JP7086535B2

JP7086535B2 - 固体燃料粉砕装置および固体燃料粉砕装置の制御方法

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Publication number: JP7086535B2
Application number: JP2017120745A
Authority: JP
Inventors: 優也植田; 潤葛西
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2017-06-20
Filing date: 2017-06-20
Publication date: 2022-06-20
Anticipated expiration: 2037-06-20
Also published as: JP2019007631A

Description

本発明は、固体燃料粉砕装置および固体燃料粉砕装置の制御方法に関するものである。

従来、石炭等の固体燃料を粉砕して所定粒径より小さい微粒粉に粉砕して、ボイラ等の燃焼装置へ供給する粉砕機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１には、粉砕機の出口で一酸化炭素及び／又は二酸化炭素の濃度が測定された場合に、発火の予兆である燃料の酸化反応が起こっていると判断し、発火温度が低い石炭の供給量を減らすことで複数種を混合した固体燃料の発火温度を高くして、粉砕機内での発火を防止することが開示されている。

特開２０１１－２４０２５０号公報

しかしながら、特許文献１では、発火の予兆を判断するために、粉砕機の出口で一酸化炭素及び／又は二酸化炭素の濃度を測定している。そのため、一酸化炭素及び／または二酸化炭素の濃度を測定するセンサが必要となる。また、特許文献１では、一酸化炭素及び／又は二酸化炭素の濃度の測定値に応じて発火温度が低い石炭の供給量を動的に変化させるため、粉砕機からボイラ等に供給される微粉炭の性状が変化してしまう。そのため、ボイラ等に一定の性状の微粉炭を安定して供給することができず、ボイラ等の燃焼効率の変動や低下が発生してしまう。

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、微粉燃料の供給先となるボイラ等の燃焼効率の低下を抑制しつつ粉砕機のハウジングの内部における微粉燃料の発火を簡易な制御によって防止することができる固体燃料粉砕装置およびその制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の固体燃料粉砕装置は、固体燃料を粉砕して燃焼装置へ供給し、駆動部からの駆動力により回転する回転テーブルと、燃料供給部から前記回転テーブルに供給された前記固体燃料を粉砕するローラと、前記ローラにより粉砕された前記固体燃料を所定粒径より小さい微粉燃料に分級する分級部と、前記回転テーブルと前記ローラと前記分級部とを収容するハウジングと、前記ローラにより粉砕された前記固体燃料を前記分級部へ供給するための一次空気を前記ハウジングの内部に送風する送風部と、前記一次空気の前記ハウジング内での温度を検出する温度検出部と、前記送風部が送風する前記一次空気の流量および温度を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記一次空気の上限温度として、前記固体燃料に含まれる炭素原子数に対する酸素原子数の比が所定値よりも小さい場合に第１温度を設定し、前記比が前記所定値以上である場合に前記第１温度よりも低い第２温度を設定し、前記温度検出部が検出する温度が前記上限温度よりも高い場合は前記一次空気の温度が低下するように前記送風部を制御する。

本発明の固体燃料粉砕装置によれば、固体燃料に含まれる炭素原子数に対する酸素原子数の比（以下、Ｏ／Ｃという。）が所定値よりも小さい場合には、一次空気の上限温度として第１温度が設定され、Ｏ／Ｃが所定値以上である場合には第１温度よりも低い第２温度が設定される。そのため、Ｏ／Ｃが所定値より大きく発火温度が低い固体燃料を粉砕する場合には、上限温度が低く設定されて微粉燃料が発火することが抑制される。また、制御部は、上限温度として、Ｏ／Ｃが所定値よりも小さい場合の第１温度とＯ／Ｃが所定値より大きい場合の第２温度の２種のみを設定するため、簡易な制御によって微粉燃料の発火を防止することができる。

また、本発明の固体燃料粉砕装置は、Ｏ／Ｃが所定値より大きく発火温度が低い固体燃料を粉砕する場合であっても、固体燃料の性状は変化させずに、管理する温度検出部の温度を第１温度よりも低い第２温度を選択することで良いので、ボイラ等の燃焼装置に一定の性状の微粉燃料を安定して供給し、ボイラ等の燃焼効率の低下を抑制することができる。

ここで、上限温度として第１温度と第２温度の２種のみを設定している。これは、発明者らが固体燃料のＯ／Ｃが所定値以上となった場合に微粉燃料が自然酸化昇温しやすくなり、発火性が急激に上昇するという新たな知見を得たためである。微粉燃料は表面に水分を吸着するなどして水分を含んでいるため、微粉燃料が発火するには、水分を蒸発させるための潜熱分の熱量と、微粉燃料を発火温度まで上昇させる顕熱分の熱量とが必要となる。そして、周囲からの加熱があった際に、微粉燃料へ投入される所定の熱量に対する発火性を評価することとした。

