JP2002177811A - 固気二相流の分配方法および分配装置ならびに竪型ミル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 粒子を十分に分散させた上で複数の分配先へ
固気二相流を均等にかつ時間的に変動することなく分配
する。 【解決手段】 固気二相流を回転する分配部６を介して
複数の輸送管３０に分配する分配装置において、分配部
６内に攪拌フィン６０を設置し、分配部６へ流入する固
気二相流の分配部６の周方向の速度成分と軸方向の速度
成分の少なくとも一方を攪拌フィン６０により分配部６
内で追加もしくは減少させて前記固気二相中の固相の分
散を促進させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固気二相流を複数
に分配するための分配方法およびその方法を実施する分
配装置、ならびに前記分配装置を備えた竪型ミルに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】粒体と空気の固気二相流を分配機を介し
て複数に分配する分配装置は，例えば石炭焚ボイラシス
テムの微粉炭供給装置に使用されている。ここで、石炭
をミルによって微粉炭に粉砕し、微粉砕された粉炭を空
気によって気流搬送して分配機を介して複数の輸送管に
分配する竪型ローラミルに付属する分配装置を図１２に
示し、同図を参照して説明する。図１２は従来の分配機
付き竪型ローラミルの構造の一例を説明するための概略
図である。この竪型ローラミルは、同一の機器内で粉
砕、乾燥、分級、分配および輸送を行う多機能型機器で
ある。この竪型ローラミルは、大きく分けて、粉砕部
５、分級部６、分配部８、および粉砕部５の駆動部９ａ
と分級部８の駆動部９ｂから構成される駆動部から構成
されている。分級部として、旋回フィンとコーンで構成
されるサイクロン型の固定式分級部のみ、あるいは回転
式分級器のみで構成されているものもあるが、図示する
従来例に係る分級部６は、旋回フィン１２とコーン部１
１で構成されたサイクロン方分級器と回転式分級器２０
の両者を組み合わせて構成されている。前記粉砕部５の
駆動部９ａはミルモータ１１１と減速機１１２を備え、
前記分級部８の駆動部９ｂは分級機モータ５３を備えて
いる。なお、矢印１０５の矢印は原炭の供給方向を、１
０６の矢印は戻り炭の移動方向を、１０７の矢印は分級
された微粉炭の移動方向をそれぞれ示している。

【０００３】このように概略構成された竪型ローラミル
では、給炭管１から供給される被粉砕物の原炭は、回転
している粉砕テーブル２の中央に落下し、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上を外周
部へ移動し、粉砕テーブル２と粉砕ローラ３との間にか
み込まれ、粉砕される。粉砕された石炭は、さらに外周
へと移動し、粉砕テーブル２のまわりに設けられたスロ
ート４から粉砕部５へ導入される１５０〜３００°Ｃに
熱せられた一次空気流１１０と混合される。ここで、一
次空気流と混合させられることにより固気二相流となっ
た石炭は乾燥されながら上方へと吹き上げられる。スロ
ート４から固定式の旋回フィン１２の下端までの区間は
一次分級部４４と称され、吹き上げられた粒子は重力に
よる分級を受けて、粗い粒径（所定値以上の粒径）の石
炭粉は落下して粉砕部５へ戻される。一方、落下しない
で分級部６へ到達した細かい粒径の石炭粉は、固定式の
旋回フィン１２および回転式分級機２０によって所定粒
度未満の微粉炭と所定粒度以上の粗粉炭とに分級（一次
分級に対して二次分級と称される）され、粗粉炭はコー
ン１１の内壁に沿って落下して再粉砕を受ける。一方、
微粉炭は絞り部３１を通過して分配部８により複数の送
炭管３０へと分配され、ボイラのバーナへと送り出され
る。

