JP2003261889A - スラッギング防止用燃料添加剤及び燃料の燃焼方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各種燃料、特に石炭、オイルコークス等に代
表される灰分含有量の多い燃料の燃焼の際に燃料中の灰
分に起因するスラッギングを防止する燃料添加剤及びそ
れを用いた燃料の燃焼方法を提案する。 【解決手段】 粒径３〜２００nmの超微粒子状のＡl化
合物、Ｓi化合物、Ｔi化合物、Ｚr化合物の一種又は二
種以上と、アルカリ金属（Ｒ＝Ｎa，Ｋ）化合物をＲ₂Ｏ
濃度として０.０１〜２重量％と、を水及び／又は油に
分散させた組成物よりなる燃料添加剤を、液体燃料油又
は固体燃料中に添加して燃焼させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種燃料、特に石
炭、オイルコークス等に代表される灰分含有量の多い燃
料の燃焼の際に燃料中の灰分に起因するスラッギングを
防止することができるスラッギング防止用燃料添加剤及
び燃料の燃焼方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】石炭やオイルコース、副生油等を燃料と
するボイラ、回収ボイラ、各種加熱炉及び各種廃棄物、
廃タイヤ等を焼却処理する種々の焼却炉等は、燃料及び
廃棄物中の灰分に起因するクリンカーが生じ易く、また
これらの成長により、スラッギング（閉塞現象）を起こ
すことが知られている。これらの障害を防止する対処法
として、ボイラ等において水管の間隔を広げたり、スー
トブローを多数設置する方策が採られているが、それで
も燃料の粗悪化や燃焼変動、負荷の変動等により、燃料
等の灰分の含有量や生成した灰分の融点等によっては１
ヶ月程度しか連続操業できない場合もあった。即ちスラ
ッギングが生じてしまうため、操業を停止して炉内を冷
却してクリンカーを剥離脱落する作業が必要であった。
また、これらの障害に対して、特開昭６１−２５０４１
６号公報、特開昭６２−７７５０８号公報等に記載され
ているように、従来より水酸化マグネシウム、酢酸マグ
ネシウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、ドロマ
イト等のアルカリ土類金属化合物やmＦeＯ・nＦe₂Ｏ
₃（ｍ，ｎは０以上の数）で示されるＦe化合物を水又は
油に分散させた燃料添加剤を燃料中に添加するか、燃焼
ガス中に注入することによりスラッギングを抑制しよう
とする試みも検討されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の燃料添加剤
は、比較的灰分含有量の少ない燃料に対しては効果的に
作用する。即ち灰の融点上昇、灰の軟質化、灰の黒色化
等により、水管付着灰の性質を変えることにより、スラ
ッギングを防止することができる。しかしながら、石炭
に代表される灰分含有量の多い燃料や、特に燃焼灰の融
点の低い例えばプリマ炭等では、これら燃焼させた場合
に生ずる水管付着灰が多量であり、時には粘着性のクリ
ンカーとして水管及び水管壁に強固に付着し、さらに飛
散灰を吸収して巨大なクリンカーを成長し易くなり、前
記従来の燃料添加剤ではたとえ多量に添加してもスラッ
ギングを抑制することが困難であった。そして、現段階
では、このような多量の灰分含有量の燃料を燃焼する際
に生ずるスラッギングを有効に防止する手段は見出され
ていない。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記に鑑み鋭
意研究の末得られたものであり、(Ａ)粒径３〜２００nm
の超微粒子状のＡl化合物、Ｓi化合物、Ｔi化合物、Ｚr
化合物の一種又は二種以上と、(Ｂ)アルカリ金属（Ｒ＝
Ｎa，Ｋ）化合物を、Ｒ₂Ｏ濃度として０.０１〜２重量
％と、を水及び／又は油に分散させた組成物よりなるこ
とを特徴とするスラッギング防止用燃料添加剤に関する
ものである。ここでいう粒径とは平均一次粒径を意味
し、以後単に粒径と記す。

【０００５】また、本発明は、上記燃料添加剤を液体燃
料油又は固体燃料中に添加して燃焼させるか、直接燃焼
雰囲気中に添加して燃焼させることを特徴とする燃料の
燃焼方法、及び固体燃料が石炭の場合、石炭粉砕工程の
前で上記燃料添加剤を石炭に添加し、粉砕後燃焼させる
ことを特徴とする燃料（石炭）の燃焼方法をも提供す
る。

