JP5219256B2 - 粒状添加剤及びその製造方法 - Google Patents
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Description
また、全国の自治体や、民間工場内には多くの廃棄物焼却炉のプラントがあり、焼却物の性状や処理量、処理条件がそれぞれで異なるために、クリンカーの性状や付着要因もそれぞれで異なることから、クリンカー付着抑制剤も多種多様なクリンカー抑制成分を配合したものが必要となる。
しかし、これらの鉱物の硬さは10kgf(98N)を超えるため、一般的に流動層ボイラーで流動媒体として用いられる硬さが5〜10kgf(49〜98N)程度、粒径が0.1〜3mm程度の珪砂よりも固く粒径も大きくなり、水管や設備のエロージョンが発生してしまう。
本発明の粒状添加剤は、更に吸湿成分を含んでいてもよい。
上述のように、本発明の粒状添加剤は、クリンカー付着抑制成分とバインダー成分を含み、平均粒径が0.1〜5.5mm、見掛比重が1.0〜5.0、圧潰強度が9.8〜98Nであることを特徴とする。
この形態のクリンカー付着抑制成分は単独又は2種以上を混合して用いることができ、造粒の際には後に詳述するバインダー成分と混合して用いることが好ましい。
これらの水溶性塩は単独又は2種以上を混合して用いることができ、造粒の際には0.1〜20質量%の希釈溶液として用いることが好ましい。該希釈溶液の溶媒としては、後に詳述するバインダー成分を用いることができる。
まず、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、硫酸マグネシウム及び酢酸マグネシウム等のマグネシウム化合物は、クリンカー付着を抑制するだけではなく、廃棄物燃焼時のHClガス雰囲気や、低融点塩素化合物を含むクリンカーの溶融などによる高温腐食を抑制する効果をも有する。従って、これらの化合物を含む本発明の粒状添加剤を添加することで、燃焼ガスや炉内に付着したクリンカーに含まれる塩素による高温腐食が抑えられ、廃棄物焼却炉、流動層ボイラーの総合的な安定操業が可能となる。
また、これらの高融点化合物を流動層ボイラーの流動砂中に混入させることで、流動砂の造粒によるクリンカーが抑制されて高温での流動砂の滑り性を向上させることができる。更に、高温腐食抑制効果を有するマグネシウム化合物と共に造粒して流動砂中に混入させることで、流動砂中の過熱器管に対しても高温腐食を抑制する効果が得られる。
また高分子樹脂溶液としては、ポリビニルアルコール水溶液、酢酸ビニル水溶液及びアクリル樹脂分散液等を挙げることができる。
また後述の軽石を使った造粒法では乾燥工程を必要としないが、時間が経つに従って浸み出した水分が包装の内部を濡らしてしまうことがあるので造粒加工後の造粒品に上述の吸湿剤を混合し、余剰水分を除去することが好ましい。
平均粒径が0.1mmよりも小さい場合は発塵が起こったり投入後にボイラーの後部に飛散したりする。5.5mmを超える場合は燃料との混合が困難であったり流動底部に脱落してボトムから排出されたりする。見掛比重が1.0よりも小さい場合は嵩高になり扱いづらい。5.0を超える場合は硬くなってしまう。また圧潰強度が9.8Nよりも小さい場合は移送時に粒子が崩壊し形状を維持することができない。98Nを超える場合は添加剤が炉内、特に水管のエロージョンを引き起こす原因異物となる。なお圧潰強度は、島津製作所製オートグラフで測定した値である。
軽石を含むのは、主に造粒加工時の便宜のためである。詳細を以下に説明する。
しかし、軽石を原料に含めることによって、コンクリートミキサーなどの汎用ミキサーを用いて本発明の粒状添加剤を容易に製造することができる。
また、通常では造粒の困難な水溶性塩の溶液、水分が15%以上の原料混合物、従来は液体でのみ提供されていたコロイダルシリカ等のクリンカー付着抑制剤などを造粒することができる。その場合は、同時に粉体の原料を投入することが好ましい。
更に、得られた造粒物は、核として軽石を含んでいるため、上記の造粒ミキサーにより得られた造粒物よりも崩壊しにくい。従って、造粒後に余剰水分を吸収する工程を省略したりするなど、製造工程を簡便にすることができる。
本発明の粒状添加剤は、平均粒径が0.1〜5.5mmであり取扱い易いため、単独で又は燃料や廃棄物等の燃焼物、流動砂と混合して炉内に添加することができる。流動砂と混合して投入する場合は、主に流動砂を循環砂補充ライン等から補充するタイミングで混合して投入される。
粒子添加剤を表1に示す原料、配合割合及び造粒機で作製した。造粒ミキサーは、三井鉱山株式会社製TM型造粒ミキサーを用いた。
また、造粒製品の粒径、見掛比重及び圧潰強度を表1に示した。なお、表中の40%コロイダルシリカ溶液はバインダー成分として使用しているが、通常は液体クリンカー付着抑制剤として使用される。
また、実施例1〜4では、微粉末のクリンカー付着抑制剤を粒状にすることができたため、その嵩が小さくなり、さらに発塵がなくなり取扱い性能が飛躍的に向上した。更に実施例1〜3では、通常、液体クリンカー付着抑制剤として用いられる40%コロイダルシリカ溶液を固体のクリンカー付着抑制剤として使用することを可能とした。
実施例1の粒状添加剤を図1の模式図に示す蒸発量45t/h、廃棄物燃料の燃焼量300t/日の流動層ボイラーに使用し評価を行った。
また比較のための添加剤として、脱硫用水酸化マグネシウム25%スラリーを使用した(比較例1)。
クリンカーは非常に硬質で肥大化し、たびたびボトムクリンカー及びシンダアッシュ排出口の閉塞を起こしていた。
