(57)【要約】【課題】石炭火力発電システムや産業用ボイラ等において、石炭代替燃料廉価燃料であるバイオマスを効率よく燃焼させることができる燃焼装置及び方法を提供する。【解決手段】バイオマス１１を炉本体１２内に供給して燃焼させる燃焼装置であって、供給されたバイオマス１１を揮発させる揮発手段１３を有するバーナ１４を具備し、該揮発手段１３が、供給されたバイオマス１１を一時的に充填すると共に、先端２１ａが炉内に開口するバイオマス充填室２１と、前記バイオマス充填室２１内に前記バイオマス１１を揮発させると共に、バイオマス１１を充填室２１から放出する水蒸気又は酸素濃度の低いガス２２を供給する水蒸気又はガス導入手段２３とから構成されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスを炉本体内に供給して燃焼させる燃焼装置であって、
供給されたバイオマスを揮発させる揮発手段を有するバーナを具備することを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記バーナが、
供給されたバイオマスを一時的に充填すると共に、先端が炉内に開口するバイオマス充填室と、
前記バイオマス充填室内に、前記バイオマスを揮発させる水蒸気又は酸素濃度の低いガスを供給する水蒸気又はガス導入手段と
を具備することを特徴とする燃焼装置。
【請求項３】
バイオマスを炉本体内に供給して燃焼させる燃焼装置であって、
供給されたバイオマスを予熱する予熱手段をバーナの前流側に設けたことを特徴とする燃焼装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記予熱手段が、
供給されたバイオマスを流動させる流動手段と、
該流動手段内に、水蒸気又は燃焼装置からの燃焼排ガスを供給する水蒸気又はガス供給手段と
を具備することを特徴とする燃焼装置。
【請求項５】
請求項３において、
前記予熱手段が、
供給されたバイオマスを旋回させる旋回手段と、
該旋回手段内に、水蒸気又は燃焼装置からの燃焼排ガスを供給する水蒸気又はガス供給手段と
を具備することを特徴とする燃焼装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一つにおいて、
石炭粉砕手段を設け、微粉砕した石炭と共に燃焼させることを特徴とする燃焼装置。
【請求項７】
供給されたバイオマスを炭化物に加熱固化させる固化手段と、
前記固化したバイオマス固化物を粉砕する粉砕手段と、
石炭を粉砕する粉砕手段と、
前記加熱固化手段により発生した揮発成分を燃焼させるバーナと、
前記粉砕手段で粉砕されたバイオマス固化物及び石炭を炉内で燃焼させるバーナと
を備えたことを特徴とする燃焼装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記バイオマスの粉砕と石炭の粉砕とを同一の粉砕手段で行うことを特徴とする燃焼装置。
【請求項９】
バイオマスを炉本体内に供給して燃焼させる燃焼方法であって、
供給されたバイオマスを揮発させつつバーナへ供給することを特徴とする燃焼方法。
【請求項１０】
請求項９において、
供給されたバイオマスを一時的に充填し、該該充填したバイオマスを揮発させる水蒸気又は酸素濃度の低いガスを供給することを特徴とする燃焼方法。
【請求項１１】
請求項９において、
供給されたバイオマスを流動又は旋回させつつ揮発を行うことを特徴とする燃焼方法。
【請求項１２】
請求項９至１１のいずれか一つにおいて、
供給されたバイオマスを微粉砕した石炭と共に燃焼させることを特徴とする燃焼方法。
【請求項１３】
供給されたバイオマスを炭化物に加熱固化する際に、揮発成分を発生させ、該揮発成分をバーナで燃焼させると共に、
