特許 6390111 溶融炉システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6390111

(24)【登録日】2018年8月31日

(45)【発行日】2018年9月19日

(54)【発明の名称】溶融炉システム

(51)【国際特許分類】

   F27B 1/08 20060101AFI20180910BHJP

   F23J 1/00 20060101ALI20180910BHJP

   F23J 1/02 20060101ALI20180910BHJP

   F27B 1/21 20060101ALI20180910BHJP

   F27D 15/00 20060101ALI20180910BHJP

   F27D 15/02 20060101ALI20180910BHJP

【ＦＩ】

   F27B1/08 Z

   F23J1/00 B

   F23J1/02 A

   F27B1/21

   F27D15/00 Z

   F27D15/02 A

【請求項の数】2

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-24201(P2014-24201)

(22)【出願日】2014年2月12日

(65)【公開番号】特開2015-152188(P2015-152188A)

(43)【公開日】2015年8月24日

【審査請求日】2016年12月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】特許業務法人青海特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】向井 新治

(72)【発明者】

【氏名】藤吉 裕信

【審査官】 市川 篤

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−０６５５２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１８３９６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５５−１６７０３５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５９−１２３１３８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５３−１０８７８２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００６−００３０１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２７Ｂ １／００−３／２８

Ｆ２７Ｄ １５／０２

Ｆ２３Ｊ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶融スラグが通過する通過口を下部に有する溶融炉の本体上部と、
上部に形成され前記通過口と連通する上部開口と、該上部開口より下方に配され鉛直下方に延在した延在部と、該延在部の下端に形成された下端開口とを有する前記溶融炉の本体下部と、
水が貯留され、前記本体下部の下端開口を水封して該下端開口から外部へのガスの漏洩を防止するとともに、前記通過口を通じて落下した前記溶融スラグを冷却して固化する水槽と、
板形状であり、少なくとも上面が、前記水槽に貯留された水の水面のうち前記下端開口に囲繞された水面の少なくとも前記通過口に対応する領域の上方に位置するように設けられ、前記落下した溶融スラグを一時的に受け止める輻射防止板と、
前記輻射防止板の上面が前記下端開口に囲繞された水面の上方に位置する水上位置と、該輻射防止板の上面が前記水槽に貯留された水中に位置する水中位置とに、該輻射防止板を昇降移動させる移動部と、
前記移動部によって水中位置に移動された前記溶融スラグを前記輻射防止板ごと前記水槽から外部へ搬送する搬送部と、
を備えたことを特徴とする溶融炉システム。

【請求項2】

溶融スラグが通過する通過口を下部に有する溶融炉の本体上部と、
上部に形成され前記通過口と連通する上部開口と、該上部開口より下方に配され鉛直下方に延在した延在部と、該延在部の下端に形成された下端開口とを有する前記溶融炉の本体下部と、
水が貯留され、前記本体下部の下端開口を水封して該下端開口から外部へのガスの漏洩を防止するとともに、前記通過口を通じて落下した前記溶融スラグを冷却して固化する水槽と、
板形状であり、少なくとも上面が、前記水槽に貯留された水の水面のうち前記下端開口に囲繞された水面の少なくとも前記通過口に対応する領域の上方に位置するように設けられ、前記落下した溶融スラグを一時的に受け止める輻射防止板と、
前記輻射防止板の上面が前記下端開口に囲繞された水面の上方に位置する水上位置と、該輻射防止板の上面の少なくとも一部が前記水槽に貯留された水中に位置する水中位置とに、該輻射防止板を昇降移動させる移動部と、
棒形状であるハンマーと、
前記輻射防止板が前記水上位置にある場合に前記ハンマーを前記水槽外に位置させ、該輻射防止板が前記水中位置にある場合に該ハンマーを該水槽内に突出させて該水中位置に移動された該輻射防止板から溶融スラグを排除する駆動部と、
を備えたことを特徴とする溶融炉システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶融スラグを生成する溶融炉を備えた溶融炉システムに関する。

【背景技術】

【0002】

石炭等の原料をガス化する際に生じた灰や、工業原料、廃棄物、下水汚泥等を焼却することによって生じた灰を、１０００℃以上の高温で溶融して溶融スラグとする溶融炉が知られている。このような溶融炉には、下部に形成された排出口へ向けてその断面が漸減するように傾斜する傾斜部が設けられており、傾斜部において溶融スラグが集約され、集約された溶融スラグは、傾斜部を伝って排出口に導かれることとなる。

【0003】

上記溶融炉内は一般的に、排出口から延在した延在部の下端を、水槽に貯留された水で水封することで、溶融炉を密閉構造とする技術が開発されている。このような技術において水槽は、溶融炉を水封する機能に加えて、排出口を通じて落下した溶融スラグを、貯留された水によって冷却して固化させる機能を担う。こうして水槽において冷却され固化されたスラグは、外部に排出されて、セメント原料、土木建材用資材、ガラス原料等として再利用される。

【0004】

上記水槽で溶融炉を水封する構成では、水槽に貯留された水が、溶融炉内の１０００℃以上の高温のガスからの輻射熱を受けるため、ガスの温度が低下し、かつ、ガスには蒸発した水（水蒸気）が含まれることになる。そうすると、溶融炉の下流に配される熱回収部において回収されるガスの熱量が低減してしまう。

