JP7270193B2 - Gasification melting system - Google Patents
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Description
本発明は、都市ごみ、産業廃棄物等の不燃物を含む固形状被処理物をガス化炉で部分燃焼させて発生した未反応ガスを溶融炉に導いて高温燃焼させ、その高温で灰分を溶融し、溶融スラグとして排出するガス化溶融システムおよびその運転方法に関するものである。 In the present invention, unreacted gas generated by partial combustion of solid materials to be treated, including incombustibles such as municipal waste and industrial waste, is led to a melting furnace and burned at a high temperature to remove ash at a high temperature. The present invention relates to a gasification melting system that melts and discharges as molten slag and its operating method.
都市ごみ、産業廃棄物等の不燃物を含む固形状被処理物の焼却処理にあたっては、通常は焼却炉にて燃焼に必要な空気を十分に供給して完全に焼却する。発生した燃焼ガスはボイラなどの設備に導かれて熱エネルギーが回収される。さらに、十分に温度が低下した燃焼ガスはその中に含まれる灰分をバグフィルターなどの集塵設備で煤塵として捕集したのち、煙突から大気中に放出される。 When incinerating solid materials to be treated, including incombustible materials such as municipal waste and industrial waste, they are usually completely incinerated in an incinerator with a sufficient amount of air necessary for combustion. The generated combustion gas is led to equipment such as a boiler, and thermal energy is recovered. Furthermore, after the ash contained in the combustion gas, whose temperature has been sufficiently lowered, is collected as dust by a dust collector such as a bag filter, the combustion gas is discharged into the atmosphere from a chimney.
捕集した煤塵は、重金属の溶出を防止するために薬品処理などを行って専用の処分場で埋立することが必要とされる。しかしながら、次第に埋立処分場の立地が困難になってきており、その延命化をはかるために煤塵量を低減する必要があった。そこで、電気式溶融炉にて煤塵を高温で溶融スラグ化することで無害化し、再利用をはかるシステムが考案された。しかし、焼却プラントとは別に溶融設備を設けなければならないこと、電気で溶融するためエネルギー的、コスト的に無駄があり、対策を迫られていた。 In order to prevent the elution of heavy metals, the collected soot and dust must be treated with chemicals and landfilled in a dedicated disposal site. However, it is becoming increasingly difficult to locate a landfill disposal site, and it is necessary to reduce the amount of soot and dust in order to prolong its life. Therefore, a system has been devised to detoxify the dust by melting it into molten slag at a high temperature in an electric melting furnace and to reuse it. However, it was necessary to set up a melting facility separate from the incineration plant, and it was wasteful in terms of energy and cost because it was melted by electricity.
そこで、ガス化溶融設備が考案されたものである。この設備は部分燃焼による熱分解によって未反応ガスを発生するガス化炉と、当該未反応ガスを高温燃焼させるための溶融炉を備えたものである。都市ごみ、産業廃棄物等の不燃物を含む固形状被処理物は、前記ガス化炉で部分燃焼され、そこで発生した未反応ガス(生成ガス)は前記溶融炉に導かれて1300~1500℃で高温燃焼させる。さらに、その高温で灰分を溶融し、溶融スラグとして排出する。 Therefore, the gasification melting equipment was invented. This facility is equipped with a gasification furnace for generating unreacted gas by thermal decomposition by partial combustion, and a melting furnace for burning the unreacted gas at high temperature. Solid objects to be treated, including incombustibles such as municipal waste and industrial waste, are partially burned in the gasification furnace, and unreacted gas (produced gas) generated therein is led to the melting furnace and heated to 1300 to 1500°C. burn at high temperature. Furthermore, the high temperature melts the ash and discharges it as molten slag.
前記ガス化炉が流動床炉であると、不定形な可燃物でも安定処理できること、また鉄などの金属の分離排出に最適である。前述のように、通常の焼却設備では、飛灰をスラグにするためには別途設置した電気式溶融炉などを使用する必要があるが、ガス化溶融設備では自己が保有する熱量によって運転中に溶融炉内部でスラグに出来るため、電力を使用することもなく別途溶融炉を設置することもないので効率的である。 If the gasification furnace is a fluidized bed furnace, even irregular combustibles can be stably treated, and it is most suitable for separating and discharging metals such as iron. As mentioned above, in normal incineration equipment, it is necessary to use a separately installed electric melting furnace to turn fly ash into slag, but in gasification and melting equipment, it is Since it can be made into slag inside the melting furnace, it is efficient because it does not use electric power and does not require a separate melting furnace.
しかしながら、この種のガス化溶融設備では、溶融炉の1次燃焼室の内壁上部にクリンカやダストの塊が付着形成しやすい。このクリンカやダストの塊が成長し大きくなると、溶融炉内のガス流れが阻害されて燃焼反応が不十分になるためスラグ化率が低下したり、溶融炉に設けられた燃焼用空気導入口が塞がれてしまい、さらに燃焼が不十分になって温度が低下するなどの悪影響が発生する。さらにクリンカやダスト塊が成長すると溶融炉の1次燃焼室の上部が閉塞して運転できなくなるなど、大きな問題を引き起こすこととなる。 However, in this type of gasification and melting equipment, clumps of clinker and dust tend to form on the upper inner wall of the primary combustion chamber of the melting furnace. If this clump of clinker or dust grows and becomes large, the gas flow in the melting furnace will be obstructed and the combustion reaction will become insufficient. It will be clogged, and adverse effects such as insufficient combustion and a drop in temperature will occur. Furthermore, when the clinker and dust lumps grow, the upper part of the primary combustion chamber of the melting furnace becomes clogged, which causes serious problems such as the inability to operate.
