JP7409140B2 - 竪型ローラミル - Google Patents

Description

本発明は、竪型ローラミルに関する。

下記特許文献１には、バイオマスミルが開示されている。このバイオマスミルは、分級室を形成するハウジングと、分級室の上部の分級機と、テーブル駆動装置によって駆動される粉砕テーブルと、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、粉砕テーブルの周囲から１次空気を噴出する吹出し口と、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、縮流部とを具備し、該縮流部はシュートを囲む内側縮流部と、ハウジングの内周面の内側縮流部と対向する位置に設けられた外側縮流部とを有し、内側縮流部と外側縮流部との間に縮流流路が形成され、内側縮流部が縮流流路の上端より上方に延出する円錐台部と、円錐台部の上端より下方に延出する倒立円錐台部とを有する。

特開２０１７－０４７３８３号公報

ところで、上記竪型ローラミルでは、木質バイオマスを被粉砕物とする場合に、上昇流の流速を高める必要から縮流リングが装着され、石炭を被粉砕物とする場合には上昇流の流速を高める必要がないので縮流リングを取り外す。しかしながら、このような縮流リングの装着／撤去作業は、比較的長時間（例えば２週間程度）を要する作業なので、竪型ローラミルの稼働率の低下を招く要因である。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、被粉砕物の切替に起因する竪型ローラミルの稼働率の低下を抑制することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明では、竪型ローラミルに係る第１の解決手段として、竪型ハウジングと、該竪型ハウジングの下部に設けられ被粉砕物を粉砕する粉砕部と、該粉砕部に被粉砕物を供給する原料供給部と、前記粉砕部で発生する粉砕物を上方に搬送する上昇流を発生させる気流発生部と、前記粉砕部の上方に設けられ前記粉砕物を分級する分級部とを備える竪型ローラミルであって、前記粉砕部と前記分級部との間に設けられる板状部材であって、前記粉砕物が通過する開口の開口面積を切替える流路調節部を備える、という手段を採用する。

本発明では、竪型ローラミルに係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記流路調節部は、１あるいは複数の前記開口が形成された漏斗状の本体部と、各々の前記開口に着脱自在に装着され、前記開口の一部を塞ぐ部分閉塞板とを備える、という手段を採用する。

本発明では、竪型ローラミルに係る第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、前記部分閉塞板は、前記開口において前記上昇流の遅いエリアを閉塞するように前記本体部に装着される、という手段を採用する。

本発明では、竪型ローラミルに係る第４の解決手段として、上記第２の解決手段において、前記部分閉塞板は、前記開口の下側を塞ぐように前記本体部に装着される、という手段を採用する。

本発明では、竪型ローラミルに係る第５の解決手段として、上記第２～第４のいずれかの解決手段において、前記部分閉塞板に代えて前記開口の全部を塞ぐ全閉塞板を採用し、前記本体部の外周に前記粉砕物が通過する隙間が設けられる、という手段を採用する。

本発明では、竪型ローラミルに係る第６の解決手段として、上記第１～第５のいずれかの解決手段において、前記開口面積は、前記被粉砕物が石炭の際に比較的広く設定され、前記被粉砕物がバイオマスの際に比較的狭く設定される、という手段を採用する。

本発明によれば、被粉砕物の切替に起因する竪型ローラミルの稼働率の低下を抑制することが可能である。

本発明の一実施形態に係る竪型ローラミルの構成を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態における流路調節部の詳細構成を示す正面図である。 本発明の一実施形態の変形例に係る竪型ローラミルの構成を示す縦断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る竪型ローラミルＡは、石炭あるいはバイオマスを被粉砕物Ｘとするものである。すなわち、この竪型ローラミルＡは、例えば火力発電所のボイラに併設される設備であり、ボイラの燃料である被粉砕物Ｘを所定の粒径（最適燃料粒径）まで粉砕してボイラに供給する燃料供給系を構成している。

ここで、上記最適燃料粒径は、燃料としての性質の違いから石炭とバイオマスとで異なる。石炭の最適燃料粒径は例えば数十ミクロンメートルであり、バイオマスの最適燃料粒径は例えば数百ミクロンメートルである。したがって、竪型ローラミルＡは、ボイラに向けて排出する粉砕物Ｘａの粒径を石炭あるいはバイオマスに応じて変更するように性能調整される。

