JP4601519B2 - 有機系燃料供給システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば農林業などで排出される樹皮などの動植物由来のバイオマスを有機系燃料として利用するシステムに係り、特にその有機系燃料を粉砕機で粉砕して粒状物質を得て、その粒状物質を例えば燃焼器などの粒状物質利用設備に供給するのに好適な有機系燃料供給システムに関する。

通常、バイオマスとは、エネルギー源や工業原料として利用可能な生物体（例えば木材、各種植物、農業生産物など）をいう。

例えば木質バイオマスは、粉砕機で所定の大きさに粉砕してから燃焼器で燃焼して水蒸気などを得るシステムになっている。図２は、従来、特開平８−１１７６３４号公報（特許文献1）として提案されたバイオマス粉砕用のハンマー式粉砕機の概略構成図である。

このハンマー式粉砕機は、外周部に複数のハンマー５１を取り付けた回転円板５２が回転軸５３に支持されている。一方、ケーシング５４の内面には、前記ハンマー５１と対向するように複数の固定刃５５が取り付けられていると共に、前記回転円板５２の下方には断面形状がほぼ半円状のスクリーン５６が固定されている。

ケーシング５４の上方には投入口５７が形成され、その投入口５７の上方には投入コンベア５８が配置されている。ケーシング５４の途中の側壁には送風機５９がケーシング５４の排出口６０側に向けて設けられており、排出口６０の下方には排出コンベア６１が配置されている。

前記投入コンベア５８で搬送されてきた木質バイオマス等の被粉砕物６２は、投入口５7から機内に投入され、高速で回転する複数のハンマー５１と固定刃５５により細かく粉砕される。そしてスクリーン５６を通過して落下した粉砕物６３は送風機５９からの空気流６４によって排出口６０側に流れ、排出コンベア６１によって機外に搬出されるシステムになっている。

前述の粉砕された粉砕物６３、特に樹皮などのような繊維質のものは水分を含んでおり、それによってスクリーン５６が目詰りを生じることが多々あるため、この粉砕機では送風機５９を用い、それによって形成される空気流６４を粉砕物６３に当てていた。

またバイオマスを燃焼炉に効率よく供給する粒状物供給装置として、特開２００４−３５３９３３号公報に記載されたような提案もある。
特開平８−１１７６３４号公報（図１） 特開２００４−３５３９３３号公報（図１）

前述のように従来の粉砕機では送風機５９を用いているが、水分を多く含んだ粉砕物６３に対して空気流６４を当てるだけでは水分の蒸発は起こらず、そのためにスクリーン５６の目詰りが生じたり、微粉状の粉砕物６３がケーシング５４の内面などに付着、堆積して汚れるなどの欠点を有している。

木質チップなど水分を３０重量％〜６０重量％含むバイオマスを機械的に粉砕する場合、粉砕粒度にも依るが粉砕に伴い粉砕前と比較して、数重量％〜数十重量％程度以上水分含有率が低下する。これはバイオマス中の水分の約７０重量％を占める自由水の一部が、粉砕に伴う衝撃、切断などの機械的な力でバイオマスから分離するからである。分離した水分は粉砕機内に付着し、一部はバイオマスと共に粉砕機外に排出される。幾分かの水分は粉砕に伴う発熱により雰囲気ガス中に蒸発・揮散する。

また、バイオマスを数ミリ程度まで粉砕する代表的なものとして、粒度調整用に出口部にスクリーンを設置したハンマー式粉砕機がある。しかしこの粉砕機においても、粉砕に伴って発生した水分が内部に付着し、その上にバイオマスの微粉末が付着して堆積し、前記スクリーンが閉塞するという問題がある。特にスクリーンの目開きが小さい場合、スクリーンの閉塞が顕著である。

粉砕物の粒度は用途により異なるが、５mm程度以下とする場合、スクリーンの目開きは６mm程度以下となり、水分が多いと閉塞しやすくなり、閉塞の度毎に粉砕機を一時停止して閉塞物を除去した後、再起動する必要があり、操作が面倒である。

また、微粉バイオマスを燃焼する用途に使用する場合、水分を含有したままの微粉バイオマスを燃焼系統に供給することは、燃焼効率の低下を招来することになり好ましいことではない。

前記特開２００４−３５３９３３号公報にはバイオマスを粉砕して得た粒状物質の供給機構については記載されているが、前述のようなスクリーンの目詰り、閉塞についての考慮はなされていない。

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、水分を含んだ粒状物質が粉砕機内で付着して堆積するようなことのない有機系燃料供給システムを提案することにある。

