JP2008101882A - 固体燃料搬送管 - Google Patents
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Abstract
【課題】設備レイアウトの自由度を向上させつつ詰まりによる閉塞や脈動現象などの不具合を発生させずに固体燃料を均等に分配して搬送する。
【解決手段】固体燃料搬送管10は、少なくとも分配部40を備えて構成され、ここでは、例えば曲管部20と、連結部30とをさらに備えている。曲管部20は、固体燃料を搬送気流とともに搬送するための搬送経路21を内部に構成する管状体からなり、搬送経路21内の所定位置には固体燃料を衝突させて搬送経路21内に分散させるための分散台23を有する。連結部30は、案内経路31を構成する管状体からなり、曲管部20および分配部40を連結する。分配部40は、固体燃料を導入するとともに複数の分岐先へ固体燃料を均等に分配する回転分配器50を内部に有する分配経路41を構成する分岐管状体からなる。
【選択図】図2
【解決手段】固体燃料搬送管10は、少なくとも分配部40を備えて構成され、ここでは、例えば曲管部20と、連結部30とをさらに備えている。曲管部20は、固体燃料を搬送気流とともに搬送するための搬送経路21を内部に構成する管状体からなり、搬送経路21内の所定位置には固体燃料を衝突させて搬送経路21内に分散させるための分散台23を有する。連結部30は、案内経路31を構成する管状体からなり、曲管部20および分配部40を連結する。分配部40は、固体燃料を導入するとともに複数の分岐先へ固体燃料を均等に分配する回転分配器50を内部に有する分配経路41を構成する分岐管状体からなる。
【選択図】図2
Description
本発明は、固体燃料を細かく粉砕して乾燥させて微粉化したものを燃焼用の燃料として利用する複数の燃焼部まで搬送する固体燃料搬送管に関し、さらに詳しくは固体燃料を各燃焼部に対して均一に分散させて搬送するのに適した固体燃料搬送管に関する。
近年益々エネルギーの需要が増大していることに対応し、瀝青炭のような高品位の石炭に代えて、褐炭のような水分や揮発分を多く含んだ石炭を粉砕・乾燥させて生成した微粉炭や、木材などのバイオマスを粉砕・乾燥させて粉末状にした微粉バイオマス燃料などの固体燃料を使用して燃焼を行うボイラやキルンなどの工業用炉が用いられている。
このような工業用炉のうち、固体燃料を使用する工業用炉においては、固体燃料を粉砕して微粉化する工程のところから燃焼する工程のところまで搬送する方式として、一般的に搬送空気(搬送気流)に固体燃料をのせて搬送する空気搬送方式が採用されている。
図7は、従来の空気搬送方式を採用した工業用炉の一例を説明するための説明図である。図7に示すように、工業用炉200においては、固体燃料を粉砕・乾燥させて微粉化したものが、シールゲート61および62を介して搬送管66内に供給される。搬送管66内に供給された固体燃料は、ブロア63によって発生された搬送気流により分配部64を通って均等に分散され、複数の燃焼用バーナ67に供給されて燃焼される(例えば、特許文献1参照)。
図8および図9は、従来の工業用炉における搬送管の分配部の一例を説明するための図である。図8に示すように、分配部64は、図中白抜き矢印で示す方向から搬送気流が流入される本流部68と、この本流部68から分岐板69を介して二股に分岐する分岐部65a,65bとを備えて構成され、各分岐部65a,65bから図中白抜き矢印方向に搬送気流が送り出される構造からなる。
このような構造の分配部64では、本流部68に流入された搬送気流が分岐部65a,65bに対して均等に分散される必要があり、同時に固体燃料も分岐部65a,65bにて均等に分布されなければならない。したがって、本流部68の前段階に搬送気流を搬送するための直線状、垂直上向きの搬送管が必要となり、この場合の搬送管は、本流部68の直径の15倍以上の長さをもって設置される。
