(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体を生成する乾燥熱源と、
前記乾燥熱源から供給される前記熱媒体を用いて木質バイオマスを加熱して乾燥させる乾燥装置と、
乾燥された前記木質バイオマスを熱分解して炭化物にする炭化物製造装置と、
前記炭化物製造装置から排出される前記炭化物のかさ密度を計測するかさ密度計測装置と、
前記乾燥装置内の前記木質バイオマスに供給される前記熱媒体の熱量を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記かさ密度から前記炭化物のＬＨＶを算出するＬＨＶ算出部と、
算出された前記ＬＨＶに基づいて、前記乾燥装置内の前記木質バイオマスに供給される前記熱媒体の熱量を制御するバイオマス燃料製造プラント。
【請求項２】
前記乾燥熱源は、
前記炭化物製造装置から排出される熱分解ガスを燃焼させる燃焼炉と、
前記燃焼炉から排出される燃焼排ガスと空気とを熱交換して高温空気を生成する第一熱交換器と、を有し、
前記熱媒体は、前記第一熱交換器にて前記燃焼排ガスと熱交換された前記高温空気である請求項１に記載のバイオマス燃料製造プラント。
【請求項３】
前記乾燥熱源は、
前記高温空気を熱源とする発電装置と、
前記発電装置からの廃熱を持つ廃熱媒体を熱源として前記乾燥装置に供給する第一廃熱媒体ラインと、を備える請求項２に記載のバイオマス燃料製造プラント。
【請求項４】
前記高温空気と前記発電装置の熱源となる発電用媒体とを熱交換する第二熱交換器を備え、
前記熱媒体は、前記第二熱交換器にて前記発電用媒体と熱交換された後の前記高温空気である請求項３に記載のバイオマス燃料製造プラント。
【請求項５】
前記乾燥装置にて使用された後の前記廃熱媒体を前記発電装置に供給する第二廃熱媒体ラインと、
前記第一廃熱媒体ラインと前記第二廃熱媒体ラインの少なくとも一方に設けられ、前記第二熱交換器にて前記発電用媒体と熱交換された後の前記高温空気と、前記廃熱媒体との間で熱交換する第三熱交換器と、を備え、
前記熱媒体は、前記第三熱交換器にて前記廃熱媒体と熱交換された後の前記高温空気である請求項４に記載のバイオマス燃料製造プラント。
【請求項６】
前記発電装置は、高分子有機作動媒体を蒸発させて発電を行うＯＲＣ発電装置であり、
前記廃熱媒体は、前記ＯＲＣ発電装置の冷却に用いられる温水である請求項３から請求項５のいずれか一項に記載のバイオマス燃料製造プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木質バイオマスを熱分解して炭化物を製造するバイオマス燃料製造プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
木質バイオマスのエネルギーをより効率的に利用することを目的として、木質バイオマスの炭化処理を行うことによって発熱量の向上を図る試みがなされている。木質バイオマスの炭化処理としては、例えば、外熱式熱分解ガス化炉等の熱分解炉を用いて、木質バイオマスを低酸素雰囲気下で３００℃〜７００℃の高温で間接加熱することで、発熱量を向上させた炭化物を製造する方法が知られている。
【０００３】
炭化物の製造方法としては、木質バイオマスを５００℃〜７００℃の高温で間接加熱する高温炭化と、木質バイオマスを３００℃程度で間接加熱する半炭化（トレファクション）とが知られている。高温炭化では所定温度で十分な処理時間を確保することで高いガス化率と自己発熱性を抑制した炭化物の製造が可能となる。半炭化では、非常に幅の狭い温度域に制御することで、粉砕性と熱量残留率を両立した炭化物の製造が可能となる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２１９１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、炭化物の原料となる木質バイオマスの含水率が変動することによって、製造される炭化物の品質に影響が生じる。安定した品質の炭化物を製造するためには、含水率に応じた制御が必要となり、例えば、熱分解炉に供給される加熱ガス量の調整を行っている。しかしながら、熱分解炉に供給される加熱ガス量の調整だけでは十分ではなく、より安定した品質の確保が望まれている。
【０００６】
