JP7726621B2 - Biomass solid fuel manufacturing method and biomass solid fuel moisture adjustment method - Google Patents
Biomass solid fuel manufacturing method and biomass solid fuel moisture adjustment methodInfo
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Description
本発明は、バイオマス固形燃料の製造方法、バイオマス固形燃料の水分調整方法及びバイオマス固形燃料に関する。 The present invention relates to a method for producing biomass solid fuel, a method for adjusting the moisture content of biomass solid fuel, and biomass solid fuel.
近年、地球温暖化の原因とされるCO2の排出量削減に向け、バイオマス燃料が検討されている。実際にバイオマス専焼発電所の建設も進められている。
例えば、特許文献1には、木材を含むバイオマス原料を機械的に圧縮して脱水する工程を含む、固形燃料の製造方法が開示されている。特許文献1に記載の固形燃料の製造方法においては、目開きが6.4mmの篩を通過するバイオマス原料の重量割合が、圧縮の前後で5.0%以下しか増加せず、圧縮後のバイオマスの低位発熱量が2100kcal/kg以上であることが開示されている。
In recent years, biomass fuels have been considered as a way to reduce CO2 emissions, which are believed to be a cause of global warming. In fact, construction of biomass-fired power plants is underway.
For example, Patent Document 1 discloses a method for producing solid fuel, which includes a step of mechanically compressing and dehydrating biomass materials, including wood. The method for producing solid fuel described in Patent Document 1 discloses that the weight percentage of biomass materials passing through a sieve with 6.4 mm openings increases by only 5.0% or less before and after compression, and the lower heating value of the compressed biomass is 2,100 kcal/kg or more.
また、バイオマス燃料は、固形燃料の代表である石炭に比べ、発熱量が低いものの、石炭と同じように使用されることが期待されている。
例えば、特許文献2には、石炭を粉砕し、石炭粉体を得る石炭粉砕装置と、バイオマスを粉砕し、バイオマス粉体を得るバイオマス粉砕装置と、前記石炭粉体とバイオマス粉体とが供給されるボイラ火炉とを有し、前記バイオマス粉砕装置での粉砕の際に、前記バイオマスに添加物を添加しつつ混合粉砕することを特徴とするバイオマス・石炭混焼システムが開示されている。
Furthermore, although biomass fuel has a lower calorific value than coal, which is a representative solid fuel, it is expected to be used in the same way as coal.
For example, Patent Document 2 discloses a biomass-coal co-firing system that includes a coal pulverizer that pulverizes coal to obtain coal powder, a biomass pulverizer that pulverizes biomass to obtain biomass powder, and a boiler furnace to which the coal powder and biomass powder are supplied, and that is characterized in that, during pulverization in the biomass pulverizer, additives are added to the biomass while it is mixed and pulverized.
バイオマス燃料は、通常、ペレットまたはブリケット等の塊状物に固形化されて輸送される。しかしながら、バイオマス燃料を輸送する際、機械的衝撃等によって粉じんが発生することがある。この粉じんが空気中に飛散し、ある範囲の濃度になり、そこに静電気等の着火源があって、条件が揃うと粉じん爆発を起こす可能性がある。
一方、FIT制度(電力固定価格買取制度)及び電力事業者に再生エネルギーの利用拡大を義務付ける法律等により、発電所で使用されるバイオマス燃料の使用量をより増大させることが求められている。このようなバイオマス燃料の使用量増大の要請に応えるためには、バイオマス燃料の安全性をより高めることが求められている。
本発明の目的は、粉じん爆発を起こしにくいバイオマス固形燃料の製造方法、バイオマス固形燃料の水分調整方法及びバイオマス固形燃料を提供することである。
Biomass fuels are usually transported in solidified form such as pellets or briquettes. However, when transporting biomass fuels, dust can be generated due to mechanical impacts, etc. If this dust becomes airborne and reaches a certain concentration, and if there is an ignition source such as static electricity, and the conditions are right, it can cause a dust explosion.
On the other hand, the FIT system (electricity feed-in tariff system) and laws that require electric power companies to expand the use of renewable energy are calling for an increase in the amount of biomass fuel used in power plants. In order to meet the demand for increased use of biomass fuel, it is necessary to further improve the safety of biomass fuel.
An object of the present invention is to provide a method for producing a biomass solid fuel that is less likely to cause dust explosion, a method for adjusting the moisture content of a biomass solid fuel, and a biomass solid fuel.
本発明の一態様によれば、バイオマスを含むバイオマス原料を塊状物に成形して得られるバイオマス固形燃料の製造方法であって、前記バイオマス固形燃料の含水率が、5質量%以上25質量%以下になるように、前記バイオマス原料及び前記塊状物の少なくとも一方に水分を付与する工程を有する、バイオマス固形燃料の製造方法が提供される。 One aspect of the present invention provides a method for producing biomass solid fuel by forming biomass raw materials containing biomass into aggregates, the method including a step of adding moisture to at least one of the biomass raw materials and the aggregates so that the moisture content of the biomass solid fuel is 5% by mass or more and 25% by mass or less.
本発明の一態様に係るバイオマス固形燃料の製造方法において、前記水分を付与する工程は、前記バイオマス原料を水中に浸漬する工程、前記バイオマス原料に水分を散布する工程、または前記バイオマス原料を加湿した空間に保管する工程であることが好ましい。 In the method for producing biomass solid fuel according to one aspect of the present invention, the moisture-adding step is preferably a step of immersing the biomass raw material in water, a step of spraying water onto the biomass raw material, or a step of storing the biomass raw material in a humidified space.
本発明の一態様に係るバイオマス固形燃料の製造方法において、前記水分を付与する工程は、前記塊状物を水中に浸漬する工程、前記塊状物に水分を散布する工程、または前記塊状物を加湿した空間に保管する工程であることが好ましい。 In the method for producing biomass solid fuel according to one embodiment of the present invention, the step of adding moisture is preferably a step of immersing the aggregates in water, a step of spraying water onto the aggregates, or a step of storing the aggregates in a humidified space.
本発明の一態様に係るバイオマス固形燃料の製造方法において、前記バイオマスは、木質系バイオマス、草木系バイオマス、農作物残渣系バイオマス、及びパーム椰子バイオマスからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。 In the method for producing biomass solid fuel according to one embodiment of the present invention, the biomass is preferably at least one type selected from the group consisting of woody biomass, herbaceous biomass, agricultural residue biomass, and palm biomass.
本発明の一態様に係るバイオマス固形燃料の製造方法において、前記バイオマスは粉末であり、前記粉末の長軸径が5mm以下であることが好ましい。 In one aspect of the method for producing biomass solid fuel according to the present invention, it is preferable that the biomass is powder, and that the major axis diameter of the powder is 5 mm or less.
本発明の一態様に係るバイオマス固形燃料の製造方法において、前記塊状物は、ペレットまたはブリケットであることが好ましい。 In one aspect of the method for producing biomass solid fuel according to the present invention, the aggregates are preferably pellets or briquettes.
本発明の一態様に係るバイオマス固形燃料の製造方法において、前記バイオマス原料は、さらに、石炭を含むことが好ましい。 In the method for producing biomass solid fuel according to one aspect of the present invention, it is preferable that the biomass raw material further contains coal.
本発明の一態様に係るバイオマス固形燃料の製造方法において、前記石炭の粒径は、1mm以下であることが好ましい。 In one aspect of the method for producing biomass solid fuel according to the present invention, the particle size of the coal is preferably 1 mm or less.
本発明の一態様に係るバイオマス固形燃料の製造方法において、前記バイオマス原料中における前記バイオマスに対する前記石炭の割合(石炭/バイオマス)は、質量比で、0/100以上75/25以下であることが好ましい。 In one embodiment of the method for producing biomass solid fuel according to the present invention, the ratio of coal to biomass in the biomass feedstock (coal/biomass) is preferably 0/100 or more and 75/25 or less in mass ratio.
本発明の一態様によれば、バイオマスを含むバイオマス原料を塊状物に成形して得られるバイオマス固形燃料の水分調整方法であって、
前記バイオマス固形燃料に水分を付与することにより、前記バイオマス固形燃料の含水率を5質量%以上25質量%以下に調整する水分調整工程を有する、バイオマス固形燃料の水分調整方法が提供される。
According to one aspect of the present invention, there is provided a method for adjusting moisture content of a biomass solid fuel obtained by forming a biomass raw material containing biomass into an aggregate, the method comprising:
There is provided a method for adjusting moisture content of biomass solid fuel, comprising a moisture adjustment step of adding moisture to the biomass solid fuel to adjust the moisture content of the biomass solid fuel to 5% by mass or more and 25% by mass or less.
本発明の一態様に係るバイオマス固形燃料の水分調整方法において、前記バイオマス固形燃料は、請求項1から請求項9のいずれか一項に記載のバイオマス固形燃料の製造方法によって得られたバイオマス固形燃料であることが好ましい。 In the method for adjusting moisture content of biomass solid fuel according to one aspect of the present invention, the biomass solid fuel is preferably obtained by the method for producing biomass solid fuel described in any one of claims 1 to 9.
本発明の一態様に係るバイオマス固形燃料の水分調整方法において、前記水分調整工程は、前記バイオマス固形燃料の前記含水率を検知する手段が、前記含水率が5質量%未満であると検知したとき、前記バイオマス固形燃料の含水率を5質量%以上25質量%以下に調整する工程であることが好ましい。 In the method for adjusting moisture content of biomass solid fuel according to one aspect of the present invention, the moisture adjustment step preferably includes adjusting the moisture content of the biomass solid fuel to between 5% and 25% by mass when the means for detecting the moisture content of the biomass solid fuel detects that the moisture content is less than 5% by mass.
本発明の一態様に係るバイオマス固形燃料の水分調整方法において、前記水分調整工程は、前記バイオマス固形燃料の前記含水率を検知する手段が、前記含水率を検知し、検知された前記含水率に基づいて前記含水率を制御する手段が、前記バイオマス固形燃料に水を付与するか否かを判定し、判定された結果に基づいて、前記含水率を5質量%以上25質量%以下に調整する工程であることが好ましい。 In one aspect of the method for adjusting moisture content of biomass solid fuel according to the present invention, the moisture adjustment step preferably comprises a step in which a means for detecting the moisture content of the biomass solid fuel detects the moisture content, a means for controlling the moisture content based on the detected moisture content determines whether or not to add water to the biomass solid fuel, and, based on the result of the determination, adjusts the moisture content to between 5% and 25% by mass.
本発明の一態様によれば、バイオマスを含むペレット状またはブリケット状のバイオマス固形燃料であって、前記バイオマス固形燃料に対し、前記バイオマスの含有量が25質量%以上95質量%未満であり、含水率が、5質量%以上25質量%以下である、バイオマス固形燃料が提供される。 One aspect of the present invention provides a pellet- or briquette-shaped biomass solid fuel containing biomass, wherein the biomass content of the biomass solid fuel is 25% by mass or more but less than 95% by mass, and the moisture content is 5% by mass or more but less than 25% by mass.
本発明の一態様によれば、粉じん爆発を起こしにくいバイオマス固形燃料の製造方法、バイオマス固形燃料の水分調整方法及びバイオマス固形燃料を提供することができる。 One aspect of the present invention provides a method for producing biomass solid fuel that is less likely to cause dust explosions, a method for adjusting the moisture content of biomass solid fuel, and biomass solid fuel.
本明細書において、塊状物とは、バイオマスを含んだバイオマス原料が成形されることで得られる固体状のものを意味する。塊状物としては特に限定されないが、例えば、ペレット及びブリケット等が挙げられる。塊状物は、燃料として使用できる程度に固形化されていればよい。そのため、塊状物の大きさ、形状及び密度等は特に限定されない。 In this specification, "lumps" refers to solid materials obtained by molding biomass-containing raw materials. There are no particular limitations on the types of lumps, but examples include pellets and briquettes. The lumps need only be solidified to the extent that they can be used as fuel. Therefore, there are no particular limitations on the size, shape, density, etc. of the lumps.
