(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動炉の炉体の下部に、流動炉の炉底部と気相燃焼部とに接続された焼結部を設けておき、炉内に投入された粒状骨材を流動媒体とともに焼結部に導入したうえ、焼結部に燃焼用空気を供給して流動媒体を気相燃焼部に返送しながら粒状骨材を焼結部に残留させる分級を行わせ、次に焼結部に燃料と燃焼用空気とを供給して高温燃焼させることにより粒状骨材を高温で焼結させ、その後焼結部の下端から焼結済みの粒状骨材を排出することを特徴とする粒状骨材の焼結方法。
【請求項２】
粒状骨材の焼結中、焼結部と炉底部との間をマテリアルシールまたはダンパにより遮断する請求項１記載の粒状骨材の焼結方法。
【請求項３】
流動炉の炉体の下部に、燃焼用空気供給管と燃料供給管とを備えた直管状の焼結部を設けるとともに、この焼結部を上方の垂直管により流動炉の気相燃焼部に接続し、また垂直管の下部から斜めに分岐させた連結管により炉底部に接続したことを特徴とする粒状骨材の焼結装置。
【請求項４】
連結管にダンパを設けた請求項３記載の粒状骨材の焼結装置。
【請求項５】
焼結部の下部に複数段の排出弁を設けた請求項３または４記載の粒状骨材の焼結装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流動炉を利用した粒状骨材の焼結方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、都市ゴミや下水汚泥等の焼却に流動炉が広く用いられているが、焼却により多量の焼却灰が発生し、その処理法が問題となっている。そこで焼却灰の有効利用を図るために、流動炉の後段に設けられた集塵機で回収された焼却灰を造粒して焼結させ、強度と化学的安定性のある粒状骨材を製造する方法が開発されている。一般に、この粒状骨材の焼結には流動炉の炉内温度よりも高温が必要である。
【０００３】
そこで流動炉とは別により高温の骨材焼結炉を設け、粒状骨材の焼結を行うのが普通であるが、骨材焼結炉内を高温に維持するために多くの熱エネルギを必要とするため、ランニングコストが高くつくという問題がある。
【０００４】
また、本出願人の特許第２９０９４２１号公報に示されるように、造粒骨材を循環流動炉内に投入して焼結させる方法も開発されている。この方法は骨材焼結炉を別に設置するよりも設備が簡単であり、熱エネルギの消費量も少なくなる利点がある。
【０００５】
しかし前記したように、粒状骨材の焼結には流動炉の炉内温度よりも高温が必要であるため、強度の高い粒状骨材を得るためには炉内全体の温度をやや高く設定するか、少なくとも炉底部付近全体の温度をやや高く設定する必要がある。従って一般的な流動炉よりも熱エネルギの消費量がかなり増加することが避けられなかった。また、粒状骨材が流動媒体と混じった状態で取り出されるため、その後の分別に手数を要するという問題もあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した従来の問題点を解決し、熱エネルギの消費量の増加を最小限に抑制しつつ粒状骨材を焼結して強度の高い粒状骨材を得ることができ、しかも粒状骨材と流動媒体との分別の手数をほとんど要しない粒状骨材の焼結方法及び装置を提供するためになされたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた請求項１の発明の粒状骨材の焼結方法は、流動炉の炉体の下部に、流動炉の炉底部と気相燃焼部とに接続された焼結部を設けておき、炉内に投入された粒状骨材を流動媒体とともに焼結部に導入したうえ、焼結部に燃焼用空気を供給して流動媒体を気相燃焼部に返送しながら粒状骨材を焼結部に残留させる分級を行わせ、次に焼結部に燃料と燃焼用空気とを供給して高温燃焼させることにより粒状骨材を高温で焼結させ、その後焼結部の下端から焼結済みの粒状骨材を排出することを特徴とするものである。なお、粒状骨材の焼結中、焼結部と炉底部との間をマテリアルシールまたはダンパにより遮断することが好ましい。
【０００８】
