JPS5818013A - 石炭−水スラリ−燃料の燃焼方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は石炭−水スラリー燃料の燃焼方法の改良に関す
るものである。

高濃度化した石炭−水スラリーは、石炭の流体輸送を可
能とし、石炭を流体燃料化する方法として開発されてい
るが、その燃焼方法に関する考案や公知例はいまだ提案
されて伝ない。

しかるに、高濃度の石炭−水スラリーは、石炭を安価に
流体化する方法として、その輸送面において特に有効で
ある。しかし、該スラリーを低粘度かつ高濃度化するに
は石炭粒子の粒径調整が必要であり、粒径が１μｍ〜１
ｍ＋の広い範囲の粒子を混合する必要があり、粒径５０
０μｍ以上の粒子が１０〜５０重量％を占めている。こ
れを、直接燃焼して用いる場合、含有される水の蒸発潜
熱のため、水の含有率１０％当シ約１．２％の熱損失が
あり、熱効率が低下するという欠点があった。一方、現
存の−ｌ炭燃焼ボイラでは、燃焼効率上の制約から、石
炭を７５μｍ以下の粒径に粉砕して燃焼しており、上記
スラリー中の大粒径の石炭を直−燃焼することは困難で
あった。以上のことから、石炭−水スラリーは石炭の流
体化により輸送を容易にすることから、その効果は著し
く大きいが、該スラリーを直接燃焼することは困難であ
るという欠点があった。

本発明は上述した欠点に鑑みなされたもので、その第１
の目的は、含有水による熱損失をなくし。

石炭燃料の熱効率を向上するようにした石炭−水スラリ
ー燃料の燃焼方法を提供するにある。

また、第２の目的は、含有水による熱損失をなくシ、石
炭燃料の熱効率を向上すると共に、含有石炭を効率よく
燃焼させるようにした石炭−水スラリー燃料の燃焼方法
を提供するにある。

石炭を粉砕し適当量の水と混合することによりスラリー
を形成する技術は、固体である石炭を、輸送等において
取扱いの容易な流体の形にする安価な方法ｙして有効で
あシ、開発が進められている。この技術では、スラリー
をパイプ輸送が可能な程度に粘度を低く抑制しつつ、ス
ラリー中の石炭粘度をできる限り高くする方法の開発が
主要課題である。

しか□し、石炭濃度を高めるには限界があり、従来技術
において可能な限界は、７０〜８０重量％である。該ス
・ラリ−は石炭濃度が高いため、直接燃焼することが可
能とされており、該スラリーの燃焼における問題点には
従来あまシ注意は払われていなかった。しかしながら、
スラリーを直接燃焼する場合、含有される水の蒸発潜熱
のために、その熱効率は低下し、該低下率は乾燥炭を燃
焼する“場合に較べ、含有水分１０重量％当り約゛１．
２％に達する。したがって、高濃度石炭−水スラリーに
おいて、従来技術によシ達成可能な７０〜８０重量％の
石炭を含有３するスラリーを直接燃焼する場合、熱損失
は乾燥炭に対し、２．４〜３．６％にも達する。また、
該スラリーを直接燃焼する場合、ボイラ炉内で石炭燃焼
の前段階として含有水分の蒸発工程があるため論イラの
大型化が必至である。したがって、石炭−水スラリーに
含有される水分を、燃焼の前に蒸発させることは熱効率
の向上をもたらすだけでなく、石炭燃焼ボイラの大型化
を防止する上でも必要である。

本発明は九上記第１の目的を達成するために、１つの態
様としてボイラの燃焼排ガスと共に排出される熱を回収
し、該回収した熱により石炭−水スラリー燃料に含有さ
れる水分を、燃焼前に蒸発させて燃焼するようにしたも
のである。

ボイラ排ガスの温度はエコノマイザ出口で約１５０Ｃで
ある。この排ガスによシ排出される熱量は、石炭の燃焼
熱の約１０％であるため、この熱量の２４〜３６％の熱
量を回収することによシ、スラリー燃料に含有される水
分を完全に蒸発させることが可能である。

