JP2023081775A - Evaluation method for spontaneous heat build up property of coal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、貯留された状態にある石炭の自然発熱性を評価する方法に関する。 The present invention relates to a method for assessing the self-heating properties of coal in a stored state.
特許文献1には、少量の石炭試料を用いて石炭の自然発熱性を短時間で評価する方法が記載されている。この評価方法について、以下に具体的に説明する。
20~80gの石炭粉砕試料を内容器に収容し、この内容器を加温槽に収容する。加温槽の内部に酸素ガスを供給することにより、加温槽内の石炭粉砕試料を自然発熱させる。石炭粉砕試料の温度を測定し、自然発熱に伴う石炭粉砕試料の温度上昇に追従するように加温槽の内部の温度を上昇させる。石炭粉砕試料の温度が所定初期温度から所定終期温度に上昇するまでの時間を測定し、この測定時間に基づいて石炭の自然発熱性を評価する。ここで、測定時間が長いほど、自然発熱が起きにくい石炭であることを評価できる。 20 to 80 g of pulverized coal sample is placed in an inner container, and this inner container is placed in a heating tank. By supplying oxygen gas to the inside of the heating tank, the pulverized coal sample in the heating tank is spontaneously heated. The temperature of the pulverized coal sample is measured, and the temperature inside the heating tank is increased so as to follow the temperature rise of the pulverized coal sample due to spontaneous heat generation. The time required for the temperature of the pulverized coal sample to rise from a predetermined initial temperature to a predetermined final temperature is measured, and the self-heating property of the coal is evaluated based on this measurement time. Here, the longer the measurement time, the less likely the coal is to generate spontaneous heat.
特許文献1では、石炭粉砕試料を用意するために、石炭を粉砕して所定の粒径以下である石炭を調整している。ここで、粉砕した石炭を用いたときの自然発熱性は、粉砕していない石炭を用いた自然発熱性よりも高く評価されやすい。この理由は、粉砕した石炭では、粉砕面が外気に露出するため、粉砕していない石炭よりも自然発熱しやすくなるためである。
In
自然発熱性の評価対象となる石炭は、ヤードなどに貯留された石炭であるため、粉砕した石炭を用いて自然発熱性を評価してしまうと、貯留された石炭と比べて、自然発熱性を過大に評価してしまう。このため、自然発熱性を評価する上では、貯留された状態にある石炭について、自然発熱性を評価することが好ましい。一方、石炭を粉砕しないと、自然発熱性を評価するための測定が困難となるものが多く、すべての石炭の自然発熱性を測定できないという事情もある。 Coal to be evaluated for spontaneous heat generation is coal stored in a yard or the like. overestimate. For this reason, it is preferable to evaluate the self-heating property of coal in a stored state in order to evaluate the heat-generating property. On the other hand, if the coal is not pulverized, it is difficult to measure the self-heating property of many coals, and it is impossible to measure the self-heating property of all coals.
下記表1には、銘柄が互いに異なる3種類の石炭A~Cのそれぞれについて、石炭を粉砕して粒径が3mm以下である石炭と、粒径が3mm以下の区分である非粉砕の石炭とに分けた後、後述する実施例の方法にて自然発熱性を評価した結果を示す。ここでは、自然発熱性の評価値として発熱速度[℃/日]を用いた。 In Table 1 below, for each of three types of coal A to C with different brands, coal that is pulverized and has a particle size of 3 mm or less, and non-pulverized coal that has a particle size of 3 mm or less. After dividing into 2, the result of having evaluated spontaneous heat generation by the method of the Example mentioned later is shown. Here, the exothermic rate [°C/day] was used as an evaluation value of spontaneous heat generation.
上記表1によれば、石炭A~Cのいずれであっても、石炭を粉砕することによって、非粉砕の石炭よりも発熱速度が上昇することが分かる。したがって、上述したように、粉砕した石炭を用いて自然発熱性を評価してしまうと、貯留された石炭(非粉砕)と比べて、自然発熱性を過大に評価してしまう。 According to Table 1 above, it can be seen that pulverizing coal increases the heat release rate more than non-pulverized coal, regardless of whether coals A to C are used. Therefore, as described above, if pulverized coal is used to evaluate the self-heating property, the self-heating property will be overestimated compared to the stored coal (non-pulverized).
また、粉砕した石炭については、石炭A、石炭B、石炭Cの順に発熱速度が高くなるが、非粉砕の石炭については、石炭A及び石炭Cの発熱速度が同等であって、石炭Bの発熱速度が最も高くなる。このように、粉砕した石炭と非粉砕の石炭とでは、発熱速度の高低関係が異なってしまうため、粉砕した石炭について自然発熱性を評価しても、貯留された複数種類の石炭について、自然発熱性の優劣を決めることが難しくなる。 In pulverized coal, the heat generation rate increases in the order of coal A, coal B, and coal C. In non-pulverized coal, the heat generation rate of coal A and coal C is the same, and the heat generation rate of coal B is the same. highest speed. In this way, pulverized coal and non-pulverized coal have different heat generation rates. It becomes difficult to determine the superiority or inferiority of sex.
本発明は、石炭の自然発熱性を評価する方法であって、貯留された状態にある石炭のうち、所定粒径以下である石炭について、発熱速度を測定する発熱性試験を行う工程と、発熱性試験で測定した発熱速度と、予め求めた補正係数とに基づいて、貯留された状態にある石炭全体の自然発熱性を評価するための発熱速度を求める工程とを有する。補正係数は、貯留された状態にある石炭を複数の粒度区分に分けたときにおいて、所定粒径以下の粒度区分に属する石炭の相対発熱速度に対する、全粒度区分に属する石炭の相対発熱速度の比率である。 The present invention is a method for evaluating the spontaneous heat generating property of coal, which includes the steps of: performing a heat generating test for measuring the heat generation rate of coal having a predetermined particle size or less among stored coal; a step of obtaining a heat release rate for evaluating the spontaneous heat generation of the entire coal in a stored state based on the heat release rate measured in the property test and a previously determined correction factor. The correction coefficient is the ratio of the relative heat generation rate of coal belonging to all particle size categories to the relative heat generation rate of coal belonging to particle size categories equal to or smaller than a predetermined particle size when coal in a stored state is divided into a plurality of particle size categories. is.
