JP6534423B2 - フライアッシュの冷却装置 - Google Patents

Description

この発明は、フライアッシュの冷却装置に関する。

従来から、石炭火力発電所から排出されるフライアッシュは、セメント用混合材や、コンクリート用混和材として利用されている。しかしながら、セメント用混合材や、コンクリート用混和材としてフライアッシュを使用するためには、フライアッシュに含まれる未燃カーボンを除去する必要があった。

特許文献１には、フライアッシュ中の未然分、すなわちフライアッシュ中に含まれる炭素を効率良く除去する方法として、傾斜させて設置したロータリーキルン、或いは外熱式ロータリーキルンの上端開口より微粉炭燃焼ボイラーから採取したフライアッシュを供給し、該フライアッシュを５００〜１１００°Ｃで加熱し、フライアッシュ中に含まれる炭素を燃焼させることにより除去する方法が記載されている。

さらに、ロータリーキルンの下端開口より排出される加熱後のフライアッシュを、該加熱後のフライアッシュが通過する層と、空気が通過する層とを交互に設けた冷却機を用いて冷却すると共に、該冷却機より排出された冷却用空気を、上記ロータリーキルンに燃焼用空気として供給することにより、加熱後のフライアッシュ中の顕熱は有効に利用されることとなり、ロータリーキルン、或いは外熱式ロータリーキルンを囲む断熱壁内に供給する燃料の量を節減することができると記載されている。

しかしながら、上述の冷却機を用いた加熱後のフライアッシュの冷却方法は、フライアッシュを急速に冷却するには不向きだという問題点があった。

特開平６−１３４４３５号公報

この発明は、上述の問題点に鑑みて、加熱後のフライアッシュを効率よく冷却する冷却装置を提供することを目的とする。

この発明は、フライアッシュと未燃カーボンとを含む原粉が焼成装置によって未燃カーボンの発火温度以上に加熱された後のフライアッシュを冷却する冷却装置であって、前記未燃カーボンの発火温度以上に加熱されたフライアッシュに複数の固形の吸熱媒体を混合する混合部と、前記混合部での混合により温度が下がった前記フライアッシュと前記吸熱媒体を冷却する冷却部とを備えた冷却装置であることを特徴とする。

この発明により、加熱後のフライアッシュを効率よく冷却する冷却装置を提供できる。

フライアッシュを加熱改質する加熱改質システムの概略構成図。 加熱改質後のフライアッシュを冷却する冷却装置の概略構成図。

以下、本願発明の一実施形態を図面と共に説明する。

＜フライアッシュの加熱改質システム＞
図１は、フライアッシュ原粉中の未燃カーボンを燃焼させてフライアッシュＦの加熱改質を行う加熱改質システム１の構成を示すブロック図である。

フライアッシュＦの加熱改質システム１は、投入されたフライアッシュ原粉を貯留するフライアッシュ貯留設備３と、貯留されているフライアッシュ原粉を加熱焼成装置２に定量的に供給する定量供給装置４と、フライアッシュ原粉が含有する未燃カーボンを誘導加熱により加熱する電力加熱装置８（加熱装置）と未燃カーボンを燃焼させる炭素高温酸化炉９（焼成装置）とを有しフライアッシュＦの改質を行う加熱焼成装置２と、加熱焼成装置２で改質された高温のフライアッシュＦを冷却する冷却装置５と、加熱、燃焼処理時に加熱焼成装置２が排出する排気ガスに含まれる塵等を除去する除塵装置６と、除塵装置６で塵等が除去された排気ガスを加熱改質システム１外に排出する排気装置７と、を備えている。

＜フライアッシュ貯留設備＞
フライアッシュ貯留設備３は、予熱装置１０が設けられた原料ホッパー３ｃを備えている。
原料ホッパー３ｃは、投入されたフライアッシュ原粉を一時貯留する。

予熱装置１０は、フライアッシュ貯留設備３に設けられた余熱循環パイプ１１と、余熱循環パイプ１１内に排気ガスを循環させる余熱循環ファン１２を備えている。余熱循環パイプ１１には、余熱循環パイプ１１内に２００℃以上の高温の排気ガスを供給するための余熱供給パイプ１３と、排気ガスを除塵装置６へ排出するための排出パイプ１４が連結されている。さらに、余熱供給パイプ１３は、加熱焼成装置２を構成する炭素高温酸化炉９の排気ガス口９ａに連結されている。