この発明は、木質バイオマスを熱分解して炭化するバイオマス燃料製造プラントにおいて、製造される炭化物の品質をより安定させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第一の態様によれば、バイオマス燃料製造プラントは、熱媒体を生成する乾燥熱源と、前記乾燥熱源から供給される前記熱媒体を用いて木質バイオマスを加熱して乾燥させる乾燥装置と、乾燥された前記木質バイオマスを熱分解して炭化物にする炭化物製造装置と、前記炭化物製造装置から排出される前記炭化物のかさ密度を計測するかさ密度計測装置と、前記乾燥装置内の前記木質バイオマスに供給される前記熱媒体の熱量を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記かさ密度から前記炭化物のＬＨＶを算出するＬＨＶ算出部と、算出された前記ＬＨＶに基づいて、前記乾燥装置内の前記木質バイオマスに供給される前記熱媒体の熱量を制御する。
【０００８】
このような構成によれば、炭化物の燃焼性能を示す指標の１つであり顧客より表示を要求されうる炭化物のＬＨＶ（Lower Heating Valueの略であり、低位発熱量または真発熱量を意味する）に基づいて乾燥機内の木質バイオマスに供給される熱量を制御することによって、炭化に最適な含水率を有する乾燥バイオマスを製造することができる。即ち、かさ密度と炭化物のＬＨＶの相関関係を利用して、炭化物のＬＨＶが適切な値となるように木質バイオマスへ供給される熱量を調節することによって、安定した品質の炭化物の製造が可能となる。
【０００９】
上記バイオマス燃料製造プラントにおいて、前記乾燥熱源は、前記炭化物製造装置から排出される熱分解ガスを燃焼させる燃焼炉と、前記燃焼炉から排出される燃焼排ガスと空気とを熱交換して高温空気を生成する第一熱交換器と、を有し、前記熱媒体は、前記熱交換器にて前記燃焼排ガスと熱交換された前記高温空気であってよい。
【００１０】
このような構成によれば、乾燥熱源として燃焼炉を用いることによって、安定して高温空気を生成することができる。
【００１１】
上記バイオマス燃料製造プラントにおいて、前記乾燥熱源は、前記高温空気を熱源とする発電装置と、前記発電装置からの廃熱を持つ廃熱媒体を熱源として前記乾燥装置に供給する第一廃熱媒体ラインと、を備えてよい。
【００１２】
このような構成によれば、燃焼排ガスの熱を用いて発電を行うことができる。また、発電の廃熱を乾燥機の熱源として利用することができる。
【００１３】
上記バイオマス燃料製造プラントにおいて、前記高温空気と前記発電装置の熱源となる発電用媒体とを熱交換する第二熱交換器を備え、前記熱媒体は、前記第二熱交換器にて前記発電用媒体と熱交換された後の前記高温空気であってよい。
【００１４】
上記バイオマス燃料製造プラントにおいて、前記乾燥装置にて使用された後の前記廃熱媒体を前記発電装置に供給する第二廃熱媒体ラインと、前記第一廃熱媒体ラインと前記第二廃熱媒体ラインの少なくとも一方に設けられ、前記第二熱交換器にて前記発電用媒体と熱交換された後の前記高温空気と、前記廃熱媒体との間で熱交換する第三熱交換器と、を備え、前記熱媒は、前記第三熱交換器にて前記廃熱媒体と熱交換された後の前記高温空気であってよい。
【００１５】
上記バイオマス燃料製造プラントにおいて、前記発電装置は、高分子有機作動媒体を蒸発させて発電を行うＯＲＣ発電装置であり、前記廃熱媒体は、前記ＯＲＣ発電装置の冷却に用いられる温水であってよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、炭化物のＬＨＶに基づいて乾燥機内の木質バイオマスに供給される熱量を制御することによって、炭化に最適な含水率を有する乾燥バイオマスを製造することができる。即ち、炭化物のかさ密度とＬＨＶとの相関関係を利用して、炭化物のＬＨＶが適切な値となるように木質バイオマスへ供給される熱量を調節することによって、安定した品質の炭化物の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第一の実施形態のバイオマス燃料製造プラントの系統図である。
【図２】本発明の第一の実施形態の炭化物製造装置の概略構成図である。
【図３】炭化物のＬＨＶと炭化物のかさ密度との間の相関関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第二の実施形態のバイオマス燃料製造プラントの系統図である。
【図５】本発明の第三の実施形態のバイオマス燃料製造プラントの系統図である。
【図６】本発明の第三の実施形態のバイオマス燃料製造プラントの発電装置の系統図である。
【図７】本発明の第四の実施形態のバイオマス燃料製造プラントの系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
〔第一の実施形態〕
以下、本発明の実施形態のバイオマス燃焼製造プラントについて図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態のバイオマス燃料製造プラント１の一例を示す概略構成図である。
