JP6089198B1 - フライアッシュの加熱焼成装置及び焼成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギーコストの低いフライアッシュの加熱焼成装置及び焼成方法を提供する。【解決手段】フライアッシュと未燃カーボンとを含む原粉の前記未燃カーボンを燃焼し減少させる燃焼炉を有する加熱焼成装置２であって、前記燃焼炉は、炉内の前記未燃カーボンを撹拌させる撹拌手段と、前記炉内に酸素を供給する酸素供給手段と、前記酸素供給手段から供給された酸素で充満する前記炉内に向けて燃料を燃焼させる燃焼手段と、を有し、前記燃焼炉の前段に、前記燃焼炉へ供給する前記未燃カーボンを、前記未燃カーボンの発火温度に対して少なくとも２００℃低い温度より高く設定された予熱設定温度以上に予熱する加熱装置を備えた。【選択図】図１

Description

この発明は、フライアッシュの加熱焼成装置及び焼成方法に関する。

火力発電所などで副産されるフライアッシュは、コンクリート用混和材として広く用いられるようになっている。フライアッシュをコンクリート用混和材として使用する場合には、フライアッシュに含まれる未燃カーボン含有量をできるだけ低減しておく必要がある。

例えば、特許文献１には、改質フライアッシュとその製造方法が開示されている。この方法によれば、未燃カーボン含有率が３．９０〜７．７０重量％で平均粒径が１８．４０〜２０．８０ミクロンメートルの原料フライアッシュを攪拌流動搬送しながら未燃カーボンの自燃温度まで加熱し、続いて加熱温度を６００〜９５０℃の温度範囲内に保持して自燃焼成し、次いで間接冷却して２００℃以下にして改質フライアッシュを回収することができるとされている。

特開２００８−１２６１１７号公報

しかし、上述した改質フライアッシュとその製造方法に開示されている装置は、大きな装置であったために、より小型化することが求められていた。

本願発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、小型化したフライアッシュの加熱焼成装置及び焼成方法を提供することを目的とする。

本願発明は、フライアッシュと未燃カーボンとを含む原粉の前記未燃カーボンを燃焼し減少させる燃焼炉を有する加熱焼成装置であって、前記燃焼炉は、炉内の前記未燃カーボンを撹拌させる撹拌手段と、前記炉内に酸素を供給する酸素供給手段と、前記酸素供給手段から供給された酸素で充満する前記炉内に向けて燃料を燃焼させる燃焼手段とを有し、前記燃焼炉の前段に、前記燃焼炉へ供給する前記原粉中の少なくとも前記未燃カーボンを、前記未燃カーボンの発火温度に対して少なくとも２００℃低い温度より高く設定された加熱設定温度以上に加熱する加熱装置を別途備え、前記加熱装置は、前記未燃カーボンのある内部空間での空気を必要とする内部燃焼によらずに前記未燃カーボンを加熱する構成である加熱焼成装置であることを特徴とする。

本願発明により、小型化したフライアッシュの加熱焼成装置及び焼成方法を提供できる。

フライアッシュの加熱焼成装置及び加熱改質システムの構成を示すブロック図。 定量供給装置及び電力加熱装置の構成の詳細を示すブロック図。 炭素高温酸化炉の構成の詳細を示すブロック図。

以下、本願発明の一実施形態を図面と共に説明する。

図１は、フライアッシュの加熱焼成装置２を含む加熱改質システム１の構成を示すブロック図である。

フライアッシュの加熱改質システム１は、フライアッシュ原粉に含有されている未燃カーボンを加熱し燃焼させることによりフライアッシュの改質を行う加熱焼成装置２と、投入されたフライアッシュ原粉を貯留するフライアッシュ貯留器３と、貯留されているフライアッシュ原粉を加熱焼成装置２に定量的に供給する定量供給装置４と、加熱焼成装置２で改質された高温のフライアッシュを冷却する冷却設備５と、加熱燃焼処理時に加熱焼成装置２が排出する排気ガスに含まれる塵等を除去する除塵装置６と、除塵装置６で塵等が除去された排気ガスを加熱改質システム１外に排出する排気装置７と、を備えている。

尚、加熱焼成装置２は、誘導加熱により未燃カーボンを加熱する電力加熱装置８（加熱装置）と、未燃カーボンを燃焼させる炭素高温酸化炉９（燃焼炉）とを備えている。
また、フライアッシュ原粉は、シリカ（ＳｉＯ２）が主成分であり、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）が含まれていても良い。

＜フライアッシュ貯留器＞
フライアッシュ貯留器３は、軸心が上下方向を向いた内部が中空の筒状で、上端に投入口３ｃが設けられ、当該筒状の下部は下方に向かって縮径し、当該筒状の下部下端には、連結口３ａを下端に備えた連結管３ｂが連結されている。そして、連結口３ａを介して、フライアッシュ貯留器３は、定量供給装置４の供給管１７に連結されている。

フライアッシュ貯留器３は、投入口３ｃに投入されたフライアッシュ原粉を貯留し、重力落下により連結口３ａから定量供給装置４へフライアッシュ原粉を供給する。これにより、フライアッシュ貯留器３は、フライアッシュ原粉を原料とする原料ホッパーとして機能する。

フライアッシュ貯留器３は、予熱装置１０を備えている。
予熱装置１０は、炭素高温酸化炉９の排気ガス口９ａに一端が連結されて排気ガスを吸引する余熱供給パイプ１３と、この余熱供給パイプ１３の他端に連結されてフライアッシュ貯留器３の近接位置で前記排気ガスを循環させる環状の余熱循環パイプ１１と、余熱循環パイプ１１に一端が連結されて前記排気ガスを他端の除塵装置６へ排出するための排出パイプ１４と、排出パイプ１４の途中に設けられて排気ガスの排気の実行／停止を切り替えるコントロール弁１６と、余熱循環パイプ１１で循環する排気ガスの温度を検知して前記コントロール弁１６による排気の実行／停止の切り替え信号とする温度センサ１５と、を備えている。

