JP2019042608A - 改質フライアッシュの製造方法及びフライアッシュ改質装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フライアッシュを安定的に且つ効率的に改質することができる改質フライアッシュの製造方法及びフライアッシュ改質装置の提供。【解決手段】フライアッシュＦ１を、該フライアッシュに含まれる未燃カーボンが自燃しない非自燃環境で予熱する予熱工程と、前記予熱工程を経たフライアッシュＦ３を、外熱式ロータリーキルン４に燃焼ガスＡ２と共に供給し、該フライアッシュに含まれる未燃カーボンが自燃する自燃環境で加熱する加熱工程とを備えた改質フライアッシュＦ４の製造方法であって、供給されたフライアッシュＦ１を、該フライアッシュに含まれる未燃カーボンが自燃しない非自燃環境で予熱する予熱装置３と、前記予熱装置３により予熱されて供給されたフライアッシュＦ３を、該フライアッシュに含まれる未燃カーボンが自燃する自燃環境で加熱する外熱式ロータリーキルン４とを備えたフライアッシュ改質装置１とする。【選択図】図１

Description

本発明は、微粉炭燃焼ボイラ等から排出される未燃カーボンを含むフライアッシュから、未燃カーボンを除去して得られる改質フライアッシュの製造方法、及び、供給されたフライアッシュから未燃カーボンを除去するためのフライアッシュ改質装置に関する。

石炭火力発電所の微粉炭燃焼ボイラ等から発生する石炭灰（フライアッシュ）は、コンクリートの混和材料等として使用されている。しかしながら、コンクリートの混和材料等に有効活用されるフライアッシュの量は、発生量全体の１％程度に過ぎない。この理由の一つとして、フライアッシュに含まれる未燃カーボンの問題が考えられる。

未燃カーボンを多く含むフライアッシュをコンクリートの混和材料として使用すると、その未燃カーボンがコンクリートの製造時に添加される各種混和剤類を吸着してしまい、混和剤類の添加量が増加してしまう。また、未燃カーボンを多く含むフライアッシュが使用されたコンクリート硬化体では、硬化体表面に未燃カーボンが浮き出し、美観が損なわれてしまう。

そこで、例えば、特許文献１には、外熱式ロータリーキルンにフライアッシュを供給し、供給したフライアッシュをロータリーキルンの加熱部から加えられる熱及び燃焼ガスによって加熱して、フライアッシュに含まれる未燃カーボンを燃焼させて除去する方法が知られている。

特開２００５−２０７６２７号公報

上記特許文献１のように外熱式ロータリーキルンを用いる方法によれば、フライアッシュが間接的に緩やかに加温されるために、過焼成によるフライアッシュ粒子同士の融着によってフライアッシュが粗粒化するのを抑制しながら、フライアッシュ中の未燃カーボンが燃焼（自燃）する適度な温度にフライアッシュを加熱することができる。

しかしながら、未燃カーボンが燃焼を開始する温度までフライアッシュを加熱するのに時間を要するため、フライアッシュを安定的に且つ効率的に改質することができないという課題があった。

本発明は以上の問題点に鑑みてなされたものであり、フライアッシュを安定的に且つ効率的に改質することができる、外熱式ロータリーキルンを用いた改質フライアッシュの製造方法、及び、外熱式ロータリーキルンを用いたフライアッシュ改質装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、予熱したフライアッシュを外熱式ロータリーキルンに供給することによって、未燃カーボンが充分に燃焼して除去された、良質な改質フライアッシュを安定的に得ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の改質フライアッシュの製造方法は、フライアッシュを、該フライアッシュに含まれる未燃カーボンが自燃しない非自燃環境で予熱する予熱工程と、前記予熱工程を経たフライアッシュを、外熱式ロータリーキルンに燃焼ガスと共に供給し、該フライアッシュに含まれる未燃カーボンが自燃する自燃環境で加熱する加熱工程とを備えていることを特徴とする。

本発明の改質フライアッシュの製造方法によれば、フライアッシュを、該フライアッシュに含まれる未燃カーボンが自燃しない非自燃環境で予熱する予熱工程と、前記予熱工程を経たフライアッシュを、外熱式ロータリーキルンに燃焼ガスと共に供給し、該フライアッシュに含まれる未燃カーボンが自燃する自燃環境で加熱する加熱工程とを備えているので、フライアッシュが外熱式ロータリーキルンに供給された直後から、速やかに未燃カーボンの燃焼が開始する。加えて、外熱式ロータリーキルンの間接的な加熱状態の中で未燃カーボンの燃焼が安定的に継続するので、未燃カーボンが充分に除去された良質な改質フライアッシュを効率よく得ることができる。

また、本発明の改質フライアッシュの製造方法においては、前記加熱工程で前記外熱式ロータリーキルンに供給する前記燃焼ガスの供給量及び該燃焼ガスの酸素濃度のうち少なくとも一方は、前記予熱工程を経たフライアッシュに含まれる未燃カーボンの前記外熱式ロータリーキルンへの供給量に基づいて決定されることが好ましい。これによれば、フライアッシュに含まれる未燃カーボンをより安定的に燃焼させることができる。

また、本発明の改質フライアッシュの製造方法においては、前記加熱工程で前記外熱式ロータリーキルンに供給する前記燃焼ガスの供給量及び該燃焼ガスの酸素濃度のうち少なくとも一方は、前記予熱工程を経たフライアッシュに含まれる未燃カーボンの前記外熱式ロータリーキルンへの供給量をＣｍｏｌ／分とし、前記加熱工程で前記外熱式ロータリーキルンに供給する前記燃焼ガスの酸素量をＯ_２ｍｏｌ／分とした場合に、Ｏ_２／Ｃモル比が１以上７以下となるように決定されることが好ましい。これによれば、未燃カーボンとその燃焼に必要な酸素の量比を適切な範囲とすることができ、例えば外熱式ロータリーキルンに供給するフライアッシュの未燃カーボン含有率が変動しても、その未燃カーボンを安定的に燃焼させることができる。