所定粒径以下の粒度区分に属する石炭の相対発熱速度は、所定粒径以下の各粒度区分の相対発熱速度を、所定粒径以下の石炭の総質量に対する各粒度区分の石炭の質量の比率で加重平均した値である。全粒度区分に属する石炭の相対発熱速度は、全粒度区分の各粒度区分の相対発熱速度を、全粒度区分の石炭の総質量に対する各粒度区分の石炭の質量の比率で加重平均した値である。 The relative heat release rate of coal belonging to a particle size class of a predetermined particle size or less is calculated by the ratio of the mass of coal in each particle size class to the total mass of coal of a predetermined particle size or less. This is a weighted average value. The relative heat release rate of coal belonging to all particle size classes is the weighted average value of the relative heat release rates of each particle size class in all particle size classes by the ratio of the mass of coal in each particle size class to the total mass of coal in all particle size classes. .
所定粒径としては、発熱性試験において発熱速度を測定可能な粒径とすることができる。 The predetermined particle size can be a particle size that allows measurement of the heat release rate in the heat generation test.
上述した補正係数は、以下のように求めることができる。まず、貯留された状態にある石炭を複数の粒度区分に分類し、各粒度区分に属する石炭について、発熱性試験によって発熱速度を測定する。そして、測定した発熱速度に基づいて、所定の発熱速度を基準とした各粒度区分の相対発熱速度を求め、各粒度区分の相対発熱速度と、質量の比率とに基づいて、補正係数を求めることができる。 The correction coefficients described above can be obtained as follows. First, coal in a stored state is classified into a plurality of particle size categories, and the heat generation rate of coal belonging to each particle size category is measured by a heat generation test. Then, based on the measured heat release rate, the relative heat release rate of each particle size classification is obtained with reference to a predetermined heat release rate, and the correction coefficient is obtained based on the relative heat release rate of each particle size classification and the mass ratio. can be done.
補正係数を求めるために用いられる石炭は、自然発熱性を評価するための発熱速度を求める石炭と同一の銘柄とすることができる。 The coal used for determining the correction coefficient can be the same brand as the coal for determining the heat release rate for evaluating the spontaneous heat generation.
本発明によれば、貯留された状態にある石炭について、石炭を粉砕することなく、自然発熱性を評価するための発熱速度を適切に把握することができる。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to appropriately grasp the heat generation rate for evaluating the spontaneous heat generating property of coal in a stored state without pulverizing the coal.
本実施形態は、貯留された状態にある石炭を自然発熱性の評価対象とする。この石炭のうち、所定粒径以下である石炭について発熱速度を測定し、この発熱速度と後述する補正係数kとに基づいて、貯留された状態にある石炭(言い換えれば、すべての粒径を含む石炭)の発熱速度を求める。この発熱速度に基づいて、貯留された状態にある石炭の自然発熱性を評価することができる。以下、具体的に説明する。 In this embodiment, coal in a stored state is evaluated for spontaneous heat generation. Among the coal, the heat generation rate is measured for the coal having a predetermined particle size or less, and based on this heat generation rate and the correction coefficient k described later, the coal in the stored state (in other words, including all particle sizes) Coal) heat generation rate is calculated. Based on this heat generation rate, the spontaneous heat generating property of coal in a stored state can be evaluated. A specific description will be given below.
自然発熱性の評価対象となる石炭は、貯留された状態にある石炭であればよく、石炭の種類は特に限定されるものではない。ここで、ヤード等に貯留される石炭が自然発熱しやすい石炭である場合には、自然発熱に関する管理が必要になるため、このような石炭を自然発熱性の評価対象とすることができる。例えば、酸素含有率が8[mass%、ドライベース]以上である石炭を自然発熱性の評価対象とすることができる。また、同一銘柄の石炭であっても、ロットが互いに異なる石炭については、それぞれの石炭について、自然発熱性を評価することが好ましい。 Coal to be evaluated for self-heating property may be coal in a stored state, and the type of coal is not particularly limited. Here, if the coal stored in a yard or the like is coal that easily generates heat spontaneously, it is necessary to manage the spontaneous heat generation. Therefore, such coal can be evaluated for spontaneous heat generation. For example, coal having an oxygen content of 8 [mass%, dry base] or more can be evaluated for self-heating property. In addition, even if the coal is of the same brand, it is preferable to evaluate the self-heating property of each coal of different lots.
(補正係数k)
上述した補正係数kは予め求めておくものである。以下、補正係数kの求め方について、図1に示すフローチャートを用いて説明する。
(correction coefficient k)
The correction coefficient k described above is obtained in advance. A method for obtaining the correction coefficient k will be described below with reference to the flowchart shown in FIG.
ステップS101では、貯留された状態にある石炭を複数の粒度区分に分ける。ここでは、石炭を粉砕せずに、貯留されたままの石炭を用いる。貯留された状態にある石炭には、様々な粒径を有する石炭が含まれるため、複数の粒度区分を設定して、各粒度区分に属する石炭を選別する。例えば、篩い分けによって、各粒度区分に属する石炭を選別することができる。粒度区分の総数や、各粒度区分を規定する粒径の範囲は、適宜決めることができる。石炭を複数の粒度区分に分けた後、各粒度区分に属する石炭の質量を測定し、各粒度区分について、全粒度区分に属する石炭の総質量に対する、各粒度区分に属する石炭の質量の比率(質量割合)[mass%]を求める。 In step S101, coal in a stored state is divided into a plurality of particle size categories. Here coal is used as it is stored without crushing it. Since the coal in the stored state includes coal having various particle sizes, a plurality of particle size categories are set and the coal belonging to each particle size category is selected. For example, sieving can sort coal belonging to each particle size category. The total number of particle size divisions and the range of particle diameters defining each particle size division can be determined as appropriate. After dividing the coal into multiple grain size classes, the mass of coal belonging to each grain size class is measured, and for each grain size class, the ratio of the mass of coal belonging to each grain size class to the total mass of coal belonging to all grain size classes ( Mass ratio) [mass%] is obtained.
