JP6057146B2 - 粉砕システム - Google Patents

Description

本発明は、竪型粉砕機を使用した粉砕システムに係わり、特に竪型粉砕機内のガスを吸引して被粉砕物と共に取り出す負圧型の竪型粉砕機を使用した粉砕システムに関する。

従来から、セメントキルンやボイラー等の燃料として石炭が多用されているが、通常、燃料として使用される石炭は、燃焼効率を高めるために微粉末にされた石炭、所謂、微粉炭である。ここで、石炭を粉砕して微粉炭にする装置として、竪型粉砕機（竪型ミル、或いは竪型ローラミルと称されることもある）と呼ばれる粉砕機が周知であり、一般的に使用されている。例えば、石炭を被粉砕物とし、竪型粉砕機で粉砕して燃料用の微粉炭としてからキルンに燃料として供給するシステムとして、特許文献１に開示されたようなシステムが公知である。

特開２００９−２０２０７９号公報

ここで、特許文献１に開示されたシステムの基本構成は、所謂、ビンシステムと呼ばれる粉砕システムであって、特許文献１においては、石炭の粉砕システムを、ボイラーやセメントキルン等の燃焼装置に対する燃料供給システムとして使用している。
なお、ビンシステムとは粉砕機で粉砕した微粉炭を、一旦、ホッパ等に貯蔵することにより、燃焼装置の状況に合わせて必要な量だけ供給するシステムである。ホッパ等の貯蔵瓶に、一旦、微粉炭を貯蔵することから、ビン（瓶）システムと呼ばれている。

図３に、ビンシステムで使用される従来型の粉砕システム２００の１例について、その構成を示す。原料ホッパ２５０内の石炭は、竪型粉砕機２０１で粉砕されて微粉炭となった後に、含塵ガスとしてガスと共に機外に取り出される。取り出された微粉炭は、集塵機２７０（図３に示す形態においてはバグフィルタ）に送られて、そこでガスと分離されて捕集される。集塵機２７０で捕集された微粉炭は、貯蔵ビン２８０に、一旦、貯蔵された後、燃料として使用される。

なお、石炭の微粉砕に使用される竪型粉砕機２０１としては、一般的に、エアスエプト方式と呼ばれるタイプの竪型粉砕機２０１が使用されることが多い。エアスエプトタイプの竪型粉砕機２０１において、原料投入口２３５から投入された石炭は、粉砕ローラと回転テーブルの間で粉砕された後、機内に設置された回転式分級機等を介して、微粉炭となって機外に取り出される。このタイプの竪型粉砕機２０１は、原料を細かく微粉砕できると言う点で優れた方式である。

ここで、図３で前述したシステムは、基本的に竪型粉砕機２０１で製造した微粉炭を、集塵機２７０で捕集し、一旦、貯蔵ホッパ（貯蔵タンク）等のビンに貯蔵する。しかしながら、微粉炭は、着火しやすく、火災や爆発の危険性があるから、微粉炭を捕集して、貯蔵する粉砕システムは、その安全管理が極めて重要になる。万一、微粉炭が着火して火災或は爆発等すれば、極めて重大な事故となるので、特別に厳重な注意が必要であった。

ここで、竪型粉砕機２０１の構造について説明すれば、構造上、機内に粉砕ローラ、又回転式分級機等が配されており、機内に多数の回転部等が存在する。そして、竪型粉砕機２０１の機内に配されている回転部に配した軸受け等に含塵ガスが入り込むと、含塵ガスの中の粉塵が、回転部の軸受等を磨耗させて損傷の原因となる。

この問題を防止する方法として、パージガスを利用する方法が知られており、従来技術においては、パージガスを回転部等に流して含塵ガスが侵入しないように保護していた。
しかしながら、パージガスとして空気を利用すると機内の酸素濃度が高まって火災や爆発の危険性が高まるから、従来技術においては、それを避けるために、パージガスとして窒素ガス等の不活性ガスを使用する必要があって、その維持管理にコストと手間がかかるという問題点があった。特に亜炭を含む石炭を被粉砕物として粉砕する場合においては、亜炭の中に揮発性の高い成分が大量に含まれているから、粉砕後において被粉砕物の可燃性が高く、前述の問題が顕著である。

また、機内のガスを吸引して被粉砕物と共に取り出す負圧型の竪型粉砕機２０１を使用した従来技術の粉砕システム２００は、構造上、外気（空気）が機内に吸引されやすく、外気が機内に入りやすい構造となっている。しかしながら、仮に、竪型粉砕機１内に外気が吸引されれば、酸素分が増えて着火しやすくなるので、前述した火災や爆発等の原因にもなりかねない。

