JPH08507601A - 製鋼プラント廃棄物の焼却方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 製鋼オペレーションにおける油性スラッジ廃棄生成物を処理するためのプロセスであって、廃棄物スラリーを焼結ストランドの移動する孔開き移動台状へ吹き付けるステップを含む。移動台の一部の上方にバーナ・フードが配置される。移動台は、バーナー・フードの強熱領域内で強熱する焼却混合物を搬送する。強熱領域の近傍下流側にて強熱された焼却混合物上にスラリーを吹き付ける。真空システムが、強熱された焼却混合物を通してスラリーを引き込むことによりスラリーの実質的な完全燃料を確保する。

Description

【発明の詳細な説明】 製鋼プラント廃棄物の焼却方法及び装置 関連出願 本出願は、米国特許出願第０８／１９７０２２号（１９９４年１月７日出願） に関連する。 技術分野 本発明は、廃棄物の焼却のための方法及び装置を対象とする。特に、本発明は 、製鋼工程における油性スラッジの焼却を対象とする。油性スラッジは、製鋼プ ラントに設置される焼結ストランドにおけるスラッジのスラリーの燃焼による。 背景技術 一般的な総合鉄鋼プラントは、石油をコークスに変換するコークス製造機と称 される第１の設備と、鉄を製造するための溶鉱炉と称される第２の設備と、鉄か ら鋼を製造するためのメルトショップと称される第３の設備とを備えている。各 設備とも廃棄物を生成する可能性があるが、これらの廃棄物は、大気、土壌又は 水の汚染を避けるために、回収され適切に廃棄されなければならない。 各設備は水を使用し、その水はその作業等により汚染される可能性がある。汚 染された水に対して様々な処理システムが適用され、それによってしばしば２次 廃水処理が発生する。一方、３次処理は、経済的に見合うためには費用が掛かり 過ぎる。 通常、製鋼プラントにおける２次廃水処理プラント（waste water treatment plant:ＷＷＴＰ）は、上記の及び他のプラント設備からの廃水を受け取る。この 廃水は、再生又は廃棄のために比較的大きな粒状物質を除去する粒子フィルタや 、化学物質を添加したり水を除去したりしてより小さい粒状物の塊を濾過しやす い大きさにする濃縮装置等の１次処理設備から来る場合もある。 ＷＷＴＰにて受け取られた廃水は、工業用水から廃棄物を分離し除去するため に処理される。通常、ＷＷＴＰにおける処理は、微生物を用いた有機物の生物学 的な分解を含む。その後、無害な水が、例えば近隣の河川へ放水されたり、プラ ント内で再利用されたりする。無害な水から分離された脱水廃棄物を、一般にス ラッジ又は油性スラッジと称する。このスラッジは、容易に吸引できない粘着性 の物質であり、とりわけ、製鋼プラントの様々な設備において用いられ又は生成 されたグリース、オイル、及び他の炭水化物並びに有機物を含んでいる。 上述のＷＷＴＰにて生成されたスラッジは、埋め立てられていた。しかしなが ら、ある種のスラッジの構成物は常温で揮発する場合があるので、埋立て処理は 最適な廃棄方法ではない。さらに埋立て処理は、土壌及び水を汚染する可能性が あるので望ましくない。覆いや蓋のある埋立て処理の利用は、土壌や水の汚染の 危険性を低減するが、これもまた高価である。さらに覆いや蓋のある埋立て処理 も、埋立地の数量を減らすという課題は解決できない。 焼却処理は、埋立て処理に替わる方法である。廃棄物を焼却するための設備は 、ごみ焼却炉を含む。しかしながら、焼却処理は、ある種の固体廃棄物について は許容できるが、一般的に、前述のようなタイプのスラッジに対しては許容でき ない。このようなスラッジは、炭水化物等の揮発性廃棄物を含むからである。ご み焼却炉は、実質的に完全燃焼が起きる以前における揮発性物質の揮発を防ぐた めの適切な安全装置を備えていない場合がある。さらに焼却炉は、燃焼されなか った廃棄物を大気中へ放散してしまう場合がある。 総合製鋼プラントは、一般的に焼結ストランドを有する。焼結ストランドは、 溶鉱炉での使用に適切なクリンカーとするために鉄生成粒状物を塊状とするため の機械である。クリンカーは、鉄生成粒状物を十分な高温にて加熱し（以降、「 強熱する」と表現する）て、この粒状物を塊状化することにより生成される。