(57)【要約】【課題】粉砕ミルによる石炭の粉砕時に乾燥条件を制御することで、安定した微粉炭の製造方法を提案する。【解決手段】微粉炭の製造方法において、まず石炭ホッパー２へ投入される石炭６の水分値を求め、求めた水分値から粉砕ミル１へ供給する石炭の水分値を推定すると共に、石炭ホッパー２から粉砕ミル１への給炭量をロードセル１０により求め、推定した水分値および給炭量に基づきガスバーナー３の燃料ガス量をフィードフォワード制御する一方、粉砕ミル１から排出される排気ガスの温度を温度計１１で求め、求めた排気ガスの温度が所定の温度範囲になるように、ガスバーナー３の燃料ガス量をフィードバック制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭ホッパー、ガスバーナーおよび集塵機を備える粉砕ミルを使用して、石炭ホッパーから供給される石炭を、ガスバーナーからの高温ガスにより乾燥すると共に粉砕ミルにより粉砕して微粉炭を生成し、生成した微粉炭を高温ガスの排気ガスに随伴させて集塵機に運び、集塵機により微粉炭を排気ガスから分離して得る、微粉炭の製造方法において、
まず、石炭ホッパーへ投入される石炭の水分値を求め、求めた水分値から粉砕ミルへ供給する石炭の水分値を推定すると共に、石炭ホッパーから粉砕ミルへの給炭量を求め、推定した水分値および給炭量に基づきガスバーナーの燃料ガス量をフィードフォワード制御する一方、粉砕ミルから排出される排気ガスの温度が所定の温度範囲になるように、ガスバーナーの燃料ガス量をフィードバック制御することを特徴とする、微粉炭の製造方法。
【請求項２】
前記粉砕ミルへ供給される石炭の水分値の推定は、前記求めた石炭ホッパーへ投入される石炭の水分値に基づき、石炭ホッパーへ投入される石炭の石炭ホッパー内での移動をトラッキングし、粉砕ミルへの石炭供給時点の石炭の水分値を推定することにより行うことを特徴とする請求項１に記載の微粉炭の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉砕ミルにより石炭を粉砕して微粉炭を製造する微粉炭の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微粉炭は、気流輸送法により搬送が容易であり、流量も制御しやすいという特徴がある。そのため、この微粉炭は、高炉の羽口から吹込んで燃料および還元材として使用されたり、発電プラントのボイラ等の燃料として使用されたりする等、様々な用途で有効に使用されている。
【０００３】
従来、このような微粉炭の製造方法としては、例えば特許文献1に開示されているようなものが知られている。この開示技術は、発電プラントのボイラ等に供給する微粉炭を製造するための石炭粉砕装置の制御装置とその方法に関するものであり、熱風を石炭が供給される粉砕ミルに送り、粉砕ミルで得られた微粉炭を、熱風を使って乾燥したのち、集塵機を用いて気固分離し、最終的に微粉炭とする方法を提案している。
【０００４】
一般に、このような粉砕装置で石炭を粉砕して微粉炭を得ようとする場合、製造された微粉炭の水分値を所定値以下にすることが重要である。しかしながら、従来、粉砕装置の構成上、集塵機で捕集された微粉炭の水分値を直接的に計測する方法はなく、また、微粉炭を定期的にサンプリングして水分値を計測しても、水分値が求まるまでに時間がかかっている。そのため、実際に測定した微粉炭の水分値を、粉砕装置での熱風の温度や量の制御に有効に使えないという問題があった。
【０００５】
そこで、特許文献1では、石炭を粉砕する粉砕ミルにおける各種のプロセス値から出炭される微粉炭の水分値を算出し、この出炭水分値を用いてミル温度指令値の補正を行う制御方法がとられている。具体的には、微粉炭の乾燥不足を抑止するために、粉砕ミルの出口温度(以後、ミル出口温度と記載)が一定になるように、ガスバーナーへの燃焼ガス、エアーの流量を変化させることで制御しているのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−１１７６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
