JP7114225B2 - 焼却装置のスラグを処理する方法、および、焼却装置のスラグを処理する装置 - Google Patents

Description

本発明は、焼却装置のスラグを処理する方法であって、スラグ除去装置を用いて焼却装置からスラグを分離する方法に関する。

特許文献１では、廃棄物処理施設または燃焼施設から搬出される乾燥した残留物を、最初に棒ふるいにかけ、そこで寸法が３００ｍｍ超の粒子を機械的に分離することが知られている。大まかに分級したこの材料は、次いで、電磁的に駆動される２ｍｍふるいに通す。このようにして細かい部分を分離し、特別な処理を行う。残留物の残りの部分は、破砕、鉄分離、非鉄分離を行う。

２ｍｍ未満の細粒分を分離するこのようなふるいは、一方でふるいが目詰まりし、他方でこうしたふるいの摩耗が激しいという欠点があることから、特許文献２では、振動運動を加えながら、斜面レーンと、各レーンの間にある自由落下区間を、何段にもわたってカスケード式に残留物を下へと送り、その間に、振動搬送運動領域および特に自由落下区間の領域において、気体流で、落下方向に対し横向きに、かつ振動運動とは反対の方向に細粒分を搬出することを提案している。

この方法は２ｍｍ未満の細粒分を粗粒分から分離するのに適しており、このとき、細粒分を含む粉塵が粗粒分から分離される。

風力分級によって主な粒分から分離された細粒分を得るために、風力分級後に気体流を、まずサイクロン分離に、続いて必要に応じてフィルタプロセスに送ることができる。これによりスラグを、直径が数ｍｍの粗粒分と直径がそれより小さい細粒分とに分けることができる。このとき、粉塵をできる限り防ぎ、不可避の粉塵はサイクロンとフィルタを用いて分離できる。

燃焼した材料が、例えば炭素繊維、ガラス繊維強化プラスチック、またはナノ粒子を含有している場合、燃焼残渣は、そのうちの健康に関連する、つまり呼吸域にある粒分を含有している可能性がある。これに関して、燃焼室から下流のボイラおよびそれに続く排ガス浄化へと流れるこの排ガスの熱対流または速度によって燃焼排ガスと一緒に運ばれる粒子については、排ガス浄化装置のフィルタでほぼ量的な分離が行われるため、重要ではない。問題となるのは、燃え尽きた燃料の残りと一緒に、例えば、灰やスラグと一緒に燃焼室から出て行き、その後でさらに利用に供されるような、この材料の物質流である。この場合、この物質の主要部分だけでなく、燃焼後の固形残留分の汚染もかかわってくる。炭素繊維自体が、炭素から成る組成物であるにもかかわらず、燃焼室で高温にさらされても酸化せず、繊維強化物質が焼失するにすぎないことも問題である。残った個々の繊維または粒子は、２０世紀末のアスベスト問題と同様に、高確率で発がん性である。

例えばリサイクルＣＦＫ／ＧＦＫの繊維やナノ粒子の回収は、機械的分離法によっても、燃焼または熱分解の熱的方法によっても、合理的に可能でないことがわかっている。この物質をセメントやコンクリートに混ぜ込むことも、建築物がいつか取り壊されるときに建設廃棄物が汚染されるため、問題の移し替え、あるいは先送りにすぎない。

欧州特許第０６９１１６０号明細書 独国特許出願公開第１０２００６０３５２６０号明細書

したがって、本発明の基礎となる課題は、ＣＦＫ材料、ＧＦＫ材料、および／またはナノ材料を焼却した場合でも、焼却施設のスラグが、こうした粒分の粉塵粒子や繊維をできるだけ少なく含むように、一般的な方法をさらに改善することである。

この課題は、請求項１の特徴を有する一般的な方法で解決される。

既知のスラグ処理装置が、細かい粉塵の発生ができるだけ少なくなるよう構想され、またそのように稼働されているのに対し、本発明の根底には、主に直径が５００μｍ未満の粒子を含む微細粒分が生じるのが有利であるという認識がある。こうした微細粒分は、例えば風力分級機で残留スラグから分離することができる。

