JP7798496B2 - 異物分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、除塵器で捕集され異物として、塊状物に加え金属線を含むダストから金属線を分離する異物分離装置及び異物分離方法に関する。

除塵器で捕集されたダスト中には塊状物に加え金属線を含む異物が存在する場合がある。以下、廃棄物溶融炉からの熱分解ガスに随伴する可燃性ダストを例として説明する。
特許文献１には、廃棄物溶融炉からの熱分解ガスに随伴する可燃性ダストをサイクロン等の除塵器で捕集し、捕集した可燃性ダストを廃棄物溶融炉の羽口から吹き込む技術が開示されている。また、特許文献２には、除塵器で捕集した可燃性ダストを廃棄物溶融炉の羽口に吹き込む過程でのダスト処理技術が開示されている。具体的に特許文献２には、可燃性ダストホッパーと吹込装置に向かうまでの可燃性ダストの搬送経路に、可燃性ダストを切り出すスクリューコンベアとそのスクリューコンベアと同軸に連結されて回転する可燃性ダストを冷却するための円筒形の回転ドラム式冷却装置、さらにその回転ドラム式冷却装置と同軸に連結されて回転する円筒形の回転篩を設け、その回転篩の下方に可燃性ダストの排出口を設け、その回転篩の出側の下方に可燃性ダスト中の異物である塊状物（大塊）の排出口を設けている。この技術は可燃性ダストの冷却、篩装置を１つの装置にし、回転ドラム式冷却装置を採用したことを特徴としたものである。そしてこの回転ドラム式冷却装置には、スクリューコンベアのスクリュー軸を経由して冷却水を供給することが記載されている。

このように特許文献２では、除塵器で捕集された高温の可燃性ダストを円筒形の回転ドラム式冷却装置で冷却後、羽口への空気搬送や羽口からの吹込みに支障を来す塊状物等の異物を分離するために円筒形の回転篩を連結使用している。この円筒形の回転篩は、７ｍｍ程度のパンチング穴あるいはスリット開口を有する機械式の篩であり、大きさが７ｍｍ程度を超える大塊であればこれを分離することができる。しかし、除塵器で捕集された可燃性ダスト中には、異物として塊状物のほかに針金等の金属線が含まれている。金属線は長さが７ｍｍ程度を超えていたとしても、円筒形の回転篩における７ｍｍ程度のパンチング穴あるいはスリット開口を容易に通過するから、円筒形の回転篩では分離することができない。そのため、円筒形の回転篩の篩下には、可燃性ダストのほかに異物として金属線が含まれることとなり、この金属線が羽口への空気搬送管（呼び径：３２Ａ程度) や羽口自体を閉塞させる原因となる場合がある。この場合、羽口から可燃性ダストを吹き込むことができなくなり、その結果、除塵器が機能しなくなって、大量の可燃性ダストが後段の燃焼室に流れ込む事態となる。そうすると、燃焼室が大量の可燃性ダストの燃焼により高温化し、燃焼した可燃性ダストが溶融クリンカとして燃焼室の内壁に付着し成長する事態となり、廃棄物溶融炉の運転に大きな障害となる。

ここで、廃棄物溶融炉からの熱分解ガスに随伴する可燃性ダストは、平均粒径が３０μｍ程度と非常に細かく、未燃炭素が約４０質量％存在し燃焼性が非常に高い。しかも、この可燃性ダストの発生量は廃棄物溶融炉の炉状況により大きく変動し、その発生量のコントロールは実態上不可能である。したがって、可燃性ダストが除塵器で捕集されずに後段の燃焼室に大量に流入すると、燃焼室は短時間で高温化するため温度制御が困難となり、上述のようにクリンカが成長する事態となり、廃棄物溶融炉の運転に大きな障害となる。

そのため、特に、廃棄物溶融炉からの熱分解ガスに随伴する可燃性ダストについては除塵器で確実に捕集し、羽口から廃棄物溶融炉に戻される必要があり、そのためには除塵器で捕集した可燃性ダストに含まれる異物としての金属線を分離する必要がある。また、除塵器で捕集したダストに含まれる異物としての金属線を分離する必要性（ニーズ）は、廃棄物溶融炉からの熱分解ガスに随伴する可燃性ダストに限らず、機械式篩のみでは分離できない金属線を含むダストを篩分けする技術としては他分野でも広範囲なニーズがあり、応用性が高い。

