JP7013265B2 - フライアッシュの加熱改質装置および加熱改質方法 - Google Patents

Description

本発明は、フライアッシュを加熱することによりそれに含まれる未燃カーボンを減少させて良質のフライアッシュとする、フライアッシュの加熱改質装置および加熱改質方法に関するものである。

火力発電所の微粉炭燃焼ボイラー等で回収されるフライアッシュは、含有する未燃カーボンの量を減少させることにより、コンクリート用の混和材等として有効に利用することができる。フライアッシュから未燃カーボンを除去し減少させるためには、従来、ロータリーキルン等からなる加熱改質装置が使用されている。回転するそのキルンの内部で、フライアッシュ中の未燃カーボンを自燃（発火燃焼）させて除去するのである。ロータリーキルンを含む加熱改質装置は、たとえば下記の特許文献１に示されている。

加熱改質装置において従来使用されているロータリーキルンは一般に、連続した空間を有する１台の円筒状炉体の内部に、「フライアッシュの昇温領域」、「未燃カーボンの自燃領域」、「フライアッシュの過発熱抑制領域」の３つの領域が構成されている。特許文献１に記載の例においても同様である。
フライアッシュの昇温領域は、ロータリーキルンのうちフライアッシュの投入側に近い位置にあり、炉内で燃焼する助燃バーナや炉体を外側から加熱する外熱バーナにより、未燃カーボンが自燃開始温度に近づくまでフライアッシュを加熱し昇温させる領域である。自燃領域は、昇温されたフライアッシュ中の未燃カーボンを、この領域の外熱バーナ等で加熱することにより連続的に自燃させる領域である。また、過発熱抑制領域は、未燃カーボンの自燃による過発熱を抑えるための領域である。未燃カーボンの自燃が過剰になってキルン内の温度が高くなりすぎると、フライアッシュの活性が低下して良質のコンクリートを得られなくなるため、上記の自燃領域からこの抑制領域にかけての部分において自燃による過発熱を抑えるのである。

特開２０１４－４４０２６号公報

良質なフライアッシュを得るためには、ロータリーキルン内の温度管理が重要である。しかし、上記のように３つの領域が一体となったキルンにおいては、温度を制御することが難しく、安定した温度管理が行いがたい。たとえば、フライアッシュの昇温領域においては常温のフライアッシュを自燃開始温度近くにまで速やかに昇温するために強い加熱が望ましいのに対し、自燃領域以降では上記のように過発熱が禁物であるため、一体のキルン内で各領域の温度を適切にコントロールするのは容易でない。そしてそのような点が、処理量を増やすための設備の大型化を困難にする一因ともなっている。
従来の加熱改質装置では、ロータリーキルンの外熱バーナに関する課題もある。外熱バーナがキルンの外周部に設けられていて、その火炎がキルンの胴体を直接に加熱することから、上記各領域を均一に温度制御することが難しいうえ、ロータリーキルンの胴体の一部を焼損させる恐れがある。

本発明は、上記のような課題を解決するために行ったものであり、ロータリーキルンの内部の温度制御を適切に行うことができ、もってフライアッシュを良質なものにすることができる、フライアッシュの好ましい加熱改質装置等を提供することを目的とする。

発明によるフライアッシュの加熱改質装置は、フライアッシュを加熱することにより未燃カーボンを自燃させるフライアッシュの加熱改質装置において、
・ ロータリーキルン内に少なくとも未燃カーボンの自燃領域を設け、
・ そのロータリーキルンに投入する前のフライアッシュを加熱するフライアッシュ予熱器を、
・ 上記キルンとは別に、上記キルン内に向かう経路内であって上記キルン内の圧力が及ばない部分に設けた
ことを特徴とする。図１の加熱改質装置１はその一例であり、図中、符号１０がフライアッシュ（ＦＡ）予熱器をさしている。

