(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水蒸気が供給されるシェルと、
前記シェル内に配置されるチューブと、
前記チューブの入口側に接続され、前記チューブ内にバイオマスを供給するフィーダと、
前記チューブの入口側に介装される入口バルブと、
前記チューブの出口側に介装される出口バルブと、
前記入口バルブを開、前記出口バルブを閉とし、前記フィーダから前記入口バルブを経て前記チューブ内に前記バイオマスを供給し、前記入口及び出口バルブを閉とし、前記バイオマスを前記チューブ内に密閉し、前記チューブ内の前記バイオマスを前記シェル内の水蒸気で加熱し、保持時間の経過後、前記入口バルブを閉、前記出口バルブを開とし、前記チューブ内の前記バイオマスをその含有水分で水蒸気爆砕して微粉化バイオマスを生成する制御ユニットと、
前記チューブの出口側に接続され、前記チューブ内に生成された前記微粉化バイオマスを受け入れる受入ユニットと
を備える、蒸煮爆砕装置。
【請求項２】
前記チューブは複数設けられ、
前記入口及び出口バルブは前記複数のチューブ毎にそれぞれ設けられ、
前記制御ユニットは、前記入口及び出口バルブの開閉により、前記フィーダから前記複数のチューブのうちの少なくとも１つ以上に段階的に前記バイオマスを供給し、前記微粉化バイオマスを生成する、請求項１に記載の蒸煮爆砕装置。
【請求項３】
前記チューブは複数設けられ、
前記複数のチューブと前記フィーダとの間に設けられ、前記複数のチューブの入口が接続されるとともに前記入口バルブが介装される分岐路と、
前記複数のチューブと前記受入ユニットとの間に設けられ、前記複数のチューブの出口が接続されるとともに前記出口バルブが介装される合流路と
を備え、
前記制御ユニットは、前記入口及び出口バルブの開閉により、前記フィーダから前記複数のチューブ内に一括して前記バイオマスを供給し、前記微粉化バイオマスを生成する、請求項１に記載の蒸煮爆砕装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れか一項に記載の蒸煮爆砕装置と、
前記微粉化バイオマスを燃焼して水蒸気を発生するボイラと、
前記ボイラで発生する水蒸気により回転される蒸気タービンと
を備える、ボイラ装置。
【請求項５】
前記ボイラで発生する水蒸気、又は前記蒸気タービンを回転させた後の水蒸気が流れる流路と、
前記流路から分岐して前記シェルに接続され、前記シェルに前記流路の水蒸気を供給する供給路と、
前記シェルに接続されて前記流路に合流し、前記シェルを流れた水蒸気を前記流路に戻す返戻路と
をさらに備える、請求項４に記載のボイラ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸煮爆砕装置、及びボイラ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、木質系バイオマスを複数のミルで段階的に粉砕して微粉化し、微粉炭炊きボイラに燃料として供給するバイオマス粉砕装置及びバイオマス・石炭混焼システムが開示されている。
また、特許文献２には、有機性廃棄物を容器内に収容し、高温・高圧の水蒸気によって廃棄物を加熱（蒸煮）した後、容器内圧力を瞬間的に開放し、水の断熱膨張のエネルギによって固体成分を粉砕（爆砕）する水蒸気爆砕（蒸煮爆砕）方式の廃棄物処理装置が開示されている。
【０００３】
また、特許文献３には、反応容器及び試料受け器がバルブにより遮断された蒸煮爆砕装置が開示されている。この蒸煮爆砕装置では、乾燥させた天然木質（試料）を水とともに反応容器に投入し、反応容器内を高温高圧状態にして試料を蒸煮する。そして、バルブを開として反応容器内を瞬間的に大気圧に開放することにより、高温高圧水反応及び爆砕効果によって分解された試料を試料受け器に回収し、試料を水等で洗浄することにより糸状の天然繊維を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−８３０１７号公報
【特許文献２】特開２０１０−３７５３６号公報
