JP3048617B2 - 微粉炭機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は石炭焚ボイラ等に用いられる微粉炭機（以下
ミルと称す。）に関し、特にその運転技術に係る。

［従来の技術］ 石炭焚ボイラ用微粉炭燃焼装置は第２図にその一例を
示すように主要機器は石炭バンカ１（以下、バンカとい
う。）、給炭機２、微粉炭機３（以下、ミルとい
う。）、一次空気ファン６（以下、PAFという。）、エ
アヒータ７（以下、AHという。）、石英バーナ５（以
下、バーナという。）で構成される。

バンカ１に受け入れた石炭はその必要量を給炭機２に
て切り出し、計量してミル３へ供給される。一方、ミル
入口一次空気の温度はPAF6より供給された冷空気13とAH
7を通って昇温した熱空気14をミル出口に設置された温
度計16の信号によって、ミル出口温度が一定になるよう
に冷空気ダンパ８と熱空気ダンパ９によりコントロール
される。また、必要一次空気量は一次空気ダンパ11によ
ってコントロールされる。ミル３内に供給された石炭は
粉砕部（図示せず。）で微粉砕されるとともに一次空気
により乾燥され、ミル３内部の分級機（図示せず）によ
って粗粒炭は捕集されて再度粉砕部へ戻る。一方、分級
された微粉炭は一次空気により微粉炭管４を通ってバー
ナ５に供給され、ボイラ火炉12内で燃焼する。

第１図にミルの全体構成図を示す。給炭機２を通して
バンカ（図示せず。）からミル３の中央上部へ供給され
る石炭は垂直な供給管45を落下し、軸を上下方向および
粉砕テーブル30の半径方向にのみ可動とした複数個のミ
ルローラ27と粉砕テーブル駆動モータ28により回転する
粉砕テーブル30との間で粉砕され、粉砕テーブル30のま
わりに設けたスロート31から導入された熱い一次空気に
より乾燥されながら上方に吹き上げられる。一次空気は
ダンパ11と空気ダクト15によりミル３へ送られる。ミル
ローラ27の加圧力はミルローラ用荷重装置24によりかけ
られる。吹き上げられた粒子のうち粗いものは重力によ
り落下する（一次分級）。同分級により落下しなかった
粒子は上部の回転分級機20まで達し、ここで遠心力ある
いは衝突により粗い粒子は落下する（二次分級）。一次
分級部、二次分級部を各々通過した細かい粒子は微粉と
してミル３上部の微粉炭管４から送り出され、その他の
粒子は回転分級機20で分離され落下後粉砕部に戻され再
粉砕を受ける。

二次分級部では、粒子は供給管45の回りを回転するロ
ータ32に取り付けた複数枚の羽根33により分級され、粗
粒子はハウジング35に沿って旋回しながら粉砕部へとす
べり落ちる。この回転分級機20は回転分級機用変速モー
タ21により駆動される。結果的に、粉砕部を通過する石
炭流量すなわち循環量は、一次、二次分級部からの再循
環量と供給管45からの給炭量の和となり、給炭量に対し
て数倍から数十倍の流量となる。この循環量とミル３内
の保有炭量の間には正の相関があり、循環量が多い場合
には保有炭量は増加する。

なお、給炭量、空気量、加圧力、分級機回転速度はミ
ル３に対する負荷指令に応じてミル制御装置100により
制御される。

上記ミルの制御方式としては次に示す方法が採用され
てきた。

一つはミルレシオ制御方式である。これは第２図に示
すミル差圧計17とミル入口一次空気流量計22によって測
定される差圧の比（ミル差圧／一次空気差圧）を一定に
制御する方式である。なお、ここで回転分級機20近傍に
おける空気圧力と粉砕テーブル30下部のスロート部31に
おける空気圧力の差をミル差圧という。

この方式のミル制御系統図を第３図に、また、粉砕性
の異なる石炭が複数炭種ある場合の給炭量と一次空気量
の実際のミル制御特性を第４図に示す。

ミルレシオ制御方式の場合は第４図に示すように粉砕
性が異なる炭種であっても一次空気量が同一の場合はミ
ル差圧も同一になるように制御するため、第４図に示す
ように粉砕性の異なる石炭が３炭種ある場合は一つのミ
ルで粉砕するとミル容量基準炭種に対して粉砕性の悪い
炭種はミル最大、最小負荷が給炭量ベースで下がり、粉
砕性の良い炭種はミル最大、最小負荷が給炭量ベースで
上がることとなる。