図１に示すように、本実施形態のバイオマス燃料製造プラント１は、木質バイオマス供給装置２と、木質バイオマス供給装置２から供給された木質バイオマスＢ１を乾燥させる乾燥機３（乾燥装置）と、木質バイオマスＢ２を熱分解して炭化物Ｃを生成する炭化物製造装置４と、炭化物Ｃのかさ密度を測定するかさ密度測定装置５と、乾燥機３の熱源である熱媒体を生成する乾燥熱源１３と、制御装置８と、を備えている。
【００１９】
木質バイオマスＢは、木材からなるバイオマス（生物資源）であり、樹木の伐採や造材のときに発生した枝、葉などの林地残材、製材工場などから発生する樹皮や鋸屑等から生成される木質ペレット、木質チップである。
【００２０】
炭化物製造装置４は、木質バイオマスＢを間接的に加熱させて熱分解やガス化反応を起こす間接加熱式の外熱式熱分解ガス化炉５３（熱分解炉、図２参照）を有している。熱分解の進行により、木質バイオマスＢは熱分解ガスを発生しながら炭化される。生成された炭化物Ｃは、かさ密度測定装置５に排出される。
【００２１】
乾燥機３は、乾燥熱源１３から供給される熱媒体を用いて木質バイオマスＢを加熱して乾燥させる装置である。乾燥機３は、例えば、含水率４０％−６０％の木質バイオマスＢを乾燥させて例えば、含水率１０％−２０％まで乾燥させる。
乾燥機３は、ベルト上に載置された木質バイオマスＢに高温の乾燥ガスを吹き付けることによって乾燥させるベルト乾燥機３を採用することができる。乾燥機３としては、ベルト乾燥機３の他に、ロータリーキルン式乾燥機や、ディスク乾燥機を採用することができる。乾燥機３の加熱方式は間接加熱、直接加熱の何れでもよい。
【００２２】
乾燥熱源１３は、例えば、廃棄物を焼却する焼却炉であり、熱媒体は、高温の排ガスや熱交換された高温空気である。乾燥熱源１３としてはこれに限ることはなく、発電プラントなどの利用も可能であり、発電プラントの廃熱を熱源とすることも可能である。
【００２３】
乾燥熱源１３と乾燥機３とは、熱媒体ライン２６によって接続されている。即ち、乾燥熱源１３にて生成される熱媒体は、熱媒体ライン２６を介して乾燥機３に導入される。
熱媒体ライン２６上には、乾燥機３に供給される熱媒体の流量、即ち熱量を調整する制御ダンパ１６が設けられている。制御ダンパ１６は、制御装置８によって制御可能である。
【００２４】
図２に示すように、炭化物製造装置４は、原料である木質バイオマスＢを搬送するスクリューコンベア５２と、スクリューコンベア５２から投入される木質バイオマスＢを熱分解することにより炭化する外熱式熱分解ガス化炉５３と、外熱式熱分解ガス化炉５３から排出される炭化物Ｃを排出するシュート５４と、を有している。
【００２５】
外熱式熱分解ガス化炉５３は、木質バイオマスＢを間接的に加熱させて熱分解やガス化反応を起こす間接加熱式の熱分解炉である。
外熱式熱分解ガス化炉５３は、外筒５８（マッフル）と、外筒５８に対して相対回転するとともに木質バイオマスＢが投入される内筒５９（キルンシェル）と、を有している外熱式ロータリーキルン型である。
本実施形態の炭化物製造装置４では、外熱式熱分解ガス化炉５３として、外熱式ロータリーキルン型を用いているが、木質バイオマスＢを間接的に加熱する形式のものであればこれに限ることはない。例えば、外熱式熱分解ガス化炉５３として、外熱式スクリューコンベアなどを用いてもよい。
【００２６】
内筒５９の上流側は、軸方向に移動可能な可動側支持部６０によって軸線回りに回転可能に支持されている。内筒５９の下流側は、固定側支持部６３によって軸線回りに回転可能に支持されている。
内筒５９の入口部を構成する可動側支持部６０には、木質バイオマスＢを投入するためのスクリューコンベア５２が設けられている。内筒５９の出口部を構成する固定側支持部６３には、炭化物Ｃを排出するシュート５４が設けられている。
可動側支持部６０は、内筒５９を回転可能に支持する環状フレーム６１を有している。環状フレーム６１の両側部は、設置面６８から揺動自在に立ち上げられた支持部材６２の上端部に回転可能に支持されている。
【００２７】
内筒５９の内壁部には、周方向に対して傾斜して配列された複数のフィン（又はスパイラル、図示せず）が設けられ、内筒５９が駆動装置６４により所定の回転速度（例えば１〜５ｒｐｍ）で駆動回転されることにより、入口側（上流側）から投入された木質バイオマスＢを加熱しながら出口側（下流側）に移送可能である。なお、フィンを設ける代わりに、内筒５９が水平に対して僅かに傾斜した軸線回りに回転可能に支持され、その傾斜と内筒５９の回転によって木質バイオマスＢが出口側に移送される場合もある。
【００２８】
駆動装置６４は、内筒５９に設けられた歯車６５と、駆動モータ６６と、駆動モータ６６の回転軸に取り付けられ、歯車６５に嵌合したピニオン歯車６７と、を有している。駆動装置６４は、駆動モータ６６の駆動を歯車６５に伝達させて歯車６５を回転させることにより、内筒５９を軸線回りに回転させる。
【００２９】
