JP2017145335A - バイオマス燃料製造プラント - Google Patents
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Abstract
Description
以下、本発明の実施形態のバイオマス燃焼製造プラントについて図面を参照して詳細に説明する。図1は、本実施形態のバイオマス燃料製造プラント1の一例を示す概略構成図である。
図1に示すように、本実施形態のバイオマス燃料製造プラント1は、木質バイオマス供給装置2と、木質バイオマス供給装置2から供給された木質バイオマスB1を乾燥させる乾燥機3(乾燥装置)と、木質バイオマスB2を熱分解して炭化物Cを生成する炭化物製造装置4と、炭化物Cのかさ密度を測定するかさ密度測定装置5と、乾燥機3の熱源である熱媒体を生成する乾燥熱源13と、制御装置8と、を備えている。
乾燥機3は、ベルト上に載置された木質バイオマスBに高温の乾燥ガスを吹き付けることによって乾燥させるベルト乾燥機3を採用することができる。乾燥機3としては、ベルト乾燥機3の他に、ロータリーキルン式乾燥機や、ディスク乾燥機を採用することができる。乾燥機3の加熱方式は間接加熱、直接加熱の何れでもよい。
熱媒体ライン26上には、乾燥機3に供給される熱媒体の流量、即ち熱量を調整する制御ダンパ16が設けられている。制御ダンパ16は、制御装置8によって制御可能である。
外熱式熱分解ガス化炉53は、外筒58(マッフル)と、外筒58に対して相対回転するとともに木質バイオマスBが投入される内筒59(キルンシェル)と、を有している外熱式ロータリーキルン型である。
本実施形態の炭化物製造装置4では、外熱式熱分解ガス化炉53として、外熱式ロータリーキルン型を用いているが、木質バイオマスBを間接的に加熱する形式のものであればこれに限ることはない。例えば、外熱式熱分解ガス化炉53として、外熱式スクリューコンベアなどを用いてもよい。
内筒59の入口部を構成する可動側支持部60には、木質バイオマスBを投入するためのスクリューコンベア52が設けられている。内筒59の出口部を構成する固定側支持部63には、炭化物Cを排出するシュート54が設けられている。
可動側支持部60は、内筒59を回転可能に支持する環状フレーム61を有している。環状フレーム61の両側部は、設置面68から揺動自在に立ち上げられた支持部材62の上端部に回転可能に支持されている。
内筒59の可動側支持部60および固定側支持部63は、それぞれの回転部分と非回転部分との間にエアシールを形成している。可動側支持部60とスクリューコンベア52との接続部分には、可動側支持部60の軸方向の変位を吸収するエキスパンション77が設けられている。
制御装置8と非接触式温度計75とは通信可能に接続されており、非接触式温度計75によって測定されたキルンシェル温度が制御装置8に入力されるように構成されている。
加熱ガス量の調節を行っても、所定の温度域に維持できない場合は、内筒59の回転数を上げる(回転速度を上昇させる)ことによって、水分の蒸発を促進させる。キルンシェル温度は、水分の蒸発が増えることによって低下する。
発明者らの研究によって得られたグラフ(図3)によれば、炭化物Cは、かさ密度が小さい程LHVが高く、かさ密度が大きい程LHVが低くなる。
最適な木質バイオマスBの含水率に対応するLHVをX[MJ/kg]とした場合、制御装置8は、炭化物CのLHVがXより大きい場合は、木質バイオマスBに供給される熱量を減少させる。制御装置8はLHVがXより小さい場合は、木質バイオマスBに供給される熱量を増加させる。
本実施形態の炭化物Cの製造方法は、木質バイオマスBを乾燥させる木質バイオマス乾燥工程と、木質バイオマスBを熱分解することにより炭化させる熱分解工程と、炭化された木質バイオマスBである炭化物CのLHVを算出するLHV算出工程と、算出されたLHVに基づいて乾燥工程において木質バイオマスBに単位時間あたりに供給される熱量を制御する供給熱量制御工程と、を有する。
