JP2007023239A - バイオマス燃料の供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】 輸送効率を含めた効率及びコストの低いバイオマス燃料の供給システムを提供する。
【解決手段】 ゴミ焼却場１００に隣接して、一次破砕機１０、炭化炉２０、冷却装置３０、予備粉砕機４０、遠心分離機５０、竪型粉砕機６０、及び造粒機７０からなるバイオマス燃料供給システムを設ける。焼却炉１００からら発生する排気ガスを炭化炉２０に導入して木質系バイオマスを炭化して炭化物を生成する。炭化された炭化物は予備粉砕機４０、竪型粉砕機６０により粉砕されバイオマス燃料とされる。粉砕された燃料は造粒機７０によりペレット化された後発電設備２００へ運搬される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主に林業系（製材廃材、除間伐材、薪炭林等）の廃木材や建設廃木材等に代表される木質系のバイオマス（以下、適宜「木質系バイオマス」と称する）を炭化及び粉砕して形成されるバイオマス燃料の供給システムに関する。

平成１４年に「新エネルギ利用等の促進に関する特別措置法」が改正されたことを受けて、バイオマスエネルギが新エネルギとして認知されてきている。加えて、この法律により、国内の電気事業者は、将来的に新エネルギを基準規定量以上利用することが義務づけられた。

新エネルギとして認知された「バイオマス」は生物資源の総称であり、農業系（麦藁、サトウキビ、米糠、草木等）、林業系（製材廃材、除間伐材、薪炭林等）、畜産系（家畜廃棄物等）、水産系（水産加工残滓等）、廃棄物系（生ゴミ、建設廃材等）等に分類される。前述の法律の法目的の１つは、環境保護のために、これらのバイオマスを新エネルギとして活用することにある。

現在、バイオマスの有効利用法を模索するため多くの方案が試みられており、バイオマスをチップ化して燃焼させる、或いはガス化するといった方法が既に提案されている。

また、前述したバイオマスの利用方法の１つとして、火力発電設備等において、石炭等と共に木質系のバイオマスを燃料として混焼する方法に期待が集まっており、電気事業者も積極的に採用を検討している。

なお、石炭火力発電設備において前述の木質系バイオマスを石炭と混焼する際においては、木質系バイオマスを炭化した状態で所定の粒度以下の微粉にすることが効率的であることが、例えば特許文献１に記載されている。
特開２００５−１１４２６１号公報

しかし、前述の特許文献１に開示される方法は、木質系バイオマスを、そのままボイラなどに燃料として投入する場合と異なり、木質系バイオマスを炭化するためのエネルギが必要であり、このエネルギを如何に効率化できるかが問題となる。

また、一般に炭化する前の木質系のバイオマスは嵩が大きいためにトラック等の輸送手段によって一度に輸送できる量が限られており、輸送効率が悪い。このため、木質系のバイオマスを、そのまま発電設備等に持ち込んで、そこで炭化及び粉砕して燃料とした場合、輸送効率が悪く、このため発電コスト等が高止まりするという問題があった。

本発明はこの問題に鑑みてなされたものであり、輸送効率を含めた効率及びコストの低いバイオマス燃料の供給システムを提供することを目的とする。

本発明に係るバイオマス燃料の供給システムは、ゴミ焼却施設に設けられ木質系バイオマスを炭化して炭化物を生成する炭化炉と、ゴミ焼却施設に設けられ前記炭化物を粉砕する粉砕機とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、全国に数多く設置されているゴミ焼却施設に設けられる炭化炉によりバイオマスを炭化し、そしてこの炭化物をゴミ焼却施設に設けられる粉砕機で粉砕する。更にゴミ焼却施設からの排気ガスを利用するようにすれば、炭化のためのエネルギを節約することができ好適である。また、炭化する前の木質系バイオマスは嵩が大きく、一度に輸送できる量が限られ、搬送効率が悪いという問題を有しているが、この発明によれば、全国に数多く設置されているゴミ焼却施設までこれを運搬し、各地のゴミ焼却施設から発電設備までは、炭化及び粉砕後の嵩が小さくされた木質系バイオマスを運搬すればよい。このため、輸送費が節約でき、効率的なバイオマス燃料の供給システムを構築することができる。