外筒５８は、内筒５９の回転および軸線方向の移動を許容し、かつ、内筒５９との間でシールを確保した状態で、図示しない支持部材６２を介して設置部位に固定されている。
内筒５９の可動側支持部６０および固定側支持部６３は、それぞれの回転部分と非回転部分との間にエアシールを形成している。可動側支持部６０とスクリューコンベア５２との接続部分には、可動側支持部６０の軸方向の変位を吸収するエキスパンション７７が設けられている。
【００３０】
外筒５８の一端には、加熱ガスを供給する加熱器として機能する加熱ガス燃焼炉６９と外筒５８とを接続する加熱ガス供給管７０が接続されている。外筒５８の他端には、加熱ガス送出管７１が接続されている。加熱ガス送出管７１には、加熱ガス量調節装置５７として機能する加熱ガス量調節ダンパ７２および誘引ファン７３が設けられている。
【００３１】
外筒５８の上部には、軸線方向に離間して複数の点検窓７４が設けられている。それぞれの点検窓７４には、軸線回りに回転する内筒５９の外周面に対向してキルンシェル温度（内筒５９の鉄皮温度）を計測する非接触式温度計７５が設けられている。非接触式温度計７５としては放射温度計を用いることができる。
制御装置８と非接触式温度計７５とは通信可能に接続されており、非接触式温度計７５によって測定されたキルンシェル温度が制御装置８に入力されるように構成されている。
【００３２】
キルンシェル温度は、内筒５９内の木質バイオマスＢに直接的に接する部分の温度であるため、木質バイオマスＢの熱分解温度との相関が高く、加熱状況を良好に反映している。このため、キルンシェル温度に基づいて温度制御を行うことによって、加熱温度の安定的な制御が可能となる。
【００３３】
制御装置８は、キルンシェル温度が所定の温度域に維持されるように、加熱ガス量調節ダンパ７２の開度及び誘引ファン７３の回転数によって加熱ガス量を調節する。
加熱ガス量の調節を行っても、所定の温度域に維持できない場合は、内筒５９の回転数を上げる（回転速度を上昇させる）ことによって、水分の蒸発を促進させる。キルンシェル温度は、水分の蒸発が増えることによって低下する。
【００３４】
かさ密度測定装置５は、シュート５４から排出された炭化物Ｃが導入されるダクト３８と、ダクト３８を介して炭化物Ｃが貯留される二つの貯留槽３６と、を有している。ダクト３８は、下流側にて二つに分かれている。即ち、ダクト３８は、上流側に設けられている上流側ダクト３９と、分岐部４０と、分岐部４０よりも下流側に設けられている一対の下流側ダクト４１と、を有している。分岐部４０には、切換ダンパ４２が設けられている。
【００３５】
シュート５４から上流側ダクト３９に導入された炭化物Ｃは、切換ダンパ４２によって、下流側ダクト４１のいずれかに導入される。一対の下流側ダクト４１は、それぞれ第一貯留槽３６ａと第二貯留槽３６ｂとに炭化物Ｃを導入するように配置されている。切換ダンパ４２は制御装置８によって制御される。
【００３６】
それぞれの貯留槽３６には、レベル計４４と重量計４５が設けられている。レベル計４４は、貯留槽３６に所定の体積の炭化物Ｃが貯留されたことを検知可能なセンサである。レベル計４４は、貯留槽３６に所定の体積の炭化物Ｃが貯留された際に、制御装置８に信号を送信することができる。レベル計４４としては、例えば、赤外線を用いたセンサや、接触式のスイッチを用いたセンサを採用することができる。
【００３７】
重量計４５は、貯留槽３６に貯留された炭化物Ｃの重量を測定することができる装置である。重量計４５は、測定された重量を制御装置８に送信することができる。
【００３８】
制御装置８は、炭化物ＣのＬＨＶ（低位発熱量、真発熱量）を算出するＬＨＶ算出部４７を備え、算出されたＬＨＶに基づいて乾燥熱源１３から乾燥機３へ供給される熱媒体の熱量を調整する。
【００３９】
炭化物ＣのＬＨＶが高い程、木質バイオマスＢの含水率は低く、炭化物ＣのＬＨＶが低い程、木質バイオマスＢの含水率は高くなる。
【００４０】
発明者らは、図３に示すように、炭化物ＣのＬＨＶと炭化物Ｃのかさ密度との間に相関関係が存在することを見出した。図３は、炭化物ＣのＬＨＶと炭化物Ｃのかさ密度との間の相関関係を示すグラフである。図３において、横軸は炭化物ＣのＬＨＶ［ＭＪ／ｋｇ］であり、縦軸は炭化物Ｃのかさ密度［ｇ／ｃｍ３］である。
発明者らの研究によって得られたグラフ（図３）によれば、炭化物Ｃは、かさ密度が小さい程ＬＨＶが高く、かさ密度が大きい程ＬＨＶが低くなる。
【００４１】
本実施形態の制御装置８は、図３に示す炭化物Ｃのかさ密度とＬＨＶとの相関関係が記憶されたテーブルＴ（図１参照）を参照することができる。即ち、制御装置８のＬＨＶ算出部４７は、炭化物Ｃのかさ密度に基づいて炭化物ＣのＬＨＶを算出することができる。
