(57)【要約】【課題】木、竹、草等のバイオマス資源の混焼率の向上により石炭の使用量を減少してＣＯ２の削減を図るとともに、省スペース化により設置場所をとらず、既存設備にも容易に設置でき、また、バイオマス資源のコンパクト化により輸送効率の向上を図ることができる燃焼装置及び燃焼方法を提供する。【解決手段】バイオマス資源の処理施設としての第１設備１と、燃焼ボイラ１４を有する石炭炊きボイラ燃焼設備としての第２設備１１と、第１設備１からバイオマス資源を第２設備１１に搬送路２１とからなり、第１設備１においてはバイオマスミル３によりバイオマス資源Ｗｓをボイラ１４の燃焼に良好な粒度に処理して、第２設備１１まで搬送し、第２設備１１では、石炭ミル１３により石炭Ｃｓをボイラ１４の燃焼に良好な粒度に処理して、搬送されてきた処理済みのバイオマス資源Ｗｓとともにボイラ１４で混ぜて燃焼させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマス資源を石炭焚ボイラ内での燃焼に必要な粒径以下に微粉砕したバイオマス粉のペレットを解砕する解砕機と、石炭を前記石炭焚ボイラ内での燃焼に必要な粒径以下の石炭粉に微粉砕する石炭ミルと、バイオマス解砕粉及び石炭粉を混合して燃焼させる石炭焚ボイラとを備えたことを特徴とするバイオマス資源と石炭の混合燃焼装置。
【請求項２】
バイオマス資源をバイオマスチップに砕片化するチッパと、バイオマスチップを石炭焚ボイラ内での燃焼に必要な粒径以下に微粉砕するバイオマスミルと、バイオマス粉をバイオマスペレットに圧縮するペレタイザとからなる第１設備と、上記バイオマスペレットを解砕する解砕機と、石炭を前記石炭焚ボイラ内での燃焼に必要な粒径以下の石炭粉に微粉砕する石炭ミルと、バイオマス解砕粉及び石炭粉を混合して燃焼させる石炭焚ボイラとからなる第２設備とを備えたことを特徴とするバイオマス資源と石炭の混合燃焼装置。
【請求項３】
バイオマス資源をバイオマスチップに砕片化するチッパと、バイオマスを石炭焚ボイラ内での燃焼に必要な粒径以下の木材粉に微粉砕するバイオマスミルと、バイオマス粉をバイオマスペレットに圧縮するペレタイザとからなる第１設備と、上記バイオマスペレットをバイオマス粉に解砕する解砕機と、石炭を前記石炭焚ボイラ内での燃焼に必要な粒径以下の石炭粉に微粉砕する石炭ミルと、バイオマス粉及び石炭粉を混合して燃焼させる石炭焚ボイラとからなる第２設備とを備えて形成するとともに、上記第１設備はバイオマス資源の発生源側近傍に位置し、第２設備と輸送経路で接続されていることを特徴とするバイオマス資源と石炭の混合燃焼装置。
【請求項４】
第１設備においてチッパによりバイオマス資源をバイオマスチップに破砕し、次いでバイオマスチップをバイオマスミルにより石炭焚ボイラ内での燃焼に必要な粒径以下のバイオマス粉に微粉砕し、さらにバイオマス粉をペレタイザによりバイオマスペレットに圧縮した後、このバイオマスペレットを第２設備まで搬送し、第２設備においてバイオマスペレットを解砕機によりバイオマス解砕粉に解砕する一方、石炭を石炭ミルにより石炭焚ボイラ内での燃焼に必要な粒径以下の石炭粉に微粉砕し、この石炭粉と前記バイオマス解砕粉を混ぜて石炭焚ボイラで燃焼させることを特徴とするバイオマス資源と石炭とを混合して燃焼させるボイラの燃焼方法。
【請求項５】
