JP5941183B1 - 混焼用燃焼助剤の製造方法及びこの燃焼助剤を用いた燃焼用石炭の燃焼方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明のペーパースラッジは、製紙工程から排出される濃度4〜8%のスラリーを2.5〜4.0MPaの圧力で圧搾して脱水処理した含水率45〜60%の圧搾成形物である。また、原料ペーパースラッジは、製紙工程で使用される原料パルプ毎に異なるが、スラッジ全体を100質量%とするときに、セルロース・リグニン質繊維25〜50質量%、合成炭酸カルシウム25〜35質量%、カオリン鉱物等15〜25質量%を含有する。即ち、本発明のペーパースラッジは、木質繊維を多く含むとともに、それと電気的に結合した炭酸カルシウムやカオリン鉱物(カオリナイト粘土鉱物)等の微粒子の集合体である。乾燥前のペーパースラッジは含水率の高い有機スラッジであるけれども、一般の有機汚泥に比して低温領域(例えば25〜50℃)での乾燥特性、即ち風乾特性に優れるとともに、後述する本発明の混焼用燃焼助剤の原料としての特性を有する。
本発明の混焼用燃焼助剤に含まれる石炭粉末に用いられる炭種としては、国内外炭の燃料比(工業分析:固定炭素/揮発分)が1.0前後である亜瀝青や瀝青炭であることが好ましく、炭質的には、ガス化反応性と深く係る燃焼性に優れ、低灰分、低硫黄分の比較的良質な非粘結性の石炭であることが望ましい。この炭質に該当する石炭としては、国内唯一の坑内生産の釧路コールマイン炭(以下、KCM炭という)があり、海外炭では、このような炭種は価格的及び量的に確保が難しくなる状況にある。その中で、上記の炭種に代わって調達の容易な石炭として、燃料比が1.5〜2.0程度の海外一般炭について、難燃性の燃焼用石炭の燃焼を支援するための混焼用燃焼助剤の原料として使用可能である。特に、上記KCM炭は、燃焼性の硫黄分が極めて少ない上に、循環流動層石炭燃焼炉等における高いボイラー効率化を図ることができるとともに、優れたガス化特性を有する石炭である。また、石炭粉末は、上記石炭をハンマーミル等の微粉炭機で平均粒径が2.0mm以下になるように粉砕し、また風乾又は加熱乾燥して含水率を5〜10%に調整することにより得られる。石炭粉末の平均粒径が2.0mmを超えると、ペーパースラッジと石炭粉末とを混合し高圧成形した成形物の圧壊強度が所望の値より低くなり、貯蔵、ハンドリング、輸送等に耐えられない。また含水率が5%未満であるか或いは10%を超えると、成形物の圧壊強度が所望の値より低くなり、貯蔵、ハンドリング、輸送等に耐えられない。
上記ペーパースラッジと上記石炭粉末を、ペーパースラッジ:石炭粉末を質量比で(4:6)〜(6:4)の範囲内で混合して混合物を調製し、この混合物を直径5〜30mmの棒状に押出し成形した後に、長さ10〜30mmに切断し乾燥してスティック状の乾燥成形物を作製する。これにより混焼用燃焼助剤1が得られる。上記乾燥したスティック状の乾燥成形物の含水率は、7〜10%の範囲内であることが好ましい。また、上記乾燥したスティック状の乾燥成形物を、バインダレスでダイスにより低圧成形することにより、直径5〜10mmのペレット状に形成してもよい。ここで、ペーパースラッジ:石炭粉末を質量比で(4:6)〜(6:4)の範囲内に限定したのは、混焼用燃焼助剤中の原料の種類や、混焼用燃焼助剤の使用目的等によって適宜配合比が設定される。また、スティック状の乾燥成形物の含水率を7〜10%の範囲内に限定したのは、7%未満では混焼用燃焼助剤1の圧壊強度が所望の値より低くなり、貯蔵、ハンドリング、輸送等に耐えられず、10%を超えると混焼用燃焼助剤としての効果、即ち燃焼用石炭の燃焼性を向上させる効果が低下するからである。