スラリーから水分を蒸発させるには種々の方法が考えら
れる。石炭−水スラリーから水分を蒸発させる場合、得
られた乾燥炭を微粉炭として燃焼するため、乾燥した石
炭は凝集性のない粉体となっていることが好ましい。し
かし、ボイラ排ガスを利用した天火乾燥のような方法で
は、乾燥過程で石炭粒子が凝集し固化するため、それを
燃焼する場合には凝集性のない粉体とする必要がある。

本発明では、１つの態様として、石炭−水スラリーの乾
燥工程にスプレィドライアを用い、石炭−水スラリーを
ボイラ排ガスの熱により効率よく乾燥し、同時に凝集性
がなく燃焼可能な石炭を回収するものである。

また、上記の第２の目的を達成するには、スラリーを形
成する石炭粒子の粒径範囲をできるだけ広くすることが
必要であるが、現実のミルでは無制限に小粒径の粒°子
にまで粉砕することが不可能で、最小限粒径は約１μｍ
程度である。また、形成したスラリー中の石炭粒子の沈
降性から、大粒径の粒子の粒径限度は約１ｍ程度である
。このことから、低粘度でかつ高濃度の石炭−水スラリ
ーの製造は、１μｍ〜１ｍの粒径範囲の石炭粒子を適当
な比率で混合することにより達成されることになる。

上記の方法によシ、石炭が７０〜８０重量％、水が２０
〜３０重量％の組成から成シ、流体として輸送２可能な
程度の粘性を有する石炭−水スラリーを製造することが
可能である。このようにして製造された石炭−水スラリ
ーを、輸送後直液スラリーとして燃焼することができれ
ば、取扱い操作上有利であるが、現在の石炭燃焼ボイラ
では燃焼効率上の制約から、燃料炭を約７５μｍ以下の
粒径に粉砕して用いておシ、上記のスラリーを直接燃焼
することは困難である。

以上のように、本発明者らの鋭意研究の結果、石炭−水
スラリーにおいては、粉砕ミルの製造上の制約から、石
炭粒子を微粒化するには限界があシ、流体輸送可能な程
度の粘性を有しかつ高濃度のスラリーを製造するには、
１μｍ〜１ｍの比較的大粒径の石炭粒子を用いる必要が
あ・シ、また、１ 燃焼効率上の制約から、石炭を燃焼する場合には、粒径
約７５μｍ以下の比較的小粒径の石炭粒子を用いること
が必要で、上記のように製造した石炭−水スラリーを直
接燃焼することは困難であることが明らかになった。

以上の考察から、発明者らは高濃度スラリーとして輸送
された石炭燃料を使用する方法として、該スラリーをボ
イラ排ガスの熱を利用して乾燥し、しかる後に、石炭を
微粉体として燃焼するに適した粒径となるように粉砕し
た後、燃料として使用する方法を提案するものである。

上記のように調整した高濃度石炭−水スラリー中には水
分が２０〜３０％含まれる。これを直接燃焼した場合、
水の蒸発潜熱による熱損失は、石炭の発熱量の２．４−
〜３．６％に相当する。一方、ボイラのエコノマイザか
ら排出される排ガスの温度は、約１５０Ｃであシ、これ
は石炭の発熱量の約１０％に当たる。

したがって、ボイラ排ガスの熱量の２４〜３６％回収す
ることにより、高濃度石炭−水スラリー中の水分を蒸発
除去することが可能である。このようにして乾燥した石
炭は、粒径１μｍ〜１ｍｍの粉炭となるが、これは前述
のように粒径が大きいためそのまま燃焼することが困難
である。ここで、この乾燥炭を乾式粉砕によシ燃焼に適
した粒径、例えば７５μｍ以下に微粒化した後燃焼に使
用する。１ 石炭を粉砕する方法は、乾式性以外に湿式法もある。該
湿式粉砕法は取扱操作上、乾式法に較べ有利であるが、
高濃度石炭−水スラリーをそのまま湿式法により粉砕す
ると、該スラリーに含有される石炭の粒径ポンプが変化
するため、水が２０〜３０重量％含有されるにもかかわ
らず、流体としての流動性がなくなる。これを燃焼に使
用できるように流動化させるためには、さらに、水を添
加し水分量を増加させなければならず、熱効率上不利と
なる。また、湿式粉砕後乾燥する場合、石炭粒子が微小
となっているため、乾燥効率は低下すると考えられ、本
発明を実施する場合に不適当な方法であると考えられる
。

