JP3804272B2

JP3804272B2 - 微粉炭の自然発火性評価装置およびその評価方法

Info

Publication number: JP3804272B2
Application number: JP15335698A
Authority: JP
Inventors: 禎石野森; 孝平鈴木; 潤一茂田; 統夫綾部
Original assignee: 石川島播磨重工業株式会社
Priority date: 1998-06-02
Filing date: 1998-06-02
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2018-06-02
Also published as: JPH11344456A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微粉炭焚ボイラにエネルギー源として供給される微粉炭の自然発火性を評価する評価装置およびその評価方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電所等で使用される微粉炭焚ボイラは、供給される微粉炭を空気で巻き上げながら火炉内へと搬送し、これを燃焼させるボイラである。
この種の微粉炭焚ボイラにおいては、バーナおよび搬送装置などに微粉炭が堆積すると、雰囲気温度等によっては微粉炭が自然発火する恐れがある。これは、低温であっても、微粉炭と酸素とが共存した状態では、微粉炭が酸化反応して反応熱を発生し、高熱化することを原因としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この自然発火が発生する因子は完全に把握されていないため、微粉炭の堆積そのものが発生しないよう、バーナ部等の形状を変更することで解決が試みられていたが、完全に阻止することは困難であった。
また、自然発火は、微粉炭中に含まれる揮発分の量に依存すると考えられていたため、自然発火を起こした微粉炭を分析し、その結果から自然発火温度を予測して運転を行っていた。しかし、この対策においても完全にトラブルを防ぐことは困難であった。
【０００４】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、以下の目的を達成しようとするものである。
すなわち、微粉炭が自然発火を起こす条件の評価を、少量のサンプルにより正確かつ容易に行えることを目的とする。
また、微粉炭の自然発火を阻止することも目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するにあたり、下記のような検討を行った。
微粉炭が自然発火が発生する条件は、堆積箇所の壁面からの微粉炭が受ける入熱と、微粉炭の酸化反応熱と、微粉炭から雰囲気へ逃げる放熱とのバランスにより決定される。すなわち、反応熱と入熱との和が放熱よりも大きい場合に、微粉炭が蓄熱し、温度が上昇して自然発火に至るものと推察されるので、次のような評価装置および評価方法を採用するに至った。
【０００６】
すなわち、微粉炭の自然発火性評価装置は、微粉炭を充填する空間を有するケースと、該ケースの下端面に装着された加熱装置と、これらを収納する密閉容器と、該密閉容器内の雰囲気を加熱するヒータとが具備されていることを特徴とする。
上記評価装置によれば、ケース内の空間に充填された微粉炭を加熱装置で加熱し、また、密閉容器内の雰囲気をヒータで加熱することで、微粉炭への入熱と微粉炭から雰囲気への放熱が模擬される。
【０００７】
この自然発火性評価装置において、前記ケースは、前記空間の側壁を形成する多孔質性の断熱板と底部を形成する底部板体とからなり、前記底部板体には、該底部板体の温度を計測する壁温計測器が装備されると共に、前記空間内には、微粉炭の温度を計測する微粉炭温度計測器が装備されており、前記密閉容器が、容器本体と、該容器本体内の前記雰囲気の温度を計測する雰囲気温度計測器とを具備する。
この評価装置によれば、断熱板から雰囲気への微粉炭の放熱が抑えられると共に、断熱板を介して雰囲気から空間内に流入する空気中の酸素と反応して微粉炭はまんべんなく酸化する。そして、底部板体の温度は壁温計測器によって計測されると共に、微粉炭の温度は微粉炭温度計測器によって計測される。
【０００８】
また、微粉炭の自然発火性評価方法は、ケース内に任意の層高を形成する微粉炭を充填するとともに、該ケースの下端面および雰囲気をそれぞれ任意の温度に加熱して、微粉炭への入熱と微粉炭からの放熱と微粉炭の酸化反応熱とによる熱バランスを模擬し、微粉炭の温度の履歴を計測して微粉炭の自然発火条件の評価を行うことを特徴とする。
この評価方法によれば、熱バランスが模擬された状態で微粉炭の温度履歴が計測され、この計測結果に基づいて微粉炭が自然発火する条件が評価される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる微粉炭の自然発火性評価装置およびその評価方法の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１に示す微粉炭の自然発火性評価装置は、評価される微粉炭Ｓを充填する空間１を有するケース２と、該ケース２の下端面３に装着された加熱装置４と、これらを収納する密閉容器５と、該密閉容器５内の雰囲気Ａを加熱するヒータ６とを具備している。
【００１０】
ケース２は、空間１の側壁を形成する多孔質性の断熱板７と底部を形成する底部板体８とからなり、底部板体８には、該底部板体８の温度を計測する壁温計測器９が装備されると共に、空間１内には、微粉炭Ｓの温度を計測するための微粉炭温度計測器１０が装備されている。
断熱板７は、断熱性と通気性とを有するアルミナペーパ製であり、底部板体８はステンレス製の板材である。壁温計測器９と微粉炭温度計測器１０は熱電対であり、密閉容器５の外方に配置された図示されない表示記録計に温度データを送る機能を有している。
【００１１】
加熱装置４は、電気ヒータであり、密閉容器５外からの操作で任意の温度に調節自在とされている。そして、この加熱装置４は前記下端面３に密着固定されている。
密閉容器５は、容器本体１１と、該容器本体１１内の雰囲気Ａの温度を計測する雰囲気温度計測器１２とを具備している。この雰囲気温度計測器１２は熱電対であり、前記表示記録計に温度データを送る機能を有している。密閉容器５内の雰囲気Ａは、空気とされている。
