JP2011000549A - 石炭焚火力発電所から排出される排水スラッジのリサイクル方法 - Google Patents

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直行 野呂
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Keita Korenaga
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    • Y02W10/37Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy

Abstract

【課題】石炭焚火力発電所から大量に排出される排水スラッジを、設備改造のための多くの費用を要することなく製鉄原料として有効に利用することができるリサイクル方法を提供する。
【解決手段】石炭焚火力発電所から排出される排水スラッジ1に発熱性のある粉粒状鉄源2を添加して攪拌し、粉粒状鉄源2の酸化熱によって水分含有率を10〜15%の領域まで低下させる。これをコークス粉3及び他の鉄源4とともに焼結用混練原料として焼結機5に投入し、焼結鉱6として高炉に投入する。焼結鉱の品質に全く問題はなく、排水スラッジ1に含有されているS分は焼結機5の脱硫装置により除去されるので、設備改造の必要もない。
【選択図】図1

Description

本発明は、石炭焚火力発電所から排出される排水スラッジを製鉄原料としてリサイクルし、有効に利用する方法に関するものである。
石炭焚火力発電所から大量に排出される排水スラッジ中には、イオウ(S)、カルシウム酸化物(CaO)、マグネシウム酸化物(MgO)等が多量に含有されている。例えばCaOは5〜10%(質量%、以下本明細書において同じ)、MgOは20〜40%程度である。特に排水処理工程において脱硫処理を行った場合、排水スラッジ中には、数%のSが含有されているため、環境へのS等の流出を防止する観点から埋め立て処理の用地選定が困難になりつつある。また前記の排水スラッジは水分含有率も70%以上で粘土状であるためにその取り扱いも容易ではない。
そこで特許文献1に示されるように、石炭焚火力発電所から排出される排水スラッジを火力発電所の燃料添加剤として再利用する提案や、発電所の排煙脱硫装置における硫黄酸化物吸着剤として再利用する提案がなされている。しかしこれらは燃料への添加混合設備が必要となり、設備改造のための費用が嵩むこととなるため、未だ有効に実用化されていないのが実情である。
さらに石炭焚火力発電所は海域に隣接する場所に設置されていることが多く、厳しい排水排出基準をクリアしようとすると薬剤添加量の増加に伴い排水スラッジの発生量がますます増加するという状況にある。
なお特許文献2には石炭焚火力発電所から排出される排水スラッジを天日により乾燥させる方法が記載されているが、長期間を要して水分含有率を40%前後まで低下させるだけであり、乾燥物は廃棄処分されているので再利用する方法ではない。
特開2005−337644号公報(請求項6、段落0003) 特開2005−185900号公報(請求項1、段落0028)
本発明は上記した従来の問題点を解決し、石炭焚火力発電所から大量に排出される排水スラッジを、設備改造のための多くの費用を要することなく製鉄原料として有効に利用することができるリサイクル方法を提供することを目的とするものである。
上記の課題を解決するためになされた本発明は、石炭焚火力発電所から排出される排水スラッジに発熱性のある粉粒状鉄源を添加して攪拌し、粉粒状鉄源の酸化熱によって水分含有率を低下させた混合物としたうえ、コークス粉及び他の鉄源とともに混練し、焼結用混練原料として焼結機に投入し、焼結鉱とすることを特徴とするものである。
請求項2のように石炭焚火力発電所から排出される排水スラッジがS、CaO、MgOを含有するスラッジである場合、焼結機の脱硫設備を利用してSを除去することが好ましい。また請求項3のように、発熱性のある粉粒状鉄源として、製鉄所において発生する鉄
分含有ダストを使用することができる。また請求項4のように、粉粒状鉄源の酸化熱により、排水スラッジの水分含有率を10〜15%の領域まで低下させた混合物とすることが好ましい。また請求項5のように、焼結機に投入される焼結用混練原料が、40〜60質量%の鉄分を含有するものであることが好ましい。
本発明によれば、石炭焚火力発電所から排出される水分含有率が70%以上(但し、100%以上は除く)である高含水率の排水スラッジに、発熱性のある粉粒状鉄源を添加して攪拌し、酸化熱によって水分含有率を低下させた混合物とする。得られた混合物はCaO、MgOのほかに多量の鉄分を含有するので、コークス粉及び他の鉄源とともに焼結用混練原料として焼結機に投入し、焼結鉱とすることにより、製鉄原料として有効に利用することができる。このため新たな設備はほとんど不要であり、既存の設備によって排水スラッジのリサイクルが可能である。排水スラッジは廃棄物として外部委託処理していたため、本発明による経済的効果は絶大である。
特に本発明では鉄分の酸化熱を利用して乾燥させるので、高含水率の排水スラッジを水分含有率が10〜15%の領域となるまで安価にかつ容易に乾燥を進行させることができる。また含有される鉄分は製鉄原料として直接利用されることはもちろん、排水スラッジ中のCaOは焼結鉱製造時の焼結過程で融液ボンドの役割をし、また、排水スラッジ中のMgOはスラグ融点を上昇させFe2O3分を固溶させるため焼結鉱の高炉内還元後強度確保に有効に作用する。さらに含有されているSは焼結機の脱硫設備を利用して除去されるので新たな設備を要することがない。また発熱性のある粉粒状鉄源として、製鉄所において発生する鉄分含有ダストを使用すれば、十分に利用出来なかったダストも合せて活用できるとともにコストダウンを図ることができる。
