(57)【要約】【課題】排出される石炭灰の基礎的な性状を調整することができる石炭燃焼装置とする。【解決手段】石炭は微粉炭製造装置８で燃料比（石炭の質）と酸性率（石炭の質）を制御され、石炭の粒径は石炭粉砕装置１０で調整され、微粉炭としてバーナ３からボイラ火炉２の中に入る。そして、燃焼条件として後から入れる空気の割合である二段燃焼率が空気弁５で制御されることにより微粉炭は燃焼し、所望の基礎的性状をもつ生成灰として石炭灰排出口１２からでてくる。石炭燃焼装置において石炭の燃焼条件と質を制御することで、所望の基礎的性状の石炭灰が得られるので有価灰として利用する技術効率が高まる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粉炭を空気と混合させて燃焼させる火炉を備え、微粉炭の燃焼状況を調整することで燃焼灰の状態を調整する燃焼状況調整手段を火炉に設けたことを特徴とする石炭燃焼装置。
【請求項２】
微粉炭を空気と混合させて燃焼させる火炉を備え、微粉炭の質を調整することで燃焼灰の状態を調整する質調整手段を火炉に設けたことを特徴とする石炭燃焼装置。
【請求項３】
微粉炭を空気と混合させて燃焼させる火炉を備え、微粉炭の燃焼状況を調整することで燃焼灰の状態を調整する燃焼状況調整手段を火炉に設けると共に、微粉炭の質を調整することで燃焼灰の状態を調整する質調整手段を火炉に設けたことを特徴とする石炭燃焼装置。
【請求項４】
請求項１もしくは請求項３に記載の石炭燃焼装置において、
燃焼状況調整手段は、
微粉炭の燃焼雰囲気に後段空気を導入することで燃焼灰の状態を調整する後段空気導入手段と、
後段空気導入手段から火炉への空気導入状況を制御する空気導入制御手段と
からなることを特徴とする石炭燃焼装置。
【請求項５】
請求項１もしくは請求項３に記載の石炭燃焼装置において、
燃焼状況調整手段は、
微粉炭の粒度を調整する粒度調整手段である
ことを特徴とする石炭燃焼装置。
【請求項６】
請求項１もしくは請求項３に記載の石炭燃焼装置において、
燃焼状況調整手段は、
微粉炭の燃焼雰囲気に後段空気を導入することで燃焼灰の状態を調整する後段空気導入手段と、
後段空気導入手段から火炉への空気導入状況を制御する空気導入制御手段と
微粉炭の粒度を調整する粒度調整手段とを備えた
ことを特徴とする石炭燃焼装置。
【請求項７】
請求項２もしくは請求項３に記載の石炭燃焼装置において、
質調整手段は、
質の異なる石炭を所望の混合割合で混合して得られた微粉炭を火炉に供給する手段である
ことを特徴とする石炭燃焼装置。
【請求項８】
請求項７に記載の石炭燃焼装置において、
石炭の質は、固定炭素と揮発分の比である燃料比である
ことを特徴とする石炭燃焼装置。
【請求項９】
請求項７に記載の石炭燃焼装置において、
石炭の質は、灰分の溶融性の指標である酸性率である
ことを特徴とする石炭燃焼装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の石炭燃焼装置において、
石炭の質は、固定炭素と揮発分の比である燃料比及び、灰分の溶融性の指標である酸性率である
ことを特徴とする石炭燃焼装置。
【請求項１１】
請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の石炭燃焼装置において、
火炉は蒸気を発生させるボイラの火炉である
ことを特徴とする石炭燃焼装置。
【請求項１２】
微粉炭を空気と混合させて燃焼させる火炉を備え、微粉炭の燃焼状況を調整することで燃焼灰の状態を調整する燃焼状況調整手段を火炉に設け、