特開平８－２８５２５０号公報 特開２００４－８５１７４号公報（特許第４１２９１９１号公報）

本発明が解決しようとする課題は、除塵器で捕集したダストに含まれる異物としての金属線を分離することのできる異物分離装置及び異物分離方法を提供することにある。

本発明の一観点によれば、次の異物分離装置が提供される。
除塵器で捕集され異物として塊状物及び金属線を含むダストから、塊状物と金属線を分離する異物分離装置であって、
ダスト中の塊状物を機械的に篩分けする篩と、金属線を含む篩下のダストを鉛直管に案内する案内シュートとを備え、
前記鉛直管の下部から気体を流入して当該鉛直管内に上昇気流を発生させ、当該上昇気流によって浮上分離したダストをダスト貯留タンクに案内し、篩下のダスト中の金属線を沈降させることにより分離する、異物分離装置。

本発明の他の観点によれば、次の異物分離方法が提供される。
除塵器で捕集され異物として塊状物及び金属線を含むダストから、塊状物と金属線を分離する異物分離方法であって、
除塵器で捕集したダスト中の塊状物を機械的に篩分け、金属線を含む篩下のダストを鉛直管に案内し、当該鉛直管の下部から気体を流入して当該鉛直管内に上昇気流を発生させ、当該上昇気流によって浮上分離したダストをダスト貯留タンクに案内し、篩下のダスト中の金属線を沈降させることにより分離する、異物分離方法。

本発明によれば、除塵器で捕集したダストに含まれる異物としての金属線を分離することができる。

本発明の一実施形態である異物分離装置の全体構成を概念的に示す縦断面図。 図１の異物分離装置において二重板構造体部分を拡大して概念的に示す縦断面図。 図１の異物分離装置の篩下の構成例を概念的に示す斜視図。 本発明の他の実施形態である異物分離装置の全体構成を概念的に示す縦断面図。

図１に、本発明の一実施形態である異物分離装置の全体構成を縦断面図にて概念的に示している。また、図２には図１の異物分離装置において二重板構造体部分を拡大して縦断面図にて概念的に示し、図３には図１の異物分離装置の篩下の構成例を斜視図にて概念的に示している。
図１においてサイクロン１は、図示しない廃棄物溶融炉からの熱分解ガスに随伴する可燃性ダストを捕集する除塵器の一例であり、サイクロン１で捕集した可燃性ダストには異物として塊状物に加え金属線が含まれている。この可燃性ダストは、可燃性ダスト入口２よりスクリューコンベア３に導入され、スクリューコンベア３によってケーシング４内の回転篩５に導入される。回転篩５は、φ７ｍｍ程度のパンチング穴を有するパンチングメタルを円筒状にしたものである。

回転篩５で篩われた篩下の可燃性ダストＡは、案内シュート６によって鉛直管７の管路途中に集合、案内され、詳細は後述するが、最終的にはダスト貯留タンク８に案内される。本実施形態においてダスト貯留タンク８は回転篩５の直下に位置すると共にダストシュート９を介して回転篩５と接続されている。また、鉛直管７はダストシュート９の外部に設けられている。そして案内シュート６は、ダストシュート９の内部ではダストシュート９とは直接連通しないように仕切られ、ダストシュート９を貫通して鉛直管７に連通している。さらに、鉛直管７の上部はダストシュート９に連通しており、鉛直管７の下部には、ダストシュート９内の気体が循環ファン１０によって送気される。具体的にはダストシュート９と鉛直管７の下部とを繋ぐ管路１１に循環ファン１０が設けられており、循環ファン１０の稼働によってダストシュート９内の気体が管路１１を通じて鉛直管７の下部に送気される。なお、管路１１において循環ファン１０の吐出側には、管路１１内の気体を冷却する熱交換器１２が設けられている。熱交換器１２としては、例えば水冷のシェルアンドチューブ式を用いることができる。

