(57)【要約】      （修正有）【課題】バイオマスの利用方法において、反応不足のバイオマスを減らすことのできる投入方法を提供する。【解決手段】コークス乾式消火設備における赤熱コークスの投入空間であるプレチャンバ１０５にバイオマス１６１を搬送ガス１７１による気流搬送で投入する方法であって、バイオマス投入中に搬送ガス量を搬送ガス流量調節部１６７で変動させることを特徴とするコークス乾式消火設備へのバイオマス投入方法。好ましくは、プレチャンバ断面中央部へ到達するバイオマスが最も多いときの搬送ガス流量に対し、１／３以上の流量変動を、プラス側、マイナス側それぞれ少なくとも１回以上与えることを特徴とするものである。【選択図】            図２
2004269578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス乾式消火設備における赤熱コークスの投入空間であるプレチャンバにバイオマスを搬送ガスによる気流搬送で投入する方法であって、
バイオマス投入中に搬送ガス量を変動させることを特徴とするコークス乾式消火設備へのバイオマス投入方法。
【請求項２】
プレチャンバ断面中央部へ到達するバイオマスが最も多いときの搬送ガス流量に対し、１／３以上の流量変動を、プラス側、マイナス側それぞれ少なくとも１回以上与えることを特徴とする請求項１に記載のコークス乾式消火設備へのバイオマス投入方法。
【請求項３】
コークス乾式消火設備における赤熱コークスの投入空間であるプレチャンバにバイオマスを搬送ガスによる気流搬送で投入する装置であって、
基準となる搬送ガス流量に対し±１／３以上の流量調節機能を持つことを特徴とするコークス乾式消火設備へのバイオマス投入装置。
【請求項４】
コークス乾式消火設備における赤熱コークスの投入空間であるプレチャンバにバイオマスを搬送ガスによる気流搬送で投入する方法であって、
該バイオマスの投入箇所１カ所につき２以上の投入口を持ち、かつ該投入口の開閉によって吐出流速をそれぞれ減増させることを特徴とするコークス乾式消火設備へのバイオマス投入方法。
【請求項５】
コークス乾式消火設備における赤熱コークスの投入空間であるプレチャンバにバイオマスを搬送ガスによる気流搬送で投入する装置であって、
該バイオマスの投入箇所１カ所につき２以上の投入口と、各投入口の開閉装置とを有することを特徴とするコークス乾式消火設備へのバイオマス投入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コークス乾式消火設備（以下、単にＣＤＱともいう。）において、炭素源としてのバイオマスの有効利用率を向上し得るバイオマスの投入技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コークス炉は外熱式加熱炉であり、熱効率を向上させるために必然的に大型化していることや過去の省エネルギー技術開発により、エネルギー回収技術としては非常に進んだ設備となっている。エネルギー回収技術の主な方式がＣＤＱを用いる方式であり、コークスを大容量の循環ガス（ほとんど窒素）で冷却し、循環ガスの得た熱で蒸気を発生して蒸気タービンを動作させて電力として回収している。かかるＣＤＱでは、コークス炉から排出される赤熱コークスをプレチャンバに間欠的に投入し、下部のクーリングチャンバ内を通過する間に、循環ガスを冷却ガスとして該クーリングチャンバに供給することにより、赤熱コークスを消火、冷却すると共に、上記したようにクーリングチャンバから排出される高温の循環ガスの得た顕熱をボイラなどの熱交換器により熱交換し、蒸気を発生して蒸気タービンを動作させて電力として効率よく回収するという２つの目的を達成するものである。そして、前記クーリングチャンバから排出される冷却コークスは、粉砕工程、分級工程を経て、整粒コークスは高炉に装入される。即ち、整粒コークスは高炉に装入され、焼結鉱の昇温及び還元用の燃料として使用される。一方、粉コークスは、焼結工程に送られ、焼結鉱の製造に使用される。
【０００３】
こうしたＣＤＱにおいて、ガス成分の安定化を図る目的として、プレチャンバに空気を導入する技術が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−３３６５８８号公報
【特許文献２】
特開平７−１４５３７７号公報
【特許文献３】
特開平７−２４２８７９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１〜３に提案されているガス成分の安定化技術では、プレチャンバに空気導入を行うことで、コークス歩留まりが低下するというデメリットがある。
【０００６】
また、昨今のＣＯ２削減ニーズから、一段とコークス歩留まりの向上やコークス炉関連設備の省エネルギー要請が高まっている。
【０００７】
しかしながら、熱回収にしても現在では回収の難しい低温の排熱しか残っておらず、画期的な省エネルギー、ＣＯ２削減手段がないのが現実である。
【０００８】
そこで、本発明者らは、ＣＤＱにおける赤熱コークスの投入空間であるプレチャンバに、木質系及び／または農業系バイオマスを投入するバイオマス利用方法、並びにＣＤＱにおける赤熱コークスの投入空間であるプレチャンバに、空気を導入させながら、木質系及び／または農業系バイオマスを投入するバイオマス利用方法をそれぞれ提案している。
【０００９】
前者のバイオマスの利用方法では、バイオマスを使用することで、バイオマスの熱量を有効に利用し、化石資源由来のカーボン使用を低減することができるものである。さらに、後者のバイオマスの利用方法では、空気を導入しながらバイオマスを使用することで、コークス歩留まりを向上させながら、カーボンニュートラルの特性を持つバイオマスをエネルギー化（ガスエネルギーは燃料ガス、電力に使用する。固体残渣はコークスとして燃料に使用する。）することができるものである。
【００１０】
本発明者らは、上記バイオマスの利用方法の発明に満足することなく、更なる改良、検討を重ねた結果、バイオマス投入量の増量化に伴い、反応不足のバイオマスが生じることがわかってきた。ＣＤＱから取り出されるバイオマス炭化物中に、反応不足のバイオマス（すなわち、完全に炭化されずに揮発分が残っているバイオマス）が含まれていると焼結工程で利用する際に、▲１▼焼結工程で得られる焼結鉱に空隙ができて脆くなり、焼結歩留まりが悪くなるおそれがあること、▲２▼焼結工程で揮発分による針状結晶ができるなど、ＣＤＱから取り出されたバイオマスを更に有効活用する場合においては、ＣＤＱから取り出されたバイオマス炭化物中に反応不足のバイオマスが含まれていると焼結工程側で問題（技術的課題）が生じることを見出したものである。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、バイオマスの利用方法において、反応不足のバイオマスを減らすことのできる投入方法およびその装置を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記バイオマスの利用方法において、反応不足のバイオマスを減らすことのできる投入方法につき、鋭意検討を重ねた結果、▲１▼気流搬送投入時の搬送ガス量を変動させ到達距離を変えることで分散性を向上させる流動変動あるいは▲２▼投入口数を変動させ到達距離を変えることで分散性を向上させる流速（ないし流量）変動により、プレチャンバ内でのバイオマスの厚み分布のばらつきを抑え、より均一化させることで、バイオマスの増量化に伴い顕在化する反応不足のバイオマスを減らすことができ、こうした反応不足のものが低減されたバイオマスを粉コークスと共に焼結工程に送り炭素源（エネルギー源）として活用することで、焼結工程での上記問題点（技術的課題）を生じることなく、該焼結工程での石炭使用量を低減することができることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
【００１３】
すなわち、本発明は、下記（１）〜（５）のＣＤＱへのバイオマスの投入方法及びその装置により達成できる。
【００１４】
（１）  コークス乾式消火設備における赤熱コークスの投入空間であるプレチャンバにバイオマスを搬送ガスによる気流搬送で投入する方法であって、
バイオマス投入中に搬送ガス量を変動させることを特徴とするコークス乾式消火設備へのバイオマス投入方法。
【００１５】
（２）  プレチャンバ断面中央部へ到達するバイオマスが最も多いときの搬送ガス流量に対し、１／３以上の流量変動を、プラス側、マイナス側それぞれ少なくとも１回以上与えることを特徴とする上記（１）に記載のコークス乾式消火設備へのバイオマス投入方法。
【００１６】
