JP2018048280A - 燃料バイオマスの製造方法、及び燃料バイオマス製造装置、並びにボイラ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】原料バイオマス中のアルカリ金属やアルカリ土類金属を主成分とする灰分と微生物とを少ないエネルギで効率的に除去することができ、耐湿性及び耐腐性を備えた水分の少ない高熱量の燃料バイオマスを生成することができる燃料バイオマスの製造方法、及び燃料バイオマス製造装置、並びに上記燃料バイオマスを用いることでボイラの運転コスト低減、設備コスト低減、及び燃焼効率向上を実現することができるボイラ装置を提供する。
【解決手段】燃料バイオマスの製造方法は、原料バイオマスを密閉して間接的に加熱し、原料バイオマスの含有水分で原料バイオマスを水蒸気爆砕して微粉化バイオマスを生成する前処理工程（ステップＳ１〜Ｓ４）と、微粉化バイオマスを水洗してスラリーバイオマスを生成するスラリー化工程（ステップＳ５〜Ｓ９）と、スラリーバイオマスを濾過して固体バイオマスを生成する濾過工程（ステップＳ１０）とを含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、燃料バイオマスの製造方法、及び燃料バイオマス製造装置、並びにボイラ装置に関する。

特許文献１には、原料バイオマスを容器に収容し、蒸気を導入して蒸気処理により軟化した後、アルカリ及びアルカリ土類金属等の灰分を水洗除去し、その後に濾過して脱水し、ペレット化して製造する燃料バイオマスの製造方法が開示されている。
また、木質固形燃料（ホワイトペレット）や農業廃棄物固形燃料などは、原料バイオマスをその含水量が１０ｗｔ％〜１５ｗｔ％程度になるまで乾燥し、機械ミルで粉砕した後、ペレットミルで圧縮して製造する方法が一般に知られている。

特表２０１６−５０６９９３号公報

ところで、農業廃棄物由来や食品廃棄物由来などの有機廃棄物系の原料バイオマスから形成されたバイオマスは、アルカリ金属（Ｎａ、Ｋ等）やアルカリ土類金属（Ｃａ等）を主成分とする灰分と微生物とが多く含まれる。このようなバイオマスは、たとえ乾燥してペレット化したとしても、含まれる灰分の吸湿性により、保管中に空気中の水分を吸収し、バイオマスの燃焼時における発熱量（カロリー）を低下させてしまう。また、このようなバイオマスは、保管中に微生物による腐敗が生じ易い。

そこで、特許文献１に記載のように、バイオマス中に含まれる灰分や微生物を水洗して除去することが考えられる。しかし、蒸気処理により大量の水分を含む低密度のバイオマスを洗浄するには大量の水（バイオマスの重量の例えば２０倍〜５０倍程度）が必要であるとともに、洗浄後の排水が大量に発生してしまう。

また、一般に、バイオマスを単に水洗するのではなく、温水で洗浄する方が洗浄時間を短縮することが可能である。しかし、バイオマスを温水洗いする場合には、大量の水を例えば８０℃程度まで加熱する必要があるため、温水を用意するための大量のエネルギ消費が生じかねない。
また、水洗いや温水洗いを行っても、バイオマス中の微生物の多くは除去することができず、依然としてバイオマス中に残留する傾向にある。このため、保管中のバイオマスの腐敗進行を抑制するのは困難である。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、原料バイオマス中のアルカリ金属やアルカリ土類金属を主成分とする灰分と微生物とを少ないエネルギで効率的に除去することができ、耐湿性及び耐腐性を備えた水分の少ない高熱量の燃料バイオマスを生成することができる燃料バイオマスの製造方法、及び燃料バイオマス製造装置、並びに上記燃料バイオマスを用いることでボイラの運転コスト低減、設備コスト低減、及び燃焼効率向上を実現することができるボイラ装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の燃料バイオマスの製造方法は、原料バイオマスを密閉して間接的に加熱し、原料バイオマスの含有水分で原料バイオマスを水蒸気爆砕して微粉化バイオマスを生成する前処理工程と、微粉化バイオマスを水洗してスラリーバイオマスを生成するスラリー化工程と、スラリーバイオマスを濾過して固体バイオマスを生成する濾過工程とを含む。

また、本発明の燃料バイオマス製造装置は、原料バイオマスを密閉して間接的に加熱し、原料バイオマスの含有水分で原料バイオマスを水蒸気爆砕して微粉化バイオマスを生成する爆砕機と、微粉化バイオマスを水洗してスラリーバイオマスを生成するスラリータンクと、スラリーバイオマスを濾過して固体バイオマスを生成する濾過ユニットとを備え、爆砕機は、バイオマスを密閉して収容する容器と、容器を外部から加熱する外部加熱手段とを具備する。

