JP2017029942A - フライアッシュの改質方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】外熱式ロータリーキルンの安定運転を維持しながら、フライアッシュに含まれる未燃カーボンをより確実かつ効率的に燃焼除去する。【解決手段】未燃カーボン含有率が1%以上10%以下のフライアッシュFAを650℃以上850℃以下に加熱された外熱式ロータリーキルン2に供給し、キルンに供給するフライアッシュに含まれる未燃カーボン量をCとし、キルンに供給する大気又は/及び酸素濃度調整ガス中の酸素量をO2とした場合に、O2/Cをモル比で1以上7以下に調整する。フライアッシュの供給量、大気又は/及び酸素濃度調整ガスの供給量、あるいはこれら両供給量を制御してO2/Cのモル比を調整することができる。キルンの排ガス中のガス成分、キルン内のフライアッシュの温度、及びキルンから排出される改質灰の未燃カーボン含有率に基づいて、キルンに供給する酸素量又は/及びキルン内の温度を調整することができる。【選択図】図1
Description
本発明は、フライアッシュの改質方法に関し、特に、石炭焚き火力発電所等で発生したフライアッシュを加熱処理により改質する方法に関する。
従来、石炭焚き火力発電所等で発生したフライアッシュは、セメント用混合材、コンクリート用混和材、人工軽量骨材の原料等に利用されているが、未燃カーボン含有率の高いフライアッシュをセメント用混合材やコンクリートの混和材として使用すると、コンクリートの作業性が低下したり、コンクリートの打継部に黒色部が発生する虞がある。また、未燃カーボン含有率の高いフライアッシュを原料として人工軽量骨材を製造すると、人工軽量骨材の品質が低下するという問題もあった。
そのため、未燃カーボン含有率の低いフライアッシュだけをセメント用混合材等に利用し、未燃カーボン含有率の高いフライアッシュは、有効利用することができず、産業廃棄物として埋め立て処理されていたが、最終処分場が逼迫していることに鑑み、フライアッシュの用途拡大が望まれている。
そこで、静電分離や浮遊選鉱によってフライアッシュ中の未燃カーボンを除去したり、フライアッシュに含まれる未燃カーボンを外熱式ロータリーキルンで加熱して燃焼除去することが提案されている(特許文献1及び2参照)。
しかし、上記特許文献に記載の外熱式ロータリーキルンを用いた燃焼除去技術では、加熱温度が低いと脱カーボンが不十分となる。一方、加熱温度を上昇させるとカーボンの燃焼は促進されるが、それに伴い粉体温度も急激に上昇するため、フライアッシュが溶融して塊状となり、それに伴って脱カーボン率が低下したり、フライアッシュがコーチングとしてキルン内に付着し、キルンの安定運転を阻害するという問題もあった。
そこで、本発明は上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、外熱式ロータリーキルンの安定運転を維持しながら、フライアッシュに含まれる未燃カーボンをより確実かつ効率的に燃焼除去することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、フライアッシュの改質方法であって、未燃カーボン含有率が1%以上10%以下のフライアッシュを650℃以上850℃以下に加熱された外熱式ロータリーキルンに供給し、前記外熱式ロータリーキルンに供給する前記フライアッシュに含まれる未燃カーボン量をCとし、該外熱式ロータリーキルンに供給する大気又は/及び酸素濃度調整ガス中の酸素量をO2とした場合に、O2/Cをモル比で1以上7以下に調整することを特徴とする。
本発明によれば、O2/Cをモル比で1以上7以下に調整することで、フライアッシュ中の未燃カーボンをより確実に燃焼させ、フライアッシュを効率よく改質することができる。
上記フライアッシュの改質方法において、前記フライアッシュの供給量、前記大気又は/及び酸素濃度調整ガスの供給量、あるいはこれら両供給量を制御して前記O2/Cのモル比を調整することができる。
また、前記外熱式ロータリーキルンの排ガス中のガス成分、前記外熱式ロータリーキルン内の前記フライアッシュの温度、及び前記外熱式ロータリーキルンから排出される改質後のフライアッシュの未燃カーボン含有率に基づいて、前記外熱式ロータリーキルンに供給する酸素量又は/及び前記外熱式ロータリーキルン内の温度を調整することができる。これにより、フライアッシュの溶融を防止してキルン内におけるコーチングの生成を抑制し、キルンの安定運転を維持することができる。