（３）  コークス乾式消火設備における赤熱コークスの投入空間であるプレチャンバにバイオマスを搬送ガスによる気流搬送で投入する装置であって、
基準となる搬送ガス流量に対し±１／３以上の流量調節機能を持つことを特徴とするコークス乾式消火設備へのバイオマス投入装置。
【００１７】
（４）  コークス乾式消火設備における赤熱コークスの投入空間であるプレチャンバにバイオマスを搬送ガスによる気流搬送で投入する方法であって、
該バイオマスの投入箇所１カ所につき２以上の投入口を持ち、かつ該投入口の開閉によって吐出流速をそれぞれ減増させることを特徴とするコークス乾式消火設備へのバイオマス投入方法。
【００１８】
（５）  コークス乾式消火設備における赤熱コークスの投入空間であるプレチャンバにバイオマスを搬送ガスによる気流搬送で投入する装置であって、
該バイオマスの投入箇所１カ所につき２以上の投入口と、各投入口の開閉装置とを有することを特徴とするコークス乾式消火設備へのバイオマス投入装置。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明のバイオマスの投入方法の第１の実施形態は、ＣＤＱにおける赤熱コークスの投入空間であるプレチャンバにバイオマスを搬送ガスによる気流搬送で投入する方法であって、バイオマス投入中に搬送ガス量を変動させることを特徴とするものである。好ましくは、プレチャンバ断面中央部へ到達するバイオマスが最も多いときの搬送ガス流量に対し、１／３以上の流量変動を、プラス側、マイナス側それぞれ少なくとも１回以上与えることを特徴とするものである。これらの投入方法に用いられる本発明のバイオマス投入装置の第１の実施形態は、ＣＤＱにおける赤熱コークスの投入空間であるプレチャンバにバイオマスを搬送ガスによる気流搬送で投入する装置であって、基準となる搬送ガス流量に対し±１／３以上の流量調節機能を持つことを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の上記要件を明らかにするために、図面を用いて説明する。図１は、本発明に用いることのできる代表的なＣＤＱを模式的に表わした概略図である。図２〜図４は、図１のＣＤＱのプレチャンバにバイオマスを搬送ガスによる気流搬送で投入することのできるバイオマス投入装置部分の概略図である。図５は、図２〜４のバイオマス投入装置を用いて、バイオマス投入中に搬送ガス量を変動させた様子（パターン）を表したグラフである。図６は、バイオマス投入によるＣＤＱの水平方向長さ（プレチャンバの径方向長さ）に対するバイオマスの厚さを示すグラフである。
【００２１】
まず、図１をもとにＣＤＱの通常操業例を示す。コークス炉で製造された約１０００℃の赤熱コークス１５１は、押し出し機でバケット車に押し出され、ＣＤＱ１０１まで搬送された後、ＣＤＱ１０１上部の上蓋１０３を開けて、プレチャンバ（の空間部分）１０５に投入される。上蓋１０３で塞がれていた部分が上部コークス投入口１０４である。プレチャンバ１０５内に入った高温の赤熱コークス１５１は、下部のクーリングチャンバ１０６内を通過する間に循環ガス１０７により徐々に冷却されながら２００℃程度まで冷却され、クーリングチャンバ１０６下部の取出口１０８から取り出される。図中、ＣＤＱに投入する赤熱コークスは、符号１５１を付した太線矢印で、ＣＤＱ内のコークスは、符号１５３を付すと共に、その移動方向を太線矢印（符号無し）で、クーリングチャンバ１０６から取り出されたコークス（本発明ではバイオマス炭化物を含む）は、符号１５５を付した太線矢印で表わしている。一方、熱は、例えば、窒素を主成分とする循環ガス１０７により熱交換器１０９（ボイラ）で熱回収され、その熱で作られた蒸気１１１で蒸気タービン１１３を動かして発電する。このとき残存揮発分等や粉コークス（本発明では、炭化したバイオマス粉末などを含む。）が熱交換器１０９に到達してコーキングや伝熱阻害のトラブルを生じさせないために、プレチャンバ１０５から出た後のガスの排出口であるリングダクト１１５近傍で空気１１７（外気）を追加して完全燃焼させている。さらに、リングダクト１１５から熱交換器に向う循環経路１２１上には、ダストキャッチャー１２３を設けて、上記粉コークス（本発明では炭化したバイオマス粉末などを含む。）を除去・回収し、次の焼結工程に有効利用している。また、熱交換器１０９（ボイラ）で熱回収された循環ガス１０７は、循環経路１２１上に設けた循環ガスブロア１２５により適当な圧力に調整した後に、循環ガス投入口１２７より、クーリングチャンバ１０６に導入すればよい。また、ＣＤＱ１０１内への循環ガス供給流量を一定に保つことができるように、例えば、循環ガスブロア１２５と循環ガス投入口１２７の間の循環経路１２１から循環ガス１０７の一部を放散できるように、放散ガス抜取経路１２９を設け、該経路１２９を通じて放散しても良い。したがって、該経路１２９上には、必要に応じて、流量調整弁、流量計、排ガス浄化装置（いずれも図示せず、省略した。）などが設けられていてもよいことは言うまでもない。図中には、コークスの移動を太線で、ガスの移動を細線で示した。
【００２２】
本発明では、ＣＤＱ１０１の赤熱コークス１５１の投入空間であるプレチャンバ１０５にバイオマス１６１を投入することで、赤熱コークス（１０００℃程度）１５１の顕熱で乾留される。コークス１５１投入時にはＣＤＱ１０１の上蓋１０３が開くため若干の空気巻き込み（自然流入）があるが、赤熱化したコークス１５１の温度でプレチャンバ１０５内の炭素が空気と反応して消費されるため、すぐに還元雰囲気となり、主に乾留、すなわち熱分解が進行する（ただし、積極的に空気を導入する場合もあり、この場合には、投入したバイオマス１６１がコークス１５１に優先して燃焼させることができるため、コークス１５１の燃焼を抑えることができ、同時に熱回収量の増量が図られるなどの点で有利である。またカーボンニュートラルの特性を持つバイオマス１６１の優先燃焼によりＣＯ２の排出削減にも大いに寄与し得る点でも有利である。こうした観点からもバイオマスの使用量は増大する傾向にあるといえる。）。熱分解された後のバイオマス残渣は炭素分が多い固形分（本明細書中、単にバイオマス炭化物とも称する。）になる。バイオマスの使用により、バイオマスの熱量をガスと固形分に転換した分、コークス生産量が削減可能となる。なお、自然流入以外にも、他の目的で空気が導入されることがあるが、同様にこうした空気は、赤熱化したコークスの温度でプレチャンバ内の炭素（赤熱コークスやバイオマスの揮発分）と反応して消費され、バイオマスは、ＣＤＱ内で乾留（熱分解）され、ガス（揮発分）と固形分（バイオマス炭化物）になる。
【００２３】
次に、本発明の第１の実施形態である、バイオマス投入中に搬送ガス量を変動させて、ＣＤＱのプレチャンバにバイオマスを搬送ガスによる気流搬送で投入する方法の代表的な例として、図２に示すバイオマス投入装置によりバイオマスを自重によって落下させながら、搬送ガスを用いて気流搬送によってバイオマス投入口からプレチャンバ内に投入する（吹き込む）方法につき図面を用いて説明する。
【００２４】
図２に示すように、搬送ガス１７１は、基準となる搬送ガス流量に対し±１／３以上の流量調節機能を持つ搬送ガス流量調節部（例えば、流量調節弁）１６７により流量を調節され（例；図５（ａ）参照のこと）、配管１７３を通じてバイオマス投入口１６５からプレチャンバ１０５内に吹き込まれる。一方、バイオマス１６１（例えば、適当な粒径に粉砕、分級して適当な粒度分布に調製されたもの）は、バイオマス投入設備１６３により投入時期（例；図５（ａ）参照のこと）や投入量等を調節され、配管１６９を通じて自重落下され、搬送ガス１７１が流れる配管１７３に合流し、搬送ガス１７１による気流搬送で該配管１７３を通じてバイオマス投入口１６５から炉内に吹き込まれる。
【００２５】
この際、例えば、図５（ａ）に示すように、プレチャンバ断面中央部へ到達するバイオマスが最も多いときの搬送ガス流量（＝基準となる搬送ガス流量；以下、単に基準量ともいう。図６の比較実験参照のこと。）１５００Ｎｍ３／ｈに対し、±１／３（以上）の流量変動±５００Ｎｍ３／ｈ（以上）を与える。すなわち、図５（ａ）に示すように、赤熱コークス１５１の投入と投入の間にバイオマス１６１を投入する期間（５分間）に、最初１０００ｍ３／ｈ（以下）から開始し、連続的に２０００ｍ３／ｈ（以上）まで増やし、その後一定期間保持し、更にその後連続的に減らして１０００ｍ３／ｈ（以下）になった時点でバイオマス投入が完了するように、搬送ガス流量調節部１６７により流量を調節すると共に、バイオマス１６１をバイオマス投入設備１６３から投入する。これにより、搬送ガスを一定流量としてバイオマスを搬送し投入する場合に比して、ＣＤＱ１０１のプレチャンバ１０５内へのバイオマスの分散性を向上させることができるものである（図６の−◇−で示されるグラフを参照のこと。）。