これにより、炭素高温酸化炉９の排気ガス口９ａから余熱供給パイプ１３を通じて２００℃以上の高温の排気ガスの供給を受け、この高温の排気ガスをフライアッシュ貯留器３の近傍で余熱循環パイプ１１により循環させてフライアッシュ貯留器３内のフライアッシュ原粉を予熱し、余熱循環パイプ１１内の排気ガスの温度が予め設定された所定温度にまで低下するとコントロール弁１６により弁を開いて排出パイプ１４から排気ガスを除塵装置６へ排出する。排気ガスの排出により余熱循環パイプ１１の排気ガスが減少するに伴って余熱供給パイプ１３から２００℃以上の高温の排気ガスが供給され、低下していた余熱循環パイプ１１内の排気ガスの温度が高温となって所定温度に維持される。

尚、所定温度は、この実施例では、２００℃に設定されているが、２００℃に限るものではない。
最終的に、余熱循環パイプ１１から排出された低温の排気ガスは、除塵装置６を介して、排気装置７から加熱改質システム１外に排出される。

＜定量供給装置＞
図２に示すように、定量供給装置４は、円筒状で、軸心が略水平方向を向いている供給管１７と、供給管１７の軸心上に配置され軸回りに回転可能なシャフト１８と、シャフト１８の外周面に周設されシャフト１８と共に回転することにより供給管１７内部において予熱されたフライアッシュ原粉を搬送するスクリュー１９と、シャフト１８を軸回りに回転駆動させる駆動装置２０とを備えている。

供給管１７は、その後端が電力加熱装置８に設けられている加熱処理管２１の一端のフランジ２１ｄにフランジ１７ｄで連結されている。すなわち、供給管１７と加熱処理管２１は、内径が同径で連結口１７ａを介して一直線に連結されている。供給管１７の前段側周壁には、上面に流入口１７ｂが開口され、当該開口にフライアッシュ貯留器３の連結口３ａが連結されている。供給管１７の前端は、封止板１７ｃにより封止されている。

シャフト１８は、封止板１７ｃを貫通して一端が供給管１７の連結口１７ａ付近まで到達するよう配置されている。封止板１７ｃから供給管１７の外方に突出したシャフト１８は、供給管１７の外部で、シャフト１８が挿通する一対の軸受け２０ａ、２０ｂにより、回転可能に支持されている。

スクリュー１９は、螺旋状の羽根で、シャフト１８と共に、供給管１７の径方向内側に収容されている。尚、スクリュー１９の外径やピッチは、予熱されたフライアッシュ原粉の性状や押し出し量により適宜選定される。

駆動装置２０は、電動モータ２０ｇと、電動モータ２０ｇの回転軸２０ｆに取り付けられている駆動用スプロケット２０ｃと、シャフト１８の後端に取り付けられている従動用スプロケット２０ｄと、駆動用スプロケット２０ｃと従動用スプロケット２０ｄとを連結するチェーン２０ｅとを備えている。これにより、電動モータ２０ｇの回転力は、回転軸２０ｆを介して、駆動用スプロケット２０ｃに伝達され、さらに、チェーン２０ｅを介して、従動用スプロケット２０ｄに伝達され、最後に、従動用スプロケット２０ｄが取り付けられたシャフト１８に伝達される。

この構造により、シャフト１８に伝達される電動モータ２０ｇからの回転力により、スクリュー１９は、供給管１７内部においてシャフト１８と共にシャフト１８の軸回りに回転する。他方、フライアッシュ貯留器３に貯蔵されている予熱されたフライアッシュ原粉は、重力により、供給管１７の前段側周壁に開設された流入口１７ｂを介して、供給管１７の前段に供給され、隙間なく詰まった状態となる。供給管１７の前段に供給された予熱されたフライアッシュ原粉は、スクリュー１９により、隙間なく詰まった状態のまま供給管１７の後方側に徐々に送り出される。そして、供給管１７の後端にまで送り出された予熱されたフライアッシュ原粉は、連結口１７ａを介して、電力加熱装置８の加熱処理管２１に供給される。

また、予熱されたフライアッシュ原粉が移動した後の供給管１７の前段には、後続の予熱されたフライアッシュ原粉がフライアッシュ貯留器３から重力落下して連続して供給され、隙間なく詰まった状態が維持される。このため、電動モータ２０ｇの回転数を所定の値に一定に制御することで、予熱されたフライアッシュ原粉を単位時間当たり所定の一定量で電力加熱装置８に連続して供給できる。尚、隙間なく詰まっているとは、フライアッシュ原粉中の隣り合う粒子間の微小な隙間さえも無いということではなく、隣り合う粒子同士が接触して重なり合っている状態であることを指す。なお、供給管１７およびその後段の加熱処理管２１内においてフライアッシュ原粉が隙間なく詰まった状態とは、内部空間の半分以上詰まっている状態とすることができ、７割以上詰まっている状態とすることが好ましい。

＜加熱焼成装置＞
加熱焼成装置２は、フライアッシュ原粉（特に内部に含まれている未燃カーボン）を加熱する電力加熱装置８（加熱装置）と、未燃カーボンを燃焼させる炭素高温酸化炉９（燃焼炉）とを備えている。

＜電力加熱装置＞
電力加熱装置８は、加熱処理管２１と、誘導コイル２２と、高周波誘導加熱電源（高周波インバータ）２３と、誘導コイル２２と高周波誘導加熱電源２３との間に接続された高周波変換器フィーダ２４と、高周波誘導加熱電源２３の出力をコンピュータ制御する制御装置２５と、加熱処理管２１に取り付けられ温度の測定をする温度センサＴＳと、を備えている。

