(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石油系燃焼灰と水とを混合し燃焼灰に対する水の割合が漸次に高められた過程を経て燃焼灰１００重量部に対する水の割合が３０重量部以上である含水燃焼灰または燃焼灰スラリーを調製するに当たり、被処理物を収容する回転パン（１）と、当該回転パンの中心から偏心する内部に配置され且つ自転しながら回転パン（１）の内周囲を相対的に公転する混合スター（２）と、当該混合スターの先端に回転可能に備えられ且つ混合スターの回転により被処理物に下降流を与える得る負のすくい角（掻き出し角）を有するブレードとから主として構成される混合機に、焼却灰と水を添加し、燃焼灰１００重量部に対する水の割合が５〜１５重量部の混合物を形成した後、混合機中の混合物に燃焼灰と水とを連続的に供給し、焼却灰１００重量部に対する水の割合を３０重量部以上とすることを特徴とする含水燃焼灰または燃焼灰スラリーの調製方法。
【請求項２】
混合機が回転パン（１）の中心から偏心する内部にアジテータ（３）を備えた混合機である請求項１に記載の調製方法。
【請求項３】
混合機として、日本アイリッヒ株式会社製の商品である「アイリッヒ逆流式高速混合機」を使用する請求項１又は２に記載の調製方法。
【請求項４】
燃焼灰が石油系燃料を使用するボイラー等の排ガス煙道中に設けられた集塵機により捕集されたものである請求項１〜３の何れかに記載の調製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、含水燃焼灰または燃焼灰スラリーの調製方法に関するものであり、詳しくは、石油系燃料を使用するボイラー等の排ガス煙道中に設けられた集塵機により捕集された石油系燃焼灰であって、特に、エマルジョン燃料の燃焼灰に対して有効に適用される上記の調製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
石油系燃料（例えば、重油、オリマルジョン等）を使用した各種の燃焼炉（燃焼装置）、例えば、火力発電所などのボイラー、ゴミ焼却炉などにおいては、その煙道の後流側に配置された電気集塵機により燃焼灰が捕集されて回収される。
【０００３】
高硫黄分重油焚ボイラーの場合、燃焼ガス中に発生する硫酸ガス（ＳＯ3 ）による腐食防止のために当該燃焼ガス中にアンモニアが添加される。従って、電気集塵機にて捕集される燃焼灰は、未燃カーボンと重金属（Ｎｉ、Ｖ、Ｍｇ等）主体の灰分の他に硫酸アンモニウムを含む。例えば、高硫黄分重油焚ボイラーから回収された燃焼灰の組成分析の一例は表１の通りである。
【０００４】
【表１】
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【０００５】
上記の燃焼灰は、その移送の便宜のため、通常、加湿または多量の水と混合して含水燃焼灰または燃焼灰スラリーとして取り扱われる。すなわち、含水燃焼灰は袋に充填されて輸送され、また、燃焼灰スラリーはスラリーポンプにて直接輸送される。斯かる含水燃焼灰または燃焼灰スラリーは、他の固体物質の場合と同様、混合機を使用し、燃焼灰と水とを混合し燃焼灰に対する水の割合が漸次に高められた過程を経て調製される。
【０００６】
しかしながら、燃焼灰は、嵩密度が小さくて易飛散性の粉体であるため取り扱いが困難であるのに加え、疎水性のカーボンと共に水溶性の硫酸アンモニウムや水との反応性が比較的高い酸化マグネシウムを含むため、次の様な問題がある。
【０００７】
すなわち、混合機に供給された一定量の水が均一分散される迄には一定の時間（滞留時間）が必要である。ところで、均一分散される十分な滞留時間が与えられない状態で水が供給された場合、供給された水は、硫酸アンモニウムの溶解や酸化マグネシウムの水酸化物形成に優先的に使用される。その結果、カーボンが偏在して凝集物が形成され易い。
【０００８】
