JP2012083016A - バイオマス粉砕装置及びバイオマス・石炭混焼システム - Google Patents

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卓一郎 大丸
Kenichi Arima
謙一 有馬
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次男 山本
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Abstract

【課題】粉砕されたバイオマス粉体を効率的に外部に排出することができるバイオマス粉砕装置及びバイオマス・石炭混焼システムを提供する。
【解決手段】バイオマス原料11を鉛直軸方向上方から供給する原料供給管12を有する粉砕装置本体13と、バイオマス原料11が載置される粉砕テーブル14と、粉砕テーブル14を回転駆動する駆動部15と、前記粉砕テーブル14の回転と連動して作動し、バイオマス原料11を押圧力により粉砕する粉砕ローラ16と、粉砕テーブル14の外周側下方から上方に向けて上昇流を形成し、粉砕したバイオマス粉体17を気流搬送する搬送ガス18を噴出する送風手段と、粉砕装置本体13の頂部内側に設けられ、前記搬送ガス18に同伴されたバイオマス粉体17を分級する外筒19Aと内筒19Bとからなる分級器19とを具備すると共に、外筒19A及び内筒19Bのいずれか一方又は両方が鉛直軸方向に可動自在である。
【選択図】図1−1

Description

本発明は、バイオマス固形物を粉砕して微粉化するバイオマス粉砕装置及びバイオマス・石炭混焼システムに関する。
近年、地球温暖化の観点からCO2排出の削減が推進されている。特に、発電用ボイラ等の燃焼設備においては、燃料として石炭や重油等の化石燃料が用いられることが多いが、この化石燃料は、CO2排出の問題から地球温暖化の原因となり、地球環境保全の見地からその使用が規制されつつある。また化石燃料の枯渇化の観点からもこれに代替するエネルギ資源の開発、実用化が求められている。そこで、化石燃料の代替として、バイオマスを用いた燃料の利用促進が図られている。バイオマスとは、光合成に起因する有機物であって、木質類、草木類、農作物類、厨芥類等のバイオマスがある。このバイオマスを燃料化処理することにより、バイオマスをエネルギ源又は工業原料として有効に利用することができる。
再生可能エネルギであるバイオマスの高効率利用の観点から、バイオマスを燃料として用いることが行われている。燃料として用いる方法の一つに、バイオマス固形物を粉砕して微粉化し、微粉炭焚きボイラに供給して燃料として用いるものがある。これは、石炭とバイオマスとをそれぞれを単独で粉砕する単独粉砕方式と、石炭とバイオマスとを混合してから粉砕する混合粉砕方式とが知られている。何れの方式においても、バイオマス固形物を粉砕するためのバイオマス粉砕装置が必要であるが、従来の石炭焚きボイラで用いられている既設ミルを用いようとした場合、既設ミルの能力制約から両者に対する混焼率は最大でも10cal%程度に留まっていた。
従来のバイオマスを石炭焚きボイラ用の粒径に粉砕するには、石炭粉砕機を流用したものを用いており、例えばバイオマス原料を粉砕装置内の粉砕テーブルに投入し、粉砕テーブルに連動して回転される粉砕ローラにより粉砕・乾燥し、分級している。そして、微粉砕されたバイオマスをバーナ側へ気流搬送している(特許文献1、特許文献2参照)。
特開2004−347241号公報 特開2009−291692号公報
しかしながら、従来技術の石炭粉砕装置を用いて木質系バイオマス原料を粉砕する場合、以下のような問題がある。
1) バイオマス原料は石炭に比べて比重が軽く、粉砕形状が多様であるので、風量調整による製品粒径コントロールが主となり、例えば回転式分級器等の機械式分級器を用いての分級が十分行われていない、という問題がある。
2) また、バイオマス原料は繊維質で柔らかく、石炭に比べて難粉砕性燃料であるため、バイオマス粉砕時には粉砕容量が低下する。そのため、石炭を粉砕する竪型ローラ粉砕機を流用してバイオマス原料を粉砕する場合には、A(空気)/C(石炭)比が、7以上(実際には7〜13)となり、ボイラ設備に供給する前段側において、例えばバグフィルタやサイクロン等のビンシステムを用いて、空気を分離する設備が必要となる、という問題がある。この結果、ビンシステムにおける例えば閉塞や発火等のトラブルが発生する場合もある。