また、図9(a)に示すように、他の分配部64は、上記のものよりも優れた固体燃料の分配性能を有するものであり、本流部68と、分岐部65a,65bを備える点は同様であるが、分岐板69の代わりに分岐部65a,65bへと至る内部空間を複数区画に分割する図9(b)に示すような分割板69aが備えられている点が異なっている。
このような構造の他の分配部64では、本流部68に流入された搬送気流が分岐部65a,65bに対して均等に分散されていなくても、分割板69aによりほぼ正確に搬送気流を分岐部65a,65bに対して均等に分散し固体燃料も均等に分布させることができるとされている。
特開2002−340306号公報
しかしながら、上述した従来技術の空気搬送方式による固体燃料の搬送については、空気搬送に関わる問題と燃料の分配に関わる問題とがある。すなわち、空気搬送に関わる問題としては、固体燃料(特に、植物系バイオマスを原料とするもの)は基本的に繊維質であり、その形状は球状ではなく糸状であるため粒子同士が絡みやすく、空気搬送する際に微粉炭などの固体粒子に比べて搬送気流中に均一に分散させることが困難であるため、搬送管底部への偏流や詰まりによる閉塞、さらには脈動現象などを起こしやすく、結果的に燃焼用バーナの燃焼効率を低下させてしまうという問題がある。
また、燃料の分配に関わる問題としては、工業用炉の燃焼用バーナは一つ当たりの燃焼量が少ないほど燃焼効率がよいとされるので複数設けられているが、各燃焼用バーナに供給される固体燃料の供給量が均等に配分されないと燃焼効率が低下し、工業用炉における燃焼性悪化や炉内温度分布の不均一化などが発生して、結果的に工業用炉全体の熱効率が低下してしまう場合がある。このため、分配部(分配装置)の前段に長い直線状、鉛直上向きの搬送管などを設置して燃焼用バーナの燃焼効率の向上を図り、工業炉全体の熱効率を向上させるような工夫が施されているが、このような搬送管を設置する場合は広大な設置スペースが必要となり、設備レイアウトの自由度が低いという問題がある。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、固体燃料を空気搬送方式によって複数の燃焼部へ搬送する際に、設備レイアウトの自由度を向上させつつ詰まりによる閉塞や脈動現象などの不具合を発生させずに均等に分配して搬送することができる固体燃料搬送管を提供することを目的とする。
上記目的達成のため、本発明に係る微粉バイオマス燃料搬送管は、固体燃料を粉砕・乾燥させて微粉化し搬送気流によって複数の燃焼部まで搬送する固体燃料搬送管であって、前記固体燃料を前記搬送気流とともに搬送するための搬送経路を通過した該搬送気流を導入し、当該搬送気流の導入方向と交差する方向に延びる回転軸が形成された回転分配器を内部に有する分配経路を構成する分岐管状体からなり、該搬送気流とともに前記固体燃料を当該回転分配器を介して複数の分配先へ分配する分配部を備えたことを特徴とする。
また、搬送経路を構成する管状体からなり、この搬送経路の入口側における搬送気流の流入方向に対して出口側におけるこの搬送気流の流出方向が90°の角度をなすように円弧状に曲げられた曲管部と、曲管部の搬送経路と連通し搬送気流を分配部側へ導く案内経路を構成する管状体からなり、曲管部および分配部を連結する連結部とをさらに備えて構成されていてもよい。
また、曲管部は、曲げられた円弧部分の搬送経路内の所定位置に搬送経路を通過する固体燃料を衝突させて搬送経路内に分散させるための分散台を有するように構成されていてもよい。
また、曲管部は、搬送経路における搬送気流の通過速度(V)が15m/sec〜30m/secとなるような管内径(D)を有し、この管内径(D)と円弧部分の曲率半径(R)との比(R/D)が5〜7となるように曲げられて形成されているのが好ましい。
また、曲管部の分散台は、搬送経路の入口側の円弧部分の端部位置とこの分散台の形成位置とがなす円弧の中心角が45°〜60°となる搬送経路内の最外周側内面に形成されている構成とされてもよい。また、曲管部の分散台は、搬送経路の中心軸方向に面するとともに固体燃料が衝突する平面状の衝突面を有し、この衝突面と円弧部分の接線との搬送経路の出口側方向に向かう傾斜角度が20°〜30°となるように形成されている構成とされてもよい。さらに、曲管部の分散台は、最外周側内面からの衝突面の最大高さが、管内径(D)の20%〜30%となるように形成されている構成とされてもよい。
