JPWO2019176640A1 - フライアッシュの改質方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
Description
未燃カーボンを含むフライアッシュ原粉を780〜1000℃の温度に加熱して該フライアッシュ原粉に含まれる未燃カーボン量を低減させる加熱工程;
前記加熱工程で得られた未燃カーボン量が低減された熱処理フライアッシュを、高温の状態で分級装置に導入して粗粉と微粉とに分離する分級工程;
前記分級工程で得られた熱処理フライアッシュの微粉を、集塵装置を用いて回収する微粉回収工程;
前記分級工程で得られた熱処理フライアッシュの粗粉を、45μmふるい残分が34質量%以下となるまで粉砕して回収する粉砕工程;
を含む、フライアッシュの改質方法が提供される。
(1)前記加熱工程により、未燃カーボン量を3質量%未満に低減させること。
(2)前記加熱工程での加熱を、未燃カーボン量が低減された熱処理フライアッシュ中に含まれる最大直径が150μm以上の塊状粒子の含有量が50質量%を超えないように行うこと。
(3)前記分級工程において、分級により得られる前記微粉の45μmふるい残分が34質量%以下となるように分級点を設定すること。
(4)前記分級工程で得られた熱処理フライアッシュの粗粉は、200℃以下に冷却した後に粉砕すること。
(5)前記集塵装置から回収された前記微粉と、前記粉砕工程で回収された前記粉砕粉末とを混合すること。
(1)前記分級装置が風力分級装置であること、
(2)前記集塵装置により回収された前記微粉と、前記粉砕装置から回収された前記粉砕粉末とを混合する混合装置をさらに含んでいること、
が好適である。
上述した改質処理に供するフライアッシュ原粉は、石炭火力発電所などの石炭を燃焼する設備において発生する一般的なフライアッシュである。かかるフライアッシュ原粉は、石炭や、石炭以外の燃料、その他可燃系廃棄物が混焼されて発生したフライアッシュであってもよい。
また、このフライアッシュ原粉に含まれる粒子の最大直径は、通常、150μmよりも小さく、100μm以上である。
本発明は、特に、未燃カーボン量が3質量%を超えるフライアッシュ、特に5質量%を超えるフライアッシュの改質に適用される。
上記のフライアッシュ原粉は、加熱装置1に導入され、加熱によって、未燃カーボンを燃焼させて、その量を低減させる。例えば、加熱後の未燃カーボン量が通常3質量%以下、好ましくは1質量%以下、特に好ましくは0.1質量%以下となるように加熱が行われる。
(a)燃焼させて発生したCO2・COガスを赤外線検出する方法;
(b)強熱減量を測定し、該強熱原料から未燃カーボン量を推定する方法;
(c)メチレンブルー吸着量に基づいて算出する方法;
(d)密かさ比重試験による方法;
(e)マイクロ波を照射して未燃カーボン量を推定する方法;
従って、適宜サンプリングして、上記の方法により、加熱装置1に導入されるフライアッシュ原粉及び加熱装置1の出口部分で加熱されたフライアッシュ(改質フライアッシュ)の未燃カーボン量を測定し、これらの測定値に基づいて、加熱温度や加熱時間が設定される。
尚、加熱温度が上記範囲よりも低温である場合には、未燃カーボン量が所定の範囲まで低減するのに長時間要し、効率が低下する。また、上記温度よりも高温に加熱すると、フライアッシュの粒子同士の融着が極端に大きな塊状物となり、配管等での詰まりが生じたり、加熱装置1の壁面に融着するなどの不都合を生じてしまう。また、フライアッシュの化学的変質が進み、混合材として使用しがたくなることもある。
本発明では、上記のような加熱によって未燃カーボン量が低減されたフライアッシュ(熱処理フライアッシュ)を、高温の状態で分級装置3に導入する。即ち、加熱装置1から出た熱処理フライアッシュの塊状物は、微粉を含んだまま、配管内等での自然冷却はされるものの、高温状態のまま、分級装置3に導入され、微粉と粗粉とに分級される。なお、熱処理フライアッシュは、加熱装置1から分級装置3への輸送の間、加熱保持されているわけではないので、分級装置3までの配管内で数十℃〜数百℃程度の温度降下を生じ得るが、少なくとも300℃以上の高温に保持されており、このような高温状態のまま、この分級装置3で、塊状物に含まれる微粉を分離するわけである。換言すれば、熱処理フライアッシュは後述するような冷却されにくい粗粒を含むため、自然冷却で300℃を下回る温度となるには極めて長い時間が必要であり、本発明においては、このような低温になるのを待たずに、冷えにくい粗粒を分離するものである。