また、本発明のボイラ装置は、上述した燃料バイオマス製造装置を備えるボイラ装置であって、固体バイオマスを燃焼して水蒸気を発生するボイラと、ボイラで発生する水蒸気により回転される蒸気タービンとを備え、外部加熱手段は、容器の外周に設けられた水蒸気流路と、ボイラで発生する水蒸気、又は蒸気タービンを回転させた後の水蒸気が流れる流路と、流路から分岐して水蒸気流路に接続され、水蒸気流路に流路の水蒸気を供給する供給路と、水蒸気流路に接続されて流路に合流し、水蒸気流路を流れた水蒸気を流路に戻す返戻路とを含む。

本発明の燃料バイオマスの製造方法、及び燃料バイオマス製造装置によれば、原料バイオマス中のアルカリ金属やアルカリ土類金属を主成分とする灰分と微生物とを少ないエネルギで効率的に除去することができ、耐湿性及び耐腐性を備えた水分の少ない高熱量の燃料バイオマスを生成することができる。
また、本発明のボイラ装置によれば、上記燃料バイオマスを用いることで、ボイラの運転コスト低減、設備コスト低減、及び燃焼効率向上を実現することができる。

本発明の一実施形態に係るボイラ装置を示す構成図である。 本発明の一実施形態に係る燃料バイオマス製造装置を示す構成図である。 シェル及び各チューブを図２のＡ−Ａ断面の矢視方向から見た断面図である。 制御ユニットが実行する燃料バイオマスの製造工程を説明したフローチャートである。 燃料バイオマス製造装置で製造した燃料バイオマスと他のバイオマスとを保管日数の経過に伴う水素ガスの発生量により比較したグラフである。

以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態のボイラ装置１は、石炭焚きボイラ（ボイラ）２を備え、火力発電所等に設置される。石炭焚きボイラ２は、例えば微粉炭炊きボイラ（ＰＣボイラ：Pulverized Coal boiler）であって、火炉２ａ、後部伝熱部である過熱器２ｂ、再熱器２ｃ、及び節炭部２ｄを具備している。節炭部２ｄから煙突Ｐに至るまでの排ガス処理煙道３には、脱硝部４、エアヒータ５、集塵装置６、誘引ファン７、熱交換器８、脱硫部９及び押込みファン１０が順次配置されている。

エアヒータ５は、押込みファン１１を備え、押込みファン１１により導入される外部空気を脱硝部４から排出される排ガスの熱で暖め、石炭焚きボイラ２のバーナー部２ｅに燃焼用空気として送り込む。熱交換器８は、誘引ファン７により導かれて集塵装置６を通過した後の排ガスと、押込みファン１０により導入されて脱硫部９を通過した後の排ガスとを熱交換する。熱交換器８を経た排ガスは煙突Ｐから排出される。

石炭焚きボイラ２には、石炭Ｃを機械式のミル（粉砕機）２０により粉砕処理した微粉炭燃料が供給される。この微粉炭燃料は、押込みファン１１により導入される燃焼用空気とともにバーナー部２ｅを経て石炭焚きボイラ２の火炉２ａに投入されて燃焼される。

ボイラ装置１の石炭焚きボイラ２で微粉炭燃料が燃焼することで生じる蒸気は、過熱器２ｂから配管２１を通って高圧タービン（蒸気タービン）２２に送られ、高圧タービン２２を回転させる。高圧タービン２２の仕事に供された蒸気は、配管（流路）２３を通って再熱器２ｃに戻されて再度加熱される。そして、再度加熱された蒸気は、配管２４を通って中・低圧タービン（蒸気タービン）２５に送られ、この中・低圧タービン２５の仕事に供された後、配管２６及び復水器２７を経て石炭焚きボイラ２に戻される。

また、ボイラ装置１は、原料バイオマスＢを水蒸気爆砕（蒸煮爆砕）により微粉化して微粉化バイオマスを生成し、この微粉化バイオマスを水洗し、さらに濾過して燃料バイオマスとしての固体バイオマスを製造する燃料バイオマス製造装置３０を備えている。原料バイオマスＢは、例えば１ｃｍ〜３ｃｍの大きさにカットされ、含水量が４０ｗｔ％〜８０ｗｔ％となる潤湿バイオマスであり、また、例えば農業廃棄物由来や食品廃棄物由来などの有機廃棄物系バイオマスであって、アルカリ金属（Ｎａ、Ｋ等）やアルカリ土類金属（Ｃａ等）を主成分とする灰分と微生物とが多く含まれている。

図２に示すように、燃料バイオマス製造装置３０は、爆砕機３１、スラリータンク５０、濾過機６０、乾燥機７０、及び造粒機８０などを備えている。
爆砕機３１は、水蒸気が供給されるシェル（外部加熱手段、水蒸気流路）３２、及びシェル３２内に鉛直方向に延設される複数のチューブ（容器）３４を有している。
図３に示すように、爆砕機３１のシェル３２内には、シェル３２の胴部３２ａの径方向に、例えば２４本のチューブ３４が互いに離間して配置され、シェル＆チューブ構造の熱交換部３６を形成している。

