(57)【要約】【課題】活性度指数を高めたフライアッシュを容易に製造可能とするフライアッシュの製造方法を提供する。【解決手段】炭酸カルシウムを形成材料とする添加物と石炭とを混合し混合物を得る工程と、混合物を燃焼炉で燃焼させる工程と、燃焼時に生じる微粉灰を捕集する工程と、を有し、混合物を得る工程では、石炭のみを燃焼させた石炭灰に含まれる酸化カルシウムの含有率に基づいて、微粉灰に含まれる酸化カルシウムの含有率が予め定めた目標値を上回るように石炭と添加物とを混合するフライアッシュの製造方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭酸カルシウムを形成材料とする添加物と石炭とを混合し混合物を得る工程と、
前記混合物を燃焼炉で燃焼させる工程と、
燃焼時に生じる微粉灰を捕集する工程と、を有し、
前記混合物を得る工程では、前記石炭のみを燃焼させた石炭灰に含まれる酸化カルシウムの含有率に基づいて、前記微粉灰に含まれる酸化カルシウムの含有率が予め定めた目標値を上回るように前記石炭と前記添加物とを混合するフライアッシュの製造方法。
【請求項２】
前記混合する工程に先立って、前記石炭と前記添加物とを粉砕する工程を含む請求項１に記載のフライアッシュの製造方法。
【請求項３】
前記混合物を粉砕する工程を含む請求項１または２に記載のフライアッシュの製造方法。
【請求項４】
前記添加物は貝殻である請求項１から３のいずれか１項に記載のフライアッシュの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フライアッシュの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フライアッシュは、石炭火力発電所で石炭を燃焼させた際に生成される石炭灰に含まれている。詳しくは、フライアッシュは、火力発電所の燃焼炉内で石炭を燃焼させた際、燃焼ガスとともに吹き上げられる微粒子である。このようなフライアッシュは、コンクリートまたはモルタルに混合され、有効利用されている。
【０００３】
コンクリートまたはモルタルに混和材料として用いるフライアッシュについては、ＪＩＳ  Ａ６２０１として規格が定められている。主として電気集塵機で回収されるフライアッシュは、分級し物性を測定することで「ＪＩＳ規格品」と「規格外品」とに分けられる。しかし、発明者らの知見では、通常の石炭火力発電所で回収されるフライアッシュのうち、「ＪＩＳ規格品」は、フライアッシュ全体の約１０％程度しか得られていない。このようなＪＩＳ規格品の、フライアッシュの有効利用の妨げになっている。
【０００４】
上記規格における品質規格項目の一つに「活性度指数（材齢２８日）」がある。活性度指数は、フライアッシュを添加したモルタルの強度を示す指標であり、フライアッシュ無添加の基準モルタルの固化後の強度に対するフライアッシュ添加時の強度の比で表される。
【０００５】
ＪＩＳ規格の比率が低い理由の一つとして、上述した活性化指数（材齢２８日）を満たし難いことが挙げられる。一方、近年、フライアッシュに含まれる塩基成分（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）の含有率が活性度指数に影響があることが報告されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】白井裕三、他２名、“微粉炭燃焼時の生成灰物性に及ぼす石炭性状の影響”、［online］、［平成２８年０５月１６日検索］、インターネット＜URL：http://criepi.denken.or.jp/jp/kenkikaku/report/detail/M10021.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
