JP6500066B2 - バイオマスミル - Google Patents

Description

本発明は、木質系バイオマスを粉砕し、ボイラ燃料として使用可能なバイオマス粒子を生成するバイオマスミルに関する。

近年、この種のバイオマスミルとして、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次空気を噴出する吹出し口と、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、縮流部とを具備し、該縮流部は前記シュートを囲む内側縮流部と、前記ハウジングの内周面の前記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、前記内側縮流部と前記外側縮流部との間に縮流流路が形成され、前記内側縮流部が前記縮流流路の上端より上方に延出する円錐台部と、該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ものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１によれば、従来のバイオマスミルは、上記のように構成されているので、縮流部を介して木質系バイオマスの粉体流が増速されることで、分級室内での粉体の滞留時間が短縮され、ミル差圧の上昇が抑制されて粉砕容量の増大が図れると共に、内側縮流部上への粉体の堆積が防止され、粉体の分級室内への残留が防止されて、安全性の向上を図ることができる、とされている。また、特許文献１によれば、バイオマスミルは、石炭粉砕用の石炭ミルを基本とした粉砕装置とすることで、大きな改良や設備変更をすることなく低コストで実施できる、とされている。

特開２０１７−４７３８３号公報

しかしながら、従来のバイオマスミルは、粉砕テーブルと分級機との間に、１〜２ｍｍ程度の大きさまで粉砕されたバイオマス粒子のみを通過可能な縮流流路を有する縮流部が形成されており、粒径の大きな粗粒子や未粉砕のまま１次空気で吹き上げられた木質系バイオマスについては、縮流部の下面に衝突させて粉体流より分離し、粉砕テーブル上へと再度落下させる構成となっている。

このため、従来のバイオマスミルは、粉砕テーブル上に多量の木質系バイオマスが溜まりやすく、目的物であるバイオマス粒子を効率よく製造することが難しく、ミル内の圧力損失及び木質系バイオマスの粉砕動力も増加しやすい。また、従来のバイオマスミルは、粉砕テーブル上に多量の木質系バイオマスが溜まりやすいことから、木質系バイオマスに含まれる揮発成分がミル内で高濃度になりやすく、ミル内での発火も危惧される。従って、従来のバイオマスミルは、これらの点において更なる改善の余地がある。

そこで、本発明は、木質系バイオマスを高効率かつ安全に粉砕可能なバイオマスミルを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、代表的な本発明は、ハウジングの下部に配置された回転テーブルと、前記回転テーブルとの間で木質系バイオマスを粉砕する粉砕ローラと、前記回転テーブルと前記ハウジングとの間に設けられた１次空気の吹出し口と、前記回転テーブルの上面中心部に原材料である木質系バイオマスを供給するセンターシュートと、前記ハウジングの上部に配置された回転分級機と、前記ハウジングの内部に配置された筒状の内部ウォールと、前記ハウジングの内面と前記内部ウォールの外面とによって構成され、前記吹出し口より噴射される１次空気により吹き上げられた粉体流を前記回転分級機に導く環状流路と、を備え、前記内部ウォールは、前記回転分級機を通過しなかった木質系バイオマスの粗粒子を、前記環状流路にのみ戻すように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、回転テーブルと粉砕ローラとの間で粉砕されたバイオマス粒子を効率よくミル外に排出できて、ミル内の圧力損失及び木質系バイオマスの粉砕動力を抑制できると共に、ミル内で木質系バイオマスを安全に粉砕処理できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下に記載する実施形態の説明により明らかにされる。

実施形態に係る竪型バイオマスミルの全体構成を示す断面図である。 実施形態に係る竪型バイオマスミルの要部を示す斜視図である。 実施形態に係る竪型バイオマスミルに備えられる内部ウォールの構成を示す斜視図である。 実施形態に係る竪型バイオマスミルの粉砕動力値を従来技術との相対値で示すグラフ図である。 実施形態に係る竪型バイオマスミルの圧力損失値を従来技術との相対値で示すグラフ図である。 実施形態に係る竪型バイオマスミルと従来技術とのバイオマス供給負荷に対する粉砕動力特性及び圧力損失特性を比較して示すグラフ図である。

