JPS6370018A - 石炭・水スラリ燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は石炭、水スラリを焼燃する装置に係り、特に石
炭・水スラリの流動特性をダイラタント流体以外の流動
特性に保ち燃焼する装置に関する。

〔従来の技術〕

石炭の流体化技術の一つに石炭・水スラリ（以下Ｃｏａ
ｌ−ｖａｔｅｒ　５ｌｕｒｒｙ　：　ＣＷ　Ｓと称す、
）がある。

これは微粉炭に代わる新しい石炭の利用形態であり１発
電用又はその他産業用ボイラへの利用が進められている
。ＣＷＳは石炭を従来の石油系燃料と同様にポンプでバ
ーナへ供給できるので、微粉炭の空気搬送と比較して流
動制御の簡便さと燃料供給管径の縮少などの輸送面の利
点がある。また。

ボイラ用の燃料としては、燃料の発熱量を高くする必要
性から、ＣＷＳに含まれる石炭の濃度を６２〜７０重量
％にまで高くした高濃度のＣＷＳが用いられている。

さて、このように流体として取扱い可能なＣｌ１Ｓを燃
焼する際には、バーナに、液体状のＣＷＳを微小な噴霧
粒子にまで小さくするアトマイザを付設することが必要
となり、一般には、水蒸気や、空気を噴霧媒体として用
いる二流体アトマイザが使用され“る、このアトマイザ
に要求される条件は、（１）ＣＷＳの中に含まれる水の
蒸発を促進し、着火に至らしめるために噴霧粒子径を小
さくすること、（２）噴霧流体の保炎性を良好に保つた
めに、噴霧粒子の速度を低くすること、の２点である。

ところで、ＣＷＳは水や軽油等の低粘度の液体ではなく
、高粘度の流体である。また、同じ高粘度の流体と言っ
ても重油等のように、加熱することで低粘度化すると、
ＣＷＳの安定性、すなわち１石炭粒子が良好に水等の溶
媒中に懸濁されて分散されている状態が破壊され安定な
流動状態を保ち得なくなる。一方、ＣＷＳは粘度が高い
状態で噴霧されるので、前記（１）を満足する噴霧粒子
を得ための噴霧媒体流量は低粘度の水や油等の液体の場
合よりも増加する。更にまた１石炭の種類１石炭粒子の
粒径分布、ＣＷＳ中に含まれる石炭粒子の重量割合で定
まるｃｗｓｍ度及び製造方法の諸条件でＣＷＳの粘度は
大きく変化するのである。このため、前記条件（１）を
満足する噴霧媒体流量は、ＣＷＳの種類によって異なる
粘度に応じてＣＷＳの高粘度とともに増加する。

ところが、高粘度のＣＷＳを微粒化する際に、前記条件
（１）を満足すべく噴霧媒体流量を増加すると、アトマ
イザの噴霧粒子の速度も増加し、前記条件（２）を満足
し得なくなる。このため、何らかの方法でＣＷＳの粘度
を制御して比較的低い粘度で微粒化することで、前記条
件（１）及び（２）を満足する必要がある。

このような要求に応じて実開昭６０−１８５８１５号公
報に記載された方法は、ＣＷＳが流れる配管系と液体又
は液体燃料配管系とが接続される混合装置の入口部又は
出口部のＣＷＳ配管系の少なくともひとつに連続粘度調
節装置を接続することによって、ある設定粘度となるよ
うに、ＣＷＳと液体又は液体燃料の混合割合を制御しよ
うとするものである。確かに、ＣＷＳは高粘度の液体の
ように低粘度の液体を混合すると粘度が減少し、噴霧粒
子径を小さくすることができる。しかしながら、ＣＷＳ
は石炭粒子が含まれている流体であるために、その流動
特性は、水や油等の固体粒子を含まない流体と異なる。

