(57)【要約】【課題】バイオマスを例えば燃焼炉、ガス化炉等のバイオマス利用設備に効率よく供給することのできる粒状物供給装置及び方法を提供する。【解決手段】定量供給機１により所定量のバイオマス１１が供給されたバイオマス粉砕機２と、該粉砕されたバイオマス１１を搬送ガス４により気流搬送する気流搬送手段である吸引ファン３と、該気流搬送されたバイオマス中の気体成分を分離する固気分離手段１２と、該気体成分を分離したバイオマス１１を燃焼又はガス化手段等のバイオマス利用設備である例えば燃焼炉本体５のバーナ５ａに供給する供給管１３とを具備する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉砕された有機系燃料を気流搬送する気流搬送手段と、
該気流搬送された有機系燃料中の気体成分を分離する固気分離手段とを具備し、有機系燃料利用手段に適した空気量で供給することを特徴とする粒状物供給装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記固気分離手段がサイクロンであることを特徴とする粒状物供給装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記サイクロンから有機系燃料を排出する排出管にロータリーバルブを介装すると共に、該排出管の端部にインジェクションフィーダを設けたことを特徴とする粒状物供給装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記有機系燃料の供給を熱空気により行うことを特徴とする粒状物供給装置。
【請求項５】
請求項３において、
前記サイクロン出口側に、気体を分離した有機系燃料を定量的に供給する貯留槽を有する定量供給機を設け、該気体成分を分離した有機系燃料を一時的に貯留しつつ有機系燃料を供給することを特徴とする粒状物供給装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一つにおいて、
前記有機系燃料がバイオマスであることを特徴とする粒状物供給装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一つの粒状物供給装置を備えたことを特徴とする燃焼設備。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか一つの粒状物供給装置を備えたことを特徴とする有機系燃料ガス化システム。
【請求項９】
請求項１乃至６のいずれか一つの粒状物供給装置を備えたことを特徴とする有機系燃料を用いた液体燃料合成システム。
【請求項１０】
粉砕された有機系燃料を気流搬送して有機系燃料利用手段に供給する粒状物供給方法であって、
気流搬送に用いた気体の一部分離し、有機系燃料利用手段に適した気体量とすることを特徴とする粒状物供給方法。
【請求項１１】
請求項１０において、
気流搬送に用いた気体を全て分離し、気体分離した有機系燃料を別途気体により供給することを特徴とする粒状物供給方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
粉砕された有機系燃料を一時的に貯留することを特徴とする粒状物供給方法。
【請求項１３】
請求項１０乃至１２のいずれか一つにおいて、
前記有機系燃料がバイオマスであることを特徴とする粒状物供給方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばバイオマス等の有機系燃料を例えば燃焼炉、ガス化炉等のバイオマス利用設備に効率よく供給することのできる粒状物供給装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にバイオマスとは、エネルギー源又は工業原料として利用することのできる生物体（例えば農業生産物又は副産物、木材、植物等）をいい、太陽エネルギー、空気、水、土壌等の作用により生成されるので、無限に再生可能である。
【０００３】
前記バイオマスを利用することで燃料用のガス及びメタノール等の製造が可能となる。また、廃棄物としてのバイオマスを処理できるので、環境の浄化にも役立つと共に、新規に生産されるバイオマスも光合成によりＣＯ２  の固定により生育されるので、大気のＣＯ２  を増加させないので、ＣＯ２の抑制につながるので好ましい技術である。
【０００４】
従来のバイオマスをアルコールに転換する方法の一例を図４に示す。