ステップS102では、各粒度区分に属する石炭について、発熱速度Vn[℃/日]を測定する。発熱速度Vnの添え字n(nは自然数)は、各粒度区分を意味する。後述する実施例によれば、石炭の粒径が大きいほど、発熱速度Vnが小さくなる。発熱速度Vnは、例えば、以下に説明する発熱性試験によって測定することができる。 In step S102, heat release rate Vn [°C/day] is measured for coal belonging to each particle size category. The subscript n (n is a natural number) of the heat generation rate Vn means each particle size division. According to the examples described later, the larger the coal particle size, the smaller the heat release rate Vn. The exothermic rate Vn can be measured, for example, by the exothermicity test described below.
図2には、発熱性試験で用いられる測定装置の概略構成を示す。発熱性試験は、恒温恒湿槽1に石炭試料を収納し、空気雰囲気での低温酸化発熱による石炭試料の温度上昇に追随するように恒温恒湿槽1の内部温度を設定して温度の上昇速度(発熱速度V)を測定するものである。
FIG. 2 shows a schematic configuration of a measuring device used in the exothermic test. In the exothermic test, a coal sample is stored in a constant temperature and
所定の内容積(例えば、225[L])を有する恒温恒湿槽1の内部には、円筒状鋼鉄製容器であるペール缶2(例えば、外径300[mm]高さ220[mm])が設置される。ペール缶2には、石炭試料が充填される。ここで、ペール缶2の下部に断熱材を敷き詰め、断熱材上に石炭試料を充填することにより、所定高さ(例えば、約100[mm])を有する石炭試料層を形成するようにしてもよい。なお、断熱材としては、例えば、セラミックファイバーボード等を使用することができる。石炭試料が充填される容器としては、ペール缶2の代わりに、断熱容器(例えば、真空断熱容器)を用いることができる。断熱容器を用いることにより、容器を介した熱の移動が発熱性試験に悪影響を与えることを抑制することができる。
A constant temperature and
石炭試料層の内部には温度センサ3aが配置されており、温度センサ3aによって石炭試料の温度を測定することができる。例えば、石炭試料層の上面から70[mm]の深さ位置に温度センサ3aを配置し、この温度センサ3aによって測定された温度を石炭試料の代表温度とすることができる。一方、ペール缶2の外部には、恒温恒湿槽1の内部温度を測定するための温度センサ3bが配置されている。
A
恒温恒湿槽1の内部には水タンク4が配置されており、水タンク4は、恒温恒湿槽1の内部湿度を一定湿度(例えば、50[%])に維持するために用いられる。また、恒温恒湿槽1には、ガス供給配管を介してガスが供給されるようになっており、このガスは加熱器5によって加熱される。恒温恒湿槽1の内部温度は、恒温恒湿槽1に供給されるガスの温度によって調整することができる。具体的には、制御部6は、温度センサ3a,3bの測定結果に基づいて、加熱器5による加熱を制御することにより、恒温恒湿槽1に供給されるガスの温度を調整して恒温恒湿槽1の内部温度を調整することができる。恒温恒湿槽1に供給されたガスは、恒温恒湿槽1から排出される。
A
発熱性試験を行うときには、まず、定温制御モードにおいて、窒素ガスを所定流量(例えば、30[L/分])で恒温恒湿槽1に供給することにより、恒温恒湿槽1の内部温度及び石炭試料の温度が初期温度(例えば、60[℃])に維持されるようにする。恒温恒湿槽1の内部温度及び石炭試料の温度が初期温度に維持された後、定温制御モードから温度追従制御モードに切り替える。
When conducting the exothermic test, first, in the constant temperature control mode, nitrogen gas is supplied to the constant temperature and
温度追従制御モードでは、恒温恒湿槽1の内部温度を石炭試料の温度に追随させる。ここで、恒温恒湿槽1の制御目標温度(例えば、60.0[℃])が変化しないように、石炭試料の温度にバイアス値を設定して恒温恒湿槽1の制御温度を設定し、窒素ガスを恒温恒湿槽1に供給しながら所定期間(例えば、半日以上)だけ待機する。この所定期間は、恒温恒湿槽1に供給するガスを窒素ガスから酸素含有ガス(例えば空気)に切り替えた後において、低温酸化反応による石炭試料の温度上昇を把握しやすくするために設定している。
In the temperature follow-up control mode, the internal temperature of the thermo-
所定期間が経過した後、恒温恒湿槽1に供給するガスを窒素ガスから酸素含有ガス(例えば空気)に切り替える。酸素含有ガスを所定流量(例えば、30[L/分])で恒温恒湿槽1に供給することにより、石炭試料では低温酸化反応が進行し、石炭試料の温度が上昇する。ここでは、温度追従制御モードにおいて、恒温恒湿槽1の内部温度を石炭試料の温度に追随させているため、石炭試料の温度上昇に応じて、恒温恒湿槽1の内部温度が上昇する。
After a predetermined period of time has passed, the gas supplied to the thermo-
温度追従制御モードが設定されている間、恒温恒湿槽1の内部温度の変化を記録する。この温度変化には、窒素ガスを供給している間の温度変化と、酸素含有ガスを供給している間の温度上昇とが含まれ、窒素ガスを供給している間の温度変化から温度変化速度が求められ、酸素含有ガスを供給している間の温度上昇から温度上昇速度が求められる。ここで、窒素ガスを供給したときの温度変化速度と、酸素含有ガスを供給したときの温度上昇速度との差分を、低温酸化反応による温度上昇速度(すなわち、発熱速度V)とすることができる。
Changes in the internal temperature of the thermo-
ステップS101の処理で設定された各粒度区分において、上述したように発熱速度Vnを測定することにより、各粒度区分と相対発熱速度Vrnとの関係性を求めることができる。相対発熱速度Vrnは、測定したすべての粒度区分における発熱速度Vnのうち、任意の1つの発熱速度Vnを基準としたときの相対的な値であり、具体的には、各粒度区分の発熱速度Vnを基準となる発熱速度Vnで除算した値となる。例えば、基準となる発熱速度Vnとしては、最も高い発熱速度Vnとしたり、最も低い発熱速度Vnとしたりすることができる。 By measuring the heat release rate Vn as described above for each particle size classification set in the process of step S101, the relationship between each particle size classification and the relative heat release rate Vrn can be obtained. The relative heat release rate Vrn is a relative value with respect to any one heat release rate Vn among the heat release rates Vn in all the measured particle size classes. Specifically, the heat release rate of each particle size class It is a value obtained by dividing Vn by the reference heat release rate Vn. For example, the reference heat release rate Vn may be the highest heat release rate Vn or the lowest heat release rate Vn.
