前処理ユニット
【課題】、バイオマスをより効率よく粉砕し、燃焼させやすくすることができる前処理ユニットを提供することにある。
【解決手段】バイオマスを粉砕する粉砕手段にバイオマスを供給する前処理ユニットであって、バイオマスを貯蔵するバイオマス貯蔵タンクと、バイオマス貯蔵ユニットにバイオマスを供給する貯蔵前供給手段と、バイオマス貯蔵ユニットに貯蔵されたバイオマスを粉砕手段に供給する貯蔵後供給手段と、貯蔵前供給手段、バイオマス貯蔵タンク、貯蔵後供給手段のいずれかにあるバイオマスを非炭化温度の範囲で加熱する加熱手段と、を有することで上記課題を解決する。
【解決手段】バイオマスを粉砕する粉砕手段にバイオマスを供給する前処理ユニットであって、バイオマスを貯蔵するバイオマス貯蔵タンクと、バイオマス貯蔵ユニットにバイオマスを供給する貯蔵前供給手段と、バイオマス貯蔵ユニットに貯蔵されたバイオマスを粉砕手段に供給する貯蔵後供給手段と、貯蔵前供給手段、バイオマス貯蔵タンク、貯蔵後供給手段のいずれかにあるバイオマスを非炭化温度の範囲で加熱する加熱手段と、を有することで上記課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスを粉砕する粉砕装置にバイオマスを供給する前処理ユニットに関する。
【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また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。また、特許文献１及び特許文献２に記載されているように、バイオマスを炭化させた後、燃料として用いるものもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２３２３９号公報
【特許文献２】特開２００８−２０９０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、バイオマスは、石炭等の固形の化石燃料に比べ、繊維質でやわらかい。このため、バイオマス固形物を粉砕して微粉化するためには、石炭等を粉砕して微粉化するよりもより多くの時間、出力が必要となる。つまり、バイオマスは、石炭に比べ粉砕容量が低下する。これに対して、特許文献１及び特許文献２のように、バイオマスを炭化することで、脆化させ、粉砕しやすくすることができる。しかしながら、バイオマスは、炭化処理時に、タール等の不純物が排出される可能性がある。不純物が排出されるとそれらを除去する工程や、メンテナンスが必要となる。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、バイオマスをより効率よく粉砕させることができ、燃焼させやすくすることができる前処理ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、バイオマスを粉砕する粉砕手段にバイオマスを供給する前処理ユニットであって、バイオマスを貯蔵するバイオマス貯蔵タンクと、前記バイオマス貯蔵タンクにバイオマスを供給する貯蔵前供給手段と、前記バイオマス貯蔵タンクに貯蔵されたバイオマスを粉砕手段に供給する貯蔵後供給手段と、前記貯蔵前供給手段、前記バイオマス貯蔵タンク、前記貯蔵後供給手段のいずれかにあるバイオマスを非炭化温度の範囲で加熱する加熱手段と、を有することを特徴とする。これにより、バイオマスを効率よく粉砕することができ、かつ、装置に対して悪影響が発生する恐れを低減することができる。
【０００８】
また、前記加熱手段は、前記貯蔵前供給手段により前記バイオマス貯蔵タンクに向けて搬送されているバイオマスを加熱することが好ましい。これにより、より効率よくバイオマスを加熱することができ、バイオマスを効率よく加熱することができる。
【０００９】
また、前記加熱手段は、前記貯蔵後供給手段により前記粉砕手段に向けて搬送されているバイオマスを加熱することが好ましい。これにより、より効率よくバイオマスを加熱することができ、バイオマスを効率よく加熱することができる。
【００１０】
また、前記加熱手段は、バイオマスの搬送経路の外周を覆うカバー部と、前記カバー部に加熱された空気を供給する加熱源とを有し、前記加熱源により前記カバー部の内部に加熱された空気を供給することで、前記バイオマスを加熱することが好ましい。これにより、より効率よくバイオマスを加熱することができ、バイオマスを効率よく加熱することができる。
【００１１】
また、前記加熱手段は、前記加熱された空気を前記バイオマスの搬送方向と同一方向に流すことが好ましい。これにより、バイオマスを搬送させつつ加熱することができ、バイオマスを効率よく加熱することができ、エネルギ効率をより高くすることができる。
【００１２】
また、前記加熱手段は、前記加熱源として、前記バイオマス及び化石燃料の少なくとも一方を燃焼させて温度が上昇された空気または排ガスを用いることが好ましい。これにより、エネルギ効率をより高くすることができる。
【００１３】
また、前記加熱手段は、前記バイオマスが貯蔵されている領域を含む領域を間接加熱する間接加熱源を有することが好ましい。これにより、バイオマスを搬送させつつ加熱することができ、バイオマスを効率よく加熱することができる。
【００１４】
また、前記加熱手段は、前記間接加熱源として、前記バイオマス及び化石燃料の少なくとも一方を燃焼させて温度が上昇された空気または排ガスを用いることが好ましい。これにより、エネルギ効率をより高くすることができる。
【００１５】
また、前記加熱手段は、前記バイオマスを１５０℃以上２５０℃以下に加熱することが好ましい。これにより、バイオマスからタールが一定濃度以上発生することを抑制しつつ、もろく（粉砕しやすく）することができる。
【００１６】
また、前記バイオマスを加熱する領域の終端付近の雰囲気の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部の検出結果に基づいて、前記加熱手段を制御し、前記バイオマスを非炭化温度の範囲で加熱する制御部と、をさらに有することが好ましい。これにより、タンク本体から排出されるバイオマスをより確実に非炭化温度の範囲にすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明にかかる前処理ユニットは、バイオマスをより効率よく粉砕しやすくでき、燃焼させやすくすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、発電システムの一実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図２】図２は、前処理ユニットの概略構成の一部を示す模式図である。
【図３】図３は、前処理ユニットの概略構成の一部を示す断面図である。
【図４】図４は、バイオマスの温度と、各成分の割合との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、粉砕動力比と所定粒径までの粉砕時間との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、前処理ユニットの他の実施形態の一部を示す模式図である。
【図７】図７は、前処理ユニットの他の実施形態の一部を示す模式図である。
【図８】図８は、前処理ユニットの他の実施形態の一部を示す模式図である。
【図９】図９は、前処理ユニットの他の実施形態の一部を示す模式図である。
【図１０】図１０は、前処理ユニットの概略構成の一部を示す断面図である。
【図１１】図１１は、前処理ユニットの他の実施形態の一部の概略構成を示す模式図である。
【図１２】図１２は、前処理ユニットの他の実施形態の一部の概略構成を示す模式図である。
【図１３】図１３は、発電システムの他の実施形態の概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る前処理ユニット及び前処理ユニットを用いる発電システムの好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
【００２０】
図１は、発電システムの一実施形態の概略構成を示す模式図である。
【００２１】
図１に示す発電システム１０は、バイオマスを粉砕した微粉体と石炭や油等の化石燃料とを燃料として併用して燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収し、回収した熱で発電を行うことが可能な発電システムである。
【００２２】
図１に示す発電システム１０は、バイオマスを供給するバイオマス供給装置１１と、このバイオマス供給装置１１から供給されたバイオマスと化石燃料とを燃焼することで発生した熱を回収するボイラ３０と、ボイラ３０で発生させた熱を用いて発電を行う発電装置６０とを有している。
【００２３】
ここで、バイオマスとは、再生可能な生物由来の有機性資源であって、化石資源を除いたものと定義する。例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ、及びこれらを原料としたリサイクル燃料(ペレットやチップ)等であり、ここに提示したものに限定されることはない。
【００２４】
バイオマス供給装置１１は、バイオマスを非炭化温度の範囲で加熱した後、粉砕し、粉砕したバイオマスをボイラ３０に供給する装置であり、前処理ユニット１９と、空気供給配管２１と、粉砕装置（ミル）２６と、粉体分離装置２７と、供給配管２８と、を有する。
【００２５】
前処理ユニット１９は、バイオマスに前処理を行った後、粉砕装置２６に供給するユニットであり、貯蔵サイロ２０と、払い出しコンベア２２と、搬送コンベア２３と、バイオマス貯蔵タンク２４と、フィーダ２５と、加熱手段１００と、を有する。貯蔵サイロ２０は、所定量のバイオマスを貯留可能な装置である。貯蔵サイロ２０は、貯留させているバイオマス１４０を所定の量ずつ払い出しコンベア２２に供給する。払い出しコンベア２２と搬送コンベア２３は、ともにバイオマス１４０を搬送する搬送機構である。なお、本実施形態では、コンベアとしたが、バイオマス１４０の搬送機構としては、種々の機構を用いることができる。払い出しコンベア２２は、貯蔵サイロ２０から供給されたバイオマス１４０を搬送コンベア２３に搬送する。搬送コンベア２３は、払い出しコンベア２２から供給されたバイオマス１４０をバイオマス貯蔵タンク２４に供給する。
【００２６】
バイオマス貯蔵タンク２４は、搬送コンベア２３から供給されたバイオマス１４０を一時的に貯留する。バイオマス貯蔵タンク２４は、貯留しているバイオマス１４０をフィーダ２５に供給する。フィーダ２５は、バイオマス貯蔵タンク２４から供給されたバイオマス１４０を搬送し、粉砕装置２６に供給する。加熱手段１００は、フィーダ２５を通過するバイオマスを加熱する加熱機構である。なお、フィーダ２５及び加熱手段１００の構成については後ほど説明する。
【００２７】
バイオマス供給装置１１の構成の説明を続ける。空気供給配管２１は、バイオマス供給装置１１の各部に空気を供給する配管である。空気供給配管２１は、ボイラ３０の空気を供給させる各部と接続され、空気１４８が供給される。また、空気供給配管２１は、粉砕装置２６、供給配管２８と接続され、それぞれに空気１４８を供給する。また、空気供給配管２１は、粉砕装置２６と接続される配管にバルブ７０が設けられ、供給配管２８と接続される配管にバルブ７２が設けられている。このバルブ７０、７２の開閉及び開度を調整することで、各部に供給する空気１４８の量を調整することができる。
【００２８】
粉砕装置２６は、バイオマスを粉砕する粉砕装置であり、フィーダ２５から供給されたバイオマス１４０を微粉体に粉砕する。また、粉砕装置２６には、空気供給配管２１が接続されており、空気供給配管２１から供給される空気１４８の力で粉砕したバイオマス１４０を搬送させる。つまり、粉砕装置２６で粉砕されたバイオマス１４０は、空気搬送により、配管を移動し、粉体分離装置２７まで搬送される。粉体分離装置２７は、バグフィルタや、サイクロンを有し、通過するバイオマス１４０を分離し、分級する。粉体分離装置２７は、通過する粉砕されたバイオマス１４０のうち、大きさが一定以上のバイオマス１４０を粗粉１４２として供給配管２８に供給する。また、粉体分離装置２７は、通過するバイオマス１４０のうち、大きさが一定より小さいバイオマス１４０を微粉１４４として配管により後述する電気集塵器５５に供給し、電機集塵器５５に捕集させる。なお、粉体分離装置２７に供給されるバイオマス１４０は、略全てが粗粉１４２となる。例えば、粉体分離装置２７は、サイクロンによりバイオマス１４０に対して吹き上げる風を送り、風を吹き付けても落下する大きさが一定以上のバイオマス１４０を粗粉１４２として供給配管２８に供給し、風によって吹き上げられた大きさが一定より小さいバイオマス１４０を微粉１４４として電気集塵器５５に空気を供給する配管（電機集塵器５５の直前）に供給する。供給配管２８は、粉体分離装置２７から供給された粗粉１４２及び空気１４８をボイラ３０のバイオマス用の燃焼バーナ３４に供給する。なお、空気供給配管２１から供給配管２８に供給される空気１４８は、一次空気となる。
【００２９】
次に、ボイラ３０は、コンベンショナルボイラであって、バイオマスと化石燃料とを燃焼可能なボイラ本体３１を有している。このボイラ本体３１は、中空形状をなして鉛直方向に設置され、このボイラ本体３１を構成する火炉壁の下部に燃焼装置３２が設けられている。この燃焼装置３２は、火炉壁に装着された複数の化石燃料用の燃焼バーナ３３と、複数のバイオマス用の燃焼バーナ３４とを有している。本実施形態にて、化石燃料用の燃焼バーナ３３は、周方向に沿って４個若しくは８個配設されたものが上下方向に３〜６段配置されている。一方、バイオマス用の燃焼バーナ３４は、複数の化石燃料用の燃焼バーナ３３の下方であって、周方向に沿って４個若しくは８個配設されたものが上下方向に１段配置されている。なお、化石燃料用の燃焼バーナ３３とバイオマス用の燃焼バーナ３４の配置関係は上下逆であってもよい。また、各燃焼バーナ３３、３４にて、周方向の数は４個に限るものではなく、段数も４段や１段に限るものではない。さらに、各燃焼バーナ３３、３４を対向するように配置してもよい。
