ガス化溶融炉の運転方法
【解決課題】ガス化溶融炉の溶融炉から排出されるスラグの塩基度を目標とする設定範囲に調整、維持してその流動性を確保するに当たり、購入物である塩基度調整剤の使用量を最小限としてこれを実現し、低い処理コストで安定して効率的なガス化溶融炉の運転方法を提供すること。
【解決手段】廃棄物を熱分解炉で部分燃焼させながら熱分解し、この熱分解により発生した可燃ガスと灰分を溶融炉に導き、溶融炉で可燃ガスを燃焼させてその燃焼熱により灰分を溶融し、この溶融により生じたスラグを炉外に排出するガス化溶融炉の運転方法において、前記スラグの塩基度を監視し、同塩基度が設定範囲から外れた場合には、先ず、一次塩基度調整剤により一次調整を行い、さらに一定期間経過後もなお設定範囲に復帰しない場合には、二次塩基度調整剤により二次調整を行なうことによりスラグの塩基度を設定範囲に維持する。
【解決手段】廃棄物を熱分解炉で部分燃焼させながら熱分解し、この熱分解により発生した可燃ガスと灰分を溶融炉に導き、溶融炉で可燃ガスを燃焼させてその燃焼熱により灰分を溶融し、この溶融により生じたスラグを炉外に排出するガス化溶融炉の運転方法において、前記スラグの塩基度を監視し、同塩基度が設定範囲から外れた場合には、先ず、一次塩基度調整剤により一次調整を行い、さらに一定期間経過後もなお設定範囲に復帰しない場合には、二次塩基度調整剤により二次調整を行なうことによりスラグの塩基度を設定範囲に維持する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市ごみなどの廃棄物をガス化溶融するためのガス化溶融炉の運転方法に関し、特に溶融炉から排出されるスラグの塩基度を調整する技術として工業的に有用な方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
過去、都市ごみなどの有機系の廃棄物の処理については、主に焼却炉にて焼却され、その灰は埋め立て処分を行うことが主流であったが、近年、ダイオキシンなどの有害物質の大気放散や埋め立て地の逼迫に伴う環境への影響から、こうした有害物質の無害化や灰の減容化の推進のために有効な手段として、ガス化溶融技術が注目され、現在ではごみ処理施設が採用する標準的なプロセスとして急速に普及しつつある。
【０００３】
このガス化溶融技術はガス化炉と溶融炉とが一体化されたガス化溶融炉により運転、操業されるもので、都市ゴミなどの有機系廃棄物をガス化炉で部分燃焼させながらガス化し、このガス化により発生した可燃ガスと灰分を溶融炉に導き、溶融炉で可燃ガスを燃焼させてその燃焼熱により灰分を溶融し、この溶融により生じたスラグを炉外に排出して、これを冷却固化させるものである。
【０００４】
ところで、このガス化溶融炉の安定かつ効率的な運転を行うためには、上記の溶融炉から排出される溶融スラグ（以下、単にスラグという）の流動性を十分に確保しなければならない。なぜならば、スラグの流動性が低下すると、溶融炉からの排出が円滑に行われず生産性を阻害することになり、時にはスラグが溶融炉の排出口に詰まって排出できなくなり、運転を停止せざるを得ない状況をも生じるからである。
【０００５】
周知の通り、このスラグの流動性を左右する大きな運転ファクターとして、スラグ塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２）が挙げられる。スラグの溶流点はスラグ塩基度に依存する。スラグ塩基度０．６〜０．８で溶流点が最も低く（１２００℃〜１２５０℃）、スラグ塩基度が０．６以下では塩基度が低くなるにつれて溶流点が上昇しスラグ塩基度０．２で溶流点は１３５０℃を超える。また、スラグ塩基度が０．８以上では塩基度が高くなるにつれて溶流点が上昇し、スラグ塩基度１．０で溶流点が１２５０℃〜１３００℃、塩基度が１．２を超えると溶流点が１３００℃を超える。スラグ塩基度に関わらず、溶融炉の炉内温度をスラグの溶流温度よりも５０℃以上高くすると、スラグが十分に溶融しその流動性を比較的容易に向上させることができる。しかしながら、スラグの排出を常時円滑に行うためには、例えば炉内温度が１３５０℃以上の高温運転を継続して実施しなければならないことから、燃料費などのエネルギーコストの増大を招くとともに、炉の耐火物の損傷が著しくなるなどの不利を抱えることになり、好ましない。
【０００６】
一方、スラグ塩基度を一定の範囲（スラグ塩基度０．６〜０．８）に維持する運転を行えば、上記スラグの温度を高める操業上の不利を伴うことなくその流動性を確保することができ、安定かつ効率的な運転を続けることが可能となる。このスラグ塩基度はガス化溶融炉の操業条件を一定にして運転を継続させた場合においても処理対象となる廃棄物の種類や性状の変化などの影響により予め設定された適正範囲を逸脱することがあるため、排出されるスラグを定期的にサンプリングして、その塩基度を分析し、その値が設定範囲外であるときは、従来より塩基度調整剤を溶融炉に供給して同塩基度の設定範囲に調整することが一般に行われている。
【０００７】
しかし、スラグの塩基度を調整する際に用いられている従来の塩基度調整剤は、高塩基度調整剤としては消石灰、生石灰または炭酸カルシウムなど、低塩基度調整剤として硅砂などであり、いずれも市販され薬剤で、購入物（品）であり、その使用量が多いことも相まって処理コストが嵩む要因となっている。
【０００８】
また、従来において、ガス化溶融炉から排出された飛灰に石灰や硅石などの成分調整剤（塩基度調整剤）を添加して塩基度を０．５〜１．５に調整して羽口から吹き込む技術も提案（特許文献１参照）なされている。しかし、この従来技術は相変わらず、購入物である石灰や硅石を主要な塩基度調整剤として使用するもので、飛灰そのものをスラグの塩基度調整剤とするものではなく、塩基度調整剤のコスト削減に対する効果も小さい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１―１０１４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上述した従来の技術的背景とその問題点に鑑み、ガス化溶融炉の溶融炉から排出されるスラグの塩基度を目標とする設定範囲に調整、維持してその流動性を確保するに当たり、購入物である塩基度調整剤の使用量を最小限としてこれを実現し、低い処理コストで安定して効率的なガス化溶融炉の運転方法を提供することその課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、特許請求の範囲に記載される以下の各発明をその要旨、特徴とする。
【００１２】
１．廃棄物を熱分解炉で部分燃焼させながら熱分解し、この熱分解により発生した可燃ガスと灰分を溶融炉に導き、溶融炉で可燃ガスを燃焼させてその燃焼熱により灰分を溶融し、この溶融により生じたスラグを炉外に排出するガス化溶融炉の運転方法において、前記スラグの塩基度を監視し、同塩基度が設定範囲から外れた場合には、先ず、一次塩基度調整剤により一次調整を行い、さらに一定期間経過後もなお設定範囲に復帰しない場合には、二次塩基度調整剤により二次調整を行なうことによりスラグの塩基度を設定範囲に維持すること特徴とするガス化溶融炉の運転方法。
【００１３】
２．前記スラグの塩基度が、設定範囲より低い側に外れた場合には一次塩基度調整剤として一次高塩基度調整剤により、また設定範囲より高い側に外れた場合には一次塩基度調整剤として一次低塩基度調整剤により塩基度の一次調整を行なうことを特徴とする１に記載のガス化溶融炉の運転方法。
【００１４】
３．前記スラグの塩基度が、一次塩基度調整剤により一次調整後も低い側に外れたまま設定範囲に復帰しない場合には二次塩基度調整剤として二次高塩基度調整剤により、また一次調整後も高い側に外れたまま設定範囲に復帰しない場合には二次塩基度調整剤として二次低塩基度調整剤により二次調整を行なうことを特徴とする１に記載のガス化溶融炉の運転方法。