発明による上記の装置は、ロータリーキルンへの投入前のフライアッシュを加熱するフライアッシュ予熱器を設けた点、および、そのフライアッシュ予熱器を、上記キルンとは別に、キルン内に向かう経路内であってキルン内の圧力が及ばない部分に設けた点に格別の特徴を有している。上記フライアッシュ予熱器は、従来のロータリーキルンにおいて「フライアッシュの昇温領域」に相当する部分の全部または一部をキルンとは別の機器としたもので、未燃カーボンの自燃開始温度以下の範囲内でフライアッシュを予熱するためのものである。発明による加熱改質装置は、そのようなフライアッシュ予熱器を、キルンに直結するフライアッシュの投入手段等に設けるのではなく、キルンとは別に、キルン内に向かう経路内であってキルン内の圧力が及ばない部分に設けたのである。
フライアッシュの昇温領域の全部または一部をキルンとは別の装置（フライアッシュ予熱器）にすると、当該装置とキルンとのそれぞれについて内部の温度制御を独立に行うことができる。そのため、未燃カーボンの自燃を適切な温度で進行させやすくなり、フライアッシュを良質なものにするうえで有利である。
しかし、キルンへのフライアッシュの投入手段（キルン内への投入口を有するもの）にフライアッシュの予熱器を付設したり、キルン内の空間と通じあっていてキルン内の圧力が及ぶ箇所に当該予熱器を設けたりすると、必ずしもフライアッシュの温度制御を円滑に行えるとは限らない。投入手段に予熱器を付設した場合、投入の速度を変えるとき予熱器内での滞在時間が変わってフライアッシュの加熱温度まで変化してしまい、投入量と加熱温度とを独立には制御できないのが通常だからである。また、未燃カーボンの自燃中には燃焼ガスの急激な膨張等にともなう圧力変動がキルン内に発生するため、キルン内の空間と連続する箇所にフライアッシュの予熱器を設けた場合には、キルンへのフライアッシュの投入が阻害されることがあるからでもある。
その点、発明の加熱改質装置は、フライアッシュ予熱器をロータリーキルンとは別に（つまり、キルンやそれへの投入口と一体的または連続的に設けるのでなく）、キルン内に向かう経路内であってキルン内の圧力が及ばない部分に設けたことから、上記のような不都合が生じない。そのうえで、フライアッシュ予熱器とキルンとについて内部の温度制御を独立に行えるため、フライアッシュ予熱器でのフライアッシュの加熱と、キルン内でのさらなる加熱および未燃カーボンの自燃を適切に進行させて、良質なフライアッシュを得ることが可能になる。

上記のフライアッシュ予熱器として、つぎのようなスクリュウコンベヤを設けるのが好ましい。すなわち、上記ロータリーキルンに接続されたホッパに向けてフライアッシュを供給するスクリュウコンベヤであって、コンベヤケーシングの外側より熱を与えて、未燃カーボンの自燃開始温度以下の範囲でフライアッシュを加熱するものがよい。その熱源は何であってもよく、たとえば、電気ヒータや蒸気、熱媒油、溶融塩等を使用した熱交換機等を使用することができる。
ただし、上記スクリュウコンベヤは、上記のとおりキルンに接続されたホッパに向けてフライアッシュを供給するものである。キルンと直結されていてフライアッシュを直接キルン内に投入するものではない。つまりそのコンベヤは、キルンとは別に、キルン内に向かう経路内であってキルン内の圧力が及ばない部分に設けるものである。図１および図３に、その一例としてのスクリュウコンベヤ１１・１２を含むフライアッシュ予熱器１０を示している。

上記のようなスクリュウコンベヤは、ロータリーキルンに投入する前のフライアッシュを円筒状のコンベヤケーシングの中に閉じ込め、攪拌しながら順次に移動・搬送する。そのようなスクリュウコンベヤにおいて、上記のとおりケーシングの外側より熱を与えてフライアッシュを予熱すると、大きな空間を必要としないコンパクトなフライアッシュ予熱器を構成することができ、しかも、内部のフライアッシュを均一に昇温して上記のホッパへ連続的に供給することができる。

上記した加熱改質装置のフライアッシュ予熱器においては、フライアッシュを加熱するために、上記コンベヤケーシングの外側にロータリーキルンからの排ガス（熱ガス）を流すこととするのが好ましい。キルンからは未燃カーボンの自燃にともなって高温の排ガスが発生し、また、キルンの炉体を外側から加熱するのにともなう排ガスも発生するため、それらのいずれかまたは双方を、フライアッシュの予熱用熱源として上記予熱器におけるコンベヤケーシングの外側に流すのである。図１に例示した加熱改質装置１においても同様に排ガスを使用している。
そのようにすれば、キルンからの排ガスをフライアッシュの予熱に有効利用することができ、当該予熱のために費用をかけて別途熱源を用意する必要がなく、経済的である。また、キルンの排ガスは、フライアッシュの予熱に適した温度を有しているため、特別な温度調節をすることなく予熱のための適切な昇温を行える。

