(57)【要約】  火格子（３３）上の燃料を効率よく燃焼させるための一次空気と、火格子（３３）上で発生した未燃物、未燃ガスを二次燃焼させる二次空気と、が吹き込まれる燃焼炉（３２）と、該燃焼炉（３２）の炉壁を冷却して温度を低下させる水管（３９）と、を備えたバイオマス発電システム（１）において、一次空気の流速を減速させ、水管（３９）を流れる冷却水によって燃焼炉（３２）の炉壁を冷却して、燃料としての竹材を燃焼させる。
2017014299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
火格子上の燃料を効率よく燃焼させるための一次空気と、前記火格子上で発生した未燃物、未燃ガスを二次燃焼させる二次空気と、が吹き込まれる燃焼炉と、
該燃焼炉の炉壁を冷却して温度を低下させる水管と、
を備えたバイオマス発電システムにおいて、
前記一次空気の流速を減速させ、
前記水管を流れる冷却水によって前記燃焼炉の炉壁を冷却して、
前記燃料としての竹材を燃焼させる
ことを特徴とする、竹材を燃料とするバイオマス発電システム。
【請求項２】
火格子上の燃料を効率よく燃焼させるための一次空気と、前記火格子上で発生した未燃物、未燃ガスを二次燃焼させる二次空気と、が吹き込まれる燃焼炉と、
該燃焼炉の炉壁を冷却して温度を低下させる水管と、
を備えたバイオマス発電システムにおける燃焼方法であって、
前記燃料として竹材を用い、
前記一次空気の流速を減速させ、
前記水管を流れる冷却水によって前記燃焼炉の炉壁を冷却して、
前記竹材を燃焼させる
ことを特徴とする、バイオマス発電システムにおける竹材の燃焼方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、竹材を主燃料として燃焼させて発電するバイオマス発電システムおよび該バイオマス発電システムにおける竹材の燃焼方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
木材などの木質系バイオマス、および都市ゴミ、廃材、廃プラスチックといった廃棄物系のバイオマスを燃料としたバイオマス発電システムが利用されている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
また、木質系バイオマスとして竹林に放置された竹材に着目したリサイクルシステム（特許文献２参照）、竹を破砕して処理したものを加える比率を一定の範囲にした木質バイオマスの有効利用方法（特許文献３参照）、木質系バイオマスである竹を竹破砕機でチップ状に粉砕し、このチップ状の竹と石炭と石灰石と水などとを混練機で混合、撹拌してペースト状の燃料とし、このペースト状の燃料を加圧流動床ボイラーに供給する、流動床ボイラーへの木質系バイオマス供給方法（特許文献４参照）などが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２７０７３９号公報
【特許文献２】特開２０１３−１４６６６６号公報
【特許文献３】特開２０１２−２１９１３０号公報
【特許文献４】特開２０１２−１７５２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、竹材を主燃料として燃焼させるシステムは、実際のところ利用されていないし、これを実現するための提案もされていない。すなわち、竹材を例えば７８０〜８００℃程度の好適と目される温度で燃焼させると、竹材に含まれるカリウム、ナトリウム、鉄分といった成分が炉壁などにスラグとして融着してしまうことが大きな問題となっており、かつ、これを解決する手段は存在しないというのが実情である。一方で、国内で放置されている竹林は１６万ｈａとも言われており、また、食糧として海外から安価に輸入されている状況からして、竹材を主燃料としてバイオマス発電システムにて有効活用することができればエネルギー問題の解決手段の一つとして有望なものとなり得る。【０００６】
本発明は、竹材を主燃料として有効活用し得るバイオマス発電システムおよび該バイオマス発電システムにおける竹材の燃焼方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決するべく、本発明は、
火格子上の燃料を効率よく燃焼させるための一次空気と、前記火格子上で発生した未燃物、未燃ガスを二次燃焼させる二次空気と、が吹き込まれる燃焼炉と、
該燃焼炉の炉壁を冷却して温度を低下させる水管と、
を備えたバイオマス発電システムにおいて、
前記一次空気の流速を減速させ、
前記水管を流れる冷却水によって前記燃焼炉の炉壁を冷却して、
