JP2019084476A - 粉砕機及び粉砕機の運転方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1に記載の装置では、バイオマス専砕モードでは、回転式分級機をほぼ停止させている。しかしながら、回転式分級機の回転を停止させるだけでは、粉砕機内を循環するバイオマス燃料を好適に低減することができず、粉砕機内の差圧を好適に抑制できない可能性があった。
本発明の幾つかの実施形態に係る粉砕機は、供給された固体燃料を粉砕する粉砕部と、中心軸線周りに所定の間隔で設けられた複数の羽根を具備する分級部を、該中心軸線回りに回転することで、前記粉砕部で粉砕された微粉燃料を分級する回転式分級機と、前記分級部の内側に設けられ、前記分級部によって分級された前記微粉燃料を外部に排出する排出部と、前記分級部の前記中心軸線回りの回転方向を制御する回転方向変更手段と、を備え、前記複数の羽根は、それぞれ、平面視したときに、半径方向外側端部の回転軌跡に対する接線に対して傾斜するように設けられている。
また、複数の性質の異なる固体燃料に対して共用可能とすることができるので、性質の異なる固体燃料を処理するために、それぞれに対して粉砕機を設ける場合に比べて、設備コストを大幅に低減し設置スペースを削減することができる。
また、搬送用ガスの流れのみによって分級部が第2方向へ回転するので、分級部の回転が、搬送用ガスと搬送用ガスによって搬送される微粉燃料とが最も通過し易い回転数となる。これにより、搬送用ガス及び微粉燃料が分級部を通過する際に生じる圧力損失を可及的に抑制することができる。したがって、好適に微粉燃料を粉砕機の外部に排出させて、粉砕機内の差圧の上昇を抑制することができる。
また、駆動部から分級部に対して駆動力が供給されない状態とするだけで、粉砕機内の差圧の上昇を抑制することができる。したがって、差圧の上昇を抑制するために特別な制御を継続的に行う場合や、装置を継続的に作動させる場合と比較して、コストを低減することができる。
また、複数の性質の異なる固体燃料に対して共用可能とすることができるので、性質の異なる固体燃料を処理するために、それぞれに対して粉砕機を設ける場合に比べて、設備コストを大幅に低減し設置スペースを低減することができる。
〔第1実施形態〕
以下、本開示の第1実施形態について、図1及び図2を用いて説明する。
図1には、本実施形態に係る粉砕機を備えたボイラ設備1が示されている。なお、本実施形態では上方とは鉛直上側方向を、下方とは鉛直下側方向を示している。
粉砕機5は、石炭のみを粉砕する形式であっても良いし、バイオマス燃料のみを粉砕する形式であっても良いし、石炭とともにバイオマス燃料を粉砕する形式であってもよい。ここで、バイオマス燃料とは、再生可能な生物由来の有機性資源であり、例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ及びこれらを原料としたリサイクル燃料(ペレットやチップ)などであり、ここに提示したものに限定されることはない。バイオマス燃料は、バイオマスの成育過程において二酸化炭素を取り込むことから、地球温暖化ガスとなる二酸化炭素を排出しないカーボンニュートラルとされるため、その利用が種々検討されている。
粉砕機5には、ホッパ11に貯蔵された固体燃料が燃料搬送用コンベア13を介して導かれる。
ロータリセパレータ53は、燃料供給管43の周りを囲むように、上下方向(鉛直方向)に沿って延在する円筒形状の回転軸部(図示省略)を有する。回転軸は、円筒形状の中心であって上下方向に延在する中心軸線Cの廻りに回転可能に支持されている。
