(57)【要約】【課題】バイオマスをより効率よく粉砕させることができ、燃焼させやすくすることができるバイオマス前処理ユニット及びバイオマス・石炭混焼システムを提供する。【解決手段】バイオマス１４０を粉砕する粉砕装置２６にバイオマス１４０を供給するバイオマス前処理ユニットであって、バイオマス１４０を供給するバイオマス供給タンク２４と、前記バイオマス供給タンク２４内を間接加熱して予熱する間接加熱手段（蒸気２０３ａ）と、前記バイオマス供給タンク２４内で予熱加熱された予熱バイオマスを粉砕装置２６に供給するフィーダ２５と、前記フィーダ２５の粉砕装置側から、内部にボイラ排ガスの一部１５０ｂを導入し、フィーダ２５内で予熱バイオマスを所定温度まで加熱しつつ脆化させる直接加熱手段とを具備する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスを粉砕する粉砕装置にバイオマスを供給するバイオマス前処理ユニットであって、
前記バイオマスをフィーダに供給するバイオマス供給タンクと、
前記バイオマス供給タンク内を間接加熱してバイオマスを予熱する間接加熱手段と、
前記バイオマス供給タンク内で予熱加熱された予熱バイオマスを粉砕装置に供給するフィーダと、
前記フィーダの粉砕装置側の端部から、内部にボイラ排ガスを導入し、フィーダ内で予熱バイオマスを所定温度まで加熱しつつ脆化させる直接加熱手段とを具備することを特徴とするバイオマス前処理ユニット。
【請求項２】
請求項１において、
前記フィーダ内での直接加熱温度が、バイオマスを非炭化温度の範囲であることを特徴とするバイオマス前処理ユニット。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記間接加熱手段が低温再熱蒸気であることを特徴とするバイオマス前処理ユニット。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
前記直接加熱手段がボイラからの排ガスであることを特徴とするバイオマス前処理ユニット。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
前記フィーダ内で加熱に寄与したバイオマス加熱後排ガスをボイラ火炉内に供給する供給することを特徴とするバイオマス前処理ユニット。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一つのバイオマス前処理ユニットを備えたバイオマス粉砕装置と、
石炭原料を粉砕する石炭粉砕装置と、
バイオマス粉砕装置で粉砕されたバイオマス粉体と、石炭粉砕装置で粉砕された石炭粉体とが供給されるボイラ火炉とを具備することを特徴とするバイオマス・石炭混焼システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスを粉砕する粉砕装置にバイオマスを供給するバイオマス前処理ユニット及びバイオマス・石炭混焼システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化の観点からＣＯ2排出の削減が推進されている。特に、発電用ボイラ等の燃焼設備においては、燃料として石炭や重油等の化石燃料が用いられることが多いが、この化石燃料は、ＣＯ2排出の問題から地球温暖化の原因となり、地球環境保全の見地からその使用が規制されつつある。また化石燃料の枯渇化の観点からもこれに代替するエネルギ資源の開発、実用化が求められている。そこで、化石燃料の代替として、バイオマスを用いた燃料の利用促進が図られている。バイオマスとは、光合成に起因する有機物であって、木質類、草木類、農作物類、厨芥類等のバイオマスがある。このバイオマスを燃料化処理することにより、バイオマスをエネルギ源または工業原料として有効に利用することができる。
【０００３】
再生可能エネルギであるバイオマスの高効率利用の観点から、バイオマスを燃料として用いることが行われている。燃料として用いる方法の一つに、バイオマス固形物を粉砕して微粉化し、微粉炭焚きボイラに供給して燃料として用いるものがある。また、特許文献１及び特許文献２に記載されているように、バイオマスを炭化させた後、燃料として用いるものもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２３２３９号公報
【特許文献２】特開２００８−２０９０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、バイオマスは、石炭等の固形の化石燃料に比べ、繊維質でやわらかい。このため、バイオマス固形物を粉砕して微粉化するためには、石炭等を粉砕して微粉化するよりもより多くの時間、出力が必要となる。つまり、バイオマスは、石炭に比べ粉砕容量が低下する。これに対して、特許文献１及び特許文献２のように、バイオマスを炭化することで、脆化させ、粉砕しやすくすることができる。しかしながら、バイオマスは、炭化処理時に、タール等の不純物が排出される可能性がある。不純物が排出されるとそれらを除去する工程や、メンテナンスが必要となる。