JP2928619B2 - ローラミル装置およびその運転方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ローラミル装置およびその運転方法に係
り、特に装置運転中にローラの横すべりに起因する自励
振動を抑制するようになしたローラミル装置およびその
運転方法に関する。

〔従来の技術〕

石炭焚ボイラにおいても低公害燃焼（低NOx、未燃分
低減）や急速付加変化運用（給炭量変化）が実施され、
それに伴い微粉砕機（ミル）も高性能化が要求されるよ
うになった。

石炭、セメント原料、新素材原料などの塊状物を細か
く粉砕するミルの１タイプとして、回転するテーブルと
それに連動して回転する複数個の粉砕ローラとを備えた
ローラミルが用いられ、最近では代表機種の１つといて
の地位を固めつつある。第11図に代表的な従来式ローラ
ミルの概略構造を示す。

この種のミルは、円筒型のハウジング1114の下部にあ
って減速機を有するモータで駆動されて水平面上で低速
回転する回転テーブル1103と、その上面外周部を円周方
向へ等分する位置へ油圧、スプリング等で圧加されて回
転する複数個の粉砕ローラ1104を備えている。回転テー
ブル1103の中心部へ原料供給管（センターシュート）11
02より供給される被粉砕原料1101は、回転テーブル1103
の回転と遠心力とによって回転テーブル1103上をうず巻
状の軌跡を描いて外周部へ移動し、回転テーブル1103の
粉砕レース面と粉砕ローラ1104の間にかみ込まれて粉砕
される。ハウジング1114の基底部には、ダクト内を送ら
せてきた熱風1113が導かれており、この熱風1113が回転
テーブル1103の外周部とハウジング1114の内周部との間
のエアスロート1112から吹き上がっている。粉砕後の粉
粒体はエアスロート1112から吹き上がる熱風1113によっ
てハウジング1114内を上昇しながら乾燥される。ハウジ
ング1114上部へ輸送された微粒体は、粗くて重いものか
ら重力により落下し（１次分級）、そこを貫通したやや
細かな粉粒体はハウジング1114の上部に設けた回転分級
機1115で再度分級され、所定の粒径以下の微粉は熱風11
13によって搬送され、図示されていないボイラでは微粉
炭バーナあるいは微粉貯蔵ビンへと送られる。回転分級
機1115を貫通することのない所定粒径以上の粗粉は、回
転テーブル1103上に落下し、ミル内へ供給されたばかり
の被粉砕原料1101とともに再度粉砕される。このように
して、粉砕ローラ1104によって粉砕が繰返される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ローラミルを広域負荷で運用しようとする場合、負荷
の切り下げにおいて問題になるのはミルの振動である。
この振動現象は複雑であり、詳細な発生メカニズムまで
明らかにされているわけではないが、粉層とローラ間の
すべりに起因する一種の摩擦振動（スティック・スリッ
プ運動）であるといわれている。振動のタイプとして
は、はっきりとした励振源を特定できないことから、自
励振動の一種と考えることができる。通常の石炭では、
第12図に示すように低負荷運用時（ミル内における石炭
ホールドアップHuの少ない条件）にこの振動が激しくな
るが、石炭種によってはかなり高負荷時にも発生するこ
とがある。第６図には、低負荷運用時（Hu/Hu^＊0.3、
つまり30％負荷）において多くの石炭について得られた
粉砕性を表わすハードグローブ指数HGIと振幅δの関係
を示す（縦・横軸とも基準となる石炭の値で無次元化し
てある）。このように、一般的にはHGIの大きな石炭ほ
ど振動が激しいが、HGIが低〜中程度の石炭でも激しい
振動を起こすケースも少なくない。したがって、石炭の
粉砕性（HGI）をもとに、振動を起こし易いか否かをあ
らかじめ予測することは困難である。

第８図は、第11図のローラ支持部の詳細構造を示した
ものである。このローラミルは、ローラブラケット801
を介して、ローラピボット812を支軸として粉砕ローラ8
02が首振り可能なように支持されるものである。粉砕ロ
ーラ802における首振り機能は大変に重要であり、ミル
の起動時に一気に原料がミル内へ供給されたり、粉砕ロ
ーラ802が異物と衝突した場合、粉砕ローラ802は首を振
ることによって衝撃を吸収することができる。

