(57)【要約】固体の成分を電気的に分離する静電分離効率を向上させること。【課題】【解決手段】固体を輸送する気体を通す輸送管（３）の下流側に配置される静電分離器（２）とから構成されている。輸送管（３）の内周面は金属面として形成される。固体は、輸送管（３）により輸送される輸送中に、金属面に接触して第１帯電性（＋又は−）を有する第１帯電性固体分と第２帯電性（−又は＋）を有する第２帯電性固体分として電気的に輸送管（３）の中で分離され、第１帯電性固体分と第２帯電性固体分は静電分離器に導入され、第１帯電性固体分は静電分離器により第２帯電性固体分から分離される。固気比が小さい輸送管で静電帯電が高効率に行われ、静電分離器で高効率に静電分離が行われる。カーボンが除かれた石炭灰は、コンクリート材料として再利用される。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体を輸送する気体を通す輸送管と、
前記輸送管の下流側で接続する静電分離器とを具え、
前記輸送管の内周面は金属面として形成され、前記固体は、前記輸送管により輸送される輸送中に、前記金属面に接触して第１帯電性を有する第１帯電性固体分と第２帯電性を有する第２帯電性固体分として電気的に前記輸送管の中で分離され、前記第１帯電性固体分と第２帯電性固体分は前記静電分離器に導入され、前記第１帯電性固体分は前記静電分離器により前記第２帯電性固体分から分離される
静電分離装置。
【請求項２】
前記空気の流量と前記固体の流量との比である固体量／気体量として定義される固気比は３より小さい
請求項１の静電分離装置。
【請求項３】
前記輸送管は多数の細管の束として形成されている
請求項１の静電分離装置。
【請求項４】
前記輸送管の内部の前記第２帯電性固体分は高圧電極により積極的に前記第２帯電性に帯電される
請求項１の静電分離装置。
【請求項５】
前記輸送管はＳＵＳで形成されている
請求項４の静電分離装置。
【請求項６】
前記気体は空気であり、前記固体は原材料灰であり、前記第１帯電性固体分はカーボン分であり、前記第２帯電性固体分は建設材料として再利用される製品灰分であり、前記第１帯電性は正極性に対応し、前記第２帯電性は負極性に対応し、
前記空気の流量と前記固体の流量との比である固体量／気体量として定義される固気比は３より小さい
請求項１の静電分離装置。
【請求項７】
前記原材料灰は火力発電所から排出される石炭の燃え滓である
請求項６の静電分離装置。
【請求項８】
前記輸送管に接続される原材料灰を貯蔵するサイロと、
前記サイロに並列に前記輸送管に接続されるブロアとを更に具え、
前記原材料灰は前記サイロの出口から前記輸送管の中の空気に吸引される
請求項６又は７の静電分離装置。
【請求項９】
前記静電分離器により正極側にも負極側にも分離されない未分離分は前記サイロに循環的に戻される
請求項８の静電分離装置。
【請求項１０】
前記輸送管に接続される原材料灰を貯蔵するサイロと、
前記サイロに並列に前記輸送管に接続されるブロアと、
前記サイロから前記輸送管に導入される前記固体の流量を調整する調整器とを更に具え、前記原材料灰は前記サイロの出口から前記輸送管の中の空気に吸引され、
前記原材料灰の流量と前記気体の流量の質量比である原材料流量／気体流量として定義される固気比は、前記調整器により調整される
請求項１の静電分離装置。
【請求項１１】
前記原材料灰は石炭の燃え滓であり前記気体は空気であり、前記固気比は３以下である
請求項１０の静電分離装置。
【請求項１２】
固体を乗せる気体を輸送管で輸送すること、
前記輸送管による輸送中に、固体のうちの一方部分を正電気帯電部分に帯電し、固体のうちの他方部分を負電気帯電部分に帯電すること、
前記負電気帯電部分を建設材料として再利用することとを具え、
前記固体は石炭の燃え滓であり、カーボンが除かれた石炭灰はコンクリート材料として有効に再利用される
静電分離方法。
【請求項１３】
前記気体は空気であり、前記輸送管の中で前記燃え滓の流量／空気の流量である質量比として定義される固気比は３以下である
