(57)【要約】【課題】コーンコブを主体とする使用済み床材を植物性バイオマス燃料として使用することで環境を保全すると共に、使用済み床材の含水量を効率的に低減することが可能な植物性バイオマス燃料の乾燥方法及びバイオマス発電施設を提供する。【解決手段】使用済み床材の含有水分量を20％以下まで乾燥させる床材余熱装置２０を設ける。該床材余熱装置２０で乾燥させた使用済み床材をガス発生装置１１で熱分解する。床材余熱装置２０の予熱手段にバイオマス発電設備１０内の複数の熱源を使用する。温度の低い熱源から順に段階的に予熱する。使用済み床材の含有水分量を20％以下まで乾燥させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キノコ栽培に用いたコーンコブを主体とする使用済み床材から成るバイオマス燃料を熱分解して可燃性ガスを生成するガス発生装置と、可燃性ガスを燃料として運動エネルギーに変換するガス燃料原動機と、ガス燃料原動機の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機とを備えたバイオマス発電設備に、使用済み床材を予熱して含有水分量を20％以下まで乾燥させる床材余熱装置を併設し、該床材余熱装置で乾燥させた使用済み床材をガス発生装置で熱分解するように構成したバイオマス発電施設の植物性バイオマス燃料の乾燥方法において、
床材余熱装置の予熱手段にバイオマス発電設備内の温度が異なった複数の熱源を使用し、温度の低い熱源から順に段階的に予熱することで使用済み床材の含有水分量を20％以下まで乾燥させることを特徴とする植物性バイオマス燃料の乾燥方法。
【請求項２】
前記床材余熱装置の予熱手段が低温の熱源、中温の熱源、高温の熱源の順に配置され、前記使用済み床材を複数の熱源で順次加熱することにより、前記使用済み床材のコーンコブに含まれる水分がコーンコブの組織表面から内部にかけて順次除去されるようにした請求項１に記載の植物性バイオマス燃料の乾燥方法。
【請求項３】
前記床材余熱装置の前記低温の熱源は、前記バイオマス発電設備内の空気とし、前記中温の熱源は、前記ガス燃料原動機に使用される冷却水または潤滑油とし、前記高温の熱源は、前記ガス燃料原動機の排気ガスを通す廃熱回収ボイラーで得られる蒸気とする請求項２に記載の植物性バイオマス燃料の乾燥方法。
【請求項４】
前記床材余熱装置における複数の熱源が、低温の熱源から高温の熱源の順に時間的に入れ替わるように供給することにより、前記使用済み床材に含まれる水分が均一に除去されるようにした請求項１に記載の植物性バイオマス燃料の乾燥方法。
【請求項５】
キノコ栽培に用いたコーンコブを主体とする使用済み床材から成るバイオマス燃料を熱分解して可燃性ガスを生成するガス発生装置と、ガス発生装置で生成した可燃性ガスを遠心分離機で灰や塵を分離するサイクロンと、分離された可燃性ガスを貯蔵する燃料タンクと、貯蔵した可燃性ガスを燃料として運動エネルギーに変換するガス燃料原動機と、ガス燃料原動機の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機とを備えたバイオマス発電設備と、使用済み床材を複数の熱源を使用して段階的に予熱する床材余熱装置とを併設し、床材余熱装置で含有水分量を段階的に20％以下まで乾燥させた使用済み床材をガス発生装置で熱分解するように構成したことを特徴とするバイオマス発電施設。
【請求項６】
キノコ栽培に用いたコーンコブを主体とする使用済み床材から成るバイオマス燃料を燃焼して蒸気を生成するボイラーと、該ボイラーで生成した蒸気の熱エネルギーを回転エネルギーに変換する蒸気タービンと該蒸気タービンに接続されて該蒸気タービンの回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、を備えたバイオマス発電設備に、バイオマスを収納する床材予熱装置を配備し、該床材余熱装置で乾燥させた使用済み床材をボイラーで燃焼するように構成したバイオマス発電施設の植物性バイオマス燃料の乾燥方法において、
床材余熱装置の予熱手段にバイオマス発電設備内の温度が異なった複数の熱源を使用し、温度の低い熱源から順に段階的に予熱することで使用済み床材の含有水分量を20％以下まで乾燥させることを特徴とする植物性バイオマス燃料の乾燥方法。
【請求項７】
前記床材余熱装置における前記予熱手段として低温の熱源、中温の熱源、高温の熱源の順に配置され、前記使用済み床材を複数の熱源で順次加熱することにより、前記使用済み床材に含まれる水分が段階的に均一に除去されるようにした請求項６に記載の植物性バイオマス燃料の乾燥方法。
【請求項８】
前記床材余熱装置の前記低温源は、前記バイオマス発電設備内の空気とし、前記中温の熱源は、前記復水器から排水される排水とし、前記高温の熱源は、前記ボイラーから排出される排気ガスを冷却する廃熱回収ボイラーで得られる蒸気とする請求項７に記載の植物性バイオマス燃料の乾燥方法。
【請求項９】