なお、相対発熱速度Vrnを求める場合において、発熱速度Vnの測定ばらつきの影響を軽減するため、任意の粒度区分と相対発熱速度Vrnの関係性を求め、この関係性に基づき所定粒度区分(測定した粒度区分と異なってもよい)の相対発熱速度Vrnを求めてもよい。また、発熱速度Vnが測定できない粒度区分にあっては、上述した関係性を外挿して発熱速度Vnを求めることができる。 In the case of obtaining the relative heat release rate Vrn, in order to reduce the influence of measurement variations in the heat release rate Vn, the relationship between an arbitrary particle size classification and the relative heat release rate Vrn is obtained, and based on this relationship, a predetermined particle size classification (measured The relative heat generation rate Vrn of the particle size category (which may be different from the particle size category) may be determined. In addition, in a particle size category in which the heat release rate Vn cannot be measured, the heat release rate Vn can be obtained by extrapolating the relationship described above.
図1に戻り、ステップS103では、所定粒径Dth以下の粒度区分に属する石炭について、以下に説明する相対発熱速度Vr_parを求める。所定粒径Dth以下の粒度区分は、ステップS101の処理で設定したすべての粒度区分のうちの一部の粒度区分となる。所定粒径Dthは、適宜決めることができるが、図2で説明した測定装置で使用しやすい石炭の粒径であればよく、言い換えれば、ペール缶2に充填しやすい石炭の粒径であればよい。例えば、所定粒径Dthとしては、20[mm]、15[mm]、10[mm]又は3[mm]とすることができる。 Returning to FIG. 1, in step S103, a relative heat release rate Vr_par, which will be described below, is obtained for coal that belongs to a particle size category equal to or smaller than a predetermined particle size Dth. The particle size classifications of the predetermined particle size Dth or less are part of all the particle size classifications set in the process of step S101. Although the predetermined particle size Dth can be determined as appropriate, it may be any particle size of coal that is easy to use with the measuring device described with reference to FIG. good. For example, the predetermined particle size Dth can be 20 [mm], 15 [mm], 10 [mm] or 3 [mm].
相対発熱速度Vr_parは、所定粒径Dth以下の範囲内で分けられた複数の粒度区分のそれぞれの相対発熱速度Vrn[-]を、所定粒径Dth以下の各粒度区分の質量割合Wn_par[mass%]で加重平均した値であり、下記式(1)によって表される。ここで、相対発熱速度Vrn及び質量割合Wn_parにおける添え字n(nは自然数)は、所定粒径Dth以下の各粒度区分を意味する。 The relative heat release rate Vr_par is obtained by multiplying the relative heat release rate Vrn[-] of each of a plurality of particle size divisions within the range of a predetermined particle diameter Dth or less by the mass ratio Wn_par [mass% of each particle size division of a predetermined particle diameter Dth or less. ] and is represented by the following formula (1). Here, the suffix n (n is a natural number) in the relative heat release rate Vrn and the mass ratio Wn_par means each particle size division of a predetermined particle size Dth or less.
上記式(1)において、相対発熱速度Vrnは、上述したように、ステップS102の処理で測定された各粒度区分の発熱速度Vnから求められる。質量割合Wn_parは、所定粒径Dth以下である石炭の総質量に対する、所定粒径Dth以下の各粒度区分に属する石炭の質量の比率[mass%]である。質量割合Wn_parは、ステップS101の処理で測定された各粒度区分に属する石炭の質量から求めることができる。 In the above formula (1), the relative heat release rate Vrn is obtained from the heat release rate Vn of each particle size category measured in the process of step S102, as described above. The mass ratio Wn_par is the ratio [mass%] of the mass of coal belonging to each particle size class having a predetermined particle size Dth or less to the total mass of coal having a predetermined particle size Dth or less. The mass ratio Wn_par can be obtained from the mass of coal belonging to each particle size category measured in the process of step S101.
ステップS104では、すべての粒度区分について、以下に説明する相対発熱速度Vr_allを求める。すべての粒度区分とは、ステップS101の処理で設定したすべての粒度区分である。相対発熱速度Vr_allは、すべての粒度区分のそれぞれの相対発熱速度Vrn[-]を、すべての粒度区分のそれぞれの質量割合Wn_all[mass%]で加重平均した値であり、下記式(2)によって表される。ここで、相対発熱速度Vrn及び質量割合Wn_allにおける添え字n(nは自然数)は、各粒度区分を意味する。 In step S104, a relative heat release rate Vr_all, which will be described below, is obtained for all particle size categories. All granularity divisions are all granularity divisions set in the process of step S101. The relative heat release rate Vr_all is a value obtained by weighting and averaging the relative heat release rates Vrn [-] of all particle size categories by the mass ratio Wn_all [mass%] of all particle size categories, and is obtained by the following formula (2): expressed. Here, the subscript n (n is a natural number) in the relative heat release rate Vrn and the mass ratio Wn_all means each particle size division.
上記式(2)において、相対発熱速度Vrnは、上述したように、ステップS102の処理で測定された各粒度区分の発熱速度Vnから求められる。質量割合Wn_allは、すべての粒度区分に属する石炭の総質量に対する、各粒度区分に属する石炭の質量の比率[mass%]である。相対発熱速度Vr_allは、すべての粒度区分を対象としているのに対して、上述した相対発熱速度Vr_parは、所定粒径Dth以下の粒度区分を対象としている。すなわち、相対発熱速度Vr_allの算出に用いられる質量割合Wn_allの分母(すべての粒度区分に属する石炭の総質量)は、相対発熱速度Vr_parの算出に用いられる質量割合Wn_parの分母(所定粒径Dth以下である石炭の総質量)とは異なる。 In the above formula (2), the relative heat release rate Vrn is obtained from the heat release rate Vn of each particle size category measured in the process of step S102, as described above. The mass ratio Wn_all is the ratio [mass%] of the mass of coal belonging to each particle size classification to the total mass of coal belonging to all particle size classifications. The relative heat release rate Vr_all targets all particle size categories, whereas the above-described relative heat release rate Vr_par targets particle size categories equal to or smaller than a predetermined particle size Dth. That is, the denominator of the mass ratio Wn_all used to calculate the relative heat release rate Vr_all (total mass of coal belonging to all particle size classes) is the denominator of the mass ratio Wn_par used to calculate the relative heat release rate Vr_par (predetermined particle size Dth or less). is the total mass of coal).
