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論
文
鉄 と 鋼Vol. 80 (1994) No . 1
単 一 微 粉 炭 粒 子 の燃 焼 メカニズ ムおよび燃 焼 率 の 向 上 方 法
沈 峰 満*・ 稲 田 隆 信*2・ 山 本 賢 作*2・ 岩 永 祐 治*2
Combustion Mechanism and Improvement of Combustion Efficiency of Single Pulverized Coal
Fenginan SHEN, Takanebu INADA, Kensaku YAMAMOTO and Yuji IWANAGA
Synopsis : For keeping stable operation in PCI (pulverized coal injection) operation of blast furnace (BF), it is important to make clear the combustion mechanism of pulverized coal (PC). In this paper , combustion behavior of a single PC particle was investigated. Improvement of combustion efficiency of PC can be made by effective oxygen supply, because the combustion rate was controlled by oxygen diffusion.
As a new method to improve combustion efficiency, addition of oxidizing agent , was investigated. In present work, KMnO4 solution was used as the oxidizing agent. It was confirmed that the burning time can he shorten with the increase of KMnO4 concentration. The addition of oxidizing agent which improves PC combustion can bring great advantage for larger size PC injection.
Key words : single pulverized coal ; combustion mechanism ; diffusion control ; oxidizing agent ; KMnO 4 solution ; disposition.
1. 緒 言 高 炉 プ ロ セ ス に お い て,微 粉 炭 吹 き 込 み は 生 産 性 の 向 上, 生 産 コ ス トの 低 減,な ら び に 環 境 保 全 な ど に 有 効 で あ る1)た め,吹 き込 み 技 術 の 改 善 は 多 くの 製 銑 技 術 者 に 注 目 さ れ る と こ ろ と な っ て い る 。 しか し な が ら,多 量 の 微 粉 炭 を 吹 き 込 む と,徴 粉 炭 の 燃 焼 率 が 低 下す る2)。ま た 未 燃 の 微 粉 炭 は チ ャ ー と な っ て,炉 内 の 充 填 層 に 滞 留 し3),炉 内 の 通 気 性 を 悪 化 さ せ,安 定 操 業 が 困 難 に な る 。 し た が っ て,レ ー ス ウ ェ イで の 燃 焼 率 向上 が 微 粉 炭 吹 き 込 み 操 業 の 一 つ の ポ イ ン トに な る もの と考 え ら れ て い る。 こ の た め,微 粉 炭 燃 焼 メ カ ニ ズ ム の 解 明 は 高 炉 操 業 に と っ て 重 要 な 意 味 を も っ て い る 。 単 一 微 粉 炭 粒 子 の 燃 焼 挙 動 に 関 す る研 究4)5)が い くつ か あ る が,ミ リ オ ー ダ ー の 大 き な 粒 子 に 関 す る 研 究 が ほ と ん ど で あ り,数 十μmの 微 粉 炭 の 燃 焼 挙 動 に つ い て は 不 明 の 点 が 多 い 。 そ こ で,本 研 究 で は,数 十 μmオ ー ダ ー の 単 一 微 粉 炭 粒 子の 燃 焼 メ カ ニ ズ ム を 実 験 的 に 解 明 し,さ ら に,微 粉 炭 の 燃 焼 条 件 を改 善 す るた め に酸 化 剤添 加 に よ り予 め 酸 素 を 微 粉 炭 に 内 装 す る方 法 を検 討 した 。 2.実 験 実験 装 置 お よび 実 験 方法 は 前 報6)と同 様 で あ る。 実 験 は 大 気圧,室 温 下で 行 い,大 気 中 で の 燃 焼 を は じめ 雰 囲 気 中 の 酸 素 濃 度 を変 化 させ た 条 件 下で の 実験 も行 っ た。 試 料 はTable 1に 示 す よ うな性 状 の 相 異 な る3種 類 の 十分 乾 燥 さ れ た微 粉 炭 を使 用 し,供 試 粒 度 も75, 150, 230μmと 変 化 させ た。 3. 微 粉 炭 の 燃 焼 メ カ ニ ズ ム に つ い て 3・1 着 火 時 間,燃 焼 時 間 に及 ぼ す照 射 エ ネ ル ギ ー 密 度 の 影 響 Fig. 1は 微 粉 炭 の 着 火時 間 お よび燃 焼 時 間 に及 ぼす照 射 エ ネ ル ギ ー 密 度 ρeの影 響 を示 した6)もの で あ る。本 実 験 条 件 下
Table 1. Properties of pulverized coal.
