JP2013047593A - バイオマスボイラーシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、きのこ廃培地や生ゴミなどの廃棄物を乾燥し、その乾燥物を燃料としてボイラーを加熱して蒸気を発生させる一方で、ボイラーの廃熱を利用して廃棄物を乾燥させることにより燃料を自家生成する循環型バイオマスボイラーシステムを提供することを課題とする。
【解決手段】 本発明によるバイオマスボイラーシステムは、きのこ廃培地や生ゴミなどの廃棄物の乾燥物を燃料として利用し蒸気を発生させるボイラー装置と、該ボイラー装置の廃熱を利用して前記廃棄物を乾燥する乾燥機と、乾燥された前記廃棄物を前記ボイラー装置に供給する供給装置、とからなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、きのこ廃培地や生ゴミなどの高含水率バイオマスを効率的に乾燥し、この乾燥物を燃料として使用することのできるバイオマスボイラーシステムに関する。

きのこ廃培地や生ゴミなどのバイオマスは水分比率が高いため、そのままで燃焼等の処理をすることが困難であった。また、たとえこれらのバイオマスをそのまま燃焼させたとしても、高い水分比率のために発生熱量が小さく、この熱量を有効利用することが困難であった。

例えば特許文献１には、耐火面により囲まれた室内に有孔板から成る燃焼促進板を天井面から床面を臨んで垂設することにより、一次燃焼室と二次燃焼室とが区画形成されており、該一次燃焼室は、該一次燃焼室の底面の一部若しくは全部を為すロストルを通して該ロストルの直下に設けられた空気供給室と連通すると共に、被焼却物の投入口と該一次燃焼室にバーナーの燃焼気流を吹き込む熱風吹込口とを有しており、前記空気供給室の側壁には、該空気供給室に外気を吹き込む１以上の空気吹出口が開口しており、前記二次燃焼室には、排気口が設けられていることを特徴とする焼却装置が提案されている。

上記技術は、おからや、生ごみ或はキノコ栽培に用いた後の廃培地のうち特に高水分率のものなど難燃性の物質を焼却処理するのに適した焼却装置であり、実施例において記載されているように灯油バーナーを用いてバイオマスを強制的に燃焼させることを目的としている。従って、バイオマスを燃焼させるために灯油等の燃料が必要となり、また高水分率のバイオマスを乾燥せずに直接燃焼させるため、燃焼により得られる熱量が小さくなってしまうという問題点があり、燃焼の熱量を有効利用することは困難であった。

一方特許文献２には、二重管の内管内を熱媒が循環し、外管内に空気が供給され、この空気は前記熱媒により加熱されて前記外管に設けた温風吹込孔から発酵槽内に直接吹き込んで生ごみの乾燥と発酵を促進させることができる発酵槽内加熱手段を設けて成る生ごみ処理機が開示されている。

この技術は、生ごみから水分を蒸発させてコンポストを作成することを目的としており、外部熱源により熱媒を加熱して空気と熱交換し、加熱された空気により生ごみを乾燥させるもので、使用する生ごみはコンポストになるだけであって、ボイラーの燃料化には一切関係しない。

特開平７−０１９４３８号公報 特開２００２−３４６５１３号公報

本発明は上述の従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、きのこ廃培地や生ゴミなどのバイオマスを乾燥し、その乾燥物を燃料としてボイラーを加熱して蒸気を発生させる一方で、ボイラーの廃熱を利用してバイオマスを乾燥させることにより燃料を自家生成する循環型バイオマスボイラー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ため、本発明によるバイオマスボイラーシステムは、きのこ廃培地や生ゴミなどのバイオマスの乾燥物を燃料として利用し蒸気を発生させるボイラー装置と、該ボイラー装置の廃熱を利用して前記バイオマスを乾燥する乾燥機と、乾燥された前記バイオマスを前記ボイラー装置に供給する供給装置、とからなることを特徴とする。

前記乾燥機は、ほぼ水平に配置され、両端にバイオマスと乾燥気体の供給口及び取出口を備えた攪拌室と、該攪拌室内に回転自在に配置されたパドル軸と、該パドル軸に取り付けられた複数のパドルからなり、前記乾燥気体によりバイオマスを乾燥する攪拌乾燥装置において、前記複数のパドルのうちの一部がパドル軸に対して異なった傾斜角度に配置されていることを特徴とする。

前記乾燥機の前記パドルのうちバイオマス供給口付近及び／またはバイオマス取出口付近のパドルはバイオマス送り込み方向（パドル軸に対して正角度）に傾斜され、その他のパドルはバイオマス戻し方向（パドル軸に対して負角度）に傾斜されていることが好適である。