図４に示すように、バイオマス１０１を炉本体１０２内に供給するバイオマス供給手段１０３と、酸素又は酸素と水蒸気の混合物からなる燃焼用の酸化剤１０４を炉本体２内供給する酸化剤供給手段１０５とを備えてなるバイオマスガス化炉１０６と、該バイオマスガス化炉１０６でガス化した生成ガス１０７中の粉塵を除去するサイクロンなどの分離手段１０８と、除塵されたガスを冷却する冷却器１０９と、該冷却したガスを精製するガス精製装置１１０と、該精製後のガスを用いてメタノールを合成し、排ガス１１１とメタノール１１２とに分離する蒸留装置１１３を備えたタノール合成装置１１４とからメタノール合成システム１１２を構成している。
【０００５】
供給するバイオマス１０１としては、生産又は廃棄されたバイオマスを粉砕・乾燥したものを供給するのが好ましい。本発明でバイオマスとは、エネルギー源又は工業原料として利用することのできる生物資源（例えば農業生産物又は副産物、木材、植物等）をいい、例えばスイートソルガム，ネピアグラス，スピルリナ等が用いられている（特許文献１、２、非特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２４０８７７号公報
【特許文献２】
特開２００１−２４０８７８号公報
【非特許文献１】
坂井正康著、「バイオマスが拓く２１世紀エネルギー」、森北出版株式会社、１９９８年１０月２８日発行
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１などに提案にかかるようなバイオマスを利用するガス化又は燃焼化技術においては、以下のような問題がある。
粉砕したバイオマスを搬送する際において、気体を用いて気流搬送する場合には、図５に示すように、定量供給機１によりバイオマス粉砕機２に供給されたバイオマスは、所定の粒径に粉砕され、この粉砕されたバイオマス１１は大型の吸引ファン３を用いて吸引するようにしているの。このため、外部から多量の空気４を搬送のために必要とし、この搬送に用いた空気４はそのままバイオマス利用設備である例えばバイオマスガス燃料炉、又はガス化炉の炉本体５内に供給することになるが、大量の空気が導入される結果、燃焼及びガス化が進行しないという問題がある。
【０００８】
この結果、不完全燃焼が生ずるような場合には、ＣＯ，ＮＯｘの発生が多くなるという問題がある。
【０００９】
また、バイオマスは自然酸化昇温が顕著であり、熱空気での搬送が困難であるので、燃焼設備におけるボイラ燃焼排ガスを再循環して用いての燃料搬送が困難なため、ボイラ全体熱効率が低下するという問題がある。
【００１０】
さらに、バイオマス等の有機系燃料は雑多な種類のバイオマスが混合されている場合が多く、一定負荷で運用される粉砕又は破砕機からの粉砕又は破砕燃料の排出量が、安定化しないという問題がある。
【００１１】
このような問題はバイオマスを単独で利用する場合のほか、石炭、ガス又は油炊き燃焼設備等における混合燃焼のために、バイオマスを供給する場合にも重要な問題であるので、バイオマスの効率的な供給装置の出現が望まれている。
【００１２】
本発明は前記問題に鑑み、例えばバイオマス等の有機系燃料を用いた燃焼炉、ガス化炉等のバイオマス利用設備にバイオマスを効率よく供給することのできる粒状物供給装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決する第１の発明は、粉砕された有機系燃料を気流搬送する気流搬送手段と、該気流搬送された有機系燃料中の気体成分を分離する固気分離手段とを具備し、有機系燃料利用手段に適した空気量で供給することを特徴とする粒状物供給装置にある。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、前記固気分離手段がサイクロンであることを特徴とする粒状物供給装置にある。
【００１５】
第３の発明は、第２の発明において、前記サイクロンから有機系燃料を排出する排出管にロータリーバルブを介装すると共に、該排出管の端部にインジェクションフィーダを設けたことを特徴とする粒状物供給装置にある。
【００１６】
第４の発明は、第３の発明において、前記有機系燃料の供給を熱空気により行うことを特徴とする粒状物供給装置にある。
【００１７】
第５の発明は、第３の発明において、前記サイクロン出口側に、気体を分離した有機系燃料を定量的に供給する貯留槽を有する定量供給機を設け、該気体成分を分離した有機系燃料を一時的に貯留しつつ有機系燃料を供給することを特徴とする粒状物供給装置にある。
【００１８】
第６の発明は、第１乃至５のいずれか一つの発明において、前記有機系燃料がバイオマスであることを特徴とする粒状物供給装置にある。
【００１９】
第７の発明は、第１乃至６のいずれか一つの粒状物供給装置を備えたことを特徴とする燃焼設備にある。
【００２０】
第８の発明は、第１乃至６のいずれか一つの粒状物供給装置を備えたことを特徴とする有機系燃料ガス化システムにある。
【００２１】
