(57)【要約】【課題】ペレット化に要する設備コストやエネルギーコストを削減する。【解決手段】発電システム１００は、バイオマス原料を粉砕する第１粉砕部１２０と、第１粉砕部１２０によって粉砕されたバイオマス原料をさらに粉砕する第２粉砕部１４０と、第２粉砕部１４０と石炭焚ボイラ設備３００とに接続された搬送路を有し、搬送路を通じて第２粉砕部１４０によって粉砕されたバイオマス原料を石炭焚ボイラ設備３００に搬送する搬送部２００と、を備える。【選択図】図１
2018076973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマス原料を粉砕する第１粉砕部と、
前記第１粉砕部によって粉砕されたバイオマス原料をさらに粉砕する第２粉砕部と、
前記第２粉砕部と石炭焚ボイラ設備とに接続された搬送路を有し、該搬送路を通じて該第２粉砕部によって粉砕されたバイオマス原料を該石炭焚ボイラ設備に搬送する搬送部と、
を備えた発電システム。
【請求項２】
前記石炭焚ボイラ設備は、石炭を燃焼させるボイラを有し、
前記搬送路は、前記第２粉砕部と前記ボイラとを接続する請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記石炭焚ボイラ設備は、石炭を粉砕する石炭ミルを有し、
前記搬送路は、前記第２粉砕部と前記石炭ミルとを接続する請求項１に記載の発電システム。
【請求項４】
前記石炭焚ボイラ設備は、
石炭を粉砕する石炭ミルと、
前記石炭ミルによって粉砕された石炭を燃焼させるボイラと、
を有し、
前記搬送部は、
前記第２粉砕部と前記石炭ミルとを接続する第１搬送路と、
前記第２粉砕部と前記ボイラとを接続する第２搬送路と、
を有し、
前記第２粉砕部によって粉砕されたバイオマス原料の大きさに基づいて、該バイオマス原料を前記石炭ミルまたは前記ボイラに搬送する請求項１に記載の発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、バイオマス原料を燃焼させることで得られる熱で発電する発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
間伐材、建築廃材等のバイオマス原料を有効利用する技術として、粉砕したバイオマス原料を石炭粉に混合して火力発電所の石炭焚ボイラで燃焼させる技術が開発されている。しかし、バイオマス原料を粉砕すると、粉砕前と比較して体積が増加するため、粉砕場所から火力発電所までの運搬に要するコストが莫大になったり、粉砕したバイオマスを保管する設備が巨大になったりするという問題があった。
【０００３】
そこで、森林で発生した間伐材を加工処理設備に運搬し、加工処理設備において間伐材を粉砕してバイオマス粉を生成した後、バイオマス粉をペレット化する技術が開発されている（例えば、特許文献１）。この技術では、ペレットを火力発電所に運搬し、火力発電所においてペレットを解砕して石炭粉と混焼させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１８０４７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１の技術では、ペレットを運搬するため、バイオマス粉を運搬するよりも運搬コストを低減することができる。また、保管する設備を小型化することができる。しかし、バイオマス粉をペレット化するための設備や、ペレット化に要するエネルギーにコストがかかるという問題がある。
【０００６】
本開示は、このような課題に鑑み、ペレット化に要する設備コストやエネルギーコストを削減することができる発電システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る発電システムは、バイオマス原料を粉砕する第１粉砕部と、前記第１粉砕部によって粉砕されたバイオマス原料をさらに粉砕する第２粉砕部と、前記第２粉砕部と石炭焚ボイラ設備とに接続された搬送路を有し、該搬送路を通じて該第２粉砕部によって粉砕されたバイオマス原料を該石炭焚ボイラ設備に搬送する搬送部と、を備える。
【０００８】
