特許 7486916 木質バイオマス燃料発電システム及び木質バイオマス燃料発電方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-10

(45)【発行日】2024-05-20

(54)【発明の名称】木質バイオマス燃料発電システム及び木質バイオマス燃料発電方法

(51)【国際特許分類】

   F23G 5/04 20060101AFI20240513BHJP

   F23L 15/00 20060101ALI20240513BHJP

【ＦＩ】

F23G5/04 D ZAB

F23L15/00 Z

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2018213060

(22)【出願日】2018-11-13

(65)【公開番号】P2020079674

(43)【公開日】2020-05-28

【審査請求日】2021-09-08

【審判番号】

【審判請求日】2023-02-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000003285

【氏名又は名称】千代田化工建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001379

【氏名又は名称】弁理士法人大島特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】広地 芳一

(72)【発明者】

【氏名】上田 毅

(72)【発明者】

【氏名】宮内 博之

(72)【発明者】

【氏名】田中 俊朗

【合議体】

【審判長】鈴木 充

【審判官】間中 耕治

【審判官】竹下 和志

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１４５２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－８３０３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平６－８２００２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－３３９４１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２３１２４７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－１１７３３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１７３２４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５２４５５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２２３５７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２１３５８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

F23G 5/04

F23L 15/00

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

木質バイオマスを燃料として用いて発電を行う木質バイオマス燃料発電システムであって、
燃料を乾燥させる乾燥機と、
燃焼用空気を予熱する空気予熱器と、
前記乾燥機によって乾燥した前記燃料を、前記燃焼用空気を用いて燃焼させるボイラーと、
前記ボイラーによって加熱された蒸気により駆動される少なくとも１つの発電用蒸気タービンと、
を備え、
前記発電用蒸気タービンは、前記ボイラーから供給された前記蒸気によって駆動される高圧蒸気タービンと、前記ボイラーから前記高圧蒸気タービンを介して供給された前記蒸気によって駆動される多段抽気型の低圧蒸気タービンと、を含み、
前記低圧蒸気タービンが駆動される前記蒸気は、前記高圧蒸気タービンが駆動される前記蒸気よりも低圧であり、
前記乾燥機は、前記低圧蒸気タービンから取り出された第１の抽出蒸気の熱により前記燃料を乾燥させ、
前記空気予熱器は、前記低圧蒸気タービンから前記第１の抽出蒸気とは異なる抽気ラインを通して取り出され、且つ前記第１の抽出蒸気よりも高温の第２の抽出蒸気の熱により前記燃焼用空気を予熱することを特徴とする木質バイオマス燃料発電システム。

【請求項2】

乾燥用空気を供給する送風機と、
前記第１の抽出蒸気および前記乾燥用空気の熱交換により、前記乾燥機に導入される前記乾燥用空気を加熱する熱交換器と、
を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の木質バイオマス燃料発電システム。

【請求項3】

前記乾燥機に導入される前記乾燥用空気の温度が１２０℃～１５０℃の範囲内にあることを特徴とする請求項２に記載の木質バイオマス燃料発電システム。

【請求項4】

前記乾燥機は、前記燃料を収容すると共に前記乾燥用空気が導入される収容容器と、前記燃料の水分を含む前記乾燥用空気を前記収容容器から排出するベントとを備えたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の木質バイオマス燃料発電システム。

【請求項5】

前記空気予熱器から前記ボイラーに導入される前記燃焼用空気の温度が２００℃～２５０℃の範囲内にあることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の木質バイオマス燃料発電システム。

【請求項6】

前記発電用蒸気タービンに付設された復水器を更に備え、
前記乾燥機において前記燃料の乾燥に用いられた前記第１の抽出蒸気が、前記復水器に循環されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の木質バイオマス燃料発電システム。

【請求項7】

前記燃料は、前記乾燥機による乾燥前に４０～５０重量％の水分を含み、かつ前記乾燥機による乾燥後に２０重量％以下の水分を含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の木質バイオマス燃料発電システム。

