JP5496055B2 - バイオマスペレット粉砕装置及びバイオマス・石炭混焼システム - Google Patents

Description

本発明は、バイオマスペレットを粉砕して微粉化するバイオマスペレット粉砕装置及びバイオマス・石炭混焼システムに関する。

近年、地球温暖化の観点からＣＯ₂排出の削減が推進されている。特に、発電用ボイラ等の燃焼設備においては、燃料として石炭や重油等の化石燃料が用いられることが多いが、この化石燃料は、ＣＯ₂排出の問題から地球温暖化の原因となり、地球環境保全の見地からその使用が規制されつつある。また化石燃料の枯渇化の観点からもこれに代替するエネルギ資源の開発、実用化が求められている。そこで、化石燃料の代替として、バイオマスを用いた燃料の利用促進が図られている。バイオマスとは、光合成に起因する有機物であって、木質類、草木類、農作物類、厨芥類等のバイオマスがある。このバイオマスを燃料化処理することにより、バイオマスをエネルギ源又は工業原料として有効に利用することができる。

再生可能エネルギであるバイオマスの高効率利用の観点から、バイオマスを燃料として用いることが行われている。燃料として用いる方法の一つに、バイオマス固形物を粉砕して微粉化し、微粉炭焚きボイラに供給して燃料として用いるものがある。これは、石炭とバイオマスとをそれぞれを単独で粉砕する単独粉砕方式と、石炭とバイオマスとを混合してから粉砕する混合粉砕方式とが知られている。何れの方式においても、バイオマス固形物を粉砕するためのバイオマス粉砕装置が必要であるが、従来の石炭焚きボイラで用いられている既設ミルを用いようとした場合、既設ミルの能力制約から石炭に対する混焼率は最大でも３ｃａｌ％程度に留まっていた。

従来のバイオマスを石炭焚きボイラ用の粒径に粉砕するには、石炭粉砕機を流用したものを用いており、例えばバイオマス原料を粉砕装置内の粉砕テーブルに投入し、粉砕テーブルに連動して回転される粉砕ローラにより粉砕・乾燥し、分級している。そして、微粉砕されたバイオマスをバーナ側へ気流搬送している（特許文献１、特許文献２参照）。

特開２００４−３４７２４１号公報 特開２００９−２９１６９２号公報

ところで、バイオマス原料は、繊維質で柔らかいため粉砕効率が悪く、粉砕動力は石炭の５〜１０倍程度必要であるが、粉砕原料の粒径が小さいほど所要動力が少なくて済むので、バイオマス原料を裁断したバイオマス構成粒子が小さいもの（おがくず等の数ｍｍ以下の細かい粒子）を固めてペレット化したバイオマスペレットを用いることが提案されている。
しかしながら、既設発電所でのバイオマス混焼率は、比較的粉砕され易いバイオマスペレットにおいても、約１５Ｃａｌ％程度の混焼率が限界であり、ＣＯ₂削減のため、より以上（２０〜３０Ｃａｌ％）の混焼率達成が求められている。

バイオマスペレットは、粉砕原料バンカ内でバイオマスペレットが石炭の水分を吸収して一部は膨潤崩壊するが、大半がペレット状のまま微粉砕機（仕上げミル）に供給される。微粉砕機では燃焼に必要な粒径以上に粉砕されるため、必要以上に粉砕動力が必要であった。

本発明は、前記問題に鑑み、石炭と混合燃焼するバイオマスペレットを容易に粉砕することができるバイオマスペレット粉砕装置及びバイオマス・石炭混焼システムを提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、貯蔵された石炭と、貯蔵されたバイオマスペレットとを混合しつつ搬送する搬送手段と、混合された石炭・バイオマスペレット混合物とを所定時間貯留し、石炭の水分をバイオマスペレットに移行させつつバイオマスペレットを膨潤させるホッパと、前記ホッパからの混合・膨潤物を粗粉砕する粗粉砕手段と、前記粗粉砕手段の粗粉砕物を微粉砕する微粉砕機とを具備することを特徴とするバイオマスペレット粉砕装置にある。

第２の発明は、第１の発明において、前記搬送手段に水分付与手段を有することを特徴とするバイオマスペレット粉砕装置にある。

第３の発明は、第１又は２の発明において、前記粗粉砕手段で粉砕された微粒粉砕物を分離する分離手段と、前記分離手段で分離された微粒粉砕物をボイラ側へ搬送する搬送ラインを有することを特徴とするバイオマスペレット粉砕装置にある。

