JPS637113B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、燃料である石炭灰および脱硫剤であ
る石灰石より構成される流動床における流動床燃
焼のに発生する石炭灰および脱硫済脱流剤よりな
る流動床燃焼灰の海水域への埋立処分または投棄
処分方法、詳しくは流動床燃焼灰に加湿造粒処理
を施し粒状の成形体とした後に炭酸ガス含有雰囲
気での養生を施すことによつて、埋立処分時の埋
立効率（Dry−ｔ／m³：灰処分場単位体積当りに
処分し得る流動床燃焼灰量）を向上させるととも
に処分場内の浸漬海水のPHを排水基準における規
制値内の9.0以下に維持することを特徴とする流
動床燃焼灰の処理方法に関するものである。 近年我国においては、1970年代の石油危機以来
の国際的な石油供給不安に対処すべく、石油代替
エネルギーの開発が国家的な課題となり、その一
つとして石炭エネルギーがクローズアツプされて
いる。石炭を燃料とする際の燃焼方式は従来微粉
炭燃焼方式が中心であつたが、最近新しい燃焼方
式として流動床燃焼が注目されている。これは燃
料である石炭と炉内脱硫のための脱硫剤である石
灰石を投入しボイラ内にて流動床を構成させる方
式である。流動床燃焼方式は従来の微粉炭燃焼方
式に較べて第１に炉容積が小さくて済みボイラ容
積が小さくなること、第２の燃料石炭の品種に関
する制約が少ないこと、第３に750〜950℃の低温
燃焼が可能でありサーマルNOxの発生が少ない
こと、第４に伝熱水管表面での総括伝熱係数が大
きいこと、などの長所を有している。一方、流動
床燃焼の実用化に関する課題の一つに流動床燃焼
灰の固有の特性に起因する灰処理上の問題があ
る。流動床燃焼灰は従来の微粉炭燃焼灰と比較し
て燃焼温度が低く未溶融灰であることならびに生
石灰（CaO）、型無水セツコウ（CaSO₄）より
成る脱硫済脱硫剤を含有することが主たる特徴で
ある。 従来、我国において発生する石炭灰の大部分は
微粉炭燃焼によるものであり、その一部はセメン
ト混和材、セメント原料等に再利用され、残りは
埋立処分もしくは投棄処分に供されていた。した
がつて、流動床燃焼灰においても同様に資源とし
ての有効利用ならびに埋立処分などが考えられる
ものの、流動床燃焼灰の固有の特性を充分に考慮
した独自の有効利用もしくは処分方式の確立が流
動床燃焼ボイラの実用化にとつてきわめて重要で
あり、とくに、流動床燃焼灰の大量処理にとつて
は、まず埋立処分もしくは投棄処分を円滑に実施
し得る技術の確立が不可欠である。流動床燃焼灰
の埋立処分もしくは投棄処分の際の、流動床燃焼
灰の固有の特性に起因する主たる問題点は、第１
に燃焼温度が低く未溶融灰であるため形状が非球
状であり、埋立効率が小さいこと、第２に脱硫済
脱硫剤中には未反応の生石灰が存在し、流動床燃
焼灰には通常５〜30重量％の生石灰が含有され、
この大量のアルカリ成分のため埋立処分地などに
おける埋立時の余水のPHが上昇し、余水を公共用
水域に排出する際にはPH対策が必要なことであ
る。 通常、流動床燃焼灰はその発生系統によつて燃
焼炉オーバフロー灰と集塵機捕集灰（サイクロン
灰、電気集塵灰）に区分される。これらの発生箇
所における発生燃焼灰の割合は流動床燃焼の際の
燃焼システム、運転条件によつて大幅に異なるも
のの大略次の如くである。 燃焼炉オーバフロー灰 ０〜40wt％ サイクロン灰 30〜60wt％ 電気集塵灰 30〜40wt％ このうち、燃焼炉オーバフロー灰は通常数mmの
塊状であり、埋立効率は1.4〜1.5Dry−ｔ／m³と
大きい。また、アルカリ成分の溶出速度が小さい
ため、通常埋立処分などにおける浸漬海水のPHは
9.0以下である。このため、燃焼炉オーバフロー
灰はそのままの状態で埋立処分もしくは投棄処分
に供することができる。一方、集塵機捕集灰（サ
イクロン灰、電気集塵灰）は通常数μ〜数十μの
微細粒子であり、未溶融灰のため形状が非球状で
あり、埋立効率は0.2〜0.5Dry−ｔ／m³と相当に
小さい。因に、通常の微粉炭燃焼灰の埋立効率は
約0.8Dry−ｔ／m³である。なおここで埋立処分
時などの際の埋立効率は通常、突き固め、転圧、
振動などの処置を施さない際のカサ密度に相当す
る。このため、埋立効率の測定方法は、粉体では
JIS5101に準拠したものであり、粒状物、塊状物
では自然落下状態にて容器中に充填し測定したも