前記固化したバイオマス固化物を粉砕し、該粉砕した微粉炭と共に燃焼させることを特徴とする燃焼方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭火力発電システムや産業用ボイラ等において、石炭代替燃料廉価燃料であるバイオマスを効率よく燃焼させることができる燃焼装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石炭とバイオマスの混焼は、産業用ボイラ、事業用ボイラ更には各種タービンにおいて、廉価燃料使用による燃料費削減、更には化石燃料起源のＣＯ２発生量の抑制、ひいてはＣＯ２排出権取引に活用可能であるために、近年その利用促進が叫ばれており、米国では再生可能利用政策に加えて規制緩和を実施している。
【０００３】
図５に石炭を微粉にして燃焼させる石炭燃焼設備の一例を示す。
図５に示すように、ボイラの炉本体２０１には微粉炭ノズル及び空気ノズルと共働するバーナ２０２が配設されており、炉内２０３には過熱器、蒸発器、節炭器等に当たる伝熱管群２０４が設置されている。そして、炉内２０３での微粉炭の燃焼により発生する燃焼排ガス２０５は該伝熱管群２０４を加熱して煙道２０６へと送られる。前記煙道２０６の途中には空気過熱器（ＡＨ）２０７が配置され、煙道２０６内の燃焼排ガス２０５は誘引通風機（ＩＤＦ）２０８で引かれて空気過熱器（ＡＨ）２０７、灰捕集装置２０９を経て煙突２１０から大気に放出される。
【０００４】
そして、石炭を燃焼させるには、図示省略の外部設備から石炭供給ライン２１１で供給される石炭２１２を石炭バンカ２１３から石炭粉砕機２１４へ供給し、この石炭粉砕機２１４にて石炭を微粉炭に粉砕し、空気加熱器２０７で加熱された熱空気２１５により乾燥されている。その後、粉砕された微粉炭は該熱空気２１５によって石炭粉砕機２１４から搬送され、該微粉炭混合気２１６として微粉炭供給ライン２１７から前記バーナ２０２内の微粉炭ノズルへ供給され、炉内２０３で燃焼される（特許文献１）。
【０００５】
なお、２１８は炉底用の再循環ガスラインで、煙道２０６から分岐し、燃焼排ガス２０５の一部を炉底用再循環ガス（ＧＲ）２１９として炉底用再循環ガス送風機（ＧＲＦ）２２０で送り、ボイラ本体２０１の底部に供給している。
【０００６】
また、２２１は燃焼用空気で、押込み通風機（ＦＤＦ）２２２により引かれて、燃焼用空気ライン２２３から主バーナ空気ライン２２４を経由し、前記空気過熱器（ＡＨ）２０７で加熱されて主バーナ燃焼用空気として前記バーナ２０２内の空気ノズルから炉内２０３内へ供給される。
また、燃焼用空気ライン２２３から分岐して送風機２２５により石炭粉砕用熱空気ライン２２６へ送られ、途中前記空気過熱器（ＡＨ）２０７で加熱されて石炭粉砕用熱空気２１５として温調用冷空気２２６と混合され、石炭粉砕機２１４へ供給されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−２８１２９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した石炭燃料設備を用い、単に石炭に代えてバイオマスを供給して炉内２０３で燃焼させようとすると、バイオマスの粒径は数ｍｍ程度と大きく、従来の石炭を粉砕ミルで粉砕した微粉炭のような平均粒径が数１０μｍと細かくないので、着火性が悪いという問題がある。
この結果、未燃焼分が多くなると共に、不完全燃焼によりＣＯ，ＮＯｘの発生が多くなるという問題がある。
【０００９】
バイオマスの粒径を細かくできないのは、バイマスが石炭のように脆性材料でないために、粉砕手段により粉砕しても効率よい粉砕ができないことによる。
【００１０】
このため、バイオマスの炉内での着火性を向上した技術の出現が切望されている。
【００１１】
これは、石炭とバイオマスとを併用して炉内で燃焼する際にも問題があるので、石炭・バイオマス混焼炉においても重要な課題である。
【００１２】
本発明は、前記問題に鑑み、バイオマスを燃焼設備にて効率よく燃焼させることができる燃焼装置及び方法を提供することを課題とする。
【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、バイオマスを炉本体内に供給して燃焼させる燃焼装置であって、供給されたバイオマスを揮発させる揮発手段を有するバーナを具備することを特徴とする燃焼装置にある。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、前記バーナが、供給されたバイオマスを一時的に充填すると共に、先端が炉内に開口するバイオマス充填室と、前記バイオマス充填室内に、前記バイオマスを揮発させる水蒸気又は酸素濃度の低いガスを供給する水蒸気又はガス導入手段とを具備することを特徴とする燃焼装置にある。