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、バイオマスをより効率よく粉砕させることができ、燃焼させやすくすることができるバイオマス前処理ユニット及びバイオマス・石炭混焼システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、バイオマスを粉砕する粉砕装置にバイオマスを供給するバイオマス前処理ユニットであって、前記バイオマスをフィーダに供給するバイオマス供給タンクと、前記バイオマス供給タンク内を間接加熱してバイオマスを予熱する間接加熱手段と、前記バイオマス供給タンク内で予熱加熱された予熱バイオマスを粉砕装置に供給するフィーダと、前記フィーダの粉砕装置側の端部から、内部にボイラ排ガスを導入し、フィーダ内で予熱バイオマスを所定温度まで加熱しつつ脆化させる直接加熱手段とを具備することを特徴とするバイオマス前処理ユニットにある。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、前記フィーダ内での直接加熱温度が、バイオマスを非炭化温度の範囲であることを特徴とするバイオマス前処理ユニットにある。
【０００９】
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記間接加熱手段が低温再熱蒸気であることを特徴とするバイオマス前処理ユニットにある。
【００１０】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記直接加熱手段がボイラからの排ガスであることを特徴とするバイオマス前処理ユニットにある。
【００１１】
第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つの発明において、前記フィーダ内で加熱に寄与したバイオマス加熱後排ガスをボイラ火炉内に供給する供給することを特徴とするバイオマス前処理ユニットにある。
【００１２】
第６の発明は、第１乃至５のいずれか一つのバイオマス前処理ユニットを備えたバイオマス粉砕装置と、石炭原料を粉砕する石炭粉砕装置と、バイオマス粉砕装置で粉砕されたバイオマス粉体と、石炭粉砕装置で粉砕された石炭粉体とが供給されるボイラ火炉とを具備することを特徴とするバイオマス・石炭混焼システムにある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明にかかる前処理ユニットは、バイオマスの加熱を低温腐食の影響がなく、行うことができると共により効率よく脆化することで、粉砕装置で粉砕しやすくでき、燃焼させやすくすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、発電システムの一実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図２】図２は、バイオマス前処理ユニットの概略構成の一部を示す模式図である。
【図３】図３は、バイオマス前処理ユニットのバイオマス供給タンクとフィーダとの概略構成図である。
【図４】図４は、バイオマスの温度と、各成分の割合との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、粉砕動力比と所定粒径までの粉砕時間との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、発電システムの他の実施形態の概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例】
【００１６】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る前処理ユニット及び前処理ユニットを用いる発電システムの好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
【００１７】
図１は、発電システムの一実施形態の概略構成を示す模式図である。
【００１８】
図１に示す発電システム１０は、バイオマスを粉砕した微粉体と石炭や油等の化石燃料とを燃料として併用して燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収し、回収した熱で発電を行うことが可能な発電システムである。
【００１９】
図１に示す発電システム１０は、バイオマスを供給するバイオマス供給装置１１と、このバイオマス供給装置１１から供給されたバイオマスと化石燃料とを燃焼することで発生した熱を回収するボイラ３０と、ボイラ３０で発生させた熱を用いて発電を行う発電装置６０とを有している。
【００２０】
ここで、バイオマスとは、再生可能な生物由来の有機性資源であって、化石資源を除いたものと定義する。例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ、及びこれらを原料としたリサイクル燃料(ペレットやチップ)等であり、ここに提示したものに限定されることはない。
【００２１】
バイオマス供給装置１１は、バイオマス１４０を非炭化温度の範囲で加熱した後、粉砕し、粉砕したバイオマスをボイラ３０に供給する装置であり、バイオマス前処理ユニット（以下「前処理ユニット」という）１９と、空気供給配管２１と、粉砕装置（ミル）２６と、粉体分離装置２７と、供給配管２８と、を有する。
