(57)【要約】【課題】粗粒子の混入割合の少ない製品微粉を得ることのできる分級装置を提供する。【解決手段】固定フィン１３の傾斜角度をθ、設置ピッチをＰ、粒子流通方向の幅をＬとしたとき、５０°≦θ≦７０°の範囲において、Ｐ／Ｌの値が０．０４２×（θ−５０）＋０．６４〜０．０１９×（θ−５０）＋０．２２の範囲内に存在するように、固定フィン１３の設置ピッチＰと幅Ｌを組み合わせたことを特徴とする。【選択図】図１
2009041628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置の入口側に配置された略円筒状の固定式分級器と、その固定式分級器の内部に配置された回転式分級機とを備え、
前記回転式分級機は、板の長手方向が鉛直方向に向いており装置の中心軸方向に対して任意の角度で設置された回転フィンを円周方向に多数枚有する分級装置において、
前記固定式分級器は、複数枚の固定フィンが装置の中心軸に対して環状に配置されて、その複数枚の固定フィン群が多数段にわたって取り付けられ、前記各固定フィンは装置の中心軸方向に向けて下向きに傾斜していることを特徴とする分級装置。
【請求項２】
請求項１項に記載の分級装置において、前記固定フィンと回転フィンの間に装置上面部から円筒状をした偏向リングが吊り下げられていることを特徴とする分級装置。
【請求項３】
請求項２項に記載の分級装置において、前記偏向リングの装置上面部からの長さをＨ、前記回転フィンの長さをＨＲＦとしたとき、Ｈ／ＨRＲの値が１／３以下に規制されていることを特徴とする分級装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の分級装置において、前記固定フィンの傾斜角度が水平に対して５０°〜７０°の範囲に規制されていることを特徴とする分級装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の分級装置において、前記固定フィンの傾斜角
度をθ、固定フィンの段方向に対する設置ピッチをＰ、固定フィンの粒子流通方向の幅を
Ｌとしたとき、
５０°≦θ≦７０°の範囲において、Ｐ／Ｌの値が
０．０４２×（θ−５０）+０．６４〜０．０１９×（θ−５０）+０．２２
の範囲内に存在するように、固定フィンの設置ピッチＰと粒子流通方向の幅Ｌを組み合
わせたことを特徴とする分級装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の分級装置において、前記固定フィンを支持する支持部材が複数の板状部材からなり、前記支持部材通過後の前記分級装置の断面におけるガスおよび粒子の流れ方向が前記固定フィンの内側に設けられた前記回転分級機の回転方向に向くように、前記支持部材の設置角度を設定したことを特徴とする分級装置。
【請求項７】
請求項６に記載の分級装置において、前記支持部材の幅を前記固定フィンの幅よりも内側に延伸したことを特徴とする分級装置。
【請求項８】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の分級装置において、前記固定フィンの外周あるいは内周に近接して、鉛直方向に複数の平板で形成する整流板を設け、前記整流板通過後の前記分級装置の断面におけるガスおよび粒子の流れ方向が前記固定フィンの内側に設けられた前記回転分級機の回転方向に向くように、前記整流板の設置角度を設定したことを特徴とする分級装置。
【請求項９】
粉砕テーブルと粉砕子を有する粉砕部と、その粉砕部の上部に配置され分級部とを備え、前記粉砕部で粉砕された粉砕物を粉砕テーブルの外周に設けられたスロートから上昇気流とともに搬送し、搬送される粉砕物を前記分級部で分級しつつ、分級された微粒子を装置外に取り出し、分級された粗粒子を前記粉砕部で再び粉砕する竪型粉砕装置において、
前記分級部が前記請求項１ないし８のいずれか１項に記載の分級装置で構成されていることを特徴とする竪型粉砕装置。
【請求項１０】
石炭を粉砕する竪型粉砕装置と、その竪型粉砕装置で粉砕して得られた微粉炭を燃焼するボイラ本体とを備えた石炭焚ボイラ装置において、前記竪型粉砕装置が請求項９に記載の竪型粉砕装置であることを特徴とする石炭焚ボイラ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固気二相流中の粒子を粗粒子と微粒子に分離する分級装置に係り、特に石炭焚ボイラ装置などの竪型粉砕装置に組み込まれるのに好適な分級装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料として微粉炭を燃焼させる火力発電用の石炭焚ボイラ装置において、燃料供給装置には竪型ローラミルが使用されている。その一従来例を図２７に示す。【０００３】
この竪型ローラミルは、粉砕テーブル２と粉砕ローラ３とのかみ込みにより微粉炭の原料となる石炭を粉砕する粉砕部５と、その粉砕部５の上部に設置されて微粉炭を任意の粒度に分級する分級部６を備えている。【０００４】
この竪型ローラミルの動作について説明すると、給炭管（原料供給管）１より供給された石炭である被粉砕物５０は矢印で示すように、回転している粉砕テーブル２の中心部に落下した後、粉砕テーブル２の回転に伴う遠心力によって粉砕テーブル２上を渦巻き状の軌跡を描いて外周部へ移動して、粉砕テーブル２と粉砕ローラ３との間にかみ込まれて粉砕される。【０００５】
粉砕された被粉砕物は、粉砕テーブル２の周囲に設けられたスロート４から導入される熱風５１によって、乾燥されながら上方に吹き上げられる。吹き上げられた粉体のうち粒度が大きいものは、分級部６へと搬送される途中で重力により落下５５し、粉砕部５に戻される（一次分級）。【０００６】
分級部６に到達した粒子群は、分級部６によって所定粒度以下の微粒子５４と所定粒度以上の粗粒子５３とに分級され（二次分級）、粗粒子５３は竪型粉砕機下部にある粉砕部５に落下して再び粉砕される。一方、分級部６を出た微粒子５４は、送炭管（製品微粉排出管）３０を経てボイラ本体（図示なし）へと送られる。【０００７】
前記分級部５を構成する従来の分級装置は図２８および図２９に示すように、分級装置入口に配置される固定式分級器１０と、その内部に配置される回転式分級機２０とを組み合わせた二段式分級装置が一般的に用いられる。【０００８】
固定式分級器１０は、分級部上面板４０から下向きに吊り下げられ、分級装置の中心軸方向に対して任意の角度で設置された固定フィン１２を円周方向に多数枚有し、その固定フィン１２の下側に下向きに凸の円錐形状をした整流コーン１１を有する。回転式分級機２０は、板の長手方向が鉛直方向に向いており分級装置の中心軸方向に対して任意の角度で設置された回転フィン２１を円周方向に多数枚有する。【０００９】
前記二段式分級装置の動作を図２８と図２９を用いて説明する。下方より吹き上げられ分級装置へと導入された固気二相流５２は、固定フィン１２を通過するときに、整流化されると同時に予め弱い旋回が与えられる。【００１０】
そして装置中心軸を軸心として所定の回転数で回転している回転フィン２１に到達したときに強い旋回が与えられ、固気二相流５２中の粒子には遠心力により回転フィン２１の外側に弾き飛ばされる力が加わる。このとき質量の大きい粗粒子５３は加わる遠心力が大きいため、回転フィン２１を通過する気流より分離される。そして回転フィン２１と固定フィン１２の間の空間を重力により沈降していき、最終的には整流コーン１１の内壁に沿って下部にある粉砕部５へと落下する。【００１１】
一方、微粒子５４は加わる遠心力は小さいため、気流に同伴され回転フィン２１を通過して、図２７に示すように微粉子５４として竪型粉砕装置の外部へと排出される。なお、製品微粉の粒径分布は、回転式分級機２０の回転数を調整することによって制御できる。なお、図中の２２は回転フィン２１の回転方向、４１は分級部外周ハウジングである。【００１２】