ステップS105では、ステップS103の処理で求められた相対発熱速度Vr_parと、ステップS104の処理で求められた相対発熱速度Vr_allに基づいて補正係数k[-]を求める。補正係数kは、相対発熱速度Vr_parに対する相対発熱速度Vr_allの値であり、下記式(3)によって表される。補正係数kは、後述するように、自然発熱性の評価対象となる石炭の発熱速度を求めるときに用いられる。 In step S105, a correction coefficient k[-] is obtained based on the relative heat generation rate Vr_par obtained in the processing of step S103 and the relative heat generation rate Vr_all obtained in the processing of step S104. The correction coefficient k is the value of the relative heat release rate Vr_all with respect to the relative heat release rate Vr_par, and is represented by the following formula (3). As will be described later, the correction coefficient k is used when obtaining the heat generation rate of coal to be evaluated for spontaneous heat generation.
(石炭の自然発熱性の評価)
次に、石炭の自然発熱性を評価する方法について説明する。自然発熱性の評価では、以下に説明するように、評価対象となる石炭の発熱速度V_allを求める。そして、この発熱速度V_allに基づいて、評価対象となる石炭が自然発熱しやすいか否かを評価したり、複数種類の石炭について、自然発熱しやすい順序又は自然発熱しにくい順序を評価したりすることができる。図3は、評価対象となる石炭の発熱速度V_allを求める処理を説明するフローチャートである。
(Evaluation of spontaneous heat generation of coal)
Next, a method for evaluating the self-heating property of coal will be described. In the evaluation of spontaneous heat generation, the heat generation rate V_all of coal to be evaluated is obtained as described below. Then, based on this heat generation rate V_all, it is evaluated whether or not the coal to be evaluated is likely to generate heat spontaneously, and the order in which multiple types of coal tend to generate heat spontaneously or is difficult to generate heat spontaneously is evaluated. be able to. FIG. 3 is a flowchart for explaining the process of obtaining the heat release rate V_all of coal to be evaluated.
ステップS201では、評価対象となる石炭から、所定粒径Dth以下である石炭を選別する。評価対象となる石炭は、ヤード等に貯留された状態にある石炭であって、粉砕処理が行われていない石炭である。ここで、所定粒径Dthは、上述したステップS103の処理で説明した所定粒径Dthと同じである。例えば、評価対象となる石炭に対して篩い分けを行うことにより、所定粒径Dth以下である石炭を選別することができる。 In step S201, coal having a predetermined particle size Dth or less is selected from coal to be evaluated. Coal to be evaluated is coal stored in a yard or the like, and is coal that has not been pulverized. Here, the predetermined particle size Dth is the same as the predetermined particle size Dth described in the process of step S103. For example, by sieving coal to be evaluated, coal having a predetermined particle size Dth or less can be selected.
ステップS202では、ステップS201で選別した石炭(所定粒径Dth以下の石炭)について、上述した発熱性試験を行うことにより、発熱速度V_parを測定する。ステップS203では、ステップS202の処理で測定した発熱速度V_parと、図1に示す処理で予め求められた補正係数kとに基づいて、自然発熱性の評価対象となる石炭であって、すべての粒径を含む石炭の発熱速度V_allを求める。発熱速度V_allは、発熱速度V_parに補正係数kを乗算した値であり、下記式(4)によって表される。この発熱速度V_allに基づいて、ヤード等に貯留された状態にある石炭の自然発熱性を評価することができる。 In step S202, the exothermic rate V_par is measured by performing the heat generation test described above on the coal selected in step S201 (coal having a predetermined particle size Dth or less). In step S203, based on the heat generation rate V_par measured in the process of step S202 and the correction coefficient k previously obtained in the process shown in FIG. Obtain the heat release rate V_all of the coal including the diameter. The heat release rate V_all is a value obtained by multiplying the heat release rate V_par by a correction coefficient k, and is expressed by the following formula (4). Based on this heat generation rate V_all, it is possible to evaluate the spontaneous heat generation of coal stored in a yard or the like.
本実施形態において、補正係数kを求めるときの石炭と、自然発熱性を評価するときの石炭とは、銘柄が同一の石炭であってもよいし、銘柄が互いに異なる石炭であってもよい。また、銘柄が同一の石炭としては、ロットが同じである石炭であってもよいし、ロットが異なる石炭であってもよい。銘柄が同一の石炭であったり、銘柄及びロットが同一である石炭であったりすれば、自然発熱性を評価する精度を向上させることができる。 In the present embodiment, the coal for determining the correction coefficient k and the coal for evaluating the self-heating property may be coal of the same brand or coal of different brands. Coal of the same brand may be coal of the same lot or coal of different lots. If coal of the same brand or coal of the same brand and lot is used, the accuracy of evaluating spontaneous heat generation can be improved.
