KR102111226B1 - 분쇄 장치, 분쇄 장치의 스로트 및 미분탄 연소 보일러 - Google Patents

분쇄 장치, 분쇄 장치의 스로트 및 미분탄 연소 보일러 Download PDF

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야스히토 오니시
히로아키 가네모토
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미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
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Abstract

분쇄 장치는, 하우징과, 상기 하우징 내에 있어서 회전하도록 구성된 분쇄 테이블과, 상기 하우징 내에 있어서 상기 분쇄 테이블의 외주측에 마련되며, 상승 기류를 형성하기 위한 스로트를 구비한다. 상기 스로트는, 상기 분쇄 테이블의 외주를 따라서 연장되는 이너 링과, 상기 이너 링의 외주측에 마련되며, 해당 이너 링과의 사이에 환상 유로를 형성하는 아우터 링과, 상기 이너 링과 상기 아우터 링 사이에 마련되는 복수의 스로트 베인을 포함한다. 상기 이너 링과 상기 아우터 링 사이의 반경방향 간극을 H로 하고, 상기 스로트 베인의 길이를 L, 인접하는 상기 스로트 베인의 간격을 d로 했을 때, 2.0≤L/d≤4.0 및 0.5≤H/d≤1.5를 만족한다.

Description

분쇄 장치, 분쇄 장치의 스로트 및 미분탄 연소 보일러
본 개시는 분쇄 장치, 분쇄 장치의 스로트 및 이들을 구비하는 미분탄 연소 보일러에 관한 것이다.
고체 연료 등의 피분쇄물을 분쇄 테이블 상에서 입자형상으로 분쇄하는 분쇄 장치가 알려져 있다.
예를 들면, 특허문헌 1 및 2에 개시된 분쇄 장치는, 피분쇄물을 분쇄 테이블 상에서 분쇄 롤러에 의해 분쇄시키고, 분쇄 입자는, 분쇄 테이블의 주위에 마련된 스로트로부터 공급되는 1차 공기(반송 가스)에 의해 상승하여, 분급부로 이송된다. 해당 분급부에서, 분쇄 입자는 조립자(粗粒子)와 미립자로 분급되고, 미립자는 사용하는 곳에 이송된다.
특허문헌 2에는, 스로트로부터 분쇄 입자가 낙하하는 것을 억제하기 위해, 스로트로부터 뿜어오르는 반송 가스의 유속을 조정하기 위한 스로트의 구성이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제 2013-198883 호 공보 일본 특허 공개 제 2013-103212 호 공보
특허문헌 2와 같이, 스로트로부터 분쇄 입자가 낙하하는 것을 억제하기 위해, 스로트로부터 공급되는 반송 가스의 유속을 조정하는 경우, 반송 가스의 유속을 증가시키면, 분쇄 입자의 낙하를 억제할 수 있지만, 스로트를 통과하는 반송 가스의 압력 손실[이하, 「스로트 압력 손실」이라고도 함]이 증가하여, 운전에 필요로 하는 동력이 증가할 우려가 있다.
상기 과제를 감안하여, 본 발명의 적어도 일 실시형태는, 스로트로부터 낙하하는 분쇄 입자의 낙하량[이하, 간단히 「낙하량」이라고도 함]을 억제하고, 또한 하우징 내의 압력 손실의 증가를 억제하여 분쇄 장치의 동력 증가를 억제하는 것을 목적으로 한다.
(1) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 따른 분쇄 장치는,
하우징과,
상기 하우징 내에서 회전하도록 구성된 분쇄 테이블과,
상기 하우징 내에서 상기 분쇄 테이블의 외주측에 마련되며, 상승 기류를 형성하기 위한 스로트를 구비하는 분쇄 장치로서,
상기 스로트는,
상기 분쇄 테이블의 외주를 따라서 연장되는 이너 링과,
상기 이너 링의 외주측에 마련되며, 해당 이너 링과의 사이에 환상 유로를 형성하는 아우터 링과,
상기 이너 링과 상기 아우터 링 사이에 마련되는 복수의 스로트 베인을 포함하며,
상기 이너 링과 상기 아우터 링 사이의 반경방향 간극을 H로 하고, 상기 스로트 베인의 길이를 L, 인접하는 상기 스로트 베인의 간격을 d로 했을 때, 하기 식 (a) 및 식 (b)를 만족한다.
(a) 2.0≤L/d≤4.0
(b) 0.5≤H/d≤1.5
상기 (1)의 구성에 의하면, 2.0≤L/d를 만족하는 것에 의해, 스로트 내부에서 기류가 충분히 축류되고, 가속된 기류가 분쇄 테이블의 상면으로부터 분출된다. 이 가속된 기류의 운동 에너지에 의해 스로트 상에 분쇄 입자를 보지할 수 있어서, 스로트로부터의 낙하를 억제할 수 있다. 또한, L/d≤4.0을 만족하는 것에 의해, 축류부의 길이를 억제하여 스로트 압력 손실을 억제할 수 있다.
또한, 간극(H)은 스로트의 단면적으로 대체로 정해지는 값이다. 따라서, H/d는 d의 값, 즉, 스로트 베인의 매수로 증감된다. d가 작을수록, 스로트 베인(23)의 매수가 많아져, 분쇄 입자를 끌어 올리는 횟수가 증가하기 때문에, 분쇄 입자는 스로트로부터 낙하하기 어려워진다. 따라서, 0.5≤H/d를 만족하는 것에 의해, 낙하량을 억제할 수 있다.
한편, 스로트 베인의 매수가 너무 많아지면, 스로트 압력 손실이 증가한다. 그래서, H/d≤1.5를 만족하는 것에 의해, 압력 손실의 증가를 억제할 수 있다.
이상에서, 상기 식 (a) 및 (b)를 만족하는 것에 의해, 낙하량을 억제하면서, 스로트를 통과하는 기류의 압력 손실의 증가를 억제할 수 있어서, 분쇄 장치의 동력 증가를 억제할 수 있다.