【請求項8】

木質バイオマスを燃料として用いて発電を行う木質バイオマス燃料発電方法であって、
燃料を乾燥させる乾燥工程と、
燃焼用空気を予熱する空気予熱工程と、
前記乾燥工程によって乾燥した前記燃料を、ボイラーによって前記燃焼用空気を用いて燃焼させる燃焼工程と、
前記燃焼工程における燃焼熱によって加熱された蒸気により少なくとも１つの発電用蒸気タービンを駆動する発電工程と、
を有し、
前記発電用蒸気タービンは、前記ボイラーから供給された前記蒸気によって駆動される高圧蒸気タービンと、前記ボイラーから前記高圧蒸気タービンを介して供給された前記蒸気によって駆動される多段抽気型の低圧蒸気タービンと、を含み、
前記低圧蒸気タービンが駆動される前記蒸気は、前記高圧蒸気タービンが駆動される前記蒸気よりも低圧であり、
前記乾燥工程では、前記低圧蒸気タービンから取り出された第１の抽出蒸気の熱により前記燃料を乾燥させ、
前記空気予熱工程では、前記低圧蒸気タービンから前記第１の抽出蒸気とは異なる抽気ラインを通して取り出され、且つ前記第１の抽出蒸気よりも高温の第２の抽出蒸気の熱により前記燃焼用空気を予熱することを特徴とする木質バイオマス燃料発電方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、木質チップ及び木質ペレットなどの木質バイオマスを燃料として用いて発電を行う木質バイオマス燃料発電システム及び木質バイオマス燃料発電方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、温室効果ガスの排出抑制などの観点から、化石燃料に代えて、エネルギー源として永続的に利用できると考えられる再生可能エネルギー（太陽光、風力、地熱、及びバイオマス等）を利用した発電システムの導入が進められている。特に、木質バイオマスは、太陽光や風力のような気象条件による変動がないという利点を有していることから、近年、木質バイオマスを燃料として用いて発電を行う木質バイオマス発電システムが注目されている。

【0003】

木質バイオマス発電システムでは、ボイラーでの燃焼効率を高めるために、燃料として用いる木質バイオマスに含まれる水分量を前処理等によって低く抑えることが望ましい。そこで、例えば、ボイラーの火炉内で燃焼させる石炭の副燃料として使用するバイオマス燃料の乾燥方法であって、火炉内で発生した燃焼排ガスを抽出し、これを、火炉内に供給する前のバイオマス燃料を乾燥させるための熱源として使用し、その使用後の燃焼排ガスを冷却して水分を回収した後に燃焼用空気に混合して火炉内に供給する方法が知られている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００５－２９１５２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、上記特許文献１に記載のような従来技術では、燃料（木質バイオマス）の乾燥に比較的高温（例えば、３５０～４００℃）の燃焼排ガスを使用し、さらに、その使用後の燃焼排ガスを冷却して水分を回収した後に燃焼用空気に混合して火炉内に供給するため、燃料の乾燥や燃焼用に利用した燃焼排ガス（燃焼熱）は発電には直接利用されず、発電に寄与しない熱エネルギーの割合が増大するという問題がある。特に、木質バイオマスを発電システムの主燃料として用いる場合や、比較的大きな発電出力を必要とする場合には、そのような問題はより顕著になる。

【0006】

本発明は、このような従来技術の課題を鑑みて案出されたものであり、木質バイオマスの燃焼熱を効率的に利用することを可能とする木質バイオマス燃料発電システム及び木質バイオマス燃料発電方法を提供することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第１の側面では、木質バイオマスを燃料として用いて発電を行う木質バイオマス燃料発電システム（１）であって、燃料を乾燥させる乾燥機（１１）と、燃焼用空気を予熱する空気予熱器（３２）と、前記乾燥機によって乾燥した前記燃料を、前記燃焼用空気を用いて燃焼させるボイラー（３１）と、前記ボイラーによって加熱された蒸気により駆動される少なくとも１つの発電用蒸気タービン（１０１、１０２）と、を備え、前記乾燥機は、前記発電用蒸気タービンから取り出された第１の抽出蒸気の熱により前記燃料を乾燥させ、前記空気予熱器は、前記発電用蒸気タービンから取り出され、且つ前記第１の抽出蒸気よりも高温の第２の抽出蒸気の熱により前記燃焼用空気を予熱することを特徴とする。

【0008】

これによると、発電用蒸気タービンから抽出された異なる温度の複数の抽出蒸気を、それぞれ木質バイオマスの乾燥および木質バイオマスを燃焼させる燃焼用空気の予熱に用いることにより、システム内において木質バイオマスの燃焼熱を効率的に利用することが可能となる。

