廃棄物ガス化溶融炉
【課題】炉内壁面にクリンカが付着することを防止できる廃棄物ガス化溶融炉を提供することを課題とする。
【解決手段】炉底にコークスが堆積されたコークス床で高温燃焼帯を形成し、炉上部から投入された廃棄物を上記高温燃焼帯上に堆積して廃棄物層を形成して、上記廃棄物層で廃棄物を熱分解そしてガス化し、高温燃焼帯で廃棄物の熱分解残渣を溶融する竪型の廃棄物ガス化溶融炉において、廃棄物層に酸素含有ガスを炉内に供給する羽口４より上方位置で炉壁から炉内に向かって進退可能に設けられた押動部材５と、該押動部材の炉内側端部からガスを噴射するガス噴射手段５Ａとを備える。
【解決手段】炉底にコークスが堆積されたコークス床で高温燃焼帯を形成し、炉上部から投入された廃棄物を上記高温燃焼帯上に堆積して廃棄物層を形成して、上記廃棄物層で廃棄物を熱分解そしてガス化し、高温燃焼帯で廃棄物の熱分解残渣を溶融する竪型の廃棄物ガス化溶融炉において、廃棄物層に酸素含有ガスを炉内に供給する羽口４より上方位置で炉壁から炉内に向かって進退可能に設けられた押動部材５と、該押動部材の炉内側端部からガスを噴射するガス噴射手段５Ａとを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物を熱分解、ガス化し、熱分解残渣を溶融する竪型の廃棄物ガス化溶融炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、ガス化して可燃性ガスを発生させ、熱分解残渣を溶融しスラグにして排出するガス化溶融処理が知られている。
【０００３】
この処理方法は、廃棄物を熱分解してガス化することによりその燃焼熱を回収することができるとともに、残渣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。このような処理を行なう溶融炉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式廃棄物ガス化溶融炉がある。
【０００４】
このシャフト式廃棄物ガス化溶融炉は、例えば、炉底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上へ廃棄物を投入して、熱分解及び部分酸化させてガス化するとともに残渣を溶融してスラグにする処理を行なう方式の炉である（特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１のシャフト式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、炉底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。
【０００６】
かかる溶融炉では、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。この酸素含有ガスの吹込みを行うために、高温燃焼帯には主羽口が設けられていて、投入されて堆積されたコークス床のコークスを燃焼させて廃棄物の熱分解残渣を溶融するための酸素富化空気が吹き込まれる。また、廃棄物層には副羽口が設けられ、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、廃棄物を熱分解及び部分酸化させるための空気が吹き込まれる。また、フリーボード部には三段目羽口が設けられ、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ための空気が吹き込まれる。
【０００７】
このようにシャフト式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され、ガスと残渣に分離される。主羽口及び副羽口からの送風により廃棄物は熱分解され、この熱分解による炉内発生ガスは炉底部又は、コークスベッド周囲より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煙道より、炉外の二次燃焼室へ排出される。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。また、熱分解残渣は、炉内を下方に移動し、炉下部の高温燃焼帯で溶融され、スラグとメタルとして排出される。
【０００８】
かかる溶融炉では、コークス床を有する高温燃焼帯上に形成された廃棄物層に対し副羽口から空気を送風し、廃棄物の熱分解、ガス化が安定して行われるように、通常の操業状態では、副羽口の送風量等を調整して、単位時間で熱分解される廃棄物の量を所定値に維持することにより、廃棄部層高さを所定の範囲内で安定させ発生ガス量の変動を抑え安定化させることが行われている。その際、副羽口設置部周辺の炉内温度は概ね６５０℃〜９００℃の範囲とされている。
【０００９】
しかし、実際の操業においては、炉上部から投入される廃棄物の性状変化や供給量の変動があると、一時的に廃棄物層高さが所定の範囲より高くなり、副羽口の位置よりも上方の廃棄物層厚さが大きくなることがある。このような状態では、副羽口からの送風を受けて生成された熱分解ガスが上記廃棄物層の表層から上方へ抜けずに表層下にこもってしまい、副羽口先端周囲が局部加熱（過昇温）されてしまうことがあり、この局部加熱による高温域形成により、廃棄物やダスト類が溶融し、副羽口近傍の炉内壁面に塊状に付着する。この塊状の付着物をクリンカという。クリンカは、炉内壁面では、炉周方向にほぼ等間隔に配設されている副羽口の近傍から付着し、次第に、炉周方向全周にわたりリング状に付着物が形成されて行く。このような炉内壁面に付着したクリンカにより、上部から投入される廃棄物が安定して下降することが阻害されたり、クリンカ上に廃棄物やダスト類が堆積して残留する現象が生じる。
【００１０】
炉内壁面に付着していたクリンカが脱落、崩落して、クリンカ上に残留していた廃棄物が一度に落下すると、廃棄物燃焼量が急激に増大し炉内から発生するガス量を大きく変動させることとなる。この発生ガス量変動は、炉内圧の変動をもたらしガス化溶融炉の安定的な操業に支障が生じる問題となる。また、発生ガス中の可燃性ガスを二次燃焼室で燃焼する場合に、発生ガス量の急激な変動に対して二次燃焼室に供給する燃焼空気送風量を追従して調整することができず、燃焼空気不足による一酸化炭素ガス量の増大など、排ガス成分の乱れが生じる問題や、ボイラでの熱回収による蒸気発生量の変動、発電量の変動などの問題を引き起こす。また、クリンカの脱落、崩落による発生ガス量変動に対して、二次燃焼室における燃焼空気送風量の追随性を向上させるため、発生ガスの燃焼に必要な空気量の比率（空気比）を高めに設定することがあるが、そうすると燃焼用余剰空気量が増大しガス温度が低下し、ボイラでの熱回収効率が落ちることとなり問題となる。
【００１１】
また、副羽口設置部周辺に温度計を設置し炉内温度を計測し、計測値に基づき副羽口からの送風量を調整するように温度計を備えている場合には、クリンカの付着成長により温度計の検温部分がクリンカに埋まってしまい、炉内温度計測ができなくなり副羽口からの送風量の調整不可能という問題が生じる。
【００１２】
一方、廃棄物ガス化溶融炉内の廃棄物の滞留、いわゆるブリッジ現象を解消するために滞留廃棄物を突き崩して落下せしめるように押動部材を炉内に向かって往復動させるプッシャー機構（特許文献２参照）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平０９−０６０８３０