【００２６】
ここで、上記搬送ガスとしては、窒素、空気（特に自然流入以外の他の目的で積極投入される空気の一部を用いるのが既存設備を有効活用できる点で望ましい。）、循環ガスのどれを用いてもよく、これらを混合して用いてもよいが、これらに何ら制限されるべきものではなく、例えば、不活性ガス（アルゴンガスなど）、製鉄設備で産生される各種ガス、例えば、コークス炉ガス、高炉ガス、転炉ガスなどを用いることもできる。搬送ガスに循環ガスを使用する場合には、窒素ガス使用のコストデメリットを最小限にすることができる点で有利である。バイオマスの投入に気流搬送を利用したのは、より少ないバイオマスの投入口数でプレチャンバへの分散範囲を拡大できることから、自重落下の場合よりバイオマス層厚みの均一性が増す点で有利なためである。
【００２７】
上記搬送ガス流量調節部１６７としては、基準となる搬送ガス流量に対し±１／３以上の流量調節機能を持つものであればよく、特に制限されるべきものではなく、例えば、ニードル方式やダンパ方式などのガス流量調節弁で十分であるが、これらに制限されるものではない。
【００２８】
上記バイオマス投入設備１６３は、粒度、形状にもよるが、テーブルフィーダ、ロータリフィーダ、スクリューフィーダー等の定量切り出し設備や、ロックホッパー方式によるバッチ供給方式などを用いることができるが、これらに制限されるべきものではなく、投入量を変えて制御してもよい。図２、図３のバイオマス投入設備１６３は、テーブルフィーダである。
【００２９】
また、搬送ガスの±１／３以上の流量変動は、ＣＤＱ内のコークス上面へのバイオマスの分散性をより高める観点から、図５（ａ）に示すように、基準量に対し−１／３以上の流量変動値から出発し、＋１／３以上の流量変動値までできるだけ滑らかに（連続的に）増やし、その後に基準量に対し−１／３以上の流量変動値までできるだけ滑らかに（連続的に）減らすようにするのが望ましい。ただし、流量変動のさせ方は、滑らか（連続的）でなくてもよく、例えば、階段状に（非連続的に）流量を変動（変化）させてもよいなど、特に制限されるべきものではない。
【００３０】
また、基準量に対し、±１／３以上の流量変動を与える時間についても、バイオマスの分散性を高め反応不足のバイオマスを減らすことができるものであればよく、特に制限されるべきものではない。すなわち、図５（ａ）に示すように、−１／３以上の流量変動を与える時間は、最初と最後の極短時間であるが、図６に示すように、流動変動を与えないときの比較実験値よりも優れた分散効果を発現させることができる場合もあり得るためである。
【００３１】
なお、図６に示すプレチャンバ断面中央部へ到達するバイオマスが最も多いときの搬送ガス流量（基準となる搬送ガス流量＝基準量）は、実験プラントや実機等での予備実験等により適宜決定すればよい（例えば、後述する比較例１の実験参照のこと。）。
【００３２】
ただし、搬送ガスの流量変動は、上記基準量に対し必ずしも±１／３以上の流量変動を与えなくても、±１／３未満でも流動変動を付与することで、バイオマスの分散性を改善でき反応不足のバイオマスを減らすことができれば本発明の範囲に含まれるものである。また、例えば、バイオマス投入口をＣＤＱ内の対向する位置に設けるなどして、基準量に対し１／３以上の流量変動を＋側または−側だけに与えるようにしてもよいといえる。
【００３３】
なお、上記バイオマス投入口１６５の位置、設置数、高さ、投入角度などに関しては、バイオマスの分散性向上による反応不足のバイオマス低減効果が得られるものであれば、特に制限されるべきものではないため、以下に簡単に説明する。
【００３４】
上記バイオマス１６１のプレチャンバ１０５内への投入口の位置は、コークス投入口１０４からの場合（すなわち、コークス投入口をバイオマス投入口として兼用する場合）と、プレチャンバ１０５に設置された１若しくは２以上のバイオマス投入口１６５からの場合があり、これらを併用しても良い。なお、後者のバイオマス投入口１６５においては、自然流入以外の他の目的で積極投入する空気（全部または一部）を搬送ガスとして用いる場合には、空気投入口（図示せず）をバイオマス投入口として利用してもよい。
【００３５】
プレチャンバ１０５に設置するバイオマス投入口１６５の設置数は、特に制限されるものではないが、プレチャンバ内に均等に分散させ、なるべく均一・層状にプレチャンバ１０５内に堆積させ、反応効率を高めることが望ましいことから、プレチャンバ１０５の内周囲に等間隔で２箇所以上、好ましくは３箇所以上、より好ましくは４〜１６箇所程度設けるのが望ましい。ただし、１７個以上でも問題ないが、装置構成及び制御が複雑化してくるため、簡素化の観点からは１６個以下で十分である。
【００３６】
複数のバイオマス投入口１６５を設ける場合、ＣＤＱ内周面の同一円周上（すなわち、同じ高さ）に設置するのが、各投入口からのバイオマスの投入量、搬送ガス量、投入角度（投入方向）などを制御ないし決定するのが容易であるが、これに制限されるものではない（例えば、後述する実施例３、４を参照のこと。）。
【００３７】
また複数のバイオマス投入口１６５を設ける場合には、各投入口からの投入量、投入時期、搬送ガス量やその変動パターン等を同期させて（同じになるようにして）バイオマスを投入するようにしてもよいし、投入口ごとにバイオマスの投入量、投入時期、搬送ガス量やその変動パターン等などを変える（特に相互に干渉しないようにする）ようにしてもよい。いずれにしても、バイオマスの分散性を向上し、反応不足の低減効果を奏することができるものであれば、特に制限されるものではない。すなわち、プレチャンバの中央部付近と側面部付近とでバイオマスの分布に図６の比較実験（搬送ガス流量固定例）のような極端なバラツキ（偏り）が生じないように、投入口ごとに投入量、投入時期、搬送ガス量やその変動パターン等を変動させるなどして、局所的にバイオマス厚さが分厚くなり反応不足の比率が高まらないように、全体に均一にバイオマスが投入されるように調整するのが望ましい。さらに、必要があれば、投入口や投入時期等によって、バイオマスの種類やブレンドのしかたを変えるなどしてもよいことはいうまでもない。
【００３８】
また、バイオマス投入口の設置高さは、ＣＤＱ内コークス１５３の堆積上面より上であればよいが、設置の容易さなどを考慮すると、より好ましくは図１に示すように、リングダクト１１５よりも上部のプレチャンバ１０５に設けるのが望ましいが、プレチャンバの上蓋１０３に設けてもよい。
【００３９】
複数のバイオマス投入口１６５を設ける場合には、各投入口１６５からのバイオマスの投入量に関しては、同一であってもよいし異なっていてもよいが、いずれにしても、バイオマス投入中に搬送ガス量を変動させることで、バイオマスがプレチャンバ内により均一に分散されるように調整すればよい。ただし、バイオマスの全体投入量のほか、投入時期、投入口位置（上部ないし内周囲）、投入口数などによっても変わるため、予備実験等やコンピュータ等でシミュレーションを行うなどして、適宜最適な条件を決定すればよい。
【００４０】
また、バイオマス投入口１６５からのバイオマスの投入角度に関しても、搬送ガス量を変動させることで、バイオマスがプレチャンバ内により均一に分散されるように制御するのが望ましい。かかる観点から、投入角度に関しては、プレチャンバへの搬送ガスによるバイオマスの投入方向成分に水平成分を持たせることができる投入角度とするのが望ましく、より好ましくは略水平方向とするものである。なお、水平成分を持たない場合、例えば、コークス投入口からバイオマスを直下に投入させるような場合においても、搬送ガス量を変動させることで分散可能であれば、本発明に含まれるものである。なお、コークス投入口からバイオマスを投入させる場合でも投入角度を持たせるのが望ましい。
【００４１】
また、コークス投入口からバイオマスを投入する場合には、投入時期にもよるがコークスの投入と投入の間に行う場合には、コークス投入口は、全開しなくてもよく、バイオマスが投入できる程度にわずかに開口させてもよい。また、上蓋１０３の一部にバイオマス投入用に別途投入口を設けておいて、該投入口を通じて投入することで、流入する空気量を制御するようにしてもよい。したがって、コークス投入口からバイオマスを投入する場合にも、バイオマス投入口を複数設けることは可能である。ただし、装置構成が複雑化するおそれがあるため、バイオマス投入時にも上蓋１０３を開口させるのが簡便である。
【００４２】
