JP2004216243A - Method and apparatus for melting treatment of waste using shell for basicity regulation - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ごみ、産業廃棄物、汚泥などの廃棄物を直接溶融処理する方法および廃棄物を一旦焼却して灰とした後に溶融処理する方法およびそれらの装置において、溶融スラグの塩基度調整用の石灰源として貝殻を使用する廃棄物の溶融処理方法およびその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
現状においては、大半の廃棄物は焼却方式で処理されているものであるが、しかし、焼却方式では焼却灰の処理場を必要とする等の問題がある。特に大都市圈では焼却灰の処理場の確保が困難であり、廃棄物を直接溶融する方法、または、廃棄物の焼却灰を溶融して減容化、さらには再資源化が可能な方式で処理する必要性が高まっている。しかも、廃棄物を溶融したスラグを再資源化するためには、天然の砂や砕石並みの物理性状(強度、粒度分布)を有していること、および化学性状を有していることが必要である。
【0003】
一方、廃棄物の溶融スラグの成分は珪酸SiO2 が豊富で、溶融状態で粘性が高く、溶融炉からの排出が困難であり、これを避けようとして温度を高くすると耐火物の浸食を招いて好ましくない。そのため、石灰石や消石灰、生石灰等の石灰源を補給して、溶融スラグの塩基度CaO/SiO2 を調整することが一般的に知られている。溶融スラグの塩基度を調整することによって、溶融状態のスラグの流動性が改善されて、スラグの排出作業が容易となり、緻密で強固なスラグを得ることができる。また、特開2002−130631号公報(特許文献1)には溶融スラグの塩基度調整用の石灰源として、貝殻を供給する方法が提案されている。
【0004】
【引用文献】
(1)特許文献1(特開2002−130631号公報)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
溶融スラグの塩基度調整用の石灰源として、石灰石等の代替として貝殻を利用する方法は、廃棄物である貝殻の処理を兼ねるので一石二鳥である。上述した従来技術には、溶融スラグの塩基度調整用の石灰源として貝殻を利用する方法が開示されているが、その際、貝殻を加工せずそのまま供給することが記載されており、供給前の加工方法については開示されていない。
【0006】
しかし、貝殻を加工せずに溶融炉に供給する場合は、貝殻に残留、付着した身が腐敗した悪臭を発生する。また、蛎殻など形状が大きく、複雑な形状をしている貝殻はホッパでの閉塞などが生じてハンドリングが難しい。さらに、貝殻の粒径が大きすぎると、貝殻が溶融炉内で溶解せず、溶融スラグと共に遊離CaOとして排出され、スラグのアルカリ度が高くなり、土木資材として利用する場合に問題になる。一方、貝殻の粒径が小さすぎると、溶融炉内において炉内の通過ガスによって炉外に飛散し、塩基度調整材としての機能を果たさない。
【0007】
上述したように、従来技術には貝殻を塩基度調整材として有効利用する場合のこれらの問題を解決する方法については記載されていない。本発明は、廃棄物として捨てられている貝殻を塩基度調整用の石灰源として有効利用する場合、溶融炉内での反応に適し、かつハンドリングの容易な性状の石灰源を得るための、経済的な貝殻の加工方法およびその装置を提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
その発明の要旨とするところは、
(1)廃棄物、廃棄物を焼却した灰、あるいは汚泥を単独または混合して溶融処理する方法において、溶融スラグの塩基度調整用の石灰源として貝殻を供給するに際し、該貝殻を熱風で乾燥、脱臭した後、破砕して貝殻の粒径を0.3〜20mmとすることを特徴とする塩基度調整として貝殻を使用する廃棄物の溶融処理方法。
(2)貝殻を乾燥した後の排ガスの一部を、乾燥用熱風の温度調整用として循環供給すると共に、残部排ガスは、昇温、脱臭して系外へ排出することを特徴とする前記(1)に記載の塩基度調整として貝殻を使用する廃棄物の溶融処理方法。
【0009】
(3)貝殻の乾燥、脱臭のための熱風温度を700〜850℃とすることを特徴とする前記(1)または(2)に記載の塩基度調整として貝殻を使用する廃棄物の溶融処理方法。
(4)貝殻乾燥後の排ガスの昇温、脱臭する温度を700〜850℃とすることを特徴とする前記(1)〜(3)に記載の塩基度調整として貝殻を使用する廃棄物の溶融処理方法。
(5)熱風供給装置を有する貝殻の乾燥、脱臭用のロータリーキルンと、乾燥、脱臭後の貝殻を破砕する破砕機と、乾燥後の排ガスの一部をロータリーキルンの熱風供給装置へ循環する循環路と、残部排ガスを昇温、脱臭する装置からなることを特徴する塩基度調整として貝殻を使用する廃棄物の溶融処理装置である。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
