JP2018048280A - Production method of fuel biomass, production apparatus of fuel biomass and boiler equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料バイオマスの製造方法、及び燃料バイオマス製造装置、並びにボイラ装置に関する。 The present invention relates to a method for producing fuel biomass, a fuel biomass production apparatus, and a boiler apparatus.
特許文献1には、原料バイオマスを容器に収容し、蒸気を導入して蒸気処理により軟化した後、アルカリ及びアルカリ土類金属等の灰分を水洗除去し、その後に濾過して脱水し、ペレット化して製造する燃料バイオマスの製造方法が開示されている。
また、木質固形燃料(ホワイトペレット)や農業廃棄物固形燃料などは、原料バイオマスをその含水量が10wt%〜15wt%程度になるまで乾燥し、機械ミルで粉砕した後、ペレットミルで圧縮して製造する方法が一般に知られている。
In
For wood solid fuel (white pellets) and agricultural waste solid fuel, the raw biomass is dried until the water content is about 10 wt% to 15 wt%, pulverized with a mechanical mill, and then compressed with a pellet mill. Manufacturing methods are generally known.
ところで、農業廃棄物由来や食品廃棄物由来などの有機廃棄物系の原料バイオマスから形成されたバイオマスは、アルカリ金属(Na、K等)やアルカリ土類金属(Ca等)を主成分とする灰分と微生物とが多く含まれる。このようなバイオマスは、たとえ乾燥してペレット化したとしても、含まれる灰分の吸湿性により、保管中に空気中の水分を吸収し、バイオマスの燃焼時における発熱量(カロリー)を低下させてしまう。また、このようなバイオマスは、保管中に微生物による腐敗が生じ易い。 By the way, biomass formed from raw material biomass of organic waste such as agricultural waste or food waste is ash mainly composed of alkali metals (Na, K, etc.) and alkaline earth metals (Ca, etc.). And a lot of microorganisms. Even if such biomass is dried and pelletized, it absorbs moisture in the air during storage due to the hygroscopicity of the contained ash, reducing the calorific value (calorie) during combustion of the biomass . In addition, such biomass tends to be spoiled by microorganisms during storage.
そこで、特許文献1に記載のように、バイオマス中に含まれる灰分や微生物を水洗して除去することが考えられる。しかし、蒸気処理により大量の水分を含む低密度のバイオマスを洗浄するには大量の水(バイオマスの重量の例えば20倍〜50倍程度)が必要であるとともに、洗浄後の排水が大量に発生してしまう。
Therefore, as described in
また、一般に、バイオマスを単に水洗するのではなく、温水で洗浄する方が洗浄時間を短縮することが可能である。しかし、バイオマスを温水洗いする場合には、大量の水を例えば80℃程度まで加熱する必要があるため、温水を用意するための大量のエネルギ消費が生じかねない。
また、水洗いや温水洗いを行っても、バイオマス中の微生物の多くは除去することができず、依然としてバイオマス中に残留する傾向にある。このため、保管中のバイオマスの腐敗進行を抑制するのは困難である。
In general, it is possible to shorten the washing time by washing the biomass with warm water instead of simply washing it with water. However, when washing biomass with warm water, it is necessary to heat a large amount of water to, for example, about 80 ° C., and thus a large amount of energy may be consumed to prepare the warm water.
Moreover, even if washing with water or warm water is performed, most of the microorganisms in the biomass cannot be removed and still remain in the biomass. For this reason, it is difficult to suppress the progress of decay of biomass during storage.
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、原料バイオマス中のアルカリ金属やアルカリ土類金属を主成分とする灰分と微生物とを少ないエネルギで効率的に除去することができ、耐湿性及び耐腐性を備えた水分の少ない高熱量の燃料バイオマスを生成することができる燃料バイオマスの製造方法、及び燃料バイオマス製造装置、並びに上記燃料バイオマスを用いることでボイラの運転コスト低減、設備コスト低減、及び燃焼効率向上を実現することができるボイラ装置を提供することにある。 This invention is made | formed in view of such a subject, The place made into the objective is efficiently using the ash and microorganisms which have an alkali metal and alkaline-earth metal as a main component in raw material biomass with little energy. A fuel biomass production method, a fuel biomass production apparatus, and a boiler using the fuel biomass can be removed and can produce a high-heat-volume fuel biomass with low moisture and moisture resistance. It is providing the boiler apparatus which can implement | achieve reduction of an operating cost, equipment cost reduction, and combustion efficiency improvement.
上記目的を達成するため、本発明の燃料バイオマスの製造方法は、原料バイオマスを密閉して間接的に加熱し、原料バイオマスの含有水分で原料バイオマスを水蒸気爆砕して微粉化バイオマスを生成する前処理工程と、微粉化バイオマスを水洗してスラリーバイオマスを生成するスラリー化工程と、スラリーバイオマスを濾過して固体バイオマスを生成する濾過工程とを含む。 In order to achieve the above object, the fuel biomass production method of the present invention is a pretreatment in which the raw material biomass is sealed and indirectly heated, and the raw material biomass is steam-expanded with moisture contained in the raw material biomass to produce finely divided biomass A slurrying step of washing the micronized biomass with water to produce slurry biomass, and a filtration step of filtering the slurry biomass to produce solid biomass.
また、本発明の燃料バイオマス製造装置は、原料バイオマスを密閉して間接的に加熱し、原料バイオマスの含有水分で原料バイオマスを水蒸気爆砕して微粉化バイオマスを生成する爆砕機と、微粉化バイオマスを水洗してスラリーバイオマスを生成するスラリータンクと、スラリーバイオマスを濾過して固体バイオマスを生成する濾過ユニットとを備え、爆砕機は、バイオマスを密閉して収容する容器と、容器を外部から加熱する外部加熱手段とを具備する。 In addition, the fuel biomass production apparatus of the present invention includes a blasting machine that seals and indirectly heats the raw material biomass, steam blasts the raw material biomass with moisture contained in the raw material biomass, and generates pulverized biomass, and a pulverized biomass. A crusher is provided with a slurry tank that produces slurry biomass by washing with water, and a filtration unit that produces solid biomass by filtering the slurry biomass. Heating means.
