JP5091084B2 - Coal ash treatment method - Google Patents
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Description
本発明は、石炭を燃焼させた結果生じる石炭灰の処理方法に関する。 The present invention relates to a method for treating coal ash generated as a result of burning coal.
石炭火力発電所では、微紛炭をボイラ内で燃焼させたエネルギーを用いて発電を行っている。この燃焼により大量に発生する石炭灰は、現在まで様々な有効利用技術が開発されている。例えば、特許文献1には、セメントにフライアッシュ(石炭灰)を配合してフライアッシュセメントを製造する方法が記載されている。しかしながら、近年のセメント生産量の減少によるセメント原料としての石炭灰の需要の減少、及び、高灰分炭の利用拡大による石炭灰発生量の増加により、新たな石炭灰の大量有効利用用途の開発が喫緊の課題となっている。
本発明は、このような石炭灰の有効利用を図ることを目的とする。 The object of the present invention is to make effective use of such coal ash.
上記目的の達成のため、本発明に係る石炭灰の処理方法は、微粉炭及びカルシウム化合物を含む改質剤を微粉炭ボイラに供給し燃焼させる工程と、前記微粉炭ボイラから排出された排気ガス中の改質灰を分級する工程と、前記改質灰を分級する工程において分級された前記改質灰のうち、粒径が所定値未満の前記改質灰を前記微粉炭ボイラに供給する工程とを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a method for treating coal ash according to the present invention includes a step of supplying a modifier containing pulverized coal and a calcium compound to a pulverized coal boiler for combustion, and an exhaust gas discharged from the pulverized coal boiler. A step of classifying the modified ash therein, and a step of supplying the modified ash having a particle size less than a predetermined value to the pulverized coal boiler among the modified ash classified in the step of classifying the modified ash It is characterized by comprising.
本発明に係る石炭灰の処理方法によれば、石炭灰の有効利用を図ることができる。また、新たに微粉炭ボイラに供給する改質剤の量を削減することができる。そして、最終処分場の延命化を図ることができると共に、地球環境への悪影響を低減することができる。また、セメント製造装置のような大掛かりな装置を使用することなく、フリーライムの量が低減されたセメントクリンカ相当の組成物を安価・簡便に製造することができ産業上有用である。 According to the method for treating coal ash according to the present invention, effective utilization of coal ash can be achieved. Moreover, the quantity of the modifier supplied to a pulverized coal boiler newly can be reduced. In addition, it is possible to extend the life of the final disposal site and reduce adverse effects on the global environment. Further, a composition equivalent to a cement clinker with a reduced amount of free lime can be produced inexpensively and easily without using a large-scale apparatus such as a cement production apparatus, which is industrially useful.
次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明に係る石炭火力発電設備及びセメント製造設備を示すブロック図である。この設備は、火力発電プラント100と、セメント製造プラント200とを隣接させて設置して構成される。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a coal-fired power generation facility and a cement production facility according to the present invention. This facility is configured by installing a
火力発電プラント100は、燃料である石炭を粉砕して微粉炭とする粉砕機101、微粉炭を燃焼させるための微粉炭ボイラ102、NOx分解装置103(NOxガスを分解・除去するための装置)、分級器104、SOx除去装置106(SOxガスを除去するための装置)、及び煙突107を備えている。なお、分級器104は例えば微粉炭ボイラ102の排気口の一部に形成されるものであってもよい。
The
一方、セメント製造プラント200は、セメント原料である石灰石及びその他の副原料(例えば粘土、けい石等)を粉砕する粉砕機201、粉砕した石灰石と副原料を予熱し焼成するための予熱・焼成器202、焼成したクリンカを空気で冷却するための冷却器203、冷却されたクリンカに石膏を混合するための混合器204、及び分級器205A〜Cを備えている。
On the other hand, the cement manufacturing plant 200 includes a pulverizer 201 for pulverizing limestone as a raw material for cement and other auxiliary materials (such as clay and silica), and a preheating / calciner for preheating and firing the pulverized limestone and auxiliary materials. 202, a cooler 203 for cooling the fired clinker with air, a