【００３０】
そして、化石燃料用の燃焼バーナ３３は、微粉炭供給部３５が供給配管３６を介して連結されるとともに、燃料油（または、燃料ガス）供給部３７が供給配管３８を介して連結されており、この場合、化石燃料として、微粉炭または燃料油を供給可能となっている。一方、バイオマス用の燃焼バーナ３４は、バイオマス供給装置１１からの供給配管２８が連結されている。
【００３１】
また、燃焼装置３２は、各燃焼バーナ３３、３４に燃焼用空気を供給可能な空気供給配管３９を有しており、この空気供給配管３９は、基端部に送風機４０が装着され、先端部がボイラ本体３１の外周側に設けられた風箱４１に連結されている。そのため、この風箱４１に供給された空気を各燃焼バーナ３３、３４に供給することができる。
【００３２】
ボイラ本体３１は、上部に煙道４２が連結されており、この煙道４２に、対流伝熱部として排ガスの熱を回収するための、過熱器４３、４４、再熱器４５、４６、節炭器４７、４８、４９が設けられており、ボイラ本体３１での燃焼で発生した排ガスと水との間で熱交換が行われる。
【００３３】
煙道４２は、その下流側に熱交換を行った排ガスが排出される排ガス配管５０が連結されている。この排ガス配管５０は、空気供給配管３９との間にエアヒータ５１が設けられ、空気供給配管３９を流れる空気と、排ガス配管５０を流れる排ガスとの間で熱交換を行い、燃焼バーナ３３、３４に供給する燃焼用空気を２００〜３００℃の範囲に昇温することが望ましい。
【００３４】
また、空気供給配管３９は、エアヒータ５１より下流側の位置から分岐して、空気供給配管２１が設けられている。この空気供給配管２１は、塵や埃等の粒子状物質を除去可能な除塵装置５２と、高温空気を昇圧可能なブロア５３が装着されており、エアヒータ５１で２００〜３００℃に加熱した空気をバイオマス供給装置１１の供給配管２８に供給することができる。
【００３５】
なお、排ガス配管５０は、エアヒータ５１より上流側に位置して、選択還元型触媒５４が設けられ、エアヒータ５１より下流側に位置して、電気集塵機５５、誘引送風機５６、脱硫装置５７が設けられ、下流端部に煙突５８が設けられている。
【００３６】
また、排ガス配管５０の電気集塵機５５の上流には、配管７３が接続されている。配管７３は、供給配管２８、及び、粉砕装置２６と粉体分離装置２７との間の配管に接続されている。配管７３は、電気集塵機５５の上流との接続部と、供給配管２８との接続部との間にバルブ７４が配置され、電気集塵機５５の上流との接続部と、粉砕装置２６と粉体分離装置２７との間の配管との接続部との間にバルブ７６が配置されている。排ガス配管５０を流れる排ガスは、一部が配管７３に供給され、搬送ガス１５０として配管７３から、供給配管２８、及び、粉砕装置２６と粉体分離装置２７との間の配管に供給される。また、バルブ７４は、配管７３から供給配管２８への搬送ガス１５０の供給量を調整する。また、バルブ７６は、配管７３から粉砕装置２６と粉体分離装置２７との間の配管への搬送ガス１５０の供給量を調整する。
【００３７】
また、発電装置６０は、熱エネルギを電気に変換する変換機構である。配管ユニット６２は、ボイラ３０の過熱器４３、４４、再熱器４５、４６と、発電装置６０とを接続する配管であり、過熱器４３、４４、再熱器４５、４６で過熱された蒸気を発電装置６０に送り、発電装置６０で熱交換した蒸気を過熱器４３、４４、再熱器４５、４６に送る。発電装置６０は、過熱器４３、４４、再熱器４５、４６で過熱された蒸気から取り出した熱エネルギを電気に変換する。例えば、発電装置６０は、タービンを有し、過熱蒸気のエネルギを利用してタービンを回転させ、電力を取り出す。
【００３８】
以上より、発電システム１０は、ボイラ３０にて、送風機４０を駆動して空気を吸引すると、この空気は、空気供給配管３９を通してエアヒータ５１で加熱された後に風箱４１を介して各燃焼バーナ３３、３４に供給される。また、化石燃料としての微粉炭または燃料油は、供給配管３６、３８を通して化石燃料用の燃焼バーナ３３に供給されるとともに、バイオマス供給装置１１からのバイオマスは、供給配管２８を通してバイオマス用の燃焼バーナ３４に供給される。
【００３９】
すると、化石燃料用の燃焼バーナ３３は、燃焼用空気と化石燃料をボイラ本体３１に噴射すると同時に着火し、また、バイオマス用の燃焼バーナ３４は、燃焼用空気とバイオマスの微粉体をボイラ本体３１に噴射すると同時に着火する。このボイラ本体３１では、燃焼用空気、化石燃料、バイオマスが燃焼して火炎が生じる。ボイラ本体３１内の下部で火炎が生じると、燃焼ガスがこのボイラ本体３１内を上昇し、煙道４２に排出される。
【００４０】
このとき、図示しない給水ポンプから供給された水は、節炭器４７、４８、４９によって予熱された後、図示しない蒸気ドラムに供給され火炉壁の各水管（図示せず）に供給される間に加熱されて飽和蒸気となり、図示しない蒸気ドラムに送り込まれる。さらに、図示しない蒸気ドラムの飽和蒸気は過熱器４３、４４に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器４３、４４で生成された過熱蒸気は、配管ユニット６２を通過して発電装置６０に供給される。また、発電装置６０での膨張過程の中途で取り出した蒸気は、配管ユニット６２を通過して再熱器４５、４６に導入され、再度過熱されて配管ユニット６２を通過して発電装置６０に戻される。なお、ボイラ本体３１をドラム型（蒸気ドラム）として説明したが、この構造に限定されるものではない。
【００４１】
その後、煙道４２の節炭器４７、４８、４９を通過した排ガスは、排ガス配管５０にて、選択還元型触媒５４でＮＯｘ等の有害物質が除去され、電気集塵機５５で粒子状物質が除去され、脱硫装置５７により硫黄分が除去された後、煙突５８から大気中に排出される。
【００４２】
次に、図１から図３を用いて、前処理ユニット１９のフィーダ２５及び加熱手段１００について説明する。ここで、図２は、前処理ユニットの概略構成の一部を示す模式図であり、図３は、前処理ユニットの概略構成の一部を示す断面図である。まず、前処理ユニット１９は、上述した、貯蔵サイロ２０と、払い出しコンベア２２と、搬送コンベア２３と、バイオマス貯蔵タンク２４と、フィーダ２５と、加熱手段１００とに加え、温度計測部１２０と、制御部１３０とを有する。
【００４３】
フィーダ２５は、バイオマス貯蔵タンク２４と、ミル２６との間に配置されたスクリューフィーダであり、回転する２本の回転部１１０と、２本の回転部１１０の外周を覆い、バイオマスを保持する案内管１１２と、回転部１１０を回転させる駆動源１１４と、を有する。回転部１１０は、外周にねじ溝が形成されたスクリューであり、回転することで、一方向にバイオマスを搬送する。また、回転部１１０は、中空の形状である。また、案内管１１２は、内部に回転部１１０が収納された管路であり、バイオマスを回転部１１０の周囲に保持している。また、駆動源１１４は、回転部１１０を回転させる駆動源であり、モータ等で構成されている。
【００４４】
加熱手段１００は、ジャケット１０２と、伝熱配管１０４と、配管１０６と、バルブ１０７と、配管１０８とを有し、フィーダ２５により搬送されるバイオマスを加熱する。ジャケット１０２は、案内管１１２の外周に接して配置された中空の部材である。ジャケット１０２は、案内管１１２のバイオマス１４０が保持される領域の外周を覆うように配置されている。なお、本実施形態では、案内管１１２の上面以外を覆うように配置されている。伝熱配管１０４は、回転部１１０の中空部分に挿入して配置された配管である。
【００４５】
次に、配管１０６は、一方の端部が、排ガスが流れる配管７３と接続しており、他方の端部が分岐管１０６ａ、１０６ｂに分岐している。分岐管１０６ａは、伝熱配管１０４と接続している。分岐管１０６ｂは、ジャケット１０２と接続している。また、配管１０６には、バルブ１０７が設けられている。バルブ１０７は、開閉及び開度が調整されることで、配管１０６を流れる搬送ガス１５０の量を調整することができる。次に、配管１０８は、一方の端部が、供給配管２８と接続し、他方の端部が分岐管１０８ａ、１０８ｂに分岐している。分岐管１０８ａは、伝熱配管１０４と接続している。分岐管１０８ｂは、ジャケット１０２と接続している。
【００４６】
加熱手段１００は、以上のような構成であり、配管７３から供給される搬送ガス１５０を配管１０６、分岐管１０６ａ、１０６ｂを介して、ジャケット１０２、伝熱配管１０４に供給する。ジャケット１０２、伝熱配管１０４は、供給される排ガスの熱により加熱された状態となり、供給された熱をフィーダ２５の内部にあるバイオマスに伝える。加熱手段１００は、このようにして、フィーダ２５により搬送されるバイオマスを加熱する。また、ジャケット１０２、伝熱配管１０４に供給された排ガスは、分岐管１０８ａ、１０８ｂ及び配管１０８を通って、供給配管２８に供給される。供給配管２８に供給された排ガスは、供給配管２８にあるバイオマスをよりボイラ３０に流れやすい状態とし、ボイラ３０でバイオマスをより効率よく燃焼できる状態とする。
【００４７】
温度計測部１２０は、フィーダ２５のバイオマス１４０の排出口の近傍の雰囲気、あるいはバイオマス自身の温度を計測する手段である。温度計測部１２０は、計測したバイオマス１４０の温度を制御部１３０に送る。
【００４８】
制御部１３０は、温度計測部１２０での計測結果に基づいて、フィーダ２５及び加熱手段１００の動作を制御する。また、制御部１３０は、その他、各種機構の動作を制御する。
【００４９】
前処理ユニット１９は、以上のような構成であり、加熱手段１００によりフィーダ２５を流れるバイオマス１４０を加熱する。また、前処理ユニット１９は、制御部１３０が、温度計測部１２０での温度の計測結果に基づいて、加熱手段１００とフィーダ２５との動作を制御し、バイオマス１４０の温度を制御することで、排出されるバイオマス１４０の温度を、一定範囲、具体的には、非炭化温度の範囲となる状態で排出する。
【００５０】
ここで、非炭化温度の範囲とは、バイオマス１４０が炭化してない状態で、もろくなり、かつ、排出されるタールを一定濃度以下となる温度である。ここで、図４は、バイオマスの温度と、各成分の割合との関係を示すグラフであり、図５は、粉砕動力比と所定粒径までの粉砕時間との関係を示すグラフである。図４は、縦軸を重量割合［％］とし、バイオマスを各温度に加熱した場合（加熱前、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃）の各成分の重量割合の関係を示している。また、図５は、縦軸をミル（粉砕装置）における所定粒径までの推定粉砕動力比をとし、横軸をボールミル（粉砕装置）での所定粒径までの粉砕時間［ｓ］とした。なお、図４には、木質ペレットＡを、生の状態（加熱前）、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃の加熱した状態にした場合の、推定粉砕動力比と、ボールミル（粉砕装置）での所定粒径までの粉砕時間との関係を計測した結果を示す。また、図５には、比較のため、加熱していない木質チップＡ、木質チップＢ、木質ペレットＢのそれぞれについても推定粉砕動力比と、ボールミル（粉砕装置）での所定粒径までの粉砕時間との関係を計測した結果も示す。
【００５１】
バイオマスは、図４に示すように、加熱される温度により、成分の割合が変化し、一定の温度を超えるとタールが析出される。また、バイオマスは、高い温度に加熱するほど、もろくなる。具体的には、木質ペレットを加熱するとボールミル（粉砕装置）での所定粒径までの粉砕時間が加熱していない木質ペレットの粉砕時間よりも短くなる。さらに、木質ペレットを加熱する温度を高くすると粉砕時間がさらに短くなる。例えば、図５に示すように、木質ペレットＡは、１５０℃に加熱するとボールミル（粉砕装置）での所定粒径までの粉砕時間が加熱していない木質ペレットＢの粉砕時間よりも短くなる。さらに、木質ペレットＡを２００℃、２５０℃と加熱する温度を高くすると粉砕時間がさらに短くなる。ここで、ミル（粉砕装置）における所定粒径までの推定粉砕動力比は、粉砕時間に比例するため、粉砕時間が短くなることで、粉砕に必要な動力も少なくなる。以上より、バイオマスは、温度を高くするほど粉砕しやすくなる。なお、非炭化温度の範囲、つまり、タールによる影響を抑制しつつ、バイオマスが粉砕しやすくなる最適な温度は、バイオマスの種類によって異なる温度範囲、温度となる。ここで、バイオマスの温度範囲は、１５０℃以上２５０℃以下の温度とすることで、排出されるタールをより確実に低減すること、例えば、バイオマス全量の２０％以下の発生量）とすることができ、バイオマスをタールによる影響を抑制しつつ、粉砕しやすくすることができる。なお、バイオマスの温度範囲の１５０℃以上２５０℃以下は、タールの発生をより確実に減らすことができ、かつ、粉砕時間を十分に短くすることができる温度となる。
【００５２】
以上の関係に基づいて、前処理ユニット１９は、バイオマス１４０がもろくなり、かつ、排出されるタールが一定濃度以下となる温度である、非炭化温度の範囲でバイオマス１４０を加熱する。なお、図４及び図５に示す例では、前処理ユニット１９は、バイオマス１４０を１５０℃から２５０℃の間の温度に加熱する。これにより、前処理ユニット１９は、タール等の揮発性ガスが排出される影響を抑制しつつ、さらには、タールの発生を抑制しつつ、バイオマスを粉砕しやすくすることができる。前処理ユニット１９は、バイオマスを粉砕しやすい状態にして、排出口から粉砕装置２６に排出（供給）する。粉砕装置２６に搬送されたバイオマスは、粉砕装置２６で粉砕される。この際に、粉砕装置２６には、前処理ユニット１９で非炭化温度に加熱されたバイオマス１４０が供給されるため、少ない動力、かつ短時間で所定の粒径に粉砕することができる。また、前処理ユニット１９は、バイオマス１４０を非炭化温度の範囲に加熱するため、加熱により発生するタールを一定濃度以下とすることができ（つまり、タールが一定濃度より多く排出されることを抑制することができ）、タールの発生により、バイオマスの搬送効率が低下したり、前処理ユニット１９の各部に付着したりすることを抑制することができる。以上より、前処理ユニット１９及びバイオマス供給装置１１は、効率よくバイオマスを粉砕することができる。また、前処理ユニット１９の周囲または内部に加熱する機構を設けるのみであるため装置構成を簡単にすることができる。さらに、タール等の揮発性ガスの発生を抑制することができるため、発生したタールを適切にボイラで燃焼させることができ、装置へのタールの付着を抑制することができ、装置のメンテナンス等も簡単にすることができる。ここで、バイオマスの温度は、１５０℃以上２５０℃以下とすることで、タールの発生をより確実に抑制することができ、上記効果をより確実に得ることができるが、非炭化温度とすることで、タール等の揮発性ガスが排出される影響を抑制しつつ、粉砕性を向上できる。
