JP6943027B2 - 竪型ローラミル - Google Patents

Description

本発明は、竪型ローラミルに関するものである。

従来、微粉炭やセメントなどの被粉砕物を所望の粒子径に粉砕し、分級する装置として、竪型ローラミルが知られている。この竪型ローラミルは、粉砕部で被粉砕物を粉砕し、この粉砕物を気流に乗せて上昇させ、上昇した粉砕物を粉砕部の上方に設けられた分級機で分級するものである。このような竪型ローラミルにあっては、気流に混在させる粒子（粉砕物）を粒子径によって分類するための分級性能が重要となる。

竪型ローラミルに用いられる分級機として、垂直方向の軸を中心に回転する翼列を利用した回転分級機がある。この回転分級機における粒子を分級する原理は、粒子にガス流れが当たることによって作用する流体抗力と回転分級羽根の回転に伴って生じる旋回挙動によって作用する遠心力との差し引きによって粒子が回転分級羽根を通過できるかどうかで分級が行われる遠心分離と、粒子が回転分級羽根の表面に衝突してはじき出される衝突分級があると言われている。

従来技術では、回転分級機の形状やガス流れの流入方向を制御する等の工夫をすることによって分級性能を高めている。例えば、下記特許文献１では、回転分級機の周りにガイドコーンと称される逆円錐状の構造物でミル内部を区分し、ミル内部の外周を吹き上がる上昇流とミル中央部付近を下降する循環流れを形成している。これにより、ミル内部の外周を吹き上がる気流を偏向させて、粒子を回転分級羽根に向かう方向に流し、また、分級した粒子（粗粒子）をガイドコーンの内側を通って落下させ、再粉砕を行う。

特開２００９−１８９９０９号公報

しかしながら、従来技術には、次のような問題がある。
従来技術では、分級した粒子を粉砕テーブル中央に戻すために逆円錐状のガイドコーンを設けており、その外側に上昇流を流し、その内側に下降流を形成している。この構成においては、ガイドコーンの外側の流路面積が上方に向かって小さくなっていくため、上昇流によって搬送される粒子を加速させることができる。しかしながら、ガイドコーンの上端から先は広い空間に連通しており、急激に流路が大きくなるため、粒子の流速が不均一になり易い。粒子の流速が不均一になると、例えば、流速の低い微粒子が回転分級機を通過できなかったり、逆に流速の高い粗粒子が回転分級機を通過してしまうことがあり、結果として分級性能が低下する、という問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、分級性能を向上させることができる竪型ローラミルの提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、円筒状のハウジングと、前記ハウジングの中心部に被粉砕物を供給するシュートと、前記シュートの下方に設けられて前記被粉砕物を粉砕する粉砕部と、前記粉砕部の上方に設けられた排出管と、前記粉砕部で粉砕された粉砕物を前記排出管に輸送する気流を形成する輸送機構と、を有する竪型ローラミルであって、前記粉砕部と前記排出管との間に、筒状の整流部材が配置され、前記整流部材は、下方に向かって縮径する逆円錐部と、前記逆円錐部の上端から上方に向かって延在する円筒部と、を有する、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記整流部材と前記排出管との間に、回転分級機が配置されており、前記整流部材の上端は、前記回転分級機の回転分級羽根の下端以下の高さに配置されている、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記整流部材の内側に堆積した前記粉砕物の堆積物を前記粉砕部に落下させる堆積物落下装置を有する、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記堆積物落下装置は、前記整流部材の下端開口から前記粉砕部に向かう下降流を形成する気体供給手段を有する、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記堆積物落下装置は、前記整流部材の下端開口から前記堆積物を機械的に落下させる機械搬送手段を有する、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記堆積物落下装置は、前記整流部材の下端開口を開閉する開閉手段を有する、という構成を採用する。

本発明によれば、竪型ローラミルの分級性能を向上させることができる。

本発明の第一実施形態における竪型ローラミル１の概略構成図である。 本発明の第二実施形態における竪型ローラミル１Ａの概略構成図である。 本発明の第二実施形態の別形態における竪型ローラミル１Ｂの概略構成図である。 本発明の第二実施形態の別形態における竪型ローラミル１Ｃの概略構成図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態における竪型ローラミル１の概略構成図である。
本実施形態の竪型ローラミル１は、被粉砕物としての塊炭（原炭）を粉砕し、所望の粒径の微粉炭（粉砕物）を分級し、気流に乗せて排出するものである。図に示す符号Ｃは、被粉砕物、粉砕物を示し、符号Ｆは気流を示す。

