JP2013176744A - 粉砕装置 - Google Patents

Abstract

【課題】石炭とバイオマス原料の混合粉砕装置において、より低コストでバイオマス原料の粉砕を促進する。
【解決手段】石炭粒子と、石炭粒子よりも硬度及び比重が小なるバイオマス原料とを燃焼に適した粒径に粉砕する粉砕装置５であって、石炭粒子とバイオマス原料とを混合して鉛直軸方向上方から供給する原料供給管９と、供給された石炭粒子及びバイオマス原料が載置され鉛直方向に沿った回転軸１５を中心に回転可能に支持される粉砕テーブル１０と、粉砕テーブルの回転と連動して作動し、石炭粒子及びバイオマス原料を押圧力により粉砕する粉砕ローラ１２と、原料供給管と粉砕テーブルとの間に設けられて石炭粒子の移動を制限する移動制限手段１１とを備える粉砕装置５。
【選択図】図２

Description

本発明は、固体燃料を燃焼に適した粒径に粉砕する粉砕装置に関する。

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。

バイオマスのうち林地残材などを原料とする木質バイオマスは、原料をミルによって粉砕することによって得られる。木質バイオマス原料の粉砕方法としては、石炭とバイオマス原料とをそれぞれを単独で粉砕する単独粉砕方式と、石炭とバイオマス原料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。

ここで、混合粉砕方式においても、石炭とバイオマス原料とでは比重や硬度などの性状が大きく異なるため、混合粉砕専用のミルが必要となる。特許文献１には、テーブルと協働して固体燃料を粉砕する粉砕ローラの破砕面に、耐摩耗性の高い部分と低い部分とが交互に形成されたミルが記載されている。このミルによれば、使用に伴って耐摩耗性の低い部分に溝部が形成されることでバイオマス原料の噛み込み性が向上する。

特許第４６２８９２４号公報

ところで、混合粉砕方式のミルが必要となった場合、既存のミルを改修してバイオマス原料の粉砕に適したものとすることが、コストの面においても好ましい。
しかしながら、上記従来のミルにおいては、既存のミルの粉砕ローラに大きな変更を加える必要がある上、その加工自体も非常に複雑な工程を有するため、改修コストが嵩むという問題がある。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、第一固体燃料（石炭）と、第一固体燃料よりも硬度及び比重が小なる第二固体燃料（バイオマス原料）とを燃焼に適した粒径に粉砕する粉砕装置において、より低コストで第二固体燃料の粉砕を促進することができる粉砕装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は以下の手段を提供する。
本発明の粉砕装置は、第一固体燃料と、該第一固体燃料よりも硬度及び比重が小なる第二固体燃料とを燃焼に適した粒径に粉砕する粉砕装置であって、前記第一固体燃料と前記第二固体燃料とを混合して鉛直軸方向上方から供給する原料供給管と、供給された前記第一固体燃料及び第二固体燃料が載置され鉛直方向に沿った回転軸を中心に回転可能に支持される粉砕テーブルと、前記粉砕テーブルの回転と連動して作動し、前記第一固体燃料及び第二固体燃料を押圧力により粉砕する粉砕ローラと、前記原料供給管と前記粉砕テーブルとの間に設けられて前記第一固体燃料の移動を制限する移動制限手段と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、移動制限手段によって第一固体燃料の移動が制限され、第一固体燃料と第二固体燃料との分離が抑制されるため、第一固体燃料と第二固体燃料とが混合状態を保ったまま粉砕ローラと粉砕テーブルとの間に導入される。これにより、第一固体燃料による第二固体燃料の摩砕、切断効果を維持・促進することができる。

上記粉砕装置において、前記移動制限手段は、前記粉砕テーブルの上面中心に配置された円錐形状の部材であることが好ましい。

上記構成によれば、円錐形状の部材によって、上部の原料供給管から粉砕装置内に投入される第一固体燃料及び第二固体燃料が粉砕テーブルの中心に滞留する時間が短くなり、粉砕装置の振動によって分離される前に混合状態を保ったまま粉砕ローラと粉砕テーブルの間に噛み込まれやすくなる。

