JP5857629B2 - バイオマスミル - Google Patents

Description

本発明は、木質系バイオマスをボイラ燃料として粉砕するバイオマスミル、特に木質チップ、木質ペレットを燃料とするバイオマスミルに関するものである。

現在、ボイラの固形燃料として使用されているのは、主に石炭であるが、ＣＯ2 の削減対策として、再生可能で環境負荷の少ない木質系バイオマスを燃料とすることが検討されている。

木質系バイオマスをボイラの燃料とするには、木質チップ、木質ペレット等の木質系バイオマスをバーナで燃焼可能な様に粉砕する必要がある。

石炭に木質系バイオマスミルを混合して燃料とする場合、木質系バイオマスの混合量が少なければ既存の石炭ミルにより混合粉砕することも可能であるが、木質系バイオマスの使用量が多くなると、石炭との混合粉砕を行うことができず、木質系バイオマス単独で粉砕する必要がある。

又、木質系バイオマスを粉砕する装置として石炭粉砕用の石炭ローラミルを基本とした粉砕装置とすることが、大きな改良、大きな設備変更をすることなく低コストで可能となる。

石炭ローラミルを用いて石炭の粉砕を行う際には、石炭供給装置から塊状の石炭が粉砕テーブルの中央に投下され、テーブル駆動装置によって前記粉砕テーブルが回転され、該粉砕テーブルの回転によって外周方向に移動した石炭が、回転自在に設けられた加圧ローラに噛込まれることで粉砕される。

粉砕された石炭粒は、前記粉砕テーブルの回転により更に外周方向へと移動され、吹き出し口より高速で噴出される１次空気によって上方へと吹き上げられ、送給管よりバーナに送給される。

従来の石炭ローラミルの場合、１次空気の吹き出し口は、粉砕テーブルの周囲に設けられ、粉砕テーブルの周囲から１次空気が吹き出す様になっており、１次空気に吹き上げられた石炭粒はミル内を旋回しながら上昇する。

然し乍ら、木質系バイオマスを単独で粉砕する場合、或は石炭に対し木質系バイオマスの混合比率が大きくなると、木質系バイオマスは軽量であると共に繊維質で互いに絡合う為、前記粉砕テーブルの回転遠心力による移動が石炭に比べて円滑に行われない。

又、木質系バイオマス、例えば木質チップは石炭に比べ、その粉砕性の悪さから粉砕に掛る時間を要し、ミル内部で循環する回数が石炭よりも多いと考えられている。

更に、１次空気に吹き上げられる木質系バイオマスは、ミル内を旋回しながら上昇する為、流路が長くなることで木質系バイオマスがミル外に排出され難くなり、ミル内に滞留してミル内の差圧上昇の原因となり、送風動力が増大すると共に前記テーブル駆動装置の動力が増大する。該テーブル駆動装置の動力増大により、木質系バイオマスの粉砕容量は石炭の粉砕容量の１０％程度迄制限されることになる。

上記した様に、前記竪型ミル、又は同等の構造を有するミルに木質系バイオマスを供給して粉砕した場合、ミルの木質系バイオマスが石炭とは異なった挙動を呈し、充分な粉砕効率、粉砕容量が得られないという問題があった。

尚、特許文献１には、表層が軟鋼等の母材金属からなるミルローラの表面に、該ミルローラの軸方向に延びる多数の溝を形成し、各溝内に耐摩耗性金属を充填することで、使用によりミルローラ表面に凹凸が生じ、材料の噛込みがよくなり粉砕効率を向上させる粉砕機に使用される破砕面部材が開示されている。

特開平７−５１５８５号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、木質系バイオマスを加圧ローラに効率よく噛込ませることで、粉砕効率の向上及び粉砕容量の増大を図るバイオマスミルを提供するものである。