請求項１４の静電分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電分離装置、及び、静電分離方法に関し、特に、石炭灰のような産業廃棄物の再利用のために有害分を除去する静電分離装置、及び、静電分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭火力発電所では、石炭の燃え滓として石炭灰が排出される。石炭灰は廃棄物として埋め立て処分され、又は、コンクリート混和材料のような建設材料として再利用される。その再利用のためには、石炭灰から未燃カーボンが除去される必要がある。そのような未燃カーボンは、粉体として排出される。
【０００３】
粉体の分離のために、風力選別、重力的沈降分離、静電分離、遠心分離のように多様な分離技術が古くから知られている。トナー粒子の分離は、後掲の特許文献１で知られているように、分級のために静電的に行われている。摩擦により樹脂微粒子を帯電させる摩擦帯電は、後掲の特許文献２で知られている。摩擦帯電効率を高めるためにサイクロンを用いる技術は、特許文献２で知られている。電界を付与して積極的に選別対象に帯電させる技術は、特許文献１で知られている。粉体を積極的帯電装置に送り込むために輸送管が用いられる。輸送管の内面と粉体との接触によりその粉体に摩擦帯電させる技術は、特許文献２で知られている。石炭粉から鉱物を取り出すために帯電装置と静電分離装置を用いる装置は、後掲特許文献３で知られている。
【０００４】
公知のこのような帯電技術は、石炭灰からカーボン粉体を除去するためにはそのままでは最適正ではない。燃焼前の石炭粉塵を選別する技術は、後掲特許文献３で知られている。摩擦帯電又は接触帯電に関しては、後掲非特許文献１で知られている。
【０００５】
石炭灰からカーボン微粒子を高効率に除去して再利用可能な状態の石炭灰を選別的に得る装置の提供が求められる。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１４０７００号
【特許文献２】特開平９−２６７０５２号
【特許文献３】U.S. Pat. No. 5,938,041
【非特許文献１】「静電気の辞典」、朝倉書店
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、固体の成分を電気的に分離する静電分離の効率を向上させる静電分離装置、及び、静電分離方法を提供することにある。
本発明の課題は、石炭灰からカーボン微粒子を高効率に除去して再利用可能な状態の石炭灰を高効率に静電分離する静電分離装置、及び、静電分離方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による静電分離装置は、固体を輸送する気体を通す輸送管（３）と、輸送管（３）の下流側で接続する静電分離器（２）とから構成されている。輸送管（３）の内周面は金属面として形成される。固体は、輸送管（３）により輸送される輸送中に、金属面に接触して第１帯電性（＋又は−）を有する第１帯電性固体分と第２帯電性（−又は＋）を有する第２帯電性固体分として電気的に輸送管（３）の中で分離され、第１帯電性固体分と第２帯電性固体分は静電分離器に導入され、第１帯電性固体分は静電分離器により第２帯電性固体分から分離される。定性的には、輸送管は長く設計される。
【０００９】
輸送管（３）は、分離システムの中で必須の構成機器である。その輸送能力を確保するために、固気比は適正に小さく設定されることが重要である。そのような低固気比は、帯電量増大のために重要なパラメータ設定条件である。帯電の極性は、輸送管の材料と分離対象固体の電子準位に関する物性により定められる。このように固気比を調節することにより、静電分離効率を飛躍的に増大させることができる。
【００１０】
輸送管と固体の接触確率を増大させて、帯電量を増大させることは好ましい。帯電量の増大のために、輸送管（３）を多数の細管（１６）の束として形成すること、輸送管（３）の内部の第２帯電性固体分を高圧電極により積極的に第２帯電性に帯電させることのような工夫は、帯電量を更に飛躍的に増大させることができ、結果的には、輸送管の長さを短縮することができる。
【００１１】
固体として原材料灰が特に重要である。火力発電所の石炭の燃え滓の再利用が可能である。この場合には、気体としては空気が適正である。原材料灰であり、第１帯電性固体分はカーボン分であり、第２帯電性固体分は建設材料として再利用される製品灰分であり、第１帯電性は正極性に対応し、第２帯電性は負極性に対応する。輸送管（３）をＳＵＳで形成することは、対磨耗性と対腐食性と灰分に対する帯電性の両面で好都合である。
