KR20190127737A - 개질 플라이 애시의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 개질 플라이 애시의 제조 방법은, 하기의 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다. 미분탄 연소 보일러로부터 배출되는 플라이 애시 원분을 원료로서 준비하는 원료 공정; 상기 플라이 애시 원분을 조분과 미분으로 분급하는 분급 공정; 상기 조분을 500 내지 1000℃의 온도 영역에서 가열함으로써 해당 조분에 포함되는 미연 카본을 제거하는 미연 카본 제거 공정; 미연 카본이 제거된 상기 조분을, 상기 미분과 혼합함으로써, 개질 플라이 애시를 얻는 혼합 공정.
Description
본 발명은 미연 카본 함량이 저감된 개질 플라이 애시의 제조 방법에 관한 것이다.
석탄 화력 발전소에서는 석탄의 연소 잔사인 석탄회가 다량으로 발생하고, 그 처리의 대부분은, 시멘트 분야나 토목 분야에 의존하고 있다. 특히 시멘트 분야에 대한 의존은 커서, 시멘트 클링커 제조 원료로서 석탄회 전체의 65％ 정도가 이용되고 있다.
한편, 석탄 화력 발전 플랜트의 신설이나 가동률 증가에 수반하여 석탄회 발생량의 증가가 예측되고 있어, 시멘트 클링커 제조 원료 이외의 용도 확대를 도모하는 것이 급선무로 된다.
석탄 화력 발전 플랜트의 보일러는, 미분탄 연소 보일러(pulverized coal combustion boiler)와 유동층 보일러(fluidized bed combustion boiler)의 2가지로 크게 구별되며, 미분탄 연소 방식으로부터는 플라이 애시와 클링커 애시가, 유동층 방식으로부터는 플라이 애시가 상시 배출된다.
플라이 애시는, 전기 집진기나 백 필터 등의 집진 설비로부터 회수되는 것이며, 한편 클링커 애시는, 보일러의 저부로부터 회수되는 것으로서, 모두 SiO2(실리카)와 Al2O3(알루미나)을 주성분으로 하는 것이지만, 예를 들어, 플라이 애시는 구상의 치밀한 입자인 데 반해, 클링커 애시는 다공질의 입자이기 때문에, 각각의 성상에 적합한 처리 기술, 유효 이용 기술이 요구된다.
플라이 애시에는, 미분탄 연소 보일러로부터 발생하는 것(이하, PCF 애시라고 칭하는 경우가 있음)과 유동층 보일러로부터 발생하는 것(이하, FBF 애시라고 칭하는 경우가 있음)으로 크게 성상이 상이하고, 예를 들어, FBF 애시는, 탈황의 영향에 의해, CaO(Lime), 무수 석고, 수산화칼슘 등을 포함하고 있는 경우도 있다.
이러한 플라이 애시에 있어서, PCF 애시에 대해서는, 시멘트 클링커 제조 원료 이외의 용도로서, 예를 들어, 시멘트 혼합재 또는 콘크리트 혼합재로서의 용도가 있으며, 이러한 혼합재로서의 용도에 있어서는, 미연 카본 함유량이 적은 것이 바람직하고, 또한 분말도나 화학 성분 등 기타의 성상에 있어서도 일정한 규격(예를 들어 JIS A 6201)을 만족하고 있을 것이 요구되고, 또한 로트 마다의 품질 변동이 작을 것이 요구된다.
한편, FBF 애시에서는 입자 형상이나 성분 등의 특징의 차이로부터 물성도 PCF 애시와는 달리, 상기 시멘트 혼합재나 콘크리트 혼합재로서의 규격 외가 되는 경우도 많아, 이러한 용도로의 유효 이용은 곤란해서, 일반적으로 시멘트 클링커 제조용 원료로서 사용되는 경우가 많다.
그런데, 시멘트 혼합재 또는 콘크리트 혼합재로서 적합한 성상을 갖는 PCF 애시를 발전 플랜트에서 안정적으로 발생시키기 위해서는, 연료인 석탄이나 발전 플랜트 운전 조건을, 해당 용도에 적합한 것이 생성되도록 한정하여 운전하면 되지만, 발전을 목적으로 한 설비인 이상, 부산물인 플라이 애시의 품질에 중점을 둔 운용은 실용적이지 않아, 현실적으로는 곤란하다고 할 수 있다.
그 때문에, 석탄 화력 발전 플랜트의 운전에 따라 발생하는 여러가지 성상의 플라이 애시 원분으로부터, 시멘트 혼합재나 콘크리트 혼합재로서 사용할 수 있는 플라이 애시를 효율적으로 얻는 기술의 제공이 요구되고 있었다.
예를 들어, 특허문헌 1, 2에는 플라이 애시를 체 분리하고, 미립분을 혼합재 등에 사용되는 JIS 규격 플라이 애시로 하는 기술이 제안되어 있다.
또한, 특허문헌 3, 4에는 로터리 킬른을 사용하여 석탄회 중의 미연 카본을 연소 제거하는 기술이 제안되어 있다.
그러나, 특허문헌 1, 2에 기재된 기술에서는 플라이 애시에 포함되는 미연 카본량을 저감 가능하지만, 체 분리 후에 발생하는 잔사(조분(粗粉))의 처리가 문제가 된다. 또한, 플라이 애시 원분의 미연 카본량이 상이하면, 제조되는 개질 플라이 애시의 미연 카본량도 상이하여, 품질의 균일성을 확보하는 것이 곤란하다.
특허문헌 3이나 4에 기재된 기술은 미연 카본을 효과적으로 제거하는 것은 가능하지만, 600 내지 1000℃의 열 가스를 사용하기 때문에, 방대한 에너지를 필요로 하는 것을 과제로서 들 수 있다.