また、本発明の改質フライアッシュの製造方法においては、前記予熱工程を行う前記非自燃環境の温度が、前記予熱工程に供されるフライアッシュに含まれる未燃カーボンの含有率に基づいて決定されることが好ましい。これによれば、フライアッシュの予熱温度を適切な範囲とすることができ、例えば外熱式ロータリーキルンに供給するフライアッシュの未燃カーボン含有率が高いときは、フライアッシュの予熱温度を下げるなどして、続く加熱工程において、フライアッシュ粒子同士の融着が生じるほどに加熱が過剰になることを防ぐことができる。

また、本発明の改質フライアッシュの製造方法においては、前記予熱工程を行う前記非自燃環境は、その最高温度が、前記加熱工程を行う前記自燃環境の最高温度より低く、その最低温度が、前記加熱工程を行う前記自燃環境の最低温度より低い該環境であることが好ましい。

また、本発明の改質フライアッシュの製造方法においては、前記予熱工程を行う前記非自燃環境は、前記フライアッシュを４５０℃〜６５０℃に加熱するための該環境であり、前記加熱工程を行う前記自燃環境は、前記予熱工程を経たフライアッシュを６００℃〜９００℃に加熱するための該環境であることが好ましい。

一方、上記目的を達成するために、本発明のフライアッシュ改質装置は、供給されたフライアッシュを予熱する予熱装置と、前記予熱装置において、前記供給されたフライアッシュを該フライアッシュに含まれる未燃カーボンが自燃しない非自燃環境に置くための第１加熱手段と、前記予熱装置により予熱されて供給されたフライアッシュを加熱する外熱式ロータリーキルンと、前記外熱式ロータリーキルンにおいて、前記予熱されて供給されたフライアッシュを該フライアッシュに含まれる未燃カーボンが自燃する自燃環境に置くための第２加熱手段とを備えていることを特徴とする。

本発明のフライアッシュ改質装置によれば、フライアッシュを、第１加熱手段を介して、該フライアッシュに含まれる未燃カーボンが自燃しない非自燃環境で予熱するための予熱装置と、前記予熱装置により予熱されて供給されたフライアッシュを、第２加熱手段を介して、該フライアッシュに含まれる未燃カーボンが自燃する自燃環境で加熱するための外熱式ロータリーキルンとを備えているので、これを使用したフライアッシュの改質処理においては、フライアッシュが外熱式ロータリーキルンに供給された直後から、速やかに未燃カーボンの燃焼が開始する。加えて、外熱式ロータリーキルンの間接的な加熱状態の中で未燃カーボンの燃焼が安定的に継続するので、未燃カーボンが充分に除去された良質な改質フライアッシュを効率よく得ることができる。

また、本発明のフライアッシュ改質装置においては、前記装置は更に制御手段を備え、前記制御手段は、前記第１加熱手段を介して前記非自燃環境を制御し、且つ、前記第２加熱手段を介して前記自燃環境を制御するものであることが好ましい。これによれば、その制御手段が非自燃環境と自燃環境とを適切に区画して、フライアッシュに含まれる未燃カーボンをより安定的に燃焼させることができる。

また、本発明のフライアッシュ改質装置においては、前記制御装置は、前記予熱装置に供給されるフライアッシュに含まれる未燃カーボンの含有率に基づき、前記第１加熱手段を介して前記非自燃環境の温度を制御するものであることが好ましい。これによれば、フライアッシュの予熱温度を適切な範囲とすることができ、例えば外熱式ロータリーキルンに供給するフライアッシュの未燃カーボン含有率が高いときは、フライアッシュの予熱温度を下げるなどして、続く加熱工程において、フライアッシュ粒子同士の融着が生じるほどに加熱が過剰になることを防ぐことができる。

また、本発明のフライアッシュ改質装置においては、前記予熱装置における前記非自燃環境は、その最高温度が、前記加熱装置における前記自燃環境の最高温度より低く、その最低温度が、前記加熱装置における前記自燃環境の最低温度より低い該環境であることが好ましい。

また、本発明のフライアッシュ改質装置においては、前記予熱装置における前記非自燃環境は、前記供給されたフライアッシュを４５０℃〜６５０℃に加熱するための該環境であり、前記加熱装置における前記自燃環境は、前記予熱されて供給されたフライアッシュを６００℃〜９００℃に加熱するための該環境であることが好ましい。

また、本発明のフライアッシュ改質装置においては、前記予熱装置は、１基以上のサイクロンから構成されていることが好ましい。これによれば、多量のフライアッシュを安定的に予熱することができ、加えて、これを連続的に前記加熱装置に供給することができる。

本発明に係るフライアッシュ改質装置の一実施形態を示す概略構成説明図である。 図１に示す改質装置で行われる処理を説明するフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明に係るフライアッシュ改質装置及び改質フライアッシュの製造方法について説明する。

図１には、本発明に係るフライアッシュ改質装置の一実施形態が示される。図１において、実線の矢印はフライアッシュの流れ、一点鎖線の矢印は制御信号の流れ、破線の矢印はガスの流れをそれぞれ示している。

