(57)【要約】【課題】ボイラシステムの大型化や複雑化を防止可能なボイラシステム、及び、発電システムを提供する。【解決手段】ボイラシステムは、半炭化燃料を含むボイラ燃料を燃焼させて蒸気を発生させるボイラと、バイオマスを熱分解して半炭化燃料を生成する熱分解装置であって、ボイラから排出される排ガスがバイオマスの熱分解に用いられる熱分解装置と、排ガスを熱分解装置に導入するための排ガス導入ラインと、を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半炭化燃料を含むボイラ燃料を燃焼させて蒸気を発生させるボイラと、
バイオマスを熱分解して前記半炭化燃料を生成する熱分解装置であって、前記ボイラから排出される排ガスが前記バイオマスの熱分解に用いられる熱分解装置と、
前記排ガスを前記熱分解装置に導入するための排ガス導入ラインと、を備える
ボイラシステム。
【請求項２】
前記ボイラシステムは、
前記ボイラに接続されて前記ボイラから前記排ガスを排出するための排ガス排出ラインであって、前記排ガス導入ラインが途中に接続された排ガス排出ラインと、
前記排ガス導入ラインを通り前記熱分解装置に導入される前記排ガスの導入量を調整可能な排ガス導入量調整装置と、
前記排ガス導入量調整装置に対して前記排ガスの導入量の制御を行う制御装置と、をさらに備える
請求項１に記載のボイラシステム。
【請求項３】
前記ボイラシステムは、
前記ボイラに接続されて前記ボイラから前記排ガスを排出するための排ガス排出ラインであって、前記排ガス導入ラインが途中に接続された排ガス排出ラインと、
前記ボイラの下流側に位置し前記排ガスが導入される予熱器であって、前記排ガスにより前記ボイラの燃焼に用いられる燃焼用空気及びボイラ給水の少なくともいずれか一方を予熱する予熱器と、をさらに備え、
前記排ガス排出ラインは、
前記ボイラ及び前記予熱器に接続されて前記排ガスを前記予熱器に導入するための高温排ガス排出ラインと、
前記予熱器に接続されて前記予熱器による熱交換がされた前記排ガスを前記予熱器から排出するための低温排ガス排出ラインと、を含み、
前記排ガス導入ラインは、
前記高温排ガス排出ラインに接続される高温排ガス導入ラインと、
前記低温排ガス排出ラインに接続される低温排ガス導入ラインと、
の少なくともいずれか一方を含む
請求項１に記載のボイラシステム。
【請求項４】
前記ボイラシステムは、
前記排ガス導入ラインを通り前記熱分解装置に導入される前記排ガスの導入量を調整可能な排ガス導入量調整装置と、
前記排ガス導入量調整装置に対して前記排ガスの導入量の制御を行う制御装置と、をさらに備え、
前記排ガス導入ラインは、前記高温排ガス導入ラインと前記低温排ガス導入ラインとを含み、
前記排ガス導入量調整装置は、
前記高温排ガス導入ラインを通り前記熱分解装置に導入される前記排ガスの導入量を調整可能な高温排ガス導入量調整装置と、
前記低温排ガス導入ラインを通り前記熱分解装置に導入される前記排ガスの導入量を調整可能な低温排ガス導入量調整装置と、を含み、
前記制御装置は、前記ボイラの出力状況に応じた制御を、前記高温排ガス導入量調整装置及び前記低温排ガス導入量調整装置に対して行うように構成されている
請求項３に記載のボイラシステム。
【請求項５】
前記ボイラシステムは、
前記バイオマスの熱分解の際に発生する熱分解ガスを前記ボイラに導入するための熱分解ガス供給ラインをさらに備える
請求項１又は３に記載のボイラシステム。
【請求項６】
前記ボイラシステムは、
前記排ガス導入ラインを通り前記熱分解装置に導入される前記排ガスの導入量を調整可能な排ガス導入量調整装置と、
前記排ガス導入量調整装置に対して前記排ガスの導入量の制御を行う制御装置と、
前記熱分解ガスのガス温度を検出する熱分解ガス温度検出装置と、をさらに備え、
前記制御装置は、前記熱分解ガス温度検出装置の検出結果に応じた制御を、前記排ガス導入量調整装置に対して行うように構成されている
請求項５に記載のボイラシステム。
【請求項７】
前記ボイラシステムは、
前記排ガス導入ラインを通り前記熱分解装置に導入される前記排ガスの導入量を調整可能な排ガス導入量調整装置と、
前記排ガス導入量調整装置に対して前記排ガスの導入量の制御を行う制御装置と、
前記熱分解装置から前記熱分解ガス供給ラインに排出される前記熱分解ガスの排出量を検出する熱分解ガス排出量検出装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記熱分解ガス排出量検出装置の検出結果に応じた制御を、前記排ガス導入量調整装置に対して行うように構成されている
請求項５に記載のボイラシステム。
【請求項８】
前記ボイラシステムは、
前記熱分解装置から前記熱分解ガス供給ラインに排出される前記熱分解ガスの排出量を検出する熱分解ガス排出量検出装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記熱分解ガスの前記ガス温度及び前記排出量の検出値に対応する、前記熱分解装置への前記排ガスの導入量が設定された第１制御マップを有し、前記熱分解ガスの前記ガス温度及び前記排出量の検出結果に応じて前記第１制御マップに則る制御を行うように構成されている
請求項６に記載のボイラシステム。
【請求項９】
前記ボイラシステムは、
前記熱分解装置から前記熱分解ガス供給ラインに排出される前記熱分解ガスの排出量を検出する熱分解ガス排出量検出装置と、
前記排ガス導入ラインを通り前記熱分解装置に導入される前記排ガスのガス温度を検出する排ガス温度検出装置と、
前記排ガス導入ラインを通り前記熱分解装置に導入される前記排ガスの導入量を検出する排ガス導入量検出装置と、をさらに備え、
前記制御装置は、前記熱分解ガスの前記ガス温度及び前記排出量、並びに、前記排ガスの前記ガス温度及び前記導入量の検出値に対応する、前記熱分解装置への前記排ガスの導入量が設定された第２制御マップを有し、前記熱分解ガスの前記ガス温度及び前記排出量、並びに、前記排ガスの前記ガス温度及び前記導入量の検出結果に応じて前記第２制御マップに則る制御を行うように構成されている
請求項６に記載のボイラシステム。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一つに記載のボイラシステムと、
前記ボイラから排出される前記蒸気が導入される蒸気タービンと、
前記蒸気タービンにより駆動される発電装置と、を備える
発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、バイオマスから半炭化燃料を生成して、半炭化燃料を含むボイラ燃料を燃焼させて蒸気を発生させるボイラシステム、及び、発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、火力発電所などのボイラは、石炭などの化石燃料をボイラ燃料とし、該ボイラ燃料の燃焼熱を加熱源として蒸気を発生させていた。近年、廃棄物に含まれるエネルギーを有効活用するために、間伐材や廃木材などの植物系廃棄物を含んで構成されているバイオマス（以下、「バイオマス」とする）をボイラ燃料とするバイオマス発電が検討されている。ここで、バイオマスは、石炭などの他のボイラ燃料に比べて、水分含有率が高くエネルギー密度が低い。このため、ボイラ燃料として用いるために、バイオマスを半炭化方法により熱分解させて、半炭化燃料を生成することが行われている（特許文献１、２参照）。半炭化燃料は、熱分解によりバイオマスから水分を除去され、且つ、バイオマス中に含まれるリグニンやセルロースなどの繊維分が熱的に分解されているので、熱分解前のバイオマスより重量当たりのエネルギー密度が高くなるとともに、粉砕機による粉砕が容易になっている。
【０００３】
特許文献１には、バイオマスを加熱して乾燥させる乾燥装置と、乾燥装置で乾燥させたバイオマスを熱分解する熱分解装置と、乾燥装置及び熱分解装置に加熱用の熱を供給する燃焼装置と、を備える製造装置によって、バイオマスから半炭化燃料を生成することが記載されている。また、特許文献１には、製造装置でペレット状に加工した半炭化燃料を船などの輸送手段にて発電所に輸送し、発電所において半炭化燃料を石炭などとともに発電の燃料として利用することが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、性状安定燃料を燃焼させて熱量を発生させる燃料炉（燃焼装置）と、該燃焼炉から発生させる熱量によってバイオマスを熱分解することで、半炭化物（半炭化物燃料）と熱分解ガスとを生成する熱分解ガス化炉と、半炭化物が導入されるボイラに熱分解ガス化炉から熱分解ガスを導入する熱分解ガス導入路と、を備えるバイオマス熱分解装置によって、バイオマスからボイラの燃焼に用いられる半炭化物と熱分解ガスとを生成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２１９１７６号公報
