JP2013220949A - 石炭灰加工品の製造方法、及び、製造システム - Google Patents

Abstract

【課題】火力発電所等から排出された石炭灰と湿潤状態の脱硫石膏を用いて締固め材料や粒状石炭灰といった石炭灰加工品を製造するに際し、製品の均質化を図る。
【解決手段】
本発明に係る石炭灰加工品の製造方法は、加湿灰ＦＡ、セメント粉末Ｃ、湿潤状態の脱硫石膏Ｇ、及び、工業用水Ｗを混合して練り混ぜるに際して、脱硫石膏Ｇと工業用水Ｗとを石膏スラリー槽１で混合して石膏スラリーＳＬを作製する第１工程と、加湿灰ＦＡ、セメント粉末Ｃ、及び、石膏スラリーＳＬを土質改良機２で混合して練り混ぜる第２工程とを行うことを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、火力発電所等から排出された石炭灰と湿潤状態の脱硫石膏を用いて締固め材料や粒状石炭灰といった石炭灰加工品を製造する石炭灰加工品の製造方法、及び、製造システムに関する。

石炭を燃料とするボイラーを所有する火力発電所等の施設では、副産物として大量の石炭灰や脱硫石膏が排出されており、その有効活用が求められている。この施設から排出される石炭灰や脱硫石膏は湿潤状態となっている。

湿潤状態の石炭灰や脱硫石膏を扱う方法として、例えば特許文献１には、１０〜４０％の水分を含む石炭灰及び脱硫石膏とセメントとをベルトコンベアによって重力式混合筒の上部まで搬送し、重力式混合筒の中を落下させることで、各材料を混合することが記載されている。

特開２００２−２０５０４１号公報

特許文献１の方法では、湿潤状態の石炭灰及び脱硫石膏とセメントとを運搬して混合することはできるが、ベルトコンベアと重力式混合筒との組み合わせであるため、各材料を精度良く計量し、均質に混ぜることは困難と考えられる。特に、湿潤状態の脱硫石膏はおから状の形態をしており、これを均質に混ぜることは困難性が高いと考えられる。

加えて、連続混合システムの場合には各材料の供給速度が不安定になり易く、製品の品質にばらつきを生じさせる重要な原因の一つとなっている。すなわち、混合攪伴の能力は十分に満たされていても、材料供給精度のばらつきが大きいと、品質のばらつきが発生してしまう。とりわけ湿潤状態の脱硫石膏は、スクリューフィーダーなどでは高精度に計量し連続供給することが難しい。その結果、製造された石炭灰加工製品に、品質のばらつきが生じる可能性があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、火力発電所等から排出された石炭灰と湿潤状態の脱硫石膏を用いて締固め材料や粒状石炭灰といった石炭灰加工品を製造するに際し、製品の均質化を図ることにある。

前記目的を達成するため、本発明者等は鋭意検討を重ねた結果、高精度で連続供給することが装置的に難しい、あるいは非常に高い装置を必要とする湿潤状態の脱硫石膏を、水と混合してスラリー状態にし、スラリーポンプで定量供給することにより、均質化が図れるという知見を得、本発明を完成するに至ったものである。

すなわち、本発明は、石炭灰、セメント粉末、湿潤状態の脱硫石膏、及び、練り混ぜ水を混合して練り混ぜることで、石炭灰加工品を製造する石炭灰加工品の製造方法であって、前記脱硫石膏と前記練り混ぜ水とを混合して石膏スラリーを作製する第１工程と、前記石炭灰、前記セメント粉末、及び、前記石膏スラリーを混合して練り混ぜる第２工程とを行うことを特徴とする。

本発明によれば、脱硫石膏と練り混ぜ水とを混合して作製された石膏スラリーによって、石炭灰及びセメント粉末を練り混ぜているので、脱硫石膏を混合物の全体に分散させることができ、石炭灰加工製品を均質化できる。

