JP6611626B2 - 廃棄物ガス化溶融炉の運転方法 - Google Patents

Description

本発明は廃棄物ガス化溶融炉の運転方法に関する。

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は、廃棄物を溶融処理する廃棄物溶融炉において、溶融炉の溶融物排出口から溶融物とともに流出する炉内ガスを処理する方法を開示する。特許文献１の図１及び特許請求の範囲を参照すると、溶融物排出口２から流出した炉内ガスは囲みフード３に収容され、その後、ダクト５を介してガス燃焼炉６に導かれる。

特開２００４−１２０７７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。

第一に、上記特許文献１に記載の発明と同様、開放されている貫通孔からは溶融物だけでなく高温の炉内ガスも炉外へと排出される。このため、炉内温度を所定の温度に維持するには、炉内に導入する燃料を増加させる必要がある。

第二に、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。

これらの課題を解決すべく、本発明者らは溶融物を排出するための貫通孔の外側に保圧室を設け且つこの保圧室内に貫通孔及びその周辺を加熱するためのバーナを配置するとともに、炉内の圧力よりも保圧室内の圧力を高く維持することにより、貫通孔を通じて保圧室内の高温ガスを炉内に逆流させた状態で廃棄物ガス化溶融炉を運転した。かかる運転方法によって上記二つの課題を解決できたものの、本発明者らは炉内の圧力変動に伴って保圧室内の圧力が変動することに起因して保圧室の水封状態を維持することが困難となる場合があることを見出した。

保圧室の水封状態を安定的に維持する方法として、例えば以下のような方法が挙げられる。すなわち、保圧室に弁を設け、保圧室内の圧力が閾値に到達したときにこの弁を開放してガスを放出することによって、保圧室内の圧力を一定の範囲に保つことができる。しかし、本発明者らの検討によると、廃棄物ガス化溶融炉の設定条件によっては保圧室内の高温ガスを放出するための弁操作を頻繁に実施する必要があり、これにより高温ガスの熱エネルギーの有効活用が阻害されるという点においてこの方法は改善の余地がある。

本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、溶融物を排出する貫通孔を定常的に開放した状態で廃棄物ガス化溶融炉を十分に高い熱効率で運転する方法であって、貫通孔の外側に設けられた保圧室の水封状態を十分安定的に維持できる廃棄物ガス化溶融炉の運転方法を提供することを目的とする。

本発明は以下の構成の廃棄物ガス化溶融炉（「低炭素型シャフト炉」とも称される。）の運転方法を提供する。すなわち、本発明が対象とする廃棄物ガス化溶融炉は、内部に充填された廃棄物を乾燥及び熱分解させるシャフト部と、シャフト部の上部側に設けられた廃棄物装入口及び炉内ガス排出口と、シャフト部よりも下方に設けられており、シャフト部の炉心の位置から横方向にずれた位置に炉心を有する溶融炉部と、シャフト部の底部側と溶融炉部の上部側とを連結する連通部と、連通部に設けられており、シャフト部からの廃棄物を溶融炉部に向けて移送するとともに廃棄物を炭化させる可動炭化火格子と、溶融炉部の内面から外面にかけて形成された貫通孔と、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、保圧室内の圧力を制御する弁と、貫通孔の下方に配置されており、保圧室の下部を水封するとともに貫通孔から排出される溶融物を冷却する水を収容する水槽とを備える。

本発明の第１の側面は、上記構成の廃棄物ガス化溶融炉の貫通孔を定常的に開放した状態で当該溶融炉を運転する方法であって、溶融炉部内の圧力ｐ_１よりも保圧室内の圧力ｐ_２を高く維持することにより、貫通孔を通じて保圧室内のガスを溶融炉部内に流入させること、溶融炉部内の溶融物を貫通孔から保圧室側に排出すること、貫通孔から排出される溶融物に対してバーナによって熱を加えること、溶融炉部内の圧力ｐ_１をモニタリングすること、溶融炉部内の圧力ｐ_１の値が上昇傾向にあるとき又は閾値に到達したときに可動炭化火格子による溶融炉部への廃棄物の熱分解残渣の供給を一時的に削減又は停止することを含む。