さらに、前記外熱式ロータリーキルン内の通風量を一定とし、前記所定のO2/Cモル比となるように酸素濃度調整ガスを供給することができ、未燃カーボンを含む飛散ダストの量を低減してフライアッシュを効率よく改質することができる。
前記外熱式ロータリーキルンの排ガスの一部を該外熱式ロータリーキルンに戻すことができ、外熱式ロータリーキルンの排ガスを循環利用することで熱効率を高めることができると共に、NOxの生成を抑制することができる。
前記外熱式ロータリーキルン内に設けられた複数のリフター部材を用いて該外熱式ロータリーキルン内を撹拌することができる。これにより、フライアッシュをより効率よく加熱することができ、未燃カーボンの燃焼除去効率が高まる。
前記酸素濃度調整ガスの酸素濃度を21%以上50%以下とすることができ、酸素富化燃焼により、NOxの生成をさらに抑制することができる。
以上のように、本発明によれば、外熱式ロータリーキルンの安定運転を維持しながら、フライアッシュに含まれる未燃カーボンをより確実かつ効率的に燃焼除去することなどが可能となる。
次に、本発明に係るフライアッシュの改質方法の一実施の形態について、図1を参照しながら説明する。尚、同図において、実線の矢線は固体の流れを、破線の矢線は気体の流れを、一点鎖線の矢線は制御信号の流れを各々示している。
フライアッシュの改質装置1は、外熱式ロータリーキルン(以下「外熱キルン」と略称する。)2と、窯尻部2aへフライアッシュFAを供給するフライアッシュ供給部3と、窯尻部2aへ大気又は酸素濃度調整ガス、あるいはこれらの両方(以下「燃焼用ガス」という。)Gを供給するガス供給部4と、外熱キルン2の排ガスG2に含まれるダストを集塵する集塵装置5とを備える。
外熱キルン2は、窯尻部2a及び窯前部2bと、加熱部2dを熱源としてフライアッシュFA中の未燃カーボンを燃焼させるための炉2cを備え、窯尻部2aに、フライアッシュFA供給用の右端開口2eと、燃焼用ガスGを供給する上端開口2fとを有する。また、図示を省略するが、炉2c内のフライアッシュFAを撹拌するための複数のリフター部材を設けることが好ましい。尚、燃焼用ガスGは窯尻部2aに供給し、窯前部2bから排出したが、窯前部2bに供給し、窯尻部2aから排出してもよい。
フライアッシュの改質装置1は、さらに、外熱キルン2に供給するフライアッシュFAの未燃カーボン含有率を測定する未燃カーボン含有率測定部6と、燃焼用ガスGの酸素濃度及び風量を測定する酸素濃度及び風量測定部7と、加熱部2dに仕切りを設けて各区画毎に配置され、温度管理を精度よく行うための加熱温度管理用温度計8(8A〜8D)と、外熱キルン2内のフライアッシュFAの温度を測定する温度計9と、外熱キルン2から排出される改質灰(未燃カーボンを除去した後のフライアッシュ)Aの未燃カーボン含有率を測定する未燃カーボン含有率測定部11と、外熱キルン2の排ガスG2のガス成分を測定する排ガス測定部10と、これらの測定結果に基づいて、加熱部2d、フライアッシュ供給部3及びガス供給部4を制御する制御部12とを備える。
上記未燃カーボン含有率測定部6、酸素濃度及び風量測定部7、加熱温度管理用温度計8、温度計9及び未燃カーボン含有率測定部11は、測定結果を示す信号を制御部12へ随時送信する。尚、加熱温度管理用温度計8として熱電対等を、温度計9として放射温度計等を用いることができる。
排ガス測定部10は、外熱キルン2の排ガスG2の酸素濃度、一酸化炭素濃度及び二酸化炭素濃度を測定するために設けられ、測定結果を示す信号を制御部12へ随時送信する。
次に、上記改質装置1の動作及び本発明のフライアッシュの改質方法について、図1を参照しながら説明する。
外熱キルン2の加熱部2dへの高温ガスの導入、又は発熱体による熱供給により、加熱部2dを650℃以上850℃以下に加熱し、フライアッシュ供給部3からフライアッシュFAを外熱キルン2の右端開口2eから窯尻部2aへ供給して炉2cで間接加熱する。加熱温度が650℃未満の場合には、脱カーボンが不十分となり、加熱温度が850℃を超えると、フライアッシュFAが溶融して炉2cの内部にコーチングが生成され、外熱キルン2の運転が不安定となる。フライアッシュFAは、炉2cの高温となった内面に接触して加熱されると共に、炉2c内の複数のリフター部材によって掻き上げられて撹拌され、フライアッシュFAに含まれる未燃カーボンが燃焼する。
