JP2007091893A - 木質系バイオマスの燃料供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】 木質系バイオマスを効率よく炭化、粉砕、搬送して、発電設備等に燃料として供給できる木質系バイオマス燃料の製造システムを提供する。
【解決手段】 木質系バイオマスを炭化させた後に竪型粉砕機で粉砕して細粉化し、該細粉化した木質系バイオマスを造粒機により造粒してペレット化する木質系バイオマスの燃料供給システムであって、ペレット化した木質系バイオマスを、ボイラに燃料として投入する前に解砕機により細粉化する構成とした。
本発明によれば、細粉化した炭化後の木質系バイオマスを造粒機に投入してペレット化することにより、保管性と輸送性の優れた形態にすることができ、また、前記ペレット化した炭化物は解砕機によって、燃焼効率を向上させることができる。
【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、木質系バイオマスと称することもある）を対象として、前記木質系バイオマスを効率的に炭化及び粉砕することによって、バイオマスを燃料として有効活用するものである。

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るとともに、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付けられた。

新エネルギとして認知された「バイオマス」とは生物量の総称であって、農業系（麦わら、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）、水産系（水産加工残滓）、廃棄物系（生ごみ、建設廃材）等に分類されるものであり、前述の法目的の一つは、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方法を模索するため、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、或いはガス化する等といった方法が既に公知である。

前述したバイオマス利用方法の一つとして、火力発電設備等では、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もたれており、電気事業者も積極的に検討を進めている。
なお、石炭火力発電設備で前述の木質系バイオマスを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細粉にすることが効率的であるということが、特許文献１に記載されている。

特開２００５−１１４２６１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熱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、一般的に炭化する前の木質系のバイオマスは、嵩高いために、トラック等の輸送手段によって一度に搬送できる量が限られ、輸送効率が悪い。そのため、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、燃料とした場合に、輸送効率が悪いという問題が生じる。

木質系バイオマスは、炭化及び粉砕処理によって、減量及び減容積するので、炭化粉砕後のバイオマスの輸送は、炭化前のバイオマスの輸送に比較して効率的であり、炭化前のバイオマスの輸送距離を、できるかぎり短縮できる木質系バイオマスの製造システムが求められていた。

本発明は、前述の問題に係り、木質系バイオマスを効率よく炭化、粉砕、搬送して、発電設備等に燃料として供給できる木質系バイオマス燃料の製造システムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明による木質系バイオマスの燃料供給システムは、
（１） 木質系バイオマスを炭化させた後に竪型粉砕機で粉砕して細粉化し、該細粉化した木質系バイオマスを造粒機により造粒してペレット化する木質系バイオマスの燃料供給システムであって、ペレット化した木質系バイオマスを、ボイラに燃料として投入する前に解砕機により細粉化する構成とした。

（２） （１）に記載の木質系バイオマスの燃料供給システムにおいて、前記木質系バイオマスを予備粉砕機により粗粉砕した後に、異物を除去してから、次いで竪型粉砕機により細粉砕する構成とした。

本発明によれば、木質系バイオマスを竪型粉砕機で粉砕することによって、効率良く細粉化できるともに、細粉化した造粒機に投入してペレット化することにより、木質系バイオマスをボイラ用燃料として、保管性と輸送性の優れた形態にすることができる

また、前記ペレット化した炭化物は解砕機によって容易に細粉化するので、ボイラに投入する前に、解砕機によって細粉化することができ、燃焼効率を向上させることができる。

以下、図面に基づき本発明の実施形態についての好ましい例を説明する。
図１〜図６は本発明の実施形態を説明する図であって、図１は実施形態に用いる木質系バイオマス燃料の製造システムの概念図であり、図２は実施形態に用いる竪型粉砕機の構造を説明するための要部断面図である。
図３は一次破砕機を説明するための斜視図であり、図５は造粒機を説明するための斜視図である。図４及び図６は炭化炉構造を説明するため概念図である。

