CN102892510A

CN102892510A - 生物质粉碎装置及生物质与煤混烧系统

Info

Publication number: CN102892510A
Application number: CN2011800236146A
Authority: CN
Inventors: 竹内和广; 大丸卓一郎; 木下正昭; 山口启树; 甲斐德亲
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-05-14
Filing date: 2011-05-12
Publication date: 2013-01-23
Also published as: WO2011142438A1; US8899163B2; US20130055934A1; JP2011242006A; JP5645468B2

Abstract

一种粉碎装置，该粉碎装置（13）具备：原料供给管（12），其从垂直轴方向上方供给生物质原料（11）；粉碎工作台（14），其载置生物质原料（11）；粉碎辊（16），其与粉碎工作台（14）的旋转连动地动作，利用按压力将所述生物质原料（11）粉碎；鼓风单元，其形成上升流；及分类器（19），其对粉碎了的生物质粉体（17）进行分类，其中，所述粉碎装置具备压入气体导入部（21），其朝向粉碎工作台（14）的中心部供给压入气体（22），促进生物质原料（11）的移动。

Description

生物质粉碎装置及生物质与煤混烧系统

技术领域

本发明涉及将生物质固态物粉碎而进行微粉化的生物质粉碎装置及生物质与煤混烧系统。

背景技术

近年来，从地球温室化的观点出发，不断推进CO₂排出的削减。尤其是在发电用锅炉等燃烧设备中，多使用煤、重油等化石燃料作为燃料，但该化石燃料从CO₂排出的问题出发而成为地球温室化的原因，从地球环境保护的见解出发而其使用不断受到限制。而且从化石燃料的枯竭化的观点出发，也要求将其取代的能量资源的开发、实用化。因此，作为化石燃料的代替而实现使用生物质的燃料的利用的促进。生物质是光合成所产生的有机物，存在有木质类、草木类、农作物类、厨余类等生物质。通过对该生物质进行燃料化处理，能够有效地利用生物质作为能量源或工业原料。

从作为可再生能量的生物质的高效率利用的观点出发，而使用生物质作为燃料。作为燃料使用的方法之一包括将生物质固态物粉碎而进行微粉化，并向微粉烧煤锅炉供给来作为燃料使用。已知有将煤和生物质分别单独粉碎的单独粉碎方式、在将煤与生物质混合之后进行粉碎的混合粉碎方式。无论是哪一方式，都需要用于将生物质固态物粉碎的生物质粉碎装置，但要使用在以往的烧煤锅炉中使用的现有粉碎机时，由于现有粉碎机的能力制约，相对于煤的混烧率最大也仅停留在3cal%左右。

以往为了将生物质粉碎成烧煤锅炉用的粒径，而沿用了煤粉碎机，例如将生物质原料向粉碎装置内的粉碎工作台投入，利用与粉碎工作台连动而旋转的粉碎辊进行粉碎、干燥，并进行分类。然后，将微粉碎后的生物质向燃烧器侧进行气流搬运（参照专利文献1、专利文献2）。

【在先技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2004-347241号公报

【专利文献2】日本特开2009-291692号公报

发明内容

然而，使用现有技术的煤粉碎装置将木质系生物质原料粉碎时，存在以下的问题。

1）木质系生物质原料与煤不同而具有压缩性，因此在由粉碎辊和粉碎工作台啮入而进行粉碎时，对于生物质原料未充分地传递压力而存在难以粉碎的问题。

另外，生物质原料由于其水分含有量高且为纤维质，因此在由粉碎辊和粉碎工作台夹持并压扁时，被粉碎的生物质粉体（微粉）相互缠绕，具有难以分离的性质。

因此，即使利用现有技术的煤粉碎装置进行粉碎，粉碎后的生物质粉体的粗粒与微粉也会聚集成块，难以移动，其结果是会发生过粉碎，相对于煤粉碎的情况，存在生物质原料的粉碎处理量大幅下降而粉碎装置的消耗动力增加的问题。