最適な木質バイオマスＢの含水率に対応するＬＨＶをＸ［ＭＪ／ｋｇ］とした場合、制御装置８は、炭化物ＣのＬＨＶがＸより大きい場合は、木質バイオマスＢに供給される熱量を減少させる。制御装置８はＬＨＶがＸより小さい場合は、木質バイオマスＢに供給される熱量を増加させる。
【００４２】
次に、本実施形態の炭化物Ｃの製造装置を用いた炭化物Ｃの製造方法について説明する。
本実施形態の炭化物Ｃの製造方法は、木質バイオマスＢを乾燥させる木質バイオマス乾燥工程と、木質バイオマスＢを熱分解することにより炭化させる熱分解工程と、炭化された木質バイオマスＢである炭化物ＣのＬＨＶを算出するＬＨＶ算出工程と、算出されたＬＨＶに基づいて乾燥工程において木質バイオマスＢに単位時間あたりに供給される熱量を制御する供給熱量制御工程と、を有する。
【００４３】
木質バイオマス乾燥工程では、木質バイオマス供給装置２から乾燥機３に投入された木質バイオマスＢは、乾燥熱源１３から供給された熱媒体によって乾燥される。
乾燥機３で乾燥された木質バイオマスＢは、スクリューコンベア５２によって外熱式熱分解ガス化炉５３の内筒５９に導入される。
外熱式熱分解ガス化炉５３の外筒５８の内部には、誘引ファン７３の誘引作用によって加熱ガス燃焼炉６９から加熱ガスが供給されており、この加熱ガスによって外筒５８内に位置する内筒５９が外周面から加熱される。
【００４４】
熱分解工程においては、内筒５９の内部に導入された木質バイオマスＢは、低酸素雰囲気下で３００℃〜７００℃の高温で間接加熱されて炭化される。
具体的には、木質バイオマスＢは、内筒５９の回転に伴い出口側に向けて移送されながら加熱される。これにより、まず、木質バイオマスＢに残留する水分が蒸発する。水分蒸発の完了に伴い有機成分の熱分解が進行する。熱分解の進行により、木質バイオマスＢは熱分解ガスＧを発生しながら炭化される。生成された所定の炭化度の炭化物Ｃ（固体燃料）としてシュート５４から排出される。
【００４５】
一方、熱分解によって発生した熱分解ガスＧは、シュート５４から加熱ガス燃焼炉６９に導入され、補助燃料や加熱ガス送出管７１にて熱交換された燃焼用空気と共に燃焼され、その燃焼ガスの一部は加熱ガス燃焼炉６９に環流され、加熱ガス燃焼炉６９にて補助燃料と共に燃焼され、外熱式熱分解ガス化炉５３の加熱に利用される。
熱分解工程において、木質バイオマスＢに単位時間あたりに供給される熱量は、制御装置８によって調節される。
【００４６】
ＬＨＶ算出工程は、製造された炭化物ＣのＬＨＶを算出する工程である。
ＬＨＶ算出工程においては、まず、シュート５４を介して排出された炭化物Ｃが一方の貯留槽３６（ここでは第一貯留槽３６ａ）に導入される。第一貯留槽３６ａに貯留された炭化物Ｃが、所定の体積に達すると、レベル計４４が制御装置８に信号を送る。
【００４７】
制御装置８は、レベル計４４からの信号を受信すると、重量計４５から、その時点での炭化物Ｃの重量を取得する。制御装置８は、炭化物Ｃの重量を体積で除することにより、炭化物Ｃのかさ密度を算出する。即ち、炭化物Ｃの体積をＶ、体積Ｖにおける炭化物Ｃの重量をＭとすると、炭化物Ｃのかさ密度Ｄは、Ｄ＝Ｍ／Ｖによって算出することができる。また、炭化物Ｃのかさ密度は、ＪＩＳ  Ｋ  ２１５１の６「かさ密度試験方法」によって測定することもできる。
第一貯留槽３６ａに貯留された炭化物Ｃのかさ密度の算出が終了すると、第一貯留槽３６ａ内の炭化物Ｃは、所定の方法で排出される。
【００４８】
制御装置８は、第一貯留槽３６ａのレベル計４４が上記信号を送信したと同時に、炭化物Ｃが他方の貯留槽３６（第二貯留槽３６ｂ）に導入されるように、切換ダンパ４２を操作する。これにより、炭化物Ｃは第二貯留槽３６ｂに貯留される。以下、第一貯留槽３６ａにおける炭化物ＣのＬＨＶ算出と同様の方法で、炭化物ＣのＬＨＶが算出される。
第一貯留槽３６ａと第二貯留槽３６ｂとを交互に使用することによって、連続的に炭化物Ｃのかさ密度を算出することができる。
【００４９】
ＬＨＶ算出部４７は、炭化物ＣのＬＨＶと炭化物Ｃのかさ密度との相関関係が記憶されているテーブルＴ（図３のグラフに示す相関関係）を用いて貯留槽３６に貯留されている炭化物ＣのＬＨＶを算出する。
【００５０】
制御装置８は、ＬＨＶ算出部４７によって算出された炭化物ＣのＬＨＶに基づいて、制御ダンパ１６を制御する。
制御装置８は、炭化物ＣのＬＨＶがＸより高い場合、即ち、炭化物Ｃのかさ密度が低い場合、炭化物ＣのＬＨＶを低くするように指令を発する。即ち、制御ダンパ１６を閉じることによって、熱媒体ライン２６から乾燥機３に供給される熱媒体の熱量を減少させる。
【００５１】
制御装置８は、炭化物ＣのＬＨＶがＸより低い場合、即ち、炭化物Ｃのかさ密度が高い場合、炭化物ＣのＬＨＶを高くするように指令を発する。即ち、制御ダンパ１６を開くことによって、熱媒体ライン２６から乾燥機３に供給される熱媒体の熱量を増加させる。
【００５２】