以下、竪型バイオマスミルを例にとって本発明に係るバイオマスミルの実施形態を説明する。なお、以下に記載の実施形態は、本発明を実施する際の具体的な一例を示すものであって、本発明の範囲が以下に記載の実施形態に制限されるものではない。また、木質系バイオマス、特に木質ペレットを砕いてバイオマス粒子を得ることを一般に「解砕」というが、本明細書においては、石炭ミルの例に倣って「粉砕」という。

図１は、実施形態に係る竪型バイオマスミルの全体構成を示す断面図である。この図から明らかなように、実施形態に係る竪型バイオマスミル１は、テーブル駆動装置２により水平面内で回転駆動される回転テーブル３と、回転テーブル３との間で原材料である木質系バイオマスを粉砕し、目的物であるバイオマス粒子を製造する粉砕ローラ４と、回転テーブル３の上方に配置され、回転テーブル３の上面中心部に木質系バイオマスを供給するセンターシュート５と、センターシュート５の外周に配置された回転分級機６と、回転分級機６の外周に配置された固定分級機７と、固定分級機７の更に外周に配置された跳ね返り板８と、回転分級機６及び固定分級機７で分級されたバイオマス粒子を所定の供給先へと搬送する分配部９と、を備えている。

回転テーブル３、粉砕ローラ４、回転分級機６及び固定分級機７は、筒状に形成されたハウジング１１内に収容されており、ハウジング１１は、その上端部が分配部９に連結されている。また、粉砕ローラ４と回転分級機６との間には、回転分級機６及び固定分級機７から回転テーブル３への粗粒子の戻りを防止する内部ウォール１２が、ハウジング１１と同心に配置されている。これにより、ハウジング１１の内面と内部ウォール１２の外面との間には、バイオマス粒子を含む粉体流の流路である環状流路１３が形成される。

回転テーブル３の外周面とハウジング１１の内面との間には、回転スロートベーン１４を備えた１次空気の吹出し口１５が設けられている。１次空気は、１次空気ダクト１６から供給され、回転スロートベーン１４により流速及び風向きが調整されて、吹出し口１５よりハウジング１１内に噴射される。なお、竪型バイオマスミル１においては、１次空気温度が石炭ミルよりも低温の例えば１５０℃に調整される。

回転テーブル３の上面には、粉砕ローラ４を受け入れ可能な幅を有するリング状の凹溝３ａが、回転テーブル３の回転中心と同心に形成されている。従って、テーブル駆動装置２により回転テーブル３を回転駆動すると、粉砕ローラ４が凹溝３ａ内で転動され、これによって原材料である木質系バイオマスが粉砕されて、目的物であるバイオマス粒子が製造される。

なお、木質系バイオマスとしては、各種のものを利用できるが、粉砕することによって１ｍｍ〜２ｍｍ程度の大きさの揃ったバイオマス粒子が得られることから、木粉等をペレット状に押し固めた木質ペレットが特に好適である。

粉砕ローラ４は、ローラブラケット２１に回転自在に取り付けられており、ローラブラケット２１は、ローラピボット２２を介して加圧フレーム２３により支持されている。また、加圧フレーム２３は、加圧アーム２４を介して、一端が所定の固定部に連結された加圧シリンダ２５の加圧ロッド２６に連結されている。従って、粉砕ローラ４は、加圧シリンダ２５を駆動することにより、加圧ロッド２６、加圧アーム２４、加圧フレーム２３、ローラピボット２２、及びローラブラケット２１を介して上下動され、これにより、回転テーブル３と粉砕ローラ４との間に作用する粉砕荷重が調整される。粉砕ローラ４は、回転テーブル３の周方向に複数個（３個の場合が多い）備えられる。