本発明者らの検討によると、溶融炉部内の圧力ｐ_１が上昇し始めると、その後（例えば１０分程度経過後）、保圧室内の圧力ｐ_２が上昇し始める。この知見に基づき、本発明の第１の側面においては、溶融炉部内の圧力ｐ_１をモニタリングし、その値が上昇傾向にあるとき又は閾値に到達したときに溶融炉部への熱分解残渣の供給を一時的に削減又は停止する。換言すれば、仮に保圧室内の圧力ｐ_２の上昇が観測されていない段階であっても事前に上記策を講じる。これにより、保圧室内の圧力ｐ_２が過度に上昇することを十分確実に抑制でき、保圧室の水封状態を十分安定的に維持できる。仮に保圧室内の圧力ｐ_２を下げるために保圧室内のガスを放出するための弁操作が必要な場合があるとしても、その頻度を十分に低くすることができ、十分に高い熱効率で廃棄物ガス化溶融炉を運転することができる。

溶融炉部内の圧力ｐ_１をモニタリングする代わりに、溶融炉部の上方の炉内ガスの圧力ｐ_０と溶融炉部内の圧力ｐ_１の差圧Δｐ_１をモニタリングし、これに基づいて可動炭化火格子による溶融炉部への廃棄物の熱分解残渣の供給を一時的に削減又は停止させてもよい。すなわち、本発明の第２の側面は、上記構成の廃棄物ガス化溶融炉の貫通孔を定常的に開放した状態で当該溶融炉を運転する方法であって、溶融炉部内の圧力ｐ_１よりも保圧室内の圧力ｐ_２を高く維持することにより、貫通孔を通じて保圧室内のガスを溶融炉部内に流入させること、溶融炉部内の溶融物を貫通孔から保圧室側に排出すること、貫通孔から排出される溶融物に対してバーナによって熱を加えること、溶融炉部の上方の炉内ガスの圧力ｐ_０と溶融炉部内の圧力ｐ_１の差圧Δｐ_１（＝ｐ_１−ｐ_０）をモニタリングすること、差圧Δｐ_１の値が大きくなる傾向にあるとき又は閾値に到達したときに可動炭化火格子による溶融炉部への廃棄物の熱分解残渣の供給を一時的に削減又は停止することを含む。

第１の側面に係る廃棄物ガス化溶融炉の運転方法においては、上述のように、溶融炉部への熱分解残渣の供給を削減又は停止した後、例えば、溶融炉部内の圧力ｐ_１の値が所定値にまで下がった段階で熱分解残渣の供給を元の状態に復活させればよい。第２の側面に係る廃棄物ガス化溶融炉の運転方法においては、上述のように、溶融炉部への熱分解残渣の供給を削減又は停止した後、例えば、差圧Δｐ_１の値が所定値にまで小さくなった段階で熱分解残渣の供給を元の状態に復活させればよい。保圧室内の圧力ｐ_２の過度の上昇をより一層確実に抑制する観点から、溶融炉部内の圧力ｐ_１と保圧室内の圧力ｐ_２の差圧Δｐ_２（＝ｐ_２−ｐ_１）をモニタリングするとともに、上述のように、溶融炉部への廃棄物の熱分解残渣の供給を削減又は停止した後、差圧Δｐ_２の値が所定値にまで下がった段階で熱分解残渣の供給を復活させてもよい。なお、本発明における圧力又は差圧に関する種々の閾値は、廃棄物ガス化溶融炉の規模、廃棄物の種類、運転条件などに依存するものであり、例えば、廃棄物ガス化溶融炉を所定の期間にわたって運転してデータを収集し、それに基づいて経験的に決定すればよい。

上記のような溶融炉部内の圧力ｐ_１又は差圧Δｐ_２の値に基づいて溶融炉部への熱分解残渣の供給量を制御しても保圧室内の圧力ｐ_２が閾値に超えたりそのような状況になりそうなときは、弁を操作することによって、溶融炉部内の圧力ｐ_１よりも保圧室内の圧力ｐ_２を一時的に低くしてもよい。これにより、貫通孔を通じて炉内のガスを保圧室に一時的に放出させてもよい。

本発明によれば、溶融物を排出する貫通孔を定常的に開放した状態で廃棄物ガス化溶融炉を十分に高い熱効率で運転する方法であって、貫通孔の外側に設けられた保圧室の水封状態を十分安定的に維持できる廃棄物ガス化溶融炉の運転方法が提供される。

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。

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。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は、その内部における廃棄物又はその分解熱残渣の層の上面よりも上方の位置に圧力計Ｐ_０が設けられている。この圧力計Ｐ_０により、連通部２における炉内ガスの圧力ｐ_０をモニタリングすることができる。