〔第1実施形態〕
〔バイオマス固形燃料の製造方法〕
第1実施形態に係るバイオマス固形燃料の製造方法(以下、「本実施形態の製造方法」とも称する)について説明する。
本実施形態の製造方法は、バイオマスを含むバイオマス原料を塊状物に成形して得られるバイオマス固形燃料の製造方法であって、具体的には、前記バイオマス固形燃料の含水率が、5質量%以上25質量%以下になるように、前記バイオマス原料及び前記塊状物の少なくとも一方に水分を付与する工程を有する。
本実施形態の製造方法で得られるバイオマス固形燃料は、バイオマスを含むバイオマス原料が塊状物に成形されたものであり、かつバイオマス原料及び塊状物の少なくとも一方に水分を付与することにより、含水率が特定の範囲(5質量%以上25質量%以下)に調整されている。
本実施形態でいう「塊状物」とは、水分が付与された後の塊状物(含水率が特定の範囲に調整された塊状物)と、水分が付与される前の塊状物(含水率が特定の範囲に調整されていない塊状物)の両者を含む概念で用いている。
したがって、本実施形態の製造方法において、含水率が特定の範囲に調整された塊状物は、本実施形態の製造方法で得られたバイオマス固形燃料と同義である。
First Embodiment
[Method for producing biomass solid fuel]
A method for producing a biomass solid fuel according to a first embodiment (hereinafter also referred to as "the production method of this embodiment") will be described.
The manufacturing method of this embodiment is a method for manufacturing a biomass solid fuel obtained by forming a biomass raw material containing biomass into agglomerates, and specifically includes a step of adding moisture to at least one of the biomass raw material and the agglomerates so that the moisture content of the biomass solid fuel is 5% by mass or more and 25% by mass or less.
The biomass solid fuel obtained by the manufacturing method of this embodiment is a biomass raw material containing biomass formed into agglomerates, and the moisture content is adjusted to a specific range (5% by mass or more and 25% by mass or less) by adding moisture to at least one of the biomass raw material and the agglomerates.
In this embodiment, the term "lump" is used to refer to both lumps after moisture has been added (lumps whose moisture content has been adjusted to a specific range) and lumps before moisture has been added (lumps whose moisture content has not been adjusted to a specific range).
Therefore, in the production method of this embodiment, the aggregates having a moisture content adjusted to a specific range are synonymous with the biomass solid fuel obtained by the production method of this embodiment.
バイオマス固形燃料は、発熱量確保の観点から、できるだけ乾燥していることが望ましいとされている。そのため、バイオマス固形燃料を製造する際には、バイオマス原料の水分をより少なくするために、通常、バイオマス原料を乾燥する工程が設けられている。
これに対し、本実施形態の製造方法では、製造過程で得られるバイオマス原料及び塊状物の少なくとも一方に水分を付与することで、得られるバイオマス固形燃料の含水率を特定の範囲に調整する。すなわち、本実施形態の製造方法は、従来の「バイオマス原料の水分をより少なくする」とは逆の発想で、バイオマス固形燃料にあえて水分を含ませる。
含ませる水分量について、バイオマス固形燃料の含水率を5質量%以上とすることで、最小着火エネルギーを高めてバイオマスへの着火を抑制する効果を発現させる。また、前記含水率を25質量%以下とすることで、燃料としての発熱量を確保する。
なお、含水率が調整されていない半炭化ペレットの含水率は、通常5質量%未満である。また、前記半炭化ペレットを水中に浸漬させた場合、半炭化ペレットの含水率は、通常25質量%程度で飽和する。
It is desirable for biomass solid fuel to be as dry as possible from the viewpoint of ensuring sufficient calorific value. Therefore, when producing biomass solid fuel, a step of drying the biomass raw material is usually provided in order to reduce the moisture content of the biomass raw material.
In contrast, in the production method of this embodiment, moisture is added to at least one of the biomass raw material and the aggregates obtained during the production process, thereby adjusting the moisture content of the resulting biomass solid fuel to a specific range. In other words, the production method of this embodiment is based on the opposite idea to the conventional method of "reducing the moisture content of the biomass raw material," and deliberately adds moisture to the biomass solid fuel.
Regarding the amount of moisture to be contained, by setting the moisture content of the biomass solid fuel to 5% by mass or more, the minimum ignition energy is increased and the effect of suppressing ignition of the biomass is exerted. Furthermore, by setting the moisture content to 25% by mass or less, the calorific value as a fuel is ensured.
The moisture content of semi-carbonized pellets that have not been adjusted is usually less than 5% by mass. When semi-carbonized pellets are immersed in water, the moisture content of the semi-carbonized pellets usually saturates at about 25% by mass.
したがって、本実施形態の製造方法によれば、バイオマス固形燃料の輸送時及び貯蔵時において、機械的衝撃等により粉じんが発生しても、粉じん爆発を起こしにくいバイオマス固形燃料が得られる。すなわち、本実施形態の製造方法で得られるバイオマス固形燃料は、安全性が高められた燃料となる。
以下では、バイオマス固形燃料の含水率を5質量%以上25質量%以下に調整することで奏される効果(すなわち、粉じん爆発を起こしにくくする効果)を「加水効果」と称することがある。
Therefore, according to the production method of this embodiment, a biomass solid fuel that is less likely to cause a dust explosion can be obtained even if dust is generated due to mechanical impact or the like during transportation or storage of the biomass solid fuel. In other words, the biomass solid fuel obtained by the production method of this embodiment is a fuel with improved safety.
Hereinafter, the effect achieved by adjusting the moisture content of biomass solid fuel to 5% by mass or more and 25% by mass or less (i.e., the effect of making dust explosions less likely to occur) may be referred to as the "hydration effect."
・バイオマス固形燃料の輸送時
バイオマス固形燃料の輸送時における「搬送」としては、例えば、所定場所から積込港までの輸送、積込港から陸揚港までの輸送、陸揚港から各地の発電所、製鉄所、及び工場等の敷地内までの輸送、並びに前記敷地内から火炉までの輸送等が挙げられる。輸送手段としては、例えば、エレベーター、車、船、コンベア、アンローダ(揚炭機)、及びベルトフィーダー等が挙げられる。
During transportation of biomass solid fuel "Conveyance" during transportation of biomass solid fuel includes, for example, transportation from a predetermined location to a loading port, transportation from a loading port to a discharging port, transportation from a discharging port to the premises of a power plant, steel mill, factory, etc., in various locations, transportation from the premises to a furnace, etc. Examples of transportation means include an elevator, car, ship, conveyor, unloader (coal unloader), belt feeder, etc.
・バイオマス固形燃料の貯蔵時
バイオマス固形燃料の貯蔵時における「貯蔵」としては、例えば、屋外の場所、屋内の屋根付き(ドーム方式、倉庫型など)の場所、船倉、サイロ、及び容器(例えばビン)への貯蔵等が挙げられる。
- When storing biomass solid fuel "Storage" when storing biomass solid fuel includes, for example, outdoor locations, indoor covered locations (dome-type, warehouse-type, etc.), storage in ship's holds, silos, and containers (e.g., bins), etc.
また、発電所においては、前述の通り、バイオマス固形燃料の使用量をより増大させる要請がある。本実施形態の製造方法によれば、安全性が高められたバイオマス固形燃料を製造できるので、このようなバイオマス固形燃料の使用量増大の要請にも応えることができる。 Furthermore, as mentioned above, there is a demand for increased use of biomass solid fuel at power plants. The manufacturing method of this embodiment makes it possible to produce biomass solid fuel with improved safety, thereby meeting the demand for increased use of biomass solid fuel.
本実施形態の製造方法で得られるバイオマス固形燃料の含水率は、5質量%以上25質量%以下であるが、バイオマスへの着火をより抑制する観点及び発熱量をより確保する観点から、好ましくは5質量%以上20質量%以下、より好ましくは5質量%以上10質量%以下である。 The moisture content of the biomass solid fuel obtained by the manufacturing method of this embodiment is 5% by mass or more and 25% by mass or less, but from the perspective of further suppressing ignition of biomass and ensuring a sufficient calorific value, it is preferably 5% by mass or more and 20% by mass or less, and more preferably 5% by mass or more and 10% by mass or less.
バイオマス固形燃料の含水率(5質量%以上25質量%以下)、すなわち、バイオマス固形燃料に含まれる全水分(質量%)は、製造工程において、バイオマス原料及び塊状物の少なくとも一方に水分を付与することで調整される。
バイオマス固形燃料の含水率は、本実施形態の製造方法で得られたバイオマス固形燃料から、以下の方法で確認することができる。
バイオマス固形燃料から試料1gを採取する。採取した試料を107℃±2℃で1時間加熱乾燥する。加熱乾燥前の試料の質量に対する加熱乾燥による減量の割合を百分率(%)で算出する(JIS M8820(2000))。上記操作を3回実施して百分率をそれぞれ求め、その平均値をバイオマス固形燃料の含水率とする。
The moisture content of the biomass solid fuel (5% by mass or more and 25% by mass or less), i.e., the total moisture (% by mass) contained in the biomass solid fuel, is adjusted by adding moisture to at least one of the biomass raw material and the aggregates during the production process.
The moisture content of the biomass solid fuel obtained by the production method of this embodiment can be confirmed by the following method.
A 1 g sample is collected from the biomass solid fuel. The collected sample is dried by heating at 107°C ± 2°C for 1 hour. The weight loss due to heating is calculated as a percentage (%) relative to the mass of the sample before heating (JIS M8820 (2000)). The above procedure is carried out three times to determine the percentage each time, and the average value is the moisture content of the biomass solid fuel.
本実施形態の製造方法で用いるバイオマス原料の最小着火エネルギーは、粉じん爆発を起こしにくいバイオマス固形燃料を得る観点から、好ましくは10mJ超え、より好ましくは20mJ超え、さらに好ましくは30mJ超えである。
バイオマス原料の最小着火エネルギーは、後述の実施例に記載した方法で測定することができる。
The minimum ignition energy of the biomass raw material used in the production method of this embodiment is preferably more than 10 mJ, more preferably more than 20 mJ, and even more preferably more than 30 mJ, from the viewpoint of obtaining a biomass solid fuel that is less likely to cause dust explosions.
The minimum ignition energy of a biomass feedstock can be measured by the method described in the Examples below.
本実施形態の製造方法で得られるバイオマス固形燃料の最小着火エネルギーは、粉じん爆発を起こしにくくする観点から、好ましくは10mJ超え、より好ましくは20mJ超え、さらに好ましくは30mJ超えである。
バイオマス固形燃料の最小着火エネルギーは、バイオマス固形燃料から試料を採取し、その試料を用いて、バイオマス原料の最小着火エネルギーと同様の方法で測定することができる。
The minimum ignition energy of the biomass solid fuel obtained by the production method of this embodiment is preferably more than 10 mJ, more preferably more than 20 mJ, and even more preferably more than 30 mJ, from the viewpoint of making dust explosions less likely to occur.
The minimum ignition energy of the biomass solid fuel can be measured by taking a sample from the biomass solid fuel and using the sample in the same manner as the minimum ignition energy of the biomass raw material.
以下、本実施形態の製造方法の構成について説明する。 The manufacturing method of this embodiment is described below.
<水分を付与する工程>
水分を付与する工程は、バイオマス原料及び塊状物の少なくとも一方に水分を付与する工程である。水分を付与する工程は特に限定されないが、水中に浸漬する工程、水分を散布する工程、または加湿した空間に保管する工程であることが好ましい。
すなわち、バイオマス原料に水分を付与する工程としては、バイオマス原料を水中に浸漬する工程、バイオマス原料に水分を散布する工程、またはバイオマス原料を加湿した空間に保管する工程であることが好ましく、塊状物に水分を付与する工程としては、塊状物を水中に浸漬する工程、塊状物に水分を散布する工程、または塊状物を加湿した空間に保管する工程であることが好ましい。
<Moisture addition step>
The moisture-imparting step is a step of adding moisture to at least one of the biomass raw material and the aggregates. The moisture-imparting step is not particularly limited, but is preferably a step of immersing in water, a step of spraying water, or a step of storing in a humidified space.
That is, the process for adding moisture to the biomass raw material is preferably a process for immersing the biomass raw material in water, a process for spraying water onto the biomass raw material, or a process for storing the biomass raw material in a humidified space, and the process for adding moisture to the aggregates is preferably a process for immersing the aggregates in water, a process for spraying water onto the aggregates, or a process for storing the aggregates in a humidified space.
水分としては特に限定されず、例えば、水道水、井戸水、天然水、工業用水、湖水、河川水、湧水、及び蒸留水等のいずれも用いることができる。また、水分として湿潤空気を用いてもよい。
水分の状態としては、例えば、水(液体)、水滴、ミスト、及び水蒸気等が挙げられる。水分の温度は限定されない。
The water content is not particularly limited, and may be, for example, tap water, well water, natural water, industrial water, lake water, river water, spring water, distilled water, etc. Moist air may also be used as the water content.
