(57)【要約】【課題】バイオマスを水熱処理するための蒸気を生成する専用の装置を設ける構成と比較して、省スペース化できるとともに、設置コストを低減することを目的とする。【解決手段】プラント１は、蒸気を過熱する過熱器２５を設けたボイラ４と、ボイラ４で生成された蒸気によって発電する発電機７と、汚泥を水熱処理する処理炉２９と、処理炉２９で水熱処理された汚泥を乾燥させる乾燥炉３１と、過熱器２５で過熱された過熱蒸気の一部を抽気し、処理炉２９に導く蒸気流路２７と、乾燥炉３１の乾燥用熱源を供給する、ボイラ４から排ガス流路１２に排出される排ガスの保有熱量の少なくとも一部を乾燥炉３１に導く排ガス供給路１８と、蒸気流路２７を流通する過熱蒸気の保有熱量を熱交換する第１熱交換部３２と、を備えている。抽気された蒸気の温度は、第１熱交換部３２で熱交換された後に処理炉２９の入口においてバイオマスが水熱処理可能な温度とされる。【選択図】図１
2019141769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気を過熱する過熱器を設けたボイラと、
前記ボイラで生成された蒸気によって回転駆動する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンの回転駆動力によって発電する発電機と、
バイオマスを水熱処理する処理炉と、
前記処理炉で水熱処理されたバイオマスを乾燥させる乾燥炉と、
前記過熱器で過熱された過熱蒸気の一部を抽気し、前記処理炉に導く蒸気流路と、
前記乾燥炉の乾燥用熱源を供給する、前記ボイラから排ガス流路に排出される排ガスの保有熱量の少なくとも一部を前記乾燥炉に導く排ガス供給路と、
前記蒸気流路を流通する前記過熱蒸気の保有熱量を熱交換する第１熱交換部または炉内熱交換部と、
前記乾燥炉で乾燥されたバイオマスを搬送するバイオマス燃料供給路と、を備え、
前記バイオマス燃料供給路から燃焼用燃料を搬出可能とするとともに、
抽気された蒸気の温度は、前記第１熱交換部または前記炉内熱交換部で熱交換された後に前記処理炉の入口においてバイオマスが水熱処理可能な温度とされるプラント。
【請求項２】
前記蒸気タービンから排出された蒸気を凝縮して復水させて前記ボイラに給水する循環流路と、
前記処理炉から排出された蒸気を凝縮して復水させる復水部と、
前記復水部による復水に対して不純物の除去処理を行い給水とする復水処理部と、
前記復水処理部による給水を循環流路に導く復水流路と、を備えた請求項１に記載のプラント。
【請求項３】
前記ボイラで用いられる炭素含有固体燃料を貯蔵する貯炭場と、
前記処理炉で水熱処理されたバイオマスを脱水する脱水部と、
前記脱水部においてバイオマスから排出された排水から不純物を除去する処理を行う排水処理部と、
前記排水処理部で処理された排水を前記貯炭場に貯蔵されている前記炭素含有固体燃料に散水する散水手段と、を備えた請求項１または請求項２に記載のプラント。
【請求項４】
前記排ガス供給路から導かれ前記乾燥炉を通過した排ガスを前記排ガス流路に戻す排ガス排出路と、
前記処理炉から排出される蒸気と、前記排ガス排出路を流通する排ガスとを熱交換する第２熱交換部と、を備えた請求項１から請求項３のいずれかに記載のプラント。
【請求項５】
前記処理炉から排出された蒸気の保有熱量の少なくとも一部を前記乾燥炉の乾燥用熱源とする第３熱交換部を備えた請求項１から請求項４のいずれかに記載のプラント。
【請求項６】
前記処理炉で水熱処理されたバイオマスを脱水する脱水部と、
前記処理炉から排出される蒸気と、前記脱水部においてバイオマスから排出された排水とを熱交換する第４熱交換部と、を備えた請求項１から請求項５のいずれかに記載のプラント。
【請求項７】
発電用のボイラに設けられた過熱器で過熱された過熱蒸気の一部を抽気してバイオマスを水熱処理する処理炉と、
乾燥用熱源として、前記ボイラから排ガス流路に排出される排ガスの保有熱量の少なくとも一部が導かれ、前記処理炉で水熱処理されたバイオマスを乾燥させる乾燥炉と、
前記処理炉に供給される上流側で前記過熱蒸気の保有熱量を熱交換する第１熱交換部または炉内熱交換部と、
前記乾燥炉で乾燥されたバイオマスを搬送するバイオマス燃料供給路と、を備え、
前記バイオマス燃料供給路から燃焼用燃料を搬出可能とするとともに、
抽気された過熱蒸気の温度は、前記第１熱交換部または前記炉内熱交換部で熱交換された後に前記処理炉の入口においてバイオマスが水熱処理可能な温度とされる、バイオマス燃料製造システム。
【請求項８】
請求項７に記載されたバイオマス燃料製造システムを用いてバイオマス燃料を製造するバイオマス燃料の製造方法。
【請求項９】
請求項１から請求項６のいずれかに記載のプラントから搬送されたバイオマス燃料を利用するバイオマス発電設備であって、
前記プラントに設けられた前記バイオマス燃料供給路から搬送されたバイオマスを燃焼させるボイラと、
前記ボイラで生成された蒸気によって回転駆動する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンの回転駆動力によって発電する発電機と、を備えたバイオマス発電設備。
【請求項１０】
ボイラで生成された蒸気によって回転駆動する蒸気タービンの回転駆動力によって発電する発電工程と、
前記ボイラに設けられた過熱器で過熱された過熱蒸気の一部を抽気して処理炉に供給する供給工程と、
前記供給工程で供給された過熱蒸気によって、バイオマスを前記処理炉で水熱処理する水熱処理工程と、
前記処理炉で水熱処理されたバイオマスを乾燥炉で乾燥させる乾燥工程と、
前記処理炉に供給前記乾燥炉の乾燥用熱源として、前記ボイラから排ガス流路に排出される排ガスの一部を前記乾燥炉へ導く排ガス供給路を通過する排ガスの保有熱量の少なくとも一部と、前記処理炉に供給される上流側で抽気された過熱蒸気の保有熱量と第１熱交換部または炉内熱交換部と熱交換した熱量とする熱交換工程と、
前記乾燥炉で乾燥されたバイオマスをバイオマス燃料供給路から搬送するバイオマス燃料搬送工程と、を備え、
抽気された過熱蒸気の温度は、前記第１熱交換部または前記炉内熱交換部で熱交換された後に前記処理炉の入口においてバイオマスが水熱処理可能な温度とされるプラントの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、プラント、バイオマス燃料製造システム及びバイオマス発電設備並びにプラントの運転方法及びバイオマス燃料の製造方法の運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
国際的な二酸化炭素排出規制によりカーボンニュートラルなバイオマス燃料の利用が注目を集めている。バイオマスはその利用が種々検討されている。含水率の低いバイオマスは活用が進められており、例えば、間伐材、廃材木、流木、草類などは原料としたペレットやチップなどが燃焼して熱源を得る燃料用として利用されている。一方、含水率の高いバイオマスは、自燃不能であり、前処理として乾燥処理を行わなければ燃焼用の燃料として活用することが難しいという問題がある。また、高含水率バイオマスを燃料化する場合、蒸発させる水分が多いため乾燥に必要なエネルギが大きい。また、高含水率バイオマスは、水分が生物由来の細胞壁内に拘束されており、乾燥効率が低いという課題がある。
【０００３】
バイオマスの乾燥効率を向上させるための方法として、バイオマスに対して、所定の温度及び圧力の蒸気を供給し、加水分解処理を行うことで乾燥効率を向上させる水熱処理を用いる方法が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
特許文献１には、植物性廃棄物に対して加水分解処理を行うことでバイオマス燃料を製造する方法が記載されている。この方法では、加水分解処理を行った植物性廃棄物を固液分離装置で固形分と液体分とに分離（脱水）し、分離した固形分を乾燥装置で乾燥している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第６１９００８２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には、加水分解処理を行う際に用いられる蒸気を生成する方法や、乾燥を行う際の熱源等については考慮されていない。加水分解処理を行う際に用いられる蒸気を生成するための専用の装置や、乾燥を行う際の熱源となる専用の装置等を個別に設けた場合には、バイオマス燃料を製造する装置が大型化するとともに、設置コストも増大する可能性がある。