【特許文献２】特開平１０−０１９２２１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ガス化溶融炉の炉内壁面に付着したクリンカを突き崩すのに、廃棄物のブリッジ現象解消のための特許文献２に記載のプッシャー機構を適用しても、クリンカは、炉周方向全周にわたりリング状に付着しているため、押動部材により局部的に突いても、この押動部材が設けられている位置でクリンカを除去できても、周方向で大きな範囲を占める他の部分を崩すことができないという問題がある。
【００１５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ガス化溶融炉の炉内壁面の周方向全周にわたり付着するクリンカを破壊、脱落させ、クリンカ付着による問題の発生を防止することができる廃棄物ガス化溶融炉を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、炉底にコークスが堆積されたコークス床で高温燃焼帯を形成し、炉上部から投入された廃棄物を上記高温燃焼帯上に堆積して廃棄物層を形成して、上記廃棄物層で廃棄物を熱分解そしてガス化し、高温燃焼帯で廃棄物の熱分解残渣を溶融する竪型の廃棄物ガス化溶融炉に関する。
【００１７】
かかる廃棄物ガス化溶融炉において、本発明は、廃棄物層に酸素含有ガスを炉内に供給する羽口より上方位置で炉壁から炉内に向かって進退可能に設けられた押動部材と、該押動部材の炉内側端部からガスを噴射するガス噴射手段とを備えることを特徴としている。
【００１８】
このように構成される本発明によると、羽口位置で炉内壁面に周方向へ延びるようにクリンカが生じても、適宜時期に押動部材を炉内へ向け前進させることで、該押動部材がクリンカを、炉内壁面に接する背面側から突いて該押動部材位置のクリンカを突き崩し、かつ上記周方向で該押動部材の両側におけるクリンカに亀裂を生じさせてからこれをガス噴射手段からの噴射ガスにより破砕して吹き飛ばす。かくして、クリンカは上記周方向の広い範囲で炉内壁面から脱落除去される。
【００１９】
本発明において、押動部材の炉内側端部は該押動部材の進退方向軸線を中心として円筒状であり、ガス噴射手段は、ガス噴射口が押動部材の炉内側端部で上記進退方向軸線まわりに回転可能に設けられていることが好ましい。こうすることにより、上記ガス噴射口からの噴射ガスは、炉内壁面で該押動部材の周方向で両側に位置する部分のみならず、高さ方向、すなわち上下方向でも一定の範囲にわたり及んで、クリンカの破砕可能範囲を広げることとなる。
【００２０】
さらに、本発明においては、炉壁は、少なくとも羽口が位置する領域で、炉内側の耐火煉瓦壁と炉外側の断熱煉瓦壁との間に空冷室が形成されていることが好ましい。
【００２１】
このような空冷室を形成することで炉内壁面が冷却されるので、たとえ、炉内側での温度がダストの融点近辺の値となっても、上記炉内壁面での温度を該融点以下に維持することができ、ダストが溶融して上記炉内壁面に付着して成長しクリンカとなることを防止する。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明によれば、ガス化溶融炉の炉内壁面の周方向全周にわたり付着するクリンカを破壊、脱落させて、クリンカ付着による問題の発生を防止することができる廃棄物ガス化溶融炉を提供することが可能となる。
【００２３】
すなわち、ガス化溶融炉の炉内壁面のクリンカ付着成長を防止できるため、以下の効果がある。
【００２４】
・炉内壁面に付着したクリンカにより、上部から投入される廃棄物が炉内を安定して下降することが阻害されたり、クリンカ上に廃棄物やダスト類が堆積して残留することがなく、円滑に廃棄物を熱分解、ガス化、そして熱分解残渣を溶融処理でき、炉の操業の安定性が向上する。
【００２５】
・炉内壁面に付着したクリンカが脱落、崩落して、クリンカ上に残留していた廃棄物が一度に落下することに起因して廃棄物燃焼量が急激に増大し熱分解、ガス化して発生するガス量を大きく変動させることがなくなり、炉内圧の変動をもたらしガス化溶融炉の安定的な操業に支障が生じることを防止できる。
【００２６】
・発生ガス中の可燃性ガスを二次燃焼室で燃焼する場合に、発生ガス量変動に対して二次燃焼室に供給する燃焼空気送風量を追従して調整することができず、燃焼が不安定になり、排ガス成分の乱れがもたらす排ガス処理の支障といった問題がなくなり、また、ボイラでの熱回収による蒸気発生量が安定化し、発電量が安定化する。
【００２７】
・クリンカの脱落、崩落による発生ガス量変動に対して、二次燃焼室における燃焼空気送風量の追随性を向上させるために、発生ガスの燃焼に必要な空気量の比率（空気比）を高めに設定する必要がなくなり、低空気比で操業することができ、燃焼用余剰空気の比率を低くでき、ボイラの蒸気発生効率、発電効率の向上ができる。
【００２８】
・副羽口設置部周辺に温度計を設置し炉内温度を計測し、計測値に基づき副羽口からの送風量を調整することとなっている炉の場合には、検温部分がクリンカに埋まることがないので、正確な温度計測が行え、精度よく副羽口からの送風量を調整することができる。
【００２９】
・廃棄物層の層高測定を行い、各羽口の送風量、廃棄物供給量、コークス供給量等を制御することとなっている炉の場合には、層高測定の計測がクリンカによる阻害を受けることなく遂行できるので、計測精度が向上し、その結果、これらの制御性が向上し、層高レベルの安定化、操業安定化を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態装置の主要部を示す縦断面図である。
【図２】図１装置の押動部材とガス噴射手段についての図であり、（Ａ）は押動部材の前進時、（Ｂ）はガス噴射手段からのガス噴射時を示す。
【図３】上記押動部材の位置での図１装置の横断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態装置の主要部を示す縦断面図である。
【図５】図４装置についての流入管そして流出管位置での横断面図である。
【図６】図４装置の空冷室の一部を示し、（Ａ）はその破断斜視図、（Ｂ）は縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、添付図面にもとづき、本発明の実施形態を説明する。本実施形態では、竪型の廃棄物ガス化溶融炉に、押動部材そしてガス噴射手段を設けた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、これらが設けられている廃棄物ガス化溶融炉の概要構成を説明する。
【００３２】
図１に示される本発明の一実施形態の廃棄物ガス化溶融炉は竪型をなすシャフト式廃棄物ガス化溶融炉であって、炉本体１の炉上部に、廃棄物、補助燃料、スラグの成分調整材などを炉内へ投入するための投入口（図示せず）が設けられ、また、上部側方には炉内の排ガスを炉外へ排出ための排ガス排出口（図示せず）が設けられている。また、炉本体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２が設けられている。
【００３３】
