(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融スラグを受け入れる複数のモールドが設けられている搬送手段をケーシング内に設置し、溶融炉からの溶融スラグを前記モールド内に導入した後、徐冷することによって結晶化スラグを製造する方法において、前記溶融スラグを受け入れる前の空モールドを予め加熱して温度上昇させ、次いで、この温度上昇させた状態の空モールドを溶融スラグ導入位置へ移動させると共に、同空モールド内に溶融スラグを導入し、しかる後、前記モールド内の溶融スラグを徐冷することによって結晶化スラグを製造することを特徴とする結晶化スラグの製造方法。
【請求項２】
前記空モールドを少なくとも２００゜Ｃ以上に加熱することを特徴とする請求項１に記載の結晶化スラグの製造方法。
【請求項３】
溶融スラグを受け入れる複数のモールドが設けられている搬送手段をケーシング内に設置し、溶融炉からの溶融スラグを前記モールド内に導入した後、徐冷することによって結晶化スラグを製造する装置において、前記モールドへの溶融スラグ導入位置の上流側に、前記溶融スラグを受け入れる前の空モールドを予め加熱する加熱手段を設けたことを特徴とする結晶化スラグの製造装置。
【請求項４】
前記溶融スラグを受け入れる前の空モールドの温度を検出する温度検出手段を設けると共に、同温度検出手段の検出温度に基づいて前記加熱手段による加熱量を制御するモールド初期温度コントロール手段を設けたことを特徴とする請求項３に記載の結晶化スラグの製造装置。
【請求項５】
前記空モールドの加熱領域における前記ケーシングの内面にモールド放射遮蔽用の保温材を配設したことを特徴とする請求項３又は４に記載の結晶化スラグの製造装置。
【請求項６】
前記溶融スラグ導入位置の下流側領域における前記ケーシングの内面にスラグ放射遮蔽用の耐火材を配設したことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の結晶化スラグの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水汚泥、都市ごみ及び産業廃棄物などの焼却灰を溶融する灰溶融炉から出る溶融スラグを徐冷することにより結晶化スラグを得る結晶化スラグの製造方法及びその製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、下水汚泥、都市ごみ及び産業廃棄物などの焼却灰（粉体無機物）は、その資源化、減容化及び無害化を図るために、灰溶融炉によって溶融され、スラグとして取り出されている。しかも、この溶融スラグは、図４（ａ），（ｂ）に示すような製造装置を使用することにより結晶化され、その強度を確保する手段が採られている。この製造装置は、溶融スラグ５１を受け入れる複数のモールド５２と、同モールド５２を移動させる無端駆動チェーン５３と、これらモールド５２及び駆動チェーン５３を格納するケーシング５４とから構成されており、同ケーシング５４の天井壁には水冷ジャケット５５が配設されている。
したがって、上記製造装置においては、図示しない灰溶融炉から排出される溶融スラグ５１をケーシング５４内の空のモールド５２に導入し、駆動チェーン５３で移動させながらその中で溶融スラグ５１を自然放熱により徐冷し、結晶化スラグを製造している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の結晶化スラグの製造方法及び製造装置では、溶融スラグ５１をケーシング５４内の空のモールド５２にそのまま入れ、単に自然放熱により徐冷しているのに過ぎないので、結晶化したスラグが安定的に得られないという問題があった。
一般に、結晶化スラグを製造するには、８００゜Ｃ以上の高温領域での保持時間が重要であると言われている。ところが、約１４００゜Ｃの溶融スラグ５１の冷却速度は早いので、空のモールド５２への溶融スラグ５１の受け入れ開始後、１０分間程度で６００゜Ｃまで低下してしまう。
図５は溶融スラグ５１の温度変化実測例を示している。同図に示す如く、溶融スラグ５１の受け入れ後、８００゜Ｃ以上を１０分間保持した試験例▲１▼ではスラグが結晶化しており、その温度を１０分間保持しなかった試験例▲２▼ではスラグが結晶化していない。このような試験結果より、スラグを結晶化させるためには、溶融スラグ５１をモールド５２に導入した後の１０分間が重要であり、この間の温度コントロールが必要となることが判かった。
