JP2007322053A - 溶融スラグ回収用容器及び溶融スラグの回収方法 - Google Patents

Abstract

【課題】廃棄物溶融炉から排出される溶融スラグの回収作業の効率及び経済性を高める。
【解決手段】溶融スラグ回収用容器３０として第１容器３２及び第２容器３４を具備する。第２容器３４を第１容器３２内に設置した状態で、第２容器３４内に溶融スラグ５０を注入し、固化させる。固化した溶融スラグ５０は第２容器３４と一体に第１容器３２から取り出し、廃棄等の処分をする。第１容器３２は、第２容器３４が破損する等して溶融スラグ５０が流出したときのフェールセーフ手段として繰返し使用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、都市ごみ、有害廃棄物、産業廃棄物等をプラズマ溶融炉等により溶融することにより生成された溶融スラグを回収して廃棄処理するための技術に関するものである。

従来、前記のような各種廃棄物を溶融処理する手段として、当該廃棄物を適当な溶融炉内に入れてプラズマアーク、誘導加熱、燃焼加熱等の方法により溶融させ、これにより生じた溶融スラグを前記溶融炉内から専用の溶融スラグ回収用容器内に注ぎ込んで固化させ、これを廃棄または再利用する技術が知られている。この技術は、例えば特許文献１に記載されるように、溶融炉内に溜まる溶融スラグが一定量に達する度に当該溶融炉を傾斜させてそのスラグ排出部から排出させる、所謂バッチ式の溶融処理に好適である。また、溶融スラグの排出が連続的であってもスラグの搬出及びハンドリングがバッチ式であれば適用が可能である。

ここで、前記溶融スラグ回収用容器内に注入されて固化した溶融スラグを回収する方法は、次の２つに大別される。

Ａ）前記溶融スラグ回収用容器を前記溶融スラグと一体に回収して廃棄し、または再利用する。

Ｂ）前記溶融スラグ回収用容器の内側面を上方に向かうに従って拡径するテーパー状にし、この容器内で溶融スラグが固化した後に容器全体を倒置させるか、あるいは、当該溶融スラグの固化の際に吊上用金具を仕込んで当該固化により当該溶融スラグと吊上用金具とを一体化し、この吊上用金具を利用して前記容器内から固化した溶融スラグを吊り上げる。
特開２００２−５４２４号公報

前記Ａ）の方法では、溶融スラグの回収の度に溶融スラグ回収用容器の交換を行わなければならない。しかも、この溶融スラグ回収用容器では、その底壁や側壁が破れて溶融スラグが漏れるのを確実に防ぐ必要があり、また、同容器の入口部分を廃棄物溶融炉のスラグ排出部に連結できるように強度を確保する必要があることから、容器全体をある程度重厚で高価なものにせざるを得ず、このような構造の溶融スラグ回収用容器を溶融スラグの回収のために交換するのは経済上好ましくない。また、容器自体の重量が大きく、その取扱いも容易でない。

一方、前記Ｂ）の方法では、溶融スラグ回収用容器全体を倒置させたり、容器内の所定位置に前記吊上用金具を仕込んだりするのに特別な設備や手間が必要となる。また、容器内側面をテーパー状にしても当該容器から簡単に溶融スラグを抜き取り得るとは限らず、実際には容器内側面に剥離層を形成する等の特殊処理を施しておかなければならない不便がある。また、前記溶融スラグ回収用容器には高温の溶融スラグが繰返し接触して固化し、かつ、その回収用容器内から取り出される溶融スラグと当該容器の内周面との間が強く擦れるため、当該容器は傷みやすく、寿命が短い。その寿命がくればＡ）と同じく当該容器を交換する必要がある。

本発明は、このような事情に鑑み、廃棄物溶融炉から排出される溶融スラグの回収作業の効率及び経済性を高めることを目的とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、廃棄物溶融炉から排出される溶融スラグを回収するための溶融スラグ回収用容器であって、上方に開口する有底の第１容器と、この第１容器の内側に挿脱可能に設置され、上方に開口する第２容器とを備え、前記第２容器内に溶融スラグが注入されて当該溶融スラグが固化した状態で、この固化した溶融スラグと前記第２容器とが一体に前記第１容器から取出し可能となるように構成されているものである。

