(57)【要約】【課題】炭素灰に含まれる灰を分離して、未燃炭素を効率よく回収することでエネルギーコスト削減を行うことができるうえ、未燃炭素を分離・除去した石炭灰を例えばコンクリートの副原料として再利用することができる灰分離装置、灰分離方法およびそれを用いた未燃炭素分離方法を提供する。【解決手段】石炭灰に含まれる灰を分離する装置であって、超音波振動端子を備えた超音波トラフと、前記トラフ内に設置され回転可能な、電圧を印加した複数のロールと、前記複数のロールの上面に設置され、該ロール表面に付着した灰を掻き取るスクレバーとを有することを特徴とする灰分離装置、灰分離方法、およびそれを用いた未燃炭素分離方法。【選択図】図１
2006043684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭灰に含まれる灰を分離する装置であって、
超音波振動子を備えた超音波トラフと、
前記トラフ内に設置され回転可能な、電圧を印加した複数のロールと、
前記複数のロールに設置され、該ロール表面に付着した灰を掻き取るスクレバーとを有することを特徴とする灰分離装置。
【請求項２】
前記複数のロールの表面に、高誘電体樹脂層を有することを特徴とする請求項１に記載の灰分離装置。
【請求項３】
前記トラフから灰を除去した炭素灰を捕集するフードを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の灰分離装置。
【請求項４】
前記スクレバーと、当該スクレバーが設置されたロールの次方向のロール表面間に隙間を設けることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の灰分離装置。
【請求項５】
石炭灰に含まれる灰を分離する装置であって、
超音波振動子を備えた超音波トラフと、
前記トラフ内に、電圧を印加した灰付着部と、
前記トラフから灰を除去した炭素灰を捕集するフードとを有することを特徴とする灰分離装置。
【請求項６】
前記灰付着部に、高誘電体樹脂を有することを特徴とする請求項５に記載の灰分離装置。
【請求項７】
前記灰付着部が、バイブレータによって振動する樹脂網であることを特徴とする請求項５または６に記載の灰分離装置。
【請求項８】
石炭灰に含まれる灰を分離する方法であって、
前記石炭灰を、超音波により振動する超音波トラフに導入し、
電圧を印加した複数のロールを前記トラフ内に設置し、該複数のロールを一方向に回転させ、
前記ロールに設置されたスクレバーにて、該ロール表面に付着した灰を掻き取ることを特徴とする灰分離方法。
【請求項９】
石炭灰に含まれる灰を分離する方法であって、
前記石炭灰を、超音波により振動する超音波トラフに導入し、
電圧を印加した樹脂網を前記トラフ内に設置して灰を付着させ、
該樹脂網を振動させることによって付着した灰を脱落させることを特徴とする灰分離方法。
【請求項１０】
前記トラフ内から灰を除去した炭素灰をフードにより捕集することを特徴とする請求項８または請求項９に記載の灰分離方法。
【請求項１１】
請求項８乃至請求項１０のいずれかに記載の灰分離方法を実施して灰を除去した炭素灰を、電圧を印加してプラスに帯電させた篩網に通過させることにより、該石炭灰に含まれる未燃炭素をプラスに帯電させ、炭素以外の鉱物の表面に分極を発生させることにより、該鉱物のみを前記電極に捕捉することを特徴とする未燃炭素分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭灰に含まれる灰を分離する灰分離装置、灰分離方法およびそれを用いた未燃炭素分離方法に関する。
具体的には、例えば石炭焚火力発電所のボイラーなどで発生する石炭灰に含まれる灰を分離する灰分離装置、灰分離方法およびそれを用いた未燃炭素分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば石炭焚火力発電所のボイラーなどで発生する石炭灰には約２０％以上の未燃炭素が含まれており、この未燃炭素を分離・回収してエネルギー源として用いることが検討されており、従来から種々の提案がなされている。
