(57)【要約】【課題】外熱式ロータリーキルンでフライアッシュに含まれる未燃カーボンを安定して効率的に燃焼除去する。【解決手段】６５０℃以上８５０℃以下に加熱された外熱式ロータリーキルン２に未燃カーボン含有率が１％以上１０％以下のフライアッシュＦＡを供給して加熱するにあたり、供給されるフライアッシュＦＡ中の未燃カーボン量をＣとし、キルンに供給される酸素の量をＯ2とした場合に、Ｏ2／Ｃをモル比で２以上７以下に調整するフライアッシュの改質方法。キルンに供給する燃焼用ガスＧ１の量又は／及びフライアッシュＦＡの供給量を調整することでＯ2／Ｃを調整することができる。キルンの内壁に複数のリフター部材を設置し、リフター部材の長さをｈ１、フライアッシュの充填高さをｈ２とした場合に、ｈ２／ｈ１が０．６以上１．５以下となるようにフライアッシュの供給量又は／及びキルンの回転数を調整することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
６５０℃以上８５０℃以下に加熱された外熱式ロータリーキルンに未燃カーボン含有率が１％以上１０％以下のフライアッシュを供給して加熱するにあたり、前記供給されるフライアッシュ中の未燃カーボン量をＣとし、前記外熱式ロータリーキルンに供給される酸素の量をＯ2とした場合に、Ｏ2／Ｃをモル比で２以上７以下に調整することを特徴とするフライアッシュの改質方法。
【請求項２】
前記外熱式ロータリーキルンに供給する燃焼用ガスの量又は／及び前記フライアッシュの供給量を調整することで、前記Ｏ2／Ｃを調整することを特徴とする請求項１に記載のフライアッシュの改質方法。
【請求項３】
前記外熱式ロータリーキルンの内壁に、該内壁から前記外熱式ロータリーキルンの回転軸に向かって、かつ該外熱式ロータリーキルンの長手方向に延びる複数のリフター部材を設置し、
前記内壁とリフター部材とが接触している部分から前記回転軸への方向における前記リフター部材の長さをｈ１、前記回転軸を通る鉛直方向における前記外熱式ロータリーキルン内のフライアッシュの充填高さをｈ２とした場合に、ｈ２／ｈ１が０．６以上１．６以下となるように、前記フライアッシュの供給量又は／及び前記外熱式ロータリーキルンの回転数を調整しながら前記外熱式ロータリーキルンを運転することを特徴とする請求項１又は２に記載のフライアッシュの改質方法。
【請求項４】
前記外熱式ロータリーキルン内のフライアッシュの充填率を、２％以上１０％以下とすることを特徴とする請求項１、２又は３に記載のフライアッシュの改質方法。
【請求項５】
前記外熱式ロータリーキルンの排ガスの酸素濃度を、１０％以上１８％以下とすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のフライアッシュの改質方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フライアッシュの改質方法に関し、特に、石炭焚き火力発電所等で発生したフライアッシュを加熱処理により改質する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭焚き火力発電所等で発生したフライアッシュは、産業廃棄物として最終処分場に埋立処理されていたが、最終処分場の残余容量が逼迫していることに鑑み、コンクリート用混和材、セメント混合剤や人工軽量骨材の原料等に利用されている。しかし、コンクリート用混和材に利用するフライアッシュに未燃カーボンが多く含まれると、コンクリートの作業性が低下したり、コンクリートの打継部に黒色部が発生するおそれがある。また、セメント混合剤や人工軽量骨材の原料に利用する場合は、セメントや人工軽量骨材の品質が低下する。このような問題により、フライアッシュの利用は事実上制限されていた。
【０００３】
