JP2020049487A - 竪型ミルの粉砕容量評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】竪型ミルの粉砕容量評価方法において、バイオマス原料を粉砕するときの竪型ミルの粉砕容量を高精度に設定する。【解決手段】バイオマス原料を予備粉砕して予め設定された所定の原料粒径のバイオマス粉砕物を形成する工程と、バイオマス粉砕物をバイオマス原料に応じたハードグローブ粉砕性試験により微粉砕する工程と、微粉砕したバイオマス原料において、評価粒径より小さい微粉の発生率を求める工程と、予め求めておいた微粉の発生率とバイオマス専用粉砕ミルでの粉砕容量との相関関係から、バイオマス粉砕容量を評価する工程と有する。【選択図】図３

Description

本発明は、固形物を粉砕して微粉化する竪型ミルにおいて、粉砕する固形物としてバイオマスを使用するときに、竪型ミルの粉砕容量を評価するための竪型ミルの粉砕容量評価方法に関するものである。

ボイラやガス化炉などでは、燃料として石炭やバイオマスなどの固形燃料が用いられる。そして、この石炭などを固形燃料として利用する場合、例えば、竪型ミルにより原料を粉砕して微粉燃料を生成し、得られた微粉燃料を用いるようにしている。

この竪型ミルは、ハウジングの下部に粉砕テーブルが駆動回転可能に配設されると共に、この粉砕テーブルの上面に複数の粉砕ローラが連れ回り可能で、且つ、粉砕荷重を付与可能に配設されて構成されている。従って、原炭が給炭管から粉砕テーブル上に供給されると、遠心力により全面に分散されて炭層が形成され、この炭層に対して各粉砕ローラが押圧することで粉砕され、供給空気により乾燥されて分級された微粉炭が外部に排出される。

ところで、石炭の代替原料としてバイオマスを用いることが提案されている。バイオマスは、木質類、草木類、農作物類、厨芥類等のバイオマスである。しかし、竪型ミルの粉砕ローラと粉砕テーブルとの間にバイオマス検量を噛み込ませて粉砕する場合、このバイオマス原料は、石炭と異なって圧縮性を有するため、粉砕圧力が十分に伝わらずに粉砕しにくいという問題がある。

このような問題を解決するものとして、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。

特開２０１３−１８４１１５号公報

ところで、竪型ミルで石炭を粉砕する場合、この石炭の種類に応じた竪型ミルの容量を設定する必要がある。即ち、石炭の硬度や含水量などに応じて竪型ミルにおけるローラ加圧力が相違することから、使用する石炭の性状に応じた石炭粉砕容量（単位時間当たりの粉砕量）を求める必要がある。従来、粉砕原料として石炭を使用する場合、ＪＩＳ ｍ ０８８０１などに規定されている粉砕性試験方法（ハードグローブ法）により石炭の粉砕性指数ＨＧＩ（Ｈａｒｄｇｒｏｂｅ Ｇｒｉｎｄａｂｉｌｉｔｙ Ｉｎｄｅｘ）を算出し、この粉砕性指数ＨＧＩを用いて竪型ミルにおける石炭性状に応じた石炭粉砕容量を設定している。しかし、バイオマス原料は、前述したように、石炭と全く性状が相違することから、同様の方法で竪型ミルにおける粉砕容量を設定することは困難であり、バイオマス専用粉砕ミルでの粉砕容量を評価する方法が求められている。

本発明は上述した課題を解決するものであり、バイオマス原料を粉砕するときの竪型ミルの粉砕容量を高精度に設定する竪型ミルの粉砕容量評価方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の竪型ミルの粉砕容量評価方法は、バイオマス原料を予備粉砕して予め設定された所定の原料粒径のバイオマス粉砕物を形成する工程と、前記バイオマス粉砕物をバイオマス原料に応じたハードグローブ粉砕性試験により微粉砕する工程と、前記微粉砕したバイオマス原料において、評価粒径より小さい微粉の発生率を求める工程と、予め求めておいた前記微粉の発生率とバイオマス専用粉砕ミルでの粉砕容量との相関関係から、バイオマス粉砕容量を評価する工程と、を有することを特徴とするものである。