【特許文献２】特開２０１４−２０５７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の製造装置、及び、特許文献２に記載のバイオマス熱分解装置は、バイオマスから半炭化燃料を生成する際に、熱分解に必要な熱量を発生させる燃焼装置、燃焼装置に付随する制御装置、及び、燃焼装置と他の機器とを接続する配管や配線などを設ける必要がある。このため、特許文献１に記載の製造装置、及び、特許文献２に記載のバイオマス熱分解装置は、装置の大型化や複雑化を招く虞がある。装置の大型化は、設備スペースの増大化や装置の高価格化を招く虞があり、装置の複雑化は装置の高価格化やメンテナンス費用の高額化を招く虞がある。
【０００７】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、ボイラシステムの大型化や複雑化を防止可能なボイラシステム、及び、発電システム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】
【０００８】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るボイラシステムは、
半炭化燃料を含むボイラ燃料を燃焼させて蒸気を発生させるボイラと、
バイオマスを熱分解して前記半炭化燃料を生成する熱分解装置であって、前記ボイラから排出される排ガスが前記バイオマスの熱分解に用いられる熱分解装置と、
前記排ガスを前記熱分解装置に導入するための排ガス導入ラインと、を備える。
【０００９】
上記（１）の構成によれば、ボイラシステムは、バイオマスを熱分解して半炭化燃料を生成する熱分解装置と、半炭化燃料を含むボイラ燃料を燃焼させて蒸気を発生させるボイラと、ボイラから排出される排ガスを熱分解装置に導入するための排ガス導入ラインと、を備えている。そして、ボイラシステムは、排ガス導入ラインによって熱分解装置に導入された排ガスがバイオマスの熱分解に用いられる。このため、ボイラシステムは、ボイラの排ガスによって、熱分解装置内のバイオマスを加熱して熱分解させることにより、半炭化燃料を生成することができるので、バイオマスから半炭化燃料を生成する際に、熱分解に必要な熱量を発生させるための燃焼装置、燃焼装置に付随する制御装置、及び、燃焼装置と他の機器とを接続する配管や配線などを設ける必要がない。したがって、上記の構成によれば、ボイラシステムの大型化や複雑化を防止することができる。
【００１０】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記ボイラシステムは、
前記ボイラに接続されて前記ボイラから前記排ガスを排出するための排ガス排出ラインであって、前記排ガス導入ラインが途中に接続された排ガス排出ラインと、
前記排ガス導入ラインを通り前記熱分解装置に導入される前記排ガスの導入量を調整可能な排ガス導入量調整装置と、
前記排ガス導入量調整装置に対して前記排ガスの導入量の制御を行う制御装置と、をさらに備える。
【００１１】
上記（２）の構成によれば、制御装置が、排ガス導入量調整装置に対して排ガスの導入量の制御を行うことにより、熱分解装置に対して熱分解に必要な量の排ガスを供給することができる。
【００１２】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記ボイラシステムは、
前記ボイラに接続されて前記ボイラから前記排ガスを排出するための排ガス排出ラインであって、前記排ガス導入ラインが途中に接続された排ガス排出ラインと、
前記ボイラの下流側に位置し前記排ガスが導入される予熱器であって、前記排ガスにより前記ボイラの燃焼に用いられる燃焼用空気及びボイラ給水の少なくともいずれか一方を予熱する予熱器と、をさらに備え、
前記排ガス排出ラインは、
前記ボイラ及び前記予熱器に接続されて前記排ガスを前記予熱器に導入するための高温排ガス排出ラインと、
前記予熱器に接続されて前記予熱器による熱交換がされた前記排ガスを前記予熱器から排出するための低温排ガス排出ラインと、を含み、
前記排ガス導入ラインは、
前記高温排ガス排出ラインに接続される高温排ガス導入ラインと、
前記低温排ガス排出ラインに接続される低温排ガス導入ラインと、
の少なくともいずれか一方を含む。
【００１３】
上記（３）の構成によれば、ボイラシステムは、高温排ガス導入ラインを通る予熱器により熱交換される前の排ガスや、低温排ガス導入ラインを通る予熱器により熱交換された後の排ガスを熱分解装置に導入できるので、排ガスの熱回収効率を向上させることができる。
【００１４】
（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、
前記ボイラシステムは、
前記排ガス導入ラインを通り前記熱分解装置に導入される前記排ガスの導入量を調整可能な排ガス導入量調整装置と、
前記排ガス導入量調整装置に対して前記排ガスの導入量の制御を行う制御装置と、をさらに備え、
前記排ガス導入ラインは、前記高温排ガス導入ラインと前記低温排ガス導入ラインとを含み、
前記排ガス導入量調整装置は、
前記高温排ガス導入ラインを通り前記熱分解装置に導入される前記排ガスの導入量を調整可能な高温排ガス導入量調整装置と、
前記低温排ガス導入ラインを通り前記熱分解装置に導入される前記排ガスの導入量を調整可能な低温排ガス導入量調整装置と、を含み、
前記制御装置は、前記ボイラの出力状況に応じた制御を、前記高温排ガス導入量調整装置及び前記低温排ガス導入量調整装置に対して行うように構成されている。
【００１５】
上記（４）の構成によれば、制御装置は、ボイラの出力状況に応じた制御を、高温排ガス導入量調整装置及び低温排ガス導入量調整装置に対して行うことができる。ここで、高温排ガス導入量調整装置は、高温排ガス導入ラインを通り熱分解装置に導入される排ガスの導入量を調整可能であり、低温排ガス導入量調整装置は、低温排ガス導入ラインを通り熱分解装置に導入される排ガスの導入量を調整可能である。そして、高温排ガス導入ラインを通る排ガスは、低温排ガス導入ラインを通る排ガスより高温である。このため、制御装置は、半炭化燃料を含むボイラ燃料を燃焼させるボイラの出力状況に応じて、２つの温度の異なる排ガスを各々の導入量を調整して熱分解装置に導入させることができるので、含有水分量などの性状が安定しないバイオマスから、ボイラの出力状況に対応させた半炭化燃料を生成することができ、且つ、排ガスからの熱回収効率の低下を抑制することができる。
【００１６】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（３）の構成において、
前記ボイラシステムは、
前記バイオマスの熱分解の際に発生する熱分解ガスを前記ボイラに導入するための熱分解ガス供給ラインをさらに備える。
【００１７】
上記（５）の構成によれば、ボイラシステムは、バイオマスの熱分解の際に発生する熱分解ガスをボイラに導入することができるので、熱分解装置に導入されるバイオマスが保有する熱量を効率的に活用することができる。
【００１８】
（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、
前記ボイラシステムは、
前記排ガス導入ラインを通り前記熱分解装置に導入される前記排ガスの導入量を調整可能な排ガス導入量調整装置と、
前記排ガス導入量調整装置に対して前記排ガスの導入量の制御を行う制御装置と、
前記熱分解ガスのガス温度を検出する熱分解ガス温度検出装置と、をさらに備え、
前記制御装置は、前記熱分解ガス温度検出装置の検出結果に応じた制御を、前記排ガス導入量調整装置に対して行うように構成されている。
【００１９】
上記（６）の構成によれば、制御装置は、熱分解ガス温度検出装置の検出結果、すなわち、熱分解ガスのガス温度に応じて、熱分解装置に導入される排ガスの量を即座に調整することができるので、含有水分量などの性状が安定しないバイオマスから、ボイラ燃料に好適な半炭化燃料を安定して生成することができ、且つ、排ガスからの熱回収効率の低下を抑制することができる。
【００２０】
（７）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、
前記ボイラシステムは、
前記排ガス導入ラインを通り前記熱分解装置に導入される前記排ガスの導入量を調整可能な排ガス導入量調整装置と、
