JP2018054212A - フライアッシュ加熱装置、及び、それを用いたフライアッシュの改質方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フライアッシュの粗粒化を防止することができ、且つ、フライアッシュに含まれる未燃カーボンを十分に除去することができるフライアッシュ加熱装置を提供する。【解決手段】加熱装置Ｓの備える外熱式ロータリーキルンは、円筒部１ｃの内周面に軸線方向に延びるように立設され、円筒部１ｃの内部空間を複数の空間に分割する複数の仕切壁１ｅと、仕切壁１ｅの円筒部１ｃの回転方向前側となる面に、円筒部１ｃの軸線Ａ方向に延び、且つ、軸線Ａを基準として遠位側よりも近位側が仕切壁１ｅから離間するように仕切壁１ｅに対して傾斜している板状のリフター部材１ｆとを備える。円筒部１ｃは、窯尻部から窯前部に向かって下り勾配をなすように配置される。【選択図】図３

Description

本発明は、未燃カーボンを除去するためにフライアッシュを加熱するフライアッシュ加熱装置、及び、それを用いたフライアッシュの改質方法に関する。

石炭火力発電所の微粉炭燃焼ボイラ等からは、石炭灰（フライアッシュ）を含む排ガスが発生する。従来、その排ガスに含まれるフライアッシュを電気集塵器等で採取し、コンクリート等の混和材料として使用することが知られている。例えば、ＪＩＳ Ａ ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」では、コンクリートの混和材料としてのフライアッシュを、活性度指数等を基準に、Ｉ種からＩＶ種までの４種類に分類している。

しかし、一般社団法人石炭エネルギーセンターの報告によると、平成２６年度の石炭灰発生量は１２６２万トン（電気事業：９５９万トン、一般産業：３０３万トン）に達したにもかかわらず、このうち、フライアッシュとしてコンクリートの混和材等に有効活用された量は約１７万トン（発生量全体の１．３％）に過ぎなかった。この理由の一つとして、フライアッシュに含まれる未燃カーボンの問題が挙げられる。

未燃カーボンが多量に含まれているフライアッシュをコンクリート等の混和材料として使用すると、その未燃カーボンがコンクリートに添加される各種混和剤類を吸着してしまい、必要となる混和剤類の総量が増加してしまうという問題が生じる。また、そのようなフライアッシュが使用されたコンクリート硬化体では、表面に未燃カーボンが浮き出し、美観が損なわれてしまうという問題が生じる。

そこで、従来、フライアッシュに含まれる未燃カーボンを除去するための技術が精力的に開発されている。その技術の一つとして、フライアッシュを加熱することによって、そのフライアッシュに含まれている未燃カーボンを燃焼させて低減を図るという方法がある。

この方法において用いられるフライアッシュ加熱装置としては、燃焼バーナと、外熱式加熱装置と、始端部から終端部に向かって略水平をなすように配置された円筒形のロータリーキルンとを備えた加熱装置であって、ロータリーキルンの円筒部（すなわち、未燃カーボンの自燃領域（外熱式加熱装置により加熱されている領域））の内周面に、棚状のリフター部材を設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１４−０４４０２６号公報

しかし、特許文献１に記載の装置では、リフター部材によってフライアッシュを撹拌しているものの、フライアッシュの供給量によっては撹拌を十分に行うことができず、局所的にフライアッシュが過剰に加熱されてしまう場合があった。その結果、過剰に加熱されたフライアッシュの粒子同士が焼結して粗粒化してしまうという問題があった。

また、特許文献１に記載の装置を用いてフライアッシュに加熱処理を施した場合、リフター部材によって円筒部の内部空間の高い箇所から落下されるフライアッシュが、燃焼バーナの火勢によって吹き飛ばされてしまい、フライアッシュを十分に加熱することができず、未燃カーボンを十分に除去することができないという問題があった。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、フライアッシュの粗粒化を防止することができ、且つ、フライアッシュに含まれる未燃カーボンを十分に除去することができるフライアッシュ加熱装置、及び、それを用いたフライアッシュの改質方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のフライアッシュ加熱装置は、窯尻部、窯前部、前記窯尻部と前記窯前部との間に回転自在に設けられた円筒部と、前記円筒部を加熱する加熱部とを有する外熱式ロータリーキルンを備えたフライアッシュ加熱装置であって、前記円筒部の内周面に軸線方向に延びるように立設され、該円筒部の内部空間を複数の空間に分割する複数の仕切壁と、前記仕切壁の前記円筒部の回転方向前側となる面に、前記円筒部の軸線方向に延び、且つ、軸線を基準として遠位側よりも近位側が前記仕切壁から離間するように該仕切壁に対して傾斜している板状のリフター部材とを備え、前記円筒部は、前記窯尻部から前記窯前部に向かって下り勾配をなすように配置されていることを特徴とする。

このように、本発明のフライアッシュ加熱装置では、加熱部によって加熱される円筒部（すなわち、フライアッシュの未燃カーボンの自燃領域）の内部空間が仕切壁によって分割されている。これにより、円筒部内部の全空間を使って、効率よくフライアッシュ（すなわち、それに含まれる未燃カーボン）と酸素とを接触させることができる。また、１つの空間あたりに存在するフライアッシュの量が抑制されるので、円筒部がどのような位相であっても、フライアッシュの充填高さが過剰に高くなることがない。

さらに、そのように空間を分割する仕切壁の各々の回転方向前側にリフター部材を設けているので、フライアッシュは連続的に掻き上げられて十分に撹拌される。

これらの構成によって、本発明のフライアッシュ加熱装置では、フライアッシュが全体として均等に適度に加熱されるので、フライアッシュが局所的に過剰に加熱されることが防止され、粗粒化が防止される。

