JP7274876B2 - 固体燃料粉砕装置及びこれを備えた発電プラント並びに固体燃料粉砕装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、固体燃料粉砕装置及びこれを備えた発電プラント並びに固体燃料粉砕装置の制御方法に関するものである。

従来、石炭やバイオマス燃料等の固体燃料は、粉砕機（ミル）で所定粒径より小さい微粉状に粉砕して、燃焼装置へ供給される。ミルは、回転テーブルへ投入された石炭やバイオマス燃料等の固体燃料を、回転テーブルとローラの間で噛み砕くことで粉砕し、回転テーブルの外周から供給される搬送ガスによって、粉砕されて微粉状となった燃料を分級機で粒径サイズの小さいものを選別し、ボイラへ搬送して燃焼装置で燃焼させている。火力発電プラントでは、ボイラで燃焼して生成された燃焼ガスとの熱交換により蒸気を発生させ、蒸気によりタービンを駆動することで発電が行なわれる。

ミルで粉砕された粉砕後の固体燃料（粉砕後燃料）は、ミル上部に設置された回転式分級機によって微粒と粗粒に分級される。微粒である微粒燃料は回転式分級機のブレード間を通過して後工程である燃焼装置に送られ、粗粒である粗粒燃料は回転式分級機のブレードに衝突して回転テーブルへ落下し、再度粉砕される。このため、回転式分級機の分級性能により、ミル内部にて回転式分級機付近と回転テーブル付近の間で循環する固体燃料の粉砕後燃料の循環量の増減が発生する。

このようなミルでは、運転時の粉砕された粉砕後燃料のミル内での内部状態を把握するために、ミル内に供給する搬送ガスの上流側と粉砕機内部との間の差圧であるミル差圧を計測することが行われている（特許文献１参照）。

特開平８－１４１４２０号公報

近年は再生可能エネルギーの活用が進められており、従来の石炭用のミルを用いてバイオマス燃料も粉砕するニーズが高まっている。しかし、ミル運転時、回転テーブルの直上は粉砕後燃料が滞留して粉体濃度が高い粉体層を形成するが、石炭に比べてバイオマス燃料は粗粒も軽いため粗粒が浮き上がり、回転テーブル付近にある粗粒でも搬送ガスで回転式分級機付近へと搬送され易く、回転式分級機内に粗粒が入り込むおそれがある。回転式分級機内にバイオマス燃料の粗粒が搬送されると、ミルから燃焼バーナへと搬出される微粒燃料の仕上がり粒度が低下することで、燃焼バーナでの燃焼性能が低下する場合があるという問題がある。

特許文献１で示されているようなミル差圧を検出する計測点では、回転テーブル上の粉体層の高さを検出することが難しく、分級性能の低下を未然に防ぐことができなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、分級性能の低下を抑制することができる固体燃料粉砕装置及びこれを備えた発電プラント並びに固体燃料粉砕装置の制御方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る固体燃料粉砕装置は、固体燃料としてバイオマス燃料またはバイオマス燃料と石炭との混合燃料を粉砕及び分級するための固体燃料粉砕装置であって、回転テーブルと、前記回転テーブルとの間で固体燃料を粉砕する粉砕ローラと、前記回転テーブルの鉛直上方に位置し、前記粉砕ローラによって粉砕された粉砕後燃料を分級する回転式分級機と、前記回転テーブル上に形成される前記粉砕後燃料による粉体層高さを計測する粉体層高さ計測手段と、前記粉体層高さ計測手段の検出信号を得る制御部と、を備え、前記粉体層高さ計測手段は、前記回転テーブルと前記回転式分級機との間の高さ方向における複数の差圧を取得するとともに、取得した複数の前記差圧の比較結果に基づいて前記回転テーブル上に形成される前記粉砕後燃料による粉体層高さを計測ように構成され、前記制御部は、前記検出信号に基づいて、前記粉体層高さが所定値に達したとき、前記粉体層高さを減少させるように運転条件を変更する。

回転テーブルと粉砕ローラによって粉砕された粉砕後の固体燃料は、粉砕燃料となり所定高さの粉体層を回転テーブル上に形成する。粉体層とは搬送ガスで吹き上げられた粉砕後燃料が他よりも高い濃度で滞留している領域を示している。また、粉体層高さは、例えば基準位置を回転テーブルの粉砕面として、鉛直上方への位置を示している。粉体層高さが高くなり、鉛直上方の回転式分級機に近づくと、一部の粗粒燃料が回転式分級機で分級されずに固体燃料粉砕装置から微粒燃料と混在してバーナ部に供給されるため、バーナ部の燃焼性能が低下するおそれがある。そこで、粉体層高さ計測手段によって粉体層高さを計測することとした。これにより適正な粉体層高さを調整して、固体燃料粉砕装置内での分級性能の低下を抑制することができる。
なお、固体燃料としては、例えば、バイオマス燃料またはバイオマス燃料と石炭との混合燃料が用いられる。
制御部は、粉体層高さ計測手段の検出信号に基づいて、粉体層高さを減少させるように運転条件を変更する。これにより、適正な粉体層高さを実現することで、所望の分級性能を維持することができる。
この運転条件の変更は、固体燃料粉砕装置の試運転時に用いることもできるし、運転中に用いることもできる。

