(57)【要約】【課題】流動床式ボイラーから排出される灰を低コストで用途拡大を図りつつ再利用する。【解決手段】石炭を燃焼させる流動床式ボイラーの排ガスに含まれるフライアッシュＦＡに水Ｗを添加してスラリーとし、スラリーから未燃カーボンＵＣを除去し、未燃カーボンＵＣ除去後のスラリーを固液分離して得られた改質灰Ａ１を養生し、固化した改質灰Ａ２を得る。改質灰Ａ２は、土工資材として再利用するにあたって十分な強度を得ることができる。スラリー化したフライアッシュＦＡ中の未燃カーボン等の表面を改質した後に浮遊選鉱を行うことにより、未燃カーボンの除去効率を向上させることができる。未燃カーボン除去後のスラリーに水酸化ナトリウム溶液又は／及び水酸化カリウム溶液を添加することで、改質灰の強度を高めることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭を燃焼させる流動床式ボイラーの排ガスに含まれるボイラー灰に水を添加してスラリーとし、該スラリーから未燃カーボンを除去し、該未燃カーボン除去後のスラリーを固液分離して得られた改質灰を養生することを特徴とする流動床式ボイラー灰の処理方法。
【請求項２】
前記固液分離をフィルタープレスで行うことを特徴とする請求項１に記載の流動床式ボイラー灰の処理方法。
【請求項３】
前記未燃カーボン除去後のスラリーに、水酸化ナトリウム又は／及び水酸化カリウムを添加することを特徴とする請求項１又は２に記載の流動床式ボイラー灰の処理方法。
【請求項４】
前記スラリーからの未燃カーボン除去を浮遊選鉱法によって行うことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の流動床式ボイラー灰の処理方法。
【請求項５】
前記ボイラー灰は、循環流動床方式のボイラーの排ガスから回収されたものであ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流動床式ボイラー灰の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭灰の再生処理に関し、特に、流動床式ボイラーから排出される灰を再生処理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、石炭灰に石灰等のアルカリ活性剤を添加し、盛土、路盤材等の土工資材として大量に再生処理することが提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
一方、石炭火力発電所で利用されるボイラーには、微粉炭燃焼式と流動床式の２つのタイプがある。現状は微粉炭燃焼式が主流であるが、近年、低品位炭やバイオマス等も燃料として使用できる循環流動床式の発電所の建設も進められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−００６２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１等に記載の技術で、石炭灰を土工資材として再生処理するには、強度が不十分であると共に、アルカリ活性剤の添加が必須であるために運転コストが高くなるという問題があった。
【０００６】
また、上記流動床式ボイラーから排出される灰は、微粉炭燃焼式ボイラーからの灰に比較して多量の未燃カーボンを含むため、セメント原料としても、セメント用の混合材としても用途が限定され、その処理が逼迫していた。
【０００７】
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、流動床式ボイラーから排出される灰を低コストで用途拡大を図りつつ再利用することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、石炭灰の中でも流動床式ボイラー灰を土工資材として再生処理することで、上記問題点を解決し得ることを見出し、本発明をなすに至った。すなわち、本発明に係る流動床式ボイラー灰の処理方法は、石炭を燃焼させる流動床式ボイラーの排ガスに含まれるボイラー灰に水を添加してスラリーとし、該スラリーから未燃カーボンを除去し、該未燃カーボン除去後のスラリーを固液分離して得られた改質灰を養生することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、未燃カーボンを除去した後、例えば常温で養生するだけで、アルカリ活性剤を添加しなくとも、土工資材として利用するのに十分な強度の改質灰を得ることができ、運転コストを低く抑えることができる。また、従来からの石炭灰をスラリーとして未燃カーボンを除去する装置をそのまま用いることができる。
