JP2005343656A - 粉粒体供給装置と燃焼装置とその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バガスなどの粉粒体のホッパ内でのブリッジの解消と、フィーダの過負荷を防ぎ、バガスを安定的に搬送対象とする装置に供給する粉粒体供給装置を提供すること。
【解決手段】バガスＶなどの粉粒体を上方から下方に向けて末広がり状の円錐形ホッパ２０から、該ホッパ２０の下方に配置されるリング型フィーダ３の供給羽根に圧密化されない状態で供給できるので、粉粒体の結束力が弱位状態で前記フィーダ３よりボイラなどの装置に安定的に供給できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、粉粒体供給装置に係り、特にバガス及びバイオマスなどの粉粒体燃料を燃焼装置に安定して連続供給することができる粉粒体供給装置と該粉粒体供給装置を用いる燃焼装置とその運転方法に関する。

砂糖きびを搾った後の粕をバガスと称している。バガスを製糖工場では燃料にしてボイラで燃焼させて蒸気を発生させ、これを工場内で使用し、さらに蒸気タービンと発電機で発電する場合もある。

図６にはバガスＶをボイラに供給するバガス供給系Ａとバガスを燃料として利用するボイラ１とバガス燃焼後のバガス灰の処理系Ｂの構成図を示す。バガスＶはバガスホッパ２とバガスフィーダ３を組合せた装置からボイラ側壁を経由してボイラ１内に設置されたストーカ（火格子）５に供給される。該ストーカ５上に供給されたバガスＶは燃焼に付されてボイラ１内の図示しない多数の伝熱管群内を流れる水を加熱して水を蒸気に変える。

バガスＶの燃焼によって生成した灰の中のストーカ５上の灰は、ボイラ側壁から外部に搬送されて水を収納した第１タンク６に落下し、さらに残りの灰はボイラ底部から同じく水を収納した第２タンク７に落下する。これらの各タンク６，７の内部の貯水により冷却された灰はそれぞれのタンク６，７の底面に設けられた灰コンベア６ａ，７ａにより屋外の灰捨場９に送られる。

図３に従来の円筒形ホッパ２とフィーダ３の側断面図を示し、図４に図３のＡ−Ａ線断面矢視図を示す。ホッパ２の上部にはバガスＶをフライト１１で搬送するコンベヤ１２が設けられており、コンベヤ１２上を搬送されるバガスＶが円筒形ホッパ２内に供給される。また円筒形ホッパ２の底部にはリング１４の周囲に取り付けた複数の供給羽根１５と供給羽根１５とともにリング１４を回転させるモータ１６を備えたリングフィーダ３が接続している。

リングフィーダ３の下方周縁部の下方に排出口１８が設けられており、図４に示すように、バガスＶは供給羽根１５の間に充填され、回転しながら前記排出口１８からボイラ１に供給される。

また、バガスＶはボイラ１で燃焼する量より多くの量がフライト１１で連続搬送されて来るため、円筒形ホッパ２内にバガスＶが満杯になると余剰のバガスＶは余剰バガス貯留場１９に送られる。

バガスＶを燃焼装置等に搬送する構成に関する発明としては、バガスＶなどのバイオマス燃料を燃焼装置に供給する際にフィーダの下流部でバイオマス燃料が圧縮されることなく確実にシュート管を落下させるためにシュート管の上方に攪拌プレートを設けた構成に関する発明（特開２００３−１３０３３１号公報）及びバイオマス燃料をガス化炉に搬送するために水蒸気等の搬送ガスを用いて気流搬送する粉粒体供給装置に関する発明（特開２００４−９１５７０号公報）がある。
特開２００３−１３０３３１号公報 特開２００４−９１５７０号公報