改質灰Aは、窯前部2bに搬送され、窯前部2bの後段に配されるロータリー式又はグレート式等の冷却装置13にて、冷却空気G4によって冷却されながら回収される。冷却後のガスG5は、加熱部2dの加熱用空気、又は燃焼用ガスGの一部として利用することができる。一方、外熱キルン2からの排ガスG2は、集塵装置5で除塵され、除塵後の排ガスG3の一部は窯尻部2a又は窯前部2bに戻され、残りが大気に放出される。集塵装置5で回収された回収粉は、供給部3に戻すが、改質灰Aの未燃カーボン含有率に影響がない場合には冷却装置13の後段に戻すこともできる。
上記運転の際に、未燃カーボン含有率測定部6により、外熱キルン2に供給されるフライアッシュFAの未燃カーボン含有率を測定し、測定結果を示す信号を制御部12に随時送信する。制御部12は、この測定結果に基づいてフライアッシュFAの供給量を制御し、炉2c内のフライアッシュFAの未燃カーボン量を調整することができる。フライアッシュ供給部3は、右端開口2eから窯尻部2aへ所定量のフライアッシュFAを供給し、燃焼用ガスGの酸素供給量が所定の範囲から外れる場合や、外熱キルン2に供給される未燃カーボン量を一定にする場合には、制御部12からの制御信号に基づいてフライアッシュFAの供給量を調整する。
酸素濃度及び風量測定部7により、燃焼用ガスGと排ガスG3の混合ガスの酸素濃度及び風量を測定し、測定結果を示す信号を制御部12に随時送信する。制御部12は、この測定結果に基づいて、炉2c内に供給する燃焼用ガスGの供給量を調整する。ガス供給部4は、制御部12からの制御信号に基づいて、上端開口2fから窯尻部2aへ所定の酸素量(酸素濃度×風量)となるように燃焼用ガスGを供給する。
上記動作により、炉2c内のフライアッシュFAに含まれる未燃カーボン量をCとし、外熱キルン2に供給するガス(燃焼用ガスGと排ガスG3の混合ガス)中の酸素量をO2とした場合に、O2/Cがモル比で1以上7以下、より好ましくは3以上7以下となるように調整する。これにより、後述するように、フライアッシュFA中の未燃カーボンをより確実に燃焼させ、フライアッシュFAを効率よく改質することができる。
外熱キルン2の運転中は、温度計9によって外熱キルン2内のフライアッシュFAの温度を測定し、未燃カーボン含有率測定部11により、改質灰A中の未燃カーボン含有率を測定し、排ガス測定部10によって排ガスG2のガス成分を測定し、各々の測定結果を示す信号を制御部12に随時送信する。
制御部12は、温度計9、未燃カーボン含有率測定部11及び排ガス測定部10の測定結果に基づいて、外熱キルン2に供給するガス(燃焼用ガスGと排ガスG3の混合ガス)の酸素量や、炉2c内の温度を調整する。尚、このような制御を行った場合には、外熱キルン2内の通風量が増減する。
一方、酸素濃度及び風量測定部7の測定結果に基づいて制御部12によって燃焼用ガスGの酸素濃度を調整し、外熱キルン2に供給するガス(燃焼用ガスGと排ガスG3の混合ガス)の供給量を一定に維持することで外熱キルン2内の通風量が一定となるように制御し、未燃カーボンを含む飛散ダストの量を低減してフライアッシュを効率よく改質することもできる。
次に、上記フライアッシュの改質方法の試験例について説明する。
上記構成を有するフライアッシュの改質装置1を用い、化学組成と未燃カーボン含有率の異なる2種類のフライアッシュFAについて、キルン回転数と傾斜を固定(キルン通過時間を同じと)し、加熱温度、投入量(充填率)O2/Cモル比、供給ガスの酸素濃度、リフターの有無を変更し、改質灰Aの未燃カーボン濃度、すなわちフライアッシュFAの脱カーボン率の変化を調べた。試験結果を表1に示す。
同表において、実施例1〜6は、フライアッシュFAの未燃カーボン含有率が4.0質量%、実施例7〜15は、フライアッシュFAの未燃カーボン含有率が8.0質量%である。これらを比較すると、フライアッシュFAの未燃カーボン含有率が低い方(4.0質量%の場合)が脱カーボン率が高くなることが判る。但し、実施例6と実施例14は、リフター部材を用いた場合であるが、この場合には脱カーボン率は略々同様となっている。
実施例1のように、フライアッシュFAの充填率が2.5%と低い場合には、加熱温度が低く、O2/Cモル比が小さく、酸素濃度が低くても、優れた脱カーボン率を得られるが、実施例2のように、充填率を5.0%に増加する、すなわちフライアッシュ投入量を増加させると脱カーボン率が低下する。そこで、実施例3に示すように、O2/Cモル比を5に増加させると、脱カーボン率が大幅に向上することが判る。
