JPH0698317B2

JPH0698317B2 - 石炭−水スラリ製造用竪型ミルの運転方法

Info

Publication number: JPH0698317B2
Application number: JP8894186A
Authority: JP
Inventors: 成仁高本; 信康廻
Original assignee: バブコツク日立株式会社
Priority date: 1986-04-17
Filing date: 1986-04-17
Publication date: 1994-12-07
Anticipated expiration: 2009-12-07
Also published as: JPS62244453A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は石炭−水スラリ製造用竪型ミルの運転方法に係
り、特に良質の石炭−水スラリを連続的に低コストで製
造する粉砕装置の起動・停止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石炭への再転換が活発に
行なわれている。しかしながら石炭は固体であるがため
に、輸送・貯蔵・環境対策等の取扱いが非常に厄介であ
るのが欠点である。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
する方法の技術開発が盛んに行なわれている。ボイラ燃
料として直接噴霧燃焼できる高石炭濃度で粘度の低い石
炭−水スラリを調製するためには、スラリを構成する石
炭粒子を幅広い粒度分布に調整することにより充填密度
を増加して高濃度化をはかり、適切な添加剤を使用して
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
はかることである。

このような石炭−水スラリを製造する方法としては、通
常石炭を湿式粉砕し、界面活性剤を添加することより石
炭粒子を水中に安定に分散させる方法が一般的である。
第５図は、微粉砕機として代表的なボールミルを連続湿
式ボールミルとして使用する従来の石炭−水スラリ製造
装置の系統図である。第５図において、バンカ１から送
り出された石炭Ａはフィーダ２を経たのち湿式ボールミ
ル39内に供給され、タンク５、６、７からそれぞれの注
入ポンプ８、９、10により供給される水Ｂ、界面活性剤
ＣおよびpH調整剤Ｄの存在下で、通常、石炭濃度60重量
％以上に粉砕され、石炭−水スラリとしてスラリタンク
40に排出される。排出されたスラリはポンプ41による粗
粒分離器14で粗粒が分離され、ミルへ循環される。粗粒
分離器14を通過したスラリは製品スラリＥとしてタンク
15に貯蔵される。

上記のミルは通常、水平回転円筒内にスチールボールを
充填したものから構成されている。この方法における粉
砕機構は下記のとおりである。すなわち、第６図に示す
ように、ミル39の回転に応じてボール42はミル内壁に沿
ってある高さまで押上げられ、その後落下するか（第６
図（Ａ））、またはボール層表面を転動流下する（第６
図（Ｂ））、のいずれかの運動を繰返し、ボール相互間
に衝突あるいは摩擦を生じその際、石炭粒子がボール相
互間に挟まれ、それぞれ衝撃または摩砕によって粉砕さ
れる。上記粉砕のうち、衝撃粉砕の場合には生成する石
炭粒子の粒度分布幅は狭くなるのに対し、摩砕粉砕の場
合には微粉が生成する上粒度分布の幅も広くなる。本発
明者らの実験によれば、上記の粉砕機構が衝撃粉砕支配
か摩砕支配のいずれかに属するかは、ミル内のボールの
挙動によって決定されることが、明らかとなった。すな
わち、ミル内の粘度が低い場合、すなわち、石炭濃度が
低い場合には、ミルの壁に沿って持上げられたボール
が、自由落下するので衝撃粉砕支配となる。一方、粘度
の高い（石炭濃度が高い）場合には、ミル内のボールの
運動は抑制を受け自由落下することができないので、他
のボールの表面層を転がりながら落下することとなり、
摩砕支配となる。