前記乾燥機において、前記バイオマスと前記乾燥気体の供給口、及び前記バイオマスと前記乾燥気体の取出口がそれぞれ前記攪拌室の同じ側に配置されていることが好ましい。

前記乾燥機において、前記バイオマスが、前記乾燥気体により、供給口より取出口に移動されることも特徴とする。

本発明によるバイオマスボイラーシステムでは、ボイラーの廃棄熱を利用してバイオマスを乾燥し、その乾燥バイオマスを燃焼させることにより蒸気を発生させて殺菌や暖房等に利用することができるため、きのこ廃培地や生ゴミなどのバイオマスの処分と蒸気の生成を同時に行うことができ、環境にやさしいボイラーシステムを提供することができる。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例について説明する。図１に本発明によるバイオマスボイラーシステムの構成図を示す。ボイラーは点火時のみ灯油等の外部燃料を使用するが、その後は乾燥したバイオマスを燃焼させて蒸気を発生し、殺菌や暖房などに供する。ボイラーからの廃熱はまずサイクロンやフィルターなどにて焼却灰や火の粉等の有害物を除去した上で、外気と混合して温度を調節し、乾燥機に送られる。乾燥機では、高含水率のバイオマスがこの排気により乾燥され、乾燥バイオマスは排出口よりサイロに送られて貯蔵される。一方、乾燥機から出た排気は外部に放出される。サイロからは、燃料供給装置により、ボイラーの必要量に応じて乾燥バイオマスがボイラーへ供給される。このように、バイオマスの燃焼熱により蒸気を発生させて有効利用するだけでなく、排気の熱を利用することによりバイオマスを乾燥させてボイラーの燃料を生成する。循環型の非常に環境に優しいシステムである。

図４に本発明による乾燥機の概略図の一例を示す。（ａ）が平面図、（ｂ）が側面図である。半円筒形攪拌室１１がほぼ水平に置かれ、攪拌室１１内にこの攪拌室１１の長さ方向に対して平行にパドル軸２が設けられている。パドル軸２には攪拌のための複数のパドル１が取り付けられている。パドル１はパドル軸２から両側に突出するように配置され、隣り合うパドル１とは直交する配置となっている。図４（ａ）においては、右側が供給側、左側が排出側となる。図４（ｂ）において、パドル軸２は時計回りに回転する。

パドル１の形状については一例を図５に示した。パドル軸２よりアーム３が延伸されており、このアーム３の先端にパドル１が取り付けられている。

図２には、図４に示したパドルの拡大模式図を示した。簡略化のため、側面が現れるパドルのみを選択的に示してある。この図では、右側２列のパドル１Ａは右側が上がるように傾斜しており、逆に左側２列のパドル１Ｂは左側が上がるように傾斜している。この状態の説明図を図３に示した。パドル１Ａでは、パドル軸２に対する角度θ１が正となる（右側が上がる）ように配置されており、パドル１Ｂではθ２が負となる（右側が下がる）ように配置されている。従って、パドル軸２が図１の右側から見て時計方向に回転すると、パドル１Ａにより攪拌されるバイオマスは右から左へと、すなわち攪拌室１１の奥部へと誘導される。ところが、パドル１Ｂの部分では傾斜が逆方向のため、パドル１Ｂにより攪拌されるバイオマスは左から右へと、供給口方向に戻される力を受ける。

上記実施例の正面からの断面模式図を図６に示した。図４には示してないが、攪拌室１１右端上部にはバイオマス供給口１２及び乾燥気体供給口１３が備えられ、攪拌室１１の左端下部にはバイオマス排出口１４、上部には乾燥気体排出口１５が備えられている。（排出口１５を設けない場合もある。）この構成により、乾燥気体は攪拌室１１内で右から左に移動する（図の２１）。先に述べたように、パドル１Ｂにより攪拌されるバイオマスは供給口１２方向に戻される力を受けるが、乾燥気体が供給口１２から排出口１４方向に流れているため、バイオマスが乾燥気体により排出口１４方向に運ばれることになる。従って、バイオマス供給口１２付近の数列のパドルを１Ａの傾きとし、残りのパドルを１Ｂの傾きとすることにより、排出口１４からは乾燥して軽くなったバイオマスほど早く排出される。尚、乾燥気体排出口１５を設けない場合は、排出口１４からバイオマスおよび乾燥気体を排出する。

上記乾燥気体としては、該ボイラーの排気を直接使用することができるが、一旦熱交換した気体を使用することもできる。また、バイオマスの種類や必要な乾燥度合いにより、バイオマス排出口１４付近のパドルを１Ａの傾きとして、排出を促進することも可能である。

尚、攪拌室１１内でのバイオマスの滞留時間を調整するには、パドルの傾斜角度や回転数、及び乾燥気体の供給量や温度を変更すればよい。

次に、実際のシステムの構成例を説明する。ボイラーとしては、４０万ｋｃａｌ／ｈの熱交換容量のものを使用した。フィルターとしては、処理ガス量４５５１Ｎｍ^３／ｈのものを使用した。乾燥機としては、全長５ｍ、攪拌室直径１ｍで１６対（３２本）のパドルと２．２ｋＷインバータモータを備えたものを使用した。パドルの傾斜角は、バイオマス供給口側から１〜２対目及び１５〜１６対目を正とし、残りの１２対は負とした。