前記目的を達成するため本発明は、水分を含んだ例えば木質バイオマスなどの有機系燃料を粉砕機で粉砕して粒状物質を得て、その粒状物質を例えば燃焼器やガス化炉などの粒状物質利用設備に供給する有機系燃料供給システムを対象とするものである。

そして本発明の第１の手段は、前記有機系燃料を粉砕して得た粒状物質を気流搬送した後、粒状物質と例えば空気などの搬送ガスに分離し、その粒状物質を前記粒状物質利用設備に供給するとともに、前記分離した搬送ガスを凝縮して搬送ガス中の水分を除去した後、その乾燥した搬送ガスを前記粉砕機に戻して粒状物質の気流搬送に供することを特徴とするものである。

本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記凝縮した搬送ガスを例えば後述するガス再加熱器などで加熱して前記粉砕機に戻すことを特徴とするものである。

本発明の第３の手段は前記第１または第２の手段において、前記粉砕された粒状物質が通過するスクリーンを前記粉砕機内に設けたことを特徴とするものである。

本発明の第４の手段は前記第１ないし第３の手段において、前記粉砕機内の前記粒状物質が接触する部分を加熱する加熱手段が設けられていることを特徴とするものである。

本発明の第５の手段は前記第４の手段において、前記加熱手段により前記スクリーンが加熱されることを特徴とするものである。

本発明の第６の手段は前記第２の手段において、前記粒状物質利用設備からの有機系燃料要求信号に応じて、前記搬送ガスを凝縮する例えば冷却水などの冷却媒体の供給量ならびに凝縮した搬送ガスを加熱する加熱温度が調整可能になっていることを特徴とするものである。

本発明は前述のように、分離した搬送ガスを凝縮して搬送ガス中の水分を除去した後、その乾燥した搬送ガスを粉砕機に戻して粒状物質の気流搬送に供するように構成されているから、水分を含んだ粒状物質が粉砕機内で付着して堆積するようなことのない有機系燃料供給システムを提案することができる。

次に本発明の実施形態を図と共に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る粉砕機ならびに燃焼器を備えた有機系燃料供給システムの系統図である。

ホッパ１の下部に定量供給機２が設けられ、その下方に粉砕機３が設置されている。粉砕機３は機内に、外周部に複数のハンマー４を取り付けた回転円板１２と、その回転円板１２の下方に設置された断面形状が円弧状のスクリーン５と、前記ハンマー４と対向するように設けられた複数の固定刃（図示せず）を有している。

粉砕機３の出口は導管２１を介してサイクロンセパレータ６に接続され、さらにサイクロンセパレータ６の下部は導管２５を介して燃焼器１１に接続されている。サイクロンセパレータ６の上部は、導管２４を介してファン７，凝縮機８，ガス再加熱器９ならびに粉砕機３の系統に接続されている。

また粉砕機３には、機内の温度を設定温度に維持するための加熱器１０が接続され、本実施形態の場合この加熱器１０は前記スクリーン５に接続され、スクリーン５全体を水分が蒸発し易い温度まで加熱している。

水分を多く含んだ例えば樹皮などのチップ状のバイオマス（図示せず）は、ホッパ１内に貯留されている。燃焼器１１からの要求量（要求信号）に応じて供給量が設定可能になっているコンベア式の定量供給機２を通して、ホッパ１内のバイオマス（被粉砕物）が定量ずつ粉砕機３の上部投入口（図示せず）から機内に投入される。

投入された被粉砕物は高速で回転するハンマー４と固定刃との共働により細かく粉砕され、スクリーン５の目を通過した細かい粉砕物は粉砕機３の下部に設置されている排出コンベア（図示せず）上に落下して機外に排出される。前述のようにスクリーン５全体は加熱器１０によって水分が蒸発し易い温度まで加熱されているから、スクリーン５上にあるの被粉砕物ならびに粉砕物はこの時点である程度水分の蒸発・揮散がなされる。

このようにして取り出された粉砕物は導管２１を通してサイクロンセパレータ６に気流搬送され、そこで固体（粉砕物）と気体（空気）に分離される。分離された粉砕物は、ファン（図示せず）により導管２５を通って燃焼器１１に送られて、それ単独あるいは石炭など他の燃料と混合して燃焼されて、水蒸気を発生する。

一方、サイクロンセパレータ６で分離された空気はファン７で昇圧され、その空気中に含まれている水分は導管２２を通して凝縮機８に供給した冷却水で凝縮して空気から分離し、凝縮した水は導管２３から系外に排出する。このようにして水分を除いた乾燥した空気は、粉砕機３に投入される。バイオマス（被粉砕物）の水分含有率が多い場合は必要に応じてガス再加熱器９で昇温して、導管２４を通して粉砕機３の内部に噴射する。

