JP2019005708A - 固体燃料の混合判定方法および固体燃料粉砕装置 - Google Patents

Abstract

【課題】固体燃料の全水分量の差およびハードグローブ粉砕性指数の差に基づいて複数種の固体燃料を混合して粉砕することの可否を判定する。【解決手段】固体燃料粉砕装置で混合して粉砕される第１固体燃料および第２固体燃料の混合可否を判定する固体燃料の混合判定方法であって、第１固体燃料のハードグローブ粉砕性指数および全水分量を入力する工程と、第２固体燃料のハードグローブ粉砕性指数および全水分量を入力する工程と、第１固体燃料のハードグローブ粉砕性指数と第２固体燃料のハードグローブ粉砕性指数との差の絶対値が第１所定値Ｔｈ１以上であり、かつ第２固体燃料の全水分量と第１固体燃料の全水分量との差の絶対値が第２所定値Ｔｈ２以上である場合に、第１固体燃料と第２固体燃料の混合が不可であると判定する判定工程と、を備える固体燃料の混合判定方法を提供する。【選択図】図４

Description

本発明は、固体燃料の混合判定方法および固体燃料粉砕装置に関するものである。

従来、性状の異なる複数種の石炭を粉砕して所定粒径より小さい微粉に粉砕する石炭粉砕機が知られている（例えば、特許文献１，特許文献２参照。）。
特許文献１には、複数の石炭炭種の銘柄と配合割合を入力し、複数の石炭炭種を混合した混合炭の発熱量等の性状項目値を算出することが開示されている。
特許文献２には、石炭原料の比熱等のデータから粉砕設備における入口温度または出口温度を演算し、演算した入口温度が基準入口温度より高い場合あるいは演算した出口温度が基準出口温度より低い場合に粉砕設備を安定して運転できないと判定することが開示されている。

特開２００７−１１５２０３号公報 特開２０１４−１５９９００号公報

石炭などの固体燃料を用いるにあたり、単一種類の固体燃料を粉砕して微粉燃料とする場合に比べて、性状の異なる複数種の固体燃料を粉砕して微粉燃料とする場合は、混合した固体燃料（混合炭など）の性状（元素組成、水分量、灰成分など）を確認して固体燃料を粉砕する固体燃料粉砕装置の内部で発火が発生しないように適切に管理することが求められる。そして、発明者らは、複数種の固体燃料の混合について、混合後の性状ではなく、混合する前の単一種の固体燃料の性状の一部に注目した。すなわち、発明者らは、粉砕容易性を示す指標であるハードグローブ粉砕性指数（ＨＧＩ：Hardgrove Grindability Index）の差および全水分量の差に着目して試験を行ったところ、これらの差が大きくなる場合に発火のおそれが高くなるという新たな知見を得た。それに対して、特許文献１には、性状項目値として全水分の開示があるものの、ハードグローブ粉砕性指数についての開示はない。また、特許文献２には、全水分量およびハードグローブ粉砕性指数について開示があるものの、これらの指数の差と発火のおそれとの関連についての記載はない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、固体燃料の全水分量の差およびハードグローブ粉砕性指数の差に基づいて複数種の固体燃料を混合して粉砕することの可否を判定できる固体燃料の混合判定方法および固体燃料粉砕装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の一態様にかかる固体燃料の混合判定方法は、固体燃料粉砕装置で混合して粉砕される第１固体燃料および第２固体燃料の混合可否を判定する方法であって、前記第１固体燃料のハードグローブ粉砕性指数および全水分量を入力する工程と、前記第２固体燃料のハードグローブ粉砕性指数および全水分量を入力する工程と、前記第１固体燃料のハードグローブ粉砕性指数と前記第２固体燃料のハードグローブ粉砕性指数との差の絶対値が第１所定値以上であり、かつ前記第２固体燃料の全水分量と前記第１固体燃料の全水分量との差の絶対値が第２所定値以上である場合に、前記第１固体燃料と前記第２固体燃料の混合が不可であると判定する判定工程と、を備える。

本発明の一態様にかかる固体燃料の混合判定方法によれば、第１固体燃料のハードグローブ粉砕性指数と第２固体燃料のハードグローブ粉砕性指数との差の絶対値が第１所定値以上である場合、粉砕された第１固体燃料の粒径と粉砕された第２固体燃料の粒径との差が十分に大きくなる。また、第２固体燃料の全水分量と第２固体燃料の全水分量との差の絶対値が第２所定値以上である場合、第２固体燃料の全水分量と第１固体燃料の全水分量との差も十分に多くなる。

ここで、固体燃料粉砕装置の内で粉砕された微粉燃料が、搬送用の加熱された一次空気により乾燥される。この場合、粒径の大きい方の固体燃料の微粉燃料の乾燥不良が発生し、水分は粒径の大きい方の固体燃料の微粉燃料の外周面に水分が付着する。また、粒径の小さい方の固体燃料の微粉燃料が粒径の大きい方の固体燃料の微粉燃料に付着している水分に引き付けられる。この結果、粒径の大きい方の固体燃料の微粉燃料の周囲に粒子の小さい方の固体燃料の微粉燃料が付着して水分とともに凝集した凝集体となる。そして、この凝集体は流動性が低下しているために、固体燃料粉砕装置の内部に滞留または付着する。凝集体の粒径の小さい方の固体燃料の微粉燃料は、一次空気によってさらに加熱されて、全水分量が少ないため、加熱によって発火に至る可能性がある。

そこで、本発明の一態様にかかる固体燃料の混合判定方法においては、第１固体燃料のハードグローブ粉砕性指数と第２固体燃料のハードグローブ粉砕性指数との差の絶対値が第１所定値以上であり、かつ第２固体燃料の全水分量と第２固体燃料の全水分量との差の絶対値が第２所定値以上である場合に、第１固体燃料と第２固体燃料を混合して粉砕することが不可であると判定している。このようにすることで、粒径の大きい方の固体燃料の微粉燃料の周囲に粒子の小さい方の固体燃料の微粉燃料が付着して水分とともに凝集するような粉砕を行わないので、凝集した凝集体となった固体燃料が固体燃料粉砕装置の内部に滞留または付着することが無くなるので、発火に至るおそれを抑制することができる。

