(57)【要約】【課題】新たな燃料石炭の選定指標および安全に管理するための揮発分に代わる管理指標を提供し、特に、石炭のセメント工場等での保管、配管滞留、サイクロンバッグ滞留等を安全に行える管理方法を実現することを課題とした。【解決手段】複数の石炭を含む混炭の所定の酸素吸収速度が、安全の確認された石炭の酸素吸収速度以下となるように、混炭の配合を決定し、自然発火を防止する混炭の使用方法、を提供する。【選択図】図１
2010265394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の石炭を含む混炭の所定の酸素吸収速度が、安全の確認された石炭の酸素吸収速度以下となるように、混炭の配合を決定し、自然発火を防止する混炭の使用方法。
【請求項２】
石炭並びに、オイルコークス、活性炭、可燃性廃棄物の炭化物、石炭灰、又は無機粉体から選ばれる少なくとも１種以上を含む混合物の所定の酸素吸収速度が、安全の確認された石炭の酸素吸収速度以下となるように、混合物の配合を決定し、自然発火を防止する混炭の使用方法。
【請求項３】
複数の種別を含む石炭について、次測定手順で酸素吸収速度を計算し、管理酸素濃度＝安全の確認された石炭の酸素吸収速度／複数の種別を含む石炭の酸素吸収速度×２１（％）以下に保つことを特徴とする複数の種別を含む石炭の管理方法。
測定手順
１．  石炭試料を、水酸化ナトリウムを仕込んだ酸素封入の密閉容器内に収納すると石炭の酸化により二酸化炭素が発生する。
２．  発生した二酸化炭素は水酸化ナトリウムに吸収され炭酸化固定される。
３．  容器内では圧力低下が起こる。
４．  容器内の気圧を圧力センサで感知し、記録計で記録する。
５．  圧力低下量を酸素吸収量に換算する。
６．  酸素吸収量の経時変化（一次微分）から酸素吸収速度を計算する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料用石炭の貯炭方法に関し、特にセメント工場での石炭貯炭場における自然発火を防止する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、セメント工場で燃料として使用される石炭は、瀝青炭、無煙炭のような高品位炭が主流であった。ところが、これらの高品位炭は可採埋蔵量に限りがあるため、その価格は年々上昇している。従来の高品位炭に替えて埋蔵量の豊富な亜瀝青炭および褐炭などを利用することができれば、資源の保全上意義が大きい。しかしながら、亜瀝青炭および褐炭などは炭化度が低く、揮発分が高いため、貯炭中に自然発火を起こしやすいという問題がある。
【０００３】
セメント工場での貯炭の形態には、屋外ヤード貯炭、屋内ヤード貯炭およびホール貯炭などがある。石炭の自然発火は、石炭の低温酸化に伴なう発熱に起因する。自然発火防止の原則は、石炭の酸化発熱速度よりも熱放散速度が上回るように管理することである。したがって、防止策は酸素との接触を抑制（酸化防止）すること、熱の放散効率を高める（蓄熱防止）ことの２点である。屋外ヤード貯炭の場合の酸化防止側面からの自然発火防止策には、貯炭の転圧により外気の侵入を防止する、シートや粘土などでパイルの外表面を被覆することで外気の侵入を防止する、自然発火防止剤を散布するおよび季節ごとの風向、風速を考慮してパイルの斜面の方向および傾斜を設計する、などがある。蓄熱防止側面からの自然発火防止策には、定期的にパイルの切り返しを行うことで放熱を促す、散水により水の気化熱で放熱を促す、パイル高さを低く設計する、などがある。但し、散水による冷却は微粉炭の流出によりパイルの気孔率が高まり、逆に外気が侵入しやすくなるという問題があった。
【０００４】
屋内ヤード貯炭の場合の発火防止策は、基本的には屋外ヤード貯炭の場合と共通であるが、降雨の影響を受けないため貯炭の水分管理に課題がある。また、長期にわたる炭塵の堆積が起こらないように管理する必要があった。
【０００５】
ホール貯炭の場合、重機の走行ができないこと、常時クレーン作業が行なわれていることなどから、貯炭表面の転圧操作が困難であり、酸化防止側面からのの有効な発火防止策はない。蓄熱防止側面からの防止策には、１．１回の受入数量を少なくする、2．貯炭の層厚さを薄くする、３．できる限り短期間で使い切る、４．貯炭の温度検出、COガスのモニタリング頻度を増加させることにより早期の危険予知を励行する、などで対処していた。
【０００６】
