JP2005272530A - バイオマス発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】 木質系バイオマスのみならず都市ゴミのような廃棄物系バイオマスを処理対象に含めた場合にも安定して炭化・燃焼・ガス生成を行うことができ、尚かつ熱効率と発電効率の高いシステムを提供する。
【解決手段】 発電装置６が作動時に排出する排ガスの供給を受け該排ガスが有する排熱を利用することにより都市ゴミ等の廃棄物系バイオマスをも燃料に含めた状態で補助燃料を使用せずに熱分解し炭化する炭化装置２と、該炭化装置２により生成される炭化チャーの燃焼・ガス化、炭化時に揮発したタールを含む熱分解ガスの改質、燃料中灰分の溶融・スラグ化を行うガス化炉３と、該ガス化炉３が生成したガスをエネルギーとして作動し発電するとともに当該作動時に排出する排ガスを炭化装置２に熱源として供給する発電装置６とからなる。
【選択図】 図１

Description

本発明はバイオマス発電システムに関する。さらに詳述すると、本発明は、バイオマスを燃料としたガス化発電システムであって、特に農林・畜産・水産物資源およびその残さ物、建築廃材、食品廃棄物、汚泥等の高含水率のバイオマスを炭化・ガス化し、得られた生成ガスを用いてガスエンジン等で高効率に発電する技術に関する。

木材などの木質系バイオマス、および都市ゴミ、廃材、廃プラスチックといった廃棄物系のバイオマスを燃料とした既存の発電システムは、例えばボイラ燃焼による１ＭＷ規模のものであれば発電効率はたかだか１０％程度と低いものであった。これに対し、近年においては発電効率を向上させたバイオマス発電システムとしてガス化発電方式を採用したものが提案されている。このような発電システムには、一般に、廃棄物処理装置として発達したロータリーキルン（例えば、特許文献１参照）や流動床炉（例えば、特許文献２参照）の技術が転用されている。

また、炭化装置にて生成された炭化チャー（炭化物）をガス化する技術については例えば特許文献３などで開示されている。この場合、炭化装置においては、灯油や重油などの補助燃料を使用して原料の乾燥や炭化を行うことが一般的である。

特開２００３−２５３２７４号公報 特開平１０−１６０１４１号公報 特開２００３−２７５７３２号公報

しかしながら、上記した従来技術にあっては６００〜１０００℃という温度条件下でバイオマスのガス化を行うため、多くの場合、タールが生成して配管に固着してしまうというトラブルが起きる問題がある。そこで、このようなトラブルを防ぐため蒸気賦活することによってタール分を分解する方式がとられることがあるが、様々な種類のバイオマスが混合されている場合には、４００〜４５０℃程度の蒸気では生成したタール分を完全に分解することが困難である。このため、現実的には別途の装置にて配管等を洗浄してタール分を除去するという作業の必要性が生じており、結果的に生成ガスの発熱量の低下につながっている。また、蒸気賦活以外の方式として酸素にてタール分を分解する方式がとられることもあるが、この方法も蒸気の場合と同様に生成ガスの発熱量の低下につながってしまう。加えて、中低温下で燃焼を行うためダイオキシンが発生するおそれがあり、環境面に関しても問題がある。

また、もう一つの問題として、灰分が粉末状で排出されるため、廃棄物を扱う場合には灰中有害成分の溶出に対策が必要になるという問題がある。これは、木質系バイオマスのみを扱う場合には大きな問題とならないが、廃材や都市ゴミ等の廃棄物系のバイオマスを扱う場合には灰分に重金属類を含むことがあり、この灰分の処分方法として埋立てなどを行う際にその溶出が懸念される。このような廃棄物系バイオマスを上記した従来技術によりガス化すると、スラグ状のものに比べてさらに溶出しやすい粉末状の状態で灰分が排出されることになるため、廃棄物を扱う場合には灰中成分の溶出に対する対策を施さなければならない。そこで、灰分を溶融するためのガス化炉等の装置を別途設置し、灰分をスラグ化している例もある。

