(57)【要約】【課題】水槽内でスラグの沈降を促進させ、多くのスラグをスラグ冷却水から効率よく分離できるスラグ分離装置を提供することを目的とする。【解決手段】スラグ冷却水を収容する水槽１０内に溶融スラグにスラグ冷却水を接触させて生成した水砕スラグを該水槽１０内に投入し、該水槽１０の底部に沈降するスラグをスラグ排出機構（分離コンベヤ２０）で該水槽１０外に排出するスラグ分離装置において、水槽１０内のスラグ冷却水が排水口１２に向って流れる流路の所定領域に該スラグ冷却水の流れを整流する整流板１４−１〜１４−３を設けた。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラグ冷却水を収容する水槽内に溶融スラグにスラグ冷却水を接触させて生成した水砕スラグ、又は溶融スラグを直接該水槽内に投入し、該水槽底部に沈降するスラグをスラグ排出機構で該水槽外に排出するスラグ分離装置において、
前記水槽内のスラグ冷却水が排水口に向って流れる流路の所定領域に該スラグ冷却水の流れを整流する整流板を設けたことを特徴とするスラグ分離装置。
【請求項２】
スラグ冷却水を収容する水槽内に溶融スラグにスラグ冷却水を接触させて生成した水砕スラグ、又は溶融スラグを直接該水槽内に投入し、該水槽底部に沈降するスラグをスラグ排出機構で該水槽外に排出するスラグ分離装置において、
前記溶融スラグ又は水砕スラグ投入部と排水口の間に複数枚の傾斜板を配置したことを特徴とするスラグ分離装置。
【請求項３】
スラグ冷却水を収容する水槽内に溶融スラグにスラグ冷却水を接触させて生成した水砕スラグ、又は溶融スラグを直接該水槽内に投入し、該水槽底部に沈降するスラグをスラグ排出機構で該水槽外に排出するスラグ分離装置において、
前記溶融スラグ又は水砕スラグ投入部と排水口の間に複数枚の整流板とその下流側に複数枚の傾斜板を配置したことを特徴とするスラグ分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスラグ冷却水を収容する水槽内に溶融スラグにスラグ冷却水を接触させて生成した水砕スラグ、又は溶融スラグを直接水槽内に投入し、水槽底部に沈降するスラグをスラグ排出機構で該水槽外に排出するスラグ分離装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみ、産業廃棄物、医療廃棄物、シュレッダーダストや古タイヤ等の廃棄物を焼却して減量化すること、及びその焼却熱を有効に利用することが望まれている。廃棄物の焼却灰は、通常、有害な重金属を含むので、焼却灰を埋め立てにより処理するためには、重金属成分を固化処理するための対策が必要である。更に設備全体のスケールダウン等も求められている。このような課題に対応できる設備として、種々の金属を回収すると共に、灰を溶融して溶融スラグを形成し、この溶融スラグを水砕スラグとして回収する溶融炉装置が近年注目されている。このような溶融炉装置として、ガス化溶融システムに用いられるものが特に注目されており、例えば特許文献１に記載されたものがある。
【０００３】
このような溶融炉装置において、溶融炉の溶融スラグ排出口から排出される溶融スラグを水砕トラフに導き、該水砕トラフで溶融スラグにスラグ冷却水を接触させ、水砕スラグを生成し、該水砕スラグをスラグ冷却水と伴に、スラグ分離コンベヤ装置に投入し、該スラグ分離コンベヤ装置で水砕スラグとスラグ冷却水を分離している。なお、水砕トラフは必須なものではなく、例えば水砕トラフを用いることなく、溶融スラグ排出口から排出される溶融スラグを直接スラグ分離コンベヤ装置に投入するようにしたものもある。
【０００４】
上記スラグ分離コンベヤ装置は、水槽の底部に分離コンベヤが配置された構成で、上記水砕スラグとスラグ冷却水は、該スラグ分離コンベヤ装置の上方の所定位置に配置された水砕トラフの排出口から、水槽内に投入される。投入されたスラグ冷却水は水槽に所定量貯留されるが、それを越えるスラグ冷却水は排水口から外部に排出される。即ち、水槽内を遅い流速で流れ、排出口から排出される。一方、水砕スラグは自重で沈降し、スラグ分離コンベヤ上に堆積し、該コンベヤにより装置外に排出される。
【０００５】
上記スラグ分離コンベヤ装置において、水砕スラグとスラグ冷却水の分離は重要で、特にスラグ冷却水は循環させて使用するため、循環するスラグ冷却水中に多くのスラグが存在すると、循環ポンプや配管等の接液部の摩耗が激しく、寿命が短くなるという問題があった。この問題を解決するため、水槽の容量を大きくし、スラグ冷却水の流速を遅くして、スラグ冷却水が排水口から排水されるまでの間に多くのスラグを沈降させるような対策が採られている。
