JP7042608B2 - 改質フライアッシュの製造方法、及び、改質フライアッシュの製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、微粉炭燃焼ボイラ等から排出される、ポゾラン反応性に乏しく、且つ、未燃カーボンを多量に含む石炭灰を改質して、コンクリート等の混和材料として好適に使用されるフライアッシュを製造するための、改質フライアッシュの製造方法、及び、改質フライアッシュの製造装置に関する。

石炭火力発電所の微粉炭燃焼ボイラ等からは、石炭灰を含む燃焼排ガスが発生する。従来、その燃焼排ガスに含まれる所定の品質を有する石炭灰を電気集塵器等で採取し、フライアッシュとしてコンクリート等の混和材料に使用することが知られている。

しかし、一般社団法人石炭エネルギーセンターの報告によると、平成２７年度の石炭灰発生量は１２７２万トン（電気事業：９３４万トン、一般産業：３３８万トン）に達したにもかかわらず、このうちコンクリートの混和材等に有効活用された量は約１５．４万トン（発生量全体の１．２％）に過ぎなかった。この理由として、発生する石炭灰のポゾラン反応性と石炭灰に含まれる未燃カーボンの問題が考えられる。

コンクリートの混和材等として有効活用する場合、石炭灰にはポゾラン反応性が求められる。ポゾラン反応性は、ポルトランドセメント等の水和反応で生成するＣａ（ＯＨ）_２等と化学反応して硬化体を形成する性能である。コンクリート用フライアッシュに関する製品規格であるＪＩＳ Ａ ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」には、かかるポゾラン反応性に関する品質項目として活性度指数が規定されており、その活性度指数等に基づいて、フライアッシュ（石炭灰）をＩ種からIV種までの４種類に分類している。一般的に、コンクリートの混和材等として有効活用されるフライアッシュには、ＪＩＳ Ａ ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」に規定されるIII種以上の活性度指数、すなわち、２８日材齢で８０％以上、９１日材齢で９０％以上が要求される。

一方、石炭灰に含まれる未燃カーボンに関する問題とは、微粉炭の燃え残りである未燃カーボンを多量に含む石炭灰をコンクリート等の混和材料として使用した場合、その未燃カーボンがコンクリートに添加される各種混和剤類を吸着し、コンクリートの製造における当該混和剤類の使用量を増加させ、さらに、コンクリート硬化体では、表面に未燃カーボンが浮き出して美観が損なわれてしまうことである。上記製品規格のＪＩＳ Ａ ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」では、フライアッシュ（石炭灰）の未燃カーボン含有率は、強熱減量として間接的に規定されている。一般的に、コンクリートの混和材等として有効活用される石炭灰には、ＪＩＳ Ａ ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」に規定されるフライアッシュＩ種の強熱減量である３質量％以下よりも厳しい、１質量％以下が要求される。

このような課題に関連して、例えば、特許文献１には、原料フライアッシュを撹拌流動搬送しながら６００～９５０℃に加熱して、未燃カーボンを自燃焼成し、次いで前記撹拌のまま或いは高速撹拌して２００℃以下に間接急冷し、そのまま回収するか或いは旋回螺旋流により風砕分級や単なる分級処理して回収することを特徴とする、改質フライアッシュの製造方法が開示されている。

特開２００８－１２６１１７号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、原料フライアッシュを自燃焼成し未燃カーボン含有率を低下させたうえ、分級等によって所定の品質を有する改質フライアッシュを回収する方法であるが、原料フライアッシュが高温環境に存した場合、ポゾラン反応性を生じさせる非晶質相の結晶化が急速に進行するため、処理後のフライアッシュのポゾラン反応性が低下してしまうという問題があった。よって、また、供給された石炭灰のうち、所望の品質に満たないフライアッシュが相当量生じて、効率が悪いという問題があった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、供給された石炭灰から、所望の品質に満たないフライアッシュが生じるのを抑えて、より効率的に、コンクリートの混和材等として有効活用可能な改質フライアッシュを製造することができる、改質フライアッシュの製造方法、及び、改質フライアッシュの製造装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、供給された石炭灰を所定の粉末度に粉砕した後であれば、所定の加熱処理により未燃カーボンが自燃して十分に減少すると共に、その加熱処理を経ても一定レベルのポゾラン反応性が保たれており、品質的に不適合となるフライアッシュの発生が抑えられて、より効率的に、所望の品質を有する改質フライアッシュが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の改質フライアッシュの製造方法は、石炭灰を、そのブレーン比表面積が４５００ｃｍ^２／ｇ～１００００ｃｍ^２／ｇとなるように粉砕して第１フライアッシュを得る粉砕工程と、外熱式ロータリーキルンにより、前記第１フライアッシュを、該第１フライアッシュに含まれる未燃カーボンの含有率が０．５質量％以下となるよう加熱する加熱工程とを備えることを特徴とする。

本発明の改質フライアッシュの製造方法によれば、供給された石炭灰を所定の粉末度に粉砕するための粉砕工程を備えたことにより、つづく外熱式ロータリーキルンによる加熱工程における未燃カーボンの自燃による減少効率が高められる。加えて、外熱式ロータリーキルンによる加熱工程を経たフライアッシュにおいて一定レベルのポゾラン反応性が保たれる。よって、供給された石炭灰から、品質的に不適合となるフライアッシュの発生が抑えられることにより、より効率的に、改質フライアッシュを製造することができる。

本発明の改質フライアッシュの製造方法においては、前記加熱工程で発生した排ガスから、該排ガスに含まれる第２フライアッシュを固気分離する分離工程と、前記第１フライアッシュと前記第２フライアッシュとを混合し第３フライアッシュとなす混合工程とを備え、前記第３フライアッシュを前記外熱式ロータリーキルンにより、該第３フライアッシュに含まれる未燃カーボンの含有率が０．５質量％以下となるよう加熱することが好ましい。これによれば、分離工程を備えたことにより、加熱工程で発生した排ガスから、その排ガスに含まれるフライアッシュを第２フライアッシュとして回収することができ、これを、つづく混合工程では、粉砕工程で所定の粉末度に粉砕された第１フライアッシュと混合したうえ、加熱工程に戻すので、所望の品質となるよう改質された改質フライアッシュの回収率が高まる。

また、本発明の改質フライアッシュの製造方法においては、前記外熱式ロータリーキルンによる加熱工程の前に、該加熱工程に供される前記第１フライアッシュ又は前記第３フライアッシュを、該フライアッシュに含まれる未燃カーボンが自燃しない非自燃環境で予熱する予熱工程を備えていることが好ましい。これによれば、その予熱工程を備えたことにより、フライアッシュが外熱式ロータリーキルンに供給された直後から、速やかに未燃カーボンの自燃による燃焼が開始される。加えて、外熱式ロータリーキルンの間接的な加熱状態の中で未燃カーボンの自燃による燃焼が安定的に継続するので、未燃カーボンが十分に除去された良質な改質フライアッシュを、より効率よく製造することができる。

また、本発明の改質フライアッシュの製造方法においては、前記予熱工程を行う前記非自燃環境の温度は、前記予熱工程に供される前記第１フライアッシュ又は前記第３フライアッシュに含まれる未燃カーボン量に基づいて決定されることが好ましい。これによれば、フライアッシュの予熱温度を適切な範囲とすることができ、例えば、外熱式ロータリーキルンに供給されるフライアッシュに含まれる未燃カーボン量が高いときは、フライアッシュの予熱温度を下げるなどして、つづく加熱工程において、非晶質相の結晶化が急速に進行してポゾラン反応性を低下させるほどに未燃カーボンの自燃現象が活発化してしまうことを防ぐことができる。

また、本発明の改質フライアッシュの製造方法においては、前記加熱工程で前記外熱式ロータリーキルンに供給する燃焼ガスの供給量及び燃焼ガスの酸素濃度のうち少なくとも一方は、前記加熱工程に供される前記第１フライアッシュ又は前記第３フライアッシュの未燃カーボン量に基づいて決定されることが好ましい。これによれば、フライアッシュに含まれる未燃カーボンを、より安定的に自燃により燃焼させて、減少させることができる。

また、本発明の改質フライアッシュの製造方法においては、前記燃焼ガスの供給量及び前記燃焼ガスの酸素濃度のうち少なくとも一方は、前記第１フライアッシュ又は前記第３フライアッシュの前記未燃カーボン量をＣｍｏｌ／分とし、前記加熱工程で供給する前記燃焼ガスの酸素量をＯ_２ｍｏｌ／分とした場合に、Ｏ_２／Ｃモル比が１以上６以下となるように決定されることが好ましい。これによれば、フライアッシュに含まれる未燃カーボンを、さらにより安定的に自燃により燃焼させて、減少させることができる。

一方、上記目的を達成するために、本発明の改質フライアッシュの製造装置は、供給された石炭灰を、そのブレーン比表面積が４５００ｃｍ^２／ｇ～１００００ｃｍ^２／ｇとなるよう粉砕して第１フライアッシュを得る粉砕装置と、前記第１フライアッシュを、該第１フライアッシュに含まれる未燃カーボンの含有率が０．５質量％以下となるよう加熱する外熱式ロータリーキルンとを備えていることを特徴とする。