粉砕機201で粉砕されたセメント材料は、予熱・焼成器202に予熱された後焼成されてセメントクリンカとなる。セメントクリンカは冷却器203で冷却された後、混合器204で石膏等と混合されてセメント材料となる。このセメント材料には、後述するように火力発電プラント100から供給される改質灰も混合される。セメント製造プラントの操業条件は、適宜設定される。例えば、焼成温度は、1000〜1400℃であり、冷却器203における冷却温度は300〜600℃である。
The cement material pulverized by the pulverizer 201 is preheated by the preheating / calciner 202 and then calcinated to become a cement clinker. The cement clinker is cooled by the cooler 203 and then mixed with gypsum or the like by the
この実施の形態では、火力発電プラント100側の粉砕機101で粉砕された微粉炭と、セメント製造プラント200から発生するダスト(カルシウムを成分として含有する)からなる改質剤を微粉炭ボイラ102に供給し燃焼させる。
In this embodiment, a pulverized coal boiler 102 is provided with a modifier composed of pulverized coal pulverized by a pulverizer 101 on the
微粉炭と改質剤を微粉炭ボイラ102に供給する方法としては、微粉炭と改質剤を別々に微粉炭ボイラ102に供給する方法や、微粉炭と改質剤を予め混合して微粉炭ボイラ102に供給し燃焼する方法が挙げられる。この中で、図1に示すように、微粉炭と改質剤を予め混合して微粉炭ボイラ102に供給することがより好ましい。微粉炭と改質剤を予め混合する方法としては、供給配管上で行うことや、石炭と改質剤をともに粉砕機101に供給する方法などが挙げられる。 As a method of supplying the pulverized coal and the modifier to the pulverized coal boiler 102, a method of separately supplying the pulverized coal and the modifier to the pulverized coal boiler 102, or a method of supplying the pulverized coal and the modifier in advance to pulverized coal. A method of supplying the fuel to the boiler 102 and burning it may be mentioned. In this, as shown in FIG. 1, it is more preferable to mix pulverized coal and a modifier beforehand and to supply to the pulverized coal boiler 102. Examples of the method of mixing the pulverized coal and the modifying agent in advance include performing on a supply pipe, and supplying both the coal and the modifying agent to the pulverizer 101.
本発明において用いられる石炭の種類は特に制限されることない。微粉炭の粒径は、一般的には75μm以下(全粒子中の70〜80%)で平均粒径は30〜45μmである。 The type of coal used in the present invention is not particularly limited. The particle size of pulverized coal is generally 75 μm or less (70 to 80% of all particles), and the average particle size is 30 to 45 μm.
微粉炭にカルシウムを含む改質灰を混合してなる混合物の総質量に対するカルシウムを含む改質灰の混合率は、30〜70質量%、好ましくは45〜65質量%、特に好ましくは45〜50質量%である。このときの燃焼温度は、1300〜1500℃、好適には1400〜1500℃とされる。このダストすなわち改質剤は、例えばセメント製造プラント200側の粉砕機201、冷却器203、及び混合器204から排出され、分級器205A〜Cを介して微粉炭ボイラ102に供給される。
The mixing ratio of the modified ash containing calcium to the total mass of the mixture obtained by mixing the modified ash containing calcium with pulverized coal is 30 to 70% by mass, preferably 45 to 65% by mass, and particularly preferably 45 to 50%. % By mass. The combustion temperature at this time is 1300-1500 ° C, preferably 1400-1500 ° C. This dust, that is, the modifier, is discharged from, for example, the pulverizer 201, the cooler 203, and the
粉砕機201から排出されるダストとは、キルンダストをいい、より具体的にはロータリーキルン、プレヒータ、又は粉砕機の排風ラインに設けられた電気集塵機・バッグフィルター等のダスト分離機において回収されるダストという。カルシウム濃度(CaOとして)は60〜70質量%である。 The dust discharged from the pulverizer 201 refers to kiln dust. More specifically, dust collected in a dust separator such as a rotary kiln, a preheater, or an electrostatic precipitator / bag filter provided in an exhaust line of the pulverizer. That's it. The calcium concentration (as CaO) is 60 to 70% by mass.