前記ミルレシオ制御方式によれば粉砕性が異なる炭種
であってもミルの各負荷において同一の微粉粒度、差
圧、動力等が得られる利点があり、ミル自身の運用に最
も適した方式である。しかし、炭種によりミル容量が異
なってくるとともに、同一給炭量であってもバーナへ供
給する石炭／一次空気比（以下C/A比）が異なる。ま
た、レシオ制御であるため、負荷変化時は給炭量先行回
路の設置が必要となっている。

また、他の方式である給炭量−一次空気量パラレル制
御方式のミル制御系統図を第５図に、また給炭量と一次
空気量のミル制御特性を第６図、第７図に示す。

パラレル制御の場合は第５図に示すようにミルマスタ
の信号によって給炭量と一次空気量をそれぞれ独立に制
御するため、ミルの応答性は改善される。しかし、粉砕
性の異なる炭種に対してミル最大負荷で同一の微粉粒度
を得る場合は第６図に示すミル制御特性となり、粉砕性
が異なる場合はそれぞれの粉砕性に合った給炭量と一次
空気量の特性を変更する必要があるため、応答性以外は
レシオ制御と同様の問題が残る。また、第７図に示すミ
ル制御特性とした場合、基準炭以外ではａ′、ｃ′で表
すように運用範囲が狭くなるとともに、ミル差圧、動力
等の変動が大きくなり安定制御上の支障をともない、制
御、運用が複雑化していた。

また、第11図にミル給炭量と回転分級機20の回転数・
保有炭量の関係を示す。分級機の回転数は給炭量の増加
に対して一定に保たれる（定常運転時）が、この時ミル
内保有炭量は給炭量増加に対して増加する傾向を示す。

また、従来のミルでは次のように負荷応答性に関する
問題点があった。従来の装置の負荷変化時（給炭量変化
時）の運転パターンを第12図に示す。本図は負荷増加時
の例である。ミル制御装置100に対して負荷増加指令が
与えられると給炭量制御装置102を通して給炭量は増加
し、ミル３内の保有炭量は増加しはじめ、給炭量が一定
となった後整定する。この時、ミル３からの出炭量は給
炭量に対し一次遅れに近い応答となる（厳密な一次遅れ
ではない。）。この応答の時定数を小さくするために、
すなわち、出炭量を促進するために負荷上昇中には一時
的に回転分級機20の回転数を下げる手法が取られる。分
級機回転数を下げると分級粒子径が大きい方向に移動
し、分級能力が下がるために出炭の粒子径は大きくなる
ものの出炭量は一時的に高まる。この種の負荷変化制御
方法としては、特開昭60−241976号、特願昭63−188163
号等が挙げられる。

以上の種々の問題を含みながら石炭火力のミル設備お
よび運用は前述した従来技術によってなされてきた。こ
れは石炭火力がベースロード運用として使用されるとと
もに使用炭種数も少ない運用であったためである。しか
し、近年の石炭火力に対するニーズは中間負荷運用等の
要求があり、重油なみに高負荷変化率運用、石専最低負
荷の切り下げ、および数十炭種にも及ぶ多炭種対応等の
運用特性の改善が強く要求されている。また、NOx、未
燃分等も環境規制、高効率運用から厳しい運用値が要求
されている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術は石炭の燃焼性、石炭焚ボイラの運用性
および多炭種焚の点について十分配慮がされておらず、
従来技術で多炭種対応および高負荷変化率対応をさせる
には次のような問題があった。

高負荷変化率運用 高負荷変化率運用ではボイラ最低負荷帯で運用ミル台
数（設備台数の内）を増加することが要求されるととも
にミルの実炭運用範囲（実用範囲とも称する）の拡大
（最低〜最大使用範囲の拡大）およびミルの速い応答性
（出炭特性）が要求されるが、従来技術ではその応答性
の点で配慮がないとともに、粉砕性の異なる多炭種使用
に対しては各炭種毎に実炭運用負荷範囲が異なり、燃焼
性等（石炭の燃料比、C/A比および微粉炭管内流速等）
の制限を受けてミルの実運用範囲がさらに狭くなるた
め、最低負荷時の運用ミル台数を増加することができな
い。また、炭種によって実炭運用範囲が異なるため、炭
種によってボイラ各負荷における運用ミル台数が異な
り、高負荷変化対応の支障となる。また、炭種によって
ミルの出炭特性も変わるため、ミル応答性上の制限とも
なる。

