JP3937084B2

JP3937084B2 - スラグ搬送装置、溶融装置およびスラグ搬送方法

Info

Publication number: JP3937084B2
Application number: JP00642699A
Authority: JP
Inventors: 和樹小林; 直機藤原; 学山本; 修平石井
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1999-01-13
Filing date: 1999-01-13
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2019-01-13
Also published as: JP2000205537A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、灰の溶融した溶融スラグを冷却しながら搬送しスラグとして排出するスラグ搬送装置、および灰を溶融する溶融炉と前記スラグ搬送装置とを有する溶融装置、および溶融スラグを冷却しながら搬送しスラグとして排出するスラグ搬送方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
灰、たとえば一般ごみを焼却して発生する焼却灰を溶融する溶融装置は、減容化、および焼却灰中のダイオキシン類、その他の有害物質の完全無害化を図れると同時に、焼却灰の溶融した溶融スラグを冷却して得られるスラグを再資源化し有効利用を図れるという利点を持っている。焼却灰の溶融は、バーナー式の表面灰溶融炉、電気式のプラズマ灰溶融炉など様々な溶融装置があり実用に供されている。溶融スラグの回収は、ハンドリングの容易さからガラス質の水冷スラグとして回収される。スラグの有効利用先としては、道路用の路盤材、骨材が有望と考えられ、強度の高いスラグが望まれる。
【０００３】
上記道路用の路盤材、骨材などに適する強度の高い結晶質のスラグを得るため、発明者等は、スラグの冷却速度および組成を調整し、徐冷スラグとしての回収を検討した。
【０００４】
図７は、従来技術に係る溶融装置の一例を示す概略断面図である。この溶融装置２は、灰溶融炉の滴下口４からスラグコンベア２０のバケット２３に溶融スラグ５１を滴下させて受けさせ、冷却しながら搬送しスラグ５３とし、取出口３３から回収する。この際、灰溶融炉３で発生する排ガス５９をスラグコンベア２０内に引き込み溶融スラグ５１の急冷を防止している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術の溶融装置２は、次のような問題点がある。すなわち、溶融スラグ５１の急冷を防止するために灰溶融炉３の排ガス５９をスラグコンベア２０内に引き込むことは、排ガス５９の流れとバケット内溶融スラグの搬送方向が同一であり、高温の排ガス５９の温度降下と搬送する溶融スラグ５１の温度降下が同時に進み、溶融スラグ５１の高温域での維持が困難である。さらに、灰溶融炉排ガス５９中に高濃度に含まれる腐食性ガスの影響で、スラグコンベア２０が短時間で腐食し、運転に支障を生じる恐れがある。また、灰溶融炉３の内圧変動などにより、灰溶融炉３からスラグコンベア２０への接続部１４に偏流が起き、溶融スラグ５１がスラグコンベアのバケット２３内に直接落下せず、接続部１４の内面やスラグガイド４１に付着、堆積し、激しくは溶融スラグの落下通路を閉塞させる恐れがある。
【０００６】
本発明の課題は、強度の高い高結晶質のスラグを安定的に得ることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明は、一方の端に設けられる供給口から供給される灰の溶融した溶融スラグを他方の端に設けられる排出口に搬送する搬送手段と、前記排出口に延設して設けられ該排出口の内側と外側の気体の流入出を防止するとともに前記搬送中に前記溶融スラグが冷却したスラグを排出する開閉手段と、前記供給口と前記排出口との間に設けられ前記搬送手段に供給される溶融スラグを徐冷する高温の気体を流入させる流入部と、前記供給口の近傍に前記溶融スラグを徐冷した高温の気体を流出させる流出部とを備えるスラグ搬送装置とすることを特徴としている。
【０００８】