枠体54は、上部支持枠55および下部支持枠56により上下を塞ぐように構成されている。そして、上部支持枠55は、中心軸線Cを中心として周方向に沿って等間隔に設けられた複数(例えば、4箇所)の排出孔(排出部)57が形成されている。各排出孔57は、上下方向に貫通する孔であり、それぞれが微粉燃料供給管7に連通している。
反転ギア69は、駆動装置52の電動モータと、ロータリセパレータ53との間に介在されている。反転ギア69は、制御装置64によって制御され、ロータリセパレータ53の分級部60の回転方向を正回転(ロータリセパレータ53を上方から見たときの時計回りの回転であり第1方向)と逆回転(ロータリセパレータ53を上方から見たときの反時計回りの回転であり第2方向)とを切替える。なお、電動モータが直流モータであれば、反転ギア69を用いずに電気的供給の変更で逆回転させてもよい。
差圧センサ65は、本実施形態では例えば、搬送用ガス供給部50及び排出孔57の近傍に設けられ、搬送用ガス供給部50と排出孔57との差圧を計測する。駆動力計測装置66は、ロータリセパレータ53の駆動装置52に設けられ、駆動装置52の駆動力を計測する。燃焼状態検出装置67は、バーナ9に設けられ、バーナ9の燃焼状態を検出する。差圧センサ65、駆動力計測装置66及び燃焼状態検出装置67は、計測または検出したデータを制御装置64に送信する。
このとき、ロータリセパレータ53が搬送用ガスの流れによって、後述する逆回転方向(第2方向)へと回転する。
固体燃料が燃料供給管43から粉砕テーブル45の中央へ向けて投入されると、粉砕テーブル45の回転による遠心力によって固体燃料は粉砕テーブル45の外周側へと導かれ、粉砕ローラ46との間に挟み込まれて粉砕される。粉砕された固体燃料は微粉燃料となり、搬送用ガス供給部50から導かれた搬送用ガスによって上方へと巻き上げられ、ロータリセパレータ53へと導かれる。ロータリセパレータ53の分級部60を通過した微粉燃料は、搬送用ガスとともに微粉燃料供給管7へと導かれて、ボイラ本体3のバーナ9へ供給される。微粉燃料は、搬送用ガスを一次空気として混合されて、バーナ9で燃焼する。
[正回転時]
ロータリセパレータ53の分級部60が、図2の破線矢印で示すように、正回転方向(第1方向)に回転する場合を説明する。分級部60が正回転(すなわち、羽根59の外周端部よりも内周端部が回転方向の前方となるように回転)した場合には、羽根59の回転方向の前面が、分級部60の外側空間62側を向く。羽根59の回転方向前面が、外側空間62側を向いていると、微粉燃料が羽根59に衝突し易くなるとともに、衝突した微粉燃料には、遠心力が強く作用するので、微粉燃料が分級部60の外側空間62に弾かれ易い。特に、微粉燃料のうち質量及び慣性力が大きく直線性が高い粗粒は、微粒と比較して、衝突による遠心力が強く作用するので、より顕著に外側空間62側に弾かれ易くなり、より粉砕テーブル45に戻され易くなる。一方、微粉燃料のうち微粒は、質量及び慣性力が小さくて直進性が低いので、羽根59に衝突し難く、また衝突した場合であっても作用する遠心力が小さいので、粗粒と比較して、分級部60の内側空間61に入り込み易い。このように、分級部60が正回転している場合には、粗粒が羽根59によって弾かれて粉砕テーブル45に戻され易く、微粒が分級部60の内側空間61に入り込み易いので、分級性能を高くすることができる。
