JPH01203816A - 石炭灰の再燃焼処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、石炭を燃料とする、例えばボイラ。

キルン及び工業炉から排出された石炭灰の再燃焼処理方
法に関し、特に上記石炭灰中の未燃焼カーボン量を減少
させて、例えばセメント用の混和材として再利用できる
ようにした処理方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、例えば、ボイラ、キルン及び加熱炉等の工業炉に
おいては、燃料コスト低減の観点から、石油、ガス燃料
から石炭燃料への転換が積極的に推進されている。一方
、この石炭を燃焼した後に残る石炭灰の排出量も該石炭
の消費量に伴って年々増加しており、この石炭灰を処理
する必要が生じている。この石炭灰の処理方法としては
、従来、その大部分は埋立てに利用されており、またそ
の一部は建築用セメントの混和材や骨材として有効利用
されている。しかしながら、近年、上記石炭灰の埋立て
地の確保が困難になってきており、また有害物賞による
海洋汚染防止の見地から廃棄基準が厳しく、その結果、
高コストの管理型埋立てになりつつあり、利用しにくい
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

そこで、上記石炭灰をセメント用混和材等として利用す
ることが最も好ましいが、この場合は石炭灰中のカーボ
ン量が５％以下でなければならないという条件がある。

一方、最近のボイラや工業炉に採用される石炭燃焼装置
には、大気汚染の原因となる窒素酸化物（ＮＯｘ）の排
出量を抑制するため低Ｎｏ８バーナが採用される場合が
多く、この低Ｎｏ８バーナでは燃焼が緩慢になるよう制
御されている。その結果、排出される石炭灰中の未燃焼
カーボン量が５％を超える場合が多く、このままでは上
記セメント用混和材としては利用できず、埋立てに使用
するしかないというのが、従来の一般的な考えとなって
いる。

大発明の目的は、上記従来の状況に鑑み、石炭灰中の未
燃焼カーボン量を低減させることにより、例えばセメン
ト用混和材として有効活用できる石炭灰の再燃焼処理方
法を提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本件発明者が、上記未燃焼カーボン量の５％以上と高い
石炭灰を有効活用できるようにするために種々検討した
ところ、石炭灰を再燃焼させることにより該石炭灰中の
カーボン量を低減することにより、セメント用混和材等
に利用するのが、技術的、コスト的に最良であるという
結論を得た。

一方、上記石炭灰を再燃焼させて未燃焼カーボン量を低
減させる方法としては、処理炉内に燃焼用空気をバーナ
から軸流方向に吹き込んで燃焼させる方法が考えられる
。しかしながら、実験の結果、この再燃焼処理方法では
、石炭灰のカーボン量は１〜２％低下するだけで、上述
の５％以下に均一に低減することはできないということ
が判明した。特に石炭灰中の粗大粒子における残存カー
ボン量が多いことが明らかになった。この原因を解明す
るため、上記ボイラおよび工業炉から排出された石炭灰
の粒子径と含有カーボン量との関係を調査したところ、
粒子径が大きいほど未燃焼カーボン量が多いことが判明
した。このことから粗大粒子の場合は、再燃焼において
、炉内での滞留時間が短く充分に燃焼できていないと考
えられる。

なお、上記炉内での滞留時間を長（してやるために、炉
長を長くして設備を大型化することが考えられるが、こ
の方法は設置スペースが拡大するとともに、コストが上
昇することから採用できない。

本件発明者は、上記石炭灰中の未燃焼カーボン量を低減
できる再燃焼方法を種々検討し、上記石炭灰中の未燃焼
カーボンは細粒よりも粗粒のほうが多いことに着目し、
この石炭灰を炉内で旋回させた場合、上記粗粒は質量が
大きい分だけ遠心力が加わり易いことから、それだけ炉
内での滞留時間を長くとれ、従って未燃焼カーボン量を
大幅に低減でき、セメント用混和材等の必要条件を満た
すことができる点に想到し、本発明を成したものである
。

そこで本発明は、処理炉の炉壁温度を７００〜１１００
℃に保持するとともに、再燃焼用空気を旋回流とするこ
とにより、石炭灰中の未燃焼カーボン量を減少させる石
炭灰の再燃焼処理方法である。

ここで、上記炉壁温度を７００〜１１００℃としたのは
、この炉壁温度を７００℃以下に保持すると燃焼不足を
起こして、未燃焼カーボン量が目標とする５％以下にな
らないためであり、また１１００℃以上にすると、石炭
灰の融点以下であうでも石炭灰の一部が溶融凝集し、粗
大粒子化したり、炉内や排ガスダクト内に灰が堆積した
りするためである。