此外，即使在与煤混合粉碎的情况下，通常以5~10%将混合粉碎率提升至木质系生物质原料的混合限度时，微粉粒度下降，存在燃烧器的燃烧效率恶化的问题。

另外，由于粉碎装置的动力增加，因此需要降低粉碎装置的容量来进行运转。

2）另外，为了使木质系生物质原料在以往类型烧煤锅炉中漂浮燃烧，而需要将平均粒径粉碎成0.5mm~1mm左右，但例如利用捶击式粉碎机或切割式粉碎机大量粉碎成该尺寸的话，存在效率差的问题。

3）此外，未充分粉碎的木质系生物质粉体（粗粒）的形状为不定形，相互容易缠绕，因此即使从粉碎辊外周部排出且借助设置在粉碎工作台周边的喷出空气流而上升，粗粒与微粉的分离也不容易，存在过粉碎成燃尽所需的粒径以上的比率增加，粉碎效力增加的问题。

因此，迫切希望一种与仅沿用以往的煤粉碎装置的粉碎装置不同，能够有效且稳定地粉碎木质系生物质原料的生物质粉碎装置的出现。

本发明鉴于上述问题而做出，其课题在于提供一种能够有效且稳定地粉碎生物质原料的生物质粉碎装置及生物质与煤混烧系统。

用于解决上述的课题的本发明的第一发明的生物质粉碎装置的特征在于，具备：粉碎装置主体，其具有从垂直轴方向上方供给生物质原料的原料供给管；粉碎工作台，其载置所供给的生物质原料；驱动部，其驱动该粉碎工作台旋转；粉碎辊，其与所述粉碎工作台的旋转连动地动作，利用按压力将所述生物质原料粉碎；鼓风单元，其从所述粉碎工作台的外周侧下方朝向上方形成上升流，喷出对粉碎后的生物质粉体进行气流搬运的搬运气体；分类器，其设置在粉碎装置主体的顶部侧，对伴随着所述搬运气体的生物质粉体的微粒进行分类；及压入气体导入部，其朝向所述粉碎工作台的中心部供给压入气体，促进生物质原料的移动。

第二发明的生物质粉碎装置以第一发明为基础，其特征在于，将所述压入气体加热。

第三发明的生物质粉碎装置以第一或第二发明为基础，其特征在于，所述粉碎辊的粉碎工作台中心侧的小径端部的形状形成为锥状。

第四发明的生物质粉碎装置以第一至第三发明中任一发明为基础，其特征在于，具有分散流导入部，该分散流导入部从所述粉碎装置主体的周围沿与垂直轴方向正交的方向导入分散气体，使伴随着搬运气体的规定粒径以上的生物质粉体分散、落下。

第五发明的生物质与煤混烧系统的特征在于，具备：第一至第四发明中任一发明的生物质粉碎装置；煤粉碎装置，其将煤原料粉碎；及锅炉炉膛，其被供给有由生物质粉碎装置粉碎后的生物质粉体和由煤粉碎装置粉碎后的煤粉体。