その一方で、タールが生成しない温度（１１００℃以上）で作動し、灰分の溶融スラグ化を可能とする噴流床ガス化炉が石炭を対象にパイロットプラントまでの開発段階にあり、このようなガス化炉を利用すればタール分の固着という問題が解消されるものと期待されるが、この噴流床式のガス化炉では燃料を例えば１００μｍ以下程度の微粉状態にする必要があり、そのままでは被粉砕性に劣る木質系や廃棄物系のバイオマスを扱うことはできない。このため、バイオマスについては、通常、別途の装置を設けて対処することになり、その分だけ大型化しコストを要する。

さらに、木質系バイオマスのみを燃料とする場合、季節や天候の変動の影響を受けるため収集量の確保が困難であり、このような背景から収集コストが高く経済性に劣るという問題がある。加えて、収集量確保が難しいことから発電規模を拡大することも難しく、高効率の発電を実現することが困難となっている。

そこで、本発明は、木質系バイオマスのみならず都市ゴミのような廃棄物系バイオマスを処理対象に含めた場合にも安定して炭化・燃焼・ガス生成を行うことができ、尚かつ熱効率と発電効率の高いバイオマス発電システムを提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明者は種々の検討を行った。まず、バイオマスを熱分解して粉状の高品位炭化チャー（つまり水分のほとんどない発熱量の高い炭化物燃料）と熱分解ガスとに分離するための炭化装置と、タール分解、ガス改質および灰分の溶融排出を可能とする高温ガス化炉とを組み合わせて高熱量のガスを生成するという仕組みに着目し、さらに、ガスエンジン、ガスタービン、燃料電池といった発電装置において効率的に発電を行うと同時に排出される排ガスを更に効率的に活用する仕組みにも着目した。そしてかかる着目点に基づき発電システムとしての最適化を図り検討を重ねた結果、木質系バイオマスだけでなく、都市ゴミあるいは廃プラスチックといった廃棄物系のバイオマスまでも燃料として利用することが可能であり、系全体としての熱効率を向上させることのできるシステムを知見するに至った。

本発明はかかる知見に基づくものであり、請求項１に記載のバイオマス発電システムは、ガスエンジン、ガスタービンもしくは燃料電池をはじめとする作動時に排熱を伴う発電装置と、該発電装置が作動時に排出する当該排熱の供給を受け該排熱を利用することによりバイオマスを熱分解し炭化する炭化装置と、該炭化装置により生成される炭化チャーの燃焼・ガス化、炭化時に揮発したタールを含む熱分解ガスの改質を行うガス化炉とを備え、さらに発電装置は、ガス化炉が生成したガスをエネルギーとして作動するとともに当該作動時に排出する排熱を炭化装置に熱源として供給するものであることを特徴とするものである。

このバイオマス発電システムでは、まず炭化装置においてバイオマスの水分除去と熱分解が行われ、タールを含む揮発分と炭化チャーとに分離される。さらに、得られた炭化チャーが熱源とされ、ガス化炉にてガス化が行われることによって炉内温度が例えば１１００℃以上にまで達し、揮発ガス中のタール分が分解され、高熱量の熱分解ガスが得られるようになる。この点、上述した特許文献３に記載の技術は、炭化時に発生するタール含有のガスを炭化チャーを熱源として改質するというようなものではなく、この点で本発明とは本質的に異なるものである。本発明にかかるバイオマス発電システムは、システム排熱を利用した炭化プロセスとガス化プロセスとを融合し、補助燃料は使用せずに高効率発電を達成する点が特徴的である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のバイオマス発電システムにおけるガス化炉において、バイオマスを炭化することにより得られた炭化チャーを燃料として燃焼とガス化を行い、タールを１１００℃以上の温度で分解し、熱分解ガスの改質を行うというものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のバイオマス発電システムにおけるガス化炉において、バイオマスを炭化することにより得られた炭化チャーを燃料として燃焼とガス化を行い、該炭化チャー中の灰分を溶融させスラグ化するというものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかひとつに記載のバイオマス発電システムにおいて、発電装置が排出する排熱を有する媒体とガス化炉から生成される生成ガスとの間で熱交換を行う生成ガス熱交換器を備え、炭化装置にてバイオマスの炭化に使用する熱を発電装置が排出する排熱のみならずガス化炉から生成される生成ガスからも回収するというものである。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかひとつに記載のバイオマス発電システムにおいて、炭化装置を複数個配置し、各炭化装置の運転サイクルに時間差を設けてローテーションで作動させるというものである。

