JPH0323115B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、石炭−水スラリ製造装置に係り、特
に石炭を連続式ボールミルを用いて湿式粉粋して
高濃度石炭−水スラリを製造する装置に関するも
のである。 世界のエネルギー事情を背景に、近年、石油、
LNG、LPG等の流体燃料の代替燃料として、埋
蔵量が豊富で安価な石炭が再び見直されてきてい
る。しかしながら、石炭は固体であるため、貯
蔵、輸送等のハンドリングが厄介であるという欠
点がある。これを克服する技術として、最近石炭
を流体化して利用することが検討されている。そ
の１例が、石炭と油の混合物であるCOM（Coal
−Oil Mixtures）や石炭−水スラリCWM（Coal
−Water Mixtures）またはCWS（Coal−Water
Slurries）である。COMは、石油依存率が50〜
60％で経済性に問題があり、石炭−水スラリ（以
下CWMと呼ぶ）が脚光を浴びつつあるのが現状
である。 このCWMを直接燃焼し、かつポンプ輸送可能
とする条件は、74μｍ標準フルイ（JIS Z8801）
をCWM中の石炭粒子の約60重量パーセント以上
が通過する細かさを有し、かつまたCWM中の石
炭濃度が約60重量パーセント以上の高濃度であ
り、さらにCWMの粘度が約2000cp以下であるこ
とである。そのためには、(1)幅の広い粒度分布に
なるように調整し、充填密度を増大させて高濃度
化を達成し、(2)適切な分罪耳やPH調整剤等の添加
剤を添加して粒子の表面電位を調整し、粒子同志
を反撥、安定分散させて粘度低減をはかる必要が
ある。 このような高濃度のCWMを連続的に製造する
場合、湿式ボールミルを用いるのが一般である。
第１図は、一般的な湿式ボールミルを使用して
CWMを製造する装置構成を示す説明図である。
ボールミルは基本的に水平回転円筒からなり、内
部に鋳鉄ボールが充填され、ミルが回転すること
によりボールが内壁に沿つて持ち上げられ、自由
落下あるいは内容物の表面を転動流下する。この
とき石炭粒子はボール間あるいはボールとミル内
壁面にはさまれ、摩擦あるいは衝撃によつて粉砕
される。第１図において、約３〜５mm以下に粗粉
砕された石炭Ａは、添加剤液（水Ｂおよび添加剤
Ｃ）とともに、石炭濃度が約60重量パーセント以
上になるように調整され、石炭バンカ１からフイ
ーダ２によつてボールミル３の入口に供給され、
該ミル３内で石炭粒子は前述のように粉砕混合さ
れ、74μｍ標準フイルタ通過量が約60〜85重量パ
ーセント、粘度が約100〜2000cp程度のCWMが
製造され、ミル３の出口から排出される。なお、
４は添加剤液の供給管路である。 一般にボールミルの粉砕容量が決まると、ミル
径Ｄと長つＬの決め方が重要となる。すなわち、
本発明者らの検討によれば、粉粋容量Ｑとミル径
Ｄ、長さＬおよび容積Ｖの関係は次式で表され
る。 Ｑ∝VD^0.3〜0.5 ∝π／４D²LD^0.3〜0.5 従つてミル径Ｄまたは長さＬを決定すると、他
方は一義的に決まるので、この点を考慮してＬ／
Ｄ決定する必要がある。Ｌ／Ｄの諸側を示せば粉
砕物の99％が88μｍ標準フルイを通過するような
超微粉砕が必要なセメント仕上げミルでは、Ｌ／
Ｄが2.5のミルが使用されている。（「3500kw閉回
路ボールミル運転の現場経験について」、破砕、
粉砕およびその応用に関するシンポジウム予稿
集、日本材料学会、昭51）、またCWMやCOMを
製造する場合の微粉砕にはＬ／Ｄ＝２〜３のミル
が使用される。CWMについては、（Coal−
Water Slurry as Utility Boiler Fuel，EPRI−
CS−2287，March，1982、COMについては、
Technical Results of EPDC′s COM Ｒ＆Ｄ、
STEP1 Laboratory Tests，March 1978参照）。 またCWMに必要な条件として石炭粒度が細か
いことが要求されることから、従来の一般的な発
想は、滞留時間を長くするため、ミルの長さを大
きくする（Ｌ／Ｄを大にする）という考え方がと
られていた。 実際、従来例に従つて、石炭の粉砕性指数
（JIS Z8801）、HGI＝50の石炭を用い、石炭濃度
70重量パーセントのCWMを100Kg／ｈで製造す
る設備として、570mmφ×1710mmＬ（Ｌ／Ｄ＝３）
のボールミルを選定し、74μｍ標準フルイの通過
量が70重量パーセントになるように粉砕した場
合、スラリ濃度69重量パーセント、粘度は
2400cpのものしか得られず（後述の第１表の従
来例参照）、HGI≦50の石炭の、70重量パーセン
ト以上の高濃度で、かつ粘度2000cp以下のCWM