第９の発明は、第１乃至６のいずれか一つの粒状物供給装置を備えたことを特徴とする有機系燃料を用いた液体燃料合成システムにある。
【００２２】
第１０の発明は、粉砕された有機系燃料を気流搬送して有機系燃料利用手段に供給する粒状物供給方法であって、気流搬送に用いた気体の一部分離し、有機系燃料利用手段に適した気体量とすることを特徴とする粒状物供給方法にある。
【００２３】
第１１の発明は、第１０の発明において、気流搬送に用いた気体を全て分離し、気体分離した有機系燃料を別途気体により供給することを特徴とする粒状物供給方法にある。
【００２４】
第１２の発明は、第１１の発明において、粉砕された有機系燃料を一時的に貯留することを特徴とする粒状物供給方法にある。
【００２５】
第１３の発明は、第１０乃至１２のいずれか一つの発明において、前記有機系燃料がバイオマスであることを特徴とする粒状物供給方法にある。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の形態を以下に説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００２７】
［第１の実施の形態］
ここで、図１を参照して粒状物供給装置について説明する。以下、本実施の形態では燃焼設備である燃焼炉のバーナに有機系燃料であるバイオマスを供給する場合について説明する。
図１に示すように、本実施の形態にかかる粒状物供給装置１０は、定量供給機１により所定量のバイオマス１１が供給されたバイオマス粉砕機２と、該粉砕されたバイオマス１１を搬送ガス４により気流搬送する気流搬送手段である吸引ファン３と、該気流搬送されたバイオマス中の気体成分を分離する固気分離手段１２と、該気体成分を分離したバイオマス１１を燃焼又はガス化手段等のバイオマス利用設備である例えば燃焼炉本体５のバーナ５ａに供給する供給管１３とを具備するものである。ここで、前記バイオマス利用設備としては、ボイラ等の燃焼設備、ガス化炉等のガス化設備等を挙げることができる。
【００２８】
本発明において、バイオマスとは生物資源のことをいう。バイオマスとしては、例えば農業生産物又は副産物、木材、植物等が例示される。バイオマスの変換目的などにもよるが、燃料・原料の供給面という観点から、大量入手が容易なものや、生育・成長速度が速いものなど、燃料・原料としての供給が安定しているものが好ましい。草本類・木本類の植物性バイオマスの一例を示すと、トウモロコシ類、イネ類、スイートソルガムなどのサトウキビ類、ネピアグラスなどの牧草類、木材類などが例示される。また、本発明においてはバイオマスの代替原料として使用可能な有機性廃棄物等を用いてもよい。
【００２９】
前記バイオマス１１を粉砕するには、公知のバイオマス粉砕機２を用いており、定量的に供給する定量供給機１から定量的に供給されたバイオマス１１を粉砕するようにしている。粉砕されたバイオマス１１は、搬送用の搬送ガス（例えば空気等）４を吸引する気流搬送手段３である吸引ファンにより、強制的に吸引され、固気分離手段１２に送給される。この固気分離手段１２において、気体成分（空気）と固体成分（バイオマス）とに分離している。
【００３０】
この気体成分の分離により、バイオマス利用設備の例えば燃焼又はガス化に適した空気／バイオマス比（（Ａ：Ａｉｒ）／（Ｂ：Ｂｉｏｍａｓ）、以下「Ａ／Ｂ」という。）となるように調整している。
例えばこのＡ／Ｂは０．５／１〜３／１、好ましくは１／１〜２／１とするのが好ましい。これは、３／１以上とすると、空気が多すぎて失火するおそれがあるからである。特にバイオマスの粒径が大きい場合には、着火性が低下しその影響が顕著になるからである。
【００３１】
前記固気分離手段１２としては、公知の分離手段を用いることができるが、本実施の形態では、サイクロンを用いて、固気分離を図っている。
【００３２】
また、本実施の形態では、図１に示すように、前記固気分離手段１２であるサイクロンの気体側の出口には、吸引ファン１５により分離した気体成分を吸引する際に、該気体成分中に含まれる微粒成分を除去するバグフィルタ等の集塵手段１６を設けられており、搬送ガス中の微粒成分を回収・除去するようにしている。
【００３３】
また、搬送ガスの供給ライン１７及び吸引ファンを介装したガス排気ライン１８には各々流量計測計（Ｆ）１９、２０が設けられ、各ラインのガス流量を測定し、その結果を制御手段（ＣＰＵ）送り、ここで所定流量となるようにラインに介装されたダンパ１７ａ、１８ａの開度を制御している。