ヒータ６は、ニクロム線からなる電気ヒータであり、密閉容器５外からの操作で雰囲気Ａの温度を任意に調節するようになっている。
【００１２】
以下、このような、微粉炭の自然発火性評価装置を用いた微粉炭の自然発火性の評価方法について説明する。
まず、密閉容器５を密閉した後、ヒータ６に通電してこれを発熱させ、雰囲気Ａの温度Ｔを例えば６０℃まで上昇させる。この温度Ｔは、雰囲気温度計測器１２で計測され、前記表示記録計に表示および記録される。
【００１３】
次に、加熱装置４に通電してこれを発熱させ、底部板体８の温度Ｔ’を例えば１８５℃まで上昇させる。温度Ｔおよび温度Ｔ’が一定となった後、ケース２の空間１に、例えば１５ｍｍの層高Ｈを形成するよう、あらかじめ密閉容器５の雰囲気Ａの温度Ｔに予熱しておいた粒子径Ｄを有する少量の微粉炭Ｓを充填し、ケース２を密閉容器５内に収納する。
このとき、底部板体８から微粉炭Ｓに入熱が生じるので、微粉炭Ｓの温度Ｔ”は上昇する。温度Ｔ’は壁温計測器９で計測され、また、温度Ｔ”は微粉炭温度計測器１０で計測され、これらは前記表示記録計に表示および記録される。
【００１４】
以上により、６０℃の雰囲気Ａの環境下における、１８５℃の底部板体８に堆積した微粉炭Ｓでの熱バランスが模擬される。ここでいう熱バランスとは、底部板体８から微粉炭Ｓに流入する入熱と、微粉炭Ｓの酸化反応熱と、微粉炭Ｓから雰囲気Ａへの放熱とのバランスであり、入熱と酸化反応熱との和が放熱よりも大きい場合には、微粉炭Ｓは蓄熱して温度Ｔ”が上昇し、自然発火に至る場合がある。逆に、入熱と酸化反応熱との和が放熱よりも小さい場合には、微粉炭Ｓの温度Ｔ”は上昇せずに自然発火に至らない。
【００１５】
図２、３、４は、４μｍ、８μｍ、４０μｍの異なる粒子経Ｄを有する微粉炭Ｓを、上記実験に適用したときの結果を示すグラフであり、横軸は加熱時間、縦軸は微粉炭Ｓの温度Ｔ”を表している。これらの図において、層高Ｈは１５ｍｍ、雰囲気Ａの温度Ｔは６０℃で統一されている。
以上の設定のもと、まず、底部板体８の温度Ｔ’を、粒子経Ｄが４μｍ、８μｍの場合では１８５℃に、また、粒子経Ｄが４０μｍの場合では２０５℃とした場合の実験結果が図２、３、４に破線で示されている。また、同図において、温度Ｔ’を、粒子経Ｄが４μｍのものにおいては１９０℃に、粒子経Ｄが８μｍのものにおいては１９５℃に、粒子経Ｄが４０μｍのものにおいては２１０℃としたときの実験結果が実線で示されている。
【００１６】
破線のものは、いずれの粒子径Ｄにおいても自然発火には至らなかった。
なお、これら結果における温度Ｔ”は、１５００から１８００秒を越えたあたりで若干低下しているが、これは、微粉炭Ｓの表面が酸化して酸化膜を形成し、酸化反応の進行が抑制されたためである。
実線のものは、全ての粒子径Ｄにおいて自然発火を起こしている。粒子経Ｄが４μｍの場合では約１５００秒で自然発火を起こし、粒子経Ｄが８μｍの場合では約１８００秒で自然発火を起こし、そして粒子経Ｄが４０μｍの場合では約１８００秒で自然発火を起こしており、微粉炭Ｓの温度Ｔ”が急上昇を示している。
【００１７】
この実験結果より、雰囲気温度Ｔが６０℃でかつ層高Ｈが１５ｍｍの場合においては、粒子経Ｄが４μｍのものは、１９０℃以上の温度を有する箇所に堆積すると自然発火すると評価される。また、粒子経Ｄが８μｍのものも同様に、１９５℃以上の温度Ｔ’を有する箇所に堆積すると自然発火すると評価される。また、粒子経Ｄが４０μｍのものも同様に、２０５℃以上の温度Ｔ’を有する箇所に堆積すると自然発火すると評価される。
これら評価により、例えば粒子経Ｄが４μｍの微粉体Ｓを使用する場合には、微粉炭Ｓの堆積箇所で１９０℃以上になるところは、その箇所を１９０℃以下に冷却するか、その箇所に微粉体Ｓが堆積しない構造とすることで、自然発火を阻止できるという結論が得られる。
【００１８】
以上の実験を、異なる粒子経Ｄと層高Ｈで行い、自然発火を起こす際の底部板体８の温度Ｔ’を計測し、これら温度Ｔ’を比較したものが図５である。
図５は、自然発火を起こす温度Ｔ’に対する、粒子経Ｄの影響を評価するグラフであり、横軸が粒子経Ｄを示し、縦軸が温度Ｔ’を示している。
この実験結果より、いずれの層高Ｈの場合においても粒子経Ｄが大きいほど温度Ｔ’が高くなるので、自然発火しにくい傾向にあると評価される。
【００１９】
次に、図５の実験結果を、横軸を層高Ｈ、縦軸を温度Ｔ’としてまとめなおしたものを図６に示す。
この図６より、いずれの粒子径Ｄにおいても、層高Ｈが低いほど自然発火しにくい傾向にあると評価される。
【００２０】
このように、微粉炭の自然発火性評価装置を用いることにより、微粉炭Ｓが自然発火を起こす条件の評価を、少量のサンプルにより正確かつ容易に行えることが可能となる。
また、この評価に基づき、微粉炭Ｓが自然発火を起こす条件を積極的に取り除くことで、自然発火の発生を阻止することも可能となる。
【００２１】
なお、上記の実施例においては、雰囲気Ａの温度Ｔは６０℃一定としたが、この温度Ｔを変えることで、石炭粉砕ミル、揚運炭コンベア等の異なる雰囲気Ａの条件における自然発火現象を模擬して評価するものとしても良い。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、微粉炭が自然発火する条件の評価を、少量のサンプルにより正確かつ容易に行えることが可能となる。
また、この評価に基づいて、微粉炭の自然発火の発生を阻止することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の微粉炭自然発火性評価装置をモデル化して示す正断面図である。
【図２】同評価装置による、層高１５ｍｍかつ粒子径４μｍの微粉炭の温度履歴を示すグラフである。
【図３】同評価装置による、層高１５ｍｍかつ粒子径８μｍの微粉炭の温度履歴を示すグラフである。
【図４】同評価装置による、層高１５ｍｍかつ粒子径４０μｍの微粉炭の温度履歴を示すグラフである。
【図５】同評価装置による、微粉炭の自然発火条件に対する微粉炭の粒子経の影響を示すグラフである。
【図６】同評価装置による、微粉炭の自然発火条件に対する微粉炭の層高の影響を示すグラフである。
【符号の説明】
１・・・空間
２・・・ケース
３・・・下端面
４・・・加熱装置
５・・・密閉容器
６・・・ヒータ
７・・・断熱板
８・・・底部板体
９・・・壁温計測器
１０・・・微粉炭温度計測器
１２・・・雰囲気温度計測器
Ａ・・・雰囲気
Ｈ・・・層高
Ｓ・・・微粉炭
Ｔ、Ｔ’、Ｔ”・・・温度