なお、上述の粉砕の態様は一例であって、本発明はこれに限定されるものではない。粉砕子の形態はローラ状に限らず、ボール状のものであっても良い。加圧の態様もローラの回転軸等、粉砕子が下方に押し下げられ、凹溝３ａに向かって粉砕荷重が作用するものであれば、その構成要素や各要素の動作は不問である。

センターシュート５は、上端部が分配部９に取り付けられ、下端部が内部ウォール１２の内部に挿入される。

回転分級機６は、多数枚のフィン６ａを円周方向に所定の間隔で配列することにより構成されており、これらのフィン６ａを図示しないモータで回転駆動することで、バイオマス粒子の分級を行うようになっている。バイオマス粒子の粒度分布は、フィン６ａの回転数で調整される。なお、実施形態に係る回転分級機６においては、底板がフィン６ａを立てるためのフィンサポート円環板６ｂになっている。回転分級機６は、分配部９に備えられた複数本（図１には１本のみが表示されている。）の搬送管９ａのそれぞれにバイオマス粒子を均等に分配する機能を有する。

固定分級機７は、回転しない多数枚のフィンを円周方向に所定の間隔で配列したもので、フィンに粉体流を当てることにより、粉体流中のバイオマス粒子を分級する。

跳ね返り板８は、環状流路１３内を通って回転分級機６及び固定分級機７の上方に吹き上がったバイオマス粒子を跳ね返して回転分級機６及び固定分級機７に導くものであり、回転分級機６及び固定分級機７に流入する粉体流の流速を調整する縮流部材としても機能する。跳ね返り板８により、回転分級機６及び固定分級機７に流入する粉体流の流速は、例えば１０ｍ／ｓｅｃ程度に調整される。

分配部９には、竪型バイオマスミル１で製造されたバイオマス粒子を所定の搬送先まで搬送する搬送管９ａが備えられている。バイオマス粒子の搬送先としては、バイオマス専焼ボイラ又は木質系バイオマスと石炭とを混焼するバイオマス混焼ボイラがある。なお、分配部９に複数の搬送管９ａが備えられる場合には、各搬送管９ａ内へのバイオマス粒子の導入を均等化するため、搬送管９ａの端部を分配部９内に突出させる構成とすることもできる。

ハウジング１１は、回転テーブル３、粉砕ローラ４、回転分級機６、固定分級機７及び跳ね返り板８を収容可能な円筒状に形成されるが、竪型バイオマスミル１のメンテナンスを容易にするため、例えば上部ハウジング、中部ハウジング及び下部ハウジングの３部材から構成する等、分解可能な複数の部材の組み合わせをもって構成することもできる。

内部ウォール１２は、図２及び図３に示すように、回転分級機６のフィンサポート円環板６ｂと対向に配置されるリング部材３１と、リング部材３１が取り付けられる上端部から下方に至るにしたがって直径が大きくなる上部円錐部３２と、上部円錐部３２の下端部に連結される円筒部３３と、円筒部３３の下端部に着脱可能に連結される複数の脱着板３４と、から構成されている。

内部ウォール１２は、図１に示すように、ハウジング１１の内部において回転テーブル３と回転分級機６との間に配設される。内部ウォール１２は、ハウジング１１の内面から延びる図示しない固定部材を用いてハウジング１１に取り付けられる。フィンサポート円環板６ｂとリング部材３１との間には、回転分級機６と内部ウォール１２の干渉を防止するため、若干のクリアランスｄが設けられる。クリアランスｄの大きさは、内部ウォール１２の内側から外側に至る流路の流路抵抗を大きく保つため、２ｍｍ〜８ｍｍ程度に設定される。これにより、フィンサポート円環板６ｂとリング部材３１との間へのバイオマス粒子の侵入を防止できて、バイオマス粒子によるフィンサポート円環板６ｂ及びリング部材３１のかじりを防止できる。

