JP4956910B2 - 焼却灰の湿式粉砕方法および粉砕装置 - Google Patents

Description

本発明は、焼却炉において発生した焼却灰をセメント原料として用いる際の焼却灰の湿式粉砕方法および粉砕装置に関する。

都市ゴミや下水汚泥焼却炉から排出される焼却灰のほとんどは、埋め立て処分されている。しかし、近年、環境に対する意識の高まりや埋め立て処分場の確保が困難になりつつあることから、単なる廃棄処分ではなく、セメント原料やコンクリート用骨材として有効利用する試みがなされている。

焼却灰をセメント原料として利用するために粉砕処理や脱塩処理等の前処理を施す場合がある。本願発明者の一部は、先に都市ゴミ焼却灰に湿式粉砕処理と脱塩処理とを施して、セメント原料として用いられる無機質材料を得る方法発明をなした（特許文献１）。

しかし、都市ゴミ焼却灰を湿式粉砕すると灰に混入している金属アルミニウムが水と反応して可燃性の水素ガスが発生する。このため、水素ガスが焼却灰水スラリー表面に浮上し、大量の泡が発生して湿式粉砕装置やスラリーの貯蔵タンクの開口部から噴出したり、オーバーフロー管においてガスの噛み込みを生じてスラリーの流動が不安定化したり、スラリー輸送用のポンプのキャビテーションを引き起こしてスラリーの輸送が困難になるという問題があった。
特開２００３−７３１５３号公報

本発明は、焼却灰の湿式粉砕において、円滑な湿式粉砕を可能にするための湿式粉砕方法および粉砕装置の提供を目的とする。

本発明者は、焼却灰スラリーの泡の発生がスラリー濃度に大きく依存することを見出し、上記課題を解決するに至った。
すなわち、本発明は焼却灰を湿式粉砕する焼却灰の湿式粉砕方法において、焼却灰のスラリー濃度を２０質量％未満で湿式粉砕を行うことを特徴とする焼却灰の湿式粉砕方法である。

本発明によれば、焼却灰の湿式粉砕処理を円滑に行うことができ、大量の焼却灰を工業的に連続処理することが可能となる。これによって、焼却灰のセメント原料としての更なる利用拡大を図ることが可能となる。

以下、本発明の焼却灰の処理方法を用いた焼却灰の処理システムについて、添付図面を参照しながら説明する。図１は、焼却灰から金属鉄材料と粗大粒子とを除去する工程を示すフロー図である。図２は、図１の装置によって金属鉄材料と粗大粒子とが除去された焼却灰に湿式粉砕処理と脱塩処理とを施す工程を示すフロー図である。

焼却灰輸送車両１により都市ゴミ焼却場から輸送された焼却灰は、受入ホッパ２に送られる。受入ホッパ２の焼却灰投入口２１には、目開きが１００〜２００ｍｍの金網（格子）２２が設置されており、大きな塊状の焼却灰が受入ホッパ２の内部に投入されないようにされている。また、金網２２はバイブレータ２３により振動させて焼却灰が目詰まりしないようにされている。

受入ホッパ２に貯留された焼却灰は、エプロンフィーダ３のパン３１に順次載せられ、チェンコンベア４に送られる。なお、エプロンフィーダ３の下方には、コンベア５が配置されている。焼却灰はパン３１に付着し易い傾向にあるため、パン３１が回転しても、焼却灰がチェンコンベア４に移動せずにパン３１に残ることが多い。パン３１に残った焼却灰は、パン３１がチェンコンベア４側から受入ホッパ２側に移動する時（パンが下側を向いている時）に、パン３１から落下することがある。すなわち、コンベア５は、パン３１から落下した焼却灰を受け、これをチェンコンベア４に搬送するためのコンベアである。