図３２は、この竪型ローラミルを備えた石炭焚ボイラ装置全体の概略構成図である。押込送風機５７により送り込まれた燃焼用空気Ａは一次空気Ａ１と二次空気Ａ２に分岐され、一次空気Ａ１は冷空気として一次空気用押込送風機５８により直接前記竪型ローラミル５９に送られるものと、排ガス式空気予熱器６４により加熱されて竪型ローラミル５９に送られるものとに分岐される。そして冷空気と温空気は混合空気が適温になるように混合調整されて、竪型ローラミル５９に前記熱風５１として供給される。【００１３】
被粉砕物５０である原炭は石炭バンカ６５に投入された後、給炭機６６により定量ずつ竪型ローラミル５９に供給されて粉砕される。一次空気Ａ１により乾燥されながら粉砕されて生成した微粉炭は、一次空気Ａ１により搬送されウィンドボックス６８内の微粉炭バーナを介してボイラ本体６７に送られて着火・燃焼する。前記二次空気Ａ２は蒸気式空気予熱器６９と排ガス式空気予熱器６４により加熱されてウィンドボックス６８に送られ、ボイラ本体６７内で微粉炭の燃焼に供される。【００１４】
微粉炭の燃焼で生成した排ガスは集塵機７０で塵埃が除去され、脱硝装置７１で窒素酸化物（ＮＯｘ）が還元されて、排ガス式空気予熱器６４を経て誘引送風機７２で吸引され、脱硫装置７３で硫黄分が除去されて、煙突７４から大気中に放出されるシステムになっている。【００１５】
前記分級装置に関しては、例えば下記のような特許文献を挙げることができる。
【特許文献１】特開２００２−２３３８２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
石炭焚ボイラ装置に送給する微粉炭は、ＮＯｘ等の大気汚染物質や灰中未燃分を低減するために、所定の粒径分布より細かくする必要がある。特に灰中未燃分はボイラ効率に大きく影響を及ぼし、またこれを低減することで石炭灰をフライアッシュとしてリサイクルできるようになる。従来の二段式分級装置では、製品微粉の２００メッシュパス(７５μｍ以下)の微粒子の質量割合が８０〜９０％の通常運用時では、１００メッシュ残の混入割合を２重量％以下に抑えることができる。【００１７】
近年の石炭焚ボイラ装置では様々な性状の石炭が使用されており、その中には粉砕性が悪く、粒径分布を細かくするために多大な動力を必要とする石炭や、製品微粉の２００メッシュパスの割合を高くすると粉砕部で自励振動を引き起こす石炭がある。このような性状の石炭では２００メッシュパスを８０〜９０％まで高くすることができず、１００メッシュ残量が数％以上に増加する。その結果、ＮＯｘ等の大気汚染物質や灰中未燃分を低減することができない問題に直面している。【００１８】
竪型ローラミルの特性でもあるが、固定式分級器入口で流速偏差が発生し、固定式分級器の後流側に設置している回転式分級機入口でも流速偏差は解消されることがないため、回転式分級機の分級性能が悪くなる問題がある。分級装置の性能は、大半の分離操作を行なう内部分級装置（回転式分級機）で一様な流速分布を与えることでシャープな分級が可能になる。【００１９】
前記以外に、粉体濃度が高いと粒子の分散が不十分となり、分級の精度も悪くなる特性がある。これは石炭濃度が高くなる粒子同士の干渉作用または部分的な凝集によるものと推定される。通常、石炭を竪型ローラミルで粉砕する際、ミルから排出される粉体濃度は０．３ｋｇ／ｍ3〜０．６ｋｇ／ｍ3の範囲であるが、固定式分級器１０からの粗粉回収などで循環量が増すため実質的に回転式分級機２０の入口粉体濃度は約２ｋｇ／ｍ3以上になっている。【００２０】
従って、回転式分級機２０の入口では可能な限り流速および粉体濃度を一定にして、局所的な高濃度領域を作らないことが必要である。その対策としては、固定式分級器１０に使用されるフィンを水平ルーバ型（羽根板型）とし、回転式分級機２０の入口での流速分布を一様にする方法が有効である。さらに、従来の固定フィンの形状を維持し、その一部を利用し水平ルーバの支持部材とする方法が有効である。【００２１】
分級装置の性能が悪くなると、ミル出口から製品として排出されるべき微粉も排出されず、ミル粉砕部へ供給されて再び粉砕工程を経ることになる。このためにミルローラ内に微粉がかみ込み、それが原因でローラの自励振動が発生し、ミル粉砕部の保有炭量が増加し、結果的には粉砕量の低下および粉砕動力の増加を招く。【００２２】
本発明はこのような従来技術の実情に鑑みて発案されたもので、その第1の目的は、粗粒子の混入割合の少ない製品微粉を得ることのできる分級装置を提供することにある。【００２３】
本発明の第２の目的は、装置内部における粉砕粒子層の差圧低減、粉砕動力の低減ならびに自励振動の防止を図ることが可能な竪型粉砕装置を提供することにある。【００２４】
本発明の第３の目的は、粉砕性が悪い石炭や、竪型粉砕装置の自励振動を誘発しやすい石炭を用いる場合も、灰中未燃分を低く保つことができ、ボイラ効率の向上が図れる石炭焚ボイラ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
前記第１の目的を達成するため本発明の第１の手段は、装置の入口側に配置された略円筒状の固定式分級器と、その固定式分級器の内部に配置された回転式分級機とを備え、前記回転式分級機は、板の長手方向が鉛直方向に向いており装置の中心軸方向に対して任意の角度で設置された回転フィンを円周方向に多数枚有する分級装置において、
前記固定式分級器は、複数枚の固定フィンが装置の中心軸に対して環状に配置されて、その複数枚の固定フィン群が多数段にわたって取り付けられ、前記各固定フィンは装置の中心軸方向に向けて下向きに傾斜していることを特徴とするものである。【００２６】
本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記固定フィンと回転フィンの間に装置上面部から円筒状をした偏向リングが吊り下げられていることを特徴とするものである。【００２７】
本発明の第３の手段は前記第２の手段において、前記偏向リングの装置上面部からの長さをＨ、前記回転フィンの長さをＨＲＦとしたとき、Ｈ／ＨＲＦの値が１／３以下に規制されていることを特徴とするものである。【００２８】
本発明の第４の手段は前記第１ないし第３の手段において、前記固定フィンの傾斜角度が水平に対して５０°〜７０°の範囲に規制されていることを特徴とするものである。【００２９】
本発明の第５の手段は前記第１ないし第４の手段において、前記固定フィンの傾斜角度をθ、固定フィンの段方向に対する設置ピッチをＰ、固定フィンの粒子流通方向の幅をＬとしたとき、
５０°≦θ≦７０°の範囲において、Ｐ／Ｌの値が
０．０４２×（θ−５０）+０．６４〜０．０１９×（θ−５０）+０．２２
の範囲内に存在するように、固定フィンの設置ピッチＰと粒子流通方向の幅Ｌを組み合わせたことを特徴とするものである。【００３０】
本発明の第６の手段は前記第１ないし第５の手段において、前記固定フィンを支持する支持部材が複数の板状部材からなり、前記支持部材通過後の前記分級装置の断面におけるガスおよび粒子の流れ方向が前記固定フィンの内側に設けられた前記回転分級機の回転方向を向くように、前記支持部材の設置角度を設定したことを特徴とするものである。【００３１】
本発明の第７の手段は前記第６の手段において、前記支持部材の幅を前記固定フィンの幅よりも内側に延伸したことを特徴とするものである。【００３２】
本発明の第８の手段は前記第１ないし第５の手段において、前記固定フィンの外周あるいは内周に近接して、鉛直方向に複数の平板で形成する整流板を設け、前記整流板通過後の前記分級装置の断面におけるガスおよび粒子の流れ方向が前記固定フィンの内側に設けられた前記回転分級機の回転方向を向くように、前記整流板の設置角度を設定したことを特徴とするものである。【００３３】
前記第２の目的を達成するため本発明の第９の手段は、粉砕テーブルと粉砕ローラなどの粉砕子を有する粉砕部と、その粉砕部の上部に配置され分級部とを備え、前記粉砕部で粉砕された粉砕物を粉砕テーブルの外周に設けられたスロートから上昇気流とともに搬送し、搬送される粉砕物を前記分級部で分級しつつ、分級された微粒子を装置外に取り出し、分級された粗粒子を前記粉砕部で再び粉砕する竪型粉砕装置において、前記分級部が前記第１ないし第８の手段の分級装置で構成されていることを特徴とするものである。【００３４】