上記バイオマスミルはバイオマス粉の粒径を1ｍｍ残渣１０％以下に微粉砕することを特徴とする請求項４記載のバイオマス資源と石炭とを混合して燃焼させるボイラの燃焼方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバイオマス資源と石炭の混合燃焼装置と、バイオマス資源と石炭とを混合して燃焼させるボイラの燃焼方法に関し、特にバイオマス燃料の使用効率を向上させた燃焼装置と燃焼方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化が進行しているといわれている現在、その原因とされるＣＯ２の削減を図ることが喫緊の課題となっている。一方、森林で発生する大量の間伐材や、建築解体現場で発生する建築廃材の有効利用も求められている。特に、石炭を大量に消費する火力発電所においては、ＣＯ２排出量の多い石炭の消費量を抑制してボイラを燃焼させる必要がある。火力発電所における石炭の使用量を削減する方法としては、ボイラを燃焼させる際に、間伐材や建築資材等のバイオマス資源（木、竹、草）を微粉砕して石炭粉とともに混ぜて燃焼させるものがある。
【０００３】
例えば、図３に示すものは、バイオマスの加工処理設備１０１において、間伐材や建築資材等のバイオマス資源Ｗｓをチッパ１０２によりバイオマスチップＷｃに砕片した後、火力発電所２０１に搬送し、火力発電所２０１において、バイオマスチップＷｃと石炭Ｃｓとを石炭ミル２０２で微粉砕し、微粉砕されたバイオマス粉と石炭粉とをボイラ２０３で燃焼させる。このボイラ２０３内で、バイオマス粉及び石炭粉は滞留時間１〜２秒という短時間で瞬間燃焼することにより熱エネルギーとなる。
【０００４】
ところで、ボイラ内ではバイオマス粉及び石炭粉は瞬間燃焼し、燃料の滞留時間は１〜２秒と短いことから、石炭、バイオマス資源をボイラで燃焼させるには、ボイラ投入前に共に微粉砕する必要がある。ところが、石炭とバイオマス資源のボイラ内での燃焼しやすい燃焼粒度は、石炭は粒径０．０９ｍｍ残渣２０％以下、バイオマス資源は粒径１ｍｍ残渣１０％以下と異なる。このため、石炭、バイオマス材料を１つのミルにおいて微粉砕する場合において、石炭の燃焼に良好な粒径に合わせてバイオマス材料を粉砕しようとすると、バイオマス材料は排出されにくく、ミル内に滞留してしまい、ミル動力が上昇するので多量のバイオマスを混ぜた運転が継続できないことになる。その結果、ボイラ内では石炭に対するバイオマス資源の混合率は２〜３パーセントに抑制され思ったほどのＣＯ２削減効果を図ることができないという課題がある。
【０００５】
なお、バイオマス資源を微粉砕して燃焼原料として有効利用する装置及び方法としては、特許文献１、特許文献２及び特許文献３がある。
【特許文献１】特開２００３−２６８３９４号公報
【特許文献２】特開２００５−４８９６７号公報
【特許文献３】特開２００６−１３８５９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明では、石炭、バイオマス材料それぞれに合った粒径に微粉砕することにより、ボイラ内でのバイオマス資源の混焼率を向上させることにより石炭の使用量を削減してＣＯ２を大幅に削減することができるバイオマス資源と石炭の混合燃焼装置及びバイオマス資源と石炭とを混合して燃焼させるボイラの燃焼方法を提供する。また、大型の装置を不要にして、火力発電所などの石炭焚きボイラ利用事業者での省スペース化を図ることができるばかりでなく、既存設備への設置も容易に行うことができる。また、バイオマス資源のコンパクト化を図り、第１設備から第２設備へのバイオマス資源の輸送量、輸送費等輸送効率の向上を図ることができる。