(57)【要約】【課題】大量の焼却灰を連続的に焼却灰溶融スラグに加工でき、低コストでしかも焼却灰溶融スラグの利用の拡大にも寄与し得る焼却灰溶融スラグの製造装置を提供すること。【解決手段】焼却灰溶融スラグの製造装置１は、粉末状態の焼却灰Ａを溶融炉内において高温で燃焼させることによって流動状態の溶融スラグＢに加工する装置であって、溶融炉は炉の外観を形作り、内部に焼却灰Ａの溶融スペースが形成された溶融炉本体７と、溶融炉本体７の内壁面を覆い隠すように設けられ、バーナ１３からの炎の流入経路３５と溶融スラグＢの流動経路３１を実質的に設定する耐火部材３０と、溶融炉本体７の壁面の一部を開口することによって形成される焼却灰Ａの投入口２７、溶融スラグ等の排出口２３及びバーナ１３からの炎の流入口１５とを備え、更に流動状態の溶融スラグＢが下方に向けて流れるように溶融スラグＢの流動経路３１は幾分傾斜した状態で設置されている。【選択図】              図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物を焼却することによって得られた粉末状態の焼却灰を原料とし、この焼却灰を溶融炉内において高温で燃焼させることによって流動状態の溶融スラグに加工する焼却灰溶融スラグの製造装置において、溶融炉は炉の外観を形作り、内部に焼却灰の溶融スペースが形成された溶融炉本体と、溶融炉本体の内壁面を覆い隠すように設けられ、バーナからの炎の流入経路と溶融スラグの流動経路を実質的に設定する耐火部材と、溶融炉本体の壁面の一部を開口することによって形成される焼却灰の投入口、溶融スラグ等の排出口及びバーナからの炎の流入口とを備えることによって構成されており、尚且つ流動状態の溶融スラグが下方に向けて流れるように溶融スラグの流動経路は幾分傾斜した状態で設置されていることを特徴とする焼却灰溶融スラグの製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載の焼却灰溶融スラグの製造装置において、溶融炉本体は上部窯と下部窯とによって構成される箱型の分割式構造を有していることを特徴とする焼却灰溶融スラグの製造装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の焼却灰溶融スラグの製造装置において、耐火部材はアルミナセメントまたはリン酸及びリン酸アルミニウムを水硬性物質として使用するキャスタブル耐火物によって形成されており、投入された焼却灰に対して上方からバーナの炎が流入するように炎の流入経路が形成されていて、溶融スペースとの連通部には複数の連通穴が開口していることを特徴とする焼却灰溶融スラグの製造装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の焼却灰溶融スラグの製造装置において、焼却灰の投入口には外方に向けて焼却灰の供給路が延長形成されており、この供給路内には供給された焼却灰の一部を残した状態で溶融スペース内に焼却灰を投入する送り込み手段が設けられていることを特徴とする焼却灰溶融スラグの製造装置。
【請求項５】
請求項４に記載の焼却灰溶融スラグの製造装置において、焼却灰の供給路には上下に配置される二枚のシャッタ板によって所定分量ずつの焼却灰の供給を行うようにした定量供給手段が接続されていることを特徴とする焼却灰溶融スラグの製造装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の焼却灰溶融スラグの製造装置において、溶融スラグ等の排出口には溶融炉本体と同様に耐火部材を内壁面に備えた排出ダクトが接続されており、排出ダクトには発生した燃焼ガスを外部に排出する排気口と、溶融スラグを外部の貯留槽に導くための排出開口とが設けられていることを特徴とする焼却灰溶融スラグの製造装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の焼却灰溶融スラグの製造装置において、溶融スラグ等の排出口の下方あるいは排出ダクトの排出開口の下方には流動状態の溶融スラグを急冷し、粒状の焼却灰溶融スラグに加工する、貯留槽内に水が貯留された造粒手段が設けられていることを特徴とする焼却灰溶融スラグの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭用あるいは産業用として出された各種の廃棄物のうち、焼却に付され、その結果物として得られた焼却灰を原料とし、更にこの焼却灰を溶融炉内において高温で燃焼させることによって溶融スラグに加工する焼却灰溶融スラグの製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