微粉炭製造に使用される石炭は、一般に、銘柄により水分値が異なる。そのため、粉砕ミルへ供給される石炭の水分値は、石炭の銘柄の変更や配合の変更に応じて変動するのが普通である。それに加えて、石炭を露天のヤードへ野積みして、これを粉砕乾燥する場合、ヤードにおいて野積みした山の頂部と裾部とでは水分値が異なり、また、降雨や天日乾燥による水分値の変動が生じ、特に降雨が続いたとき等には、急激な水分値の変動が生じるといった現象が見られる。
【０００８】
図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、粉砕ミル出口温度を一定に保つようにガスバーナーでの燃料ガスの流量をＰＩＤ制御（フィードバック制御）したときの、降雨時と晴天時それぞれの１日分のミル出口温度のトレンドの一例を示したものである。晴天時（図５（ｂ））には、目標温度設定値の９３℃に対して４℃程度の振れ幅で制御ができているが、降雨時（図５（ａ））には、振幅が大きくなり、最大で１０℃程度の振れ幅となっている。これは、石炭ホッパーから供給される石炭の水分値が大きく変動したため、ミル出口温度に基づき燃料ガス量を制御するフィードバック制御では、十分な応答ができなかったためと考えられる。
【０００９】
同様の制御を行っている特許文献１に開示されている微粉炭の製造方法では、各種のプロセス値から出炭水分値の演算を行い、ミル温度指令値を演算した出炭水分値で補正を行っている。しかし、この方法は、粉砕ミルへ供給される石炭を実際に測定して求めた水分値を補正に使用しているわけではない。しかも、この技術の場合、粉砕ミル出口温度を一定に保つようにガスバーナーでの燃料ガスの流量をＰＩＤ制御（フィードバック制御）しているため、粉砕ミルに供給する石炭の水分値が急激に上昇した時などに、演算した出炭水分値に基づくミル温度指令値の補正が時間的に間に合わず、ミル出口温度が急激に低下するという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、粉砕ミルによる石炭の粉砕時に乾燥条件を制御することで、安定した微粉炭の製造方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
従来技術が抱えている前述の課題を解決し、前記の目的を実現するために鋭意研究した結果、発明者らは、以下に述べる新規な微粉炭の製造方法を開発するに到った。即ち、本発明は、石炭ホッパー、ガスバーナーおよび集塵機を備える粉砕ミルを使用して、石炭ホッパーから供給される石炭を、ガスバーナーからの高温ガスにより乾燥すると共に粉砕ミルにより粉砕して微粉炭を生成し、生成した微粉炭を高温ガスの排気ガスに随伴させて集塵機に運び、集塵機により微粉炭を排気ガスから分離して得る、微粉炭の製造方法において、まず、石炭ホッパーへ投入される石炭の水分値を求め、求めた水分値から粉砕ミルへ供給する石炭の水分値を推定すると共に、石炭ホッパーから粉砕ミルへの給炭量を求め、推定した水分値および給炭量に基づきガスバーナーの燃料ガス量をフィードフォワード制御する一方、粉砕ミルから排出される排気ガスの温度が所定の温度範囲になるように、ガスバーナーの燃料ガス量をフィードバック制御することを特徴とする、微粉炭の製造方法である。
【００１２】
なお、前記のように構成される本発明に係る微粉炭の製造方法においては、
（１）前記粉砕ミルへ供給される石炭の水分値の推定は、前記求めた石炭ホッパーへ投入される石炭の水分値に基づき、石炭ホッパーへ投入される石炭の石炭ホッパー内での移動をトラッキングし、粉砕ミルへの石炭供給時点の石炭の水分値を推定することにより行うこと、
がより好ましい解決手段となるものと考えられる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る微粉炭の製造方法は、石炭ホッパーへ投入される石炭の水分値を求め、求めた水分値から粉砕ミルへ供給する石炭の水分値を推定すると共に、石炭ホッパーから粉砕ミルへの給炭量を求め、推定した水分値および給炭量に基づきガスバーナーの燃料ガス量をフィードフォワード制御する一方、粉砕ミルから排出される排気ガスの温度が所定の温度範囲になるように、ガスバーナーの燃料ガス量をフィードバック制御する方法であることから、粉砕ミルへ供給する石炭の水分値が増減した場合でも、ミル出口温度の急激な低下を抑止でき、安定的に微粉炭の製造を行うことができる。
【００１４】
