JP2007054797A - フライアッシュ中の未燃カーボン除去装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の高速剪断ミキサに比べて構造が簡単な装置でありながら、フライアッシュの性状に合わせて未燃カーボンを効率的に分離する。
【解決手段】フライアッシュａに水ｃを加えてスラリーｄを生成するスラリー調整槽１０と、前記スラリーｄに捕集剤ｅを添加する装置２０と、捕集剤添加後のスラリーを高速攪拌してスラリーに剪断力を付与し、前記未燃カーボンの表面に捕集剤に付着させる表面改質装置３０と、前記表面改質装置によって表面改質後のスラリーｄ’に起泡剤ｆを添加する調整槽６０と、起泡剤添加後のスラリーを攪拌して、発生した気泡ｎにより前記未燃カーボンｂを浮選する浮選機７０とから成り、かつ、前記表面改質装置を、縦型の攪拌槽３３と、該攪拌槽内に設けた攪拌機３４とからなる表面改質機３１を複数基直列に接続して、多段に剪断力を付与する構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フライアッシュ中の未燃カーボン除去装置、更に詳しくは、石炭焚き火力発電所や、流動床燃焼炉などで発生するフライアッシュから未燃カーボンを効率的に除去するフライアッシュ中の未燃カーボン除去装置に関するものである。

石炭焚き火力発電所や、流動床燃焼炉などで発生したフライアッシュ（ＦＡ）は、セメント及び人工軽量骨材の原料、或いは、コンクリート用混和材などに利用されている。
しかしながら、フライアッシュをコンクリートの混和材として使用すると、フライアッシュ中に含まれている未燃カーボンがＡＥ減水剤などを吸収するために、予め、吸収分を見込んで余分にＡＥ減水剤を補填する必要があり、不経済であった。

また、コンクリートの打設時には、未燃カーボンが撥水性を有することから、コンクリートから分離して浮き上がり、コンクリートの打継部に未燃カーボンによる黒色部が発生するなどの弊害があった。更に、フライアッシュ中の未燃カーボンの含有量が多いと、フライアッシュどうしの結合力が不足し、人工軽量骨材の品質が低下するという問題もあった。

従って、フライアッシュ中に含まれている未燃カーボンを除去するために、特許文献１には、フライアッシュに水を加えてスラリー化し、このスラリー化したフライアッシュに灯油などの捕集剤を添加した後、高速剪断ミキサーによって未燃カーボンの表面の改質を行なって、前記未燃カーボンの表面に捕集剤を付着させ、しかる後に、起泡剤を添加して浮選法により未燃カーボンを分離する方法が提案されている。
特許第３６１３３４７号明細書

ところが、上記の高速剪断ミキサー１は、図６に示すように、円筒状の横型の本体２と、この本体２内をその軸線方向に複数の部屋３に分割する複数の環状又はドーナツ状の仕切壁４と、前記本体２を貫通する軸線方向の回転軸５と、この回転軸５に固定され、かつ、前記各部屋３内で回転する複数の攪拌羽根６とを備え、この攪拌羽根６によってスラリー及び捕集剤に剪断力を付与するようにしているので、仕切壁４や本体２の内壁と攪拌羽根６とのクリアランスを高精度で保持する必要があり、また、軸長が長くなることから、従来の高速剪断ミキサーの製造及び保守には高度の技術が必要であった。なお、符号７はモーター、８は減速機である。

また、従来の高速剪断ミキサーは、本体２及び回転軸５が横型となっているので、本体２と回転軸５との隙間の軸シールが不可欠であった。更に、従来の高速剪断ミキサーは、上記のように、本体２が横型であるから、スケールアップした場合、スラリー入り口とスラリー出口との距離が長くなり、フライアッシュの生成条件、例えば、燃焼温度や燃焼方法、或いは、石炭の種類、組成などに応じて表面改質の処理時間や処理条件などを自由に変えることが困難であった。