また、上記炉壁温度は、カーボン量減少の点から、８０
０〜１０００℃に保持するのがより好ましい、なお、従
来のボイラ等では、１４００〜１５００℃で燃焼させて
いるにもかかわらず未燃カーボンが発生することから、
該未燃カーボンを再燃焼させるには、これよりさらに高
温で燃焼させる必要があると考えられていたが、本発明
者等の実験により、上述のとおり、むしろＴｏｏ　−１
１００℃の比較的低温で旋回空気流を利用して燃焼させ
るのが効果的であることが見い出された。

また、本発明における石炭灰の供給方法等については、
特に制限はないが、石炭灰を予め再燃焼空気中に混入し
、この混合された固気二相流を旋回を与えつつ上記処理
炉内に噴射することが、より効果的である。これにより
両者をより均一に混合させることができるからである。

〔作用〕

本発明に係る石炭灰の再燃焼処理方法によれば、炉壁温
度を７００〜１１００℃に保持するとともに、再燃焼用
空気を旋回流として炉内に供給するようにしたので、石
炭灰中のカーボン量の多い粗大粒子ほど遠心力が大きく
作用し、炉壁内周に沿って螺旋を搭きながら落下し、炉
内滞留時間が長くなり、これによりこの粗大粒子のカー
ボン量が大きく削減され、再燃焼された灰中のカーボン
量を全体的に均一に低減できる。その結果、処理炉を大
型化することなく、ボイラおよび工業炉からのカーボン
含有量の多い石炭灰からカーボン量が５％以下の石炭灰
を得ることができ、センメトの混和材やセラミックスの
原料として有効活用できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図について説明する。

第１図ないし第４図は本発明の一実施例による石炭灰の
再燃焼処理方法を説明するためのものである。

まず、本実施例の再燃焼処理装置について説明する。

第１図において、１は石炭灰の再燃焼処理装置の実験装
置であり、これは垂直縦型の処理炉２と、該処理炉２に
接続された二次燃焼炉３と、上記処理炉２に石炭灰を供
給する石炭灰供給装置４．及び上記処理炉２に燃焼用空
気を供給する燃焼用空気供給装置５とから構成されてい
る。

上記燃焼用空気供給装置５は、熱風発生炉６ａにブタン
ガス供給管６ｂ及び空気プロワ６Ｃを接続し、上記熱風
発生炉６ａ内の燃焼ガスに酸素を加え、酸素濃度２１％
で、かつ所定温度に制御された燃焼用空気を生成し、こ
れを燃焼用空気供給管６ｄを介して上記処理炉２に供給
するよう構成されている。

また、上記石炭灰供給装置４は、ボイラおよび工業炉か
ら排出された石炭灰７を貯蔵する貯蔵ホッパ８ａに定量
供給機８ｂを接続し、この供給機８ｂから自動的に所定
量切り出された石炭灰７を圧縮空気８Ｃにより、石炭灰
供給管８ｄを介して上記処理炉２に気流輸送するよう構
成されている。

上記処理炉２は第２図に示すように、炉体９の上端部に
燃料流入部１０をフランジ接続し、下端部に円筒状の灰
収容部１’　１を固着して構成されている。また、上記
炉体９は耐火煉瓦等の断熱材で内張すされた円筒状のも
ので、これの下部側面に排ガス流出部１３を一体形成し
て構成されており、かつ支持架台１４によって起立状態
に支持されている。また、上記炉体９の上部には燃焼室
１２ａが形成さており、該燃焼室１２ａの垂直下方には
絞り部１２ｂを介して上記灰収容部１１の灰ボット１１
ａが位置している。そして、上記燃焼室１２ａの外周に
は二次空気通路１２Ｃが形成されており、該通路１２Ｃ
の上端部には４個の噴出孔１２ｄが燃焼室１２ａに対し
て接線方向に形成されている。なお、１２６は上記二次
空気通路１２Ｃに燃焼用空気供給管６ｄから分岐された
二次空気供給管６ｅを接続する二次空気流入口である。

また、上記排ガス流出部１３には上記燃焼室１２ａに連
通ずる排ガス通路１３ａが形成されており、該通路１３
ａには下流方向に拡大する拡大通路１３ｂが形成さてい
る。さらにこの排ガス流出部１３の外周には、環状の冷
却空気用ヘッダ１３ｄがこれを取り巻くように装着され
ており、また拡大通路１３ｂの外壁内には円周方向に沿
って８個の冷却空気ノズルｔａＣが排気ガス流出方向に
形成されている。該各ノズル１３Ｃの流入側は上記へ７
ダ１３ｄに接続さており、流出側は二次燃焼炉３内を臨
んでいる。

上記処理炉２の燃料流入部１０には、不定形耐火物で内
張すされた略円筒状のバーナタイル１０ａが装着され、
該タイル１０ａ内にはバーナ２０が取外し自在にフラン
ジ接続されている。このバーナ２０は第４図に示すよう
に、筒状の本体２１の上部にこれの軸芯と直角に固気二
相流供給管２３を接続し、上記本体２１の軸芯に同軸円
筒状の燃料供給管２２を挿入固定して構成されている。

