JP4638708B2 - ミル装置ならびにそれを備えた石炭焚ボイラ設備 - Google Patents

Description

本発明は、例えば石炭、セメント、クリンカ、各種工業材料などを粉砕するミル装置に係り、特にそれのミル入口温度制御装置に関する。

石炭焚ボイラ設備に付設するミル装置は図４に示すように、熱空気１の流量を熱空気ダンパ３により、冷空気２の流量を冷空気ダンパ４により、それぞれ調節し、熱空気ダクト５と冷空気ダクト６の合流部７で両者が混合され、ミル入口部９に導入される。

ミル８の内部では別の系統から投入された石炭が粉砕ローラ（または粉砕ボール）によって微粉炭化され、ミル入口部９から導入された前記空気により乾燥（暖気）されながらミル出口部１０に搬送され、微粉炭管１１を経由して石炭バーナ１２へ導かれ、火炉１３で燃焼に供される。

この際に微粉炭およびその搬送空気が適切な温度に加温されないと、石炭バーナ１２での冷却を招き、燃焼不良となる。そのためミル出口部１０に設置したミル出口温度計５２により微粉炭と搬送空気の温度を計測して、信号設定器５４によって設定されているミル出口温度設定値５９と減算器５３で差分を演算し、その偏差信号５５を比例・積分制御器５６にかけ、冷空気ダンパ４の開度指令信号５７とするミル入口（出口）温度フィードバック制御系を構成して空気温度制御している。

なお、この際に冷空気ダンパ４の開度指令信号５７に対して逆特性を持たせる関数発生器５８を設置して、その出力信号を用いて熱空気ダンパ３を動作させることにより、熱空気１と冷空気２の流量の比率を制御する方式をとるのが一般的である。

近年、石炭燃料のコストダウンを追求する傾向により、水分含有量が多く且つ低燃比炭、すなわち、亜瀝青炭と称される石炭を使用するニーズが高まっているが、そのような燃料を使用した場合、水分量の多さにより、その潜熱分が前記したミル暖気時の熱を大量に消費するため、ミル出口温度が上がりにくい状態となる。

そのため、前記従来技術によるミル入口（出口）温度フィードバック制御のままであると、その制御動作により、ミル出口温度の不達分に対して冷空気２を減少し、熱空気１を増加させる動作で補償を繰り返し、結果的にミル入口部９の空気温度が非常に高い状態でバランスすることになる。このようになると、最悪の場合、石炭の発火温度を超えて発火事故を起すことになり、ミル入口温度が過剰に上昇することを防止しなければならない。

このような問題に対処するため、下記特許文献１に記載されているような提案がある。この提案では、ミル入口温度が上昇したことを検知すると、一旦、熱空気ダンパ３と冷空気ダンパ４の開度調整を中止してミル出口温度制御を中止すると共に、ミル入口空気温度偏差信号５５に応じてミル一次空気流量を増加するように制御するものである。
特開平１０−２８１４５３号公報

前記特許文献１記載のものでは、次のような問題点がある。
（１） 熱空気ダンパ３と冷空気ダンパ４の開度調整を中止するだけなので、基本的に一旦上昇したミル入口温度を下げるものではなく、ミル入口部での発火危険状態から離脱できない可能性がある。

（２） ミル入口空気温度偏差信号５５に応じてミル一次空気流量を増加させることにより、燃焼排ガス中に含まれる窒素酸化物の温度上昇などの悪影響が懸念される。

（３） ミル一次空気流量の増加は、ミル内に投入される熱量の絶対的な量を増加することになり、ミル入口部を含めたミル内部の全体的な温度上昇を招き、最悪の場合、発火危険状態がさらに促進される。

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、安全でかつ安定な運転ができるミル装置ならびにそれを備えた石炭焚ボイラ設備を提供することにある。