水や油等の流動特性はニュートン流体であるのに対し、
ＣＷＳの流動特性を粘度がぜん断速度の関数として示さ
れる非ニユートン流体であり、粘度がぜん断速度の増加
とともに増加割合が減少する擬塑性流体と、粘度がぜん
断速度の増加とともに増加割合が大きくなるダイラタン
ト流体の二種類に大別される。また、微粒化する際のせ
ん断速度はＣＷＳの配管内のせん断速度よりも高く、さ
らに、ＣＷＳの噴霧媒体の混合状態によっても大きく異
なる。このため、ＣＷＳ配管において、ＣＷＳの粘度が
ある設定値と等しくなるようにＣＷＳと液体又は液体燃
料の混合割分を制御しても、ダイラタント流体のＣＷＳ
は設定値の粘度よりも高い状態で微粒化し、他方、擬塑
性流体のＣＷＳは設定値の粘度よりも低い状態で微粒化
する。すなわち、ダイラタント流体もしくは擬塑性流体
等のＣＷＳの流動特性によってもＣＷＳの噴霧粒子径は
変化することを意味しており、上記公知例に記載された
方法だけでは一様なＣＷＳ噴霧粒子を得られない。

また、上記公知例において設定する粘度を微粒化する際
のせん断速度の粘度としても、ダイラタント流体のＣＷ
Ｓの場合、粘度はせん断速度とともに増加するから、Ｃ
ＷＳに混合する液体又は液体燃料の割合は擬塑性流体の
ＣＷＳより多くなる。

その結果、上記公知例に記載の混合装置の出口における
ダイラタント流体のＣＷＳに占める石炭粒子の割合は低
くなり、ＣＷＳの安定性を劣化するので配管内に石炭粒
子が固着する等の主として輸送上の問題が生じる。この
ため、上記公知例に記載された方法だけでは安定してＣ
ＷＳを供給し得ない問題を生じる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、ＣＷＳの流動特性をＣＷＳに含まれる
石炭粒子の重量割合で影響される粘度によって制御しよ
うとするものであるが、ＣＷＳの粘度がＣＷＳの受ける
せん断速度によっても大きく変化し、さらには、ダイラ
タント流体又は擬塑性流体等の流動特性によっても粘度
が大きく異なる点について配慮がなされていない、この
ために、ＣＷＳの流動特性によってＣＷＳの噴霧粒子径
が異なる問題があった。

本発明の目的は、前記問題点を解消し、所望の噴霧粒子
径を得るようにした石炭・水スラリ燃焼装置を提供する
ことにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記＊Ｍは、前記混合器の入口部の前記ＣＷＳ配管系、
前記流動特性調節液配管系及び混合器出口部の前記ＣＷ
Ｓ配管系の少なくともひとつの系に、ＣＷＳの流動特性
がダイラタント流体以外の流動特性を有することを検出
する流動特性検出器を配するとともに、混合器入口部に
接続される前記両配管系の少なくともどちらか一方の供
給量を調節する制御器を設けることで達成される。

【作用〕

ＣＷＳの流れる配管系とＣＷＳの流動特性調節液配管系
とが接続される混合器の入口部、出口部及び流動特性調
節液配管系の少なくともひとつに配された流動特性検出
器は、ＣＷＳの流動特性を測定しダイラタント流体又は
擬塑性流体等のＣすＳの流動特性を判断し、ＣＷＳが少
なくともダイラタント流体以外の流動特性又はダイラタ
ント性を低減する流動特性を示すように流動特性調節液
の供給量を制御する。それによって、混合器の出口部の
ＣＷＳ配管系のＣＷＳはダイラタント流体以外の流動特
性を示すようになるので、ＣＷＳ配管系の内部に石炭粒
子が固着することなく、さらには供給されるＣＷＳの流
動特性に依存しない良好なＣＷＳの噴霧粒子を得ること
ができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図は本発明による石炭・水スラリ燃焼装置の系統図であ
る０本実施例はＣＷＳタンク１と接続するＣＷＳ配管系
３と流動特性調節液タンク２に接続する流動特性調節液
配管系４とがそれぞれポンプ５，６及び流量計７，８を
経由して混合器９に接続され、出口部のＣＷＳ配管系に
は流動特性検出器１０が配されて、石炭・水スラリ燃焼
バーナ１４に接続され、流動特性検出器からの検出信号
を監視する監視器１３．噴霧媒体供給量を調節する開閉
弁１１．圧力制御弁１２からなる。

