JP2019066122A - 固体燃料粉砕システム、固体燃料粉砕装置および固体燃料粉砕システムの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】固体燃料粉砕装置を安定して運転するための運転負荷の下限値を低くして複数の固体燃料粉砕装置のいずれかを停止させる頻度を低下させる。【解決手段】ボイラの目標負荷に基づいて制御指令を生成する生成部３２０と、制御指令により運転される固体燃料粉砕装置１００の運転負荷が所定の下限値を下回るかどうかを判定する判定部３３０と、運転負荷が所定の下限値を下回らない場合は制御指令を複数の固体燃料粉砕装置１００それぞれに伝達し、運転負荷が所定の下限値を下回る場合は複数の固体燃料粉砕装置１００の少なくともいずれかの運転を停止させる停止指令を伝達する伝達部３４０と、を備え、固体燃料粉砕装置１００は、伝達部３４０から伝達される制御指令に基づいて粉砕テーブルの回転数を制御する制御部を有する固体燃料粉砕システム１を提供する。【選択図】図２

Description

本発明は、固体燃料粉砕システム、固体燃料粉砕装置および固体燃料粉砕システムの制御方法に関するものである。

従来、石炭など炭素含有の固体燃料を粉砕する複数の粉砕機と複数の粉砕機が生成した微粉炭が供給されるボイラとを備える粉砕システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示される粉砕システムは、異常状態であると判断した粉砕機への石炭供給量を減少させるとともに他の粉砕機への石炭供給量を増加させ、粉砕システム全体の微粉炭生成量を一定に保つものである。

特開２０１３−１７６７３４号公報

複数の粉砕機を備える粉砕システムにおいては、全ての粉砕機を安定して運転するために各粉砕機への固体燃料の供給量である運転負荷に下限値を定めて運用するのが望ましい。そして、例えばボイラの負荷（蒸気発生量）を低下させるにともない複数の粉砕機に供給される石炭供給量が減少して、複数の粉砕機の運転負荷が下限値を下回る場合には、安定した粉砕を行うことができなくなるため、複数の粉砕機の少なくともいずれかを停止させて運用する必要がある。しかしながら、粉砕機を停止させる場合、停止要するには時間を要することと、ボイラの負荷が増加した際には停止している粉砕機を再び起動する際に要する時間とが生じてしまい、ボイラの負荷変化に時間を要してしまい、粉砕システムの運転効率が低下してしまう。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、固体燃料粉砕装置を安定して運転するための運転負荷の下限値を低くして複数の固体燃料粉砕装置のいずれかを停止させる頻度を低下させ、運転効率の低下を抑制することができる固体燃料粉砕システム、固体燃料粉砕装置およびその制御方法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、本開示は以下の手段を採用する。
本開示の一態様にかかる固体燃料粉砕システムは、固体燃料を粉砕してボイラへ供給する複数の固体燃料粉砕装置であって、前記ボイラの目標負荷に基づいて前記複数の固体燃料粉砕装置の運転負荷を制御する制御指令を生成する生成部と、前記生成部が生成した前記制御指令により運転される前記固体燃料粉砕装置の運転負荷が所定の下限値を下回るかどうかを判定する判定部と、前記運転負荷が前記所定の下限値を下回らないと前記判定部が判定する場合は前記制御指令を前記複数の固体燃料粉砕装置のそれぞれに伝達し、前記運転負荷が前記所定の下限値を下回ると前記判定部が判定する場合は前記複数の固体燃料粉砕装置の少なくともいずれかに該固体燃料粉砕装置の運転を停止させる停止指令を伝達する伝達部と、を備え、前記固体燃料粉砕装置は、粉砕テーブルと、前記粉砕テーブルを回転させる駆動力を発生する駆動部と、燃料供給部から前記粉砕テーブルに供給された前記固体燃料を前記粉砕テーブルとの間で粉砕するローラと、前記ローラにより粉砕された前記固体燃料を所定粒径より小さい微粉燃料に分級して前記固体燃料粉砕装置から搬出させる分級部と、前記伝達部から伝達される前記制御指令に基づいて前記駆動部により駆動される前記粉砕テーブルの回転数を制御する制御部と、を備える。

複数の固体燃料粉砕装置を備える固体燃料粉砕システムにおいては、全ての固体燃料粉砕装置を安定して運転するために各固体燃料粉砕装置の運転負荷の下限値が定められている。運転負荷が下限値を下回る場合には、安定した固体燃料の粉砕を行うことができなくなるため、複数の固体燃料粉砕装置の少なくともいずれかを停止させ、各固体燃料粉砕装置の運転負荷が下限値以上となるようにする必要がある。固体燃料粉砕装置を停止させる場合、停止に要する時間と、運転負荷を増加して再び起動する際に要する時間とが生じてしまい、固体燃料粉砕システムの運転効率が低下する。

本開示の一態様にかかる固体燃料粉砕システムは、ボイラの目標負荷に基づいて複数の固体燃料粉砕装置の運転負荷を制御する制御指令を生成し、制御指令に基づいて各固体燃料粉砕装置の固体燃料粉をローラとの間で粉砕する粉砕テーブル（または回転テーブルとも呼ばれれる）の回転数を制御している。粉砕テーブルの回転数を低下させることで、粉砕テーブルとローラとの間の固体燃料層の厚さの減少を抑制して、固体燃料粉砕装置の異常振動発生などを抑制するので安定した粉砕を行うことができる。
制御指令に基づいて粉砕テーブルの回転数が制御されるため、粉砕テーブルの回転数を一定に維持する場合に比べて、固体燃料粉砕装置を安定して運転するための運転負荷の下限値を低くすることができる。すなわち、固体燃料粉砕装置の運転負荷の下限値を出来るだけ低い運転負荷まで低くすることで、複数の固体燃料粉砕装置の一部を停止することなく、必要な運転負荷で運転を継続することができる。そのため、粉砕テーブルの回転数を一定に維持する場合よりも複数の固体燃料粉砕装置のいずれかを停止させる頻度を低下させ、固体燃料粉砕システムの運転効率の低下を抑制することができる。