従って、従来技術の竪型粉砕機２０１を使用した粉砕システム２００においては、外気が入り込みそうな部分（例えば、粉砕ローラ３のスイングレバー６とケーシング１Ｂの間の隙間）から外気が侵入するのを防ぐパージガスとして、不活性ガス等を送給して使用していた。そのため、その維持管理にコストと手間がかかるという問題点があった。

なお、石炭等の引火性ある被粉砕物を粉砕する以外のケースであっても、外気が機内に侵入して問題が生じるケースがある。例えば、生石灰は水分管理が重要であり、水分量が多くなると著しい品質の劣化を引き起こす。そのため、生石灰を粉砕する場合において、外気が機内に侵入すると、外気に含まれている水分が作用して、生石灰の品質に問題が発生する可能性がある。従って、そのような場合には、外気が侵入するのを防ぐパージガスとして、乾燥ガスが使用されており、その維持管理にコストと手間がかかるという問題点があった。

本発明は、以上、説明したような問題点に鑑みてなされたものであり、システム構成が簡単で、竪型粉砕機内にパージガスとして導入する不活性ガスや乾燥ガスについて、システム外から新たに機内に供給するガスの供給量を最少限に抑えることのできる粉砕システムを提供することを目的とする。

（１） 上記の目的を達成するため、本発明による粉砕システムは、
竪型粉砕機、集塵機、吸引ファンを備えて、竪型粉砕機の上部に形成された製品取出口に集塵機を介して接続した吸引ファンによって竪型粉砕機の機内を吸引することにより、竪型粉砕機内の含塵ガスを取り出して集塵機に送給するとともに、該含塵ガスを集塵機で被粉砕物とガスに分離して、該分離したガスの一部を循環ガスとし該竪型粉砕機にパージガスとして送給する粉砕システムであって、該循環ガスを不活性ガス又は乾燥ガスとし、パージガスの供給口に供給された循環ガスを、粉砕ローラの回転軸を保護するためのパージガス、回転式分級機の軸受部を保護するためのパージガス、粉砕ローラのスイングレバーとケーシングの間の隙間から外気が入るのを遮断するためのパージガスとして使用する。

（２） （１）に記載の竪型粉砕機の粉砕システムにおいて、前記竪型粉砕機が内部に分級機を備えて、該竪型粉砕機の下部に形成されたガス供給口から導入したガスによって、被粉砕物を回転テーブル上方に吹き上げることにより、回転テーブル上方に配した分級機により粗粉と微粉に分離して、該微粉を含塵ガスとしてガスとともに機外に取り出す。

（３） （１）又は（２）のいずれか１項に記載の竪型粉砕機の粉砕システムにおいて、
前記被粉砕物が亜炭を含む石炭の場合には前記ガスを不活性ガスとし、前記被粉砕物が生石灰の場合には前記ガスを乾燥ガスとする。

本発明による粉砕システムによれば、パージガスとして竪型粉砕機の機内に導入する不活性ガスや乾燥ガスについて、システム外から新たに供給するガスの供給量を最少限に抑えて、粉砕システムの効率的な運転をすることが可能である。

本発明に係わる粉砕システムの１例を説明する図である。 本発明に使用する竪形粉砕機の１例について要部断面である。 従来技術による粉砕システムを説明する図である。

以下、図面等に基づいて本発明の実施形態の好ましい１例を詳細に説明する。
図１及び図２は本発明の実施形態に係わり、図１は粉砕システムの構成を説明する図であり、図２は粉砕システムに使用した竪型粉砕機の構造を説明する要部断面図である。図３は従来技術に係わる粉砕システムの構成について１例を説明する図である。

以下、図１を用いて本実施形態に係わる粉砕システム１００の構成について、その好ましい１例を説明する。
図１に示した粉砕システム１００は、石炭を被粉砕物（原料と称することもある）とした粉砕システム１００であり、原料ホッパ５０、竪型粉砕機１、集塵機７０、吸引ファン９０、貯蔵ビン８０等を備えている。
ここで、原料ホッパ５０は、原料ホッパ５０の上部に形成した図示しない原料投入口から、原料ホッパ５０内に投入された塊状の石炭を、内部に貯蔵して、原料ホッパ５０の下部に形成した下部取出口から排出することができる構成となっている。
なお、図１に示す原料ホッパ５０については、下部取出口に図示しない開閉用の蓋が設置されており、指令信号に基づいて、下部取出口の開閉状態を自由に制御できる構成となっている。