請求項１記載のバイオマス発電システムにおいては、発電装置から排出される排熱を例えば６００〜７００℃程度の高温に保ちつつ炭化装置内へと直接的にあるいは間接的に供給し、当該排熱が有する熱量を効率よく活用して他の補助燃料を使用することなくバイオマスを熱分解し炭化するというように、システム排熱が系内において有効活用される。このためシステム全体における熱効率が高く、また従来装置のように補助燃料を使用する必要がないため、従来よりもきわめて効率のよい高効率発電が実現され、環境に与える影響という点でも好ましいシステムとなる。

また、このように本システムでは炭化装置においてシステム排熱が有効活用されており、バイオマス燃料は、この炭化装置を経る際に熱分解作用と撹拌作用を受けることによって細かい粉状となる。しかも、例えば６００〜７００℃程度の排熱の供給を受ける炭化装置は、装置内温度を５００〜６００℃程度に維持することにより、バイオマス燃料の水分を十分に蒸発させ、水分のほとんどない発熱量の高い炭化物燃料、つまり高品位の炭化物燃料（炭化チャー）へと変換させることができる。ただし、上述のようにバイオマス燃料を細かい紛状にするとしても実際には均一な微粉化まで行うことは難しく、ある程度の粒径分布をもった粉状となるが、ガス化する上では問題のない程度にまで十分に微粉化することが可能である。つまり、システム中の炭化装置は乾燥工程と粉砕工程とを受け持っているに等しく、別の粉砕装置を必要としない。

また、ガス化炉では炭化装置にて得られた高品位の炭化チャーを燃料として燃焼・ガス化を行うため、当該炉内温度をタール分解温度あるいはそれ以上の高温にまで到達させることが可能である。この場合、このガス化炉内においてガス中のタール分を分解することができるから、タール分が配管に固着してしまうというトラブルから免れることが可能となる。このため、別途の装置にて配管等を洗浄してタール分を除去するというような余計な手間がかからず、従来、ガス化炉に付帯させざるを得なかったタール分解装置を省略して小型化・低コスト化を図ることが可能となる。しかも、このように高温の炉内温度を実現した場合には燃焼の際にダイオキシンが発生することもなくなり、環境に優しいエコロジーな一般廃棄物および産業廃棄物の処理装置としての役割を果たすことが可能となる。また、炉内で燃焼を行う際に蒸気賦活したり酸素にてタール分を分解したりする必要もないため、生成ガスの発熱量の低下を招くようなことも皆無である。

しかも、このように炉内を高温に到達させることができるガス化炉が実現できるため、この炉内にて灰を溶融し、溶出のおそれが少ないスラグ状にして排出することが可能となる。こうした場合には、廃棄物系バイオマスの灰分が埋立て後に溶出するといった懸念が不要で、従来の木質系バイオマスに加えて廃棄物系バイオマスをも燃料として扱うことが可能となり、例えば別装置にてスラグ化する必要もない。したがって、本発明によれば木質系バイオマスと廃棄物系バイオマスを混合して燃料として扱うことが可能となる結果、従来のように木質系のバイオマスのみを扱っていた場合よりもバイオマス収集量の確保が容易となり、季節や天候の影響を受けることもなくなる。このように、廃棄物系バイオマスで木質系バイオマスの収集量を補完することによって収集量の確保が容易となれば収集にかかる手間が省け、その分だけ収集コストを抑えることが可能となる。しかも、都市ゴミあるいは廃プラスチックといった廃棄物系バイオマスが逆有償である場合には、一般的に収集コストの高い木質系バイオマスのみを扱う場合よりも経済性が一層と改善することになる。また、このように収集量が確保される結果、発電出力を安定させることが可能となることに加え、システム全体としても発電規模を拡大しやすくなり、相乗効果によって更に高効率の発電を実現しやすい環境となる。また、いうまでもないが、灰分を溶融しスラグ化している場合には環境に優しいエコロジーな廃棄物処理施設を提供することが可能となる。

