JP6163728B2 - バイオマスミル - Google Patents

Description

本発明は、木質系バイオマスをボイラ燃料とする為に粉砕するバイオマスミル、特に木質ペレットを粉砕するバイオマスミルに関するものである。

現在、ボイラの固形燃料として使用されているのは、主に石炭であるが、ＣＯ₂ の削減対策として、再生可能で環境負荷の少ない木質系バイオマスを燃料とすることが検討されている。

木質系バイオマスをボイラの燃料とするには、木質チップ、木質ペレット等の木質系バイオマスをバーナ燃焼可能な様に粉砕する必要がある。

石炭に木質系バイオマスを混合して燃料とする場合、木質系バイオマスの混合量が少なければ既存の石炭ローラミルにより混合粉砕することも可能であるが、木質系バイオマスの使用量が多くなると、石炭との混合粉砕を行うことができず、木質系バイオマス単独で粉砕する必要がある。

又、木質系バイオマスを粉砕する装置として石炭粉砕用の石炭ローラミルを基本とした粉砕装置とすることが、大きな改良、大きな設備変更をすることなく低コストで可能となる。

石炭ローラミルを用いて石炭の粉砕を行う際には、石炭供給装置から塊状の石炭が粉砕テーブルの中央に投下され、テーブル駆動装置によって前記粉砕テーブルが回転され、該粉砕テーブルの回転によって外周方向に移動した石炭が、回転自在に設けられた加圧ローラに噛込まれることで粉砕される。

粉砕された石炭粒は、前記粉砕テーブルの回転により更に外周方向へと移動され、噴出し口より高速で噴出される１次空気によって上方へと噴上げられ、送給管よりバーナに送給される。

従来の石炭ローラミルの場合、１次空気の噴出し口は、粉砕テーブルの周囲に周方向に傾斜して設けられ、粉砕テーブルの周囲から１次空気が噴出す様になっており、１次空気に噴上げられた石炭粒はミル内を旋回しながら上昇する。

然し乍ら、木質系バイオマスを単独で粉砕する場合、或は石炭に対し木質系バイオマスの混合比率が大きくなると、木質系バイオマスは軽量であると共に繊維質で互いに絡み合う為、前記粉砕テーブルの回転遠心力による外周への移動が石炭に比べて円滑に行われない。

又、１次空気に噴上げられる木質系バイオマスは、ミル内を旋回しながら上昇する為、流路が長くなることで木質系バイオマスがミル外に排出され難くなり、ミル内に滞留してミル内の差圧上昇の原因となり、送風動力が増大すると共に前記テーブル駆動装置の動力が増大する。該テーブル駆動装置の動力増大により、木質系バイオマスの粉砕容量は石炭の粉砕容量の１０％程度迄制限されることになる。

上記した様に、前記石炭ローラミル、又は同等の構造を有するミルに木質系バイオマスを供給して粉砕した場合、ミルの木質系バイオマスが石炭とは異なった挙動を呈し、充分な粉砕効率、粉砕容量が得られないという問題があった。

尚、特許文献１には、ケーシングの上部にセパレータが配列され、該セパレータの下方は倒立截頭円錐状のコーンで覆われ、前記ケーシングの内面と前記コーンの外周とで形成される空間断面形状が、上昇するガス流の速度を徐々に速くすると共に澱みが生じない様に決定される構成が開示されている。

特開２００３−２６８３９４号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、木質系バイオマスのミル外への排出を促進することで、粉砕容量の増大を図るバイオマスミルを提供するものである。

本発明は、分級室を形成するハウジングと、前記分級室の上部に設けられた分級機と、前記分級室の下部に設けられ、テーブル駆動装置によって駆動される粉砕テーブルと、該粉砕テーブルに押圧される加圧ローラを有する複数の加圧ローラユニットと、前記粉砕テーブルの周囲から１次空気を噴出す噴出し口と、前記粉砕テーブルの中心に木質系バイオマスを供給するシュートと、該シュートを覆い１次空気の流路断面積を減少させる縮流筒と、該縮流筒の上方に位置し、前記ハウジングの内壁から下流側に向って漸次縮径するガイド部とを具備するバイオマスミルに係るものである。

又本発明は、前記縮流筒は、上端が開放された円筒部と、該円筒部の下端より前記シュートの下端に向って延出し、下方に向って漸次径が減少する倒立円錐曲面を有する捕集部とから構成され、該捕集部と前記シュートとの間にリング状の間隙が形成されたバイオマスミルに係るものである。