図１に示すように、竪型ローラミル１は、円筒状のハウジング２と、ハウジング２の中心部に被粉砕物を供給するシュート３と、シュート３の下方に設けられて被粉砕物を粉砕する粉砕部４と、粉砕部４の上方に設けられた排出管９と、粉砕部４で粉砕された粉砕物を排出管９に輸送する気流を形成する輸送機構６と、後述する整流部材２０と、を備えて構成されたものである。

ハウジング２は、鉛直方向に沿って立てられた円筒状のもので、その上端開口を覆う蓋体７を有する。蓋体７には、その中心部に円筒状のシュート３が挿通されている。このシュート３は、鉛直方向に沿って配置されたもので、その上端開口が蓋体７の外側に配置され、下端開口がハウジング２の内部の回転分級機５の下方に配置されたものである。シュート３には、図示しない原炭供給装置が接続されており、これによって所定量の塊炭（被粉砕物）が、ハウジング２の内部に供給されるようになっている。

また、蓋体７には、その裏面側に回転分級機５が取り付けられている。回転分級機５は、蓋体７の中心部に設けられた回転ロータに多数枚の回転分級羽根８を周方向に等間隔で配置したもので、駆動装置によって回転ロータを回転させることにより、回転分級羽根８を所定の回転速度で回転させるものである。この回転分級機５の下方には、逆円錐状のガイド部１０がシュート３に固定されている。

粉砕部４は、ハウジング２の底部に設けられた回転テーブル１１と、この回転テーブル１１上を転動する複数の粉砕ローラ１２と、を備えて構成されたものである。
回転テーブル１１は、水平面上にて比較的低速で回転するよう構成されたものである。
粉砕ローラ１２は、ローラ加圧装置によって回転テーブル１１に圧接させられ、その状態で回転テーブル１１が回転することにより、回転テーブル１１上を転動するものである。

このような構成のもとに粉砕部４は、シュート３から回転テーブル１１の中心部に供給された被粉砕物を、回転テーブル１１の遠心力によってその外周側に移動させ、回転テーブル１１の上面と粉砕ローラ１２との間に噛み込み、圧縮力と剪断力とによって粉砕するようになっている。

輸送機構６は、ハウジング２の底部側面に設けられた空気導入部１３と、この空気導入部１３の導入口１３ａから外部の空気を導入させる空気導入手段とを備えたもので、空気導入手段によって空気を回転テーブル１１の外縁部に案内し、その後、ハウジング２の内部を上昇させて排出管９に流入させるようにしたものである。このような構成のもとに、輸送機構６は、ハウジング２の底部側、すなわち回転テーブル１１側から、ハウジング２の上部側、すなわち排出管９側に向かう気流を生じさせ、この気流に乗せて（同伴させて）、粉砕物を排出管９側に輸送するようになっている。

上記構成の竪型ローラミル１は、粉砕部４と排出管９との間に、整流部材２０を有している。整流部材２０は、上端開口２１と下端開口２２とを有する筒状の構造物である。整流部材２０の内周面２０ａは、ガイド部１０と隙間をあけて対向し、整流部材２０の外周面２０ｂは、ハウジング２の内壁２ａと隙間をあけて対向している。整流部材２０は、ハウジング２や回転分級機５と中心を同じくする、同心状に配置されている。この整流部材２０は、ハウジング２の内壁２ａやガイド部１０から延びる図示しない複数のサポートにより支えられている。

整流部材２０は、下方に向かって縮径する逆円錐部３０と、逆円錐部３０の上端３１から上方に向かって延在する円筒部４０と、を有する。逆円錐部３０の下端、すなわち整流部材２０の下端２４は、シュート３の下端開口以下の高さに配置されている。整流部材２０の下端２４は、整流部材２０の下端開口２２を形成している。整流部材２０の下端開口２２は、シュート３の下端開口よりも大きく形成されている。逆円錐部３０は、整流部材２０の全高の約２／３を占め、その上端３１はガイド部１０の中腹部の高さに位置している。

