JP2012115738A - バイオマスミル - Google Patents

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雅人 田村
Takahiro Ozaki
貴弘 小崎
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Abstract

【課題】粉砕された木質系バイオマスを積極的に排出することで、粉砕効率の向上及び粉砕容量の増大を図るバイオマスミルを提供する。
【解決手段】分級室16を形成するハウジング3と、該ハウジングの上部に収納された分級機32と、前記ハウジングの下部に収納され、テーブル駆動装置6によって回転駆動される粉砕テーブル5と、該粉砕テーブルに押圧される加圧ローラ11を有する加圧ローラユニット9と、前記粉砕テーブルの下方に形成され、1次空気が導入される1次空気室15と、前記粉砕テーブルの周囲から前記1次空気室の1次空気を吹出す吹出し口18と、前記粉砕テーブルの中心に木質系バイオマスを供給するシュート21とを具備し、前記吹出し口は1次空気の旋回流を減じる様に垂直又はテーブル回転方向とは逆向きに傾斜させて形成した。
【選択図】図1

Description

本発明は、木質系バイオマスをボイラ燃料として粉砕するバイオマスミル、特に木質チップ、木質ペレットを燃料とするバイオマスミルに関するものである。
現在、ボイラの固形燃料として使用されているのは、主に石炭であるが、CO2 の削減対策として、環境負荷の少ない木質系バイオマスを燃料とすることが検討されている。
木質系バイオマスをボイラの燃料とするには、木質チップ、木質ペレット等の木質系バイオマスをバーナ燃焼可能な様に粉砕する必要がある。
石炭に木質系バイオマスを混合して燃料とする場合、木質系バイオマスの混合量が少なければ既存の石炭ミルにより混合粉砕することも可能であるが、木質系バイオマスの使用量が多くなると、木質系バイオマス単独で粉砕する必要がある。
又、木質系バイオマスを粉砕する装置として石炭粉砕用の石炭ローラミルを基本とした粉砕装置とすることにより、大きな改良、大きな設備変更をすることなく低コストで実施可能となる。
石炭ローラミルを用いて石炭の粉砕を行う際には、石炭供給装置から塊状の石炭が粉砕テーブルの中央に投下され、テーブル駆動装置によって前記粉砕テーブルが回転され、該粉砕テーブルの回転によって外周方向に移動した石炭が、回転自在に設けられた加圧ローラに噛込まれることで粉砕される。
粉砕された石炭粒は、前記粉砕テーブルの回転により更に外周方向へと移動され、吹出し口より高速で噴出される1次空気によって上方へと吹上げられ、送給管よりボイラへと送給される。
従来の石炭ローラミルの場合、1次空気の吹出し口は、粉砕テーブルの回転方向及び粉砕テーブルの中心方向に傾いており、1次空気に吹上げられた石炭粒は分級室を大きく旋回しながら上昇する。
然し乍ら、木質系バイオマスを単独で粉砕する場合、或は石炭に対し木質系バイオマスの混合比率が大きくなると、木質系バイオマスは軽量の繊維質であり、互いに絡み合う為、前記粉砕テーブルの回転遠心力による移動が石炭に比べて円滑に行われない。
又、1次空気に吹上げられる木質系バイオマスは、分級室内を大きく旋回しながら上昇する為、流路が長くなることで木質系バイオマスがミル外に排出され難くなり、ミル内に滞留してミル内の差圧上昇の原因となり、送風動力が増大すると共に前記テーブル駆動装置の動力が増大する。駆動装置の動力増大により、木質系バイオマスの粉砕容量は石炭の粉砕容量の10%程度迄制限されることになる。
上記した様に、竪型ミル、又は同等の構造を有するミルに木質系バイオマスを供給して粉砕した場合、ミルの木質系バイオマスが石炭とは異なった挙動を呈し、充分な粉砕容量が得られないという問題があった。