また、本発明のボイラ装置は、上述した燃料バイオマス製造装置を備えるボイラ装置であって、固体バイオマスを燃焼して水蒸気を発生するボイラと、ボイラで発生する水蒸気により回転される蒸気タービンとを備え、外部加熱手段は、容器の外周に設けられた水蒸気流路と、ボイラで発生する水蒸気、又は蒸気タービンを回転させた後の水蒸気が流れる流路と、流路から分岐して水蒸気流路に接続され、水蒸気流路に流路の水蒸気を供給する供給路と、水蒸気流路に接続されて流路に合流し、水蒸気流路を流れた水蒸気を流路に戻す返戻路とを含む。 Moreover, the boiler apparatus of the present invention is a boiler apparatus including the fuel biomass production apparatus described above, and includes a boiler that burns solid biomass to generate water vapor, and a steam turbine that is rotated by the water vapor generated in the boiler. The external heating means includes a steam channel provided on the outer periphery of the container, a channel through which steam generated by the boiler or steam after rotating the steam turbine flows, and a steam channel branched from the channel. A supply path for supplying the water vapor of the flow path to the water vapor flow path, and a return path connected to the water vapor flow path to join the flow path and return the water vapor flowing through the water vapor flow path to the flow path.
本発明の燃料バイオマスの製造方法、及び燃料バイオマス製造装置によれば、原料バイオマス中のアルカリ金属やアルカリ土類金属を主成分とする灰分と微生物とを少ないエネルギで効率的に除去することができ、耐湿性及び耐腐性を備えた水分の少ない高熱量の燃料バイオマスを生成することができる。
また、本発明のボイラ装置によれば、上記燃料バイオマスを用いることで、ボイラの運転コスト低減、設備コスト低減、及び燃焼効率向上を実現することができる。
According to the fuel biomass production method and fuel biomass production apparatus of the present invention, it is possible to efficiently remove ash and microorganisms mainly composed of alkali metals and alkaline earth metals in raw material biomass with less energy. In addition, it is possible to produce a high-calorie fuel biomass with low moisture and moisture resistance and corrosion resistance.
Moreover, according to the boiler apparatus of this invention, the operating cost reduction of a boiler, equipment cost reduction, and combustion efficiency improvement are realizable by using the said fuel biomass.
以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。
図1に示すように、本実施形態のボイラ装置1は、石炭焚きボイラ(ボイラ)2を備え、火力発電所等に設置される。石炭焚きボイラ2は、例えば微粉炭炊きボイラ(PCボイラ:Pulverized Coal boiler)であって、火炉2a、後部伝熱部である過熱器2b、再熱器2c、及び節炭部2dを具備している。節炭部2dから煙突Pに至るまでの排ガス処理煙道3には、脱硝部4、エアヒータ5、集塵装置6、誘引ファン7、熱交換器8、脱硫部9及び押込みファン10が順次配置されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the
エアヒータ5は、押込みファン11を備え、押込みファン11により導入される外部空気を脱硝部4から排出される排ガスの熱で暖め、石炭焚きボイラ2のバーナー部2eに燃焼用空気として送り込む。熱交換器8は、誘引ファン7により導かれて集塵装置6を通過した後の排ガスと、押込みファン10により導入されて脱硫部9を通過した後の排ガスとを熱交換する。熱交換器8を経た排ガスは煙突Pから排出される。
The
石炭焚きボイラ2には、石炭Cを機械式のミル(粉砕機)20により粉砕処理した微粉炭燃料が供給される。この微粉炭燃料は、押込みファン11により導入される燃焼用空気とともにバーナー部2eを経て石炭焚きボイラ2の火炉2aに投入されて燃焼される。
The coal-fired
ボイラ装置1の石炭焚きボイラ2で微粉炭燃料が燃焼することで生じる蒸気は、過熱器2bから配管21を通って高圧タービン(蒸気タービン)22に送られ、高圧タービン22を回転させる。高圧タービン22の仕事に供された蒸気は、配管(流路)23を通って再熱器2cに戻されて再度加熱される。そして、再度加熱された蒸気は、配管24を通って中・低圧タービン(蒸気タービン)25に送られ、この中・低圧タービン25の仕事に供された後、配管26及び復水器27を経て石炭焚きボイラ2に戻される。
Steam generated by the combustion of pulverized coal fuel in the coal-fired
また、ボイラ装置1は、原料バイオマスBを水蒸気爆砕(蒸煮爆砕)により微粉化して微粉化バイオマスを生成し、この微粉化バイオマスを水洗し、さらに濾過して燃料バイオマスとしての固体バイオマスを製造する燃料バイオマス製造装置30を備えている。原料バイオマスBは、例えば1cm〜3cmの大きさにカットされ、含水量が40wt%〜80wt%となる潤湿バイオマスであり、また、例えば農業廃棄物由来や食品廃棄物由来などの有機廃棄物系バイオマスであって、アルカリ金属(Na、K等)やアルカリ土類金属(Ca等)を主成分とする灰分と微生物とが多く含まれている。
