专利名称：固体燃料的改质方法
技术领域：
本发明涉及作为锅炉的燃料的固体燃料的改质方法。
背景技术：
在以固体燃料为燃料的锅炉中，以粉碎机粉碎的固体燃料与搬送用空气一起被供给。锅炉具备如下以燃烧器等使供给的燃料燃烧，从而使热量发生的火炉；从火炉的上方延续到下游而配置，在内部使燃烧气体流动而进行热交换的传热管群。
作为这样的锅炉的燃料，利用大量含有水分的褐煤等的劣质的劣质煤，特别在进口煤的利用率高的日本是有限制的。其理由在于，特意花费高成本去运输除去水分需要大量的热损失的劣质煤的益处很少。
专利文献I公开有一种使之失去自燃性，并且以整体提高了热量的多孔煤作为原料的固体燃料及其制造方法。该固体燃料是通过将含有重质油分和溶剂油分的混合油与多孔煤混合而成为浆料状态，将其加热至例如100 250°C，将细孔内水分换成混合油而制造。这样的固体燃料作为锅炉的燃料被利用时，也能够减少热损失。
然而，即使水分被除去，为了在锅炉中利用劣质煤，仍需要抑制灰对锅炉的附着量。与优质的烟煤比较，虽然煤级低的劣质煤的灰分含有率低，但劣质煤大多灰的熔点低。 若在锅炉中利用这些劣质煤，则灰附着在火炉的壁面和传热管群并堆积，产生成渣和结垢， 存在锅炉的热接收变差，或者发生堆积的灰堵塞锅炉的炉底部这种故障的可能性。
因此，为了在锅炉中利用劣质煤，需要将劣质煤与多种优质的烟煤进行混合，抑制灰对锅炉有附着量。本发明 者们着眼于熔渣，其是在锅炉内经燃烧而熔融，乘载锅炉内的燃烧空气的气流漂浮而附着在炉壁和传热管群的成分，发现了一种可以抑制灰对锅炉的附着量的劣质煤和优质碳的混合比率的决定方法，并已知进行了专利电请。在此方法中，基于针对各固体燃料计算的熔渣比例(灰中熔液比例)和灰成分的组成，使锅炉的灰中熔液比例达到标准值以下，如此决定多种固体燃料的混合比率。期望将灰中熔液比例为50 60重量％的范围作为标准值。
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专利文献
专利文献I日本专利第2776278号说明书
可是，在上述方法中，将劣质煤和优质煤加以混合并在锅炉中利用时，由于使灰中熔液比例(熔渣比例)达到标准值以下，如此来决定混合比率，所以优选灰中熔液比例相对于标准值要足够低。此外，如果劣质煤的灰中熔液比例足够低，则无法使劣质煤与优质煤混合，劣质煤能够单独被锅炉利用的可能性提高。发明内容
本发明的目的在于，提供一种使灰中熔液比例降低，可以抑制灰附着在锅炉上的固体燃料的改质方法。
本发明的固体燃料的改质方法，其特征在于，具有如下步骤混合原料煤和原料油，添加含有镁系化合物和铝系化合物中的至少一种的添加物而形成原料浆的步骤；加热所述原料浆的步骤；对加热后的所述原料浆进行固液分离的步骤；经固液分离的所述原料浆之中，干燥固体成分而成为制品煤的步骤。
灰的收缩率越高，灰越会从固体变成熔液(熔融渣)。根据上述的构成，通过在原料煤和原料油的混合物中添加镁系化合物和铝系化合物中的至少一种，灰的收缩率降低， 灰难以变成熔液。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体状的灰之中，在一定温度、气氛条件下变成熔液(熔融渣)的比例。另外，“熔渣”意思是由于燃烧而熔融，乘着锅炉内的燃烧气流而漂浮，附着在炉壁和传热管群上的成分。
另外，一般制品煤中的无机化合物的添加比例越增加，制品煤中所含的无机物质越增加，因此熔渣增加率也变高。然而，在镁系化合物和铝系化合物中，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无机化合物的添加前后的熔渣生成量的比。另外，“熔渣生成量”是所供给的煤中的灰重量和添加和无机化合物的重量的值。
