(57)【要約】【課題】起動から停止まで木質バイオマスのみを用いて運転が可能であり、木質バイオマスがカーボンニュートラルな燃料であるという利点を最大限に活かすことができ、しかも従来の木質バイオマスチップを燃料とする燃焼装置と比較して遜色のない低ランニングコストで運転することが可能なバイオマス燃焼装置を提供する。【解決手段】次のバイオマス燃焼装置を提供することで上記課題を解決する。燃焼室を有する燃焼炉と；前記燃焼室にバイオマスチップを供給するチップ供給装置と；前記燃焼室に燃焼空気を供給する燃焼空気供給装置と；前記燃焼室に向かって開口するバイオマス粉バーナと；を備えるバイオマス燃焼装置。【選択図】図３
2016099023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室を有する燃焼炉と；
前記燃焼室にバイオマスチップを供給するチップ供給装置と；
前記燃焼室に燃焼空気を供給する燃焼空気供給装置と；
前記燃焼室に向かって開口するバイオマス粉バーナと；
を備えるバイオマス燃焼装置。
【請求項２】
前記バイオマス粉バーナが、パイロットバーナ、補助バーナ、又は二次燃焼バーナである、請求項１に記載のバイオマス燃焼装置。
【請求項３】
前記バイオマスチップ及び／又はバイオマス粉の燃焼によって生じた燃焼ガスと熱媒体との間で熱交換する熱交換器を備える、請求項１又は２に記載のバイオマス燃焼装置。
【請求項４】
前記熱交換器で加熱された熱媒体は、発電、乾燥、加温、加熱、滅菌、洗浄、給湯、暖房又は冷房の少なくともいずれか一つの用途に用いられるものである、請求項３に記載のバイオマス燃焼装置。
【請求項５】
バイオマスチップが供給される熱分解室を有する熱分解炉を備え、前記熱分解炉は、前記燃焼室に供給されるバイオマスチップ及び／又は前記バイオマス粉バーナにおけるバイオマス粉の燃焼によって生じる燃焼ガスの熱によって前記熱分解室に供給されるバイオマスチップを熱分解するものである、請求項１又は２に記載のバイオマス燃焼装置。
【請求項６】
前記燃焼炉が、セメント焼成装置における仮焼炉又はロータリーキルンである、請求項１又は２に記載のバイオマス燃焼装置。
【請求項７】
バイオマスチップ用の脱水機を更に備え、前記脱水機は、筐体と、前記筐体に回転可能に軸支された上側ローラ及び下側ローラとを備え、前記上側ローラと前記下側ローラとの間で前記バイオマスチップを挟圧してバイオマスチップの脱水を行う脱水機であり、前記上側ローラは、前記上側ローラと前記下側ローラとの間に挟圧されるバイオマスチップの厚みに応じて前記下側ローラに対して上下動自在に係止されている、請求項１乃至６のいずれかに記載のバイオマス燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマス燃焼装置に関し、詳細には、起動から停止まで木質バイオマス燃料のみで運転することが可能なバイオマス燃焼装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化対策として、二酸化炭素放出量の削減すなわち化石燃料使用量の削減が世界的な課題となっている。そして、化石燃料の代替エネルギー源の一つとして、カーボンニュートラルな燃料である木質バイオマスチップが注目されている。なお、木質バイオマスチップとは、製材副産物の端材等をチッパーで切削したものや破砕機で破砕して形状を整えた、木を原料としたチップである。
【０００３】
しかしながら、非特許文献１に記載されているとおり、木質バイオマスチップは点火に至るまでに、含有水分の蒸発、木質バイオマスチップの熱分解及びそれに伴う可燃性ガスの発生と木質バイオマスチップ表面の炭化の開始という過程を経る必要がある。すなわち、木質バイオマスチップは点火に至るまでに比較的長時間を要し、この間、外部熱源が必要であるという欠点を有している。
【０００４】
木質バイオマスチップが有する上記欠点を解消するため、従来、例えば特許文献１乃至３に開示されるとおり、外部熱源として灯油、重油又は都市ガス等のいわゆる化石燃料を燃料とする化石燃料バーナが用いられてきた。化石燃料バーナは、点火、消火が容易で、しかも所望の発熱量の安定した火炎を形成することができるので、着火までに比較的長時間をかけて上述の過程を経る木質バイオマスチップの点火に好適である。
【０００５】
しかし、これらの従来の燃焼装置は、たとえ木質バイオマスチップの点火時のみであっても、化石燃料を使用するものであるので、その運転時には二酸化炭素が発生し、木質バイオマスがカーボンニュートラルな燃料であるという利点を減却してしまうものである。
【０００６】
一方、化石燃料バーナを使用せず、木質バイオマスのみでコールドスタートが可能なバーナが特許文献４に開示されている。このバーナは、木質バイオマスを所定の平均粒径以下とし、表面積を大きくした木質バイオマス粉体を燃料としているので、化石燃料なしに安定した火炎を形成することが可能である。しかし、木質バイオマス粉体は、その製造に際して木質バイオマスを微粉砕すると共に粒度をそろえる必要があるため、木質バイオマスチップと比較して高価である。そのため、このバーナはランニングコストがかかるという問題を有する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】相川高信、外４名、"木質バイオマスボイラー導入・運用にかかわる実務テキスト"、[online]、平成２５年３月、株式会社森林環境リアライズ、[平成２６年１０月１日検索]、インターネット<URL:http://www.f-realize.co.jp/w-biomass/ >
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−０５１８３２号公報
【特許文献２】特許第４７２５７１２号公報
【特許文献３】登録実用新案第３１４２６８０号公報
【特許文献４】特許第５３６２６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このような従来のバイオマス燃焼装置が有する問題点を踏まえ、本発明は、起動から停止まで木質バイオマスのみを用いて運転が可能であり、木質バイオマスがカーボンニュートラルな燃料であるという利点を最大限に活かすことができ、しかも従来の木質バイオマスチップを燃料とする燃焼装置と比較して遜色のない低ランニングコストで運転することが可能なバイオマス燃焼装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、上記の課題を解決するために試行錯誤を重ねた。その結果、意外にも、これまでは別々に使用されていた木質バイオマスチップを燃料とする燃焼装置と木質バイオマス粉バーナとを組み合わせることで、起動から停止まで木質バイオマス燃料のみを用いて運転が可能な燃焼装置が得られ、しかも、この燃焼装置は木質バイオマスチップを燃料とする従来の燃焼装置と比較して遜色のない低ランニングコストで運転することが可能であることを見出した。
【００１１】
