(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融スラグは溶融炉からオーバフロー方式で排出され、溶融メタルは前記溶融炉を傾動させる傾動方式で排出される溶融炉のスラグ及びメタルの排出方法において、前記溶融スラグ及び溶融メタルを受け入れる複数のモールドが設けられている空冷コンベヤを空冷装置のケーシング内に設置すると共に、前記空冷コンベヤの後段側で前記ケーシングのスラグ及びメタル排出位置にこれと連通する水貯留容器を配置し、かつ該水貯留容器内に水冷コンベヤを設置し、前記溶融炉から排出された前記溶融スラグを前記モールドに導入した後、搬送しながら冷却して前記ケーシング内から排出し、前記水貯留容器内に、前記ケーシング内から排出され、空気で冷却されたスラグを貯留し、水で冷却されたスラグを前記水冷コンベヤにより搬送し、その後、前記溶融炉から排出された前記溶融メタルを前記モールドに導入した後、搬送しながら冷却して前記ケーシング内から排出し、前記水貯留容器内に、前記ケーシング内から排出され、空気で冷却されたメタルを貯留し、水で冷却されたメタルを前記水冷コンベヤにより搬送し、もって、前記溶融炉から排出される前記溶融スラグ及び溶融メタルを同一の空冷装置で徐冷し、その後、徐冷したスラグ及びメタルを同一の水冷装置で急冷することを特徴とする溶融炉のスラグ及びメタルの排出方法。
【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等の焼却灰を溶融する灰溶融炉から出る溶融スラグ及び溶融メタルを搬送しながら冷却して排出する溶融炉のスラグ及びメタルの排出方法、並びにスラグ及びメタルの排出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、下水汚泥、都市ごみ及び産業廃棄物等の焼却灰は、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、溶融スラグ及び溶融メタルとして取り出されている。このような溶融炉のスラグ及びメタルの排出装置には、例えば、搬送手段のコンベヤに設けられたモールドを灰溶融炉の下方に設備しておき、灰溶融炉から出滓された溶融スラグ及び溶融メタルをモールドが受け入れ、空冷又は水冷により固化させて搬送するタイプの装置が提供されている。
高温の溶融スラグ（最大１５００℃）及び溶融メタルを冷却する方式として、空冷方式は固化したスラグが大きな石塊状となり、有効利用しやすく、かつ強度の高いスラグ及びメタルが得られるという利点を有し、水冷方式は装置の構造が簡単となり、スラグ中の金属成分を分離回収しやすいという利点を有している。一方、空冷方式の場合は貯留槽に排出されるスラグ及びメタルが高温であり、貯留槽及びスラグ搬送装置を耐熱構造とする必要がある上、排出されたスラグ温度が低下するのに時間が掛かり、コンベヤの機長が長くなるなどの欠点を有し、水冷方式の場合は得られるスラグの強度が低く、利用する用途が限定されてしまったり、メタル排出時に水蒸気爆発する可能性があるなどの欠点を有している。
【０００３】
このような空冷方式及び水冷方式の利点を活かし、かつ後段の装置の熱対策を不要とするスラグ排出装置としては、図３に示すようなものが提供されている。このスラグ排出装置は、プラズマ灰溶融炉５１の下方に設置された密閉式のケーシング５２と、該ケーシング５２内に格納され、かつ複数のバケット５３が設けられている空冷スラグコンベヤ５４と、該空冷スラグコンベヤ５４の搬送方向下流端に配置される水槽５５と、該水槽５５内に格納されるスクリュコンベヤ５６とを備えている。
