JP3712691B2 - 石炭木屑混合粉砕装置の運転方法 - Google Patents

石炭木屑混合粉砕装置の運転方法 Download PDF

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭火力発電システムや産業用ボイラ等において、石炭代替燃料廉価燃料であるバイオマスの内、木屑、廃木材を燃料として混焼する際に、木屑、廃木材(以下木屑という)と石炭を混合することを可能とする石炭粉砕用縦型ローラミルを用いた石炭木屑混合粉砕装置の運転方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
石炭とバイオマスの混焼は、産業用ボイラ、事業用ボイラ更には各種タービンにおいて、廉価燃料使用による燃料費削減、更には化石燃料起源のCO2発生量の抑制、ひいてはCO2排出権取引に活用可能であるために、近年その利用促進が叫ばれており、米国では再生可能利用政策に加えて規制緩和を実施している。
石炭とバイオマスの混焼には種々の技術があるが、単純混合した石炭−バイオマス混合燃料をボイラに供給する方法が、最も単純な方法で、低コストですぐに実用可能な技術であるが、この方法でのバイオマス/(石炭+バイオマス)の混合比率は5%以下で、特に木屑の石炭への混合破砕には、一般に竪型ロールミルが用いられている。
【0003】
石炭粉砕用の微粉炭機は、回転するテーブルと複数個のタイヤ型ローラで粉砕を行う竪型のローラミルが広く用いられており、ここで、図6に竪型ローラミルの一般的な構成を説明する。
このタイプのローラミルは、円筒型をしたハウジング8の下部にあってモータで駆動され、減速機を介して低速で回転する略円台状の回転テーブル3と、その回転テーブル3の外周部の上面において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荷重を付加されて回転する複数個の粉砕ローラ4を備えている。
原料供給管(センターシュート)2から、回転テーブル3の中央へ供給された原料は、回転テーブル3上において遠心力によりうず巻状の軌跡を描いて回転テーブル3の外周へ移動し、回転テーブル3の粉砕レース5と粉砕ローラ4の間にかみ込まれて粉砕される。
ハウジング8の下部には、ダクトを通して、燃焼用空気の一部ともなる熱風(一次空気)6が導かれており、この熱風(一次空気)6が回転テーブル3とハウジング8の間にあるエアスロートのスロートベーン7の間を通して吹き上っている。粉砕後の粉粒体は、エアスロートから吹き上る熱風(一次空気)6によって、ハウジング8内を上昇しながら乾燥される。ハウジング8の上部に輸送された粉粗体は、粗いものから重力により落下し(一次分級)、粉砕部で再粉砕される。
【0004】
この一次分級部を貫通したやや細かな粉粒体は、ハウジング8の上部に設けた固定式分級機(サイクロンセパレータ)あるいは回転式分給機(ロータリーセパレータ)9で再度分級される。所定の粒径より小さな微粉は気流により搬送され、ボイラでは微粉炭燃焼用バーナへ送られる。分級機を貫通しなかった所定粒径より大きな粗粉は、回転テーブル3の上へ重力により落下し、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、ミル内では粉砕が繰り返され、微粉炭が作り出されていく。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記した縦型ローラミルにて木屑と石炭を混合粉砕した場合に、回転テーブル上における炭層厚み増加等によりミルトリップ(動力上限)に至るために、既設縦型ローラミルそのままの運転方法では、5%以上の混合破砕は困難である。
これは木屑が石炭のように脆性材料でないために、縦型ローラミルの圧縮・剪断力では破砕が難しいために、ミル内部滞留木屑や石炭が増加し、回転テーブル上の炭層厚みが、通常の石炭粉砕運転状態に比べて大幅に増加し、ローラミル運転動力の大幅増加につながるためである。
一方木屑、石炭を既存ボイラにて混合燃焼させるという目的に対して、木屑と石炭を混合してローラミル内に投入するのではなく、別途木屑専用の破砕供給系統を追設することも考えられるが、木屑搬送管や搬送用ファンの追設工費が膨大となり、廉価燃料運用による利益を用いた追設設備費回収の時間が長期化し、経済的メリットが出にくい。
従ってある程度のサイズまで破砕した木屑をミルに投入してミルが連続安全運転が可能になれば、追設工事が最小限で済み、経済的メリットが出る。
