粉砕機の発火防止方法及び発火防止装置
【課題】粉砕機内での発火を防止することができるようにする。
【解決手段】粉砕機５の出口におけるガス中の一酸化炭素濃度および酸素濃度をそれぞれ測定し、一酸化炭素濃度の測定結果と、測定した酸素濃度から算出した酸素分圧と、に基づいて、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧を変化させるように、粉砕機５に供給される空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量を調整する。
【解決手段】粉砕機５の出口におけるガス中の一酸化炭素濃度および酸素濃度をそれぞれ測定し、一酸化炭素濃度の測定結果と、測定した酸素濃度から算出した酸素分圧と、に基づいて、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧を変化させるように、粉砕機５に供給される空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量を調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラの燃料となる固体燃料を粉砕する粉砕機の発火防止方法及び発火防止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体燃料を燃料とするボイラには、粉砕機で粉砕された固体燃料が、搬送用空気とともに供給される。
【０００３】
日本では、発火温度の高い瀝青炭をボイラの燃料に使用しているので、粉砕機での発火についてはあまり注目されていない。むしろ、初期の微粉炭燃焼ボイラには、火災が起こった後の対策として、粉砕機内に、不活性ガス（水蒸気など）を供給するシステムや破裂板（ラプチャーディスク）を設けているものがある。
【０００４】
一方、海外、特に米国では、１９８０年代に、西部産の低品位炭を使うことにより、粉砕機内での火災・爆発を数多く経験している。今後、日本でも低品位炭、つまり発火温度が低い石炭や、亜瀝青炭、改質褐炭（ＵＢＣ）等を使用する機会が増えてくることから、粉砕機内での発火を事前に検知して、これを防止する必要がある。
【０００５】
特許文献１には、石炭を粉砕する粉砕ミルに石炭を供給する石炭供給管にバイオマスを定量的に供給することで、粉砕ミルに供給される石炭量とバイオマス燃料量との比率を安定化させ、バイオマスの発火を防ぎ、ひいては粉砕ミルの運転状態を安定化させた石炭・有機物燃料混合粉砕装置が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、混合空気のミル入口温度計測値とミル入口温度設定値とを比較して、ミル入口温度計測値がミル入口温度設定値以上になった場合に、ミル出口温度設定値を下げることで、ミル入口温度の過剰上昇による発火事故を防止しながら、ミル出口温度の制御を継続するミル装置ならびにそれを備えた石炭焚ボイラ設備が開示されている。
【０００７】
また、特許文献３には、被粉砕物の供給量に応じてミルの入口温度を制御することで、ミルの出口温度の変化を小さくして、微粉炭の発火を防止したローラミル装置が開示されている。
【０００８】
また、特許文献４には、加熱空気管および石炭粉砕機内の温度を測定し、石炭粉砕機に供給する空気の温度および供給量を制御することで、発火の虞をなくした石炭粉砕機用空気温度制御装置が開示されている。
【０００９】
また、特許文献５には、ミル入口温度とミルへの給炭量から原炭水分を求め、この原炭水分に応じて、ミル出口温度を設定することで、ミル出口温度を原炭水分に応じた最適値として、発火を防止したミル出口温度制御方法が開示されている。
【００１０】
また、特許文献６には、微粉ビン内で微粉炭のくすぶりやおき火燃焼状態を検知したときに、微粉炭の搬送媒体を空気から不活性ガスに切り替えることで、微粉爆発を防止する微粉炭燃焼方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−３４７２４１号公報
【特許文献２】特開２００６−１０２６６６号公報
【特許文献３】特開平４−２４４２４６号公報
【特許文献４】特開昭５６−１５２７５０号公報
【特許文献５】特開昭６３−３１５１５８号公報
【特許文献６】特開昭６３−２６７８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、現状では、これまで想定されていなかった発火温度が低い固体燃料に対する運転指標がない。そのため、どのような運転条件、具体的には、どのような入口・出口温度と燃料供給量で粉砕機を操作すべきかわからない。そこで、粉砕機を安全に運転するための運転条件を得て、粉砕機内での発火を防止することが望まれる。
【００１３】
本発明の目的は、粉砕機内での発火を防止することが可能な粉砕機の発火防止方法及び発火防止装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明における粉砕機の発火防止方法は、固体燃料を粉砕する粉砕機の発火防止方法であって、空気と、前記空気よりも酸素分圧が低いガスとを混合ガスとして前記粉砕機に供給し、前記粉砕機の出口におけるガス中の一酸化炭素濃度および酸素濃度をそれぞれ測定し、前記一酸化炭素濃度の測定結果と、測定した前記酸素濃度から算出した酸素分圧と、に基づいて、前記粉砕機に供給される前記混合ガス中の前記酸素分圧を変化させるように、前記粉砕機に供給される前記空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量を調整することを特徴とする。
【００１５】
上記の構成によれば、熱風（搬送用空気）が供給されながら固体燃料を粉砕する粉砕機に発火温度が低い固体燃料を使用すれば、粉砕機内において、加熱された燃料が発火する危険性がある。そして、粉砕機内において、発火の予兆である燃料の酸化反応が起これば、粉砕機の出口におけるガス中において、一酸化炭素濃度が検知されることになる。そこで、粉砕内での発火を防止するためには、粉砕機内において、発火の予兆である燃料の酸化反応が起こらないように、即ち、粉砕機の出口におけるガス中において、一酸化炭素濃度が検知されないようにする必要がある。
【００１６】
ここで、粉砕機に供給される混合ガス中の酸素分圧が低くなるほど、１種類以上の固体燃料の発火温度が高くなる。これは、粉砕機に供給される混合ガス中の酸素分圧が低くなるほど、固体燃料が酸化しにくくなって、発火しにくくなるためであると考えられる。そこで、粉砕機に供給される混合ガス中の酸素分圧が低くなるように、粉砕機に供給される空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量を調整すれば、粉砕機に供給された１種類以上の固体燃料の発火温度が高くなり、粉砕機内において、発火の予兆である燃料の酸化反応が起こりにくくなるのである。
【００１７】
即ち、粉砕機の出口におけるガス中の一酸化炭素濃度を測定した結果、一酸化炭素濃度が少しでも検知された場合には、発火の予兆である燃料の酸化反応が起こっているので、測定した酸素濃度から算出した酸素分圧に基づいて、粉砕機に供給される混合ガス中の酸素分圧が低くなる、つまり、固体燃料の発火温度が高くなるように、粉砕機に供給される空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量を調整する。具体的には、空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量を増やすことで、固体燃料の発火温度を高くする。これにより、粉砕機内において、発火の予兆である燃料の酸化反応が起こらなくなり、粉砕機の出口におけるガス中において、一酸化炭素濃度が検知されなくなる。よって、発火温度が低い固体燃料を用いても、粉砕機内での発火を防止し、粉砕機の火災や爆発といった災害を防止することができる。
【００１８】
また、本発明における粉砕機の発火防止方法において、前記固体燃料は、石炭およびバイオマス燃料の少なくとも１種であってよい。上記の構成によれば、安価で発火温度が低い石炭やバイオマス燃料を、高価で発火温度が高い瀝青炭等の高品位炭の代わりに用いることで、粉砕機内での発火を防止しながら、コストダウンを図ることができる。
【００１９】
また、本発明における粉砕機の発火防止方法において、前記空気よりも酸素分圧が低いガスは、窒素ガス、二酸化炭素ガス、水蒸気、および、燃焼排ガスの少なくとも１種であってよい。上記の構成によれば、窒素ガス、二酸化炭素ガス、水蒸気、および、燃焼排ガスの少なくとも１種を粉砕機に供給することで、粉砕機に供給される混合ガス中の酸素分圧を好適に変化させることができる。