本発明は、分級室を形成するハウジングと、該ハウジングの上部に収納された分級機と、前記ハウジングの下部に収納され、テーブル駆動装置によって駆動される粉砕テーブルと、該粉砕テーブルに押圧される加圧ローラを有する加圧ローラユニットと、前記粉砕テーブルの下方に形成され、１次空気が導入される１次空気室と、前記粉砕テーブルの周囲から１次空気を吹き出す吹き出し口と、前記粉砕テーブルの中心に木質系バイオマスを供給するシュートとを具備し、前記加圧ローラは径の異なる複数の円板を重合せて構成されたバイオマスミルに係るものである。

又本発明は、前記加圧ローラが大円板と、中円板と、小円板とで構成され、前記大円板の周面に、全周に亘って溝が刻設されたバイオマスミルに係るものである。

更に又本発明は、前記加圧ローラが大円板と、中円板と、小円板とで構成され、前記中円板の一方の面に傾斜面が形成され、前記小円板の一方の面に前記中円板の傾斜面とは逆の傾斜角を有する傾斜面が形成され、前記中円板と前記小円板は傾斜面同士が重合しているバイオマスミルに係るものである。

本発明によれば、分級室を形成するハウジングと、該ハウジングの上部に収納された分級機と、前記ハウジングの下部に収納され、テーブル駆動装置によって駆動される粉砕テーブルと、該粉砕テーブルに押圧される加圧ローラを有する加圧ローラユニットと、前記粉砕テーブルの下方に形成され、１次空気が導入される１次空気室と、前記粉砕テーブルの周囲から１次空気を吹き出す吹き出し口と、前記粉砕テーブルの中心に木質系バイオマスを供給するシュートとを具備し、前記加圧ローラは径の異なる複数の円板を重合せて構成されたので、該円板の縁部が木質系バイオマスの粉砕体層に対して圧下力を作用させることができ、木質系バイオマスを効率的に前記加圧ローラに噛込ませることで粉砕効率の向上を図ると共に、該加圧ローラが使用により摩耗した際に摩耗した円板のみを交換することで、保守コストの低減を図ることができるという優れた効果を発揮する。

本発明の第１の実施例に係る竪型ミルの概略立断面図である。 本発明の第１の実施例に係る加圧ローラの要部拡大図である。 （Ａ）は該加圧ローラの第１の変形例を示す要部拡大図であり、（Ｂ）は該加圧ローラの第２の変形例を示す要部拡大図である。 本発明の第２の実施例に係る竪型ミルの概略立断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

先ず、図１に於いて、本発明の第１の実施例に係る竪型ミル１について説明する。

中空構造又は脚構造の基台２に筒状のハウジング３が立設され、該ハウジング３によって密閉された空間が形成される。該空間の下部には減速機４を介して粉砕テーブル５が設けられ、前記減速機４はテーブル駆動モータ６によって駆動され、粉砕テーブル５は前記減速機４によって定速又は可変速で回転される。

前記粉砕テーブル５の上面には、断面が円弧状の凹溝７を有するテーブルセグメント８が設けられている。

前記粉砕テーブル５の回転中心から放射状に所要組数、例えば３組の加圧ローラユニット９が１２０°間隔で設けられている。該加圧ローラユニット９は、径の異なる複数の円板を重合せて構成された加圧ローラ１１を有し、ピボット軸１２を中心に傾動自在となっている。又、前記ハウジング３の下部には、該ハウジング３を放射状に貫通する３組のローラ加圧装置１３が設けられている。該ローラ加圧装置１３は、アクチュエータ、例えば油圧シリンダ１４を具備し、該油圧シリンダ１４によって前記加圧ローラ１１を前記凹溝７に押圧する様になっている。

前記粉砕テーブル５の下方には１次空気室１５が形成され、前記ハウジング３内部の前記粉砕テーブル５より上方は、分級室１６となっている。

前記ハウジング３の下部には１次空気供給口１７が取付けられ、該１次空気供給口１７は図示しない送風機に接続されると共に、前記１次空気室１５に連通している。前記粉砕テーブル５の周囲には、１次空気が前記ハウジング３の内壁に沿って吹き上がる様、垂直に形成された１次空気の吹き出し口１８が全周に設けられている。尚、前記吹き出し口１８は前記粉砕テーブル５の周面に設けられてもよく、或は前記ハウジング３側に設けられてもよい。

