JP6275442B2 - 竪型ローラミル - Google Patents

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、回転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。図示の竪型ローラミル１０において、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（不図示）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回転式分級機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回転式分級機２０によりさらに分級される。このような分級機には、回転式分級機２０の他にも、固定式や固定式及び回転式を組み合わせた方式のものがある。なお、回転式分級機２０は、板状の回転羽根による衝突・慣性力により分級を行うものであり、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、回転式分級機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、回転式分級機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１５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。

回転式分級機２０は、例えば図４及び図５に示すように、矢印方向（時計回り）へ回転するコーン２１の周方向へ等ピッチに配置した多数の板状回転羽根２２を備えている。この板状回転羽根２２は、図４に示すように、全てが同方向の傾き角度θとなるように設置された平板状の部材である。なお、この場合の傾き角度θは、コーン２１が回転する円形軌跡の接線Ｌに対するものである。
この結果、隣接する板状回転羽根２２の間には、コーン２１の壁面を貫通する多数の入口開口２３が形成されている。この入口開口２３は、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。また、コーン２１の内側には、入口開口２３と対向する壁面２４が設けられている。

このような回転式分級機２０に関連する従来技術としては、例えば下記の特許文献１に開示されているように、羽根の角度が上側と下側とで異なるもの、すなわち、側面視において下方より上方へ向かうにつれて拡径する傾斜角を有するものがある。
また、下記の特許文献２に開示されているように、回転羽根の形状を下部より上部が幅広となるようにして、羽根への粗粒衝突確率を上下で均一化したものがある。

特開平４−３４９９４４号公報 特開平８−２６６９２３号公報

ところで、竪型ローラミル１０のような粉砕機で粉砕された微粉炭の細かさは、一般に２００＃パス（７５μｍ以下の粒子割合）で表現され、粉砕に必要な動力と良い相関性がある。一方、微粉炭焚きボイラにおいて、ボイラに微粉炭を供給した場合の未燃分については、１００＃残（１５０μｍ以上の粒子割合）との相関性が高い。この１００＃残は、換言すれば、１００メッシュを超える程度となる微粉炭粗粒の割合は、燃焼性に悪影響を与える製品微粉炭中の粗粒割合を意味している。
従って、微粉炭焚きボイラ等に適用される石炭粉砕用の竪型ローラミル１０は、２００＃パスに対する１００＃残を極力少なくすることが必要である。

上述したように、回転式分級機２０は、板状回転羽根２２を備える回転体のコーン２１を回転させ、粗粒子を板状回転羽根２２に衝突させることによって分離するものであり、板状回転羽根２２には通常平板が使用されている。
そして、従来の板状回転羽根２２は、回転方向に対して板状回転羽根２２を粒子が衝突して反発される方向に傾斜（角度θ）するとともに、高さ方向についても傾斜している。このため、板状回転羽根２２の幅が上下に一定であると、高さ（上下）方向で回転周速が異なり、粒子が衝突する確率は高さ方向で異なる。このため、特許文献２に示すように、回転式分級機２０の半径が大きくなる部分で、板状回転羽根２２の幅を大きくすることが行われている。

上述した従来の板状回転羽根２２は、高さ方向の回転周速が異なるため、例えば図５に示すように、板状回転羽根２２による抵抗差などから気流の流入速度分布が生じ、粗粒子を多く含む気流が板状回転羽根２２の下側から入り易くなっている。
板状回転羽根２２の傾斜角度θについては、粉砕試験結果等により、同じ２００＃パスに対する１００＃残の関係が最も小さい４５度を採用している。この傾斜角度θは、回転羽根２２が平板であることから、羽根上部から下部まで一定である。