【０００６】さらに、上記燃焼方法において、燃料添加
剤投入時間における燃料中に含まれている灰分に起因す
る燃焼時の飛散スケール量１００重量部に対して、燃料
添加剤中の灰分として１〜５０重量部を１日１〜５回、
各々３０分〜２時間の短時間に間欠多量投入することに
より、より効果的に燃料中の灰分に起因する障害を防止
できることを見出した。

【０００７】即ち本発明者らは、非常に粒径の細かい特
定の組成の燃料添加剤を用いて液体燃料油又は固体燃料
を燃焼させることにより、生成灰の強度を低下させてス
ートブロー等で容易に掻き落とせるようにできることを
見いだした。さらに、従来では行われたことのない短時
間に集中的に多量添加する燃焼方法との組み合わせによ
り、石炭等の灰分含有量が多く、時には生成灰の融点の
低い灰分を含有するような燃料を燃焼させる際に生ずる
スラッギング等の障害を防止することに成功したのであ
る。その結果として、強固な水管付着灰や巨大なクリン
カーをスートブロー等にて容易に剥離、脱落させ、伝熱
面に対する熱吸収率を向上させ、さらに高温腐食、低温
腐食を低減させ、未燃カーボン、ＳＯ₃、ＮＯ_Xの生成を
抑制させ、ボイラ等の運転を長期的に安定操業させるこ
とができるのである。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の燃料添加剤は、(Ａ)成分
として粒径３〜２００nmの超微粒子状のＡl化合物、Ｓi
化合物、Ｔi化合物、Ｚr化合物の一種又は二種以上を、
水及び／又は油に安定に分散させた組成であり、特に水
に分散（ほぼ溶解に近い）させたものはそれぞれアルミ
ナゾル、シリカゾル、チタニアゾル、ジルコニアゾル等
として市販もされている。粒径がこの範囲より大きいも
のでは十分なスラッギング防止効果が得られず、より好
ましくは粒径１０〜１００nmである。また、これらの超
微粒子は、粒径の細かさ故に油にも容易に安定に分散さ
せることができ、使用できる油としては灯油、軽油、Ａ
重油、メチルナフタレン等脂肪族系及び芳香族系炭化水
素が例示できる。

【０００９】さらに本発明の燃料添加剤には、(Ｂ)成分
としてアルカリ金属（Ｒ＝Ｎa，Ｋ）化合物を、Ｒ₂Ｏ濃
度として０.０１〜２重量％含有させた組成であり、前
記ゾル成分、即ち(Ａ)成分の水管及び水管炉壁への付着
性向上とスケールの多孔質化に寄与するものである。前
述の(Ａ)成分として市販のゾルを用いる場合にはこのゾ
ル中に不純物として(Ｂ)成分が含有されており、例えば
合成コロイダルシリカの場合には、ＳiＯ₂２０〜５０重
量％に対し、通常Ｎa₂Ｏが０.０１〜０.７重量％、Ｋ₂
Ｏが０.１重量％以下の微量含まれている。また、燃料
添加剤が水又は水−油のエマルジョン（Ｗ／Ｏ型、Ｏ／
Ｗ型）の場合、この(Ｂ)成分としてはゾル中の不純物以
外に珪酸塩（珪酸ナトリウム、珪酸カリウム）等の水ガ
ラス類や水酸化物（水酸化ナトリウム、水酸化カリウ
ム）、炭酸塩化合物（例えば炭酸ナトリウム、炭酸カリ
ウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム）、キレ
ートのアルカリ金属塩（例えばエチレンジアミン四酢酸
（ＥＤＴＡ）の(２〜０)Ｈ・(２〜４)Ｎa、(２〜０)Ｈ
・(２〜４)Ｋ及びニトリロ三酢酸（ＮＴＡ）の(２〜０)
Ｈ・(１〜３)Ｎa、(２〜０)Ｈ・(１〜３)Ｋ）、キレー
ト金属・アルカリ金属塩（例えば２価金属をＭ(II)、３
価金属をＭ(III)とすると、ＥＤＴＡ・Ｍ(II)・２Ｎa、
ＥＤＴＡ・Ｍ(III)・Ｎa、ＮＴＡ・Ｍ(II)・Ｎa、ＥＤ
ＴＡ・Ｍ(II)・２Ｋ、ＥＤＴＡ・Ｍ(III)・Ｋ、ＮＴＡ
・Ｍ(II)・Ｋ）、或いは後述する(Ｃ)成分の一部のアル
カリ金属塩等の水溶性物質などを微量添加しても良い。
また、燃料添加剤が油又は水−油のエマルジョン（Ｗ／
Ｏ型、Ｏ／Ｗ型）の場合、この(Ｂ)成分としては、石油
スルホン酸ナトリウム、ナフテン酸ナトリウム、オクチ
ル酸カリウム、或いは後述する(Ｃ)成分の一部のアルカ
リ金属塩等の油溶性アルカリ金属塩などを微量添加して
も良い。