本発明の実施形態に係る木質系バイオマス燃料の供給システムの好ましい１例について、図１を用いて説明する。
本実施形態に用いるバイオマス燃料の供給システムは、国内各所に設置されたごみ焼却場１００に隣接して、製材廃材や除間伐材等の木質系バイオマスを炭化炉５０に投入できる寸法まで裁断する一次破砕機４０、ごみ焼却場の廃熱を使用する炭化炉５０、炭化炉５０から排出された木質系のバイオマスの炭化物を冷却する冷却装置６０、冷却された炭化物を予備粉砕（粗粉砕）する予備粉砕機７０、予備粉砕された炭化物から異物を除去する遠心分離機８０、炭化した原料を燃焼に適したサイズに粉砕（細粉砕）する竪型粉砕機１、及び粉砕した原料を造粒してペレット化する造粒機９０を備えており、また、バイオマス燃料を使用するボイラ設備（発電所等）に、前記ペレット化したバイオマス燃料を解砕する解砕機１５０を備えている。

また、本実施形態においては、該炭化炉で木質系バイオマスを炭化する際に生じる乾留ガスを、該炭化炉から該ごみ焼却炉まで、燃料の一部として送給する乾留ガス送給配管Ｌを備えている。
ここで、炭化する前の木質系のバイオマスは、嵩が大きいために、一度に搬送できる量が限られ、搬送効率が悪く、燃料として輸送するためにコストが高くなる。
この問題を解決するためには、木質系バイオマスの発生個所に、できるかぎり近い場所で炭化して、減量又減容積してから後、発電設備等に輸送することが好ましい形態である。本願発明者らは、国内各所に広く設備されているごみ焼却場１００であれば木質系バイオマスの収集が容易で、炭化のために廃熱を利用することが可能であり、かつ、炭化の際に発生した乾留ガスを焼却炉の燃料として使用できるという点に着目し、ごみ焼却場１００の排気ガスによる廃熱を利用し、さらに乾留ガスをごみ焼却場１００に備えた焼却炉のボイラ用燃料として使用しながら木質系バイオマスの炭化をおこなう。
従って、本実施形態においては、該炭化炉で木質系バイオマスを炭化する際に生じる乾留ガスを、ごみ焼却炉のボイラに送給して燃料とするので効率よくバイオマス燃料を製造することができる。

以下、前記バイオマス燃料の製造システムにおける工程の流れを簡単に説明すると、ごみ焼却場まで搬送されて収集された廃木材等の木質系バイオマスは、一次破砕機４０に投入されて炭化炉５０に投入できるサイズまで裁断される。
そして、破砕後の木質系バイオマスは、炭化炉５０に投入されて炭化（乾留と称することもある）された後、冷却装置６０で冷却されてから、予備粉砕機７０に投入されて粗粉砕される。

予備粉砕機７０から取り出された木質系バイオマスは、遠心分離装置８０に投入されて異物を除去された後、竪型粉砕機１に投入され、燃焼に適した粒度になるまで粉砕されて細粉になる。細粉になった木質系バイオマスは、竪型粉砕機１から取り出された後、造粒機９０に投入されて、ペレット化された状態で、その後、搬送される。

前記ペレット状の木質系バイオマスは、発電所等のボイラ保有施設に輸送された後、そこに備えられた解砕機１５０によって、再度、細粉化され、その状態で燃料として使用される。

ここで、図１で説明する実施形態に用いた炭化炉５０は、図４及び図６にその構造を概念的に記載するように、２層管式のロータリキルン型炭化炉であって、炭化の熱源にごみ焼却施設の排ガスを使用している。図４に原料の流れとガスの流れを示すが、炭化炉５０の原料投入口４３より木質系のバイオマスを投入して空気の供給が制限された内筒４２の炉管４４を通過させるとともに、該内筒４２の外側に配した外筒４１と内筒４２の間の空間４５に、ごみ焼却所に設置されたごみ焼却炉からの排気ガスを流して、該排気ガスの熱量で木質系バイオマスを加熱して炭化する方式とした。

