(57)【要約】【課題】フライアッシュを水と混合しても固化せずに、土壌に混合しても問題のない通水性を有するものに処理すること。【解決手段】フライアッシュと強熱減量成分を有する中空球状体形成材料とを混合、均一化した後、該混合物を、前記中空球状体形成材料の軟化温度以上に瞬間的に加熱するとともに、急冷する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フライアッシュと強熱減量成分を有する中空球状体形成材料とを混合、均一化した後、該混合物を、前記中空球状体形成材料の軟化温度以上に瞬間的に加熱するとともに、急冷することを特徴とするフライアッシュの処理方法。
【請求項２】
前記中空球状体形成材料が、火山ガラス質であるシラスを主成分とするものである請求項１に記載のフライアッシュの処理方法。
【請求項３】
前記請求項１または２にて得られた中空球状体を、水洗する水洗工程を含むフライアッシュの処理方法。
【請求項４】
フライアッシュと強熱減量成分を有する中空球状体形成材料とを均一に混合する均一混合部と、該均一混合部において混合された混合物を前記中空球状体形成材料の軟化温度以上に瞬間的に加熱する加熱処理部と、該加熱処理部にて加熱処理後の中空球状体を急冷する急冷部とを有することを特徴とするフライアッシュの処理装置。
【請求項５】
前記請求項４の処理装置が火力発電所に連設して設けられており、前記加熱処理部の熱源が火力発電所における発電熱源であるフライアッシュの処理装置。
【請求項６】
前記均一混合部が、フライアッシュを集塵する集塵機に連設して設けられ、該均一混合部における均一混合物が前記力発電所における発電熱源である燃焼炉の一部を通過するように流下されることで加熱処理される請求項５に記載のフライアッシュの処理装置。
【請求項７】
前記加熱処理部における瞬間的な加熱により形成された中空球状体を水洗する水洗部を有する請求項４〜６のいずれかに記載のフライアッシュの処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、火力発電所や製鉄所等の石炭燃料等の化石燃料を熱源として用いる際に発生するフライアッシュの処理方法並びに処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、火力発電所や製鉄所等の石炭燃料等の化石燃料を熱源として用いる際に静電集塵機等により捕集されるフライアッシュの処理方法としては、主に産業廃棄物として埋設処理がなされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これらフライアッシュとしては、その量が膨大であることから、埋設処理する場所を確保することが難しいこと等の理由から、土壌等に再利用したいという要望があるが、これらフライアッシュは、非常に通水性に乏しく、水と混合すると、強固な固まりを形成してしまうことから、土壌と混合すると、土壌が非常に硬くなってしまい耕作に適さなくなることから、土壌に混合できないばかりか、これらフライアッシュにおいては、使用する原料である石炭等の産地によっては、耕作や廃棄処理等において不適切となる濃度の金属イオン等を含む場合があり、これらを洗浄等により除去或いは低減したいという要望があるが、上記のように、フライアッシュと水とを混合すると、フライアッシュが固化して塊状となってしまうために、良好な洗浄処理を実施できないという問題があった。
【０００４】
よって、本発明は上記した問題点に着目してなされたもので、フライアッシュを水と混合しても固化しないように、更には、土壌に混合しても問題のない通水性を有するものに処理するためのフライアッシュの処理方法並びに処理装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記した問題を解決するために、本発明のフライアッシュの処理方法は、フライアッシュと強熱減量成分を有する中空球状体形成材料とを混合、均一化した後、該混合物を、前記中空球状体形成材料の軟化温度以上に瞬間的に加熱するとともに、急冷することを特徴としている。
この特徴によれば、フライアッシュと前記中空球状体形成材料とを混合、均一化して、瞬間的に加熱、急冷することで、フライアッシュが中空球状体に固定化されるようになるため、得られる中空球状体は、良好な通水性を有するとともに、水と混合しても固化して塊状となってしまうことがなく、よって、このようにして得られる中空球状体を水洗することもできる。
【０００６】
本発明のフライアッシュの処理方法は、前記中空球状体形成材料が、火山ガラス質であるシラスを主成分とするものであることが好ましい。
このようにすれば、中空球状体形成材料として天然に多量に存在するシラスを用いることで、安価にて処理を実施できる。
【０００７】