チェンコンベア４は、台座（トラフ）の上を連続的に動くチェーンによって、焼却灰を磁選機６へ輸送するコンベアである。

磁選機６は、焼却灰に含まれている金属鉄材料（例：鉄くず、針金）を磁力によって捕捉し回収する装置である。磁選機６には、ドラム型磁選機を用いることが好ましいが、これに限定されるものではない。磁選機６にて回収された金属鉄材料は、ベルトコンベア６１により金属鉄材料保管場所（図示せず）に送られる。なお、ここで回収された金属鉄材料は、鉄原料として製鉄処理業者に輸送される。

鉄金属材料が除去された焼却灰は、振動篩装置７に送られる。篩の目開きは、１０〜５０ｍｍの範囲、好ましくは１０〜３０ｍｍの範囲である。

振動篩装置７にて回収された粗大粒子はベルトコンベア７２により、粗大粒子保管場所（図示せず）に送られる。なお、ここで回収された粗大粒子は、管理型埋め立て地にて処理してもよく、粗大粒子を粗粉砕するための粉砕装置を用意して粉砕し、再び振動篩装置７に送ってもよい。

粗大粒子が除去された焼却灰は、チェンコンベア８ａ、８ｂにより貯蔵サイロ９に輸送される。図１では、チェンコンベア８ａ、８ｂが２基配置されているが、チェンコンベア８ａ、８ｂの設置数に特に制限はなく、１基であってもよい。

次に、図２を参照しながら、焼却灰に湿式粉砕処理と脱塩処理とを施す工程について説明する。

貯蔵サイロ９の定量供給機９１から供給された焼却灰は、チェンコンベア１０にて粉砕装置１１に送られる。定量供給機９１には、サークルフィーダを用いることが好ましい。

図２において、粉砕装置１１は、スクリュ１１１によって粉砕媒体１１２を攪拌することにより粉砕を行なうタワーミル（塔式粉砕機）であるが、粉砕装置はこれに限定されるものではなく、例えばボールミルも使用可能である。粉砕装置１１は、上部に開口部１１３が設けられている。粉砕処理により発生する可燃性気体（特に水素ガス）は、開口部１１３から外部に排出される。粉砕装置１１に、さらに、可燃性気体の強制的な排出手段を設けてもよい。具体的には、粉砕装置１１に不燃性気体の供給口を設け、粉砕装置内部に不燃性気体（例えば、窒素ガス）を供給してもよく、粉砕装置１１の開口部１１３に排気装置（排気ファン）を設けてもよい。排気された可燃性気体は、近隣のセメント工場に供給して燃焼用空気として有効利用することが可能である。可燃性ガス濃度が低い場合は、そのまま大気に放出することが可能である。

粉砕媒体１１２は、粉砕装置１１内の焼却灰スラリーの液面を超えないように、粉砕装置１１に充填されていることが好ましい。粉砕媒体同士の接触により火花が発生しないようにするためである。

粉砕装置１１に送られる焼却灰は、濃度（固形分濃度）が０を超え２０質量％未満、好ましくは１５乃至５質量％のスラリーに調整される。この焼却灰スラリーの濃度は、水を添加することにより調整されるが、調整用の水としては系内で回収された水や、焼却灰の洗浄工程で発生・回収される低濃度の灰スラリーや、新水（工業用水）などが挙げられる。系内で回収された水の利用については後述する。
粉砕装置には、スラリー濃度を管理するためのスラリー濃度計を設置し、スラリー濃度に応じて水の供給量を制御することが好ましい。スラリー濃度計としてはガンマ線式密度計が挙げられ、また、スラリー濃度計の設置位置は図示しないスラリーを循環させるための循環ラインであることが好ましい。

スラリー濃度と可燃性ガスによる泡の発生の因果関係については不明であるが、スラリー濃度が高くなると粘度が増加し、更に粉砕された微細な粒子が膜に付着することで泡の皮膜が厚くなって泡同士の合体が起き難く微細な泡となるため、泡の破壊が進行し難いものと推定している。

スラリー濃度を調整するための前記水とは別に、水を噴霧しながら湿式粉砕を行うことができる。水が噴霧される位置は、粉砕装置１１の気体空間部であれば良いが、好ましくは排気口である開口部１１３および／または湿式粉砕後のスラリー出口部から噴霧されると良い。