また、バイオマス燃料を製造する際に用いられる蒸気や乾燥を行う際の熱源エネルギの供給およびその利用に関して、効率的にバイオマス燃料を製造することが望まれている。
【０００７】
本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、バイオマスを水熱処理するための蒸気を生成する専用の装置を設ける構成と比較して、省スペース化できるとともに、設置コストを低減することができるプラント、バイオマス燃料製造システム及びバイオマス発電設備並びにプラントの運転方法及びバイオマス燃料の製造方法を提供することを目的とする。
また、バイオマス燃料を製造する際に用いられる蒸気や乾燥を行う際の熱源エネルギの供給およびその利用に関して、効率的にバイオマス燃料を製造することができるプラント、バイオマス燃料製造システム及びバイオマス発電設備並びにプラントの運転方法及びバイオマス燃料の製造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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本開示のプラント、バイオマス燃料製造システム及びバイオマス発電設備並びにプラントの運転方法及びバイオマス燃料の製造方法の運転方法は以下の手段を採用する。
本開示の一態様に係るプラントは、蒸気を過熱する過熱器を設けたボイラと、前記ボイラで生成された蒸気によって回転駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンの回転駆動力によって発電する発電機と、バイオマスを水熱処理する処理炉と、前記処理炉で水熱処理されたバイオマスを乾燥させる乾燥炉と、前記過熱器で過熱された過熱蒸気の一部を抽気し、前記処理炉に導く蒸気流路と、前記乾燥炉の乾燥用熱源を供給する、前記ボイラから排ガス流路に排出される排ガスの保有熱量の少なくとも一部を前記乾燥炉に導く排ガス供給路と、前記蒸気流路を流通する前記過熱蒸気の保有熱量を熱交換する第１熱交換部または炉内熱交換部と、前記乾燥炉で乾燥されたバイオマスを搬送するバイオマス燃料供給路と、を備え、前記バイオマス燃料供給路から燃焼用燃料を搬出可能するとともに、抽気された蒸気温度は、前記第１熱交換部または前記炉内熱交換部で熱交換された後に前記処理炉の入口においてバイオマスが水熱処理可能な温度とされる。
【０００９】
上記構成では、ボイラで生成された過熱蒸気の一部を抽気し利用して、バイオマスを水熱処理しているので、ボイラで生成された蒸気によって、発電を行うとともに、バイオマスを水熱処理することができる。すなわち、バイオマスを水熱処理するための蒸気を生成する専用の装置を設けることなく、バイオマスを水熱処理することができる。したがって、バイオマスを水熱処理するための蒸気を生成する専用の装置を設ける構成と比較して、省スペース化できるとともに、設置コストを低減することができ、バイオマス燃料製造にプラントのボイラで生成された過熱蒸気の一部を有効利用するため、別途蒸気を生成する必要がなくバイオマス燃料を効率的に製造することができる。
【００１０】
また、上記構成では、過熱器で生成された過熱蒸気を処理炉に導いている。ボイラの負荷が変動することによってボイラから出力される蒸気の温度は変動しないよう制御されるが、圧力を制御して蒸発した飽和蒸気温度はボイラの負荷による影響が少なく大きく変動しないため、ドラムなどよりも下流側に配置された過熱器で過熱される過熱蒸気は、ボイラの負荷変動によって温度と圧力が所定値として変動しないよう制御が可能である。したがって、ボイラの負荷変動に依ることなく、一定の温度の蒸気を抽気し、処理炉に導くことができる。よって、処理炉に導かれる過熱蒸気の温度を所望の温度とし易くすることができ、処理炉において好適にバイオマスの水熱処理を行うことができる。
また、一般に、過熱器で生成される過熱蒸気の温度は、好適に水熱処理を行うことができる蒸気の温度よりも高い。上記構成では、第１熱交換部または乾燥炉内に設けた炉内熱交換部において、蒸気流路を流通する過熱蒸気の保有熱量（保有する熱エネルギ）を乾燥炉の乾燥用熱源として利用している。すなわち、第１熱交換部または炉内熱交換部で減温されて適温となった過熱蒸気を処理炉に導入している。これにより、処理炉に導入される過熱蒸気を冷却し、好適に水熱処理を行うことができる温度とすることができるとともに、冷却した分の熱量（熱エネルギ）をバイオマスの乾燥用熱源に利用しているので、エネルギを有効利用することができる。
以上のように、上記構成では、過熱器で生成された過熱蒸気を抽気することで、安定した温度の蒸気を処理炉に導くことができるとともに、抽気した過熱蒸気の温度を処理炉における水熱処理に適した温度まで減温する際に熱交換した熱エネルギを乾燥炉の乾燥用熱源に利用することで、エネルギを有効利用して、エネルギ効率を向上させることができる。
【００１１】
また、本開示の一態様に係るプラントは、前記蒸気タービンから排出された蒸気を凝縮して復水させて前記ボイラに給水する循環流路と、前記処理炉から排出された蒸気を凝縮して復水させる復水部と、前記復水部による復水に対して不純物の除去処理を行い給水とする復水処理部と、前記復水処理部による給水を循環流路に導く復水流路と、を備えていてもよい。
【００１２】
上記構成では、処理炉で使用された蒸気を復水し、不純物を除去してボイラへの給水となる循環流路に導いている。これにより、処理炉で使用された蒸気を循環流路を介してボイラに給水することができるので、ボイラで生成された蒸気を処理炉に導く構成において、ボイラへの給水量の低減を抑制することができる。
また、一般に、ボイラの循環流路には、給水を補充する流路及び、補充する給水に対して不純物を除去する処理を行う処理部が設けられている。このような流路及び処理部を利用した場合には、専用の復水流路及び復水処理部を新たに設けることなく、既存の処理部を活用でき、ボイラへの給水量の低減を抑制することができる。したがって、専用の復水流路及び復水処理部を設ける構成と比較して、省スペース化できるとともに、設置コストを低減することができる。
【００１３】
また、本開示の一態様に係るプラントは、前記ボイラで用いられる炭素含有固体燃料を貯蔵する貯炭場と、前記処理炉で水熱処理されたバイオマスを脱水する脱水部と、前記脱水部においてバイオマスから排出された排水から不純物を除去する処理を行う排水処理部と、前記排水処理部で処理された排水を前記貯炭場に貯蔵されている前記炭素含有固体燃料に散水する散水手段と、を備えていてもよい。
【００１４】
貯炭場に貯蔵されている炭素含有固体燃料（例えば石炭）は、条件によっては自然発火するおそれがある。上記構成では、脱水部からの排水を、排水処理部で不純物を除去し、散水手段によって炭素含有固体燃料に散水している。これにより、脱水部で脱水したことによって発生した排水を利用して、炭素含有固体燃料の自然発火を防止することができる。したがって、散水専用の水を貯炭場に貯留された炭素含有固体燃料に散水する構成と比較して、プラント全体で使用される水量を低減することができる。
また、一般に、貯炭場に貯留されている炭素含有固体燃料に散水した水は、回収され、処理装置で不純物を除去する処理を行ったうえでプラント外に排水される。したがって、既設のプラントに対して、上記構成を適用する場合には、脱水部から排出された排水から不純物を除去する処理を行う排水処理部として、炭素含有固体燃料に散水した水を処理する処理装置を利用することができる。このような場合には、専用の排水処理部を設ける必要がないので、専用の排水処理部を設ける構成と比較して、省スペース化できるとともに、設置コストを低減することができる。
【００１５】