また、前記した特開昭60−241976号等に記載の負荷上
昇時に一時的に分級機の回転数を下げる方法である第12
図に示す運転パターンにおいては、給炭増加開始直後の
出炭は一時的に高まるものの給炭増加開始前の保有炭量
が少なく、給炭増加開始後の給炭量において粉砕機が整
定状態に達するまでに要する時間が長くかかる。これ
は、負荷上昇時、ミルとしては出炭量が増加する一方、
粉砕機自身の保有炭量も増加しなければならないからで
あり、結果として、従来の運転パターンでは給炭開始
後、出炭応答の時定数が時間とともに大きくなる。すな
わち、出炭量の増加率が伸びなやむという現象が生ず
る。このように、上記従来技術は、負荷変化開始直後の
出炭応答性向上については考慮されているが、その後粉
砕の状態が整定するまでの保有炭量早期確保の点につい
て配慮されておらず、負荷変化終了後保有炭、出炭量が
一定値になるまでの時間が長くかかるという問題があっ
た。

石炭最低負荷の切り下げ 多炭種対応時は粉砕性からミルの実運用範囲が狭くな
るため、最低負荷時のミル台数が制限されるとともに、
ミル最低負荷およびC/A比から石炭最低負荷の切り下げ
を困難としている。

多炭種対応 多炭種対応時は燃焼性が悪く、NOx発生量の大きい石
炭程、微粉粒度を細く、C/A比を高くする必要がある
が、従来技術においては炭種性状に関係なく微粉粒度一
定となる制御方式であるため、燃焼性の良い石炭に対し
ては過剰な動力を消費する結果となり、一方粉砕性の悪
い石炭にあってはミル実炭容量が小さくなり、C/A比も
小さな特性となる欠点を有している。

以上、従来技術の支障点は次の設備仕様に起因するも
のである。

ミル設備の分級機が固定式サイクロン分級機であるた
めであり、手動調整範囲が狭く、分級能力にも限界があ
る。また、一次空気量によって影響を受けやすいためで
ある。さらにはミル運用値（粉砕用加圧力等）が炭種が
変わっても一定値であるためである。つまり、従来技術
の設備およびその設備からなる制御装置ではミル負荷を
自由に変化できない欠点があった。

そこで本発明は高負荷変化率運用が可能で、石専最低
負荷の切り下げができ、しかも多炭種対応ができる微粉
炭機を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は次の構成により達成される。

すなわち、 負荷変化検出手段と、該負荷変化検出値に対応して粉
砕機へ供給する石炭の供給量制御手段と、給炭量変化の
一定時間前に回転分級機の回転速度を負荷上昇前には高
く設定してミル内の保有炭量を多くし、負荷下降前には
低く設定して、粉砕機内の保有炭量を少なくする分級機
回転数制御手段とを設けた微粉炭機、 である。

［作用］ 回転分級機の回転数およびミルローラの荷重が、ミル
給炭量とミル差圧の関係およびミル給炭量とミル動力の
関係が炭種、石炭性状等に無関係に、予め設定した値に
沿って運用されるということは、ミル内での炭層厚さが
ほぼ一定となるように粉砕仕事をさせることを意味する
ので、その結果として、必然的に粉砕性の良い（HGIの
大きい）石炭ではミル出口の微粉粒度は小となり、逆に
粉砕性の悪い（HGIの小さい）石炭ではミル出口の微粉
粒度は大となる。このような、微粉粒度の変動そのもの
については、第８図にその一例を示すように、ボイラ性
能上から要求される微粉粒度というものが石炭の燃料比
によって異なっており、しかも両者の間にはほぼ一定の
関係があること、さらに石炭の粉砕性を表すHGIと燃料
比の間にも、例えば第９図に示す関係があることから、
結局ボイラ性能を損なわずに、炭種、性状が変化して、
同一の給炭量の時「同一のミル負荷〜ミル差圧関係」で
運用できるわけで、本発明の装置を使用することによ
り、前記機能が発揮される。

また、負荷変化開始の一定時間前に回転分級機の回転
数を操作（負荷上昇前には高く制定、負荷下降前には低
く設定）し、予め粉砕機内の保有炭量を負荷変化後整定
時の値に近づけることにより、負荷上昇前にはミル内に
過剰に石炭をストック、負荷降下前には予め余剰石炭を
排除しておくことができる。例えば、負荷上昇時を例に
とると、負荷変化前には分級機回転数は一定時間高く設
定されるので保有炭量は通常の運転状態よりも多くな
る。それによって負荷変化終了後の保有炭量に近づくの
で、負荷変化開始後、回転数を通常運転よりも低く設定
し出炭を促進しても、保有炭量は従来運転パターンより
も多いので、負荷変化終了後粉砕機状態が整定するまで
時間を要しない。