In addition, the
図2に示すように、燃料バイオマス製造装置30は、爆砕機31、スラリータンク50、濾過機60、乾燥機70、及び造粒機80などを備えている。
爆砕機31は、水蒸気が供給されるシェル(外部加熱手段、水蒸気流路)32、及びシェル32内に鉛直方向に延設される複数のチューブ(容器)34を有している。
図3に示すように、爆砕機31のシェル32内には、シェル32の胴部32aの径方向に、例えば24本のチューブ34が互いに離間して配置され、シェル&チューブ構造の熱交換部36を形成している。
As shown in FIG. 2, the fuel
The
As shown in FIG. 3, for example, 24
図2に示すように、爆砕機31では、熱交換部36の上側にフィーダ38が配置されている。フィーダ38は各チューブ34の入口側に接続されて各チューブ34内に原料バイオマスBを供給する。詳しくは、フィーダ38は、原料バイオマスBが投入されるホッパ38aと、ホッパ38aから自重で流下した原料バイオマスBを各チューブ34の入口に向けて搬送する搬送路38bとを備えている。また、燃料バイオマス製造装置30の下部には、スラリータンク50に接続された搬送路47が設けられている。
As shown in FIG. 2, in the
シェル32は、円筒状の胴部32aと、胴部32aの上下をそれぞれ密閉する上壁32b、下壁32cとから形成された密閉容器である。胴部32aには、水蒸気の入口部32dと、出口部32eとが形成されている。例えば、入口部32dは胴部32aの上壁32b近傍に位置付けられ、出口部32eは胴部32aの下壁32c近傍に位置付けられている。入口部32dには、配管23から分岐する分岐配管(供給路)28が接続されている。
The
シェル32には、高圧タービン22を回転させた後に石炭焚きボイラ2の再熱器2cに戻る200℃〜300℃の蒸気(再熱蒸気)の一部が分岐配管28を経て入口部32dから供給される。出口部32eには、配管23における分岐配管28の分岐箇所の下流側にて配管23に合流する合流配管(返戻路)29が接続されている。シェル32内を流れて各チューブ34内に供給され、原料バイオマスBを間接的に加熱した後の水蒸気は、合流配管29を経て配管23に戻され、石炭焚きボイラ2で再利用される。即ち、シェル32内には石炭焚きボイラ2で生成された蒸気が循環されている。
A part of the steam (reheated steam) of 200 ° C. to 300 ° C. that is returned to the reheater 2c of the coal fired
各チューブ34のシェル32内における上部には、胴部32aの径方向中央に向けて傾斜した上傾斜管部34aが形成されている。また、各チューブ34のシェル32内における下部には、胴部32aの径方向中央に向けて傾斜した下傾斜管部34bが形成されている。各チューブ34の上傾斜管部34aと、フィーダ38の搬送路38bとの間には分岐配管44が設けられている。
An upper
分岐配管44には、各上傾斜管部34aの上端に形成された各チューブ34の入口が接続されている。また、分岐配管44の上部は、シェル32の上壁32bからシェル32内の気密性を保持しながら上側に突出している。シェル32の上壁32bから上側に突出した分岐配管44の部分には1個の入口バルブ40が介装されている。即ち、各チューブ34は、分岐配管44、入口バルブ40、搬送路38bを介してホッパ38aと連通されている。
The
一方、各チューブ34の下傾斜管部34bと、スラリータンク50に至る搬送路47との間には合流配管46が設けられている。合流配管46には、下傾斜管部34bの下端に形成された各チューブ34の出口が接続されている。また、合流配管46の下部は、シェル32の下壁32cからシェル32内の気密性を保持しながら下側に突出している。シェル32の下壁32cから下側に突出した合流配管46の部分には1個の出口バルブ42が介装されている。
On the other hand, a merging
即ち、各チューブ34は、合流配管46、出口バルブ42、搬送路47を介してスラリータンク50と連通されている。図2に示した場合には、フィーダ38から供給された原料バイオマスBは、閉作動された入口バルブ40により分岐配管44の途中で堰き止められている。
ここで、鉛直方向を基準としたときの各上傾斜管部34a及び各下傾斜管部34bの傾斜角は、シェル32の胴部32a近傍に位置する各チューブ34の角度が最も大きく、シェル32の胴部32aの径方向中央に位置する各チューブ34の角度が最も小さい。
That is, each
Here, the inclination angle of each upper
これら上及び下傾斜管部34a、34bの傾斜角は、フィーダ38側から各チューブ34に供給される原料バイオマスBと、各チューブ34からスラリータンク50に送出される原料バイオマスBとが、自重で円滑に流下可能な角度に設定されている。これにより、図2の状態から入口バルブ40を開作動することで、分岐配管44で堰き止められていた原料バイオマスBは分岐配管44から各上傾斜管部34aを介して各チューブ34に円滑に流下し、閉作動された出口バルブ42により合流配管46の途中で堰き止められ、各チューブ34内に高い充填率で充填される。
The inclination angles of the upper and lower
一方、スラリータンク50は、円筒状の胴部50aと、胴部50aの上下をそれぞれ覆う上壁50b、下壁50cとから形成された水洗・攪拌容器である。スラリータンク50の上壁50bには水供給部51と攪拌機52とが取り付けられている。水供給部51は、例えば2つ設けられ、図示しない水源からスラリータンク50内に非加熱の水を散布することができる。
On the other hand, the
攪拌機52は、上壁50bに回転自在に支持された攪拌軸52aと、攪拌軸52aの下端に取り付けられた攪拌羽根52bとを備え、スラリータンク50内に供給された水及び微粉化バイオマスを攪拌、洗浄してスラリーバイオマスを生成する。また、スラリータンク50の上壁50bには、爆砕機31での水蒸気爆砕後の水蒸気の出口となる排気口53が設けられている。
The
スラリータンク50は、胴部50aに爆砕機31の搬送路47が接続され、下壁50cに濾過機60に至る搬送路54が接続されている。搬送路54には出口バルブ55が介装されている。また、濾過機60から乾燥機70、乾燥機70から造粒機80、造粒機80から火炉2aまでは、それぞれ搬送路90、91、92により接続されている。
The
濾過機60は、真空濾過や圧縮濾過(例えばベルトプレス脱水式)などの濾過方式により、スラリータンク50で生成されたスラリーバイオマスを濾過して水分除去し、固体バイオマスを生成する。濾過水分中には、スラリーバイオマスに含まれる灰分と、爆砕機31での水蒸気爆砕で高温水蒸気により破滅された微生物とが含まれ、上記水分除去に伴い灰分及び微生物の多くが分離除去された固体バイオマスが生成される。