また、前記石炭焚ボイラ設備は、石炭を燃焼させるボイラを有し、前記搬送路は、前記第２粉砕部と前記ボイラとを接続してもよい。
【０００９】
また、前記石炭焚ボイラ設備は、石炭を粉砕する石炭ミルを有し、前記搬送路は、前記第２粉砕部と前記石炭ミルとを接続してもよい。
【００１０】
また、前記石炭焚ボイラ設備は、石炭を粉砕する石炭ミルと、前記石炭ミルによって粉砕された石炭を燃焼させるボイラと、を有し、前記搬送部は、前記第２粉砕部と前記石炭ミルとを接続する第１搬送路と、前記第２粉砕部と前記ボイラとを接続する第２搬送路と、を有し、前記第２粉砕部によって粉砕されたバイオマス原料の大きさに基づいて、該バイオマス原料を前記石炭ミルまたは前記ボイラに搬送してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
ペレット化に要する設備コストやエネルギーコストを削減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】発電システムを説明するための図である。
【図２】間伐材の大きさと含水率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の一実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１４】
（発電システム１００）
図１は、発電システム１００を説明するための図であり、図２は、間伐材の大きさと含水率を示す図である。図１に示すように、発電システム１００は、例えば、火力発電所の敷地内に設けられ、粉砕設備１１０と、搬送部２００と、乾燥部２５０と、石炭焚ボイラ設備３００とを含んで構成される。なお、本実施形態において、バイオマス原料として間伐材を例に挙げて説明する。
【００１５】
（粉砕設備１１０）
粉砕設備１１０は、第１原料搬送部１１２と、樹皮除去部１１４と、第２原料搬送部１１６と、第１粉砕部１２０と、チップ搬送部１３０と、第２粉砕部１４０とを含んで構成される。
【００１６】
第１原料搬送部１１２は、例えば、コンベヤで構成され、受入れエリア１０２から間伐材を樹皮除去部１１４に搬送する。なお、受入れエリア１０２には、森林で伐採された後、所定期間（例えば、１８０日程度）乾燥された間伐材が、船、トラック等で搬入される。間伐材の大きさおよび含水率について説明すると、図２に示すように、伐採直後の間伐材は、直径Ｄが３０ｃｍ程度、長さＬが２．３ｍ程度であり、含水率が１００％〜６０％程度である。また、乾燥された間伐材は、直径Ｄが３０ｃｍ程度、長さＬが２．３ｍ程度であり、含水率が６０％〜４０％程度である。
【００１７】
樹皮除去部１１４は、間伐材から樹皮を剥がす。樹皮は、間伐材の重量の５％程度を占める。樹皮除去部１１４によって除去された樹皮は、外部に搬出され、堆肥等に加工される。
【００１８】
第２原料搬送部１１６は、例えば、コンベヤで構成され、樹皮除去部１１４で樹皮が除去された間伐材を第１粉砕部１２０に搬送する。
【００１９】
第１粉砕部１２０は、例えば、切削粉砕機で構成され、間伐材を、平均粒径が５ｍｍ程度のチップに粉砕する。本実施形態において、第１粉砕部１２０は、まず、１０ｍｍのメッシュのスクリーンを用いて、間伐材を粉砕し、平均粒径が１０ｍｍ程度の粗チップを生成する（一次粉砕）。そして、第１粉砕部１２０は、５ｍｍのメッシュのスクリーンを用いて、粗チップを再度粉砕し、平均粒径が５ｍｍ程度のチップを生成する（二次粉砕）。なお、第１粉砕部１２０は、５ｍｍのメッシュのスクリーンを用いて、間伐材を粉砕し、平均粒径が５ｍｍ程度のチップに直接生成してもよい。
【００２０】
チップ搬送部１３０は、例えば、コンベヤで構成され、第１粉砕部１２０で生成されたチップを第２粉砕部１４０に搬送する。
【００２１】
第２粉砕部１４０は、例えば、ハンマーミルで構成され、チップを粉砕し、平均粒径が１ｍｍ〜３ｍｍ程度のバイオマス粉を生成する（三次粉砕）。第２粉砕部１４０によって生成されたバイオマス粉は、搬送部２００によって、石炭焚ボイラ設備３００に搬送される。
【００２２】