本発明の竪型ミルの粉砕容量評価方法は、バイオマス原料を予備粉砕して予め設定された所定の原料粒径のバイオマス粉砕物を形成する工程と、前記バイオマス粉砕物をバイオマス原料に応じたハードグローブ粉砕性試験により微粉砕する工程と、前記微粉砕したバイオマス原料において、評価粒径より小さい微粉の重量を求めて、バイオマス原料のハードグローブ粉砕性指数を算出する工程と、予め求めておいた前記バイオマス原料のハードグローブ粉砕性指数とバイオマス専用粉砕ミルでの粉砕容量との相関関係から、バイオマス粉砕容量を評価する工程と、を有することを特徴とするものである。

従って、石炭とは異なる性状のバイオマス原料の粉砕容量を求めることができ、その結果、バイオマス原料を粉砕するときの竪型ミルの粉砕容量を高精度に設定することができる。

本発明の竪型ミルの粉砕容量評価方法では、前記ハードグローブ粉砕性試験にて、バイオマス微粉砕物の評価粒径を０．２１ｍｍ〜０．８４ｍｍに設定することを特徴としている。

従って、バイオマス原料の性状に適合したバイオマス微粉砕物の評価粒径を設定することで、バイオマス原料の粉砕容量を高精度に求めることができる。

本発明の竪型ミルの粉砕容量評価方法では、前記バイオマス原料の原料粒径を１．０ｍｍ〜６．７３ｍｍに設定することを特徴としている。

従って、バイオマス原料の性状に適合したバイオマス原料の原料粒径を設定することで、バイオマス原料の粉砕容量を高精度に求めることができる。

本発明の竪型ミルの粉砕容量評価方法では、ハードグローブ粉砕性試験の容器に投入する前記バイオマス粉砕物の仕込量を２０ｇ〜４０ｇに設定することを特徴としている。

従って、バイオマス原料の性状に適合した容器へのバイオマス粉砕物の仕込量を設定することで、バイオマス原料の粉砕容量を高精度に求めることができる。

本発明の竪型ミルの粉砕容量評価方法では、前記バイオマス粉砕物が投入された容器を予め設定された所定の回転速度で５分〜１０分間にわたって回転粉砕することを特徴としている。

従って、バイオマス原料の性状に適合した容器の回転速度を設定することで、バイオマス原料の粉砕容量を高精度に求めることができる。

本発明の竪型ミルの粉砕容量評価方法によれば、バイオマス原料を粉砕するときの竪型ミルの粉砕容量を高精度に設定することができる。

図１は、石炭及びバイオマスを用いたハードグローブ粉砕性試験における粉砕データを表す表である。 図２は、評価粒径より小さい粉砕物の量の比に対する粉砕容量比を表すグラフである。 図３は、本実施形態の竪型ミルの粉砕容量評価方法を表すフローチャートである。 図４は、竪型ミルを表す概略構成図である。 図５は、竪型ミルにおける粉砕ローラの配列を表す平面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る竪型ミルの粉砕容量評価方法の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

図４は、実施形態１の竪型ミルを表す概略構成図、図５は、実施形態１の竪型ミルにおける粉砕ローラの配列を表す平面図である。

竪型ミルは、石炭やバイオマスなどの固形物を粉砕するものである。ここで、バイオマスとは、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。

竪型ミル１０において、図４及び図５に示すように、ハウジング１１は、竪型の円筒中空形状をなし、天井部１２に固形物供給管１３が装着されている。固形物供給管１３は、ハウジング１１内に固形物を供給するものであり、下端部が下方まで延設されている。ハウジング１１は、下部に架台１４が設置され、この架台１４上に粉砕テーブル１５が回転自在に配置されている。粉砕テーブル１５は、図示しない駆動装置により駆動回転可能であり、固形物供給管１３の下端部に対向している。また、この粉砕テーブル１５は、上面の中心部が高く、外側に向けて低くなるような傾斜形状をなし、外周部が上方に湾曲した形状をなしている。