また、上部コークス投入口あるいはプレチャンバ（内周面）に設けたバイオマス投入口から投入する場合に、プレチャンバ内に均等に分散させることができるように、投入口を拡径させたり、投入口先端に可動式の機構やノズルを設けるなどして分散し易くしてもよい。ただし、投入口での雰囲気温度が高温となるため、既存の駆動装置や機構等が利用できても、使用部材には高耐熱性部材を用いる必要がある。
【００４３】
なお、バイオマスの投入時期が赤熱コークスの投入と同時の場合でも、バイオマス投入中に搬送ガス量を変動させることで、搬送ガス流量を固定するよりもバイオマスを均一に分布させることができる。この場合には、コークス投入口１０４およびバイオマス投入口１６５の双方からバイオマスを投入させる分散性向上の観点から望ましい。なお、この場合にはバイオマス全量を搬送ガスによる気流搬送で投入しなくてもよく、コークス投入口から投入するバイオマスに関しては自重落下させてもよい。すなわち、本発明では、バイオマスの一部を搬送ガスによる気流搬送で投入せずに投入する場合も、本発明の目的を逸脱しない範囲において適用可能であり、こうした場合には本発明の技術範囲に含まれるものとする。
【００４４】
なお、図２に示すバイオマスの投入装置では、搬送ガスの供給元については示していないが、例えば、図１に示すように、搬送ガス１７１に循環ガスを用いる場合には、ガス温度が下がった時点、たとえば循環用の循環ガスブロワ１２５後のガスを一部分岐したものを配管１７０として用いればよし、窒素ガスの場合には、外部のＮ２ガスタンク（図示せず）に配管（図示せず）を連結すればよい。さらに、搬送ガスを複数用いる場合には、各種搬送ガス配管を搬送ガス流量調節部１６７までに連結すればよく、さらに連結部に弁を設けることで、複数の搬送ガスを併用あるいは交互に使用することができるように、それぞれの搬送ガス配管経路の開閉を弁により切り替えてもよい。こうすることで目的に応じた搬送ガス種を効率よく提供可能である。
【００４５】
次に、本発明のバイオマス投入方法の第２の実施形態は、ＣＤＱにおける赤熱コークスの投入空間であるプレチャンバにバイオマスを搬送ガスによる気流搬送で投入する方法であって、該バイオマスの投入箇所１カ所につき２以上の投入口を持ち、かつ該投入口の開閉によって吐出流速をそれぞれ減増させることを特徴とするものである。これらの投入方法に用いられる本発明のバイオマス投入装置の第２の実施形態は、ＣＤＱにおける赤熱コークスの投入空間であるプレチャンバにバイオマスを搬送ガスによる気流搬送で投入する装置であって、該バイオマスの投入箇所１カ所につき２以上の投入口と、各投入口の開閉装置とを有することを特徴とするものである。
【００４６】
まず、ＣＤＱの通常操業例に関しては、第１の実施形態で図１を用いて説明したとおりである。また、ＣＤＱのプレチャンバにバイオマスを搬送ガスによる気流搬送で投入する方法に関しては、第１の実施形態で図２を用いて説明したうち、基準となる搬送ガス流量に対し±１／３以上の流量調節機能を持つ搬送ガス流量調節部１６７により、必ずしも流量を調節する必要がない。すなわちバイオマス投入中に、一定の搬送ガス流量を供給できるようにするだけでよく、搬送ガス流量調節部１６７の設置は特に必要ない点を除き、図２と同様の構成で、プレチャンバにバイオマスを搬送ガスによる気流搬送で投入することができる。
【００４７】
本発明の第２の実施形態では、図３ないし図４に示すバイオマス投入装置により、バイオマスの投入箇所１カ所につき２以上の投入口（図３及び図４では投入箇所１カ所につき３つの投入口を設けた例を示す。）を持ち、かつ各投入口の開閉装置を有し、該投入口の開閉によって吐出流速をそれぞれ減増させることを特徴とするものである。この点につき図面を用いて説明する。
【００４８】
まず、本発明の第２の実施形態のバイオマスの投入箇所と投入口の関係は、一つの投入箇所に属する複数の投入口の開閉装置の操作により、一つの投入箇所に属する投入口を開閉することによって、投入口からの吐出流速をそれぞれ減増させることができる関係にあればよく、特に制限されるべきものではない。
【００４９】
本実施形態では、図３や図４に示すように、１つのバイオマスの搬送経路（配管１７３）を途中で３つに分岐させ、それぞれ分岐した搬送経路（分岐配管１７３ａ〜１７３ｃ）ごとに異なるバイオマス投入口１６５ａ〜１６５ｃを有するようにしたものである。すなわち、図４に示すように、４つの投入箇所１７７ａ〜１７７ｄの各ヶ所にそれぞれ３つのバイオマス投入口１６５ａ〜１６５ｃ及び開閉装置１７５ａ〜１７５ｃを設け、開閉装置１７５を操作して開口する投入口数を調整することによって、投入口からのバイオマスの吐出流速を増減させるものである。本発明では、こうした投入箇所を１または２以上設けることができる（図４では４ヶ所に設置した例を示す。）。
【００５０】
具体的には、例えば、図４の投入装置を用いて、図５（ｂ）に示す開閉操作を行う場合には、まず投入開始時には４つの投入箇所１７７ａ〜１７７ｄの各ヶ所のそれぞれ３つのバイオマス投入口１６５ａ〜１６５ｃ部分に設けられた開閉装置（耐熱性開閉弁）１７５ａ（弁１）、１７５ｂ（弁２）、１７５ｃ（弁３）のうち、１７５ａ（弁１）のみを開き、他の１７５ｂ（弁２）、１７５ｃ（弁３）は閉じておく。こうすることで、１つの投入口１６５のみ開くので、その吐出流速を最も大きくすることができる。これにより投入口から最も遠い位置にバイオマスを投入できる。次に、所定時間経過後に１７５ｂ（弁２）を開くことで、２つの投入口１６５が開くので、その吐出流速を減じることができる。これによりプレチャンバ断面中央部近傍にバイオマスを投入できる。次に、所定時間経過後に１７５ｃ（弁３）を開くことで、３つの投入口１６５が全て開くので、その吐出流速を更に減じることができる。これにより投入口１６５に最も近い位置にバイオマスを投入できる。次に、所定時間経過後に１７５ｃ（弁３）を閉じることで、２つの投入口１６５が開く状態に戻るので、その吐出流速を増加（回復）させることができる。これによりプ再びプレチャンバ断面中央部近傍にバイオマスを投入できる。次に、所定時間経過後に１７５ｂ（弁２）を閉じることで、１つの投入口１６５が開く状態に戻るので、その吐出流速を最初の状態まで増加させることができる。これにより投入口から最も遠い位置にバイオマスを投入できる。以上の投入口１６５の開閉操作を、コークスの投入と投入の間（通常数分から数十分の間）に行うことによって吐出流速をそれぞれ減増させることができ、バイオマスの分散性を向上させることができる（図６の−○−で示されるグラフを参照のこと。）。
【００５１】
なお、本実施形態では、各搬送経路に通じることのできる搬送ガス流量は、各搬送経路ごとに適宜決定することができるものである。例えば、第１の実施形態で説明した基準量を各搬送経路（配管１７２）に通じることもできれば、それぞれ異なる搬送ガス量を通じることもできる。これは、各投入口の大きさ（開口面積）なども適当に決定することができるため、こうした設計に応じて最適な搬送ガス量を各搬送経路ごとに決定することができるためである。好ましくは、設計及び制御が簡単になるように各搬送経路（配管１７２）に同量の搬送ガス量を通ずるのがよいといえる。
【００５２】
ここで、搬送経路ごとの各投入口の開閉装置の設置位置は、投入口部分に直接設けてもよいし、各投入口に繋がる各搬送経路（分岐配管１７３ａ〜１７３ｃ）の途中に設けてもよいし、これらの搬送経路の分岐点に設けてもよいなど、特に制限されるべきものではない。また、これらを適宜組み合わせてもよい。
【００５３】
上記開閉装置としては、特に制限されるべきものではなく、従来公知の開閉装置の中から、各設置位置に最適なものを適宜選択すればよい。例えば、投入口部分に直接設けるような場合には、開閉弁（耐熱性開閉板）、シャッター（耐熱性スライドドア）などが挙げられる。また、各搬送経路（分岐配管１７３ａ〜１７３ｃ）の途中に設ける場合には、開閉弁（ボール弁、遮断弁など）が挙げられる。さらに、搬送経路の分岐点に設ける場合には、ボール弁、遮断弁、切替弁などが挙げられる。投入口部分に直接設ける場合には、搬送途中のバイオマスが開閉装置に挟まったり、開閉装置手前の搬送経路内にバイオマスが残留（貯溜）するおそれがない点で有利である。一方、搬送経路を間接的に閉じる場合には、耐熱性が要求されないので、装置設計上の制約が少なく、従来公知の開閉装置技術の中から粉体搬送経路の開閉機構（装置）を適宜選択することができるものである。
【００５４】
なお、上記図３や図４の例では、１つの投入箇所の搬送ガス供給源およびバイオマス供給源をそれぞれ１箇所とし、最後の搬送経路のみを分岐した例を示しているが、本実施形態では、これらに何ら制限されるべきものではなく、例えば、１つの投入箇所に帰属する投入口の設置数分だけ、それぞれ搬送ガス供給源やバイオマス投入源を設け、それぞれの搬送ガス量、バイオマス投入量を各投入口の開閉操作にあわせて増減させるようにしても、上記に例示したのと同様の作用効果を奏することができるものであるなど、特に制限されるべきものではない。