廃棄物ガス化溶融炉は、その炉本体１の内部空間が縦方向で３つの領域に大別されていて、下方から、炉下部に形成された下部シャフト部Ｉ、その上に位置する中部シャフト部II、上部に形成されたフリーボード部IIIを有する領域となっている。これらの各部Ｉ，II，IIIは、それぞれ次のような機能を有する領域となっている。すなわち、下部シャフト部Ｉは、堆積されたコークスを燃焼させて高温燃焼帯を形成する領域、中部シャフト部IIは、この高温燃焼帯上に投入された廃棄物の堆積により形成された廃棄物層の廃棄物を熱分解させる領域、フリーボード部IIIは、生成した可燃性ガスを部分燃焼させる領域である。
【００３４】
廃棄物ガス化溶融炉の炉本体１の上方には、都市ごみ等の廃棄物、補助燃料として使用するコークス、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から炉内に投入される。
【００３５】
廃棄物ガス化溶融炉に形成された上記下部シャフト部Ｉ、中部シャフト部II、フリーボード部IIIの各部に対して、それぞれ酸素含有ガスを吹き込む羽口が炉壁に設けられている。すなわち、下部シャフト部Ｉには、堆積されたコークスを燃焼させて高温燃焼帯を形成し、熱分解残渣を溶融するための酸素富化空気を吹き込む主羽口３が設けられ、中部シャフト部IIには、投入されて堆積された廃棄物を部分燃焼させると共に廃棄物を緩やかに流動させながら熱分解させるための空気を吹き込む副羽口４が設けられ、フリーボード部IIIには、廃棄物が熱分解して生成した可燃性ガスを部分燃焼させて内部を所定温度に維持するための空気を吹き込む三段羽口（図示せず）が設けられている。
【００３６】
このように下部シャフト部Ｉ、中部シャフト部II、フリーボード部IIIの３つの領域を内部空間に形成する炉本体１には、本実施形態では、炉壁に押動部材５とガス噴射手段とが設けられている。
【００３７】
押動部材５は、図１にも見られるように、炉本体１の炉壁に副羽口４の上方位置で、炉外より炉内側に向かって進退可能な棒状部材として設けられており、該押動部材５が炉内側端部にガスを噴射するガス噴射手段としてのガス噴射口５Ａを備えている。
【００３８】
棒状の上記押動部材５は炉外に配された駆動部５Ｂにより炉内側へ進退可能に駆動されるようになっている。該駆動部５Ｂとしては油圧シリンダ、エアシリンダ、電動シリンダを用いることができる。
【００３９】
上記押動部材５は、廃棄物層内でクリンカ２０が発生する高さ方向範囲内に配された副羽口４の位置から、例えば、上方に１．５ｍまでの範囲に設置する。クリンカ２０の上には廃棄物２１が残留している。
【００４０】
上記押動部材５は、該押動部材５の炉内側端部の周面に少なくとも一つのガス噴射口５Ａが設けられていて、外部から高圧のガスの供給を受けてこれを該ガス噴射口５Ａから炉内壁面に沿って噴射する。
【００４１】
炉内へ噴射する高圧ガスは、炉内の廃棄物の熱分解反応に影響を及ぼさないよう、窒素を使用することが望ましく、また、圧力としては０．５ＭＰａ以上の圧力で噴射することが好ましい。
【００４２】
ガス噴射口５Ａを１つの押動部材５について複数設けることや、放射状またはコーン状にガスを噴射する噴射口を設けることにより広範囲にガスを噴射することができる。さらに、ガス噴射口５Ａを押動部材５の炉内側端部の周方向に回転可能とする回転駆動機構を設け、ガス噴射口５Ａを該周方向に回転させながらガスを噴射するようにすることにするならば、さらに広範囲にガスを噴射することができる。また、押動部材の設置数の削減ができる。
【００４３】
このように構成された本実施形態における廃棄物ガス化溶融炉の操業は次のように行われる。
【００４４】
供給装置からの廃棄物、コークス、石灰石が炉本体１の上部に設けられた投入口（図示せず）を経て、それぞれ所定量ずつ炉内へ投入され、主羽口３、副羽口４、及び三段羽口（図示せず）から、それぞれ酸素富化空気又は空気が炉内へ吹き込まれる。上記投入口から投入された廃棄物は、炉内で中部シャフト部IIに堆積して廃棄物層を形成し、下部シャフト部Ｉの高温燃焼帯から上昇してくる高温ガス及び副羽口４から吹き込まれる空気によって乾燥され、次いで熱分解される。熱分解により生成した可燃性ガスは、フリーボード部IIIにて、三段羽口（図示せず）から吹き込まれる空気により燃焼して８５０℃以上の温度に保たれ、有害ガスとタール分を分解させる処理が施されてから炉外に設けられた二次燃焼炉へ送られ、その燃焼ガスがボイラやガスタービン等で熱回収される。中部シャフト部IIの廃棄物層で廃棄物が熱分解した残渣は下降し、コークスが燃焼されている高温燃焼帯が形成されている下部シャフト部Ｉに達し、該下部シャフト部Ｉにて、残存する固定炭素が燃焼し、不燃物が溶融し溶融スラグと溶融金属になる。溶融スラグと溶融金属は出滓口２から排出され、炉外に設けられた水砕装置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。
【００４５】
本実施形態では、クリンカ２０が炉内壁面に付着したと考えられる適宜時期に上記押動部材５を炉内部へ向け前進させ、該押動部材５の炉内側端部の周囲に形成されたガス噴射口５Ａからガスを噴射する。こうすることにより、以下に述べる原理でクリンカ２０が除去される。
【００４６】
先ず、押動部材５を炉内へ向け押動すると、該押動部材５の先端部により炉内方向へ押し出された部分のクリンカ２０は、図２（Ａ）に見られるように、炉内側へ張出すと共に部分的には炉内壁面から剥離される。さらに、押動部材５の先端部がクリンカ２０を炉内方向へ押し出すと、先端部が当たっている部分の周囲のクリンカ２０が引きちぎられるようにして亀裂が発生する。このように押動部材５を炉内へ押動することによりクリンカ２０を炉内壁面から浮かし（剥離し）クリンカ２０内部に亀裂を発生させ、押動部材５先端部が当たっている部分のクリンカ２０と一体となっている周囲のクリンカ２０をも亀裂により分裂させ、脆弱な状態にする。さらに、図２（Ｂ）に見られるように、押動部材５先端部のガス噴射口５Ａからのガス噴射により、炉内壁面から一部が剥離し、亀裂が生じ脆弱な状態になったクリンカ２０を破砕、脱落させる。副羽口４近傍に付着したクリンカ２０が巨大に成長し炉内壁全周にわたり付着する前に、除去することによりクリンカ２０による問題の発生を防止する。
【００４７】
通常は、押動部材５の先端部を炉内壁面より外側に退避させた状態で待機させ、タイマー設定等により所定時間間隔ごとに、クリンカ破砕脱落動作を行うようにすることが好ましい。
【００４８】
副羽口部４近傍の炉内温度を計測する温度計を設置し炉内温度を監視し、クリンカが付着成長し温度計がクリンカに覆われ、温度測定値が所定値より低下したことを検知した際に、クリンカ破砕脱落動作を行うようにしてもよい。
【００４９】
上記ガス噴射口５Ａを備えた押動部材５は、図３に見られるように、炉壁の周方向複数位置に設けられていることが好ましく、各押動部材５の作動そしてガス噴射口５Ａからのガス噴射が、複数の押動部材について同時あるいは順次なされるようにしてもよい。
【００５０】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態では、前実施形態での押動部材そしてガス噴射手段に加え、さらに、炉壁に空冷室が形成されている点に特徴がある。
【００５１】
従来、通常の廃棄物ガス化溶融炉の炉壁を構成する耐火物構成は、炉内側が炉内操業温度条件に耐える耐火用煉瓦またはキャスタブルが使用され、その背面側の炉外側は炉本体を構成するケーシング温度の上昇を防止するため、断熱性の高い材質の断熱煉瓦やキャスタブルが使用され、炉内からの熱の放散を極力防止する構造となっている。
【００５２】
