专利名称：采用微粉炭燃烧锅炉的生物质的利用装置及采用其的生物质的利用方法
技术领域：
本发明涉及高效率地对生物质进行热分解，在微粉炭燃烧锅炉中使用气体、焦油及碳化物的生物质利用方法及装置。
本申请基于2008年10月22日在日本提出申请的特愿2008-272155号并主张其优先权，这里引用其内容。
背景技术：
近年来，在利用化石系燃料(煤炭、石油、重油、天然气、液化石油气等)的能量的领域，有以防止地球温暖化(特别是削减二氧化碳)为目标的多种具体的提案。作为主要的方法，有通过将燃烧器更换为高效率型的燃烧器等来提高能量转换效率，从而减少化石系燃料的使用量本身的方法；和通过将主要含有碳、具有发热量的废弃物(生物质或废塑料等)作为替代能源使用来削减以往使用的化石系燃料的使用量，从而削减二氧化碳总量的方法。在后者的方法中，基本上二氧化碳的产生量本身没有变化。可是，根据作为碳中和的后者的方法，从全球观点来看可以不必计算二氧化碳的产生。此外，通过有效地使用在燃烧处置等中无用地产生的热和二氧化碳的废弃物来作为能量，能够削减预定使用的化石系燃料。所以，后者的方法还与3R(ReduCe、Reuse、Recycle)概念一致，可对全球规模的化石系燃料的利用的削减做出贡献。
作为生物质或废弃物的处理的代表性的例子，可列举出通过在焚烧设备中组合蒸汽发电来回收电力的垃圾焚烧发电方式。可是，因下述理由(I)水分多且发热量低(例如是生物质、一般垃圾等时)、(II)发热量高但不能进行高效率操作(例如是含有氯的废塑料等时)、(III)局限于可经济地收集的量等，利用废弃物发电的送电端效率通常停留在 10 15%。附带说一下，例如利用使用了化石系燃料的微粉炭燃烧发电的送电端效率通常为41 42%。作为解决此问题的技术，提出了通过锅炉材质的改良、原料调整(RDF化)、 通过使用外部燃料提高效率(超级垃圾发电)等，以接近20 30%的送电端效率发电的高效率焚烧炉技术，且已经实机化。可是，这些高效率型的设备需要原料的事前处理及锅炉材质的提高、外部燃料(化石燃料)导入等追加要素，此外在废弃物中的氯(主要来自废塑料)的处理中花费成本等，因而在设备成本高及运用成本高、原料应用限制(对象原料的限定等)等方面存在问题。在考虑到电力使用增加、水处理能量增加等操作能量的增加及设备制造、施工所花费的能量的增加等时，如果包含在这些过程中产生的二氧化碳，即使考虑到废弃物利用带来的二氧化碳削减，也多见未必达到二氧化碳削减的情况、或就能量而言成为增加能量的情况，其结果是，容易成为“只处理”废弃物的设备。
另一方面，还开发了在进行发电或热及蒸汽的生成的微粉炭燃烧锅炉中，混合燃烧生物质(木材、下水污泥等)的方式。在大量的煤炭中混合少量(百分之几以下)的生物质、在享受大规模煤炭燃烧的高效率的同时、通过替代煤炭实现削减二氧化碳的方式作为现实的技术已经确立。这里所说的微粉炭燃烧锅炉，用含氧气体(空气、富氧化空气等)燃烧煤炭，所述煤炭用煤炭破碎机破碎成可被气流输送的尺寸，并与输送气体一同吹入到燃烧锅炉中。然后，燃烧热被锅炉的热交换机以蒸汽的形式回收。蒸汽通过蒸汽涡轮机转换成电力，或直接作为蒸汽进行热利用。在利用生物质时，在以破碎到与用于气流输送的煤炭同样的粒度为目的而将生物质直接装入煤炭破碎机时，有下述影响因破碎性的恶化使生产率降低(例如木材)，或需要干燥、造粒、碳化等前处理(例如下水污泥)、或因水分比煤炭多、低反应性及低发热量的原料在锅炉中燃烧使锅炉效率降低(例如木材、下水污泥) 等，因而存在不能提高生物质的混合率的缺点。
作为对上述缺点的改善手段，专利文献1公开了在将木材投入微粉炭燃烧锅炉中时，通过具有专用的粉碎、干燥装置，用锅炉燃烧排气的热进行干燥，从而将锅炉效率的降低或能量增加抑制在低水平的设备、方法。此外，专利文献2中公开了通过将直接投入锅炉中的燃烧性差的木材(生物质)中的因反应性不充分而落在锅炉下部的木材回收，投入煤炭侧磨机(将木材干燥、加热，改善破碎性)，从而可抑制总粉碎动力的设备、方法。
此外，在近年来提出的技术中，有不是通过直接燃烧生物质而进行热利用、而是通过热分解(炭化)或部分燃烧而进行利用的方法。该方法与其说是对上述缺点的对应策， 不如说是以通过除去废弃物中的特别是废塑料中所含的氯成分而提高生产率等效果为目标的方法，是具有包含本发明的热分解工序的工艺的一种，因此作为参考技术示出。其类型大致分为(A)将生物质用最低限度的热进行热分解，将生成的气体、碳化物作为原燃料使用的类型、(B)通过使生物质部分燃烧而作为气体燃料使用的类型。
