JP6500305B2 - 炭化物の製造方法及び炭化物の製造装置 - Google Patents
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Description
よって、混焼発電に適した炭化物の製造においては、炭化物の粉砕性を考慮する必要がある。また、炭化物の原料となる木質バイオマスの含水率の変動によっても、炭化物の粉砕性が変動するため、より安定した品質の確保が望まれている。
また、炭化物のかさ密度と炭化物のLHVとの相関関係を用いて、炭化物のLHVを算出することによって、速やかに炭化物のLHVを把握することができる。炭化物のLHVと炭化物のかさ密度との間には高い相関関係があるため、炭化物を分析する等の方法と比較して炭化物のLHVを即座に算出することができる。
図1に示すように、本実施形態の炭化物の製造装置は、原料である木質バイオマスBを搬送するスクリューコンベア2と、スクリューコンベア2から投入される木質バイオマスBを熱分解することにより炭化する外熱式熱分解ガス化炉3と、外熱式熱分解ガス化炉3から排出される炭化物Cを排出するシュート4と、シュート4から排出された炭化物Cのかさ密度を測定するかさ密度測定装置5と、外熱式熱分解ガス化炉3を制御する制御装置6と、を主な構成要素として備えている。
外熱式熱分解ガス化炉3は、外筒8(マッフル)と、外筒8に対して相対回転するとともに木質バイオマスBが投入される内筒9(キルンシェル)と、を有している外熱式ロータリーキルン型である。
本実施形態の炭化物の製造装置では、外熱式熱分解ガス化炉3として、外熱式ロータリーキルン型を用いているが、木質バイオマスBを間接的に加熱する形式のものであればこれに限ることはない。例えば、外熱式熱分解ガス化炉3として、外熱式スクリューコンベアなどを用いてもよい。
内筒9の入口部を構成する可動側支持部10には、木質バイオマスBを投入するためのスクリューコンベア2が設けられている。内筒9の出口部を構成する固定側支持部13には、炭化物Cを排出するシュート4が設けられている。
可動支側持部は、内筒9を回転可能に支持する環状フレーム11を有している。環状フレーム11の両側部は、設置面18から揺動自在に立ち上げられた支持部材12の上端部に回転可能に支持されている。
内筒9の可動側支持部10および固定側支持部13は、それぞれの回転部分と非回転部分との間にエアシールを形成している。可動側支持部10とスクリューコンベア2との接続部分には、可動側支持部10の軸方向の変位を吸収するエキスパンション27が設けられている。
制御装置6と非接触式温度計25とは通信可能に接続されており、非接触式温度計25によって測定されたキルンシェル温度が制御装置6に入力されるように構成されている。
木質バイオマスBの含水率の測定方法は上記した方法に限ることはない。例えば、電気抵抗式のセンサや、マイクロ派式のセンサを用いて直接的に測定してもよい。
制御装置6は、炭化物CのLHV(低位発熱量、真発熱量)を算出するLHV算出部37と、算出されたLHVに基づいて木質バイオマスBに単位時間当たりに供給される熱量を制御する供給熱量制御部38と、を備えている。
また、制御装置6は、駆動装置14を用いて内筒9の回転速度を制御する回転速度調節部39と、加熱ガス量調節装置7を用いて加熱ガスの流量を制御する加熱ガス量調節部40と、を備えている。回転速度調節部39と加熱ガス量調節部40とは供給熱量制御部38によって制御される。
発明者らの研究によって得られたグラフ(図2)によれば、炭化物のLHVが大きい程、粉砕機の粉砕動力が小さくなり(炭化物の粉砕性が向上)、炭化物のLHVが小さい程、粉砕機の粉砕動力が大きくなる。
粉砕機の粉砕動力には、許容値Lが存在するため、炭化物のLHVは、グラフより、X以上とする必要があることがわかった。
粉砕機の粉砕動力が小さいということは即ち、炭化物の粉砕性が良いということであり、炭化物が炭に近い性状となっていることを示している。また、粉砕機の粉砕動力が大きいということは即ち、炭化物の粉砕性が悪いということであり、炭化物が木に近い性状となっていることを示している。
即ち、炭化物の粉砕性を向上させる(炭化物のLHVを上昇させる)ためには、木質バイオマスに単位時間あたりに供給される熱量を増加させる必要がある。
ただし、炭化物のLHVは高ければよいというわけではない。炭化物のLHVを高くするために、木質バイオマスに供給される熱量を増加しすぎると、熱分解によって生成される熱分解ガスが過剰となり、収率が悪化する。よって、炭化物のLHVは、図2においてXで示される値以上であって、Xに近い値とすることが好ましい。
発明者らの研究によって得られたグラフ(図3)によれば、炭化物は、かさ密度が小さい程LHVが高く、かさ密度が大きい程LHVが低くなる。
本実施形態の炭化物の製造方法は、木質バイオマスBを熱分解することにより炭化させる熱分解工程と、炭化された木質バイオマスBである炭化物CのLHVを算出するLHV算出工程と、算出されたLHVに基づいて熱分解工程において木質バイオマスBに単位時間あたりに供給される熱量を制御する供給熱量制御工程と、を有する。
外熱式熱分解ガス化炉3の外筒8の内部には、誘引ファン23の誘引作用によって加熱ガス燃焼炉19から加熱ガスが供給されており、この加熱ガスによって外筒8内に位置する内筒9が外周面から加熱される。