前記第３の目的を達成するため本発明の第１０の手段は、石炭を粉砕する竪型粉砕装置と、その竪型粉砕装置で粉砕して得られた微粉炭を燃焼するボイラ本体とを備えた石炭焚ボイラ装置において、前記竪型粉砕装置が前記第９の手段の竪型粉砕装置であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３５】
本発明は前述のような構成になっており、前記第１ないし第８の手段により、粗粒子の混入割合の少ない製品微粉を得ることのできる分級装置を提供することができる。【００３６】
また前記第９の手段により、装置内部における粉砕粒子層の差圧低減、粉砕動力の低減ならびに自励振動の防止を図ることが可能な竪型粉砕装置を提供することができる。【００３７】
さらに前記第１０の手段により、粉砕性が悪い石炭や、竪型粉砕装置の自励振動を誘発しやすい石炭を用いる場合も、灰中未燃分を低く保つことができ、ボイラ効率の向上が図れる石炭焚ボイラ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
次に本発明の実施形態を図とともに説明する。図１ないし図３は本発明の第１実施形態に係る分級装置を説明するための図で、図１は分級装置の要部を示す縦概略断面図、図２は図１Ａ−Ａ線上の横概略断面図、図３は固定フィンの変形例を示す図１Ａ−Ａ線上の横概略断面図である。なお、この分級装置を備えた竪型ローラミルの概略構成は図２７に示すものと同様であるので、その説明は省略する。【００３９】
分級装置は図１に示すように、分級装置の入口側に配置された略円筒状の固定式分級器１０と、それの内部に配置された回転式分級機２０とを組み合わせた二段式分級装置となっている。【００４０】
固定式分級器１０は、長板状の支持部材１４と、図２に示すように両端部が前記支持部材１４に支持された固定フィン１３と、支持部材１４の下側に配置された下向きに凸の円錐形状の整流コーン１１から構成されている。【００４１】
図１に示すように固定フィン１３は、分級装置の中心軸方向に対して下向きに一定の角度θで、所定の間隔をおいて多数段に取り付けられ、図２に示すように各固定フィン１３（ルーバ）どうしは支持部材１４を介して環状に接続されている。【００４２】
固定フィン１３は図２に示すように内側と外側の周縁が円弧状をした平板から構成され、両端を支持部材１４で固定している。固定フィン１３の固定方法は支持部材１４に差し込み、溶接またはネジ止めなどで固定している。固定フィン１３の平面形状は円弧状に限定されたものではなく、図３に示すような平面形状が長方形の固定フィン１３も用いられる。この場合も固定フィン１３は分級装置の中心軸に対して環状に配列され、各フィン１３は分級装置の中心に向かって下方に傾斜している。【００４３】
この固定フィン１３と回転フィン２１の間には、円筒状をした偏向リング３３が分級部上面板４０から吊り下げられている。【００４４】
次に図1を用いて分級装置の作用を説明する。粉砕部５（図２７参照）より上昇してきた固気二相流５２中の粒子は、固定フィン１３と分級部外周ハウジング４１の間に入り、固定フィン１３と固定フィン１３の間を通る際、固定フィン（ルーバ）１３の面に衝突した後に下向きの流れに変わる。このとき質量の大きな粗粒子は下向きの慣性力と重力により、回転フィン２１を通過する気流から分離され、下部にある整流コーン１１側へ向かって落下する。一方、微粒子は下向きに加わる慣性力と重力が小さいため、気流に同伴されて回転フィン２１へ向かって流れる。【００４５】
次に固定フィン（ルーバ）１３の傾斜角度、幅、ピッチおよび偏向リング３３の長さについて流動解析およびコールドモデル試験により最適化した検討結果を示す。図４は、分級装置の各部位に記号を付した参考図である。図中の各記号は下記の通りである。【００４６】
Ｌ：固定フィン（ルーバ）１３の粒子流通方向の幅（ルーバ幅）
θ：ルーバ１３の水平方向に対する傾斜角度（ルーバ角度）
Ｐ：ルーバ１３の段方向に対する設置ピッチ（ルーバピッチ）
Ｈ：偏向リング３３の下向きの長さ（偏向リング長さ）
ＨＲＦ：回転フィン２１の下向きの長さ（回転フィン長さ）
Ｒｒ：ルーバ１３の内径（ルーバ内径）
ＲＨ：分級装置の中心から偏向リング３３までの距離（偏向リング位置）
図５は、Ａ、Ｂ、Ｃの３タイプの分級装置の構成と各分級装置の流動解析結果を示す図である。図中のＡタイプは図２８で説明した従来構造の分級装置で、縦に長い平板状の固定フィン１２と回転フィン２１が設置されている。Ｂタイプはその縦に長い平板状の固定フィン１２と回転フィン２１の間に偏向リング３３が設置されている分級装置で、前記特許文献１に記載されている構成である。Ｃタイプは、図１に示した本発明の実施形態に係る分級装置である。【００４７】
これら３タイプの分級装置における回転フィン２１の入口流速分布を図５Ｄに示す。横軸は回転フィンへの粒子の流入流速、縦軸は回転フィンの長さ位置を示している。なお、縦軸において例えば回転フィン長さ位置−０．０６ｍとは、回転フィン２１の付け根部から０．０６ｍ下がった位置を示している。【００４８】
この図５Ｄの結果から明らかなように、Ａタイプのものは回転フィン２１の付け根部付近において回転フィンへの流入流速にピークがあり、流速分布の偏差が大きい。Ｂタイプのものはそのピーク位置が回転フィンのほぼ中央位置まで下がるが、流速分布は依然として偏っている。これらに比べてＣタイプのものは回転フィンへの流入流速のピークは殆どなく、回転フィン入口での流速がほぼ均一であることが分かる。なお、このテストに用いたＣタイプの分級装置は、ルーバ角度θを６０°に設定したものである。【００４９】
図３０は、前記Ａタイプの分級装置における回転フィン入口の流速分布を示す図である。この図に示すように、流速分布が回転フィンの高さ方向において不均一で、分級装置上部に流速が高く、下部で低い傾向がある。これは固定式分級器の隙間が縦方向に開口しているためである。【００５０】
粒子の分離割合は固定式分級器に比べて回転式分級機が大きく、回転式分級機入口の流速分布が重要である。回転式分級機による分離径は、回転式分級機への空気流入速度による流体抗力と回転式分級機で発生する遠心力の比によって一義的に決まる。従い、回転式分級機入口での空気流の不均一が粒子の分離性能を下げる原因になる。逆に、回転式分級機入口の流速分布が一様であることが分級性能を上げることに繋がる。【００５１】
回転式分級の理論分級粒子径Ｄｔｈは（１）式に示すように、回転フィンの周速度Ｖｒ（遠心力）と回転フィンへの空気流入速度Ｖａの比で決まるため、回転式分級機入口の流速分布の変動はＤｔｈの変動に直接的に繋がる。【００５２】
Ｄｔｈ＝Ｃ／Ｖｒ（１８μｒＶａ／（ρｓ−ρ））0.5  ・・・・・・・・・（１）
ここで、ｒ：回転フィンの外径、μ：空気粘度、ρｓ：粒子密度、ρ：空気密度、Ｃ：
補正係数である。【００５３】
図３１は、粉砕部から搬送された固定式分級器および内部の回転式分級機への粒子挙動を示す図である。粉砕部からガスまたは空気で吹き上げられた石炭粒子はミル上部（固定式分級器上部）に衝突し、固定式分級器を経由して回転式分級機へ導かれる。当然ながら固定式分級器上部に石炭濃度の高い層が形成され、これは回転式分級機の入口になっても平滑化されることなく濃度偏差は発生している。このように、ミル上部で発生した粉体濃度偏差が従来の固定式分級器では容易に解消することはできない。【００５４】
次に本発明の分級装置におけるルーバ構造の最適化について検討した結果を説明する。図６は、ルーバ角度θと、回転フィン入口流速分布の均一性を表す回転フィン入口流速の最大流速Ｖｍａｘとその平均流速Ｖａｖｅの比（Ｖｍａｘ／Ｖａｖｅ）との関係を示す図である。この図でＶｍａｘ／Ｖａｖｅが１に近いほど粒子の回転フィン入口流速分布が均一化されていることを示す。【００５５】
この図から明らかなように、ルーバ角度が４０°と８０°の場合はＶｍａｘ／Ｖａｖｅが３を超えてしまう。ルーバ角度が小さい場合は固定式分級器の入口で発生した流速偏差を整流する効果が小さく、一方、ルーバ角度が大きい場合は回転式分級機下方に空気流れが集中して、流速偏差が大きくなることが実験で確認されている。これに対してルーバ角度を５０°〜７０°の範囲に設定した場合はＶｍａｘ／Ｖａｖｅを２．５以下にすることができ、回転フィン入口における流速分布の均一化が図れ、特にルーバ角度６０°ではＶｍａｘ／Ｖａｖｅが最も小さくなっている。【００５６】