本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、表面改質による浮選法を適用してフライアッシュ中の未燃カーボンを除去にあたって、従来の高速剪断ミキサーに比べて構造が簡単な装置でありながら、フライアッシュの性状に合わせて未燃カーボンを効率的に分離することができるフライアッシュ中の未燃カーボン除去装置を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明は、次のように構成されている。

請求項１に記載の発明は、フライアッシュ中の未燃カーボンを除去する装置であって、前記フライアッシュに水を加えてスラリーを生成するスラリー調整槽と、前記スラリーに捕集剤を添加する装置と、捕集剤添加後のスラリーを高速攪拌してスラリーに剪断力を付与し、前記未燃カーボンの表面に捕集剤に付着させる表面改質装置と、前記表面改質装置によって表面改質した後のスラリーに起泡剤を添加する調整槽と、起泡剤添加後のスラリーを攪拌して、発生した気泡により前記未燃カーボンを浮選する浮選機とから成り、かつ、前記表面改質装置を、縦型の攪拌槽と、該攪拌槽内に設けた攪拌機とからなる表面改質機を複数基直列に接続して、多段に剪断力を付与する構成としたことを特徴とするフライアッシュ中の未燃カーボン除去装置である。

請求項２に記載の発明は、前記攪拌機によってスラリー及び捕集剤に剪断力を付与するにあたって、単位スラリー量当り１０〜１００Ｋｗ／ｍ³ の攪拌力を付与することを特徴とする請求項１記載のフライアッシュ中の未燃カーボン除去装置である。

請求項３に記載の発明は、前記攪拌槽と前記攪拌機の攪拌羽根先端とのクリアリンスを2 〜１００ｍｍの範囲とすることを特徴とする請求項１記載のフライアッシュ中の未燃カーボン除去装置である。

請求項４に記載の発明は、隣接する攪拌槽を接続管によって接続すると共に、該接続管に所定の攪拌槽をバイパスするバイパス路を設けたことを特徴とする請求項１記載のフライアッシュ中の未燃カーボン除去装置である。

上記のように、この発明は、フライアッシュ中の未燃カーボンを除去する装置であって、前記フライアッシュに水を加えてスラリーを生成するスラリー調整槽と、前記スラリーに捕集剤を添加する装置と、捕集剤添加後のスラリーを高速攪拌してスラリーに剪断力を付与し、前記未燃カーボンの表面に捕集剤に付着させる表面改質装置と、前記表面改質装置によって表面改質した後のスラリーに起泡剤を添加する調整槽と、起泡剤添加後のスラリーを攪拌して、発生した気泡により前記未燃カーボンを浮選する浮選機とから成り、かつ、前記表面改質装置を、縦型の攪拌槽と、該攪拌槽内に設けた攪拌機とからなる表面改質機を複数基直列に接続して、多段に剪断力を付与する構成としたので、従来の横型の高速剪断ミキサーに比べて簡単な装置でありながら、各種の微粉炭焚き燃焼ボイラのフライアッシュや流動床燃焼炉のフライアッシュなど、フライアッシュの性状に合わせて、未燃カーボンの表面改質、即ち、未燃カーボン表面への捕集剤の付着を効率的に行なうことが可能となった。

また、従来の横型の高速剪断ミキサーは、本体と回転軸とが横型となっているので、本体と回転軸との隙間の軸シールが不可欠であったが、この発明の表面改質装置は、攪拌槽及び攪拌機が縦型であるから攪拌機の軸シールが不要となり、磨耗等による内部のメンテナンス時の保守性、操作性も改善された。

また、この発明は、表面改質装置を、縦型の複数の攪拌槽と、各攪拌槽内に設けた攪拌機により構成したので、攪拌槽の使用個数を配管（バイパス）で増減することによってフライアッシュの生成条件、例えば、燃焼温度や燃焼方法、或いは、石炭の種類、組成などに応じて処理時間や処理条件などを任意に変えることができるようになった。

また、この発明は、攪拌槽の数量とサイズとを増加することで、表面改質装置を、より簡単にスケールアップすることができるようになった。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は、本発明に係るフライアッシュ中の未燃カーボン除去装置の概略構成図であり、大別して、スラリー調整槽１０と、表面改質装置３０と、調整槽６０と、浮選機７０により構成されている。