さらに、バイオマス資源の発生源と実際の燃焼場所を異ならせることにより、燃焼場所でのＣＯ２削減義務の軽減を図ることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、バイオマス資源を石炭焚ボイラ内での燃焼に必要な粒径以下に微粉砕したバイオマス粉のペレットを解砕する解砕機と、石炭を前記石炭焚ボイラ内での燃焼に必要な粒径以下の石炭粉に微粉砕する石炭ミルと、バイオマス解砕粉及び石炭粉を混合して燃焼させる石炭焚ボイラとを備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明は、また、バイオマス資源をバイオマスチップに砕片化するチッパと、バイオマチップを石炭焚ボイラ内での燃焼に必要な粒径以下のバイオマス粉に微粉砕するバイオマスミルと、バイオマス粉をバイオマスペレットに圧縮するペレタイザとからなる第１設備と、上記バイオマスペレットを解砕する解砕機と、石炭を前記石炭焚ボイラ内での燃焼に必要な粒径以下の石炭粉に微粉砕する石炭ミルと、バイオマス解砕粉及び石炭粉を混合して燃焼させる石炭焚ボイラとからなる第２設備とを備えた構成とした。
【０００９】
また、バイオマス資源をバイオマスチップに砕片化するチッパと、バイオマスを石炭焚ボイラ内での燃焼に必要な粒径以下のバイオマス粉に微粉砕するバイオマスミルと、バイオマス粉をバイオマスペレットに圧縮するペレタイザとからなる第１設備と、上記バイオマスペレットを解砕する解砕機と、石炭を前記石炭焚ボイラ内での燃焼に必要な粒径以下の石炭粉に微粉砕する石炭ミルと、バイオマス解砕粉及び石炭粉を混合して燃焼させる石炭焚ボイラとからなる第２設備とを備えて形成するとともに、上記第１設備はバイオマス資源の発生源近傍に位置することを特徴とする構成とした。
【００１０】
また、本発明は、第１設備においてチッパによりバイオマス資源をバイオマスチップに破砕し、次いでバイオマスチップをバイオマスミルにより石炭焚ボイラ内での燃焼に必要な粒径以下の木材粉に微粉砕し、さらにバイオマス粉をペレタイザによりバイオマスペレットに圧縮した後、このバイオマスペレットを第２設備まで搬送し、第２設備においてバイオマスペレットを解砕機によりバイオマス解砕粉に解砕する一方、石炭を石炭ミルにより石炭焚ボイラ内での燃焼に必要な粒径以下の石炭粉に微粉砕し、この石炭粉と前記バイオマス解砕粉を混ぜて石炭焚ボイラで燃焼させることを特徴とする構成とした。
また、本発明構成において、上記バイオマスミルはバイオマス粉の粒径を１ｍｍ残渣１０％以下に微粉砕する構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るバイオマス資源と石炭の混合燃焼装置は、石炭焚きボイラに解砕機と石炭ミルを装備した石炭焚ボイラを有する設備構成としたので、ボイラに適正粒径のバイオマス燃料と石炭とを供給することができ、バイオマス資源の有効活用ができる。
【００１２】
更に、本発明によれば、ボイラで燃焼するバイオマス粉、石炭粉はそれぞれ第１設備のバイオマスミル、第２設備の石炭ミルにより、それぞれがボイラ内での燃焼に良好な粒径に微粉砕されることにより、ボイラ内でのバイオマス資源の混焼率を向上させることができ、石炭の使用量を減少してＣＯ２の削減を図るとともに、第２設備においては、バイオマス資源をバイオマス粉にするための大型のチッパやバイオマスミルは不要で小型の解砕機で足りることにより、石炭焚きボイラ事業者の設備内での省スペース化を図ることができるとともに、既存の石炭焚きボイラ事業者の設備にも容易に設置することができ、さらには、第１設備から第２設備へはバイオマス資源はバイオマスペレットに圧縮されコンパクトな状態で搬送されるので、バイオマス資源の輸送量、輸送費等輸送効率の向上を図ることができる。