【００２０】
また、本発明における粉砕機の発火防止装置は、固体燃料を粉砕する粉砕機の発火防止装置であって、前記粉砕機に空気を供給する空気供給手段と、前記空気と混合した混合ガスとして前記粉砕機に供給されるように、前記空気よりも酸素分圧が低いガスを前記粉砕機に供給するガス供給手段と、前記粉砕機に供給される前記空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量を調整するガス供給量調整手段と、前記粉砕機の出口におけるガス中の一酸化炭素濃度を測定する一酸化炭素濃度測定手段と、前記粉砕機の出口におけるガス中の酸素濃度を測定する酸素濃度測定手段と、前記一酸化炭素濃度測定手段の測定結果と、前記酸素濃度測定手段が測定した前記酸素濃度から算出された酸素分圧と、に基づいて、前記粉砕機に供給される前記混合ガス中の前記酸素分圧を変化させるように、前記ガス供給量調整手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
【００２１】
上記の構成によれば、上述したように、粉砕機に供給される混合ガス中の酸素分圧が低くなるように、粉砕機に供給される空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量を調整すれば、粉砕機に供給された１種類以上の固体燃料の発火温度が高くなり、粉砕機内において、発火の予兆である燃料の酸化反応が起こりにくくなる。
【００２２】
そこで、粉砕機の出口におけるガス中の一酸化炭素濃度を測定した結果、一酸化炭素濃度が少しでも検知された場合には、発火の予兆である燃料の酸化反応が起こっているので、測定した酸素濃度から算出した酸素分圧に基づいて、粉砕機に供給される混合ガス中の酸素分圧が低くなる、つまり、固体燃料の発火温度が高くなるように、粉砕機に供給される空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量を調整する。具体的には、空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量を増やすことで、固体燃料の発火温度を高くする。これにより、粉砕機内において、発火の予兆である燃料の酸化反応が起こらなくなり、粉砕機の出口におけるガス中において、一酸化炭素濃度が検知されなくなる。よって、発火温度が低い固体燃料を用いても、粉砕機内での発火を防止し、粉砕機の火災や爆発といった災害を防止することができる。
【００２３】
また、本発明における粉砕機の発火防止装置において、前記固体燃料は、石炭およびバイオマス燃料の少なくとも１種であってよい。上記の構成によれば、安価で発火温度が低い石炭やバイオマス燃料を、高価で発火温度が高い瀝青炭等の高品位炭の代わりに用いることで、粉砕機内での発火を防止しながら、コストダウンを図ることができる。
【００２４】
また、本発明における粉砕機の発火防止装置において、前記空気よりも酸素分圧が低いガスは、窒素ガス、二酸化炭素ガス、水蒸気、および、燃焼排ガスの少なくとも１種であってよい。上記の構成によれば、窒素ガス、二酸化炭素ガス、水蒸気、および、燃焼排ガスの少なくとも１種を粉砕機に供給することで、粉砕機に供給される混合ガス中の酸素分圧を好適に変化させることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の粉砕機の発火防止方法及び発火防止装置によると、粉砕機の出口におけるガス中の一酸化炭素濃度を測定した結果、一酸化炭素濃度が少しでも検知された場合には、測定した酸素濃度から算出した酸素分圧に基づいて、粉砕機に供給される混合ガス中の酸素分圧が低くなる、つまり、固体燃料の発火温度が高くなるように、粉砕機に供給される空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量を調整する。これにより、粉砕機内において、発火の予兆である燃料の酸化反応が起こらなくなるので、発火温度が低い固体燃料を用いても、粉砕機内での発火を防止し、粉砕機の火災や爆発といった災害を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】粉砕機の発火防止装置を示す概略図である。
【図２】微粉炭発火試験装置を示す概略図である。
【図３】酸素分圧と発火温度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態では、固体燃料として石炭を用いて説明するが、固体燃料はこれに限定されず、バイオマス燃料や汚泥炭化物等であってもよく、石炭、バイオマス燃料、汚泥炭化物等を２種以上使用してもよい。
【００２８】
（粉砕機の発火防止装置の構成）
本実施形態による粉砕機の発火防止装置１０は、図１に示すように、粉砕機５に搬送用空気（空気）を供給する空気供給装置（空気供給手段）１２と、空気よりも酸素分圧が低いガスを粉砕機５に供給するガス供給装置（ガス供給手段）１３と、粉砕機５に供給される空気の供給量を調整する空気供給量調整装置１４と、粉砕機５に供給される空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量を調整するガス供給量調整装置（ガス供給量調整手段）１５と、粉砕機５の出口におけるガス中の一酸化炭素濃度を測定する一酸化炭素濃度測定装置（一酸化炭素濃度測定手段）７と、粉砕機５の出口におけるガス中の酸素濃度を測定する酸素濃度測定装置（酸素濃度測定手段）６と、空気供給量調整装置１４およびガス供給量調整装置１５をそれぞれ制御する演算器（制御手段）１１と、を有している。
【００２９】
石炭ホッパ１，２は、２種類の石炭Ａ，Ｂをそれぞれ保持している。混合機４は、石炭ホッパ１，２から供給された２種類の石炭Ａ，Ｂを混合する。石炭ホッパ１から混合機４に供給される石炭Ａの供給量は、石炭供給量調整装置３ａにより調整され、石炭ホッパ２から混合機４に供給される石炭Ｂの供給量は、石炭供給量調整装置３ｂにより調整される。
【００３０】
粉砕機５は、混合機４で混合された混合炭を粉砕して微粉炭にする。粉砕機５には、空気供給装置１２から微粉炭を搬送する搬送用空気（熱風）が供給されている。この搬送用空気により、粉砕機５内の微粉炭は乾燥されながら微粉炭バーナ８に搬送される。ここで、後述する微粉炭の発火温度の測定結果から、微粉炭が発火しないようにするには、粉砕機５の入口における搬送用空気（熱風）の温度を２００℃以下にすることが好ましい。
【００３１】
また、粉砕機５には、ガス供給装置１３から空気よりも酸素分圧が低いガスが供給されている。空気よりも酸素分圧が低いガスは、窒素ガス、二酸化炭素ガス、水蒸気、および、燃焼排ガスの少なくとも１種である。空気供給装置１２からの搬送用空気と、ガス供給装置１３からの空気よりも酸素分圧が低いガスとは、両者が混合された混合ガスとして、粉砕機５に供給される。
【００３２】
粉砕機５の出口におけるガス中の一酸化炭素濃度は、一酸化炭素濃度測定装置７により測定される。また、粉砕機５の出口におけるガス中の酸素濃度は、酸素濃度測定装置６により測定される。微粉炭バーナ８は、微粉炭を燃焼させる。ボイラ９は、微粉炭を燃焼させて熱を回収する。
【００３３】
ここで、粉砕機５に発火温度が低い石炭を使用すれば、粉砕機５内において、加熱された燃料（微粉炭）が発火する危険性がある。そして、粉砕機５内において、発火の予兆である燃料の酸化反応が起これば、一酸化炭素濃度測定装置７によって、一酸化炭素濃度が検知されることになる。そこで、粉砕機５内での発火を防止するためには、粉砕機５内において、発火の予兆である燃料の酸化反応が起こらないように、即ち、粉砕機５の出口におけるガス中において、一酸化炭素濃度が検知されないようにする必要がある。
【００３４】
なお、発火温度の高い瀝青炭等の高品位炭を使用していれば、粉砕機５の出口におけるガス中において、一酸化炭素濃度は検知されない。これは、粉砕機５に供給される搬送用空気（熱風）の温度よりも、燃料が酸化反応を開始する温度の方がはるかに高いからである。
【００３５】
