JP2021167674A - バイオマスバンカ及びこれを備えたボイラプラント - Google Patents

Abstract

【課題】貯蔵されたバイオマス燃料の急速燃焼及び吸水によるバイオマス燃料の変質を防止可能なバイオマスバンカと、これを備えたボイラプラントとを提供する。
【解決手段】バイオマスバンカ３１は、バイオマス燃料を貯蔵するバンカ本体５１と、バンカ本体５１内の湿度を検出する湿度監視計５２と、水と空気の混合流体を噴霧する二流体ノズル５３と、二流体ノズル５３に接続された水供給管５４及び空気供給管５５と、水供給管５４に備えられた流量調節弁５６及び空気供給管５５に備えられた開閉弁５７と、流量調節弁５６及び開閉弁５７の切換を制御する制御盤５８と、を備える。制御盤５８は、湿度監視計５２の検出値が制御盤５８に設定された設定値を下回ったと判定したとき、流量調節弁５６及び開閉弁５７を閉状態から開状態に切り換える。
【選択図】図１

Description

本発明は、バイオマス燃料を貯蔵するバイオマスバンカ及びバイオマス燃料を燃焼するボイラプラントに関する。

近年、火力発電プラントにおいては、経済性や環境問題に配慮し、微粉炭の代替燃料として又は微粉炭との混焼用燃料としてバイオマス燃料を用いるプラントの新設・改造が進められている。火力発電プラントに適用されるバイオマス燃料としては、取り扱いが容易であることから、木質バイオマスをペレット状に成形してなる木質バイオマスペレットが一般的に用いられている。木質バイオマスペレットは、バイオマスバンカに貯蔵され、バイオマスバンカから竪型粉砕装置に搬送されて粉砕される。なお、木質バイオマスペレットを燃焼に適した大きさにすることを表す用語としては「解砕」がより適切であるが、本明細書においては、石炭の例に倣って「粉砕」という。粉砕された木質バイオマスペレットは、ボイラ装置に供給されて燃焼される。

バイオマス燃料は、揮発分が多いため、適切に管理しないと急速燃焼を起こしやすい。このため、木質バイオマスペレットを貯蔵するバイオマスバンカには、貯蔵されている木質バイオマスペレットが急速燃焼に至らないように管理可能であることが求められる。

従来、石炭焚きボイラプラントに付設されるパイライトホッパには、ホッパ内の温度を監視する温度検出器と、ホッパ内にスプレー水を噴射するスプレー水ヘッダとを備え、温度検出器の検出温度が設定温度以上になったときに、スプレー水ヘッダからバンカ内にスプレー水を噴射するものが知られている（特許文献１参照）。

バイオマスバンカについても、パイライトホッパと同様の温度検出器及びスプレー水ヘッダを備えれば、木質バイオマスペレットの過剰な温度上昇を抑制できて、急速燃焼の発生を防止できる。また、スプレー水を噴射することによりバイオマスバンカ内における粉塵の発生を抑制できるので、可燃性の高いバイオマス燃料の粉塵と空気の混合濃度を低下でき、この点からもバイオマスバンカ内における急速燃焼の発生を抑制できる。

実開昭６０−０８６７４２号公報

しかしながら、バイオマスバンカに貯えられる木質バイオマスペレットには、吸水性が高く、水に濡れると崩壊して細かな粒子となるという石炭にはない特質を有しているので、パイライトホッパに備えられているスプレー水ヘッダをそのままバイオマスバンカに備えることは不適当である。

この点について詳細に説明すると、火力発電プラントに適用される木質バイオマスペレットには、外観の色味からブラックペレットと呼ばれるものと、ホワイトペレットと呼ばれるものとがある。ブラックペレットは、バイオマスを焙煎して半炭化し、石炭の性状に近づけたものである。これに対してホワイトペレットは、細かく粉砕したバイオマスチップを円筒状に固めたものである。

