JP2024003488A - バイオマスボイラーシステム - Google Patents

Abstract

【課題】バイオマス燃料を乾燥させるのに適した比較的高い温度の乾燥用温風を効率良く安定して得られるようにする。
【解決手段】ボイラー室２に設置されたバイオマスボイラー１０と、バイオマス燃料３を貯留する燃料貯留部２０と、燃料貯留部２０からバイオマスボイラー１０にバイオマス燃料３を供給する燃料供給手段３０と、バイオマスボイラー１０の廃熱を回収してバイオマス燃料３を乾燥させる乾燥手段４０とを有するバイオマスボイラーシステムにおいて、乾燥手段４０は、回収した廃熱でボイラー室２からの排気ＥＡを加熱して乾燥用温風ＨＡを生成する乾燥用温風生成部４１と、乾燥用温風ＨＡを乾燥用温風生成部４１から燃料貯留部２０内に導入してバイオマス燃料３を乾燥させる乾燥用温風導入ダクト４２を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボイラー室に設置されたバイオマスボイラーと、バイオマス燃料を貯留する燃料貯留部と、前記燃料貯留部から前記バイオマスボイラーに前記バイオマス燃料を供給する燃料供給手段と、前記バイオマスボイラーの廃熱を回収して前記バイオマス燃料を乾燥させる乾燥手段とを有するバイオマスボイラーシステムに関する。

本発明の背景技術としては、例えば、バイオマスの乾燥物を燃料として利用して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バイオマスを乾燥させる乾燥機（攪拌室）と、乾燥されたバイオマスを貯蔵するサイロと、サイロ内のバイオマスをサイロの下部からボイラー装置に供給する供給装置（スクリューコンベア）とが備えられたバイオマスボイラーシステムにおいて、乾燥機に供給される乾燥気体（乾燥用温風）として、ボイラー装置の燃焼排気を外気と混合して温度調節した気体、又は、ボイラー装置の廃熱と熱交換した気体を使用して、乾燥機内のバイオマスを乾燥させる技術がある（例えば特許文献１参照）。

又、燃焼炉に装入する木質燃料を乾燥させる木質燃料乾燥設備において、廃熱を吸収した熱媒体と大気から吸引した空気との間で熱交換を行う熱交換器を備え、前記熱交換器にて加温された温風空気（乾燥用温風）を前記貯留ホッパの下部から該貯留ホッパ内に送給して該貯留ホッパ内の木質燃料を乾燥させる技術がある（例えば特許文献２参照）。

特開２０１３－０４７５９３号公報 特開２０１６－０８０２１７号公報

特許文献１－２に記載の技術では、バイオマス燃料を乾燥させる乾燥用温風（乾燥気体、温風空気）を生成する上において、ボイラー装置の燃焼排気又は廃熱を吸収した熱媒体を、季節や天候などに応じて温度が大きく低下することのある外気と混合又は熱交換して温度調節することから、バイオマス燃料を乾燥させるのに適した比較的高い温度の乾燥気体を安定して得るためには、季節や天候などに応じて外気温が低くなるほど、外気と混合又は熱交換させるボイラー装置の燃焼排気量又は熱媒体量を多くする必要がある。そのため、バイオマス燃料を乾燥させるのに適した比較的高い温度の乾燥用温風を効率良く安定して得られるようにする上において改善の余地がある。

この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、バイオマス燃料を乾燥させるのに適した比較的高い温度の乾燥用温風を効率良く安定して得られるようにする点にある。

本発明の第１特徴構成は、ボイラー室に設置されたバイオマスボイラーと、バイオマス燃料を貯留する燃料貯留部と、前記燃料貯留部から前記バイオマスボイラーに前記バイオマス燃料を供給する燃料供給手段と、前記バイオマスボイラーの廃熱を回収して前記バイオマス燃料を乾燥させる乾燥手段とを有するバイオマスボイラーシステムであって、
前記乾燥手段は、回収した廃熱で前記ボイラー室からの排気を加熱して乾燥用温風を生成する乾燥用温風生成部と、前記乾燥用温風を前記乾燥用温風生成部から前記燃料貯留部内に導入して前記バイオマス燃料を乾燥させる乾燥用温風導入ダクトと、を有している点にある。