本発明の改質フライアッシュの製造装置によれば、供給された石炭灰を所定の粉末度に粉砕するための粉砕装置を備えたことにより、つづく外熱式ロータリーキルンによる加熱工程における未燃カーボンの自燃による減少効率が高められる。加えて、外熱式ロータリーキルンによる加熱工程を経たフライアッシュにおいて一定レベルのポゾラン反応性が保たれる。よって、供給された石炭灰から、品質的に不適合となるフライアッシュの発生が抑えられることにより、より効率的に、改質フライアッシュを製造することができる。

本発明の改質フライアッシュの製造装置においては、前記外熱式ロータリーキルンで発生した排ガスから、該排ガスに含まれる第２フライアッシュを固気分離する分離装置と、前記第１フライアッシュと前記第２フライアッシュとを混合し第３フライアッシュとなす混合装置とを備え、前記外熱式ロータリーキルンにおいて、前記第３フライアッシュを、該第３フライアッシュに含まれる未燃カーボンの含有率が０．５質量％以下となるよう加熱することが好ましい。これによれば、その分離装置を備えたことにより、外熱式ロータリーキルンで発生した排ガスから、その排ガスに含まれるフライアッシュを第２フライアッシュとして回収することができ、これを、つづく混合装置では、粉砕装置で所定の粉末度に粉砕された第１フライアッシュと混合したうえ、外熱式ロータリーキルンに戻すので、所望の品質となるよう改質された改質フライアッシュの回収率が高まる。

また、本発明の改質フライアッシュの製造装置においては、前記外熱式ロータリーキルンに供給される、前記第１フライアッシュ又は前記第３フライアッシュを、該フライアッシュに含まれる未燃カーボンが自燃しない非自燃環境に置くための予熱装置を備えていることが好ましい。これによれば、その予熱装置を備えたことにより、フライアッシュが外熱式ロータリーキルンに供給された直後から、速やかに未燃カーボンの自燃による燃焼が開始される。加えて、外熱式ロータリーキルンの間接的な加熱状態の中で未燃カーボンの自燃による燃焼が安定的に継続するので、未燃カーボンが十分に除去された良質な改質フライアッシュを、より効率よく製造することができる。

また、本発明の改質フライアッシュの製造装置においては、前記改質フライアッシュの製造装置は更に制御手段を備え、前記制御手段は、前記予熱装置における該予熱環境を制御し、且つ、前記外熱式ロータリーキルンにおける該加熱環境を制御するものであることが好ましい。これによれば、その制御装置を備えたことにより、予熱装置におけるフライアッシュの予熱環境や、外熱式ロータリーキルンにおけるフライアッシュの自燃環境を、適切に制御することが容易となる。例えば、外熱式ロータリーキルンに供給されるフライアッシュに含まれる未燃カーボン量が高いときは、制御装置を介して、予熱装置による温度設定を下げたり、外熱式ロータリーキルンによる温度設定を下げたりして、加熱工程において、非晶質相の結晶化が急速に進行してポゾラン反応性を低下させるほどに未燃カーボンの自燃現象が活発化してしまうことを防ぐことができる。

本発明の、改質フライアッシュの製造方法あるいは改質フライアッシュの製造装置により得られる改質フライアッシュの品質としては、未燃カーボン含有率が０．５質量％以下であり、２８日材齢の活性度指数が８０％以上、且つ９１日材齢の活性度指数が９０％以上であることが好ましい。

本発明に係る改質フライアッシュの製造装置の一実施形態を示す概略構成説明図である。 図１に示す装置で行われる処理を説明するフローチャートである。 本発明に係る改質フライアッシュの製造装置の別実施形態を示す概略構成説明図である。 図３に示す装置で行われる処理を説明するフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明に係る改質フライアッシュの製造方法及び改質フライアッシュの製造装置の実施形態について説明する。

図１には、本発明に係る改質フライアッシュの製造装置の一実施形態が示される。図１において、実線の矢印は石炭灰またはフライアッシュの流れを、一点鎖線の矢印は制御信号の流れを、破線の矢印はガスの流れをそれぞれ示している。

図１に示すように、この改質フライアッシュの製造装置１は、供給された石炭灰Ｄ１を、所定の粉末度となるよう粉砕して第１フライアッシュＦ１を得る石炭灰粉砕装置１１と、得られた第１フライアッシュＦ１と、高温排ガスから回収された第２フライアッシュＦ２とを混合して、第３フライアッシュＦ３となすフライアッシュ混合装置１３と、フライアッシュ混合装置１３から供給される第３フライアッシュＦ３を、これに含まれる未燃カーボンの含有率が０．５質量％以下となるよう加熱する外熱式ロータリーキルン１４と、高温排ガスから第２フライアッシＦ２を回収してフライアッシュ混合装置１３に供給する固気分離装置１６（本実施形態では、第１固気分離装置１６ａ（例えば、サイクロン型分級機等を使用可能である。）及び第２固気分離装置１６ｂ（例えば、バグフィルタ等を使用可能である。）の２機で構成される。）とを備えている。また、石炭灰粉砕装置１１の後段にはフライアッシュ分級装置１２が備わり、石炭灰粉砕装置１１で粉砕されたフライアッシュを所定粒径を分級点として分級して、粗粉フライアッシュＤ２は再度、石炭灰粉砕装置１１に戻して粉砕するようにし、閉回路ミルを構成している。これにより、第１フライアッシュＦ１が所定の粉末度を有することをより確実にしている。なお、フライアッシュに含まれる未燃カーボンの含有率を効果的に減少させるという、本発明による作用効果を享受するための基本的な構成としては、石炭灰Ｄ１を所定の粉末度となるよう粉砕するための石炭灰粉砕装置１１と、粉砕された原料フライアッシュを加熱するための外熱式ロータリーキルン１４とで構成するようにしてもよく、高温排ガスから第２フライアッシュＦ２を回収したり、これを第１フライアッシュＦ１と混合したりすることは、必ずしも必須構成というわけではないが、本実施形態の製造装置１では、高温排ガスから第２フライアッシュＦ２を回収するための固気分離装置１６や、これを第１フライアッシュＦ１と混合するためのフライアッシュ混合装置１３を備えたことにより、所定の品質を有する改質フライアッシュの回収率が更により向上している。以下には、この改質フライアッシュの製造装置１を、単に「製造装置１」と称し、さらに詳細に説明する。

製造装置１では、まず、石炭灰粉砕装置１１により、供給された石炭灰Ｄ１を、そのブレーン比表面積が４５００ｃｍ^２／ｇ～１００００ｃｍ^２／ｇとなるように粉砕して、第１フライアッシュＦ１を得る。また、その際、石炭灰粉砕装置１１の後段にはフライアッシュ分級装置１２が備わり、第１フライアッシュＦ１が所定の粉末度を有することをより確実にしている。第１フライアッシュＦ１は、最終的に得られる改質フライアッシュの活性度指数をＪＩＳ Ａ ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」のIII種以上の活性度指数、すなわち、２８日材齢で８０％以上、９１日材齢で９０％以上とする観点から、最大粒径を１００μｍ以下とするのが好ましい。第１フライアッシュＦ１の最大粒径を１００μｍ以下にすることで、ブレーン比表面積としては、概ね４５００ｃｍ^２／ｇ～１００００ｃｍ^２／ｇの範囲を確保することができる。

一般に、石炭火力発電所等の微粉炭燃焼ボイラから供給される石炭灰であって、活性度指数の向上が必要となる品位の低い石炭灰は、概ねブレーン比表面積が２０００ｃｍ^２／ｇ～４０００ｃｍ^２／ｇであり、本実施形態の製造装置１では、そのような石炭灰について、粉末度を一定にすることにより、入荷ロット間の粉末度のばらつきを狭小化させることができる。加えて、加熱工程に供されるフライアッシュの比表面積が増加することにより、未燃カーボンの自燃も生じ易くなるため、加熱温度を低めに設定することができ、フライアッシュの非晶質相の結晶化が生じることを防ぐ等して、活性度指数の低下を抑制しつつ、未燃カーボン含有率を効果的に減少させることができる。

ここで、ブレーン比表面積とは、フライアッシュの粒径の細かさを表す指標であり、ＪＩＳ Ａ ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」に測定方法が規定されているブレーン方法に基づいて測定された比表面積を指す。

第１フライアッシュのブレーン比表面積の上限については、１００００ｃｍ^２／ｇ以下が好ましい。第１フライアッシュのブレーン比表面積が１００００ｃｍ^２／ｇよりも大きくなると、外熱式ロータリーキルン１４に供給されたフライアッシュのうち、改質フライアッシュとして回収できる割合が低下してしまう。具体的には、例えば、図１に示す実施形態において、外熱式ロータリーキルン１４に供給されたフライアッシュＦ３のうち、燃焼排ガスに取り込まれた後に固気分離装置１６で第２フライアッシュＦ２として回収される割合（（回収された第２フライアッシュ量）／（外熱式ロータリーキルンに供給された第３フライアッシュの量）×１００％）（以下、この割合を「循環率」と称す。）が増加傾向となり、ひいては改質フライアッシュの生産効率が低下する傾向となる。

