JP3112566B2 - ローラミル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転するテーブルと粉
砕ローラの連動により、石炭等の固体燃料、石灰石、セ
メントクリンカ、あるいは各種化学製品の原料を微粉砕
するローラミルに係わり、特に粉砕ローラを首振り式に
支持する構造のローラミルにおいて、振動を防止するこ
とを目的としたローラとリングセグメントの構造に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】石炭焚きボイラにおいても、低公害燃焼
（低ＮＯｘ、高効率燃焼）や広域負荷運用（給炭量の変
化幅拡大）が実施され、それに伴い、微粉砕機（以下ミ
ルと略称する）も高性能化が要求されるようになつた。

【０００３】石炭、セメント原料、あるいは新素材原料
などの塊状物を細かく粉砕するミルの一つのタイプとし
て、回転する粉砕テーブルと複数のローラとを備えた竪
型ローラミルが用いられ、最近では代表機種の一つとし
ての地位を固めつつある。

【０００４】この種のミルは、円筒型ハウジング内の下
部にあつて減速機を有するモータで駆動され、水平面上
で低速回転する略円板状の粉砕テーブルと、その上面外
周部を円周方向へ等分する位置へ油圧あるいはスプリン
グ等で圧加されて回転する複数個の粉砕ローラを備えて
いる。

【０００５】粉砕テーブルの中心部へ供給管（シユー
ト）より供給される被粉砕物は、粉砕テーブルの回転と
遠心力とによつてテーブル上をうず巻状の軌跡を描いて
外周部へ移動し、粉砕テーブルの粉砕レース面と粉砕ロ
ーラ間にかみ込まれて粉砕される。

【０００６】ミルハウジングの基底部には、ダクト内を
送られてきた熱風が導かれており、この熱風が粉砕テー
ブルの外周部とミルハウジングの内周部との間のエアス
ロートから吹き上がつている。粉砕されて生成した粉粒
体は、エアスロートから吹き上がる熱風によつてミルハ
ウジング内を上昇しながら乾燥される。

【０００７】ミルハウジングの上部へ輸送された粉粒体
は、粗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、ミルハウジングの上部
に設けたサイクロンセパレータあるいは回転分級機で再
度分級され、所定の粒径以下の微粉は熱風によつて搬送
され、ボイラでは微粉炭バーナあるいは微粉貯蔵ビンへ
と送給される。

【０００８】分級機を貫通することの無い所定粒径以上
の粗粉は、粉砕テーブル上に落下し、ミル内へ供給され
たばかりの原料とともに再度粉砕される。このようにし
て、粉砕ローラによつて粉砕が繰り返される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ローラミルを低負荷で
運用しようとする場合、負荷の切り下げにおいて問題と
なるのはミルの振動である。この振動現象は複雑であ
り、詳細なメカニズムまで明らかにされている訳ではな
いが、炭層とローラのすべりに起因する一種の摩擦振動
（不連続、非線形振動の代表として知られるステイツク
−スリツプ運動）であると考えられる。

【００１０】振動のタイプとしては励振源をはつきりと
特定できないことから、また振動波形がスパイク状にな
ることから、自励振動の一種と言える。通常の石炭で
は、図１３に示すように、低負荷運用時（ミル内におけ
る石炭ホールドアツプの少ない条件）にこの振動が激し
くなるが、石炭種によつてはかなりの高負荷時にも発生
することがある。

【００１１】図１６は、従来式粉砕ローラの支持構造を
断面図として示したものである。このタイプのローラミ
ルでは、ローラブラケツト１６０５を介して、ローラピ
ボツト１６０７を支軸として、粉砕ローラ１６０１が首
振り可能なように支持される。この首振り機能は大変に
重要であり、粉砕ローラ１６０１が鉄片等、粉砕されに
くい異物をかみ込んだ場合、粉砕ローラ１６０１は首を
振ることによつて衝撃を回避することができる。また、
粉砕ローラ１６０１や粉砕レース１６１７が磨耗した時
には、磨耗による形状変化に応じて押圧位置（粉砕ロー
ラ１６０１と粉砕レース１６１７の位置関係）を適切に
変化させる機能が、この首振り構造にはある。

