(57)【要約】【課題】溶融炉の出口でのスラグ固化を起こすことなく、強度の強い固体スラグを生成可能な溶融設備を提供する【解決手段】ロータリーキルン２０の出口２１ａからの溶融スラグを、粒子充填層１１を形成したスラグ冷却塔１０に導入し、粒子充填層１１を構成する粒子と溶融スラグとを接触させるので、溶融スラグが粒子を冷却媒体として冷却されて固体スラグとなる。このように水と接触して冷却される場合に比して溶融スラグの冷却速度が遅くされるので、強度の高い固体スラグを得ることができる。また、水冷の場合と異なり溶融スラグの冷却に伴う水蒸気等が発生しないので、ロータリーキルン２０の出口２１ａ近傍が過度に冷却されることが妨げられ、出口２１ａ近傍での溶融スラグの固化等の発生が抑制される。【選択図】  図１
2004190865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を溶融して溶融スラグとし出口から排出する溶融炉を備えた溶融設備において、
粒子による充填層が形成されると共に、前記溶融炉の出口から排出される溶融スラグが導入され、前記充填層内での前記粒子と前記溶融スラグとの接触により前記溶融スラグを冷却して固体スラグとするスラグ冷却容器を備えることを特徴とする溶融設備。
【請求項２】
前記スラグ冷却容器の底部から前記固体スラグを含む充填層を抜き出す抜出手段と、前記スラグ冷却容器の上部に粒子を供給する粒子供給手段と、を備えることを特徴とする、請求項１に記載の溶融設備。
【請求項３】
前記抜出手段は、前記充填層を抜き出す際に、当該充填層に含まれる固体スラグを破砕することを特徴とする、請求項２に記載の溶融設備。
【請求項４】
前記溶融炉は、ロータリーキルン式溶融炉であることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の溶融設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理物を溶融して溶融スラグとし出口から排出する溶融炉を備えた溶融設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ロータリーキルン等の溶融炉内で被処理物を燃焼等によって溶融して溶融スラグを生成する溶融設備が知られている。このような設備においては、溶融炉の出口から排出される溶融スラグを、出口の下方に設置された冷却水槽内に導入して急冷させて固体スラグとした後、外部に排出している。
【特許文献１】
特開２００２−２２８１２４号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、冷却により発生する水蒸気等によって溶融炉の出口周辺の温度が低下しやすく、溶融炉の出口付近でスラグの固化等がおこる場合があった。また、水で急速に冷却された固体スラグは強度が弱く、再利用法が限られてしまうという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、溶融炉の出口でのスラグ固化を起こすことなく、強度の強い固体スラグを生成可能な溶融設備を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る溶融設備は、被処理物を溶融して溶融スラグとし出口から排出する溶融炉を備えた溶融設備において、粒子による充填層が形成されると共に、溶融炉の出口から排出される溶融スラグが導入され、充填層内での粒子と溶融スラグとの接触により溶融スラグを冷却して固体スラグとするスラグ冷却容器を備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明の溶融設備によれば、溶融炉から排出される溶融スラグが粒子の充填層に供給され、充填層を構成する粒子と溶融スラグとが接触し、溶融スラグが粒子を冷却媒体として冷却されて固体スラグとされる。このように溶融スラグが粒子と接触して冷却されるので、水と接触して冷却される場合に比して溶融スラグの冷却速度が遅くされ、強度の高い固体スラグを得ることができる。
【０００７】
また、水冷の場合と異なり溶融スラグの冷却に伴う水蒸気等が発生しないので、溶融炉の出口近傍が過度に冷却されることが妨げられ、出口近傍での溶融スラグの固化等の発生が抑制される。
【０００８】
ここで、スラグ冷却容器の底部から固体スラグを含む充填層を抜き出す抜出手段と、スラグ冷却容器の上部に粒子を供給する粒子供給手段と、を備えることが好ましい。
【０００９】
これにより、底部から固体スラグを含む充填層が抜き出されると共に、上部から粒子が供給されて上部に新たな充填層が形成されるので、溶融スラグを連続的に供給して冷却することが可能とされる。
【００１０】
また、抜出手段は、さらに、充填層を抜き出す際に、当該充填層に含まれる固体スラグを破砕することが好ましい。
【００１１】
これにより、充填層中の固体スラグが粉砕されてリサイクルに適する固体スラグを得ることが可能とされると共に、破砕手段と抜出手段とが兼用されるので、設備コストを低減できる。
【００１２】
