(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉頂部側から下方に向けて配置されるバーナを前記炉頂部に備え、
灰状の被処理物の堆積層を炉本体内に形成自在にし、
前記炉本体を鉛直方向に対して傾斜する傾斜姿勢に傾動させる傾動操作機構と、前記炉本体を上下方向姿勢の回転軸心周りに駆動回転自在に支持する駆動回転機構とを設け、
前記炉本体を前記回転軸心周りに駆動回転させながら、前記バーナからの燃焼火炎により前記被処理物を加熱して溶融処理可能に構成してある灰の溶融処理炉であって、
前記回転軸心に沿った軸心周りに回転自在な回転部材を、前記炉本体内にて溶融された被処理物に対して挿脱自在に前記炉頂部に備えさせるとともに、
前記回転部材を溶融した被処理物に挿入した状態において、前記駆動回転機構による前記炉本体の回転に伴って前記回転部材に作用するトルクを計測して粘度を判定可能な計測機構を前記回転部材に付設してある灰の溶融処理炉。
【請求項２】
前記計測機構を構成するに、前記回転部材と一体回転する付帯部材に対して、荷重測定器を、前記トルクを前記荷重測定器に張力として伝達する策条体により連結して、構成してある請求項１記載の灰の溶融処理炉。
【請求項３】
前記炉本体の底部内面には、前記炉頂部側に向けて突出する突起部を設けてある請求項１又は２記載の灰の溶融処理炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炉頂部側から下方に向けて配置されるバーナを前記炉頂部に備える溶融処理炉の炉本体内に、灰状の被処理物を投入して、前記被処理物の堆積層を前記バーナの下方に形成し、上下方向姿勢の回転軸心周りに駆動回転可能に構成してある前記炉本体を、前記回転軸心周りに駆動回転させながら、前記バーナからの燃焼火炎により前記被処理物を加熱溶融処理した後に、前記炉本体の姿勢を鉛直方向に対して傾動させて、その炉本体の炉頂部側から溶融した前記被処理物を流動排出させる灰の溶融処理方法及び溶融処理炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、下水汚泥の処理は脱水後直接埋め立て処分したり、燃料を用い焼却処理し減容化を行った後焼却灰を埋め立て処分したり、あるいは燃料を用い溶融処理しスラグ化した後スラグの有効利用を図る等の技術が用いられていた。
しかしながら、脱水汚泥あるいは焼却灰を埋め立て処分する場合には、埋め立て処分地の確保や重金属の溶出等の問題を抱えている。また近年、焼却灰を用いたレンガ等の有効利用が図られているが、長期的に見た場合重金属溶出等の問題が完全に解決されていないのが現状である。
一方、溶融処理においては、重金属の溶出がなく、再利用可能なスラグが得られるが、溶融処理に際して高温を取り扱うが故にハンドリングが煩雑となったり、時として処理費を多く必要とする等の問題が挙げられ、より簡単な溶融処理法が望まれている。また、多くの下水処理場が焼却法を採用している現状を考えると、新たに汚泥溶融炉を新設するとなると二重投資となり、建設費も問題となる。さらに、焼却灰をそのまま溶融処理対象とした場合には、焼却灰の飛散が起こり、溶融処理効率の低下や系外への有害物質の排出並びにその排出物の処理が新たに必要になってくる。
【０００３】
そこで、炉頂部側から下方に向けて配置されるバーナを前記炉頂部に備える溶融処理炉の炉本体内に、灰状の被処理物を投入して、前記被処理物の堆積層を前記バーナの下方に形成し、上下方向姿勢の回転軸心周りに駆動回転可能に構成してある前記炉本体を、前記回転軸心周りに駆動回転させながら、前記バーナからの燃焼火炎により前記被処理物を加熱溶融処理した後に、前記炉本体の姿勢を鉛直方向に対して傾動させて、その炉本体の炉頂部側から溶融した前記被処理物を流動排出させる灰の溶融処理技術が提案されている。
