JP3270202B2 - ローラミルおよびその粉砕方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ローラミルおよびその
粉砕方法に係り、特に、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
リンカまたは各種化学製品の原料を微粉砕するローラミ
ルおよびその粉砕方法であって、振動を有効に防止する
ことができるローラミルおよびその粉砕方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】石炭焚ボイラにおいても環境に害を与え
ない燃焼（低ＮＯｘ、未燃分低減）や急速負荷変動運用
（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粉
砕機の１タイプとして、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１つとしての地位を固めつつある。

【０００３】この種の粉砕機は、例えば図５に示すよう
に、円筒型のミルケーシング５２２内の下部にあって減
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
円板状の粉砕テーブル５０３と、その上面外周部を円周
方向へ等分する位置へ油圧、スプリング等で圧下されて
回転する複数個の粉砕ローラ５０４を備えている。粉砕
テーブルの中心部へ供給管５０２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ってテーブル
上を渦巻状の軌跡を描いて外周部へ移動し、テーブルの
粉砕レース５１７面と粉砕ローラの間にかみ込まれて粉
砕される。ミルケーシングの基底部には、ダクト内を送
られてきた熱風５１５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ケーシング内周部との間のエア
・スロート５１４ａから吹き上がっている。粉砕後の粉
粒体はエア・スロートから吹き上がる熱風によってミル
ケーシング内を上昇しながら乾燥される。ミルケーシン
グ上部へ輸送された粉粒体は、ミルケーシング上部に設
けたサイクロンセパレータまたは回転分級機５２１で分
級され、所定の粒径以下の微粉は熱風によって搬送さ
れ、ボイラでは微粉炭バーナまたは微粉貯蔵ビンへと送
られる。分級機を貫通することのない所定粒径以上の粗
粒は、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、
粉砕ローラによって粉砕が繰返される。

【０００４】

【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
となるのはミルの振動である。この振動は、炭層とロー
ラの滑りに起因する摩擦振動（自励振動の１タイプ）で
ある。一般的な石炭では、図１１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量の少ない
条件）において、この振動が激しくなる。また、分級機
の操作条件の変更等によって粉砕部に粒径の小さい微粉
量が増加すると振動発生域が拡大し、発生する自励振動
も激しいものとなる。

【０００５】図１４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、ローラブラケット１４０２を介して、ローラピ
ボット１４０９を支軸として、粉砕ローラ１４０１が首
振り（振り子動作）が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１４０１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
１４０１は首を振ることによって衝撃を回避することが
できる。また、粉砕ローラ１４０１や粉砕レース１４１
５が摩耗したときには、押圧位置すなわち粉砕ローラ１
４０１と粉砕レース１４１５との位置関係を適切に変化
させていく機能が、この首振り構造にはある。したがっ
て、この機能により、粉砕ローラ１４０１と粉砕レース
１４１５の偏摩耗（特定の同じ個所が深くえぐれるよう
に損耗する現象）を防ぐことができる。

【０００６】粉砕ローラが激しい自励振動を起こす場合
には、図１２に示すように、粉砕ローラ１２０１は圧縮
粉層１２１０の崩壊により外側へ横ずれし（β）、次い
で図１３のように上下方向に振動する（γ）。この圧縮
粉層１２１０の崩壊は、粉層中に微粉割合が大きい場
合、または粒子同士の滑り摩擦力が小さい石炭種の場合
に起こり易くなる。この上下振動（γ）は、粉砕ローラ
１２０１の回転周速度と回転テーブル１２０６の回転周
速度との速度差に起因して発生する。

【０００７】以上から、ローラミルの振動を抑止しよう
とするには、粉砕部における炭層の摩擦抵抗を増強させ
崩壊しにくくし、図１２に示すような粉砕ローラ１２０
１の滑りを阻止することが肝要であることがわかる。本
発明の目的は、以上のような考え方に基づき、粉砕ロー
ラが自励振動を起こすことなく広域負荷または多炭種で
の運用を可能にするローラミルの新しい構成、特に原料
供給系統を工夫することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本願の第１の発明は、垂直軸周りに回転し上部に粉砕面
を有する粉砕テーブルと、粉砕テーブルの上部外周粉砕
面上に配置され押圧状態で回転する複数個の粉砕ローラ
と、粉砕テーブルと粉砕ローラで構成する粉砕部に被粉
砕原料を供給する原料供給部とを備えたローラミルにお
いて、該原料供給部は通常の原料を供給する主原料供給
部と、ローラミルの振動発生時または振動発生前兆時に
粗粒原料を供給する粗粒原料供給部とを設けたことを特
徴とするローラミルに関する。

