JP2011245357A - バイオマス粉砕装置及びバイオマス・石炭混焼システム - Google Patents

Abstract

【課題】粉砕されたバイオマス粉体を効率的に外部に排出することができるバイオマス粉砕装置及びバイオマス・石炭混焼システムを提供する。
【解決手段】バイオマス原料１１を鉛直軸方向上方から供給する原料供給管１２を有する粉砕装置本体１３と、供給されたバイオマス原料１１が載置される粉砕テーブル１４と、該粉砕テーブル１４を回転駆動する駆動部１５と、粉砕テーブル１４の回転と連動して作動し、バイオマス原料１１を押圧力により粉砕する粉砕ローラと、粉砕テーブル１４の外周側下方から上方に向けて上昇流を形成し、粉砕したバイオマス粉体１７を気流搬送する搬送ガス１８を噴出する送風手段とを具備してなり、粉砕テーブル１４の周囲に周設した立設堰１４ａを有すると共に、粉砕ローラの下部の粉砕装置本体１３側から延設され、立設堰１４ａの上面側と所定間隙を形成する複数のスリットが形成された第１の延設堰３１を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、バイオマス固形物を粉砕して微粉化するバイオマス粉砕装置及びバイオマス・石炭混焼システムに関する。

近年、地球温暖化の観点からＣＯ₂排出の削減が推進されている。特に、発電用ボイラ等の燃焼設備においては、燃料として石炭や重油等の化石燃料が用いられることが多いが、この化石燃料は、ＣＯ₂排出の問題から地球温暖化の原因となり、地球環境保全の見地からその使用が規制されつつある。また化石燃料の枯渇化の観点からもこれに代替するエネルギ資源の開発、実用化が求められている。そこで、化石燃料の代替として、バイオマスを用いた燃料の利用促進が図られている。バイオマスとは、光合成に起因する有機物であって、木質類、草木類、農作物類、厨芥類等のバイオマスがある。このバイオマスを燃料化処理することにより、バイオマスをエネルギ源又は工業原料として有効に利用することができる。

再生可能エネルギであるバイオマスの高効率利用の観点から、バイオマスを燃料として用いることが行われている。燃料として用いる方法の一つに、バイオマス固形物を粉砕して微粉化し、微粉炭焚きボイラに供給して燃料として用いるものがある。これは、石炭とバイオマスとをそれぞれを単独で粉砕する単独粉砕方式と、石炭とバイオマスとを混合してから粉砕する混合粉砕方式とが知られている。何れの方式においても、バイオマス固形物を粉砕するためのバイオマス粉砕装置が必要であるが、従来の石炭焚きボイラで用いられている既設ミルを用いようとした場合、既設ミルの能力制約から両者に対する混焼率は最大でも３ｃａｌ％程度に留まっていた。

従来のバイオマスを石炭焚きボイラ用の粒径に粉砕するには、石炭粉砕機を流用したものを用いており、例えばバイオマス原料を粉砕装置内の粉砕テーブルに投入し、粉砕テーブルに連動して回転される粉砕ローラにより粉砕・乾燥し、分級している。そして、微粉砕されたバイオマスをバーナ側へ気流搬送している（特許文献１、特許文献２参照）。

特開２００４−３４７２４１号公報 特開２００９−２９１６９２号公報

しかしながら、従来技術の石炭粉砕装置を用いて木質系バイオマス原料を粉砕する場合、以下のような問題がある。

１） 木質系バイオマス原料は、石炭と異なり圧縮性を有するので、粉砕ローラと粉砕テーブルとに噛み込まれて粉砕される場合、バイオマス原料に対して圧力が十分に伝わらず粉砕しにくい、という問題がある。

また、バイオマス原料は、その水分含有量が高く、かつ繊維質であるため、粉砕ローラと粉砕テーブルとに挟まれ、押しつぶされた場合、粉砕されたバイオマス粉体（微粉）がお互いに絡みあって、分離しにくい性質がある。

このため、従来技術の石炭粉砕装置で粉砕しても、粉砕されたバイオマス粉体の粗粒と微粉とが固まり、移動しにくくなる結果、過粉砕され、石炭粉砕の場合に対し、バイオマス原料の粉砕処理量が大幅に低下し、粉砕装置における消費動力が増加する、という問題がある。

さらに、石炭と混粉砕した場合においても、一般的に５〜１０％を木質系バイオマス原料の混合限度までに混粉砕率を上げると、微粉粒度が低下し、バーナにおける燃焼効率が悪化する、という問題がある。
また、粉砕装置の動力が増加するため、粉砕装置の容量を下げて運転する必要がある。