乾燥機3で乾燥された木質バイオマスBは、スクリューコンベア52によって外熱式熱分解ガス化炉53の内筒59に導入される。
外熱式熱分解ガス化炉53の外筒58の内部には、誘引ファン73の誘引作用によって加熱ガス燃焼炉69から加熱ガスが供給されており、この加熱ガスによって外筒58内に位置する内筒59が外周面から加熱される。
具体的には、木質バイオマスBは、内筒59の回転に伴い出口側に向けて移送されながら加熱される。これにより、まず、木質バイオマスBに残留する水分が蒸発する。水分蒸発の完了に伴い有機成分の熱分解が進行する。熱分解の進行により、木質バイオマスBは熱分解ガスGを発生しながら炭化される。生成された所定の炭化度の炭化物C(固体燃料)としてシュート54から排出される。
熱分解工程において、木質バイオマスBに単位時間あたりに供給される熱量は、制御装置8によって調節される。
LHV算出工程においては、まず、シュート54を介して排出された炭化物Cが一方の貯留槽36(ここでは第一貯留槽36a)に導入される。第一貯留槽36aに貯留された炭化物Cが、所定の体積に達すると、レベル計44が制御装置8に信号を送る。
第一貯留槽36aに貯留された炭化物Cのかさ密度の算出が終了すると、第一貯留槽36a内の炭化物Cは、所定の方法で排出される。
第一貯留槽36aと第二貯留槽36bとを交互に使用することによって、連続的に炭化物Cのかさ密度を算出することができる。
制御装置8は、炭化物CのLHVがXより高い場合、即ち、炭化物Cのかさ密度が低い場合、炭化物CのLHVを低くするように指令を発する。即ち、制御ダンパ16を閉じることによって、熱媒体ライン26から乾燥機3に供給される熱媒体の熱量を減少させる。
以下、本発明の第二実施形態のバイオマス燃料製造プラントについて図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図4に示すように、本実施形態のバイオマス燃料製造プラント1Bは、木質バイオマス供給装置2と、木質バイオマス供給装置2から供給された木質バイオマスBを乾燥させる乾燥機3と、木質バイオマスBから炭化物Cを生成する炭化物製造装置4と、炭化物Cのかさ密度を測定するかさ密度測定装置5と、炭化物製造装置4から排出される熱分解ガスGを燃焼させる燃焼炉6と、燃焼炉6から排出される燃焼排ガスEGと空気とを熱交換して高温空気を生成する空気予熱器9(第一熱交換器)と、制御装置8と、を備えている。
即ち、本実施形態の乾燥機3の乾燥熱源13は、燃焼炉6と、空気予熱器9とを備えている。
燃焼炉6からは、第一燃焼排ガスライン17及び第二燃焼排ガスライン18を介して燃焼排ガスEGが排出される。燃焼炉6から排出される燃焼排ガスEGの温度は、例えば1000℃である。
第一燃焼排ガスライン17に導入された燃焼排ガスEGは、空気予熱器9に供給されて空気の予熱に使われる。第二燃焼排ガスライン18に導入された燃焼排ガスEGは、炭化物製造装置4に供給されて木質バイオマスBの加熱に使用される。
炭化物製造装置4において木質バイオマスBの生成に伴って発生した熱分解ガスGは、熱分解ガスライン14を介して燃焼炉6に供給される。
以下、本発明の第三実施形態のバイオマス燃料製造プラントについて図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第二実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図5に示すように、本実施形態のバイオマス燃料製造プラント1Cは、乾燥機3の乾燥熱源13として、熱媒油HO(発電用媒体)を熱源として発電する発電装置7と、燃焼炉6から排出される燃焼排ガスEGと空気A1とを熱交換して高温空気A2を生成する空気予熱器9と、空気予熱器9から排出される高温空気A2と熱媒油HOとを熱交換するオイルヒータ10(第二熱交換器)と、を備えている。