上記混焼用燃焼助剤1は含水率が低くなり、この混焼用燃焼助剤1を混合した燃焼用石炭の着火性及び燃焼性を的確に向上させることができる。この結果、燃焼灰(フライアッシュ)中に含まれる未燃分を低減して、混焼用燃焼助剤及び燃焼用石炭の燃焼の効率化を図ることができる。また、混焼用燃焼助剤1中のペーパースラッジに含まれる繊維質バイオマスは、含水率が低くかつ揮発分が多いので、この繊維質バイオマスの長炎燃焼(蒸発燃焼)により、揮発分の少ない燃焼用石炭を効率良く混焼できる。この結果、循環流動層石炭燃焼炉等のボイラーの効率化を図ることができるとともに、省エネルギー効果を奏することができる。また、繊維質バイオマスのより完全な熱利用が可能となる、即ち繊維質バイオマスの使用量に見合った熱回収(サーマルリサイクル)が可能となるので、燃焼用石炭の使用量を削減できる。更に、ペーパースラッジに含まれる極微粒な合成炭酸カルシウムに由来する酸化カルシウムが燃焼用石炭中の硫黄分等の有害成分と反応しこの有害成分を固定化して、燃焼用石炭中の有害成分の大気中への放出を抑制できるとともに、上記合成炭酸カルシウムに由来する酸化カルシウムの触媒的作用により、燃焼用石炭の燃焼特性又はガス化特性を向上でき、これにより燃焼灰(フライアッシュ)中に含まれる未燃成分を低減できる。
上記乾燥したスティック状の乾燥成形物を、バインダレスでダブルロール成形機を用いて3〜5トン/cmの圧力(線圧)で板状又はブリケット状に連続的に高圧成形する。これにより乾燥成形物が高圧複合造粒されて混焼用燃焼助剤2が得られる。この高圧成形特性の一つは、高い生産性で製造し得る点にある。また、押出し成形により既に圧密化された乾燥成形物は、高圧造粒過程での高圧下において良好な脱気状態を維持しながら、更なる圧密化が進み、その中に含有する木質繊維が成形物の強化材として大きく作用して、その圧壊強度が向上するとともに、耐水性も向上する。ここで、高圧成形の圧力が3トン/cm未満では成形物に所望の強度が得られず、輸送時やハンドリング時に成形物が崩れやすくなる。また高圧成形の圧力が5トン/cmを超えても成形物の強度はそれ程増大しない。
上記混焼用燃焼助剤2は、一定の品質、形状及び寸法に形成でき、輸送やハンドリング等に耐え得る強度とその微粉砕性から、微粉炭火力発電所の既設粉砕設備で燃焼用石炭との混合微粉砕を経て直接的にバーナー燃焼炉への供給が可能となる。また、混焼用燃焼助剤2は、全国広く数多くの製紙工場から大量に排出される産業廃棄物のペーパースラッジの高次リサイクルを可能にする。
平均粒径が50mm以下の燃焼用石炭と、スティック状又はペレット状の混焼用燃焼助剤1とを、燃焼用石炭100質量%に対して混焼用燃焼助剤1が3〜25質量%の割合となるように混合することにより混合物を調製する。そして、この混合物を流動床炉、循環流動層石炭燃焼炉、移床式石炭燃焼炉、焼却炉又はガス化燃焼炉に供給して燃焼させる。これにより排ガス中のNOxを低減した状態で燃焼用石炭を燃焼することができ、燃焼用石炭から硫黄分をペーパースラッジ中の炭酸カルシウムが吸収・反応して効率良く除去でき、これまでの後流処理によるNOx及びSOxの低減法とは違った、効率的な燃焼炉内処理が可能である。また、この燃焼方法では、混焼用燃焼助剤を燃焼用石炭に混合して燃焼したときに、ペーパースラッジ中の炭酸カルシウム由来の酸化カルシウムが燃焼用石炭中の微量の有害金属成分と反応してこの成分を固定化し、かつその燃焼性の改善によって燃焼灰(フライアッシュ)中の未燃分を低減でき、燃焼灰(フライアッシュ)を有効に利用し、その性状及び粒度構成等を改善できる。