JPH0645792B2 - 固体燃料−水スラリの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は固体燃料−水スラリの製造方法に係り、特に高
石炭濃度で良動性の良い石炭−水スラリを低消費動力で
製造する方法に関するものである。

（従来の技術） 近年のエネルギー事情を背景に重油やＬＮＧ等に代表さ
れる流体燃料から固体燃料である石炭への再転換が進ん
でいるが、石炭が固体であるための輸送、貯蔵、環境対
策に莫大な労費を必要とする欠点がある。このため石炭
粒子を水中に分散させてスラリ化することにより、取扱
いの容易な流体燃料とする石炭流体化技術の開発が活発
に行われている。ボイラ燃料として直接噴霧燃焼できる
高石炭濃度で安定な石炭−水スラリを調製するための条
件は、スラリを構成する石炭粒子を幅の広い粒度分布に
調整して充填密度を増加することにより高濃度化を計
り、また適切な界面活性剤等の添加剤を使用して石炭粒
子を水中に安定分散化することにより低粘性化を計るこ
とである。さらに燃焼時の未燃料損失分をミニアム化合
するためには、スラリ中の石炭粒子の粒度が３００μｍ
フルイ通過９９％以上、７４μｍフルイ通過約６０〜８
５％の細かさでなければならない。このような石炭−水
スラリを調製するには、石炭を湿式ボールミルを用いて
界面活性剤の存在下で湿式粉砕混合して石炭の粒径分布
を調整し、水中に安定分散させる方法が最も簡単な方法
である。

第１図は湿式ボールミルを使用して石炭−水スラリを製
造する装置構成を示す説明図である。ボールミル３（ま
たはチューブミルと呼ばれる）は基本的に水平回転円筒
からなり、内部には鋳鉄ボールが充填され、ミルが回転
することによりボールが内壁に沿って持ち上げられ、自
由落下あるいは内容物の表面を転動落下する。このとき
石炭粒子はボール間またはボールとミル内壁間にはさま
れ、衝撃または摩擦によって粉砕される。第１図におい
て、粉砕された石炭Ａは、添加剤液（水Ｂ、界面活性剤
ＣおよびpH調整剤Ｄ）とともに、石炭濃度が約６０重量
％以上になるように調整され、石炭バンカ１からフィー
ダ２によってボールミル３の入口に供給され、ミル３内
で石炭粒子は前述のように粉砕混合され、７４μｍ標準
フルイ通過量が約６０〜８５重量％、粘度が約１００〜
２０００cp程度のスラリが製造され、ミル３の出口５か
らタンク６に排出される。なお、４は添加剤液の管路で
あり、破線で図示したように添加剤液の一部をミル出口
側から添加する方法もありうる。ボールミル３内におい
ては、従来の５０重量％以下の濃度に比べ、粉砕時の濃
度が高いため、ミル内のスラリ粘度が高くなり、ボール
の運動が自由落下よりも転動流下支配、すなわち、衝撃
支配から摩擦支配に変わるためにスラリの高濃度化に必
要な幅の広い粘度分布が得られる。排出したスラリはポ
ンプ７により管路８を経て粗粒分離器９で小量の粗粒が
分離されミル３に循環される。粗粘分離器９を通過した
スラリは製品スラリＥとしてタンク１１に貯蔵される。

