JP2014105277A - 石炭の発塵抑制方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コスト増を抑え、効果的に発塵を抑制することができる石炭パイルの発塵抑制方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、石炭の発塵抑制方法であって、上記石炭の微粒子と水とを接触させる工程、及び上記微粒子と上記石炭の他の粒子とを混合する工程を有することを特徴とする。上記石炭が多孔質炭から得られる改質石炭であることが好ましい。上記微粒子の粒子径が５００μｍ以下であることが好ましい。上記混合工程における上記微粒子と他の粒子との質量比が１：９９以上１：３以下であることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は石炭の発塵抑制方法に関する。

火力発電や製鉄所等で使用する石炭は、通常、屋外ヤードに山積みされたパイルとして保管される。このような石炭パイルにおいては、石炭粉の飛散による環境汚染や人体への影響を防ぐために、粉塵の飛散を防止する必要がある。

この石炭パイルの発塵を抑制する手段としては、パイル表面に、水や界面活性剤水溶液を散布する散水法等が一般的である。また、さらに発塵抑制効果を高めるために、散布にワックスエマルジョンや藻類を含有する散布液を用いる方法も提案されている（特開２０００−０８０３５５号公報及び特開２０１１−２５１７８２号公報参照）。しかし、これら従来の散水法においては、発塵抑制のために散水量を増やすと、水分量の増加により燃焼効率が低下し、界面活性剤やワックスエマルジョン等の使用量の増加によりコスト増となるといった不都合を有する。

一方、含水率が高く、発熱量が低い多孔質炭から改質石炭を得る製造方法が開発されている（特開平７−２３３３８３号公報参照）。この製造方法は、以下のとおりである。まず、多孔質炭（原料炭）を粉砕し粒状とした後、重質油分と溶媒油分とを含む混合油と混合して原料スラリーを得る。次いで、原料スラリーを予熱後、加熱し、多孔質炭の脱水を進めると共に、多孔質炭の細孔内に混合油を含浸させて脱水スラリーを得る。その後、脱水スラリーから改質多孔質炭と混合油とを分離した後、改質多孔質炭を乾燥（脱液）させる。乾燥された改質多孔質炭は所望により冷却及び成型される。この製造方法によれば、多孔質炭の含水率の低下と共に、この多孔質炭の細孔内に重質油が付着し、発熱量が高い改質石炭を得ることができるとされている。

上記製造方法によって得られた改質石炭は、重質油の付着等により疎水性が高い。そのため、上述のように発塵防止のために改質石炭のパイルに散水しても、パイル内部にまで水が浸透し難く、多量の水が必要となる。従って、改質石炭のパイルにおいては、上記散水における水の使用量の低減がより重要とされている。

特開２０００−０８０３５５号公報 特開２０１１−２５１７８２号公報 特開平７−２３３３８３号公報

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、水の使用量を抑え、効果的に発塵を抑制することができ、ひいては燃焼効率の低下を抑制できる石炭の発塵抑制方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた発明は、
石炭の発塵抑制方法であって、
上記石炭の微粒子と水とを接触させる工程、及び
上記微粒子と上記石炭の他の粒子とを混合する工程
を有することを特徴とする。

当該石炭の発塵抑制方法においては、パイル等を形成する多数の粒状の石炭のうち、飛散しやすい微粒子に対して散水などにより水と接触させる。このため、当該発塵抑制方法によれば、使用する水の量を低減させることができ、かつ効果的に発塵を抑制することができる。

上記石炭が多孔質炭から得られる改質石炭であることが好ましい。多孔質炭から得られる改質石炭は上述のように疎水性が高いため、発塵の原因となる微粒子に対して重点的に水と接触させる本発明を採用する利点が大きい。また、上記改質石炭は、多孔質状であるため、一度水を吸収すると水分保持能が高く、発塵抑制効果を持続させることができる。