しかし、例えば図６に示すように、分級羽根の設置角度、すなわち板状回転羽根２２の傾斜角度θを４５度（図中の線Ａ）から３０度（図中の線Ｂ）に変更することで、同じ２００＃パスに対する１００＃残は増加傾向にある。
一方、一定の分級機回転数（コーン２１及び回転羽根２２の回転数）では、図６に示すように、傾斜角度θを４５度から３０度にすることで１００＃残の割合が低下していることから、２００＃パスに対する１００＃残を極力少なくすることについては工夫により改善の余地がある。
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、回転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＃残の割合）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分級して外部へ流出させる回転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、前記回転式分級機は、周方向へ等ピッチに配置された多数の板状回転羽根を有するコーン形状部材と、隣接する前記板状回転羽根の間に形成される入口開口とを備え、前記板状回転羽根は、回転した際に外形が円錐台形状を描き、前記板状回転羽根は、回転軌跡の外側接線と直交する線に対して半径方向内側を回転方向へ傾斜させた設置とされ、かつ、前記板状回転羽根の前記外側接線からの設置角度は、羽根上端部側の設置角度（α１）が羽根下端部側の設置角度（α２）より大きな（α１＞α２）値に設定され、前記板状回転羽根は、前記羽根上端部側の設置角度（α１）と前記羽根下端部側の設置角度（α２）とが異なるように平板を折曲した羽根形状を有していることを特徴とするものである。

このような本発明の竪型ローラミルによれば、回転式分級機は、ハウジング内で回転するコーン形状部材の周壁面に周方向へ等ピッチに配置した多数の板状回転羽根を備え、この板状回転羽根は、羽根外周側端部を接点とする回転軌跡の外側接線と直交する半径方向の線に対して半径方向内側を回転方向へ傾斜させた設置とされ、かつ、板状回転羽根の前記外側接線からの設置角度は、羽根上端部側の設置角度（α１）が羽根下端部側の設置角度（α２）より大きな（α１＞α２）値に設定されているので、設置角度が羽根上端部側より小さい羽根下端部側では、板状回転羽根の気流に対する迎え角が大きくなる。このため、羽下端部側から流入しやすい粗粒子は、板状回転羽根に衝突しやすくなるので、気流の流入速度分布形成により粗粒子が流入しやすかった板状回転羽根の下端部側においては、粗粒子が下方へ弾かれて流入しにくくなる。

好適な板状回転羽根は、前記羽根上端部側の設置角度（α１）が２０〜４０度の範囲に設定され、かつ、前記羽根下端部側の設置角度（α２）が４０〜６０度の範囲に設定されたものである。

上述した本発明によれば、回転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）を低減することが可能になる。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。

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、回転式分級機に設置角度α１，α２を有して設置されている板状回転羽根について、その概要を示す要部斜視図である。 本発明の板状回転羽根を採用した回転式分級機について、微粉炭の粒子径に対する部分分級効率を従来構造と比較して示す図である。 竪型ローラミルの概略構成例を示す断面図である。 従来の回転式分級機において、回転するコーンに設けられた板状回転羽根の配列を示す図である。 図４に示す回転式分級機において、板状回転羽根による抵抗差等により生じる気流の流入速度分布を示す図である。 板状回転羽根の傾斜角度（θ）の違い（４５度と３０度）による２００＃パス（％）と１００＃残との関係を示す図である。

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回転式分級機２０により分級される。この結果、回転式分級機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）１４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、後述する回転式分級機２０の板状回転羽根２２Ａ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）へ流出させる回転式分級機２０をハウジング１１内の上部に備えている。この回転式分級機２０は、回転するコーン（コーン形状部材）２１の周壁に開口する多数の入口開口２３から固気二相流をコーン内部に導入する。

上述した入口開口２３は、コーン２１の周壁に対して、周方向へ等ピッチに多数配置された板状回転羽根２２Ａの間に形成されている。換言すれば、回転式分級機２０は、ハウジング１１内で回転するコーン２１の周壁面に、周方向へ等ピッチに配置した多数の板状回転羽根２２Ａを備え、隣接する板状回転羽根２２Ａの間に入口開口２３が形成されている。

本実施形態の板状回転羽根２２Ａは、例えば図１に示すように、コーン２１及び板状回転羽根２２Ａが回転することにより形成される回転軌跡において外側となる接線（外側接線）Ｌａ，Ｌｂと直交する線（半径方向の線）に対して、半径方向内側を回転方向へ傾斜させた設置とされる。すなわち、板状回転羽根２２Ａは、コーン２１の内部を向いた端部側が、接線Ｌａ，Ｌｂと直交する線より回転方向側へ位置するように傾斜している。