このため、石炭灰に含まれる灰を分離する方法が提案されており、例えば、特開２００３−１２６８３２号公報の第００１３欄には、静電向流ベルト式の分離装置が開示されている。
この分離装置は、隙間を隔てて上下対方向に配置された電極の中を、有孔の無端ベルトを循環移動させながら、電極の隙間に投入した石炭灰の粒子を表面接触により摩擦帯電させ静電気力で灰を分離するものである。
しかし、特開２００３−１２６８３２号公報に開示された装置は、無端ベルトを循環移動させながら石炭灰の粒子と表面接触させているためにベルトの磨耗が激しく１回/月の頻度で取り替える必要がありメンテナンスコストが高くなるという問題点があった。
【０００３】
また、同じく、特開２００３−１２６８３２号公報の第０１０４欄〜第１０５欄には、サイクロン式の分離装置が開示されている。
この分離装置は、円筒円錐形のケーシングとその内部に設けられ高速回転する分級羽根とから構成されており、上部投入口から投入された石炭灰は遠心力と分級羽根の内部へ向かう空気流の抗力との釣り合い粒径の違いにより未燃炭素を分級するものである。
しかし、この方式についても高速回転する駆動部があり磨耗の問題が発生する。更には、粒径の違いを利用した分級方式であるので積極的に未燃炭素を分離するものではなく、本発明者らの実験によると、炭素濃度が３４％以上の分離効率を達成することは原理的に困難だった。
【特許文献１】特開２００３−１２６８３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決し、炭素灰に含まれる灰を分離して、未燃炭素を効率よく回収することでエネルギーコスト削減を行うことができるうえ、未燃炭素を分離・除去した石炭灰を例えばコンクリートの副原料として再利用することができる灰分離装置、灰分離方法およびそれを用いた未燃炭素分離方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、前述の課題を解決するために、鋭意検討の結果なされたものであり、石炭灰を搬送する超音波トラフに、一方向に回転する電圧を印加した複数のロールを設けることによって石炭灰に含まれる灰を分離する灰分離装置、灰分離方法およびそれを用いた未燃炭素分離方法を提供するものであり、その要旨とするところは、特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）石炭灰に含まれる灰を分離する装置であって、超音波振動子を備えた超音波トラフと、前記トラフ内に設置され回転可能な、電圧を印加した複数のロールと、前記複数のロールに設置され、該ロール表面に付着した灰を掻き取るスクレバーとを有することを特徴とする灰分離装置。
（２）前記複数のロールの表面に、高誘電体樹脂層を有することを特徴とする（１）に記載の灰分離装置。
（３）前記トラフから灰を除去した炭素灰を捕集するフードを有することを特徴とする（１）または（２）に記載の灰分離装置。
（４）前記スクレバーと、当該スクレバーが設置されたロールの次方向のロール表面間に隙間を設けることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の灰分離装置。
（５）石炭灰に含まれる灰を分離する装置であって、超音波振動子を備えた超音波トラフと、前記トラフ内に、電圧を印加した灰付着部と、前記トラフから灰を除去した炭素灰を捕集するフードとを有することを特徴とする灰分離装置。
（６）前記灰付着部に、高誘電体樹脂を有することを特徴とする（５）に記載の灰分離装置。
（７）前記灰付着部が、バイブレータによって振動する樹脂網であることを特徴とする（５）または（６）に記載の灰分離装置。
（8）石炭灰に含まれる灰を分離する方法であって、前記石炭灰を、超音波により振動する超音波トラフに導入し、電圧を印加した複数のロールを前記トラフ内に設置し、該複数のロールを一方向に回転させ、前記ロールに設置されたスクレバーにて、該ロール表面に付着した灰を掻き取ることを特徴とする灰分離方法。