【００１２】一般に高負荷粉砕時には、粉砕ローラ１６
０１は殆ど首を振ることが無い。上記したように、ミル
の起動時あるいは負荷上昇時などにおいて、粉砕ローラ
１６０１が原料を活発にかみ込む場合には、粉砕ローラ
１６０１は首を振るものの、この首振り動作において３
個の粉砕ローラの動きは同期しない。

【００１３】この時、ミルは振動しかけるが、粉砕ロー
ラ１６０１が同期しないために卓越周波数は特定でき
ず、周波数分布がブロードな、いわゆる強制振動的なも
のであり、ミルの運用を妨げることはない。

【００１４】なお、図１６において、１６０２はローラ
回転軸、１６０３は断面中心軸、１６０４は鉛直軸、１
６０５はローラブラケツト、１６０６，１６０８はピボ
ツトボツクス、１６０９は加圧用スプリング、１６１０
はスプリングフレーム、１６１１はローラシヤフト、１
６１２はハウジング、１６１３はシールリング、１６１
４はスロートベン、１６１５は回転テーブル、１６１６
は粉砕リング、１６１８は圧縮粉層、１６１９は原料、
１６２０はテーブル回転軸、１６２１はシールプレート
である。

【００１５】一方、ローラが激しく自励振動する場合に
は、図１４に示すように、粉砕ローラ１４０１は３個と
も略同時に外側に横ずれし（β）、次いで図１５のよう
に上下振動する（γ）。３個の粉砕ローラは同期して
（同位相で）一緒に上下振動する。

【００１６】図１４に示すように、或る一つの粉砕ロー
ラ１４０１が横ずれ状の首振り運動（β）を起こし、上
下振動（γ）が生じると、この動きは加圧フレームある
いは回転テーブル１４０５や、その上の圧縮粉層１４０
８を伝わつて、他の粉砕ローラ１４０１へと伝播する。
これが粉砕ローラ１４０１の同位相振動の原因である。

【００１７】以上から、ミルの振動を、粉砕部のハード
ウエアの工夫によつて抑止しようとするには、３個の粉
砕ローラが同期して動くこと、すなわち同位相運動を阻
止することが肝要であることが分かる。

【００１８】なお、図１４、図１５において、１４０２
は断面中心軸、１４０３は鉛直軸、１４０４は回転中心
軸、１４０６は粉砕リング、１４０７は粉砕レース、１
４０９はテーブル回転軸、１４１０は粉砕原料である。

【００１９】本発明の目的は、以上のような考え方に基
づき、粉砕ローラが同期して首を振つたりあるいは上下
振動する運動を防止し、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ミルの構造
を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記した自励振動発生に
関する問題点を解決するために、本発明では、ローラミ
ルの粉砕部に対して次のような構造物を採用する。

【００２１】まず、回転テーブルにおけるリングセグメ
ントの外周部に、セグメントごとに不規則に高さを異な
らせた突起体（凸部）を設ける。さらに、各粉砕ローラ
の外側、すなわちハウジング側（あるいはエアスロート
側）の円周において、ローラごとにその個数や配置を異
ならせたくぼみ部（凹部）を配設する。

【００２２】以上のような構造上の工夫により、各ロー
ラの首振り動作の振幅（首振り量）や周期が一致しない
ようになり、結果的にローラは互いにその動作を相殺
（キヤンセル）し合うようになる。

【００２３】

【作用】回転テーブルのリングセグメント上の粉層が崩
壊し、粉砕ローラが首を振り掛ける場合をまず想定す
る。粉砕ローラが首を振り掛けた条件が、ローラの外円
周のくぼみ（凹部）と外縁に突起体（凸部）の無いリン
グセグメントの組み合わせに相当する場合は、首振りに
対する障害が無いため、ローラの首振り量は比較的大き
なものとなる。

【００２４】これに対し、ローラの外周にくぼみ（凹
部）が無く、外縁に突起体（凸部）の有るリングセグメ
ントが出会う場合には、リングセグメント上の突起体
（凸部）が抵抗となり、ローラの首振りは抑制される。