加熱処理管２１は、軸心が略水平方向を向いた内部が中空の円筒状である。加熱処理管２１の円筒状の内径は、２００ミリメートル以下とすることができ、１００ミリメートル以下が好ましく、この実施例では１００ミリメートル以下に構成されている。尚、加熱処理管２１を、円柱状の中心軸を内部に備えた円筒状としてもよい。この場合、加熱処理管２１における円筒状の内周面と中心軸表面との距離（半径方向距離）を１００ミリメートル以下とすることができ、５０ミリメートル以下とすることが好ましい。加熱処理管２１の円筒状の両端には、フランジ２１ｄ、２１ｅが設けられている。加熱処理管２１の前端のフランジ２１ｄは、定量供給装置４の供給管１７に連結され、加熱処理管２１の後端のフランジ２１ｅは、炭素高温酸化炉９の投入部３０に連結されている。供給管１７と加熱処理管２１と投入部３０とは、管の内径が同一であり、軸心がつながるように一直線上に配置接続されている。加熱処理管２１は、鉄を多く含んだ炭素材で作製されている。尚、加熱処理管２１は、最低でも発火温度（自燃温度）である６００℃の耐熱性のある磁性体金属で作製するのが好ましい。また、加熱処理管２１の内面は、凹凸を設ける必要はなく、フライアッシュ原料が滑り動くような表面粗さの細かいもので良い。こうすることで、フライアッシュ原粉をスムーズに移動させつつ加熱することができる。なお、加熱処理管２１の内面は、鏡面のようにまで磨いた表面でなければ、若干の凹凸があってもよい。

誘導コイル２２は、加熱処理管２１の外周に巻き付けるように設けられている。誘導コイル２２は、前段から後段に向かって複数段階に設けられ、この実施例では、前段コイル２２ａ、中段コイル２２ｂ、及び後段コイル２２ｃの３つのコイルで構成されている。そして、前段コイル２２ａは、加熱処理管２１の前段部２１ａに巻かれ、中段コイル２２ｂは、加熱処理管２１の中段部２１ｂに巻かれ、後段コイル２２ｃは、加熱処理管２１の後段部２１ｃに巻かれている。

また、温度センサＴＳは、各段の誘導コイル２２に対応して夫々１つずつ設けられ、この実施例では、加熱処理管２１の前段部２１ａ、中段部２１ｂ、及び後段部２１ｃに、温度センサＴＳ１，ＴＳ２、及びＴＳ３が、夫々設けられている。そして、温度センサＴＳ１，ＴＳ２、及びＴＳ３が測定し得られた各測定温度のデータは、制御装置２５に取得される。

高周波誘導加熱電源２３は、高周波の交流電流を出力することのできる電源である。高周波誘導加熱電源２３が出力する高周波は、２０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚとすることができ、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚとすることが好ましい。また、高周波誘導加熱電源２３は、外部信号による出力制御が可能である。高周波誘導加熱電源２３は、各段の誘導コイル２２に対応して、電源２３ａ、電源２３ｂ、及び電源２３ｃの３台が用意されており、夫々高周波変換器フィーダ２４ａ、高周波変換器フィーダ２４ｂ、及び高周波変換器フィーダ２４ｃを介して、前段コイル２２ａ、中段コイル２２ｂ、及び後段コイル２２ｃに接続されている。

制御装置２５は、加熱処理管２１の前段部２１ａ、中段部２１ｂ、及び後段部２１ｃの温度が、夫々各設定温度Ｔ１，Ｔ２，及びＴ３に一定に保持されるように、高周波誘導加熱電源２３の出力の制御をする。設定温度Ｔ３は、未燃カーボンの発火温度（自燃温度）以上に設定するのが好ましく、設定温度Ｔ２は設定温度Ｔ３の２／３程度の温度に設定するのが好ましく、設定温度Ｔ１は設定温度Ｔ３の１／３程度の温度に設定するのが好ましい。尚、上述の２／３程度の温度や１／３程度の温度は、摂氏０℃を基準とする発火温度の２／３程度や１／３程度の温度をいう。この実施例では、前段部２１ａ、中段部２１ｂ、及び後段部２１ｃの設定温度Ｔ１，Ｔ２，及びＴ３は、夫々２００℃、４００℃、及び６００℃に設定されている。このように、前段から後段へ段階的に温度を高めており、加熱前の温度から最後段の加熱温度まで線形に温度が上昇するように各位置での加熱温度を線形に設定している。最後段となる後段部２１ｃの設定温度Ｔ３を発火温度（自燃温度）である６００℃とし、その前段の設定温度をそれより低くしておくことで、途中で発火（自燃）が始まり暴走することを防止している。また、制御装置２５は、上述の定量供給装置４に備えられた電動モータ２０ｇとも信号線で接続されており、電動モータ２０ｇの回転数の制御もできるようになっている。

加熱処理管２１の前段部２１ａには、加熱処理管２１に連結された定量供給装置４から、予熱されたフライアッシュ原粉が隙間なく詰まった状態で供給される。このとき、供給され始めた最初の部分のフライアッシュ原粉は崩れながら供給されて上部まで詰まっていなくとも、フライアッシュ原粉が押し出されてくるにつれて加熱処理管２１の管内の上部までフライアッシュ原粉が詰まった状態になっていく。こうして、フライアッシュ原粉は、前段部２１ａ、中段部２１ｂ、後段部２１ｃと順番に押し出され、加熱処理管２１の各部内に詰まった状態となっていく。従って、加熱処理管２１内において、フライアッシュ原粉は、撹拌されることがなく、流動も殆どなく、フライアッシュ原粉同士の相対位置があまり変化しない詰まった状態で移動していく。

