JP2000265182A - 石炭・水混合燃料の製造方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 より簡素な機器構成と少ない水分量で安定性
状のＣＷＰを製造し、高いプラント効率を維持できる石
炭・水混合燃料の製造方法と装置を提供する。 【解決手段】 原炭Ａは粗粉砕機２で粗粉砕され、分級
機３で分級した粉砕炭Ｂと、石灰石Ｃと、注水量を調節
した水Ｄとが混練機５で撹拌混合され、所定の水分と粒
度分布を有するCWP（ペースト状流体）が製造され、CWP
ポンプ９により加圧流動層ボイラへ供給される。混練時
の消費動力と、原料総和演算器１９による供給原料総和
Ｑ（CWP製造量と等量）とを制御装置１８に出力し、算
出した単位CWP量当たりの混練エネルギーＥが、適正範
囲を満足するように混練機５の回転数を制御する。本発
明によれば、一般的な粗粉砕機と混練機との簡素な機器
構成と少量の水で、安定で高いプラント効率を維持でき
るCWPが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は石炭・水混合燃料の
製造方法および装置に係り、特に、加圧流動層ボイラ複
合発電プラント等における石炭・水混合燃料の製造設備
で低水分のペースト状混合燃料を製造し、高いプラント
効率を維持するのに好適な石炭・水混合燃料の製造方法
および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】加圧流動層ボイラ複合発電プラントで
は、火炉への石炭の供給方法として湿式供給方式が主に
採用されている。破砕された石炭に水と脱硫剤を加え、
混練機により混合してペースト状の流体（以下、Coal-W
ater Pastes : CWPと略す）とした後、ポンプを用いて
加圧状態にある流動層ボイラに供給する方法である。

【０００３】ＣＷＰの性状に関して、次にような２つの
基本条件がある。まず第１に、ＣＷＰはポンプ輸送可能
な程度に流動性を有することが必要である。第２に、高
いプラント効率を維持させるため、ＣＷＰ中の水分量を
少なくしなければならない。

【０００４】このようにより少ない添加水分量でＣＷＰ
に流動性を持たせるには、ＣＷＰを構成する粒子の粒度
分布が極めて重要となる。ハンマークラッシャーやロー
ルクラッシャー等で粗分解しただけでは、微粉粒子の含
有割合が少なく、所望の粒度分布が得られない。

【０００５】そこで、特開平6-108069号公報では、粗粉
砕機で得られる粗粒子群に微粉砕機で得られる微粒子
群、もしくは微粒子群を含むスラリを混合して粒度分布
を調整する方法が開示されている。

【０００６】また、特開平3-286917号公報には、加圧流
動層ボイラ本体から得られる灰分を、粉砕炭に混合して
ＣＷＰとする方法が示されている。さらに、特開昭62-1
55433号公報には、加圧型のロールクラッシャーを用い
て微粉石炭粒子を多く含む粗粉炭とし、これに水を加え
てＣＷＰを製造する方法が示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、いず
れも微粉粒子の含有割合を増加させる工夫が成されてい
るが、機器構成が複雑になるという問題があった。すな
わち、微粉粒子を別系統で準備する場合、微粉砕機の併
設が不可欠となる。燃焼灰を利用するにしても、微粉粒
子の供給配管類を必要とする。

【０００８】また、加圧ロールクラッシャーを用いれ
ば、簡素な機器構成ではあるが、粉砕機自体の機構が従
来の粗粉砕機に比べて複雑になること、さらに炭種に応
じて微妙な条件設定を要求されていた。

【０００９】本発明の目的は、粗粉砕機を用いてＣＷＰ
を製造する場合に、より簡素な機器構成によって、少な
い水分量で安定した性状のＣＷＰを得て、高いプラント
効率を維持できる石炭・水混合燃料の製造方法および装
置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは粗粉砕機と
混練機を用いたＣＷＰ製造について鋭意検討を重ねた結
果、粗粉砕機を用いて砕いた粉砕炭と、水あるいは水と
脱硫剤を混練してＣＷＰとする方法において、ＣＷＰの
粒度分布調整に必要な微粉粒子を混練機内部で生成させ
る製造方法によって、上記目的が達成される知見を得
た。