【００２５】この他、ローラの外周にくぼみの無い個所
と外縁に突起体の無いリングセグメントが組み合わさる
ケースでは、ローラの首振り量が中間的なものとなる。
ローラごとにローラの外周円のくぼみ（凹部）の個数や
配置を変化させてあり、また回転テーブル上のリングセ
グメントにおける突起体（凸部）の有無も、回転テーブ
ルの円周上において不規則に配設してあるため、回転テ
ーブルの回転に伴う粉砕ローラの動作はランダムなもの
となる。

【００２６】従つて、ローラが同位相で（同期して）、
しかも同じ振幅で（同じ首振り量で）首を振ることが無
くなり、結果的にローラミルの自励振動は抑制されるこ
とになる。

【００２７】

【実施例】本発明の特徴は、粉砕ローラとリングセグメ
ントの構造にあるため、始めにこれを説明し、ミル全体
の構成は後述する。

【００２８】図２に、本発明の具体化例になる粉砕ロー
ラの断面構造を示す。ミルハウジング側における粉砕面
２０２と側面２０６の境界部にくぼみ（凹部）を複数個
刻設する。このくぼみ２０３は粉砕性能低下を招くこと
なく、一方では振動抑止効果を生み出すために、くぼみ
２０３の曲率半径ｒをローラ粉砕面の曲率半径Ｒの１／
４程度とし（ｒ＝０．２５Ｒ）、またくぼみ２０３の深
さｈはローラ幅Ｈの凡そ１／１０（ｈ＝０．１Ｈ）とす
る。

【００２９】なお、図において、２０１は粉砕ローラ、
２０４は断面中心軸、２０５は回転中心軸である。

【００３０】図３、図４、図５は、それぞれローラミル
内における３個の粉砕ローラに対応しており、ミルハウ
ジング側から粉砕ローラの側面を見る図として、粉砕ロ
ーラに刻設したくぼみの配列を示したものである。いず
れの粉砕ローラでも、３個のくぼみを設けている。

【００３１】図３の粉砕ローラ３０１においては、２つ
のくぼみ３０３ａと３０３ｂを近づけ、残りのくぼみ３
０３ｃを離れた位置に刻設した。３０５は回転中心軸で
ある。

【００３２】図４に示す粉砕ローラ４０１では、図３の
例よりもさらに２つのくぼみ４０３ａと４０３ｂを近づ
けた。４０２は粉砕面、４０３ｃはくぼみ、４０５は回
転中心軸である。

【００３３】図５の粉砕ローラ５０１では、３つのくぼ
み５０３ａ，５０３ｂおよび５０３ｃを、粉砕ローラ５
０１の円周方向に対し略等間隔に配列刻設した。このよ
うに不規則配列としたのは、前述したように、３つの粉
砕ローラの同位相（同期する）の首振り動作を防ぐため
である。５０２は粉砕面、５０５は回転中心軸である。

【００３４】図６には、粉砕リングセグメントの断面構
造を示す。本発明を具体化したローラミルでは、形状の
異なる３種類の粉砕リングセグメントを採用する。

【００３５】図６に示すように、粉砕リングセグメント
６０１は外側、すなわちミルハウジング側に突起体６０
１ａ，６０１ｂ，６０１ｃが延設されるような形状とな
つている。この突起体は、粉砕ローラ６０２の粉砕面と
接触し、凹形でかつ略円弧形の粉砕レース６０５と滑ら
かに接続するように、丸みを持つ凸形となつている。こ
の凸部の高さは３種類、すなわち小さな突起体６０１
ａ、標準的な突起体６０１ｂおよび大きな突起体６０１
ｃである。この３種類の断面形状の粉砕リングセグメン
ト６０１を、回転テーブルの円周方向に不規則に配列す
る。６０３はローラの断面中心軸、６０４はローラ回転
軸である。

【００３６】図７と図８に、２つの例になる不規則配列
を示す。図７において、７０１は回転テーブル、７０２
はテーブルの回転軸、図８において、８０１は回転テー
ブル、８０２はテーブルの回転軸、８０３ａは小さな突
起体、８０３ｂは標準的な突起体、８０３ｃは大きな突
起体である。

