流動床式ガス化溶融炉
【課題】流動床式ガス化溶融炉において、消費電力や設備コストの増加の少ない簡単な構成で、ガス化炉の砂層温度をガス化に適した温度に維持できるようにすることである。
【解決手段】ガス化炉１の砂層２に助燃材を吹き込むだけの簡単な装置である砂層バーナ４を設置することにより、消費電力や設備コストの増加を抑えつつ、砂層バーナ４で吹き込んだ助燃材が着火して砂層温度を適切な温度に維持できるようにしたのである。
【解決手段】ガス化炉１の砂層２に助燃材を吹き込むだけの簡単な装置である砂層バーナ４を設置することにより、消費電力や設備コストの増加を抑えつつ、砂層バーナ４で吹き込んだ助燃材が着火して砂層温度を適切な温度に維持できるようにしたのである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市ごみ等の廃棄物の焼却処理を行う流動床式ガス化溶融炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
都市ごみ等の廃棄物の焼却処理を行うガス化溶融炉には、ガス化炉の炉底部に砂層からなる流動床を有する流動床式のものがある。このような流動床式ガス化溶融炉では、投入された廃棄物を流動床で部分燃焼させ、その燃焼熱により流動床の流動媒体である砂層の温度を５００〜６００℃程度に維持して、この砂層の保有熱により廃棄物の熱分解ガス化を行っている。しかし、厨芥等、水分を多く含む廃棄物が多く投入されたときには、廃棄物の保有する水分の潜熱が大きくなるため、砂層内での廃棄物の乾燥による熱損失が大きくなって、ガス化炉の熱収支のバランスが崩れ、砂層温度の維持が困難となる。
【０００３】
これに対して、水分を多く含む廃棄物の投入量が増えても砂層を適切な温度に維持するために、砂層を流動させる流動空気（部分燃焼用空気）の酸素富化（例えば、特許文献１参照。）や、廃棄物の前処理設備としての脱水機の設置が提案されている。
【特許文献１】特開２００２−３２７１８３号公報（段落００２３、図１）
【０００４】
上記従来技術のうち、流動空気の酸素富化を実施する場合は、通常、Ｏ２濃度が２５〜３０％の酸素リッチ状態の空気を砂層に吹き込むことにより部分燃焼率を上げ、ガス化炉への入熱量を上げることにより、砂層温度を維持する。しかしながら、この場合、ガス化炉での部分燃焼率が上がることにより熱分解ガスの熱量が減少し、後段の溶融炉での温度維持が困難となり、溶融炉での助燃材消費量が増加する。また、酸素富化に用いられる酸素発生装置は、通常、吸着式により空気中の窒素濃度を低減するものであり、これに要する消費電力が非常に大きく、また設備コストも大きい。
【０００５】
一方、廃棄物の前処理設備として脱水機を設置する場合は、処理するものが廃棄物であり、組成が一定ではなく、異物等の混入が避けられないため、機械的なトラブルが生じやすく、安定稼動に問題がある。これを回避するためにバイパスラインの設置を行う等、設備の複雑化を招くとともに、酸素富化の場合と同様、消費電力の増加ならびに設備コストの増加につながる。
【０００６】
また、流動空気の酸素富化や脱水機の設置を実施していない場合、あるいは実施していても砂層温度の維持が困難な場合には、砂層内での廃棄物の潜熱による熱損失を抑えるために、廃棄物の投入量を低減する等、運転面での対応を行っている。このため、ガス化炉の処理能力が低減し、これに伴って溶融炉へのトータル入熱量が減少するため、溶融炉での助燃材消費量が余計に増加する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、流動床式ガス化溶融炉において、消費電力や設備コストの増加の少ない簡単な構成で、ガス化炉の砂層温度をガス化に適した温度に維持できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、廃棄物の焼却処理を行う流動床式ガス化溶融炉において、ガス化炉の炉底部の流動床を形成する砂層に助燃材を吹き込む砂層バーナを設置した。