灰の溶融した溶融スラグは、一方の端に設けられる供給口から供給され、搬送手段の一端側に滴下される。搬送手段は、滴下される溶融スラグを受けて他方の端に設けられる排出口に搬送する。この際、供給口と排出口との間に設けられる流入部から高温の気体が流入されるが、排出口に延設して設けられる開閉手段は、排出口の内側の気体および外側の気体の流入、流出を防止するので、高温の気体は、搬送手段の一方の端に向かって流れ、搬送手段に供給され搬送される溶融スラグを徐冷してスラグとする。一方、搬送手段によって溶融スラグが徐冷されながら搬送される過程において生成されるスラグは、搬送手段の他方の端に設けられる排出口に搬送され、開閉手段によって排出される。
【０００９】
さらに、前記流入部に気体を流入させて加熱し前記高温の気体に加熱する加熱手段を設けてなることである。この際、加熱手段は加熱された高温の気体をスラグ搬送装置の一方の端側に流れ易いように設けると良い。流入部に流入させる気体は、高温でも良いが、加熱手段を設けるので必ずしも高温の気体でなくても良い。比較的温度の低い気体を流入部に流入させることにより流入部までの熱損失を小さくできる。そして、加熱手段を設けるので流入部で溶融スラグを徐冷するに必要な温度にまで気体を加熱して十分高温の気体にすることができる。
【００１０】
さらに、前記溶融スラグを徐冷した高温の気体を流出させる流出部を前記供給口の近傍に設けてなることである。高温の気体の流出部を供給口の近傍に設けることにより溶融スラグを徐冷した高温の気体が溶融炉から滴下する溶融スラグを妨害し、周囲に飛散させることを防止し、かつ過度に溶融スラグを冷却することを防止する。
【００１１】
また、上記課題は、焼却炉で発生する灰を溶融する溶融炉と、該溶融炉から排出される溶融スラグを冷却しながら搬送しスラグとして排出するスラグ搬送装置とを有する溶融装置において、前記スラグ搬送装置は、先のいずれかに記載のものとすることによって達成される。先のいずれかに記載のスラグ搬送装置を有する溶融装置は、強度の高い高結晶質のスラグを安定的に生成する。
【００１２】
さらに、前記溶融炉は、該溶融炉内で発生する腐食性ガスを抜き出す抜出手段を備えてなることである。抜出手段により溶融炉内の腐食性ガスを抜き出すことにより、腐食性の高いガスがスラグ搬送装置に流れ込み、搬送手段を腐食させることを防止する。
【００１３】
また、上記課題は、灰の溶融した溶融スラグを冷却しながら搬送しスラグとして排出するとともに、前記溶融スラグの搬送方向と逆方向に対向するように高温の気体を流して前記溶融スラグを徐冷するスラグ搬送方法によって達成される。高温の気体を溶融スラグの搬送方向と逆方向に対向するように流すことにより溶融スラグの高結晶化物の生成に有効な温度を維持しながら徐冷し、強度の高い高結晶質のスラグを安定的に得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のスラグ搬送装置、溶融装置およびスラグ搬送方法の実施形態を図面に基いて詳細に説明する。なお、図１、４〜６において、同じ構造、作用部分には同じ符号を付けて示す。
【００１５】
図１は、本発明に係る溶融装置の第１実施形態を示す概略断面図である。第１実施形態の溶融装置１は、たとえば都市ごみや下水汚泥などを焼却炉で焼却した焼却灰を溶融して溶融スラグとし、これを徐冷してスラグとして回収し有効利用する、いわば灰溶融装置である。溶融装置１は、上記焼却灰を溶融する灰溶融炉（溶融炉）３と、この灰溶融炉３から排出される焼却灰の溶融した溶融スラグ５１を冷却しながら搬送しスラグとして排出するスラグ搬送装置であるスラグコンベア２０とを有する。灰溶融炉３とスラグコンベア２０とは接続部１４で接続される。
【００１６】
灰溶融炉３は、この灰溶融炉３内で発生する腐食性ガスと、後述する溶融スラグを徐冷した高温ガス５６とを排ガス５９として抜き出す抜出手段としての排気ノズル４３と、灰溶融炉３内の圧力を測定する圧力測定器ないしマノメータ６ａとを備える。
【００１７】
スラグコンベア２０は、一方の端に設けられる供給口としてのスラグ滴下部２１から供給される溶融スラグ５１を他方の端に設けられる排出口２６に搬送する搬送手段２２の一部であるバケット２３と、排出口２６に延設して設けられ、この排出口２６の内側と外側の気体の流入出を防止するとともに搬送中に溶融スラグ５１が冷却したスラグ５３を排出する開閉手段２８と、スラグ滴下部２１と排出口２６との間に設けられ搬送手段２２に供給される溶融スラグ５１を徐冷する高温の気体としての高温ガス５６を流入させる流入部３５とを備え、さらに、この他方の端側の圧力を測定する圧力測定器ないしマノメータ６ｂを備える。