前段コイル２２ａ、中段コイル２２ｂ、後段コイル２２ｃには、高周波変換器フィーダ２４ａ，２４ｂ，２４ｃを介して、電源２３ａ，２３ｂ，２３ｃから夫々交流電流が出力される。これにより、交流電流が流れる前段コイル２２ａ、中段コイル２２ｂ、後段コイル２２ｃの周り、すなわち前段部２１ａ、中段部２１ｂ、後段部２１ｃの各内部に、磁界が生じる。磁性体金属により形成されている加熱処理管２１は、前段部２１ａ、中段部２１ｂ、後段部２１ｃの各位置において、当該磁界に誘導されて渦電流が流れるようになる。そして、加熱処理管２１に流れる渦電流は、加熱処理管２１自身の抵抗により熱を発生し（すなわち誘導加熱される）、この熱により、前段部２１ａ、中段部２１ｂ、後段部２１ｃ内のフライアッシュ原粉を熱する。さらに、フライアッシュ原粉に数％程度含まれている未燃カーボンは、導電性を有しているため、前段部２１ａ、中段部２１ｂ、後段部２１ｃにて夫々誘導加熱される。
加熱処理管２１の内部は、フライアッシュ原粉が詰まっていて酸素（空気）が殆ど無い状態、言い換えれば未燃カーボンの発火（自燃）に必要な量の酸素（空気）が無い状態、さらに言えば、フライアッシュ原粉に酸素（空気）が殆ど触れない状態（フライアッシュや未燃カーボン等の粒子が互いに接触し合っている隙間に存在している酸素（空気）程度しか触れない状態）に保たれている。このため、加熱処理管２１の内部で未燃カーボンが発火（自燃）して想定温度よりも温度上昇することを防止できる。

制御装置２５は、温度センサＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３が測定した測定温度データを取得する。制御装置２５は、取得した夫々の測定温度が前段部２１ａ、中段部２１ｂ、後段部２１ｃの各設定温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３と比較して、高い部位には出力低下の信号を、逆に低い部位には出力上昇の信号を、電源２３ａ，２３ｂ，２３ｃに夫々送信する。信号を受信した電源２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、自身の受信信号に従って、出力を低下もしくは上昇させる。このようにして、温度センサＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３の測定温度データを基に、制御装置２５が電源２３ａ，２３ｂ，２３ｃの出力を制御することにより、前段部２１ａ、中段部２１ｂ、後段部２１ｃの各温度は、夫々設定温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に近づけられ、一定に保持される。

ところで、フライアッシュ原粉に含まれる未燃カーボンの含有量は、数％程度であるが、一定ではなく、ばらつきがあり、しかも、正確に把握することが困難である。そのため、未燃カーボンの含有量の違いにより、誘導加熱による未燃カーボンの発熱量は変動する。この発熱量の変動は、さらに、前段部２１ａ、中段部２１ｂ、後段部２１ｃの温度を変動させる原因となる。そのため、前段部２１ａ、中段部２１ｂ、後段部２１ｃの温度を、設定温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に一定に保持するためには、上述の電源２３ａ，２３ｂ，２３ｃの出力を大きく増減させなければならない場合も生じ得る。しかし、電源２３ａ，２３ｂ，２３ｃには、適正な出力範囲があり、その適正な出力範囲を超えての出力は、電源２３ａに過重な負荷が掛かり、好ましいものではない。そこで、電源２３ａ，２３ｂ，２３ｃの出力の制御に加えて、加熱処理管２１に供給される単位時間あたりのフライアッシュ原粉に含まれる未燃カーボン量が一定になるような新たな制御を付加している。すなわち、温度センサＴＳ３の測定温度データを基に、後段部２１ｃの温度が設定温度Ｔ３に一定になるように、制御装置２５は、定量供給装置４に備えられた電動モータ２０ｇの回転数を増減させるようになっている。つまり、制御装置２５は、電動モータ２０ｇの回転数の制御も行うようになっている。

ここで、電源２３ａ，２３ｂ，２３ｃの出力の制御については、温度センサＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３の測定温度データを基に夫々個別に実行し、電動モータ２０ｇの回転数の制御については、最後段である温度センサＴＳ３の測定温度データを基に実行する。このようにすることで、各制御を簡潔にしつつ、電力加熱装置８の加熱処理管２１から炭素高温酸化炉９へ供給する際のフライアッシュ原粉の温度を目的の温度（この実施例では６００℃）に確実に高めることができる。

以上のように、制御装置２５は、電源２３ｃの出力の制御に加えて、電動モータ２０ｇの回転数の制御も組み合わせたカスケード制御を行っている。そのため、未燃カーボンの微妙な温度調整が可能である。これにより、後段部２１ｃ内のフライアッシュ原粉の温度は、後段部２１ｃの設定温度Ｔ３に、より精度よく保持される。

このようにして、加熱処理管２１内に供給されたフライアッシュ原粉が、酸素の供給が無くほぼ無酸素状態の加熱処理管２１内を移動する間に、フライアッシュ原粉及びこれに含まれる未燃カーボンは、前段コイル２２ａ、中段コイル２２ｂ、及び後段コイル２２ｃの誘導加熱により段階的に加熱される加熱処理管２１によって段階的に加熱される。そして、設定温度Ｔ３にまで加熱された未燃カーボンを含むフライアッシュ原粉は、次工程の炭素高温酸化炉９に投入される。

尚、設定温度Ｔ３は、この実施例では、６００℃に設定されているが、未燃カーボンの発火温度（例えば６００℃）に対して少なくとも２００℃低い温度（例えば４００℃）より高く設定された予熱設定温度以上に設定してもよい。

また、この実施例では、加熱処理管２１内のフライアッシュ原粉を加熱するのに、誘導加熱を用いたが、誘導加熱に限るものではない。加熱処理管２１内のフライアッシュ原粉をほぼ無酸素状態で加熱できるのであれば、例えば、外部熱源を用いて、加熱処理管２１の外部から加熱する、あるいは加熱処理管２１の軸心部に加熱装置を設けて内側から加熱するようにしてもよい。