前記床材余熱装置における複数の熱源が、低温の熱源から高温の熱源の順に時間的に入れ替わるように供給することにより、前記使用済み床材に含まれる水分が均一に除去されるようにした請求項６に記載の植物性バイオマス燃料の乾燥方法。
【請求項１０】
キノコ栽培に用いたコーンコブを主体とする使用済み床材から成るバイオマス燃料を燃焼して蒸気を生成するボイラーと、該ボイラーで生成した蒸気の熱エネルギーを回転エネルギーに変換する蒸気タービンと該蒸気タービンに接続されて該蒸気タービンの回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、前記蒸気タービンを回転させたあとの蒸気を冷却して水に戻し、これを再度ボイラーで蒸気として使えるようにする復水器と、ボイラーで前記バイオマスを燃焼させた後の燃焼排気ガスを冷却する冷却塔と冷却塔で冷却された燃焼排気ガスから灰や塵を分離するバグフィルターと、使用済み床材を複数の熱源を使用して段階的に予熱する床材予熱装置とを配備し、バイオマスを定量供給機により、該バイオマスをボイラーに投入して燃焼時に蒸気を生成させるように構成したバイオマス発電設備であって、床材余熱装置で含有水分量を段階的に20％以下まで乾燥させた使用済み床材をボイラーで燃焼するように構成したことを特徴とするバイオマス発電施設。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバイオマス発電に用いられる植物性バイオマス燃料、特にコーンコブを主体とするキノコ栽培の使用済み床材をバイオマス燃料とする植物性バイオマス燃料の乾燥方法及びバイオマス発電施設に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
植物性バイオマスを用いるバイオマス発電として、次の発電方式が知られている。
(1)ガス化発電方式：燃料とするPKS等の材料を低酸素雰囲気下で加熱して可燃性ガスを作り、このガスで内燃機関を動かし、これに接続された発電機により発電する方式。
(2)ＢＴＧ発電方式：木チップや木屑等から作られた木質ペレット、あるいはPKSと呼ばれるパーム椰子殻を燃料としてボイラーで蒸気を作り、蒸気タービンを動かして、これに接続された発電機で発電する方式。
(3)バイオガス発電方式：野菜屑や野菜屑に他の食品残渣等を混ぜたものをメタン菌によって発酵させてバイオガスを作り、このガスで発電機に接続された内燃機関を動かして発電する方式。
(4)植物油を燃料とするジーゼルエンジン発電方式：パーム油のような植物性油そのものをジーゼルエンジンで燃焼させ、これに接続された発電機で発電する方式。
【０００３】
これらのバイオマス発電で使用される植物性バイオマス燃料は、再生可能エネルギーの一つであり、従来の石炭や石油、LNGなどの化石燃料に比べて、大気中へのCO2の排出が実質的にないという特徴を持つ（カーボンニュートラルと呼ばれる）。したがって、バイオマス燃料を用いるバイオマス発電は、地球環境保全、および化石エネルギー資源の節約や有効活用に貢献できるので、他の太陽光発電等の再生エネルギー発電とともに、近年盛んに行われるようになっている。
【０００４】
しかしながら、上記の植物性バイオマスを用いるバイオマス発電に関しては、環境保全の問題と、個々の植物性バイオマスの特性に合わせて効率的に含水量を低減するための技術的な問題が生じている。
【０００５】
環境保全の問題とは、現在多くの地域でバイオマス発電が盛んに行われるようになった結果、燃料である植物性バイオマスが不足し、木質ペレットなど発電用燃料の価格が上昇してきたことにある。たとえばガス化発電方式やＢＴＧ発電方式にあっては、これまで、他へ利用することのできなかった間伐材や梢端材、樹皮などが使われてきたが、最近では建設用木材等の製品になり得るものまで燃料として使われる傾向がある。そのため、必要以上に森林伐採が行われ、森林破壊を引き起しかねない状況が生じている。
【０００６】
また、植物性バイオマスの一つであるPKSと称するパーム椰子殻は、パーム油を生産した後の廃棄物であったが、発電用の燃料としての需要が高まるに連れてパーム椰子を生産する傾向がある。そのため、生産地では、森林を伐採してパーム椰子畑に変えたり、一般の農作物用の畑を、ジーゼルエンジン発電用のパーム油採取ための椰子畑に変えたりするようになっている。このように、燃料である植物性バイオマスの種類によって、環境保全に関する大きな問題が生じている。
【０００７】
一方、個々の植物性バイオマスの特性に合わせて含水量を低減する技術的な問題点とは、植物性バイオマス燃料の水分を事前に低減する技術に関する問題である。
【０００８】
すなわち、本発明で燃料として使用するキノコ栽培に用いる床材（コーンコブと称するトウモロコシの穂軸を粒状に粉砕したものを主体とする床材）は、通常、再生処理により1〜２回程度床材として使用された後、最終的に使用できなくなった使用済み床材が残る。この使用済み床材は、キノコ栽培農家にとって畑の肥料に使う以外に使い道がなく、その処分に苦慮している。
【０００９】