また、天然アスファルトのエマルジョン燃料の場合、例えば、ベネズエラのオリノコ川周辺に産出する天然アスファルト（オリノコタール）から成るエマルジョン燃料（オリマルジョン）等の場合は、エマルジョンの安定化やバナジウムによる高温腐食を防止するためにマグネシウム化合物が添加されている。従って、その燃焼灰は多量の酸化マグネシウムを含有する。例えば、オリマルエマルジョン（ベネズエラ産天然重質油の水エマルジョン）専焼ボイラーから回収された燃焼灰の組成分析の一例は表２の通りである。この様な多量の酸化マグネシウムを含有する燃焼灰の加湿は特に困難である。
【０００９】
【表２】
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【００１０】
すなわち、酸化マグネシウムは水酸化マグネシウムを経て硫酸マグネシウムに変換され、更に、硫酸マグネシウムは水和物（１〜７水塩）に変換されると考えられる。ところで、硫酸マグネシウム水和物は、固着性があるため、多量の水が供給されて溶解される前においては、混合機の内壁面などに固着する等して混合状態を悪化させる。しかも、上記の一連の反応は発熱反応であるため、当該発熱によって発生する水蒸気によって燃焼灰が飛散し易い。
【００１１】
上記の問題は、燃焼灰と水との混合状態を絶えず監視し、両者の混合機への供給速度を調節する方法により軽減することが出来るが、斯かる方法は、生産性および労力などの観点からして工業的に有利ではない。また、燃焼灰と水との混合状態を監視しつつ行う調製には相当の熟練を必要とする。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記実情に鑑みなされたものであり、その目的は、疎水性物質と親水性物質との混合物であるために調製困難とされていた含水燃焼灰または燃焼灰スラリーの工業的に有利な調製方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の要旨は、石油系燃焼灰と水とを混合し燃焼灰に対する水の割合が漸次に高められた過程を経て燃焼灰１００重量部に対する水の割合が３０重量部以上である含水燃焼灰または燃焼灰スラリーを調製するに当たり、被処理物を収容する回転パン（１）と、当該回転パンの中心から偏心する内部に配置され且つ自転しながら回転パン（１）の内周囲を相対的に公転する混合スター（２）と、当該混合スターの先端に回転可能に備えられ且つ混合スターの回転により被処理物に下降流を与える得る負のすくい角（掻き出し角）を有するブレードとから主として構成される混合機に、焼却灰と水を添加し、燃焼灰１００重量部に対する水の割合が５〜１５重量部の混合物を形成した後、混合機中の混合物に燃焼灰と水とを連続的に供給し、焼却灰１００重量部に対する水の割合を３０重量部以上とすることを特徴とする含水燃焼灰または燃焼灰スラリーの調製方法に存する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。本発明において、代表的な石油系燃焼灰としては、石油系燃料を使用するボイラー等の排ガス煙道中に設けられた集塵機により捕集された燃焼灰が挙げられる。マグネシウム化合物が添加されたエマルジョン燃料（オリマルジョン）の燃焼灰は、加湿またはスラリー化が困難であるため、本発明を適用する効果が特に大きい。
【００１６】
本発明においては、工業的スケールでの調製を行うため、通常、５００〜３０００リットルの大容量の混合機が使用される。従って、１バッチに必要な量の燃焼灰と水とを一度に混合機に供給する方法（１）、１バッチに必要な量の燃焼灰の全量を混合機に供給した後に１バッチに必要な量の水を供給する方法（２）では、次の様な問題があって取り扱い性に優れた含水燃焼灰または燃焼灰のスラリー化は実質的に不可能である。すなわち、含水燃焼灰の調製においては均一加湿が行われずに未加湿部分が多量に残存し、燃焼灰スラリーの調製においては多量の塊状物が発生する。逆に、１バッチに必要な量の水の全量を混合機に供給した後に１バッチに必要な量の燃焼灰を供給する方法（３）では、燃焼灰が水面に浮上すると共に初期に形成される極めて低粘度のスラリーが飛散して円滑に操作することが困難である。