さらに、本発明のフライアッシュ加熱装置では、円筒部が、窯尻部から窯前部に向かって下り勾配をなすように構成されている。これにより、円筒部の内部において、フライアッシュがその自重によって徐々に移動しながら加熱される。

また、仕切壁で空間を分割したことにより、リフター部材による掻き上げ後のフライアッシュの自由落下高さが小さくなっているので、ロータリーキルン内の通風によって散逸するフライアッシュ量を抑制できる。

これらの構成によって、本発明のフライアッシュ加熱装置では、フライアッシュが十分に加熱されるので、フライアッシュに含まれる未燃カーボンが十分に除去される。

また、本発明のフライアッシュ加熱装置においては、前記仕切壁と前記リフター部材とのなす角度は、３０°〜６０°であることが好ましい。

一般的なフライアッシュの安息角は、３０°程度である。そこで、リフター部材をこのような角度とすると、仕切壁とリフター部材との間におけるフライアッシュの付着や詰まりを防止することができる。

また、本発明のフライアッシュ加熱装置においては、前記円筒部は、前記窯尻部から前記窯前部に向かって０．５°〜５°の下り勾配をなすように配置されていることが好ましい。

円筒部の勾配をこのような角度にすると、フライアッシュの移動速度が適度なものとなるので、フライアッシュの加熱も適度なものとすることができる。

上記目的を達成するために、本発明のフライアッシュの改質方法は、上記のフライアッシュ加熱装置を用いたフライアッシュの改質方法であって、前記仕切壁から前記リフター部材の先端までの高さをｈ１、前記仕切壁が水平状態のときに該仕切壁上に均等にならされた場合のフライアッシュの充填高さをｈ２としたときに、ｈ２／ｈ１＝０．２〜１．０となるように、前記フライアッシュの供給量及び前記円筒部の回転速度の一方又は両方を調整することを特徴とする。

上記いずれかのフライアッシュ加熱装置を用いる場合、リフター部材の高さとフライアッシュの充填高さの比率が上記の範囲となるように、フライアッシュの供給量及び円筒部の回転速度のいずれか一方又は両方を調整する（すなわち、フライアッシュの充填率を調整する）ことによって、フライアッシュを全体的に十分に加熱することができる。

したがって、本発明のフライアッシュの改質方法によれば、フライアッシュの粗粒化を防止することができ、且つ、フライアッシュに含まれる未燃カーボンを十分に除去することができる。

また、本発明のフライアッシュの改質方法においては、前記円筒部の内部を６００℃〜９００℃に加熱するとともに、該フライアッシュの未燃カーボン量をＣ、前記フライアッシュ加熱装置に供給する酸素量をＯ_２としたときに、Ｏ_２／Ｃモル比＝２〜７となるように、前記フライアッシュの供給量又は燃焼ガスの供給量若しくは前記燃焼ガスの酸素濃度を調整することが好ましい。

このように、未燃カーボン量と酸素量の比率を設定すると、フライアッシュの充填率が１０％以上の高充填率であっても、効率的に未燃カーボンを十分に除去することができる。例えば、フライアッシュの未燃カーボン含有率が８％程度であっても、上記のＯ_２／Ｃモル比率となるようにフライアッシュの供給量又は燃焼ガスの供給量若しくは燃焼ガスの酸素濃度を調整しつつ処理を行うと、未燃カーボン含有率を０．５％以下にまで低減させることができる。

なお、Ｏ_２／Ｃモル比が２未満の場合には、酸素量不足によりフライアッシュに含まれる未燃カーボンを十分に自燃させることができない。一方、Ｏ_２／Ｃモル比が７を超える場合には、加熱処理に必要な燃焼ガスが多量となり、燃焼ガスの温度を確保するために必要なエネルギー使用量が増加してしまう。

また、本発明のフライアッシュの改質方法においては、前記円筒部の前記フライアッシュの充填率が４％以上１７％以下となるように、前記フライアッシュの供給量を調整することが好ましい。

フライアッシュの充填率を上記範囲内に収めると、単位処理量あたりのエネルギー使用量を抑制することができる。なお、フライアッシュの充填率は、１１％以上１７％以下とするとさらに好ましい。

実施形態に係るフライアッシュ加熱装置の概略構成を示す説明図。 図１のフライアッシュ加熱装置のキルンの円筒部及び加熱部の構成を模式的に示す斜視図。 図２のキルンの円筒部のIII−III線断面図。 図１のフライアッシュ加熱装置でフライアッシュに対して行われる処理を示すフローチャート。 図１のフライアッシュ加熱装置で排ガスに対して行われる処理を示すフローチャート。

以下、図面を参照して、本発明に係るフライアッシュの改質方法を行うためのフライアッシュ加熱装置について説明する。

まず、図１を参照して、フライアッシュ加熱装置（以下、「加熱装置Ｓ」という。）の概略構成について説明する。なお、図１において、実線の矢印はフライアッシュの流れ、一点鎖線の矢印は制御信号の流れ、破線の矢印はガスの流れをそれぞれ示している。

図１に示すように、加熱装置Ｓは、外熱式ロータリーキルンであるキルン１と、キルン１へ加熱処理を行うフライアッシュＦ１を供給する灰供給装置２と、キルン１へ燃焼ガスＣＧを供給する燃焼ガス供給装置３と、キルン１で加熱されたフライアッシュを冷却する冷却装置４を備えている。

また、加熱装置Ｓは、キルン１で発生した排ガスＧ１を処理する構成として、排ガスＧ１からその排ガスＧ１に含まれているフライアッシュを回収フライアッシュＦ２として分離する固気分離装置５を備えている。

