JPH0421089B2 - - Google Patents

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つて
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つてきてお
り、また有害物質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（NO_X）の排出量を制御す
るため低NO_Xバーナが採用される場合が多く、
この低NO_X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つている。

本発明の目的は、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つた。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くしてやる
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、従つ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つても石炭灰の
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、800〜1000℃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700〜1100℃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、炉壁内周に沿つて
螺旋を描きながら落下し、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、セメントの混和
材やセラミツ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及び空気ブロワ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、酸素農度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
ツパ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に構成されてい
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１１を固着して構成されて
いる。また、上記炉体９は耐火煉亙等の断熱材で
内張り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によつ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１
２ａが形成されており、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
灰ポツト１１ａ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、１２ｅ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１
２ａに連通する排ガス通路１３ａが形成されてお
り、該通路１３ａには下流方向に拡大する拡大通
路１３ｂが形成されている。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ツダ１
３ｄ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つて
８個の冷却空気ノズル１３ｃ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
上記ヘツダ１３ｄに接続されており、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
火物で内張りされた略円筒状のバーナタイル１０
ａ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２
３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
バーナチツプ２２ａが配設され、該チツプ２２ａ
には所定の噴射角を有する噴射孔２２ｂが形成さ
れている。さらに、上記本体２１と燃料供給管２
２との間の空間は固気二相流通路２１ａになつて
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
のエジエクタ部２４がフランジ接続されており、
このエジエクタ部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、上記エジエクタ部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700〜1100℃になるように加
熱保持する。次に、この状態で、石炭灰供給装置
４により貯蔵ホツパ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、エジエ
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によつて強い旋回流が与えら
れて燃焼室１２ａ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ツト
１１ａ内に集められる。一方、排気ガスは排ガス
流出通路１３ａを通つて二次燃焼炉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内を通つて上昇し、炉内か
らの放散熱を吸収して燃焼室１２ａ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ほど未燃焼カーボ
ン量が多く、該粗大粒子ほ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ほど遠心力が大きく作
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NO_X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
メントの混和材やセラミツ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つた石炭灰を提供で
きる。

第５図は、処理炉の炉壁温度と灰ポツト内及び
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は灰ポツト内で回
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、プローブの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、黄銅製焼結フイル
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ツト内で1/10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流とした実
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つた。

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、45μｍ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、20μｍ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、灰ポツト
内の石炭灰の平均粒子径は約30μｍ、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6μｍで未燃焼カーボンは2.5％であつた。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、滞留時間が長くなつ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つ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、800〜1000℃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つて説
明したが、本発明は勿論、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、その結果低カーボン量の石炭灰が
得られ、セメントの混和材やセラミツクスの原料
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１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。

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
   燃焼処理方法であつて、上記処理炉の路壁温度を
   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。