JP3747984B2

JP3747984B2 - ブリケッティングマシン

Info

Publication number: JP3747984B2
Application number: JP28815797A
Authority: JP
Inventors: 忠一溝口
Original assignee: Hosokawa Micron Corp
Current assignee: Hosokawa Micron Corp
Priority date: 1997-10-21
Filing date: 1997-10-21
Publication date: 2006-02-22
Anticipated expiration: 2017-10-21
Also published as: CN1219461A; CN1087680C; JPH11123598A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉体、特に粉状の石炭を圧縮成形して、ストーカーボイラ，ストーブ等の燃料となる石炭ブリケットを製造するためのブリケッティングマシンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、このようなブリケッティングマシンにおいて、直径５ｍｍ以下の粉状の石炭を、回転する２個のロール間で圧縮成形してブリケットを作り、ストーカーボイラ，ストーブ等の燃料にするという事が行われている。以前は、石炭にコールタールピッチ，澱粉等の粘結剤を５〜８％混合したものを用いており、ロール巾当たりの圧縮力は、１ｔ／ｃｍ以下であったが、近年は、３ｔ／ｃｍ以上の高い圧縮力で成形し、粘結剤を少なくして、或いは粘結剤を使用せずに粒子間の密着力のみで、硬いブリケットを作る事が行われるようになった。また、木材粉等を１０〜１５％混合し、排煙の少ないブリケットも作られるようになってきている。
【０００３】
また、大容量のブリケッティングマシンにおいては、ロール巾が広く、ロール軸受けの荷重も大きくなるので、軸受け直径や軸受け箱も大きくなり、ロール径も６００ｍｍ以上となっている。ブリケットの大きさは、従来のボイラで燃焼させている塊状石炭とほぼ同じ大きさにしており、ロール円周方向長さは４０〜５０ｍｍ、厚さは３０〜３５ｍｍ、ロール巾方向長さは４０〜６０ｍｍ程度になっている。尚、ブリケッティングマシンの大きさについては、ロール径が３００ｍｍ以下のものを小形と呼び、４００ｍｍ以上のものを大形と呼んでいる。
【０００４】
また、石炭中に硫黄が多く含まれている事があるので、このような場合には、脱硫剤として消石灰（Ｃａ（ＯＨ）₂ ）や石灰粉（ＣａＣＯ₃ ）を、石炭中の硫黄に対しモル比で１．５以上混合し、燃焼過程で反応させて、硫黄の５０％以上を灰中に石膏として残し、排ガスＳＯｘを低減するという事が行われている。特に、低品位炭には灰分が１５％から５０％になるものがあり、また、硫黄も１％乃至３％以上も含有するものがあるが、このような低品位炭には、上記消石灰を重量比で１０％以上も混合する事になる。灰分の多くはシリカ（ＳｉＯ₂ ）とアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）で構成されており、石炭粒子間に分布している。これらは、５００μｍ以下の微粒子のものが多く含まれている。
【０００５】
上述したロール巾当たり３ｔ／ｃｍの圧縮力で成形したブリケットにおいては、粒子間の空隙が５〜１０％以下になり、１５％以上の灰分と脱硫剤である消石灰が密着状態で石炭粒子間を埋めるので、可塑性のある灰分と消石灰の粘結力によって強度が増加する。さらに、灰分中のシリカ，アルミナ分と消石灰とが、強い圧縮力の下で密着する事により反応し、可塑性のない化合物となり、硬いブリケットになっていく。このようなシリカ，アルミナ分と消石灰の吸着反応は、シリカ，アルミナ分に対して消石灰が３％程度でも、塑性限界が最大となる事が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような、灰分と消石灰の硬い反応物が石炭粒子間を埋めた状態のブリケットにおいては、燃焼時に表面から着火した石炭粒子が、内部へ向かって延焼する事がこの反応物により妨げられ、また、内部に伝達された熱による熱分解で発生したガスが、粒間を通って外部へ放出する事も妨げられるので、ブリケットの燃焼速度が低下する。従って、これをストーブに使用すると、発熱量が不足して室内温度が低くなり、また、ストーカーボイラに使用すると、炉端部から灰が排出される時にブリケットの芯部が燃え残っていて、所定の燃焼量が得られない場合がある。
【０００７】