一般に、高負荷運用時には、粉砕ローラ802はほとん
ど首を振ることがない。これに対して、振動する場合に
は、第９図に示すように、粉砕ローラ802はまず外側へ
横ずれするように首を振る。これに続いて、横ずれした
まま、第10図に描いたように、粉砕ローラ802が上下に
激しく振動する。このような振動現象は、発明者らが、
テストミル内の粉砕部に変位計あるいは加速度計を設置
し、振動時に測定した結果に基づいている。

本発明の目的は、このような考え方に基づき、粉砕ロ
ーラが過度にしかも急激に首振る振動を防止し、振動を
起こすことなく広域負荷あるいは多炭種での運用を可能
にするローラブラケットの支軸装置を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記した従来技術の問題点は、ハウジング内下方で水
平面内を回転する回転テーブルと、回転テーブル上面外
周に刻設された凹状溝からなる粉砕レースと、粉砕レー
ス上に配置された複数個の粉砕ローラと、各ローラごと
に設けられ該ローラを回転可能に支持するローラブラケ
ットと、粉砕ローラをローラブラケットを介して粉砕レ
ース上に押付ける加圧フレームと、加圧フレームとロー
ラブラケットの間に設けられローラブラケットと粉砕ロ
ーラを首振り可能に支持するピボットとを有するローラ
ミル装置において、ローラブラケットと加圧フレームの
間に首振り動作を抑制するストッパ部材とストッパ部材
の衝撃を吸収する緩衝部材とを設けたことを特徴とする
ローラミル装置、 およびハウジング内下方の水平面内で回転テーブルを
回転させ、同テーブル上面外周に刻設された粉砕レース
上に粉砕ローラを複数個設置し、各粉砕ローラはそれぞ
れローラブラケットで回転可能に支持するとともに、加
圧フレームでローラブラケットを介して粉砕レース上に
押付け、かつ、上記加圧フレームと各ローラブラケット
の間に設けられたローラピボットを支軸としてローラブ
ラケットと粉砕ローラを首振り可能に支持し、粉砕レー
スと粉砕ローラの間に被粉砕物を供給して圧潰、粉砕す
るローラミル装置の運転方法において、各粉砕ローラご
とにローラブラケットと粉砕ローラの首振り量を異なる
ごとく調整して、各粉砕ローラの首振り運動の位相をず
らすことを特徴とするローラミル装置の運転方法により
解決される。

〔作用〕

薄くなった粉層上でローラが瞬間的にすべり、ローラ
ブラケットが触れるとき、前述したストッパにローラブ
ラケットが当たり、結局首振り方向への運動が拘束され
ることになる。

もし、ローラブラケットが首を振り、粉砕ローラが粉
砕レース上のより外側の粉層上を回転するようになる
と、回転速度の変化（理想的には、ローラと粉層の接触
軌道がレースの外側になるため、ローラの回転速度が上
昇しなければならない）に、ローラのそれまでの回転慣
性が追従しなくなる。これによって、粉砕ローラと粉層
の間にはすべりが生じ、スティック・スリップ運動へと
発展してローラは激しい上下振動を起こす。

本発明のストッパの作用は、ローラが必要以上に大き
く首を振り、このような振動へと‘発達’するのを阻止
することにある。無論、ある程度首を振る機能を残すこ
とは、異物のかみ込み対して首を振り柔軟に対応して衝
撃を阻止する点からも必要である。

本発明は、ローラブラケットの急激な首振り運動の抑
制を、加圧フレームに取付けたストッパとローラブラケ
ットに取付けた緩衝（ダンパ）部材を設けることによっ
て実現するものである。

〔実施例〕

第1A図は、本発明の一実施例であるローラミル装置に
おける粉砕ローラ部の横断面を示すが、ストッパ16と衝
撃吸収部材19を、首振りの支軸となるローラピボット12
の後方、すなわちミルハウジング側に設けた構造を示し
たものである。第1B図は、ストッパと衝撃吸収部材を、
ローラピボット12の前方（ミルの中心軸側）および後方
に設けた実施例の構造を示したものである。第2A図は、
第1B図のローラ部をミルハウジング側から視た図であ
る。以上の図において、ストッパ16と衝撃吸収部材19
は、粉砕ローラ回転軸３を挟むように左右対称に設けら
れている。第2B図は、第1B図のローラ部を上方から視た
図である。このように、ストッパと衝撃吸収部材の対が
全部で４組設けられている。