そこで、特許文献１に記載のように、６５０℃〜９５０℃に加熱された外熱式ロータリーキルン（以下、適宜「外熱キルン」と略称する。）に未燃カーボン含有率が１％〜５％のフライアッシュを供給し、この外熱キルンに設置されている撹拌板で外熱キルン内のフライアッシュを撹拌しながら加熱し、未燃カーボン含有率が０．５％以下の改質灰を回収するフライアッシュの改質方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０７−０１９４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、フライアッシュの未燃カーボン含有率は、フライアッシュの発生元により様々であり、発生元が同一のフライアッシュであっても発生元の燃焼状況によって異なる。しかし、上記特許文献１に記載の方法では、外熱キルンに供給するフライアッシュの未燃カーボン含有率の変動に対応できず、フライアッシュ中の未燃カーボンを安定して効率的に燃焼除去することが困難であった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであって、外熱キルンでフライアッシュに含まれる未燃カーボンを安定して効率的に燃焼除去することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、フライアッシュの改質方法であって、６５０℃以上８５０℃以下に加熱された外熱式ロータリーキルンに未燃カーボン含有率が１％以上１０％以下のフライアッシュを供給して加熱するにあたり、前記供給されるフライアッシュ中の未燃カーボン量をＣとし、前記外熱式ロータリーキルンに供給される酸素の量をＯ2とした場合に、Ｏ2／Ｃをモル比で２以上７以下に調整することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、上記Ｏ2／Ｃをモル比で２〜７に調整することで、外熱キルン内の未燃カーボンと酸素の量比を適切な範囲に維持することができ、外熱キルンに供給するフライアッシュの未燃カーボン含有率が変動しても、安定して外熱キルンでフライアッシュ中の未燃カーボンを効率的に燃焼させることができる。
【０００９】
また、外熱キルンの温度を６５０℃〜８５０℃にすることで、外熱キルン内でフライアッシュが溶融して塊状となったり、フライアッシュが外熱キルンの内壁に付着するのを防ぐことができ、外熱キルンを安定して運転しながらフライアッシュ中の未燃カーボンを効率的に燃焼させることができる。
【００１０】
これら外熱キルンの運転管理により、未燃カーボン含有率が１％〜１０％のフライアッシュから未燃カーボン含有率が０．５％以下の改質灰を得ることができる。さらに、外熱キルンの運転条件を適切に調整することで、最小限のエネルギーでフライアッシュから未燃カーボンを除去することができる。
【００１１】
上記フライアッシュの改質方法において、前記外熱式ロータリーキルンに供給する燃焼用ガスの量又は／及び前記フライアッシュの供給量を調整することで、前記Ｏ2／Ｃを調整することができる。これにより、簡易な手法でフライアッシュから未燃カーボンを安定して燃焼除去することができる。
【００１２】
また、前記外熱式ロータリーキルンの内壁に、該内壁から前記外熱式ロータリーキルンの回転軸に向かって、かつ該外熱式ロータリーキルンの長手方向に延びる複数のリフター部材を設置し、前記内壁とリフター部材とが接触している部分から前記回転軸への方向における前記リフター部材の長さをｈ１、前記回転軸を通る鉛直方向における前記外熱式ロータリーキルン内のフライアッシュの充填高さをｈ２とした場合に、ｈ２／ｈ１が０．６以上１．６以下となるように、前記フライアッシュの供給量又は／及び前記外熱式ロータリーキルンの回転数を調整しながら前記外熱式ロータリーキルンを運転することができる。これにより、リフター部材で外熱キルン内のフライアッシュを効率的に撹拌し、外熱キルン内のフライアッシュが局所的に加熱されて塊状になるのを防ぎながら、安定してフライアッシュ中の未燃カーボンを燃焼除去することができる。
【００１３】
さらに、前記外熱式ロータリーキルン内のフライアッシュの充填率を、２％以上１０％以下とすることができる。これにより、外熱キルン内でフライアッシュが塊状になるのを防ぎながら、フライアッシュ中の未燃カーボンを効率的に燃焼させることができる。尚、充填率が２％未満であると、外熱キルンの大きさに対してフライアッシュの処理量が少なく、充填率が１０％を超えると、外熱キルンにおいてフライアッシュの熱伝導が効率的になされないと共にフライアッシュの塊が生じ易くなる。
【００１４】