平 成5年3月31日 受 付 平 成5年10月8日 受 理(Received on Mar. 31, 1993; Accepted on Oct. 8, 1993)
*住 友 金 属工 業(株)鉄 鋼 技 術 研 究 所(現:中 国 東 北 大 学)(Iron & Steel Research Laboratories , Sumitomo Metal Industries, Ltd., now Northeast University)
*2住 友 金 属工 業(株)鉄 鋼 技 術 研 究 所(Iron & Steel Research Laboratories , Sumitomo Metal Industries, Ltd., 16-1 Oaza-Sunayama Hasakimachi Kashima-gun Ibaraki-ken 314-02)
8 鉄 と 鋼Vol. 80 (1994) No. 1 で は,照 射 エ ネ ル ギ ー 密 度 が6.7MW/m2以 上 の 場 合,そ の 値 が 大 き い ほ ど,い ず れ の 炭 種 で も,着 火 時 間 は短 くな る が,燃 焼 時 間 は ほ とん ど変 化 し な い。 この よ うに照 射 エ ネ ル ギ ー 密 度 が 変 化 して も,燃 焼 時 間 が ほ とん ど変 化 しな い 理 由 と して,以 下 に示 す 二 つ の 仮 説 を考 えた 。 第 一 は微 粉 炭 燃 焼 に よ る発 熱 量 が 十 分 大 きい た め,レ ー ザ ー 照 射 エ ネ ル ギ ー が 無 視 で き る こ とで あ る。第 二 は, 6.7 MW/m2以 上 の 照 射 エ ネ ル ギ ー の場 合,燃 焼 反 応 がガ ス の拡 散 に支 配 さ れ,す な わ ち,燃 焼 表 面 へ の 酸 素 の 供 給 速 度 に 律 速 さ れ るた め,照 射 エ ネ ル ギ ー 密 度 に依 存 しな い こ とで あ る。 そ こで,ま ず 第一 の 仮 説 が 成 り立 つ か ど うか に つ い て 次 の よ うな考 察 を行 っ た。 す な わ ち,燃 焼 に よ る 発熱 量 よ り も照 射 エ ネ ル ギ ー が 無 視 で きるか ど うか につ い て,PC-Aの 炭 種 を用 いて,32.5MW / m2の 照 射 条 件 で,照 射 時 間 を10,20msに 設 定 し,微 粉 炭 の 燃 焼 挙 動 を観 察 した 。 設 定 した 照 射 時 間 は微 粉 炭 の 着 火時 間 よ り長 く燃 焼 完 了時 間 よ り短 い。 す な わ ち,照 射 エ ネ ル ギ ー が 無 視 で きれ ば,燃 焼 途 中 で レー ザ ー 照 射 を停 止 して も燃 焼 が 継 続 す るは ず で あ る。しか し,Fig. 2に 示 す よ うに, 通 常 照 射(150ms)の 結 果(case A)に 比 較 す る と,い ず れ の 場 合 で も,通 常 照 射 と同 じ着 火 時 間 が 得 られ た が,燃 焼 の case C case B case A 途 中 で レ ー ザ ー の 照 射 を 停 止 す る と,炎 が 消 え て し ま っ た (case Bお よ びcase C)。 こ の 結 果 か ら,室 温,大 気 中 で は, レ ー ザ ー か ら の エ ネ ル ギ ー の 供 給 が 停 止 さ れ る と,単 一 微 粉 炭 粒 子 の 燃 焼 を 継 続 す る こ とが で き な い こ とが わ か る。 