JP6503307B2 - 粉砕装置、粉砕装置のスロート及び微粉炭焚きボイラ - Google Patents

Description

本開示は、粉砕装置、粉砕装置のスロート及びこれらを備える微粉炭焚きボイラに関する。

固体燃料などの被粉砕物を、粉砕テーブル上で粒子状に粉砕する粉砕装置が知られている。

例えば、特許文献１及び２に開示された粉砕装置は、被粉砕物を粉砕テーブル上で粉砕ローラによって粉砕され、粉砕粒子は、粉砕テーブルの周囲に設けられたスロートから供給される一次空気（搬送ガス）により上昇し、分級部に送られる。該分級部で、粉砕粒子は粗粒子と微粒子とに分級され、微粒子は使用先に送られる。
特許文献２には、スロートから粉砕粒子が落下するのを抑制するため、スロートから吹き上がる搬送ガスの流速を調整するためのスロートの構成が開示されている。

特開２０１３−１９８８８３号公報 特開２０１３−１０３２１２号公報

特許文献２のように、スロートから粉砕粒子が落下するのを抑制するために、スロートから供給される搬送ガスの流速を調整する場合、搬送ガスの流速を増加させると、粉砕粒子の落下を抑制できるが、スロートを通過する搬送ガスの圧力損失（以下、「スロート圧力損失」とも言う。）が増加し、運転に要する動力が増加するおそれがある。

上記課題に鑑み、本発明の少なくとも一実施形態は、スロートから落下する粉砕粒子の落下量（以下、単に「落下量」とも言う。）を抑制し、かつハウジング内の圧力損失の増加を抑制して粉砕装置の動力増加を抑制することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る粉砕装置は、
ハウジングと、
前記ハウジング内において回転するように構成された粉砕テーブルと、
前記ハウジング内において前記粉砕テーブルの外周側に設けられ、上昇気流を形成するためのスロートと、を備える粉砕装置であって、
前記スロートは、
前記粉砕テーブルの外周に沿って延在するインナーリングと、
前記インナーリングの外周側に設けられ、該インナーリングとの間に環状流路を形成するアウターリングと、
前記インナーリングと前記アウターリングとの間に設けられる複数のスロートベーンと、
を含み、
前記インナーリングと前記アウターリングとの間の半径方向隙間をＨとし、前記スロートベーンの長さをＬ、隣接する前記スロートベーンの間隔をｄとしたとき、下記式（ａ）及び式（ｂ）を満たす。
（ａ）２．０≦Ｌ／ｄ≦４．０
（ｂ）０．５≦Ｈ／ｄ≦１．５

上記（１）の構成によれば、２．０≦Ｌ／ｄを満たすことで、スロート内部で気流が十分に縮流され、加速された気流が粉砕テーブルの上面から噴き出す。この加速された気流の運動エネルギによりスロート上に粉砕粒子を保持でき、スロートからの落下を抑制できる。また、Ｌ／ｄ≦４．０を満たすことで、縮流部の長さを抑え、スロート圧力損失を抑制できる。
また、隙間Ｈはスロートの断面積で概ね決まる値である。従って、Ｈ／ｄはｄの値、即ち、スロートベーンの枚数で増減する。ｄが小さいほど、スロートベーン２３の枚数が多くなり、粉砕粒子を掻き上げる回数が増えるため、粉砕粒子はスロートから落下し難くなる。従って、０．５≦Ｈ／ｄを満たすことで、落下量を抑制できる。
他方、スロートベーンの枚数が多くなりすぎると、スロート圧力損失が増加する。そこで、Ｈ／ｄ≦１．５を満たすことで、圧力損失の増加を抑制できる。
以上から、上記式（ａ）及び（ｂ）を満たすことで、落下量を抑制しつつ、スロートを通過する気流の圧力損失の増加を抑制でき、粉砕装置の動力増加を抑制できる。

（２）幾つかの実施形態では、前記（１）の構成において、
前記スロートベーンは、該スロートベーンの下端から上端に向かって前記スロートの回転方向の上流側に傾いており、
前記スロートの回転中心軸に対する前記スロートベーンの傾斜角をθとしたとき、下記式（ｃ）を満たす。
（ｃ）４５°≦θ≦６０°
上記（２）の構成によれば、上記スロートベーンは、その下端から上端に向かってスロートの回転方向の上流側に傾いているため、各々のスロートベーンによる粉砕粒子の掻き上げ効果が増加する。
また、４５°≦θを満たすことで、粉砕粒子を効果的にスロートベーンによってすくい上げて落下量を抑制できる。これにより、規定値以下の落下量を実現するためのＬ／ｄ及びＨ／ｄの値を小さくすることができ、粉砕装置のスロート周辺部位を小型化できる。また、θ≦６０°を満たすことで、スロート圧力損失を抑制できる。