The
乾燥機70は、濾過機60で生成された固体バイオマスを熱風などにより乾燥する。
造粒機80は、いわゆるペレットミルであって、乾燥機70で乾燥された固体バイオマスを押出成形などによりペレット化する。
The
The
そして、燃料バイオマス製造装置30は、燃料バイオマス製造装置30の全体を制御する制御ユニット48を備えている。制御ユニット48には、図2に破線で示したように、爆砕機31の入口及び出口バルブ40、42、スラリータンク50の出口バルブ55、水供給部51、及び攪拌機52、濾過機60、乾燥機70、並びに造粒機80の図示しない各作動部が電気的に接続されている。
The fuel
以下、図4に示すフローチャートを参照して、制御ユニット48の指令で実行される燃料バイオマスの製造工程について説明する。なお、図4においては、爆砕機31の入口バルブ40はV1in、出口バルブ42はV1outと記載し、スラリータンク50の出口バルブ55はV2outと記載している。
Hereinafter, with reference to the flowchart shown in FIG. 4, the manufacturing process of the fuel biomass performed by the instruction | command of the
燃料バイオマスの製造が開始されると、ステップS1では、制御ユニット48は入口バルブ40を開作動し、出口バルブ42を閉作動する。これにより、入口バルブ40で堰き止められていた図2の状態の原料バイオマスBが24本の各チューブ34内に一括して供給され、各チューブ34内に予め設定された充填率となるまで原料バイオマスBが充填される。
次に、ステップS2では、入口バルブ40(V1in)を閉作動し、原料バイオマスBを各チューブ34内に密閉する。
When the production of fuel biomass is started, in step S1, the
Next, in step S2, the inlet valve 40 (V1in) is closed, and the raw material biomass B is sealed in each
そして、シェル32内を循環する蒸気により、各チューブ34内の原料バイオマスBが密閉状態で間接的に加熱される。ここで、分岐配管28を経てシェル32内に供給される蒸気の流量を調節等することにより、原料バイオマスBを180℃〜230℃の範囲で加熱するのが望ましい。そして、各チューブ34内に密閉状態で保持された原料バイオマスBからは、自身の含有水分が徐々に蒸発し、各チューブ34内は蒸気が充満して昇圧し、原料バイオマスBはチューブ34内にて原料バイオマスBの含有水分のみによって蒸煮される。
Then, the raw material biomass B in each
次に、ステップS3では、入口バルブ40を閉作動してからの必要な保持時間t1が経過したか否かを判定する。この保持時間t1は、原料バイオマスBの意図しない分解等が生じない好適な蒸煮時間として、1分〜30分の範囲とするのが望ましい。そして、判定結果がYes(真)である場合には、好適な蒸煮爆砕が可能な蒸煮が各チューブ34内で十分に行われたと判定し、次のステップS4に移行する。一方、判定結果がNo(偽)である場合には、各チューブ34内で好適な蒸煮爆砕が可能な蒸煮が十分に行われていないと判定し、ステップS3に留まって引き続き蒸煮を継続する。
Next, in step S3, it is determined whether or not a necessary holding time t1 has elapsed since the
ステップS4では、出口バルブ42(V1out)を開作動する。これにより、各チューブ34内の圧力が瞬時に開放され、これら各チューブ34内が急速減圧され、蒸煮爆砕によって粉砕された微粉化バイオマスが出口バルブ42から噴出して生成される。生成された微粉化バイオマスは、搬送路47を通過してスラリータンク50に送出される。
In step S4, the outlet valve 42 (V1out) is opened. Thereby, the pressure in each
上記ステップS1〜S4により、原料バイオマスBを間接的に180℃〜230℃で加熱しながら1分〜30分間保持した後、各チューブ34の密閉圧力を開放することによって、微粉化バイオマスが生成される(水蒸気爆砕プロセス)。この微粉化バイオマスは、原料バイオマスBに水蒸気又は水を導入することなく、原料バイオマスBの含有水分のみで原料バイオマスBを水蒸気爆砕することで生成されている。
By the above steps S1 to S4, the raw material biomass B is indirectly heated at 180 ° C. to 230 ° C. and held for 1 to 30 minutes, and then the sealing pressure of each
また、原料バイオマスBが水蒸気爆砕される際、原料バイオマスBの含有水分により発生した高温水蒸気で原料バイオマスBの細胞がその細胞の内側から破壊され、この細胞中に存在するアルカリ金属やアルカリ土類金属を主成分とする灰分が細胞外に露出される。また、原料バイオマスBに含まれる微生物の多くは高温水蒸気により破滅する。こうして、燃料バイオマスの製造に係る前処理工程が終了し、原料バイオマスBから次のステップS5に移行する。 Moreover, when the raw material biomass B is steam-exploded, the cells of the raw material biomass B are destroyed from the inside of the cells by the high-temperature steam generated by the water contained in the raw material biomass B, and alkali metals and alkaline earths present in the cells are destroyed. Ash containing metal as a main component is exposed outside the cell. Moreover, many microorganisms contained in the raw material biomass B are destroyed by high-temperature steam. Thus, the pretreatment process related to the production of fuel biomass is completed, and the process proceeds from the raw material biomass B to the next step S5.
