JP7628671B2 - Method for controlling and inhibiting silica crystallization, and combustion device - Google Patents
Method for controlling and inhibiting silica crystallization, and combustion device Download PDFInfo
- Publication number
- JP7628671B2 JP7628671B2 JP2020127773A JP2020127773A JP7628671B2 JP 7628671 B2 JP7628671 B2 JP 7628671B2 JP 2020127773 A JP2020127773 A JP 2020127773A JP 2020127773 A JP2020127773 A JP 2020127773A JP 7628671 B2 JP7628671 B2 JP 7628671B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- silica
- biomass fuel
- combustion
- retention time
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 438
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 title claims description 210
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims description 194
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 36
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 title claims description 25
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 title claims description 25
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 title description 4
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims description 179
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 176
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 claims description 92
- 239000010903 husk Substances 0.000 claims description 41
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 claims description 24
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 8
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 8
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 claims description 7
- 239000002956 ash Substances 0.000 description 94
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 35
- 241000209094 Oryza Species 0.000 description 34
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 34
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 17
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 11
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 8
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 3
- 229910002026 crystalline silica Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 235000002918 Fraxinus excelsior Nutrition 0.000 description 2
- 244000062793 Sorghum vulgare Species 0.000 description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 235000019713 millet Nutrition 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 240000005979 Hordeum vulgare Species 0.000 description 1
- 235000007340 Hordeum vulgare Nutrition 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 244000184734 Pyrus japonica Species 0.000 description 1
- 241000209056 Secale Species 0.000 description 1
- 235000007238 Secale cereale Nutrition 0.000 description 1
- 240000005498 Setaria italica Species 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 description 1
- 244000098338 Triticum aestivum Species 0.000 description 1
- 238000005162 X-ray Laue diffraction Methods 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000010425 asbestos Substances 0.000 description 1
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 235000002252 panizo Nutrition 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 229910052895 riebeckite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 229910021493 α-cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021489 α-quartz Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
Description
本発明は、シリカの結晶化の制御方法、抑制方法、および燃焼装置に関する。 The present invention relates to a method for controlling and inhibiting silica crystallization, and a combustion device.
籾殻等のバイオマス燃料は、分解されにくく、産業廃棄物となりやすい。一方で、バイオマス燃料を燃焼させれば、エネルギーと、工業原料等としてのシリカとの両方を取り出すことができる。 Biomass fuels such as rice husks are difficult to decompose and tend to become industrial waste. However, by burning biomass fuels, it is possible to extract both energy and silica, which can be used as an industrial raw material.
純シリカは、通常のボイラーの燃焼温度よりも遥かに高い温度(クリストバライト:867℃~1470℃、トリジマイト:1470℃~1727℃)でないと、結晶化しないが、バイオマス燃料は、シリカの他、K、Na等の無機元素を含み、これらの共融点効果により比較的低温の600℃~900℃でも籾殻中のシリカは結晶化してしまう。このため、バイオマス燃料を燃焼処理すると、エネルギーを得ることができるが、バイオマス燃料に含まれるシリカが燃焼過程で結晶化するおそれがある。具体的には、バイオマス燃料に含まれるシリカ(SiO2・nH2O)は非晶質であるが、燃焼の際にはクリストバライトや石英などの結晶性シリカを生じる。この結晶性シリカは、アスベストと同レベルの人体に有害な物質として認識されている。 Pure silica does not crystallize unless it is at a temperature much higher than the combustion temperature of a normal boiler (cristobalite: 867°C to 1470°C, tridymite: 1470°C to 1727°C), but biomass fuel contains inorganic elements such as K and Na in addition to silica, and due to the eutectic point effect of these elements, the silica in rice husks crystallizes even at a relatively low temperature of 600°C to 900°C. Therefore, when biomass fuel is burned, energy can be obtained, but there is a risk that the silica contained in the biomass fuel will crystallize during the combustion process. Specifically, the silica (SiO 2 ·nH 2 O) contained in biomass fuel is amorphous, but when burned, it produces crystalline silica such as cristobalite and quartz. This crystalline silica is recognized as a substance that is as harmful to the human body as asbestos.
このようなことから、共融点効果を抑制するために、籾殻のシリカ以外の無機元素を酸水溶液で洗浄して、結晶化温度を高温側にシフトさせる技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 For this reason, a technology has been disclosed that, in order to suppress the eutectic point effect, involves washing inorganic elements other than silica in rice husks with an acidic aqueous solution, thereby shifting the crystallization temperature to a higher temperature (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、この技術においては、酸水溶液等の薬品投入、乾燥エネルギー、およびそのための設備が必要となるため、実装が困難である。したがって、未だ、燃焼処理時のシリカの結晶化を簡便な方法で制御または抑制する技術は開発されていないのが現状である。 However, this technology is difficult to implement because it requires the addition of chemicals such as an acid solution, energy for drying, and the necessary equipment. Therefore, no technology has yet been developed that can easily control or suppress the crystallization of silica during combustion treatment.
本発明は、上記問題を解決するためになされたものである。すなわち、燃焼処理時のシリカの結晶化を簡便な方法で制御できるシリカの結晶化の制御方法、および燃焼装置を提供することを目的とする。また燃焼処理時のシリカの結晶化を簡便な方法で抑制できるシリカの結晶化の抑制方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems. That is, the object is to provide a method for controlling silica crystallization, which can control silica crystallization during combustion treatment in a simple manner, and a combustion device. The object is also to provide a method for suppressing silica crystallization, which can suppress silica crystallization during combustion treatment in a simple manner.
[1]非晶質のシリカを含むバイオマス燃料の燃焼処理における前記シリカの結晶化を制御する制御方法であって、600℃以上1150℃以下の燃焼温度および前記燃焼温度での保持時間に基づいて、前記シリカが非晶質状態にある非晶質領域と、前記シリカが結晶状態にある結晶領域とを決定する工程と、前記非晶質領域および前記結晶領域に基づいて、前記バイオマス燃料の燃焼温度、前記バイオマス燃料の燃焼開始時からの総経過時間、および前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の降温速度を制御する工程とを備える、制御方法。 [1] A method for controlling the crystallization of amorphous silica during the combustion process of biomass fuel containing the silica, comprising the steps of: determining an amorphous region in which the silica is in an amorphous state and a crystalline region in which the silica is in a crystalline state based on a combustion temperature of 600°C or higher and 1150°C or lower and a holding time at the combustion temperature; and controlling the combustion temperature of the biomass fuel, the total elapsed time from the start of the combustion of the biomass fuel, and the cooling rate of the ash generated by the combustion of the biomass fuel based on the amorphous region and the crystalline region.
[2]前記非晶質領域と前記結晶領域の決定は、以下のステップを含み、ステップ1:バイオマス燃料を600℃以上1150℃以下の燃焼温度内の任意の第1温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰を前記第1温度でt1分間保持した後に、前記灰に含まれるシリカが非晶質状態にあるか否かの確認を行い、ステップ2:ステップ1の結果、前記シリカが非晶質状態にあると確認された場合には、再度前記バイオマス燃料を前記第1温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の前記第1温度での保持時間を前回の保持時間からt2分間増やした状態で再度前記確認を行い、前記シリカが結晶状態にある保持時間TC1(min)を見出すまで、このステップを繰り返し行い、保持時間TC1と、TC1-t2で表され、かつ前記シリカが非晶質状態にある保持時間TA1(min)とを見出し、ステップ1の結果、前記シリカが結晶状態にあると確認された場合には、再度前記バイオマス燃料を前記第1温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の前記第1温度での保持時間を前回の保持時間からt3分間減らした状態で再度前記確認を行い、前記シリカが非晶質状態にある保持時間TA1(min)を見出すまで、このステップを繰り返し行い、保持時間TA1と、TA1+t3で表され、かつ前記シリカが結晶状態にある保持時間TC1(min)とを見出し、ステップ3:バイオマス燃料を600℃以上1150℃以下の燃焼温度内の前記第1温度より低い第2温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰を第2温度でt4分間保持した後に、前記灰に含まれるシリカが非晶質状態にあるか否かの確認を行い、ステップ4:ステップ3の結果、前記シリカが非晶質状態にあると確認された場合には、再度前記バイオマス燃料を前記第2温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の前記第2温度での保持時間を前回の保持時間からt5分間増やした状態で再度前記確認を行い、シリカが結晶状態にある保持時間TC2(min)を見出すまで、このステップを繰り返し行い、保持時間TC2と、TC2-t5で表され、かつ前記シリカが非晶質状態にあるTA2(min)とを見出し、ステップ3の結果、前記シリカが結晶状態にあると確認された場合には、再度前記バイオマス燃料を前記第2温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の前記第2温度での保持時間を前回の保持時間からt6分間減らした状態で再度前記確認を行い、シリカが非晶質状態にある保持時間TA2(min)を見出すまで、このステップを繰り返し行い、保持時間TA2と、TA2+t6で表され、かつ前記シリカが結晶状態にあるTC2(min)とを見出し、ステップ5:横軸を温度(℃)とし、縦軸を保持時間(min)としたグラフにおいて、TA1、TC1、TA2、TC2をプロットして、TA1とTA2を直線で結ぶとともにTC1とTC2を直線で結び、ステップ6:横軸を温度(℃)とし、縦軸を保持時間(min)としたグラフにおいて、少なくとも保持時間TA1およびTA2に基づいて近似関数TAを求め、かつ少なくとも保持時間TC1およびTC2に基づいて近似関数TCを求めて、前記近似関数TAの下側領域を前記非晶質領域とし、前記近似関数TCの上側領域を前記結晶領域とする、上記[1]に記載の制御方法。
[2] The determination of the amorphous region and the crystalline region includes the following steps: Step 1: Burn the biomass fuel at an arbitrary first temperature within a combustion temperature range of 600° C. to 1150° C., and hold the ash generated by the combustion of the biomass fuel at the first temperature for t 1 minute, and then confirm whether the silica contained in the ash is in an amorphous state; Step 2: If it is confirmed that the silica is in an amorphous state as a result of
[3]前記ステップ5と前記ステップ6の間に、以下のステップを含み、ステップA:TA1とTA2を結んだ前記直線およびTC1とTC2を結んだ前記直線に基づいて、それぞれ600℃以上1150℃以下の燃焼温度内の前記第1温度よりも高く、または前記第2温度よりも低い任意の第3温度に外挿した予測保持時間T´A3(min)、T´C3(min)を読み取り、ステップB:バイオマス燃料を前記第3温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の前記第3温度での保持時間をそれぞれ前記予測保持時間T´A3、T´C3にした状態で、それぞれ前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰に含まれるシリカが非晶質状態にあるか否かの確認を行い、ステップC:ステップBの結果、T´A3でシリカが非晶質状態にあると確認された場合には、T´A3をシリカが非晶質状態にある保持時間TA3(min)とし、シリカが結晶状態にあると確認された場合には、再度前記バイオマス燃料を前記第3温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の前記第3温度での保持時間を前回の保持時間からt7分間減らした状態で前記確認を繰り返し行い、シリカが非晶質状態にある保持時間TA3を見出し、T´C3でシリカが結晶状態で存在していると確認された場合には、T´C3を保持時間TC3(min)とし、シリカが非晶質状態にあると確認された場合には、再度前記バイオマス燃料を前記第3温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の前記第3温度での保持時間を前回の保持時間からt8分間増やした状態で確認を繰り返し行い、シリカが結晶状態にある保持時間TC3を見出し、前記ステップ6は、横軸を温度(℃)とし、縦軸を保持時間(min)としたグラフにおいて、少なくとも保持時間TA1、TA2、およびTA3に基づいて近似関数TAを求め、かつ少なくとも保持時間TC1、TC2、およびTC3に基づいて近似関数TCを求めて、前記近似関数TAの下側領域を前記非晶質領域とし、前記近似関数TCの上側領域を前記結晶領域とするステップである、上記[2]に記載の制御方法。 [3] The following steps are included between step 5 and step 6. Step A: Based on the straight line connecting T A1 and T A2 and the straight line connecting T C1 and T C2 , a predicted retention time T' A3 (min), T' C3 (min) is read by extrapolating to an arbitrary third temperature higher than the first temperature or lower than the second temperature within a combustion temperature range of 600° C. to 1150° C .; Step B: Burn the biomass fuel at the third temperature, and confirm whether or not the silica contained in the ash generated by the combustion of the biomass fuel is in an amorphous state while the retention times at the third temperature of the ash generated by the combustion of the biomass fuel are set to the predicted retention times T' A3 and T' C3 , respectively; Step C: If it is confirmed that the silica is in an amorphous state at T' A3 as a result of step B, T' A3 is set to the retention time T A3 during which the silica is in an amorphous state. (min), and if it is confirmed that silica is in a crystalline state, the biomass fuel is burned again at the third temperature, and the confirmation is repeated with the holding time of the ash generated by the combustion of the biomass fuel at the third temperature reduced by t 7 minutes from the previous holding time, to find a holding time T A3 when silica is in an amorphous state, and if it is confirmed that silica is present in a crystalline state at T ' C3 , T' C3 is set as the holding time T C3 (min), and if it is confirmed that silica is in an amorphous state, the biomass fuel is burned again at the third temperature, and the confirmation is repeated with the holding time of the ash generated by the combustion of the biomass fuel increased by t 8 minutes from the previous holding time, to find a holding time T C3 when silica is in a crystalline state, and in step 6, an approximation function T A is obtained based on at least the holding times T A1 , T A2 , and T A3 in a graph with the horizontal axis being temperature (° C. ) and the vertical axis being holding time (min), and The control method according to the above-mentioned [2], further comprising the step of determining an approximation function T C based on T C1 , T C2 , and T C3 , and setting the lower region of the approximation function T A as the amorphous region and the upper region of the approximation function T C as the crystalline region.
