JPWO2019221302A1 - 粉砕装置及び粉砕装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、粉砕テーブルに対する自由度が比較的低いように、粉砕ローラが設けられている場合には、粉砕ローラが摩耗することで、粉砕性能が低下する。一方、粉砕テーブルに対する自由度が比較的高いように、粉砕ローラが設けられている場合には、ローラ部は、被粉砕物を粉砕する際に、比較的負荷の少ない位置に移動する。これにより、ローラ部の形状は、当該粉砕装置における粉砕態様に適した形状となるように摩耗することとなる。よって、このような粉砕装置では、粉砕ローラが摩耗することで、粉砕性能が向上する。
このように、粉砕装置によって、粉砕ローラが摩耗に伴って、ミルの性能が低下するものと、向上するものとがあることがわかった。
このため、粉砕部の経年変化に応じて、ミルを適切に稼働させることができない可能性があった。
上記構成では、現在における粉砕装置の性能値が、基準時における粉砕装置の性能値に近づくように、粉砕装置の性能値に影響を与えるパラメータを変更している。これにより、粉砕装置の稼働に伴って、粉砕部が経年変化しても、粉砕装置の性能値を所定の基準時における性能値とすることができる。このように、性能値をコントロールすることができるので、粉砕部が経年変化しても、粉砕装置を性能値(粉砕部の経年変化)に応じて適切に稼働させることができる。
なお、所定の基準時とは、例えば、粉砕装置の初期運転時や、粉砕装置の慣らし運転時などの、粉砕部が経年変化する前等の時期が挙げられる。
C=k×M×ω×D・・・(1)
但し、k:係数
M:ローラ部の押圧荷重
ω:テーブル部の回転数
D:テーブル部の直径
このように、粉砕機の粉砕容量Cを決めるパラメータとして、押圧荷重、テーブル部の回転数、及び、テーブル部の直径がある。テーブル部の直径は、一度テーブル部を据え付けた後には、容易に変更することができない。そこで、発明者らは、押圧荷重及びテーブル部の回転数に着目した。押圧荷重及び/又はテーブル部の回転数を変化させることで、粉砕容量Cを増減させることが可能となる。粉砕容量Cを増減させることで、粉砕機の性能値へ調整することができる。以下では、粉砕容量Cを決める要素である押圧荷重と、テーブル部の回転数との積を、粉砕エネルギーとも称する。
上記構成では、現在における粉砕装置の性能値が、基準時における粉砕装置の性能値に近づくように、荷重付与部が付与する押圧荷重を調整している。上述のように、押圧荷重は、性能値に影響を与えるパラメータの一つである。これにより、粉砕装置の稼働に伴って、粉砕部が経年変化しても、荷重付与部が付与する押圧荷重を調整することで、粉砕装置の性能値を所定の基準時における性能値とすることができる。このように、性能値をコントロールすることができるので、粉砕部が経年変化しても、粉砕装置を性能値(粉砕部の経年変化)に応じて適切に稼働させることができる。
また、テーブル部の回転数を調整ことで、押圧荷重を調整する場合と比較して、粉砕機の振動値を低減することができる。
上記構成では、荷重付与部が付与する押圧荷重が低減するように、荷重付与部の押圧荷重を調整している。押圧荷重を低減すると、被粉砕物をテーブル部とローラ部と間に挟み込む力が弱まるので、粉砕性能は抑制される。これにより、粉砕部の経年変化による粉砕性能の向上を抑制し、粉砕部による過剰な被粉砕物の粉砕を抑制することができる。したがって、過剰な粉砕に起因する粉砕部の摩耗等の速度を低減し、粉砕部の製品寿命を長くすることができる。
また、上記構成では、粉砕部が経年変化することにより、粉砕性能(粉砕効率)が向上するので、被粉砕物の粉砕量が増大し、粉砕部の駆動力が増大するが、荷重付与部が付与する押圧荷重が低減して、粉砕性能の向上を抑制しているので、粉砕部の駆動力の増大も抑制することができる。したがって、過剰な粉砕に起因する粉砕部の駆動力の増大を抑制し、粉砕装置の省エネルギー化を図ることができる。