本開示の一態様にかかる固体燃料粉砕システムにおいて、前記制御部は、前記伝達部から伝達される前記制御指令に基づいて前記駆動部により駆動される前記粉砕テーブルの回転数を制御する第１の制御モードと、前記粉砕テーブルの回転数を一定回転数に維持する第２の制御モードと、を備えていてもよい。
第１の制御モードにおいては、制御指令に基づいて粉砕テーブルの回転数が制御されるため、固体燃料粉砕装置を安定して運転するための運転負荷の下限値を低くすることができる。一方、第２の制御モードにおいては、粉砕テーブルの回転数が一定回転数に維持されるため、粉砕テーブルの回転数を変更することによる応答遅れ等が生じることがない。

本開示の一態様にかかる固体燃料粉砕システムにおいて、前記制御部は、前記固体燃料粉砕装置を起動あるいは停止させる際に前記第２の制御モードを実行し、前記固体燃料粉砕装置の起動完了後に前記第２の制御モードを前記第１の制御モードに切り替えてもよい。
固体燃料粉砕装置を起動あるいは停止させる際は、固体燃料粉砕装置の運転負荷を低い領域にする必要が無く、起動時は燃料供給量が多い方が粉砕テーブルとローラとの間の固体燃料層の厚さを確保しやすいため粉砕開始しやすく、停止時は粉砕装置を冷却するために要する時間を短くすることが出来るため、粉砕テーブルの回転数を一定回転に維持する第２の制御モードが好適である。一方、固体燃料粉砕装置の起動完了後は固体燃料粉砕装置を安定して運転するための運転負荷の下限値を低くすることができるため、制御指令に基づいて粉砕テーブルの回転数を制御する第１の制御モードが好適である。

本開示の一態様にかかる固体燃料粉砕システムにおいて、前記制御部は、前記伝達部から前記停止指令が伝達された場合に前記粉砕テーブルの回転数を一時的に増加させてから前記粉砕テーブルの回転を停止させてもよい。
固体燃料粉砕装置の鉛直下方側から供給された搬送ガスは、粉砕テーブルの周囲から分級部へ向かい吹き上げられ、粉砕された微粉燃料を分級部へと搬送する。停止指令が伝達された場合に粉砕テーブルの回転数を一時的に増加させることにより、粉砕テーブル上に残留した固体燃料を遠心力により粉砕テーブルの外周端へと導き外周端から鉛直下方側へ落下させることができる。粉砕テーブルから落下する固体燃料を搬送ガスで分級部へ導くことにより固体燃料粉砕装置の停止時に装置内部に残留する固体燃料を減少させることができる。

本開示の一態様にかかる固体燃料粉砕装置は、固体燃料を粉砕してボイラへ供給し、粉砕テーブルと、前記粉砕テーブルを回転させる駆動力を発生する駆動部と、燃料供給部から前記粉砕テーブルに供給された前記固体燃料を前記粉砕テーブルとの間で粉砕するローラと、前記ローラにより粉砕された前記固体燃料を所定粒径より小さい微粉燃料に分級する分級部と、前記駆動部により駆動される前記粉砕テーブルの回転数を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記固体燃料粉砕装置を停止させる場合に前記粉砕テーブルの回転数を一時的に増加させてから前記粉砕テーブルの回転を停止させる。

本開示の一態様にかかる固体燃料粉砕装置によれば、固体燃料粉砕装置を停止させる場合に粉砕テーブルの回転数を一時的に増加させることにより、粉砕テーブル上に残留した固体燃料を遠心力により粉砕テーブルの外周端へと導き外周端から鉛直下方側へ落下させることができる。粉砕テーブルから落下する固体燃料を搬送ガスで分級部へ導くことにより固体燃料粉砕装置の停止時に装置内部に残留する固体燃料を減少させることができる。

本開示の一態様にかかる固体燃料粉砕システムの制御方法は、固体燃料を粉砕してボイラへ供給する複数の固体燃料粉砕装置を備える固体燃料粉砕システムの制御方法であって、前記固体燃料粉砕装置は、粉砕テーブルと、前記粉砕テーブルを回転させる駆動力を発生する駆動部と、燃料供給部から前記粉砕テーブルに供給された前記固体燃料を前記粉砕テーブルとの間で粉砕するローラと、前記ローラにより粉砕された前記固体燃料を所定粒径より小さい微粉燃料に分級して前記固体燃料粉砕装置から搬出させる分級部と、を備え、前記ボイラの目標負荷に基づいて前記複数の固体燃料粉砕装置の運転負荷を制御する制御指令を生成する生成工程と、前記生成工程が生成した前記制御指令により運転される前記固体燃料粉砕装置の運転負荷が所定の下限値を下回るかどうかを判定する判定工程と、前記運転負荷が前記所定の下限値を下回らないと前記判定工程が判定する場合は前記制御指令を前記複数の固体燃料粉砕装置のそれぞれに伝達し、前記運転負荷が前記所定の下限値を下回ると前記判定工程が判定する場合は前記複数の固体燃料粉砕装置の少なくともいずれかに該固体燃料粉砕装置の運転を停止させる停止指令を伝達する伝達工程と、前記伝達工程が伝達する前記制御指令に基づいて前記駆動部により駆動される前記粉砕テーブルの回転数を制御する制御工程と、を備える。

