(57)【要約】【課題】従来の石炭・水ペースト製造装置に比べ粘度がより一定に制御された石炭・水ペーストを製造可能な石炭・水ペースト製造装置を提供する。【解決手段】混練機３と、粗粉炭の水分量をオンラインで測定する水分計４３を備える給炭機３９及び微粉炭スラリー粘度測定装置４９を備える微粉炭スラリー製造装置７と、混練機３へ供給する粗粉炭の水分量をオンラインで測定する水分計２３を備える給炭機９と、混練機３へ粘度調整用の水を供給する混練機注水装置１１と、混練機３の出口のＣＷＰ粘度をオンラインで測定する粘度測定装置５と、微粉砕機３７への注水量及び混練機３への注水量を制御する制御装置１３とを備える。粘度を一定に制御した微粉炭スラリーを混練機３に供給することで、粘度がより一定に制御された石炭・水ペーストを製造することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粉炭スラリー、粗粉炭、石灰石及び水を混練する混練機と、
粗粉炭を微粉砕しながら水と混合する微粉砕機、前記微粉砕機に水を注水する微粉砕機注水装置、前記微粉砕機へ供給する粗粉炭の水分量をオンラインで測定する水分計を備える微粉砕機給炭機、及び前記微粉砕機出口の微粉炭スラリーの粘度をオンラインで検出する微粉炭スラリー粘度検出手段を備える微粉炭スラリー製造装置と、
前記混練機へ供給する粗粉炭の水分量をオンラインで測定する水分計を備える混練機給炭機と、
前記混練機へ粘度調整用の水を供給する混練機注水装置と、
前記混練機出口の石炭・水ペーストの粘度をオンラインで測定する石炭・水ペースト粘度計と、
微粉炭スラリーの粘度測定値及び粗粉炭の水分量測定値を用いて微粉砕機への注水量を調整し、微粉炭スラリーの粘度を一定に制御すると共に、石炭・水ペーストの粘度測定値、粗粉炭の水分量測定値及び微粉炭スラリーの粘度測定値を用いて混練機への注水量を調整し、石炭・水ペーストの粘度を一定に制御する制御装置と、を備え、
前記混練機には、粘度が一定に制御された微粉炭スラリーが供給されることを特徴とする石炭・水ペースト製造装置。
【請求項２】
さらにバイオマスを前記混練機に供給し、バイオマスを含む前記石炭・水ペーストを製造するときは、前記制御装置は、石炭・水ペーストの粘度測定値、粗粉炭の水分量測定値、バイオマスの水分量測定値及び微粉炭スラリーの粘度測定値を用いて混練機への注水量を調整し、石炭・水ペーストの粘度を一定に制御することを特徴とする請求項１に記載の石炭・水ペースト製造装置。
【請求項３】
前記微粉炭スラリー粘度検出手段は、粘度計及び／又は前記微粉砕機のモータ電流を検出する電流計であることを特徴とする請求項１又は２に記載の石炭・水ペースト製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧流動床ボイラの燃料である石炭・水ペーストを製造する石炭・水ペースト製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
加圧流動床ボイラを用いた発電システムでは、石炭を燃焼させた燃焼熱により蒸気を発生させ、蒸気タービンを駆動するとともに、燃焼ガスでガスタービンを駆動させ発電する複合発電システムを採用する。加圧流動床ボイラは、流動媒体をボイラ内で流動化させ、供給される石炭を流動化させながら燃焼させるため、燃焼温度が約８７０℃と低い。その結果、窒素酸化物の発生が抑制され、さらに流動媒体に石灰石を使用することで、炉内脱硫も同時に行われるなどの長所を有している。
【０００３】
加圧流動床ボイラの燃料は、石炭、石灰石、水の混合物からなる石炭・水ペースト（ＣＷＰ：Ｃｏａｌ Ｗａｔｅｒ Ｐａｓｔｅ、以下ＣＷＰと記す場合もある）が用いられる。ＣＷＰは、微粉炭と水との混合物からなる微粉炭スラリーと、粒子径２ｍｍ以下の大きさの粗粉炭と、石灰石と、粘度調整用の水とを混練機で混練し製造される。ＣＷＰの性状は炭種により異なるが、標準的なＣＷＰの粘度は４〜１０Ｐａ・ｓ、水分量は約２４〜２５重量％である。微粉炭スラリーの石炭濃度は５０重量％程度であり、粒径２ｍｍ以下の大きさの粗粉炭に水を加えながら微粉砕機で粉砕することで製造される。ＣＷＰは、粘度が低いと石炭と水とが分離しやすくなり、逆に粘度が高すぎると配管内で閉塞しやすくなるので、混練機出口のＣＷＰの粘度及び粗粉炭の水分量をオンラインで測定し、これら測定値を用いて混練機への注水量を調整し、ＣＷＰの粘度が設定の範囲内になるように制御されている。製造されたＣＷＰは、ＣＷＰポンプを通じて火炉へ供給される。
