(57)【要約】【課題】多様なバイオマス燃料を対象とした発電システムにおいて、燃焼効率の安定化や向上を図るためのバイオマス燃料の混焼方法、及びバイオマス燃料の混焼システムを提供する。【解決手段】バイオマス発電施設のボイラ５８に供給するバイオマス燃料の混焼方法であって、前記バイオマス発電施設の目標発電量の対応する前記ボイラ５８によって発生させる蒸気量を算出し、これに必要な前記ボイラ５８での燃焼エネルギーに対応する前記バイオマス燃料の燃料投入量を算出し、前記バイオマス燃料を、燃焼状態に影響する物理量が異なる複数の分別燃料（燃料１８Ａ〜１８Ｄ，燃料４２Ａ〜４２Ｄ）により形成するものとし、各分別燃料の混合割合を各分別燃料の前記物理量の経時変化の情報を包含する管理情報に基づいて算出し、前記混合割合に基づいて前記分別燃料を混合させることにより形成することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマス発電施設のボイラに供給するバイオマス燃料の混焼方法であって、
前記バイオマス発電施設の目標発電量の対応する前記ボイラによって発生させる蒸気量を算出し、これに必要な前記ボイラでの燃焼エネルギーに対応する前記バイオマス燃料の燃料投入量を算出し、
前記バイオマス燃料を、燃焼状態に影響する物理量が異なる複数の分別燃料により形成するものとし、各分別燃料の混合割合を各分別燃料の前記物理量の経時変化の情報を包含する管理情報に基づいて算出し、前記混合割合に基づいて前記分別燃料を混合させることにより形成することを特徴とするバイオマス燃料の混焼方法。
【請求項２】
前記管理情報は、各分別燃料の貯蔵量の情報、調達計画時期の情報、及びコストの情報を包含し、これらの情報により各分別燃料の燃料投入量の調整を行うことを特徴とする請求項１に記載のバイオマス燃料の混焼方法。
【請求項３】
前記バイオマス発電施設の発電量が目標発電量よりも低くなったときに、前記バイオマス燃料において、燃焼効率が高い順側の前記分別燃料の混合割合を高くし、
前記バイオマス発電施設の発電量が目標発電量よりも高くなったときに、前記バイオマス燃料において、燃焼効率が低い順側の前記分別燃料の混合割合を高くすることを特徴とする請求項１または２に記載のバイオマス燃料の混焼方法。
【請求項４】
前記分別燃料を、前記ボイラに供給する前に攪拌して混合することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のバイオマス燃料の混焼方法。
【請求項５】
前記分別燃料は、前記物理量が異なるもの、または前記分別燃料の種類ごとに分けて貯蔵することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のバイオマス燃料の混焼方法。
【請求項６】
前記物理量は、少なくとも前記分別燃料の粒子径、かさ密度、発熱量、含水率を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のバイオマス燃料の混焼方法。
【請求項７】
前記分別燃料のうち、吸水性が高い順側の分別燃料を屋内に配置し、吸水性が低い順側の分別燃料を屋外に配置することを特徴とする請求項５または６に記載のバイオマス燃料の混焼方法。
【請求項８】
バイオマス発電施設のボイラに供給するバイオマス燃料の混焼システムであって、
前記ボイラに前記バイオマス燃料を搬送する搬送手段と、
前記バイオマス燃料が、燃焼状態に影響する物理量に応じて分別され、前記搬送手段の搬送方向に沿って並べて配置された複数の分別燃料と、
各分別燃料を前記搬送機構に供給する供給手段と、
前記バイオマス発電施設の目標発電量に対応する前記ボイラによって発生させる蒸気量を算出し、これに必要な前記ボイラでの燃焼エネルギーに対応する前記バイオマス燃料の燃料投入量を算出し、各分別燃料の混合割合を各分別燃料の前記物理量の経時変化の情報を包含する管理情報に基づいて算出し、前記混合割合に基づいて前記供給手段の供給速度を制御する制御手段と、を有することを特徴とするバイオマス燃料の混焼システム。
【請求項９】
前記管理情報は、各分別燃料の貯蔵量の情報、調達計画時期の情報、及びコストの情報を包含し、
前記制御手段は、前記貯蔵量の情報、前記調達計画時期の情報、及び前記コストの情報より各分別燃料の燃料投入量の調整を行うことを特徴とする請求項８に記載のバイオマス燃料の混焼システム。
【請求項１０】
前記制御手段は、
前記バイオマス発電施設の発電量が目標発電量よりも低くなったときに、前記供給手段のうち、燃焼効率が高い順側の前記分別燃料を供給する供給手段の供給速度を高くし、
前記バイオマス発電施設の発電量が目標発電量よりも高くなったときに、前記供給手段のうち、燃焼効率が低い順側の前記分別燃料を供給する供給手段の供給速度を高くする制御を行うことを特徴とする請求項８または９に記載のバイオマス燃料の混焼システム。
【請求項１１】
前記搬送機構による搬送経路中には、前記分別燃料を攪拌する攪拌機構が介装されていることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載のバイオマス燃料の混焼システム。
【請求項１２】