なお、本願発明による適応の範囲は、前述の実施形態に限るものでなく、公知の炭化方法等を行っても良く、例えば、炭化炉５０は、密閉型の炭窯式、トロリー式、かくはん式等、或いは、連続式のロータリー式や反復揺動式等、スクリュー式等であっても良い。

また、炭化炉５０で用いる炭化条件は、炭化炉５０の種類や処理する木質系バイオマスの種類等によって異なるため、特に限定できないが、前述した範囲にある木質系バイオマスであれば、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。

次に、図３を用いて本実施形態に用いた一次破砕機４０について簡略に説明すれば、一次破砕機４０の原料投入口４２から投入した原料を破砕用ローラ４３に挟み込んで所定の寸法まで破砕する
なお、一次破砕機の他の形態として、例えば、一般的にジョークラッシャと呼ばれるタイプの一次破砕機を使用しても良く、一般的にジョークラッシャと呼ばれるタイプの一次破砕機は、ケーシングの中で、一端を支持したスイングジョー(可動板)を固定板に向けて前後揺動させることにより、固定板との間でスイングジョーとの間で破砕物を破砕する装置である。なお、前述した炭化炉５０と同様に、一次破砕機についても、前述の形態に限るものではないことは勿論であって、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で、公知の破砕機又破砕方法を使用しても良い。

また、詳細を図示しないが、図１で説明する製造システムの実施形態においては、冷却装置６０として水冷式のものを用いた。なお、前述した炭化炉５０或いは一次破砕機と同様に、冷却装置６０が、本実施の形態に限るものではないことは勿論であって、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で、公知の冷却装置６０使用しても良い。

次に、図１で用いた予備粉砕機７０について説明する。
図１で説明する粉砕システムの実施形態においては、一次破砕機４０と同様に、図３に示されるタイプの破砕機を予備粉砕機７０として使用した。
例えば、処理する木質系バイオマスが建築廃木材であって、その中に金属異物が混入している場合においては、炭化前の一次粉砕機４０で裁断しても、金属異物は木質系バイオマスの中に食い込んだままとなって分離しにくい。
一次破砕機４０で、細かく破砕すれば異物は分離するが、異物が残った状態で細かく破砕すると、金属異物によって一次破砕機４０が損傷する可能性がある。

それに比較して、木質系バイオマスの炭化した後であれば、バイオマス自体がもろくなっているため、それほど細かく粉砕しなくても容易に異物を分離することが可能である。
また、仮に金属異物が残ったままの木質系バイオマスを、竪型粉砕機１に投入すると竪型粉砕機１の粉砕ローラ３、又回転テーブル上面２Ａ等を傷つける恐れもあり、さらに最悪の場合は、金属同士が擦れあう事によって火花が発生し火災などの重大災害につながる恐れもある。以上説明した理由によって、処理する木質系バイオマスの中に金属異物が混入している場合には、予備粉砕機を用いることが効果的である。
なお、前述の理由で設けた予備粉砕機７０は、処理する木質系バイオマスの中に金属異物が混入していない場合で、炭化炉５０から取り出した木質系バイオマスが竪型粉砕機１に直接投入できるサイズになっている場合（一次破砕機４０により竪型粉砕機１に投入できるサイズまで破砕していた場合等）に省略できる。

次に、予備粉砕機７０で粉砕した木質系バイオマスを、遠心分離装置８０に投入して、異物を除去する。なお、異物の除去方法については、遠心分離装置８０であれば、金属異物以外の例えば、陶器類、セメント類、また土類等様様なものが除去できるという点で好ましい実施形態であるが、これに限るものではないことは勿論であって、公知の異物除去装置（例えば、マグネット式金属除去装置等）を使用しても良い。

以下、本実施形態に用いた竪型粉砕機１について説明する。本実施形態に用いた竪型粉砕機１は、図２に示すように竪型粉砕機１の下部に設置された減速機２Ｂを介して電動機２Ｍにより駆動される回転テーブル２と、回転テーブル２の上面（回転テーブル上面２Ａと称することもある）外周部を円周方向に等分する位置に配設した複数個のコニカル型の粉砕ローラ３とを備えている。そして、粉砕ローラ３は、回転テーブル上面２Ａの方向に押圧されて、回転テーブル上面２Ａに原料を介して従動することにより回転する。