円筒部３３には、加圧アーム２４を貫通するための加圧アーム貫通孔３５が開設されると共に、メンテナンス時に粉砕ローラ４の搬入及び搬出を可能とするためのメンテナンス用ドア３６が開閉可能に備えられる。このように、円筒部３３に加圧アーム貫通孔３５を開設することにより、ハウジング１１内への内部ウォール１２の設置が可能になる。また、円筒部３３にメンテナンス用ドア３６を備えることにより、メンテナンス時における粉砕ローラ４の交換が可能になる。

脱着板３４は、加圧アーム貫通孔３５内への加圧アーム２４の貫通後に円筒部３３に取り付けられるものであって、その一部には、メンテナンス時に人が出入りするアクセス用ドア３７が開閉可能に備えられている。このように、円筒部３３と脱着板３４とを別部材として構成することにより、ハウジング１１内への内部ウォール１２の設置が可能となる。また、脱着板３４にアクセス用ドア３７を備えることにより、竪型バイオマスミル１内への作業員の立ち入りが可能となって、粉砕ローラ４等に対するメンテナンスの実施が可能となる。

また、脱着板３４は、１次空気によって吹き上げられたバイオマス粒子を環状流路１３内に導く機能を有する。このため、脱着板３４は、少なくとも粉砕ローラ４の一部とオーバーラップするように粉砕ローラ４の外周側に配置され、さらに望ましくは、下端部が粉砕ローラ４の回転中心よりも下方部分まで覆うように構成される。

以下、上記のように構成された実施形態に係るバイオマスミル１の動作と効果とについて説明する。

センターシュート５から供給された木質系バイオマスＡは、図１に矢印で示すように、回転テーブル３の中心部に落下した後、回転テーブル３の回転に伴う遠心力によって回転テーブル３上を渦巻き状の軌跡を描いて外周部へ移動し、凹溝３ａ内に入る。凹溝３ａ内に入った木質系バイオマスＡは、回転テーブル３とタイヤ状の粉砕ローラ４との間に噛み込まれて粉砕され、バイオマス粒子となる。

生成されたバイオマス粒子は、吹出し口１５からハウジング１１内に吹き出される１次空気によって、乾燥されながら上方に吹き上げられ、バイオマス粒子を含む粉体流Ｂとなって環状流路１３内に導入される。粉体流Ｂは、環状流路１３内を螺旋状に回転しながら上向きに移動し、内部ウォール１２に設けられた上部円錐部３２に沿って流路を回転分級機６及び固定分級機７側に変更する。

環状流路１３を通過したバイオマス粒子のうち、適正サイズのものは、直接回転分級機６又は固定分級機７を通って分配部９内に入る。また、環状流路１３を通過したバイオマス粒子のうち、微小粒子は、跳ね返り板８に突き当たった後に回転分級機６又は固定分級機７を通って分配部９内に入る。一方、環状流路１３を通過したバイオマス粒子のうち、粗粒子Ｃは、回転分級機６又は固定分級機７を通過できず、内部ウォール１２に設けられた上部円錐部３２に案内されて、再度環状流路１３内に戻る。

環状流路１３内に戻った粗粒子は、自重と１次空気の吹上げ力とのバランスによって環状流路１３内で上下動し、その間により細かく粉砕されて、やがては回転分級機６又は固定分級機７を通って分配部９内に入る。即ち、環状流路１３は、バイオマス粒子の重力分級機として機能する。