【0005】

そこで、水槽に貯留された水の水面であって、延在部の下端に囲繞された水面を、水より質量密度が小さい複数の浮遊性塊状物で覆うことで、ガスから水面への輻射を低減して、ガスの温度低下を抑制する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００４−４４８５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、特許文献１の技術では、溶融スラグが水に落下する際に、溶融スラグと浮遊性塊状物とが衝突し、溶融スラグに浮遊性塊状物が巻き込まれ、溶融スラグとともに浮遊性塊状物が水中に移動するおそれがある。そうすると、水面を覆う浮遊性塊状物が徐々に減少して水面が露出するため、ガスの温度低下を抑制する効果が低減してしまうという課題がある。

【0008】

本発明は、このような課題に鑑み、簡易な構成で、ガスから水面への輻射を低減して、ガスの温度低下を抑制することが可能な溶融炉システムを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、本発明の溶融炉システムは、溶融スラグが通過する通過口を下部に有する溶融炉の本体上部と、上部に形成され通過口と連通する上部開口と、上部開口より下方に配され鉛直下方に延在した延在部と、延在部の下端に形成された下端開口とを有する溶融炉の本体下部と、水が貯留され、本体下部の下端開口を水封して下端開口から外部へのガスの漏洩を防止するとともに、通過口を通じて落下した溶融スラグを冷却して固化する水槽と、板形状であり、少なくとも上面が、水槽に貯留された水の水面のうち下端開口に囲繞された水面の少なくとも通過口に対応する領域の上方に位置するように設けられ、落下した溶融スラグを一時的に受け止める輻射防止板と、輻射防止板の上面が下端開口に囲繞された水面の上方に位置する水上位置と、輻射防止板の上面が水槽に貯留された水中に位置する水中位置とに、輻射防止板を昇降移動させる移動部と、移動部によって水中位置に移動された溶融スラグを輻射防止板ごと水槽から外部へ搬送する搬送部と、を備えたことを特徴とする。

【0010】

上記課題を解決するために、本発明の溶融炉システムは、溶融スラグが通過する通過口を下部に有する溶融炉の本体上部と、上部に形成され通過口と連通する上部開口と、上部開口より下方に配され鉛直下方に延在した延在部と、延在部の下端に形成された下端開口とを有する溶融炉の本体下部と、水が貯留され、本体下部の下端開口を水封して下端開口から外部へのガスの漏洩を防止するとともに、通過口を通じて落下した溶融スラグを冷却して固化する水槽と、板形状であり、少なくとも上面が、水槽に貯留された水の水面のうち下端開口に囲繞された水面の少なくとも通過口に対応する領域の上方に位置するように設けられ、落下した溶融スラグを一時的に受け止める輻射防止板と、輻射防止板の上面が下端開口に囲繞された水面の上方に位置する水上位置と、輻射防止板の上面の少なくとも一部が水槽に貯留された水中に位置する水中位置とに、輻射防止板を昇降移動させる移動部と、棒形状であるハンマーと、輻射防止板が水上位置にある場合にハンマーを水槽外に位置させ、輻射防止板が水中位置にある場合にハンマーを水槽内に突出させて水中位置に移動された輻射防止板から溶融スラグを排除する駆動部と、を備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、簡易な構成で、ガスから水面への輻射を低減して、ガスの温度低下を抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】ガス化ガス生成ユニットを説明するための図である。

【図2】ガス化ガス生成装置を説明するための図である。

【図3】溶融炉システムを説明するための図である。

【図4】輻射防止板およびスラグ排出機構を説明するための図である。

【図5】精製装置を説明するための図である。

【図6】第１の変形例にかかるスラグ排出機構を説明するための図である。

【図7】第２の変形例にかかるスラグ排出機構を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0016】

近年、石炭、石油コークス（ペトロコークス）、バイオマス、タイヤチップ等のガス化原料からガス化ガスを生成するガス化技術が開発されている。このようにして生成されたガス化ガスは、発電システムや、水素の製造、合成燃料（合成石油）の製造、化学肥料（尿素）等の化学製品の製造等に利用されている。

【0017】

ガス化技術として、加熱した流動媒体が有する熱を利用して、ガス化原料をガス化するガス化ガス生成装置が開発されている。このようなガス化ガス生成装置によって生成されたガス化ガスには、ガス化原料由来のタールおよび灰、流動媒体が含まれる。このため、ガス化ガスからタールを分解し、灰、および、流動媒体を除去するために改質炉（溶融炉システム）が利用されている。以下、ガス化原料由来の灰および流動媒体を併せて灰分と称する。

【0018】

以下、まず、改質炉として機能する溶融炉システムを含んで構成されるガス化ガス生成ユニットについて説明し、続いてガス化ガス生成ユニットを構成する、ガス化ガス生成装置、溶融炉システム、精製装置について詳述する。