【００２２】
前処理ユニット１９は、バイオマスに前処理を行った後、粉砕装置２６に供給するユニットであり、貯蔵サイロ２０と、払い出しコンベア２２と、搬送コンベア２３と、バイオマス供給タンク２４と、フィーダ２５とを有する。貯蔵サイロ２０は、所定量のバイオマスを貯留可能な装置である。貯蔵サイロ２０は、貯留させているバイオマス１４０を所定の量ずつ払い出しコンベア２２に供給する。払い出しコンベア２２と搬送コンベア２３は、ともにバイオマス１４０を搬送する搬送機構である。なお、本実施形態では、コンベアとしたが、バイオマス１４０の搬送機構としては、種々の機構を用いることができる。払い出しコンベア２２は、貯蔵サイロ２０から供給されたバイオマス１４０を搬送コンベア２３に搬送する。搬送コンベア２３は、払い出しコンベア２２から供給されたバイオマス１４０をバイオマス供給タンク２４に供給する。
【００２３】
バイオマス供給タンク２４は、搬送コンベア２３から供給されたバイオマス１４０を一時的に貯留する。バイオマス供給タンク２４は、貯留しているバイオマス１４０をフィーダ２５に供給する。フィーダ２５は、バイオマス供給タンク２４から供給されたバイオマス１４０を搬送し、粉砕装置２６に供給する。
加熱手段は、バイオマス供給タンク２４内では、蒸気２０３ａを用いた間接加熱によりバイオマスを加熱すると共に、フィーダ２５内では、ボイラ排ガス１５０の一部１５０ｂを用いた直接加熱によりバイオマスを加熱する加熱機構である。なお、加熱手段の構成については後ほど説明する。
【００２４】
バイオマス供給装置１１の構成の説明を続ける。空気供給配管２１は、バイオマス供給装置１１の各部に空気を供給する配管である。空気供給配管２１は、ボイラ３０の空気を供給させる各部と接続され、空気１４８が供給される。また、空気供給配管２１は、粉砕装置２６、供給配管２８と接続され、それぞれに空気１４８を供給する。また、空気供給配管２１は、粉砕装置２６と接続される配管にバルブ７０が設けられ、供給配管２８と接続される配管にバルブ７２が設けられている。このバルブ７０、７２の開閉及び開度を調整することで、各部に供給する空気１４８の量を調整することができる。
【００２５】
粉砕装置２６は、バイオマスを粉砕する粉砕装置であり、フィーダ２５から供給されたバイオマス１４０を微粉体に粉砕する。また、粉砕装置２６には、空気供給配管２１が接続されており、空気供給配管２１から供給される空気１４８の力で粉砕したバイオマス１４０を搬送させる。つまり、粉砕装置２６で粉砕されたバイオマス１４０は、空気搬送により、配管１０８を移動し、粉体分離装置２７まで搬送される。粉体分離装置２７は、バグフィルタや、サイクロンを有し、通過するバイオマス１４０を分離し、分級する。粉体分離装置２７は、通過する粉砕されたバイオマス１４０のうち、大きさが一定以上のバイオマス１４０を粗粉１４２として供給配管２８に供給する。また、粉体分離装置２７は、通過するバイオマス１４０のうち、大きさが一定より小さいバイオマス１４０を微粉１４４として配管１０９により後述する電気集塵器５５側に供給し、電機集塵器５５に捕集させる。なお、粉体分離装置２７に供給されるバイオマス１４０は、略全てが粗粉１４２となる。例えば、粉体分離装置２７は、サイクロンによりバイオマス１４０に対して吹き上げる風を送り、風を吹き付けても落下する大きさが一定以上のバイオマス１４０を粗粉１４２として供給配管２８に供給し、風によって吹き上げられた大きさが一定より小さいバイオマス１４０を微粉１４４として電気集塵器５５に空気を供給する排ガス配管（電機集塵器５５の直前）５０に供給する。供給配管２８は、粉体分離装置２７から供給された粗粉１４２及び空気１４８をボイラ３０のバイオマス用の燃焼バーナ３４に供給する。なお、空気供給配管２１から供給配管２８に供給される空気１４８は、一次空気となる。
【００２６】
次に、ボイラ３０は、コンベンショナルボイラであって、バイオマスと化石燃料とを燃焼可能なボイラ本体３１を有している。このボイラ本体３１は、中空形状をなして鉛直方向に設置され、このボイラ本体３１を構成する火炉壁の下部に燃焼装置３２が設けられている。この燃焼装置３２は、火炉壁に装着された複数の化石燃料用の燃焼バーナ３３と、複数のバイオマス用の燃焼バーナ３４とを有している。本実施形態にて、化石燃料用の燃焼バーナ３３は、周方向に沿って４個若しくは８個配設されたものが上下方向に３〜６段配置されている。一方、バイオマス用の燃焼バーナ３４は、複数の化石燃料用の燃焼バーナ３３の下方であって、周方向に沿って４個若しくは８個配設されたものが上下方向に１段配置されている。なお、化石燃料用の燃焼バーナ３３とバイオマス用の燃焼バーナ３４の配置関係は上下逆であってもよい。また、各燃焼バーナ３３、３４にて、周方向の数は４個に限るものではなく、段数も４段や１段に限るものではない。さらに、各燃焼バーナ３３、３４を対向するように配置してもよい。
【００２７】
そして、化石燃料用の燃焼バーナ３３は、微粉炭供給部３５が供給配管３６を介して連結されるとともに、燃料油（または、燃料ガス）供給部３７が供給配管３８を介して連結されており、この場合、化石燃料として、微粉炭または燃料油を供給可能となっている。一方、バイオマス用の燃焼バーナ３４は、バイオマス供給装置１１からの供給配管２８が連結されている。