【0006】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、既設の縦型ローラミルで石炭・木屑の混合粉砕が容易で特に木屑混合比率を5%以上、好ましくは略8%以上にしてもミルトリップが生じない石炭・木屑の混合粉砕装置の運転方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するために、ハウジング内部の下方部に設置され、粉砕レースがその外周部に設けられた回転テーブルと、荷重を付与されて前記粉砕レース上に設けられた粉砕ローラとを備えた縦型ローラミルを用い、所定の大きさに前もって破砕された石炭と木屑、廃木材(以下木屑という)とを所定混合率で混合した後、該混合された破砕石炭・木屑混合物を前記回転テーブル上に投入するとともに、回転テーブルの周速を、前記木屑の混合増加率に応じて段階的若しくは無段階に増加させて前記混合物を粉砕することを要旨とし、好ましくは回転テーブルの周速の増加に反比例させてローラ荷重を無段階若しくは段階的に反比例的に低減してローラミルを運転することを要旨とする石炭木屑混合粉砕装置の運転方法を提案する。
これにより既設の縦型ローラミルで石炭・木屑の混合粉砕が容易で特に木屑混合比率を5%以上、好ましくは8%以上にしてもローラ動力がそれほど増大することなく、ミルトリップが生じない石炭・木屑の混合粉砕装置の運転方法を得ることが出来る。
【0008】
この場合に前記テーブル周速比を石炭単独における最適回転数に対し、略35%まで増速させ、且つ木屑混合比を5〜15%(入熱量比)まで増加させることを第1の発明とし、第2の発明は、前記木屑の混合増加率に応じて段階的に増加させて前記混合物を粉砕する場合に前記テーブル周速比を石炭単独における最適回転数に対し、木屑混合比が略3〜8%(入熱量比)の場合に第1段の増速を行い、木屑混合比が略8〜15%(入熱量比)の場合に、第2段若しくは第3段以上(例えば8〜10%で第2段、10〜15%で第3段)の増速を行うことを特徴とする。
この第2の発明のように段階的増速を行うことは制御装置の負担の軽減とともに木屑の性質のバラツキがあっても容易に対応可能である。
【0009】
尚、本発明に類似した技術として特開平11−207200号において、石炭と都市ごみ等のごみ燃料を混合粉砕する竪型ローラミルの運転方法が開示されている。
かかる技術はテーブル縁部に起立したダムリングを配設しその内方に投入固形物の粉砕面を形成するブルリングを配設したテーブルと、前記ブルリング上方に配置され前記固形物を押圧するローラとを有する竪型ローラミルにおいて、前記固形物が石炭の場合に、同固形物が石炭とごみ燃料の混合の場合より遅くなる様に切替えて前記テーブルを回転させるようにした竪型ローラミルの運転方法を提供するものである。
そしてこの様にダムリング高さhを低く構成した竪型ローラミルの採用により先 ず給炭量を開始して石炭単体の粉砕を行い、そしてこの時タイミングを計ってテーブル周速を低下する様に定常の速度より下げ、固形化ごみ燃料供給量の始まる段階で同周速を元の定常速度に復帰する様にしている。
【0010】
従って本先行技術では、木屑と都市ゴミという粉砕対象が異なるのみならず、石炭と都市ゴミを混合して粉砕するのではなく、石炭単体の粉砕にテーブルの周速を遅くすることによって遠心力を下げて炭層の厚みを増し、ミルの安全運転を確保し、その後段で行う石炭とごみ燃料のとの混合粉砕においては、テーブルを定常回転数に戻すという2段階運転方法であり、しかも高さを低くしたダムリングを追設する等のローラミル機構上で特別な工夫を必要とする。従って本発明とはその粉砕対象物、ミルの機構、及び運転方法も異なり、別異の発明で、かかる発明からは本発明は容易に見いだせない。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【0012】
図1に図6の石炭粉砕用縦型ローラミルを用いた石炭木屑混合粉砕装置の全体概略図を示す。
11は木屑・廃材(以下木屑という)ストック部で底部にコンベア12が設けられ、該コンベア12によりハンマクラッシャ等の木屑破砕機13に投入され、石炭と同程度の数十ミリ程度の大きさに破砕される。破砕された木屑はブロワ若しくはバケットコンベア14を介して集塵機15に送られ、塵埃等を除去した後、底部にスクリューフィーダ16を備えたホッパ17に一時貯留される、ホッパ17にはロードセル18が設けられ、破砕木屑の混炭率すなわち、重量の時間的変化率を制御装置20に送る。又制御装置20で制御されたモータ19の回転速度で、スクリューフィーダ16と石炭との混合搬送部21に送られる。