上記の加熱改質装置においてはさらに、ロータリーキルン内でフライアッシュ中の未燃カーボンを自燃させるための空気を、そのキルンからの排ガスの保有熱により加熱（予熱）したうえキルン内に供給すると好ましい。図１に例示した加熱改質装置１においても、燃焼空気ファン５０からの空気を、熱交換器５１においてキルン３０の排ガスにより予熱したうえ、空気供給器３６よりキルン３０内に供給している。
キルン内で未燃カーボンを自燃させるためには、予熱ずみのフライアッシュを、酸素を含むキルン内でさらに昇温させる必要がある。酸素の供給のためには送風機を用いて空気（大気）をキルン内に導入するが、その空気が低温であるなら、相当分の多めの熱量を助燃バーナまたは外熱バーナによってキルン内に供給する必要があり、燃料費がかさむことになる。
その点、上記のように、未燃カーボンを自燃させるための空気をキルンからの排ガスによって予熱したうえキルン内に供給するなら、助燃バーナまたは外熱バーナに必要な燃費を削減することができ、有利である。

未燃カーボンを自燃させるための上記の空気は、上記のとおりキルンからの排ガスによって予熱するとともに、フライアッシュの投入方向と同方向に（つまりフライアッシュの投入口が設けられた側から）、助燃バーナを介さずにキルン内に供給するのが好ましい。図１の加熱改質装置１においても、フライアッシュの投入側から、助燃バーナを付設していない空気供給器３６によってキルン３０内に空気を供給している。
助燃バーナ等の燃焼器を設けることなくキルン内に空気を供給することにより、キルン内の酸素比率を高く保つことができ、未燃カーボンが燃焼しやすい環境を形成することができる。助燃バーナ等を使用しなくとも、外熱バーナを使用するなど他の加熱手段によって、キルン内を未燃カーボンの自燃に必要な温度にすることが可能である。また、フライアッシュの投入方向と同方向から空気を供給する方が、キルン内の自燃領域等におけるプロセスを円滑に進めることができる。

また、発明の加熱改質装置は、
・ 上記ロータリーキルンを、外周に設けた外部ジャケットから胴体（炉体）を介して内部を加熱する形式のものとし、
・ 外部ジャケット内にはバーナを配置せず、
・ バーナを有する熱風炉をロータリーキルンとは別に設けるとともに、当該熱風炉をダクトによって上記外部ジャケットに接続する
ものとして構成するとよい。図１の例でも、外部ジャケット３７Ａ・３７Ｂにバーナを配置せず、バーナ４２を有する熱風炉４０（図４）からの熱風をダクト４５を通して当該外部ジャケット３７Ａ・３７Ｂに送っている。
このようにすると、前記した外熱バーナに関する課題が解消する。すなわち、熱風炉およびダクトを経て温度が均一化された熱風が外部ジャケットに送られるため、未燃カーボンの自燃領域などで外部ジャケットに覆われた部分が均一に加熱される。そのため、ロータリーキルン内の各領域を均一に温度制御することができる。また、ロータリーキルンの胴体を局部的に焼損させる心配もなくなる。

上記熱風炉で燃焼に使用する空気を、上記外部ジャケットからの排ガスの保有熱により加熱したうえで熱風炉へ供給すると、さらに好ましい。図１に例示する加熱改質装置１においても、ファン５０からの空気を、熱交換器５１において外部ジャケット３７Ａ・３７Ｂの排ガスにより予熱したうえ空気管５３から熱風炉４０へ供給している。
熱風炉での燃焼用の空気をそのように予熱したうえで供給すると、ロータリーキルンの加熱のために熱風炉において必要となる燃料を削減することができ、有利である。

