JP2014202448A - 発電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大量に発生するパーム椰子種子殻をバイオ燃料として使用し、微粉化するため多大なエネルギーを費やす必要もなく、石炭を微粉化する程度の低エネルギーで共粉砕および混合ができ、しかも燃焼効率は高く、更に、ＮＯｘ等の発生が抑制される発電方法を提供する。【解決手段】石炭と未破砕のパーム椰子種子殻（ＰＫＳ）とを粉砕機（クラッシャー）に投入して、石炭の粒度が、メッシュ５ｍｍ?５ｍｍの篩い残分５質量％未満、メッシュ１．７８ｍｍ?１．７８ｍｍの篩い残分３０〜７０質量％となるように共粉砕し、得られた共粉砕物を流動層ボイラーの火炉に直接供給して燃焼させ、発生した蒸気で発電する。【選択図】図１

Description

本発明は大量に生産され廃棄されているパーム椰子の種子殻を効率的に利用する、流動層ボイラーを用いた発電方法に関する。

二酸化炭素などの排出量の増加に伴う地球の温暖化現象が、近年問題化している。この主な原因として、石油や石炭等の化石燃料の利用が考えられている。また、これら化石燃料の埋蔵量にも限界があり、石油や石炭に代わる各種のエネルギー源が種々検討されている。
上記エネルギー源として、バイオマスから得られるバイオ燃料が検討されているが、その原料となるトウモロコシ、サトウキビ、小麦などは食用としても利用されるため、生態系および経済バランスの点で最善の手法とはいえない。木屑、廃材、サトウキビの搾りかす等の廃棄バイオマスから固体燃料を作ることも試みられているが、嵩密度が小さく貯蔵効率や搬送効率が悪い、単位容積当たりの発熱量が小さいなどの理由により、その利用は限られている。

一方、自然界には、食用には適さないが比較的油脂成分の含有量が多い果実（殊に種子）が存在する。その果実（種子）から油脂成分を搾り、石鹸や工業製品などに利用されているものは多く、例えば、種子からの油脂がヒマシ油の原料として利用されている唐胡麻｛別名 ヒマ（蓖麻）｝；種子からの油脂成分が石鹸や蝋燭の原料として利用される南京黄櫨（別名 トウハゼ、カンテラギ）；種子から搾った油脂が石鹸や蝋燭として利用されている南洋油桐（別名 タイワンアブラギリ、ジャトロファまたはヤトロファ）；菜種（通称 油菜）；油脂が工業用、せっけん、マーガリンなどに利用されるヤシ（椰子）（ヤシ科植物の総称。ココヤシ亜科、アレカ亜科、トウ亜科など）；食料や飼料となるほか、デンプン（コーンスターチ）や油、バイオエタノールの原料としても重要であるトウモロコシ等が挙げられる。
上記椰子としてココ椰子加えて、パーム椰子があり、当該パーム椰子の果肉から圧搾されて得られるパーム油は大豆油に次ぐ世界第二位の生産量であり、マーガリン、ショートニング、ケーキ、インスタントラーメン、石鹸、界面活性剤などとして用途が広がり、その生産量は拡大している。搾油された果肉からは種子が分離され、該種子はその殻を剥き、中の胚乳から更にパーム核油が搾取される。
この種子の殻はパーム椰子種子殻とよばれ、燃焼時の発熱量は４４００ｋｃａｌ／Ｋｇと木屑と比較して高く、ハードグローブ係数が１４と小さく粉砕しにくいものであり、パーム椰子の生産量の増大と共に年間４００万トン程のパーム椰子種子殻が発生し、その処理が問題となっている。該パーム椰子種子殻は活性炭などへの利用がなされているが、その利用量は少ない。大量に処理する手段の一つとして、石炭との混合燃焼による火力発電が検討され、実証試験が行われている。