前述の第２工程において、前記石炭灰を石炭灰供給部によって連続的にミキサーへ供給し、前記セメント粉末をセメント供給部によって連続的に前記ミキサーへ供給し、前記石膏スラリーをスラリー供給部によって連続的に前記ミキサーへ供給し、練り上げられた混合物を前記ミキサーから連続的に排出するようにした場合には、脱硫石膏が全体に分散された混合物を連続的に製造することができ、作業効率の飛躍的な向上が図れる。

前記石炭灰として湿潤状態のものを用い、前記第１工程において、前記石炭灰加工品の必要含水量から、前記石炭灰の含水量及び前記脱硫石膏の含水量を減算して得られた量の練り混ぜ水を、前記脱硫石膏に混合するようにした場合には、練り混ぜ後の混合物における含水量を最適化できる。

また、本発明は、湿潤状態の脱硫石膏と練り混ぜ水とを混合して石膏スラリーを作製する石膏スラリー作製部と、石炭灰、セメント粉末及び前記石膏スラリーが投入され、前記石炭灰、前記セメント粉末及び前記石膏スラリーを練り混ぜるミキサーと、を有することを特徴とする石炭灰加工品の製造システムである。

上記製造システムにおいて、前記石炭灰を前記ミキサーに対して連続的に供給する石炭灰供給部と、前記セメント粉末を前記ミキサーに対して連続的に供給するセメント供給部と、前記石膏スラリーを前記ミキサーに対して連続的に供給するスラリー供給部とを有し、前記ミキサーが、練り上がった混合物を連続的に排出するものによって構成されていることが好ましい。

本発明によれば、火力発電所等から排出された石炭灰と湿潤状態の脱硫石膏を用いて石炭灰加工品を製造するに際し、製品を均質化できる。本発明は、特に連続混合の場合において効果が大きい。

締固め材料の製造を説明する概念図である。 突固めによる土の締固め試験による締固め特性を説明する図である。 土質改良機及び周辺機器を説明するブロック図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。この実施形態では、石炭灰加工品の一種である盛土用の締固め材料（以下、締固め材料という）を製造する場合について説明する。

図１に示すように、締固め材料は、加湿灰ＦＡと、セメント粉末Ｃと、湿潤状態の脱硫石膏Ｇと、工業用水Ｗとから製造される。

加湿灰ＦＡは、火力発電所で副産物として生成された石炭灰（新生灰）に加水したものである。加水する理由は、ストックヤードにて保管している最中に風等による飛散を防止するため、及び、運搬等の取扱いを容易にするためである。本実施形態の加湿灰ＦＡは、石炭ボイラーから排出された乾燥灰に加水したものであり、その含水量ｗは約２０％である。セメント粉末Ｃは、乾燥状態の高炉セメントＢ種を用いている。脱硫石膏Ｇは、火力発電所で副産物として生成されたものである。この脱硫石膏Ｇは、例えば石炭ボイラーの排煙から硫黄分を除去する脱硫装置で生成され、その後、フィルタープレス等で脱水されたものである。脱硫石膏Ｇの水量ｗは約１０％であり、おから状の形態をしている。

前述の各材料（加湿灰ＦＡ，セメント粉末Ｃ,脱硫石膏Ｇ，工業用水Ｗ）を用いて締固め材料を製造する場合、セメント粉末Ｃについては、加湿灰ＦＡに対して貧配合相当量を添加すれば必要な強度が得られるという知見が得られている。具体的には、加湿灰ＦＡの乾燥重量に対して５％以上１０％以下の量のセメント粉末Ｃを添加すればよいという知見が得られている。また、脱硫石膏Ｇについては、セメント粉末Ｃの量の１０％以上３０％以下の割合で添加すれば、有害物質の溶出を抑制できるという知見が得られている。

ここで、盛土の盛り立ては、締固め材料を現場に敷均す敷均し工程と、敷均した締固め材料を転圧する転圧工程とを繰り返すことで行われる。このため、締固め材料に含まれる水分量は、締固め密度が最も高くなる最適含水比に調整されることが望ましい。従って、練り混ぜに用いられる工業用水Ｗの量は、最適含水比によって規定される。

