JPH1025504A

JPH1025504A - 高炉を利用した石炭灰の溶融処理方法

Info

Publication number: JPH1025504A
Application number: JP20096796A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Okuyama; 泰男奥山
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1996-07-12
Publication date: 1998-01-27

Abstract

(57)【要約】【課題】石炭火力発電所等から発生する石炭灰を経済
的に溶融し、高炉スラグに変質させ、高炉スラグとして
リサイクル使用することを目的とする。【解決手段】石炭灰を、炭素材と共に高炉に吹き込
み、該石炭灰を溶融して高炉スラグの一部とすることを
特徴とする石炭灰の溶融処理方法である。シリカ成分の
多い石炭灰を大量に溶融する場合には生石灰を併せて吹
き込み、高炉スラグの塩基度を（１−１．５）維持する
ことが望ましい。

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
等から発生する石炭灰を経済的に溶融し、高炉スラグに
変質させ、高炉スラグとしてリサイクル使用することを
目的とする。

【０００２】

【従来の技術】石炭灰は石炭を燃焼して発電を行う火力
発電所等から大量に発生する産業廃棄物であり、現在日
本において約年間６００万トン発生しており、その大部
分は埋め立てに使用されている。しかし、石炭灰を有効
に再利用することは資源の再利用の観点から重要であ
る。かかる点から石炭灰を経済的に溶融し、資源として
再利用することが望まれれている。

【０００３】石炭灰を溶融する方法として以下のような
技術が開示されている。特開平６−３０７７６７号公報
では、電気抵抗炉で石炭灰を溶融している。また、特開
昭５４−７８８６６号公報では高炉から排出された高炉
スラグに石炭灰を添加して石炭灰を溶融する方法であ
る。しかしこれらの方法では石炭灰を溶融するためにか
なり多くの燃料を使用しなければならず、また特別な設
備を必要とする。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】石炭灰を約１５００℃
に加熱し、溶融するための所要熱量は加熱効率を１００
％とすると約５００ｋｃａｌ／ｋｇである。そこで、石
炭灰を可及的に少ない燃料で、極めて経済的に溶融し、
減容化させ、かつ取扱が容易な状態にし、高炉スラグと
同様な路盤材や建築材料として再利用することができる
石炭灰の処理方法を課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、既存の多く
の高炉が、石炭灰と同様な微粉である微粉炭吹き込み設
備を備えているので、この設備を利用することにより、
石炭灰を高炉に吹き込むことにより、極めて経済的に石
炭灰を溶融し、高炉スラグに変質させることにより再利
用も可能になるとの着想を得て下記の発明をするに至っ
た。

【０００６】第１の発明は、石炭灰と、炭素材とを高炉
に吹き込み、該石炭灰を溶融して高炉スラグの一部とす
ることを特徴とする石炭灰の溶融処理方法である。石炭
灰は微粉炭と同様に約２００メッシュ以下の微粉である
ため、微粉炭吹き込み設備等を利用して石炭灰を高炉に
吹き込むことが可能である。炭素材としては微粉炭、コ
ークス粉、プラスチック類、天然ガス等が該当し、高炉
に吹き込んだ際にこの炭素材が燃焼し、石炭灰の溶融に
必要な熱を供給して石炭灰の溶融を可能にするものを意
味する。

【０００７】第２の発明は、前記石炭灰、炭素材と、生
石灰とを高炉に吹き込み、高炉スラグの塩基度を１〜
１．５とすることを特徴とする請求項１に記載の石炭灰
の溶融処理方法である。従来の高炉スラグの塩基度は１
〜１．５であり、そのため路盤材等に使用できので、同
様な塩基度を維持することが望ましい。

【０００８】第３の発明は、石炭灰と、炭素材とを高炉
炉内に吹き込み、該石炭灰を溶融して高炉スラグの一部
とすると共に、前記炭素材の吹き込み量に応じて熱風及
び酸素ガスを吹き込むことを特徴とする石炭灰の溶融処
理方法。石炭灰をより大量に高炉において溶融するため
には、熱バランス上十分な熱源を供給する必要がある。
そこで、大量の炭素材を燃焼させるためには例えば酸素
富化した熱風を羽口から供給しなければならない。この
場合には、より多くの炉頂ガスを製造でき、例えば炉頂
ガス発電量をより多くすることができる利点がある。

【０００９】

【発明の実施の形態】高炉は鉄鉱石、焼結鉱等を主にコ
ークスにより還元して銑鉄を製造する設備である。高炉
の熱効率は高く、高い熱効率で石炭灰を溶融できる。前
述の通り石炭灰１ｋｇを約１５００℃に加熱して溶融す
るためには約５００ｋｃａｌ必要である。仮に石炭を例
にとれば、石炭の発熱量を約７０００ｋｃａｌ／１ｋｇ
とすると、約０．０７ｋｇで足りる。