上記微粒子の粒子径は５００μｍ以下が好ましい。通常、発塵する粒子の粒子径は１００μｍ程度以下である。しかし、このように５００μｍ以下という比較的粒径の大きい粒子を含む微粒子に対しても水を接触させることで、作業中の微粒子の飛散を抑えることができるなど、作業性を高めることができる。また、このように比較的大きめな微粒子も含めて水と接触させることで、この比較的大きい微粒子が核となって微粒子同士が凝集体を形成しやすい。従って、このようにすることで、発塵をより効果的に抑制することができる。

上記混合工程における上記微粒子と他の粒子との質量比としては、１：９９以上１：３以下がよい。このような質量比とすることで、水使用量の低減と発塵の効果的な抑制とを両立させることができる。

ここで、微粒子等の「粒子径」とは、ＪＩＳ Ｚ ８８１５（１９９４）ふるい分け試験法通則における乾式ふるい分けに準拠して測定した値をいう。また、微粒子等の「質量」とは、この微粒子等に付着した水等を含む質量である。

以上説明したように、本発明の石炭の発塵抑制方法によれば、多量の散水等によるコスト増を抑え、効果的に発塵を抑制することができ、燃焼効率の低下も抑制することができる。

本発明の石炭の発塵抑制方法に用いられる装置の一例を示す概略図

以下、本発明の石炭パイルの発塵抑制方法の実施の形態を詳説する。

当該石炭の発塵抑制方法は、
上記石炭の微粒子と水とを接触させる工程（接触工程）、及び
上記微粒子と上記石炭の他の粒子とを混合する工程（混合工程）
を有する。

当該石炭の発塵抑制方法は、このように、上記接触工程において、石炭パイル等を形成する多数の粒状の石炭のうち、飛散しやすい微粒子に対して散水等により水と接触させる。このため、当該発塵抑制方法によれば、使用する水の量を低減することができ、コスト増を抑え、効果的に発塵を抑制することができる。

また、当該発塵抑制方法においては、上記微粒子を水と接触させた後、この微粒子を他の粒子と混合させるため、例えば山積みした際、パイル内部の石炭も均等に水を含んだ状態となっている。従って、当該方法によれば、パイル内部の温度上昇も低減できることから、パイルの自然発火も抑制することができる。

上記石炭としては、特に限定されず、無煙炭、半無煙炭、瀝青炭、亜瀝青炭、褐炭、亜炭、泥炭、又はこれらの石炭を改質した石炭（改質石炭）等を用いることができる。なお、当該発塵抑制方法においては、多孔質形状を有する石炭（多孔質炭）から得られる改質石炭を用いることが好ましい。上記多孔質炭としては、亜瀝青炭、褐炭、亜炭、泥炭等を挙げることができる。多孔質炭から得られる改質石炭は疎水性が高いため、発塵の原因となる微粒子に対して重点的に水と接触させる本発明を採用する利点が大きい。また、上記改質石炭は、多孔質状であるため、一度水を吸収すると水分保持能が高く、発塵抑制効果や発火抑制効果を持続させることができる。

上記多孔質炭の改質は、例えば以下の方法により行うことができる。まず、水分を含有する多孔質炭を粉砕し粒状とした後、重質油分と溶媒油分とを含む混合油と混合して原料スラリーを得る。次いで、原料スラリーを必要に応じて予熱後、加熱し、多孔質炭の脱水を進めると共に、多孔質炭の細孔内に混合油を含浸させて脱水スラリーを得る。その後、脱水スラリーから改質多孔質炭と混合油とを分離した後、改質多孔質炭を乾燥（脱液）させる。乾燥された改質多孔質炭は所望により冷却及び成型される。通常、上記改質多孔質炭はブリケット状に成型され、このブリケット等が山積みされたパイルとして保管されることとなる。