したがって、図３に示すように、灰ホッパ５７から灰溶融炉５１内に投入された焼却灰は、当該灰溶融炉５１によって溶融され、溶融スラグ５８となって出滓口５９から排出される。この排出された溶融スラグ５８は、矢印で示す如く、ケーシング５２の導入口より空のバケット５３に導入され、スラグコンベヤ５４によって搬送されながら徐々に空冷されると共に、ケーシング５２の排出口から下方にある水槽５５内の水中に落下して冷却され、その後、低温の固化スラグ６０としてスクリュコンベヤ５６によって運ばれ、下方のスラグピット６１内に排出されて貯留されることになる。
なお、溶融メタルは、スラグコンベヤ５４と別系列のコンベヤに設けられたモールドに導入され、当該コンベヤによって搬送されながら空冷されて、所定の貯留槽に排出されることにより貯留されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した従来のスラグ排出装置では、水冷後の固化スラグ６０を駆動力の小さなスクリュコンベヤ５６によって運んでいるので、固化スラグ６０がスクリュに咬み込まれ、スクリュコンベヤ５６がトリップし、スクリュが空まわりすることによって固化スラグ６０をスラグピット６１内に排出できないおそれがあった。また、スクリュコンベヤ５６による運搬では、排出ラインが直線的になり、大きな設置スペースが必要となることから、排出ラインの配置に制約を受け、装置設計の自由度が小さいという不具合があった。
一方、従来技術において、灰溶融炉５１から排出されるスラグ及びメタルを同じ系列のコンベヤで搬送しながら冷却する排出装置は提案されていなかった。
【０００５】
本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、溶融炉から排出される溶融スラグ及び溶融メタルを空気及び水で迅速かつ十分に冷却し、排出ラインの制約を受けずに貯留容器から確実に排出でき、後流機器の耐熱仕様を落とすことができると共に、溶融メタルの排出時の水蒸気爆発を防ぎ、スラグ及びメタルを１系列で処理でき、有効利用しやすい大きな塊のスラグを得ることが可能な溶融炉のスラグ及びメタルの排出方法を提供することにある。
【０００６】
【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に、本発明においては、溶融スラグは溶融炉からオーバフロー方式で排出され、溶融メタルは前記溶融炉を傾動させる傾動方式で排出される溶融炉のスラグ及びメタルの排出方法において、前記溶融スラグ及び溶融メタルを受け入れる複数のモールドが設けられている空冷コンベヤを空冷装置のケーシング内に設置すると共に、前記空冷コンベヤの後段側で前記ケーシングのスラグ及びメタル排出位置にこれと連通する水貯留容器を配置し、かつ該水貯留容器内に水冷コンベヤを設置し、前記溶融炉から排出された前記溶融スラグを前記モールドに導入した後、搬送しながら冷却して前記ケーシング内から排出し、前記水貯留容器内に、前記ケーシング内から排出され、空気で冷却されたスラグを貯留し、水で冷却されたスラグを前記水冷コンベヤにより搬送し、その後、前記溶融炉から排出された前記溶融メタルを前記モールドに導入した後、搬送しながら冷却して前記ケーシング内から排出し、前記水貯留容器内に、前記ケーシング内から排出され、空気で冷却されたメタルを貯留し、水で冷却されたメタルを前記水冷コンベヤにより搬送し、もって、前記溶融炉から排出される前記溶融スラグ及び溶融メタルを同一の空冷装置で徐冷し、その後、徐冷したスラグ及びメタルを同一の水冷装置で急冷している。
【００１０】
【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。ここで、図１は本発明の実施の形態に係る溶融炉のスラグ及びメタルの排出装置を示す概略図である。
本実施の形態に係るスラグ及びメタルの排出装置は、図１に示す如く、プラズマ灰溶融炉１の下方に設備した密閉式のケーシング２と、溶融スラグ及び溶融メタル３を受け入れる複数のモールド４と、これらモールド４が一定の間隔を置いて無端体の駆動チェーンに設けられ、かつ当該モールド４を所定の速度で循環回転してなる空冷コンベヤ５と、ケーシング２のスラグ及びメタル排出位置側に配設される水貯留容器６と、該容器６内に設置されるスクレーパ式水冷コンベヤ７とをそれぞれ備えており、空冷コンベヤ５は、スラグ及びメタル排出位置へ向かってやや上り傾斜に配置した状態でケーシング２内に格納されている。
