JP4562871B2

JP4562871B2 - 分級装置および竪型ミル

Info

Publication number: JP4562871B2
Application number: JP2000202371A
Authority: JP
Inventors: 豊竹野; 浩明金本; 光太郎佐古田; 秀雄三井; 忠長谷川
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2000-07-04
Filing date: 2000-07-04
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2020-07-04
Also published as: JP2002018301A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭等の粒状またはブロック状の原料を粉砕して所定粒度の微粉を取り出す竪型ミル等に適用される分級装置に係り、特に、遠心力によって粗粉と微粉とに分級可能な回転式分級機を有する分級装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９に、石炭焚ボイラシステムにおける燃料の前処理装置として使用されている竪型ミルとして竪型ローラミルの例を示す。
【０００３】
同図に示す竪型ミルには、粉砕テーブル２と粉砕ローラ３とを備えた粉砕部５の上方に分級部６が設置されている。この分級部６は、旋回フィンを有するサイクロン型の固定式分級機１０と、回転フィン２１を有して固定式分級機１０の内側に配置された回転式分級機２０とを備えている。
【０００４】
図９に示す竪型ミルの動作について説明すると、外部より給炭管１を介して竪型ミル内に供給された被粉砕物である原炭５０は、回転している粉砕テーブル２の中心部に落下した後、粉砕テーブル２の回転に伴う遠心力により粉砕テーブル２上を渦巻き状の軌跡を描いて外周側へ移動し、粉砕テーブル２と粉砕ローラ３との間にかみ込まれて粉砕される。粉砕された石炭は、粉砕テーブル２の周囲に配設されているスロート４に導入された熱風５１によって乾燥されながら竪型ミル内の上方へ吹き上げられる。吹き上げられた石炭粉のうち粒径が大きいものは、分級部６まで搬送される途中で重力により落下し、粉砕部５に戻される（一次分級）。分級部６に到達した石炭粉は、固定式分級羽根１２（固定フィンとも称する）を有する固定式分級機１０および回転式分級羽根２１（回転フィンとも称する）を有する回転式分級機２０によって所定粒径以下の微粉炭と所定粒径以上の粗粉炭とに分級され、粗粉炭は固定式分級機１０のコーン部１１の内側に沿って落下し、再び粉砕部５にて粉砕される。一方、分級部６を出た微粉炭は、送炭管３０を経て図示しないボイラ装置の微粉炭燃焼バーナへと送られる。送炭管３０から送られる微粉炭の粒度は、回転式分級機２０の回転数を調整することによって制御できる。粒度は、例えば２００メッシュパスを７５ミクロンの粒径の微粉炭が８０％通過したとしたとき、そのパスにおける粒度は８０％となる。回転式分級機２０の回転数を上げると、遠心力の増大により粗い粒径のものは分級されて落下し易くなるので、微粉の通過する割合、すなわち粒度を高くすることができる。逆に回転数を下げると、遠心力の縮小により粗い粒径が分級されにくくなるので、粒度は小さくなる。
【０００５】
なお、競争が激化している近年の電力市場において、石炭焚ボイラでは、ボイラプラント全体のコスト低減を促進するため、ボイラの小型化や発電効率の向上が強く望まれている。それゆえ、石炭焚ボイラに燃料である微粉炭を供給する竪型ミルに対しては、ボイラ装置内での燃焼時間を短縮化するために微粉炭の粒径をさらに細かくしたり、燃焼に悪影響を及ぼす粗粉の混入割合を少なくすることが要求されている。また、ボイラの発電効率を向上させるために、竪型ミルのモータ動力や、ミル内における空気の圧力損失を低減することによって、竪型ミルの運用動力を抑えることも要求されている。
【０００６】
上述したように、粉砕部５で粉砕された粒子（石炭）は、スロート４に導入された熱風により乾燥されながら巻き上げられ、重力による一次分級（図１０の符号５２）を受ける。図１０は、一次分級を通過して分級部６へ吹き上げられてくる固気二相流の流動形態を示しており、分級部６へ到達した粒子の大半は、慣性力により分級部上面板４０付近まで上昇して粒子濃度の高い固気二相流１５２となる。この固気二相流１５２は、分級部上面板４０に沿って流れて回転式分級機２０へと移動するので、回転式分級機２０の回転フィン２１の上部に高濃度の固気二相流１５２が流れ込むこととなる。しかしながら、従来型の回転式分級機２０は図１１に示すように、回転フィン２１の上側部分２２と下側部分２３が同形状であり、高濃度の固気二相流１５２が流れ込む回転フィン２１の上側部分２２において分級性能を高めようとして回転数を上げると、分級性能を高める必要のない回転フィン２１の下側部分２３において圧力損失を不必要に増加させてしまうという問題があった。逆に、回転式分級機２０の圧力損失を抑えようとして回転数を下げると、回転フィン２１の上側部分２２に十分な分級性能を確保することができなくなるので、粗粉が混入しやすくなり、竪型ミルから排出される微粉の粒度も粗くなる。