具体的には、木質バイオマスBは、内筒9の回転に伴い出口側に向けて移送されながら加熱される。これにより、まず、木質バイオマスBに残留する水分が蒸発する。水分蒸発の完了に伴い有機成分の熱分解が進行する。熱分解の進行により、木質バイオマスBは熱分解ガスGを発生しながら炭化される。生成された所定の炭化度の炭化物C(固体燃料)としてシュート4から排出される。
また、木質バイオマスBに単位時間あたりに供給される熱量は、回転速度調節部39が駆動装置14を制御して内筒9の回転数(回転速度)を変化させることによって、調節される。例えば、内筒9の回転数を低下させることで、木質バイオマスBにより多くの熱量を供給することができる。
LHV算出工程は、製造された炭化物CのLHVを算出する工程である。
LHV算出工程においては、まず、シュート4を介して排出された炭化物Cが一方の貯留槽26(ここでは第一貯留槽26a)に導入される。第一貯留槽26aに貯留された炭化物Cが、所定の体積に達すると、レベル計34が制御装置6に信号を送る。
第一貯留槽26aに貯留された炭化物Cのかさ密度の算出が終了すると、第一貯留槽26a内の炭化物Cは、所定の方法で排出される。
第一貯留槽26aと第二貯留槽26bとを交互に使用することによって、連続的に炭化物Cのかさ密度を算出することができる。
供給熱量制御部38は、炭化物CのLHVがX(図2参照)より大きい場合、即ち、炭化物Cの粉砕性が良い場合、炭化物CのLHVを小さくするように指令を発する。例えば、加熱ガス量調節部40を制御して加熱ガスを減少させる。加熱ガスの減少によって十分に炭化物CのLHVが小さくならない場合、回転速度調節部39を制御して内筒9の回転速度を上げて、木質バイオマスBに単位時間あたりに供給される熱量を小さくする。
即ち、木質バイオマスBの含水率が短期間に変動した(例えば、50%から55%)場合、水分蒸発に有する熱量が大幅に増加するため、非接触式温度計25の指示値が低下する。LHV算出部37に対して予め非接触式温度計25の傾向(低下または上昇)を伝達することで、炭化物CのLHVがXより小さくなる前に、加熱ガス量調節部40と回転速度調節部39の少なくとも一方を制御する。
2 スクリューコンベア
3 外熱式熱分解ガス化炉
4 シュート
5 かさ密度測定装置
6 制御装置
7 加熱ガス量調節装置
8 外筒
9 内筒
10 可動側支持部
11 環状フレーム
12 支持部材
13 固定側支持部
14 駆動装置
15 歯車
16 駆動モータ
17 ピニオン歯車
18 設置面
19 加熱ガス燃焼炉
20 加熱ガス供給管
21 加熱ガス送出管
22 加熱ガス量調節ダンパ
23 誘引ファン
24 点検窓
25 非接触式温度計(含水率測定装置)
26 貯留槽
26a 第一貯留槽
26b 第二貯留槽
27 エキスパンション
28 ダクト
29 上流側ダクト
30 分岐部
31 下流側ダクト
32 切換ダンパ
34 レベル計
35 重量計
37 LHV算出部
38 供給熱量制御部
39 回転速度調節部
40 加熱ガス量調節部
B 木質バイオマス
C 炭化物
G 熱分解ガス
T テーブル
Claims (5)
- 木質バイオマスを熱分解することにより炭化する熱分解工程と、
炭化された前記木質バイオマスである炭化物のLHVを算出するLHV算出工程と、
算出された前記LHVに基づいて前記熱分解工程において前記木質バイオマスに単位時間あたりに供給される熱量を制御する供給熱量制御工程と、
を有し、前記LHV算出工程において、前記炭化物のかさ密度の測定値に基づいて前記LHVを算出する炭化物の製造方法。 - 前記熱分解工程において、熱分解される前記木質バイオマスの含水率に基づいて前記木質バイオマスに単位時間あたりに供給される熱量を補正する請求項1に記載の炭化物の製造方法。
- 入口から投入された木質バイオマスを出口まで移動させて熱分解することにより炭化する熱分解炉と、
前記熱分解炉内の前記木質バイオマスに供給される熱量を制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、
炭化された前記木質バイオマスである炭化物のLHVを算出するLHV算出部と、
算出された前記LHVに基づいて前記木質バイオマスに単位時間あたりに供給される熱量を制御する供給熱量制御部と、
前記熱分解炉から排出される前記炭化物のかさ密度を測定するかさ密度測定装置を備え、
前記LHV算出部は、前記かさ密度測定装置によって測定された前記炭化物のかさ密度に基づいて前記LHVを算出する炭化物の製造装置。 - 前記熱分解炉に投入される前記木質バイオマスの含水率を測定する含水率測定装置を備え、
前記制御装置は、前記木質バイオマスの含水率に基づいて前記木質バイオマスに単位時間あたりに供給される熱量を補正する請求項3に記載の炭化物の製造装置。 - 前記熱分解炉は、
外筒と、
前記外筒に対して相対回転する内筒と、
前記外筒と前記内筒との間に加熱ガスを供給する加熱器と、
前記内筒を回転させる駆動装置と、
前記加熱器から供給される加熱ガスの流量を調節する加熱ガス量調節装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記駆動装置を用いて前記内筒の回転速度を制御する回転速度調節部と、
前記加熱ガス量調節装置を用いて前記加熱ガスの流量を制御する加熱ガス量調節部と、を備え、
前記供給熱量制御部は、前記回転速度調節部と前記加熱ガス量調節部とのうち少なくとも一方を制御することにより前記木質バイオマスに単位時間あたりに供給される熱量を制御する請求項3又は4に記載の炭化物の製造装置。
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