通 常の焼結ストランドは、移動する火格子又は台、その火格子等の少なくとも一部 の上部又は周囲に配置されたバーナ・フード（燃焼装置の覆い）、及びその火格 子等の下方に配置された真空システムを具備する。比較的小さな鉄生成粒状物と 炭素源とを含む焼結混合物が、バーナ・フードの前方の火格子上に置かれ、クリ ンカーを生成するべくバーナ内にて強熱される。真空システムは、空気、燃焼ガ ス、及び微粉を回収し、処理し、そして廃棄するために焼結混合物及び火格子を 通してこれらを引き込む。本発明のプロセス及び装置によれば、ＷＷＴＰスラッ ジは、焼結混合物が強熱された後、バーナ・フード内の移動火格子上へ射出さ れることにより、実質的に完全燃焼されることが判明した。 発明の開示 本発明は、揮発性廃棄物を燃焼するための方法及び装置、すなわち、当該廃棄 物を焼結ストランドのバーナ・フード中へ射出することにより実質的な完全燃焼 を確保するための手段を提供することにより、前述の要請を満たすものである。 スラッジを燃焼させるための方法は、第１の末端と第２の末端との間で移動可 能な孔開き台と、両末端の中間において孔開き台を囲むバーナ・フードと、バー ナ・フードに対して適用するべくバーナ・フードと連携して作動する真空源とを それぞれ設けるステップを含む。焼結される材料は、第１の末端にて孔開き台上 に置かれる。この材料を、孔開き台により第２の末端へ向かって移動させながら 、焼結させるべくバーナ・フード内で強熱する。スラリーの状態である揮発性ス ラッジは、バーナ・フード内にて強熱された材料上に適用され、これによって揮 発性材料が強熱されバーナ・フード内で燃焼する。強熱された材料は、第２の末 端へと進み続ける。 揮発性スラッジの燃焼のための装置は、第１の末端と第２の末端とを有する焼 結ストランドを具備し、この焼結ストランドは、焼結させる材料を運ぶために両 末端間で移動可能な孔開き台と、両末端の中間にて孔開き台の一部の上部に配置 される入り口と出口とをもつバーナ・フードと、孔開き台に適用するべく孔開き 台と連携して作動する真空源とを備える。上記材料の少なくとも表面を強熱する べく、複数のガス・バーナがフードの入り口近傍に配置される。強熱された材料 にスラッジを適用するべく、吹き付けノズルが、ガス・バーナの前方にてバーナ ・フード内に配置される。 本発明による廃棄物の燃焼方法及び装置は、製鋼プロセスにより生成される油 性スラッジの廃棄において、及び製鋼プラントにて使用される回収プロセスと廃 棄物処理のプロセス特に有用であることが判明している。本発明による方法は、 既存の製鋼オペレーションと互換性があり、かつ既存の製鋼設備を利用すること ができる。 本発明における上記の及び他の目的並びに長所は、以下に図面を参照として説 明する。 図面の簡単な説明 本発明における上記の及び他の長所並びに新規な特徴は、以降の詳細な好適例 の説明及び添付の図面により明らかとされよう。 図１は、本発明のプロセスのブロック図である。 図２は、廃棄物が射出される焼結ストランドの概略図である。 図３は、焼結ストランドの部分拡大側面図である。 図４は、焼結ストランド上に廃棄物を射出するためのノズルの構成を示した図 である。 発明の詳細な説明 図１に示すように、２次廃水処理プラント（ＷＷＴＰ）１０は、投入口１２に て廃液を受け取る。この廃液は、スケールピットから集められた炭水化物不純物 ミルスケール、仕上げミル廃棄物、及びミルスラッジ等の製鋼プラントの設備か ら出されるオイル、グリース、及び様々な炭水化物を含んでいる。ＷＷＴＰ１０ は、化学的若しくは生物学的に、又は濾過若しくは脱水することにより、あるい はこれら若しくは他の周知のプロセスの組合せにより廃棄物質を処理する。ＷＷ ＴＰ１０からの排出物は、下水口へ排水される清浄水１６と、油性スラッジ１８ とを含む。スラッジ１８は、約３０〜３５％が固体であり、様々なオイル、有機 物質、及び他の炭水化物を含む。スラッジ１８は、粘性が高いために容易に吸引 することができない。 本発明のプロセスにおいては、スラッジ１８を混合機２０へ供給することによ り、吸引可能でかつ吹き付け可能なスラリー２２を生成する。ここで用いられる ように、スラリーは液体中における固体の懸濁体である。混合機２０は、スラリ ー２２の固体の割合が重量で２５％となるようにスラッジ１８に水を加える。さ らに、選別濾過により、スラッジ１８から大きな粒状物が除去される。