（３）幾つかの実施形態では、前記（１）又は（２）の構成において、
前記スロートベーンは、該スロートベーンの下端から上端に向かって前記スロートの回転方向の上流側に傾いており、
前記スロートの回転中心軸に対する前記スロートベーンの傾斜角をθとしたとき、下記式（ｄ）を満たす。
（ｄ）Ｈ／ｄ≧０．９５×（ｓｉｎθ）^−２．０×（Ｌ／ｄ）^−１．２

本発明者らが、Ｈ／ｄ及びＬ／ｄの変化が落下量に与える影響を検討した結果、所望の落下量を実現するためには、Ｈ／ｄを大きくすればＬ／ｄを小さくすることができ、逆にＬ／ｄを大きくすればＨ／ｄを小さくすることができることを見出した。この現象の理由は以下のように考えられる。すなわち、インナーリングとアウターリングとの間の半径方向隙間Ｈに対してスロートベーン間の間隔ｄが小さい場合（即ち、スロートベーン数が比較的多い場合）、スロートベーンによる粉砕粒子の掻き上げ効果を期待できるため、Ｌ／ｄが比較的小さくても所望の落下量を実現できる。逆に、隣接するスロートベーンの間隔ｄに対してスロートベーンの長さＬが大きい場合、スロート内部において気流を十分に縮流させることで粉砕粒子の落下を抑制できるため、Ｈ／ｄが小さくても所望の落下量を実現できる。
また、本発明者らの鋭意検討の結果、所望の落下量を実現し得るＨ／ｄ及びＬ／ｄの組み合わせはスロートベーンの傾斜角θに依存し、具体的には、ｓｉｎθが大きいほど、所望の落下量を実現するためのＨ／ｄ及びＬ／ｄの値が相対的に小さくなることが明らかになった。このことは、スロート周方向における各スロートベーンの延在範囲がＬ×ｓｉｎθで表されることから、ｓｉｎθを、粉砕粒子の掻き上げ効果の大きさを示すパラメータであると捉えることができるためである。
上記（３）の構成は、本発明者らによる上記知見に基づくものであり、落下量をより効果的に抑制するためのＨ／ｄ、Ｌ／ｄ、ｓｉｎθの組み合わせを示す数式（ｄ）を満たすことを要求している。上記（１）で述べた式（ａ）及び（ｂ）に加えて、式（ｄ）をも満たすようにＨ／ｄ、Ｌ／ｄ、θを設定することで、スロート圧力損失の増加を抑制しつつ、粉砕粒子の落下量をより効果的に抑制することができる。

（４）幾つかの実施形態では、前記（１）〜（３）の何れかの構成において、
前記インナーリングは、該インナーリングの下端側に位置し、前記インナーリングの下端に向かって半径方向内側に近づくように湾曲した形状を有し、前記環状流路に下方から流入する気流を整流するための整流部を含む。
気流は、上記環状流路に粉砕装置の一方の側面側から供給されるため、スロートの周方向に沿って流量偏差が発生する。流量偏差が発生すると、流量が少ない部位の落下量が多くなる。
上記（４）の構成によれば、上記整流部を有するため、スロートの流量偏差を抑制できるため、スロートの周方向に沿って落下量を均一化できる。

（５）幾つかの実施形態では、前記（１）〜（４）のいずれかの構成において、
前記粉砕テーブルの周速が３ｍ／ｓ以上５ｍ／ｓ以下である。
粉砕テーブルの周速（以下「テーブル周速」とも言う。）が遅い領域では、テーブル周速が速いほど、被粉砕物に働く遠心力が大きくなるため、粉砕テーブルからスロートに移動する粉砕粒子量が多くなり、落下量が多くなる。
一方、テーブル周速の増加に伴い、スロートベーンが粉砕粒子を掻き上げる力が大きくなるため、落下量の増加は小さくなる。従って、テーブル周速の増加に伴って落下量は一定量に収束していく。
テーブル周速を３ｍ／ｓ以上とすることで、落下量を一定量に収束させつつ、粉砕能力（容量）を確保できる。
また、テーブル周速を５ｍ／ｓ以下とすることで、粉砕装置の動力増加を回避できる省エネ運転が可能になる。

