バイオマス粉砕装置およびその制御方法
【課題】従来の縦型粉砕機を用いて、バイオマスの粉砕を効率よく行なうことができるバイオマスの粉砕装置およびその制御方法を提供することを課題とする。
【解決手段】バイオマス粉砕機１４に供給されるバイオマスが載置される粉砕テーブル５２と、テーブル５２を回転駆動するモータ５４と、テーブル５２の回転と連動し前記バイオマスに押圧力を作用せしめてバイオマスを粉砕する粉砕ローラ５８と、テーブル５２の外周下方から上方に空気を噴出せしめる排ガス循環ブロワー２４と、ローラ５８とテーブル５２との距離を検出するローラリフトセンサ６４と、該センサ６４からの信号に基づき前記ローラ５８とテーブル５２との距離が前記供給されたバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定範囲内になるように前記ローラの押圧力、排ガス循環ブロワー２４、またはモータ５４の回転速度を制御するローラリフト量制御手段６６とを備える。
【解決手段】バイオマス粉砕機１４に供給されるバイオマスが載置される粉砕テーブル５２と、テーブル５２を回転駆動するモータ５４と、テーブル５２の回転と連動し前記バイオマスに押圧力を作用せしめてバイオマスを粉砕する粉砕ローラ５８と、テーブル５２の外周下方から上方に空気を噴出せしめる排ガス循環ブロワー２４と、ローラ５８とテーブル５２との距離を検出するローラリフトセンサ６４と、該センサ６４からの信号に基づき前記ローラ５８とテーブル５２との距離が前記供給されたバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定範囲内になるように前記ローラの押圧力、排ガス循環ブロワー２４、またはモータ５４の回転速度を制御するローラリフト量制御手段６６とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭の粉砕機として一般使用される縦型粉砕機を用いて木屑等のバイオマスを粉砕可能にするバイオマスの粉砕装置およびその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、発電燃料としてコスト的に石炭火力が見直されつつあり、さらに電気事業者に新エネルギー等から発電される電気を一定割合以上利用することを義務づける法規制（ＲＰＳ法）への対応のために、新エネルギー等（バイオマス（動植物に由来する有機物）発電等）の普及が図られている。
また、ＣＯ２発生量の抑制から、ひいてはＣＯ２排出権取引に利用可能であることから、バイオマスの利用促進が図られている。
【０００３】
バイオマス発電システムには、石炭とバイオマスとを混合して燃焼させるバイオマス混焼技術があり、このバイオマス混焼技術には、石炭とバイオマスとを混合してから粉砕する混合粉砕方式と、石炭とバイオマスとをそれぞれを単独で粉砕する単独粉砕方式とが知られている。
【０００４】
混合粉砕方式しては、図８に示すように、石炭２１０を粉砕する粉砕ミル２１２と、石炭２１０を前記粉砕ミル２１２に供給する石炭供給管２１４及び石炭バンカ２１６を備えた石炭供給装置２１８と、前記石炭２１０を供給する供給管２１４にバイオマス２２０を定量的に供給するバイオマス定量供給手段２２２とを備えて、バイオマス定量供給手段２２２からのバイオマスの供給を調整して粉砕ミル２１２の運転状態を安定化するものが知られている。バイオマス２２０と石炭２１０とは粉砕ミル２１２で混合状態で粉砕されて、微粉状になったバイオマス２２０と石炭２１０とはボイラ２２４へ供給されて炉内で燃焼される（特許文献１）。
【０００５】
また、単独粉砕方式としては、特許文献２で示されている技術が知られており、図９に示すように、供給管３１０より粉砕テーブル３１２上に木質原料を供給し、粉砕ローラ３１４で粉砕し、被粉砕物は粉砕テーブル３１２の外周に排出し、テーブル３１２外周下方から噴出される空気流３１６によって上方に搬送されて、被粉砕物を微粉と粗粉に分級されるものが知られている（特許文献２）。
さらに、この特許文献２には、空気流３１６の流量Ａと粉砕テーブル３１２との直径Ｄの最適な関係や、ダムリング３１８の高さＨと粉砕テーブル３１２の直径Ｄとの最適な関係について示されている。
【特許文献１】特開平２００４−３４７２４１号公報
【特許文献２】特開平２００５−１１３１２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に示される粉砕技術においては、粉砕ミル２１２は石炭のような鉱物系を粉砕するものであるため、石炭のような脆い、脆性材料を粉砕するには適しているが、木屑のような弾性、塑性変形に富むバイオマスをこのようなローラミルの粉砕機で粉砕する場合には、粉砕機の動力が大きく必要になり、ミルトリップ（動力上限）に至る虞があるため、既設縦型粉砕ミルをそのまま運転することが困難である。従って、特許文献１では、バイオマス定量供給手段２２２からバイオマスの供給を調整してバイオマスが偏って供給されないようにして粉砕ミル２１２の安定運転を提供するものである。しかし、粉砕ミル２１２自体が鉱物系の材料を粉砕するものであり、バイオマスの粉砕用に特別な運転制御を設定している記載もないため、バイオマスを５％以上の高い割合で混合した場合には依然としてミルトリップ（動力上限）に至る虞を有している。
【０００７】
一般的に、石炭・バイオマス混合粉砕方式においては、既設の粉砕機の動力余裕度により混合粉砕率（ボイラ混焼率）に上限が生じてしまう。また、ベース運用している石炭の性状によりベースの石炭粉砕機の負担が異なるため、バイオマス混合率を上げるためには、粉砕機の負荷が上がらないような粉砕性の高い石炭を使用する等の制約をうける問題を有している。
【０００８】
一方、前記のような石炭・バイオマス混合粉砕方式における問題点を解消するため、バイオマスを単独で粉砕する粉砕機を専用で設ければよいが、コスト的にも問題があり、その問題を解消するために、特許文献２に示される縦型粉砕機をバイオマス粉砕専用に用いる技術が知られている。
【０００９】
この特許文献２に示されている技術は特許文献１で説明したような鉱物系の材料を粉砕する粉砕ミルを用いて、粉砕テーブルの外周に設けられたダムリング３１８の高さＨと粉砕テーブル３１２の直径Ｄとの関係等の範囲をバイオマスの粉砕に適した範囲について設定している。
しかし、一定粒度の木材チップをもとに試験した結果からダムリング３１８の高さＨと粉砕テーブル３１２の直径Ｄとの関係等を設定しているものであるため、粒度にばらつきがある種々の大きさの木屑等が供給されるような粉砕装置においては、効果が得られるかが問題であり、従来からある縦型粉砕機を用いて、率良くバイオマスを微粉砕できる装置、運転条件についての改善が望まれている。
【００１０】
バイオマス単独粉砕機については、ハンマークラッシャなどの衝撃型粉砕機が知られているが、大容量には適さず、大型石炭焚きボイラで高混焼率でバイオマスを供給する場合には、複数系列の設備を準備しなければならず、新たな設備を設置しなければならずコスト的にも問題があり、率良く大容量のバイオマスを粉砕できる装置が必要とされている。
【００１１】
そこで、本願発明は、前記問題点に鑑み、従来の縦型粉砕機を用いて、バイオマスの粉砕を効率よく行なうことができるバイオマスの粉砕装置およびその制御方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するため、本発明は従来の縦型粉砕機で粉砕される石炭等の鉱物系材料と、バイオマスとの粉砕原理を予測し、それを基に本発明を完成するに至ったものである。
【００１３】
まず、粉砕材料を粉砕する際の粉砕力の種類には、図６で示すように、（Ａ）の押すことによる圧縮力、（Ｂ）の叩くことによる衝撃力、（Ｃ）の切断することによる切断力、（Ｄ）の摺ることによる外部せん断力、（Ｅ）の粉砕材料（バイオマスチップ）２５０同士の相互摩砕による内部せん断力Ｙがある。
【００１４】
