JP2006003010A - 灰溶融装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 強度の高い良質のスラグを低コストで且つ容易に得ることができる灰溶融装置を提供する。
【解決手段】 灰溶融装置は、灰ａを燃焼させて溶融し溶融スラグｂとする灰溶融炉１０と、灰溶融炉１０の溶融スラグ滴下口１０Ｂの下方に設けられ、溶融スラグ滴下口１０Ｂから滴下する溶融スラグｂを水砕して回収する水槽１５とを備えている。このような灰溶融装置において、灰溶融炉１０と水槽１５とを接続する接続体１４の中間部にスラグ受け１６を設ける。そして、溶融スラグ滴下口１０Ｂからの溶融スラグｂをスラグ受け１６で受け、所定温度まで除冷するとともに所定温度で一旦保持するようにする。また、スラグ受け１６の上方にはハンマー１７が揺動自在に設けられており、スラグ受け１６上のスラグｂを破砕する。
【選択図】 図１

Description

本発明は灰溶融装置に係り、特に、都市ごみや下水汚泥などの焼却灰を溶融して溶融スラグとするとともに、その溶融スラグを良質なスラグとして回収し、スラグの有効利用を図ることのできる灰溶融装置に関するものである。

ごみ焼却炉から排出される飛灰中にはダイオキシン類が含まれている恐れがあり、このダイオキシン類を無害化することが急務となっている。そのため、平成９年２月の厚生省新ガイドラインによって、補助金対象の新設焼却炉には、灰の溶融設備の設置が義務づけられることとなった。

溶融処理は、減容化と灰中ダイオキシン類も含めた完全無害化が図れると同時に、スラグを再資源化して有効利用できる利点がある。灰の溶融方式には、バーナ式の表面灰溶融炉、電気式のプラズマ灰溶融炉など様々な方式があり、実用に供されている。

ところで、現在、溶融スラグの回収には、ハンドリングの容易さから溶融したスラグをそのまま水槽に落とす、水冷式が主に行われている。水冷式の灰溶融装置は、例えば図４に示すように、灰ホッパー１内の灰ａを灰プッシャー２で灰溶融炉３内に供給するとともに、灰溶融炉３内で灯油バーナ４からの火炎によって灰ａを燃焼させて溶融し溶融スラグｂを生成し、その溶融スラグｂを灰溶融炉３のスラグ滴下口３Ａから水槽５内の水ｗに落下させ、スラグｂを急冷させて回収するようになっている。

しかし、このような水冷式の灰溶融装置では、溶融スラグを水槽に落下させるだけで装置構成は簡単であるが、急冷させるためにスラグの粒径が小さくなる上に、スラグがガラス質となってスラグの強度が弱くなるために、土木資材としての利用方法が限られてしまう。スラグの有効利用先としては、道路用の路盤材及び骨材への利用が有望と考えられ、強度の高いスラグが望まれている。

そこで、近年、強度の高い結晶質のスラグを得るために、スラグの冷却速度及び組成を調製し、徐冷スラグとしての回収が検討されている。そのための方法として、コンベア上のバケットに溶融スラグを落下させて徐冷スラグとして回収する方法が提案されている。この方法は、図５に示すように、灰溶融炉３の溶融スラグ滴下口３Ａからの溶融スラグｂをバケット７で受け、このバケット６がスラグコンベア７で搬送される間にバケット６内のスラグｂが除冷され、その後、スラグ取出口８から図示してない水槽に落下するようになっている。

特開平８−１３１９８６号公報

しかしながら、上記従来の技術では、溶融スラグを除冷させるため冷却装置としてスラグコンベア７が設けられているので、灰溶融装置の構成が複雑となり、設備コストも高くなるという欠点がある。

また、上記従来の技術では、灰溶融炉３の溶融スラグ滴下口３Ａの所に接続体１０が取り付けられているが、この接続体１０の内壁面にはスラグが付着してブリッジを形成し易く、そこでスラグが成長してしまうと、運転に支障をきたす可能性がある。