これにより、炭素高温酸化炉９が排出する２００℃以上の高温の排気ガスの一部が、余熱供給パイプ１３を介して、余熱循環パイプ１１内に供給されるようになっている。余熱循環ファン１２は、余熱循環パイプ１１内に供給された高温の排気ガスを、余熱循環パイプ１１内に循環させる。これにより、原料ホッパー３ｃ内に貯留されているフライアッシュ原粉は、余熱循環パイプ１１内を循環する高温の排気ガスからの熱伝導により予熱される。

排出パイプ１４には、排気ガスの排気の実行／停止を切り替えるコントロール弁１６が設けられている。コントロール弁１６による排気の実行／停止の切り替え信号とする温度センサ１５は、余熱循環パイプ１１に設けられている。
原料ホッパー３ｃは、予熱されたフライアッシュ原粉を、重力落下により、下部の連結管３ｂの下端にある連結口３ａを介して定量供給装置４に搬出する。

＜定量供給装置＞
定量供給装置４は、円筒状で、軸心が略水平方向を向いている供給管１７と、供給管１７の軸心上に配置され軸回りに回転可能なシャフト１８と、シャフト１８に周設されシャフト１８と共に回転することにより供給管１７内部において予熱されたフライアッシュ原粉を搬送するスクリュー１９と、シャフト１８を軸回りに回転駆動させる駆動装置２０とを備えている。駆動装置２０は、電動モータ２０ｇを備えており、電動モータ２０ｇのスプロケットとシャフト１８のスプロケットに張架されたリング状のチェーンを介してシャフト１８に回転力を伝達する。

定量供給装置４は、原料ホッパー３ｃから搬出された予熱されたフライアッシュ原粉を、流入口１７ｂを介して供給管１７の前段に供給する。供給管１７の前段に供給された予熱されたフライアッシュ原粉は、供給管１７内部においてシャフト１８の軸回りに回転するスクリュー１９により、供給管１７の後方側に徐々に送り出される。そして、供給管１７の後端にまで送り出された予熱されたフライアッシュ原粉は、流出口１７ａを介して、電力加熱装置８に供給される。

＜電力加熱装置＞
電力加熱装置８は、軸心が略水平方向を向いた内部が中空の円筒状の加熱処理管２１と、加熱処理管２１の外周に巻き付けるように設けられ、加熱処理管２１の前段から後段に向かって複数段設けられている誘導コイル２２と、誘導コイル２２に高周波の交流電流を出力する高周波誘導加熱電源（高周波インバータ）（図示せず）を備えている。

電力加熱装置８に供給された予熱されたフライアッシュ原粉は、定量供給装置４から加熱処理管２１に供給される後続の予熱されたフライアッシュ原粉に押され、加熱処理管２１内を移動する。予熱されたフライアッシュ原粉に含まれる未燃カーボンは、予熱されたフライアッシュ原粉が加熱処理管２１内を移動する間に、誘導コイル２２に誘起される交番磁界による誘導加熱により段階的に加熱される。すなわち、磁界に誘導されて磁性体金属である加熱処理管２１に渦電流が流れ、これによって加熱処理管２１の抵抗により熱を発生して誘導加熱が実現する。また、導電性を有する未燃カーボン自身も誘導加熱により加熱される。この段階的な加熱は、最終段階での加熱が発火温度（自燃温度）である６００℃であればよく、例えば前段から順に２００℃、４００℃、及び６００℃といった三段階とするなど、適宜の段階に設定されている。これにより、途中で発火（自燃）が始まり暴走することを防止しつつ、発火温度（自燃温度）である６００℃付近まで加熱する。含有する未燃カーボンが加熱されたフライアッシュ原粉は、加熱処理管２１の後段部まで移動した後、投入部３０から炭素高温酸化炉９内に投入される。

＜炭素高温酸化炉＞
炭素高温酸化炉９は、フライアッシュ原粉に含まれる加熱された未燃カーボンを燃焼させる。炭素高温酸化炉９は、軸心が略水平方向を向いた内部が中空の円筒状の窯である炉体２６と、炉体２６を軸心の回りに回転可能に支持する炉体支持部２７と、炉体２６の一端部を覆う投入側フード２８と、炉体２６の他端部を覆う排出側フード２９とを備えた回転式の炉である。

炉体２６は、酸化アルミ系の耐火材が内ライニング２６ａとして炉体２６の内周壁に使用され、耐火材の外方側は冷却されている。また、炉体２６内に面する内ライニング２６ａの内周面には、炉体２６内に凸状で当該内周面に沿ってスクリュー状のスクリュー羽根２６ｃが設けられている。当該内ライニング２６ａは、炉体２６内に面する投入側フード２８の内面に沿って延展され、投入側フード２８の内ライニング２６ｂを形成している。これら内ライニング２６ａ、２６ｂを設けることにより、炉体２６は、フライアッシュ原粉が含有する酸化バナジュームに起因する高温下での金属腐食を回避することができ、これにより、１０００℃程度（すなわち未燃カーボンを発火させて加熱改質処理を実施することに耐える十分な温度）の耐火性を有することができる。