一般にボールミルの性能に影響する因子としては操作条
件としてボール充填量、ボール径、ミルの回転速度、ま
たミル構造の条件としてはミルの出口構造、ミルの寸法
比等が重要である。まず、ボールミル内のボール充填量
はミル容積の２０〜５０％が使用されるが、（例えば
「化学工業便覧、化学工業協会、第１７章、第９刷、１
９６８）、連続式湿式ボールミル粉砕においては、３５
〜４５％のボール充填率が使用されるのが一般的であ
る。（例えば、「Ｍｉｎｅｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎ
ｇ Ｐｌａｎｔ Ｄｅｓｉｇｎ」、１２章、ＳＭＥ／Ａ
ＩＭＥ、１９７８、「Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｎｇｉｎｅｅ
ｒｉｎｇ ｏｆ Ｓｉｚｅ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ：Ｂａ
ｌｌ Ｍｉｌｌｉｎｇ」、Ｌ．Ｇ．Ａｕｓｔｉｎ ｅｔ
ａｌ，ＡＩＭＥ，１９８４）。これは、ボール充填率
３５〜４５％でミルの駆動動率がほぼ最大となり、粉砕
仕事量、すなわち粉砕容量がほぼ最大となるためであ
る。また使用されるボールの径については、大粒粒子の
粉砕には大径ボール、小粒子の粉砕には小径ボールが適
しているために（「化学工業便覧」既出）、与えられた
原料の粒度分布からの製品粒度分布を得るに最適な各種
サイズのボールの混合物が使用される。このようにして
選定されたボールは先述したようにミルの回転によって
運動して砕料を粉砕するが、ボールミルの回転速度は一
般に臨界速度（遠心力と重力がつり合ってボールミルが
ミル壁面に沿ってミルと一緒に回転する速度）の約６５
〜８０％である（「化学工業便覧」、既出）。ここで臨
界速度Ｎｃは次式で定義される。

こでＤはミル内径（ｍ）、ｄはボール径（ｍ）である。

一方、連続式ボールミルの構造上の重要な因子としては
ミルの出口構造がある。湿式ボールミルでは一般にオー
バーフロー型が使用される。第２図（ａ）にその概略構
造を示すが、その出口口径の決め方が重要となる。一般
に砕料を粉砕機で粉砕する場合、粒度は粉砕時間（連続
式ミルの場合は粒子のミル内滞留時間）に依存する。連
続式ミルの場合、粒子のミル内平均滞留時間τは次式で
表される。

τ＝Ｗ／Ｆ （時間） ここでＷは粒子のミル内滞留量（粒子のホールドアアッ
プ）、Ｆはミルへの粒子供給量（粒子粉砕量）である。
従って湿式ボールミルにおいて微粉砕する場合には、出
口径Ｄｄを小さくして粒子ホードアップを大きくとる条
件が必要である。しかしながら、出口径Ｄｄが小さ過ぎ
るとスラリの排出が困難になり、ミルが閉塞することに
なる。

一方、ミル内での粒子とボールの比率には最適値があ
る。粒子が多すぎるとボール同志の衝突あるいは摩擦の
際にボールとボールの間の粒子量が多くなり、粉砕効率
が低下し、逆に粒子が少な過ぎるとボールとボールの衝
突あるいは摩擦の機会が増加し、粉砕効率が低下すると
同時にボールの摩耗が激しくなる。粒子とボールの比率
を表す指標として粒子のボールの空間充填率Ｕが提案さ
れている（「Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
ｏｆ Ｓｉｚｅ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ：Ｂａｌｌ Ｍ
ｉｌｌｉｎｇ」）。

ここにｆｃは砕料充填率（ミル容積に対する砕料の見掛
容積）、Ｊはボール充填率（ミル容積に対するボールの
見掛容積）であり、ｆｃおよびＪはそれぞれ次式で書き
表される。

ここにＷｐはミル内砕料粒子量（粒子ホールドアッ
プ）、ρｐは粒子の密度、εｐは粒子層の空間率、Ｗｂ
はボール充填重量、ρｂはボールの密度、εｂはボール
充填層の空間率で、εｐおよびεｂは0.４と定義され
る。回分式ボールミルの乾式あるいは湿式粉砕ではＵの
最適値は約１（0.６〜1.１）とされている。連続式湿式
ボールミルにおいては先述したように最適なボール充填
率はＪ＝３５〜４５％であり、その充填レベルがミルの
出口トラニオンの下端よりも高くなる場合、すなわち出
口径Ｄｄが大き過ぎる場合は（第１０図（ａ）参照）、
粒子のボール空間充填率はＵ＜＜１となり粉砕効率が低
下する。また出口径Ｄｄが小さ過ぎる場合は、（第１０
図（ｂ）参照）、Ｕ＞１となり粉砕効率が低下する。上
記３つの条件より、通常のボール充填率Ｊ＝３５〜４５
％が使用される湿式ボールミルではミル内径Ｄに対する
ミル出口径Ｄｄの比、すなわちＤｄ／Ｄの値が約0.２〜
0.３が選定されるのが常識である。