【００１７】
そこで、  本発明においては、燃焼灰と水とを混合し燃焼灰に対する水の割合が漸次に高められた過程を経て含水燃焼灰または燃焼灰スラリーを調製する。すなわち、本発明においては、回分的に含水燃焼灰または燃焼灰スラリーを調製するに際し、１バッチに必要な量の燃焼灰と水とを一度に混合機に添加するのではなく、連続的または間欠的に燃焼灰と水とを混合機に添加することにより、燃焼灰に対する水の割合が漸次に高められた過程を経て含水燃焼灰または燃焼灰スラリーを調製する。
【００１８】
そして、本発明においては、最終段階として、燃焼灰１００重量部に対する水の割合が３０重量部以上である含水燃焼灰または燃焼灰スラリーを調製する。しかしながら、余りにも多量の水を含有するスラリーは、スラリー輸送の観点から経済的ではない。従って、燃焼灰１００重量部に対する水の割合の最大値は、通常３００重量部、好ましくは２５０重量部、更に好ましくは２００重量部とされる。すなわち、本発明によれば、袋に充填されて輸送するのに好適な含水燃焼灰またはスラリーポンプによる直接輸送に好適な燃焼灰のスラリーが調製される。なお、燃焼灰１００重量部に対する水の割合が約１５０重量部以上の場合、十分な流動性を呈するスラリーが得られる。
【００１９】
本発明においては、混合機に焼却灰と水を添加し、燃焼灰１００重量部に対する水の割合が５〜１５重量部の混合物を形成した後、混合機中の混合物に燃焼灰と水とを連続的に供給することが重要である。すなわち、本発明者らの知見によれば、含水燃焼灰の調製においては、燃焼灰と水との初期の混合段階がその後の調製において極めて重要である。そして、一旦、燃焼灰と水との良好な分散状態の初期混合物を調製するならば、その後は、高められた速度で燃焼灰と水とを供給しても円滑に含水燃焼灰を調製し得る。
【００２０】
従って、本発明においては、カーボンが偏在して凝集物が形成され易く、また、硫酸マグネシウム水和物が固着性を発揮し易い段階の初期混合物、すなわち、燃焼灰１００重量部に対する水の割合が５〜１５重量部、好ましくは８〜１１重量部の混合物の調製を注意深く行う。すなわち、燃焼灰と水との混合状態を監視し、混合機に供給された一定量の水が均一分散される迄は次の水の供給量を調節したり、更には、攪拌速度などを適宜変更するなどの操作を採用する。
【００２１】
本発明においては、上記の濃度範囲の全範囲における調製が注意深く行われるのが好ましいが、上記の濃度の範囲に含まれる任意の濃度の混合物を調製すれば十分である。斯かる本発明の特徴は言わばマスターバッチ法に類似する。しかしながら、燃焼灰と水とから成り且つ高められた速度で両者を供給しても円滑に含水燃焼灰または燃焼灰スラリーを調製し得る、上記の初期混合物（マスター組成物）の濃度範囲を見い出した本発明の工業的意義は大きい。
【００２２】
すなわち、本発明によれば、燃焼灰１００重量部に対する水の割合が５〜１５重量部である範囲を経過した後は、連続的かつ比較的高められた供給速度で燃焼灰と水とを供給することにより、工業的に有利に且つ円滑に所望量の含水燃焼灰または燃焼灰スラリーを調製することが出来る。特に、上記の範囲における任意の一組成の初期混合物を調製後は、上記と同様の操作で且つ同様の効果を享受して含水燃焼灰または燃焼灰スラリーを調製することが出来る本発明の工業的利点は顕著である。
【００２３】
本発明において、初期混合物からの最終の含水燃焼灰または燃焼灰スラリーの調製は、初期混合物を調製した混合機中に引続き燃焼灰と水とを追加供給して行われる。
【００２４】
そして、１バッチ当たり処理される燃焼灰に対する初期混合物中の燃焼灰の量（１バッチ当たりの混合機で調製する初期混合物の量）が余りにも少ない場合は、追加供給する燃焼灰と水との初期の供給速度を十分に高めることが出来ず、逆に、余りにも多い場合は、多量の初期混合物の調製に多くの時間を消費することになる。