図７の白矢印Ｐで示すように、粉砕材料（石炭、木材チップ等）は、圧縮力や衝撃力を受けて既存クラックＡに沿って粗粉砕が行なわれて粗粉砕片Ｂを生じ、次いで石炭等の鉱物系は脆く脆性を有するため、さらに圧縮力や衝撃力を受けて新生クラックＣを生じ、その後せん断力によって新生クラックに沿って微粉化され、その微粉化された微粉材料Ｄ同士が相互摩砕によって摩砕粉Ｅとなると予測される。
【００１５】
一方、図７の黒矢印Ｑで示すように、木材チップ等のバイオマスにおいては、粗粉砕後の粗粉砕片Ｂは、石炭等の鉱物系とは異なり脆性ではなく、弾性、塑性に富むため、さらに圧縮力や衝撃力を受けても石炭のように新生クラックＣが生じなく、粗粉砕後の粗粉砕片Ｂの材料同士が相互摩砕によって摩砕粉Ｅとなると予測される。
【００１６】
以上のように木材チップ等のバイオマスにおいては、材料同士が相互摩砕によって摩砕粉となると予測されるため、バイオマスの粉砕においては、この材料同士の相互摩砕を積極的に発生させるような条件、すなわち粉砕装置のテーブル上に粉砕材料が積層され相互摩砕を促進せしめるような一定の厚みに積層されていることが必要であり、このような一定の厚みを維持する条件が必要とされる。
【００１７】
そこで、本願発明の請求項１に係るバイオマス粉砕装置の発明は、縦型粉砕機に供給されるバイオマスが載置される粉砕テーブルと、該テーブルを回転駆動するモータと、前記テーブルの回転と連動して作動し前記バイオマスに押圧力を作用せしめてバイオマスを粉砕するローラと、前記粉砕テーブルの外周下方から上方に空気を噴出せしめる送風手段と、前記ローラとテーブルとの距離を検出するローラリフト量検出手段と、該検出手段の信号に基づき前記ローラとテーブルとの距離が前記供給されたバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定リフト範囲内になるように前記ローラの押圧力を制御するローラリフト量制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
請求項１に係る発明によれば、ローラの押圧力を制御して、ローラリフト量が、供給されたバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定リフト範囲内になるようにしているため、材料同士の相互摩砕を有効に発生させることが可能となり、粒子間内部せん断摩砕による微粉化が促進される。その結果効率よくバイオマスの粉砕を行うことができる。
【００１９】
さらに、ローラの押圧力を制御して粉砕材料の厚みを制御するため、厚みの制御に直接的に作用するので応答性がよく、しかも粉砕材料の温度、乾燥性にも影響を与えずに制御することができるので、応答性のよい安定した制御を得ることができる。
【００２０】
請求項２に係るバイオマス粉砕装置の発明は、縦型粉砕機に供給されるバイオマスが載置される粉砕テーブルと、該テーブルを回転駆動するモータと、前記テーブルの回転と連動して作動し前記バイオマスに押圧力を作用せしめてバイオマスを粉砕するローラと、前記粉砕テーブルの外周下方から上方に空気を噴出せしめる送風手段と、前記ローラとテーブルとの距離を検出するローラリフト量検出手段と、該検出手段の信号に基づき前記ローラとテーブルとの距離が前記供給されたバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定リフト範囲内になるように前記送風手段の送風量を制御するローラリフト制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００２１】
請求項２に係る発明によれば、送風手段からの送風量を制御して、ローラリフト量が、供給されたバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定リフト範囲内になるようにしているため、材料同士の相互摩砕を有効に発生させることが可能となり、粒子間内部せん断摩砕による微粉化が促進される。その結果効率よくバイオマスの粉砕を行うことができる。
さらに、送風手段の送風量を制御して粉砕材料の厚みを制御するため、すなわち、粉砕された粉体を粉砕材料間や粉砕テーブル上から、送風手段によって噴出された空気流とともに排出することで粉砕材料の厚みを制御するので、厚みの制御が迅速になされて応答性がよい。また、粉砕材料に荷重を直接作用させないため製品粒径については影響を与えずに制御することができ。
【００２２】
請求項３に係るバイオマス粉砕装置の発明は、縦型粉砕機に供給されるバイオマスが載置される粉砕テーブルと、該テーブルを回転駆動するモータと、前記テーブルの回転と連動して作動し前記バイオマスに押圧力を作用せしめてバイオマスを粉砕するローラと、前記粉砕テーブルの外周下方から上方に空気を噴出せしめる送風手段と、前記ローラとテーブルとの距離を検出するローラリフト量検出手段と、該検出手段の信号に基づき前記ローラとテーブルとの距離が前記供給されたバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定リフト範囲内になるように前記モータの回転速度を制御してテーブルの周速度を制御するローラリフト制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００２３】
請求項３に係る発明によれば、テーブルの周速を制御して、ローラリフト量が、供給されたバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定リフト範囲内になるようにしているため、材料同士の相互摩砕を有効に発生させることが可能となり、粒子間内部せん断摩砕による微粉化が促進される。その結果効率よくバイオマスの粉砕を行うことができる。
さらに、テーブルの周速度を制御して粉砕材料の厚みを制御するため、すなわち、粉砕テーブルを回転駆動するモータの回転速度を制御することでテーブルの周速度を制御して、遠心力による粉体の排出量を調整することで粉砕材料の厚みを制御するので、厚みの制御が迅速になされて応答性がよい。また、粉砕材料に荷重を直接作用させないため製品粒径については影響を与えずに制御することができる。さらに、モータの回転速度制御であるため制御が簡単に構成できる。
【００２４】
請求項４に係るバイオマス粉砕装置の発明は、縦型粉砕機に供給されるバイオマスが載置される粉砕テーブルと、該テーブルを回転駆動するモータと、前記テーブルの回転と連動して作動し前記バイオマスに押圧力を作用せしめてバイオマスを粉砕するローラと、前記粉砕テーブルの外周下方から上方に空気を噴出せしめる送風手段と、前記ローラとテーブルとの距離を検出するローラリフト量検出手段と、該検出手段の信号に基づき前記ローラとテーブルとの距離が前記供給されたバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定リフト範囲内になるように前記ローラの押圧力と前記テーブルの周速度と前記送風手段の送風量と組み合わせて制御するローラリフト量制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
請求項４に係る発明によれば、ローラの押圧力とテーブルの周速度と送風手段の送風量とを組み合わせて制御して、ローラリフト量が、供給されたバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定リフト範囲内になるようにしているため、材料同士の相互摩砕を有効に発生させることが可能となり、粒子間内部せん断摩砕による微粉化が促進される。その結果効率よくバイオマスの粉砕を行うことができる。
さらに、ローラの押圧力とテーブルの周速度と送風手段の送風量との制御を組み合わせて粉砕材料の厚みを制御するため、粉砕材料の厚みの制御がきめ細かく且つ応答性よく制御できる。
【００２６】
請求項５に係る発明は、バイオマス粉砕装置の制御方法に関する発明であり、縦型粉砕機の粉砕テーブルにバイオマスを供給し、前記テーブルと該テーブルの回転と連動して作動し前記バイオマスに押圧力を作用せしめてバイオマスを粉砕するローラとの距離を検出し、該検出距離が前記供給されたバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定範囲内になるように、前記ローラの押圧力、前記テーブルの周速度、または前記粉砕テーブルの外周下方から上方に噴出される空気量のうち少なくとも１つを制御することを特徴とする。
