JP2012149140A

JP2012149140A - 固形状燃料

Info

Publication number: JP2012149140A
Application number: JP2011007403A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Tanaka; 信夫田中; Yuki Ueno; 勇希上野; Haruo Shiraishi; 春夫白石
Original assignee: Taihokohzai Co Ltd
Current assignee: Taihokohzai Co Ltd
Priority date: 2011-01-18
Filing date: 2011-01-18
Publication date: 2012-08-09

Abstract

【課題】クリンカーの原因となるごみ固形化燃料からクリンカー性、腐食性の高い飛灰を発生させないことであり、別注入の添加剤を必要としない固形状燃料を提供する。
【解決手段】固形状燃料は、飛灰改質材を混合して成形されたごみ固形化燃料であって、該改質材が、アルミニウム化合物、ケイ素化合物及びアルミニウムケイ素化合物からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むものである。該改質材の含有量が０．１質量％以上である。該改質材の含有量が０．５〜１０質量％である。該改質材が、アルミニウムケイ素化合物と、アルミニウム化合物及び／又はケイ素化合物とを含み、該アルミニウムケイ素化合物の含有量が０．１質量％以上である。該アルミニウムケイ素化合物が、ケイ酸アルミニウム化合物である。該改質材が廃棄物の再利用物を含む。
【選択図】なし

Description

本発明は、固形状燃料に関する。更に詳細には、本発明は、ＲＰＦ（ＲｅｆｕｓｅＰａｐｅｒ＆ＰｌａｓｔｉｃＦｕｅｌ）やＲＤＦ（ＲｅｆｕｓｅＤｅｒｉｖｅｄＦｕｅｌ）などの成形時に、所定の改質材を混合して成る固形状燃料に関する。

従来、都市ごみ等を燃焼させる焼却炉、キルン、廃熱回収ボイラー等の施設において、ごみを基準として珪素化合物の少なくとも一種を２〜２００ｐｐｍ（ＳｉＯ_２換算）含む水スラリーをごみに添加し、発生するクリンカーを抑制する炉内クリンカー制御方法が提案されている（特許文献１参照。）。

特開２００３−１０６５０７号公報

しかしながら、添加剤はごみに添加あるいは炉内に直接投入するなどして炉内に投入されると、その一部は後部へ飛散してしまい、添加ロスが大きい。このため、クリンカーに対して有効に作用しにくく、有効に作用させるためには大量に使う必要があり、コスト高になるという問題点があった。また、別途、注入装置が必要となるなど、実用化には難点があった。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、その目的とするところは、従来技術は、添加ロスの大きい添加剤をクリンカー対策、高温腐食対策として使用するのに対し、本発明は、クリンカーの原因となるごみ固形化燃料からクリンカー性（クリンカー形成能力を意味する。）、腐食性の高い飛灰を発生させないことであり、別注入の添加剤を必要としない固形状燃料を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。そして、その結果、ＲＰＦやＲＤＦなどのごみ固形化燃料に対して、所定の改質材を混合することなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明の固形状燃料は、飛灰改質材を混合して成形されたごみ固形化燃料であって、該改質材が、アルミニウム化合物、ケイ素化合物及びアルミニウムケイ素化合物からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むものであることを特徴とする。

本発明によれば、飛灰改質材を混合して成形されたごみ固形化燃料であって、該改質材が、アルミニウム化合物、ケイ素化合物及びアルミニウムケイ素化合物からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むものとしたため、クリンカーの付着性が低い飛灰が生成し、あわせて飛灰の腐食性も低減することから、添加ロスの大きい添加剤を使用する必要がなく、さらには添加剤のような別注入工程を必要としない固形状燃料を提供することができる。

