(57)【要約】【課題】固体燃料としてバイオマスを用いる場合にもその粉砕性を適切に評価できる粉砕性評価方法を提供する。【解決手段】模擬粉砕機は、固体燃料を載置する粉砕天面を有する粉砕テーブルと、固体燃料が載置される当該粉砕天面に対して押圧することで固体燃料を粉砕する粉砕杵とを有するものであり、固体燃料として少なくともバイオマスを用いる場合に、事前粉砕を行うことなく模擬粉砕機の粉砕杵の複数回の押圧にて固体燃料を粉砕する粉砕工程と、粉砕工程にて粉砕された固体燃料を、異なる篩目を有する複数の篩によってふるい分けるふるい分け工程と、ふるい分け工程でふるい分けられた粒径毎の固体燃料の重量に基づいて固体燃料の粉砕性を評価する評価工程とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体燃料の粉砕性を評価する粉砕性評価方法であって、
燃焼装置に供給される固体燃料を粉砕する実機粉砕機を模擬した模擬粉砕機を用いて粉砕を行うものであって、前記模擬粉砕機は、前記固体燃料を載置する粉砕天面を有する粉砕テーブルと、前記固体燃料が載置される当該粉砕天面を押圧する粉砕杵とを有するものであり、
前記固体燃料として少なくともバイオマスを用いる場合に、事前粉砕を行うことなく前記模擬粉砕機の前記粉砕杵の複数回の押圧にて前記固体燃料を粉砕する粉砕工程と、
前記粉砕工程にて粉砕された前記固体燃料を、異なる篩目を有する複数の篩によってふるい分けるふるい分け工程と、
前記ふるい分け工程でふるい分けられた粒径毎の前記固体燃料の重量に基づいて前記固体燃料の粉砕性を評価する評価工程とを含む粉砕性評価方法。
【請求項２】
前記粉砕工程は、前記粉砕杵の複数回の押圧の間に前記固体燃料を撹拌する撹拌操作を含むものである請求項１に記載の粉砕性評価方法。
【請求項３】
前記粉砕工程において、前記模擬粉砕機の前記粉砕杵の単位投影面積あたりの押込面圧を、前記実機粉砕機と同等に制御する請求項１又は２に記載の粉砕性評価方法。
【請求項４】
前記模擬粉砕機の前記粉砕テーブル及び前記粉砕杵の大きさは、前記実機粉砕機の粉砕テーブル及び粉砕杵の１／５以上１／１以下の大きさである請求項１〜３の何れか一項に記載の粉砕性評価方法。
【請求項５】
前記バイオマスは、おが粉と木材の木質部と木材の樹皮部との少なくとも一つを圧縮して固化したホワイトペレット、前記木質部と前記樹皮部の少なくとも一つを焙焼したブラックペレット、及び木材の破片であるウッドチップのうち少なくとも一つである請求項１〜４の何れか一項に記載の粉砕性評価方法。
【請求項６】
前記実機粉砕機で粉砕される前記固体燃料の粉砕粒径に基づいて、前記篩目として７５μｍ以上５３ｍｍ以下の篩目範囲から異なる複数の前記篩目を選択し、選択された前記篩目を有する前記篩の複数を用いて前記ふるい分け工程を実行する請求項１〜５の何れか一項に記載の粉砕性評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体燃料の粉砕性を評価する粉砕性評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、石炭の粉砕性を示す指標としてＨＧＩ（ハードグローブインデックス）が用いられる（非特許文献１を参照）。ＨＧＩは、日本工業規格にて非特許文献１（ＪＩＳ−Ｍ−８８０１）により、その計測方法が定められている。当該ＨＧＩは、石炭等の固体燃料を６００μｍ以上１．１８ｍｍ以下の粒径に調整する事前粉砕を実施し、当該事前粉砕された固体燃料を、所定の方法により本粉砕し、本粉砕した後の固体燃料のうち７５μｍの篩目を通るものの質量に基づいて設定される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】日本工業規格  ＪＩＳ−Ｍ−８８０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＨＧＩと実機粉砕機の消費動力には、高い相関性があるとされているが、無煙炭や瀝青炭と、亜瀝青炭等の比較的生成年代の新しい石炭では、ＨＧＩと動力の関係性が変わることが利用上の課題として指摘されている。また、バイオマスは、石炭と同じく植物由来の物質であり、当該バイオマスの一例として、おが粉等を圧縮して固化したペレットが知られている。