【００５３】
また、前処理ユニット１９で、バイオマス１４０を非炭化温度の範囲に加熱することで、バイオマス１４０を乾燥させることができる。これにより、前処理ユニット１９は、粉砕装置２６への投入時には、バイオマスを乾燥した状態にすることができ、粉砕装置での乾燥を省略することができる。これにより、粉砕装置２６に供給する空気として種々の空気を用いることができ、常温の空気も用いることができる。
【００５４】
バイオマスの加熱手段は、バイオマスを非炭化温度の範囲に加熱することができればよく、加熱手段自体は、非炭化温度よりも高い温度になってもよい。
【００５５】
また、前処理ユニット１９は、バイオマス等を燃焼することで加熱され、発電ユニットに熱を供給した後の排ガスを加熱手段の加熱源として用いることで、発電システム１０の全体としての効率をより高くすることができ、発生した熱を有効活用することができる。
【００５６】
また、制御部１３０は、温度計測部１２０の計測結果に基づいて、フィーダ２５の出口の近傍のバイオマスが非炭化温度となるように、加熱手段１００の加熱動作と、フィーダ２５によるバイオマスの搬送動作とを制御する。具体的には、加熱手段１００による加熱量（例えば、排ガスの供給量）、フィーダ２５によるバイオマスの搬送速度等を制御する。なお、バイオマスの搬送速度は、回転部の回転速度、回転部のスクリューの角度の変更により制御する。また、制御部１３０は、目標とする非炭化温度と、その非炭化温度のときに温度計測部１２０で計測される温度との関係を予め実験等で算出しておき、算出した結果と温度計測部１２０で計測される温度とに基づいて、各部の動作を制御することが好ましい。これにより、バイオマスを適切に非炭化温度とすることができる。なお、温度計測部１２０により温度計測位置は、本実施形態のように加熱手段が配置されている領域の出口の近傍とすることが好ましいが、本発明はこれに限定されない。また、温度計測部１２０を設けずに、設定した条件に基づいて加熱動作を制御し、バイオマスを非炭化温度にするようにしてもよい。
【００５７】
ここで、前処理ユニット１９では、バイオマスの加熱手段として、フィーダ２５にジャケット１０２と伝熱配管１０４とに排ガスを通過させることでバイオマスを間接加熱したが、本発明はこれに限定されない、前処理ユニット１９は、貯蔵サイロ２０から排出されて、粉砕装置２６に供給されるまでの間にバイオマスを非炭化温度に加熱すればよい。例えば、搬送コンベア２３、バイオマス貯蔵タンク２４、フィーダ２５の少なくとも一箇所にあるバイオマスを加熱すればよい。また、バイオマスの加熱方法も間接加熱に限定されず、直接加熱により加熱してもよい。以下、図６から図１２を用いて前処理ユニットの他の実施形態について説明する。
【００５８】
まず、図６を用いて、他の実施形態の前処理ユニットについて説明する。ここで、図６は、前処理ユニットの他の実施形態の一部を示す模式図である。ここで、図６に示す前処理ユニット１６０は、フィーダ１６２、加熱手段１６９の構成を除いて他の構成は、前処理ユニット１９と同様の構成である。そこで、前処理ユニット１９と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略し、以下、前処理ユニット１６０に特有の点を説明する。図６に示す前処理ユニット１６０は、バイオマス貯蔵タンク２４と、フィーダ１６２と、粉砕装置２６と、加熱手段１６９とを有する。なお、前処理ユニット１６０は、このほかにも前処理ユニット１９と同様に、搬送コンベアや、温度計測部、制御部等を備える。
【００５９】
フィーダ１６２は、キルン１６６と、開閉弁１６８とを有する。キルン１６６は、バイオマス貯蔵タンク２４から供給されるバイオマスを開閉弁１６８が設けられている配管まで加熱しつつ案内する窯である。開閉弁１６８は、開閉を切り換えることで、キルン１６６内を搬送されたバイオマスを粉砕装置２６に供給するか否かを切り換える。なお、フィーダ１６２によるキルン１６６内のバイオマスの搬送方法は特に限定されない。例えば、後述する加熱手段１６９により供給される排ガスによりバイオマスを搬送するようにしてもよい。また、フィーダ１６２は、ベルト搬送により搬送してもよい。
【００６０】
加熱手段１６９は、配管１０６と、配管１０８とを有する。なお、加熱手段１６９は、これらに加え、バルブ等も備えている。配管１０６は、一方の端部が、排ガスが流れる配管７３と接続しており、他方の端部がキルン１６６のバイオマスの搬送方向の上流側端部と接続している。次に、配管１０８は、一方の端部が、供給配管２８と接続し、他方の端部がキルン１６６のバイオマスの搬送方向の下流側端部と接続している。加熱手段１６９は、以上のような構成であり、配管１０６により、キルン１６６のバイオマスを保持、搬送している領域に排ガスを直接供給する。また、キルン１６６に供給された排ガスは、配管１０８から排出される。これにより、加熱手段１６９は、キルン１６６にあるバイオマスを直接加熱により加熱することができる。なお、この場合もバイオマスは、非炭化温度に加熱する。前処理ユニット１６０のように、バイオマスを直接加熱により加熱することでも、バイオマスを粉砕しやすくすることができ、かつ、不要な物質が排出されることを抑制することができる。また、前処理ユニット１６０は、バイオマスの搬送方向と並向な方向に排ガスを供給すること（搬送方向と排ガスの流れ方向が同じ方向となる向きで排ガスを供給すること）で、キルン１６６に供給する排ガスによりバイオマスを搬送することができる。なお、本実施形態では、バイオマスの搬送方向と並向な方向に排ガスを供給したが、これには限定されない。例えば、搬送方向と排ガスの流れ方向が逆方向となる向きで排ガスを供給してもよい。つまり、排ガスを向流式で供給してもよい。排ガスを向流式で供給することで、バイオマスをより効率よく加熱することができる。
【００６１】
次に、図７を用いて、他の実施形態の前処理ユニットについて説明する。ここで、図７は、前処理ユニットの他の実施形態の一部を示す模式図である。ここで、図７に示す前処理ユニット１７０は、フィーダ１６２、加熱手段１７２の構成を除いて他の構成は、前処理ユニット１９と同様の構成である。そこで、前処理ユニット１９と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略し、以下、前処理ユニット１７０に特有の点を説明する。図７に示す前処理ユニット１７０は、バイオマス貯蔵タンク２４と、フィーダ１６２と、粉砕装置２６と、加熱手段１７２とを有する。なお、前処理ユニット１７０は、このほかにも前処理ユニット１９と同様に、搬送コンベアや、温度計測部、制御部等を備える。
【００６２】
フィーダ１６２は、キルン１６６と、開閉弁１６８とを有する。キルン１６６は、バイオマス貯蔵タンク２４から供給されるバイオマスを開閉弁１６８が設けられている配管まで加熱しつつ案内する窯である。開閉弁１６８は、開閉を切り換えることで、キルン１６６内を搬送されたバイオマスを粉砕装置２６に供給するか否かを切り換える。
【００６３】
加熱手段１７２は、複数の分割ジャケット１７３ａと、配管１７４と、配管１７６と、バルブ１７７と、を有する。分割ジャケット１７３ａは、キルン１６６の外周を覆うように配置された中空部材である。なお、分割ジャケット１７３ａは、バイオマスの搬送方向において、キルン１６６を複数に分割した各領域に配置されている。配管１７４は、一方の端部が、排ガスが流れる配管７３と接続しており、他方の端部が複数の分岐管１７４ａと接続している。複数の分岐管１７４ａは、それぞれ別々の分割ジャケット１７３ａと接続している。次に、配管１７６は、一方の端部が、供給配管２８と接続し、他方の端部が複数の分岐管１７６ａと接続している。複数の分岐管１７６ａは、それぞれ別々の分割ジャケット１７３ａと接続している。バルブ１７７は、ぞれぞれの分岐管１７４ａに設けられており、開閉することで、分割ジャケット１７３ａに排ガスを供給するか否かを切り換える。また、バルブ１７７は、開閉することで、夫々の分岐管に供給する排ガスの配分（流量）を調整することもできる。
【００６４】
加熱手段１７２は、以上のような構成であり、配管１７４及び分岐管１７４ａにより、分割ジャケット１７３ａのそれぞれに排ガスを供給する。また、分割ジャケット１７３ａに供給された排ガスは、配管１７６及び分岐管１７６ａから排出される。これにより、加熱手段１７２は、分割ジャケット１７３を加熱し、分割ジャケット１７３ａを介して、キルン１６６にあるバイオマスを間接加熱により加熱することができる。なお、この場合もバイオマスは、非炭化温度に加熱する。また、加熱手段１７２は、各バルブ１７７の開閉を切り換えることで、分割ジャケット１７３の加熱状態を個別に調整することができる。
【００６５】
次に、図８を用いて、他の実施形態の前処理ユニットについて説明する。ここで、図８は、前処理ユニットの他の実施形態の一部を示す模式図である。ここで、図８に示す前処理ユニット１８０は、搬送コンベア２３に加熱手段１８２を設けた点を除いて他の構成は、前処理ユニット１９と同様の構成である。そこで、前処理ユニット１９と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略し、以下、前処理ユニット１８０に特有の点を説明する。図８に示す前処理ユニット１８０は、搬送コンベア２３と、加熱手段１８２とを有する。なお、前処理ユニット１８０は、このほかにも前処理ユニット１９と同様に、バイオマス貯蔵タンク、フィーダ、温度計測部、制御部等を備える。また、搬送コンベア２３は、前処理ユニット１９の搬送コンベア２３と同様の構成である。
【００６６】
加熱手段１８２は、複数の分割ジャケット１８３ａと、配管１８４と、配管１８６と、バルブ１８７と、を有する。分割ジャケット１８３ａは、搬送コンベア２３の外周を覆うように配置された中空部材である。なお、分割ジャケット１８３ａは、バイオマスの搬送方向において、搬送コンベア２３を複数に分割した各領域に配置されている。配管１８４は、一方の端部が、排ガスが流れる配管７３と接続しており、他方の端部が複数の分岐管１８４ａと接続している。複数の分岐管１８４ａは、それぞれ別々の分割ジャケット１８３ａと接続している。次に、配管１８６は、一方の端部が、供給配管２８と接続し、他方の端部が複数の分岐管１８６ａと接続している。複数の分岐管１８６ａは、それぞれ別々の分割ジャケット１８３ａと接続している。バルブ１８７は、ぞれぞれの分岐管１８４ａに設けられており、開閉することで、分割ジャケット１８３ａに排ガスを供給するか否かを切り換える。
【００６７】
加熱手段１８２は、以上のような構成であり、配管１８４及び分岐管１８４ａにより、分割ジャケット１８３ａのそれぞれに排ガスを供給する。また、分割ジャケット１８３ａに供給された排ガスは、配管１８６及び分岐管１８６ａから排出される。これにより、加熱手段１８２は、分割ジャケット１８３ａを加熱し、分割ジャケット１８３ａを介して、搬送コンベア２３にあるバイオマスを間接加熱により加熱することができる。なお、この場合もバイオマスは、非炭化温度に加熱する。前処理ユニット１８０のように、搬送コンベア２３により搬送されているバイオマスを非炭化温度に加熱することでも、上記と同様の効果を得ることができる。また、加熱手段１８２は、各バルブ１８７の開閉を切り換えることで、分割ジャケット１８３ａの加熱状態を個別に調整することができる。また、上記実施形態では、間接加熱によりバイオマスを加熱したが、搬送コンベア２３により搬送されるバイオマスも直接加熱により加熱するようにしてもよい。また、搬送コンベア２３は、ワイヤーメッシュコンベアベルトを用いることが好ましい。これにより、バイオマスをより加熱しやすくすることができる。なお、本実施形態では、搬送コンベア２３に対して鉛直方向下側から排ガスを供給したが、これに限定されない。加熱手段は、鉛直方向上側から鉛直方向下側に流れるように搬送コンベア２３に排ガスを供給してもよい。
【００６８】
また、上記実施形態では、加熱手段として、排ガス（より具体的には、バイオマス及び化石燃料を燃焼させることで加熱した排ガス）を用いる場合を例として説明したがこれに限定されない。例えば、加熱手段として、バイオマス及び化石燃料の少なくとも一方を燃焼させることで加熱した排ガスを用いてもよい。また、加熱手段として供給する空気は、排ガスに限定されず、加熱した空気を供給できればよい。例えば、別途空気を加熱する加熱機構（ヒータや、熱交換器）を設け、加熱機構で加熱した空気を供給してもよい。また、ボイラとは別途燃焼機を設け、当該燃焼機でバイオマスまたは化石燃料で燃焼させ、空気を加熱し、加熱した空気を供給する機構としてもよい。
【００６９】
次に、図９及び図１０を用いて、他の実施形態の前処理ユニットについて説明する。ここで、図９は、前処理ユニットの他の実施形態の一部を示す模式図である。図１０は、前処理ユニットの概略構成の一部を示す断面図である。ここで、図９及び図１０に示す前処理ユニット２００は、加熱手段２０２の構成を除いて他の構成は、前処理ユニット１９と同様の構成である。そこで、前処理ユニット１９と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略し、以下、前処理ユニット２００に特有の点を説明する。図９に示す前処理ユニット２００は、バイオマス貯蔵タンク２４と、フィーダ２５と、粉砕装置２６と、加熱手段２０２と、加熱によって発生するガスを排出する配管２０３と、を有する。なお、前処理ユニット２００は、このほかにも前処理ユニット１９と同様に、搬送コンベアや、温度計測部、制御部等を備える。