【００１２】
空気の流量と固体の流量との比である固体量／気体量として定義される固気比は２より小さいことが、特に、ＳＵＳ管と石炭灰の関係で最適性であることが実験により確認されている。
【００１３】
輸送管（３）に接続される原材料灰を貯蔵するサイロ（１）と、サイロ（１）に並列に輸送管（３）に接続されるブロア（５）とが追加される。原材料灰はサイロの出口から輸送管（３）の中の空気に吸引される。このような吸引により、既述の固気比の調整が可能である。静電分離器（２）により正極側にも負極側にも分離されない未分離分はサイロ（１）に循環的に戻される。
【００１４】
サイロ（１）から輸送管（３）に導入される固体の流量を調整する調整器（図示されず）が更に追加される。原材料灰はサイロ（１）の出口から輸送管（３）の中の空気に吸引される。原材料灰の流量と気体の流量の質量比である原材料流量／気体流量として定義される固気比は、調整器（例示：スターホイール）により調整される。固気比の調整のために、調整器は重要である。調整器は、ブロア（５）の空気吹き出し量との相関により調整される。原材料灰が石炭の燃え滓であり気体が空気である場合には、固気比は３以下特に２以下であることが重要である。
【００１５】
本発明による静電分離方法は、固体を乗せる気体を輸送管（３）で輸送すること、輸送管（３）による輸送中に、固体のうちの一方部分を正電気帯電部分に帯電し、固体のうちの他方部分を負電気帯電部分に帯電すること、負電気帯電部分を建設材料として再利用することとから構成されている。固体は石炭の燃え滓であり、カーボンが除かれた石炭灰は、コンクリート材料として有効に再利用される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による静電分離装置、及び、静電分離方法は、固体の成分を電気的に分離する静電分離効率を向上させることができ、石炭灰からカーボン微粒子を高効率に除去して再利用可能な状態の石炭灰を高効率に静電分離する技術を確立することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明による静電分離装置の実施の好ましい形態は、図に対応して、詳細に記述される。図１に示されるように、原材料の石炭灰である原灰を貯蔵する原灰サイロ１と静電分離器２とが設けられている。原灰サイロ１には、未分離石炭灰が還流的に回収されるので、原灰は以下では原材料灰と呼ばれる。帯電型輸送管３のうち原灰サイロ１より上流側にある部分にブロア５が配置されている。ブロア５は、空気を吸い込み帯電型輸送管３にその空気を供給する。原灰サイロ１の中の下端領域の原材料灰は、帯電型輸送管３の中の空気流に誘引されて帯電型輸送管３の中に吸引される。
【００１８】
帯電型輸送管３は、ＳＵＳパイプで製作されている。ＳＵＳパイプの内周面に接触する原材料灰は、摩擦帯電により電荷を帯びる。帯電型輸送管３の内周面はマイナス側に帯電し、帯電型輸送管３の中の原材料灰はプラス側に帯電する。
【００１９】
図２は、静電分離器２を示している。原材料灰７は、静電分離器２に吹き込まれる。静電分離器２は、分離塔本体８の中に分離流路を形成している。その分離流路は、カーボン分を選別的に流すカーボン分流路９−１と製品灰分を選別的に流す製品灰分流路９−２と未選別分流路９−３とから形成されている。未選別分流路９−３は、カーボン分と製品灰分とに十分には分離されておらず製品として不適正である未分離分を分離する。カーボン分流路９−１と製品灰分流路９−２と未分離分流路９−３の間には、スプリッタ板１１が配置されている。カーボン分（未燃分）は、カーボン分流路９−１からカーボン分離管１２−１を介して排出され、製品灰分は製品灰分流管１２−２を介して回収され、未分離分は未分離分流管１２−３を介して原灰サイロ１に戻される。
【００２０】