実施例4〜6は、実施例3よりもさらに充填率を増加させて8.0%とした。実施例4において、充填率を増加させたことによって実施例3よりも脱カーボン率が低下するが、実施例5に示すように、酸素濃度を41%に増加させれば、脱カーボン率が増加し、実施例3と比較しても遜色ない。
さらに、実施例6によれば、外熱キルン2内にリフター部材(不図示)を設けることで脱カーボン率が大幅に向上する。
一方、実施例7〜9では、上述のように、実施例1〜3より脱カーボン率が大幅に低下するが、実施例10及び11のように、O2/Cモル比や酸素濃度を高めることで、脱カーボン率が向上する。
そして、実施例12及び13のように、フライアッシュFAの充填率を8.0%に増加させると脱カーボン率が低下し、実施例13のように酸素濃度を増加させても、表1の実施例2及び4程度の脱カーボン率しか得られない。
そこで、実施例14及15のように、実施例12及び13と試験条件を同様にした上で、リフター部材を設ければ、脱カーボン率が大幅に改善し、略々100%の脱カーボン率を得ることができる。
1 フライアッシュの改質装置
2 外熱キルン
2a 窯尻部
2b 窯前部
2c 炉
2d 加熱部
2e 右端開口
2f 上端開口
3 フライアッシュ供給部
4 ガス供給部
5 集塵装置
6 未燃カーボン含有率測定部
7 酸素濃度及び風量測定部
8(8A〜8D) 加熱温度管理用温度計
9 温度計
10 排ガス測定部
11 未燃カーボン含有率測定部
12 制御部
13 冷却装置
A 改質灰
FA フライアッシュ
G 燃焼用ガス
G1 燃焼ガス
G2、G3 排ガス
G4 冷却空気
G5 (冷却後の)ガス
2 外熱キルン
2a 窯尻部
2b 窯前部
2c 炉
2d 加熱部
2e 右端開口
2f 上端開口
3 フライアッシュ供給部
4 ガス供給部
5 集塵装置
6 未燃カーボン含有率測定部
7 酸素濃度及び風量測定部
8(8A〜8D) 加熱温度管理用温度計
9 温度計
10 排ガス測定部
11 未燃カーボン含有率測定部
12 制御部
13 冷却装置
A 改質灰
FA フライアッシュ
G 燃焼用ガス
G1 燃焼ガス
G2、G3 排ガス
G4 冷却空気
G5 (冷却後の)ガス
Claims (7)
- 未燃カーボン含有率が1%以上10%以下のフライアッシュを650℃以上850℃以下に加熱された外熱式ロータリーキルンに供給し、
前記外熱式ロータリーキルンに供給する前記フライアッシュに含まれる未燃カーボン量をCとし、該外熱式ロータリーキルンに供給する大気又は/及び酸素濃度調整ガス中の酸素量をO2とした場合に、O2/Cをモル比で1以上7以下に調整することを特徴とするフライアッシュの改質方法。 - 前記フライアッシュの供給量、前記大気又は/及び酸素濃度調整ガスの供給量、あるいはこれら両供給量を制御して前記O2/Cのモル比を調整することを特徴とする請求項1に記載のフライアッシュの改質方法。
- 前記外熱式ロータリーキルンの排ガス中のガス成分、前記外熱式ロータリーキルン内の前記フライアッシュの温度、及び前記外熱式ロータリーキルンから排出される改質後のフライアッシュの未燃カーボン含有率に基づいて、前記外熱式ロータリーキルンに供給する酸素量又は/及び前記外熱式ロータリーキルン内の温度を調整することを特徴とする請求項1又は2に記載のフライアッシュの改質方法。
- 前記外熱式ロータリーキルン内の通風量を一定とし、前記所定のO2/Cモル比となるように酸素濃度調整ガスを供給することを特徴とする請求項1、2又は3に記載のフライアッシュの改質方法。
- 前記外熱式ロータリーキルンの排ガスの一部を該外熱式ロータリーキルンに戻すことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のフライアッシュの改質方法。
- 前記外熱式ロータリーキルンの内壁に設けられた複数のリフター部材を用いて該外熱式ロータリーキルン内を撹拌することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のフライアッシュの改質方法。
- 前記酸素濃度調整ガスは、酸素濃度が21%以上50%以下であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載のフライアッシュの改質方法。
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