JPH1054537A

JPH1054537A - スラグ性状調整方法及びスラグ生成装置

Info

Publication number: JPH1054537A
Application number: JP21247396A
Authority: JP
Inventors: Yuya Yamahata; 祐哉山畑
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1996-08-12
Filing date: 1996-08-12
Publication date: 1998-02-24

Abstract

(57)【要約】【課題】スラグの粒径、強度、形状等の性状を調整す
る。【解決手段】燃焼溶融炉から排出される溶融スラグを
冷却して固形スラグを生成するにあたり、溶融スラグの
冷却速度を制御して固形スラグの性状を調整する。つま
り、溶融スラグの冷却速度が速いと、スラグ塊の表面と
内部で大きな温度差が生じ、その熱衝撃で細かなクラッ
クが発生して、角ばった形状で、強度が小さい、比較的
細かいスラグ粒になるが、ゆっくり冷却すると比較的大
きな粒径で、丸い形状の、強度が高い緻密な性状のスラ
グが得られる。そこで、燃焼溶融炉１のスラグ排出口５
の下方に傾斜板１２を配置し、この傾斜板１２の上面に
水を噴射する水噴射ノズル１３を設け、落下途中の溶融
スラグ２０に水を噴射し、その噴射量を制御してスラグ
の粒径、強度、形状等の性状を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融スラグを冷却
固化してスラグを生成するスラグ生成装置に係り、特に
廃棄物等を熱分解して得られる熱分解ガスを燃焼処理す
る燃焼溶融炉から排出されるスラグの性状（粒径、強
度、形状など）を調整する方法及び装置に関する。ここ
でいう廃棄物には、家庭やオフィスなどから出される都
市ごみ等の一般廃棄物、廃プラスチック、カーシュレッ
ダー・ダスト、廃オフィス機器、電子機器、化成品等の
産業廃棄物など、可燃物を含む。

【０００２】

【従来の技術】都市ごみ等の一般廃棄物や、廃プラスチ
ックなどの産業廃棄物等、種々の廃棄物を、焼却等によ
り処理する廃棄物処理装置としては、種々の方式のもの
が提案されている。例えば、特公平６−５６２５３号公
報に記載された廃棄物処理装置によれば、まず、廃棄物
を低酸素雰囲気で加熱することにより熱分解してガスと
固体（以下、熱分解残留物という。）とに分け、熱分解
ガスは燃焼溶融炉に導いて燃焼処理し、その燃焼廃熱を
廃熱ボイラで回収するようにしている。一方、熱分解残
留物は、篩などの分離装置によって微細な細粒成分、や
や細かい粗粒成分、やや粗い粗粒成分など、大きさに応
じた成分に適宜分離する。そして、細粒成分とやや細か
い粗粒成分からなる熱分解残留物は、上述した燃焼溶融
炉に送って熱分解ガスとともに焼却処理する。この焼却
処理において発生する燃焼残留物、つまり灰分など不燃
性成分の大部分は、燃焼熱により溶融されて溶融スラグ
となる。また、熱分解ガスに同伴して運ばれてくる不燃
性の飛散灰の大部分も、燃焼溶融炉における燃焼熱によ
り溶融されて溶融スラグとなる。この溶融スラグは、燃
焼溶融炉の底部から排出して冷却することにより固形化
される。他方、燃焼溶融炉で溶融されず、燃焼排ガスに
同伴して排出される飛散灰等の微細な不燃性成分（以
下、ダストという。）は、例えば燃焼溶融炉の後段に配
置されている廃熱ボイラ、排ガス冷却塔、あるいは排ガ
ス濾過装置などにおいて補集され、これら補集されたダ
ストを燃焼溶融炉へ戻し、溶融スラグに混入させて固形
化するようにしている。つまり、熱分解残留物のうちの
微細成分ないし比較的細かな粗粒成分、及び排ガス濾過
装置などに補集された飛散灰等のダストなどを燃焼溶融
炉で溶融させ、しかる後に冷却して固形化することによ
り、取り扱いが容易な形状等に形成している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した廃棄物処理装
置においては、燃焼溶融炉から排出される溶融スラグ
（溶融温度は、約１３００℃）を、炉底に設けたスラグ
排出口から水槽内に落下させて冷却して、固形のスラグ
を生成するようにしている。そして、生成されたスラグ
は、道路舗装や建造物の骨材等への再利用が考えられて
いることから、できるだけ粒径、強度、形状等の性状が
揃ったスラグが要望される。