また、本開示の一態様に係るプラントは、前記排ガス供給路から導かれ前記乾燥炉を通過した排ガスを前記排ガス流路に戻す排ガス排出路と、前記処理炉から排出される前記蒸気と、前記排ガス排出路を流通する排ガスとを熱交換する第２熱交換部と、を備えていてもよい。
【００１６】
上記構成では、処理炉から排出される蒸気と乾燥炉を通過して排出される排ガスとを熱交換し、乾燥炉から排出される排ガスを加熱して、ボイラの排ガス流路に戻している。これにより、ボイラの排ガス流路を通して煙突などから系外に排ガスを排出する際に、排ガス中に含まれる水蒸気の一部凝縮による白煙の発生を防止することができる。
【００１７】
また、本開示の一態様に係るプラントは、前記処理炉から排出された前記蒸気の保有熱量の少なくとも一部を前記乾燥炉の乾燥用熱源とする第３熱交換部を備えてもよい。
【００１８】
上記構成では、処理炉から排出される蒸気の熱エネルギをバイオマスの乾燥用熱源の一部に利用することができる。これにより、エネルギを有効利用して、エネルギ効率を向上させることができる。また、乾燥炉でより高温でバイオマスを乾燥することができるので、より短時間で乾燥を促進することができる。
【００１９】
また、本開示の一態様に係るプラントは、前記処理炉で水熱処理されたバイオマスを脱水する脱水部と、前記処理炉から排出される前記蒸気と、前記脱水部においてバイオマスから排出された排水とを熱交換する第４熱交換部と、を備えてもよい。
【００２０】
上記構成では、処理炉から排出された蒸気と、脱水部からの排水とを熱交換することで、排出された蒸気を冷却するとともに、脱水部からの排水を加熱している。脱水部からの排水を加熱しているので、排水中に含まれる揮発成分（ＣＨ４やベンゼンＨｍＳｎ化合物等）を気化させて、排水中から揮発成分を取り出し易くすることができる。また、排出された蒸気を冷却しているので、排出された蒸気を凝縮し易くすることができる。また、排出された蒸気と脱水部からの排水とを熱交換することで、排出された蒸気の冷却及び脱水部からの排水の加熱を行っているので、プラント全体においてエネルギを有効利用して、エネルギ効率を向上させることができる。
【００２１】
本開示の一態様に係るバイオマス燃料製造システムは、発電用のボイラに設けられた過熱器で過熱された過熱蒸気の一部を抽気してバイオマスを水熱処理する処理炉と、乾燥用熱源として、前記ボイラから排ガス流路に排出される排ガスの保有熱量の少なくとも一部が導かれ、前記処理炉で水熱処理されたバイオマスを乾燥させる乾燥炉と、前記処理炉に供給される上流側で前記過熱蒸気の保有熱量を熱交換する第１熱交換部または炉内熱交換部と、前記乾燥炉で乾燥されたバイオマスを搬送するバイオマス燃料供給路と、を備え、前記バイオマス燃料供給路から燃焼用燃料を搬出可能するとともに、抽気された過熱蒸気の温度は、前記第１熱交換部または前記炉内熱交換部で熱交換された後に前記処理炉の入口においてバイオマスが水熱処理可能な温度とされる。
【００２２】
上記構成では、発電用のボイラで生成された過熱蒸気の一部と、ボイラから排出される排ガスの保有熱量の少なくとも一部を利用して、バイオマスを水熱処理と乾燥をしている。これにより、ボイラで生成された蒸気によって、発電を行うとともに、バイオマスを水熱処理して、乾燥されたバイオマスをバイオマス燃料として供給することができる。また、既設の発電用ボイラを利用する場合には、バイオマスを水熱処理するための蒸気を生成する専用の装置を設けることなく、バイオマスを水熱処理して、乾燥されたバイオマスをバイオマス燃料として供給することができる。
【００２３】
また、過熱器で生成された過熱蒸気を処理炉に導いている。過熱器はボイラにおいて、蒸気の温度と圧力が制御されるので、過熱器で生成される蒸気は、ボイラの負荷変動によって温度と圧力が所定値として変動しないよう制御が可能である。したがって、ボイラの負荷変動に依ることなく、一定の温度の蒸気を抽気し、処理炉に導くことができる。よって、処理炉に導かれる過熱蒸気の温度を所望の温度とし易くすることができ、処理炉において好適にバイオマスの水熱処理を行うことができる。
また、一般に、過熱器で生成される過熱蒸気の温度は、好適に水熱処理を行うことができる蒸気の温度よりも高い。上記構成では、熱交換部または乾燥炉内に設けた炉内熱交換部において、蒸気流路を流通する過熱蒸気の保有熱量（保有する熱エネルギ）を乾燥炉の乾燥用熱源としている。すなわち、熱交換部または炉内熱交換部で減温されて適温となった過熱蒸気を処理炉に導入している。これにより、処理炉に導入される蒸気の温度を、好適に水熱処理を行うことができる温度とすることができるとともに、低下させた温度に相応する熱量（エネルギ）をバイオマスの乾燥用熱源に利用することができ、エネルギを有効利用して、エネルギ効率を向上させることができる。
以上のように、上記構成では、過熱器で生成された過熱蒸気を抽気することで、安定した温度の蒸気を処理炉に導くことができるとともに、抽気した過熱蒸気の温度を処理炉における水熱処理に適した温度まで減温する際に熱交換した熱エネルギを乾燥炉の乾燥用熱源に利用することで、エネルギの有効利用をすることができる。
【００２４】
本開示の一態様に係るバイオマス燃料の製造方法は、上記のバイオマス燃料製造システムを用いてバイオマス燃料を製造する。
【００２５】
本開示の一態様に係るバイオマス発電設備は、上記に記載のいずれかれプラントから搬送されたバイオマス燃料を利用するバイオマス発電設備であって、前記プラントに設けられた前記バイオマス燃料供給路から搬送されたバイオマスを燃焼させるボイラと、前記ボイラで生成された蒸気によって回転駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンの回転駆動力によって発電する発電機と、を備えている。
【００２６】
本開示の一態様に係るプラントの運転方法は、ボイラで生成された蒸気によって回転駆動する蒸気タービンの回転駆動力によって発電する発電工程と、前記ボイラに設けられた過熱器で過熱された過熱蒸気の一部を抽気して処理炉に供給する供給工程と、前記供給工程で供給された前記過熱蒸気によって、バイオマスを前記処理炉で水熱処理する水熱処理工程と、前記処理炉で水熱処理されたバイオマスを乾燥炉で乾燥させる乾燥工程と、前記処理炉に供給前記乾燥炉の乾燥用熱源として、前記ボイラから排ガス流路に排出される排ガスの一部を前記乾燥炉へ導く排ガス供給路を通過する排ガスの保有熱量の少なくとも一部と、前記処理炉に供給される上流側で抽気された過熱蒸気の保有熱量と第１熱交換部または炉内熱交換部と熱交換した熱量とする熱交換工程と、前記乾燥炉で乾燥されたバイオマスをバイオマス燃料供給路から搬送するバイオマス燃料搬送工程と、を備え抽気された過熱蒸気の温度は、前記第１熱交換部または前記炉内熱交換部で熱交換された後に前記処理炉の入口においてバイオマスが水熱処理可能な温度とされる。
【発明の効果】
【００２７】
本開示によれば、バイオマスを水熱処理するための蒸気を生成する専用の装置を設ける構成と比較して、省スペース化できるとともに、設置コストを低減することができ。
また、プラントのエネルギの一部をバイオマス燃料製造に有効利用するため、バイオマス燃料を効率的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本開示の第１実施形態に係るプラントを示す系統図である。
【図２】図１の変形例を示す図である。
【図３】図１の変形例を示す図である。
【図４】本開示の第２実施形態に係るプラントを示す系統図である。
【図５】図４の変形例を示す図である。
【図６】本開示の第３実施形態に係るプラントを示す系統図である。
【図７】図６の変形例を示す図である。
【図８】図６の変形例を示す図である。
【図９】図６の変形例を示す図である。
【図１０】本開示の第４実施形態に係るプラントを示す系統図である。
【図１１】図１０の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に、本開示に係るプラント、バイオマス燃料製造システム及びバイオマス発電設備並びにプラントの運転方法及びバイオマス燃料の製造方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第１実施形態〕