ステップS5では、水供給部51を作動し、スラリータンク50内への散水を開始し(水供給プロセス)、次のステップS6に移行する。
ステップS6では、微粉化バイオマスを好適にスラリー化するのに必要な水量がスラリータンク50内に確保されたか否かを判定する。
In step S5, the
In step S <b> 6, it is determined whether or not the amount of water necessary for suitably pulverizing the pulverized biomass is secured in the
スラリータンク50に供給される水量は、スラリータンク50に送出された微粉化バイオマスの重量の2倍〜10倍の範囲であるのが望ましい。そして、判定結果がYes(真)である場合には、スラリータンク50内の水量確保が行われたと判定し、水供給部51の作動を停止して次のステップS7に移行する。一方、判定結果がNo(偽)である場合には、スラリータンク50内の水量が未だ足りないと判定し、ステップS6に留まって水供給部51からの散水を継続する。
The amount of water supplied to the
ステップS7では、攪拌機52を作動し、スラリータンク50内で水に浸漬された微粉化バイオマスの攪拌を開始し(攪拌プロセス)、次のステップS8に移行する。
ステップS8では、攪拌機52の作動を開始してから必要な攪拌時間t2が経過したか否かを判定する。この攪拌時間t2は、上述した水蒸気爆砕により微粉化バイオマスの細胞外に露出された灰分や、破滅された微生物を微粉化バイオマスから好適に分離し、スラリーバイオマス中の水分に移行可能な水洗時間として、15分〜1時間の範囲であるのが望ましい。
In step S7, the
In step S8, it is determined whether or not the necessary stirring time t2 has elapsed since the start of the operation of the
そして、判定結果がYes(真)である場合には、微粉化バイオマスを十分に水洗できたと判定し、次のステップS9に移行する。一方、判定結果がNo(偽)である場合には、微粉化バイオマスの水洗は未だ不十分であると判定し、ステップS7に留まって攪拌機52の作動を継続する。
When the determination result is Yes (true), it is determined that the pulverized biomass has been sufficiently washed, and the process proceeds to the next step S9. On the other hand, when the determination result is No (false), it is determined that the washing of the pulverized biomass is still insufficient, and the operation of the
ステップS9では、スラリータンク50の出口バルブ55(V2out)を開作動する。これにより、スラリータンク50で生成されたスラリーバイオマスが搬送路54を通過して濾過機60に送出される。
上記ステップS5〜S9により、微粉化バイオマスの水洗によって灰分及び微生物が水中に分離されたスラリーバイオマスが濾過機60に送出される。これより燃料バイオマスの生成に係るスラリー化工程が終了し、次のステップS10に移行する。
In step S9, the outlet valve 55 (V2out) of the
Through steps S <b> 5 to S <b> 9, slurry biomass in which ash and microorganisms are separated into water by washing fine powdered biomass is sent to the
ステップS10では、濾過機60を作動し、スラリーバイオマスに含まれる灰分及び破滅後の微生物を濾過、分離して水分とともに除去した固体バイオマスを生成する。生成された固体バイオマスは、搬送路90を通過して乾燥機70に送出される。これより燃料バイオマスの生成に係る濾過工程が終了し、次のステップS11に移行する。
In step S10, the
ステップS11では、乾燥機70を作動して固体バイオマスを乾燥する。乾燥された固体バイオマスは、搬送路91を通過して造粒機80に送出される。これより燃料バイオマスの生成に係る乾燥工程が終了し、次のステップS12に移行する。
In step S11, the
ステップS12では、造粒機80を作動し、固体バイオマスを造粒しペレット化する。これより燃料バイオマスの生成に係る造粒工程が終了し、燃料バイオマスの製造工程が終了する。
In step S12, the
ペレット化された固体バイオマスは、搬送路92を通過し、押込みファン11により導入される燃焼用空気とともにバーナー部2eを経て石炭焚きボイラ2の火炉2aに燃料バイオマスとして投入され、ミル20により粉砕処理された微粉炭燃料とともに燃焼される。
The pelletized solid biomass passes through the
<実施例>
以下、本実施形態の燃料バイオマスの製造方法を適用し、以下の原料バイオマス及び製造工程で燃料バイオマスを製造した。
・原料バイオマス:パーム椰子(EFB)
・製造工程:原料バイオマスとして、1〜2cmにカットした200gのEFB繊維(含水量:75wt%、灰分:4.2wt%(無水ベース))を900mlの密閉容器に収容し、密閉容器を210℃で間接的に加熱し、10分間保持した。
<Example>
Hereinafter, the fuel biomass manufacturing method of this embodiment was applied, and fuel biomass was manufactured by the following raw material biomass and the manufacturing process.
・ Raw biomass: Palm palm (EFB)
Production process: 200 g of EFB fiber (water content: 75 wt%, ash content: 4.2 wt% (anhydrous base)) cut to 1 to 2 cm as raw material biomass is housed in a 900 ml sealed container, and the sealed container is 210 ° C. And heated indirectly for 10 minutes.
その後、密閉容器の圧力を開放し、微粉化EFBを生成した。そして、生成した微粉化EFBをスラリーランクに送出し、スラリータンク内に微粉化EFBの重量の10倍の量となる25℃〜30℃の水を供給し、30分間攪拌してEBFスラリーを生成した。そして、このEBFスラリーを濾過して固体EFBを生成し、この固体EFBを乾燥した。なお、本実施例では乾燥後の固体EFBをペレット化はしていない。 Thereafter, the pressure in the sealed container was released to produce pulverized EFB. Then, the produced pulverized EFB is sent to the slurry rank, and water at 25 ° C. to 30 ° C. that is 10 times the weight of the pulverized EFB is supplied into the slurry tank, and stirred for 30 minutes to produce an EBF slurry. did. And this EBF slurry was filtered, solid EFB was produced | generated, and this solid EFB was dried. In this example, the dried solid EFB is not pelletized.
上記製造工程で得られたEFBは以下の特性を有した。
・含水量:<5wt%(試料ベース)
・灰分量:1.6wt%(無水試料ベース)
・Cl含有量:<0.005wt%(無水試料ベース)
・K及びNa含有量(酸化物):<0.1wt%(無水試料ベース)
・Ca含有量(酸化物):<0.2wt%(無水試料ベース)
このように、本実施例で製造したEFBは、微粉化EFBの10倍となる水量での洗浄で灰分が6割以上除去されていることが判明した。
The EFB obtained in the above manufacturing process had the following characteristics.
