JP4376244B2 - 溶融ダストの付着防止方法及びそれを実施するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、溶融ダストの付着防止方法及びそれを実施するための装置に関し、さらに詳しくは、自動車シュレッダーダスト（ＡＳＲ）、家電シュレッダーダストをはじめとする鉛、亜鉛、銅等の金属と塩素源となる塩化ビニル等の塩素系樹脂が混入した産業廃棄物を溶融処理したときに発生する排ガスを急冷塔に移送する際に逆Ｕ字管の内壁に溶融ダストが溶着固化するのを防止する溶融ダスト付着防止方法及びそれを実施するための装置に関する。

近年、自動車シュレッダーダスト（ＡＳＲ）、家電シュレッダーダストのような、鉛、亜鉛、銅等といった金属と塩素源となる塩化ビニル等の塩素系樹脂が混入した産業廃棄物を溶融処理する設備として、流動層式ガス化炉と溶融炉とを備えた産業廃棄物の溶融処理施設が知られている（特開平１１−３０２７４８号公報（特許文献１））。

特許文献１は、産業廃棄物中の有価金属の回収を目的としてなされたものであり、その概略構成を示す図１に示された溶融処理施設に産業廃棄物を投入し、処理を行っている。まず、この溶融処理施設に基づく産業廃棄物の溶融処理工程を説明する。

初めに、図１に示すように、中和滓Ａ１を第１の貯蔵所１に貯蔵し、金属を含む産業廃棄物Ａ２等を別の第２の貯蔵所２に貯蔵する。
第１の貯蔵所１から中和滓Ａ１と粉砕した形で入荷した産業廃棄物Ａ２等と同時に供給コンベアー３によりに供給フィーダー４に投入し、供給フィーダー４から一定量を流動層式ガス炉１１に投入する。
ここで、産業廃棄物Ａ２には、自動車、家庭電化製品等をシュレッダーで処理したＣｕ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｚｎ等の有価金属とプラスチックを含むシュレッダーダスト、工業用の廃プラスチック、ウレタン等が含まれる。

流動層式ガス化炉１１では、さらに図１に示すように、投入された産業廃棄物Ａ２等と中和滓Ａ１が、流動床１２から押し込まれる空気Ｃによりガス化炉１１内で流動層を形成して循環している。ガス化炉１１内では、産業廃棄物Ａ２中の廃プラスチックの燃焼を制御しつつ、廃プラスチックを熱分解しガス化する。
ガス化炉１１内で細粒化されない中和滓と蒸気圧が低いＣｕ、Ｆｅ、Ａｌ等の有価金属を含む第１の不燃物は流動床１２の脇からガス化炉１１外に回収される。さらに、ガス化炉１１内で生成された熱分解ガスＥ、粉砕されたＣｕ _２ Ｏを含む１００〜２５０μｍの直径の中和滓と廃プラスチックから分離した蒸気圧の高い有価金属の第２の不燃物が溶融炉２１に直接移送される。

溶融炉２１では、熱分解ガスＥ等が移送されると同時に、空気を供給し空気比約１．３に調整し燃焼させる。燃焼は１，２００〜１，４００℃の温度で行う。熱分解ガスＥは、燃焼して排ガスＦとなり図２に示すように、排ガス排出口２２から排出する。

ここで、排ガスＦの温度が２５０〜５００℃の範囲にあるとダイオキシン等の有害物質が再合成されることを考慮し、この温度範囲にある時間を少なくして有害物質の再度の生成を防止すべく、溶融炉２１からの排ガスＦに、廃液分解塔２６で廃液Ｌを噴霧し、さらに急冷塔４１で冷却水を噴霧して排ガスＦを冷却している。

さらに、製錬で生ずる廃液には金属イオンや酸が含まれ、一般下水で生ずる廃液には、無機物、有機物等が残存するが、これらは焼却処理することが望ましいことから、廃液分解塔２６で廃液Ｌを熱分解処理する工程を含ませている。廃液Ｌは、高温度に曝すことにより有機物等と酸等は分解し、無機物と金属イオン等は酸化物にしてバグフィルター５１で回収している。尚、特許文献１では、溶融炉２１から回収したスラグＧを電気式保持炉３１で精錬する工程を含んでいる。