【0019】

（ガス化ガス生成ユニット１００）
図１は、ガス化ガス生成ユニット１００を説明するための図である。図１に示すようにガス化ガス生成ユニット１００は、ガス化ガス生成装置１１０と、溶融炉システム１２０と、精製装置１３０とを含んで構成される。ガス化ガス生成装置１１０は、ガス化原料をガス化させてガス化ガスＸ１を生成する。生成されたガス化ガスＸ１は、溶融炉システム１２０に導入され、ガス化ガスＸ１に含まれる可燃性ガス（例えば、水素）の一部を燃焼させることにより、ガス化ガスＸ１に含まれる灰分を溶融させて溶融スラグを生成し、ガス化ガスＸ１から灰分を除去して、ガス化ガスＸ２を生成する。ガス化ガスＸ２は、溶融炉システム１２０の水槽上部の空間を通過することで抜熱され、抜熱されたガス化ガスＸ３は下流機器である精製装置１３０に送出される。精製装置１３０は、ガス化ガスＸ３を精製する。以下、ガス化ガス生成装置１１０、溶融炉システム１２０、精製装置１３０の具体的な構成について説明する。

【0020】

（ガス化ガス生成装置１１０）
図２は、ガス化ガス生成装置１１０を説明するための図である。図２中、ガス化原料、ガス、水蒸気、空気、酸化剤の流れを実線の矢印で、流動媒体（砂）の流れを一点鎖線の矢印で示す。

【0021】

ガス化ガス生成装置１１０は、燃焼炉１１２と、媒体分離装置（サイクロン）１１４と、ガス化炉１１６とを含んで構成される。ガス化ガス生成装置１１０は、循環流動層式ガス化システムであり、全体として、粒径が３００μｍ程度の硅砂（珪砂）等の砂で構成される流動媒体を熱媒体として循環させている。具体的に説明すると、まず、流動媒体は、燃焼炉１１２で９００℃〜１０００℃程度に加熱され、燃焼排ガスＥＸとともに媒体分離装置１１４に導入される。媒体分離装置１１４においては、高温の流動媒体と燃焼排ガスＥＸとが分離され、当該分離された燃焼排ガスＥＸは、不図示の熱交換器（例えば、ボイラー）等で熱回収された後、外部へ排出される。

【0022】

一方、媒体分離装置１１４で分離された高温の流動媒体は、ガス化炉１１６に導入される。そして、ガス化炉１１６に導入された流動媒体は、ガス化炉１１６の底面から導入されるガス化剤（例えば、水蒸気）によって流動層化された後、最終的に、燃焼炉１１２に戻される。

【0023】

ガス化炉１１６は、例えば、気泡流動層（バブリング流動層）ガス化炉であり、褐炭等の石炭、石油コークス、バイオマス、タイヤチップ等の固体原料や、黒液等の液体原料といったガス化原料を７００℃〜９００℃でガス化させてガス化ガスを生成する。本実施形態では、ガス化炉１１６に水蒸気を供給することにより、ガス化原料をガス化させてガス化ガスを生成する（水蒸気ガス化）。

【0024】

なお、ここでは、ガス化炉１１６として、循環流動層方式を例に挙げて説明したが、ガス化原料をガス化することができれば、ガス化炉１１６は、単なる流動層方式や、砂が自重で鉛直下方向に流下することで移動層を形成する移動層方式であってもよい。

【0025】

ガス化炉１１６で生成されたガス化ガスＸ１には、タール、灰分、水蒸気等が含まれているため、下流の溶融炉システム１２０、精製装置１３０に送出され、精製される。

【0026】

（溶融炉システム１２０）
図３は、溶融炉システム１２０を説明するための図である。溶融炉システム１２０は、溶融炉２１０と、酸化剤導入部２４０と、水槽２５０と、輻射防止板２６０と、スラグ排出機構２７０とを含んで構成される。図３中、ガス、スラグ、水等の物質の流れを実線の矢印で、信号の流れを破線の矢印で示す。

【0027】

図３に示すように、溶融炉２１０は、主に溶融スラグＭＳ（図３中、黒い塗りつぶしで示す）を生成する本体上部２２０と、本体上部２２０の鉛直下方（図３中、Ｚ軸方向）に接続される本体下部２３０とを含んで構成される。

【0028】

本体上部２２０は、中心軸が鉛直方向（図３中、Ｚ軸方向）にある筒形状（例えば、円筒形状）であり、上部側壁にガス導入口２２２ａが形成されるとともに、下部（底部）に下部開口２２２ｂが形成された炉本体２２２と、炉本体２２２の下部開口２２２ｂを形成する縁部から中空断面積が鉛直下方向に向かって漸減するように傾斜した傾斜部２２４とを含んで構成される。また、傾斜部２２４の下部（底部）には、通過口２２４ａが形成されている。

【0029】

本体下部２３０は、上部に傾斜部２２４の通過口２２４ａと連通する上部開口２３０ａと、上部開口２３０ａより下方に配され鉛直下方に延在した延在部２３０ｂと、延在部２３０ｂの側壁に形成されたガス送出口２３０ｃと、延在部２３０ｂの下端に形成された下端開口２３０ｄとを含んで構成される。また、延在部２３０ｂの下端開口２３０ｄは、後述する水槽２５０によって水封される。

【0030】

本体上部２２０（炉本体２２２、傾斜部２２４）は、アルミナやシリカからなる耐火材で構成され、本体下部２３０は、金属で構成される。また、本体下部２３０には高温化を抑制するため、水を流通させることで壁面を冷却する冷却管が配される。なお、当該壁面は、耐熱性を有すれば、金属壁で構成されてもよい。

