JPH07316569A - 高濃度石炭ペーストおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 流動性および安定性に優れた高濃度石炭ペー
ストを提供すること。 【構成】 粗粒石炭に、高濃度炭素質−水スラリー１０
〜４０重量％と、水とを混合して、石炭濃度が例えば７
５重量％以上の高濃度石炭ペーストを得る。また、必要
に応じてさらに分散剤を混合する。粗粒石炭としては、
最大粒径が１０ｍｍ以下、１ｍｍ以下の微粉粒子の割合
が５０重量％以下、平均粒径が２〜３ｍｍのものが好ま
しい。高濃度炭素質−水スラリーとしては、炭素質粒子
の最大粒径が１５０〜５００μｍ、平均粒径が１０〜５
０μｍであり、炭素質濃度が６０〜８０重量％のものが
好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高濃度石炭ペースト
（ＣＷＰ（Ｃｏａｌ Ｗａｔｅｒ Ｐａｓｔｅ））およ
びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、石炭燃焼システムとしては、従
来、石炭を８０μｍ以下の微粉として、空気と一緒に炉
内に吹き込み、大気圧下で１５００℃以下の高温で燃焼
させる微粉炭焚燃焼システムや、石炭を１０ｍｍ以下程
度の細粒炭にして、石灰石と一緒に炉内に入れ、炉底よ
り空気を供給してこれらが気流中に浮いた流動状態と
し、大気圧下において約７７０〜８６０℃の比較的低温
で燃焼させると同時に、炉内で脱硫を行うことが知られ
ている。しかるに、最近においては、熱効率を高めるシ
ステムとして、石炭を６ｍｍ以下程度の細粒炭として、
石灰石と一緒に炉内に入れ、炉底より圧縮空気を供給し
てこれらが気流中に浮いた流動状態とし、６〜１６ｋｇ
／ｃｍ2 の加圧下において８６０℃程度の比較的低温で
燃焼させると同時に、炉内で脱硫を行うことの開発が検
討されている。

【０００３】加圧流動床燃焼システムにおける加圧流動
床ボイラは、従来の常圧流動床ボイラが有する多炭種対
応性、石灰石による炉内脱硫などの好環境性に加え、排
ガスの圧力を利用したガスタービンとの併用、加圧化に
よる燃焼効率の向上、設備のコンパクト化および複合化
による熱効率の向上が期待され、現在開発が進められて
いる。加圧流動床ボイラへの石炭の供給は、ドライ（微
粉炭）方式か、ウエット（粗粒ＣＷＭ（Ｃｏａｌ Ｗａ
ｔｅｒ Ｍｉｘｔｕｒｅ））方式が一般的であるが、最
近、石炭ペースト（ＣＷＰ）方式が注目を浴びている。
このＣＷＰ方式は、設備コストの低減、コンパクト化、
容易な運転性などの面で期待されている。このＣＷＰ方
式においては、石炭を粉砕機により粗粒に粉砕し、粒度
を調整した後、混練機により水と混合してＣＷＰを製造
し、このＣＷＰをタンクに一旦蓄えた後、ＣＷＰポンプ
に送り、ＣＷＰポンプにより吸引・押し出しの工程を経
て、加圧容器内の流動床ボイラの流動層内に供給し、ア
トマイジングにより流動層内に分散するようにしてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】加圧流動床燃焼システ
ムにおける加圧流動床ボイラの運転においては、混練機
により製造されたＣＷＰは、タンクよりボイラへ安定し
て供給することが不可欠である。しかし、ＣＷＰの場
合、粗粒炭を用いた高濃度ペーストであり、ＣＷＰの流
動性および安定性において、これまでの塊炭や微粉炭や
ＣＷＭとは異なった技術要素を含んでいる。特に、ＣＷ
Ｐの場合、炭種によっては水分の増加による熱効率の低
下が懸念されるため、できるだけ高濃度のＣＷＰを製造
することが好ましい。このような事情から、流動性およ
び安定性に優れたＣＷＰ製造技術を開発することが急務
となっている。本発明は、以上の事情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、流動性および安定性に優れ
た高濃度石炭ペーストを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の高濃度石炭ペ
ースト（ＣＷＰ）は、粗粒石炭と、高濃度炭素質−水ス
ラリー１０〜４０重量％と、水とからなることを特徴と
する。請求項２の高濃度石炭ペースト（ＣＷＰ）は、粗
粒石炭と、高濃度炭素質−水スラリー１０〜４０重量％
と、水と、分散剤とからなることを特徴とする。請求項
３の高濃度石炭ペースト（ＣＷＰ）は、請求項１または
２に記載の粗粒石炭が、最大粒径が１０ｍｍ以下、１ｍ
ｍ以下の微粉粒子の割合が５０重量％以下、平均粒径が
２〜３ｍｍのものであることを特徴とする。請求項４の
高濃度石炭ペースト（ＣＷＰ）は、請求項１または２に
記載の高濃度炭素質−水スラリーが、炭素質粒子の最大
粒径が１５０〜５００μｍ、平均粒径が１０〜５０μｍ
であり、炭素質濃度が６０〜８０重量％のものであるこ
とを特徴とする。請求項５の高濃度石炭ペースト（ＣＷ
Ｐ）の製造方法は、粗粒石炭に、高濃度炭素質−水スラ
リー１０〜４０重量％と、水とを混合してなることを特
徴とする。請求項６の高濃度石炭ペースト（ＣＷＰ）の
製造方法は、粗粒石炭に、高濃度炭素質−水スラリー１
０〜４０重量％と、水と、分散剤とを混合してなること
を特徴とする。ここで、本発明にいう「炭素質」とは、
石炭の他に、活性炭および石油コークスのような異なる
型の炭素質物質をも含む概念である。