また、上記構成では、粉砕装置の性能値として、粉砕部を駆動する駆動力を用いているので、粉砕装置の稼働に伴って、粉砕部が経年変化しても、粉砕部を駆動する駆動力を所定の基準時における駆動力とすることができる。このように、駆動力をコントロールすることができるので、粉砕部が経年変化しても、粉砕装置を適切な駆動力で稼働させることができる。したがって、過剰な粉砕に起因する粉砕部の駆動力の増大を的確に抑制し、より粉砕装置の省エネルギー化を図ることができる。
以下に、本発明に係る粉砕装置及び粉砕装置の制御方法の第1実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態では、火力発電設備に設けられ、固体燃料を粉砕する粉砕装置に、本発明を適用した例について説明する。
粉砕回転テーブル35は、上下方向(鉛直方向)の中心軸線周りに回転自在であると共に、駆動装置20によって駆動される。粉砕回転テーブル35の上面は、中心部が高く、中心部から外側に向けて低くなるような傾斜形状をなし、外周部が内側から外側へ上方に湾曲した形状をなしている。駆動装置20は、図示しないインバータを有している。駆動装置20は、インバータによって、粉砕回転テーブル35の回転数を調整することができる。
細かくなった微粉炭は、回転分級機41を通過し(e)、送炭管9を通じて外部へ空気搬送される(f)。空気搬送された微粉炭は、ボイラ(図示省略)に設けられたバーナに送られて燃焼する。
また、ミル1には、1次空気ダクト13に設けられた圧力計(図示省略)が測定した圧力と送炭管9に設けられた圧力計(図示省略)が測定した圧力との差圧を計測する差圧計測器26及び粉砕部30の駆動力を計測する駆動力計測器27が設けられている。
なお、粉砕部30の駆動力とは、例えば、粉砕回転テーブル35を回転駆動するために駆動装置20より供給される電力である。なお、粉砕部30において、粉砕ローラ36も電力駆動される場合には、粉砕部30の駆動力として、粉砕回転テーブル35及び粉砕ローラ36の駆動電力を取得することとすればよい。これらの計測器で計測された各種結果は、制御装置15に出力される。
また、負荷導出部16は、石炭の性状の情報を取得する。詳細には、石炭の粉砕の難易を表す指標を取得する。石炭の粉砕の難易を表す指標とは、例えば、ハードグローブ粉砕性指標(Hardgrobe Grindability Index(HGI))である。HGIは、例えば、発電プラント(ミル1)の運転員によって制御盤28等に入力され、負荷導出部16は制御盤28よりHGIを取得する。なお、ミル1においてHGIを計測器により計測(または推定)することが可能な場合には、ミル1は該計測器からHGIを取得することとしてもよい。また、固体燃料の粉砕の難易を表す指標であれば、ハードグローブ粉砕性指標に限らず使用可能であり、例えば、全水分等を使用してもよい。
ミル負荷率MLは、例えば、下記式(2)により計算される。
ML=C/C1・・・(2)
但し、C:給炭量
C1:石炭性状
C1=C0×Fm×Ff×Fg×(その他の係数)・・・(3)
但し、C0:ミル1における基準粉砕容量
Fm:水分量の違いによるミル容量補正係数
Ff:ミル微粉度(例えば、出口200#パス率)によるミル容量補正係数
Fg:石炭の粉砕性指数(例えば、HGI)によるミル容量補正係数
したがって、本実施形態に係るミル1では、差圧計測器26が計測した差圧及び駆動力計測器27が計測した駆動力に基づいて、試運転時の状態のミル1が、現在運転中のミル1と同じ負荷率で運転した場合における循環炭差圧及び駆動力を、性能値導出部17が導出する。
また、性能値導出部17は、ミル1の試運転時における循環炭差圧と負荷率との関係を示すグラフ(図7の実線参照)やテーブルを用いて、現在の運転中のミル1の負荷率に応じたミル1の基準時における循環炭差圧を導出する。なお、図7は、ミル負荷率と駆動力との関係を示したグラフであって、実線はローラ摩耗前を示し、破線はローラ摩耗時を示している。