【0031】

ここで、溶融炉２１０におけるガス化ガスＸ１の処理について説明すると、炉本体２２２の上部側壁に設けられたガス導入口２２２ａを通じて、ガス化炉１１６から炉本体２２２（本体上部２２０）にガス化ガスＸ１が導入される。また、炉本体２２２の上部には、酸化剤導入部２４０が設けられており、酸化剤導入部２４０は、本体上部２２０に酸化剤（例えば、酸素）を導入する。

【0032】

このように、ガス導入口２２２ａを通じてガス化ガスＸ１が導入されるとともに、酸化剤導入部２４０によって酸化剤が導入されると、酸化剤によってガス化ガスＸ１中の可燃性ガス（例えば、水素）の一部が燃焼し（酸化され）、ガス化ガスＸ１が９００℃〜１５００℃程度に昇温されて、ガス化ガスＸ１に含まれるタールが改質（酸化改質）される。

【0033】

また、タールとともにガス化ガスＸ１に含まれる灰分は、ガス化ガスＸ１の燃焼熱によってスラグ化し、溶融スラグＭＳとなって、ガス化ガスＸ１から分離される。

【0034】

このようにして、タール、灰分が除去されたガス化ガスＸ２は、延在部２３０ｂ内の空間（後述する水槽２５０上部の空間）を通過することで抜熱され、抜熱されたガス化ガスＸ３は、延在部２３０ｂの側壁に設けられたガス送出口２３０ｃを通じて、後段の精製装置１３０に送出される。一方、ガス化ガスＸ１の燃焼熱によってスラグ化した溶融スラグＭＳは、傾斜部２２４において集められ、傾斜部２２４を伝って流下し、水槽２５０に落下することとなる。

【0035】

水槽２５０は、水を貯留し、貯留された水で、溶融炉２１０の本体下部２３０の下端開口２３０ｄを水封部として下端開口２３０ｄから外部へのガス化ガスＸ３の漏洩を防止する。また、水槽２５０は、通過口２２４ａを通じて落下した溶融スラグＭＳを急冷して固化し、固化スラグＳＳ（図３中、ハッチングで示す）とする。

【0036】

このような水槽２５０で溶融炉２１０を水封する構成では、水槽２５０に貯留された水が、溶融炉２１０内の１０００℃以上の高温のガス化ガスＸ２からの輻射熱を受けるため、ガス化ガスＸ３の温度が低下し、かつ、ガス化ガスＸ３には、蒸発した水分（水蒸気）が含まれることになる。そうすると、溶融炉システム１２０の下流に配される精製装置１３０の熱回収部において回収されるガス化ガスＸ３の熱量が低減してしまったり、ガス化ガスＸ３中に余計な水蒸気が追加されてしまったりするという問題が生じる。

【0037】

そこで、本実施形態では、溶融炉システム１２０は、輻射防止板２６０を備え、ガス化ガスＸ２から水槽２５０の水面への輻射を低減して、ガス化ガスＸ３の温度低下を抑制し、スラグ排出機構２７０によって溶融スラグＭＳを溶融炉システム１２０の外部へ排出する。以下、輻射防止板２６０、および、スラグ排出機構２７０の具体的な構成について説明する。

【0038】

（輻射防止板２６０、スラグ排出機構２７０）
図４は、輻射防止板２６０およびスラグ排出機構２７０を説明するための図である。図４中、冷却水、固化スラグＳＳ等の物質の流れを実線の矢印で、信号の流れを破線の矢印で、領域Ｄを白抜き矢印で示す。図４に示すように、輻射防止板２６０は、例えば、ステンレス等の金属で構成され、水平方向（図４中、ＸＹ平面方向）に延在した板形状であり、少なくとも上面が、水槽２５０に貯留された水の水面のうち下端開口２３０ｄに囲繞された水面を覆うように、水面の上方に位置するように設けられる。

【0039】

輻射防止板２６０を備える構成により、本体上部２２０内の１０００℃以上の高温のガス化ガスＸ２からの輻射を、輻射防止板２６０で遮断し、水面の加熱を抑制することができる。これにより、ガス化ガスＸ３の温度低下、および、ガス化ガスＸ３中への余計な水蒸気の追加を抑制することが可能となる。

【0040】

また、図４（ａ）に示すように、輻射防止板２６０は、下端開口２３０ｄに囲繞された水面のうち、少なくとも通過口２２４ａに対応する領域Ｄを含む水面の上方に設けられる。詳細に説明すると、輻射防止板２６０は、水面における、通過口２２４ａを鉛直下方向に移動させた仮想面（通過口２２４ａの投影面）を覆うように水面の上方に設けられる。換言すれば、鉛直方向（図３中、Ｚ軸方向）から見た場合に、通過口２２４ａの占める領域が、輻射防止板２６０の占める領域内に含まれるように、輻射防止板２６０が水面の上方に配される。かかる構成により、通過口２２４ａを通じて落下した溶融スラグＭＳを輻射防止板２６０上で一時的に受け止めることが可能となる。なお、輻射防止板２６０は、落下した溶融スラグＭＳを一時的に受け止める強度を有している。

【0041】

そして、輻射防止板２６０上に受け止められた溶融スラグＭＳは、輻射防止板２６０によってある程度冷却されることにより、その一部は固化が始まり（流動性が失われ始め）、固化スラグＳＳとなる。そして、後述するスラグ排出機構２７０によって輻射防止板２６０を水槽２５０中に移動させることによって、輻射防止板２６０上に受け止められた溶融スラグＭＳおよび固化スラグＳＳが急冷され、すべて固化スラグＳＳの状態となって、スラグ排出機構２７０によって外部に排出される。