第４図は、ハードグローブ粉砕性指数（HGI、JIS−M880
1）50の石炭を650mm径、1250mm長の連続湿式ボールミル
へ供給し、スラリ濃度が70％（ｃ参照）の場合と50％
（ｂ参照）の場合につきそれぞれ200メッシュパス量が7
0％となるように調整して粉砕した結果を示すものであ
るが、この結果から、上記したボールの運動と生成粒子
の粒度分布との関係が一層明らかである。以上に説明し
たように、高濃度で粉砕すればするほど石炭−水スラリ
の粒度分布幅が広くなり、最終的なスラリの濃度は高く
なるが、濃度が高くなり過ぎると（通常約55％以上）、
粘度が高くなって粉砕が進行しなくなるので、粉砕時に
界面活性剤を添加する必要がある。以上の二つの場合の
スラリ性状および粉砕動力原単位を比較した結果を第１
表の従来法の欄に示す。

本表において、低濃度（50％）湿式粉砕と乾式粉砕で
は、粉砕動力原単位が20〜25KWh/tであるのに対し、高
濃度（70％）湿式粉砕では50KWh/tで前記の２倍以上で
ある。これは、高濃度湿式粉砕では、第４図に示したよ
うに200メッシュパス量が70％でも高石炭濃度のスラリ
を得るために幅の広い粒径分布（ｃ参照）を得るため
の、すなわち微粒子を多量に製造するための動力を消費
することによる。しかしながら、石炭−水スラリの製造
に必要な粉砕動力が50KWh/t必要であることは、例えば
原炭の単価15,000円/t、電力単価23円/KWhとすれば、電
力コストが1150円/tであり、原炭コストの7.7％に相当
し、粉砕動力が莫大であることがわかる。したがって、
石炭−水スラリをボイラ燃料として実用化するために
は、原炭コストの約10％（1500円/t）を占める添加剤コ
ストの低減とともに粉砕動力の大幅低減が重要な開発課
題となる。

また、このような石炭−水スラリをボイラ燃料として使
用する場合には、その製造設備は大規模となる。例え
ば、700MW級発電所用としては400〜500t/hの石炭−水ス
ラリの製造設備が必要となる。したがってこのような製
造設備においては、品質の均一な石炭−水スラリを連続
して調製できなければならない。特に起動、停止時には
数100トン以上の所定の性状を満足しない廃スラリが製
造される可能性があり、燃料の無駄であるとともにその
処置が厄介なものとなる。したがって、廃スラリの生産
を極力抑える製造装置の運転方法の確立も実用化のため
の大きな開発課題である。

（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、低
動力で、効率よく、低粘度で高石炭濃度の品質の均一な
石炭−水スラリを連続して製造する石炭−水スラリ製造
用竪型ミルの運転方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）要するに本発明は、粉砕リングとローラを有する湿式竪
型リングローラミルを用いて石炭を界面活性剤の存在ま
たは不存在下で湿式粉砕し、かつ該ミルで粉砕された石
炭の一部を分配器を通して再循環して石炭、水および界
面活性剤の重量の合計に対する石炭の重量が50〜80％の
石炭−水スラリを製造する方法において、起動後のミル
内石炭粒子の平均滞留時間が経過するまでは粉砕石炭粒
子を全量ミルに再循環することを特徴とする。

本発明において、粉砕時の石炭濃度が所定の濃度よりも
低い濃度で起動した後、徐々に石炭濃度を増大し、ミル
内の平均滞留時間経過後に所定の石炭濃度になるように
調整することが好ましい。

また、ミルへの石炭、水および界面活性剤の供給停止
後、ミル内石炭粒子の平均滞留時間の1/4〜1/2の間ミル
システムを運転した後、ミルの運転を停止することが好
ましい。

