(57)【要約】【課題】機械的強度に優れ、品質のバラツキが少ない結晶質溶融スラグを製造することができ、しかもエネルギー消費量の少ない結晶質溶融スラグの製造装置を提供することを解決すべき課題としている。【課題を解決するための手段】溶融炉２で焼却灰を溶融して焼却灰溶融物３とし、焼却灰溶融物３をスラグパン４に注ぎ、車両で運搬してトンネル室６内に入れる。そして、所定時間の間トンネル室６内に滞留させた後、他端から搬出する間に、該トンネル室の該他端又は該一端から該一端又は該他端に向かって空気を流すことによって該焼却灰溶融物を冷却する室６内に設けたフィン１１によって輻射熱を受けとり、該トンネル室６に流す空気の流速を制御することによって該焼却灰溶融物３の冷却速度を制御するとともに、該トンネル室６から出た空気の熱を回収する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼却灰溶融物を空冷して結晶質溶融スラグとするための結晶化スラグ製造装置であって、
焼却灰溶融物を積載した容器が通過するトンネル室と、該トンネル室内に設けられ、該焼却灰溶融物を積載した容器からの輻射熱を受けるフィンと、該トンネル室内の一端側から他端側に向かって空気を送る送風手段と、を備えた結晶質溶融スラグ製造装置。
【請求項２】
前記トンネル室内から排出される加熱空気によって焼却灰を乾燥する乾燥炉が設けられている請求項１の結晶化スラグ製造装置。
【請求項３】
焼却灰溶融物を積載した容器をトンネル室の一端から搬入する搬入工程と、
該搬入工程後、該トンネル室の該他端又は該一端から該一端又は該他端に向かって空気を流すことによって該焼却灰溶融物を結晶質溶融スラグとする冷却する冷却工程と、
冷却工程によって生じた結晶質溶融スラグを該トンネル室の他端側から容器とともに搬出する搬出工程と、を有する結晶質溶融スラグの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶質溶融スラグの製造装置及び結晶質溶融スラグの製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゴミ焼却灰の埋立処分は、有害物質の溶出等により環境を汚染するおそれがある。このため、ゴミ焼却灰を加熱溶融し、一般的には水中に投入して溶融スラグ化することが行われている。溶融スラグは溶融前のゴミ焼却灰に比べて重金属の溶出が極めて少なくなり、そのまま埋立処分を行っても安全性は高いものとなる。また、減容効果も大きいため、埋立処分場の延命化も図ることができる。しかし、ゴミ焼却灰を溶融するためには多大なエネルギーを消費するため、コストがかかりすぎるという問題があり、このことがゴミ焼却灰の溶融スラグ化処理の普及を阻む一因となっている。
【０００３】
このため、溶融スラグをそのまま埋立するのではなく、骨材や路盤材等として再利用することが行われている。しかし、焼却灰溶融物を水中に投入して冷却した水砕スラグは、ガラス化した粒子が極めて脆く、容易に細粒化してしまうため、再利用先が細骨材の代替に限られる。溶融スラグの再利用におけるこうした問題を解決するために、焼却灰溶融物をゆっくりと冷却を行う(徐冷)方法や、900℃〜1,000℃まで再加熱をする方法によって結晶質溶融スラグを製造する提案がある（例えば特許文献１及び２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2007-314352号公報
【特許文献２】特開平4-132642号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の結晶質溶融スラグの製造方法では、焼却灰溶融物を鉄製容器に入れて自然冷却させたり（特許文献１）、鉄製容器の大きさや形状を変えたり(特許文献２)して、焼却灰溶融物の冷却速度を制御している。しかし、このような制御方法では、焼却灰溶融物の冷却速度を精密にコントロールすることは困難であり、製造された溶融スラグの結晶化度や機械的強度等においてバラツキがあった。一方、焼却灰溶融物を900℃〜1,000℃まで再加熱する場合は多大なエネルギーが必要となるため、エネルギーコストが高騰化するという問題を生じていた。
