JP-2026077451-A - バイオマス固体燃料の製造システム

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Abstract

【課題】本開示は、効率的な運転が可能なバイオマス固体燃料の製造システムを説明する。【解決手段】バイオマス固体燃料の製造システムは、バイオマス原料からバイオマス固体燃料を製造する燃料製造設備と、クリンカ製造設備とを備える。燃料製造設備は、バイオマス原料を加熱してバイオマス固体燃料を生成する加熱装置と、加熱装置におけるバイオマス原料の加熱により発生した熱分解ガスを燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼炉と、第１の流路と、第２の流路とを含む。クリンカ製造設備は、セメント原料を乾燥させる原料調製部と、燃料の燃焼により、原料調製部によって乾燥されたセメント原料からクリンカを生成するクリンカ生成部とを含む。第１の流路は、燃焼ガスのうち燃焼炉から排出される高温燃焼ガスをクリンカ生成部に導入する。第２の流路は、燃焼ガスのうちバイオマス原料を加熱した後に加熱装置から排出される低温燃焼ガスを原料調製部に導入する。【選択図】図１

Inventors

平岩友祐
中村敏明

Assignees

ＵＢＥ三菱セメント株式会社

Dates

Publication Date: 20260513
Application Date: 20241025

Claims (9)

バイオマス原料からバイオマス固体燃料を製造するように構成された燃料製造設備と、クリンカ製造設備とを備え、前記燃料製造設備は、前記バイオマス原料を加熱して前記バイオマス固体燃料を生成するように構成された加熱装置と、前記加熱装置における前記バイオマス原料の加熱により発生した熱分解ガスを燃焼して燃焼ガスを生成するように構成された燃焼炉と、第１の流路と、第２の流路とを含み、前記クリンカ製造設備は、セメント原料を乾燥させるように構成された原料調製部と、燃料の燃焼により、前記原料調製部によって乾燥された前記セメント原料からクリンカを生成するように構成されたクリンカ生成部とを含み、前記第１の流路は、前記燃焼ガスのうち前記燃焼炉から排出される高温燃焼ガスを前記クリンカ生成部に導入するように構成されており、前記第２の流路は、前記燃焼ガスのうち前記バイオマス原料を加熱した後に前記加熱装置から排出される低温燃焼ガスを前記原料調製部に導入するように構成されている、バイオマス固体燃料の製造システム。
前記加熱装置で生成された前記バイオマス固体燃料を粉砕して前記クリンカ生成部に供給するように構成された粉砕機をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
前記粉砕機は竪型ミルである、請求項２に記載のシステム。
前記粉砕機は、前記加熱装置で生成された前記バイオマス固体燃料と、石炭とを、混合しつつ粉砕するように構成されている、請求項２に記載のシステム。
前記加熱装置で生成された前記バイオマス固体燃料を、所定の粒度よりも大きな篩上物と、それ以外の篩下物とに分級して、前記篩下物を前記粉砕機に供給するように構成された分級機をさらに備える、請求項２に記載のシステム。
前記クリンカ生成部は、前記セメント原料を焼成して前記クリンカを生成するように構成されたキルンと、前記キルンに供給するセメント原料を仮焼するように構成された仮焼炉と、前記キルンの窯尻と前記仮焼炉とを接続するように構成されたライジングダクトとを含み、前記第１の流路は、前記キルン、前記仮焼炉及び前記ライジングダクトの少なくとも一つに、前記高温燃焼ガスを導入するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
前記原料調製部は、前記セメント原料を、乾燥ガスと接触させながら粉砕するように構成された原料粉砕機を含み、前記第２の流路は、前記原料粉砕機に前記低温燃焼ガスを導入するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
前記原料調製部は、前記セメント原料に熱風を供給して前記セメント原料を少なくとも部分的に乾燥させるように構成されたドライヤと、前記ドライヤによって乾燥された前記セメント原料を、乾燥ガスと接触させながら粉砕するように構成された原料粉砕機とを含み、前記第２の流路は、前記ドライヤ及び前記原料粉砕機の少なくとも一方に、前記低温燃焼ガスを導入するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
前記バイオマス原料は、粉状のバイオマスが所定形状に加圧成型された成型体である、請求項１～８のいずれか一項に記載のシステム。