ここで上記ミル内の石炭の平均滞留時間は、下式で計算
される。

ここでＫは定数（３〜５）、ρｓはスラリ密度（ton/
m³）、ψは石炭濃度（重量分率）、Ｖは粉砕部容量
（m³）、Ｆは石炭粉砕量（ton/hr）を示す。

以下、本発明を図面によりさらに詳しく説明する。第１
図は、本発明方法の実施に好適な装置例を示すものであ
る。第１図において、バンカ１内の石炭Ａはフィーダ２
を経て湿式竪型リングローラミル３の頂部の給炭管４か
ら、また水Ｂ、界面活性剤液ＣおよびpH調整剤液Ｄはそ
れぞれのタンク５、６、および７からそれぞれのポンプ
８、９および10により給炭管４を介してミル内に注入さ
れる。リングローラミル３内で粉砕された石炭、水およ
び添加剤の混合物はミル底部の排出口11からスラリポン
プ12によりスラリ分配器13に送られ、その一部はミルの
給炭管４からミル内に循環される。分配器13で分配され
た残りのスラリはミルの上方に設置された粗粒分離器14
に送られ、分離された粗粒は重力によりミルの給炭管４
からミル３内に再循環される。粗粒分離器14を通過した
石炭−水スラリは製品としてスラリタンク15に貯蔵され
る。

上記分配器13としては、流量調整用バルブを設置した分
岐管などが挙げられるが、石炭粒子を分級せずに、その
ままの状態で分配できるものであれば、どのような形式
のものでもよい。また上記粗粒分離器14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300〜1000μｍ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。

第２図は上記湿式竪型ボールレースミルの構造に関する
ものである。粉砕部は、粉砕テーブル17、加圧装置18に
より押圧力を加えられた上部固定輪（上部リング）19
と、駆動装置20によって回転する粉砕テーブル17の端部
に設置された下部転輪（下部リング）21とこれら上部リ
ング19と下部リング21の間に配置され、下部リング21の
回転とともに転動する複数個の粉砕用ボール22と、粉砕
テーブル17の中心から偏心して設置された給炭管内部清
掃用かき棒23とから構成されている。下部リング21の円
周端上には粉砕テーブル17上の石炭−水スラリの保有量
を確保するためのリング堰26が設置されている。湿式粉
砕される石炭Ａは、分配器13（第１図参照）からの循環
スラリ、粗粒分離器14（第１図参照）からの粗粒スラ
リ、水、界面活性剤液およびpH調整剤液とともに粉砕機
本体16の給炭管４に供給される。給炭管４に供給された
石炭、水および添加剤の混合物は給炭管４内を落下する
が、給炭管４内面に付着する混合物は粉砕テーブル17と
ともに回転する清掃用かき棒23によりかきとられ、粉砕
テーブル17上に分散する。粉砕テーブル17に分散した石
炭、水および添加剤の混合物は粉砕テーブル17の回転に
よって生じる遠心力により粉砕ボール配置部に移動し、
ボールと下部リング間で圧縮摩砕される。粉砕された石
炭はリング堰26によって一部がボールの内側の粉砕部に
戻される。堰26をオーバーフローしたスラリは下部リン
グ21端の堰26と粉砕機本体16間の空間部から粉砕テーブ
ル17下のスラリ堰24内に流下し、回転する粉砕テーブル
17の底部に設置された混合櫂25により混合されながら排
出口11から排出される。

第2A図は、第２図に示す装置の改良例を示したもので、
第１図の堰26の代わりにかきとり板27を設けたものであ
る。このかきとき板27はボール22の周囲に好ましくはミ
ル中心からの法線となす傾斜角度が30〜80度となるよう
に間隔をおいて多数枚設けられる。このようなかきとり
板27を設けることにより、ミル内の石炭の粉砕をより均
一に行なうことができる。

上記第１図、第２図および第2A図に示した装置におい
て、製造すべき石炭−水スラリの石炭濃度は原炭の性状
と粉砕粒度から決定される。したがってスラリの粒度
（例えば200メッシュパス70％）の調製は、リングロー
ラミル３への原炭給炭量、それに伴って添加水量および
添加剤量を変えてミル内循環量をコントロールすること
によって達成される。分配器13においては、ミルへの原
炭供給量に相当するスラリ量が粗粒分離器14に送られ、
粗粒が除去され、残りのスラリはミル内へ循環される。
ミルの粉砕部の容積は一定であるため、原炭供給量を変
えることにより、粉砕部を通過する量（すなわち原炭供
給量と循環量との和）が変化するためミル内滞留時間が
変わり、粉砕粒度を制御することができる。したがって
ハードグローブ粉砕性指数の異なる石炭を用いる場合
は、ミルへの原炭供給量を変えることにより同一粒度の
スラリを製造することができる。粗粒分離器14の役割は
バーナチップ等の目詰まり防止のために粗粒を除去する
ものである。除去される粗粒は、カット径（300〜1000
μｍ程度）に依存するが通常、全体の１〜２％以下であ
る。

