バイオマス粉砕装置及びバイオマス・石炭混焼システム
【課題】粉砕されたバイオマス粉体を効率的に外部に排出することができるバイオマス粉砕装置及びバイオマス・石炭混焼システムを提供する。
【解決手段】バイオマス原料１１を鉛直軸方向上方から供給する原料供給管１２を有する粉砕装置本体１３と、供給されたバイオマス原料１１が載置される粉砕テーブル１４と、該粉砕テーブル１４を回転駆動する駆動部１５と、前記粉砕テーブル１４の回転と連動して作動し、前記バイオマス原料１１を押圧力により粉砕する粉砕ローラ１６と、前記粉砕テーブル１４の外周側下方から上方に向けて上昇流を形成し、粉砕したバイオマス粉体１７を気流搬送する搬送ガス１８を噴出する送風手段とを具備すると共に、粉砕装置本体１３の鉛直軸方向の中央部の胴部２１を縮径すると共に、縮径した胴部２１の鉛直軸方向延長線上の粉砕装置本体１３の頂部１３ａに、バイオマス粉体１７を排出する排出管２２を複数個円周方向に設けてなる。
【解決手段】バイオマス原料１１を鉛直軸方向上方から供給する原料供給管１２を有する粉砕装置本体１３と、供給されたバイオマス原料１１が載置される粉砕テーブル１４と、該粉砕テーブル１４を回転駆動する駆動部１５と、前記粉砕テーブル１４の回転と連動して作動し、前記バイオマス原料１１を押圧力により粉砕する粉砕ローラ１６と、前記粉砕テーブル１４の外周側下方から上方に向けて上昇流を形成し、粉砕したバイオマス粉体１７を気流搬送する搬送ガス１８を噴出する送風手段とを具備すると共に、粉砕装置本体１３の鉛直軸方向の中央部の胴部２１を縮径すると共に、縮径した胴部２１の鉛直軸方向延長線上の粉砕装置本体１３の頂部１３ａに、バイオマス粉体１７を排出する排出管２２を複数個円周方向に設けてなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマス固形物を粉砕して微粉化するバイオマス粉砕装置及びバイオマス・石炭混焼システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化の観点からＣＯ2排出の削減が推進されている。特に、発電用ボイラ等の燃焼設備においては、燃料として石炭や重油等の化石燃料が用いられることが多いが、この化石燃料は、ＣＯ2排出の問題から地球温暖化の原因となり、地球環境保全の見地からその使用が規制されつつある。また化石燃料の枯渇化の観点からもこれに代替するエネルギ資源の開発、実用化が求められている。そこで、化石燃料の代替として、バイオマスを用いた燃料の利用促進が図られている。バイオマスとは、光合成に起因する有機物であって、木質類、草木類、農作物類、厨芥類等のバイオマスがある。このバイオマスを燃料化処理することにより、バイオマスをエネルギ源又は工業原料として有効に利用することができる。
【０００３】
再生可能エネルギであるバイオマスの高効率利用の観点から、バイオマスを燃料として用いることが行われている。燃料として用いる方法の一つに、バイオマス固形物を粉砕して微粉化し、微粉炭焚きボイラに供給して燃料として用いるものがある。これは、石炭とバイオマスとをそれぞれを単独で粉砕する単独粉砕方式と、石炭とバイオマスとを混合してから粉砕する混合粉砕方式とが知られている。何れの方式においても、バイオマス固形物を粉砕するためのバイオマス粉砕装置が必要であるが、従来の石炭焚きボイラで用いられている既設ミルを用いようとした場合、既設ミルの能力制約から両者に対する混焼率は最大でも１０ｃａｌ％程度に留まっていた。
【０００４】
従来のバイオマスを石炭焚きボイラ用の粒径に粉砕するには、石炭粉砕機を流用したものを用いており、例えばバイオマス原料を粉砕装置内の粉砕テーブルに投入し、粉砕テーブルに連動して回転される粉砕ローラにより粉砕・乾燥し、分級している。そして、微粉砕されたバイオマスをバーナ側へ気流搬送している（特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３４７２４１号公報
【特許文献２】特開２００９−２９１６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術の石炭粉砕装置を用いて木質系バイオマス原料を粉砕する場合、以下のような問題がある。
【０００７】
１） バイオマス原料は石炭に比べて比重が軽く、粉砕形状が多様であるので、風量調整による製品粒径コントロールが主となり、例えば回転式分級器等の機械式分級器を用いての分級が十分行われていない、という問題がある。
【０００８】
また、バイオマス原料は繊維質で柔らかく、石炭に比べて難粉砕性燃料であるため、バイオマス粉砕時には粉砕容量が低下する。そのため、石炭を粉砕する竪型ローラ粉砕機を流用してバイオマス原料を粉砕する場合には、Ａ（空気）／Ｃ（石炭）比が、７以上（実際には７〜１３）となり、ボイラ設備に供給する前段側において、例えばバグフィルタやサイクロン等のビンシステムを用いて、空気を分離する設備が必要となる、という問題がある。この結果、ビンシステムにおける例えば閉塞や発火等のトラブルが発生する場合もある。
【０００９】
そこで、従来の石炭粉砕装置を単に流用する粉砕装置とは異なり、粉砕されたバイオマス粉体を効率的に外部に排出することができるバイオマス粉砕装置の出現が切望されている。
【００１０】