【0042】

また、輻射防止板２６０の近傍には、冷却水を輻射防止板２６０の底面に吹き付ける冷却機構２６２が設けられている。冷却機構２６２を備える構成により、輻射防止板２６０の熱変形を抑制することが可能となる。また、輻射防止板２６０が冷却されることにより、輻射防止板２６０への溶融スラグＭＳの付着性を低下させることが可能となる。

【0043】

スラグ排出機構２７０は、制御部２７２と、移動部２８０と、スラグ排除部２９０と、搬送部３００とを含んで構成される。

【0044】

制御部２７２は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働してスラグ排出機構２７０全体を管理および制御する。本実施形態において、制御部２７２は、後述する移動部２８０、スラグ排除部２９０、搬送部３００を制御する。制御部２７２による移動部２８０、スラグ排除部２９０、搬送部３００の制御については後に詳述する。

【0045】

移動部２８０は、制御部２７２による制御指令に応じて、輻射防止板２６０の上面が下端開口２３０ｄに囲繞された水面の上方に位置する水上位置（図４（ａ）参照）と、輻射防止板２６０の上面が水槽２５０に貯留された水中に位置する水中位置（図４（ｂ）参照）とに、輻射防止板２６０を昇降移動させる。

【0046】

具体的に説明すると、移動部２８０は、金属で形成された複数（例えば４本）のロッド２８２と、ロッド２８２を鉛直方向（図４中、Ｚ軸方向）に伸縮させる昇降機構２８４とを含んで構成される。移動部２８０のロッド２８２の上端には、輻射防止板２６０が固定され、輻射防止板２６０が固定された状態で、制御部２７２による制御指令に応じて昇降機構２８４がロッド２８２を伸縮することにより、輻射防止板２６０を、水上位置と水中位置とに昇降移動させる。

【0047】

移動部２８０が輻射防止板２６０を水上位置に移動させる構成により、ガス化ガスＸ２から水面へ直接輻射することがなくなるため、ガス化ガスＸ３の温度低下を抑制することができる。また、水面からの水の蒸発量を低減することができる。さらに、輻射防止板２６０上で溶融スラグＭＳを受け止めることが可能となる。

【0048】

また、移動部２８０における輻射防止板２６０と接触するロッド２８２を、熱伝導率が高い金属で構成することにより、水上位置において、常時水に浸漬されたロッド２８２で輻射防止板２６０を冷却することができる。これにより、輻射防止板２６０の熱変形を抑制することが可能となる。また、輻射防止板２６０が冷却されることにより、輻射防止板２６０への溶融スラグＭＳの付着性を低下させることが可能となる。

【0049】

そして、移動部２８０が、溶融スラグＭＳを受け止めた輻射防止板２６０を水中位置に移動させる構成により、水槽２５０に貯留された水で溶融スラグＭＳを急冷し、固化させて、固化スラグＳＳとすることができる。

【0050】

スラグ排除部２９０は、ハンマー２９２と、駆動部２９４と、バルブ２９６とを含んで構成される。スラグ排除部２９０は、制御部２７２の制御指令に応じて、ハンマー２９２を水槽２５０外に保持する収納状態と（図４（ａ）参照）、固化スラグＳＳの打破を試みて、ハンマー２９２を水槽２５０内に突出させる突出状態（図４（ｂ）参照）とに変移する。本実施形態において、スラグ排除部２９０は、輻射防止板２６０が水上位置にある場合には収納状態となり、輻射防止板２６０が水中位置にある場合に突出状態に変移する。

【0051】

ハンマー２９２は、金属で構成された棒形状の部材である。駆動部２９４は、水槽２５０外に配され、制御部２７２による制御指令に応じて、ハンマー２９２を直線的に移動させることで、ハンマー２９２を水槽２５０内に突出させる（図４（ｂ）に示す突出状態）。詳細に説明すると、水槽２５０の側壁には貫通路２５２が設けられており、ハンマー２９２は貫通路２５２を通じて、水槽２５０外と水槽２５０内とを往復することとなる。

【0052】

なお、貫通路２５２における水槽２５０の外側には、玉形弁やストップ弁からなるバルブ２９６が設けられており、ハンマー２９２の突出状態においては、制御部２７２による制御指令に応じてバルブ２９６が開かれて、貫通路２５２（水槽２５０内）と水槽２５０外とが連通され、ハンマー２９２の収納状態においては、制御部２７２による制御指令に応じてバルブ２９６が閉じられて、貫通路２５２と水槽２５０外とが遮断される。

【0053】

このように、ハンマー２９２が収納状態から突出状態に変移すると、ハンマー２９２によって輻射防止板２６０に受け止められた固化スラグＳＳが打破され、輻射防止板２６０から固化スラグＳＳ（溶融スラグＭＳ）が排除される。なお、固化スラグＳＳは、溶融スラグＭＳと比較して、衝撃によって打破されやすい。したがって、移動部２８０によって水中位置に移動されることによって生成された固化スラグＳＳをハンマー２９２によって打破する構成により、輻射防止板２６０から容易に固化スラグＳＳ（溶融スラグＭＳ）を排除することが可能となる。