更に、循環流動層石炭燃焼炉での混焼(燃焼温度850℃程度)時に、燃焼灰(フライアッシュ)の低温焼結及び粗粒化で高温サイクロンによる粗いサイクロン灰を効率良く捕集でき、低温燃焼の燃焼灰(フライアッシュ)へのポゾラン反応性を促進できる。ここで、混焼用燃焼助剤1が3質量%未満であると、混合混焼用燃焼助剤によるガス化性能改効果がこの燃焼助剤中のバイオマスや炭酸カルシウム等の多少によって左右され、複合ガス化場での相互作用によるガス化反応性が低下するとともに、燃焼灰の溶融点が上昇してしまい、ガス化性能が低下してしまう。また、混焼用燃焼助剤1を難燃性の燃焼用石炭100質量%に対して10質量%であるとき所期の着火性や燃焼性を改善できるけれども、混焼用燃焼助剤1が25質量%を超えると、経済性に見合うだけのガス化性能の改善効果を期待できない。
平均粒径が50mm以下の燃焼用石炭と混焼用燃焼助剤2とを、燃焼用石炭100質量%に対して混焼用燃焼助剤2が3〜25質量%の割合となるように混合することにより混合物を調製する。そして、この混合物を流動床炉、循環流動層石炭燃焼炉、移床式石炭燃焼炉、焼却炉又はガス化燃焼炉に供給して燃焼させる。これにより上記[1]の混焼用燃焼助剤1と燃焼用石炭との混合物の燃焼方法による効果がえられる。また、混焼用燃焼助剤2は、一定の品質、形状及び寸法に成形でき、輸送やハンドリング等に耐え得る強度とその微粉砕性から、微粉炭火力発電所の既設粉砕設備で燃焼用石炭との混合微粉砕を経て直接的にバーナー燃焼炉への供給が可能となる。ここで、燃焼用石炭100質量%に対して混焼用燃焼助剤2を3〜25質量%の範囲内に限定したのは、燃焼用石炭100質量%に対して混焼用燃焼助剤1を3〜25質量%の範囲内に限定した理由と同一である。
平均粒径が50mm以下の燃焼用石炭と混焼用燃焼助剤1とを、燃焼用石炭100質量%に対して混焼用燃焼助剤が3〜25質量%の割合となるように混合することにより混合物を調製し、この混合物を微粉砕することにより混合・微粉砕物を調製する。そして、この混合・微粉砕物を微粉炭燃焼炉に供給して燃焼させる。これにより、混焼用燃焼助剤1を難燃性の燃焼用石炭と混合し微粉砕するときに、微粉炭中に均一に分散した状態で燃焼炉に供給される。この結果、微粉炭燃焼炉内での混合・微粉砕物による複合燃焼場が形成され、この燃焼場での燃焼用石炭の微粒子(微粉炭)と混焼用燃焼助剤1の組成物由来の微粒子との間の相互作用によって、燃焼用石炭の微粒子(微粉炭)のみの燃焼では期待できない、微粉炭燃焼炉内での燃焼性を改善できるとともに、排ガス中のNOx及びSOxを低減できる。また、微粉炭燃焼炉における混焼(燃焼温度1450℃)時に、炭酸カルシウムとともに加わる新たな鉱物学的組成により、燃焼灰(フライアッシュ)の性状及び粒度構成を改善できるとともに、上記鉱物学的組成による高温の燃焼灰(フライアッシュ)へのポゾラン反応性を促進できる。なお、図3に示すように、微粉炭燃焼炉40とは、微粉炭燃料(混合・微粉砕物)41を空気とともに燃焼筒42内に供給してバーナー43により燃焼させる炉である。予熱器(図示せず)により加熱された1次空気は燃焼筒42の上端から微粉炭燃料(混合・微粉砕物)41とともに供給され、予熱器44により加熱された2次空気は燃焼筒42の上部に供給され、更に予熱器46により加熱された2段燃焼空気は燃焼筒42の上部及び中央部に供給される。これにより比較的高い温度で微粉炭燃料(混合・微粉砕物)41が燃焼するように構成される。図3中の符号47は微粉炭燃料(混合・微粉砕物)41を貯留するホッパーであり、符号48はサイクロンである。また、図3中の符号49はバグフィルターであり、符号51は複数の搬送空気導入口である。