【００１５】
４．前記一次塩基度調整剤がガス化溶融炉の運転により発生する系内排出物であり、二次塩基度調整剤が系外購入物であることを特徴とする１に記載のガス化溶融炉の運転方法。
【００１６】
５．前記一次高塩基度調整剤がガス化溶融炉の運転により溶融炉から排出されるＣａＯ成分を含む飛灰であり、前記一次低塩基度調整剤がガス化溶融炉の運転によりガス化炉から排出されるはＳｉＯ２成分を含む不燃物であることを特徴とする２に記載のガス化溶融炉の運転方法。
【００１７】
６．前記二次高塩基度調整剤が系外購入物である消石灰、生石灰または炭酸カルシウムから選ばれる一種以上であり、前記二次高塩基度調整剤が系外購入物である硅砂であることを特徴とする３に記載のガス化溶融炉の運転方法。
【００１８】
７．前記不燃物が流動床式ガス化炉から排出されたものであることを特徴とする５に記載のガス化溶融炉の運転方法。
【００１９】
８．前記不燃物が０．１〜３ｍｍに粒度調整されたものであることを特徴とする５または９に記載のガス化溶融炉の運転方法。
【００２０】
９．前記スラグの塩基度の一次塩基度調整剤による一次調整または二次塩基度調整剤による二次調整を、一次塩基度調整剤または二次塩基度調整剤を溶融炉に供給若しくはその供給量を増加させることによって行うことを特徴とする１〜１０のいずれかに記載のガス化溶融炉の運転方法。
【００２１】
１０．前記一次塩基度調整剤が飛灰である場合は、その供給量を溶融炉から排出、回収される飛灰の全体の量の５０％以下とすることを特徴とする１１に記載のガス化溶融炉の運転方法。
【００２２】
１１．前記スラグの塩基度の設定範囲を０．５〜０．９とする１〜１２のいずれかに記載のガス化溶融炉の運転方法。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ガス化溶融炉のスラグの塩基度調整剤として、ガス化溶融プロセス系内から発生する飛灰や不燃物などの系内排出物を有効に利用してスラグの塩基度を調整、維持し、その流動性を確保することができ、従って、高価な購入物である従来の塩基度調整剤の使用量を大幅に削減した状態で安定して効率的なガス化溶融炉の運転をすることが可能となる。
【００２４】
また、飛灰や不燃物などを塩基度調整剤としてガス化溶融プロセス系内で消費することによって、これらを廃棄物の系外への排出量を減少させることができ、その最終処分に要するコストを下げるとともに環境対策にも貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態を説明するためのガス化溶融炉設備の構成を示す概要図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明についてその実施形態を含めて詳述するが、まず、本発明の技術的な考え方とその特徴について説明する。
【００２７】
本発明者らは、前記の課題を解決する基本的な手段として、スラグの塩基度を調整するための塩基度調整剤としてガス化溶融プロセスの系内で発生する排出物が利用できないかとの着想を得て、この着想をもとに種々検討を重ねたところ、低塩基度調整剤としてガス化炉から排出される不燃物、高塩基度調整剤として溶融炉から排出される飛灰が実用的にも有効であるとの結論に至った。
【００２８】
すなわち、ガス化炉から排出される不燃物特に流動床式ガス化炉より排出される不燃物は、同ガス化炉の流動媒体である硅砂（ＳｉＯ２）と一緒に排出される。この硅砂の大部分は排出後、鉄やＡｌなどの金属片含む粗大物と分級分離され、適正粒度のものはガス化炉の流動媒体として循環使用されている。粗大物には金属片などのほかにガレキ等が混在しており、金属片を選別後のこの硅砂やＳｉＯ２を含むガレキを粉砕して粒度調整して、低塩基度調整剤として使用すればコスト面で有利である。この金属片選別後の不燃物（以下、残部不燃物ということがある）の調査、分析によれば、実際にＳｉＯ２が多く含有されており、低塩基度調整剤として購入物のそれとほとんど遜色なく、スラグの塩基度を調整できることが分かった。
【００２９】
また、溶融炉から排出される飛灰は、溶融炉排ガス中に随伴され、バグフィルタなどの集塵機で相当量が回収される。回収された飛灰は排ガス浄化のため生石灰や消石灰などの薬剤を排ガスに接触させてＳＯＸ、ＨＣＬなどの酸性ガス成分を除去する排ガス浄化処理を経ている。これら薬剤から由来するＣａＯ系成分が飛灰にも含まれることになる。高塩基度調整剤としてこの飛灰を使用すれば前記の不燃物と同様にコスト面で有利となる。この飛灰の調査、分析によれば、実際にＣａＯが１５〜４０％含有されており、その塩基度が高い性状を有しており、高塩基度調整剤として十分に使用できることが判明した。
【００３０】
ただし、この飛灰中には重金属（Ｐｂなど）などの重金属類も微量含まれるため、これを継続して多量に使用することは最終的にスラグへの濃縮を増大させ、スラグの有効利用の規格であるＪＩＳ Ａ５０３２（一般廃棄物、下水汚泥又はそれらの廃棄物を溶融固化した道路用スラグ）の含有量基準（例えばＰｂ＜１５０ｍｇ／ｋｇ）を満たさない恐れも出てくる。従って、重金属類のスラグへの濃縮がないことを確認しながら、その排出基準を超えることがないよう飛灰の使用量を制限した上で活用すべきである。
【００３１】
そこで、本発明者らは、上記不燃物コスト負担のないガス化溶融プロセス系内の排出物を主要な塩基度調整剤として積極的に用い、従来のコストを要する塩基度調整剤は副次的に使用し、その使用量を最小限に止めてスラグの塩基度を目標とする設定範囲に調整、維持することをその技術思想として本発明を完成させるに至った。
【００３２】
本発明の基本的特徴は、溶融炉より排出されるスラグの塩基度を監視し、それが設定範囲から外れた場合には、先ず、一次塩基度調整剤により一次調整を行い、さらに一定期間経過後もなお設定範囲に復帰しない場合には、二次塩基度調整剤により二次調整を行なうことによりスラグの塩基度を設定範囲に維持することにある。
【００３３】
すなわち、本発明においては、スラグの塩基度を監視しておき、これが設定範囲から逸脱していることが確認されたとき、まずは、系内で発生する不燃物や飛灰などを優先的に一次塩基度調整剤として用いてスラグの塩基度調整（一次調整）を行い、それでも一定期間内に調整できなければ、購入品である通常の塩基度調整剤によってスラグの塩基度調整（二次調整）を行うもので、つまり、コストの異なる両調整剤を使い分け、二段階でスラグの塩基度調整を実施するものであり、この二段階のスラグ塩基度の調整方式を採用することにより、この塩基度調整コストを最小限にして、しかも確実に塩基度を設定範囲に調整、維持することができるのである。
【００３４】
本発明におけるスラグの塩基度の目標とする設定範囲はスラグの流動性と冷却固化後の品質などを考慮して０．５〜０．９とすることが好ましく、０．６〜０，８とすれば特に好ましいが、溶融ガス化溶融炉の設備、操業形態や溶融炉の温度などの運転条件、溶融炉で生成されるスラグの組成などによって変化するため、必ずしもこれらの範囲に限定されるものではない。
【００３５】
本発明において一次塩基度調整剤による一次調整を開始してから一定期間経過後も設定範囲に復帰しないときは、二次塩基度調整剤の追加供給による二次調整を行うことになるが、二次調整開始までにはある一定期間を経過した後に開始することが好ましい。すなわち、短すぎても一次調整の効果がスラグに十分反映されない間に二次調整による追加供給による過大供給が発生し、反対に長すぎてもスラグ塩基度の設定範囲への調整が長引くために、いずれにしてもガス化溶融炉の運転が不安定になったり、スラグ品質が劣化するなどの悪影響を招くことになるからである。
【００３６】