上記従来技術の構成では、円筒形ホッパ２内にバガスＶが充填されて徐々にバガスＶの圧密が進むと、図５の円筒形ホッパ２の側断面図に示すように、ホッパ２の中間部で矢印Ｃで示すようにホッパ２の垂直壁面に押し付ける力が働き、前記ホッパ壁面にバガスＶが付着し、さらにその付着物が結束してブリッジを形成することがあり（何時もブリッジができるわけではなく、バガスＶの嵩比重、水分含有量及び絞り方などでブリッジが生じることある）、ボイラ１に燃料を連続的に供給できなくなる。

バガスＶは砂糖きびを搾ったもので、植物性繊維質と粉体が混合されており、糖分も若干含まれている物質である。バガスＶを圧縮すると容積が約６０％程度に減少し、またその結束力も強く、圧縮した状態で放置しても繊維のからみ合いなどのために元には戻らない。

圧縮されたバガスＶを元の嵩高い状態に戻すためには外力で解す必要がある。またバガスＶが３０℃〜４０℃程度の温度でホッパ２に供給されるため、熱により、空気・ガスが膨張して、円筒形ホッパ２内の圧力も上昇している。

円筒形ホッパ２内でバガスＶのブリッジが生じると、突き棒等を使用して人力でブリッジを解除している。またブリッジしていない状態では、図３に示すようにバガスＶの自重とコンベヤ１から連続供給されるバガスＶの圧密力により、矢印Ｄの力が供給羽根１５に荷重として作用するため、当該荷重がモータ１６の負担になり自動的に停止してしまうことがある。

上記したことが原因でボイラ１に連続してバガスＶを安定的に供給できず、バガスＶの燃焼制御性に悪影響を与えることがあった。すなわちバガスＶのボイラ１への供給が不足すると、ボイラ１に導入される燃焼用空気量がバガスＶのボイラ１への供給量により制御されていない場合にはボイラ内の酸素濃度が高くなる。その結果、排ガス中のＮＯｘ濃度が高くなるだけでなく炭酸ガス濃度も高くなる。

本発明の課題は、バガスなどの粉粒体のホッパ内でのブリッジの解消と、フィーダの過負荷を防ぎ、バガスを安定的に搬送対象とする装置に供給する粉粒体供給装置と該粉粒体供給装置を用いる燃焼装置とその運転方法を提供することである。

本発明の上記課題は、次の解決手段により解決される。
請求項１記載の発明は、粉粒体をホッパからリング型フィーダを経由して搬送する粉粒体の供給装置であって、ホッパは上方から下方に向けて末広がり状の円錐形状であり、該ホッパの下方に配置されるリング型フィーダはホッパの下端部の径より大きい外径を有する粉粒体供給用の羽根を備えた回転式リング型フィーダである粉粒体供給装置である。

請求項２記載の発明は、円錐形ホッパの下端部に上下方向に出代調整可能な円錐形スカートを設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の粉粒体供給装置である。

請求項３記載の発明は、円錐形ホッパの壁面に圧抜き配管を設置したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の粉粒体供給装置である。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の粉粒体供給装置を火炉への粉粒体燃料の供給装置として用いる燃焼装置である。

請求項５記載の発明は、リング型フィーダの回転数に応じて燃焼用空気を火炉に導入する請求項４記載の燃焼装置の運転方法である。

（作用）
請求項１〜３記載の発明によれば、ホッパを円錐形とすることにより、バガス等の粉粒体とホッパ内面との摩擦力を低減させて粉粒体を自重で落下させることができ、粉粒体をホッパ内で強く圧密化させること無く、連続してフィーダに供給することができる。また、粉粒体の圧密化が弱いために粉粒体の結束力が弱く、サラサラの状態でフィーダよりボイラなどの装置に安定供給できる。

請求項４記載の発明によれば、前記請求項１記載の発明の粉粒体供給装置を火炉への粉粒体燃料の供給装置として用いるとボイラなどの燃焼装置に粉粒体状の固体燃料を安定的に供給できる。

請求項５記載の発明によれば、火炉内への燃焼用空気の導入量を粉粒体状の固体燃料の供給量によらず、リング型フィーダの回転数に応じて決めるので、固体燃料の供給量の計測器が不要である。