[4]前記第1温度および前記第2温度は、それぞれ750℃以上950℃以下の温度範囲内にある、上記[2]に記載の制御方法。 [4] The control method described in [2] above, wherein the first temperature and the second temperature are each within a temperature range of 750°C or more and 950°C or less.
[5]前記第1温度と前記第2温度の温度差は50℃以上である、上記[4]に記載の制御方法。 [5] The control method described in [4] above, in which the temperature difference between the first temperature and the second temperature is 50°C or more.
[6]前記第1温度、前記第2温度、および前記第3温度は、それぞれ750℃以上950℃以下の温度範囲内にある、上記[3]に記載の制御方法。 [6] The control method described in [3] above, wherein the first temperature, the second temperature, and the third temperature are each within a temperature range of 750°C or more and 950°C or less.
[7]前記第1温度と前記第2温度の温度差は50℃以上であり、前記第3温度が前記第1温度よりも高い場合には、前記第1温度と前記第3温度の温度差が50℃以上であり、前記第3温度が前記第2温度よりも低い場合には、前記第2温度と前記第3温度の温度差が50℃以上である、上記[6]に記載の制御方法。 [7] The control method described in [6] above, in which the temperature difference between the first temperature and the second temperature is 50°C or more, and when the third temperature is higher than the first temperature, the temperature difference between the first temperature and the third temperature is 50°C or more, and when the third temperature is lower than the second temperature, the temperature difference between the second temperature and the third temperature is 50°C or more.
[8]前記バイオマス燃料が、穀物殻である、上記[1]ないし[7]のいずれか一項に記載の制御方法。 [8] The control method described in any one of [1] to [7] above, wherein the biomass fuel is grain husk.
[9]非晶質のシリカを含むバイオマス燃料の燃焼処理における前記シリカの結晶化を抑制する抑制方法であって、600℃以上1150℃以下の燃焼温度および前記燃焼温度での保持時間に基づいて、シリカが非晶質状態にある非晶質領域と、シリカが結晶状態にある結晶領域とを決定する工程と、前記非晶質領域および前記結晶領域に基づいて、前記非結晶領域から外れないように前記バイオマス燃料の燃焼温度、前記バイオマス燃料の燃焼開始時からの総経過時間、および前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の降温速度を制御する工程とを備える、抑制方法。 [9] A method for suppressing crystallization of amorphous silica during the combustion process of biomass fuel containing the silica, comprising the steps of: determining an amorphous region in which the silica is in an amorphous state and a crystalline region in which the silica is in a crystalline state based on a combustion temperature of 600°C or higher and 1150°C or lower and a holding time at the combustion temperature; and controlling the combustion temperature of the biomass fuel, the total elapsed time from the start of combustion of the biomass fuel, and the cooling rate of the ash generated by the combustion of the biomass fuel based on the amorphous region and the crystalline region so that the silica does not deviate from the amorphous region.
[10]前記バイオマス燃料が、穀物殻である、上記[9]に記載の抑制方法。 [10] The suppression method described in [9] above, wherein the biomass fuel is grain husk.
[11]非晶質のシリカを含むバイオマス燃料を燃焼させる燃焼器と、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰を冷却する冷却器と、予め600℃以上1150℃以下の燃焼範囲および前記燃焼温度での保持時間に基づいて決定された前記シリカが非晶質状態にある非晶質領域および前記シリカが結晶状態にある結晶領域に基づいて、前記バイオマス燃料の燃焼温度、前記バイオマス燃料の燃焼開始時からの総経過時間、および前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の降温速度を制御する制御部と、を備える、燃焼装置。 [11] A combustion device comprising: a combustor for burning a biomass fuel containing amorphous silica; a cooler for cooling ash produced by the combustion of the biomass fuel; and a control unit for controlling the combustion temperature of the biomass fuel, the total elapsed time from the start of the combustion of the biomass fuel, and the rate of cooling of the ash produced by the combustion of the biomass fuel, based on an amorphous region in which the silica is in an amorphous state and a crystalline region in which the silica is in a crystalline state, which are determined in advance based on a combustion range of 600°C to 1150°C and a retention time at the combustion temperature.
[12]前記非晶質領域と前記結晶領域は、以下のステップによって決定され、ステップ1:バイオマス燃料を600℃以上1150℃以下の燃焼温度内の任意の第1温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰を前記第1温度でt1分間保持した後に、前記灰に含まれるシリカが非晶質状態にあるか否かの確認を行い、ステップ2:ステップ1の結果、前記シリカが非晶質状態にあると確認された場合には、再度前記バイオマス燃料を前記第1温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の前記第1温度での保持時間を前回の保持時間からt2分間増やした状態で再度前記確認を行い、前記シリカが結晶状態にある保持時間TC1(min)を見出すまで、このステップを繰り返し行い、保持時間TC1と、TC1-t2で表され、かつ前記シリカが非晶質状態にある保持時間TA1(min)とを見出し、ステップ1の結果、前記シリカが結晶状態にあると確認された場合には、再度前記バイオマス燃料を前記第1温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の前記第1温度での保持時間を前回の保持時間からt3分間減らした状態で再度前記確認を行い、前記シリカが非晶質状態にある保持時間TA1(min)を見出すまで、このステップを繰り返し行い、保持時間TA1と、TA1+t3で表され、かつ前記シリカが結晶状態にある保持時間TC1(min)とを見出し、ステップ3:バイオマス燃料を600℃以上1150℃以下の燃焼温度内の前記第1温度より低い第2温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰を第2温度でt4分間保持した後に、前記灰に含まれるシリカが非晶質状態にあるか否かの確認を行い、ステップ4:ステップ3の結果、前記シリカが非晶質状態にあると確認された場合には、再度前記バイオマス燃料を前記第2温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の前記第2温度での保持時間を前回の保持時間からt5分間増やした状態で再度前記確認を行い、シリカが結晶状態にある保持時間TC2(min)を見出すまで、このステップを繰り返し行い、保持時間TC2と、TC2-t5で表され、かつ前記シリカが非晶質状態にあるTA2(min)とを見出し、ステップ3の結果、前記シリカが結晶状態にあると確認された場合には、再度前記バイオマス燃料を前記第2温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の前記第2温度での保持時間を前回の保持時間からt6分間減らした状態で再度前記確認を行い、シリカが非晶質状態にある保持時間TA2(min)を見出すまで、このステップを繰り返し行い、保持時間TA2と、TA2+t6で表され、かつ前記シリカが結晶状態にあるTC2(min)とを見出し、ステップ5:横軸を温度(℃)とし、縦軸を保持時間(min)としたグラフにおいて、TA1、TC1、TA2、TC2をプロットして、TA1とTA2を直線で結ぶとともにTC1とTC2を直線で結び、ステップ6:横軸を温度(℃)とし、縦軸を保持時間(min)としたグラフにおいて、少なくとも保持時間TA1およびTA2に基づいて近似関数TAを求め、かつ少なくとも保持時間TC1およびTC2に基づいて近似関数TCを求めて、前記近似関数TAの下側領域を前記非晶質領域とし、前記近似関数TCの上側領域を前記結晶領域とする、上記[11]に記載の燃焼装置。
[12] The amorphous region and the crystalline region are determined by the following steps: Step 1: Burn the biomass fuel at an arbitrary first temperature within the combustion temperature range of 600° C. to 1150° C., and hold the ash generated by the combustion of the biomass fuel at the first temperature for t 1 minute, and then confirm whether the silica contained in the ash is in an amorphous state; Step 2: If it is confirmed that the silica is in an amorphous state as a result of
[13]前記ステップ5と前記ステップ6の間に、以下のステップを含み、ステップA:TA1とTA2を結んだ前記直線およびTC1とTC2を結んだ前記直線に基づいて、それぞれ600℃以上1150℃以下の燃焼温度内の前記第1温度よりも高く、または前記第2温度よりも低い任意の第3温度に外挿した予測保持時間T´A3(min)、T´C3(min)を読み取り、ステップB:バイオマス燃料を前記第3温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の前記第3温度での保持時間をそれぞれ前記予測保持時間T´A3、T´C3にした状態で、それぞれ前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰に含まれるシリカが非晶質状態にあるか否かの確認を行い、ステップC:ステップBの結果、T´A3でシリカが非晶質状態にあると確認された場合には、T´A3をシリカが非晶質状態にある保持時間TA3(min)とし、シリカが結晶状態にあると確認された場合には、再度前記バイオマス燃料を前記第3温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の前記第3温度での保持時間を前回の保持時間からt7分間減らした状態で前記確認を繰り返し行い、シリカが非晶質状態にある保持時間TA3を見出し、T´C3でシリカが結晶状態で存在していると確認された場合には、T´C3を保持時間TC3(min)とし、シリカが非晶質状態にあると確認された場合には、再度前記バイオマス燃料を前記第3温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の前記第3温度での保持時間を前回の保持時間からt8分間増やした状態で確認を繰り返し行い、シリカが結晶状態にある保持時間TC3を見出し、前記ステップ6は、横軸を温度(℃)とし、縦軸を保持時間(min)としたグラフにおいて、少なくとも保持時間TA1、TA2、およびTA3に基づいて近似関数TAを求め、かつ少なくとも保持時間TC1、TC2、およびTC3に基づいて近似関数TCを求めて、前記近似関数TAの下側領域を前記非晶質領域とし、前記近似関数TCの上側領域を前記結晶領域とするステップである、上記[12]に記載の燃焼装置。 [13] The following steps are included between step 5 and step 6. Step A: Based on the straight line connecting T A1 and T A2 and the straight line connecting T C1 and T C2 , a predicted retention time T' A3 (min), T' C3 (min) is read by extrapolating to an arbitrary third temperature higher than the first temperature or lower than the second temperature within a combustion temperature range of 600° C. to 1150° C .; Step B: Burn the biomass fuel at the third temperature, and confirm whether or not the silica contained in the ash generated by the combustion of the biomass fuel is in an amorphous state while the retention times at the third temperature of the ash generated by the combustion of the biomass fuel are set to the predicted retention times T' A3 and T' C3 , respectively; Step C: If it is confirmed that the silica is in an amorphous state at T' A3 as a result of step B, T' A3 is set to the retention time T A3 during which the silica is in an amorphous state. (min), and if it is confirmed that silica is in a crystalline state, the biomass fuel is burned again at the third temperature, and the confirmation is repeated with the holding time of the ash generated by the combustion of the biomass fuel at the third temperature reduced by t 7 minutes from the previous holding time, to find a holding time T A3 when silica is in an amorphous state, and if it is confirmed that silica is present in a crystalline state at T ' C3 , T' C3 is set as the holding time T C3 (min), and if it is confirmed that silica is in an amorphous state, the biomass fuel is burned again at the third temperature, and the confirmation is repeated with the holding time of the ash generated by the combustion of the biomass fuel increased by t 8 minutes from the previous holding time, to find a holding time T C3 when silica is in a crystalline state, and in step 6, an approximation function T A is obtained based on at least the holding times T A1 , T A2 , and T A3 in a graph with the horizontal axis being temperature (° C. ) and the vertical axis being holding time (min), and The combustion apparatus according to the above-mentioned [12], further comprising a step of determining an approximation function T C based on T C1 , T C2 , and T C3 , and determining a lower region of the approximation function T A as the amorphous region and an upper region of the approximation function T C as the crystalline region.
[14]前記第1温度および前記第2温度は、それぞれ750℃以上950℃以下の温度範囲内にある、上記[12]に記載の燃焼装置。 [14] The combustion device described in [12] above, wherein the first temperature and the second temperature are each within a temperature range of 750°C or more and 950°C or less.
[15]前記第1温度と前記第2温度の温度差は50℃以上である、上記[14]に記載の燃焼装置。 [15] The combustion device described in [14] above, in which the temperature difference between the first temperature and the second temperature is 50°C or more.
[16]前記第1温度、前記第2温度、および前記第3温度は、それぞれ750℃以上950℃以下の温度範囲内にある、上記[13]に記載の燃焼装置。 [16] The combustion device described in [13] above, wherein the first temperature, the second temperature, and the third temperature are each within a temperature range of 750°C or more and 950°C or less.
[17]前記第1温度と前記第2温度の温度差は50℃以上であり、前記第3温度が前記第1温度よりも高い場合には、前記第1温度と前記第3温度の温度差が50℃以上であり、前記第3温度が前記第2温度よりも低い場合には、前記第2温度と前記第3温度の温度差が50℃以上である、上記[16]に記載の燃焼装置。 [17] The combustion device described in [16] above, in which the temperature difference between the first temperature and the second temperature is 50°C or more, and when the third temperature is higher than the first temperature, the temperature difference between the first temperature and the third temperature is 50°C or more, and when the third temperature is lower than the second temperature, the temperature difference between the second temperature and the third temperature is 50°C or more.