Ｏ／Ｃが所定値よりも小さい場合には、微粉燃料の一部が自然酸化昇温により発火温度に至ったとしても、水を蒸発させる潜熱分の熱量は、微粉燃料の発火に至るまでの熱量に比べて多い。そのため、周囲の微粉燃料の水分を十分に蒸発させるまでに至らず、周囲の微粉燃料が発火温度まで至らないと推察される。一方、Ｏ／Ｃが所定値以上である場合には、微粉燃料の一部が自然酸化昇温により発火温度に至った場合、潜熱分の熱量に比べて、微粉燃料の発火に至るまでの熱量が多い。そのため、周囲の微粉燃料の水分を十分に蒸発させ、周囲の微粉燃料を発火温度まで上昇させることが出来ると推察される。すなわち、固体燃料のＯ／Ｃに対して、微粉燃料の水分の潜熱分を差し引いた加熱状態で、発火温度に至るかどうかで２種類の上限温度を設定することができる。

本発明の固体燃料粉砕装置において、前記温度検出部は、前記ハウジングから前記微粉燃料が排出される出口の温度を検出する構成としてもよい。ハウジングから微粉燃料が排出される出口は、固体燃料が粉砕されてさらに分級された後の部分であり、微粉燃料の発火性と直接的に関連する部分である。そのため、ハウジングの内部の温度の中でも、出口の温度を検出することで上限温度を超えないように送風部を制御することが更に適切な管理となり、ハウジングの内部における微粉燃料の発火を確実に防止することができる。

上記構成の固体燃料粉砕装置において、前記第１温度は７０℃より高くかつ８５℃以下であり、前記第２温度は５５℃以上かつ７０℃以下であってもよい。発明者らが得た知見によれば、このように第１温度と第２温度を設定することにより、固体燃料のＯ／Ｃの所定値に対してハウジングの内部における微粉燃料の発火を、より確実に防止することができる。したがって、ボイラ等の燃焼効率の低下を抑制しつつハウジングの内部における微粉燃料の発火を簡易な制御によって防止することができる。

本発明の固体燃料粉砕装置において、前記送風部は、加熱器により熱せられた熱空気を送風する第１送風部と、前記熱空気よりも低温の冷空気を送風する第２送風部と、を有し、前記制御部は、前記第１送風部および前記第２送風部の少なくともいずれかの送風量を調整することにより前記ハウジングへ送風される前記一次空気の温度を制御するものであってよい。
このようにすることで、制御部は、第１送風部が送風する熱空気の送風量および第２送風部が送風する冷空気の送風量の少なくともいずれかを調整し、一次空気の温度が上限温度を超えないように制御することができる。

本発明の固体燃料粉砕装置において、前記所定値は、０．１以上かつ０．２５以下である。発明者らが得た知見は、Ｏ／Ｃが０．１以上かつ０．２５以下のいずれかの所定値より大きくなった場合に微粉燃料の発火性が急激に上昇するというものである。そのため、所定値として０．１以上かつ０．２５以下を設定することにより、ハウジングの内部における微粉燃料の発火を簡易な制御によって防止することができる。

本発明の固体燃料粉砕装置の制御方法は、固体燃料を粉砕して燃焼装置へ供給する固体燃料粉砕装置が、駆動部からの駆動力により回転する回転テーブルと、燃料供給部から前記回転テーブルに供給された前記固体燃料を粉砕するローラと、前記ローラにより粉砕された前記固体燃料を所定粒径より小さい微粉燃料に分級する分級部と、前記回転テーブルと前記ローラと前記分級部とを収容するハウジングと、前記ローラにより粉砕された前記固体燃料を前記分級部へ供給するための一次空気を前記ハウジングの内部に送風する送風部と、を備え、前記一次空気の前記ハウジング内での温度を検出する温度検出工程と、前記送風部が送風する前記一次空気の流量および温度を制御する制御工程と、前記一次空気の上限温度を設定する設定工程と、を備え、前記設定工程は、前記上限温度として、前記固体燃料に含まれる炭素原子数に対する酸素原子数の比が所定値よりも小さい場合に第１温度を設定し、前記比が前記所定値以上である場合に前記第１温度よりも低い第２温度を設定し、前記制御工程は、前記温度検出工程が検出する温度が前記上限温度よりも高い場合は前記一次空気の温度が低下するように前記送風部を制御し、前記所定値は、０．１以上かつ０．２５以下であり、前記第１温度は７０℃より高くかつ８５℃以下であり、前記第２温度は５５℃以上かつ７０℃以下である。