【0009】

本発明の第２の側面では、乾燥用空気を供給する送風機（１２）と、前記第１の抽出蒸気および前記乾燥用空気の熱交換により、前記乾燥機に導入される前記乾燥用空気を加熱する熱交換器（１３）と、を更に備えたことを特徴とする。

【0010】

これによると、簡易な構成により、発電用蒸気タービンから抽出された抽出蒸気を木質バイオマスの乾燥に用いることができる。

【0011】

本発明の第３の側面では、前記乾燥機に導入される前記乾燥用空気の温度が１２０℃～１５０℃の範囲内にあることを特徴とする。

【0012】

これによると、乾燥用空気を適切な温度範囲（１２０℃～１５０℃）に設定することにより、木質バイオマスの乾燥用に抽出蒸気を効率的に利用することが可能となる。

【0013】

本発明の第４の側面では、前記乾燥機は、前記燃料を収容すると共に前記乾燥用空気が導入される収容容器（２２）と、前記燃料の水分を含む前記乾燥用空気を前記収容容器から排出するベント（２３）とを備えたことを特徴とする。

【0014】

これによると、送風機から供給される乾燥用空気を用いる簡易な構成により、木質バイオマスを効率的に乾燥させることが可能となる。

【0015】

本発明の第５の側面では、前記空気予熱器から前記ボイラーに導入される前記燃焼用空気の温度が２００℃～２５０℃の範囲内にあることを特徴とする。

【0016】

これによると、燃焼用空気を適切な温度範囲（２００℃～２５０℃）に設定することにより、燃焼用空気の予熱用に抽出蒸気を効率的にすることが可能となる。

【0017】

本発明の第６の側面では、前記発電用蒸気タービンは、より高圧の前記蒸気によって駆動される高圧蒸気タービン（１０１）と、前記高圧蒸気タービンを介して供給されたより低圧の前記蒸気によって駆動される低圧蒸気タービン（１０２）を含み、前記第１及び第２の抽出蒸気は、前記低圧蒸気タービンから取り出されることを特徴とする。

【0018】

これによると、高圧蒸気タービン及び低圧蒸気タービンを利用して発電を行う一方で、低圧蒸気タービンから抽出された異なる温度の複数の抽出蒸気において、より低温の蒸気を木質バイオマスの乾燥に利用し、かつより高温の蒸気を燃焼用空気の予熱に利用することにより、木質バイオマスの燃焼熱をより効率的に利用することが可能となる。

【0019】

本発明の第７の側面では、前記発電用蒸気タービンに付設された復水器（１０４）を更に備え、前記乾燥機において前記燃料の乾燥に用いられた前記第１の抽出蒸気が、前記復水器に循環されることを特徴とする。

【0020】

これによると、簡易な構成により、木質バイオマスの乾燥に用いた抽出蒸気を有効利用することが可能となる。

【0021】

本発明の第８の側面では、前記燃料は、前記乾燥機による乾燥前に４０～５０重量％の水分を含み、かつ前記乾燥機による乾燥後に２０重量％以下の水分を含むことを特徴とする。

【0022】

これによると、木質バイオマスの乾燥前後の水分含有率を適切な範囲に設定することにより、木質バイオマスの乾燥および燃焼を効率的に実施することが可能となる。

【0023】

本発明の第９の側面では、木質バイオマスを燃料として用いて発電を行う木質バイオマス燃料発電方法であって、燃料を乾燥させる乾燥工程と、燃焼用空気を予熱する空気予熱工程と、前記乾燥工程によって乾燥した前記燃料を、前記燃焼用空気を用いて燃焼させる燃焼工程と、前記燃焼工程における燃焼熱によって加熱された蒸気により少なくとも１つの発電用蒸気タービン（１０１、１０２）を駆動する発電工程と、を有し、前記乾燥工程では、前記発電用蒸気タービンから取り出された第１の抽出蒸気の熱により前記燃料を乾燥させ、前記空気予熱工程では、前記発電用蒸気タービンから取り出され、且つ前記第１の抽出蒸気よりも高温の第２の抽出蒸気の熱により前記燃焼用空気を予熱することを特徴とする。

【0024】

これによると、発電用蒸気タービンから抽出された異なる温度の複数の抽出蒸気を、それぞれ木質バイオマスの乾燥および木質バイオマスを燃焼させる燃焼用空気の予熱に用いることにより、木質バイオマスの燃焼熱を効率的に利用することが可能となる。