前記燃料としての竹材を燃焼させる
ことを特徴とする。【０００８】
このバイオマス発電システムによれば、竹材を燃焼させた場合の炉壁へのスラグ付着を抑制することができる。したがって、竹材を主燃料として活用することができる。【０００９】
また、本発明は、
火格子上の燃料を効率よく燃焼させるための一次空気と、前記火格子上で発生した未燃物、未燃ガスを二次燃焼させる二次空気と、が吹き込まれる燃焼炉と、
該燃焼炉の炉壁を冷却して温度を低下させる水管と、
を備えたバイオマス発電システムにおける燃焼方法であって、
前記燃料として竹材を用い、
前記一次空気の流速を減速させ、
前記水管を流れる冷却水によって前記燃焼炉の炉壁を冷却して、
前記竹材を燃焼させる
ことを特徴とする。【００１０】
この燃焼方法によれば、竹材を燃焼させた場合の炉壁へのスラグ付着を抑制することができる。したがって、竹材を主燃料として活用することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、竹材を主燃料として有効活用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】バイオマス発電システムの構成を分かりやすく示す概略図である。
【図２】バイオマス発電システムの全体の構成例を示す図である
【図３】バイオマス発電システムにおける各構成のつながり及び燃料や水等の流れを示す図である。
【図４】燃料供給装置（マルチスクリューフィーダー）の構成例を示す、図１等に示すシステムの背面側から見た図である。
【図５】火格子の構成例を示す、図１等に示すシステムの背面側から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ本発明に係るシートの吊り込み構造の好適な実施形態について詳細に説明する（図１〜図５参照）。
【００１４】
図１〜図５に本発明の一実施形態を示す。図１はバイオマス発電システムの構成を分かりやすく示す概略図、図２はこのバイオマス発電システムの全体の構成例を示す図、図３はバイオマス発電システムにおける各構成のつながり及び燃料や水等の流れを示す図、図４は燃料供給装置（マルチスクリューフィーダー）の構成例を示す図、図５は火格子の構成例を示す斜視図である。
【００１５】
バイオマス発電システム１は、木質系バイオマス、都市ゴミ等の廃棄物系バイオマスなどを燃料に含めた状態で必要に応じて熱分解と炭化を行い、燃焼器にて燃焼させ、生成したガスをエネルギーとして作動させて発電するシステムである。本実施形態のバイオマス発電システム１は、機能的に分類すれば、以下の８つのユニットに分割することができる。
【００１６】
＜第１ユニット１０＞
燃料の運搬および準備が行われるユニットである。第１ユニット１０には、荷下ろし場所１１、燃料の一時保管場所１３が含まれる（図１参照）。
【００１７】
荷下ろし場所１１は、トラクターＴＲ等によって運搬されたバイオマス燃料を荷下ろしする場所である（図１参照）。荷下ろしされたバイオマス燃料は、必要な場合にはシュレッダー装置によって細断され、一時保管場所１３にて保管される。バイオマスとして主に竹材を用いる本実施形態のバイオマス発電システム１の場合は、破砕された竹チップといった竹材の原料が貯蔵される。なお、最終的に、燃料は燃料貯蔵庫２１に移動され、それ以外の石や砂、泥などは、例えば道路舗装材に利用される。
【００１８】
＜第２ユニット２０＞
燃焼が保管されるユニットである。第２ユニット２０には、移動床を備えた燃料貯蔵庫２１、燃料供給システムへのコンベアー２３が含まれる。
【００１９】
燃料貯蔵庫２１には、バイオマス燃料が貯蔵される。燃料貯蔵庫２１は、途中で燃料を補給しなくても済むように、要求される運用時間分の燃料を保持できる容量とされている。貯蔵されているバイオマス燃料は、燃料供給システムで制御される油圧で動作する床とチェーンコンベアとで、自動的に搬出され、コンベアー２３によって第３ユニット３０へと搬送される。
【００２０】
＜第３ユニット３０＞
第３ユニット３０は、ボイラーシステムである。第３ユニット３０には、燃料供給装置３１Ａ，３１Ｂ、燃焼炉３２、ボイラー３４、内部配管３５、ボイラークリーニング機器（図示省略）、エコノマイザー３７、スーパーヒーター３８、水管３９が含まれる。
【００２１】
燃料供給装置３１Ａ、３１Ｂは、燃焼炉３２に燃料を供給する装置である。本実施形態では、螺旋形状のマルチスクリューフィーダーを用いて、コンベアー２３によって搬送された燃料を燃焼炉３２へと供給する（図１、図４等参照）。また、特に図示していないが、バックファイアを防止するため、供給システムは、冗長性を持って設計された消火ユニットを持つ。
