JP2005112996A - 固形燃料の製造方法及び固形燃料 - Google Patents

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Abstract

【課題】 固形燃料を製造工程で別の燃料の消費をともなう点を解決することで、二酸化炭素（ＣＯ２）の発生量を削減し環境の保全に寄与することができる固形燃料の製造方法及び固形燃料を実現することを可能にする。
【解決手段】 刈草を自然乾燥する乾燥工程と、この乾燥した刈草に廃プラスチックを所定の分量で混合する混合工程と、この混合した混合物を破砕装置で破砕して燃料ペレットとする破砕工程と、この燃料ペレットを圧縮装置で圧縮する圧縮工程と、圧縮した燃料ペレットを整粒して固形燃料にする整粒工程と、から構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、刈草を原料とすることで刈草の有効利用ができる固形燃料の製造方法及び固形燃料に関するものである。
固形燃料として、古新聞などの古紙、家庭から出る可燃ごみを蒸焼きにしたごみ炭、工場から出る廃プラスチックなどを再利用する固形燃料が実用に供されている。
実用の固形燃料は、古紙、ごみ炭若しくは廃プラスチックを適当な配合で固形にすれば実用上十分であった。
このような固形燃料として、上記のごみ炭を原料として固形にするものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−３２９２８１公報（第５頁、図１）
図８は従来の基本原理の説明図であり、特許文献１の固形燃料は、可燃ごみを炭化装置で蒸し焼きにしてごみ炭にする工程と、このごみ炭にバインダを所定の分量で混合する工程と、バインダを混合したごみ炭を圧縮装置で圧縮する工程と、圧縮したごみ炭を整粒して固形燃料にする整粒工程と、から構成するものであり、可燃ごみを炭化装置で蒸し焼きにすることでごみ炭にし、このごみ炭にバインダを所定の分量で混合し、バインダを混合したごみ炭を圧縮装置で圧縮し、圧縮したごみ炭を整粒して固形燃料にするものである。
しかし、特許文献１の固形燃料では、可燃ごみを有効利用するために、可燃ごみを炭化装置で蒸し焼きにする必要があり、固形燃料を製造工程で別の燃料の消費をともなうという問題があった。
また、特許文献１の固形燃料では、可燃ごみを再利用することで可燃ごみの量の削減を図ることはできるものの、固形燃料を製造工程で別の燃料の消費をともなうために、新たに、二酸化炭素（ＣＯ２）を発生させてしまうという欠点があった。
すなわち、二酸化炭素（ＣＯ２）の発生量を削減し環境保全に寄与することができる固形燃料の製造方法及び固形燃料が望まれる。
本発明は、固形燃料を製造工程で別の燃料の消費をともなう点を解決し、二酸化炭素（ＣＯ２）の発生量を削減し環境の保全に寄与することができる固形燃料の製造方法及び固形燃料を提供することを課題とする。
請求項１の固形燃料の製造方法に係る発明は、刈草を自然乾燥する乾燥工程と、この乾燥した刈草に廃プラスチックを所定の分量で混合する混合工程と、この混合した混合物を破砕装置で破砕して燃料ペレットとする破砕工程と、この燃料ペレットを圧縮装置で圧縮する圧縮工程と、圧縮した燃料ペレットを整粒して固形燃料にする整粒工程と、から構成したことを特徴とする。
例えば、固形燃料を製造するときに別の燃料を使用することなく製造できるとすれば、コストの低減を図ることができるとともに二酸化炭素（ＣＯ２）の発生量を削減し環境保全に寄与することができるので好ましいことである。
すなわち、固形燃料の製造工程を、刈草を自然乾燥する乾燥工程と、この乾燥した刈草に廃プラスチックを所定の分量で混合する混合工程と、この混合した混合物を破砕装置で破砕して燃料ペレットとする破砕工程と、この燃料ペレットを圧縮装置で圧縮する圧縮工程と、圧縮した燃料ペレットを整粒して固形燃料にする整粒工程と、から構成することで、例えば、固形燃料を製造するときに別の燃料を使用することはない。従って、固形燃料の製造コストの削減を図ることができるとともに二酸化炭素（ＣＯ２）の発生量を削減し環境保全に寄与することができる。