又本発明は、前記縮流筒は、上端が閉塞された円筒部と、該円筒部の下端より前記シュートの下端に向って延出し、下方に向って漸次径が減少する倒立円錐曲面を有する倒立円錐台部とから構成され、該倒立円錐台部の下端と前記シュートの外周面とが当接しているバイオマスミルに係るものである。

更に又本発明は、前記ガイド部は、上方に向って縮径する切頭円錐曲面を有するバイオマスミルに係るものである。

本発明によれば、分級室を形成するハウジングと、前記分級室の上部に設けられた分級機と、前記分級室の下部に設けられ、テーブル駆動装置によって駆動される粉砕テーブルと、該粉砕テーブルに押圧される加圧ローラを有する複数の加圧ローラユニットと、前記粉砕テーブルの周囲から１次空気を噴出す噴出し口と、前記粉砕テーブルの中心に木質系バイオマスを供給するシュートと、該シュートを覆い１次空気の流路断面積を減少させる縮流筒と、該縮流筒の上方に位置し、前記ハウジングの内壁から下流側に向って漸次縮径するガイド部とを具備するので、該ガイド部により前記縮流筒を通過して流速が低下した１次空気を円滑に偏向させることができ、１次空気が滞留して圧力損失が生じるのを防止し、木質系バイオマスの排出が促進され、粉砕容量の増大を図り得るという優れた効果を発揮する。

本発明の第１の実施例に係る竪型ミルの概略立断面図である。 本発明の第２の実施例に係る竪型ミルの概略立断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

先ず、図１に於いて、本発明の第１の実施例に係る竪型ミル１について説明する。

中空構造又は脚構造の基台２に筒状のハウジング３が立設され、該ハウジング３によって密閉された空間が形成される。該空間の下部には減速機４を介して粉砕テーブル５が設けられ、該粉砕テーブル５は前記減速機４を介してテーブル駆動モータ６によって駆動回転される。前記粉砕テーブル５は前記テーブル駆動モータ６によって定速又は可変速で回転される様になっており、前記減速機４と前記テーブル駆動モータ６とによりテーブル駆動装置７が構成される。

前記粉砕テーブル５の上面には、断面が円弧状の凹溝８を有するテーブルセグメント９が設けられ、該テーブルセグメント９がリング状に連設され、前記凹溝８によって前記粉砕テーブル５の回転中心を中心とするリング状の粉砕溝が形成される。

前記粉砕テーブル５の回転中心から放射状に所要組数、例えば３組の加圧ローラユニット１１が１２０°間隔で設けられている。該加圧ローラユニット１１は加圧ローラ１２を有し、ピボット軸１３を中心に傾動自在となっている。又、前記ハウジング３の下部には、該ハウジング３を放射状に貫通する３組のローラ加圧装置１４が設けられている。該ローラ加圧装置１４は、アクチュエータ、例えば油圧シリンダ１５を具備し、該油圧シリンダ１５によって前記加圧ローラ１２を前記凹溝８に押圧する様になっている。

前記粉砕テーブル５の下方には１次空気室１６が形成され、前記ハウジング３内部の前記粉砕テーブル５より上方は、分級室１７となっている。

前記ハウジング３の下部には１次空気供給口１８が取付けられ、該１次空気供給口１８は図示しない送風機に接続されると共に、前記１次空気室１６に連通している。前記粉砕テーブル５の周囲には、１次空気が前記ハウジング３の内壁に沿って噴上がる様、１次空気の噴出し口１９が全周に設けられている。尚、前記噴出し口１９は垂直又は略垂直であり、或は前記粉砕テーブル５の中心方向に０°以上５°以下、該粉砕テーブル５の回転方向に−５°以上０°以下の範囲で傾斜する様形成してもよい。

前記ハウジング３の上側には燃料給排部２１が設けられており、該燃料給排部２１の中心部を貫通する様にパイプ状のシュート２２が設けられている。該シュート２２は前記ハウジング３の内部に延出し、下端が前記粉砕テーブル５の中央上方に位置している。前記シュート２２には木質系バイオマス、例えば木質ペレットが供給され、供給された木質ペレットは前記粉砕テーブル５の中心部に落下する様になっている。

