JP5639820B2 - エマルジョン燃料を用いたアスファルト合材用骨材乾燥方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料油／水エマルジョン燃料を用いたアスファルト合材用骨材乾燥方法及びアスファルト合材用骨材乾燥装置に関し、特に乳化剤を含まない燃料油／水エマルジョン燃料を製造後、即時燃焼させるアスファルト合材用骨材乾燥方法及びアスファルト合材用骨材乾燥装置に関する。

道路の舗装に用いられるアスファルト合材は、アスファルトに骨材となる石や砂を混合したものである。この骨材に水分が含まれていると、アスファルト合材の品質に影響を与えるため、アスファルトに混合する前に骨材を十分乾燥させておく必要がある。この乾燥工程は骨材を乾燥炉に投入するものであるが、このときの乾燥炉の熱源は燃料油（特にＡ重油）やガスを燃焼させることにより得られている。

従来から、重油と水を微細な粒子として混合・乳化させ、エマルジョン燃料として用いる技術が開発、開示されてきている。重油を水とのエマルジョン燃料にして燃焼させることにより、水分の蒸発に伴う重油の微細化をもたらし、重油を単独で燃焼させた場合よりも燃焼効率を上げることができ、結果としてＮＯｘ、ＳＯｘ、ＣＯ_２や、ばいじんの発生量を抑制する効果があるとされている。

重油と水とのエマルジョン燃料の製造方法としては、水の分散性を良くしてエマルジョン燃料の貯蔵中の油水分離を防止するために界面活性剤（乳化剤）を添加して十分に混合攪拌する方法が多く開示されている（例えば特許文献１）。また、重油と水以外に石炭粉末等の可燃性物質を混合して、分散性や燃焼性を向上させたものがある（例えば特許文献２）。

また、このようなエマルジョン燃料の燃焼方法としては、エマルジョン燃料を燃焼炉内に噴霧して燃焼させる方法のほか、エマルジョン燃料とオイルとを別々に燃焼炉に噴射して混合燃焼させることにより、エマルジョン燃料中の含水率を上げる方法が開示されている（特許文献３）。また、燃焼システムとして、エマルジョン燃料を一部循環させることにより、乳化剤を不要とした燃焼システムも開示されている（特許文献４）。

特開平０７−１８２７５号公報 特開２００３−８２３６９号公報 特開２００８−２６１５３４号公報 特開２００７−３２９３７号公報

先に述べたように、アスファルト合材用骨材の乾燥には重油を用いることが多い。重油をポンプで加圧し、ノズルから燃焼装置内に加圧噴霧し、別途送気する空気と混合させて燃焼させる。そして発生する高温の燃焼ガスを骨材に当てることにより、骨材を乾燥させるものである。そこでこの重油の燃焼効率を上げ、ＮＯｘ、ＳＯｘ、ＣＯ_２やばいじんの発生量を抑制するため、重油／水エマルジョン燃料を用いることが考えられた。ここでアスファルト合材用骨材の乾燥工程は、必要なときに必要な量を乾燥させる必要があるため、連続的ではなく断続的に行われる。

そのため、あらかじめエマルジョン燃料を製造してタンクに貯蔵しておき、必要なときにエマルジョン燃料を使用できるようにすることが考えられる。しかしタンク貯蔵のための設備が新たに必要となる。さらに貯蔵中の油水分離を防止するために界面活性剤等の添加が必要になり、また界面活性剤を添加したとしても、貯蔵期間が長期にわたる場合には油水分離が多少なりとも生じてしまい、エマルジョン燃料の安定燃焼を得ることができなかった。そのため、アスファルト合材用骨材の乾燥にはこれまでエマルジョン燃料を用いることは実用化されていなかった。

そこで、乳化剤を用いずに必要な時にすぐに重油／水エマルジョン燃料を製造できると同時に、製造したエマルジョン燃料を貯蔵せずにそのまま燃焼させる、即時燃焼方法の適用が望まれていた。ここで、重油と水の分散混合方法として、ホモジナイザ（混合機）を用いてエマルジョン化する方法が一般に知られている。しかし、燃焼時間が断続的であるため、エマルジョン燃料の特に燃焼開始時の安定燃焼運転が難しいことがわかった。