前記排ガス導入量調整装置に対して前記排ガスの導入量の制御を行う制御装置と、
前記熱分解装置から前記熱分解ガス供給ラインに排出される前記熱分解ガスの排出量を検出する熱分解ガス排出量検出装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記熱分解ガス排出量検出装置の検出結果に応じた制御を、前記排ガス導入量調整装置に対して行うように構成されている。
【００２１】
上記（７）の構成によれば、制御装置は、熱分解ガス排出量検出装置の検出結果、すなわち、熱分解ガスの排出量に応じて、熱分解装置に導入される排ガスの量を即座に調整することができるので、含有水分量などの性状が安定しないバイオマスから、ボイラ燃料に好適な半炭化燃料を安定して生成することができ、且つ、排ガスからの熱回収効率の低下を抑制することができる。
具体的には、後述する直接加熱方式の熱分解装置であれば、熱分解ガス排出量検出装置の検出結果には、熱分解装置において熱分解により発生した熱分解ガスと熱分解装置に導入された排ガスが含まれるため、検出結果から排ガスの導入量を差し引くことで熱分解により発生した熱分解ガスの量を求められる。後述する間接加熱方式の熱分解装置であれば、熱分解装置において熱分解により発生した熱分解ガスと熱分解装置に導入された排ガスは離隔されているため、熱分解ガス排出量検出装置の検出結果は、熱分解により発生した熱分解ガスの量に等しい。
このようにして得られた熱分解ガスの量は、半炭化の程度を示すため、それに応じた制御を行うことで、熱分解装置における半炭化を過不足なく行うことが可能となる。
【００２２】
（８）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、
前記ボイラシステムは、
前記熱分解装置から前記熱分解ガス供給ラインに排出される前記熱分解ガスの排出量を検出する熱分解ガス排出量検出装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記熱分解ガスの前記ガス温度及び前記排出量の検出値に対応する、前記熱分解装置への前記排ガスの導入量が設定された第１制御マップを有し、前記熱分解ガスの前記ガス温度及び前記排出量の検出結果に応じて前記第１制御マップに則る制御を行うように構成されている。
【００２３】
上記（８）の構成によれば、制御装置は、排ガス導入量調整装置に対して第１制御マップから抽出された制御指示値に基づく制御を行う。このため、制御装置は、熱分解装置における熱分解により生じた熱分解ガスのガス温度及び排出量に応じて、熱分解装置に導入される排ガスの量を調整する制御を即座に行うことができるので、含有水分量などの性状が安定しないバイオマスから、ボイラ燃料に好適な半炭化燃料を安定して生成することができ、且つ、排ガスからの熱回収効率の低下を抑制することができる。
【００２４】
（９）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、
前記ボイラシステムは、
前記熱分解装置から前記熱分解ガス供給ラインに排出される前記熱分解ガスの排出量を検出する熱分解ガス排出量検出装置と、
前記排ガス導入ラインを通り前記熱分解装置に導入される前記排ガスのガス温度を検出する排ガス温度検出装置と、
前記排ガス導入ラインを通り前記熱分解装置に導入される前記排ガスの導入量を検出する排ガス導入量検出装置と、をさらに備え、
前記制御装置は、前記熱分解ガスの前記ガス温度及び前記排出量、並びに、前記排ガスの前記ガス温度及び前記導入量の検出値に対応する、前記熱分解装置への前記排ガスの導入量が設定された第２制御マップを有し、前記熱分解ガスの前記ガス温度及び前記排出量、並びに、前記排ガスの前記ガス温度及び前記導入量の検出結果に応じて前記第２制御マップに則る制御を行うように構成されている。
【００２５】
上記（９）の構成によれば、制御装置は、排ガス導入量調整装置に対して第２制御マップから抽出された制御指示値に基づく制御を行う。このため、制御装置は、排ガス導入ラインを通り熱分解装置に導入される排ガスのガス温度及び導入量や、熱分解装置における熱分解により生じた熱分解ガスのガス温度及び排出量に応じて、熱分解装置に導入される排ガスの量を調整する制御を即座に行うことができるので、含有水分量などの性状が安定しないバイオマスから、ボイラ燃料に好適な半炭化燃料を安定して生成することができ、且つ、排ガスからの熱回収効率の低下を抑制することができる。
【００２６】
（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係る発電システムは、
上記（１）から（９）に記載のボイラシステムと、
前記ボイラから排出される前記蒸気が導入される蒸気タービンと、
前記蒸気タービンにより駆動される発電装置と、を備える。
【００２７】
上記（１０）の構成によれば、発電システムは、上記（１）から（９）に記載の構成を有するボイラシステムを備えるので、ボイラシステムの大型化や複雑化を防止することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、ボイラシステムの大型化や複雑化を防止可能なボイラシステム、及び、発電システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係る発電システムを説明するための説明図である。
【図２】本発明の他の一実施形態に係る発電システムを説明するための説明図であって、高温排ガス導入ラインと低温排ガス導入ラインを備える場合を示す図である。
【図３】本発明の他の一実施形態に係る発電システムを説明するための説明図であって、熱分解ガス供給ラインを備える場合を示す図である。
【図４】本発明の他の一実施形態に係る発電システムを説明するための説明図であって、熱分解ガス供給ライン、高温排ガス導入ライン及び低温排ガス導入ラインを備える場合を示す図である。
【図５】図１〜４に示す発電システムにおける制御装置を説明するための説明図である。
【図６】図２に示す発電システムにおける、ボイラの出力状況に応じた制御装置による制御の一例を示すフローチャートである。
【図７】図３に示す発電システムにおける、熱分解ガスのガス温度の検出結果に応じた制御装置による制御の一例を示すフローチャートである。
【図８】制御装置による第１制御マップに則る制御を説明するためのフローチャートである。
【図９】制御装置による第２制御マップに則る制御を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００３１】
まず、幾つかの実施形態に係る発電システムの全体構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る発電システムを説明するための説明図である。図２は、本発明の他の一実施形態に係る発電システムを説明するための説明図であって、高温排ガス導入ラインと低温排ガス導入ラインを備える場合を示す図である。図３は、本発明の他の一実施形態に係る発電システムを説明するための説明図であって、熱分解ガス供給ラインを備える場合を示す図である。図４は、本発明の他の一実施形態に係る発電システムを説明するための説明図であって、熱分解ガス供給ライン、高温排ガス導入ライン及び低温排ガス導入ラインを備える場合を示す図である。ここで、図１〜４においては、バイオマスＢや半炭化燃料Ｆｓｃなどの固体が通るラインを一点鎖線で示し、排ガスＥＧなどの気体が通るラインを実線で示している。
【００３２】
図１〜４に示される実施形態では、発電システム１は、バイオマスＢから半炭化燃料Ｆｓｃを生成して、半炭化燃料Ｆｓｃを含むボイラ燃料Ｆｂを燃焼させて蒸気Ｓを発生させるボイラシステム２と、ボイラシステム２のボイラ３から排出される蒸気Ｓが導入される蒸気タービン３０と、蒸気タービン３０により駆動される発電装置３１と、を備えている。
【００３３】
図１〜４に示される実施形態では、ボイラシステム２は、バイオマスＢを熱分解して半炭化燃料Ｆｓｃを生成する熱分解装置４と、バイオマスＢを貯蔵するバイオマス貯蔵装置１０と、バイオマスＢをバイオマス貯蔵装置１０から熱分解装置４に供給するためのバイオマス供給ライン９と、を備えている。バイオマス貯蔵装置１０は、バイオマスバンカを含んでおり、バイオマスＢが貯蔵されるとともに、バイオマスＢを排出する排出口を有している。バイオマス供給ライン９は、ベルトコンベヤなどの搬送装置を含んでおり、バイオマスＢを搬送可能であるとともに、バイオマスＢを熱分解装置４に供給可能に構成されている。ここで、バイオマスＢは、わら、もみがら、間伐材、建築発生木材及び廃木材などの植物系バイオマス（木質バイオマス）を含んでいる。
