JPH09157666A - 燃料組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＰＦＢＣ炉などの流動層燃焼炉で燃焼したと
きに層上燃焼を抑制し得る燃料組成物を提供する。 【解決手段】 ＪＩＳ Ｍ ８８０１（石炭類−試験方
法）に規定される「るつぼ膨張試験方法」に準拠して測
定される、るつぼ膨張指数（ＣＳＮ）が０あるいは１／
２である第１の固形可燃物と、るつぼ膨張指数が１以上
である第２の固形可燃物と、液体とを含むことを特徴と
する燃料組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃料組成物に関す
る。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】加圧
流動層燃焼（Ｐressurized Ｆluidized Ｂed Ｃombusti
on、以下ＰＦＢＣという）ボイラ用燃料として用いられ
る石炭・水ペースト（Ｃoal Ｗater Ｐaste、以下ＣＷ
Ｐという）は、石炭に水を加えペースト状にすることで
流動性を与え、ポンプによる抗圧給炭を可能とするため
に考案された燃料である。

【０００３】ところで日本の発電システムにおいては、
多種類の国内および外国産の石炭を燃料として使用する
必要があり、多炭種対応性が要求されるため、各種石炭
から製造したＣＷＰを安定して燃焼できることが必須条
件となる。

【０００４】しかしＣＷＰは、石炭の種類によって、Ｐ
ＦＢＣ炉で燃焼したときに層上燃焼の量が大きく異な
る。「層上燃焼」とは、ＣＷＰ中の細かい石炭粒子が流
動層（デンスベット）から、その上のフリーボードおよ
びその降流で、あと燃えする現象である。層上燃焼する
石炭量が多くなると、フリーボード部の温度が極端に高
くなり炉の安定な運転に支障をきたすばかりでなく、Ｐ
ＦＢＣ炉に付設された集塵器や高圧管において機器の破
損をもたらす危険性がある。従ってＰＦＢＣ炉において
層上燃焼は極力抑制することが不可欠である。

【０００５】従って本発明の目的は、ＰＦＢＣ炉などの
流動層燃焼炉で燃焼したときに層上燃焼を抑制し得る燃
料組成物を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は上記目的達成
のため鋭意研究を重ねた結果、ＪＩＳ Ｍ ８８０１
（石炭類−試験方法）に規定される「るつぼ膨張試験方
法」に準拠して測定される、るつぼ膨張指数（ＣＳＮ）
が、燃料の燃焼形態に大きく影響を与えることを見い出
した。この点を詳説すると以下のとおりである。

【０００７】（Ｉ）るつぼ膨張指数が０あるいは１／２
の石炭から製造したＣＷＰを流動層炉内で燃焼させた場
合、ＣＷＰを構成する石炭粒子群（通常最大粒径が１０
ｍｍ以下の粉砕品）は、水分の蒸発と共に次第にバラけ
はじめ、全燃焼過程の初期にほぼ全ての石炭粒子が流動
層内でほぼ均一にバラバラに分散して燃焼する形態（以
下これを分散燃焼と呼ぶ）をとるが、るつぼ膨張指数が
１以上の石炭から製造したＣＷＰの場合、水分が蒸発し
ても石炭粒子群はバラけず、塊のまま燃焼する（以下こ
れを塊状燃焼と呼ぶ）こと。但し、塊状燃焼するＣＷＰ
の中には、揮発分放出に伴なう内部圧の上昇により、燃
焼過程で破裂するものもある。

【０００８】（II）分散燃焼するＣＷＰ（つまり、るつ
ぼ膨張指数が０あるいは１／２の石炭から製造したＣＷ
Ｐ）の層上燃焼量は、塊状燃焼するＣＷＰ（つまり、る
つぼ膨張指数が１以上の石炭から製造したＣＷＰ）より
も極端に多いこと。

【０００９】（III）るつぼ膨張指数が０あるいは１／
２の石炭であっても、るつぼ膨張指数が１以上の石炭と
混合してＣＷＰを製造することにより層上燃焼量の抑制
が可能であること。

【００１０】（IV）ＣＷＰの製造に用いた、るつぼ膨張
指数の異なる２種の石炭の代りに、他の固形可燃物、例
えば石炭コークス、石油コークス、チャー、都市ゴミ、
産業廃棄物を用いた場合、およびＣＷＰ製造に用いた水
の代りに、他の液体、例えば鉱油、動物油、植物油を用
いた場合にも、燃料の層上燃焼を抑制し得ること。

