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JP5270370B2 - セメント製造装置及び製造方法 - Google Patents

セメント製造装置及び製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、セメント製造装置及び製造方法に関し、特に、セメントの未燃カーボン含有量を許容範囲内に収めながら、フライアッシュの使用量を増加させることが可能なセメント製造装置及び製造方法に関する。
従来、石炭焚き火力発電所等で発生したフライアッシュは、セメント用混合材、コンクリート用混和材、人工軽量骨材の原料等に利用されている。この際、フライアッシュ中に未燃カーボンが多いと種々の問題が発生するため、未燃カーボンを除去する必要があり、多くの技術が提案されている。特に、フライアッシュをセメント用混合材として利用する際には、湿式浮選法による脱炭処理後に湿灰をセメントミル前に添加することが、設備コストや運転コストを最も抑えることができる方法と考えられている。
そのため、フライアッシュをセメント用混合材として利用する際には、フライアッシュに水を加えてスラリーとした後、起泡剤を添加し、撹拌しながら気泡を発生させて、この気泡にフライアッシュの未燃カーボンを付着させ、気泡を除去して、フライアッシュ中の未燃カーボンを除去した後、クリンカとともにセメントミルで粉砕していた（例えば、特許文献１参照）。
日本国特許第３６１３３４７号公報
上述したように、セメントに含まれる未燃カーボンは、様々な弊害の要因となるため、フライアッシュをセメントに混合するに際しては、混合後のセメントに含まれる未燃カーボンの量を極力低下させる必要がある。その一方で、フライアッシュ等の廃棄物の有効利用は、廃棄物処理が困難になりつつある今日、重要課題の１つに挙げられており、セメント製造工程において、より多くのフライアッシュを利用することが強く望まれている。
しかしながら、上述した方法を用いてフライアッシュ中の未燃カーボンを除去したとしても、その除去量には限界があり、フライアッシュに含まれる未燃カーボンを完全に除去することは困難である。そのため、未燃カーボンの含有量を許容範囲内に収めるには、フライアッシュの使用量を制限せざるを得ず、フライアッシュの使用量を増加させることが極めて困難となっていた。
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、セメントの未燃カーボン含有量を許容範囲内に収めながら、フライアッシュの使用量を増加させることが可能なセメント製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、フライアッシュを混合したセメントに含まれる未燃カーボンは、フライアッシュ中の未燃カーボンのみならず、石膏中の未燃カーボンも多く含むものであり、クリンカに石膏を混合する前に、石膏中の未燃カーボンを除去することによって、セメントの未燃カーボン含有量を大きく低減することが可能になることを見出した。
本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、セメント製造装置であって、石膏に含まれる未燃カーボンを除去するのと同時に、フライアッシュに含まれる未燃カーボンを除去する除去手段と、該除去手段によって未燃カーボンが除去されたフライアッシュを、未燃カーボンが除去された石膏及びクリンカとともに粉砕してセメントを生成する粉砕手段とを備えることを特徴とする。
そして、本発明によれば、除去手段によって石膏に含まれる未燃カーボンを除去した分だけセメントの未燃カーボン含有量を低減することができる。また、フライアッシュをセメント製造工程において利用する場合に、除去手段によって石膏に含まれる未燃カーボンを除去した分だけフライアッシュの使用量を増加させることができるため、セメント中の未燃カーボンの含有量を許容範囲に収めながら、フライアッシュの使用量を増加させることが可能になる。
さらに、上記構成によれば、フライアッシュ及び石膏から未燃カーボンを除去する除去手段を共用するため、設備コスト及び運転コストの増大を防止することが可能になり、また、石膏に含まれる未燃カーボンを除去するのと同時に、フライアッシュに含まれる未燃カーボンを除去することで、除去処理に要する時間を短縮し、運転コストをさらに低下させることが可能になる。
