JPH06509051A - 乾燥泡立ち流動床における炭素燃焼によるフライアッシュの選別 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 乾燥泡立ち流動床における炭素燃焼 によるフライアッシュの選別 本発明は同じフライアッシュの粒子からなる乾燥泡立ち流動床中のフライアッシ ュの微粒子から炭素を燃焼させてフライアッシュを選別することにより改良ポゾ ランを製造し、かつこの炭素に伴って、さもなければ無駄にされていたエネルギ を回収する方法と装置とに関する。

発明の背景 フライアッシュ、その発生源および以前の性質については米国特許第３．３２８ ．１８０号のカラムｌに記載されている。

フライアッシュの種々の使用例は建設（特にコンクリート）業界においては周知 である。その使用例は（種々の方法による）コンクリート製品で使用する骨材の 製造、セメント製造過程への投入原料、およびコンクリート製品に使用されるセ メントの一部に対する直接的代替を含んでいる。本発明はセメントに対する部分 的な直接代替を指向する。

セメント代替に対するその有用性を制限するフライアッシュの諸々の特性は公知 である。これらの特性の中の主要なものは高炭素含有量と大きい粒子サイズであ る。

その他の好ましくない特性としては、過度の磁性鉄化合物、過度のセノスフエア と、低ポゾラン性を含む。種々の経済性の結果を得るべく前記特性のあるものを 改良するために公知の方法が適用されてきた。例えば、粒子サイズは微粉化、篩 分けあるいは分級によって低下させることができる。同様に、過剰磁性鉄は磁気 分離により、過度のセノスフエアは浮遊により除去することができる。

低ポゾラン性もこれらの方法により改良することはできるものの、これはフライ アッシュの化学的性質の特異性を伴うことがよくあり、公知の方法によっては改 良されない。

本発明はフライアッシュにおける炭素の低下に対応する。この課題は過去数種の 方法により達成された。しかしながら、米国特許第４．１２１．９４５号に記載 の石炭焚き炉の修正、粒子サイズの分級、静電選別法並びに湿式浮遊法は本発明 による方法とは明らかに異なる方法により炭素低下を達成している。本発明と、 米国特許第３．９７９．１６８号、（１９８０年代の半ばに刊行されたオランダ のフライアッシュ社の日付の無い報告の６頁、３．３節に記載の）　Ｖｌｉｅｇ ａｓｕｎｉｅ　Ｂ、Ｖ、がらの報告、並びに米国特許第４，７０５．４０９号に 教示されている方法のみは炭素を酸化させることにより炭素含存量を低下させて いる。

炭素を燃焼させることは公知である。しかしながら炭素が不活性化合物により高 度に稀釈されており、かつフライアッシュにおけると同様揮発成分を伴っていな いとすれば燃焼は極めて困難である。そのような燃焼を得る上で重要な要素は滞 留時間と、反応温度と、酸素の利用可能性である。最小の添加温度と酸素の必要 量とは比較的よく理解されている。乾燥流動床の酸化と特に最小滞留時間に対す る作業条件の適性組合せはフライアッシュ中の炭素については以前から未知であ った。

初期の作業において、ｌから１５秒程度の滞留時間において二種類の移送炉を試 験した。移送炉とは、反応物の全てが概ね同じ速度でその中を共に移動する反応 炉を意味する。この初期の作業においては、炭素を燃焼させるに十分な酸素を提 供するに必要な大量の空気を用いて入口から排出点まで反応しているフライアッ シュを移送した。著しい炭素の燃焼は何ら見られなかった。

流動床反応炉は、就中、ある反応に対する滞留時間を長くすることができる点が 周知である。流動床は粗くほぐされて泡立ち流動床と循環流動床とに分割される 。泡立ち流動床においては固体原料は、ガス状（時には液状）の材料が該流動床 を通して上方へ移動する間流動床内の所定位置に概ね留っている。循環流動床に おいては、流体の速度か非常に増すため、流動床は極めて稀釈され、固形材料の 殆んど、あるいは全てが流動床から繰り返し排出され、流体から分離され、再び 流動床中へ噴射される。

循環流動床は、流体の流れから微細な固体を繰り返し分離することの経済的難し さのため極めて微細の固体（例えばフライアッシュ）に対しては好ましくないこ とが知られている。

本発明は、乾燥泡立ち流動床炉の経済的な使用方法を見い出すことにより従来技 術による処理法の問題を克服した。「乾燥ｊという用語は流動床に概ね液体が無 いことを意味する。

流動触媒床技術において、個々の粒子の計算沈降速度よりはるかに高いガス速度 において粉末の濃密床を保持しうることが視察された。エフ、ニー、ゼンッ（Ｆ 、　Ａ。

Ｚｅｎｚ）は（１９８４年ブアン、ノストランド、ラインホルト社−Ｖａｎ　Ｎ ｏ５ｔｒａｎｄ　Ｒｅ１ｎｈｏｌｄ　Ｃｏ、により出版された（エム、イー、フ ヱイドおよびエル、オッターＭ、　Ｅ。

Ｆａｙｅｄ　ａｎｄ　Ｌ、　０Ｈｅｒ編）粉体化学および技術ハンドブック（Ｈ ａｎｄｂｏｏｋ　ｏｆ　Ｐｏｗｄｅｒ　５ｕｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌ ｏｇｙ）の１０章４６４頁においてこの点を注目している。しかしながら、フラ イアッシュの炭素を経済的に低減させるために、触媒粒子の代りにフライアッシ ュの粒子を用いて乾燥泡立ち流動床炉を使用しつるか否かについては知られてい なかった。フライアッシュは触媒の微粒子よりもはるかに低い値を有するので許 容しうる経済性ははるかに困難である。さらに予測される許容速度は０．００３ ｍ（０゜ＯＩフィート）／程度度である、泡立ち流動床がらの材料の過度の移動 を阻止するため微細なフライアッシュ粒子に対して予測される単一の粒子の沈降 終端速度である。

