JP2013156228A

JP2013156228A - 低品位燃料のスラッギングを回避する燃料評価方法及び燃料調整方法

Info

Publication number: JP2013156228A
Application number: JP2012019275A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Tsuchiyama; 佳彦土山; Tomoaki Sugiyama; 友章杉山; Makoto Sudo; 誠須藤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2013-08-15
Anticipated expiration: 2032-01-31
Also published as: JP5755157B2

Abstract

【課題】褐炭又はバイオマス等の低品位燃料のスラッギングを回避することが可能な低品位燃料のスラッギングを回避する燃料評価方法及び燃料調整方法を提供する。
【解決手段】低品位燃料の燃料評価をする場合には、所定温度で灰化した灰分析値から、炭酸分や硫酸分を差し引いた灰成分組成を校正し、その値をもって評価する。この結果、灰組成が本来のボイラ燃焼での灰組成となるので、燃料評価が適正となり、この結果、灰のスラッギング・ファウリングが生じないように、低品位燃料に対する高品位炭の混合割合を調整し、燃焼性が良好な混合燃料を提供することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば褐炭又はバイオマス等の低品位燃料のスラッギングを回避する燃料評価方法及び燃料調整方法に関する。

例えば褐炭又はバイオマス等の低品位燃料の灰は付着性が大きく、それら燃料の単独での燃焼は難しく、瀝青炭等のスラッギング性のない高品位炭と混焼することが提案されている（特許文献１）。
この混焼においても適切に付着性を予測する必要がある。

石炭の場合、灰のスラッギング・ファウリング性を評価する手法は各種あり、一般には、石炭を灰化処理した灰を用いて、その灰組成から推算する方法が主流であり、ＪＩＳに規定されている（非特許文献）。

石炭類やコークス類の燃料における灰の溶融性試験方法としては、ＪＩＳＭ８８０１、ＪＩＳＭ８８１２、ＪＩＳＭ８８１５等がある。

褐炭等やバイオマス等の低品位燃料を用いる場合も、同様なＪＩＳに準拠した手法により評価することが提案されている。

特開２００５−２４１１０７号公報

ＪＩＳＭ８８０１ＪＩＳＭ８８１２ＪＩＳＭ８８１５

しかしながら、ＪＩＳに準拠した評価方法における灰化温度は、灰化温度が８１５℃と規定されているので、これを低品位燃料に適用した場合には、以下のような問題がある。
すなわち、低品位燃料を用いて、高品位炭と同じ手法の８１５℃で灰化して、灰組成を分析しようとすると、灰試料の作成時に、灰が試料皿に固着し、全量回収が困難になり、低品位燃料中の正しい組成が得られない、という問題がある。

これは、低品位燃料では、高品位炭に較べて、Ｎａ、Ｋ等のアルカリ分を多く含むので灰が低融点化する。低融点物の存在は、固着の要因となるからである。

このため、低品位燃料の灰化温度を６００℃程度と低温灰化して灰組成を評価することが提案されているが、この場合には、炭酸（ＣＯ₂）分や硫酸（ＳＯ₃）分が組成に存在する。この結果、各種燃料評価（例えば「Ｒｆ値評価方法」等）において、炭酸（ＣＯ₂）分や硫酸（ＳＯ₃）分が組成を含んだ状態での評価となり、適切な評価ができない、という問題がある。

一方、ボイラ燃焼の際には、高温場燃焼（一般に１，４００〜１，５００℃）であり、このような高温場においては、通常炭酸分や硫酸分が存在しないので、燃料評価が適正ではない、という問題がある。

本発明は、前記問題に鑑み、例えば褐炭又はバイオマス等の低品位燃料のスラッギングを回避することが可能な低品位燃料のスラッギングを回避する燃料評価方法及び燃料調整方法を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、低品位燃料の灰を分析して、低品位燃料のスラッギングを回避する燃料評価方法であって、低品位燃料を灰化し、灰化した灰から低品位燃料に含まれる炭酸（ＣＯ₂）分の組成割合を全体の割合から除去し、灰成分組成を校正し、低品位燃料の評価を行うことを特徴とする低品位燃料のスラッギングを回避する燃料評価方法にある。

第２の発明は、第１の発明において、低品位燃料を灰化し、灰化した灰から低品位燃料に含まれる硫酸（ＳＯ₃）分の組成割合を全体の割合から除去し、灰成分組成を校正し、低品位燃料の評価を行うことを特徴とする低品位燃料のスラッギングを回避する燃料評価方法にある。