前記物理量は、少なくとも前記分別燃料の粒子径、かさ密度、発熱量、含水率を含むことを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載のバイオマス燃料の混焼システム。
【請求項１３】
前記分別燃料のうち、吸水性が高い順側の分別燃料は屋内に貯蔵され、吸水性が低い順側の分別燃料は、屋外に貯蔵されていることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載のバイオマス燃料の混焼システム。
【請求項１４】
前記屋外に貯蔵された前記分別燃料の貯蔵エリアには、降雨または降雪による水を前記貯蔵エリアから除去可能な床構造物が設けられていることを特徴とする請求項１３に記載のバイオマス燃料の混焼システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマス発電プラントにおける燃料の混焼方法に係り、特に効率的で安定的なボイラ燃焼状態を確保するため、複数のバイオマス燃料を対象にした混焼方法、及び混焼システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
再生可能エネルギーの活用は、昨今のエネルギー事情および社会的な要請からその重要性は増加している。自然エネルギーに対する固定価格買取制度などの政策が後押ししているが、燃料コストの増加傾向による事業収支の影響から発電効率向上の要求は高い。
【０００３】
一方、これまでのバイオマス発電プラントでは、単一燃料、２種の混合燃料、あるいはそれらと石炭の混焼による発電が主に採用されている。特許文献１は、発電効率向上に関わるプラントの運転方法に関して、バイオマス粉砕手段と節炭器より下流側のボイラ燃焼排ガスを使用したバイオマス加熱手段を備え、ボイラの発電効率を高くする技術を開示している。また、特許文献２は、粉砕後のバイオマス燃料の搬送経路中に粒子径を選別する粉粒体分離装置を備え、ボイラへ供給する燃料の粒度を調整することで、燃焼させやすくする技術を開示している。
【０００４】
特許文献３は、樹皮材を燃焼させ蒸気タービンを回して発電するシステムにおいて、蒸気流量を一定に保つために蒸気量が減少すると、粉末木炭を助燃材として供給する運転方法を開示している。特許文献４は、木炭と石炭の混合燃焼システムにおいて、石炭の酸化熱によって木炭を乾燥させ、燃焼効率の低下を防止するとともに、石炭の温度上昇を抑制して安全に管理する方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−３７８９６号公報
【特許文献２】特開２０１４−３７８９７号公報
【特許文献３】特開２００３−３２９２０３号公報
【特許文献４】特開２００８−１８０３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年では、バイオマス燃料コストが増加傾向にあり、低コストで燃料を確保する要求が高い。このため、多様な燃料を調達し、その燃料形態に応じて適切に保管、燃焼させる技術が必要であった。また前述の特許文献には、単一或いは少数の燃料に対する燃焼効率向上の方法が開示されているが、多種の燃料に対するその適切な保管方法、運転方法については開示していない。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、燃料調達コストの低減に寄与する多様なバイオマス燃料を対象とした発電システムにおいて、燃焼効率の安定化や向上を図るためのバイオマス燃料の混焼方法、及びバイオマス燃料の混焼システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係るバイオマス燃料の混焼方法は、第１には、バイオマス発電施設のボイラに供給するバイオマス燃料の混焼方法であって、前記バイオマス発電施設の目標発電量の対応する前記ボイラによって発生させる蒸気量を算出し、これに必要な前記ボイラでの燃焼エネルギーに対応する前記バイオマス燃料の燃料投入量を算出し、前記バイオマス燃料を、燃焼状態に影響する物理量が異なる複数の分別燃料により形成するものとし、各分別燃料の混合割合を各分別燃料の前記物理量の経時変化の情報を包含する管理情報に基づいて算出し、前記混合割合に基づいて前記分別燃料を混合させることにより形成することを特徴とする。
上記方法により、燃焼に係る物理量及びその経時変化が異なる様々なバイオマス燃料であっても安定的に電力を生成することが可能となる。
【０００９】
第２には、前記管理情報は、各分別燃料の貯蔵量の情報、調達計画時期の情報、及びコストの情報を包含し、これらの情報により各分別燃料の燃料投入量の調整を行うことを特徴とする。
上記方法により、バイオマス発電施設における発電コスト及び収益率を最適化することができる。
【００１０】
第３には、前記バイオマス発電施設の発電量が目標発電量よりも低くなったときに、前記バイオマス燃料において、燃焼効率が高い順側の前記分別燃料の混合割合を高くし、前記バイオマス発電施設の発電量が目標発電量よりも高くなったときに、前記バイオマス燃料において、燃焼効率が低い順側の前記分別燃料の混合割合を高くすることを特徴とする。
上記方法により、発電量を一定の変動幅に抑えることができるので、各バイオマス燃料の発熱量にムラがあったしても発電量を安定化させることができる。