前記目的を達成するため本発明の第１の手段は、例えば熱空気ダクト、冷空気ダクトならびに合流部などを有する熱空気と冷空気を混合する空気混合手段と、
その空気混合手段で混合された混合空気を導入して、内部で粉砕した粉砕物を前記混合空気で乾燥するとともに、外部の粉砕物供給先に気相搬送するミルと、
ミル出口側の搬送空気温度を計測するミル出口温度計測手段と、
ミル出口温度を設定するミル出口温度設定手段と、
前記ミル出口温度計測値とミル出口温度設定値の偏差を求める減算手段と、
その減算手段からの偏差信号に基づいて前記空気混合手段による熱空気と冷空気の混合流量比率を調整する例えば熱空気ダンパや冷空気ダンパなどを有する流量比率調整手段とを備えたミル装置を対象とするものである。

そして前記混合空気のミル入口空気温度を計測するミル入口温度計測手段と、
ミル入口温度を設定するミル入口温度設定手段と、
前記ミル入口温度計測値とミル入口温度設定値とを比較して、ミル入口温度計測値がミル入口温度設定値以上になったことを検知する例えばモニタリレーなどの検知手段と、
その検知手段からの制御信号によって前記ミル出口温度設定手段のミル出口温度設定値を下げる例えばフリップ・フロップ回路ならびにアナログスイッチなどのミル出口温度設定値変更手段とを備えたことを特徴とするものである。

本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記ミル出口温度設定値変更手段によりミル出口温度設定値を下げた状態からミル出口温度設定値を元の値に戻す例えばモニタリレー、フリップ・フロップ回路ならびにアナログスイッチなどの設定値復帰手段を設けたことを特徴とするものである。

本発明の第３の手段は前記第１の手段において、前記ミル出口温度設定値変更手段によりミル出口温度設定値を下げる際に規定の変化率で設定値を徐々に下げる例えば変化率制限器などの変化率制限手段と、
その変化率制限手段によってミル出口温度設定値を下げている途中で前記ミル入口温度計測値がミル入口温度設定値まで下がると、ミル出口温度設定値を下げる動作を中止して、その時点のミル出口温度設定値をホールドする例えばＮＯＴ回路、ＡＮＤ回路ならびにＯＮディレータイマーなどからなる設定値ホールド手段を設けたことを特徴とするものである。

本発明の第４の手段は前記第１の手段において、粉砕物が石炭で、その粉砕物の供給先が石炭焚ボイラ設備であって、前記ミル入口温度設定値が石炭発火温度よりも低い温度であることを特徴とするものである。

本発明の第５の手段は、石炭を粉砕して微粉炭を生成するとともに入口空気温度を制御するミル装置と、そのミル装置から気相搬送された微粉炭を燃焼するバーナを有する火炉とを備えた石炭焚ボイラ設備において、前記ミル装置が前記第１ないし第４の手段のミル装置であることを特徴とするものである。

本発明は前述のような構成になっており、ミル入口温度の過剰上昇による発火事故が有効に防止できて、ミル出口温度制御が継続できるため、安全かつ安定な運転が可能である。

本発明の実施形態を図と共に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るミル入口温度制御系統図である。

熱空気１の流量を熱空気ダンパ３により、冷空気２の流量を冷空気ダンパ４によりそれぞれ調節し、熱空気ダクト５と冷空気ダクト６の合流部７で両者が混合され、ミル入口部９に導入される。

ミル８の内部では別の系統から投入された石炭が粉砕ローラ（または粉砕ボール）によって微粉炭化され、ミル入口部９から導入された前記空気により乾燥（暖気）されながらミル出口部１０に搬送され、微粉炭管１１を経由して石炭バーナ１２へ導かれ、火炉１３での燃焼に供される。

この際に微粉炭およびその搬送空気が適切な温度に加温されないと、石炭バーナ１２での冷却を招き、燃焼不良となる。そのためミル出口部１０に設置したミル出口温度計５２により微粉炭と搬送空気の温度を計測する。

一方、ミル入口部９にミル入口温度計５１を設置し、それで検出されたミル入口温度測定値６０をモニタリレー６１に与えて、石炭発火温度よりも低いミル入口温度設値以上になったかどうかを判断する。なお、ミル入口温度設値は信号設定器６３によってモニタリレー６１に与えられ、前記ミル入口温度測定値６０がミル入口温度設値以上になると、その判断信号に基づいてフリップ・フロップ回路６５をセットする。