[18]前記バイオマス燃料が、穀物殻である、上記[11]ないし[17]のいずれか一項に記載の燃焼装置。 [18] The combustion device described in any one of [11] to [17] above, wherein the biomass fuel is grain husk.
本発明に係るシリカの結晶化の制御方法、および燃焼装置によれば、燃焼処理時のシリカの結晶化を制御できる。また、シリカの結晶化の抑制方法によれば、燃焼処理時のシリカの結晶化を抑制できる。 The silica crystallization control method and combustion device of the present invention can control the crystallization of silica during combustion processing. In addition, the method for suppressing silica crystallization can suppress the crystallization of silica during combustion processing.
以下、本発明の実施形態に係るシリカの結晶化の制御方法、抑制方法、および燃焼装置について、図面を参照しながら説明する。図1は、バイオマス燃料の燃焼温度と保持時間の関係を示す相図であり、図2は、非晶質領域および結晶領域を決定する際のステップを示すブロック図であり、図3は、実施形態に係る燃焼装置の概略構成図である。 Hereinafter, the method for controlling and inhibiting silica crystallization and the combustion device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a phase diagram showing the relationship between the combustion temperature and the retention time of biomass fuel, FIG. 2 is a block diagram showing the steps in determining the amorphous and crystalline regions, and FIG. 3 is a schematic diagram of the combustion device according to the embodiment.
<<シリカの結晶化の制御方法および抑制方法>>
非晶質シリカを含むバイオマス燃料を用意する。バイオマス燃料としては、非晶質シリカを含んでいれば、特に限定されず、例えば、籾殻、大麦、小麦、ライ麦、稗、粟、または雑穀等の穀物殻が挙げられる。
Methods for controlling and inhibiting silica crystallization
A biomass fuel containing amorphous silica is prepared. The biomass fuel is not particularly limited as long as it contains amorphous silica, and examples thereof include cereal husks such as rice husks, barley, wheat, rye, millet, foxtail millet, and millet.
非晶質シリカを含むバイオマス燃料を用意した後、600℃以上1150℃以下の燃焼温度および燃焼温度での保持時間に基づいて、シリカが非晶質状態にある非晶質領域と、シリカが結晶状態にある結晶領域とを決定する。具体的には、バイオマス燃料の燃焼温度および燃焼温度での保持時間の関係を示す相図から、これらの領域は、決定することができる。相図は、以下のようにして作製される。 After preparing a biomass fuel containing amorphous silica, the amorphous regions where the silica is in an amorphous state and the crystalline regions where the silica is in a crystalline state are determined based on the combustion temperature of 600°C to 1150°C and the holding time at the combustion temperature. Specifically, these regions can be determined from a phase diagram that shows the relationship between the combustion temperature of the biomass fuel and the holding time at the combustion temperature. The phase diagram is created as follows.
まず、バイオマス燃料を用意し、用意したバイオマス燃料を、埃を除く程度に水で軽く洗い、乾燥した後、例えば、遊星ボールミルにより所定の回転速度で粉砕する。 First, biomass fuel is prepared, lightly washed with water to remove dust, dried, and then pulverized at a specified rotation speed, for example, using a planetary ball mill.
上記粉砕したバイオマス燃料を燃焼装置内に供給した後、燃焼装置内で、500mL/minの空気気流下で20℃/minの昇温速度で、600℃以上1150℃以下の燃焼範囲内の任意の第1温度に昇温させて、燃焼させる。バイオマス燃料の燃焼で生成された灰を第1温度でt1分間保持した後に直ちに自然放冷して、得られた灰において、X線回折法によってシリカが非晶質状態にあるか否かの確認を行う(ステップ1:図2のS1)。X線回折法によるシリカの非晶質状態の確認においては、シリカが結晶化していると、ピークやショルダーが現れるので、ピークやショルダーが存在しているか否かによってシリカが結晶状態にあるか非晶質状態にあるかが確認できる。第1温度は、750℃以上950℃以下、具体的には、例えば、875℃以上925℃以下とすることができ、またt1は10分以上15分以下であってもよい。 The pulverized biomass fuel is fed into a combustion device, and then heated to an arbitrary first temperature within the combustion range of 600°C to 1150°C at a heating rate of 20°C/min under an air flow of 500mL/min in the combustion device, and combusted. The ash generated by the combustion of the biomass fuel is held at the first temperature for t1 minute, and then immediately allowed to cool naturally, and the obtained ash is checked by X-ray diffraction to see whether silica is in an amorphous state (step 1: S1 in FIG. 2). In checking the amorphous state of silica by X-ray diffraction, if silica is crystallized, a peak or shoulder appears, so whether the silica is in a crystalline state or an amorphous state can be confirmed by the presence or absence of a peak or shoulder. The first temperature can be 750°C to 950°C, specifically, for example, 875°C to 925°C, and t1 can be 10 minutes to 15 minutes.
ステップ1の結果、シリカが非晶質状態にあると確認された場合には、再度バイオマス燃料を第1温度で燃焼させて、バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の第1温度での保持時間を前回の保持時間からt2分間増やした状態で再度上記確認を行い、シリカが結晶状態にある保持時間TC1(min)を見出すまで、このステップを繰り返し行い、保持時間TC1と、TC1-t2で表され、かつシリカが非晶質状態にある保持時間TA1(min)とを見出す(ステップ2(1):図2のS2(1))。なお、この場合のTA1(min)は、シリカが結晶化する最長時間とみなすことができる。また、例えば、非晶質領域と結晶領域の境界に近いTA1を効率良く見出す観点から、t2は1.6~8.7分程度とすることが適している。
If it is confirmed that silica is in an amorphous state as a result of
ステップ1の結果、シリカが結晶状態にあると確認された場合には、再度バイオマス燃料を第1温度で燃焼させて、バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の第1温度での保持時間を前回の保持時間からt3分間減らした状態で再度上記確認を行い、シリカが非晶質状態にある保持時間TA1(min)を見出すまで、このステップを繰り返し行い、保持時間TA1と、TA1+t3で表され、かつシリカが結晶状態にある保持時間TC1(min)とを見出す(ステップ2(2):図2のS2(2))。なお、この場合のTC1(min)は、シリカが結晶化する最短時間とみなすことができる。また、例えば、非晶質領域と結晶領域の境界に近いTC1を効率良く見出す観点から、t3は1.6~8.7分程度とすることが適している。
If it is confirmed that silica is in a crystalline state as a result of
また、同様に、バイオマス燃料を600℃以上1150℃以下の燃焼温度内の第1温度より低い第2温度で燃焼させて、バイオマス燃料の燃焼で生成された灰を第2温度でt4分間保持した後に、得られた灰において、X線回折法によってシリカが非晶質状態にあるか否かの確認を行う(ステップ3:図2のS3)。第2温度は、750℃以上950℃以下、具体的には、例えば、775℃以上825℃以下とすることができ、またt4は480~800分程度であってもよい。精度を高める観点から、第1温度と第2温度の温度差は、50℃以上であることが好ましい。 Similarly, the biomass fuel is burned at a second temperature lower than the first temperature within the combustion temperature range of 600°C to 1150°C, and the ash generated by the combustion of the biomass fuel is held at the second temperature for t4 minutes, and then the obtained ash is checked by X-ray diffraction method to see whether silica is in an amorphous state or not (step 3: S3 in FIG. 2). The second temperature can be 750°C to 950°C, specifically, for example, 775°C to 825°C, and t4 may be about 480 to 800 minutes. From the viewpoint of improving accuracy, it is preferable that the temperature difference between the first temperature and the second temperature is 50°C or more.
ステップ3の結果、シリカが非晶質状態にあると確認された場合には、再度バイオマス燃料を第2温度で燃焼させて、バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の第2温度での保持時間を前回の保持時間からt5分間増やした状態で再度上記確認を行い、シリカが結晶状態にある保持時間TC2(min)を見出すまで、このステップを繰り返し行い、保持時間TC2と、TC2-t5で表され、かつシリカが非晶質状態にあるTA2(min)とを見出す(ステップ4(1):図2のS4(1))。なお、この場合のTA2(min)は、シリカが結晶化する最長時間とみなすことができる。また、例えば、非晶質領域と結晶領域の境界に近いTA2を効率良く見出す観点から、t5は70~350分程度とすることが適している。 If it is confirmed that silica is in an amorphous state as a result of step 3, the biomass fuel is burned again at the second temperature, and the holding time of the ash generated by the combustion of the biomass fuel at the second temperature is increased by t 5 minutes from the previous holding time, and the above confirmation is performed again. This step is repeated until a holding time T C2 (min) at which silica is in a crystalline state is found, and the holding time T C2 and T A2 (min) represented by T C2 -t 5 and at which silica is in an amorphous state are found (step 4 (1): S4 (1) in FIG. 2). In this case, T A2 (min) can be regarded as the longest time for silica to crystallize. In addition, for example, from the viewpoint of efficiently finding T A2 close to the boundary between the amorphous region and the crystalline region, it is appropriate to set t 5 to about 70 to 350 minutes.
ステップ3の結果、シリカが結晶状態にあると確認された場合には、再度バイオマス燃料を第2温度で燃焼させて、バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の第2温度での保持時間を前回の保持時間からt6分間減らした状態で再度上記確認を行い、シリカが非晶質状態にある保持時間TA2(min)を見出すまで、このステップを繰り返し行い、保持時間TA2と、TA2+t6で表され、かつシリカが結晶状態にあるTC2(min)とを見出す(ステップ4(2):図2のS4(2))。なお、この場合のTC2(min)は、シリカが結晶化する最短時間とみなすことができる。また、例えば、非晶質領域と結晶領域の境界に近いTC2を効率良く見出す観点から、t6は70~350分程度とすることが適している。 If it is confirmed that silica is in a crystalline state as a result of step 3, the biomass fuel is burned again at the second temperature, and the holding time of the ash generated by the combustion of the biomass fuel at the second temperature is reduced by t 6 minutes from the previous holding time, and the above confirmation is performed again. This step is repeated until a holding time T A2 (min) at which silica is in an amorphous state is found, and the holding time T A2 and T C2 (min) represented by T A2 +t 6 and at which silica is in a crystalline state are found (step 4 (2): S4 (2) in FIG. 2). In this case, T C2 (min) can be regarded as the shortest time for silica to crystallize. In addition, for example, from the viewpoint of efficiently finding T C2 close to the boundary between the amorphous region and the crystalline region, it is suitable to set t 6 to about 70 to 350 minutes.
その後、横軸を温度(℃)とし、縦軸を保持時間(min)とした片対数グラフ(縦軸が対数)において、TA1、TC1、TA2、TC2をプロットして、TA1とTA2を直線で結ぶとともにTC1とTC2を直線で結ぶ(ステップ5:図2のS5)。 Then, T A1 , T C1 , T A2 , and T C2 are plotted on a semi-logarithmic graph (vertical axis is logarithmic) with the horizontal axis representing temperature (°C) and the vertical axis representing retention time (min), and T A1 and T A2 are connected with straight lines, and T C1 and T C2 are connected with straight lines (step 5: S5 in FIG. 2).
そして、このグラフにおいて、それぞれ600℃以上1150℃以下の燃焼温度内の第1温度よりも高く、または第2温度よりも低い任意の第3温度に外挿した予測保持時間T´A3(min)、T´C3(min)を読み取る(ステップA:図2のSA)。ここで、第3温度が第2温度よりも低い場合には、T´A3(min)、T´C3(min)の他に、600℃以上1150℃以下の燃焼温度内の第1温度よりも高い任意の第4温度に外挿した予測保持時間T´A4(min)、T´C4(min)を読み取ることが好ましい。第3温度が第1温度よりも高い場合には、T´A3(min)、T´C3(min)の他に、600℃以上1150℃以下の燃焼温度内の第2温度よりも低い任意の第4温度に外挿した予測保持時間T´A4(min)、T´C4(min)を読み取ることが好ましい。このように予測保持時間T´A4(min)、T´C4(min)を読み取ることにより、精度が高い近似関数TA、TCを得ることができる。 Then, in this graph, predicted holding times T'A3 (min) and T'C3 (min) are read which are extrapolated to an arbitrary third temperature higher than the first temperature or lower than the second temperature within the combustion temperature range of 600°C to 1150 °C (Step A: SA in FIG. 2). Here, when the third temperature is lower than the second temperature, it is preferable to read predicted holding times T'A4 (min) and T'C4 (min) which are extrapolated to an arbitrary fourth temperature higher than the first temperature within the combustion temperature range of 600°C to 1150°C in addition to T'A3 (min) and T'C3 (min). When the third temperature is higher than the first temperature, it is preferable to read predicted holding times T'A4 (min) and T'C4 (min) extrapolated to an arbitrary fourth temperature lower than the second temperature within the combustion temperature range of 600° C. to 1150° C., in addition to T'A3 (min) and T'C3 (min). By reading the predicted holding times T'A4 (min) and T'C4 (min) in this manner, it is possible to obtain approximate functions T A and T C with high accuracy.