そこで、従来の石炭粉砕装置を単に流用する粉砕装置とは異なり、粉砕されたバイオマス粉体を効率的に外部に排出することができるバイオマス粉砕装置の出現が切望されている。
本発明は、前記問題に鑑み、粉砕されたバイオマス粉体を効率的に外部に排出することができるバイオマス粉砕装置及びバイオマス・石炭混焼システムを提供することを課題とする。
上述した課題を解決するための本発明の第1の発明は、バイオマス原料を鉛直軸方向上方から供給する原料供給管を有する粉砕装置本体と、供給されたバイオマス原料が載置される粉砕テーブルと、該粉砕テーブルを回転駆動する駆動部と、前記粉砕テーブルの回転と連動して作動し、前記バイオマス原料を押圧力により粉砕する粉砕ローラと、前記粉砕テーブルの外周側下方から上方に向けて上昇流を形成し、粉砕したバイオマス粉体を気流搬送する搬送ガスを噴出する送風手段と、粉砕装置本体の頂部内側に設けられ、前記搬送ガスに同伴されたバイオマス粉体を分級する外筒と内筒とからなる分級器とを具備すると共に、前記外筒及び内筒のいずれか一方又は両方が鉛直軸方向に可動自在であることを特徴とするバイオマス粉砕装置にある。
第2の発明は、第1の発明において、前記外筒に固定羽根が設けられていることを特徴とするバイオマス粉砕装置にある。
第3の発明は、第1の発明において、前記内筒の鉛直筒の下端側に内向きの円錐台形状の縮径筒が設けられていることを特徴とするバイオマス粉砕装置にある。
第4の発明は、第1の発明において、前記内筒の鉛直筒又は縮径筒がルーバ式案内板からなることを特徴とするバイオマス粉砕装置にある。
第5の発明は、第1乃至4のいずれか一つのバイオマス粉砕装置と、石炭原料を粉砕する石炭粉砕装置と、バイオマス粉砕装置で粉砕されたバイオマス粉体と、石炭粉砕装置で粉砕された石炭粉体とが供給されるボイラ火炉とを具備することを特徴とするバイオマス・石炭混焼システムにある。
本発明によれば、外筒及び内筒のいずれか一方又は両方を上下動させることにより、各部の流速(空塔速度)を変化させることが出来、重力分級によって粉砕バイオマスの粒径コントロールが可能となる。
図1−1は、実施例1に係るバイオマス粉砕装置の概略図である。 図1−2は、実施例1に係るバイオマス粉砕装置の要部概略図である。 図1−3は、固定羽根で発生する遠心力分級の様子を示す図である。 図2は、実施例2に係るバイオマス粉砕装置の概略図である。 図3−1は、実施例2に係るルーバ式案内板の斜視図である。 図3−2は、実施例2に係るルーバ式案内板の断面図である。 図4は、実施例3に係るボイラ火炉を備えたバイオマス・石炭混焼システムの概略図である。
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
本発明による実施例に係るバイオマス粉砕装置について、図面を参照して説明する。図1−1、図1−2は、実施例1に係るバイオマス粉砕装置の概略図である。
図1−1に示すように、本実施例に係るバイオマス粉砕装置10Aは、バイオマス原料11を鉛直軸方向上方から供給する原料供給管12を有する粉砕装置本体13と、供給されたバイオマス原料11が載置される粉砕テーブル14と、該粉砕テーブル14を回転駆動する駆動部15と、前記粉砕テーブル14の回転と連動して作動し、前記バイオマス原料11を押圧力により粉砕する粉砕ローラ16と、前記粉砕テーブル14の外周側下方から上方に向けて上昇流を形成し、粉砕したバイオマス粉体17を気流搬送する搬送ガス18を噴出する送風手段(図示せず)と、粉砕装置本体13の頂部内側に設けられ、前記搬送ガス18に同伴されたバイオマス粉体17を分級する外筒19Aと内筒19Bとからなる分級器19とを具備すると共に、前記外筒19A及び内筒19Bのいずれか一方又は両方が鉛直軸方向に可動自在である。
本実施例に係るバイオマス粉砕装置10Aに係る前記粉砕テーブル14は、略円形台状に形成され、該粉砕テーブル14の上面は、該テーブル上に載置されたバイオマス原料11がこぼれ落ちないように凹状に形成されると共に、その外周側に堰14aを設けている。
また、粉砕テーブル14の摩耗を予防するために、交換自在なテーブルライナ14bが設けられている。
