JP2018204891A

JP2018204891A - 粉体供給管

Info

Publication number: JP2018204891A
Application number: JP2017112222A
Authority: JP
Inventors: 貴弘小崎; Takahiro Ozaki
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2017-06-07
Filing date: 2017-06-07
Publication date: 2018-12-27

Abstract

【課題】簡単な構成により空気搬送する粉体の粒子が供給配管の底部に堆積する問題を解消できるようにした粉体供給管を提供する。【解決手段】粉体を気体搬送するための水平方向へ延びる供給配管５の内部に、矩形の板を供給配管５の長手方向で半回転分(３６０°の１／２である１８０°)に捻った形状の粒子再浮遊板８を、その前後両側の幅端縁９、又は幅端縁９の全長を溶接等による固定部１１によって供給配管５の内面５ａに対して密着させて固定することができる配管下部を流れる粉体を配管上部に移動させる粒子再浮遊板８を配置する。【選択図】図１

Description

本発明は、供給配管を用いて粉体を空気搬送する際に、供給配管の底部に粉体が堆積する問題を防止するための粉体供給管に関するものである。

近年、化石燃料を燃焼する装置においては地球温暖化の防止対策としてＣＯ_２排出量を低減することが強く求められている。このため、化石燃料である石炭を粉砕した微粉炭を燃焼する微粉炭燃焼ボイラにおいては、ＣＯ_２排出量の低減対策の１つとして木質バイオマスを混焼する技術が注目されている。

木質バイオマス混焼技術には、既存の石炭粉砕機であるミルに石炭と共に木質バイオマスを投入して混合粉砕し、これによって生じた微粉炭とバイオマス粉体の混合粉体を、供給配管によって空気搬送により混焼ボイラ(微粉炭燃焼ボイラ)のバーナに供給する方法が知られている。石炭と混合して粉砕する木質バイオマスには、５０ｍｍ前後の粒径に切断した木質チップが用いられる。

又、木質バイオマス混焼技術の他の例としては、木質バイオマスを単独のミルで粉砕してバイオマス粉体を得る。又は、木質バイオマスを乾燥、圧縮加工したペレット或いはブリケットを、単独のミルで粉砕してバイオマス粉体を得る。そして、このようにして得られたバイオマス粉体を、前記粉砕機から供給配管により空気搬送される微粉炭に混合することにより混合粉体として混焼ボイラのバーナに供給する技術が考えられている。

一般的な微粉炭燃焼ボイラでは、ミルにより石炭を粉砕し、粉砕した微粉炭をファンからの搬送空気(一次空気)により浮遊させて供給配管によりバーナに供給する方式が採用される。微粉炭燃焼ボイラにおいては、バーナによって微粉炭が良好に着火・燃焼されるように、石炭をミルによって例えば数十μｍの粒径に粉砕し、更に微粉炭の濃度が例えばＡ／Ｃ＝１．０〜２．０になるように調整して供給配管によりバーナまで搬送している。このとき、微粉炭燃焼ボイラでは、例えば３０ｍ〜５０ｍのような長い距離を有する供給配管により搬送する場合があり、このような長い距離を供給配管により搬送した際には微粉炭の粒子が供給配管の底部に堆積する場合がある。このため、ミルでは微粉炭の粒径、濃度が好適な値になるように調整すると共に、搬送空気の流速が２０〜３０ｍ／ｓ前後になるように調節している。

ここで、前記したように、微粉炭にバイオマス粉体を混合した混合粉体を空気搬送により混焼ボイラに供給する場合には、供給配管の内部にバイオマス粉体の粒子が堆積する問題が生じる。一般に、繊維を含む木質バイオマスは石炭と比較して微粉化されにくく、通常の石炭用のミルを用いて粉砕した場合、微粉炭は前記したように数十μｍの粒径に粉砕されるのに対し、木質バイオマスは数ｍｍの粒径に粉砕される。このように、微粉炭の粒子に対してバイオマス粉体の粒子の粒径は大きく且つ重量が大きいことから、バイオマス粉体の粒子は空気搬送されにくく、そのためにバイオマス粉体の粒子が供給配管の底部に堆積するという問題が生じる。