投入側フード２８には、電力加熱装置８で加熱されたフライアッシュ原粉を炉体２６内に投入するための投入部３０と、炉体２６内で発生した燃焼ガスを排気ガスとして排出するための排気ガス口９ａとが設けられている。

排気ガス口９ａには、余熱供給パイプ１３、及び余熱供給パイプ１３から分岐された排気ガス管３１が連結されている。そして、余熱供給パイプ１３は、予熱装置１０を経由し、また、排気ガス管３１は、熱交換器３２を経由して、それぞれ除塵装置６に連結されている。これにより、排気ガス口９ａから排出された高温の排気ガスは、除塵装置６に送られる。

排出側フード２９には、炉体２６内に空気（一次エア、二次エア）と共に燃料を噴出させ燃焼させる助燃バーナー３３と、炉体２６内に空気（三次エア）を吹き込む複数の吹き込みノズル３４と、排出口３５が設けられている。

助燃バーナー３３は、炉体２６の中心軸上に位置し、燃料を噴出させる噴出孔３３ａがフライアッシュ原粉の投入部３０に対向するように配置され、炉体２６内を高温に加熱する。

複数の吹き込みノズル３４は、助燃バーナー３３を周りから囲むようにして配置され、排出側フード２９の炉体２６内に面する内面に沿って、助燃バーナー３３を中心として回転機構（図示せず）により回転する。

助燃バーナー３３に供給される空気（一次エア、二次エア）と吹き込みノズル３４から炉体２６内に吹き込まれる空気（三次エア）は、外の空気が押込ファン３６により取り込まれ熱交換器３２を介して炉体２６内に送り込まれた空気である。そのため、空気（一次エア、二次エア）と空気（三次エア）は、熱交換器３２において、排気ガス管３１を流動する高温の排気ガスとの熱交換により加熱される。

排出口３５は、未燃カーボンが燃焼により減少したフライアッシュ原粉を排出するための排出口であり、排出側フード２９の下部に設けられ、冷却装置５に連結されている。

投入部３０から炉体２６内に投入されたフライアッシュ原粉は、軸心回りに回転する炉体２６内で、スクリュー羽根２６ｃにより撹拌されながら、排出口３５に向かって徐々に移動する。この移動の間に、フライアッシュ原粉に含まれる未燃カーボンは、高温の酸素雰囲気中で燃焼される。この時の炉体２６内の温度は、８００〜９００℃になっている。こうして炉体２６内に投入されたフライアッシュ原粉は、８００〜９００℃に加熱されている炉体２６内で加熱され、吹き込みノズル３４から供給される十分な酸素（空気中に含まれる）を受けて、フライアッシュ原粉中の未燃カーボンが発火温度である６００℃で発火して自燃し、加熱改質が進行する。そして、排出口３５に到達したフライアッシュ原粉は冷却装置５に排出される。

＜除塵装置＞
除塵装置６は、前段のサイクロン６ａと後段のバグフィルター６ｂとを備えている。前段のサイクロン６ａには、炭素高温酸化炉９の排気ガス口９ａから排出される高温の排気ガスを、予熱装置１０で利用した後に排出する排出パイプ１４と、熱交換器３２で冷却した後に排出する排気ガス管３１とが、連結されている。

除塵装置６は、排出パイプ１４及び排気ガス管３１を介して流入した炭素高温酸化炉９からの排気ガスに含まれ粉塵等を、サイクロン６ａとバグフィルター６ｂを用いて除去した後、粉塵等が除去された排気ガスを排気装置７に排出する。

＜排気装置＞
排気装置７は、除塵装置６で粉塵等が除去された排気ガスを誘引ファン７ａで誘引した後、排気塔７ｂを介して加熱改質システム１外に排出する。

＜冷却装置＞
冷却装置５は、炭素高温酸化炉９の排出口３５から排出された未燃カーボンを燃焼した後のフライアッシュＦを受け入れて冷却処理する。

図２は、冷却装置５の構成を示す説明図である。
冷却装置５は、未燃カーボンを燃焼して加熱改質された高温（８００〜９００℃）のフライアッシュＦを受け入れて、吸熱媒体Ｂを混入させる受入ホッパー５１（混合部）と、受入ホッパー５１で受け入れた当該加熱後のフライアッシュＦ（加熱改質フライアッシュ）と吸熱媒体Ｂとを運搬する水平方向搬送部５２と、当該加熱後のフライアッシュＦと吸熱媒体Ｂとを撹拌して冷却するロータリークーラ５４（回転体）と、水平方向搬送部５２からロータリークーラ５４に当該加熱後のフライアッシュＦと吸熱媒体Ｂとを自由落下により搬送する落下搬送管５３と、ロータリークーラ５４から排出された当該加熱後のフライアッシュＦと吸熱媒体Ｂの混合物を分離し、当該加熱後のフライアッシュＦと吸熱媒体Ｂとを別個に抽出する分離抽出装置５５と、分離抽出装置５５で分離抽出された吸熱媒体Ｂを受入ホッパー５１に運搬するバケットコンベア５６（搬送部）とを備えている。