本構成によると、バイオマスボイラーの稼働によって比較的高い温度で安定しているボイラー室からの排気を活用して、その排気を乾燥用温風生成部がバイオマスボイラーの廃熱で加熱して乾燥用温風を生成することから、例えば、季節や天候などに応じて温度が大きく低下することのある外気をバイオマスボイラーの廃熱で加熱して乾燥用温風を生成する場合に比較して、バイオマス燃料を乾燥させるのに適した比較的高い温度の乾燥用温風を効率良く安定して得ることができる。

そして、このように得られた適温で安定した乾燥用温風が乾燥用温風導入ダクトを通って燃料貯留部内に導入されることにより、燃料貯留部内のバイオマス燃料を効率良く好適に乾燥させることができ、又、燃料貯留部内が陽圧化して外部から燃料貯留部内への透湿が防止されることにより、燃料貯留部内のバイオマス燃料を乾燥状態に維持し易くなることから、このように効率良く好適に乾燥された状態のバイオマス燃料が、燃料供給手段にてバイオマスボイラーに安定的に供給されるようになり、よって、バイオマスボイラーでのバイオマス燃料の燃焼効率を安定的に向上させることができる。

つまり、本構成によると、バイオマス燃料を乾燥させるのに適した比較的高い温度の乾燥用温風を効率良く安定して得られるようになり、ひいては、バイオマスボイラーでのバイオマス燃料の燃焼効率を安定的に向上させることができる。

本発明の第２特徴構成は、前記乾燥用温風導入ダクトは、前記乾燥用温風を前記燃料貯留部の底部近傍から当該燃料貯留部内に導入するように構成されている点にある。

本構成によると、乾燥用温風は、乾燥用温風導入ダクトにて燃料貯留部の底部近傍から燃料貯留部内に導入されることにより、燃料貯留部内では、燃料貯留部内に貯留されたバイオマス燃料の隙間を通って燃料貯留部の底部側から上部に向けて流れるようになり、これにより、燃料貯留部内のバイオマス燃料を、底部側のものほど積極的に乾燥させ、上部側のものは余熱で乾燥させる状態で、底部側のものから順に効率良く乾燥させることができる。

本発明の第３特徴構成は、前記燃料供給手段は、前記燃料貯留部内の前記バイオマス燃料を前記燃料貯留部の底部から搬出するように構成されている点にある。

本構成によると、前述したように、燃料貯留部内のバイオマス燃料は底部側のものから順に効率良く乾燥されるのに応じて、燃料供給手段は、燃料貯留部内のバイオマス燃料を燃料貯留部の底部から搬出することにより、燃料貯留部の底部からは常に乾燥度が最も高いバイオマス燃料が搬出されるようになり、又、燃料貯留部内では、乾燥度の高いバイオマス燃料ほど燃料貯留部の底部側に貯留された状態が維持されるようになる。

その結果、バイオマスボイラーには常に乾燥度の高いバイオマス燃料を供給できるようにして、バイオマスボイラーでのバイオマス燃料の燃焼効率を向上させるようにしながら、燃料貯留部内のバイオマス燃料を、常に底部側のものから順に効率良く乾燥させることができる。

本発明の第４特徴構成は、前記燃料貯留部として、前記バイオマス燃料の搬送方向上手側に設置された第１貯留部と、当該第１貯留部よりも前記バイオマス燃料の搬送方向下手側に設置された第２貯留部と、を有し、
前記乾燥用温風導入ダクトは、前記乾燥用温風を前記第１貯留部内に導入して前記第１貯留部に貯留されている前記バイオマス燃料を乾燥させるように構成されている点にある。