本実施形態の場合、水分を除去したあるいは更に加熱した空気を、ハンマー４や固定刃を有する粉砕部あるいはスクリーン５に向けて噴射することにより、被粉砕物ならびに粉砕物の水分の蒸発に寄与している。

微分バイオマスを製造する場合、その製造量を燃焼器１１からの要求量によりバイオマス（粉砕物）の供給量が定まる。燃焼器１１からの要求量に応じた量のバイオマス（被粉砕物）を粉砕器３に投入しても、更に要求量が増加する場合は、スクリーン５で目詰りを生じる可能性がある。

この場合、前記凝縮機８に供給する冷却水量を増やして、循環空気中の水分量を少なくすると共に、水分除去後の空気の温度を上げるガス再加熱器９、ならびに粉砕機３内の空気の温度を上げる加熱器１０の設定温度を上げることにより、スクリーン５の目詰りを迅速に防止することができる。

また、粉砕機３に投入されるバイオマス（被粉砕物）の水分含有率は諸条件によって一定していないため、燃焼器１１から要求量（要求信号）を送っても、熱量的に過不足を生じるケースがある。このような場合も前述と同様の操作により、凝縮機８への冷却水供給量のコントロール、ならびにガス再加熱器９，加熱器１０の設定温度のコントロールがなされ、水分含有率の少ない微粉バイオマスを燃焼器１１に供給することができる。

前記実施形態では固気分離器としてサイクロンセパレータを用いたが、それに代えて例えばバグフィルターなどの他の固気分離器を用いることも可能である。

前記実施形態では微粉バイオマスを燃焼器で燃焼する場合を説明したが、微粉バイオマスをガス化炉に供給し、ガス化によって得られた生成ガスを用いてメタノールなどの液体燃料に転換することも可能である。

以上説明したように本実施形態によれば、水分含有率の多いバイオマスを粉砕機３で粉砕して、燃焼器１１で燃焼する場合、粉砕機３のスクリーン５に微粉バイオマスが付着、堆積して閉塞するようなトラブルが有効に防止できる。

また微粉バイオマス中の水分を除去した状態で燃焼器１１に供給することができるから、燃焼器１１での燃焼効率の向上が図れる。更にバイオマスに例えば水溶性ペンキなどの水溶性物質を含む場合、凝縮器８において凝縮水２３とともに系外に排出できるため、水溶性物質による燃焼器１１や空気循環設備（本実施形態ではサイクロンセパレータ６，ファン７，凝縮機８，ガス再加熱器９，各導管２１，２４など）への悪影響が軽減できる。

本発明の実施形態に係る粉砕機ならびに燃焼器を備えた有機系燃料供給システムの系統図である。 従来提案されたこの種粉砕機の概略構成図である。

符号の説明

１：ホッパ１、２：定量供給機、３：粉砕機、４：ハンマー、５：スクリーン、６：サイクロンセパレータ、７：ファン、８：凝縮機、９：ガス再加熱器、１０：加熱器、１１：燃焼器、１２：回転円板、２１，２２，２４，２５：導管、２３：凝縮水。

Claims (6)

1. 水分を含んだ有機系燃料を粉砕機で粉砕して粒状物質を得て、その粒状物質を粒状物質利用設備に供給する有機系燃料供給システムにおいて、
   前記有機系燃料を粉砕して得た粒状物質を気流搬送した後、粒状物質と搬送ガスに分離し、その粒状物質を前記粒状物質利用設備に供給するとともに、
   前記分離した搬送ガスを凝縮して搬送ガス中の水分を除去した後、その乾燥した搬送ガスを前記粉砕機に戻して粒状物質の気流搬送に供することを特徴とする有機系燃料供給システム。
2. 請求項１記載の有機系燃料供給システムにおいて、前記凝縮した搬送ガスを加熱して前記粉砕機に戻すことを特徴とする有機系燃料供給システム。
3. 請求項１または２記載の有機系燃料供給システムにおいて、前記粉砕された粒状物質が通過するスクリーンを前記粉砕機内に設けたことを特徴とする有機系燃料供給システム。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項記載の有機系燃料供給システムにおいて、前記粉砕機内の前記粒状物質が接触する部分を加熱する加熱手段が設けられていることを特徴とする有機系燃料供給システム。
5. 請求項４項記載の有機系燃料供給システムにおいて、前記加熱手段により前記スクリーンが加熱されることを特徴とする有機系燃料供給システム。
6. 請求項２記載の有機系燃料供給システムにおいて、前記粒状物質利用設備からの有機系燃料要求信号に応じて、前記搬送ガスを凝縮する冷却媒体の供給量ならびに凝縮した搬送ガスを加熱する加熱温度が調整可能になっていることを特徴とする有機系燃料供給システム。

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