【００１８】
搬送手段２２は、上記バケット２３の他に、たとえばホィール２４（一方の端側のホィール２４ａ、他方の端側のホィール２４ｂ）やチェーン２５などが含まれ、これらはスラグコンベア２０を形成するケース２７内に設けられる。開閉手段２８は、取出管２９に設けられる第１のダンパー３０と第２のダンパー３１とを有する。
【００１９】
以上の構造を有する第１実施形態の溶融装置１は、次のように作用する。すなわち、溶融スラグ５１は、スラグ滴下部２１から供給され、スラグコンベア２０の一端側のバケット２３ａに滴下する。バケット２３ａは、流れ落ちた溶融スラグ５１を受けてスラグコンベア２０の他方の端に設けられる排出口２６に搬送する。この際、スラグ滴下部２１と排出口２６との間に設けられる流入部３５から高温ガス５６が流入されるが、排出口２６に延設して設けられる開閉手段２８は、排出口２６の内側の気体および外側の気体の流入、流出を防止するので、高温ガス５６は、スラグコンベア２０の一端側に向かって流れ、バケット２３に供給され搬送されるバケット内の溶融スラグ５１を徐冷してスラグ５３とする。一方、バケット２３によって搬送されるスラグ５３は、スラグコンベア２０の他方の端に設けられる排出口２６に搬送され、開閉手段２８によって排出される。
【００２０】
次に、上記作用をさらに詳しく説明する。灰溶融炉３で１３００〜１４００℃に加熱溶融される溶融スラグ５１は、スラグ滴下口４から灰溶融炉３とスラグコンベア２０の接続部１４を通過して一端側に位置するバケット２３ａ内に滴下する。溶融スラグ５１はバケット２３内で冷却されながら所定の速度で移動し、バケット２３を天地返しさせ、取出口３３から落下する。開閉手段２８は、２重ダンパー式で、第１のダンパー３０と第２のダンパー３１の交互の開閉により外気の漏れ込みおよび内気の流出を防止する。
【００２１】
スラグコンベア２０の中央付近には溶融炉側に向けて高温ガス５６を供給するための流入部３５が設けられ、高温ガス５６はスラグコンベア２０の搬送方向とは逆に対向するように流すことにより、スラグコンベアのスラグ滴下部２１近傍のバケット２３をバケット内の溶融スラグの徐冷速度を保つように高結晶化スラグの生成に有効な温度を維持しながらスラグコンベア２０と灰溶融炉３の接続部１４を通過し灰溶融炉３側に導入される。
【００２２】
また、灰溶融炉３に設けられる排気ノズル４３は、灰溶融炉３内の腐食性ガスを抜き出すことにより、腐食性の高いガスがスラグコンベア２０に流れ込み、搬送手段２２を腐食させることを防止する。
【００２３】
図２は、温度制御を実施した溶融スラグの到達温度と結晶化率の関係曲線図である。曲線４７に示すように、溶融スラグを結晶化させ、強度の高い徐冷スラグを得るためには、溶融温度（曲線の右端側）から１１００℃までの冷却初期における冷却温度の制御が重要になる。
【００２４】
図３は、溶融スラグの冷却速度と回折強度、１ｍｍフルイ下増加率の関係曲線図である。１１００℃までの冷却速度を変化させたときの結晶化度の指標としての第１ピークの回折強度（曲線４８）および強度の指標としての１ｍｍフルイ下増加率（曲線４９）を示す。１ｍｍフルイ下増加率はボールミルによるスラグの粉砕試験の結果、粉砕されて細かくなったスラグの割合を示し、これが高い方がすり減り量が多い、すなわち強度が低いことを示す。曲線４８に示すように、冷却速度５００℃／ｈ以下では結晶化が進み、第１ピーク強度は高くなっているが、冷却速度が速くなるにつれて回折強度は弱くなり、６８０℃／ｈ以上では、結晶に基づくピークは見られなくなった。強度の指標としての１ｍｍフルイ下増加率の変化は、回折強度と良く一致しており、回折強度の高い冷却速度５００℃／ｈ以下では結晶化が進み、強度が高くなっているため、粉砕試験時のすり減り分が少なく１ｍｍフルイ下増加率は少ない。一方、冷却速度５００℃／ｈより速くなると、結晶化が進まなくなり、すり減り分が多くなる。すなわち、強度は弱いことになる。
【００２５】
これらから、図１において、スラグコンベアの流入部３５から流入される高温ガス５６は、灰溶融炉３内の腐食性ガス５７がスラグコンベア２０側に漏れ込まないようにするとともに、冷却初期過程にあるバケット２３を保温し、バケット２３内の溶融スラグの冷却速度を５００℃／ｈ以下に保つようにする。これによって、回収されるスラグは、冷却初期過程で、結晶成長するために保温されながら徐冷されるために、強度の高い徐冷スラグ５４として回収される。この、保温作用を持つ高温ガス５６により通常スラグコンベア２０内の雰囲気に接するバケット２３上のスラグ塊の表面も徐冷され結晶質の高強度のスラグとなる。
