JP2007181748A - フライアッシュ中の未燃カーボンの除去方法 - Google Patents

フライアッシュ中の未燃カーボンの除去方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 低コストかつ短時間でフライアッシュ中の未燃カーボンを除去する方法を提供する。
【解決手段】 フライアッシュに捕集剤を直接に添加してミキサー５において撹拌・混合してから混合槽７において水を加えてスラリー化し、液中撹拌装置９において剪断力を付加した後に浮選機１５において未燃カーボンを浮選分離する。
【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の除去方法に関し、特に石炭火力発電所などから排出されるフライアッシュに含まれる未燃カーボンの除去方法に関する。
石炭は確認可採埋蔵量が２００年を超えるなどエネルギー源として長期的に安定して利用できるため、石炭火力発電の構成比率は年々増加する傾向にあり、石炭灰（以下、「フライアッシュ」という。）の発生量は今後さらに増大するものと予想されている。
このような状況下においては、環境保全や資源の有効利用の点から、フライアッシュを大量に有効利用する必要がある。
フライアッシュの用途並びに利用量を拡大するためには、フライアッシュから未燃カーボンを除去することにより品質を向上させる必要があり、それにより例えばセメント混和剤などとしての利用拡大につながる。
そのため本出願人は、図８に示すように、混合槽６２においてフライアッシュ６０に水を加えてスラリーを生成し、液中撹拌装置６６により高剪断力を付加して、浮選機７２によりフライアッシュ中の未燃カーボンを効率的に除去する方法を発明した。（特許文献１を参照）。
特許第３６１３３５７号
上記の特許文献１に記載の方法では、図９（ａ）に示すように、油性の捕集剤９２を油分と親和性のない水９３を大量に含むスラリー中へ添加した後に、液中撹拌装置６６において剪断力を付加して、図９（ｂ）に示すようにフライアッシュ９０に付着あるいは遊離している未燃カーボン９１に捕集剤９２を到達させるためには、前記の剪断力に水９３を排除するエネルギーを更に加えるか、または未燃カーボン９１の含有量に比べて大量の捕集剤９２を添加する必要があった。
しかし、いずれの方法においても、液中撹拌装置６６の動力が増加し、かつ長時間の撹拌が必要となるため、フライアッシュ中から未燃カーボンを除去するコストが高くなってしまうという課題が残されていた。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、低コストかつ短時間でフライアッシュ中の未燃カーボンを除去する方法を提供することを目的とするものである。
上記の目的を達成するため、本発明は、ミキサーにおいてフライアッシュに０〜４０重量％の水と捕集剤とを添加して撹拌することにより混合物を生成し、前記混合物に更に水を添加してスラリーを生成し、前記スラリーに剪断力を付加し、前記剪断力を付加されたスラリーに起泡剤を添加して空気を吸い込みつつ撹拌することにより前記フライアッシュ中の未燃カーボンを浮選分離することを特徴とするフライアッシュ中の未燃カーボンの除去方法である。
本発明によれば、スラリー化しない程度に水分を含有するフライアッシュに捕集剤を添加して撹拌・混合するため、フライアッシュと捕集剤の間から水を排除する必要がない分だけ撹拌・混合に要する動力エネルギーを低減することができる。
また、前記ミキサーは、高速流動型混合機又はリボンブレンダーであることが望ましい。
なお、高速流動型混合機には、かい型撹拌機、アイリッヒミキサー及びヘンシェルミキサーなどがある。