上記実施形態によれば、炭化物Ｃを所定のＬＨＶとするため炭化物Ｃのかさ密度に基づいて乾燥機３内の木質バイオマスＢに単位時間あたりに供給される熱量を制御することによって、炭化に最適な含水率を有する乾燥バイオマスを製造することができる。即ち、炭化物ＣのＬＨＶと炭化物Ｃのかさ密度との相関関係を利用して、炭化物ＣのＬＨＶが適切な値となるように乾燥機３内の木質バイオマスＢへ供給される熱量を調節することによって、安定した品質の炭化物Ｃの製造が可能となる。
【００５３】
また、炭化物Ｃのかさ密度と炭化物ＣのＬＨＶとの相関関係を用いて、炭化物ＣのＬＨＶを算出することによって、速やかに炭化物ＣのＬＨＶを把握することができる。炭化物ＣのＬＨＶと炭化物Ｃのかさ密度との間には高い相関関係があるため、炭化物Ｃを分析する等の方法と比較して炭化物ＣのＬＨＶを即座に算出することができる。
【００５４】
なお、上記実施形態においては、かさ密度測定装置５として、２つの貯留槽３６を用いたがこれに限ることはない。例えば、貯留された炭化物Ｃの排出を早くすることができれば、一つの貯留槽３６のみを用いてかさ密度を測定する構成としてもよい。また、貯留槽３６を３つ以上設置してもよい。
【００５５】
〔第二の実施形態〕
以下、本発明の第二実施形態のバイオマス燃料製造プラントについて図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図４に示すように、本実施形態のバイオマス燃料製造プラント１Ｂは、木質バイオマス供給装置２と、木質バイオマス供給装置２から供給された木質バイオマスＢを乾燥させる乾燥機３と、木質バイオマスＢから炭化物Ｃを生成する炭化物製造装置４と、炭化物Ｃのかさ密度を測定するかさ密度測定装置５と、炭化物製造装置４から排出される熱分解ガスＧを燃焼させる燃焼炉６と、燃焼炉６から排出される燃焼排ガスＥＧと空気とを熱交換して高温空気を生成する空気予熱器９（第一熱交換器）と、制御装置８と、を備えている。
即ち、本実施形態の乾燥機３の乾燥熱源１３は、燃焼炉６と、空気予熱器９とを備えている。
【００５６】
空気予熱器９と乾燥機３とは、熱媒体ライン２６Ｂによって接続されている。熱媒体ライン２６Ｂ上には、乾燥機３に供給される高温空気の流量、即ち熱量を調整する制御ダンパ１６Ｂが設けられている。制御ダンパ１６Ｂは、制御装置８によって制御可能である。
【００５７】
燃焼炉６は、例えば、汚泥を高温流動床中で撹拌・混合することにより焼却する設備とすることができる。燃焼炉６は、廃棄物やバイオマスまたは化石燃料を焼却して高温の排ガスを排出する焼却設備であればよい。燃焼炉６としては、気泡型流動炉や、循環型流動炉、及び微粉炭燃焼炉等の焼却設備を採用することができる。
燃焼炉６からは、第一燃焼排ガスライン１７及び第二燃焼排ガスライン１８を介して燃焼排ガスＥＧが排出される。燃焼炉６から排出される燃焼排ガスＥＧの温度は、例えば１０００℃である。
第一燃焼排ガスライン１７に導入された燃焼排ガスＥＧは、空気予熱器９に供給されて空気の予熱に使われる。第二燃焼排ガスライン１８に導入された燃焼排ガスＥＧは、炭化物製造装置４に供給されて木質バイオマスＢの加熱に使用される。
炭化物製造装置４において木質バイオマスＢの生成に伴って発生した熱分解ガスＧは、熱分解ガスライン１４を介して燃焼炉６に供給される。
【００５８】
制御装置８は、算出されたＬＨＶに基づいて、熱媒体ライン２６Ｂを介して乾燥機３に供給される高温空気の流量を調整する。
【００５９】
上記実施形態によれば、乾燥熱源１３として燃焼炉６を用いることによって、安定して高温空気を生成することができる。
【００６０】
〔第三の実施形態〕
以下、本発明の第三実施形態のバイオマス燃料製造プラントについて図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第二実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図５に示すように、本実施形態のバイオマス燃料製造プラント１Ｃは、乾燥機３の乾燥熱源１３として、熱媒油ＨＯ（発電用媒体）を熱源として発電する発電装置７と、燃焼炉６から排出される燃焼排ガスＥＧと空気Ａ１とを熱交換して高温空気Ａ２を生成する空気予熱器９と、空気予熱器９から排出される高温空気Ａ２と熱媒油ＨＯとを熱交換するオイルヒータ１０（第二熱交換器）と、を備えている。
【００６１】
空気予熱器９は、燃焼炉６から排出される燃焼排ガスＥＧと空気Ａ１を熱交換（予熱）し、熱交換された高温空気Ａ２をオイルヒータ１０へ供給する熱交換器である。仕事を終えて空気予熱器９から排出された燃焼排ガスＥＧは、排ガス処理装置１２によって処理される。
排ガス処理装置１２は、例えば、燃焼排ガスＥＧの集塵処理を行う集塵装置（バグフィルタ）と、燃焼排ガスＥＧに洗浄液を接触させて、無害化するスクラバと、処理された燃焼排ガスＥＧを大気に放出する煙突と、を有するものとすることができる。