【００２６】
因みに、上記第１実施形態の溶融装置１で回収した徐冷スラグ５４の表面温度は、約２００℃、内部温度は約５００℃、外観は岩石状で固く砕け難い。徐冷スラグ５４は灰色で、その密度は２．５〜２．７ｇ／ｃｍ3を示した。灰溶融炉から回収した徐冷スラグ５４の、ロサンゼルス試験機により測定したすり減り減量は、路盤材適用の基準よりもさらに厳しい骨材適用基準値、すりへり減量３０％以下を満足した。修正ＣＢＲ値は８０％以上で有り上層路盤材としての基準値を満足した。また、徐冷スラグ５４は溶出試験の結果、埋立基準値を満足することがわかった。
【００２７】
図４は、溶融装置の第２実施形態を示す概略断面図である。強度の高いスラグを安定的に得るために、灰溶融炉３は、たとえば特願平６−２８１７７９号に記載されるバーナー式の表面溶融炉で、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ものである。灰ホッパ７中の灰５０は灰プッシャー９によって灰溶融炉３内に導入される。灰溶融炉３内に導入された灰５０は灯油バーナー１０により加熱され、出滓口１２では１３００〜１４００℃に加熱され、溶融スラグ５１となる。ここに至るまでに灰中の腐食性ガスを含む低沸点成分は気化し排気ノズル４３から排ガス５９として排気されるが、炉頂部から熱分解ガス６０として抜き出すことによって、腐食性ガスの濃度を半減することができる。
【００２８】
スラグコンベア２０の中央付近には流入部３５が設けられ、さらに、この流入部３５に流入させる気体５８を加熱する加熱手段としてのバーナー３８が設けられる。バーナー３８は、気体５８を高温の気体としての高温ガス５６に加熱し、スラグコンベア２０の一端側ないし灰溶融炉３側に向けて流出させる。高温ガス５６は、スラグコンベアのスラグ滴下部２１近傍のバケット２３ａをバケット内の溶融スラグの徐冷速度を保つように保温しながら接続部１４を通過し灰溶融炉３側に導入され、灰溶融炉３内の腐食性ガスの排ガスがスラグコンベア２０側に漏れ込まないようにする。
【００２９】
流入部に流入させる気体５８は、高温でも良いがバーナー３８を設けるので必ずしも高温の気体でなくても良く、温度の低い気体を流入部３５に流入させることにより流入部３５までの熱損失を小さくできる。そして、バーナー３８を設けるので流入部３５で溶融スラグを徐冷するに必要な温度にまで気体５８を加熱して高温ガス５６にすることができる。
【００３０】
溶融した溶融スラグ５１は、出滓口１２から灰溶融炉３とスラグコンベア２０の接続部１４を通り、バケット２３ａに捕集される。バケット２３ａに捕集された溶融スラグ５１はバケット２３の移動間隔を１０分として、スラグコンベア２０内に滞留させた後、バケット２３を天地返して取出管の取出口３３から回収する。なお、バケット２３は５ｔの鋼板に断熱材を１５ｍｍの厚さで内張りしたものを使用する。スラグコンベアのバケット２３に滴下された溶融スラグ５１は、スラグコンベア２０内を流通させる８００℃以上の上記高温ガス５６の保温作用により、１３５０℃の溶融温度から１１００℃までの高温領域で冷却速度３００℃／ｈで徐冷され、結晶質の高強度のスラグ５３となる。第２実施形態の溶融装置１におけるその他の部分の構造、作用は、第１実施形態の溶融装置と同様である。
【００３１】
また、上記第２実施形態の溶融装置１で回収した徐冷スラグ５４の表面温度、内部温度、外観、色や密度などは、第１実施形態の溶融装置の場合と同じであった。また、徐冷スラグ５４の、ロサンゼルス試験機により測定したすり減り減量、修正ＣＢＲ値についても第１実施形態の溶融装置の場合と同じく、基準値を満足した。また、徐冷スラグ５４は溶出試験の結果、埋立基準値を満足することもわかった。
【００３２】
図５は、溶融装置の第３実施形態を示す概略断面図である。第３実施形態の溶融装置１は、第２実施形態の溶融装置（図４）に比べ、スラグコンベアの流入部３５から流入する気体５８を加熱して生成される高温ガス５６を流出させる流出部４０を有する点が異なっている。流出部４０は、スラグ滴下部２１の近傍に設けられ、高温ガス５６は、バケット２３上の溶融スラグ５１を徐冷しコンベア排ガス６２として流出部４０から流出する。高温ガス５６の流出部４０をスラグ滴下部２１の近傍に設けることにより、溶融スラグを徐冷した高温ガス５６が、灰溶融炉３から滴下する溶融スラグ５１の落下を妨害し、周囲に飛散させることを防止し、かつ過度に溶融スラグ５１を冷却することを防止する。