【０００９】
すなわち、ガス化炉の砂層に助燃材を吹き込むだけの簡単な装置である砂層バーナを設置することにより、消費電力や設備コストの増加を抑えつつ、砂層バーナで吹き込んだ助燃材が着火して砂層温度を適切な温度に維持できるようにしたのである。
【００１０】
上記の構成において、前記砂層バーナが、前記助燃材を噴霧するノズルとその外周を覆うスリーブを有している場合に、前記砂層を流動させる流動空気を、前記砂層バーナのスリーブとノズルとの間に通して砂層に吹き込むようにすることにより、ガス化炉内の酸素不足による砂層での助燃材着火不良を防止することができる。
【００１１】
また、前記流動空気を、前記砂層に吹き込まれる前に適度に予熱されたものとすれば、ノズルの焼損を防止しつつ、常温空気を用いる場合に比べ、流動空気の吹込みによる砂層の温度低下を抑えるとともに、助燃材の消費量を減らすことができる。また、助燃材の着火点が５００℃程度であるため、予熱された高温空気を吹き込むことにより、着火の安定性向上を図ることができる。
【００１２】
さらに、前記砂層バーナに、前記助燃材の着火を検出する火炎検出器を付帯すれば、助燃材の着火が検出されないときに助燃材の吹き込みを停止するようにして、ガス化炉の安全性を高めることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の流動床式ガス化溶融炉は、上述したように、ガス化炉の砂層に助燃材を吹き込む砂層バーナを設置したものであるから、水分を多く含む廃棄物の投入量が増えても砂層を適切な温度に維持することができる。しかも、砂層バーナは、構造が簡単なうえ、従来の設備から分岐させた配管等に接続して使用することができ、消費電力の増加や設備コストの増加は非常に小さい。また、従来のように流動空気の酸素富化によってガス化炉の部分燃焼率が上がったり、廃棄物投入量の低減によって溶融炉へのトータル入熱量が減少したりすることがなくなるため、溶融炉での助燃材消費量が増加することはない。むしろ、部分燃焼率が低下し、廃棄物投入量を増加させることができるため、水分を多く含む廃棄物が投入されるときにも溶融炉での助燃材消費量を低減することが可能となる。従って、砂層バーナが消費する助燃材の量を考慮しても、トータルの助燃材消費量はほとんど増加しない。また、砂層バーナから投入する助燃材のうち、燃焼による砂層の加温に寄与せず、揮発、ガス化した燃料については、溶融炉で燃焼するため、ガス化溶融炉全体の加温に寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。この流動床式ガス化溶融炉は、図１に示すガス化炉１と、ガス化炉１に接続された溶融炉（図示省略）とを備えている。そのガス化炉１は、炉底部に砂層２からなる流動床を有し、砂層２の保有熱（５００℃程度）により、炉１に投入された廃棄物の熱分解ガス化を行っている。この炉１の高さ方向中央部には、廃棄物投入口１０とスタートアップ時に砂層２を加温するオーバーヘッドバーナ１１が設けられ、炉１の下部には、砂層２を流動させる流動空気を吹き込む散気ノズル３と、砂層２に助燃材を吹き込む砂層バーナ４が炉壁１ａを貫通するように設けられている。また、流動空気をガス化炉１に送り込む送風路６には、流動空気を前記溶融炉から排出される排ガスとの熱交換により適度（１００〜３００℃程度）に予熱する空気予熱器７と、この予熱器７よりも下流側で分岐して砂層バーナ４に接続される支路６ａが設けられている。
【００１５】
図２に示すように、前記砂層バーナ４は、砂層２に助燃材を噴霧するノズル５と、ノズル５外周を覆うスリーブ８を有している。そのノズル５は、基端側の受入部５ａに供給される助燃材（灯油もしくはＬＰＧが望ましい）と噴霧媒体である圧縮空気とを混合して先端から噴霧するようになっている。そして、砂層２に噴霧された助燃材が５００℃程度の砂層２内で着火して砂層温度を維持もしくは上昇させる。なお、この助燃材の噴霧は、砂層温度の低下が検知されると自動的に行われる。また、砂層温度が極端に低下した場合には助燃材の未着火による危険を伴うため、砂層温度４７０℃以下では自動的に助燃材の噴霧を停止する等の安全回路が設けられている。さらに、安全対策として、炉壁１ａにあけられた貫通孔１ｂから炉１内を覗いて助燃材の着火を検出する火炎検出器９を設け、助燃材の着火が検出されないときには助燃材の噴霧を停止するようにしている。この火炎検出器９としては、紫外線光電管（ウルトラビジョン）、硫化カドミウム光電管セル火炎検出器、フレームロッド式火炎検出器等を用いることができる。