第３の発明は、第１又は２の発明において、灰の評価に、低品位燃料を８００℃以下で灰化した第１灰化灰を用いることを特徴とする低品位燃料のスラッギングを回避する燃料評価方法にある。

第４の発明は、第１又は２の発明において、灰の評価に、低品位燃料を８００℃以下で灰化して第１灰化灰を得た後、さらに、前記第１灰化灰を１，１００℃以上で灰化した第２灰化灰を用いることを特徴とする低品位燃料のスラッギングを回避する燃料評価方法にある。

第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つの低品位燃料のスラッギングを回避する燃料評価方法により評価された低品位燃料が、その評価度合いに応じて、高品位炭との混合割合を調整し、混合燃焼用の燃料を調整することを特徴とする低品位燃料のスラッギングを回避する燃料調整方法にある。

本発明によれば、灰分析値から、炭酸分や硫酸分を差し引いた灰成分組成を校正し、その値をもって評価するので、燃料評価が適正となる。この結果、灰のスラッギング・ファウリングが生じないように、低品位燃料に対する高品位炭の混合割合を調整し、燃焼性が良好な混合燃料を提供することができる。

図１は、各種燃料の灰化温度（℃）と灰の重量減少率（ｗｔ％）との関係図である。図２は、高品位炭の灰化軟化状態を示す図である。図３は、低品位燃料の灰化軟化状態を示す図である。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本発明による実施例に係る低品位燃料のスラッギングを回避する燃料評価方法及び燃料調整方法について、図面を参照して説明する。
本発明で、低品位燃料とは、褐炭や亜瀝青炭等の石炭燃料や、バイオマス等の木質燃料等の高品位炭に較べて炭化度の低い燃料をいう。

表１は、高品位炭である瀝青炭と、低品位燃料であるバイオマス（木質ペレット）との灰組成の分析結果の一例を示す。
灰化温度は、高品位炭は８１５℃、低品位燃料は６００℃とした。

高品位炭では、炭酸（ＣＯ₂）分の割合が極僅かであるので、分析結果の生値と、炭酸（ＣＯ₂）分を差し引いて除去した値の校正値（ＣＯ₂、ＳＯ₃補正値）とは変化が見られない。

これに対し、低品位燃料では、炭酸（ＣＯ₂）分の割合が多い（約半分）ので、分析結果の生値と、炭酸（ＣＯ₂）分を差し引いて除去した値の校正値（ＣＯ₂、ＳＯ₃補正値）とは大きな変化が見られた。

この結果より、燃料を評価する一手法である「Ｒｆ値評価方法」を用いて、燃料を評価する場合、高品位炭では、そのＲｆ値には生値と校正値とでは変化は無い。
これに対して低品位燃料では、生値と校正値とではそのＲｆ値が大きく異なるので、Ｒｆ値の評価結果に大きな影響が生ずることとなる。

ここで、Ｒｆ値は、Ｂ／Ａ×％Ｎａ₂Ｏより求められ、表１中の合計の塩基性成分（Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｋ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ）量「Ｂ値」を、合計の酸性成分（ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃）量「Ａ値」で割り、これにＮａ₂Ｏ量を乗じた値をいう。

よって、低品位燃料の燃料評価をする場合には、所定温度で灰化した灰分析値から、炭酸分や硫酸分を差し引いた灰成分組成を校正し、その値をもって評価することが必須となる。
この校正の結果により、灰組成が本来のボイラ燃焼での灰組成となるので、燃料評価が適正となる。
この結果、灰のスラッギング・ファウリングが生じないように、低品位燃料に対する高品位炭の混合割合を調整し、燃焼性が良好な混合燃料を提供することができる。

図１は、各種燃料の灰化温度（℃）と灰の重量減少率（ｗｔ％）との関係図である。
図２は、高品位炭の灰化軟化状態を示す図である。図３は、低品位燃料の灰化軟化状態を示す図である。

図１に示すように、１，０００℃以上での灰化温度の場合、瀝青炭の場合、灰の重量減少率はほとんど変化が無い。
これに対し、木質ペレット（バイオマス）、亜瀝青炭等の低品位燃料では、これらに含まれる炭酸（ＣＯ₂）分や硫酸（ＳＯ₃）分の影響により、灰化の際にガスとして灰から放出されるので、灰の重量減少が見られる。

