專利名稱：固體燃料的改質(zhì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及作為鍋爐的燃料的固體燃料的改質(zhì)方法。
背景技術(shù)：
在以固體燃料為燃料的鍋爐中，以粉碎機(jī)粉碎的固體燃料與搬送用空氣一起被供給。鍋爐具備如下以燃燒器等使供給的燃料燃燒，從而使熱量發(fā)生的火爐；從火爐的上方延續(xù)到下游而配置，在內(nèi)部使燃燒氣體流動(dòng)而進(jìn)行熱交換的傳熱管群。
作為這樣的鍋爐的燃料，利用大量含有水分的褐煤等的劣質(zhì)的劣質(zhì)煤，特別在進(jìn)口煤的利用率高的日本是有限制的。其理由在于，特意花費(fèi)高成本去運(yùn)輸除去水分需要大量的熱損失的劣質(zhì)煤的益處很少。
專利文獻(xiàn)I公開有一種使之失去自燃性，并且以整體提高了熱量的多孔煤作為原料的固體燃料及其制造方法。該固體燃料是通過將含有重質(zhì)油分和溶劑油分的混合油與多孔煤混合而成為漿料狀態(tài)，將其加熱至例如100 250°C，將細(xì)孔內(nèi)水分換成混合油而制造。這樣的固體燃料作為鍋爐的燃料被利用時(shí)，也能夠減少熱損失。
然而，即使水分被除去，為了在鍋爐中利用劣質(zhì)煤，仍需要抑制灰對(duì)鍋爐的附著量。與優(yōu)質(zhì)的煙煤比較，雖然煤級(jí)低的劣質(zhì)煤的灰分含有率低，但劣質(zhì)煤大多灰的熔點(diǎn)低。 若在鍋爐中利用這些劣質(zhì)煤，則灰附著在火爐的壁面和傳熱管群并堆積，產(chǎn)生成渣和結(jié)垢， 存在鍋爐的熱接收變差，或者發(fā)生堆積的灰堵塞鍋爐的爐底部這種故障的可能性。
因此，為了在鍋爐中利用劣質(zhì)煤，需要將劣質(zhì)煤與多種優(yōu)質(zhì)的煙煤進(jìn)行混合，抑制灰對(duì)鍋爐有附著量。本發(fā)明 者們著眼于熔渣，其是在鍋爐內(nèi)經(jīng)燃燒而熔融，乘載鍋爐內(nèi)的燃燒空氣的氣流漂浮而附著在爐壁和傳熱管群的成分，發(fā)現(xiàn)了一種可以抑制灰對(duì)鍋爐的附著量的劣質(zhì)煤和優(yōu)質(zhì)碳的混合比率的決定方法，并已知進(jìn)行了專利電請(qǐng)。在此方法中，基于針對(duì)各固體燃料計(jì)算的熔渣比例(灰中熔液比例)和灰成分的組成，使鍋爐的灰中熔液比例達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值以下，如此決定多種固體燃料的混合比率。期望將灰中熔液比例為50 60重量％的范圍作為標(biāo)準(zhǔn)值。
先行技術(shù)文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)I日本專利第2776278號(hào)說明書
可是，在上述方法中，將劣質(zhì)煤和優(yōu)質(zhì)煤加以混合并在鍋爐中利用時(shí)，由于使灰中熔液比例(熔渣比例)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值以下，如此來決定混合比率，所以優(yōu)選灰中熔液比例相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)值要足夠低。此外，如果劣質(zhì)煤的灰中熔液比例足夠低，則無法使劣質(zhì)煤與優(yōu)質(zhì)煤混合，劣質(zhì)煤能夠單獨(dú)被鍋爐利用的可能性提高。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種使灰中熔液比例降低，可以抑制灰附著在鍋爐上的固體燃料的改質(zhì)方法。
本發(fā)明的固體燃料的改質(zhì)方法，其特征在于，具有如下步驟混合原料煤和原料油，添加含有鎂系化合物和鋁系化合物中的至少一種的添加物而形成原料漿的步驟；加熱所述原料漿的步驟；對(duì)加熱后的所述原料漿進(jìn)行固液分離的步驟；經(jīng)固液分離的所述原料漿之中，干燥固體成分而成為制品煤的步驟。
灰的收縮率越高，灰越會(huì)從固體變成熔液(熔融渣)。根據(jù)上述的構(gòu)成，通過在原料煤和原料油的混合物中添加鎂系化合物和鋁系化合物中的至少一種，灰的收縮率降低， 灰難以變成熔液。由此，制品煤的灰中熔液比例(熔渣比例)降低。
在此，“灰中熔液比例”意思是在一定量的固體狀的灰之中，在一定溫度、氣氛條件下變成熔液(熔融渣)的比例。另外，“熔渣”意思是由于燃燒而熔融，乘著鍋爐內(nèi)的燃燒氣流而漂浮，附著在爐壁和傳熱管群上的成分。