平均粒径が50mm以下の燃焼用石炭と混焼用燃焼助剤2とを、燃焼用石炭100質量%に対して混焼用燃焼助剤が3〜25質量%の割合となるように混合することにより混合物を調製し、この混合物を微粉砕することにより混合・微粉砕物を調製する。そして、この混合・微粉砕物を微粉炭燃焼炉に供給して燃焼させる。これにより、上記[3]の燃焼方法による効果に加えて、上記[2]の燃焼方法による効果が得られる。
先ず、表1に示す2種類のペーパースラッジ(平均粒径:10mm以下)と、表2に示す3種類の石炭粉末(平均粒径2mm以下)とを用意した。次いで、上記ペーパースラッジと石炭粉末とを、質量比(乾燥ベース)が1:1となるように配合した。次に、上記ペーパースラッジを解しながら混合して混合物を調製した。更に、直径5mmのペレット状のダイスを複数個有する押し出し成形機を用いて、上記混合物をペレット状に成形し、ペレット状の混合成形物を得た。このペレット状の混合成形物を実施例1とした。
上記B製紙工場から排出されたペーパースラッジ(平均粒径:10mm以下)を比較例1とし、上記石炭粉末のうちKCM炭(平均粒径2mm以下)を比較例2とした。
実施例1のペレット状の混合成形物と、比較例1のペーパースラッジと、比較例2の石炭粉末について、乾燥特性を測定した。具体的には、先ず、実施例1のペレット状の混合成形物を1個(5g)と、比較例1のペーパースラッジ及び比較例2の石炭粉末を5gずつ用意した。次に、これらを乾燥測定器で室温から105℃に到達するまで加熱したときの含水率(%)と乾燥時間の関係から、実施例1の混合成形物、比較例1のペーパースラッジ及び比較例2の石炭粉末の含水率についてそれぞれ測定した。その結果を図4に示す。なお、図4には、3回ずつ上記試験を行い、得られた3回のデータの平均値を示している。
直径5mmのダイスを複数個有する押し出し成形機を用いて、実施例1の混合物をスティック状に成形することにより、ペレット状の混合成形物を作製した後に、この混合成形物を振動コンベア上に載せて所定距離(2.0m)だけ振動コンベア上を通過させ、更にペレット状の混合成形物とこの混合成形物の一部が砕けた破片をそのままオーブンで乾燥して、混焼用燃焼助剤を得た。この混焼用燃焼助剤を実施例2とした。
実施例2のスティック状の乾燥成形物からなる混焼用燃焼助剤と、上記振動コンベア上で混合成形物の一部が砕けた破片の乾燥物(粉化物)を、目開きが2.0mm、1.0mm、0.5mm及び0.25mmである篩で、振動機により5分間篩った後に粒径を計測した。その結果を表3に示す。
実施例2のスティック状の乾燥成形物をバインダレスでそのまま、ダブルロール式成形機により連続的に圧縮成形(線圧:3〜4トン/cm)して、板状の混焼用燃焼助剤を得た。この板状の混焼用燃焼助剤を実施例3とした。なお、上記ダブルロール式成形機の板状のキャビティの内容積は約1.0ccであった。
実施例2のスティック状の乾燥成形物をバインダレスでそのまま、ダブルロール式成形機により連続的に圧縮成形(線圧:3〜4トン/cm)して、アーモンド状の混焼用燃焼助剤を得た。このアーモンド状の混焼用燃焼助剤を実施例3とした。なお、上記ダブルロール式成形機のアーモンド状のキャビティの内容積は約6.0ccであった。
実施例3及び4の混焼用燃焼助剤の圧壊強度をそれぞれ測定した。具体的には、実施例3及び4の混焼用燃焼助剤をそれぞれ10個ずつ用意し、これらの各表面中心に鋼鉄製の球状圧子を押し込み、タブレットが破壊したときの荷重を圧壊強度とした。
