JP2004231690A - Method for utilizing biomass for coke dry quencher - Google Patents

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Shigeru Hashimoto
茂 橋本
Masanori Nakano
正則 中野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for utilizing biomass in a coke dry quencher with which problems that air permeability is inhibited in a sintering step which is the next step by a carbonized material of biomass taken out of the coke dry quencher to make sintering insufficient or combustion becomes insufficient to result in insufficient exhibition of effects as a (half-baked) fuel are suppressed as much possible and the size suitable for effective utilization in the carbonized material of the biomass can be raised. <P>SOLUTION: The method for utilizing the biomass comprises charging the biomass into a prechamber which is a charging space of red-hot coke in the coke dry quencher. The method for utilizing the biomass in the coke dry quencher is characterized in that the particle size distribution of the biomass is regulated so as to provide ≥80 mass% of particles of ≥3 mm. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コークス乾式消火設備（以下、単にＣＤＱともいう。）において、カーボンニュートラルの特性を持つバイオマスを燃料等として有効利用し、なおかつその固体残渣としてＣＤＱより排出されるバイオマス炭化物の有用性をも高めることのできるバイオマスの高度利用技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コークス炉は外熱式加熱炉であり、熱効率を向上させるために必然的に大型化していることや過去の省エネルギー技術開発により、エネルギー回収技術としては非常に進んだ設備となっている。エネルギー回収技術の主な方式がＣＤＱを用いる方式であり、コークスを大容量の循環ガス（ほとんど窒素）で冷却し、循環ガスの得た熱で蒸気を発生して蒸気タービンを動作させて電力として回収している。かかるＣＤＱでは、コークス炉から排出される赤熱コークスをプレチャンバに投入し、下部のクーリングチャンバ内を通過する間に、循環ガスを冷却ガスとして該クーリングチャンバに供給することにより、赤熱コークスを消火、冷却すると共に、上記したようにクーリングチャンバから排出される高温の循環ガスの得た顕熱をボイラなどの熱交換器により熱交換し、蒸気を発生して蒸気タービンを動作させて電力として効率よく回収するという２つの目的を達成するものである。そして、前記クーリングチャンバから排出される冷却コークスは、粉砕工程、分級工程を経て、整粒コークスは高炉に装入され、焼結鉱の昇温及び還元用の燃料として使用される。一方、粉コークスは、焼結工程に送られ、焼結鉱の製造に使用される。
【０００３】
こうしたＣＤＱにおいて、ガス成分の安定化を図る目的として、プレチャンバに空気を導入する技術が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−３３６５８８号公報
【特許文献２】
特開平７−１４５３７７号公報
【特許文献３】
特開平７−２４２８７９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１〜３に提案されているガス成分の安定化技術では、プレチャンバに空気導入を行うことで、コークス歩留まりが低下するというデメリットがある。
【０００６】
また、昨今のＣＯ２削減ニーズから、一段とコークス歩留まり向上やコークス炉関連設備の省エネルギー要請が高まっている。
【０００７】
しかしながら、熱回収にしても現在では回収の難しい低温の排熱しか残っておらず、画期的な省エネルギー、ＣＯ２削減手段がないのが現実である。
【０００８】
そこで、本発明者らは、ＣＤＱにおける赤熱コークスの投入空間であるプレチャンバに、木質系及び／または農業系バイオマスを投入するバイオマス利用方法、並びにＣＤＱにおける赤熱コークスの投入空間であるプレチャンバに、空気を導入させながら、木質系及び／または農業系バイオマスを投入するバイオマス利用方法をそれぞれ提案している。
【０００９】
前者のバイオマスの利用方法では、バイオマスを使用することで、バイオマスの熱量を有効に利用し、化石資源由来のカーボン使用を低減することができるものである。さらに、後者のバイオマスの利用方法では、空気を導入しながらバイオマスを使用することで、コークス歩留まりを向上させながら、カーボンニュートラルの特性を持つバイオマスをエネルギー化（ガスエネルギーは燃料ガス、電力に使用する。固体残渣はコークスとして燃料に使用する。）することができる、というものである。
【００１０】
本発明者らは、上記バイオマスの利用方法の発明に満足することなく、更なる改良を試みた結果、以下のことがわかった。ＣＤＱに投入されたバイオマスは、ＣＤＱ内で乾留され、固体残渣についてはＣＤＱから冷却コークスと共に取り出される。この固体残渣（バイオマス炭化物）を分級後に粉コークスと共に焼結工程に送ることで、焼結工程で使用するコークス、石炭の代替燃料に有効利用できると考えていたが、このバイオマス炭化物中に小粒子が多くなっている場合には、焼結工程において、該小粒子のバイオマス炭化物が通気性を阻害し、焼結が不十分となる可能性が高く、一方、バイオマス炭化物中に大粒子が多くなっている場合には、焼結工程で燃焼不十分となり（生焼け）、燃料としての効果が充分発揮できないという問題があることがわかってきた。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記ＣＤＱでのバイオマスの利用方法において、ＣＤＱから取り出されるバイオマス炭化物が次工程の焼結工程での上記問題点（すなわち、焼結工程でバイオマス炭化物が通気性を阻害し焼結が不十分となったり、燃焼不十分となり（生焼け）燃料としての効果が充分発揮できないという問題点）を極力抑え、バイオマス炭化物中の有効利用に適した大きさの割合を高めることのできるＣＤＱでのバイオマス利用方法およびその利用方法に適したＣＤＱを提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、ＣＤＱでのバイオマスの利用方法につき鋭意検討を重ねた結果、ＣＤＱに投入するバイオマスの粒度分布に応じて、ＣＤＱから取り出されるバイオマス由来の炭化物粒度が変動し、焼結工程に影響することがあることがわかってきた。これは、バイオマスがＣＤＱ内を通過する間に、揮発分が気化すると共に固形分のバイオマスは、降下する塊コークス及び循環ガスにより揉まれて破砕が進行しつつ（コークスの方がバイオマス炭化物よりも硬い）、ＣＤＱから取り出される。ＣＤＱから取り出されたバイオマス炭化物の粉末を、粉コークスと共に焼結工程に送り炭素源（エネルギー源）として有効活用する際に、ＣＤＱから取り出されるバイオマス炭化物粉末の大きさが、粒径１ｍｍ未満の小粒子や粒径３ｍｍを超える大粒子が多くなっている場合には、上記したように焼結工程への影響が顕在化（表面化）し得ることに鑑みなされたものである。すなわち、ＣＤＱから取り出されるバイオマス由来の炭化物粒度が、ＣＤＱに投入するバイオマスの粒度分布に応じて、最も顕著に変化することから、かかるＣＤＱに投入するバイオマスの粒度分布を、焼結工程で有効利用できる粒径１〜３ｍｍのサイズが多く得られるように調整するのが最も効果的であることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
【００１３】
すなわち、本発明の目的は、（１） ＣＤＱにおける赤熱コークスの投入空間であるプレチャンバにバイオマスを投入するバイオマス利用方法であって、
該バイオマスの粒度分布を、３ｍｍ以上粒子が８０質量％以上になるようにすることを特徴とするＣＤＱでのバイオマスの利用方法により達成できる。
【００１４】
本発明の目的はまた、（２） コークス乾式消火設備における赤熱コークスの投入空間であるプレチャンバにバイオマスを投入するバイオマス利用方法であって、
コークス乾式消火設備から取り出されるバイオマス炭化物中の１〜３ｍｍの粒度の割合が、５０質量％以上となるように、投入するバイオマスの粒度分布を調整することを特徴とするコークス乾式消火設備でのバイオマスの利用方法。
【００１５】
また、本発明の他の目的は、（３） バイオマスの破砕設備と、分級設備と、投入設備とを有することを特徴とするＣＤＱにより達成できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態につき、図面を用いて詳細に説明する。
【００１７】
本発明のＣＤＱでのバイオマスの利用方法は、ＣＤＱにおける赤熱コークスの投入空間であるプレチャンバにバイオマスを投入するバイオマス利用方法であって、該バイオマスの粒度分布を、３ｍｍ以上粒子が８０質量％以上になるようにすることを特徴とするものである。
【００１８】
ここで、バイオマスとは、一般的には、生物量の総称であり、ＦＡＯ（国連食糧農業機関）によれば、農業系（麦わら、サトウキビ、米糠、草木等）、林業系（製紙廃棄物、製材廃材、除間伐材、薪炭林等）、畜産系（家畜廃棄物）、水産系（水産加工残滓）、廃棄物系（生ゴミ、ＲＤＦ（ゴミ固形化燃料；Ｒｅｆｕｓｅｄ Ｄｅｒｉｖｅｄ Ｆｕｅｌ）、庭木、建設廃材、下水汚泥）等に分類される。本発明が対象とするバイオマスは、上記ＦＡＯにより規定されてなる全てが対象となり得るものであるが、好ましくは木質系および／または農業系バイオマスである。農業系バイオマスとは、ＦＡＯ定義における農業系バイオマスを指し、麦わら、サトウキビ、米糠、草木等が該当する。加えて、木質系バイオマスとは、ＦＡＯ定義における林業系バイオマスと、廃棄物系バイオマスの一部を指し、製紙廃棄物、製材廃材、除間伐材、薪炭林、庭木、建設廃材中の木材、などが該当する。これらが好適である理由は、含有水分が少なく（９〜５０質量％）湿分基準の発熱量も高いため、赤熱コークス顕熱のみで、乾留に必要な熱量以上のガス、固体エネルギーを回収できるからである。農業系、木質系以外のバイオマスである畜産系バイオマス、水産系バイオマス、廃棄物系バイオマスの残部（生ゴミ、ＲＤＦ、下水汚泥等）に関しても、単独若しくは上記農業系、木質系バイオマスとの組み合わせにより、基本的に保有湿分基準発熱量が、水分の気化熱＋バイオマス自身の顕熱上昇＋分解熱以上であり、上記粒度分布を満足できれば、有効なエネルギー源になり得る。
【００１９】
また、バイオマスを利用することで、バイオマスはカーボンニュートラルであることから、地球温暖化問題やエネルギーリサイクル社会形成へ重要なエネルギー源ともなりえる点で有利である。なお、上記カーボンニュートラルとは、ＣＯ２に関しては地球規模で成長や固定の循環が成り立っていることから、バイオマス使用に際してＣＯ２を排出カウントしなくてもよいという考え方をいう。
【００２０】
本発明に用いられるバイオマスをＣＤＱに投入すると、赤熱コークス（１０００℃程度）の顕熱で乾留される。コークス投入時にはＣＤＱの上蓋が開くため若干の空気巻き込み（自然流入）があるが、赤熱化したコークスの温度でプレチャンバ内の炭素が空気と反応して消費されるため、すぐに還元雰囲気となり、主に乾留、すなわち熱分解が進行する。熱分解された後のバイオマス残渣は炭素分が多い固形分（本明細書中、単にバイオマス炭化物とも称する。）になる。バイオマスの使用により、バイオマスの熱量をガスと固形分に転換した分、コークス生産量が削減可能となる。なお、自然流入以外にも、他の目的で空気が導入されることがあるが、同様にこうした空気は、赤熱化したコークスの温度でプレチャンバ内の炭素（赤熱コークスやバイオマスの揮発分）と反応して消費され、バイオマスは、ＣＤＱ内で乾留（熱分解）され、ガス（揮発分）と固形分（バイオマス炭化物）になる。
【００２１】
本発明では、上記バイオマスの粒度分布を３ｍｍ以上粒子が８０質量％以上になるようにすることを特徴とするものである。これは、本発明では、ＣＤＱ内でのバイオマス（主に揮発分）の燃料としての有効活用にとどまることなく、固形分のバイオマス炭化物についても、焼結工程で使用する石炭の代替燃料として、通気性を阻害したり燃焼不十分となることなく、極めて有効に利用することができることを見出したものである。特に、焼結工程でバイオマス炭化物を有効に利用するには、その粒度が重要であり、粒径１〜３ｍｍのサイズのものが望ましいことを知得すると共に、かかる粒度を多く得るには、プレチャンバに投入する段階の原料バイオマスの粒度分布から制御しておく必要があることを見出したものである。すなわち、焼結工程で有効利用できる粒径１〜３ｍｍのサイズのバイオマス炭化物を５０質量％以上、好ましくは５５質量％以上（具体的には６５質量％以上）得るために必要な原料バイオマスのサイズとしては、３ｍｍ以上粒子が８０質量％以上である（後述する図３参照のこと。）。
【００２２】
ここで、バイオマスの大きさ（粒径）の定義は、以下の通りである。
【００２３】
原料バイオマスを破砕設備（例えば、粉砕機、破砕機等）で小粒径化し、この小粒径化したバイオマスを、スクリーン等の分級設備（篩い分け設備）で篩上、篩下に分別した際の、篩いの目開きサイズを本発明でのバイオマスの大きさ（粒径）と定義する。この際、上記破砕設備と分級設備とは別々であってもよいし、上記破砕設備と分級設備とが一体化された破砕・分級設備であってもよい。すなわち、原料バイオマスを破砕・分級設備で小粒径化し、さらに篩上、篩下に分別した際の、篩いの目開きサイズを本発明でのバイオマスの大きさ（粒径）と定義することもできる。
