最近の石炭等エネルギーの開発・利用の動向

[2K0201-07-06] Thermal Stress Analysis on Small-scale Model Experiment under Heat Dissipation Boundary Condition

○Takayuki Minami¹, Ryosuke Naka², Junichi Kodama¹, Takayuki Sugawara¹, Akihiro Hamanaka⁵, Gota Deguchi⁴, Kenichi Itakura³, Daisuke Fukuda¹, Yoshiaki Fujii¹ (1. Hokkaido University, 2. NIPPON STEEL CORPORATION, 3. Muroran Institute of Technology, 4. Underground Resources Innovation Network, 5. Kyushu University)

Keywords:Coal, Crack, Thermal Stress Analysis

既往の研究では小規模UCG模型試験および大規模UCG模型試験において、燃焼空洞から放射状に亀裂が発生することが報告されている。このことからフィールドスケールでのUCGにおいても同様な亀裂が発生する可能性が考えられる。この亀裂の発生により燃焼・ガス化反応の促進が期待される一方で、地盤沈下や地下水汚染を誘発することが懸念されている。そのため、亀裂の発生メカニズムの解明は詳細なガス化プロセスの理解と環境リスクの評価を行う上で非常に重要な課題である。しかし、UCGは密閉された高温高圧環境での反応であるため、内部の直接観察が難しく、亀裂の発生過程の様子は明らかになっていない。そこで筆者らは，UCG模型実験で認められた燃焼空洞からの放射状き裂の発生のメカニズムを解明するために石炭の熱収縮を仮定した熱伝導と熱応力の連成解析を実施した。その結果、温度が500℃以上になると燃焼空洞の近傍に接線方向の引張応力が発生すること明らかになった。さらに本研究では、モルタル外周の境界条件、石炭とモルタルの境界条件を変化させ、熱応力解析を行う上で境界条件の影響を検討し、適切な境界条件を明らかにした。