さらに、本発明の一態様に係る固体燃料粉砕装置では、前記粉体層高さ計測手段は、前記回転テーブルと前記回転式分級機との間に、異なる高さ位置に設けられた複数の圧力検出部を備えている。

回転テーブルと回転式分級機との間に、異なる高さ位置に複数の圧力検出部を設けることとした。これにより、高さ方向における圧力分布を得ることができる。粉体層は粉体層以外のガス層（例えば空気層）に比べて密度が高いため圧力損失が大きい。そこで、高さ方向の圧力分布が得られれば、圧力損失の変化が大きい高さ位置が粉体層高さに相当する位置であることが分かる。

さらに、本発明の一態様に係る固体燃料粉砕装置では、複数の前記圧力検出部は、前記回転テーブルの周方向の異なる位置に設けられている。

回転テーブルの周方向の異なる位置に圧力検出部を設けることとした。これにより、異なる高さ位置に周方向に圧力検出部を分散して配置することができるので、複数の圧力検出部を配置にあたり、設置スペースを確保することできる。

さらに、本発明の一態様に係る固体燃料粉砕装置では、前記制御部は、前記回転テーブル上に供給される固体燃料供給量を低下させるように前記運転条件を変更する。

回転テーブル上に供給される固体燃料の供給量を低下させることによって、粉体層高さを減少させることができる。

さらに、本発明の一態様に係る固体燃料粉砕装置では、前記制御部は、前記回転テーブルから前記回転式分級機に向かって流れる搬送ガス流量を増加させるように前記運転条件を変更する。

回転テーブルから回転式分級機に向かって流れる搬送ガスの流量を増加することによって、粉体層高さを減少させることができる。
搬送ガスの流量増加は、上述の固体燃料の供給量の低下と同時に行っても良いし、固体燃料の供給量低下の後に行っても良い。固体燃料の供給量低下の後に搬送ガスの流量を増加することとすると、内部に堆積した粉砕後燃料が減少した後に搬送ガスを増加して供給することになるので、搬送ガス供給量の増加を抑制して搬送ガス供給用の送風機に要する補機動力を抑制することができる。

また、本発明の一態様に係る発電プラントは、上記のいずれかに記載の固体燃料粉砕装置と、前記固体燃料粉砕装置にて粉砕された前記粉砕後燃料を燃焼して蒸気を生成するボイラと、前記ボイラによって生成された蒸気を用いて発電する発電部と、を備えている。

また、本発明の一態様に係る固体燃料粉砕装置の制御方法では、回転テーブルと、前記回転テーブルとの間で固体燃料を粉砕する粉砕ローラと、前記回転テーブルの鉛直上方に位置し、前記粉砕ローラによって粉砕された粉砕後燃料を分級する回転式分級機と、を備え、固体燃料としてバイオマス燃料またはバイオマス燃料と石炭との混合燃料を粉砕及び分級するための固体燃料粉砕装置の制御方法であって、前記回転テーブルと前記回転式分級機との間の高さ方向における複数の差圧を取得するとともに、取得した複数の前記差圧の比較結果に基づいて前記回転テーブル上に形成される前記粉砕後燃料による粉体層高さを計測して、前記粉体層高さが所定値に達したとき、前記粉体層高さを減少させるように運転条件を変更する。

粉体層高さ計測手段によって回転テーブル上の粉体層高さを計測することとしたので、適正な粉体層高さを調整して分級性能の低下を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る発電プラントを示した概略構成図である。 図１のミルの要部を示した縦断面図である。 検出管の配置を示したミルの横断面図である。 パージ配管を接続した検出管を示したミルの要部の縦断面図である。 マノメータの配置を示した概略構成図である。 図５Ａの計測結果の一例を示したグラフである。 燃料供給量に対する粉体層高さを示したグラフである。 搬送ガス流量に対する粉体層高さを示したグラフである。 ミルの運転条件の変更を示したフローチャートである。 変形例に係るマノメータの配置を示した概略構成図である。 図８Ａの計測結果の一例を示したグラフである。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。

＜発電プラント１の全体構成＞
本実施形態に係る発電プラント１は、固体燃料粉砕システム１００とボイラ２００とを備えている。
固体燃料粉砕システム１００は、バイオマス燃料等の固体燃料を粉砕し、微粒燃料を生成してボイラ２００のバーナ部２２０へ供給する装置である。なお、発電プラント１は、１台の固体燃料粉砕システム１００を備えるものであるが、１台のボイラ２００の複数のバーナ部２２０のそれぞれに対応する複数台の固体燃料粉砕システム１００を備えるシステムとしてもよい。また、本実施形態の発電プラント１では、主としてバイオマス燃料を用いることとするが、石炭とバイオマス燃料の混焼としても良い。

固体燃料粉砕システム１００は、ミル（固体燃料粉砕装置）１０と、給炭機２０と、送風部３０と、状態検出部４０と、制御部５０とを備えている。
なお、本実施形態では、上方とは鉛直上方側の方向を、上部や上面などの“上”とは鉛直上方側の部分を示している。また同様に“下”とは鉛直下方側の部分を示している。

バイオマス燃料は、再生可能な生物由来の有機性資源であり、例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ及びこれらを原料としたリサイクル燃料（ペレットやチップ）などであり、ここに提示したものに限定されることはない。ペレットのサイズは、例えば、直径６～８ｍｍ程度、長さは４０ｍｍ以下程度とされる。バイオマス燃料は、バイオマスの成育過程において二酸化炭素を取り込むことから、地球温暖化ガスとなる二酸化炭素を排出しないカーボンニュートラルとされるため、その利用が種々検討されている。