この速度を使用する反応炉は必要な空気量を通すには巨大な平面面積を有し、明 らかに不経済である。粒子からなる流動床として微細なフライアッシュの粒子を 用いている非触媒泡立ち流動床に対してさえも、泡立ち流動床の考え方から著し く逸脱することな（流動床速度を約２倍に増加しうることが判明している。高い 流動床速度を用いることにより約１００の係数で流動床の平面面積を低減するこ とが可能で明らかに経済的利点がある。

発明の要約 本発明は一実施例においては、（ａ）炭素を含有するフライアッシュの微細粒子 を粒子からなる乾燥泡立ち流動床へ導入し、（ｂ）空気対フライアッシュの比率 が約１０００から約１５００の間の容積比で、かつ少なくとも秒当り約０．１５ ｍ（０，５フイート）であるが秒当り約０．９ｍ（３，０フイート）未満の速度 で大気を導入し約７０４．４°Ｃ（１３０（ｆｏＦ）と約９８２．２°Ｃ（１８ ００°Ｆ）の間の温度で流動床中のフライアッシュの粒子を緊密に混合し、粒子 を少なくとも２分間であるが最長１００分まで流動床内で滞留させることにより フライアッシュ粒子中の炭素を酸化させ、（Ｃ）次にフライアッシュの粒子を流 動床から除去する段階を含み、粒子の炭素含有量か酸化によって低減し、除去さ れたフライアッシュの粒子はそれ以上の処理を施すことなく使用するに適したポ ゾラン度を高めコンクリート中のセメントの一部と代替しうることを特徴とする 炭素を含有するフライアッシュの微細粒子の炭素含有量を低下させる方法である 。酸化には約５〜約１５％の間の過剰酸素を用いることが好ましい。「過剰」と いう用語は、炭素の等モル酸化に要するものより多い酸素を意味する。また、流 動床から過剰の熱を取り出すことも必要で、その熱を回収して使用することが好 ましい。好ましい流動床温度は約７６０．０℃（１４００’Ｆ）と約９２６．６ ℃（１７００°Ｆ）の間であり、さらに好ましいのは８１５．６’Ｃ（１５００ °Ｆ）と約８７１．１℃（＋６００’Ｆ）の間である。空気の速度は約０．３ｍ （１フイート）と約０．３７５ｍ（１，２５フィー１−）／秒の間が好ましい。

空気対フライアッシュの容積比は約１２００と約１３００の間が好ましく、最も 好ましいのは１２５０である。好ましい滞留時間は約１０分と８０分との間、さ らに好ましいのは約３０分と約５０分との間である。流動床の粒子、すなわちフ ライアッシュの平均粒子サイズは約１００ミクロンあるいはそれ以下が好ましい 。

本発明の別の実施例は、前述の方法により炭素含有量を低減したフライアッシュ の粒子から作られた改良ポゾランである。選別されたポゾランは、前述の泡立ち 流動床燃焼法（酸化法）により調質されたフライアッシュからなるセメント混合 物によりボートランドセメントに対する直接的な部分的代替として有用である。

直接ということは、選別されたポゾランがそれ以上処理することなくコンクリー ト中のセメントの一部と代替する上で有用であることを意味する。改良ポゾラン は４％未満の炭素と、少なくともその６％が湿式分析により３２５メツシユのス クリーンを通るサイズとを有していることが好ましい。

本発明の最後の実施例は、炭素を含有するフライアッシュの粒子の炭素含有量を 低減する装置であって、（ａ）炭素含有フライアッシュの粒子を、先に導入され たフライアッシュの粒子から基本的に構成される乾燥泡立ち流動床炉へ導入する 手段を、（Ｃ）空気を炉中へ導入する手段と、（ｄ）炉から粒子を除去する手段 と、（ｅ）炉から熱を除去する手段と、ＣＤ空気と、出来た燃焼製品とを炉から 除去する手段とから構成される反応炉とを組合せて含み、（ｇ）泡立ち流動床炉 の粒子の流れに対して横方向の断面積が、単一粒子の終端沈降速度の理論的な制 限要素に基づいて設計した類似の反応炉の断面積の少なくともｌＯ倍小さいこと を特徴とする装置である。

本発明による炭素の低減により３つの直接的な利点が得られる。まず、品質の悪 いフラッシュアッシュであっても市販しつる製品となることである。第２に、全 体の発電プラントの燃料入力の約０．５％に相当する熱エネルギを回収して使用 できることである。最後に、廃棄個所まで運ぶフライアッシュの量が減り、かつ ポゾランがコンクリート成分の一部となったとき発生するフライアッシュ中の重 金属の不動態化により直接環境上の利点が得られることである。

第１図は本発明の好適実施例で最良の態様であるフライアッシュの炭素の燃焼プ ラントの概略的な概念フローチャートである。最良の態様に対する作動条件につ いては発明の要約に記載されている。

第２図は本明細書の例に記載の試験に使用する流動床以下は第１図に示すフライ アッシュの炭素燃焼プラントの好適設計の利点と概観の全体的な説明である。数 字は第１図の参照番号を指示する。

プラント設備費を最小にし、作動を簡素化し、かつ操業費用を低減するために数 種の設計思想を探り入れている。

一持続燃料は何ら使用しない。冷機起動および温機起動のみに対して始動空気バ ーナ２１５０，２１６０および２Ｉ７０に外部から燃料が供給される。（１日以 下閉鎖していた装置に対する）温機起動および通常の作動に対しては外部からの 燃料供給を必要としない。

−高温ガスの流れ３１１６における熱の回収。

これは（炭素燃焼プラントのみならず、発電プラントの交熱領域において）液体 伝熱面、ポンプ、弁等の高いコストを排除する。

一流動床内に伝熱面が無い。流動床の温度を制御するために循環アッシュ用ビン ５２１０がらの相対的に冷たい循環アッシュを使用することにより、燃焼装置２ １１０における流動床の高価で、かつ腐蝕しやすい伝熱面を排除する、しかしな がら、ある個所での特定の条件により流動床内の伝熱面に余分のコストがかかっ たり、かつ／または液体伝熱媒体の使用が必要になるかもしれないことに注目さ れたい。