加熱装置1から分級装置3へ輸送効率を高くすると、上記温度低下は起きにくくなる。その観点から、分級装置3に導入される時点での熱処理フライアッシュの温度が、好ましくは400℃以上、より好ましくは500℃以上、特に好ましくは550℃以上であるような効率で輸送する。
分級前に冷却を行うと、加熱装置1から排出された熱処理フライアッシュは、比表面積の小さい塊状物を多く含んでいるため、冷却効率が悪く、冷却に著しく長時間かかってしまうからである。即ち、冷却効率の悪い粗粉と、比表面積が大きくて冷却効率の良好な微粉とに分離することにより、それぞれに適した冷却手段を用いることができ、効率よく、冷却を行うことができる。
このような風力分級機としては、重力分級機、慣性分級機、自由渦型遠心分級機、強制渦型遠心分級機などが使用できる。
尚、上記のメディアン径D50は、例えばレーザー回折式粒度分布計よって測定される。
分級装置3での分級により分離された熱処理フライアッシュの微粉は、集塵装置5により回収されるが、この集塵装置5への導入に先だって、かかる微粉の温度は、200℃以下、特に100℃以下に冷却されていることが好ましい。集塵装置5にかかる熱負荷を軽減し、耐熱性部材の使用や装置寿命の低下によるコストの増大を回避するためである。
一方、分級装置3により微粉と分離された熱処理フライアッシュの粗粉は、セメントクリンカー製造原料等の用途に使用することも可能であるが、セメントやコンクリートの混合材として使用するためには、粉砕する必要がある。粒径が著しく粗大であり、しかも数cm〜十数cmを超えるような巨大な塊を含んでいる場合が多いからである。しかるに、かかる粗粉は、冷却工程を経ておらず、しかも冷却し難いものであり、蓄熱量も大きいため、分級後においてもかなりの高温に維持されている。従って、粉砕装置の熱負荷を軽減し、高価な耐熱仕様の粉砕装置の使用を避けるため、この粉砕に先立って、冷却する必要がある。例えば、200℃以下、特に100℃以下に冷却した後に、粉砕に供することが好ましい。
上記のようにして冷却された粗粉は、セメントクリンカー製造原料等の用途に使用することも可能であるが、前述した最大直径の大きな塊状物を多く含んでいるため、粉砕し、工業的に使用するため、前述した微粉と同様、45μmふるい残分が34質量%以下、特に20質量%以下となるまで粉砕する。このとき、粉砕後のメディアン径D50は30μm以下、特に20μm以下となっていることが好ましい。
粉砕装置から回収された粉砕物は、これをそのままセメントやコンクリートの混合材として使用することもできるが、未燃カーボン量が大幅に減じられている改質フライアッシュの品質の均一性という点で、混合装置10に導入し、集塵装置により回収された微粉と混合して、製品とすることが好ましい。
フライアッシュ原粉;
日本国内の石炭火力発電所にて発生したもの。
未燃カーボン量:3.4質量%
45μmふるい残分:18.2質量%
(1)連続式外熱ロータリーキルンを使用して原料フライアッシュを加熱した。原料供給量及び燃焼用空気の供給量は一定とした。また、ロータリーキルンの回転数、傾斜を一定することで、加熱時間も一定とした。Sullivan式により算出したキルンの均熱帯滞留時間を約15分とし、加熱温度は750℃、780℃、850℃とした。
(2)加熱直後のフライアッシュ(熱処理フライアッシュ)を目開き150μmの篩で分級し、粗粉と微粉に分離した。
(3)前記粗粉と微粉をそれぞれ室温において空冷した。
(4)前記粗粉を45μmふるい残分が34質量%以下となるまでボールミルを用いて粉砕した。
(5)前記粉砕後の粗粉(粉砕品)と前記分級後の微粉をプラスチック容器に入れて振とうし、混合した。