【００３７】このような不規則配列を採用するのは、粉
砕ローラに刻設するくぼみと同様に、３つの粉砕ローラ
の同位相首振り動作を防ぐためである。粉砕リングセグ
メントの外側（ミルハウジング側）には突起体になる段
差が生じる。従つて、粉砕リングセグメントにおける回
転テーブルの回転方向の両端の突起では、その高さを小
さな突起の高さに一致するよう緩やかに減少させる形状
とする。

【００３８】このようにすることで、高さの異なる突起
が隣合う場合でも、境界の形状が緩やかに接続すること
になるため、粉砕ローラに衝撃が生じたりするようなこ
とが無くなる。

【００３９】ここで、本発明になる粉砕ローラとリング
セグメントを搭載したローラミルの全体構成を図１に基
づいて説明する。原料１はミル上部の中心軸上にある原
料供給管（センターシユート）２から供給され、ミルの
下部で回転する回転テーブル３上に落下する。回転テー
ブル３上の被粉砕原料には遠心力が働き、回転テーブル
３上の外周にある粉砕リングセグメント１４上へ供給さ
れて、この粉砕リングセグメント１４の上面に刻設され
た断面が、略円弧状の粉砕レース１５の上で粉砕ローラ
４により圧縮粉砕される。

【００４０】粉砕されて生成した粉体は、スロートベー
ン２５の間を貫通して、ミル内へ吹き込まれる熱風１７
により乾燥されながら、ミルの上方へと輸送される。粗
い粒子は重力により回転テーブル３上へ落下し（１次分
級）、粉砕部で再粉砕される。この１次分級部を貫通し
た粒子群は、回転分級機１９により遠心分級される（２
次分級）。比較的粗い粒子は、遠心力でミルハウジング
１８の内壁へと飛ばされ、重力により落下し再粉砕され
る。細かな粒子は、回転分級機１９の羽根の間を貫通
し、製品微粉として製品微粉排出ダクト２１から排出さ
れる。石炭の場合は、微粉炭バーナへ直接送られるか
（熱風１７が燃焼用１次空気となる）、もしくは貯蔵ビ
ンへと回収される。

【００４１】なお、図において、５はローラシヤフト、
６はローラ回転軸、７はローラブラケツト、８はピボツ
トボツクス、９はローラピボツト、１０は加圧用スプリ
ング、１１はスプリングフレーム、１２はくぼみ、１３
はテーブル回転軸、１６は突起体、２０はダムリング、
２２は鉛直軸、２３は断面中心軸、２４はシールプレー
トである。

【００４２】次にその作用を説明する。

【００４３】まず、粉砕ローラの首振り動作を模式的に
示す（図では、実際の挙動よりもやや誇張気味に描いて
いる）。

【００４４】図９に、粉砕ローラ外側円周上のくぼみと
外側の小さな突起が出会つた場合の首振り挙動を示す。

【００４５】粉砕ローラ９０１の外側（ミルハウジング
側）円周上に刻設したくぼみ９０６が最下部に丁度位置
し、一方、粉砕リング９０４においても小さな突起９０
５が、この粉砕ローラ９０１の最下端の位置まで回転し
た瞬間に相当している。圧縮粉層９０８が崩壊し、粉砕
ローラ９０１が首を振り掛けると（９ａ）、粉砕リング
は突起が小さく、また粉砕ローラ９０１にはくぼみ９０
６があるため、首振りに対する抵抗が小さく、首振りに
よつて粉砕ローラ９０１が横ずれする長さｌは、相対的
に大きなものとなる。９０２は断面中心軸、９０３は回
転テーブル、９０７は粉砕レース、９０９はテーブル回
転軸である。

【００４６】図１０は、粉砕ローラ１００１において、
ミルハウジング側面外周にくぼみのない個所が最下端に
位置し、大きな突起１００５を有する粉砕リング１００
４がそこに回転して位置した場合を示したものである。
この場合、粉砕ローラ１００１が横ずれ状に首を振り掛
けても（１０ａ）、大きな突起１００５が抵抗となり、
首振り量は小さく、首振りに伴つて横ずれする長さｌは
比較的小さなものとなる。