先ず、表1のA製紙工場から排出されたペーパースラッジ(平均粒径:10mm以下)と、表2のKCM炭(平均粒径2mm以下)とを、質量比(乾燥ベース)が1:1となるように配合し、上記ペーパースラッジを解しながら混合して混合物を調製した。次いで、直径5mmのペレット状のダイスを複数個有する押し出し成形機を用いて、上記混合物をペレット状に成形し、ペレット状の混合成形物を作製した。次に、この混合成形物をオーブンで含水率が7〜8%になるように乾燥して乾燥成形物を作製した後に、ダブルロール式高圧成形機により圧縮成形(線圧:3〜4トン/cm)して板状の圧縮成形物からなる混焼用燃焼助剤を得た。この混焼用燃焼助剤を表2の豪州炭A(平均粒径5mm以下)に質量比で1:9となるように混合した。この混合燃料を実施例4とした。
先ず、表1のA製紙工場から排出されたペーパースラッジ(平均粒径:10mm以下)と、表2の豪州炭B(平均粒径2mm以下)とを、質量比(乾燥ベース)が1:1となるように配合したこと以外は、実施例4と同様にして板状の圧縮成形物からなる混焼用燃焼助剤を得た。この混焼用燃焼助剤を表2の豪州炭A(平均粒径5mm以下)%に質量比で1:9となるように混合した。この混合燃料を実施例5とした。
先ず、表1のA製紙工場から排出されたペーパースラッジ(平均粒径:10mm以下)と、表2の豪州炭A(平均粒径2mm以下)とを、質量比(乾燥ベース)が1:1となるように配合したこと以外は、実施例4と同様にして板状の圧縮成形物からなる混焼用燃焼助剤を得た。この混焼用燃焼助剤を表2の豪州炭A(平均粒径5mm以下)%に質量比で1:9となるように混合した。この混合燃料を実施例6とした。
混焼用燃焼助剤を混合せずに、表2の豪州炭A粉末(平均粒径5mm以下)のみを用いて燃料とした。この単一燃料を比較例3とした。
実施例4〜6の混合燃料と比較例3の単一燃料について燃焼試験を行った。この燃焼試験では、図2に示す循環流動層石炭燃焼炉10において、定点温度を850〜860℃の範囲に維持し、排ガス中の酸素濃度を3〜4%の範囲に維持した条件下で供給した燃料16を流動子(微粒アルミナ)17とともに、燃焼炉本体13、1次サイクロン11及びループシール14を通して循環させ、安定した燃焼が維持できる状態で、1時間当たりの給炭量を測定した。その結果を表4に示す。なお、排ガス中の酸素濃度は、2次サイクロン12から排出された排ガスが流入するガスクーラ18と、このガスクーラ18を通過した排ガスが流入するバグフィルター19との間の排気管から抽出して酸素濃度分析器により分析した。また、表4中のPSはペーパースラッジである。
上記試験4と同様に、実施例4〜6の混合燃料と比較例3の単一燃料について燃焼試験を行った。この燃焼試験では、図2に示す循環流動層石炭燃焼炉10において、定点温度を850〜860℃の範囲に維持し、排ガス中の酸素濃度を3〜4%の範囲に維持した条件下で供給した燃料16を流動子(微粒アルミナ)17とともに、燃焼炉本体13、1次サイクロン11及びループシール14を通して循環させ、循環流動層石炭燃焼炉10の循環燃焼系外に排出される排ガス中のSOx濃度及びNOx濃度を測定した。具体的には、1次サイクロン11から排出されて、2次サイクロン12、ガスクーラ18及びバグフィルター19を通過した排ガス中のSOx濃度及びNOx濃度を測定した。それらの結果を図5及び図6に示す。なお、排ガス中の酸素濃度は、2次サイクロン12から排出された排ガスが流入するガスクーラ18と、このガスクーラ18を通過した排ガスが流入するバグフィルター19との間の排気管から抽出して分析した。また、表4中のPSはペーパースラッジである。