【００１１】
第４には、前記分別燃料を、前記ボイラに供給する前に攪拌して混合することを特徴とする。
上記方法により、ボイラにおける燃焼ムラを抑制してボイラで発生させる蒸気量、すなわち発電量を安定化させることができる。
【００１２】
第５には、前記分別燃料は、前記物理量が異なるもの、または前記分別燃料の種類ごとに分けて貯蔵することを特徴とする。
上記方法により、分別燃料の管理を容易に行うことができる。
【００１３】
第６には、前記物理量は、少なくとも前記分別燃料の粒子径、かさ密度、発熱量、含水率を含むことを特徴とする。
上記方法により、各分別燃料の燃焼効率が安定するので、混合されたバイオマス燃料の燃焼効率を容易に調整することができる。
【００１４】
第７には、前記分別燃料のうち、吸水性が高い順側の分別燃料を屋内に配置し、吸水性が低い順側の分別燃料を屋外に配置することを特徴とする。
上記方法により、分別燃料の保管用の建屋は、吸水性が高い順側の分別燃料用に構築すればよいのでコストを抑制することができる。
【００１５】
一方、本発明に係るバイオマス燃料の混焼システムは、第１には、バイオマス発電施設のボイラに供給するバイオマス燃料の混焼システムであって、前記ボイラに前記バイオマス燃料を搬送する搬送手段と、前記バイオマス燃料が、燃焼状態に影響する物理量に応じて分別され、前記搬送手段の搬送方向に沿って並べて配置された複数の分別燃料と、各分別燃料を前記搬送機構に供給する供給手段と、前記バイオマス発電施設の目標発電量に対応する前記ボイラによって発生させる蒸気量を算出し、これに必要な前記ボイラでの燃焼エネルギーに対応する前記バイオマス燃料の燃料投入量を算出し、各分別燃料の混合割合を各分別燃料の前記物理量の経時変化の情報を包含する管理情報に基づいて算出し、前記混合割合に基づいて前記供給手段の供給速度を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
上記構成により、燃焼に係る物理量及びその経時変化が異なる様々なバイオマス燃料であっても安定的に電力を生成することが可能なバイオマス燃料の混焼システムとなる。
【００１６】
第２には、前記管理情報は、各分別燃料の貯蔵量の情報、調達計画時期の情報、及びコストの情報を包含し、前記制御手段は、前記貯蔵量の情報、前記調達計画時期の情報、及び前記コストの情報より各分別燃料の燃料投入量の調整を行うことを特徴とする。
上記方法により、バイオマス発電施設における発電コスト及び収益率を最適化することができる。
【００１７】
第３には、前記制御手段は、前記バイオマス発電施設の発電量が目標発電量よりも低くなったときに、前記供給手段のうち、燃焼効率が高い順側の前記分別燃料を供給する供給手段の供給速度を高くし、前記バイオマス発電施設の発電量が目標発電量よりも高くなったときに、前記供給手段のうち、燃焼効率が低い順側の前記分別燃料を供給する供給手段の供給速度を高くする制御を行うことを特徴とする。
上記構成により、発電量を一定の変動幅に抑えることができるので、各バイオマス燃料の発熱量にムラがあったしても発電量を安定化させることができる。
【００１８】
第４には、前記搬送機構による搬送経路中には、前記分別燃料を攪拌する攪拌機構が介装されていることを特徴とする。
上記構成により、ボイラにおける燃焼ムラを抑制してボイラの出力を安定化させることができる。
【００１９】
第５には、前記物理量は、少なくとも前記分別燃料の粒子径、かさ密度、発熱量、含水率を含むことを特徴とする。
上記構成により、各分別燃料の燃焼効率が安定するので、混合されたバイオマス燃料の燃焼効率を容易に調整することができる。
【００２０】
第６には、前記分別燃料のうち、吸水性が高い順側の分別燃料は屋内に配置され、吸水性が低い順側の分別燃料は、屋外に配置されていることを特徴とする。
上記構成により、分別燃料の保管用の建屋は、吸水性が高い順側の分別燃料に対してのみ構築すればよいので建設コストを抑制することができる。
【００２１】
第７には、前記屋外に貯蔵された前記分別燃料の貯蔵エリアには、降雨または降雪による水を前記貯蔵エリアから除去可能な床構造物が設けられていることを特徴とする。
上記構成により、屋外に貯蔵された分別燃料と水の分離及び乾燥を促進させ、当該分別燃料の燃焼効率の低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係るバイオマス燃料の混焼方法、及び混焼システムによれば、燃焼に係る物理量及びその経時変化が異なる様々なバイオマス燃料であっても安定的に電力を生成することが可能となる。特に、管理情報として、各分別燃料の貯蔵量の情報、調達計画時期の情報、及びコストの情報がある場合には、これらの情報により各分別燃料の燃料投入量の調整を行うことが可能となる。これにより、バイオマス発電施設における発電コスト及び収益率を最適化することができる。また、発電量を一定の変動幅に抑えることができるので、バイオマス燃料の発熱量にムラがあったしても発電量を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態のバイオマス燃料の混焼システムの制御フロー（初期燃焼基本フロー）を示す図である。