【００１１】本発明はこれらの知見に基づいて完成され
たものであり、ＪＩＳ Ｍ ８８０１（石炭類−試験方
法）に規定される「るつぼ膨張試験方法」に準拠して測
定される、るつぼ膨張指数が０あるいは１／２である第
１の固形可燃物と、るつぼ膨張指数が１以上である第２
の固形可燃物と、液体とを含むことを特徴とする燃料組
成物を要旨とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の燃料組成物は、るつぼ膨
張指数の異なる２種類の固形可燃物を必須成分として含
む。固形可燃物としては、石炭、石炭コークス、石油コ
ークス、チャー、都市ゴミ、産業廃棄物などが挙げられ
る。

【００１３】ここに石炭としては、泥炭、褐炭、亜瀝青
炭、瀝青炭 半無煙炭、無煙炭などが用いられる。

【００１４】また石炭コークスとしては、鉄鋼用コーク
ス、鋳物用コークス、半成コークス、活性コークスなど
が用いられ、石油コークスとしては、ディレードコーク
ス、フルードコークス、ピッチコークスなどが用いられ
る。

【００１５】チャーとしては、石炭のガス化炉やトッピ
ングサイクルのメインリアクターから排出されるチャ
ー、活性炭などが用いられる。

【００１６】また都市ゴミとしては、紙くず、厨芥、生
ごみ、下水汚泥などが用いられ、産業廃棄物としては、
活性汚泥、スラッジ、紙くず、木くず、樹皮、繊維く
ず、動植物性残渣、ゴムくず、活性炭、籾殻、コーヒー
殻、ビール絞り滓、余剰野菜などが用いられる。

【００１７】本発明の燃料組成物においては、第１の固
形可燃物のるつぼ膨張係数を０あるいは１／２に、そし
て第２の固形可燃物のるつぼ膨張指数を１以上に限定す
ることを必須要件とする。

【００１８】ここに、るつぼ膨張指数とは、ＪＩＳ Ｍ
８８０１（石炭類−試験方法）中の「るつぼ膨張試験
方法」に記載されているように、試料を所定のるつぼに
入れて、規定の条件で電気炉によって加熱し、生成した
加熱残渣を標準輪郭と比較したときの膨張指数であり、
試料の粘結性を示す指標（尺度）である。

【００１９】第１の固形可燃物のるつぼ膨張指数を０あ
るいは１／２に限定し、第２の固形可燃物のるつぼ膨張
指数を１以上に限定した理由は、るつぼ膨張指数が０あ
るいは１／２であって、本来、分散燃焼する第１の固形
可燃物に、るつぼ膨張指数１以上の第２の固形可燃物を
混合することにより、燃焼形態を分散燃焼から塊状燃焼
に変化させ、結果として層上燃焼を抑制させることにあ
る。

【００２０】一方、第１の固形可燃物のるつぼ膨張指数
が１／２を超える場合には、それによって製造された混
合燃料は、塊状燃焼し、元々層上燃焼量は少ないため、
るつぼ膨張指数１以上の第２の固形可燃物を特に混合す
る必要はなく、また第２の固形可燃物のるつぼ膨張指数
が１未満の場合は、それによって製造された混合燃料
（ＣＷＰ）は、分散燃焼し層上燃焼量が多くなるという
欠点があり、いずれも本発明の目的を達成することがで
きない。

【００２１】第２の固形可燃物のるつぼ膨張係数は１〜
９であるのが特に好ましい。

【００２２】本発明の燃料組成物においては、第１の固
形可燃物と第２の固形可燃物との合計量に対する第１の
固形可燃物の割合は０重量％を超え９９重量％以下であ
り、第２の固形可燃物の割合は１重量％以上１００重量
％未満である。その理由は第１の固形可燃物が９９重量
％を超え第２の固形可燃物が１重量％未満であると、層
上燃焼の抑制効果が現れない可能性があるからである。

【００２３】第１の固形可燃物と第２の固形可燃物との
割合は、前者３０〜９５重量％、後者７０〜５重量％が
より好ましく、前者５０〜８０重量％、後者５０〜２０
重量％が特に好ましい。

【００２４】第１の固形可燃物および第２の固形可燃物
は、いずれもその最大粒径が１０ｍｍ以下の粉砕物であ
るのが好ましい。その理由は、最大粒径が１０ｍｍを超
えるものが存在すると、燃料の搬送性や燃焼速度などの
点で好ましくない場合があるからである。

【００２５】本発明の燃料組成物は、上記第１および第
２固形可燃物と液体とを混合することにより得られる。

【００２６】第１および第２の固形可燃物は、必要に応
じて石灰石、ドロマイトなどの炉内脱硫材ならびに界面
活性剤などの添加物を加えることができる。

【００２７】第１および第２の固形可燃物と液体との混
合は、撹拌などの手段を用いて行なわれる。

【００２８】用いる液体としては、水、鉱油、動物油お
よび植物油から選ばれる少なくとも１種が挙げられる。
液体としての水は、燃料の燃焼時に燃焼炉等を腐食する
ような不純物を実質的に含まない水であれば、その種類
は問わず、例えば、水道水、工業用水、純水などの水が
用いられる。鉱油としては、重油、軽油、灯油などが用
いられる。動物油としては、各種魚油、鯨油が用いられ
る。植物油としては、大豆油などの各種植物油が用いら
れる。