【００２４】
破砕・分級設備ないし分級設備（篩い分け設備）のスクリーン等の篩いの「目開き」の形態については、図６（Ｂ）〜（Ｅ）参照のこと。すなわち、破砕・分級設備ないし分級設備（篩い分け設備）のスクリーン等の篩いの目の目開きの長手方向長さ（正方形を含む。正方形の場合には目開きの１辺の長さ）またはパンチング等で作られた楕円目開きの長径長さ（円形を含む。円形の場合には円形目開きの直径の長さ）を目開きサイズ、すなわち本発明でのバイオマスの大きさ（粒径）とすればよい。ただし、本発明では、破砕・分級設備ないし分級設備（篩い分け設備）のスクリーン等の篩いの「目開き」の形態については、図６（Ｂ）〜（Ｅ）に示すような形態に何ら制限されるものではなく、他の形態でも図６と同様にして求めた目開きサイズを本発明でのバイオマスの大きさ（粒径）とすればよい。破砕設備である粉砕機、破砕機等は、通常、衝撃、摩擦、切削等により、サイズを細かくする。衝撃系の代表はハンマーミルやボールミル、摩擦系の代表はグラインドミル、切削系の代表はカッタータイプである。石炭や食品系の粉砕の場合、球や立方体に近い形状のものが多く、粒径＝粒子のサイズという概念が比較的明確だが、バイオマスでは、生物として成長方向があり、破砕機にかけた場合に長軸方向（Ｌ）と短軸方向（通常短径；Ｄ）に差が生じる。繊維方向に分離し易いためだが、たとえばハンマーミルでの数ｍｍスクリーン通過物中には、Ｌ／Ｄが３〜５のものが多く、Ｌ／Ｄが１０以上のものも存在してしまう。従って代表径、平均径等の概念が用いにくいため、本発明では、ほとんどの実用破砕工程、分級工程（ないし一体的な破砕・分級工程）で使用される分級設備（篩い分け設備）、特にスクリーン等の目開き通過で評価、定義した。本発明で評価、定義のために使用するスクリーンとは、図６で示した破砕機に付属しているスクリーンではなく、たとえば破砕機のスクリーンを通過した破砕物を、別途篩い分けしたときのスクリーンであり、スクリーンと垂直方向への振動を極力抑えることで（傾斜０の時は水平方向に振動）、長軸方向サイズを通過径としようとするものである（ここで、上記破砕物を別途篩い分けしたときのスクリーンの「目開き」の形態については、図６（Ｂ）〜（Ｅ）で示した破砕機等に付属しているスクリーン等の「目開き」の形態と同様であるため、これを参照のこと。）。
【００２５】
以下に、破砕、分級（篩い分け）の具体例を挙げて詳しく説明する（図３の実験に用いた原料バイオマスにつき、３ｍｍ以上粒子が１０、４０、８０質量％以上のサンプル例）。
【００２６】
ハンマータイプ破砕機Ａ：１０ｔ／ｈ破砕量、１０００ｒｐｍ、ハンマー幅３５ｍｍ、ハンマー数３０、出側スクリーンサイズ□３ｍｍ（目開き、正方形）によるバイオマス破砕物を、振動篩い：□３ｍｍスクリーン（目開き、正方形）、傾斜５°、水平かつ傾斜方向に直角な振動振幅１０ｍｍ、振動回数３０回／分で篩った結果、篩い上が４０、４２、４１質量％（試行３回）となった。これを３ｍｍ以上粒子が４１質量％以上（図３では、粉砕機Ａでの３ｍｍ以上粒子が４０質量％のサンプルとして使用した。）とした。同様に、破砕機出側スクリーンサイズを□２．５ｍｍ、振動篩いスクリーンを□３ｍｍの場合の篩い上は１１、１０、１１質量％であり、これを３ｍｍ以上粒子が１０質量％以上（図３では、粉砕機Ａでの３ｍｍ以上粒子が１０質量％のサンプルとして使用した。）とし、破砕機側スクリーンサイズを□５ｍｍ、振動篩いスクリーンを□３ｍｍの場合の篩い上は８１、８２、８０質量％であり、これは、３ｍｍ以上粒子が８０質量％以上（図３では、粉砕機Ａでの３ｍｍ以上粒子が８０質量％のサンプルとして使用した。）とした。なお、上記例では、３ｍｍ以上粒子が１０、４０及び８０質量％のサンプル例のみを示しているが、このほかに５０、６０、７０及び９０質量％のサンプルも作製しているが、いずれも上記例と同様にして調整可能であるため、ここでの説明は省略する。
【００２７】
なお、上記数値は、破砕機Ａのもので、本法式では別途破砕機Ｂ（４ｔ／ｈ破砕量、１０００ｒｐｍ、ハンマー幅３２ｍｍ、ハンマー数２４で、破砕機Ａよりやや小型）データも併用することで、データの信頼性を高めるのが望ましい（図２〜５の粉砕機Ａ、Ｂのデータを参照のこと。）。さらに、振動篩いスクリーンの目開きの形態についても図６（Ｂ）〜（Ｅ）に示す各スクリーンごとのデータを併用することで、データの信頼性をより高めるのが望ましいといえる。
【００２８】
上記の通り、本発明における「ｍｍ以上粒子」とは、篩いのスクリーンサイズを基準とした篩い上質量％であり、この篩い上質量％を変化させるために、破砕機スクリーンの目のサイズを変更している。粒度変更の方法としては、上記に示す具体例の破砕機スクリーンの目のサイズのほかに、ハンマーの形状、幅、回転数、スクリーン位置等や、グラインドミル、カッターミル等の破砕方法の変更によるものが考えられるが、どの方法を用いた場合も、篩いスクリーンによる篩い分けで数値を規定できる。また、篩の方も、振動形式や振動方法（カムによる衝撃、篩い方向の円・楕円化、振動回数等）、スクリーン目の形状（矩形、円、楕円等）等で変更可能であるが、上記に示す具体例での振動方式で篩い分けることで共通数値として規定が可能となるものである。
【００２９】
なお、図２及び図４〜５の破砕機Ａ、破砕機Ｂの各実験に用いた原料バイオマスについても、上記で説明した振動篩いのスクリーンサイズ３ｍｍを基準とした篩い上質量％を変化させた図３の３ｍｍ以上粒子のサンプル採取の例と同様に、振動篩いのスクリーンサイズ１ｍｍ、５ｍｍおよび１０ｍｍをそれぞれ基準として篩い上質量％を変化させて、図２及び図４〜５の破砕機Ａ、破砕機Ｂの１ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ以上粒子のサンプル（篩い上質量％が１０、４０、５０、６０、７０、８０及び９０質量％のもの）を採取したものである。
【００３０】
本発明では、図２〜５に示すように、バイオマスの粒度分布を、３ｍｍ以上粒子が８０質量％以上になるようにすることで、バイオマス炭化物中１〜３ｍｍ粒子の割合を多く得ることができる。具体的には、バイオマス炭化物中１〜３ｍｍ粒子の割合を５０質量％以上、好ましくは５５質量％以上とすることができるものである。すなわち、図２に示すように、原料バイオマスに振動篩いのスクリーンサイズ１ｍｍを基準とした篩い上質量％を変化させて、１ｍｍ以上粒子（小粒子）のバイオマス原料を用いた場合には、ＣＤＱ内での破砕により得られるバイオマス炭化物が小さくなりすぎ、バイオマス炭化物中の１〜３ｍｍ粒子の割合を５０質量％以上に高めることができない。一方、図４、５に示すように、原料バイオマスに振動篩いのスクリーンサイズ５ｍｍないし１０ｍｍを基準とした篩い上質量％を変化させて、５ｍｍ以上粒子及び１０ｍｍ以上粒子（大粒子）のバイオマス原料を用いた場合には、得られるバイオマス炭化物中に３ｍｍ以上粒子が多くなるので結果的にバイオマス炭化物中の１〜３ｍｍ粒子の割合を５０質量％を越えて高めることができない。
【００３１】
以上のことから、本発明では、原料バイオマスに振動篩いのスクリーンサイズ３ｍｍ以外の、例えば２ｍｍや４ｍｍを基準とした篩い上質量％を変化させて、２ｍｍ以上粒子や４ｍｍ以上粒子のバイオマス原料を用いた場合でも、バイオマス炭化物中の１〜３ｍｍ粒子の割合が５０質量％以上、好ましくは５５質量％以上、より好ましくは６０質量％以上となる場合には、焼結工程で有効利用できる１〜３ｍｍのサイズのバイオマス炭化物を多く形成できており、本発明の技術範囲に含まれるものとする。
【００３２】
また、本発明では、例えば、振動篩いのスクリーンの目開きのサイズに３ｍｍのものと、他のサイズ（例えば、１ｍｍサイズとか、５ｍｍサイズのもの）のものとを有するような篩いを基準として篩い上質量％を変化させてなるバイオマス原料を用いた場合にも、バイオマス炭化物中の１〜３ｍｍ粒子の割合が５０質量％以上、好ましくは５５質量％以上となる場合には、本発明の効果を奏することができるものであり、本発明の技術範囲に含まれるものとする。同様に、２種以上の振動篩いを組み合わせてバイオマス原料を調製した場合にも、バイオマス炭化物中の１〜３ｍｍ粒子の割合が５０質量％以上、好ましくは５５質量％以上となる場合には、本発明の効果を奏することができるものであり、本発明の技術範囲に含まれるものとする。
【００３３】
さらに、本発明では、例えば、振動篩いのスクリーンサイズ３ｍｍを基準とした篩い上質量％を変化させて、３ｍｍ以上粒子が８０質量％以上、好ましくは８９０質量％以上のバイオマス原料に、振動篩いのスクリーンサイズの異なるものを基準とした篩い上質量％を変化させて得た小粒子（１ないし２ｍｍ以上粒子）や大粒子（４ないし１０ｍｍ以上粒子）のバイオマス原料（できるだけバイオマス炭化物中の１〜３ｍｍ粒子の割合が高くなるものが望ましい。）をブレンドするなどしてもよく、この場合にもバイオマス炭化物中の１〜３ｍｍ粒子の割合が５０質量％以上、好ましくは５５質量％以上となる場合には、本発明の効果を奏することができるものであり、本発明の技術範囲に含まれるものである。
【００３４】
すなわち、本発明のＣＤＱでのバイオマスの利用方法では、ＣＤＱから取り出されるバイオマス炭化物中の１〜３ｍｍの粒度の割合が、５０質量％以上、好ましくは５５質量％以上、より好ましくは６０質量％以上、特に好ましくは８０質量％以上（図３より、バイオマスの粒度分布を、３ｍｍ以上粒子が９０質量％以上となるようにすれば達成しうる。）となるように、バイオマスの粒度分布を調整すればよく、その好適な例が、バイオマスの粒度分布を、３ｍｍ以上粒子が８０質量％以上になるようにするものであるといえる。
【００３５】
なお、投入するバイオマスの粒度分布を調整する場合に、例えば、１００ｍｍを越える大きな粒子が混入するとプレチャンバで熱分解されずに揮発分ができれないため、置換効果が低い。通常、プレチャンバに投入されたバイオマスが、プレチャンバ下部のクーリングチャンバのコークス層内に入ってしまうまでの時間に揮発分がでてしまうことができる大きさの上限が、１００ｍｍである。よって、投入するバイオマス中に１００ｍｍを越える大きな粒子が混入しないように、粉砕及び分級を行うのが望ましいといえる。
【００３６】
上記バイオマスの投入量は、カーボンニュートラルである廃材資源のバイオマスをより多く使用するのが望ましく、コークス１トン当り１０ｋｇ以上、好ましくは４０〜８００ｋｇ、より好ましくは１００〜８００ｋｇの範囲で投入することが望ましい。但し、バイオマスの投入量がコークス１トン当り１０ｋｇ未満でも、本発明の目的は達成できるものであるが、プレチャンバ内部に存在する空気量をバイオマスの代替燃焼だけで消費するのに十分でない場合があり、代替燃焼で消費されなかった空気がコークスと反応して燃焼することになるため、化石資源由来のカーボン使用低減効果が減少することになる。一方、上限に関しては、特に制限されるべきものではない。すなわち、プレチャンバ内部に存在する空気が消費された後に残るバイオマスは、赤熱コークスの顕熱で乾留される。これは、赤熱化したコークスの温度でプレチャンバ内の炭素源であるバイオマスが空気と優先的に反応して消費されるため、すぐに還元雰囲気となり、残るバイオマスは、乾留すなわち熱分解が進行する。熱分解された後のバイオマス残渣は炭素分が多い固形分（バイオマス炭化物）になる。そのため、余分のバイオマスは、バイオマスの熱量をガスと固形分に転換した分、コークス生産量が削減可能となるため有利であるほか、現在有効利用が限られており、処分に困っているバイオマスを大量に有効利用することができ、かつカーボンニュートラルであることから、地球温暖化問題やエネルギーリサイクル社会形成へ重要なエネルギー源ともなりえる点で特に有利である。すなわち、バイオマスの投入量の上限は、未反応バイオマスが、最終的に２００℃程度まで冷却され排出されるコークスに混在したままＣＤＱから排出されない条件、すなわちＣＤＱでバイオマスの乾燥・炭化が十分進む未反応バイオマス層厚み及び伝熱条件から、未反応バイオマス量がコークス量の４割程度まで投入可能であり、またプレチャンバ内の空気量から計算される、該空気と反応して燃焼される反応バイオマス量を算出し、先の未反応バイオマス量に換算して適宜バイオマスの投入量を設定すればよい。よって、バイオマスの炭化に関しては、投入するバイオマスの粒度分布及び投入量が上記した範囲であれば、ＣＤＱ内で十分な時間（１時間以上）があるため、問題はない。
【００３７】
本発明の上記要件を明らかにするために、図面を用いて説明する。図１は、本発明に用いることのできる代表的なＣＤＱを模式的に表わした概略図である。
【００３８】
まず、図１をもとにＣＤＱの通常操業例を示す。コークス炉（図示せず）で製造された約１０００℃の赤熱コークス１５１は、押し出し機（図示せず）でバケット車（図示せず）に押し出され、ＣＤＱ１０１まで搬送された後、ＣＤＱ１０１上部の上蓋１０３を開けて、プレチャンバ（の空間部分）１０５に投入される。上蓋１０３で塞がれていた部分が上部コークス投入口１０４である。プレチャンバ１０５内に入った高温の赤熱コークス１５１は、下部のクーリングチャンバ１０６内を通過する間に（図中、ＣＤＱに投入する赤熱コークスは、符号１５１を付した太線矢印で表わしている。ＣＤＱ内のコークスは、符号１５３を付すと共に、その移動方向を太線矢印（符号無し）で表わしている。また、クーリングチャンバ１０６から取り出されたコークス（さらに本発明では、後述するようＣＤＱ内で産生するバイオマス炭化物も含まれる）は、符号１５５を付した太線矢印で表わしている。）、循環ガス１０７により徐々に冷却されながら２００℃程度まで冷却され、クーリングチャンバ１０６下部の取出口１０８から取り出される。一方、熱は、例えば、窒素を主成分とする循環ガス１０７により熱交換器１０９（ボイラ）で熱回収され、その熱で作られた蒸気１１１で蒸気タービン１１３を動かして発電する。このとき残存揮発分等や粉コークス（さらに本発明では、後述するようＣＤＱ内で産生する炭化したバイオマス粉末など）が熱交換器１０９に到達してコーキングや伝熱阻害のトラブルを生じさせないために、プレチャンバ１０５から出た後のガスの排出口であるリングダクト１１５近傍で空気１１７（外気）を追加して完全燃焼させている。さらに、リングダクト１１５から熱交換器１０９に向う循環経路１２１上には、ダストキャッチャー１２３を設けて、上記粉コークス（さらに本発明では、後述するようＣＤＱ内で産生する炭化したバイオマス粉末など）を除去・回収し、次の焼結工程に有効利用している。また、熱交換器１０９（ボイラ）で熱回収された循環ガス１０７は、循環経路１２１上に設けた循環ガスブロア１２５により適当な圧力に調整した後に、循環ガス投入口１２７より、クーリングチャンバ１０６に導入すればよい。また、ＣＤＱ１０１内への循環ガス供給流量を一定に保つことができるように、例えば、循環ガスブロア１２５と循環ガス投入口１２７の間の循環経路１２１から循環ガス１０７の一部を放散できるように、放散ガス抜取経路１２９を設け、該経路１２９を通じて放散しても良い。したがって、該経路１２９上には、必要に応じて、流量調整弁、流量計、排ガス浄化装置（いずれも図示せず、省略した。）などが設けられていてもよいことは言うまでもない。図中には、コークスの移動を太線で、ガスの移動を細線で示した。
