WO2022158439A1 - 燃料の製造方法、燃料の製造装置、プラント、燃焼設備及び燃料 - Google Patents

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WO2022158439A1
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fuel
raw material
less
combustion
cutting
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崇 中川
学 誉田
一芳 伊藤
大介 池田
知幸 林
清文 井上
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住友重機械工業株式会社
イーレックス株式会社
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    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B09B5/00—Operations not covered by a single other subclass or by a single other group in this subclass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L5/00—Solid fuels
    • C10L5/40—Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin
    • C10L5/44—Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin on vegetable substances
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/02—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • the present invention relates to a fuel manufacturing method, a fuel manufacturing device, a plant, a combustion facility, and a fuel.
  • Fuels such as PKS, wood chips, and wood pellets are produced from biomass raw materials such as sorghum and oil palm empty fruit bunches.
  • the production of the above-mentioned fuel generally involves the following steps: finely pulverizing the raw material, washing the raw material, drying the raw material, and compressing the raw material into fuel in this order. More specifically, in the pulverization process, the raw material is made into fine powder, then in the washing process, the powder is washed with water, in the drying process, the powder raw material is dried, and then in the compression molding process, the powder raw material is reduced. Compressed to form a solid fuel (see Patent Document 1, for example). In the cleaning step, the chlorine component and alkaline component contained in the raw material, which cause corrosion and combustion inhibition of the boiler in which the fuel is used, are removed.
  • the present invention has been made in view of the above points, and provides a fuel production method and a fuel production apparatus capable of sufficiently removing chlorine components and alkali components in raw materials while reducing energy consumption. one of its purposes.
  • a fuel production method includes a cutting step of cutting a biomass raw material, a washing step of washing the cut raw material with water, and a size of 10 mm or more and 50 mm or less to which moisture from the water washing adheres. and a compression molding step of compressing the raw material of to mold the fuel.
  • the compression molding step by compressing the raw material with a size of 10 mm or more and 50 mm or less to which the moisture from water washing is attached to form the fuel, the energy consumption is reduced while the Chlorine components and alkali components can be sufficiently removed.
  • the compression molding process may be performed at a pressure of 200 MPa or more and 350 MPa or less.
  • the fuel may be compression molded so that the bulk specific gravity is 0.35 or more and 0.65 or less.
  • the water content of the fuel may be 10% or more and 50% or less of the raw material before cutting.
  • the chlorine component of the fuel is 30% or less of the raw material before cutting
  • the potassium component of the fuel is 50% or less of the raw material before cutting
  • the sodium component of the fuel is 50% or less of the raw material before cutting. may be 80% or less.
  • a fuel production apparatus includes a cutting device for cutting a biomass raw material, a washing device for washing the cut raw material with water, and a size of 10 mm or more and 50 mm or less to which water is attached by water washing. and a compression molding device that compresses the raw material to mold the fuel.
  • the fuel manufacturing apparatus includes a first conveying unit that conveys the raw material cut by the cutting device to the washing device, and a second conveying unit that conveys the raw material that has been washed with water by the washing device to the compression molding device. and may further comprise:
  • the compression molding of the fuel in the compression molding device may be performed at a pressure of 200 MPa or more and 350 MPa or less.
  • the fuel may be compression molded so that the bulk specific gravity is 0.35 or more and 0.65 or less.
  • the water content of the fuel may be 10% or more and 50% or less of the raw material before cutting.
  • the chlorine component of the fuel is 30% or less of the raw material before cutting
  • the potassium component of the fuel is 50% or less of the raw material before cutting
  • the sodium component of the fuel is 50% or less of the raw material before cutting. may be 80% or less.
  • a plant according to one aspect of the present invention includes the above-described fuel manufacturing device and combustion equipment for burning the fuel manufactured by the fuel manufacturing device.
  • a combustion facility burns the fuel produced by the above fuel production apparatus.
  • the fuel according to one aspect of the present invention is made of biomass raw material with a size of 10 mm or more and 50 mm or less, and has a bulk specific gravity of 0.35 or more and 0.65 or less.
  • a combustion facility is made of biomass raw material with a size of 10 mm or more and 50 mm or less, and burns fuel with a bulk specific gravity of 0.35 or more and 0.65 or less.
  • a method for adjusting a combustion facility is a fuel made of a biomass raw material having a size of 10 mm or more and 50 mm or less, and having a bulk specific gravity of 0.35 or more and 0.65 or less. It includes a step of adjusting various parameters related to the combustion of
  • the various parameters include fuel supply amount, combustion temperature, oxygen supply amount necessary for combustion, additive supply amount, and various parameters for treating exhaust gas and ash generated by combustion. , and at least any of
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the outline of the configuration of a fuel manufacturing device according to a first embodiment
  • FIG. 2 is a flow diagram showing main steps of a method for producing fuel in the first embodiment
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the outline of the configuration of a fuel manufacturing apparatus according to a second embodiment
  • FIG. 5 is a flow diagram showing main steps of a method for producing fuel in a second embodiment
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing another configuration example of the fuel manufacturing apparatus
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing another configuration example of the fuel manufacturing apparatus
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing another configuration example of the fuel manufacturing apparatus
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing another configuration example of the fuel manufacturing apparatus
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a plant provided with fuel manufacturing equipment and combustion equipment
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a fuel facility having adjustment units for various parameters
  • 4 is a graph showing the results of verification of the rate of change in the chlorine component and alkaline component of the fuel produced by the fuel production method and production apparatus.
  • 4 is a graph showing the ratio of fuel strength to target strength when performing a compression molding process at each compression pressure.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a fuel manufacturing apparatus 1 according to this embodiment.
  • the fuel manufacturing apparatus 1 according to the present embodiment performs, for example, a biomass raw material cutting process, a washing process, and a compression molding process in this order to manufacture a solid fuel.
  • biomass raw material also simply referred to as "raw material”
  • woody biomass raw materials including plants such as sorghum, napier grass, and oil palm empty fruit bunches, and waste such as garbage. Includes waste biomass raw materials.
  • the material before cutting, cutting, and washing is called raw material, and the material after compression molding is called fuel.
  • the fuel production device 1 includes a cutting device 10 that cuts the biomass raw material into a size larger than powder, a washing device 11 that cleans the cut raw material with water, and a water-washed raw material that has water attached to it and compresses it.
  • a compression molding device 12 that molds the fuel by means of a first conveying unit 13 that conveys the raw material cut by the cutting device 10 to the cleaning device 11, and a raw material that has been washed by the cleaning device 11 and is conveyed to the compression molding device 12.
  • a second transport section 14 is provided.
  • the cutting device 10 roughly cuts the biomass raw material into a size of 10 mm or more and 50 mm or less.
  • the cutting device 10 may be, for example, a crusher having a single-stage cutter.
  • the cutting device 10 includes a hopper 20 having a substantially cylindrical shape or a substantially rectangular shape whose center axis is directed in the vertical direction; It has a discharge section 22 provided to discharge the raw material, and a one-stage cutter 23 provided between the charging section 21 and the discharge section 22 to cut the raw material.
  • the cutting device 10 can cut the biomass raw material input from the input section 21 of the hopper 20 into a size of 10 mm or more and 50 mm or less by the single-stage cutter 23 and discharge it from the discharge section 22 .
  • “upper” means above in the vertical direction
  • “lower” means below in the vertical direction.
  • the size of the raw material refers to the dimension of the longest portion of the raw material.
  • the washing device 11 is for washing raw materials with water.
  • the cleaning device 11 includes a cleaning tank 30 having an opening at the top, an agitator 31 for stirring the raw material in the cleaning tank 30, a water supply section and a drainage section (not shown) for the cleaning tank 30, and the like.
  • the washing device 11 can wash the raw material put into the washing tank 30 in which water is stored with water while stirring the raw material with the stirrer 31 .
  • the compression molding device 12 compresses the raw material, which is larger than the water-adhered powder, to form a solid fuel.
  • a so-called briquet machine may be used.