また本発明は、前記溶融スラグ回収用容器を用いて、廃棄物溶融炉から排出される溶融スラグを回収して廃棄処理するための方法であって、前記溶融スラグ回収用容器の第１容器内に第２容器を設置する工程と、この第１容器内に設置された状態の第２容器内に前記廃棄物溶融炉から排出される溶融スラグを注入する工程と、この溶融スラグが固化した状態で当該溶融スラグと前記第２容器とを一体に前記第１容器から取り出す工程とを含むものである。

以上の構成によれば、第１容器内に設置された第２容器内に溶融スラグを注入し、この第２容器内で固化した溶融スラグを当該第２容器と一体に前記第１容器内から取り出すようにしているので、従来のように溶融スラグ回収用容器内から溶融スラグのみを取り出す方法に比べて容易に溶融スラグを回収することができる。

しかも、前記第２容器が破れる等して当該第２容器から溶融スラグが流出したとしても、この第２容器は前記第１容器内に設置されているので前記溶融スラグが容器外部に流出するのを阻止することができる。このように、第２容器に破損等が生じた場合のフェールセーフを確実にすることができることから、第２容器の設計に際して安全率を下げることが可能であり、その結果、第２容器の薄肉、軽量化を図ることができ、これにより、第２容器の低廉化及び取扱いの容易化を果たすことができる。

例えば、少なくとも前記第２容器を金属製とすることにより、同容器に特殊な非金属耐火材料を用いる場合に比べて容器全体の低廉化が可能になる。

また、前記第２容器が前記第１容器の側壁よりも薄肉の側壁を有するものとすれば、前記第２容器の軽量化及び低廉化を促進する一方で、前記第１容器の肉厚を確保することにより、これら第１容器及び第２容器を含む溶融スラグ回収容器全体でのフェールセーフ機能を高めることができる。

また、前記第２容器が上下に開口する筒状をなし、その下側開口が前記第１容器の底部により塞がれるように構成すれば、第２容器の底壁を省略することにより、当該第２容器の低廉化及び軽量化をさらに促進することができる。しかも、この第２容器が前記第１容器内に設置された状態で当該第２容器の下側開口が当該第１容器の底部により塞がれるため、当該第２容器が有底でなくても当該第２容器の内側に不都合なく溶融スラグを注入することができる。

このような第２容器は例えば管材を所定軸長で切断することにより形成することが可能であり、これにより当該第２容器の量産化を図ることができる。

また、前記第２容器の底部が、当該第２容器の底壁上に耐熱性のある粒子層が敷設されることにより形成され、この粒子層に前記第２容器の下端部が上から差し込まれた状態で当該第２容器が前記第１容器内に立直状態で保持されるようにすれば、前記粒子層を利用して第１容器内に第２容器を立直状態で保持することができるとともに、この第２容器の下から溶融スラグが漏れるのを有効に抑止できる。しかも、前記第１容器内から第２容器を取り出す際には、固化した溶融スラグと、第１容器底部の粒子層との分離性も向上させることができる。

また、前記第１容器は第２容器よりも厚肉で高強度とすることができるので、この第１容器の上端部に前記廃棄物溶融炉のスラグ排出部と連結される連結部を設けて、この連結部が前記スラグ排出部に連結されている廃棄物の溶融処理装置を構築することが可能になる。この装置によれば、廃棄物溶融炉から排出される溶融スラグを確実に溶融スラグ回収用容器内に導入することができる。

以上のように、本発明によれば、溶融スラグ回収用容器として第１容器及びこの第１容器内に設置される第２容器を具備し、第２容器内に廃棄物溶融炉から排出される溶融スラグを注入して当該第２容器のみを前記溶融スラグとともに廃棄等することにより、当該溶融スラグを安価な構成で効率よく回収することができ、その回収作業の効率及び経済性を高めることができる効果がある。

図３（ａ）（ｂ）は、本発明に係る溶融スラグ回収用容器が適用可能な廃棄物溶融炉の一例を示したものである。図示の溶融炉は、負圧下で廃棄物を溶融処理することが可能なバッチ式の溶融炉であり、炉本体１０と、この炉本体１０の前部及び後部をそれぞれ下から支持する前側支持部１２及び後側支持部１４とを備えている。