【００３３】
第３実施形態の溶融装置１におけるその他の部分の構造、作用は、第２実施形態の溶融装置と同様である。また、第３実施形態の溶融装置１で回収した徐冷スラグ５４の表面温度、内部温度、外観、色や密度などは、第２実施形態の溶融装置の場合と同じであった。また、徐冷スラグ５４の、ロサンゼルス試験機により測定したすり減り減量、修正ＣＢＲ値についても第１実施形態の溶融装置の場合と同じく、基準値を満足した。また、徐冷スラグ５４は溶出試験の結果、埋立基準値を満足することもわかった。
【００３４】
図６は、溶融装置の第４実施形態を示す概略断面図である。第４実施形態の溶融装置１は、第３実施形態の溶融装置（図５）に比べ、灰溶融炉３とスラグコンベア２０の接続部１４にバーナー１６が設けてあり、バーナー１６の火炎により灰溶融炉３とスラグコンベア２０のガスシール機能を向上させている。第４実施形態の溶融装置１におけるその他の部分の構造と作用および生成される徐冷スラグの品質その他も第３実施形態の溶融装置の場合と同じであるので、その説明を省略する。
【００３５】
上記第１〜第４実施形態の溶融装置１は、溶融スラグの搬送方向とは逆方向に対向するように高温ガスを供給することにより高結晶質のスラグが得られるとともに高濃度の腐食性ガスによるスラグコンベアの腐食を防止でき、効率的、安定的に徐冷スラグを製造することができる。
【００３６】
次に、本発明のスラグ搬送方法の一実施形態について図１を利用して説明する。本実施形態のスラグ搬送方法は、たとえば燃焼灰の溶融した溶融スラグ５１を冷却しながら搬送しスラグ５３として排出するとともに、溶融スラグ５１の搬送方向と逆方向に対向するように高温の気体である高温ガス５６を流して溶融スラグ５１を徐冷することである。高温ガス５６を溶融スラグ５１の搬送方向と逆方向に対向するように流すことにより溶融スラグ５１の高結晶化物の生成に有効な温度を維持しながら徐冷し、強度の高い高結晶質のスラグ５３を安定的に得ることができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明のスラグ搬送装置、溶融装置またはスラグ搬送方法によれば、強度の高い高結晶質のスラグを安定的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る溶融装置の第１実施形態を示す概略断面図である。
【図２】温度制御を実施した溶融スラグの到達温度と結晶化率の関係曲線図である。
【図３】溶融スラグの冷却速度と回折強度、１ｍｍフルイ下増加率の関係曲線図である。
【図４】溶融装置の第２実施形態を示す概略断面図である。
【図５】溶融装置の第３実施形態を示す概略断面図である。
【図６】溶融装置の第４実施形態を示す概略断面図である。
【図７】従来技術に係る溶融装置の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１溶融装置
３灰溶融炉（溶融炉）
２０スラグコンベア（スラグ搬送装置）
２１スラグ滴下部（供給口）
２２搬送手段
２６排出口
２８開閉手段
３５流入部
３８バーナー(加熱手段)
４０流出部
４３排気ノズル（抜出手段）
５１溶融スラグ
５３スラグ
５６高温ガス（高温の気体）
５７腐食性ガス
５８気体

Claims

一方の端に設けられる供給口から供給される灰の溶融した溶融スラグを他方の端に設けられる排出口に搬送する搬送手段と、前記排出口に延設して設けられ該排出口の内側と外側の気体の流入出を防止するとともに前記搬送中に前記溶融スラグが冷却したスラグを排出する開閉手段と、前記供給口と前記排出口との間に設けられ前記搬送手段に供給される溶融スラグを徐冷する高温の気体を流入させる流入部と、前記供給口の近傍に前記溶融スラグを徐冷した高温の気体を流出させる流出部とを備えてなるスラグ搬送装置。
請求項１において、前記流入部に気体を流入させて加熱し前記高温の気体に加熱する加熱手段を設けてなるスラグ搬送装置。
焼却炉で発生する灰を溶融する溶融炉と、該溶融炉から排出される溶融スラグを冷却しながら搬送しスラグとして排出するスラグ搬送装置とを有する溶融装置において、前記スラグ搬送装置は、請求項１又は２に記載のものである溶融装置。
請求項３において、前記溶融炉は、該溶融炉内で発生する腐食性ガスを抜き出す抜出手段を備えてなる溶融装置。