【0013】
22は数十ミリ程度の破砕石炭が貯留されている石炭バンカ(貯留部)で、底部に設けた定量搬送部23にて所定混炭率の石炭・木屑が混合搬送部24に定量搬送される。
混合搬送部24にはコンベア25が配設されており、コンベア25にてローラミル10の原料供給管(センターシュート)2から、回転テーブル3の中央へ供給された石炭・木屑は、回転テーブル3上において遠心力によりうず巻状の軌跡を描いて回転テーブル3の外周へ移動し、回転テーブル3の粉砕レース5と粉砕ローラ4の間にかみ込まれて粉砕されることは前記したとおりである。8は前記ローラミル10のハウジングで、該ハウジング8の下部には熱風6が導かれている。
ミル回転テーブル3を回転させるモータ27には変速機、インバータ、ホールチェンジ(以下変速機26という)が、又、粉砕ローラ4には粉砕荷重を変化させる可変油圧源29が設けられており、ミル回転テーブル3の周速の増減と、粉砕ローラ4の粉砕荷重を無段階若しくは段階的に反比例的に減増させミル動力が定格範囲内、より好ましくはほぼ一定になるように制御装置20で制御可能に構成されている。
【0014】
図3に、図6に示す既設のローラミルで混合粉砕した場合のミル特性図を示す。
図3は回転テーブルの周速を一定にした場合の石炭木屑混合粉砕時のミル特性変化を示し、木屑混合比を0〜15%(入熱量比)まで増加した場合(横軸)、上段は微紛度、中段はミル動力比、下段はローラリフト比を示す。
木屑を入熱量比5%置換して混合粉砕を行っただけで、ミル動力は+70%増加した。通常の既設石炭ミルの駆動源負荷は70%の余裕は採っておらず、このミル動力増加はすなわちミルトリップに至ることを示す。又木屑混合比の増加に合わせてローラリフト比も増加し、無用なローラ荷重がテーブルに負荷していることが理解できる。
【0015】
図4に、石炭のみの粉砕時におけるミルテーブル周速変化時のミル特性変化を示し、テーブル周速比を0.5〜1.5まで増加した場合(横軸)、上段はローラ荷重比、中段はミル動力比、下段はローラリフト比を示す。
かかる図によれば、ミルテーブル周速を低減させるとともに、合わせてローラ粉砕荷重を反比例的に増加させミル動力がミルトリップ以下になるように、好ましくはほぼ一定になるように制御する。
これによりローラ荷重比とローラリフト比がミルテーブル周速の増加と反比例して低減し、テーブル上の炭層に作用する遠心力が低下し炭層厚みが増加することが理解できる。
この際ミル動力は有効な粉砕動力以外に粉砕に寄与しないテーブル上の炭層の押し分け動力が発生し、動力効率の低下を来す。
石炭を連続粉砕運転を行うには粉砕部の寿命も考慮し、テーブル周速、ローラ荷重、加えて粉砕部形状は最適値に調整しているが、この減少を活用して木屑石炭混合物の運転条件を設定すればよいことが理解できる。
【0016】
図5は回転テーブルの周速を30%下げてミル動力比を低減した場合の石炭木屑混合粉砕時のミル特性変化を示し、回転テーブルの周速を35%増加させ、ローラ荷重比を30%下げて木屑混合比を0〜15%(入熱量比)まで増加した場合(横軸)における、微紛度(上段)、ミル動力比(中段)、下段はローラリフト比を示す。
本図より理解できるように、木屑を入熱量比15%以上(入熱比)置換して混合粉砕を行った場合でも、ミル動力の増加は+60%未満であり、このミル動力増加はすなわちミルトリップに至らないことがることが分かる。
又木屑混合比の増加に合わせてローラリフト比の増加程度尾も漸増であり、これにより、テーブル上の炭層に作用する遠心力の増加により木屑が粉砕飛散しながら破砕石炭の粉砕が円滑に行われていることが理解できる。
【0017】
図2は本発明の最適な運転方法を示す実施例で、図1とともに説明する。
先ず石炭バンカ(貯留部)22で底部に設けた定量搬送部23における破砕石炭搬送量と、木屑貯留ホッパ17の重量変化とスクリューフィーダ16のモータの回転数を制御装置20で検知し、石炭木屑混合比(入熱量比)を測定する。
そして石炭木屑混合比が略3%(入熱量比)未満の場合は、石炭単独における最適回転数とローラ最適荷重に設定されるように粉砕ローラ4の可変油圧源29及びミル回転テーブル3の変速機26を調整する。