上記粉砕装置において、前記移動制限手段は、前記粉砕テーブルから前記第一固体燃料に伝わる振動を抑制する緩衝材としてもよい。

上記構成によれば、上部の原料供給管から粉砕装置内に挿入される第一固体燃料及び第二固体燃料が緩衝材上に落下することによって、第一固体燃料及び第二固体燃料に粉砕装置の振動が伝達されにくくなる。即ち、第一固体燃料及び第二固体燃料の振動は抑制され、混合状態が維持されるため、第一固体燃料と第二固体燃料とが混合状態を保ったまま粉砕ローラと粉砕テーブルの間に噛み込まれやすくなる。

上記粉砕装置において、前記第一固体燃料は石炭であり、前記第二固体燃料はバイオマス原料であることが好ましい。

上記構成によれば、バイオマス原料の間に石炭の粒子が入り込むことで、バイオマス原料にせん断応力が作用するため、バイオマス原料は、石炭によるせん断応力によって摩砕、切断されやすくなる。

本発明によれば、移動制限手段によって第一固体燃料の移動が制限され、第一固体燃料と第二固体燃料との分離が抑制されるため、第一固体燃料と第二固体燃料とが混合状態を保ったまま粉砕ローラと粉砕テーブルとの間に導入される。これにより、第一固体燃料による第二固体燃料の摩砕、切断効果を維持・促進することができる。

本発明の実施形態の粉砕装置を含むシステムの全体構成図である。 本発明の実施形態の粉砕装置の概略構成図である。 本発明の実施形態の粉砕テーブルの拡大図である。 バイオマス原料と石炭とが圧縮される様子を示す図である。 バイオマス原料にせん断応力が作用する様子を示す図である。 本発明の別の実施形態の粉砕テーブルの拡大図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この実施形態の粉砕装置を含むシステムの全体構成を示したものである。このシステムは、石炭（第一固体燃料）と石炭よりも硬度及び比重が小なるバイオマス原料（第二固体燃料）を混合粉砕して燃焼に適した粒径とすることにより燃料とし、この燃料をボイラで燃焼させるシステムである。ここでバイオマス原料は、木材からなるバイオマスである。

図１に示すように、本実施形態のシステム１は、原炭を供給するための原炭バンカ２と、供給された原炭を粉砕する石炭粉砕機３と、バイオマス原料とともに石炭（石炭粒子ともいう）を供給するための混合バンカ４と、石炭粒子とバイオマス原料とを混合粉砕する粉砕装置５と、粉砕装置５によって生成された石炭とバイオマス粒子とからなる燃料を燃焼させるボイラ６とから構成されている。混合バンカ４には、石炭粉砕機３によって生成された石炭粒子と、バイオマス燃料の原料となるバイオマス原料が収容されている。

本実施形態のシステム１によれば、まず、原炭バンカ２に収容されている原炭が石炭粉砕機３に供給される。次いで、石炭粉砕機３によって生成された石炭粒子が搬送管３ａを介して気流搬送によって混合バンカ４に供給される。次いで、混合バンカ４において、石炭粒子と混合されたバイオマス原料が粉砕装置５によって粉砕される。次いで、粉砕装置５によって粉砕されたバイオマス粒子が石炭とともに気流搬送によって搬送管５ａを介してボイラ６に供給され燃焼される。
なお、石炭粒子の粒度は、２００メッシュパス６０〜８０％が好ましいが、これに限ることはなく、原炭としてもよい。
バイオマス原料は、例えば木材チップであり、粉砕装置５によって石炭粒子とともに粉砕される。

次に、石炭粒子及びバイオマス原料が供給される粉砕装置５について説明する。
図２に示すように、粉砕装置５は、ハウジング８と、ハウジング８の上方からハウジング８の内部へ貫通する原料供給管９と、ハウジング８の下部に設けられた粉砕テーブル１０と、粉砕テーブル１０の上部に設けられた円錐部材１１と、粉砕テーブル１０と協働してバイオマス原料などの固体燃料を粉砕する複数（本実施形態では３つ）の粉砕ローラ１２と、ハウジング８上部であって粉砕テーブル１０の上方に設けられた回転式分級器１３（ロータリーセパレータ）とを有している。