また、図２に示す竪型粉砕機１は、分級機能を有する回転式のセパレータ１４を竪型粉砕機１の内部に備えた所謂、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。このタイプの竪型粉砕機１は、運転中において、機内にガスを導入して、回転テーブル下方からセパレータ１４を通過して上部取出口３９へと流れるガスの気流を生じさせている。

原料投入シュート１３から投入した原料は、回転テーブル上面２Ａと粉砕ローラ３に噛み込まれ粉砕され後、回転テーブルの外縁部に周設されたダムリング１５を乗り越えて、環状通路３０（環状空間部３０と称することもある）へ到達して、そこで前記ガスにより搬送されてセパレータ１４へと向かい、所定の粒度以下になった原料が粉砕品として上部取出口３９からガスと共に取り出される。

なお、本発明に用いることのできる竪型粉砕機１の型式は、前述したエアスエプトの内部分級式に限らず、例えば、要求される製品の粒度に応じて、固定タイプのセパレータ１４であっても良く、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であっても良い。また、粉砕ローラ３の形状がスフェリカル形状のタイヤ型の竪型粉砕機１であっても良いことは勿論であって、説明するまでもない。

そして、図１に示す実施形態においては、竪型粉砕機１で粉砕されて細粉になった木質系バイオマスを、造粒機９０に投入してペレット化する。図５に斜視図を示すが、本実施形態においては、構造が簡単なロール式のペレット装置を造粒機９０として用いた。
なお、木質系バイオマスをペレット化する理由は、保管性と輸送の効率化を目的とするものであるが、通常、ペレット状になった木質系バイオマス燃料より、細粉化された木質系バイオマスの方が、燃焼しやすい。
従って、本発明においては、ペレット化した木質系バイオマスを、発電所に輸送した後、その燃焼の前工程で、解砕して、再度、燃焼しやすい細粉にする。
そのため、本製造システムでは、ペレット化する際に、強固な成形助剤など使用しないことが好ましく、適量の水添等で、必要に応じてすぐに解砕できるような状態のペレットとすることが好ましい。

解砕されて再度細粉化された木質系バイオマスは、木質系バイオマス燃料として、ボイラ等の中で燃焼する。

本実施形態によれば、炭化後の木質系バイオマスを竪型粉砕機で粉砕して細粉化した後に、造粒機に投入してペレット化することにより、木質系バイオマスをボイラ用燃料として、保管性と輸送性の優れた形態にすることができる

また、前記ペレット化した、炭化後の木質系バイオマスは、一度再細粉化したものであるため、解砕機１５０によって容易に細粉化するので、ボイラに投入する前に、解砕機によって細粉化することができ、燃焼効率を向上させることができる。

以下、図１のシステムを用いた本発明による木質系バイオマスの製造システムの運転状態について、好ましい実施形態の１例を以下、簡単に説明する。

トラックなどの輸送手段によって、ごみ焼却場１００まで収集してきた金属異物を含む建設廃木材や間伐材等の木質系のバイオマスを、一次破砕機４０に投入して、炭化炉５０に投入できるサイズまで破砕する。
なお、本実施形態においては、炭化炉５０の投入口から投入しやすいようにするために、間伐材を３０ｃｍ角程度の大きさにまで破砕した。（収集した木質系バイオマスが、一次破砕しなくても炭化炉５０に投入できる形状、寸法であれば、一次破砕の工程を省略しても良い）

次の工程として、破砕したバイオマスを、炭化炉５０に投入して、炭化する。
なお、この際に用いる炭化炉５０の炭化条件は、炭化炉５０により処理する木質系バイオマスの種類によって、特に限定できないが、概ね５００℃から６００℃程度の範囲で炭化する。
また、この際において炭化炉５０の炉管４４の中には、木質系バイオマスを加熱することによって乾留ガスが生じるが、該乾留ガスは、乾留ガス送給配管Ｌを流れて、焼却炉のボイラ用燃料として利用される。

