JP2005279489A - フライアッシュ中の未燃炭素の破砕分級方法及びその破砕分級装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 フライアッシュを数段階に分級して低炭素灰のブレーン値を改善し、未燃炭素の除去効果を向上させることで、低炭素灰の用途の拡大を図る。
【解決手段】 フライアッシュの粒子同士を互いに衝突・粉砕させ、遠心力で高炭素灰、低炭素灰とに遠心力分級し、次に、フライアッシュの粒子同士の衝突・粉砕、また粉砕機内壁との摩擦の際に、摩擦帯電させた高炭素灰の未燃粒子と完全燃焼粒子の帯電極性との相違を利用して、完全燃焼粒子と未燃粒子とを分離引き寄せて、低炭素微紛灰と高炭素微紛灰とに静電分級する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フライアッシュを粉砕し、高炭素灰及び低炭素灰（改質灰）に分級するフライアッシュ中の未燃炭素の破砕分級方法及びその破砕分級装置に関するものである。

石炭を燃料とする火力発電所では、図３に示すように、燃料となる石炭の塊を粉砕機５１により平均粒径で１５〜４０μｍ程度まで微粉砕し、ボイラ５２の入口で空気と混合して、ボイラ５２の燃焼室５３内でこれを燃焼させる。この石炭には炭素分の他、灰分が５〜３０％程度含まれており、この灰分が燃焼されずに石炭灰として排出される。排出される石炭灰の成分は、酸化珪素４０〜６０％、酸化アルミ（酸化アルミナ）２０〜３０％の他、酸化カルシウム５〜１０％、酸化鉄３〜８％、未燃炭素２〜１０％などであるが、排出された石炭灰は回収される場所により、クリンカアッシュ、シンダアッシュ、フライアッシュとに分類され、その成分も微妙に異なっている。

このフライアッシュは、電気集塵器５４で回収される灰であり、平均粒径１０〜３０μｍの球形の粒子または球形の粒子が互いに凝集した状態で回収され、灰の７０〜８０％程度を占める。シンダアッシュとフライアッシュは、燃焼の熱で灰分が気中で液化し、その後冷却されるので、平均粒径１０〜７０μｍの真球粒子の集まりと、それらが互いに付着（凝集）した状態で回収される。未燃炭素は灰分の真球粒子に付着あるいは単独で混在する。

フライアッシュは排出される量も多いので、その大半は産業廃棄物として埋め立て廃棄処理されてきた。大量に発生するフライアッシュを埋立廃棄処理するには、廃棄する場所の問題、費用の問題がある。そして、未燃炭素が多いフライアッシュはセメントの粘土代替素材として使用しても、その消費量に限界があり、結果的には大量のフライアッシュを廃棄処理せざるをえなかった。ここで、未燃炭素が少なく粒度が微細なフライアッシュは、セメントと混合される生コンクリートの混和材として使用することができる。

そこで、フライアッシュ中の未燃炭素を容易に分離して効率良く除去する未燃炭素を分離する技術が開発されている。

例えば、図４に示すような高速回転乾式粉砕機が提案されている。この高速回転乾式粉砕機６１は、粉砕室６２内で高速回転するインペラ６３により粒子を加速し、互いに衝突させて微粉砕を行う乾式粉砕機である。この装置は高い粉砕能力を有しながら、消費電力が低くかつ保守性に優れている。

また、図５に示すような高速回転粉砕式フライアッシュ改質装置も提案されている。この高速回転粉砕式フライアッシュ改質装置７１は、粉砕室７２に開口部７３を設けて、改質灰を取り出す構造になっている。粉砕されやすい未燃炭素は微粉化してバグフィルタ７４に回収する。低炭素化した改質灰は、遠心力で粉砕室７２の側面開口部７３より回収するようになっている。改質灰中の完全燃焼粒子は、凝集が分離すると共に、表面の未燃炭素の異物が除去されフロー値比や活性度指数等の性状が改善されるという特徴がある。

更に、特許文献１の「フライアッシュ中の未燃炭素分離装置、及び分離方法」には、両回転翼とケーシングの内面とで囲まれた空部を粉砕室とし、第１回転翼側のケーシングに被処理フライアッシュ用の投入口を連通し、第２回転翼側のケーシングに、該第２回転翼の回転中心軸から近い位置に第１排出口を、第２回転翼の外周から近い位置に第２排出口を開設したので、未燃炭素を含んだ被処理フライアッシュから未燃炭素を構造が簡単な分離装置で容易に分離する技術が提案されている。
特開２００２−７９１８３

