(57)【要約】【課題】  木粉を燃料とした場合であっても、木材のミルでの発火、硫黄成分の露結等による排気管の腐食や詰まりを防止しつつ、木粉を十分に細かく、粒度を一定に粉砕しかつ乾燥させる。【解決手段】  ミル１１は、木材チップ等の固体燃料を粉砕し乾燥用気流Ｓ７により乾燥させて微粉燃料を生成し排気ガスＳ１と共に外部へ排出する。固体燃料は、ホッパ４１に格納されており、供給装置４２によりミル１１へ供給される。圧力センサ４３，４４は、それぞれ排気ガスＳ１の圧力と乾燥用気流Ｓ７の圧力とを計測する。制御部４５は、両者の圧力の差（差圧）に基づいて供給装置４２を制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体燃料を粉砕し乾燥用気流により乾燥させて微粉燃料を生成し第１排気ガスと共に外部へ排出する粉砕乾燥装置と、
前記固体燃料を前記粉砕乾燥装置に供給する供給部と、
前記乾燥用気流の圧力と前記第１排気ガスの圧力との差分を計測する差圧計測部と、
前記差圧計測部の計測値に基づき前記供給部からの単位時間当たりの前記固体燃料の供給量を制御する供給制御部と
を備えたことを特徴とする微粉燃料燃焼装置。    
【請求項２】
前記第１排気ガスの温度が所定の範囲内の温度になるよう、前記乾燥用気流の温度を調整して前記乾燥用気流を前記粉砕乾燥装置に導入する乾燥用気流導入部を更に備えた請求項１記載の微粉燃料燃焼装置。
【請求項３】
前記粉砕乾燥装置から前記第１排気ガスにより搬送された前記微粉燃料を捕集すると共に、前記第１排気ガスから前記微粉燃料を除いて生成される第２排気ガスを排出する微粉燃料捕集部と、
前記微粉燃料を燃料として燃焼させて第３排気ガスを排出するボイラと
を更に備えたことを特徴とする請求項２記載の微粉燃料燃焼装置。
【請求項４】
前記乾燥用気流導入部は、前記第２排気ガスと前記第３排気ガスとを混合させて混合ガスを生成し、この混合ガスを前記乾燥用気流として前記粉砕乾燥装置に導入する
ことを特徴とする請求項３記載の微粉燃料燃焼装置。
【請求項５】
第４排気ガスを発生させる熱風発生炉を更に備え、
前記乾燥用気流導入部は、前記第２排気ガスと前記第４排気ガスとを混合させて混合ガスを生成し、この混合ガスを前記乾燥用気流として前記粉砕乾燥装置に導入する
ことを特徴とする請求項３記載の微粉燃料燃焼装置。
【請求項６】
前記微粉燃料捕集部で捕集された前記微粉燃料を格納する微粉燃料格納部を更に備えた
ことを特徴とする請求項３乃至５いずれか１項に記載の微粉燃料燃焼装置。
【請求項７】
固体燃料を粉砕し乾燥用気流により乾燥させて微粉燃料を生成し第１排気ガスと共に搬送する粉砕乾燥ステップと、
前記乾燥用気流の圧力と前記第１排気ガスの圧力との差分を計測する差圧計測ステップと、
前記差圧計測ステップの計測結果に基づき前記固体燃料の単位時間当たりの供給量を制御する供給制御ステップと、
前記第１排気ガスの温度が所定の範囲内の温度となるよう、前記乾燥用気流の温度を調整する温度調整ステップと
を備えたことを特徴とする微粉燃料燃焼方法。
【請求項８】
前記第１排気ガスにより搬送された前記微粉燃料を捕集すると共に、前記第１排気ガスから前記微粉燃料を除いて生成される第２排気ガスを排出する微粉燃料捕集ステップと、
前記微粉燃料を燃焼させて第３排気ガスを排出する燃焼ステップと、
を更に備えたことを特徴とする請求項７記載の微粉燃料燃焼方法。
【請求項９】
前記乾燥用気流は、前記第２排気ガスと前記第３排気ガスとを混合して混合ガスを生成したものであることを特徴とする請求項８記載の微粉燃料燃焼方法。
【請求項１０】
第４排気ガスを発生させるステップを更に備え、
前記乾燥用気流は、前記第２排気ガスと前記第４排気ガスとを混合させて生成したものである
ことを特徴とする請求項８記載の微粉燃料燃焼方法。
【請求項１１】
