JP7062351B2 - 粉砕装置 - Google Patents

Description

本発明は、粉砕装置に関する。

下記特許文献１には、自励振動の発生を防止するローラミルの加圧装置が開示されている。上記加圧装置は、粉砕ローラと粉砕テーブルの連動回転によって被粉砕物を粉砕するローラミルに備えられる加圧装置であって、粉砕ローラを加圧する油圧シリンダと圧力を所定の大きさに調整する油圧源とを配管でつなぎ、この配管の油圧シリンダ近傍にアキュムレータと電磁弁が設けられ、この電磁弁の開閉動作を制御装置で制御するように構成される。上記加圧装置は、ローラミルの起動時、停止時あるいは負荷変動時等の粉層厚さの変動が大きくなる運転域で、電磁弁を閉じて油圧源と油圧シリンダとの間の油の流動を遮断することによって、アキュムレータを空気バネとして作用させ、以ってローラミルとの間の距離である粉層厚さの変動を抑制して自励振動の発生を防止する。

特開平１１－３１９６０４号公報

ところで、上記従来技術では、アキュムレータを空気バネとして作用させることによって自励振動の発生を抑制しているが、実際には自励振動の発生を十分に抑制することは困難である。すなわち、アキュムレータを空気バネとして作用させることによって粉層厚さを十分に安定させることは困難である。したがって、粉層厚さをより安定させて自励振動の発生を抑制する技術の開発が切望されている。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、粉層厚さを従来よりも安定させて自励振動の発生を抑制する、ことを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、粉砕装置に係る第１の解決手段として、粉砕対象物を載せるための粉砕テーブルと、油圧シリンダによって押圧されて粉砕テーブル上の粉砕対象物を粉砕する粉砕ローラとを具備する粉砕装置であって、粉砕対象物の層厚を検出する層厚検出部と、層厚が所定の基準値あるいは基準範囲を維持するように、上記層厚に基づいて油圧シリンダの押圧力をフィードバック制御する制御部とを具備する、という手段を採用する。

本発明では、粉砕装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、上記層厚に関する補正情報を受け付ける補正情報入力部をさらに具備し、制御部は、粉砕ローラの摩耗時に生じる層厚検出部による上記層厚の検出誤差を上記補正情報に基づいて補正する、という手段を採用する。

本発明では、粉砕装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、所定の指定押圧力を受け付ける押圧力入力部をさらに具備し、制御部は、押圧力入力部から上記指定押圧力が入力されると、上記層厚に基づく押圧力に代えて、上記指定押圧力を粉砕ローラに付与するように油圧シリンダを制御する、という手段を採用する。

本発明では、粉砕装置に係る第４の解決手段として、上記第１～第３のいずれか１つの解決手段において、制御部は、層厚検出部から入力される上記層厚が異常か否かを判断し、上記層厚が異常な場合には、油圧シリンダの押圧力を徐々に基準値あるいは基準範囲に戻す、という手段を採用する。

本発明によれば、層厚検出部が粉砕対象物の層厚を検出し、また制御部が上記層厚に基づいて油圧シリンダの押圧力を層厚が所定の基準値あるいは基準範囲を維持するようにフィードバック制御するので、従来のアキュムレータを空気バネとして利用する場合よりも層厚を安定化させることが可能である。
したがって、本発明によれば、層厚を従来よりも安定化させることができるので、自励振動の発生を従来よりも抑制することが可能であり、よって粉砕ローラの劣化を従来よりも抑制することが可能である。

本発明の一実施形態に係る粉砕装置の全体図である。 本発明の一実施形態におけるローラミルを示す機械構成図である。 本発明の一実施形態におけるローラミルの動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態におけるローラミルの油圧の遷移を示すタイミングチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る粉砕装置Ａは、例えば火力発電所に設置され、石炭（粉砕対象物）を微粉炭に粉砕するものである。この微粉炭は、火力発電所において発電用水蒸気を発生させるボイラーの燃料である。このような粉砕装置Ａは、図１に示すように、ローラミルＭ、油圧切換弁Ｃ、油圧ユニットＵ、操作部Ｓｂ（補正情報入力部、押圧力入力部）及び制御装置Ｃｎ（制御部）を備える。

ローラミルＭは、上記石炭（粉砕対象物）を実際に粉砕する機構部であり、図２に示すように、ハウジング１、粉砕テーブル２、粉砕ローラ３、ローラ軸部４、油圧シリンダ５、メインモータ６、減速機７、回転分級機８、回転分級機モータ９及び層厚センサ２０（層厚検出部）を備える。