また、一次塩基度調整剤によるスラグ塩基度の一次調整を行う場合、すでに他の目的などでこの調整剤と同じもの（不燃物や飛灰など）が溶融炉に供給、循環されている場合は、その供給量を増加することによって行うことになる。
【００３７】
なお、従来においても不燃物や飛灰の一部を溶融炉に供給して、ガス化溶融炉の運転を行なっている場合もあるが、これはあくまでもそれらを最終処分量の低減のと有効利用のためのスラグ化をすることを目的としたもので、本発明の如く、スラグの塩基度調整を目的としたものではなく、本発明とはその技術思想を全く異にしたものである。
【００３８】
一次低塩基度調整剤として流動床式ガス化炉から排出された不燃物を用いる際は、事前にこれを粉砕して、０．１〜３ｍｍの粒度に調整されたものを溶融炉に供給することが望ましい。０．１ｍｍ未満では粉砕された不燃物が溶融炉にて捕捉できず排ガス中にキャリーオーバーすることになり、３ｍｍ超える場合は溶融が不十分となるからである。
【００３９】
また、一次塩基度調整剤が飛灰である場合は、前述のようにこれに含まれる重金属類のスラグ中への濃縮を配慮して、飛灰の溶融炉への供給量を溶融炉から排出、回収される飛灰の全体の量の５０％以下として実施することが好ましいといえる。
【００４０】
本発明においては運転操業中のスラグの塩基度を監視することが必須となり、これは定期的にスラグをサンプリングし、蛍光Ｘ線分析計などを利用してその塩基度を分析することによって達成できるが、このような分析によらず、スラグの塩基度と相関の強い操業データをパラメータとし、これによって塩基度を推定することでも構わない。
【００４１】
次に、本発明について、図面を参照しながらその典型的な実施形態を挙げて、より具体的に説明して行くことにする。
【００４２】
図１はガス化溶融炉設備の構成の示す概要図であるが、ガス化溶融炉の本体設備は流動床式ガス化炉１と旋回流溶融炉２とが排ガスダクトで連結された構造を有しており、この本体設備以降は、溶融炉２から排出された排ガスの流れに沿って、廃熱ボイラ３、減温塔４、バグフィルタ５、煙突６などその顕熱回収や排ガス処理を行なう排ガス処理系の設備が順次連設されている。
【００４３】
流動床式ガス化炉１においては、有機系廃棄物である都市ごみなどのごみＲが投入され、同ごみは炉底から流動床１１に供給された燃焼用空気により４５０〜６００℃の温度で部分燃焼され、そのガス化により可燃ガスと、灰分と炭化固形分からなるチャーが発生する。これら可燃ガス及びチャーはガス化炉の排ガスに随伴され、旋回流溶融炉２に送られることになる。
【００４４】
ガス化炉１の流動床１１には平均粒径０．８ｍｍの珪砂Ｍがその流動媒体として循環供給される。ごみＲ中の不燃物Ｈは珪砂Ｍと一緒に炉下部から不燃物排出装置１２に排出される。排出された不燃物は分級装置１３により珪砂Ｍが分離され、珪砂Ｍは上記の如く、流動床１１に再供給される。
【００４５】
旋回流溶融炉２にあっては流動床式ガス化炉１から送られてきた排ガスは同溶融炉２内で旋回流となって、供給された燃焼用空気によりその中の可燃ガスが燃焼され、チャー中の炭素分も燃焼される。この燃焼熱により炉の温度は１２５０〜１３５０℃の高温となり、このため同排ガスに随伴されたチャー中の灰分が溶融される。
【００４６】
そして、溶融した灰分はスラグＳとなって同溶融炉２の底部に設けられた出滓口（図示しない）から排出され、その後冷却水により急冷されて固化される。
【００４７】
また、未溶融の灰分は溶融炉２から排出される排ガスに随伴され、排ガス処理系に送出されることになる。溶融炉２から出た排ガスは廃熱ボイラ３にてその顕熱が回収されると共に２５０〜４００℃に冷却され、さらに減温塔４で１５０〜１８０℃に冷却される。減温塔４を出た排ガスは消石灰や活性炭などの浄化処理剤ＧＣによる排ガス浄化処理が付され、バグフィルタ５で集塵され、最終的に煙突６を介して大気放散される。
【００４８】
溶融炉２から出た排ガス中の飛灰はその大部分の８０〜９０％がバグフィルタ５により回収され、廃熱ボイラ３の底部から５〜１５％が、また減温塔４の底部から１〜５％が回収される。従来より、これら回収後の飛灰ＦＡは飛灰処理装置２２に搬送され、ここで重金属溶出防止の安定化処理が行なわれて、系外に搬出される。
【００４９】
そこで、本発明においては、上述したごみのガス化溶融炉設備並びにそのプロセスを前提として、スラグ塩基度が設定範囲に維持されるようにその調整を一次低塩基度調整剤もしくは一次高塩基度調整剤による一次調整と、二次低塩基度調整剤もしくは二次高塩基度調整剤による二次調整とを二段階で組み合わせて行なうが、この調整に当たって新たに必要となる一次低塩基度調整剤及び一次高塩基度調整剤のガス化溶融プロセス系内における確保と溶融炉への供給のための準備の方法及びそれらのための設備構成について同図１を用いて引き続き説明する。
【００５０】
先ず、ガス化炉１から排出され、前述の分級装置１３により、流動媒体として適正な珪砂Ｍが分離された不燃物は、さらに金属選別装置３１で鉄、Ａｌなどの有価金属が選別分離される。
【００５１】
本発明では、こうして分級、選別された残部の不燃物ＨＲが一次低塩基度調整剤として利用されるのである。
【００５２】
この不燃物ＨＲは不燃物貯蔵槽３２に搬送、貯蔵された後、不燃物破砕機３３で破砕され、さらに不燃物スクリーン３４で分級され、その粒度（平均粒度）が０．１〜３ｍｍに調整される。粒度調整された不燃物は粉砕不燃物供給装置３５に貯えられる。そして、ガス化炉１から排出され破砕および粒度調整された不燃物ＨＲの約９０％以上が、定常的に粉砕不燃物供給装置３５から、溶融炉１の頂部より炉内に供給される。ここで、溶融炉１に供給されない残余の不燃物ＨＲは、一次塩基度調整剤供給装置３７に送られ貯蔵される。特に、夏場等の塩基度の低い不燃物は、優先的に一次塩基度調整剤供給装置３７に送られ貯蔵される。
【００５３】
そして、スラグ塩基度の低塩基度側への調整が必要な時には、粉砕不燃物供給装置３５からの粉砕不燃物の供給に加えて、この一次低塩基度調整剤供給装置３７により一次低塩基度調整剤Ａ１として溶融炉１の頂部より炉内に供給される。次に、バグフイルタ５により回収された飛灰ＦＡは、その一部がは飛灰処理装置２２に搬送され、ここで重金属などの安定化処理などが行なわれて、系外に搬出される。
【００５４】
本発明では、この残部の飛灰ＦＲが一次高塩基度調整剤として利用されるのである。
【００５５】
この飛灰ＦＲは飛灰貯蔵槽４１に搬送、貯蔵され、さらに一次高基度調整剤供給装置４２に送られる。
【００５６】
そして、スラグの塩基度の高塩基度側への一次調整が必要になった時には、この一次高基度調整剤供給装置４２により一次高塩基度調整剤Ａ２として溶融炉１の頂部より炉内に供給される。
【００５７】
また、廃熱ボイラ３、減温塔４で回収された飛灰にもＣａＯ成分が含まれた状態となるため、その一部が飛灰処理装置２２に搬送され、その残部（ＦＲ）が飛灰貯蔵槽４１に送られるようにして、飛灰貯蔵槽４１に貯蔵された飛灰ＦＲと一緒に貯蔵して、これを一次高塩基度調整剤Ａ２として溶融炉２に供給することも可能である。
【００５８】
一方、本発明におけるスラグ塩基度の二次調整自体についてはすでに従来から実施されている低塩基度調整剤（硅砂など購入物）及び高塩基度調整剤（消石灰、生石灰または炭酸カルシウムなどの購入物）による調整であり、既設の設備でそのまま容易に実施できる。すなわち、既設の低塩基度調整剤貯蔵槽を二次低塩基度調整剤貯蔵槽５１、同低塩基度調整剤供給装置を二次低塩基度調整剤供給装置５２とし、また既設の高塩基度調整剤貯蔵槽を二次高塩基度調整剤貯蔵槽５３、同高塩基度調整剤供給装置を二次高塩基度調整剤供給装置５４として利用すれば良い。
【００５９】
そして、スラグ塩基度を低塩基度側もしくは高塩基度側に二次調整するときは、二次低塩基度調整剤供給装置５２もしくは二次高塩基度調整剤供給装置５４により、その下部に設置されたダンパーなどの切り替え装置を介して二次低塩基度調整剤Ｂ１もしくは二次高塩基度調整剤Ｂ２として溶融炉１の頂部より炉内に供給されるのである。
