特許 5909583 廃棄物ガス化溶融炉の運転方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5909583

(24)【登録日】2016年4月1日

(45)【発行日】2016年4月26日

(54)【発明の名称】廃棄物ガス化溶融炉の運転方法

(51)【国際特許分類】

   F23G 5/00 20060101AFI20160412BHJP

【ＦＩ】

   F23G5/00 115Z

【請求項の数】7

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2015-150834(P2015-150834)

(22)【出願日】2015年7月30日

【審査請求日】2015年8月6日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】306022513

【氏名又は名称】新日鉄住金エンジニアリング株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】390022873

【氏名又は名称】ＮＳプラント設計株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100145012

【弁理士】

【氏名又は名称】石坂 泰紀

(74)【代理人】

【識別番号】100169063

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 洋平

(72)【発明者】

【氏名】石田 吉浩

(72)【発明者】

【氏名】田中 宏和

(72)【発明者】

【氏名】高田 純一

(72)【発明者】

【氏名】名間 瑞樹

(72)【発明者】

【氏名】吉元 直子

(72)【発明者】

【氏名】樽角 拓実

(72)【発明者】

【氏名】小宮 史朗

【審査官】 黒石 孝志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−８３１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１２０７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平５−１０６８２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２５５８９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２３Ｇ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

炉底側に位置する溶融炉部と、
前記溶融炉部の内面から外面にかけて形成された貫通孔と、
前記溶融炉部の外に配置されており、前記貫通孔と連通する内部空間を有する保圧室と、
前記保圧室内に配置されており、前記貫通孔から排出される溶融物に熱を加えるバーナと、
前記保圧室内の圧力を制御する弁と、
を備え、
前記保圧室は、前記溶融炉部内の圧力よりも前記保圧室内の圧力を高く維持できるように構成されている廃棄物ガス化溶融炉の前記貫通孔を定常的に開放した状態で運転する方法であって、
前記貫通孔から前記保圧室側に溶融物を排出すること、
燃料と、酸素とを前記バーナに供給すること、
酸素の存在下、前記バーナにおいて前記燃料を燃焼させること、
通常時において、前記保圧室内の圧力を前記溶融炉部内の圧力よりも高く維持することにより、前記貫通孔を通じて前記保圧室内のガスを前記溶融炉部内に流入させること、
異常時において、前記保圧室内の圧力を前記溶融炉部内の圧力よりも低くなるように、前記弁を操作すること、
を含む、廃棄物ガス化溶融炉の運転方法。

【請求項2】

前記廃棄物ガス化溶融炉は、前記貫通孔の下方に配置されており、前記保圧室の下部を水封するとともに前記貫通孔から排出される前記溶融物を冷却する水を収容する水槽を更に備える、請求項１に記載の廃棄物ガス化溶融炉の運転方法。

【請求項3】

燃料としてコークスが使用され、前記溶融炉部内にコークスベッドが形成される、請求項１又は２に記載の廃棄物ガス化溶融炉の運転方法。

【請求項4】

前記貫通孔のサイズは、未燃焼の前記コークスが通過しないサイズに設定されている、請求項３に記載の廃棄物ガス化溶融炉の運転方法。

【請求項5】

前記貫通孔の内面側開口面積が外面側開口面積よりも大きい、請求項３又は４に記載の廃棄物ガス化溶融炉の運転方法。

【請求項6】

前記廃棄物ガス化溶融炉は、前記溶融炉部よりも上方に位置し、内部に充填された廃棄物を乾燥及び熱分解させるシャフト部を更に備え、
前記シャフト部は、上部側に廃棄物装入口及び炉内ガス排出口を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の廃棄物ガス化溶融炉の運転方法。

【請求項7】

前記廃棄物ガス化溶融炉は、前記シャフト部と前記溶融炉部はそれぞれの炉心を横方向にずらして配置されており、前記シャフト部の底部側と前記溶融炉部の上部側とを連結する連通部を更に備え、
前記連通部は、前記シャフト部からの廃棄物を前記溶融炉部に向けて移送するとともに廃棄物を炭化させる可動式の炭化火格子を有する、請求項６に記載の廃棄物ガス化溶融炉の運転方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は廃棄物ガス化溶融炉及びその運転方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般廃棄物や産業廃棄物などを処理する方法として、炭素系固形燃料（例えばコークス）を熱源に使用し、工業炉で廃棄物を溶融する方法が知られている。廃棄物の溶融処理は、廃棄物の減容化だけでなく、これまで埋め立てによって最終処分されていた焼却灰及び不燃性ゴミをスラグやメタルなどの資源として回収できる利点がある。

【0003】

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

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００４−１２０７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、廃棄物ガス化溶融炉の操業形態として、溶融炉の底部から溶融物を間欠的に排出する形態（「間欠出湯」と称される。）と、連続的に排出する形態（「連続出湯」と称される。）が知られている。間欠出湯の場合、溶融物排出用の貫通孔を耐熱材料で塞いだ状態とし、所定時間の経過ごとに貫通孔を開放することによって溶融物を排出させ、その後、再び貫通孔を耐熱材料で塞ぐ。この作業は人手に頼らざるを得ないため、本発明者らは連続出湯による安定的な操業の実現に向けて検討を重ねた。その結果、連続出湯による安定的な操業には以下の課題があることが判明した。

【0006】

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

【0007】

第二に、貫通孔及びその周辺における溶融物の温度低下を十分に抑制しないと、比較的短時間のうちに溶融物の固化物によって貫通孔が閉塞されてしまう。間欠出湯の場合、炉底に溜まった比較的多量の溶融物が短時間のうちに排出されるため、溶融物の温度の低下に伴う問題は顕在化していなかった。これに対し、連続出湯の場合、少量の溶融物が連続的（場合によっては間欠的）に貫通孔から排出されるため、貫通孔及びその周辺において溶融物の温度が低下しやすい。温度低下に伴う溶融物の高粘性化又は固化によって貫通孔の下部から徐々に塞がれていき、その状態が続くと最終的には貫通孔全体が閉塞されるおそれがある。

【0008】

本発明は、溶融物排出用の貫通孔を定常的に開放して操業する場合において、炉内に導入すべき燃料の増加を十分に抑制でき、なおかつ、貫通孔及びその周辺における溶融物の温度低下に起因して貫通孔が閉塞されることを十分に抑制できる廃棄物ガス化溶融炉及びその運転方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る廃棄物ガス化溶融炉は、炉底側に位置する溶融炉部と、溶融炉部の内面から外面にかけて形成された貫通孔と、溶融炉部の外に配置されており、貫通孔と連通する内部空間を有する保圧室と、保圧室内に配置されており、貫通孔から排出される溶融物に熱を加えるバーナとを備え、保圧室は溶融炉部内の圧力よりも保圧室内の圧力を高く維持できるように構成されている。