家庭から出される生ゴミや各種の包装資材等の家庭用廃棄物、あるいは企業から出される各種の産業廃棄物は年々増加する傾向にあり、これらのうち埋め立てやリサイクルに供されるものを除いた残りの廃棄物は焼却に付され、焼却灰に加工される。しかし焼却されることによって得られた焼却灰の量も相当な量に及んでおり、その処理対策が大きな問題となっている。
また近年、焼却灰を何かに再利用できないかという試みが一部で行なわれてはいるものの、これによって処理できる焼却灰の量は微々たるもので未だ試行段階の域を脱しておらず、より有効な処理対策の構築が望まれていた。
【０００３】
そこで焼却灰の量を更に少なくするために焼却灰を溶融炉内において高温で燃焼させることによって流動状態の溶融スラグに加工する手法が焼却灰の新たな処理対策として注目されている。この手法によれば焼却灰の量を約１０分の１程度まで少なくできる。しかし焼却灰を溶融させるためには１８００℃を超えるような高温で燃焼しなければならず、これを実現し普及させるための溶融炉の開発、処理量の増大を可能にする連続運転の実現及び加工された溶融スラグの利用法等が今後の課題とされていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記焼却灰を焼却灰溶融スラグに加工する手法に着目し、これを実現し普及させるために低コストで耐火性を有し、炉内温度の高温化にも寄与でき、加えて大量の焼却灰の連続的処理にも対応でき、焼却灰溶融スラグの利用の途を拡大させる新規かつ有用な焼却灰溶融スラグの製造装置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】
上記課題を解決するために請求項１記載の発明は、廃棄物を焼却することによって得られた粉末状態の焼却灰を原料とし、この焼却灰を溶融炉内において高温で燃焼させることによって焼却灰溶融スラグに加工する焼却灰溶融スラグの製造装置において、溶融炉は炉の外観を形作り、内部に焼却灰の溶融スペースが形成された溶融炉本体と、溶融炉本体の内壁面を覆い隠すように設けられ、バーナからの炎の流入経路と溶融スラグの流動経路を実質的に設定する耐火部材と、溶融炉本体の壁面の一部を開口することによって形成される焼却灰の投入口、溶融スラグ等の排出口及びバーナからの炎の流入口とを備えることによって構成されており、尚且つ流動状態の溶融スラグが下方に向けて流れるように溶融スラグの流動経路は幾分傾斜した状態で設置されていることを特徴とする焼却灰溶融スラグの製造装置である。
【０００６】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の焼却灰溶融スラグの製造装置において、溶融炉本体は上部窯と下部窯とによって構成される箱型の分割式構造を有していることを特徴とする焼却灰溶融スラグの製造装置である。
【０００７】
請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の焼却灰溶融スラグの製造装置において、耐火部材はアルミナセメントまたはリン酸及びリン酸アルミニウムを水硬性物質として使用するキャスタブル耐火物によって形成されており、投入された焼却灰に対して上方からバーナの炎が流入するように炎の流入経路が形成されていて、溶融スペースとの連通部には複数の連通穴が開口していることを特徴とする焼却灰溶融スラグの製造装置である。
【０００８】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の焼却灰溶融スラグの製造装置において、焼却灰の投入口には外方に向けて焼却灰の供給路が延長形成されており、この供給路内には供給された焼却灰の一部を残した状態で溶融スペース内に焼却灰を投入する送り込み手段が設けられていることを特徴とする焼却灰溶融スラグの製造装置である。