另外，一般制品煤中的無機(jī)化合物的添加比例越增加，制品煤中所含的無機(jī)物質(zhì)越增加，因此熔渣增加率也變高。然而，在鎂系化合物和鋁系化合物中，添加比例越增加，制品煤的灰中熔液比例越降低，熔渣增加率越降低。
在此，“熔渣增加率”是灰中熔液比例乘以無機(jī)化合物的添加前后的熔渣生成量的比。另外，“熔渣生成量”是所供給的煤中的灰重量和添加和無機(jī)化合物的重量的值。
另外，在本發(fā)明的固體燃料的改質(zhì)方法中，所述鎂系化合物和所述鋁系化合物中的至少一種的添加比例，優(yōu)選以使所述制品煤的灰中熔液比例為60重量％ (wt%)以下的方式?jīng)Q定。根據(jù)上述的構(gòu)成，特別是在鍋爐內(nèi)易發(fā)生灰附著的溫度下，即1573K鄰域，也使制品煤的灰中熔液比例為60wt%以下，如此添加鎂系化合物和鋁系化合物。由此，制品煤的灰中熔液比例處于決定多種固體燃料的混合比率里時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)值以下，灰附著率降低。在鍋爐中利用這樣的制品煤，能夠抑制灰對(duì)鍋爐的附著量。
另外，在本發(fā)明的固體燃料的改質(zhì)方法中，優(yōu)選所述鎂系化合物和所述鋁系化合物中的至少一種的添加比例，相對(duì)于煤灰為25wt%以上、50wt%以下。根據(jù)上述的構(gòu)成，以 25wt%以上、50wt%以下的添加比例，將鎂系化合物和鋁系化合物中的至少一種添加到原料煤和原料油的混合物中，能夠適宜減少制品煤的灰中熔液比例。
另外，在本發(fā)明的固體燃料的改質(zhì)方法中，優(yōu)選所述鎂系化合物和所述鋁系化合物中的至少一種的平均粒徑為5 μ m以下。鎂系化合物和鋁系化合物的平均粒徑越比灰小， 越細(xì)微，灰附著抑制效果越大。因?yàn)榛业钠骄綖?.8 μ m左右，所以通過使鎂系化合物和鋁系化合物中的至少一種的平均粒徑為5 μ m以下，能夠適宜抑制灰對(duì)鍋爐的附著。
另外，在本發(fā)明的固體燃料的改質(zhì)方法中，優(yōu)選所述添加物含有所述鎂系化合物 70wt%以上。根據(jù)上述的構(gòu)成，通過將含有鎂系化合物70wt%以上的添加物添加到原料煤和原料油的混合物中，能夠適宜減少制品煤的灰中熔液比例。
根據(jù)本發(fā)明的固體燃料的改質(zhì)方法，通過在原料煤和原料油的混合物中添加鎂系化合物和鋁系化合物中的至少一種，灰的收縮率降低，灰難以變成熔液，制品煤的灰中熔液比例(熔渣比例)降低。另外，鎂系化合物和鋁系化合物的添加比例越增加，制品煤的灰中熔液比例越降低，熔渣增加率降低。若灰中熔液比例降低，則制品煤的灰附著率降低，因此在鍋爐中利用這樣的制品煤，灰向鍋爐的附著量得到抑制。
此外，將含有低熔點(diǎn)灰的劣質(zhì)煤作為原料煤，通過添加鎂系化合物和鋁系化合物中的至少一種，能夠得到使灰中熔液比例減少，使灰附著率減少的制品煤。由此，能夠不用使劣質(zhì)煤與煙煤等的優(yōu)質(zhì)煤混合，而是在鍋爐中單獨(dú)利用劣質(zhì)煤的可能性提高。
如此，通過在原料煤和原料油的混合物中添加鎂系化合物和鋁系化合物中的至少一種，能夠使制品煤的灰中熔液比例減少，能夠降低制品煤的灰附著率。將這樣的制品煤利用于鍋爐，能夠抑制灰附著在鍋爐上。


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圖1是表示鍋爐的概略圖。2是原料煤的改質(zhì)方法的說明圖。3是表示1573K下的灰中熔液比例與灰附著率的關(guān)系圖。4是表示溫度和灰中熔液比例的關(guān)系的圖。5是表示溫度和灰的收縮率的關(guān)系的圖。6是表示無機(jī)化合物的添加比例和熔渣增加率的關(guān)系的圖。7是鎂系化合物和鋁系化合物對(duì)于煤灰的添加比例與灰中熔液比例的關(guān)系的8是表示添加物中的MgO含有率與灰中熔液比例的關(guān)系和圖。9是表示添加物中的MgO含有率與灰中熔液比例和灰附著量的關(guān)系的圖。10是表示煤灰的粒徑分布的圖。11是表示MgO試料對(duì)于煤灰的添加比例與灰附著量的關(guān)系的圖。12是表示溫度與灰中熔液比例的關(guān)系的圖。13是表示溫度與灰的收縮率的關(guān)系的圖。
具體實(shí)施方式
以下，對(duì)于本發(fā)明的適宜的實(shí)施的方式，一邊參照附圖一邊進(jìn)行說明。
[第一實(shí)施方式]
(鍋爐的構(gòu)成)