前記乾燥用気流は、酸素濃度が３〜１０％の不活性ガスである請求項７乃至１０いずれか１項に記載の微粉燃料燃焼方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、固体燃料を細かく粉砕し同時に乾燥させて微粉燃料とし、これを燃料として利用する微粉燃料燃焼装置及び微粉燃料燃焼方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年益々エネルギの需要が増大していることに対応し、瀝青炭のような高品位の石炭に代えて、褐炭のような水分や揮発分を多く含んだ石炭を粉砕・乾燥させて生成した微粉炭や、廃木材等を粉砕・乾燥させて粉末状にしたバイオマス等の微粉燃料を使用した微粉燃料燃焼装置の開発が進められている。
【０００３】
このような微粉燃料燃焼装置を開示するものとして、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この特許文献１では、例えば図６及び図７に示すように、ミル１１で粉砕・乾燥された微粉燃料は、排気ガスＳ１と共に集塵機１２に移送され捕集された後、サイロ１２´に貯蔵される。サイロ１２´に貯蔵された微粉燃料は、ブロア１３によって発生された搬送用気流Ｓ２により、ボイラ１４に供給される。ボイラ１４からの排気ガスＳ３は、エアヒータ１５を通過する。エアヒータ１５は、この排気ガスＳ３の熱エネルギーを吸収し、この熱エネルギーを、ブロア１６により発生されボイラ１４に燃焼用として与えられる気流Ｓ４に与える。エアヒータ１５により温度の下げられたボイラ１４からの排気ガスＳ３は、集塵機１７により集塵され、脱硫装置１８により脱硫された後、煙突１９から大気中に排出される。ミル１１には、微粉燃料を乾燥させるための乾燥用気流を送り込む必要がある。特許文献１では、エアヒータ１５で気流Ｓ４を熱して生成した気流Ｓ４´の一部を乾燥用気流としてミル１１に送り込む例（図６）と、集塵機１７を通過した後の排気ガスＳ５を乾燥用気流としてミル１１に送り込む例（図７）とが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特公昭６２−５５０５７公報（第１頁右欄〜第２頁、図１及び図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この図６や図７の構成では、ミル１１内での原料の保有量を考慮せずにミル１１に原料を投入しているので、ミル１１内での原料の保有量の増減により、ミル１１の粉砕効率が変動するという問題があった。粉砕効率の変動は、排出される微粉燃料の粒度（粒の大きさ）のバラツキを生じさせる。このようなバラツキは燃焼効率の低下の原因となり、特に木材チップを原料とした木粉を燃料とする場合に顕著となる。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、木粉を燃料とした場合であっても、木粉を十分に細かく、粒度を一定に粉砕しかつ乾燥させることができる微粉燃料燃焼装置及び微粉燃料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】
上記目的を達成するため、本発明に係る微粉燃料燃焼装置は、固体燃料を粉砕し乾燥用気流により乾燥させて微粉燃料を生成し第１排気ガスと共に外部へ排出する粉砕乾燥装置と、前記固体燃料を前記粉砕乾燥装置に供給する供給部と、前記乾燥用気流の圧力と前記第１排気ガスの圧力との差分を計測する差圧計測部と、前記差圧計測部の計測値に基づき前記供給部からの単位時間当たりの前記固体燃料の供給量を制御する供給制御部とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る微粉燃料燃焼方法は、固体燃料を粉砕し乾燥用気流により乾燥させて微粉燃料を生成し第１排気ガスと共に搬送する粉砕乾燥ステップと、前記乾燥用気流の圧力と前記第１排気ガスの圧力との