請求項２に係る発明は、乾燥合工程が、刈草の含水量を２０〜４０％まで乾燥させるものであることを特徴とする。
乾燥合工程で刈草の含水量を２０〜４０％まで乾燥させることで、固形燃料の品質の向上を図る。刈草の含水量が２０％を下回ると圧縮行程において冷却効果を得にくいことに基づき、刈草の含水量が４０％を超えると固形燃料として固形となりにくいことに基づく。
請求項３に係る発明は、混合工程が、刈草及び廃プラスチックに古紙を所定の分量で混合するものであることを特徴とする。
混合工程で刈草及び廃プラスチックに古紙を所定の分量で混合することで、固形燃料を緻密に形成することができる。
請求項４の固形燃料に係る発明は、刈草を原料とする固形燃料において、この固形燃料を、刈草と廃プラスチックとから構成し、一辺若しくは径が８〜２０ｍｍのピースにしたことを特徴とする。
固形燃料のピースの大きさが８ｍｍ未満であれば、燃焼させにくいので燃焼効率が低下し残灰の量も増える。また、ピースの大きさが２０ｍｍを超えると、ピースが崩れやすく運搬に不向きである。そこで、一辺若しくは径が８〜２０ｍｍのピースにすることで、燃焼効率の向上を図るとともに扱いやすい固形燃料にする。
請求項５に係る発明は、刈草及び廃プラスチックに、古紙を混合したことを特徴とする。
刈草及び廃プラスチックに古紙を混合して固形燃料を緻密なものにすることで、火持ちのよい固形燃料にする。
請求項１に係る発明では、固形燃料の製造工程を、刈草を自然乾燥する乾燥工程と、この乾燥した刈草に廃プラスチックを所定の分量で混合する混合工程と、この混合した混合物を破砕装置で破砕して燃料ペレットとする破砕工程と、この燃料ペレットを圧縮装置で圧縮する圧縮工程と、圧縮した燃料ペレットを整粒して固形燃料にする整粒工程と、から構成したので、例えば、固形燃料を製造するときに別の燃料を使用することはない。従って、固形燃料の製造コストの削減を図ることができるとともに二酸化炭素（ＣＯ２）の発生を抑え環境保全に寄与することができるという利点がある。
請求項２に係る発明では、乾燥合工程で刈草の含水量を２０〜４０％まで乾燥させたので、固形燃料の品質の向上を図ることができるという利点がある。
請求項３に係る発明では、混合工程で刈草及び廃プラスチックに古紙を所定の分量で混合することで、固形燃料を緻密に形成することができるという利点がある。
請求項４に係る発明では、一辺若しくは径が８〜２０ｍｍのピースにしたので、燃焼効率の向上を図るとともに扱いやすい固形燃料にすることができるという利点がある。
請求項５に係る発明では、刈草及び廃プラスチックに古紙を混合して固形燃料を緻密なものにすることで、火持ちのよい固形燃料にすることができるという利点がある。
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る固形燃料の製造方法を示すフロー図である。なお、ＳＴ××はステップ番号を示す。
ＳＴ０１：選別工程
風力（風力選別）を利用して刈草のみを飛ばすことで、刈草から小石若しくは砂を取り除く。なお、刈草とは、繊維質のある雑草、苅り芝若しくは果樹の小枝等を言う。
ＳＴ０２：乾燥工程
一般的に、刈ったばかりの刈草は含水量が６０〜７０％、熱量が２０００ｋｃａｌ／ｋｇであり、この刈草を天日干しなどの自然乾燥をさせることで含水量が２０〜４０％、熱量が２５００ｋｃａｌ／ｋｇの刈草にする。
ＳＴ０３：混合工程
自然乾燥させた刈草に廃プラスチックを所定の分量で混合する。後述するように、刈草及び廃プラスチックを混合物の熱量を石炭に近い４０００〜６０００ｋｃａｌ／ｋｇに設定する。
