高温極限雰囲気下での粉体表面構造と表面間相互作用評価システムの構築

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10555262
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: 神谷 秀博 東京農工大学, 大学院・生物システム応用科学研究科, 助教授 (20183783)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 横山 豊和 ホソカワミクロン(株), 粉体工学研究所, 所長 ; 内藤 牧男 (財)ファインセラミックスセンター, テクノインフラ推進室, 室長 ; 堀尾 正靭 東京農工大学, 大学院・生物システム応用科学研究科, 教授 (40109301)
• Keywords: 石灰高効率発電 / 灰 / シリカ / 付着凝集 / 焼結 / 表面水酸基 / 脱塵 / 粒子間力

Research Abstract

石炭高効率発電などを想定した高温下での灰などの無機系微粒子の付着性と表面状態や接触点の状態変化など表面間相互作用の変化機構を評価するため、粉体層法および一個粒子法による高温付着力評価装置を試作した。粉体層法は、市販の吊り下げ式付着力測定装置(ホソカワミクロン製、コヒテスター)をベースに、電気炉を設置し、粉体充填用セルを低熱膨張性石英ガラス製で作製した。従来の金属製では750℃が限度でありセルの熱膨張の影響で粉体層が測定前の昇温仮定で破断や亀裂が入るため正確な測定が困難であったが、1100℃までの測定が可能となり、再現性のあるデータが得られた。また、セルに充填して測定する方法のため、空隙率の高い条件での測定が可能となった。一個粒子法は現有の材料試験機に最小分解能10μgの精密天秤を載せ、電気炉内で天秤上に設置した粒子固定用冶具を用い、分子レベルまで変位を制御できる駆動モーターを用いて一個粒子間の高温表面間の測定を可能とした。両者のシステムとも変位量の測定が可能である。このシステムにより、石炭高効率発電システムで発生した灰粒子(PFBC、IGCCなど)および高純度シリカ微粒子を用い、最高1,000℃までの温度範囲で付着力測定を行った。その結果、高純度シリカでは温度の上昇につれて単調に1,000℃まで温度に比例して付着力が増加したのに対し、アルカリ金属等の不純物を含む灰粒子は、800℃付近までは高純度シリカとほぼ同じ割合で増加するが、800℃以上では急激な付着力増加が観察された。この付着急増開始温度は、灰の種類で若干異なるが変位量の急増、時間依存型の付着性増加、層の収縮が観察されたことから液相生成による液架橋および粘性流動焼結機構で付着性が増大することが確認された。また、低温域での付着性増加は、FT-IR観察等により表面OH基など表面分子構造の変化が関与している事を確認した。

Research Products

• [Publications] H.Kamiya,Y.Sekiya M.Horio: "Thermal Stress Fracture of Rigid Ceramics Filter due to Char Combustion in Collected Dust Layer on Filter Surface" Powder Technology. (発表予定).
• [Publications] H.Kamiya,A.Kimura M.Horio: "Adhesive Properties of Ash Pareicles at High Temperature Conditions" Proc.of Symp.on High-Temperature Particle Clean up for Advanced Coal-Based Power System. 3,6 (1998)