上記試験4と同様に、実施例4〜6の混合燃料と比較例3の単一燃料について燃焼試験を行った。この燃焼試験では、図2に示す循環流動層石炭燃焼炉10において、定点温度を850〜860℃の範囲に維持し、排ガス中の酸素濃度を3〜4%の範囲に維持した条件下で供給した燃料16を流動子(微粒アルミナ)17とともに、燃焼炉本体13、1次サイクロン11及びループする14を通して循環させ、循環流動層石炭燃焼炉10の循環燃焼系外に排出されたサイクロン灰及びバグ灰を2次サイクロン12及びバグフィルター19によってそれぞれ回収し、サイクロン灰及びバグ灰の回収量を測定してそれらの回収割合を算出した。その結果を表5に示す。なお、排ガス中の酸素濃度は、2次サイクロン12から排出された排ガスが流入するガスクーラ18と、このガスクーラ18を通過した排ガスが流入するバグフィルター19との間の排気管から抽出して分析した。また、バグ灰は燃焼灰からの2次サイクロンによる、粒径10〜20μmをカットポイントとして分級された微粒子体である。更に、表4中のPSはペーパースラッジである。
試験6にて回収された実施例4及び6の混合燃料の燃焼によるバグ灰と比較例3の単一燃料の燃焼によるバグ灰の粒径分布をそれぞれ測定した。その結果を図7(a)及び図8(a)に示す。また、循環流動層石炭燃焼炉におけるバグ灰の粒子密度(g/cm3)を測定した。その結果を表6に示す。
試験6にて回収された実施例4及び6の混合燃料の燃焼によるサイクロン灰と比較例3の単一燃料の燃焼によるサイクロン灰の粒径分布をそれぞれ測定した。その結果を図7(b)及び図8(b)に示す。また、試験6にて回収された実施例4〜6のサイクロン灰と比較例3のサイクロン灰の粒子径、形状及び粒子の集合状況等を顕微鏡で観察した。その結果を図9に示す。
試験6にて回収された、実施例4〜6の混合燃料の燃焼によるサイクロン灰及びバグ灰と、比較例3の単一燃料の燃焼によるサイクロン灰及びバグ灰とに、水及びセメントをそれぞれ貧配合して硬化体を調製し、この硬化体の圧壊強度をそれぞれ測定した。ここで、サイクロン灰については、上記硬化体の試験サンプルは、質量比で燃焼灰100%に、水30%を配合し、更にセメントの配合割合を0%、5%及び10%と変更して配合した後に混合して、押出し成形(低圧成形)することにより、直径、厚さ及び質量がそれぞれ25mm、約2mm及び3gである硬化体を作製した。また、バグ灰については、上記硬化体の試験サンプルは、質量比で燃焼灰100%に、水30%とセメント5%とを配合した後に混合して、押出し成形(低圧成形)することにより、直径、厚さ及び質量がそれぞれ25mm、約2mm及び3gである硬化体を作製した。そして、圧壊強度の測定は、硬化体を1週間静置した後に、鋼球状圧子の押込み法により行った。具体的には、硬化体上面に直径10mmの鋼球状圧子を押付けて、次第にその荷重を増加させていき、硬化体が破壊したときの荷重を圧壊強度とした。その結果を図10に示す。なお、上記圧壊強度は、燃焼灰(サイクロン灰及びバグ灰)毎やセメントの配合割合毎に5回ずつ行い、それらの平均値を算出した。一方、上記サイクロン灰及びバグ灰中のSiO2、Al2O3及びCaOの含有割合をそれぞれ分析した。その結果を表7に示す。なお、表7中のPSはペーパースラッジである。
試験6にて回収された実施例4及び6の混合燃料の燃焼によるサイクロン灰及びバグ灰と比較例3の単一燃料の燃焼によるサイクロン灰及びバグ灰における、溶出性微量金属成分を分析した。その結果を表8に示す。ここで、上記溶出性微量金属成分は、石炭燃焼灰の処理・利用にあたって、一般的に検討される溶出試験の5元素(ヒ素(As)、セレン(Se)、六価クロム(Cr6+)、ホウ素(B)及びフッ素(F))である。これらの元素は、燃焼過程での揮発し易さから、グループ1(非揮発性元素)のCr6+と、グループ2(揮発―凝縮性元素)のAs、B及びSeと、グループ3(揮発―非凝縮性)のFとに分類される。なお、表8中のPSはペーパースラッジである。