前記ハウジング３の上側には燃料給排部１９が設けられており、該燃料給排部１９の中心部を貫通する様にパイプ状のシュート２１が設けられ、該シュート２１は前記ハウジング３の内部に延出し、下端が前記粉砕テーブル５の中央上方に位置している。前記シュート２１には石炭や木質系バイオマス、例えば木質ペレットが供給され、供給された石炭や木質ペレットは前記粉砕テーブル５の中心部に落下する様になっている。

前記シュート２１には回転管２２が外嵌され、該回転管２２は回転管支持部２３に軸受け２４を介して回転自在に支持されている。前記回転管２２には、プーリ２５が設けられ、該プーリ２５とプーリ２６との間にはベルト２７が掛回され、前記プーリ２６は減速機２８の出力軸に嵌着されている。而して、前記回転管２２は前記減速機２８、前記プーリ２６、前記ベルト２７、前記プーリ２５を介して分級機モータ２９によって回転される様になっている。

又、前記回転管２２にはブレード３１が取付けられ、前記回転管２２、前記プーリ２５、前記プーリ２６、前記ベルト２７、前記減速機２８、前記分級機モータ２９、前記ブレード３１によって分級機３２が構成されている。

前記ブレード３１は短冊状であり、倒立円錐曲面上に円周方向に所定角度ピッチで配設される。又、前記ブレード３１は下端から上端に向って前記回転管２２から離反する様に傾斜しており、ブレード支持部３３を介して前記回転管２２に取付けられている。

前記燃料給排部１９には、粉砕された石炭や木質ペレット等の粉砕物を送給する粉砕物送給管３４が接続されており、該粉砕物送給管３４はボイラのバーナ（図示せず）に接続されている。

図２は、前記加圧ローラ１１の詳細を示している。

該加圧ローラ１１は、周面に全周に亘って溝３６が刻設された大円板３７と、該大円板３７を挾む様配置され、該大円板３７よりも径の小さい２枚の中円板３８，３８と、該中円板３８，３８を挾む様配置され、該中円板３８よりも径の小さい２枚の小円板３９，３９とを同心となる様重合せることで構成され、前記加圧ローラ１１の周面には段差が形成される様になっている。

又、前記大円板３７の板厚は、前記中円板３８、前記小円板３９の板厚よりも厚くなっており、前記大円板３７、前記中円板３８，３８、前記小円板３９，３９はローラ軸４１を軸として一体に回転する。

尚、前記大円板３７、前記中円板３８，３８、前記小円板３９，３９は一体に成型してもよく、又前記加圧ローラ１１は４種類以上の円板を重合させる構成としてもよい。

次に、前記竪型ミル１に於ける木質ペレットの粉砕について説明する。尚、木質ペレットは、おがくず等の１〜２ｍｍの木粉がφ６〜１０×Ｌ２０〜３０ｍｍ程度に押固められた物体である。

図１中、実線は１次空気の流れを示しており、点線は木質ペレット或は粉砕物の流れを示している。

前記粉砕テーブル５が、前記減速機４を介して前記テーブル駆動モータ６により回転され、前記１次空気供給口１７より２００℃前後の１次空気が前記１次空気室１５に導入された状態で、前記シュート２１より木質ペレットが投入される。木質ペレットは、前記シュート２１の下端より前記粉砕テーブル５の中心部に流落し、該粉砕テーブル５上に供給される。

該粉砕テーブル５上の木質ペレットは、該粉砕テーブル５の回転による遠心力で外周方向に移動し、前記加圧ローラ１１に噛込まれて粒径の小さい細粉体と粒径の大きい粗粉体とに粉砕される。