おが粉等は、性質上、ＨＧＩ測定の粉砕動作を行っても殆ど小さくならない（微粒化しない）。
ＨＧＩ試験では、事前に固体燃料は６００μｍ以上１．１８ｍｍ以下の粒径に調整される。図３にペレットの原料となるおが粉の粒径分布の一例を示す。おが粉の粒径の多くは、１．１８ｍｍ以下であり、被粉砕物を６００μｍ以上１．１８ｍｍ以下の粒径に調整することは、一旦ペレットをおが粉に戻し、６００μｍ以上１．１８ｍｍ以下から外れたものを排除したこと、つまり被粉砕物をおが粉にしたことと同義と言える。これは、ペレットに対して、ＨＧＩ測定の粉砕動作を行っても微粒化せず、ペレットを直接粉砕する実機粉砕機での粉砕性を評価することにならないことを意味する。このため、固体燃料としてバイオマスを用いる場合、従来にない粉砕性の評価方法が必要となっていた。
【０００５】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、固体燃料としてバイオマスを用いる場合にもその粉砕性を適切に評価できる粉砕性評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための固体燃料の粉砕性を評価する粉砕性評価方法であって、その特徴構成は、
燃焼装置に供給される固体燃料を粉砕する実機粉砕機を模擬した模擬粉砕機を用いて粉砕を行うものであって、前記模擬粉砕機は、前記固体燃料を載置する粉砕天面を有する粉砕テーブルと、前記固体燃料が載置される当該粉砕天面を押圧する粉砕杵とを有するものであり、
前記固体燃料として少なくともバイオマスを用いる場合に、事前粉砕を行うことなく前記模擬粉砕機の前記粉砕杵の複数回の押圧にて前記固体燃料を粉砕する粉砕工程と、
前記粉砕工程にて粉砕された前記固体燃料を、異なる篩目を有する複数の篩によってふるい分けるふるい分け工程と、
前記ふるい分け工程でふるい分けられた粒径毎の前記固体燃料の重量に基づいて前記固体燃料の粉砕性を評価する評価工程とを含む点にある。
【０００７】
上記特徴構成によれば、粉砕工程では、固体燃料としてバイオマスを用いる場合に、事前粉砕を行うことなく模擬粉砕機の粉砕杵の複数回の押圧にて固体燃料を粉砕するため、固体燃料から直接粉砕する過程を評価でき、実機粉砕機での粉砕過程に近い粉砕過程で、粉砕性を評価できる。
更に、従来のＨＧＩでは、本粉砕の後に７５μｍの篩目を通る固体燃料の質量に基づいて評価指標を決定している。一方で、バイオマスは石炭と比べ燃焼性が高い（燃焼速度が速い）ため、実機粉砕機においては、バイオマスは石炭ほどにまで微粒化されていなくても良いことが想定される。
上記特徴構成によれば、粉砕工程にて粉砕された固体燃料を、異なる篩目を有する複数の篩によってふるい分けるふるい分け工程を実行し、ふるい分け工程でふるい分けられた粒径毎の固体燃料の重量に基づいて、評価工程にて固体燃料の粉砕性を評価するから、固体燃料としてバイオマスを用いる場合であって、実機粉砕機において石炭単独の場合ほど、微粒化させない場合を想定した場合の粉砕性を評価し得る粉砕性評価方法を提供することもできる。
【０００８】
粉砕性評価方法の更なる特徴構成は、
前記粉砕工程は、前記粉砕杵の複数回の押圧の間に前記固体燃料を撹拌する撹拌操作を含むものである点にある。
【０００９】
本発明にて提案している粉砕性評価方法では、粉砕工程にて、粉砕杵を固体燃料が載置されている粉砕テーブルへ複数回押圧することにより粉砕を行うものであり、粉砕杵と粉砕テーブルとの相対回転を要件としていない。これにより、比較的構成の簡素な模擬粉砕機にて粉砕性の評価を行うことができる。
【００１０】
本発明にて提案している粉砕性評価方法では、粉砕杵の複数回の押圧の間に固体燃料を撹拌する撹拌操作を行うから、粉砕テーブル上に載置された固体燃料の全てを、粉砕杵により十分に押圧して粉砕させることができる。
実機粉砕機では、ローラで押しつぶされた被粉粉砕物は、供給される空気によって巻き上がり、所定の大きさ以下のものはボイラへと送られ、所定の大きさ以上のものは落下して粉砕テーブルに戻ってくる。ボイラへ送られた分量に相応して新たに固体燃料が粉砕テーブルへと送られる。本発明にて提案している粉砕性評価方法では、上記を比較的簡便な方法で模擬している。これにより、実機粉砕機に即した固体燃料の粉砕性を評価することができる。