【００１０】本発明の燃料添加剤は、その組成割合とし
ては前記(Ａ)及び(Ｂ)成分を、水及び／又は油に分散さ
せたものであるが、必要に応じて(Ｃ)界面活性剤を１０
重量％以下添加して分散安定性をより一層向上させるよ
うにしても良い。また、燃料油との乳化混合性、固体燃
料へのぬれ性向上を目的として(Ｃ)界面活性剤を使用し
ても良い。用いられる(Ｃ)界面活性剤としては、アルキ
ルベンゼンスルホン酸Ｎa等のアルキルアリルスルホン
酸塩、アルキル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンア
ルキルエーテル酢酸塩、ジアルキルスルフォコハク酸
塩、ポリオキシエチレンアルキル硫酸エステル塩、ポリ
オキシエチレンアルキルリン酸エステル塩などのアニオ
ン界面活性剤やポリオキシエチレンアルキルフェノール
エーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオ
キシエチレンアルコールエーテル、ポリオキシエチレン
ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビ
トール脂肪酸エステル、高級脂肪酸グリセリンエステ
ル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、アルキロール
アミド等の非イオン界面活性剤が例示される。

【００１１】また、本発明の燃料添加剤には、必要に応
じて粒径３〜２００nmの超微粒子状のＳi化合物単独及
び／又はその表面の全体又は一部をＡl化合物又はＦe化
合物でコーティング又は置換したアルミニウム変性又は
鉄変性させたＳi化合物、特にシリカを用いても良い。

【００１２】さらに、本発明の燃料添加剤には、必要に
応じてＭg、Ｆe、Ｃaの何れかを金属として含むキレー
ト金属アンモニウム塩の水溶液をＭg、Ｆe、Ｃaの酸化
物（ＭgＯ、Ｆe₂Ｏ₃、ＣaＯ）濃度として５重量％以下
添加することにより、種々の燃焼障害を改善することが
できる。キレート金属アンモニウム塩はキレート剤とし
てＥＤＴＡ、ＮＴＡ、ＤＴＰＡ（ジエチレントリアミン
五酢酸）、ＨＥＤＴＡ（Ｎ-(２-ヒドロキシルエチル)エ
チレンジアミン-Ｎ,Ｎ',Ｎ'-三酢酸）、ＴＴＨＡ（トリ
エチレンテトラミン-Ｎ,Ｎ,Ｎ',Ｎ",Ｎ"',Ｎ"'-六酢
酸）、ＤＨＥＧ（ジヒドロキシエチルグリシン）、ＨＩ
ＤＡ（Ｎ-(2-ヒドロキシルエチル）イミノ二酢酸）のＭ
g、Ｆe、Ｃaのアンモニウム塩であり、例えばＥＤＴＡ
・Ｍg・２(ＮＨ₄)、ＥＤＴＡ・Ｆe・(ＮＨ₄)、ＥＤＴＡ
・Ｃa・２(ＮＨ₄)等がある。