図７は、ルーバ角度と固定式分級器の圧力損失比との関係を示す図である。図中の圧力損失比は、ルーバ角度４０°の固定式分級器の圧力損失ΔＰを基準とし、各ルーバ角における圧力損失ΔＰ１との比（ΔＰ１／ΔＰ）で示している。【００５７】
この図から明らかなように、ルーバ角度が大きくなるほど圧力損失が増加する傾向があるが、ルーバ角度が７０°においても圧力損失比は１．１で小さいことが分かる。また、ルーバ角度が一定でもルーバピッチＰを小さくするとルーバによる圧力損失は高くなる傾向があり、ルーバ角度が大きいほどその傾向は強い。【００５８】
図８は、ルーバ角度６０°におけるルーバ幅LおよびルーバピッチPの最適化について、回転式分級機入口の流速分布（Ｖｍａｘ／Ｖａｖｅ）との関係を流動解析で求めた図である。この図で横軸にルーバピッチPとルーバ幅Lの比（Ｐ／Ｌ）、横軸に（Ｖｍａｘ／Ｖａｖｅ）をとっている。【００５９】
この図から明らかなように、Ｐ／Ｌが小さいほどＶｍａｘ／Ｖａｖｅが小さく、回転式分級機入口の流速分布が均一になる。Ｐ／Ｌが１．２でＶｍａｘ／Ｖａｖｅが急激に増加する傾向にある。これはＰ／Ｌが増加するとルーバ間の隙間が大きくなり、そのために空気流の整流効果が減少するためである。【００６０】
一方、Ｐ／Ｌが小さくなると再びＶｍａｘ／Ｖａｖｅが増加する傾向にある。Ｐ／Ｌが増加すると分級器の圧力損失は小さくなる特性（図示なし）があるが、分級性能の面からＰ／Ｌの上限値は１．１で、０．８以下が好ましい。一方、Ｐ／Ｌの下限は０．４で、０．５以上が好ましい。従ってＰ／Ｌの規制範囲は０．４〜１．１、好ましくは０．５〜０．８である。【００６１】
図９は、ルーバ角度７０°におけるＰ／ＬとＶｍａｘ／Ｖａｖｅとの関係を求めた図である。ルーバ角度が７０°と高い場合、Ｐ／Ｌが１.1で最もＶｍａｘ／Ｖａｖｅが小さくなることが分かる。これはルーバ角度６０°の場合に比べてルーバピッチを大きくまたはルーバ幅を小さく（すなわちＰ／Ｌを大きく）することで、分級装置出口流速の均等化が図れることになる。ルーバ角度が７０°の場合、Ｐ／Ｌを０．６〜１．５、好ましくは１．０〜１．１の範囲に規制するとよい。【００６２】
図１０は、ルーバ角度５０°におけるＰ／ＬとＶｍａｘ／Ｖａｖｅとの関係を求めた図である。ルーバ角度５０°の場合は、ルーバ角度６０°と比較するとＰ／Ｌが広い範囲でＶｍａｘ／Ｖａｖｅが大きい値を持ち、回転フィン出口の流速の均等化が難しいと推定される。ただし、Ｖｍａｘ／Ｖａｖｅが小さくなる傾向はルーバ角６０°と類似し、Ｐ／Ｌを小さくすることでＶｍａｘ／Ｖａｖｅを小さくすることが可能である。ルーバ角度が小さくなると一定のＰ／Ｌでも圧力損失は小さくなる傾向にあり、Ｖｍａｘ／Ｖａｖｅの最適値も小さい値に移行する。ルーバ角度が５０°の場合、Ｐ／Ｌを０．２２〜０．６５の範囲に規制するとよい。【００６３】
以上の解析結果から、ルーバ角度が５０°の場合はＰ／Ｌを０．２２〜０．６５の範囲、ルーバ角度が６０°の場合はＰ／Ｌを０．４〜１．１の範囲、ルーバ角度が７０°の場合はＰ／Ｌを０．６〜１．５の範囲に規制することにより、Ｖｍａｘ／Ｖａｖｅを小さく維持することができる。【００６４】
図１１は、これらの結果に基づいてルーバ角度が５０°〜７０°の範囲でのＰ／Ｌの最適範囲をまとめて示した図である。  
図中の上限線はＰ／Ｌ＝０．０４２×（θ−５０）＋０．６４で、下限線はＰ／Ｌ＝０．０１９×（θ−５０）＋０．２２で表すことができる。なお式中の０．０４２および０．０１９は係数で、１／ｄｅｇの単位を持つ。  
従って５０°≦θ≦７０°の範囲においてＰ／Ｌが、
上限線Ｐ／Ｌ＝０．０４２×（θ−５０）＋０．６４と、
下限線Ｐ／Ｌ＝０．０１９×（θ−５０）＋０．２２
の範囲内に存在するようにルーバ幅ＬとルーバフィンピッチＰを組み合わせることにより、回転分級機入口の流速分布を一様にすることができる。【００６５】
次に、偏向リング長さの最適化について検討した結果を説明する。図１２は、ルーバ角度θを６０°に一定にした場合の回転フィン長さＨＲＦに対する偏向リング長さＨの比率（Ｈ／ＨＲＦ）とＶｍａｘ／Ｖａｖｅの関係を示す図である。【００６６】
この図から明らかなように、偏向リング長さ比（Ｈ/ＨＲＦ）が０から０．３の範囲でＶｍａｘ／Ｖａｖｅはやや小さくなるが０．３５を超える範囲からＶｍａｘ／Ｖａｖｅが高くなることが分かる。このことは偏向リングの長さが増すと回転式分級機への空気流路が狭くなると同時に、下降流が増加するため回転式分級機の入口流速分布が均一にならないためであると考えられる。【００６７】
図１３は、偏向リング長さ比（Ｈ/ＨＲＦ）に対する分級装置の圧力損失の実験結果を示す図である。ここでΔＰ２は偏向リングがない場合の分級装置の圧力損失、ΔＰ３は分級装置の圧力損失を示す。【００６８】
この図から明らかなように、分級装置の圧力損失比（ΔＰ３／ΔＰ２）は偏向リング長さ比（Ｈ/ＲＦ）が０のとき最も小さく、偏向リング長さ比（Ｈ/ＨＲＦ）が増すと分級装置の圧力損失比（ΔＰ３／ΔＰ２）は高くなり、偏向リング長さ比（Ｈ/ＨＲＦ）が０．３５を超えると急激に増加している。圧力損失を低減するという観点では、偏向リング長さ比（Ｈ/ＨＲＦ）は０から１／３の範囲に規定する必要がある。【００６９】
図１２ならびに図１３ではルーバ角度θを６０°に設定した場合について説明したが、ルーバ角度θが５０°ならびに７０°の場合も同様の傾向を示す。【００７０】
図１４は、分級特性例としてミル出口から回収した微粉の２００メッシュパス量を変化させたときの１００メッシュオーバ（粗粉粒径が１５０μｍ以上）の混合割合を示す分級特性図である。【００７１】
この図から明らかなように、従来技術および本発明（ルーバ角度６０°）ともに２００メッシュパス量が増加すると、１００メッシュ残分は減少する傾向はある。ミルにおける通常の２００メッシュパス量の運用は重量割合で８０％〜９０％の範囲であるが、従来技術においては２００メッシュパス量８０％のとき１００メッシュオーバ分は約２％であることに対して本発明では０．５％以下であり、従来技術においては２００メッシュパス量９０％のとき１００メッシュオーバ分は約０．７％であることに対して本発明では０％である。【００７２】
なお、１００メッシュ残分はルーバのみの場合とルーバと偏向リング（Ｈ/ＨＲＦ＝３０％）を組み合わせた場合の差異はなく同等の結果であった。ルーバは水平に対して下流側に６０°傾斜しているため、粗粒子も流れに沿って搬送される。これは、回転フィンの周囲では比較的粗い粒子がフィンでの衝突で弾き飛ばされ浮遊しているが、ルーバにより下降流を形成するため粉砕部へ戻されると推定される。また、ルーバ設置により回転式分級機入口の流速分布を均等化できるため、粗い粒子が分級装置内に入りにくく、粒径が一様になると推定される。これらの結果から、ルーバを固定フィンに設置することにより、分級がシャ−プ化できると推定される。【００７３】
さらに、ミルの粉砕動力を低減するにはミル粉砕部へ微粒を混入させないことも重要になる。分級装置で回収された微粉は再びミル内に戻され、過粉砕される。戻された粗粉内に微細な粒子が混入するとミル内の保有炭量が増し、ミル炭層差圧が増加し、ミル動力が増す原因になる。そのため分級装置で回収した粒子内には微細粒子がないことが望ましい。【００７４】
図１５は、分級装置出口粒度（２００メッシュ通過量）と分級装置内に戻された微粒子３８μｍのコールドモデル試験結果を示す図である。分級装置内に戻される微粉３８μｍ通過量は分級装置出口の粒度が細かいほど減少し、従来技術に比べて本発明[ルーバと偏向リング（Ｈ/ＨＲＦ＝０．３）の組み合わせ]を用いた場合、３８μｍ通過量は約５０％以下になる。【００７５】
従って本発明のルーバ構造を用いることで微紛はミル出口から排出され、再びミル粉砕部で戻る割合が少なくなることから、ミル内の炭層（ホールドアップ）が減少することになる。【００７６】
次に分級精度について述べる。分級精度は、分級試験で求めた粒度分布およびマスバランス結果から（２）式に基づき部分分級効率を算出することができる。【００７７】
