JP2002018300A - 分級装置および竪型ミル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ミル運用動力を増加させなくても回転式分級
機の分級性能を向上させることができ、製品微粉の粒度
を細かくしたり製品微粉への粗粒子の混入割合を低減す
ることが可能な分級装置を提供すること。 【解決手段】 回転式分級機２０へと向かう高濃度の固
気二相流５３に対して、その流れの方向とは異なる向き
に噴流空気６１を投入する。これにより、固気二相流５
３中の粒子５５を分散させることができるので、整流化
された低濃度の固気二相流５４を回転フィン２１の各部
へ流入させることができる。また、燃焼に悪影響を及ぼ
す粗粒子５６を、噴流空気６１によって速やかに粉砕部
へ落下させることができる。その結果、回転式分級機２
０を高回転域で運用しなくとも、分級性能を向上させる
ことができ、製品微粉の粒度が細かくなるとともに、粗
粉の混入割合が低下する。また、同一粒度の製品微粉を
生成する際には、ミル運用動力を低減させることがで
き、コスト面で有利となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石炭等の粒状また
はブロック状の原料を粉砕して所定粒度の微粉を取り出
す竪型ミル等に適用される分級装置に係り、特に、遠心
力によって粗粉と微粉とに分級可能な回転式分級機を有
する分級装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０に、石炭焚ボイラシステムにおけ
る燃料の前処理装置として使用されている竪型ミルとし
て竪型ローラミルの例を示す。

【０００３】同図に示す竪型ミルには、粉砕テーブル２
と粉砕ボール３とを備えた粉砕部５の上方に分級部６が
設置されている。この分級部６は、固定フィン１２を有
するサイクロン型の固定式分級機１０と、回転フィン２
１を有して固定式分級機１０の内側に配置された回転式
分級機２０とを備えている。ここで、固定フィン１２
は、通過する流体に旋回成分を与えるように、ミル中心
軸に対し旋回角度を付けて配置される。

【０００４】図１０に示す竪型ミルの動作について説明
すると、給炭管１より外部から供給された被粉砕物であ
る原炭５０は、回転している粉砕テーブル２の中心部に
落下した後、粉砕テーブル２の回転に伴う遠心力によっ
て粉砕テーブル２上を渦巻き状の軌跡を描いて外周側へ
移動し、粉砕テーブル２と粉砕ボール３との間にかみ込
まれて粉砕される。粉砕された石炭は、粉砕テーブル２
の周囲に配設されているスロート４に導入された熱風５
１により乾燥されながら上方へ吹き上げられるので、固
気二相流５２が分級部６へ上昇していく。吹き上げられ
た石炭粉のうち粒径が大きいものは、固定式分級機１０
まで搬送される途中で重力により落下し、粉砕部５に戻
される（重力分級）。分級部６に到達した石炭粉は、固
定式分級機１０および回転式分級機２０によって所定粒
径以下の微粉炭と所定粒径以上の粗粉炭とに分級され、
粗粉炭は固定式分級機１０のコーン部１１の内側に沿っ
て落下し、再び粉砕部５にて粉砕される。一方、分級部
６を出た微粉炭は、送炭管３０を経て図示しないボイラ
装置の微粉炭燃焼バーナへと送られる。送炭管３０より
排出される微粉炭の粒度は、回転式分級機２０の回転数
を調整することによって制御できる。粒度は、例えば２
００メッシュパスを７５ミクロンの粒径の微粉炭が８０
％通過したとしたとき、そのパスにおける粒度は８０％
となる。回転式分級機２０の回転数を上げると、遠心力
の増大により粗い粒径のものは分級されて落下し易くな
るので、微粉の通過する割合、すなわち粒度を高くする
ことができる。逆に回転数を下げると、遠心力の縮小に
より粗い粒径が分級されにくくなるので、粒度は小さく
なる。