す な わ ち,レ ー ザ ー 照 射 エ ネ ル ギ ー の 影 響 が 無 視 で き ず, 第 一 の 仮 説 が 成 り立 た な い こ とが 判 明 し た 。 な お,計 算 結 果 に よ る と32.5MW/ m2 の 条 件下 で は,微 粉 炭 の 燃 焼 発 熱 量 よ り レ ー ザ ー の 照 射 エ ネ ル ギ ー の ほ うが 約2倍 大 き い 。 次 に,第 二 の 仮 説 に つ い て は,微 粉 炭 粒 径 お よ び 雰 囲 気 中 の 酸 素 濃 度 を 変 化 さ せ た 実 験 に 基 づ き,そ れ ぞ れ3・2 節 お よ び3・3節 に て 考 察 す る 。 3・2 拡 散 律 速 に つ い て の 考 察 Spaldingの 研 究7)に よ る と,拡 散 が 律 速 段 階 に な る場 合, 直 径dpの 炭 素 球 が 定 常 燃 焼 す る 際 そ の 燃 焼 時 間tbとdp2 と の 関 係 は( 1 )式 で 表 わ さ れ る 。 ( 1 ) こ こで,瑞 は バ ル クの 酸 素 濃 度 が 一 定 の 場 合 に 定 数 で あ る。 異 な る粒 子 径 の 燃 焼 時 間 と初 期 粒 子 径 の2乗 との 関 係 を プ ロ ッ ト した 結 果 をFig. 3に 示 す 。この 関 係 を最 小 自乗 法 で 整 理 した と ころ,PC-Aお よ びPC-B2種 類 の 微 粉 炭 に 関 し て,い ず れ の 場 合 で もdp2とtbとの 間 に よ い 直線 関 係 が 得 ら れ,相 関 係 数 は それ ぞ れ1.000お よ び0.996で あ っ た 。 した が っ て,本 実 験 で は 微 粉 炭 の燃 焼 が ガ スの拡 散 に支 配 さ れ て い る可 能 性 が 高 い。 3・3 酸 素 濃 度 の 影 響 酸 素 濃 度 が 高 い ほ ど微 粉 炭 の燃 焼 率 が 高 くな る こ とが 報 告 さ れ て い る8)∼10)。本 実 験 条 件下 で,微 粉 炭燃 焼 が 酸 素 の 供 給 速 度 に律 速 さ れ て い る か ど うか に つ い て実 験 的 に検 討 し た。 酸 素 と窒 素 の 混 合 ガ ス中 で,酸 素 濃 度 を15%か ら60%ま で 変 化 さ せ,微 粉 炭 の燃 焼 特 性 を測 定 した。 得 られ た 結 果 をFig. 4に 示 す 。図 中 の 実 線 は微 粉 炭 の燃 焼 が( 2 )式 の反 応 Fig. 1. Effect of irradiating energy density on
igni-tion and burning time.
Fig. 2. Effect of irradiated time on burning
behav-ior of a single pulverized coal. Fig. 3. Relation between burning time and square diameter of pulverized coal.