【００３４】
熱分解装置４は、図１〜４に示されるように、バイオマス供給ライン９を介してバイオマス貯蔵装置１０から供給されたバイオマスＢを、例えば、温度が２５０℃以上３５０℃以下、且つ、酸素濃度が１０％以下の条件下で加熱することにより、バイオマスＢを熱分解させて半炭化燃料Ｆｓｃと熱分解ガスＰＧとを生成するようになっている。
【００３５】
半炭化燃料Ｆｓｃは、熱分解装置４における熱分解によりバイオマスＢから水分が除去され、且つ、バイオマスＢ中に含まれるリグニンやセルロースなどの繊維分が熱的に分解されているので、成分中に占める炭素の割合が高くなり、熱分解前のバイオマスＢに比べて重量当たりのエネルギー密度が高くなっている。より詳細には、半炭化燃料Ｆｓｃは、例えば、水分が５％以下であり石炭Ｃと同等の発熱量を有している。また、半炭化燃料Ｆｓｃは、バイオマスＢ中に含まれるリグニンやセルロースなどの繊維分が熱的に分解されているので、石炭Ｃと同様に後述する粉砕装置１５による粉砕が容易になっている。また、半炭化燃料Ｆｓｃは、上述した２５０℃以上３５０℃以下の条件下での熱分解により生成されているので、揮発成分の一部が残留し、石炭Ｃと同等の着火性を有している。このため、半炭化燃料Ｆｓｃは、石炭Ｃと同様にボイラ３の熱源として利用することができる。
【００３６】
図１〜４に示される実施形態では、ボイラシステム２は、半炭化燃料Ｆｓｃを含むボイラ燃料Ｆｂを燃焼させて蒸気Ｓを発生させるボイラ３と、熱分解装置４にて生成された半炭化燃料Ｆｓｃをボイラ３に供給するための半炭化物供給ライン１１と、を備えている。半炭化物供給ライン１１は、コンベヤなどの搬送装置やフィーダーなどの供給装置を含んでおり、半炭化燃料Ｆｓｃを搬送可能であるとともに、半炭化燃料Ｆｓｃをボイラ３に供給可能に構成されている。
【００３７】
図１〜４に示される実施形態では、ボイラシステム２は、半炭化物供給ライン１１の途中に設けられて、半炭化燃料Ｆｓｃを貯蔵する半炭化物貯蔵装置１２と、半炭化物供給ライン１１の途中、且つ、半炭化物貯蔵装置１２の下流側に設けられて、半炭化物貯蔵装置１２から供給される半炭化燃料Ｆｓｃを破砕して小さくする粉砕装置１５Ａと、を備えている。半炭化物貯蔵装置１２は、半炭化燃料用のバンカを含んでおり、半炭化燃料Ｆｓｃが貯蔵されるとともに、半炭化燃料Ｆｓｃを排出する排出口を有している。半炭化物供給ライン１１は、コンベヤなどの搬送装置やフィーダーなどの供給装置を含んでおり、半炭化燃料Ｆｓｃを搬送可能であるとともに、半炭化燃料Ｆｓｃを熱分解装置４に供給可能に構成されている。粉砕装置１５Ａは、ローラミルを含んでおり、摩砕作用により半炭化燃料Ｆｓｃを微粉砕することができる。このため、半炭化燃料Ｆｓｃは、粉砕装置１５Ａにより微粉状にされたものがボイラ３に供給されている。
【００３８】
図１〜４に示される実施形態では、ボイラシステム２は、石炭Ｃを貯蔵する石炭貯蔵装置１４と、石炭Ｃを石炭貯蔵装置１４からボイラ３に供給するための石炭供給ライン１３と、石炭供給ライン１３の途中に設けられて、石炭貯蔵装置１４から供給される石炭Ｃを破砕して小さくする粉砕装置１５Ｂと、を備えている。石炭貯蔵装置１４は、石炭バンカを含んでおり、石炭Ｃが貯蔵されるとともに、石炭Ｃを排出する排出口を有している。石炭供給ライン１３は、コンベヤなどの搬送装置やフィーダーなどの供給装置を含んでおり、石炭Ｃを搬送可能であるとともに、石炭Ｃを熱分解装置４に供給可能に構成されている。粉砕装置１５Ｂは、ローラミルを含んでおり、摩砕作用により石炭Ｃを微粉砕することができる。このため、石炭Ｃは、粉砕装置１５Ｂにより微粉状にされたものがボイラ３に供給されている。この場合には、性状が安定しないバイオマスＢから生成される半炭化燃料Ｆｓｃだけでなく、石炭Ｃを含んだボイラ燃料Ｆｂをボイラ３に供給することができるので、ボイラ３の出力を安定させることができる。また、半炭化燃料Ｆｓｃの量や熱量が不足する場合には、石炭Ｃにより不足分を補うことができる。
【００３９】
なお、図１〜４に示される実施形態では、半炭化物供給ライン１１と石炭供給ライン１３は、各々独立したものであるが、半炭化物供給ライン１１と石炭供給ライン１３は、一部を共有していてもよい。例えば、半炭化物供給ライン１１における半炭化物貯蔵装置１２の下流側と、石炭供給ライン１３における石炭貯蔵装置１４の下流側とが一つの供給ラインを共有しており、半炭化燃料Ｆｓｃや石炭Ｃが共通の一台の粉砕装置１５により粉砕されるようにしてもよい。ここで、粉砕装置１５は、粉砕装置１５Ａと、粉砕装置１５Ｂと、を含んでいる。
【００４０】
ボイラ３は、不図示のバーナーにより微粉状の半炭化燃料Ｆｓｃや石炭Ｃを空気とともに噴出させて燃焼させて、燃焼熱により蒸気Ｓを発生させるものであり、蒸気Ｓと排ガスＥＧとを排出するようになっている。ボイラ３から排出される蒸気Ｓは、上述したように、蒸気タービン３０に導入される。ボイラ３から排出された直後の排ガスＥＧは、例えば、ガス温度が約３００℃〜３５０℃であり、且つ、排ガス中に含まれる酸素濃度が約６％以下であるので、熱分解装置４における熱分解に用いるのに好適である。
【００４１】
図１〜４に示される実施形態では、ボイラシステム２は、ボイラ３に接続されてボイラ３から排ガスＥＧを排出するための排ガス排出ライン５と、ボイラ３から排出される排ガスＥＧを熱分解装置４に導入するための排ガス導入ライン６と、を備えている。排ガス排出ライン５は、ダクトを含んでおり、ボイラ３に接続されてボイラ３から排出された排ガスＥＧを下流側に送通可能に構成されている。また、排ガス導入ライン６は、ダクトを含んでおり、熱分解装置４及び排ガス排出ライン５の途中に接続されるとともに、排ガス排出ライン５を通る排ガスＥＧを熱分解装置４に送通可能に構成されている。
【００４２】
排ガスＥＧは、少なくとも一部が排ガス排出ライン５及び排ガス導入ライン６を通り、熱分解装置４内に導入されて、熱分解装置４におけるバイオマスＢの熱分解に用いられるようになっている。すなわち、熱分解装置４は、排ガスＥＧによって熱分解装置４内のバイオマスＢを加熱して熱分解させることにより、半炭化燃料Ｆｓｃを生成するようになっている。ここで、排ガス排出ライン５の、排ガス導入ライン６の接続部より下流側に流れる排ガスＥＧの量が必要量に満たない場合には、排ガスＥＧからの熱回収効率の低下を招く虞がある。
【００４３】
幾つかの実施形態では、熱分解装置４は、熱分解装置４の内部でバイオマスＢと排ガスＥＧを直接混合させてバイオマスＢを加熱する直接加熱方式を用いるものである。直接加熱方式は、他の伝熱媒体を介さないので間接加熱方式に比べて伝熱効率が高く、熱が他の媒体に逃げにくいので熱効率が高い。
【００４４】
他の幾つかの実施形態では、熱分解装置４は、排ガスＥＧがバイオマスＢを間接的に加熱する間接加熱方式を用いるものである。より詳細には、熱分解装置４は、排ガスＥＧとバイオマスＢとの間に他の伝熱媒体が配置されて、排ガスＥＧとバイオマスＢとが直接接触しないように構成されている。そして、熱分解装置４は、排ガスＥＧが有する熱が他の伝熱媒体を介してバイオマスＢに加えられることにより、バイオマスＢを加熱するようになっている。熱分解装置４は、間接加熱式スクリューコンベヤや、加熱ガスである排ガスＥＧの導入量を調整可能な間接加熱式ロータリーキルン型などを含んでいる。間接加熱方式は、熱分解ガスＰＧが排ガスＥＧにより希釈されないので、熱分解ガスＰＧが高い発熱量を有するようになっている。
【００４５】
図１〜４に示される実施形態では、ボイラシステム２は、排ガスＥＧ中に含まれるダスト（煤塵、粉じん）を旋回気流で分離可能なサイクロン１６と、排ガスＥＧの少なくとも一部をボイラ３に導入するための排ガス再循環ライン１８と、風力を発生させて排ガスＥＧの少なくとも一部をボイラ３内に送り込むように構成されている排ガス再循環ファン１７と、を備えている。図１〜４に示されるように、サイクロン１６及び排ガス再循環ファン１７は、排ガス導入ライン６の途中に設けられている。そして、排ガス再循環ファン１７は、サイクロン１６の下流側に設けられている。排ガス再循環ライン１８は、ダクトを含んでおり、ボイラ３及び排ガス再循環ファン１７に接続されるとともに、排ガス導入ライン６を通る排ガスＥＧの少なくとも一部をボイラ３に送通可能に構成されている。排ガス再循環ライン１８を通りボイラ３に導入された排ガスＥＧは、ボイラ３における燃焼が行われる燃焼範囲内であり、且つ、不図示のバーナーの近傍に供給されて、燃焼用空気としてボイラ３の燃焼に用いられる。
【００４６】
