JP6432934B2

JP6432934B2 - バイオマス発電用木質チップ乾燥装置

Info

Publication number: JP6432934B2
Application number: JP2014224044A
Authority: JP
Inventors: 広明池井; 細川　和久; 和久細川; 真司榊
Original assignee: 日工株式会社
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2014-11-04
Publication date: 2018-12-05
Anticipated expiration: 2034-11-04
Also published as: JP2016090120A

Description

本発明は、固形燃料を燃焼させて生じた熱風によって被乾燥物を加熱乾燥処理する乾燥装置であって、特にバイオマス発電用の木質チップを加熱乾燥処理する乾燥装置に関する。

近年、地球温暖化防止、資源の有効利用等を目的として、山林より未利用材として切り出されて廃棄処分されている廃木材や間伐材等の生木をチップ化処理し、これをバイオマス燃料としてボイラで燃焼させ、それによって発生させた高圧蒸気で蒸気タービンを回転させて発電を行うバイオマス発電システムが注目されている。

ところで、廃木材や間伐材等の生木はその含水率の高さから燃焼させにくく、ボイラでの燃焼効率もあまり良くないため、ボイラの機種等によっては含水率の上限値が指定されていることも少なくなく、通常は予め天日乾燥等での乾燥工程を要する。例えば、伐採直後の間伐材等の生木の含水率は約５５〜６０％程度と比較的高く、発熱量も１，３００〜１，６００ｋｃａｌ／ｋｇ程度にしか過ぎないためボイラでの燃焼効率も悪いが、前記乾燥工程を経ることで含水率を約４０％前後にまで低下させることができれば発熱量を２，４００ｋｃａｌ／ｋｇ程度まで高められ、この程度であればボイラにて比較的効率よく燃焼させることが可能となる。

ただし、前記天日乾燥での乾燥工程には、天候にも左右されるものの、およそ数週間〜数ヶ月程度もの長期間を要するため、その間の木質チップの保管場所を確保する必要もあり、天候等にできるだけ左右されずかつより短期間での乾燥処理が可能なように、例えば適宜の乾燥装置を設置する方が好ましい場合がある。このような乾燥装置として特許文献１（特開２０１２−２５１６９９号公報）には、回転自在に傾斜支持したキルン本体を備え、該キルン本体の下端側排出口に温風ダクトを配設し、温風発生用のバーナにて重油等を燃焼させて得た熱風を前記温風ダクトによりキルン本体内に導出し、キルン本体内に投入された木質チップを加熱乾燥処理させる回転式乾燥機が記載されている。

特開２０１２−２５１６９９号公報

しかしながら、上記従来装置では木質チップを加熱乾燥処理させる熱源として、重油等の化石燃料をバーナにて燃焼させることで発生させた熱風を利用するようにしており、本来の目的である地球温暖化防止という観点からすれば、木質チップを加熱乾燥処理する燃料にも、このような化石燃料に代えて、例えば木質チップと同じ木質系のバイオマスを利用できれば環境負荷を抑えられてより好ましいものになると考えられる。

本発明は上記の点に鑑み、化石燃料に代えて環境負荷の低い木質系バイオマス等を固形燃料として燃焼させることで得られる熱風でもってバイオマス発電用の木質チップを加熱乾燥処理できるバイオマス発電用木質チップ乾燥装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、山林や公園等の整備に伴って発生する剪定枝や抜根材、建築現場等で発生する端材、或いは建築物の解体現場等で発生する建築廃材等、多くの不用廃材が廃棄物として廃棄処分されている点に着目した。前記不用廃材は、大きさや性状等が一様ではなく、発熱量にバラツキがある上、不純物等も混入しやすく、バイオマス発電用の燃料として利用するにはあまり適さないものの、例えば、発電用の木質チップ燃料を加熱乾燥処理させる熱源として燃焼させるだけであれば十分に利用できると考えられ、そうなれば従来、廃棄物として処分されていた上記不用廃材等の低質な木質系バイオマスを有効に活用できると考え、本発明に至ったものである。

即ち、本発明に係る請求項１記載のバイオマス発電用木質チップ乾燥装置では、回転自在に傾斜支持したキルン本体の一端部に固形燃料投入手段と助燃バーナ及びキルン本体内の固形燃料を自燃で燃焼させるのに必要な燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給ファンを、他端部に二次燃焼室を備えた熱風発生炉と、回転自在に傾斜支持したキルン本体の一端部にバイオマス発電用木質チップ投入手段を、内周壁に複数の掻き上げ羽根を周設した加熱乾燥炉とを併設し、前記熱風発生炉と加熱乾燥炉とを熱風供給ダクトにて連結すると共に、前記加熱乾燥炉下流の排気ダクトには集塵機と排風機及び風量調整用のメインダンパーを備え、前記熱風発生炉にはキルン本体内の静圧を検出する静圧センサと、該静圧センサにて検出される静圧値が所定の負圧値を維持するように前記排風機の回転数或いはメインダンパーの開度を調整制御する静圧／排風量制御器とを備えたことを特徴としている。

また、請求項２記載のバイオマス発電用木質チップ乾燥装置では、前記熱風発生炉の二次燃焼室に温度センサを備え、該温度センサにて検出される温度値が所定の温度値に維持されるように前記燃焼用空気供給ファンよりキルン本体内へ供給する燃焼用空気量を調整制御するように構成したことを特徴としている。