以本實(shí)施方式的改質(zhì)方法形成的制品煤，作為固體燃料被鍋爐利用。如圖1所示， 鍋爐7具有保持固體燃料的料斗1、2 ;調(diào)整從料斗1、2供給的固體燃料的供給量的供給量調(diào)整裝置3a、3b ;混合從料斗1、2供給的固體燃料的混合機(jī)4 ;粉碎由混合機(jī)4混合的固體燃料而使之成為粉煤的粉碎機(jī)5 ;將從粉碎機(jī)5與搬送用空氣一起供給的粉煤作為燃料而使之燃燒的燃燒器6 ;控制供給量調(diào)整裝置3a、3b的運(yùn)算器9。鍋爐7使粉煤燃燒而回收熱量。
料斗1和料斗2分別保持灰的性狀互不相同的固體燃料。在此，固體燃料包括煤、 污泥碳化物、生物質(zhì)燃料等。還有，料斗的數(shù)量并不限定為2個(gè)，可以是1個(gè)，也可以是2個(gè)。 從料斗I供給到混合機(jī)4的固體燃料的供給量，由供給量調(diào)整裝置3a調(diào)整，從料斗2供給到混合機(jī)4的固體燃料的供給量，由供給量調(diào)整裝置3b調(diào)整。
還有，雖未圖示，但鍋爐7還具有如下以燃燒器6等使從粉碎機(jī)5供給的粉煤燃燒而發(fā)熱的火爐；從火爐的上方延續(xù)到下游而配置，在內(nèi)部使燃燒氣體流動(dòng)而進(jìn)行熱交換的傳熱管群。由鍋爐7發(fā)生的燃燒氣體煙囪排出。另外，傳熱管群具有上傳熱部，其具有在火爐的上方以規(guī)定的間隔并列配置的二次加熱器、三次加熱器、最終加熱器和二次再熱器；后傳熱部，其具備配置在火爐的后部的一次加熱器、一次再熱器和省煤器。
運(yùn)算器9預(yù)先收集固體燃料的水分含有率、發(fā)熱量、灰分含有率、灰成分的組成等的性狀作為數(shù)據(jù)。運(yùn)算器9使用固體燃料的混合比率作為參數(shù)，根據(jù)預(yù)先測(cè)量的各固體燃料的灰成分的組成，計(jì)算混合的燃料的灰成分的組成。另外，運(yùn)算器9根據(jù)預(yù)先測(cè)量灰中熔液比例(熔渣比例)與灰附著率的關(guān)系，決定灰附著率降低到5 7%左右的灰中熔液比例的值(標(biāo)準(zhǔn)值)。然后，運(yùn)算器9通過熱力學(xué)平衡計(jì)算，決定各固體燃料的混合比率，以形成灰中熔液比例成為所決定的標(biāo)準(zhǔn)值以下的灰組成。在此，作為燃料的固體燃料的供給量，以使投入到鍋爐中的熱量一定的方式?jīng)Q定。
然后，運(yùn)算器9基于所決定的各固體燃料的混合比率，分別控制供給量調(diào)整裝置 3a、3b。由此，固體燃料從料斗1、2向鍋爐7的供給量得到調(diào)整。
在此，本實(shí)施方式所使用的作為灰附著特性的評(píng)價(jià)指標(biāo)的“灰中熔液比例”，意思是在一定量的固體狀的灰之中，在一定溫度、氣氛條件下變成熔液(熔融渣)的比例。另外，“熔渣”意思是通過燃燒而熔融，乘著鍋爐內(nèi)的燃燒氣流漂浮，附·著在爐壁和傳熱管群上的成分?；抑腥垡罕壤鶕?jù)各固體燃料和各固體燃料的混合條件計(jì)算。在此，灰中熔液比例，其求得是通過熱力學(xué)平衡計(jì)算，計(jì)算出預(yù)先測(cè)量的各固體燃料的灰在一定條件(溫度、 氣氛氣體組成)下熱力學(xué)上最穩(wěn)定的狀態(tài)，即吉布斯(Gibbs)的自由能(AG)接近于O的狀態(tài)的組成和相(氣相、固相、液相)。這時(shí)的灰組成是以一定比較使數(shù)種煤加以混合后的灰組成。
還有，在熱力學(xué)平衡計(jì)算中，采用灰對(duì)鍋爐壁的附著顯著發(fā)生的燃燒器鄰域的氣氛溫度和氣氛氣體組成。但是，并不限于燃燒器鄰域的氣氛溫度及氣氛氣體組成，而是可以基于灰的附著容易發(fā)生的傳熱管群等期望的部分的氣氛溫度及氣氛氣體組成來進(jìn)行熱力學(xué)平衡計(jì)算。由此，能夠恰當(dāng)求得鍋爐內(nèi)部的各部分的灰中的灰中熔液比例，能夠計(jì)算多種固體燃料的適當(dāng)?shù)幕旌媳嚷?。還有，并不限于上述的方式，也可以采用鍋爐設(shè)計(jì)上的最高氣氛氣體溫度及這一部位的氣氛氣體組成，進(jìn)行熱力學(xué)平衡計(jì)算。另外，也可以使用鍋爐設(shè)計(jì)上，還原度最高的(CO和H2等的還原性氣體的濃度最高)氣氛氣體組成和這一部位的溫度。在這種情況下，不依賴鍋爐的爐內(nèi)的燃燒溫度，就能夠決定混合比率。
還有，并不限于上述的方式，灰中熔液比例的計(jì)算，也可以預(yù)先加熱各固體燃料的灰，基于在各溫度和氣氛氣體組成下測(cè)量的灰中熔液比例進(jìn)行。由此，能夠求和符合實(shí)際的鍋爐的狀況的灰中熔液比例。另外，灰中熔液比例，也可以使用熱機(jī)械分析裝置 (TMA(Thermo MechanicalAnalysis)裝置)，根據(jù)實(shí)際的煤灰的收縮率進(jìn)行計(jì)算。