本構成によると、燃料貯留部として第１貯留部と第２貯留部とを設置し、バイオマス燃料が最初に貯留される第１貯留部においてバイオマス燃料を乾燥させることにより、バイオマス燃料を燃料貯留部での貯留初期の段階から乾燥させることができ、これにより、第２貯留部には常に含水率の低いバイオマス燃料が貯留されることから、第２貯留部に貯留されたバイオマス燃料の含水率が上昇する不都合の発生を抑制することができる。
その結果、バイオマスボイラーには常に含水率の低いバイオマス燃料を供給することができ、バイオマスボイラーでのバイオマス燃料の燃焼効率を更に向上させることができる。

バイオマスボイラーシステムの構成を示す概略図

以下、本発明に係るバイオマスボイラーシステムの実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すように、本実施形態で例示するバイオマスボイラーシステム１は、ボイラー室２に設置されたバイオマスボイラー１０と、バイオマス燃料３を貯留する燃料貯留部２０と、燃料貯留部２０からバイオマスボイラー１０にバイオマス燃料３を供給する燃料供給手段３０と、バイオマスボイラー１０の廃熱を回収してバイオマス燃料３を乾燥させる乾燥手段４０とを有している。

ボイラー室２には、ボイラー室２に外気ＯＡを供給する給気ファン４と、バイオマスボイラー１０の稼働で昇温するボイラー室２の内部空気を室外に排出する排気ファン５とが備えられている。

バイオマスボイラー１０は、バイオマス燃料３の一例である含水率の高い木質チップなどを燃焼させることで、給水管６を通って補給水Ｗを加熱して水蒸気や温水などを生成する。バイオマスボイラー１０には、バイオマス燃料３の燃焼で発生する燃焼排ガスＧを室外に排出する煙道１１が備えられている。煙道１１には、その内部を通るバイオマスボイラー１０の燃焼排ガスＧと給水管６を通る補給水Ｗとの熱交換で、燃焼排ガスＧから廃熱を回収してバイオマスボイラー１０に供給する補給水Ｗを予熱する熱交換部１２Ａを有するエコノマイザー１２が備えられている。

燃料貯留部２０としては、バイオマスボイラー１０に対するバイオマス燃料３の搬送方向上手側に設置された第１貯留部２１と、第１貯留部２１よりもバイオマス燃料３の搬送方向下手側に設置された第２貯留部２２とが備えられている。第１貯留部２１と第２貯留部２２の上部には、各貯留部２１，２２内へのバイオマス燃料３の供給を可能にする供給部２１Ａ，２２Ａが備えられている。第１貯留部２１と第２貯留部２２の底部には、各貯留部２１，２２内に貯留されたバイオマス燃料３の排出を可能にする排出部２１Ｂ，２２Ｂが備えられている。
尚、燃料貯留部２０として、上記のように第１貯留部２１と第２貯留部２２とを備えるのに代えて、単一の貯留部を備えるようにしてもよい。

燃料供給手段３０は、第１貯留部２１内のバイオマス燃料３を、第１貯留部２１における底部の排出部２１Ｂから搬出して、第２貯留部２２における上部の供給部２２Ａから第２貯留部２２内に供給搬送する第１燃料供給搬送装置３１と、第２貯留部２２内のバイオマス燃料３を、第２貯留部２２における底部の排出部２２Ｂから搬出してバイオマスボイラー１０に供給する第２燃料供給搬送装置３２とを有している。第１燃料供給搬送装置３１と第２燃料供給搬送装置３２には、供給搬送されるバイオマス燃料３の露出を防止するように構成されたカバー付きのチップコンベアやスクリューコンベアなどを採用することができる。

乾燥手段４０は、回収した廃熱でボイラー室２からの排気ＥＡを加熱して乾燥用温風ＨＡを生成する乾燥用温風生成部４１と、乾燥用温風ＨＡを乾燥用温風生成部４１から第１貯留部２１内に導入してバイオマス燃料３を乾燥させる乾燥用温風導入ダクト４２とを有している。