特開２００３−２６８３９４号公報

パーム椰子種子殻は、上記の通り硬く、粉砕が困難なため、微粉炭火力発電での混焼には不向きとされていた。混焼するためには予め微粉砕して粒径を小さくした後、石炭粉砕機で石炭と粉砕混合する方式が採用されていた。
当該方法は、両者が微粉砕され燃焼性の点では優れた方法であるが、パーム椰子種子殻を微粉砕するには、ハンマーミルや振動スクリーンを組み合わせた装置が必要であり、設備が大掛かりになりそのエネルギーコストが大きくなるだけでなく、更に、振動スクリーンの短時間での目詰まりが起こり、安定した連続運転が困難となり、実用性に問題があった。また、従来の竪型ミルでは、パーム椰子種子殻の密度の軽さや弾性に起因して、効率的な粉砕を困難にしていた（特許文献１）。

本発明者らは、パーム椰子種子殻を微粉炭と混焼して発電する方法について鋭意研究を重ねた結果、当該パーム椰子種子殻の未破砕物を石炭と共に粉砕機に投入して、石炭を所定粒径の粗粉炭に粉砕すれば、パーム椰子種子殻は石炭ほど粉砕されず比較的大きな粒径のまま残存するものの均一な混合物となって相分離が起こりにくく、更に、該混合物は、流動層ボイラーの火炉で効率的に燃焼して、燃焼効率が高いのみならず、ＮＯｘ、ＳＯｘの発生が増えないことを見出し、本発明に至った。

本発明は、前記知見に基づいて到達されたものであって、本発明によれば、石炭と未破砕のパーム椰子種子殻とを粉砕機に投入して、上記石炭の粒度が、メッシュ５ｍｍ×５ｍｍの篩い残分５質量％未満、メッシュ１．７８ｍｍ×１．７８ｍｍの篩い残分３０〜７０質量％となるように共粉砕し、得られた共粉砕物を流動層ボイラーの火炉に直接供給して燃焼させ、発生した蒸気で発電することを特徴とする発電方法が提供される。
上記発電方法の発明において、
１）共粉砕物において、パーム椰子種子殻の割合が、石炭１００質量部に対して１５〜５００質量部であること、
２）前記流動層ボイラーとして循環流動層ボイラーを使用し、前記未破砕のパーム椰子種子殻の一部を、該循環流動層ボイラーの排ガス中の固体粒子を回収し、火炉に循環する固体粒子循環路に粉砕することなく供給して、固体粒子と共に火炉に供給すること、
３）前記共粉砕に供する前に、未破砕のパーム椰子種子殻を、メッシュ３０ｍｍ×３０ｍｍ〜メッシュ５０ｍｍ×５０ｍｍの篩い通過分を回収して使用すること、
４）未破砕のパーム椰子種子殻が、その貯蔵場において、水分含量を１５質量％以上に維持するように貯蔵されたものであること、
が好適である。

本発明によれば、大量に生産廃棄されるパーム椰子種子殻を、石炭との混焼火力発電に使用でき、無駄に廃棄することなく大量に消費することが可能となり、しかも二酸化炭素抑制につながるものである。
また、石炭を通常の粉砕度に粉砕する程度の低エネルギーで共粉砕することで、均一な混合状態での供給が可能であり、パーム椰子種子殻を微粉化するため多大なエネルギーを費やす必要もなく、しかも、火炉に投入後の燃焼効率も高く、更に、ＮＯｘ、ＳＯｘの発生量も増えず、安定して発電を行うことができ、工業的に極めて優れた発明である。

流動層ボイラー発電装置を用いて本発明を実施する態様を模式的に示す図。 実施例１における発生蒸気量を示す図である。 実施例１におけるＮＯｘ、ＳＯｘ、煤塵の発生量を示すグラフである。 実施例２における発生蒸気量を示す図である。 実施例２におけるＮＯｘ、ＳＯｘ、煤塵の発生量を示すグラフである。 比較例１における発生蒸気量を示す図である。 比較例１におけるＮＯｘ、ＳＯｘ、煤塵の発生量を示すグラフである。