【００２５】
従って、１バッチ当たり処理される燃焼灰に対する初期混合物中の燃焼灰の量は、１バッチ当たりに要する調製時間を最も短縮し得る様に適宜選択されるが、通常は５〜５０重量％、好ましくは１０〜３０重量％の範囲とされる。
【００２６】
第１の要旨に斯かる本発明において、初期混合物の調製に使用する混合機としては、特に制限されず、各種の公知の混合機を適宜選択して使用することが出来る。しかしながら、初期混合物の調製が容易かつ効率的であるとの理由により、被処理物に竜巻流または渦巻き流と水平方向の流れを与える後述の混合機が推奨される。また、最終の含水燃焼灰または燃焼灰スラリーの調製には、比較的簡単な構造の攪拌翼を備えた混合タンク等も使用可能である。
【００２７】
本発明においては、被処理物に竜巻流または渦巻き流を与える混合機中に燃焼灰と水とを供給することが重要である。すなわち、本発明者らの知見によれば、カーボンが偏在して凝集物が形成され易いか、または、硫酸マグネシウム水和物が固着性を発揮し易い段階の少なくとも一方を包含する含水燃焼灰または燃焼灰スラリーの調製においては、被処理物に上記の様な特定の混合流を与える混合機の使用が極めて有効である。
【００２８】
本発明においては、カーボンの凝集や硫酸マグネシウム水和物が固着を防止効果を一層高め且つ効率的な処理を行うとの観点から、被処理物に竜巻流または渦巻き流の他に水平方向の流れを与える混合機を使用するのが好ましい。
【００２９】
図１は、本発明で好適に使用される混合機の一例の一部断面の側面説明図、図２は、図１に示す混合機の平面説明図である。同図に示す混合機は、回転パン（１）と当該回転パンの中心から偏心する内部に配置され且つ被処理物に竜巻流または渦巻き流を与える混合スター（２）とから主として構成される。
【００３０】
具体的には、左右に配置された支柱（１００）、（１００）の上方および下方に各々配置された上板（１０１）及び下板（１０２）とで枠構造が形成され、下板（１０２）の上にはドウナツ構造の歯車（１０）が配置される共に当該歯車の上にはこれに連結された回転パン（１）が配置され、そして、上板（１０１）の内部には歯車（２０）が配置されると共に当該歯車に連結された逆Ｔ字型の回転軸（２１）の左右には混合スター（２）が連結されている。
【００３１】
図１に示す混合スター（２）は、その回転により被処理物に上昇流を与える得るすくい角を有するブレード（２２）を備え、被処理物に竜巻流を与える機能を有する。すなわち、左右の混合スター（２）、（２）間に位置する被処理物は、左右から内側にすくい上げられて上昇して竜巻流を形成する。そして、被処理物の全体に渡った竜巻流を与えるため、ブレード（２２）は、混合スター（２）の最先端に備えられているが、その数は任意であり、上下に２個以上備えることも出来る。混合スター（２）の本数は、その回転速度を高めることによって１本にすることも出来るが、通常は２本以上とされる。
【００３２】
竜巻流と逆の現象である渦巻き流は、混合スターの先端に回転により被処理物に下降流を与える得る負のすくい角（掻き出し角）を有するブレードを備えることによって形成することが出来る。
【００３３】
混合スター（２）は、回転パン（１）の中心から偏心する位置に配置されているため、自転しながら回転パン（１）の内周囲を相対的に公転することとなり、混合スター（２）に備えられたブレード（２２）は、回転パン（１）の内周囲に沿ってエピトロコイドの軌跡を描き、被処理物に竜巻流または渦巻き流（垂直方向の流れ）と水平方向の流れを与える。また、ブレード（２２）は、スクレーパーの作用を果たすため、回転パン（１）の内部には死点がなく、被処理物は常に混合領域に循環される。
【００３４】
溶剤が水溶性液体の場合は、水で希釈して使用することも出来る。また、溶剤に溶解し得る限り、例えば、赤外線吸収剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、染料、帯電防止剤などの各種添加剤を溶剤に配合して使用してもよい。溶剤の塗布量は１〜２０ｇ／ｍとされる。