また、請求項３記載のバイオマス発電用木質チップ乾燥装置では、前記熱風発生炉の二次燃焼室の下部にはキルン本体から排出される固形燃料の燃焼灰や固形未燃分を貯留する貯留ホッパを備え、該貯留ホッパの下端部には燃焼灰排出用の排出ゲートを備えると共に、該排出ゲートの上位には貯留ホッパに排出される固形未燃分に対して再燃焼用空気を供給する再燃焼用空気供給手段を備え、キルン本体から排出される固形未燃分をも燃焼分解させて熱風を発生させるように構成したことを特徴としている。

また、請求項４記載のバイオマス発電用木質チップ乾燥装置では、前記加熱乾燥炉のキルン本体内の静圧を検出する静圧センサを備える一方、キルン本体両端部と嵌合するフード部にはキルン本体外周面と当接するシール材を備えると共に、フード部、キルン本体外周面及びシール材で形成される隙間空間の空気を所定の吸引力で排気する排気手段及び静圧を検出する静圧センサを備え、前記隙間空間の静圧値とキルン本体内の静圧値とが同等程度に維持されるように前記排気手段の排風量を調整制御してキルン本体内に外気が侵入しないように構成したことを特徴としている。

本発明に係る請求項１記載のバイオマス発電用木質チップ乾燥装置によれば、キルン本体の一端部に固形燃料投入手段と助燃バーナ及びキルン本体内の固形燃料を自燃で燃焼させるのに要する燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給ファンを、他端部に二次燃焼室を備えた熱風発生炉と、キルン本体の一端部にバイオマス発電用の木質チップ投入手段を、内周壁に複数の掻き上げ羽根を周設した加熱乾燥炉とを併設し、前記熱風発生炉と加熱乾燥炉とを熱風供給ダクトにて連結すると共に、前記熱風発生炉のキルン本体内の静圧を検出する静圧センサと、該静圧センサにて検出される静圧値が所定の静圧値を維持するように排風量を調整制御する静圧／排風量制御器とを備えたので、熱風発生炉では化石燃料の使用量をできるだけ抑えながら木質系バイオマス等の固形燃料を自燃により燃焼させることで発生させた熱風でもってバイオマス発電用の木質チップを加熱乾燥処理でき、木質チップを加熱乾燥処理する際の環境への負荷を軽減できる。また、キルン本体の静圧値に基づいて排風量を調整制御することにより、キルン本体内への余分な外気の侵入を抑えつつ、固形燃料の自燃に必要な燃焼用空気を過不足なく供給することが可能となり、固形燃料を安定して燃焼させながら、燃焼により得られた熱風の温度をできるだけ下げることなく下流の加熱乾燥炉に供給でき、木質系バイオマス等の固形燃料の発熱量を極力無駄にすることなくバイオマス発電用の木質チップの加熱乾燥処理に有効に活用することができる。

また、請求項２記載のバイオマス発電用木質チップ乾燥装置によれば、前記熱風発生炉の二次燃焼室に温度センサを備え、該温度センサにて検出される温度値が所定の温度値に維持されるように前記燃焼用空気供給ファンより供給する燃焼用空気量を調整制御するように構成したので、木質系バイオマス等の固形燃料の性状等のバラツキによって発熱量に変動が生じた場合でも、バイオマス発電用木質チップの加熱乾燥処理に適した所望温度の熱風を安定して供給することができる。

また、請求項３記載のバイオマス発電用木質チップ乾燥装置によれば、前記二次燃焼室の下部に固形燃料の燃焼灰や固形未燃分を貯留する貯留ホッパを備えると共に、該貯留ホッパ内の固形未燃分に対して再燃焼用空気を供給する再燃焼用空気供給手段を備え、キルン本体内で燃焼しきれずに排出される固形未燃分をも燃焼分解させて熱風を発生させるように構成したので、熱風発生炉に投入される木質系バイオマス等の固形燃料の発熱量をより有効に活用することができる。

また、請求項４記載のバイオマス発電用木質チップ乾燥装置によれば、前記加熱乾燥炉のキルン本体内の静圧を検出する静圧センサを備え、キルン本体両端部と嵌合するフード部にはキルン本体外周面と当接するシール材を備えると共に、これらフード部、キルン本体外周面及びシール材で形成される隙間空間の空気を排気する排気手段及び静圧検出用の静圧センサを備え、前記隙間空間の静圧値とキルン本体内の静圧値とが同等程度に維持されるように前記排気手段の排風量を調整制御してキルン本体内に外気が侵入しないように構成したので、外気侵入による加熱乾燥炉内の熱風温度の低下をできるだけ抑えながら、キルン内の熱風を不必要に排気させずに熱風の熱量を無駄なくバイオマス発電用の木質チップ乾燥用に有効に利用できる。

本発明に係るバイオマス発電用木質チップ乾燥装置の一実施例を示す概略説明図である。図１の熱風発生炉の二次燃焼室の断面図である。図１の加熱乾燥炉の静圧シール部の要部拡大断面図である。

本発明に係るバイオマス発電用木質チップ乾燥装置にあっては、木質系バイオマス等の固形燃料を主燃料として燃焼分解させて熱風を発生させる熱風発生炉と、該熱風発生炉にて発生させた熱風を熱源としてバイオマス発電用の燃料である木質チップを加熱乾燥させる加熱乾燥炉とを併設し、これら熱風発生炉と加熱乾燥炉とを熱風供給ダクトにて連結していると共に、加熱乾燥炉下流の排気ダクトには集塵機と排風機及び風量調整用のメインダンパーを備えている。