さらに、加熱装置Ｓは、キルン１、灰供給装置２、及び、燃焼ガス供給装置３の運転を制御する構成として、制御装置Ｃを備えている。

キルン１は、傾斜した大略円筒形状の装置として構成されている。キルン１は、窯尻部１ａ、窯前部１ｂ、窯尻部１ａと窯前部１ｂとの間に回転自在に配置されている円筒形状の円筒部１ｃ、及び、円筒部１ｃが挿通されている円筒形状の加熱部１ｄを有している。

キルン１では、燃焼ガスＣＧは窯前部１ｂから導入され、排ガスＧ１は窯尻部１ａから排出される。すなわち、円筒部１ｃの内部でフライアッシュＦ１と燃焼ガスＣＧとが向流するように構成されている。これは、フライアッシュＦ１と燃焼ガスＣＧとを効率的に接触させるためである。ただし、燃焼ガスＣＧを窯尻部１ａから導入し、排ガスＧ１を窯前部１ｂから排出する構成としてもよい。

窯尻部１ａには、灰供給装置２から未処理のフライアッシュＦ１を供給するための灰供給口１ａ１と、排ガスＧ１を排出するためのガス排出口１ａ２とが設けられている。灰供給口１ａ１は窯尻部１ａの底部側に設けられており、ガス排出口１ａ２は窯尻部１ａの上部側に設けられている。これは、供給されたフライアッシュＦ１が燃焼ガスＣＧで持ち去られ、排ガスＧ１に混入してしまうことを防止するためである。

窯前部１ｂには、加熱処理が行われたフライアッシュＦ１（すなわち、改質フライアッシュＲＦ）を排出するための灰排出口１ｂ１と、燃焼ガスＣＧを導入するためのガス導入口１ｂ２とが設けられている。

円筒部１ｃの内部には、第１温度計Ｔ１が設けられている。第１温度計Ｔ１は、キルン１の内部におけるフライアッシュＦ１の温度を測定し、その温度に関する情報を制御装置Ｃに送信する。第１温度計Ｔ１としては、例えば、放射温度計又は熱電対を用いればよい。

加熱部１ｄは、円筒部１ｃが回転自在に挿通されており、円筒部１ｃの被加熱部１ｃ１を覆う位置に配置されている。加熱部１ｄは、軸線方向で区切られた複数の領域において、それぞれ出力を調整可能に構成されている。

加熱部１ｄには、出力を調整可能な領域ごとに、第２温度計Ｔ２が設置されている。第２温度計Ｔ２は、円筒部１ｃの被加熱部１ｃ１の温度を測定し、その温度に関する情報を制御装置Ｃに送信する。なお、第２温度計Ｔ２としては、例えば、熱電対を用いればよい。加熱部１ｄの出力は、制御装置Ｃによって制御されている。具体的には、第１温度計Ｔ１及び第２温度計Ｔ２に基づいて、制御装置Ｃが加熱部１ｄの出力を調整する。

ところで、円筒部１ｃの内部でフライアッシュＦ１を急激に加熱すると、円筒部１ｃの被加熱部１ｃ１の窯尻部１ａ側（フライアッシュＦ１の供給部付近）にコーチングが形成されやすくなる。そこで、制御装置Ｃは、被加熱部１ｃ１の入り口部分（加熱装置Ｓでは、図１における最も右側の第２温度計Ｔ２とその左側の第２温度計Ｔ２との間）において、３０℃〜５０℃の温度勾配が形成されるように、加熱部１ｄの出力を調整している。

キルン１の灰供給口１ａ１と灰供給装置２との間には、キルン１に供給するフライアッシュＦ１の未燃カーボン含有率を測定するためのフライアッシュ測定装置Ｍ１が設置されている。フライアッシュ測定装置Ｍ１は、キルン１に供給されるフライアッシュＦ１の未燃カーボン量を測定し、その未燃カーボン量に関する情報を制御装置Ｃに送信する。

フライアッシュ測定装置Ｍ１としては、例えば、強熱減量値から間接的に未燃カーボン含有率を求めることができる熱天秤分析装置、又は、特開平１１−２５８１５５号公報に開示されている青色発光体を光源とした反射光量測定装置等のオンライン対応装置を用いればよい。

キルン１のガス導入口１ｂ２には、燃焼ガス測定装置Ｍ２が設置されている。燃焼ガス測定装置Ｍ２は、キルン１に供給される燃焼ガスＣＧの流量（供給量）及び酸素濃度を測定し、その流量及び酸素濃度に関する情報を制御装置Ｃに送信する。

燃焼ガス測定装置Ｍ２としては、例えば、熱式、コリオリ式、渦式、超音波式等の通常の気体用の流量計、及び、磁気式（磁気風方式及び磁気力方式）又は酸素の電気化学的酸化還元反応を利用する電気化学式（ジルコニア方式及び電極方式）の酸素濃度測定装置を併設したものを用いればよい。

灰供給装置２は、加熱装置Ｓの処理対象であるフライアッシュＦ１をキルン１の灰供給口１ａ１に供給する。なお、フライアッシュＦ１は、例えば、石炭火力発電所の微粉炭燃焼ボイラ等で発生したフライアッシュ等である。また、固気分離装置５で回収された回収フライアッシュＦ２も、フライアッシュＦ１の一部として供給される。

灰供給装置２からキルン１へ供給されるフライアッシュＦ１の量は、制御装置Ｃによって制御されている。具体的には、灰供給装置２から送信される供給量、フライアッシュ測定装置Ｍ１の測定結果、及び、燃焼ガス測定装置Ｍ２の測定結果に基づいて、燃焼ガスの酸素濃度とフライアッシュの未燃カーボン量の割合が所定の値となるように、制御装置Ｃが、灰供給装置２から供給されるフライアッシュの供給量を決定している。