【０００４】
粗粉炭に含まれる水分量が多くなると、混練機に供給する粘度調整用の注水量を減少させる必要が生じるが、粗粉炭に含まれる水分量が極端に多くなると注水を完全に停止しても、ＣＷＰの粘度が設定の範囲外となることがある。この場合、微粉炭スラリーの水分量を減少させることで、ＣＷＰ中の水分量を低下させ粘度を調整する方法も考えられるが、単純に微粉炭スラリー中の水分量を低下させると、微粉砕機で粉砕される微粉炭の粒径が大きくなるとし、微粉砕機に供給する水分量を低下させると共に微粉砕機に界面活性剤を供給し、水分量の少ない微粉炭スラリーを製造する方法が開発されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４０２９２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＣＷＰを燃料とする加圧流動床ボイラを安定的に運転するためには、ＣＷＰの性状、特に粘度が一定し変動が少ないことが好ましい。また発電効率を高めるためにはＣＷＰは、安定的に輸送可能な範囲内で、できるだけ水分量が少ないことが望ましい。従来のＣＷＰの製造においても、混練機出口のＣＷＰの粘度、粗粉炭の水分量をオンラインで測定し、これら測定値を用いて制御装置が混練機への粘度調整用の注水量を調整し、ＣＷＰの粘度が設定の範囲内になるように制御されているが、製造されるＣＷＰの粘度範囲は比較的広く、微粉炭スラリーの水分量が多くなると、ＣＷＰの粘度が設定範囲外となるおそれがあった。
【０００７】
本発明の目的は、従来の石炭・水ペースト製造装置に比べ粘度がより一定に制御された石炭・水ペーストを製造可能な石炭・水ペースト製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の本発明は、微粉炭スラリー、粗粉炭、石灰石及び水を混練する混練機と、粗粉炭を微粉砕しながら水と混合する微粉砕機、前記微粉砕機に水を注水する微粉砕機注水装置、前記微粉砕機へ供給する粗粉炭の水分量をオンラインで測定する水分計を備える微粉砕機給炭機、及び前記微粉砕機出口の微粉炭スラリーの粘度をオンラインで検出する微粉炭スラリー粘度検出手段を備える微粉炭スラリー製造装置と、前記混練機へ供給する粗粉炭の水分量をオンラインで測定する水分計を備える混練機給炭機と、前記混練機へ粘度調整用の水を供給する混練機注水装置と、前記混練機出口の石炭・水ペーストの粘度をオンラインで測定する石炭・水ペースト粘度計と、微粉炭スラリーの粘度測定値及び粗粉炭の水分量測定値を用いて微粉砕機への注水量を調整し、微粉炭スラリーの粘度を一定に制御すると共に、石炭・水ペーストの粘度測定値、粗粉炭の水分量測定値及び微粉炭スラリーの粘度測定値を用いて混練機への注水量を調整し、石炭・水ペーストの粘度を一定に制御する制御装置と、を備え、前記混練機には、粘度が一定に制御された微粉炭スラリーが供給されることを特徴とする石炭・水ペースト製造装置である。
【０００９】
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の石炭・水ペースト製造装置において、さらにバイオマスを前記混練機に供給し、バイオマスを含む前記石炭・水ペーストを製造するときは、前記制御装置は、石炭・水ペーストの粘度測定値、粗粉炭の水分量測定値、バイオマスの水分量測定値及び微粉炭スラリーの粘度測定値を用いて混練機への注水量を調整し、石炭・水ペーストの粘度を一定に制御することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載の石炭・水ペースト製造装置において、前記微粉炭スラリー粘度検出手段は、粘度計及び／又は前記微粉砕機のモータ電流を検出する電流計であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る石炭・水ペースト製造装置は、微粉炭スラリーを製造する微粉炭スラリー製造装置が、微粉砕機出口の微粉炭スラリーの粘度をオンラインで検出する粘度検出手段、微粉砕機へ供給する粗粉炭の水分量をオンラインで測定する水分計を備え、制御装置が、微粉炭スラリーの粘度測定値及び粗粉炭の水分量測定値を用いて微粉砕機への注水量を調整し、微粉炭スラリーの粘度を一定に制御し、粘度が一定に制御された微粉炭スラリーが混練機へ供給されるので、混練機に供給される微粉炭スラリーの水分量が一定となる。石炭・水ペーストに含まれる水の多くは、微粉炭スラリーから持ち込まれる水であるから、微粉炭スラリーの粘度を一定にすることで、混練機入口側の水分変動は粗粉炭の水分量の変動のみとなり、水分量の変動は大幅に減少する。混練機への注水量の変動が少なくなるので注水量の調整も容易となり、従来の石炭・水ペースト製造装置に比べ粘度がより一定に制御された石炭・水ペーストを製造することができる。
【００１２】
また本発明に係る石炭・水ペースト製造装置は、バイオマスを含有する石炭・水ペーストを製造するときも、混練機に供給される微粉炭スラリーの水分量が一定に制御されているので、バイオマス及び／又は粗粉炭の水分量が変動しても、従来の石炭・水ペースト製造装置に比べ粘度が一定に制御された石炭・水ペーストを製造することができる。これにより含水率の高い下水汚泥等を原料の一部とする石炭・水ペーストを燃料とする加圧流動床ボイラの運転も安定的に行うことができる。
【００１３】
また本発明によれば、微粉砕機出口の微粉炭スラリーの粘度をオンラインで検出する粘度検出手段は、粘度計及び／又は微粉砕機のモータ電流を検出する電流計であるので、容易に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態の石炭・水ペースト製造装置１の概略的構成を示す図である。
【図２】図１の微粉砕機３７への注水量の基本制御系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の第１実施形態の石炭・水ペースト製造装置１の概略的構成を示す図である。石炭・水ペースト製造装置１は、微粉炭スラリー、原炭を粉砕機で所定の粒径に粉砕した粗粉炭、所定の粒径の石灰石及び水からなる石炭・水ペースト（ＣＷＰ）を製造する装置であり、微粉炭スラリー、粗粉炭、石灰石及び水を混練する混練機３、混練機３で混練したＣＷＰの粘度を測定する粘度計５、微粉炭スラリーを製造する微粉炭スラリー製造装置７、粗粉炭を混練機３に供給する給炭機９、混練機３に粘度調整用の水を供給する混練機注水装置１１、微粉砕機３７及び混練機３への注水量を制御する制御装置１３を含む。
【００１６】
混練機３は、横型の混練機であり、微粉炭スラリー製造装置７で製造された微粉炭スラリー、給炭機９から供給される粗粉炭及び石灰石、さらに必要に応じて供給される粘度調整用の水を連続的に受入れ、これらを混練しＣＷＰを製造する。ＣＷＰは、粘度が４〜１０Ｐａ・ｓの範囲内で設定された粘度値に制御される。このときのＣＷＰの水分量は約２４〜２５重量％、石炭濃度は約６９〜７０重量％である。製造されたＣＷＰは、分配コンベヤ１５を通じてＣＷＰタンク１７に送られた後、ＣＷＰポンプ（図示省略）を介して火炉（図示省略）に供給される。
【００１７】
混練機３の出口には粘度計５が装着され、粘度計５は混練機３から排出されるＣＷＰの粘度をオンラインで測定する。測定した粘度測定値は、制御装置１３に送られ、混練機３への注水量の調整に使用される。粘度計５は、混練機出口に設けられ、ＣＷＰ導入用案内板（図示省略）、粘度計測容器（図示省略）、回転ロータ（図示省略）、トルク計（図示省略）、ＣＷＰ排出ゲート及び洗浄ノズル（図示省略）を備える。混練機出口から排出されるＣＷＰの一部を、ＣＷＰ導入用案内板を介して粘度計測容器に導き、ピン型ロータを回転させ、このときの攪拌トルクをトルク計で計測する。攪拌トルクとＣＷＰ粘度との間には相関関係があるので、予め攪拌トルクとＣＷＰ粘度との関係を取得しておくことで簡単にＣＷＰ粘度を求めることができる。粘度測定が終了すると、ＣＷＰ排出ゲートが開きＣＷＰが排出され、粘度計測容器等に水が噴射され洗浄が行われる。これら操作は制御装置１３を介して所定の間隔で自動的に行われる。