Description

本開示は、バイオマス固体燃料の製造システムに関する。特許文献１は、バイオマス固体燃料（ＰＢＴ（登録商標）：Pelletizing Before Torrefaction）の製造装置を開示している。特許文献１の装置は、外熱式のロータリキルンと、燃焼炉とを備える。ロータリキルンは、原料として投入されるペレット状のバイオマス成型体（ＷＰ：White Pellet）を加熱（低温炭化）して、バイオマス固体燃料を生成するように構成されている。ロータリキルンは、加熱前のバイオマス成型体が一端側から投入され、加熱後のバイオマス固体燃料が他端側から排出される筒状本体と、筒状本体の外周部を覆うように配置され、筒状本体内を流動するバイオマス成型体を加熱するように構成された加熱部とを含む。筒状本体の内部は、不活性ガスの供給により、低酸素雰囲気（還元雰囲気）に維持されている。筒状本体の内部においてバイオマス成型体が加熱されることで発生する熱分解ガス（バイオガス）は、燃焼炉に供給される。燃焼炉は、ロータリキルンから供給された熱分解ガスを燃焼して燃焼ガスを生成し、当該燃焼ガスを加熱部に供給するように構成されている。すなわち、ロータリキルンにおいてバイオマス成型体の加熱により生じた熱分解ガスを燃焼炉の燃料とし、燃焼炉において熱分解ガスの燃焼により生じた燃焼ガスの熱をロータリキルンにおけるバイオマス成型体の加熱に用いることにより、自己完結型のバイオマス固体燃料の製造を可能としている。国際公開第２０２２／２０９１９６号図１は、バイオマス固体燃料の製造システムの一例（第１の例）を概略的に示す図である。図２は、バイオマス固体燃料の製造システムの他の例（第２の例）を概略的に示す図である。以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。なお、本明細書において、図の上、下、右、左というときは、図中の符号の向きを基準とすることとする。［バイオマス固体燃料の製造システム］まず、図１を参照して、バイオマス固体燃料の製造システム１（第１の例）の構成について説明する。製造システム１は、バイオマス原料ＢＭからバイオマス固体燃料ＢＦを製造すると共に、セメント原料ＭＴ１からセメントクリンカＭＴ４（クリンカ）を製造するように構成されている。すなわち、製造システム１は、図１に例示されるように、バイオマス固体燃料ＢＦを製造する燃料製造設備１００と、セメントクリンカＭＴ４を製造するクリンカ製造設備２００と、コントローラＣｔｒ（制御部）とを備える。製造システム１において用いられるバイオマス原料ＢＭは、特に限定されない。バイオマス原料ＢＭは、一例として、木質系バイオマスであってもよいし、草本系バイオマスであってもよい。木質系バイオマスは、木チップ及び廃木材の少なくとも一方を粉砕したものであってもよい。木質系バイオマスは、例えば、建設系廃木材、林地残材、製材工場の残材、パームヤシ殻、籾殻、稲藁、麦藁、飼料、廃棄紙などであってもよいし、これらの破砕物などであってもよい。製造システム１において用いられるバイオマス原料ＢＭは、成型機（例えば、ペレタイザ、ブリケットマシン）によって所定形状（例えば、ペレット状、ブリケット状）に加圧成型されたバイオマス成型体であってもよい。製造システム１において製造されるバイオマス固体燃料ＢＦの炭化度は、特に限定されない。本書において「炭化度」とは、バイオマス固体燃料の炭化の進行度合いを意味しており、例えば、固体（物質）収率、エネルギー収率などによって評価することができる。固体（物質）収率は、原料供給量に対する製品製造量の割合（固体（物質）収率＝製品製造量／原料供給量×１００）と定義され、固体（物質）収率が低いほど、バイオマス固体燃料の炭化が進行していると評価される。