受入ホッパー５１は、上下に伸びる筒状で、上方に、炭素高温酸化炉９の排出口３５に接続された加熱後のフライアッシュＦを受け入れる受入口５１ａを有し、上方側面に、吸熱媒体Ｂを混入させる混入口５１ｂを有し、下方に、水平方向搬送部５２の搬入口５２ｅに接続された底部５１ｃを有している。

受入ホッパー５１は、炭素高温酸化炉９から排出された当該加熱後のフライアッシュＦを受け入れると同時に、吸熱媒体Ｂを一定の混入割合で定量的に混入させている。

混入させる吸熱媒体Ｂは、セラミック素材で形成されている。加熱後のフライアッシュＦの主成分は、シリカとアルミナである。吸熱媒体Ｂは、加熱後のフライアッシュＦと接触させて急速に冷却させるために、セラミック素材の中でも、熱伝導率が比較的大きなアルミナ、炭化ホウ素、窒化ケイ素が好ましく、熱伝導率がさらに大きな炭化ケイ素、窒化アルミがより好ましい。また、少ない混入量で冷却温度を下げるためには、比熱が比較的大きな炭化ケイ素、窒化ケイ素が好ましく、比熱がさらに大きなアルミナ、シリカ、窒化アルミがより好ましい。また、吸熱媒体Ｂは、これらのセラミック素材のうち、フライアッシュＦに含まれている成分であるアルミナ系または／及びシリカ系であることが好ましい。

吸熱媒体Ｂは、ここでは、ボール状になっている。ボール状の吸熱媒体Ｂは、表面積が大きく、そのため、加熱後のフライアッシュＦとの接触面積を大きく取れ、急速な冷却に適している。また、ボール状の吸熱媒体Ｂは、加熱後のフライアッシュＦ中でも動きやすく、そのため、加熱後のフライアッシュＦと混ざりやすい。ボール状の吸熱媒体Ｂの直径は、所望のフライアッシュＦの直径の３倍以上とすることができ、１０倍以上とすることが好ましく、５０倍以上とすることがより好ましく、９０倍以上とすることがさらに好ましい。具体的には、吸熱媒体Ｂは、９〜１２ｍｍが好ましく、１０〜１１ｍｍがより好ましい。

吸熱媒体Ｂは、混入量が多いと、加熱後のフライアッシュＦから吸熱する熱量が多くなるため冷却温度を下げるのに効果的であるが、冷却処理のできるフライアッシュＦの量が少なくなり処理効率が悪化する。逆に、吸熱媒体Ｂの混入量が少ないと、冷却処理するフライアッシュＦの量を増やすことができるため処理効率は良くなるが、加熱後のフライアッシュＦから吸熱できる熱量が少なくなるため冷却温度はあまり下がらなくなる。そのため、吸熱媒体Ｂの混入量（質量）は、加熱後のフライアッシュＦの受入量（質量）に対して、０．５〜２．０倍が好ましく、０．７５〜１．５倍がより好ましい。吸熱媒体Ｂの形成に用いるセラミック素材にもよるが、ここでは、吸熱媒体Ｂの混入量を、加熱後のフライアッシュＦの受入量とほぼ同じにしている。このため、受入ホッパー５１で受け入れた際に、８００〜９００℃に熱せられていた加熱後のフライアッシュＦは、吸熱媒体Ｂの吸熱により、概ね４００〜４５０℃にまで急速に冷却することができる。

このように、投入されたフライアッシュＦの温度を４０％〜６０％程度（好ましくは５０％程度）の温度にまで急速冷却することで、急速すぎる冷却によって球状のフライアッシュＦが割れることを防止しつつ、かつ、短時間にある程度冷却することを実現している。また、４００〜４５０℃にまで冷却することで、これより後段での冷却を、高価で故障しやすい液体クーラーではなく錆びないステンレスで実施することができる。すなわち、８００〜９００℃のフライアッシュＦを冷却するには、これまで液体クーラー等で冷却する必要があったものの、吸熱媒体Ｂによって４００〜４５０℃にまで急速冷却することで、そのような液体クーラーを用いずとも十分冷却することができる。