机上試験用の小型燃焼炉を示す模式図である。バッチ式模擬燃焼炉の構成を示す説明図である。

以下、本発明の固形状燃料について詳細に説明する。
本実施形態に係る固形状燃料は、飛灰改質材を混合して成形されたごみ固形化燃料であって、該改質材が、アルミニウム化合物、ケイ素化合物及びアルミニウムケイ素化合物からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むものである。
このような構成とすることにより、燃焼時にアルミニウム化合物やケイ素化合物、アルミニウムケイ素化合物によって改質された飛灰が生成され、流動バイオマスボイラーの炉壁や煙道内水管表面などにおけるクリンカーの付着を抑制ないし防止することができる。また、アルミニウム化合物、ケイ素化合物、アルミニウムケイ素化合物などの改質材がごみ固形化燃料に予め混合含有されている、すなわちごみ固形化燃料中に均一に存在しているため、付着性の低い飛灰に効率良く改質することができる。
そして、このアルミニウム化合物やケイ素化合物、アルミニウムケイ素化合物が含まれた飛灰は、アルカリや塩化水素などによる水管の腐食性が低くなるため、例えばこれまで使用が控えられていた塩素を多く含むプラスチックを使用したごみ固形化燃料は腐食の問題があるために使用が控えられてきたが、これらが問題なく使用できるようになるという利点もある。

固形状燃料においては、上記改質材の含有量が０．１質量％以上であることが好ましく、０．２質量％以上であるとより好ましい。また、クリンカーの付着防止と腐食防止という双方の観点からは、上記改質材の含有量が０．５〜１０質量％であることが好ましい。更に、上記改質材の合計含有量が１〜１０質量％であることがより好ましい。上記改質材の含有量が０．５質量％より少ないとクリンカーの付着防止効果も腐食防止効果も低下し、上記改質材の含有量が１０質量％を超えるとクリンカーの付着防止効果も腐食防止効果も低下しないが、固形状燃料中の灰分量が増加して発熱量が下がり、燃料として使用する上で好ましくない。更に、上記改質材の含有量が２０質量％を超えると、灰分量が増加しすぎて固形状燃料自体の成形が難しくなる。クリンカー付着防止効果、腐食防止効果、燃料成形性及び燃料コストの全てを考慮すると、上記改質材の含有量が１〜１０質量％であることが特に好ましい。

固形状燃料において、アルミニウムケイ素化合物と、アルミニウム化合物及びケイ素化合物のいずれか一方又は双方とを含有するときは、アルミニウムケイ素化合物の含有量が０．１質量％以上であることが好ましい。特にアルミニウムケイ素化合物の含有量が０．１質量％以上であると、水管の腐食防止に対して優れた効果が発揮される。

アルミニウム化合物としては、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム（アルミナ）、ボーキサイト、又はこれらを主成分とするものであれば特に限定されるものではない。これらは単独で又は混合して用いることができる。その中でも、水酸化アルミニウムを好適に用いることができる。
ケイ素化合物としては、二酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、又はこれらを主成分とするものであれば特に限定されるものではない。これらは単独で又は混合して用いることができる。その中でも、二酸化ケイ素（シリカ）を好適に用いることができる。
アルミニウムケイ素化合物としては、ケイ酸アルミニウム化合物やカオリンに代表されるケイ酸アルミニウムを主成分とする鉱物を好適に用いることができる。これらは単独で又は混合して用いることができる。

固形状燃料においては、上記改質材が廃棄物の再利用物を含むことが望ましい。アルミニウム化合物やケイ素化合物、アルミニウムケイ素化合物が各種製造工程から排出された研磨くず、集塵ダストなどの廃棄物、焼却残渣物等の再利用物であると、安価な固形状燃料とすることができるからである。

各種製造工程から排出された研磨くずや集塵ダストなどの廃棄物は、ケイ素やアルミニウム以外の不純物を多量に含んでいないものを用いることが好ましい。例えば、高純度シリコンの切削加工時に排出される切削くず、カオリン鉱物の破砕時に発生する微粉末ダストを挙げることができる。不純物としては鉛、亜鉛、ヒ素、錫、水銀、カドミウムなどの環境に有害な重金属が挙げられ、これらの物質がほとんど含まれないものを使用するのが良い。また、ごみ固形化燃料に混合して使用した際に、クリンカーや高温腐食の原因となるナトリウムやカリウム、塩素、リンなどの不純物についてもあまり含んでいないものを用いることが好ましい。