図２に示すように、スラリー調整槽１０は、フライアッシュａに水ｃを混合してスラリーｄを生成するために設けられ、スラリーｄを攪拌するための攪拌羽根１１を内部に備えている。

ここで、スラリーは、フライアッシュ濃度が５〜４０ｗｔ％、好ましくは、１０〜２５ｗｔ％の範囲に調整させる。
このスラリー調整槽１０の前段には、図示しないフライアッシュタンクと水供給設備とが設けられ、スラリー調整槽１０の後段には、スラリーｄを表面改質装置３０に供給するためのポンプ１２を有している。

このポンプ１２の後段には、灯油、軽油、重油などの捕集剤ｅを収容する捕集剤タンク２０と、捕集剤タンク２０内の捕集剤ｅをスラリーｄに添加するポンプ２１を備えている。具体的には、スラリー調整槽１０と表面改質装置３０とを接続するスラリー供給管１３に捕集剤注入管２２が接続し、スラリー供給管１３内のスラリーｄに捕集剤ｅを添加するようになっている。

ここで、捕集剤の添加量としては、例えば、０．０１〜３．０ｗｔ％（対ＦＡ）、好ましくは、０．０５〜１．０ｗｔ％（対ＦＡ）が好ましい。
表面改質装置３０は、スラリー及び捕集剤に剪断力を付与して未燃カーボンの表面を改質するために設けられ、複数の表面改質機３１を接続管３２を介して直列に接続することによって構成されている。

表面改質機３１は、それぞれ、縦型の攪拌槽３３と、この攪拌槽３３内に設けた攪拌機３４により構成されている。攪拌機３４は、回転軸３５と、その先端に設けた攪拌羽根３６と、この攪拌羽根３６を回転させるモーター３７によって構成されている。

攪拌羽根の形状としては、側面視で短冊形が好ましい。また、その先端には、図３及び図４に示すように、固定した攪拌槽３３の内面との間で未燃カーボンの表面を擦過し得る擦過体４５を設けることが好ましい。この擦過体４５の形状としては、図３のように、平面視、凸レンズ形でもよいが、台形形や、三角形形などでもよい。要は、固定した攪拌槽３３の内面との間で未燃カーボンの表面を擦過し得る形状であればよい。

また、攪拌羽根先端と攪拌槽内壁面との間の間隔（クリアランス）Ｌは、２〜１００ｍｍの範囲が好ましい。
攪拌羽根先端と攪拌槽内壁面との間のクリアランスが２ｍｍ未満の場合は、表面改質機の製造に高精度が求められることから、製造コストが高価なものになるという問題がある。また、攪拌羽根先端と攪拌槽内壁面との間のクリアランスが１００ｍｍを超えると、未燃カーボンの表面改質の効力が低下する。

また、攪拌羽根は、単位スラリー量当り１０〜１００Ｋｗ／ｍ³ 、好ましくは、３０〜５Ｋｗ／ｍ³ の攪拌力（攪拌動力）を付与するようになっている。
攪拌羽根の攪拌動力が単位スラリー量当り１０Ｋｗ／ｍ³ 未満の場合には、未燃カーボンの表面改質が行なわれ難い。これとは逆に、攪拌羽根の攪拌動力が単位スラリー量当り１００Ｋｗ／ｍ³ を超えると、未燃カーボンの表面改質を行なうことができるが、電力消費量が飛躍的に増加し、また、攪拌槽内部の磨耗も増加するので、不経済である。

また、滞留時間は、０．１〜１０分、好ましくは、０．５〜５分に設定されている。滞留時間が０．１分未満の場合には、未燃カーボンの表面改質が行なわれ難い。これとは逆に、滞留時間が１０分を超えると、それ以上未燃カーボンの表面改質が進まないので、設備コスト、ランニングコストが増大して不経済である。