另外，在本发明的固体燃料的改质方法中，所述镁系化合物和所述铝系化合物中的至少一种的添加比例，优选以使所述制品煤的灰中熔液比例为60重量％ (wt%)以下的方式决定。根据上述的构成，特别是在锅炉内易发生灰附着的温度下，即1573K邻域，也使制品煤的灰中熔液比例为60wt%以下，如此添加镁系化合物和铝系化合物。由此，制品煤的灰中熔液比例处于决定多种固体燃料的混合比率里时的标准值以下，灰附着率降低。在锅炉中利用这样的制品煤，能够抑制灰对锅炉的附着量。
另外，在本发明的固体燃料的改质方法中，优选所述镁系化合物和所述铝系化合物中的至少一种的添加比例，相对于煤灰为25wt%以上、50wt%以下。根据上述的构成，以 25wt%以上、50wt%以下的添加比例，将镁系化合物和铝系化合物中的至少一种添加到原料煤和原料油的混合物中，能够适宜减少制品煤的灰中熔液比例。
另外，在本发明的固体燃料的改质方法中，优选所述镁系化合物和所述铝系化合物中的至少一种的平均粒径为5 μ m以下。镁系化合物和铝系化合物的平均粒径越比灰小， 越细微，灰附着抑制效果越大。因为灰的平均粒径为6.8 μ m左右，所以通过使镁系化合物和铝系化合物中的至少一种的平均粒径为5 μ m以下，能够适宜抑制灰对锅炉的附着。
另外，在本发明的固体燃料的改质方法中，优选所述添加物含有所述镁系化合物 70wt%以上。根据上述的构成，通过将含有镁系化合物70wt%以上的添加物添加到原料煤和原料油的混合物中，能够适宜减少制品煤的灰中熔液比例。
根据本发明的固体燃料的改质方法，通过在原料煤和原料油的混合物中添加镁系化合物和铝系化合物中的至少一种，灰的收缩率降低，灰难以变成熔液，制品煤的灰中熔液比例(熔渣比例)降低。另外，镁系化合物和铝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，则制品煤的灰附着率降低，因此在锅炉中利用这样的制品煤，灰向锅炉的附着量得到抑制。
此外，将含有低熔点灰的劣质煤作为原料煤，通过添加镁系化合物和铝系化合物中的至少一种，能够得到使灰中熔液比例减少，使灰附着率减少的制品煤。由此，能够不用使劣质煤与烟煤等的优质煤混合，而是在锅炉中单独利用劣质煤的可能性提高。
如此，通过在原料煤和原料油的混合物中添加镁系化合物和铝系化合物中的至少一种，能够使制品煤的灰中熔液比例减少，能够降低制品煤的灰附着率。将这样的制品煤利用于锅炉，能够抑制灰附着在锅炉上。
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图1是表示锅炉的概略图。2是原料煤的改质方法的说明图。3是表示1573K下的灰中熔液比例与灰附着率的关系图。4是表示温度和灰中熔液比例的关系的图。5是表示温度和灰的收缩率的关系的图。6是表示无机化合物的添加比例和熔渣增加率的关系的图。7是镁系化合物和铝系化合物对于煤灰的添加比例与灰中熔液比例的关系的8是表示添加物中的MgO含有率与灰中熔液比例的关系和图。9是表示添加物中的MgO含有率与灰中熔液比例和灰附着量的关系的图。10是表示煤灰的粒径分布的图。11是表示MgO试料对于煤灰的添加比例与灰附着量的关系的图。12是表示温度与灰中熔液比例的关系的图。13是表示温度与灰的收缩率的关系的图。
具体实施方式
以下，对于本发明的适宜的实施的方式，一边参照附图一边进行说明。
[第一实施方式]
(锅炉的构成)
以本实施方式的改质方法形成的制品煤，作为固体燃料被锅炉利用。如图1所示， 锅炉7具有保持固体燃料的料斗1、2 ;调整从料斗1、2供给的固体燃料的供给量的供给量调整装置3a、3b ;混合从料斗1、2供给的固体燃料的混合机4 ;粉碎由混合机4混合的固体燃料而使之成为粉煤的粉碎机5 ;将从粉碎机5与搬送用空气一起供给的粉煤作为燃料而使之燃烧的燃烧器6 ;控制供给量调整装置3a、3b的运算器9。锅炉7使粉煤燃烧而回收热量。