すなわち、空冷装置３０は、溶融スラグ及び溶融メタル３を搬送しながら空気で徐冷するものであり、ケーシング２と、複数のモールド４が設けられた空冷コンベヤ５とから構成されている。また、水冷装置４０は、空冷装置３０の後流側に配設され、徐冷後のスラグ及びメタルを急冷して搬送するものであり、水貯留容器６と、この水貯留容器６内に設置されるスクレーパ式水冷コンベヤ７とから構成されている。したがって、溶融スラグ及び溶融メタル３は同一の空冷装置３０で徐冷され、徐冷後のスラグ及びメタルは同一の水冷装置４０で急冷されるようになっている。
【００１１】
上記プラズマ灰溶融炉１は、有底円筒状に形成された炉本体８を有しており、該炉本体８の下部側面には、溶融スラグ及び溶融メタル３や排ガス９を排出する出滓口１０と下り傾斜の出滓樋１１が設けられている。溶融スラグは、灰溶融炉１の炉本体８から出滓口１０を経て溢れ出るオーバフロー方式で排出され、炉本体８内の炉底に溜まった溶融メタルは、灰溶融炉１の炉本体８を傾動させる傾動方式で排出されるようになっている。
また、炉本体８の上下部中央には、図示しない直流電源装置に接続される主電極１２及び炉底電極１３が配設され、主電極１２には図示しない窒素ガス発生装置から窒素ガスが送給されるように構成されており、投入された焼却灰を高温プラズマで加熱することによって溶融するようになっている。このため、炉本体８の出滓口１０と反対側の上部側面には、廃棄物などの焼却灰を炉本体８内に投入する灰投入口１４が設けられ、該灰投入口１４には定量供給機１５を介して灰ホッパ１６が取付けられている。
さらに、炉本体８の出滓口１０側に位置する下面前部には炉本体８を傾動自在に支持する支持軸（図示せず）が設けられ、その下面後部には、炉本体８を傾動させる液圧シリンダ（図示せず）が設けられており、該液圧シリンダの作動ロッドを上下動させることによって炉本体８の後部が昇降するようになっている。
【００１２】
一方、上記ケーシング２の上部壁であって、空冷コンベヤ５の一端側には、上方へ延びる入口筒状部２ａにより囲まれた導入口１７が設けられ、該導入口１７を介して溶融スラグ及び溶融メタル３が空のモールド４に導入されるように構成されている。このため、各モールド４は、図１に示す如く、溶融スラグ及び溶融メタル導入位置で落下して来る溶融スラグ及び溶融メタル３を受け入れるべく、開口部が上向きの断面略コ字に形成されており、空冷コンベヤ５によって溶融スラグ及び溶融メタル導入位置の手前からスラグ及びメタル排出位置までは正立状態で搬送され、スラグ及びメタル排出後から溶融スラグ及び溶融メタル導入位置の手前まではひっくり返った倒立状態で搬送されるようになっている。
しかも、上記ケーシング２の下部壁であって、スラグ及びメタル排出位置側には、図１に示す如く、下方へ延びる出口筒状部２ｂが設けられている。この出口筒状部２ｂは、その下端部が水貯留容器６の水中まで延在する長さに形成されており、これによってケーシング２と水貯留容器６とが連通し、当該ケーシング２のシール性を保持する構造となっている。
【００１３】
また、上記水貯留容器６は、常時一定のレベルまで水１８を保持し、ケーシング２から排出されて落下して来る固化スラグ及び固化メタル３ａを溜めておく水槽部６ａと、該水槽部６ａの一端部からスラグ及びメタルの排出方向に向かって斜め上方へ立ち上がる傾斜筒状部６ｂと、傾斜筒状部６ｂの先端から下方へ延びる排出筒状部６ｃと、水槽部６ａの他端部から上方へ延出し、スクレーパ式水冷コンベヤ７の一部を収納する立上り部６ｄとによって構成されている。
【００１４】