前記熱風発生炉は、内壁面に耐熱性のキャスターを周設したキルン本体を回転自在に傾斜支持し、該キルン本体の一端部には投入シュートやスクリュフィーダ等の固形燃料投入手段と、固形燃料への着火・燃焼を補助する、例えば石油や天然ガス等の化石燃料を使用する小型の助燃バーナ、及びキルン本体内に投入された固形燃料を自燃で燃焼させるのに必要な燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給ファンを備えている一方、他端部には固形燃料の燃焼排ガスに伴って流下する飛散性未燃分を燃焼分解する二次燃焼室を備えていると共に、該二次燃焼室上部には熱風供給ダクトの一端部を連結している。

また、前記熱風発生炉にはキルン本体の助燃バーナ側の隅部の静圧を検出する静圧センサを備えていると共に、該静圧センサにて検出される静圧値が所定の負圧値、例えば大気圧と同等程度か、或いは大気圧よりも僅かに低い程度に維持されるように、前記排気ダクトに備えた排風機の回転数或いはメインダンパーの開度を調整制御する静圧／排風量制御器を備えており、キルン本体内に余分な外気ができるだけ侵入しないようにして、固形燃料の自燃に必要な燃焼用空気が過不足なく燃焼用空気供給ファンより供給されるように図っており、固形燃料を安定的に燃焼可能としつつ、外気の侵入による熱風温度の低下を極力抑えながら下流側の加熱乾燥炉に供給可能として、木質系バイオマス等の固形燃料の発熱量をできるだけ無駄にすることなくバイオマス発電用の木質チップの加熱乾燥処理に有効に活用できるようにしている。

また、前記二次燃焼室には温度センサを備えており、該温度センサにて検出される温度値に基づいて燃焼用空気供給ファンからキルン本体内へ供給する燃焼用空気量を調整して二次燃焼室内の熱風温度を所定温度（例えば、約８００℃程度）に維持制御するようにしており、木質系バイオマス等の固形燃料の性状等（例えば、含水率等）のバラツキによって発熱量が大きく変動する場合でも、固形燃料の燃焼時に生じる飛散性未燃分を二次燃焼室内で確実に燃焼分解でき、かつ下流側の加熱乾燥炉に対して木質チップの加熱乾燥処理に適した温度の熱風を安定供給できるように図っている。

木質系バイオマス等の固形燃料を安定的に自燃させるには燃焼用空気を十分に供給して（空気比で約１．５〜１．８程度）酸化燃焼状態を維持する必要があるが、必要以上の燃焼用空気（外気）は熱風温度を却って低下させる要因にもなる。例えば、木質系バイオマス等の固形燃料の含水率が高くて十分な発熱量が得られず、二次燃焼室内の熱風温度が前記所定温度よりも低い場合には、キルン内に供給する燃焼用空気量を酸化燃焼状態が維持される範囲内で減少させることにより熱風温度を上昇させることができる一方、二次燃焼室内の熱風温度が前記所定温度よりも高い場合には、キルン内に供給する燃焼用空気量を増加させることにより熱風温度を低下させることができる。

また、前記二次燃焼室の下部にはキルン本体より排出される燃焼灰や固形未燃分を一時的に貯留する貯留ホッパを備え、該貯留ホッパ下端部の燃焼灰排出用の排出ゲート上位には貯留ホッパ内に貯留した固形未燃分に対して再燃焼用空気を噴射供給する再燃焼用空気供給手段を備えており、キルン本体内で燃焼しきれずにホッパ下端部へ排出される固形未燃分をも十分に燃焼分解させて熱風を発生させ、木質系バイオマス等の固形燃料の発熱量をより有効に活用可能なようにしている。

なお、固形燃料として不用廃材等の比較的低質な木質系バイオマスを用いた場合には、混入する不純物等によって未燃残渣が生じやすい傾向にあるものの、このうち固形未燃分については前記再燃焼用空気供給手段にて再燃焼用空気を噴射供給することで燃焼分解させることができる一方、飛散性未燃分についても高温雰囲気に維持された二次燃焼室内を通過させる間に完全に燃焼分解させることができ、メンテナンス上の不具合も生じず、またボイラの燃料として使用される木質チップの品質にも悪影響を及ぼすおそれもなく、固形燃料として好適に採用することができる。

一方、前記加熱乾燥炉は、内壁面に複数の掻き上げ羽根を周設したキルン本体を回転自在に傾斜支持し、該キルン本体の一端部には投入シュートやスクリューフィーダ等のバイオマス発電用木質チップ投入手段を備え、かつ前記熱風供給ダクトを連結している一方、キルン本体の他端部には加熱乾燥処理を終えた木質チップを排出する排出ゲートを備え、かつ排気ダクトを連結している。

また、加熱乾燥炉のキルン本体にも静圧検出用の静圧センサを備えている一方、キルン本体両端部と嵌合する各フード部にはそれぞれキルン本体外周面と当接するシール材を備え、これらフード部、キルン本体外周面及びシール材で形成される隙間空間内の空気を所定の吸引力で排気する吸引ファン等の排気手段、及び前記隙間空間内の静圧を検出する静圧センサを備えていると共に、該静圧センサにて検出される隙間空間内の静圧値がキルン本体内の静圧値に対して略同等程度に維持されるように前記排気手段の排風量を調整制御し、キルン本体内へ外気が極力侵入しないように、かつキルン本体内の熱風が極力排気されないようにして、熱風発生炉より供給される熱風温度の低下をできるだけ抑えつつ、キルン内の熱風をできるだけ無駄にせずにバイオマス発電用の木質チップの加熱乾燥処理に有効に利用できるように図っている。

