JPH09184614A

JPH09184614A - 石炭灰の溶融処理における石炭灰の装入方法

Info

Publication number: JPH09184614A
Application number: JP7353646A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Okuyama; 泰男奥山; Koji Kobayashi; 廣司小林; Tsutomu Fukushima; 勤福島; Toshio Takaoka; 利夫高岡
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1995-12-28
Filing date: 1995-12-28
Publication date: 1997-07-15

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、石炭灰の溶融処理における飛散を
防止する石炭灰の効率的な装入方法を課題とする。【解決手段】石炭灰を溶融する溶融炉において、該石
炭灰を予め半溶融に状態に加熱して該溶融炉に装入する
ことを特徴とする石炭灰の溶融処理における石炭灰の装
入方法である。また、石炭灰を半溶融状態に加熱する方
法としては、石炭灰を微粉炭バーナーにより半溶融にす
ることが望ましい。更に、前記溶融炉が、転炉型の溶融
炉である場合には石炭灰を効率的に溶融することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、石炭火力発電所
から発生する石炭灰を溶融処理する際に予め半溶融状態
にして石炭灰の溶融炉に装入する方法に関する。

【０００２】

【従来技術】微粉炭粉を燃焼して火力発電する際には、
大量の石炭灰が発生する。そこで、石炭灰の処理方法と
して従来から石炭灰の溶融処理方法が種々提案されてい
る。この溶融処理方法において、石炭灰を溶融炉に装入
する方法として次の二つの方法がある。

【０００３】特開平６−３０７７６７号公報において
は、電気炉を用いて石炭灰を溶融する際、石炭灰粉をそ
のまま旋回シュートで電気炉内の温度の高い部分に石炭
灰を供給する方法が提案されている（従来技術１）。

【０００４】また、特開平１−１１１１１８号公報にお
いては、サイクロン石炭燃焼炉で石炭を燃焼するボイラ
ーにおいて、石炭の燃焼時に溶融されずに飛散した石炭
灰をサイクロンで捕集し、捕集した石炭灰を溶融炉に供
給するとしている（従来技術２）。

【０００５】しかし、石炭灰の粒子は数十μの微粉なる
が故に飛散率が高く、一回の装入で石炭灰を溶融するこ
とが困難である。そこで一回の装入において溶解率を高
くする方法として上記従来技術１が提案されているが、
スラグの溶融面が露出している箇所のみに石炭灰を供給
する方式では著しく装入効率が悪い。そのため石炭灰を
予め造粒して装入する方式も考えられるが、別に造粒工
程が必要となり、しかも造粒コストが高く、経済的では
ない。

【０００６】従来技術２においては、飛散した石炭灰を
サイクロン捕集し、その後再度溶融炉に装入しているの
で、飛散率を低下するものではない。しかし、この方法
は石炭灰を炉内で全て溶融する方法なので実質的に処理
能力の低下を来しており、処理能力は約１６トン／ｈが
最大能力である。一方、石炭火力発電所で発生する石炭
灰の量は，１００万ＫＷＨの発電所では４０トン／ｈ程
度なので数基の石炭灰溶融炉を設置する必要があり、経
済的でない。

【０００７】また、石炭灰の溶融において還元性雰囲気
で石炭灰を溶融し、溶融石炭灰中の酸化鉄成分を２％以
下にし、還元された鉄分を除去すると、生成した石炭灰
の色は黒色ではなく岩石に近い色を呈する。従来技術２
の方法では、炉内の雰囲気が還元雰囲気であるが、酸化
鉄から還元された金属鉄の除去工程がないため、黒色の
溶融灰が得られているのが現実である。