上記スクレーパ式水冷コンベヤ７は、水貯留容器６内の３箇所に設けたプーリ１９に巻回され、水槽部６ａ、傾斜筒状部６ｂ及び立上り部６ｄに沿った形状に配置されており、水槽部６ａ内では常に水１８の中に位置している。すなわち、スクレーパ式水冷コンベヤ７は、ケーシング２内の空冷コンベヤ５の後段側に配置されており、ケーシング２内から排出され、水槽部６ａ内の水１８で冷却された固化スラグ及び固化メタルを掻き取りながら搬送する構造となっている。
このため、水冷コンベヤ７には、図２に示す如く、左右一対のレール２０上を走行するスクレーパ２１が設けられており、該スクレーパ２１は、水貯留容器６と対応する幅で、かつ水槽部６ａの底面に溜まった固化スラグ及び固化メタル３ａを掻き取ることが可能な高さの板状体により形成され、所定の速度で矢印方向へ循環回転するように構成されている。
【００１５】
次に、このようなスラグ及びメタルの排出装置を使用して溶融スラグ及び溶融メタル３を排出する方法を説明する。まず、灰ホッパ１６及び定量供給機１５を介して焼却灰を灰投入口１４よりプラズマ灰溶融炉１の炉本体８内に投入する。すると、投入された焼却灰は主電極１２及び炉底電極１３による高温プラズマで加熱されて溶融し、溶融スラグ及び溶融メタル３となる。
これら溶融スラグ及び溶融メタルのうち、溶融スラグ３は、オーバフロー方式で出滓口１０から溢れ出て出滓樋１１を通りながら排出され、ケーシング２の導入口１７を経て、溶融スラグ及び溶融メタル導入位置へ移動させた空のモールド４内に落下して受け取られる。しかる後、溶融スラグ３が導入されたモールド４を空冷スラグコンベヤ５によって所定距離（モールド１個分）搬送すると共に、空のモールド４を溶融スラグ及び溶融メタル導入位置へ移動させ、同様の手順で溶融スラグ３を空のモールド４内に導入する。
【００１６】
そして、このような操作を繰り返して、モールド４をケーシング２の出口筒状部２ｂ側であるスラグ及びメタル排出位置の付近まで搬送すると、溶融スラグ３は、空気により徐々に冷却され、固化させられる。その後、空冷コンベヤ５によってモールド４を搬送しながらひっくり返せば、矢印で示す如く、溶融スラグ３は固化スラグ３ａとなってケーシング２内の出口筒状部２ｂから水貯留容器６内に落下し、水槽部６ａの水１８で更に冷却される。そして、水槽部６ａの底面に溜まった固化スラグ３ａは、水冷コンベヤ７のスクレーパ２１によって掻き取られ、傾斜筒状部６ｂを経て排出筒状部６ｃまで搬送され、図示しない外部のスラグピット内に排出されることになる（図１参照）。
【００１７】
また、炉本体８の炉底に溜まった溶融メタル３は、図示しない液圧シリンダの作用により炉本体８を持ち上げて傾動させ、支持軸を中心にして前方へ倒すと、傾動方式で出滓口１０及び出滓樋１１を通って排出される。その後、溶融メタル３は、上記した溶融スラグと同様の手順で、空冷装置３０により徐冷されて固化されると共に、水冷装置４０により急冷され、固化メタル３ａとなって水冷コンベヤ７のスクレーパ２１により掻き取られながら搬送され、図示しない外部のメタルピット内に排出されることになる。
【００１８】
本発明の実施の形態に係るスラグ及びメタルの排出装置では、空冷装置３０を構成するケーシング２のスラグ及びメタル排出位置に出口筒状部２ｂを介して水槽部６ａ等からなる水冷装置４０の水貯留容器６を連通して設け、該水貯留容器６内で空冷装置３０の空冷コンベヤ５の後段側に水冷装置４０のスクレーパ式水冷コンベヤ７を設けているため、スラグ及びメタルを同じ１系列で処理可能となり、設備費の低減化を図ることができると共に、排出ラインにあまり制約を受けず、比較的コンパクトな設備で済む。また、プラズマ灰溶融炉１の出滓口１０及び出滓樋１１から排出されてモールド４で受け取られ、空冷コンベヤ５により搬送される溶融スラグ及び溶融メタル３は、空気で強度を高めながら徐々に冷却固化されるため、空冷コンベヤ５上でメタル表面が固まり、固化メタル３ａの排出時の水蒸気爆発を防止できると共に、固化スラグ３ａを水貯留容器６の水槽部６ａ内における水１８で所望の温度まで急激に冷却でき、固化スラグ３ａが咬み込んだり、コンベヤがトリップすることなく、水冷コンベヤ７のスクレーパ２１で固化スラグ３ａを排出筒状部６ｃより確実に搬送して排出することができる。しかも、得られた固化スラグ３ａは、強度が高く優れた品質を有し、広範囲の用途を持った利用価値の高い素材となる上、特別な熱対策を施す必要がない程度の温度まで下がっており、コスト高を招来する高性能耐熱仕様の後流機器を用いずに済み、回収作業も容易となる。
