JPH10281438A - フライアッシュの製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微粉炭ボイラーで発生するフライアッシュ
は、大半が有効活用されずに廃棄処分されているが、そ
の主原因はフライアッシュ中の炭素量が多く、セメント
混和材として使用出来ないことにある。本発明は、フラ
イアッシュを高温熱処理して、セメント混和材に適した
炭素量の少なく、ガラス化率が高い、球状で粒度分布の
そろったフライアッシュを提供することにある。 【解決手段】 バーナー、冷却装置、捕集装置で構成さ
れる装置を用い、バーナーから燃料、酸化剤、フライア
ッシュを噴出させて、高温の燃焼フレームを作り、フラ
イアッシュ中の炭素を燃焼して減少させるとともに、溶
融したフライアッシュを急冷・固化し、処理したフライ
アッシュを分級して捕集する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発電所等の微粉炭
ボイラーから発生するフライアッシュを処理して、有効
利用する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】微粉炭ボイラーで発生するフライアッシ
ュは、約６０％が産業廃棄物として埋め立て等に処理さ
れ、残りはセメント原料等に再利用されているが、ほと
んどはセメントの粘土の代替材料として使用されてお
り、本来のフライアッシュの有する微粉性、球形状、セ
メントとの化学活性等の特徴を活かしたコンクリート混
和材としての利用はほとんどされていない。この原因
は、主としてフライアッシュ中に混在する炭素が高く、
コンクリート混和材としてのＪＩＳ規格の５％以下を満
足できないことによる。

【０００３】フライアッシュには、未燃炭素のほとんど
がフライアッシュ表面に付着しており、未燃炭素はボイ
ラー排ガスの低ＮＯｘ化のため、多段燃焼等で燃焼温度
を低下させていることから、ボイラーの燃焼方法の改善
で解決することは困難である。コンクリートの混和材と
して使用する場合、フライアッシュ中の炭素量が多いと
セメントに添加する減水剤、空気連行剤を炭素が吸着し
てその効果を減少させることから、少ないことが望まし
い。また、フライアッシュのガラス化率は、セメントと
のボゾラン反応による強度発現効果を大きくするため高
いことが、また、フライアッシュの形状は、コンクリー
トの流動性を高めることから球状であることが望まし
い。

【０００４】フライアッシュ中の炭素を除去する方法と
して、特開平４ー３００６６３号公報には、フライアッ
シュを粉砕装置で粉砕し、未燃炭素をフライアッシュと
分級により分離して除去する方法が提案されている。ま
た、特開平１ー３０４０９４号公報では、６００℃で４
分間気流層でフライアッシュを循環させて炭素を燃焼さ
せることによって、カーボンを減少させる方法が提案さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
４ー３００６６３号公報に開示されている方法は、フラ
イアッシュの微粉砕装置、分級装置が必要で、かつ、炭
素除去率に限界があり、ガラス化率の改善、フライアッ
シュの球状比率の増加は期待出来ない。一方、特開平１
ー３０４０９４号公報に開示されている方法では、低い
温度で燃焼させるので、長い燃焼時間を要し、バッチで
循環して処理せざるを得ないため、高い生産性が得られ
ない欠点がある。また、前者と同様にガラス化率の改
善、球状フライアッシュの増加は期待出来ない。

【０００６】本発明の目的は、フライアッシュをコンク
リートの混和材として使用できるように、フライアッシ
ュ中の炭素すなわち、フライアッシュ表面に付着あるい
はフライアッシュ粒子間に混在する炭素、またフライア
ッシュ粒子中の炭素を減少させ、さらに、ガラス化率、
球状比率を高め、かつ、成分の安定した製品フライアッ
シュを提供して、有効に利用することである。