【００１１】この場合、特開平6-108069号公報に示した
如く、混練して得られる石炭・水混合燃料は、粒径０.
０２ｍｍ以下の粒子が全粒子量の１０〜２０重量％、粒
径１ｍｍ以上が全粒子量の５０〜７０重量％、粒径０.
０２〜１ｍｍが全粒子量の１０〜４０重量％の粒度構成
が良い。

【００１２】ＣＷＰ製造の原料投入口を複数備え、第１
の投入口で粉砕炭の一部と、水あるいは水と脱硫剤を供
給し、第２の投入口以降で残りの粉砕炭を供給すると、
上記目的を達成しやすい。

【００１３】混練機内での微粉粒子の生成量を制御する
ためには、混練機で翼回転数および混練機内でのＣＷＰ
の平均滞留時間のうち、少なくともいずれか一方を制御
するとよい。

【００１４】具体的な装置として、混練機での消費動力
を測定する手段と、測定値とＣＷＰの製造量から求まる
ＣＷＰ量当たりの混練エネルギー（kWh/ton-CWP）を演
算し、この演算値が設定値を満足するように、混練機の
翼回転数および混練機出口ゲート弁の開度のうち、少な
くともいずれか一方を調節する制御手段を有するCWPの
製造装置によって、上記の目的が達成される。

【００１５】混練機での消費動力を測定して上記の制御
を行う手段の代わりに、製造するCWPの流動性を測定
し、その測定値と設定値との偏差を演算して制御する手
段を備えた装置によっても、本発明の目的を達成するこ
とができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明は、CWPを製造するための
混練時に、原料の大部分を占める石炭粒子から不足して
いる微粒子を増加させる、すなわち混練中の粉砕操作に
着目している。

【００１７】本発明者らは、製造されるCWP中の微粒子
を増やすのに適正な混練条件を実験的に明らかにした。
混練の度合いを、CWPの単位重量当たりに与える混練エ
ネルギーＥ（kWh/t-CWP）で定義すると、２≦Ｅ≦１０k
Wh/t-CWPの範囲が上述の適正な混練条件である。

【００１８】一方、混練エネルギーＥが不足すると、製
造したCWP中の微粒子量が不足し、流動性に乏しく分離
しやすい性状となる。また、必要以上に混練エネルギー
Ｅを加えた場合には、CWPの粘度が上昇して水を加える
ようになる。

【００１９】上記したCWPの単位重量当たりに与える混
練エネルギーＥは、混練時の消費動力Ｐ（kw）をCWP製
造量、すなわち混練機に供給される原料量の総和Ｑ（t/
h）で除した値として、下記の式（１）で表せる。 Ｅ（kWh/t-CWP）＝Ｐ（kw）／Ｑ（t/h）………（１）

【００２０】つまり、混練エネルギーＥが適正範囲を満
足するようにする具体的な方法として、プラントの運転
条件として設定された原料量の総和Ｑに応じて、混練エ
ネルギーＥが適正範囲を満足するように消費動力Ｐを操
作すればよい。

【００２１】消費動力Ｐを変化させるには、混練機回転
数もしくは混練機内に滞留するCWP量を調節すればよ
い。例えば、消費動力Ｐを増加させるには、混練機回転
数を上昇させるか、または混練機内に滞留するCWP量を
増加させることによって上記目的を達成できる。

【００２２】また、CWPを製造するための原料の大部分
を供給する第１の投入口近傍では、粉砕炭が全量でない
ため混練中の水分比率を高くすることができる。その結
果、もともと微粒子が不足している粉砕炭を混ぜやす
い。

【００２３】以下、本発明の実施の形態を、図面を参照
して説明する。 （１）全体の構成 図１は本発明を実施するに好適なCWP製造装置の系統図
である。

【００２４】原炭バンカ１内の原炭Ａはフィーダ１１よ
り粗粉砕機２へ供給、粗粉砕される。分級機３において
目開き６ｍｍで分級された粉砕炭Ｂは、コンベア１０で
ホッパー４に供給される。