図１に示すように、フライアッシュ改質装置１（以下、「改質装置１」という。）は、供給された未処理フライアッシュＦ１を予熱する予熱装置３と、供給された予熱フライアッシュＦ３を加熱する外熱式ロータリーキルン４とを備えている。なお、この実施形態では、予熱装置３の排気側に固気分離装置６を設置し、排気ファン７によって予熱装置３からの排ガスＧが固気分離装置６に導入されるようにし、予熱装置３からの排ガスＧ中に含まれるフライアッシュを分離して、回収フライアッシュＦ２を得るようにしている。そして、灰供給装置２において、上記未処理フライアッシュＦ１と回収フライアッシュＦ２との混合灰としたうえ、予熱装置３へ供給するようにしている。これにより、フライアッシュが大気環境中に放出されることを防ぐことができる。

外熱式ロータリーキルン４は、傾斜した大略円筒形状の装置として構成されている。すなわち、フライアッシュ供給部４ａと、フライアッシュ排出部４ｄと、フライアッシュ供給部４ａ及びフライアッシュ排出部４ｄの間に回転自在に配置されている円筒形状の内筒部４ｂと、内筒部４ｂが挿通され、その内筒部４ｂよりも大外径である円筒形状の加熱部４ｃとを有し、内筒部４ｂがフライアッシュ供給部４ａからフライアッシュ排出部４ｄに向かって０．５〜５．０％で下方に向かって傾斜している。外熱式ロータリーキルン４の加熱部４ｃには、内筒部４ｂを外部から加熱するようにバーナーＢが配置されている。そして、外熱式ロータリーキルン４のフライアッシュ供給部４ａに供給された予熱フライアッシュＦ３は、内筒部４ｂの回転に伴って、フライアッシュ供給部４ａからフライアッシュ排出部４ｄへと移動し、その移動にわたる所定時間、加熱処理を受けた後に、改質フライアッシュＦ４となってフライアッシュ排出部４ｄから排出されるようになっている。

また、図１に示す実施形態では、改質装置１は、比較的に酸素を多く含む燃焼用ガスＡ１を加温して燃焼ガスＡ２とし、これをバーナーＢ及び外熱式ロータリーキルン４の内筒部４ｂ内に導入するようにしている。また、燃焼用ガスＡ１の温度を上げるために熱交換器５を備え、この熱交換器５において、外熱式ロータリーキルン４の加熱部４ｃから排出される高温排ガスＨＧ１との間に熱交換を生じさせて、燃焼用ガスＡ１が加温されてなる、高温の燃焼ガスＡ２となすようにしている。一方、高温排ガスＨＧ１は、熱交換によって温度が低下し、図示しない排気ファンにより排ガスＧとなって熱交換器５から排出される。内筒部４ｂ内への燃焼ガスＡ２の導入は、フライアッシュの移動方向に対して向流となるようにフライアッシュ排出部４ｄ側から導入してもよいし、フライアッシュの移動方向に対して並流となるようにフライアッシュ供給部４ａ側から導入してもよい。図１に示す実施形態では、フライアッシュ排出部４ｄ側から燃焼ガスＡ２を導入している。

このような外熱式ロータリーキルンの構成によれば、その内筒部内の気相温度を外部からバーナー等の火力により間接的に上昇させるようにしているので、過焼成によりフライアッシュが融着を起こして粗粒化することを防ぎつつ、フライアッシュに含まれる未燃カーボンの燃焼を安定的に継続するのに、都合がよい。

一方、予熱装置３の構成としては、外熱式ロータリーキルン４に供給されるフライアッシュが予熱されるならば、その構成に特に制限はないが、多量のフライアッシュを安定的に予熱し、これを連続的に外熱式ロータリーキルン４に供給することができる観点からは、例えば、１基以上のサイクロンから構成されるようにすることが好ましい。サイクロンの基数（段数）には、特に制限は無い。

図１に示す実施形態では、２段のサイクロン３ａ、３ｂが設けられており、外熱式ロータリーキルン４の加熱部４ｃから排出される高温排ガスＨＧ１、及び内筒部４ｂから排出される燃焼ガスＡ２が（以後、予熱装置３を流れる、外熱式ロータリーキルン４の加熱部４ｃから排出される高温排ガスＨＧ１と内筒部４ｂから排出される燃焼ガスＡ２とが混合されたガスを「高温排ガスＨＧ２」と総称する。）、下段側のサイクロン３ｂのガス導入部からサイクロン３ｂ内に導入され、サイクロン３ｂ内で旋回流を形成しながらフライアッシュと熱交換した後に、サイクロン３ｂの上部ガス排出口から排出されるようにしている。また、サイクロン３ｂから排出された高温排ガスＨＧ２は、上段側のサイクロン３ａのガス導入部からサイクロン３ａ内に導入され、サイクロン３ａ内でもサイクロン３ｂ同様に旋回流を形成しながらフライアッシュと熱交換した後に、サイクロン３ａの上部ガス排出口から排出されるようにしている。一方、フライアッシュ（この実施形態では処理前の未処理フライアッシュＦ１と固気分離装置６で回収した回収フライアッシュＦ２との混合灰）は、先ず初めに上段側のサイクロン３ａに導入され、サイクロン３ａ内の高温排ガスＨＧ２で加熱された後に、サイクロン３ａの下部フライアッシュ排出口から連続的に下段側のサイクロン３ｂに導入されて、サイクロン３ａ内の高温排ガスよりも温度の高いサイクロン３ｂ内の高温排ガスＨＧ２でさらに加熱された後に、予熱フライアッシュＦ３となって外熱式ロータリーキルン４のフライアッシュ供給部４ａに供給されるようになっている。

なお、予熱フライアッシュＦ３の外熱式ロータリーキルン４への導入位置は、図１に示す実施形態においては、内筒部４ｂのフライアッシュ供給側の端部であるが、そのフライアッシュ供給部４ａに連通して内筒部４ｂの内部に延伸・挿入される供給管等の構造の付加により、内筒部４ｂの中央部側に任意にスライドさせることも可能である。これによれば、予熱フライアッシュＦ３がフライアッシュ供給部４ａからフライアッシュ排出部４ｄへと移動するに伴って加熱処理される時間を調整することができる。