【０００４】
本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、溶融炉から排出される溶融スラグを確実に結晶化させることが可能な結晶化スラグの製造方法及びその製造装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の有する課題を解決するため、本発明においては、溶融スラグを受け入れる複数のモールドが設けられている搬送手段をケーシング内に設置し、溶融炉からの溶融スラグを前記モールド内に導入した後、徐冷することによって結晶化スラグを製造する方法において、前記溶融スラグを受け入れる前の空モールドを予め加熱して温度上昇させ、次いで、この温度上昇させた状態の空モールドを溶融スラグ導入位置へ移動させると共に、同空モールド内に溶融スラグを導入し、しかる後、前記モールド内の溶融スラグを徐冷することによって結晶化スラグを製造している。
また、本発明は、溶融スラグを受け入れる複数のモールドが設けられている搬送手段をケーシング内に設置し、溶融炉からの溶融スラグを前記モールド内に導入した後、徐冷することによって結晶化スラグを製造する装置において、前記モールドへの溶融スラグ導入位置の上流側に、前記溶融スラグを受け入れる前の空モールドを予め加熱する加熱手段を設けている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【０００７】
図１は本発明の実施の形態に係る結晶化スラグの製造装置を示す断面図、図２はその製造装置が適用される設備の一部概要を示す説明図、図３はモールド初期温度の影響を示す説明図である。
本実施の形態に係る結晶化スラグの製造装置１は、図１及び図２に示す如く、灰溶融炉２の下方に設備され、結晶化スラグ３を製造するものであり、溶融スラグ４を受け入れる複数のモールド５と、これらモールド５を一定の間隔を置いて無端体の駆動チェーンに設けてなるコンベア（搬送手段）６と、モールド５およびコンベア６を設置して格納するケーシング７とをそれぞれ備えている。
【０００８】
上記灰溶融炉２の炉内には、図示しない燃料タンクから燃料（重油等）８が供給され、図示しないエアタンク等から空気９、高温空気１０及び酸素富化空気１１が供給されると共に、図示しない焼却灰ホッパから焼却灰１２が供給されるようになっており、これら燃料８、空気９，１０，１１及び焼却灰１２を炉内で燃焼させてスラグ４を溶融するように構成されている。この溶融スラグ４は、図２の矢印で示す如く、灰溶融炉２の下部から重力により落下しながら製造装置１のケーシング７内に導かれるようになっている。
灰溶融炉２の上部には、炉内で発生した排ガスを再度燃焼させる二次燃焼室１３が設けられており、この二次燃焼室１３内には燃料１４、水分を含む空気１５及び高温空気１６が供給されるようになっている。また、灰溶融炉２及び二次燃焼室１３に関連して、同二次燃焼室１３から排出された排ガス１７を処理する排ガス処理設備１８が設備されている。そして、処理された排ガス１７は図外の煙突へ送られるようになっている。
【０００９】
一方、本実施の形態の製造装置１は、図１に示す如く、灰溶融炉２の下部に設けた排出孔（図示せず）と対応して配置され、導入した溶融スラグ４を徐冷することによって結晶化スラグ３を製造するものであり、溶融スラグ４を受け入れる複数のモールド５と、これらモールド５を一定の間隔を置いて無端体の駆動チェーンに設けてなるコンベア（搬送手段）６と、モールド５およびコンベア６を設置して格納するケーシング７をそれぞれ備えている。
モールド５は、溶融スラグ導入位置Ａで溶融スラグ４を受け入れるべく開口が上向きの断面コ字状に形成されており、循環回転するコンベア６によって所定の速度で移動し、溶融スラグ４の受け入れと徐冷に必要な時間を確保できるようになっている。
【００１０】
そして、上記モールド５への溶融スラグ導入位置Ａの上流側であって、ケーシング７の上部には、溶融スラグ４を受け入れる前の空モールド５ａを予め加熱する複数（本実施形態では２本）の加熱バーナ（加熱手段）１９が空モールド５ａと対応して設けられている。すなわち、空モールド５ａは、加熱バーナ１９によって初期温度が少なくとも２００゜Ｃ（好ましくは４００゜Ｃ）以上に加熱されるようになっている。これは、スラグ温度を降下させる要因は溶融スラグ４からケーシング７への放射冷却と冷たいモールド５への熱伝導による放熱が支配的と考えられているからである。