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心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の内部には所定の高さに圧力計Ｐ_１が設けられている。圧力計Ｐ_１は、溶融炉部４内の熱分解残渣が堆積する部位であって、熱分解残渣の充填層１０１から露出しないレベルに設置することが好ましい。例えば、圧力計Ｐ_１は溶融炉部４上部側の開口部より０．５〜１ｍ下方の位置に設置すればよい。なお、圧力計Ｐ_１の設置位置は、溶融炉部４内の任意の位置でよいわけではなく、溶融炉部４内であっても殆ど熱分解残渣が充填されることのないような高い位置では充填度合いを検出するための圧力計Ｐ_１の設置位置として不適である。

圧力計Ｐ_１により、溶融炉部４内の圧力ｐ_１をモニタリングすることができる。圧力計Ｐ_１による圧力ｐ_１の値及び圧力計Ｐ_０による圧力ｐ_０の値に基づいて差圧Δｐ_１（＝ｐ_１−ｐ_０）を求めることができる。なお、圧力計Ｐ_０，Ｐ_１によって差圧Δｐ_１を求める代わりに、差圧計によって差圧Δｐ_１を測定してもよい。

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４参照）。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ｐ_２を溶融炉部４内の圧力ｐ_１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ｐ_２を溶融炉部４内の圧力ｐ_１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ｐ_２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。

保圧室６の内部には圧力計Ｐ_２が設けられている。保圧室６内はガスが充満しているだけなので、バーナ７からの火炎が当たらない部位、溶融物Ｍがかからない部位、排ガスの緊急排出時のガス流れの影響を受けない部位、水封の水面の変動の範囲外など外乱の影響がなければ、圧力計Ｐ_２の設置位置は保圧室６内のどこであってもよい。本実施形態において、圧力計Ｐ_２は開口６ｄと水面Ｗとの間であって溶融物Ｍのかからない位置に設置されている。

圧力計Ｐ_２によって保圧室６内の圧力ｐ_２をモニタリングすることができる。他方、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。溶融炉部４と保圧室６の差圧Δｐ_２（＝ｐ_２−ｐ_１）をモニタリングすることで貫通孔４ａの閉塞度合いを把握できるようにしてもよい。なお、圧力計Ｐ_１，Ｐ_２によって差圧Δｐ_２を求める代わりに、差圧計によって差圧Δｐ_２を測定してもよい。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。この閾値は例えば水槽８による水封高さに基づいて設定すればよい。例えば、水封高さを８００ｍｍとした場合、圧力ｐ_２の閾値を７．５ｋＰａ等に設定することができる。

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。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。

＜廃棄物ガス化溶融炉の運転方法＞
次に、廃棄物ガス化溶融炉１０の運転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。ここでは溶融炉部４内にコークスベッドＢｃを形成する場合を例示したが、溶融炉部４にコークスベッドＢｃが形成されなくてもよい。

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を運転することに関し、本実施形態に係る運転方法について具体的に説明する。この運転方法によれば、廃棄物ガス化溶融炉１０を十分に高い熱効率で運転でき且つ保圧室６の水封状態を安定的に維持できる。

本実施形態に係る運転方法は以下の工程を含む。
溶融炉部４内の圧力ｐ_１よりも保圧室６内の圧力ｐ_２を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。
溶融炉部４内の溶融物Ｍを貫通孔４ａから保圧室６側に排出すること。
貫通孔４ａから排出される溶融物Ｍに対してバーナ７によって熱を加えること。
溶融炉部４の上方の炉内ガスの圧力ｐ_０と溶融炉部内の圧力ｐ_１の差圧Δｐ_１（＝ｐ_１−ｐ_０）をモニタリングすること。
差圧Δｐ_１の値が大きくなる傾向にあるとき又は閾値に到達したときに乾留炭化火格子３Ｂの可動炭化火格子による溶融炉部４への廃棄物の熱分解残渣の供給を一時的に削減又は停止することを含む。

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ｐ_２（例えば１．５〜２．５ｋＰａ（ゲージ圧））を溶融炉部４内の圧力ｐ_１（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。差圧Δｐ_２（＝ｐ_２−ｐ_１）は好ましくは０．５〜２．０ｋＰａである。この差圧により貫通孔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ｐ_２を溶融炉部４内の圧力ｐ_１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。溶融炉部４の上方における炉内圧力ｐ_０は、例えば０．５〜１．０ｋＰａ（ゲージ圧）である。差圧Δｐ_１（＝ｐ_１−ｐ_０）は好ましくは０．３〜１．０ｋＰａ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。