この流量制御としては、固気分離手段１２であるサイクロン内部のドラフトが常に適正となるように、Ａ／Ｂ比を制御することで、常に適正なバイオマスの搬送及び固気分離を行うこととしている。すなわち、ダンパ１７ａは流量計測計１９で計測された吸引ガス４を所定の気流搬送ガス量になるように設定する。また、ダンパ１８ａは流量計１９で計測されたガス量と流量計２０で計測されたガス量の差からサイクロン１２の下部から流れるガス量を算出し、Ａ／Ｂが所定量になるように制御することで、バイオマスを適正に搬送するようにしている。
【００３４】
このように、サイクロン等の固気分離手段１２を設置することにより、搬送ガスの一部のみを残して、燃焼等に不要な搬送ガスは分離し、例えば燃焼設備内に供給することが防止されるので、比較的高濃度（燃焼に適した濃度）にて例えば燃焼設備のバーナ等に供給することができる。
本発明の粒状物供給装置は、バイオマスを燃焼させる例えばボイラ等の燃焼設備に限定されることなく、ガス化設備等の他のバイオマスのエネルギー転換を図る設備においても同様である。
【００３５】
ここで、前記バイオマスを定量的に供給できる定量供給手段について以下に説明する。
図１に示すように、乾燥粉砕された粉粒体であるバイオマス１１を貯蔵するホッパ２１の底面を有する円筒状の外筒２２の内部には、当該外筒２２よりも小径をなす円筒状の内筒２３が当該外筒２２と同軸をなして配設されており、当該内筒２３は、その下端部と外筒２２の底面との間に所定の間隔の隙間を有するように当該外筒２２と固定連結している。前記外筒２２の底面側にはレーキ２５が駆動モータＭにより回転され、内筒２３から外筒２２側に押し出して、外筒２２の外周底部側に設けた開口部２６からバイオマス１１を払い出すようにしている。払い出されたバイオマス１１は、ケーシング３２内にスクリュー３４を備えた切り出しスクリューフィーダ３１により、供給管３５に送るようにしている。前記供給管３５から払い出されたバイオマス１１は、ロータリーバルブ４１が介装されたホッパ４２を有するバイオマス粉砕機２内に供給され、供給されたバイオマスは、ここで所定の粒径に粉砕する。
【００３６】
また、前記ホッパ２１の内筒２２に取り付けられた支持部材３６は、重量計測手段であるロードセル３７を介して架台（図示せず）に支持されている。そして、ホッパ２１内のバイオマス１１はスクリューフィーダ３１を介して供給管３５に定量ずつ供給されると、ホッパ２１内のバイオマス１１の量が順次減少し、ホッパ２１の重量が軽くなると、前記ロードセル３７が前記支持部材３６を介してホッパ２１の重量変化を検出するので、ホッパ２１内のバイオマス１１の残存量を検知して、時間当たりの重量減量、すなわち、供給量を演算して正確に求めることができ、必要に応じて、ホッパ２１の内筒２３内にバイオマス１１を補給して供給を行うことができるようにしている。
【００３７】
本実施の形態の粒状物供給装置によれば、バイオマス粉砕機２から粉砕されたバイオマスは、搬送ガスによりサイクロン等の固気分離手段１２に送給され、ここで、気体成分を除去して所定の空気濃度としたバイオマスに固気分離する。その後、比較的高濃度（例えば燃焼に適した濃度）のＡ／Ｃ比にて炉本体に気体搬送することができる。
【００３８】
よって、本実施の形態によれば、バイオマス粉砕機２からサイクロン等の固気分離手段１２までは気体搬送に好適な濃度（例えばＡ／Ｃ＝２０／１）として搬送し、搬送管内での沈降，堆積を抑制することができ、固気分離手段１２により気体成分を分離するので、バイオマス粉砕機１２から燃焼設備までの長距離の搬送を可能とすることができる。
【００３９】
また、固気分離手段における気体成分の分離を監視することで、例えば燃焼炉の燃焼状況に応じて任意にバイオマス供給の際の空気濃度を調整することができる。
【００４０】
［第２の実施の形態］
図２は本実施の形態にかかる粒状物供給装置の概略図である。図２に示すように、本実施の形態にかかる粒状物供給装置は、第１の実施の形態にかかる粒状物供給装置の固気分離手段１２であるサイクロンの出口側にロータリーバルブ５１を介装した供給管５２を有する気流搬送装置５３であるインジェクションフィーダが設けられている。この気流搬送装置５３には、外部から押込みファン５４を介して外部から空気及び熱空気を駆動ガス５５としてガスノズル５６から供給し、例えば燃料炉本体５のバーナ５ａに気流搬送している。なお、別途設けた空気を用いる以外に、燃焼設備における熱空気を用いるようにしてもよい。
【００４１】
よって、本実施の形態によれば、バイオマス破砕機２からインジェクションフィーダ５３までは搬送に好適な濃度として搬送管内沈降，堆積を抑制し、またボイラ等の燃焼炉本体５側に設置するインジェクションフィーダまで長距離の搬送を可能とすることができる。
また、気体搬送装置５３であるインジェクションフィーダ以降は、燃焼に好適な濃度とすることが可能となる。この結果、インジェクションフィーダに別途独自の空気を供給することとなるので、炉本体５内の燃焼状況に応じて任意にバイオマス１１の搬送濃度を調整することが可能となる。