ここで、廃プラスチックは、熱可塑性の廃プラスチックが好ましく、熱可塑性の廃プラスチックは、常温では固体であるが、熱を加えると溶けて軟化し、流動体となり、また冷えると固まって固体になるもので、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレンなどがこれにあたる（以下、廃プラスチックは熱可塑性の廃プラスチックを言うものとする）。
ＳＴ０４：破砕工程
混合した混合物を破砕装置で破砕して所定の大きさの燃料ペレットを生成する。
ＳＴ０５：圧縮工程
燃料ペレットを圧縮装置で圧縮する。燃料ペレットの廃プラスチック成分は高圧で圧縮することで、摩擦熱が発生する。この熱で燃料ペレットは軟化する。また、刈草に含有させた２０〜４０％の水分は圧縮装置の温度上昇を抑えるという役目を果たす。
なお、圧縮行程で、補助的にヒータなどで燃料ペレットを加熱することで、燃料ペレットの軟化を促進することを妨げるものではない。
ＳＴ０６：整粒工程
圧縮した燃料ペレットを整粒して一辺若しくは径が８〜２０ｍｍのピースの固形燃料にする。
本発明の固形燃料の製造方法は、刈草を自然乾燥する乾燥工程と、この乾燥した刈草に廃プラスチックを所定の分量で混合する混合工程と、この混合した混合物を破砕装置で破砕して燃料ペレットとする破砕工程と、この燃料ペレットを圧縮装置で圧縮する圧縮工程と、圧縮した燃料ペレットを整粒して固形燃料にする整粒工程と、から構成したものと言える。
例えば、固形燃料を製造するときに別の燃料を使用することなく製造できるとすれば、コストの低減を図ることができるとともに二酸化炭素（ＣＯ２）の発生量を削減し環境保全に寄与することができるので好ましいことである。
そこで、単純消却若しくは堆肥にするのが一般的であった刈草を原料とした固形燃料の製造方法を発明するに至った。
すなわち、固形燃料の製造工程を、刈草を自然乾燥する乾燥工程と、この乾燥した刈草に廃プラスチックを所定の分量で混合する混合工程と、この混合した混合物を破砕装置で破砕して燃料ペレットとする破砕工程と、この燃料ペレットを圧縮装置で圧縮する圧縮工程と、圧縮した燃料ペレットを整粒して固形燃料にする整粒工程と、から構成することで、例えば、固形燃料を製造するときに別の燃料を使用することはない。従って、固形燃料の製造コストの削減を図ることができるとともに二酸化炭素（ＣＯ２）の発生量を削減し環境保全に寄与することができる。
また、本発明の固形燃料の製造方法は、乾燥合工程が、刈草の含水量を２０〜４０％まで乾燥させるものであるとも言える。
乾燥合工程で刈草の含水量を２０〜４０％まで乾燥させることで、固形燃料の品質の向上を図る。刈草の含水量が２０％を下回ると圧縮行程において冷却効果を得にくいことに基づき、刈草の含水量が４０％を超えると固形燃料として固形となりにくいことに基づく。
図２（ａ），（ｂ）は本発明に係る固形燃料の説明図であり、（ａ）は固形燃料１０の１ピースの正面形状を示し、（ｂ）は固形燃料１０の混合配分表を示す。
（ａ）において、固形燃料１０は、、刈草を原料とする固形燃料において、この固形燃料を、刈草と廃プラスチックとから構成し、一辺Ｌ若しくは径が８〜２０ｍｍのピース１４にしたものである。
固形燃料１０は、一辺Ｌ（若しくは径）が８〜２０ｍｍのピース１４にすることで、燃焼効率の向上を図り、高温で安定した熱を得るようにする。ここでは、固形燃料１０の単体をピース１４と呼び、これらのピース１４の集合体を固形燃料１０と呼ぶ。
すなわち、固形燃料１０のピース１４の大きさが８ｍｍ未満であれば、燃焼させにくいので燃焼効率が低下し残灰の量も増える。また、ピース１４の大きさが２０ｍｍを超えると、ピース１４が崩れやすく運搬に不向きである。そこで、一辺若しくは径が８〜２０ｍｍのピース１４にすることで、燃焼効率の向上を図るとともに扱いやすい固形燃料にする。
（ｂ）において、刈草及び廃プラスチックの配合を設定することで、固形燃料１０の熱量を調整する。