【００２５】ホッパー４内の粉砕炭Ｂは、モータ１３で
駆動するフィーダ１２により、混練機５へ供給される。
また、ホッパー６内の石灰石Ｃは、モータ１５で駆動す
るフィーダ１４により混練機５へ供給される。さらに、
水Ｄがコントロール弁７で注水量を調節された後、混練
機５へ供給される。

【００２６】上記の粉砕炭Ｂ、石灰石Ｃおよび水Ｄの各
原料は、混練機５において混練機モータ１６で駆動する
回転翼２０によって撹拌、混合された後、所定の水分お
よび粒度分布を有するCWPが製造される。

【００２７】混練機５の出口部には、ゲート弁開閉用モ
ータ２３で駆動する混練機出口ゲート弁２２が設けら
れ、混練条件によってその開度が調節される。以上のよ
うにして製造されたCWPは、CWPタンク８に投入される。
製造CWPは、CWPポンプ９により、図示されていない加圧
流動層ボイラへ供給される。

【００２８】混練機５内の回転翼２０を駆動する混練機
モータ１６には、動力測定装置１７が設けられる。動力
測定は、電力計を用いても、あるいは回転軸に発生する
トルクと軸回転数から算出する方法でもよい。測定され
た混練時の消費動力は制御装置１８に出力される。

【００２９】さらに、フィーダ１２を駆動するモータ１
３、フィーダ１４を駆動するモータ１５および注水コン
トロール弁７より、各原料の供給量に相当する信号が原
料総和演算器１９に出力される。原料総和演算器１９で
演算された各原料の供給量の総和Ｑ（CWP製造量と等
量）は制御装置１８に出力される。

【００３０】制御装置１８では、前記した式（１）で定
義される単位CWP量当たりの混練エネルギーＥが計算さ
れる。この計算値Ｅが適正範囲を満足するように、混練
機モータ１６へ制御信号が出力されて混練機５の回転数
を制御する。

【００３１】（２）各構成部分の相互関係および作用 粗粉砕機２は、最大径が約５０ｍｍの原炭を、重量平均
径１.５〜２ｍｍ程度の粒度まで粉砕できるように条件
設定される。一方、CWP中の水分量は、混練機５に供給
される水Dの供給量で調整される。

【００３２】脱硫剤として使用している石灰石は粒径が
１〜３ｍｍである。石灰石は、石灰中の全硫黄分に対し
て原子比で２（Ca/S＝２）となるように供給される。石
灰石の代わりにドロマイトを用いることもできる。ま
た、図１中の混練機５および回転翼２０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。

【００３３】以下、具体的な実施形態を詳述する。 （実施形態１）図２は、図１に示した設備を用いて豪州
炭（恒湿水分＝３％、燃料比＝１.５）のCWPを製造した
ときの、混練機の運転トレンドチャートである。

【００３４】図２において、トレンドｈに示すように、
混練機５に供給する原料の総量Ｑは一定で、ほぼ設定値
通りに制御した。ところが、CWPの単位重量当たりの混
練エネルギーＥ(kWh/t-CWP)は、トレンドｇに示すよう
に目標値に対して低めに推移した。

【００３５】そこで、時刻ｔ１、ｔ２の時点で混練機５
の回転数を段階的に制御し（トレンドｊ）、それにとも
ない混練動力を増加させた（トレンドｉ）。その結果、
トレンドｇで示す混練エネルギーＥが目標値を満足し
た。本実施形態での運転では、トレンドｌに示すように
混練機出口ゲート弁２２の開度を一定とした。

【００３６】図１に示した装置を用い、混練時の回転翼
２０の翼回転数を変化させてCWPを製造した。図３は、
混練時にCWP単位量当たりに加えた混練エネルギーＥと
水分一定条件でのCWP粘度との関係である。