その後、バイオマス燃料を第3温度で燃焼させて、バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の第3温度での保持時間を予測保持時間T´A3、T´C3とした後に、それぞれ得られた灰において、X線回折法によってシリカが非晶質状態にあるか否かの確認を行う(ステップB:図2のSB)。 Then, the biomass fuel is burned at a third temperature, and the retention times of the ash produced by the combustion of the biomass fuel at the third temperature are set as predicted retention times T'A3 and T'C3 . Then, the X-ray diffraction method is used to confirm whether or not the silica in each of the obtained ashes is in an amorphous state (Step B: SB in Figure 2).
ステップBの結果、T´A3でシリカが非晶質状態にあると確認された場合には、T´A3をシリカが非晶質状態にある保持時間TA3(min)とし、またシリカが結晶状態にあると確認された場合には、再度バイオマス燃料を第3温度で燃焼させて、バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の第3温度での保持時間を前回の保持時間からt7分間減らした状態で確認を繰り返し行い、シリカが非晶質状態にある保持時間TA3を見出す(ステップC(1):図2のSC(1))。第3温度は、750℃以上950℃以下、具体的には、例えば、750℃以上775℃以下または925℃以上950℃以下とすることができる。ここで、精度を高める観点から、第3温度が第1温度よりも高い場合には、第1温度と第3温度の温度差は、50℃以上であることが好ましく、第3温度が第2温度よりも低い場合には、第2温度と第3温度の温度差は、50℃以上であることが好ましい。また、例えば、非晶質領域と結晶領域の境界に近いTA3を効率良く見出す観点から、第3温度が750℃以上775℃以下の範囲にある場合には、t7は1550分~3100分程度とすることが適し、また第3温度が925℃以上950℃以下の範囲にある場合には、t7は10秒~20秒程度とすることが適している。 If it is confirmed that silica is in an amorphous state at T' A3 as a result of step B, T' A3 is set as the holding time T A3 (min) during which silica is in an amorphous state, and if it is confirmed that silica is in a crystalline state, the biomass fuel is burned again at the third temperature, and the holding time of the ash generated by the combustion of the biomass fuel at the third temperature is reduced by t 7 minutes from the previous holding time, and the confirmation is repeated to find the holding time T A3 during which silica is in an amorphous state (step C(1): SC(1) in FIG. 2). The third temperature can be 750°C or higher and 950°C or lower, specifically, for example, 750°C or higher and 775°C or lower, or 925°C or higher and 950°C or lower. Here, from the viewpoint of increasing accuracy, when the third temperature is higher than the first temperature, the temperature difference between the first temperature and the third temperature is preferably 50°C or higher, and when the third temperature is lower than the second temperature, the temperature difference between the second temperature and the third temperature is preferably 50°C or higher. Also, for example, from the viewpoint of efficiently finding T A3 close to the boundary between the amorphous region and the crystalline region, when the third temperature is in the range of 750° C. or more and 775° C. or less, it is suitable that t 7 is about 1550 minutes to 3100 minutes, and when the third temperature is in the range of 925° C. or more and 950° C. or less, it is suitable that t 7 is about 10 seconds to 20 seconds.
ステップBの結果、T´C3でシリカが結晶状態にある確認された場合には、T´C3を保持時間TC3(min)とし、シリカが非晶質状態にあると確認された場合には、再度バイオマス燃料を第3温度で燃焼させて、バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の第3温度での保持時間を前回の保持時間からt8分間増やした状態で確認を繰り返し行い、シリカが結晶状態にある保持時間TC3を見出す(ステップC(2):図2のSC(2))。非晶質領域と結晶領域の境界に近いTC3を効率良く見出す観点から、第3温度が750℃以上775℃以下の範囲にある場合には、t8は1550分~3100分程度とすることが適し、また第3温度が925℃以上950℃以下の範囲にある場合には、t8は10秒~20秒程度とすることが適している。 If it is confirmed that silica is in a crystalline state at T'C3 as a result of step B, T'C3 is set as the holding time T C3 (min), and if it is confirmed that silica is in an amorphous state, the biomass fuel is burned again at the third temperature, and the holding time of the ash generated by the combustion of the biomass fuel at the third temperature is increased by t 8 minutes from the previous holding time, and the confirmation is repeated to find the holding time T C3 when silica is in a crystalline state (step C(2): SC(2) in FIG. 2). From the viewpoint of efficiently finding T C3 close to the boundary between the amorphous region and the crystalline region, when the third temperature is in the range of 750°C or more and 775°C or less, it is suitable to set t 8 to about 1550 minutes to 3100 minutes, and when the third temperature is in the range of 925°C or more and 950°C or less, it is suitable to set t 8 to about 10 seconds to 20 seconds.
また、予測保持時間T´A4(min)、T´C4(min)も読み取った場合には、バイオマス燃料を第4温度で燃焼させて、バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の第4温度での保持時間を予測保持時間T´A4、T´C4とした後に、それぞれ得られた灰において、X線回折法によってシリカが非晶質状態にあるか否かの確認を行う。その後のステップは、ステップC(1)およびステップC(2)と同様であるので、説明を省略する。 In addition, when the predicted retention times T'A4 (min) and T'C4 (min) are also read, the biomass fuel is burned at the fourth temperature, and the retention times of the ash generated by the combustion of the biomass fuel at the fourth temperature are set as the predicted retention times T'A4 and T'C4 , and then, in each of the ashes obtained, it is confirmed by X-ray diffraction whether or not the silica is in an amorphous state. The subsequent steps are similar to steps C(1) and C(2), and therefore will not be described.
その後、EXCEL(マイクロソフト株式会社製)等の市販のソフトウェアを用いて、横軸を温度(℃)とし、縦軸を保持時間(min)とした片対数グラフ(縦軸が対数)において、少なくとも保持時間TA1、TA2、およびTA3に基づいて近似関数TAを求める(ステップ6:図2のS6)。なお、上記でTA4も見出した場合には、保持時間TA1、TA2、TA3、およびTA4に基づいて近似関数TAを求める。この際、4点の保持時間に基づいて近似関数TAを求めることが望ましいが、装置精度によってはTA4を得ることが難しい場合もあるので、その場合には、3点の保持時間に基づいて近似関数TAを求めても構わない。また、同様に、少なくとも保持時間TC1、TC2、およびTC3に基づいて近似関数TCを求める(ステップ6)。この際、4点の保持時間に基づいて近似関数TCを求めることが望ましいが、装置精度によってはTCを得ることが難しい場合もあるので、その場合には、図1に示される3点の保持時間に基づいて近似関数TCを求めても構わない。そして、近似関数TAの下側領域を非晶質領域とし、近似関数TCの上側領域を結晶領域とする(ステップ6)。近似関数TA、TCは、例えば、EXCEL(マイクロソフト株式会社製)の最小2乗近似の機能を使って求めることができる。縦軸は、対数であることが好ましい。近似関数TAと近似関数TCで挟まれる中間領域は、グレーゾーンで、測定精度が高い程、この領域は狭くなり、両者は一体に近くなり、相図としても精度も上がる。 Then, using commercially available software such as EXCEL (Microsoft Corporation), an approximation function TA is calculated based on at least the retention times TA1 , TA2 , and TA3 in a semi-logarithmic graph (vertical axis is logarithmic) with the horizontal axis being temperature (°C) and the vertical axis being retention time (min) (step 6: S6 in FIG. 2). If TA4 is also found above, the approximation function TA is calculated based on the retention times TA1 , TA2 , TA3 , and TA4 . At this time, it is desirable to calculate the approximation function TA based on the retention times of four points, but depending on the precision of the device, it may be difficult to obtain TA4 . In that case, the approximation function TA may be calculated based on the retention times of three points. Similarly, the approximation function TC is calculated based on at least the retention times TC1 , TC2 , and TC3 (step 6). In this case, it is desirable to obtain the approximate function T C based on the retention times of four points, but since it may be difficult to obtain T C depending on the precision of the device, in that case, the approximate function T C may be obtained based on the retention times of three points shown in FIG. 1. The lower region of the approximate function T A is the amorphous region, and the upper region of the approximate function T C is the crystalline region (step 6). The approximate functions T A and T C can be obtained, for example, by using the least squares approximation function of EXCEL (manufactured by Microsoft Corporation). The vertical axis is preferably logarithmic. The intermediate region between the approximate functions T A and T C is a gray zone, and the higher the measurement precision, the narrower this region becomes, and the closer the two become to one, and the higher the precision of the phase diagram.
上記においては、ステップA~ステップCを含んでいるが、ステップA~ステップCを含まなくてもよい。この場合、ステップ5において、グラフにTA1とTA2を結ぶ直線とともにTC1とTC2を結ぶ直線を引いた後、保持時間TA1およびTA2に基づいて近似関数TAを求めるとともに、保持時間TC1およびTC2に基づいて近似関数TCを求める。そして、近似関数TAの下側領域を非晶質領域とし、近似関数TCの上側領域を結晶領域とする。 In the above, steps A to C are included, but steps A to C may not be included. In this case, in step 5, a straight line connecting T A1 and T A2 and a straight line connecting T C1 and T C2 are drawn on the graph, and then an approximation function T A is obtained based on the retention times T A1 and T A2 , and an approximation function T C is obtained based on the retention times T C1 and T C2 . Then, the region below the approximation function T A is regarded as an amorphous region, and the region above the approximation function T C is regarded as a crystalline region.
このような相図を作製した後、この相図で表される非晶質領域と結晶領域に基づいて、バイオマス燃料の燃焼温度、バイオマス燃料の燃焼開始時からの総経過時間、およびバイオマス燃料の燃焼で生成された灰の降温速度を制御する。ここで、横軸を温度(℃)とし、縦軸を総経過時間(min)とした片対数グラフ(縦軸が対数)において、灰に関するデータをプロットし、プロットしたデータを曲線で結び灰の温度曲線を描画した場合(後述する図4参照)、灰の温度曲線の一部が結晶領域内に存在してしまうと、灰の温度曲線の他の部分が非晶質領域内に存在したとしても、シリカは結晶状態となってしまう。このため、シリカの結晶化を抑制する場合には、灰の温度曲線の全ての部分が非晶質領域内に存在するように燃焼温度、総経過時間および降温速度を制御する。 After creating such a phase diagram, the combustion temperature of the biomass fuel, the total time elapsed since the start of the combustion of the biomass fuel, and the temperature drop rate of the ash generated by the combustion of the biomass fuel are controlled based on the amorphous and crystalline regions shown in this phase diagram. Here, when data on the ash are plotted on a semi-logarithmic graph (vertical axis is logarithmic) with the horizontal axis representing temperature (°C) and the vertical axis representing the total time elapsed (min), and the plotted data are connected with a curve to draw the temperature curve of the ash (see Figure 4 described later), if a part of the temperature curve of the ash is in the crystalline region, the silica will be in a crystalline state even if the other part of the temperature curve of the ash is in the amorphous region. Therefore, when suppressing the crystallization of silica, the combustion temperature, the total time elapsed, and the temperature drop rate are controlled so that all parts of the temperature curve of the ash are in the amorphous region.
総経過時間は、特に限定されないが、例えば、0分~13日間の範囲内で調整することができる。ただし、燃焼温度にもよるが、総経過時間が短いほど、上記灰の温度曲線が下側に存在するので、非晶質領域に留まりやすくなる。 The total elapsed time is not particularly limited, but can be adjusted within a range of, for example, 0 minutes to 13 days. However, although this depends on the combustion temperature, the shorter the total elapsed time, the lower the temperature curve of the ash will be, and the more likely it will remain in the amorphous region.
バイオマス燃料の燃焼で生成された灰を降温させると、上記灰の温度曲線が左側(低温側)に曲がる。降温速度が大きければ、大きいほど、灰の温度曲線が大きく左側に曲がる。このため、燃焼処理時の最高到達温度や保持時間にもよるが、降温速度が大きければ、非晶質領域に留まりやすくなる。降温速度は、バイオマス燃料の種類等によっても異なるが、例えば、0.05℃/min~20℃/minの範囲内で調整してもよい。 When the temperature of ash generated by burning biomass fuel is lowered, the temperature curve of the ash bends to the left (towards lower temperatures). The faster the temperature drop rate, the more the temperature curve of the ash bends to the left. For this reason, although it depends on the maximum temperature reached during the combustion process and the holding time, if the temperature drop rate is high, the ash is more likely to remain in the amorphous region. The temperature drop rate differs depending on the type of biomass fuel, but may be adjusted within the range of 0.05°C/min to 20°C/min, for example.
近似関数TA、TCは、バイオマス燃料の種類、または籾殻であっても産地等が異なることにより変化するので、燃焼対象のバイオマス燃料に合わせて近似関数TA、TCを求める必要がある。 The approximation functions T A and T C vary depending on the type of biomass fuel, or even if the rice husk is used, the place of origin, etc., so it is necessary to find the approximation functions T A and T C according to the biomass fuel to be burned.
このようなシリカの結晶化の制御方法や抑制方法は、例えば、以下の燃焼装置やプログラムによって実現することができる。 Such a method for controlling or suppressing silica crystallization can be realized, for example, by the following combustion device and program.