本開示の一態様にかかる固体燃料粉砕システムの制御方法は、ボイラの目標負荷に基づいて複数の固体燃料粉砕装置の運転負荷を制御する制御指令を生成し、制御指令に基づいて各固体燃料粉砕装置の粉砕テーブルの回転数を制御するものである。制御指令に基づいて粉砕テーブルの回転数が制御されるため、粉砕テーブルの回転数を一定に維持する場合に比べて固体燃料粉砕装置を安定して運転するための運転負荷の下限値を低くすることができる。そのため、粉砕テーブルの回転数を一定に維持する場合よりも複数の固体燃料粉砕装置のいずれかを停止させる頻度を低下させ、固体燃料粉砕システムの運転効率の低下を抑制することができる。

本開示によれば、固体燃料粉砕装置を安定して運転するための運転負荷の下限値を低くして複数の固体燃料粉砕装置のいずれかを停止させる頻度を低下させ、運転効率の低下を抑制することができることができる固体燃料粉砕システム、固体燃料粉砕装置およびその制御方法を提供することができる。

第１実施形態のボイラシステムの概略構成を示す図である。 第１実施形態のボイラシステムの制御構成を示す図である。 第１実施形態のボイラシステムにおけるボイラ負荷と各固体燃料粉砕装置の運転負荷との関係を示す図である。 固体燃料粉砕装置が停止動作を実行する際の回転数指令値を示す図である。 第２実施形態の固体燃料粉砕装置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実施形態のボイラシステムにおけるボイラ負荷と各固体燃料粉砕装置の運転負荷との関係を示す図である。

以下に、本開示に係るボイラシステム（固体燃料粉砕システム）およびその制御方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第１実施形態〕
以下、本開示の第１実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示すボイラシステム（固体燃料粉砕システム）１は、固体燃料粉砕装置１００と、ボイラ２００と、制御装置３００とを備える。図１には、固体燃料粉砕装置１００が１台のみ示されているが、本実施形態においては例えばボイラシステム１は５台の固体燃料粉砕装置１００を備えている。なお、ボイラシステム１が備える固体燃料粉砕装置１００の台数は、５台に限らずに２以上の任意の台数としてもよい。

本実施形態の固体燃料粉砕装置１００は、石炭等の炭素含有の固体燃料を粉砕し、微粉燃料を生成してボイラ２００のバーナ部（燃焼装置）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１０と、給炭機２０と、送風部３０と、温度検出部４０と、制御部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。また同様に“下”とは鉛直下側の部分を示している。

ミル１０は、ハウジング１１と、粉砕テーブル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、鉛直方向に延びる略円筒状に形成されるとともに、粉砕テーブル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。

粉砕テーブル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、固体燃料粉をローラ１３との間で粉砕するもので、回転テーブルとも呼ばれる。粉砕テーブル１２の外周側の複数箇所には、搬送ガスとしての一次空気流路１００ａから流入する一次空気をハウジング１１内の粉砕テーブル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粉砕テーブル１２上で粉砕された固体燃料を吹き上げて、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、または分級部１６まで到達することなく落下して粉砕テーブル１２上面に戻される。

ローラ１３は、燃料供給部１７から粉砕テーブル１２上面に供給された固体燃料を粉砕テーブル１２との間で粉砕する回転体である。ローラ１３は、粉砕テーブル１２の上面に押圧されて粉砕テーブル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、粉砕テーブル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が粉砕テーブル１２の上面と接する部分（押圧する部分）は、粉砕テーブル１２の中心からの距離が略等距離となる。

駆動部１４は、駆動軸１５を介して粉砕テーブル１２に駆動力を伝達し、粉砕テーブル１２を中心軸回りに回転させる装置である。駆動部１４は、粉砕テーブル１２を回転させる駆動力を発生する。
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に到達した一次空気に混合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、粗粉燃料を粉砕テーブル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に導いて搬出する。分級部１６によって分級された微粉燃料は、一次空気に混合して出口１９から供給流路１００ｂへ排出される。供給流路１００ｂへ流出した一次空気に混合した微粉燃料は、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粉砕テーブル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、制御部５０によって固体燃料の供給量を制御されながらミル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へ供給するための搬送ガスとして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、ボイラ２００の燃焼ガスを熱源とする空気予熱器などの熱交換器（加熱器）を経由して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（第１送風部）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。

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（第２送風部）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。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。

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粉砕テーブル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（加熱器；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、複数の固体燃料粉砕装置１００を制御する制御装置３００について説明する。制御装置３００は、ボイラ２００の目標負荷に基づいて複数の固体燃料粉砕装置１００の運転負荷を制御する制御指令を生成し、各固体燃料粉砕装置１００を制御する装置である。さらにボイラ２００の現在の負荷を検知して制御性を向上しても良く、本実施形態においては、制御装置３００は、ボイラ２００の現在の負荷と目標負荷とに基づいて複数の固体燃料粉砕装置１００の運転負荷を制御する制御指令を生成し、各固体燃料粉砕装置１００を制御する装置であるものを説明する。

