JP2017148762A - フライアッシュの改質方法及び改質装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フライアッシュを加熱処理して未燃カーボンを効率よく除去する。【解決手段】未燃カーボンを含むフライアッシュＦを流動層式加熱装置３に供給すると共に加熱ガスＧ１を流動層式加熱装置３に導入し、導入後の加熱ガスＧ１により形成された流動層によって供給後のフライアッシュＦを加熱するにあたり、導入される加熱ガスＧ１又は／及び流動層式加熱装置３の排ガスＧ２の量及び酸素濃度、並びに供給されるフライアッシュＦの未燃カーボン含有率を測定し、測定値に応じてフライアッシュＦの供給量を調整するフライアッシュの改質方法。また、未燃カーボンを含むフライアッシュＦを流動層によって加熱する流動層式加熱装置３と、セメント焼成装置のクリンカクーラ１５の排ガスＧ６を流動層を形成するためのガスとして導入するガス導入経路４とを備えるフライアッシュの改質装置１。【選択図】図１

Description

本発明は、微粉炭燃焼ボイラや循環流動床ボイラ等で発生するフライアッシュを改質する方法及び装置に関し、特に、フライアッシュを加熱処理してフライアッシュから未燃カーボンを除去する方法及び装置に関する。

石炭焚き火力発電所等で発生したフライアッシュは、産業廃棄物として最終処分場に埋立処理されていたが、最終処分場の残余容量が逼迫していることに鑑み、コンクリート用混和材、セメント混合剤や人工軽量骨材の原料等に利用されている。しかし、コンクリート用混和材に利用するフライアッシュに未燃カーボンが多く含まれると、コンクリートの作業性が低下したり、コンクリートの打継部に黒色部が発生するおそれがある。また、セメント混合剤や人工軽量骨材の原料に利用する場合には、これらの品質が低下する。このような問題によってフライアッシュの利用は制限されていた。

そこで、特許文献１には、未燃カーボンを含むフライアッシュをサイクロンに供給すると共に、このサイクロンにセメント焼成装置のクリンカクーラの排ガスを導入してフライアッシュを加熱し、サイクロンでフライアッシュから未燃カーボンを除去し、未燃カーボンが除去されたフライアッシュをセメント混合剤として用いることが記載されている。

特許第３２００６３４号公報

しかし、上記特許文献１に記載の方法は、サイクロンにおけるフライアッシュの滞留時間が短いためフライアッシュを十分に加熱することができず、フライアッシュ中の未燃カーボンの除去効率の面で改善の余地があった。

そこで、本発明は、上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであって、フライアッシュを加熱処理して未燃カーボンを効率よく除去することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、フライアッシュの改質方法であって、未燃カーボンを含むフライアッシュを流動層式加熱装置に供給すると共に加熱ガスを前記流動層式加熱装置に導入し、導入した加熱ガスにより形成された流動層によって前記フライアッシュを加熱するにあたり、前記導入される加熱ガス又は／及び前記流動層式加熱装置の排ガスの量及び酸素濃度、並びに前記供給されるフライアッシュの未燃カーボン含有率を測定し、該測定値に応じて前記フライアッシュの供給量を調整することを特徴とする。

本発明によれば、流動層式加熱装置においてフライアッシュを長時間滞留させて加熱することができるため、フライアッシュから未燃カーボンを効率よく除去することができる。例えば、未燃カーボン含有率が１質量％〜１０質量％のフライアッシュであれば未燃カーボン含有率を０．５質量％以下にすることができる。また、フライアッシュの供給量の調整により流動層式加熱装置の運転管理を行うことで、簡易な手法でこの装置内の未燃カーボンの燃焼環境を良好に整えることができ、供給したフライアッシュの滞留時間を長く維持し、フライアッシュと加熱ガスとを効率よく接触させることができるという流動層式加熱装置の機能を有効に活用することができる。

上記フライアッシュの改質方法において、前記測定値に応じて前記加熱ガスの導入量又は／及び酸素濃度を調整することができる。これにより、フライアッシュと加熱ガスとの両方で流動層式加熱装置の運転を管理することができ、装置内の未燃カーボンの燃焼環境の制御をより容易に行うことができる。

また、前記導入される加熱ガス中の酸素の量を、前記供給されるフライアッシュ中の未燃カーボンの量に対して１倍モル以上７倍モル以下に調整することができる。これにより、流動層式加熱装置においてフライアッシュ中の未燃カーボンをより確実に燃焼させることができる。