本発明の一態様にかかる固体燃料の混合判定方法においては、前記第１所定値が１５以上かつ２０以下であり、前記第２所定値が１５重量％以上かつ２０重量％以下であってもよい。発明者らが得た知見によれば、第１固体燃料のハードグローブ粉砕性指数と第２固体燃料のハードグローブ粉砕性指数との差の絶対値が１５以上かつ２０以下であり、かつ第２固体燃料の全水分量と第２固体燃料の全水分量との差の絶対値が１５重量％以上かつ２０重量％以下である場合に、第１固体燃料と第２固体燃料の混合が不可であると判定することにより、適切に発火に至るおそれを抑制することができる。

第３固体燃料のハードグローブ粉砕性指数および全水分量を入力する工程を備え、前記判定工程は、前記第１固体燃料、前記第２固体燃料、および前記第３固体燃料からハードグローブ粉砕性指数の差の絶対値が大きい２種を選択し、該選択された２種のハードグローブ粉砕性指数の差の絶対値が前記第１所定値以上であり、かつ前記選択された２種の全水分量の差の絶対値が前記第２所定値以上である場合に、前記第１固体燃料、前記第２固体燃料、および前記第３固体燃料の混合が不可であると判定してもよい。
このようにすることで、３種の固体燃料を混合する際に、これらの固体燃料の混合可否を適切に判定することが可能となる。

本発明の一態様にかかる固体燃料粉砕装置は、第１固体燃料のハードグローブ粉砕性指数と第２固体燃料のハードグローブ粉砕性指数との差の絶対値が第１所定値より小さい、または前記第２固体燃料の全水分量と前記第１固体燃料の全水分量との差の絶対値が第２所定値より小さい場合に、前記第１固体燃料と前記第２固体燃料とを混合して粉砕する粉砕部を備える。

本発明の一態様にかかる固体燃料粉砕装置によれば、第１固体燃料のハードグローブ粉砕性指数から第２固体燃料のハードグローブ粉砕性指数をとの差の絶対値が第１所定値より小さい、または第２固体燃料の全水分量と第１固体燃料の全水分量との差の絶対値が第２所定値より小さい場合に、第１固体燃料と第２固体燃料を混合して粉砕することが可であるため、粉砕部が第１固体燃料と第２固体燃料とを混合して粉砕する。このようにすることで、粒径の大きい固体燃料の微粉燃料の周囲に粒子の小さい方の固体燃料の微粉燃料が付着して水分とともに凝集しにくい条件となるので、凝集体となるものが少なくなり、凝集体となった固体燃料が固体燃料粉砕装置の内部に滞留または付着して発火に至るおそれを抑制することができる。

本発明の一態様にかかる固体燃料粉砕装置においては、前記第１固体燃料のハードグローブ粉砕性指数と前記第２固体燃料のハードグローブ粉砕性指数との差の絶対値が前記第１所定値以上であり、かつ前記第２固体燃料の全水分量と前記第１固体燃料の全水分量との差の絶対値が前記第２所定値以上である場合に、前記第１固体燃料と前記第２固体燃料の混合が不可であると判定する判定部と、備え、前記粉砕部は、前記判定部が前記第１固体燃料と前記第２固体燃料の混合が不可であると判定しない場合に、前記第１固体燃料と前記第２固体燃料とを混合して粉砕する構成としてもよい。

本構成の固体燃料粉砕装置においては、第１固体燃料のハードグローブ粉砕性指数と第２固体燃料のハードグローブ粉砕性指数との差の絶対値が第１所定値以上であり、かつ第２固体燃料の全水分量と第２固体燃料の全水分量との差の絶対値が第２所定値以上である場合に、第１固体燃料と第２固体燃料とを混合して粉砕することが不可であると判定している。このようにすることで、粒径の大きい方の固体燃料の微粉燃料の周囲に粒子の小さい方の固体燃料の微粉燃料が付着して水分とともに凝集するような粉砕を行わないので、凝集して凝集体となった固体燃料が固体燃料粉砕装置の内部に滞留または付着することが無くなるので、発火に至るおそれを抑制することができる。

本発明の一態様にかかる固体燃料粉砕装置においては、前記第１所定値が１５以上かつ２０以下であり、前記第２所定値が１５重量％以上かつ２０重量％以下であってもよい。発明者らが得た知見によれば、第１固体燃料のハードグローブ粉砕性指数と第２固体燃料のハードグローブ粉砕性指数との差の絶対値が１５以上かつ２０以下の第１所定値以上であり、かつ第２固体燃料の全水分量と第２固体燃料の全水分量との差の絶対値が１５重量％以上かつ２０重量％以下の第２所定位置以上である場合に、第１固体燃料と第２固体燃料とを混合して粉砕することが不可であると判定することにより、適切に発火に至るおそれを抑制することができる。

本発明によれば、固体燃料の全水分量の差およびハードグローブ粉砕性指数の差に基づいて複数種の固体燃料を混合して粉砕することの可否を判定できる固体燃料の混合判定方法および固体燃料粉砕装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態の固体燃料粉砕装置およびボイラを示す構成図である。 固体燃料粉砕装置の内部における微粉燃料の粒子の凝集状態を示す図である。 ＨＧＩの差分と全水分量の差分との関係から発火に至るおそれが高い領域を特定した図である。 第１実施形態の制御部が実行する処理を示すフローチャートである。 第２実施形態の制御部が実行する処理を示すフローチャートである。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る固体燃料粉砕装置および固体燃料の混合判定方法について、図面を参照して説明する。本実施形態の固体燃料粉砕装置１００は、一例として石炭等の固体燃料を粉砕し、微粉燃料（微粉炭燃料）を生成してボイラ２００のバーナ部２２０へ供給する装置である。
本実施形態の固体燃料粉砕装置１００は、ミル（粉砕部）１０と、給炭機（燃料供給部）２０と、送風部３０と、温度検出部４０と、制御部（判定部）５０とを備えている。
なお、本実施形態では、上方とは鉛直上側の方向を、上部や上面などの“上”とは鉛直上側の部分を示している。