燃焼状況調整手段は、微粉炭の燃焼雰囲気に後段空気を導入することで燃焼灰の状態を調整する後段空気導入手段と、後段空気導入手段から火炉への空気導入状況を制御する空気導入制御手段と微粉炭の粒度を調整する粒度調整手段とからなり、
微粉炭の質を調整することで燃焼灰の状態を調整する質調整手段を火炉に設け、
質調整手段は、質の異なる石炭を所望の混合割合で混合して得られた微粉炭を火炉に供給する手段を備え、
石炭の質は、固定炭素と揮発分の比である燃料比及び、灰分の溶融性の指標である酸性率とした
ことを特徴とする石炭燃焼装置。
【請求項１３】
空気と混合させて燃焼させる微粉炭の燃焼状況を調整することで燃焼灰の状態を調整することを特徴とする石炭燃焼方法。
【請求項１４】
空気と混合させて燃焼させる微粉炭の質を調整することで燃焼灰の状態を調整する
ことを特徴とする石炭燃焼方法。
【請求項１５】
空気と混合させて燃焼させる微粉炭の燃焼状況及び質を調整することで燃焼灰の状態を調整することを特徴とする石炭燃焼方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粉炭の燃焼状況と質を調整し排出される灰の性状を制御することができる石炭燃焼装置及び、石炭燃焼方法に関する。例えば、石炭燃焼装置として、蒸気を生成するボイラに用いて好適である。
【背景技術】
【０００２】
現在わが国の電気は、主に化石燃料のエネルギーで作られ、その３分の１に石炭が利用されている。化石燃料から作られる電気は、火力発電所で作られており、例えば火力発電設備は我々の生活の中で重要な役割を占めている（特許文献１等参照）。
【０００３】
近年、エネルギーセキュリティーの観点から、可採埋蔵量の豊富な石炭を利用した微粉炭火力の導入が急速に進展した。その結果、石炭燃焼に伴って排出される石炭灰の量が急増し、その処理が重要な課題となっている。
【０００４】
現在、国内で排出される石炭灰は、大半がセメント用粘土代替材料として利用されていることから、さらなる排出量の増加が予想される状況下において、新たな用途への展開が求められている。潜在的な需要規模や、灰分粒子の大半が球状である特徴を考慮した場合、セメント混和材等への利用が有望であるが、燃焼条件や石炭性状の変化に起因する石炭灰性状の変動により、本格的な利用に到っていない。また、石炭と排出する石炭灰の性状との相関は、経験によるもので明確な技術調整方法はなかった。今後、セメント混和材等への利用を拡大していくためには、石炭灰の性状を調整する技術を確立する必要がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２０１４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、微粉炭の燃焼によって排出される石炭灰の粒子の基礎的性状を制御することができる石炭燃焼装置及び石炭燃焼方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、微粉炭を空気と混合させて燃焼させる火炉を備え、微粉炭の燃焼状況を調整することで燃焼灰の状態を調整する燃焼状況調整手段を火炉に設けたことを特徴とする石炭燃焼装置にある。
【０００８】
第１の態様では、燃焼状況調整手段が燃焼灰の燃焼状況を制御することにより、火炉から排出された石炭灰の粒子の基礎的性状を調整することができるので、石炭灰を有効に利用する際の技術効率が高められる。
【０００９】
上記目的を達成するための本発明の第２の態様は、微粉炭を空気と混合させて燃焼させる火炉を備え、微粉炭の質を調整することで燃焼灰の状態を調整する質調整手段を火炉に設けたことを特徴とする石炭燃焼装置にある。
【００１０】
第２の態様では、微粉炭の質調整手段が微粉炭の質を制御することにより、火炉から排出された石炭灰の粒子の基礎的性状を調整することができるので、石炭灰を有効に利用する際の技術効率を高められる。