【００２８】
また、燃焼装置３２は、各燃焼バーナ３３、３４に燃焼用空気を供給可能な空気供給配管３９を有しており、この空気供給配管３９は、基端部に送風機４０が装着され、先端部がボイラ本体３１の外周側に設けられた風箱４１に連結されている。そのため、この風箱４１に供給された空気を各燃焼バーナ３３、３４に供給することができる。
【００２９】
ボイラ本体３１は、上部に煙道４２が連結されており、この煙道４２に、対流伝熱部として排ガスの熱を回収するための、過熱器４３、４４、再熱器４５、４６、節炭器４７、４８、４９が設けられており、ボイラ本体３１での燃焼で発生した排ガスと水との間で熱交換が行われる。
【００３０】
煙道４２は、その下流側に熱交換を行った排ガス１５０が排出される排ガス配管５０が連結されている。この排ガス配管５０は、空気供給配管３９との間にエアヒータ５１が設けられ、空気供給配管３９を流れる空気１４８と、排ガス配管５０を流れる排ガス１５０との間で熱交換を行い、燃焼バーナ３３、３４に供給する燃焼用空気を２００〜３００℃の範囲に昇温することが望ましい。
【００３１】
また、空気供給配管３９は、エアヒータ５１より下流側の位置から分岐して、空気供給配管２１が設けられている。この空気供給配管２１は、塵や埃等の粒子状物質を除去可能な除塵装置５２と、高温空気を昇圧可能なブロア５３が装着されており、エアヒータ５１で２００〜３００℃に加熱した空気をバイオマス供給装置１１の供給配管２８に供給することができる。
【００３２】
なお、排ガス配管５０は、エアヒータ５１より上流側に位置して、選択還元型触媒５４が設けられ、エアヒータ５１より下流側に位置して、電気集塵機５５、誘引送風機５６、脱硫装置５７が設けられ、下流端部に煙突５８が設けられている。
【００３３】
また、排ガス配管５０の電気集塵機５５の上流には、配管７３が接続されている。配管７３は、供給配管２８、及び、粉砕装置２６と粉体分離装置２７との間の配管に接続されている。配管７３は、電気集塵機５５の上流との接続部と、供給配管２８との接続部との間にバルブ７４が配置され、電気集塵機５５の上流との接続部と、粉砕装置２６と粉体分離装置２７との間の配管との接続部との間にバルブ７６が配置されている。排ガス配管５０を流れる排ガス１５０は、一部が配管７３に供給され、搬送ガス１５０ａとして配管７３から、供給配管２８、及び、粉砕装置２６と粉体分離装置２７との間の配管に供給される。また、バルブ７４は、配管７３から供給配管２８への搬送ガス１５０ａの供給量を調整する。また、バルブ７６は、配管７３から粉砕装置２６と粉体分離装置２７との間の配管への搬送ガス１５０ａの供給量を調整する。
【００３４】
また、発電装置６０は、熱エネルギを電気に変換する変換機構である。配管ユニット６２は、ボイラ３０の過熱器４３、４４、再熱器４５、４６と、発電装置６０とを接続する配管であり、過熱器４３、４４、再熱器４５、４６で過熱された蒸気を発電装置６０に送り、発電装置６０で熱交換した蒸気を過熱器４３、４４、再熱器４５、４６に送る。発電装置６０は、過熱器４３、４４、再熱器４５、４６で過熱された蒸気から取り出した熱エネルギを電気に変換する。例えば、発電装置６０は、タービンを有し、過熱蒸気のエネルギを利用してタービンを回転させ、電力を取り出す。
【００３５】
以上より、発電システム１０は、ボイラ３０にて、送風機４０を駆動して空気１４８を吸引すると、この空気１４８は、空気供給配管３９を通してエアヒータ５１で加熱された後に風箱４１を介して各燃焼バーナ３３、３４に供給される。また、化石燃料としての微粉炭または燃料油は、供給配管３６、３８を通して化石燃料用の燃焼バーナ３３に供給されるとともに、バイオマス供給装置１１からのバイオマスは、供給配管２８を通してバイオマス用の燃焼バーナ３４に供給される。
【００３６】
すると、化石燃料用の燃焼バーナ３３は、燃焼用空気と化石燃料をボイラ本体３１に噴射すると同時に着火し、また、バイオマス用の燃焼バーナ３４は、燃焼用空気とバイオマスの微粉体をボイラ本体３１に噴射すると同時に着火する。このボイラ本体３１では、燃焼用空気、化石燃料、バイオマスが燃焼して火炎が生じる。ボイラ本体３１内の下部で火炎が生じると、燃焼ガスがこのボイラ本体３１内を上昇し、煙道４２に排出される。
【００３７】
このとき、図示しない給水ポンプから供給された水（ボイラ給水）は、節炭器４７、４８、４９によって予熱された後、図示しない蒸気ドラムに供給され火炉壁の各水管（図示せず）に供給される間に加熱されて飽和蒸気となり、図示しない蒸気ドラムに送り込まれる。さらに、図示しない蒸気ドラムの飽和蒸気は過熱器４３、４４に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器４３、４４で生成された過熱蒸気は、配管ユニット６２を通過して発電装置６０に供給される。また、発電装置６０での膨張過程の中途で取り出した蒸気は、配管ユニット６２を通過して再熱器４５、４６に導入され、再度過熱されて配管ユニット６２を通過して発電装置６０に戻される。なお、ボイラ本体３１をドラム型（蒸気ドラム）として説明したが、この構造に限定されるものではない。
【００３８】
