JP2592136B2 - 超微粉製造設備 - Google Patents

超微粉製造設備

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    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えばコンクリート、建設用資材の混和材
に適用されるシリカ超微粒子を石炭燃焼灰から製造する
設備や、建材用超微粒子硅石、弁柄、チタニア等塗料、
顔料用超微粒、セラミックス用超微粒子原料を製造する
整備等、超微粉製造設備に関する。
〔従来の技術〕
第3図は、石炭焚ボイラ設備の一例を示す概略側面図
である。
石炭燃焼灰には、石炭の燃焼炉(火炉)の炉底から排
出されるクリンカーアッシュ1と、排ガスと共に火炉後
流に運ばれたのち沈降・堆積したシンダーアッシュ2
と、電気集塵器やバグフィルタで捕集されたフライアッ
シュ3がある。一般に石炭灰の発生率(捕集率)は、ク
リンカーアッシュ1が約10%、シンダーアッシュ2が約
20%、フライアッシュ3が約70%と言われており、この
比率は石炭の性状(灰の組成、灰の融点、石炭の粒子径
等)、燃焼状態等により増減するが、フライアッシュ3
が最も多い。第1表にこれらの石炭灰の性状(代表的の
もの)を示す。
クリンカーアッシュ1は融点の高いアルミナ(Al
2O3)を含有せず、粒度が大きいのが特徴であり、火炉
から排出される時には塊状となっている。一方、シンダ
ーアッシュ2とフライアッシュ3は、シリカ(SiO2)と
アルミナ(Al2O3)を主成分とし、粒度は比較的小さ
く、燃焼される微粉炭の粒径とほぼ同じ粒度である。
上記のような石炭燃焼灰は、微粉炭焚火力発電所ある
いは石炭焚燃焼炉から大量に排出される廃棄物であり、
その有効利用方法については従来より種々の研究・検討
が行われ、一部は実用化されている。そのような有効利
用方法は、大きく分けて2つに分類される。その第1は
石炭灰をそのままの姿(性状)でセメントの原料の一部
として混合添加する方法であり、第2は石炭灰を焼成
し、コンクリート用の人口骨材として利用する方法であ
る。
従来は、主として第1の方法によりセメント用原料と
して使用するのが大半であり、その場合石炭灰の性状
(化学成分、粒度、比表面積、形状等)や灰中未燃分量
がセメントに不適当なものは利用できず、廃棄物として
処理されていた。そこで、石炭灰の利用拡大を図るため
石炭灰を加工する技術が研究されてきた。そして開発さ
れたのが上記第2の方法であって、石炭灰を焼成して数
mm程度の人口骨材を製造し、これをコンクリートの骨材
として利用するものである。
一方、大手ゼネコン業界では高層建築のニーズから従
来にない超高強度のコンクリートの開発をコンクリート
業界に求めている。超高強度コンクリートを得るために
は、コンクリート混和材としてシリカ系の超微粉を混合
すると有効であることが、これまでの基礎研究で判明し
公知の事実となっている。それによれば、超高強度コン
クリート用混和材としこの超微粒子の役割は、主として
次の3つにある。
コンクリート強度の著しい向上:従来の強度150〜2
50kg/cm2に対し300〜1200kg/cm2が達成される。
セメントに骨材(砂、じゃり等)と水を練り混ぜた
コンクリートは、その取扱い、施工性も重要であるが、
超微粒を入れたコンクリートは流動特性が改善される。
コンクリートの劣化の要因としてアルカリ反応があ
るが、超微粒シリカ(SiO2)にアルカリ反応を抑制する
効果があるため、コンクリートの耐久性が向上する。
〔発明が解決しようとする課題〕
前記のように石炭燃焼灰は、セメントの原料あるいは
コンクリート骨材として有効に活用されてはいるもの
の、それだけでは、石炭焚火力発電所あるいは石炭焚燃
焼炉を有する工場等において大量に排出される石炭灰を
処理しきれず、その廃棄のための灰捨場の確保と環境汚
染対策が大きな課題である。
一方、前記超強度コンクリートを得るための超微粉コ
ンクリート混和材は、供給不足であり、かつ性能の良い
混和材が求められている。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、前記従来の課題を解決するために、石炭燃
焼灰を超微粉砕処理する設備と、同じく超高温気化処理
により微粉化する設備と、上記超微粉砕処理設備および
上記超高温気化処理設備によりそれぞれ製造された粒度