フライアッシュの有効利用のため、フライアッシュの活性度指数を高める方法が求められていた。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、活性度指数を高めたフライアッシュを容易に製造可能とするフライアッシュの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、炭酸カルシウムを形成材料とする添加物と石炭とを混合し混合物を得る工程と、前記混合物を燃焼炉で燃焼させる工程と、燃焼時に生じる微粉灰を捕集する工程と、を有し、前記混合物を得る工程では、前記石炭のみを燃焼させた石炭灰に含まれる酸化カルシウムの含有率に基づいて、前記微粉灰に含まれる酸化カルシウムの含有率が予め定めた目標値を上回るように前記石炭と前記添加物とを混合するフライアッシュの製造方法を提供する。
【００１０】
本発明の一態様においては、前記混合する工程に先立って、前記石炭と前記添加物とを粉砕する工程を含む製造方法としてもよい。
【００１１】
本発明の一態様においては、前記混合物を粉砕する工程を含む製造方法としてもよい。
【００１２】
本発明の一態様においては、前記添加物は貝殻である製造方法としてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、活性度指数を高めたフライアッシュを容易に製造可能とするフライアッシュの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】石炭火力発電所におけるボイラー周辺を示す模式図。
【図２】本実施形態のフライアッシュの製造方法を詳細に説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図を参照しながら、本発明の実施形態に係るフライアッシュの製造方法について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
【００１６】
本実施形態のフライアッシュの製造方法は、炭酸カルシウムを形成材料とする添加物と石炭とを混合し混合物を得る工程と、前記混合物を燃焼炉で燃焼させる工程と、燃焼時に生じる微粉灰を捕集する工程と、を有し、前記混合物を得る工程では、前記石炭のみを燃焼させた石炭灰に含まれる酸化カルシウムの含有率に基づいて、前記微粉灰に含まれる酸化カルシウムの含有率が予め定めた目標値を上回るように前記石炭と前記添加物とを混合するものである。以下順に説明する。
【００１７】
まず、本実施形態のフライアッシュの製造方法は、石炭火力発電所の燃焼炉（ボイラー）において実施される。図１は、石炭火力発電所におけるボイラー周辺を示す模式図である。
【００１８】
図に示すように、燃焼炉１１に石炭火力発電所１では、石炭を燃焼炉１１内で燃焼させ、生じる熱を用いて不図示のタービンを駆動させ発電している。
【００１９】
燃焼により生じる石炭灰の一部は凝集し、燃焼炉１１の下方のクリンカホッパー１２に落下する。クリンカホッパー１２で捕集される石炭灰は、クリンカアッシュと称される。クリンカアッシュは、石炭灰全体の５％〜１５％である。
【００２０】
一方、生じる石炭灰の多くは、燃焼により溶融状態となり、高温の燃焼ガス中を浮遊しながら燃焼炉１１から排出される。燃焼炉１１から排出されると、溶融状態であった石炭灰は冷却され球状の微粒子となり、電気集塵器等の集塵器１３で捕集される。集塵器１３で捕集される石炭灰は、フライアッシュ（微粉灰）と称される。フライアッシュは、石炭灰全体の８５％〜９５％である。フライアッシュが回収された後のガスは、ＮＯｘ、ＳＯｘ等の有害物質の除去が適宜なされた後に、煙突から排出される。
【００２１】
集塵器１３で捕集されるフライアッシュは、ホッパー１４を介してサイロ等に排出される。その後、必要に応じて分級され、ＪＩＳ規格に適合するものがＪＩＳ規格品となる。
【００２２】
このように得られるフライアッシュであるが、発明者らの検討によれば、ＪＩＳ規格品はフライアッシュ全体の約１０％程度にとどまっている。発明者らは、規格外品ではＪＩＳ規格の主要な品質規格項目である活性度指数（材齢２８日）が低いことに着目し、活性度指数（材齢２８日）を向上させる検討を行ったうえで、本発明を完成させた。
【００２３】