一方、銘柄が互いに異なる石炭であっても、上記式(4)から求められた発熱速度V_allに基づいて自然発熱性の評価を行うことができる。ここで、発熱速度V_allを求めるための補正係数kは、上述したように、所定粒径Dth以下の粒度区分に属する石炭の相対発熱速度Vr_parと、すべての粒度区分に属する石炭の相対発熱速度Vr_allとから求められる。銘柄が互いに異なる石炭であっても、ヤード等に貯留される石炭の最大粒径は同等(例えば、約50[mm])であり、粒度範囲は互いに共通している。このため、相対発熱速度Vr_par,Vr_allのそれぞれを規定する粒度範囲は、銘柄が互いに異なる石炭であっても共通することになる。したがって、銘柄が互いに異なる石炭であっても、共通する補正係数kを用いて発熱速度V_allを求めることができ、この発熱速度V_allに基づいて自然発熱性の評価を行うことができる。 On the other hand, even coals of different brands can be evaluated for spontaneous heat generation based on the heat generation rate V_all obtained from the above equation (4). Here, as described above, the correction coefficient k for obtaining the heat release rate V_all is the relative heat release rate Vr_par of coal belonging to the particle size divisions equal to or smaller than the predetermined particle size Dth, and the relative heat release rate Vr_all of coal belonging to all particle size divisions. and is required. Even coals of different brands have the same maximum particle size (for example, about 50 [mm]) and the same particle size range. Therefore, the particle size ranges that define the relative heat generation rates Vr_par and Vr_all are common even for coals of different brands. Therefore, even if the brands of coal are different from each other, the heat generation rate V_all can be obtained using the common correction coefficient k, and the spontaneous heat generation can be evaluated based on this heat generation rate V_all.
発熱速度V_allに基づいて石炭の自然発熱性を評価すれば、ヤード等に貯留された石炭に対する発熱対策を検討することができる。例えば、自然発熱性が相対的に高いと評価された石炭については、ヤード等に石炭を貯留する期間を短縮したり、石炭の抜熱のための散水を強化したり、空気を侵入しにくくするように石炭を填圧したり、過度の発熱を抑制するための薬剤を石炭に散布したりすることができる。 By evaluating the spontaneous heat generating property of coal based on the heat release rate V_all, heat generation countermeasures for coal stored in a yard or the like can be considered. For example, for coal that has been evaluated as having relatively high self-heating properties, the period of coal storage in yards, etc. should be shortened, water should be sprinkled more strongly to remove heat from the coal, and air should be less likely to enter. The coal can be compacted in such a way as to prevent excessive heat build-up, or the coal can be sprayed with chemicals to suppress excessive heat generation.
以下、実施例について説明するが、本発明はこの実施例に限るものではない。 Examples will be described below, but the present invention is not limited to these examples.
(補正係数kの特定)
酸素含有率が互いに異なる5つの石炭A~D(2)を用意した。これらの石炭は、ヤードに貯留された石炭であって、粉砕されていない石炭である。下記表2には、5つの石炭の酸素含有率を示す。下記表2に示す石炭D(1),D(2)は、同一の銘柄であって、ロットが互いに異なる石炭である。下記表2に示すように、石炭D(1),D(2)のロットが異なると、酸素含有率も異なる。なお、下記表2に示す石炭A,B,Cは、上記表1に示す石炭A,B,Cと同じである。
(Specification of correction coefficient k)
Five coals A to D (2) with different oxygen contents were prepared. These coals are yard-stored coals that are not pulverized. Table 2 below shows the oxygen content of the five coals. Coals D(1) and D(2) shown in Table 2 below are coals of the same brand but of different lots. As shown in Table 2 below, different lots of coal D(1) and D(2) have different oxygen contents. The coals A, B, and C shown in Table 2 below are the same as the coals A, B, and C shown in Table 1 above.
石炭D(1)を複数の粒度区分に分類し、各粒度区分に属する石炭D(1)について、上述した測定装置(図2参照)を用いて発熱速度Vnを測定した。 The coal D(1) was classified into a plurality of particle size categories, and the heat generation rate Vn of the coal D(1) belonging to each particle size category was measured using the above-described measuring device (see FIG. 2).
発熱速度Vnの測定方法は、上述した通りであり、図4には、発熱速度Vnの測定において、恒温恒湿槽1の内部温度及び石炭の温度の経時変化の一例を模式的に示す。図4において、左側縦軸は恒温恒湿槽1の内部温度[℃]であり、右側縦軸は石炭の温度[℃]であり、横軸は時間[日]である。なお、図4では、恒温恒湿槽1の温度変化と石炭の温度変化とを分かりやすくするために、左側縦軸及び右側縦軸の温度をずらしている。
The method for measuring the heat release rate Vn is as described above, and FIG. 4 schematically shows an example of temporal changes in the internal temperature of the constant temperature and
図4に示すように、時間t0で測定を開始してから時間t1までは、定温制御モードでの制御が行われ、時間t1以降では、温度追従制御モードでの制御が行われる。ここで、時間t0から時間t2までは、恒温恒湿槽1に窒素ガスを供給し、時間t2以降では、恒温恒湿槽1に酸素含有ガス(空気ガス)を供給した。
As shown in FIG. 4, from the start of measurement at time t0 to time t1, control is performed in the constant temperature control mode, and after time t1, control is performed in the temperature follow-up control mode. Here, nitrogen gas was supplied to the constant temperature and
上述した発熱速度の測定結果を図5及び下記表3に示す。図5において、左側縦軸は測定結果である発熱速度Vn[℃/日]であり、右側縦軸は相対発熱速度Vrn[-]であり、横軸は石炭D(1)の粒径[mm]である。なお、横軸の粒径は、粒度区分の幾何平均径である。本実施例において、相対発熱速度Vrnは、すべての粒度区分の発熱速度Vnのうち、最も高い発熱速度Vn_maxに対する各粒度区分の発熱速度Vnの比率(Vn/Vn_max)である。ここで、発熱速度Vn_maxの相対発熱速度Vrnは1.0となり、相対発熱速度Vrnは、0以上1.0以下の範囲内の値を取り得る。 FIG. 5 and Table 3 below show the measurement results of the heat release rate described above. In FIG. 5, the left vertical axis is the measured heat release rate Vn [°C/day], the right vertical axis is the relative heat release rate Vrn [−], and the horizontal axis is the particle size of coal D (1) [mm ]. The particle diameter on the horizontal axis is the geometric mean diameter of the particle size division. In this embodiment, the relative heat release rate Vrn is the ratio (Vn/Vn_max) of the heat release rate Vn of each particle size category to the highest heat release rate Vn_max among the heat release rates Vn of all particle size categories. Here, the relative heat release rate Vrn of the heat release rate Vn_max is 1.0, and the relative heat release rate Vrn can take a value within the range of 0 or more and 1.0 or less.