また、現在稼動中のアスファルト合材用骨材乾燥設備は多数あるが、その設備規模や使用する燃料の種類、燃焼炉システムなどが少しずつ異なっている。そのため、このような多くの異なる既存設備に対して、できるだけタンク、循環ライン、空気ラインのような新たな設備を付加することなく、できるだけエマルジョン燃料製造用装置のみを追加するだけで重油／水エマルジョン燃料を用いたアスファルト合材用骨材乾燥方法を適用することが望まれている。

本発明の目的は、燃料油／水エマルジョン燃料を用いた、アスファルト合材用骨材乾燥方法を提供することである。また、燃料油を用いる既存のアスファルト合材用骨材乾燥設備に対して、できるだけ新たな設備を付加することなく、燃料油／水エマルジョン燃料を用いたアスファルト合材用骨材乾燥方法を適用することである。また、本発明の他の目的は、燃料油／水エマルジョン燃料を用いた、アスファルト合材用骨材乾燥装置を提供することである。

エマルジョン燃料を用いたアスファルト合材用骨材乾燥方法でもっとも大きな問題は、燃焼運転開始時に安定した燃焼が得られにくいという点である。先に説明したように、アスファルト合材用骨材乾燥工程は、必要なときに運転を行う断続運転工程である。その運転開始時に安定した燃焼を得るためには、以下のような方法が有効であることを発明者らは突き止めた。

本発明の１つの視点において、本発明に係る方法は、アスファルト合材用骨材を乾燥炉にて断続的に乾燥させる方法であって、乾燥用燃料の燃焼開始時に、燃料油のみを乾燥炉の燃焼装置に送液して燃焼させる第１の燃料油のみの燃焼工程と、該第１の燃料油のみの燃焼工程に引き続き、水の燃料油に対する混合比率を順次増加させていき、最終的に所定の混合比率まで到達させ、燃料油と水を所定の混合比率で連続的に混合攪拌装置に供給して混合攪拌し、燃料油と水のエマルジョン溶液を連続的に製造する工程と、製造された該エマルジョン溶液を貯留することなく該乾燥炉の燃焼装置に送液して燃焼させる工程と、を含むことを特徴とする。
また、本発明の他の視点において、本発明に係る装置は、アスファルト合材用骨材を乾燥炉にて断続的に乾燥させるアスファルト合材用骨材乾燥装置であって、乾燥用燃料の燃焼開始時に、燃料油のみを乾燥炉の燃焼装置に送液して燃焼させる第１の燃焼工程を行い、該第１の燃焼工程に引き続き、水の燃料油に対する混合比率を順次増加させていき、最終的に所定の混合比率まで到達させ、燃料油と水を所定の混合比率で連続的に混合攪拌装置に供給して混合攪拌し、燃料油と水のエマルジョン溶液を連続的に製造する手段を有し、製造された該エマルジョン溶液を貯留することなく該乾燥炉の燃焼装置に送液して燃焼させる燃焼手段、を含むことを特徴とする。

ここで、燃料油とは主にＡ重油であるが、Ｂ重油、Ｃ重油、軽油、灯油等も適用可能である。

本発明により、これまで適用できなかったアスファルト合材用骨材乾燥工程に、特に燃焼開始時に安定してエマルジョン燃料を燃焼させることができるようになり、これにより燃料油を効率的に燃焼させることができ、結果としてＣＯ_２、ＮＯｘ、ＳＯｘ等の発生を低減させることができる。

本発明の燃焼方法を実施するための配管系統図の１実施例である。 本発明の燃焼方法の運転フロー図の１実施例である。

［アスファルト合材用骨材乾燥方法］
上記視点において、前記エマルジョン燃料の燃焼終了後に、引き続いて燃料油のみを乾燥炉の燃焼装置に送液して燃焼させる工程をさらに含むことが好ましい。

