JP2005324104A - 分級機およびそれを備えた竪型粉砕機、ならびにその竪型粉砕機を備えた石炭焚ボイラ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】粗粒子の混入割合がさらに低くて、微粒子を安定に得ることができる分級機を提供する。
【解決手段】遠心力により固体粒子の分級を行う回転フィン２１と、回転フィン２１の外周側に設けられた筒状の下降流形成部材１３と、回転フィン２１と下降流形成部材１３の下方に配置された回収コーン１１と、ハウジング４１を備え、ハウジング４１と回収コーン１１の間に縮流領域１６が形成され、縮流領域１６を通って吹き上げられた固体粒子と気体の混合物からなる二相流５２を、ハウジング４１の上部で下降流形成部材１３に衝突させて下降流にした後に回転フィン側に導いて、微粒子と粗粒子に分けて、微粒子は気流に同伴されて回転フィン２１の間を通過して取り出す分級機において、縮流領域１６の上方でかつ下降流形成部材１３の外周位置に、循環渦流発達抑制部３０を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、気体によって搬送されて来た固体粒子群の中から粗粒子と微粒子を分離するための分級機に係り、特に石炭焚ボイラ装置の竪型粉砕機に組込むのに好適な分級機に関する。

燃料として微粉炭を燃焼させる火力発電用の石炭炊ボイラ装置において、燃料供給装置には竪型粉砕機が使用されている。

図２１は従来の竪型粉砕機の概略構成図、図２２はその竪型粉砕機に設けられた分級機の一部概略構成図、図２３は図２２Ｘ−Ｘ線上の断面図である。この竪型粉砕機は、粉砕テーブル２と粉砕ボール３（又は粉砕ローラ）との噛み合いにより微粉炭の原料である石炭５０を粉砕する粉砕部５と、その粉砕部５の上部に設置されて微粉炭を任意の粒度に分級する分級機６とから主に構成されている。

次にこの竪型粉砕機の動作について説明する。給炭管１より供給された被粉砕物である石炭５０は矢印で示すように、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部へ移動して、粉砕テーブル２と粉砕ボール３の間に噛み込まれて粉砕される。

粉砕された粉体は、粉砕テーブル２の周囲に設けられたスロート４から導入される熱風５１によって、乾燥されながら上方へ吹き上げられる。吹き上げられた粉体のうち、粒度の大きいものは分級機６へ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（１次分級）。

分級機６に到達した粒子群は、所定粒度以下の微粒子と所定粒度を超えた粗粒子とに分級され（２次分級）、粗粒子は粉砕部５に落下して再び粉砕される。一方、分級機６を出た微粒子は排出管７から石炭焚ボイラ装置（図示せず）へ送られる。

前記分級機６は、固定式分級機構１０と回転式分級機構２０の２段式構造になっている。固定式分級機構１０は、固定フィン１２と回収コーン１１を有している。固定フィン１２は、図２１と図２２に示すように天井壁４０から下向きに吊り下げられ、かつ図２３に示すように分級機６の中心軸方向に対して任意の角度で多数枚固定されている。回収コーン１１は、固定フィン１２の下側にすり鉢状に設けられている。

回転式分級機構２０は、回転軸２２と、それに支持された回転フィン２１と、前記回転軸２２を回転駆動するモータ２４を有している。前記回転フィン２１は板の長手方向が分級機６の中心軸方向（回転軸方向）とほぼ平行に延び、かつ図２３に示すように分級機６の中心軸方向に対して任意の角度で多数枚配置され、矢印２３方向へ回転する。

図２２に示すように下方より吹き上げられて分級機６へ導入された固体粒子と気体の混合物からなる固気二相流５２は、まず固定フィン１２を通過するときに、整流化されると同時に予め弱い旋回が与えられる（図２３参照）。そして回転軸２２を中心として所定の回転数で回転している回転フィン２１に到達したときに強い旋回が与えられ、固気二相流５２中の粒子には遠心力により回転フィン２１の外側に弾き飛ばされる力が加わる。このとき質量の大きい粗粒子５３は加わる遠心力が大きいため、回転フィン２１を通過する気流より分離される。そして図２２に示すように回転フィン２１と固定フィン１２の間から落下して、最終的には回収コーン１１の内壁上を滑り落ちて粉砕部５へ落下する。