以下、本開示の第１実施形態について、図１から図３を用いて説明する。
図１に示されているように、本実施形態に係るプラント１は、ボイラ４で生成された蒸気によって発電する発電設備２と、発電設備２に備えられたボイラ４からの蒸気等によって汚泥（バイオマス）から水分を取り除き、バイオマス燃料とするバイオマス燃料製造システム３とを備えている。なお、以下の説明では、バイオマスの一例として、下水処理場２８から供給された下水汚泥を用いる例について説明するが、バイオマス燃料製造システムで処理されるバイオマスは下水汚泥に限定されず、高含水率バイオマス（湿潤燃料）であればよく特に限定しない。
【００３０】
発電設備２は、蒸気を生成するボイラ４と、ボイラ４に接続されてボイラ４で生成された蒸気が流通する第１循環流路５と、第１循環流路５からの蒸気によって回転駆動する蒸気タービン６と、蒸気タービン６の回転駆動力によって発電する発電機７と、蒸気タービン６を回転駆動して排出された蒸気を凝縮する復水器８と、復水器８で凝縮された復水の不純物を除去してボイラ４に給水する第２循環流路（循環流路）９と、第２循環流路９に復水を流通させるポンプ１０と、を備えている。
また、発電設備２は、ボイラ４から排出される排ガスを大気に放出する煙突１１と、排ガスを煙突１１に導く排ガス流路１２とを備えている。また、本実施形態では、一例として排ガス流路１２には、排ガス流れの上流側から順番に、脱硝装置１３、空気予熱器１４、電気集塵機１５、誘引送風機１６、脱硫装置１７が設けられている。
脱硝装置１３は、排ガスから窒素酸化物を除去することで排ガスを脱硝する。空気予熱器１４は、ボイラ４に供給する燃焼用空気と排ガスとを熱交換することで、燃焼用空気を予熱する。電気集塵機１５は、排ガス中から煤や粉塵を除去する。誘引送風機１６は、羽根を回転させることで、排ガス流路１２内に排ガスを流通させている。脱硫装置１７は、排ガスから硫黄酸化物を除去することで排ガスを脱硫する。
【００３１】
また、排ガス流路１２は、電気集塵機１５と誘引送風機１６との間から排ガス供給路１８が分岐するとともに、排ガス供給路１８の分岐位置の下流側に流路切替えダンパ１９が設けられている。排ガス供給路１８は、後述する乾燥炉３１に連通していて、排ガスの少なくとも一部を乾燥炉３１に導くことができる。流路切替えダンパ１９は、開度を調整可能であり、開度を調整することで、排ガス供給路１８に流入する排ガス量を調整することができる。また、排ガス流路１２は、流路切替えダンパ１９の下流側に、乾燥炉３１を通過し、乾燥炉３１から排出された排ガスが流通する排ガス排出路２０が合流している。
【００３２】
ボイラ４は、本実施形態では例えば、火炉（図示省略）と、節炭器２３と、ドラム２４と、過熱器２５と、再熱器２６とを備えている。ボイラ４は、火炉に設けられたバーナ（図示省略）で形成された火炎によって、給水を加熱し蒸気を生成している。ボイラ４に供給された給水は、まず節炭器２３に供給され、加熱される。節炭器２３で加熱された給水は、次にドラム２４に供給され、ドラム２４によって飽和水から飽和蒸気に変化する。ドラム２４で生成された蒸気は、次に過熱器２５に供給される。過熱器２５に供給された蒸気は、過熱されることで過熱蒸気となる。過熱蒸気は、蒸気タービン６で回転駆動にエネルギ変換されて蒸気タービン６から排出され再熱器２６で再度過熱され、ボイラ４から排出される。ボイラ４から排出された再熱蒸気は、第１循環流路５を介して蒸気タービン６へと供給されて、蒸気タービン６で回転駆動にエネルギ変換される。なお、ボイラ４は、ドラム２４の代わりに汽水分離器を設けたものでもよい。
【００３３】
また、過熱器２５の出口近傍には、過熱蒸気の一部を抽気する蒸気供給路（蒸気流路）２７が連通している。蒸気供給路２７は、抽気した過熱蒸気を後述する第１熱交換器（第１熱交換部）３２を経由して、バイオマス燃料製造システム３に供給する。
【００３４】
バイオマス燃料製造システム３は、下水処理場２８から供給された汚泥を水熱処理する処理炉２９と、処理炉２９で水熱処理された汚泥を脱水する脱水装置（脱水部）３０と、脱水装置３０で脱水された汚泥を乾燥させる乾燥炉３１とを備えている。
【００３５】
処理炉２９には、上流端がボイラ４に接続されている蒸気供給路２７が連通している。
汚泥等の高含水率バイオマスでは、水分が生物由来の細胞壁内に拘束されているものがあり、この拘束されている水分が蒸発し難いために、このような汚泥等の高含水率バイオマスは乾燥効率が低くなっている。処理炉２９では、蒸気供給路２７から供給された蒸気を用いた加水分解反応によって、汚泥の細胞壁を破壊することで細胞内に拘束されていた水分を放出させている。すなわち、処理炉２９は、汚泥を水熱処理している。なお、加水分解反応は、高含水率バイオマスに対して、中圧水蒸気（温度が２００度から２５０度であって、圧力が１．５Ｍｐａから３Ｍｐａの蒸気）を用いることで行われる。
【００３６】
また、処理炉２９に連通している蒸気供給路２７の途中位置には、第１熱交換器３２が設けられている。第１熱交換器３２は、蒸気供給路２７を流通する過熱蒸気と、排ガス供給路１８を流通する排ガスとを熱交換する。第１熱交換器３２を通過した蒸気供給路２７を流通する過熱蒸気の温度は、後述するように処理炉２９での水熱処理に適した温度に冷却される。一方、第１熱交換器３２を通過した排ガス供給路１８を流通する排ガスは乾燥炉３１の乾燥用熱源により適するように昇温される。
【００３７】
また、処理炉２９には、蒸気排出路３３が連通している。蒸気排出路３３は、処理炉２９と復水タンク（復水部）３４とを接続しており、処理炉２９で水熱処理に供された蒸気（過熱蒸気）を処理炉２９から排出するとともに、処理炉２９から排出された蒸気を復水タンク３４に供給する。復水タンク３４では、蒸気を冷却することで凝縮する。凝縮された復水は、ポンプ３５によって所内用水設備（復水処理部）３６に供給され、所内用水設備３６で不純物を除去する処理を施される。処理炉２９から排出された蒸気に汚泥から放出された水分（ドレン）が多少混ざっていた場合でも所内用水設備３６で除去することができる。不純物を除去された復水は、純水設備３７に供給される。また、純水設備３７には、復水流路３８が連通しており、純水設備３７に供給された復水は、復水流路３８を介して第２循環流路９に設けられた復水器８に供給され、ボイラ４への給水に加えられる。
なお、発電設備２が、ボイラ４の給水を補充するために、所内用水設備及び純水設備を備えている場合には、当該設備と、処理炉２９から排出された蒸気を処理する所内用水設備３６及び純水設備３７とを兼用してもよい。すなわち、専用の復水流路（３８相当）、復水の不純物を除去する所内用水設備（３６相当）、及び純水設備（３７相当）を新たに設けることなく、発電設備２の既存の処理設備を活用して給水とすることができる。また、処理炉２９から排出された蒸気を凝縮した復水を所内用水設備３６と純水設備３７で処理してボイラ４への給水とするので、処理炉２９で水熱処理に供された蒸気量に対するボイラ４への給水量の低減を抑制して、新たな給水量を削減することができる。
【００３８】
脱水装置３０は、処理炉２９で加水分解反応によって細胞壁を破壊された汚泥を、固形分と液体分とに分離することで、脱水している。汚泥等の高含水率バイオマスでは、水分が生物由来の細胞壁内に拘束されているが、水熱処理での加水分解反応によって細胞壁を破壊して、細胞内に拘束されていた水分を放出させているので、脱水装置３０により効率的な脱水処理が可能で、例えば水分比率を５０％以下まで脱水させる。脱水装置３０は、例えば、プレス機（図示省略）で汚泥をプレスすることで、汚泥を脱水する。なお、脱水装置３０は、他の方法で汚泥を脱水してもよい。例えば、遠心分離器で汚泥を脱水してもよい。
【００３９】
脱水装置３０には、第１排水流路３９が連通している。第１排水流路３９は、脱水装置３０と排水タンク４０とを接続しており、脱水装置３０で分離された液体分（排水）を脱水装置３０から排出するとともに、当該排水を排水タンク４０に供給している。排水には、汚泥等に含有されていた揮発成分（ＣＨ４やベンゼンＨｍＳｎ化合物等）が含まれている。排水から揮発した揮発成分は、排水タンク４０に連通している第１揮発成分流路４１を介して揮発成分タンク４２に供給され、揮発成分タンク４２に貯留される。揮発成分タンク４２に貯留された揮発成分は、揮発成分タンク４２に連通している第２揮発成分流路４３を介して、ボイラ４に設けられたバーナ（図示省略）に供給され、ボイラ燃料の一部として利用されてもよい。