このように、炉内で炭化チャーをガス化すると同時に、タール分を分解し、かつ、灰を溶融してスラグ状にするという２つの作用を同一の炉内で同時に実現可能としたガス化炉は従来存在していなかったものであり、本発明にかかるバイオマス発電システムによればこれら２つの作用を同時に実現することにより高効率化と省スペース化を同時に達成することができる。さらに、このような相乗的効果に加え、上述したように炭化装置にてバイオマス燃料を微粉化することができるため、本発明にかかるバイオマス発電システムでは別の粉砕装置で燃料を積極的に細かく砕く必要がなく、被粉砕性の良否にかかわらず木質系バイオマスおよび廃棄物系バイオマスを燃料として扱うことができる。これにより、システム全体の更なる小型化を図ることも可能となり、一層のコスト削減に結びつく。

請求項２に記載のバイオマス発電システムによると、バイオマスを炭化することにより得られた炭化チャーを燃料として燃焼とガス化を行い、炭化時に揮発したタールを、タール分解温度である１１００℃あるいはそれ以上の温度で確実に分解し、熱分解ガスの改質を行うことによって、タール分が配管に固着してしまうといったトラブルから免れることができる。

請求項３に記載のバイオマス発電システムによると、バイオマスを炭化することにより得られた炭化チャーを燃料として燃焼とガス化を行い、該炭化チャー中の灰分を積極的に溶融させスラグ化することから、灰中有害成分の溶出を懸念する必要がなくなり、これに対する対策も不要となる。例えば、５％以上の灰分を含む廃棄物は環境面を考慮するとスラグ化することが必要であり、本発明にかかるバイオマス発電システムによればこれを溶融させスラグ化することができる。その一方で、例えば灰分が１％程度の杉チップなどはわざわざ高温を作り出して溶かす必要はなく、フライアッシュの形態で生成ガスと一緒にガス化炉出口から出し、後流のガス精製装置で捕集すれば足りる。要は、このバイオマス発電システムによれば燃料中の灰分量に応じ、同じ炉を用いながらも灰を溶融しながらの運転かあるいは非溶融の運転かをどちらでも選択できることが可能であり、この点で特徴的である。

請求項４に記載のバイオマス発電システムによると、バイオマスの炭化に使用する熱を発電装置の排熱のみならずガス化炉から生成される生成ガスからも回収することを可能としていることから、炭化装置に供給される排熱をより高温とすることによってより高い熱効率を実現することができる。

さらに請求項５に記載のバイオマス発電システムによると、複数の炭化装置をローテーションで作動させることにより、ガス化炉への炭化チャーおよび熱分解ガスの供給を連続的に行うことが可能である。

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。

図１、図２に本発明の一実施形態を示す。図１は本発明に係るバイオマス発電システムの構成を分かりやすく示した概略図、図２はこの発電システム全体の構成例を示した図である。本発明にかかるバイオマス発電システム１は、木質系バイオマスのみならず都市ゴミ等の廃棄物系バイオマスをも燃料に含めた状態で熱分解し炭化することを可能とした炭化装置２と、該炭化装置２により生成される炭化チャーの燃焼・ガス化などを行うガス化炉３と、該ガス化炉３が生成したガスをエネルギーとして作動し発電するとともに当該作動時に排出する排熱を炭化装置２に送る発電装置６とを備えたシステムとして構成されているものである（図１参照）。