差分を計測する差圧計測ステップと、前記差圧計測ステップの計測結果に基づき前記固体燃料の単位時間当たりの供給量を制御する供給制御ステップと、前記第１排気ガスの温度が所定の範囲内の温度となるよう、前記乾燥用気流の温度を調整する温度調整ステップとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、木粉を燃料とした場合であっても、木粉を十分に細かく、粒度を一定に粉砕しかつ乾燥させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る微粉燃料燃焼装置の全体構成を示している。従来の微粉燃料燃焼装置（図６、図７）と同一の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００１１】
本実施の形態においては、ミル１１に、ボイラ１４の出口に設けられたＥＣＯ１４´（Economizer: 節炭器）から排出される低酸素濃度（酸素濃度２〜５％の不活性ガス）の排気ガスＳ３の一部Ｓ３´と、集塵機１２から排出された排気ガスＳ６の一部Ｓ６´とを混合して混合ガスＳ７とし、この混合ガスＳ７を乾燥用気流として搬送管２１を介してミル１１に導入している。排気ガスＳ３’は、ＥＣＯ１４’からの排気ガスＳ３の一部分をサイクロン１４５に送り、ダストが分離した後の排気ガスである。
サイクロン１４５で分離されたダストは、セメントや造粒砂の原料として有効利用が可能である。
【００１２】
排気ガスＳ３´は、前記のように低酸素濃度で、温度は３５０℃程度であり、一方、排気ガスＳ６´は、１１０〜１３０℃程度である。排気ガスＳ３´及びＳ６´の混合比は、ミル１１から排出される排気ガスＳ１の温度が９０〜１３０℃程度になるように調整され、混合ガスＳ７の酸素濃度は３〜１０％程度（好ましくは７％程度）に維持される。排気ガスＳ１のラインに酸素濃度計を設置して酸素濃度を監視するように構成することも可能であり、これはプロセス全体の安全管理に好適である。
図１に示すように、この実施の形態では、制御部３０と、温度センサ３１とが設けられ、これにより排気ガスＳ１の温度が制御される。すなわち、ミル１１の排気ガスＳ１の出口付近に配置された温度センサ３１により排気ガスＳ１の温度が検知され、この検知信号に基づき、制御部３０がブロア２０出口のダンパＤＤを制御し、ブロア１３´及びブロア２０からの排気ガスＳ６´、Ｓ３´の供給割合を変化させる。ダンパＤＤを制御する代わりに、ブロア２０の回転数を制御するようにしてもよい。ダンパＤＤはブロア２０の入口側に配されていてもよい。
これにより、排気ガスＳ１の温度が９０〜１３０℃程度に維持され、これにより、ミル１１内及び排気管における硫黄成分の露結を防止し、ミル１１内部及び排気管の腐食や詰まり等を防止しつつ、木粉を、例えば水分量１〜８％程度まで乾燥させ、気流により搬送することが可能であり、またボイラ１４での十分な燃焼効率が得られる程度に細かく粉砕することができる。
【００１３】
ここで、乾燥用気流Ｓ７を送り込んだ場合と、これを送り込まない場合（粉砕例１、２。ミル１１内に常温空気が吹き込まれて乾燥が行われる）とにおける粉砕後木粉粒度及び粉砕動力原単位（単位重量の木粉燃料を得るのに要するエネルギの大きさを示す）の違いを表１に示す。なお、粉砕前の木材チップとしては、建設廃材と森林の間伐材を使用した。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
表１から明らかなように、乾燥用気流をミル１１内に送り込まない場合には、粉砕後木粉水分が所望の１〜８％よりも大きくなることが生じると共に粉砕動力原単位も大きくなる。
