JP3670848B2 - 結晶化スラグの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水汚泥、都市ごみ及び産業廃棄物などの焼却灰及び事業用火力発電プラント等の燃焼炉から排出される焼却灰を溶融して、溶融スラグを結晶化する結晶化スラグの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
灰溶融炉は、ごみ焼却灰の有効利用を図るためのものであり、灰溶融炉により溶融した焼却灰は、低沸点の揮散物や、金属類及びその他成分のスラグに分け、無害化するとともに、そのリサイクルを図っている。こうした、焼却灰の減容化のために、焼却灰の溶融炉のニーズが増加してきている。
この溶融スラグの処理方法として、溶融スラグを空気中で冷却して空冷スラグ化する方法がある。
【０００３】
しかし、焼却灰の溶融スラグを自然冷却すると、ガラス質の空冷スラグが生成し、この溶融スラグはガラス質のため強度が小さく土木材料、路盤材、砕石の代替品として使用することは不向きであった。そのため、溶融スラグを再加熱、徐冷（自然冷却でなく徐々に冷却）して硬質の結晶化スラグを生成させる方法がある。
すなわち、溶融スラグを結晶化させるには、灰溶融炉から排出された溶融スラグを、結晶化コンベア上のモールド（収容容器）に投入し、該コンベア上を移送させる。その間で溶融スラグの結晶核を生成させ、その後結晶を成長させる。具体的には図２に示すように、溶融スラグの結晶核を生成させる温度範囲を維持して、溶融スラグに結晶核を生成させ、次いで、その温度よりも高い温度で、結晶を成長させて結晶化スラグを生成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、溶融スラグを空冷で結晶化させるには、再加熱しなければならず、その設備のため装置が複雑でコストがかかり、合わせて時間も長時間かかりランニングコストも高くなっていた。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、溶融スラグを結晶化させる際に、再加熱せずに容易に結晶化させることができる結晶化スラグの製造方法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】
上記目的を達成するために本発明の結晶化スラグの製造方法は、焼却灰と、該焼却灰よりも高融点の粉体とを混合し、該粉体と上記焼却灰をプラズマアーク式灰溶融炉に投入し、プラズマ電極により加熱して溶融させて溶融スラグを生成し、該溶融スラグを結晶化コンベアで徐冷して、溶融スラグの結晶成長温度範囲まで温度が降下したときに、上記溶融スラグを加熱して結晶成長温度範囲に維持させて、上記高融点の粉体を核として結晶化スラグを生成している。
また、上記目的を達成するために、本発明の結晶化スラグの製造方法は、炉内の加熱中の焼却灰中に、該焼却灰よりも高融点の粉体をバーナ式灰溶融炉内で混合し、燃料バーナで加熱して溶融スラグを生成し、該溶融スラグを結晶化コンベアで徐冷して、溶融スラグの結晶成長温度範囲まで温度が降下したときに、上記溶融スラグを加熱して結晶成長温度範囲に維持させて、上記高融点物の粉体を核として結晶化スラグを生成することを特徴とする結晶化スラグの製造方法。
また、本発明の結晶化スラグの製造方法は、上記高融点の粉体の材質がチタンであって、該チタンを上記焼却灰に対して０．５〜１．０ｗｔ％の範囲で混合することが好ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態による結晶化スラグの製造方法について、プラズマアーク式灰溶融炉を用いて説明する。
図１に示すプラズマアーク式灰溶融炉１は、耐火材に囲まれた炉室７を内部に設け、炉室７の天井壁には断面が円筒形のプラズマ電極８が垂下され、該プラズマ電極８は天井壁に対して、上下動できる構成になっている。また、プラズマ電極８の先端と対向する灰溶融炉の炉底壁には、炉底電極９を設置し、これらの電極８，９間に、プラズマアーク１０発生用の直流電源１１を接続している。