一方、微粒子５４は加わる遠心力が小さいため、気流に同伴されて回転している回転フィン２１の間を通過し、製品微粉として竪型粉砕機の外部へ排出される。この製品微粉の粒度分布は、回転式分級機構２０の回転数で調整できる。なお、４１は粉砕部５のハウジングである。

石炭焚ボイラ装置に送給する製品微粉炭は、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの大気汚染物質や灰中未燃物を低減するために、粒度分布がシャープで粗粒子が殆ど混入しないものが要求されている。具体的には２００メッシュパス（粒径７５μｍ以下）の微粒子の質量割合が７０〜８０重量％のとき１００メッシュオーバーの粗粒子の混入割合が１重量％以下になるようにすることが目標とされている。

下記特許文献１には、従来の分級機よりも１００メッシュオーバーの粗粒子の混入割合を少なくすることが可能な分級機が記載されている。図２４は、その分級機の一部概略構成図である。

この分級機は、回転フィン２１の外周側に上面板４０から吊り下げられた円筒状の下降流形成部材１３が設けられている。粉砕部から上昇して来る固気二相流５２は、慣性力により上面板４０の下まで上昇する。そして固定フィン１２の隙間を通過して、下降流形成部材１３に衝突した後に重力によって下方へ移動する下降流となる。下降流形成部材１３の下端部付近で回転フィン２１側へ向かう流れに変わるとき、重力と下向きの慣性力の大きい粗粒子５３は流れから分離され、回収コーン１１の内壁に沿って下部へ落下する。そのため、回転フィン２１へは粗粒子５３を殆ど含まない粒子群が到達し、製品微粉中の粗粒子の混入割合を少なくすることができる。

下記特許文献２には、下降流形成部材１３の適正な長さや位置を規定することが記載されている。
特開平１０−１０９０４５号公報 特開２０００−５１７２３号公報

図２５は、図２４に示した分級機内の流動数値解析によるガスのフローパターンを示す図である。この図から明らかなように、下降流形成部材１３とハウジング４１の間の領域Ｙに大きな循環渦流１４が発生している。

下降流形成部材１３で粗粒子５３を効率的に除去する理想的なガスの流れは、上面板４０から下降流形成部材１３を沿うような流れであるが、この循環渦流１４の存在で、ガスの流れは上面板４０から下方へ離れた所を流れている。

図２６は、回収コーン１１から下降流形成部材１３までの粒子群の流れ状態を示す図である。回収コーン１１から上昇して来る粒子群は、循環渦流１４との干渉により上面板４０近傍に到達する前にほぼ水平方向に押し曲げられ、下降流形成部材１３の下端部に衝突するだけで、下降流形成部材１３による粗粒子の分離効果が有効に発揮されていないことが分かる。

この循環渦流１４の発生、発達メカニズムを図２７を用いて説明する。同図(１)に示すように、ハウジング４１の上端部と上面板４０の外周部の接合部(コーナ部)付近のガスは壁面からの粘性抵抗の影響により流れ難いため、淀み部１５が形成される。そして同図(２)に示すように、淀み部１５の下部が下降流形成部材１３ヘ向かうガスの流れ（固気二相流５２）に引っ張られて、最初に小さい循環渦流１４が発生する。そしてこのガスの流れに対して堰止め効果を発揮する下降流形成部材１３が設置されていると、同図(３)に示すように循環渦流１４は大きく発達して、その循環渦流１４の存在で固気二相流５２が押し下げられる。

また、この循環渦流１４に捕捉された超微粒子は慣性力が弱いため循環渦流１４から離脱するのが困難で、循環渦流１４内に滞留し易い。よってここでの超微粒子の濃度は他の部分よりも局部的に高くなる。何らかの原因でガス温度が上昇した場合、この部分から発火する危険性がある。

図２８は、下降流形成部材１３が設置されていない場合のガスの流れを示す図である。この図から明らかなように回転フィン２１の外周側にガスの流れを堰止める下降流形成部材１３が設置されていないと、上面板４０とハウジング４１の接合部(コーナ部)付近にガスの流れが殆ど無い比較的小さい淀み部１５が形成されている程度であり、ガスの全体的な流れはスムーズで、回転フィン２１側に流れ込んでいる。ただしこの場合、下降流形成部材１３が設置されていないから、下降流形成部材１３による粗粒子の除去効果はなく、分級機から取り出される粒子群中への粗粒子の混入割合が高い。なお、図２８に示す淀み部１５の所に傾斜板などの部材を設置してもガスの流れは変ることなく、従って分級機から取り出される粒子群中への粗粒子の混入割合が高いことが実験で確認されている。