【００３５】
本発明においては、回転パン（１）と当該回転パンの中心から偏心する内部に配置され且つ被処理物に竜巻流または渦巻き流を与える混合スター（２）と前記回転パンの中心から偏心する内部に配置されたアジテータ（３）とから主として構成される混合機を使用するのが特に好ましい。図１に示すアジテータ（３）は、上面に複数の小片が立設された円盤（３０）を先端に備えている。しかしながら、アジテータ（３）の形状は任意に選択することが出来る。
【００３６】
アジテータ（３）は、被処理物を打撃・摩擦し、また、被処理物を流動させてその位置変化を促進することにより混合効果を一層高める。アジテータ（３）の回転方向は、混合スター（２）と同一方向（回転パン（１）と逆方向）にするのが好ましい。図１に示す混合機において、アジテータ（３）の回転は、上板（１０１）の上に配置されたプリー機構（３１）により行われる。なお、符号（３２）はモーターを表す。なお、上記の様な構成を備えた攪拌機は、日本アイリッヒ株式会社より「アイリッヒ逆流式高速混合機」（商品名）として既に市販されているので容易に入手することが出来る。
【００３７】
被処理物である燃焼灰と水とは、上板（１０１）の上に備えられた燃焼灰供給口（４）と水供給口（５）から供給され、調製された加湿燃焼灰または燃焼灰スラリーは、回転パン（１）の底部に備えられ且つ開閉可能に成された排出口（６）から抜き出される。なお、燃焼灰の定量供給や供給量の調整は、燃焼灰供給口（４）にロータリーバルブ等を備えることによって容易に行うことが出来、また、水の定量供給や供給量の調整は、水供給口（５）にコントロールバルブ等を備えることによって容易に行うことが出来る。
【００３８】
回転パン（１）、混合スター（２）及びアジテータ（３）の各回転速度は、エネルギー効率の観点から、上記の順序において、低速、中速、高速とするのがよい。具体的な回転速度の一例は、回転パン（１）：５〜１５ｒｐｍ、混合スター（２）：２０〜６０ｒｐｍ、アジテータ（３）：４００〜６００ｒｐｍである。
【００４０】
【実施例】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、以下の諸例においては、燃焼灰としては、ボイラーの排ガス煙道中に設けられた集塵機により捕集され、前述の表２に示したのと同様の組成の燃焼灰を使用した。
【００４１】
実施例１
図１及び図２に示す構造を備えた１０００リットルの混合機（日本アイリッヒ株式会社製「アイリッヒ逆流式高速混合機」）を使用し、燃焼灰３００ｋｇと水６００Ｋｇとから燃焼灰１００重量部に対する水の割合が２００重量部の水スラリーの調製を行った。混合機の運転条件は、回転パン（１）：８ｒｐｍ、混合スター（２）：３６ｒｐｍ、アジテータ（３）：５００ｒｐｍとした。
【００４２】
先ず、燃焼灰供給口（４）と水供給口（５）から燃焼灰と水との供給を略同時に開始し、燃焼灰１００Ｋｇを使用し、燃焼灰１００重量部に対する水の割合が１２重量部の初期混合物を得た。初期混合物の調製に当たっては、回転パン（１）内部の混合状態を観察しながら、燃焼灰と水との供給量を調整し、約１分の時間を要した。
【００４３】
次いで、混合機中の初期混合物に残余の燃焼灰（２００Ｋｇ）と水（５８８Ｋｇ）とを略定量的に連続供給して燃焼灰１００重量部に対する水の割合が２００重量部の水スラリーの調製を行った。残余の燃焼灰と水との供給は、約５分で終了した。得られた水スラリーの一部をパンの上に流し込み、水スラリーの性状を確認した結果、水スラリーは、塊状物などを含有せずに均一性状を呈していた。
【００４４】
実施例２