Claims

微粉炭（Ｓ）を充填する空間（１）を有するケース（２）と、該ケース（２）の下端面（３）に装着された加熱装置（４）と、これらを収納する密閉容器（５）と、該密閉容器（５）内の雰囲気（Ａ）を加熱するヒータ（６）とが具備されていることを特徴とする微粉炭の自然発火性評価装置。
請求項１記載の自然発火性評価装置において、
前記ケース（２）は、前記空間（１）の側壁を形成する多孔質性の断熱板（７）と底部を形成する底部板体（８）とからなり、
底部板体（８）には、該底部板体（８）の温度を計測する壁温計測器（９）が装備されると共に、
空間（１）内には、微粉炭（Ｓ）の温度を計測する微粉炭温度計測器（１０）が装備されており、
前記密閉容器（５）には、内部の雰囲気（Ａ）の温度を計測する雰囲気温度計測器（１２）が具備されていることを特徴とする微粉炭の自然発火性評価装置。
ケース（２）内に任意の層高（Ｈ）を形成する微粉炭（Ｓ）を充填するとともに、ケース（２）の下端面（３）および雰囲気（Ａ）をそれぞれ任意の温度（Ｔ’、Ｔ）に加熱して、微粉炭（Ｓ）への入熱と微粉炭（Ｓ）からの放熱と微粉炭（Ｓ）の酸化反応熱とによる熱バランスを模擬し、微粉炭（Ｓ）の温度（Ｔ”）の履歴を計測して微粉炭（Ｓ）の自然発火条件の評価を行うことを特徴とする微粉炭の自然発火性評価方法。