（９）石炭灰に含まれる灰を分離する方法であって、前記石炭灰を、超音波により振動する超音波トラフに導入し、電圧を印加した樹脂網を前記トラフ内に設置して灰を付着させ、該樹脂網を振動させることによって付着した灰を脱落させることを特徴とする灰分離方法。
（１０）前記トラフ内から灰を除去した炭素灰をフードにより捕集することを特徴とする（８）または（９）に記載の灰分離方法。
（１１）（８）乃至（１０）のいずれかに記載の灰分離方法を実施して灰を除去した炭素灰を、電圧を印加してプラスに帯電させた篩網に通過させることにより、該石炭灰に含まれる未燃炭素をプラスに帯電させ、炭素以外の鉱物の表面に分極を発生させることにより、該鉱物のみを前記電極に捕捉することを特徴とする未燃炭素分離方法。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、石炭灰を搬送する超音波振動トラフに、一方向に回転する電圧を印加した複数のロールおよび／または樹脂網を設けることによって石炭灰に含まれる灰を分離する灰分離装置、灰分離方法およびそれを用いた未燃炭素分離方法を提供し、未燃炭素を効率よく回収することでエネルギーコスト削減を行うことができるうえ、未燃炭素を分離・除去した石炭灰を例えばコンクリートの副原料として再利用することができる未燃炭素分離装置および分離方法を提供することができる。
また、本発明の灰分離装置は、ロールは設置されているものの、低速回転であるので、従来のような磨耗の問題がなく、その他は静電機器のみで構成されているため、ベルトなどの交換の必要がなくメンテナンスコストを著しく低減できるなど、産業上有用な著しい効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の実施形態について、図１乃至図７を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の灰分離装置の実施形態を例示する図である。
図１において、１は超音波トラフ、２は超音波振動子、３はロール、４は鉄ロール、５は高誘電体樹脂層、６はスクレバー、９はサイクロン、15はフード、16は直流電源を示す。
本発明は、石炭灰に含まれる灰を分離する装置であって、超音波振動端子を備えた超音波トラフ１と、前記トラフ１内に設置され一方向に回転する、電圧を印加した複数のロール３と、前記複数のロール３に設置され、該ロール３表面に付着した灰を掻き取るスクレバー６とを有することを特徴とする。
図１に示すように、まず、石炭焚火力発電所のボイラーなどで発生する未燃炭素を約２０％以上含む石炭灰を、超音波トラフ１に導入する。
図１では超音波トラフ１を水平に設置しているが、トラフ内を石炭灰が移動するために超音波トラフ１を傾斜させて設置することが好ましい。
その傾斜角は処理量に応じて5〜30度程度で使用するのが好ましい。
超音波トラフ１には、超音波振動子２が設けられており、超音波振動子２が発振する振動によって超音波トラフ１が振動して、内部の石炭灰を図１の右側方向に円滑に搬送することができる
【０００８】
また、超音波トラフ１内には、一方向に回転する、電圧を印加した複数のロール３が設置され、この複数のロール３には、該ロール３表面に付着した灰を掻き取るスクレバー６が設けられている。
複数のロール３に電圧を印加することによって、石炭灰中の灰が複数のロール３に吸着され、このロール３が一方向に回転することによって、吸着した灰がスクレバー６により掻き取られ超音波トラフ１の下部に返却される。
これに対し、未燃炭素分は黒い石炭灰の漂い１４として超音波トラフ１の中に浮遊する。これをフード15を経由してサイクロン９により捕集し、未燃炭素を分離・回収することができる。
なお、超音波トラフ１の下部に残された灰は、超音波振動によって、搬送されて回収され、炭素分離装置によって、灰を分離・回収することができる。
【０００９】
図２は、本発明の灰分離装置に用いる複数のロールの詳細図である。
図２において、３は複数のロール、４は鉄ロール、５は高誘電体樹脂層、６はスクレバーを示す。
図２に示すように、複数のロール３は、中心の鉄ロール４の表面に高誘電体樹脂層５が設けられている。