図２には、１０００ｋｇの石炭灰に５０ｋｇのセメントと１０ｋｇの石膏を添加した配合での締固め特性を示している。なお、この締固め特性は、突固めによる土の締固め試験によって取得されたものである。この締固め試験は、石炭灰、セメント、石膏を事前に攪拌し、水を加えて湿潤状態にすることで試験体を作製し、JIS A 1210に即して行った。

図２に示すように、上記の配合における最適含水比は２３．２２％であった。本実施形態では、加湿灰ＦＡ及び脱硫石膏Ｇのいずれも湿潤状態である。このため、工業用水Ｗは、加湿灰ＦＡ及び脱硫石膏Ｇに含まれる水分を差し引いた量に調整される。最適含水比が２３．２２％であることを考慮すれば、工業用水Ｗの量は比較的少量で足りることが理解できる。

ここで、湿潤状態の脱硫石膏Ｇは、前述したようにおから状の形態をしている。このような脱硫石膏Ｇを加湿灰ＦＡやセメント粉末Ｃに直接混ぜ、比較的少量の工業用水Ｗで練り混ぜた場合、脱硫石膏Ｇが小さな塊（いわゆるダマ）になりやすく、練り上がった混合物にムラが生じてしまう虞があった。強力なミキサーを用いることで、脱硫石膏Ｇを混合物の全体に分散させることができるが、機材が限られている現場において、このような対応をとることは現実的でない。

そこで、本実施形態では、図１に示すように、石膏スラリー槽１と土質改良機２とを備えた製造システムを用いて、各材料から締固め材料を製造している。

石膏スラリー槽１は、脱硫石膏Ｇと工業用水Ｗ（練り混ぜ水）とを混合して石膏スラリーＳＬを作製する工程（第１工程）を行うための装置であり、石膏スラリー作製部に相当する。この石膏スラリー槽１には、脱硫石膏Ｇと工業用水Ｗとが供給される。例えば、ストックヤードに保管された脱硫石膏Ｇと給水タンク３に貯留された工業用水Ｗとが供給される。

石膏スラリー槽１の大きさは、例えば一日に使用される石膏スラリーＳＬを貯留可能な容量に設定される。石膏スラリー槽１の内部には、水中ミキサー４が配置されており、貯留された石膏スラリーＳＬの分散状態を維持できるようになっている。

この石膏スラリー槽１で石膏スラリーＳＬを作製する場合には、計量された脱硫石膏Ｇ及び工業用水Ｗを槽内に投入し、水中ミキサー４を作動させる。これにより、脱硫石膏Ｇが水中に分散されて石膏スラリーＳＬになる。そして、作業開始時に１日分の石膏スラリーＳＬを作製しておくと、その後は石膏スラリーＳＬを土質改良機２へ供給するだけで足りるので、作業に要する手間を軽減できる。

土質改良機２は、加湿灰ＦＡ、セメント粉末Ｃ、及び、石膏スラリーＳＬを混合して練り混ぜる工程（第２工程）を行うための装置であり、図３に示すように、石炭灰貯留部５と、石炭灰コンベア６と、セメント貯留部７と、セメントコンベア８と、スラリータンク９と、ミキサー１０と、混合物コンベア１１とを有している。また、本実施形態の土質改良機２は自走式である。このため、防潮堤のように長い距離を盛り立てる場合において非常に有利である。

石炭灰貯留部５は、加湿灰ＦＡを一時的に貯留する部分であり、ホッパーとして機能する。この石炭灰貯留部５には、例えば図１に示すように、ストックヤードに保管された加湿灰ＦＡがショベルカー１２によって投入される。

石炭灰コンベア６は、石炭灰貯留部５に貯留された加湿灰ＦＡを所定の排出速度で連続的に排出する装置である。図３に示すように、本実施形態の石炭灰コンベア６は、石炭灰貯留部５における下部の絞り部分に設置されたスクリューコンベアによって構成されている。石炭灰コンベア６をスクリューコンベアで構成すると、スクリューによって加湿灰ＦＡを連続的に排出することができる。また、加湿灰ＦＡの排出速度をスクリューの回転速度に応じて調整することができる。そして、排出された加湿灰ＦＡはミキサー１０に投入される。