ブラックペレットは、比較的耐水性が高いので、バンカ内でスプレー水が噴射されても格別な問題を生じない。これに対して、ホワイトペレットは、吸水性が高く、水に濡れると崩壊して細かな粒子となり、更に吸水しやすくなるため、バンカ内でスプレー水が大量に噴射されると、燃焼効率が悪くなるだけでなく、吸水により大きく膨張して圧密状態となり、バンカからの排出性が悪くなるという問題を生じやすい。また、ホワイトペレットは、吸水性が高いことから、バンカ及びその後流側に備えられた搬送機器類の接触面に付着しやすく、搬送に支障を生じるという問題も生じやすい。更に、ホワイトペレットは、多量に吸水すると発酵しやすくなり、発酵熱によって揮発分の揮散が増加するため、スプレー水を噴射することによって却って急速燃焼が生じやすくなることも懸念される。

なお、このような問題は、ホワイトペレットを貯蔵する場合だけでなく、間伐材や端材等の木質バイオマスチップを貯蔵する場合にも同様に発生する。

本発明は、このような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、貯蔵されたバイオマス燃料の急速燃焼を確実に防止でき、かつ吸水によるバイオマス燃料の変質を防止可能なバイオマスバンカと、これを備えたボイラプラントとを提供することにある。

上記目的を達成するために、代表的な本発明は、バイオマス燃料を貯蔵するバンカ本体と、前記バンカ本体内の湿度を検出する湿度監視計と、水と空気の混合流体を噴霧する二流体ノズルと、前記二流体ノズルに接続された水供給管及び空気供給管と、前記水供給管に備えられた流量調節弁及び前記空気供給管に備えられた開閉弁と、前記流量調節弁及び前記開閉弁の切換を制御する制御盤と、を備え、前記制御盤は、前記湿度監視計の検出値が前記制御盤に設定された設定値を下回ったと判定したとき、前記流量調節弁及び前記開閉弁を閉状態から開状態に切り換えて、前記二流体ノズルより前記バンカ内に、水及び空気の混合流体を噴霧することを特徴とする。

本発明は、上記の構成を備えているので、貯蔵されたバイオマスペレットの急速燃焼を確実に防止でき、かつ吸水によるバイオマス燃料の変質を防止可能なバイオマスバンカ及びボイラプラントを提供できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下に記載する実施形態の説明により明らかにされる。

実施形態に係るバイオマスバンカの構成図である。 実施形態に係る石炭・バイオマス焚きボイラプラントの構成図である。 実施形態に係る制御盤の機能ブロック図である。 実施形態に係る流量調節弁及び開閉弁の切換制御手順を示すフローチャートである。

まず、本発明に係るボイラプラントの実施形態を図に基づいて説明する。なお、以下においては石炭・バイオマス焚きボイラプラントを例にとって説明するが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、バイオマス専焼ボイラプラントにも適用できる。

図２は、実施形態に係る石炭・バイオマス焚きボイラプラントの構成図である。図２に示すように、実施形態に係る石炭・バイオマス焚きボイラプラント１は、石炭及びバイオマス燃料を燃焼する火炉２と、火炉２に微粉炭を供給する微粉炭供給部３と、火炉２にバイオマス燃料を供給するバイオマス燃料供給部４と、火炉２内で発生した燃焼排ガスを浄化する排ガス浄化装置５と、から主に構成されている。

火炉２には、微粉炭専焼バーナ１１及びバイオマス専焼バーナ１２が備えられており、微粉炭供給部３から供給される微粉炭と、バイオマス燃料供給部４から供給されるバイオマス燃料と、を混焼するように構成されている。

微粉炭供給部３は、原炭を貯える原炭バンカ２１と、図示しない貯炭場から原炭バンカ２１内に原炭を搬入する原炭搬入コンベア２２と、原炭バンカ２１から供給される原炭を所定の大きさに粉砕して燃料である微粉炭を生成する第１の竪型粉砕装置２３と、第１の竪型粉砕装置２３で生成された微粉炭を微粉炭専焼バーナ１１に供給する給炭管２４と、を含んで構成されている。第１の竪型粉砕装置２３で生成された微粉炭は、第１の竪型粉砕装置２３に吹き込まれた搬送用気体２５により乾燥されると共に、給炭管２４を通って微粉炭専焼バーナ１１に供給される。