【０００４】しかし、従来の技術のように、高温の溶融
スラグを水槽内に落下させて冷却させる方法によると、
溶融スラグは約１３００℃からいきなり水温約６０〜８
０℃の水により急激に冷却されるため、スラグの塊が熱
収縮を受けて細かく割れ、角ばった形状になったり、壊
れやすい強度のスラグが生成されてしまい、大きさ(粒
径)が不揃いで、壊れやすく、また丸や角ばった形状の
不揃いのスラグ等が生成されてしまう。

【０００５】本発明が解決しようとする課題は、スラグ
の粒径、強度、形状等の性状を調整することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、廃棄物の熱分
解ガスを燃焼させて不燃性物質を溶融させる燃焼溶融炉
から排出される溶融スラグを冷却して固形スラグを生成
するにあたり、溶融スラグの冷却速度を制御して固形ス
ラグの性状を調整することを特徴とする。

【０００７】つまり、高温の溶融スラグを急激に冷却す
ると、スラグ塊の内部は冷却されにくいから、スラグ塊
の表面と内部で冷却の程度に大きな差が生じ、それによ
る応力差で、細かなクラックが発生して、角ばった形状
の比較的細かいスラグ粒になる。また、細かなクラック
が発生するから、強度の低いものとなる。一方、スラグ
塊の表面と内部の冷却の程度に差が生じないようにゆっ
くり冷却すると、比較的大きな粒径で、丸い形状の、強
度が高い緻密な性状のスラグが得られる。そこで、溶融
スラグの冷却速度を制御して、所望の性状を有するスラ
グを得ようというものである。

【０００８】ここで、冷却速度を制御する方法として
は、溶融スラグを燃焼溶融炉のスラグ排出口から自由落
下させ、この落下の途中の溶融スラグに水と水蒸気の少
なくとも一方を噴射し、その噴射位置と噴射量の少なく
とも一方を制御することが好ましい。水蒸気は、水に比
べて冷却能力が小さいので、冷却速度を大きく調整でき
る。

【０００９】また、本発明のスラグ性状調整方法は、燃
焼溶融炉のスラグ排出口の下方に傾斜板を配置し、この
傾斜板の上面に水を噴射する水噴射ノズルを設けてなる
スラグ性状調整装置により実現できる。これに代えて、
燃焼溶融炉のスラグ排出口の下方に、水と水蒸気の噴射
ノズルの少なくとも一方を多段に配設してなるスラグ性
状調整装置とすることができる。

【００１０】なお、本発明のスラグ性状調整装置を用い
る場合、従来の水槽を省略することも可能であるが、水
槽を併設して、協調させて冷却するようにしてもよい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を、図面
を参照して説明する。図１に、本発明に係るスラグ性状
調整方法を実施するのに好適なスラグ生成装置の構成図
を示す。本例は、廃棄物の熱分解ガスを燃焼させて不燃
性物質を溶融させる燃焼溶融炉に適用したものである。
図示のように、燃焼溶融炉１は、空洞の炉体２の炉頂部
にバーナ３を取り付け、炉底部から横方向に燃焼排ガス
の煙道４を引き出し、この煙道４の底面に溶融スラグの
スラグ排出口５が設けられ、スラグ排出口５から下方に
向けてスラグ排出筒６が延在され、その先端は水槽７の
水面８の下に没して配置されている。炉体２、煙道４、
スラグ排出筒６等の内面には耐熱材９が張られている。

【００１２】スラグ排出筒６の内部に、本発明の特徴に
係るスラグ生成装置１１が設けられている。スラグ生成
装置１１は、図２の斜視図に示すように、傾斜板と、こ
の傾斜板１２の上面に水を噴射する水噴射ノズル１３を
有して構成されている。傾斜板１２の一端は支持片１４
を介して支持軸１５に固定され、支持軸１５は、図示し
ていないが、スラグ排出筒６に回転可能に、かつ任意の
回転角度位置で固定可能に支持されている。水噴射ノズ
ル１３の一端は閉塞され、他端はホース継ぎ手１６を介
してホースが接続可能に形成されている。そして、水噴
射ノズル１３の筒壁には、傾斜板１２の上面に水を噴射
する穴１６が複数穿設されている。また、傾斜板１２の
両側縁部には、折り曲げてなる鍔１８が形成されてい
る。

