JP2012078017A - バイオマス貯蔵ユニット及び前処理ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】バイオマスをより効率よく燃焼させやすくすることができるバイオマス貯蔵ユニット及び前処理ユニットを提供することにある。
【解決手段】バイオマスを粉砕する粉砕手段に供給するバイオマスを貯蔵するバイオマス貯蔵ユニットであって、バイオマスを貯蔵するタンク本体と、タンク本体のバイオマスが貯蔵されている領域を含む領域を間接加熱する加熱源を備え、加熱源によりタンク本体に貯蔵されているバイオマスを非炭化温度の範囲で加熱する加熱手段と、を有することで上記課題を解決する。
【選択図】図２

Description

本発明は、バイオマスを粉砕する粉砕装置に供給するバイオマスを貯蔵するバイオマス貯蔵ユニット及び前処理ユニットに関する。

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また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。また、特許文献１及び特許文献２に記載されているように、バイオマスを炭化させた後、燃料として用いるものもある。

特開２００７−２３２３９号公報 特開２００８−２０９０８０号公報

ここで、バイオマスは、石炭等の固形の化石燃料に比べ、繊維質でやわらかい。このため、バイオマス固形物を粉砕して微粉化するためには、石炭等を粉砕して微粉化するよりもより多くの時間、出力が必要となる。つまり、バイオマスは、石炭に比べ粉砕容量が低下する。これに対して、特許文献１及び特許文献２のように、バイオマスを炭化することで、脆化させ、粉砕しやすくすることができる。しかしながら、バイオマスは、炭化処理時に、タール等の不純物が排出される可能性がある。不純物が排出されるとそれらを除去する工程や、メンテナンスが必要となる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、バイオマスをより効率よく燃焼させやすくすることができるバイオマス貯蔵ユニット及び前処理ユニットを提供することにある。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、バイオマスを粉砕する粉砕手段に供給するバイオマスを貯蔵するバイオマス貯蔵ユニットであって、バイオマスを貯蔵するタンク本体と、前記タンク本体のバイオマスが貯蔵されている領域を含む領域を間接加熱する加熱源を備え、前記加熱源により前記タンク本体に貯蔵されているバイオマスを非炭化温度の範囲で加熱する加熱手段と、を有することを特徴とする。これにより、バイオマスを効率よく粉砕することができ、かつ、装置に対して悪影響が発生する恐れを低減することができる。

ここで、前記加熱手段は、加熱源として、前記タンク本体の内部に挿入された伝熱管を有することが好ましい。これにより、タンク本体の内部からバイオマスを加熱することができ、バイオマスを効率よく加熱することができる。

また、前記伝熱管は、内部に加熱された流体が流通されることが好ましい。これにより、バイオマスを効率よく加熱することができる。

また、前記伝熱管は、電熱線が挿入されており、前記加熱手段は、前記電熱線に電流を流すことで前記伝熱管を加熱することが好ましい。これにより、バイオマスを効率よく加熱することができる。

また、前記タンク本体の外周面に配置された中空のジャケットをさらに有し、前記加熱手段は、加熱源として、前記ジャケットに加熱された流体を供給する流体供給部を有することが好ましい。これにより、タンク本体の外周からバイオマスを加熱することができる。

また、前記加熱手段は、流体として、ボイラで加熱された水蒸気を供給することが好ましい。これにより、発生した熱を効率よく利用することができる。

また、前記加熱手段は、前記バイオマスを１５０℃以上２５０℃以下に加熱することが好ましい。これにより、バイオマスからタールが一定濃度以上発生することを抑制しつつ、もろく（粉砕しやすく）することができる。

また、前記タンク本体のバイオマスを排出する領域の雰囲気の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部の検出結果に基づいて、前記加熱手段を制御し、前記タンク本体に貯蔵されているバイオマスを非炭化温度の範囲で加熱する制御部と、をさらに有することが好ましい。これにより、タンク本体から排出されるバイオマスをより確実に非炭化温度の範囲にすることができる。

また、前記タンク本体のバイオマスが貯蔵されている領域に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部をさらに有することが好ましい。これにより、タンク本体に貯蔵しているバイオマスが燃焼する恐れを低減することができる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、バイオマスを粉砕する粉砕手段にバイオマスを供給する前処理ユニットであって、上記のいずれかに記載のバイオマス貯蔵ユニットと、前記バイオマス貯蔵ユニットにバイオマスを供給する貯蔵前供給手段と、前記バイオマス貯蔵ユニットに貯蔵されたバイオマスを粉砕手段に供給する貯蔵後供給手段と、を有することを特徴とする。これにより、バイオマスを効率よく粉砕することができ、かつ、装置に対して悪影響が発生する恐れを低減することができる。