【０００６】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、焼却灰溶融物から機械的強度に優れ、品質のバラツキが少ない結晶質溶融スラグを製造することができ、しかもエネルギー消費量の少ない結晶質溶融スラグの製造装置を提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の結晶質溶融スラグの製造装置は、焼却灰溶融物を空冷して結晶質溶融スラグとするための結晶化スラグ製造装置であって、焼却灰溶融物を積載した容器が通過するトンネル室と、該トンネル室内に設けられ、該焼却灰溶融物を積載した容器からの輻射熱を受けるフィンと、該トンネル室内の一端側から他端側に向かって空気を送るための送風手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の結晶質溶融スラグの製造装置では、焼却灰溶融物を積載した容器がトンネル室内を通過する際に、焼却灰溶融物や容器からの輻射熱によってトンネル室内に設けられたフィンが加熱される。そして、送風手段によってトンネル室内の一端側から送られた空気がフィンとの間で熱交換を行い、加熱空気となってトンネル室の他端側から出る。このため、加熱空気を熱源として焼却灰の乾燥等に利用することができ、ひいては結晶質溶融スラグの製造エネルギー消費量及び製造コストを低減することができる。  また、トンネル室内へ送る空気の流速やトンネル室内を通過する容器の滞留時間を調節することにより、焼却灰溶融物の冷却速度を容易に制御することができる。このため、外気温度に合わせて結晶化度を適宜制御することができ、風の影響を受けることもない。したがって、品質が一定で機械的強度に優れた結晶質溶融スラグを容易に製造することができる。
なお、フィンは空気に熱を伝えるに十分な面積及び形状とすることが好ましい。
【０００９】
本発明の結晶質溶融スラグの製造装置では、トンネル室内から排出される加熱空気によって、原料となる焼却灰を乾燥する乾燥炉を設けることができる。こうであれば、焼却灰溶融物から回収した熱を焼却灰の乾燥に利用でき、結晶質溶融スラグを製造するためのエネルギーを節約することができる。
【００１０】
本発明の結晶質溶融スラグの製造装置によって、本発明の結晶質溶融スラグの製造方法を行うことができる。すなわち、本発明の結晶質溶融スラグの製造方法は、焼却灰溶融物を積載した容器をトンネル室の一端から搬入する搬入工程と、該搬入工程後、該トンネル室の該他端又は該一端から該一端又は該他端に向かって空気を流すことによって該焼却灰溶融物を結晶質溶融スラグとする冷却する冷却工程と、冷却工程によって生じた結晶質溶融スラグを該トンネル室の他端側から容器とともに搬出する搬出工程と、を有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態の結晶質溶融スラグの製造装置の模式図である。
【図２】実施形態の結晶質溶融スラグの製造方法の工程図である。
【図３】実施形態の結晶質溶融スラグの製造装置における冷却炉４０の使用状況を示す模式断面図である。
【図４】実施例１の冷却試験炉の模式断面図である。
【図５】実施例１の冷却試験炉のＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。
【図６】冷却試験炉２０を用いて排気ファンによって強制冷却した場合の時間と温度との関係を示すグラフである。
【図７】大気下で自然冷却した場合の時間と温度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面を参照しつつ説明する。
実施形態の結晶質溶融スラグの製造装置は、ゴミ焼却場の焼却灰から結晶質溶融スラグを製造するものであり、図１に示すように、ゴミ焼却灰を乾燥するためのロータリーキルン１と、ゴミ焼却灰を溶融して焼却灰溶融物とするための電気式溶融炉２と、焼却灰溶融物を冷却するための冷却炉４０とからなる。