前記エマルジョン溶液を連続的に製造する工程は、水の燃料油に対する混合比率を順次増加させていき、最終的に所定の混合比率まで到達させる。

水の燃料油に対する混合比率を順次増加させる方法は、連続的に増加させていくか、又は段階的に増加させていくことが好ましい。

前記燃料油のみの燃焼時と前記エマルジョン燃料の燃焼時との運転切り替えは、水供給ポンプの運転のオン・オフで行うことが好ましい。

前記所定の混合比率は、水の体積％として１０〜２５％の範囲内であることが好ましい。

前記燃料油は、Ａ重油、Ｂ重油、Ｃ重油、軽油及び灯油のうちのいずれか１以上であることが好ましい。

前記製造したエマルジョン燃料の噴霧されない余剰分を、前記エマルジョン燃料噴霧ポンプからバーナーの間のいずれかから、該混合攪拌装置の入口側へ戻すことが好ましい。

前記混合攪拌装置は、燃料油供給配管と水供給配管とを備えるとともに、該水供給配管からの水の供給期間を、任意に設定可能であることが好ましい。

前記混合攪拌装置は、燃料油供給配管と水供給配管とを備えるとともに、該水供給配管からの水の供給量を、時間的な変化も含めて任意に設定可能であることが好ましい。
［アスファルト合材用骨材乾燥装置］
本発明のアスファルト合材用骨材乾燥装置は、以下のものが好ましい。
前記エマルジョン燃料の燃焼終了後に、引き続いて燃料油のみを前記乾燥炉の燃焼装置に送液して燃焼させる第２の燃料油のみの燃焼工程をさらに行う。
水の燃料油に対する混合比率を順次増加させるための、連続的に増加させていくか、又は段階的に増加させていく手段を有する。
前記燃料油のみの燃焼時と前記エマルジョン燃料の燃焼時との運転切り替えは、水供給ポンプの運転のオン・オフで行う。
前記所定の混合比率は、水が体積％として１０〜２５％の範囲内である。
前記燃料油は、Ａ重油、Ｂ重油、Ｃ重油、軽油及び灯油のうちのいずれか１以上である。
前記製造したエマルジョン燃料の噴霧されない余剰分を、前記エマルジョン燃料噴霧ポンプからバーナーの間のいずれかから、前記混合攪拌装置の入口側へ戻す。
前記混合攪拌装置は、燃料油供給配管と水供給配管とを備えるとともに、該水供給配管からの水の供給期間及び／又は水の供給量を、時間的な変化も含めて、任意に設定可能である。

（実施例１）
以下に本発明の１つの実施例を、燃料油を重油とした場合を用いて、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係るアスファルト合材用骨材乾燥方法に用いる配管系統の概要図である。図１に示すように、本発明に係る配管系統では、重油タンク１０から重油加圧ポンプ１１で重油を加圧・送出する送液配管の途中に水の送液配管を合流させている。そして所定の割合で水を水供給ポンプ１３により送りこみ、配管内で併流させたのち、強い攪拌力を持つ混合攪拌機（攪拌装置）１２に供給して攪拌、混合し、エマルジョン化させる。このエマルジョン液をエマルジョン燃料噴霧ポンプ１７でそのまま乾燥炉１６のバーナー（燃焼装置）１４に供給し、燃焼させるものである。

また、エマルジョン燃料噴霧ポンプ１７からバーナー１４までの間のいずれかから、混合攪拌機１２の入口側に戻る戻りライン１８が設置されていることが好ましい。図１に示す実施例では、エマルジョン燃料噴霧ポンプ１７からバーナー１４に至る配管の途中から戻りライン１８が設置されている。これにより、製造したエマルジョン燃料の一部を再度攪拌機に戻すことにより、さらに均一なエマルジョン燃料を製造でき、より安定した燃焼運転を達成できる。また、エマルジョン燃料消費に伴う装置配管内の圧力変動を緩和する効果もある。エマルジョン燃料噴霧ポンプ１７から一部を戻してもよいし、バーナー１４から一部を戻してもよい。

図２（ａ）に本実施例における運転フローを示す。運転開始時にはまず重油加圧ポンプ１１を運転して配管内を加圧状態に保つ。次に図２（ａ）に示すように、エマルジョン燃料噴霧ポンプ１７を運転し、バーナー１４で重油だけを燃焼させる。この時点でも配管構成上、混合攪拌機１２を経由して燃焼させるため、混合攪拌機１２も運転している。この状態で３〜５分程度運転したのち、水供給ポンプ１３を起動させ、重油と水を配管内で混在（併流）させる。この混在液はそのまま混合攪拌機１２に送られて攪拌され、エマルジョン化されてバーナー１４に送られ、燃焼される。図２（ｂ）は水供給運転開始直後のエマルジョン燃料の水／重油比率変化である。図に示すように、水供給ポンプ１３の起動時には、混合燃料の水／重油の比率が設定値に対して変動するが、数分で定常状態となる。