【００１１】
上記目的を達成するための本発明の第３の態様は、微粉炭を空気と混合させて燃焼させる火炉を備え、微粉炭の燃焼状況を調整することで燃焼灰の状態を調整する燃焼状況調整手段を火炉に設けると共に、微粉炭の質を調整することで燃焼灰の状態を調整する質調整手段を火炉に設けたことを特徴とする石炭燃焼装置にある。
【００１２】
第３の態様では、燃焼状況調整手段が燃焼灰の燃焼状況を制御し、微粉炭の質を調整する質調整手段が微粉炭の質を制御することにより、火炉から排出された石炭灰の粒子の基礎的性状を調整することができるので、石炭灰を有効に利用する際の技術効率が高められる。
【００１３】
本発明の第４の態様は、第１もしくは第３の態様に記載の石炭燃焼装置において、燃焼状況調整手段は、微粉炭の燃焼雰囲気に後段空気を導入することで燃焼灰の状態を調整する後段空気導入手段と、後段空気導入手段から火炉への空気導入状況を制御する空気導入制御手段とからなることを特徴とする石炭燃焼装置にある。
【００１４】
第４の態様では、空気導入制御手段が微粉炭の燃焼雰囲気に導入する後段空気量の割合である二段燃焼率を制御することにより、火炉から排出された石炭灰の粒子の基礎的性状を調整することができるので、石炭灰を有効に利用する際の技術効率が高められる。
【００１５】
本発明の第５の態様は、第１もしくは第３の態様に記載の石炭燃焼装置において、燃焼状況調整手段は、微粉炭の粒度を調整する粒度調整手段であることを特徴とする石炭燃焼装置にある。
【００１６】
第５の態様では、粒度調整手段が微粉炭の粒径を制御することにより、火炉から排出された石炭灰の粒子の基礎的性状を調整することができるので、石炭灰を有効に利用する際の技術効率が高められる。
【００１７】
本発明の第６の態様は、第１もしくは第３の態様に記載の石炭燃焼装置において、燃焼状況調整手段は、微粉炭の燃焼雰囲気に後段空気を導入することで燃焼灰の状態を調整する後段空気導入手段と、後段空気導入手段から火炉への空気導入状況を制御する空気導入制御手段と微粉炭の粒度を調整する粒度調整手段とを備えたことを特徴とする石炭燃焼装置にある。
【００１８】
第６の態様では、空気導入制御手段が微粉炭の燃焼雰囲気に導入する後段空気量の割合である二段燃焼率を制御し、粒度調整手段が微粉炭の粒径を制御することによって、火炉から排出された石炭灰の性状を調整することができるので、石炭灰を有効に利用する際の技術効率が高められる。
【００１９】
本発明の第７の態様は、第２もしくは第３の態様に記載の石炭燃焼装置において、質調整手段は、質の異なる石炭を所望の混合割合で混合して得られた微粉炭を火炉に供給する手段であることを特徴とする石炭燃焼装置にある。
【００２０】
第７の態様では、質の異なる石炭を所望の混合割合で混合して微粉炭の質を制御することにより、火炉から排出された石炭灰の性状を調整することができるので、石炭灰を有効に利用する際の技術効率が高められる。
【００２１】
本発明の第８の態様は、第７の態様に記載の石炭燃焼装置において、石炭の質は、固定炭素と揮発分の比である燃料比であることを特徴とする石炭燃焼装置にある。
【００２２】
第８の態様では、固定炭素と揮発分の比である燃料比（石炭の質）を定量的に取り扱えるので、火炉から排出された石炭灰の粒子の基礎的性状を調整しやすくなり、石炭灰を有効に利用する際の技術効率が高められる。
【００２３】
本発明の第９の態様は、第７の態様に記載の石炭燃焼装置において、石炭の質は、灰分の溶融性の指標である酸性率であることを特徴とする石炭燃焼装置にある。
【００２４】