따라서 본 발명은 미분탄 연소 보일러로부터 발생하는 여러가지 성상을 갖는 플라이 애시로부터, 효율적으로 또한 미연 카본 함량이 저감된 개질 플라이 애시를 제조하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 미연 카본 함량이 저감되어 있음과 동시에, 이 미연 카본 함량이 변동 없이 일정한 범위에 있는 정품질의 개질 플라이 애시를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따르면, 미분탄 연소 보일러로부터 배출되는 플라이 애시 원분을 원료로서 준비하는 원료 공정;
상기 플라이 애시 원분을 조분과 미분으로 분급하는 분급 공정;
상기 조분을 500 내지 1000℃의 온도 영역에서 가열함으로써 해당 조분에 포함되는 미연 카본을 제거하는 미연 카본 제거 공정;
미연 카본이 제거된 상기 조분을, 상기 미분과 혼합함으로써, 개질 플라이 애시를 얻는 혼합 공정;
을 포함하는 개질 플라이 애시의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 개질 플라이 애시의 제조 방법에서는, 다음 양태를 적합하게 채용할 수 있다.
(1) 상기 분급 공정에 앞서, 상기 플라이 애시 원분에 포함되는 미연 카본량을 측정하는 공정을 포함하고, 상기 플라이 애시 원분의 미연 카본 함량에 따라, 상기 분급 공정에서의 분급 조건을 설정하는 것.
(2) 상기 (1)의 양태에 있어서, 상기 분급 공정에서의 분급을 체에 의해 행함과 함께, 측정된 미연 카본 함량에 따라, 사용하는 체의 눈 크기를 이하와 같이 설정하여 상기 분급 공정에서의 원분의 분급을 행하는 것.
(3) 상기 (2)의 양태에 있어서, 상기 분급 공정에서의 분급을 체에 의해 행함과 함께, 측정된 미연 카본 함량에 따라, 사용하는 체의 눈 크기를 이하와 같이 설정하여 상기 분급 공정에서의 원분의 분급을 행하는 것.
미연 카본 함량 체의 눈 크기
4질량％ 미만 90 내지 150㎛
4질량％ 이상 내지 8질량％ 미만 45 내지 90㎛
8질량％ 이상 20 내지 45㎛
(4) 최종적으로 얻어지는 상기 개질 플라이 애시 중에 포함되는 미연 카본의 기준 함량 역치를 1 내지 4질량％의 범위 내로 설정해 둠과 함께, 상기 분급 공정에서 얻어진 미분에 포함되는 미연 카본량을 측정하는 공정을 포함하고, 상기 혼합 공정에 있어서, 해당 미분과 미연 카본이 제거된 조분의 혼합에 의해 얻어지는 상기 개질 플라이 애시의 미연 카본 함량이 상기 기준 함량 역치의 ±0.5질량％의 범위 내가 되도록, 해당 미분과 조분의 혼합 비율을 조정하는 것.
(5) 상기 분급 공정에 앞서, 상기 플라이 애시 원분에 포함되는 미연 카본량을 측정하는 공정을 포함하고, 상기 원분의 미연 카본 함량에 대하여 6질량％ 이상의 역치를 설정해 두고, 또한 최종적으로 얻어지는 상기 개질 플라이 애시 중에 포함되는 미연 카본의 기준 함량 역치를 1 내지 4질량％의 범위 내로 설정해 둠과 함께,
상기 역치 미만의 미연 카본 함량을 갖는 원분에 대해서는, 상기 분급 공정에서의 분급을 행하고, 해당 분급 공정에서 얻어진 상기 미분은, 제1 사일로에 저장하고, 해당 분급 공정에서 얻어진 조분은, 상기 미연 카본 제거 공정에 도입하여 미연 카본을 제거한 후, 제2 사일로에 저장하고,
상기 역치 이상의 미연 카본 함량을 갖는 원분에 대해서는, 상기 분급 공정에 도입하지 않고, 상기 미연 카본 제거 공정에 도입하여 미연 카본을 제거하고, 얻어진 미연 카본 제거 플라이 애시를, 상기 조분과 마찬가지로, 상기 제2 사일로에 저장하고,
상기 제1 사일로에 저장된 미분과 상기 제2 사일로에 저장된 미연 카본이 제거된 플라이 애시를, 상기 혼합 공정에 있어서, 상기 개질 플라이 애시의 미연 카본 함량이 상기 기준 함량 역치의 ±0.5질량％의 범위 내가 되도록 혼합을 행하는 것.
(6) 상기 (5)의 양태에 있어서, 상기 제1 사일로에 저장된 미분에 대하여 미연 카본량을 측정하는 공정을 포함하는 것.
본 발명 방법은, 플라이 애시 원분(원료 플라이 애시)을 미분과 조분으로 분급하고, 이 조분에 대하여 500 내지 1000℃의 온도 영역에서 가열하여 미연 카본을 제거하는데, 미연 카본이 제거된 조분은, 다시, 미분과 혼합되어 개질 플라이 애시가 된다. 즉, 이 개질 플라이 애시는, 원분에 비하여 미연 카본 함량이 저감된 고품질의 플라이 애시이며, 게다가 이러한 개질 플라이 애시를 얻기 위해서, 폐기되는 잔사는 발생하지 않는다. 따라서, 극히 효율적으로 개질 플라이 애시를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 분급에 의해 얻어진 플라이 애시 미분과, 미연 카본이 제거된 플라이 애시 조분의 혼합 비율을 조정함으로써, 개질 플라이 애시 중의 미연 카본 함량을 조정할 수 있어, 미연 카본 함량의 변동이 적은 정품질의 개질 플라이 애시를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 미연 카본의 제거를 위한 가열을, 분급에 의해 얻어진 조분에 한정함으로써, 열 에너지를 대폭으로 저감시킬 수 있다.