<<燃焼装置>>
図3に示される燃焼装置10は、燃焼器11と、冷却器12と、灰回収器13と、制御部14とを備えている。燃焼器11に供給されるバイオマス燃料は、予め粉砕器で粉砕されたものであることが好ましい。
<<Combustion device>>
The
燃焼器11は、バイオマス燃料を燃焼させて、燃焼ガス15と、灰16とを生成するためのものである。燃焼器11は、バーナーとなっているが、バーナーの代わりに例えば、バイオマス燃料に熱を与えてバイオマス燃料を燃焼させる加熱器であってもよい。燃焼器11は、燃焼室11Aと、燃焼室11Aにバイオマス燃料を供給する供給管11Bと、燃焼室11Aに空気を供給する空気供給管11Cと、図示しない点火燃焼器などの点火手段とを備えている。供給管11Bより供給されるバイオマス燃料を、空気供給管11Cより供給される空気と混合するとともに、点火手段で点火させることにより、バイオマス燃料が燃焼室11A内で燃焼する。燃焼器11の出口からは、可燃性ガスが主に燃焼されることで生じた燃焼ガス15と、灰16とが排出される。
The
冷却器12は、燃焼器11で生成された灰を、速やかに所定の温度まで冷却するためのものである。冷却器12は、図3に示すように、冷却媒体12Aが貯留される缶体12Bと、缶体12B内に配置された燃焼ガス導入部12C、複数の煙管12D、ガス集合部12Eとを備えている。冷却器12においては、燃焼器11の出口より排出される灰16を、燃焼ガスと一緒に受け入れて、冷却媒体12Aとの熱交換により、燃焼ガス15ごと灰16の温度を所望の温度まで冷却することができる。冷却器12の出口付近には、温度センサ(図示せず)が配置されており、灰の温度を測定できるように構成されている。
The cooler 12 is for quickly cooling the ash generated in the
灰回収器13は、排気ダクト17を介して導入された冷却処理後の灰16を、燃焼ガス15から分離して回収するためのものである。灰回収器13は、上部が円筒形状とされ、下部が下方へ向けて縮径する円錐筒形状とされた外筒13Aと、外筒13Aの中心部に同心状に挿入配置された内筒13Bと、外筒13Aの下側に設けられた捕集ボックス13Cとを備えている。灰回収器13においては、燃焼ガス15は内筒13Bを介して外部に取り出され、燃焼ガス15から分離された灰16は、捕集ボックス13Cに捕集される。
The
<制御部>
制御部14は、燃焼温度、バイオマス燃料の燃焼開始時からの総経過時間、およびバイオマス燃料の燃焼で生成された灰の降温速度等を制御するためのものである。燃焼温度は、燃焼器11内に配置された温度センサで測定される温度であり、灰の温度は、冷却器12の出口付近に配置された温度センサで測定される温度であり、制御部14は、これらの温度に基づいて燃焼器11に投入する空気の流量と冷却器12内の冷媒の動きを調整するように構成されている。
<Control Unit>
The
制御部14は、コンピュータとなっている。制御部14は、燃焼器11(例えば、空気供給管11C)および冷却器12と電気的に接続されており、燃焼温度、総経過時間、および灰の降温速度を制御可能となっている。
The
制御部14は、予め600℃以上1150℃以下の燃焼温度および燃焼温度の保持時間に基づいて決定された非晶質領域および結晶領域に基づいて、バイオマス燃料の燃焼温度、バイオマス燃料の燃焼開始時からの総経過時間、およびバイオマス燃料の燃焼で生成された灰の降温速度を制御するものである。非結晶領域および結晶領域は、上述したステップによって決定される。保持温度は、特に限定されないが、例えば、0分~13日間の範囲内で制御することができ、また降温速度は、バイオマス燃料の種類等によっても異なるが、例えば、0.05℃/min~20℃/minの範囲内で制御することができる。
The
制御部14における上記制御は、制御プログラムによって実行される。制御プログラムは、コンピュータに、予め600℃以上1150℃以下の燃焼温度および燃焼温度の保持時間に基づいて決定された非晶質領域および結晶領域に関する情報の入力を受け付けるステップと、入力された上記情報に基づいて、バイオマス燃料の燃焼温度、バイオマス燃料の燃焼開始時からの総経過時間、およびバイオマス燃料の燃焼で生成された灰の降温速度を制御することを実行させるものである。
The above control in the
本実施形態によれば、非晶質領域および結晶領域に基づいて、バイオマス燃料の燃焼温度、バイオマス燃料の燃焼開始時からの総経過時間、およびバイオマス燃料の燃焼で生成された灰の降温速度を制御するだけで、シリカの結晶化を制御することができるので、簡便な方法でシリカの結晶化を制御することができる。 According to this embodiment, the crystallization of silica can be controlled simply by controlling the combustion temperature of the biomass fuel, the total time elapsed since the start of the combustion of the biomass fuel, and the rate of temperature drop of the ash generated by the combustion of the biomass fuel based on the amorphous region and the crystalline region, so that the crystallization of silica can be controlled in a simple manner.
本実施形態によれば、非晶質領域および結晶領域に基づいて、非結晶領域から外れないようにバイオマス燃料の燃焼温度、バイオマス燃料の燃焼開始時からの総経過時間、およびバイオマス燃料の燃焼で生成された灰の降温速度を制御するだけで、シリカの結晶化を抑制することができるので、簡便な方法でシリカの結晶化を抑制することができる。 According to this embodiment, silica crystallization can be suppressed simply by controlling the combustion temperature of the biomass fuel, the total elapsed time from the start of the combustion of the biomass fuel, and the rate of temperature drop of the ash generated by the combustion of the biomass fuel so as not to deviate from the amorphous region based on the amorphous region and the crystalline region, so that silica crystallization can be suppressed in a simple manner.
また、バイオマス燃料を炭化させる過程でも、シリカが非晶質領域内となるようにバイオマス炭の燃焼温度および保持時間を保持しないと、バイオマス炭がシリカを有害な結晶性シリカとして含有してしまうことになる。これに対して、非晶質シリカを含むバイオマス炭は、土壌改良や有機栽培に利用可能である。 In addition, during the process of carbonizing biomass fuel, if the combustion temperature and holding time of the biomass charcoal are not maintained so that the silica remains in the amorphous region, the biomass charcoal will contain silica in the form of harmful crystalline silica. In contrast, biomass charcoal that contains amorphous silica can be used for soil improvement and organic cultivation.
本発明を詳細に説明するために、以下に実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらの記載に限定されない。図4は、例1~10におけるシリカの燃焼温度、総経過時間、および降温速度の関係を示す相図であり、図5は、例3、8に係るシリカのX線回折パターンであり、図6は、例3~6、8~10に係るシリカの走査型電子顕微鏡写真である。 In order to explain the present invention in detail, the following examples are given, but the present invention is not limited to these. Figure 4 is a phase diagram showing the relationship between the combustion temperature, total elapsed time, and temperature drop rate of silica in Examples 1 to 10, Figure 5 is an X-ray diffraction pattern of silica in Examples 3 and 8, and Figure 6 is a scanning electron microscope photograph of silica in Examples 3 to 6 and 8 to 10.
<籾殻>
以下においては、籾殻として、京都地方で採取されたOryza sativa, japonicaの籾殻を埃を除く程度に水で軽く洗い、乾燥した後、遊星ボールミル(型番「LA-PO.1」、株式会社伊藤製作所製)により400rpmで30分処理して粉砕したものを用いた。
<Rice husks>
In the following, rice husks used were those of Oryza sativa, japonica harvested in the Kyoto region, lightly washed with water to remove dust, dried, and then pulverized in a planetary ball mill (model number "LA-PO.1", manufactured by Ito Seisakusho Co., Ltd.) at 400 rpm for 30 minutes.
<燃焼装置>
以下においては、燃焼装置として、燃焼およびその後の冷却過程について、できる限り正確な温度制御下で行うために、熱分析装置(TG/DTA)(製品名「Thermo plus TG8120」、株式会社リガク製)を利用した。
<Combustion device>
In the following, a thermal analyzer (TG/DTA) (product name "Thermo plus TG8120", manufactured by Rigaku Corporation) was used as the combustion device in order to perform the combustion and subsequent cooling processes under as accurate temperature control as possible.
<X線回折装置>
以下においては、X線回折装置として、高輝度X線発生装置(製品名「MicroMax 007HF」、株式会社リガク製)を用いた。このX線回折装置によるX線回折像の記録は、灰を直径1mmの軟質ガラスキャピラリー(Hilgenberg社製)に詰めて、ラウエカメラに設置して40kV、30mAで発生したCuKα線を60分間照射することによって行われた。
<X-ray Diffraction Apparatus>
In the following, a high-intensity X-ray generator (product name "MicroMax 007HF", manufactured by Rigaku Corporation) was used as the X-ray diffractometer. The X-ray diffraction image was recorded by filling a soft glass capillary (manufactured by Hilgenberg) with ash and placing it in a Laue camera, and irradiating it with CuKα rays generated at 40 kV and 30 mA for 60 minutes.
<相図の作製>
上記粉砕した籾殻10mgをプラチナ製の試料パンに入れ、500mL/minの空気気流下で20℃/minの速度で第1温度として900℃まで昇温して籾殻を燃焼させて、籾殻の燃焼で生成された灰をそのままの温度でt1として9分間保持した。その後、直ちに自然放冷した。そして、得られた灰において、X線回折装置によるX線回折法によってシリカが非晶質状態にあるか否かを確認した。
<Preparation of phase diagram>
10 mg of the crushed rice husks were placed in a platinum sample pan, and the rice husks were burned by heating the rice husks to a first temperature of 900° C. at a rate of 20° C./min under an air flow of 500 mL/min, and the ash generated by the combustion of the rice husks was kept at that temperature for 9 minutes as t1 . Then, it was immediately allowed to cool naturally. Then, in the obtained ash, it was confirmed by X-ray diffraction method using an X-ray diffraction device whether silica was in an amorphous state.
この結果、シリカが非晶質状態にあると確認された場合、籾殻を900℃で燃焼させて、籾殻の燃焼で生成された灰の900℃での保持時間を前回の保持時間からt2として2分間増やした状態で再度上記確認を行い、シリカが結晶状態にある保持時間TC900℃(min)を見出すまで、このステップを繰り返し、保持時間TC900℃(min)と、TC900℃-2(min)で表され、かつシリカが非晶質状態にある保持温度TA900℃(min)とを見出した。 If it was confirmed that the silica was in an amorphous state, the rice husks were burned at 900°C, and the holding time of the ash produced by the combustion of the rice husks at 900°C was increased by 2 minutes, t2 , from the previous holding time, and the above confirmation was repeated.This step was repeated until the holding time T C900°C (min) at which the silica was in a crystalline state was found, and the holding time T C900°C (min) and the holding temperature T A900 °C (min) at which the silica was in an amorphous state, expressed as T C900°C -2 (min), were found.
また、シリカが結晶状態にあると確認された場合、籾殻を900℃で燃焼させて、籾殻の燃焼で生成された灰の900℃での保持時間を前回の保持時間からt3として2分間減らした状態で再度上記確認を行い、シリカが非晶質状態にある保持時間TA900℃(min)を見出すまで、このステップを繰り返し、保持時間TA900℃(min)と、TA900℃+2(min)で表され、かつシリカが結晶状態にある保持温度TC900℃(min)とを見出した。 Furthermore, if it was confirmed that the silica was in a crystalline state, the rice husks were burned at 900°C, and the above confirmation was repeated with the holding time of the ash produced by the combustion of the rice husks at 900°C reduced by 2 minutes, t3 , from the previous holding time. This step was repeated until the holding time T A900°C (min) at which the silica was in an amorphous state was found, and the holding time T A900°C (min) and the holding temperature T C900°C (min), which was expressed as T A900°C +2 (min) and at which the silica was in a crystalline state, were found.
同様に、第2温度として800℃まで昇温して籾殻を燃焼させて、籾殻の燃焼で生成された灰を800℃でt4として66分間保持した。その後、直ちに自然放冷した。そして、得られた灰において、X線回折装置によるX線回折法によってシリカが非晶質状態にあるか否かを確認した。 Similarly, the second temperature was raised to 800°C to combust the rice husks, and the ash generated by the combustion of the rice husks was kept at 800°C for 66 minutes as t4 . Then, it was immediately allowed to cool naturally. Then, in the obtained ash, it was confirmed whether or not silica was in an amorphous state by X-ray diffraction method using an X-ray diffraction device.
この結果、シリカが非晶質状態にあると確認された場合、籾殻を800℃で燃焼させて、籾殻の燃焼で生成された灰の800℃での保持時間を前回の保持時間からt5として150分間増やした状態で再度前記確認を行い、シリカが結晶状態にある保持時間TC800℃(min)を見出すまで、このステップを繰り返し行い、保持時間TC800℃と、TC800℃-150(min)で表され、かつシリカが結晶状態にある保持温度TA800℃(min)とを見出した。 As a result, if it was confirmed that the silica was in an amorphous state, the rice husks were burned at 800°C, and the holding time of the ash produced by the combustion of the rice husks at 800°C was increased by 150 minutes from the previous holding time, t5, and the above confirmation was performed again.This step was repeated until the holding time T C800°C (min) at which the silica was in a crystalline state was found, and the holding time T C800°C and the holding temperature T A800°C (min) at which the silica was in a crystalline state, which was expressed as T C800°C -150 (min), were found.