冷却炉４０にはトンネル室６が備えられており、トンネル室６の一端には、鉄製のスラグパン４をトンネル室６内に搬入するための搬入扉７が設けられており、他端にはスラグパン４をトンネル室６内から搬出するための搬出扉１０が設けられている。トンネル室６の天井８には、鋼鉄製の冷却フィン１１が多数設けられており、さらに、天井８の搬出扉１０側の一端と搬入扉７側の一端にはそれぞれ、送風口１２及び排出口１３が設けられている。送風口１２は送風機１４に接続されており、排出口１３はロータリーキルン１のバーナーの空気取入口９に接続されている。
【００１３】
以上のように構成された実施形態の製造装置を用いた結晶質溶融スラグの製造方法について、工程順に説明する（図２参照）。
＜乾燥工程Ｓ１＞
図１に示すように、ゴミ焼却場から運搬された水分を含むゴミ焼却灰ＷＤをロータリーキルン１に投入し、乾いたゴミ焼却灰ＤＤとする。
【００１４】
＜溶融工程Ｓ２＞
次に、乾いたゴミ焼却灰ＤＤを溶融炉２で溶融し焼却灰溶融物３とする。ゴミ焼却灰の主成分としては通常ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３が主成分となる。ＣａＯが不足する場合には 、石灰原料（例えば石灰石鉱物、消石灰、およびそれらを含む廃棄物など）を補助材として添加することによって、塩基度が０．８〜１．２となるように調整する。溶融炉としては、例えば、電気エネルギーによって溶融する電気式溶融炉（交流アーク式溶融炉、交流電気抵抗式溶融炉、直流電気抵抗式溶融炉、プラズマ式溶融炉、誘導式溶融炉等）、重油やガス等の燃料を燃焼させて溶融する燃料燃焼式溶融炉（回転式表面溶融炉、反射式表面溶融炉、輻射式表面溶融炉、旋回流式溶融炉、ロータリーキルン式溶融炉、コークスベット式灰溶融炉等）、ゴミを直接溶融する直接式溶融炉（コークスベット式溶融炉、熱分解・旋回流式溶融炉、内部式溶融炉等）等が挙げられる。
溶融炉の温度は焼却灰の成分によっても異なり、適宜選択すればよいが、一般的には1300〜1600℃で溶融する。
【００１５】
＜搬入工程Ｓ３＞
焼却灰溶融物３を所定時間ごとに台車４ａに載せられたスラグパン４に注ぐ。
焼却灰溶融物３の入ったスラグパン４を載置した台車４ａは輸送車両５に連結されて、搬入扉７から搬入され、連結が切り離されたのち搬入扉７が閉められる。
【００１６】
＜冷却工程Ｓ４＞
次に、図３（ａ）に示すように、所定の時間の間、送風機１４から空気が送られ、送風口１２からトンネル室６内に入る。そして、焼却灰溶融物及びスラグパン４からの輻射熱によって熱せられた冷却フィン１１と空気との間で熱交換が行われ、加熱空気が排出口１３から排出される。そして、排出された加熱空気は図１に示すロータリーキルン１の空気取入口９に送られ、水分を含むゴミ焼却灰ＷＤが乾燥される。
【００１７】
＜搬出工程Ｓ５＞
スラグパン４をトンネル室６内に搬入してから所定時間経過後、図３（ｂ）に示すように、搬出扉１０が開けられ、スラグパン４を載せた台車４ａが輸送車両に連結されてトンネル室６外へ搬出され、先頭の１台が切り離される。
さらに、上記の搬入工程Ｓ３、冷却工程Ｓ４及び搬出工程Ｓ５を繰り返す。
【００１８】
実施形態のトンネル室６では、焼却灰溶融物の顕熱が冷却フィン１１に輻射熱として伝わり、送風機１４から送風された空気と熱交換を行って回収される。熱交換される時間当たりの熱量は、送風機１４からの送風量や、スラグパン４の大きさや、トンネル室６内での滞留時間を調整することによって、焼却灰溶融物の冷却速度を制御することができる。このため、外気温度に合わせて結晶化度を適宜制御することができ、風の影響を受けることもない。したがって、品質が一定で機械的強度に優れた結晶質溶融スラグを容易に製造することができる。焼却灰溶融物の冷却速度は結晶生成から結晶成長温度帯では１°Ｃ／分以上で行うことが好ましい。また、冷却フィン１１等との熱交換によって熱回収された加熱空気は、図１に示すロータリーキルン１の空気取入口９に送られ、水分を含むゴミ焼却灰ＷＤが乾燥に用いられる。このため、従来ゴミ焼却灰ＷＤの乾燥の為に用いられていたバーナの都市ガス消費量を大幅に削減することができる。