そして、従来は、被処理物を加熱溶融処理し、その被処理物の表面温度を検出して、その検出した温度やその温度の経時変化に基づいて、前記被処理物を炉本体の炉頂部側から溶融流動排出可能か否かの判断を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように検出した温度やその温度の経時変化に基づいて、流動排出可能と判断された場合であっても、実際には流動排出操作を行うと被処理物を炉本体の炉頂部側から溶融流動排出できないことがあり、まだ改善の余地が残されていた。
つまり、被処理物はその組成により溶融温度が異なり、また、溶融処理炉の炉内雰囲気も常に同一雰囲気ではなく変化するので、予め流動排出可能であると設定（予定）される温度やその温度の経時変化と、実際に流動排出可能な温度やその温度の経時変化との間にずれがある場合には、誤判断されることがあり、その判断の確実性を一定レベル以上向上させることができなかった。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、加熱溶融処理した被処理物が、炉本体の炉頂部側から流動排出可能か否かの判断の確実性を向上させ、効率的に灰の溶融処理を行えるようにするところにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の特徴構成は、図２，３，４に例示するごとく、炉頂部側から下方に向けて配置されるバーナ４を前記炉頂部に備え、
灰状の被処理物Ｗの堆積層１４を炉本体２内に形成自在にし、
前記炉本体２を鉛直方向に対して傾斜する傾斜姿勢に傾動させる傾動操作機構１３と、前記炉本体２を上下方向姿勢の回転軸心Ｘ周りに駆動回転自在に支持する駆動回転機構１２とを設け、
前記炉本体２を前記回転軸心Ｘ周りに駆動回転させながら、前記バーナ４からの燃焼火炎により前記被処理物Ｗを加熱して溶融処理可能に構成してある灰の溶融処理炉１であって、
前記回転軸心Ｘに沿った軸心周りに回転自在な回転部材２１を、前記炉本体２内にて溶融された被処理物Ｗに対して挿脱自在に前記炉頂部に備えさせるとともに、
前記回転部材２１を溶融した被処理物Ｗに挿入した状態において、前記駆動回転機構１２による前記炉本体２の回転に伴って前記回転部材２１に作用するトルクを計測して粘度を判定可能な計測機構を前記回転部材２１に付設してあるところにある。
【００１２】
〔作用効果〕
本発明の前提となる灰の溶融処理炉は炉本体を上下方向姿勢の回転軸心周りに駆動回転自在に支持する駆動回転機構を備えているので、本発明では上記特徴構成に記した如く、前記回転軸心に沿った軸心周りに回転自在な回転部材を前記炉本体内にて溶融された被処理物に対して挿脱自在に前記炉頂部に備えさせるとともに、前記回転部材を溶融した被処理物に挿入した状態において、前記駆動回転機構による前記炉本体の回転に伴って前記回転部材に作用するトルクを計測して粘度を判定可能な計測機構を前記回転部材に付設することによって、簡便な設備でありながら的確に溶融した被処理物の粘度を判定することができる。
【００１３】
つまり、溶融した被処理物が装入されている炉本体は、前記駆動回転機構により前記回転軸心周りに回転自在な測定容器の機能を果たすため、前記回転部材及び前記計測機構を設ける簡便な設備により、いわゆるトルク型粘度計の如き構成が実現され、的確に溶融した被処理物の粘度を判定することができるのである。
【００１４】
また、本構成によれば、溶融した被処理物の粘度を判定するにあたっては、例えば溶融した被処理物を炉本体から取り出してその粘度を測定するような操作をわざわざ行う必要はなく、適宜、回転部材を溶融した被処理物に挿入した状態で駆動回転機構により炉本体を回転させればよいので、簡易な操作によりしかも実際に炉本体内にて溶融した被処理物の粘度を判定することができるのである。