すなわち、コーンコブの使用済み床材は、通常55〜70 wt％の水分を含有しており（本発明において、「水分」もしくは「水分量」とは全て湿量基準含水率を意味するものとする）、使用済み床材を廃棄所などに長期間放置すると腐敗して悪臭を放つようになる。そのため、多大な手間や費用をかけて土中に埋設するか、燃焼廃棄せざるを得ない状況になっている。
【００１０】
個々のバイオマスの特性に合わせて含水量を低減する従来技術として、このコーンコブ等を主成分とした使用済み床材の水分を低減する乾燥装置が特許文献１に示されている。また、使用するバイオマスをガス燃料原動機の廃熱を利用して予熱乾燥するバイオマスガス化発電方式プラントが特許文献２に記載されている。更に、発電装置の廃熱をバイオ燃料の乾燥に利用するバイオ燃料ガス化発電システムが特許文献３に示され、発電装置の120℃〜140℃の余熱を利用して木チップ等のバイオマスの水分を低減する方法が特許文献４に示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第５４５１５８９号公報
【特許文献２】特開平１１-２９４１８７号公報
【特許文献３】特許第５２５９９６３号公報
【特許文献４】特開２０１０-３１１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
コーンコブ等を主成分とした使用済み床材など、植物性のバイオマスの含水量を低減する技術的な問題点は、特に、ガス化発電方式やＢＴＧ発電方式のバイオマス発電に用いるバイオマス燃料に生じる問題であり、燃料に含まれる含水量によって、ボイラー蒸気の生産やバイオガスの生成効率が大きく影響を受けることにある。
【００１３】
すなわち、植物性のバイオマスは概して水分が高く、50 wt％程度の水分を含んでいるが、特にコーンコブを主体とする使用済み床材の中には、前述のごとく、通常55〜70 wt％程度の多量の水分を含んでいる。したがって、このような使用済み床材をそのままガス化発電方式やＢＴＧ発電方式のバイオマス燃料として使用しても、燃焼エネルギーの多くはこの多量の水分を蒸発させるためのエネルギーに使われるため、利用できる熱量は少なくなってしまう。
【００１４】
一方、キノコ栽培に用いたコーンコブを主体とする使用済み床材をバイオマス燃料に用いる場合は、多量の水分を含んでいるとしても、何度も床材として使用した後、最終的に使用できなくなった使用済み床材をバイオマス燃料として使用するので、間伐材や梢端材、樹皮、椰子殻など、バイオマス燃料として使用することで生じている環境保全に関する大きな問題を解消することができる。
【００１５】
ところが、使用済み床材の主体であるコーンコブの組織は多孔質で、各孔を形成する隔壁面には微細な孔が多数存在している。そして、この微細な孔の中にキノコの菌糸が入り込んだ状態となっており、使用済床材に含まれている多量の水分は、組織の表面だけでなく、キノコの菌糸が入り込んだ微細な細孔にも吸着されている。このことが、乾燥において材料内部に含まれている水分の除去を困難にする原因となっていた。すなわち、コーンコブの組織は、高温度で一気に乾燥を行うと組織表面の乾燥と同時に表面層の収縮が生じ、組織内部の水分の放散が阻害される特殊な構造である。
【００１６】
このようなコーンコブを主体とする使用済み床材を乾燥させるには、特許文献１の乾燥装置のように、極めて大掛かりな施設が必要になっている。この乾燥装置は、投入口から投入された使用済み床材（廃培地）を一旦本体部の外部に排出させた後に本体部に戻す循環路を備える加熱炉と、上下方向に複数回往復する波型形状に形成された搬送路とを備えている。
【００１７】
そして、使用済み床材を一度循環路内で短時間乾燥させた後、灯油バーナーを使用した加熱炉で長時間高温加熱し、その後、大掛かりな波型形状に形成された搬送路に送風し、この搬送路内で乾燥するまで何度も上下方向に送り込み、この搬送路にて乾燥させる構成を採用している。
【００１８】
このように、特許文献１の乾燥装置において、加熱炉で長時間高温加熱した後、大掛かりな波型形状に形成された搬送路内で乾燥するように構成しているのは、加熱炉で高温加熱した際に、コーンコブの組織内部が十分に乾燥する前に表面層の収縮が生じていることが原因であると思われる。そのため、キノコの菌糸が入り込んだ組織内部に吸着されている水分まで除去することはできていないので、この内部の水分を除去するまで、大掛かりな波型形状に形成された搬送路内送り込み、何度も上下移動させながら乾燥させる手段が必要になっている。
【００１９】
また、特許文献２には、バイオマスガス化発電プラントに使用するバイオマス燃料に、ガスタービンの排ガスを供給してこのバイオマス燃料を予熱乾燥するプラントが記されている。ところが、バイオマス燃料については５０％の水分が含まれるとの説明があるのみで、コーンコブを主体とする使用済み床材を使用するものではない。
【００２０】
仮に、このプラントで使用済み床材のコーンコブを乾燥させると想定した場合、ガスタービンの高温の排ガスで乾燥させると、コーンコブの内部が十分に乾燥する前に表面層の収縮が起き、内部が乾燥するまで多くの時間がかかることが予想される。
【００２１】