これに対し、乾燥用気流をミル１１内に送り込む場合には、粉砕後木粉水分は１〜８％の範囲内となると共に粉砕動力原単位も小さくすることができる。また、予め乾燥させた木粉をボイラ１４内に供給することにより、木粉の発熱量が高くなるので、ボイラ１４の燃焼効率を高めることができると共に、結果として燃料の使用量も削減することができる。また、乾燥用気流を送り込む場合には、小さな動力で粒度の小さい木粉を得ることができる。さらに、ローラ面圧も石炭をミルで粉砕する場合と同程度まで低下させることができる。
【００１６】
また、排気ガスＳ３´及びＳ６´はいずれも低酸素濃度であるので、ミル１１内の酸素濃度を低く抑えることができ、これによりミル１１内における木粉の発火を防止することができる。また制御部３０は、排気ガスＳ３´及びＳ６´の合計の供給量が、木粉をミル１１から排出して集塵機１２に搬送するのに十分な量になるように、ブロア１３´とブロア２０出口の分岐ダンパＤＤを制御する。
【００１７】
なお、ミル１１へ導入される排気ガスＳ６´の排気ガスＳ６に対する割合は、およそ５０〜８５容量％程度であればよく、残りはブロア１３´により大気中へ放出される。この数値は、ミル１１に供給する固体燃料の水分量に基づいて変動する。
また、集塵機１２とサイロ１２´の代わりに、図２に示すように、微木粉と粗木粉とを分級し、分級された微木粉のみをボイラ１４までブロア１３からの搬送気流により搬送するサイクロン２３を設けることもできる。この場合、図１と同様に、サイクロン２３からの排気ガスＳ６の一部Ｓ６´を搬送管２１に送り、排気ガスＳ３´と混合させる。この図２でも、排気ガスＳ６´の排気ガスＳ６に対する割合は、およそ５０〜８５容量％程度であればよく、残りはブロア１３´によりボイラ１４に供給される。この図２では、残りのガスをボイラ１４に導入することにより、サイクロンの排気ガスを大気中に放出する際の集塵機が不要となる。この図２の構成において、この残りのガスをボイラ１４に導入する代わりに大気へ放出する場合には、大気へ放出する前に集塵機を設置すればよい。この場合、その集塵機で捕集された微木粉は、サイクロン２３で捕集された粗木粉と共に、例えば搬送用気流Ｓ２の導入管を介してボイラ１４に供給される。このような構成の場合、低温の排気ガスをボイラ１４に導入しないため、ボイラ１４の熱効率の低下を防止することができる。
なお、ミル１１は、典型的には竪型ローラミルであるが、ボールミル、カッターミル等、固体燃料を粉砕可能なものであれば、その種類は問わない。
【００１８】
また、この実施の形態の微粉燃料燃焼装置は、固体燃料としての木材チップを格納するホッパ４１と、このホッパ４１からミル１１へ木材チップを供給するための供給装置４２を備えている。供給装置４２の具体例としては、テーブルフィーダ、サークルフィーダ、コンベア等が挙げられる。
また、ミル１１の排気ガスＳ１と、上記の排気ガスＳ７との圧力を検出するための圧力センサ４３、４４が備えられ、また、圧力センサ４３及び４４が検知した圧力の差である差圧Ｐｄを計算し、この計算結果に基づき供給装置４２による単位時間当たりの木材チップの供給量Ｓｍを制御する制御部４５が備えられている。具体的に制御部４５は、差圧Ｐｄが大きい場合には、差圧Ｐｄが小さい場合よりも供給量Ｓｍを小さくする制御を行う。
【００１９】
差圧Ｐｄが大きい場合には、ミル１１内で粉砕・乾燥中の木材チップの量が増加しており、粉砕効率が低下していると予想される。またこのような場合には、木材チップが十分に粉砕されない場合が生じ、これにより微粉燃料としての木粉の粒度にバラツキが生じる可能性が高くなり、ボイラ１４での燃焼効率が悪くなる虞がある。このため、差圧Ｐｄが大きくなった場合には、ミル１１への木材チップの供給速度を小さくする。
一方、差圧Ｐｄが小さい場合には、ミル１１内で粉砕・乾燥中の木材チップの量が少なく、ミル１１等に供給したエネルギが粉砕に有効利用されないことになる。このため、差圧Ｐｄが小さくなった場合、ミル１１への木材チップの供給速度を大きくする。
【００２０】