【００６２】
オイルヒータ１０は、空気予熱器９から排出される高温空気Ａ２と発電装置７に供給される熱媒油ＨＯとを熱交換（加熱）する熱交換器である。
発電装置７は、燃焼炉６の廃熱（燃焼排ガスＥＧ）を熱源として利用し、高分子有機作動媒体を加熱・蒸発させて、その蒸気で蒸気タービンを回転させることにより発電を行う、所謂バイナリ廃熱発電システム（有機ランキンサイクル廃熱発電システム、ＯＲＣ発電装置（Organic Rankine Cycle 発電装置））を採用している。
発電装置７は、オイルヒータ１０にて加熱された熱媒油ＨＯの熱を利用して発電を行う。
【００６３】
図６に示すように、発電装置７は、発電装置７に供給される熱媒油ＨＯの熱を利用して有機作動媒体Ｍを加熱・蒸発させる蒸発器３０と、有機作動媒体Ｍの蒸気により回転する蒸気タービン３１と、蒸気タービン３１に直結する発電機３２と、蒸気タービン３１から導かれた有機作動媒体Ｍを冷却する凝縮器３３と、を有している。
【００６４】
凝縮器３３から排出される温水（例えば約９０℃、廃熱媒体）は、第一廃熱媒体ライン４９を介して乾燥機３に導入されて乾燥熱源として使用される。
乾燥機３にて乾燥熱源として使用された温水（例えば約５０℃）は、第二廃熱媒体ライン５０を介して排出されて発電装置７の凝縮器３３に供給される。
【００６５】
図５に示すように、オイルヒータ１０にて熱媒油ＨＯと熱交換された後の高温空気Ａ３は、高温空気ライン３４を介して乾燥機３に供給される。高温空気ライン３４上には、乾燥機３に供給される高温空気Ａ３の流量、即ち熱量を調整する制御ダンパ１６Ｃが設けられている。
制御ダンパ１６Ｃは、制御装置８によって制御可能である。即ち、制御装置８は、算出されたＬＨＶに基づいて、高温空気ライン３４を介して乾燥機３に供給される高温空気Ａ３の流量を調整する。
【００６６】
上記実施形態によれば、燃焼排ガスＥＧの熱を用いて発電を行うことができる。また、発電の廃熱を乾燥機３の熱源として利用することができる。
【００６７】
〔第四の実施形態〕
以下、本発明の第四実施形態のバイオマス燃料製造プラントについて図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第三実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図７に示すように、本実施形態のバイオマス燃料製造プラント１Ｄは、第二廃熱媒体ライン５０に設けられた熱交換器１１（第三熱交換器）を備えている。また、第三の実施形態のバイオマス燃料製造プラント１Ｃと比較して、オイルヒータ１０から排出される高温空気Ａ３（例えば約２００℃）の供給経路が異なっている。
【００６８】
次に、オイルヒータ１０から排出される高温空気Ａ３（例えば約２００℃）の供給経路について説明する。
オイルヒータ１０から排出された高温空気Ａ３は、第一高温空気ライン１９と燃焼空気ライン１５のそれぞれに分岐して供給される。燃焼空気ライン１５を通る高温空気Ａ３は、燃焼空気として燃焼炉６に供給される。燃焼空気ライン１５には、燃焼空気ライン１５を流れる燃焼空気の流量を調整する第一制御ダンパ２１が設けられている。
燃焼空気ライン１５における第一制御ダンパ２１より上流の部位からは、高温空気Ａ３を大気放出するための第一大気放出ライン２７が分岐している。第一大気放出ライン２７には、高温空気の流量を調整する第二制御ダンパ２２が設けられている。第二制御ダンパ２２が「閉」から「開」に制御されることで、高温空気Ａ３は第一大気放出ライン２７に接続された第二大気放出ライン２８を介して大気放出される。
【００６９】
オイルヒータ１０から排出された高温空気Ａ３は、第一高温空気ライン１９を介して熱交換器１１に供給される。熱交換器１１に供給された高温空気Ａ３は、乾燥機３から排出された温水の加熱に使用される。温水は、例えば約６０℃まで加熱される。第一高温空気ライン１９からは、高温空気Ａ３を大気放出するための第二大気放出ライン２８が分岐している。第二大気放出ライン２８には、高温空気の流量を調整する第三制御ダンパ２３が設けられている。第三制御ダンパ２３が「閉」から「開」に制御されることで、高温空気Ａ３は第二大気放出ライン２８を介して大気放出される。なお、第三制御ダンパ２３は、第二大気放出ライン２８上であって、且つ、第一大気放出ライン２７と第二大気放出ライン２８との接続箇所よりも上流に配置される。
【００７０】
また、熱交換器１１から排出された高温空気Ａ４（例えば約１００℃）は、第二高温空気ライン２０を介して乾燥機３に供給される。第二高温空気ライン２０には、高温空気Ａ４の量を調整する第五制御ダンパ２５が設けられている。