【００４０】
また、排水タンク４０には、第２排水流路４４が連通している。第２排水流路４４は、排水タンク４０と貯炭場排水処理装置（排水処理部）４６とを接続しており、ポンプ４５によって排水タンク４０から排水を排出するとともに、排水を貯炭場排水処理装置４６に供給している。貯炭場排水処理装置４６は、排水から環境に有害な不純物を除去する処理を行う。貯炭場排水処理装置４６には、散水流路４７が連通している。散水流路４７は、貯炭場排水処理装置４６と散水装置（散水手段）４８とを接続しており、貯炭場排水処理装置４６で処理を施した排水（散水）を散水装置４８に供給している。散水装置４８は、ボイラ４の燃料とされる例えば石炭（炭素含有固体燃料）５０が貯蔵されている貯炭場４９に設けられており、貯蔵されている石炭５０に対して散水する。
一般に、既設の発電設備２においても、貯炭場４９に貯蔵されている石炭５０は、条件によっては自然発火するおそれがあるため、散水手段によって石炭５０に散水をしている。貯炭場４９に貯留されている石炭５０に散水した水は、回収され、処理装置で不純物を除去する処理を行ったうえで発電設備２外に排水される。
したがって、既設の発電設備２に対しては、脱水装置３０から排出された排水から不純物を除去する処理を行う貯炭場排水処理装置４６として、既設の発電設備２の石炭５０に散水する水を処理する処理装置を利用することができる。このように、既設の発電設備２の処理設備を利用することで、専用の貯炭場排水処理装置４６を設ける必要がない。
なお、発電設備２が、貯炭場４９に貯蔵されている石炭５０に対して散水した水を回収して、当該回収した水から不純物を除去する設備を備えている場合には、当該設備と、貯炭場排水処理装置４６とを兼用してもよい。
【００４１】
なお、排水を貯炭場排水処理装置４６に供給せずに、乾燥濃縮させて、汚泥乾燥物流路５１を介してボイラ４に設けられたバーナに供給し、ボイラ燃料の一部として利用してもよい。汚泥乾燥物は、少量（数パーセント程度）であれば、ボイラ４で混焼可能であるので、汚泥乾燥物をボイラ燃料の一部として利用することで、排水に含まれる炭素成分や炭化水素成分を有効利用することができる。
【００４２】
乾燥炉３１は、脱水装置３０で脱水された汚泥を、排ガス供給路１８からの排ガスの熱を利用して例えば水分比率を１０％以下まで乾燥している。乾燥方法は、排ガスと汚泥とを直接接触させて熱交換を行ってもよく、また、排ガスと汚泥とを直接接触させずに熱交換を行ってもよい。
【００４３】
また、乾燥炉３１には、ボイラ４から排ガス流路１２を流通して排出されるボイラ４の排ガスの少なくとも一部を乾燥炉３１へ導入し、乾燥炉３１を通過して後は乾燥炉３１出口から乾燥炉３１の排ガスが流通して排ガス流路１２に戻るように、下流端部が排ガス流路１２に合流する排ガス排出路２０が連通している。乾燥炉３１で汚泥の乾燥に供した乾燥炉３１の排ガスは、排ガス排出路２０から排出される。排ガス排出路２０には、乾燥に供した乾燥炉３１の排ガスを脱臭する脱臭装置５２と、乾燥に供した乾燥炉３１の排ガスから不純物を除去するバグフィルタ５３とが設けられている。なお、乾燥炉３１において、ボイラ４の排ガスと脱水装置３０で脱水された汚泥とを直接接触させずに熱交換を行う場合には、脱臭装置５２及びバグフィルタ５３を省略してもよい。
【００４４】
乾燥炉３１で乾燥された汚泥は、バイオマス燃料として乾燥炉３１からバイオマス燃料供給路５５で排出される。乾燥炉３１から排出されたバイオマス燃料は、例えば、バイオマス発電施設５４に運搬され燃料として発電に利用される。バイオマス発電施設５４は、バイオマス燃料を燃焼させることで生成するボイラ５４ａと、ボイラ５４ａで生成された蒸気によって回転駆動する蒸気タービン５４ｂと、蒸気タービン５４ｂの回転駆動力によって発電する発電機５４ｃ等を備えている。
【００４５】
次に、本実施形態における作用について説明する。
まず、本実施形態に係るプラント１における蒸気の流れについて説明する。
ボイラ４に供給された給水は、本実施形態では例えば、節炭器２３、ドラム２４、過熱器２５、再熱器２６を順番に通過する。ドラム２４で飽和蒸気となり過熱器２５で過熱されて、過熱蒸気となる。過熱器２５から排出された過熱蒸気、および一旦蒸気タービン６から戻り再熱器２６で過熱して排出された過熱蒸気は、蒸気タービン６に供給されて蒸気タービン６を回転駆動する。蒸気タービン６が回転駆動すると、発電機７によって発電が行われる（発電工程）。蒸気タービン６から排出された蒸気は、復水器８において凝縮される。凝縮された復水は、給水として再度ボイラ４に供給される。
【００４６】
また、過熱器２５の出口近傍からは、３００度（℃）から５００度（本実施形態では、一例として、３５０度）の過熱蒸気の一部が抽気される。なお、この時の蒸気の圧力は、一例として１７Ｍｐａ程度である。抽気された過熱蒸気は、蒸気供給路２７を流通する。蒸気供給路２７を流通する過熱蒸気は、第１熱交換器３２において、排ガス供給路１８を流通する排ガスと熱交換することで冷却されるとともに、排ガスを加熱し乾燥炉３１における乾燥用熱源の一部となる（熱交換工程）。第１熱交換器３２で温度が冷却された過熱蒸気は、処理炉２９に供給される（供給工程）。なお、処理炉２９に供給される蒸気は、第１熱交換器３２で熱交換を行ったことで、温度は一例として２２０度程度であって、圧力は一例として２．５Ｍｐａ程度となっている。
【００４７】
処理炉２９に供給された蒸気は、処理炉２９において、下水汚泥に対して水熱処理を行う（水熱処理工程）。水熱処理での加水分解反応は、高含水率バイオマスに対して、中圧水蒸気（例えば温度が１８０度から２３０度であって、圧力が１．８Ｍｐａから３Ｍｐａの蒸気）を用いることで有効に反応が可能となるので、本実施形態の構造では、加水分解反応により、好適に汚泥の細胞壁を破壊することができる。処理炉２９において水熱処理に供した蒸気は、処理炉２９出口から蒸気排出路３３を介して復水タンク３４に供給され、復水タンク３４で凝縮される。なお、蒸気排出路３３を流通する蒸気の温度は、２００度程度である。復水タンク３４で凝縮された凝縮水は、所内用水設備３６で不純物を除去する処理を施され、純水設備３７を経て復水器８に供給され、ボイラ４の給水系統に戻される。なお、復水タンク３４で凝縮された凝縮水の温度は、２０度程度であり、圧力は、０．１Ｍｐａ程度である。
【００４８】
次に、本実施形態に係るプラント１における排ガスの流れについて説明する。
ボイラ４から排出される排ガスは、排ガス流路１２を流通する。排ガス流路１２を流通する排ガスの一部または全部は、排ガス流路１２から排ガス供給路１８に流入して乾燥炉３１へ流通する。排ガス供給路１８に流入する排ガスの流量は、流路切替えダンパ１９の開度によって決まる。排ガス供給路１８に流入しなかった排ガスは排ガス流路１２を流通し、後流側で乾燥炉３１から排出されて排ガス排出路２０により流通して戻される排ガスと合流して、脱硫装置１７を経て煙突１１から大気に放出される。
【００４９】
排ガス供給路１８に流入する排ガスの温度は、１００~１２０度程度である。排ガス供給路１８に流入した排ガスは、第１熱交換器３２において、蒸気供給路２７を流通する過熱蒸気と熱交換することで、加熱されて温度が上昇する。第１熱交換器３２において加熱された排ガスは乾燥炉３１に供給されて乾燥用熱源とする。乾燥炉３１では、脱水装置３０において脱水された汚泥を排ガスの熱により乾燥し、バイオマス燃料を製造する（乾燥工程）。乾燥炉３１で汚泥の乾燥に供した排ガスは、乾燥炉３１から排出され、排ガス排出路２０へ導入される。なお、乾燥炉３１から排出される排ガスの温度は、１００度程度となっている。乾燥炉３１から排出された排ガスは、排ガス排出路２０を流通する。排ガス排出路２０を流通する排ガスは、排ガス流路１２に合流し、脱硫装置１７を経て煙突１１から放出される。