エネルギー収率は、原料の発熱量に対する製品の発熱量の割合（エネルギー収率＝製品の発熱量／原料の発熱量×１００）と定義され、エネルギー収率が低いほど、バイオマス固体燃料の炭化が進行していると評価される。なお、本書において、炭化度が「高い」とは、固体（物質）収率が８０％以下の場合、又は、エネルギー収率が９０％以下の場合をいうものとする。一方、本書において、炭化度が「低い」とは、固体（物質）収率が８５％以上の場合、又は、エネルギー収率が９５％以上の場合をいうものとする。［燃料製造設備１００］燃料製造設備１００は、図１に例示されるように、加熱装置１１０と、燃焼炉１２０とを備える。加熱装置１１０は、燃焼炉１２０から供給される燃焼ガスＣＧでバイオマス原料ＢＭを加熱することにより、バイオマス原料ＢＭを炭化して、バイオマス固体燃料ＢＦを生成するように構成されている。加熱装置１１０は、筒状本体１１１と、ガースギア１１２と、複数のタイヤ１１３と、複数の支持部１１４と、排出部１１５と、加熱部１１６とを含む。加熱装置１１０は、例えば、外熱式のロータリキルンであってもよい。筒状本体１１１は、略円筒形状を呈する長尺物である。筒状本体１１１は、バイオマス原料ＢＭ１が投入される一端部１１１ａ（入口部）と、バイオマス固体燃料ＢＦが排出される他端部１１１ｂ（出口部）とを含む。すなわち、バイオマス原料ＢＭは、一端部１１１ａから他端部１１１ｂに向けて筒状本体１１１の内部を流動する。筒状本体１１１は、その長手方向が水平方向に沿って延びるように設置されていてもよいし、その長手方向が水平方向に対して傾斜するように設置されていてもよい。後者の場合、筒状本体１１１は、一端部１１１ａから他端部１１１ｂに向かうにつれて下方に傾斜するように設置されていてもよい。ガースギア１１２は、筒状本体１１１の周方向に沿って延びるように、筒状本体１１１の外周面に固定されている。すなわち、ガースギア１１２は、略円環状を呈している。ガースギア１１２は、その周方向において凹凸が交互に並ぶ歯車形状を呈している。ガースギア１１２は、図示しないピニオンギアと噛み合っており、図示しない駆動源（例えば、電動モータ）がピニオンギアを回転駆動することによって回転する。これにより、ピニオンギアの回転力が、ガースギア１１２を介して筒状本体１１１に伝達される。その結果、筒状本体１１１が、その長手方向に沿って延びる回転軸周りに回転する。筒状本体１１１に対するガースギア１１２の設置位置は、特に限定されない。ガースギア１１２は、図１に例示されるように、筒状本体１１１の長手方向において、筒状本体１１１の一端部１１１ａ寄りに位置していてもよい。筒状本体１１１の外周面に、複数のガースギア１１２が設けられていてもよい。複数のタイヤ１１３はそれぞれ、筒状本体１１１の周方向に沿って延びるように、筒状本体１１１の外周面に固定されている。すなわち、複数のタイヤ１１３はそれぞれ、略円環状を呈している。各タイヤ１１３はそれぞれ、支持部１１４（例えば、支持ローラ）によって支持されている。すなわち、タイヤ１１３の外周面は、支持部１１４の外周面と直接接触している。そのため、タイヤ１１３の外周面及び支持部１１４の外周面は、摩擦抵抗の低減のために、平滑化処理されていてもよい。複数のタイヤ１１３は、筒状本体１１１の長手方向において所定間隔をもって並んでいてもよい。図１に例示されるように、加熱装置１１０は、２つのタイヤ１１３と、各タイヤ１１３を支持する２つの支持部１１４とを含んでいてもよい。この場合、一方のタイヤ１１３は、筒状本体１１１のうち一端部１１１ａ寄りに位置しており、他方のタイヤ１１３は、筒状本体１１１のうち他端部１１１ｂ寄りに位置していてもよい。排出部１１５は、筒状本体１１１の他端部１１１ｂに接続されており、筒状本体１１１の内部空間に接続された排出空間を形成する。排出部１１５は、筒状本体１１１の他端部１１１ｂから排出されるバイオマス固体燃料ＢＦを受け入れて、下端部に設けられた排出口からバイオマス固体燃料ＢＦを排出する。