なお、図２４において下降流形成部材１３の長さを長くして固気二相流５２との衝突面積を広くすることも考えられるが、下降流形成部材１３を長くすると回転フィン２１の開口部を塞ぐ面積が増えて、分級機内での圧力損失が高くなり、分級効率が低下するため得策ではない。

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、従来提案されたものよりも粗粒子の混入割合がさらに低くて、微粒子を安定に得ることができる分級機およびそれを備えた竪型粉砕機、ならびにその竪型粉砕機を備えた石炭焚ボイラ装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の第１の手段は、遠心力により固体粒子の分級を行う回転フィンと、その回転フィンの外周側に設けられた筒状の下降流形成部材と、前記回転フィンならびに下降流形成部材の下方に配置されたすり鉢状の回収コーンと、前記回転フィン，下降流形成部材ならびに回収コーンを収容するハウジングとを備え、
そのハウジングと回収コーンの間に縮流領域が形成され、回収コーンの下方からその縮流領域を通って吹き上げられた前記固体粒子と気体の混合物からなる二相流を、前記ハウジングの上部において前記下降流形成部材に衝突させて下降流にした後に回転している前記回転フィン側に導いて、前記二相流中の粒子を微粒子と粗粒子に分けて、微粒子は気流に同伴されて回転している回転フィンの間を通過して取り出す分級機において、
前記縮流領域の上方でかつ前記下降流形成部材の外周位置に、その位置で発生する循環渦流の発達を抑制するための循環渦流発達抑制部を設けたことを特徴とするものである。

本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記循環渦流発達抑制部が、前記ハウジングの側壁上部からハウジングの上面に設けられた上面板の外周部にかけて渡された傾斜部材によって形成したことを特徴とするものである。

本発明の第３の手段は前記第１の手段において、前記循環渦流発達抑制部が、前記ハウジングの側壁上部または上面板の外周部を屈曲して形成したことを特徴とするものである。

本発明の第４の手段は前記第２または第３の手段において、前記循環渦流発達抑制部の傾斜角度が１５〜７５°の範囲に規制されていることを特徴とするものである。

本発明の第５の手段は前記第２ないし第４の手段において、前記ハウジングの側壁から前記下降流形成部材までの距離をＬ、ハウジングの側壁から前記循環渦流発達抑制部の上端部までの水平幅をＷとしたとき、Ｗ／Ｌが０．１５以上に規制されていることを特徴とするものである。

本発明の第６の手段は前記第２ないし第４の手段において、前記ハウジングの側壁から前記下降流形成部材までの距離をＬ、前記上面板から前記循環渦流発達抑制部の下端部までの垂直高さをＨ３としたとき、Ｈ３／Ｌが０．１５〜１の範囲に規制されていることを特徴とするものである。

本発明の第７の手段は前記第１の手段において、前記循環渦流発達抑制部が、ハウジングの側壁上部から上面板の外周部にかけて内側が凹になるように円弧状に形成されていることを特徴とするものである。

本発明の第８の手段は前記第７の手段において、前記ハウジングの側壁から前記下降流形成部材までの距離をＬ、前記循環渦流発達抑制部の曲率半径をＲとしたとき、Ｒ／Ｌが０．２５〜１の範囲に規制されていることを特徴とするものである。

本発明の第９の手段は前記第１ないし第８の手段において、前記回転フィンの回転軸方向の高さをＨ１、前記下降流形成部材の回転軸方向の高さをＨ２としたとき、Ｈ２／Ｈ１が１／２〜１／４の範囲に規制されていることを特徴とするものである。

本発明の第１０の手段は前記第１ないし第９の手段において、前記下降流形成部材と循環渦流発達抑制部の間に、前記回転フィンの回転軸方向に対して任意の角度で多数枚固定された固定フィンを設けたことを特徴とするものである。

本発明の第１１の手段は前記第１ないし第１０の手段において、前記回収コーンの上部にショートパス防止部材が設けられていることを特徴とするものである。

本発明の第１２の手段は、粉砕テーブルと粉砕ボールまたは粉砕ローラとの噛み合いにより原料を粉砕する粉砕部と、その粉砕部の上部に設置されて所定の粒度に分級する分級機を備えた竪型粉砕機において、前記分級機が前記第１ないし第１０の手段の分級機であることを特徴とするものである。