ミル１０は、ハウジング１１と、回転テーブル１２と、ローラ１３（粉砕ローラ）と、駆動部１４と、分級機（回転式分級機）１６と、燃料供給部１７と、分級機（回転式分級機）１６を回転駆動させるモータ１８とを備えている。

ハウジング１１は、鉛直方向に延びる筒状に形成されるとともに、回転テーブル１２とローラ１３と分級機１６と、燃料供給部１７とを収容する筐体である。ハウジング１１の天井部４２の中央部には、燃料供給部１７が取り付けられている。この燃料供給部１７は、バンカ２１から導かれた固体燃料をハウジング１１内に供給するものであり、ハウジング１１の中心位置に上下方向に配置され、下端部がハウジング１１内部まで延設されている。

ハウジング１１の底面部４１付近には駆動部１４が設置され、この駆動部１４から伝達される駆動力により回転する回転テーブル１２が回転自在に配置されている。駆動部１４は、制御部５０によって制御されるようになっている。

回転テーブル１２は、平面視円形の部材であり、燃料供給部１７の下端部が対向するように配置されている。回転テーブル１２の上面は、例えば、中心部が低く、外側に向けて高くなるような傾斜形状をなし、外周部が上方に曲折した形状をなしていてもよい。燃料供給部１７は、固体燃料（本実施形態ではバイオマス燃料）を上方から下方の回転テーブル１２に向けて供給し、回転テーブル１２は供給された固体燃料をローラ１３との間で粉砕するもので、粉砕テーブルとも呼ばれる。

固体燃料が燃料供給部１７から回転テーブル１２の中央へ向けて投入されると、回転テーブル１２の回転による遠心力によって固体燃料は回転テーブル１２の外周側へと導かれ、ローラ１３との間に挟み込まれて粉砕される。粉砕された固体燃料は粉砕後燃料となり、一次ガス供給部（以下「一次空気流路」という。）１００ａから導かれた搬送ガス（以下「一次空気」という。）によって上方へと巻き上げられ、分級機１６へと導かれる。すなわち、回転テーブル１２の外周側の複数箇所には、一次空気流路１００ａから流入する一次空気をハウジング１１内の回転テーブル１２の上方の空間に流出させる吹出口１５（図２参照）が設けられている。吹出口１５の上方にはベーン（図示省略）が設置されており、吹出口１５から吹き出した一次空気に旋回力を与える。ベーンにより旋回力が与えられた一次空気は、旋回する速度成分を有する気流となって、回転テーブル１２上で粉砕された固体燃料をハウジング１１内の上方の分級機１６へと導く。なお、一次空気に混合した固体燃料の粉砕物のうち、所定粒径より大きい粗粒燃料の大部分は分級機１６により分級されて、または、分級機１６まで到達することなく、落下して回転テーブル１２に戻されて、再び粉砕される。

ローラ（粉砕ローラ）１３は、燃料供給部１７から回転テーブル１２に供給された固体燃料を粉砕する回転体である。ローラ１３は、回転テーブル１２の上面に押圧されて回転テーブル１２と協働して固体燃料を粉砕する。図１では、ローラ１３が代表して１つのみ示されているが、回転テーブル１２の上面を押圧するように、周方向に一定の間隔を空けて、複数のローラ１３が対向して配置される。例えば、外周部上に１２０°の角度間隔を空けて、３つのローラ１３が周方向に均等な間隔で配置される。この場合、３つのローラ１３が回転テーブル１２の上面と接する部分（押圧する部分）は、回転テーブル１２の回転中心軸からの距離が等距離となる。

ローラ１３は、ジャーナルヘッド４５によって、上下に揺動可能となっており、回転テーブル１２の上面に対して接近離間自在に支持されている。ローラ１３は、外周面が回転テーブル１２の上面に接触した状態で、回転テーブル１２が回転すると、回転テーブル１２から回転力を受けて連れ回りするようになっている。燃料供給部１７から固体燃料が供給されると、ローラ１３と回転テーブル１２との間で固体燃料が押圧されて粉砕されて、微粒燃料と粗粒燃料からなる粉砕後燃料となる。

ジャーナルヘッド４５の支持アーム４７は、その中間部が水平方向に延在する支持軸４８によって支持されている。すなわち、支持アーム４７は、ハウジング１１の側面部に支持軸４８を中心としてローラ上下方向に揺動可能に支持されている。また、支持アーム４７の鉛直上側にある上端部には、押圧装置４９が設けられている。押圧装置４９は、ハウジング１１に固定され、ローラ１３を回転テーブル１２に押し付けるように、支持アーム４７等を介してローラ１３に荷重を付与する。押圧装置４９の押圧力（すなわち粉砕荷重）は、制御部５０によって制御されるようになっている。

駆動部１４は、回転テーブル１２に駆動力を伝達し、回転テーブル１２を中心軸線回りに回転させる装置である。駆動部１４は、回転テーブル１２を回転させる駆動力を発生する。