【００１３】さらに本発明の燃料添加剤には、必要に応
じて(Ｄ)ナフテン酸、イソステアリン酸、及びＣ₁₂〜Ｃ
₂₂の不飽和脂肪酸又は飽和脂肪酸の一種又は二種以上で
吸着処理したその粒径が５〜５０nmの微細粒子からなる
ＦeＯ・nＦe₂Ｏ₃（ｎは０以上の数）、Ｍg(ＯＨ)₂、Ｃa
ＣＯ₃の一種又は二種以上を油に分散させてなる組成物
を酸化物（Ｆe₂Ｏ₃、ＭgＯ、ＣaＯ）濃度として１５重
量％以下添加することにより、種々の燃焼障害を防止又
は抑制することができる。上記(Ｄ)成分のうち特にＦe
Ｏ・nＦe₂Ｏ₃を用いたものを混合させると、炉内等で形
成するスケールが黒色化され、熱吸収が増加され、それ
によりガス温度の上昇が抑制され、ボイラ運転がより長
期に亘り安定化される。また、この(Ｄ)成分を水に分散
させる場合、水溶性界面活性剤を分散助剤として使用で
きるが、その水溶性界面活性剤の例としてはアルキルベ
ンゼンスルホン酸ナトリウム、アルキル硫酸ナトリウ
ム、ポリオキシエチレンアルキル硫酸ナトリウム、Ｃ₁₂
〜Ｃ₂₂の脂肪酸ナトリウム等が挙げられる。

【００１４】以下に本発明の燃料添加剤の作用を水性シ
リカゾルを例に説明する。前記(Ａ)成分として用いられ
るシリカゾルは高分子量の無水ケイ酸の超微粒子を水に
分散させたコロイダルシリカ液であり、コロイダルシリ
カ粒子は図１のようになっている。このコロイダルシリ
カ粒子は非晶質で、ほぼ真球状であり、非常に安定した
状態で半永久的に水に分散している。このようなシリカ
ゾルを集中的に燃焼炉内に添加すると、水分の蒸発に伴
い、非常に微細な球状シリカ粒子や球状シリカ粒子の集
合体となり、この集合体も球状で、それらの一部は水管
炉壁に付着し、球状の緻密な滑り性のあるしかも離型性
を有する薄い皮膜を形成し、他の一部は燃焼灰の粘着粒
子の表面に付着し、灰の粘着性を低下させる。また、こ
の球状の超微粒子からなるシリカ(＝(Ａ)成分)に微量の
アルカリ金属化合物(＝(Ｂ)成分)を付加させることで元
来高融点で付着性の低い球状シリカ粒子やその集合体を
効率的に水管や水管炉壁に付着させることができ、他の
一部は燃焼灰の粘着粒子表面に効率的に付着被覆させて
飛散灰の粘着性を低下させることができる。アルカリ金
属化合物は球状シリカ粒子表面やその集合体表面に微量
点在することで付着性を向上させるが、アルカリ金属化
合物の過量は球状シリカ粒子やその集合体の粘着性が強
くなり過ぎ、付着灰の融点も低下させてしまうため、好
ましくはＲ₂Ｏ濃度として０.０１〜２重量％、より好ま
しくは０.０５〜１重量％である。そして、一時的に燃
料添加剤を多量に添加すると、燃料添加剤中の球状シリ
カ粒子が付着灰の細孔に侵入し、付着灰全体を脆弱化さ
せることができる。脆弱化が進行すると球状シリカ粒子
のマイクロベアリング効果と称される滑り向上作用によ
り、クリンカーの粉体化が可能になる。さらに、これら
の球状シリカ粒子は、１２００℃程度の温度で非晶質か
ら結晶質への結晶化が起こり、この際に球状シリカ粒子
内部やその集合体内部に取り込まれている微量の水分子
や粒子外側に存在する水酸基及び(Ｂ)成分由来のＮaや
Ｋが急激にガス化することなどにより、球状シリカ粒子
やその集合体が膨張、多孔質となり、全体として破壊さ
れ易くなる。上記これらの作用の単独乃至複合された効
果によりスートブロー等により簡単にクリンカーが水管
表面及び水管炉壁表面より簡単に剥離脱落するのであ
る。