なお、樹皮除去部１１４、第２原料搬送部１１６、第１粉砕部１２０、チップ搬送部１３０、第２粉砕部１４０は、同一の建屋１５０に収容されるとよい。また、第１粉砕部１２０、チップ搬送部１３０、第２粉砕部１４０は、防音壁１５２によって囲繞されるとよい。これにより、騒音を防止できる。また、第１粉砕部１２０、第２粉砕部１４０によって生成されたバイオマス粉が周囲に散乱する事態を回避することができる。
【００２３】
（搬送部２００、乾燥部２５０）
搬送部２００は、ブロワ２０２と、第１搬送路２１０（搬送路）と、第２搬送路２２０（搬送路）と、制御部２３０を含んで構成される。ブロワ２０２は、第２粉砕部１４０で生成されたバイオマス粉を第１搬送路２１０、第２搬送路２２０に気流搬送する。
【００２４】
第１搬送路２１０は、第２粉砕部１４０と、後述する石炭ミル３１６とを接続する配管で構成される。第１搬送路２１０には、第１ダンパ２１２が設けられている。第１ダンパ２１２は、第１搬送路２１０を開閉する。
【００２５】
第２搬送路２２０は、第２粉砕部１４０と、後述するボイラ３２０のバーナとを接続する。本実施形態において、第２搬送路２２０は、第１搬送路２１０から分岐され、ボイラ３２０に接続される配管で構成される。第２搬送路２２０には、第２ダンパ２２２が設けられている。第２ダンパ２２２は、第２搬送路２２０を開閉する。
【００２６】
制御部２３０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成される。制御部２３０は、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して、第１ダンパ２１２、第２ダンパ２２２を開閉制御する。
【００２７】
本実施形態において、制御部２３０は、第２粉砕部１４０によって生成されたバイオマス粉の粒径が１ｍｍ以下である場合、第１ダンパ２１２を制御して第１搬送路２１０を閉じ、第２ダンパ２２２を制御して第２搬送路２２０を開く。また、制御部２３０は、第２粉砕部１４０によって生成されたバイオマス粉の粒径が１ｍｍよりも大きく３ｍｍ以下である場合、第１ダンパ２１２を制御して第１搬送路２１０を開き、第２ダンパ２２２を制御して第２搬送路２２０を閉じる。バイオマス原料の種類や含水率によって第２粉砕部１４０が粉砕するバイオマス粉の粒径が異なる。そして、バイオマス粉の粒径が１ｍｍ以下である場合には、そのままボイラ３２０に供給しても効率よく燃焼できる。一方、バイオマス粉の粒径が１ｍｍよりも大きく３ｍｍ以下である場合には、ボイラ３２０に供給すると、燃え残りが生じ、効率よくバイオマス粉を利用できない。そこで、制御部２３０が、バイオマス粉の粒径（大きさ）に基づいて、バイオマス粉の供給先を、石炭ミル３１６またはボイラ３２０に切り換えることで、バイオマス粉を効率よく燃焼させることができる。
【００２８】
乾燥部２５０は、第１搬送路２１０、第２搬送路２２０を通過するバイオマス粉を乾燥させる。本実施形態において、乾燥部２５０は、例えば、気流乾燥機で構成される。気流乾燥機は、筒形状であり、鉛直下方から熱風が供給される。バイオマス粉は、気流乾燥機の上方から供給され、落下の過程で熱風と接触することにより乾燥される。
【００２９】
乾燥部２５０によって、バイオマス粉の含水率は、１０％程度となる。本実施形態において、乾燥部２５０は、第１搬送路２１０における第２搬送路２２０の分岐箇所の上流側に設けられる。
【００３０】
また、乾燥部２５０は、ボイラ３２０の排熱、蒸気タービン３２４の排熱を用いてバイオマス粉を乾燥する。これにより、バイオマス粉の乾燥に要するエネルギーを削減することができる。
【００３１】
（石炭焚ボイラ設備３００）
石炭焚ボイラ設備３００は、給炭コンベヤ３１０と、給炭機３１２と、石炭バンカ３１４と、石炭ミル３１６と、微粉炭管３１８と、ボイラ３２０と、蒸気配管３２２と、蒸気タービン３２４と、発電機３２６とを含んで構成される。
【００３２】
給炭コンベヤ３１０は、石炭を給炭機３１２に搬送する。給炭機３１２は、給炭コンベヤ３１０によって搬送された石炭を石炭バンカ３１４に落下搬送する。石炭バンカ３１４は、石炭を一時的に貯留する。
【００３３】