另外，“灰附著率”，意思是附著到灰附著探針上的灰量對(duì)于碰到插入鍋爐的爐內(nèi)的灰附著探針的灰量的比，是灰的附著容易程度，由下式表示。還有，“碰到灰附著探針的灰量”，是與灰附著探針的投影面積碰撞的灰的總量，根據(jù)固體燃料的供給量、灰分含有率及鍋爐的爐形狀求得。
算式I
[kg].. 附翁串[wt%] =---— χ 100
還有，灰附著率的計(jì)算不是使用鍋爐7，而是使用燃燒試驗(yàn)爐和實(shí)罐鍋爐(実缶^ 7 )進(jìn)行。
(原料煤的改質(zhì)方法)
接著，對(duì)于上述的構(gòu)成的被鍋爐利用的作為固體燃料的原料煤的改質(zhì)方法進(jìn)行說明。
如圖2所示，首先，劣質(zhì)煤等的原料煤和原料油被供給到混合部11而加以混合。另外，含有作為鎂系化合物(無機(jī)化合物)的MgO的添加物被供給到混合部11，并且添加到混合部11內(nèi)的混合物中，形成原料漿。
添加物含有70wt%以上的MgO，優(yōu)選為含有90wt%以上MgO。MgO的平均粒徑為 5 μ m以下,優(yōu)選為O. 2 μ m左右。相對(duì)于固體燃料的無機(jī)成分，MgO的添加比例為25wt% 以上、50wt%以下。還有，鎂系化合物并不限定為作為氧化物的MgO，也可以是MgCO3和 Mg(OH)20
其次，原料漿被供給到加熱部12，預(yù)熱至操作壓下的水的沸點(diǎn)鄰域后，以例如 140°C、4個(gè)氣壓的條件進(jìn)行油中脫水，從而除去水分。
接著，加熱后的原料漿被供給到固液分離部13，通過沉淀、離心分離、過濾、壓榨等任意的手段被進(jìn)行固液分離。分離的液體部分之中，水分被排出，油分作為原料油在混合部 11被循環(huán)使用。另一方面，分離的固體成分被送至成形部14干燥，作為制品煤取出。取出的制品煤作為固體燃料被用于鍋爐7 (參照?qǐng)D1)。
(灰中熔液比例與灰附著率的關(guān)系)
接下來，對(duì)于灰中熔液比例與灰附著率的關(guān)系進(jìn)行說明。圖3表示特別在鍋爐內(nèi)容易發(fā)生灰附著的溫度即1573K時(shí)的，各種混煤的灰中熔液比例與灰附著率的關(guān)系。由圖 3可知，在火爐內(nèi)的氣氛溫度和氣氛氣體組成中，若灰中熔液比例超過60wt %，則灰附著率急劇增大 。換言之，就是通過使灰中熔液比例達(dá)到60wt%以下，能夠降低灰附著率。在本實(shí)施方式中，灰附著率變低的作為灰中熔液比例的值的標(biāo)準(zhǔn)值為50 60wt%。在圖1中，運(yùn)算器9通過熱力學(xué)平衡計(jì)算，決定各固體燃料的混合比率，以形成灰中熔液比例成為所決定的標(biāo)準(zhǔn)值以下的灰組成。
(溫度與灰中熔液比例和灰的收縮率的關(guān)系)
接下來，對(duì)于溫度與灰中熔液比例的關(guān)系，和溫度與灰的收縮率的關(guān)系進(jìn)行說明。 圖4是以上述的方法計(jì)算灰中熔液比例的計(jì)算結(jié)果。圖5是通過一邊使灰試樣的溫度變化， 一邊施加載荷并測(cè)量該物質(zhì)的變形的熱機(jī)械分析(TMA, Thermo Mechanical Analysis)求得灰的收縮率的結(jié)果。作為灰試樣，使用的是沒有添加MgO的劣質(zhì)煤(在此為改質(zhì)褐煤的灰)(a)和添加有25wt%的MgO的改質(zhì)褐煤的灰(b)。在此，灰的收縮率越高，意味著灰試樣越會(huì)從固體變成熔液(熔融渣)，溫度越高，灰中熔液比例和灰的收縮率越高。
根據(jù)圖4和圖5，在灰試樣中添加MgO，無論是由熱力學(xué)平衡計(jì)算計(jì)算的灰中熔液比例中，還是測(cè)量的灰的收縮率中，都確認(rèn)到明顯的降低。即，若在灰試樣中添加MgO，則灰的收縮率降低，灰難以變成熔液，灰中熔液比例降低。特別是在鍋爐內(nèi)容易發(fā)生灰附著的 1573K鄰域，灰中熔液比例降低至40wt%左右，低于圖3所示的閾值(60wt% )0由此，如圖 3所示，因?yàn)榛腋街式档?，所以不用具有低熔點(diǎn)灰的劣質(zhì)煤和優(yōu)質(zhì)煙煤的混煤，劣質(zhì)煤單獨(dú)在鍋爐中利用可能性高。
(無機(jī)化合物的添加比例和熔渣增加率的關(guān)系)