のである。すなわち埋立効率の測定方法は、カサ
測定器を水平にし、漏斗台に漏斗を取り付け、漏
斗上にふるいを載せ、の漏斗の下方において、受
器を受器台に正しく重ね、試料の１さじをふるい
の上に載せ、これを幾分かた目の小ばけでふるい
の全面を一様に軽くふいて試料を分散落下させ、
漏斗を経て受器に受け、試料が受器に山盛りとな
るまでこの操作を繰り返し、次に一辺が直線のへ
らで山の部分を削り取つた後、受器の内容物の質
量をはかり、次式により埋立効率を求めるもので
ある。 埋立効率（Dry−ｔ／m³）＝流動床燃焼灰重量／容器の
内容積 また粒状物、塊状物の場合は、造粒処理を施し
た流動床燃焼灰を１メスシリンダー中へ自然落
下にて充填し、充填した流動床燃焼灰重量（ただ
し造粒処理前の減灰量）および見掛の体積を測定
し、次式によりカサ密度（埋立効率に相当する）
を求める。 カサ密度（Dry−ｔ／m³）＝流動床燃焼灰重量／見掛の
体積 埋立効率の小さい燃焼灰では、埋立処分地の使
用寿命が大幅に短縮されるとともに、処分場への
輸送の際のトラツクなどの容積効率が低下し、搬
送費が増加する。また、集塵機捕集灰は微細なた
め表面積が大きくなりかつ処分場などでの海水域
における沈降速度が小さく、埋立処分または投棄
処分の際に流動床燃焼灰からのアルカリ成分の溶
出量が大となり、通常浸漬海水のPHは９〜11とな
る。浸漬海水を、海域などの公共用水域に排出す
る際の水質は水質汚濁防止法に基づく排水基準に
よつてPH5.0〜9.0と規制されており、中和処理な
どの対策が不可欠である。また通常の微粉炭燃焼
灰の埋立処分などにおいては粉塵防止のため混水
量20〜30％の水分の添加による加湿処理または加
湿混練処理が実施されており、流動床燃焼灰の埋
立処分などにおいても同様の加湿処理または加湿
混練処理が考えられる。しかしながら、流動床燃
焼の加湿処理または加湿混練処理は粉塵防止には
効果的であるが、埋立効率の向上ならびに埋立処
分地などにおける浸漬海水のPH抑制には効果が認
められない。すなわち、混水量10〜60％での加湿
処理または加湿混練処理では、埋立効率は粉体状
態とほとんど差異がなく、また埋立処分地などに
おける浸漬海水のPHについてもPHの抑制効果は認
められずむしろをPHが上昇することもある。この
ため、流動床燃焼灰のうち集塵機捕集灰（サイク
ロン灰、電気集塵灰）の円滑なる埋立処分または
投棄処分にとつては、簡素な操作でかつ安価に流
動床燃焼灰の埋立効率を増大させ、かつ埋立処分
地などでの浸漬海水のPHを排水基準における規制
値内に抑制する処理方式が望まれている。 本発明は上記の諸点に鑑み、流動床燃焼灰の埋
立処分または投棄処分を円滑に実施すべく、埋立
効率の向上ならびに浸漬海水のPHを規制値以下に
抑制することを目的としてなされたもので、燃料
としての石炭および脱硫剤としての石灰石より構
成される流動床において流動床燃焼の際に発生す
る石炭灰および脱硫済脱硫剤より成る流動床燃焼
灰を埋立処分または投棄処分する際に、混水量
（粉体100重量％に対して添加する水の重量％）20
〜70％、望ましくは30〜60％となるよう海水また
は淡水を流動床燃焼灰に添加しつつ、造粒処理を
施し、ついで炭酸ガス含有雰囲気（炭酸ガス濃
度：１〜100％）中にて0.1〜24時間養生した後
に、埋立処分または投棄処分することを特徴とす
る石炭焚流動床ボイラ発生灰の処理方法を提供す
るものである。 以下、本発明の構成を詳細に説明する。まず流
動床燃焼灰の加湿造粒において造粒過程時に生じ
る圧密作用によつて造粒物の空隙率が小さくなり
埋立効率が増大する。また流動床燃焼灰中の脱硫
済脱流剤に含まれる生石灰、型無水セツコウの
水分存在下での自己凝結性によつて、造粒直後に
おいても輸送、ハンドリングなどの際に崩壊しな
い程度の機械的強度を発現する。なお造粒操作後
の時間経過とともに流動床燃焼灰中の成分の水和
反応によつてエトリンガイド（3CaO・Al₂O₃・
3CaSO₄・32H₂O）が生成し、造粒物の強度はさ
らに増加する。このように、流動床燃焼灰はその
固有の性状により、適切な造粒操作によつて埋立
効率が大きくなる。また流動床燃焼灰の造粒処理
後の炭酸ガス含有雰囲気中での養生によつて浸漬
海水のPHが9.0以下と低いのは次の現象によるも
のである。 (1) 造粒処理によつて表面積が小さくなるととも
に処分地などでの海水域での沈降速度が大きく