また、冷却器203から排出されるダストとは、クリンカークーラーダストをいい、より具体的にはクリンカークーラーの排風ラインに設けられた電気集塵機・バッグフィルター等のダスト分離機において回収されるダストをいう。カルシウム濃度(CaOとして)は60〜70質量%である。 The dust discharged from the cooler 203 refers to clinker cooler dust, and more specifically, dust collected in a dust separator such as an electric dust collector / bag filter provided in the exhaust air line of the clinker cooler. Say. The calcium concentration (as CaO) is 60 to 70% by mass.
さらに、混合器204から排出されるダストとは、仕上げ工程ダストをいい、より具体的には仕上げ工程の粉砕機等の排風ラインに設けられた電気集塵機・バッグフィルター等のダスト分離機において回収されるダストをいう。カルシウム濃度(CaOとして)は60〜70質量%である。
Further, the dust discharged from the
なお、改質剤は、カルシウムを含むものであればよく、一例としては酸化カルシウム(CaO)、炭酸カルシウム(CaCO3)等である。石灰石を焼成して得られる生石灰及びその製造工程において発生する生石灰を含むダストも改質剤として使用することができる。 Incidentally, the modifier is not critical as long as it contains calcium, as an example calcium oxide (CaO), which is like calcium carbonate (CaCO 3). Quick lime obtained by baking limestone and dust containing quick lime generated in the production process can also be used as a modifier.
この実施の形態では、微粉炭の平均粒径を30〜45μm、及び改質剤の平均粒径を10μm以下、好ましくは1〜5μmとし、微粉炭ボイラ102における改質温度は、1000〜1500℃、好ましくは1200〜1300℃である。 In this embodiment, the average particle size of pulverized coal is 30 to 45 μm, the average particle size of the modifier is 10 μm or less, preferably 1 to 5 μm, and the reforming temperature in the pulverized coal boiler 102 is 1000 to 1500 ° C. , Preferably it is 1200-1300 degreeC.
改質灰は微粉炭ボイラ102において、2〜5秒の短い反応時間で生成させる。微粉炭ボイラ102内の酸素濃度は、一般的に3〜5容量%に保持される。これにより、セメントクリンカ鉱物であるエーライト(3CaO・SiO2)、及びビーライト(2CaO・SiO2)を含むセメントクリンカ相当の改質灰を得ることが出来る。これにより、セメント材料の代替品として利用可能である。セメント代替とすることにより、セメント1トン当たりの焼成量が減少し、セメントの生産性が向上すると共に、セメント製造プロセスへの負荷を低減させることができる。これにより、セメント製造設備200の石灰石焼成の負荷を低減させ、省エネルギー及びCO2等地球温暖化効果ガスの削減に貢献することができる。 The modified ash is generated in the pulverized coal boiler 102 with a short reaction time of 2 to 5 seconds. The oxygen concentration in the pulverized coal boiler 102 is generally maintained at 3 to 5% by volume. Thus, cement clinker minerals and is alite (3CaO · SiO 2), and belite (2CaO · SiO 2) can be obtained cement clinker considerable modification ash containing. Thereby, it can be used as a substitute for cement material. By replacing with cement, the amount of firing per ton of cement can be reduced, the productivity of cement can be improved, and the load on the cement manufacturing process can be reduced. Thus, it is possible to reduce the load of limestone calcination of the cement manufacturing facility 200, contributing to energy conservation and reduce CO 2 such greenhouse effect gas.