-Water content: <5 wt% (sample base)
・ Ash content: 1.6wt% (anhydrous sample base)
-Cl content: <0.005 wt% (anhydrous sample base)
-K and Na content (oxide): <0.1 wt% (anhydrous sample base)
Ca content (oxide): <0.2 wt% (anhydrous sample base)
As described above, it was found that the EFB produced in this example had an ash content of 60% or more removed by washing with an amount of water that was 10 times that of micronized EFB.
図3は、本実施例で製造した上記EFB(実施例1)と、他のEFB(以下の比較例1〜3)とをそれぞれ同量ずつガラス管に入れ、30℃で保管したときの保管日数の経過に伴う水素ガスの発生量を比較したグラフである。
・処理を一切行っていない原料EFB(比較例1)
・原料EFBを水洗いのみした水洗EFB(比較例2)
・原料EFBを温水洗いのみした温洗EFB(比較例3)
FIG. 3 shows storage when the above-mentioned EFB manufactured in this example (Example 1) and other EFBs (Comparative Examples 1 to 3 below) are put in the same amount in glass tubes and stored at 30 ° C. It is the graph which compared the generation amount of hydrogen gas with progress of days.
-Raw material EFB not subjected to any treatment (Comparative Example 1)
・ Flushing EFB (Comparative Example 2) in which raw material EFB is washed only with water
-Warm-washed EFB (comparative example 3) in which raw material EFB was washed only with warm water
図3から明らかなように以下の結果が判明した。
・実施例1:EFBは保管開始から13日経っても水素が全く発生せず、EFBの腐敗は進行していない。
・比較例1:EFBは保管開始直後に水素が発生し始め、水素発生量は保管3日目には5vol%程度まで増大し、以降、毎日5vol%以上の水素を発生し続け、EFBの腐敗が著しく進行している。
As apparent from FIG. 3, the following results were found.
Example 1: EFB does not generate any hydrogen even after 13 days from the start of storage, and EFB has not decayed.
Comparative Example 1: EFB begins to generate hydrogen immediately after the start of storage, and the amount of hydrogen generated increases to about 5 vol% on the third day of storage, and then continues to generate 5 vol% or more of hydrogen every day. Is progressing significantly.
・比較例2:EFBは保管開始直後に水素が発生し始め、保管3日目には3vol%程度まで水素発生量が増大し、保管7日目以降は水素発生量が減少するもの毎日1vol%程度の水素を発生し続け、EFBの腐敗が進行している。
・比較例3:EFBは保管開始から7日経っても水素が全く発生しなかったが、以降は徐々に水素発生量が増大し、保管13日目には1vol%弱程度の水素を発生し、EFBの腐敗が徐々に進行している。
Comparative Example 2: EFB begins to generate hydrogen immediately after the start of storage, and the hydrogen generation amount increases to about 3 vol% on the third storage day, and the hydrogen generation amount decreases on the seventh day after storage. The generation of hydrogen continues, and EFB decays.
Comparative Example 3: EFB did not generate any hydrogen even after 7 days from the start of storage, but thereafter the hydrogen generation amount gradually increased, and on the 13th day of storage, about 1 vol% of hydrogen was generated. The corruption of EFB is gradually progressing.
このように実施例1で製造したEFBは、少なくとも13日経ても水素が発生せず、EFBに含まれる多くの微生物が破滅されていることが判明した。
なお、実施例1の場合は、水蒸気を直接に導入して水蒸気爆砕した後にスラリー化工程、濾過工程、及び乾燥工程の処理を行って固体EFBを形成した場合に比して、加熱時間(保持時間)が長くなる傾向にある。従って、実施例1の場合は、従来の水蒸気を直接に導入して水蒸気爆砕する場合に比して、EFBと水蒸気との接触時間を長くすることができ、より一層効果的にEFBを殺菌することができる。
Thus, it was found that the EFB produced in Example 1 did not generate hydrogen even after at least 13 days, and many microorganisms contained in the EFB were destroyed.
In addition, in the case of Example 1, compared with the case where solid EFB was formed by carrying out the slurrying process, the filtration process, and the drying process after steam was directly introduced and steam exploded, the heating time (retained) Time) tends to be longer. Therefore, in the case of Example 1, the contact time between EFB and water vapor can be made longer than in the case where conventional steam is directly introduced and steam explosion is performed, and EFB is sterilized more effectively. be able to.
以上のように本実施形態では、前処理工程にて、チューブ34内にて原料である原料バイオマスBを密閉して間接的に加熱し、原料バイオマスBの含有水分で原料バイオマスBを水蒸気爆砕して微粉化バイオマスを生成する。これにより、原料バイオマスBに含まれる水分が膨張して発生した高温水蒸気で原料バイオマスBの細胞をその内側から破壊することができる。従って、原料バイオマスBに直接に導入した水蒸気で細胞外から加熱して原料バイオマスBを爆砕した場合に比して、原料バイオマスBの微生物をより効率的に破滅して殺菌することができるとともに、この細胞中に存在するアルカリ金属やアルカリ土類金属を主成分とする灰分を細胞外に露出して、スラリー化工程における水洗により効率的に除去することができる。
As described above, in the present embodiment, in the pretreatment step, the raw material biomass B as the raw material is sealed and heated indirectly in the
また、前処理工程で生成した微粉化バイオマスは、自身の含有水分で水蒸気爆砕して生成されることから、乾燥しなくとも水分の少ない高密度な状態となる。これにより、スラリー化工程に必要な水量を大幅に低減することができ、微粉化バイオマスの洗浄後の排水も大幅に低減することができる。従って、燃料バイオマス中の灰分と微生物とを少ないエネルギで効率的に且つ少ない洗浄水で環境負荷を抑制しながら除去することができるとともに、顕著な殺菌効果及び灰分除去効果により、耐湿性及び耐腐性を備えた水分の少ない高熱量の燃料バイオマスを生成することができる。 Moreover, since the pulverized biomass produced | generated at the pre-processing process is produced | generated by steam explosion with an own water content, it will be in a high-density state with little moisture, even if it does not dry. Thereby, the amount of water required for the slurrying step can be greatly reduced, and the waste water after washing the pulverized biomass can also be greatly reduced. Therefore, it is possible to remove ash and microorganisms in fuel biomass efficiently with less energy and with less washing water while reducing the environmental load. It is possible to produce high-heat-volume fuel biomass with low moisture content.