単 一微 粉 炭 粒 上子の 燃 焼 メカ ニ ズ ム お よび 燃 焼 率 の 向上 方法 9 で 進 行 す る と仮 定 し, ( 2 ) 酸 素 の 拡 散 が 律 速 段 階 に な る 場 合 の 燃 焼 時 間 と酸 素 濃 度 と の 関 係,す な わ ち,(3)式 か ら得 ら れ た も の11)で あ る 。 ( 3 ) こ こで,Kは 定 数 で,そ の 値 は,最 小 自 乗 法 に よ り求 め, 2.5×10-3(ms)で あ っ た 。 Mo, Mcは そ れ ぞ れ 酸 素 と炭 素 の 分 子 量 で あ る 。 Goは 酸 素 の 質 量 分 率(−)で あ る。 酸 素 と窒 素 との 混 合 ガ ス の 場 合 は,( 4 )式 か ら得 ら れ る。 ( 4 ) Fig. 4に お い て 実 験 値 は ガ ス拡 散 が 律 速 す る場 合 の 理 論 計 算 値 と比 較 的 良 い 対 応 が あ り,Fig. 1に お け る微 粉 炭 の 燃 焼 時 間 と レ ー ザ ー 照 射 エ ネ ル ギ ー 密 度 と の 関 係 は 第 二 の 仮 説, す な わ ち,ガ ス 拡 散 律 速 が 原 因 し て い る も の と結 論 さ れ る 。 以 上 の よ うに,高 炉 操 業 に お い て は,微 粉 炭 の燃 焼 率 を 上 げ る た め に は,酸 素 の 供 給 を改 善 した ほ うが よ い と考 え られ る。 4. 燃 焼 率 を 向 上 す る 新 し い 方 法 高 炉 操 業 で 熱 風 中 へ の 酸 素,ま た は,水 蒸 気 の 富 化 あ る い は ヘ マ タ イ ト粉 と同 時 に微 粉 炭 を吹 き込 む い わ ゆ る複 合 送 風 は酸 素 の供 給 を促 進 させ る こ とか ら,い ず れ も結 果 的 に は燃 焼 速 度 を上 昇 させ る効 果 を果 た す 。 微 粉 炭 燃 焼 が 酸 素 の供 給 速 度 に律 速 さ れ る との結 論 に基 づ き,微 粉 炭 の 酸 化 剤 添 加 処 理 に よ る燃 焼 条 件 を 改 善 す る 新 た な 方 法 を検 討 した。 す な わ ち,酸 化 剤 を予 め微 粉 炭 に 内 装 し,微 粉 炭 が燃 焼 す る とき,内 装 した酸 化 剤 が 熱 を 受 け て 分 解 し,活 性 酸 素 を発 生 す る。 この 酸 素 は微 粉 炭 の燃 焼 を 促 進 し,燃 焼 時 間 を短 縮 す る もの と予 想 さ れ る。 そ こで,予 め微 粉 炭 に酸 素 を 内 装 す る こ とに よ り その 燃 焼 時 間 を短 縮 さ せ るか ど うか に つ い て,実 験 的 に検 討 した 。 酸 化 剤 と してKMnO4の 水 溶 液 を使 用 した 。異 な る粒 子径 の 微 粉 炭 を,異 な る濃 度 のKMnO4水 溶 液 の 中 に一 定 時 間浸 漬 して,そ の 後 自然 乾 燥 した もの を,供 試 試 料 と した 。 具 体 的 な酸 化 剤 添 加 処 理 の 条 件 をTable 2に 示 す。 4・1 酸 化 剤 添 加 後 の イ メ ー ジ お よ び燃 焼 後 の 残 骸 の 比 較 CO2レ ー ザ ー 燃 焼 装 置 を用 い て,酸 化 剤添 加 処 理 した単 一 微 粉 炭 粒 子 の燃 焼 実 験 を 行 い,そ の 燃 焼 模 様 を観 察 す る と と も に,着 火 時 間 お よ び燃 焼 時 間 を測 定 し,未 処 理 微 粉 炭
Fig. 4. Effect of immersed time on burning time.
Table 2. Conditions for addition of oxidizing agent.
Fig. 5. Comparison between burning images of pulverized coal unimmersed and immersed in 1 %KMnO4
solution.