【０００４】このように、ミル内へ送り込まれた石炭と
空気が粉砕部５で固気二相流となって分配部８へ達する
過程においては、石炭濃度は均一ではない。特に粉砕部
５においては、構成部品がミルの中心軸に対して非対称
に配置されていることに起因し、すなわち、ミル全周に
対して一次空気導入ダクトが１カ所または２カ所のみに
設置されていること、粉砕ローラ３が３カ所に設置され
ていることなどに起因し、ハウジング７の周方向に不均
一な石炭濃度分布が形成されやすい。この濃度分布は一
次分級部および二次分級部において十分解消されず、分
配部８に達してもまだなお濃度分布が残る場合（分散不
良）があり、送炭管３０への不均一な分散の原因の一つ
となっている。

【０００５】そこで従来では、前記分配部８の入口部に
絞り部３１を設け、差圧を発生させることによって濃度
分布を均一（空気流の整流化と粒子の分散促進）にさせ
るよう考慮がされている。しかし、このような構造にし
ても、ミルの運用条件によっては、均一化が十分なされ
ない場合があった。例えば、ミルへの給炭量が多く、粉
砕部の負荷が高い条件では、ハウジング７の周方向に不
均一な石炭濃度分布が発生しやすく、また、回転式分級
機２０の回転速度が低い場合には、回転フィン２１によ
る石炭の分散効果が十分期待できず、不均一な分配にな
りやすい。

【０００６】このような不都合を解消するため、例えば
特許第１８２１９０７号公報においては、各送炭管入口
付近における微粉炭濃度の時間的平均値が総て等しくな
るように分配機内の微粉炭濃度パターンを経時的に変化
させ、また、駆動可能な案内羽根を分配機内に備え、濃
度分布を均一化する方法や装置が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術のように各送炭管入口付近における微粉炭濃度の
時間的平均値を等しくすることは、ある瞬間において濃
度のアンバランスが存在することを容認していることを
意味している。このことは、各時刻における送炭管間に
はなお流量のアンバランスが存在し、同一送炭管内にお
いて濃度の時間的な揺らぎが存在することを意味してお
り、完全な均等分配、すなわち時間的かつ空間的な濃度
の均一化の観点からは十分でないことは明らかである。
さらに、分級機の回転数が低い場合などの特定条件下に
おいては、分配機へ流入する固気二相流に大きな濃度分
布の偏りが存在し、均等な分配ができないことも明らか
である。

【０００８】本発明はこのような従来技術の実情に鑑み
てなされたもので、その第１の目的は、粒子を十分に分
散させた上で複数の分配先へ固気二相流を均等にかつ時
間的に変動することなく分配する分配方法を提供するこ
とにある。また、第２の目的は、前記分配方法を実現す
ることができる分配装置を提供することにある。さら
に、第３の目的は、前記分配装置を備えた竪型ミルを提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記第１の目的を達成す
るため、第１の手段は、固気二相流を回転する分配機を
介して複数の分配先に分配する分配方法において、前記
分配機へ流入する前記固気二相流の流速の前記分配機の
周方向の速度成分と軸方向の速度成分の少なくとも一方
を前記分配機内で変化させて前記固気二相中の固相の分
散を促進させるようにした。

【００１０】前記第２の目的を達成するため、第２の手
段は、固気二相流を回転する分配機を介して複数の輸送
管に分配する分配装置において、前記分配機内に攪拌フ
ィンを設置し、前記分配機へ流入する前記固気二相流の
流速の前記分配機の周方向の速度成分と軸方向の速度成
分の少なくとも一方を前記攪拌フィンにより変化させて
前記固気二相中の固相の分散を促進させるようにした。

【００１１】この場合、前記固気二相流の固体粒子を回
転ファンにより分級して前記分配機に送出する分級機を
設け、前記攪拌フィンを前記回転ファンの回転方向に対
して逆方向に回転可能に支持するようにする。その際、
前記攪拌フィンは回転方向に対する仰角が０°以上、９
０°以下の任意の角度に設定する。また、前記攪拌フィ
ンの回転速度を前記回転ファンの回転速度と前記固体粒
子の供給速度のいずれか一方に基づいて変更するように
するとよい。

【００１２】前記第３の目的を達成するため、第３の手
段は、竪型ミルに対して前記第２の手段に係る分配装置
を設けたものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の実
施の形態について説明する。