以上のような連続式湿式ボールミルを設計する場合、当
然のことながらミルの寸法の決定が最も重要である。一
般にボールミルの粉砕容量が決まると、ミル径Ｄと長さ
Ｌの決め方が重要となる。すなわち、本発明者らの検討
によれば粉砕容量Ｑとミル径Ｄと長さの関係に次式で表
される（特願昭５８−１８２５１号）。

Ｑ∝ＬＤ^{２．３〜２．５} 従ってミル径Ｄまたは長さＬを決定すると、他方は一義
的に決まるので、この点を考慮してＬ／Ｄを決定する必
要がある。一般に石炭−水スラリやＣＯＭ（Ｃｏａｌ−
Ｏｉｌ−Ｍｉｘｔｕｒｅｓ）を製造する場合の微粉砕に
はＬ／Ｄ＝２〜３のミルが使用されている（石炭−水ス
ラリについては、「Ｃｏａｌ−Ｗａｔｅｒ Ｓｌｕｒｒ
ｙ ａｓ Ｕｔｉｌｉｔｙ Ｂｏｉｌｅｒ Ｆｕｅ
ｌ」、ＥＰＲＩ−ＣＳ−２２８７、Ｍａｒｃｈ １９８
２、ＣＯＭについては、「Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｓ
ｕｌｔｓ ｏｆ ＥＰＤＣ′ｓ ＣＯＭＲ＆Ｄ、ＳＴＥ
Ｐ１ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｔｅａｔｓ」Ｍａｒｃｈ
１９７８）。これは石炭−水スラリやＣＯＭに必要な
条件として石炭粒度が細かいことが要求されることか
ら、従来の一般的な発想は、滞留時間を長くするために
ミルの長さを大きくする（すなわちＬ／Ｄ）を大にす
る）という考え方がとられている。

以上の条件が湿式ボールミルによる従来の固体濃度が３
０〜４０容積％（石炭の湿式粉砕では石炭濃度が４０〜
５０重量％に相当）での湿式粉砕、また石炭濃度が約６
０重量％以上で湿式粉砕における最適なミル構造であ
り、最適操作条件である。そこで本発明者らは、第１図
に示す装置構成からなり、上記最適条件を満足する下記
の装置およびテスト条件で石炭−水スラリの製造試験を
実施した。

