JPH06108069A - 石炭・水混合物とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低水分のＣＷＰを低い撹拌動力で製造し燃焼
炉に安定して供給できる低コストなＣＷＰ製造方法を提
供すること。 【構成】 石炭の粒径０．０２ｍｍ以下の石炭粒子が全
石炭量の１０〜２０重量％、粒径１ｍｍ以上が全石炭量
の５０〜７０重量％、粒径０．０２〜１ｍｍが全石炭量
の１０〜４０重量％の粒度構成となるように石炭と水を
混合・撹拌して得られる石炭・水混合物である。ここ
で、石炭と水を混合して石炭・水混合物は、重量平均径
が１．０〜２．０ｍｍの範囲にある石炭の粗粒子群に、
重量平均径が０．０３〜０．０７ｍｍの範囲にある石炭
の微粒子群を水とともに混合・撹拌して得ることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は石炭・水混合物に関し、
特に加圧した流動層で石炭などの固体燃料を燃焼し、発
生したスチームによって蒸気タービンを駆動し、さら
に、高圧、高温の燃焼ガスでガスタービンを駆動して高
効率で電力を得る加圧流動層ボイラ複合発電プラントの
燃焼炉に供給する石炭と水の混合物とその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】加圧流動層ボイラは発生するスチームお
よび高圧の燃焼ガスからエネルギーを得ることができる
ので高効率の発電が可能である。ただし、固体である石
炭粒子を加圧状態の燃焼炉内に連続的に安定して供給す
ることが課題の一つである。従来、流動層燃焼炉への石
炭の供給方法として、石炭粒子と水を混合してペースト
状の流体（以下、Ｃｏａｌ−Ｗａｔｅｒ Ｐａｓｔｅ；
以下ＣＷＰと略す）とし該ＣＷＰをポンプで昇圧および
圧送して噴霧ノズルから供給する湿式供給方式（例えば
特開昭６２−１５５４３３号）がある。該ＣＷＰ供給方
式は、乾式供給方式、例えばロックホッパ昇圧した後に
空気輸送する方式に比べ、乾燥などの前処理が不要で低
コストである。

【０００３】しかしながら、湿式供給方式では発電効率
を高レベルに維持する上で石炭に添加する水の量をでき
るだけ少なくすることが必要である。しかも製造コスト
低減のために石炭粒子を分散させる薬剤を添加しない。
このため重油の代替燃料として開発された高濃度石炭・
水スラリに比べてＣＷＰは粘度が高く流動性が極めて乏
しい。

【０００４】一般に、前記高濃度石炭・水スラリの低水
分化には混合物を構成する石炭粒子の粒度構成が重要と
なることが知られている。例えば、特開昭５６−５０１
５６８号公報には低水分化に最適な粒度構成が開示され
ている。また、最適な粒度構成に調整する方法として例
えば特開昭６２−３０１９０号公報記載の方法がある。
しかしながら、高濃度石炭・水スラリの製造では石炭粒
子を分散させる薬剤が添加され、石炭粒子が十分に分散
した状態にある。なお、高濃度石炭・水スラリは最大径
が０．６ｍｍで重量平均径が０．０２ｍｍであるのに対
し、加圧流動層燃焼炉に用いられるＣＷＰは最大径が６
ｍｍで重量平均径は１〜２ｍｍと粒度が粗く構成され、
石炭粒子の粒度範囲も高濃度石炭・水スラリとは大きく
異なる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来技術
では薬剤が石炭表面を水に濡れ易い性質に変えるため、
石炭粒子の凝集がほとんどない分散状態で粒度分布の調
整がなされる。これに対して、加圧流動層燃焼炉に供給
するＣＷＰは薬剤を添加せず高粘度の状態で製造される
ため、水に濡れにくい性質（疎水性）を有する石炭粒子
は必然的に著しい凝集状態にある。このため、従来技術
の高濃度石炭・水スラリに最適とされる粒度構成をＣＷ
Ｐの製造に適用しても、石炭粒子同士が凝集して見かけ
上、粗大粒子として挙動する。したがって、前記高濃度
石炭・水スラリの粒度構成では水分量を最小にすること
ができなかった。本発明の目的は、低水分のＣＷＰを低
い撹拌動力で製造し燃焼炉に安定して供給できる低コス
トなＣＷＰ製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは燃焼炉用燃
料として用いるＣＷＰの製造方法について鋭意研究を重
ねた結果、次の構成を採用することで上記本発明の目的
を達成できた。すなわち、粒径０．０２ｍｍ以下の石炭
粒子が全石炭量の１０〜２０重量％、粒径１ｍｍ以上が
全石炭量の５０〜７０重量％、粒径０．０２〜１ｍｍが
全石炭量の１０〜４０重量％の粒度構成となるように石
炭と水を混合・撹拌して得られる石炭・水混合物であ
る。ここで、石炭と水を混合した石炭・水混合物は、重
量平均径が１．０〜２．０ｍｍの範囲にある石炭の粗粒
子群に、重量平均径が０．０３〜０．０７ｍｍの範囲に
ある石炭の微粒子群を水とともに混合・撹拌して得るこ
とができる。