【００１４】＜第１の実施形態＞図１は第１の実施形態
に係る分配機の構造を示す縦断面図、図２は図１の平面
図、図３は図１のＡ−Ａ線断面の要部を示す図、図４は
図１の攪拌フィンのみを示す正面図、図５は図４のＢ−
Ｂ線断面図である。なお、この分配機は竪型ローラミル
の製品微粉輸送管接続部へ設置した例である。また、ミ
ル全体の構成と空気と石炭の流れや、ミルの各部の構成
は、前述の従来例と同様であるので同等とみなせる各部
には同一参照番号を付し、重複する説明は適宜省略す
る。

【００１５】図１および図２に示すように、分配部８の
上流（図においては下方）に位置する分級部６は、旋回
フィン１２、コーン部１１および回転フィン２１から構
成され、給炭管１の外周側に同軸上に設けられた３つの
分級機ロータ軸受６７ａ，６７ｂ，６７ｃにより回転可
能に支持された分級機ロータ６６と、分級機駆動ベルト
７０を介して分級機モータ５３により駆動される。固定
式の旋回フィン１２と回転フィン２１には、図３に示す
ように、それぞれ絞り角α１，α２が設定されている。
この実施形態においては、各フィン群の枚数は６０枚で
あり、矢印６３で示す回転式分級機２０の回転方向は上
から見て時計回りに設定されている。

【００１６】一方、分配部８は、複数の攪拌フィン６０
と漏斗状に形成された分配機ハウジング６４とから構成
され、給炭管１と、分配機ローラ６５と、分配機駆動ベ
ルト７１を介して分配機モータ６１によって駆動され
る。なお、分配機ロータ６５は、分級機ロータ６６のさ
らに外側に同軸かつ回転可能に２つの分配機ロータ軸受
６８ａ，６８ｂにより回転可能に支持されている。この
実施形態においては、矢印６２で示す攪拌フィン６０の
回転方向は回転分級機の回転方向６３とは逆の反時計周
りである。分配機ハウジング６４の頂部の鏡板６９には
複数の輸送管３０、この実施形態では４本の輸送管３０
が設置されている。

【００１７】各攪拌フィン６０は、図４および図５に示
すように、水平面から攪拌フィン６０の回転方向６２に
対して仰角θを成すように設置されている。この実施の
形態においては、θ＝３０°、攪拌フィン６０の枚数は
８枚である。

【００１８】このように構成された分配機では、粉砕部
５から一次分級部４４を経て分級部６の構成部品である
固定式の旋回フィン１１に到達した石炭と空気の固気二
相流は、旋回フィン１１により時計回りの旋回をかけら
れ、遠心力と空気の抗力とのバランス関係により遠心力
分級され、粗い粒子は外周へはねられて旋回フィン１２
の内周をコーン部１１へ向かって落下し、粉砕部５へ再
循環される。遠心力に打ち勝った細かい粒子は気流にの
ってさらに内周側に位置する回転フィン２１へと到達
し、ここで再び遠心力分級をうけ、所定の粒径以下の微
粉のみが回転フィン２１の内側へと送られる。回転フィ
ン２１の内側の固気二相流は、上述した二段の遠心力分
級の旋回力の影響をまだ受けており、分級機ロータ６６
の回りを時計方向に旋回しながら上部の分配部８の入口
へと達する。

【００１９】ところで、粉砕部５のハウジング７の周方
向に存在する石炭粒子の濃度分布は、一次分級部４４、
旋回フィン１２および回転フィン２１による二段の遠心
力分級部を経たあともその分布の形跡を残す場合があ
る。このような場合とは、例えば、給炭量が高いため粉
砕部が高負荷状態になっている場合や、回転式分級機２
０の回転速度が低く、粒子の分散が十分でない場合であ
る。このような濃度分布の偏りを解消するため、前述の
ように従来から分配部８の入口には絞り部３１が形成さ
れているが、流路の絞りによる偏流抑制と差圧増加は相
反するため、十分な抑制は期待できない。