請求項１記載の発明によれば、円錐形ホッパを用いて粉粒体を上方から下方に向けて供給するので粉粒体をホッパ内で強く圧密化させること無く、連続してフィーダに安定供給でき、さらにフィーダからボイラなどにも安定して供給できる。

請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて出代調整可能な円錐形スカートを円錐形ホッパ下端部よりさらに下方に突き出したり、上方に引き上げる調整を行うことにより、フィーダの供給羽根に掛かるバガスの垂直荷重を適切な大きさにして、スムーズに定量的に粉粒体をボイラ等に向けて供給することができる。

請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の発明の効果に加えて円錐形ホッパの壁面に圧抜き配管が設けられているので、ホッパ内の温度上昇などによりホッパの内圧が上昇しても、圧抜き配管から圧力を大気中に逃がすことができ、ホッパ側壁への押圧力と下方のフィーダの供給羽根への垂直荷重を増加させることなく、粉粒体をボイラ等に向けて安定的に供給することができる。

請求項４記載の発明によれば、前記請求項１記載の発明の粉粒体供給装置を火炉への粉粒体燃料の供給装置として用いると、ボイラなどの燃焼装置に粉粒体状の固体燃料を安定的に供給でき、資源の再利用を図ることができる。特に燃焼装置がボイラである場合には、ボイラで得られる蒸気を利用して新たな電力、動力エネルギーが得られる。

請求項５記載の発明によれば、火炉内への燃焼用空気の導入量を粉粒体状の固体燃料の供給量によらず、リング型フィーダの回転数に応じて決めるので、固体燃料の供給量の高価な計測器を使用しないで燃焼制御ができる利点がある。

本発明の実施例を図面とともに説明する。
図１に本実施例のバガスＶを図６に示すボイラ１に供給するためのコンベア１２とホッパ２０とフィーダ３の側断面図を示す。

本実施例ではホッパ２０は円錐形のものを使用する。ホッパ２０の上部にはバガスＶはフライト１１で搬送するコンベヤ１２が設けられている。また本実施例のホッパ２０は上方から下方に向けて末広がり状の側壁面を有する円錐形ホッパ２０であることが図３等の示す従来技術の円筒形ホッパ２とは異なる。円錐形ホッパ２０の底部は開放しているが、フィーダ３に出代調整可能な円錐形スカート２１を円錐形ホッパ２０の下端部に設ける。該円錐形スカート２１は円錐形ホッパ２０の下端部の外側面上に上下動自在に配置され、その上端部の内径を円錐形ホッパ２０の下端部の外径より小さくして円錐形スカート２１が円錐形ホッパ２０から落下しないようにしている。

また、円錐形ホッパ２０の底部から距離をおいた下方には円筒状のフィーダ３が設けられている。円筒状のフィーダ３の径は円錐形ホッパ２０の下端部の径より大きく構成されている。

円筒状フィーダ３の下部には回転する円筒状のリング１４と該リング１４の円周方向に等間隔に設けられた供給羽根１５が設けられている。該リング１４はフィーダ３の外部に設けられたモータ１６により駆動される。

また円筒状のフィーダ３の上部には該円筒状のフィーダ３と略同径の円筒ケーシング２３が設けられており、開放した円錐形ホッパ２０の底部から落下するバガスＶが円筒状のフィーダ３からあふれ出ても円筒ケーシング２３内に留まることになる。

また、円錐形ホッパ２０の側壁と円筒ケーシング２３の頂部には圧抜き配管２４が設けられており、ホッパ２０内及びケーシング２３内の空気が加圧されることを防いでいる。

上記構成からなる本実施例において、コンベア１２からバガスＶがフライト１１で搬送され、円錐形ホッパ２０に供給される。また円錐形ホッパ２０の側壁は傾斜状であるので、該ホッパ２０内に供給されたバガスＶによる前記側壁面への押圧力は下方に逃げ、バガスＶを下方に滑らす力に変換されるため、バガスＶが側壁面へ付着することがなく、ブリッジも形成されない。このようにホッパ２０を円錐形にするという単純な構成で従来の問題点であったホッパ２０内でのバガスブリッジの形成を防止できることが本実施例の大きな特徴である。