【０００５】なお、競争が激化している近年の電力市場
において、石炭焚ボイラでは、ボイラプラント全体のコ
スト低減を促進するため、ボイラの小型化や発電効率の
向上が強く望まれている。それゆえ、石炭焚ボイラに燃
料である微粉炭を供給する竪型ミルに対しては、燃焼時
間を短縮化するために微粉炭の粒径をさらに細かくした
り、燃焼に悪影響を及ぼす粗粉の混入割合を少なくする
ことが要求されている。また、ボイラの発電効率を向上
させるために、竪型ミルのモータ動力や、ミル内におけ
る空気の圧力損失を低減することによって、竪型ミルの
運用動力を抑えることも要求されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、粉砕
部５で粉砕された粒子は、スロート４に導入された熱風
５１により乾燥されながら巻き上げられるが、重力分級
（一次分級）を通過して分級部６へ到達した粒子の大半
は、慣性力により分級部上面板４０付近まで上昇して粒
子濃度の高い固気二相流となる。図１１に示すように、
この高濃度の固気二相流５３は、分級部上面板４０の近
傍に沿って流れるという偏流により、回転式分級機２０
の回転フィン２１の上部へと移動する。

【０００７】周知のように回転式分級機においては、固
気二相流の粒子濃度が高まると、分級機へ流入する粒子
と分級機で弾き返された粒子とが干渉(衝突)する頻度が
高くなり、かつ粒子どうしが凝集して大きな塊を形成し
やすくなるため、分級性能の低下を余儀なくされる。例
えば、燃焼に悪影響をおよぼす粗粒子が分級機により一
旦分級されても、高濃度の固気二相流と干渉して再び分
級機へ向かって移動する確率が高まるので、製品微粉中
における粗粉の混入割合が増加してしまう。

【０００８】すなわち、図１０，１１に示す回転式分級
機２０は、高濃度の固気二相流５３が流れ込む回転フィ
ン２１の上部で分級性能が低下しやすい。そのため従
来、製品微粉の粒径を細かくしたり、製品微粉への粗粒
子の混入割合を低下させる場合には、回転フィン２１の
回転数を非常に高くして運用せざるを得なかった。しか
しながら、回転式分級機を高回転域で運用すると、その
圧力損失が増大し、モータ動力も大きくなってしまう。
また、高回転域での運用は、必要とされる粒径以下の微
粉を弾き返してミル内を再循環させやすくなるので、粉
砕動力やミル内粉層差圧も高まってしまう。したがっ
て、分級性能の向上を図って回転式分級機を高回転域で
運用する場合、ミルの運用動力を著しく増加させねばな
らないという不具合が生じる。

【０００９】本発明はこのような従来技術の課題に鑑み
てなされたもので、その目的は、ミル運用動力を増加さ
せなくても回転式分級機の分級性能を向上させることが
でき、製品微粉の粒度を細かくしたり製品微粉への粗粒
子の混入割合を低減することが可能な分級装置を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ため、本発明は、下方より吹き上げられてくる固気二相
流を回転式分級機へ導入し、この回転式分級機にて前記
固気二相流中の粒子を粗粉と微粉とに分級する分級装置
において、前記回転式分級機の上流側に空気噴射口を設
け、前記回転式分級機へ向かって流動する前記固気二相
流に対して、その流れの方向とは異なる向きに前記空気
噴射口から噴流空気を投入することとした。

【００１１】このように回転式分級機へと向かう固気二
相流に対して、その流れの方向とは異なる向きに噴流空
気を投入すると、固気二相流中の粒子を分散させること
ができるので、回転式分級機へ到達する固気二相流は回
転フィンの上部付近でも下部付近でも濃度に大差がなく
なり、ほぼ均一な濃度分布となる。すなわち、噴流空気
を投入して高濃度の固気二相流を拡散させることによ
り、固気二相流の偏流に起因する回転フィン上部での分
級性能の低下が抑えられ、ほぼ一様な低濃度の固気二相
流を回転フィンの各部に流入させることができる。それ
ゆえ、回転式分級機を高回転域で運用しなくとも分級性
能が高まって、製品微粉の粒度を細かくすることができ
る。また、燃焼に悪影響を及ぼす粗粒子の場合、重力や
慣性力が大きいため、噴流空気によって進路が変えられ
ると固気二相流の流れに復帰しずらく、粉砕部へと落下
しやすい。そのため、噴流空気の投入により、粗粒子が
回転式分級機に到達する確率が低くなって、製品微粉中
の粗粉の混入割合が低減される。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態例を図面を参照
しつつ説明すると、図１は本発明の一実施形態例におけ
る分級機上流側の固気二相流の流れを示す説明図、図２
は同実施形態例で分級機近傍に到達した固気二相流中の
粒子の挙動を示す説明図、図３は同実施形態例における
固気二相流中の粗粒子の流動状態を示す説明図、図４は
同実施形態例における空気噴射口の構造を示す説明図、
図５は該空気噴射口の噴出孔の形状を示す説明図、図６
は該噴出孔の変形例を示す説明図、図７は該噴出孔の他
の変形例を示す説明図である。また、図８は本発明の他
の実施形態例における分級機上流側の固気二相流の流れ
を示す説明図、図９は本発明のさらに他の実施形態例に
おける分級機上流側の固気二相流の流れを示す説明図で
ある。なお、これらの図において、図１０，１１と対応
する部分には同一符号が付してある。