処理過程中へフライアッシュを送入するために、サイロ１１２１からの供給フラ イアッシュが、流動床燃焼装置（ＦＢＣ）２１１０の上方のフライアッシュ・サ ージビン１２２０まで運ばれる。このサージビン１２２０からフライアッシュは 必要な速度で燃焼装置２１１０の泡立ち流動床まで送られる。

流動床燃焼装置２１１０は一般的に数個のセクション即ちステージ（典型的には ３個）に分割される。フライアッシュは（ライン２００１の排気ガスと共に）キ ャリオーバとして、あるいは送入部とは反対側の端部における堰２１１４をオー バフローするかのいずれかにより燃焼装置を出ていく。

堰２１１４上を流れる高温のフライアッシュは空気予熱器３１２０中へ落下する 。空気予熱器３１２０は高温の間接熱交換器である。空気予熱器３Ｉ２０の二重 機能は次のハンドリングに対してフライアッシュを冷却し、熱を回収することで ある。回収された熱により押込み通気ファン（図示せず）３１１０からの空気の 温度を３１５．６°Ｃ（６００°Ｆ）と５３７．．８°Ｃ（１，０００’Ｆ）の 間の温度まで上げる。この空気の殆んどは流動床の燃焼空気となる。回収された 熱を運んでいる残りの高温空気はライン３１１４．３１１６とを介して発電プラ ントまで分岐される。

粒子サイズ分級器４１１０が、製品としてのアッシュをサイロ６１４１まで運ぶ 前に冷却されたフライアッシュから異物、焼結塊等を除去する。過大サイズの材 料はライン４１２１を介して処理される。

適正サイズの低炭素フライアッシュは貯蔵のため製品アッシュサイロ６１４１ま て運ばれる。このサイロ６１４１は差圧トラックに積込む装備とされている。

著しい量の流動床材料がキャリオーバとして排気ガスと共にライン２００１を介 して流動床を出ていく。この材料は電気集塵器（ＥＳＰ）８１１０に集められ、 重力により循環アッシュ・サージビン５２１０中へ落下する。

ライン８１６１からの大気がＥＳＰ８１１０からのアッシュの流れを稀釈して全 体の流れの温度をＥＳＰ８１１０にとって許容されるレベルに保つ。清浄された 排気ガスと稀釈空気の混合物がＥＳＰ８１１０から吸引され、押込み通気ファン ８Ｉ５０によってライン８１１１および３１１６を介して発電プラントまで（回 収された熱と共に）送られる。

発電プラントまでのライン３１１６中の高温ガス流は空気予熱器３１２０からの ライン３１１４からの余分の高温の押込み通気の空気と、ライン８１１１からの 清浄とされた流動床の排気ガス／稀釈空気の混合物とから構成されている。この 高温ガス流は発電プラントの空気ヒータ（図示せず）の下流にある押込み通気ダ クト（図示せず）に噴射される。この結果、発電プラントの押込み通気の流れが 僅かに減少し、発電プラントの燃焼空気の温度が僅かに増大する。このため石炭 の使用量が少なくなり単位熱消費率が向上する。

集塵装置ＥＳＰ８１１０により循環アッシュ・サージビン５２１Ｏに堆積された アッシュはダンパ８１６０を介して送入された稀釈空気に露出されることにより 著しく冷却される。このアッシュは流動床燃焼器２１１Ｏ中へ再噴射され、そこ では流動床の温度を制御する熱だめとして作用する。殆んどの作動条件に対して 、集塵器（ＥＳＰ８１１０）の排出の流れは流動床温度を完全に制御するに十分 でない。従って、空気予熱器３１２０からの追加の冷たいアッシュが循環アッシ ュ・サージビン５２ＩＯまてライン５１１１を介して運ばれる。

個々のフィーダ５１４０．５１５０および５１６０は必要に応じてそのセクショ ンの設定値温度を保つために流動床の３個のセクションの各々へ循環アッシュを 排出する。循環アッシュ・サージビン５２１０は供給アッシュ・サージビン１２ ２０の側方で流動床燃焼装置２１１０の上方に位置している。

機能説明 以下の機能説明は各システムにおける各々の主要設備あるいは槽の目的および作 動を記述する。（物理的および作動上の双方についての）主要設備間の関係も含 めている。記述された設備項目は第１図にグラフで示されて供給アッシュサイロ １１２１からのフライアッシュはサイロの通気した底部組立体１１２２を通して 排出される。遮断弁（図示せず）も設けられている。供給アッシュは供給アッシ ュ搬送装置１１１０中へ流入する。搬送空気は供給アッシュの搬送ブロワ１１２ ０によって供給される。ブロワ１１２０は炭素燃焼プラント作動中連続して作動 する。制御装置はフライアッシュ・サージビン１２２０の設定値レベルを保つた めに必要に応じて搬送装置１１１０をサイクル作動させる。

フライアッシュ・サージビン１２２０は流動床燃焼装置２１１０の上方に位置し ている。ロードセル（図示せず）のボルトがフライアッシュ・サージビン１２２ ｏの一次レベルを指示する。

フライアッシュ・サージビン通気ブロワ１１４０はフライアッシュ・サージビン 通気排出装置１１５０へ空気を送り流動状態にサージビン１２２０の中味を保つ 。通気用空気並びに搬送用空気はフライアッシュ・サージビン通気フィルタ１１ ３０を介して清浄にされ、かつ解放される。