演算器１１には、一酸化炭素濃度測定装置７が測定した粉砕機５の出口におけるガス中の一酸化炭素濃度の測定データ（測定結果）と、酸素濃度測定装置６が測定した粉砕機５の出口におけるガス中の酸素濃度の測定データ（測定結果）と、が入力される。演算器１１は、酸素濃度の測定データから酸素分圧を算出する。そして、演算器１１は、酸素分圧をパラメータとして用い、一酸化炭素濃度測定装置７からの測定データと、酸素濃度測定装置６が測定した酸素濃度から算出した酸素分圧と、に基づいて、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧を変化させるように、空気供給量調整装置１４およびガス供給量調整装置１５をそれぞれ制御する。これにより、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧が変更される。
【００３６】
ここで、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧が低くなるほど、微粉炭の発火温度が高くなる。これは、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧が低くなるほど、微粉炭が酸化しにくくなって、発火しにくくなるためであると考えられる。そこで、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧が低くなるように、粉砕機５に供給される搬送用空気および空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量をそれぞれ調整すれば、粉砕機５に供給された混合炭（粉砕機５で粉砕された微粉炭）の発火温度が高くなり、粉砕機５内において、発火の予兆である燃料の酸化反応が起こりにくくなるのである。
【００３７】
（粉砕機の発火防止装置の動作）
次に、上記の構成の粉砕機の発火防止装置１０の動作、即ち、粉砕機の発火防止方法について説明する。
【００３８】
石炭ホッパ１，２から供給された２種類の石炭Ａ，Ｂは、混合機４で混合されて混合炭として粉砕機５に供給される。石炭ホッパ１から混合機４に供給される石炭Ａの供給量は、石炭供給量調整装置３ａにより調整され、石炭ホッパ２から混合機４に供給される石炭Ｂの供給量は、石炭供給量調整装置３ｂにより調整される。
【００３９】
混合炭は粉砕機５で粉砕されて微粉炭にされ、搬送用空気によって、乾燥されながら微粉炭バーナ８に搬送される。微粉炭は微粉炭バーナ８で燃焼され、燃焼により生じた熱はボイラ９に回収される。粉砕機５の出口におけるガス中の一酸化炭素濃度は、一酸化炭素濃度測定装置７により測定される。また、粉砕機５の出口におけるガス中の酸素濃度は、酸素濃度測定装置６により測定される。一酸化炭素濃度測定装置７が測定した粉砕機５の出口におけるガス中の一酸化炭素濃度の測定データ（測定結果）と、酸素濃度測定装置６が測定した粉砕機５の出口におけるガス中の酸素濃度の測定データ（測定結果）とは、それぞれ演算器１１に入力される。
【００４０】
演算器１１は、酸素濃度の測定データから酸素分圧を算出する。そして、演算器１１は、酸素分圧をパラメータとして用い、一酸化炭素濃度測定装置７からの測定データと、算出した酸素分圧とに基づいて、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧を変化させるように、空気供給量調整装置１４およびガス供給量調整装置１５をそれぞれ制御する。これにより、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧が変更される。
【００４１】
具体的には、粉砕機５の出口におけるガス中の一酸化炭素濃度を測定した結果、一酸化炭素濃度が少しでも検知された場合には、発火の予兆である燃料の酸化反応が起こっているので、演算器１１は、算出した酸素分圧に基づいて、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧が低くなる、つまり、微粉炭の発火温度が高くなるように、粉砕機５に供給される搬送用空気および空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量をそれぞれ調整する。具体的には、空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量を相対的に増やすことで、微粉炭の発火温度を高くする。これにより、粉砕機５内において、発火の予兆である燃料の酸化反応が起こらなくなり、粉砕機５の出口におけるガス中において、一酸化炭素濃度が検知されなくなる。よって、発火温度が低い石炭を用いても、粉砕機５内での発火を防止し、粉砕機５の火災や爆発といった災害を防止することができる。
【００４２】
また、上述したように、固体燃料としてバイオマス燃料を使用してもよい。そして、安価で発火温度が低い石炭やバイオマス燃料を、高価で発火温度が高い瀝青炭等の高品位炭の代わりに用いることで、粉砕機５内での発火を防止しながら、コストダウンを図ることができる。
【００４３】
また、空気よりも酸素分圧が低いガスとして、窒素ガス、二酸化炭素ガス、水蒸気、および、燃焼排ガスの少なくとも１種を粉砕機５に供給することで、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧を好適に変化させることができる。なお、空気よりも酸素分圧が低いガスとして、ボイラ９の排ガスの一部を用いてもよい。
【００４４】
なお、一酸化炭素濃度測定装置７が測定する一酸化炭素濃度に閾値を設けてもよい。閾値は、粉砕機５内において燃料（微粉炭）が発火するときの一酸化炭素濃度であり、数十ｐｐｍである。そして、一酸化炭素濃度測定装置７が測定する一酸化炭素濃度が閾値に十分近くなったときには、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧が低くなる、つまり、微粉炭の発火温度が高くなるように、粉砕機５に供給される搬送用空気および空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量をそれぞれ調整する。一方、一酸化炭素濃度が閾値から十分に離れているときには、粉砕機５に供給される搬送用空気および空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量を変化させない。なお、一酸化炭素濃度が閾値から十分に離れているときには、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧が高くなる、つまり、微粉炭の発火温度が低くなるように、粉砕機５に供給される搬送用空気および空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量をそれぞれ調整してもよい。
【００４５】
このように、一酸化炭素濃度に閾値を設けて、空気供給量調整装置１４およびガス供給量調整装置１５の制御を行っても、粉砕機５内での発火を防止することができる。
【００４６】
（酸素分圧と発火温度との関係）
次に、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧と発火温度との関係について説明する。演算器１１が、空気供給量調整装置１４およびガス供給量調整装置１５をそれぞれ制御するためには、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧と発火温度との関係を予め把握しておく必要がある。そこで、性状の異なる３種類の石炭Ａ，Ｂ，Ｃを１種もしくは２種以上用いて、これを粉砕した微粉炭の発火温度を調査した。この調査には、図２に示す微粉炭発火試験装置２１を用いた。表１に３種類の石炭Ａ，Ｂ，Ｃの石炭性状を示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
微粉炭発火試験装置２１は、内径φ２５ｍｍ×７００Ｌの円筒縦型反応管２２と、定量の微粉炭を円筒縦型反応管２２内に供給する微粉炭フィーダ２３と、円筒縦型反応管２２の外周に設けられたヒータ２４と、円筒縦型反応管２２内に加熱された混合ガスを供給するガス供給ライン２５と、円筒縦型反応管２２の下方に設けられた受け容器２７と、円筒縦型反応管２２の下部に設けられた一酸化炭素濃度計２６と、円筒縦型反応管２２の上方に設けられたラプチャーディスク２９と、を有している。
【００４９】
円筒縦型反応管２２の内部の雰囲気温度は、ヒータ２４によって、常温から約４００℃まで、円筒縦型反応管２２の縦方向に沿ってほぼ均一に昇温可能にされている。ここで、円筒縦型反応管２２の内部の雰囲気温度の昇温速度は、約５℃／ｍｉｎになるように調整されている。
【００５０】
また、円筒縦型反応管２２の側面には、長手方向に沿った８ヶ所に熱電対挿入ポートが設置されており、これら熱電対挿入ポートには、外径φ１ｍｍのシースＫ熱電対２８がそれぞれ挿入される。これらシースＫ熱電対２８によって、円筒縦型反応管２２の内部の中心軸上の雰囲気温度の測定が可能となっている。