炭化装置２は、後段の発電装置６が作動時に排出する排ガスの供給を受け、該排ガスが有する排熱を利用してバイオマスの熱分解と炭化を行う装置である。本実施形態の炭化装置２は、発電装置６が排出する排ガスの直接的な供給を受けるための排ガス供給路７によってこの発電装置６と接続されており、この排ガスが有する顕熱を有効利用することによってシステムの高い熱効率を達成している。また炭化装置２は、バイオマスを熱分解し炭化する内筒部と、この内筒部を囲繞する外筒部とからなる二層構造であり（図１参照）、熱源として供給された排ガスは外筒部に送り込まれてこの炭化装置２の内筒部内のバイオマス燃料を外側から間接的に加熱して熱分解する。炭化装置２の外筒部は縦型で環状の筒形状であり、その空間部に例えば６００℃程度の高温排ガスを通して外部加熱による炭化を行う。特に図示していないが内筒部は回転羽を有しており、この回転羽を回転させることによって燃料を内壁に押しつけ、熱伝達を向上させ、炭化効率の上昇を図っているものである。本システムに好適な炭化装置２としては例えば株式会社オカドラ製の超高速炭化機を挙げることができる。ただしこれは好適な炭化装置２の一例に過ぎず、これ以外にも例えば外熱式筒型ロータリーキルンなどといった装置を適用することも可能である。以上のような構造の本実施形態の炭化装置２によれば、高品位の炭化チャーつまり水分がほとんどなく発熱量の高い炭化物燃料を生成することができる。バイオマス燃料に熱を与えた排ガスはその後煙突から排出される。つまりこの炭化装置２では、システム排熱（つまり上述の排ガス供給路７を通じて発電装置６から熱源として供給される排ガスの顕熱）を利用し、燃料（バイオマス）を間接的に熱分解することとしている。この場合、熱分解の時間は原料となるバイオマスの種類およびバイオマス中における含水率によるが、およそ６００℃の排ガスを利用した場合であれば３０分から１時間程度で炭化することが可能である。そこで実際には、炭化に要する時間に応じて炭化装置２を複数個（あるいは複数系統）配置し、各炭化装置２の運転サイクルに時間差を設けてローテーションで作動させ、ガス化炉３への炭化チャーおよび熱分解ガスの供給を連続的に行えるようにすることが好ましい（図２参照）。炭化装置２内での炭化プロセスには気化量等においてある程度の変動が伴うが、このように複数の装置でローテーションを組むことによってこの変動を緩和することが可能となる。

また炭化装置２には、原料となるバイオマスをこの炭化装置２内へ投入するための原料バンカ１が接続されている（図１参照）。木質系バイオマス原料、あるいはこの木質系バイオマスと廃棄物系バイオマスとが混合された原料はまずこの原料バンカ１に投入され、その後この炭化装置２内へ順次供給されることになる。

ガス化炉３は上述の炭化装置２により生成される炭化チャーの燃焼・ガス化と、この炭化装置２において炭化時に揮発したタールを含む熱分解ガスの改質と、燃料中灰分の溶融・スラグ化とを行う炉で、例えば本実施形態ではこのバイオマス発電システム内における唯一の炉として設置されている。ただし、バイオマス発電システムが例えば５万ｋｗを超えるような大型の設備になる場合には、このガス化炉３を複数台設置し、ガスタービンで接続するなど、システムの形態や規模に応じて台数や構造を変えていくことができる。