このような不具合点を改善するためには、ブリケットの大きさを小さくする事が有効である。これにより、ブリケット内部への熱伝達を良くし、芯部での熱分解ガスを増加させて外部への放出を容易にし、燃焼速度を上げるとともに、ブリケット１個当たりの燃焼時間を短くして、ストーカーボイラでの燃え残りを少なくする事ができる。
【０００８】
ところが、このような小形ブリケットを、上述したロール径６００ｍｍ以上の大容量のブリケッティングマシンで製造するのは難しい場合がある。図３は、ブリケッティングマシンのロール部分を模式的に示す正面図である。一般的に、ブリケッティングマシンでは、同図に示すように、ブリケットの母型であるポケットＰを表面に刻んだ２個の回転するロール１ａ，１ａ′間に、上方から原料粉末を供給すると、ポケットＰを刻んだロール面と原料との間の摩擦力によって、ロール間に原料が食い込み、ロールの矢印方向の回転に伴って圧縮，成形され、ポケットＰの形状と同じブリケットが作られる。
【０００９】
原料が食い込み始める食い込み点ａとロール１ａの中心点とを結ぶ線と、２個のロールの中心点を結ぶ線ｏｏ′との成す食い込み角θは、ロール表面状態及び原料の性状が同じであれば、ロール直径が変わって例えばロール１ｂとなり、食い込み点ｂとなってもほぼ同じとされている。そして、ロール直径が大きい場合は、食い込み点からロール間隙が最小になるｏｏ′線上までの体積変化量が大きくなる。つまり大ロール径のロール１ｂと小ロール径のロール１ａとをそれぞれ使用した場合における原料の体積変化量の差は、それぞれの食い込み点におけるロール間隙長さｂｂ′とａａ′との差とほぼ同じとなる。
【００１０】
即ち、大ロール径の場合には、原料に加わる圧縮力が大きくなる。加えて、小形ブリケットでは、大形ブリケットに比較し、この体積変化は更に大きくなる。そして、最も大きい圧縮力を受けるｏｏ′線上付近では、ポケットＰ表面と、ほぼ成形されたブリケット表面との間の摩擦抵抗による剪断力が過大になって、ブリケット内部にクラックが発生したり、また、過大な圧縮力のために石炭粒子が破砕されて、弱いブリケットになってしまう事がある。逆に、ロール径が小さくなると、圧縮力も小さくなるので、ブリケットを小形にせざるを得なくなるが、この場合は生産性が低下してしまう。
【００１１】
また、高圧ブリケッティングマシンでは、ロール軸受けが油圧装置で支持されており、所定圧縮力以上になると、ロールが後退するようになっているので、過剰な圧縮力がかかると、ロールは例えば３ｍｍ以上も後退し、ブリケットの合わせ部が厚くなって、返って弱いブリケットになってしまう。本発明は、簡単な構成により過剰な圧縮力を防止し、ブリケットを最適な圧縮力で成形する事が可能な大ロール径即ち大容量のブリケッティングマシンを提供する事を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、回転する２つのロール間に粉体を供給して圧縮成形し、ブリケットを製造するブリケッティングマシンにおいて、前記ロール間に前記粉体を供給するスクリュー出口端からロールの圧縮領域内に、その粉体の前記ロール間への食い込み量を調整するための調整板を、前記ロールの軸方向に沿わせて設け、前記調整板の前記ロール軸方向両側端部に近い部分と前記ロール間との距離を、前記調整板の前記ロール軸方向中央部と前記ロール間との距離よりも長くする事により、前記粉体の前記ロール間への食い込み量が前記ロール軸方向に沿って均一となるようにした構成とする。
【００１３】
また、前記調整板と前記ロール間との距離を変更する事により、前記食い込み量を調整する構成とする。
さらに、前記調整板は外部から長さの異なる調整板に取り替え可能である構成とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。まず、本発明で製造される小形石炭ブリケットの厚さは、５ｍｍ程度の粉状石炭がほぼ均一に充填できる従来の約６０％に当たる１８ｍｍを上限とし、原料粒度が細かくなると薄くする。ロール円周方向長さは、ブリケットが偏平状であると燃焼空気の通過抵抗が大きくなる事に鑑み、高圧ブリケッティングにおいてロール表面と原料との摩擦により３ｔ／ｃｍの圧縮力がブリケットにかかる事を条件に、厚さの約１．７倍になる２５ｍｍ以下とする。
【００１８】
また、ロール巾方向長さは、ブリケットを燃焼炉内に供給した際にブリケット間の空隙が多くなるようにし、燃焼空気の流れに対する抵抗を少なくして、燃焼空気をブリケットに十分に供給させるために、ロール円周方向長さより長くした細長いものが良い。但し、あまり細長くすると、製造工場からボイラまでのコンベヤ等による輸送、或いは貯蔵過程での、衝撃或いは曲げ力に対する抵抗が弱くなり、これらにより破壊する事があるので、ロール巾方向長さは、ロール円周方向長さの２倍の５０ｍｍ以下を限度とし、通常は１．５倍以上とする。
