JP6045478B2

JP6045478B2 - 竪型ローラミル

Info

Publication number: JP6045478B2
Application number: JP2013242059A
Authority: JP
Inventors: 菅　啓史; 啓史菅; 卓一郎大丸; 有馬　謙一; 謙一有馬; 松本　慎治; 慎治松本; 串岡　清則; 清則串岡
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2013-11-22
Filing date: 2013-11-22
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2033-11-22
Also published as: JP2015100732A

Description

本発明は、たとえば微粉炭焚きボイラ等に適用される竪型ローラミルに係り、特に、固定式分級機を備えた竪型ローラミルに関する。

従来、石炭焚きボイラでは、たとえば図３及び図４に示した竪型ローラミル１０のような微粉炭機（ミル）へ原料炭を投入し、粉砕した微粉炭を燃料として使用する。竪型ローラミル１０の内部では、ハウジング１１内の下部に設置された粉砕テーブル１２上を粉砕ローラ１３が回転しながら旋回する。なお、図中の符号１４は、原料炭を投入する石炭投入管である。

竪型ローラミル１０内に投入された原料炭は、粉砕テーブル１２と粉砕ローラとの間に噛み込まれることにより粉砕されて微粉炭となる。この微粉炭は、粉砕テーブル１２の周囲に配設されたスロート１５から噴出する熱風により、乾燥されながらハウジング１１内の上方に配置された固定式分級機２０へと気流搬送される。このとき、粒径の大きい粗大粒子は、重力により落下して粉砕テーブル１２上に戻される重力分級が行われるため、所望の粒径になるまで繰り返して粉砕を受けることとなる。

上述した重力分級による１次分級の後には、粗粒を含む製品粒子の微粉炭が粉砕テーブル１２の上部に配置された分級機によりさらに分級される。このような分級機には、固定式、回転式、及び固定式／回転式を組み合わせた方式があり、図示の分級機は固定式である。なお、回転式分級機は、回転羽根による衝突・慣性力により分級を行うもので、高い分級性能を有することが知られている。

気流搬送された微粉炭は熱風により乾燥され、さらに、固定式分級機２０を通過することにより分級される。分級された微粉炭は、固定式分級機２０の内部からハウジング１１の外部上方へ連通する微粉炭出口１６を通り、搬送用の１次空気によりボイラまで気流搬送される。
固定式分級機２０は、コーン２１の上端部側において周方向へ等ピッチに開口する多数の固定羽根入口窓２２を備えている。この固定羽根入口窓２２は、コーン２１を形成する壁面を貫通して設けられた開口部であり、微粉炭を気流搬送する流れ（以下、「固気二相流」と呼ぶ）が通過してコーン２１の内部へ流入するための入口及び流路となる。
そして、コーン２１の内壁側には、各固定羽根入口窓２２と対になる多数の固定羽根２３が取り付けられている。

また、コーン２１の内側には、固定羽根入口窓２２及び固定羽根２３と対向する壁面を形成する内筒２４が設けられている。
固定羽根２３は、固気二相流に旋回を与えるため全てが同方向に傾斜して、すなわち、コーン２１の軸中心に向かう半径方向の線から傾斜角度を有して取り付けられている。従って、固定羽根２３の傾斜角度を増減すれば、固定羽根２３の開度（角度）に応じて旋回流の強さも変化するので、分級する微粉度の調整が可能となる。
なお、図中の符号２５は、原料炭及び分級機２０で分級された粗粒を粉砕テーブル１２上へ供給するコーン出口である。

上述した固定式分級機２０はサイクロン型の分級機であり、駆動部がなくシンプルな構造となるため、低コストで保守が容易等のメリットを有している。しかし、固定式分級機２０は粗粒域分級の精度が劣り、微粉炭中の粗粒（燃焼性に悪影響を与える１００メッシュを超える程度の粗粒）が増加するため、ボイラから排出される燃焼排ガス中に含まれる未燃分を増加させる要因となる。

ここで、固定式分級機２０の分級原理を簡単に説明すると、固定羽根入口窓２２から隣接する固定羽根２３の間を通過する固気二相流は、微粉炭の粒子が旋回流により粗粒と微粉とに遠心分級される。この後、粒径が小さく軽量の微粉は、下方からの反転上昇流に乗って巻き上げられ、内筒２４の下方から内側に入って微粉炭出口１６から竪型ローラミル１０の外部へ流出する。しかし、遠心分離された粒径の大きい粗粒は、重量が大きいため内筒２４の下方から内筒２４の内側に入る流れに乗れないためコーン２１の内壁に至り、コーン２１の内壁面に沿って重力により下方に落下する。
この粗粒は、最終的にはコーン２１の下部中央に開口する石炭投入管１４から粉砕テーブル１２上へ落下して再度粉砕される。