上記循環率は、２０％～４０％が好ましい。この循環率であれば、外熱式ロータリーキルン１４における加熱のためのエネルギー使用量が過剰になることなく、エネルギー効率よく、改質フライアッシュを製造することができる。

所定の粉末度にするための石炭灰粉砕装置１１としては、ボールミル、ロールミル、ローラーミル（竪型ミル）等の、一般的な乾式の粉砕装置が好適に使用可能である。また、石炭灰粉砕装置１１で粉砕されたフライアッシュから、所定の粒径を有するフライアッシュを分離するためのフライアッシュ分級装置１２としては、例えば、サイクロン型又はルーバー型慣性分級機及び振動篩装置等、粉粒体の分級処理に一般的に使用されている乾式分級機を用いればよい。

製造装置１では、次に、第１フライアッシュＦ１と、外熱式ロータリーキルン１４より排出される高温排ガス（ＨＧ２＋ＨＧ１）から回収された第２フライアッシュＦ２とが、フライアッシュ混合装置１３で混合されて第３フライアッシュＦ３を形成した後、これを外熱式ロータリーキルン１４へ連続的に供給させるようにしている。ここで、第２フライアッシュＦ２は、主に、外熱式ロータリーキルン１４へ供給された第３フライアッシュＦ３が、高温排ガスＨＧ２に捕捉されて外熱式ロータリーキルン１４から排出されたものに由来しており、その粉末度は、実質的に第１フライアッシュＦ１と同等といえる。

なお、本実施形態では、第２フライアッシュＦ２を回収するための固気分離装置１６の構成として、第１固気分離装置１６ａ（例えば、サイクロン型分級機等を使用可能である。）及び第２固気分離装置１６ｂ（例えば、バグフィルタ等を使用可能である。）の２機の固気分離装置を備えているが、高温排ガス（ＨＧ２＋ＨＧ１）からの第２フライアッシュＦ２の回収が可能であれば、固気分離装置１６を構成する機数は制限されない。例えば、固気分離装置１６を１機とする場合は、図１の第１固気分離装置１６ａを省略し、第２固気分離装置１６ｂのみとすればよく、その際の固気分離装置１６にはバグフィルタが好ましい。

フライアッシュ混合装置１３における、第１フライアッシュＦ１と第２フライアッシュＦ２の混合は、単にそれらフライアッシュを積層等したりするだけでもよいが、外熱式ロータリーキルン１４に供給する第３フライアッシュＦ３の品質を平均化させるために、フライアッシュ混合装置１３内で十分に混合するのが好ましい。そのために、フライアッシュ混合装置１３に備えられるフライアッシュ用容器には、パドルやリボンなどの回転翼や、各種排ガスを利用したエアレーション等の混合撹拌機構を備えることが好ましい。

フライアッシュ混合装置１３からは、所定量の第３フライアッシュＦ３が、外熱式ロータリーキルン１４に供給される。この第３フライアッシュＦ３の供給には、容積式定量供給機や重量式定量供給機等の一般的な粉体定量供給装置を用いることができる。なお、フライアッシュ混合装置１３による供給量の計量値を、後述のフライアッシュ測定装置Ｍ１１による第３フライアッシュＦ３の供給量測定値の代替としてもよい。

外熱式ロータリーキルン１４は、傾斜した大略円筒形状の装置として構成されている。すなわち、フライアッシュ供給部１４ａと、フライアッシュ排出部１４ｄと、フライアッシュ供給部１４ａ及びフライアッシュ排出部１４ｄの間に回転自在に配置されている円筒形状の内筒部１４ｂと、内筒部１４ｂが挿通され、その内筒部１４ｂよりも大外径である円筒形状の加熱部１４ｃとを有し、内筒部１４ｂがフライアッシュ供給部１４ａからフライアッシュ排出部１４ｄに向かって０．５～５．０％で下方に向かって傾斜している。外熱式ロータリーキルン１４の加熱部１４ｃには、内筒部１４ｂを外部から加熱するように複数の電気発熱体Ｈが配置されている。そして、外熱式ロータリーキルン１４のフライアッシュ供給部１４ａに供給された第３フライアッシュＦ３は、内筒部１４ｂの回転に伴って、フライアッシュ供給部１４ａからフライアッシュ排出部１４ｄへと移動し、その移動における所定時間、加熱部１４ｃでの加熱処理を受けた後に、改質フライアッシュＦ４となってフライアッシュ排出部１４ｄから排出されるようになっている。

外熱式ロータリーキルン１４の加熱部１４ｃの加熱方法は、電気発熱体Ｈによるジュール熱を利用した方法以外にも、化石燃料によるバーナー等の、発熱量の制御が可能な方法であれば制約はない。

また、図１に示す実施形態では、製造装置１は、比較的に酸素を多く含む燃焼用ガスＡ１を加温して燃焼ガスＡ２とし、これを外熱式ロータリーキルン１４の内筒部１４ｂ内に導入するようにしている。また、燃焼用ガスＡ１の温度を上げるために熱交換器１５を備え、この熱交換器１５において、外熱式ロータリーキルン１４の加熱部１４ｃから排出される高温排ガスＨＧ１との間に熱交換を生じさせて、燃焼用ガスＡ１が加温されてなる、高温の燃焼ガスＡ２となるようにしている。一方、高温排ガスＨＧ１は、熱交換によって温度が低下し、排ガスＧ１となって熱交換器１５から排気される。排ガスＧ１の排気、すなわち高温排ガスＨＧ１の熱交換器１５への供給は、第２排気ファン１９によって行われる。

外熱式ロータリーキルン１４の内筒部１４ｂ内への燃焼ガスＡ２の導入は、第３フライアッシュＦ３の移動方向に対して向流となるようにフライアッシュ排出部１４ｄ側から導入してもよいし、第３フライアッシュＦ３の移動方向に対して並流となるようにフライアッシュ供給部１４ａ側から導入してもよいが、高温排ガスＨＧ２からの第２フライアッシュＦ２の回収を行うための装置レイアウトからは、図１の実施形態に示すように、フライアッシュ排出部１４ｄ側から燃焼ガスＡ２を導入するのが好ましい。

一方、外熱式ロータリーキルン１４の内筒部１４ｂから排出する高温排ガスＨＧ２を排気するための第１排気ファン１８は、吸気によって系内を負圧にし、熱交換器１５、外熱式ロータリーキルン１４の内筒部１４ｂ、固気分離装置１６、及び各所の送気管等から構成される、燃焼ガスＡ２または高温排ガスＨＧ２の経路内から該ガスが外部に漏れることを防止すると共に、固気分離装置１６によって第２フライアッシュＦ２が回収された後の排ガスＧ２の排気量、すなわち、外熱式ロータリーキルン１４の内筒部１４ｂ内を流れる燃焼ガスＡ２の流量を調整し、さらに、燃焼用ガスＡ１の使用量を調整する。

このような外熱式ロータリーキルン１４の構成によれば、その内筒部１４ｂ内の雰囲気温度を、加熱部１４ｃにおける外部加熱によって間接的に上昇させるようにしているので、過加熱によって第３フライアッシュＦ３の非晶質相の結晶化が急速に進行してポゾラン反応性を低下させることを防ぎつつ、第３フライアッシュＦ３に含まれる未燃カーボンの燃焼を安定的に生じさせるのに、都合がよい。

第３フライアッシュＦ３の外熱式ロータリーキルン１４への導入位置は、図１に示す実施形態においては、内筒部１４ｂのフライアッシュ供給側の端部であるが、そのフライアッシュ供給部１４ａに連通して内筒部１４ｂの内部に延伸・挿入される供給管等の構造の付加により、内筒部１４ｂの中央部側に任意にスライドさせることも可能である。これによれば、第３フライアッシュＦ３がフライアッシュ供給部１４ａからフライアッシュ排出部１４ｄへと移動するに伴って加熱処理される時間の調整や、第３フライアッシュＦ３を投入する箇所の温度を任意に選択することができる。

また、図１に示す実施形態においては、製造装置１は、第３フライアッシュＦ３の加熱によって蒸発して、高温排ガスＨＧ２内に含まれて内筒部１４ｂから排出される、石炭灰由来の水銀を回収する構成として、高温排ガス（ＨＧ２＋ＨＧ１）から水銀を分離するための水銀回収装置１７を備えている。水銀回収装置１７としては、例えば、吸着剤により水銀を吸着除去するガス吸着装置を用いればよい。具体的には、カートリッジ式固定相吸着装置、連続クロスフロー式移層吸着装置等を用いればよい。吸着剤としては、硫黄若しくは金属硫化物、活性炭若しくは又は活性炭を担持した吸着媒体、又は、水銀と反応する金属若しくは水銀を担持した吸着媒体等を用いればよい。水銀回収装置１７で使用される活性炭としては、特に、水銀吸着用として調整された硫黄添着処理が施されている活性炭を用いることが好ましい。かかる水銀回収装置１７を備える場合、水銀回収装置１７に送気される高温排ガス（ＨＧ２＋ＨＧ１）の温度は、水銀の沸点（３６０℃）以上である必要があり、３８０～４２０℃が好ましい。