水平方向搬送部５２は、略水平に設置された円筒状の運搬管路５２ａ内にベルトコンベア（５２ｂ、５２ｃ）が設けられて構成されている。水平方向搬送部５２は、一方の搬入部側面上部に設けられた搬入口５２ｅが受入ホッパー５１の下方連結されており、他方の搬出部側面下部に設けられた搬出口５２ｆが受入部５３ａに連結されている。運搬管路５２ａの内部には、運搬管路５２ａの短手方向（図示前後方向）に長い複数のローラ５２ｃが運搬管路５２ａの長手方向に略等間隔で平行に配置されており、これらのローラ５２ｃに環状のベルト５２ｂが張架されている。ベルトコンベアは、この複数のローラ５２ｃと、各ローラ５２ｃを回転させる回転駆動部と、少なくとも搬入口５２ｅまたは搬出口５２ｆの近傍に配置された一端のローラ５２ｃを回転させる駆動装置（図示せず）と、両端のローラ５２ｃに張架された幅広の環状のベルト５２ｂとを有している。運搬管路５２ａ、ベルト５２ｂ、およびローラ５２ｃは、錆びないステンレスにより形成されている。

水平方向搬送部５２は、運搬管路５２ａ内に搬入口５２ｅから搬入された加熱後のフライアッシュＦと吸熱媒体Ｂとを、回転するローラ５２ｃによって略水平に移動するベルト５２ｂ上に載せて搬出口５２ｆに向けて運搬する。加熱後のフライアッシュＦと吸熱媒体Ｂとの混合体が搬出口５２ｆに達した時点で、加熱後のフライアッシュＦから吸熱媒体Ｂへの熱の移動はほぼ完了し、加熱後のフライアッシュＦの温度は、概ね４００〜４５０℃に下がっている。すなわち、受入ホッパー５１に投入される吸熱媒体Ｂは、加熱後のフライアッシュＦよりも十分に低温であることが好ましく、この実施例では周囲の大気温度と同程度の温度とされている。なお、受入ホッパー５１に投入される吸熱媒体Ｂは、周囲の大気温度よりも低い温度に冷却されたものであってもよく、例えば０℃程度とすることができる。

落下搬送管５３は、垂直に立設された搬送管本体５３ｂと、搬送管本体５３ｂの上部に設けられ水平方向搬送部５２の搬出口５２ｆに接続された広口の受入部５３ａと、搬送管本体５３ｂの下部に設けられロータリークーラ５４に接続された搬出部５３ｃを有している。受入部５３ａ、搬送管本体５３ｂ、および搬出部５３ｃは、錆びないステンレスにより形成されている。この水平方向搬送部５２により搬出口５２ｆまで搬送される間に、フライアッシュＦと吸熱媒体Ｂは、互いの熱交換が進んで同じ温度となる。

水平方向搬送部５２の搬出口５２ｆにまで到達した加熱後のフライアッシュＦと吸熱媒体Ｂとの混合体は、順次、受入部５３ａで受け入れられ、自由落下により落下搬送管５３内を通過した後、搬出部５３ｃからロータリークーラ５４に投入される。この落下搬送管５３内を通過するフライアッシュＦと吸熱媒体Ｂはまとめて空冷され、温度が下がる。

ロータリークーラ５４は、中心線を回転軸として回転する内部が中空の横に寝かせた円筒状の周壁５４ａと、周壁５４ａ内周面に設けられた螺旋状に巻回固定された帯状板で加熱後のフライアッシュＦと吸熱媒体Ｂとを撹拌するスクリュー撹拌板５４ｂと、周壁５４ａを中心線を回転軸として回転させる回転機構５４ｃ（回転駆動部）とを有する。周壁５４ａは、外周面側から冷却されている。周壁５４ａおよびスクリュー撹拌板５４ｂは、錆びないステンレスにより形成されている。