なお、図１〜４に示される実施形態では、排ガス再循環ライン１８は、排ガス導入ライン６と一部を共有し、ボイラ３及び排ガス再循環ファン１７に接続されているが、排ガス導入ライン６から独立したものであってもよい。すなわち、排ガス再循環ライン１８は、ボイラ３及び排ガス排出ライン５に接続されており、途中にサイクロン１６及び排ガス再循環ファン１７が設けられていてもよい。
【００４７】
図１〜４に示される実施形態では、ボイラシステム２は、排ガス導入ライン６の途中に設けられて、排ガス導入ライン６を通り熱分解装置４に導入される排ガスＥＧの量を調整可能な排ガス導入量調整装置７と、排ガス導入量調整装置７に対して排ガスＥＧの導入量の制御を行う制御装置８と、を備えている。排ガス導入量調整装置７は、排ガス導入ライン６を開閉する開閉器や、開度により熱分解装置４に導入される排ガスＥＧの導入量を調整可能なダンパを含んでいる。ボイラシステム２は、排ガス導入量調整装置７や制御装置８を備えることにより、熱分解装置４に導入される排ガスＥＧの量を適当な量に調整することができる。また、ボイラシステム２は、熱分解装置４に導入される排ガスＥＧの量を調整することにより、排ガス排出ライン５の、排ガス導入ライン６の接続部より下流側に流れる排ガスＥＧの量を調整できるので、排ガスＥＧからの熱回収効率の低下を抑制することができる。
【００４８】
ここで、熱分解装置４に導入される排ガスＥＧの量が多すぎると、排ガスＥＧに含まれる熱量も多くなるので、熱分解によるバイオマスＢの炭化が進みすぎて、生成される半炭化燃料Ｆｓｃに残留する熱量が少なくなる。逆に、熱分解装置４に導入される排ガスＥＧの量が少なすぎると、排ガスＥＧに含まれる熱量も少なくなるので、熱分解によるバイオマスＢの炭化が進まないので、生成される半炭化燃料Ｆｓｃは重量当たりのエネルギー密度が低くなる。
【００４９】
図５は、図１〜４に示す発電システムにおける制御装置を説明するための説明図である。図５に示されるように、制御装置８は、ボイラシステム２が備える各構成要素からの各種情報が入力され、且つ、演算結果等に基づく各種情報をボイラシステム２が備える各構成要素に出力する入出力装置８１（入出力インタフェース）と、入力された各種情報や制御実施のために必要な各種プログラムや演算結果等を記憶可能な記憶装置８３（ＲＯＭ、ＲＡＭ）と、これらの各種情報に基づいて演算処理を行う演算装置８２（ＣＰＵ）と、を含むマイクロコンピュータから構成されているが、一般的な構成及び制御については適宜割愛することとする。
【００５０】
図２、４に示される実施形態では、ボイラシステム２は、ボイラ３の下流側に位置し排ガスＥＧが導入される予熱器２０であって、排ガスＥＧによりボイラ３の燃焼に用いられる燃焼用空気及びボイラ給水の少なくともいずれか一方を予熱する予熱器２０を備えている。予熱器２０は、燃焼用空気を予熱可能な空気予熱器や、ボイラ給水を予熱可能なエコノマイザを含んでいる。予熱器２０は、図２、４に示されるように、排ガス排出ライン５の途中に設けられ、排ガス排出ライン５を高温排ガス排出ライン５１と低温排ガス排出ライン５２とに区分している。
【００５１】
高温排ガス排出ライン５１は、図２、４に示されるように、ダクトを含んでおり、ボイラ３及び予熱器２０に接続されて、ボイラ３から排出された排ガスＥＧを予熱器２０に送通可能に構成されている。低温排ガス排出ライン５２は、図２、４に示されるように、ダクトを含んでおり、予熱器２０に接続されて予熱器２０による熱交換がされた排ガスＥＧを予熱器２０の下流側に送通可能に構成されている。排ガス排出ライン５は、高温排ガス排出ライン５１と低温排ガス排出ライン５２とを含んでいる。
【００５２】
図２、４に示される実施形態では、排ガス導入ライン６は、高温排ガス導入ライン６１と低温排ガス導入ライン６２とを含んでいる。高温排ガス導入ライン６１は、ダクトを含んでおり、高温排ガス排出ライン５１に接続されるとともに、高温排ガス排出ライン５１を通る排ガスＥＧを下流側に送通可能に構成されている。低温排ガス導入ライン６２は、ダクトを含んでおり、低温排ガス排出ライン５２に接続されるとともに、低温排ガス排出ライン５２を通る排ガスＥＧを下流側に送通可能に構成されている。ここで、高温排ガス排出ライン５１及び高温排ガス導入ライン６１を通る排ガスＥＧは、ボイラ３から排出された直後であるので、例えば、ガス温度が約３００℃〜３５０℃であり、且つ、排ガスＥＧ中に含まれる酸素濃度が約６％以下である。これに対して、低温排ガス排出ライン５２及び低温排ガス導入ライン６２を通る排ガスＥＧは、予熱器により熱交換されているので、高温排ガス排出ライン５１及び高温排ガス導入ライン６１を通る排ガスＥＧよりも低温になっている。
【００５３】
図２、４に示される実施形態では、排ガス導入ライン６は、下流側の端部が熱分解装置４に接続される共有排ガス導入ライン６３をさらに含んでいる。排ガス導入ライン６は、ダクトを含んでおり、排ガスＥＧを熱分解装置４に送通可能に構成されている。高温排ガス導入ライン６１及び低温排ガス導入ライン６２は、各々の下流側の端部が互いに接続されるとともに、共有排ガス導入ライン６３の上流側の端部に接続されている。共有排ガス導入ライン６３は、ダクトを含んでおり、高温排ガス導入ライン６１及び低温排ガス導入ライン６２を通る排ガスＥＧを熱分解装置４に送通可能に構成されている。換言すると、高温排ガス導入ライン６１及び低温排ガス導入ライン６２は、途中で合流して一本の共有排ガス導入ライン６３になり、排ガスＥＧを熱分解装置４に導入させるようになっている。図２、４に示されるように、共有排ガス導入ライン６３は、途中にサイクロン１６及び排ガス再循環ファン１７が設けられている。
【００５４】
図２、４に示される実施形態では、高温排ガス導入ライン６１及び低温排ガス導入ライン６２は、途中で合流して一本の共有排ガス導入ライン６３になっていたが、途中で合流せずに各々が独立して熱分解装置４に接続されていてもよい。この場合には、高温排ガス導入ライン６１及び低温排ガス導入ライン６２のそれぞれは、途中にサイクロン１６や排ガス再循環ファン１７が設けられていてもよい。また、図２、４に示される実施形態では、高温排ガス導入ライン６１及び低温排ガス導入ライン６２は、サイクロン１６の上流側で合流していたが、サイクロン１６の下流側且つ排ガス再循環ファン１７の上流側や、排ガス再循環ファン１７の下流側で合流するようになっていてもよい。
【００５５】
図２、４に示される実施形態では、排ガス導入量調整装置７は、高温排ガス導入量調整装置７１と低温排ガス導入量調整装置７２とを含んでいる。高温排ガス導入量調整装置７１は、高温排ガス導入ライン６１の途中に設けられて、高温排ガス導入ライン６１を通り熱分解装置４に導入される排ガスＥＧの導入量を調整可能に構成されており、低温排ガス導入量調整装置７２は、低温排ガス導入ライン６２の途中に設けられて、低温排ガス導入ライン６２を通り熱分解装置４に導入される排ガスＥＧの導入量を調整可能に構成されている。
【００５６】
図６は、図２に示す発電システムにおける、ボイラの出力状況に応じた制御装置による制御の一例を示すフローチャートである。図６に基づいて、ボイラ３の出力状況に応じた制御装置８による制御について説明する。ここで、Ｗはボイラ３が検出したボイラ３の出力値であり、Ｗ１はボイラ３の出力状況を判断するためのボイラ３の出力の基準値である。
【００５７】
制御装置８は、ボイラ３からボイラ３の出力値Ｗが送られる（ステップＳ１０１）。制御装置８は、出力値Ｗと基準出力値Ｗ１との比較を行い（ステップＳ１０２）、例えばボイラ３が運転開始時などであり出力値Ｗが基準出力値Ｗ１に満たない場合には（ステップＳ１０２にて「Ｎｏ」の場合）、高温排ガス導入量調整装置７１を閉じて低温排ガス導入量調整装置７２を開く（ステップＳ１０３）。この場合には、ボイラ３の効率を重視し、予熱器２０に排ガスＥＧが流れるようになっている。制御装置８は、出力値Ｗが基準出力値Ｗ１以上の場合には（ステップＳ１０２にて「ＹＥＳ」の場合）、高温排ガス導入量調整装置７１を開いて低温排ガス導入量調整装置７２を閉じる（ステップＳ１０４）。制御装置８は、ボイラ３が運転中は上述した制御を繰返す（ステップＳ１０５）。
【００５８】
上述したボイラ３の出力状況に応じた制御装置８による制御は一例であり、制御装置８による制御は上述した内容に限定されるわけではない。制御装置８は、例えば、ボイラ３の出力状況に応じて、高温排ガス導入量調整装置７１及び低温排ガス導入量調整装置７２の両方を開閉する制御を行うようになっていてもよいし、ボイラ３の出力値Ｗに応じて、高温排ガス導入量調整装置７１や低温排ガス導入量調整装置７２の開度を調整するようになっていてもよい。また、ボイラシステム２が、後述する熱分解ガス供給ライン２１と熱分解ガス温度検出装置２２とを備えるような場合には、制御装置８は、熱分解装置４の出口における熱分解ガスＰＧの温度を監視し、該温度に応じて高温排ガス導入量調整装置７１や低温排ガス導入量調整装置７２の開度を調整するようになっていてもよい。
