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技術 固体燃料粉砕装置及びこれを備えた発電プラント並びに固体燃料粉砕方法

出願人 三菱日立パワーシステムズ株式会社
発明者 山口聡太朗澤昇吾松本慎治栗原誠矢内田英睦
出願日 2019年2月13日 (1年9ヶ月経過) 出願番号 2019-023849
公開日 2020年8月31日 (2ヶ月経過) 公開番号 2020-133929
状態 未査定
技術分野 固体相互の分離 破砕・粉砕(1) 流体燃料の燃焼1 破砕・粉砕(3) 他に分類されない燃焼
主要キーワード 回転中心軸線回り 略逆円錐形 静特性試験 環境装置 目標最大 ハウジング形状 成育過程 向心力
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (8)

課題

バイオマス燃料を用いる場合であっても安定して粉砕した微粉燃料ボイラへ供給することができる固体燃料粉砕装置を提供する。

解決手段

回転テーブルと、回転テーブルとの間で固体燃料であるバイオマス燃料を粉砕する粉砕ローラと、回転軸線を中心とする円周方向に沿って立設された複数のブレードを備え、粉砕ローラによって粉砕された後のバイオマス燃料を分級する回転式分級機と、回転式分級機の回転速度を制御する制御部と、を備え、制御部は、回転式分級機から分級後のバイオマス燃料が供給されるボイラの運転範囲にわたって回転式分級機の回転速度を略一定に制御する。

概要

背景

従来、石炭バイオマス燃料等の炭素含有固体燃料は、粉砕機ミル)で所定粒径よりも小さい微粉状粉砕して、燃焼装置へ供給される。ミルは、回転テーブルへ投入された石炭やバイオマス燃料等の固体燃料を、回転テーブルとローラとの間で噛み砕くことで粉砕し、回転テーブルの外周からダクトを介して供給される搬送ガス搬送用ガス)である一次空気によって、粉砕されて微粉状となった燃料分級機粒径サイズの小さいものを選別し、ボイラへ搬送して燃焼装置で燃焼させている。火力発電プラントでは、ボイラで燃焼して生成された燃焼ガスとの熱交換により蒸気を発生させ、該蒸気によりタービンを駆動することで発電が行なわれる。

炭素含有の固体燃料として石炭が用いられる場合、特許文献1乃至3に示すように、給炭量や石炭の粒度に応じて回転式分級機の回転速度を制御することが行われる。

概要

バイオマス燃料を用いる場合であっても安定して粉砕した微粉燃料をボイラへ供給することができる固体燃料粉砕装置を提供する。回転テーブルと、回転テーブルとの間で固体燃料であるバイオマス燃料を粉砕する粉砕ローラと、回転軸線を中心とする円周方向に沿って立設された複数のブレードを備え、粉砕ローラによって粉砕された後のバイオマス燃料を分級する回転式分級機と、回転式分級機の回転速度を制御する制御部と、を備え、制御部は、回転式分級機から分級後のバイオマス燃料が供給されるボイラの運転範囲にわたって回転式分級機の回転速度を略一定に制御する。

目的

しかしながら、設備コスト設置スペース等の観点から、同一のミルでバイオマス燃料と石炭の両方の固体燃料に対して対応することができ、その石炭とバイオマス燃料とを共用することができるミルを使用して、バイオマス燃料を使用できることが望まれている

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

回転テーブルと、前記回転テーブルとの間でバイオマス燃料粉砕する粉砕ローラと、前記粉砕ローラによって前記バイオマス燃料を粉砕した粉砕されたバイオマス燃料を分級して微粉バイオマス燃料選別する回転式分級機と、前記回転式分級機の回転速度を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記微粉バイオマス燃料が供給されるボイラ運転範囲にわたって前記回転式分級機の回転速度を略一定に制御する固体燃料粉砕装置

請求項2

前記制御部は、±1rpmの範囲内で、前記回転式分級機の回転速度を略一定に制御する請求項1に記載の固体燃料粉砕装置。

請求項3

前記制御部によって制御される前記回転式分級機の回転速度の目標値は、前記ボイラの燃焼装置が必要とする前記微粉バイオマス燃料の粒径によって決定される請求項1又は2に記載の固体燃料粉砕装置。

請求項4

前記バイオマス燃料を粉砕して前記微粉バイオマス燃料を供給するバイオマス燃料粉砕モードに加えて、石炭を粉砕して微粉炭を供給する石炭粉砕モードを備え、前記制御部は、前記バイオマス燃料粉砕モード時に用いる前記回転式分級機の回転速度と、前記石炭粉砕モード時に用いる前記回転式分級機の回転速度と、を切り換える請求項1から3のいずれかに記載の固体燃料粉砕装置。

請求項5

前記制御部は、前記バイオマス燃料粉砕モード時に用いる前記回転式分級機の回転速度を、前記石炭粉砕モード時に用いる前記回転式分級機の回転速度よりも小さくする請求項4に記載の固体燃料粉砕装置。

請求項6

前記制御部は、前記石炭粉砕モードでは、前記ボイラの最低負荷運転よりも小さい負荷運転の場合に、前記ボイラの運転範囲における前記回転式分級機の回転速度よりも小さい回転速度を用い、前記バイオマス燃料粉砕モードでは、前記ボイラの最低負荷運転よりも小さい負荷運転の場合に、前記ボイラの運転範囲における前記回転式分級機の回転速度と略同一の回転速度を用いる請求項4又は5に記載の固体燃料粉砕装置。

請求項7

請求項1から6のいずれかに記載された固体燃料粉砕装置と、前記固体燃料粉砕装置にて粉砕された固体燃料を前記燃焼装置で燃焼して蒸気を生成する前記ボイラと、前記ボイラによって生成された前記蒸気を用いて発電する発電部と、を備えている発電プラント

請求項8

回転テーブルと、前記回転テーブルとの間で固体燃料であるバイオマス燃料を粉砕する粉砕ローラと、前記粉砕ローラによって前記バイオマス燃料を粉砕した粉砕されたバイオマス燃料を分級して微粉バイオマス燃料を選別する回転式分級機と、を用いた固体燃料粉砕方法であって、前記回転式分級機から前記微粉バイオマス燃料が供給されるボイラの運転範囲にわたって前記回転式分級機の回転速度を略一定に制御する固体燃料粉砕方法。

技術分野

0001

本発明は、バイオマス燃料粉砕するのに好適な固体燃料粉砕装置及びこれを備えた発電プラント並びに固体燃料粉砕方法に関するものである。

背景技術

0002

従来、石炭やバイオマス燃料等の炭素含有固体燃料は、粉砕機ミル)で所定粒径よりも小さい微粉状に粉砕して、燃焼装置へ供給される。ミルは、回転テーブルへ投入された石炭やバイオマス燃料等の固体燃料を、回転テーブルとローラとの間で噛み砕くことで粉砕し、回転テーブルの外周からダクトを介して供給される搬送ガス搬送用ガス)である一次空気によって、粉砕されて微粉状となった燃料分級機粒径サイズの小さいものを選別し、ボイラへ搬送して燃焼装置で燃焼させている。火力発電プラントでは、ボイラで燃焼して生成された燃焼ガスとの熱交換により蒸気を発生させ、該蒸気によりタービンを駆動することで発電が行なわれる。