【００１０】しかし、高炉内における炭素材は必ずしも
完全にＣＯ₂まで燃焼せず、現実には石炭灰が１ｋｇ増
加すると、理論量の約５．７倍の０．４ｋｇ／銑鉄トン
の燃料比増加が必要である。そこで、例えば石炭灰５０
ｋｇ／銑鉄１トンを微粉炭吹き込み（ＰＣＩ）設備を用
いて高炉に吹き込む時に、炭素材である微粉炭の場合、
約２０ｋｇ／銑鉄１トンに増加して吹き込めば、熱収支
が取れる。また、他の炭素材の発熱量は、プラスチック
類では約１１０００ｋｃａｌ／１ｋｇ、天然ガスでは約
１００００ｋｃａｌ／Ｎｍ³であり、個々の炭素材の発
熱量を基に理論値の５〜６倍の発熱量に相当する炭素材
を吹き込めば、熱収支が取れる。

【００１１】従来、高炉では吹き込む熱風を酸素富化
し、銑鉄トン当たり１００〜２５０ｋｇの微粉炭を吹き
込む技術が確立している（例えば、鉄と鋼、第６８年
（１９８２）第１５号、第３２９〜第３３４頁）。従っ
て、石炭灰を高炉に吹き込むことは可能であり、石炭灰
の溶融に必要な熱源は炭素材を増量して吹き込むことが
できる。

【００１２】高炉炉内に石炭灰、炭素材を別々に吹き込
んでも良いが、例えば微粉炭及び石炭灰の粒度は共に約
２００メッシュ以下であるので両者を混合して吹き込む
ことができる。高炉炉内の温度を均一に保持する観点か
ら、両者を混合して吹き込むのが望ましい。

【００１３】石炭灰の代表的成分組成はＳｉＯ₂：５
３．３ｗｔ％，Ａｌ₂Ｏ₃：２２．６ｗｔ％，ＣａＯ：
４．８ｗｔ％，Ｆｅ₂Ｏ₃：６．１ｗｔ％程度であり、
塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂＝０．１）が低い。

【００１４】他方、高炉スラグは通常ＳｉＯ₂：３２〜
３５ｗｔ％，ＣａＯ：３９〜４２ｗｔ％，Ａｌ₂Ｏ₃：
１２〜１５ｗｔ％，ＭｇＯ：４〜７ｗｔ％で、塩基度が
１〜１．５程度である。スラグの溶融点を低くし、その
流動性等を確保するためである。また、高炉スラグは銑
鉄１トン当たり約３００ｋｇ発生する。

【００１５】従って、大量に石炭灰を高炉に添加しない
場合には高炉スラグの成分組成、塩基度を変化させない
ので、添加する石炭灰に塩基度を調整する原料を追加す
る必要はない。しかし、石炭灰を大量に添加する場合あ
るいは高炉スラグの塩基度が１以下となる場合には予め
石炭灰に生灰石（ＣａＯ）等を添加し、上記高炉スラグ
の塩基度が従来の範囲を逸脱しないようにすることが必
要である。

【００１６】図１には現在稼働している微粉炭吹き設備
の概要を示す。この設備は石炭を粉砕して微粉炭を製造
する破砕ステーションＡと微粉炭吹き込みステーション
Ｂとから構成されている。石炭灰と炭素材を混合吹き込
みする場合に両者を混合する場所は、例えば図１では石
炭粉砕ステーションが望ましい。破砕ステーションＡに
おいて、石炭２は石炭ホッパ４に一旦貯蔵され、給炭機
６から粉砕機８に供給され粉砕される。

【００１７】粉砕された石炭は熱風発生炉１０から供給
される熱風によりバッグフィルタ１２に搬送され、ここ
で集炭される。なお、上記熱風は吸引ブロア１８により
外部に排出される。また、熱風発生炉１０は燃料ガスを
空気で燃焼し、必要により窒素ガスが供給されて熱風を
発生する。

【００１８】バッグフィルタ１２により集炭された石炭
は約２００メッシュ以下の微粉炭であが、塊状の部分も
あるので先ずスクリーン１４を通過しサージビン１６に
貯蔵され、ニューマチックコンベア２０からコールビン
２２に搬送され、ストレジインジェクタ２４、プライマ
リインジェクタ２６を通過後分配機２８を介し圧縮空気
３４により気送されて高炉羽口に吹き込まれる。

【００１９】石炭灰と炭素材を添加混合する装置として
は、石炭灰が十分微粉状体であれば原則としていずれの
装置において添加混合してもよい。しかし、粉砕機８
（図中）、スクリーン１４（図中）、またはサージ
ビン１６（図中）等が石炭灰の添加混合のためには便
利である。しかし、石炭灰が部分的に塊を含む場合には
石炭ホッパー４、粉砕機８、またはスクリーン１４等に
おいて添加混合することが望ましい。

【００２０】炭素材が微粉炭以外のものである場合、例
えばプラスチック類では微粉砕化したり、ペレット化し
たりして粒径を整えて、上記微粉炭と同様に取り扱うこ
とが出来る。また、天然ガス等のガス状物であれば直接
吹き込み配管から吹き込んでもよく、他のガスと共に吹
き込んでもよい。また、他の炭素材と組み合わせて用い
ても何ら問題ない。