図２に示すように、爆砕機３１では、熱交換部３６の上側にフィーダ３８が配置されている。フィーダ３８は各チューブ３４の入口側に接続されて各チューブ３４内に原料バイオマスＢを供給する。詳しくは、フィーダ３８は、原料バイオマスＢが投入されるホッパ３８ａと、ホッパ３８ａから自重で流下した原料バイオマスＢを各チューブ３４の入口に向けて搬送する搬送路３８ｂとを備えている。また、燃料バイオマス製造装置３０の下部には、スラリータンク５０に接続された搬送路４７が設けられている。

シェル３２は、円筒状の胴部３２ａと、胴部３２ａの上下をそれぞれ密閉する上壁３２ｂ、下壁３２ｃとから形成された密閉容器である。胴部３２ａには、水蒸気の入口部３２ｄと、出口部３２ｅとが形成されている。例えば、入口部３２ｄは胴部３２ａの上壁３２ｂ近傍に位置付けられ、出口部３２ｅは胴部３２ａの下壁３２ｃ近傍に位置付けられている。入口部３２ｄには、配管２３から分岐する分岐配管（供給路）２８が接続されている。

シェル３２には、高圧タービン２２を回転させた後に石炭焚きボイラ２の再熱器２ｃに戻る２００℃〜３００℃の蒸気（再熱蒸気）の一部が分岐配管２８を経て入口部３２ｄから供給される。出口部３２ｅには、配管２３における分岐配管２８の分岐箇所の下流側にて配管２３に合流する合流配管（返戻路）２９が接続されている。シェル３２内を流れて各チューブ３４内に供給され、原料バイオマスＢを間接的に加熱した後の水蒸気は、合流配管２９を経て配管２３に戻され、石炭焚きボイラ２で再利用される。即ち、シェル３２内には石炭焚きボイラ２で生成された蒸気が循環されている。

各チューブ３４のシェル３２内における上部には、胴部３２ａの径方向中央に向けて傾斜した上傾斜管部３４ａが形成されている。また、各チューブ３４のシェル３２内における下部には、胴部３２ａの径方向中央に向けて傾斜した下傾斜管部３４ｂが形成されている。各チューブ３４の上傾斜管部３４ａと、フィーダ３８の搬送路３８ｂとの間には分岐配管４４が設けられている。

分岐配管４４には、各上傾斜管部３４ａの上端に形成された各チューブ３４の入口が接続されている。また、分岐配管４４の上部は、シェル３２の上壁３２ｂからシェル３２内の気密性を保持しながら上側に突出している。シェル３２の上壁３２ｂから上側に突出した分岐配管４４の部分には１個の入口バルブ４０が介装されている。即ち、各チューブ３４は、分岐配管４４、入口バルブ４０、搬送路３８ｂを介してホッパ３８ａと連通されている。

一方、各チューブ３４の下傾斜管部３４ｂと、スラリータンク５０に至る搬送路４７との間には合流配管４６が設けられている。合流配管４６には、下傾斜管部３４ｂの下端に形成された各チューブ３４の出口が接続されている。また、合流配管４６の下部は、シェル３２の下壁３２ｃからシェル３２内の気密性を保持しながら下側に突出している。シェル３２の下壁３２ｃから下側に突出した合流配管４６の部分には１個の出口バルブ４２が介装されている。

即ち、各チューブ３４は、合流配管４６、出口バルブ４２、搬送路４７を介してスラリータンク５０と連通されている。図２に示した場合には、フィーダ３８から供給された原料バイオマスＢは、閉作動された入口バルブ４０により分岐配管４４の途中で堰き止められている。
ここで、鉛直方向を基準としたときの各上傾斜管部３４ａ及び各下傾斜管部３４ｂの傾斜角は、シェル３２の胴部３２ａ近傍に位置する各チューブ３４の角度が最も大きく、シェル３２の胴部３２ａの径方向中央に位置する各チューブ３４の角度が最も小さい。

これら上及び下傾斜管部３４ａ、３４ｂの傾斜角は、フィーダ３８側から各チューブ３４に供給される原料バイオマスＢと、各チューブ３４からスラリータンク５０に送出される原料バイオマスＢとが、自重で円滑に流下可能な角度に設定されている。これにより、図２の状態から入口バルブ４０を開作動することで、分岐配管４４で堰き止められていた原料バイオマスＢは分岐配管４４から各上傾斜管部３４ａを介して各チューブ３４に円滑に流下し、閉作動された出口バルブ４２により合流配管４６の途中で堰き止められ、各チューブ３４内に高い充填率で充填される。

一方、スラリータンク５０は、円筒状の胴部５０ａと、胴部５０ａの上下をそれぞれ覆う上壁５０ｂ、下壁５０ｃとから形成された水洗・攪拌容器である。スラリータンク５０の上壁５０ｂには水供給部５１と攪拌機５２とが取り付けられている。水供給部５１は、例えば２つ設けられ、図示しない水源からスラリータンク５０内に非加熱の水を散布することができる。