0003

炭素含有の固体燃料として石炭が用いられる場合、特許文献1乃至3に示すように、給炭量や石炭の粒度に応じて回転式分級機の回転速度を制御することが行われる。

先行技術

0004

特開2001−254930号公報
特開2008−232466号公報
特開2001−347176号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかし、炭素含有の固体燃料として、木質系ペレットなどのバイオマス燃料は、石炭に比べて、細かく粉砕し難く、かつ、燃焼性が高く比較的大きな粒径であっても好適に燃焼させることができる性質を有している。したがって、バイオマス燃料を固体燃料として使用する場合、石炭の微粉燃料と比較して約5〜10倍程度大きい粒径の状態でミルからボイラに設けられた燃焼装置に供給される。

0006

このように、石炭とバイオマス燃料とでは、燃焼装置に供給する粒子径が異なるため、固体燃料の粉砕及び分級を行うミルは、バイオマス燃料粉砕用途と石炭粉砕用途とで異なる設計(例えばハウジング形状や、回転テーブルの回転速度や回転式分級機の回転速度など)とし、個別設計することが本来好ましい。しかしながら、設備コスト設置スペース等の観点から、同一のミルでバイオマス燃料と石炭の両方の固体燃料に対して対応することができ、その石炭とバイオマス燃料とを共用することができるミルを使用して、バイオマス燃料を使用できることが望まれている。

0007

回転式分級機は、回転中心軸線回り円周方向に並べられた回転する複数のブレード間所定粒子径以下の微粉燃料を通過させて分級する方式を採用している。このため、粉砕されたバイオマス燃料は、上述のように石炭を粉砕した場合に比べて粒子径が大きいためブレード間を通過しにくく、下流側に設けられたボイラの燃焼装置であるバーナへ搬送しにくい。また、バイオマス燃料の粉砕燃料は、ミル内部の隙間や気流淀み域で堆積し易く、さらに、比重が小さく石炭よりも軽量であるため、例えば回転式分級機の内部に気流の淀みが出来、バイオマス燃料の粉砕燃料が回転式分級機内に堆積しても、遠心力によって堆積を除去、排出することが困難であり、回転式分級機内に留まり蓄積しやすい特性が有る。

0008

そこで、本発明者等は、バイオマス燃料を粉砕する場合には、石炭とは異なる考え方で回転式分級機の回転速度を制御することが有効であることを見出した。

0009

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、バイオマス燃料を用いる場合であっても安定して粉砕した微粉燃料をボイラへ供給することができる固体燃料粉砕装置及びこれを備えた発電プラント並びに固体燃料粉砕方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0010

本発明の一態様に係る固体燃料粉砕装置は、回転テーブルと、前記回転テーブルとの間でバイオマス燃料を粉砕する粉砕ローラと、前記粉砕ローラによって前記バイオマス燃料を粉砕した粉砕されたバイオマス燃料を分級して微粉バイオマス燃料を選別する回転式分級機と、前記回転式分級機の回転速度を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記微粉バイオマス燃料が供給されるボイラの運転範囲にわたって前記回転式分級機の回転速度を略一定に制御する。

0011

粉砕されたバイオマス燃料は、石炭由来の微粉燃料である微粉炭燃料に比べて粒径が大きく回転式分級機のブレード間を通過しにくい。また、粉砕されたバイオマス燃料は比重が小さく、軽量であるため、一旦回転式分級機内に入って搬送ガスの気流が滞留した領域に堆積すると、作用する遠心力が小さいために、回転式分級機内に蓄積されて排出されにくい。従い、回転式分級機を通過して後流のボイラへ搬送して供給されにくい。このため、ボイラの負荷が増大するに従い、バイオマス燃料の投入量を増大させると同時に、回転式分級機の回転速度も増大させると、回転式分級機からボイラ側へ供給される微粉燃料の供給量が負荷に見合ったように増大しない。そこで、ボイラの負荷が増大しても略一定の回転速度で回転式分級機を制御することで、ボイラの負荷の増大に見合った微粉燃料を供給することができる。また、回転式分級機の回転速度を略一定として制御できるので、簡便な制御を実現することができる。

0012

さらに、本発明の一態様に係る固体燃料粉砕装置では、前記制御部は、±1rpmの範囲内で、前記回転式分級機の回転速度を略一定に制御する。

0013

粉砕されたバイオマス燃料は、石炭を粉砕した場合に比べて粒子径が大きいため回転式分級機のブレード間を通過しにくいために回転式分級機の回転速度を小さくしている。また、粉砕されたバイオマス燃料は軽量であるため、一旦回転式分級機内に入って搬送ガスの気流が滞留した領域に堆積すると、粉砕されたバイオマス燃料へ作用する遠心力が小さいために、回転式分級機内に蓄積されて排出されにくい。そのため回転式分級機の回転速度を小さくして、搬送ガスの流れを遮らないようにして搬送ガスの気流が滞留した領域が発生しないようにすることで、搬送ガスによって粉砕された微粉バイオマス燃料を後流のボイラへ供給され易くすることが出来る。
このとき回転式分級機の回転速度は、中央値は例えば10rpm以上30rpm以下とされるため、この±10%以下となる範囲内であれば良い。回転速度の制御精度から、略一定とされた回転速度は最低負荷運転時の回転式分級機の回転速度から±1rpmの範囲内であっても良い。従って、±1rpmの範囲内で回転式分級機の回転速度を略一定に制御すれば、ボイラにとって大きな燃焼条件の変更とならない。

0014

さらに、本発明の一態様に係る固体燃料粉砕装置では、前記制御部によって制御される前記回転式分級機の回転速度の目標値は、前記ボイラの燃焼装置が必要とする前記微粉バイオマス燃料の粒径によって決定される。

0015

ボイラの燃焼装置(バーナ)には、所望の燃焼性を得るために許容できる微粉バイオマス燃料の粒径が存在する。例えば、粒径が所定値よりも大きいと、微粉バイオマス燃料をボイラ内で完全に燃焼させることができずに未燃分が発生することになる。一方で粒径を上記所定値よりも小さくしすぎてもミルの差圧消費動力が増加して不経済である。そこで、回転式分級機の回転速度の目標値をバーナが必要とする微粉バイオマス燃料の粒径によって決定することとした。具体的には、回転式分級機の回転速度が大きいと粒径が比較的小さな微粉バイオマス燃料がバーナに供給され、回転式分級機の回転速度が小さいと粒径が比較的大きな微粉バイオマス燃料が燃焼装置に供給されるという特性を用いて、回転式分級機の回転速度を決定する。これにより、燃焼装置の燃焼性能をもとに、微粉バイオマス燃料をボイラ内で良好に燃焼させることができる回転式分級機の回転速度の目標値を容易に決定することができる。