なお、判断部18の判断基準は、一例であり、これに限定されない。例えば、駆動力計測器27が計測した現在の駆動力Wが、性能値導出部17が導出した基準時の駆動力Wiよりも、所定の閾値α以上大きい場合(Wi>W+α)であって、かつ、差圧計測器26が計測した循環炭差圧ΔPcが、性能値導出部17が導出した基準時の循環炭差圧ΔPciよりも所定の閾値以上β小さい場合(ΔPc<ΔPci−β)には、調整が必要であると判断してもよい。
また、上記説明では、2つの条件を両方満たした場合に、調整が必要であると判断する例について説明したが、2つの条件のうちどちらか一方を満たした場合に、調整が必要であると判断してもよい。
図8に示すように、ローラ摩耗前において、粉砕ローラ36に対してOpi分の油圧によって押圧荷重を作用させていた場合、ローラ摩耗時には、Op分の油圧で押圧荷重を作用させることで、ローラ摩耗前と同一の駆動力(すなわち、駆動力比(W/Wi)が1となる)とすることができる。したがって、荷重制御部19は、この場合には、OpiとOpとの差分だけ、油圧を低減する。
図9に示すように、ローラ摩耗前において、粉砕ローラ36に対してOpi分の油圧によって押圧荷重を作用させていた場合であっても、ローラ摩耗時には、Op分の油圧で押圧荷重を作用させれば、ローラ摩耗前と同一の循環炭差圧(すなわち、循環炭差圧比(ΔPc/ΔPci)が1となる)を得ることができる。したがって、この場合には、荷重制御部19は、OpiとOpとの差分だけ、油圧を低減する。
制御装置15は、ミル1の負荷率の導出に必要なデータを取得する(S1)。具体的には、制御装置15の負荷導出部16が、ミル1に設けられた各種計測器の計測結果である給炭量計測器21が計測した給炭量、一次空気量計測器22が計測した一次空気量、分級機回転数計測器23が計測した分級機回転数、油圧計測器24が計測した油圧及びテーブル回転数計測器25が計測した粉砕回転テーブル35の回転数を取得する。また、負荷導出部16は、制御盤28より、粉砕対称である石炭のHGIを取得する。
本処理を開始すると、まず制御装置15は、一次空気量計測器22が計測した一次空気量を取得する(S11)。次に、S12に移行し、空気差圧を取得する。空気差圧を取得すると、次に制御装置15は、差圧計測器26から差圧を取得する(S13)。差圧を取得すると、制御装置15は、S13で取得した差圧と、S12で取得した空気差圧とに基づいて、循環炭差圧(ΔPc)を算出する(S14)。具体的には、S13で取得した差圧から、S12で取得した空気差圧を除することで、循環炭差圧(ΔPc)を算出する。循環炭差圧(ΔPc)を算出すると、制御装置15は、駆動力計測器27から駆動力(W)を取得する(S15)。駆動力(W)を取得すると、制御装置15は、本処理を終了する。
図5で示した例では、S25において、S4で取得した現在の性能値(W、ΔPc)と、S3で導出した基準時の性能値(Wi、ΔPci)との比率(η(η=W/Wi)、λ(λ=ΔPc/ΔPci))を導出し、それらの比率の時間変化(dη/dt、dλ/dt)を導出する。そして、駆動力の比率の時間変化(dη/dt)が0よりも大きく(dη/dt>0)、かつ、循環炭差圧(ΔPc)の比率の時間変化(dλ/dt)が0よりも小さい(dλ/dt<0)か否かを判断する。条件を満たしていると判断した場合には、S6に進み、条件を満たしていないと判断した場合には、S8に進む。
ミル1の性能値に影響を与えるパラメータとして、ミル1の粉砕容量Cがある。ミル1の粉砕容量Cは、下記式(4)により計算される。
C=k×M×ω×D・・・(4)
但し、k:係数
M:粉砕ローラに対する押圧荷重
ω:粉砕回転テーブルの回転数
D:粉砕回転テーブルの直径