図３（ａ），（ｂ）は数値シミュレーションによりスラグ温度の変化を予測したもので、図３（ａ）はモールド初期温度を２００゜Ｃとした場合、図３（ｂ）はモールド初期温度を４００゜Ｃとした場合を示している。図３（ａ），（ｂ）は、共にスラグ放射率をパラメータとしており、各線に付した符号の条件は下記の表１に示している。なお、図３（ａ）において、Ｃはモールド熱容量支配域、Ｄは周囲冷却条件支配域をそれぞれ示している。
【００１１】
【表１】
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【００１２】
上記モールド初期温度の条件下の試験結果により、スラグ冷却過程において、初期の７分以内はモールド熱容量の影響が支配であり、その後徐々にスラグ放射の影響が現れる。そして、モールド初期温度を２００゜Ｃ上昇させることで、１０分後のスラグ温度は約１００゜Ｃの上昇が見込めることが判る。
このような観点から、本実施の形態では、モールド初期温度をコントロールする加熱バーナ１９、放射温度計（温度検出手段）２０及びバーナ出力コントローラ（モールド初期温度コントロール手段）２１が配設されていると共に、放射冷却を遮蔽する保温材２２及び耐火材２３が配設されている。
【００１３】
上記放射温度計２０は、溶融スラグ導入位置Ａ側の加熱バーナ１９の近傍に位置するケーシング７の上部に設けられ、空モールド５ａの上方に配置することによって、溶融スラグ４を受け入れる前の空モールド５ａの温度を検出するものである。そして、上記バーナ出力コントローラ２１は、放射温度計２０からの空モールド５ａの検出温度信号に基づいて加熱バーナ１９による加熱量を制御するものであり、ケーブル２４，２５を介して加熱バーナ１９及び放射温度計２０に接続されている。なお、モールド初期温度の設定値は、溶融スラグ４の性状、モールド５の容積、スラグ処理量の影響を受けるため、運転条件にあった適正値が決められる（２００゜Ｃ程度、好ましくは４００゜Ｃ）。
【００１４】
上記保温材２２は、空モールド５ａの加熱領域におけるケーシング７の上部内面に配設されている。また、上記耐火材２３は、溶融スラグ導入位置Ａの下流側領域におけるケーシング７の上部内面に配設されており、その長さはモールド５の３〜４個分（時間では２０分間程度）に相当する大きさに形成されている。なお、ケーシング７の天井壁には、水冷ジャケット２６が配設されている。
【００１５】
このような構成の製造装置１を使用して結晶化スラグ３を製造するには、予め加熱バーナ１９により空モールド５ａを加熱して温度上昇させ、当該空モールド５ａを設定された初期温度（本実施の形態では、２００゜Ｃ又は４００゜Ｃ）に保持する。この状態で、灰溶融炉２の炉内で溶融された溶融スラグ４を下部から重力によって落下させ、溶融スラグ導入位置Ａへ移動させた空モールド５ａ内に導入する（図１参照）。しかる後、溶融スラグ４が導入されたモールド５をコンベア６によって所定距離（モールド１個分）搬送すると共に、空モールド５ａを溶融スラグ導入位置Ａに移動させ、同様の手順で溶融スラグ４を空モールド５ａ内に導入する。
このような操作を繰り返し、モールド５をケーシング７の出口（図中、右側端部）まで搬送しながら、モールド５内の溶融スラグ４を徐冷し、ケーシング７から落下させて回収すれば、結晶化スラグ３が得られる（図２参照）。
【００１６】
本実施の形態に係る製造方法及び製造装置１では、溶融スラグ４を受け入れる前の空モールド５ａを加熱バーナ１９によって予め加熱し、該空モールド５ａを所望の温度（２００゜Ｃ又は４００゜Ｃ）に上昇させてから空モールド５ａ内に溶融スラグ４を導入し、その後に徐冷しているため、溶融スラグ４を受け入れた後のスラグ温度を８００゜Ｃ以上に１０分間保持でき、結晶化スラグ３を確実に製造することができる。また、本実施の形態に係る製造装置１では、空モールド５ａの温度を検出する放射温度計２０及び加熱バーナ１９の加熱量を制御するバーナ出力コントローラ２１を設けているため、空モールド５ａを運転条件にあった適正な温度に設定することができる。さらに、ケーシング７の上部内面のうち、空モールド５ａの加熱領域には保温材２２が設けられ、溶融スラグ導入位置Ａの下流側領域には耐火材２３が設けられているため、ケーシング７へのモールド５の放熱と溶融スラグ４の放熱を防止することができる。