【００１５】
請求項２記載の発明の特徴構成は、上記請求項１の発明の特徴構成に加えて、図２，３に例示するごとく、前記計測機構を構成するに、前記回転部材２１と一体回転する付帯部材２２，２５に対して、荷重測定器２７，３１を、前記トルクを前記荷重測定器２７，３１に張力として伝達する策条体２６により連結して、構成してあるところにある。
【００１６】
〔作用効果〕
本構成によれば、回転部材に作用するトルクは、回転部材と一体回転する付帯部材を介して荷重測定器に連結される策条体に伝達される。つまり、前記トルクは、荷重測定器へその測定方向の張力として伝達され、この張力が直接、せん断応力のままで荷重測定器により測定されるのである。
従って、上記構成のごとく簡単な機構により、前記トルクをせん断応力のままで直接検出するため、比較的高温の環境雰囲気における測定であっても精度誤差が介入する余地がなく、簡単に精度よく測定を行うことができ、また、調整や保守等のメンテナンスも容易に行うことができる。さらに、トルクの計測自体は荷重測定器で行うため、調整にあたり恒温室等で標準試料を使用して検定（調整）する必要もない。よって、本構成によれば前記溶融処理炉に組み合わせるのに最も好適な計測機構となるのである。
【００１７】
請求項３記載の発明の特徴構成は、上記請求項１又は２の発明の特徴構成に加えて、図６に例示するごとく、前記炉本体２の底部内面には、前記炉頂部側に向けて突出する突起部４２を設けてあるところにある。
【００１８】
〔作用効果〕
炉本体の底部内面に炉頂部側に向けて突出する突起部を設けてあるので、炉本体を駆動回転機構により回転させながら被処理物を加熱溶融処理する際に、炉本体に装入される被処理物の攪拌が促進される。つまり、例えば被処理物が溶融している場合には、炉本体の回転に伴ってその被処理物の融液中に乱流が生じるなどして、被処理物の攪拌が促進されるのである。
従って、一層短時間に且つ効率的に被処理物の溶融処理を行うことができ、また、処理コストの低減を図ることができるようになる。
【００１９】
尚、上述のように、図面との対照を便利にするために符号を記したが、該記入により本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本発明に係る一実施形態として、下水汚泥の処理をとりあげて説明する。
【００２１】
図１の溶融処理手順の流れ図に示すように、例えば下水汚泥を焼却する場合には、下水汚泥を乾燥した後の乾燥汚泥を焼却処理する流動層式焼却炉１９を設け、前記乾燥汚泥を焼却処理した後の汚泥焼却灰を取り出して、被処理物Ｗとして溶融処理する。この汚泥焼却灰は、本発明において溶融処理する灰状の被処理物Ｗの一例である。この汚泥焼却灰は、微粉状の灰である。
そして前記非処理物Ｗは、溶融処理炉１にてバーナ４により溶融処理され、最終的には溶融スラグとして排出される。一方、燃焼排ガスＥは排ガス路９に溶融処理炉１から系外に導かれ、除塵装置９ａと、排ガス処理装置９ｂとを経て、誘引送風機構９ｃから大気中に送り出される。尚、当該実施形態では、前記除塵装置９ａにて捕獲された飛灰Ｐは搬送経路１７により溶融処理炉１内へ搬送されて、加熱溶融処理される。
【００２２】
前記被処理物Ｗを溶融処理するにあたり、一例として当該実施形態で用いる灰の溶融処理炉１を図２に示す。以下に、まずこの溶融処理炉１の構成について説明する。
【００２３】
前記溶融処理炉１は、小型且つ簡便なものであり、炉本体２と、溶融処理炉１の炉頂部構造を形成する炉蓋３とを備えている。
【００２４】