第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つのバイオマスペレット粉砕装置と、石炭原料のみを粉砕する石炭粉砕手段と、バイオマス粉砕装置の粉砕手段で粉砕された微粉と、石炭粉砕手段で粉砕された石炭粉体とが供給されるボイラ火炉とを具備することを特徴とするバイオマス・石炭混焼システムにある。

本発明によれば、バイオマスペレットに水分を付与する水分付与手段と、水分が付与されたバイオマスペレットを粉砕する粗粉砕手段とを有するので、水分が付与されたバイオマスペレットを一時的に保管し、その保管時間の間に水分がペレット全体にいきわたり、自己崩壊させているので、微粉砕手段での微粉砕が容易となる。この結果、石炭との混焼率向上が可能となる。

図１は、実施例１に係るバイオマスペレット粉砕装置の概略図である。 図２は、実施例２に係るバイオマスペレット粉砕装置の概略図である。 図３は、実施例３に係るバイオマスペレット粉砕装置の概略図である。 図４は、実施例４に係るバイオマスペレット粉砕装置の概略図である。 図５は、実施例５に係るバイオマスペレット粉砕装置の概略図である。 図６は、石炭とバイオマスペレットの混合経過時間とバイオマスペレットの水分変化を示すグラフである。 図７は、実施例６に係るボイラ火炉を備えたバイオマス・石炭混焼システムの概略図である。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本発明による実施例に係るバイオマスペレット粉砕装置について、図面を参照して説明する。図１は、実施例１に係るバイオマスペレット粉砕装置の概略図である。
図１に示すように、本実施例に係るバイオマスペレット粉砕装置１０Ａは、バイオマスペレット１１に水分１２を付与する水分付与手段１３と、水分１２が付与されたバイオマスペレット１１Ａを粉砕する粗粉砕手段１４Ａとを有するものである。

ここで、本発明において、バイオマスペレット１１とは、バイオマス原料を裁断したバイオマス構成粒子が小さいもの（おがくず等の数ｍｍ以下の細かい粒子）を固めてペレット化したものをいう。バイオマスペレット１１の水分含量は１０％以下である。

バイオマスペレット１１は、バイオマスペレット貯蔵設備１５からホッパ１６へ第１の搬送手段１７を介して供給されており、本実施例では、この第１の搬送手段１７の途中において、水分付与手段１３により、バイオマスペレット１１に水分１２を付与している。

本実施例では、水分１２が付与されたバイオマスペレット１１Ａを一時的（例えば１〜２時間程度）にホッパ１６で保管し、その保管時間の間に水分１２がペレット全体にいきわたり、自己崩壊させている。
その後、粗粉砕手段１４Ａにおいて、湿潤したバイオマスペレット１１Ａが容易に粗粉砕され、粗粉砕された粗粉砕バイオマスペレット１１Ｂは第２の搬送手段１８により粉砕原料バンカ１９に送られ、ここから微粉砕手段１４Ｂに供給されて、ここで微粉砕される。

この微粉砕手段１４Ｂでは、粉砕ローラ２１の上部から粉砕テーブル２２上にバイオマス供給管２３を介して粗粉砕バイオマスペレット１１Ｂが落下する。落下したバイオマスペレット１１Ｂは粉砕テーブル２２の回転による遠心力で中央部から外周側に移動する。その間に粉砕ローラ２１と粉砕テーブル２２に挟まれ、燃焼に最適なサイズの微粉バイオマス（微粉）１１Ｃに粉砕される。粉砕テーブル２２外周の吹き上げガス２４により上昇した粗粉、微粉が混入しているが、微粉砕手段１４Ｂの上部に設置された分級器２５により粗粉分離され、微粉バイオマス１１Ｃはボイラ火炉２６のバーナへの第３の搬送手段２７により供給される。分級器２５で分離された粗粒は落下され、粉砕テーブル２２中央に戻り、再度粉砕ローラ２１により微粉砕される。

石炭を同時に混合粉砕する場合には、微粉砕手段１４Ｂのバイオマス供給管２３に隣接し、石炭３０を石炭貯蔵設備３１から供給する石炭供給ライン３３を設けている。
これにより水分が付与されたバイオマスペレットと、石炭３０の混合粉砕を可能としている。なお石炭供給ライン３３はバイオマス供給管２３内に内設するようにしてもよい。