以下、実施例１により第１の発明を、また実施例２によ
り第２の発明を具体的に説明する。

〔実施例１〕 第１図にそのフローシートを示した実験装置により本発
明の効果を確認した。ボイラ１は石炭を毎時２０Ｋｆ燃
焼させる容量のもので、排ガス量は約２００　ＮｍＶｈ
である。ボイラ排ガスの温度は約１５０Ｃである。石炭
を平均粒径３００μｍに粉砕し、水を添加することによ
り、石炭を６５重量％含有したスラリーを調製し、タン
ク２に保持した。

このスラリーをポンプ３により、吐出圧Ｉ　Ｋｐ／ｃｎ
μテ圧力式噴霧ノズル４に圧送し、スプレィトライア５
内に噴霧する。なお、噴霧ノズル４は噴霧口径−４ｆ　
１／４インチのものを用いた。そして、との噴霧ノズル
４からのスラリー流量は約２５ｔ／ｈとした。また、ス
プレィドライア５は内径１ｍ、高さが５ｍで、該スプレ
ィドライア５内のガスの線流速は毎分的６．６ｍである
。ボイラ１より排出した排ガスは、約１５００であり、
水分を約６％含有しているが、この排ガスを全量スプレ
ィドライア５に導びいた。該スプレィドライア５で乾燥
された石炭は、ガス流と共にスプレィドライア５の下部
に設置したサイクロンスクラバー６に送られ、石炭を回
収した。該サイクロンスクラバー６の出口ガス温度は約
８０Ｃであり、得られた石炭は凝集性のない粉末状の乾
燥炭であった。そして、得られ一石炭は、ブロア７によ
り圧送された空気で気流押送によりボイラ１に送られ、
燃料として用いられた。

石炭−水スラリーを、上記の乾燥工程を用いず、直接ス
ラリーとして燃焼した場合、燃焼排ガス中には不完全燃
焼による未燃カーボンが多量に含まれ、時には失火する
ことがあり、直接スラリーを燃焼することは不可能な状
態であった。一方、上記の乾燥工程により、乾燥して得
られた粉体の石炭を燃焼した場合には、通常の乾燥炭と
同様の燃焼状態であり、はぼ完全燃焼に近いものであっ
た。

本実施例では、ボイラ排ガスの熱を利用して燃料スラリ
ーに含有される水分を燃焼前に蒸発し、石炭を乾燥する
工程により、乾燥炭の発熱量に対し約４．５％の熱回収
を行ったことになる。

本実掘例から、石炭−水スラリー燃料中に含有される水
分を、ボイラ排ガスを用いて、あらかじめ蒸発除去する
ことにより、石炭燃料の熱効率を向上する効果のあるこ
とが明らかとなった。

〔実施例２つ 第２図にそのフローシートを示した実験装置により本発
明の効果を確認した。ボイラ１は石炭を毎時２０Ｋｇ燃
焼させる容量のもので、排ガス量は約２００　Ｎｍ”／
ｈである。ボイラ排ガスの温度は約１５０“Ｃであった
。石炭を第３図に示し九粒径分布と字るように粉砕し、
これに水を添加するととＫより、石炭を６５重量％含有
したスラリーを調製しタンク２に保持した。このスラリ
ーの粘度をブルックフィールド型回転粘度計で測定した
結果、約６００センチポワズであシ、流体として輸送に
供するに充分低い粘度を有するものであった。このスラ
リーをポンプ３により、吐出圧１曝４がで圧力式噴霧ノ
ズル４に圧送し、スプレィドライア５内に噴霧する。噴
霧ノズル４は噴霧口径が１／４インチのものを用いた。