The state of moisture may be, for example, water (liquid), water droplets, mist, water vapor, etc. The temperature of the moisture is not limited.
水中に浸漬する工程において、使用する水の種類、水の量、水の温度、及び水中への浸漬時間等は、所望のバイオマス固形燃料の含水率に調整できるように適宜設定することが好ましい。水中に浸漬する工程は、例えば水槽を用いて行うことができる。
水分を散布する工程において、使用する水の種類、水の量、水の温度、水分の状態及び水分の散布時間等は、所望のバイオマス固形燃料の含水率に調整できるように適宜設定することが好ましい。水分を散布する手段としては特に限定されないが、例えば、スプレー、シャワー、スプリンクラー、及びホース等が挙げられる。また、水分を散布する手段として降雨を利用してもよい。
加湿した空間に保管する工程において、使用する空間の状態(例えば、湿度、温度、水分の状態、及び広さ等)及び加湿した空間に保管する時間等は、所望のバイオマス固形燃料の含水率に調整できるように適宜設定することが好ましい。
空間を加湿する手段としては特に限定されないが、例えば、スチーム、及び公知の加湿装置等が挙げられる。また、空間を加湿する手段として多湿の自然環境を利用してもよい。
In the water immersion step, the type of water used, the amount of water, the temperature of the water, the immersion time in water, etc. are preferably set appropriately so as to adjust the moisture content of the biomass solid fuel to the desired level. The water immersion step can be carried out using, for example, a water tank.
In the step of spraying water, it is preferable to appropriately set the type of water used, the amount of water, the temperature of the water, the state of the water, and the time of spraying water so that the desired moisture content of the biomass solid fuel can be adjusted. The means for spraying water is not particularly limited, and examples include a spray, shower, sprinkler, and hose. Rainfall may also be used as a means for spraying water.
In the process of storing in a humidified space, it is preferable to appropriately set the conditions of the space used (e.g., humidity, temperature, moisture state, size, etc.) and the storage time in the humidified space so that the moisture content of the biomass solid fuel can be adjusted to the desired level.
The means for humidifying the space is not particularly limited, and examples thereof include steam, known humidifiers, etc. Alternatively, a humid natural environment may be used as a means for humidifying the space.
(バイオマス原料)
・バイオマス
バイオマス原料はバイオマスを含む。
バイオマスとしては特に限定されないが、例えば、木質系バイオマス、草木系バイオマス、農作物残渣系バイオマス、パーム椰子バイオマス、セルロース製品、及びパルプ製品等が挙げられる。
本明細書において、農作物残渣系バイオマスとは、食用部分以外のものを意味する。
本明細書において、パーム椰子バイオマスとは、バイオマス燃料となり得るパーム椰子の農業廃棄物を意味する。パーム椰子バイオマスとしては、具体的には、パーム椰子殻(PKS:Palm Kernel Shell)、及びパーム椰子空果房(EFB:Empty Fruit Bunch)等が挙げられる。
バイオマスは、木質系バイオマス、草木系バイオマス、農作物残渣系バイオマス、及びパーム椰子バイオマスからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
(Biomass raw materials)
Biomass Biomass raw materials include biomass.
The biomass is not particularly limited, but examples thereof include woody biomass, plant biomass, agricultural residue biomass, palm biomass, cellulose products, and pulp products.
In this specification, agricultural crop residue biomass means anything other than edible parts.
In this specification, palm biomass refers to agricultural waste from palm trees that can be used as biomass fuel. Specific examples of palm biomass include palm kernel shells (PKS) and empty fruit bunches (EFB).
The biomass is preferably at least one selected from the group consisting of woody biomass, herbaceous biomass, agricultural residue biomass, and palm biomass.
木質系バイオマスとしては、例えば、針葉樹(例えば、スギ、マツ、ユーカリ、ヒノキ、及びモミ等)、及び広葉樹(例えば、シラカバ、ブナ、ケヤキ、カツラ、キリ、ゴムノキ及びクスノキ等)等が挙げられる。木質系バイオマスは、建築廃材(例えば、切断した端材、加工場で発生した切りくず、及びおがくず等)、林地残材、切捨間伐材、及び竹等であってもよい。
草木系バイオマスとしては、例えば、草、自然に生育した植物、及び人工的に植林した植物等が挙げられる。草木系バイオマスは、麻、綿、稲わら、籾殻、麦わら、ササ、及びススキ等であってもよい。
Examples of woody biomass include conifers (e.g., cedar, pine, eucalyptus, cypress, and fir), and broad-leaved trees (e.g., birch, beech, zelkova, katsura, paulownia, rubber tree, and camphor tree). Woody biomass may also be construction waste (e.g., cut off wood, chips generated at processing plants, and sawdust), forest residues, thinned wood, and bamboo.
Examples of plant biomass include grass, naturally grown plants, and artificially planted plants. Plant biomass may be hemp, cotton, rice straw, rice husks, wheat straw, bamboo grass, and Japanese silver grass.
農作物残渣系バイオマスとしては、例えば、農作物の葉、果房、茎、根、及びその他食用以外の不要部分が挙げられる。前記農作物としては、例えば、小麦、とうもろこし、じゃがいも、サトウキビ(バガスを含む)、サトウキビ、デンプン、バナナ、及びひまし油等が挙げられる。 Agricultural crop residue biomass includes, for example, leaves, fruit clusters, stems, roots, and other non-edible unwanted parts of agricultural crops. Examples of such crops include wheat, corn, potatoes, sugarcane (including bagasse), sugarcane, starch, bananas, and castor oil.
パーム椰子バイオマスとしては、例えば、パーム油の絞りかす(PKS)、果房(EFB)、及び果実皮等が挙げられる。
以上に記載したバイオマスは、1種単独で用いても2種以上併用してもよい。
Examples of palm biomass include palm oil pomace (PKS), fruit bunch (EFB), and fruit peel.
The above-described biomass may be used alone or in combination of two or more kinds.
前記バイオマスは粉末であり、前記粉末の長軸径は、塊状物への成形のし易さの観点から、好ましくは5mm以下、より好ましくは1mm以下である。前記粉末の長軸径の下限値は0超えである。
粉末の長軸径とは、粉末の最大径のことであり、具体的には、粉末の外側輪郭線上の任意の2点を直線で結んだ時の直線の最大長さを意味する。
粉末の長軸径は、以下の方法で測定することができる。バイオマス粉末またはバイオマス固形燃料から試料1gを採取し、走査型電子顕微鏡(SEM)によって試料を観察する。観察した視野におけるバイオマス粉末の長軸径を測定する。
The biomass is a powder, and the major axis diameter of the powder is preferably 5 mm or less, more preferably 1 mm or less, from the viewpoint of ease of forming into a mass. The lower limit of the major axis diameter of the powder is greater than 0.
The major axis diameter of a powder refers to the maximum diameter of the powder, and specifically refers to the maximum length of a straight line connecting any two points on the outer contour of the powder.
The major axis diameter of the powder can be measured by the following method: 1 g of a sample is taken from the biomass powder or biomass solid fuel and observed under a scanning electron microscope (SEM). The major axis diameter of the biomass powder in the observed field of view is measured.
バイオマス原料中におけるバイオマスの含有量は、加水効果をより発現する観点、及びバイオマス燃料の使用量増大の要請という背景から、バイオマス原料に対し、好ましくは25質量%以上100質量%以下、より好ましくは50質量%以上100質量%以下である。 From the perspective of achieving a greater hydration effect and in response to the demand for increased biomass fuel consumption, the biomass content in the biomass feedstock is preferably 25% by mass or more and 100% by mass or less, and more preferably 50% by mass or more and 100% by mass or less, relative to the biomass feedstock.
バイオマスは、公知の粉砕機を用いることで粉末に粉砕することができる。
例えば、木質系バイオマスとして木材を用いる場合、木材で大型のものは数センチ程度のチップに粗粉砕し、その後、粉末(好ましくは長軸径1mm以下の粉末)に粉砕してもよい。また、チップ及び小型のバイオマスを用いる場合、公知の粉砕機を用いて粉末(好ましくは長軸径1mm以下の粉末)に粉砕することが好ましい。
The biomass can be pulverized into powder using a known pulverizer.
For example, when wood is used as woody biomass, large pieces of wood may be roughly crushed into chips of about several centimeters in size and then crushed into powder (preferably powder with a major axis diameter of 1 mm or less). When chips or small biomass are used, it is preferable to crush them into powder (preferably powder with a major axis diameter of 1 mm or less) using a known crusher.
塊状物の成形方法は特に限定されないが、塊状物は、搬送性及び貯蔵性等のハンドリングの観点から、圧縮成形されたものが好ましい。
塊状物の形状及び大きさは特に限定されない。
塊状物はペレットまたはブリケットであることが好ましい。ペレットは、通常、円筒状であり、直径5mm以上10mm以下、長さ5mm以上50mm以下である。ブリケットは、通常、ペレットよりも大きい直径または長さを有する。
ペレットは、例えば、バイオマス原料または水分が調整されたバイオマス原料を、金属穴(例えば、直径5mm以上10mm以下、長さ5mm以上50mm以下)から押し出すことで作製することができる。また、ペレットは、リングダイ方式またはフラットダイ方式等のペレタイザーを用いて作製することができる。
ブリケットは、例えば、ブリケットマシーンを用いて豆炭状または円筒状に成型することで作製することができる。
The method for forming the lumps is not particularly limited, but from the viewpoint of handling such as transportability and storage, compression-molded lumps are preferred.
The shape and size of the lumps are not particularly limited.
The lumps are preferably pellets or briquettes. Pellets are usually cylindrical, with a diameter of 5 mm to 10 mm and a length of 5 mm to 50 mm. Briquettes usually have a larger diameter or length than pellets.
Pellets can be produced, for example, by extruding biomass raw material or biomass raw material with adjusted moisture content through a metal hole (e.g., diameter 5 mm to 10 mm, length 5 mm to 50 mm). Pellets can also be produced using a pelletizer such as a ring die or flat die.
Briquettes can be produced, for example, by molding the material into briquettes or cylindrical shapes using a briquetting machine.
本実施形態の製造方法で用いるバイオマス原料または塊状物は半炭化したものでもよい。すなわち、本実施形態の製造方法において、水分を付与する工程は、バイオマス原料を半炭化し、半炭化されたバイオマス原料に水分を付与してもよいし、塊状物を半炭化し、半炭化された塊状物に水分を付与してもよい。
半炭化する方法としては特に限定されないが、例えば、ロータリーキルン等を用いて、空気を遮断した容器内でバイオマス原料または塊状物を一定時間過熱して炭化度を高める方法が挙げられる。
The biomass raw material or aggregates used in the manufacturing method of this embodiment may be semi-carbonized. That is, in the manufacturing method of this embodiment, the moisture-adding step may involve semi-carbonizing the biomass raw material and adding moisture to the semi-carbonized biomass raw material, or semi-carbonizing the aggregates and adding moisture to the semi-carbonized aggregates.
The method for semi-carbonization is not particularly limited, but examples include a method in which the biomass raw material or lumps are heated for a certain period of time in an airtight container using a rotary kiln or the like to increase the degree of carbonization.
また、バイオマス原料または塊状物が半炭化されていないものである場合、水分を付与する工程は、塊状物に成形する前のバイオマス原料に水分を付与してもよいし、塊状物に水分を付与してもよい。なお、半炭化されていない塊状物は、通常、ホワイトペレットと呼ばれる。 Furthermore, if the biomass raw material or aggregates have not been torrefied, the moisture addition process may involve adding moisture to the biomass raw material before it is formed into aggregates, or to the aggregates. Incidentally, aggregates that have not been torrefied are usually called white pellets.