バイオマス燃料供給部４は、バイオマス燃料を貯えるバイオマスバンカ３１と、バイオマスサイロ３２からバイオマスバンカ３１内にバイオマス燃料を搬入するバイオマス搬入コンベア３３と、バイオマスバンカ３１から供給されるバイオマス燃料を所定の大きさに粉砕して燃料である粉砕バイオマス燃料を生成する第２の竪型粉砕装置３４と、第２の竪型粉砕装置３４で生成された粉砕バイオマス燃料をバイオマス専焼バーナ１２に供給するバイオマス送給管３５と、を含んで構成されている。第２の竪型粉砕装置３４で生成された粉砕バイオマス燃料は、第２の竪型粉砕装置３４に吹き込まれた搬送用気体３６により乾燥されると共に、バイオマス送給管３５を通ってバイオマス専焼バーナ１２に供給される。なお、第２の竪型粉砕装置３４としては、第１の竪型粉砕装置２３と同様の石炭用の竪型粉砕装置を利用できる。

バイオマス燃料としては、ブラックペレット又はホワイトペレット等の木質バイオマスペレット並びに間伐材又は端材等の木質バイオマスチップを利用できる。また、搬送用気体２５、３６としては、火炉２内で発生する燃焼排ガス或いは燃焼排ガスと１次空気の混合ガスを利用できる。

排ガス浄化装置５は、脱硝装置４１、空気予熱器４２及び電気集塵機４３をもって構成されている。火炉２内で発生した燃焼排ガスは、脱硝装置４１、空気予熱器４２及び電気集塵機４３を通って浄化され、図示しない煙突から大気へ放出される。なお、排ガス浄化装置５の構成はこれに限定されるものではなく、例えば湿式脱硫装置等の他の装置を追加すること、電気集塵機４３に代えてバグフィルタを備えることも可能である。

次に、本発明に係るバイオマスバンカの実施形態を図に基づいて説明する。

図１は、実施形態に係るバイオマスバンカの構成図である。図１に示すように、実施形態に係るバイオマスバンカ３１は、バイオマス燃料を貯蔵するバンカ本体５１と、バンカ本体５１内の湿度を検出する湿度監視計５２と、水と空気の混合流体をバンカ本体５１内に向けて噴霧する複数（図１の例では３個）の二流体ノズル５３と、二流体ノズル５３に接続された水供給管５４及び空気供給管５５と、水供給管５４に備えられた流量調節弁５６及び空気供給管５５に備えられた開閉弁５７と、流量調節弁５６及び開閉弁５７の切換を制御する制御盤５８と、を備えて構成されている。

バンカ本体５１は、略中央部から上方が円筒形に形成され、略中央部から下方が逆円錐形に形成されたホッパ構造になっている。バンカ本体５１の上部には、図示しないバイオマス燃料の導入口が開設され、下部には図示しないバイオマス燃料の搬出口が開設されている。

湿度監視計５２としては、バンカ本体５１内の絶対湿度を監視するものでも良いし、バンカ本体５１内の相対湿度を監視するものでも良いが、バンカ本体５１内における静電気の発生しやすさをより直接的に監視できることから、相対湿度を監視するものの方が有利である。

二流体ノズル５３は、所謂霧吹きの原理により微細な水滴を噴霧するものである。二流体ノズル５３を用いると、スプレー水ヘッダを用いる場合に比べて微細な水滴をバンカ本体５１内に噴霧できるので、バンカ本体５１内に貯えられたバイオマス燃料を水浸しにすることなく、バンカ本体５１内の湿度調節を行うことができる。

バンカ本体５１内への混合流体の供給開始及び供給停止は、制御盤５８から出力される切換信号により流量調節弁５６及び開閉弁５７を切換制御することにより行われる。制御盤５８は、湿度監視計５２の検出値が制御盤５８に設定された設定値を下回ったと判定したとき、流量調節弁５６及び開閉弁５７を閉状態から開状態に切り換えて、二流体ノズル５３よりバンカ本体５１内に水及び空気の混合流体を噴霧する。また、制御盤５８は、湿度監視計５２の検出値が制御盤５８に設定された設定値を超えたと判定したとき、流量調節弁５６及び開閉弁５７を開状態から閉状態に切り換えて、二流体ノズル５３からの混合流体の噴霧を停止する。