火力発電所は、石炭あるいはバイオマスを択一的に燃料として選択してボイラを運転し、当該ボイラが発生させる蒸気等を用いてタービンを作動させることにより発電機を駆動する。すなわち、火力発電所は、時期に応じて燃料を石炭あるいはバイオマスに切り替えつつ運転される。

したがって、竪型ローラミルＡは、外部から供給される燃料が石炭とバイオマスとの間で切り替えられる度に性能調整する必要がある。詳細については後述するが、本実施形態に係る竪型ローラミルＡは、このような性能調整の手法として、粉砕物Ｘａが通過する開口の開口面積を切替えるという手段を採用する。

このような本実施形態に係る竪型ローラミルＡは、図１に示すように、竪型ハウジング１、粉砕部２、原料供給部３、気流発生部４、分級部５及び流路調節部６を備えている。

竪型ハウジング１は、鉛直姿勢の有底円筒状部材である。すなわち、この竪型ハウジング１は、ハウジング本体１ａと、当該ハウジング本体１ａの下端に設けられた支持体１ｂと、ハウジング本体１ａの上端に設けられた蓋体１ｃとを備える。

上記ハウジング本体１ａは、略円筒状の部材であり、支持体１ｂによって鉛直姿勢に支持されている。支持体１ｂは、ハウジング本体１ａの下端を閉塞させると共に鉛直姿勢つまり中心軸線が鉛直方向となるようにハウジング本体１ａを地面に対して支持する基礎構造物である。蓋体１ｃは、竪型ハウジング１の上端を閉塞状態とする略円板状の部材であり、排出部１ｄを備えている。この排出部１ｄは、粉砕物Ｘａをボイラ等の外部に排出する開口である。

粉砕部２は、回転テーブル２ａ、複数の粉砕ローラ２ｂ、回転動力源２ｃ及び連結機２ｄを備え、被粉砕物Ｘである石炭あるいはバイオマスを粉砕して粉砕物を生成する。回転テーブル２ａは、水平姿勢で回転する回転体であり、上面が円環状の破砕面２ｅである。この回転テーブル２ａは、連結機２ｄを介して回転動力源２ｃによって回転駆動されることによって、上記破砕面２ｅを水平面内で回転させる。

なお、上記破砕面２ｅは、鉛直方向から見た場合に所定幅を有する円環状の面である。また、破砕面２ｅの内側は、図示するように水平方向から見た場合に略円錐状に盛り上がる突出部２ｆが設けられている。この中央突出部２ｆは、破砕面２ｅと同軸状に設けられており、上方の原料供給部３から落下する被粉砕物Ｘを受ける受部である。

粉砕ローラ２ｂは、周面が上記破砕面２ｅに対峙する円形ローラであり、竪型ハウジング１に対して回動自在に支持されている。この粉砕ローラ２ｂは、破砕面２ｅとの間に被粉砕物Ｘを挟んだ状態で従動回転する。上述した被粉砕物Ｘは、回転テーブル２ａの破砕面２ｅ（上面）と粉砕ローラ２ｂの周面との間に噛み込まれることによって破砕され、粉砕物Ｘａとなる。

このような粉砕ローラ２ｂは、鉛直方向から見た場合に、回転テーブル２ａ（破砕面２ｅ）の回転中心周りに所定の角度割で複数設けられている。例えば、この粉砕ローラ２ｂは、回転中心周りに１２０°の角度割で３つ設けられている。すなわち、被粉砕物Ｘは、回転テーブル２ａ（破砕面２ｅ）上の離散する複数個所、例えば３か所で破砕されて粉砕物Ｘａとなる。

回転動力源２ｃは、出力軸が水平姿勢となるように設けられた原動機であり、連結機２ｄを介して回転テーブル２ａに接続されている。連結機２ｄは、回転動力源２ｃと回転テーブル２ａとの間に設けられており、回転動力源２ｃの回転を減速させて回転テーブル２ａに伝達する減速機である。すなわち、この連結機２ｄは、回転動力源２ｃの回転を減速させると共に回転中心を水平方向から鉛直方向に変換する変換器としても機能する。