回転篩５の篩上の塊状物（異物）Ｂは、略鉛直方向の異物シュート１３によって排出される。そして、異物シュート１３と鉛直管７の下部は連絡管１４で接続されている。この連絡管１４は水平又は異物シュート１３に向けて下方に傾斜するように設けられている、また鉛直管７の下部には、連絡管１４に向かう斜面板１５ａが設置され、この斜面板１５ａの上方に隙間Ｇ１（図２参照）を持たせて庇板１５ｂを設置して二重板構造体１５としている。また、二重板構造体１５（斜面板１５ａの先端部）と連絡管１４の底面との間には隙間Ｇ２（図２参照）が設けられている。二重板構造体１５において下側の斜面板１５ａの傾斜角度は、斜面板１５ａを回転軸１５ｃ周りに回転させることにより可変となっており、斜面板１５ａの傾斜角度を変化させることにより、主に上述の隙間Ｇ２の大きさを変化させることができる。例えば、隙間Ｇ１の大きさは１０ｍｍ前後とし、隙間Ｇ２の大きさは１０～２０ｍｍの範囲で変化させる。

上述した循環ファン１０の送気位置は二重板構造体１５の下方であり、その送気気流は、上述した二重板構造体１５の隙間Ｇ１及び二重板構造体１５と連絡管１４の底面との間の隙間Ｇ２から噴出させるようにしている。すなわち、隙間Ｇ１からの噴出流にて斜面板１５ａ上の金属線Ｃを含む異物を連絡管１４の底面側に移送させ、隙間Ｇ２からの噴出流にてこの底面に移動されたものを異物シュート１３側に移送する機能を持たせている。また連絡管１４の出口部には、異物シュート１３側に流入する気体量を制限するダンパ１６を設けている。すなわち、ダンパ１６の開度を調節することにより、上述の隙間Ｇ１及び隙間Ｇ２から噴出した送気気流のうち、異物シュート１３側に流入する気体量と、連絡管１４内で反転して鉛直管７の下部から鉛直管７内を上昇する上昇気流となる気体量との体積比率を調節する。例えば、異物シュート１３側に流入する気体量を１０体積％程度とし、上昇気流となる気体量を９０体積％程度とする。

以上の構成において、回転篩５で篩われた篩下の可燃性ダストＡは、案内シュート６に落下し集合されて鉛直管７の管路途中から鉛直管７内に流れ込む。鉛直管７の下部には、上述のとおりダスト貯留タンク８と繋がっているダストシュート９内の気体が循環ファン１０によって送気される。具体的にはダストシュート９内の気体が循環ファン１０により熱交換器１２を経由して鉛直管７の下部より吹き込まれる。ここで、循環ファン１０によって吸引されるダストシュート９内の気体はケーシング４全体を満たしている窒素ガスであり、吸引時の温度は１５０℃程度であるが、ケーシング４外の管路１１において循環ファン１０の吐出側に設けた熱交換機１２により約５０℃に冷却されて鉛直管７の下部に送られる。

鉛直管７の下部より吹き込まれた気体は二重板構造体１５の直下に入るが、二重板構造体１５の隙間Ｇ１及び二重板構造体１５と連絡管１４の底面との間の隙間Ｇ２から噴出する。そして、その噴出した送気気流のうち９０体積％程度が連絡管１４内を反転して鉛直管７の下部から入り鉛直管７に上昇気流を形成する。この上昇気流により、案内シュート６から鉛直管７の下部に流入した可燃性ダストＡは鉛直管７内を上昇気流とともに上昇し、当該上昇気流によって浮上分離される粉体のみが鉛直管７の上部からダストシュート９に流入し、ダストシュート９を経由してダスト貯留タンク８に流入する。ここで、図１及び図３に表れているようにダストシュート９内にはバッフルプレート１７が鉛直方向に設置され、循環ファン１０がダストシュート９内の可燃性ダストを直接吸引しないよう仕切られている。なお、図１では鉛直管７内の上昇気流を含む循環流を黒塗りの矢印で示している。後述する図４においても同様である。

一方、案内シュート６を経由して鉛直管７に流れ込んだ可燃性ダストに含まれる異物としての金属線Ｃは、いわゆる気流分級作用により鉛直管７で沈降し、鉛直管７の下部の二重板構造体１５上に落下する。そして二重板構造体１５上に落下した金属線Ｃは、上述の隙間Ｇ１及び隙間Ｇ２から噴出する送気気流により異物シュート１３に向けて移動し、最終的には異物シュート１３に流入し異物排出ダンパ１３ａより排出される。