流動床フライアッシュ用回転フィーダ１１６ｏは原料アッシュの衝撃スケール１ １７０を介してフライアッシュ・サージビン１２２０からアッシュを排出する。

衝撃スケール１１７０からのフィードバックを用いて、制御装置は流動層の供給 速度を設定値に保つべく流動床フライアッシュ・フィーダ１１６０の速度を変え る。

流動床燃焼装置 流動床燃焼装置２　ｊ　ｌ　Ｏの基本要素は耐火材をライニングした鋼製ボック スである。その寸法は必要な滞留時間、ガス速度および流動床深さを提供するよ うに選択される。

原料アッシュ・衝撃スケール１１７０から流動床燃焼装置２１１０の供給端中へ 原料アッシュは重力により流入する。処理の間、アッシュは流動床燃焼装置２１ １０の長さにわたり移動し、反対側の端部から出ていく。流動床の中間点におけ る堰２１１２．２１１３および２１１４は流動床を３個のステージに分割する。

任意の流動床保持のための循環装置（図示せず）は流動床材料を第２のＦＢＣ２ １１０のステージから第１のステージへ、そして第３のステージから第２のステ ージへ（それぞれ）始動の間循環させ流動床の温度を平準化しやすくする。圧縮 された空気が推進力を提供する。さらに、循環装置の底部に放出弁に追加して、 そこに集積しようとする集塊を除去することができる。

通常作動の間、空気予熱器３１２０からの高温空気が燃焼空気ブレナム２１１５ および３個の並列の燃焼制御ダンパ２１２０．２１３０および２１４０を通して 流れる。これらのダンパの各々は燃焼空気を流動床燃焼器２１１０の各ステージ のベッドプレート（図示せず）の下方の空間へ燃焼空気を排出する。空気は、流 動空気が喪失されるか、あるいは遮断されると、フライアッシュの逆流を阻止す るよう設計された空気分配系（図示せず）を介して流動床中へ流入する。

各ステージへの空気の流れは質量流量計（図示せず）によって測定される。制御 装置は、各流量を設定値に保つため燃焼制御ダンパ２１２０．２１３０および２ １４０を調整する。各ステージの設定値は希望する流動速度および過剰空気を提 供するよう計算される。

３個の循環アッシュ用回転フィーダ５１４０．５１５０および５１６０からの比 較的冷たいアッシュは重力により、流動床の３個のステージの各々の中へ送り込 まれる。各々の循環アッシュ用フィーダ５１４０，５１５０および５１６０の流 量は、該当ステージの流動床設定値温度を保つべく制御装置によって変えられる 。

燃焼排気ガスと、該ガスによって運ばれるキャリオーバ・アッシュはアッシュ排 出端において流動床燃焼装置２１１０を出ていく。ガスとアッシュのこの混合物 はライン２００１および８Ｉ６２を介して電気集塵器８１１０まで導かれる。

冷機始動あるいは暖気始動の間、燃料タンク（図示せず）からの２番目の油が点 火され流動床燃焼装置２１１０とその中味を自動点火温度（約７０４．４℃−１ ３００°Ｆ）まで上昇させる。ＦＢＣ２１１０の始動ダクトバーナ２１５０とＦ ＢＣ２１１０の始動バーナＡおよびＢ２１６０および２１７０がこの目的に対し て使用される。ダクトバーナ２Ｉ５０は燃焼空気ブレナムに発火され、一方その 他のバーナは第１のステージの流動床レベルの丁度上方のＦＢＣ２１１０の室の 中へ発火される。

自動点火温度に達した後、燃焼反応は自動的に持続され、第２の燃料油の使用は 停止する。

空気予熱系 押込み通気ファン３１１０が大気を空気予熱装置３１２０の熱回収部へ押し込む 推進力を提供する。空気予熱装置３Ｉ２０は、流動床燃焼装置２１１Ｏから出て くる高温生成物からの熱を冷却器による押込み通気の流れに伝達する対流式の固 体対ガスの熱交換器である。その結果得られた高温の押込み通気は２つの流れに 分割される。

−次流れは流動床燃焼空気プレナム２１１５へ流入し炭素の燃焼反応のための酸 素を提供する。他方の流れはライン３１１４を還流して、発電プラントへの高温 ガスダクト３１１６中へ流入する。この流れは（燃焼空気が吸収しうる量を上廻 る）回収された熱を使用するため発電プラントまで運ぶ。

押込み通気ファン３１１０には人口ダンパ（図示せず）か設けられている。制御 装置は空気予熱装置３１２０を出ていく高温の押込み通気温度をその設定値（３ １５，６°Ｃ〜５３７．８℃＝６００°Ｆ−１０００°Ｆ）に保つよう人口ダン パを調整する。

流動層燃焼装置１２１１０への高温の押込み空気流量はそれぞれ燃焼制御ダンパ Ａ、Ｂ、Ｃ１２１２０，２１３０および２１４０によって制御される。過剰の高 温の押込み通気は熱回収空気ダンパ３１１５と、発電プラントへの高温ガスダク トであるライン３１１６を介して流れる。制御装置は流動床燃焼装置２１１０の 適正作動のための十分な圧力を保つようこのダンパを調整する。

空気予熱装置３１２０は、多数のステンレス鋼の押込み通気ダクトを収容した耐 火材でライニングした鋼製ボックスから構成される。押込み通気ファン３１１０ からの空気はこれらのダクトを通して上方へ流れ、一方流動床燃焼装置２１１０ からの高温のアッシュはダクトの周りを下方へ流れる。フライアッシュの流動性 は、空気予熱装置の通気排出装置３１４ｏを通して空気予熱装置の通気ブロワ３ １３ｏからの空気を通すことにより保たれる。

少量の通気用空気と、その中に捕捉されたアッシュとは、清浄並びに生成物回収 のために、ＦＢＣ２１１０の排気ガスライン２００１を介して電気集塵器（ＥＳ Ｐ）８１１Ｏまて導かれる。