このように、ミル1の粉砕容量Cを決めるパラメータとして、押圧荷重、粉砕回転テーブル35の回転数、及び、粉砕回転テーブル35の直径がある。粉砕回転テーブル35の直径は、一度粉砕回転テーブル35を据え付けた後には、容易に変更することができない。そこで、発明者らは、押圧荷重及び粉砕回転テーブル35の回転数に着目した。押圧荷重及び/又はテーブル部の回転数を変化させることで、粉砕容量Cを増減させることが可能となる。粉砕容量Cを増減させることで、ミル1の性能値へ調整することができる。以下では、粉砕容量Cを決める要素である押圧荷重と、粉砕回転テーブル35の回転数との積を、粉砕エネルギーとも称する。
図11Aから図11Cは、本実施形態の基本的な概念を示したものである。ミル1への石炭の供給量が一定としたときに、従来(制御無し)の場合には、図11Aに示すように粉砕エネルギーは一定である。このため、図11Bに示すように粉砕時間の経過に伴いミル1の圧力損失(循環炭差圧)が低下し、図11Cに示すように粉砕動力(駆動装置20の駆動力)が増加する。一方、本実施形態(制御あり)の場合には、図11Aに示すように粉砕時間の経過にともない、粉砕エネルギーを調整する。本実施形態では、押圧荷重を調整することで、粉砕エネルギーを調整する。粉砕エネルギーを調整して、図11B及び図11Cに示すように、圧力損失(循環炭差圧)及び粉砕動力(駆動装置20の駆動力)を一定になるように制御することで、ミル1の経年変化に応じた適切な運用が可能となる。
また、粉砕部30は、粉砕回転テーブル35の上面と粉砕ローラ36との間に石炭を挟み込むことで石炭を粉砕しているので、粉砕ローラ36に対する押圧荷重に応じて、ミル1の性能値(本実施形態では、粉砕部30の駆動力及び循環炭差圧)は変動する。
本実施形態では、現在におけるミル1の性能値が、基準時におけるミル1の性能値に近づくように、荷重制御部19が、テンションロッド39が付与する押圧荷重を調整している。上述のように、押圧荷重は、性能値に影響を与えるパラメータの一つである。これにより、ミル1の稼働に伴って、粉砕部30が経年変化しても、ミル1の性能値を基準時における性能値とすることができる。このように、性能値をコントロールすることができるので、粉砕部30が経年変化しても、ミル1を性能値(粉砕部30の経年変化)に応じて適切に稼働させることができる。
一方、運転制御処理を行った場合、テンションロッド39の油圧を低減させる処理を行うため、油圧は低減する(図10A参照)。また、テンションロッド39の油圧を低減させると、粉砕回転テーブル35に対する粉砕ローラ36の押圧力も低減するので、粉砕部30の駆動力の増大が抑制される(図10B参照)。テンションロッド39の油圧を低減させることで、粉砕能力の向上は抑制される(すなわち、循環炭差圧は制御を行わない場合と比較して増大する)が、粉砕部30の経年変化前の粉砕能力は維持される(図10C参照)。
次に、本発明に係る粉砕装置及び粉砕装置の制御方法の第2実施形態について、図12から図17Dを参照して説明する。なお、第2実施形態では、制御装置15がテーブル回転数制御部70を有する点で、第1実施形態と異なっている。また、制御装置15が行う運転制御処理の一部が第1実施形態と異なっている。第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
本実施形態では、現在におけるミル1の性能値が、基準時におけるミル1の性能値に近づくように、粉砕回転テーブル35の回転数を調整している。上述のように、粉砕回転テーブル35の回転数は、性能値に影響を与えるパラメータの一つである。これにより、ミル1の稼働に伴って、粉砕部30が経年変化しても、ミル1の性能値を所定の基準時における性能値とすることができる。このように、性能値をコントロールすることができるので、粉砕部30が経年変化しても、ミル1を性能値(粉砕部30の経年変化)に応じて適切に稼働させることができる。
一方、運転制御処理を行った場合、回転数を低減させる処理を行うため、回転数は低減する(図17A参照)。また、回転数を低減させると、粉砕部30の駆動力の増大が抑制される(図17C参照)。回転数を低減させることで、粉砕能力の向上は抑制される(すなわち、循環炭差圧は制御を行わない場合と比較して増大する)が、粉砕部30の経年変化前の粉砕能力は維持される(図17B参照)。