炉本体１０は、前記特許文献１に記載されている炉体と同様、耐火物によって内張りされた筐体１６と、この筐体１６内に導入される廃棄物を溶融させるための図略のプラズマトーチとを有している。この炉本体１０の前端部（図３（ａ）（ｂ）では左端部）には、スラグ排出部１８が設けられ、このスラグ排出部１８に、後述の溶融スラグ回収用容器３０と連結される蛇腹状の配管２０が連結されている。

前記前側支持部１２は、前記炉本体１０の前側下端部を水平方向のピン２２を支点として回動可能となるように支持する。

前記後側支持部１４は、支柱２４と油圧シリンダ２６とを有している。

支柱２４は、前記炉本体１０の後端部（図３（ａ）（ｂ）では右端部）を下から支持する位置に立設されている。

油圧シリンダ２６は、前記炉本体１０を図３（ａ）に示す水平姿勢（通常使用姿勢）と同図（ｂ）に示す前傾姿勢（スラグ排出姿勢）とに切換えるためのものである。この油圧シリンダ２６のへッド側端部は水平方向のピン２７を支点として回動可能となるように基台側（地盤側）に連結され、ロッド側端部は同じく水平方向のピン２８を支点として回動可能となるように前記炉本体１０の後部に連結されている。そして、この油圧シリンダ２６が収縮しているときは前記炉本体１０の後端部が前記支柱２４の上端に当接して炉本体１０が図３（ａ）に示す水平姿勢に支持される一方、前記油圧シリンダ２６が伸張すると前記炉本体１０の後端部が浮上して同図（ｂ）に示す前傾姿勢に切換えられるようになっている。

前記炉本体１０の底壁は、前記スラグ排出部１８の手前側となる位置に堰部１７を有し、この堰部１７の最上位置よりも下方の範囲内で炉本体１０内に溶融スラグ５０を溜めることが可能となっている。前記スラグ排出部１８は、前記堰１７とつながる位置に案内壁１９を有しており、炉本体１０が前記前傾姿勢にあるときに前記堰１７から溢れる溶融スラグ５０が前記案内壁１９を伝って流下するようになっている。

次に、この装置において用いられる溶融スラグ回収用容器３０の具体的構造を図１及び図２を参照しながら説明する。

図示の溶融スラグ回収用容器３０は、第１容器３２と、この第１容器３２の内側に設置される第２容器３４とを備えている。

前記第１容器３２は、上方に開口する有底構造となっている。具体的には、円板状の底壁３２ａと、この底壁３２ａの周縁から上方に延びる円筒状の周壁（側壁）３２ｂとを一体に有している。

さらに、前記周壁３２ｂの上端からは径方向外側にフランジ部３２ｃが突出している。
このフランジ部３２ｃは、前記配管２０に締結可能な連結部を構成するもので、このフランジ部３２ｃには複数のボルト挿通孔３３が設けられている。各ボルト挿通孔３３は前記フランジ部３２ｃを厚み方向（上下方向）に貫通し、これらボルト挿通孔３３内にそれぞれ前記フランジ部３２ｃと配管２０とを締結するための締結用ボルトが挿通可能となっている。

前記底壁３２ａ上には粒子層３６が敷設されている。この粒子層３６は、前記底壁３２ａとともに第１容器３２の底部を構成するもので、当該底壁３２ａ上に砂やセラミックス等の耐熱性のある粒子を所定厚みだけ敷き詰めることにより形成されている。

この第１容器３２の肉厚は、十分な強度が確保できる程度まで厚く設定されている。具体的には、仮に同容器３２内に高温の溶融スラグが充満しても破損等を確実に回避できるように十分な安全率が与えられており、かつ、前記フランジ部３２ｃを前記配管２０に連結するのに支障のない強度が確保できるように設定されている。この肉厚についての具体的な寸法は適宜設定可能であるが、一般に、鋼材を用いる場合には約１０mmまたはそれ以上の寸法に設定することが好ましい。