尚、石炭や木質系バイオマス等を粉砕する竪型ミルとしては、特許文献1〜特許文献3に示されるものがあり、特許文献1には、乾燥、搬送用熱風を導く一次分級ブロックの下面に熱風案内用フィンを設け、ミル内の熱風の旋回力を増大させることで、セパレータに達する粗粒分を低減させる竪型ローラミルが開示されている。
又、特許文献2には、粉砕テーブルの外周下方より噴出される空気流の流量とダムリングの高さを調整することで、木質燃料を製造可能とした木質燃料製造方法が開示されている。
又、特許文献3には、ダムリングの高さを低くすることで固形物の排出性を向上させ、ミル動力の抑制を図る竪型ローラミルおよびその運転方法が開示されている。
特開平10−28890号公報 特開2005−113125号公報 特開平11−207200号公報
本発明は斯かる実情に鑑み、粉砕された木質系バイオマスを積極的に排出することで、粉砕効率の向上及び粉砕容量の増大を図るバイオマスミルを提供するものである。
本発明は、分級室を形成するハウジングと、該ハウジングの上部に収納された分級機と、前記ハウジングの下部に収納され、テーブル駆動装置によって回転駆動される粉砕テーブルと、該粉砕テーブルに押圧される加圧ローラを有する加圧ローラユニットと、前記粉砕テーブルの下方に形成され、1次空気が導入される1次空気室と、前記粉砕テーブルの周囲から前記1次空気室の1次空気を吹出す吹出し口と、前記粉砕テーブルの中心に木質系バイオマスを供給するシュートとを具備し、前記吹出し口は1次空気の旋回流を減じる様に垂直又はテーブル回転方向とは逆向きに傾斜させて形成したバイオマスミルに係るものである。
又本発明は、前記吹出し口は、前記粉砕テーブルの周面に該粉砕テーブルの回転速度を相殺する角度に傾斜させて形成したバイオマスミルに係り、更に又本発明は、前記シュートの周囲を覆う円筒部を有する整流筒を更に具備し、該整流筒により前記分級室の流路断面積を縮小させたバイオマスミルに係るものである。
本発明によれば、分級室を形成するハウジングと、該ハウジングの上部に収納された分級機と、前記ハウジングの下部に収納され、テーブル駆動装置によって回転駆動される粉砕テーブルと、該粉砕テーブルに押圧される加圧ローラを有する加圧ローラユニットと、前記粉砕テーブルの下方に形成され、1次空気が導入される1次空気室と、前記粉砕テーブルの周囲から前記1次空気室の1次空気を吹出す吹出し口と、前記粉砕テーブルの中心に木質系バイオマスを供給するシュートとを具備し、前記吹出し口は1次空気の旋回流を減じる様に垂直又はテーブル回転方向とは逆向きに傾斜させて形成したので、該吹出し口から前記分級機迄の1次空気の流路を短くすることができ、粉砕された木質系バイオマスを積極的に排出することで粉砕効率の向上及び粉砕容量の増大を図ることができるという優れた効果を発揮する。
本発明の第1の実施例に係る竪型ミルの概略立断面図である。 本発明の第2の実施例に係る竪型ミルの概略立断面図である。 ミル差圧と木質系バイオマスの供給量との関係を示し、(A)は本発明の第1の実施例に係る竪型ミルと、従来の竪型ミルとを比較したグラフであり、(B)は本発明の第2の実施例に係る竪型ミルと、本発明の第1の実施例に係る竪型ミルと、従来の竪型ミルとを比較したグラフである。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
先ず、図1に於いて本発明の第1の実施例の竪型ミル1について説明する。
中空構造又は脚構造の基台2に筒状のハウジング3が立設され、該ハウジング3によって密閉された空間が形成される。該空間の下部には減速機4を介して粉砕テーブル5が設けられ、前記減速機4はテーブル駆動モータ6によって駆動され、粉砕テーブル5は前記減速機4によって定速又は可変速で回転される。
前記粉砕テーブル5の上面には、断面が円弧状の凹溝7を有するテーブルセグメント8が設けられている。