10 鉄 と 鋼Vol. 80 (1994) No. 1 の燃 焼 特 性 と比 較 した 。 燃 焼 の 炎 か ら いず れ の 場 合 で も,酸 化 剤 の 添 加 に よ っ て 未 処 理 の微 粉 炭 よ り強 い燃 焼 状 態 が 観 察 され た 。Fig. 5は 照 射 エ ネ ル ギ ー9.7MW/m2 場 合,未 処 理 お よ び1% KMnO4 水 溶 液 に7h浸 漬 した 微 粉 炭 の 燃 焼 の 様 子 を比 較 した もの で, Fig. 5か ら次 の こ とが わ か る。 (i)未 処 理 よ り前 処 理 した微 粉 炭 の 炎 が か な り大 き く, また 明 るい 。 (ii)着 火0.5ms後 の燃 焼 様 子 か ら,未 処 理 よ り前 処 理 した 微 粉 炭 の 炎 の 伝 播 が 速 い 。 (iii)未処 理 よ り前 処 理 した 微 粉 炭 は燃 焼 終 了後 の 残 骸 が 少 な い。 一 方,両 者 の 残 骸 の 垂 直 面 へ の投 影 面 積 を比 較 す る と, Fig. 6に 示 す よ うに,処 理 した微 粉 炭 の 残 骸 は 未 処 理 の 場 合 の 約1/5程 度 で あ る。 4・2 燃 焼 特 性 に及 ぼ す酸 化 剤 濃 度 の 影 響 Fig. 7は 燃 焼 特 性 に及 ぼす 酸 化 剤 水 溶 液 の濃 度 の影 響 を示 した もの で あ る。 縦 軸 は着 火 時 間 あ るい は燃 焼 時 間 を,横 軸 はKMnO4の 濃 度 を それ ぞ れ 示 して い る。 酸 化 剤 無 添 加 a) b) (KMnO4の 濃 度 が ゼ ロの 場 合)に 比 べ て,着 火 時 間 は ほ とん ど変 化 して い な いが,酸 化 剤 水 溶 液 の 濃 度 が 高 くな る ほ ど 燃 焼 時 間 が 短 くな る こ とが わ か る。 こ の こ とは,着 火 時 間 が 単 に温 度 に依 存 し,ま た燃 焼 時 間 が 酸 素 の 供 給 に依 存 す る こ とを 改 め て 示 唆 して い る。 4・3 燃 焼 時 間 に 及 ぼ す酸 化 剤 水 溶 液 中 へ の 浸 漬 時 間 の 影 響 燃 焼 時 間 に及 ぼ す 酸 化 剤 水 溶 液 中浸 漬 時 間 の 影 響 の 一一 例 をFig. 8に 示 す 。酸 化 剤 水溶 液 の濃 度 が1%で 浸 漬 時 間 が0 (未処 理),0.5, 1, 7お よ び31hと 長 く して も着 火 時 間 は あ ま り変 わ らな い 。 一 方,燃 焼 時 間 は浸 漬 に よ り大 幅 に 短 縮 され るが,浸 漬 時 間 の 効 果 は 小 さ い。 そ こで,酸 化 剤 の 微 粉 炭 中 へ の 浸 透 度 合 い を調 べ るべ く 約230μmの 微 粉 炭 を,1% KMnO4 水 溶 液 に それ ぞ れ0.5, 7お よ び31h浸 漬 した 後 乾 燥 させ,樹 脂 に埋 め込 んで EPMA に よ り調 べ た。 こ こで,酸 化 剤(KMnO4)の 浸 透 度 合 い は, 微 粉 炭 中 にお いて もKMnO4の 形 で 存 在 す る との仮 定 を 置 き, Mn元 素 の 存 在 厚 さ を調 べ る こ とを 以 っ て 評 価 した。得 られ た浸 漬 時 間 と浸 透 深 さ との 関 係 をFig. 9に 示 す 。浸 漬 時 閲 が 長 くな る と,浸 透 深 さが 深 くな る。0.5h浸 漬 場 合 で も浸 透
Fig. 6. Comparison between remainders of
pulver-ized coal unimmersed and immersed in 1 %
KMnO4 solution.
Fig. 7. Effect of oxidizing agent concentration on ignition and burning time of pulverized coal.
Fig. 8. Effect of immersed time in KMnO4 solution on ignition and burning time.
Fig. 9. Relation between immersed time and layer thickness of Mn.
