(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記乾燥バイオマスの一部を取り出して、当該取り出した乾燥バイオマスを前記固形バイオマス燃料として前記バイオマスバーナに補充する乾燥バイオマス取出部を備えた請求項1に記載のバイオマス炭化物製造システム。
前記乾燥バイオマス取出部が、前記造粒処理部に供給される前の乾燥バイオマスの一部を取り出すように設けられている請求項2に記載のバイオマス炭化物製造システム。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記特許文献1に記載のバイオマス炭化物製造システムでは、造粒処理部にて造粒されて均質となったペレット状又は粒状の乾燥バイオマス造粒物を炭化処理部に供給することができるので高品質なバイオマス炭化物を製造できるものの、造粒処理部の運転負荷が嵩んで省エネルギ性が悪化するという問題がある。
一方、上記特許文献2に記載のバイオマス炭化物製造システムでは、含水バイオマスや乾燥バイオマスの一部を取り出して熱風発生部で燃焼させるが、この含水バイオマスや乾燥バイオマスは比較的大きな塊状で存在している。よって、その一部を取り出して熱風発生部に供給して効率良く燃焼させるためには、それら塊状のバイオマスを十分に粉砕してから熱風発生部に供給する必要があり、そのためには比較的大掛かりな設備やエネルギが必要となる。
【0007】
この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、乾燥処理部と炭化処理部と熱分解ガス焼却部とを備えたバイオマス炭化物製造システムにおいて、省エネルギ性を向上しながら、高品質なバイオマス炭化物を製造可能な技術を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の第1特徴構成は、含水バイオマスを乾燥させて乾燥バイオマスを生成する乾燥処理部と、
前記乾燥処理部で生成された乾燥バイオマスを炭化させてバイオマス炭化物を生成する炭化処理部と、
前記炭化処理部で発生した熱分解ガスを焼却する熱分解ガス焼却部と、
前記乾燥処理部から前記炭化処理部へ供給される乾燥バイオマスを造粒させる造粒処理部と、
前記造粒処理部から前記炭化処理部へ供給される乾燥バイオマスを乾燥バイオマス造粒物とそれよりも小さい乾燥バイオマス造粒残渣とに分級する分級処理部と、を備えたバイオマス炭化物製造システムであって、
熱風を発生させる熱風発生部又は前記熱分解ガス焼却部において燃料を燃焼させるバーナとして、固形バイオマス燃料を燃焼させるバイオマスバーナを備え、
前記分級処理部から排出された乾燥バイオマス造粒残渣が、前記固形バイオマス燃料として前記バイオマスバーナに供給される点にある。
【0009】
本構成によれば、造粒処理部で造粒されて分級処理部で捕捉されたペレット状又は粒状の乾燥バイオマス造粒物が炭化処理部に供給されて炭化されるので、高品質のバイオマス炭化物を製造することができる。
更には、例えば乾燥処理部や炭化処理部に供給される熱風を発生させる熱風発生部又は熱分解ガス焼却部において固形バイオマス燃料を燃焼させるバイオマスバーナに対して、分級処理部で捕捉されず排出された所定サイズ以下の乾燥バイオマス造粒残渣を、粉砕することなくそのままの状態で固形バイオマス燃料として供給することができる。そして、このバイオマスバーナにおいて、所定サイズ以下で略粉状である乾燥バイオマス造粒残渣を効率良く燃焼させて、熱風発生部にて熱風を発生させるための熱源又は熱分解ガス焼却部にて熱分解ガスを焼却させるための熱源を確保することができ、例えば不足した熱量を補うための化石燃料の助燃を省略又は簡素化することができる。
従って、本発明により、乾燥処理部と炭化処理部と熱分解ガス焼却部とを備えたバイオマス炭化物製造システムにおいて、省エネルギ性を向上しながら、高品質なバイオマス炭化物を製造可能な技術を提供することができる。