本発明の固体燃料粉砕装置の制御方法によれば、微粉燃料の供給先となるボイラ等の燃焼効率の低下を抑制しつつ粉砕機のハウジングの内部における微粉燃料の発火を簡易な制御によって防止することができる。

本発明によれば、微粉燃料の供給先となるボイラ等の燃焼効率の低下を抑制しつつ粉砕機のハウジングの内部における微粉燃料の発火を簡易な制御によって防止することができる固体燃料粉砕装置およびその制御方法を提供することができる。

本発明の一実施形態の固体燃料粉砕装置およびボイラを示す構成図である。Ｏ／Ｃに対するミル出口の上限温度を示す図である。制御部が実行する処理を示すフローチャートである。

以下に、本発明に係る固体燃料粉砕装置およびその制御方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態の固体燃料粉砕装置１００は、石炭等の固体燃料を粉砕し、微粉燃料を生成してボイラ２００のバーナ部（燃焼装置）２２０へと供給する装置である。
本実施形態の固体燃料粉砕装置１００は、ミル１０と、給炭機（燃料供給部）２０と、送風部３０と、温度検出部４０と、制御部５０とを備えている。
なお、本実施形態では、上方とは鉛直上側の方向を、上部や上面などの“上”とは鉛直上側の部分を示している。

ミル１０は、ハウジング１１と、回転テーブル１２と、ローラ１３と、駆動部１４と、駆動軸１５と、分級部１６と、燃料供給部１７と、分級部１６を回転駆動させるモータ１８とを有する。
ハウジング１１は、鉛直方向に延びる円筒状に形成されるとともに、回転テーブル１２とローラ１３と分級部１６と、燃料供給部１７とを収容する筐体である。

回転テーブル１２は、駆動部１４から駆動軸１５を介して伝達される駆動力により回転する平面視円形の部材であり、燃料供給部１７から固体燃料（本実施形態では例えば石炭）が供給される。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（図示略）が設けられている。吹出口の上方にはベーン（図示略）が設置されており、吹出口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内の上方の分級部１６へ導く。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ものは分級部１６により分級されて、または、分級部１６まで到達することなく、落下して回転テーブル１２に戻される。

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の中心からの距離が等距離となる。

駆動部１４は、駆動軸１５を介して回転テーブル１２に駆動力を伝達し、回転テーブル１２を中心軸回りに回転させる装置である。
分級部１６は、ローラ１３により粉砕された固体燃料を所定粒径（例えば、７０～１００μｍ）より大きいもの（以下、所定粒径を超える粉砕された固体燃料を「粗粉燃料」という。）と所定粒径以下のもの（以下、所定粒径以下の粉砕された固体燃料を「微粉燃料」という。）に分級する装置である。分級部１６は、例えば外形が円錐台形状とされ、略円筒形状のハウジング１１の円筒軸に沿ってハウジング１１内の上方に取り付けられ、外周側に複数の分級羽根を備えている。分級部１６は、モータ１８により駆動力を与えられ、ハウジング１１の円筒軸を中心に回転する。

分級部１６に到達した固体燃料の粉砕物は、分級羽根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、粗粉燃料を回転テーブル１２に導き、微粉燃料（本実施形態では例えば微粉炭燃料）をハウジング１１から出口１９に導く。
分級部１６によって分級された微粉燃料は、出口１９から供給流路１００ｂへ排出される。供給流路１００ｂへ流出した微粉燃料は、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、ホッパ２１と、搬送部２２と、モータ２３とを有する。搬送部２２は、モータ２３から与えられる駆動力によってホッパ２１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に導く。

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部１６へ供給するための一次空気をハウジング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（加熱器）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（第１送風部）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（第２送風部）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。

温度検出部４０は、出口１９の温度を検出するセンサである。温度検出部７０は出口１９から排出される微粉燃料の温度を検出し、制御部５０へ出力する。

制御部５０は、固体燃料粉砕装置１００の各部を制御する装置である。制御部５０は、駆動部１４に駆動指示を伝達することにより回転テーブル１２の回転数を制御する。また、制御部５０は、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。

次に、固体燃料粉砕装置１００から供給される微粉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から供給される微粉燃料を含む一次空気と、熱交換器（図示略）から供給される２次空気とを用いて微粉燃料を燃焼させる装置である。微粉燃料の燃焼は火炉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、脱硝装置など環境装置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（加熱器；図示略）に送られ、外気との熱交換が行われる。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（図示略）において加熱された後に、蒸発器（図示略）および過熱器（図示略）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（図示略）へと送られて発電機（図示略）を回転駆動して発電が行われる。