【０００７】
灰溶融炉１には、焼却灰１２を灰溶融炉１に供給する焼却灰定量装置６が設けられている。焼却灰１２には、該焼却灰１２の溶融スラグよりも融点の高い粉体が混入されている。本実施の形態では、焼却灰１２よりも融点の高い粉体としてチタンを用い、焼却灰に対して０．５〜１．０ｗｔ％の割合で焼却灰定量供給装置６内に投入し、焼却灰中にほぼ均等に散在するように混合する。
【０００８】
灰溶融炉１の側壁には、溶融スラグ２の出滓口３が取付けられ、出滓口３の直下には結晶化コンベア１４が配設され、結晶化コンベア１４上には、溶融スラグ２を収容するための複数のモールド１５を設けている。
なお、上記プラズマ式アーク灰溶融炉１には、その他公知の付帯設備を備えているが、その詳細な説明は省略する。
【０００９】
次に、本実施の形態の結晶化スラグの製造方法の作用について説明する。
図１に示すように、灰溶融炉１の炉室７には、焼却灰定量供給装置６に接続された灰投入口から焼却灰１２とチタンの粉体が投入される。
次いで、灰溶融炉１の炉室７を還元雰囲気にした状態で、円筒状のプラズマ電極８の窒素供給用の孔から、プラズマ作動用の窒素ガスを供給するとともに、直流電源１１により電圧を電極８，９間に印加する。すると、該電極８，９間にプラズマアーク１０が発生し、炉室７は１０００℃以上の雰囲気となり、焼却灰１２及びチタン１３が加熱される。焼却灰１２は加熱されて溶融スラグ２となり、溶融したチタン１３も溶融スラグ２中に含まれ、炉底に溜まった後、スラグ排出部の出滓口３から排出され、後流側の結晶化コンベア１４上のモールド１５内に収容される。
【００１０】
チタン１３が含まれている溶融スラグ２は、コンベア１４上で徐冷し、焼却灰１２の溶融スラグ２よりも融点の高いチタン１３の粉体は、そのまま溶融スラグ２の各所に散点的にちらばる。そして、このチタン１３が溶融スラグ２を結晶化させるための結晶核となる。したがって、溶融スラグ２が徐冷されて、結晶成長温度範囲まで温度が降下したときに、溶融スラグ２の結晶が成長する。こうして、溶融スラグ２を徐冷することにより結晶化させることができる。この際、結晶化コンベア１４に配設したバーナなどを用いて、結晶成長温度範囲を所定時間維持させるための温度調節をする。
なお、焼却灰に対するチタンの割合を、０．５〜１．０ｗｔ％としたが、０〜０．５ｗｔ％の範囲では、チタンの割合を増量するにつれて、結晶化が徐々に良好になり、１．０ｗｔ％以上は、０．５〜１．０ｗｔ％の範囲と比較して横這いであった。
このように、本実施の形態では、溶融スラグを結晶化して、強度の大きい結晶化スラグを生成することができ、これを土木材料などの砕石の代替えとして使用することができる。
【００１１】
次に、本発明の結晶化スラグの製造方法について第２の実施の形態について、図２を参照しながら説明する。
図２は、バーナ式灰溶融炉２１とその下流側に配設している結晶化コンベア２８を示す。灰溶融炉２１には、炉室２３に焼却灰１２を供給するための焼却灰バーナ２４と、重油等の燃料を噴射する燃料バーナ２５を設けている。また、灰溶融炉２１には、炉室２３にチタン１３を定量噴射することのできる噴射装置２６が取付けられている。灰溶融炉２１の下部には、灰溶融炉２１から流下したスラグを排出するスラグ抜き室２７を配設し、スラグ抜き室２７の下部には、結晶化コンベア２８を設置している。
【００１２】
次に、本第２の実施の形態による結晶化スラグの製造方法の作用について説明する。