次に、本発明の実施の形態に係るバイオマス燃料供給システムを、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係るバイオマス燃料供給システムの全体構成を示す概念図である。このバイオマス燃料供給システムの特徴の１つは、図１に示すように、国内各所に設置されたゴミ焼却場１００に隣接して設けられることにある。このバイオマス燃料供給システムは、一次破砕機１０、炭化炉２０、冷却装置３０、予備粉砕機４０、遠心分離機５０、竪型粉砕機６０、及び造粒機７０とから構成される。

一次破砕機１０は、木質系バイオマスを炭化炉２０に投入できる寸法まで裁断するためのものである。炭化炉２０は、ゴミ焼却場１００の焼却炉１１０から排出される排気ガスを使用して一次破砕機１０で粉砕された木質系バイオマスを炭化するためのものである。冷却装置３０は、炭化炉２０から排出された炭化後の木質系バイオマスを冷却するためのものである。また、予備粉砕機４０は、冷却装置３０により冷却された炭化後の木質系バイオマスを予備粉砕（粗粉化）するためのものである。遠心分離機５０は、予備粉砕機４０で予備粉砕された木質系バイオマスから遠心分離により金属等の異物を除去する異物除去装置として機能するものである。竪型粉砕機６０は、予備粉砕された原料を燃焼に適した大きさの微粉となるまで粉砕するためのものである。造粒機７０は、微粉化された燃料を造粒してペレット化するためのものである。ペレット化されて造粒機７０から排出されたバイオマス燃料は、トラック等により発電所２００まで搬送され、解砕機８０により粉砕されて微粉炭と混合されて、発電用ボイラ９０で燃焼させられることにより、発電エネルギとされる。

このように、本実施の形態のバイオマス燃料供給システムにおいては、ゴミ焼却場１００の廃熱を利用して炭化炉２０で木質系バイオマスの炭化を行い、これを竪型粉砕機６０等で粉砕後ペレット化してバイオマス燃料を生成している。炭化する前の木質系のバイオマスは、嵩が大きいために一度に輸送できる量が限られ、搬送効率が悪く輸送コストが高くなる。国内各地に設置されているゴミ焼却場に炭化炉２０等からなる本システムを設置することにより、各地で発生する木質系バイオマスの収集が容易となる。そして、このようなバイオマスの発生箇所にできるだけ近い場所において、炭化・粉砕・ペレット化等を含む木質系バイオマスの嵩を小さくするための作業が実行される。これにより、輸送コストを少なくし、バイオマス発電の高効率化に資することができる。

一次破砕機１０の具体的な構成例を図２に示す。この一次破砕機１０は、筐体１１と、その上部に設けられた投入口１２と、ミル１３及び駆動モータ１４とを備えている。投入口１２から投入された木質系バイオマスがミル１３により、炭化炉２０に投入可能な大きさ、例えば３０ｃｍ角程度に破砕される。この一次破砕機１０により粗粉程度まで木質系バイオマスを細かく粉砕することも可能である。しかし、金属異物等は粗粉程度まで細かく粉砕しても木質系バイオマスに食い込んだままとなり分離しにくく、しかも異物が含まれた状態での細かい粉砕は一次破砕機１０の損傷を招く可能性がある。従って、炭化炉２０に投入可能な程度の大きさへの破砕に止めるのが好適である。

一次破砕機１０の他の例として、いわゆるジョークラッシャ型と呼ばれるタイプの一次破砕機を採用することも可能である。ジョークラッシャ型は、筐体の中で一端が支持されたスイングジョー（可動板）を固定板に向けて前後揺動させることにより、固定板とスイングジョーとの間で破砕物を破砕する形式である。その他、炭化炉２０への投入が可能な程度の一次破砕が可能であれば、様々なタイプの一次破砕機が利用可能である。なお、ゴミ焼却場１００に収集された廃木材等が当初より炭化炉２０に投入可能な程度に小さい場合には、一次破砕機１０は省略することも可能である。