（６）前記（１）〜（５）の何れかの構成の粉砕装置のスロートであって、
前記スロートは、
前記インナーリングと、
前記インナーリングの外周側に設けられ、該インナーリングとの間に環状流路を形成する前記アウターリングと、
前記インナーリングと前記アウターリングとの間に設けられる複数の前記スロートベーンと、
を含み、
前記インナーリングと前記アウターリングとの間の半径方向隙間をＨとし、前記スロートベーンの長さをＬ、隣接する前記スロートベーンの間隔をｄとしたとき、
下記式（ａ）及び式（ｂ）を満たす。
（ａ）２．０≦Ｌ／ｄ≦４．０
（ｂ）０．５≦Ｈ／ｄ≦１．５
上記（６）の構成によれば、前述のように、２．０≦Ｌ／ｄを満たすことで、落下量を抑制でき、Ｌ／ｄ≦４．０を満たすことで、スロートを通過する気流の圧力損失を抑制できる。
また、０．５≦Ｈ／ｄを満たすことで落下量を抑制でき、Ｈ／ｄ≦１．５（好ましくは、Ｈ／ｄ≦１．０）を満たすことで、スロートを通過する気流の圧力損失を抑制できる。

（７）幾つかの実施形態では、前記（１）〜（４）の何れかの構成において、
前記粉砕装置は、被粉砕物として石炭を粉砕するように構成される。
上記（７）の構成によれば、被粉砕物が石炭である場合、粉砕された石炭粒子がスロートから落下する落下量を抑制しつつ、スロートを通過する気流の圧力損失を抑制できる。

（８）本発明の少なくとも一実施形態に係る微粉炭焚きボイラは、
（７）の構成を有する粉砕装置と、
前記粉砕装置によって得られた微粉炭を燃焼させるための火炉と、
を備える。
上記（８）の構成によれば、上記粉砕装置において、粉砕された石炭粒子がスロートから落下する落下量を抑制しつつ、スロートを通過する搬送ガスの圧力損失を抑制できる。
また、これらを達成するために、石炭粒子に対する気流（搬送ガス）の割合を増加させることによって、気流（搬送ガス）の流速を増加させる必要がないため、石炭粒子を微粉炭焚きボイラで燃焼させる場合に、着火性など燃焼性を悪化させるおそれがない。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、落下量を抑制することで、粉砕装置のメンテナンスが容易になり、かつ気流の圧力損失を抑制することで、粉砕装置の動力増加を抑制できる。

一実施形態に係る粉砕装置の正面視断面図である。 一実施形態に係るスロート部の断面図である。 一実施形態に係るスロート部の横断面図である。 一実施形態に係るスロート部の平面図である。 （Ａ）は一実施形態に係るスロート部の一部拡大断面図であり、（Ｂ）は比較例としてのスロート部の一部拡大断面図である。 Ｌ／ｄとスロート圧力損失との関係を示すグラフである。 Ｌ／ｄとスロートからの落下量との関係を示すグラフである。 Ｈ／ｄとスロート圧力損失との関係を示すグラフである。 Ｈ／ｄとスロートからの落下量との関係を示すグラフである。 一実施形態に係るスロート部の断面図である。 θとスロート圧力損失との関係を示すグラフである。 θとスロート部からの落下量との関係を示すグラフである。 テーブル周速と落下石炭量の関係を示すグラフである。 （Ａ）及び（Ｂ）は一実施形態に係る粉砕テーブルの断面図である。 一実施形態に係るＬ／ｄ、Ｈ／ｄ及びθの関係を示すグラフである。 一実施形態に係る微粉炭焚きボイラの系統図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載され又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、一実施形態に係る粉砕装置の概略的な正面視断面図であり、図２及び図３は夫々一実施形態に係る粉砕装置のスロート部の正面視断面図である。

図１に示すように、一実施形態に係る粉砕装置１０は、ハウジング１２と、ハウジング１２の内部に設けられた粉砕部１４及び分級部１６とを備える。
粉砕部１４は、回転するように構成された粉砕テーブル１８と、粉砕テーブル１８の外周側に設けられ、ハウジング１２の内部で上昇気流ｆｕを形成するためのスロート２０とを備える。粉砕部１４では、粉砕テーブル１８上に供給された被粉砕物が粉砕され、粉砕されて粒子状となった粉砕粒子はスロート２０から噴き上がる上昇気流ｆｕに随伴し、粉砕粒子及び空気の二相流となって上昇する。
図示した実施形態では、粉砕装置１０は分級部１６を備える。分級部１６は、粉砕テーブル１８の上方に設けられ、上昇気流ｆｕに随伴される粉砕粒子を微粒子Ｐｍと粗粒子Ｐｃとに分級するように構成される。微粒子Ｐｍは搬送ガスと共に分級部１６を通って使用先に送られ、微粒子Ｐｍと分級された粗粒子Ｐｃは粉砕テーブル１８に戻る。