また請求項３の発明の粒状骨材の焼結装置は、流動炉の炉体の下部に、燃焼用空気供給管と燃料供給管とを備えた直管状の焼結部を設けるとともに、この焼結部を上方の垂直管により流動炉の気相燃焼部に接続し、また垂直管の下部から斜めに分岐させた連結管により炉底部に接続したことを特徴とするものである。なお連結管にダンパを設けた構造とすることができ、また焼結部の下部に複数段の排出弁を設けた構造とすることが好ましい。
【０００９】
本発明によれば、容積の小さい焼結部の内部のみを高温とすればよいため、従来方法に比較して熱エネルギの消費量は少なくなる。また粒状骨材とともに焼結部に入った流動媒体は径が小さいため、焼結部に燃焼用空気のみを吹き込む分級工程で粒状骨材の破砕片とともに流動炉の気相燃焼部に返送される。このため、焼結部には粒状骨材のみが残留することとなり、焼結後の分別の手数を要しない。なお、高温燃焼により焼結部で発生する高温のガスは流動炉の気相燃焼部に送られるため、熱エネルギの無駄が生じない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を示す。
図１〜図３は本発明の第１の実施形態を示す図であり、これらの図において１は流動炉、例えば流動焼却炉である。２は珪砂等の流動媒体であり、分散管３から吹き込まれる空気により流動媒体２を流動させ、投入された廃棄物を燃焼させる炉であることは従来と同様である。流動媒体２の平均粒径は例えば３００  μｍ  程度である。図示されていないが、流動炉１から排出された焼却灰は後段の集塵機で回収され、造粒機により５〜１５ｍｍ程度の粒径の粒状骨材とされる。
【００１１】
この流動炉１の炉体の下部外側には、直管状の焼結部４が形成されている。この焼結部４は上方の垂直管５により流動炉１の気相燃焼部６に接続されており、また垂直管５の下部から斜めに分岐させた連結管７により炉底部８に接続されている。焼結部４の下端部には上下２段に排出弁９、９が設けられている。また焼結部４の下部の排出弁９よりもやや上方位置には、燃焼用空気供給管１０が設けられ、その上方位置にはＬＮＧ等を供給する燃料供給管１１が設けられている。
【００１２】
先ず、流動炉１の投入口１２から未焼結の粒状骨材が投入され、流動媒体２と混合された状態で連結管７を経由して焼結部４の内部に入る。焼結部４に燃焼用空気供給管１０から例えば６５０  ℃の燃焼用空気を流速が５ｍ／ｓとなるように焼結部４の内部に供給すると焼結部４の内部で分級が行われ、流動媒体２は粒状骨材よりもはるかに粒径が小さいため図２のように流動炉１の気相燃焼部６に返送されるが、粒状骨材は粒径が大きいために焼結部４内に残留する。なお、粒状骨材のうち細かく破砕されて商品価値を失ったものも、流動媒体２とともに気相燃焼部６に返送され、流動媒体２として利用される。燃焼用空気の供給は３  〜５  分間行われるが、その際に連結管７から新たな混合物が導入されるので、焼結部４に設けた圧力計により粒状骨材の蓄積量を測定し、一定の圧力となったら燃焼用空気を流速１．０ｍ／ｓとなるように減らし、分級を停止する。
【００１３】
次に燃料供給管１１から焼結部４に燃料が供給されると、焼結部４内で燃焼して１０００℃以上の高温となり、焼結部４内に残留した粒状骨材が焼結される。この際には燃焼用空気も供給される。なおこの燃焼により発生した多量の燃焼ガスは垂直管５を介して流動炉１の気相燃焼部６に吹き込まれるため、熱量の無駄は生じない。焼結は１５分程度行われる。なおこのときの焼結部４の空塔速度を１．０ｍ／ｓ程度まで低下させておけば、粒状骨材は流動状態とならずに焼結される。
【００１４】
このように、本発明では粒状骨材と流動媒体２とを分級したうえ焼結することができ、また焼結部４のみを高温にすればよいので、多くの熱エネルギは不要である。しかも高温の燃焼ガスは垂直管５を介して流動炉１の気相燃焼部６に吹き込まれるから、熱エネルギのロスはほとんど生じない。
【００１５】
なお粒状骨材の焼結中は、焼結部４と炉底部８との連結管７内に粒状骨材と流動媒体２との混合物が充満してマテリアルシールされるため、焼結中に新たな粒状骨材が焼結部４に流入することはない。このマテリアルシールは構造が簡単で、ダンパの耐久性の問題を生じない利点がある。