微粉炭と改質剤の混合物を微粉炭ボイラ102で燃焼させた結果として生じる改質灰は、分級器104により粒径が所定値となるように分級される。例えば、粒径20μm未満の小粒径の改質灰と粒径20μm以上の大粒径の改質灰とに分別される。分級機104としては、電気集塵機やサイクロンが挙げられる。分級機104を通過した排気ガスは、SOx除去装置106にて脱硫された後、煙突107から排出される。
The modified ash produced as a result of burning a mixture of pulverized coal and a modifier in the pulverized coal boiler 102 is classified by the classifier 104 so that the particle size becomes a predetermined value. For example, it is classified into a modified ash having a small particle diameter of less than 20 μm and a modified ash having a large particle diameter of 20 μm or more. Examples of the classifier 104 include an electric dust collector and a cyclone. The exhaust gas that has passed through the classifier 104 is desulfurized by the SOx removing device 106 and then discharged from the
尚、分級機104として電気集塵機を用いて排ガスと改質灰を分級する態様について、電気集塵機は、上流から下流に向かって区画されている。排気ガスの入口側である上流側には比較的粒度が大きい改質灰が、下流にいくに従い粒径が小さな改質灰が捕集される。 In addition, about the aspect which classifies exhaust gas and reforming ash using an electric dust collector as the classifier 104, the electric dust collector is divided toward the downstream from the upstream. The reformed ash having a relatively large particle size is collected on the upstream side, which is the inlet side of the exhaust gas, and the modified ash having a small particle size is collected as it goes downstream.
本発明者らは、分級した改質灰の物性を詳細に検討している中で、驚くべきことに、大きな粒径の改質灰においてはセメントクリンカ組成物の含有量が多く、逆に小さな粒径の改質灰には微粉炭ボイラに供給したカルシウム化合物を含む改質剤の未反応物であるフリーライム(f−CaO)が多く存在することを見出した。そこで、分級器104で分別された粒径20μm未満の小粒径の改質灰は、微粉炭ボイラ102の火炉に戻され、微粉炭と共に燃焼に供される。このような小粒径の改質灰を微粉炭ボイラ102に供給することにより、新たに供給される改質剤の供給量はその分減少させることができる。 The present inventors have examined the physical properties of the classified modified ash in detail, and surprisingly, in the modified ash having a large particle size, the content of the cement clinker composition is large, and conversely small. It has been found that the modified ash having a particle size contains a large amount of free lime (f-CaO) which is an unreacted product of the modifier containing the calcium compound supplied to the pulverized coal boiler. Therefore, the modified ash having a small particle size of less than 20 μm, which has been classified by the classifier 104, is returned to the furnace of the pulverized coal boiler 102 and is combusted together with the pulverized coal. By supplying the modified ash having such a small particle size to the pulverized coal boiler 102, the supply amount of the newly supplied modifier can be reduced accordingly.
石炭灰の改質率を維持しながらフリーライムの改質灰中の含有率を低減させるため、フリーライム含有量の大きい小粒径(粒径20μm未満)の改質灰は微粉炭ボイラ102で再び燃焼に供し、大粒径(粒径20μm以上)の改質灰のみをセメント材料に用いる。
これにより、分級器104で得られる粒径20μm以上の大粒径の改質灰は、そのCaO濃度を40〜70%、より好ましくは45〜55%の範囲とすることができる。この範囲では、改質灰の組成が、セメントクリンカ鉱物であるエーライト(3CaO・SiO2)、及びビーライト(2CaO・SiO2)が生成可能な組成となる。セメントの材料として好適であるので、セメント製造設備200においてセメント材料と混合され、セメントの材料とされる。
In order to reduce the content of free lime in the modified ash while maintaining the reforming rate of coal ash, the modified ash having a large free lime content and a small particle size (particle size less than 20 μm) is used in It is again subjected to combustion, and only modified ash having a large particle size (particle size of 20 μm or more) is used as the cement material.
Thereby, the modified ash having a particle size of 20 μm or more obtained by the classifier 104 can have a CaO concentration of 40 to 70%, more preferably 45 to 55%. In this range, the composition of the modified ash, cement clinker minerals and is alite (3CaO · SiO 2), and belite (2CaO · SiO 2) is capable of generating compositions. Since it is suitable as a cement material, it is mixed with the cement material in the cement manufacturing facility 200 to obtain a cement material.
次に、実施例を示すことにより、本発明に係る石炭灰の処理方法を更に詳細に説明する。ただし、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。尚、以下で示す「%」は特に記載がない限り、質量%を示す。 Next, the processing method of the coal ash which concerns on this invention is demonstrated in detail by showing an Example. However, the scope of the present invention is not limited to these. “%” Shown below indicates mass% unless otherwise specified.