そこで、本発明は、溶融炉の1次燃焼室において内部側壁へのクリンカやダスト塊の付着形成を防止し、安定したスラグ化を促進し、溶融炉の1次燃焼室上部において均一で安定した高温燃焼を可能にすることができるガス化溶融システムを提供する。 Therefore, the present invention prevents the formation of clinker and dust clumps adhering to the inner side wall in the primary combustion chamber of the melting furnace, promotes stable slag formation, and uniform and stable slag formation in the upper part of the primary combustion chamber of the melting furnace. A gasification melting system is provided that can enable high temperature combustion.
一態様では、廃棄物を含む被処理物を熱分解して生成ガスを生成するガス化炉と、前記生成ガスを燃焼させるとともに、前記生成ガスに含まれる灰分を高温で溶融スラグ化するための溶融炉と、前記生成ガスを前記ガス化炉から前記溶融炉へと導入するための生成ガスダクトとを備え、前記生成ガスダクトは、燃焼用空気ラインが接続された燃焼用空気導入口を有しており、前記ガス化炉から出た前記生成ガスと燃焼用空気との混合ガスが前記生成ガスダクト内に形成されるように構成されており、前記生成ガスダクトは前記溶融炉に対して偏心して連結され、前記生成ガスダクトが前記溶融炉の円筒状側壁の接線に沿って延びるように配置され、前記混合ガスの燃焼により発生した燃焼ガスが前記溶融炉の1次燃焼室の内壁に沿って流れることによって旋回流を形成するように構成され、前記溶融炉は、前記1次燃焼室内の前記旋回流および前記混合ガスの燃焼を促進させるための旋回用空気が導入される旋回用空気導入口を有しており、前記生成ガスダクトへの前記燃焼用空気の流量は、前記1次燃焼室への前記旋回用空気の流量を上回るように設定されている、ガス化溶融システムが提供される。 In one aspect, a gasification furnace for thermally decomposing an object to be treated including waste to generate a product gas, and a gasification furnace for burning the product gas and converting ash contained in the product gas into molten slag at a high temperature a melting furnace; and a product gas duct for introducing the product gas from the gasification furnace to the melting furnace, the product gas duct having a combustion air inlet to which a combustion air line is connected. A mixed gas of the product gas and combustion air emitted from the gasification furnace is formed in the product gas duct, and the product gas duct is eccentrically connected to the melting furnace. , the product gas duct is arranged to extend along a tangential line of the cylindrical side wall of the melting furnace, and the combustion gas generated by combustion of the mixed gas flows along the inner wall of the primary combustion chamber of the melting furnace; The melting furnace is configured to form a swirl flow, and the melting furnace has a swirl air inlet into which swirl air is introduced to promote combustion of the swirl flow and the mixed gas in the primary combustion chamber. and wherein a flow rate of said combustion air to said product gas duct is set to exceed a flow rate of said swirl air to said primary combustion chamber.
一態様では、前記燃焼用空気ラインが接続された前記燃焼用空気導入口は、異なる位置に配置された複数の燃焼用空気導入口である。
一態様では、前記複数の燃焼用空気導入口は、室温の空気を供給するための第1燃焼用空気ラインに接続された第1燃焼用空気導入口と、室温よりも高い温度の空気を供給するための第2燃焼用空気ラインに接続された第2燃焼用空気導入口を含む。
一態様では、前記複数の燃焼用空気導入口は、2次空気を供給するための第3燃焼用空気ラインに接続された第3燃焼用空気導入口をさらに含む。
一態様では、前記燃焼用空気導入口の位置は、前記ガス化炉と前記溶融炉との中間にあり、前記燃焼用空気導入口から前記溶融炉までの距離は、前記燃焼用空気が前記生成ガスと前記生成ガスダクト内で撹拌され、前記溶融炉に入る時点で前記燃焼用空気と前記生成ガスとが均一に混合された混合ガスとなるような距離である。
一態様では、前記燃焼用空気導入口から前記溶融炉までの前記距離は、3000mm~6000mmの範囲内である。
In one aspect, the combustion air inlet to which the combustion air line is connected is a plurality of combustion air inlets arranged at different positions.
In one aspect, the plurality of combustion air inlets include a first combustion air inlet connected to a first combustion air line for supplying air at room temperature and a first combustion air inlet for supplying air at a temperature higher than room temperature. a second combustion air inlet connected to a second combustion air line for
In one aspect, the plurality of combustion air inlets further includes a third combustion air inlet connected to a third combustion air line for supplying secondary air.
In one aspect, the position of the combustion air inlet is between the gasification furnace and the melting furnace, and the distance from the combustion air inlet to the melting furnace is The distance is such that the gas and the product gas are agitated in the duct and become a uniformly mixed gas mixture of the combustion air and the product gas upon entering the melting furnace.
In one aspect, the distance from the combustion air inlet to the melting furnace is in the range of 3000mm to 6000mm.
一態様では、前記旋回用空気導入口は、上段の旋回用空気導入口と、下段の旋回用空気導入口を含み、前記上段の旋回用空気導入口は、前記生成ガスダクトに接続された前記溶融炉の混合ガス導入口の中心と同じ高さ、または前記混合ガス導入口の上端部から600mm~900mmだけ下方に位置しており、前記下段の旋回用空気導入口は、前記混合ガス導入口の下端と同じ高さ、または前記上段の旋回用空気導入口から600mm~900mmだけ下方に配置している。
一態様では、前記下段の旋回用空気導入口は、前記1次燃焼室内の前記燃焼ガスの旋回方向において前記上段の旋回用空気導入口よりも下流側に位置している。
一態様では、前記旋回用空気導入口の空気噴射方向は、前記1次燃焼室の中心から外れており、前記旋回流を助けるように、前記1次燃焼室の半径方向に対してずれている。
一態様では、前記旋回用空気導入口は、水平方向を向いて、または水平方向に対して斜め下方を向いている。
一態様では、前記ガス化溶融システムは、前記旋回用空気導入口から前記1次燃焼室内に導入される前記旋回用空気に酸素ガスを富化するための酸素ガス供給ラインをさらに備えている。
In one aspect, the swirl air inlet includes an upper swirl air inlet and a lower swirl air inlet, wherein the upper swirl air inlet is connected to the product gas duct. It is located at the same height as the center of the mixed gas inlet of the furnace or 600 mm to 900 mm below the upper end of the mixed gas inlet, and the lower swirl air inlet is positioned at the mixed gas inlet. It is arranged at the same height as the lower end or 600 mm to 900 mm below the swirling air inlet of the upper stage.