本発明の工程説明図である。
以下に図1のフローを参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。
石炭焚火力発電所から排出される排水スラッジ1は、前記したようにCaOを5〜10%(質量%、以下同じ)、MgOを20〜40%、Sを2〜5%程度含有するものであり、水分含有率も70〜80%程度のものである。本発明ではこの排水スラッジ1に発熱性のある粉粒状鉄源2を添加する。粉粒状鉄源2は金属鉄を含有するものであればよいが、コスト面から製鉄所において発生する鉄分含有ダストを使用することが好ましい。例えば転炉ガスを湿式除塵して回収した微粉ダストは5〜20%の金属鉄を含有しているので好適である。
粉粒状鉄源2を排水スラッジ1に添加して攪拌混合すると、粉粒状鉄源2に含有されている金属鉄が酸化反応を生じて酸化熱を発生し、排水スラッジ1の水分を蒸発させて乾燥させる。このように粉粒状鉄源2を添加する主目的は排水スラッジ1の乾燥であるから、添加量は目的とする水分含有率に到達するために必要な発熱量から算出することができる。具体的には、1kgの金属鉄が酸化すると1132kcalの酸化熱を発生する。そして乾燥必要熱量は、乾燥必要熱量=乾燥必要水分量×(顕熱+潜熱)として算出できる。
しかし実験の結果、粉粒状鉄源2に含有されている金属鉄を全て酸化させた場合に発生する酸化熱の、70〜80%程度が水分蒸発に有効に働くことが確認された。従って乾燥必要熱量=(0.7〜0.8)×鉄源発熱量として、粉粒状鉄源2の添加量を定めることが好ましい。このようにして排水スラッジ1の水分含有率を混合に適した10〜15%の領域まで低下させることが可能となる。水分含有率がこの範囲よりも低いと飛散しやすく
なり、この範囲よりも高いと混合性が悪くなる。なお、従来のようなヤード内での天日乾燥では、排水スラッジ1の水分含有率を25%以下とすることは困難である。尚、排水スラッジ1に、天日干し、大気乾燥を施して水分含有率を25〜40%程度とした上で、発熱性のある粉粒状鉄源2を添加すると、酸化熱を更に有効に利用出来るので、排水スラッジ1の水分含有率を混合に適した10〜15%の領域まで容易に低下させることが可能である。
このように粉粒状鉄源2を排水スラッジ1に添加して攪拌混合するためには様々な方法が採用できるが、重機の大型バケット内部に動力撹拌装置を組み込み、バケット内部で強撹拌を行えるようにすると、排水スラッジ1の搬送と撹拌とを同時に行うことができるので好ましい。更に、動力攪拌すれば、排水スラッジが粘土状であっても、排水スラッジと発熱性のある粉粒状鉄源を有利に混合することが可能である。
次に、排水スラッジ1と粉粒状鉄源2との混合物にコークス粉3及び他の鉄源4を加えて混練し、焼結用混練原料とする。コークス粉3には無煙炭を混合してもよい。他の鉄源4としては、製鉄所において発生する鉄分含有ダスト、例えばバグフィルタによる集塵ダストを使用することができる。前工程において排水スラッジ1の水分含有率は10〜15%に調整されているため、通常のペレタイザー等の混練機によって容易に焼結用混練原料とすることができる。焼結機に投入される焼結用混練原料は従来の排水スラッジを含有しない焼結用混練原料と同様に40〜60質量%の鉄分を含有するものとしておく。なお焼結原料中に占める焼結用混練原料の比率は1〜5%程度であるが、これによって石炭焚火力発電所から排出される大量の排水スラッジを、製鉄原料として定常的にリサイクルすることが可能となる。
得られた焼結用混練原料は既設の焼結機5の原料ホッパーに投入され、下方のウインドボックスから空気を吸引しながら焼結されて焼結鉱6となる。なお排水スラッジ1に含有されるS分は既設の焼結機5が備えている脱硫装置によって回収されるので、環境中に排出されるおそれはない。得られた焼結鉱6は従来と同様に製鉄原料として高炉に投入され、含有される鉄分は銑鉄となり、含有されるCaOとMgOはスラグとなる。このように、本発明によれば石炭焚火力発電所から大量に排出される排水スラッジを、設備改造のための多くの費用を要することなく製鉄原料として有効に利用することができる。
製鉄所内に設置されている炭焚火力発電所から排出される脱硫排水スラッジは、発生時70%の水分を含有し、固形分はMgO:34.0%、CaO:6.5%、S:4.0%、T−Fe:1.3%であった。この排水スラッジに、発熱性のある粉粒状鉄源として転炉ガスを湿式除塵して回収した微粉ダストを混合し、強撹拌した。この微粉ダストは、(T−Fe:70.0%、)金属−Fe:13.0%、FeO:70.7%、Fe:3.3%、CaO:5.4%、SiO:1.1%、MgO:0.5%の組成を有するものである。排水スラッジと微粉ダストとの配合比率は、質量比で1:5とした。
含有される金属鉄の酸化熱によって排水スラッジの水分が蒸発し、水分含有率を13%にまで低下させることができた。なお撹拌は容量が400リットルの重機バスケット内に組み込んだドライブミキシング装置を129rpmで駆動させて行った。
この混合物にさらに粉コークスと製鉄所において発生する鉄分含有ダストとを加えて混合し、表1に示す組成の焼結用混練原料を作成した。混合比は、鉄分含有ダスト:35%、粉コークス:30%、粉粒状鉄源:31.5%、残部が排水スラッジである。なお表1の下段に示される従来例は排水スラッジを含有しない焼結用混練原料であるが、成分は実施例とほぼ同一であることが分る。
Figure 2011000549
この焼結用混練原料を従来通り焼結機に投入して焼結鉱を製造し、高炉に投入して製鉄原料として使用した。焼結性能は従来の排水スラッジを含有しない焼結用混練原料と同様であり、焼結鉱の品質にも全く問題はなかった。また排水スラッジに含有されているS分は焼結機の脱硫装置により除去され、環境を汚染するおそれはなかった。
1 排水スラッジ
2 粉粒状鉄源
3 コークス
4 他の鉄源
5 焼結機
6 焼結鉱