以上のように、差圧Ｐｄに基づき、ミル１１への固体燃料の供給速度を制御することにより、ミル１１から排出される微粉燃料の粒度がバラつくことを防止することができ、これによりボイラ１４における燃焼効率を高めることができると共に、燃焼装置全体の自動安定運転が達成できる。
なお、ホッパ４１の出口に、磁選機や非鉄物除去装置等を設け、木材チップ中に含まれる、釘、針金、ボルト等の磁性物や、アルミ化合物等の非鉄金属の異物を除去するようにしてもよい。また、ホッパにバイブレータやエアノッカを設置することによりいわゆる架橋現象（詰まり）を防止し、ミル１１への木材チップの供給がスムーズに行われるようにするのが好ましい。
また、ホッパ４１は、ホッパ４１内の固体燃料の在庫量の確認等のため、自動計量装置を備えることができる。自動計量装置を備えることにより、ミル１１への単位時間当たりの固体燃料の供給量を検定することが可能になり、燃焼装置全体の更なる安定操業に寄与することができる。
また、ホッパ４１の出口をコーン形状とする場合、コーンの角度は７５°以上とするのが好ましい。ホッパ４１内に木材チップを長期間保存することは架橋現象（詰まり）の原因となるため、ホッパ４１内の滞留時間は短時間（例えば２日以下）であることが望ましい。
木質チップの水分量が多い場合、ホッパ４１やミル１１への導入管に加熱装置を備えるようにすることもできる。これにより、ボイラ１４における燃焼効率を更に高めることができると共に、木粉のホッパ４１内部や導入管内壁への付着や閉塞を防止することができる。前記加熱装置としては、間接／直接加熱のいずれでもよいが、例えばホッパ４１をジャケット構造又はハーフパイプコイル付きとし、スチームや熱媒油のような加熱媒体を通す装置が挙げられる。
【００２１】
また、この実施の形態の微粉燃料燃焼装置は、木粉とは別に、微粉炭をボイラ１４に供給するシステムを備えている。このシステムは、図示しないミルにより褐炭等を粉砕して生成した微粉炭を格納するホッパ４６と、微粉炭をボイラ１４に送り込むブロア４７とを備えている。ボイラ１４に供給される木粉と微粉炭の割合は、木粉は０を超え２５重量％以下、微粉炭は７５重量％以上１００重量％未満の範囲で適宜変更が可能である。
【００２２】
図３に、本発明の第２の実施の形態を説明する。第１の実施の形態と同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。この第２の実施の形態では、微粉炭を格納するホッパ４６から排出される微粉炭は、木粉を格納するサイロ１２’に、木粉と混合されて格納され、ブロア１３による気流Ｓ２により、木粉と共にボイラ１４に送り込まれる点において、第１の実施の形態と相違する。その他は第１の実施の形態と同様である。サイロ１２’において木粉と微粉炭を混合させる代わりに、微粉炭をボイラ１４に送り込む輸送管に木粉を吹き込んで両者を混合させるラインブレンド方式を採用することも可能である。
【００２３】
次に、本発明の第３の実施の形態を、図４を参照して説明する。この実施の形態では、ホッパ４１に木材チップと石炭の両方を、例えば重量比率１：９の割合で混合させて格納し、この混合物を供給装置４２によりミル１１に供給する点で、第１、第２の実施の形態と異なっている。その他の点は、第１、第２の実施の形態と同様である。
【００２４】
図５に、本発明の第４の実施の形態を説明する。上記の実施の形態では、乾燥用気流として、ボイラ１４のＥＣＯ１４´から排出された低酸素濃度の排気ガスＳ３の一部Ｓ３´と、集塵機１２から排出された排気ガスＳ６の一部Ｓ６´との混合ガスＳ７を、ブロア１３´とブロア２０出口の分岐ダンパＤＤと搬送管２１とを介してミル１１に導入していた。これに対し、この第４の実施の形態では、搬送管２１、ブロア２０等を設けず、代わりに燃料を燃焼させて低酸素濃度の排気ガスＳ８を発生する熱風発生炉２２を設け、この排気ガスＳ８を、排気ガスＳ６´と混合させて生成した排気ガスＳ９を乾燥用気流としてミル１１に導入するように構成されている。熱風発生炉２２は、発生させる排気ガスＳ８の温度を調整することができるように構成されており、その調整は、制御部３０が、温度センサ３１からの検出信号に基づき行う。制御部３０は、ミル１１からの排気ガスＳ１の温度が９０〜１３０℃程度になるように熱風発生炉２２を制御する。これによりミル１１の出口における硫黄成分の露結を防止することができ、ミル１１内部及び排気管の腐食や詰まり等を防止することができる。