を製造することは非常に困難であり、前述のよう
に直接燃焼用には不適当であつた。一般に発電所
用ボイラに使用される石炭は粉砕性指数（HGI）
50前後がそのほとんどを占めるので、CWMの実
用化に際しては、より高濃度でかつ低粘度の
CWMを経済的に製造できる技術の確立が望まれ
る。 本発明の目的は、上記した従来技述の欠点を除
去し、高濃度で、粘度の低いCWMが得られる石
炭−水スラリの製造方法を提供することある。 要するに本発明は、ボールミルの内径Ｄに対す
る長さＬの比が２より小さいミルを選定すること
によつて、従来技術よりも幅の広い粒度分布を調
整し、高濃度で、しかも低粘度のCWMの製造を
可能にするものである。 以下に本発明の実施例を第１図の一般的に装置
構成により説明する。 第１図において、ボールミル３として、その
Ｌ／Ｄが１≦Ｌ／Ｄ＜２、好ましくは1.2〜1.99
のものが用いられる以外は従来と同様の構成であ
る。ミル内には、例えば約75〜50mm以下のボール
が充填されている。ミル３の出口にはスラリタン
ク５が配置され、CWMはこのタンク５からスラ
リポンプ６により次工程に排出される。約５mm以
下に粗粉砕された石炭は、バンカ１からフイーダ
２を経てミル３に定量供給される。所定の濃度の
調整された添加剤（界面活性剤およびPH調整剤）
液は添加剤液供給管４から石炭濃度が所定の値に
なるようにミル３に供給される。石炭粒子は、ボ
ールミル３内で効率よく粉砕混合され、石炭濃度
が約65〜80重量パーセントで、粘度が約2000cp
以下のCWMが製造され、ミル３の出口から連続
的に排出される。 本発明の上記実施例に基づいて、内径650mm、
長さ1250mmのボールミル（Ｌ／Ｄ＝1.92）を用
い、HG150の石炭を、スラリ濃度70重量パーセ
ント、74μｍ標準フルイ通過量70重量パーセント
に粉砕したときの実験結果を実施例１として第１
表に示す。なお、表中に比較として内径550mm、
長さ1650mm（Ｌ／Ｄ＝３）のボールミルを用いた
従来の運転結果を併記した。また得られたスラリ
の粘度分布を第２図に示す。図中、１１は本発明
の実施例１，10は従来方法の場合をそれぞれ示
す。

【表】 表から明らかなように、スラリ中の石炭濃度が
１重量パーセント高濃度化したにもかかわらず、
粘度を650cp低下させることができた。これは、
第２図に示すように、74μｍ標準フルイ通過量70
重量パーセントに粉砕するとき、本発明の方が従
来方法よりもより幅の広い粒度分布が得られ、そ
の結果、粒子の充填密度が増加し、高濃度かつ低
粘度化が達成されるからである。 以上の結果を説明するために、次のような検討
を行つた。上記の二つのミルについて、50c.c.の添
加剤液にトレーサーを溶解し、ミル入口にこの添
加液を１秒程度の短時間に投入し、ミル排出口で
断続的にサンプルを採り、トレーサー濃度を分析
し、ミル内の滞留時間分布を求めた。第３図は、
トレーサーのミル内滞留時間分布を示すもので、
横軸には、経過時間を平均滞留時間で割つた無次
元時間、縦軸にはミルから排出する頻度がプロツ
トされている。第３図から、従来方法のＬ／Ｄ＝
３のミル内の滞留時間分布１３は押出し流れ４ピ
ストン流れ）の分布１６に近く、本発明の実施例
のＬ／Ｄ＝1.92のミルの滞留時間分布１４は完全
混合の分布１５に近いことがわかつた。（化学工
学、p91〜94、東京化学同人、1965）。なお、
Ｌ／Ｄ＝2.1のミルの滞留時間分布を実測したと
ころ、第３図の完全混合の場合１５と同様とな
り、Ｌ／Ｄ＝1.92から2.1の変化に対し滞留時間
分布は急速に押出し流れに近づいていることがわ
かつた。またＬ／Ｄ＝１のミル（800mm径×800mm
長）の滞留時間分布を測定したところ、第３図の
完全混合の分布１５とほぼ一致した。同様なテス
トをＬ／Ｄ＝0.82のミル（850mm径×700mm長）に
ついて行つたところ、滞留時間分布はほぼ完全混
合であつたが、粗大粒子の排出割合が増加した。
CWMをボイラ燃料として使用する場合、粗大粒
子がバーナチツプを閉塞させる原因となるので、
Ｌ／Ｄが異なるなどの場合も、ストレーナ等で粗
粒子を除去し、500〜840μ以上の粗粒子を再循環
する必要がある。１≦Ｌ／Ｄ＜２とした場合は粗
大粒子１〜２％以下であつたが、Ｌ／Ｄ＝0.8と
した場合は粗大粒子５〜10％と増加し、好ましく
ないことがわかつた。 特定の石炭粒子がミル内で粉砕される回数はそ
の粒子の滞留時間の比例する。従つて、第３図か
ら、例えば本発明の実施例におけるＬ／Ｄ＝1.92
のミルでは、完全混合のパターンに近ずくため、
平均滞留時間よりも早くミルを出ていく粒子も、
また平均滞留時間よりも長くミル内に滞留してよ
り多くの粉砕機会に接する粒子も、ともに従来方