【００１６】
そして、スリーブ８の基端側に形成された空気の受入部８ａに流動空気用送風路６の支路６ａが接続されており、支路６ａから受入部８ａに供給された流動空気をスリーブ８とノズル５との間に通して砂層２に吹き込むことにより、ノズル５から噴霧された助燃材が流動空気と混合して着火しやすいようにしている。これは、ガス化炉１が基本的に廃棄物の燃焼に必要な理論空気量の２〜３割程度の空気量しか供給されておらず、炉１内の酸素濃度が０％に近い状態であるため、砂層２に助燃材をそのまま噴霧しても、助燃材が酸素不足により着火せず、揮発もしくはＣＯやＨ２等に熱分解してフリーボードで燃焼するようになるおそれがあるからである。なお、この流動空気の砂層２への吹込み速度は、砂によるスリーブ８とノズル５の隙間の閉塞を防止するとともに、流動空気と助燃材との混合を促進するために、ある程度大きく設定する必要があり、４５ｍ／ｓｅｃ以上とすることが望ましい。
【００１７】
また、砂層バーナ４の設置位置は、散気ノズル３の上面から５００ｍｍまでの高さとすることが望ましい。砂層バーナ４を散気ノズル３の上面近傍に設置することにより、そのノズル５から噴霧された助燃材が、散気ノズル３から吹き込まれた流動空気とも混合してより着火しやすくなるからである。
【００１８】
この流動床式ガス化溶融炉は、上記の構成であり、ガス化炉１への砂層バーナ４の設置により、消費電力や設備コストの増加を抑えつつ、砂層温度を適切な温度に維持することができる。
【００１９】
また、適度に予熱された流動空気の一部を、砂層バーナ４のノズル５とその外周を覆うスリーブ８との間に通すようにしたので、ガス化炉１内の酸素不足による砂層での助燃材着火不良を防止することができる。しかも、流動空気と別のノズル冷却空気を使用する必要がなく、ガス化に要するトータルの流動空気量は一定である。また、ノズル冷却に伴う砂層２の温度低下が小さいので、砂層バーナ４が消費する空気および助燃材の量は少ない。また、予熱空気の投入により助燃材の着火の安定化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態の流動床式ガス化溶融炉の要部の概略図
【図２】図１のガス化溶融炉の砂層バーナ設置位置の拡大断面図
【符号の説明】
【００２１】
１ ガス化炉
１ａ 炉壁
１ｂ 貫通孔
２ 砂層
３ 散気ノズル
４ 砂層バーナ
５ ノズル
５ａ 受入部
６ 送風路
６ａ 支路
７ 空気予熱器
８ スリーブ
８ａ 受入部
９ 火炎検出器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市ごみ等の廃棄物の焼却処理を行う流動床式ガス化溶融炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
都市ごみ等の廃棄物の焼却処理を行うガス化溶融炉には、ガス化炉の炉底部に砂層からなる流動床を有する流動床式のものがある。このような流動床式ガス化溶融炉では、投入された廃棄物を流動床で部分燃焼させ、その燃焼熱により流動床の流動媒体である砂層の温度を５００〜６００℃程度に維持して、この砂層の保有熱により廃棄物の熱分解ガス化を行っている。しかし、厨芥等、水分を多く含む廃棄物が多く投入されたときには、廃棄物の保有する水分の潜熱が大きくなるため、砂層内での廃棄物の乾燥による熱損失が大きくなって、ガス化炉の熱収支のバランスが崩れ、砂層温度の維持が困難となる。
【０００３】