【００３９】
次に、本発明の上記要件を適用して、適当な粒度分布を有するバイオマスを投入する実施形態を図１及び図７、８を用いて説明する。
【００４０】
まず、本発明では、ＣＤＱへの投入に適した粒度分布を有するバイオマスを調整するための設備として、図７に示すように、バイオマスの破砕設備４０２と、分級設備４０３と、投入設備４０４とを有することを特徴とするものである。かかる設備を有するＣＤＱ１０１では、上記に説明した粒度分布を有するバイオマスを簡単に得ることができるものである。
【００４１】
ここで、上記バイオマスの破砕設備４０２としては、例えば、ハンマー型、カット型、グラインド型等、打撃、切削、摩擦などを使用して、原料バイオマスを小サイズに砕く粉砕機、破砕機等の設備であればよく、特に制限されるべきものではない。当該バイオマスの破砕設備４０２にて原料バイオマス４０１は所定の小サイズにまで破砕される。好ましくは、破砕設備４０２出口側に適当な目開きサイズ（５ｍｍ程度）のスクリーンを設け、これを通過する小サイズのバイオマス破砕物に整えるのが望ましい。
【００４２】
粉砕機、破砕機等のバイオマスの破砕設備４０２で小粒径化されたバイオマスを得るには、具体的には、例えば、図６（Ａ）に示すように、バイオマス原料４０１をハンマー型破砕機３０２の投入口より図中の太線矢印で示すように投入する。粉砕機内の回転体３０３で細線矢印の回転方向３０５にバイオマスが回転される際に、粉砕機内に設置されたハンマー（一部）３０４との衝突する際や該ハンマーと回転体３０３との隙間を通過する際にバイオマスが破砕されて、小粒径化されていく。小粒径化されたバイオマスは回転時の遠心力により外に飛び出すようになる。そこで、粉砕機の回転経路の外側面側に適当な目開き３０８（図６（Ｂ）〜（Ｅ）参照のこと。）のサイズ（図６（Ｂ）〜（Ｅ）の拡大図中の矢印の範囲（長さ）が目開きのサイズに相当する。）及び形状を有する付属スクリーン３０７を設置しておくことで、目開きサイズ５ｍｍを通過する大きさ（粒度）にまで小粒径化されたバイオマス（バイオマス破砕物３０６）のみが当該スクリーン３０７を通過して外部に取り出されるものである。
【００４３】
次に、上記分級設備４０３としては、例えば、振動篩いなど、スクリーンや振動機を利用して形状で粒子を分別する設備であればよく、特に制限されるべきものではない。図７に示すように、破砕設備４０２で小粒径化されたバイオマス（バイオマス破砕物）は、本発明に規定する３ｍｍ以上粒子が８０質量％以上になってることを確認することができるように、目開きサイズ３ｍｍのスクリーンを有する分級設備４０３にて分級（篩い分け）される。
【００４４】
以下に、破砕設備４０２で小粒径化し、小粒径化されたバイオマス破砕物の分級設備４０３による篩い分けの具体例を挙げて詳しく説明する。
【００４５】
例えば、破砕設備４０２［ハンマー型破砕機Ａ、１０ｔ／ｈ破砕量、１０００ｒｐｍ、ハンマー幅３５ｍｍ、ハンマー数３０、出側スクリーンサイズを□５ｍｍ（目開き、正方形）］で小粒径化し、小粒径化されたバイオマス破砕物を分級設備４０３［振動篩い：□３ｍｍスクリーン（目開き、正方形）、傾斜５°、水平かつ傾斜方向に直角な振動振幅１０ｍｍ、振動回数３０回／分］で篩い分けることにより、篩い上が８１、８２、８０質量％（試行３回）となり、本発明で規定する「３ｍｍ以上粒子が８０質量％以上」になるようにバイオマスの粒度分布を調整することができる。
【００４６】
本発明では、破砕設備４０２によるバイオマス破砕物を得るために、該破砕設備４０２の粉砕機に出口側スクリーンを設けることなく適度に粉砕し、得られたバイオマス破砕物を分級設備４０３に通じて分級してもよい。この場合には、破砕設備４０２での粉砕が不十分で大きなバイオマスも混在する可能性があるため、大きなバイオマス粒子を取り除くために、大きな目開きサイズ（例えば、正方形（□）５ｍｍ）のスクリーンで篩い分けし、篩い上のバイオマスは破砕設備４０２に戻してバイオマス原料と共に再度粉砕処理に供し、篩い下のバイオマスについては、所望の目開きサイズ（例えば、正方形（□）３ｍｍ）のスクリーンにて篩い分けし、篩い上の３ｍｍ以上粒子が８０質量％以上になれば、当該篩い分けに供したバイオマス全量（篩い下のバイオマスを含む）を投入設備４０４に送ればよい。
【００４７】
なお、粒度変更の方法としては、上記に示す具体例の破砕機スクリーンの目開きサイズのほかに、ハンマー等の形状、幅、回転数、出口側スクリーン位置等や、グラインドミル、カッターミル等の破砕方法の変更によるものが考えられるが、どの方法を用いた場合も、分級設備４０３での篩いスクリーンによる篩い分けで数値を規定できる。また、分級設備４０３での篩の方も、振動形式や振動方法（カムによる衝撃、篩い方向の円・楕円化、振動回数等）、スクリーン目の形状（矩形、円、楕円等）等で変更可能であるが、上記に示す具体例での振動方式で篩い分けることで共通数値として規定が可能となるものである。
【００４８】
また、本発明では、例えば、図８に示すように、粉砕設備と分級設備とが一体化された粉砕・分級設備４０６を用いてもよいことはいうまでもない。これにより、装置点数の軽減、省スペース化などが図られる。例えば、図６に示すようなハンマー型粉砕機に振動篩いが一体的に組み合わされたような設備は、粉砕・分級設備４０６の１種といえるが、これに制限されるべきものではない。
【００４９】
次に、上記投入設備４０４は、動力、風力（搬送ガス）等により、ＣＤＱ１０１に粒度分布調整されたバイオマスを投入する設備をいう。したがって、本発明でいう投入設備には、風力供給系を含めてもよいし、既存の循環ガスや空気導入系を利用して風力（搬送ガス）を供給する場合には、風力供給目的で既存設備に増設した部分のみを本発明の投入設備に含めてもよいといえる。
【００５０】
投入設備４０４では、分級設備４０３ないし粉砕・分級設備４０６から送られてきたバイオマスを、ＣＤＱへの投入時期、投入量（流量）などを調整しながら、適切にＣＤＱに投入するものである（図７、８参照のこと）。
【００５１】
投入設備４０４によるバイオマスの投入時期としては、特に制限されるべきものではなく、以下の（１）〜（３）のいずれでもよく、制限されるべきものではない。
【００５２】
（１）；図１に示すように、赤熱コークス１５１の投入は、数分〜数１０分間隔で行われるバッチ投入であるため、本発明のバイオマスの投入時期としては、投入タイミングのとりやすい赤熱コークス１５１の投入と投入の間に、所定の粒度分布に調整されたバイオマス１６１を投入設備４０４を通じてプレチャンバ１０５内に投入するのが望ましい。赤熱コークスの投入と投入の間に投入した場合には、投入されたコークス層と、投入されたバイオマス層とは、交互にサンドイッチ状のままＣＤＱ内を下降し、下部取出口から順次排出される。
【００５３】
ここで、赤熱コークス１５１の投入と投入の間とは、あるロットの赤熱コークスの投入時にバケット車内にコークスが無くなった時点から、次のロットの赤熱コークスの投入時にバケット車下部の開放が始まる直前までをいう。
【００５４】
（２）；図１に示すように、赤熱コークス１５１の投入と同時に、所定の粒度分布に調整されたバイオマス１６１を投入設備４０４を通じてプレチャンバ１０５内に投入してもよい。赤熱コークスの投入と同時に投入した場合には、各ロットごとに投入されたコークスと投入されたバイオマスとの混合層が、ロッドごとに積層された混合層がＣＤＱ内を下降し、下部取出口から順次排出される。
【００５５】
なお、「同時に投入する」とは、あるロットの赤熱コークスがバケットから落下開始した時点から落下終了した時点までの間にバイオマス投入を開始しかつ終了させるという意味であり、同じ時間帯に投入することにより、コークス落下時の拡散を利用してコークスと平均的に混合させることでバイオマスの炭化むらを少なくして、炭化物としての回収量を増やすことができる点で有利である。
【００５６】
（３）；本発明のバイオマスの投入形態としては、上記（１）および（２）のバイオマスの投入時期を組み合わせてもよい。すなわち、赤熱コークスの投入と投入の間に、および赤熱コークスの投入と同時にプレチャンバ内にバイオマスを投入するようにしてもよい。これにより、バイオマスの利用目的に応じて必要な量のバイオマスをコークス層内ないしコークス表層部に投入することができる点で有用である。
【００５７】
本発明では、ＣＤＱ内でコークスによるバイオマス炭化物の破砕が進行することで、ＣＤＱから取り出されるバイオマス炭化物の１〜３ｍｍのサイズが多くなるものであることから、ＣＤＱ内でバイオマスとコークスが適度に分散されていることが望ましく、かかる観点からは、上記（２）が適している。ただし、上記（１）でも、ＣＤＱ内の流下（滞留）時間（約１時間）内に、漸次増加する上層部の積載荷重により押圧され、また循環ガスによって上下コークス層とバイオマス層とが流動して混ざりながら、バイオマスないしバイオマス炭化物が押圧下でコークスに揉まれ、１〜３ｍｍの大きさに粉砕されるため、本発明の目的は十分に達成することができるものである。
【００５８】
上記バイオマスの投入の方法（方式）としては、特に制限されるべきものではなく、赤熱コークス１５１の投入と投入の間におよび／または赤熱コークス１５１の投入と同時に、投入ロットの赤熱コークス１５１量に対応するバイオマスを一時に全量投入してもよいし（一括投入方式）、一定期間内にわたって連続的に投入してもよいし（連続投入方式）、あるいは断続的に投入してもよい（断続投入方式）など、特に制限されるものではない。さらに、連続的または断続的に一定期間内に投入する場合には、投入量を一定にして行ってもよいし、投入量を経時的に変動するように投入してもよい。
【００５９】
また、上記バイオマスの投入箇所は、特に制限されるべきものではなく、例えば、ＣＤＱ上部のコークス投入口および／またはプレチャンバに設置された１若しくは２以上の投入口から投入すればよい。
【００６０】
すなわち、上記バイオマス１６１のプレチャンバ１０５内への投入位置は、コークス投入口１０４からの場合と、新規にプレチャンバ１０５に設置した１若しくは２以上のバイオマス投入口１６５からの場合があり、これらを併用してもよい。
【００６１】
ここで、プレチャンバ１０５に設置する場合に、当該バイオマス投入口１６５の設置数については特に制限されるものではないが、プレチャンバ内に均等に分散させ、なるべく均一・層状にプレチャンバ１０５内に堆積させ、プレチャンバ１０５内の空気との反応効率、さらにはコークスによる破砕促進効果を高めることが望ましいことから、プレチャンバ１０５の内周囲に等間隔で２箇所以上、好ましくは３箇所以上、より好ましくは４〜１６箇所程度設けるのが望ましい。ただし、１７個以上でも問題ないが、装置構成及び制御が複雑化してくるため、簡素化の観点からは１６個以下で十分である。また複数のバイオマス投入口を設ける場合、各投入口からのバイオマスの投入量ないし流量、搬送ガス量ないし流量、投入流速、投入角度などを制御ないし決定するのが容易になるように設けるのが望ましく、例えば、内周面の同一円周上（すなわち、同じ高さ）に設置してもよいし、設置する高さを変えて設置してもよい。
【００６２】
複数の投入口１６５を設ける場合には、各投入口からＣＤＱへの投入量（流量）や投入時期や投入流速等を同期させて（同じになるようにして）バイオマスを投入するようにしてもよいし、投入口ごとにバイオマスの投入量や投入時期や投入流速などを変えるようにしてもよい。これは投入設備４０４から各投入口１６５への供給量、供給時期、供給流速を同期あるいは変化させることで達成できる。いずれにしても、本発明の目的を効率よく達成できるものであれば、特に制限されるものではない。例えば、プレチャンバの中央部付近と側面部付近とでバイオマスの分布にバラツキが生じないように、投入口ごとに投入量や投入時期や投入流速等を変動させるなどして、局所的にバイオマスが不足したり、過剰になるなどして、コークスの使用量低減効果が十分でなくなったり、バイオマス炭化物に未反応による揮発分残留バイオマスが生じることがないように、全体に均一にバイオマスが投入、分散されるように調整するのが望ましい。さらに、必要があれば、投入時期によって、バイオマスの種類やブレンドのしかたを変えるなどしてもよいことはいうまでもない。
【００６３】
また、バイオマス投入口の設置高さは、図１に示すように、リングダクト１１５よりも上部のプレチャンバ１０５が下部に向って拡径している部分に設けてもよいし、プレチャンバの上蓋１０３に設けてもよい。
【００６４】
また、各投入口からのバイオマスの投入量や投入流速（流量）や投入角度などに関しては、バイオマスの全体投入量、投入時期、投入位置（上部ないし内周囲）、投入数などに応じて適宜決定されるべきものであり、バイオマスの投入目的を達成することができるように適宜最適な条件を事前に予備実験等やコンピュータ等でシミュレーションを行うなどして決定すればよい。特に、これら各投入口からのバイオマスの投入量や投入流速（流量）や投入角度に関しては、後述する風力（搬送ガス量）を変動させるなどして、バイオマスがプレチャンバ内に均一に分散されるように制御するのが望ましい。
【００６５】
また、コークス投入口１０４からバイオマスを投入する場合には、投入時期にもよるがコークスの投入と投入の間に行う場合には、コークス投入口は、全開しなくてもよく、バイオマスが投入できる程度にわずかに開口させてもよい。また、上蓋１０３の一部にバイオマス投入用に別途投入口を設けておいて、該投入口を通じて投入することで、流入する空気量を制御するようにしてもよい。したがって、上蓋１０３にバイオマス投入口を設けてバイオマスを投入する場合にも、当該バイオマス投入口を複数設けることは可能である。ただし、装置構成が複雑化するおそれがあるため、バイオマス投入時にも上蓋１０３を開口させるのが簡便である。
【００６６】
また、上記バイオマスを上部コークス投入口あるいはプレチャンバ（内周面や上蓋）に設けたバイオマス投入口から投入する場合には、プレチャンバ内に均等に拡散させることができるように、バイオマス投入口を拡径させたり、投入口先端に可動式の機構やノズルを設けるなどして、バイオマスが拡散し易くしてもよいが、後述する搬送ガスを利用して拡散させるのがより望ましい。これは、投入口での雰囲気温度が高温となるため、既存の駆動装置や機構等が利用できても、使用部材には高耐熱性部材が要求されるため、コスト面で実用化しにくいためである。