【図２】本実施形態のバイオマス燃料の混焼システムの制御フロー（連続燃焼時制御フロー）を示す図である。
【図３】本実施形態のバイオマス燃料の混焼システムの模式図（その１）である。
【図４】本実施形態のバイオマス燃料の混焼システムの模式図（その２）である。
【図５】本実施形態のバイオマス燃料の混焼システムの模式図（その３）である。
【図６】本実施形態のバイオマス燃料の混焼システムを構成する床構造物の模式図（その１）である。
【図７】本実施形態のバイオマス燃料の混焼システムを構成する床構造物の模式図（その２）である。
【図８】本実施形態のバイオマス燃料の混焼システムの燃料管理データベース（特性情報）の例を示す図である。
【図９】本実施形態のバイオマス燃料の混焼システムの燃料管理データベース（管理情報）の例を示す図である。
【図１０】本実施形態のバイオマス燃料の混焼システムの燃料投入計画の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００２５】
図３〜図５に、本実施形態のバイオマス燃料の混焼システムの模式図を示す。図６、図７に、本実施形態のバイオマス燃料の混焼システムを構成する床構造物の模式図を示す。なお、図３〜図７は、直交座標系（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）による斜視図となっている。
【００２６】
本実施形態に係る混焼システム１０は、バイオマス発電設備を構成するものであり、屋外貯蔵ヤード１２と、屋内貯蔵ヤード３４と、燃焼発電エリア５２の３つの領域を有している。そして、屋外貯蔵ヤード１２、屋内貯蔵ヤード３４、燃焼発電エリア５２が搬送手段（ベルトコンベア６０、急傾斜ベルトコンベア５６）等により接続されている。
【００２７】
詳細は後述するが、本実施形態の混焼システム１０が行う混焼方法は（図１参照）、バイオマス発電施設のボイラ５８に供給するバイオマス燃料の混焼方法であって、前記バイオマス発電施設の目標発電量（Ｖ０）の対応する前記ボイラ５８によって発生させる蒸気量（Ｑｖ）を算出し、これに必要な前記ボイラ５８での燃焼エネルギー（Ｅｂ）に対応する前記バイオマス燃料の燃料投入量（Ｑｆ）を算出するものである。
【００２８】
そして、前記バイオマス燃料を、燃焼状態に影響する物理量（図８参照）が異なる複数の分別燃料（後述の燃料１８Ａ〜１８Ｄ、燃料４２Ａ〜４２Ｄ）により形成するものとし、各分別燃料の混合割合を各分別燃料の前記物理量の経時変化の情報を包含する管理情報（図９参照）に基づいて算出し、前記混合割合（Ｑｆ＝Ｑｆａ＋Ｑｆｂ＋Ｑｆｃ＋Ｑｆｄ）に基づいて前記分別燃料を混合させることにより形成することを特徴としている。
【００２９】
本実施形態の混焼システム１０においては、屋外貯蔵ヤード１２及び屋内貯蔵ヤード３４においてその燃焼条件（物理量）が異なるもの、またはバイオマス燃料の種類ごとに分別して貯蔵したバイオマス燃料（分別燃料、以下単に燃料と称す）を一定の割合で搬送手段における搬送途中で混合しつつボイラ５８に搬送している。
【００３０】
図３に示すように、屋外貯蔵ヤード１２は、本実施形態の混焼システム１０で用いる燃料のうち吸水率の小さい順側、すなわち降雨や降雪を受けても燃焼効率の変化が小さい燃料を配置するヤードである。吸水率が小さい燃料とは、例えば油分が多いもの、樹皮で覆われた木材、建築廃材等が挙げられる。屋外貯蔵ヤード１２は、フェンス１４で囲まれた領域であり、その中央にベルトコンベア６０が配置されている。また、ベルトコンベア６０の一方の側面に沿って貯蔵エリア１６Ａ、貯蔵エリア１６Ｂが設けられ、他方の側面に沿って貯蔵エリア１６Ｃ、貯蔵エリア１６Ｄが設けられている。
【００３１】
貯蔵エリア１６Ａには粒径が小さいココナッツ殻等の燃料１８Ａが貯蔵され、貯蔵エリア１６Ｂには椰子殻等の燃料１８Ｂが貯蔵される。貯蔵エリア１６Ａと貯蔵エリア１６Ｂの間には、スクリューコンベア２０が配置されている。スクリューコンベア２０は地面に形成した溝２０ａに形成され、溝２０ａの開口部が鉄格子２０ｂに覆われたものである。このスクリューコンベア２０の燃料投入口２０ｃから燃料１８Ａ，燃料１８Ｂがホイールローダ２４（ショベル）等により供給される。スクリューコンベア２０の搬送方向の終端部にはベルトコンベア６０に燃料を供給するシュート２２が設けられ、スクリューコンベア２０により搬送された燃料１８Ａ、燃料１８Ｂはシュート２２を介してベルトコンベア６０に供給される。
【００３２】
貯蔵エリア１６Ｃには、建築廃材等であって長尺な燃料１８Ｃが保管され、貯蔵エリア１６Ｄには建築廃材等であって短尺な燃料１８Ｄが保管される。貯蔵エリア１６Ｃと貯蔵エリア１６Ｄの間には、破砕機２６ａを備えたベルトコンベア２６が配置されている。破砕機２６ａには燃料１８Ｃ、燃料１８Ｄがホイールローダ２４等により投入され、破砕機２６ａにより破砕された燃料がシュート２２を介してベルトコンベア６０に供給される。またベルトコンベア２６には重量センサ２６ｂが取り付けられ、ベルトコンベア２６上の破砕後の燃料の重量が一定値を超えた場合に、警告等を発生して作業者に燃料の投入を中止させてベルトコンベア２６への負担を軽減することができる。また、重量に応じてベルトコンベア２６の速度を調整し、燃焼エネルギーを可変とするための燃料投入量を調整することができる。なお、各燃料は、トラック２８等により外部から搬入される。また、各貯蔵エリアには後述のように床構造物３０，３２（図６、図７）が配置されている。