圖6是表示將各種無機(jī)化合物添加到煤灰中時(shí)的無機(jī)化合物的添加比例與熔渣增加率的關(guān)系的計(jì)算結(jié)果，表示特別是在鍋爐內(nèi)容易發(fā)生灰附著的溫度即1573K時(shí)的熔渣增加率。在此，“熔渣增加率”是無機(jī)化合物添加前后的熔渣生成量的比，由下式表示。
算式2
[%]=到義J|；IjI1. [kg/hr]
還有，熔渣生成量就是灰中熔液比例乘以供給的煤中的灰重量和添加的無機(jī)化合物的重量。具體來說，無機(jī)化合物添加前的熔渣生成量([kg/hr])，由(灰中熔液比例 [wt% ] X煤供給量[kg-dry base/hr] X灰分含有率[% ])表示。另外，無機(jī)化合物添加后的熔洛生成量([kg/hr]),由(灰中熔液比例[wt% ] X (煤供給量[kg-dry base/hr] X 灰分含有率[% ] +無機(jī)化合物添加量[kg/hr]))表示。
圖6所示的熔渣增加率100%，是 沒有添加無機(jī)化合物的條件下的低熔點(diǎn)灰的熔渣生成量(計(jì)算值)。若熔渣增加率低于100%，則熔渣生成將得到抑制。一般煤灰中的無機(jī)化合物的添加比例越增加，煤中所含的無機(jī)物質(zhì)越增加，因此熔渣增加率也變高。但是， 如圖6所示，在MgO和Al2O3中，添加比例越增加，灰中熔液比例越降低，熔渣增加率越降低。 因此，MgO和Al2O3可以說是添加比例越增加，越有灰附著抑制效果的無機(jī)化合物。
(鎂系化合物對(duì)于煤灰的添加比例與灰中熔液比例的關(guān)系)
圖7表示鎂系化合物和鋁系化合物對(duì)于煤灰的添加比例與灰中熔液比例的關(guān)系。 圖7表示特別是在鍋爐內(nèi)容易發(fā)生灰附著的溫度即1573K時(shí)，分別使MgO和Al2O3的添加比例發(fā)生變化時(shí)的灰中熔液比例(計(jì)算值)。如圖3所示，若灰中熔液比例達(dá)到60wt%以上， 則灰附著率明顯增大。在此，如圖7所示，灰中熔液比例處于60wt%以下的MgO的添加比例為15wt%以上。在本實(shí)施方式中，添加到圖2中的混合部11內(nèi)的混合物中的MgO的添加比例，相對(duì)于固體燃料的無機(jī)成分(煤灰)，為25wt%以上、50wt%以下。
(添加物中的MgO含有率與灰中熔液比例的關(guān)系)
圖8表示添加物中的MgO含有率與灰中熔液比例的關(guān)系。灰中熔液比例處于 60wt%&下時(shí)，MgO含有率為70wt%以上。因此，如果添加物含有MgO為70wt%以上，優(yōu)選為90wt*%以上，則灰中溶液比例處于60wt*%以下，能夠降低灰附著率。在本實(shí)施方式中，將含有MgO達(dá)70wt %以上，優(yōu)選為90wt %以上的添加物，添加到圖2的混合部11內(nèi)的混合物中，形成原料漿。
(添加物中的MgO含有率與灰中熔液比例和灰附著量的關(guān)系)
圖9表示相對(duì)于煤灰以25wt%的比例添加的添加物中的MgO含有率，與灰中熔液比例和灰附著量的關(guān)系。如果添加物中的MgO含有率為70wt%以上，則特別是在鍋爐內(nèi)容易發(fā)生灰附著的溫度下，即1573K下，灰中熔液比例達(dá)到60wt%以下。另外，由圖9可知， 添加物中的MgO含有率越高，灰附著量越減少。因此，使添加物中的MgO含有率為70wt% 以上，優(yōu)選為90wt%以上，能夠抑制灰對(duì)鍋爐的附著。在本實(shí)施方式中，通過將含有MgO為 70wt %以上，優(yōu)選為90wt %以上的添加物，添加到圖2中的混合部11內(nèi)的混合物中，形成原料漿。
(煤灰的粒徑分布)
圖10表示在本實(shí)施方式中使用的煤灰的粒徑分布。本實(shí)施方式中使用的煤灰的平均粒徑(累計(jì)重量為50%時(shí)的粒徑(中值直徑))為6.8μπι。相對(duì)于此，在本實(shí)施方式中，添加到圖2的混合部11內(nèi)的混合物中的MgO的平均粒徑為5μπι以下，優(yōu)選為O. 2μπι左右。
(灰附著特性試驗(yàn))
接著,為了證實(shí)MgO的灰附著抑制效果,使用煤燃燒爐(爐內(nèi)徑400mm,爐內(nèi)有效高度3650mm)，在以煤和加熱用民用燃?xì)獾耐度霟崃繛?49kW而作為固定的條件下，進(jìn)行灰附著特性試驗(yàn)。在此，對(duì)于煤灰分別添加25被％、50被％的1%0試料。作為添加到煤中的MgO 試料，使用平均粒徑為10 μ m、5 μ m、0. 2 μ m三種試料。煤是粉煤，通過設(shè)于爐頂?shù)娜紵髋c燃燒空氣一起被燃燒。這時(shí)，在燃燒器的下方，灰附著探針被插入氣體氣氛溫度達(dá)到1573K 的爐內(nèi)，保持100分鐘。然后，測(cè)量附著在灰附著探針的表面的灰的附著量(重量)。圖11 顯示其結(jié)果。