この表面改質装置３０は、複数基（図面では、３基）の表面改質機３１により構成され、各表面改質機３１は、ポンプ３８を有する接続管３２によって直列に接続されている。その上、最後尾（第３）の表面改質機３１にバイパス路３９を設け、前段、つまり、第１，第２の表面改質機３１ａ，３１ｂで改質されたスラリー及び捕集剤が第３の表面改質機３１ｃを迂回できるようになっている。

バイパス路３９の入り口４０は、第２の接続管３２に接続され、バイパス路３９の出口４１は、第３の接続管３２に接続されている。バイパス路３９は、バルブ４２に有し、第２の接続管３２は、バイパス路３９の接続点よりも後流側にバルブ４３を有している。

調整槽６０は、表面改質装置３０からのスラリー及び捕集剤に、起泡剤タンク５０からポンプ５１を介して供給された起泡剤ｆを添加してこれらを低速で混合するものであって、内部に攪拌羽根６１を備えている。

ここで、起泡剤としては、ＭＩＢＣ（メチルイソブチルカルビノール）などが好ましく使用される。また、起泡剤の添加量としては、２０〜５，０００ｐｐｍ、好ましくは、１００〜１，０００ｐｐｍが適用される。

ここで、起泡剤の添加量が２０ｐｐｍ未満の場合には、気泡の発生が不足し、起泡剤の添加量が５，０００ｐｐｍを超えると、起泡剤コストが増大し、フライアッシュの回収率が低下する。また、過剰の気泡によって周囲が汚染されるという問題がある。

この調整槽６０の後段には、起泡剤添加後のスラリーｄ”を浮選機７０に供給するためのポンプ６１が配置されている。浮選機７０は、気泡に改質後の未燃カーボンを付着させて浮上させ、未燃カーボン（フロス）と、未燃カーボンが除去されたフライアッシュ（テール）とに分離するものであり、従来から知られている公知の浮選機を使用している。

次に、本発明に係る未燃カーボン除去装置の作用について説明する。
本発明の場合、フライアッシュの性状によって、予め、表面改質機の使用段数を決定する。例えば、比較的表面改質の容易なフライアッシュ（例えば、歴青炭のフライアッシュ）では、表面改質機の使用段数を少数段（図では、２段）とし、表面改質の難しいフライアッシュ（例えば、一般炭のフライアッシュ）では、表面改質機の使用段数を多段（図では、３段）とする。

なお、説明の都合上、表面改質機の使用段数が２段の場合について説明する。この場合には、バイパス路３９のバルブ４２を「開」とし、第２の接続管３２のバルブ４３を「閉」とする。

図２において、フライアッシュａは、スラリー調整槽１０に供給され、水ｃと混合してスラリーｄとなる。その際、スラリーのフライアッシュの濃度は、例えば、５〜４０ｗｔ％に調整される。

このスラリーｄは、ポンプ１２によって第１の表面改質機３１ａに供給されるが、その途中において、捕集剤タンク２０から所定量（例えば、０．０１〜３．０ｗｔ％（対ＦＡ））の捕集剤ｅが添加される。

第１の表面改質機３１ａに供給されたスラリーｄ及び捕集剤ｅは、高速回転（例えば、１，０００〜１０，０００ｒｐｍ）する攪拌羽根３６によって剪断力が付与される。第１の表面改質機３１ａで剪断力が付与されたスラリーｄ及び捕集剤ｅは、第２の表面改質機３１ｂに供給され、更に、剪断力が付与される。

このように、スラリー及び捕集剤に剪断力を付与するのは、未燃カーボンの表面を改質して浮選浮遊性を向上させるためであるが、この点について、図５を参照しながら説明する。

スラリー状のフライアッシュに捕集剤を混合しただけでは、図５（ａ）に示すように、水ｃの中にフライアッシュａと、未燃カーボンｂと、捕集剤ｅとが個々に混合された状態になっているに過ぎない。

このような状態でスラリーを浮選機に供給しても、捕集剤とともに気泡に付着する未燃カーボンの量が極めて少ないから、浮選によってフライアッシュ中の未燃カーボンを効率よく除去することができない。