【0010】
本発明の第2特徴構成は、前記乾燥バイオマスの一部を取り出して、当該取り出した乾燥バイオマスを前記固形バイオマス燃料として前記バイオマスバーナに補充する乾燥バイオマス取出部を備えた点にある。
【0011】
本構成によれば、分級処理部から排出される乾燥バイオマス造粒残渣が、バイオマスバーナにて必要な固形バイオマス燃料の量に満たない場合には、乾燥処理部で乾燥された乾燥バイオマスの一部を取り出して、固形バイオマス燃料としてバイオマスバーナに補充することができる。従って、バイオマスバーナにおける固形バイオマス燃料の不足に伴う熱量不足を補うための化石燃料の助燃を一層削減して、省エネルギ性の更なる向上を図ることができる。
【0012】
本発明の第3特徴構成は、前記乾燥バイオマス取出部が、前記造粒処理部に供給される前の乾燥バイオマスの一部を取り出すように設けられている点にある。
【0013】
本構成によれば、造粒処理部に供給される前の乾燥バイオマスを取り出して固形バイオマス燃料としてバイオマスバーナに補充するので、その取り出した乾燥バイオマスの分、造粒処理部の運転負荷を軽減することができる。
【0014】
本発明の第4特徴構成は、前記造粒処理部の運転状態を制御して、当該造粒処理部から前記バイオマスバーナへの前記乾燥バイオマス造粒残渣の供給量を調整可能な造粒状態調整部と、
前記バイオマスバーナの燃焼状態に基づいて前記造粒状態調整部の作動を制御して、前記バイオマスバーナの燃焼量を制御する燃焼制御部と、を備えた点にある。
【0015】
本構成によれば、造粒状態調整部を備えることで、造粒処理部において生成される造粒乾燥バイオマスに含まれる乾燥バイオマス造粒物と乾燥バイオマス造粒残渣との生成割合に影響を与える運転状態を制御する形態で、造粒処理部からバイオマスバーナへの乾燥バイオマス造粒残渣の供給量を調整することができる。よって、燃焼制御部においては、その造粒状態調整部の作動を制御して、分級処理部からバイオマスバーナへの乾燥バイオマス造粒残渣の供給量を調整する形態で、バイオマスバーナの燃焼量を適切なものに調整することができる。
【発明を実施するための形態】
【0017】
本発明に係るバイオマス炭化物製造システムの実施形態について図面に基づいて説明する。尚、
図1〜
図4には、第1乃至第4実施形態の夫々でのバイオマス炭化物製造システムの概略構成が示されている。
【0018】
〔共通構成〕
先ず、
図1〜
図4に示す各実施形態のバイオマス炭化物製造システム(以下、「本システム」と呼ぶ場合がある。)における共通の詳細構成について、以下に説明する。
本システムには、脱水装置等で適宜脱水された含水バイオマスを乾燥させて乾燥バイオマスX1を生成する乾燥処理部1と、乾燥処理部1から供給された乾燥バイオマスX1を造粒させて造粒乾燥バイオマスX2を生成する造粒処理部2と、造粒処理部2から供給された造粒乾燥バイオマスX2を乾燥バイオマス造粒物X2aとそれよりも小さい乾燥バイオマス造粒残渣X2bとに分級する分級処理部3と、分級処理部3で捕捉された乾燥バイオマス造粒物X2aを炭化させてバイオマス炭化物X3を生成する炭化処理部4と、炭化処理部4で発生した熱分解ガスG4を焼却する熱分解ガス焼却部5と、が設けられている。
【0019】
本システムには、燃料をバーナBで燃焼させて熱風HGを発生させる熱風発生部1a,4aが設けられている。また、熱分解ガス焼却部5にも、熱分解ガスG4を焼却するためのバーナBが設けられている。
これらのバーナBとしては、化石燃料を燃焼させる化石燃料バーナが適宜設けられているが、少なくとも一つのバーナBが、固形バイオマス燃料を燃焼させるバイオマスバーナ10として構成されている。
【0020】
また、本システムには、運転を制御するための制御装置が機能する形態で、バイオマスバーナ10の燃焼量を適切なものに制御する燃焼制御部10a等が設けられている。