  • the compression molding apparatus 12 includes a housing 40 having a substantially cylindrical shape or a substantially square tube shape with a central axis directed in the vertical direction, an input unit 41 provided at the top of the housing 40, into which raw materials are fed, and a housing. 40, a pusher 42 for pushing the raw material; a compressor 43, provided at the bottom of the housing 40, for compressing the pushed raw material to form a solid fuel; and a heater for heating the formed fuel. 44, and a discharge portion 45 for discharging fuel.
  • the input part 41 is openly configured so that raw materials larger in size than the powder can be input.
  • the compressor 43 is configured to be able to adjust the pressure for compressing the raw material, and can compress the raw material in the range of 200 MPa to 350 MPa, for example. Further, the compressor 43 can form the raw material into a solid fuel with a size of 50 mm or less.
  • the compression molding device 12 has a transport path 46 that transports the fuel compressed by the compressor 43 to the discharge section 45 .
  • the transport path 46 gradually becomes higher as it approaches the discharge section 45 .
  • the heater 44 is provided in the vicinity of the discharge section 45 on the transport path 46 . It is possible to prevent the waste water generated in the compressor 43 from flowing to the heater 44 and the discharge section 45 .
  • the compression molding device 12 compresses and molds the raw material with the compressor 43 while pushing the raw material input from the input part 41 of the housing 40 with the pushing machine 42 , heats and dries it with the heater 44 , and then discharges it from the discharge part 45 .
  • the discharge part 45 is connected to, for example, a fuel storage facility.
  • the first transport unit 13 is, for example, a belt conveyor that transports the raw material cut by the cutting device 10 to the cleaning device 11 .
  • the first conveying section 13 extends from the discharging section 22 of the cutting device 10 to above the cleaning tank 30 of the cleaning device 11 .
  • the first conveying unit 13 can convey the material carried out from the discharge unit 22 of the cutting device 10 to above the cleaning tank 30 and drop it into the cleaning tank 30 .
  • the second conveying unit 14 is, for example, a screw conveyor that conveys the raw material washed by the washing device 11 to the compression molding device 12 .
  • the second conveying section 14 extends from the cleaning tank 30 of the cleaning device 11 to above the loading section 41 of the compression molding device 12 .
  • the second conveying unit 14 can convey the raw material washed in the washing tank 30 of the washing device 11 to above the loading unit 41 of the compression molding device 12 and drop it into the housing 40 .
  • FIG. 2 is a flow chart showing an example of the main steps of the fuel manufacturing method.
  • biomass raw materials such as sorghum are cut (step S1).
  • the biomass raw material is input from the input unit 21 of the cutting device 10 in an unprocessed state, and is roughly cut by a single-stage cutter 23 .
  • the raw material is cut to a size of 10 mm or more and 50 mm or less, preferably 10 mm or more and 30 mm or less.
  • the raw material cut by the cutting device 10 is discharged from the discharging section 22 and conveyed to the cleaning device 11 by the first conveying section 13 .
  • the raw material is washed with water in the washing device 11 (step S2).
  • the raw material is put into the washing tank 30 in which the water of the washing device 11 is stored, and is washed while being agitated by the agitator 31 .
  • the raw material washed by the washing device 11 is conveyed to the compression molding device 12 by the second conveying unit 14 in a state where water is attached.
  • a raw material having a size of 10 mm or more and 50 mm or less, to which water is attached is compression molded (step S3).
  • the raw material is put into the injection part 41 of the compression molding device 12, pushed by the pushing machine 42, compressed by the compressor 43, and molded into a solid fuel.
  • the raw material is compressed, for example, at a pressure in the range of 200 MPa to 350 MPa, more preferably in a range of 230 MPa to 300 MPa, to form a solid fuel with a size of 50 mm or less.
  • the shape of the fuel is not particularly limited, but may be, for example, cylindrical, cuboid, or spherical.
  • the fuel has a bulk specific gravity of 0.35 or more and 0.65 or less.
  • the water content of the fuel is 10% or more and 50% or less of the raw material before the cutting step S1.
  • the chlorine component of the fuel is 30% or less with respect to the raw material before the cutting step S1
  • the potassium component of the fuel is 50% or less with respect to the raw material before the cutting step S1
  • the sodium component of the fuel is 30% or less with respect to the raw material before the cutting step S1. 80% or less of the raw material.
  • the fuel is heated by the heater 44, discharged from the discharge part 45, and transported to the fuel storage facility.
  • the production of fuel includes the cutting step S1 of cutting the biomass raw material, the washing step S2 of washing the cut raw material with water, and the and a compression molding step S3 for compressing the raw material and molding the fuel, there is no pulverization step or drying step like the conventional one, and the overall energy consumption in the fuel production process can be reduced. can be obtained, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the compression molding step S3 by compressing the raw material with a size of 10 mm or more and 50 mm or less, which is larger than conventional powder, to which water is attached, the chlorine component and the alkaline component are sufficiently removed from the raw material along with the water. be able to.
  • the pulverization process consumes energy. Further, if the raw material is pulverized to less than 10 mm, the raw material may not sink appropriately during washing, or it may be difficult to collect the stirred material, and it is not preferable because dust countermeasures are required at the cutting outlet and at the time of transportation. If the raw material is cut to 50 mm or more, the final piece of fuel becomes large and may not be used as fuel.
  • the compression molding step S3 is performed at a pressure of 200 MPa or more and 350 MPa or less, it is possible to obtain an appropriate fuel strength.
  • the fuel is compression molded so that the bulk specific gravity is 0.35 or more and 0.65 or less, the transportation amount per unit volume is increased, and the transportation cost including import from overseas and export to overseas is reduced. be able to.
  • the fuel Since the water content of the fuel is 10% or more and 50% or less of the raw material before cutting, the fuel has a high lower calorific value per unit weight, and the calorific value during use of the fuel can be increased. As a result, fuel consumption in the boiler can be reduced. Also, since the density of the fuel is increased, transportation costs can be reduced.
  • the chlorine component of the fuel is 30% or less of the raw material before cutting
  • the potassium component which is one of the alkaline components of the fuel, is 50% or less of the raw material before cutting, one of the alkaline components of the fuel. is 80% or less of the raw material before cutting.
  • a fuel that is made of a biomass raw material with a size of 10 mm or more and 50 mm or less and has a bulk specific gravity of 0.35 or more and 0.65 or less is manufactured. Therefore, it is possible to realize a fuel that is suitable for transportation. can be done.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the fuel manufacturing apparatus 1 according to the second embodiment.
  • the configuration of the fuel manufacturing apparatus 1 in the present embodiment is the same as that in the first embodiment, and common configurations are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
  • the fuel manufacturing device 1 continuously performs, for example, a biomass raw material cutting process, a washing process, a cutting process, and a compression molding process in this order to manufacture solid fuel.
  • the fuel manufacturing device 1 includes a cutting device 60 provided between the cleaning device 11 and the compression molding device 12, and a cleaning device.
  • a second conveying section 61 conveys the raw material washed by the device 11 to the cutting device 60 and a third conveying section 62 conveys the raw material cut by the cutting device 60 to the compression molding device 12 .
  • the cutting device 60 has the same configuration as the cutting device 10 described above. That is, the cutting device 60 roughly cuts the water-washed raw material to a size of 10 mm or more and 50 mm or less.
  • the cutting device 60 may be, for example, a crusher having a single-stage cutter.
  • the cutting device 60 includes a hopper 70 having a substantially cylindrical shape or a substantially rectangular shape whose center axis is directed vertically, an input part 71 provided at the upper part of the hopper 70 and into which raw materials are input, and a lower part of the hopper 70. It has a discharge section 72 for discharging the raw material, and a one-stage cutter 73 provided between the charging section 71 and the discharging section 72 for cutting the raw material.
  • the cutting device 60 can cut the raw material input from the input section 71 of the hopper 70 into a size of 10 mm or more and 50 mm or less with a single-stage cutter 73 and can discharge it from the discharge section 72 .