図２は、ボイラシステム１の制御構成を示す図である。制御装置３００は、検知部３１０と、生成部３２０と、判定部３３０と、伝達部３４０と、を備える。ここで、検知部３１０，生成部３２０，判定部３３０，伝達部３４０は、それぞれＣＰＵ等の演算装置を備えるハードウェアにより構成されるものであってよい。また、検知部３１０，生成部３２０，判定部３３０，伝達部３４０は、単一または複数の演算装置により実行されるソフトウェアとして構成されるものであってもよい。

検知部３１０は、例えば、ボイラ２００で生成された蒸気流量でボイラ２００の負荷を検知してもよく、ボイラ２００で生成された蒸気により駆動する蒸気タービンに接続された発電機の発電量に基づいて、ボイラ２００の負荷を検知してもよい。

生成部３２０は、検知部３１０が検知する負荷とボイラ２００の目標負荷とに基づいて複数の固体燃料粉砕装置１００の運転負荷を制御する制御指令を生成する。ここで、ボイラ２００の目標負荷は、例えば、ボイラシステム１の操作者や中央制御室のコンピュータが制御装置３００に入力するものである。また、固体燃料粉砕装置１００の運転負荷は、固体燃料粉砕装置１００へ供給可能な単位時間当たりの微粉燃料の最大供給量に対する目標供給量の割合を例えば百分率で示した数値である。

なお、本実施形態では、検知部３１０で、ボイラ２００の負荷を検知して、生成部３２０は、検知部３１０が検知する負荷とボイラ２００の目標負荷とに基づいて複数の固体燃料粉砕装置１００の運転負荷を制御する制御指令を生成しているが、ボイラ２００の負荷の検知を行わずに、生成部３２０では、ボイラ２００の目標負荷に基づいて複数の固体燃料粉砕装置１００の運転負荷を制御する制御指令を生成してもよい。

判定部３３０は、生成部３２０が生成した制御指令により運転される固体燃料粉砕装置１００の運転負荷が所定の下限値を下回るかどうかを判定する。ここで、所定の下限値は、粉砕テーブル１２とローラ１３との間の固体燃料層の厚さが減少することなどで発生するミル１０の異常振動などを抑制して、固体燃料粉砕装置１００を、安定して運転するために必要な運転負荷の最小値をいう。所定の下限値は、例えば固体燃料粉砕装置１００の運転負荷を変化させてボイラ２００のバーナ部２２０への微粉燃料の供給量等を予め測定することにより定めるものとする。固体燃料粉砕装置１００の運転負荷の所定の下限値は、例えば１５％から４０％である。

伝達部３４０は、制御指令により運転される固体燃料粉砕装置１００の運転負荷が所定の下限値を下回らないと判定部３３０が判定する場合に、制御指令を複数の固体燃料粉砕装置１００のそれぞれの制御部５０に伝達する。また、伝達部３４０は、制御指令により運転される固体燃料粉砕装置１００の運転負荷が所定の下限値を下回ると判定部３３０が判定する場合に、複数の固体燃料粉砕装置１００の少なくともいずれかに固体燃料粉砕装置１００の運転を停止させる停止指令を伝達する。伝達部３４０は、複数の固体燃料粉砕装置１００との間で各種の信号を送受信する信号線３５０を介して、制御指令および停止指令を各固体燃料粉砕装置１００に伝達する。

制御指令により運転される固体燃料粉砕装置１００の運転負荷が所定の下限値を下回ると判定部３３０が判定する場合、いずれの固体燃料粉砕装置１００に停止指令を伝達するかを予め定めておくものとする。例えば、所定の下限値を下回ると判定部３３０が判定する場合に、固体燃料粉砕装置１００のメンテナンス時期を含めた長期の運転計画をもとに予め定めておいた所定の台数の固体燃料粉砕装置１００に停止指令を伝達することを予め定めておく。

また、所定の固体燃料粉砕装置１００に停止指令を伝達する場合、生成部３２０は、他の固体燃料粉砕装置１００に伝達する制御指令を再び生成する。制御指令を再生成するのは、当初生成した制御指令が５台の固体燃料粉砕装置１００の全てを運転することを前提として生成したものだからである。生成部３２０は、停止指令を伝達する固体燃料粉砕装置１００を除く他の固体燃料粉砕装置１００の台数に応じた制御指令となるように制御指令を再生成する。

各固体燃料粉砕装置１００の制御部５０は、伝達部３４０から伝達された制御指令に基づいて駆動部１４により駆動される粉砕テーブル１２の回転数を制御する。制御部５０は、制御指令が示す固体燃料粉砕装置１００の運転負荷と粉砕テーブル１２の回転数を制御するための目標回転数指令値Ｒｔａとを対応付けたテーブル（図示略）を予め記憶した記憶部（図示略）を備えている。制御部５０は、制御指令に対応する目標回転数指令値Ｒｔａを記憶部から読み出し、駆動部１４に目標回転数指令値Ｒｔａを伝達する。駆動部１４は、制御部５０から伝達された目標回転数指令値Ｒｔａに応じた回転数となるように粉砕テーブル１２の回転数を制御する。例えば、駆動部１４の駆動モータ（図示略）の回転数をインバータで制御してもよい。

また、記憶部に保存された目標回転数指令値Ｒｔａは、例えば、固体燃料の種類に応じて、運転負荷に対して粉砕テーブル１２とローラ１３との間の固体燃料層の厚さが変化して減少することなどで発生するミル１０の異常振動などが発生することなく、固体燃料粉砕装置１００を安定して運転できる粉砕テーブル１２の回転数を事前に取得して記録保存させたものでもよい。