本発明は、前記問題に鑑み、粉砕されたバイオマス粉体を効率的に外部に排出することができるバイオマス粉砕装置及びバイオマス・石炭混焼システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、バイオマス原料を鉛直軸方向上方から供給する原料供給管を有する粉砕装置本体と、供給されたバイオマス原料が載置される粉砕テーブルと、該粉砕テーブルを回転駆動する駆動部と、前記粉砕テーブルの回転と連動して作動し、前記バイオマス原料を押圧力により粉砕する粉砕ローラと、前記粉砕テーブルの外周側下方から上方に向けて上昇流を形成し、粉砕したバイオマス粉体を気流搬送する搬送ガスを噴出する送風手段とを具備してなり、前記粉砕装置本体の鉛直軸方向の中央部の胴部を縮径すると共に、縮径した胴部の鉛直軸方向延長線上の粉砕装置本体の頂部に、バイオマス粉体を排出する排出管を複数個周設することを特徴とするバイオマス粉砕装置にある。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、前記排出管の開口部近傍に衝突板を有することを特徴とするバイオマス粉砕装置にある。
【００１３】
第３の発明は第１又は２の発明において、前記縮径した胴部が鉛直軸方向に所定長さ延設されていることを特徴とするバイオマス粉砕装置にある。
【００１４】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記頂部側の粉砕装置本体胴部の径を可変自在としてなることを特徴とするバイオマス粉砕装置にある。
【００１５】
第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つのバイオマス粉砕装置と、石炭原料を粉砕する石炭粉砕装置と、バイオマス粉砕装置で粉砕されたバイオマス粉体と、石炭粉砕装置で粉砕された石炭粉体とが供給されるボイラ火炉とを具備することを特徴とするバイオマス・石炭混焼システムにある。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、中央部の胴部の径を小さく絞った構造とすることにより、搬送ガスの風量を所望量（Ａ／Ｃ=２〜５）相当とした場合でも、バイオマス粉体の搬送に必要な内部空塔速度を満足することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施例１に係るバイオマス粉砕装置の概略図である。
【図２】図２は、実施例１に係るバイオマス粉砕装置の断面概略図である。
【図３】図３は、実施例２に係るバイオマス粉砕装置の概略図である。
【図４】図４は、実施例３に係るバイオマス粉砕装置の概略図である。
【図５】図５は、実施例４に係るバイオマス粉砕装置の概略図である。
【図６】図６は、実施例５に係るボイラ火炉を備えたバイオマス・石炭混焼システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００１９】
本発明による実施例１に係るバイオマス粉砕装置について、図面を参照して説明する。図１は、本実施例に係るバイオマス粉砕装置の概略図である。図２は、実施例１に係るバイオマス粉砕装置の断面概略図である。
図１及び図２に示すように、本実施例に係るバイオマス粉砕装置１０Ａは、バイオマス原料１１を鉛直軸方向上方から供給する原料供給管１２を有する粉砕装置本体１３と、供給されたバイオマス原料１１が載置される粉砕テーブル１４と、該粉砕テーブル１４を回転駆動する駆動部１５と、前記粉砕テーブル１４の回転と連動して作動し、前記バイオマス原料１１を押圧力により粉砕する粉砕ローラ１６と、前記粉砕テーブル１４の外周側下方から上方に向けて上昇流を形成し、粉砕したバイオマス粉体１７を気流搬送する搬送ガス１８を噴出する送風手段（図示せず）とを具備してなり、粉砕装置本体１３の鉛直軸方向の中央部の胴部２１を縮径すると共に、縮径した胴部２１の鉛直軸方向延長線上の粉砕装置本体の頂部１３ａに、バイオマス粉体１７を排出する排出管２２を複数個円周方向に設けてなるものである。
【００２０】
前記粉砕テーブル１４は、略円形台状に形成され、該粉砕テーブル１４の上面は、該テーブル上に載置されたバイオマス固形物がこぼれ落ちないように凹状に形成されると共に、その外周側に堰１４ａを設けている。また、粉砕テーブル１４の摩耗を予防するために、交換自在なテーブルライナ１４ｂが設けられている。
なお、粉砕テーブル１４は、テーブル下側から延設される駆動軸（図示せず）にモータ（図示せず）が接続され、該モータによって粉砕テーブル１４を回転駆動するようになっている。
【００２１】
前記粉砕ローラ１６は、粉砕テーブル１４の中心より外側にずれた位置の上方に設けられている。該粉砕ローラ１６は、粉砕テーブル１４の回転と連動して回転しながら、粉砕テーブル１４のテーブルライナ１４ｂ上に載置されたバイオマス原料１１に押圧力を作用せしめてこれを粉砕する。
このとき、前記モータには、減速機が前記粉砕ローラ１６には粉砕荷重を変化させる可変油圧源又はスプリングが接続されており、粉砕ローラ１６の粉砕荷重を無段階若しくは段階的に減増させ、粉砕動力が定格範囲内、好ましくはほぼ一定になるように制御装置（不図示）で制御可能に構成されている。
【００２２】
前記原料供給管１２は、粉砕装置本体１３の天板１３ａに鉛直軸方向に貫挿され、バイオマス原料１１を粉砕テーブル１４上に落下させるように設置されている。
【００２３】
前記搬送ガス（一次空気）１８を供給する送風手段は、所定流量で且つ所定温度の一次空気を、装置本体１３内に粉砕テーブル１４の周囲から供給するものであり、空気流量の調整にはダンパ等が用いられる。また、必要に応じて温度調整手段を備える。空気流量或いは温度は、図示しない制御装置により適宜制御される。
【００２４】
前記粉砕テーブル１４の外周縁と装置本体１３の内周面との間には隙間１９が設けられており、前記送風手段から供給された搬送ガス（一次空気）１８は、この隙間１９を介して粉砕テーブル１４の上方側に吹き抜けるようになっている。なお、前記隙間１９に偏流ベーン（図示せず）を設けるようにしてもよい。該偏流ベーンは、一次空気の吹き出し方向を調整するものであり、さらに好適には、偏流ベーンの角度を任意に制御可能としてもよい。