排出部１１５は、筒状本体１１１内におけるバイオマス原料ＢＭの加熱によって発生した熱分解ガスＰＧを受け入れて、上端部に設けられた排気口から燃焼炉１２０に向けて、配管Ｄ１を通じて熱分解ガスＰＧを排出する。加熱部１１６は、筒状本体１１１の外周部を覆うように配置されており、全体として筒状を呈している。加熱部１１６は、筒状本体１１１のうちその延在方向における中央部に配置されていてもよい。図１に例示されるように、加熱部１１６は、２つのタイヤ１１３の間において、筒状本体１１１の延在方向に沿って延びていてもよい。加熱部１１６は、配管Ｄ２によって燃焼炉１２０と接続されている。そのため、加熱部１１６内には、配管Ｄ２を通じて、燃焼炉１２０から排出された高温の燃焼ガスＣＧ（高温燃焼ガスＣＧａ）が導入される。すなわち、加熱部１１６は、高温燃焼ガスＣＧａによって筒状本体１１１の外壁（外表面）を加熱することにより、筒状本体１１１の内部を流動するバイオマス原料ＢＭを間接的に加熱するように構成されている。高温燃焼ガスＣＧａの温度は、例えば、１０００℃程度であってもよい。加熱部１１６は、例えば、バイオマス原料ＢＭを低酸素雰囲気下（例えば、筒状本体１１１内の酸素濃度が１０％以下）で２４０℃～７００℃程度に加熱してもよい。加熱部１１６によって筒状本体１１１内のバイオマス原料ＢＭが加熱されることにより、バイオマス原料ＢＭから熱分解ガスＰＧが発生し、バイオマス原料ＢＭが炭化されて炭化物となる。熱分解ガスＰＧは、ガス状の有機成分と、水蒸気との混合ガスである。加熱部１１６に導入された高温燃焼ガスＣＧａが筒状本体１１１の外壁（外表面）を加熱することで、高温燃焼ガスＣＧａの温度が低下して、低温の燃焼ガスＣＧ（低温燃焼ガスＣＧｂ）となる。低温燃焼ガスＣＧｂの温度は、例えば、３００℃程度であってもよい。低温燃焼ガスＣＧｂは、送風機Ｆによって、加熱部１１６に接続された配管Ｄ３を通じて系外（例えば、大気）に排気されてもよい。送風機Ｆは、コントローラＣｔｒからの制御信号に基づいて制御される。これにより、送風機Ｆの動作（駆動又は停止）や、送風機Ｆによる送風流量の調節が行われる。送風機Ｆは、例えば、誘引ファンであってもよい。また、配管Ｄ３のうち送風機Ｆと加熱部１１６との間には、低温燃焼ガスＣＧｂに含まれるダストを捕集するように構成された集塵機（例えば、サイクロン）が設けられていてもよい。配管Ｄ３のうち送風機Ｆの上流側には、バルブＶが設けられている。バルブＶは、コントローラＣｔｒからの制御信号に基づいて制御され、バルブＶの前後において配管Ｄ３を開放及び閉塞させて開度を調節するように構成されている。図１に例示されるように、配管Ｄ２の下流端は、加熱部１１６のうち筒状本体１１１の他端部１１１ｂ寄りに接続されていてもよい。配管Ｄ３の上流端は、加熱部１１６のうち筒状本体１１１の一端部１１１ａ寄りに接続されていてもよい。この場合、配管Ｄ２から加熱部１１６に導入された高温燃焼ガスＣＧａは、筒状本体１１１の外壁（外表面）を加熱しながら、加熱部１１６のうち筒状本体１１１の一端部１１１ａ寄りに向けて流れつつ、低温燃焼ガスＣＧｂとなる。その後、低温燃焼ガスＣＧｂは、加熱部１１６から系外へと、配管Ｄ３を通じて排出される。このように、図１に例示される加熱装置１１０は、筒状本体１１１内を流れるバイオマス原料ＢＭの流動方向と、加熱部１１６内を流れる高温燃焼ガスＣＧａの流動方向とが対向する向流式である。加熱装置１１０は、これらの流動方向が同方向である並流式であってもよい。配管Ｄ３の中途（バルブＶの上流側）からは、配管Ｄ４が分岐して延びている。配管Ｄ４の下流端は、クリンカ製造設備２００の原料調製部２０１（後述する）に接続されている。より詳しくは、配管Ｄ４の下流端は、原料調製部２０１を構成する