【００２７】
請求項５に係る発明によれば、ローラの押圧力、テーブルの周速度、または粉砕テーブルの外周下方から上方に噴出される空気量のうち少なくとも１つを制御して、ローラリフト量が、供給されたバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定リフト範囲内になるようにしているため、材料同士の相互摩砕を有効に発生させることが可能となり、粒子間内部せん断摩砕による微粉化が促進される。その結果効率よくバイオマスの粉砕を行うことができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のバイオマス粉砕装置およびその制御方法によれば、ローラリフト量が、供給されたバイオマスチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定範囲内になるようにしているため、材料同士の相互摩砕を有効に発生させることが可能となり、粒子間内部せん断摩砕による微粉化が促進される。その結果、従来の縦型粉砕機を用いて効率よくバイオマスの粉砕を行うことができる。
さらに、縦型粉砕機を用いて効率よくバイオマスの粉砕を単独で行うことができるようになることで、石炭焚きボイラでのバイオマス混焼に関して、混合粉砕における石炭の性状の制約や、粉砕機の動力余裕度等の制約を受けずにバイオマスを高混合率でボイラに供給することができるとともに、既存の縦型粉砕機を用いて大量供給ができるようになり、新たな設備の設置が不要になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
次に、本発明の実施の形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００３０】
参照する図面において、図１は、本発明に係るバイオマス粉砕装置を含む石炭とバイオマスとを混合して燃焼させるバイオマス混焼システムの全体構成図である。図２はバイオマス粉砕装置の概略構成図である。図３は制御フローチャートである。図４はバイオマスの供給量に対する初期設定値を示す特性図であり（Ａ）は供給量に対するローラの初期荷重量を示し、（Ｂ）は供給量に対する初期風量を示す。図５はバイオマスの厚み特性を示し、（Ｂ）はローラの押し荷重との関係、（Ｂ）は送風手段による風量との関係、（Ｃ）は粉砕テーブルの周速との関係を示す。図６、図７は粉砕の原理を説明する説明図である。
【００３１】
図１に示すように、木屑等のバイオマスは乾燥、一次粉砕（粗粉砕）して、ある程度大きさを揃えバイオマスチップ２として貯蔵設備１０に貯蔵し、その後、バイオマスホッパ１２に供給する。バイオマスホッパ１２からはバイオマス供給管１３を介してバイオマスが、バイオマスだけを専用に粉砕するバイオマス粉砕機１４に供給される。
また、バイオマスホッパ１２およびバイオマス粉砕機１４とは別に、石炭ホッパー１６と石炭粉砕機１８とが設けられている。そして、粉砕後のバイオマス粉体および石炭粉体がそれぞれ別々にボイラ火炉２０に供給され、そのボイラ火炉２０内で混合燃焼する。
なお、バイオマス供給管１３には、供給量を検出する供給量検出部１５が設けられ、供給量が監視されている。
【００３２】
燃焼後の排ガスの一部２１は、排ガス再循環路２２を通って排ガス循環ブロワー（送風手段）２４によってバイオマス粉砕機１４に循環している。これは、乾燥と分級を行う縦型のバイオマス粉砕機１４では、高温ガスを用いる必要があるが、バイオマス燃料は一般的に高温雰囲気下では自然発火性が高く、粉砕機内の発火、燻焼の発生を抑制するために、空気を酸素濃度を下げる（１２％以下に下げる）必要があり、そのために酸素量の低い燃焼後の排ガスを一部取り込んで循環している。
また、石炭粉砕機１８には、排気熱を利用したエアヒーター２６によって外気２３を加熱したフレッシュエアーが供給され、粉砕された石炭粉体をボイラ火炉２０に排出している。
【００３３】
次に、バイオマス粉砕機１４の構成について図２を参照して説明する。
円筒型をしたハウジング５０の下部には、略円形台状の粉砕テーブル５２が備えられ、その粉砕テーブル５２は、ハウジング５０の下部に設置されたモータ５４によって駆動され減速機を介して低速で回転するように構成されている。粉砕テーブル５２の外周縁部にはバイオマスが粉砕テーブル５２上で所定の厚さの堆積層を形成できるようにダムリング５６が立設されている。さらに、粉砕テーブル５２の外周部の上面に円周方向に等間隔で位置する部位に、油圧あるいはスプリング等で荷重を付加して、粉砕テーブル５２の回転と連動して回転しながらバイオマスに押圧力を作用せしめてバイオマスを粉砕する粉砕ローラ（ローラ）５８が設けられている。
粉砕ローラ５８は、ローラアーム６０の端部を中心に回動可能に支持され、前記油圧あるいはスプリング等の荷重を調整することで、バイオマスを押付ける押圧力を制御している。
【００３４】
バイオマスホッパ１２から、バイオマス供給管１３を介して粉砕テーブル５２の中央部に供給されたバイオマスは、粉砕テーブル５２上において遠心力によって外周方向に移動して、粉砕レース６２と粉砕ローラ５８との間にかみこまれるように構成されている。
この粉砕レース６２と粉砕ローラ５８との間の距離ｈは、ローラリフト量ｈとしてローラリフトセンサ（ローラリフト量検出手段）６４によって検出され、ローラリフト量制御手段６６に入力される。ローラリフト量は、粉砕ローラ５８が粉砕レース６２に接触した位置をゼロとし、そこからの距離を表しローラアーム６０の揺動角度を検出することで求められる。
【００３５】
ハウジング５０の下部には、燃焼後の排ガスの一部２１が、排ガス循環ブロワー２４によって排ガス再循環路２２を通って導かれている。また、粉砕テーブル５２とハウジング５０との間には、空気流の絞り部が形成され、その部分にスロートベーン６８が設けられている。そして、このスロートベーン６８を通して循環された排ガスの一部２１が吹き上げられるように構成されている。粉砕後の粉体は、スロートベーン６８を通って吹き上げられる熱風によってハウジング５０内を上昇しながら乾燥される。ハウジング５０の上部に搬送された粉体のうち粗いものは重力で粉砕テーブル５２上に落下して再度粉砕される。
【００３６】
ハウジング５０の上部には、固定式分級機（サイクロンセパレータ）あるいは回転式分級機（ローターセパレータ）７０が設けられ（図２には回転式を示す）、再度分級される。所定の粒径より小さい微粉は吹き上げ気流によって搬出され、ボイラ火炉２０に搬送される。分級機７０を貫通しなかった所定粒径より大きい粗粉は、粉砕テーブル５２上に落下して再度粉砕される。
【００３７】
次に、以上のように構成されたバイオマス粉砕装置において、その作動制御について図３を参照して説明する。
バイオマス供給管１３に設けられた、供給量検出部１５からの信号を基に、ローラリフト量制御手段６６で、粉砕ローラ５８の初期荷重および排ガス循環ブロワー２４の初期風量を設定し、それを基に運転を開始する（Ｓ１）。次にローラリフトセンサ６４によってリフト量を検出して読み込み（Ｓ２）、そのリフト量ＬＲが所定の範囲内（ＬＲ＝Ｘ〜Ｙ）にあるかどうかを判定し（Ｓ３）、範囲内であればそのままの条件で運転を継続し（Ｓ４）、範囲外であればＸより小さいかを判定し（Ｓ５）、小さい場合には、粉砕ローラ５８の荷重、排ガス循環ブロワー２４の風量、または粉砕テーブル５２の周速を低減するように制御して（Ｓ６）、リフト量ＬＲが所定の範囲（ＬＲ＝Ｘ〜Ｙ）に入るまで繰り返し（Ｓ７）、範囲内に入ったらその条件で運転を継続する（Ｓ８）。
【００３８】
同様に、範囲外であればＹより大きいかを判定し（Ｓ９）、大きい場合には、粉砕ローラ５８の荷重、排ガス循環ブロワー２４の風量、または粉砕テーブル５２の周速を増加するように制御して（Ｓ１０）、リフト量ＬＲが所定の範囲（ＬＲ＝Ｘ〜Ｙ）に入るまで繰り返し（Ｓ１１）、範囲内に入ったらその条件で運転を継続する（Ｓ８）。
【００３９】