  • the raw material is cut to a size of 10 mm or more and 50 mm or less by the cutting device 60, and is cut to a larger size by the cutting device 10.
  • the second transport unit 61 is, for example, a screw conveyor that transports the raw material washed by the washing device 11 to the cutting device 60 .
  • the second conveying section 61 extends from the cleaning tank 30 of the cleaning device 11 to above the input section 71 of the cutting device 60 .
  • the second conveying unit 61 can convey the raw material washed in the washing tank 30 of the washing device 11 to above the loading unit 71 of the cutting device 60 and drop it into the hopper 70 .
  • the third conveying unit 62 is, for example, a belt conveyer that conveys the raw material cut by the cutting device 60 to the compression molding device 12 .
  • the third conveying section 62 extends from the discharge section 72 of the cutting device 60 to above the input section 41 of the compression molding device 12 .
  • the third conveying unit 62 can convey the raw material carried out from the discharge unit 72 of the cutting device 60 to above the input unit 41 of the compression molding device 12 and drop it into the housing 40 .
  • FIG. 4 is a flow chart showing an example of the main steps of the fuel production method.
  • biomass raw materials such as sorghum are cut (step S1).
  • the biomass raw material is input from the input unit 21 of the cutting device 10 in an unprocessed state, and is roughly cut by a single-stage cutter 23 .
  • the raw material is cut into a size of, for example, 50 mm or more and 500 mm or less.
  • the raw material cut by the cutting device 10 is discharged from the discharging section 22 and conveyed to the cleaning device 11 by the first conveying section 13 .
  • the raw material is washed with water in the washing device 11 (step S2).
  • the raw material is put into the washing tank 30 in which the water of the washing device 11 is stored, and is washed while being agitated by the agitator 31 .
  • the raw material washed by the washing device 11 is conveyed to the cutting device 60 by the second conveying unit 61 while the raw material is wet.
  • the raw material is cut again (step S3).
  • the raw material is fed from the feeding section 71 of the cutting device 60 and roughly cut by the first-stage cutter 73 .
  • the raw material is cut to a size of 10 mm or more and 50 mm or less, preferably 10 mm or more and 30 mm or less.
  • the raw material cut by the cutting device 60 is conveyed to the compression molding device 12 by the third conveying section 62 .
  • a raw material having a size of 10 mm or more and 50 mm or less, to which water is attached is compression molded (step S4).
  • the raw material is put into the injection part 41 of the compression molding device 12, pushed by the pushing machine 42, compressed by the compressor 43, and molded into a solid fuel.
  • the raw material is compressed, for example, at a pressure in the range of 200 MPa to 350 MPa, more preferably in a range of 230 MPa to 300 MPa, to form a solid fuel with a size of 50 mm or less.
  • the fuel has a bulk specific gravity of 0.35 or more and 0.65 or less.
  • the water content of the fuel is 10% or more and 50% or less of the raw material before the cutting step S1.
  • the chlorine component of the fuel is 30% or less with respect to the raw material before the cutting step S1
  • the potassium component of the fuel is 50% or less with respect to the raw material before the cutting step S1
  • the sodium component of the fuel is 30% or less with respect to the raw material before the cutting step S1. 80% or less of the raw material.
  • the fuel is heated by the heater 44, discharged from the discharge part 45, and transported to the fuel storage facility.
  • the production of the fuel includes the compression molding step S4 of compressing the raw material having a size of 10 mm or more and 50 mm or less to which the moisture from the water washing is attached to mold the fuel. Since there is no pulverization step or drying step, the overall energy consumption in the fuel production process can be reduced, and the production cost can be reduced.
  • the compression molding step S4 by compressing the raw material with a size of 10 mm or more and 50 mm or less, which is larger than the conventional powder, to which water is attached, the chlorine component and the alkaline component are sufficiently removed from the raw material along with the water. be able to.
  • the fuel manufacturing apparatus 1 in the first and second embodiments described above may have other configurations.
  • the configuration of the cutting device 10, the cleaning device 11, the compression molding device 12, the first conveying unit 13, the second conveying units 14 and 61, the cutting device 60, the third conveying unit 62, etc. is the same as that of the above embodiment.
  • the configuration is not limited to the above, and other configurations may be used.
  • the cutting device 10 has a hopper 20 in the shape of a substantially cylindrical or rectangular tube, which is arranged so that the center axis thereof is oriented in the horizontal direction, and the raw material is charged in the horizontal direction from the charging part 21 .
  • the fuel manufacturing apparatus 1 may not have the first conveying unit 13 as shown in FIG.
  • the cutting device 10 and the cleaning device 11 may be integrated.
  • the cutter 23 of the cutting device 10 may be provided inside the housing of the cleaning device 11 .
  • the raw material put into the housing of the washing device 11 is cut by the cutter 23 of the cutting device 10 and then washed in the washing tank 30 of the washing device 11 .
  • a plant 100 includes a fuel manufacturing device 1 and a combustion facility 101 for burning the fuel manufactured by the fuel manufacturing device 1 .
  • the combustion equipment 101 is supplied with, for example, biomass fuel as fuel derived from biomass raw materials, and includes a combustion furnace 120 that burns the biomass fuel in the furnace, and a cyclone 130 that separates solids from the combustion gas that has burned the biomass fuel. , a measurement unit 140 that measures each component in the combustion gas, and a superheater 150 that is heated by heat exchange with the combustion gas.
  • the combustion furnace 120 is, for example, a circulating fluidized bed boiler (CFB).
  • the combustion furnace 120 is provided with a fuel supplier 122 for supplying biomass fuel from the fuel manufacturing apparatus 1 into the furnace.
  • the combustion furnace 120 is configured in a vertically long cylindrical shape, and burns biomass fuel supplied from a fuel supplier 122 inside the furnace.
  • the combustion furnace 120 is a fluidized bed furnace that burns biomass fuel while fluidizing it in a fluidized bed.
  • the combustion furnace 120 is a circulating fluidized bed furnace in which a cyclone 130 returns solids having a predetermined particle size or more.
  • the temperature inside the combustion furnace 120 is not particularly limited, but the temperature of the combustion gas can be set to about 800 to 1000.degree.
  • Combustion gas is generated when the biomass fuel supplied from the fuel supplier 122 to the combustion furnace 120 is burned.
  • a water tube can be installed on the furnace wall of the combustion furnace 120, and by exposing the water tube to the combustion gas in the combustion furnace 120, saturated steam can be generated.
  • the cyclone 130 is a solid-gas separation device that separates the solid content of a predetermined particle size or more discharged from the combustion furnace 120 from the combustion gas and returns it to the combustion furnace 120 .
  • the cyclone 130 can separate solids having a predetermined particle size or larger from the combustion gas and return them to the combustion furnace 120 , and can send the combustion gas from which these solids have been separated to the measurement unit 140 .
  • the particle size of the solid content sorted by the cyclone 130 is not particularly limited, but can be set to about 20 ⁇ m, for example.
  • the measuring unit 140 can measure the concentrations of the components in the combustion gas.
  • the superheater 150 has a pipe (not shown) through which saturated steam generated by the heat of the combustion furnace 120 flows. Heat exchange between the combustion gas and the superheater 150 superheats the saturated steam. can do.
  • the combustion gas discharged from the superheater 150 is sent to each facility (downstream device) installed downstream of the superheater 150 .
  • the saturated steam superheated by the superheater 150 is used, for example, to drive a power generation turbine.
  • the above combustion facility 101 is an example and is not limited to this. Further, the combustion facility 101 does not necessarily constitute the plant 100 including the fuel manufacturing apparatus 1, and is a single facility provided for burning the fuel manufactured by the fuel manufacturing apparatus 1. good too.
  • biomass fuel is made of biomass raw material with a size of 10 mm or more and 50 mm or less, and has a bulk specific gravity of 0.35 or more and 0.65 or less.
  • Various parameters include biomass fuel supply rate (biomass fuel supply rate), combustion temperature, oxygen supply amount required for combustion, additive supply amount, and exhaust gas and ash generated by combustion. including at least any of the various parameters of
  • the combustion facility 101 has an adjusting section 160 that adjusts various parameters.