【発明の効果】

【0025】

このように本発明によれば、木質バイオマスの燃焼熱を効率的に利用することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】実施形態に係る木質バイオマス燃料発電システムの全体構成図

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、本発明の木質バイオマス燃料発電システム及びその発電方法に関する実施形態について図面を参照しながら説明する。

【0028】

図１は実施形態に係る木質バイオマス燃料発電システム１の概要を示す全体構成図である。

【0029】

木質バイオマス燃料発電システム１（以下、発電システム１という。）は、木質バイオマス（すなわち、木質チップ及び木質ペレットなどの木材由来の有機性資源（化石燃料を除く））を燃料とし、これを燃焼させることにより発電を行う。この発電システム１は、燃料を受け入れる受入設備２、燃料を燃焼させる燃焼設備３、及び燃焼設備３で発生する燃焼熱を利用して発電を行う発電設備４を備える。

【0030】

なお、発電システム１は、上記設備２－４に限らず、他の公知の設備（例えば、集塵設備、水処理設備）を備えることが可能である。また、発電システム１は、主燃料として木質バイオマスを使用するが、必要に応じて木質バイオマスに他の公知の燃料（化石燃料を含む）を副燃料として混合して使用することも可能である。

【0031】

次に、発電システム１における受入設備２の詳細について説明する。受入設備２は、燃料貯蔵庫９及び第１コンベヤ１０、ならびに燃料を乾燥するための乾燥機１１及び乾燥用送風機１２を備える。

【0032】

燃料貯蔵庫９は、燃料運搬用の車両等（図示せず）から燃料を受け入れた燃料を貯蔵する。また、第１コンベヤ１０は、燃料貯蔵庫２６から排出される燃料を乾燥機１１（後述する受入ホッパー２１）に搬送する。

【0033】

乾燥機１１は、受入ホッパー２１、収容容器２２、及びベント２３を備える。また、乾燥機１１には、収容容器２２と乾燥用送風機１２との間に配置された熱交換器１３が付設されている。

【0034】

受入ホッパー２１は、第１コンベヤ１０によって搬送された燃料を受け入れる。この燃料は、木質チップ、木質ペレットその他の木質バイオマスのうちの１つか、またはそれらを複数混合したものである。木質ペレット（乾燥前）の水分含有率は、通常は１０～１５重量％程度である。また、木質チップ（乾燥前）の水分含有率は、通常は４０～５０重量％程度である。

【0035】

一般に、木質バイオマスの価格については、その水分含有率が高くなると、より安価となる傾向がある。したがって、発電システム１では、受入設備２で受け入れる木質バイオマス（乾燥前）の水分含有率を比較的高い範囲（例えば、４０～５０重量％）で適切に設定（制御）することにより、燃料の取得コストを低減することができる。

【0036】

収容容器２２は、受入ホッパー２１により受け入れられた燃料を収容する。収容容器２２は、後述する乾燥用空気を内部に流通させることにより、収容した燃料を乾燥させる処理を行う。収容容器２２での乾燥処理は、バッチ式で実施され、その底部から乾燥後の燃料が間歇的に排出される。ただし、収容容器２２の乾燥処理は、連続式で実施することもできる。また、収容容器２２は、燃料の乾燥を促進するための装置（例えば、収容した燃料を撹拌するための撹拌装置）を更に備えることができる。

【0037】

収容容器２２における乾燥処理後の燃料の水分含有率は、例えば、２０重量％以下とすることが好ましい。発電システム１では、受入設備２における木質バイオマスの乾燥後の水分含有率を適切な範囲（ここでは、２０重量％以下）に設定（制御）することにより、木質バイオマスの乾燥及び燃焼設備３での燃焼を効率的に実施することが可能となる。

【0038】

ベント２３は、燃料から除去された水分を含む収容容器２２内の乾燥用空気を外部に排出する。

【0039】

乾燥用送風機１２は、燃料を収容した収容容器２２に対して乾燥用空気（ここでは、大気）を供給する。熱交換器１３は、乾燥用送風機１２から送出される乾燥用空気（常温）を、後に詳述する蒸気との熱交換により所定の温度まで加熱する。なお、乾燥用送風機１２及び熱交換器１３は、収容容器２２と一体に設けてもよい。