【００３３】
図６に示すように、屋外貯蔵ヤード１２の貯蔵エリア１６Ａ，１６Ｂには、床構造物３０が設けられ、この上に燃料が配置される。図６は、粒径の小さな燃料（燃料１８Ａ，１８Ｂ）を配置するのに好適な床構造物３０を示している。床構造物３０は、一対の平行な排水路３０ａを側面とし、２つの排水路３０ａの間となる位置において排水路３０ａの長手方向に沿った山形の稜線を形成する２つの傾斜面３０ｂを有し（傾斜角θ１）、その傾斜面３０ｂが排水路３０ａの長手方向に沿って山折り谷折りを繰り返した態様の傾斜面（傾斜角θ２）が連続した形状を有している。この床構造物３０に燃料を配置した場合、例え降雨や降雪があったとしてもその水分は谷折りの部分を伝って排水路３０ａに導かれるので（図６中の矢印参照）、燃料の周囲にある水分の残存量を低減し、燃料の含水率の増加を低減することができる。
【００３４】
図７は、貯蔵エリア１６Ｃ，１６Ｄにおいて、粒径の大きな燃料（燃料１８Ｃ，１８Ｄ）を配置するのに好適な床構造物３２を示している。図７に示す床構造物３２は、矩形のフレーム３２ａの内側にメッシュ型の水切り床３２ｃを形成したものであり、燃料は水切り床３２ｃの上部に配置され、水は水切り床３２ｃを通過して床構造物３２の床面３２ｅに到達し、フレーム３２ａの下部にある排出孔３２ｂから排水路３２ｄに流れるようになっている。燃料は、水切り床３２ｃの水切り孔よりも大きな寸法を有するものとする。また、床構造物３２の床面３２ｅは、排水路３２ｄに水が届きやすくするため、床面３２ｅを、その中央部から周縁に向かうにつれて低くなるような傾斜面とすればよい。いずれの構成であっても燃料から降雨や降雪に伴う含水率の上昇を低減して燃焼効率の低下を抑制することができる。
【００３５】
図４に示すように、屋内貯蔵ヤード３４は、ベルトコンベア６０が貫通する建屋３６で覆われている。建屋３６内部において、ベルトコンベア６０の一方の側面に沿って傾斜ピット３８Ａ、傾斜ピット３８Ｂが設けられ、他方の側面に沿って矩形ピット４０Ｃ、矩形ピット４０Ｄが設けられている。傾斜ピット３８Ａ及び傾斜ピット３８Ｂは、その床面がベルトコンベア６０から離れるにしたがって低くなるスロープとなっている。傾斜ピット３８Ａには、屋内貯蔵ヤード３４に貯蔵される燃料のうち、総合発熱量の高い順側となる木材チップ等の燃料４２Ａが貯蔵され、傾斜ピット３８Ｂには、屋内貯蔵３４ヤードに貯蔵される燃料のうち、燃焼速度が高い順側の籾等の燃料４２Ｂが貯蔵される。
【００３６】
傾斜ピット３８Ａにはスクリューコンベア４４Ａが配置され、傾斜ピット３８Ｂにはスクリューコンベア４４Ｂが配置されている。スクリューコンベア４４Ａは、傾斜ピット３８Ａに貯蔵された燃料４２Ａをスクリュー回転によりベルトコンベア６０側に搬送し、シュート２２を介してベルトコンベア６０に供給するものである。同様に、スクリューコンベア４４Ｂは、傾斜ピット３８Ｂに貯蔵された燃料４２Ｂをスクリュー回転によりベルトコンベア６０側に搬送し、シュート２２を介してベルトコンベア６０に供給するものである。なお、スクリューコンベア４４Ａ，４４Ｂは、その回転速度を調整することにより、燃料の供給速度を調整することができる。
【００３７】
矩形ピット４０Ｃ，４０Ｄには、間伐材等の燃料４２Ｃ、燃料４２Ｄが貯蔵される。また矩形ピット４０Ｃと矩形ピット４０Ｄとの間には破砕機４６ａを有するベルトコンベア４６が配置されている。破砕機４６ａは燃料４２Ｃ及び燃料４２Ｄが投入されるとそれらを破砕し、破砕後の燃料をベルトコンベア４６に供給する。そしてベルトコンベア４６が破砕後の燃料を搬送してシュート２２を介してベルトコンベア６０に供給する。
【００３８】
なお、建屋３６には燃料を搬入するトラック２８が出入り可能となっており、トラック２８が傾斜ピット３８Ａ，３８Ｂに燃料４２Ａ，４２Ｂを搬入するためのエリアが用意されている。また後述の天井クレーン４８が燃料４２Ｃ，４２Ｄをトラック２８から搬出するための待機エリア５０も用意されている。
【００３９】
建屋３６内において、待機エリア５０、矩形ピット４０Ｃ、ベルトコンベア４６、矩形ピット４０Ｄはその順番で一列にＹ軸方向（水平方向）に並んでいるが、これらの上方にはこれらを跨ぐように天井クレーン４８が配置されている。天井クレーン４８は、Ｙ軸方向に沿って建屋３６内上部に配置された一対のレール４８ａと、レール４８ａを跨ぐように配置され、レール４８ａの長手方向に沿って走行する本体４８ｂと、本体４８ｂに取り付けられ、Ｘ軸方向（水平方向）に移動する移動部４８ｃと、移動部４８ｃに取り付けられるとともにＺ軸方向（鉛直方向）に移動可能とされ、燃料４２Ｃ，４２Ｄを把持する把持機構４８ｄと、を有する。
【００４０】