従って、バイオマス粉体を専焼する専焼ボイラにバイオマス粉体を空気搬送により供給する設備、及び、バイオマス粉体を含む微粉炭からなる混合粉体を混焼ボイラに空気搬送により供給する設備においては、バイオマス粉体の粒子が供給配管の底部に堆積するという問題を解消する必要があるが、今までにこのような技術を開示したものはない。

一次空気である流体に微粉炭を混合して立上がり部から水方向へ曲げられてバーナに供給する微粉炭供給管において、立上がり部出口の流体と微粉炭の混合媒体を中央へ案内する案内部と、案内部からバーナまでを直線状に接続して、案内部で中央へと案内された混合媒体を管断面全体へと拡散させる拡散区間を有するバーナ接続部とを備えた微粉炭供給管がある(特許文献１)。

又、管内に装着するねじり羽根状エレメントの外縁部に、管の内周面との間に隙間を形成するスペーサ部を有するスタティックミキサーエレメントがある(特許文献２)。

特開２０１３−１７８０４０号公報特開２００１−２０５０６２号公報

特許文献１の微粉炭供給管は、流体と微粉炭を管の中央へ案内する案内部を備え、案内部からバーナまでを直線状に接続して、案内部で中央へと案内された混合媒体を管断面全体へと拡散させてバーナに導くようにしたものであって、水平方向へ長い距離を有して延びる供給配管においてバイオマス粉体を安定して搬送するようにしたものではない。更に、特許文献１に記載のように、微粉炭を管の中央へ案内する案内部を管内面の全周に設けた場合には、案内部によって管の底部にバイオマス粉体の粒子が堆積し易くなるという問題がある。

また、特許文献２は、２種以上の流体を混合するために内部混合素子（スタティックミキサーエレメント）を管内の始端（一端）から終端（他端）に渡って配置した静止型管内混合器（スタティックミキサー）に関するものであり、羽根状エレメントの外縁部に、管の内周面との間に隙間を形成するスペーサ部を備えて、隙間に残存する粘性流体の洗浄性を高めたものである。従って、特許文献２は、２種以上の流体を混合するためのものであり、粉体を目的とする位置まで到達させるべく搬送するものではない。更に、羽根状エレメントの外縁部と管の内周面との間に設けた隙間には粉体の粒子が挟まることにより、粒子が堆積し易くなってしまう可能性がある。

本発明は、上述した課題に鑑みてなしたものであり、簡単な構成により空気搬送する粉体の粒子が供給配管の底部に堆積する問題を解消できるようにした粉体供給管を提供することを目的とする。

本発明は、粉体を気体搬送するための水平方向へ延びる供給配管の内部に、配管下部を流れる粉体を配管上部に移動させる粒子再浮遊部材を１つ以上配置した粉体供給管、に係るものである。

上記粉体供給管において、前記粒子再浮遊部材は粉体の堆積開始距離以下の間隔で配置される。

本発明は、粉体を気体搬送するための水平方向へ延びる供給配管の内部に、板を前記供給配管の長手方向で半回転捻った粒子再浮遊板を１つ以上配置した粉体供給管、に係るものである。

上記粉体供給管において、前記粒子再浮遊板は幅端部が前記供給配管の内面に密着して配置される。

本発明は、前記供給配管の途中に、短管の内部に前記粒子再浮遊部材または前記粒子再浮遊板が配置されたユニット管を設けることができる。

上記粉体供給管において、前記粉体は、少なくともバイオマス粉体を含む粉体であってよい。

本発明の粉体供給管によれば、簡単な構成により空気搬送する粉体の粒子が供給配管の底部に堆積する問題を効果的に解消できるという優れた効果を奏し得る。

(Ａ)は、既存の微粉炭燃焼ボイラを、バイオマス粉体を燃焼するボイラとして用いる場合に適用される本発明の粉体供給管の第１の実施例を示す全体構成図、(Ｂ)は(Ａ)のＩＢ−ＩＢ方向矢視図である。ボイラに適用する本発明の粉体供給管の第２の実施例を示す切断側面図である。 (Ａ)は図２のＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ方向矢視図、(Ｂ)は図２のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ方向矢視図、(Ｃ)は図２のＩＩＩＣ−ＩＩＩＣ方向矢視図、(Ｄ)は図２のＩＩＩＤ−ＩＩＩＤ方向矢視図である。図３の変形例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。