【０００８】また、テキサコ法に代表されるような石炭
ガス化プロセスでは、石炭灰は溶融状態で排出される。
この場合は酸化性雰囲気での溶融であるため、石炭灰に
酸化鉄が多量含まれたままであり、スラグは黒色を呈し
ており、湿式冷却されたスラグは黒色粉末状であり、そ
の処理が問題になっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】石炭灰を溶融炉内の溶
融スラグに直接吹き付けて装入しても、石炭灰は数十μ
以下の微粒子であるため飛散し、１００％溶融される可
能性は低く、そのまま炉外に排出される石炭灰が多い。
また、石炭灰の装入の効率を高める方法として微粉状の
石炭灰を造粒して供給する方法もあるが、造粒のための
工程が必要となり、費用が高いという欠点がある。そこ
で、本発明では石炭灰の溶融炉への装入において、可及
的に効率のよい装入方法を目的とする。

【００１０】また、上記石炭灰の溶融においては、溶融
された石炭灰が利用できるような形態に変質させること
も重要である。即ち、年間数億トンの需要がある路盤材
として溶融した石炭灰を使用しようとすると、溶融灰の
色を岩石に近くする必要があるが、前述の従来技術では
これが実現されていない。溶融した石炭灰中に酸化鉄が
多量含有されると溶融石炭灰の色が黒くなることが判っ
ており、溶融時に還元雰囲気で酸化鉄から鉄成分を還元
し、その鉄分を分離除去し、さらに、冷却時の冷却速度
を遅くし、結晶化をある程度促進させることも必要であ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】発明者らは石炭灰を溶融
炉に装入する方法について種々研究した結果、例えば微
粉炭を酸素で燃焼させている火炎部に石炭灰をインジェ
クションさせ、半溶融状態で溶融炉に装入方法を着想
し、下記の発明をするに至った。

【００１２】第１の発明は、石炭灰を溶融する溶融炉に
おいて、該石炭灰を予め半溶融にした状態で該溶融炉に
装入することを特徴とする石炭灰の溶融処理における石
炭灰の装入方法を提供する。予め半溶融状態にした石炭
灰であればどの様な溶融炉への装入においても、石炭灰
は飛散することが大きく低減し、効率的な装入が可能で
ある。ここで、半溶融状態とは、石炭灰を部分的に溶融
し、微粉状の石炭灰をある程度塊状にさせることができ
る状態であり、従って、効率的な装入を可能にする。

【００１３】第２の発明は、第１の発明において、石炭
灰を半溶融状態に加熱する方法として、該石炭灰を微粉
炭バーナーに添加して半溶融状態にすることを特徴とす
る石炭灰の溶融処理における石炭灰の装入方法を提供す
る。微粉炭バーナーは石炭灰を効率的に半溶融にするこ
とができる装置であり、発明の課題を達成することがで
きる。

【００１４】第３の発明は、第１及び第２の発明におけ
る前記溶融炉が、転炉型の溶融炉であって、該溶融炉に
溶鉄又は溶鉄と溶融スラグを収容し、該溶融炉内に酸素
ガスの気流を吹きつけながら、石炭灰を装入し、併せて
該石炭灰の成分組成を変化させる造滓材と、熱源として
の炭素材とを該溶融炉に添加し、該石炭灰を溶融する溶
融炉であることを特徴とする石炭灰の溶融処理における
石炭灰の装入方法を提供する。上記発明においては、転
炉型の溶融炉は能率的に溶解作業ができるので、装入さ
れた石炭灰は能率的に、且つ、確実に溶融され、成分組
成を変化させることができるので、溶融された石炭灰
は、例えば路盤材として利用可能な形態に変質させるこ
とができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】石炭灰の成分組成は、ＳｉＯ₂が
約５２％、Ａｌ₂Ｏ₃が約２０％、ＣａＯが約５％、酸
化鉄が約６％であり、比較的酸性度の高いスラグとなっ
ている。従って平均組成から、その融点が１５００℃以
上の高融点になっている。また、その粒度は微粉炭を燃
焼させているため、２００メッシュ以下であり、微粉で
あって極めて嵩比重が大きく、飛散し易い微粉状となっ
ている。

