JP2012177485A

JP2012177485A - 石炭ボイラの稼働方法及びボイラ設備

Info

Publication number: JP2012177485A
Application number: JP2011039215A
Authority: JP
Inventors: Hirofumi Sugimura; 弘文杉村; Michihiko Tamaki; 道彦玉城; Katsuya Yoshida; 勝也吉田
Original assignee: Daio Paper Corp
Current assignee: Daio Paper Corp
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2012-09-13

Abstract

【課題】ＣＯ₂の排出量を削減することができながら、石炭ボイラにおける燃焼が安定しなくなるおそれがない石炭ボイラの稼働方法とする。
【解決手段】微粉炭Ｃを石炭ボイラ６１の燃料として使用する石炭ボイラ６１の稼働方法であって、石炭ボイラ６１の燃料として、微粉炭ＣとともにトレファクションされたバイオマスＴＢを使用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、微粉炭が燃料として使用される石炭ボイラの稼働方法及びボイラ設備に関するものである。

石炭ボイラで蒸気を生成し、この蒸気を発電や他の装置の熱源として利用することは、従来から行われている。更に近年では、ＣＯ₂の排出量を削減するために、石炭ボイラの燃料として石炭以外の非化石燃料を積極的に利用する試みがなされている。例えば、特許文献１は、間伐材や剪定枝を炭化し、粉砕して得た微粉炭を石炭ボイラの燃料として使用することを提案する。また、特許文献２は、原料を間伐材や剪定枝等を含む木質系バイオマス一般に広げつつ、チップ状の木質系バイオマスとペレット状の木質系バイオマスとを混合して粉砕し、得られた木質系バイオマスの粉砕物を石炭の副燃料として使用することを提案する。さらに、特許文献３は、バイオマスのペレット及び石炭を、それぞれ粉砕した後に混合し、石炭ボイラで燃焼させる方法を提案する。なお、同文献において、バイオマスのペレットとは、木、竹、草等のバイオマスをいったん微粉砕した後にペレット化したものであるとされている。

しかしながら、以上の文献が開示するバイオマスやその炭化物からなる燃料は、その形態が多種多様であり、熱量、粉砕（破砕）性等の特性が石炭と大きく異なる。したがって、石炭ボイラにおける燃焼が安定しなくなり、場合によっては新たな設備を設置する必要や石炭ボイラの設計を変更する必要が生じる。また、バイオマスやその炭化物を粉砕する負荷は、石炭を粉砕する負荷よりも高いため、粉砕に伴うＣＯ₂の排出量が増え、バイオマスを使用してＣＯ₂の排出量を削減しようとした趣旨が減殺される。

特開２００２−２４１７６１号公報特開２００５−２９１５３６号公報特開２００９−１８０４７６号公報

本発明が解決しようとする主たる課題は、ＣＯ₂の排出量を削減することができながら、石炭ボイラにおける燃焼が安定しなくなるおそれがない石炭ボイラの稼働方法及びボイラ設備を提供することにある。

この課題を解決した本発明は、次の通りである。
〔請求項１記載の発明〕
微粉炭を石炭ボイラの燃料として使用する石炭ボイラの稼働方法であって、
前記石炭ボイラの燃料として、前記微粉炭とともにトレファクションされたバイオマスを使用する、
ことを特徴とする石炭ボイラの稼働方法。

（主な作用効果）
石炭ボイラの燃料として微粉炭とともにトレファクションされたバイオマスを使用することで、化石燃料である微粉炭の使用量を減らすことができ、ＣＯ₂の排出量を削減することができる。しかも、トレファクションされたバイオマスは、熱量等の特性が石炭に近いため、石炭ボイラの設計を変更することなく、当該石炭ボイラにおける燃焼を安定させることができる。

〔請求項２記載の発明〕
石炭を微粉砕して微粉炭とし、この微粉炭を石炭ボイラの燃料として使用する石炭ボイラの稼働方法であって、
前記石炭を微粉砕するに先立って、当該石炭にトレファクションされたバイオマスを混入する、
ことを特徴とする石炭ボイラの稼働方法。