前記第２容器３４は、金属製で上下に開口する薄肉の円筒状をなしている。図例では、この第２容器３４として、長尺鋼管を適当な軸長で切断したものが用いられている。

この第２容器３４は、前記第１容器３２の内径よりも小さい外径を有し、この第１容器３２と同軸となる位置に配される。具体的には、この第２容器３４の下端部が前記底壁３２ａに到達するまで当該下端部を前記粒子層３６に上から差し込むことによって、当該第２容器３４が立直姿勢で保持され、かつ、この第２容器３４の下端開口が前記粒子層３６で塞がれた状態を形成することが可能となっている。また、この第２容器３４の上端部には吊上げ用の金具またはロープを通すための貫通孔３８が設けられている。

この第２容器３４の肉厚は、前記第１容器３２の肉厚よりも小さい肉厚であって、当該第２容器３４内に溶融スラグ５０が注入されても当該溶融スラグ５０を保持できるだけの強度を確保できる肉厚（例えば鋼材を用いる場合には２〜５mm程度）に設定されている。また、この第２容器３４の軸長は、図例では、当該第２容器３４が前記第１容器３２の底壁３２ａ上に設置された状態で当該第２容器３４の上端が前記第１容器３２の上端以下となるように設定されている。

前記配管２０は、伸縮可能な蛇腹状の本体部４０と、この本体部４０の両端に固着されるフランジ４２，４４とを有している。

一方、前記炉本体１０におけるスラグ排出部１８の出口部分には前記案内壁１９を取り巻くようにフランジ部４６が形成されている。そして、このフランジ部４６に前記配管２０の一方のフランジ４４が連結され、他方のフランジ４２は前記第１容器３２のフランジ部３２ｃに締結可能とされている。

そして、当該フランジ４２とフランジ部３２ｃとが締結された状態で、前記炉本体１０が前記図３（ｂ）に示す前傾姿勢まで傾く際に、前記案内壁１９を伝って流下する溶融スラグ５０が前記第２容器３４の略中央位置に注入されるように、当該案内壁１９の位置が設定されている。

次に、この廃棄物溶融装置の作用及び前記溶融スラグ回収用容器の使用要領を順を追って説明する。

１）初期段階では、図３（ａ）に示すように後側支持部１４の油圧シリンダ２６を収縮させて炉本体１０を水平姿勢にしておく。

２）溶融スラグ回収用容器３０において、その第１容器３２内の所定位置に第２容器３４を設置し、当該第１容器３２のフランジ部３２ｃを配管２０のフランジ４２に締結する。これにより、溶融スラグ回収用容器３０内が前記配管２０を介して前記炉本体１０のスラグ排出部１８に連結された状態となる。この段階で、前記スラグ排出部１８に設けられた案内壁１９の先端部は前記第２容器３４の略中央位置に指向した状態となる。

３）前記炉本体１０に設けられた図略の容器投入口から廃棄物を封入した廃棄物容器（例えばドラム缶）を炉本体１０内に投入する。この廃棄物容器は、内部の廃棄物とともに、図略のプラズマトーチから発せられる高温のプラズマによって溶融処理され、液状の溶融スラグ５０となる。この溶融時に発生する排ガスは、炉本体１０に設けられた図略の排ガス出口から炉外に排出される。

４）３）の要領で廃棄物及びその容器の溶融を続けるうち、炉内に溜まる溶融スラグ５０の液面が予め設定された高さ位置（堰部１７の最上端よりも低い位置）に達した時点で、次の廃棄物容器の投入を一旦止める。

５）後側支持部１４の油圧シリンダ２６を所定の速度で伸張させて炉本体１０の後部を押し上げることにより、前記配管２０の蛇腹状本体部４０の収縮を伴いながら前記炉本体１０を徐々に傾けて図３（ｂ）に示すような前傾姿勢にする。これにより、炉本体１０内に発生した溶融スラグ５０は、堰部１７から溢れて案内壁１９の上面を伝い、配管２０内を通って溶融スラグ回収用容器３０の第２容器３４の略中央位置に所定量だけ注ぎ込まれる。

このとき、前記第２容器３４の下端開口は粒子層３６によって塞がれているため、この第２容器３４内には図１に示すように不都合なく溶融スラグ５０が溜められる。また、万が一、第２容器３４が破れる等して当該第２容器３４から溶融スラグが流出しても、この第２容器３４は第１容器３２内に収容されているため、前記溶融スラグ５０が溶融スラグ回収用容器３０の外部に流出することは確実に防がれる。