(2) 몇 가지의 실시형태에서는, 상기 (1)의 구성에 있어서,
상기 스로트 베인은, 해당 스로트 베인의 하단으로부터 상단을 향하여 상기 스로트의 회전방향의 상류측으로 경사져 있으며,
상기 스로트의 회전 중심축에 대한 상기 스로트 베인의 경사각을 θ로 했을 때, 하기 식 (c)를 만족한다.
(c) 45°≤θ≤60°
상기 (2)의 구성에 의하면, 상기 스로트 베인은, 그 하단으로부터 상단을 향하여 스로트의 회전방향의 상류측으로 경사져 있기 때문에, 각각의 스로트 베인에 의한 분쇄 입자의 끌어 올림 효과가 증가한다.
또한, 45°≤θ를 만족하는 것에 의해, 분쇄 입자를 효과적으로 스로트 베인에 의해 건져 올려서 낙하량을 억제할 수 있다. 이에 의해, 규정값 이하의 낙하량을 실현하기 위한 L/d 및 H/d의 값을 작게 할 수 있어서, 분쇄 장치의 스로트 주변 부위를 소형화할 수 있다. 또한, θ≤60°을 만족하는 것에 의해, 스로트 압력 손실을 억제할 수 있다.
(3) 몇 가지의 실시형태에서는, 상기 (1) 또는 (2)의 구성에 있어서,
상기 스로트 베인은, 해당 스로트 베인의 하단으로부터 상단을 향하여 상기 스로트의 회전방향의 상류측으로 경사져 있으며,
상기 스로트의 회전 중심축에 대한 상기 스로트 베인의 경사각을 θ로 했을 때, 하기 식 (d)를 만족한다.
(d) H/d≥0.95×(sinθ)-2.0×(L/d)-1.2
본 발명자들이, H/d 및 L/d의 변화가 낙하량에 미치는 영향을 검토한 결과, 소망의 낙하량을 실현하기 위해서는, H/d를 크게 하면 L/d를 작게 할 수 있고, 반대로 L/d를 크게 하면 H/d를 작게 할 수 있는 것을 발견했다. 이 현상의 이유는 이하와 같이 생각할 수 있다. 즉, 이너 링과 아우터 링 사이의 반경방향 간극(H)에 대하여 스로트 베인 사이의 간격(d)이 작은 경우(즉, 스로트 베인 수가 비교적 많은 경우), 스로트 베인에 의한 분쇄 입자의 끌어 올림 효과를 기대할 수 있기 때문에, L/d가 비교적 작아도 소망의 낙하량을 실현할 수 있다. 반대로, 인접하는 스로트 베인의 간격(d)에 대하여 스로트 베인의 길이(L)가 큰 경우, 스로트 내부에 있어서 기류를 충분히 축류시키는 것에 의해 분쇄 입자의 낙하를 억제할 수 있기 때문에, H/d가 작아도 소망의 낙하량을 실현할 수 있다.
또한, 본 발명자들의 예의 겸토의 결과, 소망의 낙하량을 실현할 수 있는 H/d 및 L/d의 조합은 스로트 베인의 경사각(θ)에 의존하며, 구체적으로는, sinθ가 클수록, 소망의 낙하량을 실현하기 위한 H/d 및 L/d의 값이 상대적으로 작아지는 것이 명확해졌다. 이것은, 스로트 둘레방향에 있어서의 각 스로트 베인의 연장 범위가 L×sinθ로 나타나므로, sinθ를, 분쇄 입자의 끌어 올림 효과의 크기를 나타내는 파라미터라고 인식할 수 있기 때문이다.
상기 (3)의 구성은, 본 발명자들에 의한 상기 지견에 근거하는 것으로, 낙하량을 보다 효과적으로 억제하기 위한 H/d, L/d, sinθ의 조합을 나타내는 수식 (d)를 만족하는 것을 요구하고 있다. 상기 (1)에서 설명한 식 (a) 및 (b)에 부가하여, 식 (d)도 만족하도록 H/d, L/d, θ를 설정하는 것에 의해, 스로트 압력 손실의 증가를 억제하면서, 분쇄 입자의 낙하량을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
(4) 몇 가지의 실시형태에서는, 상기 (1)~(3) 중 어느 하나의 구성에 있어서,
상기 이너 링은, 해당 이너 링의 하단측에 위치하며, 상기 이너 링의 하단을 향하여 반경방향 내측에 가까워지도록 만곡한 형상을 갖고, 상기 환상 유로에 하방으로부터 유입되는 기류를 정류(整流)하기 위한 정류부를 포함한다.
기류는, 상기 환상 유로에 분쇄 장치의 한쪽의 측면측으로부터 공급되기 때문에, 스로트의 둘레방향을 따라서 유량 편차가 발생한다. 유량 편차가 발생하면, 유량이 적은 부위의 낙하량이 많아진다.
상기 (4)의 구성에 의하면, 상기 정류부를 갖기 때문에, 스로트의 유량 편차를 억제할 수 있으므로, 스로트의 둘레방향을 따라서 낙하량을 균일화할 수 있다.
(5) 몇 가지의 실시형태에서는, 상기 (1)~(4) 중 어느 하나의 구성에 있어서,
상기 분쇄 테이블의 주속(周速)이 3m/s 이상 5m/s 이하이다.
분쇄 테이블의 주속[이하 「테이블 주속」이라고도 말함]이 느린 영역에서는, 테이블 주속이 빠를수록, 피분쇄물에 작용하는 원심력이 커지기 때문에, 분쇄 테이블로부터 스로트로 이동하는 분쇄 입자량이 많아져, 낙하량이 많아진다.
한편, 테이블 주속의 증가에 따라서, 스로트 베인이 분쇄 입자를 끌어올리는 힘이 커지기 때문에, 낙하량의 증가는 작아진다. 따라서, 테이블 주속의 증가에 따라서 낙하량은 일정량으로 수속(收束)해나간다.
테이블 주속을 3m/s 이상으로 하는 것에 의해, 낙하량을 일정량으로 수속시키면서, 분쇄 능력(용량)을 확보할 수 있다.
또한, 테이블 주속을 5m/s 이하로 하는 것에 의해, 분쇄 장치의 동력 증가를 회피할 수 있는 에너지 절약 운전이 가능하게 된다.