ここで、溶融炉としてはロータリーキルン式溶融炉を採用することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る溶融設備の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る溶融設備の概略構成図である。本実施形態の溶融設備１００は、主として、被処理物を溶融し溶融スラグを生成するロータリーキルン（溶融炉）２０と、ロータリーキルン２０からの排ガスを二次燃焼する二次燃焼室３０と、ロータリーキルン２０から排出される溶融スラグを冷却する冷却装置５０と、を備えている。
【００１５】
ロータリーキルン２０は、入口（図示左側端）から出口（図示右側端）２１ａに向かって下方に所定に傾斜するように配設された円筒体２１を有しており、この円筒体２１は支持駆動装置２６によって軸回りに回転可能に支持されている。円筒体２１の出口２１ａは、二次燃焼室３０内に収容されている。
【００１６】
また、ロータリーキルン２０は、円筒体２１内の入口側に被処理物を導入する供給プッシャー２４と、入口側から円筒体２１内に熱風を供給し被処理物を燃焼・溶融させるバーナ２２と、を有している。
【００１７】
そして、このロータリーキルン２０は、円筒体２１の回転により円筒体２１の内の被処理物を入口側から出口２１ａ側へ向かって搬送すると共に、バーナ２２からの熱風によって円筒体２１内の被処理物を燃焼溶融し、溶融スラグを生成して出口２１ａから排出する。
【００１８】
なお、このようなロータリーキルン２０においては、被処理物として、飛灰を含む焼却灰、汚泥、廃プラスチック、シュレッダーダスト等の産業廃棄物、ガス化溶融炉のガス化残渣、動植物性残渣等の溶融処理が可能である。
【００１９】
二次燃焼室３０は、縦型の容器であり、上部にはロータリーキルン２０から排出されるガスを二次燃焼させるべく空気を供給する二次燃焼用空気供給ノズル３２が設置されている。
【００２０】
そして、本実施形態の溶融設備１００の冷却装置５０は、粒子充填層１１が形成されると共に当該粒子充填層１１でロータリーキルン２０の出口２１ａからの溶融スラグを受けるスラグ冷却塔（スラグ冷却容器）１０を備えている。
【００２１】
このスラグ冷却塔１０は、二次燃焼室３０から下方に延在する筒状容器であり、開放された上端が二次燃焼室３０内で円筒体２１の出口２１ａの下方に位置するように配置されている。また、スラグ冷却塔１０の下部にはテーパ部が設けられていて、下端の径が小さくされている。
【００２２】
スラグ冷却塔１０は、その円筒容器内に粒子が投入されることにより所定の高さの粒子充填層１１を形成する。そして、スラグ冷却塔１０は、ロータリーキルン２０の出口２１ａから排出される溶融スラグを粒子充填層１１で受け止め、溶融スラグを粒子充填層１１内で粒子と接触させて溶融スラグを２００〜３００℃程度まで冷却し、固体スラグとする。このとき、固体スラグは粒子充填層１１内で粒子を取り込んだ粗大な固まりとなる。なお、二次燃焼室３０と外部とは、粒子充填層１１を介して連通することとなるが、当該粒子充填層１１はシール性が高く二次燃焼室３０側への空気等の混入は少ない。
【００２３】
スラグ冷却塔１０の下端には、粗破砕機（抜出手段）１２が設置されている。この粗破砕機１２は、粒子充填層１１の底部から、固体スラグを含む粒子充填層を所定量抜き出すと共に、この抜き出しの際に、粗大な固体スラグを破砕する。このような粗破砕機としては、例えば、二軸式破砕機等が利用でき、抜き出しと破砕とを一つの装置で同時に行うので、設備コストが削減できる。
【００２４】
この粗破砕機１２の出口には、破砕後の粒子をさらに冷却する間接冷却装置１４が設けられている。この間接冷却装置１４は、破砕された固体スラグ等の粒子を伝熱面を介して冷却媒体と間接的に接触させて室温近くまで冷却する装置であり、例えば、冷却用水冷管を備える冷却スクリュータイプの冷却装置や、水冷される筒の内部で被冷却物を冷却するドラム式の冷却装置等を用いることができる。
【００２５】
間接冷却装置１４の出口には、さらに、搬送ライン４０を介して分級装置１６が接続されている。この分級装置１６は、室温近くまで冷却された固体スラグ等を大粒子と小粒子とに分級する物であり、例えば、振動篩型の分級機等を使用できる。分級装置１６は大粒子と小粒子とを別々のラインに排出する。
【００２６】
さらに、冷却装置５０は、分級装置１６から排出される大粒子、小粒子を各々所望量でスラグ冷却塔１０内の上部に戻し、スラグ冷却塔１０内に粒子充填層１１を連続的に形成させる循環ライン（粒子供給手段）４１、循環ライン（粒子供給手段）４２を各々備えている。
【００２７】
次に、本実施形態に係る溶融設備１００の作用について説明する。
【００２８】
まず、予め、スラグ冷却塔１０内に、主として１０ｍｍ〜１００ｍｍ程度の粒子径の固体スラグ等を充填し、粒子充填層１１を形成する。
【００２９】
次に、支持駆動装置２６により円筒体２１を回転させ、バーナ２２を起動すると共に、供給プッシャーから被処理物を円筒体２１内に投入し、円筒体２１内で被処理物を燃焼、溶融させ溶融スラグ（１２００℃程度）を生成させる。また、粗破砕機１２を駆動する。