【００１０】
上記流動床式ボイラー灰の処理方法において、前記固液分離をフィルタープレスで行うことができる。これにより、水粉体比が低減され、ボイラー灰がより密着し、より緻密で高強度な土工資材を得ることができる。
【００１１】
前記未燃カーボン除去後のスラリーに、水酸化ナトリウム又は／及び水酸化カリウムを添加することで、固液分離に用いる装置の運転負荷を上げることなく、改質灰の強度をさらに高めることができる。
【００１２】
前記スラリーからの未燃カーボン除去を浮遊選鉱法によって行うことで、未燃カーボンの除去効率を向上させることができる。
【００１３】
前記ボイラー灰を、比較的未燃カーボン含有率の高い循環流動床方式のボイラーの排ガスから回収されたものとすることで、土工資材の強度をより高めることができて好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によれば、流動床式ボイラー灰を低コストで用途拡大を図りつつ再利用することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る流動床式ボイラー灰の処理方法を実施するための処理装置の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明に係る流動床式ボイラー灰の処理方法の一実施の形態について、図１を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る流動床式ボイラー灰の処理方法を実施するための処理装置の一例を示し、この処理装置１は、流動床式ボイラー（不図示、以下「ボイラー」という）の排ガスから回収されたボイラー灰であるフライアッシュＦＡに水Ｗを加えてスラリー化する溶解槽２と、溶解槽２から排出されるスラリーＳ１に捕収剤Ｃｏを添加して撹拌する撹拌槽３と、撹拌槽３からのスラリーＳ２に剪断力を付与してフライアッシュＦＡに含まれる未燃カーボン等の表面を改質する表面改質機４と、表面改質機４からのスラリーＳ３にさらに起泡剤Ｂを加えて気泡を発生させて浮遊選鉱を行う浮選機５と、浮選機５からのフロスＦを固液分離して未燃カーボンＵＣを得るためのフィルタープレス６と、浮選機５からのテールＴを固液分離して改質灰Ａ１を得るためのフィルタープレス７とで構成される。
【００１８】
ボイラーは、石炭火力発電所や自家発電用に設置されるものであって、燃料の石炭を脱硫用の石灰石と共にボイラー内へ投入して流動させながら燃焼させ、蒸気を発生させる。この石炭の燃焼灰や石灰石がボイラー灰として回収される。循環流動床式及び加圧式流動床式で発生したボイラー灰のいずれも、微粉炭式の石炭灰に比べてカルシウムや硫黄分が多く含まれており、循環流動床灰が加圧式流動床灰より未燃カーボンが多いが、その特性は近いものとされる。
【００１９】
溶解槽２は、ボイラーからの排ガスから回収されたフライアッシュＦＡに水Ｗを添加し、スラリーＳ１を生成するために備えられる。
【００２０】
撹拌槽３は、溶解槽２からのスラリーＳ１に軽油等の捕収剤Ｃｏを添加し、フィルタープレス７からのろ液ＦＩと共に撹拌混合することにより、スラリーＳ２を生成するために備えられる。
【００２１】
表面改質機４は、撹拌槽３からのスラリーＳ２に疎水剤を添加しながら剪断力を付与することにより、スラリーＳ２中の未燃カーボン等の表面を改質したり、粒子を微粉砕してスラリーＳ３を生成する。
【００２２】
浮選機５は、表面改質機４から供給されたスラリーＳ３に起泡剤Ｂを添加して気泡を発生させ、スラリーＳ３に含まれる未燃カーボンを気泡に付着させて浮上させ、スラリーＳ３から未燃カーボンを含むフロスＦと、未燃カーボンが除去されたフライアッシュを含むテールＴとに分離するために設けられる。浮選機５には、気泡を発生させるための空気を供給する空気供給装置（不図示）が設けられる。
【００２３】
フィルタープレス６は、浮選機５から排出されたフロスＦを固液分離するために備えられ、未燃カーボンＵＣをケーク側に回収する。
【００２４】
フィルタープレス７は、浮選機５から排出された石膏を含む未燃カーボン以外の灰分を含むテールＴを固液分離するために備えられ、分離されたケークに改質灰Ａ１が回収される。分離されたろ液ＦＩは、撹拌槽３等で再利用される。