【００２０】一方、絞り部３１を通過した固気二相流は
分配部８内へと導かれ、攪拌ファン６０を通過する。こ
のとき、攪拌フィン６０は、図５の矢印６２で示すよう
に反時計回りに回転しているため、攪拌フィン６０間を
通過する固気二相流は、旋回方向が時計回りから反時計
回りへと反転するとともに、攪拌フィン６０に設定され
た仰角θにより下向きへの推力を受ける。このときの固
気二相流中の石炭粒子群に着目すると、粒子群は攪拌フ
ィン６０により水平方向の運動量と鉛直下向きの運動量
の両方を受けることになる。すなわち、粒子群は攪拌フ
ィン６０と衝突を起こすため、分散が促進し、分配部周
方向の偏流が抑制される。これが攪拌フィン６０による
分散促進効果である。攪拌フィン６０を通過した固気二
相流は、分配部８の鏡板６９に設置された複数の輸送管
３０、本実施の形態においては４本の輸送管３０へと向
かい、ミル系外へ搬送される。

【００２１】このように、攪拌フィン６０を通過した固
気二相流は、分級部６内において位置的および時間的に
均一な状態で各輸送管３０へと振り分けられるため、図
１０および図１１に示すように、各輸送管３０間の石炭
流量の偏差はなくなり、時間的変化も解消される。な
お、図１０は本発明による各輸送管への均等分散の効果
を従来技術と比較して示すグラフ、図１１は本発明によ
る１つの輸送管内の時間的な均等分配の効果を従来技術
と比較して示すグラフである。すなわち、図１０に示す
ように、従来は４本の輸送管１ないし４内の石炭粒子の
流量は流量１００を挟んで上下に変化しているが、本発
明においては各輸送管とも粒子流量はほぼ１００で変化
していない。また、図１１に示すように、１つの輸送管
における粒子流量の時間変化を見ると、従来技術では時
間経過にしたがって流量が上下するのに対して、本発明
においては流量１００にほぼ一定しており、これらによ
り均等分配が達成されていることが判る。

【００２２】＜第２の実施形態＞図６は本発明の第２の
実施形態に係る分配機の分配部内の攪拌フィンを示す側
面図、図７は図６のＣ−Ｃ線断面図である。この第２の
実施形態においては、分配部８内の攪拌フィン６０ａを
水平面から攪拌フィン６０ａの回転方向に対する仰角θ
を９０°に設定している。この第２の実施形態の場合、
攪拌フィン６０ａにより固気二相流に与えられる運動量
は分配部８の周方向成分のみである。そのため、粒子の
分散効果としては上述した第１の実施形態の分配機より
弱められるものの、製作の簡便さと発生差圧が小さい点
がメリットとして挙げられ、４本の輸送管３０への分配
性の程度が悪くない場合に有用である。

【００２３】なお、特に説明しない各部は前述の第１の
実施形態と同等に構成され、同等に機能するので、重複
する説明は省略する。

【００２４】＜第３の実施形態＞図８は本発明の第３の
実施形態における分配機の分配部内の攪拌フィンを示す
側面図、図９は図８のＤ−Ｄ線断面図である。この第３
の実施形態においては、分配部８内の攪拌フィン６０ｂ
を水平面から攪拌フィン６０ｂの回転方向に対する仰角
θを０°に設定しており、このため攪拌フィン６０ｂに
より固気二相流に与えられる運動量は分配部８の軸方成
分のみである。その結果、上述第２の実施形態と同様
に、粒子の分散効果としては上述した第１の実施形態の
分配機より弱められるものの、製作の簡便さと発生差圧
が小さい点がメリットとして挙げられ、複数本の輸送管
３０に対する分配性の程度が悪くない場合に有用であ
る。

【００２５】なお、この第３の実施の形態の構成におい
ては、上流側のミル運用条件によって固気二相流の旋回
の強さや偏流の程度が変化するため、ミル運用条件に応
じて攪拌フィン６０ｂの回転速度あるいは設定角度を可
変とすることも均等分配に対して有効である。

【００２６】なお、特に説明しない各部は前述の第１の
実施形態と同等に構成され、同等に機能するので、重複
する説明は省略する。

【００２７】また、前述の第１ないし第３の実施の形態
においては攪拌フィン６０，６０ａ，６０ｂを回転させ
るようにしているが、攪拌フィンの駆動部を省略し、攪
拌フィンを固定した場合でも、固気二相流と攪拌フィン
間には衝突が発生するので、上述した第１ないし第３実
施の形態と同様な分散効果を奏することができる。