【０００７】
また、図１１に示すように回転フィン２１の上側部分２２と下側部分２３が垂直に設置されている回転式分級機２０の場合、高濃度の固気二相流１５２中の粒子５３が該上側部分２２に衝突した後、図１２に示すように水平に弾き返されて固気二相流１５２と干渉を起こしやすくなるので、粒子５３が再び回転フィン２１に向かって移動して分級性能を低下させやすい。したがって、要求される粒度分布の微粉炭を製造するためには、回転式分級機２０を高回転域で運用して分級性能を高めなければならないが、そうすると回転式分級機２０の圧力損失が増加してしまい、かつ回転式分級機２０のモータ動力が大きくなるので竪型ミルの運用動力が増加してしまうという問題が発生する。また、回転フィン２１に弾き返される多くの粒子５３が固気二相流１５２と干渉を起こすと、再循環する微粉炭の量が増えてミル差圧やミル粉砕動力にも悪影響を及ぼす。
【０００８】
これに対して特開平８−２６６９２３号公報に記載されている分級装置は、図１３に示すように、回転式分級機２０の回転フィン２１の板幅を上側部分が下側部分よりも幅広となる形状とすることで、分級性能の向上を図っている。すなわち、回転フィン２１の上側部分の板幅が広げてあると、高濃度の固気二相流が流れ込む回転フィン２１の上側部分で粒子との衝突確率が増大するため、分級性能を高めることができ、一方回転フィン２１の下側部分では板幅が狭いため、圧力損失を抑えることができる。なお、図１１〜図１３中の矢印２４は、回転フィン２１の回転方向を示している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特開平８−２６６９２３号公報記載の分級装置（公知例）では、回転式分級機の回転フィンの上側部分の板幅を広げることで分級性能の向上を図っているが、こうすると回転フィンの上側部分で空気の流路が狭くなるため、そこへ流入する固気二相流の流速が増加する。それゆえ、この公知例は回転式分級機を低回転域で運用した場合に、固気二相流中の粒子が回転フィンを通過しやすくなって、分級性能が低下するという問題があった。図５は、回転式分級機の回転数に応じて製品微粉中の２００メッシュパス（７５μｍ以下の粒子）の割合がどのように変化するかを測定した試験結果である。なお、図５は定格運転時、例えばミル負荷１００％のときの２００メッシュパスで無次元化したものである。同図に示すように、回転式分級機の回転数を高くして運用した場合（右方向）には、本公知例（点線で示す）では前記従来例（図１１，１２参照、実線で示す）よりも２００メッシュパスの割合（微粉粒度）を高くでき、分級性能を向上させることができるが、回転式分級機を低回転域で運用した場合には、本公知例は分級性能が大幅に低下するため、前記従来例よりも２００メッシュパスの割合がむしろ低くなってしまう。
【００１０】
本発明はこのような従来技術の課題に鑑みてなされたもので、その目的は、回転式分級機の分級性能が高くて、製品微粉の品質向上やモータ動力の低減化が図りやすい分級装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明は、下方より吹き上げられてくる固気二相流を、円筒状に配置した回転フィンを有する１つの回転式分級機へ導いて前記固気二相流中の粒子をその大きさにより分級する分級装置において、粒子濃度の高い固気二相流が流れ込む前記回転フィンの上側部分を、当該回転フィンの下側部分よりも該回転フィンの回転方向側へ大きく傾くように設定した。
【００１２】
このように回転式分級機の回転フィンの上側部分が下側部分よりも回転方向側へ大きく傾けてあると、高濃度の固気二相流が流れ込む回転フィンの上側部分で分級性能が向上し、かつ高い分級性能が要求されない回転フィンの下側部分では圧力損失の増加が抑えられる。また、回転フィンの上側部分で固気二相流の流速が特に増加するわけではないので、回転式分級機を低回転域で運用しても良好な分級性能が得られる。その結果、同一運用条件において、製品微粉の粒度が細かくなり、粗粉の混入割合も少なくなる。また、回転式分級機を低回転域で運用しても所望の粒度分布が確保できるので、回転式分級機の回転数を下げることによって圧力損失やモータ動力を低減させることができる。