図２では記載していないが、水の混合比率を、水の供給開始直後から順次増加させていくことができる。こうすることで、バーナー１４での燃焼がさらに安定化される。順次増加させる方法は、連続的に増加させてもよいし、ステップ状に数段階で増加させることもできる。最終的に所定の混合比率に達した段階で定常運転に移行する。このような増加運転は自動で行わせることができる。

燃焼を停止させるときは、まず水供給ポンプ１３を停止させ、エマルジョン燃料の製造を中止する。この段階でも燃焼は停止させず、混合攪拌機１２を運転継続しつつ重油のみを供給して燃焼運転をしばらく継続する。そして最後にエマルジョン燃料噴霧ポンプ１７と混合攪拌機１２を停止して燃焼を停止する。この際も、水供給ポンプ１３の停止にあたり、水供給率を順次低下させていってもよい。

このように停止させることで、混合攪拌機からバーナーまでに滞留するエマルジョン燃料がすべて消費され、次回運転開始時には再び燃料油のみを燃焼させる工程から開始することができる。

このように、水／重油の混合は、重油の供給量を一定とし、水の供給のオン・オフ調節及び水供給量の調節により行うことができる。このような調節は、例えば独立した制御装置で混合攪拌機、ポンプやバルブ等を自動制御することもできるし、重油供給配管及び水供給配管を備えた混合攪拌機を用いて、あらかじめ設定したシーケンスで混合攪拌機が自動的に制御を行うようにすることもできる。

本発明では、重油と水の混合乳化は、乳化剤を用いないで混合攪拌機１２で攪拌することのみにより行う。そのため、ある程度の攪拌力が必要であるが、本方法では適切な市販の混合機を用いることで必要な混合乳化を達成できる。ある程度の処理能力と攪拌力があればその種類は問わない。

重油と水との混合割合は必ずしも限定されるものではないが、本実施例では水の体積％として約１０％〜２５％程度までが好ましく、２０％程度がもっとも好ましい。２５％より大きい水混合比率だと、骨材乾燥に必要な温度が得られない。またこれより少ないと骨材乾燥に問題はないが、エマルジョン燃料としての効果が少なくなる。

バーナー（燃焼装置）は、重油又はエマルジョン燃料を噴霧して空気と混合させて燃焼させる方式の通常の燃焼装置をそのまま用いることができる。したがって、既存の乾燥炉を改造することなく用いることができる。

この方法により、骨材の乾燥を行う必要が生じた場合にその都度、重油と水を所定の割合で混合攪拌機に供給し、製造されたエマルジョン燃料を直接燃焼設備に供給することにより、安定したエマルジョン燃料の燃焼を達成することができ、使用する重油の量を節約することができた。本実施例では、２０％水混合率のとき、同じ骨材乾燥処理量において燃料使用量を削減することができ、それに伴いＣＯ_２発生量を約１５％低減させることができた。また、従来比でＮＯｘを約２９％低減し、ＳＯｘを約５４％低減することができた。

なお、燃料として本実施例では重油（Ａ重油）を用いたが、これに限らず、Ｂ重油、Ｃ重油、軽油や灯油でも同様の対応が可能であることは先に述べたとおりである。なお、使用する燃料油の種類や、適用する燃焼装置の種類等で、水の適切な混合比率は多少変化するものと考えられる。

本発明は、すでに重油等を用いている既存の工程設備に、基本的に混合攪拌機と水供給配管を追加するのみで実施することができ、比較的軽微な改造で適用することができる。したがって多くの既存設備に対して有用な代替改良手段を与えるものである。

以上、本発明を上記実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態の構成にのみ制限されるものでなく、本発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。

１０ 重油タンク
１１ 重油加圧ポンプ
１２ 混合攪拌機
１３ 水供給ポンプ
１４ バーナー
１６ 乾燥炉
１７ エマルジョン燃料噴霧ポンプ
１８ 戻りライン

Claims (16)