下記表3には、各粒度区分の相対発熱速度Vrn[-]を示す。下記表3から分かる通り、石炭D(1)の粒径が大きいほど、相対発熱速度Vrn(言い換えれば、発熱速度Vn)が低くなる。なお、粒径が25[mm]以上である粒度区分については、発熱速度Vnを測定することができず相対発熱速度Vrnを求めることができなかったため、図5に示す関係に基づく外挿法によって相対発熱速度Vrnを求めた。 Table 3 below shows the relative heat release rate Vrn[-] for each particle size category. As can be seen from Table 3 below, the larger the particle size of the coal D(1), the lower the relative heat release rate Vrn (in other words, the heat release rate Vn). For particle size categories with a particle size of 25 [mm] or more, the heat release rate Vn could not be measured and the relative heat release rate Vrn could not be obtained, so extrapolation based on the relationship shown in FIG. A relative heat release rate Vrn was determined.
次に、上記表3に示す各粒度区分の相対発熱速度Vrnと、各粒度区分に属する石炭D(1)の質量割合Wn_par,Wn_allとに基づいて、相対発熱速度Vr_par及び相対発熱速度Vr_allをそれぞれ求めた。相対発熱速度Vr_parは上記式(1)から求められ、相対発熱速度Vr_allは上記式(2)から求められる。 Next, relative heat release rate Vr_par and relative heat release rate Vr_all are calculated based on the relative heat release rate Vrn of each particle size classification shown in Table 3 above and the mass ratios Wn_par and Wn_all of the coal D(1) belonging to each particle size classification. asked. The relative heat release rate Vr_par is obtained from the above formula (1), and the relative heat release rate Vr_all is obtained from the above formula (2).
下記表4には、石炭D(1)について、すべての粒度区分を対象としたときの各粒度区分の質量割合Wn_allと、所定粒径Dth以下の粒度区分を対象としたときの各粒度区分の質量割合Wn_parとを示す。本実施例では、所定粒径Dthを3[mm]とした。図6には、石炭A~D(2)について、粒径[mm]及び積算篩下質量(mass%)の関係(粒度分布)を示す。 Table 4 below shows, for coal D (1), the mass ratio Wn_all of each particle size classification for all particle size classifications, and the mass ratio Wn_all of each particle size classification for particle size classifications of a predetermined particle size Dth or less. and the mass ratio Wn_par. In this example, the predetermined particle diameter Dth was set to 3 [mm]. FIG. 6 shows the relationship (particle size distribution) between particle size [mm] and accumulated mass under sieves (mass%) for coals A to D (2).
質量割合Wn_allは、すべての粒度区分における石炭D(1)の総質量に対する、各粒度区分に属する石炭D(1)の質量の比率であり、上記式(2)に示すように、相対発熱速度Vr_allを求めるために用いられる。質量割合Wn_parは、所定粒径Dth(3[mm])以下である石炭D(1)の総質量に対する、所定粒径Dth(3[mm])以下の各粒度区分に属する石炭D(1)の質量の比率であり、上記式(1)に示すように、相対発熱速度Vr_parを求めるために用いられる。質量割合Wn_parは、各粒度区分の質量割合Wn_allから求めることができる。 The mass ratio Wn_all is the ratio of the mass of coal D(1) belonging to each particle size category to the total mass of coal D(1) in all particle size categories. Used to determine Vr_all. The mass ratio Wn_par is the coal D(1) belonging to each particle size class having a predetermined particle size Dth (3 [mm]) or less with respect to the total mass of the coal D(1) having a predetermined particle size Dth (3 [mm]) or less. , and is used to determine the relative heat release rate Vr_par as shown in the above equation (1). The mass ratio Wn_par can be obtained from the mass ratio Wn_all of each particle size class.
石炭D(1)について、相対発熱速度Vr_par及び相対発熱速度Vr_allと、上記式(3)から求めた補正係数kを下記表5に示す。また、石炭A~C,D(2)のそれぞれについても、上述した石炭D(1)と同様の方法によって、相対発熱速度Vr_par及び相対発熱速度Vr_allを求めるとともに、補正係数kを求めた。この結果も下記表5に示す。 Table 5 below shows the relative heat release rate Vr_par, the relative heat release rate Vr_all, and the correction coefficient k obtained from the above equation (3) for the coal D(1). Further, for each of the coals A to C and D(2), the relative heat release rate Vr_par and the relative heat release rate Vr_all were determined by the same method as for the coal D(1) described above, and the correction coefficient k was determined. The results are also shown in Table 5 below.
(自然発熱性の評価)
石炭A~D(2)のそれぞれについて、粒径が所定粒径Dth(=3[mm])以下である石炭を篩い分けによって選別した。この選別した石炭について、上述した測定装置(図2参照)を用いて発熱速度V_parを測定した。また、測定した発熱速度V_parと、上記表5に示す補正係数kとに基づいて、評価値としての発熱速度V_allを求めた。発熱速度(評価値)V_allは、測定した発熱速度V_parに補正係数kを乗算した値であり、すべての粒径を含む各石炭A~D(2)の発熱速度(推定値)である。この結果を下記表6に示す。
(Evaluation of spontaneous heat generation)
For each of the coals A to D(2), coal having a particle size equal to or smaller than a predetermined particle size Dth (=3 [mm]) was selected by sieving. The heat release rate V_par of the sorted coal was measured using the above-described measuring device (see FIG. 2). Further, based on the measured heat release rate V_par and the correction coefficient k shown in Table 5 above, the heat release rate V_all was obtained as an evaluation value. The heat release rate (evaluation value) V_all is the value obtained by multiplying the measured heat release rate V_par by the correction coefficient k, and is the heat release rate (estimated value) of each coal A to D (2) including all particle sizes. The results are shown in Table 6 below.