【００５０】
次に、本実施形態に係るプラント１における汚泥の流れについて説明する。
下水処理場２８から処理炉２９に供給された下水汚泥は、処理炉２９でボイラ４から抽気され、第１熱交換器３２で冷却された中圧水蒸気によって水熱処理を施され加水分解反応により細胞壁が破壊される。なお、処理炉２９に供給される汚泥の水分比率は８０％程度となっている。処理炉２９において水熱処理が施された汚泥は、脱水装置３０で脱水され、液体分が除去される。脱水装置３０で脱水された汚泥の水分比率は５０％程度となっている。脱水装置３０で脱水された汚泥は、乾燥炉３１に供給され、乾燥炉３１でボイラ４からの排ガスによって乾燥される。乾燥炉３１で乾燥された汚泥は、バイオマス燃料として、バイオマス燃料製造システム３からバイオマス燃料供給路５５で排出して搬送される（バイオマス燃料搬送工程）。なお、乾燥炉３１で乾燥された汚泥の水分比率は１０％程度となっている。バイオマス燃料製造システム３から排出されたバイオマス燃料は、例えば、バイオマス発電施設５４においてボイラ５４ａの燃料とされて、ボイラ５４ａで生成された蒸気によって蒸気タービン５４ｂを回転駆動して、発電機５４ｃで発電が行われる。
【００５１】
脱水装置３０で除去された液体分は、排水として排水タンク４０に供給される。排水タンク４０では、揮発成分が取り出される。取り出された揮発成分は、揮発成分タンク４２を介して、ボイラ４に供給されボイラ４の燃料としてもよい。また、排水タンク４０で揮発成分が取り出された残りの排水は、貯炭場排水処理装置４６で不純物を除去される。不純物を除去された排水は、散水装置４８によって、貯炭場４９に貯蔵されている石炭５０に対して散水されてもよい。
【００５２】
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態では、発電設備２に設けられたボイラ４で生成された過熱蒸気の一部を利用して、汚泥（高含水率バイオマス）を水熱処理しているので、ボイラ４で生成された蒸気によって、発電を行うとともに、汚泥を水熱処理することができる。すなわち、汚泥を水熱処理するための蒸気を生成する専用の装置を設けることなく、汚泥を水熱処理することができる。したがって、汚泥を水熱処理するための過熱蒸気を生成する専用の装置を設ける構成と比較して、省スペース化できるとともに、設置コストを低減することができる。また、バイオマス燃料製造にプラント１のボイラ４で生成された蒸気の一部を有効利用するため、別途蒸気を生成する必要がなくエネルギの有効利用をしてバイオマス燃料を製造することができる。
【００５３】
また、過熱器２５の出口近傍から過熱蒸気を抽気することで、過熱器２５で生成された過熱蒸気を乾燥炉３１の乾燥用熱源として利用した後に処理炉２９に導いている。すなわち、例えばドラム２４よりも蒸気流れにおける下流側から過熱された過熱蒸気を抽気し、処理炉２９に導いている。ドラム２４等において圧力を制御して生成される飽和蒸気の温度はボイラ４の負荷による影響が少なく大きく変動しないため、ドラム２４等よりも下流側である過熱器２５で過熱される過熱蒸気は、ボイラ４の負荷変動によって温度と圧力が所定値として変動しないよう制御が可能である。したがって、ボイラ４の負荷変動に依ることなく、一定の温度の蒸気を抽気し、処理炉２９に導くことができる。よって、処理炉２９に導かれる蒸気の温度を所望の温度とし易くすることができ、処理炉２９において好適に汚泥の水熱処理を行うことができる。
また、本実施形態では、ボイラ４の負荷変動の影響を受けにくい過熱器２５の出口近傍から過熱蒸気を抽気しているが、過熱器２５の出口近傍の過熱蒸気の温度は、好適に水熱処理を行うことができる蒸気の温度よりも高い。本実施形態では、第１熱交換器３２において、ボイラ４から抽気した過熱蒸気の保有熱量（保有するエネルギ）を乾燥炉３１の乾燥用熱源として利用している。すなわち、第１熱交換器３２で減温されて適温となった過熱蒸気を処理炉２９に導入している。これにより、処理炉２９に導入される蒸気を冷却し、好適に水熱処理を行うことができる温度とすることができるとともに、過熱蒸気を冷却した分の熱量（熱エネルギ）を汚泥の乾燥用熱源に利用しているので、プラント１全体のエネルギを有効利用することができる。
以上のように、本実施形態では、過熱器２５で生成された過熱蒸気を抽気することで、安定した温度の蒸気を処理炉２９に導くことができるとともに、抽気した過熱蒸気の温度を処理炉２９における水熱処理に適した温度まで減温する際に熱交換した熱エネルギを乾燥炉３１の乾燥用熱源に利用することで、プラント１全体のエネルギの有効利用をすることができる。
【００５４】
本実施形態では、処理炉２９で使用された蒸気を復水し、不純物を除去してボイラ４への給水となる給水系統に戻している。これにより、ボイラ４で生成された蒸気を処理炉２９に導くために抽気する構成において、抽気した過熱蒸気量の分だけ新たな給水が必要となる中で、処理炉２９で使用された蒸気を復水して、再度にボイラ４の給水へと戻すので、ボイラ４の給水系統における給水量の低減を抑制できる。このため、ボイラ４への新規に追加する給水量を低減することができる。
また、発電設備２が、ボイラ４の給水を補充するために、所内用水設備及び純水設備を備えていて、当該設備と、処理炉２９から排出された蒸気を処理する所内用水設備３６及び純水設備３７とを兼用する場合には、新たに専用の処理設備を設けることなく、既存の処理設備を活用でき、ボイラ４への給水量の低減を抑制することができる。したがって、専用の処理設備を設ける構成と比較して、省スペース化できるとともに、設置コストを低減することができる。
【００５５】
また、貯炭場４９に貯蔵されている石炭５０は、条件によっては自然発火するおそれがある。本実施形態では、脱水装置３０からの純度が低い排水を、貯炭場排水処理装置４６で環境に有害な不純物を除去する処理を行い、散水装置４８によって貯炭場４９に貯蔵されている石炭５０に散水することで有効利用する。これにより、脱水装置３０で脱水したことによって発生した排水を有効利用して、石炭５０の自然発火を防止に活用することができる。したがって、既存の発電設備２で散水専用の水を石炭５０に散水する構成と比較して、プラント１全体で使用される水量を低減することができる。
また、発電設備２が、貯炭場４９に貯蔵されている石炭５０に対して散水した水を回収して、当該回収した水から不純物を除去する設備を既に備えていて、当該設備と、貯炭場排水処理装置４６とを兼用する場合には、専用の排水処理設備を設ける必要がないので、専用の排水処理設備を設ける構成と比較して、省スペース化できるとともに、設置コストを低減することができる。
【００５６】
次に、第１実施形態の第１変形例について図２を用いて説明する。
本変形例では、ボイラ４からの排ガスを乾燥炉３１に導かず、排ガスと熱交換した乾燥用空気を乾燥炉３１に導く点で第１実施形態と異なる。第１実施形態と同一の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５７】
本変形例に係るプラント６１は、図２に示されているように、排ガス流路１２の電気集塵機１５と誘引送風機１６との間に、乾燥用空気熱交換器６２が設けられている。乾燥用空気熱交換器６２は、乾燥炉３１に導入する乾燥用空気とボイラ４の排ガスとを熱交換することで、乾燥用空気を加熱している。乾燥用空気熱交換器６２には、乾燥用空気を乾燥炉３１に導く乾燥用空気供給路６３が連通している。乾燥用空気供給路６３は、乾燥用空気熱交換器６２と乾燥炉３１とを接続している。また、乾燥用空気供給路６３には、第１熱交換器３２が設けられており、蒸気供給路２７を流通する過熱蒸気と、乾燥用空気とを熱交換することで、乾燥用空気を加熱している。
過熱蒸気の熱量の一部が乾燥空気の加熱に使用されることで過熱蒸気が冷却されて適温になり、第１熱交換器３２から排出された過熱蒸気は、好適に水熱処理を行うことができる温度になって処理炉２９に供給される。
【００５８】