前記シュート２２には、該シュート２２の中途部から下方を覆う様に縮流筒２３が設けられ、該縮流筒２３の下部に下部分級室１７ａが形成され、前記縮流筒２３の上部が上部分級室１７ｂが形成される。又、前記縮流筒２３は中空構造であり、上端が開放された円筒状の円筒部２４と、該円筒部２４の下端より前記シュート２２下端に向って延出し、下方に向って漸次径が減少する倒立円錐曲面を有する捕集部２５とで構成され、該捕集部２５の下端は開放されている。前記円筒部２４上端部は支持部材２６によって前記シュート２２に支持され、前記捕集部２５は支持部材２７によって前記シュート２２に支持されている。

前記円筒部２４は、前記ハウジング３の内径よりも径が小さくなっており、該ハウジング３と前記円筒部２４との間に円筒状の縮流流路２８が形成される。該縮流流路２８の断面積は前記ハウジング３の断面積の１／１５倍以上１／１０倍以下となっており、前記縮流流路２８を上昇する１次空気の流速は縮流作用で約１０倍以上１５倍以下、例えば１０ｍ／ｓｅｃとなる様になっている。

前記捕集部２５は、下端が前記シュート２２の下端の近傍に位置し、又前記捕集部２５下端の内径が前記シュート２２の外径よりも大きくなっており、前記捕集部２５の下端と前記シュート２２との間に所定の幅を有するリング状の排出口２９が形成される。

又、前記シュート２２には回転管３１が外嵌され、該回転管３１は回転管支持部３２に軸受け３３を介して回転自在に支持されている。前記回転管３１の上端には、プーリ３４が設けられ、該プーリ３４とプーリ３５との間にはベルト３６が掛回され、前記プーリ３５は減速機３７の出力軸に嵌着されており、該減速機３７には分級機モータ３８が連結されている。而して、前記回転管３１は前記減速機３７、前記プーリ３５、前記ベルト３６、前記プーリ３４を介して前記分級機モータ３８によって回転される様になっている。

前記回転管３１にはブレード３９が取付けられ、前記回転管３１、前記プーリ３４、前記プーリ３５、前記ベルト３６、前記減速機３７、前記分級機モータ３８、前記ブレード３９によって分級機４１が構成されている。

前記ブレード３９は短冊状であり、倒立円錐曲面上に円周方向に所定角度ピッチで配設される。又、前記ブレード３９は下端から上端に向って前記回転管３１から離反する様に傾斜しており、ブレード支持部４２を介して前記回転管３１に取付けられている。又、前記ブレード３９の下端を包絡する円の直径は、前記円筒部２４の直径よりも小さくなっている。

又、前記ブレード３９と対向する前記ハウジング３の内壁には、前記分級機４１を全周に亘って囲繞するガイド部４３が形成されている。該ガイド部４３は、下端が前記円筒部２４の上端と対向し、前記ハウジング３の内壁から上方に向って前記ブレード３９と近接する様傾斜する切頭円錐曲面を有しており、前記ガイド部４３の上端は前記ブレード３９の上端の近傍に位置している。

前記ガイド部４３が設けられることで、前記円筒部２４の上方に形成される前記上部分級室１７ｂは、上方に向って漸次縮径する構造となっている。

前記燃料給排部２１には、粉砕された木質ペレットを送給する粉砕物送給管４４が設けられ、該粉砕物送給管４４はボイラのバーナ（図示せず）に接続されている。前記粉砕物送給管４４の基端部には粉砕物送給口４５が形成され、該粉砕物送給口４５を介して前記分級室１７と前記粉砕物送給管４４とが連通する様になっている。

次に、前記竪型ミル１に於ける木質ペレットの粉砕について説明する。尚、木質ペレットは、おがくず等の１ｍｍ以上２ｍｍ以下の木粉が直径φ６ｍｍ以上１０ｍｍ以下で、長さＬ２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下程度に押し固められた物体である。

図中、実線は１次空気の流れを示しており、点線は木質ペレットの流れを示している。

前記粉砕テーブル５が、前記減速機４を介して前記テーブル駆動モータ６により回転され、前記１次空気供給口１８より２００℃前後の１次空気が前記１次空気室１６に導入された状態で、前記シュート２２より木質ペレットが投入される。木質ペレットは、前記シュート２２の下端より前記粉砕テーブル５の中心部に流落し、該粉砕テーブル５上に供給される。

該粉砕テーブル５上の木質ペレットは、該粉砕テーブル５の回転による遠心力で外周方向に移動し、前記加圧ローラ１２に噛込まれて粉砕される。粉砕された粉体は、更に遠心力によって外周に移動する。