分離塔本体８の対向する２壁面に、正電極板１３と負電極板１４とが配置されている。電極面が平行に対向する正電極板１３と負電極板１４の間には、適正な電位が与えられる。帯電型輸送管３の中で摩擦的に正に帯電しているカーボン分は、負極の負電極板１４に引きつけられ、カーボン分流路９−１に選別的に分流する。帯電型輸送管３の中で摩擦的に負に帯電している製品灰分は正極の正電極板１３に引きつけられ、製品灰分流路９−２に選別的に分流する。電気的に平均的に中性的である未分離分は、未選別分流路９−３に分流する。
【００２１】
帯電型輸送管３の中の帯電量は、静電分離器２の中の分離性能（精製性能）に対応する。帯電型輸送管３の中の帯電量Ｃと既述の固気比との間には強い関係があることが知られている。図３は、石炭灰と空気に関して、固気比（＝Ｋ１／Ｋ２＝ｍ値）と帯電量Ｃの関係の実験計測結果を示している。固気比が大きくなれば、帯電量は対数的に又は指数関数的に減少する。質量比で比較される固気比は、図３に示されるように、１０以上では実用性がなく、３以下であることが好ましく、更には、２以下、又は、１以下であることが特に好ましい。空気１．０ｋｇに対して原料材料灰が１．０ｋｇ以下であることが特に好ましい。このような固気比がより小さい場合には、帯電量がより多く、且つ、輸送性能がより優れている。輸送性能と帯電性能の両面で、固気比の設定は重要な意義を有している。
【００２２】
図４は、帯電型輸送管３の実施の好ましい形態を示している。本形態の帯電型輸送管３は、本体管１５と本体管１５の中に装着されている多数の細径管１６とから形成されている。多数の細径管１６は、図５に示されるように、互いに外接し、且つ、細径管１６のうちの複数本は本体管１５に内接している。多数の細径管１６から形成され管群は、本体管１５の上流側端面１７と下流側端面１８とで開放されている。
【００２３】
多数の本体管１５の内周面の面積は、本体管１５の内周面の面積よりはるかに大きい。原材料灰は、多数の本体管１５の内周面に摩擦的に接触し、摩擦によるより多くの仕事量はより多くの帯電量をカーボン分と製品灰に与える。固気体流は、上流側端面１７で多数の本体管１５の中に概ね均等の固気比で流入、且つ、下流側端面１８で多数の本体管１５の中から概ね均等の固気比で流出する。
【００２４】
図６は、原材料灰のフローを示している。未選別分流路９−３に分流される未分離分は、原灰サイロ１に戻される。
【００２５】
図７は、金属と絶縁性物質の帯電の仕組みを示している。金属ＳＵＳの仕事関数Ｗ［ＳＵＳ］は、灰分の仕事関数Ｗ［灰分］より大きい。仕事関数は、既述の非特許文献の項目「仕事関数」と「接触電位」に述べられているように、固体中の１個の電子を真空中に取り出すために必要であるエネルギーであり、真空中の電子のエネルギー準位と固体中のフェルミ準位の落差として定義される。電子は、仕事関数が小さい固体から仕事関数が大きい固体に移行する。灰分に接触するＳＵＳの表面の電子は、その灰分に移行して、負に帯電する。このような状態で、ＳＵＳ表面の電子欠乏層のエネルギー準位が高くなり、電子はカーボンからＳＵＳに移行する。固気比が大きく空気量が多い場合には、原材料灰粒子の接触確率が増大し、更に、空気流により拡散されて分散する分散率が増大することにより、原材料灰と金属面との接触確率が増大して帯電量が増大する。空気流の存在は、輸送の円滑性と接触確率の増大の両面で有効である。文献は、固気比の関係に関する知識を開示していない。
【００２６】
輸送管の中でそれの内周面と固体分との接触確率を増大させるための第１義的工夫は、輸送管の長さを長くすることである。既述の接触確率を増大させる工夫は、その輸送管を短縮するために有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明による静電分離装置の実施の好ましい形態を示す装置ブロック図である。
【図２】図２は、静電分離器を示す断面図である。
【図３】図３は、固気比と静電分離を示すグラフである。
【図４】図４は、配管の形態を示す断面図である。
【図５】図５は、図４の側面断面図である。
【図６】図６は、循環路を示す装置ブロック図である。
【図７】図７は、帯電原理を示す図ある。
【符号の説明】
【００２８】
１…サイロ
２…静電分離器
３…輸送管
５…ブロア
１６…細管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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