本発明のフライアッシュの処理方法は、前記請求項１または２にて得られた中空球状体を、水洗する水洗工程を含むことが好ましい。
このようにすれば、得られる中空球状体が含有する金属イオン等を大幅に低減できる。
【０００８】
本発明のフライアッシュの処理装置は、フライアッシュと強熱減量成分を有する中空球状体形成材料とを均一に混合する均一混合部と、該均一混合部において混合された混合物を前記中空球状体形成材料の軟化温度以上に瞬間的に加熱する加熱処理部と、該加熱処理部にて加熱処理後の中空球状体を急冷する急冷部とを有することを特徴としている。
この特徴によれば、フライアッシュと前記中空球状体形成材料とを混合、均一化して、瞬間的に加熱、急冷することで、フライアッシュが中空球状体に固定化されるようになるため、得られる中空球状体は、良好な通水性を有するとともに、水と混合しても固化して塊状となってしまうことがなく、よって、このようにして得られる中空球状体を水洗することもできる。
【０００９】
本発明のフライアッシュの処理装置は、前記請求項４の処理装置が火力発電所に連設して設けられており、前記加熱処理部の熱源が火力発電所における発電熱源であることが好ましい。
このようにすれば、これらフライアッシュの処理に必要となる熱源を火力発電所における発電熱源と共有することで、処理コストを一層低減できる。
【００１０】
本発明のフライアッシュの処理装置は、前記均一混合部が、フライアッシュを集塵する集塵機に連設して設けられ、該均一混合部における均一混合物が前記力発電所における発電熱源である燃焼炉の一部を通過するように流下されることで加熱処理されることが好ましい。
このようにすれば、フライアッシュを搬送、保管する必要がなく、生成したフライアッシュを順次、連続的に処理することが可能となるため、高い処理能力と低処理コストを得ることができる。
【００１１】
本発明のフライアッシュの処理装置は、前記加熱処理部における瞬間的な加熱により形成された中空球状体を水洗する水洗部を有することが好ましい。
このようにすれば、得られる中空球状体が含有する金属イオン等を大幅に低減できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
【００１３】
図１は、本発明のフライアッシュの処理方法を示す処理フロー図であり、図２は、本発明のフライアッシュの処理装置を備える火力発電所の装置構成を示す図である。
【００１４】
まず、本発明のフライアッシュの処理方法としては、図１に示すように、フライアッシュと強熱減量成分を有する中空球状体形成材料としてのシラスとを混合して均一化する。
【００１５】
このように本実施例では、強熱減量成分を有する中空球状体形成材料として火山ガラス質であるシラスを用いており、このようにすることは、シラスが天然に多量に存在し、材料として安価であることから、これらの処理を安価にて実施できることから好ましいが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら強熱減量成分を有する中空球状体形成材料としてその他のものを使用しても良い。
【００１６】
例えば、これらその他の中空球状体形成材料としては、特開平０６−１５４５８６号公報に例示されている中空球状体形成材料を好適に使用でき、具体的には、真珠岩、黒曜岩、松脂岩などの天然の火山ガラスや、ゼオライト３Ａ、ゼオライト４Ａ、ゼオライト５Ａ、ゼオライトＸ、ゼオライトＹなどの合成ゼオライトまたは天然ゼオライトや、モンモリロナイト、バイデライト、サポナイト、ヘクトライト、ソーコナイトなどスメクタイト族粘土鉱物またはバーミキュライト族粘土鉱物または緑泥石族粘土鉱物や、カオリナイト、ハロイサイト、ディッカイト、ナクライトなどのカオリナイト族粘土鉱物または雲母族粘土鉱物や、シリカゲル、オパール質けい石などの高けい酸質原料や、水酸化アルミニウム、水酸化ジルコニウム、水酸化アルミニウム、水酸化ジルコニウム以外の水酸化チタン、水酸化鉄などの金属水酸化物または炭酸カルシウムや、炭酸鉄、炭酸ストロンチウムなどの金属炭酸塩または硫酸カルシウム、硫酸バリウムなどの金属硫酸塩や、ヒドロキシアパタイト、亜りん酸カルシウム水和物などの合成リン酸カルシウム化合物や、牛骨、豚骨等動物骨殻類の微粉砕物等の、強熱減量として構造水や結晶水や熱分解性のガス成分などを持つものを使用することができる。
【００１７】
また、これら中空球状体形成材料は、前記フライアッシュと混合を簡便に実施できるようにするために、予め造粒した造粒体として後述する発電所に供給し、フライアッシュと混合することが好ましいが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら中空球状体形成材料として非造粒のものを使用するようにしても良い。
【００１８】
