JP2012082374A

JP2012082374A - 発電システム

Info

Publication number: JP2012082374A
Application number: JP2010232012A
Authority: JP
Inventors: Ichiroku Hayashi; 一六林; Yutaka Yoshida; 豊吉田
Original assignee: Kuroiwa Yoichiro
Current assignee: Kuroiwa Yoichiro
Priority date: 2010-10-14
Filing date: 2010-10-14
Publication date: 2012-04-26
Anticipated expiration: 2030-10-14
Also published as: EP2441927A2; CN102454432A; JP5999869B2; EP2441927A3

Abstract

【課題】炭化装置から排出される熱エネルギーを有効利用して、二酸化炭素発生量を低減させることができる発電システムを提供する。
【解決手段】炭化原料を炭化して炭化物とする炭化装置１０と、この炭化装置１０の排熱との熱交換により第１の蒸気３１を生成する排熱ボイラー装置３０と、炭化物を燃料とする炭ボイラー装置４０と、前記第１の蒸気３１と前記炭ボイラー装置４０から生成される第２の蒸気４１とを導入して圧力が均一化された混合蒸気５３として排出する混合ヘッダー５０と、前記混合ヘッダーからの混合蒸気５３を駆動源として発電する発電装置６０と、前記発電装置６０によって発電した電気を蓄電する蓄電器７０とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭化装置を用いた発電システムに関する。

近年、限られた資源から、より多くのエネルギーを取得すると共に、エネルギー取得の際に発生する二酸化炭素を減らす研究がされている。

現在では、炭化処理されていないものを燃焼するよりも、炭化処理されているものを燃焼する方が、熱や電気などの有価物を回収できることが知られている。また、燃焼による二酸化炭素発生量を低減できることも知られている。

そこで、従来より炭化装置が開発されている。例えば、特許文献１に係る炭化装置では、二重殻構造のロータリーキルンにより、原料層を下部から通気して、良好な炭化効率を得ている。

しかしながら、炭化装置からの排熱は、その場で熱源として利用される程度であり、熱エネルギーの全てを有効に利用するものではなかった。

特開２００３−２５３２６７号公報

本発明はこのような事情に鑑み、炭化装置から排出される熱エネルギーを有効利用して、二酸化炭素発生量を低減させることができる発電システムを提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、炭化原料を炭化して炭化物とする炭化装置と、この炭化装置の排熱との熱交換により第１の蒸気を生成する排熱ボイラー装置と、炭化物を燃料とする炭ボイラー装置と、前記第１の蒸気と前記炭ボイラー装置から生成される第２の蒸気とを導入して圧力が均一化された混合蒸気として排出する混合ヘッダーと、前記混合ヘッダーからの混合蒸気を駆動源として発電する発電装置と、前記発電装置によって発電した電気を蓄電する蓄電器とを具備することを特徴とする発電システムにある。

本態様によれば、炭化装置によって生成された熱エネルギーとの熱交換により生成される第１の蒸気と、炭化装置によって生成された炭化物を燃料とする炭ボイラー装置において生成される第２の蒸気とを導入する混合ヘッダーから排出される圧力が均一化された混合蒸気を発電装置の駆動源として発電することにより、炭化装置の排熱を効率よく利用して発電でき、エネルギーの有効利用を図ることができ、二酸化炭素発生量を低減させることができる。

本発明の発電システムによれば、炭化装置を用いて、効率よく発電することができ、二酸化炭素発生量を低減させることができる。

本発明の一実施形態に係る発電システムの概略系統図である。本発明の一実施形態に係る炭化炉の概略図である。本発明の一実施形態に係る混合ヘッダーの概略図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る発電システムの概略系統図であり、図２は、本発明の一実施形態に係る炭化炉の概略図であり、図３は、本発明の一実施形態に係る混合ヘッダーの概略図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係る発電システム１は、炭化原料を炭化物と排出ガスとに熱分解する炭化装置１０と、炭化装置１０の排熱を熱交換して第１の蒸気３１を生成する排熱ボイラー装置３０と、炭化処理によって生成された炭化物を燃焼させる炭ボイラー装置４０と、排熱ボイラー装置３０からの第１の蒸気３１と、炭ボイラー装置４０により生成された第２の蒸気４１とが導入され、圧力が均一化された混合蒸気を排出する混合ヘッダー５０と、この混合蒸気を駆動源として発電する蒸気タービン発電装置である発電装置６０と、発電された電気を蓄電する蓄電器７０とにより構成されている。