ここでは、ストッパ16と衝撃吸収部材19が、ローラピ
ボット12の後ろ側に、粉砕ローラ回転軸３を挟んで左右
対称に２組設けられている第1A図の実施例を取上げ、そ
の詳しい構成を説明する。実施例の構成の説明に先立
ち、ローラの首振りの機能を概説する。粉砕ローラ２
は、そのローラシャフト４が、ローラブラケット１によ
り支持されている。ローラブラケット１は、粉砕ローラ
２をその後方から上方にかけて覆いかぶさるように配置
されており、その上部には、粉砕ローラ２のいわゆる首
振り支軸となるローラピボット12が設けられている。粉
砕ローラ２は、このローラピボット12を回転支軸として
首を振る。この首を振る機能は大変に重要である。例え
ば、粉砕によって障害となる石炭以外の異物がミルの中
へ入った場合、粉砕ローラ２は首を振ることによってた
くみに衝撃を回避する。また、ミルの起動時には、大量
の原料石炭がミル内へ供給されるが、粉砕ローラ２は、
首を振りながら粒径をうまくかみ粉砕する。粉砕ローラ
２が首を振る際、それぞれの粉砕ローラ（本実施例では
３個の粉砕ローラが設置されている）の首振り運動の位
相がずれて、連動（同位相の振動）さえしなければ、各
粉砕ローラ２の首振り動作が互いにキャンセルし合うこ
とになる。したがって、小規模ないわゆる強制振動にと
どまり、激しい自励振動へと成長することはない。しか
しながら、各粉砕ローラ２が同期して、しかも急激に首
を振る場合、従来式ミルでは、激しい振動を起こす危険
がきわめて高くなる。

本実施例では、このような首振りを抑制するために、
加圧フレーム15にストッパ16を設け、ローラブラケット
１には、ストッパ16の当たりによる衝撃を吸収するダン
パとしての衝撃吸収部材19（材質は硬質かつ耐熱性のゴ
ムなどがよい）を設けている。しかも粉砕ローラ２ごと
に、ストッパ16の先端と衝撃吸収部材19とのギャップε
を変えた。このギャップεは、ワッシャ17およびストッ
パ固定具18を調整することにより変えることができる。
つまり粉砕ローラ２の首振り幅やその周期を、粉砕ロー
ラ２ごとに独立した条件とすることが可能になる。この
ようにすれば、何らかのきっかけで、ある粉砕ローラ
が、第９図のように急に横ずれするように首を振って
も、他の２個の粉砕ローラは、首振りの位相が異なるた
めにローラの首振り運動は連動しない。このような作用
によって、本発明を具体化したローラミルでは、激しい
自励振動を防止できる。

振動を起こしにくい石炭（石炭ごとの振動の起こし易
さについては後述する）では、異物をかみ込んだときあ
るいは給炭開始時における首振りの裕度をできるだけ確
保するため、第3A図および第3B図（粉砕ローラが外側へ
首を振った場合）に示すように、ストッパ16の先端と衝
撃吸収部材19のギャップε_２を比較的大きめにしてあ
る。首を振ったときの角度θ_２も大きい。これに対し、
振動を起こし易い石炭では、自励振動の防止を優先し
て、ストッパ16の先端と衝撃吸収部材19とのギャップε
_１を、第3A図および第3B図（粉砕ローラが外側へ首を振
った場合）の例に較べて小さく設定する。すなわち ε_１＜ε_２ ………（１） θ_１＜θ_２ ………（２） この構成図を第4A図と第4B図に示す。

同一ミル内の粉砕ローラごとにギャップεを変化させ
るが、この場合「理想的」（首を振るときに粉層の摩擦
係数の変化がないと仮定）に首振りの位相をずらすため
に、首振りの半周期（180゜）をローラの個数ｎで等分
割する条件（ただし各ローラとも一定量は確保する）で
首振りをするようにεを設定するのが望ましい。例え
ば、 ローラミルで発生する振動は、加圧力の調整範囲を大
きくし、粉砕ローラの下の粉層の厚みをコントロールす
る（厚くする）ことで振動の抑止は可能である。しかし
このような手法では、複雑な油加圧機構（２段アキュム
レータ等）を用いざるを得ないし、制御系統もインタロ
ックの切り換え機能が必要になるなどコスト的に不利に
なる。これに対し、本実施例のようなハードウエアの工
夫によって、振動を抑止できればコスト的にも有利であ
るし、またミルの運転も大変簡便になる。