排ガス処理装置12は、例えば、燃焼排ガスEGの集塵処理を行う集塵装置(バグフィルタ)と、燃焼排ガスEGに洗浄液を接触させて、無害化するスクラバと、処理された燃焼排ガスEGを大気に放出する煙突と、を有するものとすることができる。
発電装置7は、燃焼炉6の廃熱(燃焼排ガスEG)を熱源として利用し、高分子有機作動媒体を加熱・蒸発させて、その蒸気で蒸気タービンを回転させることにより発電を行う、所謂バイナリ廃熱発電システム(有機ランキンサイクル廃熱発電システム、ORC発電装置(Organic Rankine Cycle 発電装置))を採用している。
発電装置7は、オイルヒータ10にて加熱された熱媒油HOの熱を利用して発電を行う。
乾燥機3にて乾燥熱源として使用された温水(例えば約50℃)は、第二廃熱媒体ライン50を介して排出されて発電装置7の凝縮器33に供給される。
制御ダンパ16Cは、制御装置8によって制御可能である。即ち、制御装置8は、算出されたLHVに基づいて、高温空気ライン34を介して乾燥機3に供給される高温空気A3の流量を調整する。
以下、本発明の第四実施形態のバイオマス燃料製造プラントについて図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第三実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図7に示すように、本実施形態のバイオマス燃料製造プラント1Dは、第二廃熱媒体ライン50に設けられた熱交換器11(第三熱交換器)を備えている。また、第三の実施形態のバイオマス燃料製造プラント1Cと比較して、オイルヒータ10から排出される高温空気A3(例えば約200℃)の供給経路が異なっている。
オイルヒータ10から排出された高温空気A3は、第一高温空気ライン19と燃焼空気ライン15のそれぞれに分岐して供給される。燃焼空気ライン15を通る高温空気A3は、燃焼空気として燃焼炉6に供給される。燃焼空気ライン15には、燃焼空気ライン15を流れる燃焼空気の流量を調整する第一制御ダンパ21が設けられている。
燃焼空気ライン15における第一制御ダンパ21より上流の部位からは、高温空気A3を大気放出するための第一大気放出ライン27が分岐している。第一大気放出ライン27には、高温空気の流量を調整する第二制御ダンパ22が設けられている。第二制御ダンパ22が「閉」から「開」に制御されることで、高温空気A3は第一大気放出ライン27に接続された第二大気放出ライン28を介して大気放出される。
第二高温空気ライン20からは、高温空気A4を大気放出するための第三大気放出ライン29が分岐している。第三大気放出ライン29からは、高温空気A4の流量を調整する第四制御ダンパ24が設けられている。第四制御ダンパ24が「閉」から「開」に制御されることで、高温空気A4は第三大気放出ライン29に接続された第二大気放出ライン28を介して大気放出される。
通常時は、第二制御ダンパ22、第三制御ダンパ23、及び第五制御ダンパ25が閉じられる。即ち、高温空気が熱交換器11に供給されて、第二廃熱媒体ライン50を介して発電装置7に供給される温水が加熱される。
例えば、第四の実施形態のバイオマス燃料製造プラント1Dにおいては、熱交換器11を第二廃熱媒体ライン50に設けたが、これに限ることはなく、熱交換器11を第一廃熱媒体ライン49に設けて、乾燥機3に供給される温水を加熱してもよい。
2 木質バイオマス供給装置
3 乾燥機(乾燥装置)
4 炭化物製造装置
5 かさ密度測定装置
6 燃焼炉
7 発電装置
8 制御装置
9 空気予熱器(第一熱交換器)
10 オイルヒータ(第二熱交換器)
11 熱交換器(第三熱交換器)
12 排ガス処理装置
13 乾燥熱源
14 熱分解ガスライン
15 燃焼空気ライン