上述した固定式の分級機を備えた竪型ローラミルについては、下記の特許文献１に開示された従来技術において、製品微粉炭中の粗粒割合を低減するため、羽根入口窓の近傍に偏流板を設けることや、内筒の傾きを変えることが行われている。

特開２０１１−１０４５６３号公報

上述したように、竪型ローラミル１０の固定式分級機２０においては、粉砕後の重力分級を経た固気二相流に対して固定羽根２３が旋回を与え、遠心力により粗粒と微粉とに分級しているが、製品粒子径に近い粗粉（粗粒／微粒の中間であり未燃分の基になる粒子径１５０μｍ程度）は遠心効果が弱く、従って、気流の変動等により一部が内筒２４近くの中心方向へ流れ込み、内筒２４の近辺で旋回・下降する傾向を示す。この結果、粗粉は微粉の反転上昇流に紛れ込む確率が増え、製品微粉に紛れ込む粗粉量の増加により、分級効率が低下するという問題を有している。

分級効率低下の主な原因としては、例えば下記の二つが考えられる。
第１の原因は、図４（ａ）に破線矢印で示すように、固定羽根２３間の固定羽根入口窓２２を通過した固気二相流に含まれる粗粒子の一部（図中の粗粒子Ｐｃ）が、内筒２４の外表面（コーン２１の内壁面と対向する面）に衝突して反発し、固定羽根２３の背側（凸状の曲面）に再度衝突することである。
第２の原因は、図４（ａ）に破線矢印で示すように、固定羽根２３間の固定羽根入口窓２２を通過する際に、固気二相流に含まれる粗粒子の一部（図中の粗粒子Ｐｄ）が、固定羽根２３の背側に直接衝突することである。

上述した二つの原因において、固定羽根２３の背側に衝突した粗粒子Ｐｃ，Ｐｄは、固定羽根２３が比較的反発力の高い鉄板製であるため、内筒２４の外表面近傍まで反発して失速する。すなわち、固定羽根２３間の固定羽根入口窓２２を通過した固気二相流は、粗粒子の一部が固定羽根２３の背側となる面に衝突し、比較的強い反発力を受けて内筒２４の外表面付近まで移動して失速するので、上述した粗粒子Ｐｃ，Ｐｄが重力により内筒２４の外表面に沿って落下する。

しかし、この粗粒子Ｐｃ，Ｐｄは、図４（ｂ）に実線矢印で示すように、落下途中において内筒２４の内側（微粉炭出口１６）に向かって上昇する微粒子搬送用の気流に乗ることとなる。
この結果、固定羽根２３の背側に衝突した粗粒子Ｐｃ，Ｐｄは、内筒２４の外表面付近で失速し、微粒子とともに微粉炭出口１６から流出するものと考えられる。このような粗粒子Ｐｃ，Ｐｄの流出は、固定式分級機２０の分級効率を低下させるため好ましくない。

近年、世界的なエネルギー資源の逼迫を背景に、廉価な低品位炭の利用ニーズが増加しており、比較的燃焼性のよい低品位炭用の分級機として、固定式分級機の適用を可能にすることが期待されている。
また、石炭焚きボイラにおいては、高効率（灰中未燃分の低減）・低ＮＯｘ燃料の要求も高く、製品微粉炭中の粗粒割合を低減可能とする固定式分級機が求められている。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、固定式分級機を備えた竪型ローラミルにおいて、製品微粉炭中の粗粒割合（燃焼性に悪影響を与える１００メッシュを超える程度となる粗粒の割合）を低減することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明の請求項１に係る竪型ローラミルは、固体を粉砕した粉体を気流搬送する固気二相流が通過することにより、粒径の小さい微粉を遠心力により分級して外部へ流出させるサイクロン型の固定式分級機をハウジング内に備えている竪型ローラミルにおいて、前記固定式分級機は、コーン状部材に開口する固定羽根入口窓から前記固気二相流を内部に導入し、前記固定羽根入口窓の内側近傍に取り付けた固定羽根で前記固気二相流に旋回を与えることにより、前記微粉が前記コーン状部材の内側に設けた内筒の下端部側を通って上部の微粉出口から外部へ流出するように構成され、前記固定羽根の背側となる面に、衝突した粒子の反発係数が鉄板表面より低い表面層を形成したことを特徴とするものである。

本発明の竪型ローラミルによれば、固定羽根の背側となる面は、衝突した粒子の反発係数が鉄板表面より低い表面層となっているので、固定羽根の背側に直接衝突した粒子や、内筒外表面への衝突後に反発して再度衝突する粒子の反発量は、従来の鉄板と比較して低下する。この結果、固定羽根の背側に衝突する粒子は、特に粒径の大きい粗粒子は、内筒近傍まで到達することなく失速し、コーン状部材に取り付けられた固定羽根近傍において十分な遠心力を受けるため、コーン状部材の内壁面まで移動して落下する。
この場合、好適な表面層としては、例えば銅を例示できる。