焼却灰１２の粉体を、焼却灰バーナ２４から炉室２３に噴射するとともに噴射装置２６からチタン１３を噴射する。チタン１３の割合は、上記第１の実施の形態と同じ０．５〜１．０％の範囲である。そして、燃料バーナ２５から噴射された助燃料が燃焼するとともに、炉室２３内に旋回流が生成し、チタン１３は加熱中の焼却灰１２中に分散する。焼却灰１２は炉室内において、１０００℃以上の高温下で加熱されることにより溶融してスラグ化し、灰溶融炉２１の下部にあるスラグ抜き室２７に流下する。スラグ抜き室２７に流下した溶融スラグ２は結晶化コンベア２８内で、モールド（図示せず）に収容され徐冷され、上記第１の実施の形態と同じように、チタン１３は結晶核となり、溶融スラグ２の結晶成長温度範囲で、結晶を成長させる。
このように、予め焼却灰１２をチタン１３に混合させることなく、燃焼時に炉室２３内で混合させても、上記第１の実施の形態と同様の効果を有する。
【００１３】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思想に基いて種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態では、焼却灰の溶融スラグよりも融点の高い粉体として、チタンを例に上げたか、溶融スラグよりも高融点の粉体であれば、他の粉体を結晶核として使用することができる。
また、上記第１の実施の形態では、プラズマアーク式溶融炉１では、焼却灰１２とチタン１３の粉体を予め混合させたが、上記第２の実施の形態と同様に、炉室内で混合させてもよく、上記第２の実施の形態では、予め焼却灰１２とチタン１３を混合させたものを焼却灰バーナで炉室内に噴射してもよい。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の結晶化スラグの製造方法によれば、焼却灰と該焼却灰の融点よりも高い粉体を混合させたので、焼却灰の溶融スラグ中に未溶融の高融点粉体が散在し、これが結晶核となり、溶融スラグの結晶成長温度になると、結晶化スラグが生成される。結晶化スラグは強度が強いため、土木材料の砕石の代替えとして、再利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による結晶化スラグの製造方法を採用しているプラズマ式灰溶融炉の概略図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態による結晶化スラグの製造方法を採用しているバーナ式灰溶融炉の概略図である。
【図３】従来行われている溶融スラグを結晶化させるための方法を説明するための線図である。
【符号の説明】
１ プラズマ式アーク灰溶融炉
２ 溶融スラグ
３ 出滓口
６ 定量供給装置
７，２３ 炉室
８ プラズマ電極
９ 炉底電極
１０ プラズマアーク
１１ 直流電源
１２ 焼却灰
１３ チタン
１４ 結晶化コンベア
１５ モールド
２１ バーナ式灰溶融炉
２４ 焼却灰バーナ
２５ 燃料バーナ
２６ 噴射装置
２７ スラグ抜き室
Claims (3)
- 焼却灰と、該焼却灰よりも高融点の粉体とを混合し、該粉体と上記焼却灰をプラズマアーク式灰溶融炉に投入し、プラズマ電極により加熱して溶融させて溶融スラグを生成し、該溶融スラグを結晶化コンベアで徐冷して、溶融スラグの結晶成長温度範囲まで温度が降下したときに、上記溶融スラグを加熱して結晶成長温度範囲に維持させて、上記高融点の粉体を核として結晶化スラグを生成することを特徴とする結晶化スラグの製造方法。
- 炉内の加熱中の焼却灰中に、該焼却灰よりも高融点の粉体をバーナ式灰溶融炉内で混合し、燃料バーナで加熱して溶融スラグを生成し、該溶融スラグを結晶化コンベアで徐冷して、溶融スラグの結晶成長温度範囲まで温度が降下したときに、上記溶融スラグを加熱して結晶成長温度範囲に維持させて、上記高融点物の粉体を核として結晶化スラグを生成することを特徴とする結晶化スラグの製造方法。
- 上記高融点の粉体の材質がチタンであって、該チタンを上記焼却灰に対して０．５〜１．０ｗｔ％の範囲で混合したことを特徴とする請求項１又は２に記載の結晶化スラグの製造方法。
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