【００１５】
第３の発明は、バイオマスを炉本体内に供給して燃焼させる燃焼装置であって、供給されたバイオマスを予熱する予熱手段をバーナの前流側に設けたことを特徴とする燃焼装置にある。
【００１６】
第４の発明は、第３の発明において、前記予熱手段が、供給されたバイオマスを流動させる流動手段と、該流動手段内に、水蒸気又は燃焼装置からの燃焼排ガスを供給する水蒸気又はガス供給手段とを具備することを特徴とする燃焼装置にある。
【００１７】
第５の発明は、第３の発明において、前記予熱手段が、供給されたバイオマスを旋回させる旋回手段と、該旋回手段内に、水蒸気又は燃焼装置からの燃焼排ガスを供給する水蒸気又はガス供給手段とを具備することを特徴とする燃焼装置にある。
【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、石炭粉砕手段を設け、微粉砕した石炭と共に燃焼させることを特徴とする燃焼装置にある。
【００１９】
第７の発明は、供給されたバイオマスを炭化物に加熱固化させる固化手段と、前記固化したバイオマス固化物を粉砕する粉砕手段と、石炭を粉砕する粉砕手段と、前記加熱固化手段により発生した揮発成分を燃焼させるバーナと、前記粉砕手段で粉砕されたバイオマス固化物及び石炭を炉内で燃焼させるバーナとを備えたことを特徴とする燃焼装置にある。
【００２０】
第８の発明は、第７の発明において、前記バイオマスの粉砕と石炭の粉砕とを同一の粉砕手段で行うことを特徴とする燃焼装置にある。
【００２１】
第９の発明は、バイオマスを炉本体内に供給して燃焼させる燃焼方法であって、供給されたバイオマスを揮発させつつバーナへ供給することを特徴とする燃焼方法にある。
【００２２】
第１０の発明は、第９の発明において、供給されたバイオマスを一時的に充填し、該該充填したバイオマスを揮発させる水蒸気又は酸素濃度の低いガスを供給することを特徴とする燃焼方法にある。
【００２３】
第１１の発明は、第９の発明において、供給されたバイオマスを流動又は旋回させつつ揮発を行うことを特徴とする燃焼方法にある。
【００２４】
第１２の発明は、第９至１１のいずれか一つの発明において、供給されたバイオマスを微粉砕した石炭と共に燃焼させることを特徴とする燃焼方法にある。
【００２５】
第１３の発明は、供給されたバイオマスを炭化物に加熱固化する際に、揮発成分を発生させ、該揮発成分をバーナで燃焼させると共に、前記固化したバイオマス固化物を粉砕し、該粉砕した微粉炭と共に燃焼させることを特徴とする燃焼方法にある。
【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を参照して本実施の形態にかかる燃焼装置について説明する。
図１に示すように、バイオマス１１を炉本体１２内に供給して燃焼させる燃焼装置であって、供給されたバイオマス１１を揮発させる揮発手段１３を有するバーナ１４を具備するものである。
【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】
ここで、前記揮発手段１３としては、バイオマスの成分の一部を加熱により揮発させることができるものであれば、いずれのものでもよい。
【００３０】
本実施の形態では、図１に示すように、バーナ１４に設けられた揮発手段１３としては、供給されたバイオマス１１を一時的に充填すると共に、先端２１ａが炉内に開口するバイオマス充填室２１と、前記バイオマス充填室２１内に前記バイオマス１１を揮発させると共に、バイオマス１１を充填室２１から放出する水蒸気又は酸素濃度の低いガス２２を供給する水蒸気又はガス導入手段２３とから構成されている。
【００３１】