【００１３】次に、このように構成されるスラグ生成装
置の動作を説明する。まず、スラグ生成に係る溶融スラ
グが生成される状況を説明する。バーナ３に熱分解ガス
Ｇが供給されると、１次空気Ａと混合されて炉内に吹き
出され、図示していないパイロットバーナにより着火さ
れる。熱分解ガスＧには、通常、熱分解により生じた可
燃性及び不燃性の粉粒体が含まれており、可燃性の粉粒
体は熱分解ガスとともに燃焼され、不燃性の粉粒体（主
として灰分など）は燃焼熱により溶融される。燃焼溶融
炉１内で発生した燃焼排ガスは煙道４を通って排出され
る。また、図示していないが、熱分解処理の過程で発生
する可燃性の残留物や、不燃性の残留物を、燃焼溶融炉
１内に投入して、燃焼ないし溶融させることができ、こ
の場合の不燃性の残留物も溶融される。このようにして
溶融された不燃物は、燃焼溶融炉１の炉内壁に付着して
溶融スラグとなり、炉内壁を伝って流下して、スラグ排
出口５に達する。

【００１４】ここで、図３に示すように、スラグ排出口
５は、溶融スラグ２０をスラグ排出口５の開口縁部２１
の１ヶ所（燃焼溶融炉１側の縁部が好ましい）からスラ
グ排出筒６内に流下させるように、スラグ排出口５付近
の煙道４の底面の高さに変化が付けられている。そし
て、スラグ排出口５に達した溶融スラグ２０は、スラグ
排出口５の縁部２１からスラグ排出筒６内に落下し、傾
斜板１１の上面に達する。このとき、傾斜板１２の上面
に達した溶融スラグ２０は、水噴射ノズル１３から噴射
されている水流によって冷却され、固化あるいは冷却の
衝撃（熱応力の変化）によって破砕されながら、傾斜板
１２の表面を移動して、その端部から水槽７内に落下し
て底部に集積される。なお、傾斜板１２の不使用時は、
図示破線の位置に退避させておく。

【００１５】このようにして形成される固化スラグの粒
径、強度及び形状は、主として冷却速度に支配されるこ
とを知見した。つまり、例えば、約１３００℃の溶融ス
ラグを水温が６０〜８０℃の水槽内に落下させて急激に
冷却すると、スラグ塊の内部と表面とで冷却の程度に大
きな差が生じ、それによる熱衝撃によりクラックが発生
し、そのクラックによりスラグ塊が破砕される。そのた
め、角ばった形状の比較的細かいスラグ粒になるととも
に、細かなクラックが沢山生ずると強度の低いスラグ粒
になる。

【００１６】そこで、図１に示したスラグ生成装置で
は、スラグ塊の表面と内部の冷却速度の差を調整可能に
すべく、傾斜板１２を設けて溶融スラグの落下を一旦受
け、水噴射ノズル１３から水を噴射し、その水流により
傾斜板１２上の溶融スラグを冷却するようにして、冷却
速度を調整するようにしている。冷却速度は、主とし
て、水の噴射量を調整することによるが、傾斜板１２の
角度θ、及び高さ位置を調整しても変化する。これによ
り、所望の粒径、強度、形状のスラグ粒を生成すること
ができる。例えば、ゆっくり冷却すると、比較的大きな
粒径で、丸い形状の、強度が高い緻密な性状のスラグ粒
を得ることができる。

【００１７】ところで、溶融スラグ２０の生成量は、燃
焼溶融炉に投入される不燃性物質の量などに応じて変化
するから、スラグ生成装置に流下してくる流量も変化す
るので、これに合わせて水噴射量を調整しなければなら
ない。また、不燃性物質の性状に応じて、あるいは燃焼
溶融炉の温度に応じて、溶融スラグの流動性も変化する
ので、これに応じて水噴射量を調整する必要がある。