燃焼ガス供給装置３は、キルン１の内部を流れる燃焼ガスＣＧの流量、及び、燃焼ガスＣＧの酸素濃度を調整する。燃焼ガス供給装置３は、フライアッシュ測定装置Ｍ１の測定結果、及び、燃焼ガス測定装置Ｍ２の測定結果に基づいて制御装置Ｃが決定した信号にしたがって、燃焼ガスＣＧの供給量、又は、燃焼ガスＣＧの酸素濃度を調整する。

冷却装置４は、キルン１から受け取った改質フライアッシュＲＦを冷却する。冷却装置４としては、改質フライアッシュＲＦに冷却用の空気を直接接触させて、改質フライアッシュＲＦを直接的に冷却する形式のもの、又は、水等で冷却装置４の外部を冷却することによって、改質フライアッシュＲＦを間接的に冷却させる形式のもののいずれを用いてもよい。具体的には、例えば、ロータリー式又はグレート式のものを用いればよい。

冷却装置４で冷却に用いられた空気（すなわち、冷却装置４から排出された空気）は、加熱された状態となる。そこで、加熱装置Ｓでは、その熱を有効利用するために、その排出された空気を、燃焼ガスＣＧの一部として用いている。

冷却装置４の排出側には、冷却装置４から排出された改質フライアッシュＲＦの未燃カーボン含有率を測定するための改質フライアッシュ測定装置Ｍ３が設置されている。

改質フライアッシュ測定装置Ｍ３としては、例えば、強熱減量値から間接的に未燃カーボン含有率を求めることができる熱天秤分析装置、又は、特開平１１−２５８１５５号公報に開示されている青色発光体を光源とした反射光量測定装置等のオンライン対応装置を用いればよい。

固気分離装置５は、キルン１で発生した排ガスＧ１に含まれるフライアッシュを回収フライアッシュＦ２として回収する。固気分離装置５としては、例えば、バグフィルタを用いればよい。固気分離装置５で回収された回収フライアッシュＦ２は、灰供給装置２へと送られ、フライアッシュＦ１とともにキルン１へ供給され、再び加熱処理される。一方、フライアッシュＦ２が分離された排ガスＧ２は、水銀等の有害物質を除去された後、大気に放出される。

次に、図２及び図３を参照して、キルン１の円筒部１ｃの内部構成について、詳細に説明する。

図２に示すように、円筒形状の円筒部１ｃは、円筒形状の加熱部１ｄに挿通されている。

円筒部１ｃは、窯尻部１ａ側（図２では右側）から窯前部１ｂ側（図２では左側）に向かって０．５°〜５．０°で下方に向かって傾斜している。そのため、窯尻部１ａに供給されたフライアッシュＦ１は、円筒部１ｃの回転に伴って、窯尻部１ａから窯前部１ｂへと移動する（図１参照）。なお、円筒部１ｃの傾斜角度は、この範囲の角度に限らず、供給するフライアッシュＦ１の供給量や加熱部１ｄの出力に応じて、適宜変更してもよい。

円筒部１ｃの中央部は、加熱部１ｄで間接加熱される被加熱部１ｃ１となっている。円筒部１ｃの内周面には、被加熱部１ｃ１に対応する領域に跨るようにして、４枚の仕切壁１ｅが立設されている。なお、仕切壁１ｅの数は４枚に限定されるものではなく、円筒部１ｃの径等に応じて、適宜増減させてよい。

仕切壁１ｅによって、円筒部１ｃの内部空間は、断面形状が扇型の細長い４つの空間に分割されている。分割された４つの空間は、各々独立しており、それらの空間の間で、フライアッシュＦ１が移動することはない。

仕切壁１ｅは、円筒部１ｃの全域に亘って設けられておらず、被加熱部１ｃ１に対応する領域をまたがるように設けられている。そのため、窯尻部１ａの灰供給口１ａ１から供給されたフライアッシュＦ１は、まず、円筒部１ｃの回転に応じて窯前部１ｂ側に徐々に移動しながら昇温され、被加熱部１ｃ１に至る前に、仕切壁１ｅの始点（窯尻部１ａ側の端部）で、分割された複数の空間に等量に振り分けられる。

その後、被加熱部１ｃ１を通過したフライアッシュＦ１（すなわち、未燃カーボンの除去の終了した改質フライアッシュＲＦ）は、分割された空間の内部で、被加熱部１ｃ１に対応する領域よりも窯前部１ｂ側の領域において、継続して掻き上げられて撹拌されることによって、冷却される。さらにその後、仕切壁１ｅの終点（窯前部１ｂ側の端部）を超えた位置で合流し、窯前部１ｂへ移動し、キルン１から排出される。

仕切壁１ｅの回転方向前側の面には、径方向の中央部に、円筒部１ｃの軸線Ａ方向に延びるように立設された板状のリフター部材１ｆが設けられている。

図３に示すように、リフター部材１ｆは、円筒部の回転中心である軸線Ａ側に傾斜している。具体的には、径方向内側において、仕切壁１ｅとリフター部材１ｆとのなす角度αが３０°〜６０°、径方向外側において、仕切壁１ｅとリフター部材１ｆとのなす角度βが１２０°〜１５０°となるように、傾斜している。すなわち、リフター部材１ｆは、円筒部１ｃの軸線Ａを基準として遠位側よりも近位側が仕切壁１ｅから離間するように、その仕切壁１ｅに対して傾斜している。