【０００６】
しかしながら、沈降分離を効果的に発揮させるには、沈澱池のように十分な水面の面積を確保し、水槽内の流れを均一にして沈降時間を確保する必要がある。実際のスラグ分離コンベヤ装置は、配置上の制約があるため水面の面積を十分確保できず、水槽内の水流は均一とならずにショートパスする冷却水が部分的に生じる問題があった。さらに水面の面積が不足している分をカバーするために水槽容量を大きくしようとはしているが増量可能な容量にも限界があるため、スラグの十分な沈降時間が確保できず、効果的にスラグ沈降機能を発揮しうるスラグ分離コンベヤ装置とはなっていなかった。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−３３２６１４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、水槽内でスラグの沈降を促進させ、多くのスラグをスラグ冷却水から効率よく分離できるスラグ分離装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、スラグ冷却水を収容する水槽内に溶融スラグにスラグ冷却水を接触させて生成した水砕スラグ、又は溶融スラグを直接該水槽内に投入し、該水槽底部に沈降するスラグをスラグ排出機構で該水槽外に排出するスラグ分離装置において、水槽内のスラグ冷却水が排水口に向って流れる流路の所定領域に該スラグ冷却水の流れを整流する整流板を設けたことを特徴とする。
【００１０】
上記のように、スラグ冷却水が排水口に向って流れる流路の所定領域にスラグ冷却水の流れを整流させる整流板を設けたので、これによりスラグ冷却水が整流され、水槽内をショートパスする流れがなくなる。更に、投入部に投入されてから排水口から排水するまでのスラグ冷却水の装置内における滞留時間が長くなるので自重により沈降して堆積するスラグの量を従来より増すことができるから、より多くのスラグをスラグ冷却水から分離搬送除去することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、スラグ冷却水を収容する水槽内に溶融スラグにスラグ冷却水を接触させて生成した水砕スラグ、又は溶融スラグを直接該水槽内に投入し、該水槽底部に沈降するスラグをスラグ排出機構で該水槽外に排出するスラグ分離装置において、溶融スラグ又は水砕スラグ投入部と排水口の間に複数枚の傾斜板を配置したことを特徴とする。
【００１２】
傾斜板を利用した沈降分離は水処理の分野においては既知の技術であるが、通常このような分野では数時間以上の沈澱時間を確保する上で、傾斜板が有用なため使用している。沈降分離処理の分野において水の滞留時間を沈澱時間に近づける必要があるためである。他方、スラグ分離装置内においては、滞留時間は数秒から数十秒のオーダーしかなく短い。従って、当業者にとっては傾斜板を設置しても効果が現れないように思われていた。本発明では、スラグ分離装置の水槽内の溶融スラグ又は水砕スラグ投入部と排水口の間に複数枚の傾斜板を配置することにより、滞留時間は数秒〜数十秒のオーダーであっても、スラグの沈降距離が短縮されるため、スラグの沈澱性が改善されるという作用効果が生じることを見出し、より多くのスラグをスラグ冷却水から分離することが可能となる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、スラグ冷却水を収容する水槽内に溶融スラグにスラグ冷却水を接触させて生成した水砕スラグ、又は溶融スラグを直接該水槽内に投入し、該水槽底部に沈降するスラグをスラグ排出機構で該水槽外に排出するスラグ分離装置において、溶融スラグ又は水砕スラグ投入部と排水口の間に複数枚の整流板とその下流側に複数枚の傾斜板を配置したことを特徴とする。
【００１４】