このように、通常の耐火物構成は、炉内側の熱を極力炉外に放出させない構造としていることより、炉内温度と炉内側耐火物の表面温度がほぼ等しい状態となっている。このように、従来構造の耐火物構造は、炉内温度と耐火物表面温度がほぼ等しいため、ガス化溶融炉内で廃棄物層が位置する中部シャフト部の領域において熱分解、ガス化する際の炉内温度がダストの融点以上の温度に上昇した場合に、該中部シャフト部に設けられた副羽口の周囲でダスト成分が溶融し高温の耐火物表面に付着しクリンカが成長することとなる。
【００５３】
そこで、本実施形態では、上記副羽口が位置する領域での耐火物表面温度の上昇を抑制するために、炉壁内部に空冷室を設けることとした。
【００５４】
図４に見られる通り、高さ方向で副羽口４を含む領域で、炉壁はその内面側に環状の凹部が形成され、該凹部に炉内壁面と同一面をなすように耐火煉瓦の炉内側耐火物１０が配置されていて、該炉内側耐火物１０の背面（炉外側）に環状の密閉空間としての空冷室１１が形成されている。環状の該空冷室１１は、図５に見られるように、上記炉内側耐火物１０を背面側で周方向の複数位置に設けられた仕切部材１２Ａにより、周方向で複数の副室１１Ａに分割されている。図５の例では、１２個の副室１１Ａとなっている。各副室１１Ａはその高さＨの全範囲で仕切部材１２Ａで仕切られている。
【００５５】
炉の周方向で隣接する２つの仕切部材１２の間で形成されている副室１１Ａは、周方向で両仕切部材１２Ａ同士間の中間位置に、該副室１１Ａの上端から下端近くの位置まで延びる高さ寸法ｈの部分仕切ブロック１２Ｂが設けられている。該部分仕切ブロック１２Ｂの高さ寸法ｈは副室１１Ａの高さＨよりも小さく、したがって、図６（Ａ），（Ｂ）にも見られるように、部分仕切ブロック１２Ｂは、その上端側では副室１１Ａを入口側室１１Ａ−１と出口側室１１Ａ−２に区分しているが下端側では、Ｈ−ｈなる寸法で、上記入口側室１１Ａ−１と出口側室１１Ａ−２とを連通せしめて連通路１１Ａ−３を形成している。各副室１１Ａの入口側室１１Ａ−１と出口側室１１Ａ−２には、該副室１１Ａの上端側位置で、それぞれ流入管１３−１そして流出管１３−２が炉外面側で接続されている。
【００５６】
図５において、１２個の副室１１Ａは、隣接する２つが対をなしていて、６つの組Ａ〜Ｆをなしている。図５に見られるように、１つの組、例えば組Ａをなす２つの副室１１Ａに接続されているそれぞれの流入管１３−１そして流出管１３−２は、隣接しているもの同士が炉外で直接連結管１４により連結されていて、もっとも離れているものは、それぞれ、空気供給源そして排気管（共に図示せず）に接続されている。したがって、例えば、図５にて上記組Ａで最下端に位置する流入管１３−１から冷却用空気が副室１１Ａの入口側室１１−Ａに流入した後に該入口側室１１Ａ−１を降下して上記連通路１１Ａ−３を経て出口側室１１Ａ−２へ至り、しかる後に、炉外で連結管１４を経て、隣接する副室１１Ａの入口側室１１Ａ−１に入り、ここでも連通路１１Ａ−３を経て出口側室１１Ａ−２に至った後に、流出管１３−２から排出される（図６（Ａ）をも参照）。このようにして、冷却用空気は、各組ごとに、２つの副室１１Ａを通過して、その通過中に炉内側耐火物１０を冷却する。
【００５７】
このように、本実施形態では、ガス化溶融炉の副羽口４の上方位置でクリンカが付着成長する中部シャフト部IIの領域での炉内側耐火物１０の背面（炉外側）に空冷室１１を設け、該空冷室１１に冷却用空気を送風し、この空気に炉内側耐火物１０からの熱を強制的に吸収させ炉外へ放出することとしたので、従来の炉壁耐火物構造に比べて炉内側耐火物の表面温度を低下させ、溶融物の付着を防止することができる。
【００５８】
空冷室１１を設けて炉内側耐火物１０の表面温度（炉内に面する側での温度）を低下させることにより、炉内温度が一時的にダストの融点である約１１００℃近辺になっても、背面からの熱放散効果により炉内側耐火物１０の表面温度を炉内温度に比べて約５０℃程度低下させることができるため、炉内側耐火物１０の表面へのダストの溶融付着を防止することができる。
【００５９】
耐火物背面からの熱放散効果を高めるためには、炉内側耐火物１０は熱伝導率を高める必要があり、ＳｉＣ７０％以上の材質の耐火物を使用することが好ましく、またキャスタブルより緻密性が高い耐火煉瓦またはプレキャストブロックを使用することが望ましい。
【００６０】
また、ＳｉＣを主成分とする耐火物の特徴として、クリンカが付着しにくく、また剥がれ易い表面性状を有しているため、ＳｉＣを主成分とする耐火物を使用することにより、ダスト付着防止効果がより高められる。
【００６１】
耐火物からの熱放散用に使用する冷却空気の排気は、そのまま大気へ放散することも可能であるが、加熱された空気を溶融炉の主羽口や副羽口へ供給することにより、炉内からの吸収熱を放散することなく炉内へ戻すことが可能で、熱ロスを発生することなくクリンカの付着防止が実現できる。同時に主羽口へ加熱空気を供給することで、主羽口近傍の熱量を増加することができるため、コークスの使用量の削減に寄与できることや、副羽口へ加熱空気を挿入することで、廃棄物の熱分解ガス化を促進させる効果もある。このように空冷方式とすることにより加熱空気を有効利用できるため、水冷方式とすることに比べて熱利用面で好ましい。
【００６２】
空冷室を設ける空冷壁構造の設置範囲は、例えば、副羽口より１００ｍｍ以上５００ｍｍ以下だけ下側に離れた位置を下限とし、副羽口より５００ｍｍ以上１５００ｍｍ以下だけ上側に離れた位置を上限とする範囲に設置することが好ましい。この範囲より下側又は上側に空冷壁構造を設けても、クリンカが付着成長する領域から外れることと、熱効率を低下させるため好ましくない。
【００６３】
本実施形態では、廃棄物ガス化溶融炉の副羽口は１段であるが、２段以上の副羽口を設けた廃棄物ガス化溶融炉にも適用できる。その場合に、空冷室を設ける空冷壁構造の設置範囲は、最下段の副羽口より１００ｍｍ以上５００ｍｍ以下だけ下側に離れた位置を下限とし、最上段の副羽口より５００ｍｍ以上１５００ｍｍ以下だけ上側に離れた位置を上限とする範囲に設置することが好ましい。
【００６４】
ガス噴射手段を備えた押動部材によりクリンカの成長を防止することと、炉内側耐火物の背面に空冷室を設け空冷構造とすることにより炉内側耐火物の表面にダストが溶融付着することを防止することにより、副羽口周囲のクリンカ発生、成長を防止することが確実にできる。
【符号の説明】
【００６５】
４ （副）羽口
５ 押動部材
５Ａ ガス噴射手段（ガス噴射口）
１１ 空冷室
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物を熱分解、ガス化し、熱分解残渣を溶融する竪型の廃棄物ガス化溶融炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、ガス化して可燃性ガスを発生させ、熱分解残渣を溶融しスラグにして排出するガス化溶融処理が知られている。
【０００３】
この処理方法は、廃棄物を熱分解してガス化することによりその燃焼熱を回収することができるとともに、残渣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。このような処理を行なう溶融炉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式廃棄物ガス化溶融炉がある。
【０００４】