0016

さらに、前記バイオマス燃料を粉砕して前記微粉バイオマス燃料を供給するバイオマス燃料粉砕モードに加えて、前記固体燃料として石炭を粉砕して微粉炭を供給する石炭粉砕モードを備え、前記制御部は、前記バイオマス燃料粉砕モード時に用いる前記回転式分級機の回転速度と、前記石炭粉砕モード時に用いる前記回転式分級機の回転速度と、を切り換える。

0017

石炭を粉砕して微粉炭にする石炭粉砕モードを備えている前記固体燃料粉砕装置では、石炭を粉砕して微粉炭にするときは石炭用の回転式分級機の回転速度を用いることとし、バイオマス燃料を粉砕して微粉バイオマス燃料にするときはバイオマス燃料用の回転式分級機の回転速度を用いることとした。これにより、石炭とバイオマス燃料とを切り換えて使用できる固体燃料粉砕装置を提供することができる。

0018

さらに、本発明の一態様に係る固体燃料粉砕装置では、前記制御部は、前記バイオマス燃料粉砕モード時に用いる前記回転式分級機の回転速度を、前記石炭粉砕モード時に用いる前記回転式分級機の回転速度よりも小さくする。

0019

粉砕されたバイオマス燃料は、石炭由来の微粉炭燃料に比べて粒径が大きく軽量なため、回転式分級機を通過して後流のボイラへ供給されにくく、搬送性が良くない。そこで、バイオマス燃料粉砕モード時における回転式分級機の回転速度を、石炭粉砕モード時における回転式分級機の回転速度よりも小さくすることで、搬送ガスの流れを阻害することなく搬送性を向上させて、後流の燃焼装置へより確実に供給されることとした。

0020

さらに、本発明の一態様に係る固体燃料粉砕装置では、前記制御部は、前記石炭粉砕モードでは、前記ボイラの最低負荷運転よりも小さい負荷運転の場合に、前記ボイラの運転範囲における前記回転式分級機の回転速度よりも小さい回転速度を用い、前記バイオマス燃料粉砕モードでは、前記ボイラの最低負荷運転よりも小さい負荷運転の場合に、前記ボイラの運転範囲における前記回転式分級機の回転速度と略同一の回転速度を用いる。

0021

石炭を粉砕する場合、ボイラの最低負荷より小さい負荷でミルを運転する場合に、ボイラの運転範囲における回転式分級機の回転速度と同様の回転速度を用いると、回転式分級機を通過できるよう粉砕されたミル内の石炭が細かくなりすぎ、石炭に含まれる炭素が個体潤滑剤の働きをして摩擦力が低下し、回転テーブルに対して粉砕ローラがスリップをして振動を発生するなど所望の粉砕ができなくなる可能性がある。そこで、石炭粉砕モード時には、最低負荷運転よりも小さい場合には回転式分級機の回転速度を下げることとした。
これに対して、粉砕されたバイオマス燃料の場合は、粉砕された石炭のように過剰に細かく粉砕されることはなく、石炭のようにローラが回転テーブルに対してスリップする恐れが少ないので、ボイラの最低負荷運転よりも小さい場合であっても、回転式分級機の回転速度をボイラの運転範囲のときと同じとした。これにより、バイオマス燃料粉砕モードのときの回転式分級機の回転速度制御が簡便となる。

0022

また、本発明の一態様に係る発電プラントでは、上記のいずれかに記載された固体燃料粉砕装置と、前記固体燃料粉砕装置にて粉砕された固体燃料を前記燃焼装置で燃焼して蒸気を生成する前記ボイラと、前記ボイラによって生成された前記蒸気を用いて発電する発電部と、を備えている。

0023

また、本発明の一態様に係る固体燃料粉砕方法では、回転テーブルと、前記回転テーブルとの間で固体燃料であるバイオマス燃料を粉砕する粉砕ローラと、前記粉砕ローラによって前記バイオマス燃料を粉砕した粉砕されたバイオマス燃料を分級して微粉バイオマス燃料を選別する回転式分級機と、を用いた固体燃料粉砕方法であって、前記回転式分級機から前記微粉バイオマス燃料が供給されるボイラの運転範囲にわたって前記回転式分級機の回転速度を略一定に制御する。

発明の効果

0024

ボイラの運転範囲にわたって回転式分級機の回転速度を略一定に制御することとしたので、バイオマス燃料を用いる場合であっても安定して粉砕した微粉燃料をボイラへ供給することができる。

図面の簡単な説明

0025

本発明の一実施形態に係る発電プラントを示した概略構成図である。
燃料供給量に対する一次空気供給量を示したグラフである。
一次空気供給量に対する微粉バイオマス燃料の粒径を示したグラフである。
燃料供給量に対するA/Fを示したグラフである。
石炭粉砕モードにおける燃料供給量に対する回転式分級機の回転速度を示したグラフである。
バイオマス燃料粉砕モードにおける燃料供給量に対する回転式分級機の回転速度を示したグラフである。
回転式分級機の回転速度に対する微粉バイオマス燃料の粒径を示したグラフである。

実施例

0026

以下に、本発明に係る一実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る発電プラント1は、固体燃料粉砕装置100とボイラ200とを備えている。

0027

固体燃料粉砕装置100は、一例として石炭やバイオマス燃料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(燃焼装置)220へ供給する装置である。発電プラント1は、1台の固体燃料粉砕装置100を備えるものであるが、1台のボイラ200の複数のバーナ220のそれぞれに対応する複数台の固体燃料粉砕装置100を備えるシステムとしてもよい。

0028

固体燃料粉砕装置100は、ミル(粉砕部)10と、給炭機20と、送風部(搬送ガス供給部)30と、状態検出部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。また同様に“下”とは鉛直下側の部分を示している。

0029

ボイラ200に供給する石炭やバイオマス燃料等の固体燃料を微粉状の固体燃料である微粉燃料へと粉砕するミル10は、石炭を粉砕し、またバイオマス燃料を粉砕する。
ここで、バイオマス燃料とは、再生可能生物由来有機性資源であり、例えば、間伐材廃材木、流木草類廃棄物、汚泥、タイヤ及びこれらを原料としたリサイクル燃料ペレットチップ)などであり、ここに提示したものに限定されることはない。バイオマス燃料は、バイオマス成育過程において二酸化炭素を取り込むことから、地球温暖化ガスとなる二酸化炭素を排出しないカーボンニュートラルとされるため、その利用が種々検討されている。

0030

ミル10は、ハウジング11と、回転テーブル12と、ローラ13(粉砕ローラ)と、駆動部14と、回転式分級機16と、燃料供給部17と、回転式分級機16を回転駆動させるモータ18とを備えている。