【特許文献３】特開２００３−３０６８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の装置及びシステムのように、固形物原料であるバイオマスを例えばハンマーミル、ローラミル、カッターミルといった機械式の粉砕機（ミル）で粉砕し、例えば微粉炭炊きボイラに燃料として供給することがある。このためには、バイオマスをその平均粒度が０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度になるまで微粉化しなければならない。
【０００６】
しかしながら、一般に、ミルでバイオマスを大量粉砕した場合、その最小サイズは２．０ｍｍ程度にしかならず、バイオマスをさらに微粉化するためには、特許文献１のように複数のミルで段階的に粉砕する等の措置が必要であり、ミルを作動させるための電力等のエネルギ消費量が増大するという問題がある。
【０００７】
特に、原料となるバイオマスが水分を多量に含む（例えば５０ｗｔ％）、いわゆる湿潤バイオマスである場合、従来はバイオマスの水分が１０ｗｔ％以下程度になるまで乾燥した乾燥バイオマスを粉砕してバイオマス燃料を生成している。この場合には、バイオマスを乾燥するための前処理設備が必要となるため、乾燥機を作動させるための電力等のエネルギ消費量が増大するとともに、乾燥機という前処理設備を要する。
【０００８】
そこで、特許文献２に記載の廃棄物処理装置のように、バイオマスの粉砕に要するエネルギ消費量を低減するために、ボイラで大量に発生する水蒸気を有効に活用し、バイオマスを水蒸気爆砕により粉砕することが考えられる。
しかしながら、この水蒸気爆砕では、水蒸気をバイオマスと混合することにより蒸煮するため、水蒸気爆砕後に大量の凝縮水が発生する。この凝縮水は、不純物を含むため、ボイラでの水蒸気生成のための用水として再利用できず、中和処理や分離処理等を行った後に装置の系外に排出設備を経て排出しなければならない。したがって、特許文献２の装置では、水蒸気爆砕後の後処理設備を別途要し、設備コスト、及び当該設備を稼働するためのエネルギ消費量が増大するという問題がある。
【０００９】
また、特許文献３の蒸煮爆砕装置は、試料を乾燥するための前処理設備と、蒸煮爆砕後の試料を洗浄して天然繊維を得るための後処理設備とを要する。また、容器に天然木質及び水を導入して蒸煮爆砕を行うため、蒸煮爆砕後に大量の高温となる凝縮水が発生する。この凝縮水は排水されるため、排水のための後処理設備を要するとともに、凝縮水は高温であるため、この熱量廃棄に伴うエネルギロスが発生する。また、容器内では、供給した水を試料とともに高温高圧状態の水蒸気になるまで加熱しなければならないため、その加熱エネルギは膨大となり、蒸煮爆砕装置の運転に係るエネルギ効率が著しく悪化するおそれがある。
【００１０】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、バイオマスを少ないエネルギで効率的に微粉砕して燃料としての微粉化バイオマスを高い収率で生成することができる蒸煮爆砕装置と、当該蒸煮爆砕装置により生成された微粉化バイオマスを用いることでボイラの運転コスト低減、設備コスト低減、及び燃焼効率向上を実現することができるボイラ装置とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の蒸煮爆砕装置は、水蒸気が供給されるシェルと、シェル内に配置されるチューブと、チューブの入口側に接続され、チューブ内にバイオマスを供給するフィーダと、チューブの入口側に介装される入口バルブと、チューブの出口側に介装される出口バルブと、入口バルブを開、出口バルブを閉とし、フィーダから入口バルブを経てチューブ内にバイオマスを供給し、入口及び出口バルブを閉とし、バイオマスをチューブ内に密閉し、チューブ内のバイオマスをシェル内の水蒸気で加熱し、保持時間の経過後、入口バルブを閉、出口バルブを開とし、チューブ内のバイオマスをその含有水分で水蒸気爆砕して微粉化バイオマスを生成する制御ユニットと、チューブの出口側に接続され、チューブ内に生成された微粉化バイオマスを受け入れる受入ユニットとを備える。
【００１２】