【００１３】本実施形態例は図１に示すように、分級部
上面板４０に空気噴射口６０を設け、この空気噴射口６
０から下方へ向けて噴流空気６１を噴出するというもの
である。空気噴射口６０は、固定式分級機１０の固定フ
ィン１２と回転式分級機２０の回転フィン２１との間に
設置されているので、分級部上面板４０付近まで上昇し
た高濃度の固気二相流５３は、固定フィン１２を通過し
て回転フィン２１へ向かう途中で、噴流空気６１により
下向きの力を受ける。それゆえ、回転式分級機２０の近
傍において、固気二相流５３中の粒子５５は噴流空気６
１によって分散された状態となり、これら粒子５５の挙
動は図２に示すようになる。図２において、回転式分級
機２０へと向かう固気二相流中の粒子５５は、空気噴射
口６０から投入される噴流空気６１を通過するとき下向
きの空気抵抗力を受けるので、大半の粒子５５は下向き
の速度成分を与えられ、斜め下方へ吹き飛ばされながら
分散された状態になる。ただし、斜め下方へ吹き飛ばさ
れた粒子５５も、粗粒子でなければすぐに回転式分級機
２０へ向かう空気流の抗力を受けて再び回転式分級機２
０へと移動し、回転フィン２１の各部へ流入する。

【００１４】このように、適切な流量の噴流空気６１を
投入して、回転フィン２１へ流入する手前で高濃度の固
気二相流５３を拡散しておけば、整流化されて濃度分布
がほぼ均一となった固気二相流５４を回転フィン２１の
各部へ流入させることができる。その結果、高濃度の固
気二相流５３の偏流に起因する回転フィン２１上部での
分級性能の低下が解消され、回転式分級機２０を高回転
域で運用しなくとも分級性能を大幅に向上させることが
できる。つまり、本実施形態例では、ミル運用動力を増
加させなくても、製品微粉の粒度を細かくすることがで
きる。

【００１５】なお、粒子５５が噴流空気６１から受ける
空気抵抗力Ｆは、粒子径をＤp、空気の流速をｕ、粒子
の流速をｖ、係数をｋとして、次式で表すことができ
る。

【００１６】Ｆ＝ｋ×Ｄp²×(ｕ−ｖ)² 上式から、固気二相流中の粒子５５は、その径が大きい
ほど噴流空気６１から受ける空気抵抗力Ｆが大きく、下
方へ吹き飛ばされやすくなることがわかる。それゆえ、
固気二相流中の粗粒子は、噴流空気６１から受ける空気
抵抗力Ｆが他の粒子よりも大きく、また重力や慣性力も
大きいため、下方へ大きく吹き飛ばされてしまい、回転
フィン２１へ到達することなく落下する可能性が高い。
なお、粗粒子はボイラの燃焼に悪影響をおよぼすため、
製品微粉中に混入することを極力避けなければならな
い。

【００１７】固気二相流中に含まれる粗粒子の流動状態
を定性的に示すと、図３の矢印のようになる。同図にお
いて、粗粒子５６は噴流空気６１から大きな力を受けて
下方へ吹き飛ばされ、また粗粒子５６に作用する重力と
慣性力も大きいので、粗粒子５６は下向きに大きく吹き
飛ばされた後、回転式分級機２０へと向かう空気流にほ
とんど同伴されることなく、下方にある粉砕部へと速や
かに落下する。すなわち、高濃度の固気二相流５３に噴
流空気６１を投入すると、粗粒子５６が回転式分級機２
０に到達する確率が低くなるので、粗粒子５６が回転式
分級機２０を通過して製品微粉に混入する確率は極めて
低くなる。したがって、本実施形態例においては、回転
式分級機２０を高回転域で運用しなくともシャープな分
級が可能であり、ミル運用動力を増加させることなく製
品微粉中の粗粉の混入割合を大幅に低減することができ
る。