・石炭
バイオマス原料は、石炭を含んでもよい。石炭はとしては、例えば、瀝青炭、亜瀝青炭、及び褐炭が挙げられる
・瀝青炭…無水無灰基準において、総発熱量が8、100kcal/kg以上8、400kcal/kg未満の石炭
・亜瀝青炭…無水無灰基準において、総発熱量が7、300kcal/kg以上8、100 kcal/kg未満の石炭
・褐炭…無水無灰基準において、総発熱量が5、800kcal/kg以上7、300 kcal/kg未満の石炭
Coal The biomass feedstock may include coal. Examples of coal include bituminous coal, sub-bituminous coal, and lignite. Bituminous coal: Coal with a gross calorific value of 8,100 kcal/kg or more and less than 8,400 kcal/kg on a dry and ash-free basis. Sub-bituminous coal: Coal with a gross calorific value of 7,300 kcal/kg or more and less than 8,100 kcal/kg on a dry and ash-free basis. Lignite: Coal with a gross calorific value of 5,800 kcal/kg or more and less than 7,300 kcal/kg on a dry and ash-free basis.
石炭は、粉砕された石炭であることが好ましい。
石炭の粒径は、塊状物への成形のし易さの観点から、好ましくは1mm以下、より好ましくは110μm以下である。石炭の粒径の下限値は0超えである。
石炭の粒径は、例えば、篩を用いて調整することができる。
Preferably, the coal is pulverized coal.
From the viewpoint of ease of forming into agglomerates, the particle size of the coal is preferably 1 mm or less, more preferably 110 μm or less. The lower limit of the particle size of the coal is greater than 0.
The particle size of the coal can be adjusted, for example, by using a sieve.
バイオマス原料が石炭を含む場合、加水効果をより発現する観点、及びバイオマス燃料の使用量増大の要請という背景から、バイオマス原料中におけるバイオマスに対する石炭の割合(石炭/バイオマス)は、質量比で、好ましくは0/100超え75/25以下、より好ましくは0/100超え50/50以下である。
前記バイオマスに対する石炭の割合(石炭/バイオマス)が、0/100超え75/25であると、加水効果がより発現され易くなる。
When the biomass feedstock contains coal, from the viewpoint of further exerting the hydration effect and in light of the demand for increased use of biomass fuel, the ratio of coal to biomass in the biomass feedstock (coal/biomass) is preferably more than 0/100 and not more than 75/25, more preferably more than 0/100 and not more than 50/50, in mass ratio.
When the ratio of coal to biomass (coal/biomass) is more than 0/100 and is 75/25, the hydration effect is more easily exhibited.
本実施形態の製造方法で得られるバイオマス固形燃料中におけるバイオマスの含有量は、加水効果をより発現する観点、及びバイオマス燃料の使用量増大の要請という背景から、バイオマス固形燃料に対し、好ましくは25質量%以上95質量%以下、より好ましくは50質量%以上95質量%以下である。 The biomass content in the biomass solid fuel obtained by the production method of this embodiment is preferably 25% by mass or more and 95% by mass or less, and more preferably 50% by mass or more and 95% by mass or less, relative to the biomass solid fuel, from the perspective of further demonstrating the hydration effect and in response to the demand for increased biomass fuel consumption.
本実施形態の製造方法で得られるバイオマス固形燃料は、本実施形態の効果を損なわない限り、バイオマス及び石炭以外のその他成分を含んでもよい。
その他成分としては特に限定されないが、バインダー及び各種添加剤等が挙げられる。
The biomass solid fuel obtained by the production method of this embodiment may contain components other than biomass and coal, as long as the effects of this embodiment are not impaired.
The other components are not particularly limited, but include binders and various additives.
〔バイオマス固形燃料の使用態様〕
本実施形態の製造方法で得られたバイオマス固形燃料は、発電所、製鉄所、及び工場等で広く用いることができる。本実施形態のバイオマス固形燃料は、単独で燃焼させて用いてもよいし、石炭等の他の燃料と混合して燃焼(混焼)させてもよい。
例えば、バイオマス固形燃料を火力発電設備で用いる場合、バイオマス固形燃料を粉砕機で粉砕してボイラに導入してもよいし、大きさによってはそのままボイラに導入してもよい。
また、バイオマス固形燃料を石炭と混合して用いることも好ましく、その場合、既存の火力発電設備を用いて、例えば、石炭粉砕機を利用して、バイオマス固形燃料を石炭と共に粉砕し、これらをボイラに導入してもよい。
また、バイオマス固形燃料を石炭粉砕機とは別の粉砕機(例えば、バイオマス固形燃料用粉砕機)で粉砕した後、別途粉砕された石炭と混合して、これらをボイラに導入してもよい。
バイオマス固形燃料の使用態様は上記に限定されない。
[Use of biomass solid fuel]
The biomass solid fuel obtained by the production method of this embodiment can be widely used in power plants, steel mills, factories, etc. The biomass solid fuel of this embodiment may be burned alone or may be mixed with other fuels such as coal and burned (co-combustion).
For example, when biomass solid fuel is used in a thermal power plant, the biomass solid fuel may be pulverized in a pulverizer and introduced into a boiler, or depending on the size, it may be introduced into the boiler as is.
It is also preferable to use a mixture of biomass solid fuel and coal. In this case, existing thermal power generation equipment may be used, for example, using a coal pulverizer to pulverize the biomass solid fuel together with coal, and then the mixture may be introduced into a boiler.
Alternatively, the biomass solid fuel may be pulverized in a pulverizer (for example, a pulverizer for biomass solid fuel) separate from the coal pulverizer, and then mixed with separately pulverized coal, and the resulting mixture may be introduced into the boiler.
The manner of use of the biomass solid fuel is not limited to the above.
〔第2実施形態〕
〔バイオマス固形燃料の水分調整方法〕
第2実施形態に係るバイオマス固形燃料の水分調整方法(以下、「本実施形態の水分調整方法」とも称する)は、バイオマスを含むバイオマス原料を塊状物に成形して得られるバイオマス固形燃料の水分調整方法であって、バイオマス固形燃料に水分を付与することにより、バイオマス固形燃料の含水率を5質量%以上25質量%以下に調整する水分調整工程を有する。
Second Embodiment
[Method for adjusting moisture content of biomass solid fuel]
The moisture adjustment method for biomass solid fuel according to the second embodiment (hereinafter also referred to as the "moisture adjustment method of this embodiment") is a method for adjusting the moisture content of biomass solid fuel obtained by forming biomass raw materials containing biomass into lumps, and includes a moisture adjustment step of adding moisture to the biomass solid fuel to adjust the moisture content of the biomass solid fuel to between 5% by mass and 25% by mass.
本実施形態の水分調整方法において、水分調整の対象となるバイオマス固形燃料としては、例えば、1)第1実施形態の製造方法によって製造されたバイオマス固形燃料であって、第1実施形態で例示した「バイオマス固形燃料の輸送時」または「バイオマス固形燃料の貯蔵時」に、乾燥して水分量が低下したバイオマス固形燃料(例えば含水率が5質量%未満に低下したバイオマス固形燃料)、2)第1実施形態の製造方法とは異なる方法で製造されたバイオマス固形燃料、すなわち、水分が調整されていないバイオマス固形燃料が挙げられる。 In the moisture adjustment method of this embodiment, examples of biomass solid fuels to be subjected to moisture adjustment include: 1) biomass solid fuels produced by the production method of the first embodiment, which have dried and had a reduced moisture content (e.g., biomass solid fuels with a moisture content of less than 5% by mass) during "transportation of the biomass solid fuel" or "storage of the biomass solid fuel" as exemplified in the first embodiment; and 2) biomass solid fuels produced by a method different from the production method of the first embodiment, i.e., biomass solid fuels whose moisture has not been adjusted.
本実施形態の水分調整方法では、例えば、上記1)または2)のバイオマス固形燃料に対し、上記水分調整工程を実施することにより、含水率を5質量%以上25質量%以下に調整することができる。これにより、粉じん爆発を起こしにくいバイオマス固形燃料を得ることができる。 In the moisture adjustment method of this embodiment, for example, by carrying out the moisture adjustment process on the biomass solid fuel described in 1) or 2) above, the moisture content can be adjusted to 5% by mass or more and 25% by mass or less. This makes it possible to obtain biomass solid fuel that is less likely to cause dust explosions.
水分調整工程は、前記バイオマス固形燃料の含水率を、好ましくは5質量%以上20質量%以下、より好ましくは5質量%以上10質量%以下に調整する工程であることが好ましい。 The moisture adjustment process is preferably a process for adjusting the moisture content of the biomass solid fuel to between 5% and 20% by mass, and more preferably between 5% and 10% by mass.
本実施形態の水分調整方法における「水分を付与すること」は特に限定されないが、第1実施形態で記載した、バイオマス固形燃料を水中に浸漬する工程、バイオマス固形燃料に水分を散布する工程、またはバイオマス固形燃料を加湿した空間に保管する工程であることが好ましい。 The "adding moisture" in the moisture adjustment method of this embodiment is not particularly limited, but is preferably the step of immersing the biomass solid fuel in water, the step of spraying moisture onto the biomass solid fuel, or the step of storing the biomass solid fuel in a humidified space, as described in the first embodiment.
本実施形態の水分調整方法において、水分調整の対象となるバイオマス固形燃料は、第1実施形態の製造方法によって得られたバイオマス固形燃料であることが好ましい。すなわち、上記1)のバイオマス固形燃料であることが好ましい。 In the moisture adjustment method of this embodiment, the biomass solid fuel to be subjected to moisture adjustment is preferably the biomass solid fuel obtained by the manufacturing method of the first embodiment. In other words, it is preferably the biomass solid fuel described in 1) above.
バイオマス固形燃料は時間が経つにつれて水分量が変化することがある。そのため、第1実施形態の製造方法によって、含水率が調整されたバイオマス固形燃料を製造した場合であっても、時間が経つにつれて水分量が変化することがある。
例えば、含水率が5質量%以上(好ましくは10質量%以上)のバイオマス固形燃料であれば、粉じん爆発を起こしにくいので、乾燥して含水率が低下したバイオマス固形燃料(例えば含水率が5質量%未満のバイオマス固形燃料)または含水率の低下傾向が見られるバイオマス固形燃料に対し、本実施形態の水分調整方法を実施することにより、粉じん爆発を起こしにくいバイオマス固形燃料とすることができる。
また、含水率が5質量%未満であるバイオマス固形燃料は、輸送、貯蔵、及び利用の過程で、破壊され粉じんとして装置の不可動部分に吹き溜まることがある。装置の不可動部分に吹き溜まって乾燥した粉じんは、粉じん爆発の要因となり得る。
したがって、本実施形態の水分調整方法は、粉じん爆発の要因となり得る、装置の不可動部分への粉じんの吹き溜まりを抑制できる点でも有効である。
The moisture content of biomass solid fuel may change over time, so even if a biomass solid fuel with an adjusted moisture content is produced by the production method of the first embodiment, the moisture content may change over time.
For example, biomass solid fuel with a moisture content of 5% by mass or more (preferably 10% by mass or more) is less likely to cause dust explosions, so by applying the moisture adjustment method of this embodiment to biomass solid fuel that has dried and has a reduced moisture content (for example, biomass solid fuel with a moisture content of less than 5% by mass) or biomass solid fuel that shows a tendency toward a reduced moisture content, it is possible to produce biomass solid fuel that is less likely to cause dust explosions.
Furthermore, biomass solid fuel with a moisture content of less than 5% by mass may be broken down and blown into dust and accumulate in immovable parts of equipment during transportation, storage, and use. Dry dust blown into immovable parts of equipment can cause dust explosions.
Therefore, the moisture adjustment method of this embodiment is also effective in that it can prevent dust from drifting to immovable parts of the device, which can be a cause of dust explosions.
本実施形態の水分調整方法において、水分調整工程は、バイオマス固形燃料の含水率を検知する手段(以下、「含水率検知手段」とも称する)が、前記含水率が5質量%未満であると検知したとき、バイオマス固形燃料の含水率を5質量%以上25質量%以下に調整する工程であることが好ましい。
含水率検知手段としては特に限定されないが、例えば、光学的検知器または電気的検知器を用いることができる。光学的検知器としては、例えば赤外線水分計等が挙げられる。電気的検知器としては、例えば静電容量方式の水分計等が挙げられる。
In the moisture adjustment method of this embodiment, the moisture adjustment step is preferably a step of adjusting the moisture content of the biomass solid fuel to 5% by mass or more and 25% by mass or less when a means for detecting the moisture content of the biomass solid fuel (hereinafter also referred to as a "moisture content detection means") detects that the moisture content is less than 5% by mass.
The moisture content detection means is not particularly limited, and for example, an optical detector or an electrical detector can be used. An example of an optical detector is an infrared moisture meter. An example of an electrical detector is a capacitance moisture meter.