【００５５】
次に、上記投入箇所の設置数は、各投入箇所が持つ投入口数等によっても異なるため一義的に規定することはできないが、通常１ヶ所以上、好ましくはＣＤＱの周囲に等間隔で２ヶ所以上、より好ましくは３〜６箇所に配置するのがよい。ただし、６ヶ所以上でも問題ないが、装置構成及び制御が複雑化してくるため、簡素化の観点からは４ヶ所以下に抑えるのが望ましい。
【００５６】
各投入箇所に設ける投入口数は、特に制限されるものではないが、プレチャンバ内に均等に分散させ、なるべく均一・層状にプレチャンバ１０５内に堆積させ、反応効率を高めることが望ましいことから、プレチャンバ１０５の内周囲に等間隔で、通常２個以上、好ましくは３個以上、より好ましくは３〜４個の範囲である。ただし、５個以上でも問題ないが、装置構成及び制御が複雑化してくるため、簡素化の観点からは４個以下で十分である。なお、各投入箇所に設ける投入口数は、投入箇所ごとに異なっていてもよいし、同じであってもよい。
【００５７】
また、本発明の第２の実施形態でも、各投入箇所に設けるバイオマスの投入口の位置、設置数、高さ、投入角度などに関しては、本発明の第１の実施形態でのバイオマスの投入口の位置、設置数、高さ、投入角度等に関して既に説明したと同様のことがいえるものであるが、重複説明を避けるため、ここでの説明は省略するが、これにより本発明の第２の実施形態が何ら制限されるべきものではない。
【００５８】
以上が本発明のコークス乾式消火設備へのバイオマス投入方法および投入装置の実施形態ごとの特徴部分の説明である。本発明のコークス乾式消火設備へのバイオマス投入方法および投入装置での、上記に説明した以外の他の要件に関しては、各実施形態ごとに制限されるべきものではなく、双方の実施形態に共通するため、以下にまとめて説明する。
【００５９】
本発明のコークス乾式消火設備へのバイオマス投入方法および投入装置においては、図１に示すように、赤熱コークス１５１の投入は、数分〜数１０分間隔で行われるバッチ投入であるため、本発明のバイオマスの投入時期としては、投入タイミングのとりやすい赤熱コークス１５１の投入と投入の間にバイオマス１６１をバイオマス投入設備１６３を介してプレチャンバ１０５内に投入するのが望ましい。これは、赤熱コークス１５１の投入と同時にバイオマスを投入するよりも、搬送ガス量の変動によってバイオマス１６１の落下地点を変化させ易く分散性を高める上で都合がよいためである。
【００６０】
ここで、赤熱コークス１５１の投入と投入の間とは、あるロットの赤熱コークスの投入時にバケット車内にコークスが無くなった時点から、次のロットの赤熱コークスの投入時にバケット車下部の開放が始まる直前までをいう。赤熱コークスの投入と投入の間にバイオマスを投入した場合には、投入されたコークス層と、投入されたバイオマス層とは、交互にサンドイッチ状のままＣＤＱ内を下降し、下部取出口から順次排出される。そのため、特に本発明によりバイオマス層の厚さを均一化することが反応不足のバイオマスを減らす上で有効となる。
【００６１】
ただし、本発明では、上記投入時期に制限されるべきものではなく、赤熱コークス１５１の投入と同時に、バイオマス１６１を投入設備１６３を介してプレチャンバ１０５内に投入してもよい。赤熱コークス層内に分散される形態であってバイオマスが均一に分散さえできいれば、本発明の目的である反応不足のバイオマス減らすことができるためである。そのため、赤熱コークス１５１の投入と同時に投入する形態を含めたものである。
【００６２】
なお、「同時に投入する」とは、あるロットの赤熱コークスがバケットから落下開始した時点から落下終了した時点までの間にバイオマス投入を開始しかつ終了させるという意味であり、同じ時間帯に投入することにより、コークス落下時の拡散を利用してコークスと平均的に混合させることでバイオマスの炭化むらを少なくして、炭化物としての回収量を増やすことができる。赤熱コークスの投入と同時に投入した場合には、各ロットごとに投入されたコークスと投入されたバイオマスとの混合層が、ロッドごとに積層された混合層がＣＤＱ内を下降し、下部取出口から順次排出されることになる。この場合でも、バイオマスに均一に分散されていなければ、混合層の厚みが不均一化するため、反応不足のバイオマスが生じるため、この場合にも分散性を向上させることが有用である。
【００６３】
さらに、バイオマスの投入時期としては、上記バイオマスの投入時期を組み合わせてもよい。すなわち、赤熱コークスの投入と投入の間に、および赤熱コークスの投入と同時にプレチャンバ内にバイオマスを投入するようにしてもよい。これにより、バイオマスの利用目的に応じて必要な量のバイオマスをコークス層内ないしコークス表層部に投入することができる点で有用である。
【００６４】
なお、本発明では、赤熱コークス１５１の投入と投入の間におよび／または赤熱コークス１５１の投入と同時に、投入ロットの赤熱コークス１５１量に対応するバイオマスを一時に全量投入してもよいし、一定期間内にわたって連続的に投入してもよいし、あるいは断続的に投入してもよいなど、特に制限されるものではない。連続的または断続的に一定期間内に投入する場合には、投入量を一定にして行ってもよいし、投入量を経時的に変動するように投入してもよい（これらは、上記実施形態１、２又はその組み合わせとなるため、上記各実施形態を参照のこと。）。
【００６５】
また、本発明に用いられるバイオマスとは、一般的には、生物量の総称であり、ＦＡＯ（国連食糧農業機関）によれば、農業系（麦わら、サトウキビ、米糠、草木等）、林業系（製紙廃棄物、製材廃材、除間伐材、薪炭林等）、畜産系（家畜廃棄物）、水産系（水産加工残滓）、廃棄物系（生ゴミ、ＲＤＦ（ゴミ固形化燃料；Ｒｅｆｕｓｅｄ  Ｄｅｒｉｖｅｄ  Ｆｕｅｌ）、庭木、建設廃材、下水汚泥）等に分類される。本発明が対象とするバイオマスは、上記ＦＡＯにより規定されてなる全てが対象となり得るものであるが、好ましくは木質系および／または農業系バイオマスである。農業系バイオマスとは、ＦＡＯ定義における農業系バイオマスを指し、麦わら、サトウキビ、米糠、草木等が該当する。加えて、木質系バイオマスとは、ＦＡＯ定義における林業系バイオマスと、廃棄物系バイオマスの一部を指し、製紙廃棄物、製材廃材、除間伐材、薪炭林、庭木、木材などの建設廃材、などが該当する。これらが好適である理由は、含有水分が少なく（９〜５０質量％）湿分基準の発熱量も高いため、赤熱コークス顕熱のみで、乾留に必要な熱量以上のガス、固体エネルギーを回収できるからである。農業系、木質系以外のバイオマスである畜産系バイオマス、水産系バイオマス、廃棄物系バイオマスの残部（生ゴミ、ＲＤＦ、下水汚泥等）に関しても、単独若しくは上記農業系、木質系バイオマスとの組み合わせにより、基本的に保有湿分基準発熱量が、水分の気化熱＋バイオマス自身の顕熱上昇＋分解熱以上であり、上記粒度分布を満足できれば、有効なエネルギー源になり得る。
【００６６】
また、バイオマスを利用することで、バイオマスはカーボンニュートラルであることから、地球温暖化問題やエネルギーリサイクル社会形成へ重要なエネルギー源ともなりえる点で有利である。なお、上記カーボンニュートラルとは、ＣＯ２に関しては地球規模で成長や固定の循環が成り立っていることから、バイオマス使用に際してＣＯ２を排出カウントしなくてもよいという考え方をいう。
【００６７】
本発明に用いられるバイオマスは、カーボンニュートラルの特性を持つバイオマスを主にエネルギー化（ガスエネルギーは燃料ガス、電力に使用する。固体残渣は後工程で炭素源として燃料に使用する。）する目的で利用するものであることから、より多くの利用が望まれるものである。そこで、未反応バイオマスが、ＣＤＱから排出されない条件、すなわちＣＤＱでバイオマスの乾燥・炭化が十分進むバイオマス層厚み及び伝熱条件から、バイオマス量がコークス量の４割程度まで投入可能であり、またプレチャンバ内の空気量から計算される、該空気と反応して燃焼されるバイオマス量を算出し、先のバイオマス量に換算して適宜バイオマスの投入量を設定すればよい。
【００６８】
本発明に用いられるバイオマスの大きさ（粒径）は、特に制限されるものではないが、気流搬送の調節によりバイオマスの落下地点が変わることを利用し、意図的に変化させて分散性を良くすることが目的であることから、搬送ガスの流量（流速）の僅かな変化に追従して落下地点が変わることが望ましく、そのためにはバイオマス原料を、粉砕設備を用いて粉砕して小粒径化し、さらに必要に応じて、分級設備を用いて分級して、粒度を調整しておくのがよい。具体的には、バイオマス原料の粉砕、分級により、１００ｍｍより大きい粒子の割合を２０質量％以下、好ましくは１０質量％以下に調整することが望ましい。なお、１００ｍｍより大きい粒子の割合が１０質量％以下のバイオマス粉末を用いる場合には、分散性の改善効果に加え、ＣＤＱ内のガス中の硫黄化合物（ＣＤＱ内の空気との反応による赤熱コークスの燃焼により発生する）を格段に低く抑えることもできる点で有利である。