中心を鉄ロール４とすることによって、ロール３に電圧を印加することができるうえ、表面に例えばエボナイトのような高誘電体樹脂層６を設けることによって、石炭灰に含まれる灰を選択的に吸着することができる。
また、複数のロール３の上面には、図２に示すようなスクレバー６が設けられており、図２に示すようにスクラバー６の右端がロール３に接触することによって、ロール表面に吸着された灰を掻き落とすことができる。
掻き落された灰は、下方向、に返却されて回収され、セメントなどの原料として使用することができる。
なお、高誘電体樹脂層６としてエボナイトの他に紙、ベークライト、ユリヤ樹脂等の絶縁材料を使用でも本願発明の目的を達成することは可能である。また、超音波振動の周波数としては、15〜40KHｚが好ましい。
【００１０】
また、図３は、本発明の灰分離装置の他の実施形態を例示する図である。この場合はスクレバーと、当該スクレバーが設置されたロールの次方向のロール（図３の右側ロール）表面間に隙間を設けることが好ましい。掻き落された灰は、一定方向（図３の矢印方向）に回転する複数のロール３によって、搬送されて、セメントなどの原料として使用することができる。
つまり、複数のロール３に電圧を印加することによって、石炭灰中の灰が複数のロール３に吸着され、このロール３が一方向に回転することによって、吸着した灰が一定方向（図３の右側方向）に搬送される。
なお、超音波トラフ１の下部に残された石炭灰は、超音波振動によって、搬送されて回収され、炭素分離装置によって、未燃炭素を分離・回収することができる。
【００１１】
図４は、本発明によって灰が分離されるメカニズムを説明する模式図である。
石炭灰に含まれる未燃炭素（Ｃ）は導電率の高い物質（良導体）なので、超音波トラフ１と接触した際に動電子（マイナスの電荷）が漏洩するため、図４に示すように、プラスの電荷が表面を支配することになる。
プラスに帯電した未燃炭素（Ｃ）は、プラスに帯電したロール３と反発することによって、黒い石炭灰の漂い14として超音波トラフ1の中を浮遊する。
一方、石炭灰に含まれる灰は、非常に電気を通しにくい物質（絶縁体）なので、マイナスの電荷の漏洩が瞬時に行われず、その結果、絶縁体表面にプラスとマイナスの電荷が存在する分極が発生し、図４に示すように、ロール３に吸引されて捕捉される。
また、灰の一部は、プラスに帯電した未燃炭素（Ｃ）に吸引されて結合するため、ロール３に捕捉されないで超音波トラフ１内を搬送される。
なお、本発明の灰分離装置の他の実施形態として、複数のロール３の代替として網や金属板を灰付着部として採用することも可能である。これらの灰付着部に電圧を印加することにより灰を分離することが可能となる。また、上記灰付着部には、高誘電体樹脂を有することが望ましい。
【００１２】
具体的な実施形態について。図8乃至図11を用いて詳細に説明する。
図8は、本発明における他の実施形態（樹脂網方式）の灰分離装置の例示する図である。
図8において、17は樹脂網、18はバイブレータ、19は給電点を示す。
樹脂網17に電圧を印加することによって、石炭灰中の灰が樹脂網17に吸引される。
また、未燃炭素分は黒い漂い14としてフード15を経由してサイクロン9により捕集され、未燃炭素を分離・回収することができる。
一方、樹脂網17に吸引された灰は、樹脂網17に取付けたバイブレータ18による振動により再度トラフ内に落下し、超音波振動によって、搬送され、灰を分離・回収することができる。
【００１３】
図9は、樹脂網の上面から見た図であり、給電点19、バイブレータ18の配置を示している。バイブレータ18は樹脂網17を振動させることができれば樹脂網上のどの位置に配置しても良い。
また、図9では給電点19を3点給電としているが、図10(a）1点中央給電、(b）1点樹脂網端給電、(c)線給電等の給電方法でも分離は可能である。点給電、線給電の方法（位置、個数）に関しては装置サイス゛によって都度実験で確認して決定することが好ましい。