【００５９】
図３、４に示される実施形態では、ボイラシステム２は、バイオマスＢの熱分解の際に発生する熱分解ガスＰＧをボイラ３に導入するための熱分解ガス供給ライン２１を備えている。熱分解ガス供給ライン２１は、ダクトを含んでおり、熱分解装置４とボイラ３に接続され、熱分解装置４から排出された熱分解ガスＰＧをボイラ３に送通可能に構成されている。熱分解ガス供給ライン２１を通りボイラ３に導入された熱分解ガスＰＧは、ボイラ３における燃焼が行われる燃焼範囲内であり、且つ、不図示のバーナーの近傍に供給されて、燃焼用空気としてボイラ３の燃焼に用いられる。なお、熱分解ガス供給ライン２１は、途中にサイクロン１６が設けられていてもよい。
【００６０】
図３、４に示される幾つかの実施形態では、ボイラシステム２は、熱分解ガスＰＧのガス温度を検出する熱分解ガス温度検出装置２２と、熱分解装置４から熱分解ガス供給ライン２１に排出される熱分解ガスＰＧの排出量を検出する熱分解ガス排出量検出装置２３と、を備えている。熱分解ガス温度検出装置２２は、温度計や温度センサを含んでおり、熱分解装置４の熱分解ガスＰＧの排出口又は熱分解ガス供給ライン２１に設けられている。熱分解ガス排出量検出装置２３は、流速計、流速センサ、流速計及び流量計を含んでおり、熱分解装置４の熱分解ガスＰＧの排出口又は熱分解ガス供給ライン２１に設けられている。
【００６１】
図７は、図３に示す発電システムにおける、熱分解ガスのガス温度の検出結果に応じた制御装置による制御の一例を示すフローチャートである。図７に基づいて、熱分解ガスＰＧのガス温度を所定範囲内に収めるような、制御装置８による制御について説明する。ここで、Ｔｐは熱分解ガス温度検出装置２２が検出した熱分解ガスＰＧのガス温度の検出値であり、Ｔｐ１及びＴｐ２は熱分解装置４における熱分解の状況を判断するためのガス温度の基準値である。Ｔｐ２はＴｐ１より高い値である。
【００６２】
制御装置８は、熱分解ガス温度検出装置２２から熱分解ガスＰＧのガス温度の検出値Ｔｐが送られる（ステップＳ２０１）。制御装置８は、検出値Ｔｐと基準値Ｔｐ１との比較を行い（ステップＳ２０２）、検出値Ｔｐが基準値Ｔｐ１に満たない場合には（ステップＳ２０２にて「Ｎｏ」の場合）、熱量が不足し、熱分解装置４におけるバイオマスＢの半炭化が不十分となるので、検出値Ｔｐが基準値Ｔｐ１以上になるように、排ガス導入量調整装置７を開いて（開度を大きくして）熱分解装置４への排ガスＥＧの導入量を増やす（ステップＳ２０３）。制御装置８は、検出値Ｔｐが基準値Ｔｐ１以上の場合には（ステップＳ２０２にて「ＹＥＳ」の場合）、検出値Ｔｐと基準値Ｔｐ２との比較を行う（ステップＳ２０４）。
【００６３】
制御装置８は、検出値Ｔｐが基準値Ｔｐ２以上の場合には（ステップＳ２０４にて「Ｎｏ」の場合）、熱量が多いため熱分解装置４におけるバイオマスＢの炭化が進行しすぎるので、検出値Ｔｐが基準値Ｔｐ２未満になるように、排ガス導入量調整装置７を閉じて（開度を小さくして）熱分解装置４への排ガスＥＧの導入量を減らす（ステップＳ２０５）。制御装置８は、検出値Ｔｐが基準値Ｔｐ２に満たない場合には（ステップＳ２０４にて「ＹＥＳ」の場合）、熱分解装置４への排ガスＥＧの導入量が適量であるので、排ガス導入量調整装置７の開閉量を変更しない。制御装置８は、熱分解装置４が運転中は上述した制御を繰返す（ステップＳ２０６）。
【００６４】
上述した幾つかの実施形態では、制御装置８は、熱分解ガスＰＧのガス温度を所定範囲内（基準値Ｔｐ１以上基準値Ｔｐ２未満）に収めるような制御を行っていたが、該所定範囲を画する基準値Ｔｐ１と基準値Ｔｐ２とを同値にして、熱分解ガスＰＧのガス温度を一定にするような制御を行ってもよい。また、制御装置８は、熱分解ガスＰＧの排出量を一定にする制御や、熱分解ガスＰＧのガス温度及び排出量を所定範囲内に収めるような制御を行ってもよく、熱分解ガスＰＧの、ガス温度と排出量との積で表わされる、熱量を一定にする制御を行ってもよい。また、制御装置８は、上述した幾つかの制御（例えば図７のステップＳ２０３やＳ２０５）において、後述する第１制御マップ８４や第２制御マップ８５に則る制御を行ってもよい。
【００６５】
幾つかの実施形態では、上述した制御装置８の記憶装置８３は、図５に示されるような、第１制御マップ８４を有している。第１制御マップ８４は、熱分解ガスＰＧのガス温度及び排出量の検出結果に対応するものであり、熱分解ガスＰＧのガス温度及び排出量の検出値に対応する、熱分解装置４への排ガスＥＧの導入量が設定されている。制御装置８は、図８に示されるような、熱分解ガスＰＧのガス温度及び排出量の検出結果に応じて第１制御マップ８４に則る制御を行うようになっている。
【００６６】
図８は、制御装置による第１制御マップに則る制御を説明するためのフローチャートである。ここで、Ｖｐは熱分解ガス排出量検出装置２３が検出した熱分解ガスＰＧの排出量の検出値である。
【００６７】
制御装置８は、熱分解ガス温度検出装置２２から熱分解ガスＰＧのガス温度の検出値Ｔｐが送られ（ステップＳ３０１）、熱分解ガス排出量検出装置２３から熱分解ガスＰＧの排出量の検出値Ｖｐが送られる（ステップＳ３０１）。制御装置８は、上述した検出値Ｔｐ、Ｖｐを第１制御マップ８４に挿入することで（ステップＳ３０２）、第１制御マップ８４から、検出値Ｔｐ、Ｖｐに対応する制御指示値Ｉｖが抽出される（ステップＳ３０３）。ここで、第１制御マップ８４から抽出される制御指示値Ｉｖは、例えば熱分解ガスＰＧのガス温度を一定にする等の、上述した制御に対応するような値であってもよい。制御装置８は、制御指示値Ｉｖに基づく制御（開閉制御、開度調整制御）を、排ガス導入量調整装置７に対して行う（ステップＳ３０４）。このため、制御装置８は、熱分解装置４における熱分解により生じた熱分解ガスＰＧのガス温度及び排出量に応じて、排ガス導入量調整装置７の開閉を制御して、熱分解装置４に導入される排ガスＥＧの量を即座に調整できるようになっている。
【００６８】
図３、４に示される実施形態では、ボイラシステム２は、排ガス導入ライン６を通り熱分解装置４に導入される排ガスＥＧのガス温度を検出する排ガス温度検出装置２４と、排ガス導入ライン６を通り熱分解装置４に導入される排ガスＥＧの導入量を検出する排ガス導入量検出装置２５と、を備えている。排ガス温度検出装置２４は、温度計や温度センサを含んでおり、熱分解装置４の排ガスＥＧの導入口又は排ガス導入ライン６に設けられている。排ガス導入量検出装置２５は、流速計、流速センサ、流速計及び流量計を含んでおり、熱分解装置４の排ガスＥＧの導入口又は排ガス導入ライン６に設けられている。
【００６９】
幾つかの実施形態では、上述した制御装置８の記憶装置８３は、図５に示されるような、第２制御マップ８５を有している。第２制御マップ８５は、熱分解ガスＰＧのガス温度及び排出量、並びに、排ガスＥＧのガス温度及び導入量の検出結果に対応するものであり、熱分解ガスＰＧのガス温度及び排出量、並びに、排ガスＥＧのガス温度及び導入量に対応する、熱分解装置４への排ガスＥＧの導入量が設定されている。制御装置８は、熱分解ガスＰＧのガス温度及び排出量、並びに、排ガスＥＧのガス温度及び導入量の検出結果に応じて第２制御マップ８５に則る制御を行うようになっている。
【００７０】
図９は、制御装置による第２制御マップに則る制御を説明するためのフローチャートである。ここで、Ｔｅは排ガス温度検出装置２４が検出した排ガスＥＧのガス温度検出値であり、Ｖｅは排ガス導入量検出装置２５が検出した排ガスＥＧの熱分解装置４への導入量の検出値である。
【００７１】
制御装置８は、熱分解ガス温度検出装置２２から検出値Ｔｐが送られ（ステップＳ４０１）、熱分解ガス排出量検出装置２３から検出値Ｖｐが送られる（ステップＳ４０１）。また、制御装置８は、排ガス温度検出装置２４から排ガスＥＧのガス温度の検出値Ｔｅが送られ（ステップＳ４０２）、排ガス導入量検出装置２５から排ガスＥＧの導入量の検出値Ｖｅが送られる（ステップＳ４０２）。制御装置８は、上述した検出値Ｔｐ、Ｖｐ、Ｔｅ、Ｖｅを第２制御マップ８５に挿入することで（ステップＳ４０３）、第２制御マップ８５から、検出値Ｔｐ、Ｖｐ、Ｔｅ、Ｖｅに対応する制御指示値Ｉｖが抽出される（ステップＳ４０４）。ここで、第２制御マップ８５から抽出される制御指示値Ｉｖは、例えば熱分解ガスＰＧのガス温度を一定にする等の、上述した制御に対応するような値であってもよい。制御装置８は、制御指示値Ｉｖに基づく制御（開閉制御、開度調整制御）を、排ガス導入量調整装置７に対して行う（ステップＳ４０５）。このため、制御装置８は、熱分解装置４における熱分解により生じた熱分解ガスＰＧのガス温度及び排出量、並びに熱分解装置４における熱分解に用いられる排ガスＥＧのガス温度及び導入量に応じて、排ガス導入量調整装置７の開閉を制御して、熱分解装置４に導入される排ガスＥＧの量を即座に調整できるようになっている。