【００２５】
本実施例では、粉砕装置本体１３の鉛直軸方向の中央部の胴部２１を縮径すると共に、胴部（縮径部）２１の鉛直軸方向延長線上の粉砕装置本体１３の頂部１３ａに、バイオマス粉体（微粉）１７を排出する排出管２２を複数個円周方向に設けている。
【００２６】
このように、中央部の胴部２１の径を小さく絞った構造とすることにより、搬送ガス１８の風量がＡ／Ｃ=２〜４相当とした場合でも、バイオマス粉体１７の搬送に必要な内部空塔速度を満足することができる。
【００２７】
また、絞り構造の胴部２１の鉛直方向の延長線上に排出管２２を複数設けることで、搬送ガス１８に搬送されたバイオマス粉体１７がその流速を維持しつつ直接排出されることとなる。
すなわち、搬送ガス１８は何の障害物もないので、上昇された空塔速度を維持しつつバイオマス粉体（微粉）１７を搬送することができる。
【００２８】
ここで、胴部２１の絞り部の径ｄと、粉体テーブル１４の径Ｄとの関係は、ｄ≦Ｄ×０．８とするのが好ましい。これは、ｄ＞Ｄ×０．８とすると、所望の流速を確保することができないからである。
【００２９】
本発明では、従来のような機械式分級器（例えば回転式分級器等）を設置することなく、粉砕装置の高さ方向による重力分級作用のみにより、分級することができるので、装置構成の簡略化を図ることができる。
【００３０】
重力分級による高さ調節は、装置の大きさにより左右され、粉砕テーブルと胴部との関係を決定し、搬送ガスのＡ／Ｃを決定した後、重力分級の最適な高さを求めるようにすればよい。
【００３１】
このように、本実施例では、胴部２１を小さく絞った構造とすることで、搬送ガス１８の風量を下げてＡ／Ｃ＝２〜５相当とした場合においても、バイオマス粉体１７の搬送に必要な内部空塔速度を確保することができることとなる。
【００３２】
ここで、前記内部空塔速度Ｖとは、０．５≦Ｖ≦２．０（ｍ／ｓ）の関係とするのが好ましい。これは、０．５ｍ／ｓ未満であると、空気量が少なすぎて過粉砕となり、好ましくなく、一方２．０ｍ／ｓを超える場合には、粉砕物の粗粉量が多くなり、燃焼効率が低下し、共に好ましくないからである。
本発明では、胴部（縮径部）２１で絞り部を形成し、この空塔速度を維持することで、排出管２２までその速度を維持するようにしている。なお、絞り部の上方側は拡径しているが、この拡径量と、胴部から頂部１３ａにかけての長さを調整することで、重力分級を適切に行うようにしている。
なお、空気量Ｑと胴部２１の断面積（原料供給管１２の面積を除いたもの）Ｓと空塔速度Ｖとの関係は以下の式（１）のようになる。
空気量（Ｑ：ｍ2／ｓ）＝断面積（Ｓ：ｍ2）×空塔速度（Ｖ：ｍ／ｓ）…（１）
【００３３】
よって、Ａ／Ｃを２〜５程度まで低減することで、ボイラ設備へのダイレクト燃焼方式が可能となり、従来のような余分な空気を分離する例えばバグフィルタやサイクロン等のビンシステムが不要になる。この結果簡易なボイラ燃焼システムを提供することとなり、コスト低減やビンシステムにおけるトラブル（例えば閉塞、発火等）を回避することができる。
【実施例２】
【００３４】
本発明による実施例２に係るバイオマス粉砕装置について、図面を参照して説明する。図３は、本実施例に係るバイオマス粉砕装置の概略図である。なお、実施例１に係るバイオマス粉砕装置の構成と同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
図３に示すように、本実施例に係るバイオマス粉砕装置１０Ｂは、実施例１に係るバイオマス粉砕装置１０Ａにおいて、前記排出管２２の開口部近傍に衝突板２３を有するものである。
【００３５】
ここで、衝突板２３の径は排出管２２の開口部の０．８倍以下とすることが好ましい。また、衝突板２３の鉛直軸方向の高さを、図示しない昇降手段により移動自在とするのが好ましい。
バイオマス粉体の中でも大きな粒径のものは、ボイラ燃焼の際、未燃分となるので、ボイラ燃焼状態を監視し、未燃分が多い場合には、衝突板２３を開口側に上昇させて、入口を狭め、バイオマス粉体１７の内の大きな粒の排出を防止するようにしている。
【００３６】
本実施例では、衝突板２３を排出管２２の内部からつり下げ手段によりつり下げているが、本発明はこれに限定されず、例えば排出管２２の周囲からつり下げ手段によりつり下げるようにしてもよく、また、高さを変更しないような場合には、粉砕装置本体１３の内壁側から支持部材により支持するようにしてもよい。
【実施例３】
【００３７】
本発明による実施例３に係るバイオマス粉砕装置について、図面を参照して説明する。図４は、本実施例に係るバイオマス粉砕装置の概略図である。なお、実施例１に係るバイオマス粉砕装置の構成と同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
図４に示すように、本実施例に係るバイオマス粉砕装置１０Ｃは、実施例２に係るバイオマス粉砕装置１０Ｂにおいて、前記縮径した胴部２１を鉛直軸方向に所定長さＬ延設させている。
これにより、縮径した際に変化する所望流速の高さ方向の維持を確実に行うことができる。
【実施例４】
【００３８】
本発明による実施例４に係るバイオマス粉砕装置について、図面を参照して説明する。図５は、本実施例に係るバイオマス粉砕装置の概略図である。なお、実施例１に係るバイオマス粉砕装置の構成と同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