【００１７】
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び変更を加え得るものである。
例えば、本発明の実施の形態では、２本の加熱バーナ１９を設けたが、モールド５の容積、スラグ処理量等によって１本あるいは３本以上設けることができる。また、温度検出手段として、放射温度計２０を用いたが、空モールド５ａの温度を確実に検出できれば、熱電温度計その他の温度計を使用することもできる。さらに、本発明は、旋回灰溶融炉のみならず、プラズマ灰溶融炉、バーナ溶融炉等、すべての灰溶融炉に適用できる。
【００１８】
【発明の効果】
上述の如く、本発明に係る結晶化スラグの製造方法は、溶融スラグを受け入れる複数のモールドが設けられている搬送手段をケーシング内に設置し、溶融炉からの溶融スラグを受け入れる前の空モールドを予め加熱して温度上昇させ、次いで、この温度上昇させた状態の空モールドを溶融スラグ導入位置へ移動させると共に、同空モールド内に溶融スラグを導入し、しかる後、前記モールド内の溶融スラグを徐冷することによって結晶化スラグを製造しているので、品質の優れた結晶化スラグを安定的に得ることができる。
【００１９】
また、本発明に係る結晶化スラグの製造装置は、溶融スラグを受け入れる複数のモールドが設けられている搬送手段をケーシング内に設置し、溶融炉からの溶融スラグを前記モールド内に導入した後、徐冷することによって結晶化スラグを製造するものであって、前記モールドへの溶融スラグ導入位置の上流側に、前記溶融スラグを受け入れる前の空モールドを予め加熱する加熱手段を設けているので、溶融スラグを確実に結晶化させることができる。
さらに、本発明に係る結晶化スラグの製造装置において、前記溶融スラグを受け入れる前の空モールドの温度を検出する温度検出手段を設けると共に、同温度検出手段の検出温度に基づいて前記加熱手段による加熱量を制御するモールド初期温度コントロール手段を設ければ、空モールドを運転条件に適合した温度に設定することが可能になるため、品質の優れた結晶化スラグが得られる。
しかも、本発明に係る結晶化スラグの製造装置において、前記空モールドの加熱領域における前記ケーシングの内面にスラグ放射遮蔽用の保温材を配設したり、あるいは前記溶融スラグ導入位置の下流側領域における前記ケーシングの内面にスラグ放射遮蔽用の耐火材を配設したりすれば、モールド及び溶融スラグの放熱も防ぐことができ、さらに品質の優れた結晶化スラグが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る結晶化スラグの製造装置を断面にして示すもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその側面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る結晶化スラグの製造装置が適用される灰溶融炉の設備の一部を示す概念図である。
【図３】時間経過に伴うモールド内のスラグ温度降下の状況を示すもので、（ａ）はモールド初期温度が２００゜Ｃの場合の線図、（ｂ）はモールド初期温度が４００゜Ｃの場合の線図である。
【図４】従来の実施の形態に係る結晶化スラグの製造装置を断面にして示すもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその側面図である。
【図５】スラグ冷却速度と結晶化状態の関係を示す線図である。
【符号の説明】
１  製造装置
２  灰溶融炉
３  結晶化スラグ
４  溶融スラグ
５  モールド
５ａ  空モールド
６  コンベア
７  ケーシング
１９  加熱バーナ
２０  放射温度計
２１  バーナ出力コントロール
２２  保温材
２３  耐火材
Ａ  溶融スラグ導入位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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