６）前記溶融スラグの注入完了後、前記油圧シリンダ２６を再び収縮させて図３（ａ）に示す水平姿勢に戻す。

７）前記第２容器３４内に溜められた溶融スラグ５０がある程度冷却した後、フランジ部３２ｃとフランジ４２とを切り離して第１容器３２内を開ける。

８）前記溶融スラグ５０が固化した後、第２容器３４の上端に設けられている貫通孔３８に吊上げ用の金具あるいはロープを通し、当該金具等を用いて第２容器３４及びその内側で固化している溶融スラグ５０を一体に第１容器３２内から吊り上げ、そのまま搬送して廃棄等の処分をする。ここで、前記第２容器３４は第１容器３２よりも薄肉で安価かつ軽量であるため、経済的であり、取扱いも容易となる。さらに、第２容器３４内で冷却されたスラグは第２容器３４に比べて脆性が高く、逆に薄肉の第２容器３４は前記スラグに比して靭性に富むので、この第２容器３４の外部からその直径方向に圧縮力を加えることにより当該第２容器３４は破壊せずにその内部のスラグのみを圧壊または粉砕して前記第２容器３４から取り出すといったことも可能である。これにより、前記第２容器３４の再利用が可能になり、経済性がさらに高められる。

９）次に、新しい第２容器３４を前記第１容器３２内にセットし、以下、２）〜９）の操作を繰り返す。従って、第２容器３４は溶融スラグ５０の廃棄の度に交換される一方、第１容器３２は繰返し使用されることになる。

なお、本発明は以上示した実施の形態に限られず、例えば次のような実施の形態をとることも可能である。

・前記第２容器３４は有底であってもよい。その場合は第１容器３２の底壁３２ａ上に粒子層３６を敷設しなくても溶融スラグ５０の貯留が可能である。ただし、第２容器３４を図示のような上下に開口する筒状とすれば、当該第２容器３４の軽量化、低廉化を促進することができ、例えば管材を切断して第２容器３４を量産するといったことも可能になる。

・前記第２容器３４の側壁は前記第１容器３２の側壁の肉厚と略同等の肉厚を有するものであってもよい。ただし、図示のように第２容器３４の側壁を第１容器３２の側壁よりも薄肉とすることにより、当該第２容器３４の軽量化、低廉化を促進する一方で、前記第１容器３２の肉厚を確保することにより、これら第１容器３２及び第２容器３４を含む溶融スラグ回収容器全体でのフェールセーフ機能を高めることが可能になる。

・本発明では、廃棄物溶融炉における加熱手段を問わず、前記のプラズマアークによる加熱の他、誘導加熱、燃焼加熱等の方法により廃棄物を溶融する装置にも適用することが可能である。また、廃棄物溶融炉から溶融スラグ回収用容器の第２容器に溶融スラグを注入する手段についても、図３（ａ）（ｂ）に示すように炉本体１０を傾斜させるものに限らず、例えば炉本体１０の底部に排出口及びその開閉手段を設け、この排出口の直下に前記溶融スラグ回収用容器の第２容器をセットして、溶融スラグ排出時に前記排出口を開くようにしてもよい。

前記図１〜図3に示した廃棄物溶融装置において、炉本体１０にはプラズマトーチを具備するプラズマ溶融炉を適用するとともに、都市ごみ、有害廃棄物、産業廃棄物といった各種廃棄物をドラム缶内に詰め、前記プラズマ溶融炉内に投入して溶融させ、スラグ化する。

一方、溶融スラグ回収用容器３０の第１容器３２及び第２容器３４はともに鋼製とする。第１容器３２の寸法は、その底壁３２ａ、側壁３２ｂ、及びフランジ部３２ｃの肉厚を１０mmとし、高さ寸法及び内径をともに７００mmとする。この第１容器３２の肉厚（１０mm）は、高温の溶融スラグとの接触による破損を防ぐための最小寸法に十分な安全率を乗じた寸法であり、かつ、フランジ部３２ｃを形成するのに十分な強度が得られる寸法である。

この第１容器３２の底壁３２ａ上には砂を敷き詰めて厚さ５０mmの粒子層３６を形成する。

第２容器３４については、外径６００mmで肉厚が５mmの長尺鋼管を軸長６８０mmに切断することにより量産を行う。この第２容器３４の肉厚（５mm）は、高温の溶融スラグとの接触による破損を防ぐための最小寸法に前記第１容器３２の安全率よりも低い安全率を乗じた寸法である。

この第２容器３４を前記第１容器３２内に両容器３２，３４が同軸となる位置で装入し、当該第２容器３４の下端部をその端面が底壁３２ａの上面に到達するまで前記粒子層３６に差し込むことにより、当該粒子層３６が当該第２容器３４を立直姿勢に保持する状態にする。

そして、上述した手順４）〜９）により第２容器３４内で溶融スラグ５０を固化させ、この溶融スラグ５０を第２容器３４と一体に回収して廃棄処理する。

本発明の実施の形態に係る溶融スラグ回収用容器の断面正面図である。 前記溶融スラグ回収用容器の平面図である。 （ａ）は前記溶融スラグ回収用容器が用いられる廃棄物溶融装置の炉本体が水平姿勢にある状態を示す正面図、（ｂ）は同炉本体が前傾姿勢にある状態を示す正面図である。

符号の説明

１０ 炉本体
１８ スラグ排出部
２０ 配管
３０ 溶融スラグ回収用容器
３２ 第１容器
３２ａ 底壁
３２ｂ 側壁
３２ｃ フランジ部
３３ ボルト挿通孔
３４ 第２容器
３６ 粒子層
５０ 溶融スラグ

Claims (9)

1. 廃棄物溶融炉から排出される溶融スラグを回収するための溶融スラグ回収用容器であって、上方に開口する有底の第１容器と、この第１容器の内側に挿脱可能に設置され、上方に開口する第２容器とを備え、この第２容器内に溶融スラグが注入されて当該溶融スラグが固化した状態で、この固化した溶融スラグと前記第２容器とが一体に前記第１容器から取出し可能となるように当該第１容器内に前記第２容器が配置されることを特徴とする溶融スラグ回収用容器。
2. 請求項１記載の溶融スラグ回収用容器において、少なくとも前記第２容器が金属製であることを特徴とする溶融スラグ回収用容器。
3. 請求項１または２記載の溶融スラグ回収用容器において、前記第２容器は前記第１容器の側壁よりも薄肉の側壁を有することを特徴とする溶融スラグ回収用容器。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の溶融スラグ回収用容器において、前記第２容器は上下に開口する筒状をなし、その下側開口が前記第１容器の底部により塞がれるように構成されていることを特徴とする溶融スラグ回収用容器。
5. 請求項４記載の溶融スラグ回収用容器において、前記第２容器は管材を所定軸長で切断することにより形成されたものであることを特徴とする溶融スラグ回収用容器。
6. 請求項４または５記載の溶融スラグ回収用容器において、前記第２容器の底部は、当該第２容器の底壁上に耐熱性のある粒子層が敷設されることにより形成され、この粒子層に前記第２容器の下端部が上から差し込まれることにより当該第２容器が前記第１容器内に立直状態で保持されることを特徴とする溶融スラグ回収用容器。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の溶融スラグ回収用容器において、前記第１容器の上端部に前記廃棄物溶融炉のスラグ排出部と連結される連結部が設けられていることを特徴とする溶融スラグ回収用容器。
8. 投入された廃棄物を溶融してスラグ排出部から排出する廃棄物溶融炉と、請求項６記載の溶融スラグ回収用容器とを備え、この溶融スラグ回収用容器の連結部が前記スラグ排出部に連結されていることを特徴とする廃棄物の溶融処理装置。
9. 請求項１〜６のいずれかに記載の溶融スラグ回収用容器を用いて、廃棄物溶融炉から排出される溶融スラグを回収して廃棄処理するための方法であって、前記溶融スラグ回収用容器の第１容器内に第２容器を設置する工程と、この第１容器内に設置された状態の第２容器内に前記廃棄物溶融炉から排出される溶融スラグを注入する工程と、この溶融スラグが固化した状態で当該溶融スラグと前記第２容器とを一体に前記第１容器から取り出す工程とを含むことを特徴とする廃棄物溶融炉から排出される溶融スラグの回収方法。

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