(6) 상기 (1)~(5) 중 어느 하나의 구성의 분쇄 장치의 스로트에 있어서,
상기 스로트는,
상기 이너 링과,
상기 이너 링의 외주측에 마련되며, 해당 이너 링과의 사이에 환상 유로를 형성하는 상기 아우터 링과,
상기 이너 링과 상기 아우터 링 사이에 마련되는 복수의 상기 스로트 베인을 포함하며,
상기 이너 링과 상기 아우터 링 사이의 반경방향 간극을 H로 하고, 상기 스로트 베인의 길이를 L, 인접하는 상기 스로트 베인의 간격을 d로 했을 때, 하기 식 (a) 및 식 (b)를 만족한다.
(a) 2.0≤L/d≤4.0
(b) 0.5≤H/d≤1.5
상기 (6)의 구성에 의하면, 전술과 같이, 2.0≤L/d를 만족하는 것에 의해, 낙하량을 억제할 수 있으며, L/d≤4.0을 만족하는 것에 의해, 스로트를 통과하는 기류의 압력 손실을 억제할 수 있다.
또한, 0.5≤H/d를 만족하는 것에 의해 낙하량을 억제할 수 있어서, H/d≤1.5의(바람직하게는, H/d≤1.0)를 만족하는 것에 의해, 스로트를 통과하는 기류의 압력 손실을 억제할 수 있다.
(7) 몇 가지의 실시형태에서는, 상기 (1)~(5) 중 어느 하나의 구성에 있어서,
상기 분쇄 장치는, 피분쇄물로서 석탄을 분쇄하도록 구성된다.
상기 (7)의 구성에 의하면, 피분쇄물이 석탄인 경우, 분쇄된 석탄 입자가 스로트로부터 낙하하는 낙하량을 억제하면서, 스로트를 통과하는 기류의 압력 손실을 억제할 수 있다.
(8) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 따른 미분탄 연소 보일러는,
(7)의 구성을 갖는 분쇄 장치와,
상기 분쇄 장치에 의해 얻어진 미분탄을 연소시키기 위한 화로를
구비한다.
상기 (8)의 구성에 의하면, 상기 분쇄 장치에 있어서, 분쇄된 석탄 입자가 스로트로부터 낙하하는 낙하량을 억제하면서, 스로트를 통과하는 반송 가스의 압력 손실을 억제할 수 있다.
또한, 이들을 달성하기 위해서, 석탄 입자에 대한 기류(반송 가스)의 비율을 증가시키는 것에 의해, 기류(반송 가스)의 유속을 증가시킬 필요가 없기 때문에, 석탄 입자를 미분탄 연소 보일러에서 연소시키는 경우에, 착화성(着火性) 등 연소성을 악화시킬 우려가 없다.
본 발명의 적어도 일 실시형태에 의하면, 낙하량을 억제하는 것에 의해, 분쇄 장치의 유지 보수가 용이하게 되고, 또한 기류의 압력 손실을 억제하는 것에 의해, 분쇄 장치의 동력 증가를 억제할 수 있다.
도 1은 일 실시형태에 따른 분쇄 장치의 정면에서 본 단면도,
도 2는 일 실시형태에 따른 스로트부의 단면도,
도 3은 일 실시형태에 따른 스로트부의 횡단면도,
도 4는 일 실시형태에 따른 스로트부의 평면도,
도 5의 (A)는 일 실시형태에 따른 스로트부의 일부 확대 단면도이고, (B)는 비교예로서의 스로트부의 일부 확대 단면도,
도 6은 L/d와 스로트 압력 손실의 관계를 나타내는 그래프,
도 7은 L/d와 스로트로부터의 낙하량의 관계를 나타내는 그래프,
도 8은 H/d와 스로트 압력 손실의 관계를 나타내는 그래프,
도 9는 H/d와 스로트로부터의 낙하량의 관계를 나타내는 그래프,
도 10은 일 실시형태에 따른 스로트부의 단면도,
도 11은 θ와 스로트 압력 손실의 관계를 나타내는 그래프,
도 12는 θ와 스로트부로부터의 낙하량의 관계를 나타내는 그래프,
도 13은 테이블 주속과 낙하 석탄량의 관계를 나타내는 그래프,
도 14의 (A) 및 (B)는 일 실시형태에 따른 분쇄 테이블의 단면도,
도 15는 일 실시형태에 따른 L/d, H/d 및 θ의 관계를 나타내는 그래프,
도 16은 일 실시형태에 따른 미분탄 연소 보일러의 계통도.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 몇 가지의 실시형태에 대해 설명한다. 단, 실시형태로서 기재되거나 또는 도면에 도시되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은, 본 발명의 범위를 이에 한정하는 취지가 아니며, 단순한 설명예에 지나지 않는다.
예를 들면, 「어느 방향으로」, 「어느 방향을 따라서」, 「평행」, 「직교」, 「중심」, 「동심」 혹은 「동축」 등의 상대적인 혹은 절대적인 배치를 나타내는 표현은, 엄밀하게 그러한 배치를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 혹은, 동일한 기능을 얻을 수 있는 정도의 각도나 거리를 가지고 상대적으로 변위하는 상태도 나타내는 것으로 한다.
예를 들면, 「동일」, 「동일함」 및 「균질」 등의 사물이 동일한 상태인 것을 나타내는 표현은, 엄밀하게 동일한 상태를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 혹은, 동일한 기능을 얻을 수 있는 정도의 차이가 존재하는 상태도 나타내는 것으로 한다.
예를 들면, 사각형상이나 원통형상 등의 형상을 나타내는 표현은, 기하학적으로 엄밀한 의미에서의 사각형상이나 원통형상 등의 형상을 나타낼 뿐만 아니라, 동일한 효과를 얻을 수 있는 범위에서, 요철부나 면취부 등을 포함하는 형상도 나타내는 것으로 한다.
한편, 하나의 구성 요소를 「마련하다」, 「갖추다」, 「구비하다」, 「포함하다」, 또는 「갖는다」라고 하는 표현은, 다른 구성 요소의 존재를 제외하는 배타적인 표현은 아니다.