【００１８】
粗粉炭は、原炭が粉砕機で粉砕された平均粒径２ｍｍ以下の石炭であり、粗粉炭中継ホッパ１９に貯蔵された粗粉炭は、給炭機９を介して混練機３に供給される。このとき石灰石も石灰石バンカ２１から給炭機９に送られ、粗粉炭と一緒に混練機３に供給される。ＣＷＰに含まれる石炭の約７５重量％は、粗粉炭として供給される。原炭は通常１０重量％程度の水分を含有しているが、含水率は石炭置場の環境、天候などにより異なる。このため給炭機９には非接触式の水分計２３が装着され、これにより粗粉炭の水分量がオンラインで測定される。粗粉炭の水分量は、制御装置１３に送られＣＷＰの粘度調整に使用される。
【００１９】
微粉炭スラリーは、微粉炭スラリー製造装置７で製造された後、中継タンク２５、スラリー移送ポンプ２７、スラリーサービスタンク２９、スラリー供給ポンプ３１を通じて所定量の微粉炭スラリーが混練機３に供給される。供給される微粉炭スラリーは、粘度が１００〜４００ｍＰａ・ｓの範囲内で設定された粘度値に制御されている。微粉炭スラリーの水分量は、約４８〜５０重量％であり、ＣＷＰに含まれる水分の約７０重量％は、微粉炭スラリーから持ち込まれる水分である。微粉炭スラリー製造装置７の詳細は後述する。
【００２０】
混練機３への注水は、混練機注水装置１１が行う。混練機注水装置１１は、粘度調整用の水を供給する装置であり、注水ポンプ３３の吐出側に設けられた注水管の途中に注水流量調整弁３５を備え、制御装置１３が注水流量調整弁３５の弁開度を調整して混練機３への注水量を調整する。
【００２１】
微粉炭スラリー製造装置７は、湿式ミルである微粉砕機３７を備え、微粉砕機３７には、粗粉炭中継ホッパ３８に貯蔵された粗粉炭が微粉砕機用の給炭機３９を介して、また微粉砕機注水装置４１から粘度調整用の水が供給される。微粉砕機３７へ供給する粗粉炭は、混練機３に供給する粗粉炭と同じである。微粉砕機用の給炭機３９にも混練機用の給炭機９と同様に、オンラインで水分を計測可能な非接触式の水分計４３が装着されている。粗粉炭の水分量測定値は、制御装置１３に送られ微粉炭スラリーの粘度調整に使用される。微粉砕機注水装置４１は、注水ポンプ４５の吐出側に設けられた注水管の途中に注水流量調整弁４７を備え、制御装置１３が注水流量調整弁４７の弁開度を調整して微粉砕機３７への注水量を調整する。
【００２２】
微粉砕機３７の出口部にも、混練機３と同様、オンラインで粘度を測定可能な粘度計４９が装着されている。微粉炭スラリーの粘度を測定する粘度計４９は、ＣＷＰの粘度を測定する粘度計５と同様の構成からなるが、微粉炭スラリーの粘度は、約１００〜４００ｍＰａ・ｓであり、ＣＷＰの粘度の４〜１０Ｐａ・ｓの数十分の１であるため、粘度計４９の回転ロータ（図示省略）がＣＷＰの粘度計５の回転ロータ（図示省略）に比較して太く、微粉炭スラリーから抵抗を受け易い回転ロータが使用されている。粘度測定値は、制御装置１３に送られる。
【００２３】
微粉炭スラリーの粘度測定は、粘度計４９に代え、微粉砕機３７の所要動力を測定しこれを使用してもよい。微粉炭スラリーの粘度が高くなるに従って微粉砕機３７の所要動力も高くなるので、予め微粉炭スラリーの粘度と微粉砕機３７の所要動力との関係を求めておくことで、微粉砕機３７の所要動力測定値から微粉炭スラリーの粘度を算出することができる。粘度計４９に比較すると精度は低いが、簡単に実施することができる。微粉砕機３７の所要動力の測定方法としては、電流計（図示省略）で駆動モータの電流を測定する方法が挙げられる。
【００２４】
制御装置１３は、信号を入出力する入出力手段、入力手段を通じて入力される測定値を記憶する記憶手段、演算手段を備え、微粉砕機出口の微粉炭スラリー粘度が設定値となるように、微粉砕機出口の粘度測定値、粗粉炭の水分量測定値を用いて微粉砕機３７への注水量を調整する。
【００２５】