【００３７】混練エネルギーＥの大きさにより、I、II
およびIIIの３つの領域に分類した。また、図４は、図
３の領域I、IIおよびIIIにおける粒度分布の一例を示し
たものである。

【００３８】混練エネルギーＥが過大である領域IIIで
は、CWPを構成する粒子が過剰に砕け、重量平均径も極
端に小さくなる。その結果、粘度が上昇する。逆に、混
練エネルギーＥが小さい領域Iでは、微粉粒子が不足し
て最適な粒度分布の傾きが得られないために粘度が高
い。本実施形態での石炭の場合、Ｅ＝５kWh/t-CWP付近
（領域II）での運転が好ましい。

【００３９】（実施形態３）図１に示した装置を用い、
混練時の回転翼２０の翼回転数を変化させてCWPを製造
した。石炭として、欧州炭（灰分＝３０％、燃料比＝
１.７）と米国産（灰分＝１０％、燃料比１.２）の２種
類を使用した。

【００４０】図５は、混練時にCWP単位量当たりに加え
た混練エネルギーＥと水分一定条件でのCWP粘度との関
係である。本実施形態より微粉生成のために必要な混練
エネルギーＥは、炭種によって大きく異なることがわか
る。欧州炭の場合Ｅ＝２kWh/t-CWP付近であり、米国産
ではＥ＝１０kWh/t-CWP付近での運転が好ましい。

【００４１】（実施形態４）図６は、制御の操作を混練
機回転数でなく、混練機出口ゲート弁の２２の開度とし
た場合の構成である。制御装置１８から混練機出口ゲー
ト弁２２を駆動するゲート弁開閉用モータ２３へ制御信
号が出力され、計算された混練エネルギーＥが一定範囲
となるように混練機出口ゲート弁２２の開度を変化させ
る。その結果、より少ない水分量で流動性を確保する混
練機５運転が可能となる。

【００４２】（実施形態５）図７は、混練機５で製造さ
れるCWPの粘度を、混練機出口部２１に設置した粘度計
測装置２４で測定し、その値に基づいて混練機モータ１
６の回転数を操作する場合の構成である。

【００４３】図７に示した設備を用いて、豪州炭（灰分
＝１５％、燃料比＝１.５）のCWPを製造した。図８は、
このときの運転トレンドチャートである。ここでは示し
ていないが、混練機５に供給する原料の総量Ｑはほぼ設
定通りに制御されている。

【００４４】ところが、トレンドｍに示すように、製造
CWPの粘度が目標値よりも高い値で推移した。そこで、
時刻ｔ３、ｔ４およびｔ５の時点で混練機５の回転数を
段階的に制御し（トレンドｎ）、それにともない混練動
力を低下させた。その結果、トレンドｍで示すCWP粘度
の計測値が目標値を満足した。

【００４５】（実施形態６）図１１は、原料投入口を２
ヶ所備えた混練機５０の一例である。この混練機５０を
用いて米国炭（灰分＝１０％、燃料比＝１.２）のCWPを
製造した。

【００４６】投入口５１より粉砕炭Ｂを９０kg/hで供給
した。また、脱硫剤として石灰石を５kg/h、水を３５kg
/hで供給した。さらに、投入口５２より残りの粉砕炭B
を１０kg/hで供給した。

【００４７】投入口５１より全量の粉砕炭Bを供給する
場合には、混練機５０内のCWPが投入口５１の近傍でバ
サバサの高粘度の状態になり易い。これは、混練の初期
に微粉粒子が少なく流動性が極めて悪くなることに起因
する。本実施形態によれば、粉砕炭Ｂの一部が投入口５
２へ分割供給されるので、投入口５１の近傍で水分比率
が高くなり混練が容易となる。

【００４８】（実施形態７）図１１に示した混練機５０
を用いて、豪州炭（灰分＝１５％、燃料比＝１.５）のC
WPを製造した。投入口５１より粉砕炭Bを７５kg/hで供
給した。また、脱硫剤として石灰石を４kg/h、水を３７
kg/hで供給した。さらに、投入口５２より残りの粉砕炭
Bを２５kg/hで供給した。本実施形態により、製造され
るCWPの性状が著しく安定した