【发明效果】

根据本发明，朝向粉碎工作台的中心部供给压入气体，促进生物质原料的移动，因此能够有效且稳定地粉碎生物质原料。

附图说明

图1是实施例1的生物质粉碎装置的简图。

图2是实施例1的生物质粉碎装置的剖视简图。

图3是实施例2的生物质粉碎装置的简图。

图4是实施例3的生物质粉碎装置的简图。

图5是实施例4的生物质粉碎装置的简图。

图6是实施例5的具备锅炉炉膛的生物质与煤混烧系统的简图。

具体实施方式

以下，参照附图，详细说明本发明。需要说明的是，并非通过本实施例来限定本发明。而且，下述实施例的结构要素中包括本领域技术人员能够容易想到的要素或实质上相同的要素。

实施例1

参照附图，说明本发明的实施例1的生物质粉碎装置。图1是本实施例的生物质粉碎装置的简图。图2是实施例1的生物质粉碎装置的剖视简图。

如图1及图2所示，本实施例的生物质粉碎装置10A包括：粉碎装置主体13，其具有从垂直轴方向上方供给生物质原料11的原料供给管12；粉碎工作台14，载置所供给的生物质原料11；驱动部15，驱动该粉碎工作台14旋转；粉碎辊16，与所述粉碎工作台14的旋转连动地动作，利用按压力将所述生物质原料11粉碎；鼓风单元（未图示），从所述粉碎工作台14的外周侧下方朝向上方形成上升流，喷出对粉碎后的生物质粉体17进行气流搬运的搬运气体18；分类器19，设置在粉碎装置主体13的顶部内侧，对伴随着所述搬运气体18的生物质粉体17进行分类；及压入气体导入部21，朝向所述粉碎工作台14的中心部供给压入气体22，从而促进生物质原料11的移动。

所述粉碎工作台14形成为大致圆形台状，该粉碎工作台14的上表面形成为凹状，以使载置在该工作台上的生物质固态物不会落下，并且在所述粉碎工作台的外周侧设有堰部14a。而且，为了预防粉碎工作台14的磨损，而设有更换自如的工作台内衬14b。

需要说明的是，粉碎工作台14在从工作台下侧延伸设置的驱动轴（未图示）上连接有电动机（未图示），利用该电动机来驱动粉碎工作台14旋转。

所述粉碎辊16设置在从粉碎工作台14的中心向外侧偏离的位置的上方。该粉碎辊16与粉碎工作台14的旋转连动而旋转，并使按压力作用于粉碎工作台14的工作台内衬14b上所载置的生物质原料11上而将该生物质原料粉碎。

此时，在所述电动机连接减速机，在所述粉碎辊16上连接有使粉碎载荷变化的可变液压源或弹簧，无级或分等级地使粉碎辊16的粉碎载荷增减，利用控制装置（未图示）能够将粉碎动力控制在额定范围内，优选成为大致一定。

所述原料供给管12设置成沿着垂直轴方向向粉碎装置主体13的顶板13a贯插，以使生物质原料11落下到粉碎工作台14上。

所述分类器19对借助搬运气体（一次空气）18而通过了风力分类（一次分类）之后的稍细的粉粒体进行二次分类，可使用固定式分类器（旋风分离器）或旋转式分类器（旋转分离器）等。

在本实施例的分类器19中，作为漏斗状分类器，通过设置在未图示的开口处的分类叶片，对粗粒与微粒进行分类。分类后的粗粒向粉碎工作台14侧落下，再次进行粉碎。

供给所述搬运气体（一次空气）18的鼓风单元将规定流量且规定温度的一次空气从粉碎工作台14的周围供给到装置主体13内，在空气流量的调整中使用阻尼器等。而且，根据需要而具备温度调整单元。空气流量或温度由未图示的控制装置适当控制。

在所述粉碎工作台14的外周缘与装置主体13的内周面之间设有间隙D，从所述鼓风单元供给的搬运气体（一次空气）18经由该间隙D而吹到粉碎工作台14的上方侧。需要说明的是，也可以在所述间隙D设置偏流叶轮（未图示）。该偏流叶轮调整一次空气的吹出方向，此外，也可以任意控制偏流叶轮的角度。

与所述分类器19为大致相同形状的漏斗状整流构件23在装置主体13的上部侧，与分类器19隔开规定间隔而固定，并朝向下方延伸设置。该漏斗状整流构件23使由分类器19分类后的生物质粉体（粗粒）再次向粉碎工作台14落下。漏斗状整流构件23包括：从其上部朝向下部扩大缩小的接受分类后的生物质粉体（粗粒）的漏斗部23a；及与原料供给管12隔开规定间隔并使生物质粉体（粗粒）落下的筒部23b。

需要说明的是，该漏斗状整流构件23的筒部23b的下端部的直径缩小，防止被分类而落下的生物质粉体（粗粒）的扩散。

导入有来自压入气体导入部21的压入气体22的导入管21a隔开规定间隔地设置在所述漏斗状整流构件23的筒部23b的周围。需要说明的是，从压入气体导入部经由水平设置的供给管21b将压入气体22向导入管21a供给。