なお、鉛直管７における金属線の気流分級の条件として、鉛直管７の下部で案内シュート６と連結する直前の上昇気流速度は５～７ｍ／ｓ程度が適当である。さらに気流分級は主に案内シュート６との連結部で行われるため、この連結部の直前の気体の流れは安定させることが好ましい。そのため、この連結部に至る上昇気流の助走長さとなる鉛直管７の直管長ｈ（図１参照）を確保することが好ましく、具体的に上昇気流の助走長さとなる鉛直管７の直管長ｈは、鉛直管７の直径をＤとしたとき１．５Ｄ～３Ｄであることが好ましい。

ここで、隙間Ｇ１及び隙間Ｇ２から噴出する送気気流の一部は、異物シュート１３にも流入するが、その量（体積比率）は、上述のとおり連絡管１４の出口部に設けたダンパ１６の開度で調節できる。連絡管１４の出口部から、沈降した金属線と共に異物シュート１３側に流入した気体は、異物シュート１３及び回転篩５を介して案内シュート６に流入し、さらに篩下の可燃性ダストＡと共に鉛直管７に流入して鉛直管７の下部から流入する気体と合流する循環流を形成する。このような循環流を形成することで、平均粒径が３０μｍ程度で嵩比重が０．３程度と非常に細かくて軽い可燃性ダストが案内シュート６から流出することを促進し、案内シュート６での可燃性ダストの滞留や閉塞を防止できる。なお、図１ではこの循環流を白抜きの矢印で示している。後述する図４においても同様である。

ここで、案内シュート６により鉛直管７に案内される可燃性ダストは約５００℃の高温であるが、鉛直管７の下部から吹き込まれる気体の温度は上述のとおり約５０℃であるから、この約５０℃の上昇気流によって送られる過程において短時間で効率よく冷却される。なお、上述の特許文献２に開示されているような回転ドラム式ダスト冷却装置ではダストの冷却はドラム表面に接したダストのみであり、ダスト全体の冷却のためにはドラム回転の攪拌作用を考慮しても大きな伝熱面を必要とし、サイズが大きくなる。これに対し本実施形態のように気流で分級されたダストは個々のダスト粒子が冷却気体と接触するため、非常に効果的に冷却される。その結果、ダスト貯留タンク８に流入するときの温度は可燃性ダスト、気体ともに約１５０℃となる。

以上の作用により、ダスト貯留タンク８に貯留される可燃性ダストＡは、羽口からの吹込みに適した、金属線等の異物を含まず、温度の低い粉粒体となり、ダスト切出し装置１８にて定量的に切り出されてブロワ１９により安定的に羽口への輸送及び吹込みが可能となる。また、本実施形態では、循環ファン１０の吐出側から鉛直管７の下部に至る管路１０の途中に熱交換器１２を設けていることから、上述の特許文献２のような回転ドラム式冷却装置を必要とせず、可燃性ダスト入口２から直接回転篩５に送られ、装置構成が非常にコンパクトとなる。

図４に、本発明の他の実施形態である異物分離装置の全体構成を縦断面図にて概念的に示している。先の実施形態においてダスト貯留タンク８は、回転篩５の直下に位置すると共にダストシュート９を介して回転篩５と接続されているが、本実施形態においてダスト貯留タンク８は、ダストシュート９を介して回転篩５と接続されることなく、回転篩５の直下ではない任意の位置に別置されている。また鉛直管７の上部は、ダスト移送管２０を介してダスト貯留タンク８の上部８ａと接続されている。そして鉛直管７の下部には、ダスト貯留タンク８の上部８ａ内の気体が循環ファン１０によって送気される。なお、これら以外の構成は先の実施形態と実質的に同一であり、図３において先の実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態によれば、ダスト貯留タンク８を回転篩５の直下ではない任意の位置に別置できるから、異物分離装置全体の高さを低減でき、またレイアウト上も自由度が上る。一方、先の実施形態では、異物分離装置全体の高さは高くなるものの、ダスト貯留タンク８が回転篩５の直下に位置するから異物分離装置全体を一つのユニットとすることができる。

以上の実施形態では、ダストを機械的に篩分けする篩として回転篩５を使用したが、これには限定されず、例えば振動篩を使用することもできる。要するに目的粒度以上の塊状物を機械的に篩分けする篩であればよい。
また以上の実施形態では、循環ファン１０の吐出側から鉛直管７の下部に至る管路１０の途中に熱交換器１２を設けたが、上述の特許文献２のように回転ドラム式冷却装置を設ける場合等には熱交換器１２を設ける必要はない。
さらに以上の実施形態では、サイクロン１で捕集した、廃棄物溶融炉からの熱分解ガスに随伴する可燃性ダストを処理対象としたが、これには限定されず、要するに除塵器で捕集され異物として金属線を含むダストであれば本発明を適用可能である。