【００２５】
上記の実施の形態の微粉燃料燃焼装置において、微粉炭への木粉の混焼率を０〜１０重量％まで段階的に変化させた場合におけるＳＯｘ排出濃度、ＮＯｘ排出濃度、煤塵排出濃度、及びボイラ効率の変化を測定した。ボイラは水管式で、蒸気量、蒸気圧力、蒸気温度がそれぞれ１６０トン／時、１２４ｋｇ／ｃｍ２Ｇ、５０５℃のものを使用した。ＳＯｘ排出濃度はＪＩＳ  Ｋ  ０１０３（沈殿滴定法）、ＮＯｘ排出濃度はＪＩＳ  Ｋ  ０１０４（フェノールジスルホン酸吸光光度法）、煤塵排出濃度はＪＩＳ  Ｚ  ８８０８（円形ろ過法）に従い、それぞれ測定した。その結果を表２に示す。木粉混焼率が上昇しても、微粉炭専焼すなわち木粉混焼率０％の場合と比べて、ＳＯｘ排出濃度、ＮＯｘ排出濃度は低下し、煤塵排出濃度は同程度であったことから、本発明により木質バイオマスの混焼が商業設備規模で達成可能であることが実証された。木粉混焼時の灰分量も、微粉炭専焼すなわち木粉混焼率０重量％と比べて少なかった。
【００２６】
【表２】
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【００２７】
以上、発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の設計変更が可能である。例えば上記の実施の形態では、木粉と微粉炭を混焼する例を示したが、木粉以外のバイオマスを用いることも可能である。
また、乾燥用気流も、上記のＥＣＯ１４’や熱風発生炉２２からのガスでなく、他の燃焼装置からの排気ガス等、例えばセメントキルン等のプレヒータ排ガスを用いてもよい。この場合、排気ガス中のダスト等を除去するため、集塵機やサイクロン等を通過させるのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る微粉燃料燃焼装置の全体構成を示している。
【図２】第１の実施の形態の変形例を示す。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る微粉燃料燃焼装置の全体構成を示している。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る微粉燃料燃焼装置の全体構成を示している。
【図５】本発明の第４の実施の形態に係る微粉燃料燃焼装置の全体構成を示している。
【図６】従来技術に係る微粉燃料燃焼装置の全体構成を示している。
【図７】従来技術に係る微粉燃料燃焼装置の全体構成を示している。
【符号の説明】
【００２９】
１１・・・ミル、  １２・・・集塵機、  １２´・・・サイロ、  １３、１３´・・・ブロア、  １４・・・ボイラ、  １４´・・・ＥＣＯ、  １４５…サイクロン、  １５・・・エアヒータ、  １６・・・ブロア、  １７・・・集塵機、  １８・・・脱硫装置、  １９・・・煙突、  ２０・・・ブロア、  ２１・・・搬送管、  ２２・・・熱風発生炉、  ２３・・・サイクロン、  ３０・・・制御部、  ３１・・・温度センサ、  ４１、４６・・・ホッパ、  ４２・・・供給装置、  ４７・・・ブロア、  ４３、４４・・・圧力センサ、  ４５・・・制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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