ミル１０は、ハウジング１１と、回転テーブル１２と、ローラ１３と、駆動部１４と、駆動軸１５と、分級部１６と、燃料供給部１７と、分級部１６を回転駆動させるモータ１８とを有する。
ハウジング１１は、鉛直方向に延びる円筒状に形成されるとともに、回転テーブル１２とローラ１３と分級部１６と、燃料供給部１７とを収容する筐体である。

回転テーブル１２は、駆動部１４から駆動軸１５を介して伝達される駆動力により回転する平面視円形の部材であり、燃料供給部１７から固体燃料（本実施形態では例えば石炭）が供給される。
回転テーブル１２の外周側の複数箇所には、一次空気流路１００ａから流入する一次空気をハウジング１１内の回転テーブル１２の上方の空間に流出させる吹出口（図示略）が設けられている。吹出口の上方にはベーン（図示略）が設置されており、吹出口から吹き出した一次空気に旋回力を与える。ベーンにより旋回力が与えられた一次空気は、旋回する速度成分を有する気流となって回転テーブル１２上で粉砕された固体燃料をハウジング１１内の上方の分級部１６へ導く。なお、一次空気に混合した固体燃料の粉砕物のうち、所定粒径より大きいものは分級部１６により分級されて、または、分級部１６まで到達することなく、落下して回転テーブル１２に戻される。

ローラ１３は、燃料供給部１７から回転テーブル１２に供給された固体燃料を粉砕する回転体である。ローラ１３は、回転テーブル１２の上面に押圧されて回転テーブル１２と協働して固体燃料を粉砕する。
図１では、ローラ１３が１つのみ示されているが、回転テーブル１２の上面を押圧するように、周方向に一定の間隔を空けて、複数のローラ１３が配置される。例えば、外周部上に１２０°の角度間隔を空けて、３つのローラ１３が配置される。この場合、３つのローラ１３が回転テーブル１２の上面と接する部分（押圧する部分）は、回転テーブル１２の中心からの距離が等距離となる。

駆動部１４は、駆動軸１５を介して回転テーブル１２に駆動力を伝達し、回転テーブル１２を中心軸回りに回転させる装置である。
分級部１６は、ローラ１３により粉砕された固体燃料を所定粒径（例えば、７０〜１００μｍ）より大きいもの（以下、所定粒径を超える粉砕された固体燃料を「粗粉燃料」という。）と所定粒径以下のもの（以下、所定粒径以下の粉砕された固体燃料を「微粉燃料」という。）に分級する装置である。分級部１６は、例えば外形が円錐台形状とされ、略円筒形状のハウジング１１の円筒軸に沿ってハウジング１１内の上方に取り付けられ、外周側に複数の分級羽根を備えている。分級部１６は、モータ１８により駆動力を与えられ、ハウジング１１の円筒軸を中心に回転する。

分級部１６に到達した固体燃料の粉砕物は、分級羽根の回転により生じる遠心力と、一次空気の気流による向心力との相対的なバランスにより、粗粉燃料を回転テーブル１２に導き、微粉燃料（本実施形態では例えば微粉炭燃料）をハウジング１１から出口１９に導く。
分級部１６によって分級された微粉燃料は、出口１９から供給流路１００ｂへ排出される。供給流路１００ｂへ流出した微粉燃料は、ボイラ２００のバーナ部２２０へ供給される。

燃料供給部１７は、ハウジング１１の上端を貫通するように取り付けられ、上部から投入される固体燃料を回転テーブル１２の略中央領域に供給する。燃料供給部１７は、給炭機２０から固体燃料が供給される。

給炭機２０は、ホッパ２１と、搬送部２２と、モータ２３とを有する。搬送部２２は、モータ２３から与えられる駆動力によってホッパ２１の下端部から排出される固体燃料を搬送し、ミル１０の燃料供給部１７に導く。

送風部３０は、ローラ１３により粉砕された固体燃料を乾燥させるとともに分級部１６へ供給するための一次空気をハウジング１１の内部へ送風する装置である。
送風部３０は、ハウジング１１へ送風される一次空気を適切な温度に調整するために、熱ガス送風機３０ａと、冷ガス送風機３０ｂと、熱ガスダンパ３０ｃと、冷ガスダンパ３０ｄとを備えている。

熱ガス送風機３０ａは、空気予熱器などの熱交換器から供給される熱せられた一次空気を送風する送風機である。熱ガス送風機３０ａの下流側には熱ガスダンパ３０ｃが設けられている。熱ガスダンパ３０ｃの開度は制御部５０によって制御される。熱ガスダンパ３０ｃの開度によって熱ガス送風機３０ａが送風する一次空気の流量が決定する。
一次空気の流量は、熱ガス送風機３０ａが送風する一次空気の流量と冷ガス送風機３０ｂが送風する一次空気の流量の合計の流量となり、一次空気の温度は、熱ガス送風機３０ａが送風する一次空気と冷ガス送風機３０ｂが送風する一次空気の混合比率で決まり、制御部５０によって制御される。

冷ガス送風機３０ｂは、常温の外気である一次空気を送風する送風機である。冷ガス送風機３０ｂの下流側には冷ガスダンパ３０ｄが設けられている。冷ガスダンパ３０ｄの開度は制御部５０によって制御される。冷ガスダンパ３０ｄの開度によって冷ガス送風機３０ｂが送風する一次空気の流量が決定する。