【０００９】本願の第２の発明は、上部に粉砕面を有す
る粉砕テーブルを垂直軸周りに回転させ、粉砕テーブル
の上部外周粉砕面上に所定間隔を隔てて、かつ押圧状態
で複数個の粉砕ローラを配置し、粉砕テーブルと粉砕ロ
ーラ間で構成する粉砕部に粉砕すべき原料を供給して粉
砕するローラミルの粉砕方法において、通常の運転時に
は通常の原料を主原料供給手段により供給し、ローラミ
ルの振動発生時または振動発生前兆時には主原料供給手
段からの原料に加え、その平均粒径または最大粒径より
大きい平均粒径、最大粒径を持つ粗粒を粗粒原料供給手
段により供給することを特徴とするローラミルの粉砕方
法に関する。

【００１０】本願の第３の発明は、上記第２の発明にお
いて粗粒原料供給手段から供給される粗粒原料の平均粒
径および最大粒径が、主原料供給手段より供給される原
料の平均粒径、最大粒径のそれぞれ１．５〜８．０倍で
あることを特徴とするローラミルの粉砕方法に関する。
本願の第４の発明は、上記第２または第３の発明におい
て、粗粒原料の供給割合を、全原料供給量の３％以上、
４０％未満とすることを特徴とするローラミルの粉砕方
法に関する。

【００１１】

【作用】ミルの粉砕部の原料粉層中に粗粒が混合し、原
料粉層の粒径が粗くなると、粉層の摩擦抵抗が増大し、
粉砕ローラの回転が安定化する。この摩擦抵抗の増大と
は、粉層の内部摩擦抵抗自体が大きくなる準静的な摩擦
と、粉砕ローラが粗い原料をかみ砕くことによる動的な
摩擦抵抗の、それぞれ相乗的な増強を意味している。す
なわち、粉砕ローラは図１２に示すような粉層の崩壊に
起因する滑り（粉砕ローラの回転軌道のずれ）を起こし
にくくなり、結果的に自励振動が抑制されることにな
る。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明を具体化した原料供給装置の
例である。主原料１０２は、大容量の主原料バンカ１０
１に貯蔵され、主フィーダ１０３により切り出され、ベ
ルト１０４の速度により質量流量が計量・調節されて、
原料供給管（センターシュート）１１１を通じてミル本
体１１０内へ供給される。粉砕ローラのかみ込みを促進
し、粉砕ローラの回転軌道を安定化させて自励振動を抑
止するための粗砕原料１０６は、粗砕原料用小型バンカ
１０５内に保有されており、粗砕原料用小容量フィーダ
１０７により、粗砕原料混入用シュート１１２を通じ
て、主フィーダ１０３の出口部、つまり原料供給管（セ
ンターシュート）１１１のトップからミル本体１１０内
へと供給される。粗砕原料混入用シュート１１２には、
ダンパ１０９が設けられており、粗砕原料供給を必要と
しないときにはシールできる構造になっている。本発明
の実施例において、粗砕原料１０６の平均粒径および最
大粒径は、主原料１０２におけるそれらの、それぞれ
１．５〜８．０倍、より望ましくは３〜５倍程度であ
る。この程度の大きさの粗砕原料１０６を、全供給量の
３〜４０％、より望ましくは５〜２０％程度混入させる
ことで、自励振動を抑止した高ターンダウン比の運用が
可能になる。これら粗砕原料１０６の供給量も、粗砕原
料用小容量フィーダ１０７におけるベルト１０８の速度
変化によりコントロールされる。本発明において、粗砕
原料１０６の供給操作は、（ｉ）ローラミル本体の振幅
値の増大傾向、（ii）粉砕荷重系の油圧ロッドの変動値
（上下方向振幅値）の増大傾向、（iii ）ミル差圧（ミ
ルの下部入口側とミルの上部出口側間の供給空気（熱
風）圧力差）からの予測、または全原料供給量とミルの
操作条件から総合的に判断される予測等に対応させて行
う。

【００１３】図２に示す実施例は、基本的には図１の例
と同様であるが、粗砕原料２０６が、粗砕原料混入用サ
イドシュート２１２を通じて、原料供給管（センターシ
ュート）２１１内へ供給する構造になっている。この例
では、原料供給管（センターシュート）２１１内におい
て、主原料２０２と粗砕原料２０６が混じり合う。また
この実施例では、粗砕原料用小容量フィーダ本体２０７
の出口にダンパ２０９が設けられており、粗砕原料２０
６の供給を必要としない場合には、シールされる構造と
なっている。