また、この燃焼供給管２２の上端部にはコークス炉ガス
供給管２５が接続されており、先端部にはバーナタイル
２２ａが配設され、該チップ２２ａには所定の噴射角を
存する噴射孔２２ｂが形成されている。さらに、上記本
体２１と燃料供給管２２との間の空間は固気二相流通路
２１ａになっており、該通路２１ａの先端部には旋回羽
根２１ｂが配設されている。

また、上記固気二相流供給管２３にはＴ字管型のエジェ
クタ部２４がフランジ接続されており、このエジェクタ
部２４の横辺部２４ａには上記燃焼用空気供給管６ｄが
、縦辺部２４ｂには上記石炭灰供給管８ｄがそれぞれフ
ランジ接続されている。また、上記エジェクタ部２４の
横辺部２４ａ内には図示していないノズル管が挿入され
ており、このノズル管の先端部は上記横辺部２４ａと縦
辺部２４ｂとの交叉部よりわずかに下流側に位置するよ
う配設されている。

次に本実施例装置において、石炭灰を再燃焼処理する方
法について説明する。

本実施例の再燃焼処理装置１は、ボイラおよび工業炉か
ら排出された石炭灰７を処理炉２内で再燃焼させて、こ
の石炭灰７中の未燃焼カーボン量を５％以下に減少させ
る装置である。

まず、処理炉２内にブタンガス、及び燃焼用空気供給装
置５により所定温度に制御された燃焼用空気の一部をバ
ーナ２０から吹き込んで燃焼させ、この炉壁温度が７０
０−１１００℃になるように加熱保持する０次に、この
状態で、石炭灰供給装置４により貯蔵ホッパ８ａ内の石
炭灰７を所定量ずつ気流輸送する。すると上記石炭灰７
は、エジェクタ部２４内で燃焼用空気中に均一に混合さ
れ、この燃焼用空気と石炭灰７とが混合された固気二相
流は、バーナ２０の固気二相流通路２１ａを通り、旋回
羽根２１ｂによって強い旋回流が与えられて燃焼室１２
ａ内に均一に噴射される。これにより、質量の重い石炭
灰７は螺旋を描き、かつ遠心力により炉壁に衝突しなが
ら急速燃焼されることとなり、しかる後自重により落下
して灰ポットｌｌａ内に集められる。一方、排気ガスは
排ガス流出通路１３ａを通って二次燃焼炉３内に進入し
、これにより排気ガスと石炭灰とが分離される。

゛また、ここで、上記燃焼用空気供給管６ｄから分配さ
れた残りの燃焼用空気は、二次空気供給管６ｅに供給さ
れており、上記二次空気供給管６ｅを介して二次空気供
給口１２ｅに供給された燃焼用空気は、通路１２ｃ内を
通って上昇し、炉内からの放散熱を吸収して燃焼室１２
ａ内に噴射される。これにより燃焼室１２ａ内には第３
図に示した如く接線方向に強い旋回流が生じていること
から、上記固気二相流は確実に混合され、燃焼室の全域
において燃焼することとなる。さらに、上記二次燃焼炉
３では、上記排ガスは冷却空気が吹きつけられ、これに
より、上記排気ガス中の温度が低下し、集じん機を経て
大気に排出されることとなる。

このような石炭灰の再燃焼処理において、上述のように
、石炭灰中の粗大粒子はど未燃焼カーボン量が多く、該
粗大粒子はど炉内での滞留時間を長くする必要がある。

これに対して本実施例では、石炭灰７を燃焼用空気中に
あらかじめ混合し、この混合した固気二相流に旋回を与
えつつバーナ２０から吹き込むようにしたので、石炭灰
７と燃焼用空気との混合を均一に促進でき、しかも上記
カーボン量の多い粗粒はど遠心力が太き（作用し、炉内
での滞留時間を確保できるから、細粒だけでなく粗粒に
ついても略完全燃焼させることができる。その結果、低
ＮＯ１バーナを採用した炉からのカーボン含有量の高い
石炭灰から、処理炉を大型化してコストを上昇させるこ
となくカーボン量が５％以下の石炭灰を得ることができ
、センメトの混和材やセラミックスの原料として採用で
きる。

なお、上記実施例の旋回流の強さは、石炭灰の粒子への
遠心力の加わり方等を考慮すると、中程度以上にするの
がよい。

また、本実施例では、炉壁温度を７００〜１１００℃と
比較的低く設定しながら上述のカーボン量低減化を実現
している。この設定温度は一般的なボイラおよび工業炉
の火炎温度より非常に低くて済み、それだけ処理炉のコ
ンパクト化、省エネルギ化が実現できる。さらに、処理
炉２が一種のサイクロン集塵装置の機能も果たすことか
ら、石炭灰の分級が可能となり、各種用途に適した低い
未燃焼カーボンと粒度分布とをもった石炭灰を提供でき
る。