１ サイクロン（除塵器）
２ 可燃性ダスト入口
３ スクリューコンベア
４ ケーシング
５ 回転篩
６ 案内シュート
７ 鉛直管
８ ダスト貯留タンク
８ａ ダスト貯留タンクの上部
９ ダストシュート
１０ 循環ファン
１１ 管路
１２ 熱交換器
１３ 異物シュート
１３ａ 異物排出ダンパ
１４ 連絡管
１５ 二重板構造体
１５ａ 斜面板
１５ｂ 庇板
１５ｃ 回転軸
１６ ダンパ
１７ バッフルプレート
１８ ダスト切出装置
１９ ブロワ
２０ ダスト移送管
Ａ 篩下の可燃性ダスト
Ｂ 塊状物（異物）
Ｃ 金属線（異物）

Claims (6)

1. 除塵器で捕集され異物として塊状物及び金属線を含むダストから、塊状物と金属線を分離する異物分離装置であって、
   ダスト中の塊状物を機械的に篩分けする篩と、金属線を含む篩下のダストを鉛直管に案内する案内シュートとを備え、
   前記鉛直管の下部から気体を流入して当該鉛直管内に上昇気流を発生させ、当該上昇気流によって浮上分離したダストをダスト貯留タンクに案内し、篩下のダスト中の金属線を沈降させることにより分離し、
   前記ダスト貯留タンクは前記篩の直下に位置する共にダストシュートを介して前記篩と接続され、
   前記鉛直管は前記ダストシュートの外部に設けられ、
   前記案内シュートは、前記ダストシュートの内部では当該ダストシュートと仕切られ、当該ダストシュートを貫通して前記鉛直管に連通し、
   当該鉛直管の上部は前記ダストシュートに連通し、当該鉛直管の下部には、前記ダストシュート内の気体が送気される、異物分離装置。
2. 除塵器で捕集され異物として塊状物及び金属線を含むダストから、塊状物と金属線を分離する異物分離装置であって、
   ダスト中の塊状物を機械的に篩分けする篩と、金属線を含む篩下のダストを鉛直管に案内する案内シュートとを備え、
   前記鉛直管の下部から気体を流入して当該鉛直管内に上昇気流を発生させ、当該上昇気流によって浮上分離したダストをダスト貯留タンクに案内し、篩下のダスト中の金属線を沈降させることにより分離し、
   前記鉛直管の上部は、ダスト移送管を介して前記ダスト貯留タンクの上部と接続され、
   当該鉛直管の下部には、前記ダスト貯留タンクの上部内の気体が送気される、異物分離装置。
3. 篩上の異物を排出する異物シュートを備え、
   前記鉛直管の下部と前記異物シュートとを、水平又は当該異物シュートに向けて下方に傾斜する連絡管で接続し、
   前記鉛直管の下部に、前記連絡管に向かう斜面板を設置し、当該斜面板の上方に隙間を持たせて庇板を設置して二重板構造体とし、
   前記ダストシュート内又は前記ダスト貯留タンクの上部内の気体の送気位置を前記二重板構造体の下方とし、その送気気流を、前記二重板構造体の隙間及び前記二重板構造体と前記連絡管の底面との間の隙間から噴出させるようにし、
   さらに前記連絡管の出口部に、前記異物シュート側に流入する気体量を制限するダンパを設けている、請求項１又は２に記載の異物分離装置。
4. 前記連絡管の出口部から、沈降した金属線と共に前記異物シュート側に流入した気体が、当該異物シュート及び前記篩を介して前記案内シュートに流入し、さらにダストと共に前記鉛直管に流入して前記鉛直管の下部から流入する気体と合流する循環流を形成する、請求項３に記載の異物分離装置。
5. 前記ダストシュート又は前記ダスト貯留タンクの上部から前記鉛直管の下部に至る管路の途中に、当該管路内の気体を冷却する熱交換器を設けている、請求項１から４のいずれか一項に記載の異物分離装置。
6. 前記除塵器は、廃棄物溶融炉からの熱分解ガスに随伴する可燃性ダストを捕集するものである、請求項１から５のいずれか一項に記載の異物分離装置。