도 1은, 일 실시형태에 따른 분쇄 장치의 개략적인 정면에서 본 단면도이며, 도 2 및 도 3은 각각 일 실시형태에 따른 분쇄 장치의 스로트부의 정면에서 본 단면도이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 일 실시형태에 따른 분쇄 장치(10)는, 하우징(12)과, 하우징(12)의 내부에 마련된 분쇄부(14) 및 분급부(16)를 구비한다.
분쇄부(14)는, 회전하도록 구성된 분쇄 테이블(18)과, 분쇄 테이블(18)의 외주측에 마련되며, 하우징(12)의 내부에서 상승 기류(fu)를 형성하기 위한 스로트(20)를 구비한다. 분쇄부(14)에서는, 분쇄 테이블(18) 상에 공급된 피분쇄물이 분쇄되고, 분쇄되어 입자형상이 된 분쇄 입자는 스로트(20)로부터 뿜어오르는 상승 기류(fu)를 따라서, 분쇄 입자 및 공기의 2상류가 되어 상승한다.
도시한 실시형태에서는, 분쇄 장치(10)는 분급부(16)를 구비한다. 분급부(16)는, 분쇄 테이블(18)의 상방에 마련되며, 상승 기류(fu)에 따른 분쇄 입자를 미립자(Pm)와 조립자(Pc)로 분급하도록 구성된다. 미립자(Pm)는 반송 가스와 함께 분급부(16)를 통하여 사용하는 곳에 이송되고, 미립자(Pm)와 분급된 조립자(Pc)는 분쇄 테이블(18)로 되돌아온다.
도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 스로트(20)(20a, 20b)는, 분쇄 테이블(18)의 외주를 따라서 연장되는 이너 링(21)(21a, 21b)과, 이너 링(21)의 외주측에 마련되며, 이너 링(21)과의 사이에 환상 유로(fr)를 형성하는 아우터 링(22)을 구비한다.
도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 스로트(20)는, 이너 링(21)과 아우터 링(22) 사이에 마련되는 복수의 스로트 베인(23)을 구비한다.
이너 링(21)과 아우터 링(22) 사이의 반경방향 간극을 H로 하고, 스로트 베인(23)의 길이를 L로 하고, 인접하는 스로트 베인(23)의 간격을 d로 했을 때, 스로트(20)는, 하기 식 (a) 및 (b)를 만족하도록 구성된다.
(a) 2.0≤L/d≤4.0
(b) 0.5≤H/d≤1.5
2.0≤L/d를 만족하는 것에 의해, 환상 유로(fr)를 통과하는 기류의 축류 효과를 높일 수 있다. 축류되어 가속된 기류가 분쇄 테이블의 상면으로부터 분출하는 것에 의해, 기류의 운동 에너지에 의해 스로트 상에 피분입자를 보지할 수 있어서, 분쇄 입자의 낙하량을 억제할 수 있다. 또한, L/d≤4.0을 만족하는 것에 의해, 스로트 압력 손실을 억제할 수 있어서, 분쇄 장치(10)의 동력 증가를 억제할 수 있다.
또한, d가 작을수록, 스로트 베인(23)의 매수가 많아져, 피분쇄물을 끌어올리는 횟수가 증가하기 때문에, 분쇄 입자는 스로트로부터 낙하하기 어려워진다. 따라서, 0.5≤H/d를 만족하는 것에 의해, 낙하량을 억제할 수 있다.
낙하량이 다량이 되면, 낙하한 분쇄 입자의 처리가 충분하지 않게 되어, 분쇄 장치(10)의 운전에 지장을 초래한다.
한편, 스로트 베인의 매수가 너무 많아지면, 스로트 압력 손실이 증가하므로, H/d≤1.5의 (바람직하게는, H/d≤1.0)을 만족하는 것에 의해, 스로트 압력 손실의 증가를 억제할 수 있다.
이상에서, 상기 식 (a) 및 (b)를 만족하는 것에 의해, 낙하량을 억제하면서, 스로트를 통과하는 기류의 압력 손실의 증가를 억제할 수 있어서, 분쇄 장치(10)의 동력 증가를 억제할 수 있다.
도 5의 (A)는 식 (a) 및 식 (b)를 만족하는 스로트(20)의 구성예를 도시하며, 도 5의 (B)는 식 (a) 및 식 (b)를 만족하지 않는 스로트(20)의 구성예를 도시한다.
도 6 내지 도 9는, 피분쇄물이 석탄일 때, 본 발명자들이 얻은 지견을 정리한 그래프이다.
도 6은 L/d와 스로트 압력 손실과의 관계를 나타내고, 도 7은 L/d와 스로트로부터 낙하하는 석탄 입자의 양을 나타낸다. 도 6은, L/d가 2.0 이하에서는 낮은 스로트 압력 손실을 나타내며, L/d가 증가함에 따라 3.0 전후부터 스로트 압력 손실이 증가 경향이 되는 것을 나타내고 있다. 도 7은, L/d가 증가함에 따라 낙하량이 감소하지만, L/d가 3.0 이상이 되면 낙하량은 그 이상 감소하지 않고, 낙하량이 대체로 일정하게 된다. 또한, L/d가 4.0을 초과하면 낙하량은 증가 경향을 나타낸다. 도 6 및 도 7로부터, 2.0≤L/d≤4.0으로 하는 것에 의해, 스로트 압력 손실의 증가를 억제하면서, 낙하량을 저감할 수 있는 것을 알 수 있다.
도 8은 H/d와 스로트 압력 손실과의 관계를 나타내고, 도 9는 H/d와 스로트로부터 낙하하는 석탄 입자의 양을 나타낸다. 도 8은, H/d＞1의 범위에서는, H/d가 증가함에 따라 스로트 압력 손실이 증가하지만, H/d≤1의 범위에서는 H/d에 대한 스로트 압력 손실의 변화는 작다. 또한, H/d＜0.5의 범위에서는, 스로트 압력 손실은 대체로 일정하다. 도 9는, H/d가 증가함에 따라 낙하량은 감소하지만, H/d＞1의 범위에서는, H/d가 증가하여도 낙하량의 변화는 별로 없다. H/d＜0.5의 범위에서는, H/d의 감소와 함께 낙하량이 급격하게 증대한다.