【００４９】（７）発明の他の実施形態 図９は、本発明を実施するのに好適なCWP製造装置の系
統図である図９において、原炭バンカ１内の原炭Ａは、
フィーダ１１より加圧ロールクラッシャー３０の受入れ
シュート３５に導かれ、フィーダ３２によりローラ３３
および３４のある粉砕部に供給されて所定の粒度まで粉
砕される。

【００５０】粉砕炭Ｂは、コンベア１０によって混練機
５に供給される。さらに、ホッパー６内の石灰石Ｃがフ
ィーダ１４により、また水Ｄがコントロール弁７で注水
量を調節された後、それぞれ混練機５へ供給される。

【００５１】上記の粉砕炭Ｂ、石灰石Ｃおよび水Ｄの各
原料は、混練機モータ１６で駆動する回転翼２０によっ
て撹拌、混合された後、所定の水分および粒度分布を有
するCWPが製造される。以上のようにして製造されたCWP
は、CWPタンク８に投入され、CWPポンプ９により図示さ
れていない加圧流動層ボイラへ必要量供給される。

【００５２】混練機５内の回転翼２０を駆動する混練機
モータ１６には、動力測定値１７が設けられる。動力測
定は、電力計を用いても、あるいは回転軸に発生するト
ルクと軸回転数から算出する方法でも良い。測定された
混練時の消費動力は制御装置１８に出力される。

【００５３】さらに、フィーダ３２を駆動するモータ３
６、フィーダ１４を駆動するモータ１５および注水コン
トロール弁７より、各原料の供給量に相当する信号が原
料総和演算器１９に出力される。原料総和演算器１９で
演算された各原料の供給量の総和Ｑ（CWP製造量と等
量）は制御装置１８に出力される。

【００５４】制御装置１８では、式（１）で定義される
単位CWP量当たりの混練エネルギーＥが計算される。こ
の計算値Ｅが適正範囲を満足するように、混練機モータ
１６へ制御信号が出力されて混練機５の回転数を制御す
る。

【００５５】加圧ロールクラッシャー３０内の回転する
２つのロール３３、３４のうち、３４は油圧装置３１に
よって水平方向に押しつけ力が与えられる。この押しつ
け力の大小によって粉砕物の粒度分布が変わる。このほ
か、ローラ３３および３４間の隙間、フィーダ３２によ
る原炭Ａの供給量、ローラ回転数による調整が可能であ
り、原炭性状によりそれぞれの設定値が変えられる。

【００５６】図９に示した設備を用いて豪州炭（灰分＝
１５％、燃料比＝１.５）のCWPを製造した。図１０に運
転時のトレンドチャートを示す。トレンドａに示すよう
に、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に油圧装置３１の油
圧を徐々に低下させた。この際、ローラ３３および３４
間の隙間、フィーダ３２による原炭Ａの供給量、ローラ
回転数は一定値に設定されている。

【００５７】油圧の低下と同時に、トレンドｂに示した
CWPの単位重量当たりの混練エネルギーＥが、油圧に応
じて設定した目標値となるように、混練機の回転数を制
御した（トレンドｃ）。ここでは、混練機５に供給する
原料の総量Ｑは一定で、ほぼ設定値通りに制御した。ま
た、本実施形態での運転では、混練機出口ゲート弁２２
の開度を一定とした。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、ハンマークラッシャー
等の一般的な粗粉砕機と混練機との簡素な機器構成によ
って、より少ない水分量で安定してＣＷＰを供給でき、
かつ高いプラント効率を維持できるCWPを製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するのに好適なCWP製造装置の一
実施形態を示す系統図である。