第９の態様では、灰分の溶融性の指標である酸性率（石炭の質）を定量的に取り扱えるので、火炉から排出された石炭灰の性状を調整しやすくなり、石炭灰を有効に利用する際の技術効率が高められる。
【００２５】
本発明の第１０の態様は、第７の態様に記載の石炭燃焼装置において、石炭の質は、固定炭素と揮発分の比である燃料比及び、灰分の溶融性の指標である酸性率であることを特徴とする石炭燃焼装置にある。
【００２６】
第１０の態様では、固定炭素と揮発分の比である燃料比と灰分の溶融性の指標である酸性率を定量的に取り扱えるので、火炉から排出された石炭灰の性状を調整しやすくなり、石炭灰を有効に利用する際の技術効率が高められる。
【００２７】
本発明の第１１の態様は、第１〜第１０のいずれかの態様に記載の石炭燃焼装置において、火炉は蒸気を発生させるボイラの火炉であることを特徴とする石炭燃焼装置にある。
【００２８】
第１１の態様では、石炭灰を有効に利用する際の技術効率を高めることができるボイラを提供することができる。
【００２９】
上記目的を達成するための本発明の第１２の態様は、微粉炭を空気と混合させて燃焼させる火炉を備え、微粉炭の燃焼状況を調整することで燃焼灰の状態を調整する燃焼状況調整手段を火炉に設け、燃焼状況調整手段は、微粉炭の燃焼雰囲気に後段空気を導入することで燃焼灰の状態を調整する後段空気導入手段と、後段空気導入手段から火炉への空気導入状況を制御する空気導入制御手段と微粉炭の粒度を調整する粒度調整手段とからなり、微粉炭の質を調整することで燃焼灰の状態を調整する質調整手段を火炉に設け、質調整手段は、質の異なる石炭を所望の混合割合で混合して得られた微粉炭を火炉に供給する手段を備え、石炭の質は固定炭素と揮発分の比である燃料比及び、灰分の溶融性の指標である酸性率としたことを特徴とする石炭燃焼装置にある。
【００３０】
第１２の態様では、燃焼状況調整手段が燃焼灰の燃焼状況を制御し、空気導入制御手段が微粉炭の燃焼雰囲気に導入する後段空気量の割合である二段燃焼率を制御し、粒度調整手段が微粉炭の粒径を制御し、微粉炭の質を調整する質調整手段が微粉炭の質を制御し、すなわち、質の異なる石炭を所望の混合割合で混合して微粉炭の質を制御し、固定炭素と揮発分の比である燃料比と灰分の溶融性の指標である酸性率を定量的に取り扱うことにより、火炉から排出された石炭灰の粒子の基礎的性状を調整することができるので、石炭灰を有効に利用する際の技術効率が高められる。
【００３１】
上記目的を達成するための本発明の第１３の態様は、空気と混合させて燃焼させる微粉炭の燃焼状況を調整することで燃焼灰の状態を調整することを特徴とする石炭燃焼方法にある。
【００３２】
第１３の態様では、微粉炭の燃焼状況を制御することにより、火炉から排出された石炭灰の粒子の基礎的性状を調整することができるので、石炭灰を有効に利用する際の技術効率が高められる。
【００３３】
上記目的を達成するための本発明の第１４の態様は、空気と混合させて燃焼させる微粉炭の質を調整することで燃焼灰の状態を調整することを特徴とする石炭燃焼方法にある。
【００３４】
第１４の態様では、微粉炭の質を制御することにより、火炉から排出された石炭灰の性状を調整することができるので、石炭灰を有効に利用する際の技術効率が高められる。
【００３５】
上記目的を達成するための本発明の第１５の態様は、空気と混合させて燃焼させる微粉炭の燃焼状況及び質を調整することで燃焼灰の状態を調整することを特徴とする石炭燃焼方法にある。
【００３６】