粉砕テーブル１５は、その上方に対向して複数の粉砕ローラ１６が配置されている。各各粉砕ローラ１６は、粉砕テーブル１５の外周部の上方に、周方向に均等間隔で配置されており、第１支持軸１７に回転自在に支持されている。各支持アーム１８は、中間部が水平方向に沿った第２支持軸１９によりハウジング１１に上下に揺動自在に支持されている。そして、各支持アーム１８は、先端部に粉砕ローラ１６の第１支持軸１７が支持されている。そのため、各粉砕ローラ１６は、第２支持軸１９を支点として上下に揺動して粉砕テーブル１５の上面に対して接近離反自在となる。また、各粉砕ローラ１６は、外周面が粉砕テーブル１５の上面に接触しており、この粉砕テーブル１５から回転力を受けて連れ回りする。

また、各支持アーム１８は、上端部１８ａに対して各粉砕ローラ１６の反力荷重を付与する反力荷重付与部材２０が設けられる一方、下端部１８ｂに対してストッパ２１が設けられている。各支持アーム１８は、この反力荷重付与部材２０から荷重を受け、各粉砕ローラ１６を粉砕テーブル１５の上面に押し付ける。そのため、固形物が粉砕テーブル１５の中心部に供給されると、この固形物は遠心力により外周側に移動し、各粉砕ローラ１６と粉砕テーブル１５との隙間に入り込む。各粉砕ローラ１６は、反力荷重付与部材２０から荷重により固形物押圧荷重を作用して粉砕する。

また、ハウジング１１は、下部に粉砕テーブル１５の外周辺に位置して一次空気が送り込まれる入口ポート２２が設けられる一方、上部に粉砕物を分級するロータリセパレータ２３と分級した粉砕物を排出する出口ポート２４が設けられている。更に、ハウジング１１は、下部に異物排出管２５が設けられている。

このような竪型ミル１０を設計、製造する場合、粉砕する原料の性状に応じた竪型ミルの粉砕容量（駆動力）を設定する必要がある。この場合、粉砕する原料が石炭である場合、日本工業規格（ＪＩＳ ｍ ０８８０１など）で決められた粉砕性試験方法（ハードグローブ法）により石炭の粉砕性指数ＨＧＩを算出し、この粉砕性指数ＨＧＩを用いて竪型ミル１０における石炭粉砕容量を設定している。

図１は、石炭及びバイオマスを用いたハードグローブ粉砕性試験における粉砕データを表す表である。

石炭のハードグローブ粉砕性試験は、図１の表に示すように、原料粒径０．６ｍｍ〜１．１８ｍｍ、仕込量５０ｇ、粉砕時間４分、評価粒径０．０７４ｍｍが設定されている。まず、予備粉砕により原料粒径０．６ｍｍ〜１．１８ｍｍの石炭粉砕物を形成し、次に、ハードグローブ粉砕性試験装置を用いて石炭粉砕物を更に粉砕する。このハードグローブ粉砕性試験装置は、複数の半球形状をなす凹部が形成された粉砕室を有する容器と、凹部に嵌合する複数鋼球と、複数鋼球の上に載せるトップリングとを備える。５０ｇの石炭粉砕物は、容器の各凹部内に入れられ、その上に鋼球を乗せ、更にその上にトップリングが乗せられる。そして、容器を毎分１５回転〜２０回転（１５ｒｐｍ〜２０ｒｐｍ）の回転速度で、４分間にわたって回転することで微粉砕する。

その後、石炭粉砕物を２０分間にわたって篩い分けすることで、評価粒径０．０７４ｍｍ以下の石炭微粉砕物の重量Ｗを計測する。そして、下記数式を用いてハードグローブ粉砕性指数ＨＧＩを小数点以下まで算出する。
ＨＧＩ＝１３＋６．９３Ｗ