【００７０】
加熱手段２０２は、ヒータ２０４ａ、ヒータ２０４ｂと、ヒータ２０４ｃ、ヒータ２０４ｄと、２本のヒータ２０６とを有する。ヒータ２０４ａは、フィーダ２５の案内管１１２の上面に配置されており、ヒータ２０４ｂは、案内管１１２の下面に配置されており、ヒータ２０４ｃとヒータ２０４ｄは、案内管１１２の長手方向と平行な面（側面）に配置されている。つまり、案内管１１２は、ヒータ２０４ａ、ヒータ２０４ｂと、ヒータ２０４ｃ、ヒータ２０４ｄとにより周りが囲われている。また、ヒータ２０６は、回転部１１０の中空部分に挿入されている。なお、ヒータ２０４ａ、ヒータ２０４ｂと、ヒータ２０４ｃ、ヒータ２０４ｄと、２本のヒータ２０６としては、種々の加熱機構を用いることができる。
【００７１】
加熱手段２０２は、以上のような構成であり、ヒータ２０４ａ、ヒータ２０４ｂと、ヒータ２０４ｃ、ヒータ２０４ｄと、２本のヒータ２０６により、回転部１１０、案内管１１２を加熱し、回転部１１０、案内管１１２を介して、案内管１１２にあるバイオマスを間接加熱により加熱することができる。なお、この場合もバイオマスは、非炭化温度に加熱する。このように、加熱手段として排ガスを用いない加熱機構を用いた場合も、装置全体でのエネルギ効率は低下するが、上記と同様の効果を得ることができる。なお、本実施形態では、ヒータを用いたが、排ガス以外の熱流体を用いた加熱手段を用いてもよい。また、ヒータとしては、電熱線を用いた加熱機構、ハロゲンヒータを用いた加熱機構、遠赤外線を用いた加熱機構を用いてもよい。
【００７２】
また、配管２０３は、一方の端部がフィーダ２５と接続され、他方の端部が供給配管２８と接続されている。配管２０３は、フィーダ２５内のバイオマスが加熱されることで発生するガスを回収し、供給配管２８に排出する。ここで、バイオマスが加熱されることで発生するガスには、燃焼ガスも含まれており、配管２０３を設けることで、当該発生するガスを供給配管２８から燃焼バーナ３４に搬送することができる。なお、燃焼バーナ３４に供給された当該発生するガスは、ボイラ本体３１に排出されることで、燃焼ガスが燃焼される。これにより、バイオマスの加熱時に発生するガスも適切に処理することができる。
【００７３】
次に、図１１を用いて、他の実施形態の前処理ユニットについて説明する。ここで、図１１は、前処理ユニットの他の実施形態の一部を示す模式図である。ここで、図１１に示す前処理ユニット２１０は、加熱手段２１２を設けた点を除いて他の構成は、図８に示す前処理ユニット１８０と同様の構成である。そこで、前処理ユニット１８０と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略し、以下、前処理ユニット２１０に特有の点を説明する。図１１に示す前処理ユニット２１０は、搬送コンベア２３と、加熱手段２１２と、加熱によって発生するガスを排出する配管２３０と、を有する。なお、前処理ユニット２１０は、このほかにも前処理ユニット１８０と同様に、バイオマス貯蔵タンク、フィーダ、温度計測部、制御部等を備える。また、搬送コンベア２３は、前処理ユニット１８０の搬送コンベア２３と同様の構成である。
【００７４】
加熱手段２１２は、複数の分割カバー２１３と、複数のヒータ２１４と、を有する。分割カバー２１３は、搬送コンベア２３の外周を覆うように配置された箱型部材である。なお、分割カバー２１３は、バイオマスの搬送方向において、搬送コンベア２３を複数に分割した各領域に配置されている。また、分割カバー２１３としては熱伝導性の高い材料、例えば金属で形成することが好ましい。ヒータ２１４は、夫々、分割カバー２１３に対応して配置されている。ヒータ２１４は、分割カバー２１３を加熱する。
【００７５】
加熱手段２１２は、以上のような構成であり、ヒータ２１４により、分割カバー２１３を加熱し、分割カバー２１３を介して、搬送コンベア２３にあるバイオマスを間接加熱により加熱することができる。なお、この場合もバイオマスは、非炭化温度に加熱する。このように、加熱手段として排ガスを用いない加熱機構を搬送コンベア２３に用いた場合も、装置全体でのエネルギ効率は低下するが、上記と同様の効果を得ることができる。なお、本実施形態でも、ヒータを用いたが、排ガス以外の熱流体を用いた加熱手段を用いてもよい。また、ヒータとしては、電熱線を用いた加熱機構、ハロゲンヒータを用いた加熱機構、遠赤外線を用いた加熱機構を用いてもよい。
【００７６】
また、配管２３０は、一方の端部が分割カバー２１３と接続され、他方の端部が供給配管２８と接続されている。なお、配管２３０は、一方の端部が複数に分岐しており、分岐管のそれぞれが分割カバー２１３と接続されている。配管２０３は分割カバー２１３内のバイオマスが加熱されることで発生するガスを回収し、供給配管２８に排出する。ここで、バイオマスが加熱されることで発生するガスには、燃焼ガスも含まれており、配管２３０を設けることで、当該発生するガスを供給配管２８から燃焼バーナ３４に搬送することができる。なお、燃焼バーナ３４に供給された当該発生するガスは、ボイラ本体３１に排出されることで、燃焼ガスが燃焼される。これにより、バイオマスの加熱時に発生するガスも適切に処理することができる。
【００７７】
また、搬送コンベア２３にあるバイオマスを加熱する加熱手段を設けることに代えてあるは加えて、払い出しコンベア２２にあるバイオマスを加熱する加熱手段を設けてもよい。
【００７８】
次に、図１２を用いて、他の実施形態の前処理ユニットについて説明する。ここで、図１２は、前処理ユニットの他の実施形態の一部を示す模式図である。ここで、図１２に示す前処理ユニット２２０は、加熱手段２２２の構成を除いて他の構成は、前処理ユニット１９と同様の構成である。そこで、前処理ユニット１９と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略し、以下、前処理ユニット２２０に特有の点を説明する。図１２に示す前処理ユニット２２０は、バイオマス貯蔵タンク２４と、フィーダ２５と、粉砕装置２６と、加熱手段２２２とを有する。なお、前処理ユニット２２０は、このほかにも前処理ユニット１９と同様に、搬送コンベアや、温度計測部、制御部等を備える。
【００７９】
加熱手段２２２は、配管１０６と、配管１０８とを有する。なお、加熱手段２２２は、これらに加え、バルブ等も備えている。配管１０６は、一方の端部が、排ガスが流れる配管７３と接続しており、他方の端部がバイオマス貯蔵タンク２４の鉛直方向上側の端部と接続している。次に、配管１０８は、一方の端部が、供給配管２８と接続し、他方の端部がバイオマス貯蔵タンク２４の鉛直方向下側の端部と接続している。加熱手段２２２は、以上のような構成であり、配管１０６により、バイオマス貯蔵タンク２４のバイオマスを貯蔵している領域に排ガスを直接供給する。また、バイオマス貯蔵タンク２４に供給された排ガスは、配管１０８から排出される。これにより、加熱手段２２２は、バイオマス貯蔵タンク２４にあるバイオマスを直接加熱により加熱することができる。なお、この場合もバイオマスは、非炭化温度に加熱する。前処理ユニット２２０のように、バイオマス貯蔵タンク２４にあるバイオマスを直接加熱により加熱することでも、バイオマスを粉砕しやすくすることができ、かつ、不要な物質が排出されることを抑制することができる。なお、前処理ユニット２２０では、バイオマス貯蔵タンク２４の鉛直方向上側から排ガスを供給したが、排ガスを鉛直方向下側の端部近傍から供給しても良い。また、前処理ユニット２２０では、バイオマス貯蔵タンク２４に貯蔵されているバイオマスを直接加熱により加熱したが、本発明はこれに限定されず、間接加熱により加熱してもよい。
【００８０】
また、バイオマスを搬送する雰囲気には、不活性ガスを供給することが好ましい。このように不活性ガス雰囲気とすることで、バイオマスが搬送経路で必要以上に反応することを抑制することができ、燃焼が発生する恐れを低減することができる、なお、不活性ガスとは、通常の空気よりも燃焼が発生しにくいガスである。例えば、酸素濃度が１０％以下のガスである。
【００８１】
また、上記実施形態で説明した加熱手段は、それぞれ単体で設けてもよいが、複数の加熱手段を１つの前処理ユニットに設けてもよい。このように、複数個所で加熱を行うことで、より適切に適正温度に加熱することが可能となり、バイオマスを好適に非炭化温度の範囲で加熱することができる。
【００８２】
次に、図１３を用いて、他の実施形態の前処理ユニット及びバイオマス貯蔵ユニットについて説明する。ここで、図１３は、発電システムの他の実施形態の概略構成を示す模式図である。図１３に示す発電システム２４０は、バイオマス・石炭混焼の発電システムである。つまり、図１３は、石炭の供給装置の概略構成も示す発電システムである。なお、図１３では、発電装置の図示を省略している。
【００８３】
図１３に示すように、発電システム２４０は、バイオマスを貯留し、排出前に非炭化温度に加熱する前処理ユニット１９と、前処理ユニット１９で非炭化温度に加熱したバイオマスを粉砕する粉砕装置２６と、粉砕装置２６で粉砕したバイオマスを燃焼バーナ３４に供給する配管２４９と、石炭２５０を受け入れるホッパ２５１ａ、２５１ｂを備えた石炭粉砕装置２５２ａ、２５２ｂと、石炭粉砕装置２５２ａ、２５２ｂにて得られた石炭粉体を燃焼バーナ３３に供給する配管２５３と、を備える。また、発電システム２４０は、さらに、ボイラ本体３１、対流伝熱部として排ガスの熱を回収するための、過熱器４３、４４、再熱器４５、４６等、図１のボイラ３０と同様の構成の各部を備えている。
【００８４】
また、ボイラ本体３１には、炉本体の炉出口に設けた煙道の途中には空気加熱器（ＡＨ）２６２が配置され、空気加熱器２６２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２６２によって外気２６３を加熱して生成した高温空気２６４は石炭粉砕装置２５２ａ、２５２ｂに供給され、石炭２５０の乾燥に用いられる。また燃焼排ガスの一部２６５は、誘引ファン２６６により粉砕装置２６に供給され、バイオマスの分級に用いられる。
【００８５】
このように本発明に係るバイオマス貯蔵タンクを備えた発電システムとすることで、バイオマス粉砕が良好となる、つまり、効率よく粉砕することができる。これにより、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】
【００８６】
本発明に係る前処理ユニットは、バイオマスを燃料として用いる燃焼システムに適用することができる。
【符号の説明】
【００８７】
１０ 発電システム
１１ バイオマス供給装置
１９ 前処理ユニット
２０ 貯蔵サイロ
２１ 空気供給配管（空気供給系）
２２ 払い出しコンベア
２３ 搬送コンベア
２４ バイオマス貯蔵タンク
２５ フィーダ
２６ 粉砕装置（ミル）
２７ 粉体分離装置
２８ 供給配管
３０ ボイラ
３１ ボイラ本体
３２ 燃焼装置
３３ 化石燃料用の燃焼バーナ
３４ バイオマス用の燃焼バーナ
３９ 空気供給配管
４２ 煙道
５１ エアヒータ
５２ 除塵装置
５３ ブロア
６０ 発電装置
６２ 配管ユニット
１００ 加熱手段
１０２ ジャケット
１０４ 伝熱配管
１０６、１０８ 配管
１０６ａ、１０６ｂ、１０８ａ、１０８ｂ 分岐管
１０７ バルブ
１１０ 回転部
１１２ 案内管
１１４ 駆動源
１２０ 温度計測部
１３０ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスを粉砕する粉砕装置にバイオマスを供給する前処理ユニットに関する。
【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また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。また、特許文献１及び特許文献２に記載されているように、バイオマスを炭化させた後、燃料として用いるものもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２３２３９号公報
【特許文献２】特開２００８−２０９０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、バイオマスは、石炭等の固形の化石燃料に比べ、繊維質でやわらかい。このため、バイオマス固形物を粉砕して微粉化するためには、石炭等を粉砕して微粉化するよりもより多くの時間、出力が必要となる。つまり、バイオマスは、石炭に比べ粉砕容量が低下する。これに対して、特許文献１及び特許文献２のように、バイオマスを炭化することで、脆化させ、粉砕しやすくすることができる。しかしながら、バイオマスは、炭化処理時に、タール等の不純物が排出される可能性がある。不純物が排出されるとそれらを除去する工程や、メンテナンスが必要となる。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、バイオマスをより効率よく粉砕させることができ、燃焼させやすくすることができる前処理ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、バイオマスを粉砕する粉砕手段にバイオマスを供給する前処理ユニットであって、バイオマスを貯蔵するバイオマス貯蔵タンクと、前記バイオマス貯蔵タンクにバイオマスを供給する貯蔵前供給手段と、前記バイオマス貯蔵タンクに貯蔵されたバイオマスを粉砕手段に供給する貯蔵後供給手段と、前記貯蔵前供給手段、前記バイオマス貯蔵タンク、前記貯蔵後供給手段のいずれかにあるバイオマスを非炭化温度の範囲で加熱する加熱手段と、を有することを特徴とする。これにより、バイオマスを効率よく粉砕することができ、かつ、装置に対して悪影響が発生する恐れを低減することができる。
【０００８】
また、前記加熱手段は、前記貯蔵前供給手段により前記バイオマス貯蔵タンクに向けて搬送されているバイオマスを加熱することが好ましい。これにより、より効率よくバイオマスを加熱することができ、バイオマスを効率よく加熱することができる。
【０００９】