【０００６】

【作用】粗粒石炭に、高濃度炭素質−水スラリー１０〜
４０重量％と、水とを混合すると、燃焼システムにおけ
る粗粒石炭による熱交換率の向上を図りつつ、高濃度炭
素質−水スラリーおよび水の添加による流動性の向上を
図ることができ、石炭濃度が例えば７５重量％以上の高
濃度で流動性および安定性に優れたＣＷＰが得られる。
なお、炭素質−水スラリーに存在する分散剤の量が少な
い場合には、さらに分散剤を添加することにより安定性
を十分に確保することができる。また、粗粒石炭とし
て、最大粒径が１０ｍｍ以下、１ｍｍ以下の微粉粒子の
割合が５０重量％以下、平均粒径が２〜３ｍｍのものを
用いることにより、ＣＷＰの石炭濃度を確実に高濃度と
することができる。また、炭素質−水スラリーとして、
炭素質粒子の最大粒径が１５０〜５００μｍ、平均粒径
が１０〜５０μｍであり、炭素質濃度が６０〜８０重量
％のものを用いることにより、高濃度ＣＷＰの流動性を
確実に十分なものとすることができる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１は、
高濃度石炭ペースト（ＣＷＰ）の製造プロセスの概略図
である。まず、石炭原料を例えばロールミル等の粉砕機
１により粉砕して粗粒石炭を製造する。一方、ＣＷＰド
ラム２には、高濃度炭素質−水スラリーとしての例えば
高濃度石炭−水スラリー（ＣＷＭ）と、水と、必要に応
じて分散剤とを供給しておき、このＣＷＰドラム２に粗
粒石炭を徐々に供給する。ＣＷＰドラム２内にはＣＷＰ
ミキサー３が収納されており、このＣＷＰミキサー３に
より、徐々に供給される粗粒石炭と、高濃度炭素質−水
スラリーとしての例えば石炭−水スラリー（ＣＷＭ）１
０〜４０重量％と、水と、必要に応じて添加される分散
剤とを撹拌混合して、例えば７５〜８０重量％の高濃度
ＣＷＰを製造する。得られた高濃度ＣＷＰは、図示しな
い圧送ポンプにより例えば加圧流動床燃焼システムにお
ける加圧流動床ボイラに供給される。