このように石炭のハードグローブ粉砕性指数ＨＧＩが算出されると、例えば、予め設定された石炭用ミル粉砕容量補正整数に基づいて補正整数を求め、竪型ミル１０における基準石炭粉砕容量に補正整数を乗算して石炭性状に応じた石炭粉砕容量を設定する。この石炭粉砕容量とは、単位時間あたりに評価粒径０．０７４ｍｍまで粉砕できる竪型ミル１０の駆動力である。

一方、バイオマス原料は、石炭と異なって圧縮性を有することから、石炭に応じて設定した原料粒径、仕込量、粉砕時間、評価粒径では、高精度なバイオマス原料のハードグローブ粉砕性指数ＨＧＩを算出することができず、バイオマス原料に応じた最適な粉砕容量を設定することが困難となる。

そこで、本実施形態では、バイオマス原料に応じた最適な粉砕容量を設定することができるハードグローブ粉砕性試験における試験条件を設定した。即ち、バイオマス原料のハードグローブ粉砕性試験は、図１の表に示すように、適正範囲１として、原料粒径１．０ｍｍ〜６．７３ｍｍ、仕込量２０ｇ〜４０ｇ、粉砕時間５分〜１０分、評価粒径０．２１ｍｍ〜０．８４ｍｍの条件に設定されている。

この場合、例えば、バイオマス原料として木質ペレットを適用すると、この木質ペレットは、粒径０．６ｍｍ〜１．０ｍｍの粒子を圧縮して円筒形に成形したものであり、微粉砕時にこの成形体をほぐすものとなる。石炭の粉砕は、粒径１ｍｍ〜５０ｍｍの塊炭を粒径０．０５ｍｍ程度へ粉砕するものであるが、木質ペレットの粉砕は、粒径０．６ｍｍ〜１．０ｍｍの粒子が圧縮成形された成形体を粒径０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度に粉砕することとなる。そのため、原料粒径を石炭と同様の０．６ｍｍ〜１．１８ｍｍとすると、木質ペレットの予備粉砕後の粒径が微粉砕後の粒径に近似してしまうことから、小型のハードグローブ粉砕性試験装置で微粉砕が可能な粒径１．０ｍｍ〜６．３７ｍｍとした。なお、原料粒径は、望ましくは、適正範囲２としての１．１８ｍｍ〜４．７６ｍｍである。また、バイオマス原料は、木質ペレットに限定されるものではない。

また、バイオマス原料（木質ペレット）は、石炭に比べて軽量であることから、石炭と同じ粉砕容器を使用すると、同じ体積を確保するためには、仕込量を少なくする必要があり、石炭の仕込量５０ｇに対して少ないバイオマスの仕込量２０ｇ〜４０ｇとした。なお、仕込量は、望ましくは、適正範囲２としての３０ｇである。

バイオマス原料を充填する容器の回転速度を石炭と同速度とした場合、圧縮性を有するバイオマスは、長い粉砕時間５分〜１０分とした。なお、粉砕時間は、望ましくは、適正範囲２としての７分である。

そして、評価粒径は、木質ペレットにおける粒子の粒径０．６ｍｍ〜１．０ｍｍに応じて、石炭の評価粒径０．０７４ｍｍより大きい０．２１ｍｍ〜０．８４ｍｍとした。

図２は、評価粒径より小さい粉砕物の量の比に対する粉砕容量比を表すグラフである。図２のグラフにて、横軸の評価粒径より小さい粉砕物の量の比とは、ハードグローブ粉砕性試験により求めた石炭の評価粒径０．０７４ｍｍより小さい微粉砕物の量に対するバイオマス原料の評価粒径０．８４ｍｍ（０．２１ｍｍ）より小さい微粉砕物の量の比である。縦軸の粉砕容量比とは、竪型ミルの試験機にて、実際の木質ペレットを粉砕試験により粉砕容量を評価・算出し、標準石炭の容量との比で示したものである。