また、図１に示した粉砕システムにおいては、ベルトコンベヤタイプの搬送機構を備えており、ベルトコンベヤ上に供給した石炭を、竪型粉砕機１の原料投入口３５に供給する構成となっている。

竪型粉砕機１の構造については後述するが、図１に示す粉砕システム１００の実施形態においては、竪型粉砕機１の上部取出口３９に、集塵機７０、及び、集塵機７０を介して吸引ファン９０が接続されている。そして、吸引ファン９０で竪型粉砕機１内を吸引することによって、機内を浮遊する被粉砕物（本実施形態においては粉砕されて微粉となった石炭）と、機内を流れるガスを合わせて含塵ガスとし、上部取出口３９から取り出す構成となっている。なお、詳細は後述するが含塵ガスは集塵機７０で微粉炭とガスに分離される。

そして、図１においては、竪型粉砕機１のガス導入口Ｃに吸引ファン９０の送風口が接続されており、竪型粉砕機１内から集塵機７０を介し吸引して取り出したガスの一部（循環ガスと称する）を、バルブＶ２等を介して、ガス供給口Ｃに送給する構成となっている。また、竪型粉砕機１の機内においては、回転テーブル２の下方に形成したガス導入口Ｃから上部取出口３９に向かって流れる気流が形成されており、竪型粉砕機１で粉砕された石炭は、気流に搬送されて、微粉炭として上部取出口３９からガスと共に含塵ガスとして取り出される。そして、上部取出口３９からガスと共に取り出された微粉炭は、集塵機７０に捕集された後、ゲート部Ｇ１を介して貯蔵ビン８０に貯蔵される構成となっている。

ここで、本実施形態において、図１において、ガス供給口Ａ及びガス供給口Ｂとして示したパージガスの供給口について、例えば、粉砕ローラ３の回転軸を保護するためのパージガス、回転式分級機１３の回転部を保護するためのパージガス、或いは、粉砕ローラ３のスイングレバー６とケーシング１Ｂの間の隙間から外気が入るのを遮断するためのパージガスとして、循環ガスを使用するためのガス供給口である。本実施形態においては、竪型粉砕機１内から集塵機７０を介して吸引し取り出した循環ガスを、バルブＶ２又バルブＶ３等を介して、ガスの供給口Ａ又Ｂに送給する構成となっている。

以下、本実施形態に係わる竪型粉砕機１の好ましい構成について説明する。
図２に示すように、本実施形態で使用する竪型粉砕機１は、その外郭を形成するケーシング１Ａ及び１Ｂ、並びに、竪型粉砕機１の下部に設置された減速機２Ｂと駆動モータ２Ｍ（モータ２Ｍと略して称することもある）、前述の減速機２Ｂと駆動モータ２Ｍによって駆動される回転テーブル２、コニカル型の粉砕ローラ３等を備えている。
また、図３に示す竪型粉砕機１は、回転テーブル２の中央部上方に、原料投入口３５が設けられて、原料投入口３５から投入された被粉砕物は、シュートを介して、回転テーブル２の中央部に供給される構成となっている。

なお、図１に示す竪型粉砕機１において、粉砕ローラ３は、回転テーブル２の上面（回転テーブル上面２Ａと称することもある）に複数個（本実施形態においては２個）が配されて、回転テーブル２の方向に押圧されるよう構成されている。粉砕ローラ３は、回転テーブル２が回転することにより、回転テーブル２に対して、原料を介して従動して回転する。

また、本実施形態に使用した竪型粉砕機１は、駆動モータ２Ｍの駆動用電源としてインバータ電源を備えて、運転中、回転テーブル２の回転速度が任意に変更可能な可変速式の竪型粉砕機１であり、制御装置２０によって回転数を自在に制御できる。そして、回転数については、図示しない回転計により、駆動モータ２Ｍの回転数を常に計測できる構成となっており、減速機構等を介して回転している回転テーブル２の回転数を常に把握して制御することが可能な構成となっている。

また、図２に示した竪型粉砕機１においては、前記シュートの周りに、回転筒を配し、該回転筒に、支持部材を介して、上下方向に延びる複数枚の羽根を環状に配列した分級羽根を配設することによって、回転式分級機１３を形成している。前記回転筒は、竪型粉砕機１の上部に設置された図示しない駆動モータにより駆動され、自在に回転する構成となっている。従って、回転式分級機１３は、竪型粉砕機１の上部に設置された図示しない駆動モータにより駆動され、自在に回転する構成となっている。