の異なる微粉を混合する製品調整設備とを備えたことを
特徴とする超微粉製造設備、ならびにこれに加えて、上
記超高温気化処理設備の排ガスをボイラ火炉または熱交
換器に導く管路を備えたことを特徴とる超微粉製造設備
を提案するものである。
〔作用〕
石炭燃焼灰のうち、例えば火炉から生成するクリンカ
ーアッシュは、超微粉砕処理する。またシンダーアッシ
ュとフライアッシュは、超高温気化処理および超微粉砕
処理する。超高温気化処理および超微粉砕処理で得られ
た粒度の異なる2種の超微粉は、それぞれ単独でも可能
であるが、コンクリート用混和材として最も適した粒度
分布に調合の上使用される。一方、超高温処理装置で生
成した溶融スラブは、コンクリート骨材として使用され
る。
また超高温気化処理設備の排ガスをボイラ火炉または
熱交換器に導くことにより、排熱を回収してエネルギー
を有効活用する。
〔実施例〕 第1図は本発明の一実施例を示す設備系統図である。
この実施例は、例えば石炭焚火力発電所のように、石炭
燃焼灰を自ら排出する石炭焚ボイラあるいは石炭焚燃焼
炉を有する工場内に設置される場合の例である。
設備は大きく分けて、超微粉砕処理設備A、超高温気
化処理設備B、製品調整設備Cの3つの設備から構成さ
れる。
石炭灰のうち、クリンカーアッシュ1は塊状となって
いるため、超微粉化手段としては超微粉砕処理設備Aに
適している。一方シンダーアッシュ2およびフライアッ
シュ3は超微粉砕処理設備Aと超高温気化処理設備Bの
どちらにも適している。そこでまず、クリンカーアッシ
ュ1はベルトコンベア4により第1の灰貯蔵ホッパ5に
搬送される。一方、シンダーアッシュ2およびフライア
ッシュ3はベルトコンベア6,7により、第2の灰貯蔵ホ
ッパ8に搬送される。
超微粉砕処理設備Aは、第1の灰受入れホッパ9、超
微粉砕機10、乾燥装置11、塊砕機12および集塵装置13か
ら構成される。第1の灰貯蔵ホッパ5内のクリンカーア
ッシュ1および第2の灰貯蔵ホッパ内のシンダーアッシ
ュ2とフライアッシュ3は、第1の灰受入れホッパ9に
一旦受入れられた後、超微粉砕機10に送られ、添加水14
とともに湿式粉砕されて、0.1μから10μの範囲の粒子
が50%以上を占める超微粒子に粉砕される。超微粉砕機
10の出口の超微粒子は灰の濃度が20%から80%の範囲
(通常は約60%)のスラリーであるので、これを乾燥装
置11により乾粉とするが、この際超微粒子は互いに凝縮
して固まるため、塊砕機12により細かい粒子に再分散さ
せた後、集塵装置13により捕集回収し、一旦第1の超微
粒ホッパ15に貯蔵する。
超高温気化処理設備Bは、第2の灰受入れホッパ16、
超高温炉17、助燃用の微粉炭ホッパ18、助燃用微粉炭搬
送用の一次空気ファン(PAF)19、酸素富化燃焼用の酸
素精精装置(あるいは酸素ボンベ)20、シリカヒューム
冷却装置21、捕集装置22、熱回収装置23から構成され
る。第2の灰貯蔵ホッパ8から送られたシンダーアッシ
ュ2およびフライアッシュ3は、第2の灰受入れホッパ
16に一旦受入れられた後、一次空気ファン19により超高
温炉17に搬送され、助燃用微粉炭とともに、酸素富化条
件(O2濃度21%以上、通常約30〜40%)で燃焼する。こ
のとき超高温炉内の温度は2000℃ないし3000℃(通常は
約2,600℃)に制御される。気化温度が比較的高いアル
ミナAl2O3(融点2015℃、気化温度3500℃)は、溶融ス
ラグ24として炉底から排出され、冷却されてコンクリー
ト用骨材等の資材となる。一方、気化温度が比較的低い
シリカSiO2(融点1730℃、気化温度2230℃)はガス状の
シリカヒュームとして超高温炉17から排出された後、シ
リカヒューム冷却装置21により冷却され、0.01μから1
μの範囲が50%以上を占める超微粒子として、捕集装置
22により捕集回収され、一旦第2の超微粒ホッパ25に貯
蔵される。
次に製品調整設備Cにおいては、第1および第2の超
微粉ホッパ15,25内の超微粒子が、最適調合のため供給
装置26,27で供給量を制御されて、混合調整タンク28に
送り込まれる。そして添加水32および添加剤33とともに
混合される。第1の超微粉ホッパ15の中の超微粉と第2
の超微粉ホッパ25の中の超微粉は、粒度がほぼ1桁異な
るが、超高強度コンクリートのニーズに応じて、例えば
最密充填の見地から、重量比5:95ないし95:5の範囲で、