本発明に係るバイオマス貯蔵ユニット及び前処理ユニットは、バイオマスをより効率よく粉砕しやすくでき、燃焼させやすくすることができるという効果を奏する。

図１は、発電システムの一実施形態の概略構成を示す模式図である。 図２は、バイオマス貯蔵ユニットの概略構成を示す模式図である。 図３は、バイオマスの温度と、各成分の割合との関係を示すグラフである。 図４は、粉砕動力比と所定粒径までの粉砕時間との関係を示すグラフである。 図５は、発電システムの他の実施形態の概略構成を示す模式図である。 図６は、発電システムの他の実施形態の概略構成を示す模式図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係るバイオマス貯蔵ユニット及びバイオマス供給装置を用いる発電システムの好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。

図１は、発電システムの一実施形態の概略構成を示す模式図であり、図２は、バイオマス貯蔵ユニットの概略構成を示す模式図である。

図１に示す発電システム１０は、バイオマスを粉砕した微粉体と石炭や油等の化石燃料とを燃料として併用して燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収し、回収した熱で発電を行うことが可能な発電システムである。

図１に示す発電システム１０は、バイオマスを供給するバイオマス供給装置１１と、このバイオマス供給装置１１から供給されたバイオマスと化石燃料とを燃焼することで発生した熱を回収するボイラ３０と、ボイラ３０で発生させた熱を用いて発電を行う発電装置６０とを有している。

ここで、バイオマスとは、再生可能な生物由来の有機性資源であって、化石資源を除いたものと定義する。例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ、及びこれらを原料としたリサイクル燃料(ペレットやチップ)等であり、ここに提示したものに限定されることはない。

バイオマス供給装置１１は、バイオマスを非炭化温度の範囲で加熱した後、粉砕し、粉砕したバイオマスをボイラ３０に供給する装置であり、前処理ユニット１９と、空気供給配管２１と、粉砕装置（ミル）２６と、粉体分離装置２７と、供給配管２８と、を有する。

前処理ユニット１９は、バイオマスに前処理を行った後、粉砕装置２６に供給するユニットであり、貯蔵サイロ２０と、払い出しコンベア２２と、搬送コンベア２３と、バイオマス貯蔵ユニット２４と、フィーダ２５とを有する。貯蔵サイロ２０は、所定量のバイオマスを貯留可能な装置である。貯蔵サイロ２０は、貯留させているバイオマス１４０を所定の量ずつ払い出しコンベア２２に供給する。払い出しコンベア２２と搬送コンベア２３は、ともにバイオマス１４０を搬送する搬送機構である。なお、本実施形態では、コンベアとしたが、バイオマス１４０の搬送機構としては、種々の機構を用いることができる。払い出しコンベア２２は、貯蔵サイロ２０から供給されたバイオマス１４０を搬送コンベア２３に搬送する。搬送コンベア２３は、払い出しコンベア２２から供給されたバイオマス１４０をバイオマス貯蔵ユニット２４に供給する。

バイオマス貯蔵ユニット２４は、搬送コンベア２３から供給されたバイオマス１４０を一時的に貯留し、さらに、バイオマス１４０に前処理を行う。その後、バイオマス貯蔵ユニット２４は、前処理を行ったバイオマス１４０をフィーダ２５に供給する。なお、バイオマス貯蔵ユニット２４の構成については、後述する。また、フィーダ２５は、バイオマス貯蔵ユニット２４から供給されたバイオマス１４０を搬送し、粉砕装置２６に供給する。

バイオマス供給装置１１の構成の説明を続ける。空気供給配管２１は、バイオマス供給装置１１の各部に空気を供給する配管である。空気供給配管２１は、ボイラ３０の空気を供給させる各部と接続され、空気１４８が供給される。また、空気供給配管２１は、粉砕装置２６、供給配管２８と接続され、それぞれに空気１４８を供給する。また、空気供給配管２１は、粉砕装置２６と接続される配管にバルブ７０が設けられ、供給配管２８と接続される配管にバルブ７２が設けられている。このバルブ７０、７２の開閉及び開度を調整することで、各部に供給する空気１４８の量を調整することができる。