【００４７】このように、粉砕ローラ１００１と粉砕リ
ング１００４の回転位置の組み合わせにより、粉砕ロー
ラ１００１の首振り状態が異なることになる。粉砕ロー
ラ１００１におけるくぼみは、図３〜図５に示したよう
に、各粉砕ローラにおいて不揃いに配設してあり、一
方、回転テーブル１００３における粉砕リング１００４
の突起体の大きさも図７あるいは図８に示すように、円
周上で不規則に配列してあるため、粉砕ローラ１００１
の動作（振幅に相当する横ずれ量やその周期）が不均一
となり、また首を振り掛けるタイミング自体もランダム
なものとなる。

【００４８】このようにして、図１４および図１５に示
したような粉砕ローラが同期して（同位相で）首を振り
かつ上下に飛び跳ねる自励的な異常振動は、同位相動作
のキヤンセルという作用によつて結果的に抑制されるこ
とになる。粉砕ローラの首振り動作の不均等化は、回転
テーブル１００３上における粉層厚みや圧縮度の周期的
変化（波うちのような状態）も乱すことになる。

【００４９】このような粉層の状態が自励系を作るフイ
ードバツクループになるため、粉砕ローラ１００１の首
振りを不規則にすることで粉層を乱すことは、自励系フ
イードバツクループの分断としても有効と考えられる。
なお、１００２は断面中心軸、１００６はくぼみのない
ローラの周端、１００７は粉砕レース、１００８は圧縮
粉層、１００９はテーブル回転軸である。

【００５０】図１１は、ミル内における石炭ホールドア
ツプに対する振動の振幅の変化をまとめ、本発明の実施
例と従来技術とを比較したものである。縦軸の振幅δ
_{O C} は、メタルタツチ（石炭の無い空回転）時の振幅δ
_{O C} ^* で割られて無次元化されている。一方、横軸のホ
ールドアツプＷは、ミルが定格給炭量で運用されたとき
のホールドアツプＷ^* で割られて無次元化されている。

【００５１】この実験結果は、激しい振動を起こしやす
い石炭を粉砕したときに得られたものである。従来技術
では、低負荷域（Ｗ／Ｗ^* ≦０．３８）で著しく振幅が
大きいのに対し、本発明になる粉砕ローラとリングセグ
メントを適用した場合には、振幅の大幅な低減が可能で
あることが実証された。

【００５２】本発明になる粉砕ローラとリングセグメン
トを用いるローラミルでも、Ｗ／Ｗ^* ≦０．３８におい
て振幅がやや大きくなるが、これは強制振動の１タイプ
であると考えられる。本発明の実施例では、空回転（メ
タルタツチ）するときの振幅が従来技術におけるそれよ
りもやや大きい。これは、本発明になる粉砕ローラのく
ぼみやリングセグメント外周部の突起体が、メタルタツ
チ状態における粉砕ローラの首振り動作に起因するラン
ダム荷重変動、つまり強制振動的な不釣合動作のためと
考えられる。

【００５３】図１２は、給炭量Ｑ_C に対する製品微粉粒
度ｑの変化を示したものである。縦軸の粒度ｑは、定格
給炭量Ｑ_C ^* のときの従来式ミルにおける基準微粉粒度
ｑ^*で割られて相対値として表されている。横軸もＱ_C
で割られて無次元化されている。

【００５４】一般に粒度ｑは、給炭量Ｑ_C に反比例する
かのように減少する。本発明になる実施例では、従来式
のローラミルと比較して、製品微粉の粒度がほとんど同
等であることが判明した。つまり、本発明で具体化した
程度の粉砕ローラとリングセグメントの構造改良では、
ローラミルの粉砕性能に大きな違いの生じないことが分
かる。

【００５５】本発明は、ここまで取り上げて説明した石
炭焚きボイラ用の微粉炭機に限らず、解決すべき同様の
問題点を抱えるミル、すなわちオイルコークス等、他の
固体燃料を使用するボイラ用のミルや、高炉の微粉炭吹
き込み用のミルへも略そのまま適用することが可能であ
る。