第５図は、処理炉の炉壁温度と灰ポット内及び二次燃焼
炉内の石炭灰の未燃焼カーボン量との関係の実験結果を
示す特性図である。

これは、ボイラおよび工業炉から排出された１７種類の
各石炭灰（カーボン量は７〜３０％）を炉壁温度を変化
させて再燃焼させ、得られた再燃焼石炭灰の未燃焼カー
ボン量を測定した実験結果を示し、図中、Ａは二次燃焼
炉、Ｂは灰ポット内で回収された石炭灰の未燃焼カーボ
ン量域を示す。

なお、上記二次燃焼炉内の石炭灰は、該二次炉内の入口
から２．４ｍの中心軸上に水冷ダストサンプリングロー
ブ（図示せず）を設置してサンプリングした。この水冷
ダストサンプリングローブは、プローブ先端の吸引孔か
ら燃焼ガスとダストを吸引し、吸引パイプ内で間接的に
冷却水で急冷する。

冷やされたダストは、黄銅製焼結フィルターで捕集され
、分析試料として供される。

第５図からも明らかなように、炉壁温度を７００℃以上
に保持することにより、再燃焼された石炭灰中のカーボ
ン量は灰ポット内で１７１Ｏ以下に低減できており、二
次燃焼炉内でも５％以下に減少していることがわかる。

その結果セメント用混和材としての必要条件を充分にク
リアしている。ここで、燃焼用空気を旋回を与えないで
軸棒とした実験では、石炭灰の大部分は処理炉から飛び
出して二次燃焼炉内に入り込み、その結果カーボン量は
１〜２％低減されただけで、５％以下にはほとんど減少
できていなかった。

また、上記再燃焼前の石炭灰中の１つを分級して調査し
たところ、４５μ−以上の石炭灰中には約３３％の未燃
焼カーボンが含まれており、２０μ−以下の石炭灰には
約１４％の未燃焼カーボンが含まれていた。そして、上
記石炭灰を炉壁温度８５０℃に保持し、旋回流で再燃焼
させたところ、灰ポット内の石炭灰の平均粒子径は約３
０μ■、未燃焼カーボン量は０．０８％、二次燃焼炉の
石炭灰の平均粒子径は６μ−で未燃焼カーボンは２．５
％であった。

このことから粒子径が大きいほど遠心力が大きく作用し
、滞留時間が長くなってカーボン量がより大きく削減さ
れたものと考えられる。

また、上記炉壁温度を１１００℃以上にしたところ、石
炭灰の融点以下であってもその一部が溶融し、粒子同士
の溶着凝集の問題が生じた。このことから、炉壁温度は
７００〜１１００℃、より好ましくは、８００〜１００
０℃に保つのが安定運転、未燃焼カーボンの減少の点か
ら望ましいといえる。

なお、上記実施例では、石炭灰を予め燃焼空気に混入さ
せたが、この石炭灰は別のノズルから炉内に吹き込むよ
うにしてもよい、また、上記実施例では、処理炉として
垂直縦型炉を例にとりて説明したが、大発明は勿論、傾
斜型、水平型炉にも適用できる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明に係る石炭灰の再燃焼処理方法によ
れば、処理炉の炉壁温度を７００〜１１００℃に保持す
るとともに、再燃焼用空気を旋回流としたので、石炭灰
の、特に粗大粒子の完全燃焼に必要な滞留時間を確保で
き、しかも均一に分散できる効果があり、その結果低力
−ボン量の石炭灰が得られ、センメトの混和材やセラミ
ックスの原料として採用できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の一実施例による石炭灰の
再燃焼処理方法を説明するための装置を示し、第り図は
その概略構成図、第２図はその処理炉を示す断面側面図
、第３図は第２図の■−■線断面図、第４図はそのバー
ナを示す断面側面図、第５図は炉壁温度と石炭灰の未燃
焼カーボン量との関係の実験結果を示す特性図である。 図において、２は処理炉、７は石炭灰、１２ａは燃焼室
（処理炉内）である。 特許出願人　　株式会社神戸製鋼所 代理人　　　　弁理士　下布　　努 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 ｔＰ壁逼＆（’Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）石炭を燃料とするボイラおよび工業炉から排出さ
   れる石炭灰を処理炉内で再燃焼させ、該石炭灰中の未燃
   焼カーボン量を減少させる石炭灰の再燃焼処理方法であ
   って、上記処理炉の炉壁温度を７００〜１１００℃に保
   持するとともに上記処理炉内に供給する再燃焼用空気を
   旋回流としたことを特徴とする石炭灰の再燃焼処理方法
   。