（主な作用効果）
石炭を微粉砕するに先立って、当該石炭に従来のバイオマスを混入すると、微粉砕の負荷が上がる。微粉砕の負荷が上がると、ＣＯ₂の排出量が増えるため、バイオマスを使用してＣＯ₂の排出量を削減しようとした趣旨が減殺される。しかるに、トレファクションされたバイオマスは柔らかいため、石炭にトレファクションされたバイオマスを混入すると、微粉砕の負荷が下がり、ＣＯ₂の排出量を削減することができる。
また、石炭に従来のバイオマスを混入すると、微粉砕の負荷が上がるため、微粉砕機の処理能力を超えてしまう場合があり、この場合には、石炭の微粉砕機とは別にバイオマスの微粉砕機を設け、この微粉砕機においてバイオマスの微粉砕を行う必要があった。しかるに、石炭にトレファクションされたバイオマスを混入する場合は、微粉砕の負荷が下がるため、別途微粉砕機を設ける必要がなく、従来のボイラ設備をそのまま利用することができる。
さらに、石炭にトレファクションされたバイオマスが混入された状態で微粉砕が行われると、石炭とトレファクションされたバイオマスとが各別に微粉砕される場合と異なり、石炭ボイラに供給される燃料の均質化が図られ、石炭ボイラにおける燃焼を安定化させることができる。

〔請求項３記載の発明〕
前記石炭にトレファクションされたバイオマスを混入するに先立って、当該石炭を粗粉砕する、
請求項２記載の石炭ボイラの稼働方法。

（主な作用効果）
石炭にトレファクションされたバイオマスを混入するに先立って、当該石炭を粗粉砕すると、後続する石炭の微粉砕が安定的に行われるようになるとともに、石炭及びトレファクションされたバイオマスの混合が進むため、石炭ボイラにおける燃焼をより安定させることができる。

〔請求項４記載の発明〕
石炭を微粉砕して微粉炭にする微粉砕機と、前記微粉炭が燃料として供給される石炭ボイラと、を有するボイラ設備であって、
前記微粉炭とともにトレファクションされたバイオマスが前記石炭ボイラに燃料として供給される、
ことを特徴とするボイラ設備。

（主な作用効果）
請求項１記載の発明と同様の作用効果が奏せられる。

〔請求項５記載の発明〕
バイオマスをトレファクションするトレファクション装置を有し、
このトレファクション装置に前記石炭ボイラで生成された蒸気が熱源として供給される、
請求項４記載のボイラ設備。

（主な作用効果）
トレファクション装置に石炭ボイラで生成された蒸気が熱源として供給されると、同一設備内におけるエネルギーの循環利用となるため、エネルギー効率に優れる。なお、トレファクションは、１４０〜３５０℃の温度で行う熱処理である。したがって、この熱処理よりも高温を要する熱設備、例えば、抄紙工程に備わる各種ドライヤーや再生粒子製造工程に備わる製紙スラッジの熱分解・燃焼用キルン等において熱源として使用された後の蒸気を、トレファクション装置の熱源として使用することもできる。

本発明によると、ＣＯ₂の排出量を削減することができながら、石炭ボイラにおける燃焼が安定しなくなるおそれがない石炭ボイラの稼働方法及びボイラ設備となる。

本形態のボイラ設備の構成フロー図である。

次に、本発明の実施の形態を説明する。
本形態のボイラ設備においては、図１に示すように、石炭Ｃがベルトコンベア等からなる搬送手段８１によって搬送され、石炭サイロ１１に供給される。石炭サイロ１１は、石炭Ｃを一時的に貯留するための設備であり、１台のみが設置されていても、２台以上の複数台が設置されていても、省略されていてもよい。図示例では、石炭サイロ１１が５台設置されている。ただし、石炭サイロ１１が複数台設置されている場合は、輸出元や原産地、品質等の異なる石炭Ｃを各別の石炭サイロ１１に貯留しておき、後段で混入されるトレファクションされたバイオマスＴＢの特性に応じて、石炭サイロ１１から搬送手段８２に切り出す石炭Ｃの種類や量を適宜変化せるといった使い方が可能となる。

ベルトコンベア等からなる搬送手段８２に切り出された石炭Ｃは、ロッドスクリーン等からなる第１の分級手段２１まで搬送され、この第１の分級手段２１によって分級される。この分級手段２１においては、所定の大きさを、例えば８０ｍｍを基準として石炭Ｃが分級され、当該大きさを超える石炭Ｃは系外に排出される。他方、当該大きさ以下の石炭Ｃは、ロッドスクリーン等からなる第２の分級手段２２によって更に分級される。この分級手段２２においては、所定の大きさを、例えば６０ｍｍを基準として石炭Ｃが分級され、当該大きさを超える石炭Ｃはクラッシャー等からなる粗粉砕機２３によって粗粉砕される。

ここで本明細書において粗粉砕とは、対象となる材料を６０ｍｍ以下の大きさに粉砕することを意味する。ただし、この粗粉砕は、対象となる材料が１ｍｍ以上の大きさとなる範囲で行うのが好ましい。この段階において対象となる材料を１ｍｍ未満の大きさとなるまで粉砕することも考えられるが、粉砕エネルギーが増すとともに、粉砕時間が長くなり、この工程がボトルネックとなる可能性がある。したがって、粗粉砕は後工程での微粉砕を安定的に、かつ均一に行うためのものであるという点を重視して、１〜６０ｍｍの範囲で粉砕するのが好ましい。