空気予熱装置３１２０の頂部近傍の適当サイズのグリズリ（図示せず）が、伝熱 ダクトの間の空間を詰らせるに十分大きい塊かその領域へ入らないようにする。

この特色は異常混乱状態に対する保護を意図したものである、もしそのような状 態が発生するとすれば、グリズリは上方の掃除開口を介して手作業で清浄する必 要がある。

ロードセル（図示せず）のボルトが空気予熱装置３１２０におけるアッシュのレ ベルを一時的に指示する。制御装置は空気予熱装置３１２０における設定値レベ ルを保つべく空気予熱装置３１２０の生成物回転フィーダ３ｔＳＯの速度を変え る。

粒子サイズ分級系統 空気予熱装置の製品回転フィーダ３１５０を介して空気予熱装置３１２０から出 ていく冷却されたフライアッシュ製品は重力により粒子サイズ分級機４１１０中 へ落下する。粒子サイズ分級機４１１０は、約１６メツシユにおいて過大サイズ の製品を分離する。過大サイズのものの流れは供給アッシュと共に入って来たく 発電プラントの空気ヒータのバスケットの断片、ボイラの耐火材の断片、発電プ ラントの電気集塵器からの集塊等の）過大サイズの材料から主として構成される 。さらに、流動床の燃焼装置２１１０での焼結により形成された塊も過大サイズ のものとしてはねられる。

粒子サイズ分級機４１１０からの製品は重力によりライン４１１１を介して製品 用ベルトパケット、エレベータ６１１０の入口まで流れる。過大サイズの材料は 重力によりライン４１２１を介して過大サイズ材料の搬送ベルトコンベヤ４１２ ０上に流れる。このベルトコンベヤ４１２０は過大サイズの材料をプラント建屋 外へ運び、過大サイズ材料の排出サージホッパ４２１Ｏへ降すのに十分持ち上げ る。ベルトの最初の数フィート分にはフードを付けである。ベルトのフードから 製品のサージビン６１２０まて導かれたダスト捕集装置は粒子サイズ分級機４１ １０から過大サイズの材料と共に排出されたダストを収集する。

過大サイズ材料は通常重力により過大サイズ材料排出サージホッパ４２１０を介 して、その下に位置したダンプトラック９１４０中へ流入する。サージホッパ４ ２１０にはクラムシェル状排出ゲート（図示せず）が設けられ、！立方ヤードの サージフローを受け入れる。この特色は、トラックが過大サイズの材料を処理場 へ運び込んでいる短時間の間使用される。

過大サイズ材料排出サージホッパ４２１Ｏの下方の水噴射がダンプトラック内の 材料を定期的に湿めらせ該材料から確実にダストを無い状態とする。

循環アッシュ系統 空気予熱装置３１２０からの冷却された製品アッシュは重力によりライン５１１ ２を介して循環アッシュ搬送装置５１１０中へ流入する。搬送装置の人口弁（図 示せず）は搬送装置の作動サイクルに従って搬送装置５１１０への流量を制御す るよう開閉する。搬送装置５１１Ｏの排出部からのアッシュは空気的に循環アッ シュ・サージビン５２ＩＯまで上昇させられる。循環アッシュ搬送ブロワ５１２ ０は循環アッシュを搬送する推進空気を提供する。循環アッシュ搬送装置５１１ ０は小さいパイプ（図示せず）を介して製品アッシュのレベルの上方の空気予熱 装置３１２０中へ通気される。

循環アッシュ・サージビン５２１Ｏは断熱サイロから構成されている。キャリオ ーバ・アッシュは重力により電気集塵器の排出エアロツク８１２０．８１３０か ら循環アッシュ・サージビン５２１Ｏ中へ流入する。さらに、サージビン５２Ｉ Ｏはライン５１１１を介して空気的に循環アッシュ搬送装置５１１０から冷却さ れた製品を受け取る。

ロードセル（図示せず）のボルトが循環アッシュ・サージビン５２１Ｏの重量を 連続的に指示する。制御装置はこの重量を設定点値に保つために必要に応じて循 環アッシュ搬送装置５１１Ｏをサイクル運動させる。循環アッシュ搬送ブロワ５ １２０はプラントの作動中連続して作動する。

循環アッシュ通気ブロワ５１３０は循環アッシュ通気排出装置５Ｉ３５に空気を 提供し、循環アッシュ・サージビン内のアッシュを流動状態に保つ。通気用空気 と空気搬送用空気の双方は循環アッシュ・サージビンからライン５２１１を介し て集塵器の入口配管８１６２中へ通気される。

循環アッシュ排出装置Ａ、ＢおよびＣ１即ちそれぞれ５１４０．５１５０および ５１６０は循環アッシュを流動床燃焼装置２１１０の３個のステージへ排出する 。制御装置は、流動床の関連するステージの設定点温度を保つように必要に応じ てこれらの排出装置の各々の速度を粒子サイズ分級機４１１０からの製品は重力 によりライン４１１１を介して製品用ベルト・パケット・エレベータ６１１０の ブーツ中へ流入する。製品用ベルト・パケット・エレベータ６１１０はナイロン のパケットを支持するための標準的なベルトを用いた密封された遠心式エレベー タから構成される。このエレベータの機能は粒子サイズ分級機４１１Ｏから連続 的に排出されつつある製品アッシュを製品用サージビン６２１Ｏ中へ持ち上げる ことである。

製品用サージビン６２１Ｏは製品用ベルト・パケット・エレベータ６１１０から 製品アッシュを連続的に受け取り、それを製品搬送装置６１３０中へバッチで排 出する。製品用サージビン６２１Ｏは極めて小さいものである。製品用サージビ ン６２１Ｏの通気フィルタ６１２０と、製品用サージビンの通気フィルタ用のフ ァン６１２５とは製品用サージビン６２１Ｏの頂部に装着されている。適当なダ クト（図示せず）を介して、前記の装置は製品用ベルト・パケット・エレベータ ６１１０のケーシングと、粒子サイズ分級機４１１０と、過大サイズ材料の搬送 ベルトコンベヤ４１２０を僅かに負の圧力に保つ。