単 一 微 粉 炭 粒 子 の 燃 焼 メ カ ニ ズ ム お よび 燃 焼 率 の 向上 方法 11 PC- A PC- B 深 さ は14μm以 上 で あ り,70μmの 微 粉 炭 に 対 して酸 化 剤 が しみ こん だ 体 積 の割 合 は80%以 上 で あ る こ とを示 して い る。 した が っ て,粒 子 径70μmの 微 粉 炭 の 場 合,0.5h浸 漬 す れ ば 十 分 で あ る と考 え られ る。 なお,微 粉 炭 中 に お け る酸 化 剤 の挙 動 或 い は燃 焼 時 の 役 割 につ い て は,さ ら に微 粉 炭 の 酸 化 剤 吸 収 量 の 量 的 把 握 や 微 粉 炭 中で の酸 化 剤 の 形 態 調 査 等 に基 づ く考 察 を 加 え る必 要 が あ り,今 後 の 課 題 と考 え られ る。 さ て,実 操 業 に お い て は,微 粉 炭 は 酸 化 剤 水 溶 液 に浸 漬 さ れ,ま た乾 燥 しな けれ ば な らな い の で,プ ロ セ ス と して は 不 合 理 な もの で あ る。 しか し,上 述 した 結 果 に よ る と, 大 きい 粒 子 で あ っ て も,酸 化 剤 水 溶 液 に 長 時 間浸 漬 す れ ば, 粒子 の 中 心 まで 酸 化 剤 を内 装 す る こ とが 可 能 で あ る。 そ こ で,原 炭 を ヤ ー ドで 数 日 を か け ての 散 水 作 業 と同 時 に酸 化 剤添 加 処 理 を行 い,そ の 後 粉 砕 して微 粉 炭 を 製 造 す る こ と を 想 定 し,そ の プ ロセ ス の 可 能 性 に つ い て以下 の よ う に検 討 した 。 粒 子 径 約30mmの2 種 類 の 石 炭 を1% KMnO4水 溶 液 に15 日間 浸 漬 した もの を 自然 乾 燥 後 に粉 砕 し,粒 子 径 約75μmの 微 粉 炭 を作 製 した 。 この微 粉 炭 と微 粉 炭 状 態 で 浸 漬 した も の を それ ぞ れ燃 焼 させ た 。得 られ た結 果 をFig. 10に 示 す 。図 の 縦 軸 は,酸 化 剤 添 加 処 理 を しな い微 粉 炭 の 燃 焼 時 間 で 規 格 化 した 相 対 燃 焼 時 間 で あ る。PC-Aの 場 合 に は,微 粉 炭 状 態 で 浸 漬 した もの に比 べ て 原 炭 で の 浸 漬 処 理 効 果 が や や 低 いが,PC-Bの 場 合 に は ほ とん ど同 じで あ る こ とが わ か っ た 。 4・4 酸 化 剤 添 加 効 果 の 定 量 的 評 価 酸 化 剤添 加 の 効 果 を定 量 的 に 評 価 す るた め に,未 処 理 微 粉 炭 の燃 焼 時 間 を 基 準 値 と して,浸 漬 時 間 の 燃 焼 時 間 に及 ぼ す 影 響 を比 較 した 。結 果 をFig.11に 示 す 。炭 種,浸 漬 時 間 に関 わ らず,1%K MnO4水 溶 液 で 処 理 す れ ば,燃 焼 時 間 が 約25%短 縮 さ れ る。 一 方,Fig. 12に 示 す よ うに,浸 漬 処 理 した 微 粉 炭 の 燃 焼 時 間 は約4%酸 素 富 化 した場 合 の 燃 焼 時 間 に相 当 す る。 した が っ て,安 価 な酸 化 剤 の 使 用 に よ り,酸 化 剤 添 加 処 理 は酸 素 富 化 操 業 よ りさ ら に簡 単 か つ 経 済 的 な もの で あ る と考 え られ る。 酸 化 剤添 加 処 理 を酸 素 富 化 操 業 と併 用 す る と,さ ら に大 き な効 果 を もた らす こ とが で き る。 5. 粗 粒 子 使 用 の 可 能 性 粗 粒 微 粉 炭 の 吹 き込 み は コ ス ト低 減 を は か る上 で 有 効 で あ る。 そ こで,酸 化 剤 添 加 に よ る粗 粒 微 粉 炭 使 用 の 可 能 性 に つ い て 実験 的 に調 べ た 。 試 料 粒 度 と して約75, 150, 230 μm 3種 類 の 微 粉 炭 を使 用 した 。 5・1 微 粉 炭 燃 焼 に 及 ぼ す 粒 子 径 の 影 響 まず,酸 化 剤 無 添 加 条 件 下 で,異 な る微 粉 炭 粒 子 の 着 火 時 間 お よ び燃 焼 時 間 を測 定 した 。結 果 をFig. 13に 示 す。着 火 時 間,燃 焼 時 間 の いず れ も粒 子 径 の増 加 と と も に長 くな る。 した が っ て,粗 粒 が そ の ま ま高 炉 へ 吹 き込 まれ る と,細 粒 よ り も燃 焼 率 が 悪 くな る と予 想 され る。 一 方,Fig. 13か ら着 火 時 間 と燃 焼 時 間 の変 化 量 を比 較 す る
Fig. 10. Comparison of burning time between pre-peration before pulverization and after pulverization.