【００６９】
ここで、バイオマスの大きさ（粒径）の定義は、以下の通りである。
【００７０】
・バイオマス原料を、粉砕機、破砕機等の粉砕設備を用いて粉砕して小粒径化し、さらに小粒径化されたバイオマスを、スクリーン等の分級設備（篩い分け設備）で篩上、篩下に分別した際の、篩いの目開きサイズを本発明でのバイオマスの大きさ（粒径）と定義する。粉砕機、破砕機は、通常、衝撃、摩擦、切削等により、サイズを細かくする。衝撃系の代表はハンマーミルやボールミル、摩擦系の代表はグラインドミル、切削系の代表はカッタータイプである。石炭や食品系の粉砕の場合、球や立方体に近い形状のものが多く、粒径＝粒子のサイズという概念が比較的明確だが、バイオマスでは、生物として成長方向があり、破砕機にかけた場合に長軸方向（Ｌ）と短軸方向（通常短径；Ｄ）に差が生じる。繊維方向に分離し易いためだが、たとえばハンマーミルでの数ｍｍスクリーン通過物中には、Ｌ／Ｄが３〜５のものが多く、Ｌ／Ｄが１０のものも存在してしまう。従って代表径、平均径等の概念が用いにくいため、本発明では、ほとんどの実用破砕工程で使用される篩い分け設備、特にスクリーン等の目開き通過で評価、定義した。本発明で評価、定義のために使用するスクリーンとは、図７で示した破砕機に付属しているスクリーンではなく、たとえば破砕機のスクリーンを通過した破砕物を、別途篩い分けしたときのスクリーンであり、スクリーンと垂直方向への振動を極力抑えることで（傾斜０の時は水平方向に振動）、長軸方向サイズを通過径としようとするものである。ここで、上記破砕物を別途篩い分けしたときのスクリーンの「目開き」の形態については、図７（Ｂ）〜（Ｅ）で示した破砕機等に付属しているスクリーン等の「目開き」の形態と同様である。ただし、これらの形態に制限されるものではなく、他の形態でも図７と同様にスクリーン等の目開きの長手方向長さ（正方形を含む。正方形の場合には目開きの１辺の長さ）またはパンチング等で作られた楕円目開きの長径長さ（円形を含む。円形の場合には円形目開きの直径の長さ）を目開きサイズ、すなわち本発明でのバイオマスの大きさ（粒径）とすればよい。
【００７１】
以下に、小粒径化され分級されたバイオマスを得るための、より具体的な例を１例挙げて簡単に説明する。
【００７２】
原料バイオマスを、ハンマータイプ破砕機［１０ｔ／ｈ破砕量、１０００ｒｐｍ、ハンマー幅３５ｍｍ、ハンマー数３０、出側スクリーンサイズ□５０ｍｍ（目開き、正方形）］により小粒径化し、この小粒径化されたバイオマス破砕物を、振動篩い［□１００ｍｍスクリーン（目開き、正方形）、傾斜５°、水平かつ傾斜方向に直角な振動振幅１０ｍｍ、振動回数３０回／分］で篩った結果、篩い上が１０、１０、１０質量％（試行３回）となり、上記に規定するところの１００ｍｍより大きい粒子の割合が１０質量％のバイオマスが得られる。こうして粒度調整がなされたバイオマス粉末については、篩い上と篩い下のバイオマス双方を用いてもよいし、篩い下のバイオマスのみを用いてもよい。後者の場合には、篩い上のバイオマス粉末は、粉砕機に戻して原料バイオマスと共に粉砕に供するのが望ましい。
【００７３】
上記の通り「１００ｍｍより大きい粒子の割合」とは、篩いのスクリーンサイズを基準とした篩い上質量％である。この篩い上質量％を変化させるためには、例えば、破砕機スクリーンの目のサイズを変更すればよいが、これに制限されるべきものではない。すなわち、バイオマスの粒度変更の方法としては、上記に示す具体例の破砕機スクリーンの目のサイズのほかに、ハンマーの形状、幅、回転数、スクリーン位置等や、グラインドミル、カッターミル等の破砕方法（破砕設備）の変更によるものが考えられるが、どの方法（設備）を用いた場合も、スクリーンによる篩い分けで数値を規定できる。また、篩い分け設備（分級設備）の方も、振動形式や振動方法（カムによる衝撃、篩い方向の円・楕円化、振動回数等）、スクリーン目の形状（矩形、円、楕円等）等で変更可能であるが、上記に示す具体例での振動方式で篩い分けることで共通数値として規定が可能となるものである。
【００７４】
なお、粉砕機、破砕機等で小粒径化されたバイオマスを得るには、例えば、図７（Ａ）に示すように、バイオマス原料３０１をハンマー型破砕機３０２の投入口より図中の太線矢印で示すように投入する。粉砕機内の回転体３０３で細線矢印の回転方向３０５にバイオマスが回転される際に、粉砕機内に設置されたハンマー（一部）３０４との衝突する際や該ハンマーと回転体３０３との隙間を通過する際にバイオマスが破砕されて、小粒径化されていく。小粒径化されたバイオマスは回転時の遠心力により外に飛び出すようになる。そこで、粉砕機の回転経路の外側面側に適当な目開き３０８（図７（Ｂ）ないし図７（Ｅ）参照のこと。）のサイズ（図７（Ｂ）〜図７（Ｅ）の拡大図中の矢印の範囲（長さ）が目開きのサイズに相当する。）及び形状を有するスクリーン３０７を設置しておくことで、目開きを通過する大きさ（粒度）にまで小粒径化されたバイオマス（バイオマス破砕物３０６）のみが当該スクリーン３０７を通過して外部に取り出されるものである。
【００７５】
【実施例】
以下、本発明につき、実施例を挙げて説明するが、本発明がこれらに制限されるべきものでないことは言うまでもない。
【００７６】
実施例１及び比較例１
ＣＤＱのプレチャンバ部分を模擬できる試験設備に、図２に示すバイオマス投入装置を設置して、バイオマス投入中に搬送ガス量を変動させた際の試験設備内のバイオマス厚み分布を測定した。
【００７７】
ここで、投入条件は、以下の通りである。
【００７８】
・試験設備の胴径（内径）：７ｍとした。コークス乾式消火設備（実機）でのプレチャンバ内径に設定した。
【００７９】
・バイオマス投入装置のバイオマス投入口数：１ヶ所とした。
【００８０】
・バイオマス投入口の設置高さ：装置底部から５ｍの高さとした。実機でのバイオマスの落下高さ、即ちＣＤＱ操業中にＣＤＱ内のコークス層が最も高くなる位置からバイオマス投入口までの高さに調整した。
【００８１】
・バイオマス投入口の設置角度：水平方向とし、バイオマスが水平投入できるように調整した。
【００８２】
・バイオマス投入量：０．３ｔ／５分とした。コークス乾式消火設備（実機）でのバイオマス投入量に設定した。
【００８３】
・搬送ガス：空気を用いた。
【００８４】
・投入に用いたバイオマス：本実施例で使用したバイオマスは木材（詳しくは杉材）であり、該バイオマス中の揮発性物質（ＶＭ）は７９質量％（乾燥基準）であった。また、本実施例で投入したバイオマス（杉材）の大きさは、１００ｍｍより大きい粒子の割合が１０質量％に粉砕・分級したのものを用いた。詳しくは、ハンマータイプ破砕機：１０ｔ／ｈ破砕量、１０００ｒｐｍ、ハンマー幅３５ｍｍ、ハンマー数３０、出側スクリーンサイズ□５０ｍｍ（目開き、正方形）による破砕物を、振動篩い：□１００ｍｍスクリーン（目開き、正方形のスクリーンを用いた。）、傾斜５°、水平かつ傾斜方向に直角な振動振幅１０ｍｍ、振動回数３０回／分で篩った結果、篩い上が１０、１０、１０質量％（試行３回）となったことから、これらを１００ｍｍより大きい粒子の割合が１０質量％のものとして、本実施例の投入に用いた（以下、同様とする。）。
【００８５】
比較例１  （基準量の確認実験）
先ず、はじめにプレチャンバに相当する試験設備断面中央部へ到達するバイオマスが最も多いときの搬送ガス流量（基準量）を求めた。すなわち、搬送ガス流量をパラメータとして、実験を繰り返し行い、試験設備断面中央部へ到達するバイオマスが最も多い搬送ガス流量（基準量）は、１５００Ｎｍ３／ｈであることを見出した。このときの、試験設備断面（水平）方向長さに対するバイオマス厚みの分布の様子を図６に示す（図中の細線；比較を参照のこと。）。なお、試験設備断面（水平）方向長さは、バイオマス投入口が設置されている箇所を含む断面方向長さであって、投入口側の試験設備端部を始点（０ｍ）とし、対向する試験設備端部を終点（７ｍ）として、始点からの長さを示したものである。よって、試験設備断面中央部は、試験設備断面（水平）方向長さ３．５ｍの位置になる。
【００８６】
実施例１  （バイオマス投入中に搬送ガス量を変動させた実験）