手順1において、加熱温度を750℃として行ったところ、未燃カーボン量は1.3質量%であり、改善の余地があった。
45μmふるい残分は15.0質量%であった。なお、塊状化は見られなかった。
手順1において、加熱温度を780℃として行ったところ、未燃カーボン量は1.0質量%であり十分に少なくなった。
45μmふるい残分は16.0質量%であった。
98.0質量%回収された微粉の45μmふるい残分は14.3質量%、メディアン径D50は13.7μmであった。
手順1において、加熱温度を850℃として行ったところ、未燃カーボン量は0質量%であり、極めて良好な結果であったが、45μmふるい残分は39.5質量%と多量であった。
74.1質量%回収された微粉の45μmふるい残分は18.3質量%、メディアン径D50は10.3μmであった。
コンクリート試験;
原料として用いたフライアッシュ原粉及び比較例1、実施例1,2により改質された改質フライアッシュを使用してコンクリート試験を実施した。セメントは日本国内で生産された普通ポルトランドセメント(NC)を使用し、原料フライアッシュ及び改質フライアッシュはセメントに内割りで20質量%を混合した。
用いた粗骨材最大寸法は20mm、粗骨材嵩容積は0.57m2/m2(比較例1)、又は0.56m2/m2(比較例1及び実施例1、2)とした。また、単位体積当たりの水量(W)は、原料フライアッシュ又は改質フライアッシュ(FA)とセメント(C)の合計量に対して55質量%とした。
原料粉及び比較例1はAE剤の添加量が異なるにも関わらず、同等のフレッシュ性状を示すことから、加熱による未燃カーボン低減の効果が確認された。実施例1及び2は比較例1と同じ配合条件でありながら、スランプ及び空気量が増加しており、より良好な結果を示した。
3:分級装置
5:集塵装置
7:冷却装置
9:粉砕装置
10:混合装置
Claims (9)
- 未燃カーボンを含むフライアッシュ原粉を780〜1000℃の温度に加熱して該フライアッシュ原粉に含まれる未燃カーボン量を低減させる加熱工程;
前記加熱工程で得られた未燃カーボン量が低減された熱処理フライアッシュを、高温の状態で分級装置に導入して粗粉と微粉とに分離する分級工程;
前記分級工程で得られた熱処理フライアッシュの微粉を、集塵装置を用いて回収する微粉回収工程;
前記分級工程で得られた熱処理フライアッシュの粗粉を、45μmふるい残分が34質量%以下となるまで粉砕して回収する粉砕工程;
を含む、フライアッシュの改質方法。 - 前記加熱工程により、未燃カーボン量を3質量%未満に低減させる、請求項1に記載のフライアッシュの改質方法。
- 前記加熱工程での加熱を、未燃カーボン量が低減された熱処理フライアッシュ中に含まれる最大直径が150μm以上の塊状粒子の含有量が50質量%を超えないように行う、請求項2に記載のフライアッシュの改質方法。
- 前記分級工程において、分級により得られる前記微粉の45μmふるい残分が34質量%以下となるように分級点を設定する請求項1に記載のフライアッシュの改質方法。
- 前記分級工程で得られた熱処理フライアッシュの粗粉は、200℃以下に冷却した後に粉砕する、請求項1に記載のフライアッシュの改質方法。
- 前記集塵装置から回収された前記微粉と、前記粉砕工程で回収された粉砕粉末とを混合する、フライアッシュの改質方法。
- 未燃カーボンを含むフライアッシュ原粉を780〜1000℃の温度に加熱し得る加熱装置と、該加熱装置での加熱より得られた熱処理フライアッシュを分級する分級装置と、該分級装置での分級により得られた微粉を回収する集塵装置と、該分級装置での分級により得られた粗粉を冷却する冷却装置と、該冷却装置により冷却された該粗粉を粉砕する粉砕装置とを有する、フライアッシュの改質装置。
- 前記分級装置が風力分級装置である、請求項7に記載のフライアッシュの改質装置。
- 前記集塵装置により回収された前記微粉と、前記粉砕装置から回収された前記粉砕粉末とを混合する混合装置をさらに含んでいる、請求項7に記載のフライアッシュの改質装置。
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