この角度は、フライアッシュＦ１の安息角が３０°であることに基づいて決定されたものである。加熱装置Ｓでは、リフター部材１ｆをこのような角度とすることにより、仕切壁１ｅとリフター部材１ｆとの間におけるフライアッシュＦ１の付着や詰まりが防止されている。

リフター部材１ｆの長さは、仕切壁１ｅからリフター部材１ｆの先端までの高さをｈ１、仕切壁１ｅが水平状態のときに仕切壁１ｅ上に均等にならされた場合のフライアッシュＦ１の充填高さをｈ２としたときに、ｈ２／ｈ１＝０．２〜１．０となる長さとなっている。

なお、リフター部材１ｆは、円筒部１ｃの回転方向前側に設置されていればよく、そのサイズ、配置位置、配置する数は、円筒部１ｃのサイズ及び仕切壁１ｅによる空間の分割数に応じて、適宜変更してもよい。また、加熱装置Ｓでは、仕切壁１ｅ及びリフター部材１ｆを、一枚の板材を用いて形成しているが、複数の板材を用いて形成してもよい。

このように構成された加熱装置Ｓでは、円筒部１ｃ（すなわち、フライアッシュＦ１の未燃カーボンの自燃領域）の内部空間が仕切壁１ｅによって分割されている。これにより、円筒部１ｃ内部の全空間を使って、効率よく、フライアッシュＦ１（すなわち、それに含まれる未燃カーボン）と燃焼ガスＣＧ（すなわち、それに含まれる酸素）とを接触させることができる。また、１つの空間あたりに存在するフライアッシュＦ１の量が抑制されるので、円筒部１ｃがどのような位相であっても、フライアッシュＦ１の充填高さｈ２が過剰に高くなることがない。

さらに、そのように空間を分割する仕切壁１ｅの各々の回転方向前側にリフター部材１ｆを設けているので、フライアッシュＦ１は連続的に掻き上げられて十分に撹拌される。

これらの構成によって、加熱装置Ｓでは、フライアッシュＦ１が全体として均等に適度に加熱されるので、フライアッシュＦ１が局所的に過剰に加熱されることが防止され、粗粒化が防止される。

さらに、加熱装置Ｓでは、円筒部１ｃの軸芯（回転中心軸線である軸線Ａ）が、窯尻部１ａから窯前部１ｂに向かって下り勾配をなすように構成されている。これにより、円筒部１ｃの内部において、フライアッシュＦ１がその自重によって徐々に移動しながら加熱される。

また、仕切壁１ｅで空間を分割したことにより、リフター部材１ｆによる掻き上げ後のフライアッシュＦ１の自由落下高さが小さくなっているので、キルン１内の通風によって散逸するフライアッシュ量を抑制できる。

これらの構成によって、加熱装置Ｓでは、フライアッシュが十分に加熱されるので、フライアッシュＦ１に含まれる未燃カーボンが十分に除去される。

ところで、円筒部１ｃの被加熱部１ｃ１に対応する内部空間（すなわち、仕切壁１ｅによって形成された分割空間）に供給されたフライアッシュＦ１は、円筒部１ｃの内周面、仕切壁１ｅ及びリフター部材１ｆから伝達される熱によって加熱される。そのため、仕切壁１ｅ及びリフター部材１ｆの材料としては、熱伝達効率に優れたものが好ましい。

例えば、銅合金（例えば、ＪＩＳ Ｈ ３１００「銅及び銅合金の板並びに条」の合金番号Ｃ１１００、Ｃ１２０１等）、炭化珪素、窒化アルミニウム等の耐熱高熱伝導セラミックスを用いることが好ましい。ただし、ＳＵＳ等の一般的な材料を用いてもよい。

また、ところで、上記のように構成されているキルン１では、円筒部１ｃの内部でフライアッシュＦ１が移動する際には、仕切壁１ｅが形成されていない領域から仕切壁１ｅが形成されている領域の境界部分で、フライアッシュＦ１の滞留が生じやすい。

そこで、加熱装置Ｓでは、円筒部１ｃの仕切壁１ｅが形成されていない領域の径を、窯尻部１ａ側において、仕切壁１ｅが形成されている領域の径よりも小さくしている。これにより、その境界部分において、フライアッシュＦ１が落下するように移動させて、滞留の発生を抑制している。

具体的には、例えば、フライアッシュＦ１の粒径が１〜１００μｍ、平均粒径が２０μｍ前後であった場合には、円筒部１ｃの径の差（落下高さ）を１〜５ｍｍ程度となるように構成されている。

なお、窯前部１ｂ側では、境界部分でのフライアッシュＦ１の滞留が生じないので、円筒部１ｃの仕切壁１ｅが形成されていない領域の径と仕切壁１ｅが形成されている領域の径に、段差を設ける必要はない。

次に、図１、図４及び図５を参照して、加熱装置Ｓで行われる処理について説明する。なお、図４は、加熱装置ＳでフライアッシュＦ１に対して行われる処理を示すフローチャートである。また、図５は、加熱装置Ｓで排ガスＧ１に対して行われる処理を示すフローチャートである。

まず、図１及び図４を参照して、加熱装置ＳでフライアッシュＦ１に対して行われる処理について説明する。

この処理においては、まず、燃焼ガス供給装置３が燃焼ガスＣＧをキルン１に連続的に供給し、制御装置Ｃがキルン１の円筒部１ｃを所定の回転速度で回転させると共に、制御装置Ｃがキルン１の加熱部１ｄの出力を調整して、円筒部１ｃの被加熱部１ｃ１を加熱することにより、円筒部１ｃの内部を６００℃〜９００℃に加熱する（図４／ＳＴＥＰ０１）。