図５に示すように、本実施例に係るバイオマス粉砕装置１０Ｄは、実施例３に係るバイオマス粉砕装置１０Ｃにおいて、前記頂部側の粉砕装置本体胴部の径を可変自在としてなる可動壁２４を有している。この可動壁２４は例えばヒンジ２５等により可動自在としており、通常は内壁側と一体としている。
【００３９】
このように、胴部（縮径部）２１の上部の径を可変構造としているので、内部空塔速度を任意に変化させて重力分級を行い、排出管２２から排出される製品粒径をコントロールすることができる。
【００４０】
また、粉砕テーブル１４の外周の隙間１９の開口面積を増大する部材を挿抜自在とする可変構造として、吹き上げる搬送ガス１８の流速を変化させるようにしてもよい。
【００４１】
バイオマスは種類（針葉樹，広葉樹，ペレット）によって比重が大きくことなるため、Ａ／Ｃを一定としても、バイオマス種類によって必要な内部空塔速度が異なるが、空気量一定時においても、可動壁２４や隙間１９の開口面積を調整することで、内部空塔速度を調整することができ、製品粒径の良好なコントロールを行うことが可能となる。
【実施例５】
【００４２】
本発明による実施例５に係るボイラ火炉を備えたバイオマス・石炭混焼システムについて、図面を参照して説明する。図６は、本実施例に係るボイラ火炉を備えたバイオマス・石炭混焼システムの概略図である。
図６に示すように、本実施例に係るボイラ火炉を備えたバイオマス・石炭混焼システムに上述したバイオマス粉砕装置１０Ａ（１０Ｂ〜１０Ｄ）を適用したものである。
図６に示すように、本実施例に係るバイオマス・石炭混焼システムは、必要に応じて所定粒径以下まで一次破砕（粗破砕）、乾燥されたバイオマス固形物であるバイオマス原料１１が貯蔵されるバイオマス貯蔵設備４０と、バイオマス原料１１が供給されるバイオマスホッパ４１を備えたバイオマス粉砕装置１０Ａ（１０Ｂ〜１０Ｄ）と、石炭５０を受け入れるホッパ５１ａ、５１ｂを備えた石炭粉砕装置５２ａ、５２ｂと、バイオマス粉砕装置１０Ａ（１０Ｂ〜１０Ｄ）にて得られたバイオマス粉体１７及び石炭粉砕装置５２ａ、５２ｂにて得られた石炭粉体５３が供給されるボイラ火炉６０と、を備えるものである。
木屑等のバイオマス原料１１はある程度大きさを揃えバイオマスチップとしてバイオマス貯蔵設備４０に貯蔵され、その後、バイオマスホッパ４１に供給される。バイオマスチップは、バイオマスホッパ４１からバイオマス粉砕装置１０Ａ（１０Ｂ〜１０Ｄ）に供給され、粉砕テーブル１４と粉砕ローラ１６とにより粉砕される。粉砕後のバイオマス粉砕物および石炭粉砕物はボイラ火炉６０に供給され、ボイラ火炉６０内でバイオマス粉体１７と石炭粉体５３が混合して燃焼するようになっている。
【００４３】
ボイラ火炉６０の炉本体には、燃料供給ノズルとこれに共働するバーナが配設されている。燃焼により発生した燃焼排ガスは、炉内に配設された伝熱管６１を加熱して煙道へ送られる。炉本体の炉出口に設けた煙道の途中には空気加熱器（ＡＨ）６２が配置され、空気加熱器６２を通った燃焼排ガスは、灰捕集装置等の排ガス処理設備（図示せず）を経て大気放出される。
空気加熱器６２によって外気６３を加熱して生成した高温空気６４は石炭粉砕装置５２ａ、５２ｂに供給され、石炭の乾燥に用いられる。また燃焼排ガスの一部６５は、誘引ファン６６によりバイオマス粉砕装置１０Ａ（１０Ｂ〜１０Ｄ）に供給され、バイオマスの分級、乾燥に用いられる。
【００４４】
このように本発明に係るバイオマス粉砕装置を備えたシステムとすることで、バイオマス粉砕が良好となるので、その粉砕物を燃焼装置に直接導入して燃焼させる場合においても、燃焼性能を低下させることなく安定燃焼が可能である。
また、押込みガスの全体量は従来と変化することがないので、一次空気の変動がなく、燃焼設備にて必要とされる空気量の範囲内で、バイオマス粉砕装置を安定して運転することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、本発明に係るバイオマス粉砕装置によれば、バイオマス原料を効率的に且つ安定的に粉砕することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１０Ａ〜１０Ｄ バイオマス粉砕装置
１１ バイオマス原料
１２ 原料供給管
１３ 粉砕装置本体
１４ 粉砕テーブル
１５ 駆動部
１６ 粉砕ローラ
１７ バイオマス粉体
１８ 搬送ガス
２１ 胴部（縮径部）
２２ 排出管
２３ 衝突板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマス固形物を粉砕して微粉化するバイオマス粉砕装置及びバイオマス・石炭混焼システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化の観点からＣＯ2排出の削減が推進されている。特に、発電用ボイラ等の燃焼設備においては、燃料として石炭や重油等の化石燃料が用いられることが多いが、この化石燃料は、ＣＯ2排出の問題から地球温暖化の原因となり、地球環境保全の見地からその使用が規制されつつある。また化石燃料の枯渇化の観点からもこれに代替するエネルギ資源の開発、実用化が求められている。そこで、化石燃料の代替として、バイオマスを用いた燃料の利用促進が図られている。バイオマスとは、光合成に起因する有機物であって、木質類、草木類、農作物類、厨芥類等のバイオマスがある。このバイオマスを燃料化処理することにより、バイオマスをエネルギ源又は工業原料として有効に利用することができる。
【０００３】