石灰源による塩基度調整方法について重要な点は、溶融スラグの性状が土木資材として適していることである。特に、溶融スラグから遊離CaOが発生しないことが重要である。次に、この遊離CaOについて説明する。廃棄物のスラグはガラスと同じ分子構造を持っており、SiO2 の網目構造で構成され、その網目の中にCaO分子が組み込まれた状態になっている。遊離CaOは網目の中に組み込まれずにCaO単体としてスラグの中に存在している。遊離CaOが存在するスラグは水と接触するとCaOが溶解し、アルカリ度が高くなるため、土木資材として有効利用する場合、用途が制約されるため好ましくない。
【0011】
一方、貝殻の主成分であるCaCO3 は、溶融炉内で熱分解してCaOとなるが、CaOの融点は2570℃と非常に高く、溶融炉の中は通常1500℃程度であるから、CaOは単体の状態では溶解しない。CaOはスラグの主成分であるSiO2 と反応、混合することによって融点が1400℃程度に低下して溶融する。すなわち、CaOは表面から順次反応して、飴玉が解けて小さくなるように溶解するのである。従って、石灰源の粒径が大き過ぎると、溶融炉内で溶解が完了しないため、遊離CaOがスラグ中に残留する。
【0012】
図1は、石灰源の粒径と遊離CaOの関係を示すグラフである。本発明の貝殻に関するデータは試験操業で得られたものである。石灰石の場合と比較すると差異があることが知見として得られた。図1に示すように、貝殻の粒径を20mm以下とすることによって、遊離CaOを0.2%以下とすることができる。一方、石灰石の場合は10mm以下であり、貝殻の方がより大きな粒径でも遊離CaOが発生しにくい。これは成分的には同じCaCO3 でも貝殻は反応性に富むためと考えられる。また、スラグの用途によって、遊離CaOをさらに低く押さえる必要がある場合は貝殻の粒径を3mm以下とすることが望ましい。
【0013】
貝殻の粒径は小さいほど溶融炉内での反応性が良く、遊離CaOが少なくなるが、一方では、溶融炉内で炉内通過ガスによって飛散しやすくなる。本発明では、図1に示す実施例であるシャフト炉型の溶融炉で試験した結果、0.3mm以上であれば実用的に飛散が問題とならなかった。飛散現象は装入した貝殻の粒径と溶融炉内の通過ガス流速との関係だけでなく、溶融炉内で貝殻が加熱されながら降下して、熱分解する過程で割れて粉化する等の影響を受ける。それらの影響を考慮して、0.3mm以上であれば飛散することなく、溶融スラグに溶解して塩基度調整材としての機能を発揮することがわかった。従って、貝殻の粒径を0.3〜20mmとする。
【0014】
貝殻を破砕する場合は、乾燥した後破砕する。乾燥は700〜850℃の熱風を吹き付けながらロータリーキルン等で攪拌しながら行なう。850℃を超える高温で乾燥すると、貝殻の主成分であるCaCO3 が分解してCaOになり、吸湿性が生じるのでハンドリングで注意を要するため、好ましくない。また、700℃未満では脱臭が十分行なわれないので好ましくない。貝殻を破砕する場合、破砕粒度は遊離CaOの問題が生じない範囲で、出来るだけ粗い粒度で破砕する方が経済的である。また、0.3mm未満の微粉は溶融炉内で飛散して塩基度調整に寄与しないため、微粉の発生が少ない方法で破砕する必要がある。本発明では、これらの粒径条件を考慮して、貝殻の破砕にはハンマークラッシャー方式の破砕機を使用した。本発明の方法で製造した溶融スラグは、物理的、化学的性状が天然の砂と同等で土木資材として使用することが出来る。
【0015】
【実施例】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
図2は、コークスを用いて廃棄物を直接溶融処理する場合を示す工程図である。この図2に示すように、溶融炉1の炉上部の装入装置2から、廃棄物および副原料としてコークスおよび乾燥、破砕された貝殻が溶融炉1に装入される。廃棄物としては都市ごみを処理した。溶融炉1の下部周辺に設けられた羽口3から空気および酸素が供給される。溶融炉1に装入された廃棄物およびコークス等は炉内で充填層を形成し、炉下部の羽口3から吹き込まれた空気および酸素により、コークスおよび廃棄物の一部が燃焼する。該燃焼ガスは溶融炉内を炉底部から上昇し、燃焼ガスの顕熱により廃棄物を予熱、乾燥、熱分解する。廃棄物の乾燥、熱分解の過程で発生した水蒸気、熱分解ガスおよび微細なダストは熱分解ガス排出管5から排出される。
【0016】
一方、廃棄物の灰分および非燃焼物とコークス、貝殻は高温に加熱され炉底部へと下がっていき、羽口3から吹き込まれた空気および酸素でコークスが燃焼し、灰分および非燃焼物は1300℃から1500℃に加熱され溶融状態となる。スラグ排出口4から溶融状態のスラグが排出される。溶融状態のスラグは水砕設備に投入され、砂状の細かい粒子となる。熱分解ガス排出管5から排出されたガスは燃焼炉6で完全燃焼し、ボイラ7で熱回収し、ガス冷却搭8で冷却された後、集塵機9で集塵され、誘引通風機10を経て煙突11から大気へ放出される。