上記のように、溶融スラグ又は水砕スラグ投入部と排水口の間に複数枚の整流板と該整流板の下流側に複数枚の傾斜板を配置したことにより、請求項１及び請求項２に記載の発明と同様の作用効果により、より多くのスラグをスラグ冷却水から分離することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１乃至図２は本発明に係る溶融炉装置におけるスラグ分離装置の構成例を示す図で、図１は側断面図、図２（ａ）は一部平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。本スラグ分離装置は、水槽１０の底部に分離コンベヤ２０を配置したスラグ分離コンベヤ装置１を具備し、該スラグ分離コンベヤ装置１の水槽１０内の所定位置に水砕トラフ３０の排出口３１が配設されている。該水砕トラフ３０内には、図示しない溶融炉の溶融スラグ排出口から排出された溶融スラグ１０１が投入され、水砕トラフ３０内を流れるスラグ冷却水１０２に接触し、水砕スラグとなる。該スラグ冷却水１０２と水砕スラグの混合体１０３は水砕トラフ３０の排出口３１から水槽１０内に投入される。
【００１６】
水槽１０内にはスラグ冷却水１０２が所定レベルまで貯留されており、混合体１０３中のスラグはその自重で、沈降し分離コンベヤ２０の上面に堆積する。分離コンベヤ２０は、その上面に長手方向に沿って所定の間隔でスクレーパ板２１が取り付けられており、矢印Ｂ方向に移動している。混合体１０３中の水砕スラグ１０４はその自重でスラグ冷却水１０２中を沈降し、スクレーパ板２１とスクレーパ板２１の間の分離コンベヤ２０上面に堆積し、分離コンベヤ２０の移動と共に、スラグ排出口１１から排出され落下する。
【００１７】
水砕トラフ３０の排出口３１から水槽１０内に流入したスラグ冷却水１０２は排水口１２に向って流れる。この水砕トラフ３０の排出口３１と排水口１２の間に整流板を配置する整流板配置領域１３が設けられており、該整流板配置領域１３内には、分離コンベヤ２０の移動方向（矢印Ｂ）に平行に該分離コンベヤ２０の幅方向に所定間隔で複数枚の整流板１４−１、１４−２、１４−３が配置されている。また、水槽１０の整流板配置領域１３に対向する側部にはスラグ冷却水流入室１５が設けられている。なお、上記例では整流板１４−１、１４−２、１４−３を分離コンベヤ２０の移動方向（矢印Ｂ）に平行に所定間隔で配置したが、分離コンベヤ２０の移動方向に直交する方向に配置してもよい。また、整流板には孔を多数設けた多孔板を用いることもできる。
【００１８】
水砕トラフ３０の排出口３１から流入したスラグ冷却水は整流板配置領域１３の入口１３ａから流入し、整流板配置領域１３の整流板１４−１と１４−２の間、整流板１４−２と１４−３の間を通って矢印Ｃに示すように流れ、スラグ冷却水流入室１５に流入する。即ち、スラグ冷却水１０２は整流板配置領域１３内を分離コンベヤ２０の移動方向及び反対方向へと矢印Ｃに示すように蛇行しながら分離コンベヤ２０の幅方向に流れる。これにより、スラグ冷却水のショートパスがなくなり、スラグ冷却水１０２の水槽１０内の滞留時間が長くなり、スラグ冷却水１０２中の水砕スラグ１０４の多くの粒はその自重により、沈降し分離コンベヤ２０の上面に到達することになる。水砕スラグ１０４の除去されたスラグ冷却水１０２はスラグ冷却水流入室１５の側部に設けた、排水口１２より排出する。この排出されたスラグ冷却水１０２は循環ポンプにより、再び水砕トラフ３０内に供給される。
【００１９】
図３は本発明に係る溶融炉装置におけるスラグ分離装置の他の構成例を示す図で、図３（ａ）は一部平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図３において、図１及び図２と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示す。また、他の図面においても同様とする。ここでは、図２の整流板配置領域１３に相当する部分を傾斜板配置領域１３’とし、この傾斜板配置領域１３’に複数枚の傾斜板１７−１、１７−２…が分離コンベヤ２０の長手方向に沿って幅方向に所定間隔で配置され、各傾斜板１７−１、１７−２…は所定角度θ°傾斜させて配置されている。各傾斜板１７−１、１７−２…の大きさとしては、縦長が０．５ｍ〜１．５ｍ、横長が１．０ｍ〜２．０ｍ、板厚が５０ｍｍ〜１５０ｍｍとし、角度θとしては４０°〜６０°程度とすることが好ましい。
【００２０】
なお、傾斜板を利用した沈降分離方法は水処理の技術分野においては知られている技術の一つである。通常このような分野では数時間以上の沈澱時間を確保するために使用している。他方、スラグ分離コンベヤ装置内においては、沈降分離する平均時間が数時間オーダーであるのにくらべ、本装置内での水の滞留時間は数秒〜数十秒のオーダーと非常に短い。従って、このスラグ分離コンベヤ装置の技術分野において、本技術を採用する積極的な動機はありえなかった。
【００２１】