  • the adjustment unit 160 includes devices such as valves for adjusting various parameters, and software and hardware for operating the devices.
  • the user inputs information necessary for adjusting various parameters to the adjusting section 160, and the adjusting section 160 adjusts the various parameters based on the input information.
  • biomass fuel supply rate is adjusted between 0 and the amount of fuel (ton/h or m 3 /h) that satisfies the required amount of heat
  • the combustion temperature in the combustion furnace 120 is adjusted between room temperature and the required temperature (° C.)
  • the amount of oxygen supplied to the combustion furnace 120 necessary for combustion is adjusted to the air amount corresponding to the excess air ratio (air ratio).
  • the supply amount of additives such as ammonia (or urea) for denitrification, limestone (or slaked lime) for desulfurization, or sand (fluid medium) is adjusted to an appropriate amount.
  • the flow rate, temperature, and pressure of the exhaust gas which are various parameters for treating the exhaust gas and ash generated by combustion, are adjusted to appropriate amounts within the design range. Various parameters are not limited to those listed above.
  • the exhaust gas generated by combustion is treated so that the levels of mainly NOx, SOx, and dust, which are regulated by the Air Pollution Control Law, are below the regulation values.
  • NOx for example, two-stage combustion and denitrification using chemicals or catalysts are used. Ammonia and urea are used as chemicals at this time.
  • SOx chemical desulfurization methods are used. Limestone is used as the chemical for in-furnace desulfurization, and slaked lime is used for flue-blown desulfurization. Soot and dust are captured by bag filters. Exhaust gas that has processed soot is discharged outside the system (atmosphere) at a flow velocity of about 20 m/s (at actual temperature) from the chimney.
  • BA bottom ash
  • FA far ash
  • Example 1 The ingredients of the sorghum raw material before cutting were analyzed to measure the amount of chlorine component and alkaline component. Also, the same raw material was cut to a size of about 30 mm, washed with water, and then compression-molded into fuel in a wet state. At this time, the raw material was compressed at a pressure of 300 MPa to form a cylindrical fuel having an axial dimension of about 50 mm. Then, the components of the fuel were analyzed to measure the amount of chlorine component and alkaline component. Component analysis was performed using an ion chromatograph (manufactured by Thermo Fisher Scientific) for chlorine components and an atomic absorption spectrophotometer (manufactured by Shimadzu Corporation) for alkali components.
  • ion chromatograph manufactured by Thermo Fisher Scientific
  • Shimadzu Corporation atomic absorption spectrophotometer
  • the rate of change in the chlorine content of the fuel with respect to the raw material ((chlorine content of the fuel) / (of the raw material) Chlorine component amount) ⁇ 100%) and the rate of change in alkaline components (sodium component and potassium component) ((alkali component amount of fuel)/(alkali component amount of raw material) ⁇ 100%) were calculated.
  • the rate of increase/decrease in the chlorine component was 14%
  • the rate of increase/decrease in the sodium component was 77%
  • the rate of increase/decrease in the potassium component was 39%.
  • FIG. 10 is a graph showing the rate of change in the chlorine component, sodium component, and potassium component in Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2.
  • the compression molding process was performed by changing the compression pressure on the raw material to 0 MPa, 150 MPa, and 300 MPa, and the strength of the fuel was measured in each case.
  • the strength of the fuel was determined by applying force to the cylindrical fuel after compression from the axial and lateral directions and measuring the force at the time when the fuel collapsed.
  • FIG. 11 shows the ratio of the strength of the fuel at each compression pressure when the optimum strength of the fuel is 100%.