その後、煙道４２の節炭器４７、４８、４９を通過した排ガス１５０は、排ガス配管５０にて、選択還元型触媒５４でＮＯｘ等の有害物質が除去され、電気集塵機５５で粒子状物質が除去され、脱硫装置５７により硫黄分が除去された後、煙突５８から大気中に排出される。
【００３９】
次に、図１から図３を用いて、前処理ユニット１９を構成するバイオマス供給タンク２４及びフィーダ２５における加熱手段について説明する。
ここで、図２は、前処理ユニットの概略構成の一部を示す模式図であり、図３は、バイオマス前処理ユニットのバイオマス供給タンクとフィーダとの概略構成図である。
まず、前処理ユニット１９は、上述した、貯蔵サイロ２０と、払い出しコンベア２２と、搬送コンベア２３と、バイオマス供給タンク２４と、フィーダ２５とを有すると共に、バイオマス供給タンク２４及びフィーダ２５内でバイオマスを加熱する加熱手段を有する。
【００４０】
フィーダ２５は、バイオマス供給タンク２４と、粉砕装置２６との間に配置されたスクリューフィーダであり、図示しない回転部と、この回転部の外周を覆い、バイオマスを保持する案内管と、回転部を回転させる駆動源とを有する。また、回転部は、外周にねじ溝が形成されたスクリューであり、回転することで、供給部から出口部へ向かう一方向にバイオマス１４０を搬送する。また、回転部は、中空の形状である。
【００４１】
図２を用いて、バイオマスの加熱手段について説明する。
図２に示すように、バイオマス１４０を一時的に保管し、フィーダ２５に供給するバイオマス供給タンク２４には、蒸気（加熱前）２０３ａが配管内に導入され、内部に貯蔵されたバイオマス１４０を間接的に加熱している。なお、図２中、符号を図示する。
また、フィーダ２５には、ボイラ排ガス１５０の一部１５０ｂが供給され、粉砕装置２６に供給されるバイオマスを直接的に加熱している。
図２においては、図１の要部を抽出したものであり、バイオマス供給タンク２４と、フィーダ２５と、粉体分離装置２７と、ボイラ３０とから構成されている。
なお、図２中、符号３１ａは火炉、３１ｂは過熱器、再熱器を省略したボイラ部、２０３ｂは蒸気（加熱後）、２０１はボイラ３０の熱交換部３１からの主蒸気、２０２は高温再熱蒸気。２０３は低温再熱蒸気、２０４はボイラ給水、Ｌ11は蒸気の供給ライン、Ｌ12は蒸気の戻りライン、Ｌ21は排ガスの供給ライン、Ｌ22は排ガスの戻りラインを各々図示する。
【００４２】
バイオマス供給タンク２４内での加熱は、外部から供給される蒸気（本実施例では低温再熱蒸気２０３の一部）２０３ａを熱媒体として用い、蒸気配管内に供給して、バイオマス供給タンク２４内に貯蔵されたバイオマス１４０を間接的に加熱する。
ここで、本発明で、加熱媒体として、蒸気２０３ａを用いるのは、排ガス１５０を用いる場合のような低温腐食を回避するためである。すなわち、排ガス１５０を配管内に導入してバイオマスを間接加熱するには、該排ガス１５０中に存在する硫黄（Ｓ）分が低温のバイオマスと熱交換する際に、配管内部において１５０℃以下となり、低温腐食が発生するので、好ましくないからである。
なお、バイオマスの間接加熱に寄与した蒸気は、低温再熱蒸気２０３側に戻すようにして、再利用している。
【００４３】
また、フィーダ２５内での直接加熱は、外部から供給されるボイラ排ガス１５０の一部１５０ｂを用いている。
この排ガスの一部１５０ｂは、フィーダ２５のバイオマス出口部（粉砕装置）側からフィーダ２５の内部に供給し、図示しないスクリューにより押し出されるバイオマスと対向接触しつつバイオマスを加熱するようにしている。
なお、フィーダ２５の基端部２５ａ側（バイオマス供給側）では、バイオマス供給タンク２４からの供給ライン２４ｂに連結しており、フィーダ２５の先端部２５ｂ側（バイオマス排出側）では、粉体装置２６へバイオマスを供給する供給ライン２６ａに連結している。
【００４４】
本発明では、バイオマスの加熱をバイオマス供給タンク２４で所定の温度（１５０℃）まで予備加熱し、その予備加熱されたバイオマスをフィーダ２５の本体内部において、徐々に本加熱して、所定の脆化温度となるようにしている。
【００４５】
図３は、バイオマス前処理ユニットのバイオマス供給タンクとフィーダとの概略構成図である。図３においては、バイオマス１４０の温度状態により、バイオマスの符号を１４０、１４０Ａ〜１４０Ｃと変化させて説明する。
図３に示すように、バイオマス供給タンク２４に供給された際のバイオマス１４０は、常温である。
次に、バイオマス供給タンク２４内で蒸気配管２４ａ内に供給された蒸気２０３ａにより、貯蔵バイオマスは間接加熱（一次加熱）される。そして、バイオマス供給タンク２４から供給ライン２４ｂで排出される際の予熱バイオマス１４０Ａの温度（Ｔ1）は、１５０℃以上としている。
これは、バイオマスを粉砕装置２６へ送り出すフィーダ２５では、対向して導入されるボイラ排ガスの一部１５０ｂによる直接加熱であるので、内部温度がおよそ１５０℃以下となると酸露点に達する可能性があるため、フィーダ２５内での低温腐食を回避するためである。
よって、フィーダ２５に導入する予熱バイオマス１４０Ａの温度（Ｔ1）を１５０℃以上となるように、蒸気で間接加熱している。
【００４６】
このように、ボイラ排ガスの一部１５０ｂをバイオマス１４０と対向して導入することにより、以下の効果を奏する。