原料供給部３は、上記蓋体１ｃによって鉛直姿勢に支持された管状部材であり、内部を被粉砕物Ｘが流通する。この原料供給部３は、中心軸線（鉛直軸）が回転テーブル２ａ（破砕面２ｅ）の回転中心と同軸である。すなわち、原料供給部３は、上記中央突出部２ｆの中心に向けて被粉砕物Ｘを上方から供給する。

気流発生部４は、空気導入部４ａ及び複数の案内口４ｂを備え、外部から供給される圧縮空気Ｆを受け付けて竪型ハウジング１に上昇流を形成する。空気導入部４ａは、圧縮空気Ｆの受入口であり、図示するように竪型ハウジング１の下部に設けられている。複数の案内口４ｂは、回転テーブル２ａの外周側に所定間隔を空けて設けられており、矢印で示すように空気導入部４ａから流入する圧縮空気Ｆを上方に向けて放出する。

ここで、回転テーブル２ａ上で生成される粉砕物は、上記気流発生部４が発生させる上昇流に乗って回転テーブル２ａの上方に搬送される。また、この粉砕物は、流路調節部６を通過することによって分級部５に至る。

分級部５は、原料供給部３を中心として回転する回転分級機であり、外周部が粉砕物Ｘａの流入口であり、上部が粉砕物Ｘａの流出口である。このような分級部５は、回転によって発生する風圧によって粉砕物Ｘａのうち、粒径が最適燃料粒径以下のものを選択的に通過させ、粒径が最適燃料粒径を超えるものについては下方に落下させる。

流路調節部６は、上述した粉砕部２と分級部５との間に設けられる板状部材であって、本体部６ａ及び複数の部分閉塞板６ｂを備える。この流路調節部６は、図２に詳細構成を示すが、粉砕物Ｘａが通過する流通開口６ｃの一部を部分閉塞板６ｂで塞ぐことによって、流通開口６ｃの開口面積を切替える。

本体部６ａは、１あるいは複数の流通開口６ｃが形成された漏斗状（逆円錐形状）の板材であり、複数の流通開口６ｃ、下部挿通口６ｄ及び上部固定部６ｅを備えている。複数の流通開口６ｃは、周方向に所定間隔で並ぶと共に、図２に示すように上側が山形に成形された切欠きである。

下部挿通口６ｄは、図１に示すように原料供給部３が挿通される円形開口である。この下部挿通口６ｄには、原料供給部３の外周との間に隙間が形成されている。この隙間は、分級部５から落下してきた粉砕物Ｘａが流通するためのものであり、当該粉砕物Ｘａを粉砕部２に効果的に再供給させるためのものである。

上部固定部６ｅは、直径が下部挿通口６ｄよりも大幅に大きな円形開口であり、ハウジング本体１ａの内壁に固定される。すなわち、この上部固定部６ｅは、ハウジング本体１ａの内壁に隙間なく固定されている。

複数の部分閉塞板６ｂは、上述した本体部６ａに着脱自在に装着される板材であり、各流通開口６ｃの一部を塞ぐ。より正確には、各部分閉塞板６ｂは、図２に示すように流通開口６ｃの下側の領域を塞ぐように本体部６ａに装着される。この流通開口６ｃの下側は、上述した上昇流の流速が流通開口６ｃの上側よりも遅いエリアである。

このような部分閉塞板６ｂは、本体部６ａへの着脱が容易なように、例えばネジ等の締結具によって本体部６ａに装着される。また、これら部分閉塞板６ｂは、漏斗状（逆円錐形状）に形成された本体部６ａの内側と外側のうち、外側に装着される。

ここで、各部分閉塞板６ｂは各流通開口６ｃの下側領域つまり原料供給部３により近い部位を塞ぐので、部分閉塞板６ｂが装着された状態の各流通開口６ｃは、上側つまりハウジング本体１ａの内壁により近い部位が開放されている。この開放部位は、例えば分級部５の流入口の直下に位置する。