〔テスト装置および条件〕

ボールミル：φ３６０×９００Ｌ（Ｌ／Ｄ＝2.５） 回転速度：臨界速度の７０％ ボール径：４０〜１７mmφ ボール充填量：Ｊ＝３５％ 出口口径比：Ｄｄ／Ｄ＝0.２８ 石炭：−５mm石炭Ａ（ＨＧＩ＝３６） 給炭量：６kg／ｈ 石炭濃度：６2.５％ 界面活性剤添加量：石炭に対し0.７重量％ pH調整剤量：石炭に対し0.１重量％ その結果、スラリ粘度１０００ｃＰ、７５μｍフルイ通
過量７５％の石炭−水スラリを得たが、粉砕動力原単位
は８７ＫＷｈ／ｔ石炭であった。これは、電力単価を２
３円／ＫＷｈとすれば、電力コストが２００１円／ｔ石
炭であり、原炭の単価を１５，０００円／ｔと仮定すれ
ば、原炭コストの約１3.３％に相当し、粉砕動力が莫大
であることがわかる。一方、界面活性剤の単価を３００
円／kgとすれば、添加剤コストは２１００円／ｔ石炭で
あり原炭コストの１４％である。本テストに使用した石
炭の粉砕性指数（ＨＧＩ）は３６で最も粉砕しにくい石
炭であるが、石炭−水スラリを燃料として実用化するた
めには、界面活性剤コストの低減とともに、粉砕動力の
大幅な低減が重要な課題である。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、高
石炭濃度でかつ流動性の良い石炭−水スラリを低消費動
力で製造する方法を提供するにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、固体燃料、水および添加剤からなる固体燃料
−水スラリをオーバーフロー方湿式ボールミルを用い、
固体燃料の重量割合が約６０％以上の条件で湿式粉砕し
て連続的に調製する固体燃料−水スラリの製造方法にお
いて、ミル内のボール空間容積Ｖspに対するミル内スラ
リ容積Ｖｓの比が0.１〜1.０の条件で粉砕すること（こ
こでボール空間容積ＶspはＶsp＝（２／３）Ｗｂ／Ｐｂ
定義され、Ｗｂはミル内のボール重量、Ｐｂはボールの
密度である）を特徴とするものである。さらに典型的に
は、本発明は、（１）ミル内径Ｄに対する出口径Ｄｄを
0.４〜0.９５のオーバーフロー型ボールミルを選定し、
かつ（２）ミルを臨界速度の４０〜８０％で運転し、さ
らに（３）ミル内径Ｄに対する長さＬの比が２より小さ
いミルを選定し、ミル内のボール空間容積に対するスラ
リの容積を0.１〜１に維持して粉砕することにより、高
濃度で低粘性の石炭−水スラリを従来技術よりも低粉砕
消費動力で製造可能にするものである。

（実施例） 以下に本発明の実施例を第１図の一般的な装置構成によ
り説明する。

第１図において、ボールミル３としてミル内径Ｄに対す
るオーバーフロー出口径Ｄｄの比、すなわちＤｄ／Ｄが
0.４≦Ｄｄ／Ｄ≦0.９５、好ましくは0.５〜0.８のもの
が用いられ、ミルが臨界速度の４０〜８０％で運転され
る以外は従来と同様の構成および同様の操作条件であ
る。ミル内には例えば約７５〜４０mm以下のボールが約
３５〜４５容積％充填されている。またミルへ供給され
る石炭の粒径は約３２〜５mm以下に粗砕されたものが使
用される。粗砕された石炭Ａは、バンカ１からフィーダ
２を経てミル３に定量供給される。所定の濃度に調整さ
れた添加剤（水Ｂ、界面活性剤ＣおよびpH調整剤Ｄ）液
は添加剤供給管４から石炭濃度が所定の値になるように
ミル３に供給される。石炭粒子はボールミル３内で効率
よく粉砕混合され、石炭濃度が約６０〜８０重量％で、
粘度が約２０００ｃＰ以下に石炭−水スラリが製造さ
れ、ミル３の出口５から連続的にタンク６に排出され
る。排出したスラリはポンプ７により管路８を通って粗
粒分離器９に送られ、スラリ中に含まれる微量の粗粒子
が分離され、管路１０よりミル３に戻される。粗粒分離
器９を通過したスラリは製品スラリＥとして連続的にタ
ンク１１に排出される。粗粒分離器９としては、ストレ
ーナ、湿式スクリーン、シーブベンド等スラリ中の約３
００〜１０００μｍ以上の粒子を分離できるものであれ
ばどのような形式のものでもよい。また分離された粗粒
はミル３に循環しないで別途回収、処理する方法もあり
うる。