選別濾過 は、供給ラインと吹き付けノズルの詰まりを防ぐために約１／８インチよりも大 きい粒状物を除去する。 混合機２０にてスラッジ１８を調製した後、スラリー２２が焼結プラント４０ へ供給される。焼結プラント４０は、図２に示すように、孔開き移動台４４を備 える焼結ストランド４２、バーナ・フード４６、及び真空装置４８を設けている 。焼結ストランド４２の作動温度は、約２３００°Ｆ〜約２７００°Ｆであり、 スラリー２２の有機化合物の発火温度以上の温度である。 図３に示すように、ストランド４２の移動台４４は、焼結混合物５２を上に載 せて搬送する火格子５０を具備する。火格子５０は連続しており、図２の矢印の 方向に焼結混合物５２を搬送する。焼結混合物５２は、溶鉱炉等の製鋼プラント の他の領域において使用するには小さすぎるような比較的小さいサイズの鉄生成 材料と、約５％のコークス・ブリーズ又は無煙炭等の炭素源とを含む。さらに、 真空装置４８により収集された鉱石粉体を移動台４４上へリサイクルしてもよい 。焼結混合物５２は、図２に示すように原材料供給器５４を用いて、焼結ストラ ンド４２の頭部５６すなわちバーナ・フード４６の上流側にて、移動する火格子 ５０上に供給される。当業者であれば、焼結プロセスにおいて空気や燃焼ガスが 十分に通り抜け引き込まれるような移動台４４の透過性を確保するべく、焼結混 合物５２を調製し移動する火格子５０上へ供給するであろう。対向する末端５８ にて放出される生成物は、焼結した鉄粒状物の塊であって、溶鉱炉にて使用する に適した顆粒状の比較的粗い形状である。この生成物は、通常、クリンカーと称 される。 バーナ・フード４６は、移動台４４の上部に配置されかつその一部分を取り囲 んでいてもよく、位置６５にて移動台４４の表面を強熱するガス・バーナ６３と 、移動台４４の上にスラリーを吹き付けるためのノズルとを具備する。図３に示 すように、移動台４４により搬送される焼結混合物５２は、バーナ・フード４６ の入り口６４近傍のガス供給ライン６０に接続されるガス・バーナ６３により強 熱される。バーナ・フード４６は、その長手方向に沿って別のガス・バーナを備 えてもよい。これは、焼結混合物５２が移動する火格子５０上に乗ってバーナ・ フード４６を通るとき、これを確実に強熱するためである。ノズル６２は、一般 的に、バーナ・フード４６内におけるガス・バーナ６３の下流側の位置６６に配 置される。ノズル６２が移動台４４の最初の強熱位置６５の下流側に位置するこ と により、混合物５２が水を含むスラリー２２を吹き付けられる前に確実に強熱さ れることを確保する。スラリー２２は、比較的低い沸点をもつ揮発性物質を含む 。スラリー２２が、強熱領域６５の下流側にて焼結混合物５２上に吹き付けられ るので、スラリー２２中の揮発性物質は、不燃焼状態で大気中へ放散される前に バーナ・フード４６内で燃焼される。 真空装置４８は、真空ライン４９及び真空ポンプ５１を具備し、移動台４４の 長手方向に沿ってその下側から真空引きする。この真空引きにより、空気が移動 台４４を通って下方へ引かれ、焼結混合物５２に含まれる燃料を燃やす。これに よって、通常、ダウンドラフト燃焼と称される。移動台４４を通して空気を引く ことに加えて、真空装置４８は、鉱石塵、微粉、吹き付けられたスラリー２２、 及び燃焼ガスを移動台の方へ引いてこれを通過させる。強熱点６５の上方かつ下 流側において、かつ真空装置４８により生じるダウンドラフトの影響下において 移動台４４にスラリー２２を吹き付けることにより、スラリー２２中の炭水化物 及び他の可燃物質を実質的に完全燃焼させる。強熱された焼結混合物５２との接 触だけでは燃焼しないスラリー２２中のいずれの物質も、燃焼する焼結混合物５ ２を通って下方へ引かれるので、燃焼することができる。こうして、スタック６ ８から放出されるガスは、実質的に不燃焼状態の炭水化物を含まない。さらに、 スラリー２２の揮発及び燃焼から生成される蒸気生成物及び燃焼生成物は、ダウ ンドラフトにより移動台４４を通して引かれ、スタック６８を通して放出される 。 焼結混合物５２の強熱の以前にスラリー２２を移動台４４へ適用すると、比較 的低い沸点をもつ物質を移動台４４を通して引いてしまい、不燃焼状態のまま大 気中へ放出してしまう可能性がある。