圖11表示MgO試料對(duì)于煤灰的添加比例與灰附著量的關(guān)系。如圖11所示，沒有添加MgO試料時(shí)的灰附著量為4. 4g-ash/100min，若達(dá)到在此以下的重量，則具有灰附著抑制效果。根據(jù)圖11，通過添加平均粒徑為5μπι以下的MgO試料，確認(rèn)到灰附著抑制效果。 即可知，通過添加平均粒徑比灰小的MgO試料，能夠取得灰附著抑制效果。另外，相比平均粒徑為5 μ m的MgO試料，平均粒徑為O. 2 μ m的MgO試料一方的灰附著量更低。由此可知， 添加的MgO試料的平均粒徑越細(xì)小，灰附著抑制效果越大。在本實(shí)施方式中，添加到圖2的混合部11內(nèi)的混合物中的MgO的平均粒徑，為比作為煤灰的平均粒徑的6. 8 μ m小的5 μ m 以下，優(yōu)選為O. 2 μ m左右。此外,若比較對(duì)于煤灰添加MgO試料25wt%的條件和添加50wt%的條件,則可知灰附著抑制效果大致為同程度。于是，灰附著量在MgO試料的添加比例為25wt%以上大體呈現(xiàn)出收斂的傾向，因此如果添加MgO試料為25wt%以上，則就能夠得到灰附著抑制效果。 但是，若MgO試料的添加比例過大，則熔渣增加率也變高，因此期望MgO試料的添加比例為 50wt%以下。在本實(shí)施方式中，添加到圖2中的混合部11內(nèi)的混合物中的MgO的添加比例， 相對(duì)于固體燃料的無機(jī)成分，為25wt%以上、50wt%以下。
(效果)
如上，灰的收縮率越高，灰越會(huì)從固體變成熔液，若在原料煤和原料油的混合物中添加鎂系化合物，則灰的收縮率降低，灰難以變成熔液，制品煤的灰中熔液比例降低。
另外，制品煤中的無機(jī)化合物的添加比例越增加，制品煤中所含的無機(jī)物質(zhì)越增加，因此熔渣增加率也變高。但是，鎂系化合物的添加比例越增加，制品煤的灰中熔液比例越降低，熔渣增加率越降低。
若灰中溶液比例降低，則制品煤的灰附著率降低，因此將這樣的制品煤利用于鍋爐，灰對(duì)鍋爐的附著量得到抑制。
此外，在本實(shí)施方式中，通過以含有低熔點(diǎn)灰的劣質(zhì)煤作為原料煤而添加鎂系化合物，能夠使灰中熔液比例減少，得到使灰附著率減少的制品煤。由此，不用使劣質(zhì)煤與煙煤等的優(yōu)質(zhì)煤混合，劣質(zhì)煤單獨(dú)在鍋爐中利用的可能性變高。
如此，在原料煤和原料油的混合物添加鎂系化合物，能夠使制品煤的灰中熔液比例減少，制品煤的灰附著率減少。因此，將這樣的制品煤在鍋爐中利用，能夠抑制灰附著于鍋爐。
另外，在本實(shí)施方式中，特別是在鍋爐內(nèi)容易發(fā)生灰附著的溫度、S卩1573K鄰域， 使制品煤的灰中熔液比例達(dá)到60wt%以下，如此來添加鎂系化合物。由此，制品煤的灰中熔液比例，達(dá)到?jīng)Q定多種固體燃料的混合比率時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)值以下，灰附著率降低。因此，將這樣的制品煤利用于鍋爐，能夠抑制灰向鍋爐的附著量。
另外，以25wt%以上、50wt%以下的添加比例，將鎂系化合物添加到原料煤和原料油的混合物中，能夠適宜減少制品煤的灰中熔液比例。
另外，鎂系化合物的平均粒徑越比灰小，越細(xì)微，灰附著抑制效果越大。因?yàn)榛业钠骄綖?. 8 μ m左右，所以通過使鎂系化合物的平均粒徑為5 μ m以下，能夠適宜抑制灰對(duì)鍋爐的附著。
另外，通過將含有鎂系化合物為70wt%以上的添加物添加到原料煤和原料油的混合物中，能夠使制品煤的灰中熔液比例適宜減少。
[第二實(shí)施方式]
接著，對(duì)于本發(fā)明的第二實(shí)施方式進(jìn)行說明。第二實(shí)施方式與第一實(shí)施方式的不同點(diǎn)在于，對(duì)原料煤進(jìn)行改質(zhì)而成為制品煤時(shí)，在原料煤和原料油的混合物中，添加含有作為鋁系化合物(無機(jī)化合物)的Al2O3的添加物這一點(diǎn)。Al2O3的平均粒徑為5 μ m以下，優(yōu)選為O. 2μπι左右，Al2O3對(duì)于固體燃料的無機(jī)成分的添加比例為25wt%以上、50wt%以下。 還有，鋁系化合物并不限定為Al2O3這樣的氧化物，也可以是碳氧化物和氫氧化物。
(溫度與灰中熔液比例和灰的收縮率的關(guān)系)