円筒部４０は、逆円錐部３０の上端３１から上端３１と同一の径で上方に向かって延在している。円筒部４０の上端、すなわち整流部材２０の上端２３は、回転分級機５の回転分級羽根８の下端８ａ以下（本実施形態では略同一）の高さに配置されている。整流部材２０の上端２３は、整流部材２０の上端開口２１を形成している。整流部材２０の上端開口２１は、逆円錐状のガイド部１０の上端の外径よりも大きく、且つ、回転分級羽根８の下端８ａにおける回転分級機５の外径よりも大きく形成されている。円筒部４０は、整流部材２０の全高の約１／３を占めている。

このような構成の竪型ローラミル１によって塊炭（原炭）を粉砕し、所望の粒径の微粉炭を分級し排出管９から排出するには、従来と同様にしてシュート３から塊炭（原炭）をハウジング２の内部に供給し、粉砕部４を駆動させるとともに、輸送機構６、回転分級機５をそれぞれ駆動させる（図１参照）。すると、塊炭は粉砕部４において粉砕され、粗粉炭や微粉炭となる。

ここで、本実施形態では、粒径が例えば１００μｍ程度以下の微粉炭はこれを輸送する気流とともに回転分級機５内に流入させ、これより大きい粗粉炭は回転分級羽根８の遠心力によって外側に押しやるように、回転分級羽根８の回転速度等が設定されている。これは、粗粉炭は、例えば微粉炭焚ボイラの燃料として用いた場合に、燃焼に寄与しない未燃部分が残ってしまい、エネルギー効率を低下させてしまうからである。

粉砕部４において形成された粗粉炭や微粉炭は、輸送機構６によって生じさせられた気流に乗せられ、粉砕部４の回転テーブル１１上からハウジング２の上部側に運ばれる。気流は、回転テーブル１１の外縁部を通過する際に、旋回成分が付与され、その遠心力によってハウジング２の内壁２ａに沿って流れるようになり、これによって内壁２ａ近傍を上昇するようになる。

この上昇流は、整流部材２０の外側に導かれる。整流部材２０は、下方に向かって縮径する逆円錐部３０を有しているため、上昇流を効率よく整流部材２０の外側に導くことができる。逆円錐部３０においては、整流部材２０の外周面２０ｂとハウジング２の内壁２ａとの間に形成される流路面積が上方に向かって小さくなっていくため、上昇流を加速させることができる。このように、粉砕物を搬送する上昇流を加速させることで、粉砕物のハウジング２からの排出を促進させることができる。

整流部材２０は、逆円錐部３０の上端３１から上方に向かって延在する円筒部４０を有する。円筒部４０においては、整流部材２０の外周面２０ｂとハウジング２の内壁２ａとの間に形成される流路面積が一定であるため、加速した上昇流の流速を整えることができる。すなわち、上昇流に含まれる粉砕物は、流路面積が上方に向かって小さくなる逆円錐部３０の外側において加速された後、流路面積が一定の円筒部４０の外側を流れることで、流速が略一定になる。

整流部材２０の上端２３を通過した粉砕物は、ハウジング２の上部に配設された回転分級機５に到達し、所定値以下の粒径まで粉砕された粉砕物が気流とともに回転分級機５を通過して排出される。そして、回転分級機５を通過できない粒径の大きな粉砕物（粗粒子）は、回転分級羽根８に衝突するなどして整流部材２０の上端開口２１から整流部材２０の内側に落下する。

ここで、整流部材２０の上端２３を通過した粉砕物は、円筒部４０の外側において流速が整えられ、流速があまりばらつくことなく回転分級機５に到達するため、例えば、粉砕物の粗粒子の流速が突発的に大きくなって回転分級機５を誤って通過してしまうなどの確率を低減することができる。このように、本実施形態によれば、整流部材２０の円筒部４０による上昇流の加速後の整流作用によって、竪型ローラミル１の分級性能を向上させることができる。

また、整流部材２０は、ハウジング２の内部において循環する気流の上昇流と下降流を、整流部材２０の外側と内側で隔てている。これにより、回転分級羽根８を通過しない粗粒子は、整流部材２０の内側を下降するため、整流部材２０の外側の上昇流と分断される。このため、分級された粗粒子が、上昇流によって押し戻されて回転分級機５に何度もアプローチする間に、誤って回転分級羽根８を通過してしまう確率を低減することができる。また、分級された粗粒子は、上昇流とは隔絶した整流部材２０の内側を落下するため、粉砕部４へのスムーズな戻りが可能になる。

このように、上述の本実施形態によれば、円筒状のハウジング２と、ハウジング２の中心部に被粉砕物を供給するシュート３と、シュート３の下方に設けられて被粉砕物を粉砕する粉砕部４と、粉砕部４の上方に設けられた排出管９と、粉砕部４で粉砕された粉砕物を排出管９に輸送する気流を形成する輸送機構６と、を有する竪型ローラミル１であって、粉砕部４と排出管９との間に、筒状の整流部材２０が配置され、整流部材２０は、下方に向かって縮径する逆円錐部３０と、逆円錐部３０の上端３１から上方に向かって延在する円筒部４０と、を有する、という構成を採用することによって、竪型ローラミル１の分級性能を向上させることができる。

また、本実施形態では、整流部材２０と排出管９との間に、回転分級機５が配置されており、整流部材２０の上端２３は、回転分級機５の回転分級羽根８の下端８ａ以下の高さに配置されている。この構成によれば、整流部材２０の上端２３を通過した粉砕物が、回転分級機５に到達するまでの距離が長くなるため、粉砕物の流速を意図的に落とすことができる。粉砕物の流速を落とすと、その流速に対応して回転分級羽根８の回転速度を落とすことが可能となるため、竪型ローラミル１のランニングコストを低減することができる。

（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図２は、本発明の第二実施形態における竪型ローラミル１Ａの概略構成図である。
第二実施形態の竪型ローラミル１Ａは、被粉砕物としてのペレット状に固めた木質系バイオマスを粉砕し、気流に乗せて排出するものである。図に示す符号Ｐは、ペレット（被粉砕物）を示す。石炭と比較して、木質系バイオマスは繊維質のため、細かくなりにくい特徴があるが、１ｍｍ程度の粒径で数十μｍの石炭（微粉炭）と同程度の燃焼性を示すことが分かっており、細かく粉砕せずに、粗い状態でミルから排出させることが好ましい。

この木質バイオマスは、上述した逆円錐部３０と円筒部４０とを有する整流部材２０によって加速及び整流して分級することが好ましいが、繊維質であること、密度が軽いことから、整流部材２０の内側に堆積し易い、という問題がある。このため、第二実施形態の竪型ローラミル１Ａは、整流部材２０の内側に堆積した粉砕物の堆積物を粉砕部４に落下させる堆積物落下装置５０を有している。
図２に示す堆積物落下装置５０は、整流部材２０の下端開口２２から粉砕部４に向かう下降流Ｆ１を形成する気体供給手段５０Ａを有する。

気体供給手段５０Ａは、下降流Ｆ１を形成するノズル５１と、ノズル５１に気体を供給する気体供給源５２と、ノズル５１と気体供給源５２とを接続する接続流路５３と、を有する。ノズル５１は、ガイド部１０の下端に複数取り付けられている。これら複数のノズル５１は、シュート３の下端開口を囲うように等間隔で配置されている。ノズル５１の先端は、整流部材２０の下端開口２２と対向している。これらのノズル５１からは、高圧の空気が噴射される。なお、ノズル５１から噴射される気体は空気に限らず、例えば窒素ガスなどであってもよい。

気体供給源５２は、ノズル５１に空気を供給するブロアやファンなどから構成されている。気体供給源５２は、ハウジング２の外側に配置され、接続流路５３を介して複数のノズル５１と接続されている。接続流路５３は、整流部材２０を支える図示しないサポートの内部を通りガイド部１０の下端まで配設されている。なお、ガイド部１０の内部に空洞部が有る場合、その空洞部に気体供給源５２を設置すれば、気体供給源５２とノズル５１とを短い距離で接続できる。また、ノズル５１には、輸送機構６の空気導入手段から流量調整弁などを介して空気を供給してもよい。

このような第二実施形態によれば、気体供給手段５０Ａによって、整流部材２０の下端開口２２から粉砕部４に向かう下降流Ｆ１が形成される。下降流Ｆ１は、整流部材２０の下端開口２２からの上昇流の侵入を抑制し、整流部材２０の内側に堆積した堆積物を粉砕部４に落下させる。これによって、整流部材２０の内側に粉砕物が堆積することなく、木質バイオマスを粉砕する竪型ローラミル１Ａの安定運転が可能となる。

なお、このような第二実施形態では、図３及び図４に示すような形態を採用し得る。なお、以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図３は、本発明の第二実施形態の別形態における竪型ローラミル１Ｂの概略構成図である。
図３に示す竪型ローラミル１Ｂは、堆積物落下装置５０として、整流部材２０の下端開口２２から整流部材２０の内側の堆積物を機械的に落下させる機械搬送手段５０Ｂを有する。

この機械搬送手段５０Ｂは、整流部材２０の下端開口２２に設けられたロータリーバルブである。機械搬送手段５０Ｂは、整流部材２０の内側に堆積する堆積物を強制的に粉砕部４に搬送する。なお、機械搬送手段５０Ｂの上方には、シュート３の下端開口が配置されており被粉砕物が投入されてくるため、ロータリーバルブは常に回転し、投入された被粉砕物と分級された堆積物とを同時に粉砕部４に落下させるようにすることが好ましい。なお、機械搬送手段５０Ｂとしては、ロータリーバルブの代わりに、スクリューフィーダなどの搬送装置を設置してもよい。

図４は、本発明の第二実施形態の別形態における竪型ローラミル１Ｃの概略構成図である。
図４に示す竪型ローラミル１Ｃは、堆積物落下装置５０として、整流部材２０の下端開口２２を開閉する開閉手段５０Ｃを有する。

開閉手段５０Ｃは、整流部材２０の下端開口２２を開閉する複数の開閉扉５４を有する。開閉扉５４は、整流部材２０の下端２４にヒンジ機構５５を介して連結され、シュート３の外周面との間に形成される円環状の下端開口２２を開閉するようになっている。また、開閉扉５４は、バネ機構５６と接続され、整流部材２０の内側に堆積した堆積物の重量が設定値以上となったときに開き、その後自動で閉まるようになっている。

このような開閉手段５０Ｃによれば、通常時は整流部材２０の下端開口２２を閉じ、整流部材２０の内側に堆積物がある程度堆積したとき、整流部材２０の下端開口２２を開くことができる。整流部材２０の下端開口２２が開かれると、一定以上の重量の堆積物が一度に落下するため、上昇流の影響を多少受けたとしても、粉砕部４に問題なく堆積物を落下させることができる。
なお、開閉手段５０Ｃとしては、バネ機構５６の代わりに、モーターなどの駆動機構を設置し、一定時間毎に開閉扉５４の開閉を行うようにしてもよい。また、ロードセルなどで整流部材２０の内側に堆積した堆積物の重量を検出し、その検出した重量が設定した閾値を超えたときに開閉扉５４を開くように当該駆動機構を制御する制御装置を設けてもよい。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、第一実施形態の竪型ローラミルにおいて木質バイオマスを粉砕してよいし、第二実施形態のローラミルにおいて石炭を粉砕する構成であってもよい。また、粉砕物は、石炭や木質バイオマスに限られない。

１ 竪型ローラミル
２ ハウジング
３ シュート
４ 粉砕部
５ 回転分級機
６ 輸送機構
８ 回転分級羽根
８ａ 下端
９ 排出管
２０ 整流部材
２１ 上端開口
２２ 下端開口
２３ 上端
３０ 逆円錐部
４０ 円筒部
５０ 堆積物落下装置
５０Ａ 気体供給手段
５０Ｂ 機械搬送手段
５０Ｃ 開閉手段

Claims (2)

1. 円筒状のハウジングと、前記ハウジングの中心部に被粉砕物を供給するシュートと、前記シュートの下方に設けられて前記被粉砕物を粉砕する粉砕部と、前記粉砕部の上方に設けられた排出管と、前記粉砕部で粉砕された粉砕物を前記排出管に輸送する気流を形成する輸送機構と、を有する竪型ローラミルであって、
   前記粉砕部と前記排出管との間に配置される筒状の整流部材の内側に堆積した前記粉砕物の堆積物を前記粉砕部に落下させる堆積物落下装置を有し、
   前記整流部材は、
   下方に向かって縮径する逆円錐部と、
   前記逆円錐部の上端から上方に向かって延在する円筒部とからなり、
   前記堆積物落下装置は、前記整流部材の下端開口から前記粉砕部に向かう下降流を形成する気体供給手段を有し、
   前記気体供給手段は、先端が前記整流部材の下端開口と対向し、当該下端開口に向けて空気を噴射する複数のノズルを有することを特徴とする竪型ローラミル。
2. 前記整流部材と前記排出管との間に、回転分級機が配置されており、
   前記整流部材の上端は、前記回転分級機の回転分級羽根の下端以下の高さに配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の竪型ローラミル。

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