ここで、ミル1の振動値は、変位や速度、加速度などを計測するものである。振動値が大きくなりすぎると(すなわち、振動が大きくなりすぎると)、ミル1を損傷させる恐れがあるため、計測されるものである。運転制御処理を行わなかった場合、振動値は増加する。これは、粉砕ローラ36の摩耗進展により粉砕ローラ36の形状がいびつになり、かつ、粉砕ローラ36が粉砕回転テーブル35に対して自由度が高いため、摩耗前に粉砕回転テーブル35と点接触で安定したものが、多点接触に移行し、不安定になるためである。一方、粉砕回転テーブル35の回転数を減らす場合であっても、押圧荷重を低減させる場合であっても、運転制御処理を行わなかった場合と比較して、ミル1の振動値の増大を抑制することができる。また、粉砕回転テーブル35の回転数を減らす場合の方が、押圧荷重を低減させる場合よりも、ミル1の振動値の増大をより抑制することができる。
ミル1の振動値の増大を抑制することで、例えば、原料として、粉体の摩擦係数が小さく振動を起こしやすい特徴を有するような石炭等も使用することが可能となる。
次に、本発明に係る粉砕装置及び粉砕装置の制御方法の第3実施形態について、図18を参照して説明する。なお、第3実施形態では、図18に示すように、制御装置15が荷重制御部19及びテーブル回転数制御部70の両方を有する点で、第1実施形態及び第2実施形態と異なっている。また、制御装置15が行う運転制御処理の一部が第1実施形態及び第2実施形態と異なっている。第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。本実施形態では、判断部18にて押圧荷重及び回転数を調整するような指令値を求める。判断部18での押圧荷重の判断は、第1実施形態と同様であり、回転数の判断は第2実施形態と同様である。なお、押圧荷重の判断と回転数の判断とを組み合わせることによる判断は、複雑となるため、機械学習などを活用することが望ましい。
例えば、上記実施形態では、所定の基準時をミル1の試運転時としているが、本発明はこれに限定されない。例えば、粉砕機の初期運転時や、粉砕装置の慣らし運転時などでもよい。粉砕部30が経年変化する前の時期が好適である。
9 :送炭管
11 :ホッパ
13 :1次空気ダクト(搬送用ガス供給部)
15 :制御装置(制御部)
16 :負荷導出部
17 :性能値導出部
18 :判断部
19 :荷重制御部
20 :駆動装置
21 :給炭量計測器
22 :一次空気量計測器
23 :分級機回転数計測器
24 :油圧計測器
25 :テーブル回転数計測器
26 :差圧計測器
27 :駆動力計測器
28 :制御盤
30 :粉砕部
31 :ハウジング
32 :天井部
33 :センターシュート
34 :架台
35 :粉砕回転テーブル(テーブル部)
36 :粉砕ローラ(ローラ部)
37 :加圧アーム(フレーム部)
38 :ブラケット
39 :テンションロッド(荷重付与部)
40 :テンションロッドボックス
41 :回転分級機
42 :フィン
44 :スロートベーン
49 :油圧シリンダ部
50 :駆動部
60 :1次空気(搬送用ガス)
ML :ミル負荷率
Op :油圧
W :駆動力
Wi :駆動力
ΔPc :循環炭差圧
ΔPci :循環炭差圧
Claims (8)
- 被粉砕物を粉砕する粉砕装置であって、
上下方向の軸を中心に回転駆動するテーブル部と、該テーブル部の上面と対向して配置されるローラ部と、を有し、前記テーブル部の前記上面と前記ローラ部との間に被粉砕物を挟み込むことで被粉砕物を粉砕する粉砕部と、
現在における前記粉砕装置の負荷を導出する負荷導出部と、
現在における前記粉砕装置の性能値を計測する性能値計測部と、
所定の基準時において、前記負荷導出部によって導出された負荷で前記粉砕装置が運転されている場合における前記粉砕装置の性能値を導出する性能値導出部と、