（分離工程）
当該発塵抑制方法においては、上記接触工程に先駆けて、通常、粒状の石炭を微粒子と、その他の粒子とに分離する工程を有する。

この分離手段としては、特に限定されず、篩い等、公知の機器等を用いて行うことができる。また、改質工程中で、適宜微粒子を分離することもできる。例えば、上記改質多孔質炭の乾燥を、筒内にキャリアガスを流通させて行うスチームチューブドライヤを用いて行う場合、キャリアガスに同伴されるダスト（微粒子）をフィルタで回収することにより微粒子を分離（収集）することができる。

上記微粒子は、上記石炭を構成する多数の粒状物のうちの粒子径の小さい一部を指す相対的な概念である。上記微粒子の具体的な粒子径としては、特に限定されないが、例えば１ｍｍ以下であり、５００μｍ以下が好ましい。通常、発塵する粒子の粒子径は１００μｍ程度以下である。しかし、このように５００μｍ以下の比較的粒径の大きい微粒子に対しても水を接触させることで、作業中の微粒子の飛散を抑えることができるなど、作業性を高めることができる。加えて、１００μｍ以下の微粒子は、水を含むと粘土状になりやすい。このような粘土状物質は、他の粒子との混合作業を始めとした作業性が好ましくない。そこで、比較的粒子径の大きい微粒子も含めて水と接触させることで、含水状態の微粒子の作業性を高めることができる。さらには、比較的大きめな微粒子も含めて水と接触させることで、この比較的大きい微粒子が核となって微粒子同士が凝集体を形成しやすい。従って、このようにすることで、発塵をより効果的に抑制することができる。

（接触工程）
この接触工程においては、上記石炭の微粒子と水とを接触させる。この接触方法としては、特に制限されず、スプレー等を用いた散水の他、水を貯留させた槽に上記微粒子を添加し、その後分離するといった方法であってもよい。これらの中でも、散水により水と接触させることが好ましい。このようにすることで、多量の微粒子に対して効率的に水と接触させることができる。この散水は、例えば、図１に示すように、ベルトコンベア１上に堆積させた微粒子２に対して、スプレー３を用いて行うことができる。このようにすることで、連続的な散水作業が可能となる。

この水の散水量としては、散水前の微粒子の質量に対して、５質量％以上３０質量％以下が好ましく、１５質量％以上２５質量％以下がより好ましい。散水量が上記下限未満の場合は、十分な発塵抑制効果が得られないおそれがある。逆に、散水量が上記上限を超える場合は、使用量が増え、コスト増等を招来する。

上記水としては、純水でもよいし、他の成分が溶解又は分散された水溶液等であってもよい。上記他の成分としては、界面活性剤、ワックス、水溶性樹脂等を挙げることができる。界面活性剤水溶液を用いることで、石炭（微粒子）との親和性が高まり、発塵をより効果的に抑制することができる。

上記水溶液における界面活性剤の含有率（濃度）としては、特に限定されないが、０．１質量％以上５質量％以下が好ましい。上記範囲の含有率とすることで、界面活性剤を用いる効果を発現させつつ、多量の使用によるコスト増を抑えることができる。

なお、本接触工程において、本発明の効果を阻害しない範囲で、水と接触する石炭に微粒子以外の石炭（例えば、粒子径が５００μｍを超える石炭）が含まれていてもよい。

（混合工程）
この混合工程においては、上記接触工程を経た微粒子と石炭の他の粒子とを混合する。上記他の粒子のサイズとしては、上記微粒子に対して相対的に大きいものである限り、特に制限されず、例えば粒径として数ｍｍ〜数ｃｍ程度である。なお、この他の粒子の中には、水と接触していない石炭の微粒子が含まれていてもよい。

混合された石炭全体（微粒子と他の粒子との混合物）の粒度分布としては、特に限定されないが、１０ｍｍ以下が３０質量％以上９７質量％以下、１ｍｍ以下が５質量％以上４０質量％以下、０．１５ｍｍ以下が２０質量％以下であることが好ましく、１０ｍｍ以下が５０質量％以上９５質量％以下、１ｍｍ以下が１０質量％以上３０質量％以下、０．１５ｍｍ以下が２質量部以上１０質量％以下であることがより好ましい。