しかし、上述した分級装置で生成した処理粉は、ブレーン値（粉末度、比表面積値）が低く、そのままではＪＩＳ灰（規格製品）の低位製品として扱われてしまうため、改善が必要であるという問題を有していた。

また、フライアッシュ中の低炭素灰（改質灰）の用途拡大を図るためには，未燃炭素の除去効果を更に向上させなければならなかった。即ち、分級後の低炭素灰の回収率を増加させなければ、分級後の実用性が低いという問題を有していた。

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、フライアッシュを数段階に分級して低炭素灰のブレーン値を改善し、未燃炭素の除去効果を向上させることで、低炭素灰の用途の拡大を図ることができるフライアッシュ中の未燃炭素の破砕分級方法及びその破砕分級装置を提供することにある。

本発明の破砕分級方法によれば、フライアッシュの粒子同士を互いに衝突させて粉砕した高炭素灰と低炭素灰とを帯電させる工程と、前記高炭素灰の未燃粒子と、高炭素灰に残留する完全燃焼粒子の帯電極性との相違を利用して、前記完全燃焼粒子と未燃粒子とに分離し、個別に引き寄せることで、低炭素微紛灰と高炭素微紛灰とに静電分級する工程と、を有する、ことを特徴とするフライアッシュ中の未燃炭素の破砕分級方法が提供される。

また、フライアッシュの粒子同士を互いに衝突・粉砕させ、遠心力で高炭素灰と低炭素灰とに遠心力分級する工程と、前記高炭素灰の未燃粒子と、高炭素灰に残留する完全燃焼粒子の帯電極性との相違を利用して、前記完全燃焼粒子と未燃粒子とに分離し、個別に引き寄せることで、低炭素微紛灰と高炭素微紛灰とに静電分級する工程と、を有する方法とすることができる。

前記高炭素灰の完全燃焼粒子を＋電極に引き寄せ、未燃粒子を−電極に引き寄せて静電分級する。

前記静電分級した低炭素微紛灰と高炭素微紛灰とを、それぞれ吸引回収する。

本発明の破砕分級装置によれば、粉砕室（５）内で高速回転するインペラ（７）により粒子を加速し、互いに衝突させて微粉砕する高速回転乾式粉砕機（２）と、該高速回転乾式粉砕機（２）の粉砕室（５）に、前記インペラ（７）の回転軸(８)近くに設けたフライアッシュを供給する投入口（９）と、前記粉砕室（５）の円周側面側に設けた、粉化した低炭素灰を回収する開口部（１１）と、前記粉砕室（５）における前記投入口（９）の反対位置に設けた、微粉化した炭素灰を排出する排出口（１２）と、中空形状の電極（１３）と、該電極（１３）の内側にそれと極性の異なる中空形状の電極（１４）を具備した静電分級装置（３）と、を備えた、ことを特徴とするフライアッシュ中の未燃炭素の破砕分級装置が提供される。

前記粉砕室（５）と前記静電分級装置（３）との間を筒で接続し、粒子が移動する際にこの筒と接触して未燃粒子と完全燃焼粒子の仕事関数の違いにより、これらの粒子を異なる帯電状態にさせる。

前記静電分級装置（３）における外側の電極（１３）は完全燃焼粒子を引き寄せる＋電極であり、前記内側の電極（１４）は未燃粒子を引き寄せる−電極である。

前記静電分級装置（３）における外側の＋電極（１３）に低炭素微紛灰を吸引するバグフィルタ（４）を接続し、内側の−電極（１４）には高炭素微紛灰を吸引するバグフィルタ（４’）をそれぞれ接続した。

前記高速回転乾式粉砕機（２）の投入口（９）側に粒度を調節する篩装置を更に備えることが好ましい。

前記高速回転乾式粉砕機（２）におけるインペラ（７）の回転軸（８）の軸方向を垂直方向に配置することができる。

前記静電分級装置（３）における両電極（１３，１４）を、該電極（１３，１４）で分級する粒子の投入から排出する方向が垂直方向になるように配置することができる。

上記発明の方法では、フライアッシュの粒子同士を互いに衝突・粉砕させ、先ず低炭素化した改質灰は遠心力分級で回収する。次に、微細な未燃粒子と完全燃焼粒子については、粒子同士の衝突・粉砕、粉砕機内壁との摩擦の際に摩擦帯電されているので、例えば高炭素灰の完全燃焼粒子を＋電極に引き寄せ、未燃粒子を−電極に引き寄せて静電分級する。このように、フライアッシュ原粉を数段階に分級することにより未燃炭素を効率的に除去すると共に、分級後の低炭素灰のブレーン値の改善を図ることができる。