このようにして全てが所定の大きさ以下（例えば６０ｍｍ以下）となった石炭Ｃは、ベルトコンベア等からなる１又は複数の搬送手段、図示例では３つの搬送手段８３，８４，８６によって搬送され、石炭バンカー４１に供給される。

一方、本形態のボイラ設備においては、バイオマスＢが粗粉砕機３１によって適宜の大きさに、例えば６０ｍｍ以下、好ましくは２〜５０ｍｍに粗粉砕され、トレファクション装置３２によってトレファクションされる。この工程における粗粉砕の程度は、バイオマスＢの種類やトレファクション装置３２の処理能力、トレファクションの方法等を考慮して適宜決定することができる。もっとも、トレファクション装置３２においては、生産効率、製造コスト等の点で、バイオマスＢの充填率を９５％程度まで高めるのが好ましい。したがって、バイオマスＢが６０ｍｍ以下となるように粗粉砕するのが好ましい。なお、以上の点に関しては、「Ｔｏｒｒｅｆａｃｔｉｏｎｆｏｒｅｎｔｒａｉｎｅｄ−ｆｌｏｗｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｂｉｏｍａｓｓ，ＥｎｅｒｇｙｒｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆｔｈｅＮｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ」を参考にすることができる。

ここでバイオマスとは、石炭ボイラ６１の燃料となる化石燃料以外の燃料であり、少なくとも炭素及び水素を含む物質である。このバイオマスには、例えば、間伐材や剪定枝、廃材、木、竹、草、やし殻、パームオイル残さ等の木質系バイオマスのほか、野菜、果実、食品残さ、汚泥等が含まれ、これらの混合物も含まれる。

また、トレファクション（ｔｏｒｒｅｆａｃｔｉｏｎ）とは、出発材料を、本形態ではバイオマスＢを、温度１４０〜３５０℃、好ましくは２４０〜２８０℃で熱処理することを意味する。この熱処理によって、有機物が部分的に分解し、質量（乾燥基準）が初期質量（トレファクションする前の質量）の７０％程度となる。しかしながら、揮発分（ｖｏｌａｔｉｌｅｓ）は、７５〜９０％保持されるため、単位質量当たりの熱量が上昇することになり、熱量等の特性が石炭Ｃに近いものとなる。この点、トレファクションは、「ロースティング（ｒｏａｓｔｉｎｇ）」、「不完全な炭化」、「緩やかな熱分解」、「焙焼」、「焙煎」等、さまざまに表現されることがあるが、本明細書では、質量（乾燥基準）が初期質量の７０〜９０％となるが、揮発分が７５〜９０％保持される熱処理を意味すると定義する。参考までに、表１に、乾燥（ｄｒｙｉｎｇ）、トレファクション、熱分解（ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ）、燃焼（ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）の特性を示した。

なお、バイオマスＢは、吸湿性及び生分解性であるが、トレファクションされると、疎水性となる。したがって、トレファクションされたバイオマスＴＢは保存性に優れ、例えば、海外でバイオマスＢをトレファクションし、このトレファクションされたバイオマスＴＢを、必要に応じてペレット化する等して国内に輸入し、石炭ボイラ６１の燃料として使用する場合等においても変質が生じ難く、石炭ボイラ６１における燃焼を安定させることができる。また、トレファクションされたバイオマスＴＢは、トレファクションされていないバイオマスＢよりも煙の発生が少ないとの特性も有する。さらに、石炭Ｃは原産地等によって燃焼効率が異なるが、トレファクションされたバイオマスＴＢは燃焼効率が均一である。したがって、トレファクションの混合量等を調節することによって燃焼効率の変動を抑え、石炭ボイラ６１における燃焼を安定化させることができる。

トレファクションされたバイオマスＴＢは、ベルトコンベア等からなる１又は複数の搬送手段、図示例では１つの搬送手段８５によって搬送され、石炭Ｃとともに石炭バンカー４１に供給される。石炭バンカー４１は、石炭Ｃ及びトレファクションされたバイオマスＴＢを一時的に貯留するための設備であり、１台のみが設置されていても、２台以上の複数台が設置されていてもよい。図示例では、石炭バンカー４１が３台設置されている。石炭Ｃ及びトレファクションされたバイオマスＴＢは、これらの混合物を各石炭バンカー４１に貯留することも、それぞれを各別の石炭バンカー４１に貯留することもできる。ただし、混合物を各石炭バンカー４１に貯留する形態によると、石炭ボイラ６１に供給される燃料の均質化が図られことになるため、石炭ボイラ６１における燃焼を安定させることができる。