石炭ミルからバーナーまでの区間には、炭塵の集塵を目的として電気集塵機、バグフィルターおよび一時保管タンクなどが設置されている。貯炭場から石炭ミルへ供給された石炭は、乾燥、粉砕され空気（または機械）輸送により集塵機、端末ビンを経てキルンの主バーナーで燃焼される。石炭ミル以降での石炭の性状は、微粉となっている点、より高温にさらされている点で貯炭場の石炭とは異なり、滞留時間は短いものの、貯炭場にある石炭よりもはるかに自然発火しやすい環境下にある。
【０００７】
セメント工場で使用される燃料用石炭は、発熱量、価格、ハンドリング性（主に含水率）、組成（主に揮発分）などを指標にして、総合的にその使用の可否判断がなされる。上記のうち、例えば、特許文献１のように、特に自然発火性の判断指標とされるのは揮発分であるが、その目安となる数値は長年の経験に基づいて決定されている。ところが、この目安値のみで使用の可否判断を行うと、使用できる石炭の種類が著しく限られてしまっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開2006-077155
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、新たな燃料石炭を安全に管理するための揮発分に代わる管理指標を提供し、より簡単に、複数の種別の混合された石炭のセメント工場等での場所を選ばない貯炭、配管滞留、サイクロンバッグ滞留等をより安全に行える管理方法を実現することを課題とした。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
石炭の酸素吸収速度と自然発火性について、鋭意検討した結果、本願発明に至った。即ち２種以上の石炭を混合して貯炭する方法であって、その混合割合が、各々の石炭の酸素吸収速度に基づいて決定される方法を、提供する。
【００１１】
また、オイルコークス、活性炭、可燃性廃棄物の炭化物、石炭灰、無機粉体から選ばれる少なくとも１種以上と、石炭を混合して貯炭する方法であって、その混合割合を混合物の酸素吸収速度に基づいて決定する方法を、提供する。
【００１２】
複数の石炭を含む混炭の所定の酸素吸収速度が、安全の確認された石炭の酸素吸収速度以下となるように、混炭の配合を決定し、自然発火を防止する混炭の使用方法、を提供する。
【００１３】
更に、石炭並びに、オイルコークス、活性炭、可燃性廃棄物の炭化物、石炭灰、又は無機粉体から選ばれる少なくとも１種以上を含む混合物の所定の酸素吸収速度が、安全の確認された石炭の酸素吸収速度以下となるように、混炭の配合を決定し、自然発火を防止する混炭の使用方法、を提供する。
【００１４】
複数の種別を含む石炭について、次測定手順で酸素吸収速度を計算し、管理酸素濃度＝安全の確認された石炭の酸素吸収速度／複数の種別を含む石炭の酸素吸収速度×２１（％）以下に保つことを特徴とする複数の種別を含む石炭の管理方法、を提供する。
【００１５】
測定手順
１．  混合石炭試料を水酸化ナトリウムを仕込んだ酸素封入の密閉容器内に収納すると石炭の酸化により二酸化炭素が発生する。
２．  発生した二酸化炭素は水酸化ナトリウムに吸収され炭酸化固定される。
３．  容器内では圧力低下が起こる。
４．  容器内の気圧を圧力センサで感知し、記録計で記録する。
５．  圧力低下量を酸素吸収量に換算する。
６．  酸素吸収量の経時変化（一次微分）から酸素吸収速度を計算する。
【００１６】
内圧低下量から酸素吸収量への換算を行うには、理想気体の状態方程式で近似計算が可能である。
【００１７】
亜瀝青炭や褐炭など、酸素吸収速度の大きい石炭の場合、吸収速度の時間変化が大きく測定精度が低下するので、試料重量、粒度範囲、測定温度の測定条件と測定精度の関係について考慮した。その検討の結果、本法による酸素吸収速度測定の測定条件は、例えば、内容積３２５ｍｌの試料容器に対して石炭重量３０ｇ、粒度範囲１００μｍ〜１ｍｍ、測定温度２０℃と決定すると、本法による測定誤差は３％となることが分かった。
【００１８】
さらに、酸素濃度の影響を考慮することが好ましい。雰囲気中の酸素濃度と石炭の酸素吸収速度との関係を把握したところ、雰囲気中の酸素濃度と石炭の酸素吸収速度には、正の相関が成立することが確認された。一方、石炭の低温酸化による発熱速度は酸素吸収速度に比例するため、石炭の自然発火は酸素吸収速度をコントロールすることで可能といえる。
【００１９】
混炭による酸素吸収速度のコントロールは、貯炭状態にも石炭ミル以降の状態にも共通して適用することができる技術である。酸素吸収速度の低い無煙炭と高い亜瀝青炭、およびこれらの配合比率を変えて混合した混炭の酸素吸収速度の測定した結果、混合炭の酸素吸収速度は、混合前の各石炭の単独の酸素吸収速度に混合比率の重みをつけた加算値となることが判明した。