粉砕材料であるバイオマスが一定範囲の厚みに積層された状態に維持されて押圧力が作用すると、バイオマスのチップ同士の相互摩砕を有効に発生させることができ、粒子間内部せん断摩砕による微粉化を促進させることができるため、リフト量ＬＲの所定の範囲（ＬＲ＝Ｘ〜Ｙ）とは、その粒子間内部せん断摩砕を有効に発揮させることができる厚みであり、通常の石炭等の鉱物粉砕の場合に比べて２〜３倍程度の厚く維持し、例えば２０〜３０ｍｍの範囲内に設定されることが好ましい。
【００４０】
また、粉砕ローラ５８の荷重、排ガス循環ブロワー２４の風量、または粉砕テーブル５２の周速の増減については、図４に示すようなバイオマスの厚みとの関係を示す特性が予め、ローラリフト量制御手段６６の内部に記憶されており、すなわち、荷重が大きくなれば厚みは小さくなり、風量が増大すれば厚みが小さくなり、周速が速くなれば厚みが小さくなるという関係に基づいて、リフト量ＬＲが所定の範囲内に入るように粉砕ローラ５８の荷重、排ガス循環ブロワー２４の風量、または粉砕テーブル５２の周速が制御される。
なお、粉砕ローラ５８の荷重、排ガス循環ブロワー２４の風量、または粉砕テーブル５２の周速の制御については、いずれかを単独で制御してもよく、また組み合わせて制御してもよい。
【００４１】
この組み合わせの制御の場合には、バイオマスの厚みの制御に直接的に作用するため応答性がよく、しかも粉砕材料の温度、乾燥性にも影響を与えずに安定した制御ができることから、まず、粉砕ローラ５８の荷重の制御を第１に行い、次に風量の制御、そして周速の制御に行なうようにしてもよい。
【００４２】
なお、粉砕ローラ５８の荷重の制御は、粉砕ローラ５８にバイオマスへの押圧力を付与するための油圧あるいはスプリングの荷重を調整することで行い、排ガス循環ブロワー２４の風量の制御は、ブロワー２４を作動するブロワモータの回転数を制御することで行い、粉砕テーブル５２の周速の制御は、テーブル駆動のモータ５４の回転数を制御することで行なう。
風量制御も、周速制御もいずれもモータの回転速度を制御すればよいため、制御を簡単に構成することができる。
【００４３】
以上、実施の形態によれば、粉砕ローラ５８の荷重、排ガス循環ブロワー２４の風量、または粉砕テーブル５２の周速を制御して、ローラリフト量ＬＲをＸ〜Ｙの一定範囲内に維持することで、粉砕材料であるバイオマスのチップ同士が粒子間内部せん断摩砕を生じやすい状態に維持されて、その上で粉砕ローラ５８によって押圧力が作用するので、バイオマスのチップ同士の相互摩砕を有効に発生させることができ、粒子間内部せん断摩砕による微粉化が促進される。その結果、縦型粉砕機によって効率よくバイオマスの粉砕を行うことができる。
【００４４】
さらに、縦型粉砕機を用いて効率よくバイオマスの粉砕を単独で行うことができるようになることで、石炭焚きボイラでのバイオマス混焼に関して、混合粉砕における石炭の性状の制約や、粉砕機の動力余裕度等の制約を受けずにバイオマスを高混合率でボイラに供給できるとともに、既存の縦型粉砕機を用いて大量供給ができるようになり、新たな設備の設置が不要になる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明のバイオマス粉砕装置およびその制御方法によれば、ローラリフト量が、供給されたバイオマスチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定範囲内になるようにしているため、材料同士の相互摩砕を有効に発生させることが可能となり、粒子間内部せん断摩砕による微粉化が促進される。その結果、従来の縦型粉砕機を用いて効率よくバイオマスの粉砕を行うことができるので、バイオマス粉砕装置への適用に際して有益である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態に係るバイオマス粉砕装置を含む石炭とバイオマスとを混合して燃焼させる全体構成図である。
【図２】バイオマス粉砕装置の概略構成図である。
【図３】制御フローチャートである。
【図４】バイオマスの供給量に対する初期設定値を示す特性図であり（Ａ）は供給量に対するローラの初期荷重量を示し、（Ｂ）は供給量に対する初期風量を示す。
【図５】バイオマスの厚み特性を示し、（Ｂ）はローラの押し荷重との関係、（Ｂ）は送風手段による風量との関係、（Ｃ）は粉砕テーブルの周速との関係を示す。
【図６】粉砕の原理を説明する説明図である。
【図７】粉砕の原理を説明する説明図である。
【図８】従来例を示す構成図である。
【図９】従来例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００４７】
２ バイオマスチップ
１２ バイオマスホッパ
１４ バイオマス粉砕機
２４ 排ガス循環ブロワー（送風手段）
５２ 粉砕テーブル
５４ モータ
５８ 粉砕ローラ（ローラ）
６４ ローラリフトセンサ（ローラリフト量検出手段）
６６ ローラリフト量制御手段
１０２ 外気循環ブロワー（送風手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭の粉砕機として一般使用される縦型粉砕機を用いて木屑等のバイオマスを粉砕可能にするバイオマスの粉砕装置およびその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、発電燃料としてコスト的に石炭火力が見直されつつあり、さらに電気事業者に新エネルギー等から発電される電気を一定割合以上利用することを義務づける法規制（ＲＰＳ法）への対応のために、新エネルギー等（バイオマス（動植物に由来する有機物）発電等）の普及が図られている。
また、ＣＯ２発生量の抑制から、ひいてはＣＯ２排出権取引に利用可能であることから、バイオマスの利用促進が図られている。
【０００３】
バイオマス発電システムには、石炭とバイオマスとを混合して燃焼させるバイオマス混焼技術があり、このバイオマス混焼技術には、石炭とバイオマスとを混合してから粉砕する混合粉砕方式と、石炭とバイオマスとをそれぞれを単独で粉砕する単独粉砕方式とが知られている。
【０００４】
混合粉砕方式しては、図８に示すように、石炭２１０を粉砕する粉砕ミル２１２と、石炭２１０を前記粉砕ミル２１２に供給する石炭供給管２１４及び石炭バンカ２１６を備えた石炭供給装置２１８と、前記石炭２１０を供給する供給管２１４にバイオマス２２０を定量的に供給するバイオマス定量供給手段２２２とを備えて、バイオマス定量供給手段２２２からのバイオマスの供給を調整して粉砕ミル２１２の運転状態を安定化するものが知られている。バイオマス２２０と石炭２１０とは粉砕ミル２１２で混合状態で粉砕されて、微粉状になったバイオマス２２０と石炭２１０とはボイラ２２４へ供給されて炉内で燃焼される（特許文献１）。
【０００５】
また、単独粉砕方式としては、特許文献２で示されている技術が知られており、図９に示すように、供給管３１０より粉砕テーブル３１２上に木質原料を供給し、粉砕ローラ３１４で粉砕し、被粉砕物は粉砕テーブル３１２の外周に排出し、テーブル３１２外周下方から噴出される空気流３１６によって上方に搬送されて、被粉砕物を微粉と粗粉に分級されるものが知られている（特許文献２）。
さらに、この特許文献２には、空気流３１６の流量Ａと粉砕テーブル３１２との直径Ｄの最適な関係や、ダムリング３１８の高さＨと粉砕テーブル３１２の直径Ｄとの最適な関係について示されている。
【特許文献１】特開平２００４−３４７２４１号公報
【特許文献２】特開平２００５−１１３１２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に示される粉砕技術においては、粉砕ミル２１２は石炭のような鉱物系を粉砕するものであるため、石炭のような脆い、脆性材料を粉砕するには適しているが、木屑のような弾性、塑性変形に富むバイオマスをこのようなローラミルの粉砕機で粉砕する場合には、粉砕機の動力が大きく必要になり、ミルトリップ（動力上限）に至る虞があるため、既設縦型粉砕ミルをそのまま運転することが困難である。従って、特許文献１では、バイオマス定量供給手段２２２からバイオマスの供給を調整してバイオマスが偏って供給されないようにして粉砕ミル２１２の安定運転を提供するものである。しかし、粉砕ミル２１２自体が鉱物系の材料を粉砕するものであり、バイオマスの粉砕用に特別な運転制御を設定している記載もないため、バイオマスを５％以上の高い割合で混合した場合には依然としてミルトリップ（動力上限）に至る虞を有している。