【００２９】燃料組成物中の液体の割合は１０〜６０重
量％であるのが好ましい。その理由は、１０重量％未満
であると、燃料の搬送性が低下し、ポンプ負荷が高まる
ばかりでなく搬送システムの摩耗や破損をひきおこすこ
とがあり、また６０重量％を超えると特に液体が水であ
る場合には、燃料の発熱量が著しく低下するのに対し、
１０〜６０重量％であると上記問題点がなく、良好な搬
送性が得られ、かつ燃料の発熱量も適度になるからであ
る。

【００３０】本発明の燃料組成物は、るつぼ膨張指数が
０または１／２の第１の固形可燃物と、るつぼ膨張指数
が１以上である第２の固形可燃物を含むため、塊状燃焼
が起こり、結果として流動層燃焼炉での燃料燃焼時の好
ましくない層上燃焼を抑制することができるという技術
的効果を奏する。

【００３１】本発明の燃料組成物の最も好ましい態様
は、第１および第２の固形可燃物として石炭を、液体と
して水を用いたＣＷＰ（石炭・水ペースト）である。

【００３２】

【実施例】以下実施例により本発明をさらに説明する。

【００３３】実施例１ （１）ＣＷＰの製造 第１の固形可燃物（Ｓ１）として、るつぼ膨張指数０の
石炭（６ｍｍアンダー粉砕品、炭種＝瀝青炭）を、第２
の固形可燃物（Ｓ２）として、るつぼ膨張指数１の石炭
（６ｍｍアンダー粉砕品、炭種＝瀝青炭）を用いた。ま
た液体として水を用いた。

【００３４】第１の固形可燃物（Ｓ１）と第２の固形可
燃物（Ｓ２）とをＳ１／Ｓ２の重量割合が７０／３０
（wt％／wt％）となるように混合して得た混合物に水
（Ｗ）をＷ／（Ｓ１＋Ｓ２）の重量割合が２５／７５
（wt％／wt％）となるように添加し、撹拌混合してＣＷ
Ｐを得た。

【００３５】（２）ＣＷＰの燃焼実験 燃焼実験は図１に示す装置を用いて行なった。本装置の
概要および実験操作を述べると以下のとおりである。す
なわち、本装置には、半径方向にスリット１（幅２５ｍ
ｍ×長さ４００ｍｍ）の施された円筒形の電気炉２の中
に石英管３（内径４０ｍｍ×高さ７００ｍｍ）が設置さ
れている。石英管３内の全高の約１／３の高さのところ
に分散板４が設けられ、その上に、０．２５〜１ｍｍに
粒度調整した球形アルミナ粒子からなるベット材５が約
１０ｃｍの層高で収容されている。

【００３６】石英管３の底部より空気６を供給して、ベ
ット材５を流動化させて流動層を形成し、一方、石英管
３の上部よりＣＷＰ７を投入した。流動層の静止時の層
高は約１０ｃｍにコントロールし、空塔速度を１．５ｍ
／秒にコントロールした。石英管３内にはＫ型熱電対８
をその先端が流動層内に埋入するように設置し、ＰＩＤ
制御により流動層内温度を８５０℃にコントロールし
た。スリット１の正面にはビデオカメラ９を設置し、燃
焼状態を観察、撮影した。

【００３７】燃焼後のガスは、石英管３の頂部よりサイ
クロン１０に導かれ、未燃焼の石炭粒子などの粒子を捕
集した後、フィルター１１を経て系外に排出された。

【００３８】上記（１）で得られたＣＷＰ５０ｇを図１
の実験装置を用いて燃焼した結果、燃焼状態は、ビデオ
カメラによる観察によれば塊状燃焼であった。またサイ
クロンで捕集された未燃粒子量は、０．８ｇと著しく少
量であり、本実施例のＣＷＰを工業的なＰＦＢＣ炉で燃
焼すると層上燃焼が著しく抑制されることが明らかとな
った。

【００３９】実施例２ （１）ＣＷＰの製造 第１の固形可燃物（Ｓ１）として、るつぼ膨張指数０の
石炭（６ｍｍアンダー粉砕品）を、第２の固形可燃物
（Ｓ２）として、るつぼ膨張指数１の石炭（０．１５ｍ
ｍアンダー粉砕品）を用い、これらをＳ１／Ｓ２の重量
割合が７０／３０（wt％／wt％）となるように混合し、
得られた混合物に液体として水（Ｗ）をＷ／（Ｓ１＋Ｓ
２）の重量割合が２５／７５（wt％／wt％）となるよう
に添加した以外は実施例１の（１）と同様にしてＣＷＰ
を製造した。