次に、本実施形態に係る竪型ローラミルＡの動作について詳しく説明する。
最初に石炭を被粉砕物Ｘとする場合について説明する。この場合、流路調節部６における複数の部分閉塞板６ｂが全て取り外され、全ての流通開口６ｃの開口面積は比較的広く設定される。

上記部分閉塞板６ｂの取外作業は、粉砕部２において粉砕ローラ２ｂを回転テーブル２ａに対峙する位置から移動させた状態で、作業員が回転テーブル２ａ上に進入して行われる。この部分閉塞板６ｂの取外作業は、各部分閉塞板６ｂが締結具によって本体部６ａに装着されているので、従来に比べて作業性が良好である。

そして、この竪型ローラミルでは、流通開口６ｃの開口面積が比較的広く設定された状態において、被粉砕物Ｘ（石炭）が外部から原料供給部３の上端に順次連続的に供給される。そして、この被粉砕物Ｘ（石炭）は、原料供給部３を経由して回転テーブル２ａの中央突出部２ｆに順次供給され、中央突出部２ｆの形状効果に基づいて破砕面２ｅに順次供給される。

すなわち、被粉砕物Ｘ（石炭）は、上方から中央突出部２ｆに供給されるが、中央突出部２ｆが中央が上側に盛り上がった山形に形状設定されているので、中央突出部２ｆの傾斜面に沿って流動して内側から破砕面２ｅに流れ込む。このような被粉砕物Ｘ（石炭）の動きは破砕面２ｅの内側の各所において発生するので、破砕面２ｅには内側の各所に被粉砕物Ｘ（石炭）が順次供給される。

一方、外部から原料供給部３への被粉砕物Ｘ（石炭）の供給に並行して、回転テーブル２ａが回転動力源２ｃによって回転駆動される。この結果、破砕面２ｅに供給された被粉砕物Ｘ（石炭）は、破砕面２ｅと粉砕ローラ２ｂとの間に噛み込まれて破砕される。

すなわち、粉砕ローラ２ｂの回転に伴って粉砕ローラ２ｂが従動回転すると共に粉砕ローラ２ｂの周面には破砕面２ｅに対する押付力が作用するので、被粉砕物Ｘ（石炭）は、破砕面２ｅと粉砕ローラ２ｂの周面との間で押し潰され、かつせん断力が作用することによって破砕される。このような被粉砕物Ｘ（石炭）に対する破砕作用によって破砕面２ｅ上には粉砕物Ｘａ（微粉炭）が徐々に生成される。

そして、破砕面２ｅ上で生成された粉砕物Ｘａ（微粉炭）は、気流発生部４によって回転テーブル２ａの外周に発生している上昇流によって上方に吹き上げられる。すなわち、破砕面２ｅ上の粉砕物Ｘａ（微粉炭）のうち、粒径の比較的小さなものが上昇流の圧力が作用して浮上する。そして、この粉砕物Ｘａ（微粉炭）は、上昇流とともに流路調節部６の流通開口６ｃを通過して分級部５に至る。

ここで、粉砕物Ｘａ（微粉炭）が流通開口６ｃを通過する際の流速は、流通開口６ｃが最大開口面積に設定されているので、比較的遅い。すなわち、粉砕物Ｘａ（微粉炭）は、流路調節部６の各流通開口６ｃを通過する際に流体力学におけるベルヌーイ効果つまり流速の上昇効果を殆ど受けることなく上昇する。

なお、石炭を被粉砕物Ｘとする場合における流通開口６ｃの開口面積、つまり部分閉塞板６ｂが本体部６ａから取り外された状態における流通開口６ｃの開口面積Ｓ１は、粉砕物Ｘａ（微粉炭）に作用する増速効果を睨んで適宜設定される。すなわち、この開口面積Ｓ１はに基づいて最適設定される。

この結果、粒径が比較的小さいために比較的軽い粉砕物Ｘａ（微粉炭）は、流路調節部６の各流通開口６ｃで増速されなくても、分級部５に容易に至る。そして、粉砕物Ｘａ（微粉炭）は、分級部５において粒径が最適燃料粒径以下のものが選択的に捕集され、排出部１ｄを介して外部に排出される。