【００１４】図３と図４は、それぞれ粗砕原料供給の有
無における主フィーダの動作を模式的に描いたものであ
る。図３は、粗砕原料の供給がない場合である。粗砕原
料供給用のフィーダ（この図では省略）は停止してお
り、ダンパ１０９が閉められている（３ａ）。この場
合、ベルト１０４は高速で動いており（３ｃ）、全量が
主原料の供給（３ｂ）によりまかなわれる。図４は、粗
砕原料を供給する場合を示したものである。ダンパ１０
９が開放され、粗砕原料が主原料と混合しながら原料供
給管（センターシュート）１１１内を落下する。この場
合、粗砕原料の供給（４ａ）に相当する分量のみ主原料
の供給（４ｂ）流量が削減されており、図３の例に較べ
てベルトは低い速度で動いている（４ｃ）。

【００１５】本発明における原料供給系を採用したロー
ラミル本体の全体構成（図５）について説明する。主供
給系からの主原料および粗砕原料いずれの原料５０１
も、ミル上部の中心軸上にある原料供給管（センターシ
ュート）５０２から供給され、ミルの下部で回転する粉
砕テーブル５０３上に落下する。粉砕テーブル５０３の
外周にある粉砕リング５１６上に供給されて、この粉砕
リング５１６の上面に刻設されて断面が略円弧型をした
粉砕レース５１７の上で、粉砕ローラ５０４により圧縮
粉砕される。粉砕されて生成した粉体は、スロートベー
ン５１４の間を貫通して、ミル内へ吹込まれる熱風５１
５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粉砕テーブル５０３上に落下し
（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５２１により遠心分級
される（２次分級）。比較的粗い粒子は、回転分級機５
２１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５２４から排出される。石炭焚きボイラの場合
は、微粉炭バーナへ直接送られるか（熱風５１５が燃焼
用１次空気となる）または微粉貯蔵ビンへ回収される。

【００１６】図６は、ミル内の粉砕部にある粉砕原料粉
層６０２に、粗粒６０４が供給された状態を模式的に描
いたものである。粉砕ローラ６０１が、供給された粗粒
６０４をかみ込み粉砕する場合、粉砕による動作と原料
粉層の内部摩擦角の上昇（後述）によって摩擦抵抗が増
大し、粉砕ローラ６０１の回転軌道が安定化する。これ
によって、粉砕ローラ６０１のスリップが防止され、結
局このスリップに起因する自励振動が抑制されることに
なる。

【００１７】粗粒の混入による粉層の内部摩擦抵抗の増
大は、一般に図７に示す剪断試験装置により測定するこ
とができる。ベアリング用ボール７１０上にあってスム
ーズに動かすことのできる剪断セル７０１内に原料粉層
７０２を仕込み、上ブタ７０７を介して上方から垂直荷
重７０３を、また横方向から剪断荷重７０４を加える。
粉層７０２と上ブタ７０７に滑りが生じないように、上
ブタ７０７には、ローレット目７０９が刻設してある。
このような装置により、試料粉層に対し垂直力と剪断力
を同時に加え続けると、粉層はある限界に達した時点で
内部崩壊する。この内部崩壊する条件は、図８に示すよ
うに、一本の崩壊包絡曲線として表現することができ
る。基準とする垂直応力δ^* に対して、図示する内部摩
擦角φにより、粉層の内部摩擦抵抗を評価する。

【００１８】粉層の粒径Ｘを変化させて、内部摩擦角φ
を測定した結果を図９に示す。横軸の粒径Ｘは臨界粒子
径Ｘ_C により、また縦軸の内部摩擦角φはＸ＝Ｘ_C にお
ける内部摩擦角φ^* により、ともに割られて無次元表記
されている。φ／φ^* は、Ｘ／Ｘ_C ≧１の条件ではおお
むね一定であるが、Ｘ／Ｘ_C ≒１を境界にして急速に減
少し、粉層がきわめて脆弱になることがわかる。しかし
ながら、Ｘ／Ｘ_C ＜１の粉層においても、粉層中にＸ＝
３Ｘ_C の粗粒を重量比にして２０％になるように混入す
ると、φ／φ^* は上昇し、Ｘ／Ｘ_C ≧１の領域の粉層の
状態に近づく。このような特性は石炭を例にとれば、き
わめて特殊な石炭種を除いてほぼ同様である。

【００１９】次に、以上のような本発明における原料供
給手段によって得られた振動レベル低減の結果について
述べる。図１０は、ミル内における石炭ホールドアップ
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_0Cは、
粉砕ローラと粉砕レースがメタルタッチする空回転時の
振幅δ_0C ^* で割られて無次元化されている。一方、横軸
のホールドアップＷは、ミルが定格給炭量で運用された
ときのホールドアップＷ^* で割られて無次元化されてい
る。この試験結果は、石炭性状の影響により、比較的激
しい振動を起こし易い石炭を粉砕したときに得られたも
のである。従来技術になる原料供給手段（無対策の運用
法）では、低負荷域（Ｗ／Ｗ^* ≒０．３８）で著しく振
幅が増大するのに対し、本発明における原料供給手段を
採用したローラミルでは、振幅を大幅に抑制した状態で
広域負荷の運用が可能であることが実証された。本発明
の実施例になる場合でも、他のホールドアップの条件よ
りは、Ｗ／Ｗ^* ≒０．３８の近傍おいて振幅がやや大き
くなるが、この振動は自己増幅的な自励振動ではなく、
比較的軽微な強制振動の一種であると考えられる。