そして石炭木屑混合比を略3〜8%(入熱量比)に上昇させる場合は、石炭単独における最適回転数を120%とローラ荷重が80%に設定されるように粉砕ローラ4の可変油圧源29及びミル回転テーブル3の変速機を変更する。
【0018】
更に炭木屑混合比が略8〜15%(入熱量比)に上昇させる場合は、石炭単独における最適回転数を135%とローラ荷重が70若しくは65%に設定されるように粉砕ローラ4の可変油圧源29及びミル回転テーブル3の変速機26を変更する。
これにより従来のミルによる木屑石炭混合粉砕の上限値を5%から10%更には15%程度までまで増加させてもミルトリップが生ぜずにミル動力比も定格範囲内に納めることが可能になった。
又更なる最適テーブル周速の選定により、混合粉砕率の増加が期待できる。
これにより石炭火力発電システム等において、木屑等の廉価な木材系廃棄物を既設の石炭ミルにて混合破砕が可能であり、及び混合粉砕率の増加も可能とすることで、既設石炭火力の追設改造工事を最小限として燃料費差額による利益を受けることが出来る。
【0019】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、既設の縦型ローラミルで石炭・木屑の混合粉砕が容易で特に木屑混合比率を5%以上、好ましくは略8%以上にしてもミルトリップが生じない石炭・木屑の混合粉砕装置の運転方法を提供できる。
又第2の発明のように段階的増速を行うことは制御装置の負担の軽減とともに木屑の性質のバラツキがあっても容易に対応可能であるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図6の石炭粉砕用縦型ローラミルを用いた石炭木屑混合粉砕装置の全体概略図である。
【図2】 図1の装置を用いた本発明の最適な運転方法を示す実施例である。
【図3】 回転テーブルの周速を一定にした場合の石炭木屑混合粉砕時のミル特性変化を示し、木屑混合比を0〜15%(入熱量比)まで増加した場合(横軸)、上段は微紛度、中段はミル動力比、下段はローラリフト比を示す。
【図4】 石炭のみの粉砕時におけるミルテーブル周速変化時のミル特性変化を示し、テーブル周速比を0.5〜1.5まで増加した場合(横軸)、上段はローラ荷重比、中段はミル動力比、下段はローラリフト比を示す。
【図5】 回転テーブルの周速を30%下げてミル動力比を低減した場合の石炭木屑混合粉砕時のミル特性変化を示し、回転テーブルの周速を35%増加させ、ローラ荷重比を30%下げて木屑混合比を0〜15%(入熱量比)まで増加した場合(横軸)における、微紛度(上段)、ミル動力比(中段)、下段はローラリフト比を示す。
【図6】 本発明が適用される竪型ローラミルの一般的な構成を説明する概略図である。
【符号の説明】
3 回転テーブル
5 粉砕レース
10 ローラミル
20 制御装置
24 混合搬送部
26 変速機
29 可変油圧源

Claims (2)

  1. ハウジング内部の下方部に設置され、粉砕レースがその外周部に設けられた回転テーブルと、荷重を付与されて前記粉砕レース上に設けられた粉砕ローラとを備えた縦型ローラミルを用い、所定の大きさに前もって破砕された石炭と木屑、廃木材(以下木屑という)とを所定混合率で混合した後、該混合された破砕石炭・木屑混合物を前記回転テーブル上に投入するとともに、回転テーブルの周速を、前記木屑の混合増加率に応じて段階的若しくは無段階に増加させて前記混合物を粉砕するとともに、前記テーブル周速比を石炭単独における最適回転数に対し、略35%まで増速させ、且つ木屑混合比を略5〜15%(入熱量比)まで増加させることを特徴とする石炭木屑混合粉砕装置の運転方法。
  2. ハウジング内部の下方部に設置され、粉砕レースがその外周部に設けられた回転テーブルと、荷重を付与されて前記粉砕レース上に設けられた粉砕ローラとを備えた縦型ローラミルを用い、所定の大きさに前もって破砕された石炭と木屑、廃木材(以下木屑という)とを所定混合率で混合した後、該混合された破砕石炭・木屑混合物を前記回転テーブル上に投入するとともに、回転テーブルの周速を、前記木屑の混合増加率に応じて段階的に増加させて前記混合物を粉砕するとともに、前記テーブル周速比を石炭単独における最適回転数に対し、木屑混合比が略3〜8%(入熱量比)の場合に第1段の増速を行い、木屑混合比が略8〜15%(入熱量比)の場合に、第2段若しくは第3段以上の増速を行うことを特徴とする石炭木屑混合粉砕装置の運転方法。
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