バイオマス１１はバイオマス供給手段３１により、充填室２１内に所定量供給され、充填室２１内のバイオマス１１に対し、水蒸気又は酸素濃度の低いガス２２を押込むことで、バイオマス１１を熱分解させて揮発成分１５を発生させ、該揮発成分１４と共に、バイオマス１１を水蒸気又は酸素濃度の低いガス２２により炉内に放出するようにしている。水蒸気又は酸素濃度の低いガス２２は高温であることが好ましく、具体的な目安としては３００℃程度が好ましい。
【００３２】
これにより、バイオマス１１の粒径が大きい場合でも、その一部を揮発分として放出させて着火性を向上させることができる。
【００３３】
なお、充填室２１内に供給するインジェクション媒体としては、水蒸気や酸素濃度の低いガス２２を用いているので、自然発火や逆火が発生することはない。
【００３４】
また、前記バーナ１４には、充填室２１の外周を覆うと共に炉内に熱空気２４を供給する通路２５が形成され、前記熱空気２４を通過させることで充填室２１内を加熱すると共に、炉内で燃焼に寄与するようにしている。
【００３５】
前記バイオマス供給装置３１は、バイオマスを一時的に貯蔵するホッパ３２と、該ホッパ３２の下部の払出口３３に設けたスクリューフィーダ３４と、スクリューフィーダ出口の払出し口３５に連通し、所定量を供給するロータリーバルブ３６を介装した供給管３７とから構成され、払い出されたバイオマス１１は充填室２１へ所定量供給している。
【００３６】
前記酸素濃度の低いガス２２としては、前述した図５に示すような例えば炉本体から排出される燃焼排ガス等を再循環して用いるようにすることで、燃焼設備における熱回収効率が向上する。
【００３７】
この結果、揮発成分１５を放出させることでバイオマス１１における炉内での着火性の向上を図ることができる。
【００３８】
［第２の実施の形態］
図２を参照して本実施の形態にかかる燃焼装置について説明する。
図２に示すように、本実施の形態にかかる燃焼装置は、バイオマス１１を炉本体１２内に供給して燃焼させる燃焼装置であって、供給されたバイオマス１１を予熱する予熱手段４１を、炉本体４０に設けたバーナ４２の前流側に設けたものである。
【００３９】
前記予熱手段４１としては、供給されたバイオマス１１を流動させる流動手段４３と、該流動手段４３内に、水蒸気又は燃焼装置からの燃焼排ガス２２を供給する水蒸気又はガス供給手段２３を具備するものである。
流動手段２３においては、流動材４４が流動しているところに、所定量のバイオマス１１が供給され、下部から供給される燃焼排ガス２２を供給させて流動化させ、フリーボード４５において飛び出したバイオマス１１を燃焼排ガス２２によりバーナ４２へ供給するようにしている。この流動手段４３において、バイオマス１１の熱分解が促進され、バイオマス１１の一部は揮発成分となってフリーボード４５から舞い上がったバイオマスと共にバーナ４２へ供給される。
なお、予熱手段４１の下部に溜まったバイオマスの超大粒子等の残渣４６はロードセル４７を開放して流動材４４と共に、外部において分別処理する。また、流動材４４は再循環させるようにしてもよい。
なお、流動材４４については粗粒のバイオマスが多いような場合には、適宜使用しないようにしてもよい。また、使用するにしても通常よりも流動材の使用量を少なくなるようにしてもよい。
【００４０】
この結果、バイオマス１１を揮発成分として供給することで、炉内での燃焼性の向上を図ることができる。
【００４１】
［第３の実施の形態］
図３を参照して本実施の形態にかかる燃焼装置について説明する。
図３に示すように、本実施の形態にかかる燃焼装置は、バイオマス１１を炉本体１２内に供給して燃焼させる燃焼装置であって、供給されたバイオマス１１を旋回予熱する旋回予熱手段５１を、炉本体４０に設けたバーナ４２の前流側に設けたものである。
【００４２】
前記旋回予熱手段５１としては、供給されたバイオマス１１を旋回させる旋回手段５３と、該旋回手段５３内に、水蒸気又は燃焼装置からの燃焼排ガス２２給する水蒸気又はガス供給手段２３と、旋回手段５３内の中心部に配設され、その下端が開放した内筒５４とを具備するものである。
【００４３】
旋回手段５３においては、所定量のバイオマス１１が供給され、接線方向から供給される燃焼排ガス２２により旋回させ、内筒５４の下部開放部分から浮遊するバイオマス１１と揮発成分とを燃焼排ガス２２によりバーナ４２へ供給するようにしている。この旋回手段５３の旋回途中において、バイオマス１１の熱分解が促進され、バイオマス１１の一部は揮発成分となってバイオマスと共に、バーナ４２へ供給される。