In one aspect, the lower stage swirl air introduction port is located downstream of the upper stage swirl air introduction port in the swirl direction of the combustion gas in the primary combustion chamber.
In one aspect, the air injection direction of the swirling air inlet is off-center of the primary combustion chamber and offset relative to the radial direction of the primary combustion chamber to aid in the swirling flow. .
In one aspect, the swirl air inlet is oriented horizontally or obliquely downward with respect to the horizontal direction.
In one aspect, the gasification and melting system further includes an oxygen gas supply line for enriching the swirl air introduced into the primary combustion chamber from the swirl air inlet port with oxygen gas.
一態様では、廃棄物を含む被処理物をガス化炉内で熱分解して生成ガスを生成し、前記生成ガスを前記ガス化炉から溶融炉へと導入するための生成ガスダクト内に燃焼用空気を燃焼用空気導入口から導入して、前記生成ガスと前記燃焼用空気とが均一に混合された混合ガスを前記生成ガスダクト内に形成し、前記混合ガスを前記溶融炉に導入して、前記溶融炉の1次燃焼室内で前記混合ガスを燃焼させて燃焼ガスの旋回流を形成しながら、前記旋回流および前記混合ガスの燃焼を促進させるための旋回用空気を前記1次燃焼室内に導入し、前記混合ガスに含まれる灰分を高温で溶融スラグ化し、前記生成ガスダクトへの前記燃焼用空気の流量は、前記1次燃焼室への前記旋回用空気の流量を上回る、ガス化溶融システムの運転方法が提供される。 In one embodiment, a product gas is generated by pyrolyzing a material to be treated, including waste, in a gasification furnace, and a product gas duct for introducing the product gas from the gasification furnace into a melting furnace is provided for combustion. introducing air from a combustion air inlet to form a mixed gas in which the generated gas and the combustion air are uniformly mixed in the generated gas duct; introducing the mixed gas into the melting furnace; While the mixed gas is combusted in the primary combustion chamber of the melting furnace to form a swirling flow of the combustion gas, swirl air is introduced into the primary combustion chamber for promoting the swirling flow and combustion of the mixed gas. and wherein the ash contained in the mixed gas is turned into molten slag at a high temperature, and the flow rate of the combustion air to the product gas duct exceeds the flow rate of the swirl air to the primary combustion chamber. is provided.
一態様では、前記燃焼用空気は、集塵器を通過した空気を含む。
一態様では、前記集塵器を通過した空気は、300℃~400℃の空気を含む。
一態様では、前記燃焼用空気導入口の位置は、前記ガス化炉と前記溶融炉との中間にあり、前記燃焼用空気導入口から前記溶融炉までの距離は、前記燃焼用空気が前記生成ガスと前記生成ガスダクト内で撹拌され、前記溶融炉に入る時点で前記燃焼用空気と前記生成ガスとが均一に混合された混合ガスとなる距離である。
一態様では、前記燃焼用空気導入口から前記溶融炉までの距離は、3000mm~6000mmの範囲内である。
一態様では、前記燃焼用空気導入口は、複数の燃焼用空気導入口である。
一態様では、前記1次燃焼室内に導入される前記旋回用空気に酸素ガスを富化する。
In one aspect, the combustion air comprises air that has passed through a precipitator.
In one aspect, the air that has passed through the dust collector contains air at 300°C to 400°C.
In one aspect, the position of the combustion air inlet is between the gasification furnace and the melting furnace, and the distance from the combustion air inlet to the melting furnace is It is the distance at which the gas and the generated gas are agitated in the duct and become a mixed gas in which the combustion air and the generated gas are uniformly mixed at the time of entering the melting furnace.
In one aspect, the distance from the combustion air inlet to the melting furnace is in the range of 3000mm to 6000mm.
In one aspect, the combustion air inlet is a plurality of combustion air inlets.
In one aspect, the swirling air introduced into the primary combustion chamber is enriched with oxygen gas.
本発明によれば、以下の効果が得られる。
まず、溶融炉に入る前に生成ガスダクト内部にて、生成ガスと燃焼用空気が十分に攪拌混合し、均一化されることによって、その混合ガスが溶融炉の1次燃焼室に入ると同時に燃焼開始できるため、溶融炉の1次燃焼室上部で安定した高温燃焼が行われる。その結果、溶融炉の内壁にクリンカの形成やダスト付着がなくなり、安定した溶融スラグ流を形成し、その結果スラグが溶融炉内に堆積することなく順調に排出され、スラグ化率の高い安定した運転が継続可能となる。
また溶融炉の1次燃焼室における旋回用空気導入口の適切な配置によって溶融炉内部には燃焼ガスの旋回流が適切に形成され、さらに溶融炉の1次燃焼室へ供給する旋回用空気に酸素ガスを富化することによって、より高温燃焼が可能になる。
According to the present invention, the following effects are obtained.
First, before entering the melting furnace, the generated gas and combustion air are sufficiently stirred and mixed inside the generated gas duct and homogenized, so that the mixed gas enters the primary combustion chamber of the melting furnace and burns at the same time. Since it can be started, stable high-temperature combustion is performed in the upper part of the primary combustion chamber of the melting furnace. As a result, there is no clinker formation or dust adhesion on the inner wall of the melting furnace, and a stable molten slag flow is formed. Operation can be continued.