以下、これら本システムに設けられている設備の詳細構成について、順に説明を加える。
【0021】
(乾燥処理部)
乾燥処理部1は、例えば公知の熱風乾燥機等で構成されており、適宜脱水装置(図示省略)で脱水された含水バイオマスが投入され、当該投入された含水バイオマスを撹拌しながら、熱風発生部1aから供給された約750℃〜850℃の熱風HGに直接接触させて乾燥させるように構成されている。よって、この乾燥処理部1からは、乾燥後の乾燥バイオマスX1が払い出されて、その乾燥バイオマスX1が後述する造粒処理部2に供給される。
【0022】
(造粒処理部)
造粒処理部2は、例えば公知の撹拌式造粒装置や押出式造粒装置等で構成されており、乾燥処理部1で乾燥された乾燥バイオマスX1が投入され、当該投入された乾燥バイオマスX1を、略所望サイズのペレット状又は粒状に造粒するように構成されている。よって、造粒処理部2からは、ペレット状又は粒状に造粒されたものを含む造粒乾燥バイオマスX2が払い出されて、その造粒乾燥バイオマスX2が後述する分級処理部3に供給される。
【0023】
(分級処理部)
分級処理部3は、例えば振動式又は回転式の篩装置やサイクロン式分級装置等で構成されており、造粒処理部2から造粒乾燥バイオマスX2が投入され、当該造粒乾燥バイオマスX2を、略所望サイズのペレット状又は粒状の乾燥バイオマス造粒物X2aと、それよりも小さい略粉状の乾燥バイオマス造粒残渣X2bとに分級するように構成されている。よって、この分級処理部3からは、乾燥バイオマス造粒物X2aと乾燥バイオマス造粒残渣X2bとが払い出されて、その乾燥バイオマス造粒物X2aが後述する炭化処理部4に供給され、その乾燥バイオマス造粒残渣X2bが後述するバイオマスバーナ10に供給される。
【0024】
(炭化処理部)
炭化処理部4は、例えば公知の間接加熱式ロータリーキルン等で構成されており、分級処理部3から供給された乾燥バイオマス造粒物X2aが投入され、当該投入された乾燥バイオマス造粒物X2aを撹拌しながら低酸素雰囲気で熱風発生部4aから供給された約500℃〜1000℃の熱風HGにより間接的に加熱して炭化させるように構成されている。よって、この炭化処理部4からは、炭化後のバイオマス炭化物X3が払い出されると共に、乾燥バイオマス造粒物X2aの熱分解時に生成される可燃性ガスを含む熱分解ガスG4が排出されることになる。尚、炭化処理部4から払い出されたバイオマス炭化物X3は、乾燥バイオマス造粒物X2aを炭化させたものであることからサイズが整った高品質なものとなり、例えば、冷却用コンベアにより冷却された上で、製品として払い出される。
一方、炭化処理部4から排出された熱分解ガスG4は、後述する熱分解ガス焼却部5に供給される。
【0025】
(熱分解ガス焼却部)
熱分解ガス焼却部5は、例えば公知のガス燃焼炉等で構成されており、炭化処理部4から供給された熱分解ガスG4を高温環境下で燃焼用空気Aと混合撹拌しながら完全燃焼させて焼却するように構成されている。よって、この熱分解ガス焼却部5では、熱分解ガスG4の排ガスを含む約800℃〜900℃の排ガスが発生する。また、この熱分解ガス焼却部5には、熱分解ガスG4の燃焼に必要な高温状態に維持するために燃料を燃焼させるバーナBが設けられている。
【0026】
(熱風発生部)
熱風発生部1a,4aは、例えば公知の熱風発生炉等で構成されており、バーナBにて燃料を燃焼させて生成された高温の燃焼排ガスを含むガスを熱風HGとして発生させるように構成されている。また、この熱風発生部1a,4aには、排ガス等から回収した排熱が適宜供給される。即ち、熱風発生部1a,4aでは、バーナBで生成された燃焼排ガスに対して回収した排熱が加わって、熱風HGが発生する。
【0027】
(バイオマスバーナ)