また、シリカが結晶状態にあると確認された場合には、籾殻を800℃で燃焼させて、籾殻の燃焼で生成された灰の800℃での保持時間を前回の保持時間からt6として150分間減らした状態で再度前記確認を行い、シリカが非晶質状態にある保持時間TA800℃(min)を見出すまで、このステップを繰り返し行い、保持時間TA800℃と、TA800℃+150で表され、かつシリカが結晶状態にある保持温度TC800℃(min)とを見出した。 Furthermore, if it was confirmed that the silica was in a crystalline state, the rice husks were burned at 800°C, and the holding time of the ash generated by the combustion of the rice husks at 800°C was reduced by 150 minutes, as t6, from the previous holding time, and the above confirmation was performed again. This step was repeated until a holding time T A800°C (min) at which the silica was in an amorphous state was found, and a holding time T A800°C and a holding temperature T C800°C (min) represented by T A800°C +150 at which the silica was in a crystalline state were found.
その後、横軸を温度(℃)とし、縦軸を保持時間(min)とした保持時間が対数の片対数グラフにおいて、TC900℃、TA900℃、TC800℃、TA800℃をプロットして、TA900℃とTA800℃を直線で結ぶとともにTC900℃とTC800℃を直線で結び、それぞれ750℃に外挿した予測保持時間T´A750℃(min)、T´C750℃(min)を読み取り、また950℃に外挿した予測保持時間T´A950℃(min)、T´C950℃(min)を読み取った。 Thereafter, T C900°C , T A900°C , T C800°C , and T A800°C were plotted on a semi-logarithmic graph where the horizontal axis is temperature (°C) and the vertical axis is holding time (min), and a straight line was connected between T A900°C and T A800°C , and between T C900°C and T C800°C , and the predicted holding times T' A750°C (min) and T' C750°C (min) extrapolated to 750°C were read, and the predicted holding times T' A950°C (min) and T' C950°C (min) extrapolated to 950°C were read.
その後、籾殻を750℃で燃焼させて、籾殻の燃焼で生成された灰の750℃での予測保持時間T´A750℃、T´C750℃経過後に、それぞれ得られた灰において、X線回折法によってシリカが非晶質状態にあるか否かの確認を行った。また、同様に、籾殻を950℃で燃焼させて、予測保持時間T´A950℃経過後に、それぞれ得られた灰において、X線回折装置によるX線回折法によってシリカが非晶質状態にあるか否かの確認を行った。 Then, the rice husks were burned at 750°C, and after the predicted holding times T'A750°C and T'C750°C of the ash produced by the combustion of the rice husks had passed, it was confirmed by X-ray diffraction method whether the silica was in an amorphous state in the ash obtained at each of the ash obtained at 750°C . Similarly, the rice husks were burned at 950°C, and after the predicted holding time T'A950°C had passed, it was confirmed by X-ray diffraction method using an X-ray diffractometer whether the silica was in an amorphous state in the ash obtained at each of the ash obtained at 750°C.
この結果、T´A750℃でシリカが非晶質状態にあると確認された場合には、T´A750℃をシリカが非晶質状態にある保持時間TA750℃(min)とし、またシリカが結晶状態にあると確認された場合には、籾殻を750℃で燃焼させて、籾殻の燃焼で生成された灰の750℃での保持時間を前回の保持時間からt7として790分間減らした状態で確認を繰り返し行い、シリカが非晶質状態にある保持時間TA750℃を見出した。 As a result, when it was confirmed that silica was in an amorphous state at T'A750°C , T'A750 °C was set as the holding time T A750°C (min) during which silica was in an amorphous state, and when it was confirmed that silica was in a crystalline state, rice husks were burned at 750°C, and the holding time of the ash produced by the rice husk combustion at 750°C was reduced by 790 minutes from the previous holding time, t7 , and the confirmation was repeated to find the holding time T A750°C during which silica was in an amorphous state.
また、T´C750℃でシリカが結晶状態にある確認された場合には、T´C750℃を保持時間TC750℃(min)とし、シリカが非晶質状態にあると確認された場合には、籾殻を750℃で燃焼させて、籾殻の燃焼で生成された灰の750℃での保持時間を前回の保持時間からt8として790分間増やした状態で確認を繰り返し行い、シリカが結晶状態にある保持時間TC750℃を見出した。 In addition, when it was confirmed that silica was in a crystalline state at T'C750 °C , T'C750 °C was set as the holding time T C750°C (min), and when it was confirmed that silica was in an amorphous state, rice husks were burned at 750°C and the holding time of the ash produced by the combustion of the rice husks at 750°C was increased by 790 minutes from the previous holding time, t8 , and the confirmation was repeated to find the holding time T C750°C at which silica was in a crystalline state.
また、T´A950℃でシリカが非晶質状態にあると確認された場合には、T´A950℃をシリカが非晶質状態にある保持時間TA950℃(min)とし、またシリカが結晶状態にあると確認された場合には、籾殻を950℃で燃焼させて、籾殻の燃焼で生成された灰の950℃での保持時間を前回の保持時間から1.5分間減らした状態で確認を繰り返し行い、シリカが非晶質状態にある保持時間TA950℃を見出した。 In addition, when it was confirmed that silica was in an amorphous state at T' A950°C , T' A950°C was set as the holding time T A950°C (min) during which silica was in an amorphous state, and when it was confirmed that silica was in a crystalline state, rice husks were burned at 950°C, and the holding time of the ash produced by the rice husk combustion at 950°C was reduced by 1.5 minutes from the previous holding time, and the holding time T A950°C during which silica was in an amorphous state was found.
その後、EXCEL(マイクロソフト株式会社製)を用いて、横軸を温度(℃)とし、縦軸を保持時間(min)とした保持時間が対数である片対数グラフにおいて、保持時間TA900℃、TA800℃、TA750℃、およびTA950℃に基づいて近似関数TAを求めた(図4参照)。同様に、保持時間TC900℃、TC800℃、およびTC750℃に基づいて近似関数TCを求めた。そして、近似関数TAの下側領域を非晶質領域とし、近似関数TCの上側領域を結晶領域とした。具体的には、TA関数は、y=4×1015e-0.037x(相関係数R=0.9974)であり、TC関数は、y=1015e-0.036x(相関係数R=0.9987)であった(図4参照)。近似関数TA、TCは、EXCEL(マイクロソフト株式会社製)の最小2乗近似の機能を使って求めた。 Then, using EXCEL (Microsoft Corporation), an approximation function T was calculated based on the holding times T A900 °C, T A800°C, T A750°C , and T A950 °C in a semi-logarithmic graph in which the horizontal axis is temperature (°C) and the vertical axis is holding time (min) (see FIG. 4). Similarly, an approximation function T C was calculated based on holding times T C900°C , T C800 °C , and T C750°C . The lower region of the approximation function T A was determined as the amorphous region, and the upper region of the approximation function T C was determined as the crystalline region. Specifically, the T A function was y = 4 × 10 15 e -0.037 x (correlation coefficient R = 0.9974), and the T C function was y = 10 15 e -0.036 x (correlation coefficient R = 0.9987) (see Figure 4). The approximation functions T A and T C were determined using the least squares approximation function of EXCEL (Microsoft Corporation).
<例1~例10>
上記粉砕した籾殻10mgをプラチナ製の試料パンに入れて、燃焼装置で燃焼した。具体的には、まず、500mL/minの空気気流下で20℃/minの昇温速度で種々の最高到達温度xmax℃まで昇温し、籾殻を燃焼させた。その後、籾殻の燃焼で生成された灰をxend℃まで一定速度r℃/minで制御して冷却し、その後自然放冷した。xmax、r、xendは表1に示すとともに、図4の相図に灰のデータをプロットした。
10 mg of the crushed rice husks were placed in a platinum sample pan and burned in a combustion device. Specifically, the rice husks were first heated to various maximum temperatures x max °C at a heating rate of 20 °C/min under an air flow of 500 mL/min, and then burned. The ash generated by the combustion of the rice husks was then cooled to x end °C at a constant controlled rate of r °C/min, and then allowed to cool naturally. x max , r, and x end are shown in Table 1, and the ash data are plotted on the phase diagram in Figure 4.
<X線回折法による測定>
例1~例10において、燃焼後に得られた粉末状の灰をX線回折装置によってX線回折(XRD)像を記録したところ、例4、5、8~10においては、α-クリストバライトに帰属される4つのピークとα-石英に帰属されるショルダーが見られた(図5参照)。これに対し、例1、2、3、6、7においては、結晶由来のピークが見られなかった(図5参照)。これにより、例4、5、8~10においては、シリカが結晶状態にあり、また例1、2、3、6、7においては、シリカが非晶質状態にあることが確認された。この結果から、図4に示される近似関数TAの下側領域の非晶質領域内に存在するように制御すると、シリカは非晶質状態となり、また図4に示される近似関数TAの下側領域の非晶質領域外となると、シリカは結晶状態となることが確認された。
<Measurement by X-ray diffraction method>
In Examples 1 to 10, the powdered ash obtained after combustion was subjected to X-ray diffraction (XRD) images recorded by an X-ray diffractometer. In Examples 4, 5, 8 to 10, four peaks attributed to α-cristobalite and a shoulder attributed to α-quartz were observed (see FIG. 5). In contrast, no peaks derived from crystals were observed in Examples 1, 2, 3, 6, and 7 (see FIG. 5). This confirmed that silica was in a crystalline state in Examples 4, 5, 8 to 10, and that silica was in an amorphous state in Examples 1, 2, 3, 6, and 7. From these results, it was confirmed that silica was in an amorphous state when controlled to be present within the amorphous region below the approximation function T A shown in FIG. 4, and that silica was in a crystalline state when outside the amorphous region below the approximation function T A shown in FIG. 4.
<走査型電子顕微鏡写真の撮影>
例3~6、8~10において、燃焼後に得られた粉末状の灰を、導電性テープを用いて試料台にマウントして、走査型電子顕微鏡(SEM)(製品名「S-4800」、株式会社日立ハイテクノロジーズ)により加速電圧1kV、3万倍で観察したところ、図6に示される写真が得られた。図6から例4、5、8~10においては、シリカが結晶状態にあることが確認された。また、図6から、例3、6は、シリカが非晶質状態にあることが確認された。
<Scanning electron microscope photography>
In Examples 3 to 6 and 8 to 10, the powdered ash obtained after combustion was mounted on a sample stage using conductive tape and observed with a scanning electron microscope (SEM) (product name "S-4800", Hitachi High-Technologies Corporation) at an acceleration voltage of 1 kV and a magnification of 30,000 times, resulting in the photograph shown in Figure 6. It was confirmed from Figure 6 that silica was in a crystalline state in Examples 4, 5 and 8 to 10. It was also confirmed from Figure 6 that silica was in an amorphous state in Examples 3 and 6.
これらの結果から、非晶質領域と結晶領域に基づいて、燃焼温度、燃焼開始時からの総経過時間および降温速度を制御することによって、シリカの結晶化を制御または抑制することができることが確認された。 These results confirmed that it is possible to control or inhibit silica crystallization by controlling the combustion temperature, the total time elapsed from the start of combustion, and the rate of temperature reduction based on the amorphous and crystalline regions.
10…燃焼装置
11…燃焼器
12…冷却器
13…灰回収器
14…制御部
10...