このシャフト式廃棄物ガス化溶融炉は、例えば、炉底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上へ廃棄物を投入して、熱分解及び部分酸化させてガス化するとともに残渣を溶融してスラグにする処理を行なう方式の炉である（特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１のシャフト式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、炉底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。
【０００６】
かかる溶融炉では、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。この酸素含有ガスの吹込みを行うために、高温燃焼帯には主羽口が設けられていて、投入されて堆積されたコークス床のコークスを燃焼させて廃棄物の熱分解残渣を溶融するための酸素富化空気が吹き込まれる。また、廃棄物層には副羽口が設けられ、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、廃棄物を熱分解及び部分酸化させるための空気が吹き込まれる。また、フリーボード部には三段目羽口が設けられ、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ための空気が吹き込まれる。
【０００７】
このようにシャフト式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され、ガスと残渣に分離される。主羽口及び副羽口からの送風により廃棄物は熱分解され、この熱分解による炉内発生ガスは炉底部又は、コークスベッド周囲より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煙道より、炉外の二次燃焼室へ排出される。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。また、熱分解残渣は、炉内を下方に移動し、炉下部の高温燃焼帯で溶融され、スラグとメタルとして排出される。
【０００８】
かかる溶融炉では、コークス床を有する高温燃焼帯上に形成された廃棄物層に対し副羽口から空気を送風し、廃棄物の熱分解、ガス化が安定して行われるように、通常の操業状態では、副羽口の送風量等を調整して、単位時間で熱分解される廃棄物の量を所定値に維持することにより、廃棄部層高さを所定の範囲内で安定させ発生ガス量の変動を抑え安定化させることが行われている。その際、副羽口設置部周辺の炉内温度は概ね６５０℃〜９００℃の範囲とされている。
【０００９】
しかし、実際の操業においては、炉上部から投入される廃棄物の性状変化や供給量の変動があると、一時的に廃棄物層高さが所定の範囲より高くなり、副羽口の位置よりも上方の廃棄物層厚さが大きくなることがある。このような状態では、副羽口からの送風を受けて生成された熱分解ガスが上記廃棄物層の表層から上方へ抜けずに表層下にこもってしまい、副羽口先端周囲が局部加熱（過昇温）されてしまうことがあり、この局部加熱による高温域形成により、廃棄物やダスト類が溶融し、副羽口近傍の炉内壁面に塊状に付着する。この塊状の付着物をクリンカという。クリンカは、炉内壁面では、炉周方向にほぼ等間隔に配設されている副羽口の近傍から付着し、次第に、炉周方向全周にわたりリング状に付着物が形成されて行く。このような炉内壁面に付着したクリンカにより、上部から投入される廃棄物が安定して下降することが阻害されたり、クリンカ上に廃棄物やダスト類が堆積して残留する現象が生じる。
【００１０】
炉内壁面に付着していたクリンカが脱落、崩落して、クリンカ上に残留していた廃棄物が一度に落下すると、廃棄物燃焼量が急激に増大し炉内から発生するガス量を大きく変動させることとなる。この発生ガス量変動は、炉内圧の変動をもたらしガス化溶融炉の安定的な操業に支障が生じる問題となる。また、発生ガス中の可燃性ガスを二次燃焼室で燃焼する場合に、発生ガス量の急激な変動に対して二次燃焼室に供給する燃焼空気送風量を追従して調整することができず、燃焼空気不足による一酸化炭素ガス量の増大など、排ガス成分の乱れが生じる問題や、ボイラでの熱回収による蒸気発生量の変動、発電量の変動などの問題を引き起こす。また、クリンカの脱落、崩落による発生ガス量変動に対して、二次燃焼室における燃焼空気送風量の追随性を向上させるため、発生ガスの燃焼に必要な空気量の比率（空気比）を高めに設定することがあるが、そうすると燃焼用余剰空気量が増大しガス温度が低下し、ボイラでの熱回収効率が落ちることとなり問題となる。
【００１１】
また、副羽口設置部周辺に温度計を設置し炉内温度を計測し、計測値に基づき副羽口からの送風量を調整するように温度計を備えている場合には、クリンカの付着成長により温度計の検温部分がクリンカに埋まってしまい、炉内温度計測ができなくなり副羽口からの送風量の調整不可能という問題が生じる。
【００１２】
一方、廃棄物ガス化溶融炉内の廃棄物の滞留、いわゆるブリッジ現象を解消するために滞留廃棄物を突き崩して落下せしめるように押動部材を炉内に向かって往復動させるプッシャー機構（特許文献２参照）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平０９−０６０８３０
【特許文献２】特開平１０−０１９２２１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ガス化溶融炉の炉内壁面に付着したクリンカを突き崩すのに、廃棄物のブリッジ現象解消のための特許文献２に記載のプッシャー機構を適用しても、クリンカは、炉周方向全周にわたりリング状に付着しているため、押動部材により局部的に突いても、この押動部材が設けられている位置でクリンカを除去できても、周方向で大きな範囲を占める他の部分を崩すことができないという問題がある。
【００１５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ガス化溶融炉の炉内壁面の周方向全周にわたり付着するクリンカを破壊、脱落させ、クリンカ付着による問題の発生を防止することができる廃棄物ガス化溶融炉を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、炉底にコークスが堆積されたコークス床で高温燃焼帯を形成し、炉上部から投入された廃棄物を上記高温燃焼帯上に堆積して廃棄物層を形成して、上記廃棄物層で廃棄物を熱分解そしてガス化し、高温燃焼帯で廃棄物の熱分解残渣を溶融する竪型の廃棄物ガス化溶融炉に関する。
【００１７】
かかる廃棄物ガス化溶融炉において、本発明は、廃棄物層に酸素含有ガスを炉内に供給する羽口より上方位置で炉壁から炉内に向かって進退可能に設けられた押動部材と、該押動部材の炉内側端部からガスを噴射するガス噴射手段とを備えることを特徴としている。
【００１８】
このように構成される本発明によると、羽口位置で炉内壁面に周方向へ延びるようにクリンカが生じても、適宜時期に押動部材を炉内へ向け前進させることで、該押動部材がクリンカを、炉内壁面に接する背面側から突いて該押動部材位置のクリンカを突き崩し、かつ上記周方向で該押動部材の両側におけるクリンカに亀裂を生じさせてからこれをガス噴射手段からの噴射ガスにより破砕して吹き飛ばす。かくして、クリンカは上記周方向の広い範囲で炉内壁面から脱落除去される。