すなわち本発明は、燃焼室を有する燃焼炉と；前記燃焼室にバイオマスチップを供給するチップ供給装置と；前記燃焼室に燃焼空気を供給する燃焼空気供給装置と；前記燃焼室に向かって開口するバイオマス粉バーナと；を備えるバイオマス燃焼装置を提供することによって、上記の課題を解決するものである。
【００１２】
本発明のバイオマス燃焼装置は、好適な一例において、バイオマス粉バーナを、燃焼室に供給されたバイオマスチップを点火するためのパイロットバーナとすることができる。この場合、本発明のバイオマス燃焼装置は、木質バイオマス燃料のみを用いて点火、起動することができ、化石燃料を必要としない。
【００１３】
また、本発明のバイオマス燃焼装置は、好適な一例において、バイオマス粉バーナを、補助バーナとすることができる。これにより、バイオマス燃焼装置は、熱需要に変動が生じた際に、微調整が難しいバイオマスチップの供給量は変化させず、微調整が容易なバイオマス粉の供給量を変化させることにより、燃焼炉から出力される熱量を調整することができる。また、バイオマスチップの含水率等の性状が変化した場合にも、補助バーナによるバイオマス粉燃焼量を微調整することによって、一定の熱量が燃焼炉から出力されるようにすることができる。
【００１４】
また、本発明のバイオマス燃焼装置は、他の好適な一例において、バイオマス粉バーナを、燃焼ガスに同伴される未燃分を完全燃焼させるための二次燃焼バーナとすることができる。これにより、本発明のバイオマス燃焼装置は、燃焼炉から排出される排ガス中に一酸化炭素やすす等の未燃分が含まれることを確実に防止することができる。
【００１５】
また、本発明のバイオマス燃焼装置は、バイオマスチップ及び／又はバイオマス粉の燃焼によって生じた燃焼ガスと熱媒体との間で熱交換する熱交換器を備えるようにすることができる。熱交換器において加熱された熱媒体は、発電、乾燥、加温、加熱、滅菌、洗浄、給湯、暖房又は冷房の少なくともいずれか一つの用途に用いることができる。これにより、本発明のバイオマス燃焼装置は、木質バイオマスのみを燃料として、様々な用途に有効利用できる熱を、熱媒体を介して提供することができる。
【００１６】
また、本発明のバイオマス燃焼装置は、更に他の好適な一例において、バイオマスチップが供給される熱分解室を有する熱分解炉を備えている。本発明のバイオマス燃焼装置が熱分解炉を備えるときには、熱分解室に供給されるバイオマスチップを、バイオマスチップ及び／又はバイオマス粉バーナにおけるバイオマス粉の燃焼によって生じる燃焼ガスの熱によって熱分解し、可燃性ガスと炭を製造することができ、木質バイオマス燃料のみを用いて、バイオマスチップを原料として有用な可燃性ガスと炭を提供することができる。
【００１７】
また、本発明のバイオマス燃焼装置における燃焼炉は、セメント焼成装置における仮焼炉又はロータリーキルンであっても良い。この場合、本発明のバイオマス燃焼装置によれば、バイオマス燃料のみで運転するセメント焼成装置を提供することができるという利点が得られる。
【００１８】
また、本発明のバイオマス燃焼装置は、バイオマスチップ用の脱水機を更に備えることができる。この脱水機は、筐体と、筐体に回転可能に軸支された上側ローラ及び下側ローラとを備え、上側ローラと下側ローラとの間でバイオマスチップを挟圧してバイオマスチップの脱水を行う脱水機であり、上側ローラは、上側ローラと下側ローラとの間に挟圧されるバイオマスチップの厚みに応じて下側ローラに対して上下動自在に係止されている。この脱水機は、形状及び大きさにある程度のばらつきがあることが避けられない木質バイオマスチップを、その形状及び大きさに関わらず、確実に脱水処理することが可能である。よって、本発明のバイオマス燃焼装置が前記脱水機を備える場合には、燃焼炉や熱分解炉に供給されるバイオマスチップの含水率のばらつきを小さくすることにより燃焼や熱分解を安定させることが可能となるとともに、各炉内での乾燥に要する熱量を低減することが可能となり、燃焼装置の熱効率を上げることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、バイオマス燃料のみを用いてバイオマス燃焼装置を起動することが可能である。本発明によれば、木質バイオマスチップを燃焼させながら木質バイオマス粉バーナを稼働させ、木質バイオマス粉バーナの燃焼量を調整することで、熱需要が変動した場合や、木質バイオマスチップの性状が変動した場合にも、容易に燃焼炉全体から出力される熱量を調整することが可能である。本発明によれば、木質バイオマスチップの燃焼によって排ガス中に未燃分が混入することを確実に防止することができる。本発明によれば、起動から停止まで木質バイオマス燃料のみで運転することができ、木質バイオマス燃料のみを使用して熱需要の変化に対応が可能で、様々な用途に熱を供給することができるクリーンなバイオマス燃焼装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のバイオマス燃焼装置とその付属装置の一例を概念的に示したフロー図である。
【図２】チップ用の脱水機の内部構造を示す模式図である。
【図３】図１に示されるバイオマス燃焼装置の一例を示す断面図である。
【図４】本発明のバイオマス燃焼装置の他の例を示す断面図である。
【図５】本発明のバイオマス燃焼装置とその付属装置の他の例を概念的に示したフロー図である。
【図６】図５に示されるバイオマス燃焼装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を用いて本発明を説明するが、本発明が図示されたものに限られないことはもちろんである。
【００２２】
なお、本明細書において、バイオマスチップ（以下、単に「チップ」と記載することもある。）とは、製材副産物の端材等をチッパーで切削したものや破砕機で破砕して形状を整えた、木を原料としたチップである。その大きさは、燃焼炉内へ安定的に供給できる大きさ及び形状であればどのようなものでも良い。例えば、欧州規格ＥＮ１４９６１に準拠したチップを用いることが可能である。樹種はどのようなものでも良い。また、本明細書において、バイオマスチップには、おが粉や鉋屑を押し出し成形する等によって製造される木質ペレットも含まれる。
【００２３】
また、本明細書において、バイオマス粉とは、バイオマスチップ等の木質バイオマスを、例えば特開２０１２−６１３７６号公報に開示される粉砕機で粉砕して製造される木質バイオマスの微粉である。その平均粒径は３００μｍ以下が好ましく、より好ましくは１００μｍ以下、更に好ましくは４０μｍ以下である。
【００２４】
図１は、本発明のバイオマス燃焼装置及びその付属装置の一例を概念的に示したフロー図である。本例においては、バイオマス粉バーナはパイロットバーナとして用いられている。図１おいて、１００は前処理装置、２００はバイオマス燃焼装置、３００は排ガス処理装置であり、バイオマス燃焼装置２００は図示しない燃焼制御装置を備える。燃焼制御装置は、予め設定されている複数の運転モードのうちの一つを選択的に実行し、選択された運転モードに応じて前処理装置１００、バイオマス燃焼装置２００、排ガス処理装置３００が備える各機器の動作を制御する。燃焼制御装置は、オペレータからの指令又は燃焼制御装置に格納されているプログラムに従って運転モードの選択及び開始を行う。運転モードの詳細については後述する。
【００２５】
前処理装置１００は、バイオマスチップを貯留するチップサイロ１１０、チップサイロからチップを搬送するチップコンベア１２０、チップコンベアで搬送されたチップを脱水する脱水機１３０、脱水されたチップを搬送する脱水チップコンベア１４０を有する。
【００２６】
バイオマス燃焼装置２００は、燃焼炉２１０、チップ供給装置２２０、ホッパ２３０、燃焼空気供給装置２４１、バイオマス粉バーナ２５０、粉ホッパ２６１、粉供給装置２６２、粉搬送ファン２６３、バーナ空気供給ファン２６４、熱交換器２７０を有する。
【００２７】
排ガス処理装置３００は、集塵器３１０、煤塵貯留槽３２０、誘引通風機３３０、煙突３４０を有する。また、これらを接続する図示しない煙道、ダンパ、排ガス分析計を有する。
【００２８】
最初に、図１を参照して前処理装置１００について説明する。チップサイロ１１０は、木材伐採地や工場等で製造されたチップを一時貯留するものである。チップサイロ１１０の下部にはチップを所望の供給量で取り出すことができる任意の供給装置が設けられている。チップコンベア１２０は、チップサイロ１１０から取り出されたチップを脱水機１３０に搬送するものである。なお、チップコンベア１２０を設けず、チップサイロ１１０から脱水機１３０に直接チップを供給するようにしても良いし、必要に応じてチップコンベア１２０を複数台のコンベアで構成することも可能である。
【００２９】
脱水機１３０は、チップコンベア１２０から搬送されたチップの含水率を低減するためのものである。脱水チップコンベア１４０は、脱水機１３０で脱水されたチップをバイオマス燃焼装置２００が有するホッパ２３０内へ搬送するものである。なお、必要に応じて、脱水チップ搬送コンベアを省略して脱水機１３０から直接ホッパ２３０へ排出しても良いし、脱水チップコンベア１４０を複数台のコンベアで構成することも可能である。また、チップの含水率が十分に低い場合は、脱水機１３０をバイパスできることはもちろんである。
【００３０】
また必要ならば、前処理装置１００は、任意の熱源を用いてチップを乾燥させる乾燥装置や、チップを自然乾燥させるための装置、例えば屋根付ヤードを有しても良い。
【００３１】
また、バイオマス燃焼装置２００においてバイオマス粉の消費量が増大した場合に、貯留しているチップからバイオマス粉を製造して、これをバイオマス粉バーナ２５０に供給するため、前処理装置１００が、バイオマスチップ粉砕装置を備えていても良い。
【００３２】
次に、図２を参照して、脱水機１３０について詳細に説明する。図２は、脱水機１３０の内部構造を示す模式図である。脱水機１３０は、長孔Ｈを有する筐体１３１、受入シュート１３２、上側ローラ１３３、下側ローラ１３４、これらのローラの軸それぞれに一対ずつ設けられた軸受１３５、１３６、排出シュート１３７、歯車やベルト等からなる伝導機構と電動機とを備え上側及び下側の両ローラを駆動する図示しない駆動装置を有する。なお、駆動装置は、上側ローラ１３３のみ、又は下側ローラ１３４のみを駆動するものであっても良い。
【００３３】
受入シュート１３２は、チップコンベア１２０から搬送されたチップを受けるとともにそのまま上下ローラ１３３、１３４間へ供給することができるように筐体１３１に取り付けられている。
【００３４】
上側ローラ１３３は、軸受１３５を介して筐体１３１に形成された長孔Ｈ内に回転自在かつ上下動自在に係止されている。なお、上側ローラ１３３は軸受１３５とともに筐体１３１に対して上下動自在に係止されておればよく、例えば、長孔Ｈに代えて筐体に取り付けられた案内レールに、軸受１３５を上下動自在に係止させた構造とすることができる。
【００３５】
下側ローラ１３４は、軸受１３６を介して筐体１３１に回転可能に軸支されている。上側ローラ１３３と下側ローラ１３４とは、各ローラの軸が略鉛直平面内で互いに平行となるように配置されている。
【００３６】
排出シュート１３７は、上側ローラ１３３と下側ローラ１３４との間を通過したチップを受けるとともにそのまま脱水機１３０の外部へ排出できるよう、筐体１３１に取り付けられている。
【００３７】
脱水機１３０は以上のように構成されているので、次のように作動する。受入シュート１３２上に供給されるチップは、受入シュート１３２に沿って落下し、上側ローラ１３３と下側ローラ１３４との間に供給される。各ローラは駆動装置によって回転しているので、供給されたチップをローラ間に挟み込む。ローラ間に挟み込まれるチップの厚みに応じて、上側ローラ１３３が、軸受１３５の長孔Ｈ内での上下動とともに、上下動する。上側ローラは自重でチップに挟圧荷重をかけるのに十分な重量を有している。よって、チップがローラ間を通過する際、チップの厚みにかかわらず、チップには上下方向から脱水に十分な挟圧荷重が加えられる。上下ローラ間を通過し、脱水されたチップは、排出シュート１３７上に落下し、排出シュート１３７に沿って落下し、脱水機１３０外に排出される。
【００３８】
このような脱水機によって、雨に濡れるなどして７０〜８０質量％程度まで高まった含水率（チップに占める水の質量割合）を、４０質量％以下、好ましくは３５質量％以下、更に好ましくは３０質量％以下に低減することが可能である。また、生木から作られたばかりのチップの含水率は４０〜５０質量％程度であるが、このようなチップの含水率も上記の値まで低減することが可能である。
【００３９】
また、確実にチップを脱水するために、脱水機１０３を２台又は３台以上直列に設けても良いし、１台の脱水機１０３が２対又は３対以上の回転ローラを直列に備えるようにしても良い。この場合、後段の脱水機又は回転ローラ対ほど挟圧荷重が大きいものとすれば、より大きな脱水作用が得られるので好ましい。また、一度脱水機１０３から排出されたチップを再び同じ脱水機１０３に供給して複数回脱水処理するようにすれば、低コストで確実に脱水できる。
【００４０】
次に、図１を参照してバイオマス燃焼装置２００について説明する。バイオマス燃焼装置２００は燃焼炉２１０を有する。燃焼炉２１０は例えば鋼板で形成され、耐火材が内張されている。燃焼炉２１０は燃焼室Ｃを有すると共に、チップ供給口Ｓ１、バーナ取付口Ｓ２、燃焼空気入口Ａ１、Ａ２、排ガス出口Ｅ１、灰排出口Ｅ２を有する。また、燃焼炉２１０には、燃焼室Ｃ内の温度を計測できる位置に図示しない温度計が設置されている。この温度計は、燃焼室Ｃ内の温度を計測し、それを温度信号として燃焼制御装置に供給する。
【００４１】
