(57)【要約】【課題】新たな廃棄物の発生や設備の劣化等を伴うことなく、安全かつ最大限に金属廃棄物を再利用する。【解決手段】仮焼炉１３の出口ダクトからプレヒータ１２の出口ダクトまでの排ガス流路より抽気した燃焼ガスＧを冷却し、冷却した燃焼ガスＧを用いて金属粉末を混合器４まで搬送し、主原料と混合した後にセメント焼成用の燃料としてセメントキルン１０に吹き込み、セメントキルン１０内で燃焼させる。燃焼後の金属酸化物は、セメント中に取り込まれるため、新たな廃棄物を発生させることなく、金属廃棄物を再利用することができ、セメントキルン１０の内壁に高温の金属粒子が融着したとしても、設備が劣化することはない。排ガス流路より抽気した燃焼ガスＧを冷却した後に金属粉末の搬送用気体に用いるため、粉塵爆発の危険性を低減できる。燃焼ガスＧを乾燥機１５に導入し、燃焼ガスＧの冷却と含水廃棄物Ｗの乾燥とを同時に行うこともできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント焼成用仮焼炉の出口ダクトからプレヒータの出口ダクトまでの排ガス流路より抽気した燃焼ガスを冷却し、該冷却した燃焼ガスを用いて金属粉末を搬送してセメント焼成用の燃料としてセメント焼成炉に導入し、該セメント焼成炉で燃焼させることを特徴とする金属粉末の燃料化方法。
【請求項２】
前記金属粉末は、廃棄物として排出されたものであることを特徴とする請求項１に記載の金属粉末の燃料化方法。
【請求項３】
前記排ガス流路より抽気した燃焼ガスを、含水廃棄物を乾燥させるための乾燥手段に供給し、該乾燥手段で前記含水廃棄物を乾燥しながら前記燃焼ガスを冷却することを特徴とする請求項１又は２に記載の金属粉末の燃料化方法。
【請求項４】
前記排ガス流路より抽気した燃焼ガスを３００℃以下まで冷却することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の金属粉末の燃料化方法。
【請求項５】
セメント焼成用仮焼炉の出口ダクトからプレヒータの出口ダクトまでの排ガス流路より燃焼ガスを抽気する抽気手段と、
抽気された燃焼ガスを冷却する冷却手段と、
冷却された燃焼ガスを用いて金属粉末を搬送する搬送手段と、
搬送された金属粉末をセメント焼成用の燃料として用いてセメント原料を焼成するセメント焼成炉とを備えることを特徴とする金属粉末の燃料化システム。
【請求項６】
前記冷却手段は、前記排ガス流路より抽気した燃焼ガスを用いて含水廃棄物を乾燥する乾燥手段であることを特徴とする請求項５に記載の金属粉末の燃料化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属粉末の燃料化方法及び燃料化システムに関し、特に、金属廃棄物を燃料として有効に再利用する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、機械製品や家電製品等には金属が多用され、それらが廃棄されれば金属廃棄物が発生し、また、その製造過程でも、金属加工の際の加工くずが廃棄物となる。金属部材の加工や研磨の際や、金属が気中から凝縮したとき、液中に析出したときなどは、比表面積の大きな粉末状態で金属の廃棄物が得られることがある。金属廃棄物のうち、純度が高いものは、金属資源として回収され、再利用されるが、廃棄物中には様々な不純物が混入していることが多く、それらは、埋め立て処理等によって処理される。しかしながら、その処理限度量は逼迫しており、廃棄物発生量のさらなる増大が見込まれる今日では、循環システムの確立が強く望まれている。
【０００３】
そこで、例えば、特許文献１には、生活・産業廃棄物としてのアルミドロス及びアルミ灰等を主原料とし、これに石灰質原料、珪酸塩質原料、硫酸塩質原料及び鉄原料から選ばれる１種又は２種以上の成分補正用原料を用いたアーウイン系セメントの製造方法が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−３０９７５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、金属は発熱量が高いため、廃棄物処理された金属粉末を燃料として用いれば、熱エネルギーを得るための資源として有効利用することができる。しかしながら、金属粉末を燃焼させると、金属酸化物が発生し、これらは燃焼灰として排出されるため、新たな廃棄物を発生させることになる。
【０００６】