【０００９】
請求項５記載の発明は、請求項４に記載の焼却灰溶融スラグの製造装置において、焼却灰の供給路には上下に配置される二枚のシャッタ板によって所定分量ずつの焼却灰の供給を行うようにした定量供給手段が接続されていることを特徴とする焼却灰溶融スラグの製造装置である。
【００１０】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の焼却灰溶融スラグの製造装置において、溶融スラグ等の排出口には溶融炉本体と同様に耐火部材を内壁面に備えた排出ダクトが接続されており、排出ダクトには発生した燃焼ガスを外部に排出する排気口と、溶融スラグを外部の貯留槽に導くための排出開口とが設けられていることを特徴とする焼却灰溶融スラグの製造装置である。
【００１１】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の焼却灰溶融スラグの製造装置において、溶融スラグ等の排出口の下方あるいは排出ダクトの排出開口の下方には流動状態の溶融スラグを急冷し、粒状の焼却灰溶融スラグに加工する、貯留槽内に水が貯留された造粒手段が設けられていることを特徴とする焼却灰溶融スラグの製造装置である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて具体的に説明する。
焼却灰溶融スラグの製造装置１は廃棄物を焼却することによって得られた粉末状態の焼却灰Ａを原料とし、この焼却灰Ａを溶融炉内において高温で燃焼させることによって流動状態の溶融スラグＢに加工する装置である。溶融炉は上部窯３と下部窯５を上下に組み合わせることによって箱型の外観形状を有する溶融炉本体７を備えている。
上部窯３は図１、３、４に示すように下部窯５との接合面が羽子板様の形状を呈しており、幅寸法の狭い部分が流動状態となった溶融スラグＢを搬出する搬出部９、幅寸法の広い部分が投入された焼却灰Ａの溶融スペースとなる溶融部１１となっている。
【００１３】
搬出部９は断面形状をコの字状とし、その内部に直方体状の内部空間を形成している。また溶融部１１は断面形状を半円環状とし、その内部に半円筒状の内部空間を形成している。
溶融部１１における搬出部９との接合部側の端面には、搬出部９を挟んでその左右にバーナ１３からの炎を溶融スペース内に導くための流入口１５が形成されている。流入口１５の外方にはボックス形状のアタッチメント１７が設けられており、このアタッチメント１７に対して一例としてＡ重油やプロパンガスを燃料とするバーナ１３が取り付けられている。
また、バーナ１３には図示しない純酸素ボンベが接続され、Ａ重油やプロパンガスと共に純酸素をバーナ１３から放出できるようになっている。なお、純酸素は空気と異なり、燃焼を阻害する窒素を含まないので、高効率の燃焼が可能となる。
【００１４】
下部窯５は図１、３、５に示すように上部窯３との接合面が上部窯３と同様、羽子板様の形状を呈しており、同様に搬出部１９と溶融部２１とを有している。
搬出部１９は断面形状をコの字状とし、その内部に直方体状の内部空間を形成している。また搬出部１９の先端側の部位は図１、２、６に示すように下方に向けてヘの字状に折り曲げられていて、その端面開口部が溶融スラグＢや焼却灰Ａの燃焼に伴って発生する燃焼ガスＧの排出口２３となっている。尚、排出口２３には後述する排出ダクト２５が接続されている。
【００１５】
溶融部２１は断面形状を幅広のコの字状とし、その内部に偏平直方体状の内部空間を形成している。また溶融部２１の搬出部１９と反対側の端面には焼却灰Ａの受け入れ口となる矩形状の投入口２７が設けられている。
このような上部窯３と下部窯５は組み合わされた状態で搬出部９、１９の部位で直方体状の内部空間、溶融部１１、２１の部位で蒲鉾様の内部空間がそれぞれ形成され、流動状態の溶融スラグＢが下方に向けて流れるよう、図２に示すように幾分傾斜した状態で設置されている。
また図４、５に示すように上部窯３と下部窯５の内壁面には丸棒を適宜湾曲させることによって形成される鹿角状の多数の係止突起２９が設けられており、以下に述べる耐火部材３０との接合強化を図っている。
【００１６】