また、低温の排ガスで乾燥させると、組織内部に吸着されている水分まで十分に乾燥させるには、やはり多くの時間がかかることになる。いずれにしても、使用済み床材を乾燥させる場合、ガスタービンの廃熱など、一種類の熱源のみを使用して乾燥させる手段では、使用済み床材を効率的に乾燥させることが困難であった。
【００２２】
特許文献３にもバイオ燃料ガス化発電システムに関する技術が示されているが、同様に発電装置の廃熱を単にバイオ燃料の乾燥に利用することが示されているだけである。したがって、使用済み床材のコーンコブを効率的に乾燥させる技術は開示されていない。
【００２３】
さらに特許文献４には植物系バイオマスからバイオガスを生成させ、このガスから液体燃料を製造する技術が示されている。ところが、その工程で発生する120℃〜140℃の余熱を利用して木チップ等のバイオマスの水分を低減する方法が示されているに過ぎず、使用済み床材のコーンコブを効率的に乾燥させる技術は開示されていない。
【００２４】
このように、バイオマス発電における植物性バイオマスの含水量を減少させる従来技術は、いずれも外部からの温風供給もしくは、発電システムから排出される廃熱を使って乾燥するものであるが、これらの従来技術では、コーンコブを主体とする使用済み床材をバイオマス燃料とする際に、この使用済み床材の含水量を効率的に低減する手段はこれまで確率されていなかった。
【００２５】
そこで、本発明は、コーンコブを主体とする使用済み床材を植物性バイオマス燃料として使用することで自然環境を保全すると共に、使用済み床材の含水量を効率的に低減することが可能な植物性バイオマス燃料の乾燥方法及びバイオマス発電施設の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明の第１の手段は、キノコ栽培に用いたコーンコブを主体とする使用済み床材から成るバイオマス燃料を熱分解して可燃性ガスを生成するガス発生装置１１と、可燃性ガスを燃料として運動エネルギーに変換するガス燃料原動機１４と、ガス燃料原動機１４の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機１５とを備えたバイオマス発電設備１０に、使用済み床材を予熱して含有水分量を20％以下まで乾燥させる床材余熱装置２０を併設し、該床材余熱装置２０で乾燥させた使用済み床材をガス発生装置１１で熱分解するように構成したバイオマス発電施設の植物性バイオマス燃料の乾燥方法において、床材余熱装置２０の予熱手段にバイオマス発電設備１０内の温度が異なった複数の熱源を使用し、温度の低い熱源から順に段階的に予熱することで使用済み床材の含有水分量を20％以下まで乾燥させる植物性バイオマス燃料の乾燥方法にある。
【００２７】
第２の手段は、前記床材余熱装置２０の予熱手段が低温の熱源、中温の熱源、高温の熱源の順に配置され、前記使用済み床材を複数の熱源で順次加熱することにより、前記使用済み床材のコーンコブに含まれる水分がコーンコブの組織表面から内部にかけて順次除去されるようにしたものである。
【００２８】
第３の手段は、前記床材余熱装置２０の前記低温の熱源は、前記バイオマス発電設備１０内の空気とし、前記中温の熱源は、前記ガス燃料原動機１４に使用される冷却水１４Ａまたは潤滑油１４Ｂとし、前記高温の熱源は、前記ガス燃料原動機１４の排気ガスを通す廃熱回収ボイラー２１で得られる蒸気２１Ａとする。
【００２９】
第４の手段は、前記床材余熱装置２０における複数の熱源が、低温の熱源から高温の熱源の順に時間的に入れ替わるように供給することにより、前記使用済み床材に含まれる水分が均一に除去されるようにしている。
【００３０】
第５の手段は、キノコ栽培に用いたコーンコブを主体とする使用済み床材から成るバイオマス燃料を熱分解して可燃性ガスを生成するガス発生装置１１と、ガス発生装置１１で生成した可燃性ガスを遠心分離機で灰や塵を分離するサイクロン１２と、分離された可燃性ガスを貯蔵する燃料タンク１３と、貯蔵した可燃性ガスを燃料として運動エネルギーに変換するガス燃料原動機１４と、ガス燃料原動機１４の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機１５とを備えたバイオマス発電設備１０と、使用済み床材を複数の熱源を使用して段階的に予熱する床材余熱装置２０とを併設し、床材余熱装置２０で含有水分量を段階的に20％以下まで乾燥させた使用済み床材をガス発生装置１１で熱分解するように構成したバイオマス発電施設である。
【００３１】
第６の手段は、キノコ栽培に用いたコーンコブを主体とする使用済み床材から成るバイオマス燃料を燃焼して蒸気を生成するボイラー４２と、該ボイラー４２で生成した蒸気の熱エネルギーを回転エネルギーに変換する蒸気タービン４３と該蒸気タービン４３に接続されて該蒸気タービン４３の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機４４と、を備えたバイオマス発電設備５０に、バイオマスを収納する床材予熱装置４０を配備し、該床材余熱装置４０で乾燥させた使用済み床材をボイラー４２で燃焼するように構成したバイオマス発電施設の植物性バイオマス燃料の乾燥方法において、床材余熱装置４０の予熱手段にバイオマス発電設備５０内の温度が異なった複数の熱源を使用し、温度の低い熱源から順に段階的に予熱することで使用済み床材の含有水分量を20％以下まで乾燥させる植物性バイオマス燃料の乾燥方法にある。