【００１６】そこで、予め石炭灰を半溶融状態にして溶
融炉に装入する。ここで、半溶融状態とは、石炭灰を部
分的に溶融し、微粉状の石炭灰をある程度塊状にさせる
ことができる状態であり、石炭灰の組成から具体的に
は、１０００℃以上の温度にした場合である。

【００１７】本発明の実施の態様の例を図１により説明
する。まず、所定量の炭素を含む溶鉄２０又は溶鉄２０
と溶融スラグ１８を収容した転炉型の溶融炉１を用意す
る。次に、この溶鉄２０に対して例えば酸素ランス３に
より、従来の転炉製鋼法で採用されているように、酸素
ガス８の気流をスラグと溶鉄に吹きつける。上記溶融ス
ラグは予め溶融した石炭灰でもまた溶融した転炉スラグ
でもよい。

【００１８】この際、主に酸素ガス８と溶鉄２０及びス
ラグ１８中の炭素が反応し、ＣＯガス及びＣＯ₂ガスが
発生すると共に、ガス発生の際に大量の熱が発生する。
そこで、石炭灰２、造滓材６、発熱原料としての炭素材
４として、石炭の塊もしくは微粉を添加し、発熱反応を
継続させながら、石炭灰を溶融する。

【００１９】本発明においては、前述の通り石炭灰は２
００メッシュ以下の微粉であるため、石炭灰の添加方法
としてホッパー２１に収容した石炭灰２を例えばキャリ
ヤーガスにより微粉炭バーナー３０へ搬送する。微粉炭
バーナー３０では、ホッパー２３に収容した微粉炭２２
を酸素ガス８或いは空気により燃焼し、この際発生した
高温の燃焼ガスに前記石炭灰を添加して加熱する。

【００２０】微粉炭バーナーの構造を図２及び図３に示
した。図２に示すバーナー３０は中心ノズル３２と外筒
ノズル３４からなり、中心ノズル３２から空気により搬
送した石炭灰を供給し、外筒ノズル３４から酸素ガスを
供給する。この酸素ガスは望ましくは２００℃程度に予
熱する。微粉炭は例えば空気で搬送され、望ましくはノ
ズル先端近傍で旋回流として上記酸素ガスに添加する。
このような添加方法においては燃焼する微粉炭がノズル
前方で旋回流の火炎となり添加された石炭灰を包み効率
的に加熱し、半溶融状態にする。

【００２１】図３に示すバーナー４０は中心ノズル４２
と外筒４４とからなり、中心ノズル４２の中央ノズル４
３から空気により搬送された石炭灰を供給し、外側のノ
ズル４２から酸素ガスを供給する。この酸素ガスは例え
ば３００℃程度に予熱することが効率的な微粉炭燃焼の
ために望ましい。

【００２２】空気により搬送された石炭灰は外筒４４内
で旋回流として供給される。石炭灰は微粉炭の燃焼によ
り発生した燃焼ガスに包まれて予熱される。石炭灰の予
熱温度を望ましくは１０００℃以上とすることにより、
石炭灰の粒子同士を十分結合させ、石炭灰の飛散を著し
く低下させることができる。また、酸素の使用量を低減
させることができる。

【００２３】ここで、バーナーに供給する石炭灰に予
め、例えば石灰石、石灰、転炉スラグ等を添加しておく
ことが望ましい。石炭灰は融点が１５５０℃以上であ
り、高融点のために溶解しにくいが、石灰石、石灰、転
炉スラグ等を添加し、例えば塩基度（ＣａＯ／Ｓｉ
Ｏ₂）が０．３〜１．２５程度のＣａＯ−ＳｉＯ₂−Ａ
ｌ₂Ｏ₃の三元系スラグに改質するとその融点が約１４
００℃前後に低下するので、極めて容易に溶解できるか
らである。