また、金属粉末の燃焼には高温の燃焼炉を用いるが、その炉内雰囲気下では、金属粉末や金属酸化物が炉内各所に付着するため、伝熱効率の低下や、設備の劣化等を招くという問題がある。例えば、金属粉末をボイラーで燃焼させ、熱回収しようとすると、ボイラー水管に高温の金属粒子が融着し、それによって水管が劣化するため、破裂事故を誘発する虞がある。
【０００７】
さらに、金属は、粉末状にすると、反応性が高くなるため、その取扱の際に粉塵爆発を引き起こす虞があり、廃棄物処理に危険が伴うという問題もある。
【０００８】
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、新たな廃棄物の発生や設備の劣化等を伴うことなく、安全かつ最大限に金属廃棄物を再利用することが可能な金属粉末の燃料化方法等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は、金属粉末の燃料化方法であって、セメント焼成用仮焼炉の出口ダクトからプレヒータの出口ダクトまでの排ガス流路より抽気した燃焼ガスを冷却し、該冷却した燃焼ガスを用いて金属粉末を搬送してセメント焼成用の燃料としてセメント焼成炉に導入し、該セメント焼成炉で燃焼させることを特徴とする。ここで、前記金属粉末を廃棄物として排出されたものとすることもできる。
【００１０】
そして、本発明によれば、金属廃棄物を含む金属粉末をセメント焼成用の燃料に用いるため、金属廃棄物を処理するのと同時に、熱エネルギーを得るための資源として有効利用することが可能となる。また、金属粉末を燃焼させたときに発生する金属酸化物は、セメント原料の一部となり、最終的にはセメント中に取り込まれるため、新たな廃棄物を発生させることなく、金属廃棄物を再利用することができる。さらに、セメント焼成炉の内壁は、耐火レンガによって保護されているのに加え、原料粉末層やコーティングで被覆されているため、高温の金属粒子が融着したとしても、設備が劣化するのを回避することができる。加えて、仮焼炉の出口ダクトからプレヒータの出口ダクトまでの排ガス流路より抽気し、その後、冷却した燃焼ガスを金属粉末を搬送するための気体として用いており、該燃焼ガスは低酸素濃度であり、また、所定の温度まで冷却されているため、粉塵爆発の危険性を低減することができる。
【００１１】
上記金属粉末の燃料化方法において、前記排ガス流路より抽気した燃焼ガスを、含水廃棄物を乾燥させるための乾燥手段に供給し、該乾燥手段で前記含水廃棄物を乾燥しながら前記燃焼ガスを冷却することができる。この方法によれば、含水廃棄物の乾燥と、燃焼ガスの冷却とを同時に行うことができて経済的である。
【００１２】
上記金属粉末の燃料化方法において、前記排ガス流路より抽気した燃焼ガスを３００℃以下まで冷却することができる。金属廃棄物として多く排出される鉄粉、アルミニウム粉及びシリコン粉のうち、発火点が最も低いのは鉄粉であり、その発火点は、約３１０℃であるため、排ガス流路より抽気した燃焼ガスを３００℃以下まで冷却することにより、粉塵爆発の危険性を大幅に低減することが可能となる。
【００１３】
また、本発明は、金属粉末の燃料化システムであって、セメント焼成用仮焼炉の出口ダクトからプレヒータの出口ダクトまでの排ガス流路より燃焼ガスを抽気する抽気手段と、抽気された燃焼ガスを冷却する冷却手段と、冷却された燃焼ガスを用いて金属粉末を搬送する搬送手段と、搬送された金属粉末をセメント焼成用の燃料として用いてセメント原料を焼成するセメント焼成炉とを備えることを特徴とする。本発明によれば、前記発明と同様に、新たな廃棄物の発生や設備の劣化等を伴うことなく、安全かつ最大限に金属廃棄物を再利用することが可能となる。
【００１４】
上記金属粉末の燃料化システムにおいて、前記冷却手段を、前記排ガス流路より抽気した燃焼ガスを用いて含水廃棄物を乾燥する乾燥手段とすることができる。この構成によれば、経済的な方法で燃料ガスを冷却することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、新たな廃棄物の発生や設備の劣化等を伴うことなく、安全かつ最大限に金属廃棄物を再利用することが可能な金属粉末の燃料化方法等を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は、本発明にかかる金属粉末の燃料化システムの一実施の形態を示し、この燃料化システム１は、大別して、主燃料槽２と、副燃料槽３と、混合器４と、バーナ５と、セメントキルン１０と、クリンカクーラ１１と、プレヒータ１２と、仮焼炉１３と、乾燥機１５等で構成され、セメント焼成設備の一部として構成される。尚、図中の物質の流れにおいて、実線は原燃料等の固体の流れを、破線は燃焼ガス等の気体及び粉体を含む気体の流れを示す。