前記特許文献１では、溶融炉２１から排出される排ガスＦは、廃液分解塔２６を経由して急冷塔４１に移送されているが、図３に示すような逆Ｕ字管５を介して溶融炉２１から急冷塔４１への排ガスＦの移送が行われる。

溶融炉２１では、前記のように熱分解ガスＥが１，２００〜１，４００℃の温度で燃焼している。図３に示すような逆Ｕ字管５を用いた場合、燃焼後の排ガスＦは、急冷塔４１へ到達するまでに徐々に冷却される。例えば、ベンド部５ａの入り口付近５ａ１での温度が１，１００〜１，４００℃で、ベンド部５ａの頂部付近５ａ２を通過した後の出口付近５ａ３での温度が１，１００〜１，３００℃の如くである。

ここで、排ガスＦは、鉛（Ｐｂ）、亜鉛（Ｚｎ）、銅（Ｃｕ）等を成分とする溶融ダストを含んでいる。この溶融ダストの平均的な融点は１，０５０℃程度（９５０〜１，１００℃）である。また、前記のように排ガスＦが前記ベンド部５ａの入り口付近５ａ１、頂部付近５ａ２、出口付近５ａ３と流れると、ベンド部５ａの頂部付近５ａ２、中でも、頂部付近５ａ２の小径側内壁付近では、温度の低下、流速が変わる等の影響を受け、図４で拡大して示したように、徐々に溶融ダスト６が逆Ｕ字管５の内壁に付着する。

このように付着した溶融ダスト６は、排ガスＦの温度低下等に起因及び温度上昇による溶融等により徐々に付着するもので、逆Ｕ字管５の内壁へこびりつく様に付着し、しかもそれは非常に硬い。この為、排ガスＦの流通量が増すに従って、溶融ダスト６は図３に示すように積層状に付着し、徐々に逆Ｕ字管５を閉塞していく。１４日間の操業でベンド部５ａの５０％が閉塞することもあった。逆Ｕ字管５が閉塞されれば排ガスＦが流れないことになり問題であった。

このような問題を解決するために、従来は、エアピック等を用いて付着した溶融ダスト６を剥離し、除去しなければならなかった。この剥離、除去作業は、７〜１４日毎に溶融処理施設を停止して行わなければならず、連続操業の妨げとなり問題であった。

そこで、逆Ｕ字管５のベンド部５ａの頂部からその内壁に向かって液体を噴射し、排ガスＦを当該排ガスＦに含まれる溶融ダスト６成分の融点以下まで急冷することによって溶融ダスト６を逆Ｕ字管５の内壁に付着する間もなく固化させて粒状（粒径０．１〜２ｍｍ程度）の粒状固化ダストとし、それによって溶融ダスト６の付着の防止を図ることが提案された（特開２００５−２７３９６８号（特許文献２））。
特開平１１−３０２７４８号公報 特開２００５−２７３９６８号公報

特許文献２に開示された方法によって逆Ｕ字管５のベンド部５ａの内部における溶融ダスト６の付着物の付着は改善された。しかし、この方法によると、今度は逆Ｕ字管５のベンド部５ａの入り口付近５ａ１で溶融ダスト６の付着物が付着することが確認され、その部分で逆Ｕ字管５の閉塞を生じさせるおそれがあることがわかった。但し、今回の溶融ダストの付着物は従来のような硬い付着物とは異なり、比較的柔らかい付着物であることもわかった。

また、処理すべき産業廃棄物の種類によってそれを構成する成分の組成が大きく異なるので処理原料の性状が常に均一ではなく、従って、燃焼処理する炉内の熱変動が激しかった。そのため、燃焼処理における温度管理、特に、排ガスの温度管理は容易ではなかった。

そこで、本発明は、これまでの方法をさらに改良し、逆Ｕ字管５のベンド部５ａの入り口付近５ａ１における溶融ダスト６の固形化物の付着を防止し、逆Ｕ字管５の閉塞に伴う操業停止を生じさせることなく安定操業を行うことが可能な溶融ダストの付着防止方法及びそれを実施するための装置を提供することを目的とする。