分級機１６は、ハウジング１１の上部に設けられ、中空状の略逆円錐形状の外形を有している。分級機１６は、その外周位置に上下方向に延在する複数の分級羽根（ブレード）１６ａを備えている。各分級羽根１６ａは、下端が固定部に固定されている。各分級羽根１６ａは、分級機１６の中心軸線周りに所定の間隔（均等間隔）を空けて並列に設けられている。また、分級機１６は、ローラ１３により粉砕された固体燃料を所定粒径よりも大きい粗粒燃料と所定粒径以下の微粒燃料に分級する装置である。分級機１６は、全体が鉛直方向の回転軸線回りに回転することによって分級する回転式分級機とされ、ロータリセパレータとも称されている。分級機１６に対しては、モータ１８によって回転駆動力が与えられる。モータ１８の回転数は、制御部５０によって制御されるようになっている。

分級機１６に到達した固体燃料の粉砕後燃料は、分級羽根１６ａの回転により生じる遠心力と、一次空気の気流による向心力との相対的なバランスにより、大きな粗粒燃料は、分級羽根１６ａによって叩き落とされ、回転テーブル１２へと戻されて再び粉砕され、微粒燃料はハウジング１１の天井部４２にある排出口１９に導かれる。

分級機１６によって分級された微粒燃料は、排出口１９から供給流路１００ｂへ排出され、一次空気とともに後流工程へと搬送される。供給流路１００ｂへ流出した微粒燃料は、ボイラ２００のバーナ部２２０へ供給される。

燃料供給部１７は、ハウジング１１の上端を貫通するように上下方向に沿って下端部がハウジング１１内部まで延設されて取り付けられ、上部から投入される固体燃料を回転テーブル１２の略中央領域に供給する。燃料供給部１７は、給炭機２０から固体燃料が供給される。

給炭機２０は、バンカ２１と、搬送部２２と、モータ２３とを備えている。搬送部２２は、モータ２３から与えられる駆動力によってバンカ２１の直下にあるダウンスパウト部２４の下端部から排出される固体燃料を搬送し、ミル１０の燃料供給部１７に導かれる。
通常、ミル１０の内部には、粉砕した固体燃料である微粒燃料を搬送するための一次空気が供給されて、大気圧よりも圧力が高くなっている。バンカ２１の直下にある上下方向に延在する管であるダウンスパウト部２４には内部に燃料が積層状態で保持されていて、ダウンスパウト部２４内に積層された燃料層により、ミル１０側の一次空気と微粒燃料が逆流入しないようなシール性を確保している。なお、ミル１０へ供給する固体燃料の供給量は、搬送部２２のベルトコンベアのベルト速度で調整されてもよい。

送風部３０は、ローラ１３により粉砕された固体燃料を乾燥させるとともに分級機１６へ供給するための一次空気（搬送ガス）をハウジング１１の内部へ送風する装置である。
送風部３０は、ハウジング１１へ送風される一次空気を適切な温度に調整するために、熱ガス送風機３０ａと、冷ガス送風機３０ｂと、熱ガスダンパ３０ｃと、冷ガスダンパ３０ｄとを備えている。

熱ガス送風機３０ａは、空気予熱器などの熱交換器から供給される熱せられた一次空気を送風する送風機である。熱ガス送風機３０ａの下流側には熱ガスダンパ３０ｃが設けられている。熱ガスダンパ３０ｃの開度は制御部５０によって制御される。熱ガスダンパ３０ｃの開度によって熱ガス送風機３０ａが送風する一次空気の流量が決定する。

冷ガス送風機３０ｂは、常温の外気である一次空気を送風する送風機である。冷ガス送風機３０ｂの下流側には冷ガスダンパ３０ｄが設けられている。冷ガスダンパ３０ｄの開度は制御部５０によって制御される。冷ガスダンパ３０ｄの開度によって冷ガス送風機３０ｂが送風する一次空気の流量が決定する。一次空気の流量は、熱ガス送風機３０ａが送風する一次空気の流量と冷ガス送風機３０ｂが送風する一次空気の流量の合計の流量となり、一次空気の温度は、熱ガス送風機３０ａが送風する一次空気と冷ガス送風機３０ｂが送風する一次空気の混合比率で決まり、制御部５０によって制御される。また、熱ガス送風機３０ａが送風する一次空気に、ガス再循環通風機を介して電気集塵機など環境装置を通過したボイラ２００から排出された燃焼ガスの一部を導き、混合気とすることで、一次空気流路１００ａから流入する一次空気の酸素濃度を調整してもよい。

本実施形態では、ハウジング１１の状態検出部４０により、計測または検出したデータを制御部５０に送信する。状態検出部４０は、例えば、差圧計測手段であり、一次空気流路１００ａからミル１０内部へ一次空気が流入する部分及びミル１０内部から供給流路１００ｂへ一次空気及び微粒燃料が排出する排出口１９との差圧をミル１０内の差圧として計測する。分級機１６の分級性能により、ミル１０内部を循環する固体燃料の粉砕後燃料の循環量の増減とこれに対するミル１０内の差圧の上昇低減が変化する。すなわち、ミル１０の内部に供給する固体燃料に対して、排出口１９から排出させる微粒燃料を調整して管理することができるので、微粒燃料の粒度がバーナ部２２０の燃焼性に影響しない範囲で、多くの微粒燃料をボイラ２００に設けられたバーナ部２２０に供給することができる。さらに、本実施形態では、上述の排出口１９とミル１０内の差圧を計測する差圧計測手段（ミル差圧の計測手段）とは別に圧力検出部５３，５４を設けているが、これについては図２以降で説明する。