【００１５】尚、上記球状シリカ粒子などの(Ａ)成分の
一次粒子径は前述のように粒径３〜２００nmの超微粒子
状であって、その範囲より粒径が大きいものでは十分な
スラッギング防止効果が得られないことを説明したが、
粒径の大きな例えば数μmの石英粒子では結晶質を粉砕
して製造するため、粒径分布が大きく且つ形状も不規則
である。これを集中的に燃焼炉内に添加すると、粒径が
大きく分布も広く且つ形状も不規則であるが故に容易に
すばやく水分の蒸発が終了し、シリカ粒子の形状は球状
に変化することなく単なるシリカ粒子の集合体になる。
集合体の強度は弱いものの膨張を起こさないため多孔質
にならず、スケールの希釈効果程度しか効果が発揮でき
ず、スラッギングの防止までには至らないと推察され
る。

【００１６】また、前記(Ａ)〜(Ｃ)の各成分を含む本発
明の燃料添加剤の組成割合は、(Ａ)成分が１０〜５０重
量％、(Ｂ)成分が０.０１〜２重量％、(Ｃ)成分が１０
重量％以下であり、残部が水及び／又は油であることが
望ましい。

【００１７】本発明の燃料添加剤を用いるに際しては、
燃料と共に連続的に添加しても良く、液体燃料の場合は
燃料配管に強制注入させたり、サービスタンクに比例注
入させたりすることができる。固形燃料、特に石炭に添
加する場合、給炭機に直接、又は給炭機ベルト上の石炭
に添加し、石炭粉砕機（ミル）で粉砕、混練することに
より、石炭微粒子表面に添加剤を接着させて燃焼させる
ことができ、それによってクリンカー表面に効率的に添
加剤成分を蒸着させることができる。以下、図２に基づ
いて説明すると、受入石炭は石炭バンカー２１に貯蔵さ
れ、給炭コンベア２３に供給されるが、同時に計量器２
４で瞬時に計量され、給炭管（シュート）２５から石炭
粉砕機（ミル）２６に供給される。本発明の燃料添加剤
は注入点２２で石炭に添加される。石炭粉砕機に落下し
た石炭はローラ２９で連続的に粉砕され、８０℃前後の
一次空気２８の供給により、一定粒子以下の粒度になっ
た石炭粒子は風圧で上昇し、分級器を通過する微粒子の
みが微粉炭送炭管２７から燃焼室に供給される。粉砕・
乾燥過程で添加した燃料添加剤は微粉石炭同様、水分を
蒸発し、微粉石炭内部若しくは表面に、粒子として浸透
乃至吸着して均一化する。火炎内部は１３００℃前後の
還元領域であるため、還元され溶融点が８００〜１００
０℃の低融点のＳi酸化物（ＳiＯ）を一時的に生成する
ため、バーナー近傍のクリンカ表面に接着が可能とな
る。 ＳiＯ₂＋Ｃ＝ＳiＯ＋ＣＯ↑ 本来低融点の石炭灰がクリンカを生成するが、火炎温度
より低い融点のＳiＯを一時的に作ることで、クリンカ
表面へのＳiの接着を可能とした。ＳiＯは雰囲気中の酸
素と反応し、次第にＳiＯ₂に酸化し、高融点で強固な皮
膜を形成するのである。 ＳiＯ＋1/2Ｏ₂＝ＳiＯ₂

【００１８】そして、特にその添加方法を工夫すること
により、より少ない使用量でより大きな効果を発揮させ
ることができる。その添加方法とは、燃料添加剤投入時
間における燃料中に含まれている灰分に起因する燃焼時
の飛散スケール（灰分）量１００重量部に対して燃料添
加剤中の灰分として１〜５０重量部を１日１〜５回、各
々３０分〜２時間の短時間に間欠多量添加することであ
り、この添加方法により、スラッギングの防止効果を飛
躍的に向上させることができるのである。即ち本発明の
燃料添加剤を燃料と共に連続的に添加する方法の場合に
も、前述の作用によりクリンカーを多孔質にしてその強
度を低下させることができるが、多量の燃料添加剤を添
加しなければ、付着灰が容易に脱落できる程の強度低下
を見込めないため、その使用量が多くなる。これに対
し、前述のように燃料添加剤を間欠多量添加した場合に
は、燃料添加剤を添加している間には強度の十分に低い
灰が層状に付着し、燃料添加剤を添加していない間には
強度の高い灰がその上に層状に付着する。そのため、仮
にある程度厚い付着灰が形成されたとしても、灰自体の
自重やスートブロー等で強度の低い層部分から剥離させ
てその上に付着した強度の高い層部分と共に脱落させる
ことができる。この方法では短時間にのみ集中的に多量
添加するので、合計使用量は連続的に添加した場合より
も少なくなる。したがって、この方法は、より少ない使
用量でより大きな効果を発揮させることができる。