【００６７】
なお、赤熱コークスの投入と同時の場合には、プレチャンバ１０５内周面に設けたバイオマス投入口１６５から中央部に向けて投入しても、落下する赤熱コークス１５１に邪魔されて、バイオマス１６１を均一に分布させるのが困難であるため、この場合にはコークス投入口１０４から赤熱コークス１５１と一緒にバイオマス１６１を落下させる方が適している。
【００６８】
上記投入設備４０４を用いてバイオマスを搬送し（ないし落下させ）ＣＤＱ内に投入する方法としては、各投入位置で、適当な投入設備４０４として、例えば、スクリューフィーダー、テーブルフィーダー等の切り出し装置や赤熱コークスの運搬に利用されているようなバケット車等の搬送装置を用いて自重によって落下させる方法と、上記投入設備４０４から送り出される（あるいは切り出されたり押し出される）バイオマスを空気、循環ガス（一部）、窒素等の搬送ガスを用いて気流搬送し投入する（吹き込む）方法がある。
【００６９】
後者の、搬送ガスを用いて気流搬送して投入する（吹き込む）方法のうち、搬送ガスに循環ガスを用いる場合には、図１に示すように、ガス温度が下がった時点、たとえば循環用の循環ガスブロワ１２５後のガスを一部分岐して、バイオマス搬送用配管１６７まで配管１６６で引き、切り出し設備等の投入設備４０４からバイオマス投入口１６５までのバイオマス搬送用配管１６７内に当該循環ガスを搬送ガスとして供給できるように、投入設備４０４と組み合わせて使用する。窒素ガスや空気（外気）の場合も、外部より窒素や空気を配管１６８でバイオマス搬送用配管１６７まで引き、投入設備４０４からバイオマス投入口１６５までの該バイオマス搬送用配管１６７内に当該窒素ガスや空気を搬送ガスとして供給できるように投入設備４０４と組み合わせて使用する。さらに、窒素ガスや空気や循環ガスの混合ガスを搬送ガスとして用いる場合には、上記した各種配管経路を設けておけばよい。さらに、必要に応じて、窒素ガスや空気や循環ガスを混合して使用たり、交互に切り替えて単独で使用することができるように、それぞれの配管経路の開閉を切り替えることができる開閉弁や流量計などを設けることもできる。こうすることで経済的でＣＤＱ内での熱回収効率に優れた最適な搬送ガスの選択供給が可能である。
【００７０】
なお、本発明では、搬送ガスとして用いることのできるものとしては、上記した空気（特に自然流入以外の他の目的で積極投入される空気の一部を用いてもよい）、窒素ガス、循環ガスに何ら制限されるべきものではなく、酸素ガス、不活性ガス（アルゴンガスなど）、製鉄設備で産生される各種ガス、例えば、高炉ガス、コークス炉ガス、転炉ガスなど空気の投入場所・方法の自由度を確保したり、熱源、熱量源として有効利用することができるものが好適に使用できる。
【００７１】
気流搬送の優位性は、より少ない投入口数で分散範囲を拡大できることから自重落下の場合より層厚みの均一性が増す（コークス投入と同時の場合は、分散性の向上）ことにある。また、搬送ガスに循環ガスを使用することで、窒素ガス使用のコストデメリットを最小限にすることも可能である。
【００７２】
また、自重によって落下させる方法は、特に搬送ガスを必要とせず、ランニングコストを抑えることができる点にある。特に、コークス投入口１０４からバイオマスを投入する場合には、自重落下でもプレチャンバ内のガスが熱対流しているため適度に分散されるため、好適である。
【００７３】
なお、本発明では、例えば、搬送ガスに空気を使用するなど、空気を導入しながらバイオマスを投入してもよいし、空気を導入することなくバイオマスを投入してもよいなど、特に制限されるべきものではない。廃材であるバイオマスの利用促進化及び熱回収量の増加を図る上では、空気を導入しながらバイオマスを投入するのが望ましいといえる。特にバイオマスは、空気を導入しながらＣＤＱ内で燃やしても、カーボンニュートラルの特性を持つため、ＣＯ２削減要請に適う最適な燃料源であり、地球温暖化問題を引き起こすことなく熱回収の増量化を促進することができる点でも極めて有効である。
【００７４】
【実施例】
以下、本発明につき、実施例を挙げて説明するが、本発明がこれらに制限されるべきものでないことは言うまでもない。
【００７５】
実験例１（図２〜５の実験）。
【００７６】
図１に示すバイオマスの破砕設備４０２と、分級設備４０３と、投入設備４０４とを有するＣＤＱ１０１を用いて実験を行った。
【００７７】
バイオマスの破砕設備４０２［ハンマータイプ破砕機Ａ：１０ｔ／ｈ破砕量、１０００ｒｐｍ、ハンマー幅３５ｍｍ、ハンマー数３０、出側スクリーンサイズ□３ｍｍ（目開き、正方形）］によるバイオマス破砕物を、分級設備４０３［振動篩い：□３ｍｍスクリーン（目開き、正方形）、傾斜５°、水平かつ傾斜方向に直角な振動振幅１０ｍｍ、振動回数３０回／分］で篩った結果、篩い上が４０、４２、４１質量％（試行３回）となった。これを粉砕機Ａでの３ｍｍ以上粒子が４１質量％のサンプルとして使用した。
【００７８】
以下、下記表１に示すように、破砕機Ａ側スクリーンサイズを変えて、３ｍｍ以上粒子の質量が異なるサンプルを作製した。さらに、破砕機側スクリーンサイズおよび振動篩い側スクリーンサイズを変えて、１ｍｍ以上粒子、５ｍｍ以上粒子及び１０ｍｍ以上粒子の質量が異なるサンプルも作製した。得られた結果を下記表２〜４に示す。
【００７９】
同様に、ハンマータイプ破砕機Ａに代えて、ハンマータイプ破砕機Ｂ：４ｔ／ｈ破砕量、１０００ｒｐｍ、ハンマー幅３２ｍｍ、ハンマー数２４を用い、破砕機Ｂ側スクリーンサイズおよび振動篩い側スクリーンサイズを変えて、１ｍｍ以上粒子、３ｍｍ以上粒子、５ｍｍ以上粒子及び１０ｍｍ以上粒子質量が異なるサンプルを作製した。得られた結果を下記表１〜４に示す。
【００８０】
なお、原料バイオマス４０１には、いずれも木質系バイオマスで、水分１５％のものを使用した。
【００８１】
次に、上記粉砕設備および分級設備を用いて得られたバイオマスを、（１）コークス投入と投入の間にコークス投入口からバイオマスを自重落下投入させた時に、ＣＤＱから取り出されるバイオマス炭化物中の粒径１〜３ｍｍサイズの割合を図２〜５に示した。同様に、上記粉砕設備および分級設備を用いて得られたバイオマスを、（２）コークスの投入と同時にバイオマス投入口（１カ所）から空気搬送投入させた時に、ＣＤＱから取り出されるバイオマス炭化物中の粒径１〜３ｍｍサイズの割合についても上記（１）と同様に測定した結果、上記（１）の結果と同様の結果が得られることが確認できた。コークス処理量９５ｔ／ｈ、バイオマス（木材）４．５ｔ／ｈ投入した。ここで、上記（１）ではバケットによるコークスとの交互投入した。また、上記（２）ではプレチャンバのバイオマス投入口１６５より空気により搬送導入した。
【００８２】
ＣＤＱから取り出された冷却コークスを、破砕して整粒化し、篩い分けして整粒コークスと粉コークス（バイオマス炭化物を含む）とに分級した後、粉コークス（バイオマス炭化物を含む）を３ｍｍ、１ｍｍの篩いに順次通し、３ｍｍ篩い下かつ１ｍｍ篩い上の量を計側した。バイオマス炭化物とコークスは性状が似ているため、コークス単独のときの灰分と、混合時の灰分の量からバイオマス量を算出している。例えば、コークス単独の灰分１２％、バイオマス炭化物単独の灰分１％（いずれも分析値）のとき、１００ｋｇの混合物の灰分が１１．４５％の場合、バイオマス炭化物の割合をａ（％）とすれば、
１２（１−ａ／１００）＋１・ａ／１００＝１１．４５
∴ａ＝５（％）
と算出される。従って、コークス９５％、バイオマス炭化物５％（それぞれ９５ｋｇ、５ｋｇ）となる。これらの作業は各投入バイオマスごとに実施した。その結果を表１〜４に示す。
【００８３】
また、粉コークス（バイオマス炭化物を含む）を焼結工程を模擬できる小型試験機（図示せず）を用いて実験を行った。その結果、小粒子（１ｍｍ未満の粒子）のバイオマス炭化物が多くなっている場合には、該バイオマス炭化物が通気性を阻害し（１ｍｍ未満粒子を５０％程度含むと通気抵抗が約１５％上昇）、焼結が不十分となる可能性が高く、一方、バイオマス炭化物中に大粒子（粒径３ｍｍを超える粒子）が多くなっている場合には、燃焼不十分となり（生焼け；３ｍｍを超える粒子５０質量％以上の場合、焼結後の揮発分残存約１０質量％であった。通常はほぼ０質量％である。また失火も多く、燃焼していないことが判明している。）、燃料としての効果が充分発揮できないことがわかった。
【００８４】
【表１】

Figure 2004231690
【００８５】
【表２】
Figure 2004231690
【００８６】
【表３】
Figure 2004231690
【００８７】
【表４】
Figure 2004231690
【００８８】
１）振動篩い上の１ｍｍ以上粒子質量ないし１０ｍｍ以上粒子質量は、試行３回のうちの下限値を示した。
【００８９】
２）スクリーンサイズはいずれも目開き、正方形とした。
【００９０】
【発明の効果】
本発明によれば、バイオマスがＣＤＱ内を通過する間に適度に破砕され、焼結工程で有効に利用できる粒径１〜３ｍｍのサイズのバイオマス炭化物を多く得られるものである。そのため、上記実施例で明らかにしたように、粉コークス中に粒径１〜３ｍｍのサイズを多く含むバイオマス炭化物を有することで、該バイオマス炭化物が通気性を阻害することもほとんどなく、焼結が不十分となる可能性を大幅に低減できるほか、燃焼不十分となる（生焼け）こともなく、燃料としての効果を充分発揮することができるものである。そのため、焼結工程で使用する石炭使用量を最大限減らすこともできる。
【００９１】
さらにバイオマスをＣＤＱに投入して、ＣＤＱ内の空気と反応させて燃焼させることができるため、コークス燃焼により発生するＣＤＱ内のガス中の硫黄化合物を低減することもできる。そのため、ＣＤＱ内の硫黄化合物による酸腐食部分の補修ないし改修のメンテナンスに要する貴重な時間、労力、経費を大幅に低減できる。また、改修による研磨により、想定したよりも早く金属腐食部分が設計許容厚さを下回ることになるため、その部分を含む部品の交換が必要であったが、本発明を採用することで、装置寿命も大幅に伸ばすこともできる。また、バイオマスを投入することで、ＣＤＱの操業に影響を与えることなく投入コークス、ひいては原料石炭量の代替材料ともなり得るため、これら投入コークス、ひいては原料石炭量を節約することもできる。また、ＣＤＱ内で生成したバイオマス由来の揮発分も、その顕熱と燃焼熱がＣＤＱのボイラ（熱交換器）で回収されており、エネルギー回収の増量化が図れるなど、バイオマスのＣＤＱでの有効利用が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いることのできる代表的なＣＤＱを模式的に表わした概略図である。
【図２】ＣＤＱに投入するバイオマスの粒度分布として１ｍｍ以上粒子の質量の変化に対する、ＣＤＱから得られたバイオマス炭化物中の粒径１〜３ｍｍのサイズの割合変化の関係を示すグラフである。
【図３】ＣＤＱに投入するバイオマスの粒度分布として３ｍｍ以上粒子の質量の変化に対する、ＣＤＱから得られたバイオマス炭化物中の粒径１〜３ｍｍのサイズの割合変化の関係を示すグラフである。
【図４】ＣＤＱに投入するバイオマスの粒度分布として５ｍｍ以上粒子の質量の変化に対する、ＣＤＱから得られたバイオマス炭化物中の粒径１〜３ｍｍのサイズの割合変化の関係を示すグラフである。
【図５】ＣＤＱに投入するバイオマスの粒度分布として１０ｍｍ以上粒子の質量の変化に対する、ＣＤＱから得られたバイオマス炭化物中の粒径１〜３ｍｍのサイズの割合変化の関係を示すグラフである。
【図６】図６（Ａ）は、バイオマスの粉砕に用いられる粉砕機の概略図であり、図６（Ｂ）〜（Ｅ）は、該粉砕機で小粒径化されたバイオマスのみを通過させるために用いられる該粉砕機出口部に備えられた篩いの目開きの形態および目開きサイズを模式的に表わす図面であると共に、さらに粉砕機の篩いを通過した小粒径化されたバイオマスを、本発明で規定する３ｍｍ以上粒子が８０質量％以上になるように設けられた分級設備ないし破砕・分級設備中の分級処理部で、３ｍｍ以上粒子を篩上、３ｍｍ未満粒子を篩下に分別する際の、篩いの目開きの形態および目開きのサイズを模式的に表わす図面でもあり得る。
【図７】バイオマスの破砕設備と、分級設備と、投入設備とを有するＣＤＱの一実施形態として、バイオマスの破砕設備と分級設備とを別々に用いた形態を模式的に表わした図面である。
【図８】バイオマスの破砕設備と、分級設備と、投入設備とを有するＣＤＱの他の一実施形態として、バイオマスの破砕設備と分級設備とが一体化した破砕・分級設備を用いた形態を模式的に表わした図面である。
【符号の説明】
１０１…ＣＤＱ、 １０３…ＣＤＱ上部の上蓋、
１０４…上部コークス投入口、 １０５…プレチャンバ（の空間部分）、
１０６…クーリングチャンバ、 １０７…循環ガス、
１０８…ＣＤＱ下部の取出口、 １０９…熱交換器１０９（ボイラ）、
１１１…蒸気、 １１３…蒸気タービン、
１１５…リングダクト、 １１７…空気（外気）、
１２１…循環経路、 １２３…ダストキャッチャー、
１２５…循環ガスブロア、 １２７…循環ガス投入口、
１２９…放散ガス抜取経路、 １５１…赤熱コークス、
１５３…ＣＤＱ内のコークス、 １５５…ＣＤＱから取り出されたコークス、
１６１…投入されるバイオマス、 １６５…バイオマス投入口、
１６６、１６８…配管、 １６７…バイオマス搬送用配管、
１９１…温度センサ、 ３０２…ハンマー型破砕機、
３０３…回転体、 ３０４…ハンマー（一部）、
３０５…ハンマー回転方向、 ３０６…バイオマス破砕物、
３０７…スクリーン、 ３０８…目開き、
４０１…バイオマス原料、 ４０２…バイオマスの破砕設備、
４０３…バイオマスの分級設備、 ４０４…バイオマスの投入設備、
４０６…バイオマスの破砕・分級設備。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
In the present invention, in a coke dry fire extinguishing system (hereinafter, also simply referred to as CDQ), biomass having the property of carbon neutrality is effectively used as a fuel and the like, and the usefulness of the biomass carbide discharged from the CDQ as a solid residue is demonstrated. It is related to the advanced utilization technology of biomass which can also increase.