【０００７】本発明の上記目的は次の構成によっても達
成される。すなわち、石炭・水混合物を製造するのに際
し、重量平均径が０．０３〜０．０７ｍｍの範囲にある
石炭の微粒子群を予め水と混合して微粒スラリとした後
に、重量平均径が１．０〜２．０ｍｍの範囲にある石炭
の粗粒子群と混合する石炭・水混合物の製造方法であ
る。本発明の石炭・水混合物は加圧流動層燃焼炉用の燃
料等として用いることができるが、これに限定されるこ
となく、一般の常圧流動層燃焼炉用燃料としても用いる
ことができる。

【０００８】燃焼炉用の燃料としてＣＷＰを使用するに
は、ＣＷＰが低水分量であることと同時に石炭粒子が沈
降分離しにくいことが必要要件である。石炭粒子の粒度
構成はこの２つの要件と密接に関係する。すなわち、Ｃ
ＷＰとして最適な粒度構成は、水分量を最小にし、沈降
分離を起こしにくい粒度条件によって決めることができ
る。

【０００９】石炭の粒径０．０２ｍｍ以下の粒子の重量
割合が１０〜２０重量％の範囲では、ＣＷＰの水分量が
最小となり、かつ分離もしにくい。石炭の粒径０．０２
ｍｍ以下の微粒子が１０重量％より少ない場合、ＣＷＰ
は沈降分離を起こしやすく、安定にポンプ輸送ができな
い。また、０．０２ｍｍ以下の微粒子が２０重量％より
多い場合、粘度が上昇して流動性を保つために水分量を
多くする必要がある。

【００１０】また、粒径１ｍｍ以上の粒子の重量割合が
５０〜７０重量％の範囲ではＣＷＰ中の水分量が最小と
なり、かつ分離もしにくい。粒径１ｍｍ以上の粗粒子が
５０重量％より少ない場合にはＣＷＰは沈降分離を起こ
しやすく、粒径１ｍｍ以上の粗粒子が７０重量％より多
い場合には水分量が多くなる。さらに、石炭粒子の重量
平均径が小さい場合には、粘度を一定にするために水分
量が増加する。低水分化に効果のある重量平均径は１〜
２ｍｍである。また、重量平均径が０．０３ｍｍ以下と
なるように微粉砕する場合には粉砕動力が急激に増大
し、重量平均径が０．０７ｍｍ以上の粗めの微粒子群を
使用するとＣＷＰが分離しやすくなる。

【００１１】

【作用】一般に、固液混合物中の固体の濃度を増加させ
るには、すなわち液体量を減少させるには、固体粒子が
最密充填するように粒度構成を調整する。前述のよう
に、ＣＷＰの製造では石炭粒子を分散する薬剤の添加が
なく、かつ高粘性のため粒子の凝集が著しい。そのた
め、粒子の最密充填に関与するのは単一粒子よりむしろ
凝集した粒子群である。本発明によれば凝集した粒子群
として最密充填が実現するので、低水分のＣＷＰを製造
することができる。

【００１２】また、通常の粉砕操作によって得られる粉
砕物の粒度はほぼ一定の範囲に抑えることができるの
で、本発明のように石炭の粗粒子群と微粒子群を混合す
れば所望の粒度構成の調整を精度よく行うことができ
る。一方、ＣＷＰは水分の極めて少ない状態で混合・撹
拌して製造されるので、微粒子は特に凝集しやすく、微
粒子の塊状物が生成し、均質に混合するに必要な動力が
大きくなる。そこで、微粒子群を予め水と混ぜると微粒
子の塊状物ができず、低動力で均質なＣＷＰが得られ
る。