第１５の態様では、微粉炭の燃焼状況と微粉炭の質を制御することにより、火炉から排出された石炭灰の性状を調整することができるので、石炭灰を有効に利用する際の技術効率が高められる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の石炭燃焼装置及び石炭燃焼方法によれば、微粉炭の燃焼条件や石炭性状を調整することにより必要とする性状の石炭灰を得ることができる石炭燃焼装置となる。従って、石炭灰の基礎的な性状を制御できるので、有価灰として再利用しやすくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
図１には本発明の一実施形態例に係る微粉炭燃焼装置の概略系統図を示してある。
図１に示すように、ボイラ火炉２の周囲にバーナ３が複数個設けられ、バーナ３は微粉炭路１１を介して微粉炭製造装置８と繋がっている。図１にはボイラ火炉２の左右それぞれにバーナ３を３個ずつ示した。微粉炭製造装置８には石炭を貯留するホッパ９が複数個あり、各ホッパには燃料比（石炭の質）や酸性率（石炭の質）が異なる石炭を投入する。
【００３９】
図１にはそれぞれのホッパを９ａ、９ｂ、９ｃとして３個示した。各ホッパ９ａ、９ｂ、９ｃの排出口には流量を調整する手段である弁１０ａ、１０ｂ、１０ｃがあり弁１０ａ、１０ｂ、１０ｃを介して各ホッパ９ａ、９ｂ、９ｃは石炭粉砕装置１０に繋がっている。微粉炭製造装置８のそれぞれのホッパ９ａ、９ｂ、９ｃに、燃料比や酸性率の異なる石炭を投入する。
【００４０】
ホッパに投入する石炭は１種類だけでも構わないし、ホッパに投入する石炭の質は燃料比だけに注目しても構わないし、または酸性率だけに注目しても構わない。
【００４１】
例えば、ホッパ９ａには燃料比と酸性率の高い石炭を投入し、９ｂには燃料比と酸性率の低い石炭を投入し、９ｃには燃料比が高く、酸性率の低い石炭を投入すると、石炭の量を調整する手段である弁１０ａ、１０ｂ、１０ｃがホッパ９ａ、９ｂ、９ｃに投入された石炭の流量を調整し所望の混合割合と所望の量の石炭が石炭粉砕装置１０へと運ばれる。そして所望の混合割合でかつ所望量の石炭は石炭粉砕装置１０で、所望の粒径に調整されながら粉砕され微粉炭になる。
【００４２】
このように燃料比や酸性率や粒径が調整された微粉炭は微粉炭路１１を通り、ボイラ火炉２の周囲にある複数個あるバーナ３からボイラ火炉２に入り燃焼する。一方、ボイラ火炉２には、例えば、バーナ３を通して空気が送り込まれている。空気は、空気制御装置７（空気導入制御手段）から空気路６を介してボイラ火炉２の周囲にある複数個あるバーナ３と上段空気ノズル４（後段空気導入手段）からボイラ火炉２の中に入る。図１には空気が送り込まれる様子をボイラ火炉２の周囲にある左右のバーナ３付近に左右それぞれ３本矢印で示した。また、上段空気ノズル４をボイラ火炉２の周囲に左右１個ずつ示した。
【００４３】
微粉炭の燃焼雰囲気に後段空気を導入することを、二段燃焼と呼び、後から導入する後段空気量の割合を二段燃焼率として表すが、ここでの後段空気とは図１の上段空気ノズル４（後段空気導入手段）から入る空気のことであり、上段空気ノズル４から入る空気量の割合である二段燃焼率は、空気量を調整する空気弁５（後段空気導入手段）で調整される。
【００４４】
このようにして空気制御装置７（空気導入制御手段）から出た空気は空気路６を通り、下段にあるバーナ３（矢印で示した）からボイラ火炉２の中へと送り込まれ、空気弁５が二段燃焼率を制御することにより、上段空気ノズル４（後段空気導入手段）から流量を調整された空気がボイラ火炉２に送り込まれる。これによって微粉炭がボイラ火炉２の中で完全燃焼する。やがてボイラ火炉２の中で燃焼した微粉炭は、灰となりボイラ１の右上方部と下部にある石炭灰排出口１２から排出される。
【００４５】