并且，经由供给管21b而导入的压入气体22从漏斗状整流构件23的筒部23b的周围朝向下方导入，朝向所述粉碎工作台14的中心部而形成下方流。该压入气体22的下方流促使落下到粉碎工作台14的生物质原料11向粉碎辊16侧移动。

通过导入该压入气体22，而将生物质原料11从粉碎工作台14的中央部向粉碎辊16的中心侧导入，因此促进粉碎工作台14的中心侧的生物质的粗粉碎区域24A的压入，并且由粉碎辊16的按压也促进向被微粉碎的微粉碎区域24B的压入。

尤其是，由分类器19分类而落下的生物质粉体（粗粒）轻轻地飞扬，但通过供给该压入气体22，而促进粉碎辊16和粉碎工作台14的啮入。

即，生物质原料11经由原料供给管12向粉碎工作台14侧落下，由粉碎工作台14的工作台内衬14b和粉碎辊16进行粉碎。在该粉碎时，从粉碎工作台14的中央部的上部投入压入气体22，从而促进粉碎工作台14的工作台内衬14b上的木质生物质的顺畅的移动及缠绕的原料的分离。

其结果是，促进木质片的移动、分散，且粉碎后的微粒通过粉碎辊16的上游侧，并向下游侧移动。

尤其是，大粒径的木质片及生物质粉体（粗粒）由于内周侧的粉碎工作台14的工作台内衬14b与粉碎辊16的相对速度差大，因此啮入的原料被切断而成为粗粒，并向下游侧移动。

移动到下游侧的粗粒的纤维解开，由粉碎辊16和粉碎工作台14压接而成为微粉。

如此，在本发明中，粉碎工作台14的工作台内衬14b上的生物质粉体（微粉）17借助粉碎工作台14的旋转产生的离心力及来自粉碎辊16中央部的压入气体22而向外周侧良好地移动，从而能够进行有效的木质系生物质原料的粉碎。

该压入气体22可以使用空气，但也可以使用高温（至300℃左右）气体或空气。

通过导入高温的气体或空气，虽然无法进行直至木质生物质的内部的干燥，但由于其表面干燥，而缠绕的粗粒的分离变得容易。

将必要以上的大量的压入空气向粉碎辊16投入的情况下，在使粉碎的微粉直接燃烧时，在锅炉炉膛的燃烧变得不稳定。由于从粉碎辊16的中央投入空气，因此从粉碎辊16的外周部向上吹起的搬运气体18的量减少。

在本实施例中，将整体的10~20%左右程度作为压入气体22的供给比例。

其结果是，与以往相比，90~80%的气体量成为搬运气体18，因此比较大的粒径的生物质粉体（粗粒）虽然在刚刚吹起之后上升，但由于吹起空气量少，因此失速而落下到粉碎工作台14上。

另一方面，生物质粉体（细粒）17乘载于气流，通过分类器19而向锅炉炉膛侧排出。

另外，如图2所示，在导入管21a的下端部设置开口部21c的情况下，相比较于与粉碎辊16相对地设置该开口，通过在旋转方向的上游侧设置开口部21c，促进生物质原料11、生物质粉体（粗粒）的向粉碎辊16的卷入，因此优选。

实施例2

参照附图，说明本发明的实施例2的生物质粉碎装置。图3是本实施例的生物质粉碎装置的简图。需要说明的是，对于与实施例1的生物质粉碎装置的结构相同的构件标注同一标号而省略其说明。

如图3所示，本实施例的生物质粉碎装置10B在实施例1的生物质粉碎装置10A中，在压入气体22的供给中，从压入气体导入部21直接将供给管21b与筒部23b连通，向所述漏斗状整流构件23的筒部23b内供给压入气体22。

并且，通过压入气体22而落下的生物质粉体（粗粒）和生物质原料11朝向所述粉碎工作台14的中心部落下，从而促进落下到粉碎工作台14上的生物质原料11及生物质粉体（粗粒）的向粉碎辊16侧的移动。

由此，可以省略实施例1的压入气体22的导入用的导入管21a，从而能够实现装置的简化。

实施例3

参照附图，说明本发明的实施例3的生物质粉碎装置。图4是本实施例的生物质粉碎装置的简图。需要说明的是，对于与实施例1的生物质粉碎装置的结构相同的构件标注同一标号而省略其说明。