以上述べた実施例では、ストッパを加圧フレームに、
衝撃吸収部材をローラブラケットに設ける例を示した
が、ストッパをローラブラケットに、衝撃吸収部材を加
圧フレームに設けてもよい。

前記第６図は、石炭の粉砕性指数HGI（Hardgrove Gr
indability Index）と振幅の関係を示したものである
が、これらのデータは、ミル内の石炭ホールドアップ比
Hu/Hu^＊0.25となる条件のときのものであり、第12図
からわかるように、ミルが振動を起こし易くなる条件に
相当している。横軸は、基準炭のHGI^＊で割り無次元化
してある。また縦軸は、その基準炭のときの振幅δ^＊で
無次元化した振幅値である。この結果には、HGIが大き
く粉砕性の良好な石炭ほど振幅が大きくなるという大き
な傾向があるが、振動のかなり激しい（δ_0C/δ_0C ^＊の
大きい）石炭は、HGIとはほとんど無関係であることが
わかる。ここでは便宜上、δ_0C/δ_0C ^＊13を境とし
て、 δ_0C/δ_0C ^＊＞13の場合…激しい振動を起こし易い石
炭 δ_0C/δ_0C ^＊＜13の場合…激しい振動は起こしにくい
石炭 と分類することにする。振動の起こし易さは、石炭自体
の組織構造と、粉砕された粒子からなる粉層の力学的物
性（摩擦係数等）に依存するが、現時点では詳しくわか
っていない。

第5A図は、振動を起こし易い石炭を用いたときの振動
特性であり、本発明の効果を確認したものである。横軸
のミル内の石炭ホールドアップは、定格運用時における
ホールドアップを用いて無次元化されている。一方縦軸
の振幅は、従来式（無対策）ミルが空回転するとき、つ
まり粉砕ローラと粉砕レースがメタルタッチする条件の
振幅δ_0C ^＊を基準として無次元表化されている。振動発
生域に相当するHu/Hu^＊0.3の条件において、本発明を
用いれば、大幅に振動を軽減することができたことがわ
かる。これは、第4A図および第4B図に示したように、ス
トッパと衝撃吸収部材による効果のため、またこのペア
におけるギャップε（前出）を粉砕ローラごとに異なら
せたことによる振動抑止効果のためである。ただし、ミ
ルを空回転（メタルタッチ）させる場合には、本発明を
採用したミルの方が、わずかではあるが振幅が大きい。
これは、各粉砕ローラが異なる位相で首振り運動する場
合、各粉砕ローラの首振り量が違ってくるため、それに
伴う不釣合振動（強制振動の１タイプ）がやや大きかっ
たことによるものと考えられる。

第5B図は、振動を起こしにくい石炭種における振動特
性を示したものである。元来振動を起こしにくいケース
であるが、本発明になる手段によれば、さらに振幅を低
減できることがわかる。この例でも、空回転の条件て
は、本発明の方がわずかではあるが振幅が大きい。ただ
し、実際の運用において空回転させる機会が多くなく、
この特性はミルの操業に支障を来すことはない。

本発明になる首振り制御法では、粉砕ローラの首振り
運動を強制的に抑制し、しかも粉砕ローラごとにその首
振りの程度を異ならせているため、長期に及ぶ使用後に
は、粉砕ローラごとの損耗量が異なってくる可能性があ
る。その場合、３個の粉砕ローラを交互に入れ替えるこ
とによって対応することが可能である。例えば、首振り
を最も強く抑止するブラケットに取付けた粉砕ローラ
と、首振りの抑制を最も緩やかにしたブラケットの粉砕
ローラとを交換すればよい。

本発明になる首振りの抑制方法が、粉砕特性にどのよ
うな影響を及ぼすかについて確認した結果を第７図に示
す。粉砕特性を、給炭量と粒子の平均径の場合でまとめ
たものである。横軸の給炭量は、標準給炭量Ｇ^＊で無次
元化されている。また、縦軸無次元化のベースとしたX
₅₀ ^＊は給炭量＝Ｃ^＊（標準給炭量）のときの重量50％平
均径である。X₅₀/X₅₀ ^＊は、C/C^＊の増加とともに大きく
なる。この特性において、従来式（振動に対して無対
策）と本発明における差異はほとんどないことがわか
る。