また、前記加熱手段は、前記貯蔵後供給手段により前記粉砕手段に向けて搬送されているバイオマスを加熱することが好ましい。これにより、より効率よくバイオマスを加熱することができ、バイオマスを効率よく加熱することができる。
【００１０】
また、前記加熱手段は、バイオマスの搬送経路の外周を覆うカバー部と、前記カバー部に加熱された空気を供給する加熱源とを有し、前記加熱源により前記カバー部の内部に加熱された空気を供給することで、前記バイオマスを加熱することが好ましい。これにより、より効率よくバイオマスを加熱することができ、バイオマスを効率よく加熱することができる。
【００１１】
また、前記加熱手段は、前記加熱された空気を前記バイオマスの搬送方向と同一方向に流すことが好ましい。これにより、バイオマスを搬送させつつ加熱することができ、バイオマスを効率よく加熱することができ、エネルギ効率をより高くすることができる。
【００１２】
また、前記加熱手段は、前記加熱源として、前記バイオマス及び化石燃料の少なくとも一方を燃焼させて温度が上昇された空気または排ガスを用いることが好ましい。これにより、エネルギ効率をより高くすることができる。
【００１３】
また、前記加熱手段は、前記バイオマスが貯蔵されている領域を含む領域を間接加熱する間接加熱源を有することが好ましい。これにより、バイオマスを搬送させつつ加熱することができ、バイオマスを効率よく加熱することができる。
【００１４】
また、前記加熱手段は、前記間接加熱源として、前記バイオマス及び化石燃料の少なくとも一方を燃焼させて温度が上昇された空気または排ガスを用いることが好ましい。これにより、エネルギ効率をより高くすることができる。
【００１５】
また、前記加熱手段は、前記バイオマスを１５０℃以上２５０℃以下に加熱することが好ましい。これにより、バイオマスからタールが一定濃度以上発生することを抑制しつつ、もろく（粉砕しやすく）することができる。
【００１６】
また、前記バイオマスを加熱する領域の終端付近の雰囲気の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部の検出結果に基づいて、前記加熱手段を制御し、前記バイオマスを非炭化温度の範囲で加熱する制御部と、をさらに有することが好ましい。これにより、タンク本体から排出されるバイオマスをより確実に非炭化温度の範囲にすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明にかかる前処理ユニットは、バイオマスをより効率よく粉砕しやすくでき、燃焼させやすくすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、発電システムの一実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図２】図２は、前処理ユニットの概略構成の一部を示す模式図である。
【図３】図３は、前処理ユニットの概略構成の一部を示す断面図である。
【図４】図４は、バイオマスの温度と、各成分の割合との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、粉砕動力比と所定粒径までの粉砕時間との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、前処理ユニットの他の実施形態の一部を示す模式図である。
【図７】図７は、前処理ユニットの他の実施形態の一部を示す模式図である。
【図８】図８は、前処理ユニットの他の実施形態の一部を示す模式図である。
【図９】図９は、前処理ユニットの他の実施形態の一部を示す模式図である。
【図１０】図１０は、前処理ユニットの概略構成の一部を示す断面図である。
【図１１】図１１は、前処理ユニットの他の実施形態の一部の概略構成を示す模式図である。
【図１２】図１２は、前処理ユニットの他の実施形態の一部の概略構成を示す模式図である。
【図１３】図１３は、発電システムの他の実施形態の概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る前処理ユニット及び前処理ユニットを用いる発電システムの好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
【００２０】
図１は、発電システムの一実施形態の概略構成を示す模式図である。
【００２１】
図１に示す発電システム１０は、バイオマスを粉砕した微粉体と石炭や油等の化石燃料とを燃料として併用して燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収し、回収した熱で発電を行うことが可能な発電システムである。
【００２２】
図１に示す発電システム１０は、バイオマスを供給するバイオマス供給装置１１と、このバイオマス供給装置１１から供給されたバイオマスと化石燃料とを燃焼することで発生した熱を回収するボイラ３０と、ボイラ３０で発生させた熱を用いて発電を行う発電装置６０とを有している。
【００２３】
ここで、バイオマスとは、再生可能な生物由来の有機性資源であって、化石資源を除いたものと定義する。例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ、及びこれらを原料としたリサイクル燃料(ペレットやチップ)等であり、ここに提示したものに限定されることはない。
【００２４】
バイオマス供給装置１１は、バイオマスを非炭化温度の範囲で加熱した後、粉砕し、粉砕したバイオマスをボイラ３０に供給する装置であり、前処理ユニット１９と、空気供給配管２１と、粉砕装置（ミル）２６と、粉体分離装置２７と、供給配管２８と、を有する。
【００２５】
前処理ユニット１９は、バイオマスに前処理を行った後、粉砕装置２６に供給するユニットであり、貯蔵サイロ２０と、払い出しコンベア２２と、搬送コンベア２３と、バイオマス貯蔵タンク２４と、フィーダ２５と、加熱手段１００と、を有する。貯蔵サイロ２０は、所定量のバイオマスを貯留可能な装置である。貯蔵サイロ２０は、貯留させているバイオマス１４０を所定の量ずつ払い出しコンベア２２に供給する。払い出しコンベア２２と搬送コンベア２３は、ともにバイオマス１４０を搬送する搬送機構である。なお、本実施形態では、コンベアとしたが、バイオマス１４０の搬送機構としては、種々の機構を用いることができる。払い出しコンベア２２は、貯蔵サイロ２０から供給されたバイオマス１４０を搬送コンベア２３に搬送する。搬送コンベア２３は、払い出しコンベア２２から供給されたバイオマス１４０をバイオマス貯蔵タンク２４に供給する。
【００２６】
バイオマス貯蔵タンク２４は、搬送コンベア２３から供給されたバイオマス１４０を一時的に貯留する。バイオマス貯蔵タンク２４は、貯留しているバイオマス１４０をフィーダ２５に供給する。フィーダ２５は、バイオマス貯蔵タンク２４から供給されたバイオマス１４０を搬送し、粉砕装置２６に供給する。加熱手段１００は、フィーダ２５を通過するバイオマスを加熱する加熱機構である。なお、フィーダ２５及び加熱手段１００の構成については後ほど説明する。
【００２７】
バイオマス供給装置１１の構成の説明を続ける。空気供給配管２１は、バイオマス供給装置１１の各部に空気を供給する配管である。空気供給配管２１は、ボイラ３０の空気を供給させる各部と接続され、空気１４８が供給される。また、空気供給配管２１は、粉砕装置２６、供給配管２８と接続され、それぞれに空気１４８を供給する。また、空気供給配管２１は、粉砕装置２６と接続される配管にバルブ７０が設けられ、供給配管２８と接続される配管にバルブ７２が設けられている。このバルブ７０、７２の開閉及び開度を調整することで、各部に供給する空気１４８の量を調整することができる。
【００２８】
粉砕装置２６は、バイオマスを粉砕する粉砕装置であり、フィーダ２５から供給されたバイオマス１４０を微粉体に粉砕する。また、粉砕装置２６には、空気供給配管２１が接続されており、空気供給配管２１から供給される空気１４８の力で粉砕したバイオマス１４０を搬送させる。つまり、粉砕装置２６で粉砕されたバイオマス１４０は、空気搬送により、配管を移動し、粉体分離装置２７まで搬送される。粉体分離装置２７は、バグフィルタや、サイクロンを有し、通過するバイオマス１４０を分離し、分級する。粉体分離装置２７は、通過する粉砕されたバイオマス１４０のうち、大きさが一定以上のバイオマス１４０を粗粉１４２として供給配管２８に供給する。また、粉体分離装置２７は、通過するバイオマス１４０のうち、大きさが一定より小さいバイオマス１４０を微粉１４４として配管により後述する電気集塵器５５に供給し、電機集塵器５５に捕集させる。なお、粉体分離装置２７に供給されるバイオマス１４０は、略全てが粗粉１４２となる。例えば、粉体分離装置２７は、サイクロンによりバイオマス１４０に対して吹き上げる風を送り、風を吹き付けても落下する大きさが一定以上のバイオマス１４０を粗粉１４２として供給配管２８に供給し、風によって吹き上げられた大きさが一定より小さいバイオマス１４０を微粉１４４として電気集塵器５５に空気を供給する配管（電機集塵器５５の直前）に供給する。供給配管２８は、粉体分離装置２７から供給された粗粉１４２及び空気１４８をボイラ３０のバイオマス用の燃焼バーナ３４に供給する。なお、空気供給配管２１から供給配管２８に供給される空気１４８は、一次空気となる。
【００２９】
次に、ボイラ３０は、コンベンショナルボイラであって、バイオマスと化石燃料とを燃焼可能なボイラ本体３１を有している。このボイラ本体３１は、中空形状をなして鉛直方向に設置され、このボイラ本体３１を構成する火炉壁の下部に燃焼装置３２が設けられている。この燃焼装置３２は、火炉壁に装着された複数の化石燃料用の燃焼バーナ３３と、複数のバイオマス用の燃焼バーナ３４とを有している。本実施形態にて、化石燃料用の燃焼バーナ３３は、周方向に沿って４個若しくは８個配設されたものが上下方向に３〜６段配置されている。一方、バイオマス用の燃焼バーナ３４は、複数の化石燃料用の燃焼バーナ３３の下方であって、周方向に沿って４個若しくは８個配設されたものが上下方向に１段配置されている。なお、化石燃料用の燃焼バーナ３３とバイオマス用の燃焼バーナ３４の配置関係は上下逆であってもよい。また、各燃焼バーナ３３、３４にて、周方向の数は４個に限るものではなく、段数も４段や１段に限るものではない。さらに、各燃焼バーナ３３、３４を対向するように配置してもよい。
【００３０】
そして、化石燃料用の燃焼バーナ３３は、微粉炭供給部３５が供給配管３６を介して連結されるとともに、燃料油（または、燃料ガス）供給部３７が供給配管３８を介して連結されており、この場合、化石燃料として、微粉炭または燃料油を供給可能となっている。一方、バイオマス用の燃焼バーナ３４は、バイオマス供給装置１１からの供給配管２８が連結されている。
【００３１】
また、燃焼装置３２は、各燃焼バーナ３３、３４に燃焼用空気を供給可能な空気供給配管３９を有しており、この空気供給配管３９は、基端部に送風機４０が装着され、先端部がボイラ本体３１の外周側に設けられた風箱４１に連結されている。そのため、この風箱４１に供給された空気を各燃焼バーナ３３、３４に供給することができる。
【００３２】
ボイラ本体３１は、上部に煙道４２が連結されており、この煙道４２に、対流伝熱部として排ガスの熱を回収するための、過熱器４３、４４、再熱器４５、４６、節炭器４７、４８、４９が設けられており、ボイラ本体３１での燃焼で発生した排ガスと水との間で熱交換が行われる。
【００３３】
煙道４２は、その下流側に熱交換を行った排ガスが排出される排ガス配管５０が連結されている。この排ガス配管５０は、空気供給配管３９との間にエアヒータ５１が設けられ、空気供給配管３９を流れる空気と、排ガス配管５０を流れる排ガスとの間で熱交換を行い、燃焼バーナ３３、３４に供給する燃焼用空気を２００〜３００℃の範囲に昇温することが望ましい。
【００３４】
また、空気供給配管３９は、エアヒータ５１より下流側の位置から分岐して、空気供給配管２１が設けられている。この空気供給配管２１は、塵や埃等の粒子状物質を除去可能な除塵装置５２と、高温空気を昇圧可能なブロア５３が装着されており、エアヒータ５１で２００〜３００℃に加熱した空気をバイオマス供給装置１１の供給配管２８に供給することができる。
【００３５】
なお、排ガス配管５０は、エアヒータ５１より上流側に位置して、選択還元型触媒５４が設けられ、エアヒータ５１より下流側に位置して、電気集塵機５５、誘引送風機５６、脱硫装置５７が設けられ、下流端部に煙突５８が設けられている。
【００３６】
また、排ガス配管５０の電気集塵機５５の上流には、配管７３が接続されている。配管７３は、供給配管２８、及び、粉砕装置２６と粉体分離装置２７との間の配管に接続されている。配管７３は、電気集塵機５５の上流との接続部と、供給配管２８との接続部との間にバルブ７４が配置され、電気集塵機５５の上流との接続部と、粉砕装置２６と粉体分離装置２７との間の配管との接続部との間にバルブ７６が配置されている。排ガス配管５０を流れる排ガスは、一部が配管７３に供給され、搬送ガス１５０として配管７３から、供給配管２８、及び、粉砕装置２６と粉体分離装置２７との間の配管に供給される。また、バルブ７４は、配管７３から供給配管２８への搬送ガス１５０の供給量を調整する。また、バルブ７６は、配管７３から粉砕装置２６と粉体分離装置２７との間の配管への搬送ガス１５０の供給量を調整する。
【００３７】
また、発電装置６０は、熱エネルギを電気に変換する変換機構である。配管ユニット６２は、ボイラ３０の過熱器４３、４４、再熱器４５、４６と、発電装置６０とを接続する配管であり、過熱器４３、４４、再熱器４５、４６で過熱された蒸気を発電装置６０に送り、発電装置６０で熱交換した蒸気を過熱器４３、４４、再熱器４５、４６に送る。発電装置６０は、過熱器４３、４４、再熱器４５、４６で過熱された蒸気から取り出した熱エネルギを電気に変換する。例えば、発電装置６０は、タービンを有し、過熱蒸気のエネルギを利用してタービンを回転させ、電力を取り出す。
【００３８】