また、これら予め造粒体とされた中空球状体形成材料とフライアッシュとを混合、均一化する混合、撹拌装置としては、密閉タンクの下部位置から圧縮空気を吐出させて、密閉タンクの中空球状体形成材料とフライアッシュとを混合、均一化できるエアーフローミキサ等が例示されるが、これら混合、撹拌装置としては、使用する中空球状体形成材料の種別や造粒体の粒径等から適宜に選択すれば良い。
【００１９】
これら混合、均一化された中空球状体形成材料とフライアッシュとの混合物は、前記記中空球状体形成材料の軟化温度以上の温度雰囲気に投入、通過されることで、瞬間的に軟化温度以上の温度に駿昇されて加熱された後、空冷や水冷により急冷される。
【００２０】
これら前記混合物を加熱する温度としては、用いる中空球状体形成材料の軟化温度から適宜に選定されれば良く、これら中空球状体形成材料としてシラス等の火山ガラス質を使用する場合には、１２００℃以上の温度に１秒以下加熱することが好ましく、これらの温度雰囲気を形成するために、酸素−ブタン炎、酸素−プロパン炎、酸素−アセチレン炎を加熱源とするフレーム溶射装置のような燃焼ガス火炎の加熱装置を使用することができ、後述する火力発電所の燃焼炉内の火炎も使用することができる。
【００２１】
また、使用する中空球状体形成材料がけい酸や、カオリナイトを主鉱物とするようなカオリナイト族粘土鉱物、または各種の金属水酸化物、炭酸塩無機化合物、硫酸塩無機化合物のように火山ガラスより軟化温度が高い粉体の場合は４０００℃以上のアークプラズマを加熱雰囲気とするプラズマ溶射装置または高周波誘導結合プラズマを加熱雰囲気とするプラズマ加熱装置を好適に使用することもできる。
【００２２】
これら加熱処理により前記混合物は、急激な加熱によって粒子表面が軟化状態となり、混合されているフライアッシュが軟化状態となった表面に固定されるとともに、粒子内部からのガス放出が同時に起こることにより発泡する。
【００２３】
これら発泡により得られた中空球状体は、空気および／または水により急冷されることで、加熱により軟化した表面が固化し、固定化されることで、中空球状体が有する通水性を有し、且つフライアッシュが中空球状体に固定されているために、水の添加においてもフライアッシュ同士が結着することをがなく、よって水を添加しての水洗を実施することができる。
【００２４】
以下、これらフライアッシュの処理方法を火力発電所に適用した装置例について、図２に基づき説明すると、図２中の１は火力発電所を示し、２は燃焼炉、３は燃料炉による熱により水蒸気を発生させる熱交換器（水蒸気発生器）であり、４は水蒸気タービンである。
【００２５】
また、前記燃焼炉２の上方には、煙突１５が立設されており、該煙突１５の経路中には、フライアッシュを集塵するための静電集塵器５が設けられている。
【００２６】
この静電集塵器５の下方位置には、エアーフローミキサ７が設けられているとともに、該エアーフローミキサ７の側部位置にはシラスを貯蔵するためのシラスタンク６が設けられており、該シラスタンク６並びに静電集塵器５とエアーフローミキサ７とは輸送パイプにて接続されていて、静電集塵器５から供給されたフライアッシュと、シラスタンク６から供給されたシラスとが、エアーフローミキサ７にて混合、均一化される。
【００２７】
該混合、均一化された混合物は、エアーフローミキサ７に連設されているエアゾル生成器８にて空気に分散化されてエアゾル化された後、燃焼炉２内の一部に形成された加熱経路９を流下していく。
【００２８】
該加熱経路９の途中には、、燃焼炉２内の火炎に接触可能な火炎暴露部があり、該火炎暴露部にてエアゾル化されたシラスとフライアッシュとの混合物は、急激な加熱を受けて中空球状体化（バルーン化）し、加熱経路９を落下していく。
【００２９】
該加熱経路９を落下した中空球状体は、まず、外気が送風機１１にて送り込まれる急冷部１０の気体部にて急冷されるとともに、該急冷部１０の下部に設けられている水槽に落下してさらに冷却されるとともに、該水槽中にて撹拌、水洗される。
【００３０】
これら水槽中にて撹拌、水洗された中空球状体は、ポンプにより脱水槽１２に送られて脱水されて処理品として回収されるとともに、回収された水は、水処理装置１３にて金属イオン等が除去された後、前記急冷部１０に戻れて循環使用されるようになっている。
【００３１】
これら、本実施例のフライアッシュの処理装置にて、処理したものと、未処理のフライアッシュとを比較した表を、図３に示す。尚、該比較に使用したシラスは、鹿児島県産の二次堆積シラスをジェットミルにて平均粒径約５μｍに調整したものを使用した。
【００３２】
この結果から、本発明の処理を実施したものは、同重量の水添加においても固化することがなく、更には水への浸漬においても塊状とならず、良好な洗浄性を有するとともに、未処理のフライアッシュと、該同重量のフライアッシュを処理して得られた中空球状体とを、同量の水により水洗処理して得られた水中の金属イオン濃度を測定した結果、中空球状体化することで、これら水中に溶出する金属イオン濃度が著しく低下することが判る。