図１は、既存の微粉炭燃焼ボイラを、バイオマス粉体を燃焼するボイラとして用いる場合に適用される本発明の粉体供給管の第１の実施例を示す全体構成図である。

図１(Ａ)中、１はミルであり、ミル１の下部には搬送空気２(一次空気)が供給され、ミル１の上部からは木質バイオマスからなる原料３が供給される。尚、ミル１に供給する木質バイオマスに代えて、木質バイオマスを乾燥、圧縮加工したペレット或いはブリケットを用いてもよい。

ミル１に供給された原料３である木質バイオマスは、図示されないローラにより粉砕されて微粉状のバイオマス粉体４(粉体)となる。このバイオマス粉体４は前記搬送空気２により吹き上げられて浮遊し、立ち上がり部から水平方向へ延びる供給配管５を通る間も空気搬送されて、ボイラ６のウインドボックス７に備えられる図示しないバーナに供給される。ボイラ６に供給されたバイオマス粉体４はバーナから供給される二次空気と共に燃焼される。

ミル１からのバイオマス粉体４をボイラ６に供給する供給配管５は、例えば３０ｍ〜５０ｍに及ぶような長い距離で水平方向へ延びて設けられる場合がある。

水平方向へ長い距離を有する供給配管５により、ミル１で数十μｍの粒径に粉砕した微粉炭を高い濃度を保持して所定の流速で空気搬送した場合には堆積は起こらないが、数ｍｍに粉砕されたバイオマス粉体を微粉炭と同じ濃度、流速で搬送した場合には、バイオマス粉体４の粒子が供給配管５の底部に堆積するという問題が生じる。

このため、本発明では、供給配管５の内部に、配管下部を流れる粉体を配管上部に移動させる粒子再浮遊部材を１つ以設ける。図１の場合は、矩形の板を前記供給配管５の長手方向で半回転分(３６０°の１／２である１８０°)に捻った形状の粒子再浮遊板８を配置している。このとき、図１(Ｂ)に示すように、粒子再浮遊板８はその前後両側の幅端縁９、又は幅端縁９の全長を溶接等による固定部１１によって供給配管５の内面５ａに対して密着させて固定することができる。図１(Ａ)、(Ｂ)の場合は粒子再浮遊板８の前端と後端が水平の状態になるように供給配管に配置した場合を示している。前記粒子再浮遊板８の捻じり角は略半回転分である１８０°前後であればよく、１８０°に限定されるものではない。

このように供給配管５の内部に粒子再浮遊板８を備えることによって粉体供給管５０が構成される。

図２は、ボイラに適用する本発明の粉体供給管の第２の実施例を示す切断側面図である。

図２の実施例は、前記供給配管５と同一口径を有する短管１２の内部に前記粒子再浮遊板８を備えたユニット管１３を設け、このユニット管１３を前記供給配管５の途中に配置するようにした場合を示している。ユニット管１３は上流側と下流側の供給配管５に対してフランジ１４を介して連結するようにしている。

図２のユニット管１３を構成する前記短管１２と前記粒子再浮遊板８は、粒子再浮遊板８の前後両側の端部１０における幅端縁９と短管１２の内面１２ａにおける前後両側の端部を溶接等による固定部１１によって相互に固定している。