また、各固体燃料粉砕装置１００の制御部５０は、制御指令が示す固体燃料粉砕装置１００の運転負荷に応じて、給炭機２０から燃料供給部１７を通してミル１０に供給される固体燃料の供給量を制御する。また、各固体燃料粉砕装置１００の制御部５０は、制御指令が示す固体燃料粉砕装置１００の運転負荷に応じて、送風部３０が送風する一次空気の流量を制御する。また、各固体燃料粉砕装置１００の制御部５０は、制御指令が示す固体燃料粉砕装置１００の運転負荷に応じて、分級部１６の回転速度を制御する。

以上のように、各固体燃料粉砕装置１００の制御部５０は、制御指令が示す固体燃料粉砕装置１００の運転負荷に応じて、粉砕テーブル１２の回転数、給炭機２０からの固体燃料の供給量、一次空気の流量、分級部１６の回転速度をそれぞれ制御する。各固体燃料粉砕装置１００には同一の制御指令が伝達されるため、各固体燃料粉砕装置１００は同様に動作する。

次に、制御装置３００が各固体燃料粉砕装置１００の制御部５０に制御指令および停止指令を伝達することにより実行される動作の一例について説明する。図３は、本実施形態のボイラシステム１におけるボイラ負荷と各固体燃料粉砕装置１００の運転負荷との関係を示す図である。固体燃料粉砕装置１００は例えば５台で構成され、各固体燃料粉砕装置１００の運転負荷の所定の下限値はＭＬｍｉｎ１であり、微粉燃料の最大供給量に対する運転負荷は、ＭＬｍａｘである。図３に示す実線は、本実施形態である制御指令および停止指令に基づいて運転される各固体燃料粉砕装置１００の運転負荷である。

検知部３１０が検知するボイラ２００の負荷がＢＬ２以上である場合、生成部３２０が生成する制御指令により運転される各固体燃料粉砕装置１００の運転負荷がＭＬｍｉｎ１以上となる。この場合、判定部３３０が各固体燃料粉砕装置１００の運転負荷が所定の下限値であるＭＬｍｉｎ１を下回らないと判定し、５台の固体燃料粉砕装置１００のそれぞれに制御指令を伝達する。制御指令が伝達された５台の固体燃料粉砕装置１００は、制御指令に応じた運転負荷で運転する。後述する様に、各固体燃料粉砕装置１００の運転負荷の所定の下限値であるＭＬｍｉｎ１を出来るだけ低い運転負荷まで低くすることで、固体燃料粉砕装置１００は５台のままで制御指令に応じた運転負荷で運転を継続することができる。

検知部３１０が検知するボイラ２００の負荷がＢＬ２を下回ると、生成部３２０が生成する制御指令で運転される各固体燃料粉砕装置１００の運転負荷が所定の下限値であるＭＬｍｉｎ１を下回る。この場合、判定部３３０が各固体燃料粉砕装置１００の運転負荷がＭＬｍｉｎ１を下回ると判定し、例えば、伝達部３４０が予め定めた３台の固体燃料粉砕装置１００に停止指令を伝達する。停止指令が伝達された３台の固体燃料粉砕装置１００は、後述する停止動作を実行する。停止動作には固体燃料粉砕装置１００の内部の残炭を排出するなど、数１０分の時間を必要とするので、その間はボイラ２００の負荷変化をさせない負荷保持時間を必要とする。また、予め定めた他の２台の固体燃料粉砕装置１００は、後述する運転負荷で運転を継続する。

伝達部３４０が３台の停止指令を伝達する場合、生成部３２０は、停止指令を伝達する３台の固体燃料粉砕装置１００を除く他の２台の固体燃料粉砕装置１００に応じた制御指令となるように制御指令を再生成する。図３に示すように、生成部３２０が生成する制御指令は、例えばボイラ負荷ＢＬ２において各固体燃料粉砕装置１００の運転負荷の上限であるＭＬｍａｘとなる。ＭＬｍａｘは運転負荷１００％以下であり、１００％より運転負荷の余裕分をもたせるとさらに好ましい。

生成部３２０が生成する制御指令により運転される各固体燃料粉砕装置１００がＭＬｍｉｎ１からＭＬｍａｘに大幅に上昇しているのは、ボイラ２００に微粉燃料を供給する固体燃料粉砕装置１００の台数が５台から２台に減少したためである。運転状態の固体燃料粉砕装置１００の台数が減少したため、各固体燃料粉砕装置１００の運転負荷が上昇している。なお、ここではボイラ負荷ＢＬ２において各固体燃料粉砕装置１００の運転負荷を上限であるＭＬｍａｘとしたが、固体燃料粉砕装置１００の粉砕能力等により、運転負荷はＭＬｍａｘに限られることがなく、ＭＬｍａｘ以下であればよい。

検知部３１０が検知するボイラ２００の負荷がＢＬ１以上でＢＬ２未満である場合、ここでは２台の固体燃料粉砕装置１００が制御指令に応じた運転負荷で運転する。３台の固体燃料粉砕装置１００は、停止状態を維持する。検知部３１０が検知するボイラ２００の負荷がＢＬ１を下回る場合、伝達部３４０は運転状態の２台の固体燃料粉砕装置１００に停止指令を伝達する。停止指令が伝達された２台の固体燃料粉砕装置１００は、後述する停止動作を実行する。ボイラ２００の負荷がＢＬ１を下回る場合には、全ての固体燃料粉砕装置１００を停止させて、ボイラ２００を停止させる。また必要に応じて、ボイラ２００をＢＬ１未満の負荷で運転する場合には、補助燃料バーナ（図示略）によりボイラ２００を運転してもよい。