攪拌機５２は、上壁５０ｂに回転自在に支持された攪拌軸５２ａと、攪拌軸５２ａの下端に取り付けられた攪拌羽根５２ｂとを備え、スラリータンク５０内に供給された水及び微粉化バイオマスを攪拌、洗浄してスラリーバイオマスを生成する。また、スラリータンク５０の上壁５０ｂには、爆砕機３１での水蒸気爆砕後の水蒸気の出口となる排気口５３が設けられている。

スラリータンク５０は、胴部５０ａに爆砕機３１の搬送路４７が接続され、下壁５０ｃに濾過機６０に至る搬送路５４が接続されている。搬送路５４には出口バルブ５５が介装されている。また、濾過機６０から乾燥機７０、乾燥機７０から造粒機８０、造粒機８０から火炉２ａまでは、それぞれ搬送路９０、９１、９２により接続されている。

濾過機６０は、真空濾過や圧縮濾過（例えばベルトプレス脱水式）などの濾過方式により、スラリータンク５０で生成されたスラリーバイオマスを濾過して水分除去し、固体バイオマスを生成する。濾過水分中には、スラリーバイオマスに含まれる灰分と、爆砕機３１での水蒸気爆砕で高温水蒸気により破滅された微生物とが含まれ、上記水分除去に伴い灰分及び微生物の多くが分離除去された固体バイオマスが生成される。

乾燥機７０は、濾過機６０で生成された固体バイオマスを熱風などにより乾燥する。
造粒機８０は、いわゆるペレットミルであって、乾燥機７０で乾燥された固体バイオマスを押出成形などによりペレット化する。

そして、燃料バイオマス製造装置３０は、燃料バイオマス製造装置３０の全体を制御する制御ユニット４８を備えている。制御ユニット４８には、図２に破線で示したように、爆砕機３１の入口及び出口バルブ４０、４２、スラリータンク５０の出口バルブ５５、水供給部５１、及び攪拌機５２、濾過機６０、乾燥機７０、並びに造粒機８０の図示しない各作動部が電気的に接続されている。

以下、図４に示すフローチャートを参照して、制御ユニット４８の指令で実行される燃料バイオマスの製造工程について説明する。なお、図４においては、爆砕機３１の入口バルブ４０はＶ１ｉｎ、出口バルブ４２はＶ１ｏｕｔと記載し、スラリータンク５０の出口バルブ５５はＶ２ｏｕｔと記載している。

燃料バイオマスの製造が開始されると、ステップＳ１では、制御ユニット４８は入口バルブ４０を開作動し、出口バルブ４２を閉作動する。これにより、入口バルブ４０で堰き止められていた図２の状態の原料バイオマスＢが２４本の各チューブ３４内に一括して供給され、各チューブ３４内に予め設定された充填率となるまで原料バイオマスＢが充填される。
次に、ステップＳ２では、入口バルブ４０（Ｖ１ｉｎ）を閉作動し、原料バイオマスＢを各チューブ３４内に密閉する。

そして、シェル３２内を循環する蒸気により、各チューブ３４内の原料バイオマスＢが密閉状態で間接的に加熱される。ここで、分岐配管２８を経てシェル３２内に供給される蒸気の流量を調節等することにより、原料バイオマスＢを１８０℃〜２３０℃の範囲で加熱するのが望ましい。そして、各チューブ３４内に密閉状態で保持された原料バイオマスＢからは、自身の含有水分が徐々に蒸発し、各チューブ３４内は蒸気が充満して昇圧し、原料バイオマスＢはチューブ３４内にて原料バイオマスＢの含有水分のみによって蒸煮される。

次に、ステップＳ３では、入口バルブ４０を閉作動してからの必要な保持時間ｔ１が経過したか否かを判定する。この保持時間ｔ１は、原料バイオマスＢの意図しない分解等が生じない好適な蒸煮時間として、１分〜３０分の範囲とするのが望ましい。そして、判定結果がＹｅｓ（真）である場合には、好適な蒸煮爆砕が可能な蒸煮が各チューブ３４内で十分に行われたと判定し、次のステップＳ４に移行する。一方、判定結果がＮｏ（偽）である場合には、各チューブ３４内で好適な蒸煮爆砕が可能な蒸煮が十分に行われていないと判定し、ステップＳ３に留まって引き続き蒸煮を継続する。

ステップＳ４では、出口バルブ４２（Ｖ１ｏｕｔ）を開作動する。これにより、各チューブ３４内の圧力が瞬時に開放され、これら各チューブ３４内が急速減圧され、蒸煮爆砕によって粉砕された微粉化バイオマスが出口バルブ４２から噴出して生成される。生成された微粉化バイオマスは、搬送路４７を通過してスラリータンク５０に送出される。