なお、熱風発生炉や加熱乾燥炉内に供給される不用廃材や木質チップ等の木質系バイオマスからは共に加熱乾燥を阻害する水蒸気が発生し、その量もバイオマスの含水率に応じて変動するため、炉内温度を木質チップの加熱乾燥に適した所望温度に調整しようと燃焼用空気量をただ単に加減調整しても応答性が悪く自在に制御することは難しいが、前記のように熱風発生炉や加熱乾燥炉を含めた装置全体を静圧制御していることにより、例え各炉内で多くの水蒸気が発生しても、また水蒸気量が大きく変動しても、その変動分を含めて各炉内静圧を一定の負圧値に維持でき、それによって炉内温度を燃焼用空気量に応じた比例制御とすることができて応答性に優れ容易に所望温度に調整することが可能となる。また、上記静圧制御とすることにより、貯留ホッパ内の固形未燃分に対して再燃焼用空気を供給した場合でも、炉内静圧を一定に保て、炉内温度を所望温度に制御することが可能となる。さらに、加熱乾燥炉においても、炉内空気を必要以上には引かないため、前記隙間空間から吸引排気する排気量を抑えられ、より効果的に炉内温度の維持制御が可能となる。

そして、上記構成の装置を使用してバイオマス発電用木質チップを加熱乾燥処理するには、先ず、熱風発生炉の助燃バーナを燃焼させてキルン内を予熱後、該キルン本体内に、例えばバイオマス発電用としては不適な不用廃材等の低質な木質系バイオマス等を固形燃料として投入して着火燃焼させ、その際に発生する熱風を下流の二次燃焼室へ導入させる。前記二次燃焼室では、キルン本体より導入される熱風が下流の加熱乾燥炉に流下していかないように熱風供給ダクトを一時的に閉鎖した上で、前記温度設定値になるまで固形燃料を助燃バーナで燃焼させつつ、二次燃焼室内の温度が所定温度になれば助燃バーナを消火して熱風供給の準備を完了する。

そして、熱風供給の準備が完了すれば、燃焼用空気供給ファンから固形燃料の自燃に必要な適宜量の燃焼用空気を供給しつつ、熱風供給ダクトを開放して二次燃焼室から下流の加熱乾燥炉へ高温の熱風を導出させる一方、加熱乾燥炉ではキルン本体内へバイオマス発電用木質チップの供給を開始する。前記キルン本体内へ供給された木質チップは、複数の掻き上げ羽根により繰り返し掻き上げ、落下させられながら流下していき、その間に熱風発生炉より供給される高温の熱風に晒されて効率よく加熱乾燥処理され、発電用のボイラ等にて効率よく燃焼可能なバイオマス燃料として排出・回収される。

このように、上記バイオマス発電用木質チップ乾燥装置によれば、固形燃料の着火時、或いはキルン内の予熱時以外は、化石燃料を使用するバーナを極力用いることなく、木質系バイオマス等の固形燃料の自燃によって発生させた熱風によってバイオマス発電用の木質チップを加熱乾燥処理でき、木質チップの加熱乾燥処理に伴う環境負荷を軽減させることができる。また、熱風発生炉及び加熱乾燥炉への余分な外気の侵入を極力抑えられる構成としたので、化石燃料等と比較して発熱量の低い木質系バイオマス等の固形燃料の発熱量をできるだけ無駄にすることなく木質チップの加熱乾燥処理に有効に活用することができる。さらに、同じ木質系バイオマスであっても、その性状や不純物の混入等によってバイオマス発電の燃料としては不適で、従来廃棄処分していた不用廃材の剪定枝や抜根材、樹皮、端材、建築廃材等といった比較的低質な木質系バイオマスを、発電用の木質チップを加熱乾燥処理する熱源用として用いることで支障なく有効利用できる。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

図中の１はバイオマス発電用木質チップ乾燥装置であって、木質系バイオマス等の固形燃料を主燃料として燃焼分解させて熱風を発生させるロータリーキルン方式の熱風発生炉２と、該熱風発生炉２にて発生させた熱風を熱源としてバイオマス発電用の燃料である木質チップを加熱乾燥処理するロータリーキルン方式の加熱乾燥炉３とを併設し、これら熱風発生炉２と加熱乾燥炉３とを熱風供給ダクト４にて連結して熱風発生炉２で発生させた熱風を加熱乾燥炉３へと供給するようにしている。また、前記加熱乾燥炉３には加熱乾燥処理後の熱風を排気する排気ダクト５を連結しており、該排気ダクト５の下流には排ガス中のダストを捕捉する乾式サイクロン等の集塵機６を備えていると共に、その下流側には排風量調整用のメインダンパー７、排風機８及び煙突９を備えている。