【００２１】前述のように石炭灰は１ｋｇを溶融するた
めに５００Ｋｃａｌの熱量が必要でありかつ、一定の銑
鉄生産量を確保するためには、０．４ｋｇの微粉炭若し
くはコークスを余分に装入する必要がある。特にコーク
スの場合には所謂装入コークスを増加させてもよい。そ
の外の炭素材を使用する場合にも理論量の約５〜６倍
の、熱収支が取れる量を用いればよい。

【００２２】以上述べたように、石炭灰を高炉で溶融す
る場合に適当な量の炭素材を吹き込めば銑鉄を生産しな
がら石炭灰を溶融することが可能であることが証明でき
た。

【００２３】また、上記炭素材を多く吹き込む場合には
通常酸素ガスを冨化した空気、更には純酸素ガスも高炉
に吹き込むことが既に行われている。従って、石炭灰を
より大量に吹き込む場合には、酸素ガスを炭素材と共に
高炉に吹き込み、多くの石炭灰を溶融して高炉スラグの
一部とすることも可能である。この場合には炭素材の吹
き込み量に応じて酸素ガスを酸素富化した空気、或いは
純酸素ガスを羽口に吹き込めばよい。この場合にはより
多くの炉頂ガスを製造でき、例えば炉頂ガス発電量をよ
り多くすることができる利点がある。

【００２４】

【実施例】１日の出銑量が１０トンの試験高炉で、ＰＣ
Ｉ（微粉炭吹き込み）設備により微粉炭を１００ｋｇ／
銑鉄１トン吹き込んで操業した。この際、石炭灰１０ｋ
ｇ／銑鉄１トンを、サージビンにおいて微粉炭粉と混合
し、ＰＣＩ設備で試験高炉に供給した。徐々に石炭灰の
添加量を増加させ５０ｋｇ／銑鉄１トンまで行った。そ
の時の微粉炭吹き込み量は１２０ｋｇ／銑鉄１トンに増
量した。

【００２５】生成したスラグの成分組成は、ＳｉＯ₂：
４０ｗｔ％，ＣａＯ：４０ｗｔ％，Ａｌ₂Ｏ₃：１５ｗ
ｔ％，ＭｇＯ：４ｗｔ％で、塩基度が１．０程度であっ
た。また、この際銑鉄のＳｉｗｔ％は０．７ｗｔ％とや
や高いが、この程度の成分組成であれば十分路盤材とし
て使用できた。従って、石炭灰を銑鉄１トン当たり５０
ｋｇ以上、例えば１００ｋｇの微粉炭を添加する場合に
はスラグの塩基度が１以下となるので、ＣａＯ等の石灰
源を予め石炭灰に添加しておくことが必要であることも
明らかとなった。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、石炭灰の
溶融を大規模に還元雰囲気で、しかも効率的に実施で
き、更に高炉スラグと同様に路盤材に使用できる石炭灰
溶融方法が確立した。本発明の方法を用いれば、石炭火
力発電所から発生する石炭灰を有効利用でき、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。経済的なことを言えば、１トンの
石炭灰を溶融させ、路盤材に変換させる費用は、例えば
微粉炭であれば０．４トン分だけであり、極めて経済的
である。

【００２７】この方法においては、既存の高炉の設備、
ＰＣＩ設備が利用できるので、近くの石炭火力発電所か
ら石炭灰を輸送して、溶融し、路盤材として処理すれ
ば、石炭灰の埋め立てる費用以内でリサイクルしたこと
になり、極めて有効な技術である。また、国内の一部の
内海などでは、石炭灰を海洋埋め立てにすることが禁じ
られており、臨海石炭火力発電所にとっては、本法は特
に有効である。たとえば、４，０００ｍ³以上の大型高
炉においては、年間十数万トンの石炭灰を溶融処理で
き、高炉スラグへの変換が非常に安価に処理できる。

【００２８】また、将来のことを考慮すると、次世代火
力発電と目される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
硫剤として生石灰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。しかし、本発明の
方法では銑鉄中のＳｉ含有量の増加の懸念がなく、石炭
灰５０ｋｇ／銑鉄１トン以上の吹き込みが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】高炉の微粉炭吹き込み設備の概要を示す図であ
る。

【符号の説明】

２石炭４石炭ホッパ６給炭機８粉砕機１２バッグフィルタ１４スクリーン１６サージビン２０ニューマチックコンベア２２コールビン２４ストレジインジェクタ２６プライマリインジェクタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】石炭灰と、炭素材とを高炉に吹き込み、
該石炭灰を溶融して高炉スラグの一部とすることを特徴
とする石炭灰の溶融処理方法。
【請求項２】前記石炭灰、炭素材と、生石灰とを高炉
に吹き込み、高炉スラグの塩基度を１〜１．５とするこ
とを特徴とする請求項１に記載の石炭灰の溶融処理方
法。
【請求項３】石炭灰と、炭素材とを高炉炉内に吹き込
み、該石炭灰を溶融して高炉スラグの一部とすると共
に、前記炭素材の吹き込み量に応じて熱風及び酸素ガス
を吹き込むことを特徴とする石炭灰の溶融処理方法。