２） また、木質系バイオマス原料を従来型石炭焚きボイラで浮遊燃焼させるには、平均粒径を０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度に粉砕する必要があるが、例えばハンマーミル又はカッターミルでこのサイズに大量粉砕するのは、効率が悪い、という問題がある。

３） さらに、十分に粉砕されない木質系バイオマス粉体（粗粒）は、その形状が不定形であり、相互に絡まりやすいため、粉砕ローラ外周部から排出され、粉砕テーブル周りに設けた噴出空気流により上昇されても、粗粒と微粉の分離が容易でなく、燃え切りに必要な粒径以上に過粉砕される比率が増加し、粉砕効力が増加する、という問題がある。

そこで、従来の石炭粉砕装置を単に流用する粉砕装置とは異なり、木質系バイオマス原料を効率的に且つ安定的に粉砕することができるバイオマス粉砕装置の出現が切望されている。

本発明は、前記問題に鑑み、バイオマス原料を効率的に且つ安定的に粉砕することができるバイオマス粉砕装置及びバイオマス・石炭混焼システムを提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、バイオマス原料を鉛直軸方向上方から供給する原料供給管を有する粉砕装置本体と、供給されたバイオマス原料が載置される粉砕テーブルと、該粉砕テーブルを回転駆動する駆動部と、前記粉砕テーブルの回転と連動して作動し、前記バイオマス原料を押圧力により粉砕する粉砕ローラと、前記粉砕テーブルの外周側下方から上方に向けて上昇流を形成し、粉砕したバイオマス粉体を気流搬送する搬送ガスを噴出する送風手段とを具備してなり、前記粉砕テーブルの周囲に周設した立設堰を有すると共に、前記粉砕ローラの下部の粉砕装置本体側から延設され、前記立設堰の上面側と所定間隙を形成する複数のスリットが形成された第１の延設堰を有することを特徴とするバイオマス粉砕装置にある。

第２の発明は、第１の発明において、前記第１の延設堰から粉砕ローラの回転方向後流側のローラ底部側に延設され、前記粉砕テーブルの上面側と所定間隙を形成する複数のスリットが形成された第２の延設堰を有することを特徴とするバイオマス粉砕装置にある。

第３の発明は、第１又は２の発明において、前記粉砕ローラの粉砕テーブル中心側の小径端部の形状をテーパ状とすることを特徴とするバイオマス粉砕装置にある。

第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つのバイオマス粉砕装置と、石炭原料を粉砕する石炭粉砕装置と、バイオマス粉砕装置で粉砕されたバイオマス粉体と、石炭粉砕装置で粉砕された石炭粉体とが供給されるボイラ火炉とを具備することを特徴とするバイオマス・石炭混焼システムにある。

本発明によれば、複数のスリット入りの第１の延設堰を設置することにより、スリットの間を通過する際の剪断作用により、所定の粒径に粉砕することとなり、バイオマス原料を付加的に粉砕することができる。

図１は、実施例１に係るバイオマス粉砕装置の概略図である。 図２は、実施例１に係るバイオマス粉砕装置の断面概略図である。 図３は、実施例１に係る粉砕テーブルと粉砕ローラの概略図である。 図４は、実施例２に係る粉砕テーブルと粉砕ローラの概略図である。 図５は、実施例５に係るボイラ火炉を備えたバイオマス・石炭混焼システムの概略図である。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本発明による実施例１に係るバイオマス粉砕装置について、図面を参照して説明する。図１は、本実施例に係るバイオマス粉砕装置の概略図である。図２は、実施例１に係るバイオマス粉砕装置の断面概略図である。
図１及び図２に示すように、本実施例に係るバイオマス粉砕装置１０は、バイオマス原料１１を鉛直軸方向上方から供給する原料供給管１２を有する粉砕装置本体１３と、供給されたバイオマス原料１１が載置される粉砕テーブル１４と、該粉砕テーブル１４を回転駆動する駆動部１５と、前記粉砕テーブル１４の回転と連動して作動し、前記バイオマス原料１１を押圧力により粉砕する粉砕ローラ１６と、前記粉砕テーブル１４の外周側下方から上方に向けて上昇流を形成し、粉砕したバイオマス粉体１７を気流搬送する搬送ガス１８を噴出する送風手段（図示せず）とを具備してなり、前記粉砕テーブル１４の周囲に周設した立設堰１４ａを有すると共に、前記粉砕ローラ１６の下部の粉砕装置本体１３側から延設され、前記立設堰１４ａの上面側と所定間隙３３を形成する複数のスリット３２が形成された第１の延設堰３１を有するものである。