【００１３】
また、本発明によれば、上記バイオマスミルはバイオマス粉の粒径を１ｍｍ残渣１０％以下に微粉砕することにより、ボイラ内でバイオマス資源の混燃率の向上を図ることができる。
【００１４】
また、ボイラで燃焼するバイオマス解砕粉、石炭粉はそれぞれ第１設備のバイオマスミル、第２設備の石炭ミルにより、それぞれがボイラ内での燃焼に良好な粒径に微粉砕されることにより、ボイラ内でのバイオマス資源の混焼率を向上させることができ、石炭の使用量を減少してＣＯ２の削減を図るとともに、第２設備においては、バイオマス資源をバイオマス粉にするための大型のチッパやバイオマスミルは不要で小型の解砕機で足りることにより、火力発電所内での省スペース化を図ることができるとともに、既存の火力発電所にも容易に設置することができ、さらには、第１設備から第２設備へはバイオマス資源はバイオマスペレットに圧縮されコンパクトな状態で搬送されるので、バイオマス資源の輸送量、輸送費等輸送効率の向上を図ることができ、バイオマス資源を有効に活用し、ＣＯ２の削減に貢献できる。そして、上記第１設備を有する国で間伐材などを利用せず、そのまま腐敗させた場合には温室効果ガス（メタン）が発生するため、バイオマス資源を有効利用することにより温暖化防止対策に貢献できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は本発明に関するバイオマス資源と石炭の混合燃焼装置の全体構成を示すブロック図である。なお、以下の実施形態は１例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各種変形態様を含み、下記実施形態に限定されるものではない。
本発明は、概略、第１設備１、第２設備１１及び第１設備１から第２設備１１のバイオマス資源の搬送路２１とから構成される。第１設備と第２設備は相互に国内設備とすることもできるが、第１設備と第２設備を異なる国に置かれた設備とすることもできる。
【００１６】
第１設備１は、木、竹、草等のバイオマス資源Ｗｓの処理施設であり、間伐材、建築廃材等バイオマス資源Ｗｓを木材チップＷｃに破砕するチッパ2、破砕された木材チップＷｃを木質粉Ｗｐに微粉砕する木材ミル（バイオマスミル）３及び木質粉Ｗｐを圧縮してペレットＷｔにするペレタイザ４とから構成される。
【００１７】
上記バイオマスミル３は、木材チップＷｃを後述するボイラ１４内での燃焼に良好な粒径に微粉砕するものであり、竪型粉砕機（特開２００３−２６８３９４号、特開２００４−２９２７８７号等参照）が使用されている。この竪型粉砕機は、木材チップＷｃを粉砕テーブルの中央に供給し、木材チップＷｃを粉砕テーブルの回転に従動する複数のローラで粉砕して粉砕テーブル外周より排出し、粉砕物を粉砕テーブル上方に配設した２段分級式回転セパレータに導入して微粉成分と粗粉成分とに分級し、微粉成分はボイラに投入する一方、粗粉成分を粉砕テーブルの中央に戻して再度粉砕することにより、バイオマス資源を後述するボイラ１４の燃焼に良好な粒径に粉砕するものである。
【００１８】
第１設備１で製造されたペレットＷｔは、船舶Ｓｐや車両Ｃｒにより搬送路２１を介して第２設備１１に運ばれる。
第２設備１１は、火力発電所であり、搬送されてきたペレットＷｔを解砕粉Ｗｐ´に解砕する解砕機１２、石炭Ｃｓを石炭粉Ｃｐに微粉砕する石炭ミル１３及び木質粉Ｗｐ、石炭粉Ｃｐを混ぜて燃焼するボイラ１４から構成される。
上記石炭ミル１３は、前記バイオマスミル３と同様のものであり、バイオマス資源をボイラ１４の燃焼に良好な粒径に粉砕するものである。
【００１９】