さらに、前記流動層式加熱装置に導入する加熱ガスに、セメント焼成装置のクリンカクーラの排ガスを用いることができる。クリンカクーラの排ガスは、７００〜９００℃の高温であると共に酸素濃度が２０％程度と高いため、フライアッシュ中の未燃カーボンを燃焼させるための加熱媒体として好適に利用することができる。また、加熱媒体を新たに準備する必要がないため、低コストでフライアッシュから未燃カーボンを除去することができる。さらに、流動層式加熱装置に導入するクリンカクーラの排ガスは温度や酸素濃度の変動が少ないため、流動層式加熱装置内の燃焼環境を安定した状態に維持することができ、フライアッシュ中の未燃カーボンの燃焼効率を高く維持することができる。

前記流動層式加熱装置の排ガスの一部を、再度前記流動層式加熱装置に導入することができる。流動層式加熱装置で未燃カーボンの燃焼に使用されなかった酸素を有効利用することで、別途窒素等の不活性ガスや高濃度酸素ガスを用いずに、低コストで効率的に流動層式加熱装置内の酸素濃度を適切な範囲に調整し、未燃カーボンの燃焼を管理することができる。

また、本発明は、フライアッシュの改質装置であって、未燃カーボンを含むフライアッシュを流動層によって加熱する流動層式加熱装置と、セメント焼成装置のクリンカクーラの排ガスを前記流動層を形成するためのガスとして導入するガス導入経路とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、流動層式加熱装置においてフライアッシュが長時間滞留するため、フライアッシュから未燃カーボンを効率よく除去することができる。また、フライアッシュ中の未燃カーボンを燃焼させるための加熱媒体として排ガスを用いることで、新たに加熱媒体を用いずに低コストでフライアッシュから未燃カーボンを除去することができる。

さらに、クリンカクーラの排ガスは、７００〜９００℃の高温であると共に酸素濃度が２０％程度と高いため、フライアッシュ中の未燃カーボンを燃焼させるための加熱媒体として好適であり、フライアッシュ中の未燃カーボン除去効率を高めることができる。また、この排ガスは温度や酸素濃度の変動が少ないため、供給されたフライアッシュの滞留時間が長く、フライアッシュと加熱ガスとの接触効率がよいという流動層式加熱装置の機能を安定して活用することができる。

上記フライアッシュの改質装置において、前記流動層式加熱装置の排ガスを前記セメント焼成装置に導入する排ガス処理経路を備えることができる。これにより、流動層式加熱装置における未燃カーボンの燃焼によって生じた熱や一酸化炭素をセメント焼成装置で利用したり処理することができる。

さらに、前記流動層式加熱装置の排ガスの一部を前記流動層式加熱装置に戻す循環経路を備えることができる。流動層式加熱装置で未燃カーボンの燃焼に使用されなかった酸素を有効利用することで、別途窒素等の不活性ガスや高濃度酸素ガスを用いずに、低コストで効率的に流動層式加熱装置内の酸素濃度を適切な範囲に調整し、未燃カーボンの燃焼を管理することができる。

以上のように、本発明によれば、フライアッシュを加熱処理して未燃カーボンを効率よく除去することができる。

本発明に係るフライアッシュの改質装置の一実施の形態を示す全体構成図である。

次に、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明に係るフライアッシュの改質装置の一実施の形態を示し、この改質装置１は、セメント焼成装置２に付設されている。

改質装置１は、未燃カーボンを含むフライアッシュＦを流動層により加熱する流動層式加熱装置３と、流動層式加熱装置３に加熱ガスＧ１を導入するガス導入経路４と、流動層式加熱装置３の排ガスＧ２が導入される第１の排ガス処理経路５と、この排ガスＧ２から流動層より飛散した粉分Ｃを回収するサイクロン６と、サイクロン６から排出されるガスＧ３が導入される第２の排ガス処理経路７と、第２の排ガス処理経路７内のガスＧ３の一部が導入される循環経路８と、ガス導入経路４に設けられて加熱ガスＧ１の量及び酸素濃度を測定する第１の測定装置９と、第２の排ガス処理経路７に設けられてガスＧ３の量及び酸素濃度を測定する第２の測定装置１０とを備える。

流動層式加熱装置３は、フライアッシュＦが供給される灰供給部３ａと、供給されたフライアッシュＦ中の未燃カーボンが除去された改質フライアッシュＲを排出する灰排出部３ｂと、流動層式加熱装置３の下部に設けられて加熱ガスＧ１が導入されるガス導入口３ｃと、フライアッシュＦを加熱した後のガスＧ２が排出されるガス排出部３ｄとを有する。

セメント焼成装置２は、一般的なものであって、プレヒータ（最下段サイクロン１２のみを図示）と、仮焼炉１３と、セメントキルン１４と、クリンカクーラ１５等とを備え、クリンカクーラ１５から仮焼炉１３へクーラ抽気ダクト１６が延設されている。