前記外熱式ロータリーキルンの排ガスの酸素濃度を、１０％以上１８％以下とすることができる。これにより、外熱キルン内で燃焼状態を安定して維持することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、外熱キルンを用いてフライアッシュに含まれる未燃カーボンを安定して効率的に燃焼除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るフライアッシュの改質方法を実施するための装置の一例を示す概略図である。
【図２】図１に示す外熱キルンの内部を示す図であって、リフター部材の長さｈ１とフライアッシュの充填高さｈ２との関係を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明に係るフライアッシュの改質方法の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係るフライアッシュの改質方法を適用したフライアッシュの改質装置の一例を示し、この改質装置１は、フライアッシュＦＡを加熱する外熱キルン２と、外熱キルン２へフライアッシュＦＡを供給する灰供給装置３と、外熱キルン２の排ガスＧ１から集塵する集塵装置４と、集塵装置４の排ガスＧ２を吸引して排気するファン５と、外熱キルン２から排出された改質灰（フライアッシュＦＡから未燃カーボンが除去されたもの）Ｒを冷却する冷却装置６とを備える。尚、同図において、実線の矢線は固体の流れを、破線の矢線は気体の流れを、一点鎖線の矢線は制御信号の流れを各々示す。
【００１９】
外熱キルン２は、窯尻部２ａと、窯前部２ｂと、回転する円筒部２ｃと、円筒部２ｃのうち間接加熱がなされる被加熱部２ｄと、円筒部２ｃの内部に設けられる複数（本実施の形態では４枚）のリフター部材２ｅと、被加熱部２ｄを間接加熱する加熱部２ｆとで構成される。窯尻部２ａには、フライアッシュＦＡが供給される灰供給口２ｇと、燃焼用ガスとしての大気Ａが導入されるガス導入口２ｈとが設けられる。窯前部２ｂには、改質灰Ｒを排出する灰排出口２ｉと、排ガスＧ１を排出するガス排出口２ｊとが設けられる。
【００２０】
外熱キルン２は、窯尻部２ａから窯前部２ｂに向かって０．５〜５．０％傾斜し、窯尻部２ａに供給されたフライアッシュＦＡは、この傾斜と円筒部２ｃの回転とにより窯尻部２ａから窯前部２ｂへ移動する。
【００２１】
図２は、図１に示す外熱キルン２の被加熱部２ｄにおける横断面を示す。４枚のリフター部材２ｅの各々は同一形状で、被加熱部２ｄの内壁から円筒部２ｃの回転軸（被加熱部２ｄを示す円の中心Ｏ）に向かって、かつ円筒部２ｃの長手方向に延びるように設けられている。尚、リフター部材２ｅの枚数は４枚に限定されず、外熱キルン２の寸法等に合わせて適宜変更可能である。
【００２２】
冷却装置６にはロータリー式又はグレート式のものを用いることができ、改質灰Ｒに直接冷却空気Ｇ３を接触させて改質灰Ｒを冷却するものや、冷却空気Ｇ３と改質灰Ｒとを接触させずに冷却空気Ｇ３で間接的に改質灰Ｒを冷却するものを用いることができる。ロータリー式の冷却装置を用いる場合、水で冷却装置の外部を冷却して冷却装置内の改質灰Ｒを間接的に冷却するものを用いることができる。
【００２３】
また、この改質装置１は、灰供給装置３に供給するフライアッシュＦＡの未燃カーボン含有率を測定する第１測定装置７と、外熱キルン２の加熱部２ｆに複数個配置されて加熱部２ｆの温度を測定する第１温度計８（８Ａ〜８Ｄ）と、外熱キルン２の被加熱部２ｄ内のフライアッシュＦＡの温度を測定する第２温度計９と、外熱キルン２の排ガスＧ１の量及び酸素濃度等を測定する第２測定装置１０と、冷却装置６から排出される回収灰Ｐの未燃カーボン含有率を測定する第３測定装置１１と、外熱キルン２、灰供給装置３及びファン５の運転を制御する制御装置１２とを備える。
【００２４】
装置７〜１１は、各々の測定結果を示す信号を制御装置１２へ随時送信する。制御装置１２は、装置７〜１１からの信号を受信し、受信した信号に基づいて外熱キルン２、灰供給装置３及びファン５の運転を制御する。
【００２５】
第１温度計８（８Ａ〜８Ｄ）としては熱電対を用いることができ、第２温度計９としては放射温度計又は熱電対を用いることができる。また、第２測定装置１０は、外熱キルン２の排ガスＧ１の量及び酸素濃度の他、一酸化炭素濃度や二酸化炭素濃度を測定する。
【００２６】
次に、上記改質装置１の動作について図１及び図２を参照しながら説明する。
【００２７】