前記１次空気供給口１８より前記１次空気室１６に導入された１次空気は、前記粉砕テーブル５の周囲に垂直又は略垂直に形成された前記噴出し口１９より垂直又は略垂直に噴上げられる。前記粉砕テーブル５の回転による遠心力によって前記テーブルセグメント９を乗越えた粉体は、前記噴出し口１９から噴上がった１次空気に乗り、粉体流として前記ハウジング３の内壁に沿って前記分級室１７内を上昇する。

該分級室１７内を上昇する粉体流は、前記捕集部２５の傾斜に案内されつつ、前記縮流流路２８内に流入する。該縮流流路２８は流路断面積が小さくなっているので、該縮流流路２８を通過する過程で粉体流が縮流され、増速される。

該縮流流路２８を通過した粉体流は、前記ガイド部４３の傾斜に沿って中心方向へと偏向され、前記分級機４１に向って案内される。又、前記縮流流路２８よりも前記上部分級室１７ｂの流路断面積が大きくなっていることから、該上部分級室１７ｂで粉体流が減速され、減速により粉体流中の粉体に対して重力による分級が行われる。重力分級が行われることで、粒径の大きい粗粉体及び未粉砕のまま１次空気に噴上げられた木質ペレットが粉体流中から分離する。

又、重力分級後、粉体流が前記分級機４１に到達し、該分級機４１によって粉体の分級が行われる。所定粒径以下の細粉体は、前記ブレード３９の回転により増速されつつ前記分級機４１内に流入し、前記粉砕物送給口４５を介して前記粉砕物送給管４４より送出され、図示しないボイラのバーナに供給される。尚、前記上部分級室１７ｂは前記ガイド部４３によって下流側に向って縮径していることから、減速した粉体流は再度増速され、増速された状態で前記粉砕物送給管４４より送出される。

又、粗粉体や未粉砕の木質ペレットは前記ブレード３９により弾かれ、該ブレード３９に弾かれた粗粉体や未粉砕の木質ペレット、及び重力分級により粉体流から分離した粗粉体や未粉砕の木質ペレットは、前記円筒部２４内に落下する。

尚、前記噴出し口１９が垂直又は略垂直に形成され、粉体流が前記ハウジング３の内壁に沿って上昇する様になっていることから、粉体流は前記縮流筒２３の内部に吹込むことなく上方へと噴上げられ、該縮流筒２３内部の圧力は前記分級機４１周辺の圧力よりも低くなる。従って、前記縮流流路２８を通過した粉体流中の１次空気の一部が前記縮流筒２３の内部を下降する下降流となり、前記円筒部２４内に落下した粗粉体や未粉砕の木質ペレットが前記下降流と共に落下し、前記捕集部２５の斜面を滑落し、前記排出口２９より前記粉砕テーブル５上に落下する。更に、前記円筒部２４によって上昇流と下降流とが分離されるので、上昇流と下降流との干渉によって生じる圧力損失の発生を抑制することができる。

又この時、粉体流は旋回することなく前記分級室１７内を上昇するので、該分級室１７内を大きく旋回しながら上昇していた従来の竪型ミルと比較すると、前記噴出し口１９から前記粉砕物送給管４４迄の流路が短くなっていると共に、前記縮流流路２８を通過する過程で粉体流が増速されているので、粉体の前記粉砕物送給管４４への到達時間も短くなっている。

重力及び前記分級機４１により分級され、落下した粗粉体及び未粉砕の木質ペレットは、前記粉砕テーブル５の回転遠心力によって前記凹溝８迄移動し、前記加圧ローラ１２によって再度粉砕され、１次空気により噴上げられる。

上述の様に、本発明の第１の実施例では、前記縮流筒２３の前記円筒部２４と前記ハウジング３との間に、例えば該ハウジング３の断面積の１／１５倍以上１／１０倍以下の断面積を有する円筒状の前記縮流流路２８を形成したので、該縮流流路２８を通過する粉体流を増速させることができる。即ち、粉体が前記粉砕物送給管４４へと到達する迄の時間を早め、粉体が前記竪型ミル１内に滞留する時間を短縮させ粉体を前記竪型ミル１外へと積極的に排出させることができ、粉砕容量の増大を図ることができる。

又、前記縮流筒２３の上方に切頭円錐曲面を有する前記ガイド部４３を設け、該ガイド部４３により前記縮流流路２８を通過した粉体流を前記分級機４１に向って偏向させる様にしたので、粉体流がデッドスペースとなる前記ハウジング３天井部の外周側に流込むことなく円滑に前記分級機４１へと流入させることができると共に、前記ハウジング３の天井部で粉体流が滞留し、圧力損失が生じるのを防止することができる。