【００１３】

【実施例】本発明の実施例を図面とともに説明する。図
１は石炭粒子の分散状態（図１（ａ））および凝集状態
（図１（ｂ））を示した図である。ＣＷＰの製造では石
炭粒子を分散する薬剤の添加がなく、かつ高粘性のため
粒子の凝集が著しい。その結果、見かけ上、粒度構成が
変わったように挙動するので、ＣＷＰに特有な粒度構成
に調整する必要がある。

【００１４】図２は、ＣＷＰ中の石炭粒度に対するふる
い下重量割合を示したいわゆる粒度分布曲線図である。
Ａ炭（恒湿水分＝３％、燃料比＝１．８）のＣＷＰの粒
度分布を、Ａ炭を用いて製造した高濃度石炭・水スラリ
の粒度分布と比較して示した。Ａ炭のＣＷＰでは、粒径
０．０２ｍｍ以下が１２重量％で、１ｍｍ以上は４０重
量％である。図に示されるように高濃度石炭・水スラリ
の重量平均径Ｄ₅₀が０．０１５ｍｍであるのに対し、Ｃ
ＷＰの場合１．５ｍｍで粒度は非常に粗い。Ａ炭ＣＷＰ
は、Ｄ₅₀＝１．５ｍｍの粗粒子群とＤ₅₀＝０．０３ｍｍ
の微粒子群を重量比で８：２の割合で混合撹拌して製造
した。発電効率を高レベルに維持するためＣＷＰ中の水
分量は２２重量％とするので粘度は１０Ｐａ・ｓとなり
従来の高濃度石炭・水スラリの１０倍と非常に高い。

【００１５】加圧流動層燃焼炉用の燃料としてＣＷＰを
使用するには、ＣＷＰが低水分量であることと同時に石
炭粒子が沈降分離しにくいことが必要要件である。石炭
粒子の粒度構成はこの２つの要件と密接に関係する。す
なわち、ＣＷＰとして最適な粒度構成は、水分量を最小
にし、沈降分離を起こしにくい粒度条件によって決める
ことができる。

【００１６】図３はＡ炭、Ｂ炭（恒湿水分＝７％、燃料
比＝１．０）、Ｃ炭（恒湿水分＝１．５％、燃料比＝
２．８）の３炭種について粒径０．０２ｍｍ以下の粒子
の重量割合を変えた場合のＣＷＰ中の水分量および棒貫
入深さの変化を示した図である。ただし、１ｍｍ以上の
粒子の重量割合を一定とした。図中の曲線Ａ、Ｂ、Ｃは
それぞれＡ炭、Ｂ炭、Ｃ炭の水分量を示し、曲線Ｄ、
Ｅ、ＦはそれぞれＡ炭、Ｂ炭、Ｃ炭の棒貫入深さを示
す。棒貫入深さが大きいことは沈降分離をしにくい性状
であることを示し、棒貫入深さが小さいのはＣＷＰから
石炭が分離してハードパック量が増加していることを示
す。

【００１７】これらの３炭種について検討すると、図３
の横軸に示す粒径０．０２ｍｍ以下の粒子の重量割合が
１０〜２０重量％の範囲では、図３の曲線Ａ、Ｂ、Ｃで
示すように水分量が最小となり、かつ図３の曲線Ｄ、
Ｅ、Ｆで示すように分離もしにくい範囲にあることが分
かる。粒径０．０２ｍｍ以下の微粒子が１０重量％より
少ない場合、ＣＷＰは沈降分離を起こしやすく、安定に
ポンプ輸送ができない。また、０．０２ｍｍ以下の微粒
子が２０重量％より多い場合、粘度が上昇して流動性を
保つために水分量が多くなる。

【００１８】図４は上記の３炭種について、粒径０．０
２ｍｍ以下の粒子の重量割合を一定にした条件で粒径１
ｍｍ以上の粒子の重量割合を変化させた場合のＣＷＰ中
の水分量および棒貫入深さの変化を示した図である。図
中の曲線Ｇ、Ｈ、ＩはそれぞれＡ炭、Ｂ炭、Ｃ炭の水分
量、曲線Ｊ、Ｋ、ＬはＡ炭、Ｂ炭、Ｃ炭の棒貫入深さを
示す。図４の横軸に示す粒径１ｍｍ以上の粒子の重量割
合が５０〜７０重量％の範囲では図４の曲線Ｇ、Ｈ、Ｉ
で示すように水分量が最小となり、かつ図４の曲線Ｊ、
Ｋ、Ｌで示すように分離もしにくい範囲にあることが分
かる。粒径１ｍｍ以上の粗粒子が５０重量％より少ない
場合にはＣＷＰは沈降分離を起こしやすく、粒径１ｍｍ
以上の粗粒子が７０重量％より多い場合には水分量が多
くなる。