炭化炉２０の具体的な構成例を図３に示す。この炭化炉２０は、２層管式のロータリキルン型炭化炉であり、耐熱煉瓦により形成された外筒２１、内筒２２及び投入口２３を備えている。内筒２２の内側の円筒通路２４には、投入口２３より、一次破砕機１０により破砕された木質系バイオマスが投入される。円筒通路２４には、外部からの空気の供給が制限されている。また、外筒２１と内筒２２の間に形成される外周通路２５には、焼却炉１１０からの排気ガスが導入される。円筒通路２４に導入された木質系バイオマスは、この排気ガスの熱により炭化された後、投入口２３とは反対側の出口から排出される。なお、円筒通路２４内で炭化に寄与した乾留ガスは、焼却炉１１０の燃焼効率を高めるため焼却炉１１０に環流される。なお、ここでは炭化炉２０としてロータリキルン型のものを例示したが、これに限られず、例えば密閉型の炭窯式、トロリー式、攪拌式、或いは連続式のロータリ式や反復揺動式、スクリュー式等であってもよい。なお、炭化炉２０で用いる炭化条件は、炭化炉２０の種類や処理対象である木質系バイオマスの種類等によっても異なるが、概ね４００℃から７００℃程度の範囲で炭化することが一般的である。

冷却装置３０は、炭化炉２０から取り出された炭化後の木質系バイオマスを、例えば１００℃以下になるまで冷却する。冷却温度としては、大気中に出しても酸化が進まず、かつ予備粉砕機４０に投入可能な温度であればよい。また、冷却方式としては、例えば水冷式のものが採用可能できるが、これに限るものではなく、その他公知の冷却装置も使用可能である。

予備粉砕機４０は、一次破砕機１０と同様に、ジョークラッシャ型のものが使用可能である。この予備粉砕機４０により、炭化後のバイオマス燃料は、例えば１ｃｍ角程度の大きさの粗粉まで粉砕される。炭化されているため、木質系バイオマス中に含まれる異物（金属等）は、この粗粉程度までの粉砕でもバイオマスから容易に分離可能な状態となる。

遠心分離機５０は、このような状態とされたバイオマスに対し遠心力を与えて異物を分離する。遠心分離機の場合、金属異物以外の例えば陶器類、セメント類、又は土類等様々な異物が除去可能である。なお、遠心分離機の代わりに、マグネット式金属異物分離機など、他の周知の異物分離機を用いることが可能である。このようにして異物が除去されることにより、次段の竪型粉砕機６０の破損が防止される。異物を除去することなく予備粉砕機４０により粉砕された炭化後の木質系バイオマスを竪型粉砕機６０に投入すると、竪型粉砕機６０の粉砕ローラや回転テーブルを損傷し、最悪の場合には金属同士が擦れ合うことにより火花が発生し火災などの重大な災害に繋がる虞もあるので、異物の除去工程は重要である。ただし、ゴミ焼却場１００に収集される木質系バイオマスがこうした異物を含まない性質のものである場合には、遠心分離機５０を省略することも可能である。

次に、竪型粉砕機６０の構造の一例を、図４を参照して説明する。この竪型粉砕機６０は、分級機能を有する回転式のセパレータを内部に備えた所謂内部分級式のエアスエプトタイプと呼ばれるものである。この竪型粉砕機６０は、遠心分離機５０から供給される粗粉化された木質系バイオマス燃料を投入するための供給管６０３を備えている。またこの竪型粉砕機６０は、粉砕テーブル６０４を備えている。この粉砕テーブル６０４は、供給管６０３から供給された原料が載置されるテーブルである。この粉砕テーブル６０４の上面６０４Ａ上には、原料を粉砕してなる被粉砕物を加圧して粉砕する２乃至４個のコニカル型(円錐型）の粉砕ローラ６０５が配置されている。また、この粉砕テーブル６０４は、モータ６１１より、減速機６１２により減速されて縦軸回りに回転駆動可能に構成されている。

また、前述の粉砕テーブル６０４の外周面とケーシング１Ｂの下部内周面との間にはノズル６０６が形成されており、このノズル６０６はケーシング１Ｂ内上方に向けて噴出空気を排出する。この噴出空気が、ケーシング１の内面と粉砕テーブル６０４の上面とで囲まれた空間としての粉砕室内に旋回流を発生させる。この旋回流により、粉砕テーブル６０４の外周面から排出された被粉砕物が粉砕室の上方へ運搬される。排出口６０８は、粉砕テーブル６０４の上面６０４Ａ上で粉砕ローラ６０５により粉砕された被粉砕物（粗粉と微粉）のうち、微粉を外部に向けて排出するためのものである。