すなわち、発明者らは、フライアッシュに含まれる塩基成分のうち酸化カルシウム（ＣａＯ）の量を増加させることで、活性度指数（材齢２８日）を改善することに思い至った。
【００２４】
しかし、得られたフライアッシュに対し酸化カルシウムを別途添加し、フライアッシュ中の酸化カルシウム比を高めることは困難である。酸化カルシウムは吸水性・吸湿性を有するため、フライアッシュと酸化カルシウムとを混合しようとしても酸化カルシウムが吸湿し、フライアッシュと酸化カルシウムとを所望の比率で混合することが困難となりやすい。
【００２５】
そこで、発明者らは、燃焼炉１１に投入する石炭にカルシウムを含む材料を混合することで、得られる石炭灰に含まれる酸化カルシウム比率を高めることを思い至った。
【００２６】
しかし、このとき石炭に酸化カルシウムを混合した場合、上述した酸化カルシウムの吸水性のため、燃焼炉１１に多くの水分を投入することになる。燃焼炉１１に多くの水分を投入すると、炉内温度が低下し燃焼効率が低下する懸念がある。
【００２７】
そのため、本発明においては、燃焼炉１１における燃焼反応後に、酸化カルシウムが得られる材料として、炭酸カルシウムを形成材料とする添加物を石炭に混合している。炭酸カルシウムは、燃焼炉１１で加熱されることで、脱炭酸（ＣａＣＯ３→ＣａＯ＋ＣＯ２）が起こり、酸化カルシウムとなる。
【００２８】
添加物としては、炭酸カルシウムを形成材料とするものであれば種々のものを採用可能であるが、貝殻を好適に用いることができる。
【００２９】
石炭火力発電所は、一般に海洋に面しており、タービンを駆動させた水蒸気を復水器で水に戻すための冷却水として、海水を使用している。このような海水使用に用いる取水路や放水路には、ムラサキイガイやミドリイガイ等の貝類が付着しやすいため、発電に影響を及ぼさないように貝類の除去および廃棄が行われている。上記添加物として、このような取水路や放水路に付着する貝類の貝殻を利用することで、石炭火力発電所から排出される廃棄物の有効利用を一層図ることができる。
【００３０】
図２は、本実施形態のフライアッシュの製造方法を詳細に説明するフローチャートである。
【００３１】
本実施形態のフライアッシュの製造方法においては、まず、燃料として用いる石炭中のカルシウム含有率を求める（ステップＳ１）。
【００３２】
より詳細には、燃料として用いる石炭のみを燃焼させた石炭灰に含まれる酸化カルシウムの含有率を求める。石炭は産出国、産出地域によってカルシウム含有率が異なるため、予め石炭中のカルシウム含有率を測定しておく。
【００３３】
カルシウム含有率を求める方法としては、公知の方法を用いることができる。用いる石炭のスペックとして、カルシウム含有率のデータが存在する場合には、そのようなデータを用いることとし、本ステップＳ１を省略してもよい。
【００３４】
次いで、集塵器で捕集されるフライアッシュに含まれる酸化カルシウムの含有率が、予め定めた目標値を上回るように、原料の石炭に混合すべき炭酸カルシウム量（すなわち、添加物量）を算出する（ステップＳ２）。
【００３５】
上記「目標値」については、次のようにして定める。まず、予備実験により、フライアッシュに含まれる酸化カルシウムの含有率と、活性度指数（材齢２８日）の値との対応関係を求めておく。当該対応関係に基づいて、酸化カルシウムの含有率が所望の活性度指数（材齢２８日）を達成する酸化カルシウムの含有率を求める。発明者らの検討に基づくと、目標値として、フライアッシュに含まれる酸化カルシウムの含有率を、フライアッシュの５質量％以上とすることが好ましい。
【００３６】
このようにして求めた「目標値」と、ステップＳ１で得られるカルシウム含有率とに基づいて、原料の石炭に混合すべき添加物量を算出し、石炭と添加物との混合比を定める。
【００３７】
この際、石炭に含まれるカルシウムの含有率は、同じ産地であっても一定値ではなく、通常、ある程度の数値範囲を有している。このように石炭のカルシウム含有率が数値範囲を有する場合、用いる石炭に含まれるカルシウムの含有率が数値範囲の下限値であることと仮定して混合すべき添加物量を算出するとよい。
【００３８】