また、この実施例では、未燃カーボンを発火温度以上にまで昇温するために、加熱処理管２１を３つの段部に分けて、各段部の設定温度を段階的にＴ１、Ｔ２、及びＴ３に設定し、３段階で加熱しているが、３段階に限るものではなく、適宜の複数段階とすることができる。この複数段階は、例えば１〜５段階で加熱するなど、適宜の段階とすることが好ましい。

＜炭素高温酸化炉＞
図３に示すように、炭素高温酸化炉９は、軸心が略水平方向を向いた内部が中空の円筒状の窯である炉体２６と、炉体２６を軸心の回りに回転可能に下部で支持する炉体支持部２７と、炉体２６の一端部を覆う投入側フード２８と、炉体２６の他端部を覆う排出側フード２９とを備えた回転式の炉である。

炉体２６は、全体が略円筒形状であり、投入側フード２８に接続される一端にカバー部２６ｂが設けられている。このカバー部２６ｂは、中心に孔の空いた円盤状であり、円盤の外周部が円筒形状の一端の縁に接続された形状となっている。

炉体２６の内部には、内側へ凸となる凸状部が内周面に沿ってスクリュー状に連続するスクリュー羽根２６ｃが設けられている。

炉体２６のスクリュー羽根２６ｃおよびカバー部２６ｂを含む内面（内側表面）は、酸化アルミ系の耐火材により被覆されて内ライニング２６ａが形成されている。この内ライニング２６ａを設けることにより、炉体２６は、フライアッシュ原粉が含有する酸化バナジウムに起因する高温下での金属腐食を回避することができ、１０００℃程度の耐火性を有することができる。

また、この内ライニング２６ａは、左官職人が家屋や塀の壁に漆喰や土壁を塗ったような凹凸のある仕上がりになっており、金属表面よりも荒い表面になっている。この凹凸は、高低差の平均値が５０ミクロン以上ある凹凸とすることができ、高低差の平均値が１ｃｍ〜５ｃｍとすることが好ましい。内ライニング２６ａの凹凸により、摩擦力が向上し、自燃するフライアッシュ原粉が炉体２６の内面で撹拌されずに塊のような状態で滑るように相対移動することを防止し、凹凸によってフライアッシュ原粉を撹拌させることができる。
炉体２６の外部には、室内の温度上昇を防止する適宜の冷却装置（図示省略）が設けられている。

炉体支持部２７は、炉体２６の外周面を下方で回転可能に支持する回転体２７ａと、回転体２７ａを設置する設置台２７ｂと、回転体２７ａに取り付けられた従動側スプロケット２７ｃにチェーン２７ｄを介して連結された駆動側スプロケット２７ｅを駆動する駆動モータ２７ｆとを備えている。これにより、駆動モータ２７ｆの回転数を制御することにより、炉体２６の軸心回りの回転速度を変えることができ、設定した回転速度で炉体２６を回転させ続けることができる。

投入側フード２８には、電力加熱装置８で加熱されたフライアッシュ原粉を炉体２６内に投入するための投入部３０と、炉体２６内で発生した燃焼ガスを排気ガスとして排出するための排気ガス口９ａとが設けられている。

投入部３０は、投入側フード２８を前後に貫通する管で、軸心が炉体２６の中心軸とほぼ一致し、一端が電力加熱装置８の加熱処理管２１の後端のフランジ２１ｅに連結され、他端が炉体２６内で開口し投入口３０ａを形成している。投入部３０の内経は加熱処理管２１の内径と同一であり、投入部３０の軸心が加熱処理管２１の軸心と一致するように構成されている。そして、投入口３０ａの開口面３０ｂは上方を向いている。この投入口３０ａ付近は、円筒形で続いてきた管の下部が上方へ湾曲した漏出防止部３０ｃが設けられている。

これにより、電力加熱装置８で加熱された未燃カーボンを含むフライアッシュ原粉は、加熱処理管２１から投入部３０へ押し出されて供給され、さらに投入口３０ａから炉体２６内に押し出されて投入される。このとき、投入部３０内で押し出されてきたフライアッシュ原粉は、漏出防止部３０ｃによってすぐにこぼれ落ちずにせき止められ、さらに押し出されてきた後に上向きの投入口３０ａから溢れるように炉体２６内に投入される。これにより、投入部３０内にフライアッシュ原粉が隙間なく詰まっている状態を維持し、特に、加熱処理管２１内にフライアッシュ原粉が隙間なく詰まっている状態を維持することができる。従って、フライアッシュ原粉が崩れ出て投入部３０内や加熱処理管２１内に酸素のある空間が生じることを防止し、投入部３０内や加熱処理管２１内に燃焼ガスや酸素等が侵入し難いようにし、この酸素のある空間によってフライアッシュ原粉の未燃カーボンが燃焼（発火）することを防止できる。

なお、投入口３０ａは、開口の最下端が投入部３０の上端と同じ高さからそれより上になるように形成してもよい。この場合、フライアッシュ原粉が投入口３０ａの開口全面を覆った状態を確実に保ちつつ溢れるようにフライアッシュ原粉を投入できるため、投入口３０ａから投入部３０内部への酸素（空気）の流入を確実に防止でき、投入部３０内や加熱処理管２１内でフライアッシュ原粉中の未燃カーボンが発火（自燃）し始めることをより確実に防止できる。

炭素高温酸化炉９は、内部空間に対して少量のフライアッシュ原粉の供給を受け、この少量のフライアッシュ原粉を撹拌しつつ加熱して燃焼させる。なお、炭素高温酸化炉９内のフライアッシュ原粉の量は、内部空間に対して半分以下とすることができ、３０％以下とすることが好ましく、１０％以下とすることがより好ましく、５％以下とすることがさらに好ましい。