乾燥用温風生成部４１は、水を熱交換媒体に使用して煙道１１の内部を通るバイオマスボイラー１０の燃焼排ガスＧから廃熱を回収する廃熱回収器４１Ａと、温水ＨＷが回収した廃熱でボイラー室２からの排気ＥＡを加熱する排気加熱器４１Ｂと、廃熱回収器４１Ａと排気加熱器４１Ｂとの間で温水用の循環路４３を形成する温水配管４１Ｃと、廃熱回収器４１Ａと排気加熱器４１Ｂとの間で温水ＨＷを循環させる循環ポンプ４１Ｄと、ボイラー室２からの排気ＥＡを排気加熱器４１Ｂに導くボイラー室排気導入ダクト４１Ｅとを有している。廃熱回収器４１Ａは、前述したエコノマイザー１２において補給水予熱用の熱交換部１２Ａと併設された熱交換部１２Ｂで構成されている。排気加熱器４１Ｂは、廃熱を回収した温水ＨＷとボイラー室２からの排気ＥＡとの熱交換で排気ＥＡを加熱する水－空気熱交換器で構成されている。
尚、乾燥用温風生成部４１としては、上記のように廃熱回収器４１Ａや排気加熱器４１Ｂなどを有するものに限らず、例えば、煙道１１の内部を通る燃焼排ガスＧとボイラー室２から供給される排気ＥＡとの熱交換で、バイオマスボイラー１０の燃焼排ガスＧから廃熱を回収してボイラー室２からの排気ＥＡを加熱する空気－空気熱交換器を有するものであってもよい。

本実施形態での乾燥用温風生成部４１による乾燥用温風ＨＡの生成について具体的に説明すると、乾燥用温風生成部４１においては、循環ポンプ４１Ｄの作動で温水ＨＷが循環路４３を循環すると、この循環で廃熱回収器４１Ａを通る温水ＨＷが、廃熱回収器４１Ａでのバイオマスボイラー１０の燃焼排ガスＧとの熱交換で燃焼排ガスＧから廃熱を回収することで、回収前の約６０℃から約７０℃に昇温する。そして、約７０℃に昇温した廃熱回収後の温水ＨＷが排気加熱器４１Ｂを通ると、排気加熱器４１Ｂでの廃熱回収後の温水ＨＷとボイラー室２からの排気ＥＡとの熱交換で、廃熱回収後の温水ＨＷが保有する廃熱でボイラー室２からの排気ＥＡが熱交換前の約３５℃から約５０℃に加熱され、この加熱により、第１貯留部２１に貯留されたバイオマス燃料３を乾燥させるのに適した乾燥用温風ＨＡが生成される。

乾燥用温風導入ダクト４２は、第１貯留部２１の底部近傍に備えられた複数の温風導入部２１Ｃに接続されており、これにより、乾燥用温風生成部４１にて生成された乾燥用温風ＨＡを第１貯留部２１の底部近傍から第１貯留部２１内に導入するように構成されている。第１貯留部２１の上部には、第１貯留部２１の底部近傍から乾燥用温風ＨＡが導入されることで第１貯留部２１の上部に溜まるようになる湿気を帯びた内部空気を外部に排出する内部空気排出部２１Ｄが備えられている。

乾燥手段４０には、第１貯留部２１に貯留されたバイオマス燃料３に含まれている水分量を測定する水分計４４と、水分計４４の測定値に基づいて循環ポンプ４１Ｄによる温水ＨＷの循環流量を調整する制御部４５とが含まれている。制御部４５は、水分計４４の測定値と予め設定されたバイオマス燃料３の目標水分量とを比較し、水分計４４の測定値が目標水分量よりも多い場合に、循環ポンプ４１Ｄによる廃熱回収器４１Ａと排気加熱器４１Ｂとの間での温水ＨＷの循環流量を多くして、乾燥用温風生成部４１から第１貯留部２１内に導入される乾燥用温風ＨＡの温度を高くすることで、水分計４４の測定値を目標水分量以下に低下させるように構成されている。
尚、制御部４５としては、水分計４４の測定値に基づいて循環ポンプ４１Ｄによる温水ＨＷの循環流量を調整するものに限らず、例えば、水分計４４の測定値に基づいて排気ファン５によるボイラー室２からの排気量を調整するものであってもよい。この場合、制御部４５は、水分計４４の測定値が目標水分量よりも多くなると、排気ファン５によるボイラー室２からの排気量を多くして、乾燥用温風生成部４１から第１貯留部２１内に導入される乾燥用温風ＨＡの流量を多くすることで、水分計４４の測定値を目標水分量以下に低下させることになる。