一方、下記表6には、石炭A~D(2)のそれぞれについて、すべての粒径を含む石炭を用いて上述した測定装置(図2参照)によって測定した発熱速度(測定値)V_allも示す。ここで、石炭B,D(1),D(2)は、ペール缶2(図2参照)に均一に充填することができず、温度センサ3aを石炭試料層の内部に適切に配置することができなかったため、発熱速度(測定値)V_allを測定することができなかった。
On the other hand, Table 6 below also shows the heat release rate (measured value) V_all measured by the above-described measuring device (see FIG. 2) using coal containing all particle sizes for each of coals A to D (2). . Here, the coals B, D(1), and D(2) cannot be uniformly filled in the pail 2 (see FIG. 2), and the
上記表6によれば、石炭A,Cのそれぞれについて、発熱速度(評価値)V_all及び発熱速度(測定値)V_allに大きなずれは見られなかった。したがって、補正係数kを予め求めておき、所定粒径Dth以下である石炭(非粉砕)の発熱速度V_parを測定すれば、すべての粒径を含む石炭の発熱速度V_allを把握できることが分かった。特に、石炭B,D(1),D(2)は、上記の通り、全粒度区分の発熱速度(測定値)V_allを測定することができなかったが、全粒度区分の発熱速度を評価することができた。 According to Table 6 above, for each of the coals A and C, no large deviation was found in the heat release rate (evaluation value) V_all and the heat release rate (measurement value) V_all. Therefore, it was found that if the correction coefficient k is obtained in advance and the heat release rate V_par of coal (non-pulverized) having a predetermined particle size Dth or less is measured, the heat release rate V_all of coal including all particle sizes can be grasped. In particular, for coals B, D (1), and D (2), as described above, the heat release rate (measured value) V_all of all particle size categories could not be measured, but the heat release rate of all particle size categories was evaluated. I was able to
本実施例のように発熱速度(評価値)V_allを求めれば、発熱速度(自然発熱性)の高低関係を把握することができる。具体的には、石炭D(2)は石炭D(1)よりも自然発熱性が高く、石炭D(1)は、石炭A~Cよりも自然発熱性が高いことが分かった。また、石炭A~Cについては、同程度の自然発熱性を有することが分かった。 If the heat generation rate (evaluation value) V_all is obtained as in this embodiment, it is possible to grasp the level relationship of the heat generation rate (spontaneous heat generation). Specifically, it was found that coal D(2) has a higher self-heating property than coal D(1), and coal D(1) has a higher self-heating property than coals AC. In addition, it was found that coals A to C have the same degree of spontaneous heat generation.
粒径が3mm以下である石炭の発熱速度V_parに着目すると、石炭Aは石炭Bよりも発熱速度が低くなるが、図6に示す粒度分布によれば、石炭Aは石炭Bよりも相対的に粒径が小さいため、発熱速度(評価値)V_allについては、石炭A及び石炭Bが同程度であることが分かった。また、石炭D(1),D(2)は、ロットが異なるだけであるが、発熱速度(評価値)V_allは大きく異なるため、ロット毎に自然発熱性を評価する必要があることが分かった。 Focusing on the heat release rate V_par of coal with a particle size of 3 mm or less, coal A has a lower heat release rate than coal B, but according to the particle size distribution shown in FIG. It was found that coal A and coal B have similar heat generation rate (evaluation value) V_all because of their small particle size. In addition, although the coals D(1) and D(2) differ only in lot, the heat generation rate (evaluation value) V_all differs greatly, so it was found that it is necessary to evaluate the spontaneous heat generation for each lot. .
1:恒温恒湿槽、2:ペール缶、3a,3b:温度センサ、4:水タンク、5:加熱器、
6:制御部
1: constant temperature and humidity chamber, 2: pail, 3a, 3b: temperature sensor, 4: water tank, 5: heater,
6: Control unit
Claims (4)
前記発熱性試験で測定した発熱速度と、予め求めた補正係数とに基づいて、貯留された状態にある石炭全体の自然発熱性を評価するための発熱速度を求める工程とを有し、
前記補正係数は、貯留された状態にある石炭を複数の粒度区分に分けたときにおいて、前記所定粒径以下の粒度区分に属する石炭の相対発熱速度に対する、全粒度区分に属する石炭の相対発熱速度の比率であり、
前記所定粒径以下の粒度区分に属する石炭の相対発熱速度は、前記所定粒径以下の各粒度区分の相対発熱速度を、前記所定粒径以下の石炭の総質量に対する各粒度区分の石炭の質量の比率で加重平均した値であり、
全粒度区分に属する石炭の相対発熱速度は、全粒度区分の各粒度区分の相対発熱速度を、全粒度区分の石炭の総質量に対する各粒度区分の石炭の質量の比率で加重平均した値であることを特徴とする石炭の自然発熱性評価方法。 A step of performing a heat generation test for measuring a heat generation rate for coal having a predetermined particle size or less among the coal in a stored state;
determining a heat release rate for evaluating the spontaneous heat generation of the entire coal in a stored state based on the heat release rate measured in the heat release test and a previously obtained correction coefficient;
The correction coefficient is the relative heat generation rate of coal belonging to all particle size categories with respect to the relative heat generation rate of coal belonging to particle size categories equal to or smaller than the predetermined particle size when coal in a stored state is divided into a plurality of particle size categories. is the ratio of
The relative heat generation rate of the coal belonging to the particle size classification of the predetermined particle size or less is calculated by dividing the relative heat generation rate of each particle size classification of the predetermined particle size or less into the mass of the coal of each particle size classification with respect to the total mass of the coal of the predetermined particle size or less. is the weighted average value with the ratio of
The relative heat release rate of coal belonging to all particle size classes is the weighted average value of the relative heat release rates of each particle size class in all particle size classes by the ratio of the mass of coal in each particle size class to the total mass of coal in all particle size classes. A method for evaluating the self-heating property of coal, characterized by:
各粒度区分に属する石炭について、前記発熱性試験によって発熱速度を測定し、
測定した発熱速度に基づいて、所定の発熱速度を基準とした各粒度区分の相対発熱速度を求め、
各粒度区分の相対発熱速度と、前記質量の比率とに基づいて、前記補正係数を求めることを特徴とする請求項1又は2に記載の石炭の自然発熱性評価方法。 Classifying coal in a stored state into multiple particle size categories,
For coal belonging to each particle size category, the heat generation rate is measured by the heat generation test,
Based on the measured heat release rate, determine the relative heat release rate of each particle size classification based on the predetermined heat release rate,
3. The method for evaluating spontaneous heat generation of coal according to claim 1 or 2, wherein the correction coefficient is obtained based on the relative heat generation rate of each particle size division and the ratio of the mass.
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