かかる構成において、第１設備１においては、チッパ２に投入された間伐材、建築廃材等バイオマス資源Ｗｓは破砕されて木材チップＷｃになる。木材チップＷｃは粒径５０ｍｍ残渣１％以下であり、単位体積当りの重量は３００ｋｇ／ｍ3である。この木材チップＷｃはバイオマスミル３に投入されて木質粉Ｗｐに微粉砕される。木質粉Ｗｐの粒度はボイラ１４の燃焼に良好な粒径１ｍｍ残渣１０％以下である。微粉砕された木質粉Ｗｐはペレタイザ４によりペレットＷｔに圧縮される。圧縮されたペレットＷｔの単位体積当り重量は７００ｋｇ／ｍ3である。したがって、木材チップのままで輸送するより２倍以上の密度で輸送できる。また、木材チップは含水率が２０〜４０％と高く、変動も多いので、熱量あたりの輸送効率も悪く、変動がでるものであるが、木質粉Ｗｐでは乾燥粉砕を行うので、含水率が８〜１２％と少なく、また変動も少ないので、安定して高い効率で輸送することが可能となる。
このペレットＷｔは搬送路３１を船舶Ｓｐや車両Ｃｒ等によって第２設備１１まで搬送される。
【００２０】
第２設備１１に搬送されたペレットＷｔは解砕機１２によって木材粉Ｗｐに再度微粉解砕される。解砕されて微粉になった解砕粉Ｗｐ´の粒度は第１設備１のバイオマスミル３で微粉砕されたときと同じ粒径１ｍｍ残渣１０％以下である。一方、石炭Ｃｓは石炭ミル１２に投入されて微粉砕され石炭粉Ｃｐになる。石炭粉Ｃｐの粒径０．０９ｍｍ残渣２０％以下である。この石炭粉Ｓｐ及び木質粉Ｗｐはボイラ１３に投入されて１〜２秒の短時間で瞬間燃焼する。この実施例では、石炭に対してバイオマス資源は１０パーセント以上の混焼率（熱量比）となり、従来の混焼率２〜３パーセントを大幅に向上させることができた。
【００２１】
次に、上記構成の木質原料と石炭の混合燃焼装置を用いた燃焼方法のフローチャートを図２に示す。第１設備１において、チッパ２に投入された間伐材、建築廃材等バイオマス資源Ｗｓは破砕されて粒径２〜５ｍｍの木材チップＷｃになる（ステップ１０１）。次いで、この木材チップＷｃはバイオマスミル３に投入されて木質粉Ｗｐに微粉砕される（ステップ１０２）。微粉砕された木材粉Ｗｐはペレタイザ４によってペレットＷｔに圧縮される（ステップ１０３）。このペレットＷｔは搬送路２１を船舶Ｓｐや車両Ｃｒによって第２設備１１まで搬送される（ステップ１０４）。第２設備１１では、ペレットＷｔは解砕機１１によって解砕粉Ｗｐ´に再度微粉砕される（ステップ１０５）。解砕されて微粉砕された木質解砕粉Ｗｐの粒度は第１設備１のバイオマスミル３で微粉砕されたときよりも若干粗いが、ほぼ同じ粒径１ｍｍ程度になる。一方、石炭Ｃｓは石炭ミル１２に投入されて微粉砕され石炭粉Ｃｐになる（ステップ２０１）。石炭粉Ｓｐの粒径は０．０９ｍｍ、残渣２０％以下である。この石炭粉Ｓｐ及び解砕粉Ｗｐ´はボイラ１３に投入されて燃焼する（ステップ１０６）。ボイラ１３でのバイオマス資源の混焼率は１０パーセント以上（熱量比）であった。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】全体構成を示すブロック図
【図２】燃焼行程のフローチャート
【図３】従来例の構成図
【符号の説明】
【００２３】
１………第１設備、２………チッパ、３………バイオマスミル、４………ペレタイザ、１１………第２設備、１２………解砕機、１３………石炭ミル、１４………ボイラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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