加熱後のフライアッシュＦと吸熱媒体Ｂとの混合体は、ロータリークーラ５４に投入されると、中空の周壁５４ａ内部で周壁５４ａと共に回転するスクリュー撹拌板５４ｂにより撹拌される。当該混合体は、凝縮し一部が密な状態になることがあるが、撹拌されている間に徐々に凝縮が解け、加熱後のフライアッシュＦと吸熱媒体Ｂとに分解されていく。吸熱媒体Ｂは、フライアッシュＦの何倍もの大きさのボール状である。そのため、ばらばらになった吸熱媒体Ｂは、周壁５４ａ内部を転がり、ぶどうの房のようにクラスタ状態になっている加熱後のフライアッシュＦと頻繁に衝突し、クラスタ状態の加熱後のフライアッシュＦの解砕を促進する。一方、解砕されてばらばらになった加熱後のフライアッシュＦは、吸熱媒体Ｂとともに周壁５４ａの内周面の下方全体に分布するようになる。周壁５４ａの下方のフライアッシュＦおよび吸熱媒体Ｂは、回転により下方に回ってくる周壁５４ａの新たな低温領域と継続的に接することになるため、継続して熱が奪われ冷却される。こうして、フライアッシュＦおよび吸熱媒体Ｂは、一緒に冷却され、ロータリークーラ５４から排出される際には、室温近くにまで温度が低下している。ロータリークーラ５４で解砕及び冷却された加熱後のフライアッシュＦと吸熱媒体Ｂは、次に、分離抽出装置５５に送られる。

分離抽出装置５５は、上下に伸びる筒状で、解砕及び冷却された加熱後のフライアッシュＦと吸熱媒体Ｂを上方から投入する投入部５５ａと、投入部５５ａから重力落下する当該加熱後のフライアッシュＦと吸熱媒体Ｂとをふるいに掛ける選別部５５ｂと、選別部５５ｂの下方に設置され、ふるいに掛けて抽出した当該加熱後のフライアッシュＦを貯留する貯留部５５ｄと、貯留部５５ｄから当該加熱後のフライアッシュＦを搬出する搬出機５５ｅと、選別部５５ｂの上方で且つ投入部５５ａの下方に設置され、ふるいに掛けて残った吸熱媒体Ｂを一時留置く留置部５５ｃを有している。

選別部５５ｂは、網目の大きさが、吸熱媒体Ｂより小さく、加熱後のフライアッシュＦより大きな網目状のふるいを有している。ここでは、選別部５５ｂは、網目の大きさが１〜８ｍｍの網目状のふるいを有している。吸熱媒体Ｂは、直径が１０ｍｍ程度のボール状（塊状）であり、一方、加熱後のフライアッシュＦの粒径は、１〜１００μｍの範囲に分布している。すなわち、加熱後のフライアッシュＦと吸熱媒体Ｂとは、その大きさが何桁も異なっている。そのため、選別部５５ｂは、上述のような簡易なふるいを用いて確実に選別することが可能である。また、選別部５５ｂは、網目状のふるいを振動させて選別の処理速度を速めている。

ロータリークーラ５４から分離抽出装置５５に送られた解砕及び冷却された加熱後のフライアッシュＦと吸熱媒体Ｂは、渾然一体となって、投入部５５ａに投入され、その後、重力落下により、選別部５５ｂにまで到達する。選別部５５ｂに到達した当該加熱後のフライアッシュＦと吸熱媒体Ｂは、ふるいによる選別を受ける。粒径の小さな加熱後のフライアッシュＦは、ふるいの網目をすり抜けて選別部５５ｂ下方の貯留部５５ｄに重力落下する。貯留部５５ｄに貯まった加熱後のフライアッシュＦは、適宜、搬出機５５ｅにより搬出される。他方、粒径の大きな吸熱媒体Ｂは、ふるいの網目をすり抜けることができずに選別部５５ｂ上方の留置部５５ｃに留置かれる。留置部５５ｃに留置かれた吸熱媒体Ｂは、バケットコンベア５６によって、受入ホッパー５１に運搬され、加熱後のフライアッシュＦに混入させる吸熱媒体Ｂとして再利用される。

バケットコンベア５６は、吸熱媒体Ｂを投入する投入部５６ａと、投入部５６ａに投入された吸熱媒体Ｂを水平搬送するベルト方式の水平搬送部５６ｂと、水平搬送部５６ｂにより水平搬送されてきた吸熱媒体Ｂをバケット５６ｃを用いて垂直搬送する垂直搬送部５６ｄと、高さ位置が受入ホッパー５１より上方で、垂直搬送部５６ｄにより垂直搬送されてきた吸熱媒体Ｂを受け取って受入ホッパー５１に供給する供給部５６ｅと、供給部５６ｅと受入ホッパー５１とを連結する管であって、供給部５６ｅが供給した吸熱媒体Ｂが、当該管内を転がりながら落下し混入口５１ｂから受入ホッパー５１内に供給される供給管５６ｆを有している。

供給部５６ｅが受入ホッパー５１に供給する吸熱媒体Ｂの供給量は、水平搬送部５６ｂや垂直搬送部５６ｄの搬送速度、及びバケット５６ｃの容量等の設定を変更することにより調節可能である。