図２は、微粉砕機３７への注水量の基本制御系統図である。微粉砕機３７への注水量調整は、次の要領で行われる。粗粉炭供給量５１及び粗粉炭の水分量測定値５３が加算器５５に入力され、この加算値５７を加算器５９に送り、これに減算器６１で算出した微粉砕機出口のスラリー粘度測定値６３と微粉砕機出口のスラリー粘度設定値６５との偏差値６７を加算し、注水すべき注水流量６９を算出する。算出した注水流量６９と実際の注水流量７１との偏差量７３を減算器７５で算出し、これに基づき制御装置１３は、注水流量調整弁４７を制御する。
【００２６】
また制御装置１３は、混練機出口のＣＷＰ粘度が設定値となるように、混練機出口のＣＷＰ粘度測定値、粗粉炭の水分量測定値及び微粉炭スラリーの粘度測定値を用いて混練機３への注水量を調整する。混練機３への注水量の調整要領は、先の微粉炭スラリーの注水量の調整要領と基本的に同じであるが、粗粉炭の水分量測定値の他、微粉炭スラリーの粘度測定値が使用され注水量が算出される。微粉炭スラリーの粘度と微粉炭スラリーの水分量との間には相関関係があるので、予め微粉炭スラリーの粘度と微粉炭スラリーの水分量との関係を求めておくことで、微粉炭スラリーの粘度測定値から微粉炭スラリーの水分量を算出することができる。
【００２７】
加圧流動床ボイラでは、石炭の他、下水汚泥などの有機汚泥を含むバイオマスを石炭と共に燃焼させる混焼が行われる場合がある。この場合、バイオマスを粗粉炭等と共に直接、混練機３に供給し、バイオマスを燃料の一部とするＣＷＰを製造する。バイオマスを燃料の一部とするＣＷＰを製造するときは、バイオマスに含まれる水分量測定値を制御装置１３に入力し、この水分量測定値を粗粉炭の水分量と同じように扱い、混練機３への注水量を調整する。
【００２８】
ＣＷＰに含まれる水分の約７０重量％は、微粉炭スラリーから持ち込まれるので、微粉炭スラリーの粘度の変動がＣＷＰの粘度制御に与える影響は大きい。例えば標準的なＣＷＰにおいて混練機３に供給される粗粉炭の水分量が１重量％低下すると、ＣＷＰの粘度を一定にするために混練機３に供給する注水量を約１．３倍増加させる必要がある。一方、微粉炭スラリーの水分量が１重量％低下すると、注水量を約１．５倍増加させる必要がある。このように粗粉炭の水分量の変動に比べ、微粉炭スラリーの水分量の変動の方が混練機３への注水量調整に大きな影響を及ぼす。なお、粗粉炭の水分量及び微粉炭スラリーの水分量の両方が１重量％低下すると、注水量を約１．９倍増加させる必要がある。
【００２９】
以上のように本実施形態に示す石炭・水ペースト製造装置１は、従来の石炭・水ペースト製造装置にはなかった、粘度を一定の値に制御した微粉炭スラリーを製造しこれを混練機３に供給する方法を採用するので、混練機入口側の水分変動は粗粉炭の水分量の変動のみとなり、水分量の変動が大幅に減少する。混練機３への注水量の変動が小さくなるので注水量の制御も容易かつ精度よく行なうことが可能となり、石炭・水ペーストの粘度の変動幅が非常に小さく、従来の石炭・水ペースト製造装置に比べ粘度がより一定に制御された石炭・水ペーストを製造することができる。これにより、安定した加圧流動床ボイラの運転が可能となり、石炭・水ペースト輸送時の配管閉塞を確実に防止することができる。
【００３０】
特に下水汚泥など含水率の高いバイオマスを含む石炭・水ペーストを製造する場合は、混練機３に持ち込まれる水分量が多くなり、混練機３への注水量の調整幅が小さくなり、制御が難しくなるが、本実施形態に示す石炭・水ペースト製造装置１では、微粉炭スラリー中の水分量が一定しているので、下水汚泥など含水率の高いバイオマスを含む石炭・水ペーストを製造するときも、粘度を一定とした石炭・水ペーストを製造することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１  石炭・水ペースト製造装置
３  混練機
５  粘度計
７  微粉炭スラリー製造装置
９  給炭機
１１  混練機注水装置
１３  制御装置
２３  水分計
３５  注水流量調整弁
３７  微粉砕機
３９  給炭機
４１  微粉砕機注水装置
４３  水分計
４７  注水流量調整弁
４９  粘度計
【図１】
2011149623.tif 000003
【図２】
2011149623.tif 000004