【００５１】
ガス供給ライン２５は、窒素ガス（空気よりも酸素分圧が低いガス）と空気とを混合して混合ガスとする混合室３１と、混合ガス中の酸素濃度を測定する酸素濃度計３２と、混合ガスを加熱する加熱ヒータ３３と、を有している。ラプチャーディスク２９は、通常は閉じており、円筒縦型反応管２２内が高圧になると開状態となる。
【００５２】
ここで、粉砕機５と同一条件下で試験を行うために、いくつかの試験条件を設けた。即ち、試験条件として、予め水分含有率が４．０〜５．０％の範囲に調整された微粉炭を使用した。また、試験条件として、粒子径が７５μｍ以下の微粉炭の割合を８０％以上とした。また、試験条件として、Ａｉｒ／Ｃｏａｌ比（円筒縦型反応管２２に供給される加熱された混合ガスの量［Ｌ／ｍｉｎ］と石炭供給量［ｇ／ｍｉｎ］との比）を１．７とした。また、試験条件として、円筒縦型反応管２２内に微粉炭が滞留する滞留時間を約６秒とした。また、微粉炭粒子は混合ガスと同じ速度で円筒縦型反応管２２内を移動するものと想定した。また、微粉炭が粉砕機５の内部に付着して居付くことがないものと仮定した。
【００５３】
微粉炭フィーダから供給された定量の微粉炭は、自重で円筒縦型反応管２２内に落下投入される。また、円筒縦型反応管２２内には、ガス供給ライン２５から加熱された混合ガスが供給される。円筒縦型反応管２２内において、微粉炭と混合ガスとは、同一の温度まで加熱される。その後、微粉炭は、円筒縦型反応管２２の下部のフランジ部２２ａから系外に落下し、受け容器２７に貯留される。
【００５４】
微粉炭が円筒縦型反応管２２内に滞留している滞留時間内に微粉炭が発火する温度まで上昇すれば、円筒縦型反応管２２の下部に設置された一酸化炭素濃度計２６が一酸化炭素濃度の上昇を検出する。円筒縦型反応管２２内に供給される混合ガスの酸素分圧を変化させるとともに、円筒縦型反応管２２内の雰囲気温度をヒータ２４で変化させながら、繰り返し試験を行い、円筒縦型反応管２２の出口におけるガス中の一酸化炭素濃度が３０ｐｐｍ以上となった時点における、円筒縦型反応管２２内の雰囲気温度の平均値を、微粉炭の発火温度として算出した。
【００５５】
粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧をパラメータにした微粉炭の発火温度の測定結果を図３に示す。微粉炭の発火温度の測定結果から、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧が低くなるほど、微粉炭の発火温度が線形に上昇することがわかる。これは、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧が低くなるほど、微粉炭が酸化しにくくなって、発火しにくくなるためであると考えられる。したがって、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧を制御することは、粉砕機５内での発火の観点から、粉砕機５を安全に操業する操作条件になると考えられる。また、微粉炭の発火温度の測定結果から、微粉炭の発火を防止するためには、粉砕機５の入口における搬送用空気（熱風）の温度を、２００℃以下にすることが好ましいことがわかる。
【００５６】
（本実施形態の変形例）
以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【００５７】
例えば、演算器１１による空気供給量調整装置１４およびガス供給量調整装置１５の制御は、上述したものに限定されない。一酸化炭素濃度測定装置７が一酸化炭素濃度を検知しなくても、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧が低くなる、つまり、固体燃料の発火温度が高くなるように、粉砕機５に供給される搬送用空気および空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量をそれぞれ調整してもよいし、一酸化炭素濃度測定装置７が一酸化炭素濃度を検知しても、その値が閾値未満であれば、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧が高くなる、つまり、固体燃料の発火温度が低くなるように、粉砕機５に供給される搬送用空気および空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量をそれぞれ調整してもよい。要するに、粉砕機５内で発火が起こらない範囲内で、粉砕機５に供給される搬送用空気および空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量をそれぞれ調整すればよい。
【００５８】
また、演算器１１が、空気供給装置１２から粉砕機５に供給される搬送用空気の供給量を調整する空気供給量調整装置１４を制御する構成としたが、演算器１１が、空気供給量調整装置１４を制御しない構成であってもよい。空気供給装置１２から粉砕機５に供給される搬送用空気の供給量を一定とし、ガス供給装置１３から粉砕機５に供給される空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量を調整するガス供給量調整装置１５のみを演算器１１が制御する構成であっても、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧を変化させることができる。この場合、空気供給量調整装置１４は不要である。
【符号の説明】
【００５９】
１，２ 石炭ホッパ
３ａ，３ｂ 石炭供給量調整装置
４ 混合機
５ 粉砕機
６ 酸素濃度測定装置（酸素濃度測定手段）
７ 一酸化炭素濃度測定装置（一酸化炭素濃度測定手段）
８ 微粉炭バーナ
９ ボイラ
１０ 粉砕機の発火防止装置
１１ 演算器（制御手段）
１２ 空気供給装置（空気供給手段）
１３ ガス供給装置（ガス供給手段）
１４ 空気供給量調整装置
１５ ガス供給量調整装置（ガス供給量調整手段）
２１ 微粉炭発火試験装置
２２ 円筒縦型反応管
２３ 微粉炭フィーダ
２４ ヒータ
２５ ガス供給ライン
２６ 一酸化炭素濃度計
２７ 受け容器
２８ シースＫ熱電対
３２ 酸素濃度計
３３ 加熱ヒータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラの燃料となる固体燃料を粉砕する粉砕機の発火防止方法及び発火防止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体燃料を燃料とするボイラには、粉砕機で粉砕された固体燃料が、搬送用空気とともに供給される。
【０００３】
日本では、発火温度の高い瀝青炭をボイラの燃料に使用しているので、粉砕機での発火についてはあまり注目されていない。むしろ、初期の微粉炭燃焼ボイラには、火災が起こった後の対策として、粉砕機内に、不活性ガス（水蒸気など）を供給するシステムや破裂板（ラプチャーディスク）を設けているものがある。
【０００４】
一方、海外、特に米国では、１９８０年代に、西部産の低品位炭を使うことにより、粉砕機内での火災・爆発を数多く経験している。今後、日本でも低品位炭、つまり発火温度が低い石炭や、亜瀝青炭、改質褐炭（ＵＢＣ）等を使用する機会が増えてくることから、粉砕機内での発火を事前に検知して、これを防止する必要がある。
【０００５】
特許文献１には、石炭を粉砕する粉砕ミルに石炭を供給する石炭供給管にバイオマスを定量的に供給することで、粉砕ミルに供給される石炭量とバイオマス燃料量との比率を安定化させ、バイオマスの発火を防ぎ、ひいては粉砕ミルの運転状態を安定化させた石炭・有機物燃料混合粉砕装置が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、混合空気のミル入口温度計測値とミル入口温度設定値とを比較して、ミル入口温度計測値がミル入口温度設定値以上になった場合に、ミル出口温度設定値を下げることで、ミル入口温度の過剰上昇による発火事故を防止しながら、ミル出口温度の制御を継続するミル装置ならびにそれを備えた石炭焚ボイラ設備が開示されている。
【０００７】
また、特許文献３には、被粉砕物の供給量に応じてミルの入口温度を制御することで、ミルの出口温度の変化を小さくして、微粉炭の発火を防止したローラミル装置が開示されている。
【０００８】