【０００７】
一般的に、石炭・バイオマス混合粉砕方式においては、既設の粉砕機の動力余裕度により混合粉砕率（ボイラ混焼率）に上限が生じてしまう。また、ベース運用している石炭の性状によりベースの石炭粉砕機の負担が異なるため、バイオマス混合率を上げるためには、粉砕機の負荷が上がらないような粉砕性の高い石炭を使用する等の制約をうける問題を有している。
【０００８】
一方、前記のような石炭・バイオマス混合粉砕方式における問題点を解消するため、バイオマスを単独で粉砕する粉砕機を専用で設ければよいが、コスト的にも問題があり、その問題を解消するために、特許文献２に示される縦型粉砕機をバイオマス粉砕専用に用いる技術が知られている。
【０００９】
この特許文献２に示されている技術は特許文献１で説明したような鉱物系の材料を粉砕する粉砕ミルを用いて、粉砕テーブルの外周に設けられたダムリング３１８の高さＨと粉砕テーブル３１２の直径Ｄとの関係等の範囲をバイオマスの粉砕に適した範囲について設定している。
しかし、一定粒度の木材チップをもとに試験した結果からダムリング３１８の高さＨと粉砕テーブル３１２の直径Ｄとの関係等を設定しているものであるため、粒度にばらつきがある種々の大きさの木屑等が供給されるような粉砕装置においては、効果が得られるかが問題であり、従来からある縦型粉砕機を用いて、率良くバイオマスを微粉砕できる装置、運転条件についての改善が望まれている。
【００１０】
バイオマス単独粉砕機については、ハンマークラッシャなどの衝撃型粉砕機が知られているが、大容量には適さず、大型石炭焚きボイラで高混焼率でバイオマスを供給する場合には、複数系列の設備を準備しなければならず、新たな設備を設置しなければならずコスト的にも問題があり、率良く大容量のバイオマスを粉砕できる装置が必要とされている。
【００１１】
そこで、本願発明は、前記問題点に鑑み、従来の縦型粉砕機を用いて、バイオマスの粉砕を効率よく行なうことができるバイオマスの粉砕装置およびその制御方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するため、本発明は従来の縦型粉砕機で粉砕される石炭等の鉱物系材料と、バイオマスとの粉砕原理を予測し、それを基に本発明を完成するに至ったものである。
【００１３】
まず、粉砕材料を粉砕する際の粉砕力の種類には、図６で示すように、（Ａ）の押すことによる圧縮力、（Ｂ）の叩くことによる衝撃力、（Ｃ）の切断することによる切断力、（Ｄ）の摺ることによる外部せん断力、（Ｅ）の粉砕材料（バイオマスチップ）２５０同士の相互摩砕による内部せん断力Ｙがある。
【００１４】
図７の白矢印Ｐで示すように、粉砕材料（石炭、木材チップ等）は、圧縮力や衝撃力を受けて既存クラックＡに沿って粗粉砕が行なわれて粗粉砕片Ｂを生じ、次いで石炭等の鉱物系は脆く脆性を有するため、さらに圧縮力や衝撃力を受けて新生クラックＣを生じ、その後せん断力によって新生クラックに沿って微粉化され、その微粉化された微粉材料Ｄ同士が相互摩砕によって摩砕粉Ｅとなると予測される。
【００１５】
一方、図７の黒矢印Ｑで示すように、木材チップ等のバイオマスにおいては、粗粉砕後の粗粉砕片Ｂは、石炭等の鉱物系とは異なり脆性ではなく、弾性、塑性に富むため、さらに圧縮力や衝撃力を受けても石炭のように新生クラックＣが生じなく、粗粉砕後の粗粉砕片Ｂの材料同士が相互摩砕によって摩砕粉Ｅとなると予測される。
【００１６】
以上のように木材チップ等のバイオマスにおいては、材料同士が相互摩砕によって摩砕粉となると予測されるため、バイオマスの粉砕においては、この材料同士の相互摩砕を積極的に発生させるような条件、すなわち粉砕装置のテーブル上に粉砕材料が積層され相互摩砕を促進せしめるような一定の厚みに積層されていることが必要であり、このような一定の厚みを維持する条件が必要とされる。
【００１７】
そこで、本願発明の請求項１に係るバイオマス粉砕装置の発明は、縦型粉砕機に供給されるバイオマスが載置される粉砕テーブルと、該テーブルを回転駆動するモータと、前記テーブルの回転と連動して作動し前記バイオマスに押圧力を作用せしめてバイオマスを粉砕するローラと、前記粉砕テーブルの外周下方から上方に空気を噴出せしめる送風手段と、前記ローラとテーブルとの距離を検出するローラリフト量検出手段と、該検出手段の信号に基づき前記ローラとテーブルとの距離が前記供給されたバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定リフト範囲内になるように前記ローラの押圧力を制御するローラリフト量制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
請求項１に係る発明によれば、ローラの押圧力を制御して、ローラリフト量が、供給されたバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定リフト範囲内になるようにしているため、材料同士の相互摩砕を有効に発生させることが可能となり、粒子間内部せん断摩砕による微粉化が促進される。その結果効率よくバイオマスの粉砕を行うことができる。
【００１９】
さらに、ローラの押圧力を制御して粉砕材料の厚みを制御するため、厚みの制御に直接的に作用するので応答性がよく、しかも粉砕材料の温度、乾燥性にも影響を与えずに制御することができるので、応答性のよい安定した制御を得ることができる。
【００２０】
請求項２に係るバイオマス粉砕装置の発明は、縦型粉砕機に供給されるバイオマスが載置される粉砕テーブルと、該テーブルを回転駆動するモータと、前記テーブルの回転と連動して作動し前記バイオマスに押圧力を作用せしめてバイオマスを粉砕するローラと、前記粉砕テーブルの外周下方から上方に空気を噴出せしめる送風手段と、前記ローラとテーブルとの距離を検出するローラリフト量検出手段と、該検出手段の信号に基づき前記ローラとテーブルとの距離が前記供給されたバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定リフト範囲内になるように前記送風手段の送風量を制御するローラリフト制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００２１】
請求項２に係る発明によれば、送風手段からの送風量を制御して、ローラリフト量が、供給されたバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定リフト範囲内になるようにしているため、材料同士の相互摩砕を有効に発生させることが可能となり、粒子間内部せん断摩砕による微粉化が促進される。その結果効率よくバイオマスの粉砕を行うことができる。
さらに、送風手段の送風量を制御して粉砕材料の厚みを制御するため、すなわち、粉砕された粉体を粉砕材料間や粉砕テーブル上から、送風手段によって噴出された空気流とともに排出することで粉砕材料の厚みを制御するので、厚みの制御が迅速になされて応答性がよい。また、粉砕材料に荷重を直接作用させないため製品粒径については影響を与えずに制御することができ。
【００２２】
請求項３に係るバイオマス粉砕装置の発明は、縦型粉砕機に供給されるバイオマスが載置される粉砕テーブルと、該テーブルを回転駆動するモータと、前記テーブルの回転と連動して作動し前記バイオマスに押圧力を作用せしめてバイオマスを粉砕するローラと、前記粉砕テーブルの外周下方から上方に空気を噴出せしめる送風手段と、前記ローラとテーブルとの距離を検出するローラリフト量検出手段と、該検出手段の信号に基づき前記ローラとテーブルとの距離が前記供給されたバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定リフト範囲内になるように前記モータの回転速度を制御してテーブルの周速度を制御するローラリフト制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００２３】