なお、分級部５で捕集されなかった粉砕物Ｘａ（微粉炭）は、殆どが分級部５の下方の流路調節部６上に落下する。この粉砕物Ｘａ（微粉炭）は、粒径が最適燃料粒径よりも大きいものであり、さらに微細化する必要があるものである。このような粉砕物Ｘａ（微粉炭）は、流路調節部６上を流下して粉砕部２の中央突出部２ｆ上に再供給される。

一方、バイオマスを被粉砕物Ｘとする場合、流路調節部６における複数の部分閉塞板６ｂが全て本体部６ａに装着される。すなわち、流路調節部６における全ての流通開口６ｃの開口面積は、被粉砕物Ｘがバイオマスの場合に比較的狭く設定される。

この部分閉塞板６ｂの取外作業は、粉砕ローラ２ｂを回転テーブル２ａに対峙する位置から移動させた状態で作業員が回転テーブル２ａ上に進入して行う。このような取外作業は、各部分閉塞板６ｂが締結具によって本体部６ａに装着されているので、従来に比較して作業性が良好である。

そして、この竪型ローラミルＡでは、開口面積が比較的狭く設定された状態において、被粉砕物Ｘ（バイオマス）が外部から原料供給部３の上端に順次連続的に供給される。そして、この被粉砕物Ｘ（バイオマス）は、原料供給部３を経由して回転テーブル２ａの中央突出部２ｆに順次供給され、中央突出部２ｆの形状効果に基づいて破砕面２ｅに順次供給される。

また、外部から原料供給部３への被粉砕物Ｘ（バイオマス）の供給に並行して、回転テーブル２ａが回転動力源２ｃによって回転駆動される。この結果、破砕面２ｅに供給された被粉砕物Ｘ（バイオマス）は、破砕面２ｅと粉砕ローラ２ｂとの間に噛み込まれて破砕され、粉砕物Ｘａ（微細バイオマス）となる。

そして、破砕面２ｅ上で生成された粉砕物Ｘａ（微細バイオマス）は、気流発生部４によって回転テーブル２ａの外周に発生している上昇流によって上方に吹き上げられる。そして、この粉砕物Ｘａ（微細バイオマス）は、上昇流とともに流路調節部６の流通開口６ｃを通過して分級部５に至る。

ここで、粉砕物Ｘａ（微細バイオマス）が流通開口６ｃを通過する際の流速は、流通開口６ｃが開口面積が比較的狭く設定されているために比較的速い。すなわち、粉砕物Ｘａ（微細バイオマス）は、流路調節部６の各流通開口６ｃを通過する際に流体力学におけるベルヌーイ効果つまり流速の上昇効果を受けて上昇する。

なお、バイオマスを被粉砕物Ｘとする場合における流通開口６ｃの開口面積、つまり部分閉塞板６ｂが本体部６ａに装着された状態における流通開口６ｃの開口面積Ｓ２は、粉砕物Ｘａ（微細バイオマス）に作用する増速効果を睨んで適宜設定される。すなわち、この開口面積Ｓ２は実験に基づいて最適設定される。また、本実施形態では、上昇流の流速が流通開口６ｃの上側よりも遅いエリアである流通開口６ｃの下側に部分閉塞板６ｂが装着されるので、上昇流の流速を効率的に高めることができる。

この結果、粒径が比較的大きいために比較的重い粉砕物Ｘａ（微細バイオマス）であっても、流路調節部６の各流通開口６ｃで増速されて分級部５に容易に到達する。そして、粉砕物Ｘａ（微細バイオマス）は、分級部５において粒径が最適燃料粒径以下のものが選択的に捕集され、排出部１ｄを介して外部に排出される。

なお、分級部５で捕集されなかった粉砕物Ｘａ（微細バイオマス）は、殆どが分級部５の下方の流路調節部６上に落下する。この粉砕物Ｘａ（微細バイオマス）は、粒径が最適燃料粒径よりも大きいものであり、さらに微細化する必要があるものである。このような粉砕物Ｘａ（微細バイオマス）は、流路調節部６上を流下して粉砕部２の中央突出部２ｆ上に再供給される。