また、分配部の回転分配器は、回転軸と交差する板面を有しこの回転軸の軸方向に沿って等間隔に配置された複数の回転板と、これら複数の回転板の板面間に設けられ各回転板を軸方向につなぐ板面を有し回転軸を通る直線状に配置された複数の仕切板とを備える構成とされていてもよい。さらに、回転分配器の複数の仕切板は、各仕切板の板面同士のなす角度が所定の位相角度分ずつずれた状態で配置されていることが好ましい。
本発明によれば、固体燃料を空気搬送方式によって複数の燃焼部へ搬送する際に、設備レイアウトの自由度を向上させつつ詰まりによる閉塞や脈動現象などの不具合を発生させずに均等に分配して搬送することが可能となるという効果を奏する。
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態に係る固体燃料搬送管を詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る固体燃料搬送管が適用された工業用炉の一例を説明するための説明図である。図1に示すように、工業用炉100においては、固体燃料を粉砕・乾燥させて微粉化したものが、シールゲート1および2を介して一次搬送管3内に供給される。
一次搬送管3内に供給された固体燃料は、まず、ブロア6によって発生された搬送気流により固体燃料搬送管(以下、単に「搬送管」と呼ぶ。)10に送られる。搬送管10は、一次搬送管3の下流端と複数の二次搬送管4の上流端との間に設けられる。搬送管10に供給された固体燃料は、複数の二次搬送管4に均等に分散される。さらに、これらの二次搬送管4の下流端に接続された本例の搬送管10を通ってその下流端に接続された複数の三次搬送管5に均等に分散され、これら複数の三次搬送管5の下流端に接続された複数の燃焼用バーナ7に供給されて燃焼される。
図2は、本例の搬送管10の側方断面(図1の紙面に沿った断面)を示す断面図である。また、図3は、図2のA−A’断面図である。また、図4は、図3の一部拡大断面図である。図2および図3に示すように、本例の搬送管10は、少なくとも分配部40を備えて構成され、ここでは、例えば曲管部20と、連結部30とをさらに備えて構成されている。この搬送管10は、上述したように、固体燃料を粉砕・乾燥させて微粉化したものを搬送気流によって複数の燃焼用バーナ7まで搬送するものであり、空気搬送方式での固体燃料の搬送に用いられるものである。
曲管部20は、例えば図2中白抜き矢印11で示す方向から搬送されてきた固体燃料を搬送気流とともに搬送するための搬送経路21を内部に構成する管状体からなる。この曲管部20は、搬送経路21の入口側における搬送気流の流入方向に対して出口側における搬送気流の流出方向が90°の角度をなすように円弧状に曲げられた形状からなり、例えば出口側の搬送気流の流出方向が水平方向であるとすると、入口側の搬送気流の流入方向が垂直方向(垂直上昇方向)となるように設置される。
曲管部20の曲げられた円弧部分の搬送経路21内の所定位置(ここでは、搬送経路21内の最外周側内面22)には、例えば搬送経路21内を通過する搬送気流とともに固体燃料を衝突させて搬送経路21内に分散させるための分散台23が形成されている。
曲管部20は、搬送経路21における搬送気流の通過速度Vが15m/sec〜25m/secとなるような管内径Dを有し、この管内径Dと円弧部分の曲率半径Rとの比(以下、「曲率」という。)R/Dが5〜7となるように曲げられて形成されている。分散台23は、搬送経路21の入口側の円弧部分の端部位置Eと分散台23の形成位置Fとがなす円弧EFの中心角θが45°〜60°となるように、搬送経路21内の最外周側内面22に形成されている。