また、逆Ｕ字管５内に堆積した粒状固形ダストを簡単に除去することができ、しかも、その回数をこれまでより減らしつつ安定操業が可能な溶融ダストの付着防止方法及びそれを実施するための装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の本発明は、産業廃棄物の溶融処理施設におけるガス化炉及び溶融炉の下流に配置した廃液分解塔及び急冷塔に排ガスを移送する逆Ｕ字管の内壁に溶着する溶融ダストの付着防止方法であって、逆Ｕ字管ベンド部の出口付近の温度に基づいて噴霧量の異なる２以上の噴霧手段の噴霧量を制御しつつ逆Ｕ字管のベンド部の入り口手前側でその内部を通過する排ガスに廃液を噴霧することにより排ガスに含まれる溶融ダスト成分の融点以下まで冷却して粒状固化ダストとすることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の本発明は、産業廃棄物の溶融処理施設におけるガス化炉及び溶融炉の下流に配置した廃液分解塔及び急冷塔に排ガスを移送する逆Ｕ字管の内壁に溶着する溶融ダストの付着防止装置であって、逆Ｕ字管のベンド部の入り口の手前側に配置され、逆Ｕ字管のベンド部の内部を通過する排ガスに廃液を噴霧することにより排ガスに含まれる溶融ダスト成分の融点以下まで冷却して粒状固化ダストとするための噴霧量の異なる２以上の噴霧手段と、逆Ｕ字管のベンド部の出口付近の温度を測定する温度検出手段と、そして、温度検出手段によって検出された温度に基づいて噴霧手段から噴霧される廃液の噴霧量を制御する制御手段と、逆Ｕ字管内に堆積した溶融ダストの粒状固形化ダストをエアーで除去するためのエアー噴射手段とを備えてなる溶融ダストの付着防止装置を提供する。

本発明によれば、これまでとは異なり、逆Ｕ字管のベンド部の入り口の手前側でその内部を通過する排ガスに液体を噴霧して排ガスを冷却することによって、排ガスに含まれる溶融ダスト成分が逆Ｕ字管の内壁に溶着する前に粒状固形化ダストとすることとしたため、溶融ダストが逆Ｕ字管のベンド部のみならずその入り口付近においても付着することがなく逆Ｕ字管の内壁の閉塞を効果的に防止することができるという効果がある。

また、本発明によれば、逆Ｕ字管のベンド部の出口付近の温度に基づいて液体の噴霧量を制御し、また噴霧量の異なる噴霧手段を組み合わせて行うこととしたので、排ガスの温度管理を容易に行うことができるという効果がある。

以下、本発明に係る溶融ダストの付着防止方法及びそれを実施するための装置について好ましい一実施形態に基づいて詳細に説明する。図６は本発明に係る溶融ダストの付着防止方法の好ましい一実施形態のフローチャート、図７はそれを実施するための装置を示す断面図である。

図７に示すように、本発明に係る溶融ダストの付着防止方法を実施するための装置は、概略として、溶融炉２１と急冷塔４１とを繋ぐ逆Ｕ字管５のベンド部５ａの入り口付近５ａ１の手前側にその内部を通過する排ガスＦに液体１３を噴霧する液体噴霧ノズル７ａ、７ｂと、エアー噴射ノズル８が配設されて構成されている。逆Ｕ字管５は直径およそ１ｍの円筒状をなし、入り口付近５ａ１と出口付近５ａ３は略垂直方向に直線状に立設され、それらがＵ字状のベンド部５ａによって連結され頂部付近５ａ２が形成されている。

液体噴霧ノズル７ａ、７ｂはそれぞれ噴霧量の異なる２種類のものが逆Ｕ字管５の円周方向に沿って等間隔に４本配置されている。本実施形態では、４本の液体噴霧ノズル７ａ、７ｂが設けられているが、実際の使用に際してはこれに限定されるものではなく、噴霧量の異なる大小の２種類の液体噴霧ノズル７ａ、７ｂを単独で又はそれぞれ組み合わせて用いることができる。例えば、噴霧量の異なる大小２種類の液体噴霧ノズル７ａ、７ｂがある場合、大１本のみ又は小２本を用いるものの他、大２本と小１本の３本としたり、小２本と大１本の３本としたりすることができる。もちろん、液体噴霧ノズル７ａ、７ｂの全体の配置数とその組み合わせは自由に選択することが可能である。尚、液体噴霧ノズル７ａ、７ｂを配置する位置は逆Ｕ字管５の円周上に配置することに限定されるものでははく、上下方向にあるいはらせん状に配置することも可能である。このように、噴霧量の異なる２種類の液体噴霧ノズル７ａ、７ｂを使い分けることでスプレー後工程（廃液処理）においての温度管理を容易に行うことが可能となる。