再生可能エネルギであるバイオマスの高効率利用の観点から、バイオマスを燃料として用いることが行われている。燃料として用いる方法の一つに、バイオマス固形物を粉砕して微粉化し、微粉炭焚きボイラに供給して燃料として用いるものがある。これは、石炭とバイオマスとをそれぞれを単独で粉砕する単独粉砕方式と、石炭とバイオマスとを混合してから粉砕する混合粉砕方式とが知られている。何れの方式においても、バイオマス固形物を粉砕するためのバイオマス粉砕装置が必要であるが、従来の石炭焚きボイラで用いられている既設ミルを用いようとした場合、既設ミルの能力制約から両者に対する混焼率は最大でも１０ｃａｌ％程度に留まっていた。
【０００４】
従来のバイオマスを石炭焚きボイラ用の粒径に粉砕するには、石炭粉砕機を流用したものを用いており、例えばバイオマス原料を粉砕装置内の粉砕テーブルに投入し、粉砕テーブルに連動して回転される粉砕ローラにより粉砕・乾燥し、分級している。そして、微粉砕されたバイオマスをバーナ側へ気流搬送している（特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３４７２４１号公報
【特許文献２】特開２００９−２９１６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術の石炭粉砕装置を用いて木質系バイオマス原料を粉砕する場合、以下のような問題がある。
【０００７】
１） バイオマス原料は石炭に比べて比重が軽く、粉砕形状が多様であるので、風量調整による製品粒径コントロールが主となり、例えば回転式分級器等の機械式分級器を用いての分級が十分行われていない、という問題がある。
【０００８】
また、バイオマス原料は繊維質で柔らかく、石炭に比べて難粉砕性燃料であるため、バイオマス粉砕時には粉砕容量が低下する。そのため、石炭を粉砕する竪型ローラ粉砕機を流用してバイオマス原料を粉砕する場合には、Ａ（空気）／Ｃ（石炭）比が、７以上（実際には７〜１３）となり、ボイラ設備に供給する前段側において、例えばバグフィルタやサイクロン等のビンシステムを用いて、空気を分離する設備が必要となる、という問題がある。この結果、ビンシステムにおける例えば閉塞や発火等のトラブルが発生する場合もある。
【０００９】
そこで、従来の石炭粉砕装置を単に流用する粉砕装置とは異なり、粉砕されたバイオマス粉体を効率的に外部に排出することができるバイオマス粉砕装置の出現が切望されている。
【００１０】
本発明は、前記問題に鑑み、粉砕されたバイオマス粉体を効率的に外部に排出することができるバイオマス粉砕装置及びバイオマス・石炭混焼システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、バイオマス原料を鉛直軸方向上方から供給する原料供給管を有する粉砕装置本体と、供給されたバイオマス原料が載置される粉砕テーブルと、該粉砕テーブルを回転駆動する駆動部と、前記粉砕テーブルの回転と連動して作動し、前記バイオマス原料を押圧力により粉砕する粉砕ローラと、前記粉砕テーブルの外周側下方から上方に向けて上昇流を形成し、粉砕したバイオマス粉体を気流搬送する搬送ガスを噴出する送風手段とを具備してなり、前記粉砕装置本体の鉛直軸方向の中央部の胴部を縮径すると共に、縮径した胴部の鉛直軸方向延長線上の粉砕装置本体の頂部に、バイオマス粉体を排出する排出管を複数個周設することを特徴とするバイオマス粉砕装置にある。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、前記排出管の開口部近傍に衝突板を有することを特徴とするバイオマス粉砕装置にある。
【００１３】
第３の発明は第１又は２の発明において、前記縮径した胴部が鉛直軸方向に所定長さ延設されていることを特徴とするバイオマス粉砕装置にある。
【００１４】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記頂部側の粉砕装置本体胴部の径を可変自在としてなることを特徴とするバイオマス粉砕装置にある。
【００１５】
第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つのバイオマス粉砕装置と、石炭原料を粉砕する石炭粉砕装置と、バイオマス粉砕装置で粉砕されたバイオマス粉体と、石炭粉砕装置で粉砕された石炭粉体とが供給されるボイラ火炉とを具備することを特徴とするバイオマス・石炭混焼システムにある。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、中央部の胴部の径を小さく絞った構造とすることにより、搬送ガスの風量を所望量（Ａ／Ｃ=２〜５）相当とした場合でも、バイオマス粉体の搬送に必要な内部空塔速度を満足することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施例１に係るバイオマス粉砕装置の概略図である。
【図２】図２は、実施例１に係るバイオマス粉砕装置の断面概略図である。
【図３】図３は、実施例２に係るバイオマス粉砕装置の概略図である。
【図４】図４は、実施例３に係るバイオマス粉砕装置の概略図である。
【図５】図５は、実施例４に係るバイオマス粉砕装置の概略図である。
【図６】図６は、実施例５に係るボイラ火炉を備えたバイオマス・石炭混焼システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００１９】
本発明による実施例１に係るバイオマス粉砕装置について、図面を参照して説明する。図１は、本実施例に係るバイオマス粉砕装置の概略図である。図２は、実施例１に係るバイオマス粉砕装置の断面概略図である。