さらに、回転フィンの上側部分が粒子を斜め下方へ弾き返すので、これら粒子が固気二相流と干渉を起こしにくくなって高効率な分級が行えるとともに、ミル内を再循環する微粉の量が減ってミル差圧やミル粉砕動力も低減する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態例に係る回転式分級機の回転フィン形状を示す説明図、図４は同実施形態例における回転フィン近傍での粒子挙動を示す説明図であり、図１１〜図１３と対応する部分には同一符号が付してある。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態例における回転式分級機２０の回転フィン形状は、回転フィン上側部分２２を分級機回転方向２４側へ向けてα度傾け、かつ回転フィン下側部分２３を垂直に設置するというものである。
【００１５】
このように、回転フィン上側部分２２を分級機回転方向２４側へ傾けて回転フィン下側部分２３よりも長くしてあると、回転式分級機２０を外周側から中心軸方向に向かって見たときの投影面積が回転フィン上側部分２２において大きくなる。それゆえ、回転フィン上側部分２２が固気二相流１５２中の粒子５３と衝突しやすくなって、高濃度の固気二相流１５２が流れ込む回転フィン上側部分２２における分級性能が高まる。しかも、回転フィン上側部分２２に衝突した粒子５３には下向きの速度成分が与えられるので、下方に向かって弾き返された粒子５３が固気二相流１５２の流れに同伴するという干渉が起こりにくく、よって分級性能が損なわれず、高効率な分級を継続することができる。一方、低濃度の固気二相流しか流入しない回転フィン下側部分２３は、高い分級性能が要求されないため、圧力損失が抑制しやすい従来型の形状にしてある。その結果、本実施形態例においては、分級性能を向上させつつ圧力損失の増加が抑えられており、また、回転フィン上側部分２２で固気二相流１５２の流速が特に増加するわけではないので、回転式分級機２０を低回転域で運用しても良好な分級性能を確保することが可能である。
【００１６】
図２は本発明の他の実施形態例に係る回転式分級機の回転フィン形状を示す説明図であり、回転式分級機２０の回転フィン２１が上側ほど大きく傾くように湾曲させてある。すなわち、この実施形態例では回転フィン２１の形状が、最下部では略垂直であるが、上側へ行くにつれて分級機回転方向２４側へ徐々に傾きを増すように設定してあり、回転フィン２１の上側部分では分級機回転方向２４側へ図１中の角度αと同程度傾けてある。
【００１７】
図３は本発明のさらに他の実施形態例に係る回転式分級機の回転フィン形状を示す説明図である。この実施形態例では、回転式分級機２０の回転フィン上側部分２２が分級機回転方向２４側へα₁度傾けてあるとともに、回転フィン下側部分２３が分級機回転方向２４側へα_２度傾けてあり、（α₁−α_２）の値を図１中の角度αと同程度に設定してある。
【００１８】
図５の特性図は前述したように、回転式分級機の回転数に応じて製品微粉中の２００メッシュパス（７５μｍ以下の粒子）の割合がどのように変化するかを測定した試験結果である。同図に示すように、本発明を適用した場合、通常運用の回転域であっても低回転域であっても、前記従来例や前記公知例と比べて２００メッシュパスの割合が高く、分級性能が向上していることがわかる。したがって本発明によれば、同一運用条件下で製品微粉の粒度を細かくすることができ、また、必要とされる粒度分布の製品微粉を生成にする際に、前記従来例や前記公知例よりも低い回転数で運用できるため回転式分級機のモータ動力を低減することができる。
【００１９】
図６は、製品微粉中の２００メッシュパスの割合に応じて製品微粉中の１００メッシュ残（１５０μｍ以上の粒子）の割合がどのように変化するかを測定した試験結果であり、製品微粉中に粗粉がどの程度混入しているかを示している。同図に示すように、本発明を適用した場合、前記従来例と比べて、２００メッシュパスの割合が同じであっても粗粉の混入割合が低減しており、燃焼への悪影響が少なくなることがわかる。
【００２０】
図７は、製品微粉中の２００メッシュパスの割合に応じて回転式分級機の分級機差圧がどのように変化するかを測定した試験結果である。同図に示すように本発明を適用した場合、同一粒度の微粉を製造する際に、前記従来例と比べて分級機差圧が低減することがわかる。
【００２１】
図８は、回転フィン下側部分に対する回転フィン上側部分の分級機回転方向側への傾き角度αを変化させたときに、製品微粉中の２００メッシュパスの割合と回転式分級機の分級機差圧とがそれぞれどのように変化するかを測定した試験結果である。同図に示すように、２００メッシュパスの割合は角度αが５°以上になるとはっきり増加するが、角度αが４５°以上になると分級機差圧が急増してしまうことがわかる。それゆえ、分級機差圧の増加を抑制しつつ微粉粒度を細かくするという要望に応えるためには、角度αを５°〜４５°に設定しておくことが好ましい。