Claims (10)
600℃以上1150℃以下の燃焼温度および前記燃焼温度での保持時間に基づいて、前記シリカが非晶質状態にある非晶質領域と、前記シリカが結晶状態にある結晶領域とを決定する工程と、
前記非晶質領域および前記結晶領域に基づいて、前記バイオマス燃料の燃焼温度、前記バイオマス燃料の燃焼開始時からの総経過時間、および前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の降温速度を制御する工程と、を備え、
前記非晶質領域と前記結晶領域の決定は、以下のステップを含み、
ステップ1:バイオマス燃料を600℃以上1150℃以下の燃焼温度内の任意の第1温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰を前記第1温度でt1分間保持した後に、前記灰に含まれるシリカが非晶質状態にあるか否かの確認を行い、
ステップ2:ステップ1の結果、前記シリカが非晶質状態にあると確認された場合には、再度前記バイオマス燃料を前記第1温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の前記第1温度での保持時間を前回の保持時間からt2分間増やした状態で再度前記確認を行い、前記シリカが結晶状態にある保持時間TC1(min)を見出すまで、このステップを繰り返し行い、保持時間TC1と、TC1-t2で表され、かつ前記シリカが非晶質状態にある保持時間TA1(min)とを見出し、ステップ1の結果、前記シリカが結晶状態にあると確認された場合には、再度前記バイオマス燃料を前記第1温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の前記第1温度での保持時間を前回の保持時間からt3分間減らした状態で再度前記確認を行い、前記シリカが非晶質状態にある保持時間TA1(min)を見出すまで、このステップを繰り返し行い、保持時間TA1と、TA1+t3で表され、かつ前記シリカが結晶状態にある保持時間TC1(min)とを見出し、
ステップ3:バイオマス燃料を600℃以上1150℃以下の燃焼温度内の前記第1温度より低い第2温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰を第2温度でt4分間保持した後に、前記灰に含まれるシリカが非晶質状態にあるか否かの確認を行い、
ステップ4:ステップ3の結果、前記シリカが非晶質状態にあると確認された場合には、再度前記バイオマス燃料を前記第2温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の前記第2温度での保持時間を前回の保持時間からt5分間増やした状態で再度前記確認を行い、シリカが結晶状態にある保持時間TC2(min)を見出すまで、このステップを繰り返し行い、保持時間TC2と、TC2-t5で表され、かつ前記シリカが非晶質状態にあるTA2(min)とを見出し、ステップ3の結果、前記シリカが結晶状態にあると確認された場合には、再度前記バイオマス燃料を前記第2温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の前記第2温度での保持時間を前回の保持時間からt6分間減らした状態で再度前記確認を行い、シリカが非晶質状態にある保持時間TA2(min)を見出すまで、このステップを繰り返し行い、保持時間TA2と、TA2+t6で表され、かつ前記シリカが結晶状態にあるTC2(min)とを見出し、
ステップ5:横軸を温度(℃)とし、縦軸を保持時間(min)としたグラフにおいて、TA1、TC1、TA2、TC2をプロットして、TA1とTA2を直線で結ぶとともにTC1とTC2を直線で結び、
ステップ6:横軸を温度(℃)とし、縦軸を保持時間(min)としたグラフにおいて、少なくとも保持時間TA1およびTA2に基づいて近似関数TAを求め、かつ少なくとも保持時間TC1およびTC2に基づいて近似関数TCを求めて、前記近似関数TAの下側領域を前記非晶質領域とし、前記近似関数TCの上側領域を前記結晶領域とする、制御方法。 A method for controlling crystallization of amorphous silica in a combustion process of a biomass fuel containing said silica, comprising:
Determining an amorphous region in which the silica is in an amorphous state and a crystalline region in which the silica is in a crystalline state based on a combustion temperature of 600° C. or more and 1150° C. or less and a retention time at the combustion temperature;
and controlling the combustion temperature of the biomass fuel, the total time elapsed since the start of combustion of the biomass fuel, and the temperature drop rate of ash generated by the combustion of the biomass fuel based on the amorphous region and the crystalline region;
The determination of the amorphous regions and the crystalline regions comprises the steps of:
Step 1: Burning a biomass fuel at an arbitrary first temperature within a combustion temperature range of 600° C. to 1150° C., and holding the ash generated by the combustion of the biomass fuel at the first temperature for t 1 minute, and then confirming whether or not the silica contained in the ash is in an amorphous state;
Step 2: If it is confirmed that the silica is in an amorphous state as a result of step 1, burn the biomass fuel again at the first temperature, and confirm again with the retention time of the ash generated by the combustion of the biomass fuel at the first temperature increased by t 2 minutes from the previous retention time, and repeat this step until a retention time T C1 (min) at which the silica is in a crystalline state is found, and find a retention time T C1 and a retention time T A1 (min) represented by T C1 -t 2 and at which the silica is in an amorphous state. If it is confirmed that the silica is in a crystalline state as a result of step 1, burn the biomass fuel again at the first temperature, and confirm again with the retention time of the ash generated by the combustion of the biomass fuel decreased by t 3 minutes from the previous retention time, and repeat this step until a retention time T A1 (min) at which the silica is in an amorphous state is found, and find a retention time T A1 and a retention time T A1 +t 3 and the retention time T C1 (min) at which the silica is in a crystalline state;
Step 3: Burning the biomass fuel at a second temperature lower than the first temperature within a combustion temperature range of 600° C. to 1150° C., and holding the ash generated by the combustion of the biomass fuel at the second temperature for t4 minutes, and then confirming whether the silica contained in the ash is in an amorphous state;
Step 4: If it is confirmed that the silica is in an amorphous state as a result of step 3, burn the biomass fuel again at the second temperature, and confirm again with the holding time of the ash generated by the combustion of the biomass fuel at the second temperature increased by t 5 minutes from the previous holding time, and repeat this step until a holding time T C2 (min) at which the silica is in a crystalline state is found, and find a holding time T C2 and a T A2 (min) represented by T C2 -t 5 and at which the silica is in an amorphous state. If it is confirmed that the silica is in a crystalline state as a result of step 3, burn the biomass fuel again at the second temperature, and confirm again with the holding time of the ash generated by the combustion of the biomass fuel at the second temperature decreased by t 6 minutes from the previous holding time, and repeat this step until a holding time T A2 (min) at which the silica is in an amorphous state is found, and find a holding time T A2 and a holding time T A2 +t 6 , and T C2 (min) at which the silica is in a crystalline state;
Step 5: In a graph with temperature (°C) on the horizontal axis and retention time (min) on the vertical axis, T A1 , T C1 , T A2 , and T C2 are plotted, and T A1 and T A2 are connected with straight lines, and T C1 and T C2 are connected with straight lines;
Step 6: In a graph having temperature (°C) on the horizontal axis and retention time (min) on the vertical axis, an approximation function T A is calculated based on at least retention times T A1 and T A2 , and an approximation function T C is calculated based on at least retention times T C1 and T C2 , and a lower region of the approximation function T A is defined as the amorphous region, and an upper region of the approximation function T C is defined as the crystalline region.
ステップA:TA1とTA2を結んだ前記直線およびTC1とTC2を結んだ前記直線に基づいて、それぞれ600℃以上1150℃以下の燃焼温度内の前記第1温度よりも高く、または前記第2温度よりも低い任意の第3温度に外挿した予測保持時間T´A3(min)、T´C3(min)を読み取り、
ステップB:バイオマス燃料を前記第3温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の前記第3温度での保持時間をそれぞれ前記予測保持時間T´A3、T´C3にした状態で、それぞれ前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰に含まれるシリカが非晶質状態にあるか否かの確認を行い、
ステップC:ステップBの結果、T´A3でシリカが非晶質状態にあると確認された場合には、T´A3をシリカが非晶質状態にある保持時間TA3(min)とし、シリカが結晶状態にあると確認された場合には、再度前記バイオマス燃料を前記第3温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の前記第3温度での保持時間を前回の保持時間からt7分間減らした状態で前記確認を繰り返し行い、シリカが非晶質状態にある保持時間TA3を見出し、T´C3でシリカが結晶状態で存在していると確認された場合には、T´C3を保持時間TC3(min)とし、シリカが非晶質状態にあると確認された場合には、再度前記バイオマス燃料を前記第3温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の前記第3温度での保持時間を前回の保持時間からt8分間増やした状態で確認を繰り返し行い、シリカが結晶状態にある保持時間TC3を見出し、
前記ステップ6は、横軸を温度(℃)とし、縦軸を保持時間(min)としたグラフにおいて、少なくとも保持時間TA1、TA2、およびTA3に基づいて近似関数TAを求め、かつ少なくとも保持時間TC1、TC2、およびTC3に基づいて近似関数TCを求めて、前記近似関数TAの下側領域を前記非晶質領域とし、前記近似関数TCの上側領域を前記結晶領域とするステップである、請求項1に記載の制御方法。 Between step 5 and step 6, the following steps are included:
Step A: based on the straight line connecting T A1 and T A2 and the straight line connecting T C1 and T C2 , predictive retention times T' A3 (min) and T' C3 (min) are read out by extrapolating to an arbitrary third temperature higher than the first temperature or lower than the second temperature within a combustion temperature range of 600° C. to 1150° C.;
Step B: Burning the biomass fuel at the third temperature, and while the retention times of the ash generated by the combustion of the biomass fuel at the third temperature are set to the predicted retention times T'A3 and T'C3 , it is confirmed whether or not the silica contained in the ash generated by the combustion of the biomass fuel is in an amorphous state;
Step C: If it is confirmed that silica is in an amorphous state at T'A3 as a result of step B, set T'A3 as the retention time T A3 (min) during which silica is in an amorphous state; if it is confirmed that silica is in a crystalline state, burn the biomass fuel again at the third temperature, and repeat the confirmation in a state in which the retention time of the ash generated by the combustion of the biomass fuel at the third temperature is reduced by t 7 minutes from the previous retention time, to find the retention time T A3 during which silica is in an amorphous state; if it is confirmed that silica is present in a crystalline state at T'C3 , set T'C3 as the retention time T C3 (min); if it is confirmed that silica is in an amorphous state, burn the biomass fuel again at the third temperature, and repeat the confirmation in a state in which the retention time of the ash generated by the combustion of the biomass fuel at the third temperature is increased by t 8 minutes from the previous retention time, to find the retention time T C3 during which silica is in a crystalline state;
The control method of claim 1, wherein step 6 is a step of determining an approximate function TA based on at least retention times TA1 , TA2 , and TA3 in a graph with temperature (°C) on the horizontal axis and retention time (min) on the vertical axis, and determining an approximate function TC based on at least retention times TC1 , TC2 , and TC3 , and determining the region below the approximate function TA as the amorphous region and the region above the approximate function TC as the crystalline region.
600℃以上1150℃以下の燃焼温度および前記燃焼温度での保持時間に基づいて、シリカが非晶質状態にある非晶質領域と、シリカが結晶状態にある結晶領域とを決定する工程と、
前記非晶質領域および前記結晶領域に基づいて、前記バイオマス燃料の燃焼温度、前記バイオマス燃料の燃焼開始時からの総経過時間、および前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の降温速度を、前記シリカが前記非結晶領域内に存在するように制御する工程と、を備え、
前記非晶質領域と前記結晶領域の決定は、以下のステップを含み、
ステップ1:バイオマス燃料を600℃以上1150℃以下の燃焼温度内の任意の第1温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰を前記第1温度でt 1 分間保持した後に、前記灰に含まれるシリカが非晶質状態にあるか否かの確認を行い、
ステップ2:ステップ1の結果、前記シリカが非晶質状態にあると確認された場合には、再度前記バイオマス燃料を前記第1温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の前記第1温度での保持時間を前回の保持時間からt 2 分間増やした状態で再度前記確認を行い、前記シリカが結晶状態にある保持時間T C1 (min)を見出すまで、このステップを繰り返し行い、保持時間T C1 と、T C1 -t 2 で表され、かつ前記シリカが非晶質状態にある保持時間T A1 (min)とを見出し、ステップ1の結果、前記シリカが結晶状態にあると確認された場合には、再度前記バイオマス燃料を前記第1温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の前記第1温度での保持時間を前回の保持時間からt 3 分間減らした状態で再度前記確認を行い、前記シリカが非晶質状態にある保持時間T A1 (min)を見出すまで、このステップを繰り返し行い、保持時間T A1 と、T A1 +t 3 で表され、かつ前記シリカが結晶状態にある保持時間T C1 (min)とを見出し、
ステップ3:バイオマス燃料を600℃以上1150℃以下の燃焼温度内の前記第1温度より低い第2温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰を第2温度でt 4 分間保持した後に、前記灰に含まれるシリカが非晶質状態にあるか否かの確認を行い、
ステップ4:ステップ3の結果、前記シリカが非晶質状態にあると確認された場合には、再度前記バイオマス燃料を前記第2温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の前記第2温度での保持時間を前回の保持時間からt 5 分間増やした状態で再度前記確認を行い、シリカが結晶状態にある保持時間T C2 (min)を見出すまで、このステップを繰り返し行い、保持時間T C2 と、T C2 -t 5 で表され、かつ前記シリカが非晶質状態にあるT A2 (min)とを見出し、ステップ3の結果、前記シリカが結晶状態にあると確認された場合には、再度前記バイオマス燃料を前記第2温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の前記第2温度での保持時間を前回の保持時間からt 6 分間減らした状態で再度前記確認を行い、シリカが非晶質状態にある保持時間T A2 (min)を見出すまで、このステップを繰り返し行い、保持時間T A2 と、T A2 +t 6 で表され、かつ前記シリカが結晶状態にあるT C2 (min)とを見出し、
ステップ5:横軸を温度(℃)とし、縦軸を保持時間(min)としたグラフにおいて、T A1 、T C1 、T A2 、T C2 をプロットして、T A1 とT A2 を直線で結ぶとともにT C1 とT C2 を直線で結び、
ステップ6:横軸を温度(℃)とし、縦軸を保持時間(min)としたグラフにおいて、少なくとも保持時間T A1 およびT A2 に基づいて近似関数T A を求め、かつ少なくとも保持時間T C1 およびT C2 に基づいて近似関数T C を求めて、前記近似関数T A の下側領域を前記非晶質領域とし、前記近似関数T C の上側領域を前記結晶領域とし、
前記バイオマス燃料が、穀物殻である、抑制方法。 A method for suppressing crystallization of silica during combustion treatment of a biomass fuel containing silica, comprising:
Determining an amorphous region where silica is in an amorphous state and a crystalline region where silica is in a crystalline state based on a combustion temperature of 600° C. or more and 1150° C. or less and a retention time at the combustion temperature;
and controlling, based on the amorphous region and the crystalline region , the combustion temperature of the biomass fuel, the total elapsed time from the start of combustion of the biomass fuel, and the temperature drop rate of ash generated by the combustion of the biomass fuel so that the silica is present in the amorphous region ;
The determination of the amorphous regions and the crystalline regions comprises the steps of:
Step 1: Burning a biomass fuel at an arbitrary first temperature within a combustion temperature range of 600° C. to 1150° C., and holding the ash generated by the combustion of the biomass fuel at the first temperature for t 1 minute, and then confirming whether or not the silica contained in the ash is in an amorphous state;
Step 2: If it is confirmed that the silica is in an amorphous state as a result of step 1, burn the biomass fuel again at the first temperature, and confirm again with the retention time of the ash generated by the combustion of the biomass fuel at the first temperature increased by t 2 minutes from the previous retention time, and repeat this step until a retention time T C1 (min) at which the silica is in a crystalline state is found, and find a retention time T C1 and a retention time T A1 (min) represented by T C1 -t 2 and at which the silica is in an amorphous state . If it is confirmed that the silica is in a crystalline state as a result of step 1, burn the biomass fuel again at the first temperature, and confirm again with the retention time of the ash generated by the combustion of the biomass fuel decreased by t 3 minutes from the previous retention time, and repeat this step until a retention time T A1 (min) at which the silica is in an amorphous state is found, and find a retention time T A1 and a retention time T A1 +t 3 and the retention time T C1 (min) at which the silica is in a crystalline state ;
Step 3: Burning the biomass fuel at a second temperature lower than the first temperature within a combustion temperature range of 600° C. to 1150° C., and holding the ash generated by the combustion of the biomass fuel at the second temperature for t4 minutes , and then confirming whether the silica contained in the ash is in an amorphous state;
Step 4: If it is confirmed that the silica is in an amorphous state as a result of step 3, burn the biomass fuel again at the second temperature, and confirm again with the holding time of the ash generated by the combustion of the biomass fuel at the second temperature increased by t 5 minutes from the previous holding time, and repeat this step until a holding time T C2 (min) at which the silica is in a crystalline state is found, and find a holding time T C2 and a T A2 (min) represented by T C2 -t 5 and at which the silica is in an amorphous state. If it is confirmed that the silica is in a crystalline state as a result of step 3, burn the biomass fuel again at the second temperature, and confirm again with the holding time of the ash generated by the combustion of the biomass fuel at the second temperature decreased by t 6 minutes from the previous holding time, and repeat this step until a holding time T A2 (min) at which the silica is in an amorphous state is found, and find a holding time T A2 and a holding time T A2 +t 6 , and T C2 (min) at which the silica is in a crystalline state;
Step 5: In a graph with temperature (°C) on the horizontal axis and retention time (min) on the vertical axis, T A1 , T C1 , T A2 , and T C2 are plotted, and T A1 and T A2 are connected with straight lines, and T C1 and T C2 are connected with straight lines;
Step 6: In a graph with the horizontal axis representing temperature (° C.) and the vertical axis representing retention time (min), an approximation function T A is calculated based on at least retention times T A1 and T A2 , and an approximation function T C is calculated based on at least retention times T C1 and T C2 , and the region below the approximation function T A is defined as the amorphous region, and the region above the approximation function T C is defined as the crystalline region;
The method of suppressing, wherein the biomass fuel is cereal husks.