また、本発明のボイラ装置は、上述した蒸煮爆砕装置と、微粉化バイオマスを燃焼して水蒸気を発生するボイラと、ボイラで発生する水蒸気により回転される蒸気タービンとを備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の蒸煮爆砕装置、及びボイラ装置によれば、バイオマスを少ないエネルギで効率的に微粉砕して燃料としての微粉化バイオマスを高い収率で生成することができ、この微粉化バイオマスを用いることによりボイラの運転コスト低減及び燃焼効率向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るボイラ装置を示す構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る蒸煮爆砕装置を示す構成図である。
【図３】図２のシェルをＡ−Ａ断面の矢視方向から見た断面図である。
【図４】図２の制御ユニットで実行する爆砕制御を説明したフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る蒸煮爆砕装置を示す構成図である。
【図６】図５の制御ユニットで実行する爆砕制御を説明したフローチャートである。
【図７】図５の制御ユニットで実行する爆砕制御を説明したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態のボイラ装置１は、石炭焚きボイラ２を備え、火力発電所等に設置される。石炭焚きボイラ２は、例えば微粉炭炊きボイラ（ＰＣボイラ：Pulverized Coal boiler）であって、火炉２ａ、後部伝熱部である過熱器２ｂ、再熱器２ｃ、及び節炭部２ｄを具備している。節炭部２ｄから煙突Ｐに至るまでの排ガス処理煙道３には、脱硝部４、エアヒータ５、集塵装置６、誘引ファン７、熱交換器８、脱硫部９及び押込みファン１０が順次配置されている。
【００１６】
エアヒータ５は、押込みファン１１により導入される外部空気を脱硝部４から排出される排ガスの熱で暖め、石炭焚きボイラ２のバーナー部２ｅに燃焼用空気として送り込む。熱交換器８は、誘引ファン７により導かれて集塵装置６を通過した後の排ガスと、押込みファン１０により導入されて脱硫部９を通過した後の排ガスとを熱交換する。熱交換器８を経た排ガスは煙突Ｐから排出される。
【００１７】
石炭焚きボイラ２には、石炭Ｃを機械式のミル（粉砕機）２０により粉砕処理した微粉炭燃料が供給される。この微粉炭燃料は、押込みファン１１により導入される燃焼用空気とともにバーナー部２ｅを経て石炭焚きボイラ２の火炉２ａに投入されて燃焼される。
【００１８】
ボイラ装置１の石炭焚きボイラ２で微粉炭燃料が燃焼することで生じる蒸気は、過熱器２ｂから配管２１を通って高圧タービン（蒸気タービン）２２に送られ、高圧タービン２２を回転させる。高圧タービン２２の仕事に供された蒸気は、配管（流路）２３を通って再熱器２ｃに戻されて再度加熱される。そして、再度加熱された蒸気は、配管２４を通って中・低圧タービン（蒸気タービン）２５に送られ、この中・低圧タービン２５の仕事に供された後、配管２６及び復水器２７を経て石炭焚きボイラ２に戻される。
【００１９】
また、ボイラ装置１は、バイオマスＢを水蒸気爆砕により微粉化してバイオマス燃料としての微粉化バイオマスを製造する蒸煮爆砕装置３０を備えている。バイオマスＢは、例えば木質バイオマスからなる固形燃料である。
【００２０】
＜第１実施形態＞
図２に示すように、蒸煮爆砕装置３０は、水蒸気が供給されるシェル３２、及びシェル３２内に配置される複数のチューブ３４を有するシェル＆チューブ構造の熱交換部３６と、熱交換部３６の上側に配置され、各チューブ３４の入口側に接続されて各チューブ３４内にバイオマスＢを供給可能とするフィーダ３８とを備えている。
【００２１】
フィーダ３８は、バイオマスＢが投入されるホッパ３８ａと、ホッパ３８ａから自重で流下したバイオマスＢを各チューブ３４の入口に向けて搬送する搬送路３８ｂとを備えている。また、蒸煮爆砕装置３０の下部には火炉（受入ユニット）２ａに接続された搬送路４７が設けられている。
【００２２】
シェル３２は、円筒状の胴部３２ａと、胴部３２ａの上下をそれぞれ密閉する上壁３２ｂ、下壁３２ｃとから形成された密閉容器である。胴部３２ａには、水蒸気の入口部３２ｄと、出口部３２ｅとが形成されている。例えば、入口部３２ｄは胴部３２ａの上壁３２ｂ近傍に、出口部３２ｅは胴部３２ａの下壁３２ｃ近傍に位置付けられている。入口部３２ｄには、配管２３から分岐する分岐配管（供給路）２８が接続されている。