【００２２】
【発明の効果】
本発明による分級装置は以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２３】
回転式分級機の回転フィンの上側部分が下側部分よりも回転方向側へ大きく傾けてあるので、高濃度の固気二相流が流れ込む回転フィンの上側部分で分級性能が向上し、かつ高い分級性能が要求されない回転フィンの下側部分では圧力損失の増加が抑えられる。また、回転フィンの上側部分で固気二相流の流速が特に増加するわけではないので、回転式分級機を低回転域で運用しても良好な分級性能が得られる。それゆえ、本発明を適用することにより、同一運用条件において、製品微粉の粒度が細かくなり、粗粉の混入割合も少なくなる。また、回転式分級機を低回転域で運用しても所望の粒度分布が確保できるので、回転式分級機の回転数を下げることによって圧力損失やモータ動力を低減させることができる。
【００２４】
しかも、本発明では回転フィンの上側部分が粒子を斜め下方へ弾き返すため、これら粒子が固気二相流と干渉を起こしにくくなって高効率な分級が行えるとともに、ミル内を再循環する超微粉の量が減ってミル差圧やミル粉砕動力が低減する。これはまた、粉砕テーブル上にある被粉砕物中の微粉の割合が少なくなるということでもあるので、自励振動が発生しにくくなってミルの安定運用が可能となる。
【００２５】
さらにまた、本発明を適用することにより、ミル全体の分級性能において回転式分級機の分級性能を支配的とし、重力分級(一次分級)性能の影響を小さくすることができるので、ミルの大部分を占める重力分級空間を小さくして、ミル全体をコンパクトにすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例に係る回転式分級機の回転フィン形状を示す説明図である。
【図２】本発明の他の実施形態例に係る回転式分級機の回転フィン形状を示す説明図である。
【図３】本発明のさらに他の実施形態例に係る回転式分級機の回転フィン形状を示す説明図である。
【図４】図１に示す実施形態例における回転フィン近傍での粒子挙動を示す説明図である。
【図５】分級機回転数と製品微粉中の所望粒度の微粉の割合との関係を測定した試験結果である。
【図６】製品微粉中の粗粉の混入度を測定した試験結果である。
【図７】製品微粉中の所望粒度の微粉の割合と分級機差圧との関係を測定した試験結果である。
【図８】回転フィン上側の下側に対する傾き角度に応じて変化する製品微粉中の所望粒度の微粉の割合と分級機差圧とを測定した試験結果である。
【図９】回転式分級機を備えた竪型ローラミルの一例を示す構成説明図である。
【図１０】竪型ローラミルの分級部における固気二相流の流動形態を示す説明図である。
【図１１】従来型の回転式分級機の回転フィン形状を示す説明図である。
【図１２】従来型の回転式分級機の回転フィン近傍での粒子挙動を示す説明図である。
【図１３】公知例における回転式分級機の回転フィン形状を示す説明図である。
【符号の説明】
１給炭管
２粉砕テーブル
３粉砕ローラ
４スロート
５粉砕部
６分級部（分級装置）
１０固定式分級機
１１コーン部
１２固定式分級羽根（固定フィン）
２０回転式分級機
２１回転式分級羽根（回転フィン）
２２回転フィン上側部分
２３回転フィン下側部分
２４分級機回転方向
３０送炭管
４０分級部上面板
５０原炭
５１熱風
５２固気二相流
５３粒子

Claims

下方より吹き上げられてくる固気二相流を、円筒状に配置した回転フィンを有する１つの回転式分級機へ導いて前記固気二相流中の粒子をその大きさにより分級する分級装置において、
粒子濃度の高い固気二相流が流れ込む前記回転フィンの上側部分を、当該回転フィンの下側部分よりも該回転フィンの回転方向側へ大きく傾くように設定したことを特徴とする分級装置。
請求項１に記載の分級装置において、前記回転フィンの上側部分が下側部分よりも、該回転フィンの回転方向側へ５度以上かつ４５度以下大きく傾くように設定したことを特徴とする分級装置。
請求項１に記載の分級装置において、前記回転フィンの上側部分を回転フィンの回転方向側へ傾くように設置し、前記回転フィンの下側部分を垂直に設置したことを特徴とする分級装置。
請求項１に記載の分級装置において、前記回転フィンの上側部分を回転フィンの回転方向側へα ₁ 度傾くように設置し、前記回転フィンの下側部分を回転フィンの回転方向側へα ₂ 度傾くように設置して、前記（α ₁ −α ₂ ）の値が５度以上かつ４５度以下であることを特徴とする分級装置。
粉砕部の上方に分級部が設置されている竪型ミルにおいて、前記分級部に請求項１または２に記載の分級装置を備えたことを特徴とする竪型ミル。