本発明の第１３の手段は、粉砕テーブルと粉砕ボールまたは粉砕ローラとの噛み合いにより原料を粉砕する粉砕部と、その粉砕部の上部に設置されて所定の粒度に分級する分級機を備えた竪型粉砕機を付設し、その竪型粉砕機によって得られた所定の粒度の微粉炭を燃焼する石炭焚ボイラ装置において、前記分級機が第１ないし第１０の手段の分級機であることを特徴とするものである。

本発明は前述のような構成になっており、従来提案されたものよりも粗粒子の混入割合がさらに低くて、微粒子を安定に得ることができる分級機およびそれを備えた竪型粉砕機、ならびにその竪型粉砕機を備えた石炭焚ボイラ装置を提供することができる。

次に本発明の実施形態を図とともに説明する。図１は第１実施形態に係る分級機を備えた竪型粉砕機の概略構成図、図２はその分級機の一部概略構成図、図３はその粉砕機を備えた石炭焚ボイラ装置の系統図である。

石炭焚ボイラ装置の系統について図３を用いて説明する。押込送風機６１により送り込まれた燃焼用空気Ａは一次空気Ａ１と二次空気Ａ２に分離され、一次空気Ａ１は、冷空気として一次空気用押込送風機６２により直接に竪型粉砕機６３に送られるものと、排ガス式空気予熱器６４により加熱されて竪型粉砕機６３に送られるものとに分岐される。そして冷空気と温空気は混合空気が適温になるように混合調整されて、竪型粉砕機６３に供給される。

石炭５０は石炭バンカ６５に投入された後、給炭機６６により定量ずつ竪型粉砕機６３に供給されて粉砕される。一次空気Ａ１により乾燥されながら粉砕されて生成した微粉炭は、一次空気Ａ１により搬送されながら石炭焚ボイラ装置６７のバーナ用ウインドボックス６８に送られる。前記二次空気Ａ２は蒸気式空気予熱器６９と排ガス式空気予熱器６４により加熱されてウインドボックス６８に送られ、石炭焚ボイラ装置６７内での微粉炭の燃焼に供せられる。

微粉炭の燃焼で生成した排ガスは集塵機７０で塵埃が除去され、脱硝装置７１で窒素酸化物が還元されて、空気予熱器６４を経て誘引通風機７２で吸引され、脱硫装置７３で硫黄分が除去されて、煙突７４から大気中に放出される。

前記竪型粉砕機６３は図1に示すように、粉砕部５と、その上方に設置された分級機６とから主に構成されている。給炭管１より供給された石炭５０は矢印で示すように、回転している粉砕テーブル２の中心部に落下し、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の外周側へ移動して、粉砕テーブル２と粉砕ボール３の間に噛み込まれて粉砕される。

粉砕された粉体はスロート４から導入される熱風５１により、乾燥されながら上方へ吹き上げられる。吹き上げられた粉体のうち、粒度の大きいものは分級機６へ搬送される途中で落下し、粉砕部５に戻される（１次分級）。

分級機６に到達した粒子群は、微粒子と粗粒子とに分級され（２次分級）、粗粒子は粉砕部５に落下して再び粉砕される。一方、分級機６を出た微粒子は排出管７から石炭焚ボイラ装置６７へ燃料として送られる（図３参照）。

分級機６は、固定式分級機構１０と回転式分級機構２０の２段式構造になって
いる。固定式分級機構１０は、固定フィン１２と回収コーン１１を有している。

固定フィン１２は、上面板４０から吊り下げられ、かつ分級機６の中心軸方向に
対して任意の角度で多数枚回収コーン１１の上端部に連結されている。回収コーン１１は固定フィン１２の下側にすり鉢状に設けられ、回収コーン１１によって回収された粗粒子は粉砕部５に落下して再び粉砕される。

回転式分級機構２０は、モータ２４と、それによって回転駆動される回転軸２２と、その回転軸２２の下部に連結された回転フィン２１とを有している。回転フィン２１は板の長手方向が分級機６の中心軸方向（回転軸方向）とほぼ平行に延び、かつ分級機６の中心軸方向に対して任意の角度で多数枚配置されている。回転フィン２１の上端部は、上面板４０との間に若干の隙間をおいて近接している。