本実施例では、粉砕手段１４としては、粗粉砕手段１４Ａと微粉砕手段１４Ｂとから構成されている。
粗粉砕手段１４Ａとしては、例えばハンマーミルや、インパクトミルなどを用いることができる。また、微粉砕手段１４Ｂとしては、例えばロータリーミルを用いることができる。
なお、バイオマスペレット１１の水分付与により膨潤が進行している場合には、粉砕手段１４として粗粉砕手段１４Ａを省略して、微粉砕手段１４Ｂのみを用いて湿潤したバイオマスペレット１１Ａを微粉砕するようにしてもよい。

このように、石炭３０とバイオマスペレット１１との混合粉砕において、粗砕（解砕）のための粗粉砕手段１４Ａと仕上げ粉砕のための微粉砕手段１４とを有し、粗粉砕手段１４Ａにバイオマスペレット１１を供給する際に、水分１２を付与し、水分が付与された湿潤したバイオマスペレット１１Ａを所定時間ホッパ１６で保管し、その保管の際に、石炭３０の水分を利用してバイオマスペレット全体に湿潤がいきわたるようにしている。

図６は、石炭３０とバイオマスペレット１１の混合経過時間とバイオマスペレット１１の水分変化を示すグラフである。図６に示すように、バイオマスペレット１１は１時間程度で全水分１０%程度に水分を吸収して膨潤する。この膨潤の結果、バイオマスペレット１１の結合力が極端に小さくなるため、粗粉砕手段１４Ａでの粉砕において低動力で結合前の粒子形状に解砕することができる。

また、仕上げ粉砕である微粉砕手段１４Ｂに供給されるバイオマスは、そのままでもボイラ燃焼に支障ないほど小さくなっている（数ｍｍ以下）ため、微粉砕手段１４Ｂにおける粉砕動力は大幅に低下することができる。この結果、粉砕機１台あたりの所要動力を少なくすることができる。

さらに、既存の発電所では、ボイラ建屋内の改造は困難であり、粉砕原料バンカと微粉砕手段１４Ｂとの間に粗粉砕手段１４Ａを設置することは困難であるが、本システムではスペースに余裕のある屋外に粗砕機を設置することが可能となる。

このように、本実施例によれば、従来の石炭との混合燃焼比率が約１５Ｃａｌ％程度であったものが、例えば２０〜３０Ｃａｌ％程度の混焼率達成が可能となり、ＣＯ₂削減に寄与することができる。

本発明による実施例に係るバイオマスペレット粉砕装置について、図面を参照して説明する。図２は、バイオマスペレット粉砕装置の概略図である。
図２に示すように、本実施例に係るバイオマスペレット粉砕装置１０Ｂは、実施例１のバイオマスペレット粉砕装置１０Ａにおいて、石炭３０を微粉砕手段１４Ｂに供給する前に、水分付与手段１３で水分が付与されたバイオマスペレット１１Ａに石炭３０を混合するようにしている。
本実施例では、水分が付与されたバイオマスペレット１１Ａを搬送する第１の搬送手段１７の途中に、石炭３０を供給する石炭供給ライン３３を設けるようにしている。

これにより水分が付与されたバイオマスペレット１１Ａと石炭３０とがホッパ１６内で混合接触される際に、石炭３０中の水分をさらに吸収して膨潤することとなる。この膨潤の結果、バイオマスペレットの結合力が極端に小さくなるため、粗粉砕手段１４Ａでの粉砕において低動力で結合前の粒子形状に解砕することができる。
本実施例では、バイオマスペレット１１の膨潤に際して、石炭３０中の水分を用いることができるので、実施例１よりも水分１２の供給量を少なくすることができる。