料斗1和料斗2分别保持灰的性状互不相同的固体燃料。在此，固体燃料包括煤、 污泥碳化物、生物质燃料等。还有，料斗的数量并不限定为2个，可以是1个，也可以是2个。 从料斗I供给到混合机4的固体燃料的供给量，由供给量调整装置3a调整，从料斗2供给到混合机4的固体燃料的供给量，由供给量调整装置3b调整。
还有，虽未图示，但锅炉7还具有如下以燃烧器6等使从粉碎机5供给的粉煤燃烧而发热的火炉；从火炉的上方延续到下游而配置，在内部使燃烧气体流动而进行热交换的传热管群。由锅炉7发生的燃烧气体烟囱排出。另外，传热管群具有上传热部，其具有在火炉的上方以规定的间隔并列配置的二次加热器、三次加热器、最终加热器和二次再热器；后传热部，其具备配置在火炉的后部的一次加热器、一次再热器和省煤器。
运算器9预先收集固体燃料的水分含有率、发热量、灰分含有率、灰成分的组成等的性状作为数据。运算器9使用固体燃料的混合比率作为参数，根据预先测量的各固体燃料的灰成分的组成，计算混合的燃料的灰成分的组成。另外，运算器9根据预先测量灰中熔液比例(熔渣比例)与灰附着率的关系，决定灰附着率降低到5 7%左右的灰中熔液比例的值(标准值)。然后，运算器9通过热力学平衡计算，决定各固体燃料的混合比率，以形成灰中熔液比例成为所决定的标准值以下的灰组成。在此，作为燃料的固体燃料的供给量，以使投入到锅炉中的热量一定的方式决定。
然后，运算器9基于所决定的各固体燃料的混合比率，分别控制供给量调整装置 3a、3b。由此，固体燃料从料斗1、2向锅炉7的供给量得到调整。
在此，本实施方式所使用的作为灰附着特性的评价指标的“灰中熔液比例”，意思是在一定量的固体状的灰之中，在一定温度、气氛条件下变成熔液(熔融渣)的比例。另外，“熔渣”意思是通过燃烧而熔融，乘着锅炉内的燃烧气流漂浮，附·着在炉壁和传热管群上的成分。灰中熔液比例，根据各固体燃料和各固体燃料的混合条件计算。在此，灰中熔液比例，其求得是通过热力学平衡计算，计算出预先测量的各固体燃料的灰在一定条件(温度、 气氛气体组成)下热力学上最稳定的状态，即吉布斯(Gibbs)的自由能(AG)接近于O的状态的组成和相(气相、固相、液相)。这时的灰组成是以一定比较使数种煤加以混合后的灰组成。
还有，在热力学平衡计算中，采用灰对锅炉壁的附着显著发生的燃烧器邻域的气氛温度和气氛气体组成。但是，并不限于燃烧器邻域的气氛温度及气氛气体组成，而是可以基于灰的附着容易发生的传热管群等期望的部分的气氛温度及气氛气体组成来进行热力学平衡计算。由此，能够恰当求得锅炉内部的各部分的灰中的灰中熔液比例，能够计算多种固体燃料的适当的混合比率。还有，并不限于上述的方式，也可以采用锅炉设计上的最高气氛气体温度及这一部位的气氛气体组成，进行热力学平衡计算。另外，也可以使用锅炉设计上，还原度最高的(CO和H2等的还原性气体的浓度最高)气氛气体组成和这一部位的温度。在这种情况下，不依赖锅炉的炉内的燃烧温度，就能够决定混合比率。
还有，并不限于上述的方式，灰中熔液比例的计算，也可以预先加热各固体燃料的灰，基于在各温度和气氛气体组成下测量的灰中熔液比例进行。由此，能够求和符合实际的锅炉的状况的灰中熔液比例。另外，灰中熔液比例，也可以使用热机械分析装置 (TMA(Thermo MechanicalAnalysis)装置)，根据实际的煤灰的收缩率进行计算。