【００４０】（２）ＣＷＰの燃焼実験 上記（１）で得たＣＷＰ５０ｇを実施例１の（２）で述
べたと同様の条件で燃焼させた。

【００４１】ビデオカメラによる観察により、燃焼状態
は塊状燃焼であった。またサイクロンで捕集された未燃
粒子量は０．６ｇで極めて少量であり、本実施例のＣＷ
Ｐを工業的なＰＦＢＣ炉で燃焼すると層上燃焼が著しく
抑制されることが明らかとなった。

【００４２】実施例３ （１）ＣＷＰの製造 第１の固形可燃物（Ｓ１）として、るつぼ膨張指数１／
２の石炭（６ｍｍアンダー粉砕品）を、第２の固形可燃
物（Ｓ２）として、るつぼ膨張指数３の石炭（０．４５
ｍｍアンダー粉砕品）を用い、これらをＳ１／Ｓ２の重
量割合が７５／２５（wt％／wt％）となるように混合
し、得られた混合物に液体として水（Ｗ）をＷ／（Ｓ１
＋Ｓ２）の重量割合が３０／７０（wt％／wt％）となる
ように添加した以外は実施例１の（１）と同様にしてＣ
ＷＰを製造した。

【００４３】（２）ＣＷＰの燃焼実験 上記（１）で得たＣＷＰ５０ｇを実施例１の（２）で述
べたと同様の条件で燃焼させた。

【００４４】ビデオカメラによる観察により、燃焼状態
は塊状燃焼であった。またサイクロンで捕集された未燃
粒子量は１．０ｇで極めて少量であり、本実施例のＣＷ
Ｐを工業的なＰＦＢＣ炉で燃焼すると層上燃焼が著しく
抑制されることが明らかとなった。

【００４５】比較例１ （１）ＣＷＰの製造 固形可燃物（Ｓ）として、るつぼ膨張指数０の石炭（６
ｍｍアンダー粉砕品）のみを用い、この固形可燃物に液
体として水（Ｗ）をＷ／Ｓの重量割合が２５／７５（wt
％／wt％）となるように添加した以外は実施例１の
（１）と同様にしてＣＷＰを製造した。

【００４６】（２）ＣＷＰの燃焼実験 上記（１）で得たＣＷＰ５０ｇを実施例１の（２）で述
べたと同様の条件で燃焼させた。

【００４７】ビデオカメラによる観察により、燃焼状態
は分散燃焼であった。またサイクロンで捕集された未燃
粒子量は４．２ｇで極めて多量であり、本比較例のＣＷ
Ｐを工業的なＰＦＢＣ炉で燃焼すると層上燃焼量が多く
なることが明らかとなった。

【００４８】

【発明の効果】以上詳しく述べたとおり、本発明によれ
ば、ＰＦＢＣ炉などの流動層燃焼炉で燃焼させたときに
望ましくない層上燃焼を著しく抑制することができる燃
料組成物を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例および比較例で得られた燃料（ＣＷＰ）
の燃焼実験に用いた装置の概略図である。

【符号の説明】

１ スリット ２ 電気炉 ３ 石英管 ４ 分散板 ５ ベット材 ６ 空気 ７ ＣＷＰ ８ 熱電対 ９ ビデオカメラ １０ サイクロン １１ フィルター

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＪＩＳ Ｍ ８８０１（石炭類−試験方
   法）に規定される「るつぼ膨張試験方法」に準拠して測
   定される、るつぼ膨張指数（ＣＳＮ）が０あるいは１／
   ２である第１の固形可燃物と、るつぼ膨張指数が１以上
   である第２の固形可燃物と、液体とを含むことを特徴と
   する燃料組成物。
2. 【請求項２】 第１および第２の固形可燃物が、石炭、
   石炭コークス、石油コークス、チャー、都市ゴミおよび
   産業廃棄物から選ばれる少なくとも１種である、請求項
   １に記載の組成物。
3. 【請求項３】 第１の固形可燃物と第２の固形可燃物の
   合計量に対する第１の固形可燃物の割合が０重量％を超
   え９９重量％以下であり、第２の固形可燃物の割合が１
   重量％以上１００重量％未満である、請求項１または２
   に記載の組成物。
4. 【請求項４】 第２の固形可燃物のるつぼ膨張指数が１
   〜９である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の組成
   物。
5. 【請求項５】 第１および第２の固形可燃物が、それぞ
   れ最大粒径が１０ｍｍ以下の粉砕物である、請求項１〜
   ４のいずれか一項に記載の組成物。
6. 【請求項６】 液体が水、鉱油、動物油および植物油か
   ら選ばれる少なくとも１種である、請求項１〜５のいず
   れか一項に記載の組成物。
7. 【請求項７】 液体の割合が１０〜６０重量％である、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の組成物。