【００２３】
シェル３２には、高圧タービン２２を回転させた後に石炭焚きボイラ２の再熱器２ｃに戻る２００℃〜３００℃の蒸気（再熱蒸気）の一部が分岐配管２８を経て入口部３２ｄから供給される。出口部３２ｅには、配管２３における分岐配管２８の分岐点の下流側にて配管２３に合流する合流配管（返戻路）２９が接続されている。シェル３２内を流れて各チューブ３４、ひいては後述する特定のチューブ３４内に供給されたバイオマスＢの加熱に供した水蒸気は、合流配管２９を経て配管２３に戻されて石炭焚きボイラ２で再利用される。すなわち、シェル３２内には石炭焚きボイラ２で生成された蒸気が循環されている。
【００２４】
シェル３２内には各チューブ３４が配置され、各チューブ３４はシェル３２の上下壁３２ｂ、３２ｃからシェル３２内の気密性を保持しながらそれぞれ上下に突出して延設されている。また、各チューブ３４には、チューブ３４毎に入口及び出口バルブ４０、４２が複数設けられている。
【００２５】
詳しくは、入口バルブ４０は、シェル３２の上側において、シェル３２の上壁３２ｂから突出した各チューブ３４にそれぞれ介装されている。また、出口バルブ４２は、シェル３２の下側において、シェル３２の下壁３２ｃから突出した各チューブ３４にそれぞれ介装されている。入口及び出口バルブ４０、４２は、例えばゲート弁（仕切弁）や、バタフライ弁であって、木質チップ等の固形物が開作動時に引っ掛かりなく円滑に且つ瞬時に流通し、閉作動時には詰まり等なく確実に流路を遮断可能なプレート状の弁体を有している。
【００２６】
各チューブ３４は、入口バルブ４０の上側にシェル３２の胴部３２ａの径方向中央に向けて傾斜した上傾斜管部３４ａをそれぞれ有している。また、各チューブ３４は、出口バルブ４２の下側にシェル３２の胴部３２ａの径方向中央に向けて傾斜したそれぞれ下傾斜管部３４ｂを有している。各チューブ３４の各上傾斜管部３４ａと、フィーダ３８の搬送路３８ｂとの間には分岐配管（分岐路）４４が設けられている。分岐配管４４には、各上傾斜管部３４ａの上端に形成された各チューブ３４の入口が接続されている。すなわち、各チューブ３４は、分岐配管４４、各入口バルブ４０、搬送路３８ｂを介してホッパ３８ａと連通可能に構成されている。
【００２７】
一方、各チューブ３４の下傾斜管部３４ｂと、火炉２ａに至る搬送路４７との間には合流配管（合流路）４６が設けられている。合流配管４６には、下傾斜管部３４ｂの下端に形成された各チューブ３４の出口が接続されている。すなわち、各チューブ３４は、各出口バルブ４２、合流配管４６、搬送路４７を介して火炉２ａと連通可能に構成されている。
鉛直方向を基準としたときの各上及び下傾斜管部３４ａ、３４ｂの傾斜角は、シェル３２の胴部３２ａ近傍に位置する各チューブ３４の角度が最も大きく、シェル３２の胴部３２ａの径方向中央に位置する各チューブ３４の角度が最も小さい。
【００２８】
これら上及び下傾斜管部３４ａ、３４ｂの傾斜角は、フィーダ３８側から各チューブ３４に供給されるバイオマスＢ、及び、各チューブ３４から火炉２ａ側に送出されるバイオマスＢが自重で円滑に流下可能な角度に設定されている。これにより、図２に示すように、フィーダ３８から供給されたバイオマスＢは、分岐配管４４及び各上傾斜管部３４ａに高い充填率で充填され、閉作動された各入口バルブ４０により堰き止められている。
【００２９】
入口及び出口バルブ４０、４２は、蒸煮爆砕装置３０の制御ユニット４８に電気的に接続されている。制御ユニット４８は、入口及び出口バルブ４０、４２を開閉することにより、蒸煮爆砕装置３０で行う水蒸気爆砕を制御する爆砕制御を実行する。
図３に示すように、例えば、シェル３２内には２４本のチューブ３４が離間して配置されている。また、入口及び出口バルブ４０、４２も、各チューブ３４に対応して、それぞれ２４個ずつ設けられている。
【００３０】
２４本のチューブ３４は、例えば、破線で囲った４つの第１〜第４チューブ群３４Ａ〜３４Ｄから構成され、第１〜第４チューブ群３４Ａ〜３４Ｄは、それぞれ６本のチューブ３４から構成されている。また、２４個の入口バルブ４０は、第１〜第４チューブ群３４Ａ〜３４Ｄに対応する４つの第１〜第４入口バルブ群４０Ａ〜４０Ｄから構成され、第１〜第４入口バルブ群４０Ａ〜４０Ｄは、それぞれ６個の入口バルブ４０から構成されている。