なり、流動床燃焼灰からのアルカリ成分の溶解
量が小さくなる。 (2) 流動床燃焼灰の成分と水分による水和反応に
よつてエトリンガイトが生成し生石灰の一部が
固定されるとともに、このエトリンガイトによ
つて生石灰などのアルカリ成分が封じこめられ
る。 (3) 造粒処理後の炭酸ガス含有雰囲気中での養生
によつて造粒物の表面層の生石灰、消石灰が灰
酸化され、炭酸カルシウムの皮膜が形成され、
内部のアルカリ成分を封じこめることができ
る。なお造粒物の粒径は２〜30mm、望ましくは
３〜10mmが最適である。 ここで、流動床燃焼灰の加湿造粒に使用される
造粒機は、通常市販されている各種の造粒機が適
用できるものの、成形性、設備費ならびに保守維
持性を考慮すれば、転動皿型造粒機、ドラム型造
粒機、ブリケツト型圧縮造粒機が望ましい。ここ
で、炭酸ガス含有雰囲気としては通常10％程度の
炭酸ガスを含有するボイラ排ガスが適用可能であ
り、コスト的にも有利である。なお炭酸ガス含有
雰囲気による養生時の温度は常温でも良好な効果
を呈する、が約100℃以下であれば養生時の温度
を上昇させることによつて養生時間を短縮するこ
とができる。 このように本発明の目的とするところは流動床
燃焼灰の加湿造粒後炭酸ガス含有雰囲気に養生す
ることによつて、流動床燃焼灰の埋立効率を向上
させるとともに浸漬海水のPHを9.0以下とすると
ころにある。 つぎに、実施例および比較例について説明す
る。実施例および比較例に用いた流動床燃焼灰の
構成成分は表１の如くである。流動床燃焼灰の埋
立効率の測定方法および流動床燃焼灰造粒物の埋
立効率測定方法は前述の方法を用いた。また流動
床燃焼灰浸漬海水のPH測定方法は、１用メスシ
リンダー中に海水900mlを注入し、上部より流動
床燃焼灰（加湿混練物、造粒物）100ｇを自然落
下させた後にPHを測定する方法を用いた。

【表】 実施例 １〜３ 表１に示す燃焼灰Ａ、Ｂ、Ｃを転動皿型造粒機
（皿径１ｍ）を用いて造粒した。造粒条件は表２
に示す如くであつた。造粒物は粒径３〜６mmであ
り、この造粒物を高さ２ｍの所からコンクリート
床上に落下しても全く破壊しなかつた。

【表】 表２における燃焼灰Ａを炭酸ガス10％含有空気
にて常温で１時間養生した場合を実施例１、燃焼
灰Ｂを炭酸ガス10％含有空気にて常温で１時間養
生した場合を実施例２、燃焼灰Ｃを炭酸ガス10％
含有空気にて常温で10時間養生した場合を実施例
３とし、埋立効率を求めると表３の如くであつ
た。 比較例 １〜３ 表１に示す燃焼灰Ａ、Ｂ、Ｃに、通常の微粉炭
燃焼灰にて粉塵発生防止のために実施されている
加湿処理（この場合は混水量40％）を施した。燃
焼灰Ａの場合を比較例１、燃焼灰Ｂの場合を比較
例２、燃焼灰Ｃの場合を比較例３とし、埋立効率
を求めると表３の如くであつた。なお流動床燃焼
灰投入前の海水のPHは8.2〜8.3であつた。

【表】

【表】 表３より、流動床燃焼灰のうち集塵機捕集灰に
加湿造粒処理を施した後に炭酸ガス含有雰囲気中
にて養生することによつて、埋立効率が著しく向
上するとともに浸漬海水のPHを排水基準における
規制値内に抑制させることができることがわか
る。 以上説明したように、本発明によれば石炭を燃
料とする流動床燃焼の際に発生する流動床燃焼灰
の海水域への埋立処分または投棄処分の際に埋立
効率を著しく向上させることができるとともに浸
漬海水のPHを排水基準における規制値内の9.0以
下とすることが可能であり、本発明は流動床燃焼
灰の埋立処分または投棄処分を円滑に実施し、国
土の活用に寄与する技術としてきわめて有益であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 燃料としての石炭および脱硫剤としての石灰
   石から構成される流動床における流動床燃焼の際
   に発生する石炭灰および脱硫済脱硫剤からなる流
   動床燃焼灰のうち、集塵機捕集灰であるサイクロ
   ン灰および／または電気集塵灰を海水域に埋立処
   分または投棄処分する際に、混水量20〜70％とな
   るよう海水または淡水を流動床燃焼灰に添加しつ
   つ、粒径が２〜30mmとなるよう造粒処理を施し、
   ついで炭酸ガス含有雰囲気中にて0.1〜24時間養
   生した後、埋立処分または投棄処分することを特
   徴とする石炭焚流動床ボイラ発生灰の処理方法。