前記炉本体２は、その内部２ａに被処理物の堆積層を形成自在にしてある。しかも、前記炉本体２は、固定された支持構造体１０に枢支部１０ａを介して枢支された枠体１１上で、モータ等が内部に備えられる駆動回転機構１２により、略垂直方向の回転軸心Ｘ周りに駆動回転自在に支持されている。尚、炉本体２を駆動回転させる形態としては、炉本体２内に装入される被処理物Ｗ（或いは溶融した被処理物）が回転するように構成してあれば良く、炉本体２自体を駆動回転するようにしても良いし、炉本体２の内部側のみを駆動回転するようにしても良い。
さらに、前記枠体１１と前記支持構造体１０との間に、前記炉本体２を前記枠体１１と共に、鉛直方向に対して傾斜する傾斜姿勢に傾動させる傾動操作機構１３を設けてある。
【００２５】
前記炉蓋３には、図１，２に示すように、下方に向けてバーナ４を配置してあり、前記バーナ４には、例えば都市ガスＦを供給する燃料供給手段７と、例えば空気Ｇを供給する酸素含有ガス供給手段８を接続してある。そして、バーナ４からの燃焼排ガスＥを炉本体２内から排ガス路９へ導く吸引孔５を設けてある。当該実施形態では、図２（ロ）に示すように、炉蓋３には、平面視でその略中央位置に後述する挿通孔２３を設けてあり、その挿通孔２３を取り囲むように前記バーナ４及び吸引孔５を設けてある。
【００２６】
さらに、前記炉蓋３には、回転部材２１が炉本体２内に位置するように備えさせてあり、その回転部材２１を溶融した被処理物に挿入したとき、回転部材２１に作用するトルクを計測して粘度を判定可能な計測機構を、その回転部材２１に付設してある。この回転部材２１及び前記計測機構について、以下詳細に説明する。
【００２７】
前記回転部材２１は、先述した炉本体２の駆動回転機構１２による回転軸心Ｘに沿った軸心周りに炉本体２内にて回転自在となるように構成してある。当該実施形態では、より的確に溶融した被処理物の粘度を判定することができるように、前記回転部材２１の回転軸心が前記回転軸心Ｘと同軸心になるように、回転部材２１を炉蓋３に備えさせてある。
【００２８】
つまり、図２，３に示すように、回転部材２１の一端にはトルク伝達軸２２が連結されており、このトルク伝達軸２２が、回転部材２１と共に前記回転軸心Ｘ周りに回転自在となるよう、炉蓋３の略中央に設けられる挿通孔２３を貫通した状態にて、その他端側を炉蓋３上方に備えられるベアリング２４ａ，２４ｂにて、両持ち状態で支持されている。さらに、支持構造を形成するベアリング２４ａ，２４ｂの中間には、トルク伝達軸２２と一体に回転する円盤状の連結部２５が備えられている。ここで、トルク伝達軸２２と連結部２５を付帯部材と呼ぶ。
そして、図３に示すように、この連結部２５には、策条体としての緊張状態の金属線２６がその円周部２５ａで連結されている。この金属線２６の一端がロードセル２７を備えた検出部２８に連結されるとともに、その他端側は金属線２６を水平に保持するように滑車２９で支持され、その先端に重鎮３０がぶら下げられている。この構造を採用することにより、前述のように金属線２６に予め適当な緊張力が与えられ、金属線２６の緊張状態が保持される。さらに、前述の検出部２８に設けられたロードセル２７は、このロードセル２７の歪を検出する荷重計３１に接続してある。なお、ここでロードセル２７と荷重計３１とで構成される測定系を、荷重測定器の一種としての電気式天秤と称する。
【００２９】
さらに、前記ベアリング２４ｂや前記滑車２９や前記荷重計３１は、支持板３２に固定支持され、その支持板３２は前記金属線２６が水平姿勢となるように支持アーム３３により炉蓋３に固定支持される。
そして、前記回転部材２１は炉本体２内にて上下方向に移動自在に構成され、適宜必要に応じて、後述するように溶融した被処理物に挿脱自在にしてある。当該実施形態においては、前記支持アーム３３を、前記金属線２６の水平姿勢を維持した状態で伸縮自在となるように構成してある。例えばアクチュエータ（図示せず）により前記支持アーム３３の上部部分を下部部分に出退自在にして、その支持アーム３３の上下への伸縮操作に伴って、前記回転部材２１が炉本体２内にて上下方向に移動動自在となり、結果として溶融した被処理物内に挿脱自在となる。