【0017】
図3は、本発明に係る貝殻を乾燥、破砕する装置を示す工程図である。この図に示すように、貝殻はロータリーキルン12に装入され、ロータリーキルン用バーナ15から吹き込まれた700℃〜850℃の熱ガスと接触して、乾燥、脱臭される。乾燥した貝殻は破砕機13に装入され、20mm以下に破砕される。破砕機の方式はハンマークラッシャーであり、ハンマーの回転速度を変えることによって、破砕粒度を調節した。ロータリーキルン12から排出したガスは循環ブロワ17で再びロータリーキルンに循環して熱風の温度調整用として使用し、残りの排ガスは脱臭炉14に導かれ、脱臭用バーナー16で700〜850℃に昇温して脱臭した後大気に放出する。温風の温度調整用として排ガスを循環する方法は、空気で希釈する方法と比較して、大気に放出する排ガス量が少なく、脱臭炉の昇温用の加熱熱量を低減できるため経済的である。なお、本発明で使用した貝殻は牡蠣および青柳の貝殻である。
【0018】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、廃棄物である貝殻を、溶融炉の塩基度調整材として有効利用でき、しかも、貝殻を0.3〜20mmに破砕することによって、溶融炉内での貝殻の飛散もなく、溶融スラグ中の遊離CaOを低く押さえることができるため、スラグを土木資材として有効利用が可能となる。また、貝殻をロータリーキルン、破砕機、脱臭炉で構成される設備で乾燥、破砕することにより、所定の粒度分布に破砕し、かつ脱臭することが出来し、ロータリーキルンに導入する熱風の温度を700〜850℃とすることによって、貝殻を乾燥、脱臭できると同時に、貝殻が熱分解してCaOとならないため、破砕後の貝殻の取扱が容易である。さらに、貝殻乾燥後の排ガス温度を700〜850℃とすることによって、排ガスの脱臭が可能となる等極めて優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】石灰源の粒径と遊離CaOの関係を示すグラフである。
【図2】コークスを用いて廃棄物を直接溶融処理する場合を示す工程図である。
【図3】本発明に係る貝殻を乾燥、破砕する装置を示す工程図である。
【符号の説明】
1 溶融炉
2 装入装置
3 羽口
4 スラグ排出口
5 熱分解ガス排出管
6 燃焼炉
7 ボイラ
8 ガス冷却搭
9 集塵機
10 誘引通風機
11 煙突
12 ロータリーキルン
13 破砕機
14 脱臭炉
15 ロータリーキルン用バーナ
16 脱臭炉用バーナ
17 循環ブロワ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for directly melting waste such as municipal solid waste, industrial waste, and sludge, a method for melting waste after incinerating the waste once to form ashes, and an apparatus for adjusting the basicity of molten slag. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and apparatus for melting and processing waste materials using shells as a source of lime.
[0002]
[Prior art]
At present, most waste is treated by incineration, but there are problems such as the necessity of a treatment plant for incineration ash in incineration. In particular, in the metropolitan area, it is difficult to secure an incineration ash treatment plant, and the waste can be directly melted, or the waste incineration ash can be melted to reduce its volume and recycled. The need for processing is increasing. In addition, in order to recycle slag from molten waste, it must have physical properties (strength, particle size distribution) comparable to natural sand and crushed stone, and have chemical properties. It is.