図３を参照してバイオマス燃焼装置２００について詳細に説明する。図３は、図１に示されるバイオマス燃焼装置２００の断面図である。燃焼炉２１０には、チップ供給口Ｓ１を介して燃焼室Ｃ内へチップ供給可能にチップ供給装置２２０が取り付けられている。チップ供給装置２２０は、ケーシング２２１、プッシャ２２２、プッシャ２２２を往復駆動する流体圧シリンダ２２３で構成されている。流体圧シリンダ２２３によるプッシャ２２２の往復駆動速度は、燃焼制御装置からの信号によって適宜可変である。また、チップ供給装置２２０上部には、チップ供給用のホッパ２３０が取り付けられている。なお、チップ供給装置２２０は上記の構成には限られず、例えば、電動機によってケーシング内で回転駆動するスクリューを有するスクリューフィーダ等の供給装置で構成することもできる。
【００４２】
燃焼室Ｃ内には固定火格子２１１が設けられており、その上面にチップ供給口Ｓ１からチップＢが供給される。固定火格子２１１の下面には仕切りがあり、仕切りの上流側と下流側とのそれぞれに、後述する燃焼空気入口Ａ１、Ａ２を介して燃焼空気が供給される。また、固定火格子２１１には、燃焼空気を下から上に向けて流通させる複数の開口ｈが設けられている。なお、図３に示される実施例においては、固定火格子２１１を有する燃焼炉２１０が示されているが、燃焼炉の形式は固定火格子式には限られず、例えば、振動火格子式、階段振動火格子式、下込式、ポット式、流動層式等とすることができる。
【００４３】
燃焼炉２１０の下部には、固定火格子の上流側に燃焼空気を供給する燃焼空気入口Ａ１、固定火格子の下流側に燃焼空気を供給する燃焼空気入口Ａ２が設けられており、それぞれ燃焼空気供給装置２４１と、配管Ｌ１、Ｌ２を介して接続されている。配管Ｌ１、Ｌ２にはそれぞれダンパＤ１、Ｄ２が設けられている。燃焼制御装置は、燃焼空気供給装置２４１の回転速度や、ダンパＤ１及び／又はＤ２の開度が調節されることによって、燃焼空気供給装置２４１から燃焼空気入口Ａ１、Ａ２に供給される燃焼空気の量を制御することができる。なお、配管Ｌ１及び配管Ｌ２を単一の燃焼空気供給装置２４１に接続する代わりに、配管Ｌ１、Ｌ２それぞれに１台ずつ個別に燃焼空気供給装置を接続し、それらの燃焼空気供給装置を個別に制御するようにしても良い。
【００４４】
燃焼炉２１０には、バーナ取付口Ｓ２を介して燃焼室Ｃに向けてバイオマス粉燃焼ガスが噴出されるようにバイオマス粉バーナ２５０が取り付けられている。バイオマス粉バーナ２５０は、それぞれ燃焼室Ｃに臨む開口部を有するバーナ内筒２５１とバーナ外筒２５２、図示しないスパークプラグ等の点火装置、図示しない火炎検出器を有しており、固定火格子２１１上に供給されたチップＢに向かってバイオマス粉燃焼ガスが噴出されるように配置されている。バーナ内筒２５１内には、粉ホッパ２６１から粉供給装置２６２によって取り出されたバイオマス粉が、配管Ｌ３を介し、粉搬送ファン２６３によって送り出された空気に同伴して供給される。粉搬送ファン２６３によって送り出された空気は、バイオマス粉を搬送した後、バイオマス粉バーナ２５０の一次空気としても機能する。また、バーナ外筒２５２内には、配管Ｌ４を介してバーナ空気供給ファン２６４から送り出される二次空気が供給される。
【００４５】
粉供給装置２６２は、例えばテーブルフィーダで構成され、フィーダは燃焼制御装置からの制御信号によって回転速度可変に制御され、これにより、バイオマス粉取り出し量（バイオマス粉バーナ２５０への供給量）を必要に応じて変化させることができる。粉供給装置２６２はテーブルフィーダに限られず、ロータリーバルブ等の任意の供給装置とすることができる。
【００４６】
粉搬送ファン２６３及びバーナ空気供給ファン２６４は、燃焼制御装置からの制御信号によって回転速度が調節される。配管Ｌ３、Ｌ４にはそれぞれダンパＤ３、Ｄ４が設けられており、燃焼制御装置からの制御信号によって開度が調節される。粉搬送ファン２６３の回転数や、ダンパＤ３の開度の調節によって、粉搬送ファン２６３から供給される一次空気の量を調節することができ、バーナ空気供給ファン２６４の回転数や、ダンパＤ４の開度の調節によって、ファン２６４から供給される二次空気の量を調節することができる。
【００４７】
燃焼室Ｃの上部には、燃焼室内で発生する燃焼ガスと外部から供給される空気、水等の熱媒体との間で熱交換する、熱交換器２７０が設けられている。本例において、熱交換器２７０はその内部を熱媒体が流通する蛇行管からなる熱交換器であるが、熱交換器の形式は図示されるものに限られないことはもちろんであり、燃焼ガスと熱媒体の間で熱交換できればどのような熱交換器でも良い。また、燃焼室Ｃに露出しているものにも限られず、燃焼炉２１０の壁面に埋設されるようにすると、熱交換できるとともに燃焼炉２１０を構成する耐火材の過熱防止及び長寿命化が期待できるので好適である。
【００４８】
燃焼炉２１０の上部には排ガス出口Ｅ１が設けられており、排ガス出口Ｅ１を介して後述する排ガス処理装置３００へ排ガスが排出される。また、燃焼炉２１０の下部には灰排出口Ｅ２が設けられるとともに、スクリューフィーダやスクレーパコンベア等からなる図示しない灰排出装置が設けられている。灰排出装置は連続的に又は間欠的に作動して、灰排出口Ｅ２を介して燃焼室Ｃの外部へ灰を排出する。
【００４９】
次に、図１を参照して排ガス処理装置３００を説明する。集塵器３１０は、燃焼炉２１０の排ガス出口Ｅ１を介して排出された排ガスと、排ガスに同伴した煤塵とを分離する装置であり、例えばサイクロンやバグフィルタからなる。煤塵貯留槽３２０は集塵器３１０で分離された煤塵を貯留するものである。誘引通風機３３０は集塵器３１０を介して燃焼炉２１０の燃焼室Ｃから排ガスを誘引するファンである。煙突３４０は排ガスを外部に放出する筒である。燃焼炉２１０の排ガス出口Ｅ１、集塵器３１０、誘引通風機３３０及び煙突３４０は、図示しない煙道によって接続されている。また、煙道の所定の位置には、排ガス分析計が設置され、排ガス中の一酸化炭素濃度や酸素濃度がリアルタイムで計測可能となっている。この排ガス分析計によって計測された一酸化炭素濃度などの計測値は、計測信号として燃焼制御装置に伝達される。
【００５０】
続いて、図１、３を参照して本発明のバイオマス燃焼装置２００の作動について説明する。チップサイロ１１０から供給されるチップは、チップコンベア１２０を介して脱水機１３０に搬送される。脱水機１３０で含水率が低減されたチップは脱水チップコンベア１４０を介してホッパ２３０に搬送される。ホッパ２３０内に所定量のチップが貯留されると、バイオマス燃焼装置２００の起動の準備が整う。
【００５１】
［起動モード］
次に、図３を参照して起動モードについて説明する。オペレータによってスタートボタンが押される等、バイオマス燃焼装置２００起動の指令信号が与えられると、燃焼制御装置は運転モードとして起動モードを選択し、起動モードに応じた各機器の運転制御を開始する。起動モードとは、バイオマス燃焼装置２００を、コールド状態から燃焼室Ｃ内でチップが安定的に燃焼される状態に移行させる運転モードである。起動モードでは、バイオマス粉バーナ２５０は燃焼室Ｃ内のチップを点火するためのパイロットバーナとして機能する。
【００５２】
起動モードによる運転が開始されると、燃焼制御装置はチップ供給装置２２０を駆動し、着火に必要な所定量のチップＢが、ホッパ２３０から燃焼室Ｃ内の固定火格子２１１上に供給される。また、燃焼制御装置は燃焼空気供給装置２４１を駆動するとともにダンパＤ１、Ｄ２の開度を調節し、配管Ｌ１、Ｌ２を介して所定の供給量で燃焼空気を固定火格子２１１が有する開口ｈを通じてチップＢに供給する。