次に、上記構成を有するフライアッシュの改質装置１の動作について図１を参照しながら説明する。

セメント焼成装置２のプレヒータでセメント原料を予熱し、仮焼炉１３で仮焼して最下段サイクロン１２よりセメントキルン１４へ投入し、セメントクリンカを焼成する。焼成されたセメントクリンカをクリンカクーラ１５で冷却ガスにより冷却し、クリンカクーラ１５の排ガスＧ６をクーラ抽気ダクト１６を介して仮焼炉１３に導入する。

クーラ抽気ダクト１６を流れる排ガスＧ６の一部を分取してガス導入経路４に導入すると共に、ガス導入経路４に大気Ａを導入し、排ガスＧ６と大気Ａとが混合した加熱ガスＧ１をガス導入口３ｃから流動層式加熱装置３の内部に導入する。この加熱ガスＧ１によって流動層式加熱装置３の内部に流動層を形成する。また、第１の測定装置９で加熱ガスＧ１の量及び酸素濃度を測定する。

未燃カーボン含有率を測定しておいたフライアッシュＦを、流動層式加熱装置３の灰供給部３ａから流動層式加熱装置３の内部に供給し、この装置３に形成した流動層によって加熱する。流動層の温度を６５０℃〜８００℃、好ましくは７００℃〜７５０℃に調整すると共に、流動層内のフライアッシュを８５０℃以下に調整する。これにより、流動層式加熱装置３の内部でフライアッシュの溶融や塊化を抑制し、装置３の運転阻害やフライアッシュ中の未燃カーボンの燃焼効率が低下するのを防止する。フライアッシュＦから未燃カーボンが除去された改質フライアッシュＲを灰排出部３ｂから排出して回収する。

流動層式加熱装置３の排ガスＧ２を、第１の排ガス処理経路５を介してサイクロン６に導入する。サイクロン６において流動層より飛散した粉分Ｃを回収し、ガスＧ３を排出する。そして、ガスＧ３を第２の排ガス処理経路７に導入すると共に、流動層式加熱装置３から回収した改質フライアッシュＲに粉分Ｃを合流させる。サイクロン６の分級点は１μｍ〜５μｍとする。

改質フライアッシュＲと粉分Ｃとをコンクリート用混和材、セメント混合剤や人工軽量骨材の原料等に利用することができる。ここで、サイクロン６によって流動層式加熱装置３の排ガスＧ２から粉分Ｃを回収することで、フライアッシュＦに含まれている灰分を効率的に回収することができる。改質フライアッシュＲ及び粉分Ｃの両方をコンクリート用混和材等に利用することで、コンクリート用混和材等の品質を変動させずに、フライアッシュＦの灰分を有効利用することができる。

サイクロン６から排出したガスＧ３を第２の排ガス処理経路７に導入し、ガスＧ３の量及び酸素濃度を第２の測定装置１０で測定する。そして、測定後のガスＧ３の一部を分取して循環経路８に導入すると共に、残りの排ガスＧ５をセメント焼成装置２の最下段サイクロン１２、仮焼炉１３又はセメントキルン１４に導入する。また、循環経路８に導入した循環ガスＧ４をガス導入経路４に導入する。

流動層式加熱装置３の排ガスＧ２には、この装置３における未燃カーボンの燃焼により生じた一酸化炭素や熱が含まれていると共に、フライアッシュＦに含有、又は吸着した硫黄分由来の二酸化硫黄が含まれている。そのため、排ガスＧ２を最終的にセメント焼成装置２に導入することで、排ガスＧ２中の一酸化炭素や二酸化硫黄を処理すると共に、排ガスＧ２中の熱を有効利用することができる。また、ガスＧ３は回収しきれなかった微粉分やわずかな未燃カーボンを含むため、この微粉を含むガスＧ３をセメント焼成装置２に導入することで集塵装置を設けることなくセメント原料化し、かつ未燃カーボンの燃焼熱も有効利用することができる。

ここで、２つの測定装置９、１０で測定された測定値と、予め測定しておいたフライアッシュＦの未燃カーボン含有率に基づき、流動層式加熱装置３に供給するフライアッシュＦの供給量を調整する。また、これと共に流動層式加熱装置３への加熱ガスＧ１の導入量や酸素濃度を調整してもよい。これらの調整により、流動層式加熱装置３内の未燃カーボンと酸素との物質量比を調整し、流動層式加熱装置３内の未燃カーボンの燃焼効率を高く維持する。尚、流動層式加熱装置３内の未燃カーボンの物質量に対し、この装置３内の酸素の物質量を１倍〜７倍（モル比）とするのが好ましい。