前記熱風発生炉２は、円筒状の鋼板の内壁面に、例えば、掻き上げ機能を有さない耐火煉瓦やセラミック等の耐熱性のキャスター１０を周設して成るキルン本体１１を、基台１２上に回転自在に傾斜支持し、その一端部には固形燃料投入手段である投入シュート１３、キルン本体１１内の予熱や種火用などに用いられ、石油や天然ガス等の化石燃料を使用する小型の助燃バーナ１４、キルン本体１１内に投入された固形燃料を自燃で燃焼させるのに必要な燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給ファン１５を備えている一方、他端部には固形燃料を燃焼させた際に発生する飛散性未燃分を燃焼分解させる二次燃焼室１６を備えている。

また、前記熱風発生炉２のキルン本体１１の助燃バーナ１４側の隅部には、キルン本体１１内の静圧を検出する静圧センサ１７を備えていると共に、該静圧センサ１７にて検出される静圧値が所定の静圧値を維持するように前記排気ダクト５に備えたメインダンパー７の開度或いは排風機８の回転数を調整制御する静圧／排風量制御器１８を備え、キルン本体１１内の静圧が大気圧に対してほぼ同じか、或いは若干負圧の、例えば大気圧比で−１０〜−３０Ｐａ程度となるように排風量を制御しており、キルン本体１１からの噴き出しを防止しながら、キルン本体１１内に余分な外気ができるだけ侵入しないようにして、固形燃料の自燃に必要な燃焼用空気だけが過不足なく供給されるように図っており、外気が侵入することによる熱風温度の低下を極力抑えつつ、固形燃料の発熱量をできるだけ無駄にすることなく下流の加熱乾燥炉３へ供給可能としている。

前記二次燃焼室１６は、キルン本体１１と同様に、その内壁面に耐熱性のキャスター１９を貼着していると共に、キルン本体１１より導入される熱風が約２秒程度以上かけて下流側の熱風供給ダクト４へと導出されるように縦長の構造としており、木質系バイオマス等の固形燃料を燃焼させて発生させた熱風中に含まれる細かい炭化物等の飛散性未燃分が、高温に維持された前記二次燃焼室１６内を通過する間に完全に燃焼分解されるようにしている。また、図中の２０は、前記助燃バーナ１４と同様に、化石燃料を使用して二次燃焼室１６内に熱風を供給する小型の補助バーナであって、例えば、熱風発生炉２の運転初期時などに燃焼させて二次燃焼室１６内を予熱し、予熱完了後は消火するようにしている。

また、前記二次燃焼室１６には、内部温度（熱風温度）検出用の温度センサ２１を備えている一方、前記燃焼用空気供給ファン１５よりキルン本体１１内へ供給する燃焼用空気量を調整制御する燃焼用空気量制御器２２を備え、該燃焼用空気量制御器２２には予め所定の温度設定値を設定登録しており、前記温度センサ２１にて検出される二次燃焼室１６内の温度検出値と前記温度設定値との差値量に応じて、前記燃焼用空気供給ファン１５に内蔵した空気量調整ダンパー２３を開閉制御してキルン本体１１内へ供給する燃焼用空気量を調整制御するようにしている。

例えば、前記温度センサ２１にて検出される熱風温度が予め設定登録しておいた温度設定値よりも低い場合には、燃焼用空気供給ファン１５の空気量調整ダンパー２３を閉動作させ、熱風温度を低下させる要因となる外気の供給を抑える一方、熱風温度が温度設定値よりも高い場合には、空気量調整ダンパー２３を開動作させて外気の供給量を増やし、木質系バイオマス等の固形燃料の性状等（含水率等）のバラツキによって発熱量が大きく変動するような場合でも、二次燃焼室１６内の熱風温度がほぼ一定に維持されるようにしている。なお、前記温度設定値としては、例えば約８００℃程度を設定しておけば、固形燃料の燃焼時に生じる飛散性未燃分を二次燃焼室１６内で確実に燃焼分解できると共に、木質チップの加熱乾燥処理に適した熱風（例えば、熱風温度が高い方が加熱乾燥効率を高められるものの、あまり高すぎるとバイオマス燃料である木質チップを加熱乾燥炉３内で燃焼させてしまうおそれが生じる。）を下流の加熱乾燥炉３へ供給することが可能となる。

木質系バイオマス等の固形燃料を安定的に自燃させる際には、燃焼用空気を十分に供給して（空気比で約１．５〜１．８程度）酸化燃焼状態に維持する必要があるため（仮に燃焼用空気が不足すると還元燃焼状態となって固形燃料が燃え切らずに多量の未燃残渣が発生する。）、二次燃焼室１６には酸素濃度検出用の酸素濃度センサ２４を備えており、該酸素濃度センサ２４の検出値が、例えば１０％程度以下を示せば（還元燃焼状態となれば）、前記熱風温度にかかわらず空気量調整ダンパー２３を自動または手動にて強制的に開動作させ、キルン本体１１内に供給する燃焼用空気量を増加させて酸化燃焼状態に回復させるようにしている。

また、前記二次燃焼室１６の下部には、図２に示すように、キルン本体１１から排出される木質系バイオマス等の固形燃料の燃焼灰や炭化物等の固形未燃分を一時的に貯留する貯留ホッパ２５を備えていると共に、該貯留ホッパ２５の下端部には燃焼灰排出用の排出ゲート２６を開閉自在に備えており、前記貯留ホッパ２５内が燃焼灰によってある程度満たされた状態になれば前記排出ゲート２６を開放させ、排出ゲート２６の下位に配した適宜の運搬車両等に排出するようにしている。