具体的には、本実施形態の燃料バイオマスを得るために、原料バイオマスは、その含水量が40wt%〜80wt%となる潤湿バイオマスであるのが好ましい。
また、前処理工程の水蒸気爆砕プロセスでは、原料バイオマスを間接的に180℃〜230℃で加熱しながら1分〜30分保持した後、密閉圧力を開放するのが好ましい。
Specifically, in order to obtain the fuel biomass of the present embodiment, it is preferable that the raw material biomass is moisture biomass having a water content of 40 wt% to 80 wt%.
Moreover, in the steam explosion process of a pre-processing process, it is preferable to open | release sealing pressure, after hold | maintaining raw material biomass at 180 to 230 degreeC indirectly for 1 to 30 minutes.
また、スラリー化工程の水供給プロセスでは、具体的には微粉化バイオマスの重量の2倍〜10倍の水を供給するだけで良い。このため、スラリー化工程に必要な水量を大幅に低減することができ、微粉化バイオマスの洗浄後の排水も大幅に低減することができる。また、水を加熱して温水洗いをしなくとも良いため、水の加熱に要する設備及びエネルギ消費をも削減することが可能である。 Further, in the water supply process of the slurrying step, specifically, it is only necessary to supply water that is twice to 10 times the weight of the pulverized biomass. For this reason, the amount of water required for the slurrying step can be greatly reduced, and the waste water after washing the pulverized biomass can also be greatly reduced. Moreover, since it is not necessary to heat water and wash with warm water, it is possible to reduce the equipment and energy consumption required for heating water.
また、スラリー化工程の攪拌プロセスでは、水供給プロセスの後、水に浸漬された微粉化バイオマスを15分〜1時間攪拌してスラリーバイオマスを生成するのが好ましい。
また、燃料バイオマス製造装置30では、前処理工程で生成した微粉化バイオマスは乾燥しなくとも水分の少ない高密度な状態となり、ひいては燃料バイオマス中の灰分と微生物とを少ない洗浄水で除去することができる。これにより、前処理工程における微粉化バイオマスの乾燥処理が不要となり、乾燥機等の前処理設備を要さず、当該前処理に要するエネルギ消費を削減することができる。
Moreover, in the stirring process of a slurrying process, it is preferable to produce | generate slurry biomass by stirring the pulverized biomass immersed in water for 15 minutes-1 hour after a water supply process.
Further, in the fuel
また、シェル32に導入される蒸気は原料バイオマスBと接触しないため、この蒸気は配管23に戻されて石炭焚きボイラ2の再熱蒸気としてそのまま再利用することができる。従って、水蒸気爆砕により発生する凝縮水の中和処理、分離処理、排水処理等の後処理が不要となるため、凝縮水の後処理設備を要さず、当該後処理に要するエネルギ消費を削減することができる。
Further, since the steam introduced into the
このように、本実施形態の燃料バイオマス製造装置30を備えたボイラ装置1では、従来に比して大幅に少ないエネルギで、石炭焚きボイラ2の運転コスト低減、設備コスト低減しながら、高カロリーの燃料バイオマスを生成することができ、この燃料バイオマスを火炉2aに投入して燃焼することにより、石炭焚きボイラ2の燃焼効率を向上することができる。
Thus, in the
以上で本発明の各実施形態についての説明を終えるが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態では、燃料バイオマス製造装置30による燃料バイオマスの製造工程は、前処理工程(ステップS1〜S4)、スラリー化工程(ステップS5〜S9)、濾過工程(ステップS10)、乾燥工程(ステップS11)、及び造粒工程(ステップS12)から構成されている。しかし、これに限らず、実施例の場合のように、造粒工程(ステップS12)は行わなくても良いし、乾燥工程(ステップS11)も行わなくても良い。また、濾過工程(ステップS10)の後に乾燥工程(ステップS11)を経ないで造粒工程(ステップS12)を行っても良い。
Although the description of the embodiments of the present invention has been completed above, the present invention is not limited to these, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the said embodiment, the manufacturing process of the fuel biomass by the fuel
また、爆砕機31の熱交換部36は上述したシェル&チューブ構造に限定されない。具体的には、入口及び出口バルブ40、42をチューブ34毎に設け、各チューブ34を複数のチューブ群に分割して制御し、これらチューブ群毎に段階的に水蒸気爆砕を行うようにしても良い。
Moreover, the
また、熱交換部36は、シェル&チューブ構造ではなく、原料バイオマスBを密閉して収容するための図示しないジャケット付き容器から形成しても良い。この場合には、容器が上記実施形態のチューブ34に相当し、ジャケットが水蒸気流路としての上記実施形態のシェル32に相当する。このジャケットは、容器の外周に設けられ、水蒸気の導入により容器を外部から加熱するシェル32と同様の外部加熱手段である。ジャケットには、例えば、配管23から分岐する分岐配管28が接続され、石炭焚きボイラ2の再熱蒸気の一部が導入されるとともに、合流配管29が接続され、ジャケットを流れて容器内の原料バイオマスBの加熱に供した蒸気は合流配管29を経て配管23に戻されて再利用される。
Moreover, you may form the
また、燃料バイオマス製造装置30は、チューブ34内に生成された微粉化バイオマスを受け入れる受入ユニットを備えても良い。この場合には、燃料バイオマス製造装置30で生成した微粉化バイオマスを火炉2aに直接投入して燃焼するのではなく、受入ユニットで一旦保管することができるため、燃料バイオマス製造装置30の運転の自由度を高めることができる。
Further, the fuel
また、上記各実施形態では、ボイラ装置1が備える燃料バイオマス製造装置30で蒸煮爆砕を行うことで原料バイオマスBの含水量のみで微粉化バイオマスを生成する場合について説明した。この場合には、石炭焚きボイラ2で生じている高温の蒸気のうちの再熱蒸気(高圧タービン22を回転させた後に再熱器2cに戻る蒸気)の一部をチューブ34の加熱源として利用している。
Moreover, in each said embodiment, the case where micronized biomass was produced | generated only with the moisture content of the raw material biomass B by performing the steam explosion by the fuel