請求項３に係る発明によれば、テーブルの周速を制御して、ローラリフト量が、供給されたバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定リフト範囲内になるようにしているため、材料同士の相互摩砕を有効に発生させることが可能となり、粒子間内部せん断摩砕による微粉化が促進される。その結果効率よくバイオマスの粉砕を行うことができる。
さらに、テーブルの周速度を制御して粉砕材料の厚みを制御するため、すなわち、粉砕テーブルを回転駆動するモータの回転速度を制御することでテーブルの周速度を制御して、遠心力による粉体の排出量を調整することで粉砕材料の厚みを制御するので、厚みの制御が迅速になされて応答性がよい。また、粉砕材料に荷重を直接作用させないため製品粒径については影響を与えずに制御することができる。さらに、モータの回転速度制御であるため制御が簡単に構成できる。
【００２４】
請求項４に係るバイオマス粉砕装置の発明は、縦型粉砕機に供給されるバイオマスが載置される粉砕テーブルと、該テーブルを回転駆動するモータと、前記テーブルの回転と連動して作動し前記バイオマスに押圧力を作用せしめてバイオマスを粉砕するローラと、前記粉砕テーブルの外周下方から上方に空気を噴出せしめる送風手段と、前記ローラとテーブルとの距離を検出するローラリフト量検出手段と、該検出手段の信号に基づき前記ローラとテーブルとの距離が前記供給されたバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定リフト範囲内になるように前記ローラの押圧力と前記テーブルの周速度と前記送風手段の送風量と組み合わせて制御するローラリフト量制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
請求項４に係る発明によれば、ローラの押圧力とテーブルの周速度と送風手段の送風量とを組み合わせて制御して、ローラリフト量が、供給されたバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定リフト範囲内になるようにしているため、材料同士の相互摩砕を有効に発生させることが可能となり、粒子間内部せん断摩砕による微粉化が促進される。その結果効率よくバイオマスの粉砕を行うことができる。
さらに、ローラの押圧力とテーブルの周速度と送風手段の送風量との制御を組み合わせて粉砕材料の厚みを制御するため、粉砕材料の厚みの制御がきめ細かく且つ応答性よく制御できる。
【００２６】
請求項５に係る発明は、バイオマス粉砕装置の制御方法に関する発明であり、縦型粉砕機の粉砕テーブルにバイオマスを供給し、前記テーブルと該テーブルの回転と連動して作動し前記バイオマスに押圧力を作用せしめてバイオマスを粉砕するローラとの距離を検出し、該検出距離が前記供給されたバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定範囲内になるように、前記ローラの押圧力、前記テーブルの周速度、または前記粉砕テーブルの外周下方から上方に噴出される空気量のうち少なくとも１つを制御することを特徴とする。
【００２７】
請求項５に係る発明によれば、ローラの押圧力、テーブルの周速度、または粉砕テーブルの外周下方から上方に噴出される空気量のうち少なくとも１つを制御して、ローラリフト量が、供給されたバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定リフト範囲内になるようにしているため、材料同士の相互摩砕を有効に発生させることが可能となり、粒子間内部せん断摩砕による微粉化が促進される。その結果効率よくバイオマスの粉砕を行うことができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のバイオマス粉砕装置およびその制御方法によれば、ローラリフト量が、供給されたバイオマスチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定範囲内になるようにしているため、材料同士の相互摩砕を有効に発生させることが可能となり、粒子間内部せん断摩砕による微粉化が促進される。その結果、従来の縦型粉砕機を用いて効率よくバイオマスの粉砕を行うことができる。
さらに、縦型粉砕機を用いて効率よくバイオマスの粉砕を単独で行うことができるようになることで、石炭焚きボイラでのバイオマス混焼に関して、混合粉砕における石炭の性状の制約や、粉砕機の動力余裕度等の制約を受けずにバイオマスを高混合率でボイラに供給することができるとともに、既存の縦型粉砕機を用いて大量供給ができるようになり、新たな設備の設置が不要になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
次に、本発明の実施の形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００３０】
参照する図面において、図１は、本発明に係るバイオマス粉砕装置を含む石炭とバイオマスとを混合して燃焼させるバイオマス混焼システムの全体構成図である。図２はバイオマス粉砕装置の概略構成図である。図３は制御フローチャートである。図４はバイオマスの供給量に対する初期設定値を示す特性図であり（Ａ）は供給量に対するローラの初期荷重量を示し、（Ｂ）は供給量に対する初期風量を示す。図５はバイオマスの厚み特性を示し、（Ｂ）はローラの押し荷重との関係、（Ｂ）は送風手段による風量との関係、（Ｃ）は粉砕テーブルの周速との関係を示す。図６、図７は粉砕の原理を説明する説明図である。
【００３１】
図１に示すように、木屑等のバイオマスは乾燥、一次粉砕（粗粉砕）して、ある程度大きさを揃えバイオマスチップ２として貯蔵設備１０に貯蔵し、その後、バイオマスホッパ１２に供給する。バイオマスホッパ１２からはバイオマス供給管１３を介してバイオマスが、バイオマスだけを専用に粉砕するバイオマス粉砕機１４に供給される。
また、バイオマスホッパ１２およびバイオマス粉砕機１４とは別に、石炭ホッパー１６と石炭粉砕機１８とが設けられている。そして、粉砕後のバイオマス粉体および石炭粉体がそれぞれ別々にボイラ火炉２０に供給され、そのボイラ火炉２０内で混合燃焼する。
なお、バイオマス供給管１３には、供給量を検出する供給量検出部１５が設けられ、供給量が監視されている。
【００３２】
燃焼後の排ガスの一部２１は、排ガス再循環路２２を通って排ガス循環ブロワー（送風手段）２４によってバイオマス粉砕機１４に循環している。これは、乾燥と分級を行う縦型のバイオマス粉砕機１４では、高温ガスを用いる必要があるが、バイオマス燃料は一般的に高温雰囲気下では自然発火性が高く、粉砕機内の発火、燻焼の発生を抑制するために、空気を酸素濃度を下げる（１２％以下に下げる）必要があり、そのために酸素量の低い燃焼後の排ガスを一部取り込んで循環している。
また、石炭粉砕機１８には、排気熱を利用したエアヒーター２６によって外気２３を加熱したフレッシュエアーが供給され、粉砕された石炭粉体をボイラ火炉２０に排出している。
【００３３】
次に、バイオマス粉砕機１４の構成について図２を参照して説明する。
円筒型をしたハウジング５０の下部には、略円形台状の粉砕テーブル５２が備えられ、その粉砕テーブル５２は、ハウジング５０の下部に設置されたモータ５４によって駆動され減速機を介して低速で回転するように構成されている。粉砕テーブル５２の外周縁部にはバイオマスが粉砕テーブル５２上で所定の厚さの堆積層を形成できるようにダムリング５６が立設されている。さらに、粉砕テーブル５２の外周部の上面に円周方向に等間隔で位置する部位に、油圧あるいはスプリング等で荷重を付加して、粉砕テーブル５２の回転と連動して回転しながらバイオマスに押圧力を作用せしめてバイオマスを粉砕する粉砕ローラ（ローラ）５８が設けられている。