另外，“灰附着率”，意思是附着到灰附着探针上的灰量对于碰到插入锅炉的炉内的灰附着探针的灰量的比，是灰的附着容易程度，由下式表示。还有，“碰到灰附着探针的灰量”，是与灰附着探针的投影面积碰撞的灰的总量，根据固体燃料的供给量、灰分含有率及锅炉的炉形状求得。
算式I
[kg].. 附翁串[wt%] =---— χ 100
还有，灰附着率的计算不是使用锅炉7，而是使用燃烧试验炉和实罐锅炉(実缶^ 7 )进行。
(原料煤的改质方法)
接着，对于上述的构成的被锅炉利用的作为固体燃料的原料煤的改质方法进行说明。
如图2所示，首先，劣质煤等的原料煤和原料油被供给到混合部11而加以混合。另外，含有作为镁系化合物(无机化合物)的MgO的添加物被供给到混合部11，并且添加到混合部11内的混合物中，形成原料浆。
添加物含有70wt%以上的MgO，优选为含有90wt%以上MgO。MgO的平均粒径为 5 μ m以下,优选为O. 2 μ m左右。相对于固体燃料的无机成分，MgO的添加比例为25wt% 以上、50wt%以下。还有，镁系化合物并不限定为作为氧化物的MgO，也可以是MgCO3和 Mg(OH)20
其次，原料浆被供给到加热部12，预热至操作压下的水的沸点邻域后，以例如 140°C、4个气压的条件进行油中脱水，从而除去水分。
接着，加热后的原料浆被供给到固液分离部13，通过沉淀、离心分离、过滤、压榨等任意的手段被进行固液分离。分离的液体部分之中，水分被排出，油分作为原料油在混合部 11被循环使用。另一方面，分离的固体成分被送至成形部14干燥，作为制品煤取出。取出的制品煤作为固体燃料被用于锅炉7 (参照图1)。
(灰中熔液比例与灰附着率的关系)
接下来，对于灰中熔液比例与灰附着率的关系进行说明。图3表示特别在锅炉内容易发生灰附着的温度即1573K时的，各种混煤的灰中熔液比例与灰附着率的关系。由图 3可知，在火炉内的气氛温度和气氛气体组成中，若灰中熔液比例超过60wt %，则灰附着率急剧增大 。换言之，就是通过使灰中熔液比例达到60wt%以下，能够降低灰附着率。在本实施方式中，灰附着率变低的作为灰中熔液比例的值的标准值为50 60wt%。在图1中，运算器9通过热力学平衡计算，决定各固体燃料的混合比率，以形成灰中熔液比例成为所决定的标准值以下的灰组成。
(温度与灰中熔液比例和灰的收缩率的关系)
接下来，对于温度与灰中熔液比例的关系，和温度与灰的收缩率的关系进行说明。 图4是以上述的方法计算灰中熔液比例的计算结果。图5是通过一边使灰试样的温度变化， 一边施加载荷并测量该物质的变形的热机械分析(TMA, Thermo Mechanical Analysis)求得灰的收缩率的结果。作为灰试样，使用的是没有添加MgO的劣质煤(在此为改质褐煤的灰)(a)和添加有25wt%的MgO的改质褐煤的灰(b)。在此，灰的收缩率越高，意味着灰试样越会从固体变成熔液(熔融渣)，温度越高，灰中熔液比例和灰的收缩率越高。
根据图4和图5，在灰试样中添加MgO，无论是由热力学平衡计算计算的灰中熔液比例中，还是测量的灰的收缩率中，都确认到明显的降低。即，若在灰试样中添加MgO，则灰的收缩率降低，灰难以变成熔液，灰中熔液比例降低。特别是在锅炉内容易发生灰附着的 1573K邻域，灰中熔液比例降低至40wt%左右，低于图3所示的阈值(60wt% )0由此，如图 3所示，因为灰附着率降低，所以不用具有低熔点灰的劣质煤和优质烟煤的混煤，劣质煤单独在锅炉中利用可能性高。
(无机化合物的添加比例和熔渣增加率的关系)
图6是表示将各种无机化合物添加到煤灰中时的无机化合物的添加比例与熔渣增加率的关系的计算结果，表示特别是在锅炉内容易发生灰附着的温度即1573K时的熔渣增加率。在此，“熔渣增加率”是无机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]