排ガスの導入をバイオマスの搬送方向と逆方向にすることにより、同方向とする場合と比較して、効率よく熱交換することが可能となる。
すなわち、同じ交換熱量に対して、供給する排ガス量を減らすことが可能である。
また、排ガスを対向して導入する場合、フィーダ出口でのバイオマス温度は、排ガス供給温度に近づくため、排ガス供給温度を調整することにより、フィーダ出口でのバイオマス温度の調整が容易になる。
【００４７】
次に、供給された予熱バイオマス１４０Ａは、対向して導入される排ガスの一部１５０ｂにより直接過熱され、フィーダ２５内部で加熱バイオマス１４０Ｂとなる。この加熱バイオマス１４０Ｂの下限温度（Ｔ2）は、１５０〜２００℃以上とする。
この下限温度（Ｔ2）を１５０〜２００℃以上とするのは、フィーダ２５内部での低温腐食を回避するためと、バイオマスの脆化を促進させるためである。
【００４８】
バイオマスは、１５０℃以上の温度にて脆化が期待でき、２５０〜３００℃以上の温度にて石炭と混合粉砕可能なレベルの粉砕性となるが、あまり高温側で加熱すると、可燃分が多く発生することによりバイオマスの熱量が低下することとなる。
【００４９】
また、２５０〜３００℃の温度で加熱すると、バイオマスの熱分解が進み、熱分解ガスとタールが発生し、フィーダ２５内部に付着するため、フィーダ２５の内部の加熱温度を少なくとも１５０〜２００℃以上に保ち、好ましくは２５０〜３００℃以下の加熱とすることにより、タールの凝縮を防ぐようにしている。
さらに、バイオマスの加熱温度は、加熱によるバイオマスの熱量低下分と、脆化によるミル動力低減分のバランスより決定するため、２００〜２５０℃の温度にて加熱するのが好ましい。
【００５０】
この結果、フィーダ２５内部で加熱されて粉砕装置２６に払いだされる際の供給ライン２６ａの加熱済バイオマス１４０Ｃの温度（Ｔ3）は、２００〜２５０℃となるように制御している。
なお、加熱済バイオマス１４０Ｃは粉砕装置２６で粉砕され、粉砕バイオマス１４０Ｄとして、図１に示す粉体分離装置２７側に供給される。
【００５１】
また、加熱に用いたバイオマス加熱後排ガス１５０ｃは、加熱によるバイオマス由来の可燃分が含まれているので、ボイラ火炉内に供給することで、可燃分の有効利用を図ることができる。この際、バイオマス加熱後排ガス１５０ｃをボイラ５０の燃焼空気に混合して燃焼空気として用いてもよい。また、排ガス処理設備へ戻すことも可能である。
【００５２】
本実施例に係る加熱手段は、以上のような構成であり、バイオマス供給タンク２４での間接加熱（一次加熱）と、フィーダ２５内での直接加熱（二次加熱）との２段加熱である。
間接加熱で予備加熱して、フィーダ２５に供給する際に、下限値１５０℃とした予熱バイオマス１４０Ａとすることで、フィーダ２５内でのバイオマスの温度が１５０℃以上となり、フィーダ２５内をバイオマスと対向する排ガスの一部１５０ｂ中の硫黄（Ｓ）分による低温腐食を回避することができる。
【００５３】
すなわち、１５０℃以上にバイオマスを予熱することで、フィーダ２５内部の温度の下限値が１５０℃となり、フィーダ２５内部での低温腐食が回避されることとなる。
そして、フィーダ２５内で、ボイラ排ガスの一部１５０ａで直接加熱する際のガスの温度が３００〜３５０℃であるので、バイオマス１４０の脆化が進行し、粉砕が容易となる。この結果、ボイラ３０でバイオマスをより効率よく燃焼できる状態とすることができる。
【００５４】
第１及び第２の温度計測部１２１、１２２は、フィーダ２５の基端部２５ａ側と先端部２５ｂ側との二箇所に設置し、当該部分のバイオマス１４０の雰囲気温度、あるいはバイオマス自身の温度を計測する手段とするのが好ましい。第１及び第２の温度計測部１２１、１２２は、計測したバイオマス１４０の温度を制御部１３０に送る。
【００５５】
制御部１３０は、第１及び第２の温度計測部１２１、１２２での計測結果に基づいて、バイオマス供給タンク２４に供給する間接加熱の熱源である蒸気２０３ａ、及び直接加熱の熱源である排ガスの一部１５０ｂの動作を制御する。
図３に示すように、排ガスの一部１５０ｂを供給するガス供給ラインＬ21に介装されたバルブ１２３の調節により、流量の調整をして、温度が所定の温度となるようにしている。
また、制御部１３０は、その他、各種機構の動作を制御する。
【００５６】
前処理ユニット１９は、以上のような構成であり、間接加熱手段によりバイオマス供給タンク２４内でバイオマスの予備加熱をし、直接加熱手段によりフィーダ２５内でバイオマスの脆化のための加熱をする。
また、前処理ユニット１９は、制御部１３０が、第１及び第２の温度計測部１２１、１２２での温度の計測結果に基づいて、加熱手段の動作を制御し、バイオマス１４０の温度を制御することで、排出されるバイオマス１４０の温度を、一定範囲、具体的には、非炭化温度の範囲となる状態で排出する。
【００５７】
ここで、非炭化温度の範囲とは、バイオマス１４０が炭化してない状態で、脆くなり、かつ、排出されるタールを一定濃度以下となる温度である。
【００５８】