温度検出部４０は、出口１９の温度を検出するセンサである。温度検出部４０は出口１９から排出される微粉燃料の温度を検出し、制御部５０へ出力する。

制御部５０は、固体燃料粉砕装置１００の各部を制御する装置である。制御部５０は、駆動部１４に駆動指示を伝達することにより回転テーブル１２の回転数を制御する。また、制御部５０は、給炭機２０のモータ２３へ駆動指示を伝達することにより、搬送部２２が固体燃料を搬送して燃料供給部１７へ供給する固体燃料供給量を調整することができる。また、制御部５０は、開度指示を送風部３０に伝達することにより、熱ガスダンパ３０ｃおよび冷ガスダンパ３０ｄの開度を制御して一次空気の流量と温度を制御することができる。

次に、固体燃料粉砕装置１００から供給される微粉燃料を用いて燃焼を行って蒸気を発生させるボイラ２００について説明する。
ボイラ２００は、火炉２１０とバーナ部２２０とを備えている。

バーナ部２２０は、供給流路１００ｂから供給される微粉燃料を含む一次空気と、熱交換器（図示略）から供給される２次空気とを用いて微粉燃料を燃焼させる装置である。微粉燃料の燃焼は火炉２１０内で行われ、高温の燃焼ガスは、蒸発器，過熱器，エコノマイザなどの熱交換器（図示略）を通過した後にボイラ２００の外部に排出される。

ボイラ２００から排出された燃焼ガスは、脱硝装置など環境装置で所定の処理を行うとともに、空気予熱器などの熱交換器（図示略）に送られ、外気との熱交換が行われる。熱交換器において燃焼ガスとの熱交換により加熱された外気は、前述した熱ガス送風機３０ａに送られる。
ボイラ２００の各熱交換器への給水は、エコノマイザ（図示略）において加熱された後に、蒸発器（図示略）および過熱器（図示略）によって更に加熱されて高温高圧の蒸気が生成され、蒸気タービン（図示略）へと送られて発電機（図示略）を回転駆動して発電が行われる。

次に、固体燃料の全水分量の差およびハードグローブ粉砕性指数の差に基づいて複数種の固体燃料を混合して粉砕することの可否を判定する方法について説明する。
性状の異なる複数種の固体燃料を混合して粉砕して微粉燃料とする場合、固体燃料を粉砕する固体燃料粉砕装置の内部で発火が発生しないように適切に管理することが求められる。そして、発明者らは、複数種の固体燃料の混合について、粉砕容易性を示す指標であるハードグローブ粉砕性指数（ＨＧＩ：Hardgrove Grindability Index）の差および全水分量の差に着目して試験を行ったところ、これらの差が大きくなる場合に発火のおそれが高くなるという新たな知見を得た。

ここで、ＨＧＩは、固体燃料の粉砕容易性を示す指数であり、粉砕試験で粉砕した微粉燃料を７５μｍのふるいでふるい分けした粒子の重量に比例する指数である。そして、ＨＧＩの数値が大きいほど７０μｍ未満の粒子の重量が多く、粉砕が容易であることを示す。ＨＧＩの測定方法は、ＪＩＳ Ｍ ８８０１の石炭類の試験方法に記載されている。
また、全水分量は、固体燃料に含まれる水分の重量割合を示す値である。全水分量の測定方法は、ＪＩＳ Ｍ ８８２０の石炭類及びコークス類のロットの全水分測定方法に記載されている。

発明者らは、石炭として瀝青炭を第１固体燃料とし、瀝青炭よりもＨＧＩが低く全水分量が多い亜瀝青炭を第２固体燃料とし、それぞれ性状の異なる複数の第１固体燃料と複数の第２固体燃料を組み合わせて複数種の混合燃料を用意した。また、複数種の混合燃料を、固体燃料粉砕装置１００を模した試験装置で粉砕し、発火の有無を測定した。
その結果、第１固体燃料のＨＧＩから第２固体燃料のＨＧＩを減算した差分（ＨＧＩの差の絶対値）が第１所定値Ｔｈ１以上であり、かつ第２固体燃料の全水分量から第１固体燃料の全水分量を減算した差分（全水分量の差の絶対値）が第２所定値Ｔｈ２以上である場合に、混合燃料の粉砕中に発火に至るおそれが高いということが分かった。

ここで、第１所定値Ｔｈ１と第２所定値Ｔｈ２の各値は、固体燃料（石炭）の性状で多少変化する場合がある。例えば石炭の発火性に影響がある、炭素原子数の対する酸素原子数の比であるＯ／Ｃにより、値の選定と設定が望ましい場合がある。第１所定値Ｔｈ１は１５以上かつ２０以下の範囲から適切な値を設定し、より好ましくは１５以上かつ１８以下の範囲から適切な値を設定する。また、第２所定値Ｔｈ２は１５重量％以上かつ２０重量％以下の範囲から適切な値を設定し、より好ましくは１５重量％以上かつ１８重量％以下の範囲から適切な値を設定する。

図３は、発明者らが得た知見をグラフに示したものである。図３は、第１固体燃料のＨＧＩから第２固体燃料のＨＧＩを減算した差分（ＨＧＩの差の絶対値）と第２固体燃料の全水分量から第１固体燃料の全水分量を減算した差分（全水分量の差の絶対値）との関係から、発火に至るおそれが高い領域を特定した図である。図３に示す実線は、発火に至るおそれが高い領域と、発火に至るおそれが低い領域とを区分する線である。

第１固体燃料と第１固体燃料よりもＨＧＩが低く、全水分量が多い第２固体燃料の２種の固体燃料を混合して混合燃料とする場合、第１固体燃料のＨＧＩから第２固体燃料のＨＧＩを減算した差分が第１所定値Ｔｈ１以上であり、かつ第２固体燃料の全水分量から第１固体燃料の全水分量を減算した差分が第２所定値Ｔｈ２以上である領域が、発火に至るおそれが高い領域であることを示している。