耐火部材３０は通称キャスタと呼ばれる、アルミナセメントまたはリン酸及びリン酸アルミニウムを水硬性物質として使用するキャスタブル耐火物によって形成されている。
上部窯３の内壁面を覆い隠すように貼設される耐火部材３０はほぼ均一な厚みに形成されており、その内部には凹状の溶融スラグＢの流動経路３１が形成されている。
一方、下部窯５の内壁面を覆い隠すように貼設される耐火部材３０は図１〜３に示すように前面に亘ってほぼ均一な厚みに成形された部分の他、その一部に盛り上がり部３３が設けられている。この盛り上がり部３３はバーナ１３からの炎を溶融スペース内に導くための流入経路３５を形成するために設けられている。
【００１７】
具体的には、盛り上がり部３３は図３に示すように搬出部９を挟んで、その左右に設けられている二基のバーナ１３の内側において、焼却灰Ａの投入口２７に向けて延びるように投入口２７の近傍まで直線的に設けられている。
盛り上がり部３３の上端は上部窯３の内壁面に貼設されている耐火部材３０に接する位置まで達しており、流入口１５から流入したバーナ１３からの炎は盛り上がり部３３によって内側に向けての流入が規制され、投入口２７に向かって直線的に流入し、投入口２７の近傍の盛り上がり部３３の形成されていない部分で、内側に回りこんで溶融スペースに向けて流入するようになっている。
【００１８】
流入経路３５の末端の溶融スペースとの連通部には、複数の連通穴３７が開口している。これにより流入経路３５の末端に達した炎は連通穴３７を通って、溶融スペース内に進入し、投入口２７から投入された焼却灰Ａの燃焼、溶融に供される。
因みにこのような流入経路３５を採用することによって粉状で舞い易い焼却灰Ａの舞い上がりを防止し、効率の良い焼却灰の燃焼、溶融に寄与すると共に溶融スペース内の温度を極限まで高め、耐火レンガも溶けてしまう２０００℃以上にも達する高温の炉内温度を実現しているのである。
【００１９】
下部窯５に形成されている投入口２７には外方に向けて断面コの字状で樋様の形状を有する焼却灰Ａの供給路３９が延長形成されている。供給路３９内には供給路３９の内壁面に摺接する押圧板４１を先端に備える送り込み手段としてのプッシャ４３が設けられている。このプッシャ４３は手動で、あるいは図示しない油圧シリンダ等の動力を用いて、投入口２７に向けて押し込まれ、供給路３９内に供給された焼却灰Ａの一部を残した状態で溶融スペース内に焼却灰Ａを投入する。因みに供給路３９内に焼却灰Ａの一部を残しておくことによって、投入口２７は常に閉塞された状態にあり、炉内温度の低下防止及び供給炉３９の耐火性を向上させているのである。
【００２０】
供給炉３９における投入口２７との接合部寄りの端部には、焼却灰Ａの定量供給を可能にする定量供給手段４５が設けられている。定量供給手段４５は上面及び下面が開放された角筒状の計量筒体４７と、計量筒体４７の上面を閉塞ないし拡開する上部シャッタ４９と、計量筒体４７の下面を閉塞ないし拡開する下部シャッタ５１とを備えている。
上部シャッタ４９と下部シャッタ５１は同一構造を有しており、計量筒体４７の上面及び下面を直接閉塞ないし拡開するシャッタ板５３とシャッタ板５３を出没自在に駆動する油圧シリンダ５５とを備えている。
【００２１】
下部窯５における搬出部１９の端面に設けられる排出口２３には、溶融炉本体７と同様に耐火部材３０を内壁面に備えた排出ダクト２５が接続されている。排出ダクト２５は図１、７に示すように幾分下方が窄まった角筒漏斗様の形状を呈しており、その内壁面には溶融炉本体７と同様、多数の係止突起２９が設けられている。
排出ダクト２５に対しても耐火部材３０を設けたことにより、炉内温度の低下防止と排出ダクト２５の耐火性の向上とを図っている。
【００２２】
また排出ダクト２５の側胴部の一部は円形状にくり貫かれており、溶融スペース内で発生した燃焼ガスＧを外部に排出する排気口５９となっている。尚、この排気口５９には燃焼ガスＧを屋外に導くためのパイプ６１が取り付けられている。
また排出ダクト２５の下部の開口は溶融スラグＢを下方に位置する貯留槽６３に導くための排出開口６５となっている。排出ダクト２５の排出開口６５の下方には造粒手段として機能する水Ｗが貯留された貯留槽６３が設けられており、この排出開口６５は貯留槽６３内の水Ｗに浸かった状態となっている。従って、排出開口６５から外気が流動経路３１へ入るのを防止できる。