水を噴霧するための噴霧ノズルの形状は扇形、円板状などが挙げられるが、泡を破壊するために必要な流速を確保することができれば、何れの形状でも本発明を実施するために特に支障はない。焼却灰スラリー液面に均等に噴霧するために、複数の噴霧ノズルを配しても良い。また、粉砕装置に監視窓を設置すれば目視による監視が可能である。監視窓の設置位置は、スラリー液面上部やガス空間部が好ましい。

粉砕処理が施されたスラリー状焼却灰は、オーバーフローにより、水簸槽１２に送られる。水簸槽１２の内部には、円筒１２１が設けられている。焼却灰スラリーに含まれる大粒子径焼却灰は、水簸槽１２の円筒１２１の外側にて底部に沈降する。沈降した大粒子径焼却灰は、ポンプ１２２により、再び粉砕装置１１に送られる。

水簸槽１２にて焼却灰スラリーはオーバーフローにより、浮遊物捕集槽１３に送られる。焼却灰スラリーに混入している浮遊物（例えば、ビニール類、野菜クズ、及び紙類などの未燃焼物）は、攪拌機１３１にて焼却灰スラリー中に沈められ、ポンプ１２２にて、再び粉砕装置１１に送られる。なお、浮遊物捕集槽１３の代わりに、メッシュスクリーン装置を設けて、浮遊物を回収してもよい。

浮遊物が除かれた焼却灰スラリーは、オーバーフローにより、ストレーナ１４の金網を介して、攪拌機付きサイクロン供給タンク１５に送られる。攪拌機付サイクロン供給タンク１５は液面が上昇し、泡が消泡できずに槽内に充満した場合、樋１５２によってオーバーフローしてスラリー受タンク１９に移される。攪拌機付きサイクロン供給タンク１５および樋１５２には、粉砕装置でも述べたように水噴霧装置１５１が設けられる。ストレーナ１４の金網の目開きは、３〜１０ｍｍの範囲であることが好ましい。

攪拌機付きサイクロン供給タンク１５に貯留された焼却灰スラリーは、ポンプ１６にて、湿式サイクロン分級機１７に送られる。ポンプ１６と湿式サイクロン分級機１７との間にはスラリー濃度計１８が設置されておりスラリー濃度が常時監視される。スラリー濃度計はガンマ線式密度計が好ましい。湿式サイクロン分級機１７は、焼却灰スラリーを旋回させ、そのときに生じる遠心力を利用して、粒子径の大きな焼却灰を分離する装置である。

湿式サイクロン分級機１７にて、焼却灰スラリーから分離された大粒子径焼却灰は、水簸槽１２の円筒１２１の内側に送られる。湿式サイクロン分級機１７から送られた大粒子径焼却灰は、円筒１２１の内側にて水簸槽１２の底部に沈降する。沈降した大粒径焼却灰は、ポンプ１２２にて、粉砕装置１１に送られる。

大粒子径焼却灰が除去された焼却灰スラリーは、攪拌機付きスラリー受タンク１９に供給される。スラリー受タンク１９には、粉砕装置でも述べたように水噴霧装置１９１が設けられる。

希釈された焼却灰スラリーは、ポンプ２０にて、固液分離装置（図示せず）に送られる。固液分離装置には、フィルタプレスあるいはベルトフィルタなどの装置を使用することができる。焼却灰スラリーは、固液分離装置にて脱水され、含水率５０〜７０質量％の固形物とされる。焼却灰スラリー中の塩素化合物は、脱水された水とともに外部に排出される。焼却灰スラリーを脱水する際には、焼却灰スラリーに新水（工業用水）を加えながら行なうことが好ましい。

上記の処理システムにより得た固形物は、セメント原料用の無機質材料として有利に用いることができる。この固形物は、水分を含んでいるため、セメントの製造工場に輸送する際にも飛散しにくい。但し、上記固形物は、セメント原料用の無機質材料としてそのまま用いるにはやや含水率が高い傾向にあるため、セメントの製造工場内の廃熱を利用するなどして加熱乾燥し、含水率を低減させた後に用いることが好ましい。