法のピストン流れに近いＬ／Ｄ＝３のミルの場合
よりも粉砕回数が多くなることがわかつた。従つ
て本発明の実施例のＬ／Ｄ＝1.92のミルを排出し
ていく石炭粒子の粒度分布は従来方法のＬ／Ｄ＝
３のミルよりもその幅が広くなる。前述したよう
に、高濃度かつ低粘度のCWMを製造するのに必
要な条件の１つは、幅の広い粒度分布を得ること
であり、同一の粉砕容量をもつミルでもＬ／Ｄの
値が小さいミル、すなわちミル内径が大きく、長
さの短いミルが好適であることが明らかになつ
た。上述の検討結果から、本発明におけるＬ／Ｄ
の範囲は、Ｌ／Ｄ＜２、好ましくは１≦Ｌ／Ｄ≦
1.99、さらに好ましくは１≦Ｌ／Ｄ≦1.8である。 次に第４図は、湿式ボールミルを用い高濃度
CWMをより低粘度でかつ低コストで製造するプ
ロセスの実施例を示すものである。第４図におい
て、ボールミル３は、多孔仲仕切板７を設置して
２室化され、ミル内径Ｄに対する長さＬの比が２
より小さいボールミル３の入口部には、原炭供給
用フイーダ２が接続されており、添加剤液供給管
４がミル３の入口部からミル３の第１室に導入さ
れている。ミル３の第１室には径の大きいボール
が充填され、また第２室には径の小さいボールが
充填されており、また第２の添加剤液供給管８が
ミル３の出口側から導入されている。ミル３の出
口下にはスラリタンク５が設置され、タンク５に
はスラリ輸送用のポンプ６が接続されている。 約10mm以下に粗粉砕された石炭は、フイーダ２
よりミル３へ定量供給される。石炭濃度が約70〜
85重量パーセント、添加剤量が石炭（乾炭基準）
に対し約０〜0.3重量パーセントになるように、
水と添加剤液がミル３の第１室に調整供給され
る。第１室では、より高濃度の雰囲気で、かつ大
径ボールによつて粉砕されるので、より幅の広い
粒度分布が生成される。仲仕切板７を通過したス
ラリは、第２室において小径ボールにより効率よ
く粉砕され、また新たに添加される添加剤液によ
つてむだなく粒子表面に吸着されることにより、
高濃度かつ低粘度のCWMを製造することができ
る。本実施例においては、粉砕によつて新しい粒
子表面が生成されるにつれて添加剤が加えられ
て、その粒子表面に均一にむだなく吸着するよう
に２段添加を行つているため、トータルの添加剤
量を大幅に低減することができる。第１表の実施
例２および第２図の１２は、内径650mm、長さ
1250mmのボールミルを用い、HG150の石炭を粉
砕し、最終スラリ濃度70重量パーセント、74μｍ
標準フルイ通過量70重量パーセントの高濃度の
CWMを製造した結果を、従来法および本発明の
第１の実施例と比較したものである。これらの結
果からわかるように、本実施例によれば、従来方
法よりも石炭粉砕容量は約７％増大し、添加剤使
用量は従来方法の40％にもかかわらず、粘度は
1000cpも低減することができ、また粒度分布は、
従来方法より広くなつていることがわかる。 本発明によれば、ミル内径Ｄに対する長さＬの
比が２より小さい、すなわちＬ／Ｄ＜２のボール
ミルを使用することにより、直接燃焼用として好
適な低粘度の高濃度石炭−水スラリを効率よく、
かつ添加剤液を半分以下に低減して製造すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来法と本発明の第１の実施例によ
る高濃度石炭−水スラリ製造装置の系統図、第２
図は、従来法と本発明によるCWM製造試験結果
の比較を示す説明図、第３図は、ボールミル内の
粒子の滞留時間分布を示す説明図、第４図は、本
発明の他の実施例を示す装置の系統図である。 １……石炭バンカ、２……フイーダ、３……ボ
ールミル、４……添加剤液供給管、５……スラリ
タンク、６……スラリポンプ、７……多孔仲仕切
板、８……添加剤液供給管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 石炭を連続式ボールミルを用いて湿式粉砕し
   て高濃度石炭−水スラリを得る石炭−水スラリ製
   造装置において、前記ボールミルの径Ｄに対する
   長さＬの比（Ｌ／Ｄ）をＬ／Ｄ＜２の範囲とした
   ことを特徴とする石炭−水スラリ製造装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記Ｌ／Ｄ
   を１≦Ｌ／Ｄ≦1.99の範囲としたことを特徴とす
   る石炭−水スラリ製造装置。 ３ 特許請求の範囲第１項において、前記Ｌ／Ｄ
   を１≦Ｌ／Ｄ≦1.8の範囲としたことを特徴とす
   る石炭−水スラリ製造装置。 ４ 特許請求の範囲第１項において、ミルが２室
   以上に分割された多室ミルであることを特徴とす
   る石炭−水スラリ製造装置。