天井クレーン４８は、本体４８ｂ、移動部４８ｃ、把持機構４８ｄを動作させることにより、待機エリア５０に待機しているトラック２８（不図示）から燃料４２Ｃ（燃料４２Ｄ）を取り出して、矩形ピット４０Ｃ（矩形ピット４０Ｄ）に燃料４２Ｃ（燃料４２Ｄ）を搬送・供給することができる。また天井クレーン４８は、矩形ピット４０Ｃ（矩形ピット４０Ｄ）から燃料４２Ｃ（燃料４２Ｄ）を取り出し、破砕機４６ａに搬送・投入することができる。なお、ベルトコンベア４６には前述同様に重量センサ４６ｂが設けられ、ベルトコンベア４６上の破砕後の燃料の重量が一定値を超えた場合に、天井クレーン４８が破砕機４６ａに燃料４２Ｃ，４２Ｄを投入する動作を一時的に中止させてベルトコンベア４６への負担を軽減することができる。また、重量に応じてベルトコンベア４６の速度を調整し、燃焼エネルギーを可変とするための燃料投入量を調整することができる。
【００４１】
同様に、ベルトコンベア６０には重量センサ６０ａが設けられ、ベルトコンベア６０上の燃料の重量が一定値を超えた場合に、スクリューコンベア２０、ベルトコンベア２６、スクリューコンベア４４Ａ、スクリューコンベア４４Ｂ、ベルトコンベア４６、天井クレーン４８の動作を一時的に中止させて（作業者には警告音を発して中止させ）ベルトコンベア６０への負担を軽減することができる。
【００４２】
図５に示すように、燃焼発電エリア５２は、ホッパ５４、急傾斜ベルトコンベア５６、ボイラ５８等から構成される。ホッパ５４は、ベルトコンベア６０から供給された燃料（燃料１８Ａ〜１８Ｄ、燃料４２Ａ〜４２Ｄ）を受ける容器であり、その下部（開口部）にスクリュー式の撹拌機５４ａが取り付けられている。よって、ホッパ５４に導入された燃料は撹拌機５４ａにより撹拌され、あるいは破砕機２６ａ，４６ａによる破砕が不十分であった燃料が破砕され、ムラの少ない混合燃料となって、急傾斜ベルトコンベア５６に供給される。
【００４３】
急傾斜ベルトコンベア５６は、混合燃料をボイラ５８に搬送するものである。急傾斜ベルトコンベア５６は、ホッパ５４の真下に対向する位置ではその搬送経路はほぼ水平であるが、その途中から搬送経路が上方に傾斜して、ボイラ５８に付属する受けホッパ５８ａに混合燃料を供給することができる。急傾斜ベルトコンベア５６の傾斜部分は支柱５６ａにより支持され、またフード５６ｂにより覆われている。急傾斜ベルトコンベア５６の搬送ベルト５６ｃには、その周回方向において一定の間隔で桟５６ｄが設けられ、また搬送ベルト５６ｃの側面にはヒレ５６ｅが設けられている。よって、搬送経路の傾斜領域において混合燃料は下方向から桟５６ｄで支持され、側面方向からヒレ５６ｅで支持され、混合燃料が搬送ベルト５６ｃから漏れることを防止している。また、傾斜部分において、搬送ベルト５６ｃから混合燃料が漏れる場合があってもフード５６ｂにより混合燃料が周囲に散らかることを防止している。
【００４４】
ボイラ５８は、例えばストーカ型、流動床型のボイラであり、混合燃料を燃焼してボイラ５８内を流通する蒸気配管５８ｃを加熱して蒸気配管５８ｃ中に蒸気を発生させ、タービン（不図示）に高熱・高圧の蒸気を供給するものである。ボイラ５８には前述の受けホッパ５８ａが取り付けられ、受けホッパ５８ａの下部（開口部）配置されたロータリーバルブ５８ｂを回転させることにより、一定量の混合燃料がボイラ５８内に投入される。
【００４５】
制御手段（不図示）は、例えばＰＣ（パーソナルコンピュータ）にインストールされたアプリケーションであり、ＰＣのインターフェースを介して、ベルトコンベア６０（重量センサ６０ａ）、スクリューコンベア２０、ベルトコンベア２６（重量センサ２６ｂ）、スクリューコンベア４４Ａ、スクリューコンベア４４Ｂ、ベルトコンベア４６（重量計４６ｂ）、天井クレーン４８に接続されている。さらに制御手段は、インターフェースを介して、ボイラ５８の温度計、圧力計、流量計、タービン（不図示）の電力計に接続されている。
【００４６】
またＰＣには、各燃料の搬入時の状態における燃料の燃焼に関する物理量（燃焼に関する物性も含まれる）、その物理量により算出される総合発熱量及び燃焼速度等を網羅した特性情報（図８参照）がデータベースとして格納されている。また、データベースにおいては、前述の特性情報に関連つけられる形で、各燃料の貯蔵位置、各燃料の保管履歴と、その保管履歴に基づく物理量や発熱量の経時変化、さらに調達時期の情報、貯蔵量、価格等を網羅した管理情報（図９参照）が格納されている。
【００４７】
図１に、本実施形態のバイオマス燃料の混焼システムの制御フロー（初期燃焼基本フロー）を示し、図２に、本実施形態のバイオマス燃料の混焼システムの制御フロー（連続燃焼時制御フロー）を示す。本実施形態の混焼システム１０は、前述の制御手段による制御により動作するが、初期の燃焼状態を決定する初期燃焼基本フローと、連続運転時において発電量を一定の範囲で安定的に出力させるための連続燃焼時制御フローに従って動作する。
【００４８】
まず、図１に示す初期燃焼基本フローにおいて、タービン（不図示）における目標発電量Ｐ０［ｋＷ］が設定されると、制御手段は、タービンの変換効率を考慮したタービンが必要とする蒸気量Ｑｖ［ｔ／ｈ］（タービンの出力）を蒸気の温度（例えば５００［℃］）、圧力（例えば５［ＭＰａ］）、流量に基づいて算出する。そして、制御手段は、算出された蒸気量を発生させるための混合燃料の燃焼エネルギーＥｂ［ｋｃａｌ／ｍｉｎ］をボイラ５８の変換効率に基づいて算出し、算出した燃焼エネルギーと前述の特性情報、管理情報を用いて、混合燃料の投入量Ｑｆ［ｔ／ｈ］とその内訳（混合割合）を算出する。内訳としては、ベース燃料ａ（Ｑｆａ［ｔ／ｈ］）、高発熱燃料ｂ（Ｑｆｂ［ｔ／ｈ］）、低発熱燃料ｃ（Ｑｆｃ［ｔ／ｈ］）、高燃焼速度燃料ｄ（Ｑｆｄ［ｔ／ｈ］）であり、Ｑｆ＝Ｑｆａ＋Ｑｆｂ＋Ｑｆｃ＋Ｑｆｄとなる。また混合燃料の燃焼エネルギーＥｂは、各燃料の総合発熱量の総和となる。