【００６０】
以上の実施形態においては、本発明における一次低塩基度調整剤としてガス化炉から排出される不燃物、また一次高塩基度調整剤として飛灰の例を挙げて説明したが、これに限らず、本ガス化溶融炉の運転、操業のプロセス全体の中で発生し、ＳｉＯ２やＣａＯ成分を含み、スラグＳの塩基度調整が可能な系内排出物であればすべてこれを上記塩基度調整剤として利用できるものである。
【００６１】
また、上記不燃物、飛灰などの系内排出物がＳｉＯ２やＣａＯの含有量が低く、十分な塩基度の一次調整効果が得られない場合には、これにそれらの成分純度が高い購入物である珪砂や消石灰、生石灰または炭酸カルシウムを一部加え、その効果を高めたものを本発明における一次低塩基度調整剤や一次高塩基度調整剤として適用することも本発明の範囲内である。
【００６２】
さらに、本発明におけるガス化炉として流動床式ガス化炉の例を挙げて説明したが、これに限らず、キルン式ガス化炉もガス化炉として適用することも本発明の範囲内である。
【００６３】
（実施例）
表１に示すように、流動床式ガス化炉１に供給される都市ごみＲ由来によるスラグＳの塩基度は季節により変動し、冬期（１１月〜２月）はスラグ塩基度が０．９〜１．４と高く、夏期（５月〜８月）はスラグ塩基度が０．６を下回ることになる。よって、スラグ塩基度が高い冬季においては、低塩基度調整剤によるスラグ塩基度調整が、スラグ塩基度が低い夏期においては、高塩基度調整剤によるスラグ塩基度調整が必要となる。
【００６４】
【表１】
【００６５】
次に表２に、一次低塩基度調整剤Ａ１である粉砕不燃物ＨＲを、表３に一次高塩基度調整剤Ｂ１である残余飛灰ＦＲの塩基度を示す。表２の通り、粉砕不燃物ＨＲの塩基度は、夏期が０．２〜０．４、冬期が０．２〜０．８となっており、一次低塩基度調整剤Ａ１として有効であることがわかる。また、飛灰ＦＲの塩基度は、バグフィルタ５が１段か直列に２段備えられているかによって変わるが、１．０〜３．５の範囲となっており、一次低塩基度調整剤Ｂ１として有効であることがわかる。
【００６６】
【表２】
【００６７】
【表３】
【００６８】
夏期におけるガス化溶融炉の運転方法においては、都市ごみＲ由来のスラグＳの塩基度が０．６以下となっており、かつ、定常的に供給される粉砕不燃物ＨＲの塩基度も０．２〜０．４であるために、安定的かつ効率的な運転が可能なスラグ塩基度０．６〜０．８を下回ることになる。そこで、スラグ塩基度を適正な範囲にするために、一次高塩基度調整剤Ｂ１である残余飛灰ＦＲを飛灰Ｆの発生量の１０％〜４０％供給した。それでもスラグＳの塩基度が０．６〜０．８にならなかったので、二次高塩基度調整剤Ｂ２である炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を供給した。その結果、本発明における運転方法の適用により、本発明における運転方法を適用しなかった場合と比較して、二次高塩基度調整剤Ｂ２である炭酸カルシウムの使用量を２０〜４０％削減することができた。
【００６９】
冬季におけるガス化溶融炉の運転方法においては、都市ごみＲ由来のスラグＳの塩基度が１．０以上であり、かつ、定常的に供給される粉砕不燃物ＨＲの塩基度が０．２〜０．６であるために、粉砕不燃物ＨＲを供給後のスラグＳの塩基度が０．８以上となった。そこで、安定的かつ効率的な運転が可能なスラグ塩基度０．６〜０．８となるように、一次低塩基度調整剤供給装置３７に貯蔵しておいた、塩基度が０．２〜０．４の一次低塩基度調整剤Ａ１を供給した結果、スラグＳの塩基度が０．６〜０．８の範囲内に収まった。しかし、都市ごみＲ由来のスラグＳの塩基度が１．０を超過する場合には、一次低塩基度調整剤Ａ１ではスラグＳの塩基度が０．６〜０．８に収まらない。その時は、二次低塩基度調整剤Ａ２として珪砂を供給した。一次低塩基度調整剤Ａ１を使用する場合と使用しない場合と比較して、二次低塩基度調整剤である珪砂の使用量を約５〜１５％削減することができた。
【符号の説明】
【００７０】
１：流動床式ガス化炉 ２：旋回式溶融炉 ３：廃熱ボイラ ４：減温塔
５：バグフィルタ ６：煙突
１１：流動床 １２：不燃物排出装置 １３：分級装置 ２１：飛灰処理装置
３１：金属選別装置 ３２：不燃物貯蔵槽 ３３：不燃物破砕機
３４：不燃物スクリーン ３５：粉砕不燃物供給装置
３７：一次低塩基度調整剤供給装置 ４１：飛灰貯蔵槽
４２：一次高基度調整剤供給装置 ５１：二次低塩基度調整剤貯蔵槽
５２：二次低塩基度調整剤供給装置 ５３：二次高塩基度調整剤貯蔵槽
５４：二次高塩基度調整剤供給装置
Ａ１：一次低塩基度調整剤 Ａ２：一次高塩基度調整剤
Ｂ１：二次低塩基度調整剤 Ｂ２：二次高塩基度調整剤
Ｒ：都市ごみ Ｓ：スラグ ＧＣ：排ガス浄化剤 Ｍ：珪砂
Ｈ：不燃物 ＨＲ：残部不燃物 Ｆ：飛灰 ＦＲ：残部飛灰
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市ごみなどの廃棄物をガス化溶融するためのガス化溶融炉の運転方法に関し、特に溶融炉から排出されるスラグの塩基度を調整する技術として工業的に有用な方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
過去、都市ごみなどの有機系の廃棄物の処理については、主に焼却炉にて焼却され、その灰は埋め立て処分を行うことが主流であったが、近年、ダイオキシンなどの有害物質の大気放散や埋め立て地の逼迫に伴う環境への影響から、こうした有害物質の無害化や灰の減容化の推進のために有効な手段として、ガス化溶融技術が注目され、現在ではごみ処理施設が採用する標準的なプロセスとして急速に普及しつつある。
【０００３】
このガス化溶融技術はガス化炉と溶融炉とが一体化されたガス化溶融炉により運転、操業されるもので、都市ゴミなどの有機系廃棄物をガス化炉で部分燃焼させながらガス化し、このガス化により発生した可燃ガスと灰分を溶融炉に導き、溶融炉で可燃ガスを燃焼させてその燃焼熱により灰分を溶融し、この溶融により生じたスラグを炉外に排出して、これを冷却固化させるものである。
【０００４】
ところで、このガス化溶融炉の安定かつ効率的な運転を行うためには、上記の溶融炉から排出される溶融スラグ（以下、単にスラグという）の流動性を十分に確保しなければならない。なぜならば、スラグの流動性が低下すると、溶融炉からの排出が円滑に行われず生産性を阻害することになり、時にはスラグが溶融炉の排出口に詰まって排出できなくなり、運転を停止せざるを得ない状況をも生じるからである。
【０００５】
周知の通り、このスラグの流動性を左右する大きな運転ファクターとして、スラグ塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２）が挙げられる。スラグの溶流点はスラグ塩基度に依存する。スラグ塩基度０．６〜０．８で溶流点が最も低く（１２００℃〜１２５０℃）、スラグ塩基度が０．６以下では塩基度が低くなるにつれて溶流点が上昇しスラグ塩基度０．２で溶流点は１３５０℃を超える。また、スラグ塩基度が０．８以上では塩基度が高くなるにつれて溶流点が上昇し、スラグ塩基度１．０で溶流点が１２５０℃〜１３００℃、塩基度が１．２を超えると溶流点が１３００℃を超える。スラグ塩基度に関わらず、溶融炉の炉内温度をスラグの溶流温度よりも５０℃以上高くすると、スラグが十分に溶融しその流動性を比較的容易に向上させることができる。しかしながら、スラグの排出を常時円滑に行うためには、例えば炉内温度が１３５０℃以上の高温運転を継続して実施しなければならないことから、燃料費などのエネルギーコストの増大を招くとともに、炉の耐火物の損傷が著しくなるなどの不利を抱えることになり、好ましない。
【０００６】