ここで、混合燃料の粉砕中に発火に至るおそれが高い理由は、以下のように推察される。
図２は、第１固体燃料と第１固体燃料よりもＨＧＩが低く、全水分量が多い第２固体燃料の２種の固体燃料を混合して混合燃料とする場合に、固体燃料粉砕装置１００のミル１０の内部における微粉燃料の粒子の凝集状態を示す図である。
図２に示すように、第１固体燃料を粉砕した第１微粉燃料Ｃ１は、ＨＧＩが高いため第２微粉燃料Ｃ２よりも小さい粒径に粉砕され、粒径の大きい方の第２固体燃料の第２微粉燃料Ｃ２が発生している。また、固体燃料粉砕装置の内で粉砕された微粉燃料Ｃ１，Ｃ２が、搬送用の加熱された一次空気により乾燥される。この場合、粒径の大きい方の第２固体燃料の第２微粉燃料Ｃ２の乾燥不良が発生し、第２微粉燃料Ｃ２は、第１微粉燃料Ｃ１よりも全水分量が多いため外周面に水分Ｗが付着している。

また、粒径の小さい方の第１微粉燃料Ｃ１が、粒径の大きい方の第２微粉燃料Ｃ２に付着している水分Ｗに引き付けられる。この結果、小径で乾燥した第１微粉燃料Ｃ１が、大径で水分を多く含む第２微粉燃料Ｃ２の回りに水分Ｗとともに凝集した状態となった凝縮体となる。そして、この凝集体は流動性が低下しているために、ミル１０の内部に滞留または付着し易くなる。すると凝集体を構成する粒径の小さい方の第１微粉燃料Ｃ１は、一次空気によってさらに加熱されて、第１微粉燃料Ｃ１は元から全水分量が少ないため、加熱によって発火に至る可能性がある。

第１微粉燃料Ｃ１は第２微粉燃料Ｃ２と混合されていなければ分級部１６で分級されてボイラ２００へ導かれるが、図２に示すように凝集すると分級部１６で分級されずにミル１０の内部にとどまる。そして、小径で乾燥した第１微粉燃料Ｃ１がミル１０の内部で加熱された一次空気で加熱され続けると、発火温度に到達してしまうと推察される。このように、第１固体燃料のＨＧＩと第２固体燃料のＨＧＩを減算した差分（ＨＧＩの差の絶対値）が第１所定値Ｔｈ１以上であり、かつ第２固体燃料の全水分量から第２固体燃料の全水分量を減算した差分（全水分量の差の絶対値化）が第２所定値Ｔｈ２以上である場合に、混合燃料が発火に至るおそれがある。

一方、仮に、各微粉燃料において、全水量の多いものと少ないものの状況が逆であっても、同じように考えることができる。すなわち、第１固体燃料の第１微粉燃料Ｃ１は、ＨＧＩが高い状況は変わらなく、全水分量が少ない方ではなく、全水分量が多い状況であった場合を考える。この場合も、ＨＧＩが低い第２固体燃料の第２微粉燃料Ｃ２の粒径が大きい方となり、第１固体燃料の第１微粉燃料Ｃ１は、粒径が小さい方になる。全水分量が多い第１微粉燃料Ｃ１は、搬送用の加熱された一次空気により乾燥されるが、粒径が小さいので離脱が促進される量が多く存在することになり、離脱した水分は近傍にある粒径の大きい方の第２固体燃料の第２微粉燃料に引きつけられて、外周面に水分Ｗが付着するものがある。その結果、小径で乾燥した第１微粉燃料Ｃ１が、大径で水分Ｗが付着した第２微粉燃料Ｃ２の回りに凝集した状態となった凝縮体となる。この凝集体は流動性が低下しているために、ミル１０の内部に滞留または付着し易くなるので、凝集体を構成する粒径の小さい方の第１微粉燃料Ｃ１は、一次空気によってさらに加熱されて、第１微粉燃料Ｃ１は元から全水分量が少ないため、加熱によって発火に至る可能性がある。

次に、以上のようにして得た新たな知見に基づいて、固体燃料の全水分量の差およびハードグローブ粉砕性指数の差に基づいて複数種の固体燃料を混合して粉砕することの可否を判定する方法について説明する。
本実施形態においては、固体燃料粉砕装置１００で燃料として用いる予定の第１固体燃料および第２固体燃料のＨＧＩを、予め測定装置（図示略）により測定しておくものとする。また、固体燃料粉砕装置１００で燃料として用いる予定の第１固体燃料および第２固体燃料の全水分量を、予め測定装置（図示略）により測定しておくものとする。ここで、第１固体燃料は、第２固体燃料よりもＨＧＩが高く、かつ全水分量が低いものとする。

ここで、本実施形態の固体燃料粉砕装置１００が実行する処理を、図４に示すフローチャートを用いて説明する。図４は、制御部５０が実行する処理を示すフローチャートである。なお、制御部５０は、記憶部（図示略）に記憶されたプログラムを実行することにより図４に示す各処理を実行する。図４に示す各処理は、固体燃料粉砕装置１００で第１固体燃料と第２固体燃料の２種の固体燃料を混合して粉砕しようとする場合に、第１固体燃料と第２固体燃料とを混合して粉砕することが可能であるかどうかを判定するための処理である。

図４のステップＳ４０１において、制御部５０は、予め測定により取得している第１固体燃料のＨＧＩおよび全水分量の値を、入力部（図示略）を介して入力する。
ステップＳ４０２において、制御部５０は、予め測定により取得している第２固体燃料のＨＧＩおよび全水分量の値を、入力部（図示略）を介して入力する。

ステップＳ４０３において、制御部５０は、第１固体燃料のＨＧＩから第２固体燃料のＨＧＩを減算した差分が第１所定値Ｔｈ１以上であるかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ４０４へ処理を進め、ＮＯであればステップＳ４０６へ処理を進める。本実施形態においては、第１所定値Ｔｈ１として例えば１５以上かつ２０以下の値を設定する。なお、第１所定値Ｔｈ１の具体的な値としては、複数種の混合燃料を試験した結果に応じた任意の数値を設定することができる。