【0040】

収容容器２２に供給される乾燥用空気（加熱後）の温度は、１２０～１５０℃の範囲で設定（制御）することが好ましい。乾燥用空気の温度を１２０℃以上とすることで、燃料の乾燥不良を抑制することができ、また、乾燥用空気の温度を１５０℃以下とすることで、木質バイオマスの熱分解等を抑制することができる。

【0041】

また、受入設備２は、乾燥した燃料をボイラー３１に供給するための第２コンベヤ２５を備える。

【0042】

第２コンベヤ２５は、乾燥機１１から排出される燃料（乾燥後）を燃焼設備３（後述する燃料フィーダ５１）に搬送する。

【0043】

なお、発電システム１では、１つの燃焼設備３に対して複数の受入設備２を設けることもできる。その場合、例えば、複数の受入設備２で互いに異なる燃料（例えば、比較的水分の高い木質チップ、比較的水分の低い木質ペレット）を受け入れ、燃焼設備３の稼働状況に応じて各受入設備２から燃焼設備３への燃料の供給量（各受入設備２間の供給割合）を調整することができる。これにより、燃焼設備３に供給する燃料の水分や発熱量の調整が容易となり、また、乾燥機１１による乾燥処理の自由度も高まる。

【0044】

次に、発電システム１における燃焼設備３の詳細について説明する。燃焼設備３は、ボイラー３１及び空気予熱器３２を備える。

【0045】

ボイラー３１は、燃焼室４１、ボイラー本体４２、サイクロン４３、対流伝熱室４４、シールポット４５、及びＦＢＨＥ（流動床式熱交換器）４６を備える。

【0046】

燃焼室４１は、受入設備２から供給された燃料を、空気予熱器３２から供給される燃焼用空気によって燃焼させる。燃焼室４１には、燃料フィーダ５１が付設されている。燃料フィーダ５１は、乾燥機１１から第２コンベヤ２５によって搬送された燃料を燃焼室４１に供給する。燃焼室４１で発生した排ガス（燃焼ガス）は、燃焼室４１の上部に連なるボイラー本体４２に送られる。

【0047】

また、燃焼室４１には、補助燃料（ここでは、軽油）が貯留された燃料タンク５２が付設されている。燃料タンク５２の補助燃料は、ポンプ５３により補助燃料供給ラインＬ１を通してバーナ５４に供給される。バーナ５４は、ボイラー３１の起動時に、空気予熱器３２から供給される燃焼用空気によって補助燃料を燃焼させ、これにより、燃料（木質バイオマス）を着火させる。なお、バーナ５４は、ボイラー３１の起動時に限らず、燃焼室４１における燃料の燃焼状態に応じて適宜使用可能である。

【0048】

ボイラー本体４２は、蒸発管６１及び３次過熱器６２を備える。蒸発管６１は、ボイラー３１に付設された蒸気ドラム６３との間で蒸気を循環させる循環ラインＬ２に設置されている。また、３次過熱器６２は、蒸気ドラム６３から発電設備４（後述する高圧蒸気タービン１０１）に蒸気を供給する主蒸気ラインＬ３に設置されている。それら蒸発管６１及び３次過熱器６２を流れる蒸気は、ボイラー本体４２を流れる排ガスとの熱交換によって加熱される。ボイラー本体４２を通過した排ガスは、ボイラー本体４２の下流側に連なるサイクロン４３に送られる。

【0049】

サイクロン４３は、排ガスの除塵（排ガスに含まれる飛灰の分離）を行う。また、サイクロン４３は、主蒸気ラインＬ３に設置された１次過熱器６５を備える。１次過熱器６５を流れる蒸気は、サイクロン４３を流れる排ガスとの熱交換によって加熱される。サイクロン４３で除塵された排ガスは、その上部の出口管に連なる対流伝熱室４４に送られる。一方、サイクロン４３で排ガスから分離された飛灰を含む流れは、シールポット４５に導入される。

【0050】

対流伝熱室４４は、２次過熱器７１、再熱器７２、及びそれらの下流側に配置された節炭器７３を備える。２次過熱器７１は、主蒸気ラインＬ３に設置されている。また、再熱器７２は、後述する高圧蒸気タービン１０１からの排出蒸気を低圧蒸気タービン１０２に供給するための排出蒸気ラインＬ４に設置されている。それら２次過熱器７１、再熱器７２、及び節炭器７３を流れる蒸気は、対流伝熱室４４を流れる排ガスとの熱交換によって加熱される。対流伝熱室４４を通過した排ガスは、排出通路７５を介して空気予熱器３２に送られる。