一方、スラグ塩基度を一定の範囲（スラグ塩基度０．６〜０．８）に維持する運転を行えば、上記スラグの温度を高める操業上の不利を伴うことなくその流動性を確保することができ、安定かつ効率的な運転を続けることが可能となる。このスラグ塩基度はガス化溶融炉の操業条件を一定にして運転を継続させた場合においても処理対象となる廃棄物の種類や性状の変化などの影響により予め設定された適正範囲を逸脱することがあるため、排出されるスラグを定期的にサンプリングして、その塩基度を分析し、その値が設定範囲外であるときは、従来より塩基度調整剤を溶融炉に供給して同塩基度の設定範囲に調整することが一般に行われている。
【０００７】
しかし、スラグの塩基度を調整する際に用いられている従来の塩基度調整剤は、高塩基度調整剤としては消石灰、生石灰または炭酸カルシウムなど、低塩基度調整剤として硅砂などであり、いずれも市販され薬剤で、購入物（品）であり、その使用量が多いことも相まって処理コストが嵩む要因となっている。
【０００８】
また、従来において、ガス化溶融炉から排出された飛灰に石灰や硅石などの成分調整剤（塩基度調整剤）を添加して塩基度を０．５〜１．５に調整して羽口から吹き込む技術も提案（特許文献１参照）なされている。しかし、この従来技術は相変わらず、購入物である石灰や硅石を主要な塩基度調整剤として使用するもので、飛灰そのものをスラグの塩基度調整剤とするものではなく、塩基度調整剤のコスト削減に対する効果も小さい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１―１０１４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上述した従来の技術的背景とその問題点に鑑み、ガス化溶融炉の溶融炉から排出されるスラグの塩基度を目標とする設定範囲に調整、維持してその流動性を確保するに当たり、購入物である塩基度調整剤の使用量を最小限としてこれを実現し、低い処理コストで安定して効率的なガス化溶融炉の運転方法を提供することその課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、特許請求の範囲に記載される以下の各発明をその要旨、特徴とする。
【００１２】
１．廃棄物を熱分解炉で部分燃焼させながら熱分解し、この熱分解により発生した可燃ガスと灰分を溶融炉に導き、溶融炉で可燃ガスを燃焼させてその燃焼熱により灰分を溶融し、この溶融により生じたスラグを炉外に排出するガス化溶融炉の運転方法において、前記スラグの塩基度を監視し、同塩基度が設定範囲から外れた場合には、先ず、一次塩基度調整剤により一次調整を行い、さらに一定期間経過後もなお設定範囲に復帰しない場合には、二次塩基度調整剤により二次調整を行なうことによりスラグの塩基度を設定範囲に維持すること特徴とするガス化溶融炉の運転方法。
【００１３】
２．前記スラグの塩基度が、設定範囲より低い側に外れた場合には一次塩基度調整剤として一次高塩基度調整剤により、また設定範囲より高い側に外れた場合には一次塩基度調整剤として一次低塩基度調整剤により塩基度の一次調整を行なうことを特徴とする１に記載のガス化溶融炉の運転方法。
【００１４】
３．前記スラグの塩基度が、一次塩基度調整剤により一次調整後も低い側に外れたまま設定範囲に復帰しない場合には二次塩基度調整剤として二次高塩基度調整剤により、また一次調整後も高い側に外れたまま設定範囲に復帰しない場合には二次塩基度調整剤として二次低塩基度調整剤により二次調整を行なうことを特徴とする１に記載のガス化溶融炉の運転方法。
【００１５】
４．前記一次塩基度調整剤がガス化溶融炉の運転により発生する系内排出物であり、二次塩基度調整剤が系外購入物であることを特徴とする１に記載のガス化溶融炉の運転方法。
【００１６】
５．前記一次高塩基度調整剤がガス化溶融炉の運転により溶融炉から排出されるＣａＯ成分を含む飛灰であり、前記一次低塩基度調整剤がガス化溶融炉の運転によりガス化炉から排出されるはＳｉＯ２成分を含む不燃物であることを特徴とする２に記載のガス化溶融炉の運転方法。
【００１７】
６．前記二次高塩基度調整剤が系外購入物である消石灰、生石灰または炭酸カルシウムから選ばれる一種以上であり、前記二次高塩基度調整剤が系外購入物である硅砂であることを特徴とする３に記載のガス化溶融炉の運転方法。
【００１８】
７．前記不燃物が流動床式ガス化炉から排出されたものであることを特徴とする５に記載のガス化溶融炉の運転方法。
【００１９】
８．前記不燃物が０．１〜３ｍｍに粒度調整されたものであることを特徴とする５または９に記載のガス化溶融炉の運転方法。
【００２０】
９．前記スラグの塩基度の一次塩基度調整剤による一次調整または二次塩基度調整剤による二次調整を、一次塩基度調整剤または二次塩基度調整剤を溶融炉に供給若しくはその供給量を増加させることによって行うことを特徴とする１〜１０のいずれかに記載のガス化溶融炉の運転方法。
【００２１】
１０．前記一次塩基度調整剤が飛灰である場合は、その供給量を溶融炉から排出、回収される飛灰の全体の量の５０％以下とすることを特徴とする１１に記載のガス化溶融炉の運転方法。
【００２２】
１１．前記スラグの塩基度の設定範囲を０．５〜０．９とする１〜１２のいずれかに記載のガス化溶融炉の運転方法。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ガス化溶融炉のスラグの塩基度調整剤として、ガス化溶融プロセス系内から発生する飛灰や不燃物などの系内排出物を有効に利用してスラグの塩基度を調整、維持し、その流動性を確保することができ、従って、高価な購入物である従来の塩基度調整剤の使用量を大幅に削減した状態で安定して効率的なガス化溶融炉の運転をすることが可能となる。
【００２４】
また、飛灰や不燃物などを塩基度調整剤としてガス化溶融プロセス系内で消費することによって、これらを廃棄物の系外への排出量を減少させることができ、その最終処分に要するコストを下げるとともに環境対策にも貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態を説明するためのガス化溶融炉設備の構成を示す概要図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明についてその実施形態を含めて詳述するが、まず、本発明の技術的な考え方とその特徴について説明する。
【００２７】
本発明者らは、前記の課題を解決する基本的な手段として、スラグの塩基度を調整するための塩基度調整剤としてガス化溶融プロセスの系内で発生する排出物が利用できないかとの着想を得て、この着想をもとに種々検討を重ねたところ、低塩基度調整剤としてガス化炉から排出される不燃物、高塩基度調整剤として溶融炉から排出される飛灰が実用的にも有効であるとの結論に至った。
【００２８】
すなわち、ガス化炉から排出される不燃物特に流動床式ガス化炉より排出される不燃物は、同ガス化炉の流動媒体である硅砂（ＳｉＯ２）と一緒に排出される。この硅砂の大部分は排出後、鉄やＡｌなどの金属片含む粗大物と分級分離され、適正粒度のものはガス化炉の流動媒体として循環使用されている。粗大物には金属片などのほかにガレキ等が混在しており、金属片を選別後のこの硅砂やＳｉＯ２を含むガレキを粉砕して粒度調整して、低塩基度調整剤として使用すればコスト面で有利である。この金属片選別後の不燃物（以下、残部不燃物ということがある）の調査、分析によれば、実際にＳｉＯ２が多く含有されており、低塩基度調整剤として購入物のそれとほとんど遜色なく、スラグの塩基度を調整できることが分かった。
【００２９】