【００２８】また、前記実施形態においては分配装置を
竪型ローラミルに適用しているが、この竪型ローラミル
が石炭焚ボイラ用の場合には、本発明のような分配装置
を設けることにより、以下のような効果がある。

【００２９】（１） 低酸素燃焼：直接燃焼方式のバー
ナにおいては、各バーナ間に微粉炭の流量アンバランス
がある場合、最大流量のバーナまわりの必要空気にあわ
せてその他のバーナ用空気量を多めに設定する必要があ
る。しかしながら、流量のアンバランスがなければ空気
量を小さく絞ることが可能になり、ボイラ用ファンのイ
ニシャルコストおよびライニングコストを低く抑えるこ
とができる。

【００３０】（２） 安全燃焼：直接燃焼式のバーナに
おいては、微粉炭濃度は着火性に大きく影響を与える。
すなわち、濃度が高いと着火・保炎性がよく、逆に濃度
が低いと着火性が低下し、火炎の吹き飛び・失火が起こ
りやすい。したがって、本発明のように濃度の時間的変
動を抑制することにより安定燃焼につながる。

【００３１】（３）一酸化炭素発生の抑制：複数の送炭
管間の石炭流量に偏差があることは、濃度の高い送炭管
すなわち燃料量に対して空気量が相対的に少ない送炭管
が存在することを意味する。この送炭管に接続されたバ
ーナでは他のバーナに比べて不完全燃焼が発生しやす
い。したがって、不完全燃焼時に生成される一酸化炭素
が発生しやすくなる。本発明においては、送炭管間の濃
度偏差が抑制されるので一酸化炭素発生の抑制につなが
る。

【００３２】（４）ボイラ制御性の改善：上記（１）な
いし（３）が可能になると、バーナ運用可能条件の範囲
が拡大するため、ボイラの運用の制御代を大きくとれ、
ボイラ制御性の改善へも貢献できる。

【００３３】

【発明の効果】これまでの説明から明らかなように、請
求項１記載の発明によれば、分配機へ流入する固気二相
流の流速の分配機の周方向の速度成分と軸方向の速度成
分の少なくとも一方を分配機内で変化させて前記固気二
相中の固相の分散を促進させるので、固気二相流の複数
の輸送管への均等分配が可能になり、従来の絞り部、整
流板などの高圧力損失型の分配機と同等の均等分配性能
を確保した上で低圧力損失を実現することができる。

【００３４】請求項２記載の発明によれば、攪拌フィン
を設けると言う極めて簡単な構成により固気二相流の複
数の輸送管への均等分配を実施する分配装置を提供する
ことができる。

【００３５】請求項３記載の発明によれば、攪拌フィン
を回転ファンの回転方向に対して逆方向に回転可能に支
持しているので、分配機の上流と下流の固気二相流の旋
回方向を反転させることができ、濃度分布を有する粒子
群に対して運動量を与え、分散を促進させることができ
る。

【００３６】請求項４記載の発明によれば、攪拌フィン
は回転方向に対する仰角が０°以上、９０°以下の任意
の角度に設定されているので、分配機に流入する固気二
相流の分配機周方向の速度成分あるいは分配機軸方向の
速度成分の少なくとも一方に対して前記速度成分を変え
ることができ、濃度分布を有する粒子群に対して運動量
を与え、分散を促進させることができる。その際、攪拌
フィンのフィンの回転方向に対する仰角を９０°に設定
すると、攪拌フィンにより固気二相流に与えられる運動
量は分配機の周方向成分のみとなり、粒子の分散効果と
しては多少弱められるが、製作の簡便さと発生差圧が小
さいので、複数の輸送管への分配性が比較的良好場合に
は、安価に提供することができる。また、攪拌フィンの
フィンの回転方向に対する仰角を０°に設定すると、攪
拌フィンにより固気二相流に与えられる運動量は分配機
の軸方成分のみであり、粒子の分散効果は多少弱くなる
が、製作の簡便さと発生差圧が小さい利点があり、複数
本の輸送管に対する分配性の程度が悪くない場合に有用
である。