【００２５】
次に、上記構成を有する処理装置１を用いた本発明に係る処理方法について図１を参照しながら説明する。
【００２６】
まず、フライアッシュＦＡを溶解槽２に供給し、水Ｗによってスラリー化する。次に、撹拌槽３において、溶解槽２から排出されるスラリーＳ１に捕収剤Ｃｏを添加して撹拌し、硫酸や炭酸ガスを供給することによりｐＨを５以上１０以下に調整する。次に、表面改質機４において、スラリーＳ２に剪断力を付与した後、得られたスラリーＳ３を浮選機５へ供給する。ここで、剪断力の付与は、フライアッシュＦＡ中の未燃カーボン等の表面を改質して浮選浮遊性を向上させるために行われる。
【００２７】
次に、浮選機５に起泡剤Ｂを添加して浮選操作を行い、浮選機５からのフロスＦをフィルタープレス６で固液分離し、未燃カーボンＵＣは、燃料として利用できる。一方、浮選機５からのテールＴをフィルタープレス７で固液分離し、改質灰Ａ１を得る。また、フィルタープレス７で脱水されたろ液ＦＩは、撹拌槽３に供給して再利用することができる。
【００２８】
ここで、テールＴを固液分離する際には、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）や水酸化カリウム（ＫＯＨ）等のアルカリ添加剤ＡＬを添加してもよい。アルカリ添加剤ＡＬを添加するのは、最終的に得られる改質灰の強度を高めるためである。このようなアルカリ添加剤ＡＬは、例えば、固液分離前のスラリー状のテールＴに添加してもよいし、フィルタープレス７による洗浄工程を利用してその水溶液を噴霧してもよい。固液分離されたアルカリ水は、再度アルカリ添加剤ＡＬの一部として再利用することもできる。
【００２９】
フィルタープレス７から排出された改質灰Ａ１を養生して改質灰Ａ２を得る。養生は、例えば常温で１０℃以上であればよく、３日間以上行うことが好ましい。より高温であれば１日間でもよい。得られた改質灰Ａ２は、必要に応じて解砕や分級を行った後、骨材、路盤材、埋め戻し材等の土木・港湾材料として用いることができる。
【実施例】
【００３０】
以下、実施例によりこの発明を具体的に説明するが、この発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００３１】
まず、上記構成を有する処理装置１を用いた、本発明に係る流動床式ボイラー灰の処理方法の第１の実施例について、図１を参照しながら説明する。
【００３２】
本実施例では、表１に示す性状のフライアッシュＦＡに水Ｗを添加し、フライアッシュＦＡ濃度を２０質量％としたスラリーＳ１を生成した。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
次に、フライアッシュＦＡ量の５重量％の軽油を捕集剤Ｃｏとして用い、スラリーＳ１に捕収剤Ｃｏを添加して攪拌し、スラリーＳ２を生成した。次に、フライアッシュＦＡ量の０．８２重量％のＭＩＢＣ（メチルイソブチルカルビノール）を起泡剤Ｂとして用い、スラリーＳ２の表面を改質したスラリーＳ３に起泡剤Ｂを添加して浮選操作を行い、未燃カーボンＵＣを含むフロスＦを回収すると共に、テールＴを得た。次に、テールＴをフィルタープレス（設定圧力７ｋＮ）で固液分離して改質灰Ａ１を得、２０℃で２週間養生することにより、改質灰Ａ２を生成した。
【００３５】
これにより、未燃カーボンＵＣ量が６７．４質量％のフロスＦと、未燃カーボンＵＣ量が１２．７質量％の改質灰Ａ２とが得られた。尚、フロスＦの量は浮選機５から排出されるスラリー全体の１８質量％、テールＴはその８２質量％であった。
【００３６】
上記養生後のテールＴを解砕して得られた改質灰Ａ２（実施例１）の性状を表２に示す。フライアッシュＦＡの粒径は全て２．３６ｍｍ以下であったのに対し、改質灰Ａ２は固化により粒径が大きくなっており、道路用砕石について規定された日本工業規格（ＪＩＳ  Ａ  ５００１）のＳ−２０の粒度分布に概ね合致することが判った。
【００３７】
【表２】
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【００３８】
尚、表１に示す微粉炭燃焼灰を用いて実施例１と同様に改質灰を生成した場合、改質灰は固化せず、粒径が６４５μｍ以下となった。
【００３９】
次に、実施例１として得られた改質灰Ａ２の内、粒径が２０ｍｍ程度のものをはかりの上に載置し、改質灰Ａ２の径に沿って２点間を挟持するように点荷重を付加し、改質灰Ａ２が破壊された際の強度（土木学会規準「高強度フライアッシュ人工骨材の圧かい荷重試験方法（JSCE-C 505-2001））を測定した。その測定結果を表３に示す。