これに対して、水分を多く含む廃棄物の投入量が増えても砂層を適切な温度に維持するために、砂層を流動させる流動空気（部分燃焼用空気）の酸素富化（例えば、特許文献１参照。）や、廃棄物の前処理設備としての脱水機の設置が提案されている。
【特許文献１】特開２００２−３２７１８３号公報（段落００２３、図１）
【０００４】
上記従来技術のうち、流動空気の酸素富化を実施する場合は、通常、Ｏ２濃度が２５〜３０％の酸素リッチ状態の空気を砂層に吹き込むことにより部分燃焼率を上げ、ガス化炉への入熱量を上げることにより、砂層温度を維持する。しかしながら、この場合、ガス化炉での部分燃焼率が上がることにより熱分解ガスの熱量が減少し、後段の溶融炉での温度維持が困難となり、溶融炉での助燃材消費量が増加する。また、酸素富化に用いられる酸素発生装置は、通常、吸着式により空気中の窒素濃度を低減するものであり、これに要する消費電力が非常に大きく、また設備コストも大きい。
【０００５】
一方、廃棄物の前処理設備として脱水機を設置する場合は、処理するものが廃棄物であり、組成が一定ではなく、異物等の混入が避けられないため、機械的なトラブルが生じやすく、安定稼動に問題がある。これを回避するためにバイパスラインの設置を行う等、設備の複雑化を招くとともに、酸素富化の場合と同様、消費電力の増加ならびに設備コストの増加につながる。
【０００６】
また、流動空気の酸素富化や脱水機の設置を実施していない場合、あるいは実施していても砂層温度の維持が困難な場合には、砂層内での廃棄物の潜熱による熱損失を抑えるために、廃棄物の投入量を低減する等、運転面での対応を行っている。このため、ガス化炉の処理能力が低減し、これに伴って溶融炉へのトータル入熱量が減少するため、溶融炉での助燃材消費量が余計に増加する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、流動床式ガス化溶融炉において、消費電力や設備コストの増加の少ない簡単な構成で、ガス化炉の砂層温度をガス化に適した温度に維持できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、廃棄物の焼却処理を行う流動床式ガス化溶融炉において、ガス化炉の炉底部の流動床を形成する砂層に助燃材を吹き込む砂層バーナを設置した。
【０００９】
すなわち、ガス化炉の砂層に助燃材を吹き込むだけの簡単な装置である砂層バーナを設置することにより、消費電力や設備コストの増加を抑えつつ、砂層バーナで吹き込んだ助燃材が着火して砂層温度を適切な温度に維持できるようにしたのである。
【００１０】
上記の構成において、前記砂層バーナが、前記助燃材を噴霧するノズルとその外周を覆うスリーブを有している場合に、前記砂層を流動させる流動空気を、前記砂層バーナのスリーブとノズルとの間に通して砂層に吹き込むようにすることにより、ガス化炉内の酸素不足による砂層での助燃材着火不良を防止することができる。
【００１１】
また、前記流動空気を、前記砂層に吹き込まれる前に適度に予熱されたものとすれば、ノズルの焼損を防止しつつ、常温空気を用いる場合に比べ、流動空気の吹込みによる砂層の温度低下を抑えるとともに、助燃材の消費量を減らすことができる。また、助燃材の着火点が５００℃程度であるため、予熱された高温空気を吹き込むことにより、着火の安定性向上を図ることができる。
【００１２】
さらに、前記砂層バーナに、前記助燃材の着火を検出する火炎検出器を付帯すれば、助燃材の着火が検出されないときに助燃材の吹き込みを停止するようにして、ガス化炉の安全性を高めることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の流動床式ガス化溶融炉は、上述したように、ガス化炉の砂層に助燃材を吹き込む砂層バーナを設置したものであるから、水分を多く含む廃棄物の投入量が増えても砂層を適切な温度に維持することができる。しかも、砂層バーナは、構造が簡単なうえ、従来の設備から分岐させた配管等に接続して使用することができ、消費電力の増加や設備コストの増加は非常に小さい。