【0051】

シールポット４５では、主として飛灰からなる流れが飛灰輸送管８１を介してＦＢＨＥ４６に送られる一方、主としてガスからなる流れがガス循環管８２を介して燃焼室４１に循環される。

【0052】

ＦＢＨＥ４６は、主蒸気ラインＬ３に設置された４次過熱器８５を備える。４次過熱器８５を流れる蒸気は、飛灰輸送管８１からの流れ（主として飛灰からなる）との熱交換により加熱される。

【0053】

このような構成により、蒸気ドラム６３から発電設備４に供給される蒸気は、主蒸気ラインＬ３に設置された１次過熱器６５、２次過熱器７１、３次過熱器６２、及び４次過熱器８５を順に通過することにより加熱される。これにより、ボイラー３１で発生した燃焼熱を発電設備４で利用することが可能となる。

【0054】

空気予熱器３２は、第１伝熱管９１及び第２伝熱管９２が設けられた予熱器本体９０を備える。第１伝熱管９１及び第２伝熱管９２は、燃焼設備３で使用される燃焼用空気を、予熱器本体９０を流れる排ガスとの熱交換によってそれぞれ加熱する。第１燃焼用送風機９３は、第１燃焼用空気ラインＬ５を介して第１伝熱管９１に対して燃焼用空気を供給する。また、第２燃焼用送風機９４は、第２燃焼用空気ラインＬ６を介して第２伝熱管９２に対して燃焼用空気を供給する。

【0055】

また、空気予熱器３２には、第１伝熱管９１と第１燃焼用送風機９３との間に配置された第１補助予熱器９５が付設されている。第１補助予熱器９５は、第１燃焼用送風機９３から送出される燃焼用空気を、後に詳述する蒸気との熱交換により所定の温度まで加熱する。第１補助予熱器９５で加熱された燃焼用空気は、第１伝熱管９１において更に加熱された後、第１燃焼用空気ラインＬ５を介して燃焼室４１に供給される。

【0056】

同様に、空気予熱器３２には、第２伝熱管９２と第２燃焼用送風機９４との間に配置された第２補助予熱器９６が付設されている。第２補助予熱器９６は、第２燃焼用送風機９４から送出される燃焼用空気を、後に詳述する蒸気との熱交換により所定の温度まで加熱する。第２補助予熱器９６で加熱された燃焼用空気は、第２伝熱管９２において更に加熱された後、第２燃焼用空気ラインＬ６を介してバーナ５４に供給される。第２燃焼用送風機９４による燃焼用空気の供給は、バーナ５４の不使用時には停止することができる。

【0057】

空気予熱器３２によって加熱された（すなわち、燃焼室４１に供給される）燃焼用空気の温度は、２００～２５０℃に設定（制御）することが好ましい。これにより、後述する低圧蒸気タービン１０２から抽出される比較的低温の蒸気を利用してボイラー３１の効率を高めることができる。

【0058】

なお、図示は省略するが、ボイラー３１（燃焼室４１、対流伝熱室４４、及びＦＢＨＥ４６等）及び空気予熱器３２から排出される焼却灰や飛灰は、灰処理設備に送られる。また、空気予熱器３２から排出される排ガスは、排ガス処理装置（窒素酸化物除去装置）や集塵器等を通って煙突から放散される。

【0059】

次に、発電システム１における発電設備４の詳細について説明する。

【0060】

発電設備４は、高圧蒸気タービン１０１、低圧蒸気タービン１０２、発電機１０３、復水器１０４、脱気器１０５、及び給水加熱器群（第１～第５給水加熱器１０６ａ～１０６ｅ）を備える。

【0061】

高圧蒸気タービン１０１は、主蒸気ラインＬ３を介してボイラー３１から供給される蒸気によって駆動される。高圧蒸気タービン１０１から抽気ラインＬ７を介して抽気された蒸気は、第４及び第５給水加熱器１０６ｄ、１０６ｅに順に導入された後、脱気器１０５に送られる。