【0010】

上記廃棄物ガス化溶融炉によれば、貫通孔から保圧室側に溶融物を排出する一方、この溶融物の流れと対向するように保圧室内のガスを貫通孔から炉内へと流入させることができる。つまり、貫通孔において溶融物とガスが対向流となる。これにより、連続出湯による安定的な操業を十分に実現できる。その理由は以下のとおりである。まず、貫通孔から排出される溶融物をバーナの火炎で加熱することができる。これにより溶融物の粘性上昇を抑制でき、貫通孔の閉塞を抑制できる。更に、バーナから発生する燃焼ガスによって保圧室内の圧力を溶融炉部内の圧力よりも高い状態にすることができる。保圧室内の圧力を溶融炉部内の圧力よりも高くすることで、高温の炉内ガスが貫通孔を通じて炉外に排出されるのを防止するとともに、十分に高い温度の燃焼ガスを保圧室から溶融炉部へと貫通孔を通じて流入させることができる。その結果、溶融炉部内の温度（炉内温度）の低下を抑えることができ、炉内に導入すべき燃料の増加を十分に抑制できる。つまり、保圧室内に配置されたバーナは、連続出湯の実現に向けて解決すべき上記二つの課題を解決できるという相乗効果をもたらす。

【0011】

上記保圧室内の圧力は水封によって維持されるようにしてもよい。すなわち、上記廃棄物ガス化溶融炉は、貫通孔の下方に配置されており、保圧室の下部を水封するとともに貫通孔から排出される溶融物を冷却する水を収容する水槽を更に備えてもよい。

【0012】

上記廃棄物ガス化溶融炉は保圧室内の圧力を制御する弁を更に備えてもよい。必要に応じてこの弁を操作することで、より安定的な操業を実現できる。例えば、上述のように保圧室の圧力が水封によって維持されている場合において、保圧室内の圧力が過度に上昇することを弁の操作によって防止することで、水封状態を十分に維持できる。また、通常時においては、上述のとおり、貫通孔内を溶融物とガスが対向するように流れるのに対し、必要に応じて貫通孔から溶融物及び炉内ガスの両方が保圧室側に排出されるようにしてもよい。例えば、溶融物の組成又は温度に起因して溶融物の粘性が上昇する傾向にある場合、保圧室内の圧力を炉内圧力よりも一時的に低くし、その差圧を利用して炉内の溶融物を保圧室側へと強制的に排出させてもよい。また、高温の炉内ガスが所定の時間にわたって貫通孔を通過するようにガスの流れを制御することで、高温の炉内ガスによって貫通孔周辺の溶融物の粘性を低下させることができ、貫通孔の閉塞をより一層確実に抑制できる。

【0013】

上記廃棄物ガス化溶融炉に投入する燃料としてコークスを使用することができる。この場合、溶融炉部内にコークスベッドが形成される。溶融炉部内にコークスベッドを形成することで、溶融炉部内を高温状態（例えば１７００℃超）に安定的に維持できる。貫通孔のサイズは、未燃焼（炉内に装入前）のコークスが通過しないサイズに設定されていることが好ましい。かかる構成を採用することで、炉内に装入したコークスが貫通孔から排出されるのを抑制できる（図２参照）。また、貫通孔の内面側開口面積が外面側開口面積よりも大きく設定されていてもよい。貫通孔の内側開口面積を大きくすることで、貫通孔の途中までコークスを配置させやすく（図４参照）、これにより、貫通孔内を流れる溶融物の温度が低下することをより一層確実に抑制できる。なお、溶融炉部内にコークスベッドを形成できる限り、コークスとしてバイオマス由来のものを使用してもよい。

【0014】

上記廃棄物ガス化溶融炉のタイプは炉底側に溶融炉部を有するものであれば特に制限はない。上記廃棄物ガス化溶融炉は、例えば、溶融炉部よりも上方に位置し、内部に充填された廃棄物を乾燥及び熱分解させるシャフト部を更に備えてもよい。シャフト部は上部側に廃棄物装入口及び炉内ガス排出口を有していればよい。シャフト部は溶融炉部の真上に設けられていなくてもよい。例えば、シャフト部と溶融炉部はそれぞれの炉心を横方向にずらして配置されていてもよい。この場合、上記廃棄物ガス化溶融炉は、シャフト部の底部側と溶融炉部の上部側とを連結する連通部を更に備えればよい。連通部は、例えばシャフト部からの廃棄物を溶融炉部に向けて移送するとともに廃棄物を炭化させる可動式の炭化火格子を有していればよい。

【0015】

本発明は上記廃棄物ガス化溶融炉の貫通孔を定常的に開放した状態で当該廃棄物ガス化溶融炉を運転する方法を提供する。すなわち、この方法は、貫通孔から保圧室側に溶融物を排出すること、燃料と、酸素とをバーナに供給すること、酸素の存在下、バーナにおいて燃料を燃焼させること、保圧室内の圧力を溶融炉部内の圧力よりも高く維持することにより、貫通孔を通じて保圧室内のガスを溶融炉部内に流入させることを含む。

【0016】

上記運転方法によれば、溶融物排出用の貫通孔を定常的に開放して操業する場合において、炉内に導入すべき燃料の増加を十分に抑制でき、なおかつ、貫通孔及びその周辺における溶融物の温度低下に起因して貫通孔が閉塞されることを十分に抑制できる。

【0017】

上述のとおり、上記廃棄物ガス化溶融炉が保圧室内の圧力を制御する弁を更に備える場合、以下のように弁を操作してもよい。すなわち、通常時において、保圧室内の圧力を溶融炉部内の圧力よりも高く維持することにより、貫通孔を通じて保圧室内のガスを溶融炉部内に流入させ、これに対し、異常時において、保圧室内の圧力を溶融炉部内の圧力よりも低くなるように、弁を操作してもよい。ここでいう異常時の具体例として、保圧室内の圧力が何らかの原因で過度に高くなったとき又はそのような事態になりそうなとき、溶融物の組成又は温度に起因して溶融物の粘性が上昇する傾向にあるときなどが挙げられる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、溶融物排出用の貫通孔を定常的に開放して操業する場合であっても、炉内に導入すべき燃料の増加を十分に抑制でき、なおかつ、貫通孔及びその周辺における溶融物の温度低下に起因して貫通孔が閉塞されることを十分に抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は本発明に係る廃棄物ガス化溶融炉の一実施形態を模式的に示す縦断面図である。

【図2】図２は溶融炉部における四本の羽口と、溶融物排出用の貫通孔との位置関係を模式的に示す横断面図である。

【図3】図３（ａ）は貫通孔の形状の一例を示す断面図であり、図３（ｂ）は貫通孔の下側に固形物が堆積した状態を示す断面図である。

【図4】図４は溶融炉部の貫通孔を含む部分を拡大して示す縦断面図である。

【図5】図５は溶融炉部における六本の羽口と、貫通孔との位置関係を模式的に示す横断面図である。

【図6】図６（ａ）〜（ｃ）は貫通孔からの溶融物の排出が停止した状態から、安定的に溶融物が流れ出る状況にまで、溶融物の流動性が改善する様子を示す画像である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

【0021】

＜廃棄物ガス化溶融炉＞
図１に示す廃棄物ガス化溶融炉１０は、主な構成として、シャフト部１と、連通部２と、炭化火格子部３と、溶融炉部４と、保圧室６と、バーナ７と、水槽８とを備える。シャフト部１は還元雰囲気下で廃棄物を乾燥させるとともに熱分解する。連通部２は、シャフト部１と溶融炉部４とを連結している。炭化火格子部３はシャフト部１からの廃棄物を更に熱分解して、廃棄物を炭化させる。溶融炉部４は炭化された廃棄物を燃焼させるとともに融解する。溶融炉部４で生じた溶融物Ｍは貫通孔４ａを通じて保圧室６側に排出される。保圧室６は貫通孔４ａの外側の空間の圧力を維持するためのものである。バーナ７は保圧室６内に配置されており、貫通孔４ａの方向に向けられている。水槽８は保圧室６の下部を水封するとともに貫通孔４ａから排出される溶融物Ｍを冷却する水を収容する。以下、各構成について説明する。