このように加熱された円筒部１ｃの内部に投入されたフライアッシュＦ１は、円筒部１ｃの被加熱部１ｃ１の内面及び仕切壁１ｅに接触して加熱されるとともに、リフター部材１ｆによって掻き上げられ撹拌される。これにより、フライアッシュＦ１の全量が均質に加熱され、フライアッシュＦ１に含まれる未燃カーボンが自燃して、未燃カーボン量が減少する。そのため、この温度は、処理が終了するまで維持される。

ここで、キルン１の温度（すなわち、フライアッシュＦ１の加熱温度）を６００℃〜９００℃の範囲内としているのは、フライアッシュＦ１の粗粒化、及び、キルン内壁面等へのコーチングを生じさせずに、且つ、十分に未燃カーボンの自燃を促すためである。

この温度が６００℃未満の場合には、フライアッシュＦ１に含まれる未燃カーボンの自燃を十分に生じさせることができず、未燃カーボンの除去が不十分となってしまうおそれがある。一方、この温度が９００℃を超える場合には、フライアッシュＦ１粒子同士が焼結して粗粒化が生じたり、フライアッシュＦ１が溶融して、円筒部１ｃの内部に土手状のコーチングが形成されてしまったりするおそれがある。

次に、灰供給装置２がフライアッシュＦ１をキルン１に連続的に供給する。（図４／ＳＴＥＰ０２）。

円筒部１ｃの回転によって、円筒部１ｃの内部に供給されたフライアッシュＦ１は、窯尻部１ａから窯前部１ｂに向かって撹拌されつつ移動しながら昇温される。このとき、その回転速度に応じて、移動速度が変化することになる。すなわち、灰供給装置２からの供給量及びキルン１の円筒部１ｃの回転速度に応じて、円筒部１ｃの内部におけるフライアッシュＦ１の充填率及び充填高さが変化することになる。

このフライアッシュＦ１の供給の際に、フライアッシュ測定装置Ｍ１は、キルン１に供給されるフライアッシュＦ１の未燃カーボン量及びフライアッシュＦ１の供給量を測定し、その未燃カーボン量に関する情報を制御装置Ｃに送信する。また、燃焼ガスＣＧの供給の際に、燃焼ガス測定装置Ｍ２は、キルン１に供給される燃焼ガスＣＧの流量（供給量）及び酸素濃度を測定し、その流量及び酸素濃度に関する情報を制御装置Ｃに送信する。

次に、制御装置Ｃが、既知のリフター部材１ｆのサイズ、既知の円筒部１ｃの内部空間（具体的には、仕切壁１ｅで分割された空間）のサイズ、及び、フライアッシュＦ１の供給量に基づいて、仕切壁１ｅからリフター部材１ｆの先端までの高さｈ１と仕切壁１ｅが水平状態のときにその仕切壁１ｅ上に均等にならされた場合のフライアッシュＦ１の充填高さｈ２とが、ｈ２／ｈ１＝０．２〜１．０を満足するか否かを判定する（図４／ＳＴＥＰ０３）。

リフター部材１ｆの高さとフライアッシュＦ１の充填高さの比率が上記の範囲から外れている場合、フライアッシュＦ１を全体的に十分に加熱することができないおそれが生じる。

そこで、ｈ１，ｈ２が条件を満足していない場合（ＳＴＥＰ０３でＮＯの場合）には、制御装置Ｃは、さらにフライアッシュＦ１を供給させることにより、又は、円筒部１ｃの回転速度を調整することにより（すなわち、円筒部１ｃの内部のフライアッシュＦ１を移動させて充填高さｈ２を低くすることにより）、ｈ２を調整して、ＳＴＥＰ０３に戻り、再度判定を行う（図４／ＳＴＥＰ０４）。

ｈ１，ｈ２が条件を満足している場合（ＳＴＥＰ０３でＹＥＳの場合）には、制御装置Ｃは、既知の円筒部１ｃの内部空間（具体的には、仕切壁１ｅで分割された空間）のサイズ、及び、フライアッシュＦ１の供給量に基づいて、円筒部１ｃの内部におけるフライアッシュＦ１の充填率が、４％〜１７％であるか否かを判定する（図４／ＳＴＥＰ０５）。

フライアッシュＦ１の充填率がこの範囲外になると、単位処理量あたりのエネルギー使用量が高くなりすぎてしまい、エネルギーに対するフライアッシュＦ１の処理効率が低下することになる。

そこで、充填率が条件を満足していない場合（ＳＴＥＰ０５でＮＯの場合）には、制御装置Ｃは、さらにフライアッシュＦ１を供給させることにより、又は、円筒部１ｃの回転速度を調整することにより（すなわち、円筒部１ｃの内部のフライアッシュＦ１を移動させて排出させることにより）、充填率を調整して、ＳＴＥＰ０３に戻り、再度判定を行う（図４／ＳＴＥＰ０６）。

ここで、ＳＴＥＰ０３に戻るのは、充填率の調整の結果、仕切壁１ｅからリフター部材１ｆの先端までの高さｈ１、及び、仕切壁１ｅが水平状態のときにその仕切壁１ｅ上に均等にならされた場合のフライアッシュＦ１の充填高さｈ２が、ｈ２／ｈ１＝０．２〜１．０を満足しなくなるおそれがあるためである。

充填率が条件を満足している場合（ＳＴＥＰ０５でＹＥＳの場合）には、制御装置Ｃは、フライアッシュＦ１の供給量及び未燃カーボン含有率、並びに、燃焼ガスＣＧの供給量及び酸素濃度に基づいて、未燃カーボン（Ｃ）量（ｍｏｌ／分）と酸素（Ｏ_２）量（ｍｏｌ／分）とが、Ｏ_２／Ｃモル比＝２〜７を満足するか否かを判定する（図４／ＳＴＥＰ０７）。