図２に示すバイオマス投入装置を用いて、粉砕・分級により得られたバイオマスを、バイオマス投入口（１カ所）から空気搬送投入させた。バイオマスの投入は、コークス投入と投入の間に行うことを想定（ここでは、５分間隔で投入と停止（休止）を繰り返すことを想定）して、本実験では１ロット分（５分間）だけバイオマスを投入して厚み分布測定を行った（１０回実施してその平均値を表した。以下同様とする。）。このとき、バイオマス投入中に搬送ガス量を、図５（ａ）に示すように、基準量１５００Ｎｍ３／ｈに対し、±１／３の流量変動±５００Ｎｍ３／ｈを少なくとも１回以上与えた。すなわち、最初１０００ｍ３／ｈから開始し、２分の間に滑らかに（連続的に）変動させて２０００ｍ３／ｈまで増やし、その後１分間２０００ｍ３／ｈを保持した後、残る２分の間に滑らかに（連続的に）変動させて１０００ｍ３／ｈまで減らした時点でバイオマス投入及び搬送ガス供給を完了するように、流量調節機能を持つ搬送ガス流量調節部（実施例では流量調整弁を用いた。以下、同様とする。）１６７により流量を調節すると共に、バイオマス１６１をバイオマス投入設備１６３（実施例ではテーブルフィーダの切り出し設備を用いた。以下、同様とする。）から投入した。このときの試験設備断面（水平）方向長さに対するバイオマス厚みの分布の様子を図６に示す（図中の−◇−、２）を参照のこと。）。この実験から、バイオマス投入中の搬送ガス量を変動させ、到達距離を変えることで分散性を向上できることが確認できた。
【００８７】
実施例２
実施例１で用いた、ＣＤＱのプレチャンバ部分を模擬できる試験設備に、図４に示すようなバイオマス投入装置を設置して、バイオマス投入中にバイオマス投入箇所１カ所につき投入口３つを持ち、かつ該投入口の開閉によって吐出流速をそれぞれ減増させた際の試験設備内のバイオマス厚み分布を測定した。
【００８８】
ここで、投入条件は、以下の通りである。
【００８９】
・試験設備の胴径（内径）：７ｍとした。コークス乾式消火設備（実機）でのプレチャンバ内径に設定した。
【００９０】
・バイオマス投入装置のバイオマス投入箇所：１ヶ所とした（図４は４ヶ所設置した例であり、このうちの１つを適用したものといえる。）。
【００９１】
・バイオマス投入箇所１カ所のバイオマス投入口；３つ等間隔（約１０ｃｍ間隔）で配置した。
【００９２】
・各バイオマス投入口の開口面積比（図４参照のこと）；実施例１で求めた基準量（一定流量）を配管１７３を通じて各分岐配管１７３ａ〜１７３ｃに分配した。投入口１６５ａ（弁１）のみを開口した状態では吐出流速が最大となり、最も遠くにバイオマスが到達し、全ての投入口１６５ａ〜１６５ｃ（弁１〜３）を開口した状態では吐出流速が最も遅くなり、投入口１６５ａ（弁１）と１６５ｂ（弁２）を開口した状態でプレチャンバ断面中央部に到達するバイオマスが最も多くなる吐出流速となるように設定した。より詳しくは、実施例１で行った基準量の１／３の流量変動によりバイオマスが到達する距離を参考にして、各バイオマス投入口の開口面積比を調整した。具体的には、投入口１６５ａ（弁１）のみ開のときの流速：投入口１６５ａ及び１６５ｂ開のときの流速：全投入口開のときの流速を４：３：２とするように、投入口１６５ａ（弁１）の開口面積を１とした場合に、投入口１６５ｂ（弁２）の開口面積が１／３、投入口１６５ｃ（弁３）の開口面積が２／３となるように設定した。
【００９３】
・各バイオマス投入口の設置高さ：全て装置底部から５ｍの高さとした。実機でのバイオマスの落下高さ、即ちＣＤＱ操業中にＣＤＱ内のコークス層が最も高くなる位置からバイオマス投入口までの高さに調整した。
【００９４】
・各バイオマス投入口の設置角度：全て水平方向とし、バイオマスが水平投入できるように調整した。
【００９５】
・バイオマス投入量：０．３ｔ／５分とした。コークス乾式消火設備（実機）でのバイオマス投入量に設定した。
【００９６】
・搬送ガス：空気を用いた。
【００９７】
図４に示すバイオマス投入装置を用いて、粉砕・分級により得られたバイオマスを空気搬送により、投入箇所の各バイオマス投入口（３カ所）の開閉によって吐出流速をそれぞれ減増させながら投入させた。バイオマスの投入は、コークス投入と投入の間に行うことを想定（即ち、５分間隔で投入と停止（休止）を繰り返すことを想定）して、本実験でも１ロット分（５分間）だけバイオマスを投入して厚み分布測定を行った。このとき、バイオマス投入中に各投入口の開閉装置（本実施例では、耐熱性開閉弁を用いた。以下、同様とする。）の開閉によって吐出流速をそれぞれ減増させた。すなわち、図４のバイオマス投入装置を用いて図５（ｂ）に示す開閉操作により、最初に投入口１６５ａ（弁１）のみを開口して吐出流速が最も速い状態でバイオマスの投入を開始し、開始から１分経過後に投入口１６５ｂ（弁２）も開口して吐出流速を減らして、いわば中立状態（中央部に最も多く到達する状態）に戻した状態で投入を続け、開始から２分経過後に投入口１６５ｃ（弁３）も開口して吐出流速を最も減少させた状態で投入を続け、開始から３分経過後に投入口１６５ｂ（弁３）を閉じて吐出流速を増加して中立状態に再び戻した状態で投入を続け、開始から４分経過後に投入口１６５ｂ（弁２）を閉じて吐出流速を最も増加した状態で投入を続け、開始から５分経過後に投入口１６５ａ（弁１）を閉じてバイオマス投入及び搬送ガス供給が完了するように、各投入口の開閉装置の開閉により吐出流速を調節すると共に、バイオマス１６１をバイオマス投入設備１６３から投入した。このときの試験設備断面（水平）方向長さに対するバイオマス厚みの分布の様子を図６に示す（図中の−○−、３）を参照のこと。）。この実験から、投入口の開閉によって吐出流速をそれぞれ減増させ、バイオマスの到達距離を変えることによっても分散性を向上できることが確認できた。
【００９８】
実施例１、２及び基準量の確認実験の結果を下記表１に示す。
【００９９】
【表１】
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【０１００】
実施例３  （実機を使った実証実験）
実施例１で用いた図２のバイオマス投入設備を、図１のＣＤＱの同一周囲に等間隔に４ヶ所設置し、バイオマス投入中に搬送ガス量を変動させて分散性を向上させることによる、反応不足のバイオマスの低減効果を調べた。
【０１０１】
即ち、図２に示すバイオマス投入設備を用いて、バイオマス投入中の搬送ガス量を、実施例１と同様に（図５（ａ）に示すように）変動させて、コークス乾式消火設備における赤熱コークスの投入空間であるプレチャンバに、赤熱コークスの投入と投入の間にバイオマスを搬送ガス（空気）による気流搬送で投入しながら、図１に示すＣＤＱを用いて通常の操業を行った。
【０１０２】
操業条件は、以下の通りである。
【０１０３】
・コークス投入量：１００ｔ／ｈとした。
【０１０４】
・バイオマス投入量：４ｔ／ｈとした。
【０１０５】
・各バイオマス投入口の設置高さ（ＣＤＱ操業中にＣＤＱ内のコークス層が最も高くなる位置からバイオマス投入口までの高さ）：５ｍ、５．５ｍ、６ｍ、６．５ｍの位置にそれぞれ設置した。これは、各バイオマス投入口の設置高さを同じ高さにすると、搬送ガス量の変動パターンが図５（ａ）のような同じパターンで投入すると、基準量を超えた搬送ガス量により投入する際には、各投入口からのバイオマス同士が中央部付近で衝突するためである。そこで、本実施例では、各バイオマス投入口の設置高さを変えているが、搬送ガス量の変動パターンや投入角度、投入位置、投入時間などを各バイオマス投入口ごとに変えるなどしてもよいなど、分散性向上に影響しないように適当に調整すればよい。
【０１０６】
図１に示すＣＤＱを用いて上記条件で操業を行った結果、ＣＤＱから排出されるバイオマス炭化物中のＶＭ（揮発分）は、１．７質量％（乾燥基準）であった。
【０１０７】
比較例２
次に、比較実験として、実施例３と同様の設備を用いて、バイオマス投入中の搬送ガス量を変動させることなく、実施例１で得られた基準量にて、コークス乾式消火設備における赤熱コークスの投入空間であるプレチャンバに、赤熱コークスの投入と投入の間にバイオマスを搬送ガス（空気）による気流搬送で投入した以外は、実施例３と同様にして図１に示すＣＤＱを用いて通常の操業を行った。その結果、ＣＤＱから排出されるバイオマス炭化物中のＶＭ（揮発分）は３質量％（乾燥基準）であった。
【０１０８】
以上のことから、バイオマス投入中に搬送ガス量を変動させて分散性を向上させることにより、反応が促進され、反応不足のバイオマスを低減できることが確認できた。
【０１０９】
実験例４
図１に示すＣＤＱに、実施例２で用いた図４のバイオマス投入設備の投入箇所をＣＤＱの周囲に等間隔に４ヶ所設置し、バイオマスの投入箇所１カ所につき３つの投入口を設置し、かつ該投入口の開閉によって吐出流速をそれぞれ減増させることによる、反応不足のバイオマスの低減効果を調べた。
【０１１０】