例えば、用いる石炭のカルシウム含有率が２〜４質量％であり、目標値が５質量％以上である場合には、石炭のカルシウム含有量が２質量％であることとしたうえで、目標値である５質量％を超えるように添加物量を算出する。これにより、石炭に含まれるカルシウム含有率が数値範囲を有していたとしても、より確実に目標値を超えるカルシウム量を添加することができる。
【００３９】
次いで、石炭と添加物とをステップＳ２で算出した比率で混合し、混合物を得る（ステップＳ３）。
【００４０】
用いる石炭と添加物とは、燃焼効率および反応効率を高めるために、それぞれ４０μｍ程度の微粉に粉砕しておくとよい。石炭と添加物との混合前に予め粉砕しておくことで、石炭と添加物とを均一に混合しやすい。なお、石炭と添加物との微粉の大きさは、同程度であってもよく、石炭の微粉の方が大きくてもよく、添加物の微粉の方が大きくてもよい。
【００４１】
石炭と添加物との混合は、燃焼炉に投入する直前に行ってもよく、予め混合しておいてもよい。
【００４２】
また、石炭と添加物とを粉砕する前に所定比率で混合し、得られる混合物を微粉に粉砕することとしてもよい。石炭と添加物との混合後に粉砕することで、粉砕操作が混合操作を兼ねることとなり、工程の効率化が図れる。
【００４３】
このように、石炭と添加物とを粉砕後に混合するか、石炭と添加物とを粉砕する前に混合するかは、一例として、石炭の硬度と添加物の硬度との大小関係によって選択するとよい。
添加物の硬度が石炭の硬度よりも低い場合は、石炭と添加物とを粉砕する前に混合しても、石炭と添加物とを粉砕後に混合しても構わない。
【００４４】
添加物の硬度が石炭の硬度よりも高い場合には、石炭の粉砕工程に通常用いられる粉砕装置では添加物を粉砕できないおそれがある。そのため、石炭と添加物とを粉砕後に混合するとよい。また、このような場合には、粉砕装置の強度を確認し、添加物も粉砕可能な粉砕装置に変更した上で、石炭と添加物とを粉砕する前に混合し、まとめて粉砕することとしても構わない。
【００４５】
次いで、ステップＳ３で得られた混合物を燃焼炉に投入し、燃焼させる（ステップＳ４）。
【００４６】
仮に、用いる石炭に全くカルシウムが含まれていないとし、フライアッシュに含まれるカルシウム含有率の目標値を５質量％とすると、フライアッシュに含まれるカルシウムの全てを石炭に混合する添加物により補うこととなる。例えば添加物として貝殻を用いる場合、この程度の量の添加物であれば、燃焼炉での燃焼効率が低下するような悪影響は想定されず、石炭のみを燃焼させる場合と同様に混合物を燃焼させることができる。
【００４７】
次いで、ステップＳ４で生じるフライアッシュ（微粉灰）を集塵器で捕集する（ステップＳ５）。集塵器としては、通常用いる電気集塵器やバグフィルタを用いることができる。
【００４８】
その後、捕集したフライアッシュをＪＩＳ規格に則して分級する。捕集したフライアッシュは、石炭のみを燃焼させた石炭灰と比べると、カルシウムの含有率が高まっている。そのため、燃料である石炭のみを燃焼させた石炭灰から得られるフライアッシュと比べると、ステップＳ５で得られる分級後のフライアッシュは、活性度指数（材齢２８日）が高まり、ＪＩＳ規格品の収率が向上する。
【００４９】
なお、得られるフライアッシュに含まれるカルシウム含有率が、目標値に達しない場合、添加物の添加量をステップＳ２で定めた量から増量するフィードバック処理を行うとよい。
以上のようにして、フライアッシュを製造する。
【００５０】
以上のような構成のフライアッシュの製造方法によれば、活性度指数を高めたフライアッシュを容易に製造可能とするフライアッシュの製造方法を提供することができる。
【００５１】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１…石炭火力発電所、１１…燃焼炉、１２…クリンカホッパー、１３…集塵器、１４…ホッパー
【図１】
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【図２】
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