粉砕装置２６は、バイオマスを粉砕する粉砕装置であり、フィーダ２５から供給されたバイオマス１４０を微粉体に粉砕する。また、粉砕装置２６には、空気供給配管２１が接続されており、空気供給配管２１から供給される空気１４８の力で粉砕したバイオマス１４０を搬送させる。つまり、粉砕装置２６で粉砕されたバイオマス１４０は、空気搬送により、配管を移動し、粉体分離装置２７まで搬送される。粉体分離装置２７は、バグフィルタや、サイクロンを有し、通過するバイオマス１４０を分離し、分級する。粉体分離装置２７は、通過する粉砕されたバイオマス１４０のうち、大きさが一定以上のバイオマス１４０を粗粉１４２として供給配管２８に供給する。また、粉体分離装置２７は、通過するバイオマス１４０のうち、大きさが一定より小さいバイオマス１４０を微粉１４４として配管により後述する電気集塵器５５に供給し、電機集塵器５５に捕集させる。なお、粉体分離装置２７に供給されるバイオマス１４０は、略全てが粗粉１４２となる。例えば、粉体分離装置２７は、サイクロンによりバイオマス１４０に対して吹き上げる風を送り、風を吹き付けても落下する大きさが一定以上のバイオマス１４０を粗粉１４２として供給配管２８に供給し、風によって吹き上げられた大きさが一定より小さいバイオマス１４０を微粉１４４として電気集塵器５５に空気を供給する配管（電機集塵器５５の直前）に供給する。供給配管２８は、粉体分離装置２７から供給された粗粉１４２及び空気１４８をボイラ３０のバイオマス用の燃焼バーナ３４に供給する。なお、空気供給配管２１から供給配管２８に供給される空気１４８は、一次空気となる。

次に、ボイラ３０は、コンベンショナルボイラであって、バイオマスと化石燃料とを燃焼可能なボイラ本体３１を有している。このボイラ本体３１は、中空形状をなして鉛直方向に設置され、このボイラ本体３１を構成する火炉壁の下部に燃焼装置３２が設けられている。この燃焼装置３２は、火炉壁に装着された複数の化石燃料用の燃焼バーナ３３と、複数のバイオマス用の燃焼バーナ３４とを有している。本実施形態にて、化石燃料用の燃焼バーナ３３は、周方向に沿って４個若しくは８個配設されたものが上下方向に３から６段配置されている。一方、バイオマス用の燃焼バーナ３４は、複数の化石燃料用の燃焼バーナ３３の下方であって、周方向に沿って４個若しくは８個配設されたものが上下方向に１段配置されている。なお、化石燃料用の燃焼バーナ３３とバイオマス用の燃焼バーナ３４の配置関係は上下逆であってもよい。また、各燃焼バーナ３３、３４にて、周方向の数は４個に限るものではなく、段数も４段や１段に限るものではない。さらに、各燃焼バーナ３３、３４が対向するように配置してもよい。

そして、化石燃料用の燃焼バーナ３３は、微粉炭供給部３５が供給配管３６を介して連結されるとともに、燃料油（または、燃料ガス）供給部３７が供給配管３８を介して連結されており、この場合、化石燃料として、微粉炭または燃料油を供給可能となっている。一方、バイオマス用の燃焼バーナ３４は、バイオマス供給装置１１からの供給配管２８が連結されている。

また、燃焼装置３２は、各燃焼バーナ３３、３４に燃焼用空気を供給可能な空気供給配管３９を有しており、この空気供給配管３９は、基端部に送風機４０が装着され、先端部がボイラ本体３１の外周側に設けられた風箱に連結されている。そのため、この風箱４１に供給された空気を各燃焼バーナ３３、３４に供給することができる。

ボイラ本体３１は、上部に煙道４２が連結されており、この煙道４２に、対流伝熱部として排ガスの熱を回収するための、過熱器４３、４４、再熱器４５、４６、節炭器４７、４８、４９が設けられており、ボイラ本体３１での燃焼で発生した排ガスと水との間で熱交換が行われる。

煙道４２は、その下流側に熱交換を行った排ガスが排出される排ガス配管５０が連結されている。この排ガス配管５０は、空気供給配管３９との間にエアヒータ５１が設けられ、空気供給配管３９を流れる空気と、排ガス配管５０を流れる排ガスとの間で熱交換を行い、燃焼バーナ３３、３４に供給する燃焼用空気を２００〜３００℃の範囲に昇温することが望ましい。

また、空気供給配管３９は、エアヒータ５１より下流側の位置から分岐して、空気供給配管２１が設けられている。この空気供給配管２１は、塵や埃等の粒子状物質を除去可能な除塵装置５２と、高温空気を昇圧可能なブロア５３が装着されており、エアヒータ５１で２００〜３００℃に加熱した空気をバイオマス供給装置１１の空気供給配管２１に供給することができる。

なお、排ガス配管５０は、エアヒータ５１より上流側に位置して、選択還元型触媒５４が設けられ、エアヒータ５１より下流側に位置して、電気集塵機５５、誘引送風機５６、脱硫装置５７が設けられ、下流端部に煙突５８が設けられている。