なお、上記改質材におけるアルミニウム化合物、ケイ素化合物、アルミニウムケイ素化合物の組合せ及びその添加量は、成形する固形化燃料の性状、特にナトリウム、カリウム、塩素及び灰分の量等の因子を考慮して決定することができる。すなわち、灰分の多い固形状燃料を成形しているか否か、あるいは灰分中のナトリウムや塩素などが多い固形状燃料を成形しているか否かによって、改質材の混合量を適時決定することができる。
一般的に、クリンカー付着に対してはアルミニウム化合物やケイ素化合物の成分割合を多くすることが好ましく、腐食に対してはアルミニウムケイ素化合物の成分割合を多くすることが好ましく、クリンカー付着及び腐食の双方に対しては、これらを併用することが好ましい。
また、クリンカー抑制及び腐食防止に対しては、マグネシウム、カルシウム及びそれらの化合物も用いることができる。ドロマイトなどのケイ素を含む鉱物であればなお良い。

以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

・実施例及び比較例に用いたＲＰＦ
廃プラスチックと紙類とを、廃プラスチック：紙類＝６：４で配合し、圧縮成形した固形化燃料のＲＰＦである。

・試験例１〜３に使用した本発明における改質材Ａ〜Ｅの５種類
改質材Ａ〜Ｄは一般の工業用製品である。改質材Ｅは産業廃棄物として引き取られたシリコン研磨くずや、カオリン鉱石の破砕ダストの廃棄物を再利用したものである。
・改質材Ａ：アルミナ
・改質材Ｂ：シリカ
・改質材Ｃ：ケイ酸アルミニウム
・改質材Ｄ：アルミナ（３５質量％）、シリカ（３０質量％）及びケイ酸アルミニウム（３５質量％）の混合物
・改質材Ｅ：アルミニウム化合物（３５質量％）、ケイ素化合物（３５質量％）、その他（１０質量％）及びケイ酸アルミニウム（２０質量％）の混合物（いずれも廃棄物の再利用）

（試験例１）
実施例１−１〜実施例１−５と比較例１−１及び比較例２−１〜比較例２−５について、実験室で下記方法により灰化させて得た灰分の評価を行った。得られた結果を表１に示す。また、各例の仕様の一部を表１に併記する。

（灰化方法）
ガスバーナーを備えた机上試験用の小型燃焼炉（図１）の中にＲＰＦを置いて燃焼灰化させた残渣を灰分として採取した。

（灰分の分析）
得られた灰分を蛍光Ｘ線分析装置で分析した。

・比較例１−１
本発明における改質材を混合せずに成形した上記のＲＰＦである。なお、ＲＰＦ（比較例１−１に相当）の性状を表２に示す。

・実施例１−１〜実施例１−５
製造ラインの途中（圧縮成形前）でアルミニウム化合物、ケイ素化合物、アルミニウムケイ素化合物等の所定の改質材Ａ〜Ｅの５種類をＲＰＦ量に対して１質量％混合した本発明の固形状燃料である。

・比較例２−１〜比較例２−５
圧縮成形された製造後のＲＰＦの表面に、所定の改質材Ａ〜Ｅの５種類をＲＰＦ量に対して１質量％ふりかけて添加したものである。すなわち１質量％を表面散布したものである。

（クリンカー性の評価：融点の測定）
ＲＰＦを灰化させて得られた灰分の融点を測定して固形状燃料のクリンカー性を評価した。なお、融点は、ＪＩＳ−Ｍ−８８０１の石炭灰分の溶融特性評価方法を応用して測定した。

（腐食試験）
腐食性については、灰化させて得られた灰分で高温腐食試験を実施して評価した。試験方法は、ＪＩＳ−Ｚ−２２９２の塩塗布試験である。実験条件は下記の通りである。
・テストピース：ＳＵＳ３０４（１３×１３×２．８ｍｍ）
・雰囲気温度：４００℃、４５０℃、５００℃
・雰囲気ガス：疑似排ガス（ＣＯ_２：１０体積％、Ｏ_２：１０体積％、ＨＣｌ：０．１体積％、Ｈ_２Ｏ：２０体積％、Ｎ_２：バランス）
・時間：１００時間

（試験例１の結果）
実施例１−３はカオリンが混合されるため、特に実施例１−３は腐食性に優れている。
実施例１−２はシリカが混合されるため、クリンカー抑制に優れている。