还有，熔渣生成量就是灰中熔液比例乘以供给的煤中的灰重量和添加的无机化合物的重量。具体来说，无机化合物添加前的熔渣生成量([kg/hr])，由(灰中熔液比例 [wt% ] X煤供给量[kg-dry base/hr] X灰分含有率[% ])表示。另外，无机化合物添加后的熔洛生成量([kg/hr]),由(灰中熔液比例[wt% ] X (煤供给量[kg-dry base/hr] X 灰分含有率[% ] +无机化合物添加量[kg/hr]))表示。
图6所示的熔渣增加率100%，是 没有添加无机化合物的条件下的低熔点灰的熔渣生成量(计算值)。若熔渣增加率低于100%，则熔渣生成将得到抑制。一般煤灰中的无机化合物的添加比例越增加，煤中所含的无机物质越增加，因此熔渣增加率也变高。但是， 如图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可以说是添加比例越增加，越有灰附着抑制效果的无机化合物。
(镁系化合物对于煤灰的添加比例与灰中熔液比例的关系)
图7表示镁系化合物和铝系化合物对于煤灰的添加比例与灰中熔液比例的关系。 图7表示特别是在锅炉内容易发生灰附着的温度即1573K时，分别使MgO和Al2O3的添加比例发生变化时的灰中熔液比例(计算值)。如图3所示，若灰中熔液比例达到60wt%以上， 则灰附着率明显增大。在此，如图7所示，灰中熔液比例处于60wt%以下的MgO的添加比例为15wt%以上。在本实施方式中，添加到图2中的混合部11内的混合物中的MgO的添加比例，相对于固体燃料的无机成分(煤灰)，为25wt%以上、50wt%以下。
(添加物中的MgO含有率与灰中熔液比例的关系)
图8表示添加物中的MgO含有率与灰中熔液比例的关系。灰中熔液比例处于 60wt%&下时，MgO含有率为70wt%以上。因此，如果添加物含有MgO为70wt%以上，优选为90wt*%以上，则灰中溶液比例处于60wt*%以下，能够降低灰附着率。在本实施方式中，将含有MgO达70wt %以上，优选为90wt %以上的添加物，添加到图2的混合部11内的混合物中，形成原料浆。
(添加物中的MgO含有率与灰中熔液比例和灰附着量的关系)
图9表示相对于煤灰以25wt%的比例添加的添加物中的MgO含有率，与灰中熔液比例和灰附着量的关系。如果添加物中的MgO含有率为70wt%以上，则特别是在锅炉内容易发生灰附着的温度下，即1573K下，灰中熔液比例达到60wt%以下。另外，由图9可知， 添加物中的MgO含有率越高，灰附着量越减少。因此，使添加物中的MgO含有率为70wt% 以上，优选为90wt%以上，能够抑制灰对锅炉的附着。在本实施方式中，通过将含有MgO为 70wt %以上，优选为90wt %以上的添加物，添加到图2中的混合部11内的混合物中，形成原料浆。
(煤灰的粒径分布)
图10表示在本实施方式中使用的煤灰的粒径分布。本实施方式中使用的煤灰的平均粒径(累计重量为50%时的粒径(中值直径))为6.8μπι。相对于此，在本实施方式中，添加到图2的混合部11内的混合物中的MgO的平均粒径为5μπι以下，优选为O. 2μπι左右。
(灰附着特性试验)
接着,为了证实MgO的灰附着抑制效果,使用煤燃烧炉(炉内径400mm,炉内有效高度3650mm)，在以煤和加热用民用燃气的投入热量为149kW而作为固定的条件下，进行灰附着特性试验。在此，对于煤灰分别添加25被％、50被％的1%0试料。作为添加到煤中的MgO 试料，使用平均粒径为10 μ m、5 μ m、0. 2 μ m三种试料。煤是粉煤，通过设于炉顶的燃烧器与燃烧空气一起被燃烧。这时，在燃烧器的下方，灰附着探针被插入气体气氛温度达到1573K 的炉内，保持100分钟。然后，测量附着在灰附着探针的表面的灰的附着量(重量)。图11 显示其结果。