【００４９】
これにより、制御手段は、搬送手段（ベルトコンベア６０及び急傾斜ベルトコンベア５６）の搬送速度、供給手段（スクリューコンベア２０、ベルトコンベア２６、スクリューコンベア４４Ａ、スクリューコンベア４４Ｂ、ベルトコンベア４６）の供給速度、天井クレーン４８の搬送頻度の設定を行い、全投入量がＱｆとなる混合燃料をボイラ５８に供給する。これにより、タービン（不図示）からはＰ０とほぼ同一の電力が出力されることになる。
【００５０】
次に、図２に示す連続燃焼時制御フローにおいて、制御手段は、現在のタービン（不図示）の発電量と目標発電量の差分ΔＰ０［ｋＷ］を算出し、この差分に基づいて現在の蒸気量と目標蒸気量の差分ΔＱｖ［ｔ／ｈ］、及びその時間変化割合ｄΔＱｖ［ｔ／（ｈ・ｍｉｎ）］を算出する。また、ΔＱｖから現在の燃焼エネルギーと目標の燃焼エネルギーとの差分ΔＥｂ［ｋｃａｌ／ｍｉｎ］を算出する。
【００５１】
そして、ΔＥｂがマイナス（発電量が減少）である場合は、混合燃料の混合割合を変更する。すなわち、ベース燃料ａの投入量は一定とし、高発熱燃料ｂ及び高燃焼速度燃料ｄの投入量を一定量増加させ、逆に低発熱燃料ｃの投入量を一定量減少させる。そして、再び現在の発電量を測定し、その値と目標発電量の差分、及び前述のｄΔＱｖが許容値以下であれば、そのまま燃焼を継続し、許容値を超える場合には、連続燃焼時制御フローを繰り返して許容値以下となるようにする。
【００５２】
逆に、ΔＥｂがプラス（発電量が増加）である場合は、ベース燃料ａの投入量は一定とし、高発熱燃料ｂ及び高燃焼速度燃料ｄの投入量を一定量減少させ、逆に低発熱燃料ｃの投入量を一定量増加させる。そして、再び現在の発電量を測定し、その値と目標発電量の差分、及び前述のｄΔＱｖが許容値以下であれば、そのまま燃焼を継続し、許容値を超える場合には、連続燃焼時制御フローを繰り返して許容値以下となるようにする。いずれの場合においても、制御手段は、投入量の調整を、搬送手段の搬送速度、供給手段の供給速度、天井クレーン４８の供給頻度を調整することにより行う。
【００５３】
図８に、本実施形態のバイオマス燃料の混焼システムの燃料管理データベース（特性情報）の例を、図９に本実施形態のバイオマス燃料の混焼システムの燃料管理データベース（管理情報）の例を示す。
【００５４】
図８に示すように、本実施形態においては、燃料として、例えば間伐材、建築廃材、木材チップ、ココナッツ殻、籾（籾殻）、椰子殻がナンバー登録されており、各燃料について、搬入時の平均粒子径、かさ密度、含水率と、これらの物理量から算出される総合発熱量（含水率や炉型など燃焼特性を加味した発熱量）及び燃焼発熱速度が、燃料の特性情報として網羅されている。このうち、建築廃材、木材チップ、ココナッツ殻は、総合発熱量も中程度の順位であるので、ベース燃料ａ（Ｑｆａ）として用いることができる。また、椰子殻は、総合発熱量が最も高いので、高発熱燃料ｂ（Ｑｆｂ）として用いることができる。一方、間伐材は、総合発熱量が最も低いので低発熱燃料ｃ（Ｑｆｃ）として用いることができ、籾は燃焼発熱速度が最も速いので高燃焼速度燃料ｄ（Ｑｆｄ）として用いることができる。
【００５５】
建築廃材、ココナッツ殻、椰子殻は、吸水率が低いので屋外貯蔵ヤード１２に貯蔵される。このうち、建築廃材は、平均粒子径が大きくなるので、図３に示す貯蔵エリア１６Ｃにおいて燃料１８Ｃ（長尺のもの）として、または貯蔵エリア１６Ｄにおいて燃料１８Ｄとして貯蔵される。また、ココナッツ殻、及び椰子殻は、平均粒子径が小さくなるので、例えばココナッツ殻は貯蔵エリア１６Ａにおいて燃料１８Ａとして、椰子殻は貯蔵エリア１６Ｂにおいて燃料１８Ｂとして貯蔵される。
【００５６】
間伐材、木材チップ、籾は吸水率が高いので屋内貯蔵ヤード３４に貯蔵される。このうち、間伐材は、平均粒子径が大きくなるので、図４に示す矩形ピット４０Ｃにおいて燃料４２Ｃとして、または矩形ピット４０Ｄにおいて燃料４２Ｄとして貯蔵される。また、木材チップ及び籾は、平均粒子径が小さくなるので、例えば、木材チップは傾斜ピット３８Ａにおいて燃料４２Ａとして、椰子殻は傾斜ピット３８Ｂにおいて燃料４２Ｂとして貯蔵される。
【００５７】
図９に示すように、各燃料の保存状態に基づいて各燃料の含水率や総合発熱量を調整し、各燃料の貯蔵量、調達計画時期、及び価格により、各燃料の混合割合の調整を行う。この作業は制御手段により行われる。
【００５８】
各燃料は、保管日数、平均温度、平均湿度、積算日射量、積算降水量（降雪量）に基づいて含水率の経時変化に伴う推定値を算出し、これに基づいて総合発熱量の経時変化に伴う推定値を算出する。例えば、平均温度が高い、または平均湿度が低い場合は、保管日数に比例して含水率は低下し、逆に平均温度が低い、または平均湿度が高い場合は、保管日数に比例して含水率は増加する。また積算降水量を基準とした積算日射量の割合が大きくなれば含水率は低下し、逆に小さくなれば増加する。また降水があった日以降晴天が続けば含水率は低下する。