【００３２】
第７の手段は、前記床材余熱装置４０における前記予熱手段として低温の熱源、中温の熱源、高温の熱源の順に配置され、前記使用済み床材を複数の熱源で順次加熱することにより、前記使用済み床材に含まれる水分が段階的に均一に除去されるようにした。
【００３３】
第８の手段は、前記床材余熱装置４０の前記低温源は、前記バイオマス発電設備５０内の空気とし、前記中温の熱源は、前記復水器４５から排水される排水４５Ａとし、前記高温の熱源は、前記ボイラー４２から排出される排気ガスを冷却する廃熱回収ボイラー４７Ａで得られる蒸気４７Ｂとする。
【００３４】
第９の手段は、前記床材余熱装置４０における複数の熱源が、低温の熱源から高温の熱源の順に時間的に入れ替わるように供給することにより、前記使用済み床材に含まれる水分が均一に除去されるようにしている。
【００３５】
第１０の手段は、キノコ栽培に用いたコーンコブを主体とする使用済み床材から成るバイオマス燃料を燃焼して蒸気を生成するボイラー４２と、該ボイラー４２で生成した蒸気の熱エネルギーを回転エネルギーに変換する蒸気タービン４３と該蒸気タービン４３に接続されて該蒸気タービン４３の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機４４と、前記蒸気タービン４３を回転させたあとの蒸気を冷却して水に戻し、これを再度ボイラー４２で蒸気として使えるようにする復水器４５と、ボイラー４２で前記バイオマスを燃焼させた後の燃焼排気ガスを冷却する冷却塔４７と冷却塔４７で冷却された燃焼排気ガスから灰や塵を分離するバグフィルター４８と、使用済み床材を複数の熱源を使用して段階的に予熱する床材予熱装置４０とを配備し、バイオマスを定量供給機４１により、該バイオマスをボイラー４２に投入して燃焼時に蒸気を生成させるように構成したバイオマス発電設備５０であって、床材余熱装置４０で含有水分量を段階的に20％以下まで乾燥させた使用済み床材をボイラー４２で燃焼するように構成したバイオマス発電施設である。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の請求項１、請求項６に示すごとく、床材余熱装置の予熱手段に、バイオマス発電設備内の温度が異なった複数の熱源を使用し、温度の低い熱源から順に段階的に予熱することで、バイオマス燃料として使用するコーンコブを主体とする使用済み床材の含水量を20％以下まで効率的に低減することができる。
【００３７】
すなわち、コーンコブの組織の表面層の収縮が起きない低温で表面側の組織を乾燥させた後、組織内部のキノコの菌糸が入り込んだ微細な細孔に吸着されている水分を高温で効率的に乾燥させることができる。したがって、これまで廃棄処理に問題を抱えていた使用済床材を効率的にガス化処理することが可能になり、これまで効率的な乾燥が困難であったキノコ栽培に用いたコーンコブを主体とする使用済み床材をガス化燃料として有効利用できるようになった。
【００３８】
しかも、植物性バイオマス燃料を確保する上で、森林や自然環境を破壊する懸念や食用農産物等の生産へのダメージを来す懸念のない使用済み床材を、効率的にガス化燃料として使用することにより、自然環境問題を未然に防ぐことができる。
【００３９】
請求項２、請求項７に示す如く、床材余熱装置の予熱手段が低温の熱源、中温の熱源、高温の熱源の順に配置され、前記使用済み床材を複数の熱源で順次加熱し、使用済み床材に含まれる水分を段階的に均一に除去する乾燥方法により、特殊な組織構造を備えたコーンコブを主体とする使用済み床材を効率的に乾燥させることができる。
【００４０】
請求項３、請求項８のように、低温の熱源や中温の熱源、更に高温の熱源として、バイオマス発電設備内の空気や各機器を利用しているので、使用済み床材を予熱で乾燥させるために、従来の乾燥器のような大掛かりな設備を必要としない。したがって、乾燥のために特段の燃料代もしくは、電気代等も必要としないため、合理的な乾燥が可能になる。このように、バイオマス発電設備から排出される種々の条件の廃熱を使用済み床材の乾燥用熱源として有効利用することができる。
【００４１】
請求項４、請求項９のごとく、床材余熱装置における複数の熱源が、低温の熱源から高温の熱源の順に時間的に入れ替わるように供給することにより、使用済み床材に含まれる水分が均一に除去されるようにすることで、コーンコブを主体とする使用済み床材を効率的に乾燥させることが可能になる。
【００４２】