以上のように、石炭は微粉炭製造装置８で燃料比と酸性率を制御され、所望の混合割合、すなわち所望の質の石炭になる。そして、所望の質の石炭は石炭粉砕装置１０で粒径を調整されて所望の粒径の微粉炭となり、バーナ３に送られる。微粉炭はバーナ３の空気と混合して燃焼する。そして、空気制御装置７（空気導入制御手段）では後から入れる空気の割合である二段燃焼率が空気弁５で制御され、上段空気ノズル４から更に所望量の空気が送り込まれ、微粉炭はボイラ火炉２で燃焼する。完全燃焼した生成灰はボイラ１から石炭灰排出口１２へと排出される。石炭の質を制御すると共に燃焼条件である二段燃焼率を制御することにより、排出された生成灰の基礎的性状が任意に調整される。
【００４６】
図１では微粉炭の燃焼条件と質の制御により、排出される石炭灰を所望の灰の粒子として調整可能である過程を図示した。この過程には、微粉炭の燃焼条件と質を表すパラメータと生成した石炭灰の粒子の基礎的性状を表すパラメータがある。それらのパラメータを用いて本発明の石炭燃焼装置において微粉炭の制御による所望の基礎的性状を有する灰の調整方法を図２〜図６に基づいて説明する。
【００４７】
図２では本発明の石炭燃焼装置におけるパラメータ概念図を示す。図３では、微粉炭中位径に対する石炭灰の粒子密度と粒子平均円形度との関係を、図４では、二段燃焼率と石炭灰の粒子平均円形度との関係を、図５では、燃料比と粒径分布の広がり度合との関係を、図６では酸性率と石炭灰の粒子平均円形度との関係を示す。
【００４８】
図２に示すように、本発明での概念として制御するパラメータと制御された結果得られる灰の粒子の性状を表すパラメータとを明記した。本発明での、制御するパラメータとして大きく分けると二つあり、条件と質である。条件とは燃焼条件のことであり、微粉炭粒径と上段の方の空気口である上段空気ノズル４から入れる空気量の割合を示す二段燃焼率が挙げられ、石炭の質としては固定炭素と揮発分の比である燃料比と石炭の溶融性の指標である酸性率が挙げられる。さらに制御する石炭の燃焼条件や質のパラメータに対して、具体的に石炭燃焼装置の概略系統図である図１のどの部分で制御されるかを示すと、石炭の燃焼条件として微粉炭粒径は図１の石炭粉砕装置１０で制御され、途中から入れる空気量の割合を示す二段燃焼率は図１の空気弁５で調整される。また、使用する石炭の質として固定炭素と揮発分の比である燃料比や石炭の溶融性の指標となる酸性率は図１の複数個あるホッパ９の混合割合を調整する弁１０ａ、１０ｂ、１０ｃを備えた微粉炭製造装置８で制御される。
【００４９】
以上をまとめると、制御するパラメータとして燃焼条件は、微粉炭粒径と二段燃焼率があり、石炭の質は、燃料比と酸性率がある。そして石炭の燃焼条件である微粉炭粒径は図１の石炭粉砕装置１０で制御され、二段燃焼率は図１の空気弁５で制御され、石炭の質である燃料比と酸性率は図１の微粉炭製造装置８で制御される。
【００５０】
上記のような石炭の燃焼条件や質で制御され燃焼した微粉炭が図１の石炭灰排出口１２から石炭灰として排出されるのであるが、この排出される石炭灰の性状が所望の基礎的性状を持つように調整される。排出される石炭灰の基礎的性状についてもパラメータとして表記すると、灰の性状のパラメータは、粒径分布や比表面積の指標であるブレーン値、粒子の密度、粒子の形状そして粒子の円形度である。円形度とは、粒子の形状を表す指標であり、真円の場合１に、形状が歪になるに従い０に漸近する。
【００５１】
以上のように本発明では石炭の燃焼条件と質を制御（制御するパラメータは微粉炭粒径、二段燃焼率、燃料比、酸性率）することにより、必要とする基礎的性状（制御された結果得られる灰の性状を表すパラメータは粒径分布、ブレーン値、粒子密度、粒子形状、粒子円形度）の石炭灰が得られるのである。
【００５２】