また、本発明は、微粉炭の気流輸送を前提とする方法であるから、微粉炭輸送配管への付着抑止、輸送量低下を抑止できるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の微粉炭の製造方法を実施する粉砕ミルの一例の構成を説明するための図である。
【図２】本発明の微粉炭の製造方法における、粉砕ミルに供給する石炭水分値を考慮した制御方法の一例を説明するためのブロック図である。
【図３】本発明の微粉炭の製造方法において、石炭ホッパー出口から供給される石炭の水分値のトラッキングを説明するための図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、本発明の微粉炭の製造方法における、粉砕ミルに供給する石炭水分値を考慮した制御方法の効果を先行例と比較して示すグラフである。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、従来の微粉炭の製造方法における制御方法において、晴天時と降雨時にけるミル出口温度を比較して示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜本発明を実施する粉砕ミルについて＞
図１は、本発明の微粉炭の製造方法を実施する粉砕ミルの一例の構成を説明するための図である。図１に示す例において、粉砕ミル１は、石炭ホッパー２、ガスバーナー３および集塵機４を備えている。また、図示の５は石炭６を輸送するベルトコンベア、図示の７は石炭６の水分値を測定する水分計である。さらに、図示の８は石炭ホッパー２から粉砕ミル１へ石炭６を供給する給炭機である。さらにまた、図示の９は製造すべき微粉炭であり、図示の１０はロードセルであり、図示の１１は温度計である。
【００１７】
図１に示す粉砕ミル１において、原料である石炭６は、ベルトコンベア５にて、石炭ホッパー２内へ投入される。その際、ベルトコンベア５の途中で石炭６の水分値を水分計７により測定する。水分計７は、赤外線水分計等の非接触型の水分計が好適に用いられる。
【００１８】
石炭ホッパー２へ投入された石炭６の重量（給炭量）は、石炭ホッパー２に設置されたロードセル１０により計測することができる。また、給炭量は、石炭ホッパー２へ石炭６を輸送するベルトコンベア５にコンベアスケールを設置して計測してもよい。
【００１９】
石炭ホッパー２の下部には、給炭機８が設置されており、石炭６は石炭ホッパー２から該給炭機８を介して粉砕ミル１へ供給される。その給炭機８としては、チェーンコンベア、スクリューコンベア等の、石炭６の粉砕ミル１への供給量を調整できる装置を用いることができる。粉砕ミル１へは、ガスバーナー３から高温ガスが送気されており、その排ガスは乾燥された微粉炭９と共に集塵機４へ送られ、その集塵機４により微粉炭が分離回収される。そのため、給炭機８は密閉形式のものを使うことが好ましい。
【００２０】
ローラミル等の使用が好適な粉砕ミル１では、供給された石炭６の粉砕が行われる。このとき、粉砕ミル１内には、同時に、ガスバーナー３の高温ガスが供給される。そのため、石炭６は粉砕ミル１により粉砕されながら高温ガスにより乾燥されることで、粉砕、乾燥される。乾燥後の微粉炭９は、粉砕ミル１内から上方へ、高温ガスの排ガスに随伴された状態で排出される。この微粉炭９と排ガスとは集塵機４で気固分離され、微粉炭９は集塵機４の下方に設置される微粉炭ホッパーへ送られる。排ガスはその後大気放散される。
【００２１】
＜粉砕ミルにおける本発明の制御方法について＞
本発明の微粉炭の製造方法では、まず、粉砕ミルにおいて石炭ホッパー２へ投入される石炭６の水分値を求める。そして、求めたその水分値に基づき粉砕ミル１内へ供給される石炭の水分値を推定する。一方、石炭ホッパー２から粉砕ミル１へ供給する石炭量をロードセル１０により給炭量として求め、推定した前記水分値および求めた前記給炭量に基づき、ガスバーナー３の燃料ガス量をフィードフォワード制御する。それと同時に、粉砕ミル１から排出される排気ガスの温度を温度計１１で求め、求めた排気ガスの温度が所定の範囲内の温度になるように、ガスバーナー３の燃料ガス量をフィードバック制御する。
【００２２】
本発明の特徴は、粉砕ミル１から排出される排気ガスの温度を求め、求めた排気ガスの温度を所定の温度範囲に維持するように、ガスバーナー３の燃料ガス量をフィードバック制御に加えて、石炭ホッパー２へ投入される石炭６の水分値を求め、求めた水分値から粉砕ミル１へ供給される石炭の水分値を推定すると共に、石炭ホッパー２から粉砕ミル１へ供給する石炭量を給炭量として求め、推定した水分値および求めた給炭量に基づき、ガスバーナー３の燃料ガス量をフィードフォワード制御する点にある。