0031

ハウジング11は、鉛直方向に延びる筒状に形成されるとともに、回転テーブル12とローラ13と回転式分級機16と、燃料供給部17とを収容する筐体である。
ハウジング11の天井部42の中央部には、燃料供給部17が取り付けられている。この燃料供給部17は、バンカ21から導かれた固体燃料をハウジング11内に供給するものであり、ハウジング11の中心位置に上下方向に沿って配置され、下端部がハウジング11の内部まで延設されている。

0032

ハウジング11の底面部41付近には駆動部14が設置され、この駆動部14から伝達される駆動力により回転する回転テーブル12が回転自在に配置されている。
回転テーブル12は、平面視円形の部材であり、燃料供給部17の下端部が対向するように配置されている。回転テーブル12の上面は、例えば、中心部が低く、外側に向けて高くなるような傾斜形状をなし、外周部が上方に曲折した形状をなしていてもよい。燃料供給部17は、固体燃料(本実施形態では例えば石炭やバイオマス燃料)を上方から下方の回転テーブル12に向けて供給し、回転テーブル12は供給された固体燃料をローラ13との間で粉砕するもので、粉砕テーブルとも呼ばれる。

0033

固体燃料が燃料供給部17から回転テーブル12の中央へ向けて投入されると、回転テーブル12の回転による遠心力によって固体燃料は回転テーブル12の外周側へと導かれ、ローラ13との間に挟み込まれて粉砕される。粉砕された固体燃料は、搬送ガス流路(以下「一次空気流路」という。)100aから導かれた搬送ガス(以下「一次空気」という。)によって上方へと巻き上げられ、回転式分級機16へと導かれる。すなわち、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(図示省略)が設けられている。吹出口の上方にはベーン(図示省略)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内の上方の回転式分級機16へと導く。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回転式分級機16により分級されて、または、回転式分級機16まで到達することなく、落下して回転テーブル12に戻されて、再び粉砕される。

0034

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が代表して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が対向して配置される。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が周方向に均等な間隔で配置される。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の回転中心軸からの距離が等距離となる。

0035

ローラ13は、ジャーナルヘッド45によって、上下に揺動可能となっており、回転テーブル12の上面に対して接近離間自在に支持されている。ローラ13は、外周面が回転テーブル12の上面に接触した状態で、回転テーブル12が回転すると、回転テーブル12から回転力を受けて連れ回りするようになっている。燃料供給部17から固体燃料が供給されると、ローラ13と回転テーブル12との間で固体燃料が押圧されて粉砕されて、微粉燃料となる。

0036

ジャーナルヘッド45の支持アーム47は、その中間部が水平方向に延在する支持軸48によって支持されている。すなわち、支持アーム47は、ハウジング11の側面部に支持軸48を中心としてローラ上下方向に揺動可能に支持されている。また、支持アーム47の鉛直上側にある上端部には、押圧装置49が設けられている。押圧装置49は、ハウジング11に固定され、ローラ13を回転テーブル12に押し付けるように、支持アーム47等を介してローラ13に荷重を付与する。

0037

駆動部14は、回転テーブル12に駆動力を伝達し、回転テーブル12を中心軸線回りに回転させる装置である。駆動部14は、回転テーブル12を回転させる駆動力を発生する。

0038

回転式分級機16は、ハウジング11の上部に設けられ、中空状の略逆円錐形状の外形を有している。回転式分級機16は、その外周位置に上下方向に延在する複数のブレード16aを備えている。各ブレード16aは、回転式分級機16の中心軸線周りに所定の間隔(均等間隔)を空けて並列に設けられている。また、回転式分級機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、石炭では70〜100μm、バイオマス燃料では0.6〜1.0mm)よりも大きいもの(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、所定粒径以下に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。回転式分級機16は、制御部50によって制御されるモータ18によって回転駆動力が与えられる。

0039

回転式分級機16に到達した固体燃料の粉砕後燃料は、ブレード16a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、大きな径の粗粉燃料は、ブレード16aによって叩き落とされ、回転テーブル12へと戻されて再び粉砕され、微粉燃料はハウジング11の天井部42にある出口19に導かれる。
回転式分級機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、一次空気とともに後工程へと搬送される。供給流路100bへ流出した微粉燃料は、ボイラ200のバーナ220へ供給される。

0040

燃料供給部17は、ハウジング11の上端を貫通するように上下方向に沿って下端部がハウジング11内部まで延設されて取り付けられている。燃料供給部17の上部から投入された固体燃料は、回転テーブル12の略中央領域に供給される。燃料供給部17には、給炭機20から固体燃料が供給される。

0041

給炭機20は、バンカ21と、搬送部22と、モータ23とを備える。搬送部22は、モータ23から与えられる駆動力によってバンカ21の直下にあるダウンスパウト部24の下端部から排出される固体燃料を搬送する。搬送部22によって搬送された固体燃料は、ミル10の燃料供給部17に導かれる。

0042

通常、ミル10の内部には、粉砕した固体燃料である微粉燃料を搬送するための一次空気が供給されて、圧力が大気圧よりも高くなっている。バンカ21の直下にある上下方向に延在する管であるダウンスパウト部24には内部に燃料が積層状態で保持されていて、ダウンスパウト部24内に積層された固体燃料層により、ミル10側の一次空気と粉砕後燃料が逆流入しないようなシール性を確保している。ミル10へ供給する固体燃料の供給量は、制御部50によって制御されるモータ23によって搬送部22のベルトコンベアベルト速度を調整することで行われても良い。

0043

粉砕前のバイオマス燃料のチップやペレットは、石炭燃料(すなわち粉砕前の石炭の粒径は、例えば、粒径が2〜50mm程度)に比べて、粒径が一定であり(ペレットのサイズは、例えば、直径6〜8mm程度、長さは40mm以下程度)、かつ、軽量である。このため、バイオマス燃料がダウンスパウト部24内に貯留されている場合は、石炭燃料の場合に比べて、各バイオマス燃料間に形成される隙間が大きくなる。
したがって、ダウンスパウト部24内のバイオマス燃料のチップやペレットの間には隙間があることから、ミル10内部から吹き上げる一次空気と微粉燃料が各バイオマス燃料間に形成される隙間を通過して、ミル10内部の圧力が低下する可能性がある。また、一次空気がバンカ21の貯留部へと吹き抜けると、バイオマス燃料の搬送性の悪化や粉塵発生、ダウンスパウト部24の着火、また、ミル10内部の圧力が低下すると、微粉燃料の搬送量が低下するなど、ミル10の運転に種々の問題が生じる可能性がある。このため、給炭機20から燃料供給部17の途中にロータリバルブ(図示省略)を設けて、一次空気と微粉燃料の吹き上げによる逆流を抑制するようにしてもよい。

0044

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回転式分級機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。