【００１８】噴流空気６１を噴出する空気噴射口６０の
構造について説明すると、図４の平面図および断面図に
示すように、この空気噴射口６０はウィンドボックス６
２と噴出孔６３とで構成される。ウィンドボックス６２
は分級部上面板４０の噴流投入位置に設置され、分級部
上面板に８〜１２個程度穿設された透孔６４を介して空
気が導入される。そして、ウィンドボックス６２の下側
に設けられた噴出孔６３から噴流空気６１が噴出される
ようになっている。

【００１９】図５は空気噴射口６０の噴出孔６３の形状
を示す説明図であり、丸孔状の噴出孔６３を円周方向に
沿って多数列設した場合を示している。このほか、例え
ば図６に示すように、スリット状の噴出孔６３を円周方
向に沿って列設して、扁平で幅広がりな噴流空気６１を
噴出させるようにしてもよい。あるいは、図７に示すよ
うに、円環状に延びる長尺なスリット状の噴出孔６３を
設け、円周方向に沿って連続した噴流空気６１を噴出さ
せるようにしてもよい。なお、本発明者らの実験および
数値解析によれば、固気二相流の均一化および粗粒子の
分離を促進するうえで好適な噴流空気６１の投入量は、
固気二相流の空気流量に対して４〜８％程度の量であ
る。

【００２０】図１２は、従来型の分級装置を備えたミル
と本発明に係る分級装置を備えたミル（本実施形態例）
とについて、運用時のデータを測定した試験結果であ
る。同図に示すように、本実施形態例の性能を従来型分
級装置を備えたミルと比べた場合、回転式分級機の回転
数を同じ条件に設定したケース（１）においては、ミル
運用動力には大差がないものの、石炭燃焼に必要とされ
る７５μｍ以下の粒子の質量割合が若干多くなり、かつ
燃焼に悪影響を及ぼす１５０μｍ以上の粗粒子の混入量
を２２％まで激減させることができる。また、７５μｍ
以下の粒子の質量割合が同じになるように設定したケー
ス（２）においては、回転式分級機の回転数を８８％ま
で低減することができ、かつミル運用動力を９０％まで
低減することができ、さらに１５０μｍ以上の粗粒子の
混入量を３８％まで低減することができる。

【００２１】図８は、本発明の他の実施形態例を示すも
ので、固定式分級機を具備せず回転式分級機２０のみで
構成される分級装置に本発明を適用した場合の例であ
る。この実施形態例も前記実施形態例と同様に、回転式
分級機２０の上流側の分級部上面板４０に空気噴射口６
０を設け、粉砕部から上昇してくる高濃度の固気二相流
５３に噴流空気６１を投入しているので、回転フィン２
１の手前で固気二相流５３が拡散されるようになってい
る。それゆえ、固定式分級機による分級は行われないも
のの、回転フィン２１へ流入する固気二相流５４の濃度
分布を均一化することができ、粗粒子の分離も促進され
ることとなり、回転式分級機２０の分級性能を確実に向
上させることができる。

【００２２】図９は、本発明のさらに他の実施形態例を
示すもので、固定式分級機１０の上流側で上昇中の高濃
度の固気二相流５３に対して、ミルケーシング側面４１
に設けた空気噴射口６０から横向きに噴流空気６１を投
入するというものである。このように、分級装置に到達
する前の上昇中の固気二相流５３を噴流空気６１によっ
て拡散させた場合には、固定フィン１２へ流入する固気
二相流５４の濃度分布が均一化されるため、回転フィン
２１へ流入する固気二相流５４の濃度もほぼ一様となっ
て、回転式分級機２０の分級性能の向上が図れる。

【００２３】

【発明の効果】本発明による分級装置は以上説明したよ
うな形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏
する。