【００１８】
セメントキルン１０、クリンカクーラ１１、プレヒータ１２及び仮焼炉１３は、従来のセメント製造装置と同様の機能を有し、プレヒータ１２に供給されたセメント原料Ｒは、プレヒータ１２で予熱され、仮焼炉１３で仮焼された後、セメントキルン１０にて焼成される。
【００１９】
主燃料糟２は、主燃料を一時的に貯蔵するために備えられ、石炭を乾燥粉砕した微粉炭が貯蔵される。また、主燃料糟２には、主燃料槽２から排出される微粉炭を圧送するためのブロワ７と、微粉炭を混合器４に導入するための管路６とが付設される。
【００２０】
副燃料糟３は、副燃料を一時的に貯蔵するために備えられ、廃棄物としてセメント製造工場に持ち込まれた金属粉末が貯蔵される。副燃料として使用可能な金属粉末には、鉄粉、アルミニウム粉及びシリコン粉の他、金属加工の際に発生する切断くず、切削くず、研磨くず、ダライ粉、新断及びメカス、アルミニウムのリサイクル処理時等に発生するアルミドロス粉、並びにＷＳＯ（ワイヤーソーオイル）固形分等がある。尚、副燃料槽３に貯蔵される金属粉末の粒度は、凝集、固結の低減、粉塵爆発の防止、搬送の安定性等の観点から、平均粒径で０．０１μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上３００μｍ以下であることがより好ましい。
【００２１】
混合器４は、主燃料槽２から導入される微粉炭と、副燃料槽３から導入される金属粉末とを所定の割合で混合するために設けられる。このときの金属粉末の混合割合は、燃料代替の確実な効果を得ること、一方、適正な火炎状況を確保する必要があることなどの観点から、金属粉末の窯前燃料全体に対する燃料代替率が、発熱量換算で０．１％以上９０％以下になる程度であることが好ましく、１０％以上５０％以下になる程度であることがより好ましい。
【００２２】
乾燥機１５は、高含水有機汚泥等の高含水有機廃棄物（以下、「含水廃棄物」という）を乾燥するために備えられ、この乾燥機１５には、最下段サイクロン１２Ａから第２サイクロン１２Ｂへの排ガス流路より抽気した燃焼ガスＧが供給され、乾燥機１５は、この燃焼ガスＧを用いて含水廃棄物を乾燥する。
【００２３】
また、乾燥機１５は、燃焼ガスＧを冷却する冷却装置としても機能し、８００〜９００℃程度の温度を有する燃焼ガスＧは、含水廃棄物の乾燥過程で所定の温度まで冷却される。鉄粉、アルミニウム粉及びシリコン粉の発火点が各々、約３１０℃、約６４０℃及び約７７０℃であることから、乾燥機１５では、燃焼ガスＧを３００℃以下まで冷却することが好ましい。
【００２４】
ファン１６は、プレヒータ１２から燃焼ガスＧを乾燥機１５に導入するために備えられ、ファン１６には、その排気を最下段サイクロン１２Ａから第２サイクロン１２Ｂへの排ガス流路に戻すための循環ダクト１７と、ブロワ７に導入するための管路１８とが付設される。
【００２５】
次に、上記構成を有する金属粉末の燃料化システム１の動作について、図１を参照しながら説明する。
【００２６】
燃料化システム１の運転が開始されると、最下段サイクロン１２Ａと第２サイクロン１２Ｂとの間の排ガス流路から抽気された燃焼ガスＧが乾燥機１５に導入され、乾燥機１５において、含水廃棄物が乾燥されると同時に、燃焼ガスＧが冷却される。冷却された燃焼ガスＧは、ファン１６及び循環ダクト１７を介して、排ガス流路に循環するとともに、管路１８を介してブロワ７に導入される。尚、乾燥機１５で乾燥された廃棄物Ｗは、セメント製造装置において処理してもよいし、セメント製造装置の系外で処理してもよい。
【００２７】
次いで、管路１８を介して、冷却された燃焼ガスＧがブロワ７に導入され、副燃料糟３の金属粉末が混合器４に圧送される。それと並行して、主燃料糟２の微粉炭が管路６を介して混合器４に導入され、混合器４において、金属粉末と微粉炭とが混合される。次に、混合された両燃料がバーナ５からセメントキルン１０内に吹き込まれ、セメント焼成に利用される。
【００２８】
上記構成によれば、金属廃棄物としての金属粉末をセメント焼成用の燃料に用いるため、金属廃棄物を処理するのと同時に、熱エネルギーを得るための資源として有効利用することが可能となる。
【００２９】