如图4所示，本实施例的生物质粉碎装置10C在实施例1的生物质粉碎装置10A中，对于粉碎辊16的形状，对粉碎工作台14中心侧的小径端部进行倒角16a而使粉碎辊16的形状形成为锥状。其结果是，在粉碎辊16与粉碎工作台14之间，形成比以往更大的间隙26。

尤其是木质系的生物质原料混杂有10~20mm左右的粗大片，因此需要使向粗粉碎区域24A的啮入容易。而且，需要使啮入的原料逐渐粉碎且微粉碎至必要粒径。

在本实施例中，在生物质原料11的导入时，增大入口部的粉碎辊16与粉碎工作台14的间隙26，因此该导入变得容易。

上游侧（粉碎工作台14的中心侧）混杂有最大尺寸为25mm左右的木质片和由分类器19分类、落下而再循环的粗粒（3~10mm程度）的木质生物质。

这种粗粒径不适合于由粉碎辊16和粉碎工作台14进行的压缩粉碎，因此需要利用剪切作用而细切断为中间尺寸。

因此，对粉碎工作台14中心侧的小径端部进行倒角16a而形成为锥状，粉碎工作台14与粉碎辊16的周速度差在内周部侧成为最大，向生物质原料11施加剪切力，从而分割木质生物质的组织。

即，通过进行倒角16a而形成为锥状，粉碎辊16的小径侧的速度变得极慢，与粉碎工作台14侧的速度不同，因此能够增大剪切力。

另外，分割成粗粉的木质生物质向下游侧（粉碎工作台14的外周部）移动。与以往同样地，该部分将粉碎辊16与粉碎工作台14的间隙设定得较小，成为对啮入的生物质原料11产生压缩力的构造，从而微粉碎至规定尺寸。

实施例4

参照附图，说明本发明的实施例4的生物质粉碎装置。图5是本实施例的生物质粉碎装置的简图。

如图5所示，本实施例的生物质粉碎装置10D在实施例3的生物质粉碎装置10C中，设有分散流导入部32，该分散流导入部32从所述粉碎装置主体13的周围沿与垂直轴方向正交的方向导入分散气体31并使伴随着搬运气体18的规定粒径以上的生物质粉体分散、落下。

通过从该分散流导入部32导入分散气体31，而使伴随着搬运气体18的规定粒径以上的粒径大的生物质粉体（粗粒）不到达分类器19而分散并向粉碎工作台14侧落下。

即，从粉碎工作台14的外周排出的木质生物质成为应再次粉碎的粗粒与作为产品而取出的细粒混杂的状态。它们具有形状上缠绕的性质。因此，在进入分类器19之前使缠绕的木质生物质分散，为了容易分类而在粉碎辊16的上方部从装置主体13的外周侧导入分散气体31，进行分类。

在本实施例中，以整体的10~20%左右程度为压入气体22的供给比例，并使分散气体31的供给比例为10%左右。

其结果是，与以往相比，成为80~70%的气体量的搬运气体18，因此比较大的粒径的生物质粉体（粗粒）虽然在刚吹起之后上升，但由于吹起空气量少，因此失速而落下到粉碎工作台14上。

与此同时，通过分散气体31，进一步促进分类效果。

另外，粉碎装置主体13的搬运气体18的流速为20m/s左右，压入气体22的流速为10m/s左右，分散气体31的流速为20m/s左右，由此，向分类器19到达的搬运气体18的流速成为4m/s左右。需要说明的是，这些流速对应于生物质性状及粉碎负荷的变化而能够适当调整。