先ず、表1のB製紙工場から排出されたペーパースラッジ(平均粒径:10mm以下)と、表2のKCM炭(平均粒径2mm以下)とを、質量比(乾燥ベース)が1:1となるように配合し、上記ペーパースラッジを解しながら混合して混合物を調製した。次いで、直径5mmのダイスを複数個有する押し出し成形機を用いて、上記混合物をペレット状に成形し、ペレット状の混合成形物を作製した。次に、この混合成形物をオーブンで含水率が7〜8%になるように乾燥して乾燥成形物を作製した後に、ダブルロール式高圧成形機により圧縮成形(線圧:3〜4トン/cm)して板状の圧縮成形物を作製した。そして、この板状の圧縮成形物を粉砕して、粒径5mm以下の混焼用燃焼助剤を得た。更に、この混焼用燃焼助剤を、5mm以下の粒径に調整した豪州炭Aと質量比で1:10の割合で混合した後に、この混合物において、粒径75μmの粉末が80%通過し、トップサイズが150μmとなり、平均粒径(Dp50)が約40μmとなるように微粉砕混合燃料を調整した。この微粉砕混合燃料を実施例7とした。
先ず、表1のB製紙工場から排出されたペーパースラッジ(平均粒径:10mm以下)と、表2の豪州炭B(平均粒径2mm以下)とを、質量比(乾燥ベース)が1:1となるように配合したこと以外は、実施例7と同様にして圧縮成形物からなる混焼用燃焼助剤を得た。この混焼用燃焼助剤を、5mm以下の粒径に調整した豪州炭Aと質量比で1:10の割合で混合した後に、この混合物において、粒径75μmの粉末が80%通過し、トップサイズが150μmとなり、平均粒径(Dp50)が約40μmとなるように微粉砕混合燃料を調整した。この微粉砕混合燃料を実施例8とした。
混焼用燃焼助剤を混合せずに、5mm以下の粒径に調整した豪州炭Aにおいて、粒径75μmの粉末が80%通過し、トップサイズが150μmとなり、平均粒径(Dp50)が約40μmとなるように微粉砕単一燃料を調整した。この微粉砕単一燃料を比較例4とした。
実施例7及び8の微粉砕混合燃料と、比較例4の微粉砕単一燃料を、図3に示す小型微粉炭燃焼炉40に供給した。具体的には、上記燃料41を、火炉投入熱量を一定に保った条件下で(バーナー近傍温度:1400℃)、バーナー43に旋回を与えながら供給し、どの運転条件下においても、排ガス中の酸素濃度を4.2%に維持した状態で燃焼試験を行った。そして、上記燃料41の燃焼中の給炭速度を算出し、燃焼後の灰中の未燃分の測定し、この未燃分から燃焼効率を算出した。その結果を表9に示す。なお、灰中の未燃分は、微粉炭燃焼条件、1次及び2次空気をそれぞれ79.3%とし、二段燃焼空気を20.7%としたときの測定値である。また、二段燃焼させたときのNOx発生量(ppm)と未燃炭素率(%)の関係を図11に示す。
実施例7及び8の微粉砕混合燃料と、比較例4の微粉砕単一燃料を、図3に示す小型微粉炭燃焼炉40に供給して、各燃料41の微粉炭燃焼試験(一段燃焼条件)を行い、得られた排ガス中のSO2濃度を測定し、この排ガス中のSO2濃度と理論SO2濃度とから求められるSO2転換率を算出した。その結果を表10に示す。
試験11にて回収された実施例7の微粉砕混合燃料の燃焼による燃焼灰と比較例4の微粉砕単一燃料の燃焼による燃焼灰の粒径分布をそれぞれ測定した。その結果を図12に示す。
試験11にて回収された実施例7及び8の微粉砕混合燃料の燃焼による燃焼灰と比較例4の微粉砕単一燃料の燃焼による燃焼灰に、水及びセメントをそれぞれ貧配合して硬化体を調製し、この硬化体の圧壊強度をそれぞれ測定した。ここで、上記硬化体の試験サンプルは、質量比で燃焼灰100%に、水30%及びセメント5%を配合した後に混合して、押出し成形(低圧成形)することにより、直径、厚さ及び質量がそれぞれ25mm、約2mm及び3gである硬化体を作製した。そして、圧壊強度の測定は、硬化体を1週間静置した後に、鋼球状圧子の押込み法により行った。具体的には、硬化体上面に直径10mmの鋼球状圧子を押付けて、次第にその荷重を増加させていき、硬化体が破壊したときの荷重を圧壊強度とした。その結果を図13に示す。なお、上記圧壊強度は、燃焼灰毎に5回ずつ行い、それらの平均値を算出した。一方、上記燃焼灰中のSiO2、Al2O3及びCaOの含有割合をそれぞれ分析した。その結果を表11に示す。なお、表11中のPSはペーパースラッジである。