図１に示すように、改質装置１は、さらに、各種測定装置による測定に基づいて各種制御を行うための制御装置１１を備えていてもよい。

具体的には、例えば、この実施形態においては、内筒部４ｂの内部には、内筒部４ｂを加熱する複数のバーナーＢにより各出力を調整可能な領域ごとに、第１温度計Ｔ１が設けられている。第１温度計Ｔ１は、内筒部４ｂの内部におけるフライアッシュの温度を測定し、その温度に関する情報を制御装置１１に送信する。また、内筒部４ｂの長軸方向の中央部には、内筒部４ｂの外側表面近傍に、第２温度計Ｔ２が設置されている。この実施形態においてはこの付近が内筒部４ｂの最も高温となる部位となっており、第２温度計Ｔ２は、内筒部４ｂの最も高温となる部位の温度を測定し、その温度に関する情報を制御装置１１に送信する。なお、第１温度計Ｔ１や第２温度計Ｔ２としては、例えば、熱電対を用いればよい。

内筒部４ｂを加熱するバーナーＢ（複数）の出力は、制御装置１１によって制御される。具体的には、第１温度計Ｔ１や第２温度計Ｔ２の測定結果に基づいて、制御装置１１がバーナーＢ夫々の出力を調整して、内筒部４ｂでの加熱状態を最適化する。

また、ガス配管に設けられた第３温度計Ｔ３は、サイクロン３ａ，３ｂに導入または排出される高温排ガスＨＧ２の温度を測定し、その温度に関する情報を制御装置１１に送信する。さらに、搬送経路に設けられた第４温度計Ｔ４は、サイクロン３ａ，３ｂから排出されるフライアッシュの温度を測定し、その温度に関する情報を制御装置１１に送信する。なお、第３温度計Ｔ３や第４温度計Ｔ４としては、上記第１温度計Ｔ１及び上記第２温度計Ｔ２と同様に、例えば、熱電対を用いればよい。

また、制御装置１１は、予熱フライアッシュＦ３の温度が所定の温度となるように、サイクロン３ｂに導入する高温排ガスＨＧ２の温度を、冷却用空気ＣＡの混入量を調整して最適化したり、予熱装置３でのフライアッシュの処理量を調整して最適化するために、灰供給装置２にフライアッシュ供給量に関する情報を送信することができるようになっている。

一方、灰供給装置２と予熱装置３との間には、予熱装置３に供給する未処理フライアッシュＦ１と回収フライアッシュＦ２の混合灰の未燃カーボン含有率を測定するためのフライアッシュ測定装置Ｍ１が設置されている。フライアッシュ測定装置Ｍ１は、予熱装置３に供給されるフライアッシュの未燃カーボン量を測定し、その未燃カーボン量に関する情報を制御装置１１に送信する。

また、外熱式ロータリーキルン４のフライアッシュ排出部４ｄから排出される改質フライアッシュＦ４の未燃カーボン含有率を測定するために、フライアッシュ排出部４ｄから排出される改質フライアッシュＦ４の排出経路にはフライアッシュ測定装置Ｍ２が設置されている。フライアッシュ測定装置Ｍ２は、製造された改質フライアッシュＦ４の未燃カーボン量を測定し、その未燃カーボン量に関する情報を制御装置１１に送信する。

フライアッシュ測定装置Ｍ１及びフライアッシュ測定装置Ｍ２としては、例えば、強熱減量値から間接的に未燃カーボン含有率を求めることができる熱天秤分析装置、又は、特開平１１−２５８１５５号公報に開示されている青色発光体を光源とした反射光量測定装置等のオンライン対応装置などを用いればよい。

さらに、この実施形態においては、外熱式ロータリーキルン４に導入される燃焼ガスＡ２の導入経路には、燃焼ガス測定装置Ｍ３が設置されている。燃焼ガス測定装置Ｍ３は、外熱式ロータリーキルン４の内筒部４ｂ内に供給される燃焼ガスＡ２の流量（供給量）及び酸素濃度を測定し、その流量および酸素濃度に関する情報を制御装置１１に送信する。

燃焼ガス測定装置Ｍ３としては、例えば、熱式、コリオリ式、渦式、超音波式等の通常の気体用の流量計、及び、磁気式（磁気風方式及び磁気力方式）又は酸素の電気化学的酸化還元反応を利用する電気化学式（ジルコニア方式及び電極方式）の酸素濃度測定装置を併設した装置などを用いればよい。

灰供給装置２から予熱装置３へ供給される混合灰の量は、制御装置１１によって制御することができる。具体的には、例えば、フライアッシュ測定装置Ｍ１や燃焼ガス測定装置Ｍ３の測定結果に基づいて、燃焼ガスの酸素濃度と混合灰の未燃カーボン量の割合が所定の値となるように、制御装置１１が、灰供給装置２から供給されるフライアッシュの供給量を決定するようにしてもよい。

上述したように、改質装置１は、予熱装置３から排出する高温排ガスＨＧ２を処理する構成として、さらに、高温排ガスＨＧ２中に含まれるフライアッシュを分離する固気分離装置６を備えていてもよい。固気分離装置６としては、例えば、バグフィルタ等を用いればよい。固気分離装置６で回収された回収フライアッシュＦ２は、灰供給装置２に搬送されて、処理前の未処理フライアッシュＦ１と混合され、混合灰を形成する。