また、排ガス配管５０の電気集塵機５５の上流には、配管７３が接続されている。配管７３は、供給配管２８、及び、粉砕装置２６と粉体分離装置２７との間の配管に接続されている。配管７３は、電気集塵機５５の上流との接続部と、供給配管２８との接続部との間にバルブ７４が配置され、電気集塵機５５の上流との接続部と、粉砕装置２６と粉体分離装置２７との間の配管との接続部との間にバルブ７６が配置されている。排ガス配管５０を流れる排ガスは、一部が配管７３に供給され、搬送ガス１５０として配管７３から、供給配管２８、及び、粉砕装置２６と粉体分離装置２７との間の配管に供給される。また、バルブ７４は、配管７３から供給配管２８への搬送ガス１５０の供給量を調整する。また、バルブ７６は、配管７３から粉砕装置２６と粉体分離装置２７との間の配管への搬送ガス１５０の供給量を調整する。

また、発電装置６０は、熱エネルギを電気に変換する変換機構である。配管ユニット６２は、ボイラ３０の過熱器４３、４４、再熱器４５、４６と、発電装置６０とを接続する配管であり、過熱器４３、４４、再熱器４５、４６で過熱された蒸気を発電装置６０に送り、発電装置６０で熱交換した蒸気を過熱器４３、４４、再熱器４５、４６に送る。発電装置６０は、過熱器４３、４４、再熱器４５、４６で過熱された蒸気から取り出した熱エネルギを電気に変換する。例えば、発電装置６０は、タービンを有し、過熱蒸気のエネルギを利用してタービンを回転させ、電力を取り出す。

以上より、発電システム１０は、ボイラ３０にて、送風機４０を駆動して空気を吸引すると、この空気は、空気供給配管３９を通してエアヒータ５１で加熱された後に風箱４１を介して各燃焼バーナ３３、３４に供給される。また、化石燃料としての微粉炭または燃料油は、供給配管３６、３８を通して化石燃料用の燃焼バーナ３３に供給されるとともに、バイオマス供給装置１１からのバイオマスは、供給配管２８を通してバイオマス用の燃焼バーナ３４に供給される。

すると、化石燃料用の燃焼バーナ３３は、燃焼用空気と化石燃料をボイラ本体３１に噴射すると同時に着火し、また、バイオマス用の燃焼バーナ３４は、燃焼用空気とバイオマスの微粉体をボイラ本体３１に噴射すると同時に着火する。このボイラ本体３１では、燃焼用空気、化石燃料、バイオマスが燃焼して火炎が生じる。ボイラ本体３１内の下部で火炎が生じると、燃焼ガスがこのボイラ本体３１内を上昇し、煙道４２に排出される。

このとき、図示しない給水ポンプから供給された水は、節炭器４７、４８、４９によって予熱された後、図示しない蒸気ドラムに供給され火炉壁の各水管（図示せず）に供給される間に加熱されて飽和蒸気となり、図示しない蒸気ドラムに送り込まれる。さらに、図示しない蒸気ドラムの飽和蒸気は過熱器４３、４４に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器４３、４４で生成された過熱蒸気は、配管ユニット６２を通過して発電装置６０に供給される。また、発電装置６０での膨張過程の中途で取り出した蒸気は、配管ユニット６２を通過して再熱器４５、４６に導入され、再度過熱されて配管ユニット６２を通過して発電装置６０に戻される。なお、ボイラ本体３１をドラム型（蒸気ドラム）として説明したが、この構造に限定されるものではない。

その後、煙道４２の節炭器４７、４８、４９を通過した排ガスは、排ガス配管５０にて、選択還元型触媒５４でＮＯｘ等の有害物質が除去され、電気集塵機５５で粒子状物質が除去され、脱硫装置５７により硫黄分が除去された後、煙突５８から大気中に排出される。

次に、図２を用いて、バイオマス貯蔵ユニット２４について説明する。ここで、図２は、バイオマス貯蔵ユニットの概略構成を示す模式図である。バイオマス貯蔵ユニット２４は、タンク本体１０２と、伝熱管１０６と、加熱部１０８と、ジャケット１０９と、水蒸気供給部１１０と、温度計測部１１４と、不活性ガス供給部１２０と、制御部１３０と、を有する。

タンク本体１０２は、バイオマスを貯蔵する貯蔵機構である。また、タンク本体１０２は、上端側にバイオマスの投入部が設けられ、下端側にバイオマスの排出部が設けられている。タンク本体１０２は、搬送コンベア２３から搬送されたバイオマス１４０を貯蔵し、貯蔵したバイオマス１４０を下端から排出する。