0045

熱ガス送風機30aは、空気予熱器などの熱交換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。

0046

冷ガス送風機30bは、常温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。

0047

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。
また、熱ガス送風機30aが送風する一次空気に、ガス再循環通風機を介して電気集塵機など環境装置を通過したボイラ200から排出された燃焼ガスの一部を導き、混合気とすることで、一次空気流路100aから流入する一次空気の酸素濃度を調整してもよい。

0048

本実施形態では、ハウジング11の状態検出部40により、計測または検出したデータを制御部50に送信する。本実施形態の状態検出部40は、例えば、差圧計測手段であり、一次空気流路100aからミル10内部へ一次空気が流入する部分及びミル10内部から供給流路100bへ一次空気及び微粉燃料が排出する出口19との差圧をミル10内の差圧として計測する。例えば回転式分級機16の分級性能により、ミル10内部を回転式分級機16付近と回転テーブル12付近の間で循環する粉砕された固体燃料の循環量の増減とこれに対するミル10内の差圧の上昇低減が変化する。すなわち、ミル10の内部に供給する固体燃料に対して、出口19から排出させる微粉燃料を調整して管理することができるので、微粉燃料の粒度がバーナ220の燃焼性に影響しない範囲で、多くの微粉燃料をボイラ200に設けられたバーナ220に供給することができる。
また、本実施形態の状態検出部40は、例えば、温度計測手段であり、ローラ13により粉砕された固体燃料を回転式分級機16へ供給するための一次空気を、ハウジング11の内部に送風する送風部30により温度調整される一次空気のハウジング11での温度を検出して、上限温度を超えないように送風部30を制御する。なお、一次空気は、ハウジング11内において、粉砕物を乾燥しながら搬送することによって冷却されるので、ハウジング11の上部空間の温度は、例えば約60〜80℃程度となる。

0049

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、例えば、駆動部14に駆動指示を伝達することによりミル10の運転に対する回転テーブル12の回転速度を制御することができる。制御部50は、例えば回転式分級機16のモータ18へ駆動指示を伝達して回転速度を制御することで、分級性能を調整することにより、ミル10内の差圧を適正化して微粉燃料の供給を安定化させることができる。また、制御部50は、例えば給炭機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の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。

0050

制御部50は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラム形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをCPUがRAM等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ROMやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク光磁気ディスクCD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等である。

0051

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220とを備えている。

0052

バーナ220は、供給流路100bから供給される微粉燃料(本実施形態では微粉炭または微粉バイオマス燃料)を含む一次空気と、熱交換器(図示省略)から供給される二次空気とを用いて微粉燃料を燃焼させて火炎を形成する装置である。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(図示省略)を通過した後にボイラ200の外部に排出される。

0053

ボイラ200から排出された燃焼ガスは、環境装置(脱硝装置、電気集塵機などで図示省略)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(図示省略)で外気との熱交換が行われ、誘引通風機(図示省略)を介して煙突(図示省略)へと導かれて大気へと放出される。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(図示省略)において加熱された後に、蒸発器(図示省略)および過熱器(図示省略)によって更に加熱されて高温高圧の蒸気が生成され、発電部である蒸気タービン(図示省略)へと送られて発電機(図示省略)を回転駆動して発電が行われる。

0054

[一次空気供給量の制御]
次に、送風部30からミル10内に供給される一次空気供給量(搬送ガス供給量)Aの制御について説明する。一次空気供給量Aの制御は、図2に基づいて制御部50によって行われる。制御部50は、ミル10の運用時に、ミル10に供給する固体燃料として主として石炭を粉砕して微粉炭をバーナ220へ供給する石炭粉砕モードと、主としてバイオマス燃料を粉砕して微粉バイオマス燃料をバーナ220供給するバイオマス燃料粉砕モードとを切り換えて制御する。

0055

図2には、石炭粉砕モード及びバイオマス燃料粉砕モードのそれぞれにおける一次空気供給量Aが示されている。同図において、横軸が燃料供給量F(重量流量)を示し、縦軸が一次空気供給量A(重量流量)を示している。
横軸において、1.0をボイラ200の定格運転時として燃料供給量Fを規格化している。そして、一例として、ボイラ200の最低負荷運転時の燃料供給量Fを0.4とし、ボイラ200の過負荷運転時の燃料供給量Fを1.25としている。したがって、ボイラ200の運転範囲は、0.4以上1.25以下となる。なお、ボイラ200の最低負荷運転時と過負荷運転時の数値は、あくまでも例示であって、ボイラ200に応じて種々設定される。
縦軸において、バイオマス燃料粉砕モード時の最低負荷運転時の一次空気供給量A1を1.0として一次空気供給量Aを規格化している。

0056

<石炭粉砕モード>
石炭粉砕モードにおける一次空気供給量A2は、図2において破線で示すように、例えば燃料供給量Fが最低負荷運転時である0.4よりも小さい領域では、0.65で一定とされている。なお、一次空気供給量A2の0.65という値は、あくまでも例示であって、バイオマス燃料粉砕モード時の一次空気供給量A1(すなわち1.0)よりも小さいことを意味する。なお、最低負荷運転時から定格運転時までの運転範囲にわたって、または最低負荷時から過負荷運転時までの全運転範囲にわたって、バイオマス燃料粉砕モード時に用いる一次空気供給量A1を、石炭粉砕モード時に用いる一次空気供給量A2よりも多くしても良い。

0057

石炭粉砕モード時の一次空気供給量A2は、最低負荷運転時時の燃料供給量Fが0.4以上になると、過負荷運転時の1.25に至るまで増加し、例えば図2に示したように単調に増加する。これは、石炭を乾燥する乾燥性と、石炭を搬送する搬送性を考慮したものである。すなわち、石炭は含水率が木質系ペレットなどのバイオマス燃料に比べて高いため燃料供給量Fが増加すると気化熱を増大させて乾燥性を得るために一次空気量を増加する必要がある。また、燃料供給量Fが増加すると搬送性を得るために一次空気量を増大する必要がある。

0058

石炭粉砕モード時における一次空気の温度は、例えば一次空気流路100a出口付近の制御部50によって熱ガスダンパ30c及び冷ガスダンパ30d(図1参照)を制御することで、250℃以上350℃以下に調整される。