尚、セメントキルン１０内において、金属粉末を燃焼させた際に金属酸化物が発生するが、発生した金属酸化物は、焼成過程でセメント原料の一部となり、最終的にはセメント中に取り込まれる。従って、新たな廃棄物を発生させることなく、金属廃棄物を再利用することができる。特に、金属粉末が、鉄粉、アルミニウム粉及びシリコン粉である場合には、それらの酸化物はセメントの主要成分であるため、多量の金属粉末を導入することができ、より多くの金属廃棄物を処理することが可能となる。
【００３０】
また、金属粉末中に不純物が混入していたとしても、不純物が、廃油、廃プラスチック等の可燃物であったり、水等の蒸散するものであれば、別途の分離処理を行うことなく、そのまま、セメント焼成用の燃料として用いることができ、処理コストを低く抑えることが可能である。
【００３１】
さらに、金属粉末をセメント焼成燃料の一部に用いることにより、主燃料である微粉炭の使用量を減らすことができるため、ＣＯ2の排出量を削減することができ、セメント製造の面から見ても有効である。また、金属粉末に微量の重金属、塩素等が混入していても、セメント焼成炉であれば、塩素バイパスシステムで系外に排出することができるため、セメント品質の低下を招く虞がない。
【００３２】
さらに、セメントキルン１０の内壁は、耐火レンガによって保護されているのに加え、原料粉末層やコーティングで被覆されているため、高温の金属粒子が融着したとしても、設備が劣化するのを回避することができる。
【００３３】
また、金属粉末を搬送するための気体として、最下段サイクロン１２Ａと第２サイクロン１２Ｂとの間の排ガス流路から抽気された燃焼ガスＧを用いており、該燃焼ガスＧは、２〜８％と酸素濃度が低いため、粉塵爆発の危険性を低減することができる。例えば、鉄粉及びシリコン粉の限界酸素濃度は、各々、約１０％及び約１５％であり、上記燃焼ガスＧは、それらの何れよりも酸素濃度が低い。尚、アルミニウム粉の限界酸素濃度は約３％であり、排ガス流路から抽気される燃焼ガスＧの酸素濃度の範囲内に含まれるが、上記構成では、抽気した燃焼ガスＧを乾燥機１５で冷却した後に、搬送用気体として用いるため、金属粉末を搬送するときの燃焼ガスＧの温度は、アルミニウム粉の発火点よりも十分に低い。従って、金属粉末中にアルミニウム粉が含まれていたとしても、安全性を確保することができる。
【００３４】
尚、上記実施の形態においては、ブロア７からの搬送気流に、先に主燃料糟２から主燃料としての微粉炭を導入して冷却された燃焼ガスで搬送し、その下流の混合機４で副燃料糟３からの金属粉末を混合したが、ブロア７からの搬送気流に、先に金属粉末を導入して冷却された燃焼ガスで搬送し、その下流の混合機で主燃料を混合してもよい。また、冷却された燃焼ガスで搬送された金属粉末を、主燃料と同一バーナ内の別流路から吹き込んでもよいし、主燃料とは別のバーナから吹き込んでもよい。
【００３５】
また、上記実施の形態においては、セメントキルン１０の窯前部から金属粉末を吹き込む場合について説明したが、微粉炭と金属粉末を混合させた燃料を仮焼炉１３のバーナに供給し、仮焼炉１３へ金属粉末を吹き込むこともできる。
【００３６】
さらに、上記実施の形態においては、乾燥機１５に、最下段サイクロン１２Ａから第２サイクロン１２Ｂへの排ガス流路より抽気した燃焼ガスＧを供給するが、プレヒータ１２のさらに上流の、第２サイクロン１２Ｂから第３サイクロン１２Ｃへの排ガス流路、又は第３サイクロン１２Ｃから第４サイクロン１２Ｄへの排ガス流路から燃焼ガスＧを抽気して乾燥機１５に供給することもできる。
【００３７】
また、上記実施の形態においては、含水廃棄物を乾燥するための乾燥機１５を用いて燃焼ガスＧを冷却するが、冷風を用いた熱交換器型の冷却装置を用いて燃焼ガスＧを冷却してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明にかかる金属粉末の燃料化システムの一実施の形態を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  金属粉末の燃料化システム
２  主燃料糟
３  副燃料糟
４  混合器
５  バーナ
６  管路
７  ブロワ
１０  セメントキルン
１１  クリンカクーラ
１２  プレヒータ
１２Ａ  最下段サイクロン
１２Ｂ  第２サイクロン
１２Ｃ  第３サイクロン
１２Ｄ  第４サイクロン
１３  仮焼炉
１５  乾燥機
１６  ファン
１７  循環ダクト
１８  管路
【図１】
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