【００２０】
さらに、市販の自然発火性試験装置を用いて混合炭の自然発火性評価試験の測定を行ったところ、混合炭の自然発火時間は、混合前の各石炭の単独の自然発火時間に混合比率の重みをつけた加算値となることが判明した。この結果、安全の確認された石炭を基準に混合炭の酸素吸収速度を次式で求められる管理酸素濃度以下とすることで、自然発火の防止が可能であることが確認された。
【００２１】
複数の種別の石炭について、次測定手順で各種別の石炭の酸素吸収速度を計算し、管理酸素濃度＝〔安全の確認された石炭の酸素吸収速度／Σ（各石炭の酸素吸収速度×該石炭の質量比）〕×２１（％）、２１％は、空気中の酸素の平均体積％である。
【００２２】
石炭の酸素吸収速度は、雰囲気中の酸素濃度に比例するため、石炭ミル以降、キルンバーナーまでの区間の雰囲気の酸素濃度を管理することで、石炭ミル以降での自然発火を防止することができる。但し、石炭ミル以降では、石炭が微粉となっているために石炭自身がより酸化されやすい状態にある。また、石炭ミルには石炭乾燥のために熱風が導入されているため石炭の酸素吸収速度がより高い状態となっている。石炭ミル以降での石炭の性状は、微粉となっている点、より高温にさらされている点で貯炭場の石炭とは異なっており、滞留時間は短いものの、貯炭場にある石炭よりもはるかに自然発火しやすい環境下にある。
【００２３】
たとえば、無煙炭および亜瀝青炭の混炭の酸素吸収速度は単独の場合の酸素吸収速度の中間の値となった。自然発火性試験の結果においても、混炭の温度上昇曲線は単独の場合の中間に位置した。
【００２４】
炭化度の異なる３種以上の石炭を含む混炭の場合であっても、酸素吸収速度の加成則は成立する。安全の確認された石炭の酸素吸収速度を基準に、複数の石炭を含む混炭の酸素吸収速度から、混炭の配合を決定すれば、自然発火を起こすことなくセメント工場で使用することができる。
【００２５】
また、石炭と、オイルコークス、活性炭、可燃性廃棄物の炭化物、石炭灰、無機粉体から選ばれる少なくとも１種以上を含む混合物の場合であっても、酸素吸収速度の加成則は成立することが判明した。この混合物の場合も、酸素吸収速度が、所定値以下となるように、配合を決定すれば、自然発火を起こすことなくセメント工場で使用することができる。
【発明の効果】
【００２６】
新たな燃料石炭の選定指標および安全に管理するための揮発分に代わる管理指標を提供し、従来、自然発火が懸念されて使用することができなかった亜瀝青炭および褐炭などの石炭を、自然発火を起こすことなく貯炭したり、粉砕したり、配管滞留、サイクロンバッグ滞留等が行える。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】酸素吸収速度の測定原理を説明する図である。
【図２】混合炭の酸素吸収速度に加成則が成り立つことを説明する図である。
【図３】混合炭の自然発火性測定試験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に本発明の形態について、詳細に説明する。
【００２９】
現実の石炭の低温酸化のメカニズムは複雑であるが、実用上以下の式のように単純化しても差し支えない。すなわち、密閉容器内で石炭と酸素を含有する気体とを接触させると、石炭の酸化反応により、二酸化炭素、一酸化炭素および熱が生成する。石炭の低温酸化により生成するガスの大半が二酸化炭素であることより、石炭の酸素吸収速度は、容器内圧力を計測できるセンサ付の二酸化炭素吸収密閉容器で精度よく測定することができる。１モルの酸素の吸収により、同じく１モルの二酸化炭素が生成するので、この二酸化炭素を炭酸化固定すれば、酸素の吸収量を求めることができる。
【００３０】
石炭＋Ｏ２→ＣＯ２＋０．１ＣＯ＋熱
【００３１】
この測定を実施するにあたり、例えば、市販のＢＯＤ簡易測定器がこの機能を備えている。その測定原理を図１に示した。ＢＯＤ簡易測定器は、ガラス製容器２０、内部圧力センサ付ヘッド３０（密栓）を含み、石炭試料を入れたガラス製容器内圧力を前記センサで感知、計測することができる。その計測値を連続的に記録できる記録計を備えることが好ましい。
【００３２】
測定手順の概容は以下のとおりとした。
１．  石炭試料を水酸化ナトリウムを仕込んだ酸素封入の密閉容器内に収納すると、石炭の酸化により二酸化炭素が発生する。
２．  発生した二酸化炭素は水酸化ナトリウムに吸収され炭酸化固定される。
３．  容器内では圧力低下が起こる。
４．  容器内の気圧の時間変化を圧力センサで感知し、記録計で記録する。