次に、ハウジング１１の内部における微粉燃料の発火を簡易な制御によって防止する方法について説明する。
前述したように、ミル１０は、ハウジング１１の内部で固体燃料を粉砕し、一次空気により微粉燃料を乾燥させる。ミル１０が粉砕する石炭等の固体燃料は、水分を含んでいる。そのため、微粉燃料に含まれる水分は、所定の温度に昇温した一次空気により加熱されることにより蒸発する。そして、微粉燃料に含まれる水分がある程度蒸発すると、微粉燃料から可燃性ガスなどの揮発分が放出されやすくなる。そのため、ハウジング１１の内部で微粉燃料が発火することを防止するために、ハウジング１１の内部の温度を適切に制御することが重要となる。

また、石炭等の固体燃料は、固体燃料に含まれる炭素原子数に対する酸素原子数の比であるＯ／Ｃが高くなるほど発火温度が低下することが知られている。そして、発明者らは、Ｏ／Ｃが異なる複数種の石炭を用いて試験を行ったところ、Ｏ／Ｃが所定値より大きくなった場合に微粉燃料の発火性が急激に上昇するという新たな知見を得た。この新たな知見のもとで、固体燃料のＯ／Ｃ所定値より小さい場合と以上である場合に対して、発火温度に至る上限温度を２種類に分けて設定することが適切であるという判断を得るに至った。

ここで、発明者らが試験に用いた石炭は、ＡＳＴＭ（American Society for Testing and Materials）により策定されたＤ３８８で分類される瀝青炭（高揮発性Ａ）、瀝青炭（高揮発性Ｂ）、瀝青炭（高揮発性Ｃ）、亜瀝青炭Ａ、亜瀝青炭Ｂ、亜瀝青炭Ｃなどである。また、Ｏ／Ｃの値は、石炭が水分を含まない乾燥した状態における炭素原子数に対する酸素原子数の比であるものとし、各炭種について別途分析により得たものである。したがって、Ｏ／Ｃにおける酸素原子数には、ミル１０で粉砕される固体燃料に含まれていたり吸着している水の酸素原子数は含まれていない。

発明者らが行った試験によれば、固体燃料として上記の石炭を用いた場合に、Ｏ／Ｃが０．１０以上かつ０．２５以下の範囲において、微粉燃料の発火性が急激に上昇するＯ／Ｃの所定値Ｐが存在することが分かった。ここで、発火性が高い場合とは、微粉燃料が発火に至る発火温度が低い場合をいう。発明者らは、微粉燃料をミル１０の内部と近似させた環境において、微粉燃料に混合する空気の温度を上昇させて微粉燃料が発火に至る温度（出口１９に相当する温度）を計測した。その結果、Ｏ／Ｃが所定値Ｐよりも小さい場合には、出口１９に相当する温度が７０～８５℃を超える温度領域で微粉燃料が発火に至る可能性があることがわかった。一方、Ｏ／Ｃが所定値Ｐ以上である場合には、出口１９に相当する温度が５５～７０℃を超える温度領域で微粉燃料が発火に至る可能性があることがわかった。

なお、微粉燃料が発火に至る温度として、ハウジング１１内温度の中でも、出口１９の温度を用いることがさらに好ましい。これは、出口１９は、固体燃料が粉砕後にさらに分級された後の部分で、後流のバーナ部２２０に適した微粉燃料の濃度が高くなって存在しており、微粉燃料の発火性と直接的に関連する部分であるためである。一方、ハウジング１１内温度の中でも回転テーブル１２の上方の空間になる入口の温度は、一次空気流路１００ａから流入した高い温度である一次空気がハウジング１１内の回転テーブル１２の上方の空間に流出すると、固体燃料や微粉燃料の乾燥に熱を奪われてその後に温度が早くに低下するので、入口の温度でハウジング１１の内部の温度を代表させたり、微粉燃料の発火性を判断することには不向きである。すなわち、出口１９の温度は、ハウジング１１の内部温度に近似でき、また温度計測が容易な場所にあるので好ましい。

以上のように、微粉燃料の発火性が急激に上昇するＯ／Ｃの所定値Ｐが存在する理由は、以下であると推察される。微粉燃料は表面に水分を吸着するなどして水分を含んでいるため、微粉燃料が発火するには、水分を蒸発させる潜熱分の熱量と、微粉燃料を発火温度まで上昇させる顕熱分の熱量とが必要となる。そして、微粉燃料に周囲からの加熱があった際に、微粉燃料へ投入される所定の熱量に対する発火性を評価することとした。