【0062】

一方、高圧蒸気タービン１０１の排出蒸気の一部は、上述の再熱器７２が設けられた排出蒸気ラインＬ４を介して低圧蒸気タービン１０２に供給される。また、高圧蒸気タービン１０１の排出蒸気の一部は、排出蒸気ラインＬ４から分岐した分岐ラインＬ８を介して第４給水加熱器１０６ｄに導入された後、脱気器１０５に送られる。なお、高圧蒸気タービン１０１における抽気の位置や数は、上述の例に限らず変更することが可能である。

【0063】

低圧蒸気タービン１０２は、排出蒸気ラインＬ４を介して高圧蒸気タービン１０１から供給される蒸気によって駆動される。低圧蒸気タービン１０２は、多段抽気型の蒸気タービンであり、第１～第４抽気ラインＬ９ａ～Ｌ９ｄを介して異なる圧力の蒸気が抽出される。

【0064】

低圧蒸気タービン１０２から抽気された最も圧力の高いの高圧段（第１段）の蒸気は、第１抽気ラインＬ９ａを介して脱気器１０５に送られる。また、次に圧力の高い第１の中圧段（第２段）の蒸気は、第２抽気ラインＬ９ｂを介して第３給水加熱器１０６ｃ、第２給水加熱器１０６ｂ、及び第１給水加熱器１０６ａに順に導入される。また、次に圧力の高い第２の中圧段（第３段）の蒸気は、第３抽気ラインＬ９ｃを介して第２給水加熱器１０６ｂ及び第１給水加熱器１０６ａに順に導入される。最も圧力の低い低圧段（第４段）の蒸気は、第４抽気ラインＬ９ｄを介して第１給水加熱器１０６ａに導入される。第１給水加熱器１０６ａに導入された蒸気は、復水ラインＬ１０を介して復水器１０４に送られる。なお、低圧蒸気タービン１０２における抽気の位置や数は、上述の例に限らず変更することが可能である。

【0065】

発電設備４には、第４抽気ラインＬ９ｄから分岐する乾燥空気用蒸気ラインＬ１１及び第２抽気ラインＬ９ｂから分岐する加熱空気用蒸気ラインＬ１２が設けられている。

【0066】

乾燥空気用蒸気ラインＬ１１には、上述の熱交換器１３が設けられており、乾燥空気用蒸気ラインＬ１１の下流端は復水ラインＬ１０に接続されている。これにより、乾燥空気用蒸気ラインＬ１１を流れる蒸気（第１の抽出蒸気）は、ポンプ１１１により熱交換器１３に導入された後、復水器１０４に送られる。乾燥空気用蒸気ラインＬ１１を流れる蒸気の温度は、上述のように熱交換器１３から収容容器２２に供給される乾燥用空気の温度を１２０℃～１５０℃の範囲とすることが可能なように設定することが好ましい。

【0067】

加熱空気用蒸気ラインＬ１２には、上述の第１補助予熱器９５及び第２補助予熱器９６が設けられており、加熱空気用蒸気ラインＬ１２の下流端は脱気器１０５に接続されている。加熱空気用蒸気ラインＬ１２を流れる蒸気（第２の抽出蒸気）は、ポンプ１１２により第１補助予熱器９５及び第２補助予熱器９６にそれぞれ導入された後、復水器１０４に送られる。加熱空気用蒸気ラインＬ１２を流れる蒸気の温度は、上述のように空気予熱器３２から燃焼室４１に供給される燃焼用空気の温度を２００～２５０℃を範囲とすることが可能なように設定することが好ましい。なお、第２補助予熱器９６は、加熱空気用蒸気ラインＬ１２の中間部に設けられたバイパスラインＬ１２ａに設けられている。

【0068】

復水器１０４は、第１再加熱ラインＬ１３を介して脱気器１０５に接続されている。第１再加熱ラインＬ１３の流れ（飽和水）は、ポンプ１１５により第１～第３給水加熱器１０６ａ～１０６ｃに順に送られ、それら第１～第３給水加熱器１０６ａ～１０６ｃにおいて低圧蒸気タービン１０２からの蒸気との熱交換によって順に加熱された後、脱気器１０５に供給される。

【0069】

脱気器１０５は、第２再加熱ラインＬ１４を介して蒸気ドラム６３に接続されている。第２再加熱ラインＬ１４の流れは、ポンプ１１６により第４及び第５給水加熱器１０６ｄ、１０６ｅに順に送られ、それら第４及び第５給水加熱器１０６ｄ、１０６ｅにおいて高圧蒸気タービン１０１からの蒸気との熱交換によって順に加熱された後、蒸気ドラム６３に供給される。