【００３７】請求項５記載の発明によれば、攪拌フィン
の回転速度を回転ファンの回転速度と固体粒子の供給速
度のいずれか一方に基づいて変更するので、固気二相流
の旋回の強さや偏流の変化に対応することができる。

【００３８】請求項６記載の発明によれば、竪型ミルに
請求項２ないし５のいずれか１項に記載の分配装置を設
けたので、請求項２ないし５に対応した効果を奏するこ
とが可能な竪型ミルを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る分配機の構造を
示す縦断面図である。

【図２】図１に示した分配機の平面図である。

【図３】図１のＡ−Ａ線要部断面図である。

【図４】図１の攪拌フィンを示す正面図である。

【図５】図４のＢ−Ｂ線断面図である。

【図６】本発明の第２の実施形態における分配部内の攪
拌フィンの正面図である。

【図７】図６のＣ−Ｃ線断面図である。

【図８】本発明の第３の実施形態における分配部内の攪
拌フィンの正面図である。

【図９】図８のＤ−Ｄ線断面図である。

【図１０】本発明による各輸送管への均等分散の効果を
従来技術と比較して概略的に示すグラフである。

【図１１】本発明による１つの輸送管内の時間的な均等
分配の効果を従来技術と比較して概略的に示すグラフで
ある。

【図１２】従来の分配機付き竪型ローラミルの一例を示
す概略構成図である。

【符号の説明】

１ 給炭管 ２ 粉砕テーブル ３ 粉砕ローラ ４ スロート ５ 粉砕部 ６ 分級部 ７ ハウジング ８ 分配部 ９ａ 粉砕部駆動部 ９ｂ 分級部駆動部 １２ 旋回フィン ２０ 回転式分級機 ２１ 回転フィン ３０ 輸送管 ４１ 一次分級部 ５３ 分級機モータ ６０ 攪拌フィン ６１ 攪拌フィン駆動モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 一教 広島県呉市宝町３番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内 (72)発明者 竹野 豊 広島県呉市宝町３番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内 (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） 4D031 AC05 DA05 4D063 EE03 EE12 EE21 GA08 GC05 GC12 GC14 GC19 GC32 GD01 GD19 4D067 EE07 EE23 GA04 GB02

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固気二相流を回転する分配機を介して複
   数の分配先に分配する分配方法において、 前記分配機へ流入する前記固気二相流の流速の前記分配
   機の周方向の速度成分と軸方向の速度成分の少なくとも
   一方を前記分配機内で変化させて前記固気二相中の固相
   の分散を促進させることを特徴とする固気二相流の分配
   方法。
2. 【請求項２】 固気二相流を回転する分配機を介して複
   数の輸送管に分配する分配装置において、 前記分配機内に攪拌フィンを設置し、前記分配機へ流入
   する前記固気二相流の流速の前記分配機の周方向の速度
   成分と軸方向の速度成分の少なくとも一方を前記攪拌フ
   ィンにより変化させて前記固気二相中の固相の分散を促
   進させることを特徴とする分配装置。
3. 【請求項３】 前記固気二相流の固体粒子を回転ファン
   により分級して前記分配機に送出する分級機を備え、前
   記攪拌フィンは前記回転ファンの回転方向に対して逆方
   向に回転可能に支持されていることを特徴とする請求項
   ２記載の分配装置。
4. 【請求項４】 前記攪拌フィンは回転方向に対する仰角
   が０°以上、９０°以下の任意の角度に設定されている
   ことを特徴とする請求項３記載の分配装置。
5. 【請求項５】 前記攪拌フィンの回転速度を前記回転フ
   ァンの回転速度と前記固体粒子の供給速度のいずれか一
   方に基づいて変更する手段を備えていることを特徴とす
   る請求項３または４に記載の分配装置。
6. 【請求項６】 請求項２ないし５のいずれか１項に記載
   の分配装置を備えたことを特徴とする竪型ミル。