본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 개질 플라이 애시는, 미연 카본 함량이 저감된 고품질의 것이고, 시멘트 혼합재 또는 콘크리트 혼합재로서의 적성이 우수하다.
도 1은 본 발명의 개질 플라이 애시의 제조 방법의 기본 플로우를 도시하는 도면.
도 2는 원료로서 사용하는 플라이 애시 원분의 미연 카본량과, 해당 플라이 애시 원분을 눈 크기 90㎛ 또는 45㎛의 체로 분급했을 때의 미분(체 하의 플라이 애시)의 미연 카본량을 나타내는 그래프.
도 3은 본 발명의 개질 플라이 애시의 제조 방법의 일 형태에 있어서의 플로우를 도시하는 도면.
도 2는 원료로서 사용하는 플라이 애시 원분의 미연 카본량과, 해당 플라이 애시 원분을 눈 크기 90㎛ 또는 45㎛의 체로 분급했을 때의 미분(체 하의 플라이 애시)의 미연 카본량을 나타내는 그래프.
도 3은 본 발명의 개질 플라이 애시의 제조 방법의 일 형태에 있어서의 플로우를 도시하는 도면.
본 발명에 있어서, 처리의 대상으로 하는 플라이 애시는, 석탄을 주로 하는 연료를 미분탄 연소 보일러에서 연소시켰을 때에 발생하는 석탄회 중, 집진 설비에서 포집된 것(즉, 전술한 PCF 애시)이다. 이러한 보일러는, 많은 경우, 석탄 화력 발전 플랜트에 구비되어 있지만, 본 발명에 있어서는 석탄 화력 발전 플랜트로부터 배출되는 플라이 애시에 한정되는 것은 아니다.
플라이 애시에는 많든 적든 간에 미연 카본이 함유되어 있다. 미분탄 연소 보일러에서 발생하는 플라이 애시의 미연 카본량은 일반적으로 1 내지 15중량％이다. 이 미연 카본이 많으면, 플라이 애시를 시멘트나 콘크리트의 혼합재로서 사용한 경우에 문제를 발생시킨다. 즉, 미연 카본량이 많으면, 모르타르나 콘크리트의 표면에 미연 카본이 떠올라서, 흑색부가 발생한다고 하는 문제가 생길 가능성이 높다. 또한, 화학 혼화제 등의 약제가 미연 카본에 흡착되어, 워커빌러티가 저하된다고 하는 문제도 생길 가능성이 있다.
따라서, 본 발명은 이 플라이 애시에 포함되는 미연 카본량을 저감시켜, 미연 카본 함량이 적고, 더욱 바람직하게는, 변동 없이 거의 일정한 미연 카본 함량을 갖는 개질 플라이 애시를 제조한다.
도 1의 흐름도를 참조하여, 본 발명에 있어서는, 상술한 미분탄 연소 보일러로부터 배출되는 플라이 애시를, 소정의 저장 설비(사일로)에 저장해 두고, 이 플라이 애시 원분을 원료로 하여, 미연 카본량이 저감된 개질 플라이 애시를 제조한다. 즉, 본 발명의 기본 프로세스에서는, 플라이 애시 원분(이하, 간단히 원분이라고 칭하는 경우가 있음)을 분급하고(분급 공정), 이 분급 공정에서 얻어진 조분은, 소정 온도로 가열 처리된다(미연 카본 제거 공정). 이 가열 처리에 의해, 조분에 포함되는 미연 카본량은 제거되어, 거의 제로가 된다. 이와 같이 하여 미연 카본이 제거된 조분은, 상기 분급 공정에서 얻어진 미분과 혼합되고(혼합 공정), 이에 의해 미연 카본 함량이 저감된 개질 플라이 애시가 얻어진다는 것이다.
즉, 본 발명에 있어서는, 원분의 분급에 의해 얻어진 조분과 미분이 다시 혼합되기 때문에, 폐기할 플라이 애시가 없어, 효율적으로 개질 플라이 애시를 얻을 수 있는 셈이다. 또한, 미연 카본량이 많은 조분에 대해서만 연소 처리가 행해지기 때문에, 처리량이 저감되어 있을뿐만 아니라, 열원이 되는 미연 카본을 많이 포함하고 있다. 따라서, 열 에너지 비용도 저감된다.
또한, 상기 흐름도로부터 이해되는 바와 같이, 본 발명에서는, 적절히, 원분 또는 분급에서 얻어진 미분에 대해서, 미연 카본량을 측정하고, 이 측정값에 기초하여, 분급 공정에서의 분급 조건이나 혼합 공정에서의 미분과 미연 카본이 제거된 조분의 혼합 비율을 조정할 수 있다.
또한, 플라이 애시가 함유하는 미연 카본량의 측정 방법은 공지이며, 예를 들어, 이하의 방법이 알려져 있다.