また、従来のように流動空気の酸素富化によってガス化炉の部分燃焼率が上がったり、廃棄物投入量の低減によって溶融炉へのトータル入熱量が減少したりすることがなくなるため、溶融炉での助燃材消費量が増加することはない。むしろ、部分燃焼率が低下し、廃棄物投入量を増加させることができるため、水分を多く含む廃棄物が投入されるときにも溶融炉での助燃材消費量を低減することが可能となる。従って、砂層バーナが消費する助燃材の量を考慮しても、トータルの助燃材消費量はほとんど増加しない。また、砂層バーナから投入する助燃材のうち、燃焼による砂層の加温に寄与せず、揮発、ガス化した燃料については、溶融炉で燃焼するため、ガス化溶融炉全体の加温に寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。この流動床式ガス化溶融炉は、図１に示すガス化炉１と、ガス化炉１に接続された溶融炉（図示省略）とを備えている。そのガス化炉１は、炉底部に砂層２からなる流動床を有し、砂層２の保有熱（５００℃程度）により、炉１に投入された廃棄物の熱分解ガス化を行っている。この炉１の高さ方向中央部には、廃棄物投入口１０とスタートアップ時に砂層２を加温するオーバーヘッドバーナ１１が設けられ、炉１の下部には、砂層２を流動させる流動空気を吹き込む散気ノズル３と、砂層２に助燃材を吹き込む砂層バーナ４が炉壁１ａを貫通するように設けられている。また、流動空気をガス化炉１に送り込む送風路６には、流動空気を前記溶融炉から排出される排ガスとの熱交換により適度（１００〜３００℃程度）に予熱する空気予熱器７と、この予熱器７よりも下流側で分岐して砂層バーナ４に接続される支路６ａが設けられている。
【００１５】
図２に示すように、前記砂層バーナ４は、砂層２に助燃材を噴霧するノズル５と、ノズル５外周を覆うスリーブ８を有している。そのノズル５は、基端側の受入部５ａに供給される助燃材（灯油もしくはＬＰＧが望ましい）と噴霧媒体である圧縮空気とを混合して先端から噴霧するようになっている。そして、砂層２に噴霧された助燃材が５００℃程度の砂層２内で着火して砂層温度を維持もしくは上昇させる。なお、この助燃材の噴霧は、砂層温度の低下が検知されると自動的に行われる。また、砂層温度が極端に低下した場合には助燃材の未着火による危険を伴うため、砂層温度４７０℃以下では自動的に助燃材の噴霧を停止する等の安全回路が設けられている。さらに、安全対策として、炉壁１ａにあけられた貫通孔１ｂから炉１内を覗いて助燃材の着火を検出する火炎検出器９を設け、助燃材の着火が検出されないときには助燃材の噴霧を停止するようにしている。この火炎検出器９としては、紫外線光電管（ウルトラビジョン）、硫化カドミウム光電管セル火炎検出器、フレームロッド式火炎検出器等を用いることができる。
【００１６】
そして、スリーブ８の基端側に形成された空気の受入部８ａに流動空気用送風路６の支路６ａが接続されており、支路６ａから受入部８ａに供給された流動空気をスリーブ８とノズル５との間に通して砂層２に吹き込むことにより、ノズル５から噴霧された助燃材が流動空気と混合して着火しやすいようにしている。これは、ガス化炉１が基本的に廃棄物の燃焼に必要な理論空気量の２〜３割程度の空気量しか供給されておらず、炉１内の酸素濃度が０％に近い状態であるため、砂層２に助燃材をそのまま噴霧しても、助燃材が酸素不足により着火せず、揮発もしくはＣＯやＨ２等に熱分解してフリーボードで燃焼するようになるおそれがあるからである。なお、この流動空気の砂層２への吹込み速度は、砂によるスリーブ８とノズル５の隙間の閉塞を防止するとともに、流動空気と助燃材との混合を促進するために、ある程度大きく設定する必要があり、４５ｍ／ｓｅｃ以上とすることが望ましい。
【００１７】
また、砂層バーナ４の設置位置は、散気ノズル３の上面から５００ｍｍまでの高さとすることが望ましい。砂層バーナ４を散気ノズル３の上面近傍に設置することにより、そのノズル５から噴霧された助燃材が、散気ノズル３から吹き込まれた流動空気とも混合してより着火しやすくなるからである。