石炭ミル３１６は、石炭を粉砕し、平均粒径が例えば数百μｍ程度の微粉炭を生成する。また、本実施形態において、石炭ミル３１６は、石炭とともにバイオマス粉を粉砕し、平均粒径が１ｍｍ以下のバイオマス粉を生成する。
【００３４】
微粉炭管３１８は、微粉炭およびバイオマス粉をボイラ３２０のバーナに供給する。ボイラ３２０は、微粉炭およびバイオマス粉を燃焼させ、得られた熱で蒸気を生成する。蒸気配管３２２は、ボイラ３２０によって生成された蒸気を蒸気タービン３２４に供給する。
【００３５】
蒸気タービン３２４は、蒸気によって回転軸を回転させる。発電機３２６は、蒸気タービン３２４の回転軸と同軸で接続されており、蒸気タービン３２４の回転軸の回転によって発電する。発電機３２６によって生成された電力は、開閉所、鉄塔、送電線を介して需要家に供給される。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態にかかる発電システム１００は、搬送部２００を備える。つまり、火力発電所の施設内において間伐材を粉砕する。したがって、間伐材自体を運搬するだけであり、粉砕した間伐材の運搬を行うことがなくなる。これにより、バイオマス粉をペレット化する必要がなくなる。したがって、ペレット化に要する設備コストやエネルギーコストを削減することができる。また、間伐材自体を運搬するため、ペレットを運搬する構成と比較して、運搬コストを低減することができる。
【００３７】
また、既存の石炭焚ボイラ設備３００にバイオマス粉を供給できるため、新たな設備投資を殆どすることなく、間伐材を効率よく利用することが可能となる。
【００３８】
以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に技術的範囲に属するものと了解される。
【００３９】
例えば、上記実施形態において、バイオマス原料として間伐材を例に挙げて説明した。しかし、バイオマス原料に限定はなく、例えば、建築廃材等であってもよい。
【００４０】
また、上記実施形態において、搬送部２００がブロワ２０２を備え、バイオマス粉を気流搬送する構成を例に挙げて説明した。しかし、搬送部２００は、コンベヤや、スクリューフィーダで構成されてもよい。
【００４１】
また、上記実施形態において、搬送部２００が第１搬送路２１０、第２搬送路２２０を有する構成を例に挙げて説明した。しかし、第２粉砕部１４０が生成するバイオマス粉の粒径が必ず１ｍｍ〜３ｍｍとなる場合、搬送部２００は、第２粉砕部１４０と石炭焚ボイラ設備３００とに接続された搬送路として、第１搬送路２１０のみを有してもよい。また、第２粉砕部１４０が生成するバイオマス粉の粒径が必ず１ｍｍ以下となる場合、搬送部２００は、第２粉砕部１４０と石炭焚ボイラ設備３００とに接続された搬送路として、第２搬送路２２０のみを有してもよい。
【００４２】
また、上記実施形態において、微粉炭が供給されるボイラ３２０のバーナと、バイオマス粉が供給されるボイラ３２０のバーナとが同一である場合を例に挙げて説明した。しかし、微粉炭が供給されるボイラ３２０のバーナと、バイオマス粉が供給されるボイラ３２０のバーナとは、異ならせてもよい。
【００４３】
また、上記実施形態において、第２粉砕部１４０で生成されたバイオマス粉は、乾燥部２５０で乾燥された後、石炭ミル３１６に供給される構成を例に挙げて説明した。しかし、第２粉砕部１４０で生成されたバイオマス粉を分散させて給炭機３１２に供給してもよい。これにより、乾燥部２５０を削減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本開示は、バイオマス原料を燃焼させることで得られる熱で発電する発電システムに利用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１００  発電システム
１２０  第１粉砕部
１４０  第２粉砕部
２００  搬送部
２１０  第１搬送路（搬送路）
２２０  第２搬送路（搬送路）
３００  石炭焚ボイラ設備
３１６  石炭ミル
３２０  ボイラ
【図１】
2018076973.tif 000003
【図２】
2018076973.tif 000004