図１及び図２に示すように、本実施例に係るバイオマス粉砕装置１０Ａは、バイオマス原料１１を鉛直軸方向上方から供給する原料供給管１２を有する粉砕装置本体１３と、供給されたバイオマス原料１１が載置される粉砕テーブル１４と、該粉砕テーブル１４を回転駆動する駆動部１５と、前記粉砕テーブル１４の回転と連動して作動し、前記バイオマス原料１１を押圧力により粉砕する粉砕ローラ１６と、前記粉砕テーブル１４の外周側下方から上方に向けて上昇流を形成し、粉砕したバイオマス粉体１７を気流搬送する搬送ガス１８を噴出する送風手段（図示せず）とを具備してなり、粉砕装置本体１３の鉛直軸方向の中央部の胴部２１を縮径すると共に、縮径した胴部２１の鉛直軸方向延長線上の粉砕装置本体の頂部１３ａに、バイオマス粉体１７を排出する排出管２２を複数個円周方向に設けてなるものである。
【００２０】
前記粉砕テーブル１４は、略円形台状に形成され、該粉砕テーブル１４の上面は、該テーブル上に載置されたバイオマス固形物がこぼれ落ちないように凹状に形成されると共に、その外周側に堰１４ａを設けている。また、粉砕テーブル１４の摩耗を予防するために、交換自在なテーブルライナ１４ｂが設けられている。
なお、粉砕テーブル１４は、テーブル下側から延設される駆動軸（図示せず）にモータ（図示せず）が接続され、該モータによって粉砕テーブル１４を回転駆動するようになっている。
【００２１】
前記粉砕ローラ１６は、粉砕テーブル１４の中心より外側にずれた位置の上方に設けられている。該粉砕ローラ１６は、粉砕テーブル１４の回転と連動して回転しながら、粉砕テーブル１４のテーブルライナ１４ｂ上に載置されたバイオマス原料１１に押圧力を作用せしめてこれを粉砕する。
このとき、前記モータには、減速機が前記粉砕ローラ１６には粉砕荷重を変化させる可変油圧源又はスプリングが接続されており、粉砕ローラ１６の粉砕荷重を無段階若しくは段階的に減増させ、粉砕動力が定格範囲内、好ましくはほぼ一定になるように制御装置（不図示）で制御可能に構成されている。
【００２２】
前記原料供給管１２は、粉砕装置本体１３の天板１３ａに鉛直軸方向に貫挿され、バイオマス原料１１を粉砕テーブル１４上に落下させるように設置されている。
【００２３】
前記搬送ガス（一次空気）１８を供給する送風手段は、所定流量で且つ所定温度の一次空気を、装置本体１３内に粉砕テーブル１４の周囲から供給するものであり、空気流量の調整にはダンパ等が用いられる。また、必要に応じて温度調整手段を備える。空気流量或いは温度は、図示しない制御装置により適宜制御される。
【００２４】
前記粉砕テーブル１４の外周縁と装置本体１３の内周面との間には隙間１９が設けられており、前記送風手段から供給された搬送ガス（一次空気）１８は、この隙間１９を介して粉砕テーブル１４の上方側に吹き抜けるようになっている。なお、前記隙間１９に偏流ベーン（図示せず）を設けるようにしてもよい。該偏流ベーンは、一次空気の吹き出し方向を調整するものであり、さらに好適には、偏流ベーンの角度を任意に制御可能としてもよい。
【００２５】
本実施例では、粉砕装置本体１３の鉛直軸方向の中央部の胴部２１を縮径すると共に、胴部（縮径部）２１の鉛直軸方向延長線上の粉砕装置本体１３の頂部１３ａに、バイオマス粉体（微粉）１７を排出する排出管２２を複数個円周方向に設けている。
【００２６】
このように、中央部の胴部２１の径を小さく絞った構造とすることにより、搬送ガス１８の風量がＡ／Ｃ=２〜４相当とした場合でも、バイオマス粉体１７の搬送に必要な内部空塔速度を満足することができる。
【００２７】
また、絞り構造の胴部２１の鉛直方向の延長線上に排出管２２を複数設けることで、搬送ガス１８に搬送されたバイオマス粉体１７がその流速を維持しつつ直接排出されることとなる。
すなわち、搬送ガス１８は何の障害物もないので、上昇された空塔速度を維持しつつバイオマス粉体（微粉）１７を搬送することができる。
【００２８】
ここで、胴部２１の絞り部の径ｄと、粉体テーブル１４の径Ｄとの関係は、ｄ≦Ｄ×０．８とするのが好ましい。これは、ｄ＞Ｄ×０．８とすると、所望の流速を確保することができないからである。
【００２９】
本発明では、従来のような機械式分級器（例えば回転式分級器等）を設置することなく、粉砕装置の高さ方向による重力分級作用のみにより、分級することができるので、装置構成の簡略化を図ることができる。
【００３０】
重力分級による高さ調節は、装置の大きさにより左右され、粉砕テーブルと胴部との関係を決定し、搬送ガスのＡ／Ｃを決定した後、重力分級の最適な高さを求めるようにすればよい。
【００３１】
このように、本実施例では、胴部２１を小さく絞った構造とすることで、搬送ガス１８の風量を下げてＡ／Ｃ＝２〜５相当とした場合においても、バイオマス粉体１７の搬送に必要な内部空塔速度を確保することができることとなる。
【００３２】
ここで、前記内部空塔速度Ｖとは、０．５≦Ｖ≦２．０（ｍ／ｓ）の関係とするのが好ましい。これは、０．５ｍ／ｓ未満であると、空気量が少なすぎて過粉砕となり、好ましくなく、一方２．０ｍ／ｓを超える場合には、粉砕物の粗粉量が多くなり、燃焼効率が低下し、共に好ましくないからである。
本発明では、胴部（縮径部）２１で絞り部を形成し、この空塔速度を維持することで、排出管２２までその速度を維持するようにしている。なお、絞り部の上方側は拡径しているが、この拡径量と、胴部から頂部１３ａにかけての長さを調整することで、重力分級を適切に行うようにしている。
なお、空気量Ｑと胴部２１の断面積（原料供給管１２の面積を除いたもの）Ｓと空塔速度Ｖとの関係は以下の式（１）のようになる。
空気量（Ｑ：ｍ2／ｓ）＝断面積（Ｓ：ｍ2）×空塔速度（Ｖ：ｍ／ｓ）…（１）
【００３３】