ロータリセパレータ53の分級部60が、図2の実線矢印で示すように、逆回転方向(第2方向)に回転する場合を説明する。分級部60が逆回転(すなわち、羽根59の内周端部よりも外周端部が回転方向の前方となるように回転)した場合には、羽根59の回転方向の前面が、分級部60の内側空間61側を向く。羽根59の回転方向前面が、内側空間61側に向いていると、微粉燃料が羽根59に衝突し難くなるとともに、衝突した微粉燃料は、分級部60の内側空間61内に弾かれ易い。したがって、粉砕された微粉燃料は、羽根59の回転方向前面が外側空間62側を向いている正回転の場合と比較して、分級部60の内側空間61に流入し易く、また、内側空間61に流入し易いので内側空間61に設けられた排出孔57から排出され易い。微粉燃料が質量及び慣性力が大きく直線性が高い粗粒であっても、分級部60の内側空間61に流入し易くなるので、分級部60が逆回転している場合には、正回転している場合に比べて、分級性能が抑制される。分級性能が抑制されるので、正回転時に比べて粉砕機内を循環する微粉燃料の量が低減する。したがって、逆回転時には、正回転時と比較して、粉砕機内の差圧の上昇が抑制される。なお、分級部60を逆回転させる場合には、正回転時の最大回転数の5%〜30%の回転数で逆回転させるのが好ましい。またバイオマス燃料など固体燃料の種類に応じて、逆方向の回転数を、マイナス1rpm〜マイナス50rpmから選定してもよい。
また、分級部60が逆回転している場合には、上述のように、分級部60で生じる圧力損失が低減するが、分級部60が存在している以上、ある程度の分級部60による圧力損失が確保される。すなわち、外側空間62と内側空間61との差圧がある程度確保される。このように、外側空間62と内側空間61との差圧をある程度確保することで、内側空間61に設けられた複数の排出孔57から排出される搬送用ガス及び微粉燃料の流量が均一化され、微粉燃料が混合した搬送用ガスを複数の微粉燃料供給管7へより均一に分配して搬送することができる。
駆動装置52の駆動力がロータリセパレータ53に供給されない状態、すなわちロータリセパレータ53に負荷を加えない状況となると、分級部60は、搬送用ガスの流れによって、自由に回転する。具体的には、羽根59に微粉燃料と搬送用ガスが衝突することで逆方向(第2方向)へ回転する。逆回転することで、上述の逆回転時と同様に、粉砕機5内の差圧の上昇が抑制される。
また、切り離し運転時には、分級部60は、微粉燃料と搬送用ガスが最も通過し易い(圧力損失が少ない)回転数で回転する。これにより、搬送用ガス及び微粉燃料が分級部60を通過する際に生じる圧力損失が可及的に抑制される。したがって、粉砕機5内の差圧の上昇は抑制される。
また、切り離し運転時においても、分級部60を逆回転させた場合と同様に、搬送用ガスが整流化されるので、搬送用ガスと微粉燃料とがより均一に混合される。また、分級部60が存在している以上、ある程度の分級部60による圧力損失が確保されるので、内側空間61に設けられた複数の排出孔57から排出される搬送用ガス及び微粉燃料の流量が均一化され、微粉燃料が混合した搬送用ガスを複数の微粉燃料供給管7へより均一に分配して搬送することができる。
制御装置64は、ロータリセパレータ53の分級部60を正回転させる正回転運転モードと、ロータリセパレータ53の分級部60を逆回転させる逆回転運転モードと、駆動装置52の駆動力がロータリセパレータ53に供給されない切り離し運転モードと、を有している。本実施形態の粉砕機5で例えば石炭を粉砕し、バーナ9に粉砕された石炭を供給する際には、正回転運転モードで運転を行う。石炭は細かく粉砕し易く、また、燃焼性が特に高くなく細かい粒径まで粉砕する必要があるので、分級性能が高い正回転運転モードで運転を行うことで、好適に石炭を粉砕した微粉燃料が粉砕機5から排出される。
まず、正回転モードで運転を行うとともに、継続して差圧センサ65によって粉砕機5内の差圧を計測する。差圧センサ65は、例えば、搬送用ガス供給部50と排出孔57の近傍との圧力差を計測する。正回転モードで運転時に、差圧センサ65が計測する差圧が所定の値を超えたと制御装置64が判断すると、制御装置64は、図示しない回転数制御部(回転数制御手段)によって分級部60の回転数を低減させる。制御装置64は、分級部60の回転数を最低回転数(例えば、最大回転数の10%)にしても、粉砕機5内の差圧が所定の値以下とならない場合には、切替え制御部を作動させて、運転モードを正回転運転モードから切り離し運転モードに変更する。