  • the compression pressure was 150 MPa
  • the strength of the fuel was 50% of the optimum strength
  • the compression pressure was 300 MPa
  • the strength of the fuel was 140% of the optimum strength.
  • the present invention is useful in providing a fuel manufacturing method and a fuel manufacturing apparatus capable of sufficiently removing chlorine components and alkaline components from raw materials while reducing energy consumption.

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Abstract

燃料の製造方法は、バイオマス原料を裁断する裁断工程と、裁断された原料を水洗浄する洗浄工程と、水洗浄の水分が付着した、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の大きさの原料を圧縮して、燃料を成形する圧縮成形工程と、を備える。圧縮成形工程は、２００ＭＰａ以上３５０ＭＰａ以下の圧力で行われる。

Description

燃料の製造方法、燃料の製造装置、プラント、燃焼設備及び燃料
　本発明は、燃料の製造方法、燃料の製造装置、プラント、燃焼設備及び燃料に関する。
　ソルガムや油やし空果房のようなバイオマス原料から、ＰＫＳ、木質系チップ、木質系ペレットなどの燃料を製造することが行われる。
　上述のような燃料の製造は、一般的に、原料を細かく粉砕する工程、原料を洗浄する工程、原料を乾燥する工程、原料を燃料に圧縮成形する工程をこの順に行っている。より具体的には、粉砕工程において、原料を細かい粉体にし、その後洗浄工程において粉体を水で洗浄し、乾燥工程において粉体の原料を乾燥し、その後圧縮成形工程において粉体の原料を圧縮して固形の燃料を成形している（例えば特許文献１参照）。そして、上記洗浄工程では、燃料が使用されるボイラの腐食や燃焼阻害を引き起こす原料中に含まれる塩素成分やアルカリ成分が除去されている。
特開２０１９－１４７９６１号公報
　しかしながら、上述のような燃料の製造方法では、粉砕工程や乾燥工程などで多くのエネルギーを消費し、全体としてエネルギー消費量が多い。また、洗浄工程において原料から塩素成分やアルカリ成分を十分に除去できていない。
　本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、エネルギー消費量を低減しつつ、原料中の塩素成分やアルカリ成分を十分に除去することができる燃料の製造方法及び燃料の製造装置を提供することをその目的の一つとする。
　本発明の一態様に係る燃料の製造方法は、バイオマス原料を裁断する裁断工程と、裁断された前記原料を水洗浄する洗浄工程と、水洗浄の水分が付着した、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の大きさの前記原料を圧縮して、燃料を成形する圧縮成形工程と、を備える。
　本態様によれば、圧縮成形工程において、水洗浄の水分が付着した、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の大きさの原料を圧縮して燃料を成形することで、エネルギー消費量を低減しつつ、原料中の塩素成分やアルカリ成分を十分に除去することができる。
　上記態様において、圧縮成形工程は、２００ＭＰａ以上３５０ＭＰａ以下の圧力で行われるようにしてもよい。
　上記態様において、燃料は、嵩比重が０．３５以上０．６５以下となるように圧縮成形されるようにしてもよい。
　上記態様において、燃料の水分は、裁断前の原料に対し１０％以上５０％以下であってもよい。
　上記態様において、燃料の塩素成分は、裁断前の原料に対し３０％以下であり、燃料のカリウム成分は、裁断前の原料に対し５０％以下であり、燃料のナトリウム成分は、裁断前の原料に対し８０％以下であってもよい。
　本発明の一態様に係る燃料の製造装置は、バイオマス原料を裁断する裁断装置と、裁断された前記原料を水洗浄する洗浄装置と、水洗浄で水分が付着した、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の大きさの前記原料を圧縮して、燃料を成形する圧縮成形装置と、を備える。
　上記態様において、燃料の製造装置は、裁断装置で裁断された原料を洗浄装置に搬送する第１の搬送部と、洗浄装置で水洗浄された原料を圧縮成形装置に搬送する第２の搬送部と、をさらに備えていてもよい。
　上記態様において、圧縮成形装置における燃料の圧縮成形は、２００ＭＰａ以上３５０ＭＰａ以下の圧力で行われるようにしてもよい。
　上記態様の圧縮成形装置において、燃料は、嵩比重が０．３５以上０．６５以下となるように圧縮成形されるようにしてもよい。
　上記態様において、燃料の水分は、裁断前の原料に対し１０％以上５０％以下であってもよい。
　上記態様において、燃料の塩素成分は、裁断前の原料に対し３０％以下であり、燃料のカリウム成分は、裁断前の原料に対し５０％以下であり、燃料のナトリウム成分は、裁断前の原料に対し８０％以下であってもよい。
　本発明の一態様に係るプラントは、上記燃料の製造装置と、燃料の製造装置で製造された燃料を燃焼する燃焼設備と、を備えるものである。
　本発明の一態様に係る燃焼設備は、上記燃料の製造装置で製造された燃料を燃焼するものである。
　本発明の一態様に係る燃料は、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の大きさのバイオマス原料からなり、嵩比重が０．３５以上０．６５以下である。
　本発明の一態様に係る燃焼設備は、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の大きさのバイオマス原料からなり、嵩比重が０．３５以上０．６５以下の燃料を燃焼するものである。
　本発明の一態様に係る燃焼設備を調整する方法は、燃料は、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の大きさのバイオマス原料からなり、嵩比重が０．３５以上０．６５以下である燃料であり、当該燃料の燃焼に関する各種パラメータを調整する工程を含むものである。
　前記態様において、各種パラメータには、燃料の供給量、燃焼温度、燃焼に必要な酸素の供給量、添加材の供給量及び、燃焼により発生する排ガス・灰の処理のための各種パラメータのうちの、少なくともいずれを含んでいてもよい。
　本発明によれば、燃料の製造において、エネルギー消費量を低減しつつ、原料中の塩素成分やアルカリ成分を十分に除去することができる。
第１の実施の形態における燃料の製造装置の構成の概略を示す模式図である。 第１の実施の形態における燃料の製造方法の主な工程を示すフロー図である。 第２の実施の形態における燃料の製造装置の構成の概略を示す模式図である。 第２の実施の形態における燃料の製造方法の主な工程を示すフロー図である。 燃料の製造装置の他の構成例を示す模式図である。 燃料の製造装置の他の構成例を示す模式図である。 燃料の製造装置の他の構成例を示す模式図である。 燃料の製造装置と燃焼設備を備えたプラントの一例を示す模式図である。 各種パラメータの調整部を有する燃料設備の一例を示す模式図である。 燃料の製造方法及び製造装置により製造された燃料の塩素成分、アルカリ成分の増減率を検証した結果を示すグラフである。 各圧縮圧力で圧縮成形工程を行った場合における、目標強度に対する燃料強度の割合を示すブラフである。
　以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
＜第１の実施の形態＞
　図１は、本実施の形態にかかる燃料の製造装置１の構成の一例を示す模式図である。本実施の形態における燃料の製造装置１は、例えばバイオマス原料の裁断工程、洗浄工程、圧縮成形工程をこの順番で連続して行い、固形の燃料を製造するものである。
　本明細書において、バイオマス原料（単に「原料」ともいう。）には、ソルガム、ネピアグラス、油やし空果房などの草木類を含む木質系バイオマス原料や、生ごみ等の廃棄物を含む廃棄物系バイオマス原料が含まれる。また、裁断前、裁断後、洗浄後のものを原料と呼び、圧縮成形後のものを燃料と呼ぶ。
　例えば燃料の製造装置１は、バイオマス原料を粉体よりも大きい大きさに裁断する裁断装置１０と、裁断された原料を水洗浄する洗浄装置１１と、水洗浄の水分が付着した原料を圧縮して燃料を成形する圧縮成形装置１２と、裁断装置１０で裁断された原料を洗浄装置１１に搬送する第１の搬送部１３と、洗浄装置１１で洗浄された原料を圧縮成形装置１２に搬送する第２の搬送部１４を備えている。