【００２２】
燃焼炉３２は、供給されたバイオマス燃料を燃焼させる炉であり、傾いた火格子３３の炉に適切な空気が供給される、ストーカ式燃焼炉として設計されている。燃焼炉３２の構造体は、気体を通さず、炉の内壁や装備の重量を支えることができる。大きさにより、いくつかの検査及びメンテナンス用の扉が設けられる。また、特に図示していないが、燃焼炉３２は多層の内壁で内張りされており、例えば、高負荷な場所では正面の層に高アルミナキャスタブル（耐火物）または耐火レンガが使われ、平均的な低負荷の場所では低セメント質のものが使われる。中間の層では一般的な耐火レンガやキャスタブルが使われ、外側の層には断熱板が使われる。大きさにもよるが、燃焼炉３２は工場で内張りされることが多い。
【００２３】
また、燃焼炉３２においては、排気ガスを再循環させることにより、湿った燃料が使えるだけでなく、ＮＯｘの排出を最小限にするための燃焼温度制御が行える。燃焼は、負荷や圧力の状態、過剰空気の比率（λ制御）を考慮して常に制御される。
【００２４】
火格子３３は自己支持型で、燃焼炉３２の中に置かれ、設計段階で寸法が決まる（図５参照）。いくつかの油圧シリンダーが火格子３３の棒を前後に動かし、燃料を完全燃焼させる。不燃物（灰やその他のもの）は火格子３３の上を移動し、燃焼炉３２の終端から排出コンベアーで（にある排出孔から外部に）排出される。
【００２５】
本実施形態のバイオマス発電システム１においては、火格子３３上に載置された燃料に対し、一次空気と二次空気とが供給されて燃焼が行われる（図２参照）。すなわち、火格子３３上の燃料を効率よく燃焼させるために一次空気を火格子３３の下から吹き込み、二次空気を、火格子３３上で発生した未燃ガスや未燃物を二次燃焼させ、壁面にクリンカの付着を防止するために吹き込む。
【００２６】
図２を参照しつつ、より具体的に説明する。ストーカ式である燃焼炉３２においては、火格子３３の下から火格子３３上方の一次燃焼室に一次空気Ａを供給して火格子３３上の燃料を一次燃焼させ、一次燃焼室上方の二次燃焼室に二次空気Ｂを供給し、一次燃焼室で発生した未燃ガスや未燃物を二次燃焼させ、後燃焼火格子３３の上部から燃焼ガスを（集塵機を通過した後の排ガスを）一部引き抜いて、これを二次燃焼室に吹き込む事により還元ゾーンを形成してＮＯｘを低減し、その後、二次燃焼によって高温でＣＯ、ダイオキシン類を低減すると同時に、低空気比燃焼を実現する。なお、一次空気Ａは、ボイラー３４から供給される空気（通常空気）であり、一次空気Ａ’は再循環させた空気である。一次空気Ａ’は、燃料の還元・乾燥に使用される。
【００２７】
ボイラー３４は、内部配管３５の途中に配置されており、燃焼排ガスと循環水との間で熱交換をさせて循環水を加熱する。また、ボイラークリーニング機器（図示省略）は、使用されたボイラー３４をクリーニングする。なお、第３ユニット３０は、スーパーヒーター３８とエコノマイザー３７のオンラインの清掃のために、蒸気によるスートブロワー（すす払い）をさらに備えている。
【００２８】
エコノマイザー３７は、ボイラー３４の給水加熱器の一つであり、排気の余熱を利用して給水を加熱する。エコノマイザー３７は、煙道３６に設けられた水管などによって構成されている。
【００２９】
なお、バイオマス発電システム１においては、図２中で雲状に示す囲みＣの部分にて、燃焼ガス中の大半の灰が除去される。これは、下降気流のダクトを経由させることで多くの灰を集められることによる（図２参照）。また、その後のスーパーヒーター３８への上昇気流では、非常に小さな微粉しか残っていないので、スーパーヒーター３８の配管へのクリンカの付着が少なくて済む。
【００３０】
水管３９は、燃焼炉３２の炉壁を冷却するべく冷却水を流すための配管であり、煙道３６の周囲に配列されている。水管３９の具体的な構成は特に限定されないが、本実施形態のバイオマス発電システム１における水管３９は、大部分が水平に配置された横水管３９ａ、これら横水管３９ａを繋ぐ縦水管３９ｂ、および、途中で止まる形状の細水管３９ｃを含む（図２等参照）。
【００３１】
＜第４ユニット４０＞
第４ユニット４０は、燃焼ガスの処理を行うユニットである。第４ユニット４０には、一次集塵機４１、静電集塵機４２、通気ファン４３、煙突４５が含まれる。
【００３２】
粗い粒子を取り除く一次集塵機４１は、エコノマイザー３７を通過したあとの煙道３６に接続されている。次に、粗く集塵された排ガスは、さらに静電集塵機４２にて集塵される。分離された粉塵は連続的に取り除かれ、きれいになった排気ガスは通気ファン４３を通って鋼鉄製の煙突４５に導かれる。煙突４５は自己支持型で、高さは、設置場所の自治体などが要求する高さに合わせて設計される。