図2に示す装置を使用して改質灰を製造した。この装置は、カルシウムを含む改質剤の微粒子を供給するCa微粒子供給装置301、微粉炭を供給する微粉炭供給装置302、微粉炭を運搬するための気流を発生するブロワ303、微粉炭と改質剤を混合する混合器304(微粉炭供給装置302の微粉炭供給配管に、改質剤の供給配管を傾斜させた形で接続したもの(ラインミキシング))、微粉炭ボイラ305、微粉炭ボイラ305からの排気ガスを冷却する冷却装置307、ガス分析計308、冷却装置307で冷却された排気ガスを再度加熱するガスエアヒータ309、ガスエアヒータ309からの排気ガスを再度冷却する冷却装置311、バグフィルタ312、及びガスエアヒータ309およびブロワ303に熱気流を供給する熱源313を備えている。
Modified ash was produced using the apparatus shown in FIG. This device includes a Ca fine particle supply device 301 that supplies fine particles of a modifier containing calcium, a pulverized coal supply device 302 that supplies pulverized coal, a
微粉炭としては、水分3.7%、灰分10.8%、揮発分32.6%、固定炭素52.9%、発熱量29,380KJ/kgの石炭を使用した。また、改質剤は、セメント原料粉砕機ダスト(平均粒径2μm、水分0.4%、灰分62.9%、灰分中のCaO濃度57%)のものを使用した。
As the pulverized coal, coal having a water content of 3.7%, an ash content of 10.8%, a volatile content of 32.6%, fixed carbon of 52.9% and a calorific value of 29,380 KJ / kg was used. As the modifier, a cement raw material grinder dust (
微粉炭と改質剤を微粉炭ボイラ305に供給した。単位時間当たりの供給量は微粉炭が100kg/hで且つ改質剤が53kg/hのケース、微粉炭120kg/hで且つ改質剤が64kg/hのケースの2つのケースで行なった。さらに、それぞれのケースについて、図2に示すように微粉炭と改質剤を混合器304で混合する方法と、微粉炭と改質剤を予め図示しない竪型ローラミルに供給して混合粉砕したものを微粉炭供給装置302を経由して微粉炭ボイラ305に供給する方法とを実行し、合わせて4つのケースで検証を行った。後者の竪型ローラミルに供給して混合粉砕する方法においては、Ca微粒子供給装置301と混合器304は使用されなかった。 The pulverized coal and the modifier were supplied to the pulverized coal boiler 305. The supply amount per unit time was performed in two cases: a case where pulverized coal was 100 kg / h and a modifier was 53 kg / h, and a case where pulverized coal was 120 kg / h and a modifier was 64 kg / h. Further, for each case, as shown in FIG. 2, a method in which pulverized coal and a modifier are mixed in a mixer 304, and pulverized coal and a modifier are supplied to a vertical roller mill (not shown) and mixed and pulverized. Was supplied to the pulverized coal boiler 305 via the pulverized coal supply device 302, and verification was performed in four cases. In the latter method of feeding to the vertical roller mill and mixing and grinding, the Ca fine particle supply device 301 and the mixer 304 were not used.
微粉炭ボイラ305の温度は1200℃、微粉炭ボイラ305の炉内の酸素濃度は3容量%であった。図2の設備における(A)〜(E)の位置におけるダスト(改質灰)を収集し、分析を行った。(A)は、微粉炭ボイラ305内部において収集されたダストであり、(B)は、微粉炭ボイラ305から排出された排気ガスの排気通路で収集されたダストである。また、(C)は冷却装置307で収集されたダストである。(D)は、ガスエアヒータ309の内部から収集されたダストであり、(E)はバグフィルタ312で収集されたダストである。これらのダストの分析結果(平均粒径、全生成灰に対する質量比率、フリーライム(f−CaO)含有率(α)、炭素含有率(β)、不溶残分含有率(γ)、水硬性分(100−α−β−γ)、ビーライト含有率)を表1に示す。表1に示すデータは、上記で説明した4つのケースについて取得したデータの平均値を示す。また、ここで用いられる平均粒径とは、質量基準径を指す。
The temperature of the pulverized coal boiler 305 was 1200 ° C., and the oxygen concentration in the furnace of the pulverized coal boiler 305 was 3% by volume. The dust (modified ash) at the positions (A) to (E) in the facility of FIG. 2 was collected and analyzed. (A) is the dust collected in the pulverized coal boiler 305, and (B) is the dust collected in the exhaust passage of the exhaust gas discharged from the pulverized coal boiler 305. Further, (C) is dust collected by the cooling device 307. (D) is dust collected from the inside of the
なお、フリーライム含有率は、JCASのI−01−1997bに示される手法により計測した。また、炭素含有率は、Leco社の炭素計CS−400を用いて計測した。また、不溶残分含有率は、JIS R5202に示される手法により計測した。さらに、水硬性分含有率は、XRD/Rietveld法により計測した。また、粒度の測定は、レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所株式会社製)によって行なった。 The free lime content was measured by the method described in JCAS I-01-1997b. The carbon content was measured using a Leco carbon meter CS-400. The insoluble residue content was measured by the method shown in JIS R5202. Furthermore, the hydraulic content was measured by the XRD / Rietveld method. The particle size was measured with a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device (manufactured by Horiba, Ltd.).