上記第１図および第２図に示したミルは湿式ボールミル
のようないわゆる滞留時間型ミルでなく、１回通過型ミ
ルであるため、ミル粉砕部のホールドアップ（保有スラ
リ量）が少ない。したがって、ミルシステムが定常状態
に達するまではミル排出口11から排出されるスラリ中の
石炭粒子の粒度は粗く、石炭濃度が高い場合には、ポン
プ輸送できるほどの低粘度のスラリとはならない。この
ためミルシステムをトラブルなく起動し、起動時から所
定の性状のスラリを調製するために、さらにミル停止時
においてもミルシステムから排出スラリの性状を最後ま
で所定に維持するためには特別の配慮が必要となる。

本発明者らはこの点に関し鋭意検討を加え、下記の起動
・停止法を提供するものである。

すなわち、第１図において、ミル３の起動時には石炭
Ａ、界面活性剤液ＣおよびpH調整剤液Ｄは所定量供給さ
れるが、ミル３内の石炭、添加剤および水の重量の合計
に対して石炭の割合が所定の値よりも低くなるように
（通常、石炭濃度が60％以下になるように）、水Ｂが所
定量よりも多量に供給してスタートされる。下部リング
21と粉砕ボール22間で粉砕された石炭はリング堰26によ
って一部ボール内側に再循環されて粉砕されるが、堰26
をオーバーフローして、排出口11から排出されるスラリ
の粒度は粗いのが特徴である。しかしながら石炭濃度が
低いため、ポンプ12で容易に分配器13に輸送される。石
炭濃度が所定値よりも高いままでスタートすると、ミル
再循環によって粒子が細かくなるまではスラリ粘度が高
く、ポンプ輸送が困難となる。分配器13ではスラリはミ
ル起動後の石炭粒子の平均滞留時間経過するまで実質的
に全量ミルに戻される。平均滞留時間経過前に一部の石
炭粒子をミルに循環しない場合は、起動時から粗い石炭
粒子が排出されることになり、本発明の目的を達成する
ことができない。ここで、粒子の平均滞留時間は下記の
計算式によって求められる。

すなわち、ミル内石炭粒子の平均滞留時間はミル内石炭
粒子量を石炭粉砕量で割った値であり、ミル内石炭粒子
量は、粉砕部石炭粒子量とミル内その他の石炭粒子量の
和で表される。ここで、粉砕部石炭粒子量は（粉砕部容
積）×（スラリ密度）×（石炭濃度）で表されるから、
ミル内の粉砕部以外に石炭粒子が存在しないものと仮定
すると、石炭粒子の粉砕部平均滞留時間は次式で求めら
れる。

粉砕部平均滞留時間をθ_１、粉砕部容積をＶ（m³）、ス
ラリ密度をρｓ（ton/m³）、石炭濃度をψ（重量分
率）、石炭粉砕量をＦ（ton/hr）でそれぞれ表すと、上
式は、となる。

ここで、Ｖは、Ｖ＝（π/4）・D²・ｈであり、第２図に
示す粉砕テーブル（直径Ｄ）とその周辺部のリング堰26
の高さｈで定義される容積である。

次に、粉砕部以外（粉砕テーブル下のスラリ堰24、配管
部等）の石炭粒子も含むミル内石炭粒子の平均滞留時間
をθとすると、θは、前記ミル内の粉砕部以外に石炭粒
子が存在しないものと仮定した場合の粉砕部平均滞留時
間θ_１と補正係数Ｋとの積として求めることができる。