なお、水銀回収装置１７を備えた場合、水銀回収後の高温排ガス（ＨＧ２＋ＨＧ１）を固気分離装置１６ｂ（例えば、バグフィルタ等を使用可能である。）に直接送気すると、固気分離装置１６ｂのろ布等が熱損傷する場合があるため、必要に応じて高温排ガス（ＨＧ２＋ＨＧ１）に冷却用空気ＣＡを混入して温度を低下させることが好ましい。

本発明の好ましい態様においては、図１に示すように、製造装置１は、さらに、各種測定装置による測定に基づいて各種制御を行うための制御装置５１を備えていてもよい。

具体的には、例えば、内筒部１４ｂの内部に、内筒部１４ｂを加熱する複数の電気発熱体Ｈにより各出力を調整可能な領域ごとに、第１温度計Ｔ１１が設けられている。第１温度計Ｔ１１は、内筒部１４ｂの内部における第３フライアッシュＦ３の温度を測定し、その温度に関する情報を制御装置５１に送信する。また、内筒部１４ｂの長軸方向の中央部には、内筒部１４ｂの外側表面近傍に、第２温度計Ｔ１２が設けられている。この実施形態においてはこの付近が内筒部１４ｂの最も高温となる部位となっており、第２温度計Ｔ１２は、内筒部１４ｂの最も高温となる部位の温度を測定し、その温度に関する情報を制御装置５１に送信する。なお、第１温度計Ｔ１１や第２温度計Ｔ１２としては、例えば、熱電対を用いればよい。

制御装置５１は、さらに、外熱式ロータリーキルン１４の加熱部１４ｃへの制御信号を送信し、内筒部１４ｂを加熱する複数の電気発熱体Ｈの出力を個別に制御することができるようになっている。よって、例えば、第１温度計Ｔ１１や第２温度計Ｔ１２の測定結果に基づいて、制御装置５１が電気発熱体Ｈの個々の出力を調整して、内筒部１４ｂ内での加熱状態を最適化することができる。

また、外熱式ロータリーキルン１４と第１固気分離装置１６ａを結ぶ送気管には、第３温度計Ｔ１３が設けられている。第３温度計Ｔ１３は、第１固気分離装置１６ａに導入される高温排ガス（ＨＧ２＋ＨＧ１）の温度を測定し、その温度に関する情報を制御装置５１に送信する。また、第１固気分離装置１６ａと水銀回収装置１７を結ぶ送気管には、第４温度計Ｔ１４が設けられている。第４温度計Ｔ１４は、第１固気分離装置１６ａから排出される高温排ガス（ＨＧ２＋ＨＧ１）の温度を測定し、その温度に関する情報を制御装置５１に送信する。さらに、水銀回収装置１７と第２固気分離装置１６ｂを結ぶ送気管には、第５温度計Ｔ１５が設けられている。第５温度計Ｔ１５は、水銀回収装置１７から排出される高温排ガス（ＨＧ２＋ＨＧ１）の温度を測定し、その温度に関する情報を制御装置５１に送信する。なお、第３温度計Ｔ１３、第４温度計Ｔ１４及び第５温度計Ｔ１５としては、上記第１温度計Ｔ１１及び上記第２温度計Ｔ１２と同様に、例えば、熱電対を用いればよい。

さらに、フライアッシュ混合装置１３と外熱式ロータリーキルン１４のフライアッシュ供給部１４ａとの間には、フライアッシュ測定装置Ｍ１１が設置されている。フライアッシュ測定装置Ｍ１１は、外熱式ロータリーキルン１４のフライアッシュ供給部１４ａに連続的に供給される第３フライアッシュＦ３の供給量（例えば、時間あたりの供給量）及び未燃カーボン含有率を測定し、それらの情報を制御装置５１に送信する。

また、外熱式ロータリーキルン１４のフライアッシュ排出部１４ｄの下流にはフライアッシュ測定装置Ｍ１２が設置されている。フライアッシュ測定装置Ｍ１２は、外熱式ロータリーキルン１４のフライアッシュ排出部１４ｄから連続的に排出される改質フライアッシュＦ４の排出量（例えば、時間あたりの排出量）及び未燃カーボン含有率を測定し、その測定結果を制御装置５１に送信する。

また、固気分離装置１６とフライアッシュ混合装置１３の間にはフライアッシュ測定装置Ｍ１３が設置されている。フライアッシュ測定装置Ｍ１３は、固気分離装置１６（第１固気分離装置１６ａ及び第２固気分離装置１６ｂ）で回収され、フライアッシュ混合装置１３に供給される第２フライアッシュＦ２の供給量（例えば、時間あたりの供給量）、すなわち高温排ガス（ＨＧ２＋ＨＧ１）からの第２フライアッシュＦ２の回収量（例えば、時間あたりの回収量）を測定し、その測定結果を制御装置５１に送信する。

フライアッシュ測定装置Ｍ１１、フライアッシュ測定装置Ｍ１２及びフライアッシュ測定装置Ｍ１３が有するフライアッシュの計量装置としては、例えば、ロス・イン・ウェイト式、ベルトフィーダーとロードセルを組み合わせた方式、又は、粉体流量計を用いた方式などの一般的な粉体計量装置を用いればよい。

また、フライアッシュ測定装置Ｍ１１及びフライアッシュ測定装置Ｍ１２が有する未燃カーボン含有率の測定装置としては、例えば、強熱減量値から間接的に未燃カーボン含有率を求めることができる熱天秤分析装置、又は、特開平１１－２５８１５５号公報に開示されている青色発光体を光源とした反射光量測定装置等のオンライン対応装置などを用いればよい。

さらに、フライアッシュ測定装置Ｍ１１及びフライアッシュ測定装置Ｍ１２は、フライアッシュの粒度を測定する機能を備えていてもよい。かかる粒度測定に用いる装置としては、例えば、乾式レーザ回析・散乱法を用いたオンライン粒子径分布測定器が好適である。

一方、外熱式ロータリーキルン１４の燃焼ガスＡ２の導入部には、燃焼ガス測定装置Ｍ１４が設置されている。燃焼ガス測定装置Ｍ１４は、外熱式ロータリーキルン１４の内筒部１４ｂ内に供給される燃焼ガスＡ２の供給量（例えば、時間あたりの供給量）及び酸素濃度を測定し、その測定結果を制御装置５１に送信する。

燃焼ガス測定装置Ｍ１４としては、例えば、熱式、コリオリ式、渦式、超音波式等の通常の気体用の流量計、及び、磁気式（磁気風方式及び磁気力方式）又は酸素の電気化学的酸化還元反応を利用する電気化学式（ジルコニア方式及び電極方式）の酸素濃度測定装置を併設した装置などを用いればよい。

図１に示す実施形態においては、制御装置５１は、また、第１排気ファン１８を制御する制御信号を送信することができるようになっている。すなわち、上述したように、外熱式ロータリーキルン１４の内筒部１４ｂから排気される高温排ガスＨＧ２を排気するための第１排気ファン１８は、固気分離装置１６からの第２フライアッシュＦ２が回収された後の排ガスＧ２の排気量を調整する。また、第１排気ファン１８は、固気分離装置１６（第１固気分離装置１６ａ及び第２固気分離装置１６ｂ）へ流入する高温排ガス（ＨＧ１＋ＨＧ２）、ひいては、外熱式ロータリーキルン１４の内筒部１４ｂ内を流れる燃焼ガスＡ２の流量を調整する。制御装置５１は、これらのガス流量等を、第１排気ファン１８へ供給される動力を制御する等により、制御することができる。

図１に示す実施形態においては、制御装置５１は、また、気送管の各所に備えられている個々の流量調整バルブＮを制御する制御信号を送信することができるようになっている。すなわち、例えば、第３温度計Ｔ１３、第４温度計Ｔ１４、第５温度計Ｔ１５等による温度の測定値に基づいて、それぞれ最適な温度範囲となるように、気送管の各所に備えられている個々の流量調整バルブＮの開度を調整したり、冷却用空気ＣＡの導入用の流量調整バルブＮの開度を調整したりすること等によって、気送管内を流れる排ガスの温度を調整することができる。

図１に示す実施形態においては、さらに、例えば、フライアッシュ測定装置Ｍ１１による第３フライアッシュＦ３の粒度の測定値から、かかる第３フライアッシュＦ３の粒度が目標設定値と異なる場合、制御装置５１から石炭灰粉砕装置１１及び／またはフライアッシュ分級装置１２に制御信号を送り、粉砕分級工程の運転条件を最適化することができるようになっている。具体的には、石炭灰粉砕装置１１の単位時間当たりの粉砕量や、フライアッシュ分級装置１２の分級点を制御するなどによって、第３フライアッシュＦ３の粒度を調整するようにしてもよい。

また、例えば、フライアッシュ測定装置Ｍ１２による改質フライアッシュＦ４の粒度が目標設定値と異なる場合、フライアッシュ測定装置Ｍ１１による第３フライアッシュＦ３の粒度が正常であるならば加熱工程における過加熱が生じている虞が強いので、制御装置５１から外熱式ロータリーキルン１４の加熱部１４ｃに制御信号を送り、加熱工程の運転条件を調整するようにしてもよい。

