(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原炭を破砕したのち、破砕炭の一部を微粉砕機で粉砕しながら水と混合して微粉スラリを製造し、さらに混練機で残部の破砕炭と石灰石と前記微粉スラリと水を混合して石炭・水ペースト（以下、ＣＷＰという）を製造する、石炭・水ペーストの製造方法において、
前記混練機出口のＣＷＰの粘度に基づいて前記混練機への注水量を制御し、前記混練機への注水量が低下するのを検知して、前記微粉砕機へ供給する界面活性剤の量を調節するとともに、前記微粉砕機へ供給する水量を調節することを特徴とする石炭・水ペーストの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加圧した流動層で石炭等の固体燃料を燃焼し、発生したスチームによって蒸気タービンを駆動し、さらに高圧、高温の燃焼ガスでガスタービンを駆動して高効率で電力を得る加圧流動層ボイラ複合発電プラントの燃焼炉に関し、特に該燃焼炉に供給する石炭と水の混合物の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
加圧流動層ボイラは発生するスチーム及び高圧の燃焼ガスからエネルギーを売ることが可能である。但し、固体である石炭粒子を加圧状態の燃焼炉内に連続して安定に供給することが課題の一つである。従来は流動層燃焼炉への石炭の供給方法として、石炭粒子と水を混合してペースト状の流体（以下、ＣＷＰという）とし、該ＣＷＰをポンプで昇圧及び圧送して噴霧ノズルから供給する湿式供給方式が知られている（例えば特開昭62−155433号公報）。この湿式供給方法は乾式供給方式、例えばロックホッパで昇圧した後空気輸送する方式に比べ、乾燥などの前処理が不要である。
【０００３】
図８に示すように、従来は原炭１を原炭コンベア２により破砕機３へ供給して重量平均径１〜２mmになるように破砕する。ここで重量平均径の算出法を示す。ふるい分けによる粒度分析で、図９に示すようなふるいの目開きとふるいを通過した粒子の重量（以下、ふるい下累積重量という）との関係を乾炭基準で描く。このときふるいの目開きはふるいを通過した粒子径の最大値に相当する。この関係より、ふるい下累積重量割合（＝１００×（ふるい下累積重量）／（破砕炭重量））が５０％のときの粒径の値（ふるいの目開きの値、図９のＦ）を重量平均径としている。
【０００４】
破砕機３で原炭１を破砕して得られた破砕炭は、破砕炭ホッパ４を介して一部が微粉砕機５へ投入され、水ポンプ１６により送られる水１１とともに重量平均径０．０３〜０．０７mmになるように石炭濃度５０％以下で湿式粉砕され、微粉スラリ２０が製造される。製造された微粉スラリ２０と破砕炭１９と石灰石２２を所定の粘度になるように注水量を調整しながら混練機６で混合してＣＷＰ２１を製造する。このＣＷＰは、ＣＷＰ撹拌機１０でかき混ぜながらタンク７に貯められた後、ＣＷＰポンプ８で火炉９へ圧送される。ＣＷＰは配管内でのつまりが生じないように、粘度が水分で調整されておりピン型粘度計２３における１００ｒｐｍの粘度約１０Pa・sになるように、混練機６で水を注入して混合している。このときのＣＷＰの水分は炭種によって異なるが、２０〜３０wt％程度である。
【０００５】
ＣＷＰの粘度は、ピン型粘度計で５〜１５Pa・s、好ましくは１０Pa・sとしている。これより大きい粘度ではＣＷＰが配管内で詰まりやすくなり、小さい粘度では石炭と水が分離しやすくなる。
【０００６】
ここで、図３に示す線Ａ，Ｂは、微粉砕機５で微粉砕された微粉スラリに、７５μｍ以下の粒子、つまり、目開き７５μｍのふるいを通過した粒子が、微粉スラリ内の粒子の何％存在するかを示したものであり、その割合が６０〜７０％の範囲にあれば許容範囲であることを示している。微粉砕機５内で石炭濃度５０％以上で粉砕すると、図３の線Ａのように、微粉砕機５内の微粉スラリの粘度が増加して石炭粒径が粗くなり、粉砕能力が低下するので粒度調整が困難になる。したがって粉砕時の石炭濃度は５０％以下で粉砕している。