このためダストがこれらの装置から放出されないようにする。さらに、製品搬送 装置６１３０は小さいパイプ（図示せず）を介して製品用サージビン６■２０中 へ通気する。その他の採取点からの空気と同様、通気用空気は解放される前に製 品用サージビン用通気フィルタ６１２０によって清浄にされる。

製品アッシュは製品用サージビン６２１Ｏから重力により製品搬送装置６１３０ 中へ流下する。製品用サージビン６２１Ｏは間断なく供給を確実に行うよう大量 の流れに対して構成されている。製品搬送装置の人口弁（図示せず）は搬送装置 の設計要件に従って流量を制御する。

制御装置は設定点に製品用サージビン６２１０を保つために必要に応じて製品搬 送装置６Ｉ３０をサイクル作動させる。

製品用搬送ブロワ６１４０は製品アッシュを製品アッシュ用サイロ６１４１の頂 部まで搬送させるための推進空気を提供する。このブロワ６１４０はプラントの 作動中連続的に作動する。

吸出し送風系統 流動床燃焼装置２１１Ｏからの排気ガスはライン２００１と８１６２とを介して 吸込み送風機により電気集塵器（ＥＳＰ）８１１０中へ吸引される。大気は調整 稀釈空気ダンパ８Ｉ６０とダクト８Ｉ６１とを介して電気集塵器８１１０の入口 ダクトライン８１６２中へ吸引され電気集塵器８１１Ｏの入口温度を調整する。

組み合わされた排気ガスと稀釈空気の流れとは、清浄された後ＩＤファン８１５ ０により「発電プラントへの高温ガス」用ダクト３１１６までライン８１１１を 介して前進する。

（約３１５．６℃＝６００°Ｆである）このガス流はダクト中で（３１５，６〜 ５３７．８°Ｃ＝６００°Ｆ−１０００°Ｆで）ライン３１１４からの過剰の高 温の押込み通気空気の流れと合流する。（３１５，６〜３７１゜ｌ″Ｃ＝６００ 〜７００°Ｆの）組み合わされた高温のガス流はバーナのブレナムのすぐ上流で 発電プラントの押込み通気ダクトまで回収された熱を運ぶ。

空気予熱装置３１２０からの通気と循環アッシュ用サージビン５２１Ｏとはライ ン２００１と５２１１を介して電気集塵器８１１０の入口ダクトライン８１６２ 中へ送気される。またその他の小さい通気流をこのダクトまで導いてもよい。制 御装置は電気集塵器８１１０の入口温度をその設定点（概ね３１５．６°Ｃ＝６ ００°Ｆ）において制御するよう稀釈空気ダンパ８１６０を調整する。

電気集塵器８１１０によって集められたダストは重力により電気集塵器の排出エ アロツク８１２０と８１３０とを介して循環アッシュ用サージビン５２１０中へ 排出される。

吸込み通風機８１５０には調整人口ダンパ（図示せず）が設けられている。制御 装置はこのダンパを調整して流動床燃焼装置２１１０の排出フランジにおいて僅 かに負の圧力（約−１１ｎＷＣ）を保つ。吸込み通風機８１５０は清浄されたガ スの流れを発電プラントの押込み通気ダクトへ押し込むために可成り高い静水頭 に抗して排出する必要がある。

例 本発明の例か第２図に示す流動床燃焼試験モジュールにおいて実施された。第１ 図に示す試験モジュールは、フライアッシュの試料３が不活性（低酸素）雰囲気 中で試験温度まで加熱され、次に、炭素の燃焼反応を開始させる高温空気による 流動化される単純なバッチ装置である。前記試験モジュールは主として空気加熱 装置２０と流動床装置３０と、それらの補助装置とから構成されている。流動床 装置３０は、フライアッシュの試料３１と、（流動空気を分配するために使用す る）通気ストーン３４と、（燃焼反応の間の温度上昇を制御するために使用する ）流動床冷却コイル３３とを収容した流動床ボックス２９から構成されている。

流動床ボックス２９の方は、断熱された鋼ボックス２８内に密閉されている。該 ボックス２８はフライアッシュの試料を試験温度まで加熱するよう流動床ボック ス２９近傍でＬＰＧバーナ２からの燃焼ガスを受容するよう作用する。これらの ガスはＬＰＧバーナの煙突３２を介して通気される。

空気加熱装置２０は構造が類似である。内側ボックス２１は、蓄熱媒体および伝 熱媒体として用いられる砂利からなる蓄熱質量３を保持している。外側の断熱ボ ックス２７は内側ボックス２１近傍のＬＰＧバーナ１がらの高温の燃焼ガスを入 れている。ＬＰＧバーナｌからのガスはＬＰＧバーナの煙突２２を介して通気さ れる。

試験の間、流動床冷却コイル３３と試料流動床３１とは流動床ボックス２９中へ 挿入される。金属プレート（図示せず）が流動床排出装置４０を被覆するために 使用される。ＬＰＧバーナｌと２とは点火され、蓄熱質量３と試料流動床３１の 温度をそれぞれ上昇させる。前記２個の装置の温度は図示のように熱電対Ｉ８． １９．３８および３９によってモニタされる。熱電対３８によって測定された流 動床の温度が５３７．８°Ｃ（１０００’Ｆ）に達すると、アルゴンが弁１６を 介して導入され、ライン２４の流量計１７によって測定される。ライン２４はガ スを蓄熱質量３、バイブ２５、ユニオン３５および通気ストーン３４を介して試 料流動床３１中へ導かれている。このため流動空気を導入する前に著しい炭素燃 焼が起らないように阻止する（実験室の試験ではこの反応は５３７．８°Ｃ（１ ０００’Ｆ）以下では顕著には発生しないことを示している）。アルゴンの流れ は、流動床ボックス２９において低酸素含有量を保つに十分ではあるが、流動床 排出装置４ｏから適度の量のフライアッシュを排出するには不十分の値に保たれ る。