ここで、図４は、バイオマスの温度と、各成分の割合との関係を示すグラフであり、図５は、粉砕動力比と所定粒径までの粉砕時間との関係を示すグラフである。図４は、縦軸を重量割合［％］とし、バイオマスを各温度に加熱した場合（加熱前、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃）の各成分の重量割合の関係を示している。また、図５は、縦軸をミル（粉砕装置）における所定粒径までの推定粉砕動力比をとし、横軸をボールミル（粉砕装置）での所定粒径までの粉砕時間［ｓ］とした。なお、図４には、木質ペレットＡを、生の状態（加熱前）、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃の加熱した状態にした場合の、推定粉砕動力比と、ボールミル（粉砕装置）での所定粒径までの粉砕時間との関係を計測した結果を示す。また、図５には、比較のため、加熱していない木質チップＡ、木質チップＢ、木質ペレットＢのそれぞれについても推定粉砕動力比と、ボールミル（粉砕装置）での所定粒径までの粉砕時間との関係を計測した結果も示す。
【００５９】
バイオマスは、図４に示すように、加熱される温度により、成分の割合が変化し、一定の温度を超えるとタールが析出される。また、バイオマスは、高い温度に加熱するほど、もろくなる。具体的には、木質ペレットを加熱するとボールミル（粉砕装置）での所定粒径までの粉砕時間が加熱していない木質ペレットの粉砕時間よりも短くなる。さらに、木質ペレットを加熱する温度を高くすると粉砕時間がさらに短くなる。
【００６０】
例えば、図５に示すように、木質ペレットＡは、１５０℃に加熱するとボールミル（粉砕装置）での所定粒径までの粉砕時間が加熱していない木質ペレットＢの粉砕時間よりも短くなる。さらに、木質ペレットＡを２００℃、２５０℃と加熱する温度を高くすると粉砕時間がさらに短くなる。ここで、ミル（粉砕装置）における所定粒径までの推定粉砕動力比は、粉砕時間に比例するため、粉砕時間が短くなることで、粉砕に必要な動力も少なくなる。以上より、バイオマスは、温度を高くするほど粉砕しやすくなる。なお、非炭化温度の範囲、つまり、タールによる影響を抑制しつつ、バイオマスが粉砕しやすくなる最適な温度は、バイオマスの種類によって異なる温度範囲、温度となる。ここで、バイオマスの温度範囲は、１５０℃以上２５０℃以下の温度とすることで、排出されるタールをより確実に低減すること、例えば、バイオマス全量の２０％以下の発生量）とすることができ、バイオマスをタールによる影響を抑制しつつ、粉砕しやすくすることができる。なお、バイオマスの温度範囲の１５０℃以上２５０℃以下は、タールの発生をより確実に減らすことができ、かつ、粉砕時間を十分に短くすることができる温度となる。
【００６１】
以上の関係に基づいて、前処理ユニット１９は、バイオマス１４０が脆くなり、かつ、排出されるタールが一定濃度以下となる温度である、非炭化温度の範囲でバイオマス１４０を加熱する。
【００６２】
なお、図４及び図５に示す例では、前処理ユニット１９は、バイオマス１４０を１５０℃から２５０℃の間の温度に加熱する。これにより、前処理ユニット１９は、タール等の揮発性ガスが排出される影響を抑制しつつ、さらには、タールの発生を抑制しつつ、バイオマスを粉砕しやすくすることができる。前処理ユニット１９は、バイオマスを粉砕しやすい状態にして、フィーダ２５の排出口から粉砕装置２６に排出（供給）する。粉砕装置２６に搬送されたバイオマスは、粉砕装置２６で粉砕される。この際に、粉砕装置２６には、前処理ユニット１９で非炭化温度に加熱されたバイオマス１４０が供給されるため、少ない動力、かつ短時間で所定の粒径に粉砕することができる。また、前処理ユニット１９は、バイオマス１４０を非炭化温度の範囲に加熱するため、加熱により発生するタールを一定濃度以下とすることができ（つまり、タールが一定濃度より多く排出されることを抑制することができ）、タールの発生により、バイオマスの搬送効率が低下したり、前処理ユニット１９の各部に付着したりすることを抑制することができる。以上より、前処理ユニット１９及びバイオマス供給装置１１は、効率よくバイオマスを粉砕することができる。また、前処理ユニット１９の周囲または内部に加熱する機構を設けるのみであるため装置構成を簡単にすることができる。さらに、タール等の揮発性ガスの発生を抑制することができるため、発生したタールを適切にボイラ３０で燃焼させることができ、装置へのタールの付着を抑制することができ、装置のメンテナンス等も簡単にすることができる。ここで、バイオマスの温度は、１５０℃以上２５０℃以下とすることで、タールの発生をより確実に抑制することができ、上記効果をより確実に得ることができるが、非炭化温度とすることで、タール等の揮発性ガスが排出される影響を抑制しつつ、粉砕性を向上できる。
【００６３】
また、前処理ユニット１９で、バイオマス１４０を非炭化温度の範囲に加熱することで、バイオマス１４０を乾燥させることができる。これにより、前処理ユニット１９は、粉砕装置２６への投入時には、バイオマスを乾燥した状態にすることができ、粉砕装置２６での乾燥を省略することができる。これにより、粉砕装置２６に供給する空気として種々の空気を用いることができ、常温の空気も用いることができる。
【００６４】
バイオマスの加熱手段は、バイオマスを非炭化温度の範囲に加熱することができればよく、加熱手段自体は、非炭化温度よりも高い温度になってもよい。