よって、Ａ／Ｃを２〜５程度まで低減することで、ボイラ設備へのダイレクト燃焼方式が可能となり、従来のような余分な空気を分離する例えばバグフィルタやサイクロン等のビンシステムが不要になる。この結果簡易なボイラ燃焼システムを提供することとなり、コスト低減やビンシステムにおけるトラブル（例えば閉塞、発火等）を回避することができる。
【実施例２】
【００３４】
本発明による実施例２に係るバイオマス粉砕装置について、図面を参照して説明する。図３は、本実施例に係るバイオマス粉砕装置の概略図である。なお、実施例１に係るバイオマス粉砕装置の構成と同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
図３に示すように、本実施例に係るバイオマス粉砕装置１０Ｂは、実施例１に係るバイオマス粉砕装置１０Ａにおいて、前記排出管２２の開口部近傍に衝突板２３を有するものである。
【００３５】
ここで、衝突板２３の径は排出管２２の開口部の０．８倍以下とすることが好ましい。また、衝突板２３の鉛直軸方向の高さを、図示しない昇降手段により移動自在とするのが好ましい。
バイオマス粉体の中でも大きな粒径のものは、ボイラ燃焼の際、未燃分となるので、ボイラ燃焼状態を監視し、未燃分が多い場合には、衝突板２３を開口側に上昇させて、入口を狭め、バイオマス粉体１７の内の大きな粒の排出を防止するようにしている。
【００３６】
本実施例では、衝突板２３を排出管２２の内部からつり下げ手段によりつり下げているが、本発明はこれに限定されず、例えば排出管２２の周囲からつり下げ手段によりつり下げるようにしてもよく、また、高さを変更しないような場合には、粉砕装置本体１３の内壁側から支持部材により支持するようにしてもよい。
【実施例３】
【００３７】
本発明による実施例３に係るバイオマス粉砕装置について、図面を参照して説明する。図４は、本実施例に係るバイオマス粉砕装置の概略図である。なお、実施例１に係るバイオマス粉砕装置の構成と同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
図４に示すように、本実施例に係るバイオマス粉砕装置１０Ｃは、実施例２に係るバイオマス粉砕装置１０Ｂにおいて、前記縮径した胴部２１を鉛直軸方向に所定長さＬ延設させている。
これにより、縮径した際に変化する所望流速の高さ方向の維持を確実に行うことができる。
【実施例４】
【００３８】
本発明による実施例４に係るバイオマス粉砕装置について、図面を参照して説明する。図５は、本実施例に係るバイオマス粉砕装置の概略図である。なお、実施例１に係るバイオマス粉砕装置の構成と同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
図５に示すように、本実施例に係るバイオマス粉砕装置１０Ｄは、実施例３に係るバイオマス粉砕装置１０Ｃにおいて、前記頂部側の粉砕装置本体胴部の径を可変自在としてなる可動壁２４を有している。この可動壁２４は例えばヒンジ２５等により可動自在としており、通常は内壁側と一体としている。
【００３９】
このように、胴部（縮径部）２１の上部の径を可変構造としているので、内部空塔速度を任意に変化させて重力分級を行い、排出管２２から排出される製品粒径をコントロールすることができる。
【００４０】
また、粉砕テーブル１４の外周の隙間１９の開口面積を増大する部材を挿抜自在とする可変構造として、吹き上げる搬送ガス１８の流速を変化させるようにしてもよい。
【００４１】
バイオマスは種類（針葉樹，広葉樹，ペレット）によって比重が大きくことなるため、Ａ／Ｃを一定としても、バイオマス種類によって必要な内部空塔速度が異なるが、空気量一定時においても、可動壁２４や隙間１９の開口面積を調整することで、内部空塔速度を調整することができ、製品粒径の良好なコントロールを行うことが可能となる。
【実施例５】
【００４２】
本発明による実施例５に係るボイラ火炉を備えたバイオマス・石炭混焼システムについて、図面を参照して説明する。図６は、本実施例に係るボイラ火炉を備えたバイオマス・石炭混焼システムの概略図である。
図６に示すように、本実施例に係るボイラ火炉を備えたバイオマス・石炭混焼システムに上述したバイオマス粉砕装置１０Ａ（１０Ｂ〜１０Ｄ）を適用したものである。
図６に示すように、本実施例に係るバイオマス・石炭混焼システムは、必要に応じて所定粒径以下まで一次破砕（粗破砕）、乾燥されたバイオマス固形物であるバイオマス原料１１が貯蔵されるバイオマス貯蔵設備４０と、バイオマス原料１１が供給されるバイオマスホッパ４１を備えたバイオマス粉砕装置１０Ａ（１０Ｂ〜１０Ｄ）と、石炭５０を受け入れるホッパ５１ａ、５１ｂを備えた石炭粉砕装置５２ａ、５２ｂと、バイオマス粉砕装置１０Ａ（１０Ｂ〜１０Ｄ）にて得られたバイオマス粉体１７及び石炭粉砕装置５２ａ、５２ｂにて得られた石炭粉体５３が供給されるボイラ火炉６０と、を備えるものである。
木屑等のバイオマス原料１１はある程度大きさを揃えバイオマスチップとしてバイオマス貯蔵設備４０に貯蔵され、その後、バイオマスホッパ４１に供給される。バイオマスチップは、バイオマスホッパ４１からバイオマス粉砕装置１０Ａ（１０Ｂ〜１０Ｄ）に供給され、粉砕テーブル１４と粉砕ローラ１６とにより粉砕される。粉砕後のバイオマス粉砕物および石炭粉砕物はボイラ火炉６０に供給され、ボイラ火炉６０内でバイオマス粉体１７と石炭粉体５３が混合して燃焼するようになっている。
【００４３】
ボイラ火炉６０の炉本体には、燃料供給ノズルとこれに共働するバーナが配設されている。燃焼により発生した燃焼排ガスは、炉内に配設された伝熱管６１を加熱して煙道へ送られる。炉本体の炉出口に設けた煙道の途中には空気加熱器（ＡＨ）６２が配置され、空気加熱器６２を通った燃焼排ガスは、灰捕集装置等の排ガス処理設備（図示せず）を経て大気放出される。