なお、図１と図２に示した処理システムにおいては、受入ホッパ内の気体を水を用いて脱臭するようにされている。また、上記気体の脱臭処理に用いた水、焼却灰又は焼却灰スラリーから分離された水、そして焼却灰から除去された金属鉄材料及び粗大粒子から浸み出た水を回収して利用できるようにされている。次に、受入ホッパ内の気体の処理、並びに水の回収利用について説明する。

図１の受入ホッパ２内の気体は、図２に示す、排気ファン２４によって、トレイスクラバ２５に送られる。この気体は、トレイスクラバ２５の内部に設置されている散水機２６から散水された水と接触させることにより、脱臭される。脱臭された気体は、トレイスクラバ２５の上部から外部に排出される。散水機２６から散水された水は、トレイスクラバ２５の底部に貯留され、別に供給された新水（工業用水）とともにポンプ２７によって、再び散水機２６に送られる。トレイスクラバ２５の底部に貯留された水の一部は、ピット２８に送られる。ピット２８に送られた水は、ポンプ２９にて攪拌機付きスラリー受タンク１９に送られる（図２参照）。

チェンコンベアにて焼却灰又は焼却灰スラリーを輸送すると、これらに含まれている水が台座とチェーンとの隙間から流出することがある。このため、チェンコンベア４、８ａ、８ｂ、１０のそれぞれには、台座とチェーンとの隙間から流出した水を回収するための排水溝が設けられている（図示せず）。これにより焼却灰又は焼却灰スラリーに含まれている水の一部が分離される。

チェンコンベア４から回収された水、焼却灰から除去された金属鉄材料から浸み出た水、及び焼却灰から除去された粗大粒子から浸み出た水は、それぞれピット６２に送られる（図１参照）。また、チェンコンベア８ａから回収された水は攪拌機付き回収水槽８１に送られ、一方、チェンコンベア８ｂから回収された水はピット８２に送られる（図１参照）。

ピット６２に送られた水は、ポンプ６３にて攪拌機付き回収水槽８１に送られる（図１参照）。一方、ピット８２に送られた水は、ポンプ８３にてバルブ８４を介して攪拌機付き回収水槽８１に送られる（図１参照）。なお、攪拌機付き回収水槽８１には、新水（工業用水）も送られている。

攪拌機付き回収水槽８１に送られた水は、ポンプ８５にて、バルブ８７を介して粉砕装置１１（図２参照）および水噴霧装置１１４、１５１、１９１に送られる。

チェンコンベア１０から回収された水は、ピット１０１に送られる（図２参照）。ピット１０１に送られた水は、ポンプ１０２にて粉砕装置１１に送られる（図２参照）。

以上において、本発明の実施の形態を説明したが、本発明で用いられる焼却灰は都市ゴミ焼却灰に限定されるものではなく、この他に下水汚泥焼却灰や産業廃棄物焼却灰等が挙げられる。

以下では、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらによって限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の設計変更が可能である。

［実施例１］
磁選機６と２０ｍｍの振動篩装置７で粗大粒子を取り除いた後で貯蔵サイロ９に貯蔵されていた都市ごみ焼却灰を粉砕装置１１（タワーミル）に３ｔ／時間で供給し、タワーミル内スラリ濃度が１５質量％となる様に新水を供給して湿式粉砕した。湿式粉砕の状態を粉砕装置の開口部１１３と焼却灰スラリーのオーバーフロー管出口にある監視窓により目視観察を行った。
その結果、粉砕装置の液面において発生した泡が水の噴霧によって破壊され、泡が開口部から噴出することはなかった。また、オーバーフロー管においてもガスの噛み込みは認められず、焼却灰スラリーの流動状態は良好であった。