【００４０】
尚、比較例１として、フライアッシュＦＡに４０℃の水Ｗを、フライアッシュＦＡ：水Ｗが１：４となるように添加して３０分混練後、フィルタープレスでろ過成型して作成した固化体を用意した。
【００４１】
また、比較例２として、フライアッシュＦＡに、セメントが全体の１０重量％、水が全体の６０重量％となるように、セメント及び水を加えて３０分混練後、型枠に流し込み固化成型した固化体を用意した。
【００４２】
【表３】
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【００４３】
表３より、改質灰Ａ２は、未燃カーボンを除去していない比較例１よりも圧壊強度が高く、比較例２であるセメント固化体と同程度であることが判った。またこのことから、加圧式流動床よりも未燃カーボンを多く含む循環流動床で発生したボイラー灰に対して、未燃カーボン除去が有効であることが判る。
【００４４】
次に、上記構成を有する処理装置１を用いた、本発明に係る流動床式ボイラー灰の処理方法の第２の実施例について、図１を参照しながら説明する。
【００４５】
まず、第１の実施例と同様にして得られたテールＴに、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）溶液又は水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液を添加して３０分混練後、フィルタープレス７でろ過成型して２種の固化体（実施例２、３）を生成した。次に、これらを２０℃で２週間養生（保湿状態を維持）した後、圧壊強度を測定した。尚、テールＴの水酸化ナトリウム及び水酸化カリウム濃度は、０．５Ｎとなるように調整した。測定結果を表４に示す。
【００４６】
【表４】
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【００４７】
表４より、実施例３の水酸化カリウムを添加して処理した改質灰（ＫＯＨ処理物）が最も圧壊強度が高く、次いで、実施例２の水酸化ナトリウムを添加して処理した改質灰（ＮａＯＨ処理物）が、実施例１の水で処理した改質灰（水処理物）より圧壊強度が高いことが判った。また、水酸化ナトリウム溶液や水酸化カリウム溶液を添加しても、フィルタープレス７におけるろ過性は水を添加した場合とあまり変わらなかった。尚、上記テールＴに水ガラスを添加し、水ガラス１０％溶液とした場合にはろ過を行うことができなかった。
【００４８】
さらに、微粉炭燃焼灰を用いて実施例２及び実施例３と同様に改質灰を生成した場合、改質灰は固化しなかった。微粉炭燃焼灰に水酸化カルシウムを１０％添加して、実施例２と同様に改質灰を生成した場合、固化はするものの柔らかい状態のため強度を測定することができなかった。
【００４９】
以上のように、本実施の形態によれば、流動床式ボイラーから排出されるフライアッシュをスラリー化してフライアッシュ中の未燃カーボン等の表面を改質した後、起泡剤を添加して浮選し、固液分離によって得られるテールから改質灰を得、常温で養生することにより固化した改質灰を得ることができる。そのため、流動床式ボイラーから排出されるフライアッシュを土工資材として再利用することができる。
【００５０】
また、このようにして得られた改質灰は、フライアッシュにセメントを加えたセメント固化体と比較して同等の強度を有し、さらに、テールにアルカリ添加剤を添加することにより強度をより高めることができるため、土工資材として十分な強度を得ることができる。
【００５１】
尚、上記実施の形態においては、浮遊選鉱法を用いてスラリーＳ３から未燃カーボンＵＣを除去したが、フライアッシュＦＡに水と、水よりも軽比重の非水溶媒とを撹拌混合した後静置して未燃カーボンを分離するなど、他の水を使用した方法を用いることもできる。
【符号の説明】
【００５２】
１  （流動床式ボイラー灰の）処理装置
２  溶解槽
３  撹拌槽
４  表面改質機
５  浮選機
６、７  フィルタープレス
Ａ１、Ａ２  改質灰
ＡＬ  アルカリ添加剤
Ｂ  起泡剤
Ｃｏ  捕収剤
Ｆ  フロス
ＦＡ  フライアッシュ
ＦＩ  ろ液
Ｔ  テール
ＵＣ  未燃カーボン
Ｓ１〜Ｓ３  スラリー
Ｗ  水
【図１】
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