Ｏ／Ｃが所定値Ｐよりも小さい場合には、微粉燃料の一部が自然酸化昇温により発火温度に至ったとしても、水を蒸発させる潜熱分の熱量は、微粉燃料の発火による発熱量に比べて多い。そのため、周囲の微粉燃料の水分を十分に蒸発させるまでに至らず、周囲の微粉燃料が発火温度まで至らないと推察される。一方、Ｏ／Ｃが所定値Ｐ以上である場合には、微粉燃料の一部が自然酸化昇温により発火温度に至った場合、潜熱分の熱量に比べて微粉燃料の発火に至るまでの熱量が多い。そのため、周囲の微粉燃料の水分を十分に蒸発させ、周囲の微粉燃料を発火温度まで上昇させると推察される。すなわち、固体燃料のＯ／Ｃに対して、微粉燃料へ投入される所定の熱量から微粉燃料の水分の潜熱分を差し引いた状態で、発火温度に至るかどうかで２種類の上限温度に分けて設定することがよいと判断することができる。またこのとき、発火温度に至るかどうかに対応するＯ／Ｃが所定値Ｐとなる。

本実施形態の固体燃料粉砕装置１００は、発明者らが得た以上の知見を考慮し、図２に示すＯ／Ｃに対するミル１０の出口１９の上限温度に基づいて、ハウジング１１の出口１９の温度の上限を制御するものである。本実施形態では、一例として図２に示すように、Ｏ／Ｃが所定値Ｐよりも小さい場合の上限温度（第１温度）Ｔ１を７０℃を含まない７０～８５℃から設定した温度とし、Ｏ／Ｃが所定値以上である場合の上限温度（第２温度）Ｔ２を５５～７０℃から設定した温度とすることにより、ハウジング１１の内部における微粉燃料の発火を簡易な制御によって防止するものである。

本実施形態においては、固体燃料粉砕装置１００で燃料として用いる固体燃料のＯ／Ｃの値を、予め加熱燃焼させたガス成分を元素濃度分析装置を用いて分析すること等により別途に分析して事前に算出しておくものとする。また、本実施形態においては、固体燃料粉砕装置１００で利用する複数種の固体燃料（例えば石炭の炭種）に対して、各Ｏ／Ｃの値と各固体燃料を粉砕した微粉燃料が発火に至る温度（出口１９に相当する温度）の試験結果を得ておき、その試験結果を図２のようにグラフに整理しておくことで、微粉燃料の発火性が急激に上昇するＯ／Ｃの所定値Ｐを得ておくものとする。

ここで、本実施形態の固体燃料粉砕装置１００が実行する処理を、図３に示すフローチャートを用いて説明する。図３は、制御部５０が実行する処理を示すフローチャートである。なお、制御部５０は、記憶部（図示略）に記憶されたプログラムを実行することにより図３に示す各処理を実行する。

図３のステップＳ３０１において、制御部５０は、予め試験により得ておいた所定値Ｐを記憶部（図示略）から読み出して設定する。前述したように、発明者らが行った試験によれば、Ｏ／Ｃが０．１０以上かつ０．２５以下の範囲において、微粉燃料の発火性が急激に上昇するＯ／Ｃの所定値Ｐが存在することが分かった。そのため、制御部５０は、固体燃料粉砕装置１００の操作者による指示によって、所定値Ｐとして、０．１０以上かつ０．２５以下の範囲の値を記憶部（図示略）に記憶しておくものとする。

なお、微粉燃料の発火性が急激に上昇するＯ／Ｃの所定値Ｐは、固体燃料の種類によりほぼ一定値に決まる。本実施形態では固体燃料として石炭を用いており、石炭の炭種、例えば瀝青炭（高揮発性Ａ）、瀝青炭（高揮発性Ｂ）、瀝青炭（高揮発性Ｃ）、亜瀝青炭Ａ、亜瀝青炭Ｂ、亜瀝青炭Ｃなどで、実際に使用する予定の炭種につき事前にＯ／Ｃを分析により算出しておき、各Ｏ／Ｃを保有する炭種につき発火に至る温度を計測して、図２のようなグラフのもとで整理をする。これにより、本実施形態の石炭においては、微粉燃料の発火性が急激に上昇するＯ／Ｃの所定値ＰがＯ／Ｃが、０．１０以上かつ０．２５以下の範囲において存在しており、試験結果をもとに所定値Ｐを取得することができる。このため、使用する炭種が変更されても、その炭種につき事前にＯ／Ｃを分析により算出しておき、各Ｏ／Ｃの所定値Ｐに対して以上であるか小さいかを評価することで、出口温度の上限温度を決定することができる。

ステップＳ３０２において、制御部５０は、給炭機２０から搬送される固体燃料について、予め分析により得て置いたＯ／Ｃを設定する。なお、給炭機２０から搬送される固体燃料の種類が変更される場合は、Ｏ／Ｃの値を変更後の固体燃料のＯ／Ｃに設定するものとする。

ステップＳ３０３において、制御部５０は、ステップＳ３０２で設定したＯ／ＣがステップＳ３０１で設定した所定値Ｐよりも小さいかどうかを判断し、ＹＥＳであればステップＳ３０４へ処理を進め、ＮＯであればステップＳ３０９へ処理を進める。