このようなガス化炉３における炉出口温度は、炭化チャーの発熱量と投入量、そして投入空気量により決まる。例えば本実施形態では、バイオマスを炭化する際に得られる高品位（つまり水分がほとんどなく発熱量が高い）炭化チャーを燃料としていることに加え、当該炭化チャーの発熱量と投入量に対応して比較的多めの空気を入れること、炭化チャーと熱分解ガスとが少なくとも約６００℃で投入されるようにすること、バイオマス燃料中の水分が既に６００℃の水蒸気となって投入されるようにすること等により、炉内下段の温度を１１００℃あるいはそれ以上、場合によっては１５００℃の温度にまで到達させることを可能としている。このようにガス化炉３の炉内温度がタール分解温度である１１００℃あるいはそれ以上の高温にまで到達する本実施形態のバイオマス発電システムにおいては、炭化装置２での炭化時に揮発したタールを含む熱分解ガスが、このガス化炉３内の炉内上部（ガス改質部）において改質されることになる。つまり、熱分解ガスに含まれるタール分が炉内下部（ガス化溶融部）の高熱を利用した高温状況下で分解されることになるからこれらタール分が配管等に固着してしまうというトラブルを回避することができる。このように、本実施形態のガス化炉３は、炉内下部において高温燃焼を行い燃料の灰分を溶融すると同時に、その熱を利用して炉内上部において熱分解ガスの改質を行うというように、いわば一台で二役の機能をこなすものである。ちなみに、１１００℃というのはタール生成をより確実に抑制する観点から望ましい温度であり、これより低い温度であってもタール生成を抑制することは可能である。ただ、例えば流動床ガス化炉や固定床ガス化炉といった従来のシステムでは原理的にこの温度域での運転が不可能であったのに対し、本実施形態のバイオマス発電システムにおいては、上述のような特有の構成により炉内温度を１１００℃以上とすることも可能としている点が特徴的である。

加えて、本実施形態のガス化炉３においてはこのような高い炉内温度を達成していることから、このように熱分解ガス中のタール分を分解するだけではなく、燃料として使用される当該炭化チャー自体の灰分をも高温により溶解させてスラグ化することが可能である。すなわち、例えば木質系バイオマスに廃棄物系バイオマスを混合して燃焼させると上述したように灰分に重金属類が含まれてしまうおそれがあるが、本実施形態のように灰分をも溶解させてスラグ化させることができれば当該灰分を溶出のおそれがない又はそのおそれが少ない状態で排出することが可能となるから、灰中成分の溶出に対する特別な対策を施す必要がない。

また、このガス化炉３と上述の炭化装置２との間にはタール・熱分解ガス供給路８と炭化チャー供給路９の各供給路が設置されている（図１参照）。前者のタール・熱分解ガス供給路８は炭化装置２内で生じたタールおよび熱分解ガスをガス化炉３に供給するための流路であり、後者の炭化チャー供給路９は同じ炭化装置２内で生じた炭化チャーをガス化炉３に供給するための流路である。例えば本実施形態では、例えばスクリューを利用した炭化チャー供給路９を炭化装置２の下部に接続し（図１参照）、供給した炭化チャーを燃料として燃焼・ガス化を行うことによって特に炉内下部における温度を高温とし、１１００℃以上場合によっては空気を過剰に供給する等により１５００℃以上の高温ガスを発生させるようにしている。一方で、炉内上部においてはこの高温のガスを熱源として前段の炭化装置２で熱分解されたタール分を分解してガス改質を行う。以上のようにしてガス化炉３にて生成されたガスは、生成ガス供給路１０を通じてその後段の発電装置６へ向け熱源として供給される。

この場合の生成ガスは生成ガス供給路１０を通じて発電装置６に直接的に供給されることもできるが、供給されるまでの間に発電装置６からの排ガスとの間で熱交換が行われることも好ましい。こうした場合には、生成ガスが有する熱量を発電装置６の排ガスに与えることが可能となるから、炭化装置２に熱源として供給される排ガスをより高温とすることによってより高い熱効率を実現することが可能となる。例えば本実施形態では、生成ガス供給路１０と排ガス供給路７とを途中で交差ないしは近接させて生成ガス熱交換器４を設け、生成ガスと排ガスとの間で熱交換を行うようにしている（図１参照）。ガス化炉３にて生成されたガスは、この生成ガス熱交換器４において熱量を奪われて冷却され、その後さらに後段のガス精製装置５でガス中の煤じんや硫黄などが取り除かれた後、発電装置６に供給される。