(a) 연소시켜서 발생한 CO2·CO 가스를 적외선 검출하는 방법;
(b) 강열 감량을 측정하고, 해당 강열 원료로부터 미연 카본량을 추정하는 방법;
(c) 메틸렌 블루 흡착량에 기초하여 산출하는 방법;
(d) 밀부피 비중 시험;
(e) 마이크로파를 조사하여 미연 카본량을 추정하는 방법;
예를 들어, 미연 카본량이 3질량％ 이하, 특히 2질량％를 하회하는 플라이 애시는, 전술한 문제를 발생할 가능성이 낮아, 본 발명의 개질 방법을 적용할 필요성은 낮기 때문에, 원분의 미연 카본량을 측정함으로써, 본 발명의 적용 외로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 분급 공정에 있어서, 원분은 분급되어, 조분과 미분으로 분리되는데, 이 미연 카본은, 체적이 큰 조분측에 많이 분배된다. 즉, 미분의 카본 함량은 적고, 조분의 미연 카본 함량은 많다. 이 때문에, 본 발명에서는, 미연 카본 함량이 많은 조분에 대하여 연소 처리를 행하고, 미연 카본 함량이 적은 미분에 대해서는, 연소 처리는 행해지지 않는다.
예를 들어, 상기 분급 공정에 있어서, 분급점이 작을수록 미분에 포함되는 미연 카본량이 작아지는 경향이 있지만, 한편, 미연 카본 제거를 위한 조분 연소 처리 공정에 제공하는 조분이 증가하기 때문에, 각종 비용 등의 점에서 적당하지 않다. 따라서, 일반적으로는, 20 내지 150㎛의 범위에 분급점이 설정되어 분급이 행해진다.
분급 방법은 특별히 한정되지 않고 일반적으로 분체의 분급에 사용되는 분급 방법이 사용 가능하고, 예를 들어, 체 분급, 풍력 분급, 원심력 분급 등에 의해 분급을 행할 수 있다.
분급점의 설정은, 체 분급에서는, 사용하는 체의 눈 크기를 변경함으로써 용이하게 행해진다. 풍력 분급에서는, 풍량을 변경함으로써 분급점의 조정이 가능하고, 원심력 분급에서는, 회전 속도 등의 조정에 의해 행해진다.
본 발명에서는, 체 분급이 가장 적합하게 채용된다. 즉, 체 분급의 경우에는, 다른 분급 수단과 비교하면, 동일한 분급점이라면 미분측에 포함되는 미연 카본이 특히 적어지고, 따라서 최종적으로 얻어지는 개질 플라이 애시에 포함되는 미연 카본이 보다 크게 저감되기 때문이다. 체에 의한 분급은, 원분의 크기(체적)에 의존하지만, 다른 분급 수단은, 원분의 중량에 의존하기 때문에, 체 분급에 의해, 체적이 큰 미연 카본을 효율적으로 조분측으로 이행시킬 수 있는 것이라고 생각된다.
이와 같이, 체 분급을 채용하면, 분급점을 크게 하여 조분측에 미연 카본을 효율적으로 농축시킬 수 있고, 이 결과, 조분의 양을 적게 하여, 연소에 요하는 에너지 비용을 저감할 수 있다.
체 분급에 의해 회수한 조분 및 미분에 포함되는 미연 카본량은, 분급점이나 플라이 애시의 성상에 따라 상이한데, 일반적으로는, 조분이 5 내지 35질량％, 미분이 1 내지 10질량％로, 대부분이 조분에 포함되어서 회수된다. 플라이 애시 원분의 미연 카본량이 높을수록, 해당 조분 및 미분의 미연 카본량도 높아진다.
또한 체에 의한 분급 시에는, 동일한 눈 크기일지라도 플라이 애시 원분의 미연 카본량이 많으면, 미분측의 미연 카본량도 많아지는 경향이 있다.
예를 들어, 이하의 표 1에는, 90㎛, 75㎛ 및 45㎛의 눈 크기를 갖는 체를 사용하여 분급을 행한 경우에 있어서, 원분의 미연 카본량(질량％)과, 각 체에 의한 분급에 의해 얻어진 미분(체 하의 것)의 미연 카본량(질량％)이 나타나 있다. 또한, 도 2에는, 90㎛ 및 45㎛의 눈 크기를 갖는 체를 사용하여 분급을 행한 경우에 있어서, 원분의 미연 카본량과, 각 체에 의한 분급에 의해 얻어진 미분의 미연 카본량이 나타나 있다.
또한, 여기에서 나타나 있는 미연 카본량은, JIS A 6201에 기재된 강열 감량시험 방법에 의해 얻은 수치이다. 본 명세서에서 나타낸 미연 카본량은, 모두, 이 방법으로 얻은 값이다.
상기 표 1 및 도 2로부터 이해되는 바와 같이, 원분의 미연 카본량이 많으면, 미분의 미연 카본량도 많아지는 경향이 있다. 그런데, 미분의 미연 카본량이 너무 많으면, 후술하는 가열 처리에 의해 미연 카본이 제거된 조분과의 혼합 시에 여러가지의 문제가 발생할 가능성이 있다.
따라서, 본 발명에서는, 원분의 미연 카본량을 측정해 두고, 이 미연 카본량에 따라서 분급 조건(분급점)을 조정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 원분의 미연 카본량이 많은 경우에는 눈 크기가 작은 체를 사용하여, 가능한 한 미분 중의 미연 카본량을 적게 하고, 원분의 미연 카본량이 적은 경우에는, 눈 크기가 큰 체를 사용하여, 미연 카본량이 많은 조분의 양을 적게 하여 후술하는 가열 처리(미연 카본의 제거)에 요하는 에너지를 저감시키는 것이 바람직하다.
또한, 하기의 표 2에는, 상기와 같이 눈 크기 90㎛, 75㎛ 및 45㎛의 체를 사용하여 행하였을 때, 체 하에서 얻어지는 미분의 회수율이 나타나 있다.
상기 표 2로부터 이해되는 바와 같이, 큰 눈 크기의 체에 의해 분급을 행한 경우에는, 미분의 회수량은 많지만, 작은 눈 크기의 체에 의해 분급을 행한 경우에는, 미분의 회수량은 적어진다.