【００３３】
以上、本発明を図面に基づき説明したきたが、本発明は前記実施形態や実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれることは言うまでもない。
【００３４】
例えば、前記実施例の処理装置では、火力発電所に適用した例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら処理装置をその他の施設、例えば製鉄所等のフライアッシュが発生する施設等に設けるようにしても良い。
【００３５】
また、前記実施例の処理装置では、水洗処理を実施するようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、使用する化石燃料の違いにより、得られるフライアッシュ中の金属濃度等が十分に低い場合等においては、これら水洗処理を有しない構成としても良い。
【００３６】
また、前記前記実施例の処理装置では、シラスを発電所の燃焼炉上部に搬送して静電集塵機５にて収集されたフライアッシュをシラスとを、その場にて混合、均一化して、燃焼炉内を流下させて加熱することで、処理を行うようにしているが、このようにすることは、フライアッシュを搬送、収納するための設備が必要なくなるばかりか、火力発電所の熱源を有効に活用できることから、安価にて処理を実施できることから好ましいが、本発明はこれに限定されるものではなく、これらフライアッシュを他の処理施設へ搬送して処理を実施したり、熱源として火力発電所の熱源以外を使用するようにしても良い。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は次の効果を奏する。
（ａ）請求項１の発明によれば、フライアッシュと前記中空球状体形成材料とを混合、均一化して、瞬間的に加熱、急冷することで、フライアッシュが中空球状体に固定化されるようになるため、得られる中空球状体は、良好な通水性を有するとともに、水と混合しても固化して塊状となってしまうことがなく、よって、このようにして得られる中空球状体を水洗することもできる。
【００３８】
（ｂ）請求項２の発明によれば、中空球状体形成材料として天然に多量に存在するシラスを用いることで、安価にて処理を実施できる。
【００３９】
（ｃ）請求項３の発明によれば、得られる中空球状体が含有する金属イオン等を大幅に低減できる。
【００４０】
（ｄ）請求項４の発明によれば、フライアッシュと前記中空球状体形成材料とを混合、均一化して、瞬間的に加熱、急冷することで、フライアッシュが中空球状体に固定化されるようになるため、得られる中空球状体は、良好な通水性を有するとともに、水と混合しても固化して塊状となってしまうことがなく、よって、このようにして得られる中空球状体を水洗することもできる。
【００４１】
（ｅ）請求項５の発明によれば、これらフライアッシュの処理に必要となる熱源を火力発電所における発電熱源と共有することで、処理コストを一層低減できる。
【００４２】
（ｆ）請求項６の発明によれば、フライアッシュを搬送、保管する必要がなく、生成したフライアッシュを順次、連続的に処理することが可能となるため、高い処理能力と低処理コストを得ることができる。
【００４３】
（ｇ）請求項７の発明によれば、得られる中空球状体が含有する金属イオン等を大幅に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフライアッシュの処理方法の処理工程を示すフロー図である。
【図２】本発明のフライアッシュの処理装置を火力発電所に適用した例を示す構成図である。
【図３】本発明のフライアッシュの処理方法によるものと、未処理のフライアッシュとの特性比較を示す図である。
【符号の説明】
ｌ        火力発電所
２        燃料炉
３        熱交換器（水蒸気発生器）
４        蒸気タービン
５        静電集塵機
６        シラスタンク
７        エアーフローミキサ
８        エアゾル生成器
９        加熱経路
１０      急冷部
１１      送風機
１２      脱水槽
１３      水処理装置
１５      煙突
【図１】
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【図２】
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【図３】
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