[0003]
On the other hand, the component of the molten slag in the waste is rich in SiO 2 silicate, has a high viscosity in the molten state, and is difficult to discharge from the melting furnace. If the temperature is increased to avoid this, erosion of the refractory is caused. Not preferred. Therefore, it is generally known to supply a lime source such as limestone, slaked lime, and quick lime to adjust the basicity CaO / SiO 2 of the molten slag. By adjusting the basicity of the molten slag, the fluidity of the molten slag is improved, the slag is easily discharged, and a dense and strong slag can be obtained. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-130630 (Patent Document 1) proposes a method of supplying shells as a lime source for adjusting the basicity of molten slag.
[0004]
[References]
(1) Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-130630)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The method of using shells instead of limestone as a lime source for adjusting the basicity of the molten slag is two birds per stone because the shells also serve as waste. The prior art described above discloses a method of using shells as a lime source for adjusting the basicity of molten slag, but in that case, it is described that shells are supplied without processing, and before supply. Is not disclosed.
[0006]
However, when the shell is supplied to the melting furnace without being processed, a stink which remains and adheres to the shell and rots is generated. In addition, shells having a large shape such as oyster shells and complicated shapes are difficult to handle due to clogging at the hopper. Further, if the particle size of the shell is too large, the shell does not melt in the melting furnace, but is discharged as free CaO together with the molten slag, and the alkalinity of the slag increases, which is a problem when used as a civil engineering material. On the other hand, if the particle size of the shell is too small, it will be scattered outside the furnace by the gas passing through the furnace in the melting furnace, and will not function as a basicity adjusting material.
[0007]
As described above, the prior art does not describe a method for solving these problems when the shell is effectively used as a basicity adjusting material. The present invention provides an economical method for obtaining a lime source suitable for a reaction in a melting furnace and easy to handle when shells discarded as waste are effectively used as a lime source for adjusting basicity. It is an object of the present invention to provide a conventional shell processing method and apparatus.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The gist of the invention is that
(1) In a method of melting and processing waste, incinerated ash, or sludge alone or as a mixture, when supplying shells as a lime source for adjusting the basicity of molten slag, the shells are dried with hot air. A method for melting waste using shells as a basicity adjustment, wherein the shells are deodorized and then crushed to a particle size of 0.3 to 20 mm.
(2) A part of the exhaust gas after drying the shell is circulated and supplied for adjusting the temperature of the hot air for drying, and the remaining exhaust gas is heated and deodorized and discharged to the outside of the system. (1) A method for melting waste according to (1) using shells as the basicity adjustment.
[0009]
(3) The method for melting waste according to the above (1) or (2), wherein the shell is used for adjusting the basicity, wherein the temperature of hot air for drying and deodorizing the shell is 700 to 850 ° C. .
(4) Melting waste using shells as the basicity adjustment according to (1) to (3), wherein the temperature of the exhaust gas after shell drying is raised and deodorized to 700 to 850 ° C. Processing method.
(5) A rotary kiln for drying and deodorizing shells having a hot air supply device, a crusher for crushing shells after drying and deodorization, and a circulation path for circulating a part of the dried exhaust gas to the hot air supply device of the rotary kiln. A waste melting apparatus using shells for adjusting the basicity, comprising a device for raising the temperature and deodorizing the remaining exhaust gas.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
An important point of the basicity adjustment method using a lime source is that the properties of the molten slag are suitable for civil engineering materials. In particular, it is important that free CaO is not generated from the molten slag. Next, the free CaO will be described. The waste slag has the same molecular structure as glass, is composed of a network structure of SiO 2 , and has a state in which CaO molecules are incorporated in the network. Free CaO is present in the slag as CaO alone without being incorporated into the mesh. The slag containing free CaO dissolves CaO when it comes into contact with water, and increases alkalinity. Therefore, when slag is used effectively as a civil engineering material, its use is unpreferably restricted.
[0011]
On the other hand, CaCO 3 , which is the main component of the shell, is thermally decomposed into CaO in the melting furnace, but the melting point of CaO is very high at 2570 ° C., and is usually about 1500 ° C. in the melting furnace. Does not dissolve in a simple substance. CaO reacts with and mixes with SiO 2 , which is a main component of slag, so that its melting point is lowered to about 1400 ° C. to be melted. That is, CaO reacts sequentially from the surface and dissolves so that the candy melts and becomes smaller. Therefore, when the particle size of the lime source is too large, melting is not completed in the melting furnace, and free CaO remains in the slag.