フリップ・フロップ回路６５がセットされると、アナログスイッチ６８の出力が信号設定器６７で与えられる「０℃」の値から信号設定器６６で与えられる「−α℃」の値に切り替わり、急激な変化を抑制するため変化率制限器６９を経て加算器７０に入力される。加算器７０では信号設定器５４によって予め設定されているミル出口温度設定値５９に前記「−α℃」の値が加算されてミル出口温度設定値５９がα℃だけ下げられ、その結果が減算器５３に入力されてミル出口温度計測値との差分が演算される。

その偏差信号５５を比例・積分制御器５６にかけ、冷空気ダンパ４の開度指令信号５７とするミル入口（出口）温度フィードバック制御系を構成している。

なお、この際に冷空気ダンパ４の開度指令信号５７に対して逆特性を持たせる関数発生器５８を設置して、その出力信号を用いて熱空気ダンパ３を動作させることにより、熱空気１と冷空気２の流量の比率を制御するようになっている。

先に述べたフィードバック制御動作が行われて、ミル入口温度が低下していき、ミル出口温度設定値５９がα℃下げられたのに応じたバランス温度に落ち着き目的を達する。

この状態から状況が変化し、ミル入口温度が低下するとミル出口温度設定値を元の値に戻すことになるが、その際は先のミル入口温度が上昇する際の設定値に比べて十分低い値の設定値を信号設定器６４で設定しておき、ミル入口温度測定値６０がこの値以下になったことをモニタリレー６２で検知し、フリップ・フロップ回路６５をリセットする。そしてアナログスイッチ６８の信号を「０℃」側の信号設定器６７の信号に切替えて、変化率制限器６９を経て、加算器７０に加算される。これにより、通常のミル出口温度制御に復帰する。

図２は、本発明の第２実施形態に係るミル入口温度制御系統図である。前記第１実施形態では、ミル入口温度が低下して信号設定器６４によって設定されているミル入口温度設定値以下に到達したことを検出して、ミル出口温度設定値を自動的に通常の設定値に戻した。

この第２実施形態ではオペレータの判断で、通常のミル出口温度設定値に戻すことができるようにフリップ・フロップ回路６５をリセット側に押しボタン７１あるいは手動切り替えスイッチの接点信号をフリップ・フロップ回路６５に入力する構成になっている。他の構成ならびに動作は前記第１実施形態と同様であるので、それらの説明は省略する。

図３は、第３実施形態に係るミル入口温度制御系統図である。図中の符号８１はＮＯＴ回路、８２はＡＮＤ回路、８３はＯＮディレータイマーである。

この実施形態は、ミル入口温度が信号設定器６３で与えられるミル入口温度設定値以上になったことをモニタリレー６１で検知し、フリップ・フロップ回路６５がセットされ、アナログスイッチ６８の選択信号が「−α℃」側に切り替わり、変化率制限器６９によりゆっくりと「０℃」側から「−α℃」に変化中に、信号設定器６３で与えられる設定値以下にした場合（「−α℃」側に切り替える判断の基準となった温度高の状態が回復した状況になったことを意味している）、変化率制限器６９の変化率の設定を０にし、その出力信号（その時点でのミル出口温度設定値）がホールドされ、ミル出口温度設定値がそれ以上下がらないようにする機能を、前記第１実施形態に付加したものである。

なお、前記第１実施形態と同様に状況が変化して、ミル入口温度が十分に低下した場合は、自動的に元のミル出口温度制御設定値に回復させるため、モニタリレー６２によりこれを検知し、フリップ・フロップ回路６５をリセットして、アナログスイッチ６８の選択を「０℃」側に切り替える機能を有している。

このように温度高の状態が正常範囲に回復した時点で、ミル出口温度制御設定値をそれ以上低下させないようにすることで、石炭バーナ１２に送り込む微粉炭と搬送空気の温度が必要以上に低下するのを防止し、燃焼性能の悪化を可及的に防止するのに効果がある。

瀝青炭や亜瀝青炭でも含有する水分量にはばらつきがあリ、ミル入口温度の上昇傾向の程度に差があるため、本発明の実施形態ではその状況に応じたミル入口温度制御が可能である。

