2017 Fiscal Year Annual Research Report
Study on coarsening of fine particulate matter (PM) during coal combustion
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16K14178
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| Research Institution | Chubu University |
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Principal Investigator |
二宮 善彦 中部大学, 工学部, 教授 (10164633)
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2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 石炭燃焼 / 微小粒子状物質 / 流通式燃焼装置 / 低品位炭 / PM2.5 / カオリン / 混合燃焼 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
低品位石炭利用における問題点は、石炭の質量あたりの発熱量が低いことに加え、石炭有機質と結合したイオン交換性金属（Na、K、Caなど）の含有率が高いため、燃焼時に低融点の溶融灰分が生成しやすく、揮発性元素由来の微粉フライアッシュ粒子発生量が多い、ことが指摘されている。そこで、本研究では、石炭燃焼から発生する微小粒子状物質の低減と粗大化を図ることによって集塵効率の低い粒子範囲（2.5μm以下）の発生量を減らす燃焼技術を確立することを目的に、①低品位炭に灰物性の異なる瀝青炭を添加した混合燃焼方式、②低品位炭に粘土鉱物（カオリン）を添加した燃焼方式、について、実験室規模のドロップチューブ燃焼装置を使用して検討した。
低品位炭に瀝青炭を0～30wt%添加した混合燃焼試験により、1μm以下（PM1）の微粒子発生量が1/3以下に減少、一方2.5μm以上の粒子発生量の大幅な増加が観察され、微小粒子状物質の粗大化現象が確認された。1μm以下の灰付着に起因するNa、Ca、Mgも混合燃焼により低品位炭のみの燃焼に比べて1/5以下に減少し、燃焼場でガス状金属が瀝青炭中の鉱物粒子と反応・凝縮して粒子の粗大化に寄与していることが確認された。
次に、低品位炭に粒径の異なる5種類のカオリン粒子（粒径範囲、45μm以下、45-105μm、106-250μm、250-500μm）を選び、空気燃焼およびOxy Fuel燃焼（28%酸素／二酸化炭素）試験により、カオリン粒子の添加による微小粒子状物質の低減効果を検討した。粒径105～150μm範囲のカオリン粒子が最も効果的であり、1μm以下の微粒子発生量が空気およびOxy Fuel燃焼のそれぞれで、未添加の場合に比べて22.5％、18.1％の減少が確認された。この効果はカオリン粒子表面にNa、K、Caが捕捉されて溶融し、飛散灰粒子の捕捉が容易になったためと推定された。
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