【0054】

そして、輻射防止板２６０から固化スラグＳＳが排除された後、制御部２７２は、駆動部２９４およびバルブ２９６を制御してハンマー２９２を収納状態に変移させ、昇降機構２８４を制御して輻射防止板２６０を水上位置に移動させ、以下、上記処理を繰り返す。

【0055】

搬送部３００は、例えば、コンベアで構成され、水槽２５０において固化された固化スラグＳＳを外部に送出する。このようにして、送出された固化スラグＳＳは、粒度調整などの工程を経て、セメント原料、土木建材用資材、ガラス原料等として再利用される。

【0056】

以上説明したように、本実施形態にかかる溶融炉システム１２０によれば、下端開口２３０ｄに囲繞された水面の上方に輻射防止板２６０を設けるといった簡易な構成で、ガス化ガスＸ２から水槽２５０の水面への輻射を低減して、ガス化ガスＸ３の温度低下を抑制することが可能となる。

【0057】

（精製装置１３０）
図５は、精製装置１３０を説明するための図である。図５に示すように、精製装置１３０は、熱回収部１３２と、第１冷却器１３４と、第２冷却器１３６と、昇圧器１３８と、排水処理器１４０と、脱硫器１４２と、脱アンモニア器１４４と、脱塩器１４６とを含んで構成される。なお、脱硫器１４２、脱アンモニア器１４４、脱塩器１４６はガス化ガスＸ３の用途およびガス化原料の種類に応じて、設置順序および設置有無を変更することができる。

【0058】

熱回収部１３２は、溶融炉システム１２０から導入されたガス化ガスＸ３と水蒸気との熱交換を行い、すなわち、ガス化ガスＸ３の顕熱を水蒸気で回収し、ガス化ガスＸ３の出口温度を３００℃〜６００℃にする。

【0059】

第１冷却器１３４は、水をスプレー噴霧することにより、３００℃〜６００℃となったガス化ガスＸ３をさらに冷却する。これにより、ガス化ガスＸ３に残存するタールや粉塵（灰）が凝縮し、ガス化ガスＸ３から除去される。

【0060】

第２冷却器１３６は、海水、ブライン等を用いて、ガス化ガスＸ３を３０℃以下にさらに冷却し、さらに残存するタールや粉塵を凝縮して除去する。なお、第２冷却器１３６の後段に電機集塵機等で構成されるミスト・粉塵除去器を設け、タールや粉塵をさらに除去することもできる。

【0061】

昇圧器１３８は、ブロワや圧縮機、ターボ型のポンプ、容積型のポンプ等で構成され、第２冷却器１３６を通過したガス化ガスＸ３を０．１ＭＰａ〜５ＭＰａに昇圧する。なお、昇圧器１３８の後段にガス化ガスＸ３を３０℃以下に冷却する冷却器を設け、タールや粉塵をさらに除去することもできる。

【0062】

排水処理器１４０は、第１冷却器１３４、第２冷却器１３６、昇圧器１３８で発生するタールや粉塵を含有する排水からタールや粉塵を除去する処理を行う。排水処理器１４０で処理した後の水（処理後水）は、熱回収部１３２や第１冷却器１３４等で再利用される。

【0063】

脱硫器１４２は、ガス化ガスＸ３に残存する硫黄や硫黄化合物を除去する。脱アンモニア器１４４は、ガス化ガスＸ３中のアンモニア等の窒素化合物を除去する。脱塩器１４６は、ガス化ガスＸ３中の塩素や塩素化合物を除去する。

【0064】

このように、ガス化ガス生成装置１１０で生成され、溶融炉システム１２０でタール、燃焼灰、流動媒体が除去されたガス化ガスＸ３は、熱回収部１３２、第１冷却器１３４、第２冷却器１３６、昇圧器１３８においてタール、燃焼灰、流動媒体が除去され、脱硫器１４２で硫黄や硫黄化合物が、脱アンモニア器１４４でアンモニアやアンモニア化合物が、脱塩器１４６で塩素や塩素化合物がそれぞれ除去されることにより精製され、精製ガス化ガスとなる。

【0065】

（第１の変形例）
上記実施形態では、輻射防止板２６０を昇降移動させる移動部２８０を含んで構成されるスラグ排出機構２７０について説明した。しかし、スラグ排出機構は、少なくとも輻射防止板２６０上に受け止められた溶融スラグＭＳを外部に排出することができれば構成に限定はない。

【0066】

図６は、第１の変形例にかかるスラグ排出機構４７０を説明するための図である。図６中、冷却水、固化スラグＳＳ等の物質の流れを実線の矢印で、信号の流れを破線の矢印で、領域Ｄを白抜き矢印で示す。図６に示すように、スラグ排出機構４７０は、制御部４７２と、移動部４８０と、搬送部３００とを含んで構成される。なお、搬送部３００は、上述した実施形態で説明した搬送部３００と実質的に機能が等しいため、ここでは、同一の符号を付して説明を省略する。

【0067】

制御部４７２は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働してスラグ排出機構４７０全体を管理および制御する。本実施形態において、制御部４７２は、後述する移動部４８０、搬送部３００を制御する。制御部４７２による移動部４８０の制御については後に詳述する。