このように、実施形態に係る竪型バイオマスミル１は、回転テーブル３と回転分級機６との間に内部ウォール１２を設け、回転分級機６又は固定分級機７を通過しなかった粗粒子Ｃを、ハウジング１１の内面と内部ウォール１２の外面との間に形成される環状流路１３内に戻す構成としたので、粗粒子Ｃが回転テーブル３上に戻ることを防止できる。つまり、実施形態に係る竪型バイオマスミル１は、回転テーブル３と粉砕ローラ４との間で粉砕されたバイオマス粒子を、環状流路１３のみを通って分配部９側に排出するワンスルー構造としたので、回転テーブル３上への粗粒子Ｃの戻りを確実に防止できる。

従って、実施形態に係る竪型バイオマスミル１によれば、回転テーブル３上に予め設定された量以上の木質系バイオマスＡが滞留しないので、木質系バイオマスの粉砕に要する動力を抑制できると共に、ミル内の圧力損失も抑制できる。さらに、実施形態に係る竪型バイオマスミル１によれば、ミル内における揮発成分の濃度上昇も防止できる。

図４に、実施形態に係る竪型バイオマスミル１の粉砕動力値を、内部ウォール１２を備えない従来の竪型バイオマスミルと比較して示す。このグラフでは、従来の竪型バイオマスミルの粉砕動力値を「１」としたときの相対値で、実施形態に係る竪型バイオマスミル１の粉砕動力値を示している。なお、従来の竪型バイオマスミルにおいては、回転テーブル３上に大量の木質系バイオマスＡが滞留しやすく、回転テーブル３上に大量の木質系バイオマスＡが滞留すると粉砕動力が急増するため、粉砕負荷を上げることが困難である。そのため、図４では、比較可能な低負荷運用時での比較となっている。

粉砕動力は、原材料である木質系バイオマスの種類やミルの運転条件によってばらつきが大きいが、図４のデータによれば、実施形態に係る竪型バイオマスミル１の粉砕動力値は、従来の竪型バイオマスミルの粉砕動力値の０．４２〜０．６３倍となっている。このデータから、実施形態に係る竪型バイオマスミル１は、従来の竪型バイオマスミルに比べて、粉砕動力を格段に抑制できるといえる。

図５に、実施形態に係る竪型バイオマスミル１の圧力損失値を、内部ウォール１２を備えない従来の竪型バイオマスミルと比較して示す。このグラフでも、従来の竪型バイオマスミルの圧力損失値を「１」としたときの相対値で、実施形態に係る竪型バイオマスミル１の圧力損失値を示している。また、比較可能な低負荷運用時での比較となっている。

ミル内の圧力損失も、原材料である木質系バイオマスの種類やミルの運転条件によってばらつきが大きいが、図５のデータによれば、実施形態に係る竪型バイオマスミル１の圧力損失値は、従来の竪型バイオマスミルの圧力損失値の０．３７〜０．６７倍となっている。このデータから、実施形態に係る竪型バイオマスミル１は、従来の竪型バイオマスミルに比べて、圧力損失を格段に抑制できるといえる。

図６に、実施形態に係る竪型バイオマスミル１と、内部ウォール１２を備えない従来の竪型バイオマスミルとの、バイオマス供給負荷に対する粉砕動力特性及び圧力損失特性を比較して示す。このデータから明らかなように、実施形態に係る竪型バイオマスミル１は、バイオマス供給負荷の変動に対して安定な粉砕動力特性及び圧力損失特性を有しており、低負荷から高負荷まで幅広い運用が可能である。これに対して、従来の竪型バイオマスミルは、低負荷での運用しか行うことができない。このデータから、実施形態に係る竪型バイオマスミル１は、高負荷運用が可能で、バイオマス粒子の製造能力が高いといえる。

本発明の竪型バイオマスミル１は、ハウジング１１内に回転テーブル３への粗粒子Ｃの戻りを規制する内部ウォール１２を設置したことを特徴とするものであって、その他の部分については、前記実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。例えば、本発明の竪型バイオマスミル１は、従来公知の石炭ミルを改変することにより構成できるが、それに限定されるものではない。また、実施形態においては、木質系バイオマスのみを粉砕したが、石炭と木質系バイオマスとを混合粉砕することもできる。本発明の竪型バイオマスミル１によれば、石炭と木質系バイオマスとを混合粉砕する場合、木質系バイオマスを高い比率で混合できる。