尚、上記実施例では、粉体供給管５０によってバイオマス粉体４をボイラ６に空気搬送する場合について例示したが、前記粉体供給管５０は、前記したように堆積し易いバイオマス粉体４を含む微粉炭からなる混合粉体を混焼ボイラに空気搬送する場合にも適用することができる。

本発明者は、木質バイオマスをミルにより粉砕し、供給配管により空気搬送した際に、バイオマス粉体の粒子が供給配管の内部で堆積する場所を求める試験を実施した。ミルで粉砕したバイオマス粉体を、濃度(Ａ／Ｃ)、流速が微粉炭の場合と同等になるように設定して搬送する試験を行った結果、バイオマス粉体の空気搬送が開始される点から１０ｍ〜１５ｍ前後の位置(堆積開始距離Ｈ)においてバイオマス粉体の粒子の堆積が開始されることが判明した。

従って、図１に示すように、バイオマス粉体を長い距離の供給配管５を用いて微粉炭の場合と同等の条件によって空気搬送する際には、供給配管５に対して１０ｍ前後の間隔ごとに前記粒子再浮遊板８を配置した粉体供給管５０を備えることが有効であることが判明した。

このように、運用予定のボイラに供給するバイオマス粉体の粒子重量、濃度(Ａ／Ｃ)、搬送ガスの流速に基づいて予め試験により堆積開始距離Ｈを求めておくことにより、その堆積開始距離Ｈ以下の間隔ごとに前記粒子再浮遊板８を配置することでバイオマス粉体４の粒子の堆積を防止して搬送することが可能になる。

以下本発明の実施例の作用を、図２、図３を参照して説明する。

図２のようにバイオマス粉体４の粒子ａは供給配管５の内部を搬送空気により浮遊された状態で搬送される。この時、バイオマス粉体４が搬送される距離が例えば１０ｍ以上になると、粒径が大きいバイオマス粉体４の粒子ａは供給配管５の底部に徐々に落下して堆積するようになる。

本発明の粉体供給管５０では、前記粒子ａの堆積が開始する供給配管５の箇所、或いはそれよりも前の箇所である堆積開始距離Ｈ以下の位置に、粒子再浮遊板８を配置している。これにより、供給配管５の底部に堆積しようとする粒子ａは粒子再浮遊板８の捻られた形状により上方へ掬い上げられるように流動し、再び搬送空気により浮遊されて搬送されるようになる。

図３ (Ｂ)、(Ｃ)に示す矢印は、粒子再浮遊板８の捻りの方向を表わしており、図示の粒子再浮遊板８は、上流側の前端から下流側の後端へ向かって時計方向へ半回転分(１８０°)捩った場合を示している。

図３(Ａ)に示す粒子再浮遊板８の前端の位置では、供給配管５及び供給配管５の底部に粒子ａの堆積が開始されようとしている。

図３(Ｂ)に示す粒子再浮遊板８の前端よりも下流の第１中間部では、粒子再浮遊板８の一側(右側)の幅端縁９が短管１２供給配管５(短管１２)の底部に堆積しようとしている粒子ａに近づきつつある。

図３(Ｃ)に示す粒子再浮遊板８の前記第１中間部よりも更に下流の第２中間部では、粒子再浮遊板８の一側の幅端縁９によって短管１２の底部の粒子ａが掬い上げられ、掬い上げられた粒子ａは、図３(Ｃ)において短管１２と粒子再浮遊板８とにより略Ｖ字状となった流路を流動する。この時、前記粒子再浮遊板８を配置したことにより、供給配管５に対して短管１２における搬送空気の流速が高まることにより、粒子ａは略Ｖ字状の流路に沿って容易に下流へ流動するようになる。

図３(Ｄ)に示す粒子再浮遊板８の後端の位置では、Ｖ字状になった流路を流動した粒子ａが、１８０°反転された粒子再浮遊板８の上面に導かれるようになるので、粒子再浮遊板８上の粒子ａは流動してくる搬送空気によって再び浮遊されて下流側へ搬送される。