图11表示MgO试料对于煤灰的添加比例与灰附着量的关系。如图11所示，没有添加MgO试料时的灰附着量为4. 4g-ash/100min，若达到在此以下的重量，则具有灰附着抑制效果。根据图11，通过添加平均粒径为5μπι以下的MgO试料，确认到灰附着抑制效果。 即可知，通过添加平均粒径比灰小的MgO试料，能够取得灰附着抑制效果。另外，相比平均粒径为5 μ m的MgO试料，平均粒径为O. 2 μ m的MgO试料一方的灰附着量更低。由此可知， 添加的MgO试料的平均粒径越细小，灰附着抑制效果越大。在本实施方式中，添加到图2的混合部11内的混合物中的MgO的平均粒径，为比作为煤灰的平均粒径的6. 8 μ m小的5 μ m 以下，优选为O. 2 μ m左右。此外,若比较对于煤灰添加MgO试料25wt%的条件和添加50wt%的条件,则可知灰附着抑制效果大致为同程度。于是，灰附着量在MgO试料的添加比例为25wt%以上大体呈现出收敛的倾向，因此如果添加MgO试料为25wt%以上，则就能够得到灰附着抑制效果。 但是，若MgO试料的添加比例过大，则熔渣增加率也变高，因此期望MgO试料的添加比例为 50wt%以下。在本实施方式中，添加到图2中的混合部11内的混合物中的MgO的添加比例， 相对于固体燃料的无机成分，为25wt%以上、50wt%以下。
(效果)
如上，灰的收缩率越高，灰越会从固体变成熔液，若在原料煤和原料油的混合物中添加镁系化合物，则灰的收缩率降低，灰难以变成熔液，制品煤的灰中熔液比例降低。
另外，制品煤中的无机化合物的添加比例越增加，制品煤中所含的无机物质越增加，因此熔渣增加率也变高。但是，镁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，则制品煤的灰附着率降低，因此将这样的制品煤利用于锅炉，灰对锅炉的附着量得到抑制。
此外，在本实施方式中，通过以含有低熔点灰的劣质煤作为原料煤而添加镁系化合物，能够使灰中熔液比例减少，得到使灰附着率减少的制品煤。由此，不用使劣质煤与烟煤等的优质煤混合，劣质煤单独在锅炉中利用的可能性变高。
如此，在原料煤和原料油的混合物添加镁系化合物，能够使制品煤的灰中熔液比例减少，制品煤的灰附着率减少。因此，将这样的制品煤在锅炉中利用，能够抑制灰附着于锅炉。
另外，在本实施方式中，特别是在锅炉内容易发生灰附着的温度、S卩1573K邻域， 使制品煤的灰中熔液比例达到60wt%以下，如此来添加镁系化合物。由此，制品煤的灰中熔液比例，达到决定多种固体燃料的混合比率时的标准值以下，灰附着率降低。因此，将这样的制品煤利用于锅炉，能够抑制灰向锅炉的附着量。
另外，以25wt%以上、50wt%以下的添加比例，将镁系化合物添加到原料煤和原料油的混合物中，能够适宜减少制品煤的灰中熔液比例。
另外，镁系化合物的平均粒径越比灰小，越细微，灰附着抑制效果越大。因为灰的平均粒径为6. 8 μ m左右，所以通过使镁系化合物的平均粒径为5 μ m以下，能够适宜抑制灰对锅炉的附着。
另外，通过将含有镁系化合物为70wt%以上的添加物添加到原料煤和原料油的混合物中，能够使制品煤的灰中熔液比例适宜减少。
[第二实施方式]
接着，对于本发明的第二实施方式进行说明。第二实施方式与第一实施方式的不同点在于，对原料煤进行改质而成为制品煤时，在原料煤和原料油的混合物中，添加含有作为铝系化合物(无机化合物)的Al2O3的添加物这一点。Al2O3的平均粒径为5 μ m以下，优选为O. 2μπι左右，Al2O3对于固体燃料的无机成分的添加比例为25wt%以上、50wt%以下。 还有，铝系化合物并不限定为Al2O3这样的氧化物，也可以是碳氧化物和氢氧化物。