【００５９】
例えば、間伐材、木材チップ、籾は、屋内貯蔵ヤード３４に貯蔵されるため、積算日射量、積算降水量を考慮する必要なく算出可能となる。図９では、これらの燃料の含水率が低下し、これにより総合発熱量が増加したことを示している。
また、建築廃材、ココナッツ殻、椰子殻は、屋外貯蔵ヤード１２に貯蔵されるため、積算日射量、積算降水量を考慮して算出する必要がある。図９では、これらの燃料の含水率が増加し、これにより総合発熱量が減少したことを示している。
【００６０】
このように計算された推定値に基づいて制御手段は、燃料投入量Ｑｆとその内訳（混合割合）を算出することができる。なお、建築廃材、ココナッツ殻、椰子殻において、積算日射量、積算降水量が異なるのは、それぞれの粒子径に相違があり、燃料の粒子径が大きくなるほど燃料の体積（重量）を基準とした燃料の表面積の割合が小さくなるからである。
【００６１】
また、本実施形態では、建築廃材、木材チップ、ココナッツ殻をベース燃料ａとして用いているが、このうち、木材チップの貯蔵量が他のベース燃料よりも少ないばかりでなく、調達計画時期が最も遅く、かつコストもかかる。したがって、制御手段は、ベース燃料ａのうち木材チップの混合割合を他のベース燃料ａよりも少なくする、あるいは使用しないといった判断をすることができる。
【００６２】
図１０に、本実施形態のバイオマス燃料の混焼システムの燃料投入計画の例を示す図である。図１０に示すように、当日の発電出力（５０００[ｋＷ]）を設定し、これに見合う燃料コストと、収益率を算出する。その際、上述の制御手段の判断に基づいて、発電量に見合う各燃料の設定投入量及び蒸気量を算出する。図１０に示すように、発電量は、全ての燃料を投入しなくても賄える大きさに設定しているので、制御手段はココナッツ殻及び椰子殻を使用せずに済むと判断している。また、木材チップは、高価なうえ貯蔵量が少ないので使用しないと判断している。このように各燃料に対する設定投入量が分かれば燃料コストが算出できるので、発電出力に係る売上価格と燃料コストから収益率を算出することができる。また、上述のように発電量に変化があった場合には、図２のフローに従って混合割合を調整すればよい。
【００６３】
本実施形態では、バイオマス燃料についていくつか例を挙げて説明したが、実際の燃料は多数存在し燃焼効率の高い（発熱量が高い、燃焼速度が高い）ものや低いものが存在する。よって、これらを燃焼効率順に分類し、燃焼効率が高い順側のもの（複数存在する）を高発熱燃料、または高燃焼速度燃料として用い、燃焼効率が低い順側のもの（複数存在する）を低発熱燃料として用いればよい。また、燃焼効率が中程度の順に属するもの（複数存在する）をベース燃料として用いればよい。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
多様なバイオマス燃料を対象とした発電システムにおいて、燃焼効率の安定化や向上を図るためのバイオマス燃料の混焼方法、及びバイオマス燃料の混焼システムとして利用できる。
【符号の説明】
【００６５】
１０………混焼システム、１２………屋外貯蔵ヤード、１４………フェンス、１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ………貯蔵エリア、１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄ………燃料、２０………スクリューコンベア、２０ａ………溝、２０ｂ………鉄格子、２０ｃ………燃料投入口、２２………シュート、２４………ホイールローダ、２６………ベルトコンベア、２６ａ………破砕機、２６ｂ………重量センサ、２８………トラック、３０………床構造物、３０ａ………排水路、３０ｂ………傾斜面、３２………床構造物、３２ａ………フレーム、３２ｂ………排水孔、３２ｃ………水切り床、３２ｄ………排水路、３２ｅ………床面、３４………屋内貯蔵ヤード、３６………建屋、３８Ａ，３８Ｂ………傾斜ピット、４０Ｃ，４０Ｄ………矩形ピット、４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄ………燃料、４４Ａ，４４Ｂ………スクリューコンベア、４６………ベルトコンベア、４６ａ………破砕機、４６ｂ………重量センサ、４８………天井クレーン、４８ａ………レール、４８ｂ………本体、４８ｃ………移動部、４８ｄ………把持機構、５０………待機エリア、５２………燃焼発電エリア、５４………ホッパ、５４ａ………撹拌機、５６………急傾斜ベルトコンベア、５６ａ………支柱、５６ｂ………フード、５６ｃ………搬送ベルト、５６ｄ………桟、５６ｅ………ヒレ、５８………ボイラ、５８ａ………受けホッパ、５８ｂ………ロータリーバルブ、５８ｃ………蒸気配管、６０………ベルトコンベア、６０ａ………重量センサ。
【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】
2016035346.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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