따라서, 원분의 미연 카본량에 따라서 분급 조건을 설정하는 경우, 미분 중의 미연 카본량을 적게 하고 또한 미분과 조분의 매스 밸런스를 적당한 범위로 설정하기 위해서는, 이하와 같이 분급점(체의 눈 크기)을 설정하는 것이 바람직하다.
미연 카본 함량 체의 눈 크기
4질량％ 미만 90 내지 150㎛
4질량％ 이상 내지 8질량％ 미만 45 내지 90㎛
8질량％ 이상 20 내지 45㎛
즉, 상기와 같이 원분의 미연 카본 함량에 따라, 상기와 같이 눈 크기가 상이한 체를 사용하여 분급을 행함으로써, 예를 들어 미연 카본량이 4.5질량％ 이하인 미분을 안정적으로 또한 많이 얻을 수 있어, 나중의 혼합 공정에서 얻어지는 개질 플라이 애시의 미연 카본량을 조정하는 것이 용이해진다.
또한, 전술한 표 1 및 도 2로부터 이해되는 바와 같이, 플라이 애시 원분에 포함되어 있는 미연 카본량이 매우 많은 경우에는, 분급을 행하더라도, 미분에 포함되는 미연 카본량은 그다지 적어지지 않는다. 이 때문에, 미분 중의 미연 카본량을 적게 하기 위해서, 작은 눈 크기의 체를 사용하여 분급을 행하면, 표 2로부터 이해되는 바와 같이, 미분의 회수량이 적어진다. 즉, 원분에 포함되는 미연 카본량이 매우 많은 경우에는, 분급에 의한 장점이 작고, 게다가 분급에 드는 수고는 변함없다.
그래서, 미연 카본량이 현저하게 많은 원분에 대해서는, 분급을 행하지 않고, 직접 미연 카본 제거 공정에 공급하는 것이 바람직하다. 이 양태에 대해서는 후술한다.
상기와 같이 하여 얻어진 미분은, 적절히, 사일로에 일단 저장되고, 이 사일로로부터 후술하는 혼합 공정에 도입되는데, 이 미분에 대해서, 미연 카본량을 측정해 둠으로써, 나중의 혼합 공정에서 얻어지는 개질 플라이 애시의 미연 카본량을, 더 미세하게 또한 일정한 범위로 조정할 수 있다.
또한, 상기 분급에 의해 얻어진 조분은, 적절히, 사일로에 일단 저장되고, 이 사일로로부터 미연 카본 제거 공정에 공급되어, 고온에서의 가열 처리에 의해 미연 카본을 제거한다.
즉, 이 가열 처리는, 조분 중에 포함되는 미연 카본을 제거하기 위하여 행해지는 것이며, 그의 가열 온도는, 500 내지 1000℃, 바람직하게는 600 내지 1000℃, 보다 바람직하게는 650 내지 950℃, 가장 바람직하게는 700 내지 950℃이다. 이 온도가 너무 낮으면, 미연 카본이 연소하지 않아, 충분히 미연 카본을 제거할 수 없다. 또한, 과도하게 높으면, 조분이 소결 또는 용융함으로써 광물 조성이나 분말도가 변화해버려, 시멘트나 콘크리트의 혼합재로서 부적절하게 되어버린다.
이러한 가열 처리는, 조분에 포함되어 있는 미연 카본을 통상 3질량％ 이하, 바람직하게는 1질량％ 이하, 보다 바람직하게는 0.5질량％ 이하, 특히 0 내지 0.2질량％ 정도까지 저감하는 것이 바람직하다. 전술한 가열 온도가 높을수록, 단시간에 미연 카본량을 연소 제거할 수 있다.
이러한 가열 처리에 있어서의 조분의 가열 방법은 특별히 한정되지 않고 일반적으로 분체의 가열이나 소성을 목적으로 하여 공업적으로 사용되는 방법으로 실시할 수 있다. 예로서, 로터리 킬른이나 유동층로, 선회 기류식 소성로를 사용한 방법을 들 수 있다.
미연 카본의 제거를 위한 가열은, 현저하게 고온(500 내지 1000℃)의 열 가스를 사용하기 때문에, 방대한 에너지를 필요로 하지만, 본 발명에 있어서는, 미연 카본이 농축된 조분만을 가열하기 때문에, 미연 카본 자체가 발열함으로써 연료의 역할을 하여, 플라이 애시 원분을 가열하는 경우와 비교하여, 필요로 하는 에너지를 대폭으로 저감할 수 있다. 또한, 체 분리된 미분의 가열에 요하는 에너지 불요이기 때문에, 더욱 에너지를 대폭으로 저감할 수 있다.
이와 같이 하여 가열하여 미연 카본량을 대폭으로 저감한 조분은, 적절히, 사일로(저장 설비)에 일단 저장된 후, 다음 혼합 공정에서 미분과 혼합되고, 이 혼합에 의해 개질 플라이 애시가 얻어진다. 이 개질 플라이 애시는, 미연 카본이 제거된 조분이, 미연 카본량이 적은 미분과 혼합된 것이기 때문에, 플라이 애시 원분과 비교하여, 미연 카본량이 저감된 고품질의 것이 되어 있다.