次に、本実施形態の比較例について説明する。図３に示す破線は、本実施形態の比較例を示すものである。本実施形態の比較例は、各固体燃料粉砕装置１００の制御部５０が、伝達部３４０から伝達された制御指令によらずに粉砕テーブル１２の回転数を一定回転数に維持したものである。比較例においては、ＭＬｍｉｎ１よりも大きいＭＬｍｉｎ２に各固体燃料粉砕装置１００の運転負荷が到達した場合に、例えば予め定めた２台の固体燃料粉砕装置１００に停止指令を伝達する。予め定めた他の３台の固体燃料粉砕装置１００は、後述する運転負荷で運転を継続する。

粉砕テーブル１２の回転数を一定回転数に維持するために、ＭＬｍｉｎ１よりも大きいＭＬｍｉｎ２に各固体燃料粉砕装置１００の運転負荷が到達した場合に停止指令を伝達している。これは、粉砕テーブル１２の回転数を一定回転数に維持する場合には、粉砕テーブル１２の回転数を運転負荷に応じて制御させる場合に比べ、より運転負荷が高い時点で、粉砕テーブル１２とローラ１３との間の固体燃料層の厚さが減少することなどで発生するミル１０の異常振動などにより、固体燃料粉砕装置１００を安定して運転することができなくなるからである。

粉砕テーブル１２の回転数を一定回転数に維持する場合、運転負荷を下げるには、給炭機２０からの固体燃料の供給量、一次空気の流量、分級部１６の回転速度を低下させる必要がある。しかしながら、粉砕テーブル１２の回転数を一定回転数に維持したままで、ＭＬｍｉｎ２を下回るようにこれらのパラメータを低下させると、ミル１０の異常振動などの発生により固体燃料粉砕装置１００を安定して運転することができなくなる。

図３に示すように、本実施形態においてはボイラ負荷がＢＬ２以上において例えば５台の固体燃料粉砕装置１００を運転状態に維持できるが、比較例においてはボイラ負荷がＢＬ２より高いＢＬ３を下回るボイラ負荷までは例えば予め定めた２台の固体燃料粉砕装置１００を停止させる必要がり、ＢＬ２からＢＬ３の範囲で固体燃料粉砕装置１００を５台で運用できる範囲が狭くなる。

従って、本実施形態の方が５台の固体燃料粉砕装置１００を運転状態に維持できるボイラ負荷の範囲が広いため、複数の固体燃料粉砕装置１００のいずれかを停止させる頻度を低下させ、固体燃料粉砕装置１００の停止と再起動に要する時間と手間を省くことができる。このため、固体燃料粉砕装置１００の停止や再起動の時間の間に発生するボイラ２００の負荷変化をさせない負荷保持時間の発生を低減することができ、運転効率の低下を抑制することができる。

次に、伝達部３４０から停止指令が伝達された固体燃料粉砕装置１００が実行する停止動作について説明する。
図４は、固体燃料粉砕装置１００が停止動作を実行する際の粉砕テーブル１２の回転数指令値を示す図である。時刻ｔ１は、伝達部３４０から固体燃料粉砕装置１００に停止指令が伝達されたタイミングを示す。時刻ｔ１に至るまでの期間においては、固体燃料粉砕装置１００の粉砕テーブル１２の回転数が漸次減少している。そのため、粉砕テーブル１２の目標回転数指令値Ｒｔａが時間の経過に従って漸次減少している。

伝達部３４０から停止指令が伝達された固体燃料粉砕装置１００の制御部５０は、時刻ｔ１における粉砕テーブル１２の目標回転数指令値Ｒｔａ１を時刻ｔ２に至るまで一定時間に渡って維持する。時刻ｔ１から時刻ｔ２において、制御部５０は、熱ガスダンパ３０ｃを閉状態としつつ冷ガスダンパ３０ｄの開度を増加させる。また、制御部５０は、給炭機２０からミル１０への固体燃料の供給を停止させる。この動作により、ミル１０の内部の温度が低下し、ミル１０の内部に存在する固体燃料が減少する。時刻ｔ１から時刻ｔ２に至る時間は、例えば１０分から３０分の時間を必要とする。

固体燃料粉砕装置１００の制御部５０は、時刻ｔ２となった場合に粉砕テーブル１２の目標回転数指令値ＲｔａをＲｔａ１からＲｔａ２まで増加させて粉砕テーブル１２の回転数を一時的に増加させる。粉砕テーブル１２上に残留した固体燃料を遠心力により粉砕テーブル１２の外周端へと導き外周端から下方側へ落下させて、粉砕テーブル１２の周囲より吹き上げる一次空気で搬送して分級部へ導くことにより固体燃料粉砕装置１００の停止時に装置内部に残留する固体燃料を減少させることができる。

なお、粉砕テーブル１２の目標回転数指令値Ｒｔａ２は、固体燃料の種類に応じて、運転負荷がＭＬｍａｘもしくは運転負荷１００％時に設定した粉砕テーブル１２の目標回転数指令値Ｒｔａ以下に設定される。その後、時刻ｔ３において粉砕テーブル１２の回転数がゼロとなるように粉砕テーブル１２の目標回転数指令値Ｒｔａを漸次減少させる。時刻ｔ２から時刻ｔ３に至る時間は、粉砕テーブル１２上に残留した固体燃料を遠心力により粉砕テーブル１２の外周端へと導いて、残留する固体燃料を減少させるために、例えば５分以上かつ３０分以内の時間とするのが好ましい。