最適な配合が行なわれる。混合調整タンク28を出た超微
粒スラリー(濃度は20%から80%ほ範囲、通常は約60
%)は、混練機29で分散の仕上げをした後、製品スラリ
ータンク30に送られる。
一方超高温炉17を燃焼排ガス(2000℃〜3000℃、通常
2600℃)は、ヒューム冷却装置21で1000℃以下(通常約
800℃)に冷却された後、捕集装置22を介して熱回収装
置23に送られ、酸素富化燃焼空気を加熱した後、ボイラ
火炉31に送られて熱エネルギーを回収される。上記のよ
うに超高温気化処理Bでは、酸素富化による助燃(助燃
用燃料として石炭あるいは重油等を使用)を必要とする
が、この排ガスを石炭焚ボイラあるいは石炭焚燃焼炉に
導き熱回収を行うことによって、エネルギーの有効活用
を図る。
なお、上記のようにして製造された超微粒子はシリカ
リッチ(SiO2が50%以上)である。一方溶融スラグ24は
アルミナリッチ(Al2O3が50%以上)である。したがっ
て、この超微粒製造設備はSiO2とAl2O3とを分離する機
能も兼ね備えているといえる。
次に第2図は本発明の他の実施例を示す設備系統図で
ある。この実施例は、離れた場所にある石炭焚火力発電
所あるいは石炭焚燃焼炉から超微粉製造設備へ、石炭燃
焼灰を運搬した来る場合の例である。
クリンカーアッシュ1を搬送したトラック34およびシ
ンダーアッシュ2とフライアッシュ3を搬送したトラッ
ク35から、それぞれの石炭燃焼灰は、ベルトコンベア3
6,37により第1の灰貯蔵ホッパ5および第2の灰貯蔵ホ
ッパ8に貯蔵される。その後は、前記第1の実施例と同
じ工程で超微粉が製造され、製品スラリータンク30に貯
蔵される。この実施例の場合超高温炉117を出た排ガス
は、シリカヒューム冷却装置21、捕集装置22および熱回
収装置23を経て熱交換器38に導かれ、熱エネルギーを有
効に活用された後、煙突39から大気に放出される。
〔発明の効果〕
本発明によれば、石炭焚ボイラや石炭燃焼炉から大量
に排出され、従来産業廃棄物として処理に困っていた石
炭燃焼灰を有効に利用し、コンクリート混和材として有
用な超微粉とコンクリート骨材としての溶融スラグとを
効率よく得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す設備系統図、第2図は
本発明の他の実施例を示す設備系統図である。第3図は
石炭焚ボイラ設備の一例を示す概略側面図である。 A……超微粉砕処理設備、 B……超高温気化処理設備、 C……製品調整設備、 1……クリンカーアッシュ、 2……シンダーアッシュ、3……フライアッシュ、 4,6,7……ベルトコンベア、 5……第1の灰貯蔵ホッパ、 8……第2の灰貯蔵ホッパ、 9……第1の灰受入れホッパ、10……超微粉砕機、 11……乾燥装置、12……塊砕機、 13……集塵装置、14……添加水、 15……第1の超微粒ホッパ、 16……第2の灰受入れホッパ、17……超高温炉、 18……微粉炭ホッパ、19……一次空気ファン(PAF)、 20……酸素製造装置、 21……シリカヒューム冷却装置、22……捕集装置、 23……熱回収装置、24……溶融フラグ、 25……第2の超微粒ホッパ、26,27……供給装置、 28……混合調整タンク、29……混練機、 30……製品スラリータンク、31……ボイラ火炉、 32……添加水、33……添加剤、 34,35……トラック、36,37……ベルトコンベア、 38……熱交換器、39……煙突。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】石炭燃料灰を超微粉砕処理する設備と、同
    じく超高温気化処理により微粉化する設備と、上記超微
    粉砕処理設備および上記超高温気化処理設備によりそれ
    ぞれ製造された粒度の異なる微粉を混合する製品調整設
    備とを備えたことを特徴とする超微粉製造設備。
  2. 【請求項2】石炭燃料灰を超微粉砕処理する設備と、同
    じく超高温気化処理により微粉化する設備と、上記超微
    粉砕処理設備および上記超高温気化処理設備によりそれ
    ぞれ製造された粒度の異なる微粉を混合する製品調整設
    備と、上記超高温気化処理設備の排ガスをボイラ火炉ま
    たは熱交換器に導く管路とを備えたことを特徴とする超
    微粉製造設備。
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