［実施例］ 本発明の微粉炭機（ミル）の構成は第１図に示す通り
である。

第１図に示すように、回転分級機20およびミルローラ
用荷重装置24を備えたミル３において、回転分級機20の
回転数を回転数制御装置104からの信号により変速する
回転分級機用変速モータ21により調整できるように構成
するとともに、ミルローラ荷重制御装置105からの信号
により、ミルローラ用荷重装置24により石炭粉砕時のロ
ーラ荷重が調整できるように構成する。

回転分級機用変速モータ21の回転数は、ミル給炭量と
ミル差圧の関係が、予め設定した値に沿って運用される
ように自動調整がされる。また、ローラ荷重用シリンダ
ー26の油圧はミル給炭量とミル動力の関係が、予め設定
した値に沿って運用されるように自動調整がされる。

ミルマスタ101からの指令により、給炭量は給炭量制
御装置102を通じて給炭機変速モータ18が駆動し、給炭
指令に基づいた所定の石炭量を給炭機２からミル３内に
供給する。また同様にミルマスタ101からの指令によ
り、一次空気量制御装置103を通じて、一次空気流量調
整ダンパー11によって所定の一次空気量がミル３内に送
入される。このように給炭量および一次空気量はパラレ
ル制御方式にしている。回転数制御装置104は、石炭計
量機19、回転分級機20の回転数計23、ミル差圧計17の各
信号により回転分級機20の変速モータ21の回転数を制御
している。またミルローラ荷重制御装置105は、石炭計
量機19、ミルローラ荷重油圧計25の各信号によりミルロ
ーラ用荷重装置24の荷重の制御をしている。

回転数制御装置104内で、予めプログラム設定された
給炭量と分級機回転数の関係特性に対して、石炭計量機
19からの実炭量信号に基づく分級機回転数と回転分級機
回転数計23からの実回転数との偏差がチェックされ、先
行信号として実回転数との差分の信号量が回転分級機用
変速モータ21に発せられる。次にミル差圧計17からの信
号により回転数補正回路として回転数制御装置104内
で、予めプログラムされた給炭量とミル差圧の関係特性
に対して、石炭計量機19からの実炭量信号に基づくミル
差圧との偏差がチェックされる。

そして、もし実測ミル差圧信号が設定した給炭量に対
するミルを差圧設定信号よりも大きい場合には、ミル差
圧を小さくするために、回転分級機用変速モータ21の回
転数を下げるように回転数制御装置104からの指令で制
御し、逆に実測ミル差圧信号がミル差圧設定信号よりも
小さい場合には回転分級機用変速モータ21の回転数を上
げて、ミル差圧が高くなるように調節される。

次に、ミルローラ荷重制御装置105内で、予めプログ
ラム設定された給炭量とミルローラ荷重の関係特性に対
して、石炭計量機19からの実炭量信号に基づくミルロー
ラ荷重とローラ荷重油圧計25からの実荷重に基づき実荷
重と設定値との偏差がチェックされ、先行信号として実
荷重との差分の信号量がミルローラ用荷重装置24に発せ
られる。次に、モータ電流計29からの信号はローラ荷重
補正回路としてミルローラ荷重制御装置105内で、電
圧、モータ特性、経年変化値の別信号入力データによっ
てミル動力に演算され、予めプログラムされた給炭量と
ミル動力の関係特性に対して、石炭計量機19からの実炭
量信号に基づくミル動力との偏差がチェックされる。そ
して、もし実測ミル電流による実ミル動力が設定した給
炭量に対する動力より大きな場合は、ミル動力を小さく
するために、ローラ荷重用シリンダー26の油圧を下げる
ようにミルローラ荷重制御装置105から指令が発せら
れ、ミルローラ用荷重装置24によって油圧調節される。

次に、負荷変化の一定時間前に分級機回転数を先行的
に操作して、負荷増加前は該回転数を高くし、負荷減少
前は該回転数を低くすることで、ミル３内の保有炭量を
負荷変化後の値に近付ける制御装置を有するミルの実施
例について説明する。

第10図に本実施例の負荷変化時の運転パターンを示
す。本実施例は負荷増加時の実施例である。実線が本実
施例であり、比較のために従来の運転パターンも点線で
示す。

予めミル３の負荷変化時間が明らかな場合（例えば、
日々の運転パターンが決まっている場合や、予告信号を
得ることができる場合）、負荷変化開始前の時刻t_Aにお
いて回転分級機20の回転数を上げる信号をミル制御装置
10内の回転分級機20の回転数制御装置104に与える。こ
の回転分級機回転数制御装置104は負荷変化開始時刻t_O
になるまで回転分級機20の回転数を高くホールドする信
号を回転分級機用変速モータ21へ送り続ける。回転分級
機20の回転数が高まると分級粒子径が小さくなり、それ
までの通常運転時に比べ回転分級機20からより多くの粗
粒子が粉砕部へと循環しはじめるため、ミル３内の保有
炭量は増加する。