図２に示すように、炭化装置１０は、炭化原料を燃焼する容器である炉体１１を具備する。炉体１１は、一端側の内径が最小径で、他端側に向かって内径が徐々に漸大する円筒形状であり、複数の支持体１２上に横向きに且つ回転自在に載置されている。炉体１１の外周にはギア部１３が設けられ、ギア部１３には駆動チェーン１４が噛み合い状態で巻きかけられており、駆動チェーン１４は、駆動モーター１５により駆動されるようになっている。

炉体１１の最小径となる一端の端面の開口部には炭化原料を炉体１１内に導入するスクリューコンベアー１６が設けられ、スクリューコンベアー１６には炭化原料を投入する原料投入ホッパー１７が設けられている。また、炉体１１の他端部は開放状態となり、他端部に対向する位置に配置される燃焼用バーナー１８および押し込みファン１９が設けられたカバー部材２０により塞がれている。炉体１１の他端部と燃焼用バーナー１８との間の空間の下方には、炭化物を取り出すための取出部２１が設けられ、取出部２１の下部には炭化物を外部へ排出するためのスクリューコンベアー２２が設けられている。また、取出部２１には、炭化物の温度を測定するための炭化物温度計２３が設けられている。

一方、炉体１１の他端部と燃焼用バーナー１８との間の空間の上方は排出ガスを排出する排気流路２４となり、排出ガスの温度を測定するための排ガス温度計２５が設けられている。

ここで、図１に示すように、排気流路２４の途中には、排熱ボイラー装置３０が設けられ、排熱ボイラー装置３０により冷却された排ガスは、集塵機２６を通過した後、煙突２７から大気に排出されるようになっている。

かかる炭化装置１０では、原料投入ホッパー１７から炭化原料となる建築廃木材や間伐材などを連続的に投入すると、スクリューコンベアー１６が回転することで、炭化原料が炉体１１内に導入される。そして、炉体１１内に導入された炭化原料は、内径がテーパー状に漸大する炉体１１が駆動モーター１５により回転駆動されることにより、小径部である一端部から大径部である他端部へと移動していく。一方、燃焼用バーナー１８および押し込みファン１９により、燃焼炎を炉体１１の他端部から一端部に向かって吹き込む。これにより、炭化原料は一端部から他端部へ移動しながら完全燃焼雰囲気下で燃焼され、炭化される。そして、炭化された炭化物は取出部２１から排出され、スクリューコンベアー２２により、冷却されながら外部へ連続的に取り出される。なお、製造された炭化物は炭ボイラー装置４０の燃料とされる。

また、炭化処理の過程において発生し、排気流路２４から排出された排出ガスは、排熱ボイラー装置３０に導入され、熱交換をした排出ガスは煙突から放出される。

すなわち、排熱ボイラー装置３０は、排気流路２４の排出ガスと水との間で熱交換をし、第１の蒸気３１を生成するものである。

一方、炭ボイラー装置４０は、炭化物を燃料とする炭ボイラーであり、炭化装置１０により生成された炭化物の他、必要に応じて石炭等を燃料とするものであり、燃焼ガスと水との間で熱交換をして第２の蒸気４１を生成するものである。

このような第１の蒸気３１と、第２の蒸気４１とは混合ヘッダー５０に導入される。

図３に示すように、混合ヘッダー５０は、ほぼ密閉された円筒形状を有し、第１の蒸気３１を導入するための第１の導入口５１と、第２の蒸気４１を導入するための第２の導入口５２と、第１の導入口５１および第２の導入口５２からの第１の蒸気３１および第２の蒸気４１を混合した混合蒸気５３を排出する複数（図３では３つ）の排出口５４ａ〜５４ｃとを有し、排出口５４ａ〜５４ｃは蒸気タービン６１に接続されている。

ここで、混合ヘッダー５０の内部空間は、バッファー室として作用するようになっている一種の圧力容器であり、第１の導入口５１と第２の導入口５２から導入された第１の蒸気３１および第２の蒸気４１が一時的に内部空間に貯留され、その後、排出口５４ａ〜５４ｃからほぼ一定の流量で排出されるように、第１の蒸気３１および第２の蒸気４１の流量に合わせて第１の導入口５１および第２の導入口５２並びに複数の排出口５４ａ〜５４ｃの径などを適宜調整してある。したがって、第１の蒸気３１および第２の蒸気４１、特に、第１の蒸気３１の圧力が不安定であっても、蒸気タービン６１にはほぼ一定の圧力の混合蒸気５３が導入されるようになっている。