回転フィン２１の外周側でかつ固定フィン１２と回転フィン２１のほぼ中間位置に、上面板４０から吊り下げられた円筒状の下降流形成部材１３が配置されている。下降流形成部材１３ならびに回転フィン２１の外径は回収コーン１１の上端部の内径よりも小さく、下降流形成部材１３と回転フィン２１は回収コーン１１の内側に配置されている。また、すり鉢状回収コーン１１の側壁とハウジング４１の側壁とにより、上方に行くに従って徐々に狭くなった縮流領域１６が形成されている。

ハウジング４１の上端部と上面板４０の外周部との接合部(コーナ部)に、図２７などで示した循環渦流１４の発達を抑制するための循環渦流発達抑制部３０が設けられている。図４は循環渦流発達抑制部３０の底面図、図５は循環渦流発達抑制部３０付近の拡大断面図である。

本実施形態の場合循環渦流発達抑制部３０は、図４に示すように複数枚のフラットな円弧状板３１を連ねてハウジング４１の内周に沿うように設けられている。図４に示すように各円弧状板３１は、前記コーナ部に設置された側面形状がほぼ三角形の支持板３２によって支持されている。図１および図２に示すように、循環渦流発達抑制部３０の内側傾斜面は下降流形成部材１３と対向している。

図２に示すように回転フィン２１の軸方向の高さをＨ１、下降流形成部材１３の軸方向の高さをＨ２とした場合、本実施形態ではＨ２／Ｈ１の寸法比を０．３３（１／３）とした。また下降流形成部材１３は、固定フィン１２と回転フィン２１の中間位置に設置した。さらにハウジング４１の側壁から下降流形成部材１３までの距離をＬ、ハウジング４１の側壁から循環渦流発達抑制部３０の上端部までの水平幅をＷ、上面板４０から循環渦流発達抑制部３０の下端部までの垂直高さをＨ３、循環渦流発達抑制部３０の傾斜角度をθとした場合、本実施形態では傾斜角度θ＝４５°、Ｈ３／Ｗ＝１、Ｈ３／Ｌ＝Ｗ／Ｌ＝０．３５とした。

前記Ｈ２／Ｈ１の寸法比は、１／２〜１／４の範囲に既設するのが好ましい。Ｈ２／Ｈ１が１／２を超えると下降流形成部材１３の存在によって圧力損失が増し、一方、Ｈ２／Ｈ１が１／４より小さくなると下降流形成部材１３の機能が十分に発揮されない。

図６は本実施形態に係る分級機内の流動数値解析によるガスのフローパターンを示す図である。この図から明らかなように、下降流形成部材１３の設置によって循環渦流１４が発生、発達するハウジング４１の内周面側に循環渦流発達抑制部３０を設けることにより、循環渦流１４の発生、発達が抑制され、循環渦流１４の干渉が無くなるため、ガスは上面板４０から下降流形成部材１３に沿う理想的な流れとなっている。

図７は、本実施形態に係る分級機内の粒子群の軌跡を示す図である。循環渦流１４の干渉が無くなるため、粒子群は上面板４０の近傍まで上昇して、下降流形成部材１３に沿うように下降しており、下降流形成部材１３による粗粒子の分離機能が有効に発揮されていることが分かる。

図７では図示していないが、下降流形成部材１３に衝突した固気二相流５２は重力によって下方へ移動する下降流に変るとき、重力と下向きの慣性力の大きい粗粒子は流れから分離され、回収コーン１１の内壁に沿って下部へ落下する。そのため、回転フィン２１へは粗粒子を殆ど含まない粒子群が到達する。そして回転フィン２１の遠心力によってさらに粗粒子と微粒子に分けられ、粗粒子は回転フィン２１によって弾き飛ばされ、下降流形成部材１３に衝突して、または直接回収コーン１１上に落下する。分離された微粒子は、気流に同伴されて回転している回転フィン２１の間を通過して分級機から取り出される。

図８は、循環渦流発達抑制部３０の傾斜角度θを４５°に固定して、図２に示すＨ３／Ｌ（Ｗ／Ｌ）を変化した場合の分級機から取り出される２００メッシュパス中の微粉中に含まれる１００メッシュオーバーの粗粒子混入割合の変化を測定した結果を示す特性図である。

この図から明らかなように、Ｈ３／Ｌ（Ｗ／Ｌ）が０．１５以上になると粗粒子混入割合が極端に減少している。従ってＨ３／Ｌ（Ｗ／Ｌ）を０．１５以上(０．１５〜1)、好ましくは０．２〜１、さらに好ましくは０．３５〜１にすると、粗粒子が殆ど混入しない粒度分布のシャープな微粒子を得ることができる。図８では循環渦流発達抑制部３０の傾斜角度θを４５°にした場合について説明したが、傾斜角度θが多少ずれてもＨ３／Ｌ（Ｗ／Ｌ）は前述のように規制するのが好ましいことが実験で確認されている。