【００１９】
本発明において、押動部材の炉内側端部は該押動部材の進退方向軸線を中心として円筒状であり、ガス噴射手段は、ガス噴射口が押動部材の炉内側端部で上記進退方向軸線まわりに回転可能に設けられていることが好ましい。こうすることにより、上記ガス噴射口からの噴射ガスは、炉内壁面で該押動部材の周方向で両側に位置する部分のみならず、高さ方向、すなわち上下方向でも一定の範囲にわたり及んで、クリンカの破砕可能範囲を広げることとなる。
【００２０】
さらに、本発明においては、炉壁は、少なくとも羽口が位置する領域で、炉内側の耐火煉瓦壁と炉外側の断熱煉瓦壁との間に空冷室が形成されていることが好ましい。
【００２１】
このような空冷室を形成することで炉内壁面が冷却されるので、たとえ、炉内側での温度がダストの融点近辺の値となっても、上記炉内壁面での温度を該融点以下に維持することができ、ダストが溶融して上記炉内壁面に付着して成長しクリンカとなることを防止する。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明によれば、ガス化溶融炉の炉内壁面の周方向全周にわたり付着するクリンカを破壊、脱落させて、クリンカ付着による問題の発生を防止することができる廃棄物ガス化溶融炉を提供することが可能となる。
【００２３】
すなわち、ガス化溶融炉の炉内壁面のクリンカ付着成長を防止できるため、以下の効果がある。
【００２４】
・炉内壁面に付着したクリンカにより、上部から投入される廃棄物が炉内を安定して下降することが阻害されたり、クリンカ上に廃棄物やダスト類が堆積して残留することがなく、円滑に廃棄物を熱分解、ガス化、そして熱分解残渣を溶融処理でき、炉の操業の安定性が向上する。
【００２５】
・炉内壁面に付着したクリンカが脱落、崩落して、クリンカ上に残留していた廃棄物が一度に落下することに起因して廃棄物燃焼量が急激に増大し熱分解、ガス化して発生するガス量を大きく変動させることがなくなり、炉内圧の変動をもたらしガス化溶融炉の安定的な操業に支障が生じることを防止できる。
【００２６】
・発生ガス中の可燃性ガスを二次燃焼室で燃焼する場合に、発生ガス量変動に対して二次燃焼室に供給する燃焼空気送風量を追従して調整することができず、燃焼が不安定になり、排ガス成分の乱れがもたらす排ガス処理の支障といった問題がなくなり、また、ボイラでの熱回収による蒸気発生量が安定化し、発電量が安定化する。
【００２７】
・クリンカの脱落、崩落による発生ガス量変動に対して、二次燃焼室における燃焼空気送風量の追随性を向上させるために、発生ガスの燃焼に必要な空気量の比率（空気比）を高めに設定する必要がなくなり、低空気比で操業することができ、燃焼用余剰空気の比率を低くでき、ボイラの蒸気発生効率、発電効率の向上ができる。
【００２８】
・副羽口設置部周辺に温度計を設置し炉内温度を計測し、計測値に基づき副羽口からの送風量を調整することとなっている炉の場合には、検温部分がクリンカに埋まることがないので、正確な温度計測が行え、精度よく副羽口からの送風量を調整することができる。
【００２９】
・廃棄物層の層高測定を行い、各羽口の送風量、廃棄物供給量、コークス供給量等を制御することとなっている炉の場合には、層高測定の計測がクリンカによる阻害を受けることなく遂行できるので、計測精度が向上し、その結果、これらの制御性が向上し、層高レベルの安定化、操業安定化を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態装置の主要部を示す縦断面図である。
【図２】図１装置の押動部材とガス噴射手段についての図であり、（Ａ）は押動部材の前進時、（Ｂ）はガス噴射手段からのガス噴射時を示す。
【図３】上記押動部材の位置での図１装置の横断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態装置の主要部を示す縦断面図である。
【図５】図４装置についての流入管そして流出管位置での横断面図である。
【図６】図４装置の空冷室の一部を示し、（Ａ）はその破断斜視図、（Ｂ）は縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、添付図面にもとづき、本発明の実施形態を説明する。本実施形態では、竪型の廃棄物ガス化溶融炉に、押動部材そしてガス噴射手段を設けた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、これらが設けられている廃棄物ガス化溶融炉の概要構成を説明する。
【００３２】
図１に示される本発明の一実施形態の廃棄物ガス化溶融炉は竪型をなすシャフト式廃棄物ガス化溶融炉であって、炉本体１の炉上部に、廃棄物、補助燃料、スラグの成分調整材などを炉内へ投入するための投入口（図示せず）が設けられ、また、上部側方には炉内の排ガスを炉外へ排出ための排ガス排出口（図示せず）が設けられている。また、炉本体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２が設けられている。
【００３３】
廃棄物ガス化溶融炉は、その炉本体１の内部空間が縦方向で３つの領域に大別されていて、下方から、炉下部に形成された下部シャフト部Ｉ、その上に位置する中部シャフト部II、上部に形成されたフリーボード部IIIを有する領域となっている。これらの各部Ｉ，II，IIIは、それぞれ次のような機能を有する領域となっている。すなわち、下部シャフト部Ｉは、堆積されたコークスを燃焼させて高温燃焼帯を形成する領域、中部シャフト部IIは、この高温燃焼帯上に投入された廃棄物の堆積により形成された廃棄物層の廃棄物を熱分解させる領域、フリーボード部IIIは、生成した可燃性ガスを部分燃焼させる領域である。
【００３４】
廃棄物ガス化溶融炉の炉本体１の上方には、都市ごみ等の廃棄物、補助燃料として使用するコークス、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から炉内に投入される。
【００３５】
廃棄物ガス化溶融炉に形成された上記下部シャフト部Ｉ、中部シャフト部II、フリーボード部IIIの各部に対して、それぞれ酸素含有ガスを吹き込む羽口が炉壁に設けられている。すなわち、下部シャフト部Ｉには、堆積されたコークスを燃焼させて高温燃焼帯を形成し、熱分解残渣を溶融するための酸素富化空気を吹き込む主羽口３が設けられ、中部シャフト部IIには、投入されて堆積された廃棄物を部分燃焼させると共に廃棄物を緩やかに流動させながら熱分解させるための空気を吹き込む副羽口４が設けられ、フリーボード部IIIには、廃棄物が熱分解して生成した可燃性ガスを部分燃焼させて内部を所定温度に維持するための空気を吹き込む三段羽口（図示せず）が設けられている。
【００３６】
このように下部シャフト部Ｉ、中部シャフト部II、フリーボード部IIIの３つの領域を内部空間に形成する炉本体１には、本実施形態では、炉壁に押動部材５とガス噴射手段とが設けられている。
【００３７】
押動部材５は、図１にも見られるように、炉本体１の炉壁に副羽口４の上方位置で、炉外より炉内側に向かって進退可能な棒状部材として設けられており、該押動部材５が炉内側端部にガスを噴射するガス噴射手段としてのガス噴射口５Ａを備えている。
【００３８】
棒状の上記押動部材５は炉外に配された駆動部５Ｂにより炉内側へ進退可能に駆動されるようになっている。該駆動部５Ｂとしては油圧シリンダ、エアシリンダ、電動シリンダを用いることができる。