本実施形態に係る運転方法によれば、差圧Δｐ_１（＝ｐ_１−ｐ_０）をモニタリングし、その値が大きくなる傾向にあるとき又は閾値に到達したときに溶融炉部４への熱分解残渣の供給を一時的に削減又は停止する。換言すれば、仮に保圧室６内の圧力ｐ_２の上昇が実際に観測されていない段階であっても事前に上記策を講じる。これにより、保圧室６内の圧力ｐ_２が過度に上昇することを十分確実に抑制でき、保圧室６の水封状態を十分安定的に維持できる。差圧Δｐ_１（＝ｐ_１−ｐ_０）は好ましくは０．３〜１．０ｋＰａである。仮に保圧室内の圧力ｐ_２を下げるために保圧室６内のガスを放出するための弁Ｖの操作が必要な場合があるとしても、その頻度を十分に低くすることができ、十分に高い熱効率で廃棄物ガス化溶融炉１０を運転することができる。

溶融炉部４への熱分解残渣の供給を一時的に削減又は停止する具体的な方法としては以下のものが挙げられる。
（１）乾留炭化火格子３Ｂの可動炭化火格子の往復動を停止させる。
（２）乾留炭化火格子３Ｂの可動炭化火格子の往復動のストローク長を短くする。
（３）乾留炭化火格子３Ｂの可動炭化火格子の往復動の速度を遅くする。

本実施形態に係る運転方法においては、溶融炉部４への熱分解残渣の供給を削減又は停止した後、差圧Δｐ_１の値が所定値（例えば定常運転時の値に十分近い値）にまで下がった段階で熱分解残渣の供給を元の状態に復活させればよい。保圧室６内の圧力ｐ_２の過度の上昇をより一層確実に抑制する観点から、溶融炉部４内の圧力ｐ_１と保圧室６内の圧力ｐ_２の差圧Δｐ_２をモニタリングし、この差圧Δｐ_２の値が所定値にまで下がった段階で熱分解残渣の供給を復活させてもよい。

乾留炭化火格子３Ｂの可動炭化火格子による溶融炉部４への廃棄物の熱分解残渣の供給を一時的に削減又は停止する操作に関する差圧Δｐ_１の閾値Ｈは例えば０．６〜１．０ｋＰａの範囲に設定することができる。熱分解残渣の供給を元の状態に復活させる操作に関する差圧Δｐ_１の閾値Ｌも例えば０．６〜１．０ｋＰａの範囲に設定することができる。熱分解残渣の供給を元の状態に復活させる操作に関する差圧Δｐ_２の閾値Ｌは例えば２．０〜３．０ｋＰａの範囲に設定することができる。

上記のような差圧Δｐ_２の値に基づく熱分解残渣の供給量の制御を実施しても保圧室６内の圧力ｐ_２が閾値に超えたりそのような状況になりそうなときは、弁Ｖを操作することによって、溶融炉部４内の圧力ｐ_１よりも保圧室６内の圧力ｐ_２を一時的に低くしてもよい。これにより、貫通孔４ａを通じて炉内ガスを保圧室６に一時的に排出させることができ、例えば、溶融炉部４内からのガス流出とともに溶融物Ｍを強制的に保圧室６側へと排出させることができる。

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。

上記実施形態においては、差圧Δｐ_１に基づいて乾留炭化火格子３Ｂの可動炭化火格子の動作を制御する場合を例示したが、差圧Δｐ_１に基づいて供給炭化火格子３Ａの可動炭化火格子及び乾留炭化火格子３Ｂの可動炭化火格子の両方の動作を制御してもよい。また、上記実施形態においては、溶融炉部４への熱分解残渣の供給量を差圧Δｐ_１に基づいて制御する場合を例示したが、差圧Δｐ_１の代わりに溶融炉部４内の圧力ｐ_１に基づいて熱分解残渣の供給量を制御してもよい。

１…シャフト部、２…連通部、３…炭化火格子部、３Ａ…供給炭化火格子、３Ｂ…乾留炭化火格子、４…溶融炉部、４ａ…貫通孔、６…保圧室、７…バーナ、８…水槽、１０…廃棄物ガス化溶融炉、１１…廃棄物装入口、１２…炉内ガス排出口、４２ａ〜４２ｄ…羽口、Ｐ_０〜Ｐ_２…圧力計、Ｖ…弁。

Claims (6)