排気ガス口９ａには、上述の余熱供給パイプ１３が連結されている。余熱供給パイプ１３には、余熱供給パイプ１３から分岐された排気ガス管３１が連結されている。排気ガス管３１は、熱交換器３２を経由して、除塵装置６（図１参照）に連結されている。そのため、排気ガス口９ａから排出されて排気ガス管３１内を流動する高温の排気ガスは、熱交換器３２で冷却された後、除塵装置６に送られる。

排出側フード２９には、炉体２６内に空気（一次エア）と共に燃料を噴出させ燃焼させる助燃バーナー３３と、炉体２６内に空気（三次エア）を吹き込む複数の吹き込みノズル３４と、排出口３５が設けられている。

助燃バーナー３３は、燃料を燃焼させて炉体２６内を高温に加熱する。助燃バーナー３３は、炉体２６の中心軸上に位置し、燃料を噴出させる噴出孔３３ａがフライアッシュ原粉の投入口３０ａに対向するように配置されている。

複数の吹き込みノズル３４は、助燃バーナー３３の周囲を囲むようにして配置され、排出側フード２９の炉体２６内に面する内面に沿って、助燃バーナー３３を中心として回転機構（図示せず）により旋回する。詳述すると、複数の吹き込みノズル３４は、助燃バーナー３３から等距離の位置で互いの間隔も等距離となるように複数が配置されて、炉体２６の回転軸方向に見ると吹き込みノズル３４が多角形の頂点をなす。この実施例では、炉体２６の回転軸方向に見て四角形の各頂点をなすように４つの吹き込みノズル３４が配置されている。各複数の吹き込みノズル３４は、空気（三次エア）をフライアッシュ原粉の移動方向（図３における右方向）と逆方向（図３における左方向）へ対向流として同量かつ等速で送り込み、助燃バーナー３３の周囲の空気量がほぼ等しくなるようにしている。

助燃バーナー３３に供給される空気（一次エア）と吹き込みノズル３４から炉体２６内に吹き込まれる空気（三次エア）は、外の空気が押込ファン３６により取り込まれ熱交換器３２を介して炉体２６内に送り込まれた空気である。そのため、空気（一次エア）と空気（三次エア）は、熱交換器３２において、排気ガス管３１を流動する高温の排気ガスとの熱交換により加熱される。これにより、炉体２６内部の温度に対する空気（一次エア、三次エア）の温度が低すぎることを防止し、空気（一次エア、三次エア）が炉体２６内の温度を低下させることをできるだけ防止している。さらに、これらの一次エアおよび三次エアが炭素高温酸化炉９におけるフライアッシュ原粉投入側に配置された排気ガス口９ａから余熱供給パイプ１３へ排出されるために、吹き込みノズル３４から排気ガス口９ａへ向かう対向流が確実に生じ、効率良い酸素供給（空気供給）および燃焼を実施できる。

このように、加熱された空気（一次エア）と空気（三次エア）が供給された炉体２６内で、複数の吹き込みノズル３４が、助燃バーナー３３を取り巻くようにして旋回しながら空気（三次エア）を吹き込んでいるため、燃焼効率が高く、また、燃焼に必要な酸素量の供給の制御が容易である。

排出口３５は、排出側フード２９の下部に設けられ、冷却設備５に連結されている。

投入部３０の投入口３０ａから炉体２６内に投入されたフライアッシュ原粉は、軸心回りに回転する炉体２６内で、スクリュー羽根２６ｃにより撹拌されながら、排出口３５に向かって徐々に移動する。この移動の間に、フライアッシュ原粉に含まれる未燃カーボンは、高温の酸素雰囲気中で燃焼（酸化）されて二酸化炭素と熱を発し除去される。この時の炉体２６内の温度は、８００〜９００℃になっている。そして、排出口３５に到達したフライアッシュ原粉は冷却設備５に排出される。

尚、フライアッシュ原粉に含まれる未燃カーボン量は変動するため、燃焼時間は適宜増減させる必要がある。このため、処理するフライアッシュ原粉に含まれる未燃カーボン量に応じて、炉体支持部２７に設けられた駆動モータ２７ｆの回転数を調整する。これにより、炉体２６の軸心回りの回転速度が変わり、回転するスクリュー羽根２６ｃにより炉体２６内を移動するフライアッシュ原粉の移動速度が調整されて、燃焼時間の増減を調整することができる。こうして、フライアッシュ原粉の移動速度を小さくすれば、炉体２６内での滞留時間が長くなって燃焼時間が増加し、逆に移動速度を大きくすれば、炉体２６内での滞留時間が短くなって燃焼時間が減少する。

＜除塵装置＞
図１に示したように、除塵装置６は、前段のサイクロン６ａと後段のバグフィルター６ｂとを備えている。前段のサイクロン６ａには、フライアッシュ貯留器３の予熱装置１０から、温度が低下した排気ガスを排出するための排出パイプ１４と、炭素高温酸化炉９の排気ガス口９ａから排出された後、熱交換器３２で冷却された排気ガスが流動する排気ガス管３１とが、連結されている。

除塵装置６は、排出パイプ１４及び排気ガス管３１を介して流入した排気ガスに含まれ粉塵等を、サイクロン６ａとバグフィルター６ｂを用いて除去した後、粉塵等が除去された排気ガスを排気装置７に排出する。