本発明の上記実施例に基いて、下記の装置および試験条
件で石炭−水スラリ製造試験を実施した。

〔テスト装置および条件〕

ボールミル：３６０mmφ×９００mmＬ（Ｌ／Ｄ＝2.５） ボール径：４０〜１７mm ボール充填率：Ｊ＝３５％ 石炭：−５mm石炭Ａ（ＨＧＩ＝３６） 界面活性剤：0.７重量％（対石炭） pH調性剤：0.１重量％（対石炭） 石炭濃度：６2.５％ 製品スラリ粒度：７５％＜７４μｍ 粒度：１０００ｃＰ 出口開口比：Ｄｄ／Ｄ＝0.２８、0.６６、0.９２ （出口フランジ部交替による） 回転速度：臨界速度比３０〜７０％ 給炭量：６〜7.５kg／ｈ （製品粒度が７４μｍフルイ通過７５％になるように変
化） 第２図に、本発明の出口口径Ｄｄ／Ｄ＝0.６６および0.
９２のボールミルの形状を従来法のものと比較して示
す。第３図および第４図は上記試験結果をまとめたもの
で、第３図は粉砕動力原単位と臨界速度比および出口開
口比の関係を示す図、第４図は各条件での粉砕試験後に
ミルを停止し、ミル内のホールドアップ量を測定し、ボ
ール空間容積に対するスラリ容積の比（スラリのボール
空間充填率Ｕｓ）と臨界速度比および出口口径比Ｄｄ／
Ｄの関係を示す図である。ここにスラリのボール空間充
填率Ｕｓは次式で定義される。

ここでＷｓはミル内スラリ重量、ρｓはスラリ密度、Ｗ
ｂはミル内ボール充填重量、ρｂはボールの密度、εｂ
はボール充填層の中間率でεｂ＝0.４と定義する。先に
定義した粒子のボール空間充填率Ｕとの関係は次式で表
される。

従って、石炭の密度をρｐ＝1.４（ｇ／cm³）、石炭濃
度を６2.５重量％、水の密度を1.０（ｇ／cm³）、εｐ
＝0.４とすれば、ρｓ＝1.２２（ｇ／cm³）となりＵと
Ｕｓの関係はＵ＝0.９Ｕｓとなる。

第３図において、出口開口比が従来のＤｄ／Ｄ＝0.２８
の場合、ミルの回転速度を臨界速度の７０％から４０％
に低減することにより動力原単位が大幅に低減されるこ
とがわかる。この場合、第４図より明白であるようにス
ラリのボール空間充填率Ｕｓが1.７から1.２まで小さく
なっていることがわかる。第３図においてＤｄ／Ｄを0.
２８から0.６６、0.９２と大きくすることによる粉砕動
力原単位の大幅低減は一層顕著である。スラリのボール
空間充填率Ｕｓも第４図に示すようにＵｓ＝1.７から0.
１５〜0.５の範囲に低減されている。

第５図はスラリのボール空間充填率Ｕｓを臨界速度比を
パラメータとして出口開口比Ｄｄ／Ｄに対してプロット
したものであるが出口開口比が回転速度よりもスラリの
ホードアップを決定する主要因子であることがわかる。
もっとも従来の出口開口比Ｄｄ／Ｄ＜0.３では回転速度
を低減することにより、スラリのホールドアップを大幅
に低減できる効果があることがわかる。

第６図は従来法での粉砕動力原単位を１００とした場合
のスラリのボール空間充填率Ｕｓと動力比を示すもの
で、Ｕｓの値が0.１〜１の間で動力比は従来の６０〜７
０％に低減されている。また最適なＵｓ値はＵｓ＝0.４
〜0.６であることがわかる。