図２及び図３に示すように、スロート２０（２０ａ、２０ｂ）は、粉砕テーブル１８の外周に沿って延在するインナーリング２１（２１ａ、２１ｂ）と、インナーリング２１の外周側に設けられ、インナーリング２１との間に環状流路ｆｒを形成するアウターリング２２とを備える。
図４及び図５に示すように、スロート２０は、インナーリング２１とアウターリング２２との間に設けられる複数のスロートベーン２３を備える。
インナーリング２１とアウターリング２２との間の半径方向隙間をＨとし、スロートベーン２３の長さをＬとし、隣接するスロートベーン２３の間隔をｄとしたとき、スロート２０は、下記式（ａ）及び（ｂ）を満たすように構成される。
（ａ）２．０≦Ｌ／ｄ≦４．０
（ｂ）０．５≦Ｈ／ｄ≦１．５

２．０≦Ｌ／ｄを満たすことで、環状流路ｆｒを通る気流の縮流効果を高めることができる。縮流され加速された気流が粉砕テーブルの上面から噴き出すことで、気流の運動エネルギによりスロート上に被粉粒子を保持でき、粉砕粒子の落下量を抑制できる。また、Ｌ／ｄ≦４．０を満たすことで、スロート圧力損失を抑制でき、粉砕装置１０の動力増加を抑制できる。
また、ｄが小さいほど、スロートベーン２３の枚数が多くなり、被粉砕物を掻き上げる回数が増えるため、粉砕粒子はスロートから落下し難くなる。従って、０．５≦Ｈ／ｄを満たすことで、落下量を抑制できる。
落下量が多量になると、落下した粉砕粒子の処理が間に合わなくなり、粉砕装置１０の運転に支障をきたす。
他方、スロートベーンの枚数が多くなりすぎると、スロート圧力損失が増加するので、Ｈ／ｄ≦１．５（好ましくは、Ｈ／ｄ≦１．０）を満たすことで、スロート圧力損失の増加を抑制できる。
以上から、上記式（ａ）及び（ｂ）を満たすことで、落下量を抑制しつつ、スロートを通過する気流の圧力損失の増加を抑制でき、粉砕装置１０の動力増加を抑制できる。
図５（Ａ）は式（ａ）及び式（ｂ）を満たすスロート２０の構成例を示し、図５（Ｂ）は式（ａ）及び式（ｂ）を満たさないスロート２０の構成例を示す。

図６〜図９は、被粉砕物が石炭であるときに、本発明者等が得た知見をまとめたグラフである。
図６はＬ／ｄとスロート圧力損失との関係を示し、図７はＬ／ｄとスロートから落下する石炭粒子の量を示す。図６は、Ｌ／ｄが２．０以下では低いスロート圧力損失を示し、Ｌ／ｄが増加するにつれて３．０前後からスロート圧力損失が増加傾向となることを示している。図７は、Ｌ／ｄが増加するにつれて落下量が減少するが、Ｌ／ｄが３．０以上になると落下量はこれ以上減少せず、落下量が概ね一定となる。また、Ｌ／ｄが４．０を超えると落下量は増加傾向を示す。図６及び図７から、２．０≦Ｌ／ｄ≦４．０とすることで、スロート圧力損失の増加を抑えながら、落下量を低減できることがわかる。
図８はＨ／ｄとスロート圧力損失との関係を示し、図９はＨ／ｄとスロートから落下する石炭粒子の量を示す。図８は、Ｈ／ｄ＞１の範囲では、Ｈ／ｄが増加するにつれてスロート圧力損失が増加するが、Ｈ／ｄ≦１の範囲ではＨ／ｄに対するスロート圧力損失の変化は小さい。また、Ｈ／ｄ＜０．５の範囲では、スロート圧力損失は概ね一定である。図９は、Ｈ／ｄが増加するにつれて落下量は減少するが、Ｈ／ｄ＞１の範囲では、Ｈ／ｄが増加しても落下量の変化はあまりない。Ｈ／ｄ＜０．５の範囲では、Ｈ／ｄの減少とともに落下量が急激に増大する。
従って、図８及び図９から、０．５≦Ｈ／ｄ≦１．５とすることで、落下量を低減でき、好ましくは、Ｈ／ｄ≦１．０とすることで、スロート圧力損失及び落下量とも低減できることがわかる。

例示的な実施形態では、図３に示すように、スロート２０（２０ｂ）のインナーリング２１（２１ｂ）は、インナーリング２１（２１ｂ）の下端側領域に形成された整流部５２を含む。整流部５２は、インナーリング２１（２１ｂ）の下端に向かって半径方向内側に近づくように湾曲した形状を有する。整流部５２は、環状流路ｆｒに下方から流入する気流ｆを整流する。
気流ｆは、環状流路ｆｒに粉砕装置１０の一方の側面側から供給されるため、スロート２０の周方向に沿って流量偏差が発生する。流量偏差が発生すると、流量が少ない部位の落下量が多くなる。
上記構成によれば、整流部５２を有するため、スロート２０（２０ｂ）の流量偏差を抑制できるため、スロート２０（２０ｂ）の周方向に沿って落下量を均一化できる。