また、分散台23は、搬送経路21の中心軸P方向に面するとともに搬送されてくる固体燃料が衝突する平面状の衝突面24を有する。この衝突面24は、搬送経路21の出口側に向かう曲管部20の円弧部分の接線Gとの傾斜角度αが20°〜30°となるように形成されている。そして、分散台23は、搬送経路21の最外周側内面22からの衝突面24の最大高さHが、搬送経路21の断面積を大きく狭めない程度に管内径Dの20%〜30%となるように形成されている。
このように構成された曲管部20は、搬送管10において、その円弧部分で搬送気流などの流体に作用する遠心力を利用して固体燃料を分散台23に対して集中させて流す役割を担う。このため、搬送経路21の入口側から流入する搬送気流に含まれる固体燃料の搬送経路21内での分布状態がどのような場合であっても、固体燃料を分散台23に対して集中させ、衝突面24に衝突させて曲管部20の中心軸P方向に均一に分散させることができる。
なお、搬送気流の通過速度Vは、15m/secよりも遅い場合は固体燃料が搬送経路21内で滞留して脈動現象が発生しやすくなり、30m/secよりも速い場合は圧力損失が大きくなってエネルギーロスが増加してしまうため、15m/sec〜30m/secの範囲に設定される。
また、曲管部20の円弧部分の曲率R/Dは、5よりも小さい場合は紙などの異物が円弧部分の搬送経路21内にて滞留して管閉塞などの不具合が発生しやすくなり、7よりも大きい場合は曲管部20自体が大きくなって設置スペースなどを圧迫してしまうため、5〜7の範囲に設定される。
また、分散台23の形成位置Fは、中心角θが45°よりも小さい場合は固体燃料が十分な遠心力を受けることができない状態のままで分散台23に対して流れ、十分に集中して衝突面24に衝突することができないために分散の効果が発揮できなくなる。また、中心角θが60°よりも大きい場合は分散台23の衝突面24から飛散する固体燃料の飛散角度が中心軸Pに対してほぼ平行とはならないため、連結部30および分配部40への流入角度が垂直状態とはならずに分配性能が低下してしまう。このため、分散台23は、中心角θが45°〜60°の範囲となる形成位置Fに設けられる。
なお、分散台23の衝突面24の傾斜角度αは、20°よりも小さい場合は固体燃料の分散効果が弱くなってしまい、30°よりも大きい場合は衝突して飛散した固体燃料が搬送経路21内の対向面に衝突して反射し、連結部30および分配部40への流入角度が垂直状態とはならずに分配性能が低下してしまうため、20°〜30°の範囲に設定される。
一方、連結部30は、曲管部20の搬送経路21と連通し搬送気流を分配部40側へ導く案内経路31を構成する管状体からなり、曲管部20および分配部40を連結する。この連結部30は、曲管部20の管内径Dと同径の垂直管32と、この垂直管32の管内径Dよりも大きな出口側開口内径Iを有し、例えば断面形状を円形断面から分配部40の矩形断面へと転換するための垂直角丸管33とを備えて構成されている。垂直管32は、曲管部20の搬送経路21の出口側に接続されるため、例えば上述した分散台23による固体燃料の分散が不十分であってもそれを補完する役割を担う。なお、連結部30の長さLは、管内径Dの3〜5倍程度に設定される。
分配部40は、曲管部20の搬送経路21および連結部30の案内経路31を通過した搬送気流に含まれる固体燃料を導入するとともに、この搬送気流の導入方向と交差する方向に延びる回転軸51が形成された回転分配器50を内部に有する分配経路41を構成する分岐管状体からなる。
分配部40の回転分配器50は、回転軸51と交差する板面を有しこの回転軸51の軸方向に沿って等間隔に配置された複数の回転板52と、これら複数の回転板52の板面間に設けられ各回転板52を軸方向につなぐ板面を有し回転軸51を通る直線状に配置された複数の仕切板53と、回転軸51と接続されて回転分配器50を駆動させる駆動部54とを備えて構成されている。なお、回転分配器50は、図3に示すように、回転板52の外周端面と分配経路41の内面との間に距離Tの間隔を形成する状態で分配経路41内に設けられる。
また、回転分配器50の仕切板53は、各回転板52の板面間に形成された空間部分(スリット:S)において、仕切板53の板面同士のなす角度が所定の位相角度(例えば、360°/スリット数)分ずつずれた状態で回転軸51に取り付けられ配置される。