混合された石炭全体が、このようなブロードな粒度分布を有する粒状物からなることで、混合工程において、微粒子を全体的に均一に分散させることができる。また、このようにブロードな粒度分布を有する粒状物は、山積みした際に、隙間が少なく充填率が高いパイルを形成することができる。このような高い充填構造からなるパイルを形成することで、発塵の発生をより低減させることができる。また、このようにすることで、内部に酸素を通気させにくくなり、自然発火の発生も低減させることができる。一方、混合された石炭全体としては、ブリケット（例えば、粒径１０ｍｍ以上の比較的大きい粒状物）と微粒子とのみからなる混合物であってもよい。このような粒度分布からなる粒状物であっても微粒子にのみ水を散水等させることによる本発明の効果を十分に得ることができる。

この混合方法としては、特に制限されないが、図１に示すように、上記微粒子２を搬送するベルトコンベア１、上記他の粒子４を搬送するベルトコンベア５、及びこれらを混合した石炭６を搬送するベルトコンベア７を用いる方法が挙げられる。このような装置によれば、ベルトコンベア１により搬送される微粒子２と、ベルトコンベア５により搬送される他の粒子４とを、ベルトコンベア７上に堆積させることで、微粒子２と他の粒子４とが、ベルトコンベア７上で混合される。このような方法及び装置を用いることで、接触工程及び混合工程を連続的に行うことができる。また、混合された石炭６をベルトコンベア７により搬送し、堆積させることでパイル８を形成することができる。

なお、混合方法としては、上記装置を用いる方法の他、スクリューコンベアやミキサ等を用いて混合することもできる。

この混合工程における上記微粒子と他の石炭との質量比としては、１：９９以上１：３以下が好ましく、１：１９以上１：４以下がより好ましい。このような質量比とすることで、水使用量の低減と発塵の効果的な抑制とを両立させることができる。この質量比が、上記下限未満の場合は、水と接触した微粒子の量が少なく、十分に発塵を抑制できないおそれがある。逆に、この質量比が上記上限を超える場合は、水の使用量が増え、本発明の効果が低減する。

なお、この混合工程は、１回の混合で行ってもよいが、複数回に分けて行うことが好ましい。例えば、その他の粒子を比較的粒径の小さい粒子Ａと、比較的粒径の大きい粒子Ｂとに分け、まず、第一混合工程として、上記微粒子と粒子Ａとを混合させ、続いて、この微粒子と粒子Ａとの混合物と、粒子Ｂとを混合させる。このように複数回に分けて混合させることで、水分量の多い微粒子を均一に混合させることができる。この際、上記粒子Ａの粒子径としては、例えば、５００μｍ以上１ｃｍ以下とすることができる。また、上記微粒子に対する粒子Ａの量としては、質量基準で、１倍以上１０倍以下とすることができる。

（後工程）
混合工程を経た、石炭（微粒子と他の粒子との混合物）は、通常、山積みされパイルとして貯蔵される。この山積みの方法としては特に限定されず、公知の方法を用いることができる。通常、ベルトコンベア等を用いて行われる。

当該発塵抑制方法によれば、上述したように、水の使用量を抑えつつ、発塵を効果的に抑制することができる。また、当該発塵抑制方法によれば、水の使用量を抑えることができるため、燃焼効率の低下及びコスト増を抑制することができる。