本発明による実施例に係るバイオマスペレット粉砕装置について、図面を参照して説明する。図２は、バイオマスペレット粉砕装置の概略図である。
図２に示すように、本実施例に係るバイオマスペレット粉砕装置１０Ｃは、実施例１のバイオマスペレット粉砕装置１０Ｂにおいて、さらに粗粉砕手段１４Ａで粗粉砕したバイオマスペレットの内、１ｍｍ以下の微粒粉砕物である微粉バイオマス１１Ｃを分離する分離手段４０を設けている。この分離手段４０で分離された微粉バイオマス１１Ｃは、１ｍｍ以下であるので、そのままボイラ火炉２６での燃焼が可能となる。よって、微粉バイオマス１１Ｃは、微粉砕手段１４Ｂで粉砕された微粉バイオマス１１Ｃをバーナへ搬送する第３の搬送手段２７に、第４の搬送ライン４１により供給するようにしている。

この分離手段４０は、例えばサイクロン又は篩等を用いて分離することができ、本実施例では１段振動篩を用いている。
ここで１段振動篩では、１ｍｍ以下の粉砕バイオマス１Ｃを通過する篩を設けている。

粗粉砕手段１４Ａで粗粉砕した粉砕物を分離手段４０で分離し、微粉の微粉バイオマス１１Ｃはボイラ火炉２６側へ直接供給し、微粉砕手段１４Ｂに対して所要の粒度以上の粗粉砕バイオマスペレット１１Ｂのみを供給することができる。これにより、微粉砕手段１４Ｂの設定を粗めに持って行けるので過粉砕を防止することができる。

本発明による実施例に係るバイオマスペレット粉砕装置について、図面を参照して説明する。図４は、バイオマスペレット粉砕装置の概略図である。
図４に示すように、本実施例に係るバイオマスペレット粉砕装置１０Ｄは、実施例３のバイオマスペレット粉砕装置１０Ｃにおいて、粗粉砕手段１４Ａで粗粉砕した粉砕物１１Ｂが１ｍｍ以下の微粒粉砕物である場合には、そのまま第４の搬送ライン４１によりボイラか炉２６に供給するようにしている。
これにより分離手段４０が不要となり、装置を簡略化することができる。

本発明による実施例に係るバイオマスペレット粉砕装置について、図面を参照して説明する。図５は、バイオマスペレット粉砕装置の概略図である。
図５に示すように、本実施例に係るバイオマスペレット粉砕装置１０Ｅは、実施例１において、水分付与手段１３を削除し、バイオマスペレット１１と石炭３０とを第１の搬送手段１７上で混合しつつ搬送するようにしている。
そして、混合された石炭・バイオマスペレット混合物３４とを所定時間貯留し、石炭３０の水分をバイオマスペレット１１に移行させつつバイオマスペレット１１を膨潤させる石炭・バイオマス混合ホッパ３５を設けている。

この石炭・バイオマス混合ホッパ３５で所定時間保管された混合・膨潤物は、粗粉砕手段１４Ａにより粗粉砕される。
その後、粗粉砕手段１４Ａにより粗粉砕された粗粉砕物３４Ａは、第２の搬送手段１８により粉砕原料バンカ１９に送られ、ここから微粉砕手段１４Ｂに供給されて、ここで微粉砕される。
微粉砕手段１４Ｂで微粉砕された微粉砕物３４Ｂはボイラ火炉２６のバーナへの第３の搬送手段２７により供給される。

本実施例は、バイオマスペレット１１の水による湿潤を石炭３０自身が保有する水分のみを用いているので、実施例１のような水分付与手段を別途設置する必要が無くなる。

なお、必要に応じて、バイオマスペレット１１の水分含量が少ない場合には、別途水分付与手段を設けて、石炭由来の水分以外に別途添加して水分によって膨潤作用を助長するようにしてもよい。