实施例5

参照附图，说明本发明的实施例5的具备锅炉炉膛的生物质与煤混烧系统。图6是本实施例的具备锅炉炉膛的生物质与煤混烧系统的简图。

如图6所示，在本实施例的具备锅炉炉膛的生物质与煤混烧系统中适用上述的生物质粉碎装置10A（10B、10C）。

如图6所示，本实施例的生物质与煤混烧系统包括：对作为根据需要而一次破碎（粗破碎）至规定粒径以下并进行了干燥的生物质固态物的生物质原料11进行贮存的生物质贮存设备40；具备供给生物质原料11的生物质料斗41的生物质粉碎装置10A（10B、10C）；具备收纳煤50的料斗51a、51b的煤粉碎装置52a、52b；供给有利用生物质粉碎装置10A（10B、10C）得到的生物质粉体17及利用煤粉碎装置52a、52b得到的煤粉体53的锅炉炉膛60。

木屑等生物质原料11聚齐某程度大小并作为生物质片而贮存在生物质贮存设备40中，然后，向生物质料斗41供给。生物质片从生物质料斗41向生物质粉碎装置10A（10B、10C）供给，由粉碎工作台14和粉碎辊16粉碎。粉碎后的生物质粉碎物及煤粉碎物向锅炉炉膛60供给，在锅炉炉膛60内，生物质粉体与煤粉体混合而进行燃烧。

在锅炉炉膛60的炉主体设置有燃料供给喷嘴和与之协作的燃烧器。因燃烧而产生的燃烧废气将设置在炉内的传热管61加热而向烟道传送。在炉主体的炉出口设置的烟道的中途配置有空气加热器（AH）62，通过了空气加热器62的燃烧废气经由灰捕集装置等的废气处理设备（未图示）而向大气排出。

由空气加热器62将外部气体63加热而生成的高温空气64向煤粉碎装置52a、52b供给，用于煤的干燥。而且，燃烧废气的一部分65由吸引风扇66向生物质粉碎装置10A（10B、10C）供给，用于生物质的分类、干燥。

如此，通过形成为具备本发明的生物质粉碎装置的系统，生物质粉碎变得良好，因此在将该粉碎物向燃烧装置直接导入而进行燃烧的情况下，也能够不使燃烧性能下降地稳定地燃烧。

另外，由于压入气体的整体量与以往相比没有变化，因此一次空气没有变动，在燃烧设备所需的空气量的范围内，能够使生物质粉碎装置稳定地运转。

【标号说明】

10A~10D生物质粉碎装置

11生物质原料

12原料供给管

13粉碎装置主体

14粉碎工作台

15驱动部

16粉碎辊

17生物质粉体

18搬运气体

19分类器

21压入气体导入部

22压入气体

Claims

1.一种生物质粉碎装置，其特征在于，具备：

粉碎装置主体，其具有从垂直轴方向上方供给生物质原料的原料供给管；

粉碎工作台，其载置所供给的生物质原料；

驱动部，其驱动该粉碎工作台旋转；

粉碎辊，其与所述粉碎工作台的旋转连动地动作，利用按压力将所述生物质原料粉碎；

鼓风单元，其从所述粉碎工作台的外周侧下方朝向上方形成上升流，喷出对粉碎后的生物质粉体进行气流搬运的搬运气体；

分类器，其设置在粉碎装置主体的顶部侧，对伴随着所述搬运气体的生物质粉体的微粒进行分类；及

压入气体导入部，其朝向所述粉碎工作台的中心部供给压入气体，促进生物质原料的移动。

2.根据权利要求1所述的生物质粉碎装置，其特征在于，

将所述压入气体加热。

3.根据权利要求1或2所述的生物质粉碎装置，其特征在于，

所述粉碎辊的粉碎工作台中心侧的小径端部的形状形成为锥状。

4.根据权利要求1~3中任一项所述的生物质粉碎装置，其特征在于，

具有分散流导入部，该分散流导入部从所述粉碎装置主体的周围沿与垂直轴方向正交的方向导入分散气体，使伴随着搬运气体的规定粒径以上的生物质粉体分散、落下。

5.一种生物质与煤混烧系统，其特征在于，具备：

权利要求1~4中任一项所述的生物质粉碎装置；

煤粉碎装置，其将煤原料粉碎；及

锅炉炉膛，其被供给有由生物质粉碎装置粉碎后的生物质粉体和由煤粉碎装置粉碎后的煤粉体。