【００１９】

【実施例】実施例１（基礎試験） 供試灰分（クリンカー） プリマ炭を微粉炭ボイラーにて燃焼させた際に生成した
クリンカーを微粉砕し、２００メッシュをパスしたもの
を用いた。 −１プリマ炭の性状 固有水分 ６.２％ 灰分 ４.２％ 揮発分 ４０.４％ 固定炭素 ４９.２％ −２クリンカー（灰分）組成 ＳiＯ₂ ５４.４％ Ｆe₂Ｏ₃ １１.３％ Ａl₂Ｏ₃ ２０.２％ ＣaＯ ２.９％ ＭgＯ ３.６％ Ｎa₂Ｏ ０.６％ Ｋ₂Ｏ １.９％ ＳＯ₃ ３.９％ その他 １.２％

【００２０】試験方法 ２００メッシュ以下に粉砕されたサンプル灰に後述する
の供試添加剤を固形分として５％、１０％添加し、十
分に混合撹拌して均一組成とし、成型器にて直径１０mm
高さ１５mmの円柱状に成型し、１００℃で２４時間乾燥
させた。得られた試料を高温加熱顕微鏡で２０℃／min
の割合で昇温させ、軟化点、融点、膨張率を観察測定
し、テスト終了後に圧潰強度を測定した。

【００２１】供試添加剤 〔配合例１〕 粒径１０〜２０nmのシリカゾル （(Ａ)成分；ＳiＯ₂濃度として４０重量％， (Ｂ)成分；Ｎa₂Ｏ＝０.６重量％） 〔配合例２〕粒径１０〜２０nmのアルミナゾルにＫＯＨ
０.１２重量％を溶解させた水溶液 （(Ａ)成分；Ａl₂Ｏ₃濃度として２０重量％， (Ｂ)成分；Ｋ₂Ｏ＝０.１０重量％） 〔配合例３〕粒径２０〜５０nmのチタニア超微粒子，ポ
リオキシエチレンアルコールエーテルの灯油スラリー （(Ａ)成分；ＴiＯ₂濃度として２５重量％， (Ｂ)成分；Ｎa₂Ｏ＝０.０５重量％， (Ｃ)成分；界面活性剤５％） 〔配合例４〕粒径２０〜６０nmのシリカゾルとジルコニ
アゾルに１号水ガラス０.３重量％を溶解した混合液 （(Ａ)成分；ＳiＯ₂濃度として３５重量％、ＺrＯ₂濃度
として１０重量％， (Ｂ)成分；Ｎa₂Ｏ＝０.５重量％，Ｋ₂Ｏ＝０.０３重量
％） 〔配合例５〕粒径２０〜４０nmのシリカゾルと、オレイ
ン酸で吸着処理した粒径１０〜１５nmのＦeＯ・nＦe₂Ｏ
₃（ｎ＝１）、アルキルベンゼンスルホン酸Ｎaによる水
分散液の混合液 （(Ａ)成分；ＳiＯ₂濃度として２０重量％， (Ｄ)成分；Ｆe₂Ｏ₃濃度として１０重量％， (Ｂ)成分；Ｎa₂Ｏ＝０.２重量％， (Ｃ)成分；界面活性剤３％） 〔比較例１〕粒径１〜５μmのシリカの水スラリー （ＳiＯ₂濃度として４０重量％） 〔比較例２〕粒径１〜５μmのアルミナの水スラリー （Ａl₂Ｏ₃濃度として３０重量％） 〔比較例３〕粒径１〜５μmの水酸化マグネシウムの水
スラリー （Ｍg(ＯＨ)₂濃度として４０重量％） 〔比較例４〕粒径１〜５μmの水酸化カルシウムの水ス
ラリー （Ｃa(ＯＨ)₂濃度として３５重量％） 〔ブランク〕無添加