【0068】

移動部４８０は、制御部４７２による制御指令に応じて、輻射防止板２６０の面上に水平方向（図６中、Ｙ軸方向）に配された任意の軸を回転軸４８０ａとして、輻射防止板２６０の上面が下端開口２３０ｄに囲繞された水面の上方に位置する水上位置（図６（ａ）参照）と、輻射防止板２６０の少なくとも一部が水槽２５０に貯留された水中に位置する水中位置（図６（ｂ）参照）とに輻射防止板２６０を回動させる。具体的に説明すると、移動部４８０は、輻射防止板２６０の円周近傍に設けられ、水平方向を回転軸４８０ａとして輻射防止板２６０を回動自在に保持する、金属で形成された保持棒４８２と、金属で形成された１本のロッド４８４と、ロッド４８４を鉛直方向（図６中、Ｚ軸方向）に伸縮させる伸縮機構４８６とを含んで構成される。移動部４８０のロッド４８４の上端には、輻射防止板２６０が載置され、輻射防止板２６０が載置された状態で、制御部４７２による制御指令に応じて伸縮機構４８６がロッド４８４を伸縮することにより、輻射防止板２６０を、水上位置と水中位置とに回動させる。なお、本実施形態において、回転軸４８０ａおよび保持棒４８２は、ロッド４８４および伸縮機構４８６より、搬送部３００の搬送方向の上流側に配される。

【0069】

移動部４８０が輻射防止板２６０を水上位置に移動させる構成により、ガス化ガスＸ２から水面へ直接輻射することがなくなるため、ガス化ガスＸ３の温度低下を抑制することができる。また、水面からの水の蒸発量を低減することができる。さらに、輻射防止板２６０上で溶融スラグＭＳを受け止めることが可能となる。

【0070】

また、移動部４８０における輻射防止板２６０と接触する、保持棒４８２およびロッド４８４を、熱伝導率が高い金属で構成することにより、水上位置において、常時水に浸漬された保持棒４８２およびロッド４８４で輻射防止板２６０を冷却することができる。これにより、輻射防止板２６０の熱変形を抑制することが可能となる。また、輻射防止板２６０が冷却されることにより、輻射防止板２６０への溶融スラグＭＳの付着性を低下させることが可能となる。

【0071】

そして、移動部４８０が、溶融スラグＭＳを受け止めた輻射防止板２６０を水上位置から水中位置に回動させる構成により、輻射防止板２６０に受け止められた溶融スラグＭＳを、水槽２５０の水で急冷して固化させ固化スラグＳＳとすることができる。固化スラグＳＳは、溶融スラグＭＳと比較して、粘性が極めて低く、自重で容易に流下（落下）する。したがって、移動部４８０が、溶融スラグＭＳごと輻射防止板２６０を水中位置に回動させるだけで、溶融スラグＭＳを固化スラグＳＳとし、自重で水中に移動させることができる。

【0072】

さらに、第１の変形例において、冷却機構２６２は、保持棒４８２における輻射防止板２６０を保持する箇所や、輻射防止板２６０における常時水上に位置する箇所の底面に冷却水を吹き付ける。

【0073】

このように、輻射防止板２６０および保持棒４８２を冷却することにより、輻射防止板２６０および保持棒４８２の耐久性を向上させることが可能となる。また、輻射防止板２６０が冷却されることにより、輻射防止板２６０への溶融スラグＭＳの付着性を低下させることが可能となる。

【0074】

そして、輻射防止板２６０から固化スラグＳＳが排除された後、制御部４７２は、伸縮機構４８６を制御して輻射防止板２６０を水上位置に移動させ、以下、上記処理を繰り返す。

【0075】

（第２の変形例）
図７は、第２の変形例にかかるスラグ排出機構５７０を説明するための図である。図７中、固化スラグＳＳの流れを実線の矢印で、信号の流れを破線の矢印で示す。図７に示すように、スラグ排出機構５７０は、制御部５７２と、移動部５８０と、搬送部５９０とを含んで構成される。

【0076】

制御部５７２は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働してスラグ排出機構５７０全体を管理および制御する。本実施形態において、制御部５７２は、後述する移動部５８０、搬送部５９０を制御する。制御部５７２による移動部５８０、搬送部５９０の制御については後に詳述する。

【0077】

移動部５８０は、制御部５７２による制御指令に応じて、輻射防止板２６０の上面が下端開口２３０ｄに囲繞された水面の上方に位置する水上位置（図７（ａ）参照）と、輻射防止板２６０の上面が水槽２５０に貯留された水中に位置する水中位置（図７（ｂ）参照）とに、輻射防止板２６０を昇降移動させる。具体的に説明すると、移動部５８０は、金属で形成された複数（例えば４本）のロッド５８２と、ロッド５８２を鉛直方向（図７中、Ｚ軸方向）に伸縮させる昇降機構５８４とを含んで構成される。移動部５８０のロッド５８２の上端には、輻射防止板２６０が着脱自在に載置され、輻射防止板２６０が載置された状態で、制御部５７２による制御指令に応じて昇降機構５８４がロッド５８２を伸縮することにより、輻射防止板２６０を、水上位置と水中位置とに昇降移動させる。ここで、移動部５８０は、輻射防止板２６０を水中位置に移動させた際に、輻射防止板２６０を搬送部５９０に載置する。

【0078】

搬送部５９０は、例えば、搬送面から鉛直上方に向かって立設したスクレパー５９２を有するスクレパーコンベアで構成され、移動部５８０によって水中位置に移動された溶融スラグＭＳ（固化スラグＳＳ）を輻射防止板２６０ごと水槽２５０から外部へ搬送する。