【００１８】
この流動床式ガス化溶融炉は、上記の構成であり、ガス化炉１への砂層バーナ４の設置により、消費電力や設備コストの増加を抑えつつ、砂層温度を適切な温度に維持することができる。
【００１９】
また、適度に予熱された流動空気の一部を、砂層バーナ４のノズル５とその外周を覆うスリーブ８との間に通すようにしたので、ガス化炉１内の酸素不足による砂層での助燃材着火不良を防止することができる。しかも、流動空気と別のノズル冷却空気を使用する必要がなく、ガス化に要するトータルの流動空気量は一定である。また、ノズル冷却に伴う砂層２の温度低下が小さいので、砂層バーナ４が消費する空気および助燃材の量は少ない。また、予熱空気の投入により助燃材の着火の安定化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態の流動床式ガス化溶融炉の要部の概略図
【図２】図１のガス化溶融炉の砂層バーナ設置位置の拡大断面図
【符号の説明】
【００２１】
１ ガス化炉
１ａ 炉壁
１ｂ 貫通孔
２ 砂層
３ 散気ノズル
４ 砂層バーナ
５ ノズル
５ａ 受入部
６ 送風路
６ａ 支路
７ 空気予熱器
８ スリーブ
８ａ 受入部
９ 火炎検出器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物の焼却処理を行う流動床式ガス化溶融炉において、ガス化炉の炉底部の流動床を形成する砂層に助燃材を吹き込む砂層バーナを設置したことを特徴とする流動床式ガス化溶融炉。
【請求項２】
前記砂層バーナが、前記助燃材を噴霧するノズルとその外周を覆うスリーブを有しており、前記砂層を流動させる流動空気を、前記砂層バーナのスリーブとノズルとの間に通して砂層に吹き込むようにしたことを特徴とする請求項１に記載の流動床式ガス化溶融炉。
【請求項３】
前記流動空気が、前記砂層に吹き込まれる前に予熱されたものであることを特徴とする請求項２に記載の流動床式ガス化溶融炉。
【請求項４】
前記砂層バーナに、前記助燃材の着火を検出する火炎検出器を付帯したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の流動床式ガス化溶融炉。
【請求項１】
廃棄物の焼却処理を行う流動床式ガス化溶融炉において、ガス化炉の炉底部の流動床を形成する砂層に助燃材を吹き込む砂層バーナを設置したことを特徴とする流動床式ガス化溶融炉。
【請求項２】
前記砂層バーナが、前記助燃材を噴霧するノズルとその外周を覆うスリーブを有しており、前記砂層を流動させる流動空気を、前記砂層バーナのスリーブとノズルとの間に通して砂層に吹き込むようにしたことを特徴とする請求項１に記載の流動床式ガス化溶融炉。
【請求項３】
前記流動空気が、前記砂層に吹き込まれる前に予熱されたものであることを特徴とする請求項２に記載の流動床式ガス化溶融炉。
【請求項４】
前記砂層バーナに、前記助燃材の着火を検出する火炎検出器を付帯したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の流動床式ガス化溶融炉。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００８−３９２５７（Ｐ２００８−３９２５７Ａ）
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２１２３６２（Ｐ２００６−２１２３６２）
【出願日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【出願人】（０００１４２５９５）株式会社栗本鐵工所 (566)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【出願人】（０００１４２５９５）株式会社栗本鐵工所 (566)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]