蓄熱質量３と試料流動床３１が希望の温度に達すると、流動床排出装置４０を被 覆している金属プレート（図示せず）が外され、ＬＰＧバーナｌと２とが絞られ 、アルゴン用弁１６が閉鎖され、空気用弁１２が解放される。

コンプレッサ（図示せず）からの空気は調整器１１にょって約０．１４ｋｇ／ａ ｍ”　（２ＰＳＩ）の圧力まで低減させられる。空気は弁１２、流量計１５およ びライン２３を還流し、かつ蓄熱質量３を還流する。送入空気の圧力と温度とは 圧力計１３および温度計１４によってモニタされる。熱は高温の蓄熱質量３から 内側ボックス２１内に送入されてくる流動空気に伝達される。加熱された空気は 熱電対２６を通ってバイブ２５を介して、かつユニオン３５を介して流動床ボッ クス２９へ流入する。次に高温空気は通気ストーン３４を介して試料流動床３１ 中へ入り、そこで炭素燃焼反応が発生する。（試料流動床３１からの材料の一部 を含んでいる）燃焼ガスは流動床排出装置４０を出て目に見えるアッシュの羽毛 状体を生成する。流量計１５によって測定された送入空気の流量は弁１２によっ て調整され、流動床ボックス２９内で試料流動床３１のフライアッシュの粒子を 流動化するため望ましい流動床空塔速度を提供する。この流量は、（炭素に対す る酸素の望ましい比率に応して）望ましい量の空気が試料流動床を通過してしま うまで保たれる。試験の間、流動床冷却コイル３３を用いて（熱電対３８．３９ によって測定した）試料流動床３１の温度を望ましい範囲に保つ。冷却水は弁４ ４およびバイブ４３を介して流動床冷却コイル３３まて導入される。加熱された 冷却水はバイブ４２を介して排出される。

適当量の空気か試料流動床３１を通過した後、空気弁は閉鎖され、アルゴン弁１ ６が解放され、ＬＰＧ／（−す■と２とか遮断され、鋼プレート（図示せず）を 用いて流動床排出装置４０を被覆し、冷却水弁４４が全開される。試験装置か十 分冷却した後、流動床冷却コイル３３は流動床ボックス２９から外される。ユニ オン３５が破断され、流動床ボックス２９全体が、残りの試料流動床３１を回収 したり、検査のために断熱鋼ボックス２８から外される。試料流動床３１の最初 と終りの試料並びに試験の間流動床から沈下したいずれかの試料か炭素含有量を 分析するため実験室へ提供される。

例１か６（試験ｌから６） 前述し、かつ第２図に示す流動床の炭素燃焼試験モジュールを用いて、表１に要 約した試験Ｉから６までを実施した。ＬＯＩ試験は点火損失についてのＡＳＴＭ 　Ｃ３１１である。

表　１ 流動床炭素燃焼試験の要約 傘＊空気の流れ＊傘 ＊＊アッンユの計算中希 傘＊炭素の計算中本 傘中酸孝の針Ｗ幸＊ 結果および結論 １、　６回の試験におけるＬＯ＋低減率は４９．６９６から８７．３％の範囲で あった。一般的（ど、ＬＯＩの低減は、流動床と集塊問題（下記参照）が解決さ れた後程の試験の間より良好であった。

６回の試験の中４回は、ＬＯＴが約６％のフライアッシュを用いて実行した。そ の他の２回の試験はＬＯＴが約１２９６のフライアッシュを用いて実行した。炭 素含有量のより高いフライアッシュの試験の双方共、他の試験よりＬＯＩの低減 が劣った。

各試験の初期部分の間、ＬＯＩの低減は基本的には時間に対して直線であった。

このことは燃焼速度が、流動床への酸素の導入速度によって制限されることを示 す。

成る試験の終りに向かって、残留炭素量が極めて低くなるにつれて、燃焼速度は 著しく低下した。このことは、炭素の最後の分は残りのものより燃焼しにくいこ とを示す。

２、　流動床からの材料の喪失は過剰ではなかった。流動床の材料喪失は２３． ９％から７８．４％まで変動し、より高い値はより長い噴射時間に関連する。バ ッチモジュールに対しては空気噴射時間は滞留時間と等しい。従って、望ましい 長い滞留時間と、それに伴う高度の炭素燃焼とは流動床材料の喪失の増大を犠牲 にして得られる。

流動床からの材料の喪失は所定の空気流量に対して可成り一定であった。すなわ ち、空気の流量に対する材料喪失の質量比は試験の間で大きく変動しなかった。

同様に、供給された空気容量に対する流動床材料喪失の質量比も大きく変動しな かった。

３、　流動床内での流動性は流動床の深さに強力に依存することが判明した。流 動性は１５．２４ｃｍ（６インチ）の流動床深さでは極めて悪かった。３０．４ ８ｃｍ（１２インチ）では驚異的に向上した。完全な流動、性は６０゜９６ｃｍ の流動床深さにおいて得られた。

流動床深さは滞留時間に緊密に関連している。毎秒０゜３ｍ（ｌフィート）の試 験設計流動床速度に対して、６０．９６ｃｍ（２４インチ）の流動床は低炭素含 有量のフライアッシュに対しては４０分の滞留時間を、高炭素含有量のフライア ッシュに対しては８０分の滞留時間をもたらした。長い滞留時間は炭素燃焼に対 して良く、単位生産量（流動床による炭素燃焼概念に対する生産量は専ら流動床 の面積と速度とによって決まる）にも影響を与えない。しかしながら、より長い 滞留時間はより高い流動床材料の全体的喪失に連がる。

４、　フライアッシュの焼結塊への結着は（特に初期の試験においては）問題で あることが判明した。完全な流動化を補償し、かつ流動床の温度を制御するよう 変更が実行された後はこれらの問題は驚異的に減少した。最終の試験では回収さ れた試料の１−１０％（全体供給量のｌ／２〜５９６）が極めて軟かく焼結され た塊として回収された。しかしながら、商業プラントにおいては製品の分粒と「 塊破砕機」が多分必要とされよう。