また、本実施形態における竪型粉砕機１には、固定式の分級機機構として一次分級羽根１４が配されており、さらに、一次分級羽根１４と回転テーブル２との間に漏斗状のコーン１９が配されている。コーン１９は、その上部分の形状が、中空の略逆円錐台形状となっており、その形状は下方に進むほど径が小さく、上方に進むほど径が大きくなっている。そして、その上端部が、機内上部に環状に並べられて設置された一次分級羽根１４の下方に配されている。

前述したように、本実施形態に使用した竪型粉砕機１は、回転テーブル２の下方にガスを導入するためのガス供給口Ｃを設けており、ガス供給口Ｃには機内にガスを導入するため吸引ファン９０の送風口が接続されている。
そして、竪型粉砕機１の上部には、回転テーブル上方に該ガスと共に製品を取り出すための上部取出口３９を設けており、竪型粉砕機１は前述の構成によって、上部取出口３９から機内のガスを吸引することにより、ガス供給口Ｃから機内にガスを導入し、回転テーブル２下方から一次分級羽根１４並びに回転式分級機１３を介して、上部取出口３９へと流れるガスの気流を形成する構成となっている。

なお、回転テーブル２上で粉砕された原料は、前記ガスにより吹き上げられてケーシング内を上昇し、一次分級羽根１４方向に流れるが、径が大きく重量の大きな原料は分級機１４まで到達できず、或いは、到達しても一次分級羽根１４と回転式分級機１３を通過できずに落下することによって、竪型粉砕機１内を上下に循環して、所望する粒径の微粉炭となるまで繰り返し粉砕される循環原料となる。
そして、一次分級羽根１４並びに回転式分級機１３を通過した微粉炭は、上部取出口３９から製品として取り出される。

ここで、本実施形態においては、ガス供給口ＡびＢで示したパージガスの供給口に循環ガスを供給し、粉砕ローラ３の回転軸を保護するためのパージガス、回転式分級機１３の軸受部を保護するためのパージガス、又、粉砕ローラ３のスイングレバー６とケーシング１Ｂの間の隙間から外気が入るのを遮断するためのパージガスとして、循環ガスを使用する構成となっている。

以下、前述した竪型粉砕機１を使用した粉砕システム１００の運転方法ついて、その好ましい１例を、以下、簡略に説明する。
なお、図１上に記載したバルブＶ１からＶ４について、通常の連続運転中において開の状態であり、吸引ファン９０から送給した循環ガスが、竪型粉砕機１のＡ、Ｂ、Ｃに送給されて流れる状態にある。バルブＶ５及びバルブＶ６については、循環ガスとして使用する不活性ガスの量が、通常運転するに際して少ない、或いは多すぎるときに開として使用するものであり、例えば、運転開始時において、機内をながれるガスを空気から不活性ガスに変えたいときには、Ｖ６を開いて機内に窒素ガスを導入するとともに、Ｖ５を開いて機内の空気を外部に排出することにより、機内のガスを不活性ガスに置き換えることが可能である。

以下、原料が石炭（本実施形態においては亜炭を含む石炭）の場合の粉砕工程を説明する。原料ホッパ５０に貯えられている塊状の石炭は、原料ホッパ５０の下部取出口から排出されて、ベルトコンベヤを介して竪型粉砕機１の原料投入口３５に供給される。
竪型粉砕機１に投入された塊状の石炭は、原料供給口３５から、シュートを介して、回転テーブル２の中央付近に投入される。そして、回転テーブル２の中央付近に投入された原料は、渦巻き状の軌跡を描きながら、回転テーブル２の外周側に移動して、回転テーブル２と粉砕ローラ３の間に噛み込まれ粉砕される。そして、回転テーブル２と粉砕ローラ３に噛み込まれて粉砕された原料は、回転テーブル２の外縁部に周設されたダムリング１５を乗り越えて、回転テーブル上面２の外周部とケーシングとの隙間である環状通路３０（環状空間部３０と称することもある）へと向かう。

前述したように竪型粉砕機１内では、運転中に、ガス供給口Ｃよりガス（本実施形態においては窒素）を導入することによって、回転テーブル２の下方から分級機１４を通過して上部取出口３９へと流れるガスの気流が形成されている。
従って、回転テーブル２上で粉砕された原料は、前記ガスにより吹き上げられてケーシング１内を上昇するが、径が大きく重量の大きな原料は一次分級羽根１４まで到達できずに、或いは、又、一次分級羽根１４と回転式分級機１３を通過できずに落下することによって、竪型粉砕機１内で再度粉砕される循環原料となる。

なお、ガスにより吹き上げられてケーシング１内を上昇し、一次分級羽根１４と回転式分級機１３を通過した径の小さな原料（所望する粒径の微粉炭）は、上部取出口３９から含塵ガスとしてガスと共に取り出される。