伝熱管１０６は、タンク本体１０２の内部に挿入された管路である。なお、伝熱管１０６としては、所定の温度まで温度が上昇する各種管路を用いることができ、例えば電熱線が挿入された管路や、加熱された流体を流通させる管路を用いることができる。

加熱部１０８は、伝熱管１０６を加熱する装置である。伝熱管１０６は、加熱部１０８により加熱されることで、温度が上昇する。なお、加熱部１０８は、伝熱管１０６の発熱原理に応じた種々の加熱装置を用いることができる。例えば、伝熱管１０６が電熱線を備える場合、加熱部１０８としては、電熱線に電力を供給する電源を用いることができる。また、伝熱管１０６が流体を流通させることで加熱される機構の場合、加熱部１０８として、流体（水蒸気、加熱ガス）を供給する供給機構を用いることができる。

次に、ジャケット１０９は、タンク本体１０２の外周に配置された中空の部材である。ジャケット１０９は、タンク本体１０２のバイオマス１４０が貯蔵される領域の外周を覆うように配置されている。水蒸気供給部１１０は、ジャケット１０９に加熱された水蒸気を供給する。

温度計測部１１４は、タンク本体１０２のバイオマス１４０の排出口の近傍の雰囲気を計測する手段である。温度計測部１１４は、計測したバイオマス１４０の温度を制御部１３０に送る。

不活性ガス供給部１２０は、タンク本体１０２のバイオマス１４０が貯蔵されている領域に不活性ガスを供給する装置である。なお、不活性ガスとしては、タンク本体１０２内でのバイオマス１４０の燃焼を抑制する種々のガスを用いることができる。例えば、酸素濃度が一定濃度（例えば５％）以下のガスを用いることができ、より具体的には、二酸化炭素（ＣＯ_２）ガス、窒素（Ｎ_２）ガス、排ガスを用いることができる。

制御部１３０は、温度計測部１１４での計測結果に基づいて、加熱部１０８、水蒸気供給部１１０の動作を制御する。また、制御部１３０は、不活性ガス供給部１２０の動作や、その他、各種機構の動作を制御する。

バイオマス貯蔵ユニット２４は、以上のような構成であり、加熱部１０８により伝熱管１０６を加熱し、かつ、水蒸気供給部１１０からジャケット１０９に水蒸気を供給することで、タンク本体１０２に貯蔵しているバイオマス１４０を加熱する。また、バイオマス貯蔵ユニット２４は、制御部１３０が、温度計測部１１４での温度の計測結果に基づいて、加熱部１０８と水蒸気供給部１１０との動作を制御し、バイオマス１４０の温度を制御することで、排出されるバイオマス１４０の温度を一定範囲、具体的には、非炭化温度の範囲内となる状態で、排出する。

ここで、非炭化温度の範囲とは、バイオマス１４０が炭化してない状態で、もろくなり、かつ、排出されるタールを一定濃度以下となる温度である。ここで、図３は、バイオマスの温度と、各成分の割合との関係を示すグラフであり、図４は、粉砕動力比と所定粒径までの粉砕時間との関係を示すグラフである。図３は、縦軸を重量割合［％］とし、バイオマスを各温度に加熱した場合（加熱前、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃）の各成分の重量割合の関係を示している。また、図４は、縦軸をミル（粉砕装置）における所定粒径までの推定粉砕動力比をとし、横軸をボールミル（粉砕装置）での所定粒径までの粉砕時間［ｓ］とした。なお、図４には、木質ペレットＡを、生の状態（加熱前）、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃の加熱した状態にした場合の、推定粉砕動力比と、ボールミル（粉砕装置）での所定粒径までの粉砕時間との関係を計測した結果を示す。また、図４には、比較のため、加熱していない木質チップＡ、木質チップＢ、木質ペレットＢのそれぞれについても推定粉砕動力比と、ボールミル（粉砕装置）での所定粒径までの粉砕時間との関係を計測した結果も示す。