上述した本発明によれば、固定羽根の背側面に衝突した粒子の反発量が低減されることにより、固定羽根背側面に衝突した粗粒子等の粒子は内筒近傍まで到達することなく失速し、固定羽根近傍の十分な遠心力を受けてコーン状部材の内面まで移動して落下する。このため、固定羽根背側面に衝突する粗粒子は、微粒子とともに微粉炭出口から流出することなく粉砕テーブル上に落下して再度粉砕されることとなる。

この結果、本発明の固定式分級機を備えた竪型ローラミルは、製品微粉炭中の粗粒割合を低減して分級効率を向上させることができる。このため、本発明の竪型ローラミルを微粉炭焚きボイラに適用すれば、製品微粉炭中の粗粒割合を低減可能となり、灰中未燃分を低減することができる。従って、比較的燃焼性のよい低品位炭用の分級機として、駆動部がなくシンプルな構造のため、低コストで保守が容易な固定式分級機を採用することができ、廉価な低品位炭を微粉炭燃料にして燃焼させる石炭（微粉炭）焚きボイラを実現できる。

本発明に係る竪型ローラミルの一実施形態を示す図であり、固定式分級機を構成する固定羽根の断面形状を示す断面図である。図１に示した断面形状を有する固定羽根を備えた固定式分級機の作用効果を示す図で、（ａ）は固定式分級機の横断面図（図２（ｂ）のＡ−Ａ断面図）、（ｂ）は固定式分級機の縦断面図である。竪型ローラミルの概略構成例を示す縦断面図である。従来の竪型ローラミルを示す図で、（ａ）は固定式分級機の周辺構造を示す横断面図（図４（ｂ）のＢ−Ｂ断面図）、（ｂ）は固定式分級機の周辺構造を示す縦断面図である。

以下、本発明に係る竪型ローラミルの一実施形態を図面に基づいて説明する。
図３に示す竪型ローラミル１０は、たとえば微粉炭焚きボイラの燃料となる微粉炭を製造する装置（微粉炭機）である。この竪型ローラミル１０は、原料炭を粉砕して微粉炭とし、重力分級後の微粉炭が固定式分級機２０により分級される。この結果、固定式分級機２０を通過して分級された製品微粉は、所望の微粉度を有する微粉炭燃料として、竪型ローラミル１０の上部に設けられた微粉炭出口（微粉出口）１６から、１次空気により微粉炭焚きボイラへ気流搬送される。
なお、本実施形態に係る竪型ローラミル１０の構成は、後述する固定式分級機２０の構成を除いて上述した従来技術と同様であり、従って、その詳細な説明は省略する。

すなわち、本発明に係る竪型ローラミル１０は、原料炭（固体）を粉砕した微粉炭（粉体）を気流搬送する固気二相流（微粉炭＋１次空気）が通過することにより、粒径の小さい微粉を遠心力により分級して微粉炭焚きボイラ（外部）へ流出させるサイクロン型の固定式分級機２０をハウジング１１内の上部に備えている。この固定式分級機２０は、コーン（コーン状部材）２１に開口する固定羽根入口窓２２から固気二相流をコーン内部に導入し、固定羽根入口窓２２の内側近傍に取り付けた固定羽根２３で固気二相流に旋回を与えることにより、粒径が小さく軽量の微粉がコーン２１の内側に設けた内筒２４の下端部側を通って上部の微粉炭出口１６からコーン外部へ流出するように構成されている。
換言すれば、所望の粒径より小さい微粉は、固定式分級機２０内に設置された内筒２４の下端部を通過して上昇する反転上昇流に乗って分級され、上部に開口する微粉炭出口１６を通って流出するので、この微粉は、固定式分級機２０及び竪型ローラミル１０から微粉炭焚きボイラへ製品微粉（燃料用微粉炭）として供給される。

本実施形態では、上述した固定式分級機２０に代えて、図１及び図２に示すように構成された固定式分級機２０Ａが採用されている。すなわち、本実施形態の固定式分級機２０Ａでは、固定羽根２３の背側となる面に、鉄板より反発係数の低い素材（低反発材）よりなる低反発層３０を形成した低反発固定羽根２３Ａが用いられている。
図示の低反発固定羽根２３Ａは、鉄板製の固定羽根２３と低反発層３０との二層構造である。具体的には、固定羽根２３が凸状に膨出する背側の面に、低反発材を張り付けるなどして低反発層３０を形成している。この場合に好適な低反発材は、鉄板より反発係数が低いことに加えて、粒子の衝突により摩耗しにくい高い硬度を有することが望ましい。