1. アスファルト合材用骨材を乾燥炉にて断続的に乾燥させる方法であって、
   乾燥用燃料の燃焼開始時に、燃料油のみを乾燥炉の燃焼装置に送液して燃焼させる第１の燃料油のみの燃焼工程と、
   該第１の燃料油のみの燃焼工程に引き続き、水の燃料油に対する混合比率を順次増加させていき、最終的に所定の混合比率まで到達させ、燃料油と水を所定の混合比率で連続的に混合攪拌装置に供給して混合攪拌し、燃料油と水のエマルジョン溶液を連続的に製造する工程と、
   製造された該エマルジョン溶液を貯留することなく該乾燥炉の燃焼装置に送液して燃焼させる工程と、
   を含むことを特徴とする、アスファルト合材用骨材乾燥方法。
2. 前記エマルジョン燃料の燃焼終了後に、引き続いて燃料油のみを前記乾燥炉の燃焼装置に送液して燃焼させる第２の燃料油のみの燃焼工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のアスファルト合材用骨材乾燥方法。
3. 水の燃料油に対する混合比率を順次増加させる方法は、連続的に増加させていくか、又は段階的に増加させていくことを特徴とする、請求項１又は２に記載のアスファルト合材用骨材乾燥方法。
4. 前記燃料油のみの燃焼時と前記エマルジョン燃料の燃焼時との運転切り替えは、水供給ポンプの運転のオン・オフで行うことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載のアスファルト合材用骨材乾燥方法。
5. 前記所定の混合比率は、水が体積％として１０〜２５％の範囲内であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載のアスファルト合材用骨材乾燥方法。
6. 前記燃料油は、Ａ重油、Ｂ重油、Ｃ重油、軽油及び灯油のうちのいずれか１以上であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載のアスファルト合材用骨材乾燥方法。
7. 前記製造したエマルジョン燃料の噴霧されない余剰分を、前記エマルジョン燃料噴霧ポンプからバーナーの間のいずれかから、前記混合攪拌装置の入口側へ戻すことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載のアスファルト合材用骨材乾燥方法。
8. 前記混合攪拌装置は、燃料油供給配管と水供給配管とを備えるとともに、該水供給配管からの水の供給期間及び／又は水の供給量を、時間的な変化も含めて、任意に設定可能である、請求項１〜７のいずれか一に記載のアスファルト合材用骨材乾燥方法。
9. アスファルト合材用骨材を乾燥炉にて断続的に乾燥させるアスファルト合材用骨材乾燥装置であって、
   乾燥用燃料の燃焼開始時に、燃料油のみを乾燥炉の燃焼装置に送液して燃焼させる第１の燃焼工程を行い、
   該第１の燃焼工程に引き続き、水の燃料油に対する混合比率を順次増加させていき、最終的に所定の混合比率まで到達させ、燃料油と水を所定の混合比率で連続的に混合攪拌装置に供給して混合攪拌し、燃料油と水のエマルジョン溶液を連続的に製造する手段を有し、
   製造された該エマルジョン溶液を貯留することなく該乾燥炉の燃焼装置に送液して燃焼させる燃焼手段、
   を含むことを特徴とする、アスファルト合材用骨材乾燥装置。
10. 前記エマルジョン燃料の燃焼終了後に、引き続いて燃料油のみを前記乾燥炉の燃焼装置に送液して燃焼させる第２の燃料油のみの燃焼工程をさらに行うことを特徴とする、請求項９に記載のアスファルト合材用骨材乾燥装置。
11. 水の燃料油に対する混合比率を順次増加させるための、連続的に増加させていくか、又は段階的に増加させていく手段を有することを特徴とする、請求項９又は１０に記載のアスファルト合材用骨材乾燥装置。
12. 前記燃料油のみの燃焼時と前記エマルジョン燃料の燃焼時との運転切り替えは、水供給ポンプの運転のオン・オフで行うことを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一に記載のアスファルト合材用骨材乾燥装置。
13. 前記所定の混合比率は、水が体積％として１０〜２５％の範囲内であることを特徴とする、請求項９〜１２のいずれか一に記載のアスファルト合材用骨材乾燥装置。
14. 前記燃料油は、Ａ重油、Ｂ重油、Ｃ重油、軽油及び灯油のうちのいずれか１以上であることを特徴とする、請求項９〜１３のいずれか一に記載のアスファルト合材用骨材乾燥装置。
15. 前記製造したエマルジョン燃料の噴霧されない余剰分を、前記エマルジョン燃料噴霧ポンプからバーナーの間のいずれかから、前記混合攪拌装置の入口側へ戻すことを特徴とする、請求項９〜１４のいずれか一に記載のアスファルト合材用骨材乾燥装置。
16. 前記混合攪拌装置は、燃料油供給配管と水供給配管とを備えるとともに、該水供給配管からの水の供給期間及び／又は水の供給量を、時間的な変化も含めて、任意に設定可能である、請求項９〜１５のいずれか一に記載のアスファルト合材用骨材乾燥装置。

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