圖12是添加Al2O3,并且以上述的方法計(jì)算灰中熔液比例的計(jì)算結(jié)果。圖13是通過一邊使灰試樣的溫度變化，一邊施加載荷而測(cè)量其物質(zhì)的變形的熱機(jī)械分析(TMA)，求得灰的收縮率的結(jié)果。作為灰試樣，使用的是沒有添加Al2O3的劣質(zhì)煤(在此為改質(zhì)褐煤的灰)(c)，和添加有Al2O3為25wt%添加的改質(zhì)褐煤的灰(d)，和添加有Al2O3為50wt%的改質(zhì)褐煤的灰(e)。在此，灰的收縮率越高，灰試樣越從固體變成熔液，溫度越高，灰中熔液比例和灰的收縮率越高。
根據(jù)圖12和圖13，在灰試樣添加Al2O3，無論在通過熱力學(xué)平衡計(jì)算而計(jì)算出的灰中熔液比例中，還是測(cè)量的灰的收縮率中，都確認(rèn)到明顯的降低。即，若在灰試樣中添加 Al2O3,則灰的收縮率降低，灰難以變成熔液，灰中熔液比例降低。特別是容易發(fā)生鍋爐內(nèi)的灰附著的1573K鄰域的灰中熔液比例，在改質(zhì)褐煤的灰中添加有Al2O3為25wt%時(shí)，降低至 60wt %左右，在改質(zhì)褐煤的灰中添加有Al2O3為50wt %時(shí)，降低至30wt %左右，低于圖3所示的閾值(60wt%)。由此，如圖3所示，灰附著率降低，因此不用具有低熔點(diǎn)灰的劣質(zhì)煤與優(yōu)質(zhì)的煙煤的混煤，鍋爐單獨(dú)利用劣質(zhì)煤的可能性高。
(無機(jī)化合物的添加比例和熔渣增加率的關(guān)系)
圖6是表示將各種無機(jī)化合物添加到煤灰中時(shí)的無機(jī)化合物的添加比例和熔渣增加率的關(guān)系的計(jì)算結(jié)果。圖6表示特別在鍋爐內(nèi)容易發(fā)生灰附著的溫度即1573K時(shí)的熔渣增加率。一般煤灰中的無機(jī)化合物的添加比例越增加，煤中所含的無機(jī)物質(zhì)越增加，因此熔渣增加率也變高。但是，如圖6所示，MgO和Al2O3的添加比例越增加，灰中熔液比例越降低，熔渣增加率越降低。因此，此MgO和Al2O3可以說明添加比例越增加，越具有灰附著抑制效果的無機(jī)化合物。
(鋁系化合物對(duì)于煤灰的添加比例與灰中熔液比例的關(guān)系)
圖7表示鎂系化合物和鋁系化合物對(duì)于煤灰的添加比例與灰中熔液比例的關(guān)系。 圖7表示特別是在鍋爐內(nèi)容易發(fā)生灰附著的溫度即1573K時(shí)，使MgO和Al2O3的添加比例變化時(shí)的灰中熔液比例(計(jì)算值)。在此，如圖3所示，若灰中熔液比例處于60wt%以上， 則灰附著率明顯增大，但如圖7所示，灰中熔液比例處于60wt%以下的Al2O3的添加比例為 25wt%以上。在本實(shí)施方式中，添加到圖2中的混合部11內(nèi)的混合物中的Al2O3的添加比例，相對(duì)于固體燃料的無機(jī)成分(煤灰)為25wt%以上、50wt%以下。
(灰附著特性試驗(yàn))
另外，根據(jù)表示灰附著特性試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果的圖11可知，若添加平均粒徑比灰小的無機(jī)化合物，則具有灰附著抑制效果。另外可知，添加的無機(jī)化合物的平均粒徑越細(xì)小， 灰附著抑制效果越大。在本實(shí)施方式中，添加到圖2中的混合部11內(nèi)的混合物中的Al2O3 的平均粒徑，為比作為煤灰的平均粒徑的6. 8 μ m小的5 μ m以下，優(yōu)選為O. 2 μ m左右。
因?yàn)槠渌臉?gòu)成與第一實(shí)施方式相同，所以省略其說明。
(效果)
如上，灰的收縮率越高，灰越會(huì)從固體變成熔液(熔融渣)，但若在原料煤和原料油的混合物中添加鋁系化合物，灰的收縮率降低，灰難以變成熔液。由此，制品煤的灰中熔液比例(熔渣比例)降低。
另外，一般制品煤的無機(jī)化合物的添加比例越增加，制品煤中所含的無機(jī)物質(zhì)越增加，因此熔渣增加率也變高。 但是，在鋁系化合物中，添加比例越增加，制品煤的灰中熔液比例越降低，熔渣增加率越降低。
若灰中熔液比例降低，則制品煤的灰附著率降低。因此，將這樣的制品煤在鍋爐中利用，可抑制灰對(duì)鍋爐的附著量。
此外，在本實(shí)施方式中，通過將含有低熔點(diǎn)灰的劣質(zhì)煤作為原料煤而添加鋁系化合物，能夠使灰中熔液比例減少，得到使灰附著率減少的制品煤。由此，不用將劣質(zhì)煤與煙煤等的優(yōu)質(zhì)煤混合，能夠?qū)⒘淤|(zhì)煤單獨(dú)利用鍋爐的可能性變高。
如此，通過在原料煤和原料油的混合物中添加鋁系化合物，能夠使制品煤的灰中熔液比例減少，制品煤的灰附著率減少。因此，將這樣的制品煤利用于鍋爐，能夠抑制灰附著于鍋爐。