また、特許文献４には、加熱空気管および石炭粉砕機内の温度を測定し、石炭粉砕機に供給する空気の温度および供給量を制御することで、発火の虞をなくした石炭粉砕機用空気温度制御装置が開示されている。
【０００９】
また、特許文献５には、ミル入口温度とミルへの給炭量から原炭水分を求め、この原炭水分に応じて、ミル出口温度を設定することで、ミル出口温度を原炭水分に応じた最適値として、発火を防止したミル出口温度制御方法が開示されている。
【００１０】
また、特許文献６には、微粉ビン内で微粉炭のくすぶりやおき火燃焼状態を検知したときに、微粉炭の搬送媒体を空気から不活性ガスに切り替えることで、微粉爆発を防止する微粉炭燃焼方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−３４７２４１号公報
【特許文献２】特開２００６−１０２６６６号公報
【特許文献３】特開平４−２４４２４６号公報
【特許文献４】特開昭５６−１５２７５０号公報
【特許文献５】特開昭６３−３１５１５８号公報
【特許文献６】特開昭６３−２６７８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、現状では、これまで想定されていなかった発火温度が低い固体燃料に対する運転指標がない。そのため、どのような運転条件、具体的には、どのような入口・出口温度と燃料供給量で粉砕機を操作すべきかわからない。そこで、粉砕機を安全に運転するための運転条件を得て、粉砕機内での発火を防止することが望まれる。
【００１３】
本発明の目的は、粉砕機内での発火を防止することが可能な粉砕機の発火防止方法及び発火防止装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明における粉砕機の発火防止方法は、固体燃料を粉砕する粉砕機の発火防止方法であって、空気と、前記空気よりも酸素分圧が低いガスとを混合ガスとして前記粉砕機に供給し、前記粉砕機の出口におけるガス中の一酸化炭素濃度および酸素濃度をそれぞれ測定し、前記一酸化炭素濃度の測定結果と、測定した前記酸素濃度から算出した酸素分圧と、に基づいて、前記粉砕機に供給される前記混合ガス中の前記酸素分圧を変化させるように、前記粉砕機に供給される前記空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量を調整することを特徴とする。
【００１５】
上記の構成によれば、熱風（搬送用空気）が供給されながら固体燃料を粉砕する粉砕機に発火温度が低い固体燃料を使用すれば、粉砕機内において、加熱された燃料が発火する危険性がある。そして、粉砕機内において、発火の予兆である燃料の酸化反応が起これば、粉砕機の出口におけるガス中において、一酸化炭素濃度が検知されることになる。そこで、粉砕内での発火を防止するためには、粉砕機内において、発火の予兆である燃料の酸化反応が起こらないように、即ち、粉砕機の出口におけるガス中において、一酸化炭素濃度が検知されないようにする必要がある。
【００１６】
ここで、粉砕機に供給される混合ガス中の酸素分圧が低くなるほど、１種類以上の固体燃料の発火温度が高くなる。これは、粉砕機に供給される混合ガス中の酸素分圧が低くなるほど、固体燃料が酸化しにくくなって、発火しにくくなるためであると考えられる。そこで、粉砕機に供給される混合ガス中の酸素分圧が低くなるように、粉砕機に供給される空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量を調整すれば、粉砕機に供給された１種類以上の固体燃料の発火温度が高くなり、粉砕機内において、発火の予兆である燃料の酸化反応が起こりにくくなるのである。
【００１７】
即ち、粉砕機の出口におけるガス中の一酸化炭素濃度を測定した結果、一酸化炭素濃度が少しでも検知された場合には、発火の予兆である燃料の酸化反応が起こっているので、測定した酸素濃度から算出した酸素分圧に基づいて、粉砕機に供給される混合ガス中の酸素分圧が低くなる、つまり、固体燃料の発火温度が高くなるように、粉砕機に供給される空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量を調整する。具体的には、空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量を増やすことで、固体燃料の発火温度を高くする。これにより、粉砕機内において、発火の予兆である燃料の酸化反応が起こらなくなり、粉砕機の出口におけるガス中において、一酸化炭素濃度が検知されなくなる。よって、発火温度が低い固体燃料を用いても、粉砕機内での発火を防止し、粉砕機の火災や爆発といった災害を防止することができる。
【００１８】
また、本発明における粉砕機の発火防止方法において、前記固体燃料は、石炭およびバイオマス燃料の少なくとも１種であってよい。上記の構成によれば、安価で発火温度が低い石炭やバイオマス燃料を、高価で発火温度が高い瀝青炭等の高品位炭の代わりに用いることで、粉砕機内での発火を防止しながら、コストダウンを図ることができる。
【００１９】
また、本発明における粉砕機の発火防止方法において、前記空気よりも酸素分圧が低いガスは、窒素ガス、二酸化炭素ガス、水蒸気、および、燃焼排ガスの少なくとも１種であってよい。上記の構成によれば、窒素ガス、二酸化炭素ガス、水蒸気、および、燃焼排ガスの少なくとも１種を粉砕機に供給することで、粉砕機に供給される混合ガス中の酸素分圧を好適に変化させることができる。
【００２０】
また、本発明における粉砕機の発火防止装置は、固体燃料を粉砕する粉砕機の発火防止装置であって、前記粉砕機に空気を供給する空気供給手段と、前記空気と混合した混合ガスとして前記粉砕機に供給されるように、前記空気よりも酸素分圧が低いガスを前記粉砕機に供給するガス供給手段と、前記粉砕機に供給される前記空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量を調整するガス供給量調整手段と、前記粉砕機の出口におけるガス中の一酸化炭素濃度を測定する一酸化炭素濃度測定手段と、前記粉砕機の出口におけるガス中の酸素濃度を測定する酸素濃度測定手段と、前記一酸化炭素濃度測定手段の測定結果と、前記酸素濃度測定手段が測定した前記酸素濃度から算出された酸素分圧と、に基づいて、前記粉砕機に供給される前記混合ガス中の前記酸素分圧を変化させるように、前記ガス供給量調整手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
【００２１】
上記の構成によれば、上述したように、粉砕機に供給される混合ガス中の酸素分圧が低くなるように、粉砕機に供給される空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量を調整すれば、粉砕機に供給された１種類以上の固体燃料の発火温度が高くなり、粉砕機内において、発火の予兆である燃料の酸化反応が起こりにくくなる。
【００２２】
そこで、粉砕機の出口におけるガス中の一酸化炭素濃度を測定した結果、一酸化炭素濃度が少しでも検知された場合には、発火の予兆である燃料の酸化反応が起こっているので、測定した酸素濃度から算出した酸素分圧に基づいて、粉砕機に供給される混合ガス中の酸素分圧が低くなる、つまり、固体燃料の発火温度が高くなるように、粉砕機に供給される空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量を調整する。具体的には、空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量を増やすことで、固体燃料の発火温度を高くする。これにより、粉砕機内において、発火の予兆である燃料の酸化反応が起こらなくなり、粉砕機の出口におけるガス中において、一酸化炭素濃度が検知されなくなる。よって、発火温度が低い固体燃料を用いても、粉砕機内での発火を防止し、粉砕機の火災や爆発といった災害を防止することができる。
【００２３】
また、本発明における粉砕機の発火防止装置において、前記固体燃料は、石炭およびバイオマス燃料の少なくとも１種であってよい。上記の構成によれば、安価で発火温度が低い石炭やバイオマス燃料を、高価で発火温度が高い瀝青炭等の高品位炭の代わりに用いることで、粉砕機内での発火を防止しながら、コストダウンを図ることができる。
【００２４】