【００５６】

【発明の効果】本発明では以下に列記の効果を奏する。

【００５７】（１）ミルの振動を抑制できる。

【００５８】（２）上記（１）の効果によつて、ミル自
身およびミルの周辺にあるプラント関連機器の信頼性や
耐久性が向上する。また、プラント内従業員の体感上の
不快感も無くなり、作業能率も向上する。

【００５９】（３）低負荷域において振動を抑止できる
ため、ミルにとどまらずボイラ全体の低負荷運用が可能
になる。

【００６０】（４）振動を起こしやすいと警戒されてき
た特定の石炭種や固体燃料も問題無く使用できるように
なる。これによつて、ミルに対する粉砕原料の適用性が
大幅に向上する。

【００６１】（５）粉砕ローラあるいはリングセグメン
トに関する簡単な（鋳型も作りやすい）ハードウエアに
関する改良のみで振動を防止できることは、ミルの運用
経費を大幅に削減できることになる。具体的には、振動
回避のための複雑な制御系統や制御機器のメインテナン
ス費用が不要となる。

【００６２】以上のように本発明は、ミルにとどまらず
火力プラント全体の信頼性向上および運用範囲の拡大へ
寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るローラミルの構成図であ
る。

【図２】粉砕ローラの説明図である。

【図３】粉砕ローラの説明図である。

【図４】粉砕ローラの説明図である。

【図５】粉砕ローラの説明図である。

【図６】リングセグメントの説明図である。

【図７】リングセグメントの説明図である。

【図８】リングセグメントの説明図である。

【図９】ローラミルの粉砕部の動きを模式的に示す説明
図である。

【図１０】ローラミルの粉砕部の動きを模式的に示す説
明図である。

【図１１】本発明の効果を具体的に示す試験結果の特性
図である。

【図１２】本発明の効果を具体的に示す試験結果の特性
図である。

【図１３】従来例における問題点を説明するための特性
図である。

【図１４】従来例における問題点を説明するための説明
図である。

【図１５】従来例における問題点を説明するための説明
図である。

【図１６】従来例に係るローラミルの粉砕部の構成図で
ある。

【符号の説明】

１ 原料 ２ 原料供給管 ３ 回転テーブル ４ 粉砕ローラ １２ くぼみ １４ 粉砕リングセグメント １５ 粉砕レース １８ ミルハウジング １９ 回転分級機 ２５ スロートベーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金本 浩明 広島県呉市宝町６番９号 バブコツク日 立株式会社 呉工場内 (72)発明者 田岡 善憲 広島県呉市宝町６番９号 バブコツク日 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 バブコツク日 立株式会社 呉工場内 (56)参考文献 特開 昭60−12152（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B02C 15/00 - 15/16

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平面上で垂直軸まわりに回転し、円周
   側上部に複数枚のリングセグメントを装着する回転テー
   ブルと、この回転テーブルのセグメント上面に周辺面を
   押圧されて回転する複数の粉砕ローラを持つて、固体原
   料を圧縮微粉砕するローラミルにおいて、 粉砕ローラ粉砕面のミルハウジング側円周部に、複数の
   くぼみを刻設するとともに、粉砕ローラごとにくぼみの
   個数あるいは粉砕ローラ円周上の配列を異ならせたこと
   を特徴とするローラミル。
2. 【請求項２】 水平面上で垂直軸まわりに回転し、円周
   側上部に複数枚のリングセグメントを装着する回転テー
   ブルと、この回転テーブルのセグメント上面に周辺面を
   押圧されて回転する複数の粉砕ローラを持つて、固体原
   料を圧縮微粉砕するローラミルにおいて、 リングセグメントの外周部に、リングセグメント上面に
   刻設された粉砕レースと緩やかに接続する形状の突起体
   を設けるとともに、この突起体の形状をリングセグメン
   トごとに異ならせて配列することを特徴とするローラミ
   ル。
3. 【請求項３】 請求項１および２記載において、粉砕ロ
   ーラとリングセグメントを組み合わせて搭載することを
   特徴とするローラミル。