【００２０】本発明を適用したローラミルは、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、（ｉ）
同じ固体燃料であるオイルコークス用のミル、（ii）脱
硫用の石灰石を微粉砕するためのミル、（iii ）鉄鋼ス
ラグや非鉄精練スラグを微粉砕するミル、（iv）セメン
トクリカを微粉砕するセメント仕上げ用のミル、（ｖ）
各種化学製品の原料を微粉砕するミルへも、ほぼそのま
ま適用することができる。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、被粉砕原料に対する粉
砕ローラのかみ込みが充分になり、粉砕ローラの滑りに
起因する自励振動を抑制できる。また、ミルの低負荷域
での運用が可能となり、従来に比しミルの運転可能最低
負荷を切り下げることができるのでミルを使用するプラ
ント、例えば石炭焚きボイラの低負荷域での石炭焚きが
可能となり、低負荷域での助燃用燃料油（石炭に比し高
価）などの消費量が節減できる。

【００２２】また、本発明によれば、ミルに発生しかけ
た自励振動を、少量の粗砕原料供給によって比較的に短
時間内に沈静化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】および

【図２】本発明におけるローラミルの原料供給部実施例
図。

【図３】および

【図４】本発明における原料供給部の作動説明図。

【図５】本発明を適用するローラミルの全体構成図。

【図６】本発明を適用したローラミル粉砕部の挙動模式
図。

【図７】本発明のベースとなった基礎実験装置を示す
図。

【図８】および

【図９】基礎実験結果を示す図。

【図１０】本発明の効果の説明図。

【図１１】従来のローラミルの振動発生領域を示す図。

【図１２】および

【図１３】振動発生時におけるローラミルのローラの作
動模式図。

【図１４】従来のローラミルのローラ支持構造図。

【符号の説明】

１０１…主原料バンカ、１０２…主原料、１０３…主フ
ィーダ、１０５…粗砕原料用小型バンカ、１０６…粗砕
原料、１０７…粗砕原料用小容量フィーダ、５０３…粉
砕テーブル、５０４…粉砕ローラ、５０５…ローラブラ
ケット、５０７…ローラピボット、５０８…加圧フレー
ム、５１７…粉砕レース、５２１…回転分級機、５２２
…ミルケーシング。

───────────────────────────────────────────────────── 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 バブコック日 立株式会社 呉工場内 (72)発明者 湯浅 博司 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 (56)参考文献 特開 平５−15796（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B02C 15/00 - 15/16 B02C 19/00 - 25/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 垂直軸周りに回転し上部に粉砕面を有す
   る粉砕テーブルと、粉砕テーブルの上部外周粉砕面上に
   配置され押圧状態で回転する複数個の粉砕ローラと、粉
   砕テーブルと粉砕ローラで構成する粉砕部に被粉砕原料
   を供給する原料供給部とを備えたローラミルにおいて、
   該原料供給部は通常の原料を供給する主原料供給部と、
   ローラミルの振動発生時または振動発生前兆時に粗粒原
   料を供給する粗粒原料供給部とを設けたことを特徴とす
   るローラミル。
2. 【請求項２】 上部に粉砕面を有する粉砕テーブルを垂
   直軸周りに回転させ、粉砕テーブルの上部外周粉砕面上
   に所定間隔を隔てて、かつ押圧状態で複数個の粉砕ロー
   ラを配置し、粉砕テーブルと粉砕ローラ間で構成する粉
   砕部に粉砕すべき原料を供給して粉砕するローラミルの
   粉砕方法において、通常の運転時には通常の原料を主原
   料供給手段により供給し、ローラミルの振動発生時また
   は振動発生前兆時には主原料供給手段からの原料に加
   え、その平均粒径または最大粒径より大きい平均粒径、
   最大粒径を持つ粗粒を粗粒原料供給手段により供給する
   ことを特徴とするローラミルの粉砕方法。
3. 【請求項３】 請求項２において粗粒原料供給手段から
   供給される粗粒原料の平均粒径および最大粒径が、主原
   料供給手段より供給される原料の平均粒径、最大粒径の
   それぞれ１．５〜８．０倍であることを特徴とするロー
   ラミルの粉砕方法。
4. 【請求項４】 請求項２または３において、粗粒原料の
   供給割合を、全原料供給量の３％以上、４０％未満とす
   ることを特徴とするローラミルの粉砕方法。