【００３３】
＜第５ユニット５０＞
第５ユニット５０は、発電装置を構成するユニットである。第５ユニット５０には、発電機５６とギア接続された凝縮タービン５１、蒸気凝縮器５２と復水タンク５３、空気冷却器５４、外部配管５５が含まれる。
【００３４】
この第５ユニット５０においては、ボイラー３４で作られた過熱水蒸気で、凝縮タービン５１が回される。凝縮タービン５１から抽蒸気をすれば、種々の目的（たとえば、処理、加熱）に利用することができる。利用後の凝縮した蒸気は、無圧の復水タンク５３に集められてから、ＢＦＷ（ボイラー供給水）タンク６３に戻される。蒸気凝縮器５２は、凝縮タンクに接続されている。
【００３５】
＜第６ユニット６０＞
第６ユニット６０は、水処理を行うユニットである。第６ユニット６０には、淡水処理機６１、脱気装置６２、ＢＦＷ（ボイラー供給水）タンク６３、計装付きＢＦＷポンプ６４、排水管システム６５が含まれる。
【００３６】
化学的に水処理を行うシステムは、カチオン（陽イオン）交換体と逆浸透システムで構成される。ＢＦＷタンク６３は、その中の熱脱気装置と計装品から構成される。
【００３７】
＜第７ユニット７０＞
第７ユニット７０は、灰処理を行うユニットである。第７ユニット７０には、火格子３３からの灰取り出し装置７１、煙道３６の途中からの灰取り出し、一次集塵機４１および静電集塵機４２からの灰取り出し装置７３が含まれる。
【００３８】
燃焼炉３２の中の火格子３３の灰は、燃焼炉３２の終端の下部から取り出される。煙道３６の途中からの灰は、共通の灰取り出し位置まで運ばれる。一次集塵機４１と静電集塵機４２の灰は、図示されていないケースの取り出し口（ホッパー）から直接取り出される。灰処理システムの境界は、対応する回転バルブの取り出しノズルになる。それぞれの灰は、それぞれの取り出し口から別々に集めて、産業廃棄物処理業者に引き渡される。
【００３９】
＜第８ユニット８０＞
第８ユニット８０は、制御装置を構成するユニットである。第８ユニット８０には、制御盤８１、Ｉ＆Ｐフィールド装置（以下、図示省略）、燃焼制御装置、ボイラー制御装置が含まれる（図３参照）。
【００４０】
続いて、上述したバイオマス発電システム１において、竹材を主燃料とした場合の燃焼のさせかた等について説明する（図３等参照）。
【００４１】
竹材を主燃料として燃焼させるにあたっては、一次空気の流速を減速させ、かつ、水管３９を流れる冷却水によって燃焼炉３２の炉壁を冷却しながら、燃焼させる。これにより、竹材を燃焼させた場合の炉壁へのスラグ付着を抑制することができる。
【００４２】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、バイオマス発電システムにおいて、竹材を主燃料として燃焼させて発電する場合に適用して好適である。
【符号の説明】
【００４４】
１…バイオマス発電システム
１０…第１ユニット
１１…荷下ろし場所
１３…一時保管場所
２０…第２ユニット
２１…燃料貯蔵庫
２３…コンベアー
３０…第３ユニット
３１Ａ…燃料供給装置
３１Ｂ…燃料供給装置
３２…燃焼炉
３３…火格子
３４…ボイラー
３５…内部配管
３６…煙道
３７…エコノマイザー
３８…スーパーヒーター
３９…水管
３９ａ…横水管
３９ｂ…縦水管
３９ｃ…細水管
４０…第４ユニット
４１…一次集塵機
４２…静電集塵機
４３…通気ファン
４５…煙突
５０…第５ユニット
５１…凝縮タービン
５２…蒸気凝縮器
５３…復水タンク
５４…空気冷却器
５５…外部配管
５６…発電機
６０…第６ユニット
６１…淡水処理機
６２…脱気装置
６３…ＢＦＷ（ボイラー供給水）タンク
６４…計装付きＢＦＷポンプ
６５…排水管システム
７０…第７ユニット
７１…火格子３３からの灰取り出し装置
７３…一次集塵機４１および静電集塵機４２からの灰取り出し装置
８０…第８ユニット
８１…制御盤
【図１】
2017014299.tif 000003
【図２】
2017014299.tif 000004
【図３】
2017014299.tif 000005
【図４】
2017014299.tif 000006
【図５】
2017014299.tif 000007
【国際調査報告】
2017014299.tif 000008
2017014299.tif 000009
2017014299.tif 000010
2017014299.tif 000011