以上の構成により、本実施形態で例示するバイオマスボイラーシステム１においては、バイオマスボイラー１０の稼働によって比較的高い温度で安定しているボイラー室２からの排気ＥＡを活用して、その排気ＥＡを、乾燥手段４０の乾燥用温風生成部４１が、バイオマスボイラー１０の燃焼排ガスＧから回収した廃熱で加熱して乾燥用温風ＨＡを生成することから、例えば、季節や天候などに応じて温度が大きく低下することのある外気をバイオマスボイラー１０の廃熱で加熱して乾燥用温風ＨＡを生成する場合に比較して、バイオマス燃料３を乾燥させるのに適した比較的高い温度の乾燥用温風ＨＡを効率良く安定して得られるようになる。

そして、このように得られた適温で安定した乾燥用温風ＨＡは、乾燥用温風導入ダクト４２を通って第１貯留部２１の底部近傍から第１貯留部２１内に導入され、これにより、第１貯留部２１内では、第１貯留部２１内に貯留されたバイオマス燃料３の隙間を通って第１貯留部２１の底部側から上部に向けて流れるようになることから、第１貯留部２１内のバイオマス燃料３を、底部側のものほど積極的に乾燥させ、上部側のものは余熱で乾燥させる状態で、底部側のものから順に効率良く乾燥させることができる。

その上、乾燥用温風ＨＡが第１貯留部２１内に導入されることで、第１貯留部２１内が陽圧化して外部から第１貯留部２１内への透湿が防止されることから、第１貯留部２１内のバイオマス燃料３を乾燥状態に維持し易くなる。

又、乾燥用温風ＨＡが第１貯留部２１の底部側から上部に向けて流れることで、湿気を帯びた内部空気が第１貯留部２１の上部で溜まるようになると、このような内部空気は、第１貯留部２１の上部に備えられた内部空気排出部２１Ｄから外部に排出されることから、第１貯留部２１内での乾燥用温風ＨＡによるバイオマス燃料３の乾燥をより効率良く行うことができる。

しかも、上記のように第１貯留部２１内のバイオマス燃料３が底部側のものから順に効率良く乾燥されるのに応じて、トラックなどで搬入された含水率の高いバイオマス燃料３は、第１貯留部２１における上部の供給部２１Ａから第１貯留部２１内の上部側に供給され、又、第１貯留部２１内の底部に貯留されている乾燥度の高いバイオマス燃料３は、燃料供給手段３０の第１燃料供給搬送装置３１にて第１貯留部２１における底部の排出部２１Ｂから搬出されることから、第１貯留部２１の底部からは常に乾燥度が最も高いバイオマス燃料３が搬出されるようになり、又、第１貯留部２１内では、乾燥度の高いバイオマス燃料３ほど第１貯留部２１の底部側に貯留された状態が維持されるようになる。

更に、第１貯留部２１に貯留されたバイオマス燃料３に含まれている水分量が目標水分量よりも多い場合は、前述した制御部４５の制御作動で、乾燥用温風生成部４１から第１貯留部２１内に導入される乾燥用温風ＨＡの温度を高くして、第１貯留部２１に貯留されたバイオマス燃料３に含まれている水分量を目標水分量以下に低下させることから、第１貯留部２１内に供給されるバイオマス燃料３の含水率にかかわらず、第１貯留部２１の底部から搬出されるバイオマス燃料３の含水率を目標水分量以下に低下させることができる。

その上、燃料貯留部２０として設置された第１貯留部２１と第２貯留部２２のうち、バイオマス燃料３が最初に貯留される第１貯留部２１においてバイオマス燃料３を乾燥させることにより、バイオマス燃料３を第１貯留部２１での貯留初期の段階から乾燥させることができ、これにより、第２貯留部２２には常に含水率の低いバイオマス燃料３が貯留されることから、第２貯留部２２に貯留されたバイオマス燃料３の含水率が上昇する不都合の発生を抑制することができる。