Claims (5)

  1. 石炭焚火力発電所から排出される排水スラッジに発熱性のある粉粒状鉄源を添加して攪拌し、粉粒状鉄源の酸化熱によって水分含有率を低下させた混合物としたうえ、コークス粉及び他の鉄源とともに焼結用混練原料として焼結機に投入し、焼結鉱とすることを特徴とする石炭焚火力発電所から排出される排水スラッジのリサイクル方法。
  2. 排水スラッジがS、CaO、MgOを含有するスラッジであり、焼結機の脱硫設備を利用してSを除去することを特徴とする請求項1記載の石炭焚火力発電所から排出される排水スラッジのリサイクル方法。
  3. 発熱性のある粉粒状鉄源として、製鉄所において発生する鉄分含有ダストを使用することを特徴とする請求項1記載の石炭焚火力発電所から排出される排水スラッジのリサイクル方法。
  4. 粉粒状鉄源の酸化熱により、排水スラッジの水分含有率を10〜15%の領域まで低下させた混合物とすることを特徴とする請求項1記載の石炭焚火力発電所から排出される排水スラッジのリサイクル方法。
  5. 焼結機に投入される焼結用混練原料が、40〜60質量%の鉄分を含有することを特徴とする請求項1記載の石炭焚火力発電所から排出される排水スラッジのリサイクル方法。
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