【0079】

具体的に説明すると、固化スラグＳＳごと輻射防止板２６０を水槽２５０から搬送する際には、まず、溶融炉システム１２０の下方に配される搬送部５９０Ａの上流側に配される搬送部５９０Ｂに新たな輻射防止板２６０を載置する。そして、制御部５７２は、移動部５８０を駆動させて輻射防止板２６０を固化スラグＳＳごと水中位置に移動させ、輻射防止板２６０を搬送部５９０Ａに載置する。

【0080】

続いて、制御部５７２は、搬送部５９０Ａ、５９０Ｂ、搬送部５９０Ａの下流側に配される搬送部５９０Ｃを駆動させる。そうすると、搬送部５９０Ａに載置された輻射防止板２６０は、搬送部５９０Ａのスクレパー５９２によって搬送され、搬送部５９０Ｃに受け渡されて外部に排出される。この外部に排出された輻射防止板２６０は上面（溶融スラグＭＳを受け止めていた面）に付着したスラグ（固化スラグＳＳ）を取り除いて再利用可能な状態であれば、後述する新たな輻射防止板２６０として再利用することもできる。

【0081】

また、搬送部５９０Ｂに設置された新たな輻射防止板２６０は、搬送部５９０Ｂのスクレパー５９２によって搬送され、搬送部５９０Ａに受け渡されて、溶融炉システム１２０の下方に配されることとなる。そして、制御部５７２は、移動部５８０を駆動させて、新たな輻射防止板２６０を水上位置に移動させ、以下、上記処理を繰り返す。

【0082】

なお、固化スラグＳＳが受け止められた輻射防止板２６０が溶融炉システム１２０の下方から搬出された後であって、新たな輻射防止板２６０が溶融炉システム１２０の下方に搬入されるまでの間に、溶融スラグＭＳが水槽２５０に落下した場合であっても、溶融スラグＭＳ（固化スラグＳＳ）は、搬送部５９０Ａのスクレパー５９２によって、外部に排出されることとなる。

【0083】

以上説明したように、変形例にかかるスラグ排出機構４７０、５７０によっても、輻射防止板２６０上に受け止められた溶融スラグＭＳを外部に排出することが可能となる。

【0084】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【0085】

例えば、上述した実施形態において、水上位置にある輻射防止板２６０の底面の位置については言及していないが、輻射防止板２６０の底面は、水中に配されても水上に配されてもよい。輻射防止板２６０は、水上位置において、少なくとも上面が、下端開口２３０ｄに囲繞された水面の上方に位置すればよい。

【0086】

また、上述した実施形態において、移動部２８０が、輻射防止板２６０の上面すべてが水槽２５０に貯留された水中に位置する水中位置に輻射防止板２６０を昇降移動させる構成を例に挙げて説明した。しかし、移動部２８０は、輻射防止板２６０を傾けて移動させる等して、輻射防止板２６０の上面の少なくとも一部が水槽２５０に貯留された水中に位置する水中位置に輻射防止板２６０を昇降移動させるとしてもよい。

【0087】

また、上述した第１の変形例において、移動部４８０が、水平方向に配された任意の軸を回転軸４８０ａとして、水上位置と水中位置とに輻射防止板２６０を回動させる構成を例に挙げて説明した。しかし、輻射防止板２６０を水上位置と水中位置とに回動させることができれば、移動部４８０の回転軸は必ずしも水平方向に配されずともよい。

【0088】

また、上述した実施形態において、輻射防止板２６０の大きさは、移動部２８０、４８０、５８０が移動可能な程度に、下端開口２３０ｄに囲繞された水面をほぼすべて覆う大きさである構成を例に挙げて説明した。しかし、輻射防止板２６０は、水面における、少なくとも通過口２２４ａに対応する領域の上方に設けられればよい。

【0089】

また、上述した実施形態において、溶融炉２１０が円筒形状である場合を例に挙げて説明したが、溶融炉２１０は中空形状であれば、円筒に限定されず、例えば、角柱の中空形状であってもよい。

【0090】

また、上記実施形態において、溶融炉システム１２０が冷却機構２６２を備える構成を例に挙げて説明したが、冷却機構２６２は、必須の構成ではない。

【0091】

また、上述した実施形態において、溶融炉システム１２０が、ガス化ガス中に含まれる灰を溶融する構成を例に挙げて説明した。しかし、溶融炉システム１２０は、例えば、工業原料、廃棄物、下水汚泥等を焼却することによって生じた灰を溶融してもよい。

【0092】

また、上述した実施形態において、駆動部２９４は、ハンマー２９２を直線的に移動させるとしたが、駆動部２９４は、ハンマー２９２を移動させられれば、どのような軌跡で移動させてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0093】

本発明は、溶融スラグを生成する溶融炉を備えた溶融炉システムに利用することができる。

【符号の説明】

【0094】

１２０ 溶融炉システム
２１０ 溶融炉
２２０ 本体上部
２２４ａ 通過口
２３０ 本体下部
２３０ａ 上部開口
２３０ｂ 延在部
２３０ｄ 下端開口
２５０ 水槽
２６０ 輻射防止板
２７０、４７０、５７０ スラグ排出機構
２８０、４８０、５８０ 移動部
２９０ スラグ排除部
３００、５９０ 搬送部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】