【００１１】
粉砕性評価方法の更なる特徴構成は、
前記粉砕工程において、前記模擬粉砕機の前記粉砕杵の単位投影面積あたりの押込面圧を、前記実機粉砕機と同等に制御する点にある。
【００１２】
上記特徴構成によれば、実機粉砕機に即した固体燃料の粉砕性を評価することができる。
【００１３】
粉砕性評価方法の更なる特徴構成は、
前記模擬粉砕機の前記粉砕テーブル及び前記粉砕杵の大きさは、前記実機粉砕機の粉砕テーブル及び粉砕杵の１／５以上１／１以下の大きさである点にある。
【００１４】
上述したように、固体燃料のバイオマスとして特におが粉を圧縮固化したペレットを用いる場合、当該ペレットを事前粉砕することができない。これは、粉砕性の評価に用いる模擬粉砕機を、実機粉砕機に比べ縮小し難いことを意味する。
発明者らは、模擬粉砕機の大きさを、実機粉砕機の１／５以上とすることで、固体燃料のバイオマスとして特におが粉を圧縮固化したペレットを粉砕する場合であっても、実機粉砕機で粉砕する場合と同様に扱える場合が多いという知見に基づいて、模擬粉砕機の大きさを、実機粉砕機の１／５以上１／１以下とし、粉砕性の評価を行うこととした。
【００１５】
粉砕性評価方法の更なる特徴構成は、
前記バイオマスは、おが粉と木材の木質部と木材の樹皮部との少なくとも一つを圧縮して固化したホワイトペレット、前記木質部と前記樹皮部の少なくとも一つを焙焼したブラックペレット、及び木材の破片であるウッドチップとのうち少なくとも一つである点にある。
【００１６】
本発明の粉砕性評価方法であれば、固体燃料のバイオマスとして、おが粉と木材の木質部と木材の樹皮部との少なくとも一つを圧縮して固化したホワイトペレットや、木質部と樹皮部の少なくとも一つを焙焼したブラックペレットや、木材の破片であるウッドチップであっても、その粉砕性の評価を適切に行うことができる。
【００１７】
粉砕性評価方法の更なる特徴構成は、
前記実機粉砕機で粉砕される前記固体燃料の粉砕粒径に基づいて、前記篩目として７５μｍ以上５３ｍｍ以下の篩目範囲から異なる複数の前記篩目を選択し、選択された前記篩目を有する前記篩の複数を用いて前記ふるい分け工程を実行する点にある。
【００１８】
これまで説明してきたように、篩目として７５μｍ以上５３ｍｍ以下の篩目範囲から異なる複数の篩目を選択し、選択された篩目を有する篩の複数を用いてふるい分け工程を実行するから、固体燃料として７５μｍ未満まで微粉化され難いバイオマスを用いる場合であっても、良好に粉砕性の評価を行うことができる。
また、どの篩目を採用するかは、実機粉砕機で粉砕される前記固体燃料の粉砕粒径に基づいて決定されるから、実際の粉砕状態に則した粉砕性の評価を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の粉砕性評価方法に用いる模擬粉砕機の一例を示す斜視図。
【図２】模擬粉砕機の粉砕テーブルと粉砕杵の正面図及び側面図。
【図３】おが粉の粒径分布を示すグラフ図。
【図４】模擬粉砕機を用いたホワイトペレットの粉砕性を示すグラフ図。
【図５】模擬粉砕機を用いた石炭の粉砕性を示すグラフ図。
【図６】異なるペレットを粉砕した場合の粉砕性を示すグラフ図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施形態に係る粉砕性評価方法は、固体燃料としてバイオマスを用いる場合にもその粉砕性を適切に評価できるものに関する。
当該実施形態に係る粉砕性評価方法では、図１、２に示す模擬粉砕機１００を用いて固体燃料として石炭のみならず、各種バイオマスの粉砕性を評価できるものである。ここで、バイオマスとしては、おが粉と木材の木質部と木材の樹皮部との少なくとも一つを圧縮して固化したホワイトペレット、木質部と樹皮部の少なくとも一つを焙焼したブラックペレット、及び木材の破片であるウッドチップのうち少なくとも一つものである。尚、本明細書で評価に用いるペレットは、直径が６．５ｍｍ以上７．５ｍｍ以下で長さが３ｃｍ程度の略円柱形状である。
バイオマスとしてのホワイトペレット等の固体燃料は、従来の石炭の粉砕性を示す指標としてのＨＧＩ（ハードグローブインデックス）を用いた評価方法では、本明細書の従来技術にて説明した通り、十分な粉砕ができず、また固体燃料から直接粉砕するものではないため、その粉砕性を適切に評価することができなかった。当該実施形態では、バイオマスであっても、その粉砕性を評価し得る粉砕性評価方法を示す。