【００７２】
また、第２制御マップ８５に則る制御は、熱分解装置４から排出される熱分解ガスＰＧのガス温度及び排出量だけでなく、熱分解装置４に導入される排ガスＥＧのガス温度及び導入量を組入れた制御指示値Ｉｖに基づく制御であるので、第１制御マップ８４に則る制御に比べて、熱分解装置４に導入される排ガスＥＧの量をより適当な量に調整することができる。
【００７３】
幾つかの実施形態では、上述した制御装置８の記憶装置８３は、第１制御マップや第２制御マップを複数有しており、制御装置８は、バイオマスＢの種類や採取された場所などの情報に応じて第１制御マップや第２制御マップを択一的に選択可能に構成されている。
【００７４】
以下、上述した幾つかの構成、上述した幾つかの制御、及び、上述した幾つかの構成と上述した幾つかの制御との組合せから奏される作用効果について説明する。
【００７５】
（１）幾つかの実施形態では、ボイラシステム２は、図１〜４に示されるような、上述したボイラ３と、上述した熱分解装置４と、上述した排ガス導入ライン６と、を備えている。
【００７６】
上記（１）の構成によれば、ボイラシステム２は、バイオマスＢを熱分解して半炭化燃料Ｆｓｃを生成する熱分解装置４と、半炭化燃料Ｆｓｃを含むボイラ燃料Ｆｂを燃焼させて蒸気Ｓを発生させるボイラ３と、ボイラ３から排出される排ガスＥＧを熱分解装置４に導入するための排ガス導入ライン６と、を備えている。そして、ボイラシステム２は、排ガス導入ライン６によって熱分解装置４に導入された排ガスＥＧがバイオマスＢの熱分解に用いられる。このため、ボイラシステム２は、ボイラ３の排ガスＥＧによって、熱分解装置４内のバイオマスＢを加熱して熱分解させることにより、半炭化燃料Ｆｓｃを生成することができるので、バイオマスＢから半炭化燃料Ｆｓｃを生成する際に、熱分解に必要な熱量を発生させるための燃焼装置、燃焼装置に付随する制御装置、及び、燃焼装置と他の機器とを接続する配管や配線などを設ける必要がない。したがって、上記の構成によれば、ボイラシステム２の大型化や複雑化を防止することができる。
【００７７】
また、上記（１）の構成によれば、ボイラシステム２は、ボイラシステム２の大型化や複雑化を防止することができるので、設備スペースの増大化、装置の高価格化及びメンテナンス費用の高額化を防止することができる。
【００７８】
また、上記（１）の構成によれば、ボイラシステム２は、既存の石炭Ｃをボイラ燃料Ｆｂに用いる火力発電用のボイラ３などに、熱分解装置４や排ガス導入ライン６を増設することで、半炭化燃料Ｆｓｃを含むボイラ燃料Ｆｂを用いるバイオマス発電用のボイラ３にすることができる。このため、ボイラシステム２は、火力発電用の設備をバイオマス発電用の設備に改良することを容易に行うことができる。
【００７９】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、ボイラシステム２は、図１〜４に示されるような、上述した排ガス排出ライン５と、上述した排ガス導入量調整装置７と、上述した制御装置８と、をさらに備えている。
【００８０】
上記（２）の構成によれば、制御装置８が、排ガス導入量調整装置７に対して排ガスＥＧの導入量の制御を行うことにより、熱分解装置４に対して熱分解に必要な量の排ガスＥＧを供給することができる。
【００８１】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、ボイラシステム２は、図１〜４に示されるような、上述した排ガス排出ライン５と、上述した予熱器２０と、をさらに備えている。排ガス排出ライン５は、図２、４に示されるような、上述した高温排ガス排出ライン５１と、上述した低温排ガス排出ライン５２と、を含んでいる。排ガス導入ライン６は、図２、４に示されるような、上述した高温排ガス導入ライン６１と、上述した低温排ガス導入ライン６２と、の少なくともいずれか一方を含んでいる。
【００８２】
上記（３）の構成によれば、ボイラシステム２は、高温排ガス導入ライン６１を通る予熱器２０により熱交換される前の排ガスＥＧや、低温排ガス導入ライン６２を通る予熱器２０により熱交換された後の排ガスＥＧを熱分解装置４に導入できるので、排ガスＥＧの熱回収効率を向上させることができる。
【００８３】
（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、ボイラシステム２は、図１〜４に示されるような、上述した排ガス導入量調整装置７と、上述した制御装置８と、をさらに備えている。排ガス導入ライン６は、図２、４に示されるような、上述した高温排ガス導入ライン６１と、上述した低温排ガス導入ライン６２と、を含んでいる。排ガス導入量調整装置７は、上述した高温排ガス導入量調整装置７１と、上述した低温排ガス導入量調整装置７２と、を含んでいる。制御装置８は、図６に示されるような、ボイラ３の出力状況に応じた制御を、高温排ガス導入量調整装置７１及び低温排ガス導入量調整装置７２に対して行うように構成されている。
【００８４】
上記（４）の構成によれば、制御装置８は、ボイラ３の出力状況に応じた制御を、高温排ガス導入量調整装置７１及び低温排ガス導入量調整装置７２に対して行うことができる。ここで、高温排ガス導入量調整装置７１は、高温排ガス導入ライン６１を通り熱分解装置４に導入される排ガスＥＧの導入量を調整可能であり、低温排ガス導入量調整装置７２は、低温排ガス導入ライン６２を通り熱分解装置４に導入される排ガスＥＧの導入量を調整可能である。そして、高温排ガス導入ライン６１を通る排ガスＥＧは、低温排ガス導入ライン６２を通る排ガスＥＧより高温である。このため、制御装置８は、半炭化燃料Ｆｓｃを含むボイラ燃料Ｆｂを燃焼させるボイラ３の出力状況に応じて、２つの温度の異なる排ガスＥＧを各々の導入量を調整して熱分解装置４に導入させることができるので、含有水分量などの性状が安定しないバイオマスＢから、ボイラ３の出力状況に対応させた半炭化燃料Ｆｓｃを生成することができ、且つ、排ガスＥＧからの熱回収効率の低下を抑制することができる。
【００８５】
また、上記（４）の構成によれば、例えば、ボイラ３が運転開始時でありボイラ３の出力が基準値以下の場合には、排ガス導入量調整装置７により排ガス導入ライン６を排ガスＥＧが通らないようにしたり、排ガス導入ライン６を通る排ガスＥＧの量を少なくしたりして、排ガス排出ライン５の、排ガス導入ライン６の接続部より下流側に多くの排ガスＥＧが流れるようにすることができる。また、ボイラ３が定常運転してボイラ３の出力が基準値以上の場合には、排ガス導入量調整装置７により排ガス導入ライン６を通る排ガスＥＧの量を多くすることができる。このようなボイラシステム２は、排ガスＥＧからの熱回収効率の低下を抑制することができる。
【００８６】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（３）の構成において、ボイラシステム２は、図３、４に示されるような、上述した熱分解ガス供給ライン２１をさらに備えている。
【００８７】
上記（５）の構成によれば、ボイラシステム２は、バイオマスＢの熱分解の際に発生する熱分解ガスＰＧをボイラ３に導入することができるので、熱分解装置４に導入されるバイオマスＢが保有する熱量を効率的に活用することができる。
【００８８】
また、上記（５）の構成に加えて、熱分解装置４は間接加熱方式を用いるものである。この場合には、排ガスＥＧにより希釈されない高い発熱量を有する熱分解ガスＰＧをボイラ３に導入することができるので、熱分解装置４に導入されるバイオマスＢが保有する熱量を効率的に活用することができる。
【００８９】
（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、ボイラシステム２は、図３、４に示されるような、上述した排ガス導入量調整装置７と、上述した制御装置８と、上述した熱分解ガス温度検出装置２２と、をさらに備えている。制御装置８は、図７に示されるような、熱分解ガス温度検出装置２２の検出結果に応じた制御を、排ガス導入量調整装置７に対して行うように構成されている。
【００９０】
上記（６）の構成によれば、制御装置８は、熱分解ガス温度検出装置２２の検出結果、すなわち、熱分解ガスＰＧのガス温度に応じて、熱分解装置４に導入される排ガスＥＧの量を即座に調整することができるので、含有水分量などの性状が安定しないバイオマスＢから、ボイラ燃料Ｆｂに好適な半炭化燃料Ｆｓｃを安定して生成することができ、且つ、排ガスＥＧからの熱回収効率の低下を抑制することができる。