また、前記貯留ホッパ２５下端部の排出ゲート２６の上位には、固形未燃分に対して再燃焼用空気を供給する再燃焼用空気供給手段２７を備えており、該再燃焼用空気供給手段２７は、貯留ホッパ２５の外周に沿って所定径の、例えば略１００ｍｍ程度の内径を有する空気供給管２８を略水平に周設していると共に、該空気供給管２８から貯留ホッパ２５内部に向けて貫通させた小径の、例えば略１０ｍｍ程度の口径を有する空気噴射孔２９を貯留ホッパ２５全周に亘って所定間隔にて多数穿設して成り、貯留ホッパ２５近傍に備えた送風機３０より送風される再燃焼用空気を前記空気供給管２８内に供給すると、貯留ホッパ２５の外周に沿って再燃焼用空気が周回しつつ、各空気噴射孔２９よりホッパ内部に向けて噴射供給されるようにしており、キルン本体１１内で燃焼しきれずに貯留ホッパ２５内へ排出される固形未燃分を十分に燃焼分解させて熱風を発生させ、木質系バイオマス等の固形燃料の発熱量を有効に活用できるようにしている。

なお、前記熱風発生炉２に投入される固形燃料として、不純物質の混入が想定される建築廃材や、大きさや性状等が一様でなくて発熱量にバラツキのある剪定枝や抜根材等の比較的低質な木質系バイオマス等を用いた場合には、固形未燃分や飛散性未燃分等の未燃残渣が生じやすく、またその中には不純物質の一部が残留している可能性もあるが、このうち固形未燃分については前記空気供給管２８より供給される再燃焼用空気によって燃焼分解させることができる一方、飛散性未燃分についても高温雰囲気下の二次燃焼室１６内を通過させる間に完全に燃焼分解させることができ、メンテナンス面での不具合もなく、また発電用のボイラの燃料として使用される木質チップの品質にも悪影響を及ぼすおそれもなく、好適に採用することが可能となる。

さらに、二次燃焼室１６の上部付近には、固形燃料を燃焼させて発生させた高温の熱風を下流の加熱乾燥炉３へ熱源として供給する熱風供給ダクト４を連結していると共に、該熱風供給ダクト４の基端部付近には、加熱乾燥炉３へ供給する熱風量を調整可能なように熱風量調整ダンパー３１を備えている一方、熱風供給ダクト４の加熱乾燥炉３との連結部付近にはダクト内の熱風温度を検出する温度センサ３２を備え、かつ該温度センサ３２よりも上流側には外気導入口３３を備えており、前記温度センサ３２にて検出されるダクト内の熱風温度に応じて外気導入口３３より適宜量の外気を導入させて加熱乾燥炉３へ供給される熱風温度を適温に調整可能なようにしている。また、二次燃焼室１６上端部には排気ダンパー３４を開閉自在に備えており、前記熱風量調整ダンパー３１の閉鎖時や、緊急時等に開放して二次燃焼室１６内の熱風を放出可能なようにしている。

一方、前記加熱乾燥炉３は、円筒状の鋼板の内壁面に複数の掻き上げ羽根３５を周設して成るキルン本体３６を、基台３７上に回転自在に傾斜支持し、その一端部には入口フード部３８を介して熱風供給ダクト４を連結していると共に、バイオマス発電用木質チップ投入手段であるスクリューフィーダ３９を備えている一方、他端部には出口フード部４０を介して熱風導出用の排気ダクト５を連結していると共に、前記出口フード部４０下端部には乾燥処理を終えた木質チップ排出用の排出ゲート４１を備え、該排出ゲート４１の下位にはベルトコンベア４２を配置し、乾燥処理したバイオマス発電用木質チップをチップ収納サイロ等へと搬送するようにしている。

また、前記入口フード部３８及び出口フード部４０と、キルン本体３６との嵌合部分には、外気の侵入を抑えられるようにそれぞれシール構造を採用しており、例えば、入口フード部３８側の構造を例に説明すると、図３に示すように、入口フード部３８の先端側にキルン本体３６の外周面に沿わせて環状のシール材固定片４３を突設していると共に、該シール材固定片４３の先端部には外気侵入防止用のシール材として、例えば金属製のシールプレート４４の基端部を固着している一方、該シールプレート４４の遊端部をキルン本体３６の外周面に押し当てるようにして当接させ、キルン本体３６の回転を妨げることなく、キルン本体３６外周面と入口フード部３８との隙間をシールしてキルン内への外気の侵入を抑制するように図っている。

また、キルン本体３６外周面と、入口フード部３８に突設したシール材固定片４３、及びシールプレート４４とで形成される略閉塞された隙間空間４５には、侵入しようとする外気Ａの流速を十分に減速可能なように、外気衝突用の邪魔板４６を千鳥状に配してラビリンス構造としていると共に、前記隙間空間４５内に侵入した空気Ａ´を所定の吸引力で吸引排気する、排気ダクト４７、吸引ファン４８、及び吸引量調整用の風量調整ダンパー４９等から成る排気手段５０を備えている。