図示した実施形態では、図１に示すように、被粉砕物Ｍｒが投入される被粉砕物供給管２４と、粉砕及び分級された微粒子Ｐｍを外部へ排出するための微粒子排出部２６とを備える。微粒子排出部２６は例えば管状の排出管で構成される。
供給管２４はその軸線がハウジング１２の中心軸Ｏに沿うようにハウジング１２の上部に鉛直方向に設けられ、供給管２４から投入された被粉砕物Ｍｒは粉砕テーブル１８上に供給される。供給管２４はハウジング１２に軸受（不図示）を介して矢印方向へ回転可能に支持される。
排出部２６は分級部１６の上部において分級部１６と連通するように設けられ、分級部１６で分級された微粒子Ｐｍは排出部２６から外部に排出される。

図示した実施形態では、粉砕部１４は、被粉砕物Ｍｒを粉砕するための粉砕テーブル１８及び粉砕ローラ２８を備え、粉砕テーブル１８上に供給された被粉砕物Ｍｒは粉砕テーブル１８と粉砕ローラ２８との噛み込みにより粉砕される。粉砕テーブル１８はモータ３１を駆動源とする駆動部３０によって回転される。
粉砕テーブル１８上の被粉砕物Ｍｒは、粉砕テーブル１８の回転によって発生する遠心力により、粉砕テーブル１８上を外周側へ移動し、粉砕テーブル１８と粉砕ローラ２８との噛み込みにより粉砕される。粉砕ローラ２８は、加圧装置３２によって粉砕テーブル１８に押し付けられるように構成される。
搬送ガスダクト３４から供給される搬送ガスｇによって形成される気流がスロート２０からハウジング１２内に噴き上がる。搬送ガスｇは、スロート２０に設けられた複数のスロートベーン２３によってハウジング周方向に沿う旋回を付与され、上昇気流ｆｕを形成する。
被粉砕物Ｍｒが粉砕された粉砕粒子は、搬送ガスｇによって形成される上昇気流ｆｕに同伴してハウジング１２内の外周側領域を上昇する。上昇中に粉砕粒子に含まれる粗粒子Ｐｃの一部は重力分級により落下して粉砕テーブル１８に戻る。

図示した実施形態では、分級部１６は、ハウジング１２の中心軸Ｏを中心に回転可能な環状回転部３６を含む。環状回転部３６は供給管２４に取り付けられ、供給管２４と共に回転する。環状回転部３６は、中心軸Ｏの周りに隙間を空けて配列された複数の回転フィン３８を含む。
環状回転部３６の外側には、中心軸Ｏの周りに隙間を空けて環状に配列された複数の固定フィン４０が設けられる。固定フィン４０の下部には整流コーン４２が設けられる。
分級部１６では、固定フィン４０及び回転フィン３８による遠心分級や、粗粒子Ｐｃが固定フィン４０及び回転フィン３８に衝突することによる衝突分級が行われ、微粒子Ｐｍと粗粒子Ｐｃとに分級される。

なお、固定フィン４０及び整流コーン４２を設けない実施形態においては、複数の回転フィン４０は、ハウジング１２の内部空間のうち、上昇気流ｆｕが存在する領域に直接面して配置される。例えば、環状回転部３６と粉砕部１４との間の高さ位置にホッパが配置されず、環状回転部３６の回転フィン４０と粉砕部１４との間に気流を遮る部材が存在しない。
従って、ハウジング１２をコンパクト化できると共に、分級部１６を通過できない粗粒子Ｐｃを上昇気流ｆｕの流速が比較的遅い領域からスムーズに粉砕部１４に戻すことができる。
これによって、環状回転部３６付近の粗粒子Ｐｃの滞留を抑制できるため、分級部出口側の微粒子Ｐｍの微粉度を向上できると共に、粉砕部１４における粗粒子Ｐｃの再粉砕を促進できる。

図示した実施形態では、ハウジング１２の上面にモータ４４が設けられ、モータ４４の出力は減速機４６を介して供給管２４に伝達されるように構成される。モータ４４の回転によって供給管２４と共に環状回転部３６が中心軸Ｏを中心に回転する。

例示的な実施形態では、図１０に示すように、スロートベーン２３は、スロートベーン２３の下端から上端に向かってスロート２０の回転方向の上流側に傾いている。また、スロート２０の回転中心軸（中心軸Ｏ）に対するスロートベーン２３の傾斜角をθとしたとき、下記式（ｃ）を満たすように構成される。
（ｃ）４５°≦θ≦６０°
上記構成によれば、スロートベーン２３は、その下端から上端に向かってスロート２０の回転方向の上流側に傾いているため、各々のスロートベーン２３による粉砕粒子Ｐの掻き上げ効果が増加する。
また、４５°≦θを満たすことで、粉砕粒子Ｐに対するスロートベーン２３の掻き上げ効果を増大できるため、落下量を抑制できる。これによって、規定値以下の落下量を実現するためのＬ／ｄ及びＨ／ｄの値を小さくすることができ、粉砕装置１０のスロート周辺部位を小型化できる。また、θ≦６０°を満たすことにより、スロート圧力損失を抑制できる。