In addition, by properly arranging the swirling air inlet in the primary combustion chamber of the melting furnace, a swirling flow of the combustion gas is properly formed inside the melting furnace. Higher temperature combustion is possible by enriching oxygen gas.
また生成ガスダクトに投入する燃焼用空気としてガス化溶融プラント場内の高温設備の冷却装置や集塵装置から発生する400℃近い高温集塵空気を使用することは、ガス化溶融プラントのエネルギー効率上昇に寄与するものである。
また低温集塵空気や高温集塵空気にはダストが含まれており、ガス化溶融設備に投入されることにより溶融炉でスラグ化したり、最終的には溶融炉の後段にあるバグフィルターで捕集されるため、各集塵設備においては送風機を保護する程度のサイクロンのような簡単な集塵機で済む効果がある。
In addition, the use of high-temperature dust-collected air near 400°C generated from the cooling device and dust-collecting device of the high-temperature equipment in the gasification and melting plant site as the combustion air to be fed into the generated gas duct contributes to the improvement of the energy efficiency of the gasification and melting plant. It is a contribution.
In addition, low-temperature and high-temperature dust-collected air contains dust, which is turned into slag in the melting furnace by being fed into the gasification and melting equipment, and finally captured by the bag filter in the latter stage of the melting furnace. Since the dust is collected, there is an effect that a simple dust collector such as a cyclone that protects the blower can be used in each dust collector.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。各説明図において、同一または対応する部材については同一の符号を付して、重複する説明を省略する。図1は、ガス化溶融システム10の一実施形態を示す模式図である。ガス化溶融システム10は、例えば、ガス化溶融発電プラントに適用することができる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each explanatory diagram, the same reference numerals are given to the same or corresponding members, and overlapping descriptions are omitted. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating one embodiment of a
図1に示すように、ガス化溶融システム10は、都市ごみ、産業廃棄物等の廃棄物を含む被処理物を部分燃焼により熱分解して生成ガスを生成するガス化炉20と、当該生成ガスを燃焼させるとともに、当該生成ガスに含まれる灰分を高温で溶融スラグ化するための溶融炉40と、前記生成ガスを前記ガス化炉20から溶融炉40へと導入するための生成ガスダクト30を備える。
As shown in FIG. 1, the gasification and
ガス化溶融システム10は、さらに、被処理物をガス化炉20に供給するための供給装置22と、生成ガスダクト30内に燃焼用空気を供給するための燃焼用空気ライン33と、溶融炉40内に旋回流を形成するための旋回用空気ライン45を備えている。図示しないが、溶融炉40から排出された燃焼ガスFから熱を回収するボイラなどの熱回収設備、燃焼ガスF中のダストを捕集除去する集塵設備、燃焼ガスFを引き込む誘引送風機、燃焼ガスFを大気中に放出する煙突などが溶融炉40の後段に設置される。
The gasification and
本実施形態では、ガス化炉20は、流動床炉から構成されている。燃焼用1次空気としての流動化空気は、ガス化炉20内の流動床20aの下方に供給され、流動床20aを形成する流動媒体を流動化させる。燃料となる被処理物(例えば産業廃棄物)は、供給装置22によってガス化炉20内に投入される。燃焼用一次空気としての流動化空気の流量は、投入された被処理物を燃焼させるのに必要な空気の流量よりも低く設定されている。例えば、流動化空気の流量は、投入された被処理物を完全燃焼させるのに必要な空気の流量の3割程度である。したがって、被処理物はガス化炉20内で部分燃焼により熱分解し、未反応ガスである生成ガスD1を発生する。被処理物に含まれている不燃物は、流動媒体の一部とともに、ガス化炉20の外に排出される。なお本実施形態ではガス化炉20は流動床炉から構成されているが、生成ガスD1を発生させるものであれば、ガス化炉20は流動床炉に限るものではない。例えば、ガス化炉20はキルン型ガス化炉であってもよい。
In this embodiment, the
ガス化炉20から導出された生成ガスD1は、生成ガスダクト30を通って溶融炉40へ供給される。溶融炉40は、生成ガスダクト30に接続された1次燃焼室41と、1次燃焼室41の下流側に位置する2次燃焼室42と、2次燃焼室42の下流側に位置する3次燃焼室43を有している。2次燃焼室42は、下方に傾斜しており、最下部からスラグが排出される。2次燃焼室42の形状は特に限定されず、例えば、直線状または円弧状であってもよい。
The product gas D1 drawn out from the
ガス化炉20から出た生成ガスD1には酸素はほとんど含まれていない。この生成ガスD1を燃焼させるために必要な燃焼用空気の大半は、燃焼用空気ライン33から生成ガスダクト30内に供給される。本実施形態では、後述するように、燃焼用空気は、集塵器および/または送風機から送られた空気を含む。
The generated gas D1 coming out of the
本実施形態では、燃焼用空気ライン33は、3つの燃焼用空気ライン33-1,33-2,33-3を含む。生成ガスダクト30は、これら3つの燃焼用空気ライン33-1,33-2,33-3にそれぞれ接続された3つの燃焼用空気導入口30-1,30-2,30-3を有している。したがって、これら3つの燃焼用空気ライン33-1,33-2,33-3を流れた燃焼用空気は、3つの燃焼用空気導入口30-1,30-2,30-3を通って生成ガスダクト30内に供給される。
In this embodiment, the
第1燃焼用空気ライン33-1は、第1集塵器34に接続されており、第1集塵器34を通過した空気が燃焼用空気として第1燃焼用空気ライン33-1を通って生成ガスダクト30内に供給される。第1集塵器34は、ガス化溶融システム10が設置されるプラント場内の空気から煤塵を除去するための室温集塵器である。したがって、第1集塵器34から第1燃焼用空気ライン33-1に送られる燃焼用空気は、室温の空気である。