制御するパラメータと制御された結果得られる石炭灰の性状を表すパラメータとがあることを図２で示したが、制御するパラメータとその結果得られた石炭灰の基礎的性状のパラメータとの間には相関が有り、それらのパラメータ間の相関関係を具体的に図３〜図６で示しながら石炭灰の調整方法について説明する。
【００５３】
図３には投入される微粉炭の中位径に対して排出された石炭灰の粒子密度［ｇ／ｃｍ３］と粒子平均円形度を示す。中位径とは質量基準の５０％径のことである。そして、横軸が微粉炭中位径［μｍ］で縦軸が灰の粒子密度［ｇ／ｃｍ３］と灰の粒子平均円形度である。図３に示すように中位径が小さいと、密度は大きく、中位径が大きいと密度は小さくなる。微粉炭が細かいほど燃焼が速やかに進行し、灰分粒子の昇温・溶融が促進するため微粉炭を細かくすると排出される石炭灰の粒子の密度を増大させることができ、灰粒子の粒形を円くすることができる。このように、微粉炭の中位径を制御することにより所望の密度と平均円形度の石炭灰の粒子を得ることができる。
【００５４】
図４には二段燃焼率［％］と排出された石炭灰の粒子平均円形度との関係を示す。二段燃焼率とは、後から導入する後段空気量の割合のことであり、図１では空気弁５で調整され上段空気ノズル４（後段空気導入手段）から送り込まれる空気量の割合である。横軸が二段燃焼率［％］で縦軸が石炭灰の粒子の形状である。
【００５５】
途中から入れる空気の量の割合を示す二段燃焼率を増加した場合、不定形になりやすい未燃分等が増大するので、粒子の円形度を低下させることができる。このように、燃焼条件である二段燃焼率を制御することにより所望の円形度の灰粒子を得ることができる。
【００５６】
図５には燃料比（石炭の質）と排出された石炭灰の粒径分布の広がり度合との関係を示す。燃料比とは固定炭素と揮発分の比である。
【００５７】
微粉炭がボイラ火炉２の中で、固定炭素と灰分などの混合物となり粒子状固形物として燃焼しているが、微粉炭中の揮発分が放出し、その粒子状固形物の分裂が促進されるため、燃料比を小さくすると、石炭灰の粒径分布の幅が広がり小粒径の粒子量を増大することができる。このように、固定炭素と揮発分の火である燃料比を制御することにより所望の石炭灰の粒径を得ることができる。
【００５８】
図６には微粉炭の酸性率［％］（石炭の質）と排出された石炭灰の粒子平均円形度との関係を示す。酸性率とは、灰分の溶融性の指標である。
【００５９】
酸性率を小さくすると灰分粒子が溶融しやすくなるので、粒子平均円形度を向上させ球状に近づけることができるので、図６のように酸性率を小さくすると円形度を増大させることができ、酸性率を大きくすると、円形度を減少させることができる。このように灰分の溶融性の指標である酸性率を制御することにより所望の石炭灰の粒子形状を得ることができる。
【００６０】
図７には、石炭灰中の未燃分濃度［％］とブレーン値との関係を示す。石炭灰粒子のブレーン値は石炭灰粒子の比表面積である。
【００６１】
石炭性状や燃焼条件を変えると、石炭灰中の未燃分量も変わるので、石炭灰中の未燃分濃度を調整することによってブレーン値を制御することができる。石炭灰粒子を十分に燃焼させると、石炭灰中の未燃分濃度は減少し、溶融が進むので比表面積を減らすことができる。燃焼が不十分だと、石炭中の未燃分濃度は増加し、溶融があまり進まないので比表面積を大きくすることができる。従って、図７のように石炭灰中の未燃分濃度を小さくするとブレーン値を小さくすることができ、石炭灰中の未燃分濃度を大きくすると、ブレーン値を大きくすることができる。このように、石炭灰中の未燃分濃度を制御することにより所望の灰のブレーン値を得ることができる。
【００６２】
以上のように本発明での石炭燃焼装置では、石炭の燃焼状況と質を制御することにより所望の石炭灰の性状を得ることができる。