【００１９】図５は、粘度１０Ｐａ・ｓで一定とした条
件でＡ炭ＣＷＰの水分と重量平均径Ｄ₅₀の関係を示した
図である。重量平均径Ｄ₅₀が小さい場合には、粘度を一
定にするために水分量が増加する。できる限り低水分化
するためのＤ₅₀の条件はＤ₅₀＝１〜２ｍｍであることが
分かる。粘度が同じ条件では粒度が細かいほど水分量が
多くなることは容易に分かる。しかし、必要以上に粒度
を粗くしても低水分化の効果はなく、粗大粒子が多くな
りすぎて配管内での閉塞などの問題を生ずる。重量平均
径Ｄ₅₀が１．０〜２．０ｍｍの範囲にある場合、上記の
要件が満たされる。

【００２０】図６にＡ炭について粗粒子群に混ぜる微粒
子群の重量平均径Ｄ₅₀を変えた場合の棒貫入深さと粉砕
動力の変化を示した図である。図中の曲線Ｍは棒貫入深
さとの関係を、曲線Ｎは粉砕動力との関係を示したもの
である。図６の横軸で示したＤ₅₀が０．０３ｍｍ以下と
なるように微粉砕する場合には曲線Ｎで示した粉砕動力
が急激に増大する。また、重量平均径Ｄ₅₀が０．０７ｍ
ｍ以上の粗めの微粒子群を使用するとＣＷＰが分離しや
すくなる。

【００２１】次に本発明の粒度構成を調整する具体的な
方法の一実施例を詳細に説明する。図７は本実施例を示
す図であり、加圧流動層燃焼炉１０１は圧力容器１０４
内に収納されており、その底部に空気分散板１０５が設
けられ、その上に流動媒体粒子１０２が充填されてい
る。加圧空気１０６は圧力容器１０４内に供給された後
燃焼用空気１０７として、空気分散板１０５を通って加
圧流動層燃焼炉１０１内に供給され流動媒体粒子１０２
を流動化して流動層１０９を形成する。加圧流動層燃焼
炉１０１はＣＷＰ供給導管１６を通してポンプ１５から
ＣＷＰ１４が圧送され、ＣＷＰ噴霧ノズル１７から流動
層１０９内に供給されて燃焼される。燃焼ガスは炉上部
から排出されサイクロン１０３でダストを除去した後、
導管１０８を通ってガスタービン（図示を省略）に導入
される。

【００２２】一方、バンカ１内の原炭は粉砕機２に供給
され、粉砕機２で所定の粒度まで粉砕された後、粗大粒
子はふるい３で除去される。粗大粒子除去後の粗粒子群
は分配器５に供給され、該粗粒子群の一部が導管６を経
てＣＷＰ調整タンク９へ連続的に投入され、残りが導管
７から粉砕機８へ供給され、所定の粒度まで粉砕され微
粒子群となる。ＣＷＰ調整タンク９内には導管６からの
粗粒子群、粉砕機８からの微粒子群の他に脱硫剤として
石灰石１２と、ＣＷＰを製造するに必要な水１３が添加
され、電動機１１によって回転される撹拌機翼１０によ
って混合、撹拌され流動性のあるＣＷＰ１４となる。

【００２３】粉砕機２は最大径が約５０ｍｍの原炭を粒
径６ｍｍ以下の粒度まで粉砕できるように条件設定され
る。原炭の粉砕は、所定の粒度まで粉砕できる粉砕機で
あればどのような種類のものでも良い。ふるい３の目開
きについては、ＣＷＰの石炭粒子の最大径が６ｍｍとな
るように決定した。分配器５は粉砕炭を所定の割合で分
配する機能を有するもので、石炭性状に応じて設定され
ている。上記の装置において、脱硫剤としては最大径３
ｍｍ程度のドロマイトあるいは石灰石粒子が用いられ
る。ＣＷＰ調製タンク９および撹拌機翼１０については
模式的に示したもので本発明を限定したものではない。