実際の運転においては、ボイラー点火後３６０ｋｇ／ｈの乾燥バイオマス（含水率１５％）を供給して定常運転した。給水としては、水温１０℃の地下水をボイラーに供した。この結果、蒸気圧０．６ＭＰａの水蒸気７０３ｋｇ／ｈが得られた。サイクロン及びフィルターを通して焼却灰や火の粉等を除去した後、外気を混合することにより２００〜２５０℃に温度を調節してから乾燥機に導入した。

乾燥機には、８００ｋｇ／ｈのきのこ廃培地（含水率５５％）を供給し、ボイラーからの排気によって乾燥して、４２４ｋｇ／ｈの乾燥バイオマス（含水率１５％）が得られた。乾燥バイオマスは排出口から下方に排出され、風送シュートにより一旦サイロに貯蔵した。一方、排気は乾燥気体排出口より外部に排出した。燃料供給装置としては、サイロの下部にスクリューコンベアを配置し、ボイラーに乾燥バイオマスを供給した。

以上説明したように、一旦定常運転に入れば、乾燥バイオマスを燃料としてボイラーで燃焼させることにより蒸気を発生し、ボイラーからの排気によってバイオマスを乾燥させるという循環型バイオマスボイラーシステムの自動運転が可能となる。

本発明によるバイオマスボイラーシステムでは、ボイラーの廃熱を利用してバイオマスを乾燥し、その乾燥バイオマスを燃焼させることにより蒸気を発生させて殺菌や暖房等に利用することができるため、きのこ廃培地や生ゴミなどのバイオマスの処分と蒸気の生成を同時に行うことができ、環境にやさしいボイラーシステムを提供することができる。従って、きのこ廃培地や生ゴミなどのバイオマスの処分と有効利用に貢献できる。

本発明によるバイオマスボイラーシステムの構成を示す説明図である。 図１に示したバイオマスボイラーシステムに使用した乾燥機のパドル構成を示す説明図である。 図２に示したパドル構成の拡大図である。 図１に示したバイオマスボイラーシステムに使用した乾燥機の概略図である。 図４に示した乾燥機に使用したパドルの正面図である。 図４に示した乾燥機の断面模式図である。

１、１Ａ、１Ｂ パドル
２ パドル軸
３ アーム
４ 補助アーム
１１ 攪拌室
１２ バイオマス供給口
１３ 乾燥気体供給口
１４ バイオマス排出口
１５ 乾燥気体排出口
２１ バイオマスの流れ
２２ 乾燥気体の流れ

Claims (6)

1. きのこ廃培地や生ゴミなどのバイオマスの乾燥物を燃料として利用し蒸気を発生させるボイラー装置と、該ボイラー装置の廃熱を利用して前記バイオマスを乾燥する乾燥機と、乾燥された前記バイオマスを前記ボイラー装置に供給する供給装置、とからなることを特徴とするバイオマスボイラーシステム。
2. 前記乾燥機は、ほぼ水平に配置され両端にバイオマスと乾燥気体の供給口及び取出口を備えた攪拌室と、該攪拌室内に回転自在に配置されたパドル軸と、該パドル軸に取り付けられた複数のパドルからなり、前記乾燥気体によりバイオマスを乾燥する攪拌乾燥装置において、前記複数のパドルのうちの一部がパドル軸に対して異なった傾斜角度に配置されていることを特徴とする請求項１記載のバイオマスボイラーシステム。
3. 前記乾燥機の前記パドルのうち、バイオマス供給口付近のパドルはバイオマス送り込み方向（パドル軸に対して正角度）に傾斜され、その他のパドルのうち一部はバイオマス戻し方向（パドル軸に対して負角度）に傾斜されていることを特徴とする請求項２記載のバイオマスボイラーシステム。
4. 前記乾燥機の前記パドルのうちバイオマス供給口付近及びバイオマス取出し口付近のパドルはバイオマス送り込み方向（パドル軸に対して正角度）に傾斜され、その他のパドルのうち一部はバイオマス戻し方向（パドル軸に対して負角度）に傾斜されていることを特徴とする請求項２記載のバイオマスボイラーシステム。
5. 前記乾燥機において、前記バイオマスと前記乾燥気体の供給口、及び前記バイオマスと前記乾燥気体の取出口がそれぞれ前記攪拌室の同じ側に配置されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のバイオマスボイラーシステム。
6. 前記乾燥機において、前記バイオマスが、前記乾燥気体により、供給口より取出口に移動されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のバイオマス攪拌乾燥装置。