【００２４】他方、溶融炉内での発熱を継続するため
に、炭素材として石炭の塊、微粉炭等をキャリヤーガス
により気送して、酸素ガス８により燃焼させる。炭素材
４の種類としては、石炭が価格の点から望ましいが、石
炭の種類は例えば歴青炭、泥炭等もよく、また、石炭の
代わりに、コークス粉、廃プラスチック、廃タイヤ、石
油コークス等も使用することができる。この石炭は一部
はスラグ１８に懸濁すると共にまた一部は溶鉄中に添加
され、酸素ガスによって燃焼した分を補給し、溶鉄中の
炭素含有量を所定量、例えば２％以上に保持する。

【００２５】上記微粉炭バーナーに供給する微粉炭と炉
内に供給する炭素材の合計量は石炭灰１トンに対して約
６００〜７００ｋｇである。微粉炭バーナーにおいて例
えば３００ｋｇ使用すれば、炉内に供給する炭素材は３
００〜４００ｋｇである。

【００２６】なお、炉内への酸素ガス８は従来の上吹き
転炉において行われたように、ラバールノズルを備えた
酸素ランス３を用いて、超音速の速度で溶鉄面に吹きつ
けることが望ましい。

【００２７】同時に、粉状の造滓材６を添加することが
望ましい。前述の通り、石炭灰は融点が１５５０℃以上
であり、高融点のために溶解しがたい。そこで、造滓材
６として、例えば石灰石、石灰、転炉スラグ等を添加
し、石炭灰の組成を変更し、例えば塩基度（ＣａＯ／Ｓ
ｉＯ₂）が０．３〜１．２５程度のＣａＯ−ＳｉＯ₂−
Ａｌ₂Ｏ₃の三元系スラグに改質することが望ましい。
塩基度が０．３〜１．２５であれば、その融点が約１４
００℃前後に低下するので、極めて容易に溶解できるか
らである。

【００２８】改質されたスラグは断続的に倒炉し、若し
くは側壁に設けた開口部より連続的に排出することが可
能である。また、この際、同時に石炭灰中に含まれてい
る約６％の酸化鉄が還元され、溶鉄に移行する。即ち石
炭灰中のＦｅ分が還元されるので、その分溶鉄が多くな
るので、必要に応じて溶鉄の一部も排出することが望ま
しい。なお、溶鉄が少ない場合にはスクラップ或いは鉄
鉱石を添加すことも可能である。

【００２９】このようにして形成したスラグ１８は例え
ばスラグ冷却装置９に運搬し、ここで冷却する。スラグ
冷却の方法としては、例えば水滓化処理でもいいし、た
だ単にピット内に溶融したスラグを放置して冷却後、破
砕をして例えば路盤材等に使用してもよい。

【００３０】また、上記石炭灰の溶解方法で発生したガ
スは、図１に示すようにボイラー５を通過させ温度を１
０００℃以下とし、更に除塵機７を通過させ、燃料ガス
１６として、種々の用途に利用できる。なお、上記ガス
は１０００〜２０００ｋｃａｌ／Ｎｍ³程度の発熱量を
有するガスである。

【００３１】上記実施例においては、溶融炉として転炉
型の溶融炉を用いて半溶融状態に加熱した石炭灰を装入
したが、溶融炉としては転炉型のみに限定されない。例
えば、各種の電気炉、アーク炉あるいはプラズマ炉に石
炭灰を装入する場合も適用できる。

【００３２】

【実施例】

実施例１５トンの転炉型の溶融炉に銑鉄を３トン装入して置き、
高炉滓を０．５トン更に装入し、そこに石炭を装入し、
酸素を吹き込み、炉内温度を約１６００℃に保持した。
微粉炭バーナーに約２５０℃に予熱した酸素ガスを供給
して微粉炭を燃焼させ、発生した火炎部に石炭灰を供給
し、約１２００℃に予熱して、溶融炉に内部に装入し
た。バーナーに供給した微粉炭使用量は石炭灰１トン当
たり３５０ｋｇであり、溶融炉には３００ｋｇを装入し
た。使用したバーナーは図３に示したものを使用した。