＜排気装置＞
排気装置７は、除塵装置６で粉塵等が除去された排気ガスを誘引ファン７ａで誘引した後、排気塔７ｂを介して加熱改質システム１外に排出する。

＜冷却設備＞
冷却設備５は、炭素高温酸化炉９の排出口３５から排出された、含有する未燃カーボンが燃焼により減少したフライアッシュ原粉を受け入れ、冷却処理する。

以上の構成と動作により、加熱改質システム１は、フライアッシュ原粉に含まれる未燃カーボンを除去して１％未満にすることができる。加熱焼成装置２は、燃焼炉（炭素高温酸化炉９）へ供給するフライアッシュ原粉中の少なくとも未燃カーボンを、未燃カーボンの発火温度に対して少なくとも２００℃低い温度より高く設定された加熱設定温度以上に加熱する加熱装置（電力加熱装置８）を、燃焼炉（炭素高温酸化炉９）の前段に備えているため、燃焼炉自体を小規模にすることができ、それにより設備投資を抑制できる。また、燃焼炉で使用する燃料が少なくて済むため、エネルギーコストも抑制できる。

詳述すると、炭素高温酸化炉９のみによってフライアッシュ原粉を常温（室温）から発火温度まで加熱しようとすると、助燃バーナー３３によって大量の燃料と空気を消費して炉体２６内部の空間ごとフライアッシュ原粉を加熱する必要がある。このために炉体２６内部の広い空間を長く確保する必要が生じる。

これに対して、発火温度に近く設定されている加熱設定温度以上に電力加熱装置８で加熱しておくことで、炭素高温酸化炉９では、フライアッシュ原粉を発火温度まで高めてさらに未燃カーボンを燃焼除去させる一連の流れのうち、発火温度から未燃カーボンを燃焼除去させる部分のみを処理すればよくなる。このため、処理するフライアッシュ原粉に対して炭素高温酸化炉９によって燃焼させている時間を短縮できる（常温から発火温度まで燃焼させる時間を省略できる）ため、フライアッシュ原粉を燃焼させながら炉体２６内で移動させる距離を短縮できる。従って、距離を短縮する分だけ炉体２６を小型にでき、炭素高温酸化炉９全体のサイズを小さくできる。

さらに、加熱装置は、燃焼炉へ原粉を搬送する搬送管（加熱処理管２１）を備え、搬送管内に酸素を供給せずに、未燃カーボンを加熱設定温度以上に加熱する酸素不要加熱手段により構成されている。これにより、搬送管（加熱処理管２１）内での空気を必要とする内部燃焼によらずに未燃カーボンを加熱することができるようになる。そのため、加熱装置は大規模化せず、また、熱効率がよい。すなわち、電力加熱装置８は、炉体２６内のように空気を供給した燃焼空間を必要とせず、加熱処理管２１内に隙間なく詰まっている状態でフライアッシュ原粉を加熱するため、炭素高温酸化炉９と比べて半分以下、さらに言えば１／５以下の大きさにできる。そして、加熱処理管２１の周囲からフライアッシュ原粉を直接的に加熱することができるため、効率良く加熱することができる。特に、フライアッシュ原粉中の未燃カーボンを誘導加熱で加熱できるために、直接加熱を実現できる。

加熱装置（電力加熱装置８）は、エネルギー密度の高い高周波電源を用いて、高周波電源から交流電流が供給された誘導コイルの近傍に配置された加熱処理管２１を誘導加熱により集中的に加熱する。そのため、未燃カーボンを含むフライアッシュ原粉の高速加熱が可能であり、エネルギー効率も良い。また、装置規模を小さくすることができ、省スペースでコンパクトである。

燃焼炉（炭素高温酸化炉９）は、加熱装置（電力加熱装置８）で加熱された未燃カーボンを含むフライアッシュ原粉を燃焼炉内に投入する投入口３０ａと、投入口３０ａと対向する位置でフライアッシュ原粉が燃焼し改質された改質フライアッシュが排出される排出部（排出口３５）とを備え、燃焼炉内において、排出部側に、助燃バーナー３３（燃焼手段）の燃料の噴出孔３３ａが配置されている。これにより、燃焼炉の炉体２６内に流入するフライアッシュ原粉の流れと助燃バーナー３３から噴出する燃焼ガスの流れとが対向流となるため、フライアッシュ原粉に含まれる未燃カーボンの燃焼反応が促進される。

また、投入口３０ａの開口面３０ｂが上方を向いており、漏出防止部３０ｃが設けられているため、開口面３０ｂから溢れ出るようにしてフライアッシュ原粉が炉体２６内に投入される。そのため、炉体２６内の燃焼ガスや酸素等は、フライアッシュ原粉が詰まった投入部３０の管内に、さらには加熱装置に侵入し難くなっている。従って、電力加熱装置８内では燃焼が生じ難くなっており、電力加熱装置８内で意図せずフライアッシュ原粉中の未燃カーボンが発火して温度が上昇しすぎることを防止できる。

加熱装置（電力加熱装置８）において、定量供給装置４が加熱装置へ供給するフライアッシュ原粉の供給量と高周波電源（高周波誘導加熱電源２３）の出力の少なくとも一方を調整して、フライアッシュ原粉に含まれる未燃カーボンを加熱するようになっている。そのため、未燃カーボンの微妙な温度調整が可能である。

尚、本願発明と実施形態の対応において、
燃焼炉は、炭素高温酸化炉９に対応し、
撹拌手段は、炉体２６、スクリュー羽根２６ｃ、及び炉体支持部２７に対応し、
酸素供給手段は、吹き込みノズル３４に対応し、
燃焼手段は、助燃バーナー３３に対応し、
加熱装置は、電力加熱装置８に対応し、
搬送管は、加熱処理管２１に対応し、
酸素不要加熱手段は、誘導コイル２２、高周波誘導加熱電源２３、高周波変換器フィーダ２４、及び制御装置２５に対応し、
誘導コイルは、誘導コイル２２、前段コイル２２ａ、中段コイル２２ｂ、及び後段コイル２２ｃに対応し、
高周波電源は、高周波誘導加熱電源２３、電源２３ａ、電源２３ｂ、及び電源２３ｃに対応し、
投入口は、投入口３０ａに対応し、
排出部は、排出口３５に対応し、
噴出孔は、噴出孔３３ａに対応し、
開口面は、開口面３０ｂに対応するが、本願発明は本実施形態に限られず他の様々な実施形態とすることができる。