しかし、本発明では、水槽１０内の排水口１２と水砕スラグ投入部（水砕トラフ３０の排水口３１）の間に複数枚の傾斜板１７−１、１７−２…を配置することにより、滞留時間は数秒〜数十秒しかないが、このような使用状態でも、水砕スラグの沈澱性が改善されるという作用効果があることが分り、より多くの水砕スラグをスラグ冷却水から分離することが可能となる。
【００２２】
図４は本発明に係る溶融炉装置におけるスラグ分離装置の他の構成例を示す図で、図４（ａ）は一部平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。本スラグ分離装置は、図示するように、水砕トラフ３０の排出口３１の下流側に整流板配置領域１３を配置し、その下流側に傾斜板配置領域１６を設けている。該傾斜板配置領域１６には複数枚の傾斜板１７−１、１７−２…が分離コンベヤ２０の長手方向に沿って幅方向に所定間隔で配置され、各傾斜板１７−１、１７−２…は所定角度θ°傾斜させて配置されている。角度θ°としては好ましくは４０°〜６０°とすると良い。また、各傾斜板１７−１、１７−２…は、縦長０．５ｍ〜１．５ｍ、横長１．０ｍ〜２．０ｍ、板厚５０ｍｍ〜１５０ｍｍとするとよい。
【００２３】
上記のように水砕トラフ３０の排出口３１の下流側に整流板配置領域１３、傾斜板配置領域１６を順次設けることにより、該傾斜板配置領域１６に配置された傾斜板１７−１〜１７−７の作用により、スラグ冷却水中のスラグ粒の沈降がより促進され、より多くのスラグ粒をスラグ冷却水１０２から分離することが可能となる。
【００２４】
図５は上記構成のスラグ分離装置をガス化溶融システムに適用した全体構成例を示す図である。図示するように、ガス化溶融システムは流動床ガス化炉４０と溶融炉５０で構成されている。流動床ガス化炉４０は流動層炉４３を有するガス化炉であり、可燃物供給機構４１から供給される廃棄物等の可燃物４２は流動層炉４３の還元雰囲気下でガス化され、チャー（主として未燃炭素分）や灰を含む生成ガス４５はフリーボード４４を通ってガス出口から溶融炉５０に供給される。なお、不燃物及び流動媒体４７は流動層炉４３の下部から排出機構４８により炉外へ排出される。
【００２５】
溶融炉５０は１次燃焼室５１、２次燃焼室５２及び３次燃焼室５３を具備する。上記流動床ガス化炉４０から供給された生成ガス４５は、１次燃焼室５１で図示しない２次空気供給ノズルから供給される２次空気と混合燃焼し、２次燃焼室５２で高温（１３５０℃前後）燃焼し、生成ガス４５に含まれるチャーを燃焼し、該生成ガス４５中に含まれる灰分を溶融する。その後、３次燃焼室５３で図示しない３次空気供給ノズルから供給される、３次空気と混合し、燃焼した後、排ガス５４は排ガス出口５５を通って排ガス処理装置５６に供給される。２次燃焼室５２及び３次燃焼室５３で溶融した灰分は溶融スラグ１０１となって溶融スラグ排出口５７から水砕トラフ３０に供給される。
【００２６】
なお、上記実施形態例では溶融炉の溶融スラグ排出口から排出された溶融スラグ１０１を水砕トラフ３０内を流れるスラグ冷却水１０２に接触させ、水砕スラグとして水砕トラフ３０の排出口３１から水槽１０内に投入する例を示したが、例えば、溶融炉の溶融スラグ排出口から排出される溶融スラグを図１の排出口３１が位置する部分の水槽１０内に直接投入し、該溶融スラグと水槽１０内のスラグ冷却水と接触させるようにしてもよい。図６はこのように構成したスラグ分離装置をガス化溶融システムに適用した場合の全体構成を示す図である。ガス化溶融システムの構成及び動作は図５のガス化溶融システムと同じであるからその説明は省略する。
【００２７】
また、上記実施形態例では、スラグ冷却水流入室１５を水槽の片側に設けたが、図示は省略するが、スラグ冷却水流入室１５を両側に設け、各室に排水口を設け、水砕トラフ３０の排出口３１から水槽内に流入したスラグ冷却水１０２が整流板配置領域１３で蛇行しながら傾斜板配置領域１６に流入し、該傾斜板配置領域１６から各スラグ冷却水流入室１５に流入するようにしてもよい。このように構成すると、より整流しやすくなる。
【００２８】
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。例えば、スラグ分離コンベヤ装置のコンベヤはスクレーパコンベヤに限定されるものではなく、スクリューコンベヤでもよい、要は水槽内で沈降したスラグを水槽外に排出するスラグ排出機構であればよい。
【００２９】