この時、該加圧ローラ１１の周面には段差が形成され、更に前記大円板３７の周面には前記溝３６が刻設されているので、前記加圧ローラ１１と前記粉砕テーブル５上に形成された木質ペレットの粉砕体層との接触面積が減少し、特に前記小円板３９の縁部、前記中円板３８の縁部、前記大円板３７の縁部及び前記溝３６の縁部には圧下力が集中し、前記粉砕体層には強い剪断力が作用する様になっている。

前記加圧ローラ１１により粉砕された細粉体及び粗粉体は、遠心力によって更に外周に移動する。

前記１次空気供給口１７より前記１次空気室１５に導入された１次空気は、前記粉砕テーブル５の周面に垂直に形成された吹き出し口１８より略垂直に吹き上げられる。該吹き出し口１８より吹き上げられる１次空気は、該吹き出し口１８を通過する際の前記粉砕テーブル５の回転による変位により僅かに旋回している。該粉砕テーブル５の回転による遠心力によって前記テーブルセグメント８を乗越えた粉体は、前記吹き出し口１８から吹き上がった１次空気に乗って前記ハウジング３の内壁面に沿って垂直に上昇する。

１次空気と共に前記ハウジング３の内壁面を上昇する粉体は、前記分級機３２に流入し、該分級機３２によって所定粒径以下となる様に分級が行われる。この時、１次空気は前記ハウジング３の内壁に沿って垂直に上昇しているので、該ハウジング３内を大きく旋回しながら上昇していた従来の竪型ミルと比較すると、前記１次空気供給口１７から前記分級機３２迄の流路が短くなり、又流路が短くなるのに伴い、吹き上げられた粉体の前記分級機３２への到達時間も短くなっている。

最終的に分級された粒径の小さい細粉体が前記粉砕物送給管３４より送出され、図示しないボイラのバーナに供給される。粒径の大きい粗粉体はブレード３１により弾かれ、或は自重により落下し、又粗粉体の一部は再び前記粉砕テーブル５上に落下する。

落下した粗粉体は、該粉砕テーブル５の回転遠心力によって前記凹溝７迄移動し、前記加圧ローラ１１によって再度粉砕され、１次空気により吹き上げられた後に、再度前記分級機３２により分級が行われる。

上述の様に、第１の実施例では、径の異なる前記大円板３７、前記中円板３８，３８、前記小円板３９，３９を重合せることで、前記加圧ローラ１１の周面に段差を形成し、更に前記大円板３７の周面に前記溝３６を刻設し、前記加圧ローラ１１と木質ペレットの粉砕体層との接触面積を減少させる様にしたので、前記加圧ローラ１１と前記粉砕体層との接触部位、即ち前記大円板３７、前記中円板３８、前記小円板３９の縁部及び前記溝３６の縁部と前記粉砕体層との間に強い圧下力を作用させることができ、木質ペレットを効率的に前記加圧ローラ１１に噛込ませ、木質ペレットの粉砕効率を向上させることができる。

又、前記加圧ローラ１１を構成する前記大円板３７、前記中円板３８、前記小円板３９はそれぞれ別部材であるので、使用により前記加圧ローラ１１が摩耗した場合であっても、該加圧ローラ１１全体ではなく該当する円板のみを交換すればよく、保守コストの低減を図ることができる。

又、前記大円板３７に対して対称に設けられた前記中円板３８，３８は同形状の円板であり、又小円板３９，３９も同形状の円板であるので、５枚の円板に対して製作する円板は３種類でよく、製作コストの低減を図ることができる。

更に、前記吹き出し口１８の傾斜を垂直としたことで、該吹き出し口１８より噴出する１次空気の上昇流を垂直とし、該吹き出し口１８から前記分級機３２迄の１次空気の流路を短くした、即ち粉砕された粉体が前記分級機３２に到達するのを容易にし、粉体が前記竪型ミル１内に滞留する時間を短縮させたので、粉体を前記竪型ミル１外へ積極的に排出させることができ、粉砕容量の増大を図ることができる。

図３（Ａ）（Ｂ）は、それぞれ第１の実施例に於ける前記加圧ローラ１１の第１の変形例及び第２の変形例を示している。尚、図３（Ａ）（Ｂ）中、図２中と同等のものには同符号を付している。

