ角
DESCRIPTION OF
28 tuyere body
29 Holder
X axis
θ taper angle
Claims (6)
主羽口は、送気管の外周面に接面して該送気管の炉内側の端部を保持する羽口本体と、該羽口本体の外周面に接面して該羽口本体を保持する状態で炉壁に取り付けられる保持体とを有し、
羽口本体は、冷却媒体の流通のための中空流路が形成され羽口本体と送気管の炉内側の端部とを冷却する冷却部を有し、
送気管は、その先端が羽口本体の炉内側先端位置よりも後方に没入していて、羽口本体の冷却部の軸線方向範囲に位置しており、
羽口本体の内径面が、上記送気管の炉内側先端位置より羽口本体の先端に向け露呈したテーパ部をなし、
羽口本体先端のテーパ部の上流側部であり冷却部の送気管の先端と接する部分が、半径方向内側に張り出していて、送気管の先端の端面を覆って保護しており、
送気管は、炉内側先端から20〜100mmまでの範囲が、冷却部により混合気体の着火温度より50℃低い温度以下、又は300℃以下の温度に冷却されていることを特徴とする廃棄物ガス化溶融装置。 A shaft furnace type waste gasification and melting furnace which receives waste input, pyrolyzes, gasifies and burns the waste, and melts the remaining ash, and a mixed gas in which fuel gas is mixed with oxygen-enriched air In a waste gasification and melting apparatus comprising an air feed pipe that is fed into the furnace from the main tuyere provided at the lower part of the waste gasification and melting furnace,
The main tuyere, holding the tuyere body, the該羽port main body facing against the outer peripheral surface of the該羽port body facing against the outer peripheral surface of the feed pipe for holding the end of the furnace inside of the feed pipe A holding body attached to the furnace wall in a state of
The tuyere body has a cooling part in which a hollow channel for the circulation of the cooling medium is formed and cools the tuyere body and the inner end of the air pipe,
The air pipe has its tip immersed behind the furnace inner tip position of the tuyere body, and is located in the axial range of the cooling part of the tuyere body,
The inner diameter surface of the tuyere body has a tapered part exposed from the position inside the furnace inside the air pipe toward the tip of the tuyere body,
The upstream part of the tapered part at the tip of the tuyere body and the part in contact with the tip of the air pipe of the cooling part protrudes inward in the radial direction, and covers and protects the end face of the tip of the air pipe,
Flue is furnace range from inner end to 20~100mm is, 50 ° C. temperature lower than the ignition temperature of the mixed gas by cooling part or 300 ° C. waste gas, characterized that you have been cooled to a temperature below Melting equipment.
羽口本体の内周面が送気管の外周面に接面して、送気管の炉内側の端部を羽口本体により保持するとともに、保持体の内周面が羽口本体の外周面に接面して、羽口本体を保持体により保持する状態で炉壁に取り付けることで主羽口を形成し、
混合気体吹込工程は、羽口本体に冷却部として形成された中空流路に冷却媒体を流通することで羽口本体と送気管の炉内側の端部とを冷却する冷却工程を有し、
冷却工程では、送気管の先端を羽口本体の炉内側先端位置よりも後方に没入させて羽口本体の冷却部の軸線方向範囲に位置させ、羽口本体の内径面を、上記送気管の炉内側先端位置より羽口本体の先端に向け露呈したテーパ部とし、羽口本体先端のテーパ部の上流側部であり冷却部の送気管の先端と接する部分を、半径方向内側に張り出させ、送気管の先端の端面を覆って保護し、送気管を、炉内側先端から20〜100mmまでの範囲で、冷却部により混合気体の着火温度より50℃低い温度以下、又は300℃以下の温度に冷却することを特徴とする廃棄物ガス化溶融方法。 The waste gas is put into a shaft furnace type waste gasification melting furnace, the waste is pyrolyzed, gasified, burned, the remaining ash is melted, and the mixed gas in which oxygen-enriched air and fuel gas are mixed is In the waste gasification and melting method having a mixed gas blowing step for blowing from the main tuyere provided at the lower part of the waste gasification and melting furnace,
The inner peripheral surface of the tuyere body is in contact with the outer peripheral surface of the air supply tube, the end of the inner side of the air supply tube is held by the tuyere main body, and the inner peripheral surface of the holding body is on the outer peripheral surface of the tuyere main body. The main tuyere is formed by attaching to the furnace wall in a state where the tuyere body is held by the holding body,
Mixed gas blowing step is to have a cooling step of cooling the the tuyere body and the furnace inner end of the air pipe by circulating a cooling medium into the hollow channel formed as a cooling unit in the tuyere body,
In the cooling step, the tip of the air supply tube is immersed behind the position inside the furnace tip of the tuyere main body to be positioned in the axial range of the cooling part of the tuyere main body, and the inner diameter surface of the tuyere main body is set to The taper is exposed from the position inside the furnace toward the tip of the tuyere body, and the upstream part of the taper at the tip of the tuyere body that is in contact with the tip of the cooling pipe is projected radially inward. The end face of the tip of the air pipe is covered and protected, and the air pipe is within a range of 20 to 100 mm from the tip inside the furnace, a temperature not more than 50 ° C. lower than the ignition temperature of the mixed gas by the cooling section, or a temperature not more than 300 ° C. waste gasification melting method characterized that you cooling.
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