図１１は、粉砕粒子が石炭粒子である場合のθとスロート圧力損失との関係を示し、図１２は、同様の場合にθと落下量との関係を示している。
図１１は、θが１５°から４５°付近のとき、スロート圧力損失は低いレベルにあり、θが４５°付近から増加するにつれてスロート圧力損失は増加するが、θ≦６０°ではスロート圧力損失の増加を抑えられることを示している。また、図１２は、θが増加するにつれて落下量は減少するが、θ≧４５°の範囲では、θに対する落下量の変化が小さくなる。
図１１及び図１２から、４５°≦θ≦６０°のとき、スロート圧力損失及び落下量を共に効果的に低減することができる。

例示的な実施形態では、テーブル周速を３ｍ／ｓ以上５ｍ／ｓ以下とする。
図１３はテーブル周速と粉砕粒子の落下量との関係を示している。図１３に示すように、テーブル周速が遅い領域では、テーブル周速が増加するにつれて、被粉砕物に働く遠心力が大きくなるため、粉砕テーブル１８からスロート２０に移動する粉砕粒子量が多くなり、落下量が多くなる。
一方、テーブル周速の増加に伴い、スロートベーン２３が粉砕粒子を掻き上げる力が大きくなるため、落下量の増加は小さくなる。従って、図１３に示すように、テーブル周速の増加に伴って落下量は一定量に収束していく。
図１４の（Ａ）は、テーブル周速が遅いときの粉砕粒子Ｐの層厚Ｄを示し、（Ｂ）はテーブル周速が速いときの粉砕粒子Ｐの層厚Ｄを示している。図１４（Ａ）に示すように、テーブル周速が遅いときは、粉砕粒子Ｐの層厚Ｄは粉砕テーブル１８の半径方向内側ほど厚くなり、スロート付近の層厚Ｄは一定とならない。他方、図１４（Ｂ）に示すように、テーブル周速が速いときのスロート２０付近の層厚Ｄは一定に収束するため、落下量も一定量に収束する。
テーブル周速を３ｍ／ｓ以上と速くすることで、落下量を一定量に収束させつつ、粉砕能力（容量）を確保できる。
また、テーブル周速を５ｍ／ｓ以下とすることで、粉砕装置１０の動力増加を回避できる省エネ運転が可能になる。

例示的な実施形態では、図１０に示すように、スロートベーン２３は、スロートベーン２３の下端から上端に向かってスロート２０の回転方向（粉砕テーブル１８の回転方向）の上流側に傾いている。また、スロートベーン２３の傾斜角θは下記式（ｄ）を満たす。
（ｄ）Ｈ／ｄ≧０．９５×（ｓｉｎθ）^−２．０×（Ｌ／ｄ）^−１．２

図１５は、所望の範囲（許容落下量よりも小さい範囲）内に落下量を収めるために必要なＨ／ｄ、Ｌ／ｄ及びθの関係を示すグラフである。
同図に示すように、本発明者らが、Ｈ／ｄ及びＬ／ｄの変化が落下量に与える影響を検討した結果、所望の落下量を実現するためには、Ｈ／ｄを大きくすればＬ／ｄを小さくすることができ、逆にＬ／ｄを大きくすればＨ／ｄを小さくすることができることを見出した。即ち、隙間Ｈに対してスロートベーン２３間の間隔ｄが小さい場合（即ち、スロートベーン数が比較的多い場合）、スロートベーン２３による粉砕粒子の掻き上げ効果を期待できるため、Ｌ／ｄが比較的小さくても所望の落下量を実現できる。逆に、隣接するスロートベーンの間隔ｄに対してスロートベーンの長さＬが大きい場合、スロート内部において気流を十分に縮流させることで粉砕粒子の落下を抑制できるため、Ｈ／ｄが小さくても所望の落下量を実現できる。逆に、隣接するスロートベーンの間隔ｄに対してスロートベーンの長さＬが大きい場合、スロート内部において気流を十分に縮流させることで粉砕粒子Ｐの落下を抑制できるため、Ｈ／ｄが小さくても所望の落下量を実現できる。
また、図１５に示すように、所望の落下量を実現し得るＨ／ｄ及びＬ／ｄの組み合わせはスロートベーンの傾斜角θに依存し、具体的には、ｓｉｎθが大きいほど、所望の落下量を実現するためのＨ／ｄ及びＬ／ｄの値が相対的に小さくなることが明らかになった。このことは、スロート周方向における各スロートベーンの延在範囲がＬ×ｓｉｎθで表されることから、ｓｉｎθを、粉砕粒子の掻き上げ効果の大きさを示すパラメータであると捉えることができるためである。
従って、式（ａ）及び（ｂ）に加えて、式（ｄ）をも満たすようにＨ／ｄ、Ｌ／ｄ、θを設定することで、スロート圧力損失の増加を抑制しつつ、粉砕粒子の落下量をより効果的に抑制することができる。