ステップＳ３０４において、制御部５０は、Ｏ／Ｃが所定値Ｐよりも小さいことからミル１０の出口１９の上限温度として第１温度Ｔ１を設定する。本実施形態では、第１温度Ｔ１として７０℃を含まない７０～８５℃の範囲から適切な温度を設定する。なお、第１温度Ｔ１は、ボイラ２００の燃焼効率を高めるには高い温度に設定するのが望ましく、ハウジング１１の内部での発火の危険を抑制するためには低い温度に設定するのが望ましいことも考慮して設定する。

ステップＳ３０５において、制御部５０は、温度検出部４０から出力される温度を参照し、ミル１０の出口１９の温度Ｔｄを検出する。
ステップＳ３０６において、制御部５０は、検出した温度Ｔｄが第１温度Ｔ１よりも高いかどうかを判断し、ＹＥＳであればステップＳ３０７へ処理を進め、ＮＯであればＳ３０８へ処理を進める。

ステップＳ３０７において、制御部５０は、検出した温度Ｔｄが第１温度Ｔ１よりも高く微粉燃料が発火する危険性が高いことから、一次空気の温度を低下させるように制御する。具体的には、制御部５０は、熱ガスダンパ３０ｃの開度を小さくし、あるいは冷ガスダンパ３０ｄの開度を大きくすることにより、ミル１０に供給される一次空気の温度を低下させる。なお、制御部５０は、熱ガスダンパ３０ｃの開度を小さくし、かつ冷ガスダンパ３０ｄの開度を大きくするようにしてもよい。

ステップＳ３０８において、制御部５０は、本フローチャートに示す処理を終了させる終了指示がされているかどうかを判断し、終了指示がされていれば本フローチャートに示す処理を終了させる。制御部５０は、終了指示がされていない場合は、ステップＳ３０５からステップＳ３０７までの処理を再び繰り返す。

以上のように、制御部５０は、ステップＳ３０４でミル１０の出口１９の上限温度として第１温度Ｔ１を設定した場合には、温度検出部４０が検出する温度Ｔｄが第１温度Ｔ１を超えないように送風部３０を制御する。具体的には、制御部５０は、温度検出部４０が検出する温度Ｔｄが第１温度Ｔ１を超えないように、熱ガスダンパ３０ｃおよび冷ガスダンパ３０ｄの少なくともいずれかの送風量を制御する。

一方、ステップＳ３０９において、制御部５０は、Ｏ／Ｃが所定値Ｐ以上であることからミル１０の出口１９の上限温度として第１温度Ｔ１よりも低い第２温度Ｔ２を設定する。本実施形態では、第２温度Ｔ２として５５～７０℃の範囲から適切な温度を設定する。なお、第２温度Ｔ２は、ボイラ２００の燃焼効率を高めるには高い温度に設定するのが望ましく、ハウジング１１の内部での発火の危険を抑制するためには低い温度に設定するのが望ましいことも考慮して設定する。また、５５℃よりも低くなると後流側の供給流路１００ｂなどでの結露を生じないことを確認することが好ましい。

ステップＳ３１０において、制御部５０は、温度検出部４０から出力される温度を参照し、ミル１０のハウジング１１の出口１９の温度Ｔｄを検出する。
ステップＳ３１１において、制御部５０は、検出した温度Ｔｄが第２温度Ｔ２よりも高いかどうかを判断し、ＹＥＳであればステップＳ３１２へ処理を進め、ＮＯであればＳ３１３へ処理を進める。

ステップＳ３１２において、制御部５０は、検出した温度Ｔｄが第２温度Ｔ２よりも高く微粉燃料が発火する危険性が高いことから、一次空気の温度を低下させるように制御する。具体的には、制御部５０は、熱ガスダンパ３０ｃの開度を小さくし、あるいは冷ガスダンパ３０ｄの開度を大きくすることにより、ミル１０に供給される一次空気の温度を低下させる。なお、制御部５０は、熱ガスダンパ３０ｃの開度を小さくし、かつ冷ガスダンパ３０ｄの開度を大きくするようにしてもよい。

ステップＳ３１３において、制御部５０は、本フローチャートに示す処理を終了させる終了指示がされているかどうかを判断し、終了指示がされていれば本フローチャートに示す処理を終了させる。制御部５０は、終了指示がされていない場合は、ステップＳ３１０からステップＳ３１２までの処理を再び繰り返す。