　裁断装置１０は、バイオマス原料を１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の大きさに荒裁断するものである。裁断装置１０には、例えば一段のカッターを有する破砕機を使用してもよい。例えば裁断装置１０は、中心軸が上下方向に向いた略円筒状又は略角筒状のホッパー２０と、ホッパー２０の上部に設けられ、原料が投入される投入部２１と、ホッパー２０の下部に設けられ、原料を排出する排出部２２と、投入部２１と排出部２２の間に設けられ、原料を裁断する一段のカッター２３を有している。裁断装置１０は、ホッパー２０の投入部２１から投入されたバイオマス原料を一段のカッター２３で１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の大きさに裁断し、排出部２２から排出することができる。なお、本明細書において「上」は鉛直方向の上であり、「下」は鉛直方向の下である。また、原料の大きさとは、原料の最も長い部分の寸法をいう。
　洗浄装置１１は、原料を水で洗浄するものである。例えば洗浄装置１１は、上部に開口がある洗浄槽３０と、洗浄槽３０内の原料を攪拌する攪拌機３１と、洗浄槽３０に対する給水部及び排水部（図示せず）等を有している。洗浄装置１１は、水が貯留された洗浄槽３０に投入された原料を攪拌機３１で攪拌させながら水で洗浄することができる。
　圧縮成形装置１２は、水分が付着した状態の粉体よりも大きい大きさの原料を圧縮して固形の燃料を成形するものである。圧縮成形装置１２には、例えばいわゆるプリケットマシンを使用してもよい。例えば圧縮成形装置１２は、中心軸が上下方向に向いた略円筒状又は略角筒状の筐体４０と、筐体４０の上部に設けられ、原料が投入される投入部４１と、筐体４０に設けられ、原料を押し込む押し込み機４２と、筐体４０の下部に設けられ、押し込まれた原料を圧縮して固形の燃料を成形する圧縮機４３と、成形された燃料を加熱する加熱器４４と、燃料を排出する排出部４５等を有している。
　投入部４１は、粉体よりも大きい大きさの原料を投入できるように開放的に構成されている。圧縮機４３は、原料を圧縮する圧力を調整可能に構成されており、原料を例えば２００ＭＰａ以上３５０ＭＰａの範囲で圧縮することができる。また、圧縮機４３は、原料を５０ｍｍ以内の大きさの固形の燃料に成形することができる。
　例えば圧縮成形装置１２は、圧縮機４３で圧縮された燃料を排出部４５に搬送する搬送路４６を有している。搬送路４６は、排出部４５に近づくにつれて次第に高くなっている。加熱器４４は、搬送路４６における排出部４５の近傍に設けられている。圧縮機４３で生じる排水が加熱器４４や排出部４５に流れることを防止することができる。
　圧縮成形装置１２は、筐体４０の投入部４１から投入された原料を押し込み機４２で押し込みながら圧縮機４３で圧縮成形し、加熱器４４で加熱し乾燥した後排出部４５から排出することができる。排出部４５は、例えば燃料の貯留設備に接続されている。
　第１の搬送部１３は、裁断装置１０で裁断された原料を洗浄装置１１に搬送する、例えばベルトコンベアである。例えば第１の搬送部１３は、裁断装置１０の排出部２２から洗浄装置１１の洗浄槽３０の上方まで延設されている。第１の搬送部１３は、裁断装置１０の排出部２２から搬出された原料を洗浄槽３０の上方まで搬送し、洗浄槽３０に落下させることができる。
　第２の搬送部１４は、洗浄装置１１で洗浄された原料を圧縮成形装置１２に搬送する、例えばスクリューコンベアである。第２の搬送部１４は、洗浄装置１１の洗浄槽３０から圧縮成形装置１２の投入部４１の上方まで延設されている。第２の搬送部１４は、洗浄装置１１の洗浄槽３０で洗浄された原料を圧縮成形装置１２の投入部４１の上方まで搬送し、筐体４０内に落下させることができる。
　次に、以上のように構成された燃料の製造装置１において行われる燃料の製造方法について説明する。図２は、燃料の製造方法の主な工程の一例を示すフロー図である。
　先ず、ソルガムなどのバイオマス原料が裁断される（工程Ｓ１）。バイオマス原料は、無加工の状態で裁断装置１０の投入部２１から投入され、一段のカッター２３により荒裁断される。原料は、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下、好ましくは１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の大きさに裁断される。
　裁断装置１０で裁断された原料は、排出部２２から排出され、第１の搬送部１３によって洗浄装置１１に搬送される。洗浄装置１１において、原料が水洗浄される（工程Ｓ２）。原料は、洗浄装置１１の水が貯留された洗浄槽３０に投入され、攪拌機３１で攪拌されながら洗浄される。
　洗浄装置１１で洗浄された原料は、水分が付着した状態で第２の搬送部１４によって圧縮成形装置１２に搬送される。圧縮成形装置１２において、水分が付着した、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の大きさの原料が圧縮成形される（工程Ｓ３）。原料は、圧縮成形装置１２の投入部４１に投入され、押し込み機４２で押し込まれ、圧縮機４３で圧縮され、固形の燃料に成形される。このとき、原料は、例えば２００ＭＰａ以上３５０ＭＰａの範囲の圧力、より好ましくは２３０ＭＰａ以上３００ＭＰａの範囲の圧力で圧縮され、５０ｍｍ以内の大きさの固形の燃料に成形される。燃料の形状は、特に限定されないが、例えば円柱形、直方体形、球形などである。
　この結果、燃料は、嵩比重が０．３５以上０．６５以下となる。燃料の水分は、裁断工程Ｓ１前の原料に対し１０％以上５０％以下となる。さらに燃料の塩素成分は、裁断工程Ｓ１前の原料に対し３０％以下となり、燃料のカリウム成分は、裁断工程Ｓ１前の原料に対し５０％以下となり、燃料のナトリウム成分は、裁断工程Ｓ１前の原料に対し８０％以下となる。
　その後、燃料は、加熱器４４で加熱され、排出部４５から排出され、燃料の貯留設備に運ばれる。
　本実施の形態によれば、燃料の製造が、バイオマス原料を裁断する裁断工程Ｓ１と、裁断された原料を水洗浄する洗浄工程Ｓ２と、水洗浄の水分が付着した、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の大きさの原料を圧縮して燃料を成形する圧縮成形工程Ｓ３と、を備えるものとなるため、従来のような粉砕工程や乾燥工程がなく、燃料の製造プロセスにおける全体のエネルギー消費量を低減することができ、製造コストを低減することができる。また、圧縮成形工程Ｓ３において、水分が付着した、従来の粉体よりも大きい１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の大きさの原料を圧縮することで、原料から、水分と共に塩素成分やアルカリ成分を十分に除去することができる。
　なお、原料を１０ｍｍ未満の大きさに粉砕すると、当該粉砕工程でエネルギーを消費してしまう。また原料を１０ｍｍ未満に粉砕すると、原料が洗浄で適度に沈まなかったり撹拌したものを集めにくくなったりし、裁断出口や搬送時に粉塵対策が必要となり、好ましくない。原料を５０ｍｍ以上に裁断すると、最終的にできる燃料の一片が大きくなり、燃料として使用できない場合が生じる。
　圧縮成形工程Ｓ３は、２００ＭＰａ以上３５０ＭＰａ以下の圧力で行われるので、適正な燃料強度を得ることができる。
　燃料は、嵩比重が０．３５以上０．６５以下となるように圧縮成形されるので、単位容積あたりの運搬量が増え、海外からの輸入と海外への輸出を含む輸送のコストを低減することができる。
　燃料の水分は、裁断前の原料に対し１０％以上５０％以下であるので、燃料が、単位重量当たりの低位発熱量が高い燃料となり、燃料の使用時の熱量を上げることができる。この結果、ボイラにおける燃料消費量を低減することができる。また、燃料の密度が上がるため、輸送のコストも低減することができる。
　燃料の塩素成分は、裁断前の原料に対し３０％以下であり、燃料のアルカリ成分の一つであるカリウム成分は、裁断前の原料に対し５０％以下であり、燃料のアルカリ成分の一つであるナトリウム成分は、裁断前の原料に対し８０％以下である。この結果、燃料の塩素成分及びアルカリ成分を十分に低減することができる。
本実施の形態によれば、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の大きさのバイオマス原料からなり、嵩比重が０．３５以上０．６５以下である燃料が製造されるので、輸送に適した燃料を実現することができる。
＜第２の実施の形態＞
　上記実施の形態は、裁断工程、洗浄工程及び圧縮成形工程の３つの工程を有するものであったが、本発明は、裁断工程及び洗浄工程を行い、再度裁断工程を行って、その後圧縮成形工程を行うものも含む。以下、かかる場合の例を第２の実施の形態として説明する。図３は、第２の実施の形態における燃料の製造装置１の構成の一例を示す模式図である。なお、特に言及しない限り、本実施の形態における燃料の製造装置１の構成は、上記第１の実施の形態と同様であり、共通する構成について同じ符号を用いて説明を省略する。
　燃料の製造装置１は、例えばバイオマス原料の裁断工程、洗浄工程、裁断工程、圧縮成形工程をこの順番で連続して行い、固形の燃料を製造するものである。
　燃料の製造装置１は、裁断装置１０、洗浄装置１１、圧縮成形装置１２、第１の搬送部１３に加え、洗浄装置１１と圧縮成形装置１２との間に設けられた裁断装置６０と、洗浄装置１１で洗浄された原料を裁断装置６０に搬送する第２の搬送部６１と、裁断装置６０で裁断された原料を圧縮成形装置１２に搬送する第３の搬送部６２を備えている。