前記粉砕テーブル5の回転中心から放射状に所要組数、例えば3組の加圧ローラユニット9が120°間隔で設けられている。該加圧ローラユニット9は、加圧ローラ11を有し、ピボット軸12を中心に傾動自在となっている。又、前記ハウジング3の下部には、放射状に貫通する3組のローラ加圧装置13が設けられている。該ローラ加圧装置13は、アクチュエータ、例えば油圧シリンダ14を具備し、該油圧シリンダ14によって前記加圧ローラ11を前記凹溝7に押圧する様になっている。
前記粉砕テーブル5の下方には1次空気室15が形成され、前記ハウジング3内部の前記粉砕テーブル5より上方は、分級室16となっている。
前記ハウジング3の下部には1次空気供給口17が取付けられ、該1次空気供給口17は図示しない送風機に接続されると共に、前記1次空気室15に連通している。前記粉砕テーブル5の周囲には、1次空気が前記ハウジング3の内壁に沿って吹上がる様、垂直に形成された1次空気の吹出し口18が全周に設けられている。尚、該吹出し口18は前記粉砕テーブル5の周面に設けられてもよく、或は前記ハウジング3側に設けられてもよい。
前記ハウジング3の上側には燃料給排部19が設けられており、該燃料給排部19の中心部を貫通する様にパイプ状のシュート21が設けられ、該シュート21は前記ハウジング3の内部に延出し、下端が前記粉砕テーブル5の中央上方に位置している。前記シュート21には石炭や木質系バイオマス、例えば木質ペレットが供給され、供給された石炭や木質ペレットは前記粉砕テーブル5の中心部に落下する様になっている。
前記シュート21には回転管22が外嵌され、該回転管22は回転管支持部23に軸受け24を介して回転自在に支持されている。前記回転管22には、プーリ25が設けられ、該プーリ25とプーリ26との間にはベルト27が掛回され、前記プーリ26は減速機28の出力軸に嵌着されている。而して、前記回転管22は前記減速機28、前記プーリ26、前記ベルト27、前記プーリ25を介して分級機モータ29によって回転される様になっている。
又、前記回転管22にはブレード31が取付けられ、前記回転管22、前記プーリ25、前記プーリ26、前記ベルト27、前記減速機28、前記分級機モータ29、前記ブレード31によって分級機32が構成されている。
前記ブレード31は短冊状であり、倒立円錐曲面上に円周方向に所定角度ピッチで配設される。又、前記ブレード31は下端から上端に向って前記回転管22から離反する様に傾斜しており、ブレード支持部33を介して前記回転管22に取付けられている。
前記燃料給排部19には、粉砕された微粉炭を送給する微粉炭送給管34が接続されており、該微粉炭送給管34はボイラのバーナ(図示せず)に接続されている。
次に、前記竪型ミル1に於ける木質ペレットの粉砕について説明する。尚、木質ペレットは、おがくず等の1〜2mmの木粉がφ6〜10×L20〜30mm程度に押し固められた物体である。
図中、実線は1次空気の流れを示しており、点線は木質ペレット或は粉砕物の流れを示している。
前記粉砕テーブル5が、前記減速機4を介して前記テーブル駆動モータ6により回転され、前記1次空気供給口17より200℃前後の1次空気が前記1次空気室15に導入された状態で、前記シュート21より木質ペレットが投入される。木質ペレットは、前記シュート21の下端より前記粉砕テーブル5の中心部に流落し、該粉砕テーブル5上に供給される。
該粉砕テーブル5上の木質ペレットは、該粉砕テーブル5の回転による遠心力で外周方向に移動し、前記加圧ローラ11に噛込まれて粒径の小さい細粉体と粒径の大きい粗粉体とに粉砕され、更に遠心力によって外周に移動する。
前記1次空気供給口17より前記1次空気室15に導入された1次空気は、前記粉砕テーブル5の周面に垂直に形成された吹出し口18より略垂直に吹上げられる。該吹出し口18より吹上げられる1次空気は、該吹出し口18を通過する際の前記粉砕テーブル5の回転による変位により僅かに旋回している。該粉砕テーブル5の回転による遠心力によってテーブルセグメント8を乗越えた粉体は、前記吹出し口18から吹上がった1次空気に乗って前記ハウジング3の内壁面に沿って緩やかに旋回しながら上昇する。