以上の説明から明らかなように、石炭灰貯留部５と石炭灰コンベア６の組は、石炭灰を連続的にミキサー１０へ供給する石炭灰供給部に相当する。

セメント貯留部７は、セメント粉末Ｃを一時的に貯留する部分であり、ホッパーとして機能する。このセメント貯留部７には、例えば図１に示すように、フレキシブルコンテナバッグ１３に詰め込まれたセメント粉末Ｃ（乾燥状態の高炉セメント粉末）が、クレーン１４によって運搬され、投入される。

セメントコンベア８は、セメント貯留部７に貯留されたセメント粉末Ｃを所定の排出速度で連続的に排出する装置である。図３に示すように、本実施形態のセメントコンベア８もまたスクリューコンベアによって構成され、セメント貯留部７における下部の絞り部分に設置されている。このため、セメント粉末Ｃを所望の速度で連続的に排出することができる。そして、排出されたセメント粉末Ｃはミキサー１０に投入される。

以上の説明から明らかなように、セメント貯留部７とセメントコンベア８の組は、セメント粉末Ｃを連続的にミキサー１０へ供給するセメント供給部に相当する。

スラリータンク９は、石膏スラリーＳＬを一時的に貯留するとともに、貯留された石膏スラリーＳＬを連続的にミキサー１０へ投入する部分である。このスラリータンク９には、スラリーポンプ１５によって石膏スラリーＳＬが供給される。貯留された石膏スラリーＳＬは、スラリータンク９の下部に設けられた排出管１６から連続的に排出される。その際、排出調整部１７（例えば流量調整バルブ）によって、石膏スラリーＳＬの排出速度が調整される。

このように構成されたスラリータンク９は、石膏スラリーＳＬを連続的にミキサー１０へ供給するスラリー供給部に相当する。

ミキサー１０は、投入された石炭灰、セメント粉末Ｃ、及び石膏スラリーＳＬを練り混ぜて混合物を製造する部分である。このミキサー１０は連続式であり、石炭灰コンベア６、セメントコンベア８、排出調整部１７から連続的に供給された各材料から均質な混合物を製造し、製造した混合物を連続的に排出する。

混合物コンベア１１は、ミキサー１０から排出された練り上がり後の混合物を外部に搬出するための部分である。図１の例では、練り上がり後の混合物をトラック１８の荷台へと搬送している。混合物コンベア１１は、混合物が搬送できればどのような形式であってもよい。例えば、ベルトコンベアであってもよいし、スクリューコンベアであってもよい。また、ミキサー１０から排出された直後の混合物を一時的にためるストック部（図示せず）を備え、このストック部から搬送するものであってもよい。

本実施形態の製造システムでは、第１工程において、脱硫石膏Ｇと練り混ぜ水を石膏スラリー槽１で混合することで石膏スラリーＳＬを作製し、第２工程において、加湿灰ＦＡ及びセメント粉末Ｃを石膏スラリーＳＬで練り混ぜているため、脱硫石膏Ｇを締固め材料の全体に分散させることができ、締固め材料を均質化できる。

また、土質改良機２は、加湿灰ＦＡを石炭灰コンベア６によって、セメント粉末Ｃをセメントコンベア８によって、石膏スラリーＳＬをスラリータンク９の調整部によって、それぞれ連続的にミキサー１０へ供給し、ミキサー１０で練り上げられた締固め材料を連続的に排出しているので、均質な締固め材料を連続的に製造することができ、作業効率を飛躍的に向上させることができる。