【００２２】試験結果

【表１】

【００２３】考察 １.本発明に係る配合例１〜５は、比較例１〜４及びブ
ランクに比べて軟化点、融点の上昇が著しく、特に高添
加量の場合に顕著に表れた。 ２.同様に膨張率が大きく、比較例１〜４及びブランク
に比べて優れていた。特に配合例１〜５の高添加量のも
のは膨張率が１.５〜１.９倍となり、非常に大きな値を
示していた。 ３.配合例１〜５は、比較例１〜４及びブランクに比べ
て圧潰強度が非常に小さな値を示していた。 ４.灰分の膨張率が大きく、圧潰強度が小さいというこ
とは、配合例１〜５の灰は多孔質であり、しかも壊れや
すいことを表している。

【００２４】実施例２（実装置による試験） ボイラ仕様 ・型式；三菱重工（株）製単胴型微粉炭ボイラ ・蒸発量；３５０Ｔ／Ｈ ・使用圧力；１３.７ＭＰa ・石炭使用量；８００t／日 ・通風方式；平衡通風 ・ミル（石炭粉砕機）；３台（ローラーミル）

【００２５】実装置の概略図 実験に用いた燃焼装置を図３に示した。尚、図中、１は
コールバンカー、２は給炭器、３はミル（粉砕機）、４
は搬送用ブロア、５は薬品注入ポンプ、６は添加剤タン
ク、７は２次過熱器、８は３次過熱器、９は１次過熱
器、１０はエコノマイザー、１１はバーナー、１２はエ
アヒーター、１３はＥＰ（電気集塵機）、１４は水封
口、１５は灰取り用水タンクである。また、白矢印は排
気の流れを示し、黒矢印はスートブロー等にて落下する
灰を示す。

【００２６】試験方法 −１概略 本実装置はプリマ炭専焼ボイラであり、ブランク試験に
おいて約１ヶ月で巨大なクリンカーが炉壁バーナー下部
ゾーンに形成されることが覗き穴からの観察で確認され
たので、試験期間を１ヶ月に設定した。 −２供試添加剤 実施例１における配合例１及び比較例１の添加剤を用い
た。 −３添加剤の注入場所 ミル手前の給炭機ベルト上の石炭に添加した。 −４添加剤の添加方法 配合例１の添加剤については、１日２回、各２時間、各
２時間分の石炭中の灰分量の１０％に相当する添加剤灰
分量（ＳiＯ₂＋Ｎa₂Ｏ）を間欠注入した。比較例１の添
加剤については、前半（半月）石炭試料量の１／１００
０を連続注入した。

【００２７】試験項目 −１供試料；水封口下部灰取りタンクよりかき上げら
れるボトムクリンカー −２試験項目；重量、圧潰強度、見掛け比重 −３測定間隙；３日に１回

【００２８】試験結果 −１ボトムクリンカーの重量変化（t／３日）

【表２】 一般に石炭灰の約１０％がクリンカーとして回収されて
いるが、配合例１の添加剤を添加した場合に１ヶ月間殆
ど一定の値であるのに対して、比較例１の添加剤を添加
した場合は、９日目（第３回目測定時）位から徐々に低
下し、後半は急激に低下していた。配合例１と比較例１
とでは１ヶ月間に１４.３t（(10.13-8.70)×10＝）の差
が出たが、目視観察においても比較例１の場合では火炉
水封口上部に巨大なクリンカーが堆積しており、ボイラ
停止後クリンカーを剥離脱落させ、その重量を測定した
ところ、約１５tであり、ボトムクリンカーの重量差と
符合していた。

【００２９】−２ボトムクリンカーの圧潰強度を見掛
け比重の測定

【表３】 平均値より計算すると、配合例１は比較例１に比べて見
掛け比重で４８％低下しており、燃焼石炭灰が空隙率の
増大、即ち多孔質化して壊れ易くなって、スートブロー
等により簡単に剥離脱落されることが知れた。

【００３０】以上本発明を実施例に基づいて説明した
が、本発明は前記した実施例に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に記載した構成を変更しない限りど
のようにでも実施することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の燃料添加剤
は、各種燃料、特に石炭焚きボイラを代表とする無機成
分（灰分）含有量の多い燃料の燃焼において、燃料中の
灰分に起因するスラッギング障害を、生成するクリンカ
ーの性状を多孔性にして圧潰強度を低下させることがで
き、特に本発明の燃料添加剤を間欠多量添加した場合に
は、より少ない使用量でより大きな効果を発揮させるこ
とができ、付着灰を水管表面や水管炉壁表面より容易に
剥離脱落させて防止し、さらに高・低温腐食を防止する
と共に未燃カーボン、ＳＯ₃、ＮＯ_Xの生成を抑制するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】コロイダルシリカ粒子を示す概念図である。