【００５３】
また、固定火格子上のチップＢに点火するために、燃焼制御装置はバイオマス粉バーナ２５０の運転を開始する。まず、燃焼制御装置は粉搬送ファン２６３、粉供給装置２６２の運転を開始し、バーナ内筒２５１内に所定量のバイオマス粉及び一次空気が供給される。また、燃焼制御装置はバーナ空気供給ファン２６４の運転を開始し、バーナ外筒２５２内に所定量の二次空気が供給される。この際、バイオマス粉を確実に点火すると共に、安定した火炎を形成するため、一次空気と二次空気の合計の空気比は１．０〜１．５が好ましく、１．１〜１．４がより好ましく、１．２〜１．３が更に好ましい。また、一次空気と二次空気の合計量に対する一次空気の割合は２０〜５０％が好ましく、３０〜４０％がより好ましい。
【００５４】
続いて燃焼制御装置はバイオマス粉バーナ２５０の点火装置を作動させる。バーナ内筒２５１の開口部から噴出されるバイオマス粉は点火装置によって点火され、バイオマス粉バーナ２５０から固定火格子２１１上のチップＢに向かう火炎Ｆ１が形成されると共に、チップＢに向けて燃焼ガスが噴出される。
【００５５】
火炎検出器によって火炎Ｆ１の形成が確認されると、燃焼制御装置はバイオマス粉バーナ２５０の一次空気と二次空気の合計の空気比を小さく、好ましくは０．９〜１．０にすべく、粉搬送ファン２６３、バーナ空気供給ファン２６４の回転数及び／又はダンパＤ３、Ｄ４の開度を調節する。
【００５６】
この調節によりバイオマス粉バーナ２５０は空気不足となるので、バイオマス粉バーナ２５０に供給されるバイオマス粉の一部は完全燃焼できず不完全燃焼状態、すなわち、熱分解工程が途中まで進行した状態でチップＢに向けて吹き付けられる。この熱分解工程が途中まで進行したバイオマス粉は、チップＢの表面あるいはその近傍において、可燃性ガスを放出すると共に炭化され炭となる。また、チップＢにはバイオマス粉バーナ２５０から高温の燃焼ガスと火炎Ｆ１を形成することによる輻射熱が供給されるとともに、固定火格子２１１の開口ｈを通じて燃焼空気が供給される。したがって、熱分解工程が途中まで進行した状態でチップＢに向けて吹き付けられたバイオマス粉から発生した可燃性ガスや炭は、チップＢに極めて近い位置で速やかに燃焼して熱を放出し、チップの点火を促進する。
【００５７】
チップが点火されると共にチップの燃焼が安定すると、燃焼室Ｃ内に火炎Ｆ２が形成され、燃焼室Ｃ内の温度が上昇する。燃焼炉２１０に設けられた温度計によって計測される温度計測値が所定値に達すると、燃焼制御装置はバイオマス燃焼装置２００の起動が完了したと判断し、起動モードを終了し、運転モードを通常運転モードに切り替える。
【００５８】
［通常運転モード］
続いて通常運転モードについて説明する。運転モードが通常運転モードに切り替えられると、燃焼制御装置はバイオマス粉バーナ２５０の運転を停止し、火炎Ｆ１は消失する。また、燃焼制御装置はチップ供給装置２２０の運転を開始し、所定の供給スピードで固定火格子２１１上にチップＢが供給される。チップＢは、固定火格子２１１上に供給されると、乾燥、熱分解、燃焼というプロセスを経ながら、新たに供給されるチップＢに押されて、徐々に固定火格子２１１上を移動し、固定火格子端に達するまでに燃え尽きて灰となる。また、チップ供給量に対して空気比が１．１〜１．８、好ましくは１．２〜１．６、更に好ましくは１．３〜１．４となるように、燃焼制御装置はチップ供給装置２２０、燃焼空気供給装置２４１及びダンパＤ１、Ｄ２を制御する。この制御により、固定火格子２１１に設けられた開口ｈを通じて燃焼空気が供給され、固定火格子２１１上において安定した火炎Ｆ２の形成が継続する。
【００５９】
また、運転モードが通常運転モードに切り替えられると、熱交換器２７０に燃焼ガスから熱が与えられるので、ボイラや熱風発生装置等の熱利用設備の運転を開始することが可能となる。熱交換器２７０で燃焼ガスと熱交換して得られる蒸気は、例えば蒸気タービンに供給して発電に利用することや、各種工場で乾燥、加温、加熱、滅菌、洗浄等に用いるユーティリティ蒸気として利用することが可能である。また、熱交換によって得られる温水は、例えば入浴施設での給湯やロードヒーティングの熱源として利用可能である。また、熱交換によって得られる熱風は、例えばビニルハウスや工場の暖房用途や、本実施例の前処理装置１００に供給してチップ乾燥に用いることができる。また、温水や熱風は冷凍サイクルの蒸発器加熱源として冷房用途に利用することも可能である。なお、各媒体について、上記の用途に限られないことはもちろんであり、例えば蒸気を暖房用途に用いることも可能である。
【００６０】
熱交換器２７０と熱交換した後、排ガス出口Ｅ１から排出される排ガスは排ガス処理装置３００で処理される。
【００６１】
［補助運転モード］
次に、補助運転モードについて説明する。補助運転モードでは、バイオマス粉バーナは補助バーナとして機能する。
【００６２】
通常運転モードで運転中にオペレータから補助運転モードの実行を指令された場合や、起動モード終了時に補助運転モードに切り替えるプログラムが実行されている場合、燃焼制御装置は運転モードを補助運転モードに切り替える。補助運転モードとは、バイオマス粉バーナ２５０を補助バーナとして運転し、バイオマス粉バーナ２５０から噴出される燃焼ガスの熱によって、バイオマス燃焼装置２００に要求される熱需要の一部又は全部を賄うよう各装置を制御するモードである。
【００６３】
補助運転モードでは、通常運転モードと同様にチップが火格子上に供給されると共に燃焼空気が供給され、火炎Ｆ２が形成される。これと同時に、燃焼制御装置が粉供給装置２６２、粉搬送ファン２６３、バーナ空気供給ファン２６４を駆動すると共に、ダンパＤ３、Ｄ４の開度を調節する。よってバイオマス粉バーナ２５０によって火炎Ｆ１が形成され燃焼ガスが噴出される。つまり、補助運転モードでは、チップの燃焼熱とバイオマス粉の燃焼熱が、熱交換器２７０及び熱媒体を介して外部に供給される。
【００６４】
補助運転モードでは、チップ供給装置２２０によって燃焼室Ｃに供給されるチップが完全燃焼すると共に、過剰に空気が供給されて熱効率が低下することを防止するため、供給されるチップの量に対して空気比が１．１〜１．８、好ましくは１．２〜１．６、更に好ましくは１．３〜１．４となるように、燃焼制御装置が、チップ供給装置２２０、燃焼空気供給装置２４１及び／又はダンパＤ１、Ｄ２を制御する。
【００６５】
また、バイオマス粉バーナによって形成される火炎Ｆ１を安定したものとすると共に、過剰に空気が供給されて熱効率が低下することを防止するため、燃焼制御装置は、バイオマス粉バーナ２５０に供給されるバイオマス粉の量に対して、バイオマス粉バーナ２５０に供給される一次空気と二次空気の合計の空気比が１．０〜１．５、好ましくは１．１〜１．４、より好ましくは１．２〜１．３となり、また、一次空気と二次空気の合計量に対する一次空気の割合が２０〜５０％、好ましくは３０〜４０％となるように、粉供給装置２６２、粉搬送ファン２６３、バーナ空気供給ファン２６４及び／又はダンパＤ３、Ｄ４を制御する。