【００３１】
また、２４個の出口バルブ４２も、入口バルブ４０と同様に、第１〜第４チューブ群３４Ａ〜３４Ｄに対応する４つの第１〜第４出口バルブ群４２Ａ〜４２Ｄから構成され、第１〜第４出口バルブ群４２Ａ〜４２Ｄは、それぞれ６個の出口バルブ４２から構成されている。
以下、図４に示すフローチャートを参照して、制御ユニット４８で実行される爆砕制御について説明する。
【００３２】
先ず、制御ユニット４８が爆砕制御を開始すると、ステップＳ１では、先ず第１チューブ群３４Ａでの爆砕（第ｎ群におけるｎ＝１の場合）を行うべく、第１入口バルブ群４０Ａの各入口バルブ４０を開作動し、第１出口バルブ群４２Ａの各出口バルブ４２を閉作動する。これにより、第１入口バルブ群４０Ａの各入口バルブ４０で堰き止められていたバイオマスＢが第１チューブ群３４Ａの各チューブ３４内に供給され、チューブ３４内のバイオマスＢが予め設定された充填率となるまで充填される。
【００３３】
次に、ステップＳ２では、第１入口バルブ群４０Ａの各入口バルブ４０を閉作動し、第１チューブ群３４Ａの各チューブ３４に充填されたバイオマスＢをこれら各チューブ３４内に密閉する。バイオマスＢは例えば含水率が３０ｗｔ％〜６０ｗｔ％程度の湿潤バイオマスである。
【００３４】
そして、シェル３２内を循環される蒸気により、第１チューブ群３４Ａの各チューブ３４を介してこれら各チューブ３４内のバイオマスＢが間接的に加熱される。すなわち、蒸気は各チューブ３４の加熱源としてシェル３２に供給されるものであり、各チューブ３４内には供給されない。
シェル３２内を循環する蒸気の熱によって各チューブ３４は高温であるため、第１チューブ群３４Ａの各チューブ３４内に密閉状態で保持されたバイオマスＢの含有水分が徐々に蒸発する。これにより第１チューブ群３４Ａの各チューブ３４内は蒸気が充満して昇圧し、バイオマスＢの含有水分に基づく蒸気のみがバイオマスＢの水蒸気爆砕に利用される。
【００３５】
チューブ３４内における水蒸気爆砕の条件は、チューブ３４の内径、長さ、材質、厚み等によって異なるが、蒸煮温度は例えば２００℃〜２５０℃程度、保持時間（密閉時間）ｔは例えば１０分〜３０分程度、蒸煮圧力（密閉圧力）は１．６ＭＰａ〜４．０ＭＰａ程度である。また、蒸煮爆砕装置３０は、例えば、各チューブ３４の外径が１００ｍｍ、管長が８ｍ程度であるとき、１ｔｏｎ／時程度の微粉化バイオマスの生成能力を実現可能である。
【００３６】
また、保持時間ｔは、長すぎると爆砕中にバイオマスの粉砕から分解が進行し、逆に燃焼効率が悪化するため、上記範囲の適正な時間に設定される。
こうして、シェル３２内を循環される蒸気によってチューブ３４を介してバイオマスＢが間接的に密閉状態で加熱され、バイオマスＢはチューブ３４内にてバイオマスＢの含有水分のみによって蒸煮される。
【００３７】
次に、ステップＳ３では、ステップＳ２から移行した後の保持時間ｔが経過したか否かを判定する。判定結果がＹｅｓ（真）である場合には、第１チューブ群３４Ａの各チューブ３４内で好適な水蒸気爆砕が可能な蒸煮が十分に行われたと判定し、ステップＳ４に移行する。一方、判定結果がＮｏ（偽）である場合には、第１チューブ群３４Ａの各チューブ３４内で水蒸気爆砕が可能な蒸煮が十分に行われていないと判定し、ステップＳ３に留まって待機する。
【００３８】
次に、ステップＳ４では、第１出口バルブ群４２Ａの各出口バルブ４２を開作動する。これにより、第１チューブ群３４Ａの各チューブ３４内の圧力が瞬時に開放され、これら各チューブ３４内の急速減圧が行われ、水蒸気爆砕によって微粉化されたバイオマス燃料（例えば平均粒度０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度）が第１出口バルブ群４２Ａの各出口バルブ４２から噴出して生成される。
【００３９】
生成された微粉化バイオマス燃料は、押込みファン１１により導入される燃焼用空気とともにバーナー部２ｅを経て石炭焚きボイラ２の火炉２ａに投入され、ミル２０により粉砕処理された微粉炭燃料とともに燃焼される。
次に、ステップＳ５では、第１〜第４チューブ群３４Ａ〜３４Ｄで微粉化バイオマスを段階的に順次生成するべく、上述した第１チューブ群３４Ａでの爆砕（ｎ＝１の場合）に加え、第２〜第４チューブ群３４Ｂ〜３４Ｄでの爆砕（ｎ＝２、ｎ＝３、ｎ＝４の場合）が全て完了したか否かを判定する。