The first combustion air line 33-1 is connected to the
第2燃焼用空気ライン33-2は、第2集塵器35に接続されており、第2集塵器35を通過した空気が燃焼用空気として第2燃焼用空気ライン33-2を通って生成ガスダクト30内に供給される。第2集塵器35は、ガス化溶融プラント場内の高温集塵器である。一実施形態では、第2集塵器35は、図示しないが、ガス化炉20から排出された不燃物を分級するための分級機、およびそこで篩い分けられた流動媒体を循環する系統に接続された高温集塵器である。分級機内には高温の不燃物および流動媒体が投入されるので、第2集塵器35を通過する空気は高温の空気である。一例では、第2集塵器35から第2燃焼用空気ライン33-2に送られる燃焼用空気は、300℃~400℃の空気であり、第1燃焼用空気ライン33-1を流れる室温の燃焼用空気よりも高い温度を有している。
The second combustion air line 33-2 is connected to the
第3燃焼用空気ライン33-3は、プラント場内または外に設置された送風機36に接続されている。送風機36から第3燃焼用空気ライン33-3に送られる燃焼用空気は、いわゆる2次空気であり、室温か外気温度、もしくは熱交換器を用いて温度を上げている。第3燃焼用空気ライン33-3には空気調節弁31が設けられており、第1燃焼用空気ライン33-1および第2燃焼用空気ライン33-2を流れる燃焼用空気ライン33の流量が、生成ガスD1を燃焼させるために十分でない場合に空気調節弁31が開かれる。
The third combustion air line 33-3 is connected to a
図1に示す実施形態では、3つの燃焼用空気導入口30-1,30-2,30-3は、生成ガスD1の流れ方向に沿って、低温の燃焼用空気のための第1燃焼用空気導入口30-1、高温の燃焼用空気のための第2燃焼用空気導入口30-2、および2次空気のための第3燃焼用空気導入口30-3の順序で配列されている。しかしながら、本発明はこの順序に限らず、順序が入れ替わってもよい。 In the embodiment shown in FIG. 1, the three combustion air inlets 30-1, 30-2, 30-3 are arranged along the direction of flow of the product gas D1 for the first combustion air for the low temperature combustion air. Air inlet 30-1, second combustion air inlet 30-2 for hot combustion air, and third combustion air inlet 30-3 for secondary air. . However, the present invention is not limited to this order, and the order may be changed.
燃焼用空気を生成ガスダクト30に入れる理由は、生成ガスD1が溶融炉40内に入る前に空気と生成ガスD1を均一に混合させ、温度および酸素濃度を均一にするためである。生成ガスダクト30に空気を入れても、生成ガスD1はすぐには燃焼せず、導入された燃焼用空気と生成ガスD1が混合されて混合ガスD2を形成する。空気が均一に分散し温度および酸素濃度が均一になった混合ガスD2が溶融炉40に入ると、混合ガスD2は直ちに着火し、しかも均一に燃焼することができる。すなわち、生成ガスダクト30内で燃焼用空気と均一に混合されて初めて、混合ガスD2は1次燃焼室41の上部において安定した高温燃焼が可能となる。したがって、溶融炉40の混合ガス導入口40-1から燃焼用空気導入口30-1,30-2,30-3までの距離Lは、空気と生成ガスD1が均一に混合するのに必要かつ十分な距離である。
The reason why the combustion air is introduced into the
このような観点から、生成ガスダクト30への燃焼用空気導入口30-1,30-2,30-3の位置は、ガス化炉20と溶融炉40との中間とされる。すなわち、投入した燃焼用空気が生成ガスD1と十分に撹拌混合され、溶融炉40に入る時点で燃焼用空気と生成ガスD1が均一に混合された混合ガスD2となるよう溶融炉40までに適切な距離Lを確保している。その距離Lは3000mm~6000mmの範囲内とし、好ましくは4000mm~5000mmの範囲内になるように設定される。
From this point of view, the positions of the combustion air inlets 30-1, 30-2, and 30-3 to the
低温の燃焼用空気のための第1燃焼用空気導入口30-1、高温の燃焼用空気のための第2燃焼用空気導入口30-2、および2次空気のための第3燃焼用空気導入口30-3の位置は、生成ガスダクト30の天井面、両側面、底面のいずれでもよく、生成ガスダクト30の形状に基づいて決定すればよい。本実施形態では、生成ガスダクト30は、生成ガスD1の流れ方向を変えるための湾曲部30Aを有している。より具体的には、生成ガスダクト30は、ガス化炉20から上方に円弧を描き溶融炉40には水平に接続するように構成される。3つの燃焼用空気導入口30-1,30-2,30-3は、湾曲部30Aに位置しており、生成ガスダクト30の天井面または両側面に位置している。さらに、これら3つの燃焼用空気導入口30-1,30-2,30-3は、溶融炉40の1次燃焼室41を向いている。したがって、燃焼用空気は、溶融炉40の1次燃焼室41に向かって生成ガスダクト30内に注入される。
A first combustion air inlet 30-1 for low temperature combustion air, a second combustion air inlet 30-2 for high temperature combustion air, and a third combustion air for secondary air. The position of the introduction port 30-3 may be any of the ceiling surface, both side surfaces, or the bottom surface of the
通常運転では、空気調節弁31は閉止されており、2次空気は使用しない。つまり、通常運転では、第1燃焼用空気導入口30-1から供給される低温の燃焼用空気と、第2燃焼用空気導入口30-2から供給される高温の燃焼用空気を使用する。低温の燃焼用空気と高温の燃焼用空気の流量変動や不足によって燃焼に必要な酸素量が不足する際には、空気調節弁31を開いて、第3燃焼用空気導入口30-3から2次空気を適宜導入できるようにしている。これにより、燃焼に必要な酸素量を一定に供給することで溶融炉40の1次燃焼室41での高温化を維持し、スラグの流れを円滑にし、安定運転を行う。
In normal operation, the
上述の通り、運転中は、少なくとも2つの燃焼用空気導入口30-1,30-2が使用される。これは、異なる位置に配置された複数の燃焼用空気導入口30-1,30-2から燃焼用空気を導入することで、より速やかに、かつ均一に燃焼用空気を生成ガスD1と混合させるためである。 As noted above, at least two combustion air inlets 30-1, 30-2 are used during operation. By introducing the combustion air from a plurality of combustion air inlets 30-1 and 30-2 arranged at different positions, the combustion air is more quickly and uniformly mixed with the generated gas D1. It's for.