上記ステップＳ１〜Ｓ４により、原料バイオマスＢを間接的に１８０℃〜２３０℃で加熱しながら１分〜３０分間保持した後、各チューブ３４の密閉圧力を開放することによって、微粉化バイオマスが生成される（水蒸気爆砕プロセス）。この微粉化バイオマスは、原料バイオマスＢに水蒸気又は水を導入することなく、原料バイオマスＢの含有水分のみで原料バイオマスＢを水蒸気爆砕することで生成されている。

また、原料バイオマスＢが水蒸気爆砕される際、原料バイオマスＢの含有水分により発生した高温水蒸気で原料バイオマスＢの細胞がその細胞の内側から破壊され、この細胞中に存在するアルカリ金属やアルカリ土類金属を主成分とする灰分が細胞外に露出される。また、原料バイオマスＢに含まれる微生物の多くは高温水蒸気により破滅する。こうして、燃料バイオマスの製造に係る前処理工程が終了し、原料バイオマスＢから次のステップＳ５に移行する。

ステップＳ５では、水供給部５１を作動し、スラリータンク５０内への散水を開始し（水供給プロセス）、次のステップＳ６に移行する。
ステップＳ６では、微粉化バイオマスを好適にスラリー化するのに必要な水量がスラリータンク５０内に確保されたか否かを判定する。

スラリータンク５０に供給される水量は、スラリータンク５０に送出された微粉化バイオマスの重量の２倍〜１０倍の範囲であるのが望ましい。そして、判定結果がＹｅｓ（真）である場合には、スラリータンク５０内の水量確保が行われたと判定し、水供給部５１の作動を停止して次のステップＳ７に移行する。一方、判定結果がＮｏ（偽）である場合には、スラリータンク５０内の水量が未だ足りないと判定し、ステップＳ６に留まって水供給部５１からの散水を継続する。

ステップＳ７では、攪拌機５２を作動し、スラリータンク５０内で水に浸漬された微粉化バイオマスの攪拌を開始し（攪拌プロセス）、次のステップＳ８に移行する。
ステップＳ８では、攪拌機５２の作動を開始してから必要な攪拌時間ｔ２が経過したか否かを判定する。この攪拌時間ｔ２は、上述した水蒸気爆砕により微粉化バイオマスの細胞外に露出された灰分や、破滅された微生物を微粉化バイオマスから好適に分離し、スラリーバイオマス中の水分に移行可能な水洗時間として、１５分〜１時間の範囲であるのが望ましい。

そして、判定結果がＹｅｓ（真）である場合には、微粉化バイオマスを十分に水洗できたと判定し、次のステップＳ９に移行する。一方、判定結果がＮｏ（偽）である場合には、微粉化バイオマスの水洗は未だ不十分であると判定し、ステップＳ７に留まって攪拌機５２の作動を継続する。

ステップＳ９では、スラリータンク５０の出口バルブ５５（Ｖ２ｏｕｔ）を開作動する。これにより、スラリータンク５０で生成されたスラリーバイオマスが搬送路５４を通過して濾過機６０に送出される。
上記ステップＳ５〜Ｓ９により、微粉化バイオマスの水洗によって灰分及び微生物が水中に分離されたスラリーバイオマスが濾過機６０に送出される。これより燃料バイオマスの生成に係るスラリー化工程が終了し、次のステップＳ１０に移行する。

ステップＳ１０では、濾過機６０を作動し、スラリーバイオマスに含まれる灰分及び破滅後の微生物を濾過、分離して水分とともに除去した固体バイオマスを生成する。生成された固体バイオマスは、搬送路９０を通過して乾燥機７０に送出される。これより燃料バイオマスの生成に係る濾過工程が終了し、次のステップＳ１１に移行する。

ステップＳ１１では、乾燥機７０を作動して固体バイオマスを乾燥する。乾燥された固体バイオマスは、搬送路９１を通過して造粒機８０に送出される。これより燃料バイオマスの生成に係る乾燥工程が終了し、次のステップＳ１２に移行する。

ステップＳ１２では、造粒機８０を作動し、固体バイオマスを造粒しペレット化する。これより燃料バイオマスの生成に係る造粒工程が終了し、燃料バイオマスの製造工程が終了する。

ペレット化された固体バイオマスは、搬送路９２を通過し、押込みファン１１により導入される燃焼用空気とともにバーナー部２ｅを経て石炭焚きボイラ２の火炉２ａに燃料バイオマスとして投入され、ミル２０により粉砕処理された微粉炭燃料とともに燃焼される。

＜実施例＞
以下、本実施形態の燃料バイオマスの製造方法を適用し、以下の原料バイオマス及び製造工程で燃料バイオマスを製造した。
・原料バイオマス：パーム椰子（ＥＦＢ）
・製造工程：原料バイオマスとして、１〜２ｃｍにカットした２００ｇのＥＦＢ繊維（含水量：７５ｗｔ％、灰分：４．２ｗｔ％（無水ベース））を９００ｍｌの密閉容器に収容し、密閉容器を２１０℃で間接的に加熱し、１０分間保持した。