以上のように、上記実施の形態によれば、流動層式加熱装置３においてフライアッシュＦが長時間滞留するため、フライアッシュＦを効率的に加熱してフライアッシュＦから未燃カーボンを効率よく除去することができる。また、フライアッシュＦの供給量の調整により流動層式加熱装置３の運転管理を行うことで、簡易な手法でこの装置３内の未燃カーボンの燃焼環境を良好に整えることができ、供給されたフライアッシュＦの滞留時間が長く、フライアッシュと加熱ガスとの接触効率がよいという流動層式加熱装置３の機能を有効に活用することができる。

尚、上記実施の形態では、加熱ガスＧ１としてクリンカクーラ１５の排ガスＧ６、大気Ａ及び循環ガスＧ４を用いているが、フライアッシュＦ中の未燃カーボンを燃焼させることができれば、これら以外のガスを用いることもできる。

また、上記実施の形態において、サイクロン６を設けない構成とすることもできる。この場合、第２の測定装置１０は流動層式加熱装置３の排ガスＧ２の量及び酸素濃度を測定するものとし、この排ガスＧ２の一部をセメント焼成装置２に導入し、排ガスＧ２の残りをガス導入経路４に導入することができる。

さらに、流動層式加熱装置３の運転管理は、流動層式加熱装置３へのフライアッシュＦの供給量に加え、加熱ガスＧ１の導入量や酸素濃度、排ガスＧ６、大気Ａ及び循環ガスＧ４の混合割合を調整したり、これらのいずれかの利用を停止したり、さらには、これら以外のガスを用いることなどにより適宜行うことができる。

また、流動層より飛散した粉分Ｃを改質フライアッシュＲに合流させずに別途処理してもよく、粉分Ｃの一部又は全部を灰供給部３ａから流動層式加熱装置３に戻してもよい。

尚、上記実施の形態において、未燃カーボンの含有率が１％〜１０％であるフライアッシュを流動層式加熱装置３に供給して処理する場合、改質フライアッシュＲ中の未燃カーボン含有率を０．５％以下にすることができる。

１ フライアッシュの改質装置
２ セメント焼成装置
３ 流動層式加熱装置
３ａ 灰供給部
３ｂ 灰排出部
３ｃ ガス導入口
３ｄ ガス排出口
４ ガス導入経路
５ 第１の排ガス処理経路
６ サイクロン
７ 第２の排ガス処理経路
８ 循環経路
９ 第１の測定装置
１０ 第２の測定装置
１２ 最下段サイクロン
１３ 仮焼炉
１４ セメントキルン
１５ クリンカクーラ
１６ クーラ抽気ダクト
Ａ 大気
Ｃ 粉分
Ｆ フライアッシュ
Ｇ１ 加熱ガス
Ｇ２ 排ガス
Ｇ３ ガス
Ｇ４ 循環ガス
Ｇ５ 排ガス
Ｇ６ 排ガス
Ｒ 改質フライアッシュ

Claims (8)

1. 未燃カーボンを含むフライアッシュを流動層式加熱装置に供給すると共に加熱ガスを前記流動層式加熱装置に導入し、導入した加熱ガスにより形成された流動層によって前記フライアッシュを加熱するにあたり、
   前記導入される加熱ガス又は／及び前記流動層式加熱装置の排ガスの量及び酸素濃度、並びに前記供給されるフライアッシュの未燃カーボン含有率を測定し、
   該測定値に応じて前記フライアッシュの供給量を調整することを特徴とするフライアッシュの改質方法。
2. 前記測定値に応じて前記加熱ガスの導入量又は／及び酸素濃度を調整することを特徴とする請求項１に記載のフライアッシュの改質方法。
3. 前記導入される加熱ガス中の酸素の量を、前記供給されるフライアッシュ中の未燃カーボンの量に対して１倍モル以上７倍モル以下に調整することを特徴とする請求項１又は２に記載のフライアッシュの改質方法。
4. 前記流動層式加熱装置に導入する加熱ガスに、セメント焼成装置のクリンカクーラの排ガスを用いることを特徴とする請求項１、２又は３に記載のフライアッシュの改質方法。
5. 前記流動層式加熱装置の排ガスの一部を、再度前記流動層式加熱装置に導入することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のフライアッシュの改質方法。
6. 未燃カーボンを含むフライアッシュを流動層によって加熱する流動層式加熱装置と、
   セメント焼成装置のクリンカクーラの排ガスを前記流動層を形成するためのガスとして導入するガス導入経路とを備えることを特徴とするフライアッシュの改質装置。
7. 前記流動層式加熱装置の排ガスを前記セメント焼成装置に導入する排ガス処理経路を備えることを特徴とする請求項６に記載のフライアッシュの改質装置。
8. 前記流動層式加熱装置の排ガスの一部を前記流動層式加熱装置に戻す循環経路を備えることを特徴とする請求項６又は７に記載のフライアッシュの改質装置。

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