熱収支を計算すれば、以下のとおりとなる。
１）ゴミ焼却灰ＷＤの乾燥をバーナによる都市ガス燃焼のみで行った場合、以下の通りとなる。
月間都市ガス使用量：32,000Ｎｍ3/月
都市ガス発熱量：41.65MJ/Nm3
月間使用熱量：32,000Nm3×41.65 MJ/Nm3＝1,333,000 MJ/月
となる。
２）焼却灰溶融物から回収される熱量
焼却灰溶融物を1350℃から350℃に冷却した場合、比熱を0.265cal/gとして焼却灰溶融物から回収される熱量は以下の式で計算される。
4.18×0.265 cal/g×1000℃×1000t/月×1000kg/ｔ×1000g/kg＝1,227,000 MJ/月
３）熱収支
上記の計算から、都市ガスによる月間使用熱量（1333000 MJ/月）よりも若干少ないぐらいの熱が焼却灰溶融物から回収され、ゴミ焼却灰ＷＤの乾燥を若干の都市ガスの追い炊きをするだけで、ゴミ焼却灰ＷＤの乾燥を行うことができる。
【００１９】
(実施例１）
実施例１では図４に示す熱回収用の冷却試験炉２０を作製し、焼却灰溶融物からの熱回収実験を行った。この冷却試験炉２０は無底四角柱形状で鋼鉄製の容器２１を備えており、容器２１の天井２１ａは四角錘形状にされている。天井２１ａの中央には穴２２が開いており、穴２２には排出管２３が接続されており、排出管２３の他端は図示しない排気ファンに接続されている。天井２１ａには穴２２を中心として放射状に多数の冷却フィン２４が設けられている（図５参照）。また、容器２１の下端には外気を取り入れるための導入管２５が設けられている。容器２１は耐熱性の断熱材２６で囲まれている。
【００２０】
以上のように構成された冷却試験炉２０を用い、焼却灰溶融物からの熱回収実験を行った。
まず、電気式溶融炉によって溶融された焼却灰をスラグパン３０に入れ、その上から冷却試験炉２０を被せた。そして、１）焼却灰溶融物中心温度、２）スラグパンの表面温度、３）断熱材外側表面温度、及び４）外気温度を熱電対によって測定した。また、比較のために冷却試験炉２０を被せることなく外気中にさらした状態で、１）焼却灰溶融物中心温度、２）焼却灰溶融物表面温度、３）スラグパンの表面温度、４）外気温度を熱電対によって測定した。
【００２１】
その結果、冷却試験炉２０を用いて排気ファンによって強制冷却した場合には、図６に示すように焼却灰溶融物中心の温度、及びスラグパンの表面温度が円滑に低下しているのに対し、大気下で自然冷却した場合には、図７に示すように、焼却灰溶融物中心の温度、及びスラグパンの表面温度が円滑には低下しておらず、外気温や風の影響を受けていると考えられた。また、排気ファンによって強制冷却した場合には、その排気ファンの排気速度を排気ファンの回転数によって容易に制御することができるため、焼却灰溶融物の冷却速度の制御を容易に行うことができることが分かる。このため、焼却灰溶融物から機械的強度に優れ、品質のバラツキが少ない結晶質溶融スラグを製造することができることが分かった。また、排出管２３からは加熱された空気が排出されるため、これを焼却灰の乾燥等の熱源として利用することができる。
【００２２】
この発明は、上記発明の実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【符号の説明】
【００２３】
１…ロータリーキルン、２…溶融炉、４０…冷却炉、３…焼却灰溶融物、６…トンネル室、４…スラグパン、１１…冷却フィン(フィン)、１４…送風機（送風手段）
Ｓ１…乾燥工程、Ｓ２…溶融工程、Ｓ３…搬入工程、Ｓ４…冷却工程、Ｓ３…搬出工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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