Ｃｉ＝１−（Ｗｆ・ｄＦｆ／ｄｘ）／（Ｗｃ・ｄＦｃ／ｄｘ）・・・・・（２）
ここでＣｉは部分分級効率、Ｗｆは分級機出口での試料回収量、Ｗｃは試料投入量、Ｆｆは分級機出口回収試料の通過率、Ｆｃは投入試料の通過率、ｘは粒径、ｄＦｆ／ｄｘは分級機出口回収試料の頻度分布、ｄＦｃ／ｄｘは投入試料の頻度分布である。【００７８】
また、（２）式で求めた部分分級効率をロジン・ラムラー線図（ＲＲ線図）で近似し、その勾配ｎ（シャープネス）を算出する方法を用いた。【００７９】
図１６は、従来技術と本発明による分級精度シャープネスのコールドモデル試験結果を比較した図である。分級精度シャープネスは各粒度分布別の分離効率であり、値が大きいほどシャープであることを示す。【００８０】
この図から明らかなように、本発明ならびに従来技術の分級装置ともに分級装置出口粒度２００メッシュパス量が大きいほどシャ−プネスが大きくなり、分級がシャープになり、本発明は従来構造に比べてすべての粒度範囲で分級精度シャープネスが高いことが分かる。２００メッシュパス量９０％の条件ではシャープネスが１．２９倍になる。【００８１】
図１６の結果に基づき、シミュレーションによるシャープネスと粉砕動力低減率の関係を図１７示す。シャープネスが高いほど粉砕動力低減率が高くなることがわかる。これは、分級がシャープになることで、ミル粉砕部への戻り微粉量が低減し、ミル内のホールドアップが減少することによる。その結果、本発明のルーバ型固定式分級器を用いることで、粉砕動力低減率約１０％の達成が可能となる。【００８２】
図１８は、本発明と従来の分級装置を比較した炭層差圧のパイロットミルによる試験結果を示す図である。この図から明らかなように本発明の分級装置は従来の分級装置に比べて、炭層差圧が粉砕粒度２００メッシュ通過率８５％時で約６５％、粉砕粒度２００メッシュ通過率９０％時でも約５０％低減することができた。【００８３】
これは分級がシャープになることで、ミル粉砕部への戻り微粉量が低減し、ミル内のホールドアップが減少することによる。ミル動力は粉砕動力と空気源であるファンの動力で構成される。これらの構成比率は粉砕動力が７０％、ファン動力が３０％に相当するため、ミル全体の動力低減が図れる。【００８４】
図１９は第２実施形態に係る分級装置を説明するための側断面図、図２０は図１９のＢ−Ｂ線上の横概略要部を示す図である。【００８５】
本実施形態では固定フィン１３の支持部材１６が円周方向に固定フィン１３と同一幅の複数板状で、装置中心軸に対して鉛直方向に配置される。その固定フィン１３が回転分級機２０の回転半径方向となす角度および方向は固定フィン１３の内側に設置された回転分級機２０の回転フィン２１と同方向に同位置角度で配置される。ただし、その角度は特に限定されたものでなく、回転半径方向となす角度が２０°から５０°の範囲にある。固定フィン支持部材１６は周方向に等間隔で配置され、その数は固定フィン１３を補強するに十分な数８個から１６個で構成される。【００８６】
さらに、固定フィン１３と回転フィン２１の間には偏向リング３３が配置される。従って、支持部材１６により、支持部材１６通過後の分級装置の断面におけるガスおよび粒子の流れ方向が、固定フィン１３の内側に設けられた回転分級機２０の回転方向に形成されるようになる。これら固定フィン支持部材１６と固定フィン１３の施工法は、支持部材１６に固定フィン１３が挟まるように切り裂きを入れることで溶接箇所を少なくすることができる。【００８７】
図２１は第３実施形態に係る分級装置を説明するための側断面図、図２２は図２１のＤ−Ｄ線上の横概略要部を示す図である。基本的な構造は図１９および図２０と同様である。【００８８】
本実施形態では支持部材１７の幅が固定フィン１３より長く、固定フィン１３の内側に延長されている。その幅は固定フィン幅の２倍程度で構成される。固定フィン支持部材１７は、装置中心軸に対して鉛直方向に配置され、その角度は固定フィン１３の内側に設置された回転分級機２０の回転フィン２１と回転半径方向となす角度が同方向に同位置に配置される。その角度は特に限定されたものでなく、回転半径方向となす角度が２０°から５０°の範囲で運用される。固定フィン支持部材１７は周方向に等間隔で配置され、その数は８個から１６個で構成される。固定フィン１３と回転フィン２１の間には偏向リング３３が配置される。【００８９】
従って、支持部材１７により、支持部材１７通過後の分級装置の断面におけるガスおよび粒子の流れ方向が固定フィン１３の内側に設けられた回転分級機２０の回転方向に形成されるようになる。本実施形態は図１９で説明した実施形態に比べて支持部材１７の幅が延伸されているため、回転フィン入口の旋回流の強化が図れる。【００９０】
図２３は第４実施形態に係る分級装置を説明するための側断面図、図２４は図２３のＥ−Ｅ線上の横概略要部を示す図である。【００９１】
本実施形態では固定フィン１３の外側に縦方向の整流板１９を追設したものであるが、固定フィン１３の外側に代えて固定フィン１３の内側に縦方向の整流板１９を追設することも可能である。図２４では固定フィン１３と整流板１９は近接しているが、特に限定したものではなく、整流板１９と固定フィン１３の間に隙間があってもよい。整流板１９と回転分級機２０の回転半径方向となす角度は固定フィン１３の内側に設置された回転分級機２０と同方向に配置される。【００９２】
従って、整流板１９により、整流板１９通過後の分級装置の断面におけるガスおよび粒子の流れ方向が固定フィン１３の内側に設けられた回転分級機２０の回転方向に形成されるようになる。本実施形態では固定フィン１３の支持部材１４は図２と同じ構成からなる。整流板１９の数は回転フィン２１の外側に位置されるため、その数は多くすることが望ましい。【００９３】
固定フィン（ルーバ）が回転分級機入口の縦方向の流速分布均等化を促進したのに対して、前記第２〜第４実施形態は回転分級機内部の平面方向の流速分布の均等化を図ったものである。図２５に回転分級機内の粒子および空気の流れの模式図を示す。【００９４】
気流で搬送された粒子中の微粒子は回転フィンに衝突しないで分級されて、系外へ排出される。一方、粗粒子は気流から外れ回転フィンに衝突して、分級され粉砕部へ再び戻るものに別れる。図２５に示すように、回転フィンの回転方向反対側（裏側）に気流の剥離が発生する。剥離領域が増加すると反対の流れが発生するため、粒子が滞留し、分級が不安定になると同時に回転フィンの磨耗が起こる可能性がある。【００９５】
図２６は、流動解析により２つの回転フィン間の中心部における流速分布を整理して示した図である。この図において本発明は、回転フィン入口側の支持部材の角度を回転フィンと同じ方向に４５度傾斜した構造、従来技術は支持部材が放射線状に設置された構造である。同図の縦軸は２枚の回転フィン間中心部の速度比（速度／平均速度）を表し、横軸は２枚の回転フィンの距離を表している。【００９６】
回転フィン間中心部の速度比でマイナス側は逆方向の流れで、前述の剥離が発生していることを示している。この図から明らかなように、本発明では従来技術に比べて剥離領域が半分以下に減少している。【００９７】
さらに、回転フィン間の流速分布も均等になり、従来技術では回転フィン間中心部の速度比の最大値は４．３であるのに対して、本発明では回転フィン間中心部の速度比の最大値は３．０と小さくなっている。回転フィンの入口で縦方向の設置した支持部材または回転フィンに近接して設けた整流板で、支持部材または整流板通過後の分級装置の断面におけるガスおよび粒子の流れ方向を回転フィン回転角と同方向にすることで剥離領域を小さくし、回転フィン間の流速分布も均等化することができ、その結果分級効率の向上が図れる。【００９８】
本発明の実施により、分級性能が向上することによる粉砕部への粉砕物の循環量が低下するためミル内の保有炭量が下がり、ミル差圧が低減すると同時にミル動力が低減できる効果がある。当然ながら一定動力下では粉砕粒度が向上する効果がある。従って、比較的硬い石炭でも粗粒子の混入割合が少ない製品微粉を生成することが可能な分級装置及びこれを備えた竪型粉砕装置を実現することができる。【００９９】