先述したようにホールドアップが小さくなれば、粒子の
ミル内滞留時間（すなわち粒砕時間）が小さくなるため
に製品粒度は粗くなるはずである。この矛盾を解明する
ために、本発明者らは、ミル内径２５０mmφ、内容積１
０の小型バッチボールミル（ボール充填率３５％、臨
界速度比７０％）を使用し、ミル内粒子充填量を変えて
高濃度粉砕試験を実施した。第７図はその結果を示すも
ので、７４μｍフルイ（２００ｍｅｓｈ）通過量が７０
％の時の粉砕能力をスラリのボール空間を充填率Ｕｓに
対してプロットしたものである。本図より明らかである
ようにＵｓの値が0.１〜１の間で粉砕能力がＵｓ≧１の
場合よりも大幅に増加し、Ｕｓ＝0.４〜0.６間でのピー
ク値はＵｓ≧１のときの約２倍以上になっていることが
わかる。この結果より、連続式ミルにおいてホールドア
ップが小さくなる（粉砕時間が短くなっている）マイナ
ス効果よりも粉砕効率の増加が大きく、粉砕動力原単位
が大幅に低減できるものと考えられる。また先述したよ
うに粒子のボール空間率ＵはＵ＝0.９Ｕｓであり、Ｕｓ
の最適範囲Ｕｓ＝0.１〜1.０はＵの値としてはＵ＝0.０
９〜0.９となり従来の固体濃度の低い湿式粉砕での最適
値Ｕ＝0.６〜1.１とは大きく異なり、ホールドアップが
小さい方にずれていることが理解される。これは高石炭
濃度での粉砕がミル内スラリの粘度が高いために従来の
衝撃粉砕支配よりも摩擦粉砕支配になっていること、さ
らにミル内での石炭粒子が低濃度のときと比べ高密度に
なっていることにも起因していると考えられる。このよ
うにスラリのボール空間充填率を0.１〜1.０、好ましく
は0.４〜0.６にすることにより、従来よりもミル内の平
均滞留時間が約１／２〜１／１０になるため製造システ
ムの制御性が良くなることはいうまでもない。以上の検
討結果に基づき第５図、第６図、第７図には本発明の具
体的実施範囲を併せて図示した。

次に本発明の第２実施例について第１図の一般的な装置
構成により説明する。第１図において、ボールミル３と
してミル内径Ｄに対するオーバーフロー型出口口径Ｄｄ
の比すなわちＤｄ／Ｄが0.４≦Ｄｄ／Ｄ≦0.９５、ミル
内径に対する長さＬの比すなわちＬ／Ｄ＜２、かつミル
内部に仕切板を入れて２室化し、それぞれ径の異なるボ
ールを充填するボールミルを使用し、ミルの運転速度が
臨界速度の４０〜８０％であること、また第１図に破線
で示されているように添加剤（水Ｂ、界面活性剤Ｃおよ
びpH調整剤）液の一部をミル出口側より第２室に添加す
ることを除いて従来と同様の構成である。

以下、上記の装置を適用した具体的な実施例により本発
明をさらに詳しく説明する。第８図は本発明の第２の実
施例に使用されるミルとしては好適な２室型湿式ボール
ミルの構造図、第８Ａ図はその正面断面図である。ミル
の主要寸法は内径６５０mm、長さ１２５０mm（Ｌ／Ｄ＝
1.９）で、スリット孔を有する仕切板１２で２室に分割
されており、入口側の第１室には大径ボール、出口側の
第２室には小径ボールが充填されている。ミル出口部オ
ーバーフロートラニオン１３の径はミル内径と同一とな
っており、主軸受１４で支持されている。実際の出口口
径は出口スリット板１５のスクリーン部１６の径Ｄｄ＝
３９０mmであり（Ｄｄ／Ｄ＝0.６）、出口スリット板１
５の取付位置は矢印１７で示されている。また出口開口
比Ｄｄ／Ｄはスクリーン部の径Ｄｄの異なる出口スリッ
ト板に交替することにより任意に変更できるものであ
る。本発明者らは、第８図に示した湿式ボールミル採用
による効果を確認するために第１図に示した装置構成と
同様な設備を用いて下記の条件で石炭−水スラリの製造
試験を実施した。

〔テスト装置および条件〕

ボールミル：２室型、６５０mmφ×１２５０mmＬ （Ｌ／Ｄ＝1.９） ボール径：５０mm以下 ボール充填率：３５％ 石炭：−１０mm石炭Ａ（ＨＧＩ＝３６） 界面活性剤：0.５重量％（対石炭） pH調整剤：0.１重量％（対石炭） ミル回転速度：臨界速度比の７０％ 出口開口比：0.６ 以上の条件で粉砕量（給炭量）と石炭濃度を変えて粉砕
した結果、スラリ粘度が約１００ｃＰ、７４μｍフルイ
通過量が７５％になる条件は粉砕量６０kg／ｈ、石炭濃
度６３重量％であった。またこの時の粉砕動力原単位は
約４７ＫＷｈ／ｔであった。