なお、粉砕テーブル14は、テーブル下側から延設される駆動軸(図示せず)に駆動部15が接続され、該駆動部15によって粉砕テーブル14を回転駆動するようになっている。
前記粉砕ローラ16は、粉砕テーブル14の中心より外側にずれた位置の上方に設けられている。該粉砕ローラ16は、粉砕テーブル14の回転と連動して回転しながら、粉砕テーブル14のテーブルライナ(図示せず)上に載置された粉砕バイオマスに押圧力を作用せしめてこれを粉砕する。
このとき、前記駆動部15には減速機が、前記粉砕ローラ16には粉砕荷重を変化させる可変油圧源又はスプリングが接続されており、粉砕ローラ16の粉砕荷重を無段階若しくは段階的に減増させ、粉砕動力が定格範囲内、好ましくはほぼ一定になるように制御装置(不図示)で制御可能に構成されている。
前記原料供給管12は、粉砕装置本体13の天板13aに鉛直軸方向に貫挿され、バイオマス原料11を粉砕テーブル14上に落下させるように設置されている。
前記分級器19は、通風機(図示せず)からの搬送ガス(一次空気)18により風力分級(一次分級)を通過した後のやや細かな粉粒体を二次分級するものであり、外筒19Aと内筒19Bとから構成されている。
本実施例の分級器19の外筒19Aは、漏斗状分級器としており、図示しない開口に設けた固定羽根19Cにより、粗粒と微粒とを分級している。分級された粗粒は粉砕テーブル14側に落下して、再度粉砕がなされる。
固定羽根19Cを通過した粉粒体を二次分級する内筒19Bにより、粗粒と微粒とを分級し、微粒はバイオマス粉体17として、外部に排出される。
前記搬送ガス(一次空気)18を供給する通風機は、所定流量で且つ所定温度の一次空気を、粉砕装置本体13内に粉砕テーブル14の周囲から供給するものであり、空気流量の調整にはダンパ等が用いられる。また、必要に応じて温度調整手段を備える。空気流量或いは温度は、図示しない制御装置により適宜制御される。
前記粉砕テーブル14の外周縁と粉砕装置本体13の内周面との間には隙間が設けられており、前記送風手段から供給された搬送ガス(一次空気)18は、この隙間を介して粉砕テーブル14の上方側に吹き抜けるようになっている。なお、本実施例では、前記隙間に偏流ベーン20が設けられている。該偏流ベーンは、一次空気の吹き出し方向を調整するものであり、さらに、偏流ベーンの角度を任意に制御可能としてもよい。
本実施例では、分級器19の外筒19A及び内筒19Bを鉛直軸方向に任意に動かすことを可能としている。
外筒19Aはその形状を漏斗状としており、円筒状の内筒19Bで分級されたバイオマス粉体17の粗粒を、その中央開口部19aから再度粉砕テーブル14へ落下させるものである。
外筒19Aの上下の可動位置は、供給するバイオマス原料11の種類によって、適宜設定されるものであり、外筒19A及び内筒19Bは、例えば油圧シリンダ、ジャッキ等の上下動手段22により、その上下の設定位置を移動自在としている。
なお、分級器19で分級されたバイオマス粉体17は、天板13aに設けた微粉排出部23から外部に排出され、ボイラのバーナに供給されている。
また、粉砕装置本体13の内周面にはミル絞り部21を設置し、外筒19Aの上下動によるガス排出通路の断面積を小さくし、空塔速度を0.5〜2m/sに維持しながら、搬送ガス(一次空気)18の空気量を低く抑えることが可能となる。
なお、外筒19Aに設ける固定羽根19Cは、必要に応じて設置するようにすればよい。
本実施例の分級器19は、外筒19Aと内筒19Bとに分けると共に、上下動自在としているので、その上下動位置により、任意の分級が可能となる。
先ず、外筒19Aとミル絞り部21との間の通路では、バイオマス粒子は一次重力分級Aがなされる。
次に、固定羽根19Cを通過するバイオマス粒子は旋回流により、粗粒と微粉に遠心分級Bされる。
その後、内筒19Bの筒の下端部で、バイオマス粒子が反転する際に、慣性力分級Cによって粗粒と微粉に分けられる。
最後に、内筒19Bの内部に沿って反転上昇流に乗って巻き上げられたバイオマス粒子は、微粉排出部23の入口において、二次重力分級Dがなされる。その後、バイオマス粉体17は、微粉排出部23から外部に排出され、ボイラのバーナに供給されている。
これに対し、一次又は二次の重力分級A、D、遠心力分級B及び慣性力分級Cによって分離された粗粒バイオマスは、外筒19Aのコーン内壁に至り、壁面に沿って重力により中央開口部から下方に落下する。