上記外部ジャケットには、上記ロータリーキルンの温度上昇を抑制するための、加熱していない空気を供給する冷風供給管を併せて接続するとよい。図１に例示する加熱改質装置１においても、ファン５０からの空気の一部を、熱交換器５１を経由させずに（つまり冷風のまま）外部ジャケット３７Ａ・３７Ｂに供給するための冷風供給管５６・５７を設けている。こうした冷風供給管は、ロータリーキルンにおけるたとえば自燃領域や過発熱抑制領域に該当する部位の外部ジャケットに接続するとよい。
上記のように冷風供給管を外部ジャケットに接続すると、ロータリーキルン内の温度が高くなりすぎたときその供給管を使用して冷風（加熱していない空気）を外部ジャケットへ送ることができる。そうすると、未燃カーボンの自燃による過発熱を抑制してキルン内を適切に温度制御することができ、コンクリート用の混和材とするに適した良質なフライアッシュを得ることが可能になる。

送風機によって吸引する大気の一部を上記熱風炉へ燃焼用の空気として供給し、同じ送風機が吸引する大気の他の一部を、上記外部ジャケットへロータリーキルンの温度上昇を抑制する空気として供給すると好ましい。つまり、熱風炉へ燃焼用の空気を供給する送風機に、外部ジャケットへ冷風を供給する役割を兼ねさせるのである。図１の加熱改質装置１においても、燃焼空気ファン５０が上記双方の空気を供給している。
上記のようにすると、送風機の所要台数が減って設備コストを低減できる。外部ジャケットへ冷風を供給するときは、キルン内の温度制御上、熱風炉が必要とする燃焼用空気量を減らせるタイミングであるため、兼用させる上記の送風機に格別の大容量が必要となることはない。

発明の加熱改質方法は、上記したフライアッシュの加熱改質装置を用い、フライアッシュを加熱することにより未燃カーボンを自燃させてフライアッシュを改質することを特徴とする。
上記の加熱改質装置を使用することから、この方法によれば、ロータリーキルン内の温度制御を適切に行って良質なフライアッシュを得ることができる。

発明の加熱改質装置または加熱改質方法によれば、別々に設けたフライアッシュ予熱器とロータリーキルンとについて内部の温度制御を互いに独立に行うことができ、温度管理を適切に行うことができる。キルン内の圧力が及ばない部分にフライアッシュ予熱器を設けたことから、キルン内へのフライアッシュの投入を常に円滑に行うことも可能になる。そのため、フライアッシュ予熱器でのフライアッシュの加熱と、キルン内でのさらなる加熱および未燃カーボンの自燃を適切に進行させて、良質のフライアッシュを得ることができる。
また、加熱改質装置において、ロータリーキルンの外部ジャケットにはバーナを配置せず、別に設けた熱風炉から熱風を外部ジャケットに供給すると、キルン内の特定の領域を均一に加熱することができる。そうすれば、フライアッシュの改質をさらに良好に進めることが可能である。バーナによってキルンの胴体を局部的に焼損させるトラブルも解消される。

発明の一例である加熱改質装置１を示す系統図である。 加熱改質装置１において使用するロータリーキルン３０を例示する縦断面図である。 加熱改質装置１にて使用するＦＡ（フライアッシュ）予熱器１０を例示する縦断面図である。 加熱改質装置１にて使用する熱風炉４０を例示する縦断面図である。

図１～図４に、発明の一実施例としてのフライアッシュ（この明細書において以下「ＦＡ」と記載する）の加熱改質装置１と、それを構成する主要機器とを示す。

加熱改質装置１は、図１に示すとおりロータリーキルン３０を中心とする装置である。当該キルン３０は、水平またはほぼ水平に支持された円筒状の炉体（胴体）３１を有し、軸心まわりにその炉体３１を連続的に回転させる。キルン３０においては、炉体３１の内部に、火力発電所の微粉炭燃焼ボイラー等で回収されるＦＡを投入するとともに酸素（空気）を供給し、かつ、炉体３１を外側から加熱することにより、原料としてのＦＡ中に含まれる未燃カーボンを自燃させる。未燃カーボンを自燃させ減少させることにより、コンクリート混和材等として好ましいＦＡに改質して回収するのである。