バイオマスバーナ10は、固形バイオマス燃料を燃焼させて高温の燃焼排ガスを生成するものとして構成されており、このバイオマスバーナ10は、熱風発生部1a,4aや熱分解ガス焼却部5において適宜バーナBとして設けられている。
更に、このバイオマスバーナ10には、乾燥処理部1で生成された乾燥バイオマスX2の一部が取り出されて固形バイオマス燃料として供給されている。具体的に、分級処理部3から排出された乾燥バイオマス造粒残渣X2bが、粉砕することなくそのままの状態で、固形バイオマス燃料として供給されている。
そして、バイオマスバーナ10では、乾燥処理部1で生成されて比較的大きな塊を含む乾燥バイオマスX2ではなく、所定サイズ以下で略粉状であることで燃焼しやすい乾燥バイオマス造粒残渣X2bが固形バイオマス燃料として供給されるので、当該乾燥バイオマス造粒残渣X2bを効率良く燃焼させることができる。そして、その燃焼により発生した燃焼排ガスが、熱風発生部1a,4aにて熱風HGを発生させるための熱源又は熱分解ガス焼却部5にて熱分解ガスG4を焼却させるための熱源を確保するために利用されている。よって、熱風発生部1a,4aや熱分解ガス焼却部5においては、例えば不足した熱量を補うための化石燃料バーナによる化石燃料の助燃を省略又は簡素化することができる。
更に、バイオマスバーナ10がバーナBとして設けられた熱分解ガス焼却部5や熱風発生部1a,4aの炉内温度や排ガス温度を所望の温度に維持するために、バイオマスバーナ10への固形バイオマス燃料の供給量を調整して、当該バイオマスバーナ10の燃焼量を制御する燃焼制御部10aが設けられている。
尚、バイオマスバーナ10への乾燥バイオマス造粒残渣X2bへの輸送については、各種輸送手段により行うことができる。例えば、空気輸送とすれば、乾燥バイオマス造粒残渣X2bの供給路における付着や滞留を抑制することができ、運転管理が容易となる。
【0028】
〔第1実施形態〕
次に、
図1に示す第1実施形態の本システムの詳細構成について説明する。
本システムには、造粒処理部2の運転状態を制御して、当該造粒処理部2からバイオマスバーナ10への乾燥バイオマス造粒残渣X2bの供給量を調整可能な造粒状態調整部2aが設けられている。ここで、造粒処理部2の運転状態とは、造粒処理部2において生成される造粒乾燥バイオマスX2に含まれる乾燥バイオマス造粒物X2aと乾燥バイオマス造粒残渣X2bとの生成割合に影響を与える運転状態とすることができる。例えば、造粒処理部2が撹拌式造粒装置である場合にはその撹拌回転数や処理時間等を造粒処理部2の運転状態として調整することができ、造粒処理部2が押出式造粒装置である場合にはその押出圧力やダイス孔径やカッター回転数等を造粒処理部2の運転状態として調整することができる。
そして、燃焼制御部10aは、バイオマスバーナ10の燃焼状態に基づいて造粒状態調整部2aの作動を制御して、バイオマスバーナ10への乾燥バイオマス造粒残渣X2bの供給量を調整する形態で、バイオマスバーナ10の燃焼量を適切に制御することができる。
【0029】
即ち、バイオマスバーナ10の燃焼量を増加させる場合には、造粒状態調整部2aにより造粒処理部2の運転状態を制御して、当該造粒処理部2から払い出された造粒乾燥バイオマスX2における乾燥バイオマス造粒残渣X2bの含有割合を増加させる。すると、分級処理部3にて捕捉されずにバイオマスバーナ10に固形バイオマス燃料として供給される乾燥バイオマス造粒残渣X2bが増加して、結果、バイオマスバーナ10の燃焼量が増加することになる。逆に、バイオマスバーナ10の燃焼量を減少させる場合には、造粒状態調整部2aにより造粒処理部2の運転状態を制御して、当該造粒処理部2から払い出された造粒乾燥バイオマスX2における乾燥バイオマス造粒残渣X2bの含有割合を減少させる。すると、分級処理部3にて捕捉されずにバイオマスバーナ10に固形バイオマス燃料として供給される乾燥バイオマス造粒残渣X2bが減少して、結果、バイオマスバーナ10の燃焼量が減少することになる。