バイオマスは、図３に示すように、加熱される温度により、成分の割合が変化し、一定の温度を超えるとタールが析出される。また、バイオマスは、高い温度に加熱するほど、もろくなる。具体的には、木質ペレットを加熱するとボールミル（粉砕装置）での所定粒径までの粉砕時間が加熱していない木質ペレットの粉砕時間よりも短くなる。さらに、木質ペレットを加熱する温度を高くすると粉砕時間がさらに短くなる。例えば、図４に示すように、木質ペレットＡは、１５０℃に加熱するとボールミル（粉砕装置）での所定粒径までの粉砕時間が加熱していない木質ペレットＢの粉砕時間よりも短くなる。さらに、木質ペレットＡを２００℃、２５０℃と加熱する温度を高くすると粉砕時間がさらに短くなる。ここで、ミル（粉砕装置）における所定粒径までの推定粉砕動力比は、粉砕時間に比例するため、粉砕時間が短くなることで、粉砕に必要な動力も少なくなる。以上より、バイオマスは、温度を高くするほど粉砕しやすくなる。なお、非炭化温度の範囲、つまり、タールによる影響を抑制しつつ、バイオマスが粉砕しやすくなる最適な温度は、バイオマスの種類によって異なる温度範囲、温度となる。ここで、バイオマスの温度範囲は、１５０℃以上２５０℃以下の温度とすることで、排出されるタールをより確実に低減すること、例えば、バイオマス全量の２０％以下の発生量）とすることができ、バイオマスをタールによる影響を抑制しつつ、粉砕しやすくすることができる。なお、バイオマスの温度範囲の１５０℃以上２５０℃以下は、タールの発生をより確実に減らすことができ、かつ、粉砕時間を十分に短くすることができる温度となる。

以上の関係に基づいて、バイオマス貯蔵ユニット２４は、バイオマス１４０がもろくなり、かつ、排出されるタールが一定濃度以下となる温度である、非炭化温度の範囲でバイオマス１４０を加熱する。なお、図３及び図４に示す例では、バイオマス貯蔵ユニット２４は、バイオマス１４０を１５０℃から２５０℃の間の温度に加熱する。これにより、バイオマス貯蔵ユニット２４は、タール等の揮発性ガスが排出される影響を抑制しつつ、さらには、タールの発生を抑制しつつ、バイオマスを粉砕しやすくすることができる。バイオマス貯蔵ユニット２４は、バイオマスを粉砕しやすい状態にして、排出口からフィーダ２５に排出（供給）する。フィーダ２５に排出されたバイオマスは、粉砕装置２６に搬送され、粉砕装置２６で粉砕される。この際に、粉砕装置２６には、バイオマス貯蔵ユニット２４で非炭化温度に加熱されたバイオマス１４０が供給されるため、少ない動力、かつ短時間で所定の粒径に粉砕することができる。また、バイオマス貯蔵ユニット２４は、バイオマス１４０を非炭化温度の範囲で加熱するため、加熱により発生するタールを一定濃度以下とすることができ（つまり、タールが一定濃度より多く排出されることを抑制することができ）、タールの発生により、バイオマスの搬送効率が低下したり、タールがタンク本体１０２に付着したりすることを抑制することができる。以上より、バイオマス貯蔵ユニット２４、前処理ユニット１９及びバイオマス供給装置１１は、効率よくバイオマスを粉砕することができる。また、バイオマス貯蔵ユニット２４の周囲または内部に加熱する機構を設けるのみであるため装置構成を簡単にすることができる。さらに、タール等の揮発性ガスの発生を抑制することができるため、発生したタールを適切にボイラで燃焼させることができ、装置へのタールの付着を抑制することができ、装置のメンテナンス等も簡単にすることができる。ここで、バイオマスの温度は、１５０℃以上２５０℃以下とすることで、タールの発生をより確実に抑制することができ、上記効果をより確実に得ることができるが、非炭化温度とすることで、タール等の揮発性ガスが排出される影響を抑制しつつ、粉砕性を向上できる。

また、バイオマス貯蔵ユニット２４で、バイオマス１４０を非炭化温度の範囲で加熱することで、バイオマス１４０を乾燥させることができる。これにより、バイオマス貯蔵ユニット２４は、粉砕装置２６への投入時には、バイオマスを乾燥した状態にすることができ、粉砕装置での乾燥を省略することができる。これにより、粉砕装置２６に供給する空気として種々の空気を用いることができ、常温の空気も用いることができる。

ここで、バイオマス貯蔵ユニット２４では、バイオマスの加熱手段として、タンク本体１０２の内部から加熱する伝熱管１０６及び加熱部１０８と、タンク本体１０２の外周から加熱するジャケット１０９及び水蒸気供給部１１０とを設けたが、いずれか一方のみを設けた構成としてもよい。なお、タンク本体１０２の内部から加熱する伝熱管１０６及び加熱部１０８を設けることで、タンク本体１０２に貯蔵されたバイオマスを効率よく加熱することができる。また、バイオマス貯蔵ユニット２４のように、バイオマスを間接加熱、つまり、加熱源がバイオマスに直接接触しない状態で加熱を行うことで、加熱源として高温の熱源を用いることができる。また、バイオマスの加熱手段として、バイオマスを間接加熱する種々の加熱手段を用いることができる。