例示的な実施形態では、粉砕装置１０に設けられたスロート２０は、インナーリング２１と、インナーリング２１の外周側に設けられ、インナーリング２１との間に環状流路ｆｒを形成するアウターリング２２と、インナーリング２１アウターリング２２との間に設けられる複数のスロートベーン２３と、を含む。そして、隙間Ｈと、スロートベーン２３の長さＬと、スロートベーン２３の間隔ｄとは、上記式（ａ）及び（ｂ）を満たすように構成されている。
上記構成によれば、前述のように、２．０≦Ｌ／ｄを満たすことで、落下量を抑制でき、Ｌ／ｄ≦４．０を満たすことで、スロートを通過する気流の圧力損失を抑制できる。
また、０．５≦Ｈ／ｄを満たすことで、落下量を抑制でき、Ｈ／ｄ≦１．５を満たすことで、スロート圧力損失を抑制できる。
従って、式（ａ）及び（ｂ）を満たすことで、落下量及びスロート圧力損失を共に低減できる。

幾つかの実施形態では、粉砕装置１０は被粉砕物Ｍｒとして石炭を粉砕するように構成される。
これによって、被粉砕物Ｍｒが石炭である場合、粉砕された石炭粒子がスロート２０から落下する落下量を抑制しつつ、スロート２０を通過する気流の圧力損失を抑制できる。

一実施形態に係る微粉炭焚きボイラ６０は、図１６に示すように、粉砕装置１０と、粉砕装置１０によって得られた微粉炭Ｃｍを燃焼させるための火炉（ボイラ本体）６２とを備える。
図示した実施形態では、粉砕装置１０には、送風機６４から空気Ａが送り込まれるとともに、石炭バンカ７０及び給炭機７２から原料（被粉砕物Ｍｒ）としての石炭が供給されるようになっている。

送風機６４に送り込まれた燃焼用空気Ａは空気Ａ_１と空気Ａ_２に分岐される。このうち、空気Ａ_１は、送風機６６によって粉砕装置１０に搬送される。空気Ａ_１の一部は、予熱器８０によって加熱されて温空気として粉砕装置１０に搬送される。ここで、予熱器８０によって加熱された温空気と、送風機６６から予熱器８０を経由せずに直接搬送される冷空気とは、混合空気が適温となるように混合調整されてから粉砕装置１０に供給されるようになっていてもよい。このようにして、粉砕装置１０に供給された空気Ａ_１は、粉砕装置１０の内部においてスロート２０（図１参照）からハウジング１２の内部に吹き出されるようになっている。

被粉砕物Ｍｒとしての石炭は、石炭バンカ７０に投入された後、給炭機７２により定量ずつ、供給管２４（図１参照）を介して粉砕装置１０に供給される。スロート２０からの空気Ａ_１の気流ｆにより乾燥されながら粉砕装置１０にて粉砕されて生成した微粉炭Ｃｍは、排出部２６（図１参照）から空気Ａ_１により搬送されて、火炉６２のウィンドボックス７４内の微粉炭バーナ（不図示）を介して火炉６２に送られて、バーナにより着火されて燃焼する。

なお、送風機６４に送り込まれた燃焼用空気Ａのうち空気Ａ_２は、予熱器６８及び予熱器８０により加熱されて、ウィンドボックス７４を介して火炉６２に送られ、火炉６２内で微粉炭Ｃｍの燃焼に供される。

火炉６２において微粉炭Ｃｍの燃焼で生成した排ガスは、集塵機６６で塵埃が除去された後、脱硝装置７８に送られ、排ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）が還元される。そして、該排ガスは、予熱器８０を経て送風機８２で吸引され、脱硫装置８４で硫黄分が除去され、煙突８６から大気中に放出される。