前記実施形態では粉砕物として石炭を用いる例を示したが、本発明のミル装置はこれに限定されるものできなく、例えばセメント、クリンカ、各種工業材料など他の粉砕物を粉砕するミル装置にも適用可能である。

本発明の第１実施形態例に係るミル入口温度制御系統図である。 本発明の第２実施形態例に係るミル入口温度制御系統図である。 本発明の第３実施形態例に係るミル入口温度制御系統図である。 従来技術に係るミル入口温度制御系統図である。

符号の説明

１：熱空気、２：冷空気、３：熱空気ダンパ、４：冷空気ダンパ、５：熱空気ダクト、６：冷空気ダクト、７：合流部、８：ミル、９：ミル入口部、１０：ミル出口部、１１：微粉炭管、１２：石炭バーナ、１３：火炉、５１：ミル入口温度計、５２：ミル出口温度計、５３：減算器、５４：信号設定器、５５：偏差信号、５６：比例・積分制御器、５７：開度指令信号、５８：関数発生器、５９：ミル出口温度設定値、６０：ミル入口温度測定値、６１：モニタリレー、６２：モニタリレー、６３：信号設定器、６４：信号設定器、６５：フリップ・フロップ回路、６６：信号設定器、６７：信号設定器、６８：アナログスイッチ、６９：変化率制限器、７０：加算器、７１：押しボタン、８１：ＮＯＴ回路、８２：ＡＮＤ回路、８３：ＯＮディレータイマー。

Claims (5)

1. 熱空気と冷空気を混合する空気混合手段と、
   その空気混合手段で混合された混合空気を導入して、内部で粉砕した粉砕物を前記混合空気で乾燥するとともに、外部の粉砕物供給先に気相搬送するミルと、
   ミル出口側の搬送空気温度を計測するミル出口温度計測手段と、
   ミル出口温度を設定するミル出口温度設定手段と、
   前記ミル出口温度計測値とミル出口温度設定値の偏差を求める減算手段と、
   その減算手段からの偏差信号に基づいて前記空気混合手段による熱空気と冷空気の混合流量比率を調整する流量比率調整手段とを備えたミル装置において、
   前記混合空気のミル入口空気温度を計測するミル入口温度計測手段と、
   ミル入口温度を設定するミル入口温度設定手段と、
   前記ミル入口温度計測値とミル入口温度設定値とを比較して、ミル入口温度計測値がミル入口温度設定値以上になったことを検知する検知手段と、
   その検知手段からの制御信号によって前記ミル出口温度設定手段のミル出口温度設定値を下げるミル出口温度設定値変更手段と
   を備えたことを特徴とするミル装置。
2. 請求項１記載のミル装置において、
   前記ミル出口温度設定値変更手段によりミル出口温度設定値を下げた状態からミル出口温度設定値を元の値に戻す設定値復帰手段を設けたことを特徴とするミル装置。
3. 請求項１記載のミル装置において、
   前記ミル出口温度設定値変更手段によりミル出口温度設定値を下げる際に規定の変化率で設定値を徐々に下げる変化率制限手段と、
   その変化率制限手段によってミル出口温度設定値を下げている途中で前記ミル入口温度計測値がミル入口温度設定値まで下がると、ミル出口温度設定値を下げる動作を中止して、その時点のミル出口温度設定値をホールドする設定値ホールド手段を設けたことを特徴とするミル装置。
4. 請求項１記載のミル装置において、
   前記粉砕物が石炭で、その粉砕物の供給先が石炭焚ボイラ設備であって、
   前記ミル入口温度設定値が石炭発火温度よりも低い温度であることを特徴とするミル装置。
5. 石炭を粉砕して微粉炭を生成するとともに入口空気温度を制御するミル装置と、
   そのミル装置から気相搬送された微粉炭を燃焼するバーナを有する火炉とを備えた石炭焚ボイラ設備において、
   前記ミル装置が請求項１ないし４のいずれか１項記載のミル装置であることを特徴とする石炭焚ボイラ設備。

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