また、粉砕テーブル６０４の外周面は、原料が粉砕テーブル６０４上で所定の堆積厚さとなるようにするためのダムリング６０４Ｂが形成されている。被粉砕物（１次粉砕物）は供給管６０３を介して粉砕テーブル６０４の上面６０４Ａのほぼ中央面に供給される。そして、粉砕テーブル６０４を回転させると、この粉砕テーブル６０４の上面６０４Ａと、粉砕ローラ６０５との間で被粉砕物が狭圧されて粉砕される。そして、このように粉砕された粉体は、所定の厚さ以上になるとダムリング６０４Ｂを乗り越え、粉砕テーブル６０４の外周下方のノズル６０６より噴出する空気流によって上方に旋回しながら吹き上げられる。

このように粉砕された粉体を含んだ混合流は均一な流れとなり、ケーシング１Ｂの内部を旋回する。このときに、比較的重量がある粗粉成分は下方に落下し、セパレータ６０７により粉砕テーブル６０４へ戻される。一方、微粉成分は排出口６０８より外部へ排出される。排出される微粉成分の粒度は、ノズル６０６からの空気流の流量、粉砕ローラ６０５の押圧力、回転テーブル６０４の回転数等を調整することにより制御可能である。

なお、竪型粉砕機６０は、上述のエアスエプトタイプの内部分級式に限るものではなく、例えば、要求される燃料の粒度に応じて、固定タイプのセパレータを採用したものでもよい。またセパレータを内部に備えない外部循環式の竪型粉砕機としてもよく、また粉砕ローラの形状がスフェリカル形状のタイヤ型の竪型粉砕機であってもよい。

造粒機７０の具体的構成の一例を、図５を参照して説明する。この造粒機７０は、筐体１Ｃと、投入口７１と、攪拌スクリュー７２と、造粒用ローラ７３とを備えている。投入口７１から投入される微粉化されたバイオマス燃料は、攪拌スクリュー７２で攪拌されつつ造粒用ローラ７３に供給される。なお、ペレット化する際には強固な成形助剤等は使用せず、適量の水を添加する程度で再粉砕し易い状態としておくのが好ましい。造粒用ローラ７３が図示しないモータにより回転され、その間隔が油圧ユニット７４により制御されることにより、微粉化されたバイオマス燃料がペレット化されて外部に出力される。ペレット化がなされることにより、燃料の保管性が高まると共に、輸送作業を効率化することができる。ペレット化された燃料はトラック等により発電所２００に向けて搬送された後、解砕機８０により再び粉砕され、発電の用に供される。解砕機８０により再度粉砕がされるのは、ペレット状の燃料をそのまま燃焼させるより粉砕して粉状とした後の方が燃焼効率を高くすることができるためである。

次に、このバイオマス燃料供給システムによる木質系バイオマスの供給の工程を説明する。建築廃材、間伐材等の木質系バイオマスは、トラックなどの輸送手段によってゴミ焼却場１００まで運搬される。こうした木質系バイオマスは全国の至るところで発生する一方、嵩が大きいため輸送は大変という問題があるが、本実施の形態のシステムの場合、全国各地に存在するゴミ焼却場への運搬であるため、こうした輸送は近距離のものとなり、輸送の負担及びコストは大きく軽減されている。

ゴミ焼却場１００に運搬された木質系バイオマスは、最初に一次破砕機１０により破砕され、炭化炉２０に投入可能なサイズまで破砕される。建築廃材等が炭化炉２０に直接投入可能な程度の大きさに予めされている場合には、一次破砕機１０を介さずに直接その建築廃材等を炭化炉２０に投入することもできる。

続いて、この炭化炉２０にゴミ焼却場１００の焼却炉１１０から排出される排気ガスを導入して、炭化炉２０内の木質系バイオマスを炭化する。炭化条件は、木質系バイオマスの種類等によって異なるが、一般的には４００℃から７００℃程度の温度範囲で炭化する。炭化炉２０で炭化され排出された木質系バイオマスは、冷却装置３０により一端１００℃以下程度にまで冷却された後、予備粉砕機４０に投入される。予備粉砕機４０では、投入された木質系バイオマスを１ｃｍ角程度の粗粉まで粉砕する。このとき、木質系バイオマスは炭化済みであるので脆く崩れやすくなっており、そのため破砕が容易で、内部に固着されていた金属異物等も容易に分離することができる。この状態の木質系バイオマスを遠心分離機５０にかけることにより、金属異物等を木質系バイオマスから除去することができる。これにより、竪型粉砕機６０の安全な運転を確保することができる。異物が除去された木質系バイオマスは、竪型粉砕機６０に投入されて、木質系バイオマス燃料として、燃焼に適した大きさの粒度まで微粉砕される。微粉砕された木質系バイオマスは、造粒機７０によりペレット化され、ペレット化された状態で発電所２００までトラック等の輸送手段で輸送される。発電所２００においては、解砕機８０によりペレット状の燃料が破砕された後、発電用ボイラ９０にこれが投入されて、別途投入される微粉炭と共に発電エネルギとして用いられる。ペレットの破砕は、造粒機７０での造粒において水を添加するに止め、強固な凝固助剤等を用いない。このため、ペレット状の燃料を容易に破砕することができる。