ロータリーキルン３０の構造の詳細を図２に示す。円筒状の炉体３１を２個所の支持部３２によって回転可能に支え、一方の支持部３２から動力を伝えることにより回転駆動する。ＦＡの投入側（図示左方）の端部と排出側（図示右方）の端部とにそれぞれ固定壁３３・３４を設けて、炉体３１の両端を塞いでいる。投入側の固定壁３３には、原料のＦＡを貯留しながらキルン３０内に投入するクッションホッパ２０からの投入口２２ａと、自燃用の空気の供給器３６とを接続している。排出側の固定壁３４には、改質ずみＦＡの回収口３４ａ（搬送コンベヤ３５ａに通じる）と排ガスの排出口３４ｂとを設けている。

前述のように炉体３１を外側より加熱することから、炉体３１の一部の外周（３６０°）を外部ジャケット３７Ａ・３７Ｂによって取り囲んでいる。ロータリーキルン３０の内部空間のうち、外部ジャケット３７Ａで囲まれた部分等の内側が「ＦＡの昇温領域」３０Ａであり、外部ジャケット３７Ｂで囲まれた部分等の内側が「未燃カーボンの自燃領域」３０Ｂである。自燃領域３０Ｂのうち排出側に近い一部分と、そのさらに排出側にあって外部ジャケットを有しない部分とが「ＦＡの過発熱抑制領域」３０Ｃに相当する。外部ジャケット３７Ａ・３７Ｂの各内側において炉体３１の外壁を適切に加熱し、それによってキルン３０内の各領域３０Ａ・３０Ｂ・３０Ｃの温度コントロールを行う。

ロータリーキルン３０の炉体３１の内壁には、ＦＡの粒子同士が付着するのを防止するとともにＦＡを排出側へ向けて円滑に移動させる目的で、撹拌用または搬送用の種々の部材を取り付けている。たとえば昇温領域３０Ａおよび過発熱抑制領域３０Ｃでは、ＦＡを移動させる螺旋状の搬送部材３１ａ・３１ｅと、それら搬送部材と交差する方向に延びた衝立状の撹拌部材３１ｂ・３１ｆとをそれぞれ複数取り付けている。また、自燃領域３０Ｂでは、炉体３１の軸心と略平行をなす棚状のリフター部材３１ｃと、棚状ではあるが傾斜部分をも有していて排出側へのＦＡの搬送機能を有する搬送リフター部材３１ｄとを、間隔をおいて複数取り付けている。

未燃カーボンを自燃させてＦＡを改質する目的から、図１のとおり、ロータリーキルン３０における投入側・排出側にはたとえばつぎのような管路を接続している。
i) 投入側には、クッションホッパ２０を介してＦＡの供給管１９を接続している。原料とするＦＡを、後述するＦＡ予熱器１０からクッションホッパ２０を経由してキルン３０に供給するためである。
ii) 同じく投入側に、空気の供給管５４を接続している。上述した空気供給器３６を通して、キルン３０内の未燃カーボンを自燃させるための酸素を供給するもので、上流側にそのための燃焼空気ファン５０を設けている。
iii) 排出側には、ＦＡの回収管３５を接続している。回収管３５は、キルン３０内で改質されたＦＡを取り出して回収するための管路であり、上述の回収口３４ａ（および図２に示す排出用コンベヤ３５ａ）と通じてる。
iv) 同じく排出側に、排ガス管７１を接続している。排ガス管７１は、上述の排ガスの排出口３４ｂから続くもので、排ガス管７２などの分岐部分を経て、サイクロンやバグフィルタを含む集塵機器（図示省略）に接続している。

炉体３１の投入側に設けたクッションホッパ２０は、原料としてのＦＡを貯留するとともに、その下部から適量ずつＦＡをキルン３０内に投入する手段である。図２に示すように、貯留ホッパ２１の下にスクリュウコンベヤ２２を直結しており、そのスクリュウをモータを含む駆動部２３で駆動することにより、ＦＡを押し動かして投入口２２ａからキルン３０の炉体３１内に投入する。スクリュウの駆動速度を制御することにより、キルン３０内への時間あたりのＦＡ投入量をコントロールすることができる。
ホッパ２１内には、重力下で集積した状態にＦＡを貯留し、それによって炉体３１内と供給管１９（図１）との間の空間を不連続にしている。そのため、炉体３１内の圧力変動はクッションホッパ２０によって概ね遮断され、ＦＡの投入管１９にはその圧力変動はほとんど伝わらない。