又、前記円筒部２４の下端より前記シュート２２の下端部に向って下方に延出する前記捕集部２５を設けているので、分級後前記円筒部２４内に落下した粗粉体及び未粉砕の木質ペレットを、確実に前記粉砕テーブル５の中心部に落下させることができる。

又、前記排出口２９が前記捕集部２５の下端と前記シュート２２との間に形成され、前記排出口２９の径が前記噴出し口１９の径よりも小さくなっていることから、該噴出し口１９より噴出された１次空気が前記排出口２９より前記縮流筒２３内に流入せず、１次空気の上昇流と下降流とが干渉するのを防止することができる。

更に、前記噴出し口１９の傾斜を垂直又は略垂直としたことで、該噴出し口１９から噴出される１次空気の上昇流を垂直又は略垂直とし、前記ハウジング３内での粉体流の旋回を抑制したので、前記噴出し口１９から前記粉砕物送給管４４迄の粉体流の流路を短くできる。従って、粉体が前記竪型ミル１内に滞留する時間を短縮することができ、粉砕容量の増大を図ることができる。

次に、図２に於いて、本発明の第２の実施例について説明する。尚、図２中、図１中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第２の実施例では、第１の実施例に於ける縮流筒２３が、上端が閉塞された円筒部４６と、該円筒部４６の下端からシュート２２の下端に向って延出し、下方に向って漸次径が減少する倒立円錐曲面を有する倒立円錐台部４７とから構成されている。該倒立円錐台部４７の下端は前記シュート２２の外周面と当接し、前記倒立円錐台部４７と前記シュート２２との間に隙間が生じない様になっている。

尚、前記円筒部４６の上面を中心方向から外周方向へと下り傾斜させるのが好ましい。該円筒部４６の上面を中心方向から外周方向へと下り傾斜する斜面とすることで、前記竪型ミル１の停止時等、粉体を噴上げる１次空気の供給が停止された際に、前記縮流筒２３上に落下した粉体を該縮流筒２３の上面から滑落させることができ、該縮流筒２３上に粉体が堆積するのを防止することができる。

第２の実施例では、前記円筒部４６の上端を閉塞すると共に、前記倒立円錐台部４７と前記シュート２２との間に隙間が生じない様になっているので、前記縮流筒２３内に１次空気の下降流が生じることがない。従って、噴出し口１９より噴出した１次空気を全て粉体の搬送に使用することができるので、粉体をより積極的に前記竪型ミル１外へと排出することができ、粉砕容量の増大を図ることができる。

尚、第１、第２の実施例に於いて、前記ガイド部４３が円錐曲面となる様構成しているが、該ガイド部４３を上方に向って漸次縮径する湾曲面としてもよいのは言う迄もない。

１ 竪型ミル
３ ハウジング
５ 粉砕テーブル
７ テーブル駆動装置
１１ 加圧ローラユニット
１２ 加圧ローラ
１７ 分級室
１９ 噴出し口
２２ シュート
２３ 縮流筒
２４ 円筒部
２５ 捕集部
２８ 縮流流路
２９ 排出口
４１ 分級機
４３ ガイド部
４６ 円筒部
４７ 倒立円錐台部

Claims (2)

1. 分級室を形成するハウジングと、前記分級室の上部に設けられた分級機と、前記分級室の下部に設けられ、テーブル駆動装置によって駆動される粉砕テーブルと、該粉砕テーブルに押圧される加圧ローラを有する複数の加圧ローラユニットと、前記粉砕テーブルの周囲から１次空気を噴出す噴出し口と、前記粉砕テーブルの中心に木質系バイオマスを供給するシュートと、該シュートを覆い１次空気の流路断面積を減少させる縮流筒と、該縮流筒の上方に位置し、前記ハウジングの内壁から下流側に向って漸次縮径し、下端が前記縮流筒の上端と対向するガイド部とを具備し、前記縮流筒は、上端が閉塞された円筒部と、該円筒部の下端より前記シュートの下端に向って延出し、下方に向って漸次径が減少する倒立円錐曲面を有する倒立円錐台部とから構成され、前記円筒部の上面が中心方向から外周方向に向って下り傾斜し、前記倒立円錐台部の下端と前記シュートの外周面とが当接していることを特徴とするバイオマスミル。
2. 前記ガイド部は、下流側に向って縮径する切頭円錐曲面を有する請求項１のバイオマスミル。

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