例えば、電力加熱装置８は、加熱処理管２１内に詰まっているフライアッシュ原粉を加熱できる設備であればよく、加熱処理管２１の周囲にヒーターを設けて加熱する構成としてもよい。また、加熱処理管２１の外から加熱することに限らず、加熱処理管２１内の軸心位置に適宜のヒーターを配置しておき、このヒーターと加熱処理管２１の間にフライアッシュ原粉が詰まっている状態とし、ヒーターの熱によって周囲のフライアッシュ原粉を加熱してもよい。これらの構成の場合であっても、酸素供給を必要とせずにフライアッシュ原粉をコンパクトに加熱することができる。

本願発明は、フライアッシュを焼成（加熱改質）することを必要とする産業に利用することができる。

１…加熱改質システム
２…加熱焼成装置
３…フライアッシュ貯留器
４…定量供給装置
５…冷却設備
６…除塵装置
７…排気装置
８…電力加熱装置
９…炭素高温酸化炉
１０…予熱装置
２０…駆動装置
２１…加熱処理管
２２…誘導コイル
２３…高周波誘導加熱電源
２４…高周波変換器フィーダ
２５…制御装置
２６…炉体
２７…炉体支持部
３０…投入部
３０ａ…投入口
３０ｂ…開口面
３３…助燃バーナー
３３ａ…噴出孔
３４…吹き込みノズル
３５…排出口

Claims (8)

1. フライアッシュと未燃カーボンとを含む原粉の前記未燃カーボンを燃焼し減少させる燃焼炉を有する加熱焼成装置であって、
   前記燃焼炉は、炉内の前記未燃カーボンを撹拌させる撹拌手段と、前記炉内に酸素を供給する酸素供給手段と、前記酸素供給手段から供給された酸素で充満する前記炉内に向けて燃料を燃焼させる燃焼手段とを有し、
   前記燃焼炉の前段に、前記燃焼炉へ供給する前記原粉中の少なくとも前記未燃カーボンを、前記未燃カーボンの発火温度に対して少なくとも２００℃低い温度より高く設定された加熱設定温度以上に加熱する加熱装置を別途備え、
   前記加熱装置は、前記未燃カーボンのある内部空間での空気を必要とする内部燃焼によらずに前記未燃カーボンを加熱する構成である
   加熱焼成装置。
2. 前記加熱装置は、
   前記燃焼炉へ前記原粉を搬送する搬送管と、
   前記搬送管内に酸素を供給せずに、前記搬送管内の前記未燃カーボンを前記加熱設定温度以上に加熱する酸素不要加熱手段とを有する
   請求項１記載の加熱焼成装置。
3. 前記酸素不要加熱手段は、誘導コイルと、前記誘導コイルに接続された高周波電源とを有し、
   前記高周波電源から交流電流が供給された前記誘導コイルの近傍に配置された前記搬送管内の前記未燃カーボン又は／及び前記搬送管を誘導加熱により加熱する
   請求項２記載の加熱焼成装置。
4. 前記燃焼炉は、前記加熱装置で加熱された前記未燃カーボンを含む前記原粉を前記燃焼炉内に投入する投入口と、前記投入口と対向する位置で前記原粉が燃焼して改質された改質フライアッシュを排出する排出部を備え、
   前記燃焼炉内における前記排出部側に、前記燃焼手段の燃料の噴出孔が配置されている
   請求項１から３の何れかに記載の加熱焼成装置。
5. 前記投入口は、開口面が上方を向いている
   請求項４記載の加熱焼成装置。
6. 前記加熱装置の前段に、前記原粉を前記加熱装置に供給する定量供給装置を、
   さらに備え、
   前記定量供給装置が前記加熱装置へ供給する前記原粉の供給量と前記高周波電源の出力の少なくとも一方を調整して、前記未燃カーボンを加熱する
   請求項３記載の加熱焼成装置。
7. 前記燃焼炉内の燃焼空間体積に対して、前記燃焼炉内の前記フライアッシュが占める体積を３割以下とし、
   かつ、前記搬送管内の加熱空間体積に対して、前記搬送管内の前記フライアッシュが占める体積を８割以上とし、
   前記燃焼空間体積に対して前記加熱空間体積を半分以下とした
   請求項２、３、または６記載の加熱焼成装置。
8. フライアッシュと未燃カーボンとを含む原粉の前記未燃カーボンを燃焼し減少させる燃焼炉を有する加熱焼成装置であって、前記燃焼炉は、炉内の前記未燃カーボンを撹拌させる撹拌手段と、前記炉内に酸素を供給する酸素供給手段と、前記酸素供給手段から供給された酸素で充満する前記炉内に向けて燃料を燃焼させる燃焼手段と、を有し、前記燃焼炉の前段に、前記燃焼炉へ供給する前記原粉中の少なくとも前記未燃カーボンを、前記未燃カーボンの発火温度に対して少なくとも２００℃低い温度より高く設定された加熱設定温度以上に加熱する加熱装置を別途備えた加熱焼成装置を用いて、
   前記原粉中の少なくとも前記未燃カーボンを、前記加熱装置で、前記未燃カーボンのある内部空間での空気を必要とする内部燃焼によらずに前記未燃カーボンの発火温度に対して少なくとも２００℃低い温度より高く設定された加熱設定温度以上に加熱し、加熱された前記未燃カーボンを、前記酸素供給手段が供給する酸素が充満し、且つ、前記燃焼手段で燃焼する燃料からの発熱により前記未燃カーボンの発火温度以上に加熱された前記燃焼炉内で、前記未燃カーボンを撹拌手段で撹拌させながら自燃させる焼成方法。
   

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