【0022】

シャフト部１は、還元雰囲気下で廃棄物を乾燥させるとともに熱分解するためのものである。シャフト部１の横断面形状は、例えば円筒形である。シャフト部１の上部には、廃棄物を炉内に装入するための廃棄物装入口１１が形成されている。シャフト部１の上部側には、廃棄物が乾燥・燃焼・熱分解する際に発生するガスを排出する炉内ガス排出口１２が形成されている。シャフト部１の下端には開口部１３が形成されており、自重でシャフト部１内を降下した廃棄物が開口部１３から連通部２へと排出される。シャフト部１の内径及び高さは、炉の処理能力等に応じて適宜決定することができる。例えば、シャフト部１の高さは、シャフト部１内の廃棄物の充填高さを少なくとも下端面から１ｍ以上で管理することのできる高さであることが好ましい。充填高さを１ｍ以上に確保することによって、シャフト部１内において炉内ガスの吹き抜け現象を抑制できる。

【0023】

連通部２は、シャフト部１の底部側開口部１３と溶融炉部４の上部側開口部４６とを連結している。連通部２の縦断面形状は、例えば矩形であり、その底面に沿って炭化火格子部３が配置されている。炭化火格子部３は、シャフト部１で乾燥及び熱分解された廃棄物を更に熱分解する。

【0024】

連通部２の底面は、炭化火格子部３によって構成されている。炭化火格子部３は、上記のとおり、廃棄物を熱分解（乾留）するための機能のみならず、炭化した廃棄物を溶融炉部４に供給する供給装置としての機能をも有する。炭化火格子部３は、可動炭化火格子と固定炭化火格子とを交互に階段状又は傾斜状に組み合せることによって形成されている。各可動炭化火格子は、流体圧シリンダ等の駆動装置３１ａ，３１ｂによって横方向に一定のピッチで往復動するように構成されている（図１の両矢印参照）。かかる可動炭化火格子と固定炭化火格子との組み合わせによって炭化火格子部３の上の廃棄物を撹拌しながら上流側から下流側へ向けて押し出すことができる。なお、炭化火格子部３を固定炭化火格子のみで構成し、供給装置を別に設けてもよい。供給装置の一例として、プッシャーが挙げられる。

【0025】

連通部２の底面は、複数の炭化火格子で構成されており、全体が平坦面であるわけではないが、全体としてはシャフト部１側から溶融炉部４側に向けて低くなるように傾斜している。

【0026】

炭化火格子部３は、上段側の供給炭化火格子３Ａと、下段側の乾留炭化火格子３Ｂとによる二段構造になっている。供給炭化火格子３Ａは、シャフト部１の真下に位置しており、シャフト部１内に充填された廃棄物の荷重を直接的に受ける。供給炭化火格子３Ａは、シャフト部１で乾燥及び熱分解された廃棄物の炭化が進むように当該廃棄物を更に熱分解するとともに乾留炭化火格子３Ｂへと押し出して供給する。炭化火格子部３の幅、特に供給炭化火格子３Ａの幅は、シャフト部１の内径と同程度であることが好ましい。シャフト部１から炭化火格子部３に切り替わる箇所において炭化火格子部３の幅とシャフト部１の内径を同程度とすることによって、廃棄物の荷下がりを安定化できる。

【0027】

乾留炭化火格子３Ｂは、供給炭化火格子３Ａに隣接して設けられている。乾留炭化火格子３Ｂは、供給炭化火格子３Ａからの廃棄物を更に熱分解して炭化物を生成し、炭化された廃棄物を溶融炉部４へと押し出して供給する。乾留炭化火格子３Ｂは、供給炭化火格子３Ａと同様の構成を有する。なお、乾留炭化火格子３Ｂは、供給炭化火格子３Ａと同じ幅であってもよく、異なる幅であってもよい。乾燥及び熱分解の進行に伴って廃棄物は減容化するので、シャフト部１の内径や連通部２の幅に比べて溶融炉部４の炉底内径は小さくてもよい。乾留炭化火格子３Ｂの幅は、上流側から下流側に向かうにつれて徐々に小さくなるように設定されていてもよい。

【0028】

供給炭化火格子３Ａの可動炭化火格子は第１駆動装置３１ａによって駆動され、乾留炭化火格子３Ｂの可動炭化火格子は第２駆動装置３１ｂによって駆動される。このように第１及び第２駆動装置３１ａ、３１ｂを互いに独立して設ければ、炭化火格子３Ａ，３Ｂの駆動、停止及び駆動速度を独立して制御でき、その結果、炭化火格子３Ａ，３Ｂによる廃棄物の供給速度も独立して制御できる。

【0029】

炭化火格子部３は、炭化火格子間の隙間及び／又は炭化火格子に形成した送風孔（不図示）を通じて表面全体から空気を炉内に吹き込むことができる構成となっている。すなわち、炭化火格子部３は、廃棄物の乾燥及び熱分解用の空気を炉内に吹き込む機能も有する。

【0030】

供給炭化火格子３Ａ及び乾留炭化火格子３Ｂの裏面側には、炭化した廃棄物のうちの微細なものが炭化火格子間の隙間から落下した場合にそれを回収するための回収室３２がそれぞれ配置されている。各回収室３２には空気供給管Ｌ１を通じて送風装置３３からそれぞれ所定量の空気を供給できるように構成されている。炭化火格子間の隙間及び／又は炭化火格子に形成した送風孔は、例えば４００ｍｍピッチ以下であることが好ましい。供給炭化火格子３Ａ及び乾留炭化火格子３Ｂから供給する空気は、常温であってもよく、例えば２００℃程度にまで予熱されていてもよい。空気の予熱は、例えば炉内ガス排出口１２から排出される高温ガスとの熱交換によって行うことができる。

【0031】

溶融炉部４は、炭化された廃棄物を燃焼させるとともに融解するためのものである。溶融炉部４は、上述のシャフト部１に対して横方向に炉芯をずらすように配置されている。シャフト部１及び溶融炉部４はそれぞれ鉛直方向に延びている。かかる構成を採用することにより、溶融炉部４に対してコークス（炭素系固形燃料）を直接導入することができる。溶融炉部４の横断面形状は、例えば円筒形である。溶融炉部４の上方には、コークス等を溶融炉部４内に装入するための副資材装入口４１が設けられている。本実施形態において、副資材装入口４１は連通部２の上面に形成されている（図１参照）。副資材装入口４１から、コークスとともにコークス以外の炭素系可燃性物質を装入してもよく、塩基度調整剤としての石灰石やスラグを装入してもよい。なお、コークスは、廃棄物とともに廃棄物装入口１１から装入してもよい。

【0032】

図２に示すとおり、溶融炉部４の炉底側には、四本の羽口４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄが周方向に配置されている。羽口４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄから溶融炉部４内に燃焼用の酸素がそれぞれ供給される。なお、酸素は窒素等とともに空気又は酸素富化空気の状態で供給されてもよいし、高い純度の酸素が供給されてもよい。酸素富化空気とは、通常の空気よりも酸素濃度が高められた空気を意味する。溶融炉部４内に酸素を供給することで、廃棄物の熱分解残渣及びコークスＣが燃焼する。溶融炉部４は羽口４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄよりも上側に複数の羽口（不図示）を更に備えてもよい。