(温度与灰中熔液比例和灰的收缩率的关系)
图12是添加Al2O3,并且以上述的方法计算灰中熔液比例的计算结果。图13是通过一边使灰试样的温度变化，一边施加载荷而测量其物质的变形的热机械分析(TMA)，求得灰的收缩率的结果。作为灰试样，使用的是没有添加Al2O3的劣质煤(在此为改质褐煤的灰)(c)，和添加有Al2O3为25wt%添加的改质褐煤的灰(d)，和添加有Al2O3为50wt%的改质褐煤的灰(e)。在此，灰的收缩率越高，灰试样越从固体变成熔液，温度越高，灰中熔液比例和灰的收缩率越高。
根据图12和图13，在灰试样添加Al2O3，无论在通过热力学平衡计算而计算出的灰中熔液比例中，还是测量的灰的收缩率中，都确认到明显的降低。即，若在灰试样中添加 Al2O3,则灰的收缩率降低，灰难以变成熔液，灰中熔液比例降低。特别是容易发生锅炉内的灰附着的1573K邻域的灰中熔液比例，在改质褐煤的灰中添加有Al2O3为25wt%时，降低至 60wt %左右，在改质褐煤的灰中添加有Al2O3为50wt %时，降低至30wt %左右，低于图3所示的阈值(60wt%)。由此，如图3所示，灰附着率降低，因此不用具有低熔点灰的劣质煤与优质的烟煤的混煤，锅炉单独利用劣质煤的可能性高。
(无机化合物的添加比例和熔渣增加率的关系)
图6是表示将各种无机化合物添加到煤灰中时的无机化合物的添加比例和熔渣增加率的关系的计算结果。图6表示特别在锅炉内容易发生灰附着的温度即1573K时的熔渣增加率。一般煤灰中的无机化合物的添加比例越增加，煤中所含的无机物质越增加，因此熔渣增加率也变高。但是，如图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可以说明添加比例越增加，越具有灰附着抑制效果的无机化合物。
(铝系化合物对于煤灰的添加比例与灰中熔液比例的关系)
图7表示镁系化合物和铝系化合物对于煤灰的添加比例与灰中熔液比例的关系。 图7表示特别是在锅炉内容易发生灰附着的温度即1573K时，使MgO和Al2O3的添加比例变化时的灰中熔液比例(计算值)。在此，如图3所示，若灰中熔液比例处于60wt%以上， 则灰附着率明显增大，但如图7所示，灰中熔液比例处于60wt%以下的Al2O3的添加比例为 25wt%以上。在本实施方式中，添加到图2中的混合部11内的混合物中的Al2O3的添加比例，相对于固体燃料的无机成分(煤灰)为25wt%以上、50wt%以下。
(灰附着特性试验)
另外，根据表示灰附着特性试验的试验结果的图11可知，若添加平均粒径比灰小的无机化合物，则具有灰附着抑制效果。另外可知，添加的无机化合物的平均粒径越细小， 灰附着抑制效果越大。在本实施方式中，添加到图2中的混合部11内的混合物中的Al2O3 的平均粒径，为比作为煤灰的平均粒径的6. 8 μ m小的5 μ m以下，优选为O. 2 μ m左右。
因为其他的构成与第一实施方式相同，所以省略其说明。
(效果)
如上，灰的收缩率越高，灰越会从固体变成熔液(熔融渣)，但若在原料煤和原料油的混合物中添加铝系化合物，灰的收缩率降低，灰难以变成熔液。由此，制品煤的灰中熔液比例(熔渣比例)降低。
另外，一般制品煤的无机化合物的添加比例越增加，制品煤中所含的无机物质越增加，因此熔渣增加率也变高。 但是，在铝系化合物中，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，则制品煤的灰附着率降低。因此，将这样的制品煤在锅炉中利用，可抑制灰对锅炉的附着量。