【００３９】
上記押動部材５は、廃棄物層内でクリンカ２０が発生する高さ方向範囲内に配された副羽口４の位置から、例えば、上方に１．５ｍまでの範囲に設置する。クリンカ２０の上には廃棄物２１が残留している。
【００４０】
上記押動部材５は、該押動部材５の炉内側端部の周面に少なくとも一つのガス噴射口５Ａが設けられていて、外部から高圧のガスの供給を受けてこれを該ガス噴射口５Ａから炉内壁面に沿って噴射する。
【００４１】
炉内へ噴射する高圧ガスは、炉内の廃棄物の熱分解反応に影響を及ぼさないよう、窒素を使用することが望ましく、また、圧力としては０．５ＭＰａ以上の圧力で噴射することが好ましい。
【００４２】
ガス噴射口５Ａを１つの押動部材５について複数設けることや、放射状またはコーン状にガスを噴射する噴射口を設けることにより広範囲にガスを噴射することができる。さらに、ガス噴射口５Ａを押動部材５の炉内側端部の周方向に回転可能とする回転駆動機構を設け、ガス噴射口５Ａを該周方向に回転させながらガスを噴射するようにすることにするならば、さらに広範囲にガスを噴射することができる。また、押動部材の設置数の削減ができる。
【００４３】
このように構成された本実施形態における廃棄物ガス化溶融炉の操業は次のように行われる。
【００４４】
供給装置からの廃棄物、コークス、石灰石が炉本体１の上部に設けられた投入口（図示せず）を経て、それぞれ所定量ずつ炉内へ投入され、主羽口３、副羽口４、及び三段羽口（図示せず）から、それぞれ酸素富化空気又は空気が炉内へ吹き込まれる。上記投入口から投入された廃棄物は、炉内で中部シャフト部IIに堆積して廃棄物層を形成し、下部シャフト部Ｉの高温燃焼帯から上昇してくる高温ガス及び副羽口４から吹き込まれる空気によって乾燥され、次いで熱分解される。熱分解により生成した可燃性ガスは、フリーボード部IIIにて、三段羽口（図示せず）から吹き込まれる空気により燃焼して８５０℃以上の温度に保たれ、有害ガスとタール分を分解させる処理が施されてから炉外に設けられた二次燃焼炉へ送られ、その燃焼ガスがボイラやガスタービン等で熱回収される。中部シャフト部IIの廃棄物層で廃棄物が熱分解した残渣は下降し、コークスが燃焼されている高温燃焼帯が形成されている下部シャフト部Ｉに達し、該下部シャフト部Ｉにて、残存する固定炭素が燃焼し、不燃物が溶融し溶融スラグと溶融金属になる。溶融スラグと溶融金属は出滓口２から排出され、炉外に設けられた水砕装置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。
【００４５】
本実施形態では、クリンカ２０が炉内壁面に付着したと考えられる適宜時期に上記押動部材５を炉内部へ向け前進させ、該押動部材５の炉内側端部の周囲に形成されたガス噴射口５Ａからガスを噴射する。こうすることにより、以下に述べる原理でクリンカ２０が除去される。
【００４６】
先ず、押動部材５を炉内へ向け押動すると、該押動部材５の先端部により炉内方向へ押し出された部分のクリンカ２０は、図２（Ａ）に見られるように、炉内側へ張出すと共に部分的には炉内壁面から剥離される。さらに、押動部材５の先端部がクリンカ２０を炉内方向へ押し出すと、先端部が当たっている部分の周囲のクリンカ２０が引きちぎられるようにして亀裂が発生する。このように押動部材５を炉内へ押動することによりクリンカ２０を炉内壁面から浮かし（剥離し）クリンカ２０内部に亀裂を発生させ、押動部材５先端部が当たっている部分のクリンカ２０と一体となっている周囲のクリンカ２０をも亀裂により分裂させ、脆弱な状態にする。さらに、図２（Ｂ）に見られるように、押動部材５先端部のガス噴射口５Ａからのガス噴射により、炉内壁面から一部が剥離し、亀裂が生じ脆弱な状態になったクリンカ２０を破砕、脱落させる。副羽口４近傍に付着したクリンカ２０が巨大に成長し炉内壁全周にわたり付着する前に、除去することによりクリンカ２０による問題の発生を防止する。
【００４７】
通常は、押動部材５の先端部を炉内壁面より外側に退避させた状態で待機させ、タイマー設定等により所定時間間隔ごとに、クリンカ破砕脱落動作を行うようにすることが好ましい。
【００４８】
副羽口部４近傍の炉内温度を計測する温度計を設置し炉内温度を監視し、クリンカが付着成長し温度計がクリンカに覆われ、温度測定値が所定値より低下したことを検知した際に、クリンカ破砕脱落動作を行うようにしてもよい。
【００４９】
上記ガス噴射口５Ａを備えた押動部材５は、図３に見られるように、炉壁の周方向複数位置に設けられていることが好ましく、各押動部材５の作動そしてガス噴射口５Ａからのガス噴射が、複数の押動部材について同時あるいは順次なされるようにしてもよい。
【００５０】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態では、前実施形態での押動部材そしてガス噴射手段に加え、さらに、炉壁に空冷室が形成されている点に特徴がある。
【００５１】
従来、通常の廃棄物ガス化溶融炉の炉壁を構成する耐火物構成は、炉内側が炉内操業温度条件に耐える耐火用煉瓦またはキャスタブルが使用され、その背面側の炉外側は炉本体を構成するケーシング温度の上昇を防止するため、断熱性の高い材質の断熱煉瓦やキャスタブルが使用され、炉内からの熱の放散を極力防止する構造となっている。
【００５２】
このように、通常の耐火物構成は、炉内側の熱を極力炉外に放出させない構造としていることより、炉内温度と炉内側耐火物の表面温度がほぼ等しい状態となっている。このように、従来構造の耐火物構造は、炉内温度と耐火物表面温度がほぼ等しいため、ガス化溶融炉内で廃棄物層が位置する中部シャフト部の領域において熱分解、ガス化する際の炉内温度がダストの融点以上の温度に上昇した場合に、該中部シャフト部に設けられた副羽口の周囲でダスト成分が溶融し高温の耐火物表面に付着しクリンカが成長することとなる。
【００５３】
そこで、本実施形態では、上記副羽口が位置する領域での耐火物表面温度の上昇を抑制するために、炉壁内部に空冷室を設けることとした。
【００５４】
図４に見られる通り、高さ方向で副羽口４を含む領域で、炉壁はその内面側に環状の凹部が形成され、該凹部に炉内壁面と同一面をなすように耐火煉瓦の炉内側耐火物１０が配置されていて、該炉内側耐火物１０の背面（炉外側）に環状の密閉空間としての空冷室１１が形成されている。環状の該空冷室１１は、図５に見られるように、上記炉内側耐火物１０を背面側で周方向の複数位置に設けられた仕切部材１２Ａにより、周方向で複数の副室１１Ａに分割されている。図５の例では、１２個の副室１１Ａとなっている。各副室１１Ａはその高さＨの全範囲で仕切部材１２Ａで仕切られている。
【００５５】
炉の周方向で隣接する２つの仕切部材１２の間で形成されている副室１１Ａは、周方向で両仕切部材１２Ａ同士間の中間位置に、該副室１１Ａの上端から下端近くの位置まで延びる高さ寸法ｈの部分仕切ブロック１２Ｂが設けられている。該部分仕切ブロック１２Ｂの高さ寸法ｈは副室１１Ａの高さＨよりも小さく、したがって、図６（Ａ），（Ｂ）にも見られるように、部分仕切ブロック１２Ｂは、その上端側では副室１１Ａを入口側室１１Ａ−１と出口側室１１Ａ−２に区分しているが下端側では、Ｈ−ｈなる寸法で、上記入口側室１１Ａ−１と出口側室１１Ａ−２とを連通せしめて連通路１１Ａ−３を形成している。各副室１１Ａの入口側室１１Ａ−１と出口側室１１Ａ−２には、該副室１１Ａの上端側位置で、それぞれ流入管１３−１そして流出管１３−２が炉外面側で接続されている。