即ち、図４に示すバイオマス投入設備を用いて、バイオマス投入中の吐出流速を、実施例２と同様に（図５（ｂ）に示すように）各投入口の開閉によって増減させて、ＣＤＱにおける赤熱コークスの投入空間であるプレチャンバに、赤熱コークスの投入と投入の間にバイオマスを搬送ガス（空気）による気流搬送で投入しながら、図１に示すＣＤＱを用いて通常の操業を行った。
【０１１１】
操業条件は、以下の通りである。
【０１１２】
・コークス投入量：１００ｔ／ｈとした。
【０１１３】
・バイオマス投入量：４ｔ／ｈとした。
【０１１４】
・各バイオマス投入箇所ごとのバイオマス投入口の設置高さ（ＣＤＱ操業中にＣＤＱ内のコークス層が最も高くなる位置からバイオマス投入口までの高さ）：各バイオマス投入箇所ごとに５ｍ、５．５ｍ、６ｍ、６．５ｍの位置にそれぞれ設置した。これは、各バイオマス投入箇所ごとのバイオマス投入口の設置高さを全て同じ高さにすると、投入口の開閉装置の開閉パターンが図５（ｂ）のように同じパターンであると、弁１のみを開口した状態で吐出流速が速く、到達距離が中央部を超えるように投入する際には、各投入口からのバイオマス同士が中央部付近で衝突するためである。そこで、本実施例では、各バイオマス投入箇所ごとにバイオマス投入口の設置高さを変えているが、投入口の開閉装置の開閉パターンや投入角度、投入位置、投入時間などを各バイオマス投入箇所ごとまたは個々のバイオマス投入口ごとに変えるなどしてもよいなど、分散性向上に影響しないように適当に調整すればよい。
【０１１５】
図１に示すＣＤＱを用いて上記条件で操業を行った結果、ＣＤＱから排出されるバイオマス炭化物中のＶＭ（揮発分）は、１．９質量％（乾燥基準）であった。
【０１１６】
比較例３
次に、比較実験として、実施例４と同様の設備を用いて、バイオマス投入中の投入口の開閉を行うことなく、各バイオマス投入箇所の投入口１６５ａ（弁１）及び投入口１６５ｂ（弁２）を開口して吐出流速をいわば中立状態（中央部に最も多く到達する状態）として、ＣＤＱにおける赤熱コークスの投入空間であるプレチャンバに、赤熱コークスの投入と投入の間にバイオマスを搬送ガス（空気）による気流搬送で投入した以外は、実施例４と同様にして図１に示すＣＤＱを用いて通常の操業を行った。その結果、ＣＤＱから排出されるバイオマス炭化物中のＶＭ（揮発分）は３．２質量％（乾燥基準）であった。
【０１１７】
以上のことから、バイオマス投入中に各バイオマス投入箇所の該投入口の開閉によって吐出流速をそれぞれ減増させて分散性を向上分散性を向上させることによっても反応が促進され、反応不足のバイオマスを低減できることが確認できた。
【０１１８】
実施例３、４及び比較例２、３により、ＣＤＱから排出されるバイオマス炭化物中のＶＭ（未反応指標）を下記表２に示す。
【０１１９】
【表２】
2004269578.tif 000004
【０１２０】
【発明の効果】
本発明によれば、バイオマスの気流搬送投入時の搬送ガス量ないし吐出流速を変動させ、到達距離を変えることでバイオマスの分散性を向上させる（バイオマス厚みを均一化する）ことができる。これにより、反応を促進させることができ、ＣＤＱから排出されるバイオマス炭化物中の揮発分（ＶＭ）を３．０〜３．２質量％（乾燥基準）から１．７〜１．９質量％（乾燥基準）にまで大幅に低減でき（３質量％（乾燥基準）に対する低減率は、実に４１〜４３％であった。さらに設定条件を調整することで揮発分のより一層の低減を図ることも十分可能である。）、反応不足のバイオマスを減らすことができる。これにより、バイオマス炭化物が後工程（焼結工程）に入っても、揮発分による製品性状悪化の懸念が大幅に低減する。またＣＯ２の排出削減にも、より一層貢献し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いることのできる代表的なＣＤＱを模式的に表わした概略図である。
【図２】図１のＣＤＱのプレチャンバにバイオマスを搬送ガスによる気流搬送で投入することのできる最も簡単なバイオマス投入装置部分の概略図であり、基準となる搬送ガス流量に対し±１／３以上の流量調節機能を持つバイオマス投入装置の概略図である。
【図３】図１のＣＤＱのプレチャンバにバイオマスを搬送ガスによる気流搬送で投入することのできる他のバイオマス投入装置部分の概略図であり、バイオマスの投入箇所１カ所につき２以上の投入口と、各投入口の開閉装置とを有するバイオマス投入装置の概略図である。
【図４】図３の投入口位置を代えた例を表すバイオマス投入装置の概略図である。
【図５】図５（ａ）は、図２のバイオマス投入装置を用いて、搬送ガス流量一定でバイオマス投入した際にプレチャンバ断面中央部へ到達するバイオマスが最も多いときの搬送ガス流量（基準量）に対し、１／３以上の流量変動をプラス（＋）側及びマイナス（−）側にそれぞれ１回以上与えるバイオマス投入方法の一実施形態として、ＣＤＱでの操業時間中の搬送ガス流量の変動の様子（パターン）を表したグラフである。図５（ｂ）は、図３ないし図４のバイオマス投入装置を用いて、バイオマスの投入箇所１カ所につき投入口３つを持ち、かつ各投入口の開閉装置（弁）を有し、該投入口の開閉によって吐出流速をそれぞれ減増させるバイオマス投入方法の一実施形態として、ＣＤＱでの操業時間中のバイオマスの投入箇所ごとの投入口３つの開閉装置（弁１〜弁３）の開閉の様子（パターン）を表したグラフである。
【図６】バイオマス投入によるＣＤＱの水平方向長さに対するバイオマスの厚さを示すグラフである。図中、プレチャンバ断面中央部へ到達するバイオマスが最も多いときの搬送ガス流量（基準量）での例、該基準量に対し図５（ａ）に示す搬送ガス量の変動を与えたときの例、及び該基準量に対し図５（ｂ）に示すように、バイオマス投入口の開閉によって吐出流速をそれぞれ減増させたときの例をそれぞれ示す。
【図７】図７（Ａ）は、バイオマスの粉砕に用いられる粉砕機の概略図であり、図７（Ｂ）〜（Ｅ）は、該粉砕機で小粒径化されたバイオマスのみを通過させるために用いられる該粉砕機出口部に備えられた篩いの目開きの形態および目開きサイズを模式的に表わす図面であると共に、さらに粉砕機の篩いを通過した小粒径化されたバイオマスを、別途も設けられた篩い分け設備で所定の大きさ（例えば、１００ｍｍ）より大きい粒子を篩上、所定の大きさより小さい粒子を篩下に分別する際の、篩いの目開きの形態および目開きのサイズを模式的に表わす図面でも有り得る。
【符号の説明】
１０１…ＣＤＱ、                    １０３…ＣＤＱ上部の上蓋、
１０４…上部コークス投入口、        １０５…プレチャンバ（の空間部分）、
１０６…クーリングチャンバ、        １０７…循環ガス、
１０８…ＣＤＱ下部の取出口、        １０９…熱交換器（ボイラ）、
１１１…蒸気、                      １１３…蒸気タービン、
１１５…リングダクト、              １１７…空気（外気）、
１２１…循環経路、                  １２３…ダストキャッチャー、
１２５…循環ガスブロア、            １２７…循環ガス投入口、
１２９…放散ガス抜取経路、          １５１…赤熱コークス、
１５３…ＣＤＱ内のコークス、        １５５…ＣＤＱから取り出されたコークス、
１６１…バイオマス、                １６３…バイオマス投入設備、
１６５、１６５ａ、１６５ｂ、１６５ｃ…バイオマス投入口、
１６７…搬送ガス流量調節部（流量調節弁）、
１６９、１７０…配管、                                  １６９ａ、１６９ｂ、１６９ｃ…分岐配管、
１７１…搬送ガス（空気）、          １７３…搬送配管、
１７３ａ、１７３ｂ、１７３ｃ…分岐配管、
１７５、１７５ａ、１７５ｂ、１７５ｃ…各投入口の開閉装置、
１７７…バイオマスの投入箇所、      １９１…温度センサ、
３０１…バイオマス原料、            ３０２…破砕機（例；ハンマー型）、
３０３…回転体、                    ３０４…ハンマー（一部）、
３０５…ハンマー回転方向、          ３０６…バイオマス破砕物、
３０７…スクリーン、                ３０８…目開き。
【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】
2004269578.tif 000009
【図６】
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【図７】
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