따라서, 도 8 및 도 9로부터, 0.5≤H/d≤1.5로 하는 것에 의해, 낙하량을 저감할 수 있으며, 바람직하게는, H/d≤1.0으로 하는 것에 의해, 스로트 압력 손실 및 낙하량을 모두 저감할 수 있는 것을 알 수 있다.
예시적인 실시형태에서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 스로트(20)(20b)의 이너 링(21)(21b)은, 이너 링(21)(21b)의 하단측 영역에 형성된 정류부(52)를 포함한다. 정류부(52)는, 이너 링(21)(21b)의 하단을 향하여 반경방향 내측에 가까워지도록 만곡된 형상을 갖는다. 정류부(52)는, 환상 유로(fr)에 하방으로부터 유입되는 기류(f)를 정류한다.
기류(f)는, 환상 유로(fr)에 분쇄 장치(10)의 한쪽의 측면측으로부터 공급되기 때문에, 스로트(20)의 둘레방향을 따라서 유량 편차가 발생한다. 유량 편차가 발생하면, 유량이 적은 부위의 낙하량이 많아진다.
상기 구성에 의하면, 정류부(52)를 갖기 때문에, 스로트(20)(20b)의 유량 편차를 억제할 수 있으므로, 스로트(20)(20b)의 둘레방향을 따라서 낙하량을 균일화할 수 있다.
도시한 실시형태에서는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 피분쇄물(Mr)이 투입되는 피분쇄물 공급관(24)과, 분쇄 및 분급된 미립자(Pm)를 외부로 배출하기 위한 미립자 배출부(26)를 구비한다. 미립자 배출부(26)는 예를 들면, 관형상의 배출관으로 구성된다.
공급관(24)은 그 축선이 하우징(12)의 중심축(O)을 따르도록 하우징(12)의 상부에 연직방향으로 마련되며, 공급관(24)으로부터 투입된 피분쇄물(Mr)은 분쇄 테이블(18) 상에 공급된다. 공급관(24)은 하우징(12)에 베어링(미도시)을 거쳐서 화살표방향으로 회전 가능하게 지지된다.
배출부(26)는 분급부(16)의 상부에서 분급부(16)와 연통하도록 마련되며, 분급부(16)에서 분급된 미립자(Pm)는 배출부(26)로부터 외부로 배출된다.
도시한 실시형태에서는, 분쇄부(14)는, 피분쇄물(Mr)을 분쇄하기 위한 분쇄 테이블(18) 및 분쇄 롤러(28)를 구비하고, 분쇄 테이블(18) 상에 공급된 피분쇄물(Mr)은 분쇄 테이블(18)과 분쇄 롤러(28)의 맞물림에 의해 분쇄된다. 분쇄 테이블(18)은 모터(31)를 구동원으로 하는 구동부(30)에 의해 회전된다.
분쇄 테이블(18) 상의 피분쇄물(Mr)은, 분쇄 테이블(18)의 회전에 의해 발생하는 원심력에 의해, 분쇄 테이블(18) 상을 외주측으로 이동하고, 분쇄 테이블(18)과 분쇄 롤러(28)의 끼어 들어감에 의해 분쇄된다. 분쇄 롤러(28)는, 가압 장치(32)에 의해 분쇄 테이블(18)에 가압되도록 구성된다.
반송 가스 덕트(34)로부터 공급되는 반송 가스(g)에 의해 형성되는 기류가 스로트(20)로부터 하우징(12) 내로 뿜어오른다. 반송 가스(g)는, 스로트(20)에 마련된 복수의 스로트 베인(23)에 의해 하우징 둘레방향을 따르는 선회가 부여되어 상승 기류(fu)를 형성한다.
피분쇄물(Mr)이 분쇄된 분쇄 입자는, 반송 가스(g)에 의해 형성되는 상승 기류(fu)에 동반하여 하우징(12) 내의 외주측 영역을 상승한다. 상승 중에 분쇄 입자에 포함되는 조립자(Pc)의 일부는 중력 분급에 의해 낙하하고 분쇄 테이블(18)로 되돌아온다.
도시한 실시형태에서는, 분급부(16)는, 하우징(12)의 중심축(O)을 중심으로 회전 가능한 환상 회전부(36)를 포함한다. 환상 회전부(36)는 공급관(24)에 장착되어 공급관(24)과 함께 회전한다. 환상 회전부(36)는, 중심축(O)의 주위에 간극을 두고 배열된 복수의 회전 핀(38)을 포함한다.
환상 회전부(36)의 외측에는, 중심축(O)의 주위에 간극을 두고 환상으로 배열된 복수의 고정 핀(40)이 마련된다. 고정 핀(40)의 하부에는 정류 콘(42)이 마련된다.
분급부(16)에서는, 고정 핀(40) 및 회전 핀(38)에 의한 원심 분급이나, 조립자(Pc)가 고정 핀(40) 및 회전 핀(38)에 충돌하는 것에 의한 충돌 분급을 하여 미립자(Pm)와 조립자(Pc)로 분급된다.
또한, 고정 핀(40) 및 정류 콘(42)을 마련하지 않는 실시형태에 있어서는, 복수의 회전 핀(40)은, 하우징(12)의 내부 공간 중, 상승 기류(fu)가 존재하는 영역에 직접 면하여 배치된다. 예를 들면, 환상 회전부(36)와 분쇄부(14) 사이의 높이 위치에 호퍼가 배치되지 않으며, 환상 회전부(36)의 회전 핀(40)과 분쇄부(14) 사이에 기류를 차단하는 부재가 존재하지 않는다.
따라서, 하우징(12)을 컴팩트화할 수 있는 동시에, 분급부(16)를 통과할 수 없는 조립자(Pc)를 상승 기류(fu)의 유속이 비교적 느린 영역으로부터 순조롭게 분쇄부(14)로 되돌릴 수 있다.