【図２】本発明において図１に示した実施形態による混
練機の運転トレンドチャートを示す図である。

【図３】本発明において混練時にCWP単位量当たりに加
えた混練エネルギーＥと水分一定条件でのCWP粘度との
関係を示す図である。

【図４】本発明において図３の領域I、IIおよびIIIにお
ける粒度分布の一例を示す図である。

【図５】本発明において混練時にCWP単位量当たりに加
えた混練エネルギーＥと水分一定条件でのCWP粘度との
関係を示す図である。

【図６】本発明において制御の操作を混練機回転数でな
く混練機出口ゲート弁開度とした場合の一構成を示す系
統図である。

【図７】本発明において混練機出口部でのCWP粘度の測
定値に基づいて混練機モータの回転数を操作する場合の
一構成を示す系統図である。

【図８】本発明において図７に示した設備を用いてCWP
を製造したときの運転トレンドチャートを示す図であ
る。

【図９】本発明を実施するのに好適なCWP製造装置の一
実施形態を示す系統図である。

【図１０】本発明において図９に示した設備を用いてCW
Pを製造したときのトレンドチャートを示す図である。

【図１１】本発明において原料投入口を２ヶ所備えた混
練機の一例を示す図である。

【符号の説明】

１ 原炭バンカ ２ 粗粉砕機 ３ 分級機 ４、６ ホッパー ５ 混練機 ７ コントロール弁 ８ CWPタンク ９ CWPポンプ １６ 混練機モータ １７ 動力測定装置 １８ 制御装置 １９ 原料総和演算器 ２１ CWP排出口 ２２ 混練機出口ゲート弁 ２４ 粘度計測装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K068 FB01 FB13 FC01 FC06 HA02 4G035 AB46 AB54 AE02 AE13 4G037 BA05 BB06 BB13 EA03 4H013 DB15

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粗粉砕炭と、水あるいは水と脱硫剤とを
   混練することにより、混練機内部に微紛粒子を生成さ
   せ、前記微紛粒子によってペースト状混合燃料を製造す
   ることを特徴とする石炭・水混合燃料の製造方法。
2. 【請求項２】 粗粉砕機を用いて粉砕した粗粉砕炭と、
   水あるいは水と脱硫剤とを混練して石炭・水混合燃料を
   製造する方法において、前記石炭・水混合燃料の粒度分
   布を調整する微粉粒子を、前記混練機内部で生成させる
   ことを特徴とする石炭・水混合燃料の製造方法。
3. 【請求項３】 前記混練された石炭・水混合燃料は、粒
   径０.０２ｍｍ以下の粒子が全粒子量の１０〜２０重量
   ％、粒径１ｍｍ以上の粒子が全粒子量の５０〜７０重量
   ％、粒径０.０２〜１ｍｍの粒子が全粒子量の１０〜４
   ０重量％の粒度構成とすることを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載の石炭・水混合燃料の製造方法。
4. 【請求項４】 前記石炭・水混合燃料の製造原料の投入
   口を複数備え、第１の投入口で粉砕炭と水、あるいは粉
   砕炭と水と脱硫剤とを供給し、第２以降の投入口では粉
   砕炭を供給することを特徴とする請求項１または２に記
   載の石炭・水混合燃料の製造方法。
5. 【請求項５】 前記混練機の翼回転数と、前記混練機内
   での石炭・水混合燃料の平均滞留時間とのうち、いずれ
   か一方もしくは双方を増加することにより、前記混練機
   内で微粉粒子を生成させることを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載の石炭・水混合燃料の製造方法。
6. 【請求項６】 混練機での消費動力を測定する消費動力
   測定手段と、前記消費動力測定値と石炭・水混合燃料の
   製造量とに基づく、一定燃料量当たりの混練エネルギー
   を演算する演算手段と、前記演算値が設定値を満足する
   ように、前記混練機の翼回転数または出口ゲート弁開度
   のうち、いずれか一方もしくは双方を制御する制御手段
   を有することを特徴とする石炭・水混合燃料の製造装
   置。
7. 【請求項７】 前記石炭・水混合燃料の流動性を測定す
   る流動性測定手段と、前記流動性測定値と設定値との偏
   差を演算する偏差演算手段と、前記演算値に基づいて前
   記混練機の運転を制御する運転制御手段とを有すること
   を特徴とする請求項６に記載の石炭・水混合燃料の製造
   装置。