前記粉砕テーブル１４は、略円形台状に形成され、該粉砕テーブル１４の上面は、該テーブル上に載置されたバイオマス固形物がこぼれ落ちないように凹状に形成されると共に、その外周側に堰１４ａを設けている。また、粉砕テーブル１４の摩耗を予防するために、交換自在なテーブルライナ１４ｂが設けられている。なお、粉砕テーブル１４は、テーブル下側から延設される駆動軸（図示せず）にモータ（図示せず）が接続され、該モータによって粉砕テーブル１４を回転駆動するようになっている。

前記粉砕ローラ１６は、粉砕テーブル１４の中心より外側にずれた位置の上方に設けられている。該粉砕ローラ１６は、粉砕テーブル１４の回転と連動して回転しながら、粉砕テーブル１４のテーブルライナ１４ｂ上に載置されたバイオマス原料１１に押圧力を作用せしめてこれを粉砕する。このとき、前記モータには、減速機が前記粉砕ローラ１６には粉砕荷重を変化させる可変油圧源又はスプリングが接続されており、粉砕ローラ１６の粉砕荷重を無段階若しくは段階的に減増させ、粉砕動力が定格範囲内になるように制御装置（不図示）で制御可能に構成されている。

前記原料供給管１２は、粉砕装置本体１３の天板１３ａに鉛直軸方向に貫挿され、バイオマス原料１１を粉砕テーブル１４上に落下させるように設置されている。

前記分級器１９は、搬送ガス（一次空気）１８により風力分級（一次分級）を通過した後のやや細かな粉粒体を二次分級するものであり、固定式分級器（サイクロンセパレータ）或いは回転式分級器（ロータリーセパレータ）等が用いられる。本実施例では、回転式分級機１９と漏斗状整流部材（粗粉回収器）２３の組み合わせで構成されており、回転式分級機により粗粒と微粒を分級している。分級された粗粒は、漏斗状整流部材を介して、粉砕テーブル１４側に落下して、再度粉砕がなされる。

前記搬送ガス（一次空気）１８を供給する送風手段は、所定流量で且つ所定温度の一次空気を、装置本体１３内に粉砕テーブル１４の周囲から供給するものであり、空気流量の調整にはダンパ等が用いられる。また、必要に応じて温度調整手段を備える。空気流量或いは温度は、図示しない制御装置により適宜制御される。

前記粉砕テーブル１４の外周縁と装置本体１３の内周面との間には隙間Ｄが設けられており、前記送風手段から供給された搬送ガス（一次空気）１８は、この隙間Ｄを介して粉砕テーブル１４の上方側に吹き抜けるようになっている。なお、前記隙間Ｄに偏流ベーン（図示せず）を設けるようにしてもよい。該偏流ベーンは、一次空気の吹き出し方向を調整するものであり、さらに好適には、偏流ベーンの角度を任意に制御可能としてもよい。

前記分級器１９と略同一形状の漏斗状整流部材２３は、装置本体１３の上部側に、分級器１９と所定間隔をもって固定され、下方に向けて延設されている。この漏斗状整流部材２３は、分級器１９で分級されたバイオマス粉体（粗粒）を再度粉砕テーブル１４へ落下させるものである。漏斗状整流部材２３は、その上部から下部に向けて拡縮している分級されたバイオマス粉体（粗粒）を受ける漏斗部２３ａと、原料供給管１２と所定間隔を持って、バイオマス粉体（粗粒）を落下させる筒部２３ｂとから形成されている。
なお、該漏斗状整流部材２３の筒部２３ｂの下端部はその径が縮小されており、分級されて落下するバイオマス粉体（粗粒）の拡散を防止している。

図３は、実施例１に係る粉砕テーブルと粉砕ローラの図２のＡ矢視方向概略図である。
本実施例では、図３に示すように、粉砕ローラ１６の形状を、粉砕テーブル１４の中心側の小径端部を面取１６ａしてテーパ状としている。この結果、粉砕ローラ１６と粉砕テーブル１４との間において、従来よりも大きな間隙２６が形成され、中心側の粗粒粉砕領域２４Ａと外周側の微粉砕領域２４Ｂとを形成している。