[0002]
[Prior art]
The coke oven is an external heating type heating furnace, and has become a very advanced facility as an energy recovery technology due to the fact that it is inevitably upsized to improve thermal efficiency and the development of energy saving technologies in the past. The main method of energy recovery technology is the method using CDQ, which cools coke with a large volume of circulating gas (mostly nitrogen), generates steam using the heat obtained from the circulating gas, and operates a steam turbine to generate electricity. We are collecting. In such a CDQ, red hot coke discharged from a coke oven is charged into a pre-chamber, and while passing through a lower cooling chamber, circulating gas is supplied to the cooling chamber as a cooling gas to extinguish the red hot coke, While cooling, the sensible heat obtained from the high-temperature circulating gas discharged from the cooling chamber as described above is heat-exchanged by a heat exchanger such as a boiler to generate steam and operate a steam turbine to efficiently generate electric power. This achieves the two objectives of collection. The cooled coke discharged from the cooling chamber is subjected to a pulverizing step and a classifying step, and the sized coke is charged into a blast furnace and used as a fuel for raising the temperature of the sintered ore and reducing it. On the other hand, coke breeze is sent to a sintering process and used for the production of sintered ore.
[0003]
In such a CDQ, a technique of introducing air into a pre-chamber has been proposed for the purpose of stabilizing a gas component (for example, see Patent Documents 1 to 3).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-6-336588
[Patent Document 2]
JP-A-7-145377
[Patent Document 3]
JP-A-7-242879
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the gas component stabilization techniques proposed in Patent Documents 1 to 3 have a disadvantage that the coke yield is reduced by introducing air into the pre-chamber.
[0006]
In addition, recent CO 2 Due to the need for reduction, demands for further improvement in coke yield and energy saving for coke oven related equipment are increasing.
[0007]
However, even with heat recovery, only low-temperature exhaust heat, which is difficult to recover at present, remains. 2 The reality is that there is no means of reduction.
[0008]
Therefore, the present inventors have proposed a biomass utilization method of charging woody and / or agricultural biomass into a prechamber, which is a charging space for glowing coke in the CDQ, and a prechamber, which is a charging space for glowing coke in the CDQ, Biomass utilization methods for introducing woody and / or agricultural biomass while introducing air have been proposed.
[0009]
In the former method of using biomass, by using biomass, the calorific value of biomass can be effectively used, and the use of carbon derived from fossil resources can be reduced. Furthermore, in the latter method of using biomass, the use of biomass while introducing air improves the coke yield and converts the carbon-neutral biomass into energy (gas energy is used for fuel gas and electricity). The solid residue can be used as coke in fuels).
[0010]
The present inventors have tried the further improvement without satisfying the invention of the above-mentioned method of using biomass, and as a result, the following has been found. The biomass charged to the CDQ is carbonized in the CDQ, and the solid residue is removed from the CDQ together with the cooled coke. We thought that by sending this solid residue (biomass carbide) to the sintering process together with coke breeze after classification, it could be effectively used as an alternative fuel to coke and coal used in the sintering process. When the number of particles increases, in the sintering step, the biomass carbide of the small particles impairs air permeability, and sintering is likely to be insufficient, while the large particles increase in the biomass carbide. In such a case, it has been found that there is a problem that combustion is insufficiently performed in the sintering process (burning), and the effect as a fuel cannot be sufficiently exhibited.
[0011]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of utilizing biomass in the above-mentioned CDQ, in which the biomass carbide taken out of the CDQ has the above-mentioned problem in the subsequent sintering step (that is, the biomass carbide impairs air permeability in the sintering step). The problem of insufficient sintering or insufficient combustion (burning) and the effect as a fuel cannot be fully exhibited) as much as possible, and increasing the ratio of the size suitable for effective use in biomass carbide. An object of the present invention is to provide a method for utilizing biomass in a CDQ and a CDQ suitable for the method.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies on a method of using biomass in CDQ to achieve the above object, and as a result, according to the particle size distribution of biomass to be input to CDQ, the particle size of biomass-derived carbide extracted from CDQ has been increased. Has been found to fluctuate and can affect the sintering process. This is because while the biomass passes through the CDQ, the volatiles evaporate and the solid biomass is crushed by the falling lump coke and the circulating gas and the crushing proceeds (coke is more biomass char than biomass char) Hard), removed from CDQ. When the biomass carbide powder extracted from the CDQ is sent to a sintering process together with coke breeze and is effectively used as a carbon source (energy source), the size of the biomass carbide powder extracted from the CDQ is reduced to a small particle size of less than 1 mm. When the number of particles or large particles having a particle diameter of more than 3 mm is large, it has been considered that the influence on the sintering process can be manifested (surfaced) as described above. That is, since the particle size of the biomass-derived carbide extracted from the CDQ changes most remarkably in accordance with the particle size distribution of the biomass input to the CDQ, the particle size distribution of the biomass input to the CDQ is effectively used in the sintering process. It has been found that it is most effective to adjust so that a large particle size of 1 to 3 mm can be obtained, and the present invention has been completed.
[0013]
That is, an object of the present invention is (1) a biomass utilization method for introducing biomass into a prechamber, which is a space for introducing red hot coke in CDQ,
The particle size distribution of the biomass can be achieved by a method for utilizing biomass in CDQ, wherein the particle size is 3 mm or more and 80% by mass or more.
[0014]
Another object of the present invention is to provide (2) a biomass utilization method for charging biomass into a prechamber, which is a space for charging red hot coke in a coke dry fire extinguishing system,
The biomass in the coke dry fire extinguishing equipment is characterized by adjusting the particle size distribution of the biomass to be introduced so that the ratio of the particle size of 1 to 3 mm in the carbonized biomass removed from the coke dry fire extinguishing equipment becomes 50% by mass or more. How to use
[0015]
Further, another object of the present invention can be achieved by a CDQ characterized by having (3) a biomass crushing facility, a classification facility, and an input facility.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0017]
The method for utilizing biomass in the CDQ of the present invention is a method for utilizing biomass in which biomass is charged into a prechamber, which is a space for charging red hot coke in the CDQ, wherein the particle size distribution of the biomass is 3 mm or more and particles are 80% by mass or more. It is characterized by becoming.
[0018]
Here, biomass is a general term for biomass, and according to the FAO (United Nations Food and Agriculture Organization), agricultural (straw, sugar cane, rice bran, vegetation, etc.), forestry (papermaking waste, Lumber waste, thinned wood, firewood charcoal forest, etc.), livestock-based (livestock waste), fisheries-based (fishery processing residues), waste-based (garbage, RDF (refined solidified fuel; Refused Derived Fuel), garden trees, construction Waste, sewage sludge). The biomass targeted by the present invention can be any of those defined by the above FAO, but is preferably wood-based and / or agricultural biomass. Agricultural biomass refers to agricultural biomass in the FAO definition, and includes straw, sugarcane, rice bran, plants and the like. In addition, woody biomass refers to forestry biomass and a part of waste biomass in the FAO definition, such as paper waste, sawmill waste, thinned wood, firewood, garden trees, and wood in construction waste. Is applicable. The reason why these are preferable is that the content of water is small (9 to 50% by mass) and the calorific value on the basis of moisture is high, so that only red hot coke sensible heat can recover gas and solid energy more than the calorific value necessary for dry distillation. Because. Regarding agricultural and livestock biomass other than wood-based biomass, marine biomass, and the rest of waste biomass (garbage, RDF, sewage sludge, etc.), alone or in combination with the above-mentioned agricultural and wood-based biomass Basically, the heating value based on the retained moisture is equal to or higher than the heat of vaporization of water + the rise of sensible heat of the biomass + the heat of decomposition, and if the above particle size distribution can be satisfied, it can be an effective energy source.
[0019]
In addition, since biomass is carbon-neutral by using biomass, it is advantageous in that it can be an important energy source for global warming issues and the formation of an energy recycling society. The above-mentioned carbon neutral means CO 2 2 With regard to, the cycle of growth and fixation is established on a global scale. 2 Does not need to be counted.
[0020]
When the biomass used in the present invention is charged into CDQ, it is carbonized by sensible heat of red hot coke (about 1000 ° C.). When the coke is charged, there is some air entrapment (natural inflow) due to the opening of the top cover of the CDQ. However, the carbon in the pre-chamber reacts with the air at the temperature of the red-hot coke and is consumed. Mainly carbonization, that is, thermal decomposition proceeds. The biomass residue after pyrolysis becomes a solid matter with a high carbon content (hereinafter, also simply referred to as biomass carbide). By using biomass, the amount of coke produced can be reduced by converting the calorific value of biomass into gas and solids. In addition, air may be introduced for other purposes besides the natural inflow, but similarly, such air is separated from the carbon (volatile matter of red-hot coke and biomass) in the pre-chamber at the temperature of red-hot coke. The biomass is reacted and consumed, and the biomass is carbonized (pyrolyzed) in the CDQ to become gas (volatile matter) and solid matter (biomass carbide).
[0021]
The present invention is characterized in that the particle size distribution of the biomass is 3 mm or more and the particles are 80% by mass or more. This is because, in the present invention, the biomass (mainly volatile matter) in the CDQ is not only effectively used as a fuel, but also a solid biomass carbide is used as an alternative fuel to the coal used in the sintering process. It has been found that they can be used very effectively without impairing the properties and insufficient combustion. In particular, in order to effectively utilize biomass carbide in the sintering process, the particle size is important, and it is known that a particle size of 1 to 3 mm is desirable. It has been found that it is necessary to control from the particle size distribution of the raw material biomass at the stage of charging the raw material. That is, the size of the raw material biomass necessary to obtain 50% by mass or more, preferably 55% by mass or more (specifically, 65% by mass or more) of biomass carbide having a particle size of 1 to 3 mm that can be effectively used in the sintering step. Is 3% or more, and the particles are 80% by mass or more (see FIG. 3 described later).
[0022]
Here, the definition of the size (particle size) of the biomass is as follows.
[0023]
When the raw material biomass is reduced in particle size by crushing equipment (for example, a crusher, crusher, etc.), and the biomass having the reduced particle size is separated into upper and lower sieves by a classification equipment such as a screen (sieving equipment). Of the sieve is defined as the size (particle size) of the biomass in the present invention. At this time, the crushing equipment and the classification equipment may be separate, or a crushing and classification equipment in which the crushing equipment and the classification equipment are integrated. That is, when the raw material biomass is reduced in particle size by a crushing / classifying facility, and is further separated on the sieve and below the sieve, the mesh size of the sieve may be defined as the size (particle size) of the biomass in the present invention. it can.