本発明の流動層ボイラー発電装置は、従来公知の装置であり、それらを何ら制限なく使用することができる。
代表的な流動層ボイラー発電装置は、混合燃料を供給する供給口と下部に流動床を有する火炉；火炉から高温の燃焼ガスを供給して熱交換により蒸気を発生させる対流伝熱部とを主構成とするものである。好適には、火炉からの燃焼ガスに同伴して排出される粒子を捕集するサイクロンと、該サイクロンで分離された粒子を前記火炉に戻す固体粒子循環路とを備えた循環流動層ボイラー発電装置が好ましい。更に、固体粒子循環路には、石炭以外の燃料、例えばタイヤ片や未粉砕或いは一部粉砕したパーム椰子種子殻を投入して火炉で燃焼させるための副燃料投入口を備える態様が好ましい。図１に代表的な循環流動層ボイラー発電装置を示す。

生産地から輸送されたパーム椰子種子殻は、パーム椰子房、パーム椰子ファイバー、石、木屑等の異物を含んでいることが多く、これらの異物は、後工程で目詰まりを起こし、更には石炭との共粉砕や流動層ボイラーでの燃焼を妨げるので予め除去することが好ましい。除去方法は特に限定されないが、メッシュ３０ｍｍ×３０ｍｍ〜メッシュ５０ｍｍ×５０ｍｍ（ＪＩＳ規格３５５３、ＪＩＳ記号ＣＲ−Ｓ）の篩に未破砕のパーム椰子種子殻をかけ、通過分を回収する方法が簡便であり、しかも、十分な除去効果を有する。
また、未破砕のパーム椰子種子殻は、貯蔵場における貯蔵の際には、その水分含量を１５質量％以上に維持することが、発塵対策の点で好ましい。当該含有水分は、散水スプレーを貯蔵場に設置し、散水スプレーへの水の供給量で制御する方法が好適である。

上記処理で得られたパーム椰子種子殻は、石炭と共に粉砕機に投入され共粉砕、混合が行われる。この共粉砕により、上記石炭の粒度が、メッシュ５ｍｍ×５ｍｍの篩い残分５質量％未満、メッシュ１．７８ｍｍ×１．７８ｍｍの篩い残分３０〜７０質量％、好ましくは、４０〜６０質量％となるように共粉砕される。
一方、粉砕されにくいパーム椰子種子殻は、上記共粉砕後の粒径が、石炭と比較して一回り大きく、２．５〜１０ｍｍ程度の粉砕に止まり、また、粉砕後の形状は不均一である。パーム椰子種子殻は、上記程度の粉砕状態において、粗粉炭との混合状態は均一で相分離せず、安定した燃焼を行うことができ、しかも燃焼効率も高い。
共粉砕された石炭とパーム椰子種子殻との混合比率は、通常、石炭１００質量部に対してパーム椰子種子殻１５〜５００質量部である。上記パーム椰子種子殻との混合比率が、５００質量部を超えるとボイラーの発生総熱量が低下する傾向がある。
後述するように、当該パーム椰子種子殻は、排ガス中の固体粒子を回収し火炉に循環する固体循環路に粉砕せずに投入して、副燃料とすることができる。その場合、上記共粉砕に供されるパーム椰子種子殻と副燃料のパーム椰子種子殻との合計量が、上記範囲内に納まるように使用することが好ましい。また、この場合、副燃料として使用するパーム椰子種子殻の割合は、全量の３０質量％以下となるように調整することが好ましい。