【0070】

発電機１０３は、高圧蒸気タービン１０１及び低圧蒸気タービン１０２（発電用蒸気タービン）の駆動軸に連結されており、それらによって駆動される。発電システム１における発電用蒸気タービンの出力は、比較的高く設定することが好ましく、例えば、５０ＭＷ～１００ＭＷ程度に設定するとよい。

【0071】

このように、発電システム１では、低圧蒸気タービン１０２から抽出された異なる温度の複数の抽出蒸気を、それぞれ木質バイオマスの乾燥および木質バイオマスを燃焼させる燃焼用空気の予熱に用いることにより、システム内において木質バイオマスの燃焼熱を効率的に利用することが可能となる。その結果、発電システム１では、木質バイオマスの乾燥や燃焼用空気の予熱にボイラーの排ガスを利用する場合や、蒸気ドラムの蒸気をそのまま（すなわち、発電用蒸気タービンを介することなく）利用する場合と比べて、ボイラーのコンパクト化や、システムの運転コストを低減することが可能となる。

【0072】

また、発電システム１では、複数の発電用蒸気タービンを利用して発電を行う一方で、より低圧の蒸気タービンから抽出された異なる温度の複数の抽出蒸気において、より低温の蒸気を木質バイオマスの乾燥に利用し、かつより高温の蒸気を燃焼用空気の予熱に利用することにより、木質バイオマスの燃焼熱をより効率的に利用することが可能となる。

【0073】

以上、本発明を特定の実施形態に基づいて説明したが、これらの実施形態はあくまでも例示であって、本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。上述の実施形態に示した本発明に係る木質バイオマス燃料発電システム及び木質バイオマス燃料発電方法の各構成要素は、必ずしも全てが必須ではなく、少なくとも当業者であれば本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。

【0074】

例えば、上述の例では、第４抽気ラインＬ９ｄの蒸気を乾燥用空気の加熱用の蒸気として利用し、第２抽気ラインＬ９ｂの蒸気を燃焼用空気の予熱用の蒸気として用いたが、これにかぎらず、低圧蒸気タービン１０２における抽気の位置や数の変更に応じて他の蒸気を乾燥用空気の加熱用の蒸気または燃焼用空気の予熱用の蒸気として用いることができる。

【0075】

また、発電システム１では、複数の抽気ラインからの蒸気を、乾燥用空気の加熱用の蒸気または燃焼用空気の予熱用の蒸気として使用可能な構成とし、加熱または予熱の程度に応じてそれら複数の抽気ラインからの蒸気の供給量（供給バランス）を制御してもよい。

【符号の説明】

【0076】

１ ：木質バイオマス燃料発電システム
２ ：受入設備
３ ：燃焼設備
４ ：発電設備
９ ：燃料貯蔵庫
１０ ：第１コンベヤ
１１ ：乾燥機
１２ ：乾燥用送風機
１３ ：熱交換器
２１ ：受入ホッパー
２２ ：収容容器
２３ ：ベント
２５ ：第２コンベヤ
３１ ：ボイラー
３２ ：空気予熱器
４１ ：燃焼室
４２ ：ボイラー本体
４３ ：サイクロン
４４ ：対流伝熱室
４５ ：シールポット
５１ ：燃料フィーダ
５２ ：燃料タンク
５３ ：ポンプ
５４ ：バーナ
６１ ：蒸発管
６２ ：３次過熱器
６３ ：蒸気ドラム
６５ ：１次過熱器
７１ ：２次過熱器
７２ ：再熱器
７３ ：節炭器
７５ ：排出通路
８１ ：飛灰輸送管
８２ ：ガス循環管
８５ ：４次過熱器
９０ ：予熱器本体
９１ ：第１伝熱管
９２ ：第２伝熱管
９３ ：第１燃焼用送風機
９４ ：第２燃焼用送風機
９５ ：第１補助予熱器
９６ ：第２補助予熱器
１０１：高圧蒸気タービン
１０２：低圧蒸気タービン
１０３：発電機
１０４：復水器
１０５：脱気器
１０６ａ～１０６ｅ：第１～第５給水加熱器

【図1】