また、溶融炉から排出される飛灰は、溶融炉排ガス中に随伴され、バグフィルタなどの集塵機で相当量が回収される。回収された飛灰は排ガス浄化のため生石灰や消石灰などの薬剤を排ガスに接触させてＳＯＸ、ＨＣＬなどの酸性ガス成分を除去する排ガス浄化処理を経ている。これら薬剤から由来するＣａＯ系成分が飛灰にも含まれることになる。高塩基度調整剤としてこの飛灰を使用すれば前記の不燃物と同様にコスト面で有利となる。この飛灰の調査、分析によれば、実際にＣａＯが１５〜４０％含有されており、その塩基度が高い性状を有しており、高塩基度調整剤として十分に使用できることが判明した。
【００３０】
ただし、この飛灰中には重金属（Ｐｂなど）などの重金属類も微量含まれるため、これを継続して多量に使用することは最終的にスラグへの濃縮を増大させ、スラグの有効利用の規格であるＪＩＳ Ａ５０３２（一般廃棄物、下水汚泥又はそれらの廃棄物を溶融固化した道路用スラグ）の含有量基準（例えばＰｂ＜１５０ｍｇ／ｋｇ）を満たさない恐れも出てくる。従って、重金属類のスラグへの濃縮がないことを確認しながら、その排出基準を超えることがないよう飛灰の使用量を制限した上で活用すべきである。
【００３１】
そこで、本発明者らは、上記不燃物コスト負担のないガス化溶融プロセス系内の排出物を主要な塩基度調整剤として積極的に用い、従来のコストを要する塩基度調整剤は副次的に使用し、その使用量を最小限に止めてスラグの塩基度を目標とする設定範囲に調整、維持することをその技術思想として本発明を完成させるに至った。
【００３２】
本発明の基本的特徴は、溶融炉より排出されるスラグの塩基度を監視し、それが設定範囲から外れた場合には、先ず、一次塩基度調整剤により一次調整を行い、さらに一定期間経過後もなお設定範囲に復帰しない場合には、二次塩基度調整剤により二次調整を行なうことによりスラグの塩基度を設定範囲に維持することにある。
【００３３】
すなわち、本発明においては、スラグの塩基度を監視しておき、これが設定範囲から逸脱していることが確認されたとき、まずは、系内で発生する不燃物や飛灰などを優先的に一次塩基度調整剤として用いてスラグの塩基度調整（一次調整）を行い、それでも一定期間内に調整できなければ、購入品である通常の塩基度調整剤によってスラグの塩基度調整（二次調整）を行うもので、つまり、コストの異なる両調整剤を使い分け、二段階でスラグの塩基度調整を実施するものであり、この二段階のスラグ塩基度の調整方式を採用することにより、この塩基度調整コストを最小限にして、しかも確実に塩基度を設定範囲に調整、維持することができるのである。
【００３４】
本発明におけるスラグの塩基度の目標とする設定範囲はスラグの流動性と冷却固化後の品質などを考慮して０．５〜０．９とすることが好ましく、０．６〜０，８とすれば特に好ましいが、溶融ガス化溶融炉の設備、操業形態や溶融炉の温度などの運転条件、溶融炉で生成されるスラグの組成などによって変化するため、必ずしもこれらの範囲に限定されるものではない。
【００３５】
本発明において一次塩基度調整剤による一次調整を開始してから一定期間経過後も設定範囲に復帰しないときは、二次塩基度調整剤の追加供給による二次調整を行うことになるが、二次調整開始までにはある一定期間を経過した後に開始することが好ましい。すなわち、短すぎても一次調整の効果がスラグに十分反映されない間に二次調整による追加供給による過大供給が発生し、反対に長すぎてもスラグ塩基度の設定範囲への調整が長引くために、いずれにしてもガス化溶融炉の運転が不安定になったり、スラグ品質が劣化するなどの悪影響を招くことになるからである。
【００３６】
また、一次塩基度調整剤によるスラグ塩基度の一次調整を行う場合、すでに他の目的などでこの調整剤と同じもの（不燃物や飛灰など）が溶融炉に供給、循環されている場合は、その供給量を増加することによって行うことになる。
【００３７】
なお、従来においても不燃物や飛灰の一部を溶融炉に供給して、ガス化溶融炉の運転を行なっている場合もあるが、これはあくまでもそれらを最終処分量の低減のと有効利用のためのスラグ化をすることを目的としたもので、本発明の如く、スラグの塩基度調整を目的としたものではなく、本発明とはその技術思想を全く異にしたものである。
【００３８】
一次低塩基度調整剤として流動床式ガス化炉から排出された不燃物を用いる際は、事前にこれを粉砕して、０．１〜３ｍｍの粒度に調整されたものを溶融炉に供給することが望ましい。０．１ｍｍ未満では粉砕された不燃物が溶融炉にて捕捉できず排ガス中にキャリーオーバーすることになり、３ｍｍ超える場合は溶融が不十分となるからである。
【００３９】
また、一次塩基度調整剤が飛灰である場合は、前述のようにこれに含まれる重金属類のスラグ中への濃縮を配慮して、飛灰の溶融炉への供給量を溶融炉から排出、回収される飛灰の全体の量の５０％以下として実施することが好ましいといえる。
【００４０】
本発明においては運転操業中のスラグの塩基度を監視することが必須となり、これは定期的にスラグをサンプリングし、蛍光Ｘ線分析計などを利用してその塩基度を分析することによって達成できるが、このような分析によらず、スラグの塩基度と相関の強い操業データをパラメータとし、これによって塩基度を推定することでも構わない。
【００４１】
次に、本発明について、図面を参照しながらその典型的な実施形態を挙げて、より具体的に説明して行くことにする。
【００４２】
図１はガス化溶融炉設備の構成の示す概要図であるが、ガス化溶融炉の本体設備は流動床式ガス化炉１と旋回流溶融炉２とが排ガスダクトで連結された構造を有しており、この本体設備以降は、溶融炉２から排出された排ガスの流れに沿って、廃熱ボイラ３、減温塔４、バグフィルタ５、煙突６などその顕熱回収や排ガス処理を行なう排ガス処理系の設備が順次連設されている。
【００４３】
流動床式ガス化炉１においては、有機系廃棄物である都市ごみなどのごみＲが投入され、同ごみは炉底から流動床１１に供給された燃焼用空気により４５０〜６００℃の温度で部分燃焼され、そのガス化により可燃ガスと、灰分と炭化固形分からなるチャーが発生する。これら可燃ガス及びチャーはガス化炉の排ガスに随伴され、旋回流溶融炉２に送られることになる。
【００４４】
ガス化炉１の流動床１１には平均粒径０．８ｍｍの珪砂Ｍがその流動媒体として循環供給される。ごみＲ中の不燃物Ｈは珪砂Ｍと一緒に炉下部から不燃物排出装置１２に排出される。排出された不燃物は分級装置１３により珪砂Ｍが分離され、珪砂Ｍは上記の如く、流動床１１に再供給される。
【００４５】
旋回流溶融炉２にあっては流動床式ガス化炉１から送られてきた排ガスは同溶融炉２内で旋回流となって、供給された燃焼用空気によりその中の可燃ガスが燃焼され、チャー中の炭素分も燃焼される。この燃焼熱により炉の温度は１２５０〜１３５０℃の高温となり、このため同排ガスに随伴されたチャー中の灰分が溶融される。
【００４６】
そして、溶融した灰分はスラグＳとなって同溶融炉２の底部に設けられた出滓口（図示しない）から排出され、その後冷却水により急冷されて固化される。
【００４７】
また、未溶融の灰分は溶融炉２から排出される排ガスに随伴され、排ガス処理系に送出されることになる。溶融炉２から出た排ガスは廃熱ボイラ３にてその顕熱が回収されると共に２５０〜４００℃に冷却され、さらに減温塔４で１５０〜１８０℃に冷却される。減温塔４を出た排ガスは消石灰や活性炭などの浄化処理剤ＧＣによる排ガス浄化処理が付され、バグフィルタ５で集塵され、最終的に煙突６を介して大気放散される。
【００４８】
溶融炉２から出た排ガス中の飛灰はその大部分の８０〜９０％がバグフィルタ５により回収され、廃熱ボイラ３の底部から５〜１５％が、また減温塔４の底部から１〜５％が回収される。従来より、これら回収後の飛灰ＦＡは飛灰処理装置２２に搬送され、ここで重金属溶出防止の安定化処理が行なわれて、系外に搬出される。
【００４９】