共粉砕に使用する粉砕機としては、ハンマークラッシャー等の公知のクラッシャーが特に制限なく使用され、石炭の粗粉炭化の制御は、通常、粉砕速度とクリアランスの調整で行われる。
上記共粉砕後の石炭の粒度の測定は、粉砕後の共粉砕物を任意の量、例えば、１ｋｇ程度を１０回サンプリングし、それぞれサンプリングした共粉砕物をメッシュ５ｍｍ×５ｍｍの篩いとメッシュ１．７８ｍｍ×１．７８ｍｍの篩いに掛け、それぞれの篩い分けした共粉砕物について、石炭とＰＫＳに目視で選り分け、それぞれの重量を測定し、平均値を求める方法を採用した。
尚、上記の粉砕の程度において、パーム椰子種子殻は、前記したように、共粉砕後の粒径が石炭と比較して一回り大きく、上記メッシュ１．７８ｍｍ×１．７８ｍｍの篩い通過分は、ほとんど無視できる程度に少ない。
従って、共粉砕物中の石炭の粒度について、メッシュ５ｍｍ×５ｍｍの篩い残より選別された石炭の質量（Ｃ_５Ｒ）、メッシュ１．７８ｍｍ×１．７８ｍｍの篩い残より選別された石炭の質量（Ｃ_{１．７８Ｒ}）、メッシュ１．７８ｍｍ×１．７８ｍｍの篩い通過分の石炭の質量（Ｃ_{１．７８Ｐ}）としたとき、石炭のメッシュ５ｍｍ×５ｍｍの篩い残の割合（ＣＲ_５）、及び、メッシュ１．７８ｍｍ×１．７８ｍｍの篩い残の割合（ＣＲ_１．７８）は、以下の式で求めることができる。
ＣＲ_５＝Ｃ_５Ｒ／（Ｃ_５Ｒ＋Ｃ_{１．７８Ｒ}＋Ｃ_{１．７８Ｐ}）×１００
ＣＲ_１．７８＝Ｃ_{１．７８Ｒ}／（Ｃ_５Ｒ＋Ｃ_{１．７８Ｒ}＋Ｃ_{１．７８Ｐ}）×１００
また、共粉砕物中のパーム椰子種子殻の粒度について、メッシュ５ｍｍ×５ｍｍの篩い残より選別されたパーム椰子種子殻の質量（Ｐ_５Ｒ）、メッシュ１．７８ｍｍ×１．７８ｍｍの篩い残より選別されたパーム椰子種子殻の質量（Ｐ_{１．７８Ｒ}）としたとき、パーム椰子種子殻のメッシュ５ｍｍ×５ｍｍの篩い残の割合（ＰＲ_５）、及び、メッシュ１．７８ｍｍ×１．７８ｍｍの篩い残の割合（ＰＲ_１．７８）は、以下の式で求めることができる。
ＰＲ_５＝Ｐ_５Ｒ／（Ｐ_５Ｒ＋Ｐ_{１．７８Ｒ}）×１００
ＰＲ_１．７８＝Ｐ_{１．７８Ｒ}／（Ｐ_５Ｒ＋Ｐ_{１．７８Ｒ}）×１００

共粉砕・混合された石炭とパーム椰子種子殻との混合燃料は、一旦燃料バンカーに貯蔵し、バンカーの下部に位置する給炭器から適宜流動層ボイラーの火炉下部に投入され燃焼に供することが好ましい。
本発明において、流動層ボイラーや蒸気管等の蒸気発生の構造、装置、部材、更には該蒸気による発電については、広く知られている公知の技術を何ら制限なく採用できる。

本発明は、上記の通りの混合燃料を、直接火炉の流動層部へ供給して燃焼させるものであるが、当該燃焼時に、循環流動層ボイラーの排ガス中の固体粒子を回収し火炉に循環する固体循環路に、未破砕のパーム椰子種子殻を粉砕することなく副燃料として供給して、固体粒子と共に火炉に投入してもよい。また、上記固体粒子循環路への供給は、パーム椰子種子殻の他、例えばタイヤ片などの他の副燃料も使用することができる。

以下、本発明を、実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら制限されるものではない。また、実施例の中で説明されている特徴の組み合わせすべてが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。