空気加熱器６２によって外気６３を加熱して生成した高温空気６４は石炭粉砕装置５２ａ、５２ｂに供給され、石炭の乾燥に用いられる。また燃焼排ガスの一部６５は、誘引ファン６６によりバイオマス粉砕装置１０Ａ（１０Ｂ〜１０Ｄ）に供給され、バイオマスの分級、乾燥に用いられる。
【００４４】
このように本発明に係るバイオマス粉砕装置を備えたシステムとすることで、バイオマス粉砕が良好となるので、その粉砕物を燃焼装置に直接導入して燃焼させる場合においても、燃焼性能を低下させることなく安定燃焼が可能である。
また、押込みガスの全体量は従来と変化することがないので、一次空気の変動がなく、燃焼設備にて必要とされる空気量の範囲内で、バイオマス粉砕装置を安定して運転することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、本発明に係るバイオマス粉砕装置によれば、バイオマス原料を効率的に且つ安定的に粉砕することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１０Ａ〜１０Ｄ バイオマス粉砕装置
１１ バイオマス原料
１２ 原料供給管
１３ 粉砕装置本体
１４ 粉砕テーブル
１５ 駆動部
１６ 粉砕ローラ
１７ バイオマス粉体
１８ 搬送ガス
２１ 胴部（縮径部）
２２ 排出管
２３ 衝突板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマス原料を鉛直軸方向上方から供給する原料供給管を有する粉砕装置本体と、
供給されたバイオマス原料が載置される粉砕テーブルと、
該粉砕テーブルを回転駆動する駆動部と、
前記粉砕テーブルの回転と連動して作動し、前記バイオマス原料を押圧力により粉砕する粉砕ローラと、
前記粉砕テーブルの外周側下方から上方に向けて上昇流を形成し、粉砕したバイオマス粉体を気流搬送する搬送ガスを噴出する送風手段とを具備してなり、
前記粉砕装置本体の鉛直軸方向の中央部の胴部を縮径すると共に、
縮径した胴部の鉛直軸方向延長線上の粉砕装置本体の頂部に、バイオマス粉体を排出する排出管を複数個周設することを特徴とするバイオマス粉砕装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記排出管の開口部近傍に衝突板を有することを特徴とするバイオマス粉砕装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記縮径した胴部が鉛直軸方向に所定長さ延設されていることを特徴とするバイオマス粉砕装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
前記頂部側の粉砕装置本体胴部の径を可変自在としてなることを特徴とするバイオマス粉砕装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一つのバイオマス粉砕装置と、
石炭原料を粉砕する石炭粉砕装置と、
バイオマス粉砕装置で粉砕されたバイオマス粉体と、石炭粉砕装置で粉砕された石炭粉体とが供給されるボイラ火炉とを具備することを特徴とするバイオマス・石炭混焼システム。
【請求項１】
バイオマス原料を鉛直軸方向上方から供給する原料供給管を有する粉砕装置本体と、
供給されたバイオマス原料が載置される粉砕テーブルと、
該粉砕テーブルを回転駆動する駆動部と、
前記粉砕テーブルの回転と連動して作動し、前記バイオマス原料を押圧力により粉砕する粉砕ローラと、
前記粉砕テーブルの外周側下方から上方に向けて上昇流を形成し、粉砕したバイオマス粉体を気流搬送する搬送ガスを噴出する送風手段とを具備してなり、
前記粉砕装置本体の鉛直軸方向の中央部の胴部を縮径すると共に、
縮径した胴部の鉛直軸方向延長線上の粉砕装置本体の頂部に、バイオマス粉体を排出する排出管を複数個周設することを特徴とするバイオマス粉砕装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記排出管の開口部近傍に衝突板を有することを特徴とするバイオマス粉砕装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記縮径した胴部が鉛直軸方向に所定長さ延設されていることを特徴とするバイオマス粉砕装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
前記頂部側の粉砕装置本体胴部の径を可変自在としてなることを特徴とするバイオマス粉砕装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一つのバイオマス粉砕装置と、
石炭原料を粉砕する石炭粉砕装置と、
バイオマス粉砕装置で粉砕されたバイオマス粉体と、石炭粉砕装置で粉砕された石炭粉体とが供給されるボイラ火炉とを具備することを特徴とするバイオマス・石炭混焼システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２５１２２２（Ｐ２０１１−２５１２２２Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２５３９０（Ｐ２０１０−１２５３９０）
【出願日】平成２２年５月３１日（２０１０．５．３１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月３１日（２０１０．５．３１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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