本発明の課題は、強度の高い良質のスラグを低コストで且つ容易に得ることができる灰溶融装置を提供することにある。

上記課題を達成するために、本発明は、灰を燃焼させて溶融し溶融スラグとする灰溶融炉と、前記灰溶融炉の溶融スラグ滴下口の下方に水槽が設けられ、溶融スラグ滴下口から滴下する溶融スラグを水槽内で水砕して回収するスラグ回収部と、を備えて灰溶融装置において、前記溶融スラグ滴下口から滴下する溶融スラグを受け、該スラグを所定温度まで除冷するとともに前記所定温度で保持するスラグ受けと、前記スラグ受け上のスラグを破砕して前記水槽へ落下させるスラグ破砕手段とを設けたことを特徴としている。なお、前記所定温度は１１００℃である。

上記構成によれば、溶融スラグ滴下口からの溶融スラグはスラグ受け上に滴下して、該スラグ受け上で所定温度まで除冷され、更にその所定温度で保持された後に、スラグ破砕手段によって破砕されて水槽に落下する。これにより、スラグがガラス質となることが回避され、強度の高い良質のスラグを得ることができる。また、スラグ受けやスラグ破砕手段は、スラグコンベアに比べると、構成も簡単で低コストである。

前記スラグ受けの表面には、スラグを所定温度を保持するための表層材が形成されている。これにより、スラグ受け上に堆積したスラグの急激な温度低下を防止でき、スラグを所定温度に保持することが可能となっている。

前記スラグ破砕手段は、前記スラグ受け上のスラグに衝撃を加えて当該スラグを破砕するハンマー、または、前記スラグ受け上のスラグに横方から押圧力を加えて当該スラグを破砕するプッシャーである。

また、前記スラグ破砕手段は、一定周期でまたは前記スラグ受け上のスラグの量が所定量になったときに作動するようになっている。

さらに、前記スラグ破砕手段は、破砕したスラグを一旦受け止め、当該破砕スラグを更に所定温度に保持した後に前記水槽に落下させるダンパーを有する。スラグ受け上に堆積したスラグは、その中央部分では所定温度よりも高温となっている場合があり、ハンマーで破砕したときに、破砕スラグをそのまま水槽に落下させると、中央の高温部分が急冷されることになって強度上問題が生じる。上記ダンパーを設けておけば、破砕スラグがダンパー上で更に所定温度に保持されるので、上記の問題を生じる恐れはない。これにより、より強度の高いスラグを得ることができる。

本発明によれば、スラグ受け上で溶融スラグは所定温度まで除冷され、更にその所定温度で保持され、その後、スラグ破砕手段によって破砕されて水槽に落下するので、スラグがガラス質となることが回避され、強度の高い良質のスラグを得ることができる。

また、スラグ受けやスラグ破砕手段は、スラグコンベアに比べると、構成も簡単であるから低コストである。

さらに、灰溶融炉と水槽とを接続する接続体の内壁面にはスラグが付着してブリッジを形成し易いが、スラグ粉砕手段を作動させることにより、ブリッジの形成が阻止され、灰溶融装置の運転に円滑に行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明に係る灰溶融装置の全体構成図である。図１において、灰溶融炉１０はバーナ式の表面溶融炉で、あらかじめ高濃度の腐食性ガスを抜き出すことのできる熱分解式の灰溶融炉である。灰溶融炉１０には灰ホッパー１１が隣接して設けられ、灰ホッパー１１内の灰ａは、灰プッシャー１３が図の矢印Ａ方向に往復移動することにより、灰溶融炉１０内に供給される。灰溶融炉１０の壁面には灯油バーナ１３が設けられ、灰溶融炉１０内に供給された灰ａは灯油バーナ１３からの火炎によって加熱される。加熱温度は１３００〜１４００℃で、加熱された灰ａは溶融し溶融スラグｂとなる。また、加熱時に発生した熱分解ガスは、灰溶融炉１０上面の排出口１０Ａから外部へ排出される。