また、石炭Ｃは、トレファクションされたバイオマスＴＢが混入されるに先立って、粗粉砕機２３によって粗粉砕されているため、後続する石炭Ｃの微粉砕が安定的に行われるようになるとともに、石炭Ｃ及びトレファクションされたバイオマスＴＢの混合が進み、石炭ボイラ６１における燃焼が安定する。

このようにして石炭バンカー４１に貯留された石炭Ｃ及びトレファクションされたバイオマスＴＢは、給炭機４２によって微粉砕機５１に供給され、微粉砕される。この点、トレファクションされたバイオマスＴＢは、トレファクションされていないバイオマスＢに比べて柔らかいとの特性を有する。したがって、本形態のように石炭Ｃが微粉砕されるに先立って、当該石炭ＣにトレファクションされたバイオマスＴＢが混入される形態によると、微粉砕の負荷が下がり、ＣＯ₂の排出量を削減することができる。この微粉砕の程度は、特に限定されず、例えば、１００メッシュパスが９５％以上となるように粉砕するとよい。９５％を下回ると石炭ボイラ６１における燃焼後の燃焼残さ（炉底灰）Ｈに未燃分が混ざり、燃焼効率が低下するおそれがある。

微粉砕された石炭（微粉炭）Ｃ及びトレファクションされたバイオマスＴＢは、供給路５２内を空気搬送され、石炭ボイラ６１に燃料として供給される。この石炭ボイラ６１には、燃焼用空気Ａが吹き込まれ、当該石炭ボイラ６１に供給された石炭Ｃ及びトレファクションされたバイオマスＴＢが燃焼される。また、石炭ボイラ６１内には、模式的に示すチューブＴが配されており、このチューブ内を水Ｗが通される。この水Ｗは、石炭Ｃ及びトレファクションされたバイオマスＴＢの燃焼によって加熱され、蒸気Ｊとして石炭ボイラ６１から排出される（蒸気Ｊの生成（石炭ボイラ６１の稼働））。このように本形態のボイラ設備では、石炭ボイラ６１の燃料として微粉砕された石炭ＣとともにトレファクションされたバイオマスＴＢが使用されるため、化石燃料である石炭Ｃの使用量を減らすことができ、ＣＯ₂の排出量を削減することができる。なお、チューブ内を通す水Ｗは、例えば、石炭ボイラ６１の排ガスＧを熱源として、熱交換器６２において予め加温することができる。

石炭ボイラ６１で生成された蒸気Ｊは、その用途が特に限定されないが、トレファクション装置３２に熱源として供給されると好適である。この形態によると、同一設備内におけるエネルギーの循環利用となるため、エネルギー効率に優れる。なお、本形態のボイラ設備には、トレファクション装置３２を有するが、例えば、トレファクションされたバイオマスＢは購入するものとし、本形態の方法に従って当該購入したバイオマスＴＢを利用することもできる。

本発明は、微粉炭が燃料として使用される石炭ボイラの稼働方法及びボイラ設備として適用可能である。

１１…石炭サイロ、２１，２２…分級手段、３１…粗粉砕機、３２…トレファクション装置、４１…石炭バンカー、４２…給炭機、５１…微粉砕機、５２…供給路、６１…石炭ボイラ、８１〜８６…搬送手段、Ａ…燃焼用空気、Ｂ…バイオマス、Ｃ…石炭、Ｇ…排ガス、Ｈ…燃焼残さ、Ｊ…蒸気、Ｔ…チューブ、ＴＢ…トレファクションされたバイオマス、Ｗ…水。

Claims

微粉炭を石炭ボイラの燃料として使用する石炭ボイラの稼働方法であって、
前記石炭ボイラの燃料として、前記微粉炭とともにトレファクションされたバイオマスを使用する、
ことを特徴とする石炭ボイラの稼働方法。
石炭を微粉砕して微粉炭とし、この微粉炭を石炭ボイラの燃料として使用する石炭ボイラの稼働方法であって、
前記石炭を微粉砕するに先立って、当該石炭にトレファクションされたバイオマスを混入する、
ことを特徴とする石炭ボイラの稼働方法。
前記石炭にトレファクションされたバイオマスを混入するに先立って、当該石炭を粗粉砕する、
請求項２記載の石炭ボイラの稼働方法。
石炭を微粉砕して微粉炭にする微粉砕機と、前記微粉炭が燃料として供給される石炭ボイラと、を有するボイラ設備であって、
前記微粉炭とともにトレファクションされたバイオマスが前記石炭ボイラに燃料として供給される、
ことを特徴とするボイラ設備。
バイオマスをトレファクションするトレファクション装置を有し、
このトレファクション装置に前記石炭ボイラで生成された蒸気が熱源として供給される、
請求項４記載のボイラ設備。