請求項５、請求項１０のバイオマス発電施設のように、使用済み床材を複数の熱源を使用して段階的に予熱する床材余熱装置を設け、該床材余熱装置で含有水分量を段階的に20％以下まで乾燥させて使用するバイオマス発電施設を構成することで、これまでコストをかけて廃棄処理されていた該使用済み床材をバイオマス発電用燃料として有効活用でき、キノコ栽培地域における環境保全に大きく貢献できる。この結果、コーンコブを主体とした使用済み床材の効率的な乾燥手段を備えたガス化発電方式のバイオマス発電施設やＢＴＧ発電方式のバイオマス発電施設を提供することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の利用方法を示すシステムフロー図である。
【図２】本発明のバイオマス発電設備を示す概略図である。
【図３】本発明の床材予熱装置を示す概略図である。
【図４】本発明の廃熱回収ボイラーを示す概略図である。
【図５】本発明のガス発生装置を示す概略図である。
【図６】本発明のサイクロンを示す概略図である。
【図７】（a）、（b）はコーンコブ組織構造の電子顕微鏡写真である。
【図８】本発明の利用方法を示す別のシステムフロー図である。
【図９】本発明の別のバイオマス発電設備を示す概略図である。
【図１０】本発明の別の床材予熱装置を示す概略図である。
【図１１】本発明の別の廃熱回収ボイラーを示す概略図である。
【図１２】本発明の発電用蒸気発生装置を示す概略図である。
【図１３】本発明のバグフィルターを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
本発明は、キノコ栽培に用いたコーンコブを主体とした使用済み床材をバイオマス燃料として使用するもので、この使用済み床材を効率的に乾燥させる乾燥方法と、このバイオマス燃料を使用するバイオマス発電施設に関するものである。
【００４５】
本発明において、図１乃至図６は、ガス化発電方式のバイオマス発電施設に利用した図を示している。このバイオマス発電設備１０では、コーンコブを主体とする使用済み床材等からバイオマス燃料として使用する可燃性ガスを生成することができる。
【００４６】
本発明において、コーンコブを主体とする使用済み床材等とは、トウモロコシの穂軸を粉砕したものを主体とし、これに全体重量の30％未満に当たる添加物が加えられた床材を示している。該添加物としては、おがくず、ぬか、ふすま、樹皮粉末、木チップなどであるが、キノコの栽培を促進させる目的でペプシン等のごく少量の栄養剤が添加されることもある。
【００４７】
図１は、ガス化発電方式のバイオマス発電設備１０に利用するシステムフロー図である。このバイオマス発電設備１０は、バイオマスを熱分解して可燃性ガスを生成するガス発生装置１１と、ガス発生装置で生成した可燃性ガスを遠心分離器で灰や塵を分離するサイクロン１２と、分離された可燃性ガスを貯蔵する燃料タンク１３と、貯蔵した可燃性ガスを燃料として運動エネルギーに変換するガス燃料原動機１４と、運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機１５と、を備えた設備である。
【００４８】
このバイオマス発電設備１０に隣接するように、バイオマスを予熱する床材予熱装置２０を併設する（図２参照）。この床材予熱装置２０には、バイオマス燃料として使用するキノコ栽培に用いたコーンコブを主体とした使用済み床材を収容する。
【００４９】
この床材予熱装置２０に収容した使用済み床材に対し、温度の異なる少なくとも２つ以上の熱源による熱を、低温から高温の順、あるいは低温から中温、高温の順に供給する。低温熱源として、バイオマス発電設備１０を収納している建屋内の３０〜４０℃の室内空気を供給する（図３参照）。中温熱源としてはガス燃料原動機１４で８０℃程度まで温度上昇した冷却水１４Ａを供給する。また高温熱源として、１２０℃程度の潤滑油１４Ｂもしくはガス燃料原動機１４の排ガスを通す廃熱回収ボイラー２１から得られる２００℃程度の蒸気２１Ａを供給して熱源とすることができる（図４参照）。
【００５０】
ガス化発電方式や、ＢＴＧ発電方式に用いられる通常の木チップやPKSなどのバイオマス燃料は含水量が多くなると著しく発熱量が低下する。したがって、ガス化発電方式ではガス化も十分に行えなくなり、ＢＴＧ発電方式においては、50％を超えるような高水分量のバイオマスも燃焼させることのできる流動層ボイラーはあっても、発熱量が少ないため蒸気を生成する燃料効率は低い。したがって、これらのバイオマス燃料は通常は水分が30％以下になるまで、半年から１年かけて自然放置するか、あるいは熱風（200℃以上）で強制乾燥させて使用するのが一般的である。
【００５１】
本発明では、植物性バイオマスにおいて、乾燥機を使用し、水分率を強制的に減少させる場合の乾燥条件について調べた結果、この乾燥条件は植物性バイオマスの形状や材質、特に組織構造などに大きく左右されることが分かった。
【００５２】
表１は本発明による50〜70wt%の水分を含んだコーンコブを主体とする使用済み床材を15％まで乾燥させる場合の処理速度を示す。
【００５３】
【表１】
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乾燥条件によるコーンコブを主体とする使用済み床材の乾燥処理速度