図９は、Ｈ３／ＬまたはＷ／Ｌを０．１５に固定して、循環渦流発達抑制部３０の傾斜角度θを変化させた場合の１００メッシュオーバーの粗粒子混入割合の変化を測定した結果を示す特性図である。図中の実線はＨ３／Ｌを０．１５に固定して傾斜角度θを変化させた場合の特性曲線、点線はＷ／Ｌを０．１５に固定して傾斜角度θを変化させた場合の特性曲線である。

この図から明らかなように、循環渦流発達抑制部３０の傾斜角度θを１５〜７５°、好ましくは３０〜６０°の範囲内で設定すれば、粗粒子の混入割合を低減することができる。図９ではＨ３／ＬまたはＷ／Ｌを０．１５に固定した場合について説明したが、Ｈ３／ＬまたはＷ／Ｌが多少ずれても循環渦流発達抑制部３０の傾斜角度θは前述のように規制するのが好ましいことが実験で確認されている。

図１０は、第２実施形態に係る分級機の一部概略構成図である。本実施形態の場合、ハウジング４１の上端部を下降流形成部材１３側に向けて所定の大きさに屈曲することにより、循環渦流発達抑制部３０を形成している。本実施形態ではハウジング４１の上端部で循環渦流発達抑制部３０を形成したが、上面板４０の外周部を傾斜させて循環渦流発達抑制部３０とすることも可能である。

図１１は、第３実施形態に係る分級機の一部概略構成図である。本実施形態の場合、循環渦流発達抑制部３０を固定フィン１２の付け根部まで延ばしている。

図１２は、第４実施形態に係る分級機の一部概略構成図である。本実施形態の場合、循環渦流発達抑制部３０を下降流形成部材１３の付け根部まで延ばしている。従ってこの場合、ｗ／Ｌ＝１となる。

図１３はこの実施形態における粒子群の軌跡を示す図で、粒子は下降流形成部材１３の付け根部まで達しており、下降流形成部材１３の粗粒子分離効果が有効に発揮されている。本実施形態では循環渦流発達抑制部３０を構成する部材と上面板４０とを別にしたが、上面板４０の外周部付近を下方に斜めに屈曲して、その屈曲部で循環渦流発達抑制部３０を構成することもできる。

図１４は、第５実施形態に係る分級機の一部概略構成図である。本実施形態の場合、ハウジング４１の上端部から上面板４０の外周部にかけて滑らかに接続するような内側が凹になる円弧状の循環渦流発達抑制部３０が形成されている。円弧状をした循環渦流発達抑制部３０の半径をＲとしたとき、本実施形態ではＲ＜Ｌとなっている。図１４では完全な円弧状の循環渦流発達抑制部３０を設置しているが、放物線状の円弧を描く循環渦流発達抑制部３０であっても構わない。

図１５は、Ｒ＝Ｌの場合の分級機内における流動数値解析によるガスのフローパターンを示す図である。縮流領域１６を通過して吹き上げられた固気二相流は円弧状の循環渦流発達抑制部３０に沿って下降流形成部材１３側に滑らかに流れる。

図１６は本実施形態に係る分級機内での粒子群の軌跡を示す図で、粒子群も円弧状の循環渦流発達抑制部３０に沿って下降流形成部材１３側に滑らかに流れ、下降流形成部材１３の粗粒子分離効果が有効に発揮されている。

図１７は、円弧状の循環渦流発達抑制部３０を有する分級機のＲ／Ｌと１００メッシュオーバーの粗粒子混入割合の関係を示す特性図である。この図から明らかなように、Ｒ／Ｌを０．２５以下(０．２５〜１)、好ましくは０．４〜１、さらに好ましくは０．６〜１にすることにより、粗粒子混入割合をかなり低減することができる。

図１８は、第６実施形態に係る分級機の一部概略構成図である。本実施形態の場合、固定フィン１２の下端部または回収コーン１１の上端部に、ショートパス防止部材１７を設けている。このようにショートパス防止部材１７を設けることにより、下方より上昇して来る固気二相流に含まれている微粒子が、下降流形成部材１３によって形成される下降流に引き込まれて、回転フィン２１に到達しないで回収コーン１１上へ落下するのを防止でき、微粒子の不要な再循環が避けられる。このショートパス防止部材１７は、次の図１９に示す回収コーン１１の上端部に設置することも可能である。