粉砕ローラ５８は、ローラアーム６０の端部を中心に回動可能に支持され、前記油圧あるいはスプリング等の荷重を調整することで、バイオマスを押付ける押圧力を制御している。
【００３４】
バイオマスホッパ１２から、バイオマス供給管１３を介して粉砕テーブル５２の中央部に供給されたバイオマスは、粉砕テーブル５２上において遠心力によって外周方向に移動して、粉砕レース６２と粉砕ローラ５８との間にかみこまれるように構成されている。
この粉砕レース６２と粉砕ローラ５８との間の距離ｈは、ローラリフト量ｈとしてローラリフトセンサ（ローラリフト量検出手段）６４によって検出され、ローラリフト量制御手段６６に入力される。ローラリフト量は、粉砕ローラ５８が粉砕レース６２に接触した位置をゼロとし、そこからの距離を表しローラアーム６０の揺動角度を検出することで求められる。
【００３５】
ハウジング５０の下部には、燃焼後の排ガスの一部２１が、排ガス循環ブロワー２４によって排ガス再循環路２２を通って導かれている。また、粉砕テーブル５２とハウジング５０との間には、空気流の絞り部が形成され、その部分にスロートベーン６８が設けられている。そして、このスロートベーン６８を通して循環された排ガスの一部２１が吹き上げられるように構成されている。粉砕後の粉体は、スロートベーン６８を通って吹き上げられる熱風によってハウジング５０内を上昇しながら乾燥される。ハウジング５０の上部に搬送された粉体のうち粗いものは重力で粉砕テーブル５２上に落下して再度粉砕される。
【００３６】
ハウジング５０の上部には、固定式分級機（サイクロンセパレータ）あるいは回転式分級機（ローターセパレータ）７０が設けられ（図２には回転式を示す）、再度分級される。所定の粒径より小さい微粉は吹き上げ気流によって搬出され、ボイラ火炉２０に搬送される。分級機７０を貫通しなかった所定粒径より大きい粗粉は、粉砕テーブル５２上に落下して再度粉砕される。
【００３７】
次に、以上のように構成されたバイオマス粉砕装置において、その作動制御について図３を参照して説明する。
バイオマス供給管１３に設けられた、供給量検出部１５からの信号を基に、ローラリフト量制御手段６６で、粉砕ローラ５８の初期荷重および排ガス循環ブロワー２４の初期風量を設定し、それを基に運転を開始する（Ｓ１）。次にローラリフトセンサ６４によってリフト量を検出して読み込み（Ｓ２）、そのリフト量ＬＲが所定の範囲内（ＬＲ＝Ｘ〜Ｙ）にあるかどうかを判定し（Ｓ３）、範囲内であればそのままの条件で運転を継続し（Ｓ４）、範囲外であればＸより小さいかを判定し（Ｓ５）、小さい場合には、粉砕ローラ５８の荷重、排ガス循環ブロワー２４の風量、または粉砕テーブル５２の周速を低減するように制御して（Ｓ６）、リフト量ＬＲが所定の範囲（ＬＲ＝Ｘ〜Ｙ）に入るまで繰り返し（Ｓ７）、範囲内に入ったらその条件で運転を継続する（Ｓ８）。
【００３８】
同様に、範囲外であればＹより大きいかを判定し（Ｓ９）、大きい場合には、粉砕ローラ５８の荷重、排ガス循環ブロワー２４の風量、または粉砕テーブル５２の周速を増加するように制御して（Ｓ１０）、リフト量ＬＲが所定の範囲（ＬＲ＝Ｘ〜Ｙ）に入るまで繰り返し（Ｓ１１）、範囲内に入ったらその条件で運転を継続する（Ｓ８）。
【００３９】
粉砕材料であるバイオマスが一定範囲の厚みに積層された状態に維持されて押圧力が作用すると、バイオマスのチップ同士の相互摩砕を有効に発生させることができ、粒子間内部せん断摩砕による微粉化を促進させることができるため、リフト量ＬＲの所定の範囲（ＬＲ＝Ｘ〜Ｙ）とは、その粒子間内部せん断摩砕を有効に発揮させることができる厚みであり、通常の石炭等の鉱物粉砕の場合に比べて２〜３倍程度の厚く維持し、例えば２０〜３０ｍｍの範囲内に設定されることが好ましい。
【００４０】
また、粉砕ローラ５８の荷重、排ガス循環ブロワー２４の風量、または粉砕テーブル５２の周速の増減については、図４に示すようなバイオマスの厚みとの関係を示す特性が予め、ローラリフト量制御手段６６の内部に記憶されており、すなわち、荷重が大きくなれば厚みは小さくなり、風量が増大すれば厚みが小さくなり、周速が速くなれば厚みが小さくなるという関係に基づいて、リフト量ＬＲが所定の範囲内に入るように粉砕ローラ５８の荷重、排ガス循環ブロワー２４の風量、または粉砕テーブル５２の周速が制御される。
なお、粉砕ローラ５８の荷重、排ガス循環ブロワー２４の風量、または粉砕テーブル５２の周速の制御については、いずれかを単独で制御してもよく、また組み合わせて制御してもよい。
【００４１】
この組み合わせの制御の場合には、バイオマスの厚みの制御に直接的に作用するため応答性がよく、しかも粉砕材料の温度、乾燥性にも影響を与えずに安定した制御ができることから、まず、粉砕ローラ５８の荷重の制御を第１に行い、次に風量の制御、そして周速の制御に行なうようにしてもよい。
【００４２】
なお、粉砕ローラ５８の荷重の制御は、粉砕ローラ５８にバイオマスへの押圧力を付与するための油圧あるいはスプリングの荷重を調整することで行い、排ガス循環ブロワー２４の風量の制御は、ブロワー２４を作動するブロワモータの回転数を制御することで行い、粉砕テーブル５２の周速の制御は、テーブル駆動のモータ５４の回転数を制御することで行なう。
風量制御も、周速制御もいずれもモータの回転速度を制御すればよいため、制御を簡単に構成することができる。
【００４３】
以上、実施の形態によれば、粉砕ローラ５８の荷重、排ガス循環ブロワー２４の風量、または粉砕テーブル５２の周速を制御して、ローラリフト量ＬＲをＸ〜Ｙの一定範囲内に維持することで、粉砕材料であるバイオマスのチップ同士が粒子間内部せん断摩砕を生じやすい状態に維持されて、その上で粉砕ローラ５８によって押圧力が作用するので、バイオマスのチップ同士の相互摩砕を有効に発生させることができ、粒子間内部せん断摩砕による微粉化が促進される。その結果、縦型粉砕機によって効率よくバイオマスの粉砕を行うことができる。
【００４４】
さらに、縦型粉砕機を用いて効率よくバイオマスの粉砕を単独で行うことができるようになることで、石炭焚きボイラでのバイオマス混焼に関して、混合粉砕における石炭の性状の制約や、粉砕機の動力余裕度等の制約を受けずにバイオマスを高混合率でボイラに供給できるとともに、既存の縦型粉砕機を用いて大量供給ができるようになり、新たな設備の設置が不要になる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明のバイオマス粉砕装置およびその制御方法によれば、ローラリフト量が、供給されたバイオマスチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定範囲内になるようにしているため、材料同士の相互摩砕を有効に発生させることが可能となり、粒子間内部せん断摩砕による微粉化が促進される。その結果、従来の縦型粉砕機を用いて効率よくバイオマスの粉砕を行うことができるので、バイオマス粉砕装置への適用に際して有益である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態に係るバイオマス粉砕装置を含む石炭とバイオマスとを混合して燃焼させる全体構成図である。
【図２】バイオマス粉砕装置の概略構成図である。
【図３】制御フローチャートである。
【図４】バイオマスの供給量に対する初期設定値を示す特性図であり（Ａ）は供給量に対するローラの初期荷重量を示し、（Ｂ）は供給量に対する初期風量を示す。
【図５】バイオマスの厚み特性を示し、（Ｂ）はローラの押し荷重との関係、（Ｂ）は送風手段による風量との関係、（Ｃ）は粉砕テーブルの周速との関係を示す。
【図６】粉砕の原理を説明する説明図である。
【図７】粉砕の原理を説明する説明図である。
【図８】従来例を示す構成図である。
【図９】従来例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００４７】
２ バイオマスチップ
１２ バイオマスホッパ
１４ バイオマス粉砕機
２４ 排ガス循環ブロワー（送風手段）
５２ 粉砕テーブル
５４ モータ
５８ 粉砕ローラ（ローラ）
６４ ローラリフトセンサ（ローラリフト量検出手段）