以上より、発電システム１０は、ボイラ３０にて、送風機４０を駆動して空気を吸引すると、この空気は、空気供給配管３９を通してエアヒータ５１で加熱された後に風箱４１を介して各燃焼バーナ３３、３４に供給される。また、化石燃料としての微粉炭または燃料油は、供給配管３６、３８を通して化石燃料用の燃焼バーナ３３に供給されるとともに、バイオマス供給装置１１からのバイオマスは、供給配管２８を通してバイオマス用の燃焼バーナ３４に供給される。
【００３９】
すると、化石燃料用の燃焼バーナ３３は、燃焼用空気と化石燃料をボイラ本体３１に噴射すると同時に着火し、また、バイオマス用の燃焼バーナ３４は、燃焼用空気とバイオマスの微粉体をボイラ本体３１に噴射すると同時に着火する。このボイラ本体３１では、燃焼用空気、化石燃料、バイオマスが燃焼して火炎が生じる。ボイラ本体３１内の下部で火炎が生じると、燃焼ガスがこのボイラ本体３１内を上昇し、煙道４２に排出される。
【００４０】
このとき、図示しない給水ポンプから供給された水は、節炭器４７、４８、４９によって予熱された後、図示しない蒸気ドラムに供給され火炉壁の各水管（図示せず）に供給される間に加熱されて飽和蒸気となり、図示しない蒸気ドラムに送り込まれる。さらに、図示しない蒸気ドラムの飽和蒸気は過熱器４３、４４に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器４３、４４で生成された過熱蒸気は、配管ユニット６２を通過して発電装置６０に供給される。また、発電装置６０での膨張過程の中途で取り出した蒸気は、配管ユニット６２を通過して再熱器４５、４６に導入され、再度過熱されて配管ユニット６２を通過して発電装置６０に戻される。なお、ボイラ本体３１をドラム型（蒸気ドラム）として説明したが、この構造に限定されるものではない。
【００４１】
その後、煙道４２の節炭器４７、４８、４９を通過した排ガスは、排ガス配管５０にて、選択還元型触媒５４でＮＯｘ等の有害物質が除去され、電気集塵機５５で粒子状物質が除去され、脱硫装置５７により硫黄分が除去された後、煙突５８から大気中に排出される。
【００４２】
次に、図１から図３を用いて、前処理ユニット１９のフィーダ２５及び加熱手段１００について説明する。ここで、図２は、前処理ユニットの概略構成の一部を示す模式図であり、図３は、前処理ユニットの概略構成の一部を示す断面図である。まず、前処理ユニット１９は、上述した、貯蔵サイロ２０と、払い出しコンベア２２と、搬送コンベア２３と、バイオマス貯蔵タンク２４と、フィーダ２５と、加熱手段１００とに加え、温度計測部１２０と、制御部１３０とを有する。
【００４３】
フィーダ２５は、バイオマス貯蔵タンク２４と、ミル２６との間に配置されたスクリューフィーダであり、回転する２本の回転部１１０と、２本の回転部１１０の外周を覆い、バイオマスを保持する案内管１１２と、回転部１１０を回転させる駆動源１１４と、を有する。回転部１１０は、外周にねじ溝が形成されたスクリューであり、回転することで、一方向にバイオマスを搬送する。また、回転部１１０は、中空の形状である。また、案内管１１２は、内部に回転部１１０が収納された管路であり、バイオマスを回転部１１０の周囲に保持している。また、駆動源１１４は、回転部１１０を回転させる駆動源であり、モータ等で構成されている。
【００４４】
加熱手段１００は、ジャケット１０２と、伝熱配管１０４と、配管１０６と、バルブ１０７と、配管１０８とを有し、フィーダ２５により搬送されるバイオマスを加熱する。ジャケット１０２は、案内管１１２の外周に接して配置された中空の部材である。ジャケット１０２は、案内管１１２のバイオマス１４０が保持される領域の外周を覆うように配置されている。なお、本実施形態では、案内管１１２の上面以外を覆うように配置されている。伝熱配管１０４は、回転部１１０の中空部分に挿入して配置された配管である。
【００４５】
次に、配管１０６は、一方の端部が、排ガスが流れる配管７３と接続しており、他方の端部が分岐管１０６ａ、１０６ｂに分岐している。分岐管１０６ａは、伝熱配管１０４と接続している。分岐管１０６ｂは、ジャケット１０２と接続している。また、配管１０６には、バルブ１０７が設けられている。バルブ１０７は、開閉及び開度が調整されることで、配管１０６を流れる搬送ガス１５０の量を調整することができる。次に、配管１０８は、一方の端部が、供給配管２８と接続し、他方の端部が分岐管１０８ａ、１０８ｂに分岐している。分岐管１０８ａは、伝熱配管１０４と接続している。分岐管１０８ｂは、ジャケット１０２と接続している。
【００４６】
加熱手段１００は、以上のような構成であり、配管７３から供給される搬送ガス１５０を配管１０６、分岐管１０６ａ、１０６ｂを介して、ジャケット１０２、伝熱配管１０４に供給する。ジャケット１０２、伝熱配管１０４は、供給される排ガスの熱により加熱された状態となり、供給された熱をフィーダ２５の内部にあるバイオマスに伝える。加熱手段１００は、このようにして、フィーダ２５により搬送されるバイオマスを加熱する。また、ジャケット１０２、伝熱配管１０４に供給された排ガスは、分岐管１０８ａ、１０８ｂ及び配管１０８を通って、供給配管２８に供給される。供給配管２８に供給された排ガスは、供給配管２８にあるバイオマスをよりボイラ３０に流れやすい状態とし、ボイラ３０でバイオマスをより効率よく燃焼できる状態とする。
【００４７】
温度計測部１２０は、フィーダ２５のバイオマス１４０の排出口の近傍の雰囲気、あるいはバイオマス自身の温度を計測する手段である。温度計測部１２０は、計測したバイオマス１４０の温度を制御部１３０に送る。
【００４８】
制御部１３０は、温度計測部１２０での計測結果に基づいて、フィーダ２５及び加熱手段１００の動作を制御する。また、制御部１３０は、その他、各種機構の動作を制御する。
【００４９】
前処理ユニット１９は、以上のような構成であり、加熱手段１００によりフィーダ２５を流れるバイオマス１４０を加熱する。また、前処理ユニット１９は、制御部１３０が、温度計測部１２０での温度の計測結果に基づいて、加熱手段１００とフィーダ２５との動作を制御し、バイオマス１４０の温度を制御することで、排出されるバイオマス１４０の温度を、一定範囲、具体的には、非炭化温度の範囲となる状態で排出する。
【００５０】
ここで、非炭化温度の範囲とは、バイオマス１４０が炭化してない状態で、もろくなり、かつ、排出されるタールを一定濃度以下となる温度である。ここで、図４は、バイオマスの温度と、各成分の割合との関係を示すグラフであり、図５は、粉砕動力比と所定粒径までの粉砕時間との関係を示すグラフである。図４は、縦軸を重量割合［％］とし、バイオマスを各温度に加熱した場合（加熱前、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃）の各成分の重量割合の関係を示している。また、図５は、縦軸をミル（粉砕装置）における所定粒径までの推定粉砕動力比をとし、横軸をボールミル（粉砕装置）での所定粒径までの粉砕時間［ｓ］とした。なお、図４には、木質ペレットＡを、生の状態（加熱前）、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃の加熱した状態にした場合の、推定粉砕動力比と、ボールミル（粉砕装置）での所定粒径までの粉砕時間との関係を計測した結果を示す。また、図５には、比較のため、加熱していない木質チップＡ、木質チップＢ、木質ペレットＢのそれぞれについても推定粉砕動力比と、ボールミル（粉砕装置）での所定粒径までの粉砕時間との関係を計測した結果も示す。
【００５１】
バイオマスは、図４に示すように、加熱される温度により、成分の割合が変化し、一定の温度を超えるとタールが析出される。また、バイオマスは、高い温度に加熱するほど、もろくなる。具体的には、木質ペレットを加熱するとボールミル（粉砕装置）での所定粒径までの粉砕時間が加熱していない木質ペレットの粉砕時間よりも短くなる。さらに、木質ペレットを加熱する温度を高くすると粉砕時間がさらに短くなる。例えば、図５に示すように、木質ペレットＡは、１５０℃に加熱するとボールミル（粉砕装置）での所定粒径までの粉砕時間が加熱していない木質ペレットＢの粉砕時間よりも短くなる。さらに、木質ペレットＡを２００℃、２５０℃と加熱する温度を高くすると粉砕時間がさらに短くなる。ここで、ミル（粉砕装置）における所定粒径までの推定粉砕動力比は、粉砕時間に比例するため、粉砕時間が短くなることで、粉砕に必要な動力も少なくなる。以上より、バイオマスは、温度を高くするほど粉砕しやすくなる。なお、非炭化温度の範囲、つまり、タールによる影響を抑制しつつ、バイオマスが粉砕しやすくなる最適な温度は、バイオマスの種類によって異なる温度範囲、温度となる。ここで、バイオマスの温度範囲は、１５０℃以上２５０℃以下の温度とすることで、排出されるタールをより確実に低減すること、例えば、バイオマス全量の２０％以下の発生量）とすることができ、バイオマスをタールによる影響を抑制しつつ、粉砕しやすくすることができる。なお、バイオマスの温度範囲の１５０℃以上２５０℃以下は、タールの発生をより確実に減らすことができ、かつ、粉砕時間を十分に短くすることができる温度となる。
【００５２】
以上の関係に基づいて、前処理ユニット１９は、バイオマス１４０がもろくなり、かつ、排出されるタールが一定濃度以下となる温度である、非炭化温度の範囲でバイオマス１４０を加熱する。なお、図４及び図５に示す例では、前処理ユニット１９は、バイオマス１４０を１５０℃から２５０℃の間の温度に加熱する。これにより、前処理ユニット１９は、タール等の揮発性ガスが排出される影響を抑制しつつ、さらには、タールの発生を抑制しつつ、バイオマスを粉砕しやすくすることができる。前処理ユニット１９は、バイオマスを粉砕しやすい状態にして、排出口から粉砕装置２６に排出（供給）する。粉砕装置２６に搬送されたバイオマスは、粉砕装置２６で粉砕される。この際に、粉砕装置２６には、前処理ユニット１９で非炭化温度に加熱されたバイオマス１４０が供給されるため、少ない動力、かつ短時間で所定の粒径に粉砕することができる。また、前処理ユニット１９は、バイオマス１４０を非炭化温度の範囲に加熱するため、加熱により発生するタールを一定濃度以下とすることができ（つまり、タールが一定濃度より多く排出されることを抑制することができ）、タールの発生により、バイオマスの搬送効率が低下したり、前処理ユニット１９の各部に付着したりすることを抑制することができる。以上より、前処理ユニット１９及びバイオマス供給装置１１は、効率よくバイオマスを粉砕することができる。また、前処理ユニット１９の周囲または内部に加熱する機構を設けるのみであるため装置構成を簡単にすることができる。さらに、タール等の揮発性ガスの発生を抑制することができるため、発生したタールを適切にボイラで燃焼させることができ、装置へのタールの付着を抑制することができ、装置のメンテナンス等も簡単にすることができる。ここで、バイオマスの温度は、１５０℃以上２５０℃以下とすることで、タールの発生をより確実に抑制することができ、上記効果をより確実に得ることができるが、非炭化温度とすることで、タール等の揮発性ガスが排出される影響を抑制しつつ、粉砕性を向上できる。
【００５３】
また、前処理ユニット１９で、バイオマス１４０を非炭化温度の範囲に加熱することで、バイオマス１４０を乾燥させることができる。これにより、前処理ユニット１９は、粉砕装置２６への投入時には、バイオマスを乾燥した状態にすることができ、粉砕装置での乾燥を省略することができる。これにより、粉砕装置２６に供給する空気として種々の空気を用いることができ、常温の空気も用いることができる。
【００５４】
バイオマスの加熱手段は、バイオマスを非炭化温度の範囲に加熱することができればよく、加熱手段自体は、非炭化温度よりも高い温度になってもよい。
【００５５】
また、前処理ユニット１９は、バイオマス等を燃焼することで加熱され、発電ユニットに熱を供給した後の排ガスを加熱手段の加熱源として用いることで、発電システム１０の全体としての効率をより高くすることができ、発生した熱を有効活用することができる。
【００５６】
また、制御部１３０は、温度計測部１２０の計測結果に基づいて、フィーダ２５の出口の近傍のバイオマスが非炭化温度となるように、加熱手段１００の加熱動作と、フィーダ２５によるバイオマスの搬送動作とを制御する。具体的には、加熱手段１００による加熱量（例えば、排ガスの供給量）、フィーダ２５によるバイオマスの搬送速度等を制御する。なお、バイオマスの搬送速度は、回転部の回転速度、回転部のスクリューの角度の変更により制御する。また、制御部１３０は、目標とする非炭化温度と、その非炭化温度のときに温度計測部１２０で計測される温度との関係を予め実験等で算出しておき、算出した結果と温度計測部１２０で計測される温度とに基づいて、各部の動作を制御することが好ましい。これにより、バイオマスを適切に非炭化温度とすることができる。なお、温度計測部１２０により温度計測位置は、本実施形態のように加熱手段が配置されている領域の出口の近傍とすることが好ましいが、本発明はこれに限定されない。また、温度計測部１２０を設けずに、設定した条件に基づいて加熱動作を制御し、バイオマスを非炭化温度にするようにしてもよい。
【００５７】
ここで、前処理ユニット１９では、バイオマスの加熱手段として、フィーダ２５にジャケット１０２と伝熱配管１０４とに排ガスを通過させることでバイオマスを間接加熱したが、本発明はこれに限定されない、前処理ユニット１９は、貯蔵サイロ２０から排出されて、粉砕装置２６に供給されるまでの間にバイオマスを非炭化温度に加熱すればよい。例えば、搬送コンベア２３、バイオマス貯蔵タンク２４、フィーダ２５の少なくとも一箇所にあるバイオマスを加熱すればよい。また、バイオマスの加熱方法も間接加熱に限定されず、直接加熱により加熱してもよい。以下、図６から図１２を用いて前処理ユニットの他の実施形態について説明する。
【００５８】
まず、図６を用いて、他の実施形態の前処理ユニットについて説明する。ここで、図６は、前処理ユニットの他の実施形態の一部を示す模式図である。ここで、図６に示す前処理ユニット１６０は、フィーダ１６２、加熱手段１６９の構成を除いて他の構成は、前処理ユニット１９と同様の構成である。そこで、前処理ユニット１９と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略し、以下、前処理ユニット１６０に特有の点を説明する。図６に示す前処理ユニット１６０は、バイオマス貯蔵タンク２４と、フィーダ１６２と、粉砕装置２６と、加熱手段１６９とを有する。なお、前処理ユニット１６０は、このほかにも前処理ユニット１９と同様に、搬送コンベアや、温度計測部、制御部等を備える。