図1−3は固定羽根で発生する遠心力分級の様子を示す図である。
外筒19A及び内筒19Bのいずれか一方又は両方を上下動させることにより、一次重力分級A及び慣性力分級Cの各部の流速(空塔速度)を変化させることが出来、これらの分級作用によって粉砕バイオマスの粒径コントロールが可能となる。
例えば空塔速度を0.5〜2m/sとなるように、外筒19Aを上下に動かすことを可能とし、一次重力分級Aによって粉砕バイオマスの一次粒径の制御が可能となる。
従来の石炭粉砕用の粉砕装置をバイオマス原料の粉砕にそのまま適用する際には、粉砕装置の内部における空塔速度を確保するために、一定の空気量が必要となり、
A(空気)/C(石炭)比が、例えば7〜13と大きくなり、ボイラ設備に供給する前段側において、例えばバグフィルタやサイクロン等のビンシステムを用いて、空気を分離する設備が必要であった。
これに対し、本実施例のように、外筒19A又は内筒19Bを上下方向に動かすことを可能とし、粉砕装置本体13の内部のミル絞り部21を通過する搬送ガス18の上昇流の通過断面積を小さくすることで、内部空塔速度を上げることができる。この結果、空気量を小さくすることできるので、A(空気)/C(石炭)比を7以下とすることができ、ビンシステムの小型化又は省略が可能となる。
そして、図1−1のように、外筒19Aの位置を下方側に位置する場合には、搬送ガスの上昇流の通過断面積が小さくなり、内部空塔速度を上げることができるので、バイオマス粉砕物の平均粒径が大きいものでも、分級器19内部まで導入することができる。
これに対して、図1−2のように、外筒19Aの位置を上方側に位置する場合には、搬送ガスの上昇流の通過断面積が大きくなり、内部空塔速度を下げることができるので、バイオマス粉砕物の平均粒径が小さいものの場合に、分級器19内部までの導入を少し抑えることができる。
なお、図1−1、図1−2以外の態様、例えば外筒19Aを固定して、内筒19Bのみを上下動させる態様や、外筒19A及び内筒19Bを両方上下動させる態様等を適宜とることができる。
この結果、バイオマス原料に対応した内部空塔速度に調整することができ、この結果、空気量を小さくすることできるので、A(空気)/C(石炭)比を7以下とすることができ、ビンシステムの小型化又は省略が可能となる。
本発明による実施例に係るバイオマス粉砕装置について、図面を参照して説明する。図2は、本実施例に係るバイオマス粉砕装置の要部概略図である。なお、実施例1に示すバイオマス粉砕装置10Aと同一の部材については、同一符号を付してその重複した説明は省略する。
図2に示すように、本実施例に係るバイオマス粉砕装置10Bは、実施例1に係るバイオマス粉砕装置10Aにおいて、前記内筒19Bの鉛直筒の下端側に、内向きの円錐台形状の縮径筒31が設けられている。
縮径筒31を設けて、内筒19Bの下端部側を小径にすることで、内筒を上下に動かす稼動域を大きくすることを可能とする。
図3−1は、実施例2に係るルーバ式案内板の斜視図、図3−2は、実施例2に係るルーバ式案内板の断面図である。
また、縮径筒31の代わりに、内筒19Bの下端に、図3−1及び図3−2に示すルーバ式案内板41を設置するようにしてもよい。
このルーバ式案内板41は、複数枚の羽板を所定間隔を持って、且つ下方側にいくにつれて小径としつつ連結してなるものである。羽板の角度及び長さは、分級率の度合いに応じて適宜設定すればよい。なお、連結部は図示を省略する。
このルーバ式案内板41を設けることにより、粉体と気流の慣性力の差を利用して分級することができる。
なお、ルーバ式案内板41の開口は微粉の詰まりを防ぐ為にその間隔Dを15mm以上開けることが好ましい。
このように、バイオマス粉砕装置10Bの下端部側を小径にすることで、内筒19Bを上下に動かす稼動域を大きくすることを可能とする。
ルーバ式案内板41の設置により、慣性分級の効果を大きくし、分級精度を向上させることを可能とする。
本発明による実施例3に係るボイラ火炉を備えたバイオマス・石炭混焼システムについて、図面を参照して説明する。図4は、本実施例に係るボイラ火炉を備えたバイオマス・石炭混焼システムの概略図である。
図4に示すように、本実施例に係るボイラ火炉を備えたバイオマス・石炭混焼システムに上述したバイオマス粉砕装置10A(10B)を適用したものである。