このように本発明によれば同一スラリ粘度および粘度の
スラリを製造する場合、従来よりも0.５％濃度の高い石
炭濃度６３％のスラリを粉砕消費動力を８７ＫＷｈ／ｔ
から４７ＫＷｈ／ｔに低減し（約５４％に低減）、また
界面活性剤の使用量を0.７％から0.５％に低減すること
が可能である。これは、（ｉ）前述したようにミル内ス
ラリのボール容積充填率ＵｓをＵｓ＝0.４〜0.６に維持
するようにミル出口開口比Ｄｄ／ＤをＤｄ／Ｄ＝0.６に
したこと、（ii）ミル内径Ｄに対する長さＬの比Ｌ／Ｄ
をＬ／Ｄ＝1.９にしたこと、さらに（iii）ボールミル
を２室化して入口側の第１室に大径ボール、出口側の第
２室に小径ボールを充填し、かつ添加剤液を入口側と出
口側の２個に分けて添加する方式を採用したことの効果
によると考えられる。第（ii）項のＬ／Ｄの値について
は、前述したように従来、微粉砕には粒子のミル内滞留
時間（粉砕時間）を長くするためにミルの長さを大きく
する（Ｌ／Ｄを大にする）という考え方がとられてい
た。しかしながら本発明らの検討によれば、Ｌ／Ｄ＞2.
１〜３以上の長さミルは、Ｌ／Ｄ＜２の短いミルと比較
して、粒子のミル内平均滞留時間が同じでも、ミル内の
流れが押出し流れに近いために各粒子の滞留時間は比較
的に平均滞留時間に近く粉砕される時間が各粒子ともほ
ぼ同一である。これに対して長さの短いミル（Ｌ／Ｄ＜
２）は、Ｌ／Ｄ＞2.１〜３ミルと平均滞留時間が同一で
も、ミル内は完全混合に近い、すなわち平均滞留時間よ
りも滞留時間の長い粒子も存在するし、短い粒子も存在
する。このために粉砕によって生ずる粒径分布はスラリ
の高濃度化に必要なより幅の広い粒径分布となる。

また、第９図は、（ａ）Ｌ／Ｄ＞２、Ｄｄ／Ｄ＝0.４、
Ｊ＝４０％の場合と、（ｂ）Ｌ／Ｄ＜２、Ｄｄ／Ｄ＝0.
１４、Ｊ＝４０％の場合についてのスラリレベルを示し
たものがあるが、ミル出口開口比Ｄｄ／Ｄによりミル出
口部のスラリの充填レベル（境界条件）が決まり、入口
部に向かってそのレベルが大きくなるため、Ｄｄ／Ｄを
同一にしてもＬ／Ｄが小さいミルの方がスラリホールド
アップを小さく維持することが可能である。換言すれ
ば、スラリホールドアップを同一に維持するための条件
としてＬ／Ｄが小さい方がＤｄ／Ｄを小さく、すなわち
出口口径Ｄｄを小さくとれ、出口トラニオン部の軸受が
小さく設計できるため設備コストが安くなる。もっとも
第８図における実施例においては、いかなる性状の石炭
−水スラリの製造できるように出口開口比を可変型とし
ているので、ここでの比較にならぬことはいうまでもな
い。

さらに上述の第（iii）項の２室型２段添加方式の採用
がミルの粉砕消費動力および界面活性剤使用量の低減に
寄与していると考えられる。またＤｄ／Ｄを大きくする
ことにより滞留時間が小さくなるためミル内で界面活性
剤の破壊が小さくなり界面活性剤の使用量が低減される
ことも考えられる。

以上のように本発明の実施例によれば、約６０重量％以
上の石炭濃度で湿式ボールミル粉砕により石炭−水スラ
リを調製する場合の粉砕消費動力を従来の約５４〜７０
％に低減でき、界面活性剤の使用量を約３０％低減し、
従来よりも高濃度のスラリを製造可能である。換言すれ
ば、石炭−水スラリの製造容量が決まるとボールミルは
従来よりも小さく設計できることである。