【００５９】
フィーダ１６２は、キルン１６６と、開閉弁１６８とを有する。キルン１６６は、バイオマス貯蔵タンク２４から供給されるバイオマスを開閉弁１６８が設けられている配管まで加熱しつつ案内する窯である。開閉弁１６８は、開閉を切り換えることで、キルン１６６内を搬送されたバイオマスを粉砕装置２６に供給するか否かを切り換える。なお、フィーダ１６２によるキルン１６６内のバイオマスの搬送方法は特に限定されない。例えば、後述する加熱手段１６９により供給される排ガスによりバイオマスを搬送するようにしてもよい。また、フィーダ１６２は、ベルト搬送により搬送してもよい。
【００６０】
加熱手段１６９は、配管１０６と、配管１０８とを有する。なお、加熱手段１６９は、これらに加え、バルブ等も備えている。配管１０６は、一方の端部が、排ガスが流れる配管７３と接続しており、他方の端部がキルン１６６のバイオマスの搬送方向の上流側端部と接続している。次に、配管１０８は、一方の端部が、供給配管２８と接続し、他方の端部がキルン１６６のバイオマスの搬送方向の下流側端部と接続している。加熱手段１６９は、以上のような構成であり、配管１０６により、キルン１６６のバイオマスを保持、搬送している領域に排ガスを直接供給する。また、キルン１６６に供給された排ガスは、配管１０８から排出される。これにより、加熱手段１６９は、キルン１６６にあるバイオマスを直接加熱により加熱することができる。なお、この場合もバイオマスは、非炭化温度に加熱する。前処理ユニット１６０のように、バイオマスを直接加熱により加熱することでも、バイオマスを粉砕しやすくすることができ、かつ、不要な物質が排出されることを抑制することができる。また、前処理ユニット１６０は、バイオマスの搬送方向と並向な方向に排ガスを供給すること（搬送方向と排ガスの流れ方向が同じ方向となる向きで排ガスを供給すること）で、キルン１６６に供給する排ガスによりバイオマスを搬送することができる。なお、本実施形態では、バイオマスの搬送方向と並向な方向に排ガスを供給したが、これには限定されない。例えば、搬送方向と排ガスの流れ方向が逆方向となる向きで排ガスを供給してもよい。つまり、排ガスを向流式で供給してもよい。排ガスを向流式で供給することで、バイオマスをより効率よく加熱することができる。
【００６１】
次に、図７を用いて、他の実施形態の前処理ユニットについて説明する。ここで、図７は、前処理ユニットの他の実施形態の一部を示す模式図である。ここで、図７に示す前処理ユニット１７０は、フィーダ１６２、加熱手段１７２の構成を除いて他の構成は、前処理ユニット１９と同様の構成である。そこで、前処理ユニット１９と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略し、以下、前処理ユニット１７０に特有の点を説明する。図７に示す前処理ユニット１７０は、バイオマス貯蔵タンク２４と、フィーダ１６２と、粉砕装置２６と、加熱手段１７２とを有する。なお、前処理ユニット１７０は、このほかにも前処理ユニット１９と同様に、搬送コンベアや、温度計測部、制御部等を備える。
【００６２】
フィーダ１６２は、キルン１６６と、開閉弁１６８とを有する。キルン１６６は、バイオマス貯蔵タンク２４から供給されるバイオマスを開閉弁１６８が設けられている配管まで加熱しつつ案内する窯である。開閉弁１６８は、開閉を切り換えることで、キルン１６６内を搬送されたバイオマスを粉砕装置２６に供給するか否かを切り換える。
【００６３】
加熱手段１７２は、複数の分割ジャケット１７３ａと、配管１７４と、配管１７６と、バルブ１７７と、を有する。分割ジャケット１７３ａは、キルン１６６の外周を覆うように配置された中空部材である。なお、分割ジャケット１７３ａは、バイオマスの搬送方向において、キルン１６６を複数に分割した各領域に配置されている。配管１７４は、一方の端部が、排ガスが流れる配管７３と接続しており、他方の端部が複数の分岐管１７４ａと接続している。複数の分岐管１７４ａは、それぞれ別々の分割ジャケット１７３ａと接続している。次に、配管１７６は、一方の端部が、供給配管２８と接続し、他方の端部が複数の分岐管１７６ａと接続している。複数の分岐管１７６ａは、それぞれ別々の分割ジャケット１７３ａと接続している。バルブ１７７は、ぞれぞれの分岐管１７４ａに設けられており、開閉することで、分割ジャケット１７３ａに排ガスを供給するか否かを切り換える。また、バルブ１７７は、開閉することで、夫々の分岐管に供給する排ガスの配分（流量）を調整することもできる。
【００６４】
加熱手段１７２は、以上のような構成であり、配管１７４及び分岐管１７４ａにより、分割ジャケット１７３ａのそれぞれに排ガスを供給する。また、分割ジャケット１７３ａに供給された排ガスは、配管１７６及び分岐管１７６ａから排出される。これにより、加熱手段１７２は、分割ジャケット１７３を加熱し、分割ジャケット１７３ａを介して、キルン１６６にあるバイオマスを間接加熱により加熱することができる。なお、この場合もバイオマスは、非炭化温度に加熱する。また、加熱手段１７２は、各バルブ１７７の開閉を切り換えることで、分割ジャケット１７３の加熱状態を個別に調整することができる。
【００６５】
次に、図８を用いて、他の実施形態の前処理ユニットについて説明する。ここで、図８は、前処理ユニットの他の実施形態の一部を示す模式図である。ここで、図８に示す前処理ユニット１８０は、搬送コンベア２３に加熱手段１８２を設けた点を除いて他の構成は、前処理ユニット１９と同様の構成である。そこで、前処理ユニット１９と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略し、以下、前処理ユニット１８０に特有の点を説明する。図８に示す前処理ユニット１８０は、搬送コンベア２３と、加熱手段１８２とを有する。なお、前処理ユニット１８０は、このほかにも前処理ユニット１９と同様に、バイオマス貯蔵タンク、フィーダ、温度計測部、制御部等を備える。また、搬送コンベア２３は、前処理ユニット１９の搬送コンベア２３と同様の構成である。
【００６６】
加熱手段１８２は、複数の分割ジャケット１８３ａと、配管１８４と、配管１８６と、バルブ１８７と、を有する。分割ジャケット１８３ａは、搬送コンベア２３の外周を覆うように配置された中空部材である。なお、分割ジャケット１８３ａは、バイオマスの搬送方向において、搬送コンベア２３を複数に分割した各領域に配置されている。配管１８４は、一方の端部が、排ガスが流れる配管７３と接続しており、他方の端部が複数の分岐管１８４ａと接続している。複数の分岐管１８４ａは、それぞれ別々の分割ジャケット１８３ａと接続している。次に、配管１８６は、一方の端部が、供給配管２８と接続し、他方の端部が複数の分岐管１８６ａと接続している。複数の分岐管１８６ａは、それぞれ別々の分割ジャケット１８３ａと接続している。バルブ１８７は、ぞれぞれの分岐管１８４ａに設けられており、開閉することで、分割ジャケット１８３ａに排ガスを供給するか否かを切り換える。
【００６７】
加熱手段１８２は、以上のような構成であり、配管１８４及び分岐管１８４ａにより、分割ジャケット１８３ａのそれぞれに排ガスを供給する。また、分割ジャケット１８３ａに供給された排ガスは、配管１８６及び分岐管１８６ａから排出される。これにより、加熱手段１８２は、分割ジャケット１８３ａを加熱し、分割ジャケット１８３ａを介して、搬送コンベア２３にあるバイオマスを間接加熱により加熱することができる。なお、この場合もバイオマスは、非炭化温度に加熱する。前処理ユニット１８０のように、搬送コンベア２３により搬送されているバイオマスを非炭化温度に加熱することでも、上記と同様の効果を得ることができる。また、加熱手段１８２は、各バルブ１８７の開閉を切り換えることで、分割ジャケット１８３ａの加熱状態を個別に調整することができる。また、上記実施形態では、間接加熱によりバイオマスを加熱したが、搬送コンベア２３により搬送されるバイオマスも直接加熱により加熱するようにしてもよい。また、搬送コンベア２３は、ワイヤーメッシュコンベアベルトを用いることが好ましい。これにより、バイオマスをより加熱しやすくすることができる。なお、本実施形態では、搬送コンベア２３に対して鉛直方向下側から排ガスを供給したが、これに限定されない。加熱手段は、鉛直方向上側から鉛直方向下側に流れるように搬送コンベア２３に排ガスを供給してもよい。
【００６８】
また、上記実施形態では、加熱手段として、排ガス（より具体的には、バイオマス及び化石燃料を燃焼させることで加熱した排ガス）を用いる場合を例として説明したがこれに限定されない。例えば、加熱手段として、バイオマス及び化石燃料の少なくとも一方を燃焼させることで加熱した排ガスを用いてもよい。また、加熱手段として供給する空気は、排ガスに限定されず、加熱した空気を供給できればよい。例えば、別途空気を加熱する加熱機構（ヒータや、熱交換器）を設け、加熱機構で加熱した空気を供給してもよい。また、ボイラとは別途燃焼機を設け、当該燃焼機でバイオマスまたは化石燃料で燃焼させ、空気を加熱し、加熱した空気を供給する機構としてもよい。
【００６９】
次に、図９及び図１０を用いて、他の実施形態の前処理ユニットについて説明する。ここで、図９は、前処理ユニットの他の実施形態の一部を示す模式図である。図１０は、前処理ユニットの概略構成の一部を示す断面図である。ここで、図９及び図１０に示す前処理ユニット２００は、加熱手段２０２の構成を除いて他の構成は、前処理ユニット１９と同様の構成である。そこで、前処理ユニット１９と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略し、以下、前処理ユニット２００に特有の点を説明する。図９に示す前処理ユニット２００は、バイオマス貯蔵タンク２４と、フィーダ２５と、粉砕装置２６と、加熱手段２０２と、加熱によって発生するガスを排出する配管２０３と、を有する。なお、前処理ユニット２００は、このほかにも前処理ユニット１９と同様に、搬送コンベアや、温度計測部、制御部等を備える。
【００７０】
加熱手段２０２は、ヒータ２０４ａ、ヒータ２０４ｂと、ヒータ２０４ｃ、ヒータ２０４ｄと、２本のヒータ２０６とを有する。ヒータ２０４ａは、フィーダ２５の案内管１１２の上面に配置されており、ヒータ２０４ｂは、案内管１１２の下面に配置されており、ヒータ２０４ｃとヒータ２０４ｄは、案内管１１２の長手方向と平行な面（側面）に配置されている。つまり、案内管１１２は、ヒータ２０４ａ、ヒータ２０４ｂと、ヒータ２０４ｃ、ヒータ２０４ｄとにより周りが囲われている。また、ヒータ２０６は、回転部１１０の中空部分に挿入されている。なお、ヒータ２０４ａ、ヒータ２０４ｂと、ヒータ２０４ｃ、ヒータ２０４ｄと、２本のヒータ２０６としては、種々の加熱機構を用いることができる。
【００７１】
加熱手段２０２は、以上のような構成であり、ヒータ２０４ａ、ヒータ２０４ｂと、ヒータ２０４ｃ、ヒータ２０４ｄと、２本のヒータ２０６により、回転部１１０、案内管１１２を加熱し、回転部１１０、案内管１１２を介して、案内管１１２にあるバイオマスを間接加熱により加熱することができる。なお、この場合もバイオマスは、非炭化温度に加熱する。このように、加熱手段として排ガスを用いない加熱機構を用いた場合も、装置全体でのエネルギ効率は低下するが、上記と同様の効果を得ることができる。なお、本実施形態では、ヒータを用いたが、排ガス以外の熱流体を用いた加熱手段を用いてもよい。また、ヒータとしては、電熱線を用いた加熱機構、ハロゲンヒータを用いた加熱機構、遠赤外線を用いた加熱機構を用いてもよい。
【００７２】
また、配管２０３は、一方の端部がフィーダ２５と接続され、他方の端部が供給配管２８と接続されている。配管２０３は、フィーダ２５内のバイオマスが加熱されることで発生するガスを回収し、供給配管２８に排出する。ここで、バイオマスが加熱されることで発生するガスには、燃焼ガスも含まれており、配管２０３を設けることで、当該発生するガスを供給配管２８から燃焼バーナ３４に搬送することができる。なお、燃焼バーナ３４に供給された当該発生するガスは、ボイラ本体３１に排出されることで、燃焼ガスが燃焼される。これにより、バイオマスの加熱時に発生するガスも適切に処理することができる。
【００７３】
次に、図１１を用いて、他の実施形態の前処理ユニットについて説明する。ここで、図１１は、前処理ユニットの他の実施形態の一部を示す模式図である。ここで、図１１に示す前処理ユニット２１０は、加熱手段２１２を設けた点を除いて他の構成は、図８に示す前処理ユニット１８０と同様の構成である。そこで、前処理ユニット１８０と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略し、以下、前処理ユニット２１０に特有の点を説明する。図１１に示す前処理ユニット２１０は、搬送コンベア２３と、加熱手段２１２と、加熱によって発生するガスを排出する配管２３０と、を有する。なお、前処理ユニット２１０は、このほかにも前処理ユニット１８０と同様に、バイオマス貯蔵タンク、フィーダ、温度計測部、制御部等を備える。また、搬送コンベア２３は、前処理ユニット１８０の搬送コンベア２３と同様の構成である。
【００７４】
加熱手段２１２は、複数の分割カバー２１３と、複数のヒータ２１４と、を有する。分割カバー２１３は、搬送コンベア２３の外周を覆うように配置された箱型部材である。なお、分割カバー２１３は、バイオマスの搬送方向において、搬送コンベア２３を複数に分割した各領域に配置されている。また、分割カバー２１３としては熱伝導性の高い材料、例えば金属で形成することが好ましい。ヒータ２１４は、夫々、分割カバー２１３に対応して配置されている。ヒータ２１４は、分割カバー２１３を加熱する。
【００７５】