【０００８】粉砕機１により粉砕して得られる粗粒石炭
としては、例えば、最大粒径が１０ｍｍ以下、１ｍｍ以
下の微粉粒子の割合が５０重量％以下、平均粒径が２〜
３ｍｍのものが好ましい。かかる粗粒石炭によれば、得
られるＣＷＰの石炭濃度を確実に高濃度とすることがで
きる。ＣＷＰミキサー３に供給する高濃度炭素質−水ス
ラリーとしての例えば高濃度石炭−水スラリー（ＣＷ
Ｍ）としては、例えば、石炭粒子の最大粒径が１５０〜
５００μｍ、平均粒径が１０〜５０μｍ、石炭濃度が６
０〜８０重量％のものが好ましい。かかる石炭−水スラ
リーによれば、得られる高濃度ＣＷＰの流動性を確実に
十分なものとすることができる。なお、炭素質物質が石
油コークス等の場合も上記と同様な粒径分布のものが好
ましい。また、高濃度炭素質−水スラリーとしての例え
ば高濃度石炭−水スラリー（ＣＷＭ）の添加割合は、上
述のように高濃度石炭ペースト（ＣＷＰ）全体の１０〜
４０重量％であるが、この割合が１０重量％未満では十
分な流動性を得ることが困難となり、一方、４０重量％
を超える場合には粗粒石炭の割合が相対的に減少するた
め燃焼システムにおける熱交換率の低下を招く問題が生
ずる。

【０００９】水の添加量は、最終的に得られる高濃度Ｃ
ＷＰの石炭濃度が例えば７５重量％以上となるような割
合とする。分散剤は高濃度石炭ペースト（ＣＷＰ）にお
ける安定性を高めるために必要に応じて添加されるもの
であり、高濃度炭素質−水スラリーとしての例えば高濃
度石炭−水スラリー（ＣＷＭ）中にあらかじめ添加され
ている分散剤の量が最終的に得られる高濃度ＣＷＰにお
いても十分である場合は、改めて分散剤を添加する必要
はない。高濃度ＣＷＰにおける分散剤の割合は、例えば
０．５〜１重量％程度であれば十分である。図１の製造
プロセスにおいて、ＣＷＰミキサー３に供給する分散剤
としては、例えば芳香族スルホン酸のホルムアルデヒド
縮合物、アクリル酸又はメタクリル酸と他のビニルモノ
マーとの共重合物、スチレンスルホン酸とビニル化合物
との共重合物、アルキルポリエーテルアルコール、アル
キルアリールポリエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸
エステル等のアニオン系又はノニオン系の界面活性剤が
好ましい。

【００１０】次に、本発明の効果を実証するために行っ
た実験例について説明する。 〔実験方法〕７１０μｍ〜６ｍｍの粗粒石炭に、以下の
条件で高濃度石炭−水スラリー（ＣＷＭ）および水を混
合して高濃度ＣＷＰを調整し、その流動性および安定性
を測定して、ＣＷＭの混合効果を評価した。 （１）ＣＷＰ濃度を７５重量％に固定して、ＣＷＭ混合
率を０〜４０重量％の範囲で変化させた。 （２）ＣＷＭ混合率を３０重量％に固定して、ＣＷＰ濃
度を７５〜８０重量％の範囲で変化させた。

【００１１】１．ＣＷＭ混合ＣＷＰの調整方法 （１）原炭（水分量：３．８１重量％）をジョークラッ
シャーを用いて６ｍｍ以下に粉砕し、７１０μｍ以下を
カットした後、１２０℃において４時間乾燥したものを
粗粒石炭として用いた。 （２）所定量の粗粒石炭に所定量のＣＷＭ（固体濃度：
６８．５重量％）および水（イオン交換水）を添加して
１０００ｒｐｍにおいて１０分間撹拌混合した。調整Ｃ
ＷＰ量は３００ｇであり、混合容器は１リットルのトー
ルビーカーを用い、撹拌翼は５０ｍｍφ／３枚羽を用い
た。 ２．粒径分布測定方法 粗粒石炭の粒径分布（７１０μｍ〜６ｍｍ）は、篩を用
いて重量で測定し、ＣＷＭ混合ＣＷＰの粒径分布は、Ｃ
ＷＭの混合率に応じて、粗粒石炭粒径分布とＣＷＭ粒径
分布を合成した。 ３．流動性測定方法 ４２ｍｍφID、１１８ｍｍH のステンレス製管にＣＷＰ
１２０ｇ（６７ｍｍH）を充填し、傾けたときの流出開
始傾斜角（流出角度）を測定して流動性の指標とした。 ４．安定性測定方法 ３００ミリリットルのトールビーカーにＣＷＰ２５０ｇ
を充填し、室温で１２時間静置した後の容器上部の分離
水重量を測定して、その量を安定性の指標とした。