このように本実施形態に係る竪型ローラミルＡは、本体部６ａに部分閉塞板６ｂを着脱することによって粉砕物Ｘａ（微細バイオマス）が流通する各流通開口６ｃの開口面積を切替えるので、当該切替に要する作業が従来よりも大幅に軽減される。したがって、本実施形態によれば、被粉砕物Ｘの切替に起因する竪型ローラミルＡの稼働率の低下を大幅に抑制することが可能である。

また、この竪型ローラミルＡでは、各流通開口６ｃの下側を部分閉塞板６ｂで塞ぐ構成を採用するので、分級部５から落下してきた粒径が比較的大きな粉砕物Ｘａ（微細バイオマス）が流路調節部６を容易に通過することができる。したがって、比較的大きな粉砕物Ｘａ（微細バイオマス）を効果的に粉砕部２に再供給し、さらに微細化することが可能である。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、流路調節部６の外周部つまり上部固定部６ｅをハウジング本体１ａの内壁に隙間なく固定したが、本発明はこれに限定されない。例えば、各流通開口６ｃを全閉／全開し、かつ流路調節部６とハウジング本体１ａの内壁との間に上昇流及び粉砕物Ｘａが通過する隙間を設けることが考えられる。

すなわち、この変形例に係る竪型ローラミルＢは、図３に示すように、部分閉塞板６ｂに代えて各流通開口６ｃの全部を塞ぐ全閉塞板６ｆを備え、またハウジング本体１ａの内壁との間に隙間Ｓ（開口）を形成する上部固定部６ｇを備える流路調節部６Ａを採用する。このような竪型ローラミルＢでは、全閉塞板６ｆの着脱によって粉砕物Ｘａが通過する開口の開口面積が切替えられるので、上述した実施形態と同様な作用効果を得ることができる。

（２）上記実施形態では、各流通開口６ｃの下側を塞ぐ部分閉塞板６ｂを採用したが、本発明はこれに限定されない。例えば、粉砕物Ｘａが通過する貫通孔が離散的に多数形成された部分閉塞板を採用してもよい。

（３）上記実施形態では、被粉砕物Ｘとして石炭及びバイオマスを例示したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、石炭及びバイオマス以外の被粉砕物Ｘについても適用することが可能である。

Ａ、Ｂ 竪型ローラミル
Ｓ 隙間
１ 竪型ハウジング
１ａ ハウジング本体
１ｂ 支持体
１ｃ 蓋体
１ｄ 排出部
２ 粉砕部
２ａ 回転テーブル
２ｂ 粉砕ローラ
２ｃ 回転動力源
２ｄ 連結機
２ｅ 破砕面
２ｆ 中央突出部
３ 原料供給部
４ 気流発生部
４ａ 空気導入部
４ｂ 案内口
５ 分級部
６、６Ａ 流路調節部
６ａ 本体部
６ｂ 部分閉塞板
６ｃ 流通開口
６ｄ 下部挿通口
６ｅ、６ｇ 上部固定部
６ｆ 全閉塞板

Claims (3)

1. 竪型ハウジングと、該竪型ハウジングの下部に設けられ被粉砕物を粉砕する粉砕部と、該粉砕部に被粉砕物を供給する原料供給部と、前記粉砕部で発生する粉砕物を上方に搬送する上昇流を発生させる気流発生部と、前記粉砕部の上方に設けられ前記粉砕物を分級する分級部とを備える竪型ローラミルであって、
   前記粉砕部と前記分級部との間に設けられる板状部材であって、前記粉砕物が通過する開口の開口面積を切替える流路調節部を備え、
   前記流路調節部は、１あるいは複数の前記開口が形成された漏斗状の本体部と、各々の前記開口に着脱自在に装着され、前記開口の一部を塞ぐ部分閉塞板とを備えることを特徴とする竪型ローラミル。
2. 前記部分閉塞板は、前記開口の下側を塞ぐように前記本体部に装着されることを特徴とする請求項１に記載の竪型ローラミル。
3. 前記部分閉塞板に代えて前記開口の全部を塞ぐ全閉塞板を採用し、
   前記本体部の外周に前記粉砕物が通過する隙間が設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の竪型ローラミル。

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