前記セメント製造装置において、前記粉砕手段で生成されるセメントの未燃カーボン含有量を測定する測定手段と、該測定手段による測定値に基づいて前記フライアッシュの前記セメントへの混合量を算出する算出手段とを備えることもできる。算出手段による算出値に基づいてフライアッシュの混合量を設定すれば、フライアッシュの混合過多で、セメントの未燃カーボン含有量が許容値を超えてしまうのを確実に防止することが可能になり、また、セメントの未燃カーボン含有量が許容範囲内に収まる限界量付近までフライアッシュを混合することができ、所定のセメント品質を確保しながら効率的にフライアッシュを使用することも可能になる。
また、本発明は、セメント製造方法であって、石膏に含まれる未燃カーボンを除去するのと同時に、フライアッシュに含まれる未燃カーボンを除去し、未燃カーボンを除去したフライアッシュを、未燃カーボンを除去した石膏及びクリンカとともに粉砕してセメントを生成することを特徴とする。これによって、前記発明と同様に、セメントの未燃カーボン含有量を許容範囲に収めながら、フライアッシュの使用量を増加させることが可能になる。
さらに、前記セメント製造方法において、前記セメントの未燃カーボン含有量を測定し、該測定値に基づいて前記フライアッシュの前記セメントへの混合量を算出することもできる。
以上のように、本発明によれば、セメントの未燃カーボン含有量を許容範囲に収めながら、フライアッシュの使用量を増加させることが可能なセメント製造装置及び製造方法を提供することができる。
図１は、本発明にかかるセメント製造装置及び製造方法を適用したシステムの構成例を示し、このシステムは、大別して、フライアッシュタンク１と、石膏タンク２と、フライアッシュ及び石膏に水を加えてスラリーを生成するためのスラリータンク３と、スラリーに捕集剤を添加した後、剪断力を付与して未燃カーボンの表面を改質する表面改質機５と、スラリーに起泡剤を加えて気泡を発生させる調整槽８と、気泡にフライアッシュ及び石膏中の未燃カーボンを付着させて浮上させることによって未燃カーボンを分離する浮選機１２と、浮選機１２からのテーリングを固液分離する固液分離器１４と、浮選機１２からのフロスを固液分離して未燃カーボンを得るためのフィルタープレス１９と、クリンカを貯蔵するクリンカサイロ２０と、クリンカ、フライアッシュ及び石膏を粉砕してセメントを生成するセメントミル２１と、生成されたセメントの一部をサンプリングしてセメント中の未燃カーボン量を測定し、測定値に基づいてフライアッシュタンク１からのフライアッシュの供給量を制御する供給量制御機２２等で構成される。
フライアッシュタンク１は、石炭焚き火力発電所等から廃棄物として運び込まれたフライアッシュを貯蔵し、供給量制御機２２から指示された量のフライアッシュをスラリータンク３に供給するために設けられる。また、石膏タンク２は、火力発電所等の排煙脱硫装置等で発生した石膏を貯蔵し、供給量制御機２２へのクリンカ供給量に応じた量の石膏をスラリータンク３に供給するために設けられる。
スラリータンク３は、フライアッシュ、石膏及び水とでスラリーを生成するために備えられ、スラリーを撹拌するための撹拌羽根を内部に備える。このスラリータンク３の前段には、フライアッシュタンク１、石膏タンク２及び水供給装置が設けられ、スラリータンク３の後段には、スラリーを表面改質機５に送るためのポンプ４が配置される。
表面改質機５は、スラリー及び捕集剤に剪断力を付与して未燃カーボンの表面を改質したり、スラリーに含まれる粒子を超微細に砕くために設けられる。この表面改質機５の前段には、捕集剤としての灯油を貯蔵する灯油タンク７と、灯油を表面改質機５に供給するためのポンプ６が設けられる。
調整槽８は、表面改質機５からのスラリー及び捕集剤に、起泡剤タンク１０からポンプ９を介して供給された起泡剤を添加してこれらを混合するものであって、内部に撹拌羽根を備える。調整槽８の後段には、スラリーを浮選機１２に送るためのポンプ１１が配置される。
浮選機１２は、フライアッシュ及び石膏中の未燃カーボンを気泡に付着させて浮上させ、フライアッシュ及び石膏から未燃カーボンを分離するためのものである。浮選機１２の上方には、気泡を発生させるための空気を供給する空気供給装置が設けられ、浮選機１２の後段には、テーリングを固液分離器１４に送るためのポンプ１３が配置される。