【０００７】
混練機６での微粉スラリ２０と破砕炭１９との混合割合は、図４のＣに示すように、乾炭基準で微粉スラリを２０〜２５wt％としている。この範囲以外にすると、粘度１０Pa・sにするための水分を下げることができない。２０wt％以下だと石炭と水が分離しやすい、２５wt％以上だと高粘度になりやすいＣＷＰとなる。すなわち、７５μｍ以下の粒度６０〜７０％の微粉を全ＣＷＰの石炭粒子の２０〜２５％混合するのが最も水分が少ないので燃焼性がよく、水と石炭の分離がほとんどないので、輸送性にも優れた最適なＣＷＰとなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
原炭１のもつ水分量は炭種、石炭置場の環境、天候などで異なってくる。通常は９wt％程度であるが、湿度の高い状態で原炭を放置しておくと１４wt％程度となることがある。図８の微粉砕機５と混練機６の石炭と水の混合割合を従来技術のようにして製造すると、図６の点線のように、粘度が５〜１５Pa・sとなる水分（図５参照）にするための混練機６での注水量がわずかになり、原炭１の保有水分が１４wt％となると、混練機６で水を入れられなくなる。ここで図６中の混練機での注水割合％は、
混練機での注水割合＝｛(混練機での水添加量)／(全ＣＷＰ量)｝×１００
と定義されている（全ＣＷＰ量は石炭を含むＣＷＰ重量）。
【０００９】
それと同時に微粉砕機で水を減らさないとＣＷＰ２１の粘度を５〜１５Pa・sにするための水分にならない。しかし、前述したように微粉砕機での石炭濃度を５０wt％以上にして粉砕すると粉砕能力が低下する。この点で問題となる。
【００１０】
本発明の目的は、水分が１０wt％を超えるような原炭を利用する場合においても、混練機のみで水調整するために混練機出口での粘度が低下したことを検知して、微粉砕機の水分量を下げて、混練機での水分調整を容易にするにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために、混練機出口でＣＷＰ性状を管理して混練機注水量を制御する際に、混練機出口でＣＷＰ粘度が低減したことを検知して、微粉砕機へ供給される水分量を低減するものである。そのために微粉砕機に水とともに界面活性剤を注入して、微粉砕機内での微粉スラリの粘度を下げ、粉砕能力を界面活性剤を注入しない、水分量を下げない場合と同等にして微粉スラリを製造するものである。
【００１２】
この方法に依れば、従来、原炭の保有水分が１０wt％を超えることを理由に混練機で、輸送しやすいＣＷＰ粘度に調整できない場合でも、原炭の水分量を直接管理することなく、性状が所要の範囲に保たれたＣＷＰを製造することが可能となる。
【００１３】
上記の目的を達成する本発明は、原炭を破砕したのち、破砕炭の一部を微粉砕機で粉砕しながら水と混合して微粉スラリを製造し、さらに混練機で残部の破砕炭と石灰石と前記微粉スラリと水を混合して石炭・水ペースト（以下、ＣＷＰという）を製造する、石炭・水ペーストの製造方法において、混練機出口のＣＷＰの粘度に基づいて混練機への注水量を制御し、混練機への注水量が低下するのを検知して、前記微粉砕機へ供給する界面活性剤の量を調節するとともに、前記微粉砕機へ供給する水量を調節することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１を参照して本発明の第１の実施例を説明する。