また、低炭素灰を遠心力により分級せずに、フライアッシュの全てを静電分級することも可能である。破砕分級微粉の静電分級と比較して、処理量が低下し、平均粒径が増大するが、未燃炭素については減少させることができる。

上記発明の構成では、高速回転乾式粉砕機（２）に静電分級装置（３）を併設したので、低炭素灰のブレーン値を改善し、未燃炭素を効率的に除去することで、低炭素灰の用途の拡大を図れるだけでなく、分級装置全体を複合化・一体化することで、設備費用や運転コストを低減することができる。更に、篩装置を組み合わせることにより精緻に分級することができる。

高速回転乾式粉砕機を縦向きに設置することにより、この高速回転乾式粉砕機は重力による回転軸のたわみ低減による軸強度が増加し、装置の大型化、高速回転化に寄与することができる。

また、静電分級装置を縦向きに設置することで、重力による粒子の移動方向への影響を低減して、粒子の滞留防止、静電分級の精緻化に寄与させることができる。

本発明のフライアッシュ中の未燃炭素の破砕分級方法及びその破砕分級装置は、フライアッシュ中の未燃炭素について、互いに衝突・粉砕させることにより、また粉砕機内壁との摩擦により、未燃粒子と完全燃焼粒子とを互いに摩擦帯電させ、この帯電した未燃粒子と完全燃焼粒子との帯電極性の相違を利用して、完全燃焼粒子と未燃粒子とを分離させてから引き寄せて、低炭素微紛灰と高炭素微紛灰とに静電分級する破砕分級方法及びその破砕分級装置である。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明のフライアッシュ中の未燃炭素の破砕分級装置の実施例を示す概略説明図である。図２は改質灰の用途と破砕分級方法との関係を示す説明図である。
本発明の破砕分級装置１は、石炭灰の粒子硬度の相違を利用して粒子同士を互いに衝突・粉砕させ、高炭素灰および低炭素灰、改質灰に遠心力分級する高速回転乾式粉砕機２（トルネードミル）と、帯電した未燃粒子と完全燃焼粒子の帯電極性の相違を利用して静電分級する静電分級装置３と、を備えた装置である。更に、静電分級装置３の＋電極に引き寄せられた低炭素微紛灰を吸引するバグフィルタ４と、−電極には高炭素微紛灰を吸引するバグフィルタ４’とをそれぞれ接続した装置である。

高速回転乾式粉砕機２は、粉砕室５内においてモータ６で高速回転するインペラ７により粒子を加速し、互いに衝突させて微粉砕する装置である。この高速回転乾式粉砕機２の粉砕室５には、インペラ７の回転軸８近くに設けたフライアッシュ原粉を供給する投入口９と、粉砕室５の円周側面側に飛ばされた低炭素灰を回収槽１０に回収するための開口部１１と、粉砕室５の投入口９の反対位置に微粉化した炭素灰を排出する排出口１２と、を備えた装置である。

この高速回転乾式粉砕機２では、低炭素化した改質灰をインペラ７の高速回転で粒子を加速し、互いに衝突させて微粉砕をした後に、インペラ７の遠心力で粉砕室５の開口部１１から回収槽１０に回収する。改質灰中の完全燃焼粒子は、凝集が分離されると共に、表面の未燃炭素の異物が除去され、フロー値比や活性度指数等の性状が改善される。微細な未燃粒子と完全燃焼粒子については、粒子同士の衝突・粉砕、また粉砕機内壁との摩擦の際に摩擦帯電される。

図示例では、高速回転乾式粉砕機２におけるインペラ７の回転軸８の軸方向を横向きに配置した状態を説明している。しかし、このインペラ７の回転軸８の軸方向を縦向きに配置する何れの方向でも可能である。例えば、高速回転乾式粉砕機２を縦型に配置することにより、重力による回転軸８のたわみを低減して軸強度を増加させ、装置の大型化、高速回転化に寄与させることができる。