炭化後の木質系バイオマスは、炭化炉５０から取り出された後、冷却装置６０に投入されて、１００℃以下になるまで冷却される。なお、この際の冷却温度は、炭化した木質系バイオマスを、大気中に出しても酸化が進まず、予備粉砕機７０に投入できる温度であれば良い。

冷却された木質系バイオマスは、予備粉砕機７０に投入されて、１ｃｍ角程度まで粉砕する。そして、予備粉砕機７０で粉砕した木質系バイオマスを、遠心分離装置８０に投入して、金属などの異物を除去する。ここで、炭化後の木質系バイオマスは、炭化前の木質系バイオマスと異なって非常にもろく崩れ易い。そのため、破砕、又粉砕が容易で、固着されていた金属異物なども、この工程で容易に分離することができる。

異物を除去した木質系バイオマスは、竪型粉砕機１に投入されて、木質バイオマス燃料として、燃焼に適した粒度まで粉砕される。
なお、粒度の調整は、竪型粉砕機１に流すガスの流量、粉砕ローラ３の押圧力、回転テーブル２回転数の変更等によって可能である。

次の工程で、細粉砕した木質系バイオマスは、造粒機９０に投入されて、ペレット化された状態で発電所等に輸送される。なお、木質系バイオマスは、炭化及び粉砕して時点で、減量、又減容積して輸送し易くなっており、輸送効率の向上と言う効果が期待できる。
本実施形態においては、それをさらにペレット化することにより、粉塵爆発の恐れなどを低下させて、取り扱い容易にしている。

発電所等に輸送されたペレット状の木質系バイオマスは、発電所に設備された解砕機１５０により解砕されて、発電用ボイラに燃料として投入される。
ここで、竪型粉砕機１で粉砕された木質系バイオマスは、造粒されて凝集しているだけであるので、解砕機１５０により容易に細粉化が可能である。

さらに、本実施形態においては、国内各所に広く設備されているごみ焼却炉を利用して、木質系のバイオマスを炭化することにより、炭化の際の熱エネルギを節約して、さらに、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短縮して、嵩を減らした状態で効率よく輸送することができるとともに、炭化の際に発生する乾留ガスを、ごみ焼却炉のボイラに送給して燃料とするので効率よくバイオマス燃料を製造することができる。

本発明の実施形態に係り木質系バイオマス燃料の製造システムの構成を説明するための概念図である。 本発明の実施形態に係り竪型粉砕機の構造を説明するための要部断面図である。 本発明の実施形態に係り一次破砕機を説明するための斜視図である。 本発明の実施形態に係り炭化炉を説明するための斜視図である。 本発明の実施形態に係り造粒機を説明するための斜視図である 本発明の実施形態に係り炭化炉構造を説明するため側面図である。

符号の説明

１ 竪型粉砕機
２ テーブル
３ 粉砕ローラ
１３ シュート
１４ セパレータ
１５ ダムリング
３３ ガス導入口
３５ 原料投入口
３９ 上部取出口
１４Ａ 羽根
４０ 一次破砕機
５０ 炭化炉
６０ 冷却装置
７０ 予備粉砕機
８０ 遠心分離機（遠心分離装置）
９０ 造粒機
１００ ごみ焼却場
１５０ 解砕機

Claims (2)

1. 木質系バイオマスを炭化させた後に竪型粉砕機で粉砕して細粉化し、該細粉化した木質系バイオマスを造粒機により造粒してペレット化する木質系バイオマスの燃料供給システムであって、
   ペレット化した木質系バイオマスを、ボイラに燃料として投入する前に解砕機により細粉化する木質系バイオマスの燃料供給システム。
2. 前記木質系バイオマスを予備粉砕機により粗粉砕した後に、異物を除去してから、次いで竪型粉砕機により細粉砕する請求項１に記載の木質系バイオマスの燃料供給システム。

Images