このように構成された分配部40は、曲管部20および連結部30を通過した搬送気流に含まれる固体燃料の均一な分散が多少不完全であっても、回転分配器50によって複数の分岐先へ固体燃料を分配することでそれを補完する性能を有している。したがって、分配部40は、紙などの異物を滞留させることなく搬送気流とともに固体燃料を回転分配器50を介して複数の分岐先へ円滑かつ均等に分配する役割を担う。なお、紙などの大きな異物は、分配部40の回転分配器50に到達した時点でスリットSに捕捉され、回転によって下流側に移行し、分岐先側へ送出される。
この分配部40は、図4に示すように、回転分配器50の仕切板53の回転位置に応じて、図中矢印で示すような固体燃料の分岐先への分配率を0〜100%の範囲で変化させることができる分配性能を備えている。この分配率は、各仕切板53が上述したように所定の位相角度(360°/スリット数)ずつずれた状態で配置されていることから、各スリットSにおける分岐先への固体燃料の分配率もこれらのスリットSごとにずれて変化することとなる。
図5および図6は、分配部40の回転分配器50の分配性能試験の測定結果を説明するための説明図である。図5および図6は、例えば図4に示した分配部40の分配経路41の入口側における向かって左側の分岐先への分配率(左側分配率)が60%であって、回転分配器50のスリットSの数が8の場合と12の場合とでの分岐経路41の左側の分岐先の出口側における分配率(左側出口分配率)をそれぞれ示している。
図5に示すように、スリットSの数が8の場合では、次のような分配性能試験の測定結果を得ることができた。すなわち、回転分配器50の回転板52の回転数が6rpm、回転周期が10sec/revであるときに、固体燃料の左側出口分配率(最大)が59.9%、左側出口分配率(平均)が54.3%、左側出口分配率(最小)が48.8%であり、分配量変動周期が0.63sec/cycle、分配量変動率が10.3+%〜10.2−%、通過面積変動率が2.2+%〜1.1−%となった。
また、図6に示すように、スリットSの数が12の場合では、次のような分配性能試験の測定結果を得ることができた。すなわち、回転分配器50の回転板52の回転数が6rpm、回転周期が10sec/revであるときに、固体燃料の左側出口分配率(最大)が56.4%、左側出口分配率(平均)が53.6%、左側出口分配率(最小)が50.8%であり、分配量変動周期が0.42sec/cycle、分配量変動率が5.2+%〜5.2−%、通過面積変動率が0.9+%〜0.4−%となった。
このような結果から、回転分配器50の分配性能はスリットSの数によって変わり、スリットSの数を多くすると分配性能が高くなるということが判明した。例えばスリットSの数が8のときに左側出口分配率(平均)は54.3%であるが、スリットSの数が12になると53.6%に改善する。また、分配率の変動量(振幅)もスリットSの数が12のときはスリットSの数が8のときと比べて約1/2に減少する。さらに、分配量の変動サイクルはスリットSの数に比例して増加することが判明した。
したがって、スリットSの数が多いほど分配性能は高くなるが、スリットSの数をあまり多くすると回転分配器50が複雑かつ大型になってしまうのでスリットSの数は実用可能な範囲での数に止める必要がある。上記の測定結果などに基づいて本発明者が導き出した回転分配器50におけるスリットSの数は、10〜14となった。なお、スリットSの間隔は、紙などの異物が捕捉されると同時に、回転して下流側に移行した際に容易にスリットを離脱して分岐先側に送出され得るように十分な大きさとすべきであり、本発明者は25mm<スリットSの間隔<40mmが妥当であるという結論を導き出した。