また、図9では樹脂網17の穴に関して、穴の配置は交互配置、穴の形は円形としているが、図11(a)に示すように、交互配置ではなく整列させても良い。また、穴の形についても円形ではなく正方形でも良い。図示はしていないが、長方形、三角形、多角形でもよい。上記樹脂網の形状（穴位置、穴形状など）については装置サイス゛によって都度実験で確認して決定することが好ましい。
また、穴のサイス゛に関しては、粉の炭素濃度に応じて、事前に実験で確認を行い、分離性能や加工のし易さから適宜決定すると良い。
また、樹脂網の材質に関しては、前述のロール方式と同等である。
【００１４】
本発明では、前記灰分離装置により灰を分離した後、更に以下の未燃炭素分離装置を用いることにより、未燃炭素の回収率を向上させることが可能となる。
図５乃至図７は、本発明に用いる未燃炭素分離装置の実施形態を示す図であり、図５は平面図、図６は側面図、図７は電極の模式図である。
図５乃至図７において、７は超音波篩、８は電気集塵機、９はサイクロン、１０は篩網、１１は振動枠、１２は振動子、１３はくの字電極を示す。
まず、前述の灰分離装置にて灰を分離した石炭灰を、超音波篩７に通過（接触）させる。
超音波篩７には、電圧を印加してプラスに帯電させた篩網１０と該篩網１０を振動させる振動枠１１とが備えられており、振動子１２が振動することによって、振動枠１１および篩網１０が微小振動して、凝縮している石炭灰を分散させるとともに、未燃炭素をプラスに帯電させることができる。
本発明においては、超音波篩７の目開きおよび振動周波数は問わないが、粒径の小さい石炭灰を効率よく分散させるためには、目開きは２００μｍ以下、振動周波数は２０ｋＨｚ程度が好ましい。
【００１５】
次に、分散された石炭灰は、電気集塵機８に導入され、前述の灰分離装置によって除去されなかった灰が除去され、サイクロン９によって回収される。
本発明によれば、炭素灰に含まれる灰があらかじめ分離されているため、電気集塵機８の電極に灰が付着しにくいので、未燃炭素の回収率を向上させることができる。
本実施形態においては、電気集塵機８に設置する電極に曲げ加工を加えた複数のくの字電極１３にして屈曲路を形成し、プラス電極（＋）とマイナス電極（−）を交互に配置する。
なお、電気集塵機８の後段に、網電極フィルターを設けることにより、さらに未燃炭素の回収率を向上させることができる。
【００１６】
図７は、くの字電極の内部の灰および炭素の動きを示す模式図である。
図７に示すように、炭素はくの字電極と反発するため、電極を通り抜けて回収されるが、灰はくの字に曲がった電極の間を通る際に電極面に衝突して捕捉されるため、炭素の分離回収率を向上させることができる。
本実施形態では、図７に示すように電極をくの字にして屈曲路を形成しているが、炭素灰および炭素が電極に衝突すればよいので、例えばＳ字状にして湾曲路を形成させても同等の効果が得られる。
なお、電極に捕捉された石炭灰が堆積していくと炭素の分離効果が低減するので、くの字電極に超音波振動または単発的振動を加えることによって補足された灰を除去することが好ましい。
【実施例】
【００１７】
本発明の未燃炭素分離装置および分離方法を、下記条件にて実施した。
＜実施例1＞
ロール方式での灰分離装置による実験条件および実験結果を以下に示す。
＜ロール方式での灰分離装置実験条件＞
・石炭灰の粒径：１０〜７５μｍ
・高誘電体層の材質：エボナイト
・灰分離装置の電極電圧：１8ｋｖ
・超音波トラフの周波数：２０ｋＨｚ
・ロール本数/ロール径：3本/φ60
・装置サイズ：W300ｍｍ×L500ｍｍ
上記の実施条件で実施した結果、灰分離装置によって、炭素濃度24％の石炭灰１００ｇ中の灰を74ｇ除去することができ、分離した低炭素灰側に含まれる炭素濃度は約１１％であった。この炭素濃度レベルであればコンクリートの副原料として再利用は可能である。また、サイクロンで捕集した高濃度側灰に含まれる炭素濃度は、エボナイト樹脂で積極的に灰分を除去するので約60％にまで達していた。
【００１８】
＜実施例2＞
＜実施条件＞
ロール方式での灰分離装置とくの字電極炭素分離装置との組合せによる実験条件および実験結果を以下に示す。
＜ロール方式での灰分離装置実験条件＞