【００２３】
次にこのようにして構成される焼却灰溶融スラグの製造装置１の作動状態を図８に示す送り込み手段と定量供給手段の作動状態を中心に説明する。また当初、粉末状態であった焼却灰Ａが流動状態の溶融スラグＢになって、最終的に粒状の焼却灰溶融スラグＣに至る一連の生成プロセスの流れについては図１〜３を適宜参照されたい。
図８（ａ）に示すように下部シャッタ５１におけるシャッタ板５３が閉塞状態、上部シャッタ４９おけるシャッタ板５３が拡開状態にある計量筒体４７に対して粉末状の焼却灰Ａをいっぱいになるまで充填する。次に上部シャッタ４９における油圧シリンダ５５のシリンダロッドを伸張させ、計量筒体４７の上面をシャッタ板５３によって閉塞する。
【００２４】
この時、計量筒体４７内の焼却灰Ａが下方の供給路３９に供給される所定分量の焼却灰Ａとなる。次に下部シャッタ５１における油圧シリンダ５５のシリンダロッドを収縮させ、図８（ｂ）に示すようにシャッタ板５３を拡開状態にして、下方の供給路３９内に所定分量の焼却灰Ａを落下させ、供給する。
そして図８（ｃ）に示すようにプッシャ４３を押し込んで、その先端の押圧板４１によって供給路３９内に供給された焼却灰Ａを所定ストローク、投入口２７に向けて摺動させる。尚、この状態では焼却灰Ａは溶融スペース内には投入されていない。
【００２５】
次に図８（ｄ）に示すようにプッシャ４３を当初の位置まで後退させ、計量筒体４７内の所定分量の焼却灰Ａを供給路３９に落下させる。この状態で図８（ｅ）に示すようにプッシャ４３を押し込めば、供給路３９内の焼却灰Ａのうち、先端側に位置する焼却灰Ａは投入口２７から送り出され、溶融スペース内に至る。一方、後端側に位置する焼却灰Ａはそのまま投入口２７付近に留まって、投入口２７を閉塞するのに使用される。
【００２６】
またこの時、同時に下部シャッタ５１における油圧シリンダ５５におけるシリンダロッドが伸張し、シャッタ板５３によって計量筒体４７の下面を閉塞しておき、次の供給に備えて再び計量筒体４７内に焼却灰Ａをいっぱいに充填しておく。
以下、図８（ｆ）（ｇ）（ｈ）に示すようにプッシャ４３の押し込み、後退と、上部シャッタ４９と下部シャッタ５１による計量筒体４７の上面及び下面の開閉を繰り返すことによって連続的に焼却灰Ａを溶融スペース内に投入することが可能となる。
【００２７】
バーナ１３からの炎が流入口１５を通って、流入経路３５内に至り、連通穴３７から下方の溶融スペース内に流入する。
従って、溶融スペース内に投入された焼却灰Ａは炎の流入に伴って発生する熱風によって上方に舞い上がることなく、効率良く燃焼されて流動状態の溶融スラグＢに加工される。流動状態となった溶融スラグＢは流動経路３１の傾斜に沿って下方に向けて流れ、溶融部１１、２１から搬出部９、１９に至り、更に下方に向けて流れ、排出口２３に達する。またこの時、同時に溶融スペース内で発生した燃焼ガスＧも溶融部１１、２１から搬出部９、１９を通って排出口２３に達する。
【００２８】
排出口２３に達した燃焼ガスＧは排出ダクト２５を通って排気口５９からパイプ６１内に至り、屋外等に排気される。一方、排出口２３に達した溶融スラグＢは排出ダクト２５を通って排出開口６５から下方に設置されている貯留槽６３内に随時流出されて行く。
貯留槽６３内に至った溶融スラグＢは貯留槽６３内に予め貯留されている水Ｗによって急冷され、瞬時に粒状の焼却灰溶融スラグＣに加工される。このようにして加工され、生成された焼却灰溶融スラグＣは当初の粉末状態の焼却灰Ａに比べて１０分の１以下の分量になっている。
【００２９】
また溶融スラグＢのままで、そのまま空冷した場合にはある程度の大きさをもつ塊状のまま固化してしまうため、これを何かに再利用しようとしても極めて困難であるが、このような粒状の焼却灰溶融スラグＣに加工することによって、例えば道路のアスファルトや建造物の壁材等に混入する等の利用が可能となり、種々の分野への応用が大いに期待できるようになる。
【００３０】
以上、本発明の実施の形態について詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計の変更などがあっても本発明に含まれる。