図３（Ａ）に示される第１の変形例の加圧ローラ１１′は、大円板３７は第１の実施例と同形状である。中円板３８′は一面が軸心に対して垂直で、他面が軸心に対して傾斜しており、円周上の１点から対向する１点に向って漸次板厚が薄くなる円板となっている。又、小円板３９′は前記中円板３８′の傾斜面に密着する傾斜面と、軸心に対して垂直な面を有し、円周上の１点から対向する１点に向って漸次板厚が厚くなる円板となっている。

前記中円板３８′の傾斜面と前記小円板３９′の傾斜面は、それぞれ傾斜角が等しく、前記中円板３８′と前記小円板３９′を重合させた際には、両側面が平行となる様になっている。

上記した前記大円板３７、前記中円板３８′，３８′、前記小円板３９′，３９′により構成された前記加圧ローラ１１′を用いて木質ペレットの粉砕処理を行った場合、前記中円板３８′の縁部がローラ軸４１の軸心方向に、即ち前記粉砕テーブル５の径方向に、傾斜面の傾斜量の範囲で木質ペレットの粉砕体層上を往復運動する。

従って、木質ペレットをより効率的に前記加圧ローラ１１′に噛込ませることができ、更に縁部の往復運動による攪拌作用により、木質ペレットの粉砕効率を更に向上させることができる。

又、図３（Ｂ）に示される第２の変形例の加圧ローラ１１′′は、中円板３８及び小円板３９は第１の実施例と同形状であり、大円板３７′は前記中円板３８及び小円板３９と同等の板厚を有する大円板４２，４２を重合せた２分割構造となっている。

該大円板４２は、一方の面の縁部に全周に亘って段差４３が形成された円板であり、前記大円板４２，４２の前記段差４３が形成された面同士を重合せることで、前記大円板３７′の周面に溝３６′が形成される。

上記した前記大円板３７′の場合、予め前記段差４３が形成された前記大円板４２，４２を重合せるだけでよいので、大円板４２製作後に別途溝３６′を刻設する必要がなく、製作コストの低減を図ることができる。

尚、前記加圧ローラ１１は、図３（Ａ）に示される第１の変形例と、図３（Ｂ）に示される第２の変形例とを組合わせてもよいのは言う迄もない。

次に、図４に於いて、本発明の第２の実施例について説明する。尚、図４中、図１中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第２の実施例では、第１の実施例に於ける竪型ミル１のシュート２１を覆う様に、分級機３２の下方に整流筒４５を設けている。

該整流筒４５は中空構造であり、下端から上端に向って前記シュート２１から離反する様傾斜した円錐曲面を有する逆円錐台形状の逆円錐台部４６と、円筒形状の円筒部４７から構成されている。又、前記整流筒４５は整流筒支持部４８を介して前記逆円錐台部４６が下方となる様前記シュート２１に取付けられている。

前記円筒部４７は、例えば前記ハウジング３と前記円筒部４７とで形成される円筒状の流路断面積が前記ハウジング３の断面積の１／１．５倍となる径を有し、前記ハウジング３と前記円筒部４７との間を上昇する１次空気の流速が１．５倍となる様になっている。又、前記逆円錐台部４６の下端の内径は前記シュート２１の外径と略同径となっており、前記逆円錐台部４６の下端と前記シュート２１との間に隙間が生じない様になっている。

又、前記分級機３２は下端が閉塞されると共に、周面に向って下り傾斜の円錐台形状の傾斜部４９を有し、前記分級機３２により分級され、粉砕物送給管３４により排出されずに前記傾斜部４９に堆積した粉体は、該傾斜部４９の傾斜及び前記分級機３２の回転遠心力により前記分級室１６内に排出される様になっている。