本発明の好ましい態様においては、フライアッシュ測定装置Ｍ１１、フライアッシュ測定装置Ｍ１２、フライアッシュ測定装置Ｍ１３等により測定した各所のフライアッシュの流量に基づいて、上述した循環率、すなわち（第２フライアッシュＦ２の回収量）と（外熱式ロータリーキルン１４に供給された第３フライアッシュＦ３の供給量）との量比や、改質フライアッシュの収率、すなわち（改質フライアッシュＦ４の製造量）と（外熱式ロータリーキルン１４に供給された第３フライアッシュＦ３の供給量）との量比を得てもよい。かかる量比を運転指標にすることで、改質フライアッシュの製造装置の運転条件を最適状態とした安定運転をすることができる。

例えば、循環率が２０～４０％の値とならない場合、加熱工程でのエネルギー使用量をさらに抑制することが可能なので、燃焼ガスＡ２の通気量を調整したり、第１フライアッシュＦ１の粉末度の調整を行えばよい。

さらに、循環率と収率の和が１００％とならない場合、固気分離装置１６による高温排ガス（ＨＧ２＋ＨＧ１）からの第２フライアッシュＦ２の回収が不十分であったり、外熱式ロータリーキルン１４の内筒部１４ｂ内に第３フライアッシュＦ３の滞留が生じている等の、製造運転上の何等かの不具合が生じていることを示しているので、これにより早期に運転状態の異常を知ることができ、改質フライアッシュＦ４の生産効率の低下を予防、最小化することができる。

また、フライアッシュ測定装置Ｍ１２による、改質フライアッシュＦ４の未燃カーボン含有率が所定の値とならない場合は、それに応じて、外熱式ロータリーキルン１４の加熱部１４ｃを制御して内筒部１４ｂ内の温度分布を調整したり、内筒部１４ｂの回転速度を制御して第３フライアッシュＦ３が加熱される時間の調整を行ったり、第１フライアッシュＦ１の粉末度の調整、ひいては第３フライアッシュＦ３の粉末度の調整を行ったり、フライアッシュ混合装置１３を制御して、外熱式ロータリーキルン１４への第３フライアッシュＦ３の供給量を調整したりすればよい。

本発明の好ましい態様においては、外熱式ロータリーキルン１４に供給する燃焼ガスＡ２の供給量及び酸素濃度、すなわち単位時間あたりの酸素供給量は、供給される第３フライアッシュの供給量及び未燃カーボン含有率、すなわち単位時間あたりの未燃カーボン供給量に基づいて決定されることが好ましい。

その場合、上記単位時間あたりの未燃カーボン供給量と、上記単位時間あたりの酸素供給量との量比において、酸素供給量を増量する必要がある場合、大気が使用可能である燃焼用ガスＡ１を加熱してなる燃焼ガスＡ２の供給量の増量は、燃焼ガスＡ２の加温に必要となる熱エネルギーが増加すると共に、燃焼ガスＡ２の供給量の増量に伴う外熱式ロータリーキルン１４の内筒部１４ｂ内の燃焼ガスＡ２の流速の増大によって、上述した循環率が増加して、改質フライアッシュの生産効率が低下する。

そこで、外熱式ロータリーキルン１４の内筒部１４ｂ内の燃焼ガスＡ２の流速変動を抑制しつつ、必要となる酸素供給量を確保するために、通常の大気よりも酸素濃度の高いガスを用意しておいて、酸素供給量を増やす必要が生じた場合でも、燃焼ガスの供給量が変動しないように複数の酸素濃度の異なるガスを併用するのが好ましい。

本発明の好ましい態様においては、フライアッシュ測定装置Ｍ１１により測定される、フライアッシュ混合装置１３から外熱式ロータリーキルン１４へ供給される第３フライアッシュＦ３の供給量と未燃カーボン含有率の測定値から求まる、加熱工程に１分間に供給される第３フライアッシュＦ３の未燃カーボン量をＣｍｏｌ／分とし、燃焼ガス測定装置Ｍ１４により測定される燃焼ガスＡ２の供給量及び酸素濃度の測定値から求まる、加熱工程に１分間に供給される燃焼ガスＡ２の酸素量をＯ_２ｍｏｌ／分とした場合に、そのＯ_２／Ｃモル比が、例えば１以上６以下となるようにすることが好ましい。燃焼ガスの酸素濃度と第３フライアッシュの未燃カーボン量との量比をこの範囲にすると、前記加熱工程に供給されるフライアッシュ中の未燃カーボンを、より効率的に自燃させることができる。この場合、制御装置５１は、そのＯ_２／Ｃモル比を最適化するように、例えば、フライアッシュ混合装置１３から供給される第３フライアッシュＦ３の供給量を制御するようにしてもよい。

次に、図２に示すフローチャートを更に参照して、製造装置１で行われる処理について説明する。

まず、外熱式ロータリーキルン１４の内筒部１４ｂを回転させ、加熱部１４ｃに配置された個々の電気発熱体Ｈの出力を調整して、内筒部１４ｂの内部を外部から加熱する（図１／ＳＴＥＰ０１）。

そして、第２排気ファン１９を稼動して、加熱部１４ｃで生じた高温排ガスＨＧ１を熱交換器１５に導入する（図２／ＳＴＥＰ０２）。これと共に、第１排気ファン１８を稼動して、熱交換器１５に燃焼用ガスＡ１を吸引して燃焼ガスＡ２を得た後、内筒部１４ｂに燃焼ガスＡ２を一定流量で連続的に送気する（図２／ＳＴＥＰ０３）。

このとき、制御装置５１は、外熱式ロータリーキルン１４の内筒部１４ｂの内部の温度が、例えば６００℃～９００℃を維持するように、外熱式ロータリーキルン１４の加熱部１４ｃに設置された個々の電気発熱体Ｈの出力を制御する。外熱式ロータリーキルン１４によるフライアッシュの加熱条件は、上記範囲であれば６００℃以上であるのでフライアッシュの自燃が十分に促進されて未燃カーボンが効率よく減少し、なお且つ、その範囲が９００℃以下であるのでフライアッシュの非晶質相の結晶化が急速に進行してポゾラン反応性を低下させるなどの弊害が防がれる。

また、石炭灰粉砕装置１１では、供給された石炭灰Ｄ１を、そのブレーン比表面積が４５００ｃｍ^２／ｇ～１００００ｃｍ^２／ｇとなるように粉砕する（図２／ＳＴＥＰ０４）。このとき、石炭灰粉砕装置１１で粉砕されたフライアッシュをフライアッシュ分級装置１２に送って、所定の分級点（例えば１００μｍ）で分級することで、得られた第１フライアッシュＦ１が所定の粉末度を有することをより確実にすることができる。

得られた第１フライアッシュＦ１は、フラアッシュ混合装置１３に送って第２フライアッシュＦ２と混合し、その混合により形成した第３フライアッシュＦ３を、外熱式ロータリーキルン１４のフライアッシュ供給部１４ａに連続的に供給する（図２／ＳＴＥＰ０５）。この際、フライアッシュ供給部１４ａに供給される第３フライアッシュＦ３の供給量、未燃カーボン含有率及び粒度が、フライアッシュ測定装置Ｍ１１によって測定され、その測定結果が制御装置５１に送信される。

一方、外熱式ロータリーキルン１４の内筒部１４ｂに供給される燃焼ガスＡ２の供給量及び酸素濃度が、燃焼ガス測定装置Ｍ１４によって測定され、その測定結果が制御装置５１に送信される。

そして、制御装置５１は、外熱式ロータリーキルン１４の内筒部１４ｂに供給される第３フライアッシュＦ３の供給量と未燃カーボン含有率から求まる、単位時間あたりに外熱式ロータリーキルン１４の内筒部１４ｂに供給される未燃カーボン量Ｃｍｏｌ／分と、燃焼ガスＡ２の供給量及び酸素濃度から求まる、単位時間あたりに外熱式ロータリーキルン１４の内筒部１４ｂに供給される酸素量Ｏ_２ｍｏｌ／分の比であるＯ_２／Ｃモル比を求め、そのＯ_２／Ｃモル比を最適化する（図２／ＳＴＥＰ０６）。

具体的には、得られた上記Ｏ_２／Ｃモル比が所定の基準値に満たない場合、Ｏ_２／Ｃモル比の上げ操作が必要となるが、この場合には、外熱式ロータリーキルン１４への第３フライアッシュＦ３の供給量を下げたり、燃焼ガスＡ２の供給量または酸素（Ｏ_２）濃度を上げたりすればよい。なお、燃焼ガスＡ２の供給量の上げ操作は内筒部１４ｂ内の燃焼ガスの流速の増加に直結し、外熱式ロータリーキルン１４の内筒部１４ｂ内の熱バランスを変動させることになり、改質フライアッシュＦ４の生産効率が大きく低下する。この生産効率の低下を抑制するためには、燃焼ガスＡ２の供給量を大きく変動させなくてもＯ_２／Ｃモル比の上げ操作が可能なように、通常に使用する燃焼用ガスＡ１よりも酸素濃度の高い燃焼用ガスを別途準備しておき、適宜、使用できるようにしておくことが好ましい。