図１９は、第７実施形態に係る分級機の一部概略構成図である。本実施形態の場合、固定フィン１２の設置を省略している。このように固定フィン１２を省略することにより、比較的大きな循環渦流発達抑制部３０、例えば図１２に示すＷ／Ｌ＝１、あるいは図１５に示すＲ／Ｌ＝１のような循環渦流発達抑制部３０の設置が容易に可能となる。

図２０は、図１に示す本発明の第１実施形態に係る分級機（曲線Ａ）、図２１に示す従来の分級機（曲線Ｂ）ならびに図２４に示す従来提案された分級機（曲線Ｃ）の、２００メッシュパスの粒度分布をもつ製品微粉中に含まれる１００メッシュオーバーの粗粒子の混入割合（絶対値）を測定した結果を示す図である。

この図から明らかなように、従来提案された分級機（曲線Ｃ）は従来の分級機（曲線Ｂ）よりも粗粒子の混入割合が半減しているが、本発明に係る分級機（曲線Ａ）は、下降流形成部材と循環渦流発達抑制部との相乗効果によりさらに低減でき、従来の分級機に較べて粗粒子の混入割合を１／４〜１／３にすることができる。

前記実施形態では石炭の粉砕、分級の場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばセメント、セラミック、金属、バイオマスなど、各種固体の粉砕、分級などに適用可能である。

前記実施形態では竪型ボールミルの場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、竪型ローラミルにも適用可能である。

本発明の第１実施形態に係る分級機を備えた竪型粉砕機の概略構成図である。 その分級機の一部概略構成図である。 その竪型粉砕機を備えた石炭焚ボイラ装置の系統図である。 その分級機に設けた循環渦流発達抑制部の底面図である。 その循環渦流発達抑制部付近の拡大断面図である。 その分級機内の流動数値解析によるガスのフローパタンを示す図である。 その分級機内の粒子群の軌跡を示す図である。 その分級機におけるＨ３／Ｌと粗粒子混入割合の関係を示す特性図である。 その分級機における循環渦流発達抑制部の傾斜角と粗粒子混入割合の関係を示す特性図である。 本発明の第２実施形態に係る分級機の一部概略構成図である。 本発明の第３実施形態に係る分級機の一部概略構成図である。 本発明の第４実施形態に係る分級機の一部概略構成図である。 その分級機内の粒子群の軌跡を示す図である。 本発明の第５実施形態に係る分級機の一部概略構成図である。 その分級機内の流動数値解析によるガスのフローパタンを示す図である。 その分級機内の粒子群の軌跡を示す図である。 その分級機におけるＲ／Ｌと粗粒子混入割合の関係を示す特性図である。 本発明の第６実施形態に係る分級機の一部概略構成図である。 本発明の第７実施形態に係る分級機の一部概略構成図である。 本発明の第１実施形態に係る分級機と従来の分級機の２００メッシュパスの粒度分布をもつ製品微粉中に含まれる１００メッシュオーバーの粗粒子の混入割合を測定した結果を示す図である。 従来の分級機を備えた竪型粉砕機の概略構成図である。 その分級機の一部概略構成図である。 図２１のＸ−Ｘ線上の断面図である。 従来提案された分級機の一部概略構成図である。 その分級機内の流動数値解析によるガスのフローパタンを示す図である。 その分級機内の粒子群の軌跡を示す図である。 その分級機内での循環渦流の発生から発達するまでのメカニズムを説明するための図である。 下降流形成部材を備えていない従来の分級機内の流動数値解析によるガスのフローパタンを示す図である。

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：分級機、７：排出管、１０：固定式分級機構、１１：回収コーン、１２：固定フィン、１３：下降流形成部材、１４：循環渦流、１５：淀み部、１６：縮流領域、１７：ショートパス防止部材、２０：回転式分級機構、２１：回転フィン、２２：回転軸、２４：モータ、３０：循環渦流発達抑制部、３１：円弧状板、３２：支持板、４０：上面板、４１：ハウジング、５０：石炭、５１：熱風、５２：固気二相流、５３：粗粒子、５４：微粒子、６１：押込送風機、６２：一次空気用押込送風機、６３：竪型粉砕機、６４：空気予熱器、６５：石炭バンカ、６６：給炭機、６７：石炭焚ボイラ装置、６８：ウインドボックス、６９：空気予熱器、７０：集塵機、７１：脱硝装置、７２：誘引送風機、７３：脱硫装置、７４：煙突。