その後、密閉容器の圧力を開放し、微粉化ＥＦＢを生成した。そして、生成した微粉化ＥＦＢをスラリーランクに送出し、スラリータンク内に微粉化ＥＦＢの重量の１０倍の量となる２５℃〜３０℃の水を供給し、３０分間攪拌してＥＢＦスラリーを生成した。そして、このＥＢＦスラリーを濾過して固体ＥＦＢを生成し、この固体ＥＦＢを乾燥した。なお、本実施例では乾燥後の固体ＥＦＢをペレット化はしていない。

上記製造工程で得られたＥＦＢは以下の特性を有した。
・含水量：＜５ｗｔ％（試料ベース）
・灰分量：１．６ｗｔ％（無水試料ベース）
・Ｃｌ含有量：＜０．００５ｗｔ％（無水試料ベース）
・Ｋ及びＮａ含有量（酸化物）：＜０．１ｗｔ％（無水試料ベース）
・Ｃａ含有量（酸化物）：＜０．２ｗｔ％（無水試料ベース）
このように、本実施例で製造したＥＦＢは、微粉化ＥＦＢの１０倍となる水量での洗浄で灰分が６割以上除去されていることが判明した。

図３は、本実施例で製造した上記ＥＦＢ（実施例１）と、他のＥＦＢ（以下の比較例１〜３）とをそれぞれ同量ずつガラス管に入れ、３０℃で保管したときの保管日数の経過に伴う水素ガスの発生量を比較したグラフである。
・処理を一切行っていない原料ＥＦＢ（比較例１）
・原料ＥＦＢを水洗いのみした水洗ＥＦＢ（比較例２）
・原料ＥＦＢを温水洗いのみした温洗ＥＦＢ（比較例３）

図３から明らかなように以下の結果が判明した。
・実施例１：ＥＦＢは保管開始から１３日経っても水素が全く発生せず、ＥＦＢの腐敗は進行していない。
・比較例１：ＥＦＢは保管開始直後に水素が発生し始め、水素発生量は保管３日目には５ｖｏｌ％程度まで増大し、以降、毎日５ｖｏｌ％以上の水素を発生し続け、ＥＦＢの腐敗が著しく進行している。

・比較例２：ＥＦＢは保管開始直後に水素が発生し始め、保管３日目には３ｖｏｌ％程度まで水素発生量が増大し、保管７日目以降は水素発生量が減少するもの毎日１ｖｏｌ％程度の水素を発生し続け、ＥＦＢの腐敗が進行している。
・比較例３：ＥＦＢは保管開始から７日経っても水素が全く発生しなかったが、以降は徐々に水素発生量が増大し、保管１３日目には１ｖｏｌ％弱程度の水素を発生し、ＥＦＢの腐敗が徐々に進行している。

このように実施例１で製造したＥＦＢは、少なくとも１３日経ても水素が発生せず、ＥＦＢに含まれる多くの微生物が破滅されていることが判明した。
なお、実施例１の場合は、水蒸気を直接に導入して水蒸気爆砕した後にスラリー化工程、濾過工程、及び乾燥工程の処理を行って固体ＥＦＢを形成した場合に比して、加熱時間（保持時間）が長くなる傾向にある。従って、実施例１の場合は、従来の水蒸気を直接に導入して水蒸気爆砕する場合に比して、ＥＦＢと水蒸気との接触時間を長くすることができ、より一層効果的にＥＦＢを殺菌することができる。

以上のように本実施形態では、前処理工程にて、チューブ３４内にて原料である原料バイオマスＢを密閉して間接的に加熱し、原料バイオマスＢの含有水分で原料バイオマスＢを水蒸気爆砕して微粉化バイオマスを生成する。これにより、原料バイオマスＢに含まれる水分が膨張して発生した高温水蒸気で原料バイオマスＢの細胞をその内側から破壊することができる。従って、原料バイオマスＢに直接に導入した水蒸気で細胞外から加熱して原料バイオマスＢを爆砕した場合に比して、原料バイオマスＢの微生物をより効率的に破滅して殺菌することができるとともに、この細胞中に存在するアルカリ金属やアルカリ土類金属を主成分とする灰分を細胞外に露出して、スラリー化工程における水洗により効率的に除去することができる。

また、前処理工程で生成した微粉化バイオマスは、自身の含有水分で水蒸気爆砕して生成されることから、乾燥しなくとも水分の少ない高密度な状態となる。これにより、スラリー化工程に必要な水量を大幅に低減することができ、微粉化バイオマスの洗浄後の排水も大幅に低減することができる。従って、燃料バイオマス中の灰分と微生物とを少ないエネルギで効率的に且つ少ない洗浄水で環境負荷を抑制しながら除去することができるとともに、顕著な殺菌効果及び灰分除去効果により、耐湿性及び耐腐性を備えた水分の少ない高熱量の燃料バイオマスを生成することができる。