上記Ｏ_２／Ｃモル比の目標設定値としては、例えば１以上６以下であることが好ましい。燃焼ガスの酸素濃度と第３フライアッシュの未燃カーボン量との量比をこの範囲にすると、前記加熱工程に供給されるフライアッシュ中の未燃カーボンを、効率的に自燃させることができる。ただし、第３フライアッシュＦ３の未燃カーボン含有率や、改質フライアッシュＦ４に許容される未燃カーボン含有率等に基づいて、場合によっては上記範囲以外の値を選択してもよい。

フライアッシュ混合装置１３に送られる第２フライアッシュＦ２の回収量、すなわち循環率が安定したところで、フライアッシュ測定装置Ｍ１２によって改質フライアッシュＦ４の未燃カーボン含有率が測定され、その測定結果が制御装置５１に送信される。

また、制御装置５１は、フライアッシュ測定装置Ｍ１１から送信された第３フライアッシュＦ３の粒度が、目標設定値、例えば、最大粒径が１００μｍ以下であって、且つ、粒度分布から推定されるブレーン比表面積が４５００～１００００ｃｍ^２／ｇであることを確認する。そして、測定値が目標設定値と異なる場合には、石炭灰粉砕装置１１の単位時間当たりの粉砕量や、フライアッシュ分級装置１２の分級点を制御するなどによって、第３フライアッシュＦ３の粒度を調整する（図２／ＳＴＥＰ０７）。

さらに、制御装置５１は、フライアッシュ測定装置Ｍ１３から送信された改質フライアッシュＦ４の未燃カーボン含有率が０．５質量％以下であることを確認する。そして、改質フライアッシュＦ４の未燃カーボン含有率が０．５質量％よりも大きい場合には、外熱式ロータリーキルン１４の加熱部１４ｃの出力を制御して内筒部１４ｂ内の温度を上げたり、内筒部１４ｂの回転速度を制御して第３フライアッシュＦ３が加熱処理される時間を長くするなどにより、改質フライアッシュＦ４の未燃カーボン含有率を調整する（図２／ＳＴＥＰ０８）。

ここで、改質フライアッシュＦ４の未燃カーボン含有率の下限値には特に制限はないが、未燃カーボン含有率が０．１質量％を下回るような場合は、加熱工程において過加熱状態となっており、フライアッシュに含まれる非晶質相の結晶化が進行して、活性度指数の低い改質フライアッシュＦ４が生じてしまう虞がある。このように、改質フライアッシュＦ４の未燃カーボン含有率が過剰に低下してしまう場合には、上記と逆方向の制御、すなわち、外熱式ロータリーキルン１４の内筒部１４ｂ内の温度を下げたり、第３フライアッシュＦ３が加熱工程に処される時間を短くするなどを行えばよい。

なお、制御装置５１は、改質フライアッシュＦ４の未燃カーボン含有率が目標値を満足するように、外熱式ロータリーキルン１４の加熱部１４ｃにおける個々の電気発熱体Ｈの出力を適宜調整することができるが、フライアッシュ測定装置Ｍ１２による改質フライアッシュＦ４の未燃カーボン含有率のみを指標に電気発熱体Ｈの出力を調整した場合、過加熱傾向になり易く、第３フライアッシュＦ３の非晶質相の結晶化が急速に進行してポゾラン反応性を低下させてしまう虞がある。したがって、電気発熱体Ｈの出力の調整は、第１温度計Ｔ１１による内筒部１４ｂ内の第３フライアッシュＦ３の温度、及び、第２温度計Ｔ１２による内筒部１４ｂの加熱温度が、フライアッシュ測定装置Ｍ１２による未燃カーボン量測定値が目標設定値を満足する中で、低目の温度を維持するようにする必要がある。特に、未燃カーボン含有率が多い石炭灰Ｄ１を改質する場合には、加熱工程では当該未燃カーボンの燃焼熱による熱エネルギーが多量に加わるために、第３フライアッシュＦ３が設定した加熱環境よりも高温の環境下に存する場合が生じるので、第１温度計Ｔ１１による内筒部１４ｂ内の第３フライアッシュＦ３の温度監視及び制御が重要になる。具体的には、内筒部１４ｂ内でも中心部の温度監視及び制御が重要であり、第３フライアッシュＦ３の未燃カーボン含有率が２～４質量％の場合には、内筒部１４ｂ内で中心部に設置される第１温度計Ｔ１１による第３フライアッシュＦ３の温度が８５０℃以下、５～７質量％の場合には８２５℃以下、８～１０質量％の場合には８００℃以下であるのが好ましい。また、第３フライアッシュＦ３の未燃カーボン含有率に係わらず、内筒部１４ｂの最も高温となる部位の温度は９００℃以下であるのが好ましい。

一方、上述したように、本実施形態では、外熱式ロータリーキルン１４の排気側に固気分離装置１６を設置し、第１排気ファン１８によって外熱式ロータリーキルン１４の内筒部１４ｂからの高温排ガスＨＧ２を含む高温排ガス（ＨＧ２＋ＨＧ１）が、その固気分離装置１６に導入されるようにしている（図２／ＳＴＥＰ０９）。また、内筒部１４ｂからの高温排ガスＨＧ２中に含まれる第２フライアッシュＦ２を、高温排ガス（ＨＧ２＋ＨＧ１）から分離し、フライアッシュ混合装置１３に供給するようにしている（図２／ＳＴＥＰ１０）。そして、フライアッシュ混合装置１３が、供給された第２フライアッシュＦ２を、第１フライアッシュＦ１と混合して、第３フライアッシュＦ３となし、外熱式ロータリーキルン１４のフライアッシュ供給部１４ａに連続的に供給するようにしている（図２／ＳＴＥＰ０５）。

[別実施形態]
次に、本発明に係る改質フライアッシュの製造方法及び改質フライアッシュの製造装置の別実施形態について説明する。図３には、別実施形態を実施するための改質フライアッシュの製造装置２の構成例が、図１にならって図示され、図４には、この改質フライアッシュの製造装置２で行われる処理を説明するためのフローチャートが、図２にならって図示されている。なお、上述した実施形態と実質的に同一部分には同符号を付してその説明を省略する。

より具体的には、図１及び図２をもって説明した実施形態では、外熱式ロータリーキルン１４に供給される第３フライアッシュＦ３は、単に第１フライアッシュＦ１と第２フライアッシュＦ２を混合させたものであったが、この別実施形態では、かかる第３フライアッシュＦ３を、これに含有する未燃カーボンが自燃しない条件で予熱するためのフライアッシュ予熱装置２１を備えている。以下には、この改質フライアッシュの製造装置２を、単に「製造装置２」と称し、さらに詳細に説明する。

図３に示すように、この改質フライアッシュの製造装置２は、上記図１に示した実施形態に係る製造装置１の固気分離装置１６を構成する第１固気分離装置１６ａ（例えば、サイクロン型分級機等を使用可能である。）に替えて、第１フライアッシュＦ１と第２フライアッシュＦ２が混合してなる第３フライアッシュＦ３を予熱するための、フライアッシュ予熱装置２１を備えている。

フライアッシュ予熱装置２１の排気側には、固気分離装置１６を設置し、第１排気ファン１８によってフライアッシュ予熱装置２１から抽気される高温排ガス（ＨＧ１＋ＨＧ２）が固気分離装置１６に導入されるようにし、フライアッシュ予熱装置２１からの高温排ガス（ＨＧ１＋ＨＧ２）中に含まれる第２フライアッシュＦ２を分離して、回収するようにしている。そして、石炭灰粉砕装置１１により得られ、フライアッシュ分級装置１２から排出される第１フライアッシュＦ１と共に、フライアッシュ予熱装置２１へ供給するようにしている。

フライアッシュ予熱装置２１の構成としては、外熱式ロータリーキルン１４に供給される第３フライアッシュＦ３が予熱されるならば、その構成に特に制限はないが、多量の第３フライアッシュＦ３を安定的に予熱して、これを連続的に外熱式ロータリーキルン１４に供給する観点からは、例えば、１基以上のサイクロンから構成されるのが好ましい。サイクロンの基数（段数）には、特に制限は無い。

図３に示す実施形態において、製造装置２には、フライアッシュ予熱装置２１として２段のサイクロン２１ａ及び２１ｂから構成される装置が設けられており、外熱式ロータリーキルン１４の加熱部４ｃから排出される高温排ガスＨＧ１と内筒部４ｂから排出される高温排ガスＨＧ２が合流した高温排ガス（ＨＧ２＋ＨＧ１）は、下段側のサイクロン２１ｂのガス導入部からサイクロン２１ｂ内に導入され、サイクロン２１ｂ内で旋回流を形成しながら第３フライアッシュＦ３と熱交換した後に、サイクロン２１ｂの上部ガス排出口から排気されるようにしている。また、サイクロン２１ｂから排出された高温排ガス（ＨＧ２＋ＨＧ１）は、上段側のサイクロン２１ａのガス導入部からサイクロン２１ａ内に導入され、サイクロン２１ａ内でもサイクロン２１ｂ同様に旋回流を形成しながら第３フライアッシュＦ３と熱交換した後に、サイクロン２１ａの上部ガス排出口から排気されるようにしている。