【0033】

溶融炉部４の炉底には、溶融物Ｍ（溶融スラグと溶融メタルとを含む混合物）を排出する貫通孔４ａが形成されている。貫通孔４ａは溶融炉部４の内面から外面にかけて形成されており、定常的に開放されている。これにより、貫通孔４ａから溶融物Ｍを連続出湯させることができる。貫通孔４ａから排出された溶融物Ｍは水槽８に収容された水に落下する。

【0034】

貫通孔４ａのサイズは、未燃焼（炉内に装入前）のコークスＣが通過しないサイズに設定されていることが好ましい。かかる構成を採用することで、炉内に装入したコークスＣが貫通孔４ａから排出されるのを抑制できる（図２参照）。貫通孔４ａの開口面積は使用するコークスＣのサイズ、廃棄物ガス化溶融炉１０の規模などに応じて設定すればよく、例えば５０〜５００ｃｍ^２程度であればよい。貫通孔４ａの形状は特に制限はなく、円形、楕円形、矩形などであればよいが、図３（ａ）に示すように貫通孔４ａの流路断面の形状は縦長であることが好ましい。これにより、図３（ｂ）に示すように貫通孔４ａの下側から溶融物Ｍの固形物Ｓが徐々に付着しても、貫通孔４ａが閉塞されるまでの時間を十分長くすることができる。貫通孔４ａの流路断面が縦長である場合、その横幅は未燃焼のコークスＣが通過しない幅であればよい。貫通孔４ａの下側に例えばＶ字状の溝４ｂを設け、溶融物Ｍが溝４ｂを流れるようにしてもよい（図３（ａ）参照）。

【0035】

図４は、溶融炉部４の貫通孔４ａを含む部分を拡大して示す縦断面図である。この図に示すように、貫通孔４ａにおける溶融物Ｍが流れる下側面４ｃは溶融炉部４の内面から外面に向けて低くなるように傾斜していることが好ましい。これにより、貫通孔４ａに溶融物Ｍが滞留することを抑制できる。また、貫通孔４ａの内面側開口面積は外面側開口面積よりも大きいことが好ましい。例えば、貫通孔４ａの上側は溶融炉部４の内面側に流路断面の拡張部４ｄを有してもよい。この場合、図４に示すように、貫通孔４ａの途中までコークスＣが配置されやすい。貫通孔４ａのなるべく近くにおいて、高温のコークスＣと溶融物Ｍとを固液接触させることで、高温に維持され且つ粘性が十分に低い溶融物Ｍを貫通孔４ａから排出させることができる。

【0036】

保圧室６は、貫通孔４ａの外側の空間の圧力を維持するためのものである。図１に示すように保圧室６は溶融炉部４の外に配置されており、貫通孔４ａと連通する内部空間６Ｓを有する。内部空間６Ｓは上下方向に延びる筒状部材６ａと、筒状部材６ａの上側開口を塞ぐ上板６ｂと、筒状部材６ａの下側開口を水封する水面Ｗとによって形成されている。筒状部材６ａ及び上板６ｂは例えば鋼鉄製の板材からなる。筒状部材６ａの縦断面形状は、例えば互いに離隔して配置された二つの半円と、これらの半円の端部同士を結ぶ二本の直線とによって画成される形状である。なお、本実施形態では水封によって保圧室６の圧力を維持する場合を例示したが、水封以外の圧力保持手段を採用してもよい。また、保圧室６内に酸素含有ガス（例えば空気）を供給する開口（不図示）を設けてもよい。この開口を通じて保圧室６内に酸素含有ガスを供給することで、保圧室６から溶融炉部４に流入させるガスの酸素濃度を調整してもよい。

【0037】

内部空間６Ｓにはバーナ７が配置されている。具体的には、バーナ７は貫通孔４ａに向けて配置されており、バーナ７の火炎によって貫通孔４ａ及びその周辺が加熱される。バーナ７の種類は特に制限はなく、プロパン、灯油などを燃料とするものを使用すればよい。保圧室６には内部空間６Ｓを保温するための断熱材６ｃが配置されている（水に浸る下部を除く）。保圧室６を構成する鋼板（鉄皮）の内面を断熱材６ｃで覆うことでバーナ７からの燃焼ガスの温度が低下することを抑制できる。これにより、保圧室６内の圧力が溶融炉部４内の圧力よりも高い場合には貫通孔４ａを通じて高温の燃焼ガスを溶融炉部４内に流入させることができる。なお、貫通孔４ａの出口周辺は、上述のとおり、バーナ７の火炎に曝される。このため、火炎に曝される部分を優れた耐熱性材料で構成しても比較的短い期間のうちに劣化するおそれがある。このため、当該部分を着脱自在の部材４ｅで構成し、定期的に交換できるようにしてもよい（図４参照）。また、溶融物Ｍが断熱材６ｃに付着するのを防止する観点から、断熱材６ｃの一部又は全部を覆うように鋼板６ｅを配置し、これによって保圧室６の内壁の一部又は全部を構成してもよい（図１参照）。

【0038】

保圧室６は、内部空間６Ｓ内のガスを排出するための開口６ｄを有する。開口６ｄにはガス移送管Ｌ２が接続されている。開口６ｄから排出されたガスはガス移送管Ｌ２を介してガス燃焼炉９に導入される。ガス移送管Ｌ２の途中には弁Ｖが設けられている。弁Ｖの開度を調整することで、保圧室６内の圧力を調節することができる。例えば、通常時において、保圧室６内の圧力を溶融炉部４内の圧力よりも高く維持することにより、貫通孔４ａを通じて保圧室６内のガスを溶融炉部４内に流入させることができる。これに対し、異常時において、保圧室６内の圧力を溶融炉部４内の圧力よりも低くなるように、弁Ｖを操作してもよい。ここでいう異常時の具体例として、保圧室６内の圧力が何らかの原因で過度に高くなり、保圧室６の水封状態を維持できなくなったとき又はそのような事態になりそうなとき、溶融物Ｍの組成又は温度に起因して溶融物Ｍの粘性が上昇する傾向にあって溶融炉部４内からのガス流出とともに溶融物Ｍを強制的に排出させたいときなどが挙げられる。

【0039】

溶融物Ｍの粘性の上昇は、例えば保圧室６に配置されたカメラ（不図示）の映像で把握することができる。保圧室６の圧力は圧力計（不図示）を監視すればよい。溶融炉部４と保圧室６の差圧を監視することで貫通孔４ａの閉塞度合いを把握できるようにしてもよい。なお、廃棄物ガス化溶融炉１０内の複数箇所の圧力（差圧）及び温度のデータ、並びに、溶融物Ｍの温度及び粘性のデータに基づき、廃棄物ガス化溶融炉１０の運転を緊急停止できるようにしてもよい。

【0040】

弁Ｖは、保圧室６内の圧力が閾値以上となったとき自動的に開くように構成されていてもよい。あるいは、保圧室６と溶融炉部４との差圧を一定に維持するように、弁Ｖの開度をＰＩＤ制御してもよい。