図示のＣＷＰ製造装置は、原炭１を搬送する原炭コンベア２と、原炭コンベア２で搬送された原炭１を重量平均径１〜２mmに破砕する破砕機３と、破砕機３で破砕、生成された破砕炭１９を貯蔵する複数の破砕炭ホッパ４と、添加剤撹拌機１４を備え界面活性剤１７を貯蔵する添加剤タンク１２と、添加剤タンク１２に吸込側を接続して配置され界面活性剤１７を加圧して吐出する添加剤ポンプ１５と、添加剤ポンプ１５の吐出側配管２９に介装された添加剤量調整弁２４と、水源から水１１を吸引して吐出する水ポンプ１６と、水ポンプ１６の吐出側に接続された第１の配管２７に介装された微粉砕機側水量調整弁２６と、前記第１の配管の微粉砕機側水量調整弁２６の上流側に分岐して設けられ混練機側水量調整弁２５を介装した第２の配管２８と、前記複数の破砕炭ホッパ４のうちの一つと、吐出側配管２９及び第１の配管２７の下流端とに接続された微粉砕機５と、前記複数の破砕炭ホッパ４のうちの他の一つと、混練機５の出側と、前記第２の配管２８の下流端と、石灰石２２の貯槽とに接続して配置された混練機６と、混練機６の出側下方に配置され、混練機６の出側に配管３０を介して接続されてＣＷＰを貯蔵するタンク７と、該配管３０に介装されたピン型粘度計２３と、タンク７に設置されタンク７内部のＣＷＰを撹拌するＣＷＰ撹拌機１０と、タンク７からＣＷＰを吸引して火炉９に送るＣＷＰポンプ９と、を含んで構成されている。
【００１８】
上記構成の装置の動作を次に説明する。原炭１は原炭コンベア２で破砕機３へ供給され、重量平均径１〜２mmになるように破砕され、破砕炭１９となって破砕炭ホッパ４に投入される。破砕炭ホッパ４の破砕炭の一部は微粉砕機５に供給され、水ポンプ１６に加圧され微粉砕機側水量調整弁２６を経て供給される水１１を混合しながら微粉砕されて微粉スラリ２０となる。微粉砕機５には、添加剤タンク１２から添加剤ポンプ１５に加圧され添加剤量調整弁２４を経て供給される界面活性剤１７が、乾炭に対して０．０１〜０．９％の割合で注入される。
【００１９】
製造された微粉スラリ２０は混練機６に送られ、同じく混練機６に供給される破砕炭１９と石灰石２２と水１１とともに混練されてＣＷＰ２１となる。その際、供給される水量は、製造されるＣＷＰの粘度が所定の粘度となるように、混練機側水量調整弁２５で調整しながら混練機６に供給される。製造されたＣＷＰ２１はピン型粘度計２３で粘度を計測され、その後タンク７に貯蔵される。タンク中のＣＷＰ２１はＣＷＰポンプ８で火炉９へ圧送される。
【００２０】
混練機側水量調整弁２５は、ピン型粘度計２３で検出されるＣＷＰ粘度が、５〜１５Pa・sの範囲となるように、混練機６に送る水量を制御している。原炭の水分が高いとＣＷＰ粘度が低くなる。ピン型粘度計２３でＣＷＰ粘度が低いことが検知されると、添加剤量調整弁２４が開かれ同時に微粉砕機側水量調整弁２６の開度が絞られて、微粉スラリ２０の石炭濃度を上げて粉砕が行われ、混練機６にその微粉スラリが供給される。この結果混練機６出口の水分が低減することから、ＣＷＰ２１の粘度は上昇する。これをピン型粘度計２３が検知して、混練機側水量調整弁２５で、混練機での注水割合が図６の全水分が領域Ｅの範囲内に入るように、言い替えると、図６の斜めの線で表されている混練機での注水割合とＣＷＰ全水分の関係が領域Ｅの範囲になるように、再びＣＷＰの粘度が管理される。
【００２１】
この方法によると、図６の実線のように、石炭の保有水分が１４wt％あるものでも、混練機のみで水分調整が可能になる。また、微粉砕機に界面活性剤を入れると、微粉砕機の石炭濃度をあげて粉砕しても、図３の線Ｂで示されるように、石炭濃度がほぼ７０％になるまでは微粉スラリ２０の粒度が所望の粒度範囲に維持されていて、粉砕性能が低下していないことが分かる。
【００２２】
燃料コストを抑えることも重要であるから、混練機で水を注入できないほどの水分を持つ石炭（保有水分が１０％以上の石炭）のとき以外は、界面活性剤を使用しない方がよいが、保有水分１０％以上の石炭のときは界面活性剤を使用しないと、適正な水分調整、粒度調整ができない。したがって、従来技術と本発明による運転方法を、受入れ石炭の水分量によって使い分ける必要がある。ただし、従来技術のように、水分量の多い微粉砕機中の微粉スラリに界面活性剤を急に入れると分散化が進んで石炭が分離しやすくなる。また、界面活性剤の入っていない微粉砕機中の微粉スラリの粉砕濃度（石炭濃度）を急に上げると、前述のように、粉砕能力が低下する。このため、界面活性剤を入れることと粉砕濃度を上げることとは、同時に行うことが重要となる。
【００２３】