静電分級装置３は中空形状の＋電極１３と、この＋電極１３の内側に中空形状の−電極１４を配置し、高電圧発生装置１５からそれぞれに通電して、例えば＋電極１３に−（マイナス）に帯電した完全燃焼粒子を引き寄せ、−電極１４に＋（プラス）に帯電した未燃粒子を引き寄せる。これらの電極１３，１４は中空形状、例えば円筒形状に形成することができる。しかし、静電吸着できる構造であれば、この円筒形状に限定されず、略角筒状又は略円錐形状或いは略角錐形状等の何れの形状にも形成することができる。この電極１３，１４の形状は、これに接続するバグフィルタ４，４’への吸引が確実かつ容易に実施できる形態が望ましい。

図示例では、静電分級装置３における両電極１３，１４について、分級する粒子の投入から排出する方向が横向きになるように配置した状態を説明している。しかし、この両電極１３，１４を、粒子の投入から排出する方向が縦向きなるように配置する何れの方向でも可能である。静電分級装置３を縦向きに配置することにより、重力による粒子の移動方向への影響が低減することで、粒子の滞留防止、静電分級の精緻化に寄与することができる。

本発明では、高速回転乾式粉砕機２での、インペラ７の高速回転によるフライアッシュの粒子同士の衝突・粉砕、また粉砕機内壁との摩擦の際に、微細な未燃粒子と完全燃焼粒子について摩擦帯電させることができる。この帯電した未燃粒子と完全燃焼粒子の帯電極性の相違を利用して、完全燃焼粒子と未燃粒子とを分離させてから引き寄せて、低炭素微紛灰と高炭素微紛灰とに静電分級する。

なお、この高速回転乾式粉砕機２で破砕、帯電のみを行い、静電分級装置３で静電分級を行うことも可能である。破砕分級微粉の静電分級と比較して、処理量が低下し、平均粒径が増大するが、未燃炭素については減少させることができる。

静電分級装置３の−電極１４に引き寄せられた高炭素微紛灰は、この−電極１４の一端（図では右端）の外径より長く、かつ＋電極１３の外径より短い外径を有する開口１６を有する吸引パイプ１７を介してバグフィルタ４に吸引される。

＋電極１３に引き寄せられた低炭素微紛灰は、この＋電極１３の一端から吸引パイプ２１を介してバグフィルタ４に吸引される。

このように構成した破砕分級装置１では、例えば石炭を燃料とする火力発電所排出されたフライアッシュ（原粉）をスクリュウフィーダから高速回転乾式粉砕機２に供給する。高速回転乾式粉砕機２では、フライアッシュの粒子同士を互いに衝突・粉砕させ、先ず低炭素化した改質灰を遠心力で回収する。次に、微細な未燃粒子と完全燃焼粒子については、粒子同士を互いに衝突・粉砕、また粉砕機内壁との摩擦の際に摩擦帯電されているで、例えば高炭素灰の完全燃焼粒子を＋電極に引き寄せ、未燃粒子を−電極に引き寄せて静電分級する。このように、フライアッシュを数段階に分級することにより未燃炭素を効率的に除去すると共に、分級後の低炭素灰のブレーン値の改善を図ることができる。

高速回転乾式粉砕機２の粉砕室５と静電分級装置３との間を例えば、銅製の筒で接続することも可能である。このように銅製の筒を連結部に使用することで、粒子が移動する際にその銅製の筒と接触して未燃粒子と完全燃焼粒子の仕事関数の違いにより異なる帯電状態にさせることができる。なお、この筒は導電性を有する金属であれば銅製以外の金属を用いることができる。

図２は破砕分級方法と改質灰の用途との関係を示す説明図である。
本発明の破砕分級方法及びその破砕分級装置を用いて、図２に示すように、フライアッシュの原粉から分級した高炭素灰は、燃料や建材としての用途がある。改質灰は、コンクリート混和材（ＪＩＳＡ６２０１ Ｉ種灰 ＩＩ種灰）、コンクリート用細骨材の代替材、建材（ボード、瓦等）、土壌改良等の用途がある。

本発明のライアッシュ中の未燃炭素の破砕分級方法及びその破砕分級装置を用いれば、フライアッシュの原粉から分級した高炭素灰を燃料や建材（発泡ガラス）として利用することができる。

一方、改質灰は、コンクリート混和材（ＪＩＳＡ６２０１ Ｉ種灰 ＩＩ種灰）、コンクリート用細骨材の代替材、建材（ボード、瓦等）、土壌改良、として利用することができる。

本発明のフライアッシュ中の未燃炭素の破砕分級装置を示す概略説明図である。 破砕分級方法と改質灰の用途との関係を示す説明図である。 火力発電所におけるボイラ等の概略説明図である。 従来の高速回転乾式粉砕機を示す概略説明図である。 従来の高速回転粉砕式フライアッシュ改質装置を示す概略説明図である。