ステップＳ４０４において、制御部５０は、第２固体燃料の全水分量から第１固体燃料の全水分量を減算した差分が第２所定値Ｔｈ２以上であるかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ４０５へ処理を進め、ＮＯであればステップＳ４０６へ処理を進める。本実施形態においては、第２所定値Ｔｈ２として例えば１５重量％以上かつ２０重量％以下の値を設定する。なお、第２所定値Ｔｈ２の具体的な値としては、複数種の混合燃料を試験した結果に応じた任意の数値を設定することができる。

ステップＳ４０５において、制御部５０は、第１固体燃料のＨＧＩから第２固体燃料のＨＧＩを減算した差分が第１所定値Ｔｈ１以上であり、かつ第２固体燃料の全水分量から第１固体燃料の全水分量を減算した差分が第２所定値Ｔｈ２以上であることから、図３に示すグラフに基づいて、第１固体燃料と第２固体燃料を混合して粉砕することが不可であると判定する。この混合が不可である旨の判定結果は、例えば、表示部（図示略）に表示することにより固体燃料粉砕装置１００の操作者に伝達される。

ステップＳ４０６において、制御部５０は、第１固体燃料のＨＧＩから第２固体燃料のＨＧＩを減算した差分が第１所定値Ｔｈ１より小さい、または第２固体燃料の全水分量から第１固体燃料の全水分量を減算した差分が第２所定値Ｔｈ２より小さいことから、図３に示すグラフに基づいて、第１固体燃料と第２固体燃料の混合が可であると判定する。この混合が可である旨の判定結果は、例えば、表示部（図示略）に表示することにより固体燃料粉砕装置１００の操作者に伝達される。
制御部５０は、ステップＳ４０５またはステップＳ４０６の処理を実行すると、図４に示す２種の固体燃料を混合して粉砕することの可否を判定する処理を終了させる。

ステップＳ４０６で第１固体燃料と第２固体燃料を混合して粉砕することが可であると判定された場合、ホッパ２１には、第１固体燃料と第２固体燃料とが供給される。そして、ミル１０は、給炭機２０から供給される第１固体燃料と第２固体燃料とを混合して粉砕する。

なお、図４に示す各処理は、制御部５０が実行するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、図４に示す各処理の少なくとも一部を、固体燃料粉砕装置１００の操作者自身が行ってもよい。例えば、ステップＳ４０３からステップＳ４０６まで処理を操作者自身が行ってもよい。

以上説明した本実施形態の固体燃料粉砕装置１００が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態の固体燃料の混合判定方法によれば、第１固体燃料のＨＧＩと第２固体燃料のＨＧＩとの差の絶対値が第１所定値Ｔｈ１以上である場合、粉砕された一方の固体燃料（本実施形態では第１固体燃料）の粒径が粉砕された他方の固体燃料（本実施形態では第２固体燃料）の粒径よりも十分に小さくなる。また、第２固体燃料の全水分量と第２固体燃料の全水分量との差の絶対値が第２所定値Ｔｈ２以上である場合、第２固体燃料の全水分量が第１固体燃料の全水分量よりも十分に多くなる。この場合、粒径の小さい第１固体燃料の微粉燃料が第２固体燃料の微粉燃料に付着した水分に引き付けられ、粒径の大きい第２固体燃料の微粉燃料の周囲に第１固体燃料の微粉燃料が付着する。そして、粒径の大きい第２固体燃料の微粉燃料の周囲に、粒径の小さい第１固体燃料の微粉燃料が凝集した凝集体が、固体燃料粉砕装置のミルの内部に滞留または付着し、一次空気の熱によって加熱される。第１固体燃料の微粉燃料は粒径が小さく全水分量が少ないため、一次空気の加熱によって発火に至る可能性がある。

そこで、本実施形態の固体燃料の混合判定方法においては、第１固体燃料のＨＧＩから第２固体燃料のＨＧＩを減算した値が第１所定値Ｔｈ１以上であり、かつ第２固体燃料の全水分量から第２固体燃料の全水分量を減算した差が第２所定値Ｔｈ２以上である場合に、第１固体燃料と第２固体燃料を混合して粉砕することが不可であると判定している。このようにすることで、粒径の小さい第１固体燃料の微粉燃料が粒径の大きな第２の固体質燃料の周囲に付着して凝集するような粉砕を行わないので、凝集体が、ミルの内部に滞留または付着することが無くなり、発火に至るおそれを抑制することができる。

本実施形態の固体燃料粉砕装置１００のミル１０によれば、第１固体燃料のＨＧＩから第２固体燃料のＨＧＩを減算した値が第１所定値Ｔｈ１より小さい、または第２固体燃料の全水分量から第１固体燃料の全水分量を減算した値が第２所定値より小さい場合に、第１固体燃料と第２固体燃料を混合して粉砕することが可であるため、ミル１０が第１固体燃料と第２固体燃料とを混合して粉砕する。このようにすることで、粒径の小さい第１固体燃料の微粉燃料が粒径の大きな第２の固体質燃料の微粉燃料の周囲に付着して凝集しにくい条件となるので、凝集体となるものが少なくなり、ミル１０の内部に滞留して発火に至るおそれを抑制することができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る固体燃料粉砕装置および固体燃料の混合判定方法について、図面を参照して説明する。
第２実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとする。

第１実施形態は、第１固体燃料と第１固体燃料よりもＨＧＩが低く全水分量が多い第２固体燃料の２種の固体燃料を混合して混合燃料とする場合に、第１固体燃料と第２固体燃料を混合して粉砕することの可否を判定するものであった。
それに対して第２実施形態は、第１固体燃料、第２固体燃料に加え、第１固体燃料よりもＨＧＩが低い第３固体燃料の３種の固体燃料を混合して混合燃料とする場合に、第１固体燃料、第２固体燃料、および第３固体燃料を混合して粉砕することの可否を判定するものである。