【００３３】塩基度調整のため石灰石を別途転炉に投入
した。石炭灰約２トンを投入した時点で、溶融炉を傾斜
させ、出滓し、徐冷した。使用した石炭灰の成分組成と
得られた石炭灰の成分組成とを表１に示した。表１に示
すように、良好な路盤材に利用できるスラグが得られ
た。石炭灰の装入効率は９５％であった。

【００３４】

【表１】

【００３５】実施例２この実施例では、基本的に実施例１と同様な条件で行っ
たが、異なる点は微粉炭粉を燃焼させる酸素ガスを予熱
せず、常温のままで使用した。使用したバーナーは図２
に示したものを使用した。得られたスラグは実施例１と
なんら異なることはなかった。石炭灰の装入効率は９４
％であった。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、石炭灰を
予め半溶融状態にして溶融炉の装入するので、効率的な
石炭灰の装入が可能となる。更に、転炉型の溶融炉に石
炭灰を半溶融状態にして装入できるので、石炭灰の溶融
を大規模に、しかも還元雰囲気で効率的に実施できるの
で、安価に大量に路盤材に使用できる石炭灰溶融方法が
確立した。従って、石炭火力発電所から発生する石炭灰
を有効的に利用出来、広大な埋立て用地が不要になり、
埋立て費用が節減され、発電費用削減の効果がある。

【００３７】また、石炭ガス化プロセスにおいては従来
大量に発生する石炭灰の処理費が高く、その経済性が問
題となっていたが、本発明の方法を利用することによ
り、石炭ガス化プロセスを経済的にも実用可能にするこ
とができる。また、石炭灰の溶融に必要な熱量以上の石
炭を溶融炉において装入することにより、石炭をガス化
させ、発電用のガスを発生させることも可能となった。

【００３８】また、将来、次世代火力発電と目されてる
ＰＦＢＣ（加圧流動層微粉炭燃焼）による火力発電所か
ら排出される石炭灰は、流動層内に脱硫剤としてＣａＯ
を多量投入するため、フリーライムが多量含まれ、その
用途に制約があるが、本発明の方法により上記路盤材と
して利用できるスラグに変えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる石炭灰の溶融方法の概要を示す
図である。

【図２】本発明にかかる石炭灰の溶融方法に利用する微
粉炭バーナーの１例の概要を示す図である。

【図３】本発明にかかる石炭灰の溶融方法に利用する微
粉炭バーナーの他の例の概要を示す図である。

【符号の説明】

１転炉型の溶融炉２石炭灰３ランス４炭素材６造滓材８酸素ガス９スラグ処理装置１８スラグ２０溶鉄２２微粉炭

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高岡利夫東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】石炭灰を溶融する溶融炉において、該石
炭灰を予め半溶融状態に加熱して該溶融炉に装入するこ
とを特徴とする石炭灰の溶融処理における石炭灰の装入
方法。
【請求項２】前記石炭灰を半溶融状態に加熱する方法
として、該石炭灰を微粉炭バーナーに添加して半溶融状
態にすることを特徴とする請求項１に記載された石炭灰
の溶融処理における石炭灰の装入方法。
【請求項３】前記溶融炉が、転炉型の溶融炉であっ
て、該溶融炉に溶鉄又は溶鉄と溶融スラグを収容し、該
溶融炉内に酸素ガスの気流を吹きつけながら、石炭灰を
装入し、併せて該石炭灰の成分組成を変化させる造滓材
と、熱源としての炭素材とを該溶融炉に添加し、該石炭
灰を溶融することができる溶融炉であることを特徴とす
る請求項１又は２に記載された石炭灰の溶融処理におけ
る石炭灰の装入方法。