【0041】

水槽８は、保圧室６の下部を水封するとともに貫通孔４ａから排出される溶融物Ｍを冷却する水を収容する。図１に示すとおり、筒状部材６ａの下側開口が水面下まで延びている。貫通孔４ａから落下した溶融物Ｍは水槽８内の水で急冷される。これによりスラグ（「水砕スラグ」とも称される。）とメタルとが得られる。水槽８の底部にはスラグ及びメタルを水槽８の外に搬送するコンベア８ａが設置されている。なお、スラグ（水砕スラグ）は、溶融物の冷却によって得られる混合物を磁選処理して得られる非磁性成分である。

【0042】

＜廃棄物処理方法＞
次に、廃棄物ガス化溶融炉１０を用いた廃棄物処理方法について説明する。処理すべき廃棄物を廃棄物装入口１１からシャフト部１に装入する。廃棄物の種類は、特に限定されることはなく、一般廃棄物及び産業廃棄物のいずれであってもよい。シュレッダーダスト（ＡＳＲ）、掘り起こしごみ、焼却灰などの単体又は混合物、あるいはこれらと可燃性ごみの混合物なども処理することが可能である。廃棄物によってシャフト部１内に廃棄物充填層１００が形成される。廃棄物装入口１１から乾留された廃棄物やチャーを廃棄物と共に投入してもよい。

【0043】

シャフト部１内においては、炭化火格子部３及び溶融炉部４から吹き込まれた空気や炉内で発生したガスが廃棄物充填層１００を通過するときの熱交換によって、廃棄物の乾燥及び熱分解が進行する。廃棄物の乾燥及び熱分解には廃棄物自身が発する熱も利用される。廃棄物は、シャフト部１内を徐々に降下し、供給炭化火格子３Ａ上に到達し、供給炭化火格子３Ａで更に熱分解され、その後、乾留炭化火格子３Ｂへと送られる。廃棄物は、乾留炭化火格子３Ｂで更に熱分解されて炭化が進行し、上部側開口部４６から落下して溶融炉部４に供給される。

【0044】

連通部２から炭化された廃棄物が溶融炉部４に供給される。炭化された廃棄物によって溶融炉部４内に充填層１０１が形成される。溶融炉部４内には副資材装入口４１からコークスＣと、必要に応じて塩基度調整剤（例えば石灰石）とを装入する。また、羽口４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄから酸素富化空気を吹き込むことによってコークスＣ及び廃棄物の固定炭素を燃焼させる。これにより炉底に高温のコークスベッドＢｃが形成され、その熱で廃棄物に含まれる灰分や不燃成分を溶融する。一方、炉内ガス排出口１２から排出された高温ガスは、ボイラー等の装置で廃熱を回収した後、無害化処理をして放出する。なお、溶融炉部４内にコークスベッドＢｃを形成することで、溶融炉部４内を高温状態（例えば１７００℃超）に安定的に維持できる。

【0045】

操業時における溶融炉部４内の廃棄物の充填高さは、羽口４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄより上方向＋０．５ｍ〜炭化火格子部３の最下端部までの範囲内に維持することが好ましい。この範囲内に維持することによって、充填層１０１の層厚が薄くなることに起因する炉底からの酸素リークを抑制することができる。更に、充填し過ぎに起因する炭化火格子部３の熱分解効率低下や溶融炉部４内における物流停滞の発生を抑制できる。

【0046】

溶融炉部４内の廃棄物の充填高さの制御は、炭化火格子部３が溶融炉部４に廃棄物を供給する速度を調節することによって行うことができる。例えば、溶融炉部４に充填層１０１の高さを検知するためのセンサー（不図示）を配置し、センサーが検知する充填層１０１の高さに基づいて炭化火格子部３の供給速度を制御してもよい。あるいは、例えばオペレーターが充填高さを監視し、監視結果に基づいて供給速度を制御してもよい。

【0047】

供給炭化火格子３Ａの供給速度（Ｖ１）と乾留炭化火格子３Ｂの供給速度（Ｖ２）は、相対的に異なるように設定してもよく、あるいは同じに設定してもよい。供給速度を相対的に異なるように設定する場合、乾留炭化火格子３Ｂの供給速度（Ｖ２）が供給炭化火格子３Ａの供給速度（Ｖ１）よりも大きくなるように設定することが好ましい。更に、乾留炭化火格子３Ｂの供給速度（Ｖ２）を一定にして、供給炭化火格子３Ａの供給速度（Ｖ１）を可変制御することがより好ましい。供給速度Ｖ２を供給速度Ｖ１よりも大きくすることで、供給炭化火格子３Ａから送られてきた廃棄物が乾留炭化火格子３Ｂ上において比較的薄い層をなすように広げることができる。これにより、廃棄物の層の全体に乾留炭化火格子３Ｂからの熱を加えることができ、廃棄物全体の炭化状態を十分に良好にできる。

【0048】

廃棄物の装入は、廃棄物装入口１１のみからではなく、例えば副資材装入口４１から装入してもよい。例えば、水分量が多い廃棄物は廃棄物装入口１１から装入して、シャフト部１及び炭化火格子部３における処理を経た後に溶融炉部４に供給することが好ましい。他方、灰分量が多くて水分が少ない廃棄物は、副資材装入口４１から装入することで、シャフト部１及び炭化火格子部３における乾燥及び熱分解の負荷を軽減できる。水分量が多い廃棄物の一例として汚泥が挙げられ、灰分量が多い廃棄物の一例として焼却灰が挙げられる。なお、廃棄物の装入口は廃棄物装入口１１及び副資材装入口４１以外の場所にも設けてもよい。廃棄物の性状に基づいて廃棄物を炉内に装入する位置を適宜変えることで、結果として炉全体の負荷を軽減できる。

【0049】

次に、貫通孔４ａを定常的に開放した状態で廃棄物ガス化溶融炉１０を運転する場合に関し、以下の四種類の運転方法について具体的に説明する。これらの運転方法によれば、連続出湯による安定的な操業を十分に実現できる。これらの運転方法の各工程及び条件は必要に応じて適宜組み合わせてもよい。
１．貫通孔４ａにおけるガス流れ制御
２．バーナ７に供給する酸素量調整
３．羽口４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄから供給する酸素量の調整
４．副資材装入口４１から必要に応じてスラグを装入

【0050】

１．貫通孔４ａにおけるガス流れ制御
この運転方法は以下の工程を含む。
貫通孔４ａから保圧室６側に溶融物Ｍを排出すること。
燃料と、酸素とをバーナ７に供給すること。
酸素の存在下、バーナ７において燃料を燃焼させること。
保圧室６内の圧力を溶融炉部４内の圧力よりも高く維持することにより、貫通孔４ａを通じて保圧室６内のガスを溶融炉部４内に流入させること。

【0051】

この運転方法によれば、貫通孔４ａから排出される溶融物Ｍをバーナ７の火炎で加熱することができる。これにより溶融物Ｍの粘性上昇を抑制でき、貫通孔４ａの閉塞を抑制できる。更に、バーナ７から発生する燃焼ガスによって保圧室６内の圧力（例えば１．５〜２．５ｋＰａ（ゲージ圧））を溶融炉部４内の圧力（例えば１．０〜２．０ｋＰａ（ゲージ圧））よりも高い状態にすることができる。これにより貫通孔４ａを通じて燃焼ガスが溶融炉部４に流入する。すなわち、保圧室６内の圧力を溶融炉部４内の圧力よりも高くすることで、高温の炉内ガスが貫通孔４ａを通じて炉外に排出されるのを防止するとともに、十分に高い温度の燃焼ガスを保圧室６から溶融炉部４へと貫通孔４ａを通じて流入させることができる。その結果、溶融炉部４内の温度（炉内温度）の低下を抑えることができ、炉内に導入すべき燃料の増加を十分に抑制できる。なお、貫通孔４ａを通過する燃焼ガスの温度が１２００℃以上（より好ましくは１３００℃程度）であれば、貫通孔４ａ周辺で溶融物Ｍが固化することを十分に抑制できる。溶融物Ｍに含まれるスラグの融点はその組成に依存するが１１７５℃程度である。