ところが、図５（ａ）のスラリー及び捕集剤に剪断力を付与して表面改質を行うと、スラー中の未燃カーボン、フライアッシュ、捕集剤の各々は、過渡的に各々の分散粒子の表面に活性エネルギーを生じて、表面がより親油化された未燃カーボンと捕集剤粒子の表面が密着して相互の表面エネルギーを下げ、その結果として、図５（ｂ）に示すように、未燃カーボンｂに捕集剤ｅが付着されるのである。

従って、浮選機を用いて浮選する際には、図５（ｃ）に示すように、捕集剤ｅが付着した未燃カーボンｂが気泡ｎに付着して浮上するから、未燃カーボンの浮選浮遊性を向上させることができるのである。

第２の表面改質機３１ｂから排出された改質スラリーｄ’は、バイパス路３９を通って調整槽６０に供給される。この調整槽６０では、ＭＩＢＣ（メチルイソブチルカルビノール）などの起泡剤が所定量（例えば、２０〜５，０００ｐｐｍ）添加される。

起泡剤ｆが添加されたスラリーｄ”は、浮選機７０に供給され、浮選される。未燃カーボンを含むフロス（未燃カーボン）ｉは、図示しないフィルタープレスによって固液分離し、未燃カーボンｃを回収する。フィルタープレスで脱水された水分は、ポンプ（図示せず）によってスラリー調整槽１０に供給され、新たなフライアッシュに添加される。

一方、浮選機７０からのフライアッシュを含むテーリング（フライアッシュ）ｊは、図示しない固液分離器（遠心脱水機）で固液分離し、製品としてセメント混合材などに利用することができる。

本発明に係るフライアッシュ中の未燃カーボン除去装置の概略構成図である。 同フライアッシュ中の未燃カーボン除去装置の構成図である。 表面改質機の要部拡大平面図である。 表面改質機の要部拡大側面図である。 （ａ）捕集剤添加時の状態図、（ｂ）表面改質時の状態図、（ｃ）浮選機時の状態図である。 従来の高速剪断ミキサーの断面図である。

符号の説明

ａ フライアッシュ
ｃ 水
ｄ スラリー
ｄ’ 表面改質後のスラリー
ｅ 捕集剤
１０ スラリー調整槽
２０ 捕集剤を添加する装置
３０ 表面改質装置
３１ 表面改質機
３３ 縦型の攪拌槽
３４ 攪拌機
６０ 調整槽
７０ 浮選機

Claims (4)

1. フライアッシュ中の未燃カーボンを除去する装置であって、前記フライアッシュに水を加えてスラリーを生成するスラリー調整槽と、前記スラリーに捕集剤を添加する装置と、捕集剤添加後のスラリーを高速攪拌してスラリーに剪断力を付与し、前記未燃カーボンの表面に捕集剤に付着させる表面改質装置と、前記表面改質装置によって表面改質した後のスラリーに起泡剤を添加する調整槽と、起泡剤添加後のスラリーを攪拌して、発生した気泡により前記未燃カーボンを浮選する浮選機とから成り、かつ、前記表面改質装置を、縦型の攪拌槽と、該攪拌槽内に設けた攪拌機とからなる表面改質機を複数基直列に接続して、多段に剪断力を付与する構成としたことを特徴とするフライアッシュ中の未燃カーボン除去装置。
2. 前記攪拌機によってスラリー及び捕集剤に剪断力を付与するにあたって、単位スラリー量当り１０〜１００Ｋｗ／ｍ³ の攪拌力を付与することを特徴とする請求項１記載のフライアッシュ中の未燃カーボン除去装置。
3. 前記攪拌槽と前記攪拌機の攪拌羽根先端とのクリアリンスを２〜１００ｍｍの範囲とすることを特徴とする請求項１記載のフライアッシュ中の未燃カーボン除去装置。
4. 隣接する攪拌槽を接続管によって接続すると共に、該接続管に所定の攪拌槽をバイパスするバイパス路を設けたことを特徴とする請求項１記載のフライアッシュ中の未燃カーボン除去装置。
   

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