固液分離器１４は、浮選機１２から排出されたフライアッシュ及び石膏を含むテーリングを固液分離するために備えられ、テーリングをケークと水とに分離する。分離されたケーク、すなわち未燃カーボンを除去したフライアッシュ及び石膏（製品）は、ケークホッパ１６に供給されて一時的に貯蔵される。一方、分離された水は、スラリータンク３に戻される。
フィルタープレス１９は、浮選機１２からの未燃カーボンを含むフロスを固液分離するために備えられ、分離されたケークに含まれる未燃カーボンは、燃料として利用することができる。また、フィルタープレス１９から排出された水は、ポンプ１８を介してスラリータンク３等で再利用することもできる。
セメントミル２１は、ケークホッパ１６から供給されるケークを、クリンカサイロ２０から供給されるクリンカとともに粉砕してセメントを生成するために備えられる。
次に、上記システムを用いた本発明にかかるセメントの製造方法について、図１を参照しながら説明する。
スラリータンク３に、フライアッシュタンク１よりフライアッシュを、石膏タンク２より石膏を供給し、それらを水と混合してスラリーを生成する。ここで、スラリー中のフライアッシュ濃度を３〜２５質量％の範囲に、石膏の濃度を６〜５０質量％の範囲に各々調整する。
次に、スラリータンク３内のフライアッシュ及び石膏を含むスラリーを、ポンプ４を介して表面改質機５に供給する。一方、表面改質機５には、灯油タンク７からポンプ６を介して捕集剤としての灯油を供給する。灯油の他にも、軽油、重油等、一般的な捕集剤を使用することができる。この捕集剤の添加量は、フライアッシュ中の未燃カーボン量及び石膏中の未燃カーボン量の総和の５〜１００質量％の範囲に調整する。
次に、表面改質機５において、スラリー及び捕集剤に剪断力を付与したり、スラリーに含まれる粒子を超微細に砕く。剪断力の付与等が行われたスラリー及び捕集剤は、表面改質機５の出口から排出され、調整槽８へと供給される。それとともに、ポンプ９を介して気泡剤を調整槽８に供給し、調整槽８において、スラリー及び捕集剤と起泡剤とを混合する。
次に、スラリー及び捕集剤を浮選機１２に供給するとともに、空気を浮選機１２に供給し、浮選機１２において、気泡を発生させ、その気泡に捕集剤に吸着した未燃カーボンを付着させるとともに、未燃カーボンが付着して浮上した気泡を除去する。
次に、浮選機１２から排出された未燃カーボンを含むフロスをフィルタープレス１９によって固液分離し、未燃カーボンを回収する。フィルタープレス１９で脱水された水分は、ポンプ１８を介してスラリータンク３に供給して新たに添加したり、浮選機１２において、気泡に未燃カーボンを付着させる際の消泡に再使用することができる。
一方、浮選機１２からのフライアッシュ及び石膏を含むテーリングを、固液分離器１４で固液分離する。ケークの水分が多い場合には、フィルタープレス１９から排出された未燃カーボンを熱風炉等で燃焼して得られた熱風を利用して乾燥し、未燃カーボンの含有量を１質量％以下にしたフライアッシュと、０．５質量％以下にした石膏とをケークホッパ１６に供給する。
次に、クリンカサイロ２０よりクリンカをセメントミル２１に供給するとともに、ケークホッパ１６よりケークをセメントミル２１に供給し、セメントミル２１において、クリンカとともに、未燃カーボンを除去したフライアッシュ及び石膏を粉砕してセメントを生成する。
次に、供給量制御機２２において、セメントミル２１で生成されたセメントの一部をサンプリングし、未燃カーボン含有量を測定し、測定値に基づいて混合可能なフライアッシュの添加量を算出する。ここでは、まず、未燃カーボンの含有量の許容値又は許容値以下の目標値と測定値との差分を算出し、その差分から追加可能なフライアッシュの添加量を逆算する。その後、算出したフライアッシュの添加量と、現時点で供給しているフライアッシュの添加量とを加算し、その値をスラリータンク３へのフライアッシュの供給量として設定する。尚、本実施の形態においては、未燃カーボンを除去した後にフライアッシュをセメントミル２１に供給するため、フライアッシュの未燃カーボン含有量は１質量％程度であるとしてフライアッシュの追加量を算出する。
次に、供給量制御機２２からフライアッシュタンク１に向けて、スラリータンク３へのフライアッシュの供給量を指示し、フライアッシュタンク１からのフライアッシュの供給量を制御する。尚、石膏に関しては、その添加量はコンクリートの凝結時間に大きく影響を与えるため、所望するセメントの性質に応じて所定の量に決定する。