另外，在本實(shí)施方式中，特別是在鍋爐內(nèi)容易發(fā)生灰附著的溫度、S卩1573K鄰域， 使制品煤的灰中熔液比例處于60wt%以下，如此來添加鋁系化合物。由此，制品煤的灰中熔液比例，達(dá)到?jīng)Q定多種固體燃料的混合比率時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)值以下，灰附著率降低。因此，將這樣的制品煤利用于鍋爐，能夠抑制灰對(duì)鍋爐的附著量。
另外，以25wt%以上、50wt%以下的添加比例，將鋁系化合物添加到原料煤和原料油的混合物中，能夠適宜減少制品煤的灰中熔液比例。
另外，鋁系化合物的平均粒徑越比灰小，越微細(xì)，灰附著抑制效果越大。因?yàn)榛业钠骄綖?. 8 μ m左右，所以通過使鋁系化合物的平均粒徑為5 μ m以下，能夠適宜抑制灰對(duì)鍋爐的附著。
(本實(shí)施方式的變形例)
以上，說明了本發(fā)明的實(shí)施方式，但上述實(shí)施方式不過是具體例的例示，并不特別限定本發(fā)明，具體的構(gòu)成等只要是專利權(quán)利要求的范圍所述，但可以適宜設(shè)計(jì)變更。另外， 發(fā)明的實(shí)施的方式所述的作用及效果，不過是列舉了由本發(fā)明產(chǎn)生的最佳的作用及效果， 本發(fā)明的作用及效果并不限定為本發(fā)明的實(shí)施的方式所述的內(nèi)容。原料漿也可以添加含有鎂系加合物和鋁系加合物這兩方的添加物而形成。
本申請(qǐng)基于2010年7月22日申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)(專利申請(qǐng)2010-164763)，其內(nèi)容在此參照并援引。
符號(hào)說明
1、2 料斗
3a、3b供給量調(diào)整裝置
4混合機(jī)
5粉碎機(jī)
6燃燒器
7 鍋爐
9運(yùn)算器
11混合部
12加熱部
13固液分離部
14成形部
權(quán)利要求
1.一種固體燃料的改質(zhì)方法，其特征在于，具有 混合原料煤和原料油，添加含有鎂系化合物和鋁系化合物中的至少一種的添加物而形成原料漿的步驟； 加熱所述原料漿的步驟； 對(duì)加熱后的所述原料漿進(jìn)行固液分離的步驟； 干燥經(jīng)過固液分離后的所述原料漿中的固體成分而制成為制品煤的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體燃料的改質(zhì)方法，其特征在于， 所述鎂系化合物和所述鋁系化合物中的至少一種的添加比例，以使所述制品煤中的灰中熔液比例達(dá)到60重量％以下的方式?jīng)Q定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體燃料的改質(zhì)方法，其特征在于， 所述鎂系化合物和所述鋁系化合物中的至少一種的添加比例相對(duì)于煤灰為25重量％以上50重量％以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體燃料的改質(zhì)方法，其特征在于， 所述鎂系化合物和所述鋁系化合物中的至少一種的平均粒徑為5μπι以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體燃料的改質(zhì)方法，其特征在于， 所述添加物含有70重量％以上的所述鎂系化合物。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可以使灰中熔液比例減少，抑制灰附著于鍋爐的固體燃料的改質(zhì)方法。在本發(fā)明中，將原料煤和原料油供給到混合部(11)并加以混合，將含有鎂系化合物和鋁系化合物中的至少一種的添加物供給到混合部(11)而添加到混合部(11)內(nèi)的混合物中，從而形成原料漿。其后，將原料漿供給到加熱部(12)進(jìn)行加熱。然后，將加熱后的原料漿供給到固液分離部(13)，進(jìn)行固液分離。將從液體部分分離的固體成分送至成形部(14)使之干燥，作為制品煤取出。
文檔編號(hào)C10L9/08GK103003397SQ20118003503
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2011年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月22日
發(fā)明者樸海洋, 秋山勝哉, 田洼陽司 申請(qǐng)人:株式會(huì)社神戶制鋼所