図４は図３の変形例を示したものであり、図４の場合は粒子再浮遊板８の前端と後端が鉛直になるように短管１２に固定した場合を示している。図４の構成の場合には短管１２の底部に堆積しようとする粒子ａの半分(図４では左側の半分)を掬い上げて上方へと導くことにより再び搬送空気に浮遊させることができるが、右側の半分は掬い上げることができない。このため、図４に示すように時計方向に捩った構成の粒子再浮遊板８を備えた場合には、該粒子再浮遊板８の下流に設ける粒子再浮遊板８は、反時計方向に捩った構成とし、このように、捩る方向を交互に逆にした粒子再浮遊板８を組み合わせて備えることが好ましい。

上記したように、粉体を気体搬送するための水平方向へ延びる供給配管５の内部に、板を供給配管５の長手方向で半回転捻った粒子再浮遊板８の幅端縁９を前記供給配管５の内面に密着して配置することにより粉体供給管５０を構成したので、簡単な構成により空気搬送する粉体の粒子が供給配管５の底部に堆積する問題を効果的に解消することができる。

このため、既存の微粉炭燃焼ボイラに対して構造、制御上の大きな変更を加えることなしに、バイオマス粉体を専焼する装置、或いは、バイオマス粉体を含む微粉炭からなる混合粉体を混焼する装置における粉体供給管５０として適用することができる。

又、前記供給配管５の途中に、短管１２の内部に前記粒子再浮遊板８が配置されたユニット管１３を設けたことにより、既存の微粉炭燃焼ボイラに備えられる供給配管５を、バイオマス粉体を専焼する装置、或いは、バイオマス粉体を含む微粉炭からなる混合粉体を混焼する混焼ボイラの粉体供給管５０として容易に切り替えることができる。

短管１２と粒子再浮遊板８は相互に端部で固定することができるので、短管１２と粒子再浮遊板８を簡単に固定して必要な強度を保持することができる。

粉体がバイオマス粉体４を含む微粉炭からなる混合粉体であっても、バイオマス粉体の粒子が供給配管５の底部に堆積する問題を効果的に防止できる。

尚、上記実施例では、矩形の板を前記供給配管５の長手方向で半回転分(３６０°の１／２である１８０°)に捻った形状の粒子再浮遊板８について説明したが、配管底部に堆積しようとする粒子を配管上部に再浮遊させる機能をもつ部材（粒子再浮遊部材）であればよく、例えば粒子流入側では管断面下半分が開口しており粒子流出側では管断面上半分が開口している流路をもつような部材であってもよい。

又、上記実施例では、バイオマス粉体を空気搬送する場合について説明したが、本発明の粉体供給管は、種々の粉体を空気以外の気体を用いて気体搬送する場合にも適用することができ、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

２搬送空気(一次空気)
４バイオマス粉体(粉体)
５供給配管
５ａ内面
８粒子再浮遊板
１０端部
１２短管
１３ユニット管
５０粉体供給管
Ｈ堆積開始距離

Claims

粉体を気体搬送するための水平方向へ延びる供給配管の内部に、配管下部を流れる粉体を配管上部に移動させる粒子再浮遊部材を１つ以上配置した粉体供給管。
前記粒子再浮遊部材は粉体の堆積開始距離以下の間隔で配置される請求項１に記載の粉体供給管。
粉体を気体搬送するための水平方向へ延びる供給配管の内部に、板を前記供給配管の長手方向で半回転捻った粒子再浮遊板を１つ以上配置した粉体供給管。
前記粒子再浮遊板は幅端部が前記供給配管の内面に密着して配置される請求項３に記載の粉体供給管。
短管と前記粒子再浮遊板は相互に端部で固定されている請求項３又は４に記載の粉体供給管。
前記供給配管の途中に、短管の内部に前記粒子再浮遊部材または前記粒子再浮遊板が配置されたユニット管を設けた請求項１〜５に記載の粉体供給管。
前記粉体は、少なくともバイオマス粉体を含む粉体である請求項１〜６のいずれか１項に記載の粉体供給管。