また、出代調整可能な円錐形スカート２１の下端開口部の径はリング１４の径とほぼ同じにしている。そのため円錐形スカート２１の上方にある円筒ケーシング２３の内部に空洞を作ることができるので、フィーダ３内の外周部付近にある供給羽根１５の上のバガス高さが図３に示す従来の円筒形ホッパ２のそれに比べて低くなり、供給羽根１５に掛かるバガスＶの自重による荷重を減らすとともに、コンベヤ１２のフライト１１から連続的に押し付ける圧密力を直接供給羽根１５に伝えることはない。

こうして、矢印Ｄ方向の供給羽根１５に掛かるバガスＶの垂直荷重を軽減することができるため、モータ１６が過負荷により停止するおそれが無くなり、リング式のフィーダ３の安定した連続運転が可能となり、フィーダ３からボイラ１にバガスＶを安定して供給できる。

また、出代調整可能な円錐形スカート２１には上下動可能な機構を付属させることができる。そのため、円錐形ホッパ２０の下端部よりさらに下方に突き出したり、または、上方に引き上げる調整を行うことにより、供給羽根１５に掛かるバガスＶの垂直荷重を適切な大きさにして、供給羽根１５の回転運転に最適な位置に設定できる。この出代調整可能な円錐形スカート２１は図２の斜視図に示すように円周方向に数枚に分割した板材２１ａ〜２１ｆ（本実施例では６枚）からなり、各板材２１ａ〜２１ｆ（板材２１ｅ〜２１ｆは図示せず）は上下方向に円錐形ホッパ２０の外壁面を摺動自在な溝部２２ｇが設けられ、ホッパ側には各各板材２１ａ〜２１ｆを固定するボルト・ナットなどの固定部材２２を備えており、また互いの隣接部分にはバガスＶがあふれ出ない程度の間隔Ｌを設けている。従って各板材２１ａ〜２１ｆは前記間隔Ｌがゼロになる範囲で上方に移動可能になっている。

円錐形スカート２１と供給羽根１５との間の距離（高さ）Ｈが大きすぎると、円錐形スカート２１の下端部から供給羽根１５上へ一度に落下するバガスＶの量が多くなり、バガスＶの落下により供給羽根１５に大きな荷重が掛かり過ぎることになる。また前記距離Ｈが小さすぎると、ホッパ２０とスカート２１の内部にあるバガスＶの荷重が他に逃げること無く、直接供給羽根１５にかかるため、積み上がって圧密化されたバガスＶの荷重が大きくなる。

従って、円錐形スカート２１の上下位置をバガスＶの性状に合わせて適切に設定することで供給羽根１５に余分な荷重が掛からず、スムーズに定量的にバガスＶを排出口１８から図６に示すボイラ１に向けて供給することができる。

また、大気中に一方の端部が開放した圧抜き配管２４が円錐形ホッパ２０の側壁と円筒ケーシング２３の頂部に接続しているので、バガスＶの温度によるガスの膨張でホッパ２０の内圧が上昇し、側壁面の中間部付近におけるバガスＶからの外周側に押し付ける力と、バガスＶの下方への垂直荷重を増加させるのを防止して前記内圧を大気中に逃すことができる。

また、通常はバガスＶは円錐形ホッパ２０から定量的にリング型フィーダ３に供給され、さらにフィーダ３からボイラ１に定量的に供給される。ボイラ１へのバガスＶの定量的な供給量に対応した量の燃焼用空気がボイラ１内にバガスＶと共に供給される。このとき燃焼用空気によりバガスＶがボイラ１内に噴出されるので、バガスＶはストーカ５の上方で、重いものほど遠方まで吹き飛ばされて、ストーカ５に落ちたバガスＶが移動している間に燃焼する。