【０００７】

【発明を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決すへく提供されたもので、その要旨とするところは、
下記の通りでである。 （１）燃焼炉において燃料、酸化剤をノズルから噴出し
て形成した燃焼ガス中に、炭素を含むフライアッシュを
酸化剤と共にノズルから噴出して、フライアッシュ中の
炭素を燃焼するさせると共に、フライアッシュを溶融さ
せ、この溶融したフライアッシュを冷却炉で急冷するこ
とを特徴とする、炭素が少なくガラス化率の高いフライ
アッシュの製造方法である。 （２）燃焼炉の出口におけるガスの酸素濃度が一定とな
るように、フライアッシュと共にノズルから噴出する酸
化剤の量を制御することを特徴とする（１）項記載の炭
素が少なくガラス化率の高いフライアッシュの製造方法
である。 （３）燃料と酸化剤をノズルから噴出して燃料を燃焼さ
せる燃焼バーナーと、燃焼バーナーにより形成される燃
焼ガス中に酸化剤と共にフライアッシュをノズルから噴
出する原料噴出装置とを有する燃焼炉と、この燃焼炉の
後段に設けられた、冷却媒体を噴出する冷却媒体噴出ノ
ズルを有する冷却炉と、この冷却炉の後段に設けられた
フライアッシュ捕集装置とを少なくとも備えたことを特
徴とするフライアッシュ製造装置である。 （４）燃焼バーナーにより形成される燃焼ガス中に酸化
剤と共にフライアッシュを噴出する原料噴出装置のノズ
ルが、燃料と酸化剤を噴出して燃料を燃焼させる燃焼バ
ーナーの内周に設けられていることを特徴とする（３）
項に記載のフライアッシュ製造装置である。 （５）燃焼炉の出側に酸素分析装置を設けたことを特徴
とする（３）または（４）項に記載のフライアッシュ製
造装置である。

【０００８】本発明のフライアッシュ処理方法は、面状
のバーナーからフライアッシュと燃料を、酸化剤ととも
に、各々複数のノズルからから噴出させ、まず、燃料と
酸化剤が燃料ノズルで混合されて、着火後高温の燃焼ガ
スが生成する。次に、酸化剤とともに噴出されたフライ
アッシュは、高温の燃焼ガスからの輻射熱をうけて、炭
素の着火温度以上に加熱される。この結果、フライアッ
シュ中の炭素は、フライアッシュと共にノズルから噴出
された酸化剤で燃焼し、融点以上の高温になり、炭素が
除去された球状の溶融状態になる。

【０００９】次に、溶融したフライアッシュを９００℃
以下に急冷することにより、ガラス化率の高いフライア
ッシュを得ることができる。さらに、必要に応じて複数
の集塵装置を設け、粗粉から順に捕集することで、粒度
のそろったフライアッシュを分級して得ることが出来
る。

【００１０】また、フライアッシュ中の炭素量は、ボイ
ラーに使用する石炭性状の変動、負荷変動等の燃焼状態
の変動で変化するが、熱処理後のフライアッシュの炭素
量は安定していることが好ましい。このため、バーナー
で燃焼する燃焼炉の後段に酸素分析計を設け、排ガス中
の酸素濃度を測定して、フライアッシュ搬送酸化剤の流
量を制御することにより、フライアッシュ中の炭素を燃
焼するのに必要な酸化剤を供給し、処理後の炭素量の変
動を抑制すると共に、かつ、無駄な酸化剤の使用を防止
する。

【００１１】上記手段で、フライアッシュ中の炭素を除
去して、低炭素、高ガラス化率、球状のフライアッシュ
を安定して得ることができ、必要に応じてさらに、分級
して捕集することで粒度分布のそろったコンクリート混
和材に適したフライアッシュを提供することが出来る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。第１図は、本発明のフライアッシュ
製造装置の一実施例の構成を示す概要図である。第１図
において、筒状の燃焼炉１は、その上部に燃焼バーナー
５と原料噴出装置１７が設けられており、燃焼炉１の下
部はほぼ筒状の冷却炉２に連結されている。燃焼炉１の
下に連結して設けられる冷却炉２の燃焼炉１に近い側の
側壁には冷却媒体を噴出する冷却媒体噴出ノズル６が、
下方の側壁には排ガス導管１０が、また、底部には塊状
アッシュの排出装置７がそれぞれ設けられている。この
排ガス導管１０の先端部は、フライアッシュ捕集装置と
してサイクロン３ａ、３ｂに連結されており、各サイク
ロンの底部にはそれぞれフライアッシュ冷却装置４ａ，
４ｂが連結されている。