【0030】
〔第2実施形態〕
次に、
図2に示す第2実施形態の本システムの詳細構成について説明する。
本システムでは、乾燥処理部1から払い出されて造粒処理部2に供給される前の乾燥バイオマスX1の一部を取り出す乾燥バイオマス取出部12が設けられている。そして、乾燥バイオマス取出部12で取り出された乾燥バイオマスX1は、適宜粉砕処理部15にて粉砕された後に、乾燥バイオマス造粒残渣X2bとともに、固形バイオマス燃料としてバイオマスバーナ10に供給される。
即ち、乾燥バイオマス造粒残渣X2bがバイオマスバーナ10にて必要な固形バイオマス燃料の量に満たない場合であっても、乾燥バイオマス取出部12で取り出した乾燥バイオマスX1を固形バイオマス燃料としてバイオマスバーナ10に補充することができる。従って、バイオマスバーナ10の燃焼量不足を解消して、熱量不足を補うための化石燃料バーナによる化石燃料の助燃が削減される。
【0031】
乾燥バイオマス取出部12は、造粒処理部2に供給される前の乾燥バイオマスX1を取り出して固形バイオマス燃料としてバイオマスバーナ10に補充するものとなっているので、その取り出した乾燥バイオマスX1の分、造粒処理部2の運転負荷が軽減されている。
【0032】
乾燥バイオマス取出部12による乾燥バイオマスX1の取出量を調整可能な取出量調整部12aが設けられている。
そして、燃焼制御部10aは、バイオマスバーナ10の燃焼状態に基づいて取出量調整部12aの作動を制御して、バイオマスバーナ10への乾燥バイオマスX1の供給量を調整する形態で、バイオマスバーナ10の燃焼量を適切に制御することができる。
即ち、バイオマスバーナ10の燃焼量を増加させる場合には、取出量調整部12aにより固形バイオマス燃料として取り出す乾燥バイオマスX1の取出量を増加させる。すると、バイオマスバーナ10に供給される固形バイオマス燃料が増加して、結果、バイオマスバーナ10の燃焼量が増加することになる。逆に、バイオマスバーナ10の燃焼量を減少させる場合には、取出量調整部12aにより固形バイオマス燃料として取り出す乾燥バイオマスX1の取出量を減少させる。すると、バイオマスバーナ10に供給される固形バイオマス燃料が減少して、結果、バイオマスバーナ10の燃焼量が減少することになる。
【0033】
〔第3実施形態〕
次に、
図3に示す第3実施形態の本システムの詳細構成について説明する。
本システムでは、造粒処理部2から払い出されて分級処理部3に供給される前の造粒乾燥バイオマスX2の一部を取り出す乾燥バイオマス取出部13が設けられている。そして、乾燥バイオマス取出部13で取り出された造粒乾燥バイオマスX2は、乾燥バイオマス造粒残渣X2bとともに、固形バイオマス燃料としてバイオマスバーナ10に供給される。
即ち、バイオマスバーナ10に供給される乾燥バイオマス造粒残渣X2bが必要な固形バイオマス燃料の量に満たない場合であっても、乾燥バイオマス取出部13で取り出した造粒乾燥バイオマスX2を固形バイオマス燃料としてバイオマスバーナ10に補充することができる。従って、バイオマスバーナ10の燃焼量不足を解消して、熱量不足を補うための化石燃料バーナによる化石燃料の助燃が削減される。
【0034】
乾燥バイオマス取出部13による造粒乾燥バイオマスX2の取出量を調整可能な取出量調整部13aが設けられている。
そして、燃焼制御部10aは、バイオマスバーナ10の燃焼状態に基づいて取出量調整部13aの作動を制御して、バイオマスバーナ10への造粒乾燥バイオマスX2の供給量を調整する形態で、バイオマスバーナ10の燃焼量を適切に制御することができる。