本発明に係るフライアッシュ中の未燃カーボンの除去方法によれば、液中撹拌装置の動力を低減することができ、かつ捕集剤の添加量を最適にすることでフライアッシュ中への残留量を少なくすることができるため、品質の高いフライアッシュを低コストかつ短時間で得ることができる。
本発明に係る実施の形態について図１に基づいて説明する。図１は、本発明を実施するためのプラントシステムの系統図を示したものである。
本システムは主に、フライアッシュに捕集剤を添加して混合するミキサー５と、混合されたフライアッシュと捕集剤に水を加えてスラリーを生成する混合槽７と、そのスラリーに高剪断力を付加する液中撹拌装置９と、高剪断力を付加されたスラリーに起泡剤を添加して気泡を発生させ、フライアッシュ中の未燃カーボンを付着させて浮上させることにより分離する浮選機１５と、前記浮選機１５で分離された沈殿物からフライアッシュを分離回収する固液分離器１７と、同じく前記浮選機１５で分離された浮上物を脱水して未燃カーボンを回収するための脱水機２３から構成される。
プラントシステムを構成する装置について、以下に詳しく説明する。
フライアッシュタンク１は、図示しない石炭火力発電所から排出されたフライアッシュを貯蔵するものであり、当該フライアッシュには石炭火力発電所のボイラでの燃焼の際に、未燃の状態で残ったカーボン分が付着若しくは含有されている。
定量供給装置２はフライアッシュタンク１に貯蔵されたフライアッシュから所定の量を切り出してミキサー５に供給するものであり、例えばロータリーバルブなどが用いられる。
捕集剤タンク３は、捕集剤を貯蔵するものであり、捕集剤は捕集剤用ポンプ４を介してミキサー５へ供給される。なお、捕集剤としては、灯油、軽油又は重油のいずれでもよい。
ミキサー５は、フライアッシュに捕集剤を直接に添加して撹拌・混合するとともに剪断力を付加する高速流動型混合機である。
なお、フライアッシュに比較して捕集剤の量は極めて少ないため、フライアッシュには捕集剤をアトマイズするための水をスラリー化しない限度である４０重量％以下、好ましくはフライアッシュの発塵防止とフライアッシュ同士の固着力低減の観点から５〜１５重量％の量を添加するのがよい。
このミキサーの第１の実施形態を図２に示す。図２は、第１の実施形態に係るミキサーの構造を示す断面図である。
本実施形態に係るミキサー３０Ａは、いわゆるかい型撹拌機と呼ばれるものであり、縦置きにされた中空円筒形状の容器３１内に、複数のＬ字型の撹拌羽根３２を有する回転軸３３を上方から挿入した構造となっている。本体３１の上方には、フライアッシュタンク１から所定量のフライアッシュＦを供給する定量供給機２と、捕集剤タンク３からポンプ４を介して供給される水を含む捕集剤Ｇを散布する噴霧器３４が配置されている。
ミキサー３０Ａに供給されたフライアッシュＦは、捕集剤Ｇとともに容器内において、電動機３５で回転する撹拌羽根３２により撹拌・混合されるとともに剪断力が付加されて、図示しない排出口から排出される。
本ミキサー３０Ａは、構造及び取扱いが簡単であるという特徴を有する。
ミキサーの第２の実施形態を図３に示す。図３は、第２の実施形態に係るミキサーの構造を示す断面図であり、図２と同じ部分には同一の符号を付している。
本実施形態に係るミキサー３０Ｂは、いわゆるアイリッヒミキサー（日本アイリッヒ社製品）と呼ばれるものであり、斜め置きにされた中空円筒形状の容器３６内の偏心位置に、小さな撹拌羽根３７を有するアジテータ３８を上方から挿入した構造となっている。これらの容器３６とアジテータ３８とは、互いに逆方向に回転するようになっている。また、斜め置きされた容器３６内の底面付近の頂部には、スクレーパ３９が配置されている。
本ミキサー３０Ｂに供給されたフライアッシュＦと捕集剤Ｇは、容器３６とともに回転しつつ、偏心位置で逆回転するアジテータ３８の撹拌羽根３７により高い剪断力が付加される。また、容器３６の回転に伴い頂部まで運ばれたフライアッシュＦと捕集剤Ｇは、スクレーパ３９により反転させられるため、容器３６の上下方向の混合が促進されることになる。