이에 의해, 환상 회전부(36) 부근의 조립자(Pc)의 체류를 억제할 수 있기 때문에, 분급부 출구측의 미립자(Pm)의 미분도를 향상할 수 있는 동시에, 분쇄부(14)에 있어서의 조립자(Pc)의 재분쇄를 촉진할 수 있다.
도시한 실시형태에서는, 하우징(12)의 상면에 모터(44)가 마련되며, 모터(44)의 출력은 감속기(46)를 거쳐서 공급관(24)에 전달되도록 구성된다. 모터(44)의 회전에 의해 공급관(24)과 함께 환상 회전부(36)가 중심축(O)을 중심으로 회전한다.
예시적인 실시형태에서는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 스로트 베인(23)은, 스로트 베인(23)의 하단으로부터 상단을 향하여 스로트(20)의 회전방향의 상류측으로 경사져 있다. 또한, 스로트(20)의 회전 중심축[중심축(O)]에 대한 스로트 베인(23)의 경사각을 θ로 했을 때, 하기 식 (c)를 만족하도록 구성된다.
(c) 45°≤θ≤60°
상기 구성에 의하면, 스로트 베인(23)은, 그 하단으로부터 상단을 향하여 스로트(20)의 회전방향의 상류측으로 경사져 있기 때문에, 각각의 스로트 베인(23)에 의한 분쇄 입자(P)의 끌어 올림 효과가 증가한다.
또한, 45°≤θ를 만족하는 것에 의해, 분쇄 입자(P)에 대한 스로트 베인(23)의 끌어 올림 효과를 증대할 수 있기 때문에, 낙하량을 억제할 수 있다. 이에 의해, 규정값 이하의 낙하량을 실현하기 위한 L/d 및 H/d의 값을 작게 할 수 있어서, 분쇄 장치(10)의 스로트 주변 부위를 소형화할 수 있다. 또한, θ≤60°를 만족하는 것에 의해, 스로트 압력 손실을 억제할 수 있다.
도 11은, 분쇄 입자가 석탄 입자인 경우의 θ와 스로트 압력 손실의 관계를 나타내고, 도 12는, 동일한 경우에 θ와 낙하량의 관계를 나타내고 있다.
도 11은, θ가 15° 내지 45° 부근일 때, 스로트 압력 손실은 낮은 레벨에 있으며, θ가 45° 부근으로부터 증가함에 따라 스로트 압력 손실은 증가하지만, θ≤60°에서는 스로트 압력 손실의 증가를 억제할 수 있는 것을 나타내고 있다. 또한, 도 12는, θ가 증가함에 따라 낙하량은 감소하지만, θ≥45°의 범위에서는, θ에 대한 낙하량의 변화가 작아진다.
도 11 및 도 12로부터, 45°≤θ≤60°일 때, 스로트 압력 손실 및 낙하량을 모두 효과적으로 저감할 수 있다.
예시적인 실시형태에서는, 테이블 주속을 3m/s 이상 5m/s 이하로 한다.
도 13은 테이블 주속과 분쇄 입자의 낙하량의 관계를 나타내고 있다. 도 13에 나타내는 바와 같이, 테이블 주속이 느린 영역에서는, 테이블 주속이 증가함에 따라, 피분쇄물에 작용하는 원심력이 커지기 때문에, 분쇄 테이블(18)로부터 스로트(20)로 이동하는 분쇄 입자량이 많아져, 낙하량이 많아진다.
한편, 테이블 주속의 증가에 따라, 스로트 베인(23)이 분쇄 입자를 끌어올리는 힘이 커지기 때문에, 낙하량의 증가는 작아진다. 따라서, 도 13에 나타내는 바와 같이, 테이블 주속의 증가에 따라서 낙하량은 일정량으로 수속해나간다.
도 14의 (A)는, 테이블 주속이 느릴 때의 분쇄 입자(P)의 층 두께(D)를 도시하고, (B)는 테이블 주속이 빠를 때의 분쇄 입자(P)의 층 두께(D)를 도시하고 있다. 도 14의 (A)에 도시하는 바와 같이, 테이블 주속이 느릴 때는, 분쇄 입자(P)의 층 두께(D)는 분쇄 테이블(18)의 반경방향 내측만큼 두꺼워져서, 스로트 부근의 층 두께(D)는 일정하게 되지 않는다. 한편, 도 14의 (B)에 도시하는 바와 같이, 테이블 주속이 빠를 때의 스로트(20) 부근의 층 두께(D)는 일정하게 수속되기 때문에, 낙하량도 일정량으로 수속된다.
테이블 주속을 3m/s 이상으로 빠르게 하는 것에 의해, 낙하량을 일정량으로 수속시키면서, 분쇄 능력(용량)을 확보할 수 있다.
또한, 테이블 주속을 5m/s 이하로 하는 것에 의해, 분쇄 장치(10)의 동력 증가를 회피할 수 있는 에너지 절약 운전이 가능하게 된다.
예시적인 실시형태에서는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 스로트 베인(23)은, 스로트 베인(23)의 하단으로부터 상단을 향하여 스로트(20)의 회전방향[분쇄 테이블(18)의 회전방향]의 상류측으로 경사져 있다. 또한, 스로트 베인(23)의 경사각(θ)은 하기와 같이 식 (d)를 만족한다.
(d) H/d≥0.95×(sinθ)-2.0×(L/d)-1.2
도 15는, 소망의 범위(허용 낙하량보다 작은 범위) 내로 낙하량을 받아들이기 위해서 필요한 H/d, L/d 및 θ의 관계를 나타내는 그래프이다.