この実施例では、図示省略する制御部によって水平搬送部５６ｂおよび垂直搬送部５６ｄの搬送速度および搬送実行／搬送停止を調節し、供給部５６ｅから受入ホッパー５１に供給する吸熱媒体Ｂの供給量を調節する。受入口５１ａには受け入れている（投入される）フライアッシュＦの量を検出するフライアッシュ検出センサが設けられ、垂直搬送部５６ｄの上部には、供給部５６ｅへ搬送する吸熱媒体Ｂの供給量を検出する吸熱媒体Ｂ検出センサが設けられている。従って、図示省略する制御部は、フライアッシュ検出センサによる検出したフライアッシュＦの受け入れ量（質量）に対して、水平搬送部５６ｂおよび垂直搬送部５６ｄの搬送速度および搬送実行／搬送停止を調節して、吸熱媒体Ｂ検出センサにより検出する吸熱媒体Ｂの供給量が同程度の量（質量）となるように制御する。この制御部とフライアッシュ検出センサと水平搬送部５６ｂおよび垂直搬送部５６ｄと吸熱媒体Ｂ検出センサは、吸熱媒体Ｂ供給量調節部として機能する。なお、吸熱媒体Ｂ供給量調節部は、この構成に限らず、適宜の構成とすることができる。

受入ホッパー５１に供給される吸熱媒体Ｂは、受入ホッパー５１が受け入れる加熱後のフライアッシュＦに混入される。上述のように、吸熱媒体Ｂの混入量は、ここでは、加熱後のフライアッシュＦの受入量とほぼ同じに設定されている。そのため、吸熱媒体Ｂの供給量は、受入ホッパー５１が受け入れる加熱後のフライアッシュＦの受入量とほぼ同じになるように調節される。

以上の構成と動作により、冷却装置５は、加熱後のフライアッシュＦを効率よく冷却することができる。すなわち、加熱後で高温状態のフライアッシュＦは、当該吸熱媒体Ｂが混合されて当該吸熱媒体Ｂと接触し、熱伝導により当該吸熱媒体Ｂに熱が奪われ急速に冷却される。上述の例のように、例えば、加熱後のフライアッシュＦにほぼ同量の当該吸熱媒体Ｂを混入させれば、フライアッシュＦの温度を加熱後の８００〜９００℃から概ね４００〜４５０℃にまで、すなわち約半分の温度にまで容易に下げることができる。

吸熱媒体Ｂは、熱伝導度が高く比熱も大きいセラミック素材で形成されているため、フライアッシュＦの熱を急速に奪うことができる。また、吸熱媒体Ｂは、ボール状（球状）に形成されているため、加熱後のフライアッシュＦの中で動き回りやすく、フライアッシュＦ全体に亘って冷却することができる。また、ボール状の吸熱媒体Ｂは、フライアッシュＦの何倍も大きく表面積が大きいため、加熱後のフライアッシュＦとの接触面積が大きく、加熱後のフライアッシュＦを急速に冷却できる。

冷却装置５は、運搬管路５２ａと、運搬管路５２ａの略中心線上に配置された回転自在の複数のローラ５２ｃと、両端のローラ５２ｃに掛けられた環状のベルト５２ｂを有し、加熱後のフライアッシュＦと吸熱媒体Ｂを運搬管路５２ａ内のベルト５２ｂ上に載せて接触させながら運搬する水平方向搬送部５２を備えている。加熱後のフライアッシュＦと吸熱媒体Ｂとは、互いに密に接触した状態でベルト５２ｂ上に載せられ運搬される。このため、当該運搬の間も、加熱後のフライアッシュＦから吸熱媒体Ｂへの熱移動は継続する。それ故に、加熱後のフライアッシュＦは、急速に冷却できる。

また、係止部（スクリュー撹拌板５４ｂ）を有する回転体（周壁５４ａ）が回転するロータリークーラ５４により、回転体（周壁５４ａ）内に投入されたフライアッシュＦと吸熱媒体Ｂとを撹拌しつつ冷却して排出側の投入部５５ａまで移動させることができる。これにより、フライアッシュＦをさらに低温に冷却することができるとともに、フライアッシュＦとの熱交換にて温度が高まった吸熱媒体Ｂを一緒に冷却することができる。