具体的には、本実施形態の燃料バイオマスを得るために、原料バイオマスは、その含水量が４０ｗｔ％〜８０ｗｔ％となる潤湿バイオマスであるのが好ましい。
また、前処理工程の水蒸気爆砕プロセスでは、原料バイオマスを間接的に１８０℃〜２３０℃で加熱しながら１分〜３０分保持した後、密閉圧力を開放するのが好ましい。

また、スラリー化工程の水供給プロセスでは、具体的には微粉化バイオマスの重量の２倍〜１０倍の水を供給するだけで良い。このため、スラリー化工程に必要な水量を大幅に低減することができ、微粉化バイオマスの洗浄後の排水も大幅に低減することができる。また、水を加熱して温水洗いをしなくとも良いため、水の加熱に要する設備及びエネルギ消費をも削減することが可能である。

また、スラリー化工程の攪拌プロセスでは、水供給プロセスの後、水に浸漬された微粉化バイオマスを１５分〜１時間攪拌してスラリーバイオマスを生成するのが好ましい。
また、燃料バイオマス製造装置３０では、前処理工程で生成した微粉化バイオマスは乾燥しなくとも水分の少ない高密度な状態となり、ひいては燃料バイオマス中の灰分と微生物とを少ない洗浄水で除去することができる。これにより、前処理工程における微粉化バイオマスの乾燥処理が不要となり、乾燥機等の前処理設備を要さず、当該前処理に要するエネルギ消費を削減することができる。

また、シェル３２に導入される蒸気は原料バイオマスＢと接触しないため、この蒸気は配管２３に戻されて石炭焚きボイラ２の再熱蒸気としてそのまま再利用することができる。従って、水蒸気爆砕により発生する凝縮水の中和処理、分離処理、排水処理等の後処理が不要となるため、凝縮水の後処理設備を要さず、当該後処理に要するエネルギ消費を削減することができる。

このように、本実施形態の燃料バイオマス製造装置３０を備えたボイラ装置１では、従来に比して大幅に少ないエネルギで、石炭焚きボイラ２の運転コスト低減、設備コスト低減しながら、高カロリーの燃料バイオマスを生成することができ、この燃料バイオマスを火炉２ａに投入して燃焼することにより、石炭焚きボイラ２の燃焼効率を向上することができる。

以上で本発明の各実施形態についての説明を終えるが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態では、燃料バイオマス製造装置３０による燃料バイオマスの製造工程は、前処理工程（ステップＳ１〜Ｓ４）、スラリー化工程（ステップＳ５〜Ｓ９）、濾過工程（ステップＳ１０）、乾燥工程（ステップＳ１１）、及び造粒工程（ステップＳ１２）から構成されている。しかし、これに限らず、実施例の場合のように、造粒工程（ステップＳ１２）は行わなくても良いし、乾燥工程（ステップＳ１１）も行わなくても良い。また、濾過工程（ステップＳ１０）の後に乾燥工程（ステップＳ１１）を経ないで造粒工程（ステップＳ１２）を行っても良い。

また、爆砕機３１の熱交換部３６は上述したシェル＆チューブ構造に限定されない。具体的には、入口及び出口バルブ４０、４２をチューブ３４毎に設け、各チューブ３４を複数のチューブ群に分割して制御し、これらチューブ群毎に段階的に水蒸気爆砕を行うようにしても良い。

また、熱交換部３６は、シェル＆チューブ構造ではなく、原料バイオマスＢを密閉して収容するための図示しないジャケット付き容器から形成しても良い。この場合には、容器が上記実施形態のチューブ３４に相当し、ジャケットが水蒸気流路としての上記実施形態のシェル３２に相当する。このジャケットは、容器の外周に設けられ、水蒸気の導入により容器を外部から加熱するシェル３２と同様の外部加熱手段である。ジャケットには、例えば、配管２３から分岐する分岐配管２８が接続され、石炭焚きボイラ２の再熱蒸気の一部が導入されるとともに、合流配管２９が接続され、ジャケットを流れて容器内の原料バイオマスＢの加熱に供した蒸気は合流配管２９を経て配管２３に戻されて再利用される。

また、燃料バイオマス製造装置３０は、チューブ３４内に生成された微粉化バイオマスを受け入れる受入ユニットを備えても良い。この場合には、燃料バイオマス製造装置３０で生成した微粉化バイオマスを火炉２ａに直接投入して燃焼するのではなく、受入ユニットで一旦保管することができるため、燃料バイオマス製造装置３０の運転の自由度を高めることができる。

また、上記各実施形態では、ボイラ装置１が備える燃料バイオマス製造装置３０で蒸煮爆砕を行うことで原料バイオマスＢの含水量のみで微粉化バイオマスを生成する場合について説明した。この場合には、石炭焚きボイラ２で生じている高温の蒸気のうちの再熱蒸気（高圧タービン２２を回転させた後に再熱器２ｃに戻る蒸気）の一部をチューブ３４の加熱源として利用している。