灰溶融炉１０の底部には溶融スラグ滴下口１０Ｂが設けられ、この溶融スラグ滴下口１０Ｂには、灰溶融炉１０と水槽１５とを接続する接続体１４が取り付けられている。接続体１４の下部先端は水槽１５内の水ｗに没している。接続体１４の中間部には平板状のスラグ受け１６が設けられている。このスラグ受け１６は溶融スラグ滴下口１０Ｂから滴下する溶融スラグｂを受ける位置に配置され、その表面（溶融スラグｂを受ける側）には、スラグ受け１６上に滴下した溶融スラグｂが急激に温度低下するのを防ぐ表層材１６Ａが貼られている。表層材１６Ａとしては、断熱材もしくはスラグｂに対して剥離性のよいステンレス鋼が用いられている。

スラグ受け１６の上方にはハンマー１７が設けられている。このハンマー１７は、支点１７Ａを中心にして矢印Ｂ方向に揺動自在となっている。なお、ハンマー１７とスラグ受け１６は、ハンマー１７が揺動しても互いに接触しない位置に配置されている。

上記構成によれば、灰溶融炉１０の溶融スラグ滴下口１０Ｂからの溶融スラグｂはスラグ受け１６上に滴下し堆積する。スラグ受け１６には表層材１５Ａが貼ってあるので、スラグ受け１６上に堆積したスラグｂは急激に温度低下することはなく、所定温度まで除冷され、更にその所定温度で保持される。

図２はスラグの冷却速度を制御する温度の設定値と結晶化率の関係を示している。溶融スラグを結晶化させ、強度の高いスラグを得るためには、結晶化に重要な影響を及ぼす溶融温度から１１００℃までの冷却速度の制御が重要になる。そこで、スラグ受け１６上に堆積したスラグｂが１１００℃までゆっくりと除冷され、更に１１００℃で一旦保持されるよう冷却速度を制御する。冷却速度は、時間的な制約（経済性）とスラグの強度から考えて１４０〜３５０℃／ｈにするのが望ましい。

スラグ受け１６上にはスラグｂが次々と堆積し、図１に示すように、破線の位置まで堆積する。また、スラグ受け１６は先端部（図の右側）でスラグｂを受けるようになっており、スラグｂが次々と堆積していくと、スラグｂの重量によりスラグ受けは先端部側が若干下を向いた傾斜状態となる。そして、堆積したスラグｂの量が所定量に達したら、ハンマー１７が図の右方向へ揺動してスラグｂを破砕する。この場合、溶融スラグ滴下口１０Ｂからのスラグｂが一定の割合で滴下するならば、ハンマー１７を一定周期毎に作動（揺動）させれば、スラグ受け１６上に堆積したスラグｂを確実に破砕できる。

溶融スラグ滴下口１０Ｂからのスラグｂが一定の割合で滴下しない場合もあるので、本実施の形態では、スラグ受け１６上に堆積したスラグｂの重量を検出する重量センサ１８と、堆積したスラグｂの高さを検出する高さセンサ１９とが設けられている。これら重量センサ１８と高さセンサ１９からの検出信号は制御部２０に入力される。そして、スラグ受け１６上のスラグｂの重量が所定重量に達したとき、またはスラグｂの高さが所定高さに達したときに、制御部２０はハンマー１７を作動（揺動）させてスラグｂを破砕する。なお、本実施の形態では、重量センサ１８はスラグ受け１６の傾斜角度を検出することにより、スラグ受け１６上のスラグｂの重量を検出している。

また、本実施の形態ではスラグ受け１６の先端部にダンパー２１が設けられている。このダンパー２１は支点２１Ａを中心にして矢印Ｃ方向に開閉自在である。ダンパー２１は、通常は図のようにほぼ水平状態におかれており、ハンマー１７によって破砕されたスラグｂは一旦ダンパー２１上に受け止められる。スラグ受け１６上に堆積したスラグｂは、その中央部には除冷が完全でなく１１００℃以上の高温部分が存在している場合があり、そのような状態のスラグｂをハンマー１７で破砕して、そのまま水槽１５に落下させると、高温部分が急冷されることになって強度上問題が生じる。上記のようなダンパー２１が設けられていれば、破砕スラグｂの高温部分がダンパー２１上で１１００℃まで除冷され、その１１００℃で一旦保持されるので、スラグｂの除冷を完全に行うことができる。これにより、より強度の高いスラグを得ることができる。