よって石炭焚ボイラ用の竪型粉砕装置に本発明を適用すれば、粉砕性が悪い石炭や、竪型粉砕装置の自励振動を誘発しやすい石炭を用いる場合も、灰中未燃分を低く保つことができ、ボイラ効率の向上が可能となる。さらには、安価な低品位石炭を利用することが可能となるので、発電コストの低減に大きく寄与する。【０１００】
前記実施形態では竪型ローラミルの場合について説明したが、本発明は竪型ボールミルにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る分級装置の要部を示す縦概略断面図である。
【図２】図１Ａ−Ａ線上の横概略断面図である。
【図３】固定フィンの変形例を示す図１Ａ−Ａ線上の横概略断面図である。
【図４】分級装置の各部位に記号を付した参考図である。
【図５】各タイプの分級装置の構成とそれらの流動解析結果例を示す図である。
【図６】ルーバ角度θと回転フィン入口の流速分布Ｖｍａｘ／Ｖａｖｅとの関係を示す図である。
【図７】ルーバ角度θと固定式分級器の圧力損失比との関係を示す図である。
【図８】ルーバ角度６０°におけるＰ／ＬとＶｍａｘ／Ｖａｖｅとの関係を求めた図である。
【図９】ルーバ角度７０°におけるＰ／ＬとＶｍａｘ／Ｖａｖｅとの関係を求めた図である。
【図１０】ルーバ角度５０°におけるＰ／ＬとＶｍａｘ／Ｖａｖｅとの関係を求めた図である。
【図１１】ルーバ角度が５０°〜７０°の範囲でのＰ／Ｌの最適範囲をまとめて示した図である。
【図１２】Ｈ／ＨRＨとＶｍａｘ／Ｖａｖｅとの関係を求めた図である。
【図１３】Ｈ／ＨRＨと分級機圧力損失との関係を求めた図である。
【図１４】ミル出口から回収した微粉の２００メッシュパス量を変化させたときの１００メッシュオーバの混合割合を示す分級特性図である。
【図１５】分級装置出口粒度（２００メッシュ通過量）と分級装置内に戻された微粒子３８μｍのコールドモデル試験結果を示す図である。
【図１６】従来技術と本発明による分級精度シャープネスのコールドモデル試験結果を比較した図である。
【図１７】シミュレーションによるシャープネスと粉砕動力低減率の関係を示す図である。
【図１８】本発明と従来の分級装置を比較した炭層差圧（ミル差圧）のパイロットミルによる試験結果を示す図である。
【図１９】本発明の第２実施形態に係る分級装置の要部を示す縦概略断面図である。
【図２０】図１９Ｂ−Ｂ線上の横概略断面図である。
【図２１】本発明の第３実施形態に係る分級装置の要部を示す縦概略断面図である。
【図２２】図２１Ｄ−Ｄ線上の横概略断面図である。
【図２３】本発明の第４実施形態に係る分級装置の要部を示す縦概略断面図である。
【図２４】図２３Ｅ−Ｅ線上の横概略断面図である。
【図２５】回転分級機内の粒子および空気の流れを示す模式図である。
【図２６】流動解析により２つの回転フィン間の中心部における流速分布を整理して示す図である。
【図２７】竪型ローラミルの概略構成を示す図である。
【図２８】従来の分級装置の要部を示す縦概略断面図である。
【図２９】図２８Ｃ−Ｃ線上での横概略断面図である。
【図３０】従来の分級装置における流速分布の解析結果を示す説明図である。
【図３１】従来の分級装置における粉体濃度の解析結果を示す説明図である。
【図３２】竪型ローラミルを備えた石炭焚ボイラ装置全体の概略構成図である。
【図１】
2009041628.tif 000003
【図２】
2009041628.tif 000004
【図３】
2009041628.tif 000005
【図４】
2009041628.tif 000006
【図５】
2009041628.tif 000007
【図６】
2009041628.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年8月4日(2009.8.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置上面部から吊り下げられた略円筒状の固定式分級器と、
その固定式分級器の内部に配置された回転式分級機と、
前記固定式分級器と回転式分級機の間に装置上面部から吊り下げられて下降流を形成する円筒状の偏向リングと、
下向きに凸の円錐形状をして前記固定フィンの下側に配置された整流コーンと、
前記固定式分級器、回転式分級機、偏向リングならびに整流コーンなどで構成された分級部を覆う分級部外周ハウジングを備え、
前記回転式分級機は、板の長手方向が鉛直方向に向いており、装置の中心軸方向に対して任意の角度で設置された回転フィンを円周方向に多数枚有する分級装置において、
前記固定式分級器は、複数枚の固定フィンが装置の中心軸に対して環状に配置されて、その複数枚の固定フィン群が多数段にわたって取り付けられ、前記各固定フィンは装置の中心軸方向に向けて下向きに傾斜しており、
上昇してきた固体粒子と気体の混合物からなる固気二相流が前記分級部外周ハウジングと固定フィン群の間に入り、前記下向きに傾斜した固定フィンと固定フィンの間を通る際に固定フィンの面に衝突して下向きの流れに変わり、このとき質量の大きい粗粒子は下部にある前記整流コーン側へ向って落下し、一方落下しなかった固体粒子は気流に同伴されて前記偏向リングならびに回転フィン側へ向って流れる構成になっていることを特徴とする分級装置。
【請求項２】
請求項１項に記載の分級装置において、前記固定フィンの両端部が支持部材に支持されて、各固定フィンどうしは前記支持部材を介して環状に接続されていることを特徴とする分級装置。
【請求項３】
請求項２項に記載の分級装置において、前記偏向リングの装置上面部からの長さをＨ、前記回転フィンの長さをＨＲＦとしたとき、Ｈ／ＨＲＦの値が１／３以下に規制されていることを特徴とする分級装置。
【請求項４】
請求項１に記載の分級装置において、前記固定フィンの傾斜角度が水平に対して５０°〜７０°の範囲に規制されていることを特徴とする分級装置。
【請求項５】
請求項４に記載の分級装置において、前記固定フィンの傾斜角度をθ、固定フィンの段方向に対する設置ピッチをＰ、固定フィンの粒子流通方向の幅をＬとしたとき、Ｐ／Ｌの値が、
５０°≦θ≦７０°の範囲における上限線Ｐ／Ｌ＝０．０４２×（θ−５０）＋０．６５と、
５０°≦θ≦６０°の範囲における下限線Ｐ／Ｌ＝０．４と、６０°≦θ≦７０°の範囲における下限線Ｐ／Ｌ＝０．０１９×（θ−６０）＋０．４
の範囲内に存在するように、固定フィンの設置ピッチＰと粒子流通方向の幅Ｌを組み合わせたことを特徴とする分級装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の分級装置において、前記固定フィンを支持する支持部材が複数の板状部材からなり、前記支持部材通過後の前記分級装置の断面におけるガスおよび粒子の流れ方向が前記固定フィンの内側に設けられた前記回転分級機の回転方向に向くように、前記支持部材の設置角度を設定したことを特徴とする分級装置。
【請求項７】
請求項６に記載の分級装置において、前記支持部材の幅を前記固定フィンの幅よりも内側に延伸したことを特徴とする分級装置。
【請求項８】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の分級装置において、前記固定フィンの外周あるいは内周に近接して、鉛直方向に複数の平板で形成する整流板を設け、前記整流板通過後の前記分級装置の断面におけるガスおよび粒子の流れ方向が前記固定フィンの内側に設けられた前記回転分級機の回転方向に向くように、前記整流板の設置角度を設定したことを特徴とする分級装置。
【請求項９】
粉砕テーブルと粉砕子を有する粉砕部と、その粉砕部の上部に配置され分級部とを備え、前記粉砕部で粉砕された粉砕物を粉砕テーブルの外周に設けられたスロートから上昇気流とともに搬送し、搬送される粉砕物を前記分級部で分級しつつ、分級された微粒子を装置外に取り出し、分級された粗粒子を前記粉砕部で再び粉砕する竪型粉砕装置において、
前記分級部が前記請求項１ないし８のいずれか１項に記載の分級装置で構成されていることを特徴する竪型粉砕装置。
【請求項１０】