【００２１】
模擬粉砕機１００は、実機粉砕機（Ｈ２６年度環境省委託業務：バイオマス高比率混焼による石炭焚火力ＣＯ２排出原単位半減に向けた先進的システムの実証（１−２１）：株式会社ＩＨＩ）に対して１／５サイズのものであり、粉砕テーブル２０及び粉砕杵１０の形状は、公開情報（特開平３−５３１４４号公報）に基づいて定めており、形状及び大きさの詳細については後述する。
模擬粉砕機１００は、図１、２に示すように、固体燃料を載置する粉砕天面２０ａを有する粉砕テーブル２０と、上下方向（図１で矢印Ｚに沿う方向）に沿って上下移動して固体燃料が載置される粉砕天面２０ａを押圧する粉砕杵１０とを有する。
粉砕テーブル２０は、前後方向（矢印Ｘに沿う方向）に沿って延びる凹欠部位としての粉砕天面２０ａを有する共に、当該粉砕天面２０ａの前後方向での端部で固体燃料が零れ落ちることを防止するための仮止め板２１を有する。
当該粉砕テーブル２０は、図２に示すように、上下方向（図２で矢印Ｚに沿う方向）での高さＬ６が８０ｍｍ、左右方向（図２（ｂ）で矢印Ｙ方向）での幅Ｌ３が２０８ｍｍ、奥行き方向（図２（ａ）で矢印Ｘ方向）での幅Ｌ５が２２０ｍｍ、同じく左右方向での凹欠部位としての粉砕天面２０ａの幅Ｌ４が１３８．２４ｍｍ、正面視（図２（ｂ）に示す矢印Ｘ方向視）における粉砕天面２０ａの曲率半径が８８．４５ｍｍである。
粉砕杵１０は、図１、２に示すように、粉砕天面２０ａに対向する下面１０ａが曲面に形成されており、側面視（図２（ａ）に示す矢印Ｙ方向視）における下面１０ａの曲率半径が１５０ｍｍであり、正面視（図２（ｂ）に示す矢印Ｘ方向視）における下面１０ａの曲率半径が５９．２６ｍｍである。また、粉砕杵１０の側面視での幅Ｌ１は２４０ｍｍであり、正面視での幅Ｌ２は１０２．４ｍｍである。
【００２２】
粉砕テーブル２０は、図１に示すように、粉砕テーブル２０にて粉砕された固体燃料を受け入れる受入皿６０上に載置されており、当該受入皿６０には、受け入れた固体燃料を吐き出すための掃出口６１が形成されている。
粉砕杵１０は、連結部材３１を介して連結シャフト３０に連結されており、当該連結シャフト３０は、一対の脚部５０に両端を支持されるフレーム５１に連結されている。フレーム５１は、一対の脚部５０に設けられる電動モータＭにより上下方向（図１、２で矢印Ｚに沿う方向）で上下動可能となっている。更に、フレーム５１には、粉砕杵１０による粉砕テーブル２０の粉砕天面２０ａへの押込荷重を計測可能なロードセル４０が載置されている。
制御装置Ｃの機能部位としての運転制御部Ｃ１は、電動モータＭによる粉砕杵１０の上下方向での移動速度を制御すると共に、ロードセル４０による計測結果に基づいて、粉砕杵１０の単位投影面積あたりの押込面圧を、実機粉砕機と同等（例えば、単位投影面積あたりの押込面圧を０．０３ｋｇｆ／ｍｍ２以上０．０６ｋｇｆ／ｍｍ２以下程度）に制御する。
【００２３】
さて、当該実施形態に係る粉砕性評価方法では、特に、バイオマスの粉砕性をも適切に評価するべく、固体燃料として少なくともバイオマスを用いる場合に、事前粉砕を行うことなく模擬粉砕機１００の粉砕杵１０の複数回の押圧にて固体燃料を粉砕する粉砕工程と、粉砕工程にて粉砕された固体燃料を、異なる篩目を有する複数の篩によってふるい分けるふるい分け工程と、ふるい分け工程でふるい分けられた粒径毎の固体燃料の重量に基づいて固体燃料の粉砕性を評価する評価工程とを含むものである。
即ち、発明者らは、バイオマスとしてのホワイトペレット等の固体燃料は、事前粉砕を行うと、当該ペレットが十分に微粉化されず粉砕性の評価を適切に行うことができないという知見に鑑み、粉砕工程においては、事前粉砕を行わずに、市場に流通している形状のままのペレットを直接粉砕するものとした。また、当該粉砕工程では、粉砕杵１０は、連結シャフト３０の軸心周りで回転等することなく、上下方向での上下動のみで、固体燃料を押圧操作のみで粉砕するものとした。尚、当該実施形態に係る評価方法では、複数回の押圧操作の間において固体燃料の撹拌を行う撹拌操作を行うものとした。当該撹拌は、粉砕テーブル２０を揺動したり、作業者が撹拌治具により撹拌したりすることで行うことができる。また、粉砕工程において、粉砕杵１０の押圧による最大押込荷重は、複数回の押圧で、一定に制御されるものとした。