つまり、本実施形態で例示するバイオマスボイラーシステム１によると、バイオマス燃料３を乾燥させるのに適した比較的高い温度の乾燥用温風ＨＡを効率良く安定して得られるようになり、そして、このように得られた乾燥用温風ＨＡの第１貯留部２１内への導入を、第１貯留部２１に対するバイオマス燃料３の供給位置や搬出位置を考慮して、第１貯留部２１の底部近傍から行うことにより、第１貯留部２１内のバイオマス燃料３を底部側のものから順に効率良く乾燥させることができ、又、バイオマスボイラー１０には、常に第１貯留部２１の底部から搬出した含水率の最も低いバイオマス燃料３を、第２貯留部２２を経由する状態で燃料供給手段３０にて供給することができ、その結果、バイオマスボイラー１０でのバイオマス燃料３の燃焼効率を安定的に向上させることができる。

〔別実施形態〕
本発明の別実施形態について説明する。
尚、以下に説明する各別実施形態の構成は、それぞれ単独で適用することに限らず、上記の実施形態や他の別実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。

（１）上記の実施形態においては、乾燥手段４０として、乾燥用温風ＨＡを第１貯留部２１の底部近傍から第１貯留部２１内に導入するものを例示したが、これに限らず、例えば、乾燥用温風ＨＡを第１貯留部２１の上下中間部や上部近傍から第１貯留部２１内に導入するものであってもよく、又、乾燥用温風ＨＡを第２貯留部２２内に導入して、第２貯留部２２内のバイオマス燃料３を乾燥させるものであってもよい。
尚、乾燥用温風ＨＡを第１貯留部２１又は第２貯留部２２の上下中間部や上部近傍から第１貯留部２１内又は第２貯留部２２内に導入する場合には、乾燥用温風ＨＡが導入される第１貯留部２１又は第２貯留部２２の内部に、内部に貯留されたバイオマス燃料３を攪拌する撹拌機を備えるようにしてもよい。

２ ボイラー室
３ バイオマス燃料
１０ バイオマスボイラー
２０ 燃料貯留部
２１ 第１貯留部
２２ 第２貯留部
３０ 燃料供給手段
４０ 乾燥手段
４１ 乾燥用温風生成部
４２ 乾燥用温風導入ダクト
ＥＡ 排気
ＨＡ 乾燥用温風

Claims (4)

1. ボイラー室に設置されたバイオマスボイラーと、バイオマス燃料を貯留する燃料貯留部と、前記燃料貯留部から前記バイオマスボイラーに前記バイオマス燃料を供給する燃料供給手段と、前記バイオマスボイラーの廃熱を回収して前記バイオマス燃料を乾燥させる乾燥手段とを有するバイオマスボイラーシステムであって、
   前記乾燥手段は、回収した廃熱で前記ボイラー室からの排気を加熱して乾燥用温風を生成する乾燥用温風生成部と、前記乾燥用温風を前記乾燥用温風生成部から前記燃料貯留部内に導入して前記バイオマス燃料を乾燥させる乾燥用温風導入ダクトと、を有しているバイオマスボイラーシステム。
2. 前記乾燥用温風導入ダクトは、前記乾燥用温風を前記燃料貯留部の底部近傍から当該燃料貯留部内に導入するように構成されている請求項１に記載のバイオマスボイラーシステム。
3. 前記燃料供給手段は、前記燃料貯留部内の前記バイオマス燃料を前記燃料貯留部の底部から搬出するように構成されている請求項２に記載のバイオマスボイラーシステム。
4. 前記燃料貯留部として、前記バイオマス燃料の搬送方向上手側に設置された第１貯留部と、当該第１貯留部よりも前記バイオマス燃料の搬送方向下手側に設置された第２貯留部と、を有し、
   前記乾燥用温風導入ダクトは、前記乾燥用温風を前記第１貯留部内に導入して前記第１貯留部に貯留されている前記バイオマス燃料を乾燥させるように構成されている請求項１～３のいずれか一項に記載のバイオマスボイラーシステム。

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