【００３０】
このように構成される回転部材２１及び計測機構を設けることにより、回転部材２１を溶融した被処理物に挿入した状態において、炉本体２を駆動回転機構１２により回転軸心Ｘ周りに回転させる。すると、炉本体２の回転に伴って回転部材２１に作用するトルクは、そのまま連結部２５に伝達される。この連結部２５には上述のように、金属線２６が円盤形状の接線方向に配置されるように連結されており、前記トルクは、この金属線２６に伝達されて、ロードセル２７にかかることにより測定される。当該実施形態においては、トルク伝達軸及びこれに連結される金属線を略剛体に近いものとして取り扱え、エネルギーロスなくトルクがロードセルに伝達される。よって、被処理物の流動性（粘度）を正確に検出し、確認することができるのである。
【００３１】
因みに、当該実施形態では、前記回転部材（若しくは／及びトルク伝達軸）には、熱電対を組み込んであり（図示せず）、回転部材の表面の雰囲気温度を測定することができ、例えば回転部材を溶融した被処理物に挿入すればその被処理物の温度を測定できるため、被処理物の溶融状態が悪い時などの因子の把握に利用できる。また、例えば回転部材を被処理物に挿入していないときには炉本体内の雰囲気温度を測定することもできる。
尚、前記回転部材や前記トルク伝達軸は、高温に耐え得る部材（例えばセラミックスや黒鉛材料）から形成してある。
【００３２】
それでは、以上のように構成される溶融処理炉における汚泥焼却灰の溶融操作について、図４を参照しながら説明する。
【００３３】
［１］まず、炉本体２上から炉蓋を外した状態で、炉本体２内に被処理物Ｗを挿入する（図４（イ）参照）。すると、炉本体２内の炉底部上に被処理物Ｗの堆積層１４が形成される。
【００３４】
［２］次に、炉蓋３を炉本体２に被せる。そして、駆動回転機構１２により炉本体２の回転を開始すると共にバーナ４を点火し、吸引孔５から炉内を吸引しながら、被処理物Ｗの加熱溶融処理を行う（図４（ロ）参照）。尚、この際回転部材２１は、バーナ４による加熱溶融処理の妨げとならないように、例えば炉本体２内にて炉蓋３に近接する位置に引退させておく（図４（ロ）参照）。
【００３５】
［３］次に、加熱時間や回転部材２１等に備えてある熱電対による温度などから被処理物が溶融したころを見はからい、バーナ４を止めると共に回転部材２１を溶融した被処理物（つまり融液状の被処理物）Ｗに挿入し、引き続き炉本体２の回転を継続して、回転部材２１に作用するトルクを計測する（図（ハ）参照）。尚、バーナ４による加熱を止めて前記トルクを計測する形態に限らず、バーナ４による加熱溶融処理を行いながら、前記トルクを計測するようにしてもよい。そして、回転部材２１は溶融した被処理物に常時挿入しておいても良いし、一定時間毎に挿入するようにしても良く、適宜必要に応じて設定すればよい。
このようにしてトルクを計測して、被処理物Ｗの粘度が流動排出可能な粘度になっている場合（当該実施形態では、２０〜５０poise の粘度範囲を流動排出可能とした）には、次の操作［４］に移る。まだ被処理物Ｗの粘度が流動排出するには不十分であると判断される場合には、計測された粘度に基づき所定時間、前記操作［２］と同様にして被処理物Ｗの加熱溶融処理を行う。
【００３６】
［４］被処理物Ｗの粘度が流動排出可能な粘度であると確認したら、炉本体２の回転を停止して、炉蓋３を炉本体２から外す。そして、傾動操作機構１３により枠体１１を傾動させることにより、炉本体２を傾動させて、炉本体２内の溶融した被処理物Ｗを溶融スラグとして、炉頂部側から炉外に流動排出させる。
【００３７】
〔別実施形態〕
以下に他の実施形態を説明する。