即ち、バイオマスバーナ10の燃焼量を増加させる場合には、取出量調整部13aにより固形バイオマス燃料として取り出す造粒乾燥バイオマスX2の取出量を増加させる。すると、バイオマスバーナ10に供給される固形バイオマス燃料が増加して、結果、バイオマスバーナ10の燃焼量が増加することになる。逆に、バイオマスバーナ10の燃焼量を減少させる場合には、取出量調整部13aにより固形バイオマス燃料として取り出す造粒乾燥バイオマスX2の取出量を減少させる。すると、バイオマスバーナ10に供給される固形バイオマス燃料が減少して、結果、バイオマスバーナ10の燃焼量が減少することになる。
【0035】
〔第4実施形態〕
次に、
図4に示す第4実施形態の本システムの詳細構成について説明する。
本システムでは、分級処理部3から払い出されて炭化処理部4に供給される前の乾燥バイオマス造粒物X2aの一部を取り出す乾燥バイオマス取出部14が設けられている。そして、乾燥バイオマス取出部14で取り出された乾燥バイオマス造粒物X2aは、乾燥バイオマス造粒残渣X2bとともに、固形バイオマス燃料としてバイオマスバーナ10に供給される。
即ち、バイオマスバーナ10に供給される乾燥バイオマス造粒残渣X2bが必要な固形バイオマス燃料の量に満たない場合であっても、乾燥バイオマス取出部14で取り出した乾燥バイオマス造粒物X2aを固形バイオマス燃料としてバイオマスバーナ10に補充することができる。従って、バイオマスバーナ10の燃焼量不足を解消して、熱量不足を補うための化石燃料バーナによる化石燃料の助燃が削減される。
【0036】
乾燥バイオマス取出部14による乾燥バイオマス造粒物X2aの取出量を調整可能な取出量調整部14aが設けられている。
そして、燃焼制御部10aは、バイオマスバーナ10の燃焼状態に基づいて取出量調整部14aの作動を制御して、バイオマスバーナ10への乾燥バイオマス造粒物X2aの供給量を調整する形態で、バイオマスバーナ10の燃焼量を適切に制御することができる。
即ち、バイオマスバーナ10の燃焼量を増加させる場合には、取出量調整部14aにより固形バイオマス燃料として取り出す乾燥バイオマス造粒物X2aの取出量を増加させる。すると、バイオマスバーナ10に供給される固形バイオマス燃料が増加して、結果、バイオマスバーナ10の燃焼量が増加することになる。逆に、バイオマスバーナ10の燃焼量を減少させる場合には、取出量調整部14aにより固形バイオマス燃料として取り出す乾燥バイオマス造粒物X2aの取出量を減少させる。すると、バイオマスバーナ10に供給される固形バイオマス燃料が減少して、結果、バイオマスバーナ10の燃焼量が減少することになる。
【0037】
〔別実施形態〕
本発明の他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用することに限らず、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
【0038】
(1)上記第2乃至第4実施形態では、バイオマスバーナ10に対して乾燥バイオマスX1,X2,X2aを固形バイオマス燃料として補充するように構成したが、乾燥バイオマス以外の例えば乾燥処理前の含水バイオマスやバイオマス炭化物等を固形バイオマス燃料として補充するように構成しても構わない。
【0039】
(2)上記実施形態において、燃焼制御部10aによるバイオマスバーナ10の燃焼量制御については省略しても構わない。また、この場合、このバイオマスバーナ10に対して並設される化石燃料バーナの燃焼量を制御して、熱分解ガス焼却部5や熱風発生部1a,4aの炉内温度や排ガス温度を所望の温度に維持するように構成することができる。
【0040】
(3)上記実施形態では、乾燥処理部1に供給される熱風を発生させる熱風発生部1aや炭化処理部4に供給される熱風を発生させる熱風発生部4aを設けたが、バイオマスバーナ10が設けられていない熱風発生部1a,4bについては適宜省略しても構わない。また、熱分解ガス焼却部5にバイオマスバーナ10が設けられている場合においては、例えば熱分解ガス焼却部5の排ガスを熱風として乾燥処理部1や炭化処理部2に供給するように構成して、熱風発生部1a,4bの両方を省略することもできる。