【００６３】
また、本発明を図示の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えて良いことは言うまでもない。
【００６４】
上記をまとめると本発明での石炭燃焼装置の燃焼状況調整手段としては、空気導入制御手段（空気制御装置７）と後段空気導入手段（上段空気ノズル４、空気弁５）である。あるいは、本発明での石炭の燃焼装置の燃焼状況調整手段は、微粉炭の粒度を調整する粒度調整手段（石炭粉砕装置１０）である。あるいは、本発明での石炭の燃焼状況調整手段は、空気導入制御手段（空気制御装置７）と後段空気導入手段（上段空気ノズル４、空気弁５）と微粉炭の粒度を調整する粒度調整手段（石炭粉砕装置１０）とを備えている。そして、本発明での石炭燃焼装置の質調整手段（微粉炭製造装置８）として、石炭の質は固定炭素と揮発分の比である燃料比である。あるいは、本発明での石炭燃焼装置の質調整手段（微粉炭製造装置８）として、石炭の質は灰分の溶融性の指標である酸性率である。あるいは、本発明での石炭燃焼装置の質調整手段（微粉炭製造装置８）として、石炭の質は固定炭素と揮発分の比である燃料比と灰分の溶融性の指標である酸性率である。
【００６５】
本発明の石炭燃焼装置は、微粉炭の燃焼条件や質を制御することで火炉から排出される石炭灰を所望の性状の灰として得ることができる。このため、生成した石炭灰をセメント混和材等に利用できる。
【００６６】
例えば、石炭灰をコンクリート混和材等へ利用する際には、コンクリートの流動性等に留意する必要がある。石炭灰の密度が高くなると、相対的にコンクリート中に占める水の体積が増加し、流動性が増す。また、石炭灰の形状が円形化すると、粒子同士の摩擦が減り流動性が向上する。
【００６７】
このようにして、石炭灰の性状を制御することにより、コンクリート混和材への利用が高められる。
【００６８】
また、色々な性状の所望の灰を作りだすことができるため良質のセメント原料または道路路盤材、地盤改良材、土木工事用、人工軽量骨材、焼成材、焼成人工骨材、焼成タイル・れんが、建材ボード用、そして埋め立て材や雪道等の滑り止め材等それらの関連する産業分野で幅広く利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は微粉炭の燃焼条件と質を調整し、排出される灰の性状を制御する石炭燃焼装置と石炭燃焼装置に関し、蒸気を生成するボイラの産業分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の石炭燃焼装置の概略系統図である。
【図２】本発明の石炭燃焼装置におけるパラメータ概念図である。
【図３】微粉炭中位径に対する石炭灰の粒子密度と粒子平均円形度との関係図である。
【図４】二段燃焼率と石炭灰の粒子平均円形度との関係図である。
【図５】燃料比と粒径分布の広がり度合との関係図である。
【図６】酸性率と石炭灰の粒子平均円形度との関係図である。
【図７】灰中未燃分濃度とブレーン値との関係図である。
【符号の説明】
【００７１】
１  ボイラ
２  ボイラ火炉
３  バーナ
４  上段空気ノズル
５  空気弁
６  空気路
７  空気制御装置
８  微粉炭製造装置
９、９ａ、９ｂ、９ｃ  ホッパ
１０  石炭粉砕装置
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  弁
１１  微粉炭路
１２  石炭灰排出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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