1次空気と共に前記ハウジング3の内壁面を上昇する粉体は、前記分級機32に流入し、該分級機32によって所定粒径以下となる様に分級が行われる。この時、1次空気の上昇流は緩やかな旋回流となっているので、前記分級室16内を大きく旋回しながら上昇していた従来の竪型ミルと比較すると、前記1次空気供給口17から前記分級機32迄の流路が短くなり、又流路が短くなるのに伴い、吹上げられた粉体の前記分級機32への到達時間も短くなっている。
最終的に分級された粒径の小さい細粉体が微粉炭送給管34より送出され、図示しないボイラのバーナに供給される。粒径の大きい粗粉体はブレード31により弾かれ、或は自重により落下し、又粗粉体の一部は再び前記粉砕テーブル5上に落下する。
落下した粗粉体は、該粉砕テーブル5の回転遠心力によって前記凹溝7迄移動し、前記加圧ローラ11によって再度粉砕され、1次空気により吹上げられた後に、再度前記分級機32により分級が行われる。
図3(A)は、吹出し口の傾斜を分級室の中心方向に15°、粉砕テーブルの回転方向に45°傾斜させた場合の従来の竪型ミルと、前記吹出し口18の傾斜を前記分級室16の中心方向、前記粉砕テーブル5の回転方向共に垂直とした第1の実施例の前記竪型ミル1のミル差圧と木質ペレットの供給量の関係を示したグラフである。尚、第1の実施例の竪型ミル1、従来の竪型ミル共に、テーブル回転数を42rpm、分級機回転数を30rpm、ローラ加圧力を3.5Mpa、ミル風量を3.0t/hとして実験を行っている。
図3(A)中、横軸は1時間当りの木質ペレットの供給量を示し、縦軸は従来の竪型ミルに於いて、木質ペレットを供給していない状態のミル差圧を1とした場合の相対値を示している。
木質ペレットを供給していない状態では、第1の実施例に於ける竪型ミル1は従来の竪型ミルよりもミル差圧が1.25倍程度高くなっている。然し乍ら、第1の実施例に於ける竪型ミル1が木質ペレットの供給量を500kg/hとしてもミル差圧に殆ど変化がないのに対し、従来の竪型ミルは木質ペレットの供給量を増加させる毎にミル差圧が上昇しており、供給量が300kg/hの段階で、第1の実施例の竪型ミル1に於いて供給量を500kg/hとした場合のミル差圧と略同等となる。
又、従来の竪型ミルは、木質ペレットの供給量を300kg/hから400kg/hとした段階でミル差圧が急激に上昇し、供給量を500kg/hとすると、ミル差圧が高くなりすぎる、即ち木質ペレットの供給量が粉体の排出量を上回ることで前記分級室16内が粉体で一杯となり、木質ペレットの粉砕が進まなくなる。
一方、第1の実施例に於ける竪型ミル1は、木質ペレットの供給量を500kg/hよりも増加させることでミル差圧の上昇が開始されるが、供給量を600kg/hとしても、従来の竪型ミルに於いて供給量を400kg/hとした場合よりもミル差圧が低く、更に供給量を700kg/hとした場合でも木質ペレットの粉砕が可能となる。
上記した比較結果により、第1の実施例に於ける竪型ミル1は、従来の竪型ミルと比較して、1時間当りに大量の木質ペレットを粉砕可能であるので、前記吹出し口18の傾斜を垂直とすることで木質ペレットの粉砕容量が大幅に増大していると判断できる。
従って、第1の実施例では、前記吹出し口18を垂直に形成することで該吹出し口18から噴出する1次空気の旋回流を減じさせ、前記吹出し口18から前記分級機32迄の1次空気の流路を短くした、即ち粉砕された粉体が前記分級機32に到達するのを容易にし、粉体が前記竪型ミル1内に滞留する時間を短縮させたので、粉体を前記竪型ミル1外へ積極的に排出させることができ、粉砕効率の向上及び粉砕容量の増大を図ることができる。
第1の実施例では、前記吹出し口18の傾斜を垂直としているが、1次空気が該吹出し口18を通過する際に前記粉砕テーブル5の回転によって変位する為、前記吹出し口18より吹出される1次空気の上昇流が僅かに旋回する。