【００６５】
また、前処理ユニット１９の加熱媒体として、間接加熱の蒸気２０３ａは、低温再熱蒸気２０３の一部を利用し、間接加熱に寄与した後には、再度戻しているので、発電システム１０の全体としての効率をより高くすることができ、発生した熱を有効活用することができる。
【００６６】
また、制御部１３０は、第１及び第２の温度計測部１２１、１２２の計測結果に基づいて、フィーダ２５の出口の近傍のバイオマスが非炭化温度となるように、加熱手段の加熱動作と、フィーダ２５によるバイオマスの搬送動作とを制御する。具体的には、加熱手段による加熱量（例えば、排ガスの供給量）、フィーダ２５によるバイオマスの搬送速度等を制御する。なお、バイオマスの搬送速度は、回転部の回転速度、回転部のスクリューの角度の変更により制御する。また、制御部１３０は、目標とする非炭化温度と、その非炭化温度のときに温度計測部１２０で計測される温度との関係を予め実験等で算出しておき、算出した結果と温度計測部１２０で計測される温度とに基づいて、各部の動作を制御することが好ましい。これにより、バイオマスを適切に非炭化温度とすることができる。なお、温度計測部１２０により温度計測位置は、本実施形態のように加熱手段が配置されている領域の出口の近傍とすることが好ましいが、本発明はこれに限定されない。また、温度計測部１２０を設けずに、設定した条件に基づいて加熱動作を制御し、バイオマスを非炭化温度にするようにしてもよい。
【００６７】
以上述べたように、本発明によれば、バイオマスの２段階の加熱前処理により、粉砕性が向上し、粉砕装置での粉砕動力の低下や石炭との混合粉砕が期待できる。また、粉砕装置における粉砕時の乾燥が不要になるため、粉砕用ガスとして常温空気を使用することができ、安全性も向上する。また、一次加熱をする場合には、蒸気による間接加熱であるので、排ガスを用いる際のような低温腐食を回避することができる。また、一次加熱を１５０℃以上として、フィーダに供給することで、二次加熱であるフィーダ内で排ガスを用いた直接加熱をしても、低温腐食が回避され、良好な脆化が可能となる。
【００６８】
次に、図６を用いて、他の実施形態の前処理ユニット及びバイオマス貯蔵ユニットについて説明する。ここで、図６は、発電システムの他の実施形態の概略構成を示す模式図である。図６に示す発電システム２４０は、バイオマス・石炭混焼の発電システムである。つまり、図６は、石炭の供給装置の概略構成も示す発電システムである。なお、図６では、発電装置の図示を省略している。
【００６９】
図６に示すように、発電システム２４０は、バイオマスを貯留し、排出前に非炭化温度に２段階で加熱する前処理ユニット１９と、前処理ユニット１９で非炭化温度に加熱したバイオマスを粉砕するバイオマスの粉砕装置２６と、粉砕装置２６で粉砕したバイオマスを燃焼バーナ３４に供給する配管２４９と、石炭２５０を受け入れるホッパ２５１ａ、２５１ｂを備えた石炭の粉砕装置２５２ａ、２５２ｂと、石炭の粉砕装置２５２ａ、２５２ｂにて得られた石炭粉体を燃焼バーナ３３に供給する配管２５３と、を備える。また、発電システム２４０は、さらに、ボイラ本体３１、対流伝熱部として排ガスの熱を回収するための、過熱器４３、４４、再熱器４５、４６等、図１のボイラ３０と同様の構成の各部を備えている。
【００７０】
また、ボイラ本体３１には、炉本体の炉出口に設けた煙道の途中には空気加熱器（ＡＨ）２６２が配置され、空気加熱器２６２を通った燃焼排ガスは、灰捕集装置等の排ガス処理設備（図示せず）を経て大気放出される。空気加熱器２６２によって外気２６３を加熱して生成した高温空気２６４は石炭の粉砕装置２５２ａ、２５２ｂに供給され、石炭２５０の乾燥に用いられる。また燃焼排ガスの一部２６５は、誘引ファン２６６により粉砕装置２６に供給され、バイオマスの分級に用いられる。
【００７１】
このようにバイオマス・石炭混焼の発電システムによれば、本発明に係るバイオマス前処理ユニットを備えたバイオマス粉砕装置を備えることで、バイオマス粉砕が良好となる。この結果、バイオマスの粉砕が良好になり、石炭粉砕装置からの石炭の微粉炭との混合燃焼が良好となり、ボイラ火炉での効率的な燃焼が可能となる。
【符号の説明】
【００７２】
１０  発電システム
１１  バイオマス供給装置
１９  バイオマス前処理ユニット
２０  貯蔵サイロ
２１  空気供給配管（空気供給系）
２２  払い出しコンベア
２３  搬送コンベア
２４  バイオマス供給タンク
２５  フィーダ
２６  粉砕装置（ミル）
２７  粉体分離装置
２８  供給配管
３０  ボイラ
３１  ボイラ本体
３２  燃焼装置
３３  化石燃料用の燃焼バーナ
３４  バイオマス用の燃焼バーナ
３９  空気供給配管
４２  煙道
５１  エアヒータ
５２  除塵装置
５３  ブロア
６０  発電装置
６２  配管ユニット
１２１  第１の温度計測部
１２２  第２の温度計測部
１３０  制御部
【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】
2013088033.tif 000007
【図６】
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