以上から、本発明になる手法は、粉砕性能を犠牲にす
ることなく振動を抑制し、激しい振動の発生を防止でき
る効果のあることが実証されたわけである。

本発明になる構造のローラブラケットを搭載するロー
ラミルは、具体化例として説明した石炭焚ボイラ用のミ
ルに限らず、同じ固体燃料であるオイルコークス用のミ
ル、脱硫用の石灰石を微粉砕するためのミル、鉄鋼スラ
グ、非鉄精錬スラグを微粉砕するミル、セメントクリン
カを微粉砕するセメント仕上げ用のミルおよび各種化学
製品の原料を微粉砕するミルにも適用することができ
る。

〔発明の効果〕

本発明を実施することにより、ローラのすべりに起因
するミルの振動を防止することができる。

また、本発明になるローラミルを石炭焚ボイラに使用
する場合は、従来のものに比較して、より低負荷域での
石炭燃焼運転が可能となり、ボイラにおける石炭運用範
囲が拡大できる。

【図面の簡単な説明】

第1A図、第1B図、第2A図、第2B図（ａ）および（ｂ）
は、本発明を適用したローラブラケット部の構造図、第
3A図、第3B図、第4A図および第4B図は、粉砕性の異なる
石炭について本発明を適用した実施例図、第5A図と第5B
図は、本発明の効果を示す図、第６図は、ハードグロー
ブ指数の異なる石炭粉砕時のミルの振動振幅を示す図、
第７図は、本発明になるローラミルと従来技術のローラ
ミルにおける粉砕物の粒径比較図、第８図〜第12図は、
従来技術の説明図である。 １……ローラブラケット、２……粉砕ローラ、４……ロ
ーラシャフト、６……回転テーブル、８……粉砕レー
ス、９……粉層、10……圧縮粉層、12……ローラピボッ
ト、13、14……ピボットボックス、15……加圧フレー
ム、16、22……ストッパ、17、23……ワッシャ、18、24
……ストッパ固定具、19、25……衝撃吸収部材、20……
加圧用スプリング、1114……ハウジング。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田岡 善憲 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日 立株式会社呉工場内 (72)発明者 金本 浩明 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日 立株式会社呉工場内 (72)発明者 長谷川 忠 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日 立株式会社呉工場内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B02C 5/00 - 15/16

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ハウジング内下方で水平面内を回転する回
   転テーブルと、回転テーブル上面外周に刻設された凹状
   溝からなる粉砕レースと、粉砕レース上に配置された複
   数個の粉砕ローラと、各ローラごとに設けられ該ローラ
   を回転可能に支持するローラブラケットと、粉砕ローラ
   をローラブラケットを介して粉砕レース上に押付ける加
   圧フレームと、加圧フレームとローラブラケットの間に
   設けられローラブラケットと粉砕ローラを首振り可能に
   支持するピボットとを有するローラミル装置において、
   ローラブラケットと加圧フレームの間に首振り動作を抑
   制するストッパ部材とストッパ部材の衝撃を吸収する緩
   衝部材とを設けたことを特徴とするローラミル装置。
2. 【請求項２】請求項（１）において、ローラブラケット
   と粉砕ローラの首振り量を可変とする調整手段をストッ
   パ部材および／または緩衝部材に設けたことを特徴とす
   るローラミル装置。
3. 【請求項３】ハウジング内下方の水平面内で回転テーブ
   ルを回転させ、同テーブル上面外周に刻設された粉砕レ
   ース上に粉砕ローラを複数個設置し、各粉砕ローラはそ
   れぞれローラブラケットで回転可能に支持するととも
   に、加圧フレームでローラブラケットを介して粉砕レー
   ス上に押付け、かつ、上記加圧フレームと各ローラブラ
   ケットの間に設けられたローラピボットを支軸としてロ
   ーラブラケットと粉砕ローラを首振り可能に支持し、粉
   砕レースと粉砕ローラの間に被粉砕物を供給して圧潰、
   粉砕するローラミル装置の運転方法において、各粉砕ロ
   ーラごとにローラブラケットと粉砕ローラの首振り量を
   異なるごとく調整して、各粉砕ローラの首振り運動の位
   相をずらすことを特徴とするローラミル装置の運転方
   法。