【００９１】
また、上記（６）の構成によれば、制御装置８は、熱分解装置４に導入される排ガスＥＧの量を調整することにより、排ガス排出ライン５の、排ガス導入ライン６の接続部より下流側に流れる排ガスＥＧの量を調整できるので、排ガスＥＧからの熱回収効率の低下を抑制することができる。
【００９２】
（７）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、ボイラシステム２は、図３、４に示されるような、上述した排ガス導入量調整装置７と、上述した制御装置８と、上述した熱分解ガス排出量検出装置２３をさらに備えている。制御装置８は、熱分解ガス排出量検出装置２３の検出結果に応じた制御を、排ガス導入量調整装置７に対して行うように構成されている。
【００９３】
上記（７）の構成によれば、制御装置８は、熱分解ガス排出量検出装置２３の検出結果、すなわち、熱分解ガスＰＧの排出量に応じて、熱分解装置４に導入される排ガスＥＧの量を即座に調整することができるので、含有水分量などの性状が安定しないバイオマスＢから、ボイラ燃料Ｆｂに好適な半炭化燃料Ｆｓｃを安定して生成することができ、且つ、排ガスＥＧからの熱回収効率の低下を抑制することができる。
【００９４】
具体的には、上述した直接加熱方式の熱分解装置４であれば、熱分解ガス排出量検出装置２３の検出結果には、熱分解装置４において熱分解により発生した熱分解ガスＰＧと熱分解装置４に導入された排ガスＥＧが含まれるため、検出結果から排ガスＥＧの導入量を差し引くことで熱分解により発生した熱分解ガスＰＧの量を求められる。上述した間接加熱方式の熱分解装置４であれば、熱分解装置４において熱分解により発生した熱分解ガスＰＧと熱分解装置４に導入された排ガスＥＧは離隔されているため、熱分解ガス排出量検出装置２３の検出結果は、熱分解により発生した熱分解ガスＰＧの量に等しい。このようにして得られた熱分解ガスＰＧの量は、半炭化の程度を示すため、それに応じた制御を行うことで、熱分解装置４における半炭化を過不足なく行うことが可能となる。
【００９５】
（８）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、ボイラシステム２は、図３、４に示されるような、上述した熱分解ガス排出量検出装置２３をさらに備えている。制御装置８は、図５、８に示されるような、上述した第１制御マップ８４を有し、熱分解ガスＰＧのガス温度及び排出量の検出結果に応じて第１制御マップ８４に則る制御を行うように構成されている。
【００９６】
上記（８）の構成によれば、制御装置８は、排ガス導入量調整装置７に対して第１制御マップ８４から抽出された制御指示値Ｉｖに基づく制御を行う。このため、制御装置８は、熱分解装置４における熱分解により生じた熱分解ガスＰＧのガス温度及び排出量に応じて、熱分解装置４に導入される排ガスＥＧの量を調整する制御を即座に行うことができるので、含有水分量などの性状が安定しないバイオマスＢから、ボイラ燃料Ｆｂに好適な半炭化燃料Ｆｓｃを安定して生成することができ、且つ、排ガスＥＧからの熱回収効率の低下を抑制することができる。
【００９７】
（９）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、ボイラシステム２は、図３、４に示されるような、上述した熱分解ガス排出量検出装置２３と、上述した排ガス温度検出装置２４と、上述した排ガス導入量検出装置２５と、をさらに備えている。制御装置８は、図５、９に示されるような、上述した第２制御マップ８５を有し、熱分解ガスＰＧのガス温度及び排出量、並びに、排ガスＥＧのガス温度及び導入量の検出結果に応じて第２制御マップ８５に則る制御を行うように構成されている。
【００９８】
上記（９）の構成によれば、制御装置８は、排ガス導入量調整装置７に対して第２制御マップ８５から抽出された制御指示値Ｉｖに基づく制御を行う。このため、制御装置８は、排ガス導入ライン６を通り熱分解装置４に導入される排ガスＥＧのガス温度及び導入量や、熱分解装置４における熱分解により生じた熱分解ガスＰＧのガス温度及び排出量に応じて、熱分解装置４に導入される排ガスＥＧの量を調整する制御を即座に行うことができるので、含有水分量などの性状が安定しないバイオマスＢから、ボイラ燃料Ｆｂに好適な半炭化燃料Ｆｓｃを安定して生成することができ、且つ、排ガスＥＧからの熱回収効率の低下を抑制することができる。
【００９９】
（１０）幾つかの実施形態では、発電システム１は、上述した各々の実施形態（図１〜８参照）のいずれか一つに記載された構成を有するボイラシステム２と、ボイラ３から排出される蒸気Ｓが導入される蒸気タービン３０と、蒸気タービン３０により駆動される発電装置３１と、を備えている。
【０１００】
上記（１０）の構成によれば、発電システム１は、上述した各々の実施形態（図１〜８参照）のいずれか一つに記載された構成を有するボイラシステム２を備えるので、ボイラシステム２の大型化や複雑化を防止することができる。
【０１０１】
また、上記（１０）の構成によれば、発電システム１は、半炭化燃料Ｆｓｃを含むボイラ燃料Ｆｂの燃焼により発生する蒸気Ｓによって、蒸気タービン３０のタービンを回転させて発電することができる。このため、発電システム１は、バイオマスＢから生成される半炭化燃料Ｆｓｃをボイラ燃料Ｆｂとして用いることができるので、廃棄物として廃棄されるようなバイオマスＢに含まれるエネルギーを有効活用することができる。また、発電システム１は、バイオマスＢから生成される半炭化燃料Ｆｓｃをボイラ燃料Ｆｂとして用いることができるので、石炭Ｃのボイラ燃料Ｆｂとしての利用量を低減させることができ、大気中のＣＯ２量の増加の抑制に貢献することができる。
【０１０２】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【符号の説明】
【０１０３】
１      発電システム
２        ボイラシステム
３          ボイラ
４          熱分解装置
５          排ガス排出ライン
５１          高温排ガス排出ライン
５２          低温排ガス排出ライン
６          排ガス導入ライン
６１          高温排ガス導入ライン
６２          低温排ガス導入ライン
６３          共有排ガス導入ライン
７          排ガス導入量調整装置
７１          高温排ガス導入量調整装置
７２          低温排ガス導入量調整装置
８          制御装置
８１          入出力装置
８２          演算装置
８３          記憶装置
８４            第１制御マップ
８５            第２制御マップ
９          バイオマス供給ライン
１０        バイオマス貯蔵装置
１１        半炭化物供給ライン
１２        半炭化物貯蔵装置
１３        石炭供給ライン
１４        石炭貯蔵装置
１５，１５Ａ，１５Ｂ  粉砕装置
１６        サイクロン
１７        排ガス再循環ファン
１８        排ガス再循環ライン
２０        予熱器
２１        熱分解ガス供給ライン
２２        熱分解ガス温度検出装置
２３        熱分解ガス排出量検出装置
２４        排ガス温度検出装置
２５        排ガス導入量検出装置
３０      蒸気タービン
３１      発電装置
Ｂ        バイオマス
Ｃ        石炭
ＥＧ      排ガス
Ｆｂ      ボイラ燃料
Ｆｓｃ    半炭化燃料
Ｉｖ      制御指示値
ＰＧ      熱分解ガス
Ｓ        蒸気
Ｔｅ，Ｔｐ，Ｖｅ，Ｖｐ  検出値
Ｔｐ１，Ｔｐ２  基準値
Ｗ        出力値
Ｗ１      基準出力値
【図１】
2019032111.tif 000003
【図２】
2019032111.tif 000004
【図３】
2019032111.tif 000005
【図４】
2019032111.tif 000006
【図５】
2019032111.tif 000007
【図６】
2019032111.tif 000008
【図７】
2019032111.tif 000009
【図８】
2019032111.tif 000010
【図９】
2019032111.tif 000011