これにより、新たな電力消費を要さずに、少ないエネルギで原料バイオマスＢを微粉化することができる。しかし、これに限らず、上記加熱源として、中・低圧タービン２５の仕事に供された後の蒸気を利用しても良いし、石炭焚きボイラ２で発生する水蒸気を直接利用しても良いし、石炭焚きボイラ２で発生する排ガスを蒸気で追い焚きして利用しても良い。

また、ボイラ装置１以外の他の装置や設備に燃料バイオマス製造装置３０を設け、蒸気により各チューブ３４や容器を間接的に加熱して微粉化バイオマスを生成しても良い。
また、各チューブ３４や容器を間接的に加熱する加熱源は、蒸気以外の外部加熱手段を用いても良い。具体的には、外部加熱手段は電熱ヒータや高周波加熱装置などであっても良い。

また、本発明で生成される燃料バイオマスの原料バイオマスは、水分、灰分、及び微生物を多く含む潤湿バイオマスであれば良く、農業廃棄物由来や食品廃棄物由来などの有機廃棄物系バイオマスに限定されない。

１ ボイラ装置
２ 石炭焚きボイラ（ボイラ）
２１，２３，２４，２６ 配管（流路）
２２ 高圧タービン（蒸気タービン）
２５ 中・低圧タービン（蒸気タービン）
２８ 分岐配管（供給路）
２９ 合流配管（返戻路）
３０ 燃料バイオマス製造装置
３１ 爆砕機
３２ シェル（外部加熱手段、水蒸気流路）
３４ チューブ（容器）
５０ スラリータンク
６０ 濾過機
７０ 乾燥機
８０ 造粒機
Ｂ 原料バイオマス

Claims (10)

1. 原料バイオマスを密閉して間接的に加熱し、前記原料バイオマスの含有水分で前記原料バイオマスを水蒸気爆砕して微粉化バイオマスを生成する前処理工程と、
   前記微粉化バイオマスを水洗してスラリーバイオマスを生成するスラリー化工程と、
   前記スラリーバイオマスを濾過して固体バイオマスを生成する濾過工程と
   を含む、燃料バイオマスの製造方法。
2. 前記原料バイオマスの含水量は４０ｗｔ％〜８０ｗｔ％である、請求項１に記載の燃料バイオマスの製造方法。
3. 前記前処理工程は、前記原料バイオマスを間接的に１８０℃〜２３０℃で加熱しながら１分〜３０分間保持した後、密閉圧力を開放する水蒸気爆砕プロセスを含む、請求項１又は２に記載の燃料バイオマスの製造方法。
4. 前記スラリー化工程は、重量比で前記微粉化バイオマスの２倍〜１０倍の水を供給する水供給プロセスを含む、請求項１から３の何れか一項に記載の燃料バイオマスの製造方法。
5. 前記スラリー化工程は、前記水供給プロセスの後、水に浸漬された前記微粉化バイオマスを１５分〜１時間攪拌して前記スラリーバイオマスを生成する攪拌プロセスを含む、請求項４に記載の燃料バイオマスの製造方法。
6. 前記濾過工程の後、前記固体バイオマスを乾燥する乾燥工程をさらに含む、請求項１から５の何れか一項に記載の燃料バイオマスの製造方法。
7. 前記濾過工程の後、前記固体バイオマスを造粒してペレット化する造粒工程をさらに含む、請求項１から６の何れか一項に記載の燃料バイオマスの製造方法。
8. 前記原料バイオマスは有機廃棄物系バイオマスである、請求項１から７の何れか一項に記載の燃料バイオマスの製造方法。
9. 原料バイオマスを密閉して間接的に加熱し、前記原料バイオマスの含有水分で前記原料バイオマスを水蒸気爆砕して微粉化バイオマスを生成する爆砕機と、
   前記微粉化バイオマスを水洗してスラリーバイオマスを生成するスラリータンクと、
   前記スラリーバイオマスを濾過して固体バイオマスを生成する濾過機と
   を備え、
   前記爆砕機は、
   前記バイオマスを密閉して収容する容器と、
   前記容器を外部から加熱する外部加熱手段と
   を具備する、燃料バイオマス製造装置。
10. 請求項９に記載の燃料バイオマス製造装置を備えるボイラ装置であって、
    前記固体バイオマスを燃焼して水蒸気を発生するボイラと、
    前記ボイラで発生する水蒸気により回転される蒸気タービンと
    を備え、
    前記外部加熱手段は、
    前記容器の外周に設けられた水蒸気流路と、
    前記ボイラで発生する水蒸気、又は前記蒸気タービンを回転させた後の水蒸気が流れる流路と、
    前記流路から分岐して前記水蒸気流路に接続され、前記水蒸気流路に前記流路の水蒸気を供給する供給路と、
    前記水蒸気流路に接続されて前記流路に合流し、前記水蒸気流路を流れた水蒸気を前記流路に戻す返戻路と
    を含む、ボイラ装置。

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