[0024]
See FIGS. 6 (B) to 6 (E) for the form of “opening” of a screen such as a screen of a crushing / classifying facility or a classifying facility (sieving facility). That is, the length in the longitudinal direction (including a square; in the case of a square, the length of one side of the opening) of a crushing / classifying facility or a screen of a classifying facility (sieving facility), or punching. The length of the major axis of the elliptical aperture (including a circle; in the case of a circle, the length of the diameter of the circular aperture) made by the above method is defined as the aperture size, that is, the size (particle size) of the biomass in the present invention. do it. However, in the present invention, the form of “opening” of a screen such as a screen of a crushing / classifying facility or a classifying facility (sieving facility) is not limited to any of the forms shown in FIGS. 6B to 6E. In other forms, the opening size obtained in the same manner as in FIG. 6 may be used as the size (particle size) of the biomass in the present invention. Crushers, crushers, and the like, which are crushing equipment, are usually made smaller in size by impact, friction, cutting, or the like. Hammer mills and ball mills are representative of impact systems, grind mills are representative of friction systems, and cutter types are representative of cutting systems. In the case of pulverization of coal or food, many have shapes close to spheres and cubes, and the concept of particle size = particle size is relatively clear, but in biomass, there is a growth direction as an organism, and when it is applied to a crusher, There is a difference between the major axis direction (L) and the minor axis direction (usually minor axis; D). Although it is easy to separate in the fiber direction, for example, many L / Ds having a L / D of 3 to 5 and L / Ds of 10 or more are present in several mm through a screen with a hammer mill. Therefore, since it is difficult to use concepts such as the representative diameter and the average diameter, in the present invention, the classification equipment (sieving equipment), particularly the screen, used in most practical crushing steps and classification steps (or integrated crushing / classification steps). Etc. were evaluated and defined by passing through the openings. The screen used for evaluation and definition in the present invention is not a screen attached to the crusher shown in FIG. 6, but a screen obtained by separately sieving the crushed material that has passed through the screen of the crusher. By minimizing vibration in the vertical direction with respect to the screen (vibration in the horizontal direction when the inclination is 0), the size in the long axis direction is set as the passage diameter (here, the above crushed material is separately separated). The form of the “opening” of the screen when sieved is the same as the form of the “opening” of the screen attached to the crusher or the like shown in FIGS. 6B to 6E. , See this.).
[0025]
Hereinafter, a specific example of crushing and classification (sieving) will be described in detail (samples having a particle size of 3 mm or more, 10, 40, or 80% by mass or more per raw biomass used in the experiment of FIG. 3).
[0026]
Hammer type crusher A: 10 t / h crushing amount, 1000 rpm, hammer width 35 mm, hammer number 30, biomass crushed material with outlet screen size □ 3 mm (open, square), vibrating sieve: □ 3 mm screen (open, (Square), inclination of 5 °, horizontal and perpendicular to the inclination direction, vibration amplitude of 10 mm, number of vibrations of 30 times / min. As a result, the sieve was 40, 42, 41 mass% (3 trials). This was determined to be 41% by mass or more of particles having a size of 3 mm or more (in FIG. 3, a sample having a particle size of 3 mm or more in a crusher A was used as 40% by mass). Similarly, when the size of the screen on the exit side of the crusher is □ 2.5 mm and the size of the vibrating screen is □ 3 mm, the size on the sieve is 11, 10 and 11% by mass. Was used as a sample in which 3 mm or more particles in the crusher A were 10% by mass.), The crusher-side screen size was □ 5 mm, and the vibrating screen was □ 3 mm. %, Which was 80% by mass or more for particles of 3 mm or more (in FIG. 3, the sample was used as a sample of 80% by mass for 3 mm or more in the crusher A). In addition, in the above example, only the sample example in which the particles having a particle size of 3 mm or more are 10, 40, and 80% by mass is shown. In addition, samples of 50, 60, 70, and 90% by mass are also prepared. Since the adjustment can be made in the same manner as in the above example, the description here is omitted.
[0027]
The above values are for crusher A, and in this method, crusher B (4 t / h crushing amount, 1000 rpm, hammer width 32 mm, hammer number 24, slightly smaller than crusher A) data is also used in combination. Therefore, it is desirable to improve the reliability of the data (see the data of the crushers A and B in FIGS. 2 to 5). Further, it can be said that it is desirable to improve the reliability of the data by using the data of each screen shown in FIGS. 6B to 6E together with respect to the form of the openings of the vibrating screen.
[0028]
As described above, the term “particles of not less than mm” in the present invention refers to the mass% on the sieve based on the screen size of the sieve, and in order to change the mass% on the sieve, the size of the mesh of the crusher screen is changed. are doing. As a method of changing the particle size, in addition to the eye size of the crusher screen of the specific example shown above, the shape of the hammer, the width, the number of revolutions, the screen position, and the like, by changing the crushing method such as a grind mill, a cutter mill, etc. In any case, the numerical value can be defined by sieving with a sieving screen. Also, the sieve can be changed by the vibration type and vibration method (impact by a cam, circle / ellipse in the sieve direction, number of vibrations, etc.), screen mesh shape (rectangle, circle, ellipse, etc.), etc. By sieving with the vibration method in the specific example described above, it is possible to define a common numerical value.
[0029]
In addition, about the raw material biomass used for each experiment of the crusher A and the crusher B of FIG. 2 and FIGS. 4-5, the mass% on a sieve based on the screen size of the vibrating sieve described above of 3 mm was changed. As in the example of sampling a particle of 3 mm or more in FIG. 3, the screen size of the vibrating sieve is 1 mm, 5 mm, and the mass% on the sieve is changed on the basis of 10 mm, respectively, and the crusher A in FIG. 2 and FIGS. Samples of particles having a size of 1 mm, 5 mm, 10 mm or more of the crusher B (with a mass% of 10, 40, 50, 60, 70, 80, and 90 mass% on a sieve) were collected.
[0030]
In the present invention, as shown in FIGS. 2 to 5, by setting the particle size distribution of biomass to 3 mm or more and particles to 80 mass% or more, it is possible to obtain a large ratio of 1 to 3 mm particles in the biomass carbide. . Specifically, the ratio of 1 to 3 mm particles in the carbonized biomass can be 50% by mass or more, preferably 55% by mass or more. That is, as shown in FIG. 2, when the biomass raw material of 1 mm or more particles (small particles) is used by changing the mass% on the sieve based on the screen size of the vibrating sieve of 1 mm as the raw biomass, the CDQ The size of the biomass carbide obtained by the crushing in the above becomes too small, and the ratio of 1 to 3 mm particles in the biomass carbide cannot be increased to 50% by mass or more. On the other hand, as shown in FIGS. 4 and 5, the biomass raw material of 5 mm or more particles and 10 mm or more particles (large particles) is changed by changing the mass% on the sieve based on the screen size of the vibrating sieve of 5 mm to 10 mm. When used, the resulting biomass carbide has a large number of particles of 3 mm or more, and as a result, the proportion of 1-3 mm particles in the biomass carbide cannot be increased beyond 50% by mass.
[0031]
From the above, in the present invention, a biomass raw material of 2 mm or more particles or 4 mm or more particles is used for the raw material biomass by changing the mass% on the screen based on, for example, 2 mm or 4 mm other than the screen size of the vibrating sieve of 3 mm. Even in the case where the ratio of 1 to 3 mm particles in the biomass carbide is 50% by mass or more, preferably 55% by mass or more, and more preferably 60% by mass or more, 1 to 3 mm that can be effectively used in the sintering step. A large amount of biomass carbide having a size of is formed, and is included in the technical scope of the present invention.
[0032]
Further, in the present invention, for example, a sieve having a screen size of 3 mm and another size (for example, 1 mm size or 5 mm size) is used as a reference. Even when a biomass raw material obtained by changing the upper mass% is used, the effect of the present invention can be reduced when the ratio of 1 to 3 mm particles in the biomass carbide is 50 mass% or more, preferably 55 mass% or more. And can be performed within the technical scope of the present invention. Similarly, when a biomass material is prepared by combining two or more types of vibrating sieves, if the ratio of 1 to 3 mm particles in the biomass carbide is 50% by mass or more, preferably 55% by mass or more, The effects of the present invention can be exerted, and they are included in the technical scope of the present invention.
[0033]
Further, in the present invention, for example, by changing the mass% on the sieve based on the screen size of the vibrating sieve of 3 mm, the biomass raw material having particles of 3 mm or more and 80 mass% or more, preferably 890 mass% or more is added to the vibrating sieve. Biomass raw material of small particles (1 to 2 mm or more particles) or large particles (4 to 10 mm or more particles) obtained by changing the mass% on the sieve based on the screen size different (1 to 3 mm The ratio of particles is preferably high.) In this case as well, when the ratio of 1 to 3 mm particles in the biomass carbide is 50% by mass or more, preferably 55% by mass or more. Can achieve the effects of the present invention and are included in the technical scope of the present invention.
[0034]
That is, in the method of using biomass in the CDQ of the present invention, the ratio of the particle size of 1 to 3 mm in the biomass carbide extracted from the CDQ is 50% by mass or more, preferably 55% by mass or more, more preferably 60% by mass or more. Particularly preferably, the particle size distribution of the biomass is adjusted so as to be 80% by mass or more (this can be achieved by setting the particle size distribution of the biomass to 3% or more and 90% by mass or more in FIG. 3). It can be said that a preferable example is that the particle size distribution of the biomass is 3 mm or more and the particles are 80% by mass or more.
[0035]
When adjusting the particle size distribution of the biomass to be charged, for example, if large particles exceeding 100 mm are mixed in, the volatile components cannot be generated without being thermally decomposed in the pre-chamber, so that the replacement effect is low. Usually, the upper limit of the size at which volatiles can be generated in a time period before biomass charged into the pre-chamber enters the coke layer of the cooling chamber below the pre-chamber is 100 mm. Therefore, it can be said that it is desirable to carry out pulverization and classification so that large particles exceeding 100 mm do not enter the biomass to be charged.
[0036]
It is desirable to use more biomass of the waste material resources that are carbon neutral, and the amount of the biomass to be introduced is 10 kg or more per ton of coke, preferably 40 to 800 kg, more preferably 100 to 800 kg. desirable. However, even if the input amount of biomass is less than 10 kg per ton of coke, the object of the present invention can be achieved, but there are cases where the amount of air existing inside the pre-chamber is not sufficient to be consumed only by alternative combustion of biomass. In addition, since air not consumed in the alternative combustion reacts with the coke and burns, the effect of reducing the use of carbon derived from fossil resources decreases. On the other hand, the upper limit is not particularly limited. That is, the biomass remaining after the air existing inside the pre-chamber is consumed is carbonized by the sensible heat of the red hot coke. This is because the biomass, which is the carbon source in the pre-chamber, is preferentially reacted with air and consumed at the temperature of the red-heated coke, and immediately becomes a reducing atmosphere, and the remaining biomass undergoes dry distillation or pyrolysis. . The biomass residue after pyrolysis becomes a solid (biomass carbide) having a high carbon content. Therefore, excess biomass is advantageous because the amount of coke produced can be reduced by converting the calorific value of the biomass into gas and solids. Since it can be effectively used in large quantities and is carbon neutral, it is particularly advantageous in that it can be an important energy source for global warming and the formation of an energy recycling society. That is, the upper limit of the input amount of biomass is such that the unreacted biomass is not discharged from the CDQ while being mixed with coke that is finally cooled to about 200 ° C., that is, the drying and carbonization of the biomass sufficiently proceeds with the CDQ. From the thickness of the reaction biomass layer and the heat transfer conditions, the amount of unreacted biomass can be introduced up to about 40% of the coke amount. The amount may be calculated, converted into the amount of unreacted biomass, and the input amount of biomass may be appropriately set. Therefore, regarding carbonization of biomass, there is no problem since there is a sufficient time (1 hour or more) in the CDQ as long as the particle size distribution and the input amount of the input biomass are in the above ranges.
[0037]
The above requirements of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing a typical CDQ that can be used in the present invention.
[0038]
First, a normal operation example of CDQ is shown based on FIG. The red-hot coke 151 of about 1000 ° C. produced in a coke oven (not shown) is extruded by an extruder (not shown) into a bucket truck (not shown), and is conveyed to the CDQ101. After opening 103, the pre-chamber (a space portion thereof) 105 is charged. The portion blocked by the upper lid 103 is the upper coke inlet 104. The high-temperature red hot coke 151 that has entered the pre-chamber 105 passes through the lower cooling chamber 106 (in the figure, the red hot coke to be charged into the CDQ is indicated by a thick arrow with the reference numeral 151. The coke inside is denoted by reference numeral 153, and its moving direction is indicated by a thick arrow (no reference numeral), and the coke removed from the cooling chamber 106 (in the present invention, the coke is produced in a CDQ as described later). Biomass carbides are also represented by thick arrows with reference numeral 155), cooled to about 200 ° C. while being gradually cooled by the circulating gas 107, and taken out from the outlet 108 below the cooling chamber 106. On the other hand, heat is recovered in a heat exchanger 109 (boiler) by, for example, a circulating gas 107 containing nitrogen as a main component, and the steam 111 generated by the heat drives a steam turbine 113 to generate power. At this time, in order to prevent the residual volatile matter and the like and coke breeze (further, in the present invention, carbonized biomass powder produced in the CDQ as described later) from reaching the heat exchanger 109 and causing troubles such as coking and heat transfer inhibition. Further, air 117 (outside air) is added in the vicinity of the ring duct 115, which is a discharge port of the gas after leaving the pre-chamber 105, to complete combustion. Further, on the circulation path 121 from the ring duct 115 to the heat exchanger 109, a dust catcher 123 is provided, and in the present invention, the above-mentioned coke breeze (further, in the present invention, carbonized biomass powder produced in the CDQ, etc.) It is removed and collected, and is effectively used for the next sintering process. The circulating gas 107 heat recovered by the heat exchanger 109 (boiler) is adjusted to an appropriate pressure by a circulating gas blower 125 provided on the circulating path 121, and then introduced into the cooling chamber 106 from a circulating gas inlet 127. do it. Further, in order to maintain a constant flow rate of the circulating gas into the CDQ 101, for example, a part of the circulating gas 107 can be diffused from the circulating path 121 between the circulating gas blower 125 and the circulating gas inlet 127. A dissipated gas extraction path 129 may be provided, and dissipated through the path 129. Therefore, it is needless to say that a flow regulating valve, a flow meter, an exhaust gas purifying device (all not shown and omitted) and the like may be provided on the path 129 as necessary. In the figure, the movement of coke is indicated by a thick line, and the movement of gas is indicated by a thin line.