実施例１において、初期混合物と残余の燃焼灰と水との混合をイカリ型攪拌翼を備えた１０００リットルの攪拌混合槽に変更して実施した以外は、実施例１と同様にして水スラリーの調製を行った。すなわち、先ず、実施例と同様の操作により、「アイリッヒ逆流式高速混合機」を使用して燃焼灰１００重量部に対する水の割合が１２重量部の初期混合物を得、次いで、当該初期混合物をイカリ型攪拌翼を備えた攪拌混合槽に仕込み、次いで、初期混合物に残余の燃焼灰（２００Ｋｇ）と水（５８８Ｋｇ）とを略定量的に連続供給して燃焼灰１００重量部に対する水の割合が２００重量部の水スラリーの調製を行った。
【００４５】
イカリ型攪拌翼の回転数は６０ｒｐｍとした。残余の燃焼灰と水との供給は、約１０分で終了した。得られた水スラリーの一部をパンの上に流し込み、水スラリーの性状を確認した結果、水スラリーは、塊状物などを含有せずに均一性状を呈していた。
【００４６】
実施例３
実施例１において、初期混合物の調製に使用する燃焼灰の量を増加して１５０Ｋｇとした以外は、実施例１と同様にして、燃焼灰１００重量部に対する水の割合が８重量部の初期混合物を調製した後、燃焼灰１００重量部に対する水の割合が２００重量部の水スラリーの調製を行った。残余の燃焼灰と水との供給は、約５分で終了した。得られた水スラリーの一部をパンの上に流し込み、水スラリーの性状を確認した結果、水スラリーは、塊状物などを含有せずに均一性状を呈していた。
【００４７】
実施例４
実施例１において、燃焼灰１００重量部に対する水の割合が５重量部の初期混合物を得た以外は、実施例１と同様にして、燃焼灰１００重量部に対する水の割合が２００重量部の水スラリーの調製を行った。得られた水スラリーの一部をパンの上に流し込み、水スラリーの性状を確認した結果、水スラリーは、僅かな量の塊状物を含有していたが、その量および大きさはポンプ輸送の障害となる程度のものではなかった。
【００４８】
比較例１
実施例１において、燃焼灰１００重量部に対する水の割合が３重量部の初期混合物を得た以外は、実施例１と同様にして、燃焼灰１００重量部に対する水の割合が２００重量部の水スラリーの調製を行った。得られた水スラリーの一部をパンの上に流し込み、水スラリーの性状を確認した結果、水スラリーは、相当量の塊状物を含有しており、ポンプ輸送し得る性状ではなかった。
【００４９】
実施例５
実施例１で使用したと同一の混合機を実施例１と同一条件下で使用し、燃焼灰３００ｋｇと水１２０Ｋｇとから燃焼灰１００重量部に対する水の割合が４０重量部の含水燃焼灰の調製を行った。
【００５０】
先ず、燃焼灰供給口（４）と水供給口（５）から燃焼灰と水との供給を略同時に開始し、燃焼灰１００Ｋｇを使用し、燃焼灰１００重量部に対する水の割合が１２重量部の初期混合物を得た。初期混合物の調製に当たっては、回転パン（１）内部の混合状態を観察しながら、燃焼灰と水との供給量を調整し、約１分の時間を要した。
【００５１】
次いで、混合機中の初期混合物に残余の燃焼灰（２００Ｋｇ）と水（２８Ｋｇ）とを略定量的に連続供給して燃焼灰１００重量部に対する水の割合が４０重量部の含水燃焼灰の調製を行った。残余の燃焼灰と水との供給は、約５分で終了した。排出口（６）から含水燃焼灰を取り出し、その性状を確認した結果、未加湿部分は存在せず全体的に略同一大きさの粒状物であった。
【００５２】
比較例２
実施例６において、燃焼灰１００重量部に対する水の割合が３重量部の初期混合物を得た以外は、実施例６と同様にして、燃焼灰１００重量部に対する水の割合が４０重量部の含水燃焼灰の調製を行った。得られた含水燃焼灰は、未加湿部分を多量に含有していた。そのため、袋に充填する際に燃焼灰が飛散して充填作業が困難であった。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、疎水性物質と親水性物質との混合物であるために調製困難とされていた含水燃焼灰または燃焼灰スラリーの工業的に有利な調製方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明で好適に使用される混合機の一例の説明図
【図２】  図１に示す混合機の平面説明図
【図１】
0003672680.tif 000004
【図２】
0003672680.tif 000005