【００１８】次に、図４に、本発明のスラグ生成装置の
他の実施の形態を示す。本例が図１，２の例と異なる点
は、傾斜板式の冷却方式に代えて、複数段（図は、２段
の例を示す。）の円環状の水噴射ノズル２５Ａ，２５Ｂ
を設けた点にある。それぞれの噴射ノズル２５Ａ，Ｂに
は、円環の中心に向けて複数の穴２６が穿設されてお
り、溶融スラグ２０の落下線が円環の中に位置するよう
に配置されている。そして、噴射ノズル２５Ａ，Ｂに
は、給水管２７Ａ，Ｂからそれぞれ水が供給されるよう
になっており、水量は弁２８Ａ，Ｂの開度を手動で、あ
るいは自動で制御することにより調整可能になってい
る。また、水噴射ノズル２５Ａ，Ｂの設置高さ位置は、
水面８を基準に設定され、図では、水噴射ノズル２５Ｂ
は水面からＨ２の高さ位置に、水噴射ノズル２５Ａは水
噴射ノズル２５ＢからＨ１の高さ位置に配置されてい
る。

【００１９】このように構成されることから、それぞれ
の水噴射ノズル２５Ａ，Ｂから噴出する水量を調整する
ことにより、溶融スラグの冷却速度を調整することがで
きるから、前述したのと同様の理由により、所望の性状
のスラグ粒を得ることができる。

【００２０】図５に本発明のスラグ生成装置に係る更に
他の実施形態の構成図を示す。本例が他の例と相違する
点は、図４の水噴射ノズルに代えて、冷却材噴射ヘッド
３１をスラグ排出筒６の円周方向にそって複数（図で
は、対向させて２つ）配置し、かつ高さ方向に複数段配
置したことにある。そして、それぞれの冷却材噴射ヘッ
ド３１から噴出する水量を弁３２の開度によって調整
し、溶融スラグの冷却速度を制御可能になっている。し
たがって、本例によっても、前述した各実施形態と同
様、所望性状のスラグ粒を得ることができる。

【００２１】特に、図５の実施形態において、冷却材噴
射ヘッド３１から水蒸気を噴出するようにすることがで
きる。つまり、水蒸気の冷却能は水に比べて小さいこと
から、冷却速度を遅くすることができる。また、冷却材
噴射ヘッド３１に水と水蒸気を混ぜ合わせて噴射させた
り、上段の冷却材噴射ヘッド３１からは水蒸気を噴射さ
せ、下段の冷却材噴射ヘッド３１からは水を噴射させる
ようにして、様々な冷却速度のパターンを作り出すこと
ができる。

【００２２】次に、図６を参照して、上述した本発明の
スラグ生成装置を備えた燃焼溶融炉を適用してなる廃棄
物処理装置の実施形態を説明する。廃棄物は例えば１５
０ｍｍ以下に粉砕されて、スクリューフィーダ５１によ
り回転ドラム式の熱分解反応器５２に導入され、内壁に
配設された複数の加熱管に通流される熱媒により、３０
０℃〜６００℃（通常は４５０℃）程度に加熱され、こ
れにより低酸素雰囲気で熱分解される。熱分解反応器５
２にて発生した熱分解ガスと熱分解残留物は排出装置５
３に導かれ、熱分解ガスは管路を介して燃焼溶融炉１の
バーナ３に供給される。熱分解残留物は冷却装置５４に
おいて８０℃程度にまで冷却された後、分離装置５５に
送られる。分離装置５５は、例えば篩、磁選式、うず電
流式、遠心式または風力選別式等の公知の分離装置が用
いられ、熱分解カーボン等の可燃性の粉粒体と、不燃焼
性成分である金属成分および非金属成分等に分離する。
なお、可燃性の粉粒体には、熱分解カーボンの他に、微
細な灰分等の不燃性成分が含まれ、ホッパー５６に排出
される。他の分離成分は、適宜、コンテナないしホッパ
ーに排出される。ホッパー５６内の粉粒体は、管路を介
して燃焼溶融炉１のバーナ３に供給される。