【００４０】
判定結果がＹｅｓ（真）である場合には、第１〜第４チューブ群３４Ａ〜３４Ｄでの爆砕が全て完了したと判定し、一連の爆砕制御を終了する。一方、判定結果がＮｏ（偽）である場合には、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１〜Ｓ４を再び実行することにより、終えていない第２〜第４チューブ群３４Ａ〜３４Ｄでの爆砕を順次段階的に行う。
【００４１】
以上のように本実施形態では、チューブ３４内にてバイオマスＢを密閉して加熱し、バイオマスＢの含有水分でバイオマスＢを水蒸気爆砕して水分の少ない高熱量の微粉化バイオマスを生成することができる。従って、バイオマスＢの乾燥等の前処理が不要となるため、乾燥機等の前処理設備を要さず、当該前処理に要するエネルギ消費を削減することができる。
【００４２】
また、蒸気や水をチューブ３４内に供給しないことにより、バイオマスＢをチューブ３４内に充填した後はチューブ３４を密閉した状態で水蒸気爆砕を行うことができる。したがって、水蒸気爆砕で発生するのはバイオマスＢの含有水分に基づく少量の凝縮水だけであるため、この凝縮水は微粉化バイオマスとともにそのまま火炉２ａに投入しても、ボイラ２における燃焼効率にそれほど影響しない。
【００４３】
また、シェル３２に導入される蒸気はバイオマスＢと接触しないため、この蒸気は配管２３に戻されて石炭焚きボイラ２の再熱蒸気としてそのまま再利用することができる。したがって、水蒸気爆砕により発生する凝縮水の中和処理、分離処理、排水処理等の後処理が不要となるため、後処理設備を要さず、当該後処理に要するエネルギ消費を削減することができる。
【００４４】
このように、本実施形態では、従来の水蒸気爆砕に比して、大幅に少ないエネルギでバイオマスＢを微粉化することができるとともに、蒸煮爆砕装置３０ひいてはボイラ装置１におけるエネルギ消費及び設備コストを全体として大幅に削減し、蒸煮爆砕装置３０ひいてはボイラ装置１の運転コストを低減することができる。
【００４５】
特に本実施形態の蒸煮爆砕装置３０は、シェル＆チューブ構造の熱交換部３６を備え、シェル３２内を循環される蒸気によってチューブ３４内のバイオマスＢを間接的に加熱している。これにより、チューブ３４内のバイオマスＢを間接的に加熱するものの、熱交換器の如く高い熱伝達率で効率的な蒸煮爆砕を行うことができる。
【００４６】
具体的には、針葉樹（例えば杉）と、落葉樹（例えば桜）との何れも５ｍｍ〜９ｍｍの外径を有する木質チップを用意する。そして、蒸煮爆砕装置３０にて、これら木質チップをそれぞれ異なるチューブ３４に充填し、２２０℃の加熱温度で１０分間保持して蒸煮爆砕する。この結果、何れの木質チップであっても、外径が１ｍｍ以下となる木質の微粉化バイオマスを６０％程度の収率で生成できることが実験により判明している。
【００４７】
なお、木質チップは１ｍｍ以下に粉砕することで良く燃焼し、燃料効率が高まることが実験により判明している。また、ここでの収率とは、蒸煮爆砕後のチューブ３４内における全生成物（水蒸気、凝縮水、木質バイオマス等）において、１ｍｍ以下となる微粉化バイオマスが占める割合（重量％）を表している。
一方、同様の木質チップを図示しないハンマーミルで粉砕した場合には、ハンマーミルを作動させるための電力を要するとともに、１ｍｍ以下となる微粉化木質バイオマスは４０％程度の収率でしか生成できないことも判明している。
【００４８】
このように、本実施形態の蒸煮爆砕装置３０は、既存の石炭焚きボイラ２で生成した蒸気を加熱源として利用したシェル＆チューブ構造の熱交換部３６を備えている。これにより、チューブ３４の間接加熱による蒸煮爆砕であるにもかかわらず、単に容器を外部から加熱するだけの場合に比して、熱交換部３６の伝熱面積を大きく確保可能である。したがって、上述したように、エネルギ消費を低減しながら、１０分程度の短時間で、機械式ミルに比して２０％程度高い収率で燃料効率の高い外径１ｍｍ以下の微粉化バイオマスを効率的に生成することができる。
【００４９】