本実施形態の水分調整方法において、水分調整工程は、バイオマス固形燃料の含水率を検知する手段が、前記含水率を検知し、検知された前記含水率に基づいて前記含水率を制御する手段(以下、「含水率制御手段」とも称する)が、バイオマス固形燃料に水を付与するか否かを判定し、判定された結果に基づいて、前記含水率を5質量%以上25質量%以下に調整する工程であることが好ましい。
含水率制御手段としては特に限定されないが、例えば、公知の制御装置を用いることができる。
すなわち、本実施形態の水分調整方法は、含水率検知手段によって、バイオマス固形燃料の含水率(水分量)が5質量%未満であると検知されたとき、含水率制御手段によって、水分を散布する装置または水分を散布する設備を作動させて、バイオマス固形燃料の含水率が5質量%以上25質量%以下になるように、バイオマス固形燃料に水分を付与する(例えば散水する)ことが好ましい。
言い換えれば、本実施形態の水分調整方法は、含水率検知手段によって、バイオマス固形燃料の含水率(水分量)が5質量%以上であると検知されたとき、含水率制御手段によって、水分を散布する装置または水分を散布する設備を作動させないことが好ましい。
これにより、バイオマス固形燃料の含水率を絶え間なく監視できるので、バイオマス固形燃料をより安全に取り扱うことができる。その結果、バイオマス固形燃料の利用を拡大することができ、バイオマス固形燃料の使用量増大の要請に応えることができる。
なお、水分を散布する装置または水分を散布する設備は、粉じんが吹き溜まり易い部分、具体的には、装置の不可動部分の付近、清掃しにくい部分に設置することが好ましい。
In the moisture adjustment method of this embodiment, the moisture adjustment process is preferably a process in which a means for detecting the moisture content of the biomass solid fuel detects the moisture content, a means for controlling the moisture content based on the detected moisture content (hereinafter also referred to as a "moisture content control means") determines whether or not to add water to the biomass solid fuel, and based on the determination result, adjusts the moisture content to 5% by mass or more and 25% by mass or less.
The moisture content control means is not particularly limited, but for example, a known control device can be used.
That is, in the moisture adjustment method of this embodiment, when the moisture content detection means detects that the moisture content (moisture amount) of the biomass solid fuel is less than 5 mass%, it is preferable that the moisture content control means activates a moisture spraying device or moisture spraying equipment to add moisture to the biomass solid fuel (e.g., spray water) so that the moisture content of the biomass solid fuel is 5 mass% or more and 25 mass% or less.
In other words, in the moisture adjustment method of this embodiment, when the moisture content detection means detects that the moisture content (moisture content) of the biomass solid fuel is 5 mass% or more, it is preferable that the moisture content control means does not operate the moisture spraying device or moisture spraying equipment.
This allows the moisture content of biomass solid fuel to be continuously monitored, making it safer to handle, which in turn allows for expanded use of biomass solid fuel and meets the demand for increased use of biomass solid fuel.
It is preferable to install the water spraying device or water spraying equipment in a location where dust is likely to accumulate, specifically near an immovable part of the device, or in a location that is difficult to clean.
本実施形態において、バイオマス原料中に含まれるバイオマスは、第1実施形態に記載のバイオマスと同様のものを使用することができる。バイオマス原料中に含まれる石炭は、第1実施形態に記載の石炭と同様のものを使用することができる。
本実施形態において、「バイオマス原料中におけるバイオマスの含有量」及び「バイオマス原料中におけるバイオマスに対する石炭の割合(石炭/バイオマス)」は、第1実施形態と同様である。
In this embodiment, the biomass contained in the biomass feedstock can be the same as the biomass described in Embodiment 1. The coal contained in the biomass feedstock can be the same as the coal described in Embodiment 1.
In this embodiment, the "biomass content in the biomass feedstock" and the "ratio of coal to biomass in the biomass feedstock (coal/biomass)" are the same as those in the first embodiment.
〔第3実施形態〕
〔バイオマス固形燃料〕
第3実施形態に係るバイオマス固形燃料は、バイオマスを含むペレット状またはブリケット状のバイオマス固形燃料である。
前記バイオマス固形燃料に対し、前記バイオマスの含有量は、25質量%以上95質量%未満であり、前記バイオマス固形燃料の含水率は、5質量%以上25質量%以下である。
バイオマス固形燃料の含水率が、5質量%以上であると、最小着火エネルギーを高めてバイオマスへの着火を抑制する効果が発現される。
バイオマス固形燃料の含水率が、25質量%以下であると、燃料としての発熱量が確保される。
バイオマス固形燃料に対し、バイオマスの含有量が、25質量%以上95質量%未満であると、バイオマス固形燃料が水分を含むことによるバイオマスへの着火抑制効果が発現され易くなる。
したがって、本実施形態のバイオマス固形燃料によれば、輸送時及び貯蔵時において、機械的衝撃等により粉じんが発生しても、粉じん爆発を起こしにくくなる。
Third Embodiment
[Biomass solid fuel]
The biomass solid fuel according to the third embodiment is a pellet-shaped or briquette-shaped biomass solid fuel containing biomass.
The biomass content of the biomass solid fuel is 25% by mass or more and less than 95% by mass, and the moisture content of the biomass solid fuel is 5% by mass or more and 25% by mass or less.
When the moisture content of the biomass solid fuel is 5% by mass or more, the minimum ignition energy is increased, thereby exhibiting the effect of suppressing ignition of the biomass.
When the moisture content of the biomass solid fuel is 25% by mass or less, the calorific value as a fuel is ensured.
When the biomass content of the biomass solid fuel is 25% by mass or more and less than 95% by mass, the biomass solid fuel contains moisture, which makes it easier to exhibit the effect of suppressing ignition of biomass.
Therefore, according to the biomass solid fuel of this embodiment, even if dust is generated due to mechanical impact or the like during transportation or storage, dust explosions are unlikely to occur.
本実施形態のバイオマス固形燃料の含水率は、バイオマスへの着火をより抑制する観点及び発熱量をより確保する観点から、好ましくは5質量%以上20質量%以下、より好ましくは5質量%以上10質量%以下である。
また、本実施形態のバイオマス固形燃料の含水率は、バイオマスへの着火をより抑制する観点から、8.0質量%以上25質量%以下であることも好ましく、9.1質量%以上25質量%以下であることも好ましい。
The moisture content of the biomass solid fuel of this embodiment is preferably 5% by mass or more and 20% by mass or less, more preferably 5% by mass or more and 10% by mass or less, from the viewpoint of further suppressing ignition of biomass and further ensuring heat generation.
Furthermore, from the viewpoint of further suppressing ignition of biomass, the moisture content of the biomass solid fuel of this embodiment is preferably 8.0 mass % or more and 25 mass % or less, and also preferably 9.1 mass % or more and 25 mass % or less.
本実施形態のバイオマス固形燃料中におけるバイオマスに対する石炭の割合(石炭/バイオマス)は、質量比で、好ましくは0/100超え75/25以下である。 The ratio of coal to biomass (coal/biomass) in the biomass solid fuel of this embodiment is preferably greater than 0/100 and less than or equal to 75/25 by mass.
本実施形態のバイオマス固形燃料は、第1実施形態の製造方法で製造されたバイオマス固形燃料であることが好ましい。すなわち、本実施形態のバイオマス固形燃料は、第1実施形態の製造方法で製造されたバイオマス固形燃料のうち、粉状(粉末)のバイオマスと、粉砕された石炭とを含むバイオマス原料をペレット状またはブリケット状に圧縮成形して得られたものであることが好ましい。
本実施形態において、バイオマス固形燃料中に含まれるバイオマスは、第1実施形態に記載のバイオマスと同様のものを使用することができる。バイオマス固形燃料中に含まれる石炭は、第1実施形態に記載の石炭と同様のものを使用することができる。
The biomass solid fuel of this embodiment is preferably the biomass solid fuel produced by the production method of Embodiment 1. That is, the biomass solid fuel of this embodiment is preferably the biomass solid fuel produced by the production method of Embodiment 1, obtained by compressing a biomass raw material containing powdered (powdered) biomass and pulverized coal into a pellet or briquette shape.
In this embodiment, the biomass contained in the biomass solid fuel can be the same as the biomass described in Embodiment 1. The coal contained in the biomass solid fuel can be the same as the coal described in Embodiment 1.
本実施形態のバイオマス固形燃料は、第2実施形態の水分調整方法で水分が調整されたバイオマス固形燃料であることが好ましい。 The biomass solid fuel of this embodiment is preferably a biomass solid fuel whose moisture content has been adjusted using the moisture adjustment method of the second embodiment.
〔他の実施形態〕
本発明は、上述の実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変更、改良等は、本発明に含まれる。
Other Embodiments
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and any modifications and improvements that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
以下、本発明に係る実施例を説明する。本発明はこれらの実施例によって何ら限定されない。 The following describes examples of the present invention. The present invention is not limited to these examples.
実施例及び比較例で使用した石炭及びバイオマスの性状を表1に示す。 The properties of the coal and biomass used in the examples and comparative examples are shown in Table 1.
・表1の説明
工業分析値は、JIS M8812(2004)に準拠して測定した値である。
元素分析値のうち炭素、水素、窒素及び硫黄は、JIS M8819(1997)に準拠して測定した値であり、酸素はJIS M8813(2004)に準拠して、他の分析値から算出した値である。
高位発熱量は、JIS M8814(2003)に準拠して測定した値である。
燃料比は、「固定炭素/揮発分」である。
「ar」は、As Received Baseの略で、到着ベースを表し、何も手を加えないそのままの状態を示す。表2も同様である。
「ad」は、Air Dry Basisの略で、気乾ベースを表し、大気中で乾燥させた状態を表す。表2も同様である。
「daf」は、Dry Ash Freeの略で、無水無灰ベースを表し、石炭に水分と灰分とが含まれないと仮定した仮想状態を表す。分析値から換算により求める。
「<0.01」は、「0.01未満」であることを表す。
Explanation of Table 1 Proximate analysis values are values measured in accordance with JIS M8812 (2004).
Of the elemental analysis values, carbon, hydrogen, nitrogen, and sulfur are values measured in accordance with JIS M8819 (1997), and oxygen is a value calculated from other analytical values in accordance with JIS M8813 (2004).
The higher heating value is a value measured in accordance with JIS M8814 (2003).
The fuel ratio is "fixed carbon/volatiles."
"ar" is an abbreviation for As Received Base, which represents the arrival base and indicates the state without any modification. The same is true for Table 2.
"ad" stands for Air Dry Basis, which indicates an air-dried basis, and represents a state in which the sample is dried in the air. The same applies to Table 2.
"Daf" is an abbreviation for Dry Ash Free, which represents a water-free and ash-free basis, and represents a hypothetical state in which coal is assumed to contain no moisture or ash. It is calculated by conversion from analytical values.
"<0.01" means "less than 0.01".
本実施例で行う着火試験及び爆発試験は、バイオマス固形燃料から生成した微粉が空気中に舞って粉じん爆発を引き起こすことを想定して行った。そのため、着火試験及び爆発試験では、いずれも粉体を用いた。粉体としてのバイオマス粉及び微粉炭は、以下のように作製した。 The ignition and explosion tests conducted in this example were conducted under the assumption that fine powder generated from biomass solid fuel would become airborne and cause a dust explosion. Therefore, powder was used in both the ignition and explosion tests. The biomass powder and pulverized coal used as powders were prepared as follows.
〔実施例1〕
<バイオマス粉の作製>
半炭化されたペレット状のバイオマス(Siambiomas社製、木質系バイオマス(ゴムノキ))を粉砕機にて粉砕し、目開き105μm(140メッシュ)の篩にかけて、粒径105μm以下のバイオマス粉を作製した。
Example 1
<Preparation of biomass powder>
Semi-carbonized pellet-shaped biomass (manufactured by Siambiomas, woody biomass (rubber tree)) was pulverized in a pulverizer and passed through a sieve with openings of 105 μm (140 mesh) to produce biomass powder with a particle size of 105 μm or less.
<微粉炭の作製>
石炭(インドネシア産の褐炭)を粉砕機にて粉砕し、バイオマスと同様105μm(140メッシュ)の篩にかけて、粒径105μm以下の微粉炭を作製した。
<Production of pulverized coal>
Coal (lignite produced in Indonesia) was pulverized in a pulverizer and passed through a 105 μm (140 mesh) sieve in the same manner as the biomass to produce pulverized coal with a particle size of 105 μm or less.