また、状態検出部４０は、例えば、温度計測手段であり、ローラ１３により粉砕された固体燃料を分級機１６へ供給するための一次空気を、ハウジング１１の内部に送風する送風部３０により温度調整される一次空気のハウジング１１での温度を検出して、上限温度を超えないように送風部３０を制御する。なお、一次空気は、ハウジング１１内において、粉砕物を乾燥しながら搬送することによって冷却されるので、ハウジング１１の上部空間の温度は、例えば約６０～８０℃程度となる。

制御部５０は、固体燃料粉砕システム１００の各部を制御する装置である。制御部５０は、例えば、駆動部１４に駆動指示を伝達することによりミルの運転に対する回転テーブル１２の回転を制御することができる。制御部５０は、例えば分級機１６のモータ１８へ駆動指示を伝達して回転数を制御することで、分級性能を調整することにより、ミル１０内の差圧を適正化して微粒燃料の供給を安定化させることができる。また、制御部５０は、例えば給炭機２０のモータ２３へ駆動指示を伝達することにより、搬送部２２が固体燃料を搬送して燃料供給部１７へ供給する固体燃料の供給量を調整することができる。また、制御部５０は、開度指示を送風部３０に伝達することにより、熱ガスダンパ３０ｃおよび冷ガスダンパ３０ｄの開度を制御して一次空気の流量と温度を制御することができる。

制御部５０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等である。

次に、固体燃料粉砕システム１００から供給される微粒燃料を用いて燃焼を行って蒸気を発生させるボイラ２００について説明する。ボイラ２００は、火炉２１０とバーナ部２２０とを備えている。

バーナ部２２０は、供給流路１００ｂから供給される微粒燃料を含む一次空気と、熱交換器（図示省略）から供給される二次空気とを用いて微粒燃料を燃焼させて火炎を形成する装置である。微粒燃料の燃焼は火炉２１０内で行われ、高温の燃焼ガスは、蒸発器，過熱器，エコノマイザなどの熱交換器（図示省略）を通過した後にボイラ２００の外部に排出される。

ボイラ２００から排出された燃焼ガスは、環境装置（脱硝装置、電気集塵機などで図示省略）で所定の処理を行うとともに、空気予熱器などの熱交換器（図示省略）で外気との熱交換が行われ、誘引通風機（図示省略）を介して煙突（図示省略）へと導かれて大気へと放出される。熱交換器において燃焼ガスとの熱交換により加熱された外気は、前述した熱ガス送風機３０ａに送られる。
ボイラ２００の各熱交換器への給水は、エコノマイザ（図示省略）において加熱された後に、蒸発器（図示省略）および過熱器（図示省略）によって更に加熱されて高温高圧の蒸気が生成され、蒸気タービン（図示省略）へと送られて発電機（図示省略）を回転駆動して発電が行われる。

＜粉体層高さ計測＞
図２には、状態検出部４０とは別に設けられた圧力検出部による粉体層高さ計測手段５２が示されている。圧力検出部（マノメータ５３，検出管５４）は、状態検出部４０で計測するミル１０の上流側（ミル１０内）と下流側（排出口１９）の差圧であるミル差圧とは異なる差圧を検出する。粉体層Ｂ１とは、一次空気で吹き上げられた粉砕後燃料が他よりも高い濃度で滞留している領域を示している。粉体層高さ計測手段５２は、複数のマノメータ５３を備えている。マノメータ５３としては、例えばデジタル式が用いられる。マノメータ５３の計測値は、制御部５０へと送信される。

マノメータ５３のＵ字管のそれぞれの端部には、ミル１０の内部に挿通する検出管５４が接続されている。各検出管５４の先端には、ミル１０の内部に開口する開口端５４ａが設けられている。共通のマノメータ５３に接続されている一対となる検出管５４の開口端５４ａは、上下方向に所定間隔を有して隣接して設置されている。他のマノメータ５３に接続された検出管５４の開口端５４ａについても、互いに異なる位置に上下方向に所定間隔を有して設けられている。上下方向に隣り合う開口端５４ａの間隔は、例えば５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下とされた間隔で一定とされていることが好ましい。また、回転テーブル１２上に滞留する粉砕後の固体燃料で形成された粉体層Ｂ１の高さ（粉体層高さＨ１）は、例えば基準位置を回転テーブル１２の粉砕面として、鉛直上方への位置を示しており、粉体層Ｂ１の高さの位置に相当する前後の位置には、計測精度を上げるために他の部位よりも間隔を狭くしても良い（図４参照）。

各検出管５４は、例えばハウジング１１に設けたマンホールの蓋部５６を貫通するように取り付けられ、蓋部５６とともに検出管５４を取り外すことができるようになっている。これにより、ミル１０の構成を変えることなく容易に粉体層高さ計測手段５２を取り付けと取り外しをすることができる。
各検出管５４は、耐摩耗性を有する材料で形成されているのが好ましく、また、振動によって破損しないような防護手段が設けられていても良い。

検出管５４の開口端５４ａは、回転テーブル１２と分級機１６の下端との間の高さ方向にわたって設けられている。制御部５０の記憶領域には、各開口端５４ａの設置高さがデータとして格納されている。これにより、マノメータ５３によって差圧を得ることで、上下方向の圧力分布が得られるようになっている。