図１の加熱改質装置１においては、クッションホッパ２０へ至る投入管１９の上流側にＦＡ予熱器１０を接続している。ＦＡ予熱器１０は、上部の供給ホッパ１５に続けて２段構成のスクリュウコンベヤ１１・１２を設け、それらスクリュウコンベヤ１１・１２を加熱用ボックス１４内に収容したものである。

ＦＡ予熱器１０のうち供給ホッパ１５を除くスクリュウコンベヤ１１・１２等の構造を図３に示す。スクリュウコンベヤ１１・１２は上記のように２段構成のもので、それぞれは、螺旋状の送り羽根が付いたスクリュウシャフト１１ａ・１２ａを円筒状のケーシング１１ｂ・１２ｂ内に挿入している。シャフト１１ａ・１２ａのそれぞれを、ケーシング１１ｂ・１２ｂの外で軸受１３ｃ・１３ｄにより支持し、モータ１３ａや伝動具１３ｂを含む駆動手段１３によって回転駆動する。上段に設けたスクリュウコンベヤ１１は、原料となるＦＡをホッパ１５から受け入れる受入口１５ｘをケーシング１１ｂの一端側（図３の右方）上部に有し、他方の端部付近に、下段のスクリュウコンベヤ１２のケーシング１２ｂへ通じる連結管１１ｘを有している。そして当該下段のケーシング１２ｂは、上記の連結管１１ｘにつながっているほか、それと離れた側（図３の右方）に下向きの吐出口１２ｘを有している。

ＦＡ予熱器１０の２段のスクリュウコンベヤ１１・１２については、その多くの部分を上述のとおり加熱用ボックス１４で覆っている。図３のとおり、加熱用ボックス１４は、密閉可能な一体のボックス状空間を有し、その内部を高温度に保つことによってスクリュウコンベヤ１１・１２内のＦＡを加熱（予熱）することができる。
加熱用ボックス１４には、図１に示すように下部に排ガス管７３を接続して、キルン３０の排出口３４ｂから出る排ガスを導入する。その排ガスを、加熱用ボックス１４の上方に設けた排ガス管７４から排出して前記の集塵機器（図示省略）へ送っている。

キルン３０内で生じて排出口３４ｂから出る排ガスは、その温度が約６００℃であってＦＡを予熱するうえで適切である。２段構成にしたスクリュウコンベヤ１１・１２では、その内部を加熱改質運転中の想定最高速度でＦＡが搬送されて吐出口１２ｘから吐出される場合にも、内部でＦＡが所定の予熱温度（５００～６００℃）に達するよう、合計搬送経路長を十分に長くとってある。そのため、ＦＡ予熱器１０においては、コンベヤ１１・１２による搬送速度によらず、６００℃に近い適温までの予熱を常に実現することができる。

また、ＦＡ予熱器１０は、ロータリーキルン３０に通じる経路に設けてはいるが、クッションホッパ２０を介することによりキルン３０とは空間が連続せず、キルン３０内の圧力が及ばないように接続している。そのため、未燃カーボンの自燃状態が不安定になってキルン３０内の圧力が瞬時的に変動したり燃焼波が発生したりする場合にも、ＦＡ予熱器１０からクッションホッパ２０へのＦＡの吐出供給を常にスムーズに行える。この点によっても、ＦＡ予熱器１０内でのＦＡの予熱を適温まで円滑に行うことが可能である。キルン３０内での圧力変動がとくに激しい場合には、クッションホッパ２０とＦＡ予熱器１０との間の投入管１９に、圧力を遮断するに適した他のバルブ類をさらに追加配置するとよい。

ＦＡ予熱器１０は、図２に示すキルン３０の投入側部分にあるＦＡの昇温領域３０Ａの一部を外部に取り出して、キルン３０とは別に設けたものに相当する。したがって、ＦＡ予熱器１０を設けない場合に比べると、キルン３０内の昇温領域３０Ａはそのスペースを縮小することができている。ＦＡ予熱器１０の機能をさらに強める場合には、キルン３０内には昇温領域３０Ａをなくすことも可能になる。