乾燥炉３１では、乾燥用空気供給路６３によって供給された乾燥用空気の保有熱量を利用して汚泥を乾燥する乾燥用熱源としている。乾燥方法は、乾燥用空気と汚泥とを直接接触させて熱交換を行ってもよく、また、乾燥用空気と汚泥とを直接接触させずに熱交換を行ってもよい。また、乾燥炉３１には、乾燥炉３１から乾燥用空気を排出する乾燥用空気排出路６４が連通している。乾燥用空気排出路６４は、乾燥炉３１と乾燥用空気熱交換器６２とを接続している。乾燥用空気排出路６４には、乾燥に供した乾燥用空気を脱臭する脱臭装置５２と、乾燥に供した乾燥用空気から不純物を除去するバグフィルタ５３とが設けられている。なお、乾燥炉３１において、乾燥用空気と汚泥とを直接接触させずに熱交換を行う場合には、脱臭装置５２及びバグフィルタ５３を省略してもよい。乾燥用空気排出路６４を経て乾燥用空気熱交換器６２に供給された乾燥用空気は、再度排ガスと熱交換を行い、乾燥用空気供給路６３に流入する。
なお、乾燥用空気は、必ずしも空気である必要は無く、例えば比熱が少し大きな窒素などを用いて熱の輸送効率を向上させてもよい。
【００５９】
このような構成でも、第１実施形態と同様の効果を奏する。
また乾燥用空気を系外に排出せずに乾燥用空気供給路６３から乾燥用空気排出路６４を循環させるので、乾燥用空気熱交換器６２および第１熱交換器３２で加熱された熱量を系外へ排出することなく有効に利用することができる。
また、乾燥炉３１で乾燥用空気と汚泥とを直接接触させる場合には、乾燥用空気が系外へ排出されないので、脱臭装置５２及びバグフィルタ５３の作動を軽減させても環境への影響が無いので、運用性が向上する。
【００６０】
次に、第１実施形態の第２変形例について図３を用いて説明する。
本変形例では、第１熱交換器３２の代わりに、ボイラ４から抽気した蒸気を乾燥炉３１内に設けられた炉内熱交換器（炉内熱交換部）６７に供給する点で第１実施形態と異なる。第１実施形態と同一の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６１】
本変形例に係るプラント６６は、図３に示されているように、乾燥炉３１内に炉内熱交換器６７を備えている。炉内熱交換器６７は、蒸気供給路２７を流通する過熱蒸気と、乾燥炉３１内に供給された汚泥とを熱交換し、汚泥を加熱する。すなわち、炉内熱交換器６７によって、蒸気供給路２７を流通する過熱蒸気の保有熱量が乾燥炉３１の乾燥用熱源とされている。過熱蒸気の熱量の一部が汚泥の加熱に使用されることで過熱蒸気が冷却されて適温になり、炉内熱交換器６７から排出された過熱蒸気は、好適に水熱処理を行うことができる温度になって処理炉２９に供給される。
【００６２】
このような構成でも、第１実施形態と同様の効果を奏する。また、汚泥は温度の高い過熱蒸気を乾燥用熱源とするので、加熱効率が向上し、乾燥炉３１のコンパクト化もしくは乾燥時間の短縮が可能となる。
【００６３】
〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態について図４及び図５を用いて説明する。
本実施形態では、処理炉２９から排出された蒸気と、乾燥炉３１から排出される排ガスとを熱交換する第２熱交換器（第２熱交換部）７２を備えている点で第１実施形態と異なる。第１実施形態と同一の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６４】
本実施形態に係るプラント７１は、図４に示されているように、蒸気排出路３３を流通する蒸気と排ガス排出路２０を流通する排ガスとを熱交換する第２熱交換器７２を備えている。第２熱交換器７２では、蒸気と排ガスとを熱交換することで、処理炉２９の出口でも交換可能な熱量を保有しているので、蒸気排出路３３を流通する蒸気の熱量を排ガスで有効に回収を行うもので、蒸気を冷却するとともに、排ガスを加熱している。具体的には、蒸気の温度は、１００〜１６０度程度に冷却される。また、排ガスは、１００度程度まで加熱される。
【００６５】
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態では、処理炉２９から排出される蒸気と乾燥炉３１から排出される排ガスとを熱交換し、乾燥炉３１から排出される排ガスを加熱して、ボイラ４の排ガス流路１２に戻している。これにより、ボイラ４の排ガス流路１２を通して煙突１１から系外に排ガスを排出する際に、排ガス中に含まれる水蒸気の一部凝縮による白煙の発生を防止することができる。また、処理炉２９から排出される蒸気と排ガスとを熱交換することで処理炉２９から排出される蒸気を冷却しているので、排出される蒸気を復水タンク３４で凝縮し易くすることができる。
【００６６】
次に、第２実施形態の変形例について図５を用いて説明する。
本変形例では、第１熱交換器３２の代わりに、ボイラ４から抽気した蒸気を乾燥炉３１内に設けられた炉内熱交換器７７に供給する点で第２実施形態と異なる。第２実施形態と同一の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６７】
本変形例に係るプラント７６は、図５に示されているように、乾燥炉３１内に炉内熱交換器７７を備えている。炉内熱交換器７７は、蒸気供給路２７を流通する過熱蒸気と、乾燥炉３１内に供給された汚泥とを熱交換し、汚泥を加熱する。すなわち、炉内熱交換器７７によって、蒸気供給路２７を流通する過熱蒸気の保有熱量が乾燥炉３１の乾燥用熱源とされている。炉内熱交換器７７から排出された蒸気は、好適に水熱処理を行うことができる温度になって処理炉２９に供給される。
【００６８】
このような構成でも、第２実施形態と同様の効果を奏する。また、汚泥は温度の高い過熱蒸気を乾燥用熱源とするので、加熱効率が向上し、乾燥炉３１のコンパクト化もしくは乾燥時間の短縮が可能となる。
【００６９】
〔第３実施形態〕
次に、第３実施形態について図６から図９を用いて説明する。
本実施形態では、処理炉２９から排出された蒸気と、乾燥炉３１に供給される排ガスとを熱交換する第３熱交換器（第３熱交換部）８２を備えている点で第１実施形態と異なる。第１実施形態と同一の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７０】
本実施形態に係るプラント８１は、図６に示されているように、蒸気排出路３３を流通する処理炉２９から排出される蒸気と排ガス供給路１８を流通する排ガスとを熱交換する第３熱交換器８２を備えている。なお、第３熱交換器８２は、第１熱交換器３２よりも、排ガス流れの下流に配置されている。第３熱交換器８２では、処理炉２９から排出される蒸気と排ガスとを熱交換することで、排出される蒸気を冷却するとともに、排ガスを加熱している。
【００７１】
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態では、処理炉２９から排出される蒸気の熱エネルギをバイオマスの乾燥に利用することができる。これにより、エネルギを有効に利用し、エネルギ効率を向上させることができる。また、排ガス供給路１８から流通する排ガスの温度をより高くして、乾燥炉３１でより高温でバイオマスを乾燥することができるので、より乾燥を促進して乾燥時間を短縮することができる。
【００７２】
次に、第３実施形態の第１変形例について図７を用いて説明する。
本変形例では、第１熱交換器３２の代わりに、ボイラ４から抽気した蒸気を乾燥炉３１内に設けられた炉内熱交換器８７に供給する点で第３実施形態と異なる。第３実施形態と同一の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７３】
本変形例に係るプラント８６は、図７に示されているように、乾燥炉３１内に炉内熱交換器８７を備えている。炉内熱交換器８７は、蒸気供給路２７を流通する過熱蒸気と、乾燥炉３１内に供給された汚泥とを熱交換し、汚泥を加熱する。すなわち、炉内熱交換器８７によって、蒸気供給路２７を流通する過熱蒸気の保有熱量が乾燥炉３１の乾燥用熱源とされている。炉内熱交換器８７から排出された蒸気は、好適に水熱処理を行うことができる温度になって処理炉２９に供給される。
【００７４】
このような構成でも、第３実施形態と同様の効果を奏する。
【００７５】
次に、第３実施形態の第２変形例について図８を用いて説明する。