粉砕テーブル１４の中心側はトップサイズが２５ｍｍ程度の木質チップと、分級器１９で分級され、落下して再循環する粗粒（３〜１０ｍｍ程度）の木質バイオマスが混在する。
このような粗い粒径のものは、粉砕ローラ１６と粉砕テーブル１４とによる圧縮粉砕には適さないため、剪断作用により中間サイズに細断することが必要となる。

このため、粉砕テーブル１４の中心側の小径端部を面取１６ａしてテーパ状とし、粉砕テーブル１４と粉砕ローラ１６との周速度差を内周部側が最大になるようにし、バイオマス原料１１に剪断力を与え、木質バイオマスの組織を分断するようにしている。

すなわち、面取り１６ａしてテーパ状とすることで、粉砕ローラ１６の小径側の速度が極端に遅くなり粉砕テーブル１４側の速度と異なるものとなるので、剪断力を増大させることができる。

また、本実施例では、図３に示すように、前記粉砕テーブル１４の周囲に周設した立設堰１４ａを有すると共に、前記粉砕ローラ１６の下部の装置本体１３側から延設され、前記立設堰１４ａの上面側と所定間隙３３を形成する複数のスリットが形成された第１の延設堰３１を有している。

バイオマス原料１１が粉砕テーブル１４に供給され、粉砕ローラ１６で粉砕されると、粉砕テーブル１４の外周側では、ある程度粉砕・圧密されたバイオマス原料１１が、粉砕ローラ１６の背面から、上方に、粉砕ローラ１６の下面から、円周方向に移動する。この際、必要粒径に応じた複数のスリット３２入りの第１の延設堰３１を設置することにより、複数のスリット３２の間を通過する際の剪断作用により、所定の粒径に粉砕することとなる。
尚、原料の過粉砕を回避するため、粉砕ローラ１６へ掛ける荷重を従来の石炭粉砕ミルより小さくし、層厚を確保するのが望ましい。

この結果、複数のスリット３２を有する第１の延設堰３１を設けることにより、粉砕ローラ１６とテーブルライナ１４ｂとの間での粉砕に、付加的な剪断作用が生じ、粉砕効率の向上に寄与するものとなる。

粉砕ローラ１６を用いて、バイオマス原料１１を粉砕する際、本来の粉砕ローラ１６とテーブルライナ１４ｂの間での粉砕に加え、粉砕テーブル１４の回転に伴うローラ背面からの粉砕されたバイオマス粉砕物の移動を利用し、所定間隔のスリット３２を有する第１の延設堰３１を設置することにより、付加的に剪断粉砕を行い、全体の粉砕効率を向上させることができる。

本発明による実施例２に係るバイオマス粉砕装置について、図面を参照して説明する。図４は、実施例２に係る粉砕テーブルと粉砕ローラの概略図である。なお、実施例１に係るバイオマス粉砕装置の構成と同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
図４に示すように、本実施例に係るバイオマス粉砕装置は、実施例１に係るバイオマス粉砕装置において、さらに、前記第１の延設堰３１から粉砕ローラ１６の回転方向後流側のローラ底部側に延設され、前記粉砕テーブルの上面側と所定間隙を形成する複数のスリット３２が形成された第２の延設堰３４を有するものである。

粉砕テーブル１４の外周側では、ある程度粉砕・圧密された原料が、粉砕ローラ１６の背面から、上方に、粉砕ローラ１６の下面から、円周方向に移動するが、そこに所望粒径に応じたスリット３２入りの第１の延設堰３１及び第２の延設堰３４を設置することにより、スリット３２の間を通過する際の剪断作用により、所定の粒径に粉砕することとなる。

原料の過粉砕を回避するため、粉砕ローラ１６へ掛ける荷重を従来の石炭粉砕ミルより小さくし、層厚を確保するのが望ましい。

この結果、スリット３２を有する第１の延設堰３１及び第２の延設堰３４を設けることにより、粉砕ローラ１６とテーブルライナ１４ｂとの間での粉砕に、更に付加的な剪断作用が生じ、粉砕効率の向上に寄与するものとなる。