例えば、粉砕濃度５０％から６０％に上げ、添加剤を乾炭に対して０．３５wt％添加する場合には、急に切り替えるのではなく、図７に示すように、徐々に添加剤量と粉砕濃度を上げるように運転する。
【００２４】
次に図２を参照して本発明の第２の実施例を説明する。本実施例が図１に示す前記第１の実施例と異なるのは、微粉砕機側水量調整弁２６及び添加剤量調整弁２４の開度は、ピン型粘度計２３の出力で制御されるのではなく、混練機側水量調整弁２５の開度に基づいて制御されるように構成されている点である。他の構成要素は前記第１の実施例と同じなので、同一の符号を付し、説明は省略する。本実施例においてもピン型粘度計２３の出力に基づき、ＣＷＰ粘度が５〜１５Pa・sの範囲となるように制御される。ピン型粘度計２３が出力するＣＷＰ粘度が設定値以下に低下すると、混練機側水量調整弁２５は注水量が少なくなるように制御される。混練機側水量調整弁２５の開度が絞られたことが検知されると、添加剤量調整弁２４が開かれ、同時に微粉砕機側水量調整弁２６の開度が絞られる。  このようにして製造された微粉スラリ２０が混練機６に供給されると、ＣＷＰ粘度は上昇する。この粘度上昇をピン型粘度計２３が検知して、混練機側水量調整弁２５で図６の実線のように再びＣＷＰ２１の粘度が管理される。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、受入れ石炭の保有水分が１０％を超えるような場合でも、界面活性剤の添加で微粉砕機での水分を抑えて粉砕することで、混練機で水分調整をすることが可能である。これにより、受入れ石炭の保有水分が１０％を超えるような場合でも、微粉砕機で粉砕された石炭の粒度も低下しないＣＷＰの製造が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係るＣＷＰ製造装置の要部構成を示す系統図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係るＣＷＰ製造装置の要部構成を示す系統図である。
【図３】従来技術と本発明の実施例に係る微粉砕機における石炭濃度と生成された微粉スラリ粒度との関係を比較して示すグラフである。
【図４】従来技術におけるＣＷＰ全水分と混練機での微粉スラリと破砕炭との混合割合（微粉混合割合）の関係を示すグラフである。
【図５】従来技術におけるＣＷＰ全水分とＣＷＰ粘度の関係を示すグラフである。
【図６】従来技術と本発明の実施例における混練機に入れる水の添加割合とＣＷＰ全水分との関係を微粉砕機の石炭保有水分をパラメータとして比較して示すグラフである。
【図７】従来技術と本発明の実施例における、微粉砕機の石炭濃度（粉砕濃度）と界面活性剤添加量の時間に対する変化を比較して示すグラフである。
【図８】従来技術に係るＣＷＰ製造装置の要部構成を示す系統図である。
【図９】ふるい分けにより測定した粒径分布を示す概念図である。
【符号の説明】
１  原炭
２  原炭コンベア
３  破砕機
４  破砕炭ホッパ
５  微粉砕機
６  混練機
７  タンク
８  ＣＷＰポンプ
９  火炉
１０  ＣＷＰ撹拌機
１１  水
１２  添加剤タンク
１４  添加剤撹拌機
１５  添加剤ポンプ
１６  水ポンプ
１７  界面活性剤
１９  破砕炭
２０  微粉スラリ
２１  ＣＷＰ
２２  石灰石
２３  ピン型粘度計
２４  添加剤量調整弁
２５  混練機側水量調整弁
２６  微粉砕機側水量調整弁
２７  第１の配管
２８  第２の配管
２９  吐出側配管
３０  配管
【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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【図８】
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【図９】
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