【００１２】〔実験結果〕 （１）ＣＷＰ濃度を７５重量％に固定し、ＣＷＭ混合率
を０〜４０重量％の範囲で変化させ、その混合効果を調
べたところ、後記表１に示す結果が得られた。なお、Ｃ
ＷＭ混合により石炭と水とが加わるため、添加水分量は
減少する。後記表１に示すように、ＣＷＭ混合率を高く
するに従って流出角度が減少し、高濃度ＣＷＰの流動性
が向上することが認められた。また、ＣＷＭ混合率を高
くするに従って分離水量も減少し、高濃度ＣＷＰの安定
性も向上することが認められた。 （２）流動性に対する限界ＣＷＰ濃度を調べるために、
ＣＷＭ混合率を３０重量％に固定して、ＣＷＰ濃度を７
５〜８０重量％の範囲で変化させて流動性を検討したと
ころ、後記表１に示す結果が得られた。即ち、ＣＷＰ濃
度の上昇に伴って流出角度は増加する傾向がみられ、Ｃ
ＷＰ濃度が７８重量％まで比較的良好な流動性を示し
た。また、まったく分離水が生ぜず良好な安定性を示し
た。

【００１３】（３）ＣＷＭ混合ＣＷＰおよび粗粒石炭の
粒径分布を測定したところ、図２に示す結果が得られ
た。この図２によれば、粗粒石炭は、２〜３ｍｍを平均
粒径とするシャープな分布をもつが、流動性が比較的良
好なＣＷＭ混合率が３０重量％のＣＷＰの微粒分（７１
０μｍ以下）も相当に少ないことがわかる。このような
結果から、ＣＷＭ混合により、微粒分を減少させながら
流動性を向上させることが可能であることがわかる。 （４）以上の結果より、ＣＷＭ混合によって、比較的流
動性の良い状態を維持しながら、微粒分の減少が可能で
あり、かつ、ＣＷＰ濃度も７５重量％以上の高濃度にす
ることができ、安定性もＣＷＭ混合によって向上するこ
とがわかった。

【００１４】

【表１】

【００１５】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明の高濃度石炭ペーストは、加圧流動床燃焼シ
ステムにおける加圧流動床ボイラの燃料として好ましく
用いることができるが、その他の燃料としても好適に用
いることができる。また、加圧流動床ボイラの燃料とし
て用いる場合には、粗粒石炭にあらかじめ脱硫剤として
の石灰石を混合するのが好ましい。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、燃焼システムにおける
粗粒石炭による熱交換率の向上を図りつつ、ＣＷＭおよ
び水の添加による流動性の向上を図ることができ、石炭
濃度が例えば７５重量％以上の高濃度で流動性および安
定性に優れたＣＷＰを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高濃度石炭ペーストの製造プロセスの
一例を示す概略図である。

【図２】実験例におけるＣＷＭ混合ＣＷＰおよび粗粒石
炭の粒径分布の測定結果を示す図である。

【符号の説明】

１ 粉砕機 ２ ＣＷＰドラム ３ ＣＷＰミキサー

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粗粒石炭と、高濃度炭素質−水スラリー
   １０〜４０重量％と、水とからなることを特徴とする高
   濃度石炭ペースト。
2. 【請求項２】 粗粒石炭と、高濃度炭素質−水スラリー
   １０〜４０重量％と、水と、分散剤とからなることを特
   徴とする高濃度石炭ペースト。
3. 【請求項３】 粗粒石炭が、最大粒径が１０ｍｍ以下、
   １ｍｍ以下の微粉粒子の割合が５０重量％以下、平均粒
   径が２〜３ｍｍのものであることを特徴とする請求項１
   または２に記載の高濃度石炭ペースト。
4. 【請求項４】 高濃度炭素質−水スラリーが、炭素質粒
   子の最大粒径が１５０〜５００μｍ、平均粒径が１０〜
   ５０μｍであり、炭素質濃度が６０〜８０重量％のもの
   であることを特徴とする請求項１または２に記載の高濃
   度石炭ペースト。
5. 【請求項５】 粗粒石炭に、高濃度炭素質−水スラリー
   １０〜４０重量％と、水とを混合してなることを特徴と
   する高濃度石炭ペーストの製造方法。
6. 【請求項６】 粗粒石炭に、高濃度炭素質−水スラリー
   １０〜４０重量％と、水と、分散剤とを混合してなるこ
   とを特徴とする高濃度石炭ペースト。