또한, 상기 미분과 조분의 혼합 방법은 특별히 한정되지 않고 일반적으로 분체 혼합용에 사용되는 혼합기를 사용하거나, 또는 수송 과정에서 혼합할 수 있다. 예를 들어, 분체용의 혼합기는 기계 교반식, 기류식 등을 들 수 있다. 또한, 수송 과정에서의 혼합에서는 연속식 분체 수송 혼합기, 공기 압송 설비 내에서의 유동 혼합 등을 들 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 혼합에 의해 얻어지는 개질 플라이 애시에 포함되는 미연 카본량은, 플라이 애시 원분의 미연 카본량에 따라서도 상이한데, 1 내지 10질량％ 정도의 범위에서 변동할 가능성이 있다.
그리고, 미연 카본량이 상이하면, 시멘트나 콘크리트의 혼합재로서 사용했을 때의 유동성, 색조, 필요한 첨가제량 등이 상이한 경우가 있다.
따라서 본 발명에 있어서는, 목적으로 하는 개질 플라이 애시에 대해서, 미연 카본 함량의 기준 역치를 1 내지 4질량％의 범위의 값으로 설정해 두고, 미연 카본 함량이, 이 기준 역치±0.5질량％의 범위에 들어가도록, 미분과 연소 처리에 의해 미연 카본이 제거된 조분의 혼합 비율을 설정하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 미연 카본량이 저감되어 있을뿐만 아니라, 미연 카본량이 거의 일정한 범위가 되어 있어, 정품질의 것이다.
이러한 고품질 및 정품질의 개질 플라이 애시는, 이것을 시멘트나 콘크리트의 혼합재로서 사용했을 때의 유동성, 색조, 첨가제량 등을 일정하게 할 수 있다. 물론, 상기 기준 역치의 값은, 개질 플라이 애시의 사용 목적에 따라서 적절히 설정할 수 있다.
본 발명에 있어서, 미연 카본량이 기준 역치±0.5질량％의 범위 내인 개질 플라이 애시를 얻기 위한 혼합 비율은, 미분의 미연 카본량 및 소성한 조분의 미연 카본량으로부터 용이하게 결정할 수 있다.
이 때문에, 조분에 대해서는, 연소 처리된 조분의 미연 카본량이 0 내지 0.2질량％가 되도록 연소 조건을 결정해 두는 것이 바람직하다. 즉, 미분에 혼합하는 조분의 미연 카본량은 0질량％로서 계산하더라도, 상기 기준 역치±0.5질량％로 하는 것은 용이하기 때문에, 미분에 대해서만, 미연 카본량만 측정하면 된다. 물론, 소성한 조분의 미연 카본량도 측정해도 상관없다.
또한, 분급 후에 회수한 미분은, 일단 사일로에 저장되는데, 이 사일로로부터 취출되는 미분에 대해서, 미연 카본량을 측정하는 것이 바람직하다. 이 사일로에는, 미연 카본이 많은 플라이 애시 원분을 분급하여 얻어지는 미분이나, 미연 카본이 적은 플라이 애시 원분을 분급하여 얻어지는 것 등이 섞여 저장하게 되는 경우가 많기 때문에, 미연 카본량의 측정은, 조분과의 혼합을 위해서, 사일로로부터 취출한 것에 대하여 행하는 것이 좋다. 예를 들어, 사일로로부터의 취출구 또는 그 근방에 미연 카본량 측정 장치를 마련하여, 그 측정이 행해진다.
사일로로부터 취출되는 미분의 미연 카본량이 낮을 때는, 이것과 혼합하는 조분의 혼합 비율을 작게 하고, 미분의 미연 카본량이 높을 때는 조분의 혼합 비율을 크게 함으로써, 혼합하여 이루어지는 개질 플라이 애시의 미연 카본량의 균일성을 확보할 수 있다.
또한, 동일한 플라이 애시 원분으로부터 얻어지는 미분과 조분을, 분급된 비율로 그대로 혼합하더라도, 목적으로 하는 미연 카본량의 개질 플라이 애시가 얻어지는 경우는 적고, 많은 경우, 미분 또는 조분이 모자라게 된다. 예를 들어, 미연 카본량이 적은 플라이 애시 원분이 계속되면, 연소 처리에 의해 미연 카본이 제거된 조분이 부족하여, 개질 플라이 애시의 연속적인 제조가 곤란해질 가능성이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 본 발명의 실시에 있어서는, 이하와 같은 방법을 채용하는 것을 생각할 수 있다.
하나의 방법은, 미분 또는 소성한 조분의 부족에 대비하여, 미분 및 조분의 저장 설비(사일로)에 각각 많이 비축해 두는 것이다. 예를 들어 미연 카본량이 적은 원료 플라이 애시가 계속된 경우에는, 비축한 조분을 사용하여 견디며, 미연 카본량이 많은 플라이 애시 원분이 얻어지는 것을 기다리면 된다.
또하나의 방법은, 보다 적극적인 방법이며, 플라이 애시의 미연 카본량에 기초하여 분급점을 변경함으로써, 분급에 의해 얻어지는 조분 및 미분의 비율을 조정하는 방법이다. 예를 들어 표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같이, 동일한 미연 카본량의 원료 플라이 애시일지라도, 분급점이 작으면(체 눈 크기가 작으면), 회수되는 미분량은 적고 또한 미연 카본량도 적어진다.
구체적으로, 전술한 표 1 및 2에 나타나 있는 No.3의 시료에 대하여 검토해 보면, 눈 크기 90㎛의 체를 사용한 경우, 미분은 미연 카본량 3.1질량％, 회수율 93.1％이다. 따라서, 조분은 최대 6.9질량％(각종 손실을 무시한 경우) 밖에 얻어지지 않는다. 여기서, 미연 카본량이 2.0질량％인 개질 플라이 애시를 제조하고자 한 경우에는, 미분이 64.5질량％, 미연 카본량이 0질량％까지 소성한 조분이 35.5질량％ 필요하게 되는데, 상기 회수비로는 전혀 매스 밸런스가 얻어지지 않는다.