　裁断装置６０は、上述の裁断装置１０と同様の構成を有している。すなわち、裁断装置６０は、水洗浄された原料を１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の大きさに荒裁断するものである。裁断装置６０には、例えば一段のカッターを有する破砕機を使用してもよい。例えば裁断装置６０は、中心軸が上下方向に向いた略円筒状又は略角筒状のホッパー７０と、ホッパー７０の上部に設けられ、原料が投入される投入部７１と、ホッパー７０の下部に設けられ、原料を排出する排出部７２と、投入部７１と排出部７２の間に設けられ、原料を裁断する一段のカッター７３を有している。裁断装置６０は、ホッパー７０の投入部７１から投入された原料を一段のカッター７３で１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の大きさに裁断し、排出部７２から排出することができる。なお、原料は、裁断装置６０において１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の大きさになればよく、裁断装置１０では、これより大きい大きさに裁断される。
　第２の搬送部６１は、洗浄装置１１で洗浄された原料を裁断装置６０に搬送する、例えばスクリューコンベアである。第２の搬送部６１は、洗浄装置１１の洗浄槽３０から裁断装置６０の投入部７１の上方まで延設されている。第２の搬送部６１は、洗浄装置１１の洗浄槽３０で洗浄された原料を裁断装置６０の投入部７１の上方まで搬送し、ホッパー７０内に落下させることができる。
　第３の搬送部６２は、裁断装置６０で裁断された原料を圧縮成形装置１２に搬送する、例えばベルトコンベアである。例えば第３の搬送部６２は、裁断装置６０の排出部７２から圧縮成形装置１２の投入部４１の上方まで延設されている。第３の搬送部６２は、裁断装置６０の排出部７２から搬出された原料を圧縮成形装置１２の投入部４１の上方まで搬送し、筐体４０に落下させることができる。
　次に、以上のように構成された燃料の製造装置１において行われる燃料の製造方法について説明する。図４は、燃料の製造方法の主な工程の一例を示すフロー図である。
　先ず、ソルガムなどのバイオマス原料が裁断される（工程Ｓ１）。バイオマス原料は、無加工の状態で裁断装置１０の投入部２１から投入され、一段のカッター２３により荒裁断される。原料は、例えば５０ｍｍ以上５００ｍｍ以下の大きさに裁断される。
　裁断装置１０で裁断された原料は、排出部２２から排出され、第１の搬送部１３によって洗浄装置１１に搬送される。洗浄装置１１において、原料が水洗浄される（工程Ｓ２）。原料は、洗浄装置１１の水が貯留された洗浄槽３０に投入され、攪拌機３１で攪拌されながら洗浄される。
　洗浄装置１１で洗浄された原料は、原料に水分が付着した状態で、第２の搬送部６１によって裁断装置６０に搬送される。裁断装置６０において、原料は、再度裁断される（工程Ｓ３）。原料は、裁断装置６０の投入部７１から投入され、一段のカッター７３により荒裁断される。原料は、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下、好ましくは１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の大きさに裁断される。
　裁断装置６０で裁断された原料は、第３の搬送部６２によって圧縮成形装置１２に搬送される。圧縮成形装置１２において、水分が付着した、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の大きさの原料が圧縮成形される（工程Ｓ４）。原料は、圧縮成形装置１２の投入部４１に投入され、押し込み機４２で押し込まれ、圧縮機４３で圧縮され、固形の燃料に成形される。このとき、原料は、例えば２００ＭＰａ以上３５０ＭＰａの範囲の圧力、より好ましくは２３０ＭＰａ以上３００ＭＰａの範囲の圧力で圧縮され、５０ｍｍ以内の大きさの固形の燃料に成形される。
　この結果、燃料は、嵩比重が０．３５以上０．６５以下となる。燃料の水分は、裁断工程Ｓ１前の原料に対し１０％以上５０％以下となる。さらに燃料の塩素成分は、裁断工程Ｓ１前の原料に対し３０％以下となり、燃料のカリウム成分は、裁断工程Ｓ１前の原料に対し５０％以下となり、燃料のナトリウム成分は、裁断工程Ｓ１前の原料に対し８０％以下となる。
　その後、燃料は、加熱器４４で加熱され、排出部４５から排出され、燃料の貯留設備に運ばれる。
　本実施の形態によれば、燃料の製造が、水洗浄の水分が付着した、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の大きさの原料を圧縮して燃料を成形する圧縮成形工程Ｓ４を備えるものとなるため、従来のような粉砕工程や乾燥工程がなく、燃料の製造プロセスにおける全体のエネルギー消費量を低減することができ、製造コストを低減することができる。また、圧縮成形工程Ｓ４において、水分が付着した、従来の粉体よりも大きい１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の大きさの原料を圧縮することで、原料から、水分と共に塩素成分やアルカリ成分を十分に除去することができる。
　以上の第１の実施の形態及び第２の実施の形態における燃料の製造装置１は、他の構成を有するものであってもよい。例えば裁断装置１０、洗浄装置１１、圧縮成形装置１２、第１の搬送部１３、第２の搬送部１４、６１、裁断装置６０、第３の搬送部６２等の構成は、上記実施の形態のものに限られず、他の構成であってもよい。
　例えば図５に示すように裁断装置１０は、略円筒状又は略角筒状のホッパー２０が、中心軸が水平方向に向くように配置され、原料が投入部２１から水平方向に投入されるように構成されていてもよい。また、この場合、燃料の製造装置１は、図６に示すように第１の搬送部１３がなく、裁断装置１０から洗浄装置１１に直接原料が投入されるようにしてもよい。
　さらに、図７に示すように裁断装置１０と洗浄装置１１が一体化していてもよい。この場合、裁断装置１０のカッター２３が洗浄装置１１の筐体内に設けられていてもよい。この場合、洗浄装置１１の筐体に投入された原料は、裁断装置１０のカッター２３で裁断され、引き続き洗浄装置１１の洗浄槽３０で洗浄される。
　以上の実施の形態で記載した燃料の製造装置１は、プラントの設備として用いることができる。例えば図８に示すようにプラント１００は、燃料の製造装置１と、燃料の製造装置１で製造された燃料を燃焼する燃焼設備１０１を備えている。
　燃焼設備１０１は、例えば、バイオマス原料由来の燃料としてのバイオマス燃料が供給され、炉内にてバイオマス燃料を燃焼する燃焼炉１２０と、バイオマス燃料を燃焼した燃焼ガスから固形分を分離するサイクロン１３０と、燃焼ガス中の各成分を測定する計測ユニット１４０と、燃焼ガスとの熱交換によって過熱される過熱器１５０と、を備えている。
　燃焼炉１２０は、例えば循環流動層ボイラー（CFB）である。燃焼炉１２０は、燃料の製造装置１から炉内にバイオマス燃料を供給する燃料供給器１２２を備えている。
　燃焼炉１２０は、縦長の筒状に構成され、燃料供給器１２２から供給されるバイオマス燃料を炉内にて燃焼する。燃焼炉１２０は、バイオマス燃料を流動層で流動させながら燃焼する流動層炉である。また、燃焼炉１２０は、サイクロン１３０によって所定粒径以上の固形分が戻される循環流動層炉である。燃焼炉１２０内の温度は特に限定されないが、燃焼ガスの温度を８００～１０００℃程度となるように設定することができる。
　燃料供給器１２２から燃焼炉１２０に供給されたバイオマス燃料が燃焼されると、燃焼ガスが生成される。また、図示を省略するが、燃焼炉１２０の炉壁には水管を設置することができ、水管を燃焼炉１２０内の燃焼ガスに曝すことで飽和蒸気を生成することができる。
　サイクロン１３０は、燃焼炉１２０から排出される所定の粒径以上の固形分を、燃焼ガスから分離して燃焼炉１２０に戻す固気分離装置である。サイクロン１３０は、燃焼ガスから所定の粒径以上の固形分を分離して燃焼炉１２０内に戻すと共に、これら固形分が分離された燃焼ガスを計測ユニット１４０に送ることができる。サイクロン１３０による固形分の選別粒径は、特に限定されないが、例えば、約２０μｍに設定することができる。なお、計測ユニット１４０では、燃焼ガス中の成分の濃度を計測することができる。
　過熱器１５０は、図示を省略する配管を有し、その配管内に燃焼炉１２０の熱によって生成された飽和蒸気が流通しており、燃焼ガスと過熱器１５０との熱交換により飽和蒸気を過熱することができる。過熱器１５０から排出された燃焼ガスは、過熱器１５０の下流に設置された各設備（下流側装置）に送られる。また、過熱器１５０により過熱された飽和蒸気は、例えば発電タービンの駆動などに用いられる。
　上記燃焼設備１０１は一例であり、これに限られるものではない。また、燃焼設備１０１は、必ずしも、燃料の製造装置１を備えたプラント１００を構成する必要はなく、燃料の製造装置１で製造された燃料を燃焼するために設けられた単独の設備であってもよい。