[0012]
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the particle size of the lime source and free CaO. The data on the shell of the present invention was obtained in a test run. It was found that there was a difference compared to the case of limestone. As shown in FIG. 1, the free CaO can be reduced to 0.2% or less by setting the particle size of the shell to 20 mm or less. On the other hand, in the case of limestone, the diameter is 10 mm or less, and free CaO is less likely to be generated even with a shell having a larger particle size. This is presumably because the shell is rich in reactivity even with the same component of CaCO 3 . In addition, when it is necessary to further suppress free CaO depending on the use of the slag, it is preferable that the particle size of the shell be 3 mm or less.
[0013]
The smaller the particle size of the shell, the better the reactivity in the melting furnace and the less free CaO. On the other hand, the shell is more likely to be scattered by the gas passing through the furnace in the melting furnace. In the present invention, as a result of a test in a shaft furnace type melting furnace of the embodiment shown in FIG. 1, scattering was practically not a problem if it was 0.3 mm or more. The scattering phenomenon is caused not only by the relationship between the particle size of the charged shell and the gas flow velocity in the melting furnace, but also by the shell falling down while being heated in the melting furnace, cracking and powdering during the thermal decomposition process. to be influenced. In consideration of these influences, it was found that if it is 0.3 mm or more, it does not scatter and dissolves in the molten slag to exhibit the function as a basicity adjusting material. Therefore, the particle size of the shell is set to 0.3 to 20 mm.
[0014]
When crushing shells, crush them after drying. Drying is performed while blowing with hot air of 700 to 850 ° C. and stirring with a rotary kiln or the like. When dried at a high temperature exceeding 850 ° C., CaCO 3, which is a main component of the shell, is decomposed to CaO, which causes hygroscopicity, and thus requires care in handling, which is not preferable. On the other hand, when the temperature is lower than 700 ° C., the deodorization is not sufficiently performed, which is not preferable. When crushing shells, it is more economical to crush the shell as coarsely as possible, as long as the problem of free CaO does not occur. Further, since fine powder having a size of less than 0.3 mm is scattered in the melting furnace and does not contribute to the adjustment of the basicity, it is necessary to crush the fine powder by a method that generates less fine powder. In the present invention, a hammer crusher type crusher was used for crushing the shell in consideration of these particle size conditions. The molten slag produced by the method of the present invention has physical and chemical properties equivalent to those of natural sand and can be used as civil engineering materials.
[0015]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to Examples.
FIG. 2 is a process chart showing a case where waste is directly melted using coke. As shown in FIG. 2, coke and dried and crushed shells are charged into the melting furnace 1 as waste and auxiliary materials from a charging device 2 at the upper part of the melting furnace 1. Municipal waste was disposed of as waste. Air and oxygen are supplied from a tuyere 3 provided around the lower part of the melting furnace 1. The waste, coke, and the like charged into the melting furnace 1 form a packed bed in the furnace, and a part of the coke and waste is burned by air and oxygen blown from the tuyere 3 at the lower part of the furnace. The combustion gas rises in the melting furnace from the bottom of the furnace, and the waste is preheated, dried and thermally decomposed by the sensible heat of the combustion gas. Steam, pyrolysis gas and fine dust generated in the process of drying and pyrolysis of the waste are discharged from the pyrolysis gas discharge pipe 5.
[0016]
On the other hand, the ash and non-combustibles of the waste, the coke and the shells are heated to a high temperature and descend to the furnace bottom. The coke burns with the air and oxygen blown from the tuyere 3, and the ash and non-combustibles are 1300 It is heated from 1500C to 1500C to be in a molten state. Slag in a molten state is discharged from the
[0017]
FIG. 3 is a process diagram showing an apparatus for drying and crushing a shell according to the present invention. As shown in this figure, the shell is charged into a
[0018]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, shells that are waste can be effectively used as a basicity adjusting material for a melting furnace, and furthermore, by crushing shells to 0.3 to 20 mm, shells in a melting furnace can be obtained. And free CaO in the molten slag can be kept low, so that the slag can be effectively used as a civil engineering material. In addition, the shell is dried and crushed in a facility composed of a rotary kiln, a crusher, and a deodorizing furnace, so that the shell can be crushed into a predetermined particle size distribution and deodorized. By setting the temperature to 850 ° C., the shell can be dried and deodorized, and at the same time, the shell is not thermally decomposed into CaO, so that the shell can be easily handled after crushing. Further, by setting the temperature of the exhaust gas after drying the shell to 700 to 850 ° C., an extremely excellent effect such as the deodorization of the exhaust gas can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the particle size of a lime source and free CaO.
FIG. 2 is a process diagram showing a case where waste is directly melted using coke.
FIG. 3 is a process diagram showing an apparatus for drying and crushing shells according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Melting furnace 2 Charging device 3
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