また、バッチ式で作製した石膏スラリーＳＬを、スラリーポンプ１５でスラリータンク９へ送出しているので、石膏スラリーＳＬを作製する際における水量の管理が容易である。すなわち、締固め材料の最適含水比から全体の水量を算出し、全体の水量から加湿灰ＦＡの含水量と脱硫石膏Ｇの含水量を減算することで、石膏スラリーＳＬを作製する際に必要な水量が求められる。そして、求めた量の工業用水Ｗを石膏スラリー槽１に投入すればよいので作業が容易である。

以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれる。例えば、次のように構成してもよい。

石膏スラリーＳＬをミキサー１０に供給するスラリー供給部に関し、前述の実施形態ではスラリータンク９を例示したが、この構成に限定されない。石膏スラリーＳＬを定量的に連続供給できるスラリーポンプを用いてもよい。

土質改良機２が有するミキサー１０に関し、連続式のものを例示したが、バッチ式であってもよい。バッチ式のミキサーを用いた場合、出力の小さなミキサーであっても均質な混合物が得られるという利点がある。

材料に関し、前述した組み合わせに限られない。例えば石炭灰として乾燥灰を用いてもよいし、セメントとして普通ポルトランドセメントを用いてもよい。

石炭灰加工品に関し、締固め材料以外の加工品であってもよい。例えば、粒状石炭灰の製造にも適用できる。この場合、練り上がった混合物を造粒装置に供給して粒状石炭灰を製造すればよい。

１…石膏スラリー槽，２…土質改良機，３…給水タンク，４…水中ミキサー，５…石炭灰貯留部，６…石炭灰コンベア，７…セメント貯留部，８…セメントコンベア，９…スラリータンク，１０…ミキサー，１１…混合物コンベア，１２…ショベルカー，１３…フレキシブルコンテナバッグ，１４…クレーン，１５…スラリーポンプ，１６…排出管，１７…排出調整部，１８…トラック，ＦＡ…加湿灰，Ｃ…セメント粉末，Ｇ…脱硫石膏，Ｗ…工業用水，ＳＬ…石膏スラリー

Claims (5)

1. 石炭灰、セメント粉末、湿潤状態の脱硫石膏、及び、練り混ぜ水を混合して練り混ぜることで、石炭灰加工品を製造する石炭灰加工品の製造方法であって、
   前記脱硫石膏と前記練り混ぜ水とを混合して石膏スラリーを作製する第１工程と、
   前記石炭灰、前記セメント粉末、及び、前記石膏スラリーを混合して練り混ぜる第２工程とを行うことを特徴とする石炭灰加工品の製造方法。
2. 前記第２工程では、
   前記石炭灰を石炭灰供給部によって連続的にミキサーへ供給し、
   前記セメント粉末をセメント供給部によって連続的に前記ミキサーへ供給し、
   前記石膏スラリーをスラリー供給部によって連続的に前記ミキサーへ供給し、
   練り上げられた混合物を前記ミキサーから連続的に排出することを特徴とする請求項１に記載の石炭灰加工品の製造方法。
3. 前記石炭灰は湿潤状態のものであり、
   前記第１工程では、
   前記石炭灰加工品の必要含水量から、前記石炭灰の含水量及び前記脱硫石膏の含水量を減算して得られた量の練り混ぜ水を、前記脱硫石膏に混合することを特徴とする、請求項１又は２に記載の石炭灰加工品の製造方法。
4. 湿潤状態の脱硫石膏と練り混ぜ水とを混合して石膏スラリーを作製する石膏スラリー作製部と、
   石炭灰、セメント粉末及び前記石膏スラリーが投入され、前記石炭灰、前記セメント粉末及び前記石膏スラリーを練り混ぜるミキサーと、
   を有することを特徴とする石炭灰加工品の製造システム。
5. 前記石炭灰を、前記ミキサーに対して連続的に供給する石炭灰供給部と、
   前記セメント粉末を、前記ミキサーに対して連続的に供給するセメント供給部と、
   前記石膏スラリーを、前記ミキサーに対して連続的に供給するスラリー供給部と
   を有し、
   前記ミキサーは、練り上がった混合物を連続的に排出することを特徴とする請求項４に記載の石炭灰加工品の製造システム。

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