上部取出口３９から取り出された含塵ガスは、集塵機７０に送給されて、そこで含塵ガスの中の原料が微粉炭として取り出される。
微粉炭が取り除かれた後のガスは、バルブＶ１を通過して吸引ファン９０に吸引されて、その送風口から一部がバルブＶ２を介して循環ガスとして送風されて、竪型粉砕機１に送給される。本実施形態においては、バルブＶ２を介して竪型粉砕機１に送給された循環ガスは、機内にガスの気流を作るためにガス供給口Ｃに送給される以外にも、バルブＶ３或いはバルブＶ４を通過して、ガス供給口Ａ及びＢで示したパージガスの供給口に循環ガスが供給される。

ガス供給口Ａ及びＢで示したパージガスの供給口に供給された循環ガスは、粉砕ローラ３の回転軸を保護するためのパージガス、回転式分級機１３の軸受部を保護するためのパージガス、粉砕ローラ３のスイングレバー６とケーシング１Ｂの間の隙間から外気が入るのを遮断するためのパージガスとして使用される。

従来技術においては、パージガスとして循環ガスを使用しておらず、循環ガス以外の新たな不活性ガスをパージガスとしてシステム外から供給して使用していたから、結果として必要な不活性ガスの量が増え、効率的な運転を阻害していた。
本実施形態による竪型粉砕機１の粉砕システム１００によれば、例え、パージガスの使用量が多く必要であったとしても、機内からの循環ガスを最大限に利用することによって、システム外から新たに導入する不活性ガスの使用を最少限に抑えることができる。
なお、特に、亜炭を含む石炭は着火性が高いので、機内の酸素濃度管理が需要であり、パージガスとして使用する不活性ガスの使用量が多くなるので、循環ガスを利用することによる効果が大きいので好ましい。

同様に生石灰は、機内の水分管理が需要であり、パージガスとして使用する乾燥ガスの使用量が多くなるので、循環ガスを利用することによる効果が大きく、好ましい。
また、被粉砕物によっては、粉砕中に乾燥ガスにより乾燥させた方が良いものもあり、例えば、水分量が多くゲル状になった被粉砕物を竪型粉砕機で乾燥させながら粉砕するような場合もあり、そのようなケースにおいて、本実施形態の粉砕システムを利用することは好適である。

以上のように本願発明に係わる竪型粉砕機の粉砕システムによれば、回転部等の構造が含塵ガスにより損傷する可能性が高い竪型粉砕機においても、パージガスとして循環ガスを最大限に利用することにより、システム外から新たに供給する不活性ガスや乾燥ガスの使用量を最少限に抑えることが可能である。

１ 竪型粉砕機
２ 回転テーブル
３ 粉砕ローラ
１３ 回転式分級機
１４ 一次分級羽根
３５ 原料投入口
３９ 上部取出口
５０ 原料ホッパ
７０ 集塵機
８０ 貯蔵ビン
９０ 吸引ファン
１００ 粉砕システム
Ａ ガス供給口（パージガス用）
Ｂ ガス供給口（パージガス用）
Ｃ ガス供給口

Claims (3)

1. 竪型粉砕機、集塵機、吸引ファンを備えて、竪型粉砕機の上部に形成された製品取出口に集塵機を介して接続した吸引ファンによって竪型粉砕機の機内を吸引することにより、竪型粉砕機内の含塵ガスを取り出して集塵機に送給するとともに、該含塵ガスを集塵機で被粉砕物とガスに分離して、該分離したガスの一部を循環ガスとし該竪型粉砕機にパージガスとして送給する粉砕システムであって、該循環ガスを不活性ガス又は乾燥ガスとし、パージガスの供給口に供給された循環ガスを、粉砕ローラの回転軸を保護するためのパージガス、回転式分級機の軸受部を保護するためのパージガス、粉砕ローラのスイングレバーとケーシングの間の隙間から外気が入るのを遮断するためのパージガスとして使用することを特徴とした粉砕システム。
2. 前記竪型粉砕機が内部に分級機を備えて、該竪型粉砕機の下部に形成されたガス供給口から導入したガスによって、被粉砕物を回転テーブル上方に吹き上げることにより、回転テーブル上方に配した分級機により粗粉と微粉に分離して、該微粉を含塵ガスとしてガスとともに機外に取り出す請求項１に記載の粉砕システム。
3. 前記被粉砕物が亜炭を含む石炭の場合には前記ガスを不活性ガスとし、前記被粉砕物が生石灰の場合には前記ガスを乾燥ガスとする請求項１又は請求項２に記載の粉砕システム。

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