また、伝熱管１０６の配置構成は、特に限定されず種々の配置とすることができるが、タンク本体１０２に貯蔵されているバイオマス１４０の移動に影響を与えない配置とすることが好ましい。

バイオマスの加熱手段は、バイオマスを非炭化温度の範囲で加熱することができればよく、加熱手段自体は、非炭化温度よりも高い温度になってもよい。

また、制御部１３０は、温度計測部１１４の計測結果に基づいて、タンク本体１０２の排出口の近傍のバイオマスが非炭化温度となるように、加熱部１０８と、水蒸気供給部１１０との動作を制御する。なお、制御部１３０は、目標とする非炭化温度と、その温度のときに温度計測部１１４で計測される温度との関係を予め実験等で算出しておき、算出した結果と温度計測部１１４で計測される温度とに基づいて、各部の動作を制御することが好ましい。これにより、バイオマスを適切に非炭化温度とすることができる。なお、温度計測部１１４により温度計測位置は、本実施形態のようにタンク本体１０２の排出口の近傍とすることが好ましいが、本発明はこれに限定されない。また、温度計測部１１４を設けずに、設定した条件に基づいて加熱動作を制御し、バイオマスの温度を非炭化温度の範囲にするようにしてもよい。

また、バイオマス貯蔵ユニット２４は、不活性ガス供給部１２０によりタンク本体１０２に不活性ガスを供給することで、タンク本体１０２でバイオマス１４０が燃焼されることを抑制することができる。

次に、図５を用いて、他の実施形態の前処理装置及びバイオマス貯蔵ユニットについて説明する。ここで、図５は、発電システムの他の実施形態の概略構成を示す模式図である。ここで、図５に示す発電システム２１０は、バイオマス供給装置２１１のバイオマス貯蔵ユニットの水蒸気供給部として、発電装置６０を流れる水蒸気を用いることを除いて他の構成は、発電システム１０と同様の構成である。そこで、発電システム１０と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略し、以下、発電システム２１０に特有の点を説明する。図５に示す発電システム２１０は、バイオマス供給装置２１１と、ボイラ３０と、発電装置６０と、を有する。

バイオマス供給装置２１１は、上述したバイオマス供給装置の各部に加え、配管ユニット２３０を有する。配管ユニット２３０は、発電装置６０とバイオマス貯蔵ユニット２４とに接続されている。配管ユニット２３０は、配管ユニット６２を介してボイラ３０から発電装置６０に供給された水蒸気を、発電装置６０からバイオマス貯蔵ユニット２４に供給する。発電装置６０からバイオマス貯蔵ユニット２４に供給された水蒸気は、タンク本体のジャケットに供給される。さらに、ジャケットを通過した水蒸気は、配管ユニット２３０を通過して、バイオマス貯蔵ユニット２４から発電装置６０に供給される。つまり、本実施形態のバイオマス貯蔵ユニット２４は、発電装置６０を流通している水蒸気、つまりタービンから抽気した水蒸気を、ジャケットを流れる水蒸気として用いる。つまり、水蒸気供給部１１０として、発電装置６０と配管ユニット２３０とを用いる。

このように、ボイラ３０で加熱されて発電装置６０に供給される水蒸気を用いて、バイオマスを加熱する構成とすることで、発電システム２１０の全体で発生する熱を効率よく利用することができる。また、発電装置６０に供給される水蒸気を用いて、バイオマスを加熱する構成とすることで、発電装置６０を通過した水蒸気の潜熱を回収し、バイオマス貯蔵ユニット２４でドレン化することができる。

また、バイオマス貯蔵ユニット２４は、さらに、発電装置６０から供給される水蒸気を、伝熱管を流通させる流体、つまり、タンク本体の内部に配置された伝熱管の加熱源として用いてもよい。

次に、図６を用いて、他の実施形態の前処理装置及びバイオマス貯蔵ユニットについて説明する。ここで、図６は、発電システムの他の実施形態の概略構成を示す模式図である。図６に示す発電システム２４０は、バイオマス・石炭混焼の発電システムである。つまり、図６は、石炭の供給装置の概略構成も示す発電システムである。なお、図６では、発電装置の図示を省略している。

図６に示すように、発電システム２４０は、バイオマスを貯留し、排出前に非炭化温度に加熱する前処理ユニット１９と、前処理ユニット１９で非炭化温度に加熱したバイオマスを粉砕する粉砕装置２６と、粉砕装置２６で粉砕したバイオマスを燃焼バーナ３３に供給する配管２４９と、石炭２５０を受け入れるホッパ２５１ａ、２５１ｂを備えた石炭粉砕装置２５２ａ、２５２ｂと、石炭粉砕装置２５２ａ、２５２ｂにて得られた石炭粉体を燃焼バーナ３４に供給する配管２５３と、を備える。また、発電システム２４０は、さらに、ボイラ本体３１、対流伝熱部として排ガスの熱を回収するための、過熱器４３、４４、再熱器４５、４６等、図１のボイラ３０と同様の構成の各部を備えている。