그래서, 눈 크기 45㎛의 체를 사용하면, 미분은 미연 카본량이 2.3질량％가 되기 때문에, 당해 미분의 혼합 비율은 86.9질량％까지 높아지고, 또한 미분의 회수율도 81.6％까지 낮아지기 때문에, 매스 밸런스는 역전된다.
따라서, 소성한 조분이 부족한 경향이 있을 때는 분급점을 작게, 미분이 부족한 경향이 있을 때는 분급점을 크게 함으로써, 미분과 소성한 조분의 극단적인 밸런스의 붕괴를 방지할 수 있다.
또한, 상기 방법을 응용하여, 최종적으로 제조하려고 하는 개질 플라이 애시의 미연 카본량에 따라, 필요 미연 카본량이 좀 많을 때는 분급점을 크게, 필요 미연 카본량이 좀 적을 때는 분급점을 작게 함으로써, 원료 플라이 애시의 미연 카본량에 크게는 의존하지 않고, 안정적으로 균일한 품질의 개질 플라이 애시를 제조할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 이와 같이, 플라이 애시 원분을 미분과 조분으로 분급하고, 조분에 대해서만 미연 카본의 제거를 행하고, 이 조분을 다시 미분과 혼합하여 개질 플라이 애시가 얻어진다.
그런데, 이미 설명한 바와 같이, 원분에 포함되는 미연 카본량이 매우 많은 경우에는, 분급에 의해 얻어지는 미분 중에 포함되는 미연 카본량도 많아져서, 분급에 의한 장점이 작고, 게다가 분급에 드는 수고는 변함없다.
그래서, 미연 카본량이 현저하게 많은 원분이 존재하는 경우도 있는 것을 고려하여, 도 3에 도시하는 플로우에 따라서, 본 발명을 실시할 수 있다.
즉, 도 3을 참조하여, 이 양태에 있어서는, 플라이 애시 원분에 대하여 미연 카본량을 측정한다. 이때, 미연 카본량에 대하여 일정한 역치를 설정해 두고, 이 역치에 따라, 이후의 처리를 나눈다.
즉, 미연 카본량이 매우 많은 원분에 대해서는, 분급의 장점이 거의 없다. 따라서, 미연 카본량의 역치를, 6질량％ 이상, 바람직하게는 7질량％ 이상, 바람직하게는 8질량％ 이상의 범위로 설정해 둔다. 단, 이 역치를 너무 높게 설정해도 의미가 없으므로, 통상은, 20질량％ 이하, 특히 15질량％ 이하로 설정해 두면 된다. 20질량％, 특히 15질량％를 초과하는 플라이 애시 원분은, 거의 없다고 해도 되기 때문이다.
우선, 미연 카본량이 해당 역치 미만인 때에는, 상술한 방법에 따라 분급을 행하고, 분급에 의해 얻어진 미분은 제1 사일로에 저장하고, 분급에 의해 얻어진 조분에 대해서는, 가열 처리에 의해 미연 카본을 제거하고, 미연 카본이 제거된 조분은, 제2 사일로에 저장한다.
한편, 미연 카본량이 상기 역치 이상인 경우에는, 분급을 행하지 않고, 직접 가열 처리를 행하여 미연 카본의 제거를 행한다. 이 가열 처리 조건은, 조분에 관한 가열 처리(미연 카본 제거)와 완전히 동일해도 된다.
이와 같이 하여 미연 카본이 제거된 플라이 애시는, 미연 카본이 제거된 조분과 마찬가지로, 제2 사일로에 저장한다.
이와 같이 하여, 제1 사일로에는 미분을 저장하고, 제2 사일로에는 미연 카본이 제거된 플라이 애시(즉, 미연 카본이 제거된 원분 및 조분)를 저장하고, 이들의 플라이 애시를 혼합함으로써 개질 플라이 애시를 얻을 수 있다.
즉, 제1 사일로에 저장된 미분에 대해서는, 적절히, 미연 카본량을 측정하고, 미연 카본량이 일정한 기준 역치±0.5질량％의 범위 내가 되도록, 제2 사일로에 저장되어 있는 미연 카본 제거 플라이 애시와 혼합함으로써, 고품질 또한 정품질의 플라이 애시를 얻을 수 있다.
이와 같이 하여 얻어지는 개질 플라이 애시는, 원료 플라이 애시와 비교하여 미연 카본량이 저감되어 있어, 공지된 방법에 의해 시멘트 혼합재 또는 콘크리트 혼합재로서 사용할 수 있다.
실시예
원료로서, 일본 국내의 석탄 화력 발전소에서 미분탄 연소 보일러로부터 발생한 플라이 애시 원분을 준비하였다.
이 플라이 애시 원분의 미연 카본 함유량은 3.4질량％였다.
또한, 미연 카본 함유량은, JIS A 6201에 기재된 강열 감량 시험 방법에 의해 얻은 수치이다.
먼저, 눈 크기 75㎛의 시험용 체를 사용하여, 초음파 진동을 부여하여 상기 플라이 애시 100.0g을 체 분리하였다.
이 분급에 의해, 9.8g의 조분과, 90.2g의 미분을 회수하였다.
회수된 조분의 미연 카본 함유량은 20.6질량％, 미분의 미연 카본 함유량은 2.4질량％였다.
계속해서, 상기 조분을 750℃로 유지한 전기로 내에서 60분간 가열하였다. 가열 후의 조분의 미연 카본 함유량은 0.1질량％였다.