【００２３】燃焼溶融炉１とスラグ生成装置の構成及び
動作は図１〜４で説明したとおりである。そして、燃焼
溶融炉１で発生した高温の燃焼排ガスは、図示しない熱
交換器（高温空気加熱器）で熱分解反応器５２の加熱管
に通流する加熱空気を加熱した後、管路を介して廃熱ボ
イラ６０へ供給される。廃熱ボイラ６０は燃焼排ガスの
熱により蒸気を発生し、これにより蒸気タービン発電機
６１を回転して電力を回収する。廃熱ボイラ６０から排
出される燃焼排ガスは、集塵器６２に導かれて除塵さ
れ、さらに脱塩素装置等のガス浄化装置６３で処理され
た後、誘引送風機６４を介して煙突６５からへ大気へ放
出される。この燃焼排ガスの一部は管路６６を経て冷却
装置５４に冷却媒体として供給されている。

【００２４】以上、本発明を図示の実施形態について詳
述したが、本発明はそれらの実施形態のみに限定される
ものではなく、本発明の精神を逸脱せずして種々改変を
加え、多種多様の変形をなし得ることはいうまでもな
い。

【００２５】

【発明の効果】上述したように、本発明のスラグ性状調
整方法及びスラグ生成装置によれば、燃焼溶融炉から排
出される溶融スラグを固化してスラグ粒を形成するに当
たり、スラグ粒の粒径、強度、形状などの性状を、容易
に制御できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスラグ生成装置を燃焼溶融炉に適用し
てなる一実施形態の構成図である。

【図２】図１に示したスラグ生成装置の詳細を示す斜視
図である。

【図３】図１に示したスラグ生成装置の動作を説明する
ための図である。

【図４】本発明のスラグ生成装置の他の実施形態の構成
図である。

【図５】本発明のスラグ生成装置の更に他の実施形態の
構成図である。

【図６】本発明のスラグ生成装置を備えた燃焼溶融炉を
適用してなる廃棄物処理装置の系統構成図である。

【符号の説明】１燃焼溶融炉３バーナ４煙道５スラグ排出口７水槽１１スラグ生成装置１２傾斜板１３水噴射ノズル１５支持軸２０溶融スラグ２１縁部２５Ａ，Ｂ水噴射ノズル２８Ａ，Ｂ弁３１冷却材噴射ヘッド３２弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】廃棄物の熱分解ガスを燃焼させて不燃性
物質を溶融させる燃焼溶融炉から排出される溶融スラグ
を冷却して固形スラグを生成するにあたり、前記溶融ス
ラグの冷却速度を制御して前記固形スラグの性状を調整
することを特徴とするスラグ性状調整方法。
【請求項２】請求項１に記載のスラグ性状調整方法に
おいて、前記溶融スラグを前記燃焼溶融炉のスラグ排出
口から自由落下させ、この落下の途中の前記溶融スラグ
に水と水蒸気の少なくとも一方を噴射し、その噴射位置
と量の少なくとも一方を制御することにより、前記冷却
速度を制御することを特徴とするスラグ性状調整方法。
【請求項３】請求項１又は２に記載のスラグ性状調整
方法において、前記固形スラグの調整する性状は、粒
径、強度、形状のいずれか１つであることを特徴とする
燃焼溶融炉のスラグ性状調整方法。
【請求項４】廃棄物の熱分解ガスを燃焼させて不燃性
物質を溶融させる燃焼溶融炉から排出される溶融スラグ
を冷却して、固形スラグを生成するスラグ生成装置であ
って、前記燃焼溶融炉のスラグ排出口の下方に傾斜板を
配置し、この傾斜板の上面に水を噴射する水噴射ノズル
を設けてなるスラグ性状調整装置を備えたことを特徴と
するスラグ生成装置。
【請求項５】廃棄物の熱分解ガスを燃焼させて不燃性
物質を溶融させる燃焼溶融炉から排出される溶融スラグ
を冷却して、固形スラグを生成するスラグ生成装置であ
って、前記燃焼溶融炉のスラグ排出口の下方に、水と水
蒸気の噴射ノズルの少なくとも一方を多段に配設してな
るスラグ性状調整装置を備えたことを特徴とするスラグ
生成装置。
【請求項６】請求項５に記載のスラグ生成装置におい
て、前記スラグ性状調整装置の噴射ノズルは、溶融スラ
グの落下経路を囲んで環状に配設されてなることを特徴
とするスラグ生成装置。