Claims (13)

1. 遠心力により固体粒子の分級を行う回転フィンと、その回転フィンの外周側に設けられた筒状の下降流形成部材と、前記回転フィンならびに下降流形成部材の下方に配置されたすり鉢状の回収コーンと、前記回転フィン，下降流形成部材ならびに回収コーンを収容するハウジングとを備え、
   そのハウジングと回収コーンの間に縮流領域が形成され、回収コーンの下方からその縮流領域を通って吹き上げられた前記固体粒子と気体の混合物からなる二相流を、前記ハウジングの上部において前記下降流形成部材に衝突させて下降流にした後に回転している前記回転フィン側に導いて、前記二相流中の粒子を微粒子と粗粒子に分けて、微粒子は気流に同伴されて回転している回転フィンの間を通過して取り出す分級機において、
   前記縮流領域の上方でかつ前記下降流形成部材の外周位置に、その位置で発生する循環渦流の発達を抑制するための循環渦流発達抑制部を設けたことを特徴とする分級機。
2. 請求項１記載の分級機において、前記循環渦流発達抑制部が、前記ハウジングの側壁上部からハウジングの上面に設けられた上面板の外周部にかけて渡された傾斜部材によって形成したことを特徴とする分級機。
3. 請求項１記載の分級機において、前記循環渦流発達抑制部が、前記ハウジングの側壁上部または上面板の外周部を屈曲して形成したことを特徴とする分級機。
4. 請求項２または３記載の分級機において、前記循環渦流発達抑制部の傾斜角度が１５〜７５°の範囲に規制されていることを特徴とする分級機。
5. 請求項２ないし４のいずれか１項記載の分級機において、前記ハウジングの側壁から前記下降流形成部材までの距離をＬ、ハウジングの側壁から前記循環渦流発達抑制部の上端部までの水平幅をＷとしたとき、Ｗ／Ｌが０．１５〜１の範囲に規制されていることを特徴とする分級機。
6. 請求項２ないし４のいずれか１項記載の分級機において、前記ハウジングの側壁から前記下降流形成部材までの距離をＬ、前記上面板から前記循環渦流発達抑制部の下端部までの垂直高さをＨ３としたとき、Ｈ３／Ｌが０．１５以上に規制されていることを特徴とする分級機。
7. 請求項１記載の分級機において、前記循環渦流発達抑制部が、ハウジングの側壁上部から上面板の外周部にかけて内側が凹になるように円弧状に形成されていることを特徴とする分級機。
8. 請求項７記載の分級機において、前記ハウジングの側壁から前記下降流形成部材までの距離をＬ、前記循環渦流発達抑制部の曲率半径をＲとしたとき、Ｒ／Ｌが０．２５〜１の範囲に規制されていることを特徴とする分級機。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項記載の分級機において、前記回転フィンの回転軸方向の高さをＨ１、前記下降流形成部材の回転軸方向の高さをＨ２としたとき、Ｈ２／Ｈ１が１／２〜１／４の範囲に規制されていることを特徴とする分級機。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項記載の分級機において、前記下降流形成部材と循環渦流発達抑制部の間に、前記回転フィンの回転軸方向に対して任意の角度で多数枚固定された固定フィンを設けたことを特徴とする分級機。
11. 請求項１ないし１０のいずれか１項記載の分級機において、前記回収コーンの上部にショートパス防止部材が設けられていることを特徴とする分級機。
12. 粉砕テーブルと粉砕ボールまたは粉砕ローラとの噛み合いにより原料を粉砕する粉砕部と、その粉砕部の上部に設置されて所定の粒度に分級する分級機を備えた竪型粉砕機において、前記分級機が請求項１ないし１１のいずれか１項記載の分級機であることを特徴とする竪型粉砕機。
13. 粉砕テーブルと粉砕ボールまたは粉砕ローラとの噛み合いにより原料を粉砕する粉砕部と、その粉砕部の上部に設置されて所定の粒度に分級する分級機を備えた竪型粉砕機を付設し、その竪型粉砕機によって得られた所定の粒度の微粉炭を燃焼する石炭焚ボイラ装置において、前記分級機が請求項１ないし１１のいずれか１項記載の分級機であることを特徴とする石炭焚ボイラ装置。

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