また、本発明における粉砕機の発火防止装置において、前記空気よりも酸素分圧が低いガスは、窒素ガス、二酸化炭素ガス、水蒸気、および、燃焼排ガスの少なくとも１種であってよい。上記の構成によれば、窒素ガス、二酸化炭素ガス、水蒸気、および、燃焼排ガスの少なくとも１種を粉砕機に供給することで、粉砕機に供給される混合ガス中の酸素分圧を好適に変化させることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の粉砕機の発火防止方法及び発火防止装置によると、粉砕機の出口におけるガス中の一酸化炭素濃度を測定した結果、一酸化炭素濃度が少しでも検知された場合には、測定した酸素濃度から算出した酸素分圧に基づいて、粉砕機に供給される混合ガス中の酸素分圧が低くなる、つまり、固体燃料の発火温度が高くなるように、粉砕機に供給される空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量を調整する。これにより、粉砕機内において、発火の予兆である燃料の酸化反応が起こらなくなるので、発火温度が低い固体燃料を用いても、粉砕機内での発火を防止し、粉砕機の火災や爆発といった災害を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】粉砕機の発火防止装置を示す概略図である。
【図２】微粉炭発火試験装置を示す概略図である。
【図３】酸素分圧と発火温度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態では、固体燃料として石炭を用いて説明するが、固体燃料はこれに限定されず、バイオマス燃料や汚泥炭化物等であってもよく、石炭、バイオマス燃料、汚泥炭化物等を２種以上使用してもよい。
【００２８】
（粉砕機の発火防止装置の構成）
本実施形態による粉砕機の発火防止装置１０は、図１に示すように、粉砕機５に搬送用空気（空気）を供給する空気供給装置（空気供給手段）１２と、空気よりも酸素分圧が低いガスを粉砕機５に供給するガス供給装置（ガス供給手段）１３と、粉砕機５に供給される空気の供給量を調整する空気供給量調整装置１４と、粉砕機５に供給される空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量を調整するガス供給量調整装置（ガス供給量調整手段）１５と、粉砕機５の出口におけるガス中の一酸化炭素濃度を測定する一酸化炭素濃度測定装置（一酸化炭素濃度測定手段）７と、粉砕機５の出口におけるガス中の酸素濃度を測定する酸素濃度測定装置（酸素濃度測定手段）６と、空気供給量調整装置１４およびガス供給量調整装置１５をそれぞれ制御する演算器（制御手段）１１と、を有している。
【００２９】
石炭ホッパ１，２は、２種類の石炭Ａ，Ｂをそれぞれ保持している。混合機４は、石炭ホッパ１，２から供給された２種類の石炭Ａ，Ｂを混合する。石炭ホッパ１から混合機４に供給される石炭Ａの供給量は、石炭供給量調整装置３ａにより調整され、石炭ホッパ２から混合機４に供給される石炭Ｂの供給量は、石炭供給量調整装置３ｂにより調整される。
【００３０】
粉砕機５は、混合機４で混合された混合炭を粉砕して微粉炭にする。粉砕機５には、空気供給装置１２から微粉炭を搬送する搬送用空気（熱風）が供給されている。この搬送用空気により、粉砕機５内の微粉炭は乾燥されながら微粉炭バーナ８に搬送される。ここで、後述する微粉炭の発火温度の測定結果から、微粉炭が発火しないようにするには、粉砕機５の入口における搬送用空気（熱風）の温度を２００℃以下にすることが好ましい。
【００３１】
また、粉砕機５には、ガス供給装置１３から空気よりも酸素分圧が低いガスが供給されている。空気よりも酸素分圧が低いガスは、窒素ガス、二酸化炭素ガス、水蒸気、および、燃焼排ガスの少なくとも１種である。空気供給装置１２からの搬送用空気と、ガス供給装置１３からの空気よりも酸素分圧が低いガスとは、両者が混合された混合ガスとして、粉砕機５に供給される。
【００３２】
粉砕機５の出口におけるガス中の一酸化炭素濃度は、一酸化炭素濃度測定装置７により測定される。また、粉砕機５の出口におけるガス中の酸素濃度は、酸素濃度測定装置６により測定される。微粉炭バーナ８は、微粉炭を燃焼させる。ボイラ９は、微粉炭を燃焼させて熱を回収する。
【００３３】
ここで、粉砕機５に発火温度が低い石炭を使用すれば、粉砕機５内において、加熱された燃料（微粉炭）が発火する危険性がある。そして、粉砕機５内において、発火の予兆である燃料の酸化反応が起これば、一酸化炭素濃度測定装置７によって、一酸化炭素濃度が検知されることになる。そこで、粉砕機５内での発火を防止するためには、粉砕機５内において、発火の予兆である燃料の酸化反応が起こらないように、即ち、粉砕機５の出口におけるガス中において、一酸化炭素濃度が検知されないようにする必要がある。
【００３４】
なお、発火温度の高い瀝青炭等の高品位炭を使用していれば、粉砕機５の出口におけるガス中において、一酸化炭素濃度は検知されない。これは、粉砕機５に供給される搬送用空気（熱風）の温度よりも、燃料が酸化反応を開始する温度の方がはるかに高いからである。
【００３５】
演算器１１には、一酸化炭素濃度測定装置７が測定した粉砕機５の出口におけるガス中の一酸化炭素濃度の測定データ（測定結果）と、酸素濃度測定装置６が測定した粉砕機５の出口におけるガス中の酸素濃度の測定データ（測定結果）と、が入力される。演算器１１は、酸素濃度の測定データから酸素分圧を算出する。そして、演算器１１は、酸素分圧をパラメータとして用い、一酸化炭素濃度測定装置７からの測定データと、酸素濃度測定装置６が測定した酸素濃度から算出した酸素分圧と、に基づいて、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧を変化させるように、空気供給量調整装置１４およびガス供給量調整装置１５をそれぞれ制御する。これにより、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧が変更される。
【００３６】
ここで、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧が低くなるほど、微粉炭の発火温度が高くなる。これは、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧が低くなるほど、微粉炭が酸化しにくくなって、発火しにくくなるためであると考えられる。そこで、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧が低くなるように、粉砕機５に供給される搬送用空気および空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量をそれぞれ調整すれば、粉砕機５に供給された混合炭（粉砕機５で粉砕された微粉炭）の発火温度が高くなり、粉砕機５内において、発火の予兆である燃料の酸化反応が起こりにくくなるのである。
【００３７】
（粉砕機の発火防止装置の動作）
次に、上記の構成の粉砕機の発火防止装置１０の動作、即ち、粉砕機の発火防止方法について説明する。
【００３８】
石炭ホッパ１，２から供給された２種類の石炭Ａ，Ｂは、混合機４で混合されて混合炭として粉砕機５に供給される。石炭ホッパ１から混合機４に供給される石炭Ａの供給量は、石炭供給量調整装置３ａにより調整され、石炭ホッパ２から混合機４に供給される石炭Ｂの供給量は、石炭供給量調整装置３ｂにより調整される。
【００３９】
混合炭は粉砕機５で粉砕されて微粉炭にされ、搬送用空気によって、乾燥されながら微粉炭バーナ８に搬送される。微粉炭は微粉炭バーナ８で燃焼され、燃焼により生じた熱はボイラ９に回収される。粉砕機５の出口におけるガス中の一酸化炭素濃度は、一酸化炭素濃度測定装置７により測定される。また、粉砕機５の出口におけるガス中の酸素濃度は、酸素濃度測定装置６により測定される。一酸化炭素濃度測定装置７が測定した粉砕機５の出口におけるガス中の一酸化炭素濃度の測定データ（測定結果）と、酸素濃度測定装置６が測定した粉砕機５の出口におけるガス中の酸素濃度の測定データ（測定結果）とは、それぞれ演算器１１に入力される。
【００４０】
演算器１１は、酸素濃度の測定データから酸素分圧を算出する。そして、演算器１１は、酸素分圧をパラメータとして用い、一酸化炭素濃度測定装置７からの測定データと、算出した酸素分圧とに基づいて、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧を変化させるように、空気供給量調整装置１４およびガス供給量調整装置１５をそれぞれ制御する。これにより、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧が変更される。
【００４１】