試験11にて回収された実施例7及び8の微粉砕混合燃料の燃焼による燃焼灰と比較例4の微粉砕単一燃料の燃焼による燃焼灰における、溶出性微量金属成分を分析した。その結果を表12に示す。ここで、上記溶出性微量金属成分は、石炭燃焼灰の処理・利用にあたって、一般的に検討される溶出試験の5元素(ヒ素(As)、セレン(Se)、六価クロム(Cr6+)、ホウ素(B)及びフッ素(F))である。これらの元素は、燃焼過程での揮発し易さから、グループ1(非揮発性元素)のCr6+と、グループ2(揮発―凝縮性元素)のAs、B及びSeと、グループ3(揮発―非凝縮性)のFとに分類される。なお、表9中のPSはペーパースラッジである。また、表9の『<0.01』は土壌環境基準値であり、カッコ内の数値は実測値である。
16 燃料(燃焼用石炭と混焼用燃焼助剤の混合物)
40 微粉炭燃焼炉
41 微粉炭燃料(燃焼用石炭と混焼用燃焼助剤の混合・微粉砕物)
Claims (5)
- 燃焼用石炭と混合して前記燃焼用石炭の燃焼を支援するための混焼用燃焼助剤の製造方法であって、
圧搾して脱水した後解砕したペーパースラッジと石炭粉末とを混合した混合物を所定の長さの棒状に押出し成形した後、この成形物を切断し乾燥して含水率が7〜10%であるスティック状の乾燥成形物を製造し、この乾燥成形物を更にバインダレスで所定の圧力で圧縮成形して板状又はアーモンド状にしてなることを特徴とする混焼用燃焼助剤の製造方法。 - 平均粒径が50mm以下の燃焼用石炭と請求項1記載の方法で製造された混焼用燃焼助剤とを、前記燃焼用石炭100質量%に対して前記混焼用燃焼助剤が3〜25質量%の割合となるように混合することにより混合物を調製する工程と、
前記混合物を流動床炉、循環流動層石炭燃焼炉、移床式石炭燃焼炉、焼却炉又はガス化燃焼炉に供給して燃焼させる工程とを含む燃焼用石炭の燃焼方法。 - 平均粒径が50mm以下の燃焼用石炭と請求項1記載の方法で製造された混焼用燃焼助剤とを、前記燃焼用石炭100質量%に対して前記混焼用燃焼助剤が3〜25質量%の割合となるように混合することにより混合物を調製する工程と、
前記混合物を流動床炉、循環流動層石炭燃焼炉、移床式石炭燃焼炉、焼却炉又はガス化燃焼炉に供給して燃焼させる工程とを含む燃焼用石炭の燃焼方法。 - 平均粒径が50mm以下の燃焼用石炭と請求項1記載の方法で製造された混焼用燃焼助剤とを、前記燃焼用石炭100質量%に対して前記混焼用燃焼助剤が3〜25質量%の割合となるように混合することにより混合物を調製する工程と、
前記混合物を微粉砕することにより混合・微粉砕物を調製する工程と、
前記混合・微粉砕物を微粉炭燃焼炉に供給して燃焼させる工程とを含む燃焼用石炭の燃焼方法。 - 平均粒径が50mm以下の燃焼用石炭と請求項1記載の方法で製造された混焼用燃焼助剤とを、前記燃焼用石炭100質量%に対して前記混焼用燃焼助剤が3〜25質量%の割合となるように混合することにより混合物を調製する工程と、
前記混合物を微粉砕することにより混合・微粉砕物を調製する工程と、
前記混合・微粉砕物を微粉炭燃焼炉に供給して燃焼させる工程とを含む燃焼用石炭の燃焼方法。
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