前記性能値計測部が計測した現在における前記粉砕装置の性能値と前記性能値導出部が導出した前記基準時における前記粉砕装置の性能値とに基づいて、前記性能値計測部が計測した現在における前記粉砕装置の性能値が、前記性能値導出部が導出した前記基準時における前記粉砕装置の性能値に近づくように、前記粉砕装置の性能値に影響を与えるパラメータを変更する制御部と、を備えた粉砕装置。 - 前記ローラ部に対して、前記テーブル部の前記上面方向への押圧荷重を付与する荷重付与部を備え、
前記パラメータは、前記ローラ部に対して付与される押圧荷重を有し、
前記制御部は、前記性能値計測部が計測した現在における前記粉砕装置の性能値と前記性能値導出部が導出した前記基準時における前記粉砕装置の性能値とに基づいて、前記性能値計測部が計測した現在における前記粉砕装置の性能値が、前記性能値導出部が導出した前記基準時における前記粉砕装置の性能値に近づくように、前記荷重付与部が付与する押圧荷重を調整する荷重制御部を有する請求項1に記載の粉砕装置。 - 所定の回転数となるように前記テーブル部を回転駆動する回転駆動部を備え、
前記パラメータは、前記テーブル部の回転数を有し、
前記制御部は、前記性能値計測部が計測した現在における前記粉砕装置の性能値と前記性能値導出部が導出した前記基準時における前記粉砕装置の性能値とに基づいて、前記性能値計測部が計測した現在における前記粉砕装置の性能値が、前記性能値導出部が導出した前記基準時における前記粉砕装置の性能値に近づくように、前記駆動部が回転させる前記テーブル部の回転数を調整するテーブル回転数制御部を有する請求項1または請求項2に記載の粉砕装置。 - 前記粉砕装置のハウジングの内部に設けられ、前記ローラ部を支持するフレーム部を備え、
前記フレーム部は、前記テーブル部に対して揺動自在であって、
前記ローラ部は、前記フレーム部に対して揺動自在に支持されていて、
前記荷重制御部は、前記荷重付与部が付与する押圧荷重が低減するように、前記荷重付与部の押圧荷重を調整する請求項2に記載の粉砕装置。 - 前記粉砕装置の性能値とは、前記粉砕部を駆動する駆動力を含む請求項1から請求項4のいずれかに記載の粉砕装置。
- 粉砕した被粉砕物を外部へ搬送する搬送用ガスを供給する搬送用ガス供給部と、
前記搬送用ガスによって搬送される被粉砕物を排出する排出部と、を備え、
前記粉砕装置の性能値とは、前記搬送用ガス供給部側の圧力と前記排出部側の圧力との差圧を含む請求項1から請求項5のいずれかに記載の粉砕装置。 - 前記荷重付与部が付与する押圧荷重の調整度合いを導出するための機械学習を行う学習部と、
前記学習部は、前記機械学習に基づいて、前記調整度合いを導出し、
前記荷重制御部は、前記学習部が導出した前記調整度合いとなるように、前記荷重付与部が付与する押圧荷重を調整する請求項2に記載の粉砕装置。 - 被粉砕物を粉砕する粉砕装置の制御方法であって、
上下方向の軸を中心に回転駆動するテーブル部の上面と、該テーブル部の前記上面と対向して配置されるローラ部との間に被粉砕物を挟み込むことで被粉砕物を粉砕する粉砕ステップと、
現在における前記粉砕装置の負荷を導出する負荷導出ステップと、
現在における前記粉砕装置の性能値を計測する性能値計測ステップと、
所定の基準時において、前記負荷導出ステップで導出された負荷で前記粉砕装置が運転されている場合における前記粉砕装置の性能値を導出する性能値導出ステップと、
前記性能値計測ステップで計測した現在における前記粉砕装置の性能値と前記性能値導出ステップで導出した前記基準時における前記粉砕装置の性能値とに基づいて、前記性能値計測ステップで計測した現在における前記粉砕装置の性能値が、前記性能値導出ステップで導出した前記基準時における前記粉砕装置の性能値に近づくように、前記粉砕装置の性能値に影響を与えるパラメータを変更する制御ステップと、を備えた粉砕装置の制御方法。
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