各開口端５４ａは、ミル１０内で一次空気流れの上流側方向に交差する方向に向くように折曲させている。本実施形態では一次空気流れの下流側を向くように設けられている。具体的には、例えば各検出管５４の先端が一次空気流れに沿うように屈曲させた形状としても良い。これにより、ミル１０内の一次空気流れの動圧による影響を少なくして静圧を正確に計測することができるようになっている。

各検出管５４のそれぞれには、開閉弁５４ｂが設けられている。開閉弁５４ｂは、マノメータ５３で差圧を計測する際には開（白塗り）とされ、差圧を計測しない際には閉（黒塗り）とされる。また、マノメータ５３の交換の際に開閉弁５４ｂを閉とする。開閉弁５４ｂの開閉制御は、制御部５０によって行っても良い。

図３に示すように、ミル１０を平面視した場合に、回転テーブル１２の回転軸を中心とした周方向すなわちハウジング１１の周方向の異なる位置に検出管５４を設けるようにしても良い。このとき、検出管５４は、ローラ１３との干渉を避けるように、隣り合うローラ１３間に設けることが好ましい。

図４に示すように、各検出管５４にパージ配管５４ｃを接続しても良い。パージ配管５４ｃの上流側には図示しない空気供給源が接続されている。パージ配管５４ｃから検出管５４の開口端５４ａに向かってパージ空気（パージ流体）を流すことができるようになっている。これにより、粉体層Ｂ１に滞留する粉砕後燃料から検出管５４の閉塞を防止できる。したがって、パージ空気は、通常時には供給されないが、検出管５４の閉塞が検出された場合に供給されるようになっている。なお、パージ空気を定期的に供給するようにしても良い。なお、パージ空気として、空気に代えて窒素等の不活性ガスを用いても良い。
なお、図４には、上述したように、粉体層高さＨ１に相当する位置における開口端５４ａの設置間隔Ｌ１が、他の位置の開口端５４ａの設置間隔Ｌ２よりも小さくされていることが示されている。

図５Ａ及び図５Ｂには、粉体層高さ計測の一例が示されている。
図５Ａに示すように、回転テーブル１２から鉛直上方に向かって順番に開口端５４ａが位置されるように、マノメータ５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄを設置する。したがって、マノメータ５３Ａが最も下方の位置における差圧を計測し、その上方の差圧をマノメータ５３Ｂで計測し、さらにその上方の差圧をマノメータ５３Ｃで計測し、最も上方の差圧をマノメータ５３Ｄで計測する。このとき、マノメータ５３Ｂとマノメータ５３Ｃとの間に粉体層高さＨ１が存在しているとすると、図５Ｂのような計測結果となる。すなわち、マノメータ５３Ａ及びマノメータ５３Ｂは、上方のマノメータ５３Ｃ及びマノメータ５３Ｄに比べて大きな差圧を示す。これは、粉体層Ｂ１では密度が高いので圧力損失が大きいからである。したがって、図５Ｂの計測結果の場合、粉体層高さＨ１は、マノメータ５３Ｂとマノメータ５３Ｃとの間に位置することが分かる。この粉体層高さＨ１の判断は、制御部５０によって行われる。

＜ミル１０の運転条件と粉体層高さＨ１＞
図６Ａ及び図６Ｂには、それぞれの運転条件に応じて、粉体層高さＨ１の増減が示されている。図６Ａ及び図６Ｂは、縦軸の粉体層高さＨ１の増減が直線で示されているが、必ずしも比例するものではなく、また粉体層高さＨ１の増減の勾配の大小を示したものではなく、粉体層高さＨ１の増減の傾向を示したものである。
図６Ａは、バイオマス燃料を分級機１６に供給する燃料供給量（固体燃料供給量）Ｑｂを運転条件とした場合である。燃料供給量Ｑｂは、回転テーブル１２上に供給されるバイオマス燃料の燃料量であるので、粉体層高さＨ１に略比例する。燃料供給量Ｑｂを増加により、粗粒と微粒を含む粉砕後燃料と一次空気との混合した流体における粉砕後燃料量を増加になり、燃料供給量Ｑｂが減少により、粉砕後燃料量が減少になる。したがって、燃料供給量Ｑｂを減少させると、粉体層高さＨ１は減少する。よって、現状の燃料供給量Ｑｂ０よりも燃料供給量Ｑｂを減少させることによって、粉体層高さＨ１を減少させることができる。

図６Ｂは、ミル１０に供給する搬送ガス流量（一次空気流量）Ｑａを運転条件とした場合である。搬送ガス流量（一次空気流量）Ｑａは、粉体層高さＨ１に略逆比例する。搬送ガス流量（一次空気流量）Ｑａの増加により、粗粒と微粒を含む粉砕後燃料と一次空気との混合した流体における粉砕後燃料量が増加するが、これを上回るように、搬送ガス流量（一次空気流量）Ｑａを増加させると、粉砕後燃料に対するガス量が増加して粉体密度が低下するからである。したがって、搬送ガス流量Ｑａを増大させると、粉体層高さＨ１は減少する。よって、現状の搬送ガス流量（一次空気流量）Ｑａ０よりも搬送ガス流量（一次空気流量）Ｑａを増大させることによって、粉体層高さＨ１を減少させることができる。