そこで、本発明においては、上述したごみのガス化溶融炉設備並びにそのプロセスを前提として、スラグ塩基度が設定範囲に維持されるようにその調整を一次低塩基度調整剤もしくは一次高塩基度調整剤による一次調整と、二次低塩基度調整剤もしくは二次高塩基度調整剤による二次調整とを二段階で組み合わせて行なうが、この調整に当たって新たに必要となる一次低塩基度調整剤及び一次高塩基度調整剤のガス化溶融プロセス系内における確保と溶融炉への供給のための準備の方法及びそれらのための設備構成について同図１を用いて引き続き説明する。
【００５０】
先ず、ガス化炉１から排出され、前述の分級装置１３により、流動媒体として適正な珪砂Ｍが分離された不燃物は、さらに金属選別装置３１で鉄、Ａｌなどの有価金属が選別分離される。
【００５１】
本発明では、こうして分級、選別された残部の不燃物ＨＲが一次低塩基度調整剤として利用されるのである。
【００５２】
この不燃物ＨＲは不燃物貯蔵槽３２に搬送、貯蔵された後、不燃物破砕機３３で破砕され、さらに不燃物スクリーン３４で分級され、その粒度（平均粒度）が０．１〜３ｍｍに調整される。粒度調整された不燃物は粉砕不燃物供給装置３５に貯えられる。そして、ガス化炉１から排出され破砕および粒度調整された不燃物ＨＲの約９０％以上が、定常的に粉砕不燃物供給装置３５から、溶融炉１の頂部より炉内に供給される。ここで、溶融炉１に供給されない残余の不燃物ＨＲは、一次塩基度調整剤供給装置３７に送られ貯蔵される。特に、夏場等の塩基度の低い不燃物は、優先的に一次塩基度調整剤供給装置３７に送られ貯蔵される。
【００５３】
そして、スラグ塩基度の低塩基度側への調整が必要な時には、粉砕不燃物供給装置３５からの粉砕不燃物の供給に加えて、この一次低塩基度調整剤供給装置３７により一次低塩基度調整剤Ａ１として溶融炉１の頂部より炉内に供給される。次に、バグフイルタ５により回収された飛灰ＦＡは、その一部がは飛灰処理装置２２に搬送され、ここで重金属などの安定化処理などが行なわれて、系外に搬出される。
【００５４】
本発明では、この残部の飛灰ＦＲが一次高塩基度調整剤として利用されるのである。
【００５５】
この飛灰ＦＲは飛灰貯蔵槽４１に搬送、貯蔵され、さらに一次高基度調整剤供給装置４２に送られる。
【００５６】
そして、スラグの塩基度の高塩基度側への一次調整が必要になった時には、この一次高基度調整剤供給装置４２により一次高塩基度調整剤Ａ２として溶融炉１の頂部より炉内に供給される。
【００５７】
また、廃熱ボイラ３、減温塔４で回収された飛灰にもＣａＯ成分が含まれた状態となるため、その一部が飛灰処理装置２２に搬送され、その残部（ＦＲ）が飛灰貯蔵槽４１に送られるようにして、飛灰貯蔵槽４１に貯蔵された飛灰ＦＲと一緒に貯蔵して、これを一次高塩基度調整剤Ａ２として溶融炉２に供給することも可能である。
【００５８】
一方、本発明におけるスラグ塩基度の二次調整自体についてはすでに従来から実施されている低塩基度調整剤（硅砂など購入物）及び高塩基度調整剤（消石灰、生石灰または炭酸カルシウムなどの購入物）による調整であり、既設の設備でそのまま容易に実施できる。すなわち、既設の低塩基度調整剤貯蔵槽を二次低塩基度調整剤貯蔵槽５１、同低塩基度調整剤供給装置を二次低塩基度調整剤供給装置５２とし、また既設の高塩基度調整剤貯蔵槽を二次高塩基度調整剤貯蔵槽５３、同高塩基度調整剤供給装置を二次高塩基度調整剤供給装置５４として利用すれば良い。
【００５９】
そして、スラグ塩基度を低塩基度側もしくは高塩基度側に二次調整するときは、二次低塩基度調整剤供給装置５２もしくは二次高塩基度調整剤供給装置５４により、その下部に設置されたダンパーなどの切り替え装置を介して二次低塩基度調整剤Ｂ１もしくは二次高塩基度調整剤Ｂ２として溶融炉１の頂部より炉内に供給されるのである。
【００６０】
以上の実施形態においては、本発明における一次低塩基度調整剤としてガス化炉から排出される不燃物、また一次高塩基度調整剤として飛灰の例を挙げて説明したが、これに限らず、本ガス化溶融炉の運転、操業のプロセス全体の中で発生し、ＳｉＯ２やＣａＯ成分を含み、スラグＳの塩基度調整が可能な系内排出物であればすべてこれを上記塩基度調整剤として利用できるものである。
【００６１】
また、上記不燃物、飛灰などの系内排出物がＳｉＯ２やＣａＯの含有量が低く、十分な塩基度の一次調整効果が得られない場合には、これにそれらの成分純度が高い購入物である珪砂や消石灰、生石灰または炭酸カルシウムを一部加え、その効果を高めたものを本発明における一次低塩基度調整剤や一次高塩基度調整剤として適用することも本発明の範囲内である。
【００６２】
さらに、本発明におけるガス化炉として流動床式ガス化炉の例を挙げて説明したが、これに限らず、キルン式ガス化炉もガス化炉として適用することも本発明の範囲内である。
【００６３】
（実施例）
表１に示すように、流動床式ガス化炉１に供給される都市ごみＲ由来によるスラグＳの塩基度は季節により変動し、冬期（１１月〜２月）はスラグ塩基度が０．９〜１．４と高く、夏期（５月〜８月）はスラグ塩基度が０．６を下回ることになる。よって、スラグ塩基度が高い冬季においては、低塩基度調整剤によるスラグ塩基度調整が、スラグ塩基度が低い夏期においては、高塩基度調整剤によるスラグ塩基度調整が必要となる。
【００６４】
【表１】
【００６５】
次に表２に、一次低塩基度調整剤Ａ１である粉砕不燃物ＨＲを、表３に一次高塩基度調整剤Ｂ１である残余飛灰ＦＲの塩基度を示す。表２の通り、粉砕不燃物ＨＲの塩基度は、夏期が０．２〜０．４、冬期が０．２〜０．８となっており、一次低塩基度調整剤Ａ１として有効であることがわかる。また、飛灰ＦＲの塩基度は、バグフィルタ５が１段か直列に２段備えられているかによって変わるが、１．０〜３．５の範囲となっており、一次低塩基度調整剤Ｂ１として有効であることがわかる。
【００６６】
【表２】
【００６７】
【表３】
【００６８】
夏期におけるガス化溶融炉の運転方法においては、都市ごみＲ由来のスラグＳの塩基度が０．６以下となっており、かつ、定常的に供給される粉砕不燃物ＨＲの塩基度も０．２〜０．４であるために、安定的かつ効率的な運転が可能なスラグ塩基度０．６〜０．８を下回ることになる。そこで、スラグ塩基度を適正な範囲にするために、一次高塩基度調整剤Ｂ１である残余飛灰ＦＲを飛灰Ｆの発生量の１０％〜４０％供給した。それでもスラグＳの塩基度が０．６〜０．８にならなかったので、二次高塩基度調整剤Ｂ２である炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を供給した。その結果、本発明における運転方法の適用により、本発明における運転方法を適用しなかった場合と比較して、二次高塩基度調整剤Ｂ２である炭酸カルシウムの使用量を２０〜４０％削減することができた。
【００６９】
冬季におけるガス化溶融炉の運転方法においては、都市ごみＲ由来のスラグＳの塩基度が１．０以上であり、かつ、定常的に供給される粉砕不燃物ＨＲの塩基度が０．２〜０．６であるために、粉砕不燃物ＨＲを供給後のスラグＳの塩基度が０．８以上となった。そこで、安定的かつ効率的な運転が可能なスラグ塩基度０．６〜０．８となるように、一次低塩基度調整剤供給装置３７に貯蔵しておいた、塩基度が０．２〜０．４の一次低塩基度調整剤Ａ１を供給した結果、スラグＳの塩基度が０．６〜０．８の範囲内に収まった。しかし、都市ごみＲ由来のスラグＳの塩基度が１．０を超過する場合には、一次低塩基度調整剤Ａ１ではスラグＳの塩基度が０．６〜０．８に収まらない。その時は、二次低塩基度調整剤Ａ２として珪砂を供給した。一次低塩基度調整剤Ａ１を使用する場合と使用しない場合と比較して、二次低塩基度調整剤である珪砂の使用量を約５〜１５％削減することができた。
【符号の説明】
【００７０】
１：流動床式ガス化炉 ２：旋回式溶融炉 ３：廃熱ボイラ ４：減温塔
５：バグフィルタ ６：煙突
１１：流動床 １２：不燃物排出装置 １３：分級装置 ２１：飛灰処理装置
３１：金属選別装置 ３２：不燃物貯蔵槽 ３３：不燃物破砕機