ここで、本実施形態の固体燃料粉砕装置１００が実行する処理を、図５に示すフローチャートを用いて説明する。図５は、制御部５０が実行する処理を示すフローチャートである。図５に示す各処理は、固体燃料粉砕装置１００で第１固体燃料、第２固体燃料、および第３固体燃料の３種の固体燃料を混合して粉砕しようとする場合に、第１固体燃料、第２固体燃料、および第３固体燃料を混合して粉砕することが可能であるかどうかを判定するための処理である。ここで、第１固体燃料は、第２固体燃料および第３固体燃料よりもＨＧＩが高く、かつ全水分量が低いものとする。

図５のステップＳ５０１において、制御部５０は、予め測定により取得している第１固体燃料のＨＧＩおよび全水分量の値を、入力部（図示略）を介して入力する。
ステップＳ５０２において、制御部５０は、予め測定により取得している第２固体燃料のＨＧＩおよび全水分量の値を、入力部（図示略）を介して入力する。
ステップＳ５０３において、制御部５０は、予め測定により取得している第３固体燃料のＨＧＩおよび全水分量の値を、入力部（図示略）を介して入力する。

ステップＳ５０４において、制御部５０は、第２固体燃料のＨＧＩが第３固体燃料のＨＧＩよりも大きいかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ５０５へ処理を進め、ＮＯであればステップＳ５０９へ処理を進める。

ステップＳ５０５において、制御部５０は、第１固体燃料のＨＧＩから第３固体燃料のＨＧＩを減算した差分が第１所定値Ｔｈ１以上であるかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ５０６へ処理を進め、ＮＯであればステップＳ５０８へ処理を進める。本実施形態においては、第１所定値Ｔｈ１として例えば１５以上かつ２０以下を設定する。なお、第１所定値Ｔｈ１の具体的な値としては、複数種の混合燃料を試験した結果に応じた任意の数値を設定することができる。

なお、ステップＳ５０５で第１固体燃料のＨＧＩから第３固体燃料のＨＧＩを減算した差分を第１所定値Ｔｈ１と比較しているのは、第１固体燃料のＨＧＩと第２固体燃料のＨＧＩの差分よりも、第１固体燃料のＨＧＩと第３固体燃料のＨＧＩの差分の方が大きいからである。本実施形態では、３種の固体燃料を混合して粉砕することの可否を判定する際に、ＨＧＩの差分の大きい２種を選択している。このようにしているのは、発明者らが、ＨＧＩの異なる３種の固体燃料を粉砕する際に、ＨＧＩの値が最大となる固体燃料とＨＧＩの値が最小となる固体燃料のＨＧＩの差分が、図２に示す凝集状態に大きな影響を与えるという知見を得たからである。

ステップＳ５０６において、制御部５０は、第３固体燃料の全水分量から第１固体燃料の全水分量を減算した差分が第２所定値Ｔｈ２以上であるかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ５０７へ処理を進め、ＮＯであればステップＳ５０８へ処理を進める。本実施形態においては、第２所定値Ｔｈ２として例えば１５重量％以上かつ２０重量％以下を設定する。なお、第２所定値Ｔｈ２の具体的な値としては、複数種の混合燃料を試験した結果に応じた任意の数値を設定することができる。

ステップＳ５０７において、制御部５０は、第１固体燃料のＨＧＩから第３固体燃料のＨＧＩを減算した差分が第１所定値Ｔｈ１以上であり、かつ第３固体燃料の全水分量から第１固体燃料の全水分量を減算した差分が第２所定値Ｔｈ２以上であることから、第１固体燃料、第２固体燃料、および第３固体燃料を混合して粉砕することが不可であると判定する。この混合が不可である旨の判定結果は、例えば、表示部（図示略）に表示することにより固体燃料粉砕装置１００の操作者に伝達される。

ステップＳ５０８において、制御部５０は、第１固体燃料のＨＧＩから第３固体燃料のＨＧＩを減算した差分が第１所定値Ｔｈ１より小さい、または第３固体燃料の全水分量から第１固体燃料の全水分量を減算した差分が第２所定値Ｔｈ２より小さいことから、第１固体燃料、第２固体燃料、および第３固体燃料を混合して粉砕することが可であると判定する。この混合が可である旨の判定結果は、例えば、表示部（図示略）に表示することにより固体燃料粉砕装置１００の操作者に伝達される。

ステップＳ５０９において、制御部５０は、第１固体燃料のＨＧＩから第２固体燃料のＨＧＩを減算した差分が第１所定値Ｔｈ１以上であるかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ５１０へ処理を進め、ＮＯであればステップＳ５０８へ処理を進める。

なお、ステップＳ５０９で第１固体燃料のＨＧＩから第２固体燃料のＨＧＩを減算した差分を第１所定値Ｔｈ１と比較しているのは、第１固体燃料のＨＧＩと第３固体燃料のＨＧＩの差分よりも、第１固体燃料のＨＧＩと第２固体燃料のＨＧＩの差分の方が大きいからである。

ステップＳ５１０において、制御部５０は、第２固体燃料の全水分量から第１固体燃料の全水分量を減算した差分が第２所定値Ｔｈ２以上であるかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ５１１へ処理を進め、ＮＯであればステップＳ５０８へ処理を進める。

ステップＳ５１１において、制御部５０は、第１固体燃料のＨＧＩから第２固体燃料のＨＧＩを減算した差分が第１所定値Ｔｈ１以上であり、かつ第２固体燃料の全水分量から第１固体燃料の全水分量を減算した差分が第２所定値Ｔｈ２以上であることから、第１固体燃料、第２固体燃料、および第３固体燃料を混合して粉砕することが不可であると判定する。この混合が不可である旨の判定結果は、例えば、表示部（図示略）に表示することにより固体燃料粉砕装置１００の操作者に伝達される。