このように、本ミキサー３０Ｂは、緻密かつ均一な混合と、高い剪断力の付加が同時にできるという特徴を有する。
ミキサーの第３の実施形態を図４に示す。図４は、第３の実施形態に係るミキサーの構造を示す断面図であり、図２と同じ部分には同一の符号を付している。
本実施形態に係るミキサー３０Ｃは、いわゆるヘンシェルミキサー（三井三池化工機社製品）と呼ばれるものであり、縦置きされた中空円筒形状の容器４２内の底面付近に、回転軸４３の上端に取り付けられたＬ字型の撹拌羽根４４が設置された構造となっている。回転軸４４は容器４２の底面を垂直に貫通して駆動機４５に接続されている。容器４２の側面下部には、排出口４６が斜め下方に向けて取り付けられている。
本ミキサー３０Ｃに供給されたフライアッシュＦと捕集剤Ｇは、高速で回転する撹拌羽根４４により、対流撹拌及び混合撹拌されるととともに剪断力が付加された後に、排出口４６を通じて排出される。
本ミキサー３０Ｃは、短時間で混合及び剪断力の付加ができるという特徴を有する。
ミキサーの第４の実施形態を図５に示す。図５は、第４の実施形態に係るミキサーの構造を示す模式図である。
本実施形態に係るミキサー５０は、いわゆるリボンブレンダーと呼ばれるものであり、底面が下方に凸状に形成された半円筒形状になっている直方体からなる本体５１と、その内部に軸方向に平行に設けられた回転軸５２からなる。回転軸５２には互いに反対方向に対象物を移送するリボン状の羽根５３ａ、５３ｂが回転軸５２を螺旋状に取り巻くように設けられている。本体５１の上面は所定量のフライアッシュＦを供給する定量供給機２に通じており、また本体５１内の上部には、捕集剤Ｇを散布する噴霧管５４が軸方向に平行に設けられている。
なお、噴霧管５４は図６に示すように、回転軸５２の内部に設置してもよい。
本ミキサー５０に供給されたフライアッシュＦは、上部又は回転軸内の噴霧管５４から噴霧された捕集剤Ｇとともに、電動機５５で回転するリボン状の羽根５３により、側面からみて横８の字状に動かされて撹拌・混合されて、排出口５６から取り出される。
本ミキサー５０は構造が簡単で、かつ大容量のフライアッシュを処理できるという特徴を有する。
なお、上記のいずれの実施形態に係るミキサーにおいても、連続的かつ効率的にフライアッシュと捕集剤の混合を行うことができるように、複数台のミキサーを直列接続して多段式のミキサーを構成することが好ましい。
ミキサー５を直列に多段接続した構成例を図７に示す。図７は、第１の実施形態に係るミキサー３０Ａを２台接続した場合であり、図２と同じ部分には同一の符号を付している。
第１段のミキサーに供給されたフライアッシュＦと捕集剤Ｇは、ミキサー３０Ａ内で混合され、剪断力を付加された後に、排出口５７を通じて第２段のミキサーに供給される。第２段ミキサーに供給された混合物Ｆ’は、配管５８により供給される捕集剤Ｇと再び混合されて剪断力を付加されることとなる。
なお、ミキサーの接続方法は図７に限られるものではなく、目的性能により３台以上接続してもよく、また他の実施形態に係るミキサーを同じ実施形態同士で、若しくは異なる実施形態同士で複数接続してもよいことはもちろんである。
混合槽７は、ミキサー５で混合されたフライアッシュと捕集剤に水供給装置６からの水を混合することによりスラリーを調整するものである。
液中撹拌装置９は、混合槽７で調整されたスラリーを高速で撹拌することにより高剪断力を付加して未燃カーボンの表面を改質するものである。
調整槽１２は、液中撹拌装置９から排出されたスラリーに、起泡剤タンク１０からポンプ１１を介して供給された起泡剤を添加して混合するものであり、これによりスラリーは気泡を発生させやすい状態になる。