３４：不燃物スクリーン ３５：粉砕不燃物供給装置
３７：一次低塩基度調整剤供給装置 ４１：飛灰貯蔵槽
４２：一次高基度調整剤供給装置 ５１：二次低塩基度調整剤貯蔵槽
５２：二次低塩基度調整剤供給装置 ５３：二次高塩基度調整剤貯蔵槽
５４：二次高塩基度調整剤供給装置
Ａ１：一次低塩基度調整剤 Ａ２：一次高塩基度調整剤
Ｂ１：二次低塩基度調整剤 Ｂ２：二次高塩基度調整剤
Ｒ：都市ごみ Ｓ：スラグ ＧＣ：排ガス浄化剤 Ｍ：珪砂
Ｈ：不燃物 ＨＲ：残部不燃物 Ｆ：飛灰 ＦＲ：残部飛灰
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物を熱分解炉で部分燃焼させながら熱分解し、この熱分解により発生した可燃ガスと灰分を溶融炉に導き、溶融炉で可燃ガスを燃焼させてその燃焼熱により灰分を溶融し、この溶融により生じたスラグを炉外に排出するガス化溶融炉の運転方法において、前記スラグの塩基度を監視し、同塩基度が設定範囲から外れた場合には、先ず、一次塩基度調整剤により一次調整を行い、さらに一定期間経過後もなお設定範囲に復帰しない場合には、二次塩基度調整剤により二次調整を行なうことによりスラグの塩基度を設定範囲に維持すること特徴とするガス化溶融炉の運転方法。
【請求項２】
前記スラグの塩基度が、設定範囲より低い側に外れた場合には一次塩基度調整剤として一次高塩基度調整剤により、また設定範囲より高い側に外れた場合には一次塩基度調整剤として一次低塩基度調整剤により塩基度の一次調整を行なうことを特徴とする請求項１に記載のガス化溶融炉の運転方法。
【請求項３】
前記スラグの塩基度が、一次塩基度調整剤により一次調整後も低い側に外れたまま設定範囲に復帰しない場合には二次塩基度調整剤として二次高塩基度調整剤により、また一次調整後も高い側に外れたまま設定範囲に復帰しない場合には二次塩基度調整剤として二次低塩基度調整剤により二次調整を行なうことを特徴とする請求項１に記載のガス化溶融炉の運転方法。
【請求項４】
前記一次塩基度調整剤がガス化溶融炉の運転により発生する系内排出物であり、二次塩基度調整剤が系外購入物であることを特徴とする請求項１に記載のガス化溶融炉の運転方法。
【請求項５】
前記一次高塩基度調整剤がガス化溶融炉の運転により溶融炉から排出されるＣａＯ成分を含む飛灰であり、前記一次低塩基度調整剤がガス化溶融炉の運転によりガス化炉から排出されるはＳｉＯ２成分を含む不燃物であることを特徴とする請求項２に記載のガス化溶融炉の運転方法。
【請求項６】
前記二次高塩基度調整剤が系外購入物である消石灰、生石灰または炭酸カルシウムから選ばれる一種以上であり、前記二次高塩基度調整剤が系外購入物である硅砂であることを特徴とする請求項３に記載のガス化溶融炉の運転方法。
【請求項７】
前記不燃物が流動床式ガス化炉から排出されたものであることを特徴とする請求項５に記載のガス化溶融炉の運転方法。
【請求項８】
前記不燃物が０．１〜３ｍｍに粒度調整されたものであることを特徴とする請求項５または９に記載のガス化溶融炉の運転方法。
【請求項９】
前記スラグの塩基度の一次塩基度調整剤による一次調整または二次塩基度調整剤による二次調整を、一次塩基度調整剤または二次塩基度調整剤を溶融炉に供給若しくはその供給量を増加させることによって行うことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のガス化溶融炉の運転方法。
【請求項１０】
前記一次塩基度調整剤が飛灰である場合は、その供給量を溶融炉から排出、回収される飛灰の全体の量の５０％以下とすることを特徴とする請求項１１に記載のガス化溶融炉の運転方法。
【請求項１１】
前記スラグの塩基度の設定範囲を０．５〜０．９とする請求項１〜１２のいずれかに記載のガス化溶融炉の運転方法。
【請求項１】
廃棄物を熱分解炉で部分燃焼させながら熱分解し、この熱分解により発生した可燃ガスと灰分を溶融炉に導き、溶融炉で可燃ガスを燃焼させてその燃焼熱により灰分を溶融し、この溶融により生じたスラグを炉外に排出するガス化溶融炉の運転方法において、前記スラグの塩基度を監視し、同塩基度が設定範囲から外れた場合には、先ず、一次塩基度調整剤により一次調整を行い、さらに一定期間経過後もなお設定範囲に復帰しない場合には、二次塩基度調整剤により二次調整を行なうことによりスラグの塩基度を設定範囲に維持すること特徴とするガス化溶融炉の運転方法。
【請求項２】
前記スラグの塩基度が、設定範囲より低い側に外れた場合には一次塩基度調整剤として一次高塩基度調整剤により、また設定範囲より高い側に外れた場合には一次塩基度調整剤として一次低塩基度調整剤により塩基度の一次調整を行なうことを特徴とする請求項１に記載のガス化溶融炉の運転方法。
【請求項３】
前記スラグの塩基度が、一次塩基度調整剤により一次調整後も低い側に外れたまま設定範囲に復帰しない場合には二次塩基度調整剤として二次高塩基度調整剤により、また一次調整後も高い側に外れたまま設定範囲に復帰しない場合には二次塩基度調整剤として二次低塩基度調整剤により二次調整を行なうことを特徴とする請求項１に記載のガス化溶融炉の運転方法。
【請求項４】
前記一次塩基度調整剤がガス化溶融炉の運転により発生する系内排出物であり、二次塩基度調整剤が系外購入物であることを特徴とする請求項１に記載のガス化溶融炉の運転方法。
【請求項５】
前記一次高塩基度調整剤がガス化溶融炉の運転により溶融炉から排出されるＣａＯ成分を含む飛灰であり、前記一次低塩基度調整剤がガス化溶融炉の運転によりガス化炉から排出されるはＳｉＯ２成分を含む不燃物であることを特徴とする請求項２に記載のガス化溶融炉の運転方法。
【請求項６】
前記二次高塩基度調整剤が系外購入物である消石灰、生石灰または炭酸カルシウムから選ばれる一種以上であり、前記二次高塩基度調整剤が系外購入物である硅砂であることを特徴とする請求項３に記載のガス化溶融炉の運転方法。
【請求項７】
前記不燃物が流動床式ガス化炉から排出されたものであることを特徴とする請求項５に記載のガス化溶融炉の運転方法。
【請求項８】
前記不燃物が０．１〜３ｍｍに粒度調整されたものであることを特徴とする請求項５または９に記載のガス化溶融炉の運転方法。
【請求項９】
前記スラグの塩基度の一次塩基度調整剤による一次調整または二次塩基度調整剤による二次調整を、一次塩基度調整剤または二次塩基度調整剤を溶融炉に供給若しくはその供給量を増加させることによって行うことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のガス化溶融炉の運転方法。
【請求項１０】
前記一次塩基度調整剤が飛灰である場合は、その供給量を溶融炉から排出、回収される飛灰の全体の量の５０％以下とすることを特徴とする請求項１１に記載のガス化溶融炉の運転方法。
【請求項１１】
前記スラグの塩基度の設定範囲を０．５〜０．９とする請求項１〜１２のいずれかに記載のガス化溶融炉の運転方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１０−２３０２７０（Ｐ２０１０−２３０２７０Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７９７７４（Ｐ２００９−７９７７４）
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【出願人】（０００１９２５９０）株式会社神鋼環境ソリューション (534)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【出願人】（０００１９２５９０）株式会社神鋼環境ソリューション (534)
【Ｆターム（参考）】
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