なお、本発明の竪型バイオマスミル１は、ハウジング１１に対して内部ウォール１２が着脱可能に構成されているので、ハウジング１１から内部ウォール１２を取り外し、回転分級機６の下方部分に、回転分級機６又は固定分級機７を通過しなかった粗粒子Ｃを回転テーブル３の中心部に戻すホッパを備えることによって、石炭ミルとして使用することもできる。

１…竪型バイオマスミル、２…テーブル駆動装置、３…回転テーブル、３ａ…凹溝、４…粉砕ローラ、５…センターシュート、６…回転分級機、６ａ…フィン、６ｂ…フィンサポート円環板、７…固定分級機、８…跳ね返り板、９…分配部、９ａ…搬送管、１１…ハウジング、１２…内部ウォール、１３…環状流路、１４…回転スロートベーン、１５…１次空気の吹出し口、１６…１次空気ダクト、２１…ローラブラケット、２２…ローラピボット、２３…加圧フレーム、２４…加圧アーム、２５…加圧シリンダ、２６…加圧ロッド、３１…リング部材、３２…上部円錐部、３３…円筒部、３４…脱着板、３５…加圧アーム貫通孔、３６…メンテナンス用ドア、３７…アクセス用ドア、Ａ…木質系バイオマス、Ｂ…粉体流、Ｃ…粗粒子

Claims (8)

1. ハウジングの下部に配置された回転テーブルと、前記回転テーブルとの間で木質系バイオマスを粉砕する粉砕ローラと、前記回転テーブルと前記ハウジングとの間に設けられた１次空気の吹出し口と、前記回転テーブルの上面中心部に原材料である木質系バイオマスを供給するセンターシュートと、前記ハウジングの上部に配置された回転分級機と、前記ハウジングの内部に配置された筒状の内部ウォールと、前記ハウジングの内面と前記内部ウォールの外面とによって構成され、前記吹出し口より噴射される１次空気により吹き上げられた粉体流を前記回転分級機に導く環状流路と、を備え、
   前記内部ウォールは、前記回転分級機を通過しなかった木質系バイオマスの粗粒子を、前記環状流路にのみ戻すように構成されていることを特徴とするバイオマスミル。
2. 前記内部ウォールは、前記回転分級機と対向に配置されるリング部材と、前記リング部材が取り付けられる上端部から下方に至るにしたがって直径が大きくなる上部円錐部と、前記上部円錐部の下端部に連結される円筒部と、前記円筒部の下端部に着脱可能に連結される複数の脱着板と、から構成されていることを特徴とする請求項１に記載のバイオマスミル。
3. 前記円筒部は、前記粉砕ローラの搬入及び搬出が可能なメンテナンス用ドアを備えていることを特徴とする請求項２に記載のバイオマスミル。
4. 前記脱着板は、人が出入り可能なアクセス用ドアを備えていることを特徴とする請求項２に記載のバイオマスミル。
5. 前記内部ウォールは、前記リング部材の上面と前記回転分級機の下端部との間に、木質系バイオマスの噛み込みを防止可能な所要のクリアランスを介して、前記ハウジングに着脱可能に取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載のバイオマスミル。
6. 前記脱着板は、前記粉砕ローラの一部とオーバーラップするように、前記粉砕ローラの外周側に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のバイオマスミル。
7. 前記脱着板は、その下端部が、前記粉砕ローラの回転中心よりも下方部分まで覆うように構成されていることを特徴とする請求項６に記載のバイオマスミル。
8. 前記回転分級機の外周部分に、前記回転分級機に流入する粉体流の流速を高める縮流部材を備えたことを特徴とする請求項１に記載のバイオマスミル。

Images