浮選機１５は、ポンプ１３を介して送られてきたスラリーを撹拌しながら大気中の空気を吸い込ませることにより、発生した気泡に未燃カーボンを付着させ浮上させて分離するものである。また、大気中の空気とは別に浮選機１５の底部から空気供給設備１４からの空気を吹き込むことにより、気泡の発生量を調整することができる。
浮選機１５における浮上物として分離された未燃カーボンは配管２２を通じて脱水機２３へ送られる。また、浮選機１５の沈殿物として回収される未燃カーボンが分離された後のスラリーは、ポンプ１６により固液分離器１７へ送られる。
固液分離器１７は、送られてきたスラリーをフライアッシュと水に分離するものであり、分離されたフライアッシュはケーキとして乾燥機１８に送られる。また、分離された水は循環用配管２７を通じてポンプ２６により混合槽７へ戻されてスラリー生成用の水として再利用される。
乾燥機１８は、ケーキとしてのフライアッシュを、熱風炉２１で発生する熱風により乾燥させるものであり、乾燥後のフライアッシュは未燃カーボンが分離された製品としてのフライアッシュ２０となり、セメントの混合材などに使用される。
バグフィルタ１９は、乾燥機１８における乾燥過程で発生したフライアッシュの微粉をろ過集じんすることにより回収するものであり、回収されたフライアッシュも製品としてのフライアッシュ１７となる。
脱水機２３は、浮選機１５において浮上物として分離された未燃カーボンを脱水するものである。この脱水機２３としては、例えばフィルタープレスなどがあり、その場合には浮上物はフィルターで圧搾することにより脱水されることになる。
脱水後の未燃カーボン２５は燃料として使用することができ、その一部は熱風炉２１に燃料として供給され、乾燥機１８への熱風を発生するために使用される。
脱水機２３で分離された水は循環用配管２７へ送られ、前出の固液分離装置１７から分離された水と同じく混合槽７において再利用される。
次に、上記のシステムを用いたフライアッシュからの未燃カーボンの分離方法について図１を参照して説明する。
フライアッシュタンク１から定量供給装置２によりフライアッシュを切り出してミキサー５に投入し、捕集剤タンク３から供給された捕集剤とともに撹拌・混合するとともに剪断力を付加する。
このときミキサー５においては、粉末状のフライアッシュを直接に撹拌・混合することから、スラリーの場合と異なり水が存在しないため、フライアッシュと捕集剤の間から水を排除するための動力エネルギーが不要となり、かつ添加される捕集剤がフライアッシュに容易に到達することができる。また、撹拌される際にフライアッシュ中の未燃カーボンに剪断力が付加されるので、下流の工程である液中撹拌装置９で付加すべき剪断力の一部を負担させることができるため、液中撹拌装置９の動力エネルギーをその分だけ低減することができる。
ミキサー５における捕集剤の添加量は、捕集剤として灯油を用いた場合には、フライアッシュに対して約０．０５〜１０重量％程度となるようにする。
なお、フライアッシュに対する捕集剤の量が極めて少ないため、捕集剤をアトマイズするための水をフライアッシュに対して４０重量％以下、好ましくは５〜１５重量％添加する。
また、フライアッシュには単位重量当たり１０〜５０ kWh/m3、好ましくは２０〜４０ kWh/m3の剪断力が付加されるため、液中撹拌装置９の動力エネルギーを５０％程度低減することができる。
このようにして撹拌・混合され剪断力を付加されたフライアッシュと捕集剤の混合物は混合槽７に移送される。
混合槽７においては、前記の混合物に水供給装置６からの水を加えて混合することによりスラリーを生成する。このときのスラリー濃度は、１０〜３０重量％の範囲となるようにすることが好ましい。