また、前記隙間空間４５内の静圧を検出する静圧センサ５１を備えている一方、入口フード部３８にはキルン本体３６内の静圧を検出する静圧センサ５２を備えており、これら各静圧センサ５１、５２にて検出される静圧値を静圧シール制御器５３に取り込み、該静圧シール制御器５３では各静圧値の差値量に応じて前記風量調整ダンパー４９の開度を適宜調整して吸引力を調整するようにしている。このとき、隙間空間４５内の静圧値とキルン本体３６内の静圧値とが略同等程度に維持されるように吸引力を制御しており、隙間空間４５内に侵入した空気Ａ´を強制排気しつつもキルン本体３６内の熱風は極力排気しないようにして、キルン内の熱風を無駄なくバイオマス発電用の木質チップ乾燥用に有効に利用可能なようにしている。なお、出口フード部４０とキルン本体３６とのシール構造及び排気手段についても、前記入口フード部３８と略同様の構造であるので説明を省略する。

そして、上記構成の装置を使用して、例えば不用廃材等の比較的低質な木質系バイオマスを固形燃料として燃焼させ、発生した熱風を熱源としてバイオマス発電用木質チップを加熱乾燥処理するときには、先ず、熱風発生炉２の燃焼用空気量制御器２２の温度設定値に、燃焼排ガス中の未燃分が完全に燃焼分解され、かつバイオマス燃料である木質チップの加熱乾燥処理に適した、例えば８００℃を設定登録すると共に、熱風発生炉２下流の熱風供給ダクト４の熱風量調整ダンパー３１を閉鎖する一方、二次燃焼室１６上端部の排気ダンパー３４を開放し、その状態でキルン本体１１に備えた助燃バーナ１４と二次燃焼室１６に備えた補助バーナ２０とを共に燃焼させ、キルン本体１１及び二次燃焼室１６の内部を予熱した後、投入シュート１３よりキルン本体１１内へ前記固形燃料を投入しつつ、燃焼用空気供給ファン１５からは固形燃料の投入量に見合った空気量をキルン内へ供給していく。

キルン本体１１に投入された固形燃料は、助燃バーナ１４からの熱風に晒されることで容易に着火すると共に、燃焼用空気供給ファン１５から供給される燃焼用空気によって安定的に燃焼しながらキルン下流側へ流下していくと共に、この固形燃料の燃焼によって発生する熱風はキルン本体１１下流の二次燃焼室１６へ導入される。そして、二次燃焼室１６内の熱風温度が上記温度設定値程度になれば、助燃バーナ１４及び補助バーナ２０を消火する一方、固形燃料は燃焼用空気の供給のみで自燃させつつ、加熱乾燥炉３への熱風供給の準備を完了する。

熱風供給の準備が完了すると、排気ダンパ３４を閉鎖する一方、熱風量調整ダンパー３１を開放し、二次燃焼室１６より熱風供給ダクト４を介して下流の加熱乾燥炉３へ熱風を導出させる。このとき、熱風発生炉２内は、静圧／排風量制御器１８にて炉内静圧を大気圧と同等程度か、或いはそれよりも僅かに低い程度に維持されているため、熱風温度の低下の要因となる余分な外気の侵入は極力抑えられ、固形燃料の燃焼により得られた熱風の温度をできるだけ下げることなく下流の加熱乾燥炉３へと供給することができる。

また、固形燃料の性状（含水率等）にバラツキがあれば熱風温度も変動を生じるが、燃焼用空気量制御器２２では二次燃焼室１６に備えた温度センサ２１にて検出される熱風温度の検出値と、予め設定登録した前記温度設定値との差値量に応じて燃焼用空気供給ファン１５の空気量調整ダンパー２３を開閉制御し、例えば熱風温度が温度設定値よりも低い場合には燃焼用空気量を減少させるように、また熱風温度が温度設定値よりも高い場合には燃焼用空気量を増加させるように調整して、熱風温度を所定温度に調整しながら供給する。

なお、不用廃材等のような比較的低質な木質系バイオマスを固形燃料として燃焼（自燃）させる場合には、例えば、ＲＰＦ等の固形燃料と比較して発熱量が低く燃焼速度が遅いために、キルン本体１１の回転速度を抑えるなどしてキルン内での燃料の滞留時間を比較的長く（例えば、約４５分程度）とる必要があるが、それでもなおキルン内で完全に燃焼分解させることは難しく、炭化物等の未燃残渣が多く発生し、熱風に伴って飛散性の未燃分が流下すると共に、燃焼灰と共に固形の未燃分が排出される。

このうち、飛散性未燃分については、約８００℃程度に維持された二次燃焼室１６内を通過する間に再燃焼して完全に燃焼分解される一方、貯留ホッパ２５内に燃焼灰と共に排出される固形未燃分については、貯留ホッパ２５周囲に備えた複数の空気噴射孔２９より万遍なくかつ所定圧力（例えば、略１．０〜２．０ｋＰａ程度）にて噴射供給される再燃焼用空気により、貯留ホッパ２５内を旋回するように吹き上げられて激しく攪拌・流動させられ、クリンカの発生要因ともなる局所的な高温域が生じるようなこともなく好適に燃焼分解されて熱風として導出される。

一方、熱風が供給される加熱乾燥炉３では、スクリューフィーダ３９によりキルン本体３６に投入したバイオマス発電用の木質チップを、内壁面に周設した掻き上げ羽根３５により繰り返し掻き上げ、落下させながらキルン本体３６内を流下させていき、その間に前記熱風に晒して効率よく加熱乾燥させていき、乾燥処理を終えた木質チップは出口フード部４０下部の排出ゲート４１より順次排出して回収していく。