図1では、第1燃焼用空気導入口30-1、第2燃焼用空気導入口30-2、第3燃焼用空気導入口30-3はそれぞれ1つずつ設けられているが、これに限るものではなく、実施にあたっては生成ガスダクト30の形状等に応じて適宜複数にしてよい。例えば、図示はしないが、それぞれの燃焼用空気の変動や、燃焼用空気ライン33-1,33-2,33-3のいずれかの廃止などの状況に対応するため、燃焼用空気ライン33-1,33-2,33-3を相互に連結し、空気弁により切り替えることで、燃焼用空気導入口30-1,30-2,30-3を共有化することも可能である。
Although one each of the first combustion air inlet 30-1, the second combustion air inlet 30-2, and the third combustion air inlet 30-3 is provided in FIG. However, in practice, a plurality of them may be used as appropriate according to the shape of the
旋回用空気ライン45は、溶融炉40の1次燃焼室41に接続されており、さらに2次空気ライン46は、溶融炉40の3次燃焼室43に設けられた2次空気導入口43-1に接続されている。生成ガスダクト30へ投入される燃焼用空気の流量は、溶融炉40の1次燃焼室41に投入される旋回用空気の流量を上回るように設定される。このようにすることで、混合ガスD2は、1次燃焼室41に入ると直ぐに燃焼を開始し、1次燃焼室41の上部において安定した高温燃焼が可能となる。溶融炉40の3次燃焼室43内に供給される2次空気は、CO濃度の低減や、燃焼ガスFの冷却に必要な量で供給される。
The swirling
本実施形態では、旋回用空気ライン45は、上段旋回用空気ライン45-1および下段旋回用空気ライン45-2を含む。溶融炉40の1次燃焼室41には燃焼ガスFの流れに沿って鉛直方向に複数段の旋回用空気導入口41-1,41-2が設けられている。上段の旋回用空気導入口41-1および下段の旋回用空気導入口41-2は、上段旋回用空気ライン45-1および下段旋回用空気ライン45-2にそれぞれ接続されている。上段旋回用空気ライン45-1および下段旋回用空気ライン45-2は独立した2つのラインであってもよく、または共通のラインから分岐した2つのラインであってもよい。
In this embodiment, the
旋回用空気導入口41-1,41-2から導入される旋回用空気は、1次燃焼室41に形成される燃焼ガスFの旋回流を促進するのみならず、混合ガスD2の燃焼に必要な酸素の供給にも寄与する。本実施形態では、2段の旋回用空気導入口41-1,41-2が設けられている。燃焼ガスFの旋回流を促進する観点からは、3段以上の旋回用空気導入口を設けることも考えられるが、段数が増えるに従い、燃焼のバランスが崩れて、1次燃焼室41内の燃焼温度を低下させたり、クリンカ等の塊を形成して燃焼状態を悪化させてしまうおそれがある。この観点から、本実施形態では、2段の旋回用空気導入口41-1,41-2が設けられている。
The swirling air introduced from the swirling air inlets 41-1 and 41-2 not only promotes the swirling flow of the combustion gas F formed in the
旋回用空気は、一例では、室温の空気であるが、室温よりも高い温度の空気であってもよい。例えば、旋回用空気は、上述した送風機36から送られる2次空気であってもよい。上段の旋回用空気導入口41-1は、混合ガス導入口40-1の中心と同じ高さ、または混合ガス導入口40-1の上端部から下方600mm~900mm、好ましくは700mm~800mmに位置している。下段の旋回用空気導入口41-2は、混合ガス導入口40-1の下端と同じ高さ、または上段の旋回用空気導入口41-1から600mm~900mm、好ましくは700mm~800mm下方に位置している。
The swirling air is, in one example, air at room temperature, but may be air at a temperature higher than room temperature. For example, the swirl air may be secondary air delivered from the
図2は、溶融炉40の混合ガス導入口40-1および上段の旋回用空気導入口41-1を上から見た水平断面図であり、図3は、溶融炉40の混合ガス導入口40-1および下段の旋回用空気導入口41-2を上から見た水平断面図である。図2、図3に示すように、生成ガスダクト30は溶融炉40に対して偏心して連結されている。生成ガスダクト30が溶融炉40の円筒状側壁の接線に沿って延びるように配置されているので、生成ガスダクト30から混合ガス導入口40-1を通じて導入される混合ガスD2は、溶融炉40の1次燃焼室41の内壁に沿って流れ、溶融炉40の1次燃焼室41内に燃焼ガスFの旋回流を形成する。
2 is a horizontal cross-sectional view of the mixed gas inlet 40-1 and the upper swirl air inlet 41-1 of the melting
図2に示すように、溶融炉40の1次燃焼室41に配置された複数の旋回用空気導入口41-1は、水平面において1次燃焼室41の円筒状側壁上に並べられている。旋回用空気導入口41-1のそれぞれの空気噴射方向は、1次燃焼室41の中心Oから外れており、燃焼ガスFの旋回流を助けるように、1次燃焼室41の半径方向に対して燃焼ガスFの旋回方向下流側にずれている。さらに、旋回用空気導入口41-1のそれぞれは、水平方向を向いて、または水平方向に対して斜め下方を向いている。
As shown in FIG. 2, a plurality of swirling air inlets 41-1 arranged in the
溶融炉40を上から見たときに、溶融炉40の1次燃焼室41の中心Oの周りにおいて時計回り方向に0°、90°、180°、270°と位相角度を定義すると、生成ガスダクト30および混合ガス導入口40-1の位置は、0°~90°内にある。混合ガス導入口40-1は、溶融炉40の1次燃焼室41の接線方向に沿った方向を向き、かつ1次燃焼室41の半径方向に対してずれているので、混合ガスD2は1次燃焼室41内で旋回流を形成する。