（発明の効果） 以上、本発明によれば、湿式オーバーフロー型ボールミ
ルを使用して固体燃料の重量割合が約６０％以上で、か
つ前述のＵspに対するＶｓ比が0.１〜1.０の条件で固体
燃料を粉砕することにより、直接噴霧燃焼用として好適
な低粘度の高濃度石炭−水スラリを効率よく、すなわち
動力原単位を大幅に低減して製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に用いる高濃度石炭−水スラリ製造装
置の系統図、第２図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の
実施例のミル出口開口比と従来ミルの出口開口比を示す
説明図、第３図は動力原単位と臨界速度比および出口開
口比の関係を示す説明図、第４図および第５図はスラリ
のボール空間充填率と臨界速度比および出口開口比の関
係を示す説明図、第６図はスラリのボール空間充填率と
ミルの消費動力比の関係を示す説明図、第７図はスラリ
のボール空間充填率と粉砕能力の関係を示す説明図、第
８図および第８Ａ図は本発明の実施例として好適なボー
ルミルの側面図およびその出口スリット板の平面図、第
９図（ａ）、（ｂ）は出口開口比が同一でＬ／Ｄが異な
る場合の充填レベルの相異を示す説明図、第１０図
（ａ）、（ｂ）はオーバーフロー型湿式ボールミルのボ
ールの充填率とミル出口口径とミル内スラリの充填レベ
ルの相対関係を示す説明図である。 １…バンカ、２…フィーダ、３…ボールミル、４…添加
剤給液管部、５…トラニオン出口、６…タンク、７…ポ
ンプ、８…管部、９…粗粒分離器、１０…管部、１１…
タンク、Ａ…石炭、Ｂ…水、Ｃ…界面活性剤、Ｄ…pH調
製剤、Ｅ…製品スラリ。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−81390（ＪＰ，Ａ) 特公 昭58−56559（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭61−4872（ＪＰ，Ｂ１) 米国特許1461977（ＵＳ，Ａ) 英国特許1159259（ＧＢ，Ａ) ＫＥＮＮＥＤＹ ＶＡＮ ＳＡＵＮ Ｃ ＯＡＬ ＧＲＩＮＤＺＮＧ ＥＸＰＥＲＩ ＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ （1985年２月発行），ＫＥＮＮＥＤＹ ＶＡＮ ＳＡＵＮ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯ Ｎ ＣＡＮＡＤＡ.

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固体燃料、水および添加剤からなる固体燃
   料−水スラリをオーバーフロー型湿式ボールミルを用
   い、固体燃料の重量割合が約６０％以上の条件で湿式粉
   砕して連続的に調製する固体燃料−水スラリの製造方法
   において、ミル内のボール空間容積Ｖspに対するミル内
   スラリ容積Ｖｓの比が0.１〜1.０の条件で粉砕すること
   （ここでボール空間容積ＶspはＶsp＝（２／３）Ｗｂ／
   Ｐｂで定義され、Ｗｂはミル内のボール重量、Ｐｂはボ
   ールの密度である）を特徴とする固体燃料−水スラリの
   製造方法。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、湿式ボー
   ルミル内径に対するミル出口径の比が0.４〜0.９５であ
   ることを特徴とする固体燃料−水スラリの製造方法。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項または第２項におい
   て、ミルの回転速度を臨界速度Ｎｃの４０〜８０％で運
   転すること（ここで臨界速度Ｎｃ（ｒｐｍ）は、 で定義され、 ミル内径Ｄおよびボール径ｄの単位は（ｍ）で表され
   る）を特徴とする固体燃料−水スラリの製造方法。
4. 【請求項４】特許請求の範囲第１項ないし第３項のいず
   れかにおいて、ミル内径に対するミル長さの比が２以下
   であることを特徴とする固体燃料−水スラリの製造方
   法。
5. 【請求項５】特許請求の範囲第１項ないし第４項のいず
   れかにおいて、ミルが多室型の構造を有することを特徴
   とする固体燃料−水スラリの製造方法。