【0052】

貫通孔４ａにおける溶融物Ｍと燃焼ガスの流れに着目すると、貫通孔４ａにおいて溶融物Ｍとガスは対向流となっている。貫通孔４ａから溶融物Ｍを安定的に排出するには、貫通孔４ａ内において溶融物Ｍの流れが燃焼ガスの流れと十分に分離していることが好ましい。つまり、貫通孔４ａ内の流体の流れを対向気液二相流とみなした場合、溶融物Ｍが分離流（層状流又は波状流）を形成していることが好ましい。かかる観点から、貫通孔４ａの開口面積、コークスＣのサイズ及び保圧室６から溶融炉部４に流入するガス流量などを設定すればよい。例えば、貫通孔４ａを通過する燃焼ガスの流速は好ましくは０〜２０Ｂｍ／ｓであり、より好ましくは３〜１０Ｂｍ／ｓである。なお、流速の単位「Ｂｍ／ｓ」はその場の温度及び圧力条件下での流速を意味する。

【0053】

なお、本実施形態においては、溶融炉部４内にコークスベッドＢｃを形成する場合を例示したが、この運転方法は溶融炉部４にコークスベッドＢｃが形成されない条件で実施してもよい。

【0054】

２．バーナに供給する酸素量調整
この運転方法は以下の工程を含む。
溶融炉部４にコークスベッドＢｃを形成すること。
貫通孔４ａから保圧室６側に溶融物Ｍを排出すること。
燃料と、理論酸素量よりも多い酸素とをバーナ７に供給すること。
理論酸素量よりも酸素が多い条件下、バーナ７において燃料を燃焼させること。
保圧室６内の圧力を溶融炉部４内の圧力よりも高く維持することにより、貫通孔４ａを通じて保圧室６内の酸素含有ガスを溶融炉部４内に流入させること。

【0055】

この運転方法によれば、貫通孔４ａから排出される溶融物Ｍをバーナ７の火炎で加熱することができる。これにより溶融物Ｍの粘性上昇を抑制でき、貫通孔４ａの閉塞を抑制できる。更に、バーナ７から発生する燃焼ガスによって保圧室６内の圧力を溶融炉部４内の圧力よりも高い状態にすることができる。これにより貫通孔４ａを通じて燃焼ガスが溶融炉部４に流入する。すなわち、保圧室６内の圧力を溶融炉部４内の圧力よりも高くすることで、高温の炉内ガスが貫通孔４ａを通じて炉外に排出されるのを防止するとともに、十分に高い温度の燃焼ガスを保圧室６から溶融炉部４へと貫通孔４ａを通じて流入させることができる。その結果、溶融炉部４内の温度（炉内温度）の低下を抑えることができ、炉内に導入すべき燃料の増加を十分に抑制できる。

【0056】

更に、この運転方法においては、燃料と、理論酸素量よりも多い酸素とをバーナ７に供給する。このため、バーナ７の燃焼ガスには酸素が残存している。貫通孔４ａを通じて溶融炉部４内に流入する燃焼ガス（酸素含有ガス）は貫通孔４ａの近くに位置するコークスＣの燃焼に寄与する。特に、貫通孔４ａ付近において、高温のコークスＣと溶融物Ｍとを固液接触させることで、高温に維持されたままの溶融物Ｍを貫通孔４ａから排出させることができる。

【0057】

この運転方法は、燃料に対する酸素の量を一時的に増やすことを更に含んでもよい。これにより、燃焼ガスに残存する酸素量を一時的に増やすことができる。このような操作を実施することにより、貫通孔４ａを通じて溶融炉部４内に流入するガスの酸素濃度が上昇する。これにより、溶融炉部４内の貫通孔４ａ付近のコークスＣの燃焼が促進され、その結果、当該領域の温度を一時的に上昇させることができる。これは溶融物Ｍの組成又は温度低下に起因して溶融物の粘性が上昇する傾向にあり、貫通孔周りに固形分の付着が認められる場合などにおいて、その改善策として有効である。

【0058】

本発明者らは、図１に示す廃棄物ガス化溶融炉１０と同様の構成を有する廃棄物ガス化溶融炉において以下の評価試験を行った。すなわち、理論酸素量よりも多い酸素（バーナ酸素比１超）でバーナを運転している状態から、バーナに供給する酸素量を更に増やしてバーナを運転した。その結果、バーナ酸素比を増やすとほぼ同時に、貫通孔から見えるコークスが赤熱する様子が確認できた。これに伴って溶融物の粘性が低くなること、換言すれば流動性の改善効果が得られることが確認された。なお、ここでいうバーナ酸素比とは、バーナに供給される燃料が完全燃焼する必要な酸素量（理論酸素量）Ｏｔと、バーナに供給した酸素量Ｏｓとの比（Ｏｓ／Ｏｔ）を意味する。

【0059】

３．羽口４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄから供給する酸素量の調整
この運転方法は以下の工程を含む。
溶融炉部４にコークスベッドＢｃを形成すること。
羽口４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄから溶融炉部４内にそれぞれ酸素を供給すること。
貫通孔４ａから保圧室６側に溶融物Ｍを排出すること。
燃料と、酸素とをバーナ７に供給すること。
酸素の存在下、バーナ７において燃料を燃焼させること。
保圧室６内の圧力を溶融炉部４内の圧力よりも高く維持することにより、貫通孔４ａを通じてバーナ７の燃焼ガスを溶融炉部４内に流入させること。
この運転方法においては、貫通孔４ａの最も近くにある羽口４２ａ，４２ｄから溶融炉部４内に単位時間あたりに供給する酸素量Ｓ_Ｎを、羽口４２ａ，４２ｄよりも貫通孔４ａからの距離が遠い羽口４２ｂ，４２ｃから溶融炉部４内に単位時間あたりに供給する酸素量Ｓ_Ｆよりも少なくする。

【0060】

この運転方法によれば、貫通孔４ａから排出される溶融物Ｍをバーナ７の火炎で加熱することができる。これにより溶融物Ｍの粘性上昇を抑制でき、貫通孔４ａの閉塞を抑制できる。更に、バーナ７から発生する燃焼ガスによって保圧室６内の圧力を溶融炉部４内の圧力よりも高い状態にすることができる。これにより貫通孔４ａを通じて燃焼ガスが溶融炉部４に流入する。すなわち、保圧室６内の圧力を溶融炉部４内の圧力よりも高くすることで、高温の炉内ガスが貫通孔４ａを通じて炉外に排出されるのを防止するとともに、十分に高い温度の燃焼ガスを保圧室６から溶融炉部４へと貫通孔４ａを通じて流入させることができる。その結果、溶融炉部４内の温度（炉内温度）の低下を抑えることができ、炉内に導入すべき燃料の増加を十分に抑制できる。