未燃カーボン量と酸素量の比率をこの範囲内となるようにすると、フライアッシュＦ１の充填率が１０％以上の高充填率であっても、効率的に未燃カーボンを十分に除去することができる。例えば、フライアッシュの未燃カーボン含有率が８％程度であっても、上記の比率となるように調整しつつ処理を行うと、未燃カーボン含有率を０．５％以下にまで低減させることができる。

なお、Ｏ_２／Ｃモル比が２未満の場合には、酸素量不足によりフライアッシュＦ１に含まれる未燃カーボンを十分に自燃させることができない。一方、Ｏ_２／Ｃモル比が７を超える場合には、加熱処理に必要な燃焼ガスが多量となり、燃焼ガスの温度を確保するために必要なエネルギー使用量が増加してしまう。

そこで、Ｏ_２／Ｃモル比が条件を満足していない場合（ＳＴＥＰ０７でＮＯの場合）には、制御装置Ｃは、供給する燃焼ガスＣＧの流量又は酸素濃度を調整して、ＳＴＥＰ０７に戻り、再度判定を行う（図４／ＳＴＥＰ０８）。

なお、Ｏ_２／Ｃモル比を高める調整を行うに際しては、流量を増加させる方法よりも、酸素濃度を上昇させる方法が好ましい。燃焼ガスＣＧの流量の増加は、キルン１の内部の燃焼ガスＣＧの流速の増加に直結するので、飛散するフライアッシュＦ１の量（すなわち、排ガスＧ１に含まれるフライアッシュの量）の増加につながり、ひいては、生産効率の低下につながるためである。

酸素濃度を上昇させるための方法としては、例えば、酸素濃度の異なるガスを複数準備しておき、それらを混合することによって、所望の酸素濃度を有する燃焼ガスを生成する方法等がある。

なお、Ｏ_２／Ｃモル比の調整の方法としては、フライアッシュＦ１の供給量を増加させる方法を用いてもよい。

Ｏ_２／Ｃモル比が条件を満足している場合（ＳＴＥＰ０７でＹＥＳの場合）には、フライアッシュＦ１の加熱処理を継続して改質フライアッシュＲＦを生成し、その後、キルン１から排出された改質フライアッシュＲＦを冷却装置４によって冷却し、処理を終了する（図４／ＳＴＥＰ０９）。

なお、冷却後の改質フライアッシュＲＦについては、所望の活性度指数を確保するために、必要に応じて分級、粉砕、粒度の異なるフライアッシュとの混合等の粒度調整処理を行ってもよい。

次に、図１及び図５を参照して、加熱装置Ｓで排ガスＧ１に対して行われる処理について説明する。

フライアッシュＦ１を加熱する処理を行うと、その加熱の際に排ガスＧ１が発生する。その排ガスＧ１には、フライアッシュ（散逸ダスト）が含まれている。このようなフライアッシュを有効利用するために、まず、固気分離装置５は、導入された排ガスＧ１からフライアッシュを回収する（図５／ＳＴＥＰ１１）。

なお、加熱装置Ｓを用いた処理においては、上記のように、フライアッシュＦ１の充填率及びＯ_２／Ｃモル比の調整を行っているが、フライアッシュＦ１の未燃カーボン量が３質量％以下の場合、又は、酸素濃度が２０％以上の燃焼ガスＣＧが使用できる場合等の、改質フライアッシュの未燃カーボン含有率目標値を容易に達成できる場合には、フライアッシュＦ１の充填率及びＯ_２／Ｃモル比の監視と調整を緩和することができる。

次に、固気分離装置５は、灰供給装置２に回収したフライアッシュ（回収フライアッシュＦ２）を送り、灰供給装置２は、回収フライアッシュＦ２を、未処理のフライアッシュＦ１の一部として、再度キルン１に供給し、処理を終了する（図５／ＳＴＥＰ１２）。

この排ガスＧ１に対する処理は、フライアッシュＦ１に対する処理に並行して、連続的に行われる。

最後に、加熱装置Ｓで行われた処理に係る試験結果（すなわち、本発明のフライアッシュの処理方法の実施例）について説明する。

まず、試験方法について説明する。

加熱装置として、上記の加熱装置Ｓと同様の構成のものを用いた。具体的には、キルン長さ（円筒部１ｃの長さ）が１７５０ｍｍ、内径（円筒部１ｃの内部空間の直径）が１５０ｍｍ、高温加熱領域（円筒部１ｃの被加熱部の長さ）が７００ｍｍ（始点は窯尻部側の端部から４００ｍｍの位置）、キルン傾斜角が２．５°のものを用いた。

加熱はカンタルＡＰＭによる電気炉方式を採用し、加熱温度（加熱部の温度）を８５０±３０℃、上記単位時間当たりのＯ_２／Ｃモル比を５（燃焼ガス：大気）、排ガスＧ１の酸素濃度を１６．０±０．３％に調整した。

本試験では、円筒部１ｃの内部空間を仕切壁１ｅによって分割する効果、及び、仕切壁１ｅに対するリフター部材１ｆの接合角度の効果を評価するために、円筒部１ｃの窯尻部１ａ側の端部から２００ｍｍの位置を始点とする１１００ｍｍの長さに亘る範囲に、円筒部１ｃの回転軸線である軸線Ａを中心として９０度の間隔で４枚の仕切壁１ｅを設けた。これらの仕切壁１ｅの材料としては、ＳＵＳ３１０Ｓを用いた。