【００２４】回転式分級機へと向かう高濃度の固気二相
流に対して、その流れの方向とは異なる向きに噴流空気
を投入するというものなので、固気二相流中の粒子を分
散させることができる。それゆえ、固気二相流の偏流に
起因する回転フィン上部での分級性能の低下が抑えら
れ、整流化された低濃度の固気二相流を回転フィンの各
部に流入させることができる。また、燃焼に悪影響を及
ぼす粗粒子を、噴流空気によって速やかに粉砕部へ落下
させることができる。したがって、回転式分級機を高回
転域で運用しなくとも、分級性能を向上させることがで
き、製品微粉の粒度が細かくなるとともに、粗粉の混入
割合が低下する。このことから、同一粒度の製品微粉を
生成する際には、ミル運用動力を低減させることができ
て、コスト面で有利となる。しかも、本発明は従来型の
分級装置に空気噴射口を設けるだけなので、既設ミルに
も簡単に設置することができる。

【００２５】そして、本発明を石炭焚ボイラに適用した
場合には、燃焼性が改善されるため火炉のコンパクト化
が促進できるとともに、ボイラプラント全体の運用動力
を低減させることができる。また、粉砕テーブル上にあ
る石炭層中の微粉の割合が少なくなるので、自励振動が
発生しにくくなり、ミルの安定運用が可能となる。さら
に、ミル全体の分級性能に対して分級装置による分級性
能が支配的となり、重力分級(一次分級)性能の影響が小
さくなることから、ミルの大部分を占める重力分級空間
を小さくすることができ、ミル全体のコンパクト化が促
進できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態例における分級機上流側の
固気二相流の流れを示す説明図である。

【図２】同実施形態例で分級機近傍に到達した固気二相
流中の粒子の挙動を示す説明図である。

【図３】同実施形態例における固気二相流中の粗粒子の
流動状態を示す説明図である。

【図４】同実施形態例における空気噴射口の構造を示す
説明図である。

【図５】該空気噴射口の噴出孔の形状を示す説明図であ
る。

【図６】該噴出孔の変形例を示す説明図である。

【図７】該噴出孔の他の変形例を示す説明図である。

【図８】本発明の他の実施形態例における分級機上流側
の固気二相流の流れを示す説明図である。

【図９】本発明のさらに他の実施形態例における分級機
上流側の固気二相流の流れを示す説明図である。

【図１０】竪型ローラミルの従来構造を示す説明図であ
る。

【図１１】該ローラミルの分級機上流側の固気二相流の
流れを示す説明図である。

【図１２】本発明に係る分級装置を備えたミルを従来型
分級装置を備えたミルと比較した試験結果である。

【符号の説明】

１ 給炭管 ２ 粉砕テーブル ３ 粉砕ボール ４ スロート ５ 粉砕部 ６ 分級部（分級装置） １０ 固定式分級機 １１ コーン部 １２ 固定フィン ２０ 回転式分級機 ２１ 回転フィン ３０ 送炭管 ４０ 分級部上面板 ４１ ミルケーシング側面 ５０ 原炭 ５１ 熱風 ５２ 固気二相流 ５３ 高濃度の固気二相流 ５４ 整流化された固気二相流 ５５ 粒子 ５６ 粗粒子 ６０ 空気噴射口 ６１ 噴流空気 ６２ ウィンドボックス ６３ 噴出孔 ６４ 透孔

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年８月１７日（２０００．８．１
７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図１１】

【図９】

【図１０】

【図１２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三井 秀雄 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日立 株式会社呉事業所内 Ｆターム(参考） 4D021 FA12 FA23 FA25 GA06 GA12 GA17 GA22 HA01 HA10 4D063 EE03 EE12 EE21 GA07 GA08 GC19 4D067 EE13 EE22 GA01 GA04 GB02

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下方より吹き上げられてくる固気二相流
   を回転式分級機へ導入し、この回転式分級機にて前記固
   気二相流中の粒子を粗粉と微粉とに分級する分級装置に
   おいて、 前記回転式分級機の上流側に空気噴射口を設け、前記回
   転式分級機へ向かって流動する前記固気二相流に対し
   て、その流れの方向とは異なる向きに前記空気噴射口か
   ら噴流空気を投入することを特徴とする分級装置。
2. 【請求項２】 請求項１の記載において、前記回転式分
   級機の回転フィンの周囲で流動する前記固気二相流に対
   して、前記空気噴射口から下向きに前記噴流空気を投入
   することを特徴とする分級装置。
3. 【請求項３】 請求項１の記載において、前記回転式分
   級機の高さ位置まで到達していない上昇中の前記固気二
   相流に対して、前記空気噴射口から横向きに前記噴流空
   気を投入することを特徴とする分級装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の分級装
   置を備えたことを特徴とする竪型ミル。