【００５４】
表１に示すように単段乾燥では、「木質チップ」に比べて、「使用済コーンコブ床材」の水分を減少させることが難しい。一方、３段乾燥のごとく、乾燥処理を低温から高温へと徐々に３段階で行うことで、「使用済コーンコブ床材」の水分を効率よく減少させることができる。これは「使用済コーンコブ床材」の組織構造が特殊であることが原因であると考えられる。
【００５５】
図７（ａ）、（ｂ）は、コーンコブ組織構造の電子顕微鏡写真を示す。コーンコブの組織は、杉材のような木チップと比べて、その組織構造が大きく異なっている。共に多孔質であるが、コーンコブの組織には、孔を形成する隔壁面に、更に微細な孔が多数存在している。
【００５６】
使用済床材（通常大きさ5ｍｍφ程度の破砕された不定形の粒状をなしている）のコーンコブには、このような組織構造の微細な孔の中にキノコの菌糸が入り込んだ状態になっている。そのため、使用済床材に含まれている水分は、コーンコブの組織の表面だけでなく、内部に無数に存在しているキノコの菌糸が入り込んだ微細な細孔にまで吸着されている。そしてこのことが水分の除去を困難にする原因になっている。
【００５７】
特に、使用済床材を比較的高めの温風で一気に乾燥させる場合は、主に組織表面に近い部分の水分が取り除かれて、組織表面の硬化・収縮が生じる。そのため、表１の単段乾燥のように、一種類の熱源を利用して高温度で一気に乾燥させると、組織表面の乾燥と同時に表面層の収縮が起きてしまい、組織内部の水分の放散阻害を生じることが判った。したがって、コーンコブを使用した使用済床材を効率良く乾燥させるには、表１の３段階乾燥のように、温度が異なった複数の熱源を使用して、温度の低い熱源から順に段階的に予熱することが有効であることが判明した。
【００５８】
本発明のバイオマス発電設備１０におけるガス発生装置１１は密閉過熱容器であり、生成した可燃性ガスを１０００℃程度で燃焼させるガス燃焼室１１Ａと、このガス燃焼室１１Ａの中に配設した配管１１Ｂとで構成する(図５参照)。そして、配管１１Ｂ内を過熱蒸気と使用済み床材等の燃料材を混合した状態で通過させることで水蒸気改質反応を行い、一酸化炭素と水素、メタン等の可燃性ガスを生成するものである。このようなガス発生装置１１では、空気の侵入を防ぎ過熱された使用済み床材等の燃料材は可燃ガスを発生させるのみならず、発生した可燃ガスの酸化を抑制するように機能している。
【００５９】
本発明のバイオマス発電設備１０の燃料としてコーンコブを主体とする使用済み床材等から得られた可燃性ガスを使用する場合、使用済み床材等の含有水分量が２０％以上あると、ガス発生装置１１において十分な熱分解ができず可燃性ガスの生成が困難になる。この意味で、床材予熱装置２０による使用済み床材等の効率的な水分の除去は極めて重要である。
【００６０】
発電設備１０に用いられるサイクロン１２は、可燃性ガスから灰分を分離する装置である(図６参照)。すなわち、ガス発生装置１１にて生成した可燃ガスを遠心分離機で分離して灰や塵等の不純物のない可燃ガスに精製する装置で、精製された可燃ガスは燃料タンク１３に貯蔵される（図１参照）。一方、分離された灰や塵等の不純物は、洗浄集塵装置１６に送られ、洗浄水にて洗浄される。この洗浄集塵装置１６を洗浄した洗浄水は、排水浄化設備１７を経て浄化され、再び洗浄集塵装置１６で使用される。
【００６１】
発電設備１０に用いられるガス燃料原動機１４は、一般的な高効率ガスエンジン（ピストンエンジン）を用いる（図１参照）。ガスタービンを用いても同様な効果がでるが、この場合はタンクの前段にガス圧縮機が必要となる。いずれの場合にもこのガス燃料原動機１４を発電機１５に連結して発電する。
【００６２】
高圧開閉器１８は、発電機１５で発電された電力を、系統連系をしたり、事故時に遮断したりするために設置される（図１参照）。
【００６３】
次に、本発明バイオマス発電施設として、ＢＴＧ発電方式のバイオマス発電施設に利用した図を示す（図８乃至図１３参照）。
【００６４】
このＢＴＧ発電方式のバイオマス発電設備５０のシステムフロー図を図８に示している。このバイオマス発電設備５０では、コーンコブを主体とする使用済み床材のほか、廃木材や間伐材などの木質系のバイオマス燃料を燃焼させて蒸気タービン発電機４３、４４を駆動せしめる蒸気を生成することができる。
【００６５】
すなわち、図８に示すバイオマス発電設備５０は、バイオマスを燃焼して蒸気を生成するボイラー４２と、該ボイラーで生成した蒸気の熱エネルギーを回転エネルギーに変換する蒸気タービン４３と該蒸気タービンに接続されていて該蒸気タービンの回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機４４とを備えている。そして、蒸気タービン４３を回転させたあとの蒸気を冷却して水に戻し、これを再度ボイラーで蒸気として使えるようにする復水器４５と、ボイラーで前記バイオマスを燃焼させた後の燃焼排気ガスを冷却する冷却塔４７と冷却塔で冷却された燃焼排気ガスから灰や塵を分離するバグフィルター４８と、を備えた設備である（図９参照）。
【００６６】