ここで、予熱装置３から排出する高温排ガスＨＧ２を排気するための排気ファン７は、固気分離装置６からの回収フライアッシュＦ２が除去された排ガスＧの排気量を調整する。すなわち、排気ファン７は、固気分離装置６へ流入する高温排ガスＨＧ２、ひいては、予熱装置３の内部を流れる高温排ガスＨＧ２の流量、さらには、外熱式ロータリーキルン４の内筒部４ｂの内部を流れる燃焼ガスＡ２の流量を調整している。排気ファン７へ供給される動力（すなわち、排気ファン７による排気量）は、制御装置１１によって制御されるようにしてもよい。

図１に示すように、改質装置１は、さらに、予熱装置３から排出する高温排ガスＨＧ２中の水銀を回収する水銀回収装置８を備えてもよい。水銀回収装置８としては、例えば、吸着剤により水銀を吸着除去するガス吸着装置を用いればよい。具体的には、カートリッジ式固定相吸着装置、連続クロスフロー式移層吸着装置等を用いればよい。吸着剤としては、硫黄若しくは金属硫化物、活性炭若しくは又は活性炭を担持した吸着媒体、又は、水銀と反応する金属若しくは水銀を担持した吸着媒体等を用いればよい。水銀回収装置で使用される活性炭としては、特に、水銀吸着用として調整された硫黄添着処理が施されている活性炭を用いることが好ましい。かかる水銀回収装置８を備える場合、最上段のサイクロン３ａから排出される高温排ガスＨＧ２の温度は、水銀の沸点（３６０℃）以上である必要があり、３８０〜４２０℃が好ましい。

なお、水銀回収装置８を備えた場合、水銀回収後の高温の高温排ガスＨＧ２を固気分離装置６に直接送気すると、固気分離装置６のろ布等が損傷するため、必要に応じて高温排ガスＨＧ２に冷却ガスＣＡを混入することが好ましい。

次に、図１及び図２を参照して、改質装置１で行われる処理について説明する。なお、図２は、改質装置１で行われる処理を示すフローチャートである。

まず、外熱式ロータリーキルン４の内筒部４ｂを回転させ、加熱部４ｃに配置されたバーナーＢの出力を調整して、内筒部４ｂを外部から加熱し、内筒部４ｂの内部を６００℃〜９００℃に加熱する（図２／ＳＴＥＰ０１）。このとき、制御装置１１は、外熱式ロータリーキルン４の内筒部４ｂの内部の温度が６００℃〜９００℃を維持するように、例えば、外熱式ロータリーキルン４の加熱部４ｃに配置されたバーナーＢ夫々の出力を調整するなどにより、制御する。

次に、外熱式ロータリーキルン４からの高温排ガスＨＧ２を予熱装置３に送気して、下段側のサイクロン３ｂのガス導入部から導入して、サイクロン３ｂ内で高温排ガスＨＧ２による旋回流を形成させる。そして、下段側のサイクロン３ｂから排出した高温排ガスＨＧ２は、つづけて、上段側のサイクロン３ａのガス導入部から導入して、サイクロン３ａ内でも同様に高温排ガスＨＧ２による旋回流を形成させる（図２／ＳＴＥＰ０２）。このとき、制御装置１１は、予熱装置３に送られる高温排ガスＨＧ２の温度が、６００℃〜８００℃を維持するように、例えば、高温排ガスＨＧ２に温度調整用の冷却ガスＣＡを混入するなどにより、制御する。

また、灰供給装置２は、処理前のフライアッシュ（この実施形態では処理前の未処理フライアッシュＦ１と固気分離装置６で回収した回収フライアッシュＦ２との混合灰）を、予熱装置３の上段側のサイクロン３ａに連続的に供給する（図２／ＳＴＥＰ０３）。この際、予熱装置３に供給されるフライアッシュ（すなわち、未処理フライアッシュＦ１と回収フライアッシュＦ２の混合灰）の未燃カーボン量が、フライアッシュ測定装置Ｍ１によって測定され、その測定値が制御装置１１に送信される。

予熱装置３から排出される予熱されたフライアッシュＦ３の排出量が安定したところで、予熱装置に送気される高温排ガスＨＧ２の温度が第３温度計Ｔ３で測定される。また、予熱装置３のサイクロン３ａ、３ｂのそれぞれの下部フライアッシュ排出口から排出されるフライアッシュの温度が第４温度計Ｔ４で測定される。そして、それらの測定値が制御装置１１に送信される。

制御装置１１は、予熱装置３から排出される予熱フライアッシュＦ３の温度が、４５０〜６５０℃となるように、予熱装置３に送られる高温排ガスＨＧ２の温度を調整するなどにより、制御する。この場合、この予熱フライアッシュＦ３の温度は、フライアッシュ測定装置Ｍ１によって測定されたフライアッシュ（すなわち、未処理フライアッシュＦ１と回収フライアッシュＦ２の混合灰）の未燃カーボンの含有率に応じて調整するのが好ましい。含有する未燃カーボン量が多い場合には、かかる未燃カーボンの燃焼による熱量によって外熱式ロータリーキルン内のフライアッシュの加熱が過剰になり、フライアッシュ粒子同士の融着が生じる程の高温状態になる。したがって、特に、フライアッシュ中の未燃カーボンの含有量が多い場合には、フライアッシュの予熱温度を下げることによって外熱式ロータリーキルン内の温度が過剰に高温になることを抑制する必要がある。具体的には、上記フライアッシュの未燃カーボンの含有率が２〜４質量％の場合には５５０℃〜６５０℃、５〜７質量％の場合には５００℃〜６００℃、８〜１０質量％の場合には４５０℃〜５５０℃であるのが好ましい。一方、外熱式ロータリーキルンに供給されるフライアッシュの予熱温度が、４５０℃未満の場合には、未燃カーボンが燃焼を開始する箇所が外熱式ロータリーキルンの内部側に移動してしまうために、未燃カーボンが燃焼して焼失するのに必要な時間を与えることができず、良質な改質フライアッシュを得ることができない場合がある。