本発明による実施例６に係るボイラ火炉を備えたバイオマス・石炭混焼システムについて、図面を参照して説明する。図７は、本実施例に係るボイラ火炉を備えたバイオマス・石炭混焼システムの概略図である。
図７に示すように、本実施例に係るボイラ火炉を備えたバイオマス・石炭混焼システムに上述した実施例１に係るバイオマスペレット粉砕装置１０Ａを適用したものである。
なお、実施例２〜５のバイオマスペレット粉砕装置１０Ｂ〜Ｅについても同様であるので省略する。
図７に示すように、本実施例に係るバイオマス・石炭混焼システムは、必要に応じて所定粒径以下まで一次破砕（粗破砕）、乾燥成形されたバイオマス固形物であるバイオマスペレット１１が貯蔵されるバイオマスペレット貯蔵設備１５と、バイオマスペレット１１が供給され、水分が水分付与手段１３から付与されたバイオマスペレット１１Ａを受け入れる粉砕原料バンカ１９と、バイオマスペレット１１Ａを微粉砕する微粉砕手段１４Ｂとを備えたバイオマスペレット粉砕装置１０Ａと、石炭３０を受け入れるホッパ５１ａ、５１ｂを備えた石炭粉砕装置５２ａ、５２ｂと、バイオマスペレット粉砕装置１０Ａにて得られた微粉バイオマス１１Ｃ及び石炭粉砕装置５２ａ、５２ｂにて得られた石炭粉体５３が供給されるボイラ火炉２６と、を備える。
バイオマスペレット粉砕装置１０Ａで粉砕された微粉バイオマス１１Ｃ及び石炭粉体５３はボイラ火炉２６に供給され、ボイラ火炉２６内で微粉（バイオマス粉体のみ、又は微粉バイオマスと石炭粉体の混合物）１１Ｃと石炭粉体５３とが混合して燃焼するようになっている。

ボイラ火炉２６には、燃料供給ノズルとこれに共働するバーナが配設されている。燃焼により発生した燃焼排ガスは、炉内に配設された伝熱管６１を加熱して煙道へ送られる。炉本体の炉出口に設けた煙道の途中には空気加熱器（ＡＨ）６２が配置され、空気加熱器６２を通った燃焼排ガスは、灰捕集装置等の排ガス処理設備（図示せず）を経て大気放出される。
空気加熱器６２によって外気６３を加熱して生成した高温空気６４は石炭粉砕装置５２ａ、５２ｂに供給され、石炭３０の乾燥に用いられる。また燃焼排ガスの一部６５は、誘引ファン６６によりバイオマス粉砕装置１０Ａに供給され、バイオマスの分級、乾燥に用いられる。

このように本発明に係るバイオマスペレット粉砕装置を備えたシステムとすることで、バイオマスペレットの粉砕が良好となるので、その粉砕物を燃焼装置に直接導入して燃焼させる場合においても、燃焼性能を低下させることなく安定燃焼が可能である。
また、押込みガスの全体量は従来と変化することがないので、一次空気の変動がなく、燃焼設備にて必要とされる空気量の範囲内で、バイオマス粉砕装置を安定して運転することが可能である。

以上のように、本発明に係るバイオマスペレット粉砕装置及びバイオマス・石炭混焼システムによれば、水分を付与することで、自己崩壊が可能となり、微粉砕手段での微粉砕が容易となり、石炭との混焼率向上に寄与することができる。

１０Ａ〜１０Ｅ バイオマスペレット粉砕装置
１１ バイオマスペレット
１１Ａ 湿潤したバイオマスペレット
１１Ｂ 粗粉砕バイオマスペレット
１１Ｃ 微粉バイオマス（微粉）
１２ 水分
１３ 水分付与手段
１４Ａ 粗粉砕手段
１４Ｂ 微粉砕手段
１５ バイオマスペレット貯蔵設備
１６ ホッパ
１７ 第１の搬送手段
１８ 第２の搬送手段
２７ 第３の搬送手段

Claims (4)

1. 貯蔵された石炭と、貯蔵されたバイオマスペレットとを混合しつつ搬送する搬送手段と、
   混合された石炭・バイオマスペレット混合物とを所定時間貯留し、石炭の水分をバイオマスペレットに移行させつつバイオマスペレットを膨潤させるホッパと、
   前記ホッパからの混合・膨潤物を粗粉砕する粗粉砕手段と、
   前記粗粉砕手段の粗粉砕物を微粉砕する微粉砕機とを具備することを特徴とするバイオマスペレット粉砕装置。
2. 請求項１において、
   前記搬送手段に水分付与手段を有することを特徴とするバイオマスペレット粉砕装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記粗粉砕手段で粉砕された微粒粉砕物を分離する分離手段と、
   前記分離手段で分離された微粒粉砕物をボイラ側へ搬送する搬送ラインを有することを特徴とするバイオマスペレット粉砕装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一つのバイオマスペレット粉砕装置と、
   石炭原料のみを粉砕する石炭粉砕手段と、
   前記バイオマスペレット粉砕装置の粉砕手段で粉砕された微粉と、石炭粉砕手段で粉砕された石炭粉体とが供給されるボイラ火炉とを具備することを特徴とするバイオマス・石炭混焼システム。

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