【００２４】一般の粉砕機で原炭を粉砕する場合、粉砕
物の粒度構成は原炭性状、粉砕機種および粉砕の諸条件
によって種々変化する。しかしながら、原炭の一段粉砕
では微粒分が不足し、上記の最適粒度構成が得られな
い。そこで微粒子群を別系統にて製造し粗粒子群と混ぜ
る方法により粒度調整が可能となる。粗粒子群は粒度構
成の基軸となるため、低水分化、安定輸送を達成できる
重量平均径Ｄ₅₀が１．０〜２．０ｍｍの範囲が望まし
い。一方、微粒子群は必要以上に細かく粉砕すると多大
な粉砕動力が必要となる。微粒子群の重量平均径Ｄ₅₀が
０．０３〜０．０７ｍｍの範囲であれば粉砕動力を低く
抑えられ、かつ粗粒子群と混合することによって最適な
粒度構成を得ることができる。

【００２５】微粒子群を混合する際、そのまま水に混ぜ
ると微粒子同士が凝集し、均質に混合するに必要な撹拌
動力が大きくなる。図８はこの点を考慮したＣＷＰ製造
のためのフローの一例である。バンカ１内の原炭は粉砕
機２に供給され、粉砕機２で所定の粒度まで粉砕された
後、粗大粒子はふるい３で除去される。粗大粒子除去後
の粗粒子群は分配器５に供給され、該粗粒子群の一部が
導管６を経てＣＷＰ調製タンク９へ連続的に投入され
る。また、粗粒子群の残りが導管７から粉砕機８へ供給
され、所定の粒度まで粉砕され微粒子群となる。該微粒
子群をＣＷＰ調製タンク２３内に連続的に投入し、電動
機１８によって回転する撹拌翼１９により水２０と混合
・撹拌され微粒スラリを形成させる。ＣＷＰ調製タンク
９内へ供給する微粒子がスラリ状であるのでポンプ２１
により安定に定量供給できる。予め水に馴染ませると微
粒子同士の凝集は緩和されるので微粒子群の混合比率を
低減できる特徴がある。

【００２６】ＣＷＰ調整タンク９内では粗粒子群と微粒
子群の他に脱硫剤として石灰石１２と、水１３が添加さ
れ、電動機１１によって回転される撹拌機翼１０によっ
て混合、撹拌され流動性のあるＣＷＰ１４が製造され、
図７のフローと同様に加圧流動層燃焼炉１０１に供給さ
れる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したごとく本発明によればＣＷ
Ｐをより少ない水分量で安定して供給でき、製造動力が
かからないでＣＷＰが製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例の石炭粒子の分散、凝集状態
を示す図である。

【図２】 本発明の実施例のＣＷＰ中の石炭粒径に対す
るふるい下重量割合を示す図である。

【図３】 本発明の実施例の０．０２ｍｍ以下の粒子の
重量割合に対するＣＷＰ中の水分量と棒貫入深さを示す
図である。

【図４】 本発明の実施例の１ｍｍ以上の粒子の重量割
合に対するＣＷＰ中の水分量と棒貫入深さを示す図であ
る。

【図５】 本発明の実施例のＣＷＰの水分と重量平均径
Ｄ₅₀の関係を示した図である。

【図６】 本発明の実施例の粗粒子群に混ぜる微粒子群
の重量平均径Ｄ₅₀を変えた場合の棒貫入深さと粉砕動力
の変化を示した図である。

【図７】 本発明の実施例を示す系統図である。

【図８】 本発明の他の実施例を示す系統図である。

【符号の説明】

１…バンカ、２、８…粉砕機、３…ふるい、９…ＣＷＰ
調整タンク、１０１…加圧流動層燃焼炉、１０４…圧力
容器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉岡 進 広島県呉市宝町３番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内 (72)発明者 野中 公大 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日立 株式会社呉工場内 (72)発明者 東川 謙示 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日立 株式会社呉工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粒径０．０２ｍｍ以下の石炭粒子が全石
   炭量の１０〜２０重量％、粒径１ｍｍ以上が全石炭量の
   ５０〜７０重量％、粒径０．０２〜１ｍｍが全石炭量の
   １０〜４０重量％の粒度構成となるように石炭と水を混
   合・撹拌して得られる石炭・水混合物。
2. 【請求項２】 重量平均径が１．０〜２．０ｍｍの範囲
   にある石炭の粗粒子群に、重量平均径が０．０３〜０．
   ０７ｍｍの範囲にある石炭の微粒子群を水を混合・撹拌
   して得られる請求項１記載の石炭・水混合物。
3. 【請求項３】 重量平均径が０．０３〜０．０７ｍｍの
   範囲にある石炭の微粒子群を予め水と混合して微粒スラ
   リとした後に、重量平均径が１．０〜２．０ｍｍの範囲
   にある石炭の粗粒子群と混合することを特徴とする石炭
   ・水混合物の製造方法。