以上のように、制御部５０は、ステップＳ３０９でミル１０の出口１９の上限温度として第２温度Ｔ２を設定した場合には、温度検出部４０が検出する温度Ｔｄが第２温度Ｔ２を超えないように送風部３０を制御する。具体的には、制御部５０は、温度検出部４０が検出する温度Ｔｄが第２温度Ｔ２を超えないように、熱ガスダンパ３０ｃおよび冷ガスダンパ３０ｄの少なくともいずれかの送風量を制御する。

以上説明した本実施形態の固体燃料粉砕装置１００が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態の固体燃料粉砕装置１００によれば、固体燃料に含まれる炭素原子数に対する酸素原子数の比（以下、Ｏ／Ｃという。）が所定値Ｐよりも小さい場合には、一次空気の上限温度として第１温度Ｔ１が設定され、Ｏ／Ｃが所定値Ｐ以上である場合には第１温度Ｔ１よりも低い第２温度Ｔ２が設定される。そのため、Ｏ／Ｃが所定値Ｐ以上であり発火温度が低い固体燃料を粉砕する場合には、上限温度が低く設定されて微粉燃料が発火することが抑制される。また、制御部５０は、上限温度として、Ｏ／Ｃが所定値よりも小さい場合の第１温度Ｔ１とＯ／Ｃが所定値以上である場合の第２温度Ｔ２の２種のみを設定するため、簡易な制御によって微粉燃料の発火を防止することができる。

また、本実施形態の固体燃料粉砕装置１００は、Ｏ／Ｃが所定値Ｐ以上であり発火温度が低い固体燃料を粉砕する場合であっても、別種類の固体燃料を混合してＯ／Ｃを調整するなどにより固体燃料の性状を変化させずに、管理する温度検出部４０の温度の上限温度として第１温度よりも低い第２温度を選択することで良いので、ボイラ２００等のバーナ部２２０に一定の性状の微粉燃料を安定して供給し、ボイラ２００等の燃焼効率の低下を抑制することができる。
ここで、上限温度として第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２の２種のみを設定しているのは、発明者らがＯ／Ｃが所定値Ｐ以上となった場合に微粉燃料の発火性が急激に上昇するという新たな知見を得たためである。

本実施形態の固体燃料粉砕装置１００において、温度検出部４０は、ハウジング１１から微粉燃料が排出される出口１９の温度を検出する。ハウジング１１から微粉燃料が排出される出口１９は、固体燃料が粉砕されてさらに分級された後の部分であり後流のバーナ部２２０に適した微粉燃料の濃度が高くなって存在していることから、微粉燃料の発火性と直接的に関連する部分である。そのため、出口１９の温度は、ハウジング１１の内部温度として近似ができ、出口１９の温度を検出して上限温度を超えないように送風部３０を制御することにより、ハウジング１１の内部における微粉燃料の発火を確実に防止することができる。

本実施形態の固体燃料粉砕装置１００において、送風部３０は、加熱器により熱せられた熱空気を送風する熱ガスダンパ３０ｃと、熱空気よりも低温の冷空気を送風する冷ガスダンパ３０ｄと、を有する。また、制御部５０は、熱ガスダンパ３０ｃおよび冷ガスダンパ３０ｄの少なくともいずれかの送風量を調整することによりハウジング１１へ送風される一次空気の温度を制御する。
このようにすることで、制御部５０は、熱ガスダンパ３０ｃが送風する熱空気の送風量および冷ガスダンパ３０ｄが送風する冷空気の送風量の少なくともいずれかを調整し、一次空気の温度が設定した上限温度を超えないように制御することができる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について説明する。
第２実施形態は第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。

第１実施形態の固体燃料粉砕装置１００は、単一の性状の石炭などの固体燃料を用いるものであり、異なる性状の複数種の固体燃料を混合して給炭機２０からミル１０に供給するものではなかった。それに対して、本実施形態の固体燃料粉砕装置は、異なる性状の複数種の石炭などの固体燃料を混合して給炭機２０からミル１０に供給するものである。

また、第１実施形態の固体燃料粉砕装置１００の制御部５０は、単一の性状の固体燃料のＯ／ＣをステップＳ３０２で設定するものであった。それに対して、本実施形態の固体燃料粉砕装置は、異なる性状の複数種の固体燃料のＯ／ＣをステップＳ３０２で設定するものである。

本実施形態の固体燃料粉砕装置の制御部は、図３に示すステップＳ３０２において、複数種の固体燃料のＯ／Ｃを設定する。ここで、複数種の固体燃料の性状が異なるため、複数種の固体燃料のＯ／Ｃの値もそれぞれ異なったものとなる。

そして、本実施形態の制御部は、ステップＳ３０３でＯ／Ｃが所定値Ｐよりも小さいかどうかを判断する際に、ステップＳ３０２で設定した複数のＯ／Ｃの値のうち最も大きいＯ／Ｃの値を用いて、その値が所定値Ｐよりも小さいかどうかを判断する。