ステップＳ５０８において、制御部５０は、第１固体燃料のＨＧＩから第２固体燃料のＨＧＩを減算した差分が第１所定値Ｔｈ１より小さい、または第２固体燃料の全水分量から第１固体燃料の全水分量を減算した差分が第２所定値Ｔｈ２より小さいことから、第１固体燃料、第２固体燃料、および第３固体燃料を混合して粉砕することが可であると判定する。この混合が可である旨の判定結果は、例えば、表示部（図示略）に表示することにより固体燃料粉砕装置１００の操作者に伝達される。
制御部５０は、ステップＳ５０７、ステップＳ５０８、またはステップＳ５１１の処理を実行すると、図５に示す３種の固体燃料の混合可否を判定する処理を終了させる。

ステップＳ５０８で第１固体燃料、第２固体燃料、および第３固体燃料を混合して粉砕することが可であると判定された場合、ホッパ２１には、第１固体燃料、第２固体燃料、および第３固体燃料が供給される。そして、ミル１０は、給炭機２０から供給される第１固体燃料、第２固体燃料、および第３固体燃料を混合して粉砕する。

なお、図５に示す各処理は、制御部５０が実行するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、図５に示す各処理の少なくとも一部を、固体燃料粉砕装置１００の操作者自身が行ってもよい。例えば、ステップＳ５０４からステップＳ５１１までの処理を操作者自身が行ってもよい。

以上説明したように、本実施形態の固体燃料の混合判定方法によれば、３種の固体燃料を混合して粉砕することの可否を判定する際に、ＨＧＩの差分の大きい２種を選択する。そして、選択した２種の固体燃料について、ＨＧＩの差分が第１所定値Ｔｈ１以上であり、かつ全水分量の差分が第２所定値Ｔｈ２以上である場合に、３種の固体燃料を混合して粉砕することが不可であると判定する。

なお、本実施形態では、３種の固体燃料の混合可否を判定する方法を説明したが、４種以上の固体燃料を混合して粉砕することの可否も同様の方法により判定することができる。すなわち、４種以上の固体燃料を混合して粉砕することの可否を判定する場合、ＨＧＩの差分の大きい２種を選択する。そして、選択した２種の固体燃料について、ＨＧＩの差分が第１所定値Ｔｈ１以上であり、かつ全水分量の差分が第２所定値Ｔｈ２以上である場合に、複数種の固体燃料を混合して粉砕することが不可であると判定する。

１０ ミル（粉砕部）
１１ ハウジング
１２ 回転テーブル
１３ ローラ
１４ 駆動部
１５ 駆動軸
１６ 分級部
１７ 燃料供給部
１８ モータ
１９ 出口
２０ 給炭機（燃料供給部）
３０ 送風部
３０ａ 熱ガス送風機
３０ｂ 冷ガス送風機
３０ｃ 熱ガスダンパ
３０ｄ 冷ガスダンパ
４０ 温度検出部
５０ 制御部（判定部）
１００ 固体燃料粉砕装置
１００ａ 一次空気流路
１００ｂ 供給流路
２００ ボイラ
２１０ 火炉
２２０ バーナ部
Ｃ１ 第１微粉燃料
Ｃ２ 第２微粉燃料
Ｗ 水分

Claims (6)

1. 固体燃料粉砕装置で混合して粉砕される第１固体燃料および第２固体燃料の混合可否を判定する固体燃料の混合判定方法であって、
   前記第１固体燃料のハードグローブ粉砕性指数および全水分量を入力する工程と、
   前記第２固体燃料のハードグローブ粉砕性指数および全水分量を入力する工程と、
   前記第１固体燃料のハードグローブ粉砕性指数と前記第２固体燃料のハードグローブ粉砕性指数との差の絶対値が第１所定値以上であり、かつ前記第２固体燃料の全水分量と前記第１固体燃料の全水分量との差の絶対値が第２所定値以上である場合に、前記第１固体燃料と前記第２固体燃料の混合が不可であると判定する判定工程と、を備える固体燃料の混合判定方法。
2. 前記第１所定値が１５以上かつ２０以下であり、前記第２所定値が１５重量％以上かつ２０重量％以下である請求項１に記載の固体燃料の混合判定方法。
3. 第３固体燃料のハードグローブ粉砕性指数および全水分量を入力する工程を備え、
   前記判定工程は、前記第１固体燃料、前記第２固体燃料、および前記第３固体燃料からハードグローブ粉砕性指数の差の絶対値が大きい２種を選択し、該選択された２種のハードグローブ粉砕性指数の差の絶対値が前記第１所定値以上であり、かつ前記選択された２種の全水分量の差の絶対値が前記第２所定値以上である場合に、前記第１固体燃料、前記第２固体燃料、および前記第３固体燃料の混合が不可であると判定する請求項１または２に記載の固体燃料の混合判定方法。
4. 第１固体燃料のハードグローブ粉砕性指数と第２固体燃料のハードグローブ粉砕性指数との差の絶対値が第１所定値より小さい、または前記第２固体燃料の全水分量と前記第１固体燃料の全水分量との差の絶対値が第２所定値より小さい場合に、前記第１固体燃料と前記第２固体燃料とを混合して粉砕する粉砕部を備える固体燃料粉砕装置。
5. 前記第１固体燃料のハードグローブ粉砕性指数と前記第２固体燃料のハードグローブ粉砕性指数との差の絶対値が前記第１所定値以上であり、かつ前記第２固体燃料の全水分量と前記第１固体燃料の全水分量との差の絶対値が前記第２所定値以上である場合に、前記第１固体燃料と前記第２固体燃料の混合が不可であると判定する判定部と、備え、
   前記粉砕部は、前記判定部が前記第１固体燃料と前記第２固体燃料の混合が不可であると判定しない場合に、前記第１固体燃料と前記第２固体燃料とを混合して粉砕する請求項４に記載の固体燃料粉砕装置。
6. 前記第１所定値が１５以上かつ２０以下であり、前記第２所定値が１５重量％以上かつ２０重量％以下である請求項４または請求項５に記載の固体燃料粉砕装置。
   

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