一方、第３フライアッシュＦ３は、先ず初めに上段側のサイクロン２１ａに導入され、サイクロン２１ａ内の高温排ガス（ＨＧ２＋ＨＧ１）で加熱された後に、サイクロン２１ａの下部フライアッシュ排出口から連続的に下段側のサイクロン２１ｂに導入されて、サイクロン２１ａ内の高温排ガス（ＨＧ２＋ＨＧ１）よりも温度の高いサイクロン２１ｂ内の高温排ガス（ＨＧ２＋ＨＧ１）でさらに加熱された後に、予熱された第３フライアッシュＦ３となって外熱式ロータリーキルン１４のフライアッシュ供給部１４ａに連続的に供給される。

なお、本発明の好ましい態様においては、フライアッシュ予熱装置２１において行われる予熱工程の温度環境は、そのフライアッシュ予熱装置２１による予熱工程に供される第３フライアッシュＦ３の供給量及び未燃カーボン含有率、すなわち単位時間あたりの未燃カーボン供給量に基づいて決定されることが好ましい。この場合、例えば、制御装置５１が、予熱された第３フライアッシュＦ３の温度が所定の温度となるように、サイクロン２１ｂに導入する高温排ガス（ＨＧ２＋ＨＧ１）の温度を、冷却用空気ＣＡの混入量を調整する等して制御することができる。

また、フライアッシュ予熱装置２１へ供給される第３フライアッシュＦ３の量は、フライアッシュ分級装置１２から供給される第１フライアッシュＦ１の供給量で制御してもよいし、フライアッシュ分級装置１２とフライアッシュ予熱装置２１の上段側のサイクロン２１ａのフライアッシュ導入部の間に、上記図１に示されたフライアッシュ混合装置１３と同様の混合装置（不図示）を設置して、かかるフライアッシュ混合装置１３からの供給量を制御するようにしてもよい。

図３に示す実施形態に係る製造装置２では、そのフライアッシュ予熱装置２１から排出する高温排ガス（ＨＧ２＋ＨＧ１）に含まれる第２フライアッシュＦ２を回収するための固気分離装置１６としては、バグフィルタが好適に使用可能である。

図３の実施形態に示すように、製造装置２は、さらに、フライアッシュ予熱装置２１から排出する高温排ガス（ＨＧ２＋ＨＧ１）中の水銀を回収する水銀回収装置１７を備えてもよい。

なお、水銀回収装置１７を備えた場合、水銀回収後の高温の高温排ガス（ＨＧ２＋ＨＧ１）を固気分離装置１６に直接送気すると、固気分離装置１６のろ布等が熱損傷するため、必要に応じて高温排ガス（ＨＧ２＋ＨＧ１）に冷却用空気ＣＡを混入するのが好ましい。

次に、図４に示すフローチャートを更に参照して、製造装置２で行われる処理について、特にフライアッシュ予熱装置２１に関係する内容を説明する。なお、フライアッシュ予熱装置２１以外に関する処理内容は、上記図１及び図２で説明した、製造装置１で行われる改質フライアッシュの製造方法と同じである。

上記図１の、ＳＴＥＰ０１～ＳＴＥＰ０３と同様に、外熱式ロータリーキルン１４の内筒部１４ｂに燃焼ガスＡ２を一定流量で連続的に送気する（図４／ＳＴＥＰ１１、ＳＴＥＰ１２、ＳＴＥＰ１３）。

次に、外熱式ロータリーキルン１４からの高温排ガス（ＨＧ２＋ＨＧ１）を、フライアッシュ予熱装置２１に送気して、下段側のサイクロン２１ｂのガス導入部から導入して、サイクロン２１ｂ内で高温排ガス（ＨＧ２＋ＨＧ１）による旋回流を形成させる。そして、下段側のサイクロン２１ｂから排出した高温排ガス（ＨＧ２＋ＨＧ１）は、続いて、上段側のサイクロン２１ａのガス導入部から導入されて、サイクロン２１ａ内でも同様に高温排ガス（ＨＧ２＋ＨＧ１）による旋回流を形成させる（図４／ＳＴＥＰ１４）。このとき、制御装置５１は、フライアッシュ予熱装置２１に送られる高温排ガス（ＨＧ２＋ＨＧ１）の温度が６００℃～８００℃を維持するように、例えば、高温排ガス（ＨＧ２＋ＨＧ１）に温度調整用の冷却用空気ＣＡを混入するなどにより、制御する。このような温度範囲であれば、その範囲が６００℃以上であるので導入したフライアッシュが十分に予熱され、なお且つ、その範囲が８００℃以下であるので、つづく外熱式ロータリーキルン１４での加熱工程等における過加熱による弊害が防がれる。

また、石炭灰粉砕装置１１では、上記図１に示した実施形態の製造装置１と同様、供給された石炭灰Ｄ１を、そのブレーン比表面積が４５００ｃｍ^２／ｇ～１００００ｃｍ^２／ｇとなるように粉砕する（図４／ＳＴＥＰ１５）。このとき、石炭灰粉砕装置１１で粉砕されたフライアッシュをフライアッシュ分級装置１２に送って、所定の分級点（例えば１００μｍ）で分級することで、得られた第１フライアッシュＦ１が所定の粉末度を有することをより確実にすることができる。得られた第１フライアッシュＦ１は、固気分離装置１６で回収された第２フライアッシュＦ２と共に、予熱装置２１の上段側のサイクロン２１ａのフライアッシュ導入部に連続的に供給される（図４／ＳＴＥＰ１６）。

フライアッシュ予熱装置２１で予熱され、排出された第３フライアッシュＦ３は、外熱式ロータリーキルン１４のフライアッシュ供給部１４ａに連続的に供給される（図４／ＳＴＥＰ１７）。この際、第３フライアッシュＦ３の供給量、未燃カーボン含有率及び粒度が、フライアッシュ測定装置Ｍ１１によって測定され、その測定結果が制御装置５１に送信される。

フライアッシュ予熱装置２１から外熱式ロータリーキルン１４への第３フライアッシュＦ３の供給量が安定したところで、第３温度計Ｔ１３によってフライアッシュ予熱装置２１に送気される高温排ガス（ＨＧ２＋ＨＧ１）の温度が測定され、その測定結果が制御装置５１に送信される。

制御装置５１は、フライアッシュ予熱装置２１から供給される第３フライアッシュＦ３の温度が、４５０～６５０℃となるように、フライアッシュ予熱装置２１に送られる高温排ガス（ＨＧ２＋ＨＧ１）の温度を調整して、制御する。この場合、この第３フライアッシュＦ３の温度は、フライアッシュ測定装置Ｍ１１によって測定された第３フライアッシュＦ３の未燃カーボンの供給量及び未燃カーボン含有率、すなわち単位時間あたりの未燃カーボン供給量に応じて調整するのが好ましい。すなわち、含有する未燃カーボン量が多い場合には（例えば、時間当たりにフライアッシュ予熱装置２１に導入される未燃カーボン量が多い場合には）、かかる未燃カーボンの燃焼による熱量によって外熱式ロータリーキルン１４の内筒部１４ｂ内での第３フライアッシュＦ３の加熱が過剰になり、第３フライアッシュＦ３の非晶質相の結晶化が急速に進行してポゾラン反応性を低下させてしまう程の高温状態になる。したがって、特に、第３フライアッシュＦ３中の未燃カーボンの含有率が高い場合、ひいては、例えば、時間当たりにフライアッシュ予熱装置２１に導入される量が多い場合には、フライアッシュ予熱装置２１における予熱温度を下げることによって外熱式ロータリーキルン１４の内筒部１４ｂ内の温度が過剰に高温になることを抑制する必要がある。

具体的には、第３フライアッシュＦ３の温度は、第３フライアッシュＦ３の未燃カーボン含有率が２～４質量％の場合には５５０℃～６５０℃、５～７質量％の場合には５００℃～６００℃、８～１０質量％の場合には４５０℃～５５０℃であるのが好ましい。外熱式ロータリーキルン１４に供給される第３フライアッシュＦ３の予熱温度が、６５０℃を超える場合には、つづく外熱式ロータリーキルン１４での加熱工程等における過加熱による弊害の虞がある。一方、外熱式ロータリーキルン１４に供給される第３フライアッシュＦ３の予熱温度が、４５０℃未満の場合には、未燃カーボンが燃焼を開始する箇所が内筒部１４ｂの内部側に移動してしまうために、未燃カーボンが自燃により燃焼して減少するのに必要な時間を与えることができず、未燃カーボン含有率が低減した改質フライアッシュＦ４を得ることができない場合がある。

フライアッシュ予熱装置２１における予熱工程では、第３フライアッシュＦ３は、含有する未燃カーボンが自燃を生じさせる直前の温度まで、予熱される。予熱装置２１に導入される高温排ガス（ＨＧ２＋ＨＧ１）は、燃焼を経たものであり、十分に酸素が低減している。よって、高温排ガス（ＨＧ２＋ＨＧ１）による予熱は、予熱装置２１内の環境を第３フライアッシュＦ３の未燃カーボンが自燃しない環境にするのに好適である。例えば、予熱装置２１内の非自燃環境においては、雰囲気酸素濃度が９体積％以下であることが好ましく、５体積％以下であることがより好ましい。