上記A〜Eの位置にて収集されたダストについて、(A)と(B)の位置にて収集されたダストを混合したもの(大粒径灰)と、(C)、(D)及び(E)の位置にて収集されダストを混合したもの(小粒径灰)を作製した(分離回収方式)。(A)〜(E)をすべて混合したもの(一括回収方式)のデータとともに表2に示す。表2に示すデータは、上記で説明した4つのケースについて取得したデータの平均値を示す。 For the dust collected at the positions A to E above, a mixture of the dust collected at the positions (A) and (B) (large particle ash), (C), (D) and ( A dust (small particle size ash) collected at the position E) was mixed (separation recovery method). It shows in Table 2 with the data of what mixed (A)-(E) all (collective collection system). The data shown in Table 2 shows the average value of the data acquired for the four cases described above.
例えば、20μmより大きいダスト((A)、(B))と、20μmより小さいダスト((C)、(D)、(E))とをそれぞれ別途分離して回収することにより、水硬性成分の比率が高くf−CaOが低いダスト((A)、(B))と、水硬性成分の比率が低くf−CaOが高いダスト((C)、(D)、(E))に分離することができることが明かとなった。前者はセメントに混合し、後者は微粉炭燃焼炉に改質剤として再供給することができる。 For example, by separately separating and recovering dust ((A), (B)) larger than 20 μm and dust ((C), (D), (E)) smaller than 20 μm, Separation into dust ((A), (B)) with high ratio and low f-CaO and dust ((C), (D), (E)) with low ratio of hydraulic component and high f-CaO It became clear that it was possible. The former can be mixed with cement and the latter can be re-supplied as a modifier to the pulverized coal combustion furnace.
以上、発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、追加等が可能である。例えば、火力発電プラント、セメント製造プラントの構成は、図1に示されたものに限らず、様々なものが使用し得る。 Although the embodiments of the invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and additions can be made without departing from the spirit of the invention. For example, the configurations of the thermal power plant and the cement manufacturing plant are not limited to those shown in FIG. 1, and various configurations can be used.
100・・・火力発電プラント、 101・・・粉砕機、 102・・・微粉炭ボイラ、 103・・・NOx分解装置、 104・・・分級機、 106・・・SOx除去装置、 107・・・煙突、 200・・・セメント製造プラント、 201・・・粉砕機、 202・・・予熱・焼成器、 203・・・冷却器、 204・・・混合器、 205A〜C・・・分級器。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記微粉炭ボイラから排出された排気ガス中の改質灰を分級する工程と、
前記改質灰を分級する工程において分級された前記改質灰のうち、粒径が所定値未満の前記改質灰を前記微粉炭ボイラに供給する工程と
を備えたことを特徴とする石炭灰の処理方法。 Supplying a pulverized coal and a calcium compound containing a modifier to a pulverized coal boiler and burning them;
Classifying the modified ash in the exhaust gas discharged from the pulverized coal boiler;
A step of supplying the modified ash having a particle size of less than a predetermined value to the pulverized coal boiler among the modified ash classified in the step of classifying the modified ash. Processing method.
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