なお、本発明において、沈降距離とは、水中において粒子が鉛直下方へ沈降していったときに面に到達するまでの距離をいう。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように各請求項に記載の発明によれば下記のような優れた効果が得られる。
【００３１】
請求項１に記載の発明によれば、スラグ冷却水が排水口に向って流れる流路の所定領域にスラグ冷却水の流れを整流させる複数枚の整流板を設けたので、スラグ冷却水が整流されて流れるため、水槽内をショートパスする流れがなくなり、投入部に投入されてから排水口から排水するまでの滞留時間が長くなり、その間により多くのスラグが自重により沈降して分離コンベヤ上に堆積するから、より多くのスラグをスラグ冷却水から分離することができるスラグ分離装置を提供できる。
【００３２】
請求項２に記載の発明によれば、傾斜板を利用した沈降分離は水処理の分野においては既知の技術であるが、通常このような分野では数時間以上の沈澱時間を確保する上で、傾斜板が有用なため使用している。ここでは、スラグ分離装置の水槽内の溶融スラグ又は水砕スラグ投入部と排水口の間に複数枚の傾斜板を配置することにより、滞留時間は数秒〜数十秒であっても、スラグの沈降距離が短縮されるので、スラグの沈澱性が改善されるため、より多くのスラグをスラグ冷却水から分離することができるスラグ分離装置を提供できる。
【００３３】
請求項３に記載の発明によれば、溶融スラグ又は水砕スラグ投入部と排水口の間に複数枚の整流板と該整流体の下流側に複数枚の傾斜板を配置したことにより、スラグ冷却水は整流されると共に、スラグの沈降距離が短縮されるためスラグの沈降は更に促進され、より多くのスラグをスラグ冷却水から分離することができるスラグ分離装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る溶融炉装置におけるスラグ分離装置の構成例を示す側断面図である。
【図２】本発明に係る溶融炉装置におけるスラグ分離装置の構成例を示す図で、図２（ａ）は一部平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明に係る溶融炉装置におけるスラグ分離装置の構成例を示す図で、図３（ａ）は一部平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明に係る溶融炉装置におけるスラグ分離装置の構成例を示す図で、図４（ａ）は一部平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。
【図５】本発明に係るスラグ分離装置を適用したガス化溶融システムの全体構成例を示す図である。
【図６】本発明に係るスラグ分離装置を適用したガス化溶融システムの全体構成例を示す図である。
【符号の説明】
１              スラグ分離コンベヤ装置
１０            水槽
１１            スラグ排出口
１２            排水口
１３            整流板配置領域
１３’          傾斜板配置領域
１４−１〜４    整流板
１５            スラグ冷却水流入室
１６            傾斜板配置領域
１７−１〜７    傾斜板
２０            分離コンベヤ
２１            スクレーパ板
３０            水砕トラフ
３１            排出口
４０            流動床ガス化炉
４１            可燃物供給機構
４２            可燃物
４３            流動層炉
４４            フリーボード
４５            生成ガス
４６            生成ガス出口
４７            不燃物及び流動媒体
４８            排出機構
５０            溶融炉
５１            １次燃焼室
５２            ２次燃焼室
５３            ３次燃焼室
５４            排ガス
５５            排ガス出口
５６            排ガス処理装置
５７            溶融スラグ排出口
【図１】
2004277254.tif 000003
【図２】
2004277254.tif 000004
【図３】
2004277254.tif 000005
【図４】
2004277254.tif 000006
【図５】
2004277254.tif 000007
【図６】
2004277254.tif 000008