【００４４】
バイオマスの大粒子等の残渣５５は旋回手段５３の下部からロードセル５６を介して抜き出し処理する。
【００４５】
この結果、バイオマス１１の一部を揮発成分として供給することで、炉内での燃焼性の向上を図ることができる。
【００４６】
上述した実施の形態においては、バイオマス専用の燃焼装置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、例えば図５に示したような既設の石炭粉砕手段を設け、既設の石炭燃焼装置において、微粉砕した石炭と共に石炭燃焼装置において燃焼させるようにしてもよい。
【００４７】
［第４の実施の形態］
図４を参照して本実施の形態にかかる燃焼装置について説明する。
図４に示すように、本実施の形態にかかる燃焼装置は、供給されたバイオマス１１を炭化物に加熱固化させる固化手段６１と、前記固化したバイオマス固化物６２と石炭６３とを粉砕する粉砕手段６４と、炉本体６０に設けられ、前記加熱固化手段により発生した揮発成分を燃焼させるバイオマスバーナ６５と、炉本体に設けられ、前記粉砕手段で粉砕されたバイオマス固化物及び石炭を炉内で燃焼させる微粉炭バーナ６６とを具備するものである。
【００４８】
前記固化手段６０に供給する固化媒体は例えば熱空気、水蒸気又は酸素濃度の低いガスを挙げることができる。
【００４９】
なお、バイオマスの粉砕と石炭の粉砕とは本実施の形態のように同一の粉砕手段で行うようにしてもよく、または別々の専用の粉砕手段とするようにしてもよい。
【００５０】
前記固化手段６１としては、バイオマス１１を加熱固化することができるものであれば、いずれでもよいが、例えば流動層固化手段、固定床固化手段等公知の固化手段を挙げることができる。
【００５１】
これにより、既存の装置をそのまま転用することができ、種々雑多なバイオマスに適用することができる。
【００５２】
また、本実施の形態では、バイオマスが固化するので、バイオマスの前処理としての粉砕手段は簡易なものでよい。
【００５３】
本実施の形態の固化手段６１を用いる場合においては、特に、低融点のバイオマス（稲藁等の草系のバイオマス）に適用すると好ましい。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、供給されたバイオマスを揮発させる揮発手段を有するバーナを具備するので、バイオマスを熱分解させて揮発成分を発生させ、該揮発成分と共に、バイオマスを水蒸気又は酸素濃度の低いガスにより炉内に放出することができる。この結果、バイオマスの一部を揮発成分として供給することで、炉内での燃焼性の向上を図ることができる。
【００５５】
また、バイオマスを揮発成分に分解する予熱手段をバーナの前流側に設けることで、揮発成分を効率よく取り出すことができる。
【００５６】
また、バイオマスを固化する固化手段をバーナの前流側に設けることで、揮発成分を取り出すと共に、固化成分は別途石炭等と共に、粉砕して、石炭燃焼装置に供給することで、効率的な燃焼を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかる燃焼装置の概略図である。
【図２】第２の実施の形態にかかる燃焼装置の概略図である。
【図３】第３の実施の形態にかかる燃焼装置の概略図である。
【図４】第４の実施の形態にかかる燃焼装置の概略図である。
【図５】石炭燃焼装置の概略図である。
【符号の説明】
１１  バイオマス
１２  炉本体
１３  揮発手段
１４  バーナ
２１ａ  先端
２１  バイオマス充填室
２２  水蒸気又は酸素濃度の低いガス
２３  水蒸気又はガス導入手段
【図１】
2004354030.tif 000003
【図２】
2004354030.tif 000004
【図３】
2004354030.tif 000005
【図４】
2004354030.tif 000006
【図５】
2004354030.tif 000007