石炭と異なる性状のバイオマス原料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅに対してハードグローブ粉砕性試験を実施してハードグローブ粉砕性指数ＨＧＩを求めて作成したグラフである。一般にバイオマス原料は、弾性に富み、鉱物など脆性材料（石炭など）に比べて粉砕が難しいとされている。図２のグラフからわかるように、バイオマス原料Ａは、材種などの影響により比較的粉砕が容易であったため、評価粒径より小さい粉砕物の量の比１．０に対して粉砕容量比１．０であり、石炭と同様の同じ粉砕処理容量が達成することができる。一方、バイオマス原料Ｂ，Ｃは、石炭より粉砕が難しいため、粉砕処理容量が小さくなってしまう。また、バイオマス原料Ｄ，Ｅは、バイオマス原料Ａに比べても更に粉砕が易しかったことから粉砕処理容量が大きくなっている。

ここで、本実施形態の竪型ミルの粉砕容量評価方法について説明する。図３は、本実施形態の竪型ミルの粉砕容量評価方法を表すフローチャートである。

本実施形態の竪型ミルの粉砕容量評価方法において、図３に示すように、ステップＳ１１にて、バイオマス原料を予備粉砕し、原料粒径１．０ｍｍ〜６．７３ｍｍのバイオマス粉砕物を形成して収集する。ステップＳ１２にて、ハードグローブ粉砕性試験装置を用いてバイオマス粉砕物を微粉砕する。このハードグローブ粉砕性試験装置は、石炭を粉砕するものと同様であり、２０ｇ〜４０ｇのバイオマス粉砕物は、容器の各凹部内に入れられ、その上に鋼球を乗せ、更にその上にトップリングが乗せられる。そして、容器を毎分１５回転〜２０回転（１５ｒｐｍ〜２０ｒｐｍ）の回転速度で、５分〜１０分間にわたって回転粉砕する。

ステップＳ１３にて、バイオマス粉砕物を２０分間にわたって篩い分けすることで、評価粒径０．２１ｍｍ〜０．８４ｍｍ以下のバイオマス微粉砕物を篩い分けてそのバイオマス微粉砕物の重量Ｗを計測する。そして、ステップＳ１４にて、下記数式を用いてバイオマス原料のハードグローブ粉砕性指数ＨＧＩを小数点以下まで算出する。
ＨＧＩ＝１３＋６．９３Ｗ

ステップＳ１５では、算出されたバイオマス原料のハードグローブ粉砕性指数ＨＧＩを用い、図２の評価粒径より小さい粉砕物の量の比に対する粉砕容量比を表すグラフ（バイオマス用ミル粉砕容量補正整数）に基づいて補正整数を求める。そして、ステップＳ１６にて、竪型ミル１０における基準バイオマス粉砕容量に補正整数を乗算してバイオマス性状に応じたバイオマス粉砕容量を設定する。このバイオマス粉砕容量とは、単位時間あたりに評価粒径０．２１ｍｍ〜０．８４ｍｍまで粉砕できる竪型ミル１０の駆動力である。

このように本実施形態の竪型ミルの粉砕容量評価方法にあっては、バイオマス原料を予備粉砕して予め設定された所定の原料粒径のバイオマス粉砕物を形成する工程と、前記バイオマス粉砕物をバイオマス原料に応じたハードグローブ粉砕性試験により微粉砕する工程と、前記微粉砕したバイオマス原料において、評価粒径より小さい微粉の発生率を求める工程と、予め求めておいた前記微粉の発生率とバイオマス専用粉砕ミルでの粉砕容量との相関関係から、バイオマス粉砕容量を評価する工程と、を有する。