処理が開始されると、前記シュート２１から木質ペレットが投入され、粉砕テーブル５上に流落した木質ペレットは、径の異なる複数の円板を重合せて構成された加圧ローラ１１に噛込まれ、細粉体と粗粉体に粉砕された後、前記粉砕テーブル５の遠心力により外周に移動され、垂直に形成された吹き出し口１８から吹き上がった１次空気に乗って吹き上げられ、ハウジング３の内壁に沿って垂直に上昇する。

この時、前記整流筒４５の前記円筒部４７により１次空気の流路断面積が１／１．５倍に縮小されるので、上昇する１次空気の流路が狭まり、１次空気の流速が１．５倍に増大すると共に、前記逆円錐台部４６の円錐曲面により、吹き上げられる１次空気が前記整流筒４５に沿って外周方向に誘導されることで圧力損失を抑制している。

前記ハウジング３の内壁面を上昇する粉体に対して、前記分級機３２によって分級が行われ、所定粒径以下の細粉体が前記粉砕物送給管３４より送出され、図示しないボイラのバーナに供給される。所定粒径以上の粗粉体はブレード３１により弾かれ、或は自重により前記粉砕テーブル５上に落下する。

落下した粉体は、該粉砕テーブル５の回転遠心力によって前記凹溝７迄移動し、前記加圧ローラ１１によって再度粉砕され、１次空気により吹き上げられることで再度前記分級機３２により分級が行われる。

前記整流筒４５を設け、１次空気の流速を速めることで１次空気に吹き上げられる粉体の前記分級機３２迄の到達時間を短縮、即ち粉体が前記竪型ミル１内に滞留する時間をより短縮させる様にしたので、粉体を前記竪型ミル１外へ積極的に排出させることができ、より粉砕効率の向上及び粉砕容量の増大を図ることができる。

尚、第２の実施例では、前記整流筒４５の前記円筒部４７の径を１次空気の流路断面積が１／１．５倍となる径としているが、該円筒部４７の径は適宜選択可能であるのは言う迄もない。

又、第２の実施例では、前記整流筒支持部４８を用いて前記整流筒４５を前記シュート２１に取付けているが、図示しない棒状のサポートを用い、前記ハウジング３に取付ける様にしてもよい。

１ 竪型ミル
３ ハウジング
５ 粉砕テーブル
１１ 加圧ローラ
１５ １次空気室
１６ 分級室
２１ シュート
３２ 分級機
３６ 溝
３７ 大円板
３８ 中円板
３９ 小円板
４２ 大円板
４３ 段差
４５ 整流筒
４６ 逆円錐台部
４７ 円筒部

Claims (3)

1. 分級室を形成するハウジングと、該ハウジングの上部に収納された分級機と、前記ハウジングの下部に収納され、テーブル駆動装置によって駆動される粉砕テーブルと、該粉砕テーブルに押圧される加圧ローラを有する加圧ローラユニットと、前記粉砕テーブルの下方に形成され、１次空気が導入される１次空気室と、前記粉砕テーブルの周囲から１次空気を吹き出す吹き出し口と、前記粉砕テーブルの中心に木質系バイオマスを供給するシュートとを具備し、前記加圧ローラは幅方向中心から外側に向って漸次径が小さくなる様径の異なる複数の円板を重合せ、周面に段差が形成される様構成されたことを特徴とするバイオマスミル。
2. 前記加圧ローラが大円板と、中円板と、小円板とで構成され、前記大円板の周面に、全周に亘って溝が刻設された請求項１のバイオマスミル。
3. 前記加圧ローラが大円板と、中円板と、小円板とで構成され、前記中円板は円周上の１点から対向する１点に向って漸次板厚が薄くなる様一方の面に傾斜面が形成され、前記小円板は円周上の１点から対向する１点に向って漸次板厚が厚くなる様一方の面に前記中円板の傾斜面とは逆の傾斜角を有する傾斜面が形成され、前記中円板と前記小円板は両側面が平行となる様に傾斜面同士が重合し、前記中円板の縁部が前記加圧ローラの回転に伴い軸心方向に往復運動する請求項１又は請求項２のバイオマスミル。

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