＜運用開始前の試運転中の運転条件変更＞
次に、上述の粉体層高さ計測手段５２を用いた制御方法について説明する。
先ず、運転中の条件変更の制御方法について説明する。

図７に示すように、ミル１０が運用開始前の試験運転を開始して定常運転に達した後に制御を開始する（ステップＳ０）。
そして、制御部５０は、粉体層高さ計測手段５２で得られた粉体層高さＨ１が所定値を超えたか否かを判断する（ステップＳ１）。ここで用いられる粉体層高さＨ１の所定値は、ミル１０の運用前の試験運転または同機種等の実績、あるいは同機種の石炭運用時の粉体層高さＨ１に応じて決定された固定値である。

粉体層厚さＨ１が所定値を超えていない場合は、そのまま粉体層高さ計測手段５２による粉体層高さＨ１の監視を行う。

粉体層高さＨ１が所定値を超えた場合は、制御部５０は、回転テーブル１２上に供給するバイオマス燃料の燃料供給量Ｑｂを減少させる（ステップＳ２）。これにより、粉体層高さＨ１が減少する（図６Ａ参照）。

そして、制御部５０は、粉体層厚さＨ１が所定値を超えているか否かをステップＳ１と同様にステップＳ３にて判断する。粉体層厚さＨ１が所定値を依然として超えている場合は、ミル１０に対する一次空気の供給量である搬送ガス流量（一次空気流量）Ｑａを増大させる（ステップＳ４）。これにより、粉体層高さＨ１が減少する（図６Ｂ参照）。なお、このステップＳ４は、ステップＳ２と同時に行っても良い。但し、ステップＳ２の後に搬送ガス流量（一次空気流量）Ｑａを増加すると、ミル１０の内部に存在する粉砕後燃料が減少した後に一次空気を供給することになるので、搬送ガス流量（一次空気流量）Ｑａの増加を抑制して一次空気供給用の熱ガス送風機３０ａと冷ガス送風機３０ｂに要する補機動力を抑制することができる。

ステップＳ４が終了すると、一連の運転条件変更の制御が終了する（ステップＳ５）。

なお、上述したミル１０の運転条件の変更は、ミル１０の運用開始前の試験運転時に用いても良い。制御部５０は、試運転時に得られた各運転条件を図示されていない記憶部に初期値として格納する。これにより、粉体層高さＨ１が所定値未満となる運転条件を運用前に予め設定することができる。

＜本実施形態の作用効果＞
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
回転テーブル１２とローラ１３によって粉砕された粉砕後のバイオマス燃料（固体燃料）は、粉砕後燃料となり所定高さの粉体層高さＨ１を回転テーブル１２上に形成する。粉体層高さＨ１が高くなり、鉛直上方の分級機１６に近づくと、一部の粗粒が分級機１６で分級されずにミル１０の下流側へ流出して分級性能が低下する。このため、微粒燃料の仕上がり粒度が低下して、微粒と一部の粗粒が混在してバーナ部へ供給され、バーナ部での燃焼性が低下するおそれがある。そこで、粉体層高さ計測手段５２によって粉体層高さＨ１を計測することとした。これにより、適正な粉体層高さＨ１を調整して分級性能の低下を抑制することができる。

回転テーブル１２上方と分級機１６下端との間に、異なる高さ位置に複数の圧力検出部としてマノメータ５３に接続された検出管５４を設けることとした。これにより、高さ方向における圧力分布を得ることができる。粉体層Ｂ１は粉体層Ｂ１以外のガス層（例えば空気層）に比べて密度が高いため圧力損失が大きい。そこで、高さ方向の圧力分布が得られれば、圧力損失の変化が大きい高さ位置が粉体層高さＨ１に相当する位置であることが分かる。

回転テーブル１２の回転軸を中心とする周方向の異なる位置に圧力検出部として検出管５４を設けることとした。これにより、異なる高さ位置に周方向に検出管５４を分散して配置することができるので、複数の圧力検出部の配置にあたり設置スペースを確保することできる。

制御部５０は、粉体層高さ計測手段５２の検出信号に基づいて、粉体層高さＨ１を減少させるように運転条件を変更する。これにより、適正な粉体層高さＨ１を実現することで、所望の分級性能を維持することができる。
具体的には、回転テーブル１２上に供給されるバイオマス燃料の燃料供給量Ｑｂを低下させることによって、粉体層高さＨ１を減少させる（図６Ａ参照）。また、回転テーブル１２から分級機１６に向かって流れる一次空気の搬送ガス流量（一次空気流量）Ｑａを増加することによって、粉体層高さＨ１を減少させる（図６Ｂ参照）。

なお、本実施形態では、図５Ａ及び図５Ｂに示したように、粉体層高さ計測手段５２として用いたマノメータ５３は、ミル１０内部の高さ方向の差圧を計測するように用いたが、回転テーブル１２上方の高さ方向の差圧を計測する手段はこれに限定されるものではない。例えば、図８Ａに示すように、マノメータ５３を複数設け、各マノメータ５３に接続された隣接する検出管５４を一対とした場合、一方の検出管５４の開口端５４ａ（図５Ａ参照）をミル１０の内部に設置し、他方の検出管５４の開口端５４ａを大気に開放する。これにより、図８Ｂに示すように、各粉体層高さＨ１における大気との差圧すなわち絶対圧を得ることができる。図８Ｂのように絶対圧での圧力分布が得られると、圧力の変曲点が粉体層Ｂ１とガス層との境界となるので、粉体層高さＨ１を得ることができる。また、絶対圧を得ることができるので、粉体層Ｂ１の密度と密度分布を得ることができ、より詳細に運転条件を調整することができる。