上述した微粉炭焚きボイラ６０では、粉砕装置１０の分級部１６で微粉炭Ｃｍと分級された粗粒子Ｐｃをスムーズに粉砕テーブル１８に戻すことができる。これによって、分級部１６を通過した微粉炭Ｃｍの微粉度を向上できると共に、ハウジング１２内の圧力損失を低減でき、粉砕装置１０の動力増加を抑制できる。
また、粗粒子Ｐｃの混入が抑制された微粉炭Ｃｍを燃焼させるので、燃焼ガスにおけるＮＯｘなどの大気汚染物質を低減でき、かつ灰中未燃分を低減することができ、これによって、ボイラ効率を向上させることができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、スロートから落下する粉砕粒子の落下量を抑制でき、かつハウジング内の圧力損失の増加を抑制して粉砕装置の動力増加を抑制でき、例えば、微粉炭焚きボイラに設けられ、被粉砕物として石炭を粉砕する粉砕装置などに適用されて好適できる。

１０ 粉砕装置
１２ ハウジング
１２ａ 円環部
１４ 粉砕部
１６ 分級部
１８ 粉砕テーブル
２０（２０ａ、２０ｂ） スロート
２１（２１ａ、２１ｂ） インナーリング
２２ アウターリング
２３ スロートベーン
２４ 被粉砕物供給管
２６ 微粒子排出部
２８ 粉砕ローラ
３０ 駆動部
３１、４４ モータ
３２ 加圧装置
３４ 搬送ガスダクト
３６ 環状回転部
３８ 回転フィン
４０ 固定フィン
４２ 整流コーン
５２ 整流部
６０ 微粉炭焚きボイラ
６２ 火炉
Ｃｍ 微粉炭
Ｄ 層厚
Ｏ 中心軸
Ｐ 粉砕粒子
Ｐｃ 粗粒子
Ｐｍ 微粒子
ｆ 気流
ｆｒ 環状流路
ｆｕ 上昇気流
ｇ 搬送ガス

Claims (8)

1. ハウジングと、
   前記ハウジング内において回転するように構成された粉砕テーブルと、
   前記ハウジング内において前記粉砕テーブルの外周側に設けられ、上昇気流を形成するためのスロートと、を備える粉砕装置であって、
   前記スロートは、
   前記粉砕テーブルの外周に沿って延在するインナーリングと、
   前記インナーリングの外周側に設けられ、該インナーリングとの間に環状流路を形成するアウターリングと、
   前記インナーリングと前記アウターリングとの間に設けられる複数のスロートベーンと、
   を含み、
   前記インナーリングと前記アウターリングとの間の半径方向隙間をＨとし、前記スロートベーンの長さをＬ、隣接する前記スロートベーンの間隔をｄとしたとき、
   下記式（ａ）及び式（ｂ）を満たすことを特徴とする粉砕装置。
   （ａ）２．０≦Ｌ／ｄ≦４．０
   （ｂ）０．５≦Ｈ／ｄ≦１．５
2. 前記スロートベーンは、該スロートベーンの下端から上端に向かって前記スロートの回転方向の上流側に傾いており、
   前記スロートの回転中心軸に対する前記スロートベーンの傾斜角をθとしたとき、下記式（ｃ）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の粉砕装置。
   （ｃ）４５°≦θ≦６０°
3. 前記スロートベーンは、該スロートベーンの下端から上端に向かって前記スロートの回転方向の上流側に傾いており、
   前記スロートの回転中心軸に対する前記スロートベーンの傾斜角をθとしたとき、下記式（ｄ）を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の粉砕装置。
   （ｄ）Ｈ／ｄ≧０．９５×（ｓｉｎθ）^−２．０×（Ｌ／ｄ）^−１．２
4. 前記インナーリングは、該インナーリングの下端側に位置し、前記インナーリングの下端に向かって半径方向内側に近づくように湾曲した形状を有し、前記環状流路に下方から流入する気流を整流するための整流部を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の粉砕装置。
5. 前記粉砕テーブルの周速が３ｍ／ｓ以上５ｍ／ｓ以下であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の粉砕装置。
6. 請求項１乃至５の何れか一項に記載の粉砕装置のスロートであって、
   前記スロートは、
   前記インナーリングと、
   前記インナーリングの外周側に設けられ、該インナーリングとの間に環状流路を形成する前記アウターリングと、
   前記インナーリングと前記アウターリングとの間に設けられる複数の前記スロートベーンと、
   を含み、
   前記インナーリングと前記アウターリングとの間の半径方向隙間をＨとし、前記スロートベーンの長さをＬ、隣接する前記スロートベーンの間隔をｄとしたとき、
   下記式（ａ）及び式（ｂ）を満たすことを特徴とする粉砕装置用のスロート。
   （ａ）２．０≦Ｌ／ｄ≦４．０
   （ｂ）０．５≦Ｈ／ｄ≦１．５
7. 前記粉砕装置は、被粉砕物として石炭を粉砕するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の粉砕装置。
8. 請求項７に記載の粉砕装置と、
   前記粉砕装置によって得られた微粉炭を燃焼させるための火炉と、
   を備えることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。

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