このようにしているのは、複数種の固体燃料のうち、最も発火温度が低い固体燃料のＯ／Ｃの値を基準とするためである。このようにすることで、複数種の固体燃料を混合したものを用いる場合に、複数のＯ／Ｃの平均値を用いる場合等に比べ、ミル１０のハウジング１１の内部で発火が起こる不具合を確実に抑制することができる。

１０ミル
１１ハウジング
１２回転テーブル
１３ローラ
１４駆動部
１５駆動軸
１６分級部
１７燃料供給部
１８モータ
１９出口
２０給炭機（燃料供給部）
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（第１送風部）
３０ｄ冷ガスダンパ（第２送風部）
４０温度検出部
５０制御部
１００固体燃料粉砕装置
１００ａ一次空気流路
１００ｂ供給流路
２００ボイラ
２１０火炉
２２０バーナ部（燃焼装置）

Claims

固体燃料を粉砕して燃焼装置へ供給する固体燃料粉砕装置であって、
駆動部からの駆動力により回転する回転テーブルと、
燃料供給部から前記回転テーブルに供給された前記固体燃料を粉砕するローラと、
前記ローラにより粉砕された前記固体燃料を所定粒径より小さい微粉燃料に分級する分級部と、
前記回転テーブルと前記ローラと前記分級部とを収容するハウジングと、
前記ローラにより粉砕された前記固体燃料を前記分級部へ供給するための一次空気を前記ハウジングの内部に送風する送風部と、
前記一次空気の前記ハウジング内での温度を検出する温度検出部と、
前記送風部が送風する前記一次空気の流量および温度を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記一次空気の上限温度として、前記固体燃料に含まれる炭素原子数に対する酸素原子数の比が所定値よりも小さい場合に第１温度を設定し、前記比が前記所定値以上である場合に前記第１温度よりも低い第２温度を設定し、前記温度検出部が検出する温度が前記上限温度よりも高い場合は前記一次空気の温度が低下するように前記送風部を制御し、
前記所定値は、０．１以上かつ０．２５以下であり、
前記第１温度は７０℃より高くかつ８５℃以下であり、前記第２温度は５５℃以上かつ７０℃以下である固体燃料粉砕装置。
前記温度検出部は、前記ハウジングから前記微粉燃料が排出される前記ハウジングからの出口の温度を検出する請求項１に記載の固体燃料粉砕装置。
前記送風部は、加熱器により熱せられた熱空気を送風する第１送風部と、前記熱空気よりも低温の冷空気を送風する第２送風部と、を備え、
前記制御部は、前記第１送風部および前記第２送風部の少なくともいずれかの送風量を調整することにより前記ハウジングへ送風される前記一次空気の温度を制御する請求項１または請求項２に記載の固体燃料粉砕装置。
前記ローラは、異なる性状の複数種の前記固体燃料を粉砕し、
前記制御部は、前記上限温度として、前記複数種の前記固体燃料の前記比のうち最も大きい前記比が前記所定値よりも小さい場合に前記第１温度を設定し、前記複数種の前記固体燃料の前記比のうち最も大きい前記比が前記所定値以上である場合に前記第２温度を設定する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の固体燃料粉砕装置。
固体燃料を粉砕して燃焼装置へ供給する固体燃料粉砕装置の制御方法であって、
前記固体燃料粉砕装置が、駆動部からの駆動力により回転する回転テーブルと、燃料供給部から前記回転テーブルに供給された前記固体燃料を粉砕するローラと、前記ローラにより粉砕された前記固体燃料を所定粒径より小さい微粉燃料に分級する分級部と、前記回転テーブルと前記ローラと前記分級部とを収容するハウジングと、前記ローラにより粉砕された前記固体燃料を前記分級部へ供給するための一次空気を前記ハウジングの内部に送風する送風部と、を備え、
前記一次空気の前記ハウジング内での温度を検出する温度検出工程と、
前記送風部が送風する前記一次空気の流量および温度を制御する制御工程と、
前記一次空気の上限温度を設定する設定工程と、を備え、
前記設定工程は、前記上限温度として、前記固体燃料に含まれる炭素原子数に対する酸素原子数の比が所定値よりも小さい場合に第１温度を設定し、前記比が前記所定値以上である場合に前記第１温度よりも低い第２温度を設定し、
前記制御工程は、前記温度検出工程が検出する温度が前記上限温度よりも高い場合は前記一次空気の温度が低下するように前記送風部を制御し、
前記所定値は、０．１以上かつ０．２５以下であり、
前記第１温度は７０℃より高くかつ８５℃以下であり、前記第２温度は５５℃以上かつ７０℃以下である固体燃料粉砕装置の制御方法。