[0039]
Next, an embodiment in which the above requirements of the present invention are applied and biomass having an appropriate particle size distribution is introduced will be described with reference to FIG. 1 and FIGS.
[0040]
First, in the present invention, as equipment for adjusting biomass having a particle size distribution suitable for charging into CDQ, as shown in FIG. 7, a biomass crushing equipment 402, a classification equipment 403, and a charging equipment 404 are provided. It is characterized by having. In the CDQ 101 having such equipment, biomass having the above-described particle size distribution can be easily obtained.
[0041]
Here, as the biomass crushing equipment 402, for example, a hammer type, a cut type, a grind type, or the like, a device such as a crusher or a crusher that crushes the raw material biomass into a small size by using impact, cutting, friction, or the like. It is not particularly limited. In the biomass crushing facility 402, the raw material biomass 401 is crushed to a predetermined small size. Preferably, a screen having an appropriate opening size (about 5 mm) is provided on the exit side of the crushing equipment 402, and it is desirable to prepare a small-sized biomass crushed material passing through the screen.
[0042]
In order to obtain biomass having a reduced particle size in a biomass crushing facility 402 such as a crusher or a crusher, specifically, as shown in FIG. Injection is performed as indicated by the bold arrow in the drawing from the input port 302. When the biomass is rotated in the rotation direction 305 of the thin line arrow by the rotating body 303 in the crusher, when the biomass collides with the hammer (part) 304 installed in the crusher and the gap between the hammer and the rotating body 303 is removed. When passing, biomass is crushed and reduced in particle size. The biomass having a reduced particle size will fly out due to centrifugal force during rotation. Therefore, the size of the appropriate aperture 308 (see FIGS. 6B to 6E) on the outer surface side of the rotation path of the crusher (the arrow in the enlarged view of FIGS. 6B to 6E). (The length (length) corresponds to the size of the aperture.) And the attached screen 307 having a shape, the particle size is reduced to a size (particle size) passing through the aperture size of 5 mm. Only the biomass (crushed biomass 306) passes through the screen 307 and is taken out.
[0043]
Next, the classification equipment 403 is not particularly limited, as long as it is equipment that separates particles by a shape using a screen or a vibrator, such as a vibrating sieve. As shown in FIG. 7, in the biomass (biomass crushed product) reduced in particle size by the crushing facility 402, it is possible to confirm that particles of 3 mm or more specified in the present invention are 80% by mass or more. And classified (sieved) in a classification equipment 403 having a screen with a mesh size of 3 mm.
[0044]
Hereinafter, a detailed example will be described in detail with reference to a specific example of sieving by the classification device 403 of the biomass crushed material having a reduced particle size in the crushing device 402 and the reduced particle size.
[0045]
For example, crushing equipment 402 [hammer type crusher A, 10 t / h crushing amount, 1000 rpm, hammer width 35 mm, number of hammers 30, hammer screen size □ 5 mm (opening, square)] is used to reduce the particle size. The biomass crushed material having a diameter is sieved by a classification device 403 [vibrating sieve: □ 3 mm screen (aperture, square), inclination 5 °, vibration amplitude 10 mm horizontally and perpendicular to the inclination direction, frequency of vibration 30 times / minute]. This makes it possible to adjust the particle size distribution of the biomass so that the size on the sieve is 81, 82, and 80% by mass (3 trials), and the “particles of 3 mm or more are 80% by mass or more” as defined in the present invention.
[0046]
In the present invention, in order to obtain a biomass crushed product by the crushing equipment 402, the crusher of the crushing equipment 402 is appropriately pulverized without providing an outlet-side screen, and the obtained biomass crushed product is passed through the classification equipment 403 for classification. May be. In this case, pulverization in the crushing facility 402 is insufficient, and large biomass may be mixed. Therefore, in order to remove large biomass particles, a screen having a large aperture size (for example, a square (□) 5 mm) is used. After sieving, the biomass on the sieve is returned to the crushing equipment 402 and subjected to the crushing treatment again with the biomass raw material. The biomass under the sieve is sieved with a screen having a desired opening size (for example, a square (□) 3 mm). If the particles are 3 mm or more on the sieve and 80% by mass or more on the sieve, the entire amount of biomass (including the biomass under the sieve) subjected to the sieving may be sent to the input facility 404.
[0047]
In addition, as a method of changing the particle size, in addition to the opening size of the crusher screen of the specific example shown above, the shape of the hammer, the width, the number of revolutions, the position of the exit side screen, and the like, a grind mill, a cutter mill, etc. It is conceivable that the crushing method is changed, but in any case, the numerical value can be defined by sieving with a sieving screen in the classification equipment 403. Also, the sieve in the classifying facility 403 is changed according to the vibration type and vibration method (impact by a cam, circle / ellipse in the sieve direction, number of vibrations, etc.), screen shape (rectangular, circular, elliptical, etc.). Although it is possible, it is possible to define a common numerical value by sieving with the vibration method in the above specific example.
[0048]
In the present invention, it goes without saying that, for example, as shown in FIG. 8, a pulverizing / classifying equipment 406 in which a pulverizing equipment and a classifying equipment are integrated may be used. Thus, the number of devices can be reduced, space can be saved, and the like. For example, a device in which a vibrating screen is integrally combined with a hammer-type crusher as shown in FIG. 6 can be said to be one type of the crushing / classifying device 406, but is not limited thereto.
[0049]
Next, the charging facility 404 refers to a facility for charging biomass whose particle size distribution has been adjusted to the CDQ 101 by power, wind power (carrier gas), or the like. Therefore, the input equipment referred to in the present invention may include a wind power supply system, or when supplying wind power (carrier gas) using an existing circulating gas or air introduction system, an existing wind power supply system may be used. It can be said that only the part added to the equipment may be included in the input equipment of the present invention.
[0050]
In the input equipment 404, the biomass sent from the classifying equipment 403 or the pulverizing / classifying equipment 406 is appropriately input to the CDQ while adjusting the input timing and input amount (flow rate) to the CDQ (see FIG. 7, 8).
[0051]
The timing of inputting biomass by the input equipment 404 is not particularly limited, and may be any of the following (1) to (3), and is not limited.
[0052]
(1); As shown in FIG. 1, the charging of the red hot coke 151 is a batch charging performed at intervals of several minutes to several tens of minutes. It is preferable that the biomass 161 adjusted to a predetermined particle size distribution be charged into the pre-chamber 105 through the charging equipment 404 between charging of the coke 151. In the case where the hot coke is injected between the input and the input, the input coke layer and the input biomass layer are alternately lowered in the CDQ in a sandwich state, and are sequentially discharged from the lower outlet. .
[0053]
Here, the interval between the injections of the red hot coke 151 is from the time when the coke is lost in the bucket car when the red hot coke of a certain lot is input, and immediately before the opening of the lower part of the bucket car when the red hot coke of the next lot is input. Up to.
[0054]
(2): As shown in FIG. 1, simultaneously with the charging of the red hot coke 151, the biomass 161 adjusted to a predetermined particle size distribution may be charged into the pre-chamber 105 through the charging equipment 404. When charging simultaneously with the input of red hot coke, the mixed layer of coke and biomass input for each lot, the mixed layer stacked for each rod descends in the CDQ, and from the lower outlet Discharged sequentially.
[0055]
Note that “to be charged at the same time” means that biomass charging is started and terminated between the time when the red hot coke of a certain lot starts falling from the bucket and the time when the drop is completed, and is input during the same time period. This is advantageous in that the carbonization unevenness of the biomass can be reduced by uniformly mixing the coke with the coke by utilizing the diffusion when the coke is dropped, and the amount of the carbonized carbon can be increased.
[0056]
(3) As the biomass charging mode of the present invention, the biomass charging timings of the above (1) and (2) may be combined. That is, biomass may be charged into the pre-chamber between the charging of the red hot coke and simultaneously with the charging of the red hot coke. This is useful in that a required amount of biomass can be charged into the coke layer or into the coke surface layer according to the purpose of use of the biomass.
[0057]
According to the present invention, biomass and coke are appropriately dispersed in the CDQ because the size of the biomass carbide extracted from the CDQ increases by 1 to 3 mm as the crushing of the biomass carbide by the coke proceeds in the CDQ. It is desirable that the above-mentioned (2) is suitable from such a viewpoint. However, even in the above (1), during the falling (residence) time (about 1 hour) in the CDQ, the upper coke layer is pressed by the gradually increasing loading load, and the upper and lower coke layers and the biomass layer flow by the circulating gas. While being mixed, the biomass or biomass carbide is crushed into coke under pressure and crushed to a size of 1 to 3 mm, so that the object of the present invention can be sufficiently achieved.
[0058]
The method (method) for charging the biomass is not particularly limited, and the amount of the red-hot coke 151 in the input lot is controlled between the charging of the red-hot coke 151 and / or simultaneously with the charging of the red-hot coke 151. The corresponding biomass may be charged all at once (lump input method), may be input continuously over a fixed period of time (continuous input method), or may be input intermittently (intermittent input). Method) is not particularly limited. Further, when the feeding is performed continuously or intermittently within a certain period, the feeding may be performed at a constant feeding amount, or the feeding amount may be changed so as to change over time.
[0059]
The location of the biomass to be charged is not particularly limited. For example, the biomass may be charged from a coke inlet above the CDQ and / or from one or more inlets provided in the pre-chamber.
[0060]
That is, the charging position of the biomass 161 into the pre-chamber 105 may be from the coke charging port 104 or from one or more biomass charging ports 165 newly installed in the pre-chamber 105. You may use together.
[0061]
Here, when installed in the pre-chamber 105, the number of the biomass inlets 165 to be installed is not particularly limited, but the biomass input ports 165 are evenly dispersed in the pre-chamber and are preferably uniformly and layered in the pre-chamber 105. Since it is desirable to enhance the reaction efficiency with the air in the pre-chamber 105 and the crushing promotion effect by the coke at the same time, two or more, preferably three or more at equal intervals around the inside of the pre-chamber 105 Preferably, about 4 to 16 locations are provided. However, although there is no problem with 17 or more, 16 or less is sufficient from the viewpoint of simplification because the device configuration and control become complicated. Also, when providing a plurality of biomass inlets, it is desirable to provide such that it is easy to control or determine the amount or flow rate of biomass from each inlet, the amount or flow rate of the carrier gas, the input flow rate, the input angle, etc. For example, it may be installed on the same circumference of the inner peripheral surface (that is, the same height), or may be installed at a different installation height.
[0062]
When a plurality of input ports 165 are provided, the biomass may be input by synchronizing (making the same) the input amount (flow rate), the input timing, the input flow rate, and the like from each input port to the CDQ. Alternatively, the input amount, input timing, input flow rate, and the like of biomass may be changed for each input port. This can be achieved by synchronizing or changing the supply amount, supply timing, and supply flow rate from the input equipment 404 to each input port 165. In any case, there is no particular limitation as long as the object of the present invention can be efficiently achieved. For example, in order to prevent the distribution of biomass from being varied between the vicinity of the central portion and the side portion of the pre-chamber, the amount of input, the input timing, the input flow rate, and the like are changed for each input port, so that biomass is locally generated. Introduce and disperse the biomass uniformly throughout so that the effect of reducing the amount of coke used is not sufficient due to shortage or excess, and no volatile biomass remains due to unreacted biomass carbide. It is desirable to adjust so that Further, if necessary, it is needless to say that the type of biomass and the method of blending may be changed depending on the input timing.
[0063]
Further, the installation height of the biomass inlet may be provided at a portion where the pre-chamber 105 above the ring duct 115 expands toward the lower part as shown in FIG. 103 may be provided.
[0064]
In addition, the input amount, flow rate (flow rate), and input angle of biomass from each input port are appropriately determined according to the total input amount, input timing, input position (upper or inner circumference), input number, etc. of biomass. The optimum conditions may be determined in advance so as to achieve the purpose of introducing biomass by performing preliminary experiments or simulations using a computer or the like. In particular, regarding the input amount, the input flow rate (flow rate), and the input angle of the biomass from each of the input ports, the biomass is uniformly dispersed in the pre-chamber by, for example, changing the wind force (the amount of carrier gas) described later. It is desirable to control it.
[0065]
In addition, when biomass is charged from the coke input port 104, the coke input port does not need to be fully opened, and biomass can be input if the process is performed between input and output of coke, depending on the input timing. It may be slightly open. Alternatively, a separate input port may be provided in a part of the upper lid 103 for inputting biomass, and the amount of air flowing in may be controlled by inputting through the input port. Therefore, even when a biomass inlet is provided in the upper lid 103 and a biomass is to be charged, a plurality of the biomass inlets can be provided. However, since the apparatus configuration may be complicated, it is convenient to open the upper lid 103 even when biomass is charged.
[0066]
When the biomass is charged from the upper coke input port or the biomass input port provided in the pre-chamber (the inner peripheral surface or the top cover), the biomass input port is so set that the biomass can be uniformly dispersed in the pre-chamber. The biomass may be easily diffused by increasing the diameter or by providing a movable mechanism or a nozzle at the tip of the inlet, but it is more preferable to diffuse the biomass using a carrier gas described later. This is because the ambient temperature at the inlet becomes high, so even if existing driving devices and mechanisms can be used, high heat-resistant members are required for the members to be used, so it is difficult to commercialize in terms of cost. is there.
[0067]
In addition, at the same time as the injection of the red hot coke, even if the biomass 161 is injected toward the center from the biomass input port 165 provided on the inner peripheral surface of the pre-chamber 105, the biomass 161 is disturbed by the falling red hot coke 151. In this case, it is more appropriate to drop the biomass 161 together with the red hot coke 151 from the coke inlet 104 because it is difficult to uniformly distribute the biomass 161.
[0068]
As a method of transporting (or dropping) the biomass using the above-described charging equipment 404 and charging the biomass into the CDQ, a suitable charging equipment 404 may be used at each charging position, for example, a cutting device such as a screw feeder or a table feeder, or a red heat. A method of dropping under its own weight using a transport device such as a bucket truck used for transporting coke, and a method of transferring biomass sent (or cut or pushed) from the input facility 404 to air, circulating gas (partly ), And a method of carrying (injecting) airflow using a carrier gas such as nitrogen.