本変形例では、第３熱交換器８２の代わりに、処理炉２９から排出された蒸気を乾燥炉３１内に設けられた炉内熱交換器９２に供給する点で第３実施形態と異なる。第３実施形態と同一の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７６】
本変形例に係るプラント９１は、図８に示されているように、乾燥炉３１内に炉内熱交換器９２を備えている。炉内熱交換器９２は、蒸気排出路３３を流通する蒸気は処理炉２９の出口でも交換可能な熱量を保有しているので、蒸気排出路３３を流通する蒸気の熱量を排ガスで有効に回収を行うもので、乾燥炉３１内に供給された汚泥を加熱する。すなわち、炉内熱交換器９２によって、蒸気排出路３３を流通する蒸気の保有熱量が乾燥炉３１の乾燥用熱源の一つとされている。炉内熱交換器９２から排出された蒸気は、処理炉２９から排出される蒸気を冷却しているので、排出される蒸気を容易に凝縮し易くして、復水タンク３４に供給される。
【００７７】
このような構成でも、処理炉２９から排出される蒸気の熱エネルギをバイオマスの乾燥に利用することができる。これにより、エネルギの有効利用を促進し、エネルギ効率を向上させることができる。
【００７８】
次に、第３実施形態の第３変形例について図９を用いて説明する。
本変形例では、第１熱交換器３２の代わりに、ボイラ４から抽気した蒸気を乾燥炉３１内に設けられた第１炉内熱交換器９７に供給する点、及び、第３熱交換器８２の代わりに、処理炉２９から排出された蒸気を乾燥炉３１内に設けられた第２炉内熱交換器９８に供給する点で第３実施形態と異なる。第３実施形態と同一の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７９】
本変形例に係るプラント９６は、図９に示されているように、乾燥炉３１内に第１炉内熱交換器９７及び第２炉内熱交換器９８を備えている。第１炉内熱交換器９７は、蒸気供給路２７を流通する過熱蒸気と、乾燥炉３１内に供給された汚泥とを熱交換し、汚泥を加熱する。すなわち、第１炉内熱交換器９７によって、蒸気供給路２７を流通する過熱蒸気の保有熱量が乾燥炉３１の乾燥用熱源とされている。第１炉内熱交換器９７から排出された過熱蒸気は、好適に水熱処理を行うことができる温度になって処理炉２９に供給される。また、第２炉内熱交換器９８は、蒸気排出路３３を流通する蒸気と、乾燥炉３１内に供給された汚泥とを熱交換し、汚泥を加熱する。すなわち、第２炉内熱交換器９８によって、蒸気排出路３３を流通する蒸気の保有熱量が乾燥炉３１の乾燥用熱源の１つとされている。第２炉内熱交換器９８から排出された蒸気は、処理炉２９から排出される蒸気を冷却しているので、排出される蒸気を容易に凝縮し易くして、復水タンク３４に供給される。
【００８０】
このような構成でも、処理炉２９から排出される蒸気の熱エネルギをバイオマスの乾燥に利用することができる。これにより、エネルギの有効利用を促進し、エネルギ効率を向上させることができる。
【００８１】
〔第４実施形態〕
次に、第４実施形態について図１０及び図１１を用いて説明する。
本実施形態では、乾燥炉３１内に炉内熱交換器１０２を備えている点、及び、蒸気排出路３３に第４熱交換器（第４熱交換部）１０３が設けられている点で第１実施形態と異なる。第１実施形態と同一の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００８２】
本実施形態に係るプラント１０１は、図１０に示されているように、乾燥炉３１内に炉内熱交換器１０２を備えている。炉内熱交換器１０２は、蒸気排出路３３を流通する蒸気と、乾燥炉３１内に供給された汚泥とを熱交換し、汚泥を加熱する。すなわち、炉内熱交換器１０２によって、蒸気排出路３３を流通する蒸気の保有熱量が乾燥炉３１の乾燥用熱源の１つとされている。
また、本実施形態に係るプラント１０１は、蒸気排出路３３に設けられた第４熱交換器１０３を備えている。第４熱交換器１０３は、炉内熱交換器１０２から排出された蒸気と、脱水装置３０から排出された排水とを熱交換する。炉内熱交換器１０２から排出された蒸気と脱水装置３０から排出された排水とを熱交換することで、排出された蒸気を冷却するとともに、排出された排水を加熱している。第４熱交換器１０３から排出された蒸気は、復水タンク３４に供給される。また、第４熱交換器１０３から排出された排水は、排水タンク４０に供給される。
【００８３】
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態では、脱水装置３０からの排水を第４熱交換器１０３で加熱しているので、排水中に含まれる汚泥等に含有されていた揮発成分（ＣＨ４やベンゼンＨｍＳｎ化合物等）を気化させて、排水中から揮発成分を取り出し易くすることができる。また、炉内熱交換器１０２から排出された蒸気を第４熱交換器１０３で冷却しているので、蒸気を凝縮し易くすることができる。また、炉内熱交換器１０２から排出された蒸気と脱水装置３０から排出された排水とを熱交換することで、蒸気の冷却及び排水の加熱を行っているので、プラント１全体においてエネルギの有効利用を促進し、エネルギ効率を向上させることができる。
【００８４】
次に、第４実施形態の変形例について図１１を用いて説明する。
本変形例では、第４熱交換器１０７を第１排水流路３９に設けている点で、第４実施形態と異なる。第４実施形態と同一の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００８５】
本変形例に係るプラント１０６では、図１１に示されているように、炉内熱交換器１０２から排出された蒸気と、脱水装置３０から排出された排水とを熱交換する第４熱交換器１０７が、第１排水流路３９に設けられている。
【００８６】
このような構成でも、第４実施形態と同様の効果を奏する。
【００８７】
なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。
例えば、上記各実施形態及び上記各変形例は組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００８８】
１      プラント
２      発電設備
３      バイオマス燃料製造システム
４      ボイラ
５      第１循環流路
６      蒸気タービン
７      発電機
８      復水器
９      第２循環流路
１１    煙突
１２    排ガス流路
１８    排ガス供給路
２０    排ガス排出路
２３    節炭器
２４    ドラム
２５    過熱器
２６    再熱器
２７    蒸気供給路（蒸気流路）
２９    処理炉
３０    脱水装置（脱水部）
３１    乾燥炉
３２    第１熱交換器（第１熱交換部）
３３    蒸気排出路
３４    復水タンク（復水部）
３６    所内用水設備（復水処理部）
３７    純水設備
３８    復水流路
３９    第１排水流路
４０    排水タンク
４２    揮発成分タンク
４４    第２排水流路
４６    貯炭場排水処理装置（排水処理部）
４８    散水装置（散水手段）
４９    貯炭場
５４    バイオマス発電設備
５５    バイオマス燃料供給路
６７    炉内熱交換器（炉内熱交換部）
７１    プラント
７２    第２熱交換器（第２熱交換部）
８１    プラント
８２    第３熱交換器（第３熱交換部）
１０１  プラント
１０３  第４熱交換器（第４熱交換部）
【図１】
2019141769.tif 000003
【図２】
2019141769.tif 000004
【図３】
2019141769.tif 000005
【図４】
2019141769.tif 000006
【図５】
2019141769.tif 000007
【図６】
2019141769.tif 000008
【図７】
2019141769.tif 000009
【図８】
2019141769.tif 000010
【図９】
2019141769.tif 000011
【図１０】
2019141769.tif 000012
【図１１】
2019141769.tif 000013