図３は、実施形態に係る制御盤の機能ブロック図である。図３に示すように、実施形態に係る制御盤５８は、バスを介して相互に接続された信号入力部６２、信号出力部６３、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６４、ＲＯＭ（Read Only Memory）６５及びＲＡＭ（Random Access Memory）６６等のハードウエア資源を備えたコンピュータによって構成されている。信号入力部６２には、湿度監視計５２の検出信号とキーボード入力装置又はタッチパネル入力装置等の入力装置６１の出力信号が入力される。また、信号出力部６３には、流量調節弁５６の駆動操作部と開閉弁５７の駆動操作部とが接続される。石炭・バイオマス焚きボイラプラント１のオペレータは、入力装置６１を操作することによって、流量調節弁５６の流量設定と、流量調節弁５６及び開閉弁５７の駆動タイミングを規制するための湿度閾値設定を行うことができる。

湿度閾値は、相対湿度で３０〜４０％の範囲に設定される。バンカ本体５１内の相対湿度が３０〜４０％の範囲を下回ると、バンカ本体５１内に貯えられたバイオマス燃料に静電気が帯電しやすくなり、放電によってバイオマス燃料から揮散した揮発分に急速燃焼が生じやすくなるからである。なお、湿度閾値は、上記の値に限定されるものではなく、石炭・バイオマス焚きボイラプラント１の運用に即した適宜の値に設定できる。

ＲＯＭ６５は、電源を切ってもプログラムやデータを保持することができる不揮発性の半導体メモリである。ＲＯＭ６５には、流量調節弁５６及び開閉弁５７の制御プログラムや、入力装置６１から入力された流量調節弁５６の設定流量及び湿度閾値が格納される。なお、ＲＯＭ６５には、ＳＤメモリカード及びＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ等が含まれる。

ＲＡＭ６６は、プログラムやデータを一時保持する揮発性の半導体メモリである。

ＣＰＵ６４は、ＲＯＭ６５から流量調節弁５６及び開閉弁５７の制御プログラム、流量調節弁５６の設定流量及び湿度閾値を読み出してＲＡＭ６６上に展開し、流量調節弁５６及び開閉弁５７の制御プログラムを実行する。これにより、ＣＰＵ６４は、バンカ本体５１内の湿度に応じて流量調節弁５６及び開閉弁５７を適切に切換制御する制御装置として機能する。

以下、図４を用いて実施形態に係る流量調節弁５６及び開閉弁５７の切換制御手順について説明する。図４は、実施形態に係る流量調節弁及び開閉弁の切換制御手順を示すフローチャートである。

ＣＰＵ６４は、湿度監視計５２の検出値を繰り返しＲＡＭ６６に取り込んでいる（手順Ｓ１）。また、ＣＰＵ６４は、湿度監視計５２の検出値をＲＡＭ６６に取り込む毎に、取り込まれた湿度監視計５２の検出値がＲＯＭ６５に格納された湿度閾値（設定値）を下回ったか否かを判定する（手順Ｓ２）。そして、手順Ｓ２で、湿度監視計５２の検出値は湿度閾値（設定値）を下回ったと判定（手順Ｓ２でＹｅｓ）したときは、手順Ｓ３に移行して、流量調節弁５６及び開閉弁５７を閉状態から開状態に切り換えて、バンカ本体５１内に水と空気の混合流体を噴霧する。これに対して、手順Ｓ２で、湿度監視計５２の検出値は湿度閾値（設定値）を上回ったと判定（手順Ｓ２でＮｏ）したときは、手順Ｓ４に移行して、流量調節弁５６及び開閉弁５７を開状態から閉状態に切り換えて、バンカ本体５１内への混合流体の噴霧を停止する。混合流体の散布は、バンカ本体５１内へのバイオマス燃料の投入前及び投入後において行うことができる。

これにより、実施形態に係るバイオマスバンカ３１及びこれを備えたボイラプラント１は、バンカ本体５１内の相対湿度を静電気が発生しにくい湿度に保つことができるので、バイオマス燃料から揮散する揮発分の急速燃焼を防止できる。また、実施形態に係るバイオマスバンカ３１及びこれを備えたボイラプラント１は、バンカ本体５１内に適度の湿り気を付与できるので、バイオマス燃料からの粉塵の発生を抑制でき、空気と混合した粉塵の急速燃焼を防止できる。