例えば、石炭を粉砕する場合に、粉砕機5から搬出する微粉燃料の粒径サイズが許容される範囲で、切り離し運転モードで運転を行ってもよく、逆回転運転モードで運転を行ってもよい。
また、バイオマス燃料を粉砕する場合に、切り離し運転モードで運転を開始し、その後差圧が所定の値を超えたときに、逆回転運転モードに運転モードを変更してもよい。
また、バイオマス燃料を粉砕する場合に、逆回転運転モードで運転を開始してもよい。
また、バイオマス燃料を粉砕する場合に、正回転運転モードで運転を開始し、その後差圧が所定の値を超えたときに、切り離し運転モードを経ずに、逆回転運転モードに運転モードを変更してもよい。
石炭は、細かく粉砕し易く、また、燃焼性が特に高くなく細かい粒径まで粉砕する必要があるが、本実施形態では、石炭を粉砕する場合には、分級部60を正回転させているので、所定の粒径となるまで石炭を粉砕した微粉燃料とすることができる。
一方、バイオマス燃料は、細かく粉砕し難く、かつ、燃焼性が高く細かい粒径まで粉砕する必要がない。本実施形態では、バイオマス燃料を粉砕する場合には、分級部60を逆回転させているので、粉砕機5内の差圧の上昇を抑制できる。したがって、粉砕機5内の差圧を所定の値以下に維持した状態で、より多くのバイオマス燃料を粉砕機5内に供給し、排出孔57から排出される微粉燃料を増加させることができる。
また、粉砕機5を複数の性質の異なる固体燃料に対して共用可能とすることができるので、性質の異なる固体燃料を処理するために、それぞれに対して粉砕機5を設ける場合に比べて、設備コストを大幅に低減し、設置スペースを低減することができる。
例えば、上記実施形態では、各運転モードを制御装置64によって切り替える例について説明したが、本開示はこれに限定されない。作業者が手動で運転モードを切り替えてもよい。作業者が手動で運転モードを切り替える際には、例えば、差圧センサ65が計測した差圧等を表示する表示手段を設けて、作業者がその表示手段に表示された差圧等に基づいて運転モードを切り替えるようにしてもよい。
また、上記実施形態では、制御装置64が正回転運転モード、逆回転運転モード及び切り離し運転モードの3つの運転モードを有する場合について説明したが、本開示はこれに限定されない。制御装置64が、正回転運転モードと逆回転運転モードのみを有していてもよく、また、正回転運転モードと切り離し運転モードのみを有していてもよい。
3 ボイラ本体
5 粉砕機
9 バーナ
11 ホッパ
41 ハウジング
43 燃料供給管
45 粉砕テーブル(粉砕部)
46 粉砕ローラ
50 搬送用ガス供給管(搬送用ガス供給部)
52 駆動装置(駆動部)
53 ロータリセパレータ(回転式分級機)
57 排出孔(排出部)
59 羽根
60 分級部
61 内側空間
62 外側空間
64 制御装置
65 差圧センサ(差圧計測手段)
66 駆動力計測装置(駆動力計測手段)
69 反転ギア(回転方向変更手段)
Claims (10)
- 供給された固体燃料を粉砕する粉砕部と、
中心軸線周りに所定の間隔で設けられた複数の羽根を具備する分級部を、該中心軸線回りに回転することで、前記粉砕部で粉砕された微粉燃料を分級する回転式分級機と、
前記分級部の内側に設けられ、前記分級部によって分級された前記微粉燃料を外部に排出する排出部と、
前記分級部の前記中心軸線回りの回転方向を制御する回転方向変更手段と、を備え、