ここで補正係数Ｋは粉砕部のホールドアップの他に粉砕
テーブル17の下のスラリ堰24、配管内等のホールドアッ
プを考慮する補正係数であり、本発明者らの検討によれ
ば、Ｋ＝３〜５が好ましい値である。

以上、ミル内石炭粒子の平均滞留時間の算出方法におい
て、物理量の単位を絶対単位系で示したが、これらの単
位は重量単位系または国際単位（SI）系であっても、同
一単位系を正しく用いる限り問題はなく、上式は成立す
る。例えば、各物理量の単位としてＶ（m³）、ρｓ（to
n/m³）、ψ（重量分率）、Ｆ（ton/min）を用いれば、
平均滞留時間はθ（min）として求まる。

一方、Ｖ（）、ρｓ（kg/）、ψ（重量分率）、Ｆ
（kg/min）を用いれば、平均滞留時間はθ（min）とし
て求まる。

また、ψとして（重量％）を用いた場合は、当然ながら
θを100で割った値が求める平均滞留時間となる。ミル
３への水Ｂの供給量は起動後徐々に低減され、上式で計
算される滞留時間経過後にミル内の石炭濃度が所定の値
になるように設定される。このとき分配器13から粗粒分
離器14への流量がスラリ製造量にほぼ一致するように分
配器13の設定値が調整される。このようにミル起動時に
は低石炭濃度の状態から徐々に濃度を上げつつ平均滞留
時間が経過するまで実質的に全量の石炭−水スラリがミ
ルへ循環され、粒度調製されてスラリが製造される。ミ
ルでの粉砕物が全量ミルに循環される時間は、実際には
粗粒分離器14を通過して取出されるスラリの流量と粒度
によって微調整することができる。

一方、ミルの停止時には、石炭Ａ、水Ｂ、界面活性剤Ｃ
およびpH調整剤Ｄのミルへの供給量を停止後、ミルを石
炭粒子の平均滞留時間の1/4〜1/2の間運転することによ
り、フィーダ停止直前に供給された石炭粒子も粉砕、再
循環され、製品スラリの粒度が所定の値に維持すること
ができる。

以下、上記の装置を適用した実施例により本発明をさら
に詳しく説明する。

（実施例） 165mm径の回転テーブルを有する湿式竪型ボールレース
ミルを備えた第１図と同様な構成の装置を用いて、HGI
＝50の石炭を下記の条件で粉砕した。

（条件）ミルへの原炭供給量（乾炭基準）:20kg/h 界面活性剤供給量（原炭に対し）:0.5％ pH調整剤供給量（原炭に対し）:0.05％ミル内の石炭濃度:70.5％分配器からの循環量（乾炭基準）:400kg/h 粗粒分離器からの循環量:0.1kg/h この場合の起動、停止特性を第３図に、また定常状態で
のスラリ（粘度1500cp）の粒径分布を第４図のａに示
す。なお、第３図には比較として従来法による石炭−水
スラリの粒径分布をｂ、ｃとして示した。また本発明の
実施例により製造したスラリの性状と動力原単位を従来
法と比較して第１表に示した。

第４図に示すように、ミル起動時に石炭濃度50％でスタ
ートし徐々に水量を低減して20分後に石炭濃度を所定の
70.5％に設定し、バッチ循環運転から連続運転に切換え
ることによって、製品スラリの濃度、粒度、粘度をほぼ
一定に維持することが可能である。また石炭、水の供給
を停止後ミルを10分間（ミルの滞留時間の1/2〜1/4）運
転することにより製造されるスラリの仕様は最後までほ
ぼ一定に維持することができた。