この結果、とりわけ細かい粉塵がとりわけ多く発生することになる。しかしながら、これにより、こうした微細粒分と一緒に、例えば熱処理されたＣＦＫ材料の残留物のような特別な粒子をスラグから分離する可能性が生まれる。最初は不利な粉塵発生が、それにより簡単に、とりわけ健康に関連する材料を残留スラグから分離し、別の所でさらに処理できるという利点を有する。

粒子の直径は、同じ体積を有する球形の粒子が有する直径、または空気動力学的直径に相当する。したがって繊維の場合、空気動力学的直径は、繊維の直径より大きい。例えば、直径が２０００μｍ未満の粒分について言えば、この粒分は、例えば、長さが１０ｍｍで直径が数μｍの細い繊維も含む可能性がある。

ＣＦＫ材料に関して、直径が１００μｍ未満、好ましくは１０μｍ未満、特に好ましくは５μｍ未満の微細粒分が重要であることが判明している。これにより確実に、例えば長さが３μｍ未満の粒子も、こうした粒分と一緒に捕捉される。

分離機または以下の分離装置もしくは分別装置によって、微細粒分が、繊維材料、その破片、およびナノ粒子の大部分を含むよう配慮されていると特に有利である。この微細粒分と一緒に、繊維材料、その破片、およびナノ粒子を量的に取り除くこと、すなわち、繊維材料、その破片、およびナノ粒子の８０％超、好ましくは９５％超、特に好ましくは９８％超をスラグから取り除くことが目指される。

分離機は物理的な分離原理に基づくことができ、とりわけ、複数の分離原理を連続して、あるいは同時に重ね合わせて使用することもできる。

分離機が繊維フィルタを有すると有利であることが判明している。繊維フィルタは、とりわけ細かい材料を気体流から分離することができる。

分離機として慣性力分離機を用いると、さまざまな有利な実施形態が明らかとなる。慣性力集塵機とも呼ばれる慣性力分離機は、慣性力に基づいて粒子または粉塵を分離する器械である。慣性力分離機の作動原理は、気体中に浮遊する粒子が流動運動に従うことができなくなり、内蔵部品や内壁に分離されることによるものである。慣性力分離機は、有効な輸送力に応じて、重力と慣性力と遠心力とに区別される。粒子分離を担う慣性力は、横向き、または流動抵抗力に対向しており、粒子質量に正比例しているため、それぞれの力は、粒子直径の第３の力に比例している。

慣性力分離機は、好ましくは、空気動力学的直径が少なくとも２μｍの粒子を分離するのに用いられるため、慣性力分離機を用いて、空気動力学的直径が１μｍ超または２μｍ超の粒子を粉塵から分離することが提案される。この大きさの粒子の場合、拡散の影響は無視できる。

空気動力学的直径は、観察する粒子と同じ沈降速度を有する、密度が１ｇ／ｃｍ^３の球形粒子の直径として定義される。観察する粒子の沈降速度は、静止空気と関係する。

慣性力分離機が重力分離機を有すると有利である。重力分離機は、通常、いわゆるクロスフロー分離機または向流分離機として構成される。粉塵を含む気体流は、装置に入ることによって減速し、それによりシステム内の滞在時間が長くなる。流れ方向に対して横向きの（クロスフロー分離機）、または流れ方向に対向する（向流分離機）粒子の相対運動によって、これが部分的に分離される。

このとき、重力分離機において、スラグをクロスフロー方式で、好ましくは水平方向に流れる気流によって分離すると、とりわけ良好な結果が得られることが判明している。

別法として、または重力分離機に加えて、慣性力分離機として遠心分離機も用いることができる。サイクロンまたは遠心分離機の場合、気流は、それ自体の速度ゆえに、装置に入った後に回転運動に変わる。気体中に浮遊する粒子は、粒子に遠心力が作用するために、部分的に分離される。

スラグの組成と分離機の要件に応じて、慣性力分離機は慣性分離機も有することができる。「偏向分離機」とも呼ばれる慣性分離機では、気流は、気体中に浮遊する粒子が流動運動に従えなくなり、分離されるように向きを変える。このために、分離装置に障害物が取り付けられることが多い。

風力分級は、粒子を、気体流における流れ抵抗と慣性力および／または重力の関係に基づいて粒子を分離する機械的分離法である。これは分類方法の一つであり、重力分離または遠心力分離の原理を利用している。細かい粒子は気流に、粗い粒子は慣性力に従う。このために、すでに特許文献２に記載されている装置を用いることができる。この特許出願の内容は、全体として本明細書に援用される。