そして、そのスラリーを液中撹拌装置９で十分に混合・撹拌することにより高剪断力を付加する。この高剪断力によりスラリー中に含まれる未燃カーボンの表面が改質されて捕集剤３７との親和性が高まり、後の工程である浮選機１５における浮選浮遊性が向上することになる。
次に、高剪断力を付加されたスラリーを調整槽１２に送り、起泡剤を添加して混合することにより気泡を発生しやすい状態とする。そして浮選機１５において撹拌しながら空気を吸い込ませ、フライアッシュ３６中に含まれる未燃カーボンを捕集剤３７とともに気泡に付着させ浮上させて分離する。
このようにして浮上物として分離された未燃カーボンは水分を多く含むので、燃料用として使用するために脱水機２３において脱水する。
また、未燃カーボンが分離されたスラリーを沈殿物として回収し、固液分離器１７において水を分離した後に、乾燥機１８において乾燥させて製品としてのフライアッシュ２０を得る。また、乾燥機１８の中で微粉となっているフライアッシュをバグフィルター１９で回収することにより、製品としてのフライアッシュ２０の収率を高めることができる。
なお、固液分離器１７及び脱水機２３において分離された水は、循環用配管２７を通じて混合槽７に送られて、スラリーを生成するための水として再利用することができる。
本発明の実施形態に係るプラントシステムの系統図である。 第１の実施形態に係るミキサーの構造を示す断面図である。 第２の実施形態に係るミキサーの構造を示す断面図である。 第３の実施形態に係るミキサーの構造を示す断面図である。 第４の実施形態に係るミキサーの構造を示す断面図である。 第４の実施形態に係るミキサーの変形例を示す断面図である。 第１の実施形態に係るミキサーを２段に直列接続した場合の系統図である。 従来の発明の実施形態に係るプラントシステムの系統図である。 剪断力を付加する前後におけるスラリーの状態を説明する図であって、（ａ）は剪断力の付加前、（ｂ）は剪断力の付加後の状態を示す。
符号の説明
１ フライアッシュタンク ２ 定量供給機 ３ 捕集剤タンク
４ 捕集剤用ポンプ ５ ミキサー ６ 水供給装置
７ 混合槽 ８ 第１スラリー用ポンプ ９ 液中撹拌装置
１０ 起泡剤タンク １１ 起泡剤用ポンプ １２ 調整槽
１３ 第２スラリー用ポンプ １４ 空気供給設備 １５ 浮選機
１６ 沈殿物用ポンプ １７ 固液分離器 １８ 乾燥機
１９ バグフィルタ ２０ 製品フライアッシュ ２１ 熱風炉
２２ 浮上物用配管 ２３ 脱水機
２４ 未燃カーボン移送経路
２５ 燃料用未燃カーボン ２６ 循環水用ポンプ ２７ 循環配管
３０ ミキサー ３１ 容器 ３２ 撹拌羽根
３３ 回転軸 ３４ 噴霧器 ３５ 電動機
３６ 本体容器 ３７ 撹拌羽根 ３８ アジテータ
３９ スクレーパ ４０ 第１電動機 ４１ 第２電動機
４３ 回転軸 ４４ 撹拌羽根 ４５ 電動機
４６ 排出口 ５０ リボンブレンダー ５１ 本体
５２ 回転軸 ５３ リボン状の羽根 ５４ 噴霧管
５５ 電動機 ５６ 排出口

Claims (3)

  1. ミキサーにおいてフライアッシュに０〜４０重量％の水と捕集剤とを添加して撹拌することにより混合物を生成し、前記混合物に更に水を添加してスラリーを生成し、前記スラリーに剪断力を付加し、前記剪断力を付加されたスラリーに起泡剤を添加して空気を吸い込みつつ撹拌することにより前記フライアッシュ中の未燃カーボンを浮選分離することを特徴とするフライアッシュ中の未燃カーボンの除去方法。
  2. 前記ミキサーは高速流動型混合機であることを特徴とする請求項１に記載のフライアッシュ中の未燃カーボンの除去方法。
  3. 前記ミキサーはリボンブレンダーであることを特徴とする請求項１に記載のフライアッシュ中の未燃カーボンの除去方法。
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