Fig. 11. Effect of immersed time on burning time.
Fig. 12. Comparison of burning time between non-preparation and preparation.
12 鉄 と 鋼Vol. 80 (1994) No. 1 a)
b)
と,着 火 時 間 の 変 化 量 よ り燃 焼 時 間 の ほ うが か な り大 きい こ とが わ か る。 この こ とか ら,粗 粒 微 粉 炭 の燃 焼 性 を向 上 さ せ る た め に は,着 火 時 間 を短 縮 さ せ る よ り も,酸 化 剤 添 加 に よ っ て燃 焼 時 間 を短 縮 さ せ る ほ うが 有 効 で あ る と考 え られ る。 5・2 酸 化 剤 添 加 に よ る 燃 焼 時 間 の 短 縮 Fig. 14は,1% KMno4水 溶 液 に7h浸 漬 した一 定 粒 子 径 の 微 粉 炭 の 燃 焼 時 間 と未 処 理 の それ とを比 較 した もの で あ る。 粒 子 径 の 増 加 にか か わ らず,酸 化 剤 の 添 加 に よ り燃 焼 時 間 が 約20∼25%短 縮 さ れ る こ とが わ か る。 以 上,酸 化 剤 で あ るKMnO4の 添 加 処 理 効 果 を確 認 した 。 しか しな が ら,KMnO4は カ リ ウ ム を含 有 す るの で,高 炉 操 業 に 悪 い影 響 を与 え る12)ため,実 用 の 面 で は大 き な障 害 とな る。 した が っ て,適 切 な酸 化 剤 を探 す の が 今 後 の 課 題 で あ る。 6. 結 言 (1)単 一 微 粉 炭 粒 子の 燃 焼 は 酸 素 の 供 給 速 度 に律 速 され る。 (2)酸 化 剤 の 添 加 処 理 に よ り,微 粉 炭 の燃 焼 性 は 改 善 さ れ,燃 焼 率 が 向 上 す る。 また,酸 化 剤 の濃 度 が 高 い ほ ど そ の 効 果 は大 き い。 (3)1% KMnO4水 溶 液 に浸 漬 した 場 合,微 粉 炭 の 燃 焼 時 間 が 約25%短 縮 さ れ,約4%の 酸 素 富 化 に相 当 す る。 した が っ て,酸 化 剤 添 加 に よ り微 粉 炭 吹 き込 み量 を よ り一 層 増 加 で き る こ とが 期 待 さ れ る。 (4)酸 化 剤 添 加 処 理 に よっ て,粗 粒 子の 使 用 が 可 能 とな り,コ ス ト低 減 に 有 効 で あ る。 記 号 FC:固 定 炭 素(mass% ) VM:揮 発 分(mass% ) Q:発 熱 量(kJ/kg) ρe:レ ー ザ ー 照 射 エ ネ ル ギ ー 密 度(MW/m2 ) tb:微 粉 炭 の 燃 焼 時 間(ms) dp:微 粉 炭 粒 径(μm) B0:定 数 K:定 数 Mo:酸 素 の 分 子 量 Mc:炭 素 の 分 子 量 Go:酸 素 の 重 量 分 率(−) O2%:酸 素 の 体 積% N2%:窒 素 の 体 積% 文 献 1)稲 葉 晋一,八 木 順 一郎:鉄 と鋼,78 (1992), p. 1186 2 ) C.Yamagata, S.Suyama, S.Horisaka, K.Takatani ,Y.Kajiwara, S.Komatsu, II.Shibuta and Y .Aminaga : ISIJ Int., 32(1992), p.725
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Fig. 13. Effect of diameter on ignition and burning time of pulverized coal,
Fig. 14. Comparison of burning time between non-preparation and preparation.