石炭を粉砕する竪型粉砕装置と、その竪型粉砕装置で粉砕して得られた微粉炭を燃焼するボイラ本体とを備えた石炭焚きボイラ装置において、前記竪型粉砕装置が請求項９に記載の竪型粉砕装置であることを特徴とする石炭焚きボイラ装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
ることでシャープな分級が可能になる。
［００１９］
前記以外に、粉体濃度が高いと粒子の分散が不十分となり、分級の精度も悪くなる特性がある。これは石炭濃度が高くなる粒子同士の干渉作用または部分的な凝集によるものと推定される。通常、石炭を竪型ローラミルで粉砕する際、ミルから排出される粉体濃度は０．３ｋｇ／ｍ３〜０．６ｋｇ／ｍ３の範囲であるが、固定式分級器１０からの粗粉回収などで循環量が増すため実質的に回転式分級機２０の入口粉体濃度は約２ｋｇ／ｍ３以上になっている。
［００２０］
従って、回転式分級機２０の入口では可能な限り流速および粉体濃度一定にして、局所的な高濃度領域を作らないことが必要である。その対策としては、固定式分級器１０に使用されるフィンを水平ルーバ型（羽根板型）とし、回転式分級機２０の入口での流速分布を一様にする方法が有効である。さらに、従来の固定フィンの形状を維持し、その一部を利用し水平ルーバの支持部材とする方法が有効である。
［００２１］
分級装置の性能が悪くなると、ミル出口から製品として排出されるべき微粉も排出されず、ミル粉砕部へ供給されて再び粉砕工程を経ることになる。このためにミルローラ内に微粉がかみ込み、それが原因でローラの自励振動が発生し、ミル粉砕部の保有炭量が増加し、結果的には粉砕量の低下および粉砕動力の増加を招く。
［００２２］
本発明はこのような従来技術の実情に鑑みて発案されたもので、その第１の目的は、粗粒子の混入割合の少ない製品微粉を得ることのできる分級装置を提供することにある。
［００２３］
本発明の第２の目的は、装置内部における粉砕粒子層の差圧低減、粉砕動力の低減ならびに自励振動の防止を図ることが可能な竪型粉砕装置を提供することにある。
［００２４］
本発明の第３の目的は、粉砕性の悪い石炭や、竪型粉砕装置の自励振動を誘発しやすい石炭を用いる場合も、灰中未燃分を低く保つことができ、ボイラ効率の向上が図れる石炭焚ボイラ装置を提供することにある。
課題を解決するための手段
［００２５］
前記第１の目的を達成するため本発明の第１の手段は、
装置上面部から吊り下げられた略円筒状の固定式分級器と、
その固定式分級器の内部に配置された回転式分級
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
機と、
前記固定式分級器と回転式分級機の間に装置上面部から吊り下げられて下降流を形成する円筒状の偏向リングと、
下向きに凸の円錐形状をして前記固定フィンの下側に配置された整流コーンと、
前記固定式分級器、回転式分級機、偏向リングならびに整流コーンなどで構成された分級部を覆う分級部外周ハウジングを備え、
前記回転式分級機は、板の長手方向が鉛直方向に向いており、装置の中心軸方向に対して任意の角度で設置された回転フィンを円周方向に多数枚有する分級装置において、
前記固定式分級器は、複数枚の固定フィンが装置の中心軸に対して環状に配置されて、その複数枚の固定フィン群が多数段にわたって取り付けられ、前記各固定フィンは装置の中心軸方向に向けて下向きに傾斜しており、
上昇してきた固体粒子と気体の混合物からなる固気二相流が前記分級部外周ハウジングと固定フィン群の間に入り、前記下向きに傾斜した固定フィンと固定フィンの間を通る際に固定フィンの面に衝突して下向きの流れに変わり、このとき質量の大きい粗粒子は下部にある前記整流コーン側へ向って落下し、一方落下しなかった固体粒子は気流に同伴されて前記偏向リングならびに回転フィン側へ向って流れる構成になっていることを特徴とするものである。
［００２６］
本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記固定フィンの両端部が支持部材に支持されて、各固定フィンどうしは前記支持部材を介して環状に接続されていることを特徴とするものである。
［００２７］
本発明の第３の手段は前記第２の手段において、前記偏向リングの装置上面部からの長さをＨ、前記回転フィンの長さをＨＲＦとしたとき、Ｈ／ＨＲＦの値が１／３以下に規制されていることを特徴とするものである。
［００２８］
本発明の第４の手段は前記第１の手段において、前記固定フィンの傾斜角度が水平に対して５０°〜７０°の範囲に規制されていることを特徴とするものである。
［００２９］
本発明の第５の手段は前記第４の手段において、前記固定フィンの傾斜角度をθ、固定フィンの段方向に対する設定ピッチをＰ、固定フィンの粒子流通方向の幅をＬとしたとき、Ｐ／Ｌの値が、
５０°≦θ≦７０°の範囲における上限線Ｐ／Ｌ＝０．０４２×（θ−５０）＋０．６５と、
５０°≦θ≦６０°の範囲における下限線Ｐ／Ｌ＝０．４と、６０°≦θ≦７０°の範囲における下限線Ｐ／Ｌ＝０．０１９×（θ−６０）＋０．４
の範囲内に存在するように、固定フィンの設置ピッチＰと粒子流通方向の幅Ｌを組み合わせたことを特徴とするものである。
［００３０］
本発明の第６の手段は前記第１ないし第５の手段において、前記固定フィンを支持する支持部材が複数の板状部材からなり、前記支持部材通過後の前記分級装置の断面におけるガスおよび粒子の流れ方向が前記固定フィンの内側に設けられた前記回転式分級機の回転方向を向くように、前記支持部材の設置角度を設定したことを特徴とするものである。
［００３１］
本発明の第７の手段は前記第６の手段において、前記支持部材の幅を前記固定フ
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
［００４５］
次に固定フィン（ルーバ）１３の傾斜角度、幅、ピッチおよび偏向リング３３の長さについて流動解析およびコールドモデル試験により最適化した検討結果を示す。図４は、分級装置の各部位に記号を付した参考図である。図中の各記号は下記の通りである。
［００４６］
Ｌ：固定フィン（ルーバ）１３の粒子流通方向の幅（ルーバ幅）
θ：ルーバ１３の水平方向に対する傾斜角度（ルーバ角度）
Ｐ：ルーバ１３の段方向に対する設置ピッチ（ルーバピッチ）
Ｈ：偏向リング３３の下向きの長さ（偏向リング長さ）
ＨＲＦ：回転フィン２１の下向きの長さ（回転フィン長さ）
Ｒｒ：ルーバ１３の内径（ルーバ内径）
Ｒｈ：分級装置の中心から偏向リング３３までの距離（偏向リング位置）
図５は、Ａ、Ｂ、Ｃの３タイプの分級装置の構成と各分級装置の流動解析結果を示す図である。図中のＡタイプは図２８で説明した従来構造の分級装置で、縦に長い平板状の固定フィン１２と回転フィン２１が設置されている。Ｂタイプはその縦に長い平板状の固定フィン１２と回転フィン２１の間に偏向リング３３が設置されている分級装置で、前記特許文献１に記載されている構成である。Ｃタイプは、図１に示した本発明の実施形態に係る分級装置である。
［００４７］
これら３タイプの分級装置における回転フィン２１の入口流速分布を図５Ｄに示す。横軸は回転フィンへの粒子の流入流速、縦軸は回転フィンの長さ位置を示している。なお、縦軸において例えば回転フィン長さ位置−０．０６ｍとは、回転フィン２１の付け根部から０．０６ｍ下がった位置を示している。
［００４８］
この図５Ｄの結果から明らかなように、Ａタイプのものは回転フィン２１の付け根部付近において回転フィンへの流入流速にピークがあり、流速分布の偏差が大きい。Ｂタイプのものはそのピーク位置が回転フィンのほぼ中央位置まで下がるが、流速分布は依然として偏っている。これらに比べてＣタイプのものは回転フィンへの流入流速のピークは殆どなく、回転フィン入口での流速がほぼ均一であることが分かる。なお、このテストに用いたＣタイプの分級装置は、ルーバ角度θを６０°に設定したものである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
［００５５］