<バイオマス原料の作製>
バイオマス粉50質量部及び微粉炭50質量部を混合し、バイオマス粉と微粉炭との混合粉を得た。これをバイオマス原料とした。
<Preparation of biomass raw materials>
50 parts by mass of biomass powder and 50 parts by mass of pulverized coal were mixed to obtain a mixed powder of biomass powder and pulverized coal, which was used as the biomass raw material.
<バイオマス原料への加水>
密閉容器を用いて、バイオマス原料100質量部に対して、5質量部の水を加えて容器に入れ、振とうしてもこぼれないようにしっかりと蓋をし、2時間振とう器にてよく混合して、含水率が12.2質量%の加水されたバイオマス原料(以下、「加水バイオマス原料」とも称する)を得た。
なお、加水バイオマス原料の含水率は、表1に示すバイオマスの全水分(4.9wt%)及び石炭の全水分(10.8wt%)を考慮し、以下のように算出した。
含水率[質量%]=(5+2.45+5.4)/105=12.2
<Adding water to biomass raw materials>
Using an airtight container, 5 parts by mass of water was added to 100 parts by mass of biomass raw material, the container was placed in, the lid was tightly closed to prevent spillage even when shaken, and the mixture was mixed well in a shaker for 2 hours to obtain hydrated biomass raw material with a moisture content of 12.2% by mass (hereinafter also referred to as "hydrated biomass raw material").
The moisture content of the hydrated biomass raw material was calculated as follows, taking into account the total moisture content of the biomass (4.9 wt%) and the total moisture content of the coal (10.8 wt%) shown in Table 1.
Moisture content [mass%] = (5 + 2.45 + 5.4) / 105 = 12.2
〔実施例2〕
実施例1の「バイオマス原料への加水」において、バイオマス原料100質量部に対して、10質量部の水を散布したこと以外は、実施例1と同様の方法で、含水率が16.2質量%の実施例2の加水バイオマス原料を得た。
なお、加水バイオマス原料の含水率は、表1に示すバイオマスの全水分(4.9wt%)及び石炭の全水分(10.8wt%)を考慮し、以下のように算出した。
含水率[質量%]=(10+2.45+5.4)/110=16.2
Example 2
In the "addition of moisture to biomass raw material" step of Example 1, 10 parts by mass of water was sprayed per 100 parts by mass of biomass raw material in the same manner as in Example 1, and a hydrated biomass raw material of Example 2 with a moisture content of 16.2% by mass was obtained.
The moisture content of the hydrated biomass raw material was calculated as follows, taking into account the total moisture content of the biomass (4.9 wt%) and the total moisture content of the coal (10.8 wt%) shown in Table 1.
Moisture content [mass%] = (10 + 2.45 + 5.4) / 110 = 16.2
〔比較例1〕
実施例1で用いたバイオマス粉及び微粉炭を表2に示す質量部で混合した混合粉を比較例1のバイオマス原料とした。比較例1においては、「バイオマス原料への加水」を行わなかった。後述の比較例2及び参考例1~3においても同様に、バイオマス原料への加水を行わなかった。
比較例1のバイオマス原料の含水率は、表1に示すバイオマスの全水分(4.9wt%)及び石炭の全水分(10.8wt%)から算出した。
Comparative Example 1
The biomass powder and pulverized coal used in Example 1 were mixed in the parts by mass shown in Table 2 to prepare a mixed powder, which was used as the biomass raw material for Comparative Example 1. In Comparative Example 1, "addition of water to the biomass raw material" was not performed. Similarly, in Comparative Example 2 and Reference Examples 1 to 3 described below, no water was added to the biomass raw material.
The moisture content of the biomass raw material in Comparative Example 1 was calculated from the total moisture of the biomass (4.9 wt%) and the total moisture of the coal (10.8 wt%) shown in Table 1.
〔比較例2〕
実施例1で用いたバイオマス粉を比較例2のバイオマス原料とした。
比較例2のバイオマス原料の含水率は、表1に示すバイオマスの全水分(4.9wt%)に相当する。
Comparative Example 2
The biomass powder used in Example 1 was used as the biomass raw material in Comparative Example 2.
The moisture content of the biomass raw material of Comparative Example 2 corresponds to the total moisture of the biomass shown in Table 1 (4.9 wt %).
〔参考例1〕
実施例1で用いた微粉炭を参考例1の石炭原料とした。
参考例1の石炭原料の含水率は、表1に示す石炭の全水分(10.8wt%)に相当する。
[Reference example 1]
The pulverized coal used in Example 1 was used as the coal raw material in Reference Example 1.
The moisture content of the coal raw material in Reference Example 1 corresponds to the total moisture content of the coal shown in Table 1 (10.8 wt %).
〔参考例2~3〕
実施例1で用いたバイオマス粉及び微粉炭を表2に示す質量部で混合した混合粉を、それぞれ、参考例2~3のバイオマス原料とした。
参考例2~3のバイオマス原料の含水率は、表1に示すバイオマスの全水分(4.9wt%)及び石炭の全水分(10.8wt%)から算出した。
[Reference examples 2-3]
The biomass powder and pulverized coal used in Example 1 were mixed in the parts by mass shown in Table 2 to prepare mixed powders, which were used as the biomass raw materials for Reference Examples 2 and 3, respectively.
The moisture content of the biomass raw materials in Reference Examples 2 and 3 was calculated from the total moisture of the biomass (4.9 wt%) and the total moisture of the coal (10.8 wt%) shown in Table 1.
〔評価〕
試料として、実施例1~2で得られた加水バイオマス原料、比較例1~2及び参考例2~3で得られたバイオマス原料、並びに参考例1で得られた石炭原料を用いて以下の評価を行った。
〔evaluation〕
The following evaluations were carried out using the hydrated biomass materials obtained in Examples 1 and 2, the biomass materials obtained in Comparative Examples 1 and 2 and Reference Examples 2 and 3, and the coal material obtained in Reference Example 1 as samples.
〔最小着火エネルギー〕
図1に示す最小着火エネルギー測定装置(Adolf Kuhner AG社製、MIKE3型)を用いて、最小着火エネルギーを測定した。
最小着火エネルギー測定装置(Adolf Kuhner AG社製、MIKE3型)は、国際規格“ISO/IEC 80079-20-2 Edition 1.0 2016-02 :8.3 Method for determining minimum ignition energy of dust/air mixtures”に準拠する。
[Minimum ignition energy]
The minimum ignition energy was measured using a minimum ignition energy measuring device (MIKE3 model, manufactured by Adolf Kuhner AG) shown in FIG.
The minimum ignition energy measuring device (MIKE3 model, manufactured by Adolf Kuhner AG) complies with the international standard "ISO/IEC 80079-20-2 Edition 1.0 2016-02:8.3 Method for determining minimum ignition energy of dust/air mixtures."
まず、最小着火エネルギー測定装置100について説明する。
最小着火エネルギー測定装置100は、円筒形状を有するガラス製の燃焼容器10(内径7cm、内容積1.2L)と、燃焼容器10を支持する第1支持台30と、第2支持台32とを備えている。燃焼容器10の上部には、ろ紙28が配置されている。
燃焼容器10の内部には、互いに対向して配置された一対の着火用電極12が設けられている。一対の着火用電極12は、燃焼容器10の内部から外部まで延設され、燃焼容器10の外部で電気絶縁材26a、26bによって被覆されている。一対の着火用電極12は、容量放電式の着火装置(不図示)に接続されている。着火装置から電圧が印加されると、着火用電極12間に放電が発生し、発生した放電エネルギーにより、着火用電極12間に放電火花が形成される。
燃焼容器10は、底側に分散皿14を有し、この分散皿14に試料(加水バイオマス原料、バイオマス原料または石炭原料)が導入されるようになっている。また、分散皿14には反射板16が設けられている。
燃焼容器10の分散皿14は、圧縮空気を燃焼容器10に吹き込むためのパイプ18に接続されている。パイプ18は、第1支持台30及び第2支持台32の内部を通り、パイプ18より外径が小さい配管20に接続されている。圧縮空気溜24には、コンプレッサー(不図示)から供給された圧縮空気が溜められる。圧縮空気は燃焼容器10の底側から内部へ導入される。圧縮空気は配管20に設けられた電磁弁22によって燃焼容器10への圧縮空気の供給及び停止が制御される。
なお、第1支持台30の上部から着火用電極12までの高さH(図1)は、7.6cmである。
First, the minimum ignition energy measuring device 100 will be described.
The minimum ignition energy measuring device 100 includes a cylindrical glass combustion vessel 10 (inner diameter 7 cm, internal volume 1.2 L), a first support stand 30 that supports the combustion vessel 10, and a second support stand 32. A filter paper 28 is placed on top of the combustion vessel 10.
A pair of ignition electrodes 12 are disposed opposite each other inside the combustion vessel 10. The pair of ignition electrodes 12 extend from the inside to the outside of the combustion vessel 10 and are covered with electrical insulating materials 26a, 26b outside the combustion vessel 10. The pair of ignition electrodes 12 are connected to a capacitive discharge type ignition device (not shown). When a voltage is applied from the ignition device, a discharge occurs between the ignition electrodes 12, and the generated discharge energy forms a discharge spark between the ignition electrodes 12.
The combustion vessel 10 has a dispersion dish 14 on the bottom side, and a sample (hydrated biomass feedstock, biomass feedstock, or coal feedstock) is introduced into this dispersion dish 14. In addition, a reflector plate 16 is provided on the dispersion dish 14.
The dispersion tray 14 of the combustion vessel 10 is connected to a pipe 18 for blowing compressed air into the combustion vessel 10. The pipe 18 passes through the interior of the first support stand 30 and the second support stand 32, and is connected to a piping 20 having an outer diameter smaller than that of the pipe 18. Compressed air supplied from a compressor (not shown) is stored in the compressed air reservoir 24. The compressed air is introduced into the interior from the bottom side of the combustion vessel 10. The supply and stop of compressed air to the combustion vessel 10 is controlled by an electromagnetic valve 22 provided on the piping 20.
The height H (FIG. 1) from the top of the first support stand 30 to the ignition electrode 12 is 7.6 cm.
最小着火エネルギーは、着火試験を行うことで求めた。以下の着火試験は、放電回路内に1mHのインダクタンスを接続して行った。 The minimum ignition energy was determined by conducting an ignition test. The following ignition test was conducted with a 1 mH inductance connected to the discharge circuit.
<実施例1の着火試験>
まず、燃焼容器10の粉じん濃度が、750g/m3、1000g/m3、1250g/m3、1500g/m3、1750g/m3及び2000g/m3になるように、試料をそれぞれ準備した。各粉じん濃度に対する試料量は、それぞれ、0.9g、1.2g、1.5g、1.8g、2.1g及び2.4gである。
次に、試料0,9g(粉じん濃度が750g/m3になるように準備された試料)を燃焼容器10の分散皿14に載せた。圧縮空気溜24から圧縮空気を燃焼容器10に供給し、試料を燃焼容器10内に吹き上げて分散させた。容量放電式の着火装置により、放電エネルギーを1mJ、3mJ、10mJ、30mJ、100mJ、300mJ及び1Jの7段階に変えて各放電エネルギーによる着火の有無を求め、必要ならば、着火遅延時間を変更して着火の有無を求めた。
着火試験は、試料量0.9gと各放電エネルギーとによる試験を10回行って、着火の有無を調べ、10回中、1回でも試料が着火すれば、その条件で着火性が「有り」と判定し、1回も試料が着火しなかった場合を、その条件で着火性が「無し」と判定した。
<Ignition test of Example 1>
First, samples were prepared so that the dust concentrations in the combustion vessel 10 were 750 g/m 3 , 1000 g/m 3 , 1250 g/m 3 , 1500 g/m 3 , 1750 g/m 3 , and 2000 g/m 3 . The sample amounts for each dust concentration were 0.9 g, 1.2 g, 1.5 g, 1.8 g, 2.1 g, and 2.4 g, respectively.
Next, 0.9 g of sample (a sample prepared so that the dust concentration would be 750 g/ m3 ) was placed on the dispersion tray 14 of the combustion vessel 10. Compressed air was supplied to the combustion vessel 10 from the compressed air reservoir 24, and the sample was blown up and dispersed inside the combustion vessel 10. Using a capacitive discharge ignition device, the discharge energy was changed to seven levels: 1 mJ, 3 mJ, 10 mJ, 30 mJ, 100 mJ, 300 mJ, and 1 J, and the presence or absence of ignition at each discharge energy was observed, and if necessary, the ignition delay time was changed to observe the presence or absence of ignition.