Defining the phase angles 0°, 90°, 180°, 270° clockwise around the center O of the
上段の旋回用空気導入口41-1は、燃焼ガスFが溶融炉40の1次燃焼室41内で旋回を開始する位置である60°~210°、より具体的には90°~180°の範囲に配置されている。図2に示す例では、3つの旋回用空気導入口41-1が設けられているが、1次燃焼室41内の燃焼ガスFの旋回流を促進できるのであればその数は特に限定されない。例えば、旋回用空気導入口41-1の数は、1次燃焼室41の直径や旋回用空気導入口41-1の直径によって適宜調整される。
The upper swirl air inlet 41-1 is positioned at 60° to 210°, more specifically 90° to 180°, at which the combustion gas F starts to swirl in the
図3に示すように、溶融炉40の1次燃焼室41に配置された複数の旋回用空気導入口41-2も、水平面において1次燃焼室41の円筒状側壁上に並べられている。旋回用空気導入口41-2のそれぞれの空気噴射方向は、1次燃焼室41の中心Oから外れており、燃焼ガスFの旋回流を助けるように、1次燃焼室41の半径方向に対して燃焼ガスFの旋回方向下流側にずれている。さらに、旋回用空気導入口41-2のそれぞれは、水平方向を向いて、または水平方向に対して斜め下方を向いている。
As shown in FIG. 3, a plurality of swirling air inlets 41-2 arranged in the
下段の旋回用空気導入口41-2は、1次燃焼室41の周方向において上段の旋回用空気導入口41-1とは異なる位置にある。より具体的には、下段の旋回用空気導入口41-2は、1次燃焼室41内の燃焼ガスFの旋回方向において上段の旋回用空気導入口41-1よりも下流側に位置している。例えば、上段の旋回用空気導入口41-1が60°~210°の範囲内にあるのに対し、下段の旋回用空気導入口41-2は、210°~330°の範囲内にある。本実施形態では、下段の旋回用空気導入口41-2は、上段の旋回用空気導入口41-1の位置範囲とは135°位相がずれた225°~315°の範囲に配置されている。図3に示す例では、3つの旋回用空気導入口41-2が設けられているが、1次燃焼室41内の燃焼ガスFの旋回流を促進できるのであればその数は特に限定されない。例えば、旋回用空気導入口41-2の数は、1次燃焼室41の直径や旋回用空気導入口41-2の直径によって適宜調整される。
The lower swirling air inlet 41-2 is located at a different position in the circumferential direction of the
図2および図3に示す実施形態では、1次燃焼室41の上から見たときの燃焼ガスFの旋回方向は時計回りであり、生成ガスダクト30および混合ガス導入口40-1の位置は、0°~90°内にあるが、一実施形態では、図4および図5に示すように、生成ガスダクト30および混合ガス導入口40-1の位置は、270°~360°内にあってもよい。この場合は、燃焼ガスFの旋回方向は反時計回りとなるが、上段の旋回用空気導入口41-1と下段の旋回用空気導入口41-2の空気噴射方向、配列順序、位相角度の差、およびこれら相互の関係は、図2および図3を参照して説明した実施形態と同じである。
In the embodiment shown in FIGS. 2 and 3, the swirling direction of the combustion gas F when viewed from above the
図2乃至図5を参照して説明した実施形態によれば、溶融炉40の内部では、1次燃焼室41、2次燃焼室42にて1300℃~1500℃で燃焼が行われ、燃焼ガスF中に含まれるダスト類は溶融してスラグとなって排出される。
According to the embodiment described with reference to FIGS. 2 to 5, in the
図1に示すように、酸素ガス供給ライン48は、上段旋回用空気ライン45-1および下段旋回用空気ライン45-2に接続されてもよい。一実施形態では、酸素ガス供給ライン48は、上段旋回用空気ライン45-1または下段旋回用空気ライン45-2のいずれか一方に接続されてもよい。旋回用空気導入口41-1および旋回用空気導入口41-2のうちの少なくとも一方から溶融炉40の1次燃焼室41内に導入される旋回用空気に酸素ガスを富化することにより、1次燃焼室41の内部をより高温化し、スラグ化率の向上やスラグが円滑に流れるようにすることが可能である。
As shown in FIG. 1, the oxygen
燃焼ガスFはその後3次燃焼室43に入り、そこで2次空気導入口43-1から導入される2次空気によって一酸化炭素(CO)の濃度の低減や燃焼ガスFの冷却を行ったのち、溶融炉40から排出される。排出された燃焼ガスFは、いずれも図示はしないが熱回収設備であるボイラなどを通過してガス温度が低下し、さらに集塵設備でダストを除去したのち煙突から大気に放出される。
The combustion gas F then enters the
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。 The above-described embodiments are described for the purpose of enabling a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs to implement the present invention. Various modifications of the above embodiments can be made by those skilled in the art, and the technical idea of the present invention can be applied to other embodiments. Accordingly, the present invention is not limited to the described embodiments, but is to be construed in its broadest scope in accordance with the technical spirit defined by the claims.