次に、第1の実施例の変形例を説明する。該変形例では、1次空気の上昇流が旋回せずに垂直となる様、前記吹出し口18を前記粉砕テーブル5の反回転方向に傾斜(逆傾斜)させている。
この時、逆傾斜させる前記吹出し口18の角度は、1次空気が該吹出し口18を通過する際に、前記粉砕テーブル5の回転速度によって変位する量を相殺する角度、例えば前記分級室16の中心方向に向って0°〜5°、前記粉砕テーブル5の反回転方向に向って0°〜5°の範囲で傾斜させるのが望ましい。
前記吹出し口18を前記粉砕テーブル5の回転方向とは逆向きに傾斜させることで、該粉砕テーブル5の回転による1次空気の変位量を相殺し、1次空気の上昇流の向きを垂直とすることができるので、第1の実施例と比較して前記吹出し口18から前記分級機32迄の1次空気の流路をより短くすることができ、粉体が前記竪型ミル1内に滞留する時間をより短縮させることができる。
従って、前記加圧ローラ11によって粉砕された粉体を、前記竪型ミル1外へとより積極的に排出させることができ、より粉砕効率の向上及び粉砕容量の増大を図ることができる。
次に、図2に於いて本発明の第2の実施例について説明する。尚、図2中、図1中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
第2の実施例では、第1の実施例に於ける竪型ミル1のシュート21を覆う様に、分級機32の下方に整流筒35を設けている。
該整流筒35は中空構造であり、下端から上端に向って前記シュート21から離反する様傾斜した円錐曲面を有する逆円錐台形状の逆円錐台部36と、円筒形状の円筒部37から構成されている。又、前記整流筒35は整流筒支持部38を介して前記逆円錐台部36が下方となる様前記シュート21に取付けられている。
前記円筒部37は、例えば前記ハウジング3と前記円筒部37とで形成される円筒状の流路断面積が前記ハウジング3の断面積の1/1.5倍となる径を有し、前記ハウジング3と前記円筒部37との間を上昇する1次空気の流速が1.5倍となる様になっている。又、前記逆円錐台部36の下端の内径は前記シュート21の外径と略同径となっており、前記逆円錐台部36の下端と前記シュート21との間に隙間が生じない様になっている。
又、前記分級機32は下端が閉塞されると共に、周面に向って下り傾斜の円錐台形状の傾斜部39を有し、前記分級機32により分級され、微粉炭送給管34により排出されずに前記傾斜部39に堆積した粉体は、該傾斜部39の傾斜及び前記分級機32の回転遠心力により前記分級室16内に排出される様になっている。
処理が開始されると、前記シュート21から木質ペレットが投入され、粉砕テーブル5上に流落した木質ペレットは、加圧ローラ11に噛込まれることで細粉体と粗粉体に粉砕された後、前記粉砕テーブル5の遠心力により外周に移動され、垂直に形成された吹出し口18から略垂直に吹上がった1次空気に乗って吹上げられ、ハウジング3の内壁に沿って緩やかに旋回しながら上昇する。
この時、前記整流筒35の前記円筒部37により1次空気の流路断面積が1/1.5倍に縮小されるので、上昇する1次空気の流路が狭まり、1次空気の流速が1.5倍に増大すると共に、前記逆円錐台部36の円錐曲面により、吹上げられる1次空気が前記整流筒35に沿って外周方向に誘導されることで圧力損失を抑制している。
前記ハウジング3の内壁面を上昇する粉体に対して、前記分級機32によって分級が行われ、所定粒径以下の細粉体が微粉炭送給管34より送出され、図示しないボイラのバーナに供給される。所定粒径以上の粗粉体はブレード31により弾かれ、或は自重により前記粉砕テーブル5上に落下する。
落下した粉体は、該粉砕テーブル5の回転遠心力によって前記凹溝7迄移動し、前記加圧ローラ11によって再度粉砕され、1次空気により吹上げられることで再度前記分級機32により分級が行われる。