0059

<バイオマス燃料粉砕モード>
バイオマス燃料粉砕モードにおける一次空気供給量A1は、図2において実線で示すように、ボイラ200の運転範囲の全体にわたって、すなわち最低負荷運転である0.4から過負荷運転である1.25までにわたって、1.0で略一定とされている。その理由は以下のとおりである。
粉砕されたバイオマス燃料は、石炭由来の微粉燃料である微粉炭燃料に比べて粒径が大きく回転式分級機16のブレード16a間を通過しにくいために、後述するように回転式分級機の回転速度を小さくしている。また、バイオマス燃料の粉砕燃料は、ミル10内部の隙間や気流の淀み域で堆積し易く、さらに、比重が小さく、回転式分級機16の回転速度も遅く設定される為、例えば回転式分級機16内に一次空気の気流が滞留した領域が発生し、バイオマス燃料の粉砕燃料が回転式分級機16内に堆積しても、回転式分級機16の遠心力によって除去、排出することが困難である。このため、一次空気の気流が滞留した領域を作らないこと、すなわち一次空気の流量に基づく搬送力を十分確保することが必要であり、ボイラ200が最低負荷運転などの低負荷運転であっても粉砕されたバイオマス燃料の搬送に必要な搬送力を確保するために所定値以上の一次空気供給量A1が必要となる。一方、バイオマス燃料は、微粉炭燃料に比べて含水率が低いので、一次空気による乾燥という必要性が比較的少ない。したがって、ボイラ200が定格運転などの高負荷運転となっても燃料中の水分を乾燥させるために一次空気供給量A1を増加させる必要がない。
なお、一次空気供給量A1は、略一定とされていれば良く、厳密に一定とされていなくても良い。ここで、略一定とは、例えば、ボイラ200の負荷の増加減少に対応する燃料供給量Fの増加減少の変化の前後に対して、一次空気供給量A1の増加減少の変化量の割合が±10%以下となる範囲内であれば良い。

0060

バイオマス燃料粉砕モード時における一次空気の温度は、制御部50によって熱ガスダンパ30c及び冷ガスダンパ30d(図1参照)を制御することで、石炭粉砕モード時よりも低く設定され、例えば100℃以上150℃以下に調整される。上限温度は、200℃を超えないように設定する。200℃を超えるとバイオマス燃料の発火のおそれがあるからである。なお、例えば木質系ペレットのバイオマス燃料の含水率は、製造の際に発酵防止などのために乾燥が行われ、約15w%以下とされる。

0061

バイオマス燃料粉砕モード時の一次空気供給量A1は、図3に示すように、試運転時静特性試験で決定される。具体的には、ボイラ200のバーナ220が要求とする微粉バイオマス燃料の粒径によって決定される。微粉バイオマス燃料の目標粒径d1は、例えば、以下の条件を考慮して決定される。バーナ220の燃焼性から微粉バイオマス燃料の粒径が大きくなると、バーナ220にて燃え切らずに未燃分が増加する場合がある。一方、微粉バイオマス燃料の燃焼性を向上させるために微粉バイオマス燃料の粒径を小さくするためには、例えばローラ13と回転テーブル12との間でのバイオマス燃料への押圧力を増加させるなどが必要になり、粉砕に必要な回転テーブル12の回転動力が増加して効率が低下する。このため、微粉バイオマス燃料の目標粒径d1は、例えば0.6mmから1mm程度に設定される。

0062

図3において、横軸は一次空気供給量A1を示し、縦軸はミル10からバーナ220に向けて搬送される微粉バイオマス燃料の粒径を示す。
図3に示すように、目標粒径d1は、バーナ220の燃焼性と粉砕に必要な回転テーブル12の回転動力などから決定される。また、搬送される微粉バイオマス燃料の粒径は、一次空気供給量A1を増大させるほど搬送力が増大するので搬送される粒径が増大する。一方、一次空気供給量A1を減少させるほど搬送力が減少するので搬送される粒径が減少する。したがって、一次空気供給量A1を増減させることによって、目標粒径d1に対応して搬送する一次空気供給量A1を得ることができる。

0063

試運転時の静特性試験では、図4に示すように、A/F(一次空気供給量/燃料供給量)についても検討する。
図4には、燃料供給量Fに対するA/Fが示されている。同図において、実線がバイオマス燃料粉砕モードを示し、一点鎖線が石炭粉砕モードを示す。
同図に示すように、石炭粉砕モード時及びバイオマス燃料粉砕モード時のいずれにおいても、燃料供給量Fが増加するにつれてA/Fが減少する。ただし、図2に示したように、バイオマス燃料粉砕モード時の方が石炭粉砕モード時よりも一次空気供給量Aが多いので、同じ燃料供給量Fで比較するとバイオマス燃料粉砕モード時の方が石炭粉砕モード時よりもA/Fが大きい。

0064

A/Fが大きくなると、バーナ220では空気過剰となり安定的な燃焼が維持できないおそれがある。そこで、希薄燃焼となるボイラ200の最低負荷運転時における燃料供給量F(=0.4)のときのA/Fが上限値を超えないように、バイオマス燃料粉砕モードの一次空気供給量A1を設定する。燃料供給量F(=0.4)のときのA/Fの上限値は、バーナ220の燃焼性から決定され、例えば2以上5以下とされる。また、一次空気供給量A1は、過負荷運転時にバイオマス燃料の供給量が最大時であっても、ミル10内に粉砕されたバイオマス燃料を滞留させることなくミル10から微粉バイオマス燃料を搬出してバーナ220へ搬送可能な流量に設定される。例えば、図2に示したように、石炭粉砕モード時の定格運転時以下でのバイオマス燃料粉砕モードの一次空気供給量A1は石炭粉砕モードの一次空気供給量A2より多く設定してあり、石炭粉砕モード時の過負荷運転時ではバイオマス燃料粉砕モードの一次空気供給量A1は石炭粉砕モードの一次空気供給量A2と同程度に設定する。

0065

[回転式分級機16の回転速度の制御]
次に、回転式分級機16の回転速度の制御について説明する。回転式分級機16の回転速度の制御は、制御部50によって行われる。制御部50は、ミル10の運用時に、石炭粉砕モードと、バイオマス燃料粉砕モードとを切り換えて制御する。

0066

回転式分級機16の回転速度の制御は、上述した一次空気供給量Aの制御にて第1次的に調整を行った後に、第2次的に調整を行うものである。一次空気供給量Aの制御を回転式分級機16の回転速度制御よりも優先とするのは、一次空気供給量Aの方がボイラ200のバーナ220における燃焼性能に対して直接的に影響を及ぼすからである。

0067

<石炭粉砕モード>
図5には、石炭粉砕モードにおける回転式分級機16の回転速度制御が示されている。横軸は燃料(石炭)供給量Fを示し、縦軸は回転式分級機16の回転速度を示している。
横軸において、1.0をボイラ200の定格運転時の燃料供給量Fとして規格化している。そして、一例として、ボイラ200の最低負荷運転時の燃料供給量Fを0.4とし、ボイラ200の過負荷運転の燃料供給量Fを1.25としている。したがって、ボイラ200の運転範囲は、0.4以上1.25以下となる。なお、ボイラ200の最低負荷運転時と過負荷運転時の数値は、あくまでも例示であって、ボイラ200に応じて種々設定される。
縦軸において、後述するバイオマス燃料粉砕モードにおけるボイラ200の最低負荷運転時の回転式分級機を1.0として規格化されている。