この図から明らかなように、ルーバ角度が４０°と８０°の場合はＶｍａｘ／Ｖａｖｅが３を超えてしまう。ルーバ角度が小さい場合は固定式分級器の入口で発生した流速偏差を整流する効果が小さく、一方、ルーバ角度が大きい場合は回転式分級機下方に空気流れが集中して、流速偏差が大きくなることが実験で確認されている。これに対してルーバ角度を５０°〜７０°の範囲に設定した場合はＶｍａｘ／Ｖａｖｅを２．５以下にすることができ、回転フィン入口における流速分布の均一化が図れ、特にルーバ角度６０°ではＶｍａｘ／Ｖａｖｅが最も小さくなっている。
［００５６］
図７は、ルーバ角度と固定式分級器の圧力損失比との関係を示す図である。図中の圧力損失比は、ルーバ角度４０°の固定式分級器の圧力損失ΔＰを基準とし、各ルーバ角における圧力損失ΔＰ１との比（ΔＰ１／ΔＰ）で示している。
［００５７］
この図から明らかなように、ルーバ角度が大きくなるほど圧力損失が増加する傾向があるが、ルーバ角度が７０°においても圧力損失比は１．１で小さいことが分かる。また、ルーバ角度が一定でもルーバピッチＰを小さくするとルーバによる圧力損失は高くなる傾向があり、ルーバ角度が大きいほどその傾向は強い。
［００５８］
図８は、ルーバ角度６０°におけるルーバ幅ＬおよびルーバピッチＰの最適化について、回転式分級機入口の流速分布（Ｖｍａｘ／Ｖａｖｅ）との関係を流動解析で求めた図である。この図で横軸にルーバピッチＰとルーバ幅Ｌの比（Ｐ／Ｌ）、横軸に（Ｖｍａｘ／Ｖａｖｅ）をとっている。
［００５９］
この図から明らかなように、Ｐ／Ｌが１．２でＶｍａｘ／Ｖａｖｅが急激に増加する傾向にある。これはＰ／Ｌが増加するとルーバ間の隙間が大きくなり、そのために空気流の整流効果が減少するためである。
［００６０］
一方、Ｐ／Ｌの値が０．１〜１．１の範囲だとＶｍａｘ／Ｖａｖｅを２．５以下にすることができ、回転フィン入口における流速分布の均一化が図れる。但し、Ｐ／Ｌの値が０．１と低くなると、ルーバによる固定式分級器の圧力損失は高くなる傾向にあるから、Ｐ／Ｌの値は０．４以上にするとよい。よってＰ／Ｌの上限値は１．１で、０．８以下が好ましい。一方、Ｐ／Ｌの下限は０．４で、０．５以上が好ましい。従ってＰ／Ｌの規制範囲は０．４〜１．１、好ましくは０．５〜０．８である。
［００６１］
図９は、ルーバ角度７０°におけるＰ／ＬとＶｍａｘ／Ｖａｖｅとの関係を求めた図である
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
。ルーバ角度が７０°と高い場合、Ｐ／Ｌが１．１で最もＶｍａｘ／Ｖａｖｅが小さくなることが分かる。これはルーバ角度６０°の場合に比べてルーバピッチを大きくまたはルーバ幅を小さく（すなわちＰ／Ｌを大きく）することで、分級装置出口流速の均等化が図れることになる。ルーバ角度が７０°の場合、Ｐ／Ｌを０．６〜１．５、好ましくは１．０〜１．１の範囲に規制するとよい。
［００６２］
図１０は、ルーバ角度５０°におけるＰ／ＬとＶｍａｘ／Ｖａｖｅとの関係を求めた図である。ルーバ角度５０°の場合は、Ｐ／Ｌの値が０．４〜０．７５の範囲だとＶｍａｘ／Ｖａｖｅを２．５以下にすることができ、回転フィン入口における流速分布の均一化が図れる。但し、ルーバ角度が５０°と比較的ルーバの傾斜が緩やかなうえＰ／Ｌの値が０．７５だと、ルーバ間の隙間が大きくなり、そのために空気流の整流効果が減少する傾向にあり、場合によってはＶｍａｘ／Ｖａｖｅが２．５を超える心配があるから、ルーバ角度５０°ではＰ／Ｌの上限値は０．６５に留めておく方がよい。従って、ルーバ角度が５０°の場合、Ｐ／Ｌを０．４〜０．６５の範囲に規制するとよい。
［００６３］
以上の解析結果から、ルーバ角度が５０°の場合はＰ／Ｌを０．４〜０．６５の範囲、ルーバ角度が６０°の場合はＰ／Ｌを０．４〜１．１の範囲、ルーバ角度が７０°の場合はＰ／Ｌを０．６〜１．５の範囲に規制することにより、Ｖｍａｘ／Ｖａｖｅを小さく維持することができる。
［００６４］
図１１は、これらの結果に基づいてルーバ角度が５０°〜７０°の範囲でのＰ／Ｌの最適範囲をまとめて示した図である。
図中の上限線はルーバ角度θが５０°〜７０°の範囲でＰ／Ｌ＝０．０４２×（θ−５０）＋０．６５で表すことができ、下限線はルーバ角度θが５０°〜６０°の範囲でＰ／Ｌ＝０．４で表すことができ、またルーバ角度θが６０°〜７０°の範囲でＰ／Ｌ＝０．０１９×（θ−６０）＋０．４で表すことができる。なお、式中の０．０４２および０．０１９は係数で、１／ｄｅｇの単位を持つ。
従ってＰ／Ｌの値が、
５０°≦θ≦７０°の範囲における上限線Ｐ／Ｌ＝０．０４２×（θ−５０）＋０．６５と、
５０°≦θ≦６０°の範囲における下限線Ｐ／Ｌ＝０．４と、６０°≦θ≦７０°の範囲における下限線Ｐ／Ｌ＝０．０１９×（θ−６０）＋０．４
の範囲内に存在するようにルーバ幅ＬとルーバフィンピッチＰを組み合わせることにより、回転分級機入口の流速分布を一様にすることができる。
［００６５］
次に、偏向リング長さの最適化について検討した結果を説明する。図１２は、ルー
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
流側に６０°傾斜しているため、粗粒子も流れに沿って搬送される。これは、回転フィンの周囲では比較的粗い粒子がフィンでの衝突で弾き飛ばされ浮遊しているが、ルーバにより下降流を形成するため粉砕部へ戻されると推定される。また、ルーバ設置により回転式分級機入口の流速分布を均等化できるため、粗い粒子が分級装置内に入りにくく、粒径が一様になると推定される。これらの結果から、ルーバ（固定フィン）を設置することにより、分級がシャープ化できると推定される。
［００７３］
さらに、ミルの粉砕動力を低減するにはミル粉砕部へ微粒を混入させないことも重要になる。分級装置で回収された微粉は再びミル内に戻され、過粉砕される。戻された粗粉内に微細な粒子が混入するとミル内の保有炭量が増し、ミル炭層差圧が増加し、ミル動力が増す原因になる。そのため分級装置で回収した粒子内には微細粒子がないことが望ましい。
［００７４］
図１５は、分級装置出口粒度（２００メッシュ通過量）と分級装置内に戻された微粒子３８μｍのコールドモデル試験結果を示す図である。分級装置内に戻される微粉３８μｍ通過量は分級装置出口の粒度が細かいほど減少し、従来技術に比べて本発明［ルーバと偏向リング（Ｈ／ＨＲＦ＝０．３）の組み合わせ］を用いた場合、３８μｍ通過量は約５０％以下になる。
［００７５］
従って本発明のルーバ構造を用いることで微紛はミル出口から排出され、再びミル粉砕部で戻る割合が少なくなることから、ミル内の炭層（ホールドアップ）が減少することになる。
［００７６］
次に分級精度について述べる。分級精度は、分級試験で求めた粒度分布およびマスバランス結果から（２）式に基づき部分分級効率を算出することができる。
［００７７］
Ｃｉ＝１−（Ｗｆ・ｄＦｆ／ｄｘ）／（Ｗｃ・ｄＦｃ／ｄｘ）・・・・・（２）
ここでＣｉは部分分級効率、Ｗｆは分級機出口での試料回収量、Ｗｃは試料投入量、Ｆｆは分級機出口回収試料の通過率、Ｆｃは投入試料の通過率、ｘは粒径、ｄＦｆ／ｄｘは分級機出口回収試料の頻度分布、ｄＦｃ／ｄｘは投入試料の頻度分布である。
［００７８］
また、（２）式で求めた部分分級効率をロジン・ラムラー線図（ＲＲ線図）で近似し、その勾配ｎ（シャープネス）を算出する方法を用いた。
［００７９］
図１６は、従来技術と本発明による分級精度シャープネスのコールドモデル試験結
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2009041628.tif 000035
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2009041628.tif 000036
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2009041628.tif 000037
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2009041628.tif 000038
【国際調査報告】
2009041628.tif 000039
2009041628.tif 000040
2009041628.tif 000041
2009041628.tif 000042