【0061】

更に、貫通孔４ａの近くにある羽口４２ａ，４２ｄから溶融炉部４内に供給する酸素量Ｓ_Ｎを相対的に少なくすることで、貫通孔４ａの近くのコークスＣが過剰に消費されるのを抑制でき、これはコークスベッドＢｃの厚さを十分均一に維持するのに有用である。すなわち、貫通孔４ａの近くのコークスＣは、貫通孔４ａから流入するバーナ７の燃焼ガスによって消費されるため、他の領域にあるコークスＣと比較して消費されやすいからである。バーナ７の燃焼ガスに含まれ得るガス種と、コークスＣを構成する炭素との反応式は以下のとおりである。
Ｃ＋Ｏ_２→ＣＯ_２ …（１）
２Ｃ＋Ｏ_２→２ＣＯ …（２）
Ｃ＋ＣＯ_２→２ＣＯ …（３）
Ｃ＋Ｈ_２Ｏ→Ｈ_２＋ＣＯ …（４）

【0062】

羽口４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄから単位時間あたりに供給する酸素量は、コークスベッドＢｃを構成するコークスＣがなるべく均一に消費されるように（コークスベッドＢｃの厚さが不均一にならないように）、それぞれ設定すればよい。図２を参照しながら説明すると、溶融炉部４の横断面において、貫通孔４ａを含む側（図２の右側）と、貫通孔４ａを含まない側（図２の左側）の二つの領域に溶融炉部４を分け、これら二つの領域における単位時間あたりのコークス消費量をバランスさせればよい。まず、コークス全体の単位時間あたりの消費量は溶融炉部４の炉底において必要とされる温度に基づいて設定される。コークスベッドＢｃ全体の単位時間あたりのコークス消費量は溶融炉部４へのコークス装入量とバランスしている。コークスベッドＢｃ全体の単位時間あたりのコークス消費量を１００とすると、羽口４２ｂ，４２ｃからそれぞれ供給される酸素によって単位時間あたり２５のコークスが消費されるようにすればよい。次に、貫通孔４ａから流れ込む燃焼ガス量及びその組成は、貫通孔４ａ周辺の加熱に必要な熱量に基づいて設定される。燃焼ガス量及びその組成が決まれば、上記反応式（１）〜（４）に基づいて燃焼ガスによって単位時間あたりに消費されるコークス消費量を求めることができる。仮にそのコークス消費量が２０であったとすると、残りの二つの羽口４２ａ，４２ｄからの酸素によって単位時間あたりに消費すべきコークスの量は３０である。すると、この場合、羽口４２ａ，４２ｄからの酸素によって単位時間あたりに消費すべきコークスの量はそれぞれ１５である。

【0063】

本発明者らは、溶融炉部の炉底付近に二本の羽口（貫通孔に近い羽口及び貫通孔から遠い羽口）を備えることの他は、図１に示す廃棄物ガス化溶融炉１０と同様の構成を有する廃棄物ガス化溶融炉において以下の評価試験を行った。すなわち、貫通孔から流入する燃焼ガスによるコークスの消費を考慮し、貫通孔に近い羽口からの酸素供給量を貫通孔から遠い羽口からの酸素供給量よりも少なくして廃棄物ガス化溶融炉を５００時間にわたって操業した。その結果、貫通孔４ａから溶融物を安定的に連続的に排出させることができ、また、コークスベッドの厚さを十分均一に維持することができた（コークスベッドの厚さが不均一になっていることを示す兆候は認められなかった。）。バーナの燃料としてプロパンガスを使用し、理論酸素量よりも多い酸素（バーナ酸素比１超）でバーナを運転した。上記反応式（１）〜（４）の反応によるコークスの消費量を考慮し、貫通孔に近い羽口からの酸素供給量を貫通孔から遠い羽口からの酸素供給量よりも減らした。

【0064】

なお、羽口の本数は四本に限定されず、二本以上であればよい。図５は六本の羽口４２ａ〜４２ｆが設けられた溶融炉部４を模式的に示す横断面図である。図５に示す溶融炉部４の水平方向の断面形状は楕円形である。溶融炉部４の形状を楕円形とすることで、円形の場合と比較して羽口４２ａ〜４２ｆからそれぞれ供給される酸素によって生じる熱が溶融炉部４の中央にまで届きやすいという利点がある。

【0065】

この運転方法において、燃料と、理論酸素量よりも多い酸素とをバーナ７に供給した場合、バーナ７の燃焼ガスには酸素が残存している。貫通孔４ａを通じて溶融炉部４内に流入する燃焼ガス（酸素含有ガス）は貫通孔４ａの近くに位置するコークスＣの燃焼に寄与する（上記反応式（１）及び（２））。特に、貫通孔４ａ付近において、高温のコークスＣと溶融物Ｍとを固液接触させることで、高温に維持されたまま溶融物Ｍを貫通孔４ａから排出させることができる。なお、この場合も上記反応式（３）及び（４）の反応によっても貫通孔４ａの近くのコークスＣが消費される。

【0066】

この運転方法において、燃料と、理論酸素量よりも少ない酸素とをバーナ７に供給した場合、バーナ７の燃焼ガスには酸素がほとんど残存しない。この場合は主に上記反応式（３）及び（４）の反応により、貫通孔４ａの近くのコークスＣが消費される。貫通孔４ａを通じて溶融炉部４内に流入する燃焼ガス（酸素をほとんど含まない燃焼ガス）は、コークスＣの燃焼に寄与しないものの、当該燃焼ガスは十分に高温であるため、溶融炉部４内の温度（炉内温度）の維持に寄与する。

【0067】

４．副資材装入口４１から必要に応じてスラグを装入
この運転方法は以下の工程を含む。
貫通孔４ａから炉外に溶融物Ｍを排出すること。
貫通孔４ａから排出される溶融物Ｍの流れを監視すること。
廃棄物のガス化溶融処理によって得られたスラグを溶融物Ｍの流動性の低下に応じて副資材装入口４１から溶融炉部４に装入すること。

【0068】

この運転方法によれば、廃棄物のガス化溶融処理によって得られたスラグを副資材装入口４１から溶融炉部４に装入することで、貫通孔４ａから排出される溶融物Ｍの流動性の悪化を十分迅速に改善できる。その理由は以下のとおりである。第一に、溶融物Ｍから得られるスラグをサンプリングし、その塩基度を実際に測定する必要がないからである。第二に、廃棄物ガス化溶融炉１０によれば、上記スラグを副資材装入口４１から溶融炉部４に直接供給することができるからである。溶融物Ｍの流動性の悪化を十分迅速に改善することで、溶融物Ｍが貫通孔４ａから安定的に排出される状態を十分に維持することができる。

【0069】

溶融物Ｍの流れの監視は、例えば、貫通孔４ａの外側（保圧室６側）にビデオカメラ（不図示）を設置し、その画像によって貫通孔４ａ及びその周辺の溶融物Ｍの流れを作業者が観察することによって実施できる。より具体的には、溶融物Ｍが貫通孔４ａ内を流れる様子（図６参照）や貫通孔４ａの出口から部材４ｅの表面上を流れ落ちる様子を観察対象とすればよい。