リフター部材１ｆは、軸線Ａから５２．５ｍｍの位置（仕切壁１ｅの径方向の長さにおいて軸線Ａから７０％の位置）に設けた。

実施例１は、リフター部材１ｆとして、１０ｍｍ幅の板状部材を仕切壁１ｅに対して角度を３０°となるように付設したものを用いた。比較例１は、リフター部材１ｆとして、５ｍｍ幅の板状部材を仕切壁１ｅに対して９０°の角度となるように付設したものを用いた。比較例２は、仕切壁１ｅ及びリフター部材１ｆを備えていないものを用いた。これらの実施例１、比較例１及び比較例２に対し、フライアッシュの処理量（ｋｇ／時間）を一定とした場合、円筒部１ｃのフライアッシュの充填率を一定とした場合の２つの条件で試験を行った。

試験に用いるフライアッシュとしては、未燃カーボン含有量が８質量％のフライアッシュを用いた。このフライアッシュについて、処理後の未燃カーボン残存量（質量％）と、キルン内での土手（大塊）生成状況（すなわち、粗粒化と処理過程におけるフライアッシュの内筒内壁等への付着の度合い）の目視による評価とを行った。

処理後の未燃カーボン残存量の測定は、炭素・硫黄分析装置（ＨＯＲＩＢＡ製ＥＭＩＡ−９２０Ｖ２（商品名））で行った。

土手生成状況の評価は、円筒部１ｃをフライアッシュが滞留することなく流れ、処理後のフライアッシュに粗粒化が認められないものを「○」、円筒部１ｃをフライアッシュが滞留することなく流れたが、処理後のフライアッシュの一部に粗粒化が認められるものを「△」、円筒部１ｃの内壁等にフライアッシュの付着による土手が生じ、フライアッシュに滞留の発生が認められたもの、又は、処理後のフライアッシュに粗粒化が多数認められたものを「×」とする三段階評価とした。

次に、試験結果について、以下の表１及び表２に示す。表１は、フライアッシュの処理量（ｋｇ／時間）を一定とした場合の試験結果であり、表２は、フライアッシュの充填率を一定とした場合の試験結果である。

この表１及び表２より、本発明のフライアッシュの改質方法によれば充填率が１７．０％という高い充填率であっても、未燃カーボンを０．５質量％以下まで低減することができることが分かった。

１…キルン、２…灰供給装置、３…燃焼ガス供給装置、４…冷却装置、５…分離装置、Ｃ…制御装置、１ａ…窯尻部、１ａ１…灰供給口、１ａ２…ガス排出口、１ｂ…窯前部、１ｂ１…灰排出口、１ｂ２…ガス導入口、１ｃ…円筒部、１ｃ１…被加熱部、１ｄ…加熱部、１ｅ…仕切壁、１ｆ…リフター部材、Ａ…軸線、ＣＧ…燃焼ガス、Ｇ１，Ｇ２…排ガス、Ｆ１…フライアッシュ、Ｆ２…回収フライアッシュ、Ｍ１…フライアッシュ測定装置、Ｍ２…燃焼ガス測定装置、Ｍ３…改質フライアッシュ測定装置、ＲＦ…改質フライアッシュ、Ｓ…加熱装置（フライアッシュ加熱装置）、Ｔ１…第１温度計、Ｔ２…第２温度計。

Claims (6)

1. 窯尻部、窯前部、前記窯尻部と前記窯前部との間に回転自在に設けられた円筒部と、前記円筒部を加熱する加熱部とを有する外熱式ロータリーキルンを備えたフライアッシュ加熱装置であって、
   前記円筒部の内周面に軸線方向に延びるように立設され、該円筒部の内部空間を複数の空間に分割する複数の仕切壁と、
   前記仕切壁の前記円筒部の回転方向前側となる面に、前記円筒部の軸線方向に延び、且つ、軸線を基準として遠位側よりも近位側が前記仕切壁から離間するように該仕切壁に対して傾斜している板状のリフター部材とを備え、
   前記円筒部は、前記窯尻部から前記窯前部に向かって下り勾配をなすように配置されていることを特徴とするフライアッシュ加熱装置。
2. 請求項１に記載のフライアッシュ加熱装置において、
   前記仕切壁と前記リフター部材とのなす角度は、３０°〜６０°であることを特徴とするフライアッシュ加熱装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のフライアッシュ加熱装置において、
   前記円筒部は、前記窯尻部から前記窯前部に向かって０．５°〜５°の下り勾配をなすように配置されていることを特徴とするフライアッシュ加熱装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のフライアッシュ加熱装置を用いたフライアッシュの改質方法であって、
   前記仕切壁から前記リフター部材の先端までの高さをｈ１、前記仕切壁が水平状態のときに該仕切壁上に均等にならされた場合のフライアッシュの充填高さをｈ２としたときに、ｈ２／ｈ１＝０．２〜１．０となるように、前記フライアッシュの供給量及び前記円筒部の回転速度の一方又は両方を調整することを特徴とするフライアッシュの改質方法。
5. 請求項４に記載のフライアッシュの改質方法において、
   前記円筒部の内部を６００℃〜９００℃に加熱するとともに、該フライアッシュの未燃カーボン量をＣ、前記フライアッシュ加熱装置に供給する酸素量をＯ_２としたときに、Ｏ_２／Ｃモル比＝２〜７となるように、前記フライアッシュの供給量又は燃焼ガスの供給量若しくは前記燃焼ガスの酸素濃度を調整することを特徴とするフライアッシュの改質方法。
6. 請求項４又は請求項５に記載のフライアッシュの改質方法において、
   前記円筒部の前記フライアッシュの充填率が４％以上１７％以下となるように、前記フライアッシュの供給量を調整することを特徴とするフライアッシュの改質方法。