第４図の結果から明らかなように、本実施例によれば石
炭粒子は粉砕部において、ボールと下部リング間で粉砕
される粉砕機構が圧縮粉砕と摩擦粉砕であるために単一
粉砕機会当たりに生成する粒度分布は微粒子を多く含む
幅の広い粒径分布となり、また起動時においてミルにお
いて生成した微粒子が分配器13により実質的に全量ミル
３に循環されて再粉砕されるため、濃度の高い石炭−水
スラリの製造に必要な微粒子を起動時から調製すること
ができる。さらに第１表から明らかなように、湿式チュ
ーブミル粉砕による石炭−水スラリ同等以上の性状のス
ラリを約2/3の動力で製造できることがわかる。

以上の説明は本発明の典型的な実施例について行なった
ものであるが、本発明はこれに限定されるものではな
く、例えば、第２図では湿式竪型リングローラミルとし
て湿式竪型ボールレースミルを示したが、ローラとして
上記のボールの他にビヤだる形状のものや輪状のもの
等、各種の変形物を用いたものでもよい。

（発明の効果）本発明方法によれば、直接燃焼用として好適で品質の均
一な高濃度石炭−水スラリを、起動時からロスを最小限
にして効率よく、したがって動力原単位を大幅に低減さ
せて、連続的に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に用いる石炭−水スラリ製造
装置の系統図、第２図および第2A図は、それぞれ第１図
に示す湿式竪型リングローラミルとして好適な湿式竪型
ボールレースミルの構造例を示す説明図、第３図は、本
発明の実施例の効果を説明するための起動・停止時の運
転特性とスラリ性状を示す説明図、第４図は、本発明の
実施例の効果を説明するための粉砕石炭の粒径と累積重
量分率との関係図、第５図は、従来の湿式ボールミルを
用いる石炭−水スラリ製造装置の系統図、第６図（Ａ）
および（Ｂ）は、上記湿式ボールミル内のボールの挙動
と粉砕機構の関係を説明する図である。Ａ……石炭、Ｂ……水、Ｃ……界面活性剤液、Ｄ……pH
調整剤液、Ｅ……スラリ、１……バンカ、２……フィー
ダ、３……湿式竪型リングローラミル、４……給炭管、
13……分配器、14……粗粒分離器、15……スラリタン
ク、16……湿式竪型ボールレースミル、17……粉砕テー
ブル、18……加圧装置、19……上部リング、20……駆動
装置、21……下部リング、22……粉砕用ボール、23……
かき棒、24、26……堰、25……混合櫂、27……かきとり
板。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粉砕リングとローラを有する湿式竪型リン
グローラミルを用いて石炭を界面活性剤の存在または不
存在下で湿式粉砕し、かつ該ミルで粉砕された石炭の一
部を分配器を通して再循環して石炭、水および界面活性
剤の重量の合計に対する石炭の重量が50〜80％の石炭−
水スラリを製造する方法において、起動後のミル内石炭
粒子の平均滞留時間が経過するまでは粉砕石炭粒子を全
量ミルに再循環することを特徴とする石炭−水スラリ製
造用竪型ミルの運転方法。
【請求項２】特許請求の範囲第１項において、粉砕時の
石炭濃度が所定の濃度よりも低い濃度で起動した後、徐
々に石炭濃度を増大し、ミル内の平均滞留時間経過後に
所定の石炭濃度になるように調整することを特徴とする
石炭−水スラリ製造用竪型ミルの運転方法。
【請求項３】特許請求の範囲第１項または第２項におい
て、ミルへの石炭、水および界面活性剤の供給停止後、
ミル内石炭粒子の平均滞留時間の1/4〜1/2の間ミルシス
テムを運転した後、ミルの運転を停止することを特徴と
する石炭−水スラリ製造用竪型ミルの運転方法。
【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、ミル内石炭粒子の平均滞留時間を次式で
算出することを特徴とする石炭−水スラリ製造用竪型ミ
ルの運転方法。ここでＫは定数（３〜５）、ρｓはスラリ密度（ton/
m³）、ψは石炭濃度（重量分率）、Ｖは粉砕部容量
（m³）、Ｆは石炭粉砕量（ton/hr）を示す。