ハンマー１７は数回揺動を繰り返す。そして、破砕されたスラグｂは次々とダンパー２１上に堆積してゆき、スラグ受け１６に加わるモーメントが大きくなるので、スラグ受け１６は更に傾斜する。この傾斜は重量センサ１８によって検知され、所定の傾斜角度に達すると、制御部２０はダンパー２１を作動（図の時計回りに回動）させて、スラグｂを水槽１５の水ｗの中に落下させて水砕する。

水槽１５の内部にはスラグ取り出し用コンベア２２が設けられ、水砕されたスラグｂはコンベア２２によって搬送され、水槽２２から取り出されて、スラグ回収容器２３に回収される。

また、本実施の形態では、高温ガス出口２４がスラグ受け１６の上面より１０ｃｍ程上方に設けられている。従来の熱分解式灰溶融炉では、図４に示したように高温ガス出口が溶融スラグ滴下口の直下に設けられているので、高温ガス出口でのガス量を制御することが難しかったが、図１に示すように、高温ガス出口２４をスラグ受け１６の上面より１０ｃｍ程上方とすることにより、高温ガス出口２４でのガス量を制御することが容易となり、これによって、灰溶融炉１０内の温度を制御することができる。

また、接続体１４の内壁面にスラグが付着しブリッジを形成し易いが、ハンマー１７を揺動させることで、そのブリッジの形成を抑えることができる。これによって、灰溶融装置の運転を円滑に行うことができる。また、ダンパー２１を設けたことにより、ダンパー開閉という動作自体も灰溶融炉１０内の温度制御に利用できるという効果もある。

本実施の形態の灰溶融装置を用いてスラグを生成した。生成したスラグは、全体的に黒色で、表面の層は急冷スラグと同じくガラス質となり脆い。しかし、生成したスラグの内部は、数時間掛けて徐冷したものに比べると、多少強度は劣るが、結晶化しているために、水冷スラグと比べると断然強度が高く、適度な強度に保たれるため、ハンマー等でも粉砕し易く粒径が揃え易かった。Ｘ線解析装置で同定した所、数時間かけて徐冷したスラグ（第一ピーク強度１.５ｋ以上）には劣るものの急冷スラグと異なり、生成したスラグは、第一ピーク強度１.３ｋを示す程に結晶化していた。スラグの融点から１１００℃までの温度の保持時間をより長くすることにより徐冷スラグに近い強度を持ったスラグを得ることができた。

また、スラグ受け１６上のスラグの高さが７〜８ｃｍ程度まで堆積したときに、ハンマー１７を作動（揺動）させるようにしたら、多少形状が揃ったスラグを得ることができた。

スラグの生成量は、灰の供給量によって左右されるが、灰が５０ｋｇ／ｈで供給された場合、その内の１割から２割が輝散してしまうので、スラグの量は約４０ｋｇ／ｈ回収される。この点を考慮して、スラグ受け１６のサイズを設定するのがよい。
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２による灰溶融装置の全体構成図である。本実施の形態の特徴部分は、実施の形態１で示したハンマーの代わりに、プッシャーが設けられていることである。すなわち、灰溶融炉１０と水槽１５とを接続する接続体３０の中間部にプッシャー３１が設けられている。このプッシャー３１は、スラグ受け１６の表面（表層材１６Ａ）上を摺動するプッシャー本体３１Ａと、このプッシャー本体３１ＡをＤ方向に往復移動させるプッシャー駆動部３１Ｂとを備えている。他の構成は実施の形態１に場合とほぼ同じであるが、本実施の形態では、スラグ受け１６の表面に沿ってプッシャー本体３１Ａが摺動するので、スラグ受け１６は予め所定の角度で傾斜して接続体３０に強固に固定されている。また、重量センサ１８はスラグ受け１６の傾斜角度を検知するのセンサではなく、スラグ受け１６上のスラグｂの重量を直接検知できるセンサである。