例えば溶融炉本体７の形状は箱状に限らず、円筒状やコーン状等、種々の形状が採用できる。また流動経路３１の傾斜角度は何段階かにあるいは無段階に可変できるように調整式の構造とすることも可能である。
また貯留槽６３内の水Ｗを常に新しい水Ｗと入れ替えることができるような循環式の構造とすることも可能である。このような構造を採用した場合には水Ｗの温度変化を最小限に小さくすることができる。
この他、生成した焼却灰溶融スラグＣを水Ｗからすくい上げる、例えばすくい網様の分離手段を併設することも可能である。
上記実施に形態では、溶融スラグＢを急冷することによって焼却灰溶融スラグＣを粒状のものとしたが、溶融スラグＢを自然冷却してある程度の大きさをもつ塊状の焼却灰溶融スラグＣを得る場合にも本発明の焼却灰溶融スラグの製造装置を適用できることは勿論である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、溶融炉内の温度を極めて高温に高めることが可能となり、焼却灰を均一に効率良く連続的に焼却灰溶融スラグに加工できる。また構造も比較的簡単であるから製品コストの削減にも寄与でき、粒状の焼却灰溶融スラグに加工することで再利用の可能性も大いに拡大する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る焼却灰溶融スラグの製造装置を示す分解斜視図である。
【図２】図１の焼却灰溶融スラグの製造装置を示す側面図である。
【図３】図１の焼却灰溶融スラグの製造装置を示す平面図である。
【図４】図１の焼却灰溶融スラグの製造装置における上部窯の内面を示す耐火部材貼設前の斜視図である。
【図５】図１の焼却灰溶融スラグの製造装置における下部窯の内面を示す耐火部材貼設前の斜視図である。
【図６】図５の下部窯における搬出部を拡大して示す斜視図である。
【図７】図１の焼却灰溶融スラグの製造装置における排出ダクトを示す耐火部材貼設前の斜視図である。
【図８】図１の焼却灰溶融スラグの製造装置における送り込み手段と定量供給手段の作動状態を段階的に示す説明図である。
【符号の説明】
１  焼却灰溶融スラグの製造装置    ３  上部窯
５  下部窯                        ７  溶融炉本体
９  搬出部                      １１  溶融部
１３  バーナ                      １５  流入口
１７  アタッチメント              １９  搬出部
２１  溶融部                      ２３  排出口
２５  排出ダクト                  ２７  投入口
２９  係止突起                    ３０  耐火部材
３１  流動経路                    ３３  盛り上がり部
３５  流入経路                    ３７  連通穴
３９  供給路                      ４１  押圧板
４３  プッシャ（送り込み手段）    ４５  定量供給手段
４７  計量筒体                    ４９  上部シャッタ
５１  下部シャッタ                ５３  シャッタ板
５５  油圧シリンダ                ５９  排気口
６１  パイプ                      ６３  貯留槽
６５  排出開口                      Ａ  焼却灰
Ｂ  溶融スラグ                    Ｃ  焼却灰溶融スラグ
Ｗ  水                            Ｇ  燃焼ガス
【図１】
2004251538.tif 000003
【図２】
2004251538.tif 000004
【図３】
2004251538.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004251538.tif 000007
【図６】
2004251538.tif 000008
【図７】
2004251538.tif 000009
【図８】
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