此外，在本实施方式中，通过将含有低熔点灰的劣质煤作为原料煤而添加铝系化合物，能够使灰中熔液比例减少，得到使灰附着率减少的制品煤。由此，不用将劣质煤与烟煤等的优质煤混合，能够将劣质煤单独利用锅炉的可能性变高。
如此，通过在原料煤和原料油的混合物中添加铝系化合物，能够使制品煤的灰中熔液比例减少，制品煤的灰附着率减少。因此，将这样的制品煤利用于锅炉，能够抑制灰附着于锅炉。
另外，在本实施方式中，特别是在锅炉内容易发生灰附着的温度、S卩1573K邻域， 使制品煤的灰中熔液比例处于60wt%以下，如此来添加铝系化合物。由此，制品煤的灰中熔液比例，达到决定多种固体燃料的混合比率时的标准值以下，灰附着率降低。因此，将这样的制品煤利用于锅炉，能够抑制灰对锅炉的附着量。
另外，以25wt%以上、50wt%以下的添加比例，将铝系化合物添加到原料煤和原料油的混合物中，能够适宜减少制品煤的灰中熔液比例。
另外，铝系化合物的平均粒径越比灰小，越微细，灰附着抑制效果越大。因为灰的平均粒径为6. 8 μ m左右，所以通过使铝系化合物的平均粒径为5 μ m以下，能够适宜抑制灰对锅炉的附着。
(本实施方式的变形例)
以上，说明了本发明的实施方式，但上述实施方式不过是具体例的例示，并不特别限定本发明，具体的构成等只要是专利权利要求的范围所述，但可以適宜设计变更。另外， 发明的实施的方式所述的作用及效果，不过是列举了由本发明产生的最佳的作用及效果， 本发明的作用及效果并不限定为本发明的实施的方式所述的内容。原料浆也可以添加含有镁系加合物和铝系加合物这两方的添加物而形成。
本申请基于2010年7月22日申请的日本专利申请(专利申请2010-164763)，其内容在此参照并援引。
符号说明
1、2 料斗
3a、3b供给量调整装置
4混合机
5粉碎机
6燃烧器
7 锅炉
9运算器
11混合部
12加热部
13固液分离部
14成形部
权利要求
1.一种固体燃料的改质方法，其特征在于，具有 混合原料煤和原料油，添加含有镁系化合物和铝系化合物中的至少一种的添加物而形成原料浆的步骤； 加热所述原料浆的步骤； 对加热后的所述原料浆进行固液分离的步骤； 干燥经过固液分离后的所述原料浆中的固体成分而制成为制品煤的步骤。
2.根据权利要求1所述的固体燃料的改质方法，其特征在于， 所述镁系化合物和所述铝系化合物中的至少一种的添加比例，以使所述制品煤中的灰中熔液比例达到60重量％以下的方式决定。
3.根据权利要求1所述的固体燃料的改质方法，其特征在于， 所述镁系化合物和所述铝系化合物中的至少一种的添加比例相对于煤灰为25重量％以上50重量％以下。
4.根据权利要求1所述的固体燃料的改质方法，其特征在于， 所述镁系化合物和所述铝系化合物中的至少一种的平均粒径为5μπι以下。
5.根据权利要求1所述的固体燃料的改质方法，其特征在于， 所述添加物含有70重量％以上的所述镁系化合物。
全文摘要
本发明提供一种可以使灰中熔液比例减少，抑制灰附着于锅炉的固体燃料的改质方法。在本发明中，将原料煤和原料油供给到混合部(11)并加以混合，将含有镁系化合物和铝系化合物中的至少一种的添加物供给到混合部(11)而添加到混合部(11)内的混合物中，从而形成原料浆。其后，将原料浆供给到加热部(12)进行加热。然后，将加热后的原料浆供给到固液分离部(13)，进行固液分离。将从液体部分分离的固体成分送至成形部(14)使之干燥，作为制品煤取出。
文档编号C10L9/08GK103003397SQ20118003503
公开日2013年3月27日 申请日期2011年7月21日 优先权日2010年7月22日
发明者朴海洋, 秋山胜哉, 田洼阳司 申请人:株式会社神户制钢所