1時間あたりの廃棄物燃焼量:300t÷24=12500kg
1時間あたりの灰分量:400kg
添加剤投入量:400kg×5%=20kg
またクリンカーの排出状況についても、粒状添加剤を使用した場合は、硬質なクリンカーが減少し、こぶし大の脆いクリンカーの排出に変化した。
これらの結果から、本発明の粒状添加剤を使用することによって、ボイラー内に生成されるクリンカーが軟らかいものに変化し、クリンカートラブルが改善することが推察される。
実施例3の粒状添加剤を図2の模式図に示す蒸発量100t/h、RPF、木屑、廃タイヤの焼却量が220t/日の循環型流動層ボイラー使用し評価を行った。図中の10は流動砂、30は流動層、40は過熱器、50は節炭器、70はサイクロンである。
また比較のための添加剤として、平均粒径25μmの水酸化マグネシウム粉末を粉末添加剤として使用した(比較例2)。
1時間あたりの焼却量:220t÷24=9200kg
1時間あたりの灰分量:920kg
添加剤投入量:920kg×5%=46kg
1回あたりの投入量:45kg÷3=15.3kg
一方、比較例2の添加剤では、珪砂の造粒クリンカーは抑制できていない。従って、比較例2の粉末添加剤よりも本発明の粒状添加剤の方がクリンカー抑制効果において優れている。
実施例1の粒状添加剤を図3の模式図に示す蒸発量80t/h、ゴミ固形化燃料の焼却量220t/日の気泡流動層ボイラーに使用し、流動層内過熱器の腐食抑制の効果を評価した。図中の10は流動砂、30は流動層、41は吊下過熱器、42は流動層内過熱器、80はボイラバンクである。
また比較のために、上記流動層ボイラーでの評価に使用した比較例1のスラリー状添加剤を使用した。
1時間あたりのゴミ固形化燃料燃焼料:220t÷24=9200kg
1時間あたりの灰分量:920kg
粒状添加剤投入量:920kg×5%=46kg
半年間運転した後の過熱器管の平均腐食減量を表5に示す。
20 焼却物投入口
30 流動層
40 過熱器
41 吊下過熱器
42 流動層内過熱器
50 節炭器
60 シンダアッシュ排出口
70 サイクロン
80 ボイラバンク
Claims (16)
- クリンカー付着抑制成分とバインダー成分を含み、平均粒径が0.1〜5.5mm、見掛比重が1.0〜5.0、圧潰強度が9.8〜98Nであることを特徴とする粒状添加剤。
- 更に、吸湿成分を含むことを特徴とする請求項1に記載の粒状添加剤。
- 上記クリンカー付着抑制成分が、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、アルミナ、シリカ及びケイ酸ジルコニウムから成る群より選ばれた少なくとも1種である平均粒径0.1〜100μmの粉体を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の粒状添加剤。
- 上記クリンカー付着抑制成分が、水溶性塩を、0.1〜20質量%の希釈溶液として含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つの項に記載の粒状添加剤。
- 上記水溶性塩が、硫酸鉄(II)、硝酸カルシウム及び酢酸マグネシウムから成る群より選ばれた少なくとも1種の化合物であることを特徴とする請求項4に記載の粒状添加剤。
- 上記水溶性塩の希釈溶液の溶媒が、上記バインダー成分であることを特徴とする請求項4又は5に記載の粒状添加剤。
- 上記バインダー成分が、水、無機バインダー及び高分子樹脂溶液から成る群より選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つの項に記載の粒状添加剤。
- 上記無機バインダーが、水ガラス水溶液及び/又はコロイダルシリカであることを特徴とする請求項7に記載の粒状添加剤。
- 上記高分子樹脂溶液が、ポリビニルアルコール水溶液、酢酸ビニル水溶液及びアクリル樹脂分散液から成る群より選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする請求項7又は8に記載の粒状添加剤。
- 上記吸湿成分が、高分子吸収剤、シリカゲル、ジルコニウム化合物、糸屑、及び紙屑から成る群より選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする請求項2〜9のいずれか1つの項に記載の粒状添加剤。
- 更に、平均粒径が0.1〜5mmの軽石を含むことを特徴とする請求項1〜10のいずれか1つの項に記載の粒状添加剤。
- 単独で又は燃料、廃棄物若しくは流動砂と混合して炉内に投入して使用することを特徴とする請求項1〜11のいずれか1つの項に記載の粒状添加剤。
- 請求項11又は12に記載の粒状添加剤を製造するに当たり、
平均粒径が0.1〜5mmの軽石を核として、上記クリンカー付着抑制成分と、上記バインダー成分とを含む原料を造粒することを特徴とする粒状添加剤の製造方法。 - 上記バインダー成分が、濃度1〜50質量%の水ガラスを含むことを特徴とする請求項13に記載の粒状添加剤の製造方法。
- 上記バインダー成分が、濃度1〜50質量%、平均粒径0.1〜100nmのコロイダルシリカを含むことを特徴とする請求項13又は14に記載の粒状添加剤の製造方法。
- 上記バインダー成分が、濃度1〜50質量%の樹脂溶液を含むことを特徴とする請求項13〜15のいずれか1つの項に記載の粒状添加剤の製造方法。
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