그 후, 상기 가열 후의 조분과 상기 분급 후의 미분을 혼합하여, 개질 플라이 애시로 하였다.
개질 플라이 애시의 미연 카본 함유량은 2.1질량％였다.
이 미연 카본 함유량은, 플라이 애시 원분 및 분급에 의해 얻어진 미분과 비교하여 저감되어 있다.
각 플라이 애시에 관한 미연 카본량을 표 3에 나타냈다.
또한, 분급을 행하지 않고, 원료 플라이 애시 전체를 가열하여, 미연 카본 함유량이 2.1질량％인 개질 플라이 애시를 얻고자 하는 경우, 해당 원료 100.0g 중, 38.2g을 가열하여, 미연 카본을 완전 제거할 필요가 있다.
한편, 본 발명에 따르면(실시예), 상기 조분만을 가열하면 되고, 조분의 비율은 상기 원료 100.0g 중, 9.8g이기 때문에, 상기 플라이 애시 전체를 가열하는 경우와 비교하여, 약 1/4의 양을 가열하면 된다. 또한, 농축된 미연 카본이 연료의 역할을 하기 때문에, 필요한 에너지를 대폭으로 저감할 수 있음을 알 수 있다.
Claims (7)
- 미분탄 연소 보일러로부터 배출되는 플라이 애시 원분을 원료로서 준비하는 원료 공정;
상기 플라이 애시 원분을 조분(粗粉)과 미분(微粉)으로 분급하는 분급 공정;
상기 조분을 500 내지 1000℃의 온도 영역에서 가열함으로써 해당 조분에 포함되는 미연 카본을 제거하는 미연 카본 제거 공정;
미연 카본이 제거된 상기 조분을, 상기 미분과 혼합함으로써, 개질 플라이 애시를 얻는 혼합 공정;
을 포함하는 개질 플라이 애시의 제조 방법. - 제1항에 있어서, 상기 분급 공정에 앞서, 상기 플라이 애시 원분에 포함되는 미연 카본량을 측정하는 공정을 포함하고,
상기 플라이 애시 원분에 대하여 측정된 미연 카본 함량에 따라, 상기 분급 공정에서의 분급 조건을 설정하는 개질 플라이 애시의 제조 방법. - 제2항에 있어서, 미연 카본 함량이 많은 플라이 애시 원분에 대해서는, 상기 분급 공정에 있어서 눈 크기가 작은 체를 사용하여 분급을 행하고, 미연 카본 함량이 적은 플라이 애시 원분에 대해서는, 상기 분급 공정에 있어서 눈 크기가 큰 체를 사용하여 분급을 행하는 개질 플라이 애시의 제조 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 분급 공정에서의 분급을 체에 의해 행함과 함께, 측정된 미연 카본 함량에 따라, 사용하는 체의 눈 크기를 이하와 같이 설정하여 상기 분급 공정에서의 원분의 분급을 행하는 개질 플라이 애시의 제조 방법;
미연 카본 함량 체의 눈 크기
4질량％ 미만 90 내지 150㎛
4질량％ 이상 내지 8질량％ 미만 45 내지 90㎛
8질량％ 이상 20 내지 45㎛ - 제1항에 있어서, 최종적으로 얻어지는 상기 개질 플라이 애시 중에 포함되는 미연 카본의 기준 함량 역치를 1 내지 4질량％의 범위 내로 설정해 둠과 함께,
상기 분급 공정에서 얻어진 미분의 미연 카본 함량을 측정하는 공정을 포함하고,
상기 혼합 공정에 있어서, 해당 미분과 미연 카본이 제거된 조분의 혼합에 의해 얻어지는 상기 개질 플라이 애시의 미연 카본 함량이 상기 기준 함량 역치의 ±0.5질량％의 범위 내가 되도록, 해당 미분과 조분의 혼합 비율을 조정하는 개질 플라이 애시의 제조 방법. - 제1항에 있어서, 상기 분급 공정에 앞서, 상기 플라이 애시 원분에 포함되는 미연 카본량을 측정하는 공정을 포함하고, 상기 원분의 미연 카본 함량에 대하여 6질량％ 이상의 역치를 설정해 두고, 또한 최종적으로 얻어지는 상기 개질 플라이 애시 중에 포함되는 미연 카본의 기준 함량 역치를 1 내지 4질량％의 범위 내로 설정해 둠과 함께,
상기 역치 미만의 미연 카본 함량을 갖는 원분에 대해서는, 상기 분급 공정에서의 분급을 행하고, 해당 분급 공정에서 얻어진 상기 미분은, 제1 사일로에 저장하고, 해당 분급 공정에서 얻어진 조분은, 상기 미연 카본 제거 공정에 도입하여 미연 카본을 제거한 후, 제2 사일로에 저장하고,
상기 역치 이상의 미연 카본 함량을 갖는 원분에 대해서는, 상기 분급 공정에 도입하지 않고, 상기 미연 카본 제거 공정에 도입하여 미연 카본을 제거하고, 얻어진 미연 카본 제거 플라이 애시를, 상기 조분과 마찬가지로, 제2 사일로에 저장하고,
상기 제1 사일로에 저장된 미분과 상기 제2 사일로에 저장된 미연 카본이 제거된 플라이 애시를, 상기 혼합 공정에 있어서, 상기 개질 플라이 애시의 미연 카본 함량이 상기 기준 함량 역치의 ±0.5질량％의 범위 내가 되도록 혼합을 행하는 개질 플라이 애시의 제조 방법. - 제6항에 있어서, 상기 제1 사일로에 저장된 미분에 대하여 미연 카본량을 측정하는 공정을 포함하는 제조 방법.
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