また、図１に示すように、発電装置６０は、混合蒸気５３を駆動源として回転する蒸気タービン６１と、蒸気タービン６１と連結され、蒸気タービンの回転により発電する発電機６２と、蒸気タービン６１の回転に使用された蒸気を冷却する復水器６３と、復水器６３で生成した水を、排熱ボイラー装置３０、および炭ボイラー装置４０の何れか又は全てに送る給水ポンプ６４とにより構成されている。

そして、混合蒸気５３により発電された電力は蓄電器７０に蓄電されるようになっており、蓄電器７０に蓄電された電気は、必要に応じて各装置の駆動や蓄電可能なバッテリーなどに使用される。

図示した発電システム１は、炭化装置１０における炭化処理により、建築廃木材や間伐材などの炭化原料から、炭化物が生成され、排出ガスは排熱ボイラー装置３０により、第１の蒸気３１に熱交換される。炭化装置１０により生成された炭化物は、炭ボイラー装置４０で燃料として使用され、第２の蒸気４１に熱交換される。

このようにして排熱ボイラー装置３０と炭ボイラー装置４０によって生成された第１の蒸気３１と第２の蒸気４１は、それぞれ混合ヘッダー５０で混合されて、混合蒸気５３として蒸気タービン６１に送られ、発電に供される。

以上のように、本実施形態における炭化装置１０を用いた発電システム１では、第１の蒸気３１と、第２の蒸気４１とによる混合蒸気５３を蒸気タービン６１の駆動源として発電を行うので、石炭を用いての発電の３倍強のエネルギーを得ることができる。

また、従来の炭化装置からの炭化物を燃焼させて発電するシステムと比較すると、従来技術では乾燥した植物１ｇから４０００カロリー程度のエネルギーしか得られなかったが、本発明の発電システムでは、１９０００カロリー程度のエネルギーを得ることができる。

一方、例えば、１０００ｋＷの電力を発電する場合の二酸化炭素排出量を比較すると、本発明の発電システムでは、炭化物必要量は７９０ｋｇであるが、炭化物を製造する工程での二酸化炭素排出量は、炭化物燃焼の二酸化炭素排出量が植物が生長期に吸収する二酸化炭素量と相殺されるので、トータルで１５０ｋｇであり、温室効果ガス係数は０．１９ｋｇ／ＣＯ_２／ｋｇである。これに対し、石炭での発電の場合、石炭必要量は２０２０ｋｇであり、二酸化炭素排出量が５１３８ｋｇとなり、温室効果ガス係数は本発明の発電システムの３４．３倍となる。また、重油での発電でも、重油必要量が１４７９ｋｇとなるので、二酸化炭素排出量が４００８ｋｇであり、温室効果ガス係数は本発明の発電システムの２６．７倍となる。

以上説明したように、本発明の発電システム１では、炭化装置１０の排出ガスを第１の蒸気３１に熱交換し、これを混合ヘッダー５０により炭ボイラー装置４０の第２の蒸気４１と混合して、発電装置６０の駆動に供せるようにしたので、従来とは比較にならないほどのエネルギーを得ることができ、且つ二酸化炭素排出量を著しく低減することができるものである。

このように、本発明の発電システム１では、従来では不可能とされていた異なる熱源からの蒸気を混合ヘッダー５０で混合蒸気５３とし、これを発電装置６０の駆動源としているので、上述したような効果を奏することができる。

なお、発電装置６０として、本実施形態では蒸気タービン発電装置を例示したが、これに限定されるものではなく、蒸気を駆動源とする発電装置６０であれば、特に限定されるものではない。

また、発電装置６０で発電した電気は、蓄電器７０に蓄電するようにすることで、必要に応じて各装置の駆動に用いられるので、エネルギーを有効に利用できるという効果を奏するものである。

本発明は、建築廃木材や間伐材などの有機物を炭化原料として発電を行う発電システムに係る産業分野で利用することができる。

１発電システム
１０炭化装置
１１炉体
３０排熱ボイラー装置
３１第１の蒸気
４０炭ボイラー装置
４１第２の蒸気
５０混合ヘッダー
６０発電装置
７０蓄電器

Claims

炭化原料を炭化して炭化物とする炭化装置と、この炭化装置の排熱との熱交換により第１の蒸気を生成する排熱ボイラー装置と、炭化物を燃料とする炭ボイラー装置と、前記第１の蒸気と前記炭ボイラー装置から生成される第２の蒸気とを導入して圧力が均一化された混合蒸気として排出する混合ヘッダーと、前記混合ヘッダーからの混合蒸気を駆動源として発電する発電装置と、前記発電装置によって発電した電気を蓄電する蓄電器とを具備することを特徴とする発電システム。