以上説明した本実施形態のボイラシステム１が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態のボイラシステム１は、検知部３１０が検知する負荷とボイラ２００の目標負荷とに基づいて複数の固体燃料粉砕装置１００の運転負荷を制御する制御指令を生成し、制御指令に基づいて各固体燃料粉砕装置１００の粉砕テーブル１２の回転数を制御している。制御指令に基づいて粉砕テーブル１２の回転数が制御されるため、粉砕テーブル１２の回転数を一定に維持する場合の運転負荷の下限値ＭＬｍｉｎ２に比べて、固体燃料粉砕装置１００を安定して運転するための運転負荷の下限値ＭＬｍｉｎ１を低くすることができる。そのため、粉砕テーブル１２の回転数を一定に維持する場合よりも複数の固体燃料粉砕装置１００のいずれかを停止させる頻度を低下させ、固体燃料粉砕装置１００の停止や再起動の時間の間に発生するボイラ２００の負荷変化をさせない負荷保持時間の発生を低減することができ、ボイラシステム１の運転効率の低下を抑制することができる。

また、本実施形態のボイラシステム１によれば、停止指令が伝達された場合に粉砕テーブル１２の回転数を一時的に増加させることにより、粉砕テーブル１２上に残留した固体燃料を遠心力により粉砕テーブル１２の外周端から下方へ落下させて、粉砕テーブル１２から落下した固体燃料を粉砕テーブル１２の周囲より吹き上げる一次空気で搬送して分級部１６へ導くことにより、固体燃料粉砕装置１００の内部に残留する固体燃料を減少させることができる。

このため、固体燃料粉砕装置１００の停止時に装置内に残留する固体燃料による発火の危惧を低減することができる。また、残留した固体燃料を搬出する時間を短縮できるので、固体燃料粉砕装置１００の停止に必要とする時間を短縮できる。このため固体燃料粉砕装置１００の停止時間の間に発生するボイラ２００の負荷変化をさせない負荷保持時間の発生をさらに低減することができ、ボイラシステム１の運転効率の低下を一層に抑制することができる。

〔第２実施形態〕
次に、本開示の第２実施形態について説明する。
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し、以下での説明を省略する。本実施形態は、各固体燃料粉砕装置１００の制御部５０が、粉砕テーブル１２の回転数を制御する第１の制御モードと、粉砕テーブル１２の回転数を一定回転数に維持する第２の制御モードとを備えるものである。

図５は、第２実施形態の固体燃料粉砕装置１００の制御部５０が実行する処理を示すフローチャートである。
図５に示すように、本実施形態の固体燃料粉砕装置１００の制御部５０は、伝達部３４０から制御指令が伝達された場合、ステップＳ５０１において、第１の制御モードが指定されているか否かを判定する。制御部５０は、ＹＥＳと判定した場合にステップＳ５０２で第１の制御モードを実行し、ＮＯと判定した場合にステップＳ５０３で第２の制御モードを実行する。

第１の制御モードは、伝達部３４０から伝達される制御指令に基づいて駆動部１４により駆動される粉砕テーブル１２の回転数を制御するモードである。図６に示す実線は、第１の制御モードで運転される各固体燃料粉砕装置１００の運転負荷を示す。第１の制御モードにより制御部５０が実行する動作は、第１実施形態の制御部５０が実行する動作と同様である。そのため、以下での説明を省略する。

第２の制御モードは、伝達部３４０から伝達される制御指令によらずに、粉砕テーブル１２の回転数を一定回転数に維持するモードである。図６に示す破線は、粉砕テーブル１２の回転数を運転負荷がＭＬｍａｘである時と同じ回転数で一定回転数とする場合を例示している。第２の制御モードで運転される各固体燃料粉砕装置１００の運転負荷を示す。第２の制御モードにより制御部５０が実行する動作は、第１実施形態の比較例の動作と同様である。そのため、以下での説明を省略する。

制御部５０は、例えば、固体燃料粉砕装置１００が停止状態から起動完了に至るまでの状態である場合に、第２の制御モードを指定する。また、制御部５０は、固体燃料粉砕装置１００が運転状態から停止状態に移行する停止動作中である場合に、第２の制御モードを指定する。このようにしているのは、固体燃料粉砕装置を起動あるいは停止させる際は、粉砕テーブル１２の回転速度を変更させずに運転と制御を安定化させることで、粉砕テーブル１２の回転速度の制御を安定化させるため粉砕テーブル１２の回転数を一定回転に維持する第２の制御モードが好適だからである。

制御部５０は、例えば、固体燃料粉砕装置１００の起動完了後に第１の制御モードを指定し、第２の制御モードを第１の制御モードに切り替える。起動完了後に第１の制御モードに切り替えることにより、第１実施形態と同様に複数の固体燃料粉砕装置１００のいずれかを停止させる頻度を低下させ、ボイラシステム１の運転効率の低下を抑制することができる。

ステップＳ５０４で、制御部５０は、伝達部３４０から停止指令が伝達されたかどうかを判定し、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Ｓ５０１を再び実行する。
ステップＳ５０５で、制御部５０は、固体燃料粉砕装置１００を停止させる停止動作を実行する。この停止動作は、第１実施形態で説明した停止動作と同様である。