真空装置４８により生じるダウンドラフト によって、スラリー２２の比較的質量の低い部分が移動台４４を通して引かれる 際に実質的に完全燃焼されることを確保する。最後に、スラリー２２が移動台４ ４へ吹き付けられて実質的に完全燃焼された後、真空装置４８は、静電沈降器７ ０を通して、空気、微粉、及び燃焼生成物を引き込むことによりスタック６８か ら放出される清浄なガス粒状物を分離する。 ポンプ７２は、図１に示すように、ノズル６２を通して移動台４４へスラリー ２２を適用するべく吹き付けライン７３を通してスラリー２２を供給する。ノズ ル６２は、移動台４４の移動方向に対して垂直に配置されている。移動台４４上 への吹き付け塗膜は、図４に示すように、少なくとも２つの８０°Ｖジェットノ ズルを用いて設けられる。ノズル６２は、移動台４４の全幅よりも狭くスラリー ２２を吹き付けるように配置される。横方向の縁７４及び７５を越えて吹き付け ると、不燃焼状態の物質がスタック６８へ洩れたり放散したりする可能性がある 。吹き付けが重なると、移動台４４が不測にも冷えてクリンカーの質を低下させ るおそれがある。１２フィート幅のストランドに対しては、中央部に重なりを形 成することなくストランドの幅約１０フィートの吹き付け塗膜を設けるために２ つの８０°Ｖジェットノズルが用いられた。 適切なノズル６２は、米国イリノイ州Wheaton所在のSpraying Systems Co．か ら入手可能である。ノズル６２は、ステンレス鋼の本体と、非常に研削性の高い スラリー２２に対抗する良好な耐磨耗性を備えるための高アルミナ酸化ジルコニ ウム耐火ライニングとを有する。耐火ライニングは、耐熱性も付与する。これは 、ノズル６２がバーナ・フード４６の高温環境内に配置されているからである。 耐火材料のみから形成されたノズルもまた用いることができ、それによってステ ンレス鋼と耐火材料の各々の熱膨張係数を合わせる必要性が省かれる。ノズル６ ２は、スラリーを噴霧化することにより、滴下粒の体積直径メジアン値を約２２ ０〜２５００ミクロンとすることができる。 移動台４４上へ吹き付けられるスラリー２２の質量については、移動台４４の 移動速度、焼結混合物５２の厚さ、及びバーナ・フード４６内の温度を考慮しな ければならない。さらに、スラリー２２の水分含率も考慮されなければならない 。スラリー２２の適用量が多すぎると、焼結混合物５２を冷やしすぎる結果、焼 結品質が悪化したりスラリー２２の構成物の完全燃焼を阻害したりする。適切な 大きさ及び組成をもつクリンカーは、約１０〜７０psiの圧力にてスラリーのフ ロー速度約１０〜３０ガロン／分（gpm）を用いて生成されることが明らかとな った。約４０psiの圧力にて約３０gpmのフロー速度を用いると、ＷＷＴＰ１０に て一日に生成される実質的に全てのスラッジ１８の燃焼が、焼結品質を悪化させ ることなく実現されることが判明した。 現在の一日のスラッジ１８の生成物を燃焼させることに加えて、本発明のプロ セスは、これまでＷＷＴＰ１０にて生成され、埋め立てられたり他の手段で貯蔵 されたりしたスラッジ７６を燃焼させるためにも用いることができる。貯蔵され たスラッジ７６は、選別と再水性化のために再スラリー化装置７８へと搬送され 、ここで、固体含有率約２５％であって約１／８インチ以下の粒状物を含むスラ リー２２を生成する。その後スラリー２２は、前述の移動台４０上へ適用するべ く焼結プラント４０へ供給される。 スラリー２２の適用は、既存の設備や製鋼プラントのオペレーションを実質的 に変更することなく比較的容易に実現することができる。特に、焼結ストランド ４２に対しては、基本的に、焼結混合物５２の強熱点６２の下流側にてバーナ・ フード４６内にノズル６２を追加することを必要とするのみである。さらに、焼 結選別器８０及び冷却器８２のみならず焼結プラント４０の他の標準的な構成要 素のほとんどに対して、手を加える必要がない。 