具体的には、粉砕機５の出口におけるガス中の一酸化炭素濃度を測定した結果、一酸化炭素濃度が少しでも検知された場合には、発火の予兆である燃料の酸化反応が起こっているので、演算器１１は、算出した酸素分圧に基づいて、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧が低くなる、つまり、微粉炭の発火温度が高くなるように、粉砕機５に供給される搬送用空気および空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量をそれぞれ調整する。具体的には、空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量を相対的に増やすことで、微粉炭の発火温度を高くする。これにより、粉砕機５内において、発火の予兆である燃料の酸化反応が起こらなくなり、粉砕機５の出口におけるガス中において、一酸化炭素濃度が検知されなくなる。よって、発火温度が低い石炭を用いても、粉砕機５内での発火を防止し、粉砕機５の火災や爆発といった災害を防止することができる。
【００４２】
また、上述したように、固体燃料としてバイオマス燃料を使用してもよい。そして、安価で発火温度が低い石炭やバイオマス燃料を、高価で発火温度が高い瀝青炭等の高品位炭の代わりに用いることで、粉砕機５内での発火を防止しながら、コストダウンを図ることができる。
【００４３】
また、空気よりも酸素分圧が低いガスとして、窒素ガス、二酸化炭素ガス、水蒸気、および、燃焼排ガスの少なくとも１種を粉砕機５に供給することで、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧を好適に変化させることができる。なお、空気よりも酸素分圧が低いガスとして、ボイラ９の排ガスの一部を用いてもよい。
【００４４】
なお、一酸化炭素濃度測定装置７が測定する一酸化炭素濃度に閾値を設けてもよい。閾値は、粉砕機５内において燃料（微粉炭）が発火するときの一酸化炭素濃度であり、数十ｐｐｍである。そして、一酸化炭素濃度測定装置７が測定する一酸化炭素濃度が閾値に十分近くなったときには、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧が低くなる、つまり、微粉炭の発火温度が高くなるように、粉砕機５に供給される搬送用空気および空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量をそれぞれ調整する。一方、一酸化炭素濃度が閾値から十分に離れているときには、粉砕機５に供給される搬送用空気および空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量を変化させない。なお、一酸化炭素濃度が閾値から十分に離れているときには、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧が高くなる、つまり、微粉炭の発火温度が低くなるように、粉砕機５に供給される搬送用空気および空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量をそれぞれ調整してもよい。
【００４５】
このように、一酸化炭素濃度に閾値を設けて、空気供給量調整装置１４およびガス供給量調整装置１５の制御を行っても、粉砕機５内での発火を防止することができる。
【００４６】
（酸素分圧と発火温度との関係）
次に、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧と発火温度との関係について説明する。演算器１１が、空気供給量調整装置１４およびガス供給量調整装置１５をそれぞれ制御するためには、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧と発火温度との関係を予め把握しておく必要がある。そこで、性状の異なる３種類の石炭Ａ，Ｂ，Ｃを１種もしくは２種以上用いて、これを粉砕した微粉炭の発火温度を調査した。この調査には、図２に示す微粉炭発火試験装置２１を用いた。表１に３種類の石炭Ａ，Ｂ，Ｃの石炭性状を示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
微粉炭発火試験装置２１は、内径φ２５ｍｍ×７００Ｌの円筒縦型反応管２２と、定量の微粉炭を円筒縦型反応管２２内に供給する微粉炭フィーダ２３と、円筒縦型反応管２２の外周に設けられたヒータ２４と、円筒縦型反応管２２内に加熱された混合ガスを供給するガス供給ライン２５と、円筒縦型反応管２２の下方に設けられた受け容器２７と、円筒縦型反応管２２の下部に設けられた一酸化炭素濃度計２６と、円筒縦型反応管２２の上方に設けられたラプチャーディスク２９と、を有している。
【００４９】
円筒縦型反応管２２の内部の雰囲気温度は、ヒータ２４によって、常温から約４００℃まで、円筒縦型反応管２２の縦方向に沿ってほぼ均一に昇温可能にされている。ここで、円筒縦型反応管２２の内部の雰囲気温度の昇温速度は、約５℃／ｍｉｎになるように調整されている。
【００５０】
また、円筒縦型反応管２２の側面には、長手方向に沿った８ヶ所に熱電対挿入ポートが設置されており、これら熱電対挿入ポートには、外径φ１ｍｍのシースＫ熱電対２８がそれぞれ挿入される。これらシースＫ熱電対２８によって、円筒縦型反応管２２の内部の中心軸上の雰囲気温度の測定が可能となっている。
【００５１】
ガス供給ライン２５は、窒素ガス（空気よりも酸素分圧が低いガス）と空気とを混合して混合ガスとする混合室３１と、混合ガス中の酸素濃度を測定する酸素濃度計３２と、混合ガスを加熱する加熱ヒータ３３と、を有している。ラプチャーディスク２９は、通常は閉じており、円筒縦型反応管２２内が高圧になると開状態となる。
【００５２】
ここで、粉砕機５と同一条件下で試験を行うために、いくつかの試験条件を設けた。即ち、試験条件として、予め水分含有率が４．０〜５．０％の範囲に調整された微粉炭を使用した。また、試験条件として、粒子径が７５μｍ以下の微粉炭の割合を８０％以上とした。また、試験条件として、Ａｉｒ／Ｃｏａｌ比（円筒縦型反応管２２に供給される加熱された混合ガスの量［Ｌ／ｍｉｎ］と石炭供給量［ｇ／ｍｉｎ］との比）を１．７とした。また、試験条件として、円筒縦型反応管２２内に微粉炭が滞留する滞留時間を約６秒とした。また、微粉炭粒子は混合ガスと同じ速度で円筒縦型反応管２２内を移動するものと想定した。また、微粉炭が粉砕機５の内部に付着して居付くことがないものと仮定した。
【００５３】
微粉炭フィーダから供給された定量の微粉炭は、自重で円筒縦型反応管２２内に落下投入される。また、円筒縦型反応管２２内には、ガス供給ライン２５から加熱された混合ガスが供給される。円筒縦型反応管２２内において、微粉炭と混合ガスとは、同一の温度まで加熱される。その後、微粉炭は、円筒縦型反応管２２の下部のフランジ部２２ａから系外に落下し、受け容器２７に貯留される。
【００５４】
微粉炭が円筒縦型反応管２２内に滞留している滞留時間内に微粉炭が発火する温度まで上昇すれば、円筒縦型反応管２２の下部に設置された一酸化炭素濃度計２６が一酸化炭素濃度の上昇を検出する。円筒縦型反応管２２内に供給される混合ガスの酸素分圧を変化させるとともに、円筒縦型反応管２２内の雰囲気温度をヒータ２４で変化させながら、繰り返し試験を行い、円筒縦型反応管２２の出口におけるガス中の一酸化炭素濃度が３０ｐｐｍ以上となった時点における、円筒縦型反応管２２内の雰囲気温度の平均値を、微粉炭の発火温度として算出した。
【００５５】
粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧をパラメータにした微粉炭の発火温度の測定結果を図３に示す。微粉炭の発火温度の測定結果から、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧が低くなるほど、微粉炭の発火温度が線形に上昇することがわかる。これは、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧が低くなるほど、微粉炭が酸化しにくくなって、発火しにくくなるためであると考えられる。したがって、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧を制御することは、粉砕機５内での発火の観点から、粉砕機５を安全に操業する操作条件になると考えられる。また、微粉炭の発火温度の測定結果から、微粉炭の発火を防止するためには、粉砕機５の入口における搬送用空気（熱風）の温度を、２００℃以下にすることが好ましいことがわかる。