（試験例２）
試験例１で、本発明における改質材を混合したＲＰＦは、添加したものよりもクリンカー性、腐食性は低かった。
試験例２は、製造ラインの途中（圧縮成形前）でアルミニウム化合物、ケイ素化合物、アルミニウムケイ素化合物等の所定の改質材Ａ〜Ｅの５種類を混合して圧縮成形した固形状燃料の成形性について目視評価した。
更に、試験例１と同様に小型燃焼炉で灰化させて得られた灰分で、混合量の最適範囲を測定した。
得られた結果を表３に示す。また、各例の仕様の一部を表３に併記する。表３の「成形性評価」における、「◎」は比較例１−１（無添加）とほぼ同等の成形性であること、「○」はやや成形性が悪く、ごく一部が剥離すること、「△」はかなり成形性が悪く、やや脆いこと、「×」は成形不能（自然崩壊）であることを示す。

（試験例２の結果）
０．０５質量％では比較的効果が小さい。
０．１質量％、０．２質量％であると腐食試験に効果が見られるが、表３中の融点の比較から、クリンカー性は良くない。
０．５質量％以上であると両方ともに効果が良く、１０質量％では含ませることによる性能向上効果が小さくなる。また１５質量％では成形性がやや悪く又は悪くなる。
実施例２−３−１〜実施例２−５−７はカオリンが混合されるため、特に実施例２−３−１〜２−３−７は腐食性に優れている。
実施例２−２−１〜２−２−７のシリカは、表３中の融点の比較から、クリンカー抑制に優れている。

（試験例３）
図２に示す疑似燃焼炉において試験例１で作製した固形状燃料（１質量％混合）を灯油バーナーで助燃しながら燃焼し、テストプローブへのクリンカー付着量から本発明の評価を行った。また、添加剤として表面散布した比較例１−１、比較例２−１〜２−５及び表面散布量を多くした比較例３−１〜３−５についても、同様の評価を行った。具体的には、テストプローブ先端部分の約２０ｃｍに付着したクリンカーをスクレッパーで削り取り、質量を測定して付着量を評価した。得られた結果を表４に示す。また、各例の仕様の一部を表４に併記する。

・比較例３−１〜比較例３−５
圧縮成形された製造後のＲＰＦの表面に、所定の改質材Ａ〜Ｅの５種類をＲＰＦ量に対して１０質量％ふりかけて添加したものである。すなわち１０質量％を表面散布したものである。

（試験例３の結果）
クリンカー付着試験は実施例１−１のアルミナのものと実施例１−２のシリカのものが良いことが分かる。
比較例２−１〜２−５では効果がないことが分かる。但し、添加量を多くした比較例３−１〜３−５では実施例１と同様の効果が得られた（添加ではロスが多く、少量では十分な効果が発揮できなかった。）。
１０質量％、１５質量％では効果が変わらないが、１５質量％は成形性が悪く、発熱量も下がるので、現実的ではない。特に含有量が０．５〜１０質量％であると優れた効果が得られる。

１耐火れんが
２ガスバーナー
３排気口
４のぞき窓
５熱電対温度計
１１焼却物投入口（灰払い出し口）
１２燃焼炉
１３ブロワー
１４灯油タンク
１５灯油バーナー
１６模擬水管（テストプローブ）
１７排気煙道

Claims

飛灰改質材を混合して成形されたごみ固形化燃料であって、当該改質材が、アルミニウム化合物、ケイ素化合物及びアルミニウムケイ素化合物からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むものであることを特徴とする固形状燃料。
上記改質材の含有量が０．１質量％以上であることを特徴とする請求項１に記載の固形状燃料。
上記改質材の含有量が０．５〜１０質量％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の固形状燃料。
上記改質材が、アルミニウムケイ素化合物と、アルミニウム化合物及び／又はケイ素化合物とを含み、
上記アルミニウムケイ素化合物の含有量が０．１質量％以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の固形状燃料。
上記アルミニウムケイ素化合物が、ケイ酸アルミニウム化合物であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の固形状燃料。
上記改質材が廃棄物の再利用物を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載の固形状燃料。