동일 도면에 나타내는 바와 같이, 본 발명자들이 H/d 및 L/d의 변화가 낙하량에 미치는 영향을 검토한 결과, 소망의 낙하량을 실현하기 위해서는, H/d를 크게 하면 L/d를 작게 할 수 있고, 반대로 L/d를 크게 하면 H/d를 작게 할 수 있는 것을 발견했다. 즉, 간극(H)에 대하여 스로트 베인(23) 사이의 간격(d)이 작은 경우(즉, 스로트 베인 수가 비교적 많은 경우), 스로트 베인(23)에 의한 분쇄 입자의 끌어 올림 효과를 기대할 수 있기 때문에, L/d가 비교적 작아도 소망의 낙하량을 실현할 수 있다. 반대로, 인접하는 스로트 베인의 간격(d)에 대하여 스로트 베인의 길이(L)가 큰 경우, 스로트 내부에 있어서 기류를 충분히 축류시키는 것에 의해 분쇄 입자의 낙하를 억제할 수 있기 때문에, H/d가 작아도 소망의 낙하량을 실현할 수 있다. 반대로, 인접하는 스로트 베인의 간격(d)에 대하여 스로트 베인의 길이(L)가 큰 경우, 스로트 내부에서 기류를 충분히 축류시키는 것에 의해 분쇄 입자(P)의 낙하를 억제할 수 있기 때문에, H/d가 작아도 소망의 낙하량을 실현할 수 있다.
또한, 도 15에 나타내는 바와 같이, 소망의 낙하량을 실현할 수 있는 H/d 및 L/d의 조합은 스로트 베인의 경사각(θ)에 의존하며, 구체적으로는, sinθ가 클 수록, 소망의 낙하량을 실현하기 위한 H/d 및 L/d의 값이 상대적으로 작아지는 것이 명확해졌다. 이것은, 스로트 둘레방향에 있어서의 각 스로트 베인의 연재 범위가 L×sinθ로 나타나므로, sinθ를, 분쇄 입자의 끌어 올림 효과의 크기를 나타내는 파라미터라고 인식할 수 있기 때문이다.
따라서, 식 (a) 및 (b)에 부가하여, 식 (d)도 만족하도록 H/d, L/d, θ를 설정하는 것에 의해, 스로트 압력 손실의 증가를 억제하면서, 분쇄 입자의 낙하량을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
예시적인 실시형태에서는, 분쇄 장치(10)에 마련된 스로트(20)는, 이너 링(21)과, 이너 링(21)의 외주측에 마련되며, 이너 링(21)과의 사이에 환상 유로(fr)를 형성하는 아우터 링(22)과, 이너 링(21)과 아우터 링(22) 사이에 마련되는 복수의 스로트 베인(23)을 포함한다. 그리고, 간극(H)과, 스로트 베인(23)의 길이(L)와, 스로트 베인(23)의 간격(d)은, 상기 식 (a) 및 (b)를 만족하도록 구성되어 있다.
상기 구성에 의하면, 전술과 같이, 2.0≤L/d를 만족하는 것에 의해, 낙하량을 억제할 수 있어서, L/d≤4.0을 만족하는 것에 의해, 스로트를 통과하는 기류의 압력 손실을 억제할 수 있다.
또한, 0.5≤H/d를 만족하는 것에 의해, 낙하량을 억제할 수 있어서, H/d≤1.5를 만족하는 것에 의해, 스로트 압력 손실을 억제할 수 있다.
따라서, 식 (a) 및 (b)를 만족하는 것에 의해, 낙하량 및 스로트 압력 손실을 모두 저감할 수 있다.
몇 가지의 실시형태에서는, 분쇄 장치(10)는 피분쇄물(Mr)로서 석탄을 분쇄하도록 구성된다.
이에 의해, 피분쇄물(Mr)이 석탄인 경우, 분쇄된 석탄 입자가 스로트(20)로부터 낙하하는 낙하량을 억제하면서, 스로트(20)를 통과하는 기류의 압력 손실을 억제할 수 있다.
일 실시형태에 따른 미분탄 연소 보일러(60)는, 도 16에 도시되는 바와 같이, 분쇄 장치(10)와, 분쇄 장치(10)에 의해 얻어진 미분탄(Cm)을 연소시키기 위한 화로(보일러 본체)(62)를 구비한다.
도시한 실시형태에서는, 분쇄 장치(10)에는, 송풍기(64)로부터 공기(A)가 송입되는 동시에, 석탄 벙커(70) 및 급탄기(72)로부터 원료[피분쇄물(Mr)]로서의 석탄이 공급되도록 되어 있다.
송풍기(64)에 송입된 연소용 공기(A)는 공기(A1)와 공기(A2)로 분기된다. 이 중, 공기(A1)는, 송풍기(66)에 의해 분쇄 장치(10)로 반송된다. 공기(A1)의 일부는 예열기(80)에 의해 가열되어 온공기로서 분쇄 장치(10)로 반송된다. 여기서, 예열기(80)에 의해 가열된 온공기와, 송풍기(66)로부터 예열기(80)를 경유하지 않고 직접 반송되는 냉공기는, 혼합 공기가 적온이 되도록 혼합 조정되고 나서, 분쇄 장치(10)에 공급되도록 되어 있어도 좋다. 이와 같이 하여, 분쇄 장치(10)에 공급된 공기(A1)는, 분쇄 장치(10)의 내부에 있어서 스로트(20)(도 1 참조)로부터 하우징(12)의 내부로 취출되도록 되어 있다.
피분쇄물(Mr)로서의 석탄은, 석탄 벙커(70)에 투입된 후, 급탄기(72)에 의해 정량씩, 공급관(24)(도 1 참조)을 거쳐서 분쇄 장치(10)에 공급된다. 스로트(20)로부터의 공기(A1)의 기류(f)에 의해 건조되면서 분쇄 장치(10)에서 분쇄되어 생성된 미분탄(Cm)은, 배출부(26)(도 1 참조)로부터 공기(A1)에 의해 반송되고, 화로(62)의 윈도우 박스(74) 내의 미분탄 버너(미도시)를 거쳐서 화로(62)로 이송되며, 버너에 의해 착화되고 연소된다.
또한, 송풍기(64)에 송입된 연소용 공기(A) 중 공기(A2)는, 예열기(68) 및 예열기(80)에 의해 가열되어, 윈도우 박스(74)를 거쳐서 화로(62)로 이송되며, 화로(62) 내에서 미분탄(Cm)의 연소에 제공된다.