前記複数の羽根は、それぞれ、平面視したときに、半径方向外側端部の回転軌跡に対する接線に対して傾斜するように設けられている粉砕機。 - 前記微粉燃料を前記粉砕部から前記排出部に搬送する搬送用ガスを供給する搬送用ガス供給部と、
前記搬送用ガス供給部と前記排出部との差圧を計測する差圧計測手段と、を備え、
前記差圧計測手段が計測した差圧に基づいて、前記分級部の回転方向を決定する請求項1に記載の粉砕機。 - 前記回転式分級機の前記分級部に対して駆動力を供給する駆動部と、
前記駆動部の駆動力を計測する駆動力計測手段と、を備え、
前記駆動力計測手段が計測した駆動力に基づいて、前記分級部の回転方向を決定する請求項1に記載の粉砕機。 - 前記分級部の回転数を制御する回転数制御手段を備える請求項1に記載の粉砕機。
- 前記回転式分級機の前記分級部に対して駆動力を供給する駆動部と、
前記回転式分級機を前記駆動部から駆動力が供給されない状態とする切り離し手段と、を備える請求項1から請求項4のいずれかに記載の粉砕機。 - 供給された固体燃料を粉砕する粉砕部と、
中心軸線周りに所定の間隔で設けられた複数の羽根を具備する分級部を、該中心軸線回りに回転することで、前記粉砕部で粉砕された微粉燃料を分級する回転式分級機と、
前記分級部の内側に設けられ、前記分級部によって分級された前記微粉燃料を外部に排出する排出部と、
前記回転式分級機の前記分級部に対して駆動力を供給する駆動部と、
前記分級部を前記駆動部から駆動力が供給されない状態とする切り離し手段と、を備え、
前記複数の羽根は、それぞれ、平面視したときに、半径方向外側端部の回転軌跡に対する接線に対して傾斜するように設けられている粉砕機。 - 前記微粉燃料を前記粉砕部から前記排出部に搬送する搬送用ガスを供給する搬送用ガス供給部と、
前記搬送用ガス供給部と前記排出部との差圧を計測する差圧計測手段と、を備え、
前記差圧計測手段が計測した差圧に基づいて、前記切り離し手段を作動させる請求項5または請求項6に記載の粉砕機。 - 前記駆動部の駆動力を計測する駆動力計測手段を備え、
前記駆動力計測手段が計測した駆動力に基づいて、前記切り離し手段を作動させる請求項5または請求項6に記載の粉砕機。 - 供給された固体燃料を粉砕する粉砕部と、
中心軸線周りに所定の間隔で設けられた複数の羽根を具備する分級部を、該中心軸線回りに回転することで、前記粉砕部で粉砕された微粉燃料を分級する回転式分級機と、
前記分級部の内側に設けられ、前記分級部によって分級された前記微粉燃料を外部に排出する排出部と、
前記分級部の前記中心軸線回りの回転方向を制御する回転方向変更手段と、を備え、
前記複数の羽根は、それぞれ、平面視したときに、半径方向外側端部の回転軌跡に対する接線に対して傾斜するように設けられている粉砕機の運転方法であって、
前記回転方向変更手段によって前記分級部の回転方向を変更するステップを備える粉砕機の運転方法。 - 供給された固体燃料を粉砕する粉砕部と、
中心軸線周りに所定の間隔で設けられた複数の羽根を具備する分級部を、該中心軸線回りに回転することで、前記粉砕部で粉砕された微粉燃料を分級する回転式分級機と、
前記分級部の内側に設けられ、前記分級部によって分級された前記微粉燃料を外部に排出する排出部と、
前記回転式分級機の前記分級部に対して駆動力を供給する駆動部と、
前記分級部を前記駆動部から駆動力が供給されない状態とする切り離し手段と、を備え、
前記複数の羽根は、それぞれ、平面視したときに、半径方向外側端部の回転軌跡に対する接線に対して傾斜するように設けられている粉砕機の運転方法であって、
前記切り離し手段によって、前記分級部を前記駆動部から駆動力が供給されない状態とするステップを備える粉砕機の運転方法。
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