【００１６】
このようにして粒状骨材を焼結させた後に、燃料供給管１１からの燃料供給を停止し、また燃焼用空気供給管１０からの空気供給も停止する。そして図３のように焼結部４の下端部の上下２段の排出弁９、９を上下の順に開けば、焼結部４内にある焼結済みの粒状骨材が下方に排出される。これと同時に、連結管７から新たな粒状骨材が流動媒体２とともに焼結部４に入り、以下同様の工程が繰り返される。
【００１７】
このように、本発明による粒状骨材の焼結はバッチ式に行われるが流動炉１の運転は連続的である。従って上記のように排出弁９、９を複数段に設けてそれらを交互に開閉することにより炉圧の変動をなくし、粒状骨材の排出時にも流動炉１の運転に影響が及ばないようにしておくことが好ましい。
【００１８】
図４は本発明の第２の実施形態を示す図である。この実施形態では連結管７にダンパ１３を設けておき、このダンパ１３を開いて未焼結の粒状骨材と流動媒体２との混合物を焼結部４の内部に導入する。次に流速が５ｍ／ｓとなるように６５０  ℃程度の燃焼用空気を３  〜５  分間投入し、前記したと同様の分級を行わせる。その後、焼結部４に燃料と燃焼用空気を投入し、焼結部４の温度を１０００℃程度として１５分間焼結させる。焼結中は焼結部４の空塔速度を１．０ｍ／ｓ程度まで低下させるとにより、粒状骨材の流動を防止する。このようにして焼結が終了した後、排出弁９、９を開いて焼結済みの粒状骨材を排出する。
【００１９】
【実施例】
表１に、本発明により粒状骨材を焼結した実施例１〜３を示し、表２に従来法により粒状骨材を焼結した比較例１〜６を示す。強度の欄に焼結された１個の粒状骨材を圧壊するに要する力を示し、重金属溶出の欄に焼結された粒状骨材からの重金属溶出量を示した。
【００２０】
【表１】
0003568436.tif 000002
【００２１】
【表２】
0003568436.tif 000003
【００２２】
上記した実施例及び比較例のデータから、本発明によれば焼結された粒状骨材の強度が高くなり、粒状骨材からの重金属溶出量は環境庁基準値（告示第４６号）よりもはるかに低くなり、排ガス中のＣＯ濃度が減少し、焼結された粒状骨材中の砂混入率も低くなることが確認された。
【００２３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば流動炉の炉体の下部外側に設けた直管状の焼結部内で粒状骨材を焼結させるので、焼結部のみを高温とすればよく、しかも焼結部から排出された高温ガスは流動炉内に返送される。このため熱エネルギの消費量の増加を最小限に抑制しつつ粒状骨材を焼結して強度の高い粒状骨材を得ることができる。また別個に骨材焼結炉を設ける必要がなく、設備コストが安価となる。また粒状骨材と流動媒体とは焼結の先立ち粒度差により分級され、流動媒体は炉内に返送されるので、焼結済みの粒状骨材のみを取り出すことができる。さらに、流動炉から焼結部への粒状骨材の移送は重力により自然に行われるため、手数を要しない等の多くの利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における焼結部への粒状骨材の導入工程を示す断面図である。
【図２】分級工程を示す断面図である。
【図３】焼結済みの粒状骨材の排出工程を示す断面図である。
【図４】第２の実施形態における焼結部への粒状骨材の導入工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１  流動炉、２  流動媒体、３  分散管、４  焼結部、５  垂直管、６  流動炉の気相燃焼部、７  連結管、８  炉底部、９  排出弁、１０  燃焼用空気供給管、１１  燃料供給管、１２  投入口、１３  ダンパ
【図１】
0003568436.tif 000004
【図２】
0003568436.tif 000005
【図３】
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【図４】
0003568436.tif 000007