また、本実施形態の蒸煮爆砕装置３０は、上述した爆砕制御を実行し、第１〜第４チューブ群３４Ａ〜３４Ｄで微粉化バイオマスを段階的に順次生成する。蒸煮爆砕装置３０における微粉化バイオマスの生成量を容易に調整することができ、蒸煮爆砕装置３０で微粉化バイオマスを所定量ずつ段階的に生成して石炭焚きボイラ２で燃焼させることが可能である。
【００５０】
したがって、蒸煮爆砕装置３０ひいてはボイラ装置１の運転の自由度を高めることができ、蒸煮爆砕装置３０ひいてはボイラ装置１のエネルギ消費及び運転コストのさらなる低減を図ることができる。なお、このような微粉化バイオマスの段階的な生成は、石炭焚きボイラ２で生成された蒸気をシェル３２内に連続的に循環させ、当該蒸気を連続供給可能なバイオマスＢの加熱源として有効利用することで初めて実現されるものである。
【００５１】
また、本実施形態では、チューブ３４の数、ひいてはチューブ３４に対応する入口バルブ４０、出口バルブ４２の数は適宜変更可能である。また、チューブ群の数、チューブ群に対応する入口バルブ群、出口バルブ群の数、ひいては、これら群を構成するチューブ３４、入口バルブ４０、出口バルブ４２の数も適宜変更可能である。すなわち、制御ユニット４８で実行される爆砕制御では、入口及び出口バルブ４０、４２の開閉により、フィーダ３８から複数のチューブ３４のうちの少なくとも１つ以上に段階的にバイオマスＢを供給し、微粉化バイオマスが所定量ずつ段階的に順次生成される。
【００５２】
＜第２実施形態＞
第２実施形態の蒸煮爆砕装置１３０は、入口及び出口バルブ４０、４２の数及び位置、シェル３２の形状、及び制御ユニット４８が実行する爆砕制御、以外は第１実施形態の蒸煮爆砕装置３０と同様の構成をなしている。したがって、以下、これら相違点を主として説明し、第１実施形態と同様の構成は図面に同符号を付して説明を省略することがある。
【００５３】
図５に示すように、本実施形態では、入口及び出口バルブ４０、４２はチューブ３４毎に設けられておらず、分岐配管４４に１個の入口バルブ４０が介装され、合流配管４６に１個の出口バルブ４２が介装されている。また、シェル３２内には、各チューブ３４の上傾斜管部３４ａ、及び下傾斜管部３４ｂが配置され、分岐配管４４、合流配管４６はシェル３２の上下壁３２ｂ、３２ｃからシェル３２内の気密性を保持しながらそれぞれ上下に突出して位置付けられている。
【００５４】
フィーダ３８から供給されたバイオマスＢは、分岐配管４４の途中位置までに高い充填率で充填され、閉作動された入口バルブ４０により堰き止められている。
以下、図６に示すフローチャートを参照して、制御ユニット４８で実行される本実施形態の爆砕制御について説明する。
【００５５】
先ず、制御ユニット４８が爆砕制御を開始すると、ステップＳ１１では、入口バルブ４０を開作動し、出口バルブ４２を閉作動する。これにより、入口バルブ４０で堰き止められていたバイオマスＢが２４本の各チューブ３４内に一括して供給、充填される。
次に、ステップＳ１２では、入口バルブ４０を閉作動し、各チューブ３４に充填されたバイオマスＢをこれら各チューブ３４内に密閉する。
【００５６】
そして、シェル３２内を循環される蒸気により、各チューブ３４を介して各チューブ３４内のバイオマスＢが間接的に加熱される。各チューブ３４内に密閉状態で保持されたバイオマスＢの含有水分が徐々に蒸発し、各チューブ３４内は蒸気が充満して昇圧し、バイオマスＢの含有水分に基づく蒸気のみがバイオマスＢの蒸煮爆砕に利用される。こうして、シェル３２内を流れる蒸気によってチューブ３４を介してバイオマスＢが間接的に密閉状態で加熱され、バイオマスＢはチューブ３４内にてバイオマスＢの含有水分のみによって蒸煮される。
【００５７】
次に、ステップＳ１３では、ステップＳ１２から移行した後の保持時間ｔが経過したか否かを判定する。判定結果がＹｅｓ（真）である場合には、各チューブ３４内で好適な蒸煮爆砕が可能な蒸煮が十分に行われたと判定し、ステップＳ１４に移行する。一方、判定結果がＮｏ（偽）である場合には、各チューブ３４内で蒸煮爆砕が可能な蒸煮が十分に行われていないと判定し、ステップＳ１３に留まって待機する。
【００５８】
次に、ステップＳ１４では、出口バルブ４２を開作動する。これにより、各チューブ３４内の圧力が瞬時に開放され、これら各チューブ３４内の急速減圧が行われ、蒸煮爆砕によって微粉化されたバイオマス燃料が出口バルブ４２から噴出して生成され、爆砕制御を終了する。