以上説明した本実施形態によれば、第１の制御モードにおいては、制御指令に基づいて粉砕テーブル１２の回転数が制御されるため、固体燃料粉砕装置１００を安定して運転するための運転負荷の下限値を低くすることができる。一方、第２の制御モードにおいては、粉砕テーブル１２の回転数が一定回転数に維持されるため、粉砕テーブル１２の回転数を変更することによる応答遅れ等が生じることがない。

１ ボイラシステム（固体燃料粉砕システム）
１０ ミル
１１ ハウジング
１２ 粉砕テーブル
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
３０ 送風部
４０ 温度検出部
５０ 制御部
１００ 固体燃料粉砕装置
２００ ボイラ
２１０ 火炉
２２０ バーナ部（燃焼装置）
３００ 制御装置
３１０ 検知部
３２０ 生成部
３３０ 判定部
３４０ 伝達部

Claims (6)

1. 固体燃料を粉砕してボイラへ供給する複数の固体燃料粉砕装置を備える固体燃料粉砕システムであって、
   前記ボイラの目標負荷に基づいて前記複数の固体燃料粉砕装置の運転負荷を制御する制御指令を生成する生成部と、
   前記生成部が生成した前記制御指令により運転される前記固体燃料粉砕装置の運転負荷が所定の下限値を下回るかどうかを判定する判定部と、
   前記運転負荷が前記所定の下限値を下回らないと前記判定部が判定する場合は前記制御指令を前記複数の固体燃料粉砕装置のそれぞれに伝達し、前記運転負荷が前記所定の下限値を下回ると前記判定部が判定する場合は前記複数の固体燃料粉砕装置の少なくともいずれかに該固体燃料粉砕装置の運転を停止させる停止指令を伝達する伝達部と、を備え、
   前記固体燃料粉砕装置は、
   粉砕テーブルと、
   前記粉砕テーブルを回転させる駆動力を発生する駆動部と、
   燃料供給部から前記粉砕テーブルに供給された前記固体燃料を前記粉砕テーブルとの間で粉砕するローラと、
   前記ローラにより粉砕された前記固体燃料を所定粒径より小さい微粉燃料に分級して前記固体燃料粉砕装置から搬出させる分級部と、
   前記伝達部から伝達される前記制御指令に基づいて前記駆動部により駆動される前記粉砕テーブルの回転数を制御する制御部と、を備える固体燃料粉砕システム。
2. 前記制御部は、前記伝達部から伝達される前記制御指令に基づいて前記駆動部により駆動される前記粉砕テーブルの回転数を制御する第１の制御モードと、前記粉砕テーブルの回転数を一定回転数に維持する第２の制御モードと、を備える請求項１に記載の固体燃料粉砕システム。
3. 前記制御部は、前記固体燃料粉砕装置を起動あるいは停止させる際に前記第２の制御モードを実行し、前記固体燃料粉砕装置の起動完了後に前記第２の制御モードを前記第１の制御モードに切り替える請求項２に記載の固体燃料粉砕システム。
4. 前記制御部は、前記伝達部から前記停止指令が伝達された場合に前記粉砕テーブルの回転数を一時的に増加させてから前記粉砕テーブルの回転を停止させる請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の固体燃料粉砕システム。
5. 固体燃料を粉砕してボイラへ供給する固体燃料粉砕装置であって、
   粉砕テーブルと、
   前記粉砕テーブルを回転させる駆動力を発生する駆動部と、
   燃料供給部から前記粉砕テーブルに供給された前記固体燃料を前記粉砕テーブルとの間で粉砕するローラと、
   前記ローラにより粉砕された前記固体燃料を所定粒径より小さい微粉燃料に分級する分級部と、
   前記駆動部により駆動される前記粉砕テーブルの回転数を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記固体燃料粉砕装置を停止させる場合に前記粉砕テーブルの回転数を一時的に増加させてから前記粉砕テーブルの回転を停止させる固体燃料粉砕装置。
6. 固体燃料を粉砕してボイラへ供給する複数の固体燃料粉砕装置を備える固体燃料粉砕システムの制御方法であって、
   前記固体燃料粉砕装置は、粉砕テーブルと、前記粉砕テーブルを回転させる駆動力を発生する駆動部と、燃料供給部から前記粉砕テーブルに供給された前記固体燃料を前記粉砕テーブルとの間で粉砕するローラと、前記ローラにより粉砕された前記固体燃料を所定粒径より小さい微粉燃料に分級して前記固体燃料粉砕装置から搬出させる分級部と、を備え、
   前記ボイラの目標負荷に基づいて前記複数の固体燃料粉砕装置の運転負荷を制御する制御指令を生成する生成工程と、
   前記生成工程が生成した前記制御指令により運転される前記固体燃料粉砕装置の運転負荷が所定の下限値を下回るかどうかを判定する判定工程と、
   前記運転負荷が前記所定の下限値を下回らないと前記判定工程が判定する場合は前記制御指令を前記複数の固体燃料粉砕装置のそれぞれに伝達し、前記運転負荷が前記所定の下限値を下回ると前記判定工程が判定する場合は前記複数の固体燃料粉砕装置の少なくともいずれかに該固体燃料粉砕装置の運転を停止させる停止指令を伝達する伝達工程と、
   前記伝達工程が伝達する前記制御指令に基づいて前記駆動部により駆動される前記粉砕テーブルの回転数を制御する制御工程と、を備える固体燃料粉砕システムの制御方法。
   

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