この予熱装置３によるフライアッシュの加熱処理が、本発明における予熱工程をなしている（図２／ＳＴＥＰ０４）。すなわち、この予熱工程で、フライアッシュは、含有する未燃カーボンが燃焼（自燃）を生じさせる前段階の温度まで、予熱される。なお、予熱装置３に導入される、外熱式ロータリーキルン４から排出される高温排ガスＨＧ１は、外熱式ロータリーキルン４の加熱部４ｃに配置されているバーナーＢの燃焼作用により、酸素が低減している。また、同様に予熱装置３に導入される、内筒部４ｂから排出される燃焼ガスＡ２も、フライアッシュ中の未燃カーボンの燃焼作用によって酸素が低減している。よって、予熱装置３のサイクロン３ａ、３ｂ内の環境をフライアッシュの未燃カーボンが燃焼（自燃）しない程度の環境にするのに好都合である。例えば、その非自燃環境においては、雰囲気酸素濃度が９体積％以下であることが好ましく、５体積％以下であることがより好ましい。また、この実施形態においては、上記予熱装置３のサイクロン３ａ、３ｂ内に導入される高温排ガスＨＧ２が、本発明における「前記供給されたフライアッシュを該フライアッシュに含まれる未燃カーボンが自燃しない非自燃環境に置くための第１加熱手段」を構成していると言える。その温度帯としては、上述したとおり、最低温度を６００℃とし、最高温度を８００℃として、６００℃〜８００℃を維持するようにすることが好ましい。

次に、予熱装置３から排出された予熱フライアッシュＦ３を、外熱式ロータリーキルン４に連続的に供給する（図２／ＳＴＥＰ０５）。

外熱式ロータリーキルン４において加熱されるフライアッシュ温度が、第１温度計Ｔ１で測定され、その測定値が制御装置１１に送信される。さらに、外熱式ロータリーキルン４から排出される改質フライアッシュＦ４の未燃カーボン量が、フライアッシュ測定装置Ｍ２によって測定され、その測定値が制御装置１１に送信される。

制御装置１１は、改質フライアッシュＦ４の未燃カーボン量が所定値以下となるように、外熱式ロータリーキルン４のバーナーＢの出力を適宜調整することができるが、フライアッシュ測定装置Ｍ２による改質フライアッシュＦ４の未燃カーボン含有率のみを指標にバーナーＢの出力を調整した場合、過焼成傾向になり易く、フライアッシュ粒子どうしの融着が生じてしまうおそれがある。したがって、バーナーの出力の調整は、第１温度計Ｔ１による内筒部４ｂ内のフライアッシュの温度、及び、第２温度計Ｔ２による内筒部４ｂの加熱温度が、フライアッシュ測定装置Ｍ２による未燃カーボン量測定値が目標を満足する中で、低目の温度を維持するようにする必要がある。特に、未燃カーボン含有率が多いフライアッシュを改質する場合には、当該未燃カーボンの燃焼熱による加熱も加わるために、フライアッシュが所定の温度よりも高温の環境下に存する場合が生じるので、第１温度計Ｔ１による内筒部４ｂ内のフライアッシュの温度監視及び制御が重要になる。具体的には、内筒部４ｂ内でもフライアッシュ供給部４ａ側の温度監視及び制御が重要であり、フライアッシュの未燃カーボン含有率が２〜４質量％の場合には、内筒部４ｂ内でフライアッシュ供給部４ａに最も近い位置に設置される第１温度計Ｔ１によるフライアッシュの温度が８００℃以下、５〜７質量％の場合には７７５℃以下、８〜１０質量％の場合には７５０℃以下であるのが好ましい。また、フライアッシュの未燃カーボン含有率に係わらず、内筒部４ｂの最も高温となる部位の温度は９００℃以下であるのが好ましい。

また、制御装置１１は、フライアッシュ測定装置Ｍ１の測定結果（すなわち、未処理フライアッシュＦ１と回収フライアッシュＦ２の混合灰の未燃カーボン含有率）、及び、燃焼ガス測定装置Ｍ３の測定結果（すなわち、燃焼ガスＡ２の流量及び酸素濃度）に基づいて、排気ファン７の駆動を制御して、外熱式ロータリーキルン４の内筒部４ｂへの燃焼ガスＡ２の供給量を制御するか、灰供給装置２を制御して、未処理フライアッシュＦ１と回収フライアッシュＦ２の混合灰の供給量を制御することができる。

具体的には、先ず、制御装置１１は、外熱式ロータリーキルン４の内筒部４ｂに供給される燃焼ガスＡ２の供給量及び酸素（Ｏ_２）濃度に基づいて、単位時間あたりに内筒部４ｂに供給される酸素（Ｏ_２）量（ｍｏｌ／分）を算出する。

次に、制御装置１１は、内筒部４ｂに供給される予熱フライアッシュＦ３の未燃カーボン含有率（すなわち、未処理フライアッシュＦ１と回収フライアッシュＦ２の混合灰の未燃カーボン含有率）と供給量に基づいて、単位時間あたりに内筒部４ｂに供給される未燃カーボン（Ｃ）量（ｍｏｌ／分）を算出する。

そして、かかる酸素量と未燃カーボン量のモル比Ｏ_２／Ｃが１以上７以下となるように、制御装置１１は、灰供給装置２を制御して内筒部４ｂに供給される予熱フライアッシュＦ３（すなわち、未処理フライアッシュＦ１と回収フライアッシュＦ２の混合灰）の供給量を調整する。また、燃焼ガスＡ２の供給量または酸素（Ｏ_２）濃度を調整してもよい。なお、改質フライアッシュＦ４の製造量の安定化のためには、灰供給装置２によるフライアッシュＦ１とＦ２の混合灰の供給量の制御を優先することが好ましい。