発電装置６は、上述したガス化炉３で生成されたガス化ガスをエネルギーとして作動し発電するとともに当該作動時に排出する排熱を上述した炭化装置に送る装置で、例えばガスエンジン、ガスタービン、燃料電池など、高温の排熱を伴う装置自体あるいはこのような発電装置に付属する装置が該当する。このようなガスエンジン等の発電装置６は特に本願に特有というわけではなく、従来用いられている通常のガスエンジン等を採用することができるが、ただ本実施形態では当該発電装置６の排ガスを排ガス供給路７を通じて炭化装置２へと熱源として直接的に供給するようにしているところが特徴的である。この場合の排ガス供給路７は炭化装置２へと直接接続されていても構わないが、上述したように本実施形態ではその途中に生成ガス熱交換器４を設け、ガス化炉３で生成されたガス化ガスとの間で熱交換を行うようにしている（図１参照）。したがって、本実施形態のバイオマス発電システムによれば、炭化装置２にてバイオマスの炭化に使用する熱を発電装置６の排ガスのみならずガス化炉３から生成される生成ガスからも回収することになり、システム全体としてさらに高い熱効率を実現することが可能となる。なお、本実施形態では排熱利用の形態として発電装置６の排ガスを回収するようにした形態を示したがこれに限られるということはなく、これ以外にも、例えば排ガスと熱交換した蒸気を媒体として排熱を利用するなどの形態をとることが可能である。

以上説明したように、このバイオマス発電システムは、システム排熱を利用した炭化プロセスとガス化プロセスとを融合して補助燃料を使用することなく高効率発電を実現している点が特徴的である。また本発明者は、本発明にかかるバイオマス発電システムの場合、「バイオマス・ニッポン総合戦略」（次段落参照）の目標値である３０％（１００トン／日規模）を超える３４％を達成できる見込みであるとの試算結果を得ている。つまり、炭化装置２と発電装置６とをシステム化することによって発電時に伴う排ガスの排熱の有効利用を実現した本実施形態のバイオマス発電システムにおいては従来よりも高い熱効率が達成され、木質系バイオマスのみならず都市ゴミのような廃棄物系バイオマスをも燃料に含めたとしても、補助燃料を使用せずとも熱分解し炭化することが可能となっている。すなわち、一般に木質系バイオマスは廃棄物系バイオマスよりも含水率が高いため両者を混合した状態で安定した性状の燃料に変換することは困難であったのに対し、排熱を有効利用する炭化装置２を前段に備えた本実施形態のバイオマス発電システムによれば、両者を混合したいわば異種燃料を炭化プロセスにて乾燥させ、微粉状にすることも可能な含水率一定（例えば含水率１％程度）の安定した性状の燃料に変換することができる。また、既存の発電システムであれば例えばボイラ燃焼による１ＭＷ規模のシステムの場合の発電効率はたかだか１０％程度に過ぎなかったが、本実施形態のバイオマス発電システムによれば３０％以上の発電効率を達成することも可能となる。

なお、「バイオマス・ニッポン総合戦略」とは、農林水産省、経済産業省、国土交通省、環境省、文部省が連携して取り纏めたバイオマスの利活用を促進させるための戦略で、平成１４年１２月に閣議決定されているものである。例えばこの平成１４年１２月付の戦略の１２頁には、「直接燃焼及びガス化プラント等含水率の低いバイオマスをエネルギーへ変換する技術において、バイオマスの日処理量２０トン程度のプラント（数市町村規模を想定）におけるエネルギー変換効率が電力として２０％、あるいは熱として８０％程度、バイオマスの広域収集に関する環境が整った場合のバイオマス日処理量１００トン程度のプラント（都道府県域を想定）におけるエネルギー変換効率が電力として３０％程度を実現できる技術を開発する。」と記載されている（ここで言うエネルギー変換効率とは、バイオマス燃料のもつ化学エネルギー（発熱量）が電力に変換された割合を意味している）。本実施形態のバイオマス発電システムは、この総合戦略が推し進めようとしているバイオマスの利活用促進にまさに合致するものである。