【００１９】
ところで、底辺が２０ｃｍ角で高さが２０ｃｍの容器に、ブリケットを外部から力を加えずに充填した場合、ロール円周方向長さに対し、ロール巾方向長さが同じブリケットの場合と、約２倍のブリケットの場合の空隙率は、前者は４７〜４８％、後者は５２〜５４％となる。故に、本発明において製造される後者のブリケットの方が燃焼空気の流れが良く、燃焼効率が高くなる事がわかる。この場合、ブリケットの容積はほぼ１５ｃｃ以下である。従来の、ロール円周方向長さ及びロール巾方向長さがそれぞれ約５０ｍｍ、厚さ３０ｍｍのブリケットの容積は、ほぼ４８ｃｃとなっており、本発明で提案する小形石炭ブリケットの容積は、その１／３以下である。
【００２０】
実施例では、灰分３４％，硫黄２．９％，発熱量５４００ｋｃａｌ／ｋｇの石炭にＣａ（ＯＨ）₂ ８％を混合した原料を、ロール巾当たり約５ｔ／ｃｍで成形した、ロール円周方向約４０ｍｍ，厚さ約２３ｍｍ，ロール巾方向約４０ｍｍのブリケットと、ロール円周方向約２２ｍｍ，厚さ約１４ｍｍ，ロール巾方向約３０ｍｍの小形ブリケットとを、それぞれ煙突の自然通風のみのストーブで燃焼させた場合の燃焼量を比較すると、前者は約０．２５ｋｇ／ｈ、後者は約０．６ｋｇ／ｈとなっており、明らかに燃焼速度が向上しているのがわかる。
【００２１】
石炭の熱分解は２００〜３００℃から始まり、揮発分がガス化するとされているが、ブリケットの芯部までの距離が短い小形ブリケットでは、灰分とＣａ（ＯＨ）₂ の硬い反応物があっても、６００〜８００℃以上の炉内では、大きく厚いブリケットより大幅に短時間内に芯部まで熱分解温度となり、発生したガスは、ブリケットの表面までの短い距離を、粒子間を通って容易に放出され、炎となって燃焼する。残った炭素分については、揮発分が出た後の多孔状のブリケット内に侵入する空気によって燃焼が進むので、結果として短い時間でブリケットの燃焼が完了するものと考えられる。
【００２２】
次に、このような小形石炭ブリケットを製造するのに適したブリケッティングマシンについて、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明のブリケッティングマシンの全体構成を示す模式図であり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は右側面断面図である。同図（ｂ）に示すように、装置全体の土台となる架台１５の上面において、断面がＬ字形のフィーダーベース４，５が互いに向かい合うように取り付けられている。
【００２３】
そして、それらに跨って、逆円錐テーパ形のフィーダー１１が取り付けられている。フィーダー１１の内部中心軸周りには、縦形のフィーダースクリュー２が設けられており、フィーダー１１の上蓋１２中心に設けられた軸受け部１４の周りに軸回転し、（ａ）に示す上蓋１２の周縁に設けられた原料入口１３から投入された原料の石炭を、ほぼかさ密度が均一になるようにし、定量的に矢印方向に回転する２個のロール１間に供給する構成となっている。
【００２４】
ロール１の表面周囲にはポケットＰが連続して刻まれており、このポケットＰを刻んだロール面と原料との間の摩擦力によって、ロール間に原料が食い込み、ロールの矢印方向の回転に伴って圧縮，成形され、ポケットＰの形状と同じブリケットが作られる。このような構成の大ロール径即ち大容量ブリケッティングマシンにおいて、小形ブリケットが過剰な圧縮力を受けるのを防ぎ、最適な圧縮力で成形するために、フィーダースクリュー２の下方でロール間で粉体が圧縮される領域内にｏｏ′線に直角に調整板３を設置し、ロール１間の圧縮力が有効に働く位置を、調整板３の下端からｏｏ′線までの間とし、小形ブリケットの体積に合致した原料の食い込み量となるような構成としている。
【００２５】
このとき、ブリケットの大きさによって調整板の下端からｏｏ′線までの距離が異なり、ブリケットが更に小さくなれば調整板３は長くなり、調整板３の下端とｏｏ′線までの距離が短くなる関係である。また、同一原料でも粒度，湿分等が異なると、ロール１間での食い込み量が異なるので、装置組立後も調整板の長さを調整する必要がある事から、外部から容易に長さの異なる調整板３の取り替えができるようになっている。以下にその構造を説明する。
【００２６】
図２は、上記調整板３の取り付け部の詳細を模式的に示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面断面図である。同図及び図１に示すように、ロール１の両側面に沿っているフィーダーベース４，５に調整板３が貫通する溝１６，１６′をそれぞれを設け、フィーダーベース４の外側から溝１６に調整板３を差し込み、フィーダーベース５の溝１６′に渡す。調整板３の手前端部には、フランジ６を設け、ボルト７によりフィーダーベース４に固定する構成である。