ここで、Ｏ_２／Ｃモル比の上げ操作が必要な場合において、予熱フライアッシュＦ３の供給量を下げることができない場合には、燃焼ガスＡ２の供給量または酸素（Ｏ_２）濃度の上げ操作が必要となるが、燃焼ガスＡ２の供給量の上げ操作は内筒部４ｂ内の燃焼ガスの流速の増加に直結し、外熱式ロータリーキルンの内筒部４ｂ内及び予熱装置３のサイクロン３ａ、３ｂ内の熱バランスを変動させることになり、生産効率が大きく低下する。

この生産効率の低下を抑制するためには、燃焼ガスＡ２の供給量を大きく変動させなくてもＯ_２／Ｃモル比の上げ操作が可能なように、通常に使用する燃焼用ガスＡ１よりも酸素濃度の高い燃焼用ガスを準備しておき、適宜、使用できるようにしておくことが好ましい。

なお、上記のＯ_２／Ｃモル比は、未処理フライアッシュＦ１と回収フライアッシュＦ２の混合灰の未燃カーボン含有率、改質フライアッシュＦ４に望まれる未燃カーボン含有率等に基づいて、１以上７以下以外の値を選択してもよい。

この外熱式ロータリーキルン４によるフライアッシュの加熱処理が、本発明における加熱工程をなしている（図２／ＳＴＥＰ０６）。すなわち、この加熱工程で、フライアッシュは、含有する未燃カーボンが充分に焼失して改質フライアッシュとなる。なお、外熱式ロータリーキルン４に導入される燃焼ガスＡ２の酸素濃度を比較的高く調整することで、外熱式ロータリーキルン４の内筒部４ｂ内の環境をフライアッシュの未燃カーボンが燃焼（自燃）する環境にすることができることは、勿論である。例えば、その自燃環境においては、雰囲気酸素濃度が１５体積％以上であることが好ましく、１８体積％以上であることがより好ましい。また、この実施形態においては、上記外熱式ロータリーキルン４の内筒部４ｂ内に導入され、上記熱交換器５での熱交換や上記バーナーＢによる外部からの間接的な火力により加温されてなる燃焼ガスＡ２が、本発明における「前記予熱されて供給されたフライアッシュを該フライアッシュに含まれる未燃カーボンが自燃する自燃環境に置くための第２加熱手段」を構成していると言える。その温度帯としては、上述したとおり、最低温度を６００℃とし、最高温度を９００℃として、６００℃〜９００℃を維持することが好ましい。

一方、上述したように、この実施形態では、予熱装置３の排気側に固気分離装置６を設置し、排気ファン７によって予熱装置３からの高温排ガスＨＧ２が固気分離装置６に導入されるようにしている（図２／ＳＴＥＰ０７）。また、予熱装置３からの高温排ガスＨＧ２中に含まれるフライアッシュを分離、回収し、その回収フライアッシュＦ２を灰供給装置２に供給するようにしている（図２／ＳＴＥＰ０８）。そして、灰供給装置２が、供給された回収フライアッシュＦ２を、未処理フライアッシュＦ１と混合して、予熱装置３に供給するようにしている（図２／ＳＴＥＰ０３）。

以上に説明したような、本発明に係る改質フライアッシュの製造方法によれば、未燃カーボン含有率が低い改質フライアッシュを、安定的に且つ効率的に得ることができる。なお、通常、コンクリートの混和材用等として用いる改質フライアッシュの未燃カーボン含有率としては、０．５質量％以下であることが好ましく、０．４質量％以下であることがより好ましい。

最後に、改質装置１で行われた処理に係る試験結果について説明する。

試験装置としては、上記の改質装置１を用いた。表１には、改質装置１の外熱式ロータリーキルン４の内筒部４ｂ及び加熱部４ｃの詳細を示す。

試験条件（共通）は、表２に示すとおりとした。

この改質装置１において、（１）予熱装置３を使用した場合（ただし、内筒部４ｂ内でのフライアッシュＦ３と燃焼ガスＡ２は向流）（実施例１）。）、（２）予熱装置３を使用せずに、内筒部４ｂ内でのフライアッシュＦ３と燃焼ガスＡ２は向流の場合（比較例１）、（３）予熱装置３を使用せずに、内筒部４ｂ内でのフライアッシュＦ３と燃焼ガスＡ２は並流の場合（比較例２）、の３条件を比較した。

内筒部４ｂ内のフライアッシュの温度分布の測定値と、改質フライアッシュＦ４の未燃カーボン含有率の結果を、表３に示す。

表３に示されるように、実施例１では、内筒部４ｂ内のフライアッシュには、内筒部４ｂの長軸方向にわたって対称的な温度分布が形成されたのに対し、比較例１，２では、排出部側がより高温の温度分布が形成された。この比較例の温度分布は、フライアッシュに含まれる未燃カーボンの燃焼が加熱工程の後半において活発化していることを示すものであり、未燃カーボンの燃焼が開始してから焼失するまでの充分な時間を加熱工程内で確保することができなかったために、改質フライアッシュの未燃カーボン含有率が充分に低減しなかったものと考えられた。一方、実施例１では、予熱工程を経ることによって、フライアッシュが内筒部４ｂ内に供給されると速やかに未燃カーボンの燃焼が開始するために、加熱工程内の限られた時間であっても、充分に未燃カーボン含有率を低減することができたものと考えられた。