６６ ローラリフト量制御手段
１０２ 外気循環ブロワー（送風手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦型粉砕機に供給されるバイオマスが載置される粉砕テーブルと、該テーブルを回転駆動するモータと、前記テーブルの回転と連動して作動し前記バイオマスに押圧力を作用せしめてバイオマスを粉砕するローラと、前記粉砕テーブルの外周下方から上方に空気を噴出せしめる送風手段と、前記ローラとテーブルとの距離を検出するローラリフト量検出手段と、該検出手段の信号に基づき前記ローラとテーブルとの距離が前記供給されたバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定リフト範囲内になるように前記ローラの押圧力を制御するローラリフト量制御手段とを備えたことを特徴とするバイオマス粉砕装置。
【請求項２】
縦型粉砕機に供給されるバイオマスが載置される粉砕テーブルと、該テーブルを回転駆動するモータと、前記テーブルの回転と連動して作動し前記バイオマスに押圧力を作用せしめてバイオマスを粉砕するローラと、前記粉砕テーブルの外周下方から上方に空気を噴出せしめる送風手段と、前記ローラとテーブルとの距離を検出するローラリフト量検出手段と、該検出手段の信号に基づき前記ローラとテーブルとの距離が前記供給されたバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定リフト範囲内になるように前記送風手段の送風量を制御するローラリフト制御手段とを備えたことを特徴とするバイオマス粉砕装置。
【請求項３】
縦型粉砕機に供給されるバイオマスが載置される粉砕テーブルと、該テーブルを回転駆動するモータと、前記テーブルの回転と連動して作動し前記バイオマスに押圧力を作用せしめてバイオマスを粉砕するローラと、前記粉砕テーブルの外周下方から上方に空気を噴出せしめる送風手段と、前記ローラとテーブルとの距離を検出するローラリフト量検出手段と、該検出手段の信号に基づき前記ローラとテーブルとの距離が前記供給されたバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定リフト範囲内になるように前記モータの回転速度を制御してテーブルの周速度を制御するローラリフト制御手段とを備えたことを特徴とするバイオマス粉砕装置。
【請求項４】
縦型粉砕機に供給されるバイオマスが載置される粉砕テーブルと、該テーブルを回転駆動するモータと、前記テーブルの回転と連動して作動し前記バイオマスに押圧力を作用せしめてバイオマスを粉砕するローラと、前記粉砕テーブルの外周下方から上方に空気を噴出せしめる送風手段と、前記ローラとテーブルとの距離を検出するローラリフト量検出手段と、該検出手段の信号に基づき前記ローラとテーブルとの距離が前記供給されたバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定リフト範囲内になるように前記ローラの押圧力と前記テーブルの周速度と前記送風手段の送風量と組み合わせて制御するローラリフト量制御手段とを備えたことを特徴とするバイオマス粉砕装置。
【請求項５】
縦型粉砕機の粉砕テーブルにバイオマスを供給し、前記テーブルと該テーブルの回転と連動して作動し前記バイオマスに押圧力を作用せしめてバイオマスを粉砕するローラとの距離を検出し、該検出距離が前記供給されたバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定範囲内になるように、前記ローラの押圧力、前記テーブルの周速度、または前記粉砕テーブルの外周下方から上方に噴出される空気量のうち少なくとも１つを制御することを特徴とするバイオマス粉砕装置の制御方法。
【請求項１】
縦型粉砕機に供給されるバイオマスが載置される粉砕テーブルと、該テーブルを回転駆動するモータと、前記テーブルの回転と連動して作動し前記バイオマスに押圧力を作用せしめてバイオマスを粉砕するローラと、前記粉砕テーブルの外周下方から上方に空気を噴出せしめる送風手段と、前記ローラとテーブルとの距離を検出するローラリフト量検出手段と、該検出手段の信号に基づき前記ローラとテーブルとの距離が前記供給されたバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定リフト範囲内になるように前記ローラの押圧力を制御するローラリフト量制御手段とを備えたことを特徴とするバイオマス粉砕装置。
【請求項２】
縦型粉砕機に供給されるバイオマスが載置される粉砕テーブルと、該テーブルを回転駆動するモータと、前記テーブルの回転と連動して作動し前記バイオマスに押圧力を作用せしめてバイオマスを粉砕するローラと、前記粉砕テーブルの外周下方から上方に空気を噴出せしめる送風手段と、前記ローラとテーブルとの距離を検出するローラリフト量検出手段と、該検出手段の信号に基づき前記ローラとテーブルとの距離が前記供給されたバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定リフト範囲内になるように前記送風手段の送風量を制御するローラリフト制御手段とを備えたことを特徴とするバイオマス粉砕装置。
【請求項３】
縦型粉砕機に供給されるバイオマスが載置される粉砕テーブルと、該テーブルを回転駆動するモータと、前記テーブルの回転と連動して作動し前記バイオマスに押圧力を作用せしめてバイオマスを粉砕するローラと、前記粉砕テーブルの外周下方から上方に空気を噴出せしめる送風手段と、前記ローラとテーブルとの距離を検出するローラリフト量検出手段と、該検出手段の信号に基づき前記ローラとテーブルとの距離が前記供給されたバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定リフト範囲内になるように前記モータの回転速度を制御してテーブルの周速度を制御するローラリフト制御手段とを備えたことを特徴とするバイオマス粉砕装置。
【請求項４】
縦型粉砕機に供給されるバイオマスが載置される粉砕テーブルと、該テーブルを回転駆動するモータと、前記テーブルの回転と連動して作動し前記バイオマスに押圧力を作用せしめてバイオマスを粉砕するローラと、前記粉砕テーブルの外周下方から上方に空気を噴出せしめる送風手段と、前記ローラとテーブルとの距離を検出するローラリフト量検出手段と、該検出手段の信号に基づき前記ローラとテーブルとの距離が前記供給されたバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定リフト範囲内になるように前記ローラの押圧力と前記テーブルの周速度と前記送風手段の送風量と組み合わせて制御するローラリフト量制御手段とを備えたことを特徴とするバイオマス粉砕装置。
【請求項５】
縦型粉砕機の粉砕テーブルにバイオマスを供給し、前記テーブルと該テーブルの回転と連動して作動し前記バイオマスに押圧力を作用せしめてバイオマスを粉砕するローラとの距離を検出し、該検出距離が前記供給されたバイオマスのチップ同士の相互摩砕を促進せしめる一定範囲内になるように、前記ローラの押圧力、前記テーブルの周速度、または前記粉砕テーブルの外周下方から上方に噴出される空気量のうち少なくとも１つを制御することを特徴とするバイオマス粉砕装置の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−４３９２６（Ｐ２００８−４３９２６Ａ）
【公開日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２２４５５１（Ｐ２００６−２２４５５１）
【出願日】平成１８年８月２１日（２００６．８．２１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月２１日（２００６．８．２１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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