［実施例２乃至４、比較例１乃至３］
水の量を変えて粉砕装置内の焼却灰スラリー濃度を表１のように変えた他は、実施例１と同様の方法で湿式粉砕を行い、泡の発生状況を観察した。結果を表１に示す。実施例２乃至４の場合は、実施例１と同様な結果であったのに対し、比較例１乃至３の場合は、泡が開口部に到達し、オーバーフロー管におけるガスの噛み込みと、ポンプ１６のキャビテーション現象が確認された。
［実施例５及び６］
スラリー調整用の水とともに、スラリー出口に水を噴霧しながらスラリー濃度を表１のように変えた以外は、実施例１と同様な方法で湿式粉砕を行った。水の噴霧量は、１トン／時間であった。結果を表１に示す。その結果、泡が開口部から噴出することはなかった。また、オーバーフロー管においてもガスの噛み込みは認められず、焼却灰スラリーの流動状態は良好であった。

本発明は、焼却灰を湿式粉砕してセメント原料として使用する際に利用可能である。

本発明の方法を利用した焼却灰処理システムにおける、焼却灰から金属鉄材料と粗大粒子とを除去する工程を示すフロー図である。 本発明の方法を利用した焼却灰処理システムにおける、焼却灰に湿式粉砕処理と脱塩処理とを施す工程を示すフロー図である。

符号の説明

１ 焼却灰輸送車両
２ 受入ホッパ
３ エプロンフィーダ
４ チェンコンベア
５ コンベア
６ 磁選機
７ 振動篩装置
８ａ、８ｂ チェンコンベア
９ 貯蔵サイロ
１０ チェンコンベア
１１ 粉砕装置
１２ 水簸槽
１３ 浮遊物捕集槽
１４ ストレーナ
１５ 攪拌機付きサイクロン供給タンク
１６ ポンプ
１７ 湿式サイクロン分級機
１８ スラリー濃度計
１９ 攪拌機付きスラリー受タンク
２０ ポンプ
２１ 焼却灰投入口
２２ 金網（格子）
２３ バイブレータ
２４ 排気ファン
２５ トレイスクラバ
２６ 散水機
２７ ポンプ
２８ ピット
２９ ポンプ
３１ パン
６１ ベルトコンベア
６２ ピット
６３ ポンプ
７２ ベルトコンベア
８１ 攪拌機付き回収水槽
８２ ピット
８３ ポンプ
８４ バルブ
８５ ポンプ
８７ バルブ
９１ 定量供給機
１０１ ピット
１０２ ポンプ
１１１ スクリュ
１１２ 粉砕媒体
１１３ 開口部
１１４ 水噴霧装置
１２１ 円筒
１２２ ポンプ
１３１ 攪拌機
１５１ 水噴霧装置
１５２ 樋
１９１ 水噴霧装置

Claims (4)

1. 焼却灰を湿式粉砕する焼却灰の湿式粉砕方法において、
   前記焼却灰は、金属アルミニウムを含み、
   前記焼却灰をスラリー化して焼却灰スラリーを形成し、
   前記焼却灰スラリーを湿式粉砕し、
   粉砕後の前記焼却灰スラリーに対し、水噴霧を行うこと
   を特徴とする焼却灰の湿式粉砕方法。
2. 前記焼却灰スラリーの濃度を２０質量％未満で湿式粉砕を行うこと
   を特徴とする請求項１記載の焼却灰の湿式粉砕方法。
3. 焼却灰を湿式粉砕する焼却灰の湿式粉砕装置において、
   前記焼却灰は、金属アルミニウムを含み、
   前記焼却灰をスラリー化した焼却灰スラリーを湿式粉砕した後、この焼却灰スラリーに対し水を噴霧する噴霧ノズルを設けたこと
   を特徴とする焼却灰の湿式粉砕装置。
4. 前記湿式粉砕装置は、前記焼却灰スラリーが排出される出口と、前記出口とは別途設けられた開口部と、のいずれか一方または両方をさらに備え、
   前記噴霧ノズルは、前記出口または開口部のいずれか一方または両方に設けられること
   を特徴とする請求項３記載の焼却灰の湿式粉砕装置。

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