ハウジング１は、略縦型円筒状の容器であり、底部１ａの縁部近傍に設けられた複数の脚部１ｂによって所定の高さに支持されている。また、ハウジング１の天部１ｃの中央には、石炭が投入される投入口１ｄが形成されている。この投入口１ｄから投入された石炭は、投入口１ｄと連通する給炭管１ｅを経由して粉砕テーブル２上に供給される。なお、上記投入口１ｄには、図示しない搬送ベルトによって石炭が供給される。

また、上記天部１ｃにおいて給炭管１ｅの周囲には、微粉炭を外部に排出する排出口１ｆが設けられている。さらに、ハウジング１の底部１ａには、空気（一次空気）をハウジング１内に取り入れるための一次空気取入口１ｇが設けられている。上記一次空気は、例えば２００℃程度に加熱された加熱空気である。

粉砕テーブル２は、円形の回転テーブルであり、回転軸（図示略）を鉛直方向とする姿勢でハウジング１内に設けられている。上記微粉炭が供給される粉砕テーブル２の上面は、粉砕ローラ３と共に石炭を粉砕する面（テーブル面２ｂ）である。また、粉砕テーブル２の縁部近傍には、上下方向に貫通する複数のエアポート２ａが形成されている。このエアポート２ａは、上述した一次空気取入口１ｇからハウジング１内に取り込まれた一次空気を粉砕テーブル２の下側から上側に吹き上げるためのものである。また、粉砕テーブル２は、ハウジング１の下方に設けられた減速機７と接続されており、当該減速機７に接続されたメインモータ６によって回転駆動される。

粉砕ローラ３は、ローラ軸部４に回動自在に取り付けられた円形の従動ローラであり、ハウジング１内に複数（例えば上記粉砕テーブル２の回転軸周りに３個）設けられている。この粉砕ローラ３は、周面がテーブル面２ｂと対向する姿勢でハウジング１内に設けられている。このような粉砕ローラ３の周面は、上記テーブル面２ｂと共に石炭を粉砕する面（粉砕面３ａ）である。

ローラ軸部４は、粉砕ローラ３を回動自在に支持すると共に、回動軸４ａを介してハウジング１の側部１Ｂに回動自在に支持されている。上記回動軸４ａは、水平方向に延在する水平軸である。また、ローラ軸部４は、自らの軸心と異なる方向に突出する突起部４ｂを備えている。油圧シリンダ５は、上記突起部４ｂを押圧するアクチュエータである。すなわち、ローラ軸部４は水平軸である回動軸４ａを介してハウジング１に支持されているので、上記粉砕面３ａのテーブル面２ｂに対する押圧力は、油圧シリンダ５によって調節される。

ここで、給炭管１ｅを介して粉砕テーブル２の中央部に供給された石炭（粉砕対象物）は、粉砕テーブル２が回転することによって生じる遠心力によって粉砕テーブル２上を外方に向かって移動し、最終的に粉砕面３ａとテーブル面２ｂとの間に噛み込まれて粉砕される。この粉砕面３ａとテーブル面２ｂとの間における石炭の噛み込みの状態等に起因して、粉砕面３ａとテーブル面２ｂとの距離、つまり石炭と微粉炭との混合物の厚さ（層厚）は時間の経過と共に変動し得る。

メインモータ６は、上記粉砕テーブル２を回転駆動するアクチュエータである。減速機７は、メインモータ６と粉砕テーブル２との間に設けられ、メインモータ６の回転動力を減速して粉砕テーブル２に伝える動力伝達機構である。回転分級機８は、ハウジング１内の上部に設けられ、所定間隔で円環状に配置された複数の羽部８ａを有する。この羽部８ａは、天部１ｃ近傍に設けられた回転分級機モータ９の駆動により所定の速度で回転する。

すなわち、この回転分級機８は、粉砕テーブル２のテーブル面２ｂ上で粉砕され、エアポート２ａから噴き上がる上昇気流によってテーブル面２ｂの上方に搬送される微粉炭のうち、所定の閾値以下の粒径の微粉炭を互いに隣り合う羽部８ａの間を通過させ、上記閾値よりも大きい粒径の微粉炭の通過を阻止することによって分級する。

層厚センサ２０は、例えば光センサであり、ローラ軸部４の突起部４ｂに光（検出光）を照射することにより突起部４ｂの位置を検出する。上述したようにローラ軸部４と粉砕ローラ３とは一体化されているので、上記突起部４ｂの位置は、粉砕面３ａのテーブル面２ｂに対する位置、つまり上述した層厚と相関する物理量である。この層厚センサ２０は、上記層厚を示す検出量として突起部４ｂの位置を検出し、当該突起部４ｂの位置を示す信号を層厚検出信号として制御装置Ｃｎに出力する。