外熱キルン２の加熱部２ｆへ高温ガス等の加熱媒体を供給し、加熱部２ｆを６５０℃〜８５０℃に加熱する。次に、灰供給装置３からフライアッシュＦＡを外熱キルン２の灰供給口２ｇに供給し、さらに供給したフライアッシュＦＡを窯尻部２ａから被加熱部２ｄに移動させて加熱部２ｆにより間接加熱する。このとき、複数のリフター部材２ｅによって被加熱部２ｄ内のフライアッシュＦＡを撹拌し、フライアッシュＦＡを効率的に加熱する。フライアッシュＦＡを加熱して生じた改質灰Ｒを窯前部２ｂに移動させる。
【００２８】
外熱キルン２の灰排出口２ｉから改質灰Ｒを排出して冷却装置６に供給し、改質灰Ｒを冷却空気Ｇ３によって冷却して回収灰Ｐとして回収する。冷却装置６の排ガスＧ４は、外熱キルン２の加熱部２ｆの加熱用空気等として利用する。
【００２９】
一方、外熱キルン２の排ガスＧ１を集塵装置４で集塵する。集塵装置４で回収したダストＤは、フライアッシュＦＡと共に外熱キルン２の灰供給口２ｇに供給したり、集塵装置４で回収したダストＤを回収灰Ｐと合流させることもできる。ダストＤを回収灰Ｐと合流させる場合、集塵装置４で回収したダストＤの未燃カーボン含有率を測定し、未燃カーボン含有率が所定の範囲となるように回収灰Ｐと合流させるダストＤの量を調整する。回収灰Ｐ、及びダストＤを添加した後の回収灰Ｐは、コンクリート用混和材、セメント混合剤や人工軽量骨材の原料等に利用する。
【００３０】
また、第１測定装置７、第１温度計８（８Ａ〜８Ｄ）、第２温度計９、第２測定装置１０及び第３測定装置１１で各々測定を行い、装置７〜１１の測定結果を各々制御装置１２に送信し、制御装置１２によって外熱キルン２の加熱部２ｆの温度、外熱キルン２の円筒部２ｃの回転数、灰供給装置３から外熱キルン２へのフライアッシュＦＡの供給量及びファン５の吸引量を制御する。
【００３１】
この制御により、外熱キルン２の加熱部２ｆの温度を６５０℃〜８５０℃にする。また、外熱キルン２に供給するフライアッシュＦＡ中の未燃カーボン量をＣとし、外熱キルン２に導入される大気Ａの酸素量をＯ2とした場合に、Ｏ2／Ｃをモル比で２〜７に調整する。さらに、外熱キルン２の被加熱部２ｄ内のフライアッシュＦＡの充填率を２％〜１０％にする。また、外熱キルン２の排ガスＧ１の酸素濃度を１０％〜１８％にする。
【００３２】
また、図２に示すように、外熱キルン２の被加熱部２ｄの内壁とリフター部材２ｅとが接触している部分から円筒部２ｃ（図１参照）の回転軸（図２の円の中心Ｏ）への方向におけるリフター部材２ｅの長さをｈ１、円筒部２ｃの回転軸を通る鉛直方向における被加熱部２ｄの内壁に堆積したフライアッシュＦＡの充填高さをｈ２とした場合に、ｈ２／ｈ１が０．６〜１．６となるように外熱キルン２へのフライアッシュＦＡの供給量又は／及び外熱キルン２の円筒部２ｃの回転数を調整する。
【００３３】
ここで、充填高さｈ２は、被加熱部２ｄ内でフライアッシュが内壁と接触していない面Ｓ（図２参照）の面積と、被加熱部２ｄの直径とから三角関数により概算することができる。この面Ｓの面積は、被加熱部２ｄ内のフライアッシュの体積と、被加熱部２ｄの長さとから算出することができる。さらに、被加熱部２ｄ内のフライアッシュの体積は、灰供給口２ｇへのフライアッシュＦＡの供給量と、被加熱部２ｄ内でのフライアッシュＦＡの滞留時間とから被加熱部２ｄ内のフライアッシュの重量を算出し、この重量から概算することができる。被加熱部２ｄ内でのフライアッシュＦＡの滞留時間は、ロータリーキルンを通過する粉体の滞留時間を示すSullivanの式を利用して算出することができる。尚、必要に応じて、外熱キルン２の運転を停止するか又は略停止して充填高さｈ２を計測してもよい。
【００３４】
次に、上記フライアッシュの改質方法の試験例について説明する。外熱キルンは上記外熱キルン２と同様の構成のものであって、キルン長さ（円筒部２ｃの長さ）が１７５０ｍｍ、内径（円筒部２ｃの直径）が１５０ｍｍ、有効加熱幅（被加熱部２ｄの長さ）が７００ｍｍ、キルン傾斜率が２．５％であるものを用いた。また、加熱温度（加熱部２ｆの温度）を８３０〜８５０℃、上記Ｏ2／Ｃを５、外熱キルンの排ガス（排ガスＧ１）の酸素濃度を１５．７％〜１６．３％に調整した。さらに、外熱キルンは、キルンの回転軸を中心として９０度の間隔で設けられた４つのリフター（図２に示すような４つのリフター部材２ｅ）を有し、リフターの高さ（図２に示すｈ１）を１５ｍｍ、リフターのキルン長手方向の長さを１５５０ｍｍとし、キルンの窯尻及び窯前より各々１００ｍｍ内部、すなわち７００ｍｍの有効加熱幅及びその前後４２５ｍｍの部分に設置した。