また、回転テーブル１２上方の高さ方向の圧力を計測する手段として、異なる高さ位置に設置した圧力センサを用いることとしても良い。

また、本実施形態では、ミル１０にてバイオマス燃料のみを粉砕することとして説明したが、ミル１０にて粉砕する固体燃料としては、本発明はこれに限定されるものではなく、他の固体燃料であっても良く、また、石炭とバイオマス燃料との混合燃料であっても良い。

１ 発電プラント
１０ ミル（固体燃料粉砕装置）
１１ ハウジング
１２ 回転テーブル
１３ ローラ（粉砕ローラ）
１４ 駆動部
１５ 吹出口
１６ 分級機（回転式分級機）
１６ａ 分級羽根（ブレード）
１７ 燃料供給部
１８ モータ
２０ 給炭機
２１ バンカ
２２ 搬送部
２３ モータ
２４ ダウンスパウト部
３０ 送風部
３０ａ 熱ガス送風機
３０ｂ 冷ガス送風機
３０ｃ 熱ガスダンパ
３０ｄ 冷ガスダンパ
４０ 状態検出部（温度計測手段、差圧計測手段）
４１ 底面部
４２ 天井部
４５ ジャーナルヘッド
４７ 支持アーム
４８ 支持軸
４９ 押圧装置
５０ 制御部
５２ 粉体層高さ計測手段
５３ マノメータ（圧力検出部）
５４ 検出管（圧力検出部）
５４ａ 開口端
５４ｂ 開閉弁
５４ｃ パージ配管
５６ 蓋部
１００ 固体燃料粉砕システム
１００ａ 一次空気流路（一次ガス供給部）
１００ｂ 供給流路
２００ ボイラ
２１０ 火炉
２２０ バーナ部
Ｂ１ 粉体層
Ｈ１ 粉体層高さ
Ｑａ 搬送ガス流量（一次空気流量）
Ｑｂ 燃料供給量（固体燃料供給量）

Claims (7)

1. 固体燃料としてバイオマス燃料またはバイオマス燃料と石炭との混合燃料を粉砕及び分級するための固体燃料粉砕装置であって、
   回転テーブルと、
   前記回転テーブルとの間で固体燃料を粉砕する粉砕ローラと、
   前記回転テーブルの鉛直上方に位置し、前記粉砕ローラによって粉砕された粉砕後燃料を分級する回転式分級機と、
   前記回転テーブル上に形成される前記粉砕後燃料による粉体層高さを計測する粉体層高さ計測手段と、
   前記粉体層高さ計測手段の検出信号を得る制御部と、
   を備え、
   前記粉体層高さ計測手段は、前記回転テーブルと前記回転式分級機との間の高さ方向における複数の差圧を取得するとともに、取得した複数の前記差圧の比較結果に基づいて前記回転テーブル上に形成される前記粉砕後燃料による粉体層高さを計測するように構成され、
   前記制御部は、前記検出信号に基づいて、前記粉体層高さが所定値に達したとき、前記粉体層高さを減少させるように運転条件を変更する固体燃料粉砕装置。
2. 前記粉体層高さ計測手段は、前記回転テーブルと前記回転式分級機との間に、異なる高さ位置に設けられた複数の圧力検出部を備えている請求項１の記載の固体燃料粉砕装置。
3. 複数の前記圧力検出部は、前記回転テーブルの周方向の異なる位置に設けられている請求項２に記載の固体燃料粉砕装置。
4. 前記制御部は、前記回転テーブル上に供給される固体燃料供給量を低下させるように前記運転条件を変更する請求項１から３のいずれかに記載の固体燃料粉砕装置。
5. 前記制御部は、前記回転テーブルから前記回転式分級機に向かって流れる搬送ガス流量を増加させるように前記運転条件を変更する請求項１から４のいずれかに記載の固体燃料粉砕装置。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の固体燃料粉砕装置と、
   前記固体燃料粉砕装置にて粉砕された前記粉砕後燃料を燃焼して蒸気を生成するボイラと、
   前記ボイラによって生成された蒸気を用いて発電する発電部と、
   を備えている発電プラント。
7. 回転テーブルと、
   前記回転テーブルとの間で固体燃料を粉砕する粉砕ローラと、
   前記回転テーブルの鉛直上方に位置し、前記粉砕ローラによって粉砕された粉砕後燃料を分級する回転式分級機と、
   を備え、固体燃料としてバイオマス燃料またはバイオマス燃料と石炭との混合燃料を粉砕及び分級するための固体燃料粉砕装置の制御方法であって、
   前記回転テーブルと前記回転式分級機との間の高さ方向における複数の差圧を取得するとともに、取得した複数の前記差圧の比較結果に基づいて前記回転テーブル上に形成される前記粉砕後燃料による粉体層高さを計測して、
   前記粉体層高さが所定値に達したとき、前記粉体層高さを減少させるように運転条件を変更する固体燃料粉砕装置の制御方法。

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