前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰を冷却する冷却器と、
予め600℃以上1150℃以下の燃焼温度および前記燃焼温度での保持時間に基づいて決定された前記シリカが非晶質状態にある非晶質領域および前記シリカが結晶状態にある結晶領域に基づいて、前記バイオマス燃料の燃焼温度、前記バイオマス燃料の燃焼開始時からの総経過時間、および前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の降温速度を制御する制御部と、を備え、
前記非晶質領域と前記結晶領域は、以下のステップによって決定され、
ステップ1:バイオマス燃料を600℃以上1150℃以下の燃焼温度内の任意の第1温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰を前記第1温度でt1分間保持した後に、前記灰に含まれるシリカが非晶質状態にあるか否かの確認を行い、
ステップ2:ステップ1の結果、前記シリカが非晶質状態にあると確認された場合には、再度前記バイオマス燃料を前記第1温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の前記第1温度での保持時間を前回の保持時間からt2分間増やした状態で再度前記確認を行い、前記シリカが結晶状態にある保持時間TC1(min)を見出すまで、
このステップを繰り返し行い、保持時間TC1と、TC1-t2で表され、かつ前記シリカが非晶質状態にある保持時間TA1(min)とを見出し、ステップ1の結果、前記シリカが結晶状態にあると確認された場合には、再度前記バイオマス燃料を前記第1温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の前記第1温度での保持時間を前回の保持時間からt3分間減らした状態で再度前記確認を行い、前記シリカが非晶質状態にある保持時間TA1(min)を見出すまで、このステップを繰り返し行い、保持時間TA1と、TA1+t3で表され、かつ前記シリカが結晶状態にある保持時間TC1(min)とを見出し、
ステップ3:バイオマス燃料を600℃以上1150℃以下の燃焼温度内の前記第1温度より低い第2温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰を第2温度でt4分間保持した後に、前記灰に含まれるシリカが非晶質状態にあるか否かの確認を行い、
ステップ4:ステップ3の結果、前記シリカが非晶質状態にあると確認された場合には、再度前記バイオマス燃料を前記第2温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の前記第2温度での保持時間を前回の保持時間からt5分間増やした状態で再度前記確認を行い、シリカが結晶状態にある保持時間TC2(min)を見出すまで、このステップを繰り返し行い、保持時間TC2と、TC2-t5で表され、かつ前記シリカが非晶質状態にあるTA2(min)とを見出し、ステップ3の結果、前記シリカが結晶状態にあると確認された場合には、再度前記バイオマス燃料を前記第2温度で燃焼させて、前記バイオマス燃料の燃焼で生成された灰の前記第2温度での保持時間を前回の保持時間からt6分間減らした状態で再度前記確認を行い、シリカが非晶質状態にある保持時間TA2(min)を見出すまで、このステップを繰り返し行い、保持時間TA2と、TA2+t6で表され、かつ前記シリカが結晶状態にあるTC2(min)とを見出し、
ステップ5:横軸を温度(℃)とし、縦軸を保持時間(min)としたグラフにおいて、TA1、TC1、TA2、TC2をプロットして、TA1とTA2を直線で結ぶとともにTC1とTC2を直線で結び、
ステップ6:横軸を温度(℃)とし、縦軸を保持時間(min)としたグラフにおいて、少なくとも保持時間TA1およびTA2に基づいて近似関数TAを求め、かつ少なくとも保持時間TC1およびTC2に基づいて近似関数TCを求めて、前記近似関数TAの下側領域を前記非晶質領域とし、前記近似関数TCの上側領域を前記結晶領域とする、燃焼装置。 A combustor for burning a biomass fuel containing amorphous silica;
A cooler for cooling ash produced by the combustion of the biomass fuel;
and a control unit that controls the combustion temperature of the biomass fuel, the total elapsed time from the start of combustion of the biomass fuel, and the temperature drop rate of ash generated by the combustion of the biomass fuel based on an amorphous region in which the silica is in an amorphous state and a crystalline region in which the silica is in a crystalline state, which are determined in advance based on a combustion temperature of 600° C. or more and 1150° C. or less and a holding time at the combustion temperature,
The amorphous regions and the crystalline regions are determined by the following steps:
Step 1: Burning a biomass fuel at an arbitrary first temperature within a combustion temperature range of 600° C. to 1150° C., and holding the ash generated by the combustion of the biomass fuel at the first temperature for t 1 minute, and then confirming whether or not the silica contained in the ash is in an amorphous state;
Step 2: If it is confirmed that the silica is in an amorphous state as a result of step 1, the biomass fuel is burned again at the first temperature, and the holding time of the ash generated by the combustion of the biomass fuel at the first temperature is increased by t2 minutes from the previous holding time, and the confirmation is performed again in that state until a holding time T C1 (min) at which the silica is in a crystalline state is found.
This step is repeated to find a retention time T C1 and a retention time T A1 (min) represented by T C1 -t 2 and at which the silica is in an amorphous state. If the result of step 1 indicates that the silica is in a crystalline state, the biomass fuel is burned again at the first temperature, and the retention time of the ash generated by the combustion of the biomass fuel at the first temperature is reduced by t 3 minutes from the previous retention time, and the confirmation is performed again. This step is repeated until the retention time T A1 (min) at which the silica is in an amorphous state is found, and a retention time T A1 and a retention time T C1 (min) represented by T A1 +t 3 and at which the silica is in a crystalline state are found.
Step 3: Burning the biomass fuel at a second temperature lower than the first temperature within a combustion temperature range of 600° C. to 1150° C., and holding the ash generated by the combustion of the biomass fuel at the second temperature for t4 minutes, and then confirming whether the silica contained in the ash is in an amorphous state;
Step 4: If it is confirmed that the silica is in an amorphous state as a result of step 3, burn the biomass fuel again at the second temperature, and confirm again with the holding time of the ash generated by the combustion of the biomass fuel at the second temperature increased by t 5 minutes from the previous holding time, and repeat this step until a holding time T C2 (min) at which the silica is in a crystalline state is found, and find a holding time T C2 and a T A2 (min) represented by T C2 -t 5 and at which the silica is in an amorphous state. If it is confirmed that the silica is in a crystalline state as a result of step 3, burn the biomass fuel again at the second temperature, and confirm again with the holding time of the ash generated by the combustion of the biomass fuel at the second temperature decreased by t 6 minutes from the previous holding time, and repeat this step until a holding time T A2 (min) at which the silica is in an amorphous state is found, and find a holding time T A2 and a holding time T A2 +t 6 , and T C2 (min) at which the silica is in a crystalline state;
Step 5: In a graph with temperature (°C) on the horizontal axis and retention time (min) on the vertical axis, T A1 , T C1 , T A2 , and T C2 are plotted, and T A1 and T A2 are connected with straight lines, and T C1 and T C2 are connected with straight lines;
Step 6: In a graph having temperature (°C) on the horizontal axis and retention time (min) on the vertical axis, an approximation function T A is calculated based on at least retention times T A1 and T A2 , and an approximation function T C is calculated based on at least retention times T C1 and T C2 , and a lower region of the approximation function T A is defined as the amorphous region, and an upper region of the approximation function T C is defined as the crystalline region, in the combustion device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020127773A JP7628671B2 (en) | 2020-07-28 | 2020-07-28 | Method for controlling and inhibiting silica crystallization, and combustion device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020127773A JP7628671B2 (en) | 2020-07-28 | 2020-07-28 | Method for controlling and inhibiting silica crystallization, and combustion device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022024924A JP2022024924A (en) | 2022-02-09 |
| JP7628671B2 true JP7628671B2 (en) | 2025-02-12 |
Family
ID=80265691
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020127773A Active JP7628671B2 (en) | 2020-07-28 | 2020-07-28 | Method for controlling and inhibiting silica crystallization, and combustion device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7628671B2 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018039861A (en) | 2016-09-05 | 2018-03-15 | 株式会社Ihi環境エンジニアリング | Rice husk processing apparatus and rice husk processing method |
| WO2019171466A1 (en) | 2018-03-06 | 2019-09-12 | 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構 | Rice husk burning device and grain drying system |
-
2020
- 2020-07-28 JP JP2020127773A patent/JP7628671B2/en active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018039861A (en) | 2016-09-05 | 2018-03-15 | 株式会社Ihi環境エンジニアリング | Rice husk processing apparatus and rice husk processing method |
| WO2019171466A1 (en) | 2018-03-06 | 2019-09-12 | 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構 | Rice husk burning device and grain drying system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2022024924A (en) | 2022-02-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Elled et al. | Composition of agglomerates in fluidized bed reactors for thermochemical conversion of biomass and waste fuels: Experimental data in comparison with predictions by a thermodynamic equilibrium model | |
| Yan et al. | Enhanced combustion behavior and NOx reduction performance in a CFB combustor by combining flue gas recirculation with air-staging: Effect of injection position | |
| JP7628671B2 (en) | Method for controlling and inhibiting silica crystallization, and combustion device | |
| JP2009503426A5 (en) | ||
| NO20025181L (en) | combustion Apparatus | |
| Usón et al. | Integration of thermoelectric generators in a biomass boiler: Experimental tests and study of ash deposition effect | |
| Zhang et al. | Investigation of ash deposition dynamic process in an industrial biomass CFB boiler burning high alkali and chlorine fuel | |
| JP4396843B2 (en) | Multi-stage fluidized bed combustion method | |
| AU2009280905B2 (en) | Method for preparing alternative, low-caloric hydrocarbon waste materials for use in furnace systems | |
| JP2819460B2 (en) | Method and apparatus for producing highly active rice husk ash | |
| JPH08268740A (en) | Cement admixture, production of blended cement and device therefor | |
| JP2008215765A (en) | Combustion method of external combustion engine | |
| JP2001220121A (en) | Method for manufacturing activated carbon from waste and manufacturing device | |
| KR101022455B1 (en) | Temperature control device for surface layer of sintered ore using waste heat from boiler and temperature control method | |
| FI914299A0 (en) | Method and apparatus for cooling the circulation mass in a floating boiler | |
| CN119084938B (en) | Adiabatic formula hot-blast furnace air distribution system | |
| Bohn et al. | Flame temperatures and species concentrations in non-stoichiometric oxycoal flames | |
| JPH071084B2 (en) | Air amount control method for fluidized bed furnace with boiler | |
| JP2006193622A (en) | Carbonized product and manufacturing method thereof | |
| JP2006064260A (en) | Drying method and drying equipment | |
| JPS6347770B2 (en) | ||
| JP7561890B2 (en) | Additive composition for biomass combustion | |
| JP3623780B2 (en) | White smoke prevention method in garbage incineration facilities | |
| JP7516963B2 (en) | Information processing device and information processing method | |
| JPH10281413A (en) | Circulating fluidized-bed boiler equipment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230616 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240215 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240312 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240509 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240820 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20241017 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20241224 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20250114 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7628671 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |