JP3507015B2

JP3507015B2 - 人工砂の製造方法及び装置

Info

Publication number: JP3507015B2
Application number: JP2000217121A
Authority: JP
Inventors: 成介沢村; 親徳熊谷; 康史榊田; 昇市谷
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2000-07-18
Filing date: 2000-07-18
Publication date: 2004-03-15
Anticipated expiration: 2020-07-18
Also published as: JP2002028610A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、下水汚泥焼却灰等
から人工砂を製造する方法及び装置、詳しくは、下水汚
泥焼却灰等焼却灰から多孔質状セラミックス人工砂を焼
成・製造する方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の下水汚泥焼却灰等を原料とする多
孔質状セラミックス人工砂の製造設備においては、ロー
タリキルンや電気炉で原料の造粒物が焼成されている
（例えば、特公昭５７−１２４３９号公報参照）。

【０００３】また、特開平７−１１２１７４号公報に
は、下水汚泥焼却灰に水を添加し、混合、混練して混合
物を作り、この混合物を造粒成形して乾燥した後、ロー
タリキルンで焼成して焼成物を作り、この焼成物を冷却
した後、破砕して人工砂を製造する方法が記載されてい
る。なお、この公報の〔００１０〕の欄には、固相焼結
段階（Ａ域）、粒子内部に僅かに液相が生成して若干焼
結が進行する段階（Ｂ域）、液相が生成することにより
完全に液相焼結し粒子同士が十分に固着する段階（Ｃ
域）、さらに液相が増加し、粒子同士が合体し始める段
階（Ｄ域）、内部より脱ガスによるバブリングを起し発
泡するため製品強度が低下する段階（Ｅ域）、さらに昇
温すると全体が溶融スラグ化し徐冷結晶化することによ
り強度が向上する段階（Ｆ域）が記載されている。この
記載から、乾燥焼成炉がロータリキルンであることは明
らかである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】多孔質状セラミックス
人工砂の品質は、気孔率、吸水率及び強度で評価される
が、これらは焼成温度に強く相関があり、とくに下水汚
泥焼却灰を原料とした場合、所定の品質を得るには、そ
の焼成温度の制御幅が３０〜６０℃ときわめて狭い。ロ
ータリキルンや電気炉は、焼成機構上、伝熱性が悪く、
温度応答性が非常に悪いため、焼成温度の制御が十分で
ないため、製品品質にバラツキが出て、製品品質が低下
しやすいという問題がある。

【０００５】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
流動層の均一性、高伝熱性に着目し、鋭意試験研究の結
果、全体均一に、かつ、高精度で温度制御できることを
確認した。さらに、流動層炉での焼成温度と焼成品の比
重、及び品質との関係を確認し、焼成品の品質は比重に
より評価できること、さらに焼成品の比重は流動層の一
定区間の層差圧により制御できることを見い出し、本発
明を完成するに至った。本発明の目的は、焼成炉として
流動層炉を用い、さらには区間差圧制御機構又は／及び
温度制御機構を設けることにより、製品品質が良好で安
定し、操業安定性が向上、安定する人工砂の製造方法及
び装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の人工砂の製造方法は、下水汚泥焼却灰等
の焼却灰を造粒し乾燥させた後、この造粒・乾燥物を流
動層炉に投入し、該造粒・乾燥物自体を流動媒体として
焼成し、その際に、流動層炉内の焼成物の一定区間の層
圧力損失、すなわち区間圧損が一定範囲内に（設定値
に）なるように、焼成温度を制御し、焼成物品質のバラ
ツキをなくし、操業の安定性を高め、ついで焼成物を冷
却するように構成されている。また、焼成物を冷却した
後、分級する場合もある。焼却灰としては、下水汚泥焼
却灰、上水汚泥焼却灰、製紙汚泥焼却灰等を挙げること
ができる。

【０００７】上記のように、流動層炉内の焼成物の一定
区間の層圧力損失（区間圧損）が一定範囲内に（設定値
に）なるように、焼成温度を制御し、焼成物品質のバラ
ツキをなくし、操業の安定性を高めるようにする。ま
た、前記区間圧損が焼成物の比重０．７４〜０．８２に
対応する一定範囲内になるようにすることが好ましい。
また、層温度が８００〜１０５０℃、望ましくは８５０
〜９００℃であるようにする。また、流動層炉内の層温
度が一定になるように、燃料供給量を調整する場合もあ
る。

【０００８】本発明の人工砂の製造装置は、下水汚泥焼
却灰等の焼却灰を造粒し乾燥させるための造粒・乾燥手
段と、この造粒・乾燥手段からの造粒・乾燥物を導入
し、該造粒・乾燥物自体を流動媒体として焼成する流動
層炉と、流動層炉からの焼成物を冷却するための冷却器
と、流動層炉の一定区間の流動層に接続された差圧計及
び温度計と、流動層近傍に接続された燃料供給管に設け
られた燃料流量調節弁と、前記差圧計で設定された設定
値になるように焼成温度を制御するために、差圧計、温
度計及び燃料流量調節弁に接続された演算制御器とを備
えたことを特徴としている。

【０００９】また、本発明の人工砂の製造装置は、下水
汚泥焼却灰等の焼却灰を造粒し乾燥させるための造粒・
乾燥手段と、この造粒・乾燥手段からの造粒・乾燥物を
導入し、該造粒・乾燥物自体を流動媒体として焼成する
流動層炉と、流動層炉からの焼成物を冷却するための冷
却器と、流動層炉の一定区間の流動層に接続された差圧
計と、流動層近傍に接続された燃料供給管に設けられた
燃料流量調節弁と、前記差圧計で設定された設定値にな
るように焼成温度を制御するために、差圧計及び燃料流
量調節弁に接続された演算制御器とを備えたことを特徴
としている。

【００１０】これらの装置において、流動層全差圧が一
定になるように流動層からの焼成物の排出量を制御する
ように構成することが好ましい。また、冷却器からの冷
却物を分級するための分級手段を設けた構成とする場合
もある。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定さ
れるものではなく、適宜変更して実施することができる
ものである。図１は、本発明の実施の第１形態による人
工砂の製造装置を示している。焼却灰、例えば下水汚泥
焼却灰は造粒・乾燥手段１０に供給されて造粒・乾燥さ
れた後、流動層炉１２に投入される。造粒・乾燥手段１
０としては、流動層造粒炉、造粒機と乾燥器とを組み合
わせた装置等を挙げることができる。

【００１２】造粒・乾燥手段１０へは、下水汚泥焼却灰
のみを供給してもよく、又は下水汚泥焼却灰とバインダ
ー（例えばベントナイト）と薬品（例えばＰＶＡ水溶
液）を供給してもよい。流動層炉１２は、下部に風箱１
４を有し、この風箱１４の上側に空気分散板１６を介し
て流動層１８が形成され、流動層１８の近傍に燃料供給
管２０が接続され、側部又は上部に造粒・乾燥物投入口
２２が設けられ、上部に排ガス出口２４が設けられ、流
動層１８下部に焼成物抜出管２６が接続されている。

【００１３】焼成物抜出管２６には気密排出装置（例え
ばＬバルブ）２８を介して冷却器３０が接続されてい
る。気密排出量は流動層全差圧が一定になるよう制御さ
れる。なお、冷却器３０の後流に分級手段３２を設ける
こともある。冷却器３０としては、流動層クーラ、水・
空気等の冷却媒体と間接的に熱交換させて冷却する型式
のクーラ等が用いられる。また、分級手段３２として
は、振動ふるい、気流式分級機、流動層分級機等が用い
られる。

【００１４】流動層１８には、層内の一定長さ（高さ区
間）Ｌ（例えば３００〜５００mm）の層圧力損失（Δ
Ｐ）を検出するための差圧計３４、及び／又は層内温度
を検出するための温度計３６が接続されている（図２及
び図３参照）。また、燃料供給管２０には燃料流量調節
弁３８が設けられている。そして、差圧計３４及び／又
は温度計３６は、演算制御器４０を介して燃料流量調節
弁３８に電気的又は空気的に接続されている。この演算
制御器４０には、層圧力損失（ΔＰ）と焼成温度との関
係式が予め入力されている。この関係式は、つぎのよう
な式である。Ｔ＝２．８４２５×（ΔＰ）＋２５２．７８また、流動層、例えば層底部とフリボードとの差圧を検
出するための差圧計４２が設けられている。この差圧計
４２の検出値により、気密排出装置２８に設けられた圧
縮空気流量調節弁４４を制御できるように接続されてい
る。図１は差圧計３４、４２を設けて、温度計３６を設
けない場合、図２は差圧計４２、温度計３６を設けて、
差圧計３４を設けない場合、図３は差圧計３４、４２、
温度計３６を設ける場合を示している。

【００１５】上記のように構成された人工砂の製造装置
において、焼却灰、例えば下水汚泥焼却灰を造粒・乾燥
手段１０に導入して造粒・乾燥した後、造粒・乾燥物を
流動層炉１２に投入し、流動層１８を形成させて焼成
し、ついで焼成物を冷却器３０に導入し冷却して人工砂
とする。冷却器３０からの冷却物を分級手段３２に導入
して、２種以上の粒径の人工砂に分級することも可能で
ある。

【００１６】流動層１８の一定区間、例えば３００〜５
００mmのところに設けられた差圧計３４により区間層圧
力損失（ΔＰ）を測定して、演算制御器４０に予め入力
された層圧力損失（ΔＰ）と焼成温度との関係式に基づ
き演算し、区間層圧力損失（ΔＰ）が設定値になるよう
に焼成温度を制御する。焼成温度は焼却灰の種類等によ
り異なるが、８００〜１０５０℃、望ましくは８５０〜
９００℃の範囲に制御される。焼成温度が上記範囲の下
限未満の場合は、造粒乾燥物の焼成が不十分となり、焼
成物の強度が所定値に達しないという不都合があり、一
方、上記範囲の上限を超える場合は、焼成物の気孔率、
吸水率が低下し所定値を下まわる。さらに流動層炉壁面
に付着し、連続安定運転がむずかしくなるという不都合
がある。

【００１７】焼成温度を制御するために、具体的には、
差圧計３４の検出値により演算制御器４０を介して燃料
流量調節弁３８を制御する。また、温度計３６の検出値
により演算制御器４０を介して燃料流量調節弁３８を制
御する場合もある。差圧計３４と温度計３６の両方を用
いる場合は、差圧計３４によって検出された区間層圧力
損失が設定値になるように焼成温度を予め制御した上
で、さらに温度計３６によって検出された焼成温度が所
定値になるように微調整を行うようにして、演算制御器
４０を介して燃料調節弁３８を制御する。

【００１８】図４は、流動層炉１２内の一定区間の層圧
力損失（ΔＰ）と焼成物の比重との相関を示している。
また、図５は基準圧力損失と焼成温度との関係を示して
いる。図４及び図５から、比重が高くなると区間層圧力
損失が高くなっていることがわかる。本発明者の一連の
焼成試験において得られた結果から、下水汚泥焼却灰か
らの多孔質セラミックス人工砂の場合、焼成物の比重が
０．７４〜０．８２において、所要の品質の人工砂が得
られた。一方、比重が０．８２を超えると、例えば０．
８５になると、気孔率、吸水率が低下し、炉壁にコーチ
ングが発生した。また、比重が０．７４未満の場合、例
えば０．７３になると、粒子強度が低下して、所要の品
質が維持できなくなった。このことより、図２における
γ₀、γ₁は、例えば０．７４〜０．８２として制御す
ることになる。なお、焼成温度が高くなると焼成物の比
重が大きくなり、したがって層圧力損失（ΔＰ）も大き
くなる。また、流動層炉内の原料の平均滞留時間は全層
差圧に比例し、これにより、層温度と区間層差圧（焼成
物比重）との関係が多少変化するので、全層差圧を一定
に制御すると、さらに品質が安定し操業の安定性も向上
する。

【００１９】

【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。（１）焼成炉として使用する流動層炉は、焼成機構
上、焼成温度の制御性が良いため、焼成温度を一定にす
ることができるとともに、区間層圧力損失又は／及び層
温度から焼成温度を制御することにより、所要の品質で
安定した人工砂を得ることができる。（２）上記（１）の効果により、焼成温度の過大、過
小による不良品の発生等がなくなり、操業安定性が向上
する。（３）ロータリキルンより低い焼成温度で高品質の人
工砂を焼成できるので燃料消費を低減でき、またロータ
リキルンのような高温の火炎を形成しないので、ＮＯｘ
排出量を大幅に低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１形態による人工砂の製造装
置の一例を示す概略構成図である。

【図２】本発明の実施の第１形態による人工砂の製造装
置の他の例を示す概略構成図である。

【図３】本発明の実施の第１形態による人工砂の製造装
置のさらに他の例を示す概略構成図である。

【図４】流動層における区間層圧力損失（ΔＰ）と焼成
物の比重との関係を示すグラフである。

【図５】基準圧力損失と焼成温度との関係を示すグラフ
である。

【符号の説明】

１０造粒・乾燥手段１２流動層炉１４風箱１６空気分散板１８流動層２０燃料供給管２２造粒・乾燥物投入口２４排ガス出口２６焼成物抜出管２８気密排出装置３０冷却器３２分級手段３４、４２差圧計３６温度計３８燃料流量調節弁４０演算制御器４４圧縮空気流量調節弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者市谷昇神戸市中央区東川崎町３丁目１番１号川崎重工業株式会社神戸工場内 (56)参考文献特開昭54−141074（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−49912（ＪＰ，Ａ) 特開平７−112174（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−211629（ＪＰ，Ａ) 特公昭61−14100（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B09B 3/00 F23J 1/00 F23G 5/00 - 5/00 107 F23G 5/00 119 F23G 5/40 F23G 5/42 F23G 5/50

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】下水汚泥焼却灰等の焼却灰を造粒し乾燥
させた後、この造粒・乾燥物を流動層炉に投入し、該造
粒・乾燥物自体を流動媒体として焼成し、その際に、流
動層炉内の焼成物の一定区間の層圧力損失、すなわち区
間圧損が一定範囲内になるように、焼成温度を制御し、
焼成物品質のバラツキをなくし、操業の安定性を高め、
ついで焼成物を冷却することを特徴とする人工砂の製造
方法。
【請求項２】焼成物を冷却した後、分級する請求項１
記載の人工砂の製造方法。
【請求項３】区間圧損が焼成物の比重０．７４〜０．
８２に対応する一定範囲内になるようにする請求項１又
は２記載の人工砂の製造方法。
【請求項４】層温度が８００〜１０５０℃である請求
項３記載の人工砂の製造方法。
【請求項５】流動層炉内の層温度が一定になるよう
に、燃料供給量を調整する請求項１〜４のいずれかに記
載の人工砂の製造方法。
【請求項６】下水汚泥焼却灰等の焼却灰を造粒し乾燥
させるための造粒・乾燥手段と、この造粒・乾燥手段からの造粒・乾燥物を導入し、該造
粒・乾燥物自体を流動媒体として焼成する流動層炉と、流動層炉からの焼成物を冷却するための冷却器と、流動層炉の一定区間の流動層に接続された差圧計及び温
度計と、流動層近傍に接続された燃料供給管に設けられた燃料流
量調節弁と、前記差圧計で設定された設定値になるように焼成温度を
制御するために、差圧計、温度計及び燃料流量調節弁に
接続された演算制御器とを備えたことを特徴とする人工
砂の製造装置。
【請求項７】下水汚泥焼却灰等の焼却灰を造粒し乾燥
させるための造粒・乾燥手段と、この造粒・乾燥手段からの造粒・乾燥物を導入し、該造
粒・乾燥物自体を流動媒体として焼成する流動層炉と、流動層炉からの焼成物を冷却するための冷却器と、流動層炉の一定区間の流動層に接続された差圧計と、流動層近傍に接続された燃料供給管に設けられた燃料流
量調節弁と、前記差圧計で設定された設定値になるように焼成温度を
制御するために、差圧計及び燃料流量調節弁に接続され
た演算制御器とを備えたことを特徴とする人工砂の製造
装置。
【請求項８】流動層全差圧が一定になるように流動層
からの焼成物の排出量を制御するようにした請求項６又
は７記載の人工砂製造装置。
【請求項９】冷却器からの冷却物を分級するための分
級手段を設けた請求項６、７又は８記載の人工砂の製造
装置。