実施例1と同様
＜くの字電極方式での炭素分離装置実験条件＞
・石炭灰の粒径：１０〜７５μｍ
・超音波篩の目開き：8０μｍ
・超音波篩の周波数：２０ｋＨｚ
・超音波篩：１2KV
・電気集塵機の印加電圧：20KV
・電気集塵機のサイズ：H900mm×Ｗ400mm×D400mm
上記の実施条件で実験を実施した次の要領で実施した。まず、ロール方式での灰分離装置実験で高炭素灰（炭素濃度約60％）を製造し、その高炭素灰（炭素濃度約60％）をくの字電極方式での炭素分離装置に投入し分離された高炭素灰の炭素濃度を調査さた結果、炭素濃度は約80％にまで達していた。このレベルであれば、ほぼ石炭の代替として使用することも可能である。
【００１９】
<実施例3>
樹脂網方式での灰分離装置による実験条件および実験結果を以下に示す。
<樹脂網方式での灰分離実験条件>
・石炭灰の粒径：10〜75μm
・樹脂網の材質：ベークライト樹脂
・樹脂網の構造：穴サイス゛10φ、交互配置、バイブレータ付き
・灰分離装置の印加電圧：30KV
・超音波トラフの周波数：20KHz
・装置サイス゛：W300×L500
上記の実験条件で実施した結果、灰分離装置によって、原粉の炭素濃度19％の石炭灰100g中の灰を73g除去することができ、分離した低炭素灰側に含まれる炭素濃度は約7％であった。この炭素濃度レベルであればコンクリートの副原料として再利用は可能である。また、サイクロンで捕集した高濃度灰側に含まれる炭素濃度は原粉の炭素濃度が19％と低いのにもかかわらず約51％に達していた。
【００２０】
＜比較例＞
従来方式のサイクロンを利用した遠心分離方式で実験を次の要領で実験を行なってみた。炭素濃度24％の石炭灰100ｇを装置に投入し、分離した結果、炭素灰が55g採取できた。その炭素灰の炭素濃度を調査した結果、炭素濃度は34％であった。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の灰分離装置の実施形態を例示する平面図である。
【図２】本発明の灰分離装置に用いる複数のロールの詳細図である。
【図３】本発明の灰分離装置の他の実施形態を例示する平面図である。
【図４】本発明によって灰が分離されるメカニズムを説明する模式図である。
【図５】本発明に用いる電気集塵機の電極を、くの字にした実施形態を示す平面図である。
【図６】本発明に用いる電気集塵機の電極を、くの字にした実施形態を示す側面図である。
【図７】くの字電極の内部の石炭灰および炭素の動きを示す模式図である。
【図８】本発明における他の実施形態（樹脂網方式）を例示する側面図である。
【図９】本発明における他の実施形態（樹脂網方式）の網構造を説明する上面図である。
【図１０】本発明における他の実施形態（樹脂網方式）の網への給電方法の説明図である。
【図１１】本発明における他の実施形態（樹脂網方式）の網の穴の配置、形状の説明図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  超音波トラフ
２  超音波振動子
３  複数のロール
４  鉄ロール
５  高誘電体樹脂層
６  スクレバー
７  超音波篩
８  電気集塵機、
９  サイクロン
１０  篩網
１１  振動枠
１２  振動子
１３  くの字電極
１４  黒い石炭灰の漂い
１５  フード
１６  直流高圧電源
１７  樹脂網
１８  バイブレータ
１９  給電点
【図１】
2006043684.tif 000003
【図２】
2006043684.tif 000004
【図３】
2006043684.tif 000005
【図４】
2006043684.tif 000006
【図５】
2006043684.tif 000007
【図６】
2006043684.tif 000008
【図７】
2006043684.tif 000009
【図８】
2006043684.tif 000010
【図９】
2006043684.tif 000011
【図１０】
2006043684.tif 000012
【図１１】
2006043684.tif 000013