第二高温空気ライン２０からは、高温空気Ａ４を大気放出するための第三大気放出ライン２９が分岐している。第三大気放出ライン２９からは、高温空気Ａ４の流量を調整する第四制御ダンパ２４が設けられている。第四制御ダンパ２４が「閉」から「開」に制御されることで、高温空気Ａ４は第三大気放出ライン２９に接続された第二大気放出ライン２８を介して大気放出される。
【００７１】
制御装置８は、制御ダンパ１６を以下の表１に示すように制御する。表１において「閉」は制御ダンパが完全に流路を閉じることを意味するが、「開」は制御ダンパが流路を開けることのみならず、流路を開け、且つ、開けている範囲内でより開ける方向（流路を広げる方向）へ制御したり、または閉める方向（流路を狭める方向）へ制御したりすることも含む意味である。
【００７２】
【表１】
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【００７３】
第一制御ダンパ２１は、燃焼炉６に必要な燃焼空気の流量に応じて適宜制御される。
通常時は、第二制御ダンパ２２、第三制御ダンパ２３、及び第五制御ダンパ２５が閉じられる。即ち、高温空気が熱交換器１１に供給されて、第二廃熱媒体ライン５０を介して発電装置７に供給される温水が加熱される。
【００７４】
ＬＨＶが低く、乾燥機３の熱が不足と判断された場合、即ち、木質バイオマスＢの含水率が高い場合は、第四制御ダンパ２４を閉じるとともに、第五制御ダンパ２５を開いて、熱交換器１１にて仕事をした後の高温空気Ａ４を、乾燥機３に補助熱源として利用する。
【００７５】
また、ＬＨＶが高く、乾燥機３の熱が余剰と判断された場合、即ち、木質バイオマスＢの含水率が低い場合は、第五制御ダンパ２５を閉じるとともに、第三制御ダンパ２３及び第四制御ダンパ２４を開いて、燃焼炉６に供給される高温空気と、熱交換器１１に供給される高温空気の供給量を減らす。即ち、高温空気の一部を大気に放出する。
【００７６】
上記実施形態によれば、複数の制御ダンパを制御して高温空気の一部を大気に放出する構成としたことによって、より大きな含水率の変動に対応することができる。
【００７７】
以上、本発明の実施形態について詳細を説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、第四の実施形態のバイオマス燃料製造プラント１Ｄにおいては、熱交換器１１を第二廃熱媒体ライン５０に設けたが、これに限ることはなく、熱交換器１１を第一廃熱媒体ライン４９に設けて、乾燥機３に供給される温水を加熱してもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ  バイオマス燃料製造プラント
２  木質バイオマス供給装置
３  乾燥機（乾燥装置）
４  炭化物製造装置
５  かさ密度測定装置
６  燃焼炉
７  発電装置
８  制御装置
９  空気予熱器（第一熱交換器）
１０  オイルヒータ（第二熱交換器）
１１  熱交換器（第三熱交換器）
１２  排ガス処理装置
１３  乾燥熱源
１４  熱分解ガスライン
１５  燃焼空気ライン
１６，１６Ｂ，１６Ｃ  制御ダンパ
１７  第一燃焼排ガスライン
１８  第二燃焼排ガスライン
１９  第一高温空気ライン
２０  第二高温空気ライン
２１  第一制御ダンパ
２２  第二制御ダンパ
２３  第三制御ダンパ
２４  第四制御ダンパ
２５  第五制御ダンパ
２６，２６Ｂ  熱媒体ライン
２７  第一大気放出ライン
２８  第二大気放出ライン
２９  第三大気放出ライン
３０  蒸発器
３１  蒸気タービン
３２  発電機
３３  凝縮器
３４  高温空気ライン
３６  貯留槽
３６ａ  第一貯留槽
３６ｂ  第二貯留槽
３８  ダクト
３９  上流側ダクト
４０  分岐部
４１  下流側ダクト
４２  切換ダンパ
４４  レベル計
４５  重量計
４７  ＬＨＶ算出部
４９  第一廃熱媒体ライン
５０  第二廃熱媒体ライン
５２  スクリューコンベア
５３  外熱式熱分解ガス化炉
５４  シュート
５７  加熱ガス量調節装置
５８  外筒
５９  内筒
６０  可動側支持部
６１  環状フレーム
６２  支持部材
６３  固定側支持部
６４  駆動装置
６５  歯車
６６  駆動モータ
６７  ピニオン歯車
６８  設置面
６９  加熱ガス燃焼炉
７０  加熱ガス供給管
７１  加熱ガス送出管
７２  加熱ガス量調節ダンパ
７３  誘引ファン
７４  点検窓
７５  非接触式温度計
７７  エキスパンション
Ｂ  木質バイオマス
Ｃ  炭化物
ＥＧ  燃焼排ガス
Ｇ  熱分解ガス
ＨＯ  熱媒油（発電用媒体）
Ｍ  有機作動媒体
【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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