　上記燃焼設備１０１において、バイオマス原料由来の燃料としてのバイオマス燃料を燃焼するための各種パラメータの調整を行ってもよい。バイオマス燃料は、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の大きさのバイオマス原料からなり、嵩比重が０．３５以上０．６５以下である。そして、各種パラメータには、バイオマス燃料の供給量（バイオマス燃料の供給速度）、燃焼温度、燃焼に必要な酸素の供給量、添加材の供給量及び、燃焼により発生する排ガス・灰の処理のための各種パラメータのうちの、少なくともいずれを含む。
　例えば図９に示すように燃焼設備１０１は、各種パラメータを調整する調整部１６０を有する。例えば調整部１６０は、各種パラメータを調整するためのバルブなどの機器や、当該機器を動作させるためのソフトウェアやハードウェアを含む。例えばユーザは、調整部１６０に各種パラメータの調整に必要な情報を入力し、調整部１６０は、その入力情報に基づいて各種パラメータを調整する。
　例えば燃料供給器１２２から燃焼炉１２０へのバイオマス燃料の供給量（バイオマス燃料の供給速度）は、０から、必要熱量を満たす燃料量（ton/ｈまたはm3/h）の間で調整され、燃焼炉１２０における燃焼温度は、室温～必要温度（℃）の間で調整され、燃焼炉１２０に対する燃焼に必要な酸素の供給量は、空気過剰率（空気比）に見合った空気量に調整され、添加材である例えば脱硝用のアンモニア（または尿素）、脱硫用の石灰石（または消石灰）、或いは砂（流動媒体）等の供給量が適正量に調整される。さらに、燃焼により発生する排ガス・灰の処理のための各種パラメータとしての排ガスの流量、温度、圧力は、設計範囲の適正量に調整される。なお、各種パラメータは、上述の列挙したものに限定されるものではない。
　燃焼により発生する排ガスの処理は、大気汚染防止法により規制される主にNOx、SOx、ばいじんが規制値以下になるように行われる。例えば、NOxについては、２段燃焼と薬品や触媒による脱硝の方法が用いられる。このときの薬品には、アンモニアや尿素が使用される。また、SOxについては、薬品による脱硫の方法が用いられる。このときの薬品には、炉内脱硫では、石灰石が使用され、煙道吹込みの脱硫では、消石灰が使用される。ばいじんは、バグフィルターにより捕捉される。ばい煙を処理した排ガスは、煙突から20m/s（実温度にて）程度の流速で系外（大気）に排出される。灰には、BA（ボトムアッシュ）とFA（フライアッシュ）があり、それぞれが貯留タンクに貯められ、一定の時期において車両や船により系外に排出される。灰は、系外にて有効利用や廃棄物処理（最終処分場）が行われる。上記調整部１６０で調整される、燃焼により発生する排ガス・灰の処理のための各種パラメータには、これらの排ガスの処理や灰の排出が適正に行われるためのパラメータが含まれる。
　本発明における燃料の製造方法及び製造装置により製造された燃料の塩素成分、アルカリ成分の増減率を検証する実験を行った。
（実施例１）
　ソルガムである裁断前の原料を成分分析し、塩素成分量とアルカリ成分量を測定した。また同じ原料を３０ｍｍ程度の大きさに裁断し、その後水で洗浄し、その後水分を付着した状態で燃料に圧縮成形した。このとき原料の圧縮を３００ＭＰａの圧力で行い、軸方向の寸法が５０ｍｍ程度の円柱状の燃料を成形した。そして、その燃料を成分分析し、塩素成分量とアルカリ成分量を測定した。成分分析は、塩素成分についてはイオンクロマトグラフ（サーモフィッシャーサイエンティフィック社製）、アルカリ成分については原子吸光分光光度計（島津製作所製）を用いて行った。
　裁断前の原料の塩素成分量及びアルカリ成分量と、圧縮成形後の燃料の塩素成分量及びアルカリ成分量から、原料に対する燃料の塩素成分の増減率（（燃料の塩素成分量）／（原料の塩素成分量）×１００％）と、アルカリ成分（ナトリウム成分及びカリウム成分）の増減率（（燃料のアルカリ成分量）／（原料のアルカリ成分量）×１００％）を算出した。塩素成分の増減率は１４％、ナトリウム成分の増減率は７７％、カリウム成分の増減率は３９％であった。
（比較例１）
　原料を洗浄後、乾燥させ水分を４０％にし、その後当該原料を燃料に圧縮成形した。それ以外は実施例１と同様である。塩素成分の増減率は８９％、ナトリウム成分の増減率は１４０％、カリウム成分の増減率は１１８％であった。
（比較例２）
　原料を洗浄後、乾燥させ水分を１０％にし、その後当該原料を燃料に圧縮成形した。それ以外は実施例１と同様である。塩素成分の増減率は１１７％、ナトリウム成分の増減率は１６０％、カリウム成分の増減率は１１８％であった。
　図１０は、実施例１、比較例１及び比較例２における塩素成分、ナトリウム成分及びカリウム成分の増減率を示すグラフである。
　次に燃料の適正強度を得るための圧縮成形工程における最適圧力を検証する実験を行った。
　原料に対する圧縮圧力を０ＭＰａ、１５０ＭＰａ、３００ＭＰａに変えて圧縮成形工程を行い、各場合の燃料の強度を測定した。燃料の強度は、圧縮後の円柱の燃料に対し軸方向と側面方向から力を付加し、燃料が崩壊した時点の力を測定し、その力を燃料の強度とした。燃料の最適強度を１００％とした場合における各圧縮圧力における燃料の強度の割合を図１１に示す。圧縮圧力が１５０ＭＰａの場合には、燃料の強度が最適強度の５０％となり、圧縮圧力が３００ＭＰａの場合には、燃料の強度が最適強度の１４０％となった。
　本発明は、エネルギー消費量を低減しつつ、原料中の塩素成分やアルカリ成分を十分に除去することができる燃料の製造方法及び燃料の製造装置を提供する際に有用である。
　　１　燃料の製造装置
　１０　裁断装置
　１１　洗浄装置
　１２　圧縮成形装置
　１３　第１の搬送部
　１４　第２の搬送部

Claims (17)

  1. 　バイオマス原料を裁断する裁断工程と、
    　裁断された前記原料を水洗浄する洗浄工程と、
    　水洗浄の水分が付着した、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の大きさの前記原料を圧縮して、燃料を成形する圧縮成形工程と、を備える、燃料の製造方法。
  2. 　前記圧縮成形工程は、２００ＭＰａ以上３５０ＭＰａ以下の圧力で行われる、請求項１に記載の燃料の製造方法。
  3. 　燃料は、嵩比重が０．３５以上０．６５以下となるように圧縮成形される、請求項１又は２に記載の燃料の製造方法。
  4. 　燃料の水分は、裁断前の原料に対し１０％以上５０％以下である、請求項１～３のいずれか一項に記載の燃料の製造方法。
  5. 　燃料の塩素成分は、裁断前の原料に対し３０％以下であり、
    　燃料のカリウム成分は、裁断前の原料に対し５０％以下であり、
    　燃料のナトリウム成分は、裁断前の原料に対し８０％以下である、請求項１～４のいずれか一項に記載の燃料の製造方法。
  6. 　バイオマス原料を裁断する裁断装置と、
    　裁断された前記原料を水洗浄する洗浄装置と、
    　水洗浄の水分が付着した、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の大きさの前記原料を圧縮して、燃料を成形する圧縮成形装置と、を備える、燃料の製造装置。
  7. 　前記裁断装置で裁断された前記原料を前記洗浄装置に搬送する第１の搬送部と、
    　前記洗浄装置で水洗浄された前記原料を前記圧縮成形装置に搬送する第２の搬送部と、をさらに備える、請求項６に記載の燃料の製造装置。
  8. 　前記圧縮成形装置における燃料の圧縮成形は、２００ＭＰａ以上３５０ＭＰａ以下の圧力で行われる、請求項６又は７に記載の燃料の製造装置。
  9. 　前記圧縮成形装置において、燃料は、嵩比重が０．３５以上０．６５以下となるように圧縮成形される、請求項６～８のいずれか一項に記載の燃料の製造装置。
  10. 　燃料の水分は、裁断前の原料に対し１０％以上５０％以下である、請求項６～９のいずれか一項に記載の燃料の製造装置。
  11. 　燃料の塩素成分は、裁断前の原料に対し３０％以下であり、
    　燃料のカリウム成分は、裁断前の原料に対し５０％以下であり、
    　燃料のナトリウム成分は、裁断前の原料に対し８０％以下である、請求項６～１０のいずれか一項に記載の燃料の製造装置。
  12. 　請求項１～１１のいずれか一項に記載の燃料の製造装置と、
    　前記燃料の製造装置で製造された燃料を燃焼する燃焼設備と、を備える、プラント。
  13. 　請求項１～１１のいずれか一項に記載の燃料の製造装置で製造された燃料を燃焼する燃焼設備。
  14. 　１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の大きさのバイオマス原料からなり、嵩比重が０．３５以上０．６５以下である燃料。
  15. 　燃料を燃焼する燃焼設備。
  16. 　燃料を燃焼する燃焼設備を調整する方法であって、
    　前記燃料は、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の大きさのバイオマス原料からなり、嵩比重が０．３５以上０．６５以下である燃料であり、
    　前記燃料の燃焼に関する各種パラメータを調整する工程を含む、燃焼設備の調整方法。
  17. 　前記各種パラメータは、燃料の供給量、燃焼温度、燃焼に必要な酸素の供給量、添加材の供給量及び、燃焼により発生する排ガス・灰の処理のための各種パラメータのうちの、少なくともいずれを含む、請求項１６に燃焼設備の調整方法。
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