【００５６】
（本実施形態の変形例）
以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【００５７】
例えば、演算器１１による空気供給量調整装置１４およびガス供給量調整装置１５の制御は、上述したものに限定されない。一酸化炭素濃度測定装置７が一酸化炭素濃度を検知しなくても、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧が低くなる、つまり、固体燃料の発火温度が高くなるように、粉砕機５に供給される搬送用空気および空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量をそれぞれ調整してもよいし、一酸化炭素濃度測定装置７が一酸化炭素濃度を検知しても、その値が閾値未満であれば、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧が高くなる、つまり、固体燃料の発火温度が低くなるように、粉砕機５に供給される搬送用空気および空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量をそれぞれ調整してもよい。要するに、粉砕機５内で発火が起こらない範囲内で、粉砕機５に供給される搬送用空気および空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量をそれぞれ調整すればよい。
【００５８】
また、演算器１１が、空気供給装置１２から粉砕機５に供給される搬送用空気の供給量を調整する空気供給量調整装置１４を制御する構成としたが、演算器１１が、空気供給量調整装置１４を制御しない構成であってもよい。空気供給装置１２から粉砕機５に供給される搬送用空気の供給量を一定とし、ガス供給装置１３から粉砕機５に供給される空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量を調整するガス供給量調整装置１５のみを演算器１１が制御する構成であっても、粉砕機５に供給される混合ガス中の酸素分圧を変化させることができる。この場合、空気供給量調整装置１４は不要である。
【符号の説明】
【００５９】
１，２ 石炭ホッパ
３ａ，３ｂ 石炭供給量調整装置
４ 混合機
５ 粉砕機
６ 酸素濃度測定装置（酸素濃度測定手段）
７ 一酸化炭素濃度測定装置（一酸化炭素濃度測定手段）
８ 微粉炭バーナ
９ ボイラ
１０ 粉砕機の発火防止装置
１１ 演算器（制御手段）
１２ 空気供給装置（空気供給手段）
１３ ガス供給装置（ガス供給手段）
１４ 空気供給量調整装置
１５ ガス供給量調整装置（ガス供給量調整手段）
２１ 微粉炭発火試験装置
２２ 円筒縦型反応管
２３ 微粉炭フィーダ
２４ ヒータ
２５ ガス供給ライン
２６ 一酸化炭素濃度計
２７ 受け容器
２８ シースＫ熱電対
３２ 酸素濃度計
３３ 加熱ヒータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体燃料を粉砕する粉砕機の発火防止方法であって、
空気と、前記空気よりも酸素分圧が低いガスとを混合ガスとして前記粉砕機に供給し、
前記粉砕機の出口におけるガス中の一酸化炭素濃度および酸素濃度をそれぞれ測定し、
前記一酸化炭素濃度の測定結果と、測定した前記酸素濃度から算出した酸素分圧と、に基づいて、前記粉砕機に供給される前記混合ガス中の前記酸素分圧を変化させるように、前記粉砕機に供給される前記空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量を調整することを特徴とする粉砕機の発火防止方法。
【請求項２】
前記固体燃料は、石炭およびバイオマス燃料の少なくとも１種であることを特徴とする請求項１に記載の粉砕機の発火防止方法。
【請求項３】
前記空気よりも酸素分圧が低いガスは、窒素ガス、二酸化炭素ガス、水蒸気、および、燃焼排ガスの少なくとも１種であることを特徴とする請求項１又は２に記載の粉砕機の発火防止方法。
【請求項４】
固体燃料を粉砕する粉砕機の発火防止装置であって、
前記粉砕機に空気を供給する空気供給手段と、
前記空気と混合した混合ガスとして前記粉砕機に供給されるように、前記空気よりも酸素分圧が低いガスを前記粉砕機に供給するガス供給手段と、
前記粉砕機に供給される前記空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量を調整するガス供給量調整手段と、
前記粉砕機の出口におけるガス中の一酸化炭素濃度を測定する一酸化炭素濃度測定手段と、
前記粉砕機の出口におけるガス中の酸素濃度を測定する酸素濃度測定手段と、
前記一酸化炭素濃度測定手段の測定結果と、前記酸素濃度測定手段が測定した前記酸素濃度から算出された酸素分圧と、に基づいて、前記粉砕機に供給される前記混合ガス中の前記酸素分圧を変化させるように、前記ガス供給量調整手段を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする粉砕機の発火防止装置。
【請求項５】
前記固体燃料は、石炭およびバイオマス燃料の少なくとも１種であることを特徴とする請求項４に記載の粉砕機の発火防止装置。
【請求項６】
前記空気よりも酸素分圧が低いガスは、窒素ガス、二酸化炭素ガス、水蒸気、および、燃焼排ガスの少なくとも１種であることを特徴とする請求項４又は５に記載の粉砕機の発火防止装置。
【請求項１】
固体燃料を粉砕する粉砕機の発火防止方法であって、
空気と、前記空気よりも酸素分圧が低いガスとを混合ガスとして前記粉砕機に供給し、
前記粉砕機の出口におけるガス中の一酸化炭素濃度および酸素濃度をそれぞれ測定し、
前記一酸化炭素濃度の測定結果と、測定した前記酸素濃度から算出した酸素分圧と、に基づいて、前記粉砕機に供給される前記混合ガス中の前記酸素分圧を変化させるように、前記粉砕機に供給される前記空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量を調整することを特徴とする粉砕機の発火防止方法。
【請求項２】
前記固体燃料は、石炭およびバイオマス燃料の少なくとも１種であることを特徴とする請求項１に記載の粉砕機の発火防止方法。
【請求項３】
前記空気よりも酸素分圧が低いガスは、窒素ガス、二酸化炭素ガス、水蒸気、および、燃焼排ガスの少なくとも１種であることを特徴とする請求項１又は２に記載の粉砕機の発火防止方法。
【請求項４】
固体燃料を粉砕する粉砕機の発火防止装置であって、
前記粉砕機に空気を供給する空気供給手段と、
前記空気と混合した混合ガスとして前記粉砕機に供給されるように、前記空気よりも酸素分圧が低いガスを前記粉砕機に供給するガス供給手段と、
前記粉砕機に供給される前記空気よりも酸素分圧が低いガスの供給量を調整するガス供給量調整手段と、
前記粉砕機の出口におけるガス中の一酸化炭素濃度を測定する一酸化炭素濃度測定手段と、
前記粉砕機の出口におけるガス中の酸素濃度を測定する酸素濃度測定手段と、
前記一酸化炭素濃度測定手段の測定結果と、前記酸素濃度測定手段が測定した前記酸素濃度から算出された酸素分圧と、に基づいて、前記粉砕機に供給される前記混合ガス中の前記酸素分圧を変化させるように、前記ガス供給量調整手段を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする粉砕機の発火防止装置。
【請求項５】
前記固体燃料は、石炭およびバイオマス燃料の少なくとも１種であることを特徴とする請求項４に記載の粉砕機の発火防止装置。
【請求項６】
前記空気よりも酸素分圧が低いガスは、窒素ガス、二酸化炭素ガス、水蒸気、および、燃焼排ガスの少なくとも１種であることを特徴とする請求項４又は５に記載の粉砕機の発火防止装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−２４０２１６（Ｐ２０１１−２４０２１６Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１２０５９（Ｐ２０１０−１１２０５９）
【出願日】平成２２年５月１４日（２０１０．５．１４）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１４日（２０１０．５．１４）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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