５．  圧力低下量を酸素吸収量に換算する。
６．  酸素吸収量の経時変化（一次微分）から酸素吸収速度を計算する。
【００３３】
具体的には、平均直径１ｍｍ以下の石炭試料３０ｇを内容積３２５ｍｌのガラス製容器２０に入れ、二酸化炭素吸収剤である水酸化ナトリウム粒子を専用ホルダーに収納し、ガラス容器２０にセットし、ヘッド３０で密栓し直ちに測定を開始した。容器の内圧が経時的に記録されるため、この内圧の変化量を酸素吸収量に換算し、その経時変化から、酸素吸収速度を求めた。
【００３４】
内圧変化量から酸素吸収量への換算は以下の式によった。
【００３５】
【数１】
2010265394.tif 000003
【００３６】
各記号は、次内容である。
Ａ：酸素吸収量  [m  mol-O2/g-coal]
Ｐ：内圧減少量  [hPa]
Ｖ：容器内容積  [cm3]
Ｗｄ：石炭の乾燥重量  [g]
ｄ：石炭の真密度  [g/cm3]
Ｗ：石炭の重量  [g]
【００３７】
異なる酸素吸収速度を有する２種類の石炭を混合するとき、その混炭の酸素吸収速度には加成則が成り立った。従って、石炭の種類による相違、混合による相互の影響はほとんど考慮する必要がないと考えられる。したがって、酸素吸収速度の低い石炭と高い石炭、例えば無煙炭と亜瀝青炭とを混合することによって、混炭の酸素吸収速度を定量的にコントロールすることができることが判明した。
【００３８】
また、混炭による酸素吸収速度のコントロールは、貯炭状態にも石炭ミル以降の状態にも共通して適用することができる技術である。
【００３９】
図２には、酸素吸収速度の低い無煙炭とこれが高い亜瀝青炭、およびこれら２種の石炭を各２０重量％ずつ混合した混炭の酸素吸収速度の測定結果を示す。また、図３は自然発火性評価試験の結果を示す。
【００４０】
図２のプロットの傾きより、無煙炭および亜瀝青炭の酸素吸収速度は、それぞれ0.000045および0.000200[m  mol-O2/g-coal/hr.]と算出された。また、両者の混炭の酸素吸収速度は0.000135[m  mol-O2/g-coal/hr.]と算出され、単独の場合の酸素吸収速度のほぼ中間の値となった。この結果より、異なる酸素吸収速度を有する２種類の石炭を混合するときには加成則が成り立つことが確認された。
【００４１】
図３の自然発火性試験の結果においても、混炭の温度上昇曲線は単独の場合の中間に位置した。以上の結果より、混炭により石炭の自然発火性は定量的にコントロールすることが可能であると結論できる。
【００４２】
炭化度の異なる３種以上の石炭を含む混炭の場合であっても、酸素吸収速度の加成則は成立するが、複数の石炭を含む混炭の場合、その混炭の酸素吸収速度が、好ましく0.00021[m  mol-O2/g-coal/hr.]以下、より好ましくは0.00018[m  mol-O2/g-coal/hr.]以下となるように、混炭の配合を決定すれば、自然発火を起こすことなくセメント工場で使用することができる。このとき、各種別の石炭の酸素吸収速度を計算し、管理酸素濃度＝〔安全の確認された石炭の酸素吸収速度／Σ（各石炭の酸素吸収速度＊該石炭の質量比）〕＊２１（％）で示される管理酸素濃度以下での使用とする。
【００４３】
また、石炭と、オイルコークス、活性炭、可燃性廃棄物の炭化物、石炭灰、無機粉体から選ばれる少なくとも１種以上を含む混合物の場合であっても、その混合物の酸素吸収速度が、好ましくは0.00021[m  mol-O2/g-coal/hr.]以下、より好ましくは0.00018[m  mol-O2/g-coal/hr.]以下となるように、配合を決定すれば、自然発火を起こすことなくセメント工場で使用することができる。このとき、管理酸素濃度＝〔安全の確認された石炭の酸素吸収速度／その混合物の酸素吸収速度〕＊２１（％）以下の酸素濃度以下で管理することで、自然発火を防止できた。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明を実施すれば、揮発分が高くより自然発火を起こし易い石炭のセメント工場での使用の可能性が判定でき、これを選定する指標となり、併せて、セメント工場での貯炭、使用時の管理指標、管理方法が実現する。
【符号の説明】
【００４５】
１０：二酸化炭素吸収剤収納ホルダー
２０：ガラス製容器
３０：内部圧力センサ内臓ヘッド（水酸化ナトリウム内包）
４０：石炭混合試料
【図１】
2010265394.tif 000004
【図２】
2010265394.tif 000005
【図３】
2010265394.tif 000006