これにより、新たな電力消費を要さずに、少ないエネルギで原料バイオマスBを微粉化することができる。しかし、これに限らず、上記加熱源として、中・低圧タービン25の仕事に供された後の蒸気を利用しても良いし、石炭焚きボイラ2で発生する水蒸気を直接利用しても良いし、石炭焚きボイラ2で発生する排ガスを蒸気で追い焚きして利用しても良い。
Thereby, the raw material biomass B can be pulverized with little energy without requiring new power consumption. However, the present invention is not limited thereto, and the steam after being used for the work of the medium /
また、ボイラ装置1以外の他の装置や設備に燃料バイオマス製造装置30を設け、蒸気により各チューブ34や容器を間接的に加熱して微粉化バイオマスを生成しても良い。
また、各チューブ34や容器を間接的に加熱する加熱源は、蒸気以外の外部加熱手段を用いても良い。具体的には、外部加熱手段は電熱ヒータや高周波加熱装置などであっても良い。
Moreover, the fuel
Moreover, you may use external heating means other than a vapor | steam as the heating source which heats each
また、本発明で生成される燃料バイオマスの原料バイオマスは、水分、灰分、及び微生物を多く含む潤湿バイオマスであれば良く、農業廃棄物由来や食品廃棄物由来などの有機廃棄物系バイオマスに限定されない。 In addition, the raw material biomass of the fuel biomass produced in the present invention may be any wet biomass containing a large amount of moisture, ash, and microorganisms, and is limited to organic waste biomass such as agricultural waste or food waste. Not.
1 ボイラ装置
2 石炭焚きボイラ(ボイラ)
21,23,24,26 配管(流路)
22 高圧タービン(蒸気タービン)
25 中・低圧タービン(蒸気タービン)
28 分岐配管(供給路)
29 合流配管(返戻路)
30 燃料バイオマス製造装置
31 爆砕機
32 シェル(外部加熱手段、水蒸気流路)
34 チューブ(容器)
50 スラリータンク
60 濾過機
70 乾燥機
80 造粒機
B 原料バイオマス
1
21, 23, 24, 26 Piping (flow path)
22 High-pressure turbine (steam turbine)
25 Medium / low pressure turbine (steam turbine)
28 Branch piping (supply channel)
29 Junction piping (return path)
30 Fuel
34 Tube (container)
50
Claims (10)
前記微粉化バイオマスを水洗してスラリーバイオマスを生成するスラリー化工程と、
前記スラリーバイオマスを濾過して固体バイオマスを生成する濾過工程と
を含む、燃料バイオマスの製造方法。 A pre-treatment step of sealing and indirectly heating the raw material biomass, steam-exploding the raw material biomass with moisture contained in the raw material biomass, and generating pulverized biomass;
A slurrying step for producing slurry biomass by washing the micronized biomass;
A method for producing fuel biomass, comprising: filtering the slurry biomass to produce solid biomass.
前記微粉化バイオマスを水洗してスラリーバイオマスを生成するスラリータンクと、
前記スラリーバイオマスを濾過して固体バイオマスを生成する濾過機と
を備え、
前記爆砕機は、
前記バイオマスを密閉して収容する容器と、
前記容器を外部から加熱する外部加熱手段と
を具備する、燃料バイオマス製造装置。 A blasting machine that seals the raw material biomass and indirectly heats it, and steam blasts the raw material biomass with moisture contained in the raw material biomass to produce pulverized biomass,
A slurry tank for washing the micronized biomass to produce slurry biomass;
A filter that filters the slurry biomass to produce solid biomass;
The crusher is
A container for containing the biomass in a sealed manner;
An apparatus for producing fuel biomass, comprising: an external heating means for heating the container from the outside.
前記固体バイオマスを燃焼して水蒸気を発生するボイラと、
前記ボイラで発生する水蒸気により回転される蒸気タービンと
を備え、
前記外部加熱手段は、
前記容器の外周に設けられた水蒸気流路と、
前記ボイラで発生する水蒸気、又は前記蒸気タービンを回転させた後の水蒸気が流れる流路と、
前記流路から分岐して前記水蒸気流路に接続され、前記水蒸気流路に前記流路の水蒸気を供給する供給路と、
前記水蒸気流路に接続されて前記流路に合流し、前記水蒸気流路を流れた水蒸気を前記流路に戻す返戻路と
を含む、ボイラ装置。 A boiler apparatus comprising the fuel biomass production apparatus according to claim 9,
A boiler that generates steam by burning the solid biomass;
A steam turbine rotated by steam generated in the boiler,
The external heating means includes
A water vapor channel provided on the outer periphery of the container;
A flow path through which water vapor generated in the boiler or water vapor after rotating the steam turbine flows,
A supply path that branches from the flow path and is connected to the water vapor flow path, and that supplies the water vapor of the flow path to the water vapor flow path;
A boiler device, comprising: a return path connected to the water vapor flow path, joined to the flow path, and returning the water vapor flowing through the water vapor flow path to the flow path.
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