0068

石炭粉砕モードにおける回転式分級機16の回転速度は、微粉と粗粉の分級を促進してバーナ220の燃焼性を確保するように粒度が小さな微粉炭を供給できるように設定されている。このため石炭粉砕モードにおける回転式分級機16の回転速度は、バイオマス燃料粉砕モードにおける回転式分級機16の回転速度(1.0)よりも高く設定されている。最低負荷運転時である0.4よりも燃料供給量Fが小さいときは、回転式分級機16の回転速度を5.0程度としておき、最低負荷運転時である0.4に増大するにつれて8.0まで回転速度を上昇させるようにしている。このように低負荷側から最低負荷運転時に至るまで回転式分級機16の回転速度を増加させる理由は以下の通りである。
すなわち、最低負荷運転よりも小さい負荷運転の場合には、最低負荷運転時よりも大きい負荷運転時の回転式分級機16の回転速度(8.0)と同様の回転速度を用いて石炭を粉砕すると、回転式分級機16を通過できるよう粉砕されたミル10内の石炭が細かくなりすぎ、石炭に含まれる炭素が個体潤滑剤の働きをして摩擦力が低下し、回転テーブル12に対してローラ13がスリップをして振動を発生するなど所望の粉砕ができなくなる可能性があるからである。このために、石炭粉砕モード時には、最低負荷運転よりも小さい場合には回転式分級機16の回転速度を下げて、本実施形態では回転速度を5.0程度とすることとしている。

0069

燃料供給量Fが0.4から定格運転である1.0を超えた1.1程度までは、回転式分級機16の回転速度は8.0で略一定とされる。
また、図2で示した通り、燃料供給量Fが増大すると一次空気供給量A2が増加させることで粉砕された石炭の搬送性が高くなるため、バーナ220へ供給する微粉炭燃料が所定粒径となる(分級できる)ように、燃料供給量Fが0.4から定格運転である1.0を超えた1.1までは、一次空気供給量A2の増加に応じて、回転式分級機16の回転速度を少しずつ増加させて、バーナ220へ供給する微粉炭燃料中の粗粉が増加を抑制するようにしてもよい。
燃料供給量Fの上限を、定格運転を超えた1.1としているが、定格運転である1.0でも良く、運用に応じて適宜設定される。

0070

回転式分級機16の回転速度は、試運転時の静特性試験にて、ミル10出口からバーナ220へ供給する微粉炭の粒径と微粉炭流量から、ボイラ200のバーナ220で安定した燃焼性が得られる適正な回転速度を選定することによって決定される。回転式分級機16の回転速度は、例えば、90rpm以上180rpm以下とされる。なお、燃料供給量Fの増加に応じて回転式分級機16の回転速度を漸次増加する制御としても良い。

0071

燃料供給量Fが定格運転を超えた1.1から1.25までの過負荷運転時には、破線に示すような一定回転速度ではなく、実線で示すように回転式分級機16の回転速度は燃料供給量Fの増大に応じて減少させるようにする。これは、燃料供給量Fが増加するとミル10の回転テーブル12の回転動力が増大し、ミル10の動力仕様制限を超えないようにするためである。すなわち、燃料供給量Fが増加すると、回転式分級機16で分級される粗粒燃料の量が増加して、回転テーブル12への粗粒燃料の落下量が増加する。そうすると、回転テーブル12の動力が増大してミル10の運用管理がされている動力制限に近づくので、回転式分級機16の回転速度を低減させることを行う。これにより、粗粒燃料も回転式分級機16を通過して下流側のバーナ220へと搬送されて、回転テーブル12への粗粒燃料の落下量の増加を抑制する。一方では、バーナ220での燃焼性を維持できる粗粒燃料の許容レベルを超えるために燃焼性を低下させることになる。バーナ220にて粗粒燃料が増加して燃焼を行うことで、バーナ220での燃焼性は若干低下する場合があるが、燃料供給量Fが定格運転を超えた1.1から1.25までの過負荷運転時の頻度は少なく短時間であるので、発電プラント1としてほとんど影響することなく、ミル10の動力制限を優先して管理することができる。

0072

<バイオマス燃料粉砕モード>
図6には、バイオマス燃料粉砕モードにおける回転式分級機16の回転速度制御が示されている。横軸と縦軸は図5と同様である。
図6に示したように、バイオマス燃料粉砕モードでは、回転式分級機16の回転速度は、燃料供給量Fが最低負荷である0.4から過負荷である1.25までにわたって、1.0で略一定とされている。これは、粉砕されたバイオマス燃料は、石炭由来の微粉炭燃料に比べて粒径が大きく回転式分級機16のブレード16a間を通過しにくい。このため、回転式分級機16の回転速度を小さく設定している。また、比重が小さいので、気流の淀み域で堆積したものは、回転式分級機16によって遠心力を与えても遠心力が小さく回転式分級機16から排出することができないため、回転式分級機内に留まり蓄積しやすく、ミル10から回転式分級機16を通過して出口19から排出されにくい。このため、ボイラ200の負荷運転が増大するにしたがいバイオマス燃料の投入量を増大させた場合に、回転式分級機16の回転速度を増大して粗粒の分級を促進すると、回転式分級機16からボイラ200側へ供給される微粉バイオマス燃料の供給量が負荷に見合ったように増大することはなく、むしろミル10内部で回転式分級機16にて叩き落された粗粒バイオマス燃料の密度が増加してミル10の負荷だけが上昇する可能性がある。また、バイオマス燃料粉砕モードにおける回転式分級機16の回転速度は小さいために、回転式分級機16の回転速度の制御に必要な単位は0.1rpmから1rpmレベルと細かくなり実質的な制御を行えない。そこで、ボイラ200の負荷が増大しても略一定の回転速度で回転式分級機16を運用しながら、ボイラ200の負荷の増大に見合った微粉バイオマス燃料を供給することとした。

0073

ここで、略一定とは、例えば、ボイラ200の負荷の増加減少に対応する燃料供給量Fの増加減少の変化の前後に対して、回転式分級機16の回転速度の増加減少の変化量の割合が±10%以下となる範囲内であれば良い。回転速度の制御精度から、略一定とされた回転速度は最低負荷運転時の回転式分級機16の回転速度から±1rpmの範囲内であってもよい。すなわち、バイオマス燃料粉砕モードにおける回転式分級機16の回転速度は、±1rpmの範囲内で略一定とされ、中央値は例えば10rpm以上30rpm以下とされる。また、バイオマス燃料粉砕モード時における回転式分級機16の回転速度は、石炭粉砕モード時よりも小さくされている。これは、粉砕されたバイオマス燃料は、石炭を粉砕した場合に比べて粒子径が大きく回転式分級機16のブレード16a間を通過しにくいためである。また、粉砕された石炭に比べて粉砕されたバイオマス燃料の方が軽量であるため、粉砕されたバイオマス燃料は、回転式分級機16のブレード16aの回転により生じる粉砕されたバイオマス燃料への遠心力が小さい。このため、一次空気の気流による向心力の作用が大きくなり、粉砕されたバイオマス燃料の粗粉を含む微粉がブレード16aの間を通過し、回転式分級機16内に入り込みやすくなる。このとき回転式分級機16内に一次空気の気流の淀みが有ると、粉砕されたバイオマス燃料の粗粉を含む微粉が滞留するが、粉砕されたバイオマス燃料の粗粉を含む微粉に作用する遠心力が小さいために、回転式分級機16内に蓄積されて排出されにくく、ミル10内部から回転式分級機16を通過して出口19からバーナ220へと供給されにくくなる。このために、回転式分級機16の回転速度を小さくして、一次空気の流れを障害しないようにして、一次空気による搬送を促進させる。