また、フライアッシュＦと吸熱媒体Ｂをロータリークーラ５４にて一緒に冷却した後、選別部５５ｂによりふるいにかけてフライアッシュＦと吸熱媒体Ｂを分離し、この吸熱媒体Ｂをバケットコンベア５６により搬送して受入ホッパー５１に投入し再利用することができる。このように吸熱媒体Ｂを循環させて再利用すう構成であるため、吸熱媒体Ｂを補充することなく連続運転することができる。しかも、フライアッシュＦを直接冷却するのではなく、第１段階で吸熱媒体Ｂを用いて冷却することにより、急速に温度を半分程度まで下げてその後（第２段階以降）の冷却装置を簡易化することができる。つまり、本発明によれば、吸熱媒体Ｂを冷却して再利用する必要があるが、そもそも吸熱媒体ＢがフライアッシュＦにより温度上昇した分だけフライアッシュＦが温度低下しているため、トータルで冷却に必要な電力量や熱量は変わらない。従って、フライアッシュＦの冷却に必要な電力量や熱量をさほど変えることなく、８００℃〜９００℃のフライアッシュＦを直接冷却できる液体クーラーのような高価で壊れやすい冷却装置を使わずとも、４００℃〜４５０℃のフライアッシュＦを冷却できればよい簡易な構造の冷却装置に転換できる。

尚、本願発明は本実施形態に限られず他の様々な実施形態とすることができる。
例えば、ロータリークーラ５４の周壁５４ａおよびスクリュー撹拌板５４ｂは、例えば、断面が多角形若しくは略多角形状であり前記一端から前記他端へ向かって全体がねじれているねじれ多角筒状若しくはねじれ多角推台筒状に形成してもよい。この場合、例えば断面六角形または断面八角形が軸心方向にねじれながら進むようなねじれ多角形の筒状に形成することができる。この場合も、内部の加熱後のフライアッシュＦと吸熱媒体Ｂを撹拌しつつ冷却するとともに、投入側から排出側へ少しずつ搬送することができる。

また、水平方向搬送部５２は、ベルトコンベアではなくスクリューコンベアにより搬送する方式とするなど、適宜の搬送方式とすることができる。また、水平方向搬送部５２を無くし、受入ホッパー５１からロータリークーラ５４にフライアッシュＦと吸熱媒体Ｂを直接投入して冷却する構成としてもよい。この場合も、上述した実施形態と同じ作用効果を得ることができる。

本願発明は、フライアッシュを焼成（加熱改質）することを必要とする産業に利用することができる。

１…加熱改質システム
２…加熱焼成装置
３…フライアッシュ貯留設備
４…定量供給装置
５…冷却装置
６…除塵装置
７…排気装置
８…電力加熱装置
９…炭素高温酸化炉
１０…予熱装置
５１…受入ホッパー
５２…ベルトコンベア
５３…落下搬送管
５４…ロータリークーラ
５４ｃ…回転機構
５５…分離抽出装置
５６…バケットコンベア
５２ａ…運搬管路
５２ｂ…ベルト
５２ｃ…ローラ
５２ｄ…駆動装置

Claims (6)

1. フライアッシュと未燃カーボンとを含む原粉が焼成装置によって未燃カーボンの発火温度以上に加熱された後のフライアッシュを冷却する冷却装置であって、
   前記未燃カーボンの発火温度以上に加熱されたフライアッシュに複数の固形の吸熱媒体を混合する混合部と、
   前記混合部での混合により温度が下がった前記フライアッシュと前記吸熱媒体を冷却する冷却部とを備えた
   冷却装置。
2. 前記吸熱媒体は、セラミック素材により直径が前記フライアッシュの３倍以上のボール状に形成されている
   請求項１記載の冷却装置。
3. 前記冷却部は、
   中心線を回転軸として回転される内部が中空の横に寝かせた略筒状で、前記フライアッシュと前記吸熱体が回転時に滑り続けることがないように滑り係止する係止部を少なくとも内壁に有する回転体と、
   前記回転体を回転させる回転駆動部とを有するロータリークーラを備えた
   請求項１または２記載の冷却装置。
4. 前記冷却部で冷却された前記フライアッシュと前記吸熱媒体を選別する選別部を備え、
   前記選別部で選別された前記吸熱媒体を前記混合部まで搬送する搬送部を備えた
   請求項１、２、または３記載の冷却装置。
5. 前記混合部に前記吸熱媒体を投入する投入量を調節する吸熱媒体供給量調節部を備えた
   請求項１から４のいずれか１つに記載の冷却装置。
6. フライアッシュと未燃カーボンとを含む原粉が焼成装置によって未燃カーボンの発火温度以上に加熱された後のフライアッシュを冷却する冷却方法であって、
   前記未燃カーボンの発火温度以上に加熱されたフライアッシュに複数の固形の吸熱媒体を混合部で混合して前記フライアッシュと前記吸熱媒体とを熱交換させ、
   前記熱交換により温度が下がった前記フライアッシュと温度が上がった前記吸熱媒体を冷却部でまとめて冷却し、
   冷却した前記フライアッシュと前記吸熱媒体を選別し、
   選別した前記吸熱媒体を再利用して前記混合部へ投入する
   冷却方法。

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