そして、この発電設備５０に、バイオマス予熱装置４０を配置する（図８参照）。予熱装置４０にはキノコ栽培に用いたコーンコブを主体とした使用済み床材等を収容する。
【００６７】
この予熱装置４０には、使用済み床材等のバイオマス燃料がベルトコンベア等で搬入される。そして、このバイオマス燃料に対して、温度の異なる少なくとも2つ以上の熱源による熱を、低温から高温、あるいは低温から中温、高温へと、次第に温度が高くなるように段階的に供給する。低温熱源としてはバイオマス発電設備５０を収納している建屋内の３０〜４０℃の室内空気を使用し、中温熱源としては復水器４５からの５０℃程度の排水４５Ａを使用する（図８参照）。また高温熱源としてはボイラー４２の廃熱を冷却塔４７で１５０℃〜２００℃程度に冷却される過程で廃熱回収ボイラー４７Ａ（図１１参照）を介してえられる２００℃程度の蒸気４７Ｂを用いる（図１０参照）。
【００６８】
また、ＢＴＧ発電方式のバイオマス発電設備５０は、前記ガス化発電方式のバイオマス発電設備１０の場合と比べると、コーンコブを主体とする使用済床材等に含まれる水分に対する制限は緩く、６０％以上の水分量を含んでいても燃料として使うことが可能である。しかし、燃料が含む水分量が多くなればなるほど高温蒸気を作るボイラーの効率的は低下する（表２参照）。
【表２】
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ＢＴＧ発電方式の2MWバイオマス ボイラー発電機に必要な燃料の量を示すデーター。
【００６９】
このように、ＢＴＧ発電方式のバイオマス発電設備５０においても、床材予熱装置４０により、燃料にするコーンコブを主体とする使用済み床材の水分量を効果的に低減させることが大切であり、特に前述のような特質を有する使用済みコーンコブ床材を主体的に用いるバイオマス燃料でその効果は特に大きいことが分かる（表２参照）。
【００７０】
発電設備５０に用いられるバグフィルター４８は、冷却塔４７を通過した排気ガスから灰分を分離する装置である(図１３参照)。すなわち、蒸気タービン・発電機４３、４４に高温蒸気を供給するボイラー４２を加熱するためにコーンコブを主体とする使用済床材等を燃焼させた際に生ずる排気ガスに含まれる灰や微細な煤塵などを除去する装置で、精製された排気ガスはバグフィルターから煙突を介して大気中に廃棄される。図示例では、排気ガスと薬剤を導入する導入ダクト４８Ａの先にホッパー４８Ｆを配置している。この薬剤は、特に必要な場合、例えば排ガスにSOｘが多く含まれる場合にアンモニアなどで中和する意味で吹込むものである。SOｘが多くなければ使わなくてもよい場合もある。このホッパー４８Ｆ内にフィルター４８Ｅを設け、フィルター４８Ｅの上部に逆洗手段４８Ｃを設置している。そして、不純物が除去された洗浄ガスは排出ダクト４８Ｂから排出される。一方、フィルター４８Ｅにて補足された灰や塵等の不純物は逆洗手段４８Ｃによってダスト排出部４８Ｄから排出されるものである。
【００７１】
このボイラー４２には床材予熱装置４０によって水分を所定の値に減少させたコーンコブを主体とする使用済床材等のバイオマス燃料が定量供給機４１を介して投入される（図１２参照）。なおボイラー４２から蒸気タービン４３に供給された高温蒸気は復水器４５により冷却されて水に戻され、ポンプ４６を介してボイラー４２に戻されて、高温蒸気生成のために再使用される（図９参照）。
【００７２】
図中、高圧開閉器４９は、発電機４４で発電された電力を、系統連系をしたり、事故時に遮断したりするために設置される（図８参照）。
【００７３】
尚、本発明は、キノコ栽培に用いたコーンコブを主体とした使用済み床材のみならず、廃木材や間伐材などの木質系のバイオマス燃料の乾燥に応用することも可能である。また、本発明のバイオマス発電設備１０、５０や、床材余熱装置２０、４０の構成は図示例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での設計変更は自由である。
【符号の説明】
【００７４】
１０  バイオマス発電設備
１１  ガス発生装置
１２  サイクロン
１３  燃料タンク
１４  ガス燃料原動機
１４Ａ  冷却水
１４Ｂ  潤滑油
１５  発電機
１６  洗浄集塵装置
１７  排水浄化設備
１８  高圧開閉器
２０  床材余熱装置
２１  廃熱回収ボイラー
２１Ａ  蒸気
５０  本発明の他のバイオマス発電設備
４０  床材余熱装置
４１  定量供給装置
４２  ボイラー
４３  蒸気タービン
４４  発電機
４５  復水器
４５Ａ  復水器排水
４６  ポンプ
４７Ａ  廃熱回収ボイラー
４７Ｂ  蒸気
４７  冷却塔
４８  バグフィルター
４８Ａ  導入ダクト
４８Ｂ  排出ダクト
４８Ｃ  逆洗手段
４８Ｄ  ダスト排出部
４８Ｅ  フィルター
４８Ｆ  ホッパー
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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