【００６６】
補助運転モードでは、バイオマス燃焼装置２００は、熱利用設備における熱需要の変動に迅速に対応することが可能である。チップＢは燃焼室Ｃ内に供給されると最初に乾燥工程を経るため、チップ供給量を増やしてもすぐには燃焼室Ｃ内温度が上昇せず、むしろ急激に供給量を増やすとチップの乾燥に熱が奪われ燃焼室Ｃ内温度が低下する恐れがある。また、チップ供給量を減らしても、既に燃焼室Ｃ内に供給されているチップＢの燃焼は継続するのですぐには燃焼室Ｃ内温度は低下しない。これに対して、バイオマス粉は粒度がある一定の範囲内に収まっており、しかも流体搬送が可能であるので、供給量を正確に制御できる。すなわち、バイオマス粉バーナ２５０から出力される発熱量を正確にしかも素早く調節することが容易である。このバイオマス粉の性質を利用して、補助運転モードでは、チップ供給装置２２０を所定の速度で駆動してチップ燃焼でベースとなる出力熱量を確保すると共に、バイオマス粉バーナ２５０でのバイオマス粉の燃焼量を制御することで、バイオマス燃焼装置２００から出力される合計の出力熱量を調節し、熱需要の変動に迅速に対応することができる。
【００６７】
また、補助運転モードでは、不測の事態によってバイオマス燃焼装置２００から出力される熱量が変動することを防止できる。例えば、燃焼制御装置がチップ供給装置２２０を一定速度で運転していても、チップの含水率のばらつき、チップＢの固定火格子２１１上での滞留による燃焼量の一時的低下、及びチップ滞留の解消による燃焼量の一時的増加等に起因して、燃焼室Ｃ内温度が大きく変動し、バイオマス燃焼装置２００から出力される熱量が変動することがある。補助運転モードでは、燃焼室Ｃ内温度の変化に応じて、燃焼制御装置が粉供給装置２６２、粉搬送ファン２６３、バーナ空気供給ファン２６４及び／又はダンパＤ３、Ｄ４を制御して、バイオマス粉バーナ２５０の燃焼量を調節することによって、燃焼室Ｃ内の温度を目標温度に維持し、バイオマス燃焼装置２００から出力される熱量が変動することを未然に防止することができる。
【００６８】
また、不測の事態の一つとして、前処理装置１００等チップ供給系にトラブルが発生し、チップが供給されないことも挙げられる。補助運転モードでは、このようなトラブルが発生しても、燃焼制御装置がバイオマス粉バーナ２５０の燃焼量を調節して、バイオマス粉バーナ２５０から出力される熱量をバイオマス燃焼装置２００に要求されている熱量と等しくすることで、バイオマス粉バーナ２５０の運転のみでバイオマス燃焼装置２００の運転を継続することが可能である。バイオマス粉バーナ２５０の定格出力を、バイオマス燃焼装置２００の定格出力熱量と等しくする場合には、バイオマス粉バーナ２５０のみでバイオマス燃焼装置２００の運転を継続することが可能となる。
【００６９】
また、バイオマス粉バーナ２５０の定格出力を、バイオマス燃焼装置２００をホールド状態とすること、すなわち熱交換器２７０から熱媒体が供給される熱利用設備を一時停止又は最低出力まで低下させた上で、燃焼室Ｃ内温度や熱媒体の温度が維持される状態とすることが可能な熱量としてもよい。バイオマス粉バーナ２５０がこのような定格出力を有することによって、前処理装置１００等チップ供給系にトラブルが生じても、補助運転モードでバイオマス粉バーナ２５０を運転し、バイオマス燃焼装置２００をホールド状態として燃焼室Ｃ内温度が低下することを防止できる。よって、トラブルから復旧した際に迅速にバイオマス燃焼装置２００をトラブル発生前の負荷まで上げることができる。バイオマス粉バーナ２５０の定格出力を、バイオマス燃焼装置２００をホールド状態とすることが可能な出力とすると、バーナを比較的小型なものとしてバイオマス燃焼装置全体のコストダウンを図ることもできる。バイオマス燃焼装置２００をホールド状態とすることが可能な出力熱量は、燃焼炉２１０や、熱利用設備の熱容量や構造にもよるが、例えばバイオマス燃焼装置２００の定格出力熱量に対して１０％、３０％、又は５０％である。
【００７０】
続いて、図４を参照して、本発明の他の実施例について説明する。図４は、本発明の他の実施例にかかるバイオマス燃焼装置の断面図である。図４に示されるバイオマス燃焼装置２００は、燃焼炉２１０に燃焼空気入口Ａ３が設けられると共に、バイオマス粉バーナ２５０とは別の、第２バイオマス粉バーナ２５５が設けられている点で、図１、３に示されるバイオマス燃焼装置２００とは異なっている。なお、図４には、バイオマス燃焼装置２００が通常運転モードで運転され、バイオマス粉バーナ２５０の運転が停止されている状態が示されている。
【００７１】
排ガス出口Ｅ１近傍には、燃焼空気入口Ａ３が設けられている。燃焼空気入口Ａ３は、第２燃焼空気供給装置２４２と配管Ｌ５、ダンパＤ５を介して接続されている。第２燃焼空気供給装置２４２の回転数やダンパＤ５の開度は燃焼制御装置によって制御され、燃焼空気入口Ａ３から供給される燃焼空気の量が調節される。
【００７２】
第２バイオマス粉バーナ２５５は、燃焼炉２１０の上面に設けられ、排ガス出口Ｅ１近傍に火炎Ｆ３を形成可能とされている。この第２バイオマス粉バーナ２５５は、燃焼室Ｃで発生する燃焼ガスに同伴する未燃分を完全燃焼させるための二次燃焼バーナとして機能する。また、第２バイオマス粉バーナ２５５と熱交換器２７０とはいずれも燃焼炉２１０の上方の比較的近い位置に設けられるため、第２バイオマス粉バーナ２５５から噴出される燃焼ガスは熱交換器２７０に熱を与えることも可能である。
【００７３】
第２バイオマス粉バーナ２５５の構造はバイオマス粉バーナ２５０と同じであり、バーナ内筒２５６、バーナ外筒２５７を有する。また、バイオマス粉バーナ２５０と同様に、バーナ内筒２５６内には、第２粉ホッパ２８１から第２粉供給装置２８２によって取り出されたバイオマス粉が、ダンパＤ６を有する配管Ｌ６を介し、第２粉搬送ファン２８３によって送り出された空気に同伴して供給される。第２粉搬送ファン２８３によって送り出された空気は、第２バイオマス粉バーナ２５５の一次空気としても機能する。また、バーナ外筒２５７内には、ダンパＤ７を有する配管Ｌ７を介して第２バーナ空気供給ファン２８４から送り出される二次空気が供給される。また、第２粉供給装置２８２、各ファン２８３、２８４、及び各ダンパＤ６、Ｄ７は、燃焼制御装置によって制御され、第２バイオマス粉バーナ２５５へ供給されるバイオマス粉の量や燃焼空気の量が調節される。
【００７４】
その他の装置に関しては、図４に示されるバイオマス燃焼装置２００は図３に示されるバイオマス燃焼装置２００と同様に構成されている。
【００７５】