1. 内部に充填された廃棄物を乾燥及び熱分解させるシャフト部と、
   前記シャフト部の上部側に設けられた廃棄物装入口及び炉内ガス排出口と、
   前記シャフト部よりも下方に設けられており、前記シャフト部の炉心の位置から横方向にずれた位置に炉心を有する溶融炉部と、
   前記シャフト部の底部側と前記溶融炉部の上部側とを連結する連通部と、
   前記連通部に設けられており、前記シャフト部からの廃棄物を前記溶融炉部に向けて移送するとともに廃棄物を炭化させる可動炭化火格子と、
   前記溶融炉部の内面から外面にかけて形成された貫通孔と、
   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溶融物に熱を加えるバーナと、
   前記保圧室内の圧力を制御する弁と、
   前記貫通孔の下方に配置されており、前記保圧室の下部を水封するとともに前記貫通孔から排出される前記溶融物を冷却する水を収容する水槽と、
   を備える廃棄物ガス化溶融炉の前記貫通孔を定常的に開放した状態で当該溶融炉を運転する方法であって、
   前記溶融炉部内の圧力ｐ_１よりも前記保圧室内の圧力ｐ_２を高く維持することにより、前記貫通孔を通じて前記保圧室内のガスを前記溶融炉部内に流入させること、
   前記溶融炉部内の溶融物を前記貫通孔から前記保圧室側に排出すること、
   前記貫通孔から排出される前記溶融物に対して前記バーナによって熱を加えること、
   前記溶融炉部内の圧力ｐ_１をモニタリングすること、
   前記溶融炉部内の圧力ｐ_１の値が上昇傾向にあるとき又は閾値に到達したときに前記可動炭化火格子による前記溶融炉部への廃棄物の熱分解残渣の供給を一時的に削減又は停止すること、
   を含む、低炭素型廃棄物ガス化溶融炉の運転方法。
2. 前記溶融炉部への前記熱分解残渣の供給を削減又は停止した後、前記溶融炉部内の圧力ｐ_１の値が所定値にまで下がった段階で前記供給を元の状態に復活させることを更に含む、請求項１に記載の運転方法。
3. 内部に充填された廃棄物を乾燥及び熱分解させるシャフト部と、
   前記シャフト部の上部側に設けられた廃棄物装入口及び炉内ガス排出口と、
   前記シャフト部よりも下方に設けられており、前記シャフト部の炉心の位置から横方向にずれた位置に炉心を有する溶融炉部と、
   前記シャフト部の底部側と前記溶融炉部の上部側とを連結する連通部と、
   前記連通部に設けられており、前記シャフト部からの廃棄物を前記溶融炉部に向けて移送するとともに廃棄物を炭化させる可動炭化火格子と、
   前記溶融炉部の内面から外面にかけて形成された貫通孔と、
   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溶融物に熱を加えるバーナと、
   前記保圧室内の圧力を制御する弁と、
   前記貫通孔の下方に配置されており、前記保圧室の下部を水封するとともに前記貫通孔から排出される前記溶融物を冷却する水を収容する水槽と、
   を備える廃棄物ガス化溶融炉の前記貫通孔を定常的に開放した状態で当該溶融炉を運転する方法であって、
   前記溶融炉部内の圧力ｐ_１よりも前記保圧室内の圧力ｐ_２を高く維持することにより、前記貫通孔を通じて前記保圧室内のガスを前記溶融炉部内に流入させること、
   前記溶融炉部内の溶融物を前記貫通孔から前記保圧室側に排出すること、
   前記貫通孔から排出される前記溶融物に対して前記バーナによって熱を加えること、
   前記溶融炉部の上方の炉内ガスの圧力ｐ_０と前記溶融炉部内の圧力ｐ_１の差圧Δｐ_１ ＝ｐ _１ −ｐ _０ をモニタリングすること、
   前記差圧Δｐ_１の値が大きくなる傾向にあるとき又は閾値に到達したときに前記可動炭化火格子による前記溶融炉部への廃棄物の熱分解残渣の供給を一時的に削減又は停止すること、
   を含む、廃棄物ガス化溶融炉の運転方法。
4. 前記溶融炉部への前記熱分解残渣の供給を削減又は停止した後、前記差圧Δｐ_１の値が所定値にまで小さくなった段階で前記供給を元の状態に復活させることを更に含む、請求項３に記載の運転方法。
5. 前記溶融炉部内の圧力ｐ_１と前記保圧室内の圧力ｐ_２の差圧Δｐ_２ ＝ｐ _２ −ｐ _１ をモニタリングすること、
   前記溶融炉部への前記熱分解残渣の前記供給を削減又は停止した後、前記差圧Δｐ_２の値が所定値にまで下がった段階で前記供給を復活させること、
   を更に含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の運転方法。
6. 前記弁を操作することによって、前記溶融炉部内の圧力ｐ_１よりも前記保圧室内の圧力ｐ_２を一時的に低くすることを更に含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の運転方法。

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