上記構成によれば、スラグ受け１６上に堆積し、所定温度（１１００℃）まで除冷され、その所定温度で一旦保持されたスラグｂは、一定周期毎にまたはスラグ受け１６上のスラグが所定量に達したときに、プッシャー３１によって横方向から押圧され破砕され、ダンパー２１に受け止められる。スラグ受け１６上のスラグが所定量に達したかどうかは、重量センサ１８または高さセンサ１９によって検知され、所定量に達したときは、制御部２０がプッシャー駆動部３１Ｂを駆動して、プッシャー本体３１Ａを図の右方向に摺動させる。

本実施の形態によれば、強力なプッシャー駆動部３１Ｂを設けることにより、プッシャー本体３１Ａの１回の往復動作で、スラグ受け１６上のスラグｂを破砕することができ、スラグｂの粉砕作業を効率よく行うことができる。

本発明の実施の形態１による灰溶融装置の全体構成図である。 スラグ溶融時の温度保持範囲と結晶化率を示す図である。 本発明の実施の形態２による灰溶融装置の全体構成図である。 従来技術による灰溶融装置の構成図である。 溶融スラグを除冷する従来技術の一例を示す図である。

符号の説明

１０ 灰溶融炉
１４ 接続体
１５ 水槽
１６ スラグ受け
１６Ａ 表層材
１７ ハンマー（スラグ破砕手段）
１８ 重量センサ
１９ 高さセンサ
２０ 制御部
２１ ダンパー
３０ 接続体
３１ プッシャー（スラグ破砕手段）
３１Ａ プッシャー本体
３１Ｂ プッシャー駆動部
ａ 灰
ｂ スラグ
ｗ 水

Claims (7)

1. 灰を燃焼させて溶融し溶融スラグとする灰溶融炉と、前記灰溶融炉の溶融スラグ滴下口の下方に水槽が設けられ、溶融スラグ滴下口から滴下する溶融スラグを水槽内で水砕して回収するスラグ回収部とを備えて灰溶融装置において、
   前記溶融スラグ滴下口から滴下する溶融スラグを受け、該スラグを所定温度まで除冷するとともに前記所定温度で保持するスラグ受けと、前記スラグ受け上のスラグを破砕して前記水槽へ落下させるスラグ破砕手段とを設けたことを特徴とする灰溶融装置。
2. 請求項１に記載の灰溶融装置において、
   前記スラグ受けの表面には、前記スラグを前記所定温度で保持するための表層材が形成されていることを特徴とする灰溶融装置。
3. 請求項１に記載の灰溶融装置において、
   前記スラグ破砕手段は、前記スラグ受け上のスラグに衝撃を加えて、当該スラグを破砕するハンマーであることを特徴とする灰溶融装置。
4. 請求項１に記載の灰溶融装置において、
   前記スラグ破砕手段は、前記スラグ受け上のスラグに横方から押圧力を加えて、当該スラグを破砕するプッシャーであることを特徴とする灰溶融装置。
5. 請求項１，３又は４に記載の灰溶融装置において、
   前記スラグ破砕手段は、一定周期でまたは前記スラグ受け上のスラグの量が所定量になったときに作動することを特徴とする灰溶融装置。
6. 請求項１に記載の灰溶融装置において、
   前記スラグ破砕手段は、破砕したスラグを一旦受け止め、当該破砕スラグを更に前記所定温度で保持した後に前記水槽に落下させるダンパーを有することを特徴とする灰溶融装置。
7. 請求項１又は６に記載の灰溶融装置において、
   前記所定温度は、１１００℃であることを特徴とする灰溶融装置。

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