このような構成により、逆Ｕ字管５へ導入される１，１００〜１，４００℃の排ガスＦの温度を瞬時に溶融ダスト成分の融点約１，０５０℃（９５０〜１，１００℃）に冷却することができ、これによって溶融ダスト６の逆Ｕ字管５内壁への付着が効果的に防止される。ここで、液体噴霧に使用する液体は工業用水等を用いることができるが、水の替わりに廃液、例えば、可燃性成分を含まない廃酸液等を用いることも可能であり、この場合には排ガスＦ処理に加えて廃液処理も同時にしかも効率よく行うことが可能となる。

液体噴霧ノズル７ａ、７ｂの下側には逆Ｕ字管内に堆積する溶融ダストの粒状固形化ダストを除去するためのエアー噴射ノズル８が設けられている。本実施形態では２本のエアー噴射ノズル８が設けられているがその数に限定はなく、少なくとも１本設けられていればよい。エアー噴射ノズル８と上述した液体噴霧ノズル７ａ、７ｂは、いずれも、排ガスＦの流通方向に沿うように取り付け、噴射する液体１３、エアー１４も排ガスＦの流通方向と沿うようにするとよい。これにより排ガスＦを効率的に急冷させることができると共に、粒状固化ダスト１５を容易に出口方向へ吹き飛ばすことが可能となる。

一方、逆Ｕ字管５の出口付近５ａ３には温度センサ９が取り付けられている。そして、温度センサ９によって測定された出口付近５ａ３を通過する排ガスＦの温度に基づいて逆Ｕ字管５内に導入される排ガスＦに対してどの程度の量の液体１３を噴霧すれば排ガスに含まれる溶融ダスト成分をその融点以下まで急冷できるかを算出し、それに基づいて液体噴霧ノズル７ａ、７ｂから噴霧される液体１３の噴霧量の調整を指示する制御装置１０を備えている。この制御装置１０は図示しない中央処理装置、記憶手段、入力手段等を備えた一般的なコンピュータに、そのような処理を行うプログラムをインストールすると共に、液体噴霧ノズル７ａ、７ｂや温度センサ９等と電子的に接続することによって実現される。

このように逆Ｕ字管５に液体噴霧ノズル７ａ、７ｂ、エアー噴射ノズル８、温度センサ９及び制御装置１０制御装置を備えた溶融ダストの付着防止装置の操業条件の一例を以下に示すと共その方法について説明する。尚、噴霧する液体としては工業用水を用いた。
排ガス（Ｆ）量 １，５０００〜２０，０００Ｎｍ^３／ｈ
噴霧ノズル（大）
水噴霧量 ２１０〜３１８リットル／ｈ
水圧 ０．１５〜０．３５ＭＰａ
噴霧ノズル（小）
水噴霧量 ３６〜５０リットル／ｈ
水圧 ０．１５〜０．３０ＭＰａ
噴霧ノズルの使用数 ３本（大、小の組み合わせは自由）
大３本の使用なら３１８リットル／ｈ×３本＝９５４リットル／ｈ
小１本の使用なら３６リットル／ｈ×１本＝３６リットル／ｈ
まず、逆Ｕ字管５の下部側の入り口付近５ａ１から排ガスＦを導入する（ステップＳ１（図６参照））。そして、排ガスＦが出口付近５ａ３を通過する際の温度を温度センサ９によって検出し（ステップＳ２）、制御装置１０は検出された温度に基づいて液体噴霧ノズル７ａ、７ｂに対して液体１３を所定の量を噴霧するよう信号を送り、液体噴霧ノズル７ａ、７ｂはそれに基づき排ガスＦに対して所定量の液体１３を噴霧する（ステップＳ３）。液体１３が噴霧されることによって排ガスＦの溶融ダスト６は急速に冷却されて粒状固化ダスト１５となる（ステップＳ４）。これを繰り返しつつ操業を行う。そして、約１０日に１回の割合でエアー噴射ノズル８からエアーを噴射して逆Ｕ字管５内に堆積した粒状固化ダスト１５を除去する（ステップＳ５）。
ここで、排ガスＦに含まれる溶融ダストの成分分析値は以下の通りである。