〈１〉  前記灰状の被処理物Ｗを前記炉本体２内に投入するにあたり、図５に示すように、予め、その被処理物Ｗよりも低融点の無機材料（例えばガラスやスラグ等）を炉本体２内にて溶融しておき、その無機材料の融液４１中に前記被処理物Ｗを投入するようにしてもよい。この場合、融点降下現象により短時間で効率良く被処理物Ｗの溶融処理を行うことができ、しかも被処理物の系外排出量を抑制し、系外に排出される被処理物の処理コストを低減することができる。
【００３８】
〈２〉  また炉本体の底部内面には、炉頂部側に向けて突出する突起部を設けておけば、一層短時間に且つ効率的に被処理物の溶融処理を行うことができ、また、処理コストの低減を図ることができる。突起物は、炉頂部側に向けて突出する形状であれば、底部内面の如何なる位置に設けてあってもよいが、例えば図６に示すように、三角形状の板部材２つを夫夫の頂点で直交するように一体に組合わせた突起部材によって、炉本体２の底部内面の略中央付近にかけて炉頂部側に向けて突出する突起物４２を設ければ、被処理物の攪拌が促進されるばかりか、被処理物がより均一に加熱溶融処理されるようになり、より好ましい。
【００３９】
〈３〉  回転部材に作用するトルクの検出の形態は、先の実施形態で説明したものに限らず、例えば、回転部材に連結される付帯部材としてのトルク伝達軸に、トルク感知機構として巻きバネ等の弾性体を付設してその回動角を測定したり、このトルク伝達軸に歪ゲージ等を張り付けてこのゲージに生じる歪を検出したりする形態であっても勿論よい。
【００４０】
〈４〉  また先の実施形態では被処理物を加熱溶融処理する際には、炉本体２を略水平方向に回転する例（つまり回転軸心が略鉛直方向）を説明したが、例えば、炉本体の回転軸心が鉛直方向に対して傾斜する上下姿勢方向にして、炉本体を回転させてもよい。かかる姿勢を維持する場合には、図示しないが例えば先の実施形態において、傾動操作機構１３により枠体１１つまり炉本体２を傾斜させ、その傾斜角度を固定した状態で、駆動回転機構１２により炉本体２を回転させればよい。
【００４１】
〈５〉  先の実施形態においては、下水汚泥を流動層式焼却炉１９で焼却処理した汚泥焼却灰を、溶融処理する例を挙げて説明したが、焼却処理を行う焼却炉は、前記流動層式焼却炉１９に限らず、ロータリキルン等の回転式焼却炉であってもよく、ストーカ式火床を備えるストーカ炉であってもよく、また、固定火床を有する小型焼却炉であってもよい。そして、被処理物Ｗとしては、下水汚泥を焼却処理した汚泥焼却灰に限らず、上記に例示したような他の形式の焼却炉から排出された焼却灰であってもよく、さらに、焼却灰以外の灰状の粉体を溶融処理する場合にも本発明に係る灰の溶融処理方法は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施形態の溶融処理手順を示す流れ図
【図２】本発明に係る灰の溶融処理炉の一実施形態の説明図
【図３】本発明に係る灰の溶融処理炉の一実施形態の説明図
【図４】本発明に係る灰の溶融処理方法の一実施形態の説明図
【図５】本発明に係る別実施形態の説明図
【図６】本発明に係る別実施形態の説明図
【符号の説明】
１    灰の溶融処理炉
２    炉本体
４    バーナ
１２  駆動回転機構
１３  傾動操作機構
１４  堆積層
２１  回転部材
２２  付帯部材
２５  付帯部材
２７  荷重測定器
３１  荷重測定器
４１  無機材料の融液
４２  突起部
Ｘ    上下方向姿勢の回転軸心
Ｗ    被処理物
【図１】
0004404501.tif 000002
【図２】
0004404501.tif 000003
【図３】
0004404501.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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