화로(62)에 있어서 미분탄(Cm)의 연소로 생성된 배기 가스는, 집진기(76)에서 먼지가 제거된 후, 탈질 장치(78)로 이송되고, 배기 가스 중에 포함되는 질소산화물(NOx)이 환원된다. 그리고, 해당 배기 가스는, 예열기(80)를 거쳐서 송풍기(82)에서 흡인되어 탈황 장치(84)에서 유황분이 제거되고, 굴뚝(86)으로부터 대기 중으로 방출된다.
상술한 미분탄 연소 보일러(60)에서는, 분쇄 장치(10)의 분급부(16)에서 미분탄(Cm)과 분급된 조립자(Pc)를 순조롭게 분쇄 테이블(18)로 되돌릴 수 있다. 이에 의해, 분급부(16)를 통과한 미분탄(Cm)의 미분도를 향상할 수 있는 동시에, 하우징(12) 내의 압력 손실을 저감할 수 있어서, 분쇄 장치(10)의 동력 증가를 억제할 수 있다.
또한, 조립자(Pc)의 혼입이 억제된 미분탄(Cm)을 연소시키므로, 연소 가스에 있어서의 NOx 등의 대기 오염 물질을 저감할 수 있으며, 또한 회중미연분을 저감할 수 있어서, 이에 의해, 보일러 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 적어도 일 실시형태에 의하면, 스로트로부터 낙하하는 분쇄 입자의 낙하량을 억제할 수 있고, 또한 하우징 내의 압력 손실의 증가를 억제하여 분쇄 장치의 동력 증가를 억제할 수 있으며, 예를 들면, 미분탄 연소 보일러에 마련되며, 피분쇄물로서 석탄을 분쇄하는 분쇄 장치 등에 적용되는데 적합할 수 있다.
10 : 분쇄 장치 12 : 하우징
12a : 원환부 14 : 분쇄부
16 : 분급부 18 : 분쇄 테이블
20(20a, 20b) : 스로트 21(21a, 21b) : 이너 링
22 : 아우터 링 23 : 스로트 베인
24 : 피분쇄물 공급관 26 : 미립자 배출부
28 : 분쇄 롤러 30 : 구동부
31, 44 : 모터 32 : 가압 장치
34 : 반송 가스 덕트 36 : 환상 회전부
38 : 회전 핀 40 : 고정 핀
42 : 정류 콘 52 : 정류부
60 : 미분탄 연소 보일러 62 : 화로
Cm : 미분탄 D : 층 두께
O : 중심축 P : 분쇄 입자
Pc : 조립자 Pm : 미립자
f : 기류 fr : 환상 유로
fu : 상승 기류 g : 반송 가스

Claims (8)

  1. 하우징과,
    상기 하우징 내에 있어서 회전하도록 구성된 분쇄 테이블과,
    상기 하우징 내에 있어서 상기 분쇄 테이블의 외주측에 마련되며, 상승 기류를 형성하기 위한 스로트를 구비하는 분쇄 장치에 있어서,
    상기 스로트는,
    상기 분쇄 테이블의 외주를 따라서 연장되는 이너 링과,
    상기 이너 링의 외주측에 마련되며, 상기 이너 링과의 사이에 환상 유로를 형성하는 아우터 링과,
    상기 이너 링과 상기 아우터 링 사이에 마련되는 복수의 스로트 베인을 포함하며,
    상기 이너 링과 상기 아우터 링 사이의 반경방향 간극을 H로 하고, 상기 스로트 베인의 길이를 L, 인접하는 상기 스로트 베인의 간격을 d로 했을 때,
    하기 식 (a) 및 식 (b)를 만족하는 것을 특징으로 하는
    분쇄 장치.
    (a) 2.0≤L/d≤4.0
    (b) 0.5≤H/d≤1.5
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스로트 베인은, 상기 스로트 베인의 하단으로부터 상단을 향하여 상기 스로트의 회전방향의 상류측으로 경사져 있으며,
    상기 스로트의 회전 중심축에 대한 상기 스로트 베인의 경사각을 θ로 했을 때, 하기 식 (c)를 만족하는 것을 특징으로 하는
    분쇄 장치.
    (c) 45°≤θ≤60°
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 스로트 베인은, 상기 스로트 베인의 하단으로부터 상단을 향하여 상기 스로트의 회전방향의 상류측으로 경사져 있으며,
    상기 스로트의 회전 중심축에 대한 상기 스로트 베인의 경사각을 θ로 했을 때, 하기 식 (d)를 만족하는 것을 특징으로 하는
    분쇄 장치.
    (d) H/d≥0.95×(sinθ)-2.0×(L/d)-1.2
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 이너 링은, 상기 이너 링의 하단측에 위치하며, 상기 이너 링의 하단을 향하여 반경방향 내측에 가까워지도록 만곡한 형상을 갖고, 상기 환상 유로에 하방으로부터 유입되는 기류를 정류하기 위한 정류부를 포함하는 것을 특징으로 하는
    분쇄 장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 분쇄 테이블의 주속(周速)이 3m/s 이상 5m/s 이하인 것을 특징으로 하는
    분쇄 장치.
  6. 분쇄 장치의 스로트에 있어서,
    분쇄 장치의 분쇄 테이블의 외주를 따라서 연장되는 이너 링과,
    상기 이너 링의 외주측에 마련되며, 상기 이너 링과의 사이에 환상 유로를 형성하는 아우터 링과,
    상기 이너 링과 상기 아우터 링 사이에 마련되는 복수의 스로트 베인을 포함하며,
    상기 이너 링과 상기 아우터 링 사이의 반경방향 간극을 H로 하고, 상기 스로트 베인의 길이를 L, 인접하는 상기 스로트 베인의 간격을 d로 했을 때,
    하기 식 (a) 및 하기 식 (b)를 만족하는 것을 특징으로 하는
    분쇄 장치의 스로트.
    (a) 2.0≤L/d≤4.0
    (b) 0.5≤H/d≤1.5
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 분쇄 장치는, 피분쇄물로서 석탄을 분쇄하도록 구성된 것을 특징으로 하는
    분쇄 장치.
  8. 청구항 7에 기재된 분쇄 장치와,
    상기 분쇄 장치에 의해 얻어진 미분탄을 연소시키기 위한 화로를 구비하는 것을 특징으로 하는
    미분탄 연소 보일러.
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