【００３５】
表１は、投入量（外熱キルンへのフライアッシュの供給量）、キルン回転数、充填率（外熱キルン２の被加熱部２ｄ全体の容積に対する被加熱部２ｄ内のフライアッシュＦＡの割合）、充填高さ（図２に示すｈ２）、リフター高さ比（ｈ２／ｈ１）に対する加熱処理後未燃カーボン（外熱キルン２から排出される改質灰Ｒの未燃カーボン含有率）を示している。
【００３６】
表１より、フライアッシュの充填率が４．２％〜９．８％の範囲においては未燃カーボン除去率は緩やかに低下しているが、この充填率が９．８％〜１２．５％の範囲においては未燃カーボン除去率が急激に低下していることが判る。また、充填率が１２．５％の時はフライアッシュの大塊が発生している。従って、外熱キルン内のフライアッシュの充填率が１０％以下であることが好ましい。尚、比較例１においてフライアッシュの大塊が発生したのは、充填率が高いためであると想定される。
【００３７】
【表１】
2017166713.tif 000003
【００３８】
表２は、充填率を９．８％、充填高さを２３ｍｍ、リフター高さ比を１．５３に設定し、外熱キルンに供給する前のフライアッシュの未燃カーボン含有率（処理前未燃カーボン）を変化させて加熱処理後未燃カーボンを測定した結果を示す。これによれば、充填率や充填高さが所定範囲内になるように、外熱キルンへのフライアッシュの供給量やキルン回転数を調整することで、効率的にフライアッシュから未燃カーボンを除去できることが判る。
【００３９】
【表２】
2017166713.tif 000004
【００４０】
以上のように、上記実施の形態によれば、上記Ｏ2／Ｃをモル比で２〜７に調整することで、外熱キルン２の被加熱部２ｄ内の未燃カーボンと酸素との量比を適切な範囲に維持することができ、外熱キルン２に供給するフライアッシュＦＡ中の未燃カーボン含有率が変動しても、安定して被加熱部２ｄでフライアッシュＦＡ中の未燃カーボンを効率的に燃焼させることができる。
【００４１】
また、外熱キルン２の加熱部２ｆの温度を６５０℃〜８５０℃にすることで、外熱キルン２の被加熱部２ｄ内でフライアッシュＦＡが溶融して塊状となったり、フライアッシュＦＡが被加熱部２ｄの内壁に付着するのを防ぐことができ、外熱キルン２を安定して運転しながらフライアッシュＦＡ中の未燃カーボンを効率的に燃焼させることができる。
【００４２】
これら外熱キルン２の運転管理により、未燃カーボン含有率が１％〜１０％のフライアッシュＦＡから未燃カーボン含有率が０．５％以下の改質灰Ｒを得ることができる。さらに、外熱キルン２の運転条件を適切に調整することで、最小限のエネルギーでフライアッシュＦＡから未燃カーボンを除去することができる。
【００４３】
尚、上記実施の形態では、大気Ａを外熱キルン２の窯尻部２ａに導入して窯前部２ｂから排出したが、大気Ａを窯前部２ｂに導入して窯尻部２ａから排出してもよい。また、外熱キルン２への大気Ａの導入量をファン５だけで調整できない場合は、ガス供給装置（不図示）からのガスを、大気Ａに代えて又は／及び大気Ａと共に外熱キルン２のガス導入口２ｈに導入すると共に、ガス供給装置からのガス導入量を調整することもできる。さらに、外熱キルン２の加熱部２ｆや、排ガスＧ１、Ｇ２及びＧ４で大気を加熱して外熱キルン２に導入することもできる。
【符号の説明】
【００４４】
１  フライアッシュの改質装置
２  外熱キルン
２ａ  窯尻部
２ｂ  窯前部
２ｃ  円筒部
２ｄ  被加熱部
２ｅ  リフター部材
２ｆ  加熱部
２ｇ  灰供給口
２ｈ  ガス導入口
２ｉ  灰排出口
２ｊ  ガス排出口
３  灰供給装置
４  集塵装置
５  ファン
６  冷却装置
７  第１測定装置
８（８Ａ〜８Ｄ）  第１温度計
９  第２温度計
１０  第２測定装置
１１  第３測定装置
１２  制御装置
Ａ  大気
Ｄ  ダスト
ＦＡ  フライアッシュ
Ｇ１、Ｇ２  排ガス
Ｇ３  冷却空気
Ｇ４  排ガス
Ｐ  回収灰
Ｒ  改質灰
【図１】
2017166713.tif 000005
【図２】
2017166713.tif 000006