The ignition test was performed 10 times using a sample weight of 0.9 g and each discharge energy to check for ignition. If the sample ignited even once out of the 10 times, it was judged that the ignition ability was "present" under those conditions, and if the sample did not ignite even once, it was judged that the ignition ability was "absent" under those conditions.
次に、試料量0,9gを、試料量1.2g、1.5g、1.8g、2.1g及び2.4gに順に変更して、各試料に対し、それぞれ上記と同様の方法で着火試験を行った。
結果を表2に示す。
Next, the sample amount was changed from 0.9 g to 1.2 g, 1.5 g, 1.8 g, 2.1 g, and 2.4 g in order, and an ignition test was carried out for each sample in the same manner as above.
The results are shown in Table 2.
・表2の説明
表2に示していない条件(例えば、試料量0.9g、放電エネルギー1mJ)の試験は、結果が予測されるので行っていない。後述する表3~4も同様である。
Explanation of Table 2 Tests under conditions not shown in Table 2 (for example, sample amount 0.9 g, discharge energy 1 mJ) were not conducted because the results were predictable. The same applies to Tables 3 and 4 described below.
・実施例1の最小着火エネルギー
表2の結果から、図2を作成した。図2は、粉じん濃度と放電エネルギーとの関係を示すグラフである。
図2より、実施例1の加水バイオマス原料の最小着火エネルギー(Emin)は、10mJ<Emin<30mJであり、その統計的最小着火エネルギー(Es)は、19mJとなる。
統計的最小着火エネルギー(Es)は、EN13821:2002及びSAP12-10-2010(社団法人日本粉体工業技術協会規格)に則り、着火の確率から以下の数式(1)により求めた。本試験では、この統計的最小着火エネルギー(Es)を最小着火エネルギー(mJ)として用いた。
Minimum Ignition Energy in Example 1 Figure 2 was created from the results in Table 2. Figure 2 is a graph showing the relationship between dust concentration and discharge energy.
From FIG. 2, the minimum ignition energy (E min ) of the hydrated biomass feedstock of Example 1 is 10 mJ<E min <30 mJ, and its statistical minimum ignition energy (Es) is 19 mJ.
The statistical minimum ignition energy (Es) was calculated from the probability of ignition using the following formula (1) in accordance with EN13821:2002 and SAP12-10-2010 (standards of the Japan Powder Process Industry and Engineering Association). In this test, this statistical minimum ignition energy (Es) was used as the minimum ignition energy (mJ).
Es:統計的最小着火エネルギー
E1:着火した最小の放電エネルギー
E2:着火しなかった最大の放電エネルギー
I[E2]:E2において着火した粉じん濃度の数
(NI+I)[E2]:試験した粉じん濃度の総数
Es、E1及びE2の単位はいずれも(mJ)である。
Es: statistical minimum ignition energy E1 : minimum discharge energy that ignited E2 : maximum discharge energy that did not ignite I[ E2 ]: number of dust concentrations that ignited in E2 (NI+I)[ E2 ]: total number of dust concentrations tested The units for Es, E1 and E2 are all (mJ).
<実施例2の着火試験>
燃焼容器10の粉じん濃度が、750g/m3、1000g/m3、1500g/m3、2000g/m3、2250g/m3及び2500g/m3になるように、試料をそれぞれ準備した。各粉じん濃度に対する試料量は、それぞれ、0.9g、1.2g、1.8g、2.4g、2.7g及び3.0gである。
他は、実施例1と同様の手順で、着火試験を行った。結果を表3に示す。
<Ignition test of Example 2>
Samples were prepared so that the dust concentrations in the combustion vessel 10 were 750 g/m 3 , 1000 g/m 3 , 1500 g/m 3 , 2000 g/m 3 , 2250 g/m 3 , and 2500 g/m 3 . The sample amounts for each dust concentration were 0.9 g, 1.2 g, 1.8 g, 2.4 g, 2.7 g, and 3.0 g, respectively.
The ignition test was carried out in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 3.
・実施例2の最小着火エネルギー
表3の結果から、図3を作成した。図3は、粉じん濃度と放電エネルギーとの関係を示すグラフである。
図3より、実施例2の加水バイオマス原料の最小着火エネルギー(Emin)は、30mJ<Emin<100mJであり、その統計的最小着火エネルギー(Es)は、60mJとなる。統計的最小着火エネルギー(Es)は、実施例1と同様の方法で求めた。
Minimum Ignition Energy in Example 2 Figure 3 was created from the results in Table 3. Figure 3 is a graph showing the relationship between dust concentration and discharge energy.
3, the minimum ignition energy (E min ) of the hydrated biomass feedstock in Example 2 is 30 mJ < E min < 100 mJ, and the statistical minimum ignition energy (E s ) is 60 mJ. The statistical minimum ignition energy (E s ) was determined in the same manner as in Example 1.
<比較例1の着火試験>
燃焼容器10の粉じん濃度が、1000g/m3、1500g/m3、1750g/m3、2000g/m3、2250g/m3及び2500g/m3になるように、試料をそれぞれ準備した。各粉じん濃度に対する試料量は、それぞれ、1.2g、1.8g、2.1g、2.4g、2.7g及び3.0gである。
実施例1と同様の手順で、着火試験を行った。結果を表4に示す。
<Ignition test of Comparative Example 1>
Samples were prepared so that the dust concentrations in the combustion vessel 10 were 1000 g/m 3 , 1500 g/m 3 , 1750 g/m 3 , 2000 g/m 3 , 2250 g/m 3 and 2500 g/m 3 . The sample amounts for each dust concentration were 1.2 g, 1.8 g, 2.1 g, 2.4 g, 2.7 g and 3.0 g, respectively.
An ignition test was carried out in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 4.
・比較例1の最小着火エネルギー
表4の結果から、図4を作成した。図4は、粉じん濃度と放電エネルギーとの関係を示すグラフである。
図4より、比較例1のバイオマス原料の最小着火エネルギー(Emin)は、3mJ<Emin<10mJであり、その統計的最小着火エネルギー(Es)は、6.0mJとなった。統計的最小着火エネルギー(Es)は、実施例1と同様の方法で求めた。
Minimum Ignition Energy in Comparative Example 1 Figure 4 was created from the results in Table 4. Figure 4 is a graph showing the relationship between dust concentration and discharge energy.
4, the minimum ignition energy (E min ) of the biomass feedstock of Comparative Example 1 was 3 mJ < E min < 10 mJ, and the statistical minimum ignition energy (E s ) was 6.0 mJ. The statistical minimum ignition energy (E s ) was determined in the same manner as in Example 1.
<比較例2及び参考例1~3の着火試験及び最小着火エネルギー>
実施例1の加水バイオマス原料に代えて、比較例2のバイオマス粉、参考例1の石炭粉、及び参考例2~3のバイオマス原料にそれぞれ変更し、実施例1と同様の手順で各例の着火試験を行い、統計的最小着火エネルギー(Es)を求めた。
<Ignition test and minimum ignition energy of Comparative Example 2 and Reference Examples 1 to 3>
The hydrated biomass raw material of Example 1 was replaced with the biomass powder of Comparative Example 2, the coal powder of Reference Example 1, and the biomass raw materials of Reference Examples 2 and 3, respectively, and an ignition test was conducted for each example using the same procedure as in Example 1 to determine the statistical minimum ignition energy (Es).
<バイオマス粉の混合比と最小着火エネルギーとの関係>
図5に、バイオマス原料中におけるバイオマス粉の混合比と最小着火エネルギーとの関係を示す。
図5中に示される領域A、領域B及び領域Cは、静電気帯電による発火危険性の判定図に記載の「粉体が持つ最小着火エネルギー毎の対策」(粉じん爆発火災対策、社団法人日本粉体工業技術協会粉じん爆発委員会編P169の「R.Siwek and C.Cesana:Ignition behavior of dusts: Meaning and interpretation, Process Safety Progress, 14, 2, pp.107-119(1995)」)に基づき、以下のように定義した。
・領域A:容器等接地対策のよる静電気帯電の回避で対応可能な領域。
・領域B:人体の設置等爆発危険性および爆発の制御が必要な領域。領域Bは、「注意を要する領域」である。
・領域C:容器全体を不活性化対策したり、搬入速度の制御等が必要な領域。領域Cは、「極めて注意を要する領域」である。
<Relationship between biomass powder mixing ratio and minimum ignition energy>
FIG. 5 shows the relationship between the mixing ratio of biomass powder in the biomass raw material and the minimum ignition energy.
Regions A, B, and C shown in FIG. 5 are defined as follows based on "Countermeasures for each minimum ignition energy possessed by powder" (Countermeasures for dust explosions and fires, edited by the Dust Explosion Committee of the Japan Powder Process Industry and Technology Association, "R. Siwek and C. Cesana: Ignition behavior of dusts: Meaning and interpretation, Process Safety Progress, 14, 2, pp. 107-119 (1995)" on page 169) described in the determination diagram for the risk of ignition due to electrostatic charging.
Area A: This area can be addressed by preventing static electricity buildup by grounding the container, etc.
Area B: Area where there is a risk of explosion such as the presence of a human body and where explosion control is required. Area B is an "area requiring caution."
Area C: An area where it is necessary to take measures to inactivate the entire container, control the loading speed, etc. Area C is an area that requires extreme caution.
〔爆発下限濃度〕
JIS Z8818(2002)の「可燃性粉じんの爆発下限濃度測定方法」に定められている吹上げ式試験装置として、図1に示す最小着火エネルギー測定装置100と同様の構成の試験装置を用いて、爆発下限濃度を求めた。
[Lower explosive limit concentration]
The lower explosion limit concentration was determined using a blow-up type test device specified in JIS Z8818 (2002) "Method for measuring the lower explosion limit concentration of combustible dust," which has a configuration similar to that of the minimum ignition energy measuring device 100 shown in Figure 1.
爆発下限濃度は、爆発試験を行うことで求めた。測定条件は以下の通りである。
-測定条件-
・温度 :20.1℃~20.3℃
・相対湿度 :13%~14%
・吹き上げ圧力:30kPa以上50kPa以下
The lower explosive limit concentration was determined by performing an explosion test under the following conditions:
- Measurement conditions -
・Temperature: 20.1℃~20.3℃
Relative humidity: 13% to 14%
・Blow-up pressure: 30 kPa or more and 50 kPa or less
<実施例1の爆発試験>
試料として、実施例1の加水バイオマス原料を用いた。
まず、燃焼容器の粉じん濃度が、65g/m3、70g/m3、75g/m3、80g/m3、85g/m3、90g/m3、95g/m3、100g/m3及び110g/m3になるように、試料をそれぞれ準備した。
<Explosion test of Example 1>
The hydrated biomass material of Example 1 was used as a sample.
First, samples were prepared so that the dust concentrations in the combustion chamber were 65 g/m 3 , 70 g/m 3 , 75 g/m 3 , 80 g/m 3 , 85 g/m 3 , 90 g/m 3 , 95 g/m 3 , 100 g/m 3 and 110 g/m 3 .
次に、粉じん濃度が65g/m3になるように準備された試料(以下、「試料A」とも称する)を燃焼容器の分散皿に載せた。
圧縮空気溜から圧縮空気を燃焼容器に供給し、試料を燃焼容器内に吹き上げて分散させ、粉じん雲を発生させた。着火源には2次側出力15kV、容量20mAのネオントランスによる放電火花を用いた。
試料を燃焼容器内に吹き上げると同時(放電開始時間0.1秒)に放電火花を発生させ、この時、粉じん雲が爆発するか否かを目視により判定した。必要に応じて、空気の圧力等を変化させてこの操作を繰り返した。爆発試験は、同一条件で5回繰り返し行った。同一条件での爆発試験は、5回中、爆発が確認された回で中止した。爆発性を示した最低粉じん濃度、すなわち、爆発が確認された回の粉じん濃度を「爆発下限濃度(見かけの爆発下限濃度)」とした。
Next, a sample (hereinafter also referred to as "sample A") prepared so as to have a dust concentration of 65 g/m 3 was placed on the dispersion tray of the combustion vessel.