含水量２０〜４０％の刈草の熱量を２５００ｋｃａｌ／ｋｇ、廃プラスチックの熱量を８５００ｋｃａｌ／ｋｇとするときに、例えば、刈草を７５重量％、廃プラスチックを２５重量％で混合すると、約熱量が４０００ｋｃａｌ／ｋｇの固形燃料を作ることができ、刈草を４０重量％、廃プラスチックを６０重量％で混合すると、約熱量が６０００（６１００）ｋｃａｌ／ｋｇの固形燃料を作ることができる。
すなわち、石炭並みの熱量（石炭の熱量：４０００〜６０００ｋｃａｌ／ｋｇ）の固形燃料１０を作ることができ、一般のボイラなどで使用し易い熱量の燃料にすることができる。当然ながら、刈草及び廃プラスチックの混合を変えることで熱量の調整が可能であり、配合割合を適宜変更することは差支えない。
図３は本発明に係る固形燃料の製造に好適な破砕装置の原理図であり、破砕装置３０は、上から投入した廃プラスチック１１を、固定刃３２と回転刃３３とで切断し、１０〜５０ｍｍの目のスクリーン３４を通じて落下させる装置である。スクリーン３４を替えることで破砕廃プラスチック１２の大きさを変更することができる。３５はプッシャであり、回転刃３３の回転速度に応じて廃プラスチック１１を押出す作用をなす。３６は排出コンベヤである。
この破砕装置３０で廃プラスチックを１０〜５０ｍｍの破砕廃プラスチック１２にすることができる。なお、破砕装置３０の構成は一例を示すものであり、１０〜５０ｍｍの破砕廃プラスチック１２が得られれば他の構造ものでも差支えない。
図４は本発明に係る固形燃料の製造に好適な圧縮・整粒装置の原理図であり、圧縮装置及び整粒装置としての圧縮・整粒装置４０は、破砕廃プラスチック１２を回転ドラム状のダイ４１に投入する投入ダクト４２と、ダイ４１を支えるとともに回転させるローラ４３，４４と、ダイ４１に開けた多数のダイ孔４５・・・（・・・は複数個を示す。以下同様。）と、ダイ４１の外周面に沿って配置したカッタ４６と、ケーシング４７とからなり、投入ダクト４２を通じてダイ４１に投入した破砕廃プラスチック１２はローラ４３で強く押された結果、ダイ孔４５・・・に進入する。その後にカッタ４６で切断することで整粒ペレット１４・・・になる。この作用は分かりにくいので次図で詳しく説明する。
図５は本発明に係る固形燃料の製造に好適な圧縮・整粒装置の作用原理図であり、便宜上、円筒形状のダイ４１は展開して平板形状にした。
ダイ孔４５には前の圧縮廃プラスチック１２が入っており、そこへローラ４３で別の圧縮廃プラスチック１２を押し込むと、「ところてん」のようにダイ４１の厚さに相当するだけダイ４１から圧縮廃プラスチック１２Ａが食み出す。そこで、この食み出した整粒ペレット１２Ａをカッタ４６で切断すれば、一定の径で、一定の長さの整粒ペレット１４を切出すことができる。
図６は本発明に係る別実施例の固形燃料の製造方法を示すフロー図である。なお、ＳＴ××はステップ番号を示す。
ＳＴ１１：選別工程
風力を利用して（風力選別）刈草のみを飛ばすことで、刈草から小石若しくは砂を取り除く。
ＳＴ１２：乾燥工程
一般的に、刈ったばかりの刈草は含水量が６０〜７０％、熱量が２０００ｋｃａｌ／ｋｇであり、この刈草を天日干しなどの自然乾燥をさせることで含水量を２０〜４０％、熱量を２５００ｋｃａｌ／ｋｇの刈草にする。
ＳＴ１３：混合工程
自然乾燥させた刈草に廃プラスチックを所定の分量で混合する。このときに、廃プラスチックとともの古紙を混入する。後述するように、刈草、廃プラスチック及び古紙を混合物の熱量を石炭に近い４０００〜６０００ｋｃａｌ／ｋｇに設定する。
ＳＴ１４：破砕工程
混合した混合物を破砕装置で破砕して所定の大きさの燃料ペレットを生成する。
ＳＴ１５：圧縮工程
燃料ペレットを圧縮装置で圧縮する。燃料ペレットの廃プラスチック成分は高圧で圧縮することで、摩擦熱が発生する。この熱で燃料ペレットは軟化する。また、刈草に含有させた２０〜４０％の水分は圧縮装置の冷却効果が得られ、燃料ペレットを軟化するための安定した温度域を作るのに役立つ。