図4に示すように、本実施例に係るバイオマス・石炭混焼システムは、必要に応じて所定粒径以下まで一次破砕(粗破砕)、乾燥されたバイオマス固形物であるバイオマス原料11が貯蔵されるバイオマス貯蔵設備40と、バイオマス原料11が供給されるバイオマスホッパ41を備えたバイオマス粉砕装置10A(10B)と、石炭50を受け入れるホッパ51a、51bを備えた石炭粉砕装置52a、52bと、バイオマス粉砕装置10A(10B)にて得られたバイオマス粉体17及び石炭粉砕装置52a、52bにて得られた石炭粉体53が供給されるボイラ火炉60と、を備える。
木屑等のバイオマス原料11はある程度大きさを揃えバイオマスチップとしてバイオマス貯蔵設備40に貯蔵され、その後、バイオマスホッパ41に供給される。バイオマスチップは、バイオマスホッパ41からバイオマス粉砕装置10A(10B)に供給され、粉砕テーブル14と粉砕ローラ16とにより粉砕される。粉砕後のバイオマス粉砕物および石炭粉砕物はボイラ火炉60に供給され、ボイラ火炉60内でバイオマス粉体と石炭粉体が混合して燃焼するようになっている。
ボイラ火炉60の炉本体には、燃料供給ノズルとこれに共働するバーナが配設されている。燃焼により発生した燃焼排ガスは、炉内に配設された伝熱管61を加熱して煙道へ送られる。炉本体の炉出口に設けた煙道の途中には空気加熱器(AH)62が配置され、空気加熱器62を通った燃焼排ガスは、灰捕集装置等の排ガス処理設備(図示せず)を経て大気へ放出される。
空気加熱器62によって外気63を加熱して生成した高温空気64は石炭粉砕装置52a、52bに供給され、石炭の乾燥に用いられる。また燃焼排ガスの一部65は、誘引ファン66によりバイオマス粉砕装置10A(10B)に供給され、バイオマスの分級、乾燥に用いられる。
このように本発明に係るバイオマス粉砕装置を備えたシステムとすることで、バイオマス粉砕が良好となるので、その粉砕物を燃焼装置に直接導入して燃焼させる場合においても、燃焼性能を低下させることなく安定燃焼が可能である。
また、押込みガスの全体量は従来と変化することがないので、一次空気の変動がなく、燃焼設備にて必要とされる空気量の範囲内で、バイオマス粉砕装置を安定して運転することが可能である。
以上のように、本発明に係るバイオマス粉砕装置によれば、バイオマス粉砕物を効率的に分級することができる。
10A、10B バイオマス粉砕装置
11 バイオマス原料
12 原料供給管
13 粉砕装置本体
14 粉砕テーブル
15 駆動部
16 粉砕ローラ
17 バイオマス粉体
18 搬送ガス
19 分級器
19A 外筒
19B 内筒

Claims (5)

  1. バイオマス原料を鉛直軸方向上方から供給する原料供給管を有する粉砕装置本体と、
    供給されたバイオマス原料が載置される粉砕テーブルと、
    該粉砕テーブルを回転駆動する駆動部と、
    前記粉砕テーブルの回転と連動して作動し、前記バイオマス原料を押圧力により粉砕する粉砕ローラと、
    前記粉砕テーブルの外周側下方から上方に向けて上昇流を形成し、粉砕したバイオマス粉体を気流搬送する搬送ガスを噴出する送風手段と、
    粉砕装置本体の頂部内側に設けられ、前記搬送ガスに同伴されたバイオマス粉体を分級する外筒と内筒とからなる分級器とを具備すると共に、
    前記外筒及び内筒のいずれか一方又は両方が鉛直軸方向に可動自在であることを特徴とするバイオマス粉砕装置。
  2. 請求項1において、
    前記外筒に固定羽根が設けられていることを特徴とするバイオマス粉砕装置。
  3. 請求項1において、
    前記内筒の鉛直筒の下端側に内向きの円錐台形状の縮径筒が設けられていることを特徴とするバイオマス粉砕装置。
  4. 請求項1において、
    前記内筒の鉛直筒又は縮径筒がルーバ式案内板からなることを特徴とするバイオマス粉砕装置。
  5. 請求項1乃至4のいずれか一つのバイオマス粉砕装置と、
    石炭原料を粉砕する石炭粉砕装置と、
    バイオマス粉砕装置で粉砕されたバイオマス粉体と、石炭粉砕装置で粉砕された石炭粉体とが供給されるボイラ火炉とを具備することを特徴とするバイオマス・石炭混焼システム。
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