このとき、加熱乾燥炉３のキルン本体３６内の静圧は、熱風発生炉２よりも低い大気圧比で約−７０〜−９０Ｐａ程度に維持されており、静圧シール制御器５３にて、キルン本体３６の外周面と、入口及び出口の各フード部３８、４０のシール材固定片４３、及びシールプレート４４との隙間空間４５に連結した排気ダクト４７の風量調整ダンパー４９の開度を調整して、隙間空間４５内の静圧値を前記キルン本体３６内部の静圧値とほぼ同等程度に維持されるように制御しており、隙間空間４５よりキルン内部側に侵入しようとする外気Ａをラビリンス構造によって流速を抑制しながら排気ダクト４７より強制排気させて侵入を阻止すると共に、熱風供給ダクト４よりキルン本体３６内に供給された熱風が隙間空間４５より排気ダクト４７側へ強制排気されないようにしており、固形燃料を燃焼させて得た熱風をできるだけ無駄にすることなくバイオマス発電用木質チップの乾燥処理に利用できるようにしている。

このように、バイオマス発電用の燃料である木質チップを加熱乾燥処理する際に、化石燃料の使用量を抑えながら木質チップと同じ木質系バイオマス等の固形燃料を熱風発生用の主燃料として有効に利用でき、環境への負荷を軽減することができる。また、熱風発生用の燃料として、例えば、従来廃棄処分されていた不用廃材の剪定枝や抜根材、樹皮、端材、建築廃材等といった比較的低質な木質系バイオマスを採用することができ、資源の有効活用が可能となって好適である。

なお、前記熱風発生炉２に投入する固形燃料としては、環境負荷の軽減を目的とするならば、前記実施例のように、不用廃材等の木質系のバイオマスを採用するのが好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えばＲＰＦやＲＤＦ等の固形燃料も有効に採用することができる。

１…バイオマス発電用木質チップ乾燥装置
２…熱風発生炉３…加熱乾燥炉
４…熱風供給ダクト５…排気ダクト
６…集塵機７…メインダンパー
８…排風機１１、３６…キルン本体
１３…投入シュート（固形燃料投入手段）
１４…助燃バーナ１５…燃焼用空気供給ファン
１６…二次燃焼室１７、５１、５２…静圧センサ
１８…静圧／排風量制御器２１…温度センサ
２２…燃焼用空気量制御器２５…貯留ホッパ
２６…排出ゲート２７…再燃焼用空気供給手段
３１…熱風量調整ダンパー３５…掻き上げ羽根
３８…入口フード部
３９…スクリューフィーダ（バイオマス発電用木質チップ投入手段）
４０…出口フード部４４…シールプレート（シール材）
４５…隙間空間５０…排気手段
５３…静圧シール制御器

Claims

回転自在に傾斜支持したキルン本体の一端部に固形燃料投入手段と助燃バーナ及びキルン本体内の固形燃料を自燃で燃焼させるのに必要な燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給ファンを、他端部に二次燃焼室を備えた熱風発生炉と、回転自在に傾斜支持したキルン本体の一端部にバイオマス発電用木質チップ投入手段を、内周壁に複数の掻き上げ羽根を周設した加熱乾燥炉とを併設し、前記熱風発生炉と加熱乾燥炉とを熱風供給ダクトにて連結すると共に、前記加熱乾燥炉下流の排気ダクトには集塵機と排風機及び風量調整用のメインダンパーを備え、前記熱風発生炉にはキルン本体内の静圧を検出する静圧センサと、該静圧センサにて検出される静圧値が所定の負圧値を維持するように前記排風機の回転数或いはメインダンパーの開度を調整制御する静圧／排風量制御器とを備えたことを特徴とするバイオマス発電用木質チップ乾燥装置。
請求項１記載のバイオマス発電用木質チップ乾燥装置において、前記熱風発生炉の二次燃焼室に温度センサを備え、該温度センサにて検出される温度値が所定の温度値に維持されるように前記燃焼用空気供給ファンよりキルン本体内へ供給する燃焼用空気量を調整制御するように構成したことを特徴とするバイオマス発電用木質チップ乾燥装置。
請求項１または２記載のバイオマス発電用木質チップ乾燥装置において、前記熱風発生炉の二次燃焼室の下部にはキルン本体から排出される固形燃料の燃焼灰や固形未燃分を貯留する貯留ホッパを備え、該貯留ホッパの下端部には燃焼灰排出用の排出ゲートを備えると共に、該排出ゲートの上位には貯留ホッパに排出される固形未燃分に対して再燃焼用空気を供給する再燃焼用空気供給手段を備え、キルン本体から排出される固形未燃分をも燃焼分解させて熱風を発生させるように構成したことを特徴とするバイオマス発電用木質チップ乾燥装置。
請求項１乃至３のいずれかに記載のバイオマス発電用木質チップ乾燥装置において、前記加熱乾燥炉のキルン本体内の静圧を検出する静圧センサを備える一方、キルン本体両端部と嵌合するフード部にはキルン本体外周面と当接するシール材を備えると共に、フード部、キルン本体外周面及びシール材で形成される隙間空間の空気を所定の吸引力で排気する排気手段及び静圧を検出する静圧センサを備え、前記隙間空間の静圧値とキルン本体内の静圧値とが同等程度に維持されるように前記排気手段の排風量を調整制御してキルン本体内に外気が侵入しないように構成したことを特徴とするバイオマス発電用木質チップ乾燥装置。