５、　水冷コイルを用いた流動床冷却は流動床の温度の制御に極めてよく作用し た。冷却無しでは、炭素の燃焼により流動床の温度を過度に上昇させる（試験番 号２においてはピーク温度は１２６０°Ｃ（２３００°Ｆ）を上廻った）。冷却 は商業プラントの好結果の運動にとって必要である。試験の間、目標とする流動 床温度は７６０°Ｃ（１４００°Ｆ）であった。目標温度の最適化によって望ま しい結果が決まる。温度がより低いとより安価な構造材料、より低いＮｏ□、お よび（若干程度であるカリより高い生産量にとって好ましい。より高い温度は、 より高度の炭素燃焼およびより安価の（少ない）伝熱面積にとって好ましい。

流動床から取り出された熱は適当な伝熱面を用いることにより（５３７，８℃＝ １０００°Ｆ程度の）高温で回収することができる。このため回収された熱を発 電プラントで再使用したり、あるいは外部の需要家への販売に価値あるものとす る。

６、　点火は反応空気を予熱することなく達成された。このことは点火は主とし て流動床の温度に依存することを示しているようである。点火は流動床の温度が ７０４゜４℃（１３００°Ｆ）を上廻るといつでも容易に発生するようである。

加熱された反応空気は必要でないことが判明したものの、それは商業プラントに おいては多分供給されることになろう。その理由は、反応空気の加熱は、さもな けれは喪失する若干低温の熱を回収する都合のよい方法であるからである。

本発明を、現在量も実用的でかつ好ましい実施例と現在考えられているものに関 して説明してきたが、本発明は開示した実施例に限定されるのてなく、以下の請 求の範囲の精神と範囲内の種々の修正や均等物を網羅する意図である。

国際調査報告 １Ｍ１ｔｌＡＩ１１６ＡＪｌ＾”、””−”−ＰＣＴ１０３９１１０５８２４１ ＋＋＋ｗ＋＋ｍ′″＝１°″Ｃ″″″−’　ＰＣｒ／ＵＳ９１１０５８２４

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．炭素を含有するフライアッシュの微細粒子の炭素含有量を低減する方法にお いて、 ａ）炭素を含有する前記のフライアッシュの微細粒子を、基本的に前記粒子から なる乾燥泡立ち流動床に導入し、 ｂ）約７０４．４〜約９８２．２℃（約１３００〜１８００°Ｆ）の温度におい て前記粒子を前記流動床の空気と緊密に混合させ、 少なくとも毎秒０．１５ｍ（０．５フィート）と約０．９ｍ（３．０フィート） 未満との間の速度でフライアッシュに対する空気の容積が約１０００と約１５０ ０以下の間で前記流動床へ大気を導入し、 前記粒子が少なくとも約２分から最大約１００分の前記流動床での滞留時間を有 することによってフライアッシュ粒子内の炭素を酸化させ、 ｃ）次に前記フライアッシュの粒子を前記流動床から除去することを含み、 前記粒子の炭素含有量が前記酸化により減少することにより、前記の除去された フライアッシュの粒子が、それ以上処理することなくコンクリートにおけるセメ ントの一部と代替するよう使用する適した改良ポゾランとなることを特徴とする 方法。
2. ２．酸化が約５％と約１５％の間の過剰酸素で行われることを特徴とする請求の 範囲第１項に記載の方法。
3. ３．前記流動床から余分の熱が回収されることを特徴とする請求の範囲第１項に 記載の方法。
4. ４．前記温度が約７６０℃（１４００°Ｆ）と約９２６．７℃（１７００°Ｆ） の間であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
5. ５．前記温度が約８１５．６℃（１５００°Ｆ）と約８７１．１℃（１６００° Ｆ）の間であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
6. ６．前記速度が毎秒約０．３ｍ（１フィート）と約０．３７５ｍ（１．２５フィ ート）の間であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. ７．フライアッシュに対する前記空気の容積比が約１２００と約１３００の間で あることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
8. ８．前記滞留時間が約１０分と約８０分の間であることを特徴とする請求の範囲 第１項に記載の方法。
9. ９．前記滞留時間が約３０分と約５０分の間であることを特徴とする請求の範囲 第１項に記載の方法。
10. １０．流動床における前記粒子の平均粒子サイズが約１００ミクロンまたはそれ 以下であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
11. １１．請求の範囲第１項に記載の方法により炭素含有量が低減したフライアッシ ュ粒子から作られた改良ポゾラン。
12. １２．セメント混合物におけるポートランドセメントの一部に直接代替するもの として使用する選別されたポゾランであって、約４９６未満の炭素と、湿式分析 により３２５メッシュのスクリーンをその少なくとも６６％が通過するようなサ イズとを有し、請求の範囲第１項に記載の、乾燥泡立ち流動床の炭素を酸化する 方法により調質したフライアッシュからなるポゾラン。
13. １３．炭素含有のフライアッシュ粒子の炭素含有量を低減する装置において、 ａ）前記の炭素含有フライアッシュ粒子を導入する手段と、 ｂ）乾燥泡立ち流動床反応炉とを組み合わせて含み、前記流動床が基本的に前記 粒子と前記反応炉とから構成され、前記反応炉が、 ｃ）空気を前記反応炉へ導入する手段と、ｅ）熱を前記反応炉から除去する手段 と、ｆ）空気と、出来た燃焼生成物を前記反応炉から除去する手段とを有し、 ｇ）前記泡立ち流動床反応炉が、単一粒子の終端沈降速度の理論的な制限係数に 基き設計された類似の反応炉のそれより少なくとも１０倍小さい、前記粒子の流 れに対して横方向の断面積を有していることを特徴とする装置。
14. １４．流動床における前記粒子の平均粒子サイズが約１００ミクロンあるいはそ れ以下であることを特徴とする請求の範囲１３項に記載の装置。