この噴霧ノズル４からのスラリー流量は約２５ｔ／ｈと
した。また、スプレィドライ１５は内径１ｍ、高さが５
ｍで、該スプレィドライア５内のガスの線流速は毎分的
６．６ｍである。ボイラ１より排出された排ガスの温度
は約１５０Ｃであり、水分を約６％含有しているが、該
スプレィドライア５で乾燥された石炭はガス流と共にス
プレィドライア５の下部に設置したサイクロンスクラバ
ー６に送られ、石炭を回収した。

サイクロンスクラバー６の出口ガス温度は約８０Ｃであ
り、得られた石炭は粉末状の乾燥炭であった。この石炭
を粉砕機８により粉砕した。粉砕後の石炭の粒径分布は
第４図に示すようになっており、全ての石炭粒子は７４
μｍ（２００メツシユ）以下であった。、この石炭を、
プロア７によシ圧送された空気で気流押送によりボイラ
１に送シ、燃料として用いた。

石炭−水スラリーを、上記の乾燥及び粉砕工程を用いず
、直接スラリーとして燃焼した場合、燃焼排ガス中には
不完全燃焼による未燃カーボンが多量に含まれ、時には
失火することがあシ、直接スラリーを燃焼することは不
可能であった。また、乾燥工程により乾燥した石炭を粉
砕して用いた場合、粉砕せずに燃焼した時に較べ、火災
長は約１７３以下に減少し、石炭は完全燃焼されていた
。

このことから、石炭−水スラリーとして輸送されてきた
石炭燃料を、排ガスの熱を利用して乾燥した後粉砕して
、微粉炭として燃焼することにより、石炭燃料の熱効率
と燃焼効率を向上する効果のあることが確認できた。

以上説明したように、本発明によれば石炭−水スラリー
中に含有される水を蒸発除去させた後、石炭を燃焼する
ようにしたから、該石炭−水スラリーを燃料として使用
するＴ当り、蒸気含有水による熱損失をなくすことが可
能となり、これによって石炭燃料の熱効率を向上させる
ことができるという効果を奏する。

また、石炭−水スラリーとして輸送された石炭を乾燥後
粉砕して、微粉炭として燃焼することにより、石炭を完
全燃焼することができるた怜、石炭燃料の熱効率及び燃
焼効率を向上できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１に用いた実験装置のフローシ
ートを示す図、第２図は本発明の実施例２に用いた実験
装置のフローシートを示す図、第３図は実施例２で用い
た高濃度石炭−水スラＩＪ−中の石炭の粒径分布を示す
図、第４図は、実施例２で用ａだ高濃度石炭−水スラリ
ーを乾燥、粉砕後の石炭の粒径分布を示す図である。 １・・・ボイラ、２・・・タンク、３・・・ポンプ、４
・・・噴霧ノズル、５・・・スプレィドライア、６・・
・サイクロン第　ｔ＃　閉 ポｔ　　住　（ハノ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、石炭−水スラリー中に含有される水を蒸発除去させ
   た後、石炭を燃焼するようにしたことを特徴とする石炭
   −水スラリー燃料の燃焼方法。 ２、石炭−水スラリー中に含有される水を蒸発除去する
   に当り、熱源としてボイラの燃焼排ガスを用いるように
   した特許請求の範囲第１項記載の石炭−水スラリー燃料
   の燃焼方法。 ３、水の蒸発工程にスプレィドライアを」いるようにし
   た特許請求の範囲第１項記載の石炭−水スラリー燃料の
   燃焼方法。 ４、石炭−水スラリー中に含有される水を蒸発除去させ
   た後、石炭を燃焼が容易な粒径に粉砕して燃焼するよう
   にしたことを特徴とする石炭−水スラリー燃料の燃焼方
   法。 ５、石炭−水スラリー中に含有される水を蒸発除去する
   に当り、熱源としてボイラの燃焼排ガスを用いるように
   した特許請求の範囲第４項記載の石炭−水スラリー燃料
   の燃焼方法。 ６、水の蒸発工程にスプレィドライアを用いるようにし
   た特許請求の範囲第４項記載の石炭−水スラリー燃料の
   燃焼方法。