図3(B)は、従来の竪型ミルと、第1の実施例に於ける竪型ミル1(図1参照)と、第1の実施例の竪型ミル1に前記整流筒35を設けた第2の実施例に於ける竪型ミル1のミル差圧と木質ペレットの供給量の関係を示したグラフである。尚、従来の竪型ミル、第1の実施例の竪型ミル1、第2の実施例の竪型ミル1は共に、テーブル回転数を42rpm、分級機回転数を30rpm、ローラ加圧力を3.5Mpa、ミル風量を3.0t/hとして実験を行っている。
図3(B)中、横軸は1時間当りの木質ペレットの供給量を示し、縦軸は従来の竪型ミルに於いて、木質ペレットを供給していない状態のミル差圧を1とした場合の相対値を示している。
第1の実施例と第2の実施例とを比較すると、第2の実施例のグラフの形状は、第1の実施例のグラフの形状と似た形状であり、且つ第1の実施例よりもミル差圧が低くなっていると共に、木質ペレットの供給量の増加に伴うミル差圧の上昇度も緩やかになっているのが分る。
上記した比較結果により、第2の実施例に於ける竪型ミル1は、第1の実施例の竪型ミル1よりも同量の木質ペレットを供給した際のミル差圧が低くなっているので、ミル差圧の差分だけ第1の実施例の竪型ミルよりも大量の木質ペレットを粉砕可能であると考えられ、1次空気の流速を速めることで木質ペレットの粉砕容量が増大していると判断できる。
従って、第2の実施例では、前記吹出し口18の傾斜を垂直とし、該吹出し口18から前記分級機32迄の1次空気の流路を短くすると共に、前記整流筒35を設け、1次空気の流速を速めることで1次空気に吹上げられる粉体の前記分級機32迄の到達時間を短縮、即ち粉体が前記竪型ミル1内に滞留する時間をより短縮させることができるので、粉体を前記竪型ミル1外へ積極的に排出させることができ、より粉砕効率の向上及び粉砕容量の増大を図ることができる。
尚、第2の実施例では、前記整流筒35の前記円筒部37の径を1次空気の流路断面積が1/1.5倍となる径としているが、該円筒部37の径は適宜選択可能であるのは言う迄もない。
又、第2の実施例では、前記整流筒支持部38を用いて前記整流筒35を前記シュート21に取付けているが、図示しない棒状のサポートを用い、前記ハウジング3に取付ける様にしてもよい。
更に、第1の実施例に於ける変形例と同様、1次空気の上昇流が旋回せずに垂直となる様、1次空気が前記吹出し口18を通過する際に、前記粉砕テーブル5の回転速度によって変位する量を相殺する角度だけ、前記吹出し口18を前記粉砕テーブル5の回転方向とは逆向きに傾斜させることで、より粉砕効率の向上及び粉砕容量の増大を図ることができる。
1 竪型ミル
3 ハウジング
5 粉砕テーブル
11 加圧ローラ
16 分級室
18 吹出し口
21 シュート
32 分級機
35 整流筒
36 逆円錐台部
37 円筒部

Claims (3)

  1. 分級室を形成するハウジングと、該ハウジングの上部に収納された分級機と、前記ハウジングの下部に収納され、テーブル駆動装置によって回転駆動される粉砕テーブルと、該粉砕テーブルに押圧される加圧ローラを有する加圧ローラユニットと、前記粉砕テーブルの下方に形成され、1次空気が導入される1次空気室と、前記粉砕テーブルの周囲から前記1次空気室の1次空気を吹出す吹出し口と、前記粉砕テーブルの中心に木質系バイオマスを供給するシュートとを具備し、前記吹出し口は1次空気の旋回流を減じる様に垂直又はテーブル回転方向とは逆向きに傾斜させて形成したことを特徴とするバイオマスミル。
  2. 前記吹出し口は、前記粉砕テーブルの周面に該粉砕テーブルの回転速度を相殺する角度に傾斜させて形成した請求項1のバイオマスミル。
  3. 前記シュートの周囲を覆う円筒部を有する整流筒を更に具備し、該整流筒により前記分級室の流路断面積を縮小させた請求項1又は請求項2のバイオマスミル。
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