16,16B,16C 制御ダンパ
17 第一燃焼排ガスライン
18 第二燃焼排ガスライン
19 第一高温空気ライン
20 第二高温空気ライン
21 第一制御ダンパ
22 第二制御ダンパ
23 第三制御ダンパ
24 第四制御ダンパ
25 第五制御ダンパ
26,26B 熱媒体ライン
27 第一大気放出ライン
28 第二大気放出ライン
29 第三大気放出ライン
30 蒸発器
31 蒸気タービン
32 発電機
33 凝縮器
34 高温空気ライン
36 貯留槽
36a 第一貯留槽
36b 第二貯留槽
38 ダクト
39 上流側ダクト
40 分岐部
41 下流側ダクト
42 切換ダンパ
44 レベル計
45 重量計
47 LHV算出部
49 第一廃熱媒体ライン
50 第二廃熱媒体ライン
52 スクリューコンベア
53 外熱式熱分解ガス化炉
54 シュート
57 加熱ガス量調節装置
58 外筒
59 内筒
60 可動側支持部
61 環状フレーム
62 支持部材
63 固定側支持部
64 駆動装置
65 歯車
66 駆動モータ
67 ピニオン歯車
68 設置面
69 加熱ガス燃焼炉
70 加熱ガス供給管
71 加熱ガス送出管
72 加熱ガス量調節ダンパ
73 誘引ファン
74 点検窓
75 非接触式温度計
77 エキスパンション
B 木質バイオマス
C 炭化物
EG 燃焼排ガス
G 熱分解ガス
HO 熱媒油(発電用媒体)
M 有機作動媒体
Claims (6)
- 熱媒体を生成する乾燥熱源と、
前記乾燥熱源から供給される前記熱媒体を用いて木質バイオマスを加熱して乾燥させる乾燥装置と、
乾燥された前記木質バイオマスを熱分解して炭化物にする炭化物製造装置と、
前記炭化物製造装置から排出される前記炭化物のかさ密度を計測するかさ密度計測装置と、
前記乾燥装置内の前記木質バイオマスに供給される前記熱媒体の熱量を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記かさ密度から前記炭化物のLHVを算出するLHV算出部と、
算出された前記LHVに基づいて、前記乾燥装置内の前記木質バイオマスに供給される前記熱媒体の熱量を制御するバイオマス燃料製造プラント。 - 前記乾燥熱源は、
前記炭化物製造装置から排出される熱分解ガスを燃焼させる燃焼炉と、
前記燃焼炉から排出される燃焼排ガスと空気とを熱交換して高温空気を生成する第一熱交換器と、を有し、
前記熱媒体は、前記第一熱交換器にて前記燃焼排ガスと熱交換された前記高温空気である請求項1に記載のバイオマス燃料製造プラント。 - 前記乾燥熱源は、
前記高温空気を熱源とする発電装置と、
前記発電装置からの廃熱を持つ廃熱媒体を熱源として前記乾燥装置に供給する第一廃熱媒体ラインと、を備える請求項2に記載のバイオマス燃料製造プラント。 - 前記高温空気と前記発電装置の熱源となる発電用媒体とを熱交換する第二熱交換器を備え、
前記熱媒体は、前記第二熱交換器にて前記発電用媒体と熱交換された後の前記高温空気である請求項3に記載のバイオマス燃料製造プラント。 - 前記乾燥装置にて使用された後の前記廃熱媒体を前記発電装置に供給する第二廃熱媒体ラインと、
前記第一廃熱媒体ラインと前記第二廃熱媒体ラインの少なくとも一方に設けられ、前記第二熱交換器にて前記発電用媒体と熱交換された後の前記高温空気と、前記廃熱媒体との間で熱交換する第三熱交換器と、を備え、
前記熱媒体は、前記第三熱交換器にて前記廃熱媒体と熱交換された後の前記高温空気である請求項4に記載のバイオマス燃料製造プラント。 - 前記発電装置は、高分子有機作動媒体を蒸発させて発電を行うORC発電装置であり、
前記廃熱媒体は、前記ORC発電装置の冷却に用いられる温水である請求項3から請求項5のいずれか一項に記載のバイオマス燃料製造プラント。
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