ここで、上記粉砕面３ａとテーブル面２ｂとによって石炭が粉砕されるので、上記層厚つまり粉砕面３ａのテーブル面２ｂに対する位置を直接計測することは困難である。したがって、本実施形態では、層厚センサ２０によって突起部４ｂの位置を検出することにより、上記層厚を間接的に計測する。なお、上記層厚を間接的に計測する手法は、突起部４ｂの位置を検出すること以外にも種々の方法が考えられる。例えば回動軸４ａにおけるローラ軸部４の回動量を上記層厚として計測しても良い。

油圧切換弁Ｃは、油圧ユニットＵとローラミルＭとの間に設けられ、制御装置Ｃｎから入力される制御指令に基づいてローラミルＭの油圧シリンダ５への作動油の供給と排出とを切り換える方向制御弁である。すなわち、油圧切換弁Ｃは、制御装置Ｃｎによる制御の下で、粉砕テーブル２に対する粉砕ローラ３の押圧力を調節する。油圧ユニットＵは、上記油圧切換弁Ｃに接続されており、上記作動油を油圧切換弁Ｃに向けて出力する油圧ポンプと、油圧切換弁Ｃから供給された上記作動油を回収して貯留する貯油タンクとを備えている。

操作部Ｓｂは、タッチパネルあるいは各種操作キー等からなり、タッチパネルに表示される操作ボタンあるいは上記操作キーに対する操作指示を受け付け、当該操作指示に基づく操作信号を制御装置Ｃｎに出力する。上記操作指示は、例えば上記層厚に関する補正情報あるいは／及び粉砕テーブル２に対する粉砕ローラ３の指定押圧力である。すなわち、この操作部Ｓｂは、補正情報入力部あるいは／及び押圧力入力部として機能する。

制御装置Ｃｎは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及び油圧切換弁Ｃと電気的に通信を行うインターフェイス回路等から構成されている。この制御装置Ｃｎは、上記ＲＯＭに記憶された各種演算制御プログラムに基づいて、上述した搬送ベルトの搬送速度に所定の演算処理を施すことにより、油圧切換弁Ｃの動作つまり粉砕テーブル２に対する粉砕ローラ３の押圧力を制御（主制御）する。

また、この制御装置Ｃｎは、上記ＲＯＭに記憶された各種演算制御プログラムに基づいて、上記層厚センサ２０から入力される層厚検出信号に所定の演算処理を施すことにより、層厚検出信号が示す層厚が所定の基準値あるいは基準範囲を維持するように油圧切換弁Ｃの動作を制御（フィードバック制御）する。この基準値あるいは基準範囲は、粉砕ローラ３の自励振動が発生し難い層厚である。すなわち、この制御装置Ｃｎは、油圧切換弁Ｃに対して上記主制御と上記フィードバック制御とを行う。なお、制御装置Ｃｎの動作の詳細については、後述する。

次に、このように構成された粉砕装置Ａの動作について、図３及び図４をも参照して詳しく説明する。

粉砕装置Ａが起動すると、ローラミルＭには、図示しない搬送ベルトによって石炭が搬送され、テーブル面２ｂ上に供給される。制御装置Ｃｎには、搬送ベルトの制御装置から搬送ベルトの搬送速度が通知され、制御装置Ｃｎは、この搬送速度に基づいてローラミルＭへの石炭の給炭量を演算し、当該給炭量に応じて油圧切換弁Ｃを制御（主制御）する。

すなわち、制御装置Ｃｎは、給炭量が増加した場合、粉砕ローラ３を加圧する方向に作動油が油圧シリンダ５に供給されるように油圧切換弁Ｃを制御することによって、ローラミルＭにおける粉砕速度を上昇させる。一方、制御装置Ｃｎは、給炭量が減少した場合には、粉砕ローラ３を減圧する向きに作動油が油圧シリンダ５に供給されるように油圧切換弁Ｃを制御することによって、ローラミルＭにおける粉砕速度を下降させる。さらに、制御装置Ｃｎは、上記給炭量が変化しない場合には、油圧シリンダ５への作動油の供給が停止されるように油圧切換弁Ｃを制御することにより、ローラミルＭにおける粉砕速度を変化させない。

また、制御装置Ｃｎは、上記主制御に加えて、図３に示すように、層厚センサ２０から入力される層厚検出信号に基づいて油圧切換弁Ｃの動きを操作することによって、層厚検出信号が示す層厚（粉砕面３ａのテーブル面２ｂに対する位置）が所定の基準値あるいは基準範囲を維持するようにフィードバック制御する。

具体的には、制御装置Ｃｎは、粉砕装置Ａが起動直後か否か判定する（ステップＳ１）。制御装置Ｃｎは、粉砕装置Ａが起動直後である場合（ＹＥＳの場合）、油圧シリンダ５の油圧を固定値である起動時圧力値になるように、油圧切換弁Ｃを制御する（ステップＳ２）。

一方、制御装置Ｃｎは、起動直後でない場合（ＮＯの場合）、つまり、起動から所定時間が経過した場合、油圧シリンダ５の油圧を固定値である通常時圧力値になるように、油圧切換弁Ｃを制御する（ステップＳ３）。続いて、制御装置Ｃｎは、層厚センサ２０から入力される層厚検出信号に基づく層厚が所定の基準値（あるいは基準範囲）であるか否か判定する（ステップＳ４）。なお、この基準値（あるいは基準範囲）については、初期値でもよいし、また操作部Ｓｂに入力される操作情報に基づいて変更されたものであってもよい。

制御装置Ｃｎは、層厚が所定の基準値（あるいは基準範囲）である場合（ＹＥＳの場合）、処理を終了する。一方、制御装置Ｃｎは、層厚が所定の基準値（あるいは基準範囲）でない場合（ＮＯの場合）、層厚が所定の基準値（あるいは基準範囲）よりも高いか否か判定する（ステップＳ５）。

制御装置Ｃｎは、層厚が所定の基準値（あるいは基準範囲）よりも高い場合（ＹＥＳの場合）、油圧シリンダ５の油圧が上昇するように、油圧切換弁Ｃを制御する（ステップＳ６）。一方、制御装置Ｃｎは、層厚が所定の基準値（あるいは基準範囲）よりも低い場合（ＮＯの場合）、油圧シリンダ５の油圧が下降するように、油圧切換弁Ｃを制御する（ステップＳ７）。

すなわち、制御装置Ｃｎは、上記ステップＳ１～Ｓ７を繰り返すことによって、層厚センサ２０の検出量（層厚検出信号）に基づいて層厚が所定の基準値（あるいは基準範囲）を維持するように粉砕テーブル２に対する粉砕ローラ３の押圧力をフィードバック制御する。

ここで、油圧シリンダ５の油圧、油圧シリンダ５の差圧（ミル差圧）、メインモータ６の駆動電流（ミル電流）、層厚センサ２０が示す層厚（層厚レベル）、粉砕ローラ３の励磁振動（振動）及び搬送ベルトによる石炭の供給量（給炭量）は、粉砕装置Ａの起動前後（ローラミルＭや搬送ベルトの起動前後）において、例えば図４に示すように変動する。

制御装置Ｃｎは、粉砕装置Ａの起動後（ローラミルＭや搬送ベルトの起動後）において、上記ステップＳ１及びステップＳ２の処理において、油圧シリンダ５の油圧を起動時圧力値になるように油圧切換弁Ｃを制御する。そして、制御装置Ｃｎは、図４に示すように起動から所定時間が経過すると、上記ステップＳ３の処理において油圧シリンダ５の油圧を通常時圧力値になるように油圧切換弁Ｃを制御する。

続いて、制御装置Ｃｎは、上記ステップＳ４～ステップＳ７の処理において、層厚が所定の基準値（あるいは基準範囲）よりも高い場合、油圧シリンダ５の油圧が上昇するように（図４に示す上昇動作時のように）、油圧切換弁Ｃを制御し、一方、層厚が所定の基準値（あるいは基準範囲）よりも低い場合には、油圧シリンダ５の油圧が下降するように（図４に示す下降動作時のように）、油圧切換弁Ｃを制御する。

ここで、粉砕装置Ａの運転時間が長くなって粉砕ローラ３が摩耗すると、層厚センサ２０の検出量が本来の層厚に対して誤差（検出誤差）を持つことが考えられる。制御装置Ｃｎは、上記主制御及びフィードバック制御に加えて、上記検出誤差を操作部Ｓｂに入力される補正情報（補正値）に基づいて補正する。この補正情報に基づく補正処理によって、上記検出誤差の影響を解消あるいは抑制することができる。

また、上記ステップＳ１～ステップＳ７の処理によって自動的に油圧シリンダ５の油圧を制御している状態において、例えば作業者が粉砕ローラ３の押圧力を強制的に変更したい場合がある。この場合、作業者は、操作部Ｓｂを操作することによって指定押圧力を制御装置Ｃｎに入力させる。この結果、制御装置Ｃｎは、層厚センサ２０の検出量に基づく押圧力に代えて、操作部Ｓｂから入力された指定押圧力を粉砕ローラ３が発生するように油圧シリンダ５を制御する。

さらに、制御装置Ｃｎは、層厚センサ２０から入力される層厚検出信号が異常か否かを判断する。すなわち、制御装置Ｃｎは、層厚検出信号の正常状態（つまり層厚の正常範囲）を予め記憶しており、層厚センサ２０から入力される層厚検出信号が異常な場合（つまり層厚が異常な場合）には、油圧シリンダ５の押圧力を急激ではなく、徐々に基準値あるいは基準範囲に戻す。これにより、層厚センサ２０の異常時においてもローラミルＭの運転を継続することができる。

このような本実施形態によれば、層厚センサ２０が石炭（粉砕対象物）の層厚を検出し、また制御装置Ｃｎが上記層厚に基づいて油圧シリンダ５の押圧力を層厚が所定の基準値あるいは基準範囲を維持するようにフィードバック制御するので、従来のアキュムレータを空気バネとして利用する場合よりも層厚を安定化させることが可能である。したがって、本実施形態によれば、層厚を従来よりも安定化させることができるので、自励振動の発生を従来よりも抑制することが可能であり、よって粉砕ローラ３の劣化を従来よりも抑制することが可能である。

以上、本発明の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ことなく、例えば以下のような変形が考えられる。
（１）上記実施形態は、１台のローラミルＭから構成されているが、複数台のローラミルによって構成されていてもよい。

（２）上記実施形態において、ローラミルＭは、石炭を粉砕対象物として粉砕している。しかしながら、本発明は、火力発電所等のボイラーに粉砕した石炭を供給する粉砕装置以外にも、例えば、石灰石やセメント材料等を粉砕する粉砕装置に適用してもよい。

１…ハウジング、１ａ…底部、１ｂ…脚部、１Ｂ…側部、１ｃ…天部、１ｄ…投入口、１ｅ…給炭管、１ｆ…排出口、１ｇ…一次空気取入口、２…粉砕テーブル、２ａ …エアポート、２ｂ…テーブル面、３…粉砕ローラ、３ａ…粉砕面、４…ローラ軸部、４ａ…回動軸、４ｂ…突起部、５…油圧シリンダ、６…メインモータ、７…減速機、８…回転分級機、８ａ…羽部、９…回転分級機モータ、２０…層厚センサ（層厚検出部）、Ａ…粉砕装置、Ｃ…油圧切換弁、Ｃｎ…制御装置（制御部）、Ｍ…ローラミル、Ｓｂ…操作部（補正情報入力部、押圧力入力部）、Ｕ…油圧ユニット

Claims (3)

1. 粉砕対象物を載せるための粉砕テーブルと、油圧シリンダによって押圧されて粉砕テーブル上の粉砕対象物を粉砕する粉砕ローラとを具備する粉砕装置であって、
   前記粉砕対象物の層厚を検出する層厚検出部と、
   前記層厚に基づいて前記油圧シリンダの押圧力をフィードバック制御する制御部とを具備し、
   前記層厚検出部は、前記粉砕ローラを回動自在に支持するローラ軸部の突起部に検出光を照射することにより、前記突起部の位置を前記層厚を示す検出量として検出し、
   前記制御部は、ミル・搬送ベルト起動から所定時間が経過したか否かを判定し、当該所定時間が経過した場合に、前記層厚検出部から入力される前記層厚が異常か否かを判断し、前記層厚が異常な場合には、前記層厚を予め設定された基準値あるいは基準範囲に戻すように前記油圧シリンダの押圧力を制御し、所定時間が経過していない場合には、前記油圧シリンダの押圧力が通常時圧力値よりも小さな値として予め設定された起動時圧力値になるように前記油圧シリンダの押圧力を制御することを特徴とする粉砕装置。
2. 前記層厚に関する補正情報を受け付ける補正情報入力部をさらに具備し、
   前記制御部は、前記粉砕ローラの摩耗時に生じる前記層厚検出部による前記層厚の検出誤差を前記補正情報に基づいて補正し、当該補正後の値に基づいて前記油圧シリンダの押圧力をフィードバック制御することを特徴とする請求項１に記載の粉砕装置。
3. 所定の指定押圧力を受け付ける押圧力入力部をさらに具備し、
   前記制御部は、前記押圧力入力部から前記指定押圧力が入力されると、前記層厚あるいは前記補正後の値に基づく押圧力に代えて、前記指定押圧力を前記粉砕ローラに付与するように前記油圧シリンダを制御することを特徴とする請求項１または２に記載の粉砕装置。

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