以上、本発明を好適設計について説明してきたが、本発明の基本的な原理に従 いかつ当業者には周知の範囲内で本発明の開示から逸脱することなく、また前述 の主要な特徴に対して適用されかつ添付の請求の範囲の規定する本発明の要旨の 範囲内で、本発明の更なる変更、利用及び／又は適応もまた可能であることは自 明である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＬＶ ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ， ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ Ｎ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． ａ）第１の末端と第２の末端との間で移動可能な孔開き移動台と、前記両 末端の中間にて前記移動台と連携して作動するバーナ・フードと、真空引きを行 うべく前記移動台と連携して作動する真空源とを具備する焼結ストランドを設け るステップと、 ｂ）焼結される材料を前記第１の末端にて前記移動台上に置いて、該移動台に より該材料を前記第２の末端の方へ移動させるステップと、 ｃ）前記バーナ・フード内にて前記材料を強熱することにより該材料を焼結さ せるステップと、 ｄ）前記バーナ・フード内にて前記強熱された材料上へスラリーを適用するこ とにより該スラリーを該バーナ・フード内にて燃焼させるステップと、 ｅ）前記強熱された材料を前記第２の末端の方へ進行させ続けるステップとを 含む スラッジを燃焼させるためのプロセス。 ２． ａ）揮発性成分を含むスラッジを供するステップと、 ｂ）前記スラッジに対して十分な水を添加することによりスラリーを生成する ステップとを含む 請求項１に記載のプロセス。 ３． ａ）前記スラリーが重量で約２５％の固体を含むように該スラッジに十分 な水を添加するステップを含む 請求項２に記載のプロセス。 ４． ａ）前記スラリー中の粒状物が１／８インチ以下のメッシュ・サイズであ るように前記スラッジに含まれる粒状物を選別するステップを含む 請求項３に記載のプロセス。 ５． ａ）前記スラリーを約１０〜７０ｐｓｉの圧力にて適用するステップを含 む 請求項１に記載のプロセス。 ６． ａ）前記スラリーを約１０〜約３０ガロン／分の速度にて適用するステッ プを含む 請求項５に記載のプロセス。 ７． ａ）前記焼結ストランドを約２３００〜約２７００゜Ｆの温度にて作動さ せるステップを含む 請求項１に記載のプロセス。 ８． ａ）前記スラリーを、少なくとも第１の吹き付けノズルを通して前記移動 台上へ適用するステップを含む 請求項１に記載のプロセス。 ９． ａ）前記スラリーを、前記移動台の移動方向に対して垂直方向に配置され た少なくとも第１及び第２の吹き付けノズルを通して適用するステップを含む 請求項８に記載のプロセス。 １０． ａ）前記スラリーを、前記移動台の幅の約８０％の上に吹き付けるステ ップを含む 請求項９に記載のプロセス。 １１． ａ）前記スラリーを、噴霧状態にて吹き付けるステップを含む 請求項８に記載のプロセス。 １２． ａ）前記スラリーを、その滴下粒の体積直径のメジアン値が約２２０〜 ２５００ミクロンとなるように噴霧化するステップを含む 請求項１１に記載のプロセス。 １３． ａ）第１の末端と第２の末端とをもつ焼結ストランド、前記両末端の間 で移動可能であって焼結される焼結混合物を載せて搬送する孔開き移動台、前記 両末端の中間にて該移動台の一部の上方に配置されたバーナ・フード、及び真空 引きを行うべく該移動台に連携して作動する真空源と、 ｂ）前記移動台により搬送される材料を強熱するべく、前記バーナ・フード内 に設けられた少なくとも第１のガス・バーナと、 ｃ）前記移動台により搬送される材料に対してスラッジを適用するべく、前記 ガス・バーナの下流側にて前記バーナ・フード内に設けられた少なくとも第１の 吹き付けノズルとを有する 揮発性スラッジの燃焼装置。 １４． スラッジを選別しかつ再水性化することによりスラリーを生成するため のスラリー生成装置をさらに有する請求項１３に記載の装置。 １５． 前記ノズルが、Ｖジェットノズルである請求項１３に記載の装置。 １６． 前記ノズルが、ステンレス鋼を含みかつ耐火性ライニングを具備する請 求項１５に記載の装置。 １７． 前記ノズルが、耐火性材料から形成される請求項１５に記載の装置。 １８． 前記スラリーを、約１０〜３０gpmのフロー速度及び約１０〜７０psiの 圧力にて前記移動台に適用するためのポンプを有する請求項１４に記載の装置。 １９． 前記ポンプが、約３０gpmのフロー速度及び約４０psiの圧力にて前記ス ラリーを適用する請求項１８に記載の装置。