更に、ふるい分け工程は、実機粉砕機で粉砕される固体燃料の粉砕粒径に基づいて、篩目として７５μｍ以上５３ｍｍ以下の篩目範囲から異なる複数の篩目を選択し、選択された篩目を有する篩の複数を用いて行うものとした。具体的には、０．０７５ｍｍ、０．１５ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．４２５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．８５ｍｍ、１．１８ｍｍ、１．７ｍｍ、２．３６ｍｍ、３．３５ｍｍ、４．７５ｍｍ、６．７ｍｍ、９．５ｍｍ、１３．２ｍｍ、１９ｍｍ、２６．５ｍｍ、３７．５ｍｍ、５３ｍｍの篩目の篩を用いて、ふるい分け工程を実行するものとした。
【００２４】
次に、上述の粉砕性評価方法に示す方法にて粉砕を行った試験結果について、説明を追加する。
尚、当該粉砕試験の基本条件としては、押込最大荷重（粉砕杵投影面圧）は、特許２９４９５９０の粉砕性試験装置を参考として８以上２７ｋＮ以下程度とし、粉砕杵１０の上下方向での速度はペレットを粉砕できる程度の粉砕速度とし、押圧回数は１０〜３０回程度とし、押圧回数の間に毎回撹拌操作を行うものとした。
【００２５】
＜石炭とホワイトペレットの粉砕性＞
図４に、ホワイトペレットＩの粉砕性試験結果を示す。ホワイトペレットＩは、カナダ針葉樹を原料とし、ＨＧＩが０．７で、ＨＧＩ算出時の粉砕後において７５μｍ以下の割合が０．７％のものを用いた。
図５に、石炭の粉砕性試験結果を示す。石炭としては、従来の粉砕性の指標であるＨＧＩ（ハードグローブインデックス）が５０で、ＨＧＩ算出時の粉砕後において７５μｍ以下の割合が１０．６％となるものを用いた。
ホワイトペレットＩ、石炭ともに、当該実施形態での粉砕工程によって、微粒化が進行している。
ＨＧＩでは７５μｍ以下の重量割合で粉砕性の多寡が議論されるが、当該実施形態に係る評価工程では、評価対象とする粒径は、実機粉砕機の出口の粒径分布に基づいて決定する。
【００２６】
＜異なるペレットを粉砕した場合の粉砕性＞
図６に、２種類のペレットの粉砕性を示す試験結果を示す。
ホワイトペレットＩは、上述したものと同一のものを用い、ホワイトペレットＩＩは、タイ高灰分を原料とし、ＨＧＩ（ハードグローブインデックス）が１９で、ＨＧＩ算出時の粉砕後において７５μｍ以下の割合が１．７％のものを用いた。
図６に示すように、各バイオマスとしてのペレットの粉砕性を、仮に、１ｍｍ以下の重量割合で示せるとすれば、その粉砕性は、ＨＧＩと概ね同一順序になる。
【００２７】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、模擬粉砕機１００は、実機粉砕機のおよそ１／５のサイズである例を示したが、当該模擬粉砕機１００は、１／５以上のサイズであれば問題なく用いることができ、実機粉砕機のサイズ（１／１）であっても良好に評価を行い得る。
【００２８】
（２）上記実施形態では、粉砕工程において、固体燃料を撹拌する攪拌操作を加えるものとしたが、例えば、押圧操作において、十分にペレットが撹拌されていると判断できる場合や、粉砕杵１０が押圧操作と共に水平方向での揺動移動を行うような場合には、攪拌操作は省略しても構わない。
【００２９】
尚、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の粉砕性評価方法は、固体燃料としてバイオマスを用いる場合にもその粉砕性を適切に評価できる粉砕性評価方法として、有効に利用可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１０                  ：粉砕杵
１０ａ                ：下面
２０                  ：粉砕テーブル
２０ａ                ：粉砕天面
１００                ：模擬粉砕機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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