次に、第２バイオマス粉バーナ２５５の作動について説明する。燃焼制御装置は、安定した火炎を形成するため、第２バイオマス粉バーナ２５５に供給されるバイオマス粉の量に対して、一次空気と二次空気の合計の空気比が１．０〜１．５、好ましくは１．１〜１．４、より好ましくは１．２〜１．３とされ、一次空気と二次空気の合計量に対する一次空気の割合が２０〜５０％、好ましくは３０〜４０％となるように、第２粉供給装置２８２、各ファン２８３、２８４及びダンパＤ６、Ｄ７を制御する。また、配管Ｌ５及びダンパＤ５を介して第２燃焼空気供給装置２４２から供給される所定量の燃焼空気が、排ガスに混入されるよう燃焼空気入口Ａ３から排ガスの流れに向けて噴出される。
【００７６】
排ガス出口Ｅ１の周辺には、上記のように第２バイオマス粉バーナ２５５と燃焼空気入口Ａ３が設けられているので、燃焼室Ｃから排出される排ガス中に一酸化炭素やすす等の未燃分が同伴されても、未燃分は燃焼空気と熱が与えられて完全燃焼する。
【００７７】
また、排ガス処理装置３００が有する排ガス分析計から供給される排ガス中の一酸化炭素濃度計測値が上昇した場合に、燃焼制御装置が第２バイオマス粉バーナ２５５の燃焼量を増加させるように第２粉供給装置２８２、各ファン２８３、２８４、及び各ダンパＤ６、Ｄ７を制御すると共に、燃焼空気入口Ａ３から供給される燃焼空気量を増加させるように第２燃焼空気供給装置２４２を制御する。逆に、一酸化炭素濃度計測値が低下した場合には、第２バイオマス粉バーナ２５５の燃焼量を減少させるとともに燃焼空気入口Ａ３から供給される燃焼空気量を減少させる。燃焼制御装置が第２バイオマス粉バーナ２５５をこのように制御することによって、第２バイオマス粉バーナ２５５におけるバイオマス粉の消費量を必要最小限に抑えつつ、確実に未燃分が排出されることを防止することができる。
【００７８】
なお、第２バイオマス粉バーナ２５５は、バイオマス燃焼装置２００が起動モードで運転されている場合にも運転させることができる。起動モードでバイオマス燃焼装置２００が運転されている場合に、第２バイオマス粉バーナ２５５を運転させることにより、炉内温度が比較的低く未燃分が発生しやすい起動時においても燃焼炉２１０から未燃分が排出されることを確実に防止することができる。しかも、第２バイオマス粉バーナ２５５から噴出される燃焼ガスの熱によって、燃焼室Ｃ内や熱交換器２７０の昇温を促進することができる。また、第２バイオマス粉バーナ２５５は、バイオマス燃焼装置２００が補助運転モードで運転されている場合にも運転させることができる。補助運転モードでバイオマス燃焼装置２００が運転されている場合に第２バイオマス粉バーナ２５５を運転させることにより、通常運転モードで第２バイオマス粉バーナ２５５を運転する場合と同様に、燃焼炉２１０から未燃分が排出されることを確実に防止することができる。
【００７９】
次に、図５を参照して、本発明の他の実施例について説明する。図５は、本発明のバイオマス燃焼装置２００の他の例及びその付属装置の一例を概念的に示したフロー図である。図５に示されるバイオマス燃焼装置２００は、前処理装置１００、排ガス処理装置３００、チップの少なくとも一部を熱分解する熱分解炉４００及び有価物回収装置５００と共に用いられ、図示しない燃焼制御装置を備える。本実施例において燃焼制御装置は、前処理装置１００、バイオマス燃焼装置２００、排ガス処理装置３００、熱分解炉４００及び有価物回収装置５００が備える各機器の動作を制御する。
【００８０】
前処理装置１００は、図１に示される前処理装置１００と同様に構成される。ただし、脱水チップコンベア１０４の下流にはシュート、コンベア等からなる図示しない振り分け装置が設けられ、後述するホッパ２３０と熱分解炉用ホッパ４３０にチップを供給できるように構成されている。
【００８１】
バイオマス燃焼装置２００は、図１、３に示されるバイオマス燃焼装置２００と同様に構成される。ただし、熱交換器２７０を有していない点、後述するロータリーキルン４１０が貫通するように燃焼炉２１０が構成されている点、及び、排ガス出口Ｅ１が燃焼炉２１０の上面に設けられている点で、図５に示されるバイオマス燃焼装置２００は図１、３に示されるバイオマス燃焼装置２００と異なる。
【００８２】
排ガス処理装置３００は、図１に示される排ガス処理装置３００と同様に構成され、燃焼炉２１０の排ガス出口Ｅ１から排出される排ガスを処理する。
【００８３】
次に図６を参照して熱分解炉４００について説明する。図６は、図５に示されるバイオマス燃焼装置２００及び熱分解炉４００の断面図である。図６においてＣ１は燃焼炉２１０が有する燃焼室、Ｃ２はロータリーキルン４１０が有する熱分解室である。なお、図６には、バイオマス燃焼装置２００が補助運転モードで作動し、燃焼炉２１０の燃焼室Ｃ１内にチップが供給されず、バイオマス粉バーナ２５０のみが運転されている状態が示されている。
【００８４】
熱分解炉４００は、チップから熱分解ガス及び炭を製造するためのものであり、ロータリーキルン４１０、熱分解炉用チップ供給装置４２０、熱分解炉用ホッパ４３０、分離排出装置４４０を有する。ロータリーキルン４１０は、一端が有底で他端が開放されており、内部に熱分解室Ｃ２を有する鋼板製の円筒体である。ロータリーキルン４１０の中心軸は水平面に対して開放端側が低くなるように傾斜している。ロータリーキルン４１０は図示しない駆動装置によって中心軸周りに回転駆動される。
【００８５】
ロータリーキルン４１０は、燃焼炉２１０を貫通しており、外面の一部が燃焼炉２１０の燃焼室Ｃ１内に露出している。ロータリーキルン４１０と燃焼炉２１０との係合部には図示しないシール機構が設けられ、燃焼室Ｃ１が外気と遮断されている。
【００８６】
ロータリーキルン４１０の有底端側にはチップ供給口Ｓ３が設けられ、チップ供給口Ｓ３を介して熱分解室Ｃ２内へチップ供給可能に熱分解炉用チップ供給装置４２０が取り付けられている。熱分解炉用チップ供給装置４２０は、ケーシング４２１、スクリュー４２２、スクリューを回転駆動する電動機４２３で構成されている。電動機４２３は燃焼制御装置によって速度可変に駆動される。ケーシング４２１とロータリーキルン４１０との係合部には図示しないシール機構が設けられ、熱分解室Ｃ２が外気と遮断されている。また、熱分解炉用チップ供給装置４２０の上部には、ケーシング４２１内へチップを供給可能に熱分解炉用ホッパ４３０が取り付けられている。なお、熱分解炉用チップ供給装置４２０は上記の構成には限られず、例えば、プッシャ式等の供給装置で構成することもできる。
【００８７】
ロータリーキルン４１０の開放端側は分離排出装置４４０内に挿入され、熱分解室Ｃ２は分離排出装置４４０の内部と連通している。分離排出装置４４０は、上部に熱分解ガス出口Ｅ３を有し、下部に炭排出口Ｅ４を有する。また、分離排出装置４４０は図示しない放射温度計を有し、熱分解室Ｃ２内の温度が計測可能となっている。あるいはこれに代えて、分離排出装置４４０は熱分解室Ｃ２内の温度の指標としての分離排出装置４４０内の温度が計測可能な図示しない温度計を有し、通過する熱分解ガスの温度が計測可能となっている。これらの温度計は、計測値を温度信号として燃焼制御装置に供給する。
【００８８】