本発明による実施例３に係るボイラ火炉を備えたバイオマス・石炭混焼システムについて、図面を参照して説明する。図５は、本実施例に係るボイラ火炉を備えたバイオマス・石炭混焼システムの概略図である。
図５に示すように、本実施例に係るボイラ火炉を備えたバイオマス・石炭混焼システムに上述したバイオマス粉砕装置１０を適用したものである。
図５に示すように、本実施例に係るバイオマス・石炭混焼システムは、必要に応じて所定粒径以下まで一次破砕（粗破砕）、乾燥されたバイオマス固形物であるバイオマス原料１１が貯蔵されるバイオマス貯蔵設備４０と、バイオマス原料１１が供給されるバイオマスホッパ４１を備えたバイオマス粉砕装置１０と、石炭５０を受け入れるホッパ５１ａ、５１ｂを備えた石炭粉砕装置５２ａ、５２ｂと、バイオマス粉砕装置１０にて得られたバイオマス粉体１７及び石炭粉砕装置５２ａ、５２ｂにて得られた石炭粉体５３が供給されるボイラ火炉６０と、を備えるものである。木屑等のバイオマス原料１１はある程度大きさを揃えバイオマスチップとしてバイオマス貯蔵設備４０に貯蔵され、その後、バイオマスホッパ４１に供給される。バイオマスチップは、バイオマスホッパ４１からバイオマス粉砕装置１０に供給され、粉砕テーブル１４と粉砕ローラ１６とにより粉砕される。粉砕後のバイオマス粉砕物および石炭粉砕物はボイラ火炉６０に供給され、ボイラ火炉６０内でバイオマス粉体と石炭粉体が混合して燃焼するようになっている。

ボイラ火炉６０の炉本体には、燃料供給ノズルとこれに共働するバーナが配設されている。燃焼により発生した燃焼排ガスは、炉内に配設された伝熱管６１を加熱して煙道へ送られる。炉本体の炉出口に設けた煙道の途中には空気加熱器（ＡＨ）６２が配置され、空気加熱器６２を通った燃焼排ガスは、灰捕集装置等の排ガス処理設備（図示せず）を経て大気放出される。
空気加熱器６２によって外気６３を加熱して生成した高温空気６４は石炭粉砕装置５２ａ、５２ｂに供給され、石炭の乾燥に用いられる。また燃焼排ガスの一部６５は、誘引ファン６６によりバイオマス粉砕装置１０に供給され、バイオマスの分級、乾燥に用いられる。

このように本発明に係るバイオマス粉砕装置を備えたシステムとすることで、バイオマス粉砕が良好となるので、その粉砕物を燃焼装置に直接導入して燃焼させる場合においても、燃焼性能を低下させることなく安定燃焼が可能である。
また、押込みガスの全体量は従来と変化することがないので、一次空気の変動がなく、燃焼設備にて必要とされる空気量の範囲内で、バイオマス粉砕装置を安定して運転することが可能である。

以上のように、本発明に係るバイオマス粉砕装置及びバイオマス・石炭混焼システムによれば、バイオマス原料を効率的に且つ安定的に粉砕することができる。

１０ バイオマス粉砕装置
１１ バイオマス原料
１２ 原料供給管
１３ 粉砕装置本体
１４ 粉砕テーブル
１５ 駆動部
１６ 粉砕ローラ
１７ バイオマス粉体
１８ 搬送ガス
１９ 分級器
３１ 第１の延設堰
３２ スリット
３３ 間隙
３４ 第２の延設堰

Claims (4)

1. バイオマス原料を鉛直軸方向上方から供給する原料供給管を有する粉砕装置本体と、
   供給されたバイオマス原料が載置される粉砕テーブルと、
   該粉砕テーブルを回転駆動する駆動部と、
   前記粉砕テーブルの回転と連動して作動し、前記バイオマス原料を押圧力により粉砕する粉砕ローラと、
   前記粉砕テーブルの外周側下方から上方に向けて上昇流を形成し、粉砕したバイオマス粉体を気流搬送する搬送ガスを噴出する送風手段とを具備してなり、
   前記粉砕テーブルの周囲に周設した立設堰を有すると共に、前記粉砕ローラの下部の粉砕装置本体側から延設され、前記立設堰の上面側と所定間隙を形成する複数のスリットが形成された第１の延設堰を有することを特徴とするバイオマス粉砕装置。
2. 請求項１において、
   前記第１の延設堰から粉砕ローラの回転方向後流側のローラ底部側に延設され、前記粉砕テーブルの上面側と所定間隙を形成する複数のスリットが形成された第２の延設堰を有することを特徴とするバイオマス粉砕装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記粉砕ローラの粉砕テーブル中心側の小径端部の形状をテーパ状とすることを特徴とするバイオマス粉砕装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一つのバイオマス粉砕装置と、
   石炭原料を粉砕する石炭粉砕装置と、
   バイオマス粉砕装置で粉砕されたバイオマス粉体と、石炭粉砕装置で粉砕された石炭粉体とが供給されるボイラ火炉とを具備することを特徴とするバイオマス・石炭混焼システム。

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