【００１３】燃焼炉１の上部において、燃焼バーナー５
には、燃料配管１１および燃焼用酸化剤配管１２が連結
されている。また、原料噴出装置１７には、原料供給管
が連結されており、この原料供給管には、原料配管１
４、原料用酸化剤配管１３が連結されている。原料用酸
化剤配管１３の途中には流量制御弁１８が連結されてい
る。

【００１４】燃焼炉１の出口近傍には、燃焼排ガス中の
酸素濃度を分析する酸素濃度分析計８が設けられてい
る。また、酸素濃度分析計８の測定値に基づいて原料用
酸化剤配管１３の途中に設けられた原料用酸化剤の流量
制御弁１８の開度を制御する流量制御装置９が設けられ
ている。原料は、別途搬送用気体を用いて搬送して原料
噴出装置１７に供給することも可能であるが、酸化剤で
搬送する方が燃焼排ガス量を減少させることで、燃料使
用量を節約することが可能になることから好ましい。本
実施例では、酸化剤で原料を搬送することが可能である
ので、酸化剤で搬送する例を示している。

【００１５】図２は、本発明に使用した燃焼バーナー５
及び原料噴出装置１７の一例である。本実施例では、燃
焼バーナー５及び原料噴出装置１７を一体に組み込んだ
例を示す。燃焼バーナー５は、複数の燃料ノズル１５か
ら構成され、燃料ノズル１５の手前で燃料と酸化剤は、
プレミックスされて噴出する。原料噴出装置１７は、複
数の燃料ノズル１５の内周に配置された、複数の原料ノ
ズル１６から構成され、原料と原料用酸化剤を噴出す
る。本実施例では、燃焼バーナー５と原料噴出装置１７
は、一体に同心状に２重に配置して組み込んだノズルを
２重に配置した構造を示しているが、燃焼バーナー５と
原料噴出装置１７は、それぞれ個別に作成し、同心円を
形成するように配置して別個に設けることも可能で、ま
た、燃料ノズル１５と原料ノズル１６を同心円を上に多
層配置することも可能である。一方、燃焼バーナー５と
原料噴出装置１７を離して設置することも可能である
が、フライアッシュの加熱速度を低下させないために
は、同心円状に配置するのが好ましい。また、原料噴出
装置１７を燃焼炉１の側壁に配置してもよいが、この場
合は溶融したフライアッシュが燃焼炉１の側壁に衝突し
て、塊状生成物が増加しないようにする必要がある。

【００１６】燃焼バーナー５では、燃料、酸化剤がプレ
ミックスされて複数の燃料ノズル１５から高速で噴出さ
れて高温のフレームを形成する。原料噴出装置１７の複
数の原料ノズル１６から噴出したフライアッシュは、高
温の燃焼排ガスから輻射熱で加熱されて、表面の炭素が
着火し、原料と共に供給した原料用酸化剤で燃焼する。
燃焼バーナー５、原料噴出装置１７とも小口径の複数ノ
ズルから噴出させて、まず、均一な燃焼フレームを作
り、これに原料を分散して噴出させる方法が、原料フラ
イアッシュの着火を促進点から好ましい。燃料は天然ガ
ス、ＬＰＧ、ＣＯＧ等のガス燃料及び灯油等の液体燃料
が使用できるが、不活性ガスを多く含まない気体燃料が
好ましい。燃料および原料酸化用の酸化剤は、酸素、空
気等が使用できるが排ガス損失熱を少なくする上から、
酸素の使用が好ましい。また、燃焼フレームは燃焼炉１
は、燃損失が少なくなるように断熱炉壁を有する構造と
するのが好ましい。燃焼炉１の出口近傍に配置した酸素
濃度分析計８で、燃焼ガスの酸素濃度を測定し、酸素濃
度が一定になるように原料用酸化剤の流量を流量制御装
置９で流量制御弁１８の開度を制御することで、原料の
フライアッシュ中の炭素量に対応した酸化剤を供給す
る。原料は、テーブルフィーダー、ロータリーフィーダ
ー等で定量を原料配管１４中に供給し、原料配管中を気
流搬送する。このとき気流搬送用の気体として空気、窒
素、酸素などを用いることができるが、この気体を原料
用酸化剤と兼ねることができる。たとえば、原料用酸化
剤を酸素とし、この酸素を搬送用気体として用いて、原
料と共に原料用酸化剤を同じ供給管から供給するように
してもよい。本実施例では、酸素で搬送する場合の固気
比（固体質量／搬送気体質量）は約７であり、固気比が
２０以下であれば気流搬送が可能と言われており、酸素
で気流搬送が可能である。