１…改質装置、２…灰供給装置、３…予熱装置、３ａ,３ｂ…サイクロン、４…外熱式ロータリーキルン、４ａ…フライアッシュ供給部、４ｂ…内筒部、４ｃ…加熱部、４ｄ…フライアッシュ排出部、５…熱交換器、６…固気分離装置、７…排気ファン、８…水銀回収装置、１１…制御装置、Ａ１…燃焼用ガス、Ａ２…燃焼ガス、Ｂ…バーナー、ＣＡ…冷却用空気、Ｇ…排ガス、ＨＧ１，ＨＧ２…高温排ガス、Ｆ１…未処理フライアッシュ、Ｆ２…回収フライアッシュ、Ｆ３…予熱フライアッシュ、Ｆ４…改質フライアッシュ、Ｍ１,Ｍ２…フライアッシュ測定装置、Ｍ３…燃焼ガス測定装置、Ｔ１…第１温度計、Ｔ２…第２温度計、Ｔ３…第３温度計、Ｔ４…第４温度計。

Claims (12)

1. フライアッシュを、該フライアッシュに含まれる未燃カーボンが自燃しない非自燃環境で予熱する予熱工程と、
   前記予熱工程を経たフライアッシュを、外熱式ロータリーキルンに燃焼ガスと共に供給し、該フライアッシュに含まれる未燃カーボンが自燃する自燃環境で加熱する加熱工程とを備えていることを特徴とする改質フライアッシュの製造方法。
2. 請求項１に記載の改質フライアッシュの製造方法において、
   前記加熱工程で前記外熱式ロータリーキルンに供給する前記燃焼ガスの供給量及び該燃焼ガスの酸素濃度のうち少なくとも一方は、前記予熱工程を経たフライアッシュに含まれる未燃カーボンの前記外熱式ロータリーキルンへの供給量に基づいて決定されることを特徴とする改質フライアッシュの製造方法。
3. 請求項２に記載の改質フライアッシュの製造方法において、
   前記加熱工程で前記外熱式ロータリーキルンに供給する前記燃焼ガスの供給量及び該燃焼ガスの酸素濃度のうち少なくとも一方は、前記予熱工程を経たフライアッシュに含まれる未燃カーボンの前記外熱式ロータリーキルンへの供給量をＣｍｏｌ／分とし、前記加熱工程で前記外熱式ロータリーキルンに供給する前記燃焼ガスの酸素量をＯ_２ｍｏｌ／分とした場合に、Ｏ_２／Ｃモル比が１以上７以下となるように決定されることを特徴とする改質フライアッシュの製造方法。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の改質フライアッシュの製造方法において、
   前記予熱工程を行う前記非自燃環境の温度が、前記予熱工程に供されるフライアッシュに含まれる未燃カーボンの含有率に基づいて決定されることを特徴とする改質フライアッシュの製造方法。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の改質フライアッシュの製造方法において、
   前記予熱工程を行う前記非自燃環境は、その最高温度が、前記加熱工程を行う前記自燃環境の最高温度より低く、その最低温度が、前記加熱工程を行う前記自燃環境の最低温度より低い該環境であることを特徴とする改質フライアッシュの製造方法。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の改質フライアッシュの製造方法において、
   前記予熱工程を行う前記非自燃環境は、前記フライアッシュを４５０℃〜６５０℃に加熱するための該環境であり、前記加熱工程を行う前記自燃環境は、前記予熱工程を経たフライアッシュを６００℃〜９００℃に加熱するための該環境であることを特徴とする改質フライアッシュの製造方法。
7. 供給されたフライアッシュを予熱する予熱装置と、
   前記予熱装置において、前記供給されたフライアッシュを該フライアッシュに含まれる未燃カーボンが自燃しない非自燃環境に置くための第１加熱手段と、
   前記予熱装置により予熱されて供給されたフライアッシュを加熱する外熱式ロータリーキルンと、
   前記外熱式ロータリーキルンにおいて、前記予熱されて供給されたフライアッシュを該フライアッシュに含まれる未燃カーボンが自燃する自燃環境に置くための第２加熱手段と、を備えていることを特徴とするフライアッシュ改質装置。
8. 請求項７に記載のフライアッシュ改質装置において、
   前記装置は更に制御手段を備え、前記制御手段は、前記第１加熱手段を介して前記非自燃環境を制御し、且つ、前記第２加熱手段を介して前記自燃環境を制御するものであることを特徴とするフライアッシュ改質装置。
9. 請求項８に記載のフライアッシュ改質装置において、
   前記制御装置は、前記予熱装置に供給されるフライアッシュに含まれる未燃カーボンの含有率に基づき、前記第１加熱手段を介して前記非自燃環境の温度を制御するものであることを特徴とするフライアッシュ改質装置。
10. 請求項７〜請求項９のいずれか１項に記載のフライアッシュ改質装置において、
    前記予熱装置における前記非自燃環境は、その最高温度が、前記加熱装置における前記自燃環境の最高温度より低く、その最低温度が、前記加熱装置における前記自燃環境の最低温度より低い該環境であることを特徴とするフライアッシュ改質装置。
11. 請求項７〜請求項１０のいずれか１項に記載のフライアッシュ改質装置において、
    前記予熱装置における前記非自燃環境は、前記供給されたフライアッシュを４５０℃〜６５０℃に加熱するための該環境であり、前記加熱装置における前記自燃環境は、前記予熱されて供給されたフライアッシュを６００℃〜９００℃に加熱するための該環境であることを特徴とするフライアッシュ改質装置。
12. 請求項７〜請求項１１のいずれか１項に記載のフライアッシュ改質装置において、
    前記予熱装置は、１基以上のサイクロンから構成されていることを特徴とするフライアッシュ改質装置。