以上のような条件で溶融処理施設を稼動してベンド部５ａの出口付近５ａ３の温度を少なくとも１，０５０℃となるように液体噴霧ノズル７ａ、７ｂの液体１３の噴霧量を制御したところ、排ガスＦ中に含まれる溶融ダストは逆Ｕ字管の内壁に付着する間もなく、固化し、粒状（粒径０．１〜２ｍｍ程度）の粒状固化ダスト１５とすることができた。しかも、これまで液体噴霧ノズルを逆Ｕ字管５の頂部付近５ａ２に設けていたときに発生していた逆Ｕ字管５のベンド部５ａの入り口付近５ａ１における溶融ダスト６の固形化物の付着は見られなかった。尚、粒状固化ダスト１５は、ベンド部５ａの小径側内壁に積もることがあるが、溶融した状態で内壁に付着しているわけではないので、エアー噴射ノズル８からのエアー１４の噴射を１０日に１回の割合で約１０分程度行うことにより容易に吹き飛ばすことができた。吹き飛ばされた粒状固化ダスト１５は、排ガスＦの流れに乗って急冷塔４１側へ落下するのでそれを除去すればよい。

尚、エアーだけを噴射しても多少の冷却効果はあるが、溶融ダスト６が逆Ｕ字管５の内壁に付着しないように排ガスＦを急冷するためには、液体噴霧を行うことが好ましい。また、粒状固化ダスト１５は逆Ｕ字管５の垂直部分の内壁に付着することもあるが、このような部分に付着した溶融ダストは自重により落下する。

上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

溶融処理施設の概略構成図である。 図１に示した溶融処理施設を構成する溶融炉の概略構成を示した図である。 逆Ｕ字管の内壁に溶融ダストが付着した様子を示す説明図である。 図３において溶融ダストが付着した部分を拡大した説明図である。 従来の溶融ダストの付着防止方法を説明するための逆Ｕ字管の断面図である。 本発明に係る溶融ダストの付着防止方法の一実施形態におけるフローチャートである。 本発明に係る溶融ダストの付着防止方法を実施するための装置の一実施形態を説明するための断面図である。 液体噴霧ノズルが配置された部分の逆Ｕ字管の斜視図である。

符号の説明

１、２ 貯蔵所
３ 供給コンベアー
４ 供給フィーダー
５ 逆Ｕ字管
６ 溶融ダスト
７ａ 液体噴霧ノズル大
７ｂ 液体噴霧ノズル小
８ エアー噴射ノズル
１１ 流動層式ガス化炉
１２ 流動床
１３ 液体
１５ 粒状固化ダスト
２１ 溶融炉
２６ 廃液分解塔
３１ 電気式保持炉
４１ 急冷塔
５１ バグフィルター
Ｇ スラグ
Ａ１ 銅滓
Ａ２ 産業廃棄物

Claims (2)

1. 産業廃棄物の溶融処理施設におけるガス化炉及び溶融炉の下流に配置した廃液分解塔及び急冷塔に排ガスを移送する逆Ｕ字管の内壁に溶着する溶融ダストの付着防止方法であって、
   前記逆Ｕ字管ベンド部の出口付近の温度に基づいて噴霧量の異なる２以上の噴霧手段の噴霧量を制御しつつ前記逆Ｕ字管のベンド部の入り口手前側でその内部を通過する前記排ガスに廃液を噴霧することにより当該排ガスに含まれる溶融ダスト成分の融点以下まで冷却して粒状固化ダストとすることを特徴とする溶融ダストの付着防止方法。
2. 産業廃棄物の溶融処理施設におけるガス化炉及び溶融炉の下流に配置した廃液分解塔及び急冷塔に排ガスを移送する逆Ｕ字管の内壁に溶着する溶融ダストの付着防止装置であって、
   前記逆Ｕ字管のベンド部の入り口の手前側に配置され、前記逆Ｕ字管のベンド部の内部を通過する前記排ガスに廃液を噴霧することにより当該排ガスに含まれる溶融ダスト成分の融点以下まで冷却して粒状固化ダストとするための噴霧量の異なる２以上の噴霧手段と、
   前記逆Ｕ字管のベンド部の出口付近の温度を測定する温度検出手段と、そして、
   前記温度検出手段によって検出された温度に基づいて前記噴霧手段から噴霧される前記廃液の噴霧量を制御する制御手段と、
   前記逆Ｕ字管内に堆積した溶融ダストの粒状固形化ダストをエアーで除去するためのエアー噴射手段と、
   を備えてなる溶融ダストの付着防止装置。

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