【００１７】燃焼したフライアッシュは、含有する炭素
の燃焼熱で溶融した微粒状態となり、冷却炉２で冷却媒
体噴射ノズル６から噴射された冷却剤により急冷されて
固化するが、急冷されるのでガラス化状態の微粉にな
る。冷却剤は、空気又はミスト水等が使用できる。燃焼
炉１の炉壁に付着した塊状の溶融物は落下して、冷却炉
で固化し、粒径の大きいフライアッシュとして冷却炉２
の下部に設けられた排出装置７から排出される。

【００１８】冷却されて固化したフライアッシュは排ガ
スと共に、冷却炉２から排ガス導管１０を通って移動
し、フライアッシュ捕集装置でフライアッシュと排ガス
とに分離される。フライアッシュ捕集装置は、本実施例
で示すように、サイクロンを２基直列に接続し、前段の
サイクロン３ａは入口流速を低速にして、主として粗粉
を回収し、後段の入口流速を高めたサイクロン３ｂで微
粉を捕集して、選別捕集することが好ましい。選別捕集
によって、高流動性を要求される微粉を主としたフライ
アッシュの供給が可能になる。本実施例では、フライア
ッシュ捕集装置は２段のサイクロンで示したが、１段又
は３段以上にすることも可能で、サイクロン以外の装置
も使用できる。また、ガス冷却とフライアッシュの捕集
をベンチュリースクラバーのような湿式で行うことも可
能である。

【００１９】捕集したフライアッシュはクーラー４ａ，
４ｂで冷却してコンクリート混和材として利用すること
が可能になる。排ガスは、捕集装置の後段に熱回収装置
を設けて熱回収し、未捕集のフライアッシュは図示しな
い集塵機で最終的に捕集する。サイクロン３ａ，３ｂで
捕集したフライアッシュの顕熱をクーラー４ａ，４ｂで
熱回収しても良く、また、排ガスと未捕集のフライアッ
シュを微粉炭ボイラーに供給して、ボイラーで熱回収及
び未捕集のフライアッシュを捕集するようにしてもよ
い。本実施例では示していないが、冷却炉２と集塵装置
の間に熱回収装置を設置して熱回収後にフライアッシュ
を捕集することも可能である。