ペレット化されたバイオマス燃料は、炭化及び粉砕により減量、減容積化されて輸送がし易くなっており、輸送効率の向上に寄与している。また、ペレット化がされることにより、粉塵爆発などの虞等を低下させ、保管性及び安全性を高めることができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、国内各所に数多く設けられているゴミ焼却施設１００を利用して木質系バイオマスを炭化及び粉砕することにより、炭化の際のエネルギを節約すると共に、輸送効率の悪い炭化前の木質系バイオマスの輸送距離を減らし、輸送コスト等を改善することができる。なお、本実施の形態においては、燃焼効率の向上を目的とする好ましい形態として、原料を微粉砕できる竪型粉砕機６０を用いるとともに、微粉砕した後の粉砕品の搬送を容易にするために造粒機７０によって粉砕品をペレット化する方式とした。しかし、炭化した木質系バイオマスが、微粉砕しなくても燃料として差し支えないようなケースにおいては、竪型粉砕機６０と造粒機７０の工程等を省略して、微粉砕しない状態の粉砕品を燃料として発電所２００に輸送しても良い。

本発明の実施の形態に係るバイオマス燃料供給システムの全体構成を示す概念図である。 一次破砕機１０の具体的構成例を示す。 炭化炉２０の具体的構成例を示す。 竪型粉砕機６０の具体的構成例を示す。 造粒機７０の具体的構成例を示す。

符号の説明

１０・・・一次破砕機、 １１・・・筐体、 １２・・・投入口、 １３・・・ミル、 １４・・・駆動モータ、 ２０・・・炭化炉、 ２１・・・外筒、 ２２・・・内筒、 ２３・・・投入口、 ２４・・・円筒通路、 ２５・・・外周通路、 ３０・・・冷却装置、 ４０・・・予備粉砕機、 ５０・・・遠心分離機、 ６０・・・竪型粉砕機、 ７０・・・造粒機、 ７１・・・投入口、 ７２・・・攪拌スクリュー、 ７３・・・造粒用ローラ、 ７４・・・油圧ユニット、 ８０・・・解砕機、 ９０・・・発電用ボイラ、 １００・・・ゴミ焼却場、 １１０・・・焼却炉、 ２００・・・発電所、 ６０３・・・供給管、 ６０４・・・粉砕テーブル、 ６０５・・・粉砕ローラ、 ６０６・・・ノズル、 ６０７・・・セパレータ、 ６０８・・・排出口、 ６１１・・・モータ、 ６１２・・・減速機。

Claims (5)

1. ゴミ焼却施設に設けられ木質系バイオマスを炭化して炭化物を生成する炭化炉と、
   ゴミ焼却施設に設けられ前記炭化物を粉砕する粉砕機と
   を備えたことを特徴とするバイオマス燃料の供給システム。
2. 前記炭化炉は、前記ゴミ焼却施設からの排気ガスを用いて前記木質系バイオマスを炭化することを特徴とする請求項１記載のバイオマス燃料の供給システム。
3. 前記粉砕機は、前記炭化物を粗粉まで粉砕する第１の粉砕機と、
   前記予備粉砕機により得られた前記粗粉を微粉まで粉砕する第２の粉砕機と
   を備えたことを特徴とする請求項１記載のバイオマス燃料の供給システム。
4. 前記第１の粉砕機により得られた粗粉から異物を除去する異物除去装置を更に備えたことを特徴とする請求項３記載のバイオマス燃料の供給システム。
5. 前記粉砕機により粉砕された前記炭化物をペレット化する造粒機を更に備えた請求項１記載のバイオマス燃料の供給システム。

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