【００２７】
ロール１の両端部に近い部分は、フィーダーベースとの摩擦抵抗によって、ロール１中央部に比べて原料の食い込み量が少なくなる傾向となり、ブリケット中央部に比べて両端部の強度が弱くなる事がある。この不具合を改善するために、調整板３の両側端部に近い部分の下端に切り欠きを設け、ｏｏ′線からの距離を中央部より長くして、原料の食い込み量を中央部と同じにし、ロール全巾に渡って同じ強さのブリケットができるようにする。尚、調整板３の形状は、本実施形態で示した薄板状に限らず、断面が逆三角形或いは楔形のものでもよい。
【００２８】
尚、これまで述べてきたブリケッティングマシン及びブリケットの製造方法は、上述のように粉状の石炭を圧縮成形して石炭ブリケットを製造する場合に限らず、他の粉体を圧縮成形してブリケットを製造する場合にも有効である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成により過剰な圧縮力を防止し、ブリケットを最適な圧縮力で成形する事が可能な大ロール径即ち大容量のブリケッティングマシンを提供する事ができる。
【００３０】
特に、本発明によるならば、ロール径が６００ｍｍ以上の大容量のブリケットマシンで小形ブリケットを製造する場合、過剰な圧縮力によりブリケットが破損したり、クラックが発生したりしないようにする事ができ、さらに、２つのロール間隙が、ロールが後退する事により大きく開いてしまわないようにする事ができる。
また、請求項１によるならば、製造されたブリケットの両端部の強度が、中央部より弱くならないように調整する事ができる。
【００３１】
また、請求項２によるならば、ブリケットの体積や、原料の粒度，湿分，硬さ等に応じて、ロール間への粉体の食い込み量が最適となるように、調整する事ができる。
また、請求項３によるならば、装置組立後でも調整板の長さを調整する事ができる。
【００３２】
そして、本発明によるならば、低品位の石炭であっても石炭中の灰分と脱硫剤が反応し、難燃性の従来型ブリケットに比べ、衝撃或いは曲げ力に対する抵抗が弱くならないブリケットを製造する事ができ、燃焼炉内での燃焼空気の流れ抵抗が少なく、燃焼完了時間が短くて、しかもブリケット中心部での燃え残りが少ない小形石炭ブリケットを製造する事ができる。
【００３３】
石炭の埋蔵量は、石油と比較して数倍であり、また、石油のように片寄った地域ばかりでなく、世界各所から産出しており、重要なエネルギー資源であるが、灰分，硫黄分の多い低品位炭の産出量も多い。世界的な民度の向上と共に、エネルギー需要は急速に増加して行くであろうと思われ、この燃焼性の良くない低品位炭を、如何に効率よく利用するかは、ＣＯ₂ 環境対策を含め、大きな問題といえる。
【００３４】
運搬過程では粉化される事が少ない硬いブリケットで、燃焼時にはＳＯｘ発生を抑制し、しかも燃焼効率を上げる本技術は、環境，エネルギー対策のみならず、経済的にも利益の大きいものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のブリケッティングマシンの全体構成を示す模式図。
【図２】調整板の取り付け部の詳細を模式的に示す図。
【図３】ブリケッティングマシンのロール部分を模式的に示す正面図。
【符号の説明】
１ロール
２フィーダースクリュー
３調整板
４，５フィーダーベース
６フランジ
７ボルト
１１フィーダー
１２上蓋
１３原料入口
１４軸受け部
１５架台
１６，１６′ 溝
Ｐポケット

Claims

回転する２つのロール間に粉体を供給して圧縮成形し、ブリケットを製造するブリケッティングマシンにおいて、
前記ロール間に前記粉体を供給するスクリュー出口端からロールの圧縮領域内に、該粉体の前記ロール間への食い込み量を調整するための調整板を、前記ロールの軸方向に沿わせて設け、
前記調整板の前記ロール軸方向両側端部に近い部分と前記ロール間との距離を、前記調整板の前記ロール軸方向中央部と前記ロール間との距離よりも長くする事により、前記粉体の前記ロール間への食い込み量が前記ロール軸方向に沿って均一となるようにした事を特徴とするブリケッティングマシン。
前記調整板と前記ロール間との距離を変更する事により、前記食い込み量を調整する事を特徴とする請求項１に記載のブリケッティングマシン。
前記調整板は外部から長さの異なる調整板に取り替え可能である事を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のブリケッティングマシン。