実施例１
図１に示す循環流動層ボイラーを使用して、パーム椰子種子殻の割合を、石炭１００質量部に対して２２質量部とし、ハンマークラッシャーで共粉砕した粉砕物を循環流動層ボイラーの火炉に直接供給して燃焼させた際の結果を図２、図３に示す。
粉砕機は、能力１５０トン／ｈｒのハンマークラッシャーを使用し、石炭とパーム椰子種子殻を３５トン／ｈｒの粉砕量で共粉砕した。共粉粉砕物中の石炭とパーム椰子種子殻の比率は、石炭１００質量部に対してパーム椰子種子殻は、２０質量部であった。
共粉砕物中の石炭は、メッシュ５ｍｍ×５ｍｍの篩い残分が１．５質量％であり、メッシュ１．７８ｍｍ×１．７８ｍｍの篩い残分が５２質量％であった。その際のパーム椰子種子殻は、石炭より一回り大きく、メッシュ５ｍｍ×５ｍｍの篩い残分が３８質量％であった。
図２に示すように、パーム椰子種子殻を混焼した場合、石炭専焼の場合と同様に所定の蒸気量を得ることができ、図３に示すように、ＮＯｘ、ＳＯｘ、煤塵の発生量に大きな変化がないことが確認できた。
尚、本実施例においては、発生するＳＯｘのほとんどがＳＯ_２であることから、図３にはＳＯｘのうちＳＯ_２の測定値のみを示した。以後の実施例及び比較例においても、同様に、ＳＯ_２の測定値のみを示すこととした。

実施例２
図１に示す循環式流動層ボイラーを使用して、パーム椰子種子殻の割合を、石炭１００質量部に対して６０質量部とし、ハンマークラッシャーで共粉砕した粉砕物を循環流動層ボイラーの火炉に直接供給して燃焼させた際の結果を図４、図５に示す。
粉砕機は、実施例１と同様のハンマークラッシャーを使用し、石炭とパーム椰子種子殻を３５トン／ｈｒの粉砕量で共粉砕した。共粉粉砕物中の石炭とパーム椰子種子殻の比率は、石炭１００質量部に対してパーム椰子種子殻は、５７質量部であった。
共粉砕物中の石炭は、メッシュ５ｍｍ×５ｍｍの篩い残分が１．２質量％であり、メッシュ１．７８ｍｍ×１．７８ｍｍの篩い残分が４９質量％であった。その際のパーム椰子種子殻は、石炭より一回り大きく、メッシュ５ｍｍ×５ｍｍの篩い残分が４２質量％であった。
図４に示すように、石炭、パーム椰子種子殻およびタイヤチップを混焼した場合、石炭およびタイヤチップを混焼した場合と同様に所定の蒸気量を得ることができ、図５に示すように、ＮＯｘ、ＳＯｘ、煤塵の発生量に大きな変化がないことが確認できた。

実施例３
図１に示す循環式流動層ボイラーを使用して、パーム椰子種子殻の割合を、石炭１００質量部に対して６０質量部とし、ハンマークラッシャーで共粉砕した粉砕物を循環流動層ボイラーの火炉に直接供給して燃焼させた。
粉砕機は、実施例１と同様のハンマークラッシャーを使用し、石炭とパーム椰子種子殻を３５トン／ｈｒの粉砕量で共粉砕した。石炭の粒度を変えたときの影響を確認するため、石炭の粗粉度を粗くした。共粉粉砕物中の石炭とパーム椰子種子殻の比率は、石炭１００質量部に対してパーム椰子種子殻は、５８質量部であった。
共粉砕物中の石炭は、メッシュ５ｍｍ×５ｍｍの篩い残分が２．３質量％であり、メッシュ１．７８ｍｍ×１．７８ｍｍの篩い残分が５８質量％であった。その際のパーム椰子種子殻は、石炭より一回り大きく、メッシュ５ｍｍ×５ｍｍの篩い残分が４５質量％であった。
実施例２のときと同様に所定の蒸気量を得ることができ、ＮＯｘ、ＳＯｘ、煤塵の発生量に大きな変化がないことが確認できた。