0074

バイオマス燃料粉砕モードでは、石炭粉砕モード(図5参照)と異なり、最低負荷よりも小さい負荷の場合に、回転式分級機16の回転速度を落とすことなく略同一の回転速度を用いている。これは、バイオマス燃料の場合は、石炭のように過剰に細かく粉砕されることはなく、また石炭のようにローラ13が回転テーブル12に対してスリップするおそれがないからである。

0075

図7には、バイオマス燃料粉砕モードにおける回転式分級機16の一定とされた回転速度を決定する考え方が示されている。同図において、横軸は回転式分級機16の回転速度を示し、縦軸は回転式分級機16を通過して搬送される微粉燃料の粒径を示す。

0076

回転式分級機16の回転速度は、ボイラ200のバーナ220が必要とする微粉バイオマス燃料の最大粒径によって決定される。バーナ220の燃焼性から、微粉バイオマス燃料の粒径が大きくなると、バーナ220にて燃え切らずに未燃分が増加し、小さくなるとミル10の差圧や消費動力が増大するので、これを考慮して決定される。微粉燃料の目標粒径(1.0)が決まると、この目標粒径を満たすように回転式分級機16の回転速度が調整される。具体的には、図7に示すように、回転式分級機16の回転速度を増加させると一次空気とともに後工程へと搬送される微粉バイオマス燃料の粒径は小さくなり、回転式分級機16の回転速度を減少させると一次空気とともに後工程へと搬送される微粉バイオマス燃料の粒径は大きくなるという特性を用いて、回転式分級機16の回転速度を適正値(1.0)に決定する。本実施形態では、例えば微粉バイオマス燃料の目標粒径は、例えば0.6mmから1mm程度に設定される。

0077

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
粉砕されたバイオマス燃料は、石炭由来の微粉燃料である微粉炭燃料に比べて粒径が大きく回転式分級機16のブレード16a間を通過しにくい。また、比重が小さく、軽量であるため、一旦回転式分級機16内に入って搬送ガスの気流が滞留した領域では、粉砕されたバイオマス燃料への遠心力が小さいために、蓄積されて排出されにくい。従い、回転式分級機16を通過して後流のバーナ220へ搬送して供給されにくい。このため、ボイラ200の負荷が増大するに従い、バイオマス燃料の投入量を増大させると同時に、回転式分級機16の回転速度も増大させると、回転式分級機16からボイラ側へ供給される微粉燃料の供給量が負荷に見合ったように増大しない。そこで、ボイラ200の負荷が増大しても略一定の回転速度で回転式分級機16を制御することで、ボイラ200の負荷の増大に見合った微粉燃料を供給することができる。また、回転式分級機16の回転速度を略一定として制御できるので、簡便な制御を実現することができる。

0078

ボイラ200のバーナ220には、所望の燃焼性を得るために許容できる微粉バイオマス燃料の粒径が存在する。例えば、粒径が所定値よりも大きいと、微粉バイオマス燃料をボイラ200内で完全に燃焼させることができずに未燃分が発生することになる。そこで、回転式分級機16の回転速度の目標値をバーナ220が必要とする微粉バイオマス燃料の粒径によって決定することとした。これにより、バーナ220の燃焼性能をもとに、微粉バイオマス燃料をボイラ200内で良好に燃焼させることができる回転式分級機16の回転速度の目標値を容易に決定することができる。

0079

石炭を粉砕して微粉炭にするときは石炭用の回転式分級機16の回転速度を用いることとし、バイオマス燃料を粉砕して微粉バイオマス燃料にするときはバイオマス燃料用の回転式分級機16の回転速度を用いることとした。これにより、石炭とバイオマス燃料とを切り換えて使用できる固体燃料粉砕装置100を提供することができる。

0080

粉砕されたバイオマス燃料は、石炭由来の微粉炭燃料に比べて粒径が大きく軽量なため、回転式分級機16を通過して後流のボイラへ供給されにくく、搬送性が良くない。そこで、バイオマス燃料粉砕モード時における回転式分級機16の回転速度を、石炭粉砕モード時における回転式分級機16の回転速度よりも小さくすることで、搬送ガスの流れを阻害することなく搬送性を向上させて、後流の燃焼装置へより確実に供給されることができる。

0081

石炭を粉砕する場合、ボイラ200の最低負荷よりも小さい負荷でミル10を運転する場合に、ボイラ200の運転範囲における回転式分級機16の回転速度と同様の回転速度を用いて石炭を粉砕すると、回転式分級機16を通過できるよう粉砕されたミル10内の石炭が細かくなりすぎ、石炭に含まれる炭素が個体潤滑剤の働きをして摩擦力が低下し、回転テーブル12に対してローラ13がスリップをして振動を発生するなど所望の粉砕ができなくなる可能性がある。そこで、図5に示したように、石炭粉砕モード時には、最低負荷運転よりも小さい場合には回転式分級機16の回転速度を下げることとした。
これに対して、粉砕されたバイオマス燃料の場合は、粉砕された石炭のように過剰に細かく粉砕されることはなく、石炭のようにローラ13が回転テーブル12に対してスリップする恐れが少ないので、ボイラ200の最低負荷運転よりも小さい場合であっても、回転式分級機16の回転速度をボイラ200の運転範囲のときと同じとした(図6参照)。これにより、バイオマス燃料粉砕モードのときの回転式分級機16の回転速度制御が簡便となる。

0082

1発電プラント
10ミル
11ハウジング
12 回転テーブル
13ローラ(粉砕ローラ)
14 駆動部
16回転式分級機
16aブレード
17燃料供給部
18モータ
19出口
20給炭機
21バンカ
22 搬送部
23 モータ
24ダウンスパウト部
30送風部(搬送ガス供給部)
30a熱ガス送風機
30b冷ガス送風機
30c 熱ガスダンパ
30d 冷ガスダンパ
40状態検出部
41 底面部
42天井部
45ジャーナルヘッド
47支持アーム
48支持軸
49押圧装置
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(燃焼装置)
A一次空気供給量
A1 (バイオマス燃料粉砕モード時の)一次空気供給量
A2 (石炭粉砕モード時の)一次空気供給量
d1 (バイオマス燃料の)目標最大粒径
F 燃料供給量

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