さらに、本実施形態のバイオマス発電システムによれば従来の発電装置にはなかった以下のような特有の効果を発揮することが可能となる。すなわち、（１）木質系バイオマスだけでなく、都市ゴミや廃棄プラスチック類といった廃棄物系バイオマスまでもが利用可能になるので、集約量に季節変動のある木質系バイオマス燃料をこのような廃棄物系バイオマスで補完できるようになり、安定した発電出力を得ることが可能となる。（２）廃棄物系バイオマスには逆有償であるものがあり、このような逆有償の廃棄物を対象に含めた場合には、例えば２０,０００円以上／トンというように一般に収集コストの高い木質系バイオマスの経済性を改善することが可能となる。（３）燃料集約量が増えることで発電規模の大型化が可能となり、その相乗効果で高効率発電が可能となる。（４）ダイオキシンの発生がなく、灰分を溶融スラグ化して無害化するため、環境性に優れた一般廃棄物および産業廃棄物の処理装置としての役割も果たす。（５）ガス化プロセスに炭化プロセスを融合させた結果、炭化プロセスの段階でバイオマス原料を１／５〜１／７程度にまで減容させてからガス化プロセスへと移行させることが可能となることから、ガス化炉のコンパクト化が図れる。（６）特別な資格がない者でも扱うことができる。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば上述した実施形態においては廃棄物系バイオマスの具体例として都市ゴミや廃棄プラスチック類を挙げたがこれらは例示に過ぎず、本実施形態にかかるバイオマス発電システムによれば木質系か廃棄物系かを問わず多くのバイオマス、例えば農林・畜産・水産物資源およびその残さ物、建築廃材、食品廃棄物、汚泥等の高含水率のバイオマスを利用対象に含めることができる。

本発明に係るバイオマス発電システムの構成を分かりやすく示した概略図である。 単一のガス化炉の周囲に炭化装置を複数個配置し、各炭化装置の運転サイクルに時間差を設けてローテーションで作動させるようにしたバイオマス発電システムを示す図である。

符号の説明

２ 炭化装置
３ ガス化炉
４ 生成ガス熱交換器
５ ガス精製装置
６ 発電装置

Claims (5)

1. ガスエンジン、ガスタービンもしくは燃料電池をはじめとする作動時に排熱を伴う発電装置と、該発電装置が作動時に排出する当該排熱の供給を受け該排熱を利用することによりバイオマスを熱分解し炭化する炭化装置と、該炭化装置により生成される炭化チャーの燃焼・ガス化、炭化時に揮発したタールを含む熱分解ガスの改質を行うガス化炉とを備え、さらに前記発電装置は、前記ガス化炉が生成したガスをエネルギーとして作動するとともに当該作動時に排出する排熱を前記炭化装置に熱源として供給するものであることを特徴とするバイオマス発電システム。
2. 前記ガス化炉において、前記バイオマスを炭化することにより得られた炭化チャーを燃料として燃焼とガス化を行い、前記タールを１１００℃以上の温度で分解し、前記熱分解ガスの改質を行うことを特徴とする請求項１に記載のバイオマス発電システム。
3. 前記ガス化炉において、前記バイオマスを炭化することにより得られた炭化チャーを燃料として燃焼とガス化を行い、該炭化チャー中の灰分を溶融させスラグ化することを特徴とする請求項２に記載のバイオマス発電システム。
4. 前記発電装置が排出する排熱を有する媒体と前記ガス化炉から生成される生成ガスとの間で熱交換を行う生成ガス熱交換器を備え、前記炭化装置にて前記バイオマスの炭化に使用する熱を前記発電装置が排出する排熱のみならず前記ガス化炉から生成される生成ガスからも回収することを特徴とする請求項１から３のいずれかひとつに記載のバイオマス発電システム。
5. 前記炭化装置を複数個配置し、各炭化装置の運転サイクルに時間差を設けてローテーションで作動させることを特徴とする請求項１から４のいずれかひとつに記載のバイオマス発電システム。