第３フライアッシュＦ３が外熱式ロータリーキルン１４に供給された後の工程（図４／ＳＴＥＰ１８～ＳＴＥＰ２２）は、上記図２のＳＴＥＰ０６～ＳＴＥＰ１０の工程と同じである。

最後に、上記に説明した製造装置１及び製造装置２を用いて石炭灰を処理したときの試験結果について説明する。なお、下記表１、２には、製造装置１及び製造装置２に共通するか、あるいは製造装置１又は製造装置２に特有の、より具体的な仕様が示される。

試験においては、各装置に備わる石炭灰粉砕装置１１による粉砕の程度を変え、あるいはそれによる粉砕を行なわずに、その他は試験条件を固定した。この場合における、第１フライアッシュＦ１の粒度（ブレーン比表面積）の影響を、（１）改質フライアッシュＦ４の未燃カーボン含有率、（２）改質フライアッシュＦ４の活性度指数、（３）製造装置１における第２フライアッシュＦ２の循環率、（４）加熱部１４ｃの電力使用量について、比較した。

なお、第１フライアッシュＦ１のブレーン比表面積の測定は、ＪＩＳ Ｒ ５２０１「セメントの物理試験方法」の比表面積試験に準拠して、改質フライアッシュＦ４の未燃カーボン含有率の測定は、ＪＩＳ Ｍ ８８１９「石炭類及びコークス類－機器分析装置による元素分析方法」に準拠して、改質フライアッシュＦ４の活性度指数の測定は、ＪＩＳ Ａ ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」の付属書Ｃ「フライアッシュのモルタルによるフロー値比及び活性度指数の試験方法」に準拠して、それぞれ測定した。

表３には製造装置１による試験結果を示し、表４には製造装置２による試験結果を示す。

表３及び表４に示されるように、第１フライアッシュＦ１のブレーン比表面積が４５００ｃｍ^２／ｇ以上である実施例の全てにおいて、改質フライアッシュＦ４の未燃カーボン含有率が０．５質量％未満であったのに対し、第１フライアッシュＦ１のブレーン比表面積が４５００ｃｍ^２／ｇ未満である比較例１、２では、改質フライアッシュＦ４の未燃カーボン含有率が１．０質量％以上の高い値を示した。さらに、全ての実施例において、改質フライアッシュＦ４の活性度指数は、材齢２８日が８０％以上を、さらに材齢９１日が９０％以上を示しており、コンクリートの混和材等に問題なく利用することができる品質を有する改質フライアッシュが得られた。
また、比較例に比べて、実施例では加熱部１４ｃの電力使用量も減少傾向となり、加熱工程のエネルギー効率の観点からも、実施例のほうが有利であることが明らかとなった。

１，２…改質フライアッシュの製造装置、１１…石炭灰粉砕装置、１２…フライアッシュ分級装置、１３…フライアッシュ混合装置、１４…外熱式ロータリーキルン、１４ａ…フライアッシュ供給部、１４ｂ…内筒部、１４ｃ…加熱部、１４ｄ…フライアッシュ排出部、１５…熱交換器、１６…固気分離装置、１６ａ…第１固気分離装置、１６ｂ…第２固気分離装置、１７…水銀回収装置、１８…第１排気ファン、１９…第２排気ファン、２１…フライアッシュ予熱装置、２１ａ…上段サイクロン、２１ｂ…下段サイクロン、５１…制御装置、Ａ１…燃焼用ガス、Ａ２…燃焼ガス、ＣＡ…冷却用空気、Ｄ１…石炭灰、Ｄ２…粗粉フライアッシュ、Ｆ１…第１フライアッシュ、Ｆ２…第２フライアッシュ、Ｆ３…第３フライアッシュ、Ｆ４…改質フライアッシュ、Ｇ１，Ｇ２…排ガス、Ｈ…電気発熱体、ＨＧ１，ＨＧ２…高温排ガス、Ｍ１１,Ｍ１２,Ｍ１３…フライアッシュ測定装置、Ｍ１４…燃焼ガス測定装置、Ｎ…流量調整バルブ、Ｔ１１…第１温度計、Ｔ１２…第２温度計、Ｔ１３…第３温度計、Ｔ１４…第４温度計、Ｔ１５…第５温度計

Claims (6)

1. 石炭灰を、そのブレーン比表面積が４５００ｃｍ²／ｇ～１００００ｃｍ²／ｇとなるように粉砕して第１フライアッシュを得る粉砕工程と、
   外熱式ロータリーキルンにより、前記第１フライアッシュを、該第１フライアッシュに含まれる未燃カーボンの含有率が０．５質量％以下となるよう加熱する加熱工程と
   を備えることを特徴とする改質フライアッシュの製造方法であって、
   前記外熱式ロータリーキルンによる加熱工程の前に、該加熱工程に供される前記第１フライアッシュを、該フライアッシュに含まれる未燃カーボンが自燃しない非自燃環境で予熱する予熱工程を備え、
   前記予熱工程を行う前記非自燃環境の温度は、前記予熱工程に供される前記第１フライアッシュに含まれる未燃カーボン量に基づいて決定される、改質フライアッシュの製造方法。
2. 請求項１に記載の改質フライアッシュの製造方法において、
   前記加熱工程で発生した排ガスから、該排ガスに含まれる第２フライアッシュを固気分離する分離工程と、前記第１フライアッシュと前記第２フライアッシュとを混合し第３フライアッシュとなす混合工程とを備え、
   前記第３フライアッシュを前記外熱式ロータリーキルンにより、該第３フライアッシュに含まれる未燃カーボンの含有率が０．５質量％以下となるよう加熱することを特徴とする改質フライアッシュの製造方法であって、
   前記外熱式ロータリーキルンによる加熱工程の前に、該加熱工程に供される前記第１フライアッシュ又は前記第３フライアッシュを、該フライアッシュに含まれる未燃カーボンが自燃しない非自燃環境で予熱する予熱工程を備え、
   前記予熱工程を行う前記非自燃環境の温度は、前記予熱工程に供される前記第１フライアッシュ又は前記第３フライアッシュに含まれる未燃カーボン量に基づいて決定される、改質フライアッシュの製造方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の改質フライアッシュの製造方法において、
   前記加熱工程で前記外熱式ロータリーキルンに供給する燃焼ガスの供給量及び燃焼ガスの酸素濃度のうち少なくとも一方は、前記加熱工程に供される前記第１フライアッシュ又は前記第３フライアッシュの未燃カーボン量に基づいて決定されることを特徴とする改質フライアッシュの製造方法。
4. 請求項３に記載の改質フライアッシュの製造方法において、
   前記燃焼ガスの供給量及び前記燃焼ガスの酸素濃度のうち少なくとも一方は、前記第１フライアッシュ又は前記第３フライアッシュの前記未燃カーボン量をＣｍｏｌ／分とし、前記加熱工程で供給する前記燃焼ガスの酸素量をＯ₂ｍｏｌ／分とした場合に、Ｏ₂／Ｃモル比が１以上６以下となるように決定されることを特徴とする改質フライアッシュの製造方法。
5. 供給された石炭灰を、そのブレーン比表面積が４５００ｃｍ²／ｇ～１００００ｃｍ²／ｇとなるよう粉砕して第１フライアッシュを得る粉砕装置と、
   前記第１フライアッシュを、該第１フライアッシュに含まれる未燃カーボンの含有率が０．５質量％以下となるよう加熱する外熱式ロータリーキルンとを備えていることを特徴とする改質フライアッシュの製造装置であって、
   前記外熱式ロータリーキルンに供給される、前記第１フライアッシュを、該フライアッシュに含まれる未燃カーボンが自燃しない非自燃環境に置くための予熱装置を備えており、
   前記改質フライアッシュの製造装置は更に制御手段を備え、前記制御手段は、前記予熱装置における該予熱環境を制御し、且つ、前記外熱式ロータリーキルンにおける該加熱環境を制御するものである、改質フライアッシュの製造装置。
6. 請求項５に記載の改質フライアッシュの製造装置において、
   前記外熱式ロータリーキルンで発生した排ガスから、該排ガスに含まれる第２フライアッシュを固気分離する分離装置と、
   前記第１フライアッシュと前記第２フライアッシュとを混合し第３フライアッシュとな
   す混合装置とを備え、
   前記外熱式ロータリーキルンにおいて、前記第３フライアッシュを、該第３フライアッシュに含まれる未燃カーボンの含有率が０．５質量％以下となるよう加熱することを特徴とする改質フライアッシュの製造装置であって、
   前記外熱式ロータリーキルンに供給される、前記第１フライアッシュ又は前記第３フライアッシュを、該フライアッシュに含まれる未燃カーボンが自燃しない非自燃環境に置くための予熱装置を備えており、
   前記改質フライアッシュの製造装置は更に制御手段を備え、前記制御手段は、前記予熱装置における該予熱環境を制御し、且つ、前記外熱式ロータリーキルンにおける該加熱環境を制御するものである、改質フライアッシュの製造装置。
   
   

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