さらに、板状回転羽根２２Ａの設置角度は、すなわち上述した接線Ｌａ，Ｌｂからの設置角度は、羽根上端部側の設置角度（傾斜角度）α１が、羽根下端部側の設置角度（傾斜角度）α２より大きな（α１＞α２）値に設定されている。
図示の板状回転羽根２２Ａは、羽根上端部側の設置角度α１と羽根下端部側の設置角度α２とが異なり、羽根上端部側の設置角度α１が大きくなるように、図中の折れ線Ｍで平板を折曲した羽根形状を採用している。この場合、図示の折れ線Ｍは、略矩形状とした平板の対角線と一致している。

上述した構造の板状回転羽根２２Ａは、羽根上端部側より小さい設置角度α２に設定された羽根下端部側では、板状回転羽根２２Ａの気流に対する迎え角が大きくなるため、流れに向き合う羽根面積が増加する。このため、羽下端部側では、気流とともに流入する粗粒子が羽表面に衝突しやすくなる。
すなわち、気流の流入速度分布形成により板状回転羽根２２Ａの羽下端部側から流入しやすかった粗粒子は、迎え角の増加によって板状回転羽根表面に衝突しやすくなるので、粗粒子が流入しやすかった板状回転羽根２２Ａの下端部側においては、粗粒子が下方へ弾かれてコーン２１内へ流入しにくくなる。そして、このような形状の板状回転羽根２２Ａは、上下一体のシンプルな羽根形状となるため、上下の設置角度α１，α２を変化させても容易に製作することができる。

また、板状回転羽根２２Ａは、羽根上端部側の設置角度α１と羽根下端部側の設置角度α２とが異なるように成形した３次元形状の羽根形状としてもよい。具体的には、平板を曲面に成形して、あるいは曲面と平面を組み合わせた形状に成形して、羽根上端部側の設置角度α１が羽根下端部側の設置角度α２より大きくなるようにした３次元形状の板状回転羽根２２Ａを採用してもよい。
このような板状回転羽根２２Ａとしても、折れ線Ｍで平板を折曲した羽根形状と同様の作用効果を得ることができる。

ところで、上述した板状回転羽根２２Ａは、上述した作用効果を効率よく確実に得るためには、羽根上端部側の設置角度α１を４０〜６０度の範囲に設定し、かつ、羽根下端部側の設置角度α２を２０〜４０度の範囲に設定することが望ましい。

このように、本実施形態の回転式分級機２０を備えた竪型ローラミル１０は、例えば図２に示すように、製品微粉炭中において未燃分が増加して燃焼性に悪影響を与える粗粒割合、すなわち、２００＃パス（７５μｍ以下の粒子割合）に対する１００＃残の割合を低減することが可能になる。このため、本実施形態の竪型ローラミル１０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可能となるので、灰中未燃分を低減することができる。なお、図２は、コーン２０の回転数が１１０ｒｐｍの場合である。

ところで、上述した実施形態では、粉体として微粉炭を取り扱っているが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、例えば微粉炭以外の粉体にも適用可能であるなど、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 微粉炭出口（微粉出口）
２０ 回転式分級機
２１ コーン（コーン状部材）
２２Ａ 板状回転羽根
２３ 入口開口

Claims (2)

1. 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分級して外部へ流出させる回転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、
   前記回転式分級機は、周方向へ等ピッチに配置された多数の板状回転羽根を有するコーン形状部材と、隣接する前記板状回転羽根の間に形成される入口開口とを備え、
   前記板状回転羽根は、回転した際に外形が円錐台形状を描き、
   前記板状回転羽根は、羽根外周側端部を接点とする回転軌跡の外側接線と直交する半径方向の線に対して半径方向内側を回転方向へ傾斜させた設置とされ、かつ、前記板状回転羽根の前記外側接線からの設置角度は、羽根上端部側の設置角度（α１）が羽根下端部側の設置角度（α２）より大きな（α１＞α２）値に設定され、
   前記板状回転羽根は、前記羽根上端部側の設置角度（α１）と前記羽根下端部側の設置角度（α２）とが異なるように平板を折曲した羽根形状を有している竪型ローラミル。
2. 前記羽根上端部側の設置角度（α１）が４０〜６０度の範囲に設定され、かつ、前記羽根下端部側の設置角度（α２）が２０〜４０度の範囲に設定されている請求項１に記載の竪型ローラミル。

Images