次に、図５を参照して有価物回収装置５００について説明する。有価物回収装置５００は、分離排出装置４４０の熱分解ガス出口Ｅ３と煙道で接続されるガス精製装置５１０を有する。ガス精製装置５１０は、熱分解ガスを脱湿、除塵するための装置であり、例えばシリカゲル等の吸着剤を有する吸着塔や、サイクロンやバグフィルタ等の集塵器で構成される。また、ガス精製装置５１０は、必要に応じて、酸洗浄、アルカリ洗浄するための装置、例えば湿式スクラバーを有する。
【００８９】
誘引通風機５２０はガス精製装置５１０と煙道で接続され、精製処理された熱分解ガスを吸引するファンであり、吸引したガスをガスホルダ５３０に送る。ガスホルダ５３０は、上下動可能な蓋を備えたガスタンクやゴム製バルーン等で構成される。
【００９０】
また、有価物回収装置５００は、分離排出装置４４０の炭排出口Ｅ４と配管等で外気と遮断されて接続される炭タンク５４０を有する。炭タンク５４０は外気と遮断された鋼板製のタンクであり、必要に応じて、内部の炭が発火することを防止するために、炭を冷却する冷却機構や窒素ガス等の不活性ガスをタンク内部に供給する不活性ガス供給装置を備える。
【００９１】
続いて、図５、６を参照してバイオマス燃焼装置２００、熱分解炉４００の作動について説明する。バイオマス燃焼装置２００は、図１、３に示されるバイオマス燃焼装置２００と同様に、起動モードで起動し、通常運転モードや補助運転モードに移行することができる。
【００９２】
バイオマス燃焼装置２００の運転により、熱分解室Ｃ２の内部温度がチップを熱分解できる程度、例えば、炉内温度が３００℃以上、好ましくは５００℃以上となったことが、分離排出装置４４０が有する温度計によって計測されると、燃焼制御装置はロータリーキルン４１０の回転駆動を開始すると共に、熱分解炉用チップ供給装置４２０の運転を開始し、熱分解されるチップＢを熱分解室Ｃ２内部へ供給する。
【００９３】
熱分解室Ｃ２内へ供給されたチップＢは、バイオマス粉バーナ２５０から噴出される燃焼ガスの熱によって、ロータリーキルン４１０を通じて間接的に加熱される。熱分解室Ｃ２内は空気不足状態であるので、加熱されたチップＢは燃焼せず、熱分解され、一酸化炭素や水素等を含む可燃性の熱分解ガスと炭になる。ロータリーキルン４１０は回転軸が水平面に対して傾斜しているので、回転駆動されながら、熱分解室Ｃ２内のチップＢを徐々に下流側に移動させる。チップＢは、下流側に移動させられながら加熱され、ロータリーキルン４１０の開放端に達するまでに熱分解反応を完了させる。
【００９４】
熱分解室Ｃ２内で生成した熱分解ガスは、誘引通風機５２０の作用によって分離排出装置４４０に流入し、熱分解ガス出口Ｅ３を経由してガス精製装置５１０へ供給される。また、熱分解室Ｃ２内で生成した炭は、分離排出装置４４０に流入し、炭排出口Ｅ４を経由して炭タンク５４０に向けて落下する。
【００９５】
得られる可燃性ガスは、例えば、発電用ガスエンジンや発電用ガスタービンの燃料として利用することが可能である。また、水素ガスやメタノールなどの原料として利用することが可能である。
【００９６】
また、得られる炭は建材、水質浄化材、消臭剤等様々な用途に利用することが可能である。また、燃料として利用することも可能であり、粉ホッパ２６１に供給してバイオマス粉バーナ２５０の燃料であるバイオマス粉に混ぜて使用することも可能である。
【００９７】
前述のとおり、図６には、バイオマス燃焼装置２００が、燃焼室Ｃ１内にチップＢが供給されない補助運転モードで運転されている状態が示されている。このようにバイオマス燃焼装置２００を運転することにより、チップＢは燃焼室Ｃ１に供給されず、チップＢの全量が熱分解室Ｃ２に供給されるので、大量の熱分解ガス及び炭を製造することが可能である。バイオマス粉の在庫量が低下した場合や、ランニングコストを低減させる必要がある場合には、バイオマス粉バーナでのバイオマス粉燃焼量を低下させ、その低下した分の熱量を補うように燃焼室Ｃ１内でチップＢの一部を燃焼させることができる。さらにランニングコストを低減させるために、バイオマス燃焼装置２００が通常運転モード、すなわちバイオマス粉バーナ２５０の運転が停止され、チップＢのみを燃焼している状態で運転されてもよいことはもちろんである。
【００９８】
本例では、熱分解室Ｃ２内にチップのみを供給しているが、チップと共にあるいは単独でバイオマス粉を供給することも可能である。バイオマス粉は含水率が小さく、しかも表面積が大きいので、熱分解室Ｃ２内に供給されると速やかに熱分解される。よって、熱分解室内にバイオマス粉を供給することにより効率よく可燃性ガスと炭を製造することができる。
【００９９】
本発明のバイオマス燃焼装置の実施形態として、熱交換器や熱分解炉を有する燃焼炉について説明してきたが、次のような実施形態も可能である。すなわち、炉内で化石燃料を燃焼させてその燃焼熱でセメント原料の仮焼又は焼成を行うセメント焼成装置の仮焼炉又は焼成炉（ロータリーキルン）に、チップ供給装置、燃焼空気供給装置及びバイオマス粉バーナを設けることで、セメント焼成装置が、仮焼炉又は焼成炉を燃焼炉とする本発明のバイオマス燃焼装置を具備するように構成される。このようにセメント焼成装置を構成することにより、バイオマス粉バーナを運転して仮焼炉及び／又は焼成炉内にバイオマス粉の燃焼による燃焼ガスを噴出させると共に、これらの炉内にチップと燃焼空気を供給してチップを燃焼させることで、バイオマス燃料のみを燃料として用いて、セメント原料の仮焼及び／又は焼成を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は、化石燃料と異なり安定した価格で消費地の近くで入手可能な木質バイオマス燃料を有効に利用することが可能で、カーボンニュートラルなバイオマス燃料のみを使用して運転が可能な燃焼装置を提供するものであり、優れた産業上の利用可能性を有するものである。また、本発明は化石燃料の燃焼に伴う二酸化炭素排出量の削減が要求される各種燃焼設備に適用することができるので、優れた産業上の利用可能性を有するものである。
【符号の説明】
【０１０１】
１００          前処理装置
１３０          脱水機
１３１          筐体
１３３          上側ローラ
１３４          下側ローラ
２００          バイオマス燃焼装置
２１０          燃焼炉
２２０          チップ供給装置
２４１          燃焼空気供給装置
２５０          バイオマス粉バーナ
２５５          第２バイオマス粉バーナ
２７０          熱交換器
３００          排ガス処理装置
４００          熱分解炉
５００          有価物回収装置
Ｃ、Ｃ１        燃焼室
Ｃ２            熱分解室
Ｂ              木質バイオマスチップ
【図１】
2016099023.tif 000003
【図２】
2016099023.tif 000004
【図３】
2016099023.tif 000005
【図４】
2016099023.tif 000006
【図５】
2016099023.tif 000007
【図６】
2016099023.tif 000008