加熱手段２１２は、以上のような構成であり、ヒータ２１４により、分割カバー２１３を加熱し、分割カバー２１３を介して、搬送コンベア２３にあるバイオマスを間接加熱により加熱することができる。なお、この場合もバイオマスは、非炭化温度に加熱する。このように、加熱手段として排ガスを用いない加熱機構を搬送コンベア２３に用いた場合も、装置全体でのエネルギ効率は低下するが、上記と同様の効果を得ることができる。なお、本実施形態でも、ヒータを用いたが、排ガス以外の熱流体を用いた加熱手段を用いてもよい。また、ヒータとしては、電熱線を用いた加熱機構、ハロゲンヒータを用いた加熱機構、遠赤外線を用いた加熱機構を用いてもよい。
【００７６】
また、配管２３０は、一方の端部が分割カバー２１３と接続され、他方の端部が供給配管２８と接続されている。なお、配管２３０は、一方の端部が複数に分岐しており、分岐管のそれぞれが分割カバー２１３と接続されている。配管２０３は分割カバー２１３内のバイオマスが加熱されることで発生するガスを回収し、供給配管２８に排出する。ここで、バイオマスが加熱されることで発生するガスには、燃焼ガスも含まれており、配管２３０を設けることで、当該発生するガスを供給配管２８から燃焼バーナ３４に搬送することができる。なお、燃焼バーナ３４に供給された当該発生するガスは、ボイラ本体３１に排出されることで、燃焼ガスが燃焼される。これにより、バイオマスの加熱時に発生するガスも適切に処理することができる。
【００７７】
また、搬送コンベア２３にあるバイオマスを加熱する加熱手段を設けることに代えてあるは加えて、払い出しコンベア２２にあるバイオマスを加熱する加熱手段を設けてもよい。
【００７８】
次に、図１２を用いて、他の実施形態の前処理ユニットについて説明する。ここで、図１２は、前処理ユニットの他の実施形態の一部を示す模式図である。ここで、図１２に示す前処理ユニット２２０は、加熱手段２２２の構成を除いて他の構成は、前処理ユニット１９と同様の構成である。そこで、前処理ユニット１９と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略し、以下、前処理ユニット２２０に特有の点を説明する。図１２に示す前処理ユニット２２０は、バイオマス貯蔵タンク２４と、フィーダ２５と、粉砕装置２６と、加熱手段２２２とを有する。なお、前処理ユニット２２０は、このほかにも前処理ユニット１９と同様に、搬送コンベアや、温度計測部、制御部等を備える。
【００７９】
加熱手段２２２は、配管１０６と、配管１０８とを有する。なお、加熱手段２２２は、これらに加え、バルブ等も備えている。配管１０６は、一方の端部が、排ガスが流れる配管７３と接続しており、他方の端部がバイオマス貯蔵タンク２４の鉛直方向上側の端部と接続している。次に、配管１０８は、一方の端部が、供給配管２８と接続し、他方の端部がバイオマス貯蔵タンク２４の鉛直方向下側の端部と接続している。加熱手段２２２は、以上のような構成であり、配管１０６により、バイオマス貯蔵タンク２４のバイオマスを貯蔵している領域に排ガスを直接供給する。また、バイオマス貯蔵タンク２４に供給された排ガスは、配管１０８から排出される。これにより、加熱手段２２２は、バイオマス貯蔵タンク２４にあるバイオマスを直接加熱により加熱することができる。なお、この場合もバイオマスは、非炭化温度に加熱する。前処理ユニット２２０のように、バイオマス貯蔵タンク２４にあるバイオマスを直接加熱により加熱することでも、バイオマスを粉砕しやすくすることができ、かつ、不要な物質が排出されることを抑制することができる。なお、前処理ユニット２２０では、バイオマス貯蔵タンク２４の鉛直方向上側から排ガスを供給したが、排ガスを鉛直方向下側の端部近傍から供給しても良い。また、前処理ユニット２２０では、バイオマス貯蔵タンク２４に貯蔵されているバイオマスを直接加熱により加熱したが、本発明はこれに限定されず、間接加熱により加熱してもよい。
【００８０】
また、バイオマスを搬送する雰囲気には、不活性ガスを供給することが好ましい。このように不活性ガス雰囲気とすることで、バイオマスが搬送経路で必要以上に反応することを抑制することができ、燃焼が発生する恐れを低減することができる、なお、不活性ガスとは、通常の空気よりも燃焼が発生しにくいガスである。例えば、酸素濃度が１０％以下のガスである。
【００８１】
また、上記実施形態で説明した加熱手段は、それぞれ単体で設けてもよいが、複数の加熱手段を１つの前処理ユニットに設けてもよい。このように、複数個所で加熱を行うことで、より適切に適正温度に加熱することが可能となり、バイオマスを好適に非炭化温度の範囲で加熱することができる。
【００８２】
次に、図１３を用いて、他の実施形態の前処理ユニット及びバイオマス貯蔵ユニットについて説明する。ここで、図１３は、発電システムの他の実施形態の概略構成を示す模式図である。図１３に示す発電システム２４０は、バイオマス・石炭混焼の発電システムである。つまり、図１３は、石炭の供給装置の概略構成も示す発電システムである。なお、図１３では、発電装置の図示を省略している。
【００８３】
図１３に示すように、発電システム２４０は、バイオマスを貯留し、排出前に非炭化温度に加熱する前処理ユニット１９と、前処理ユニット１９で非炭化温度に加熱したバイオマスを粉砕する粉砕装置２６と、粉砕装置２６で粉砕したバイオマスを燃焼バーナ３４に供給する配管２４９と、石炭２５０を受け入れるホッパ２５１ａ、２５１ｂを備えた石炭粉砕装置２５２ａ、２５２ｂと、石炭粉砕装置２５２ａ、２５２ｂにて得られた石炭粉体を燃焼バーナ３３に供給する配管２５３と、を備える。また、発電システム２４０は、さらに、ボイラ本体３１、対流伝熱部として排ガスの熱を回収するための、過熱器４３、４４、再熱器４５、４６等、図１のボイラ３０と同様の構成の各部を備えている。
【００８４】
また、ボイラ本体３１には、炉本体の炉出口に設けた煙道の途中には空気加熱器（ＡＨ）２６２が配置され、空気加熱器２６２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２６２によって外気２６３を加熱して生成した高温空気２６４は石炭粉砕装置２５２ａ、２５２ｂに供給され、石炭２５０の乾燥に用いられる。また燃焼排ガスの一部２６５は、誘引ファン２６６により粉砕装置２６に供給され、バイオマスの分級に用いられる。
【００８５】
このように本発明に係るバイオマス貯蔵タンクを備えた発電システムとすることで、バイオマス粉砕が良好となる、つまり、効率よく粉砕することができる。これにより、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】
【００８６】
本発明に係る前処理ユニットは、バイオマスを燃料として用いる燃焼システムに適用することができる。
【符号の説明】
【００８７】
１０ 発電システム
１１ バイオマス供給装置
１９ 前処理ユニット
２０ 貯蔵サイロ
２１ 空気供給配管（空気供給系）
２２ 払い出しコンベア
２３ 搬送コンベア
２４ バイオマス貯蔵タンク
２５ フィーダ
２６ 粉砕装置（ミル）
２７ 粉体分離装置
２８ 供給配管
３０ ボイラ
３１ ボイラ本体
３２ 燃焼装置
３３ 化石燃料用の燃焼バーナ
３４ バイオマス用の燃焼バーナ
３９ 空気供給配管
４２ 煙道
５１ エアヒータ
５２ 除塵装置
５３ ブロア
６０ 発電装置
６２ 配管ユニット
１００ 加熱手段
１０２ ジャケット
１０４ 伝熱配管
１０６、１０８ 配管
１０６ａ、１０６ｂ、１０８ａ、１０８ｂ 分岐管
１０７ バルブ
１１０ 回転部
１１２ 案内管
１１４ 駆動源
１２０ 温度計測部
１３０ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスを粉砕する粉砕手段にバイオマスを供給する前処理ユニットであって、
バイオマスを貯蔵するバイオマス貯蔵タンクと、
前記バイオマス貯蔵タンクにバイオマスを供給する貯蔵前供給手段と、
前記バイオマス貯蔵タンクに貯蔵されたバイオマスを粉砕手段に供給する貯蔵後供給手段と、
前記貯蔵前供給手段、前記バイオマス貯蔵タンク、前記貯蔵後供給手段のいずれかにあるバイオマスを非炭化温度の範囲で加熱する加熱手段と、を有することを特徴とする前処理ユニット。
【請求項２】
前記加熱手段は、前記貯蔵前供給手段により前記バイオマス貯蔵タンクに向けて搬送されているバイオマスを加熱することを特徴とする請求項１に記載の前処理ユニット。
【請求項３】
前記加熱手段は、前記貯蔵後供給手段により前記粉砕手段に向けて搬送されているバイオマスを加熱することを特徴とする請求項１または２に記載の前処理ユニット。
【請求項４】
前記加熱手段は、バイオマスの搬送経路の外周を覆うカバー部と、前記カバー部に加熱された空気を供給する加熱源とを有し、
前記加熱源により前記カバー部の内部に加熱された空気を供給することで、前記バイオマスを加熱することを特徴とする請求項２または３に記載の前処理ユニット。
【請求項５】
前記加熱手段は、前記加熱された空気を前記バイオマスの搬送方向と同一方向に流すことを特徴とする請求項４に記載の前処理ユニット。
【請求項６】
前記加熱手段は、前記加熱源として、前記バイオマス及び化石燃料の少なくとも一方を燃焼させて温度が上昇された空気または排ガスを用いることを特徴とする請求項４または５に記載の前処理ユニット。
【請求項７】
前記加熱手段は、前記バイオマスが貯蔵されている領域を含む領域を間接加熱する間接加熱源を有することを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載の前処理ユニット。
【請求項８】
前記加熱手段は、前記間接加熱源として、前記バイオマス及び化石燃料の少なくとも一方を燃焼させて温度が上昇された空気または排ガスを用いることを特徴とする請求項７に記載の前処理ユニット。
【請求項９】
前記加熱手段は、前記バイオマスを１５０℃以上２５０℃以下に加熱することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の前処理ユニット。
【請求項１０】
前記バイオマスを加熱する領域の終端付近の雰囲気の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部の検出結果に基づいて、前記加熱手段を制御し、前記バイオマスを非炭化温度の範囲で加熱する制御部と、をさらに有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の前処理ユニット。
【請求項１】
バイオマスを粉砕する粉砕手段にバイオマスを供給する前処理ユニットであって、
バイオマスを貯蔵するバイオマス貯蔵タンクと、
前記バイオマス貯蔵タンクにバイオマスを供給する貯蔵前供給手段と、
前記バイオマス貯蔵タンクに貯蔵されたバイオマスを粉砕手段に供給する貯蔵後供給手段と、
前記貯蔵前供給手段、前記バイオマス貯蔵タンク、前記貯蔵後供給手段のいずれかにあるバイオマスを非炭化温度の範囲で加熱する加熱手段と、を有することを特徴とする前処理ユニット。
【請求項２】
前記加熱手段は、前記貯蔵前供給手段により前記バイオマス貯蔵タンクに向けて搬送されているバイオマスを加熱することを特徴とする請求項１に記載の前処理ユニット。
【請求項３】
前記加熱手段は、前記貯蔵後供給手段により前記粉砕手段に向けて搬送されているバイオマスを加熱することを特徴とする請求項１または２に記載の前処理ユニット。
【請求項４】
前記加熱手段は、バイオマスの搬送経路の外周を覆うカバー部と、前記カバー部に加熱された空気を供給する加熱源とを有し、
前記加熱源により前記カバー部の内部に加熱された空気を供給することで、前記バイオマスを加熱することを特徴とする請求項２または３に記載の前処理ユニット。
【請求項５】
前記加熱手段は、前記加熱された空気を前記バイオマスの搬送方向と同一方向に流すことを特徴とする請求項４に記載の前処理ユニット。
【請求項６】
前記加熱手段は、前記加熱源として、前記バイオマス及び化石燃料の少なくとも一方を燃焼させて温度が上昇された空気または排ガスを用いることを特徴とする請求項４または５に記載の前処理ユニット。
【請求項７】
前記加熱手段は、前記バイオマスが貯蔵されている領域を含む領域を間接加熱する間接加熱源を有することを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載の前処理ユニット。
【請求項８】
前記加熱手段は、前記間接加熱源として、前記バイオマス及び化石燃料の少なくとも一方を燃焼させて温度が上昇された空気または排ガスを用いることを特徴とする請求項７に記載の前処理ユニット。
【請求項９】
前記加熱手段は、前記バイオマスを１５０℃以上２５０℃以下に加熱することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の前処理ユニット。
【請求項１０】
前記バイオマスを加熱する領域の終端付近の雰囲気の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部の検出結果に基づいて、前記加熱手段を制御し、前記バイオマスを非炭化温度の範囲で加熱する制御部と、をさらに有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の前処理ユニット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−７８０１８（Ｐ２０１２−７８０１８Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２３９００（Ｐ２０１０−２２３９００）
【出願日】平成２２年１０月１日（２０１０．１０．１）
【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２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１日（２０１０．１０．１）
【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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