【００５６】
図５において、１２個の副室１１Ａは、隣接する２つが対をなしていて、６つの組Ａ〜Ｆをなしている。図５に見られるように、１つの組、例えば組Ａをなす２つの副室１１Ａに接続されているそれぞれの流入管１３−１そして流出管１３−２は、隣接しているもの同士が炉外で直接連結管１４により連結されていて、もっとも離れているものは、それぞれ、空気供給源そして排気管（共に図示せず）に接続されている。したがって、例えば、図５にて上記組Ａで最下端に位置する流入管１３−１から冷却用空気が副室１１Ａの入口側室１１−Ａに流入した後に該入口側室１１Ａ−１を降下して上記連通路１１Ａ−３を経て出口側室１１Ａ−２へ至り、しかる後に、炉外で連結管１４を経て、隣接する副室１１Ａの入口側室１１Ａ−１に入り、ここでも連通路１１Ａ−３を経て出口側室１１Ａ−２に至った後に、流出管１３−２から排出される（図６（Ａ）をも参照）。このようにして、冷却用空気は、各組ごとに、２つの副室１１Ａを通過して、その通過中に炉内側耐火物１０を冷却する。
【００５７】
このように、本実施形態では、ガス化溶融炉の副羽口４の上方位置でクリンカが付着成長する中部シャフト部IIの領域での炉内側耐火物１０の背面（炉外側）に空冷室１１を設け、該空冷室１１に冷却用空気を送風し、この空気に炉内側耐火物１０からの熱を強制的に吸収させ炉外へ放出することとしたので、従来の炉壁耐火物構造に比べて炉内側耐火物の表面温度を低下させ、溶融物の付着を防止することができる。
【００５８】
空冷室１１を設けて炉内側耐火物１０の表面温度（炉内に面する側での温度）を低下させることにより、炉内温度が一時的にダストの融点である約１１００℃近辺になっても、背面からの熱放散効果により炉内側耐火物１０の表面温度を炉内温度に比べて約５０℃程度低下させることができるため、炉内側耐火物１０の表面へのダストの溶融付着を防止することができる。
【００５９】
耐火物背面からの熱放散効果を高めるためには、炉内側耐火物１０は熱伝導率を高める必要があり、ＳｉＣ７０％以上の材質の耐火物を使用することが好ましく、またキャスタブルより緻密性が高い耐火煉瓦またはプレキャストブロックを使用することが望ましい。
【００６０】
また、ＳｉＣを主成分とする耐火物の特徴として、クリンカが付着しにくく、また剥がれ易い表面性状を有しているため、ＳｉＣを主成分とする耐火物を使用することにより、ダスト付着防止効果がより高められる。
【００６１】
耐火物からの熱放散用に使用する冷却空気の排気は、そのまま大気へ放散することも可能であるが、加熱された空気を溶融炉の主羽口や副羽口へ供給することにより、炉内からの吸収熱を放散することなく炉内へ戻すことが可能で、熱ロスを発生することなくクリンカの付着防止が実現できる。同時に主羽口へ加熱空気を供給することで、主羽口近傍の熱量を増加することができるため、コークスの使用量の削減に寄与できることや、副羽口へ加熱空気を挿入することで、廃棄物の熱分解ガス化を促進させる効果もある。このように空冷方式とすることにより加熱空気を有効利用できるため、水冷方式とすることに比べて熱利用面で好ましい。
【００６２】
空冷室を設ける空冷壁構造の設置範囲は、例えば、副羽口より１００ｍｍ以上５００ｍｍ以下だけ下側に離れた位置を下限とし、副羽口より５００ｍｍ以上１５００ｍｍ以下だけ上側に離れた位置を上限とする範囲に設置することが好ましい。この範囲より下側又は上側に空冷壁構造を設けても、クリンカが付着成長する領域から外れることと、熱効率を低下させるため好ましくない。
【００６３】
本実施形態では、廃棄物ガス化溶融炉の副羽口は１段であるが、２段以上の副羽口を設けた廃棄物ガス化溶融炉にも適用できる。その場合に、空冷室を設ける空冷壁構造の設置範囲は、最下段の副羽口より１００ｍｍ以上５００ｍｍ以下だけ下側に離れた位置を下限とし、最上段の副羽口より５００ｍｍ以上１５００ｍｍ以下だけ上側に離れた位置を上限とする範囲に設置することが好ましい。
【００６４】
ガス噴射手段を備えた押動部材によりクリンカの成長を防止することと、炉内側耐火物の背面に空冷室を設け空冷構造とすることにより炉内側耐火物の表面にダストが溶融付着することを防止することにより、副羽口周囲のクリンカ発生、成長を防止することが確実にできる。
【符号の説明】
【００６５】
４ （副）羽口
５ 押動部材
５Ａ ガス噴射手段（ガス噴射口）
１１ 空冷室
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉底にコークスが堆積されたコークス床で高温燃焼帯を形成し、炉上部から投入された廃棄物を上記高温燃焼帯上に堆積して廃棄物層を形成して、上記廃棄物層で廃棄物を熱分解そしてガス化し、高温燃焼帯で廃棄物の熱分解残渣を溶融する竪型の廃棄物ガス化溶融炉において、
廃棄物層に酸素含有ガスを炉内に供給する羽口より上方位置で炉壁から炉内に向かって進退可能に設けられた押動部材と、該押動部材の炉内側端部からガスを噴射するガス噴射手段とを備えることを特徴とする廃棄物ガス化溶融炉。
【請求項２】
押動部材の炉内側端部は該押動部材の進退方向軸線を中心として円筒状であり、ガス噴射手段は、ガス噴射口が押動部材の炉内側端部で上記進退方向軸線まわりに回転可能に設けられていることとする請求項１に記載の廃棄物ガス化溶融炉。
【請求項３】
炉壁は、少なくとも羽口が位置する領域で、炉内側の耐火煉瓦壁と炉外側の断熱煉瓦壁との間に空冷室が形成されていることとする請求項１又は請求項２に記載の廃棄物ガス化溶融炉。
【請求項１】
炉底にコークスが堆積されたコークス床で高温燃焼帯を形成し、炉上部から投入された廃棄物を上記高温燃焼帯上に堆積して廃棄物層を形成して、上記廃棄物層で廃棄物を熱分解そしてガス化し、高温燃焼帯で廃棄物の熱分解残渣を溶融する竪型の廃棄物ガス化溶融炉において、
廃棄物層に酸素含有ガスを炉内に供給する羽口より上方位置で炉壁から炉内に向かって進退可能に設けられた押動部材と、該押動部材の炉内側端部からガスを噴射するガス噴射手段とを備えることを特徴とする廃棄物ガス化溶融炉。
【請求項２】
押動部材の炉内側端部は該押動部材の進退方向軸線を中心として円筒状であり、ガス噴射手段は、ガス噴射口が押動部材の炉内側端部で上記進退方向軸線まわりに回転可能に設けられていることとする請求項１に記載の廃棄物ガス化溶融炉。
【請求項３】
炉壁は、少なくとも羽口が位置する領域で、炉内側の耐火煉瓦壁と炉外側の断熱煉瓦壁との間に空冷室が形成されていることとする請求項１又は請求項２に記載の廃棄物ガス化溶融炉。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１０２９８１（Ｐ２０１２−１０２９８１Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５４３６８（Ｐ２０１０−２５４３６８）
【出願日】平成２２年１１月１５日（２０１０．１１．１５）
【出願人】（０００００４１２３）ＪＦＥエンジニアリング株式会社 (1,044)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１５日（２０１０．１１．１５）
【出願人】（０００００４１２３）ＪＦＥエンジニアリング株式会社 (1,044)
【Ｆターム（参考）】
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