ロータリーキルン３０とは別に設けたＦＡ予熱器１０にてＦＡの昇温を行うことから、図１の加熱改質装置１では、ＦＡの昇温および未燃カーボンの自燃のための温度管理を、容易に、かつ高精度に行うことができる。ＦＡ予熱器１０とキルン３０とのそれぞれについて内部の温度制御を独立に行えるからである。たとえば、ＦＡの予熱・昇温についてはＦＡ予熱器１０において十分に実施し、キルン３０内では、ＦＡの予熱・昇温は補充的にのみ行えば足りるため未燃カーボンの自燃を主眼とする温度制御を行えばよい。それは、一体のキルン３０内でＦＡの予熱・昇温と未燃カーボンの自燃とを同等に重視して温度管理を行う従来の制御に比べると、きわめて実施しやすいものである。

図１の加熱改質装置１では、ロータリーキルン３０の加熱のために熱風炉４０を使用している。キルン３０の外周に設けた外部ジャケット３７Ａ・３７Ｂの空間内にはバーナ（外熱バーナ）を設けず、代わりに、バーナ４２を有する熱風炉４０をキルン３０とは別に設け、それをダクト４５により外部ジャケット３７Ａ・３７Ｂに接続したのである。

熱風炉４０を設けて外部ジャケット３７Ａ・３７Ｂに接続したことにより、温度の均一な熱風を外部ジャケット３７Ａ・３７Ｂ内に送ることができる。そのため、キルン３０内の各領域３０Ａ・３０Ｂ等を均一な温度にすることができ、ＦＡの改質を良好に行うことが可能になる。また、キルン３０の炉体３１が局部的に異常な高温度になって焼損する不都合を防ぐこともできる。

熱風炉４０の構造は図４に示すとおりである。鉄皮と耐火物とでできた炉体４１に、灯油およびＬＰＧの各供給管４２ａ・４２ｂとともに燃焼用空気の取入れ口４２ｃを有するバーナ４２を取り付けている。炉体４１には空気の吸入口４３と熱風（熱ガス）の吹出し口４４とを設け、その吹出し口４４を、図１のようにダクト４５を介して外部ジャケット３７Ａ・３７Ｂに接続する。

熱風炉４０のバーナ４２で使用する燃焼用空気は、図１に示すとおり、ファン５０によって吸引した大気を熱交換器５１により加熱したうえ、空気管５２・５３を通して熱風炉４０へ供給している。熱交換器５１には、外部ジャケット３７Ａ・３７Ｂから出て排気管６１を通る排ガスを流しており、その排ガスの保有熱で上記のとおり燃焼用空気を加熱する。こうすることにより、熱風炉４０での燃料消費を抑制することができる。
熱交換器５１に通した上記の排ガスは、図１に示す吸気管６２からの大気とともに誘引ファン６３で吸引して希釈空気とし、分岐管６４から適宜に一部を排出しながら、送気管６４・６５を通して熱風炉４０の吸入口４３へ送っている。これによっても、上記熱風炉４０で必要な燃料を、上記排ガスの保有熱の有効利用により節約している。

上記のようにファン５０から熱交換器５１に通して加熱した燃焼用空気は、空気管５２・５４を通して、ロータリーキルン３０の空気供給器３６にも送っている。空気供給器３６は、未燃カーボンを自燃させるための空気（酸素）をキルン３０内に吹き入れる手段である。つまり、キルン３０内での自燃のための空気をも、熱交換器５１において外部ジャケット３７Ａ・３７Ｂからの排ガスで予熱するわけで、それによっても燃料消費を抑制する。
図１のように、空気供給器３６に近い部分で、もう一つの熱交換器５５を空気管５４に接続し、そこでもキルン３０や外部ジャケット３７Ａ・３７Ｂからの排ガス等で空気を加熱するようにすれば、燃料費をさらに抑制することが可能である。
なお、空気中の酸素比率を高く保つ目的で、助燃バーナ等の燃焼手段は空気供給管３６に付設していない。