ＳＴ１６：整粒工程
圧縮した燃料ペレットを整粒して一辺若しくは径が８〜２０ｍｍのピースの固形燃料にする。
本発明の固形燃料の製造方法は、混合工程が、刈草及び廃プラスチックに古紙を所定の分量で混合するものであるとも言える。
混合工程で刈草及び廃プラスチックに古紙を所定の分量で混合することで、固形燃料を緻密に形成することができる。
図７は本発明に係る別実施例の固形燃料の説明図であり含水量２０〜４０％の刈草の熱量を２５００ｋｃａｌ／ｋｇ、廃プラスチックの熱量を８５００ｋｃａｌ／ｋｇ、古紙の熱量を３５００ｋｃａｌ／ｋｇとするときに、例えば、刈草を７０重量％、廃プラスチックを２５重量％、古紙を５重量％で混合すると、約熱量が約４０００（４０５０）ｋｃａｌ／ｋｇの固形燃料を作ることができ、刈草を４５重量％、廃プラスチックを５５重量％、古紙を２０重量％で混合すると、約熱量が約６０００（６２５０）ｋｃａｌ／ｋｇの固形燃料を作ることができる。
当然ながら、刈草、廃プラスチック及び古紙の混合を変えることで熱量の調整が可能であり、配合割合を適宜変更することは差支えない。
固形燃料６０は、刈草及び廃プラスチックに、古紙を混合し、熱量が４０００〜６０００ｋｃａｌ／ｋｇの固形燃料としたたものと言える。すなわち、刈草及び廃プラスチックに古紙を混合して固形燃料を緻密なものにすることで、火持ちのよい固形燃料にすることができる。
尚、実施の形態では図５に示すように、整粒ペレット１４の製造を圧縮・整粒装置４０で圧縮工程と整粒工程とを同時に行なうようにしたが、これに限るものではなく、圧縮装置及び整粒装置を別々に設け、圧縮工程と整粒工程とに分けて実施するものであってもよい。
また、実施の形態では図１に示すように、乾燥工程を天日干しなどの自然乾燥としたが、これに限るものではなく、例えば、脱水若しくはヒータ等による強制乾燥を組合わせたものであってもよい。
本発明固形燃料は、石炭を主要燃料とするボイラに好適である。
本発明に係る固形燃料の製造方法を示すフロー図である。 本発明に係る固形燃料の説明図である。 本発明に係る固形燃料の製造に好適な破砕装置の原理図である。 本発明に係る固形燃料の製造に好適な圧縮・整粒装置の原理図である。 本発明に係る固形燃料の製造に好適な圧縮・整粒装置の作用原理図である。 本発明に係る別実施例の固形燃料の製造方法を示すフロー図である。 本発明に係る別実施例の固形燃料の説明図である。 従来の基本原理の説明図である。
符号の説明
１０，６０…固形燃料、１４…ピース、２０…炭化装置、３０…破砕装置、４０…圧縮装置及び整粒装置（圧縮・整粒装置）。

Claims (5)

  1. 刈草を自然乾燥する乾燥工程と、この乾燥した刈草に廃プラスチックを所定の分量で混合する混合工程と、この混合した混合物を破砕装置で破砕して燃料ペレットとする破砕工程と、この燃料ペレットを圧縮装置で圧縮する圧縮工程と、圧縮した燃料ペレットを整粒して固形燃料にする整粒工程と、からなる固形燃料の製造方法。
  2. 前記乾燥合工程は、前記刈草の含水量を２０〜４０％まで乾燥させるものであることを特徴とする請求項１記載の固形燃料の製造方法。
  3. 前記混合工程は、刈草及び廃プラスチックに古紙を所定の分量で混合するものであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の固形燃料の製造方法。
  4. 刈草を原料とする固形燃料において、
    この固形燃料は、刈草と廃プラスチックとからなり、一辺若しくは径が８〜２０ｍｍのピースであることを特徴とする固形燃料。
  5. 前記刈草及び廃プラスチックに、古紙を混合したことを特徴とする請求項４記載の固形燃料。
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