更に、実施形態に係るバイオマスバンカ３１及びこれを備えたボイラプラント１は、バンカ本体５１内に空気と水の混合流体を噴霧するので、スプレー水ヘッダから水を噴射する場合とは異なりバンカ本体５１内のバイオマス燃料が水浸しになることを防止できる。従って、実施形態に係るバイオマスバンカ３１及びこれを備えたボイラプラント１によれば、バイオマス燃料としてホワイトペレットや木質バイオマスチップを用いた場合にも、バイオマス燃料の崩壊や過剰な膨張が防止され、バンカ本体５１からの排出性及び搬送機器類による搬送性を適切に維持できる。また、バイオマス燃料の給水による発酵を抑制できるので、揮発分の揮散を抑制できて、この点からも急速燃焼の発生を抑制できる。

なお、本発明の範囲は、前記実施形態に記載の範囲に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で前記実施形態に記載した発明の構成要素に変更を加えたもの、及び、前記実施形態に記載した発明の構成要素を周知の構成要素に置き換えたものも含まれる。例えば、前記実施形態においては、バンカ本体５１に湿度監視計５２を１つのみ設置したが、複数の湿度監視計５２を設置することもできる。複数の湿度監視計５２を設置すると、バンカ本体５１内の湿度分布を検出できるので、急速燃焼の発生をより確実に防止できる。

１…石炭・バイオマス焚きボイラプラント、２…火炉、３…微粉炭供給部、４…バイオマス燃料供給部、５…排ガス浄化装置、１１…微粉炭専焼バーナ、１２…バイオマス専焼バーナ、２１…原炭バンカ、２２…原炭搬入コンベア、２３…第１の竪型粉砕装置、２４…給炭管、２５…搬送用気体、３１…バイオマスバンカ、３２…バイオマスサイロ、３３…バイオマス搬入コンベア、３４…第２の竪型粉砕装置、３５…バイオマス送給管、３６…搬送用気体、４１…脱硝装置、４２…空気予熱器、４３…電気集塵機、５１…バンカ本体、５２…湿度監視計、５３…二流体ノズル、５４…水供給管、５５…空気供給管、５６…流量調節弁、５７…開閉弁、５８…制御盤。

Claims (4)

1. バイオマス燃料を貯蔵するバンカ本体と、前記バンカ本体内の湿度を検出する湿度監視計と、水と空気の混合流体を噴霧する二流体ノズルと、前記二流体ノズルに接続された水供給管及び空気供給管と、前記水供給管に備えられた流量調節弁及び前記空気供給管に備えられた開閉弁と、前記流量調節弁及び前記開閉弁の切換を制御する制御盤と、を備え、
   前記制御盤は、前記湿度監視計の検出値が前記制御盤に設定された設定値を下回ったと判定したとき、前記流量調節弁及び前記開閉弁を閉状態から開状態に切り換えて、前記二流体ノズルより前記バンカ本体内に、水及び空気の混合流体を噴霧することを特徴とするバイオマスバンカ。
2. 請求項１に記載のバイオマスバンカにおいて、
   前記湿度監視計は、前記バンカ本体内の相対湿度を検出するものであり、前記制御盤は、前記バンカ本体内の相対湿度が３０〜４０％の範囲に設定された前記設定値を下回ったと判定したとき、前記開閉弁及び前記流量調節弁を閉状態から開状態に切り換えて、前記バンカ本体内に水及び空気の混合流体を噴霧することを特徴とするバイオマスバンカ。
3. 請求項１に記載のバイオマスバンカにおいて、
   前記二流体ノズルは、前記バンカ本体の上部に設置され、前記バンカ本体の下方に向けて水及び空気の混合流体を噴霧することを特徴とするバイオマスバンカ。
4. 火炉と、前記火炉に供給されるバイオマス燃料を貯えるバイオマスバンカと、を備え、
   前記バイオマスバンカは、バイオマス燃料を貯蔵するバンカ本体と、前記バンカ本体内の湿度を検出する湿度監視計と、水と空気の混合流体を噴霧する二流体ノズルと、前記二流体ノズルに接続された水供給管及び空気供給管と、前記水供給管に備えられた流量調節弁及び前記空気供給管に備えられた開閉弁と、前記流量調節弁及び前記開閉弁の切換を制御する制御盤と、を備え、
   前記制御盤は、前記湿度監視計の検出値が前記制御盤に設定された設定値を下回ったと判定したとき、前記流量調節弁及び前記開閉弁を閉状態から開状態に切り換えて、前記二流体ノズルより前記バンカ本体内に、水及び空気の混合流体を噴霧することを特徴とするボイラプラント。

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