【００５９】
生成された微粉化バイオマス燃料は、押込みファン１１により導入される燃焼用空気とともにバーナー部２ｅを経て石炭焚きボイラ２の火炉２ａに投入され、ミル２０により粉砕処理された微粉炭燃料とともに燃焼される。
以上のように本実施形態の蒸煮爆砕装置１３０では、第１実施形態の場合と同様に、蒸煮爆砕装置１３０ひいてはボイラ装置１におけるエネルギ消費を削減しながら、高い収率で効率的に微粉化バイオマスを生成することができる。
【００６０】
特に本実施形態では、入口及び出口バルブ４０、４２は１個で良いため、第１実施形態の場合に比して、入口及び出口バルブ４０、４２の個数を大幅に削減することができ、爆砕制御の制御システムも簡素化される。したがって、蒸煮爆砕装置１３０は、その全体構成を大幅に簡素化することができるため、蒸煮爆砕装置１３０ひいてはボイラ装置１におけるエネルギ消費及び設備コストをさらに削減し、これらの運転コストをさらに低減することができる。
【００６１】
また、本実施形態では、上述した爆砕制御を実行し、入口及び出口バルブ４０、４２の開閉により、フィーダ３８から２４本のチューブ３４内に一括してバイオマスＢを供給し、微粉化バイオマスを生成する。しかも、各チューブ３４の上傾斜管部３４ａ、及び下傾斜管部３４ｂにもバイオマスＢを充填して蒸煮爆砕を行うことができる。これにより、石炭焚きボイラ２で生成された蒸気を利用しながら、微粉化バイオマスを一度に大量に生成することができ、蒸煮爆砕装置１３０の爆砕能力を大幅に高めることができる。
【００６２】
以上で本発明の各実施形態についての説明を終えるが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、図７に示すように、蒸煮爆砕装置３０（蒸煮爆砕装置１３０でも良い）は、チューブ３４内に生成された微粉化バイオマスを受け入れる受入タンク（受入ユニット）５２を備えても良い。この場合には、蒸煮爆砕装置３０で生成した微粉化バイオマスを火炉２ａに直接投入して燃焼するのではなく、受入タンク５２で一旦保管することができるため、蒸煮爆砕装置３０の運転の自由度をさらに高めることができる。
【００６３】
また、上記各実施形態では、各ボイラ装置１が備える蒸煮爆砕装置３０、１３０で蒸煮爆砕を行うことでバイオマスＢの含水量のみで微粉化バイオマスを生成する場合について説明した。この場合には、各ボイラ２で生じている高温の蒸気のうちの再熱蒸気（高圧タービン２２を回転させた後に再熱器２ｃに戻る蒸気）の一部をチューブ３４の加熱源として利用している。
【００６４】
これにより、新たな電力消費を要さずに、少ないエネルギでバイオマスＢを微粉化することができる。しかし、これに限らず、上記加熱源として、中・低圧タービン２５の仕事に供された後の蒸気を利用しても良いし、各ボイラ２で発生する水蒸気を直接利用しても良いし、各ボイラ２で発生する排ガスを蒸気で追い焚きして利用しても良い。
【００６５】
また、各ボイラ装置１以外の他の装置や設備に、蒸煮爆砕装置３０、１３０の態様をなす微粉化バイオマス製造装置を設け、蒸気以外の加熱源を利用してチューブ３４を加熱して微粉化バイオマスを生成しても良い。
また、本発明で微粉化可能なバイオマスは、水分を含む潤湿バイオマスであれば良く、木質系に限らず草木系を含む未利用バイオマスであっても良いし、廃棄物系バイオマスであっても良い。
【符号の説明】
【００６６】
１  ボイラ装置
２  石炭焚きボイラ（ボイラ）
２ａ  火炉（受入ユニット）
２１，２３，２４，２６  配管（流路）
２２  高圧タービン（蒸気タービン）
２５  中・低圧タービン（蒸気タービン）
２８  分岐配管（供給路）
２９  合流配管（返戻路）
３０、１３０  蒸煮爆砕装置
３２  シェル
３４  チューブ
３６  熱交換部
３８  フィーダ
４０  入口バルブ
４２  出口バルブ
４４  分岐配管（分岐路）
４６  合流配管（合流路）
４８  制御ユニット
５２  受入タンク（受入ユニット）
Ｂ  バイオマス
【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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