以上のように、本実施の形態によれば、フライアッシュに含まれる未燃カーボン、及び、石膏に含まれる未燃カーボンの双方を除去した後に、それらをクリンカとともに粉砕してセメントを生成するため、フライアッシュ中の未燃カーボンのみを除去した場合に比べて、セメント中の未燃カーボンの総含有量を低減させることができ、その分、フライアッシュの使用量を増加させることが可能になる。
また、本実施の形態によれば、未燃カーボンの除去装置をフライアッシュと石膏とで共用するため、設備投資費を抑えることができ、処理コストの増大を防止することが可能になる。さらに、フライアッシュ中の未燃カーボンを除去するのと同時に、石膏中の未燃カーボンを除去するため、除去処理に要する時間を短縮し、処理コストをさら低下させることも可能になる。
また、本実施の形態によれば、セメントミル２１で生成されたセメントの一部をサンプリングし、未燃カーボン含有量を測定し、測定値に基づいてフライアッシュの供給量を決定するため、フライアッシュの供給過多で、セメントの未燃カーボン含有量が許容値を超えてしまうのを確実に防止することが可能になり、また、セメントの未燃カーボン含有量が許容範囲内に収まる限界量付近までフライアッシュを供給することができ、所定のセメント品質を確保しながら効率的にフライアッシュを使用することも可能になる。
尚、上記実施の形態においては、フライアッシュ及び石膏中の未燃カーボンを同時に除去した後、未燃カーボンを除去したフライアッシュ及び石膏をセメントミル２１に供給しているが、フライアッシュ中の未燃カーボンを除去する処理と、石膏中の未燃カーボンを除去する処理とは、別々の工程で行ってもよい。
また、上記実施の形態においては、湿式分離法を用いて、フライアッシュ中の未燃カーボン及び石膏中の未燃カーボンを除去しているが、フライアッシュと未燃カーボン、石膏と未燃カーボンを、各々静電分離によって分離する乾式分離法を用いて除去することもできる。
さらに、上記実施の形態においては、供給量制御機２２を設け、フライアッシュタンク１からのフライアッシュの供給量を自動制御しているが、オペレータが、セメントミル２１から排出されるセメントの未燃カーボン含有量を測定し、測定値に基づいてフライアッシュの供給量を算出し、算出された供給量に基づいてフライアッシュタンク１からのフライアッシュの供給量を設定するようにしてもよい。
本発明にかかるセメント製造装置及び製造方法を適用したシステムの一例を示すフローチャートである。
符号の説明
１ フライアッシュタンク
２ 石膏タンク
３ スラリータンク
４ ポンプ
５ 表面改質機
６ ポンプ
７ 灯油タンク
８ 調整槽
９ ポンプ
１０ 起泡剤タンク
１１ ポンプ
１２ 浮選機
１３ ポンプ
１４ 固液分離器
１６ ケークホッパ
１８ ポンプ
１９ フィルタープレス
２０ クリンカサイロ
２１ セメントミル
２２ 供給量制御機

Claims (4)

  1. 石膏に含まれる未燃カーボンを除去するのと同時に、フライアッシュに含まれる未燃カーボンを除去する除去手段と、
    該除去手段によって未燃カーボンが除去されたフライアッシュを、未燃カーボンが除去された石膏及びクリンカとともに粉砕してセメントを生成する粉砕手段とを備えることを特徴とするセメント製造装置。
  2. 前記粉砕手段で生成されるセメントの未燃カーボン含有量を測定する測定手段と、
    該測定手段による測定値に基づいて前記フライアッシュの前記セメントへの混合量を算出する算出手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載のセメント製造装置。
  3. 石膏に含まれる未燃カーボンを除去するのと同時に、フライアッシュに含まれる未燃カーボンを除去し、
    未燃カーボンを除去したフライアッシュを、未燃カーボンを除去した石膏及びクリンカとともに粉砕してセメントを生成することを特徴とするセメント製造方法。
  4. 前記セメントの未燃カーボン含有量を測定し、該測定値に基づいて前記フライアッシュの前記セメントへの混合量を算出することを特徴とする請求項３に記載のセメント製造方法。
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