以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
亜瀝青炭を原料とし、重質油分と溶媒油分との混合油と混合して加熱する工程を経て得られた粒状の改質石炭を用意した。この粒状の改質石炭を成型してブリケット（サイズ：４７ｍｍ×４７ｍｍ×２８ｍｍ）を得た。また、このブリケットの篩下粉を乾式ふるい分けにより、５００μｍオーバーと、５００μｍアンダー（微粒子）とにふるい分けした。なお、５００μｍオーバーが７９質量％、５００μｍアンダーが２１質量％であった。また、上記篩下粉は、６ｍｍオーバーが２６．５質量％、２ｍｍオーバー６ｍｍアンダーが２６．５質量％及び２ｍｍアンダーが３６．４質量％の粒度分布のものであった。上記ふるい分けで得られた微粒子に対し、界面活性剤水溶液を５質量％の割合で散水した。上記界面活性剤としては、日油社製のダスシールを用いた。また、この界面活性剤水溶液の濃度は０．７質量％に調製して用いた。

散水後、まず、上記微粒子を上記ふるい分けで得られた５００μｍオーバーの篩下粉と均一になるように混合した。その後、さらにこの混合物（篩下粉）と上記ブリケットとを質量比８：２で均一に混合させた。得られた混合物の粒度分布は、１０ｍｍ以下６０質量％、１ｍｍ以下２５質量％、５００μｍ以下１６質量％、１５０μｍ以下７質量％であった。なお、この粒度分布は、ＪＩＳ Ｚ ８８１５に準拠した方法で、ＦＲＩＴＳＣＨ社製の振とう篩い機を用いて測定した値である。

［実施例２〜５］
上記界面活性剤水溶液の散水量を表１に示す量に変更したこと以外は実施例１と同様の操作を行った。

［比較例１］
上記篩下粉に対してふるい分け及び散水することなく、篩下粉とブリケットとを質量比８：２で均一に混合したこと以外は、実施例１と同様の操作を行った。

［比較例２〜５］
上記篩下粉に対してふるい分け及び散水することなく、篩下粉とブリケットとを質量比８：２で均一に混合し、この混合物に対して表１に示す量の散水を行ったこと以外は、実施例１と同様の操作を行った。

［評価］
得られた混合物を１．５ｍの高さから落下させ、発塵状況を確認し、以下の基準で評価した。評価結果を表１に示す。
Ａ：発塵が十分に抑制されていた。
Ｂ：僅かに発塵が見られたが、ほぼ抑制されていた。
Ｃ：ある程度発塵抑制の効果が見られたが不十分。
Ｄ：散水の効果は僅かに見られたが、許容範囲外。
Ｅ：かなりの発塵が見られた。

また、表１には、得られた各混合物における水分量を示す。この水分量は、ＪＩＳ−Ｍ ８８１２に準拠した工業分析法にて測定した。

表１に示されるように、比較例においては、発塵を抑制するのに全石炭に対して４質量％の水溶液を必要とした（比較例４）。一方、実施例においては、発塵の抑制を全石炭に対して２．６３質量％の水溶液で行うことができた（実施例３）。

以上説明したように、本発明の石炭パイルの発塵抑制方法は、多量の散水等によるコスト増を抑え、効果的に発塵を抑制することができる。従って、当該発塵抑制方法は、例えば、石炭火力発電所や製鉄所等で好適に用いることができる。

１ ベルトコンベア
２ 微粒子
３ スプレー
４ 他の粒子
５ ベルトコンベア
６ 石炭
７ ベルトコンベア
８ パイル

Claims (4)

1. 石炭の発塵抑制方法であって、
   上記石炭の微粒子と水とを接触させる工程、及び
   上記微粒子と上記石炭の他の粒子とを混合する工程
   を有することを特徴とする石炭の発塵抑制方法。
2. 上記石炭が多孔質炭から得られる改質石炭である請求項１に記載の発塵抑制方法。
3. 上記微粒子の粒子径が５００μｍ以下である請求項１又は請求項２に記載の発塵抑制方法。
4. 上記混合工程における上記微粒子と他の粒子との質量比が１：９９以上１：３以下である請求項１、請求項２又は請求項３に記載の発塵抑制方法。
   

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