【図２】石炭への燃料添加剤の投入系統及びその燃焼状
態を示す概略図である。

【図３】実施例２にて使用した燃焼装置の概略図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井元 良美 大阪府豊中市新千里北町１丁目１番Ｃ４− 302 Ｆターム(参考） 3K068 AA12 AB08 EA01 EA02 EA03 4H013 CA03 CA08 CE02 4H015 AA22 AA24 AA25 AA26 AB07

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粒径３〜２００nmの超微粒子状のＡl化
   合物、Ｓi化合物、Ｔi化合物、Ｚr化合物の一種又は二
   種以上と、アルカリ金属（Ｒ＝Ｎa，Ｋ）化合物をＲ₂Ｏ
   濃度として０.０１〜２重量％と、を水及び／又は油に
   分散させた組成物よりなることを特徴とするスラッギン
   グ防止用燃料添加剤。
2. 【請求項２】 粒径３〜２００nmの超微粒子状のＡl化
   合物、Ｓi化合物、Ｔi化合物、Ｚr化合物の一種又は二
   種以上は１０〜５０重量％、アルカリ金属（Ｒ＝Ｎa，
   Ｋ）化合物をＲ₂Ｏ濃度として０.０１〜２重量％、界面
   活性剤は１０重量％以下、残部が水及び／又は油である
   ことを特徴とする請求項１に記載のスラッギング防止用
   燃料添加剤。
3. 【請求項３】 粒径３〜２００nmの超微粒子状のＳi化
   合物は、シリカ単独及び／又はシリカの表面の全体又は
   その一部をＡl化合物又はＦe化合物でコーティング又は
   置換したアルミニウム変性又は鉄変性させたシリカであ
   ることを特徴とする請求項１又は２に記載のスラッギン
   グ防止用燃料添加剤。
4. 【請求項４】 Ｍg、Ｆe、Ｃaの何れかを金属として含
   むキレート金属アンモニウム塩の水溶液をＭg、Ｆe、Ｃ
   aの酸化物（ＭgＯ、Ｆe₂Ｏ₃、ＣaＯ）濃度として５重量
   ％以下含有することを特徴とする請求項１〜３の何れか
   一項に記載のスラッギング防止用燃料添加剤。
5. 【請求項５】 ナフテン酸、イソステアリン酸、及びＣ
   ₁₂〜Ｃ₂₂の不飽和脂肪酸又は飽和脂肪酸の一種又は二種
   以上で吸着処理したその粒径が５〜５０nmの微細粒子か
   らなるＦeＯ・nＦe₂Ｏ₃（ｎは０以上の数）、Ｍg(ＯＨ)
   ₂、ＣaＣＯ₃の一種又は二種以上を油に分散させてなる
   組成物、及び／又は水溶性界面活性剤を用いて水に分散
   させてなる組成物を酸化物（Ｆe₂Ｏ₃、ＭgＯ、ＣaＯ）
   濃度として１５重量％以下含有することを特徴とする請
   求項１又は２に記載のスラッギング防止用燃料添加剤。
6. 【請求項６】 請求項１〜５に記載の燃料添加剤を液体
   燃料油又は固体燃料中に添加して燃焼させるか、直接燃
   焼雰囲気中に添加して燃焼させることを特徴とする燃料
   の燃焼方法。
7. 【請求項７】 請求項１〜５に記載の燃料添加剤を石炭
   粉砕工程の前で石炭に添加し、粉砕後燃焼させることを
   特徴とする燃料の燃焼方法。
8. 【請求項８】 燃料添加剤投入時間における燃料中に含
   まれている灰分に起因する燃焼時の飛散スケール量１０
   ０重量部に対して、燃料添加剤中の灰分として１〜５０
   重量部を１日１〜５回、各々３０分〜２時間の短時間に
   間欠多量投入することを特徴とする請求項６又は７に記
   載の燃料の燃焼方法。