ＣＷＳはＣＷＳタンク１に保有されており、ポンプ５で
ＣＷＳタンクから供給され、流量計７でＣＷＳの流量を
計測された後、混合器９へ供給される。一方、流動特性
調節液は流動特性調節液タンク２からポンプ６で供給さ
れ、流量計８で流量を計測された後、混合器９へ供給さ
れる。混合器９ではＣＷＳの流動特性に応じてＣＷＳと
流動特性調節液が良好に混合される。調節されたＣＷＳ
は流動特性検出器で流動特性を測定された後、バーナ１
４へ供給される。一方、ＣＷＳを噴霧状の微細粒子とす
る噴霧媒体は、開閉弁１１を通過した後、圧力制御弁１
２で圧力を調制されてバーナ１４へ供給される。ＣＷＳ
の流量制御は、流動特性検出器１０．ＣＷＳの流量計７
及び流動特性調節液の流量計８からの検出信号を監視器
１３によって監視し、適当な制御係数を持つ制御系Ｒ１
゜Ｒ２，Ｒ３を介してＣＷＳを供給するポンプ５゜流動
特性調節液を供給するポンプ６及び噴霧媒体の供給量を
調節する圧力制御弁１２のそれぞれの開度を連動して自
動的に、あるいは個々に手動で最適量に制御することで
可能となる。

ＣＷＳタンク１に保有されたＣＷＳの流動特性がダイラ
タント流体の場合、流動特性検出器１０からの信号が少
なくともダイラタント流体でなくなるように、あるいは
ＣＷＳタンク１に保有されたＣＷＳのダイラタント性を
弱めるように、流動特性調節液の供給量を制御する。ま
た、噴霧媒体の供給量は流動特性検出器１０からの信号
で判断される流動特性に応じて制御される０例えば、流
動特性検出器１０からの信号がダイラタント流体を示す
場合は、噴震媒体流量を増加して噴霧粒子径の増大を防
止することができる０以上はＣＷＳの流動特性がダイラ
タント流体の場合について記載したが、これ以外にも目
的とする動作に応じ適当に変更することができる。

流動特性調節液の一例としてＣａ”＋やＮａ十等の陽イ
オンを含む水溶液がある。ダイラタントの流動特性を示
すＣＷＳに例えば塩化カルシウム（ＣａＣｆｆｉｚ）を
重量割合で０．０１重量％加えると、ＣＷＳの流動特性
は擬塑性にすることができる。また、石炭粒子の最大径
３７μであるＣＷＳを適量加えてもダイラタントのＣＷ
Ｓの流動特性をＩ２塑性にすることができる。さらに、
また、流動特性調節液に擬塑性流体のＣｗＳを用いても
良い、この場合、ＣＷＳの石炭重量濃度を下げることな
く、また燃料中に含まれるカルシウム等の増加によって
もたらされる石炭灰の溶解点の低下もなくＣＷＳの流動
特性を少なくともダイラタント流体でなくなるように、
あるいはダイラクント性を弱めることができる。

本実施例の石炭・水スラリ燃焼装置を用いると、ＣＷＳ
タンク１に保有されたＣｗｓの流動特性を少なくともダ
イラタント流体でなくなるが、又はダイラタント性を弱
くすることができるので、バーナ１４で噴霧される噴霧
粒子径を微細化できる。