符号の説明

１ 破砕分級装置
２ 高速回転乾式粉砕機
４ バグフィルタ
５ 粉砕室
７ インペラ
８ 回転軸
９ 投入口
１１ 開口部
１２ 排出口
１３ ＋電極
１４ −電極

Claims (11)

1. フライアッシュの粒子同士を互いに衝突させて粉砕した高炭素灰と低炭素灰とを帯電させる工程と、
   前記高炭素灰の未燃粒子と、高炭素灰に残留する完全燃焼粒子の帯電極性との相違を利用して、前記完全燃焼粒子と未燃粒子とに分離し、個別に引き寄せることで、低炭素微紛灰と高炭素微紛灰とに静電分級する工程と、を有することを特徴とするフライアッシュ中の未燃炭素の破砕分級方法。
2. フライアッシュの粒子同士を互いに衝突・粉砕させ、遠心力で高炭素灰と低炭素灰とに遠心力分級する工程と、
   前記高炭素灰の未燃粒子と、高炭素灰に残留する完全燃焼粒子の帯電極性との相違を利用して、前記完全燃焼粒子と未燃粒子とに分離し、個別に引き寄せることで、低炭素微紛灰と高炭素微紛灰とに静電分級する工程と、を有することを特徴とするフライアッシュ中の未燃炭素の破砕分級方法。
3. 前記高炭素灰の完全燃焼粒子を＋電極に引き寄せ、未燃粒子を−電極に引き寄せて静電分級する、ことを特徴とする請求項１又は２のフライアッシュ中の未燃炭素の破砕分級方法。
4. 前記静電分級した低炭素微紛灰と高炭素微紛灰とを、それぞれ吸引回収する、ことを特徴とする請求項１、２又は３のフライアッシュ中の未燃炭素の破砕分級方法。
5. 粉砕室（５）内で高速回転するインペラ（７）により粒子を加速し、互いに衝突させて微粉砕する高速回転乾式粉砕機（２）と、
   該高速回転乾式粉砕機（２）の粉砕室（５）に、前記インペラ（７）の回転軸(８)近くに設けたフライアッシュを供給する投入口（９）と、
   前記粉砕室（５）の円周側面側に設けた、粉化した低炭素灰を回収する開口部（１１）と、
   前記粉砕室（５）における前記投入口（９）の反対位置に設けた、微粉化した炭素灰を排出する排出口（１２）と、
   中空形状の電極（１３）と、該電極（１３）の内側に、それと極性の異なる中空形状の電極（１４）を具備した静電分級装置（３）と、
   を備えた、ことを特徴とするフライアッシュ中の未燃炭素の破砕分級装置。
6. 前記粉砕室（５）と前記静電分級装置（３）との間を筒で接続し、粒子が移動する際にこの筒と接触して未燃粒子と完全燃焼粒子の仕事関数の違いにより、これらの粒子を異なる帯電状態にさせる、ことを特徴とする請求項５のフライアッシュ中の未燃炭素の破砕分級装置。
7. 前記静電分級装置（３）における外側の電極（１３）は完全燃焼粒子を引き寄せる＋電極であり、前記内側の電極（１４）は未燃粒子を引き寄せる−電極である、ことを特徴とする請求項５のフライアッシュ中の未燃炭素の破砕分級装置。
8. 前記静電分級装置（３）における外側の＋電極（１３）に低炭素微紛灰を吸引するバグフィルタ（４）を接続し、内側の−電極（１４）には高炭素微紛灰を吸引するバグフィルタ（４’）をそれぞれ接続した、ことを特徴とする請求項５のフライアッシュ中の未燃炭素の破砕分級装置。
9. 前記高速回転乾式粉砕機（２）の投入口（９）側に粒度を調節する分級装置を更に備えた、ことを特徴とする請求項５のフライアッシュ中の未燃炭素の破砕分級装置。
10. 前記高速回転乾式粉砕機（２）におけるインペラ（７）の回転軸（８）の軸方向を垂直方向に配置した、ことを特徴とする請求項５のフライアッシュ中の未燃炭素の破砕分級装置。
11. 前記静電分級装置（３）における両電極（１３，１４）を、該電極（１３，１４）で分級する粒子の投入から排出する方向が垂直方向になるように配置した、ことを特徴とする請求項６のフライアッシュ中の未燃炭素の破砕分級装置。
    
    

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