実施例４
図１に示す循環式流動層ボイラーを使用して、パーム椰子種子殻の割合を、石炭１００質量部に対して６０質量部とし、ハンマークラッシャーで共粉砕した粉砕物を循環流動層ボイラーの火炉に直接供給して燃焼させた。
粉砕機は、実施例１と同様のハンマークラッシャーを使用し、石炭とパーム椰子種子殻を３５トン／ｈｒの粉砕量で共粉砕した。石炭の粒度を変えたときの影響を確認するため、石炭の粗粉度を細かくした。共粉粉砕物中の石炭とパーム椰子種子殻の比率は、石炭１００質量部に対してパーム椰子種子殻は、５５質量部であった。
共粉砕物中の石炭は、メッシュ５ｍｍ×５ｍｍの篩い残分が０．６質量％であり、メッシュ１．７８ｍｍ×１．７８ｍｍの篩い残分が４３質量％であった。その際のパーム椰子種子殻は、石炭より一回り大きく、メッシュ５ｍｍ×５ｍｍの篩い残分が３８質量％であった。
実施例２のときと同様に所定の蒸気量を得ることができ、ＮＯｘ、ＳＯｘ、煤塵の発生量に大きな変化がないことが確認できた。

比較例１
比較例として、図１に示す循環流動層ボイラーを使用して、石炭１００質量部に対して２２質量部の未粉砕のパーム椰子種子殻を粉砕することなく、固体粒子循環炉から副燃料として、固体粒子と共に火炉に投入し燃料させた際の結果を図６、図７に示す。
主燃料は、石炭のみとし、粉砕機は、実施例１と同様のハンマークラッシャーを使用し、石炭を３０トン／ｈｒの粉砕量で粉砕した。石炭の粒径は、メッシュ５ｍｍ×５ｍｍの篩い残分が１．８質量％、メッシュ１．７８ｍｍ×１．７８ｍｍの篩い残分が５５質量％であった。
図６に示すように、パーム椰子種子殻を固体粒子循環路から投入した場合、石炭専焼の場合と同様に所定の蒸気量を得ることができたが、図７に示すように、ＳＯｘ、煤塵の発生量は大きな変化がないが、ＮＯｘは、約３０ｐｐｍ上昇した。

Claims (5)

1. 石炭と未破砕のパーム椰子種子殻とを粉砕機に投入して、該石炭の粒度が、メッシュ５ｍｍ×５ｍｍの篩い残分５質量％未満、メッシュ１．７８ｍｍ×１．７８ｍｍの篩い残分３０〜７０質量％となるように共粉砕し、得られた共粉砕物を流動層ボイラーの火炉に直接供給して燃焼させ、発生した蒸気で発電することを特徴とする発電方法。
2. 前記共粉砕物において、パーム椰子種子殻の割合が、石炭１００質量部に対して１５〜５００質量部である請求項１に記載の発電方法。
3. 前記流動層ボイラーとして循環流動層ボイラーを使用し、前記未破砕のパーム椰子種子殻の一部を該循環流動層ボイラーの排ガス中の固体粒子を回収し火炉に循環する固体粒子循環路に粉砕することなく供給して、固体粒子と共に火炉に供給する請求項１又は２に記載の発電方法。
4. 前記共粉砕に供する前に、未破砕のパーム椰子種子殻を、メッシュ３０ｍｍ×３０ｍｍ〜メッシュ５０ｍｍ×５０ｍｍの篩い通過分を回収して使用する請求項１〜３の何れか一項に記載の発電方法。
5. 未破砕のパーム椰子種子殻が、その貯蔵場において、水分含量を１５質量％以上に維持するように貯蔵されたものである請求項１〜４の何れか一項に記載の発電方法。