【００２３】
以上、本発明の実施形態につき述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変更が可能である。例えば、既述の実施形態の水貯留容器６は、スクレーパ式水冷コンベヤ７の設置長さや形状及び構成に応じて種々の形状に形成することができる。また、スクレーパ式水冷コンベヤ７は、空冷コンベヤ５と同様の複数のバケットが設けられたコンベヤでも良い。
また、既述の実施形態では、スラグ及びメタルの排出装置をプラズマ灰溶融炉１の下方に設置したが、本発明のスラグ及びメタルの排出装置は、プラズマ灰溶融炉以外の抵抗溶融炉や旋回溶融炉などの溶融炉に適用しても良い。
【００２４】
【発明の効果】
上述の如く、本発明に係る溶融炉のスラグ及びメタルの排出方法は、溶融スラグは溶融炉からオーバフロー方式で排出され、溶融メタルは前記溶融炉を傾動させる傾動方式で排出されるものであって、前記溶融スラグ及び溶融メタルを受け入れる複数のモールドが設けられている空冷コンベヤを空冷装置のケーシング内に設置すると共に、前記空冷コンベヤの後段側で前記ケーシングのスラグ及びメタル排出位置にこれと連通する水貯留容器を配置し、かつ該水貯留容器内に水冷コンベヤを設置し、前記溶融炉から排出された前記溶融スラグを前記モールドに導入した後、搬送しながら冷却して前記ケーシング内から排出し、前記水貯留容器内に、前記ケーシング内から排出され、空気で冷却されたスラグを貯留し、水で冷却されたスラグを前記水冷コンベヤにより搬送し、その後、前記溶融炉から排出された前記溶融メタルを前記モールドに導入した後、搬送しながら冷却して前記ケーシング内から排出し、前記水貯留容器内に、前記ケーシング内から排出され、空気で冷却されたメタルを貯留し、水で冷却されたメタルを前記水冷コンベヤにより搬送し、もって、前記溶融炉から排出される前記溶融スラグ及び溶融メタルを同一の空冷装置で徐冷し、その後、徐冷したスラグ及びメタルを同一の水冷装置で急冷しているので、溶融炉から排出される溶融スラグ及び溶融メタルを空気及び水で迅速かつ十分に冷却でき、後流機器の耐熱仕様を落とすことができる一方、溶融メタルの排出時の水蒸気爆発を防ぎながら、スラグ及びメタルを同じ１系列で処理でき、有効利用しやすい大きな塊のスラグを得ることができると共に、工場等の設置スペースに合わせて装置を自由に設計でき、設備費のコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る溶融炉のスラグ及びメタルの排出装置を示す概略図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線矢視図である。
【図３】従来の溶融炉のスラグ排出装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１  プラズマ灰溶融炉
２  ケーシング
３  溶融スラグ及び溶融メタル
３ａ  固化スラグ及び固化メタル
４  モールド
５  空冷コンベヤ
６  水貯留容器
７  スクレーパ式水冷コンベヤ
１７  導入口
１８  水
２１  スクレーパ
３０  空冷装置
４０  水冷装置
【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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