ハウジング８は、略円筒の中空形状をなしている。原料供給管９は、混合バンカ４（図１参照）と接続され、混合バンカ４より供給される石炭粒子及びバイオマス原料を鉛直軸方向上方から粉砕装置５に導入する管状部材である。原料供給管９は、ハウジング８の中心位置に鉛直方向に沿って配置され、下端部がハウジング８の下部まで延在している。

粉砕テーブル１０は、石炭粒子とバイオマス原料とからなる固体燃料が載置されるテーブルであり、ハウジング８の下部に配置されており、ハウジング８の中心位置に原料供給管９の下端部に対向して配置されている。粉砕テーブル１０は、ハウジング８の中心位置に配置され、鉛直方向に沿う回転軸１５を中心に回転可能に支持されている。この回転軸１５は、ハウジング８に搭載された駆動モータ（図示せず）によって回転可能とされており、これにより粉砕テーブル１０は回転可能とされている。

また、粉砕テーブル１０の外周側には、リング形状をなすテーブルライナ１６が固定されている。このテーブルライナ１６は、表面（上面）が粉砕テーブル１０の外周側に行くほどに高くなる傾斜面となっている。

複数の粉砕ローラ１２は、粉砕テーブル１０の上方に粉砕テーブル１０に対向して配置されている。各々の粉砕ローラ１２は、駆動装置（図示せず）によって回転可能とされている。粉砕ローラ１２は、粉砕テーブル１０の回転と連動して作動し、固体燃料を押圧力により粉砕する。

詳しくは、粉砕ローラ１２は所謂タイヤ形状をなし、粉砕テーブル１０の中心軸回りに等角配置されている。そして、これらの粉砕ローラ１２は、外周面が粉砕テーブル１０に対して適切なクリアランスをもって対向するように粉砕テーブル１０の中心側へ傾斜して配置されるとともに、粉砕テーブル１０の回転に同期して回転するようになっている。

ハウジング８の下部であって、粉砕テーブル１０の外周辺には、一次空気が送り込まれる入口ポート１７が設けられている。また、ハウジング８の上部であって、原料供給管９の外周辺には、粉砕された石炭粒子及びバイオマス粒子を排出する出口ポート１８が設けられている。
粉砕された石炭及びバイオマスを分級する回転式分級器１３は、ハウジング８の内部であって、出口ポート１８の下方に設けられている。回転式分級器１３は、原料供給管９を取り囲むように設けられ、駆動装置（図示せず）により回転可能とされている。

図３に示すように、円錐部材１１は、粉砕テーブル１０の上面中心に配置された円錐形状の部材である。円錐部材１１は、原料供給管９から供給された固体燃料が円錐の頂部に落下するような位置に配置されている。

次に、粉砕装置５の作用について説明する。
原料供給管９から投入されたバイオマス原料及び石炭粒子（以下、混合物と称す）は、回転する粉砕テーブル１０上に配置された円錐部材１１上に落下する。このとき、粉砕テーブル１０が所定の速度で回転していることから、円錐部材１１上に落下した混合物には遠心力が作用して分散するように移動し、粉砕ローラ１２と粉砕テーブル１０の間に噛み込まれる。

混合物が粉砕テーブル１０と粉砕ローラ１２とによって粉砕される様子を詳しく説明する。
図４に示すように、バイオマス原料Ｂと石炭粒子Ｃとは、石炭粒子Ｃ中にバイオマス原料Ｂが一様に混ぜられた状態で、粉砕ローラ１２によって圧縮される。この際、バイオマス原料Ｂの間に石炭粒子Ｃが入り込むことで、図５に示すように、バイオマス原料Ｂには矢印に示すようなせん断応力が作用する。バイオマス原料Ｂを構成する木材のせん断強度は、圧縮／引張り／曲げ強度と比較して１／１０程度と非常に弱いため、石炭粒子Ｃによるせん断応力によって摩砕、切断される。