この結果、ＣＷＳ噴霧粒子に含まれる水の蒸発が促進さ
れ１着火性及び燃焼性が向上する。

第１図に示した流動特性検出器の一例を第２図に示す。

混合器９の出口部の配管系は２つの配管系に分かれた後
、再び、一つの配管系に集合されてバーナ１４に接続さ
れる。一方の配管は低せん所用検出器１５へ接続され、
他方は高せん所用検出器１６に接続されている。ＣＷＳ
の流動特性は低せん所用検出器１５の信号と高せん所用
検出器１６の信号の比を取って判断される。

低せん所用検出器１５の一例は低せん断時の粘度を測定
し、高せん所用検出器１６は高せん断時の粘度を測定し
ても良い、また、粘度と配管の圧力損失には所定の関係
を有することが知られている。そこで低せん断検出器１
５は配管内のＣＷＳの速度を低くした時の圧力損失を測
定し、また、高せん断検出器１６は配管内のＣＷＳの速
度を前記低せん断検出器１５よりも高くした時の圧力損
失を測定し、それら２つの圧力損失の比からＣｖＳの流
動特性を定めても良い、ＣＷＳの流動特性の検出方法は
上記方法に限らず１本実施例の主旨に一致する限り任意
に定めることができる。

本発明の石炭・水スラリ燃焼装置は、ＣＷＳの燃焼に限
らず、ＣＷＳの様な非ニユートン流体の供給系に関し、
その流動特性を制御する場合にも同等の効果を有する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ＣＷＳの流動特性を少なくともダイラ
タント流体以外の流動特性、又はＣＷＳのダイラタント
性を低減する流動特性にできるので、噴霧粒子の粒子径
を小さくし、ｃｗｓｙｆｔ３粒子の着火性及び燃焼性を
良好にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のゴ実施例の石炭・水スラリ燃焼装置の
系統図であり、第２図は流動特性検出器の一例を示す。 ３・・・ＣＷＳ配管系、４・・・流動特性調節液配管系
、７．８・・・流量計、９・・・混合器、１０・・・流
動特性検出器、１３・・・監視器、１４・・・石炭・水
スラリ燃焼バーナ。 、６（−へ゛・、 代理人　弁理士　小用勝ｇ１１−５、：＼−一・′ 都　１　ニ ″″βｂ叡１槽 第１槽口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、石炭・水スラリ配管系と流動特性調節液配管系とが
   混合器の入口部に接続され、この混合器の出口部に一端
   が接続される配管系の他端が石炭・水スラリ燃焼バーナ
   に接続される石炭・水スラリ燃焼装置において、前記混
   合器の入口部の前記石炭・水スラリ配管系、前記流動特
   性調節液配管系及び混合器出口部の前記石炭・水スラリ
   配管系の少なくともひとつの系に、石炭・水スラリの流
   動特性がダイラタント流体以外の流動特性を有すること
   を検出する流動特性検出器を配するとともに、混合器入
   口部に接続される前記両配管系の少なくともどちらか一
   方の供給量を調節する制御器を設けたことを特徴とする
   石炭・水スラリ燃焼装置。 ２、前記流動特性調節液配管系に流通させる流体前記石
   炭、水スラリ配管系で供給される石炭・水スラリの石炭
   粒子径３７μ以下の石炭粒子の重量割合を増加する粒径
   分布を有する石炭・水スラリ及び陽イオンを含む水溶液
   のいずれか少なくともひとつを含む流体であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の石炭・水スラリ
   燃焼装置。 ３、前記流動特性検出器は、石炭・水スラリの流動特性
   を検出して検出信号を監視器に送り、監視器は前記両配
   管系のそれぞれに配される流量計からの検出信号も合せ
   て監視して、前記両配管系の供給量を連動して制御し、
   少なくともどちらか一方の供給量を調節する制御器を設
   けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の石
   炭・水スラリ燃焼装置。