焼却装置がごみ焼却施設の燃焼室を有すると特に有利である。このとき、焼却するごみは、燃焼火格子上で焼却しながら、スラグ除去装置の方向に運ぶことができる。しかしながら、焼却するごみは流動床中で焼却することもできる。スラグは、スラグ除去装置内で分離機の方向に運ぶことができる。これは、特に好ましくはプランジャを用いて行われる。

スラグ除去装置から気体または粉塵が焼却装置に還流しないように、稼働時にスラグ除去装置が、焼却施設と分離機の間の通路がスラグで満たされている状態で、スラグで満たされていると有利である。

微細粒分の分離後に、このスラグ部分をさらに処理するさまざまな可能性がある。微細粒分は、周囲空気および／または再循環気体と一緒に焼却装置に供給することができる。微細粒分は、焼却装置の排煙と一緒に、粉塵分離機装置に送ることもできる。最終的に、微細粒分は、制御された別の廃棄物処理に送ることもできる。

こうしたさらなる処理方法は、組み合わせることもできる。

量的な分離が実現すると特に有利である。このとき、繊維材料、その破片、およびナノ粒子の少なくとも５０％、好ましくは少なくとも９０％、特に好ましくは少なくとも９５％が、微細粒分と一緒に残留スラグから取り除かれる。ＣＦＫ廃棄物を焼却する際、それに応じて、繊維材料および／またはナノ粒子の５０％、９０％、または９５％が残留スラグから取り除かれることになる。

本発明の基礎となる課題は、焼却装置のスラグを処理する装置によっても解決される。この装置はスラグ除去装置と分離機とを有し、スラグ除去装置がスラグ入口とスラグ出口とを有し、かつ分離機を焼却装置から分け、また分離機が、スラグ供給口と、給気口と、微細粒分排出口と、残留スラグ排出口とを有する閉鎖空間に配置されている。

このような装置では、微細粒分排出口が、繊維フィルタとして、または好ましくはサイクロンとして形成されている粉塵分離機に通じていてよい。

さらに、微細粒分排出口が、焼却装置と、好ましくは二次燃焼区域と直接的または間接的に接続していることが提案される。

焼却装置とスラグ除去装置の概略断面図である。 図１に示すスラグ除去装置を拡大した図である。

以下に、本発明による、スラグを処理する装置の実施例を図で示し、詳細に説明する。

図１に示す焼却装置３のスラグ２を処理する装置１は、スラグ除去装置４と分離機５とを有する。スラグ除去装置４は、スラグ入口６とスラグ出口７とを有する。これによりスラグ除去装置は、分離機５から焼却装置３を分けている。

分離機５は、アクセス可能なキャビンとして形成されている閉鎖空間８内に配置されている。この空間８は、スラグ出口７に接続しているスラグ供給装置９と、周囲空気１１を供給するための給気口１０と、微細粒分排出口１２と、図面の平面上にある図示していない内壁に配置されている残留スラグ排出口１３とを有する。

微細粒分排出口１２は、導管１４を介して、サイクロンとして形成されている粉塵分離機１５に通じている。

サイクロンで重い粒子が取り除かれると、残留粉塵は、導管１６および送風機１７を介して、焼却装置３の二次燃焼区域１８に送られる。

施設の稼働時には、ごみ１９は供給ホッパ２０を介して燃焼火格子２１上に送られ、ごみ焼却施設の燃焼室２２で焼却される。

炭素繊維および／またはガラス繊維を含む積層物がごみに含まれている場合、炭素繊維が埋め込まれているポリマーマトリックスが燃焼する。温度が５６０℃を超える場合、微視的に小さな炭素繊維から成る粉塵粒子を形成する炭素繊維の一部は排煙２３に入り、また別の一部はスラグ２に、さらにこれと一緒に分離機５に入る。そこで、微細粒分２４は残留スラグ２５から分離される。粉塵分離機１５では、遠心力で微細粒分２４から粉塵粒分２６を分離し、残りは、二次燃焼空気２７と一緒に焼却装置３の二次燃焼区域１８に送られる。