負荷変化開始時刻t_Oに達すると回転分級機20の回転数
制御装置104への信号をキャンセルし、続いて従来通り
の負荷変化時の運転パターン、すなわち、回転分級機20
の回転数制御装置104より負荷変化率の正負を切りかえ
た信号（負荷に対する負の微分信号）を回転分級機用変
速モータ21へ送る。よって回転分級機20の回転数は時刻
t_Aからt_Oにかけて通常の定常運転時よりも高く、時刻t_O
からt_Bにかけて通常の定常運転時よりも低くなる。

こうして、負荷増加の場合、負荷変化開始までに保有
炭量が増加しているので、負荷変化開始後より多くの保
有炭を微粉機外へ吐き出すことが（出炭の促進）が可能
となり、かつ、保有炭量を負荷変化後の値に速く整定さ
せることができる。

この効果は、従来の粉砕機システムに貯蔵ビンを並列
に接続したのと同様の効果である。すなわち、負荷増加
前には粉砕機内に余分に石炭をストックし、負荷減少前
には粉砕機内の余剰石炭を予め排除できる。

なお、負荷減少時の分級機回転数変化パターンは負荷
増加時の逆となる。

［発明の効果］ （１）ミルの負荷範囲を、炭種に影響されずに、広くと
ることができるようになった。

（２）上記の結果、ボイラ負荷の低い運転領域でも、ミ
ルの運転台数を減らす必要がなくなるので、ボイラの負
荷を最低負荷から最高負荷に急速に増加させたい場合、
あるいは逆にボイラ負荷を急速に減少させたい場合に、
ミルの切入の操作を要しないため、スムーズな対応が可
能となった。

（３）バーナの最大負荷とミルの容量能力を最適にマッ
チングできる結果、上記（１）（２）の効果とともに多
炭種対応が容易になる。

（４）負荷増加の場合、負荷変化開始までに保有炭量が
増加しているので、負荷変化開始後より多くの保有炭を
粉砕機外へ吐き出すこと（出炭の促進）が可能であり、
かつ保有炭量を負荷変化後の値に速く整定させることが
可能である。

また、負荷減少の場合、負荷変化開始までに保有炭量
が減少しているので、負荷変化開始後、保有炭の吐き出
しの抑制（出炭の抑制）が可能であり、かつ保有炭量を
負荷変化後の値に速く整定させることができる。

こうして、本発明は分級機操作を加えることによりビ
ンシステムを有する粉砕機システムと同等の出炭特性を
得られるという点から経済的な効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる一実施例のミルシステムの構成
図、第２図は石英焚ボイラの全体構成例、第３図、第５
図は従来技術によるミルの制御系統図、第４図、第６
図、第７図は従来技術によるミルの制御特性図、第８図
は燃料比と粒度の関係図の一例、第９図は燃料比とHGI
の関係図の一例、第10図は本発明なる負荷変化時の粉砕
機運転パターンを示す図、第11図は通常の整定運用にお
ける給炭量と分級機回転数、保有炭量の関係図、第12図
は従来の負荷変化時の粉砕機運転パターンを示す図であ
る。 ２……給炭機、３……微粉炭機、４……微粉炭管、17…
…ミル差圧計、18……給炭機変速モータ、20……回転分
級機、24……ミルローラ用荷重装置、30……粉砕テーブ
ル、100……ミル制御装置、102……給炭量制御装置、10
3……一次空気量制御装置、104……回転数制御装置、10
5……ミルローラ荷重制御装置

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−270956（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−315354（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B02C 15/00 - 15/16 B07B 7/083

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転式分級機およびミルローラ荷重装置を
   備えた微粉炭機において、 給炭量検出手段と、負荷変化検出手段と、該負荷変化検
   出値に対応して粉砕機へ供給する石炭の供給の給炭量制
   御手段と、給炭量変化の一定時間前に回転分級機の回転
   速度を負荷上昇前には高く設定してミル内の保有炭量を
   多くし、負荷下降前には低く設定して、粉砕機内の保有
   炭量を少なくする分級機回転数制御手段と、を設けたこ
   とを特徴とする微粉炭機。