このような固定式分級機２０Ａにおいて、例えば図２（ａ）に実線で示すように、低反発固定羽根２３Ａを通過した固気二相流の流れに含まれる粗粒子Ｐａは、その一部が内筒２４の外表面に衝突して反発する。この粗粒子Ｐａは、大きく反発して低反発固定羽根２３Ａ側へ移動するので、低反発固定羽根２０Ａの背側に形成された低反発層３０に再度衝突する。しかし、この低反発層３０は、衝突した粒子の反発係数が鉄板表面よりも低く設定されているので、粗粒子Ｐａの反発量（反発面から到達可能な距離）が従来の鉄板面より低下し、内筒２４の外表面付近まで到達することなく失速する。

また、低反発固定羽根２３Ａを通過した固気二相流の流れに含まれる粗粒子Ｐｂは、その一部が低反発固定羽根２３Ａの背側面に形成された低反発層３０に直接衝突して反発する。しかし、この低反発層３０は、衝突した粒子の反発係数が鉄板表面よりも低く設定されているので、粗粒子Ｐｂの反発量が従来の鉄板面より低下し、内筒２４の外表面付近まで到達することなく失速する。

この結果、失速した粗粒子Ｐａ，Ｐｂは、コーン２１に取り付けられた低反発固定羽根２３Ａの近傍に形成される旋回流に乗って十分な遠心力を受けることとなる。このため、失速した粗粒子Ｐａ，Ｐｂは、遠心力によりコーン２１の内壁面まで移動し、コーン２１の内壁面に沿って粉砕テーブル１２まで落下する。
すなわち、低反発層３０に衝突した粗粒子Ｐａ，Ｐｂは、遠心力を受けてコーン２１の内壁面まで移動し、コーン２１の内壁面に沿って粉砕テーブル１２まで落下するので、内筒２４の下端部を通過して上昇する反転上昇流に乗るようなことはなく、最終的には粉砕テーブル１２の上に落下して再度粉砕される。

上述したように、低反発層３０に衝突した粗粒子Ｐａ，Ｐｂは、反発量の低減により反転上昇流に乗って微粒子とともに微粉炭出口１６から流出することがなく、しかも、粉砕テーブル１２上に落下して再度粉砕されるので、製品微粉炭中の粗粒割合を低減して分級効率を向上させることができる。また、固定羽根２３については、角度や形状を変更することなく分級効率の向上が可能になる。

従って、本実施形態の固定式分級機２０Ａを備えた竪型ローラミル１０は、これを微粉炭焚きボイラに適用することにより、製品微粉炭中の粗粒割合を低減可能となるので、灰中未燃分を低減することができる。この結果、比較的燃焼性のよい低品位炭用の分級機として、駆動部のないシンプルな構造で、しかも、低コストで保守が容易な固定式分級機２０Ａの採用が可能となる。
なお、本実施形態において、低反発層３０を形成する素材は、粒子の反発係数が鉄板より低いものであれば特に限定されることはない。しかし、低反発層３０は、粗粒子等の粒子が常に衝突して研磨される（摩耗する）ことを考慮すれば、鉄板より硬度の高い素材を採用することが望ましい。

このように、上述した本実施形態によれば、固定式分級機２０Ａを備えた竪型ローラミル１０は、製品微粉炭中の粗粒割合（たとえば１００メッシュを超える程度の粗粒割合）を低減できるため、これを微粉炭焚きボイラに適用すれば、製品微粉炭中の粗粒割合が低減し、灰中未燃分を低減することができる。従って、比較的燃焼性のよい低品位炭用の分級機として、駆動部がなくシンプルな構造のため、低コストで保守が容易な固定式分級機２０Ａを採用することができ、廉価な低品位炭を微粉炭燃料にして燃焼させる微粉炭焚きボイラを実現できる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

１０竪型ローラミル
１１ハウジング
１２粉砕テーブル
１３粉砕ローラ
１４石炭投入管
１５スロート
１６微粉炭出口（微粉出口）
２０，２０Ａ固定式分級機
２１コーン（コーン状部材）
２２固定羽根入口窓
２３固定羽根
２４内筒
３０低反発層

Claims

固体を粉砕した粉体を気流搬送する固気二相流が通過することにより、粒径の小さい微粉を遠心力により分級して外部へ流出させるサイクロン型の固定式分級機をハウジング内に備えている竪型ローラミルにおいて、
前記固定式分級機は、コーン状部材に開口する固定羽根入口窓から前記固気二相流を内部に導入し、前記固定羽根入口窓の内側近傍に取り付けた固定羽根で前記固気二相流に旋回を与えることにより、前記微粉が前記コーン状部材の内側に設けた内筒の下端部側を通って上部の微粉出口から外部へ流出するように構成され、
前記固定羽根の背側となる面に、衝突した粒子の反発係数が鉄板表面より低い表面層を形成したことを特徴とする竪型ローラミル。