10 ガス化溶融システム
20 ガス化炉
20a 流動床
30 生成ガスダクト
30A 湾曲部
30-1 第1燃焼用空気導入口
30-2 第2燃焼用空気導入口
30-3 第3燃焼用空気導入口
31 空気調節弁
33-1 第1燃焼用空気ライン
33-2 第2燃焼用空気ライン
33-3 第3燃焼用空気ライン
34 第1集塵器
35 第2集塵器
36 送風機
40 溶融炉
40-1 混合ガス導入口
41 1次燃焼室
41-1 上段旋回用空気導入口
41-2 下段旋回用空気導入口
42 2次燃焼室
43 3次燃焼室
43-1 2次空気導入口
45 旋回用空気ライン
45-1 上段旋回用空気ライン
45-2 下段旋回用空気ライン
46 2次空気ライン
48 酸素ガス供給ライン
D1 生成ガス
D2 混合ガス
F 燃焼ガス
L 生成ガスダクトの燃焼用空気導入口から溶融炉の混合ガス導入口までの距離
10 Gasification and
Claims (2)
前記生成ガスを燃焼させるとともに、前記生成ガスに含まれる灰分を高温で溶融スラグ化するための溶融炉と、
前記生成ガスを前記ガス化炉から前記溶融炉へと導入するための生成ガスダクトとを備え、
前記生成ガスダクトは、前記ガス化炉から上方に延びる部分と、生成ガスの流れ方向を変えるための湾曲部と、前記湾曲部から水平に前記溶融炉まで延びる部分を有しており、
前記生成ガスダクトは、燃焼用空気ラインが接続された複数の燃焼用空気導入口を有しており、前記ガス化炉から出た前記生成ガスと、前記複数の燃焼用空気導入口から供給された燃焼用空気との混合ガスが前記生成ガスダクト内に形成されるように構成されており、
前記複数の燃焼用空気導入口は、前記生成ガスダクトの前記湾曲部に位置し、異なる高さに配置されており、かつ前記燃焼用空気を前記生成ガスダクト内に水平方向に噴出するように配置され、
前記複数の燃焼用空気導入口から前記溶融炉までの距離は、前記燃焼用空気が前記生成ガスと前記生成ガスダクト内で撹拌され、前記溶融炉に入る時点で前記燃焼用空気と前記生成ガスとが均一に混合された混合ガスとなり、前記混合ガスが前記溶融炉の1次燃焼室に入ったときに直ちに着火するよう、3000mm~6000mmの範囲内にあり、
前記溶融炉は、前記1次燃焼室内の前記混合ガスの燃焼を促進させるための旋回用空気が導入される複数の上段旋回用空気導入口と複数の下段旋回用空気導入口を有しており、
鉛直方向に延びる前記溶融炉を上から見たときに、前記溶融炉の1次燃焼室の中心の周りにおいて時計回り方向に0°、90°、180°、270°と位相角度を定義すると、前記生成ガスダクトの位置は、0°~90°内にあり、かつ前記生成ガスダクトは前記溶融炉の円筒状側壁の接線に沿って延びており、
前記複数の上段旋回用空気導入口は、前記前記生成ガスダクトに接続された前記溶融炉の混合ガス導入口の中心と同じ高さにあり、かつ位相角度が90°~180°内にあり、
前記複数の下段旋回用空気導入口は、前記混合ガス導入口の下端と同じ高さ、または前記上段の旋回用空気導入口から600mm~900mmだけ下方に配置しており、かつ複数の上段旋回用空気導入口の位置範囲とは135°位相がずれた225°~315°の位相角度範囲に配置されている、ガス化溶融システム。 a gasification furnace for thermally decomposing an object to be treated including waste to generate a product gas;
a melting furnace for burning the generated gas and converting ash contained in the generated gas into molten slag at a high temperature;
a product gas duct for introducing the product gas from the gasification furnace to the melting furnace;
The product gas duct has a portion extending upward from the gasification furnace, a curved portion for changing the flow direction of the product gas, and a portion extending horizontally from the curved portion to the melting furnace,
The product gas duct has a plurality of combustion air inlets to which combustion air lines are connected, and the product gas emitted from the gasification furnace and the gas supplied from the plurality of combustion air inlets configured such that a mixed gas with combustion air is formed in the product gas duct;
The plurality of combustion air inlets are located in the curved portion of the product gas duct, are arranged at different heights, and are arranged to eject the combustion air horizontally into the product gas duct. ,
The distance from the plurality of combustion air inlets to the melting furnace is such that the combustion air is stirred with the product gas in the product gas duct, and the combustion air and the product gas are mixed at the time of entering the melting furnace. is within the range of 3000 mm to 6000 mm so that the mixed gas is uniformly mixed and ignites immediately when the mixed gas enters the primary combustion chamber of the melting furnace,
The melting furnace has a plurality of upper stage swirling air inlets and a plurality of lower stage swirling air inlets into which swirling air is introduced for promoting combustion of the mixed gas in the primary combustion chamber. cage,
Defining the phase angles 0°, 90°, 180°, 270° clockwise around the center of the primary combustion chamber of the melting furnace when viewed from above the vertically extending melting furnace, the position of the product gas duct is within 0° to 90° and the product gas duct extends along a tangent to the cylindrical sidewall of the melting furnace;
The plurality of upper-stage swirling air inlets are at the same height as the center of the mixed gas inlet of the melting furnace connected to the product gas duct, and have a phase angle within the range of 90° to 180°,
The plurality of lower stage swirling air inlets are arranged at the same height as the lower end of the mixed gas inlet or 600 mm to 900 mm below the upper stage swirling air inlet, and A gasification and melting system positioned in a phase angle range of 225° to 315°, 135° out of phase with the air inlet position range .
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