【００２３】
なお、本発明において、フィードフォワード制御に使用する石炭の水分値として、石炭ホッパー２へ投入される石炭６の水分値のデータをそのまま使用するのではなく、石炭ホッパー２へ投入される石炭６の水分値を求め、求めた水分値から粉砕ミル１へ供給される石炭の水分値を推定した水分値を使用する。その理由は、本来、粉砕ミル１に供給する直前の石炭６の水分量を測定できれば、正確な制御が可能である。しかし、石炭ホッパー２、給炭機８、粉砕ミル１はいずれも、構造上、密閉されているため、個別に測定できない。そこで、実際に測定できる、石炭ホッパー２へ投入される石炭６の水分値を求めることにしたのである。そして、本発明では、求めた水分値から、粉砕ミル１へ供給される石炭の水分値を推定し、推定したその水分値に基づきフィードフォワード制御し、水分値の補正を試みているのである。
【００２４】
＜具体的な制御方法について＞
以下、本発明の微粉炭の製造方法における具体的な制御方法について説明する。
図２は、本発明の微粉炭の製造方法における、粉砕ミルに供給する石炭水分値を考慮した制御方法の一例を説明するためのブロック図である。図２において、粉砕ミル１へ供給される石炭６の給炭量と、石炭ホッパー２に装入される石炭６の実際に測定した水分値に基づき推定した石炭６の水分量とから、これを乾燥するための補正すべき燃料ガス流量を求め（フィードフォワード制御）、一方、粉砕ミル１からの排ガスのミル出口温度の目標値を温度設定器で設定し、これに対して実績のミル出口温度を測定し、その差分を０にするべくＰＩＤ制御（フィードバック制御）を行う。このことにより、ガスへ供給する目標燃料ガス流量を求めることができる。それに加えて、この実績の燃料ガス流量を流量計により測定し、これが目標燃料ガス流量と一致するように、燃料ガス流量調節弁の弁開度を制御する。
【００２５】
このような制御を行うことで、粉砕ミル１へ供給される石炭６の給炭量が同じでも、石炭６の水分値が変化したときに、これに応じた燃料ガス量の変更をフィードフォワードすることができ、ひいてはミル出口温度が変化を起こす前に必要な燃料ガスの補正を行うことができる。
【００２６】
この点、従来は、石炭６の水分値を測定していなかったために、同じ給炭量でも水分値が異なることによる必要燃料ガス量の変化を正確に制御できず、粉砕ミル内での乾燥状態が不安定となっていた。即ち、従来は、ミル出口温度が変化したことを検知してから燃料ガス流量の補正を行っていたため、どうしてもタイムラグが生じていた。この点、本発明の適用により、石炭供給時に燃料ガス流量を補正することができ、粉砕ミル内での乾燥状況の変化を最小限に抑えることが可能となった。
【００２７】
＜石炭の水分値のトラッキングによる推定方法について＞
上述したように、石炭６の水分値は、石炭ホッパー２から粉砕ミル１へ供給する給炭機８から粉砕ミル１の間で測定することが望ましい。しかし、この部分は、前記したように密閉構造にする必要があるため、そのような部位で水分値を精度よく連続的に計測することは困難である。そこで、本発明では、石炭ホッパー２へ投入される石炭６を所定量毎に順次に計測し、その所定量の石炭６が石炭ホッパー２内で移動する過程をトラッキングして、石炭ホッパー２から給炭機８を通して粉砕ミル１へ供給される時点の水分値を推定し、その水分の推定値をフィードフォワード制御に使用するようにしている。
【００２８】
図３は、本発明の微粉炭の製造方法において、石炭ホッパー出口から供給される石炭の水分値のトラッキングを説明するための図である。以下、図３を参照して、本発明における、石炭ホッパー２へ投入される石炭６の水分値を求め、求めた水分値から粉砕ミル１へ供給される石炭の水分値を推定する方法について説明する。
【００２９】
図３に示すように、石炭ホッパー２内へ所定量ずつ投入された石炭６は、石炭ホッパー２の下部から順次ａ，ｂ，ｃ・・・の水分値の石炭として堆積する。ここで、この石炭ホッパー２の下部から給炭機８で石炭６を粉砕ミル１へ供給していったとき、最初に供給される石炭６は水分値はaであり、次の石炭の水分値はｂであり、以下は同様である。ただし、石炭ホッパー２内に投入された石炭６は、図３のような平面的に層状には堆積はせず、投入位置をピークとした山形形状に堆積することが予想される。一方、石炭ホッパー２の下部から給炭機８により排出される石炭６も、給炭機８の直上の石炭６がファンネルフローで下降して排出することが考えられる。そこで、石炭ホッパー２から排出する石炭６の水分値Ｍとして、以下の数式（１）に示すように、計算できる。