本発明において使用される固体燃料としては、微粉炭、石油コークス、建築廃材や森林系の木質バイオマス、コーヒー粕などの食品バイオマス、プラスチックを固形化したものなどが挙げられる。固体燃料は、単独でも複数のものを混合しても使用することができる。例えば、建築廃材を使用する場合、揮発分が多いために燃料としての粒度は上述した微粉炭に比べて粗くてよく、平均粒径は300μm〜700μm程度、2.36mmで篩いを実施した残分10%未満とすることができる。また、建築廃材と微粉炭とを混合して混焼する場合における微粉炭は、平均粒径で30μm〜70μm程度のものが好適に用いられる。なお、上述した固体燃料としては、微粉炭のようないわゆる微粉燃料(固体燃料を乾燥・粉砕させて微粉化したもの)を用いるとさらに好適である。
以上述べたように、本実施の形態に係る搬送管10によれば、固体燃料を空気搬送方式によって複数の燃焼用バーナ7へ搬送する際に、設備レイアウトの自由度を向上させつつ詰まりによる閉塞や脈動現象などの不具合を発生させずに均等に分配して搬送することができる。
10…固体燃料搬送管、20…曲管部、21…搬送経路、23…分散台、24…衝突面、30…連結部、31…案内経路、32…垂直管、33…垂直角丸管、40…分配部、41…分配経路、50…回転分配器、51…回転軸、52…回転板、53…仕切板。
Claims (9)
- 固体燃料を粉砕・乾燥させて微粉化し搬送気流によって複数の燃焼部まで搬送する固体燃料搬送管であって、
前記固体燃料を前記搬送気流とともに搬送するための搬送経路を通過した該搬送気流を導入し、当該搬送気流の導入方向と交差する方向に延びる回転軸が形成された回転分配器を内部に有する分配経路を構成する分岐管状体からなり、該搬送気流とともに前記固体燃料を当該回転分配器を介して複数の分岐先へ分配する分配部を備えた
ことを特徴とする固体燃料搬送管。 - 前記搬送経路を構成する管状体からなり、該搬送経路の入口側における前記搬送気流の流入方向に対して出口側における当該搬送気流の流出方向が90°の角度をなすように円弧状に曲げられた曲管部と、
前記曲管部の前記搬送経路と連通し前記搬送気流を前記分配部側へ導く案内経路を構成する管状体からなり、該曲管部および該分配部を連結する連結部とをさらに備えた
ことを特徴とする請求項1記載の固体燃料搬送管。 - 前記曲管部は、曲げられた円弧部分の前記搬送経路内の所定位置に当該搬送経路を通過する前記固体燃料を衝突させて該搬送経路内に分散させるための分散台を有する
ことを特徴とする請求項2記載の固体燃料搬送管。 - 前記曲管部は、前記搬送経路における前記搬送気流の通過速度(V)が15m/sec〜30m/secとなるような管内径(D)を有し、該管内径(D)と前記円弧部分の曲率半径(R)との比(R/D)が5〜7となるように曲げられて形成されている
ことを特徴とする請求項3記載の固体燃料搬送管。 - 前記曲管部の前記分散台は、前記搬送経路の入口側の前記円弧部分の端部位置と該分散台の形成位置とがなす円弧の中心角が45°〜60°となる該搬送経路内の最外周側内面に形成されている
ことを特徴とする請求項3または4記載の固体燃料搬送管。 - 前記曲管部の前記分散台は、前記搬送経路の中心軸方向に面するとともに前記固体燃料が衝突する平面状の衝突面を有し、該衝突面と前記円弧部分の接線との該搬送経路の出口側方向に向かう傾斜角度が20°〜30°となるように形成されている
ことを特徴とする請求項3〜5のいずれか1項記載の固体燃料搬送管。 - 前記曲管部の前記分散台は、前記最外周側内面からの前記衝突面の最大高さが、管内径(D)の20%〜30%となるように形成されている
ことを特徴とする請求項6記載の固体燃料搬送管。 - 前記分配部の前記回転分配器は、前記回転軸と交差する板面を有し当該回転軸の軸方向に沿って等間隔に配置された複数の回転板と、これら複数の回転板の板面間に設けられ各回転板を該軸方向につなぐ板面を有し該回転軸を通る直線状に配置された複数の仕切板とを備える
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項記載の固体燃料搬送管。 - 前記回転分配器の前記複数の仕切板は、各仕切板の板面同士のなす角度が所定の位相角度分ずつずれた状態で配置されている
ことを特徴とする請求項8記載の固体燃料搬送管。
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