【0070】

溶融物Ｍの流れの監視により、通常時と比較して溶融物Ｍの流動性が低下したと判断されたとき、副資材装入口４１から溶融炉部４にスラグを装入する。ここでいう「通常時」とは貫通孔４ａから安定的に溶融物Ｍが排出されている状況を意味する。他方、「溶融物Ｍの流動性が低下した」と判断されるべき状況の具体例としては以下のものが挙げられる。
・貫通孔４ａから溶融物Ｍが一定の時間以上（例えば３００秒以上）にわたって排出されないとき。
・貫通孔４ａから溶融物Ｍが排出されているものの、通常時と比較して貫通孔４ａ付近の壁面上を流れ落ちる溶融物Ｍの速度が遅いとき。
・溶融炉部４内の圧力と保圧室６内の圧力との差圧が拡大する傾向にあるとき（貫通孔４ａが閉塞される傾向にあるとき）。
なお、スラグを実際に装入するか否かは、上記画像を観察している作業者が判断してもよいし、画像処理データや操業データ（例えば差圧データ）に基づいて自動的に判断してもよい。

【0071】

副資材装入口４１から装入するスラグは、廃棄物のガス化溶融処理によって得られたものであればよく、廃棄物ガス化溶融炉１０の水槽８から回収された水砕スラグであってもよいし、他の廃棄物ガス化溶融炉で得られたスラグであってもよい。溶融炉部４において溶融物Ｍの流動性改善効果を十分に迅速に奏する観点から、スラグは粉状又は粒状であることが好ましい。溶融炉部４において、溶融物Ｍの流動性悪化の原因を十分に希釈化する観点から、副資材装入口４１から装入するスラグの塩基度は０．８〜１．０であることが好ましい。ここでいう「塩基度」とはスラグに含まれるＣａＯとＳｉＯ_２との質量比（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）であり、蛍光Ｘ線分析計による元素分析によって求めることができる。

【0072】

この運転方法においては、溶融物Ｍの流動性の悪化が認められたとき、上記スラグを副資材装入口４１から溶融炉部４に即座に装入すればよい。溶融炉部４内の温度において適した流動性を有する溶融スラグとなるスラグを装入することで、溶融炉部４における溶融スラグの塩基度を流動に適した範囲に戻すことができる。すなわち、溶融炉部４内の溶融スラグの塩基度が設定範囲の下限値（例えば０．８）よりも低ければこれを高めることができ、一方、溶融炉部内の溶融スラグの塩基度が設定範囲の上限値（例えば１．０）よりも高ければこれを低くすることができる。なお、この運転方法においては、溶融炉部４内の溶融スラグの塩基度を所定の範囲とすることが目的ではなく、溶融炉部４内の溶融スラグの流動性が悪化したときに、これを迅速に改善することである。これに対し、溶融スラグの塩基度の季節的変動については、スラグの塩基度を定期的に測定し、測定結果に基づいて塩基度調整剤（例えば石灰石）の装入量を調整することによって対処すればよい。

【0073】

副資材装入口４１から溶融炉部４に装入する上記スラグの量は特に制限はない。貫通孔４ａから排出される溶融物Ｍが流れる状態の監視を続け、流動性の改善効果が不十分であれば、再度、上記スラグを装入すればよい。上述のとおり、副資材装入口４１から上記スラグを溶融炉部４に直接供給でき、これにより流動性の改善効果が短時間（例えば３分程度）のうちに奏される。従って、上記スラグの供給後、流動性の改善効果が十分であるか否かを十分短時間のうちに判断でき、スラグを再度供給すべきか否かを判断することができる。なお、溶融炉部４に供給するスラグは適正な塩基度を有するため、これを溶融炉部４に過剰に供給したとしても、廃棄物ガス化溶融炉１０の安定的な操業に影響しない。具体的には、温度が低いスラグが過剰に供給されることに伴って溶融炉部４におけるコークスＣの消費量が一時的に増加する程度の影響にとどめることができる。従って、実際には溶融物Ｍの流動性が低下していなくても、そのような兆候が認められたときに副資材装入口４１から溶融炉部４に上記スラグを供給してもよい。

【0074】

本発明者らは、図１に示す廃棄物ガス化溶融炉１０と同様の廃棄物ガス化溶融炉において、スラグによる溶融物流動性改善について評価試験を行った。この評価試験によると、一回につき１０ｋｇのスラグ（塩基度０．８〜１．０）を１〜３回にわたって副資材装入口から溶融炉部に装入したところ、溶融物の流動性改善効果が得られた。なお、当該廃棄物ガス化溶融炉の副資材装入口からは、１５分おきに１０ｋｇ程度のコークスと、１５分おきに１０ｋｇの石灰石（塩基度調整剤）とを装入しながら運転を行った。

【0075】

図６は保圧室側から貫通孔を撮影した画像である。図６（ａ）は貫通孔からの溶融物の排出が停止した状態である。この画像を撮影した時点で副資材装入口から溶融炉部へのスラグの供給を開始した。図６（ｂ）はスラグ供給開始から約１分後の画像であり、図６（ｃ）はスラグ供給開始から約３分後の画像である。これらの画像から分かるとおり、スラグ供給開始から約３分後には溶融物の流動性改善効果が得られた。

【0076】

本実施形態においては、連続出湯の操業形態において上記スラグを溶融炉部４に供給する場合を例示したが、間欠出湯の操業形態において溶融物の流動性が不十分であると認められたときに上記スラグを溶融炉部４に供給してもよい。

【0077】

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、形式や細部についての種々の置換、変形、変更等が、特許請求の範囲の記載により規定されるような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行われることが可能であることは、当該技術分野における通常の知識を有する者には明らかである。従って、本発明の範囲は、上記実施形態及び添付図面に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。

【0078】

例えば、上記実施形態においては、シャフト部１と、溶融炉部４と、これらを連結する連通部２とを備えた廃棄物ガス化溶融炉１０（「低炭素型シャフト炉」とも称される。）を例示したが、本発明は、連通部２を具備せず、溶融炉部４の真上にシャフト部１が配置された廃棄物ガス化溶融炉（「シャフト炉式ガス化溶融炉」とも称される。）に適用してもよい（ただし、上記「４．副資材装入口４１から必要に応じてスラグを装入」を除く。）。なお、低炭素型シャフト炉はシャフト炉式ガス化溶融炉と比較して使用するコークスの量を削減できるとともに、溶融炉部４の圧力変動が小さいという利点がある。

【符号の説明】

【0079】

１…シャフト部、２…連通部、３…炭化火格子部、４…溶融炉部、４ａ…貫通孔、６…保圧室、７…バーナ、１０…廃棄物ガス化溶融炉、１１…廃棄物装入口、１２…炉内ガス排出口、４２ａ〜４２ｆ…羽口、Ｂｃ…コークスベッド、Ｃ…コークス、Ｖ…弁。

【要約】

【課題】溶融物排出用の貫通孔を定常的に開放して操業する場合において、炉内に導入すべき燃料の増加を十分に抑制でき、なおかつ、貫通孔及びその周辺における溶融物の温度低下に起因して貫通孔が閉塞されることを十分に抑制できる廃棄物ガス化溶融炉及びその運転方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る廃棄物ガス化溶融炉は、炉底側に位置する溶融炉部と、溶融炉部の内面から外面にかけて形成された貫通孔と、溶融炉部の外に配置されており、貫通孔と連通する内部空間を有する保圧室と、保圧室内に配置されており、貫通孔から排出される溶融物に熱を加えるバーナとを備え、保圧室は溶融炉部内の圧力よりも保圧室内の圧力を高く維持できるように構成されている。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】