また、ボイラ本体３１には、炉本体の炉出口に設けた煙道の途中には空気加熱器（ＡＨ）２６２が配置され、空気加熱器２６２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２６２によって外気２６３を加熱して生成した高温空気２６４は石炭粉砕装置２５２ａ、２５２ｂ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２６５は、誘引ファン２６６により粉砕装置２６に供給され、バイオマスの分級に用いられる。

このように本発明に係るバイオマス貯蔵ユニットを備えた発電システムとすることで、バイオマス粉砕が良好となる、つまり、効率よく粉砕することができる。これにより、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。

本発明に係るバイオマス貯蔵ユニット及び前処理ユニットは、バイオマスを燃料して用いる燃焼システムも適用することができる。

１０ 発電システム
１１ バイオマス供給装置
１９ 前処理ユニット
２０ 貯蔵サイロ
２１ 空気供給配管（空気供給系）
２２ 払い出しコンベア
２３ 搬送コンベア
２４ バイオマス貯蔵ユニット（ホッパ）
２５ フィーダ
２６ 粉砕装置（ミル）
２７ 粉体分離装置
２８ 供給配管
３０ ボイラ
３１ ボイラ本体
３２ 燃焼装置
３３ 化石燃料用の燃焼バーナ
３４ バイオマス用の燃焼バーナ
３９ 空気供給配管
４２ 煙道
５１ エアヒータ
５２ 除塵装置
５３ ブロア
６０ 発電装置
６２ 配管ユニット
１０２ タンク本体
１０６ 伝熱管
１０８ 加熱部
１０９ ジャケット
１１０ 水蒸気供給部
１１４ 温度計測部
１２０ 不活性ガス供給部
１３０ 制御部

Claims (10)

1. バイオマスを粉砕する粉砕手段に供給するバイオマスを貯蔵するバイオマス貯蔵ユニットであって、
   バイオマスを貯蔵するタンク本体と、
   前記タンク本体のバイオマスが貯蔵されている領域を含む領域を間接加熱する加熱源を備え、前記加熱源により前記タンク本体に貯蔵されているバイオマスを非炭化温度の範囲で加熱する加熱手段と、を有することを特徴とするバイオマス貯蔵ユニット。
2. 前記加熱手段は、加熱源として、前記タンク本体の内部に挿入された伝熱管を有すること特徴とする請求項１に記載のバイオマス貯蔵ユニット。
3. 前記伝熱管は、内部に加熱された流体が流通されることを特徴とする請求項２に記載のバイオマス貯蔵ユニット。
4. 前記伝熱管は、電熱線が挿入されており、
   前記加熱手段は、前記電熱線に電流を流すことで前記伝熱管を加熱することを特徴とする請求項２に記載のバイオマス貯蔵ユニット。
5. 前記タンク本体の外周面に配置された中空のジャケットをさらに有し、
   前記加熱手段は、加熱源として、前記ジャケットに加熱された流体を供給する流体供給部を有することを特徴とする請求項１または２に記載のバイオマス貯蔵ユニット。
6. 前記加熱手段は、流体として、ボイラで加熱された水蒸気を供給することを特徴とする請求項５に記載のバイオマス貯蔵ユニット。
7. 前記加熱手段は、前記バイオマスを１５０℃以上２５０℃以下に加熱することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のバイオマス貯蔵ユニット。
8. 前記タンク本体のバイオマスを排出する領域の雰囲気の温度を検出する温度検出部と、
   前記温度検出部の検出結果に基づいて、前記加熱手段を制御し、前記タンク本体に貯蔵されているバイオマスを非炭化温度の範囲で加熱する制御部と、をさらに有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のバイオマス貯蔵ユニット。
9. 前記タンク本体のバイオマスが貯蔵されている領域に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部をさらに有することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のバイオマス貯蔵ユニット。
10. バイオマスを粉砕する粉砕手段にバイオマスを供給する前処理ユニットであって、
    請求項１から９のいずれか１項に記載のバイオマス貯蔵ユニットと、
    前記バイオマス貯蔵ユニットにバイオマスを供給する貯蔵前供給手段と、
    前記バイオマス貯蔵ユニットに貯蔵されたバイオマスを粉砕手段に供給する貯蔵後供給手段と、を有することを特徴とする前処理ユニット。

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