[0069]
In the latter method, in which the circulating gas is used as the carrier gas in the method of carrying the airflow by using the carrier gas and injecting (injecting), as shown in FIG. The gas after the circulating gas blower 125 is partially branched, pulled by a pipe 166 to a biomass transfer pipe 167, and the circulating gas is transferred to the biomass transfer pipe 167 from the input equipment 404 such as a cut-out facility to the biomass input port 165. It is used in combination with the input equipment 404 so that it can be supplied as. Also in the case of nitrogen gas or air (outside air), nitrogen or air is drawn from the outside to the biomass transfer pipe 167 via the pipe 168, and the nitrogen gas or air is introduced into the biomass transfer pipe 167 from the input facility 404 to the biomass input port 165. It is used in combination with the input equipment 404 so that air can be supplied as a carrier gas. Furthermore, when using a mixed gas of nitrogen gas, air, or circulating gas as a carrier gas, the above-described various piping paths may be provided. In addition, an on-off valve and a flow rate can be used to switch the opening and closing of each piping path so that nitrogen gas, air, and circulating gas can be mixed and used as needed, or used alternately and independently. A meter or the like can be provided. This makes it possible to select and supply an optimal carrier gas which is economical and has excellent heat recovery efficiency in the CDQ.
[0070]
In the present invention, as the carrier gas, the above-mentioned air (particularly, a part of air which is positively input for other purposes than the natural inflow may be used), nitrogen gas, circulating gas There is no particular limitation on the location and method of introducing air such as oxygen gas, inert gas (eg, argon gas), and various gases produced in steelmaking equipment, such as blast furnace gas, coke oven gas, and converter gas. Those which can secure the degree of freedom and can be effectively used as a heat source and a heat source can be suitably used.
[0071]
The superiority of the airflow conveyance is that the dispersion range can be expanded with a smaller number of inlets, so that the uniformity of the layer thickness is increased as compared with the case of dropping by its own weight (in the case of coke injection, the dispersibility is improved). In addition, by using a circulating gas as the carrier gas, it is possible to minimize the cost disadvantage of using nitrogen gas.
[0072]
In addition, the method of dropping under its own weight does not require a carrier gas, and can reduce running costs. In particular, when the biomass is introduced from the coke inlet 104, the gas in the pre-chamber is appropriately dispersed even if it falls under its own weight because the gas in the pre-chamber is thermally convected.
[0073]
In the present invention, for example, air may be introduced while introducing air, such as using air as a carrier gas, or biomass may be introduced without introducing air. It should not be. In order to promote the use of biomass as waste material and increase the amount of heat recovery, it can be said that it is desirable to introduce biomass while introducing air. In particular, biomass has carbon-neutral characteristics even when burned in a CDQ while introducing air. 2 It is an optimal fuel source that meets the demand for reduction, and is extremely effective in that it can promote an increase in heat recovery without causing a global warming problem.
[0074]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples, but it is needless to say that the present invention should not be limited to these examples.
[0075]
Experimental example 1 (experiments of FIGS. 2 to 5).
[0076]
An experiment was performed using the CDQ 101 having the biomass crushing equipment 402, the classification equipment 403, and the charging equipment 404 shown in FIG.
[0077]
The biomass crushing equipment 402 [hammer type crusher A: 10 t / h crushing amount, 1000 rpm, hammer width 35 mm, hammer number 30, hammer screen size □ 3 mm (opening, square)] classifies the biomass crushed material into classification equipment 403. As a result of sieving with a [vibrating sieve: □ 3 mm screen (aperture, square), inclination 5 °, vibration amplitude horizontal and perpendicular to the inclination direction 10 mm, number of vibrations 30 times / min], the upper part of the sieve was 40, 42, 41. % By mass (3 trials). This was used as a sample in which the particles of 3 mm or more in the crusher A were 41% by mass.
[0078]
Hereinafter, as shown in Table 1 below, samples having different particle masses of 3 mm or more were produced by changing the screen size of the crusher A side. Further, samples having different masses of 1 mm or more particles, 5 mm or more particles, and 10 mm or more particles were prepared by changing the screen size of the crusher and the screen size of the vibrating sieve. The obtained results are shown in Tables 2 to 4 below.
[0079]
Similarly, instead of using the hammer type crusher A, using a hammer type crusher B: 4 t / h crushing amount, 1000 rpm, a hammer width of 32 mm, and a hammer number of 24, the screen size of the crusher B side and the screen size of the vibrating sieve were changed. In this manner, samples having different particle masses of 1 mm or more, 3 mm or more, 5 mm or more, and 10 mm or more were produced. The obtained results are shown in Tables 1 to 4 below.
[0080]
The raw material biomass 401 used was woody biomass and had a water content of 15%.
[0081]
Next, the biomass obtained by using the above-mentioned pulverizing equipment and classification equipment is subjected to (1) granulation in the biomass carbide taken out from the CDQ when the biomass is dropped by its own weight from the coke inlet between the coke charging and charging. FIGS. 2 to 5 show the proportions of the diameter of 1 to 3 mm. Similarly, when the biomass obtained by using the above-mentioned pulverizing equipment and classification equipment is air-injected from the biomass inlet (one place) simultaneously with the input of coke (2), the particles in the biomass carbide taken out from the CDQ are discharged. As a result of measuring the ratio of the diameter of 1 to 3 mm in the same manner as in the above (1), it was confirmed that the same result as the result of the above (1) was obtained. A coke processing amount of 95 t / h and a biomass (wood) of 4.5 t / h were introduced. Here, in the above (1), the coke was alternately charged with coke by a bucket. In the above (2), the air was conveyed and introduced from the biomass inlet 165 of the pre-chamber by air.
[0082]
The cooled coke taken out of the CDQ is crushed and sized, sieved and classified into sized coke and coke breeze (including carbonized biomass). Through the sieve, and the amount under the 3 mm sieve and the amount above the 1 mm sieve were measured. Since biomass carbide and coke have similar properties, the amount of biomass is calculated from the ash content of coke alone and the ash content of mixing. For example, when the ash content of coke alone is 12% and the ash content of biomass carbide alone is 1% (all analyzed values), if the ash content of a 100 kg mixture is 11.45%, the ratio of biomass carbide is a (%). ,
12 (1−a / 100) + 1 · a / 100 = 11.45
∴a = 5 (%)
Is calculated. Therefore, coke is 95% and carbonized biomass is 5% (95 kg and 5 kg, respectively). These operations were performed for each input biomass. The results are shown in Tables 1 to 4.
[0083]
Further, an experiment was performed using a small-sized tester (not shown) capable of simulating a sintering process of coke breeze (including biomass carbide). As a result, when the biomass carbide of small particles (particles of less than 1 mm) is increased, the biomass carbide impairs air permeability (including about 50% of particles less than 1 mm increases airflow resistance by about 15%). When the biomass carbide contains a large number of large particles (particles having a particle diameter of more than 3 mm), the sintering is likely to be insufficient. In the case of more than 10% by mass, the residual volatile matter after sintering was about 10% by mass, usually about 0% by mass, and there were many misfires and it was found that they did not burn.) It was found that the effect of (1) could not be sufficiently exhibited.
[0084]
[Table 1]
Figure 2004231690
[0085]
[Table 2]
Figure 2004231690
[0086]
[Table 3]
Figure 2004231690
[0087]
[Table 4]
Figure 2004231690
[0088]
1) The particle mass of 1 mm or more to 10 mm or more on the vibrating sieve showed the lower limit of three trials.
[0089]
2) The screen size was square and square.
[0090]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, biomass is suitably crushed while passing through a CDQ, and many biomass carbide | carbonized_particles of the particle size of 1-3 mm which can be utilized effectively in a sintering process are obtained. Therefore, as clarified in the above example, by having a biomass carbide having a large particle size of 1 to 3 mm in the coke breeze, the biomass carbide hardly impairs air permeability, and sintering is suppressed. In addition to greatly reducing the possibility of insufficiency, the insufficiency of combustion (burning) does not occur, and the effect as a fuel can be sufficiently exhibited. Therefore, the amount of coal used in the sintering process can be reduced to the maximum.
[0091]
Furthermore, since biomass can be charged into the CDQ and reacted with air in the CDQ and burned, sulfur compounds in the gas in the CDQ generated by coke combustion can also be reduced. Therefore, precious time, labor, and cost required for repairing or repairing the acid-corroded portion by the sulfur compound in the CDQ can be significantly reduced. Also, due to the polishing due to the renovation, the metal corroded portion falls below the design allowable thickness earlier than expected, so it was necessary to replace parts including that portion, but by adopting the present invention, the device The service life can be greatly extended. In addition, by injecting biomass, it can be used as a substitute material for the input coke and, consequently, the amount of raw coal without affecting the operation of the CDQ. Therefore, the amount of input coke and consequently the amount of raw coal can be saved. In addition, the sensible heat and combustion heat of the biomass-derived volatiles generated in the CDQ are recovered by the CDQ boiler (heat exchanger), and the amount of energy recovery can be increased. Use is planned.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing a representative CDQ that can be used in the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the change in the mass of particles of 1 mm or more as the particle size distribution of the biomass charged into the CDQ and the change in the ratio of the size of the particle size of 1 to 3 mm in the biomass carbide obtained from the CDQ.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the change in the mass of particles of 3 mm or more as the particle size distribution of biomass charged into the CDQ and the change in the ratio of the size of 1 to 3 mm in the size of the biomass carbide obtained from the CDQ.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the change in the size of particles having a particle size of 1 to 3 mm in the biomass carbide obtained from CDQ with respect to the change in the mass of particles of 5 mm or more as the particle size distribution of the biomass charged into the CDQ.
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a change in the size of particles having a particle size of 1 to 3 mm in the biomass carbide obtained from the CDQ with respect to a change in the mass of particles having a particle size of 10 mm or more as a particle size distribution of biomass charged into the CDQ.
FIG. 6 (A) is a schematic view of a crusher used for crushing biomass, and FIGS. 6 (B) to (E) show only the biomass reduced in particle size by the crusher. It is a drawing schematically showing the form and size of the openings of the sieve provided at the outlet of the crusher used to make the biomass having a small particle size further passed through the sieve of the crusher. In a classification unit provided in a classifying facility or a crushing / classifying facility provided so that the particles of 3 mm or more specified in the present invention are 80% by mass or more, particles of 3 mm or more are classified on a sieve and particles of less than 3 mm are classified under a sieve. It can also be a drawing schematically showing the form and size of the openings of the sieve at the time of sifting.
FIG. 7 is a drawing schematically showing a form in which a biomass crushing facility and a classifying facility are separately used as one embodiment of a CDQ having a biomass crushing facility, a classification facility, and an input facility.
FIG. 8 is a schematic diagram of another embodiment of a CDQ having a biomass crushing facility, a classifying facility, and an input facility, using a crushing / classifying facility in which a biomass crushing facility and a classifying facility are integrated. FIG.
[Explanation of symbols]
101: CDQ, 103: Upper lid of CDQ,
104: Upper coke inlet 105: Prechamber (space part)
106: cooling chamber, 107: circulating gas,
108: an outlet at the lower part of the CDQ, 109: a heat exchanger 109 (boiler),
111: steam, 113: steam turbine,
115: ring duct, 117: air (outside air),
121: circulation path 123: dust catcher
125: circulating gas blower, 127: circulating gas inlet,
129: emission gas extraction path, 151: red hot coke,
153 ... coke in CDQ, 155 ... coke extracted from CDQ,
161: biomass to be input, 165: biomass input port,
166, 168 ... piping, 167 ... biomass transportation piping,
191: temperature sensor, 302: hammer type crusher,
303: rotating body, 304: hammer (part),
305: hammer rotation direction, 306: biomass crushed material,
307 ... screen, 308 ... opening,
401: biomass raw material, 402: biomass crushing equipment,
403: Biomass classification equipment, 404 ... Biomass input equipment,
406: Biomass crushing / classifying equipment.

Claims (3)

コークス乾式消火設備における赤熱コークスの投入空間であるプレチャンバにバイオマスを投入するバイオマス利用方法であって、
該バイオマスの粒度分布を、３ｍｍ以上粒子が８０質量％以上になるようにすることを特徴とするコークス乾式消火設備でのバイオマスの利用方法。A biomass utilization method for charging biomass into a prechamber, which is a charging space for red hot coke in a coke dry fire extinguishing system,
A method for using biomass in a coke dry fire extinguishing facility, wherein the particle size distribution of the biomass is 3 mm or more, and particles are 80% by mass or more. コークス乾式消火設備における赤熱コークスの投入空間であるプレチャンバにバイオマスを投入するバイオマス利用方法であって、
コークス乾式消火設備から取り出されるバイオマス炭化物中の１〜３ｍｍの粒度の割合が、５０質量％以上となるように、投入するバイオマスの粒度分布を調整することを特徴とするコークス乾式消火設備でのバイオマスの利用方法。A biomass utilization method for charging biomass into a prechamber, which is a charging space for red hot coke in a coke dry fire extinguishing system,
The biomass in the coke dry fire extinguishing equipment is characterized by adjusting the particle size distribution of the biomass to be introduced so that the ratio of the particle size of 1 to 3 mm in the carbonized biomass removed from the coke dry fire extinguishing equipment becomes 50% by mass or more. How to use バイオマスの破砕設備と、分級設備と、投入設備とを有することを特徴とするコークス乾式消火設備。A coke dry fire extinguishing facility comprising a biomass crushing facility, a classification facility, and an input facility.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010174203A (en) * 2009-02-02 2010-08-12 Nippon Steel Corp Method for manufacturing fuel charcoal material for sintering
WO2012100310A1 (en) * 2011-01-27 2012-08-02 Medrado Agenor Increase in hardness and impact and abrasion strength of coke by mixing biomass (sucrose; soy molasses; sugar cane molasses and other types of molasses) with quenching water for coke produced in vertical and horizontal furnaces
CN111468394A (en) * 2020-04-14 2020-07-31 杭州丰衡机电有限公司 Pretreatment equipment for mold processing

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