したがって、スラグは燃焼火格子２１の端部からスラグ除去装置４に移動し、そこで、プランジャ２７を用いて分離機５に運ばれる。

稼働時は、焼却施設３と分離機５の間の通路２８がスラグ２で満たされている状態で、スラグ除去装置４がスラグで満たされている。

分離機５は風力分級機として構成されている。微細粒分２４の細かい粒子は、供給される周囲空気１１の流れに従い、粗い粒子は慣性力に従って、残留スラグ２５として搬出される。スラグ２は、カスケード状に連続的に配置された動くプレート２９からプレート３２に送られ、このとき、１つのプレートからもう１つのプレートに落ちるたびに、またプレート上を運ばれるときに、周囲空気１１の気流３３によって、残留スラグ２５から粉塵が取り除かれ、これが微細粒分２４として導管１４を介して分離機１５に送られる。

プレート２９から３２は、偏心機構３４を有するモータによって駆動され、台３５上に、ばね３６を用いて設置されている。

１ 装置
２ スラグ
３ 焼却装置
４ スラグ除去装置
５ 分離機
６ スラグ入口
７ スラグ出口
８ 閉鎖空間
９ スラグ供給装置
１０ 供給口

Claims (13)

1. スラグ除去装置（４）を用いて焼却装置（３）から焼却により熱処理されたＣＦＲＰまたはＧＦＲＰの残留物を含むスラグ（２）を分けることによる、焼却装置（３）のスラグ（２）を処理する方法であって、
   前記スラグ（２）を、風力分級機を有する分離機（５）に送り、そこで、直径が５００μｍ未満の粒子を含む微細粒分（２４）を、クロスフロー方式で水平方向に流れる気流によって残留スラグ（２５）から分離し、
   さらに遠心分離機で、直径が５００μｍ未満の粒子を含む微細粒分（２４）を選別し、
   前記微細粒分と一緒に、繊維材料、その破片、およびナノ粒子の８０％超をスラグから取り除く
   ことを特徴とする方法。
2. 前記微細粒分（２４）が、直径が１００μｍ未満の粒子を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記焼却装置（３）が、ごみ焼却施設の燃焼室（２２）を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 焼却するごみ（１９）を流動床中で焼却、または燃焼火格子（２１）上で焼却し、前記燃焼火格子上で前記スラグ除去装置（４）の方向に送ることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 前記スラグ（２）を、前記スラグ除去装置（４）中で前記分離機（５）の方向に送ることを特徴とする、請求項１～４のうちいずれか一項に記載の方法。
6. 前記スラグ（２）を、前記スラグ除去装置（４）中で、プランジャ（２８）を用いて、前記分離機（５）の方向に送ることを特徴とする、請求項１～５のうちいずれか一項に記載の方法。
7. 稼働時に前記スラグ除去装置（４）が、焼却施設（３）と分離機（５）の間の通路（２８）がスラグ（２）で満たされている状態で、スラグ（２）で満たされていることを特徴とする、請求項１～６のうちいずれか一項に記載の方法。
8. 前記微細粒分（２４）を、周囲空気（１１）および／または再循環気体と一緒に焼却装置（３）に供給することを特徴とする、請求項１～７のうちいずれか一項に記載の方法。
9. 前記微細粒分（２４）を、サイクロンとして形成されている粉塵分離機（１５）に送ることを特徴とする、請求項１～８のうちいずれか一項に記載の方法。
10. 前記微細粒分（２４）の少なくとも５０％を前記残留スラグ（２５）から取り除くことを特徴とする、請求項１～９のうちいずれか一項に記載の方法。
11. 請求項１～１０のうちいずれか一項に記載の方法によって、焼却装置（３）のスラグ（２）を処理する装置（１）であって、前記装置がスラグ除去装置（４）と分離機（５）とを有し、前記スラグ除去装置（４）がスラグ入口（６）とスラグ出口（７）とを有し、かつ前記分離機（５）はスラグ除去装置（４）を介して前記焼却装置（３）と接続されており、また前記分離機（５）が、スラグ供給口（９）と、給気口（１０）と、微細粒分排出口（１２）と、残留スラグ排出口（１３）とを有する閉鎖空間（８）に配置されている装置。
12. 前記微細粒分排出口（１２）が、サイクロンとして形成されている粉塵分離機（１５）に通じていることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
13. 前記微細粒分排出口（１２）が、前記焼却装置（３）の二次燃焼区域（１８）と直接的または間接的に接続していることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の装置。

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