図１の加熱改質装置１では、ファン５０で吸引する空気の一部を、分岐した冷風供給管５６・５７を通して外部ジャケット３７Ａ・３７Ｂに直接に送ることができるようにも構成している。未燃カーボンの自燃が過剰に活発化してキルン３０内の温度が高くなりすぎることは避けねばならないため、自燃領域３Ｂおよび過発熱抑制領域３Ｃには、炉体３１を冷却する手段が必要だからである。すなわち、キルン３０内の温度が高くなると、上記の冷風供給管５６・５７を適宜に開いてジャケット３７Ａ・３７Ｂ内に冷風（加熱していない空気）を供給する。

以上のとおり、図示の加熱改質装置１によれば、ＦＡの温度管理を高精度に行うことができて未燃カーボンの自燃を適切に進行させ、もって良質のＦＡを得ることができる。キルン３０の炉体３１を局部的に焼損させるトラブルを解消することもでき、また、燃料消費を効果的に抑制できる利点もある。

１ 加熱改質装置
１０ ＦＡ予熱器
１１・１２ スクリュウコンベヤ
１４ 加熱用ボックス
２０ クッションホッパ
２１ 貯留ホッパ
２２ａ 投入口
３０ ロータリーキルン
３０Ａ ＦＡの昇温領域
３０Ｂ 未燃カーボンの自燃領域
３０Ｃ ＦＡの過発熱抑制領域
３１ 炉体
３６ 空気供給器
４０ 熱風炉
４２ バーナ
５０ 燃焼空気ファン（送風機）

Claims (10)

1. フライアッシュを加熱することにより未燃カーボンを自燃させてフライアッシュを改質するフライアッシュの加熱改質装置において、
   ロータリーキルン内に少なくとも未燃カーボンの自燃領域を設け、そのロータリーキルンに投入する前のフライアッシュを５００～６００℃に加熱するフライアッシュ予熱器を、上記キルンとは別に、上記キルン内に向かう経路内であって上記キルン内の圧力が及ばない部分に設けたことを特徴とするフライアッシュの加熱改質装置。
2. 上記ロータリーキルンに接続されたホッパに向けてフライアッシュを供給するスクリュウコンベヤであって、コンベヤケーシングの外側より熱を与え、未燃カーボンが自燃する温度以下にフライアッシュを加熱するものを、上記のフライアッシュ予熱器として設けたことを特徴とする請求項１に記載したフライアッシュの加熱改質装置。
3. 上記のフライアッシュ予熱器においてフライアッシュを加熱するために、上記コンベヤケーシングの外側にロータリーキルンからの排ガスを流すことを特徴とする請求項２に記載したフライアッシュの加熱改質装置。
4. ロータリーキルン内で未燃カーボンを自燃させるための空気を、そのキルンからの排ガスにより加熱したうえで当該キルン内に供給することを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載したフライアッシュの加熱改質装置。
5. 上記の空気は、フライアッシュの投入方向と同方向に、助燃バーナを介さずにキルン内に供給することを特徴とする請求項４に記載したフライアッシュの加熱改質装置。
6. 上記ロータリーキルンを、外周に設けた外部ジャケットから内部を加熱する形式のものとし、外部ジャケット内にはバーナを配置せず、バーナを有する熱風炉をロータリーキルンとは別に設けるとともに、当該熱風炉をダクトによって上記外部ジャケットに接続したことを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載したフライアッシュの加熱改質装置。
7. 上記熱風炉で燃焼に使用する空気を、上記外部ジャケットからの排ガスにより加熱したうえで熱風炉へ供給することを特徴とする請求項６に記載したフライアッシュの加熱改質装置。
8. 上記外部ジャケットに、上記ロータリーキルンの温度上昇を抑制するための、加熱していない空気を供給する冷風供給管を接続したことを特徴とする請求項６または７に記載したフライアッシュの加熱改質装置。
9. 送風機によって吸引する大気の一部を上記熱風炉へ燃焼用の空気として供給し、同じ送風機が吸引する大気の他の一部を、上記外部ジャケットへロータリーキルンの温度上昇を抑制する空気として供給することを特徴とする請求項６～８のいずれかに記載したフライアッシュの加熱改質装置。
10. 請求項１～９のいずれかに記載したフライアッシュの加熱改質装置を用い、フライアッシュを加熱することにより未燃カーボンを自燃させてフライアッシュを改質することを特徴とするフライアッシュの加熱改質方法。
    

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