また、本実施形態の竪型ミルの粉砕容量評価方法にあっては、バイオマス原料を予備粉砕して予め設定された所定の原料粒径のバイオマス粉砕物を形成する工程と、前記バイオマス粉砕物をバイオマス原料に応じたハードグローブ粉砕性試験により微粉砕する工程と、前記微粉砕したバイオマス原料において、評価粒径より小さい微粉の重量を求めて、バイオマス原料のハードグローブ粉砕性指数を算出する工程と、予め求めておいた前記バイオマス原料のハードグローブ粉砕性指数とバイオマス専用粉砕ミルでの粉砕容量との相関関係から、バイオマス粉砕容量を評価する工程と、を有する。

従って、石炭とは異なる性状のバイオマス原料の粉砕容量を求めることができ、その結果、バイオマス原料を粉砕するときの竪型ミルの粉砕容量を高精度に設定することができる。

本実施形態の竪型ミルの粉砕容量評価方法では、ハードグローブ粉砕性試験にて、ハードグローブ粉砕性指数を算出するためのバイオマス微粉砕物の評価粒径を０．２１ｍｍ〜０．８４ｍｍに設定する。従って、バイオマス原料の性状に適合したバイオマス微粉砕物の評価粒径を設定することで、バイオマス原料の粉砕容量を高精度に求めることができる。

本実施形態の竪型ミルの粉砕容量評価方法では、バイオマス原料の原料粒径を１．０ｍｍ〜６．７３ｍｍに設定し、ハードグローブ粉砕性試験の容器に投入するバイオマス粉砕物の仕込量を２０ｇ〜４０ｇに設定し、バイオマス粉砕物が投入された容器を予め設定された所定の回転速度で５分〜１０分間にわたって回転粉砕するようにしている。従って、バイオマス原料の性状に適合したバイオマス原料の原料粒径、容器へのバイオマス粉砕物の仕込量、容器の回転速度を設定することで、バイオマス原料の粉砕容量を高精度に求めることができる。

１０ 竪型ミル
１１ ハウジング
１５ 粉砕テーブル
１６ 粉砕ローラ
１８ 支持アーム

Claims (6)

1. バイオマス原料を予備粉砕して予め設定された所定の原料粒径のバイオマス粉砕物を形成する工程と、
   前記バイオマス粉砕物をバイオマス原料に応じたハードグローブ粉砕性試験により微粉砕する工程と、
   前記微粉砕したバイオマス原料において、評価粒径より小さい微粉の発生率を求める工程と、
   予め求めておいた前記微粉の発生率とバイオマス専用粉砕ミルでの粉砕容量との相関関係から、バイオマス粉砕容量を評価する工程と、
   を有することを特徴とする竪型ミルの粉砕容量評価方法。
2. バイオマス原料を予備粉砕して予め設定された所定の原料粒径のバイオマス粉砕物を形成する工程と、
   前記バイオマス粉砕物をバイオマス原料に応じたハードグローブ粉砕性試験により微粉砕する工程と、
   前記微粉砕したバイオマス原料において、評価粒径より小さい微粉の重量を求めて、バイオマス原料のハードグローブ粉砕性指数を算出する工程と、
   予め求めておいた前記バイオマス原料のハードグローブ粉砕性指数とバイオマス専用粉砕ミルでの粉砕容量との相関関係から、バイオマス粉砕容量を評価する工程と、
   を有することを特徴とする竪型ミルの粉砕容量評価方法。
3. 前記ハードグローブ粉砕性試験にて、バイオマス微粉砕物の評価粒径を０．２１ｍｍ〜０．８４ｍｍに設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の竪型ミルの粉砕容量評価方法。
4. 前記バイオマス原料の原料粒径を１．０ｍｍ〜６．７３ｍｍに設定す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竪型ミルの粉砕容量評価方法。
5. 前記ハードグローブ粉砕性試験の容器に投入する前記バイオマス粉砕物の仕込量を２０ｇ〜４０ｇに設定することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の竪型ミルの粉砕容量評価方法。
6. 前記バイオマス粉砕物が投入された容器を予め設定された所定の回転速度で５分〜１０分間にわたって回転粉砕することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の竪型ミルの粉砕容量評価方法。

Images