【００４２】
なお、熱空気を用いる場合には、バイオマスの発火温度が２５０℃と低いので、高温の熱空気の供給により発火することも考えられるが、気流搬送装置５３からバーナ５ａまでの距離は短いので瞬間的にバーナまで供給されるので、問題はない。ガス化の場合には高温の水蒸気を用いるようにすればよい。
【００４３】
［第３の実施の形態］
図３は本実施の形態にかかる粒状物供給装置の概略図である。図３に示すように、本実施の形態にかかる粒状物供給装置は、第２の実施の形態にかかる粒状物供給装置の固気分離手段１２であるサイクロンの出口側から直接的に気流搬送装置であるインジェクションフィーダ５３にバイオマスを供給するものではなく、気体成分を分離したバイオマスを１１一時的に貯留すると共に定量供給する第２の定量供給機６０を設けたものである。本実施の形態では、バグフィルタ１６からの微細なバイオマスも第２の定量供給機６０に供給するようにしている。
【００４４】
この第２の定量供給機６０を設けることにより、第１の定量供給機１からバイオマス粉砕機２に供給される雑多な種類のバイオマスを、一定負荷で運用される破砕機２に供給した場合に、該粉砕機からの排出量が、安定化しない場合でも第２の定量供給機６０に一時的に貯留することで、常に安定した供給を行うことができる。これにより、バイオマスの種類に左右されて粉砕量が変化した場合でも一時的に第２の定量供給機６０でバイオマスを貯留することができ、しかも、バイオマスの搬送（＝燃焼）を所定配合比率とすることができるので、燃焼設備における燃焼の安定性が向上し、燃焼効率が向上すると共に、不完全燃料を防止し、低ＮＯｘ化を図ることができる。
【００４５】
本実施の形態においては、バイオマス等の有機系燃料を混合した石炭の燃焼をボイラ等の燃焼設備に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、石炭を用いたガス化炉等のガス化設備のガスにおいても本発明の石炭・有機物燃料混合粉砕装置を用いて石炭とバイオマス等の有機系燃料とを安定して粉砕することで、安定したガス化システムに適用することもできる。
【００４６】
また、図４に示したようバイオマス等の有機系燃料利用設備であるガス化システムにより得られた生成ガスを用いてメタノール等の液体燃料に転換して有用な液体燃料を得るようにしてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、粉砕された粒状物であるバイオマス等の有機系燃料を気流搬送する気流搬送手段と、該気流搬送されたバイオマス等の有機系燃料中の気体成分を分離する固気分離手段とを具備し、バイオマス等の有機系燃料利用手段に適した空気量で供給するので、搬送ガスの一部のみを残して、燃焼等に不要な搬送ガスは分離し、例えば燃焼設備内に供給することが防止されるので、比較的高濃度（燃焼に適した濃度）にて例えば燃焼設備のバーナ等に供給することができる。
【００４８】
また、固気分離する際に、搬送ガスの全てを分離してバイオマス等の有機系燃料のみとし、該バイオマス等の有機系燃料を別途供給するガスにより供給するようにしてもよい。これにより別途独自の空気を供給するので、例えば炉本体内の燃焼状況に応じて任意にバイオマス等の有機系燃料の搬送濃度を調整することができる。
【００４９】
また、固気分離したバイオマス等の有機系燃料を一時的に貯留し、定量供給することで、バイオマス等の有機系燃料の種類に左右されて粉砕量が変化した場合でも一時的に貯留することができ、しかも、バイオマス等の有機系燃料の搬送（＝燃焼）を所定配合比率とすることができるので、燃焼設備における燃焼の安定性が向上し、燃焼効率が向上すると共に、不完全燃料を防止し、低ＮＯｘ化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかる粒状物供給装置の概略図である。
【図２】第２の実施の形態にかかる粒状物供給装置の概略図である。
【図３】第３の実施の形態にかかる粒状物供給装置の概略図である。
【図４】バイオマスを利用したメタノール合成設備の概略図である。
【図５】従来の粒状物供給装置の概略図である。
【符号の説明】
１  定量供給機
２  バイオマス粉砕機
３  吸引ファン
４  搬送ガス
５  燃焼炉本体
１１  バイオマス
１２  固気分離手段
１３  供給管
【図１】
2004353933.tif 000003
【図２】
2004353933.tif 000004
【図３】
2004353933.tif 000005
【図４】
2004353933.tif 000006
【図５】
2004353933.tif 000007