Compressed air was supplied from the compressed air reservoir to the combustion chamber, and the sample was blown up and dispersed into the combustion chamber, generating a dust cloud. The ignition source was a discharge spark from a neon transformer with a secondary output of 15 kV and a capacity of 20 mA.
A discharge spark was generated at the same time as the sample was blown up into the combustion vessel (discharge start time 0.1 seconds), and it was visually determined whether or not the dust cloud exploded. This procedure was repeated by changing the air pressure, etc., as necessary. The explosion test was repeated five times under the same conditions. The explosion test under the same conditions was stopped once an explosion was confirmed out of the five times. The lowest dust concentration that showed explosiveness, i.e., the dust concentration at which an explosion was confirmed, was taken as the "lower explosive limit concentration (apparent lower explosive limit concentration)."
次に、試料Aを、粉じん濃度が70g/m3、75g/m3、80g/m3、85g/m3、90g/m3、95g/m3、100g/m3及び110g/m3になるように準備された試料に順に変更して、各試料に対し、上記と同様の方法で爆発試験を行った。結果を表5に示す。 Next, sample A was replaced by samples prepared so that the dust concentrations were 70 g/ m3 , 75 g/ m3 , 80 g/ m3 , 85 g/ m3 , 90 g/ m3 , 95 g/ m3 , 100 g/ m3 , and 110 g/ m3 , and explosion tests were carried out on each sample in the same manner as above. The results are shown in Table 5.
・表5の説明
粉じん濃度65g/m3における(65)とは、粉じん雲の爆発の有無を参考に計測したことを意味する。後述の表6の(60)も同様である。
Explanation of Table 5: The (65) in the dust concentration of 65 g/ m³ means that the measurement was made with reference to the presence or absence of an explosion of the dust cloud. The same applies to (60) in Table 6 described later.
・実施例1の爆発下限濃度
表5より、実施例1の加水バイオマス原料の爆発下限濃度は、80g/m3であった。
Lower Explosive Limit Concentration in Example 1 From Table 5, the lower explosive limit concentration of the hydrated biomass raw material in Example 1 was 80 g/m 3 .
<比較例1の爆発試験>
試料として、比較例1の混合粉を用いた。
まず、燃焼容器10の粉じん濃度が、60g/m3、65g/m3、70g/m3、75g/m3、80g/m3、85g/m3、90g/m3、95g/m3、100g/m3及び110g/m3になるように、試料をそれぞれ準備した
実施例1と同様の手順で爆発試験を行った。結果を表6に示す。
<Explosion test of Comparative Example 1>
The mixed powder of Comparative Example 1 was used as a sample.
First, samples were prepared so that the dust concentrations in the combustion vessel 10 were 60 g/ m3 , 65 g/ m3 , 70 g/ m3 , 75 g/ m3 , 80 g/ m3 , 85 g/ m3 , 90 g/ m3 , 95 g/ m3 , 100 g/ m3 , and 110 g/ m3 , and explosion tests were conducted in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 6.
・比較例1の爆発下限濃度
表6より、比較例1の混合粉の爆発下限濃度は、75g/m3であった。
Lower Explosive Limit Concentration of Comparative Example 1 As shown in Table 6, the lower explosive limit concentration of the mixed powder of Comparative Example 1 was 75 g/m 3 .
<実施例2、比較例2及び参考例1~3の爆発下限濃度>
実施例1の加水バイオマス原料に代えて、実施例2の加水バイオマス原料、比較例2のバイオマス粉、参考例1の石炭粉、及び参考例2~3のバイオマス原料にそれぞれ変更し、実施例1と同様の手順で各例の爆発試験を行い、爆発下限濃度を求めた。
結果を表7に示す。
<Lower Explosive Limit Concentration of Example 2, Comparative Example 2, and Reference Examples 1 to 3>
The hydrated biomass raw material of Example 1 was replaced with the hydrated biomass raw material of Example 2, the biomass powder of Comparative Example 2, the coal powder of Reference Example 1, and the biomass raw materials of Reference Examples 2 and 3, respectively, and explosion tests were conducted for each example using the same procedure as in Example 1 to determine the lower explosion limit concentration.
The results are shown in Table 7.
・表7の説明
「-」は測定しなかったことを示す。
Explanation of Table 7: "-" indicates that no measurement was performed.
表7及び図5より、含水率が5質量%以上25質量%以下になるように加水して製造した実施例1~2の加水バイオマス原料は、加水せずに製造した比較例1~2のバイオマス原料に比べ、最小着火エネルギーが高くなった。
また、実施例1の加水バイオマス原料は、比較例1~2のバイオマス原料に比べ、爆発下限濃度も高くなった。
また、実施例1~2の加水バイオマス原料は、到着ベースの高位発熱量が確保されていた。
また、本実施例によれば、図5に示すように、バイオマス原料を加水バイオマス原料とすることにより、領域Cにあるバイオマス原料を領域Aの方向にシフトさせることができる。
したがって、本実施例の加水バイオマス原料を用いてバイオマス固形燃料を製造した場合、得られるバイオマス固形燃料の含水率は、加水バイオマス原料の含水率が反映されるので、粉じん爆発を起こしにくいバイオマス固形燃料を得ることができる。
As can be seen from Table 7 and FIG. 5, the hydrated biomass feedstocks of Examples 1 and 2, which were produced by adding water so that the moisture content was 5% by mass or more and 25% by mass or less, had a higher minimum ignition energy than the biomass feedstocks of Comparative Examples 1 and 2, which were produced without adding water.
Furthermore, the hydrated biomass feedstock of Example 1 also had a higher lower explosion limit concentration than the biomass feedstocks of Comparative Examples 1 and 2.
Furthermore, the hydrated biomass feedstocks of Examples 1 and 2 had a high calorific value on arrival.
Furthermore, according to this embodiment, as shown in FIG. 5, by using hydrated biomass material as the biomass material, the biomass material in region C can be shifted toward region A.
Therefore, when biomass solid fuel is produced using the hydrated biomass raw material of this embodiment, the moisture content of the resulting biomass solid fuel reflects the moisture content of the hydrated biomass raw material, so a biomass solid fuel that is less likely to cause dust explosions can be obtained.
本発明の製造方法で得られるバイオマス固形燃料は、粉じん爆発を起こしにくいので、バイオマスを安全に取り扱うことができる。これにより、発電所、製鉄所、及び工場等において、バイオマスの利用を拡大することができる。 The biomass solid fuel obtained using the production method of the present invention is less likely to cause dust explosions, allowing for safe handling of biomass. This will enable expanded use of biomass in power plants, steel mills, factories, and other places.
10…燃焼容器、12…着火用電極、14…分散皿、16…反射板、18…パイプ、20…配管、22…電磁弁、24…圧縮空気溜、26a、26b…電気絶縁材、28…ろ紙、30…第1支持台、32…第2支持台、100…最小着火エネルギー測定装置。 10...Combustion vessel, 12...Ignition electrode, 14...Dispersion dish, 16...Reflector, 18...Pipe, 20...Piping, 22...Solenoid valve, 24...Compressed air reservoir, 26a, 26b...Electrical insulating material, 28...Filter paper, 30...First support base, 32...Second support base, 100...Minimum ignition energy measuring device.
Claims (10)
前記バイオマス固形燃料の含水率が、5質量%以上25質量%以下になるように、成形して得られた前記塊状物に水分を付与する工程を有し、
前記水分を付与する工程は、成形して得られた前記塊状物に水分を散布する工程、または成形して得られた前記塊状物を加湿した空間に保管する工程である、バイオマス固形燃料の製造方法。 A method for producing a biomass solid fuel obtained by forming a biomass raw material containing biomass into an aggregate,
adding moisture to the aggregates obtained by molding so that the moisture content of the biomass solid fuel is 5% by mass or more and 25% by mass or less;
A method for producing biomass solid fuel, wherein the moisture-adding step is a step of spraying moisture onto the lumps obtained by molding, or a step of storing the lumps obtained by molding in a humidified space .
前記バイオマスは、木質系バイオマス、草木系バイオマス、農作物残渣系バイオマス、及びパーム椰子バイオマスからなる群から選択される少なくとも1種である、バイオマス固形燃料の製造方法。 The method for producing a biomass solid fuel according to claim 1 ,
The method for producing biomass solid fuel, wherein the biomass is at least one selected from the group consisting of woody biomass, herbaceous biomass, agricultural crop residue biomass, and palm biomass.
前記バイオマスは粉末であり、前記粉末の長軸径が5mm以下である、バイオマス固形燃料の製造方法。 The method for producing a biomass solid fuel according to claim 1 or 2 ,
A method for producing a biomass solid fuel, wherein the biomass is a powder, and the major axis diameter of the powder is 5 mm or less.
前記塊状物は、ペレットまたはブリケットである、バイオマス固形燃料の製造方法。 The method for producing a biomass solid fuel according to any one of claims 1 to 3 ,
The method for producing a biomass solid fuel, wherein the lumps are pellets or briquettes.
前記バイオマス原料は、さらに、石炭を含む、バイオマス固形燃料の製造方法。 The method for producing a biomass solid fuel according to any one of claims 1 to 4 ,
The method for producing a biomass solid fuel, wherein the biomass feedstock further includes coal.
前記石炭の粒径は、1mm以下である、バイオマス固形燃料の製造方法。 The method for producing a biomass solid fuel according to claim 5 ,
The method for producing biomass solid fuel, wherein the coal has a particle size of 1 mm or less.
前記バイオマス原料中における前記バイオマスに対する前記石炭の割合(石炭/バイオマス)は、質量比で、0/100以上75/25以下である、バイオマス固形燃料の製造方法。 The method for producing a biomass solid fuel according to claim 5 or 6 ,
A method for producing a biomass solid fuel, wherein a ratio of the coal to the biomass in the biomass raw material (coal/biomass) is 0/100 or more and 75/25 or less in mass ratio.
前記バイオマス固形燃料に水分を付与することにより、前記バイオマス固形燃料の含水率を5質量%以上25質量%以下に調整する水分調整工程を有し、
前記水分調整工程は、前記バイオマス固形燃料の前記含水率を検知する手段が、前記含水率が5質量%未満であると検知したとき、前記バイオマス固形燃料の含水率を5質量%以上25質量%以下に調整する工程である、バイオマス固形燃料の水分調整方法。 A method for adjusting moisture content of a biomass solid fuel obtained by forming a biomass raw material containing biomass into an aggregate, comprising:
a moisture adjusting step of adjusting the moisture content of the biomass solid fuel to 5% by mass or more and 25% by mass or less by adding moisture to the biomass solid fuel;
The moisture adjustment step is a step of adjusting the moisture content of the biomass solid fuel to 5% by mass or more and 25% by mass or less when the means for detecting the moisture content of the biomass solid fuel detects that the moisture content is less than 5% by mass.
前記バイオマス固形燃料に水分を付与することにより、前記バイオマス固形燃料の含水率を5質量%以上25質量%以下に調整する水分調整工程を有し、
前記水分調整工程は、前記バイオマス固形燃料の前記含水率を検知する手段が、前記含水率を検知し、検知された前記含水率に基づいて前記含水率を制御する手段が、前記バイオマス固形燃料に水を付与するか否かを判定し、判定された結果に基づいて、前記含水率を5質量%以上25質量%以下に調整する工程である、バイオマス固形燃料の水分調整方法。 A method for adjusting moisture content of a biomass solid fuel obtained by forming a biomass raw material containing biomass into an aggregate, comprising:
a moisture adjusting step of adjusting the moisture content of the biomass solid fuel to 5% by mass or more and 25% by mass or less by adding moisture to the biomass solid fuel;
The moisture adjustment process is a process in which a means for detecting the moisture content of the biomass solid fuel detects the moisture content, a means for controlling the moisture content based on the detected moisture content determines whether or not to add water to the biomass solid fuel, and based on the determination result, adjusts the moisture content to 5% by mass or more to 25% by mass or less.
水分調整の対象となる前記バイオマス固形燃料は、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のバイオマス固形燃料の製造方法によって得られたバイオマス固形燃料である、バイオマス固形燃料の水分調整方法。 The method for adjusting moisture content of biomass solid fuel according to claim 8 or 9 ,
A method for adjusting moisture content of a biomass solid fuel, wherein the biomass solid fuel to be subjected to moisture adjustment is a biomass solid fuel obtained by the method for producing a biomass solid fuel according to any one of claims 1 to 7 .
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