【００３０】
円筒体２１で溶融された溶融スラグは、円筒体２１の出口から溢流し流下してスラグ冷却塔１０の粒子充填層１１内に導入される。粒子充填層１１内に導入された溶融スラグは、粒子充填層１１の粒子と接触し、この粒子を冷却媒体として冷却されつつ、固体スラグ（例えば、２００℃〜３００℃程度）となる。この冷却速度は水冷に比して遅く、また、水冷とは異なり水蒸気が発生しない。そして、溶融スラグは、粒子を取り込んだ粗大な固まりとなる。
【００３１】
また、粗破砕機１２によってスラグ冷却塔１０の底部から粒子充填層１１が抜き出されるので、これに伴ってスラグは上述のように冷却されつつ下方に向かって移動される。そして、スラグ冷却塔１０の底部から粗破砕機１２によって固体スラグを含む充填層が抜き出されると共に、このときに充填層中の固体スラグが２００ｍｍ以下程度にまで粉砕され、間接冷却装置１４に導入される。
【００３２】
粉砕された固体スラグ等は、間接冷却装置１４において２０℃程度にまで冷却される。そして、分級装置１６において、１０ｍｍ以上と、１０ｍｍ未満の粒子とに分級され、これらの粒子の一部は、所望の比率・量で、循環ライン４１，４２によってスラグ冷却塔１０にリサイクルされて、再び粒子充填層１１を形成する。一方、残りは外部に排出され、再利用等される。このとき、主として１０ｍｍ以上の粒子をスラグ冷却塔１０へ戻すことが好ましい。なお、スラグ冷却塔１０への粒子の投入量と、粗破砕機１２からの抜き出し量を調節することにより、溶融スラグの冷却速度を調節できる。
【００３３】
このように、本実施形態の溶融設備においては、ロータリーキルン２０の出口２１ａからの溶融スラグを、粒子による充填層を形成したスラグ冷却塔１０に導入し、充填層を構成する粒子と溶融スラグとを接触させるので、溶融スラグが粒子を冷却媒体として冷却されて固体スラグとなる。このとき、水と接触して冷却される場合に比して溶融スラグの冷却速度が遅くされるので、結晶化度が高く強度の強い固体スラグを得ることができる。また、水冷の場合と異なり溶融スラグの冷却に伴う水蒸気等が発生しないので、ロータリーキルン２０の出口２１ａ近傍が過度に冷却されることが妨げられ、出口２１ａ近傍での溶融スラグの固化・閉塞等の発生が抑制されている。
【００３４】
また、特に本実施形態のようなロータリーキルン２０においては、出口２１ａが大きいために粗大なスラグが排出されることがあるが、本実施形態に係るスラグ冷却塔１０によれば、スラグ冷却塔１０の入口側の径を大きくすることによりこのような粗大なスラグをも容易に受け入れて冷却することができる。
【００３５】
また、粗破砕機１２によりスラグ冷却塔１０の底部から固体スラグを含む充填層を抜き出すと共に、循環ライン４１，４２によりスラグ冷却塔１０の上部に粒子を供給している。このため、底部から固体スラグを含む充填層が抜き出されると共に、上部に新たな充填層が形成されるので、溶融スラグを連続的に供給して冷却することが可能となっている。
【００３６】
さらに、粗破砕機１２は、底部から粒子充填層１２を抜き出すと共に、当該充填層に含まれる固体スラグを破砕するので、充填層中の固体スラグが粉砕されてリサイクルに適する固体スラグ粉を得ることが容易に可能とされると共に、破砕手段と抜出手段とが兼用されるので、設備コストを低減できる。
【００３７】
なお、本発明に係る溶融設備は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形態様をとることが可能である。
【００３８】
例えば、本実施形態では、溶融炉として、ロータリーキルン２０を採用しているが、回転式表面溶融炉等の表面溶融炉でもよく、また、旋回溶融炉、固定床溶融炉、気流床溶融炉等でもよく、要は、供給される被処理物を燃焼溶融しスラグとして排出する溶融炉であればよい。
【００３９】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、溶融炉の出口からの溶融スラグを、粒子による充填層を形成したスラグ冷却容器に導入し、溶融スラグと充填層を構成する粒子とを接触させるので、溶融スラグが粒子を冷却媒体として冷却されて固体スラグとなる。このとき、水と接触して冷却される場合に比して溶融スラグの冷却速度が遅くされるので、強度の高い固体スラグを得ることができる。また、水冷の場合と異なり溶融スラグの冷却に伴う水蒸気等が発生しないので、溶融炉の出口近傍が過度に冷却されることが妨げられ、出口近傍での溶融スラグの固化等の発生が抑制されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る溶融設備の概略構成図である。
【符号の説明】
１０…スラグ冷却塔（スラグ冷却容器）、１１…粒子充填層（充填層）、１２…粗破砕機（抜出手段）、２０…ロータリーキルン（溶融炉）、２１…円筒体、２１ａ…出口、４１，４２…循環ライン（粒子供給手段）、５０…冷却装置、１００…溶融設備。
【図１】
2004190865.tif 000003