木質ペレット（バイオマス）は、炭酸（ＣＯ₂）分が放出されるだけであるので、１，１００℃以上での変化は見られない。
これに対し、亜瀝青炭では、１，０００℃から昇温するにつれて、炭酸（ＣＯ₂）分や硫酸（ＳＯ₃）分が共に放出されるので、灰の重量減少が１，３００℃まで確認された。

ここで、灰溶融特性試験の一例を示す。
一般に、高品位炭由来の灰の軟化状態は、図２に示すように、所定の円錐形状の試験錐を作製する。次いで、例えば８００℃付近から炉の最高温度（例えば１，６００℃）まで均一な速度で昇温し、その間における灰の溶融状況を観測し、各特性温度を計測する。
計測する温度により、ＩＤＴ、ＳＴ、ＨＴ、ＦＴ等の灰の軟化点、融点、溶流点を測定により求めている。
ここで、ＩＤＴとは、試験錐の変形開始温度であり、頂点が丸くなり始める温度である。
ここで、ＳＴとは、試験錐の球軟化温度であり、高さと底辺が等しくなり始める温度である。
ここで、ＨＴとは、試験錐の半球軟化温度であり、高さが底辺の１／２になる温度である。
ここで、ＦＴとは、試験錐の流動温度であり、高さが底辺の最大１／１６になる温度である。

灰化の際の試料皿への固着を防止するために６００℃で灰化した灰を用いる場合には、灰溶融特性試験を実施する際に、灰中に炭酸（ＣＯ₂）分が含まれているので、図３に示すように、加熱により炭酸（ＣＯ₂）分が放出される現象により、試験錐が変化したと判断して、ＳＴ（試験錐の球軟化温度）とかＩＤＴ（試験錐の変形開始温度）とか判断を見誤ることがあり、適正な評価ができない。

よって、灰の評価の際において、先ず、低品位燃料を８００℃以下で灰化して第１灰化灰を得た後、次に、前記第１灰化灰を１，１００℃以上で更に灰化して第２灰化灰を得るようにする。そして、２段階の灰化により得られた第２灰化灰を用いて、試験錐を作製して、灰溶融特性試験を実施する。

これにより、第２灰化の際に、含まれる炭酸（ＣＯ₂）分や硫酸（ＳＯ₃）分を除去させることで、炭酸（ＣＯ₂）分や硫酸（ＳＯ₃）分等による影響を除外し、誤差のない灰溶融特性試験を実施することができる。

ここで、８００℃以下の第１灰化温度は、好適には、５００〜６００℃の範囲とするのが好ましい。これは６００℃以上で灰化する場合、アルカリ溶融化合物による固着の影響を回避するためである。

以上より、本発明によれば、低品位燃料のスラッギングを回避する燃料評価方法により評価された低品位燃料は、その評価度合いに応じて、高品位炭との混合割合を調整して混合燃焼用の燃料とすることで、灰付着性の無いスラッギングを回避した燃料調整が可能となる。

Claims

低品位燃料の灰を分析して、低品位燃料のスラッギングを回避する燃料評価方法であって、
低品位燃料を灰化し、灰化した灰から低品位燃料に含まれる炭酸（ＣＯ₂）分の組成割合を全体の割合から除去し、灰成分組成を校正し、低品位燃料の評価を行うことを特徴とする低品位燃料のスラッギングを回避する燃料評価方法。
請求項１において、
低品位燃料を灰化し、灰化した灰から低品位燃料に含まれる硫酸（ＳＯ₃）分の組成割合を全体の割合から除去し、灰成分組成を校正し、低品位燃料の評価を行うことを特徴とする低品位燃料のスラッギングを回避する燃料評価方法。
請求項１又は２において、
灰の評価に、低品位燃料を８００℃以下で灰化した第１灰化灰を用いることを特徴とする低品位燃料のスラッギングを回避する燃料評価方法。
請求項１又は２において、
灰の評価に、低品位燃料を８００℃以下で灰化して第１灰化灰を得た後、さらに、前記第１灰化灰を１，１００℃以上で灰化した第２灰化灰を用いることを特徴とする低品位燃料のスラッギングを回避する燃料評価方法。
請求項１乃至４のいずれか一つの低品位燃料のスラッギングを回避する燃料評価方法により評価された低品位燃料が、その評価度合いに応じて、高品位炭との混合割合を調整し、混合燃焼用の燃料を調整することを特徴とする低品位燃料のスラッギングを回避する燃料調整方法。