【００３０】
【数１】
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【００３１】
なお、当該時点で石炭ホッパー２の下部に移動している所定量の石炭６のｎ個分の水分値に係数をかけたものを推定水分値として考える。
【００３２】
ここで上記の所定量は、石炭ホッパー２の大きさにより適宜に設定できるが、石炭ホッパー２の容量の２〜８％程度に設定するとよい。例えば、石炭ホッパー２の容量が２０ｔであれば、４００ｋｇ〜１．６ｔ程度とする。また、ｎの値は、３〜８程度、すなわち石炭ホッパー２の最下部へ移動した所定量の石炭を１個目として、それ以降ｎ個目までの所定量の石炭までを対象として、それぞれの所定量の石炭水分値に係数ｋa〜ｋnをそれぞれ掛けた値の総和を、現在石炭ホッパー２から粉砕ミル１へ供給している石炭６の水分値Ｍと計算して推定する。このとき、ｋaからｋnまでの係数の総和は１となるように係数を与える。
【００３３】
この係数は、石炭ホッパー２の大きさ、形状、給炭機８へ排出する開口部の位置、形状等により適宜決定できるが、簡便には、オフラインで石炭ホッパー２への石炭６の投入、給炭機８からの排出を行い、排出される石炭６の水分値を測定して、投入石炭の水分値と排出される石炭の水分値とから決定することができる。
【００３４】
＜本発明の効果について＞
図４（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、本発明の微粉炭の製造方法における、粉砕ミルに供給する石炭水分値を考慮した制御方法の効果を先行例と比較して示すグラフである。図４（ａ）〜（ｄ）のそれぞれに示すグラフにおいて、先行例に従って石炭水分値を用いたミル出口温度の制御を実施しない場合の１日間のデータの変化を左半分に示すと共に、本発明例に従って石炭水分値を考慮したミル出口温度の制御を実施した場合の１日間のデータの変化を右半分に示す。なお、本例では、図４（ｄ）に示すように、粉砕ミル１に供給する給炭量は１日を通じて変化しないものとする。
【００３５】
図４（ａ）〜（ｄ）から、先行例に従って石炭水分値を用いた粉砕ミル出口温度の制御を実施しない場合、粉砕ミル出口温度に基づきＭガス流量を変化させる制御（フィードバック制御）のみ実施するため、図４（ｃ）に示すように制御したＭガス流量の変化が図４（ａ）に示す実際に測定した石炭水分量の変化に追随せず、図４（ｂ）に示すように石炭水分値の変動により粉砕ミル出口温度が大きく変動することがわかる。一方、本発明例に従って石炭水分値を考慮した粉砕ミル出口温度の制御を実施した場合、石炭水分値の変動に基づく制御（フィードフォワード制御）と共に粉砕ミル出口温度に基づきＭガス流量を変化させる制御（フィードバック制御）を実施するため、図４（ｃ）に示すように制御したＭガス流量の変化が図４（ａ）に示す実際に測定した石炭水分量の変化に追随し、図４（ｂ）に示すように石炭水分値の変動により粉砕ミル出口温度が大きく変動しないことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の微粉炭の製造方法は、粉砕ミルへ供給する石炭の水分値が増減した場合でも、ミル出口温度の急激な低下を抑止でき、安定的に微粉炭の製造を行うことができるため、本発明に従って製造した微粉炭は、高炉の羽口から吹込んで燃料および還元材として使用される、あるいは、発電プラントのボイラ等で燃料として使用される等、様々な用途に適用可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１  粉砕ミル
２  石炭ホッパー
３  ガスバーナー
４  集塵機
５  ベルトコンベア
６  石炭
７  水分計
８  給炭機
９  微粉炭
１０  ロードセル
１１  温度計
【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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