粉砕された混合物は、粉砕テーブル１０の外周部へ放出され、下部の入口ポート１７から導入される一次空気により、乾燥されつつ上昇する。この上昇した粉砕済混合物は、回転式分級器１３によって分級され、粗粉は落下して再び粉砕テーブル１０上に戻されて再粉砕が行われる。一方、微粒粉は、回転式分級器１３を通過し、気流に乗って出口ポート１８から排出される。

上記実施形態によれば、バイオマス原料と石炭粒子とからなる混合物が円錐部材１１上に落下することによって、上部の原料供給管９から粉砕装置内に投入される混合物が粉砕テーブル１０の中心に滞留する時間が短くなる。即ち、円錐部材１１が移動制限手段として機能することによって、粉砕装置５の振動により混合物内の石炭粒子が移動する時間が短くなり、石炭粒子の移動が制限される。これにより、バイオマス原料と石炭粒子とが分離される前に、混合状態を保ったまま粉砕ローラ１２と粉砕テーブル１０の間に噛み込ませることができ、石炭粒子によるバイオマス原料の摩砕、切断効果を維持・促進することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。例えば、以上で説明した実施形態では、混合物内の石炭粒子の移動を制限する手段として円錐部材１１を用いたが、これに限ることはない。例えば、石炭粒子の移動を制限する手段として、図６に示すように、粉砕テーブル１０の上面中央に配置され、混合物に伝わる振動を抑制する緩衝材２０を設置してもよい。緩衝材２０を構成する材料としては、例えば合成ゴム、ゲル化素材などを採用することができるが、この限りではない。

この形態によれば、原料供給管９から投入された混合物は、回転する粉砕テーブル１０上に配置された緩衝材２０上に落下する。ここで、混合物が緩衝材２０上に落下することによって、混合物には粉砕装置５の振動が伝達されにくくなる。即ち、粉砕装置５の振動が少なくなることによって、混合物内の石炭粒子の移動が制限される。これにより、混合物を混合状態を保ったまま粉砕ローラ１２と粉砕テーブル１０の間に噛み込ませることができ、石炭粒子によるバイオマス原料の摩砕、切断効果を維持・促進することができる。

また、分級器としては、回転式分級器に限らず、固定式分級器（サイクロンセパレータ）、又は回転式／固定式を組み合わせた方式を採用することもできる。

５ 粉砕装置
９ 原料供給管
１０ 粉砕テーブル
１１ 円錐部材（移動制限手段）
１２ 粉砕ローラ
１５ 回転軸
２０ 緩衝材

Claims (4)

1. 第一固体燃料と、該第一固体燃料よりも硬度及び比重が小なる第二固体燃料とを燃焼に適した粒径に粉砕する粉砕装置であって、
   前記第一固体燃料と前記第二固体燃料とを混合して鉛直軸方向上方から供給する原料供給管と、
   供給された前記第一固体燃料及び第二固体燃料が載置され鉛直方向に沿った回転軸を中心に回転可能に支持される粉砕テーブルと、
   前記粉砕テーブルの回転と連動して作動し、前記第一固体燃料及び第二固体燃料を押圧力により粉砕する粉砕ローラと、
   前記原料供給管と前記粉砕テーブルとの間に設けられて前記第一固体燃料の移動を制限する移動制限手段と、を備えることを特徴とする粉砕装置。
2. 前記移動制限手段は、前記粉砕テーブルの上面中心に配置された円錐形状の部材であることを特徴とする請求項１に記載の粉砕装置。
3. 前記移動制限手段は、前記粉砕テーブルから前記第一固体燃料に伝わる振動を抑制する緩衝材であることを特徴とする請求項１に記載の粉砕装置。
4. 前記第一固体燃料は石炭であり、前記第二固体燃料はバイオマス原料であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の粉砕装置。

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