上述のように燃焼用空気のボイラ１への供給量はバガスＶの供給量に対応した量であることが望ましいが、バガスＶがホッパ２内でブリッジを形成するとフィーダ３に供給されるバガスＶの量が減り、燃焼用空気が過剰にボイラ１に供給されることになる。

従来技術では、バガスＶがホッパ２内でブリッジを形成すると、ボイラ１に連続してバガスＶが安定的に供給されなくなり、前述のようにボイラ１内での酸素量が多すぎる等の問題点があった。しかし従来技術ではボイラ１内への燃焼用空気量の調整をするためにはボイラに供給されるバガス量の実測値が必要であったが、その測定は難しかった。

しかし、本実施例ではバガスＶがホッパ２内でブリッジを形成しないので、フィーダ３にバガスＶが安定的に供給されるため、フィーダ３の回転速度に対応した量の空気をボイラ１に導入するという簡単な制御でバガスＶがボイラ１内で正常な燃焼状態を維持できる。

また、ボイラ１の壁面は水管の間を板材で溶接して得られる水壁で構成され、またボイラ頂部の後部にはスクリーン管２５が設けられ、該スクリーン管２５の後方のガス流路には伝熱管群からなる過熱器２６と蒸発器２７が設けられ、これら水壁とスクリーン管２５と過熱器２６と蒸発器２７の伝熱管内には水、水と蒸気の混合流体又は蒸気が流れているので、最終的に蒸気が得られる。得られた蒸気は工場内のエネルギー源又は発電機のエネルギー源として利用される。

本発明はバガスなどのバイオマス固体燃料に限らず、ホッパ内でブリッジを形成し易いその他の粉粒体の搬送手段として利用可能性が高く、ボイラなどの燃焼装置への固体燃料供給装置としても利用可能性が高い。

本発明になる円錐形ホッパ、出代調整可能な円錐形スカート、圧抜き配管とフィーダを組み合わせたバガス供給装置の一実施例を示す。 図１の円錐形スカート部分の斜視図を示す。 従来の円筒形ホッパとフィーダを組み合わせた供給装置を示す。 図３のＡ−Ａ線断面矢視図を示す。 従来の円筒形ホッパの内部でバガスがブリッジした状況を示す。 バガスを燃料として用いる燃焼系の構成図を示す。

符号の説明

１ ボイラ ２ 円筒形ホッパ
３ フィーダ ５ ストーカ（火格子）
６ 第１タンク ７ 第２タンク
６ａ，７ａ 灰コンベア １１ フライト
１２ コンベア １４ リング
１５ 供給羽根 １６ モータ
１８ 排出口 １９ 余剰バガス貯留場
２０ 円錐形ホッパ
２１ 出代調整可能な円錐形スカート
２２ 固定部材 ２２ｇ 長穴
２３ 円筒ケーシング ２４ 圧抜き配管
２５ スクリーン管 ２６ 過熱器
２７ 蒸発器
Ａ バガス供給系 Ｂ バガス灰処理系
Ｃ 中間部で外周側に押し付ける力
Ｄ 供給羽根１５に垂直荷重として作用する力
Ｖ バガス

Claims (5)

1. 粉粒体をホッパからリング型フィーダを経由して搬送する粉粒体の供給装置であって、
   ホッパは上方から下方に向けて末広がり状の円錐形状であり、該ホッパの下方に配置されるリング型フィーダはホッパの下端部の径より大きい外径を有する粉粒体供給用の羽根を備えた回転式リング型フィーダであることを特徴とする粉粒体供給装置。
2. 円錐形ホッパの下端部に上下方向に出代調整可能な円錐形スカートを設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の粉粒体供給装置。
3. 円錐形ホッパの壁面に圧抜き配管を設置したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の粉粒体供給装置。
4. 請求項１記載の粉粒体供給装置を火炉への粉粒体燃料の供給装置として用いることを特徴とする燃焼装置。
5. リング型フィーダの回転数に応じて燃焼用空気を火炉に導入することを特徴とする請求項４記載の燃焼装置の運転方法。

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