【００２０】

【実施例】図１に示した方法で、微粉炭ボイラーから発
生したフライアッシュを処理した結果を表１、２に示
す。燃料はプロパンガス、酸化剤に酸素を用いた。燃料
は６０Ｎ 、燃料用酸素ガスは３００Ｎｍ³／ｈを燃焼
バーナーに供給し、表１に示すフライアッシュ５０００
ｋｇ／ｈを原料用酸化剤として酸素ガス５３０Ｎｍ³／
ｈを使用し、燃焼ガスに噴出させた。フライアッシュと
混合後の燃焼ガスの温度は１６００℃程度で、この条件
での排ガス中の酸素濃度は１５％であった。この燃焼排
ガスを空気で８５０℃まで冷却して、２段サイクロンで
フライアッシュを回収した。回収したフライアッシュ中
の炭素は、両サイクロン回収物とも約１％で、原料フラ
イアッシュの炭素６％に比較して大きく低下しているこ
とが判る。回収したフライアッシュと原料フライアッシ
ュの平均粒度、ガラス化率、球状化比率（電顕観察結
果）、収率を表２に示す。第１段サイクロンの入口流速
は１０ｍ／ｓ、第２段サイクロンの入口流速は４０ｍ／
ｓで分離した結果、分級されていることが判る。また、
ガラス化率、球状化率とも大幅に向上している。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】 さらに、上記と同一条件で炭素量８％の原料フライアッ
シュを処理したところ、処理後のフライアッシュの炭素
量は、２％であったが、原料酸化剤の酸素量を８４０Ｎ
ｍ³／ｈ に増やした結果、１．１％に減少した。この
結果、原料フライアッシュの炭素量の変動に対し、原料
酸化剤の酸素ガス量を変動させて、燃焼ガスの酸素濃度
を制御することで変動を抑制することができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明により、微粉炭ボイラーで発生す
るフライアッシュを燃焼処理することで、炭素分が少な
く、ガラス化率の高い球状のフライアッシュを得ること
が可能になり、フライアッシュセメントの混和材として
有効に利用できる。従来は廃棄処理されていたフライア
ッシュをセメント材料として有効活用できるきわめて有
用な技術である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に関わるフライアッシュの処理
方法及び装置の一例を示す説明図である。

【図２】本発明の実施例に関わるバーナーの説明図であ
る。

【符号の説明】 １ 燃焼炉 ２ 冷却炉 ３ａ サイクロン ３ｂ サイクロン ４ａ フライアッシュ冷却装置 ４ｂ フライアッシュ冷却装置 ５ 燃焼バーナー ６ 冷却媒体噴出ノズル ７ 排出装置 ８ 酸素分析計 ９ 流量制御装置 １０ 排ガス導管 １１ 燃料配管 １２ 燃料用酸化剤配管 １３ 原料用酸化剤配管 １４ 原料配管 １５ 燃料ノズル １６ 原料ノズル １７ 原料噴出装置 １８ 流量制御弁

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼炉において燃料、酸化剤をノズルか
   ら噴出して形成した燃焼ガス中に、炭素を含むフライア
   ッシュを酸化剤と共にノズルから噴出して、フライアッ
   シュ中の炭素を燃焼するさせると共に、フライアッシュ
   を溶融させ、この溶融したフライアッシュを冷却炉で急
   冷することを特徴とする、炭素が少なくガラス化率の高
   いフライアッシュの製造方法。
2. 【請求項２】 燃焼炉の出口におけるガスの酸素濃度が
   一定となるように、フライアッシュと共にノズルから噴
   出する酸化剤の量を制御することを特徴とする請求項１
   の炭素が少なくガラス化率の高いフライアッシュの製造
   方法。
3. 【請求項３】 燃料と酸化剤をノズルから噴出して燃料
   を燃焼させる燃焼バーナーと、燃焼バーナーにより形成
   される燃焼ガス中に酸化剤と共にフライアッシュをノズ
   ルから噴出する原料噴出装置とを有する燃焼炉と、この
   燃焼炉の後段に設けられた、冷却媒体を噴出する冷却媒
   体噴出ノズルを有する冷却炉と、この冷却炉の後段に設
   けられたフライアッシュ捕集装置とを少なくとも備えた
   ことを特徴とするフライアッシュ製造装置。
4. 【請求項４】 燃焼バーナーにより形成される燃焼ガス
   中に酸化剤と共にフライアッシュを噴出する原料噴出装
   置のノズルが、燃料と酸化剤を噴出して燃料を燃焼させ
   る燃焼バーナーの内周に設けられていることを特徴とす
   る請求項３に記載のフライアッシュ製造装置。
5. 【請求項５】 燃焼炉の出側に酸素分析装置を設けたこ
   とを特徴とする請求項３または４に記載のフライアッシ
   ュ製造装置。