(A) (B)都具有通过一度转换成其它形态(气体或碳化物)、可预计比仅仅燃烧更能提高综合效率的效果，或通过形成气体的形态、能够享受除去不适合物质(盐酸等)或增加处理等自由度(因是气体基本上可用配管处理)所带来的优点的效果。
本发明主要前者的效果大，且属于(A)的类型。对于专利文献3、专利文献4，后者的效果大。专利文献3属于(A)的类型，其公开了着眼于炭化，将碳化物与煤炭一同用企业用锅炉燃烧的系统(气体燃烧并通过间接加热而成为热分解热源)。在该专利文献3所公开的系统中，通过不将由热分解产生的氯成分装入锅炉(规定为通过加热在碳化物中几乎不残留氯，并且气体不进入锅炉地进行燃烧热利用)，从而回避利用处理废弃物时的锅炉故障(腐蚀等)。另外专利文献4属于(B)的类型，其公开了将部分燃烧了的气体中的氯除去，用锅炉进行燃烧的系统(气体中的木炭与煤炭混合在锅炉中利用)。在该专利文献4公开的系统中，关于氯成分，占总氯的大致一半的无机系氯的大部分残留在木炭中，但通过除去气体中的氯能够进行二倍以上的处理。
现有技术文献 专利文献 专利文献1 日本特开2005-291526号公报 专利文献2 日本特开2005-291531号公报 专利文献3 日本特开2000-283431号公报 专利文献4 日本特开2000-283434号公报
发明内容
发明所要解决的问题 在专利文献1中，通过利用燃烧排气的显热，抑制了破碎及干燥的木材前处理中使用的能量的降低。可是，仅通过干燥虽可防止水分造成的锅炉效率降低，但是不能防止木材的低反应性、低发热量(与煤炭相比)造成的锅炉效率的降低部分。在专利文献2的技术中，虽可降低总体的破碎动力，但具有回收反应不充分的木材时损耗的能量(带出的显热损耗、输送所花费的动力)，因而不能说是非常有利的方法。关于专利文献3、专利文献4，其是目的主要在于对氯(盐酸腐蚀)带来的缺点进行抑制的技术，是不着眼于提高效率的技术。例如在专利文献3的技术中，为了得到少量的碳化物(概略地以基本发热量计， 塑料、纸类为百分之几，木材为15%，城市垃圾为30%左右)，将热分解生成的挥发成分燃烧而作为热分解热源，尽管燃烧锅炉侧的效率降低几乎没有(投入的为碳化物)，只能使用废弃物热量的百分之几 大约30%。在专利文献4的技术中，按空气比(即为实际投入的空气量与理论空气量的比，理论空气量是对将供给的燃料完全燃烧所需的氧量进行供给的空气量)为1.0 1.3操作气化炉(实施例中为流化床中利用空气的部分燃烧类型)，制造含有一氧化碳等的可燃性气体和碳化物，在将气体和碳化物分离后，分别投入锅炉中。由于空气比为1以上，还生成碳化物，因此气体的主要成分为二氧化碳、水蒸汽和氮(来自燃烧用空气)。推测在该气体中含有百分之几以下的一氧化碳，因此可将气体发热量估算为 500kcal/Nm3-干以下。所以，该方法导致燃烧锅炉的效率降低。
此外，本发明的目的在于，解决上述现有技术的课题点，通过应用竖型热分解炉的特长，高效率地对废弃物进行热分解，在锅炉中无残留地燃烧使用气体、焦油、碳化物，从而提供一种高效的采用微粉炭燃烧锅炉的生物质利用方法及装置。
用于解决问题的手段 本发明为解决上述课题采用了以下的手段。
(1)本发明的生物质的利用装置具备竖型热分解炉，其通过对生物质进行热分解或部分氧化而生成热分解气体、热分解焦油及碳化物，同时将所述热分解气体及所述热分解焦油从炉顶排出，并将所述碳化物从炉底排出；微粉炭燃烧锅炉，其通过燃烧微粉炭而生成蒸汽；和配管，其将所述热分解气体及所述热分解焦油从所述竖型热分解炉输送到所述微粉炭燃烧锅炉。
(2)在上述(1)所述的生物质的利用装置中，所述微粉炭燃烧锅炉具备将成为燃料的煤炭进行微粉炭化的煤炭粉碎装置；所述煤炭粉碎装置也可以具有将在所述竖型热分解炉中生成的所述碳化物输送到所述煤炭粉碎装置的第1输送装置。
(3)在上述(1)、(2)所述的生物质的利用装置中，所述微粉炭燃烧锅炉也可以具备将在所述竖型热分解炉中生成的所述碳化物输送到所述微粉炭燃烧锅炉的第2输送装置。
(4)在上述(1)、(2), (3)所述的生物质的利用装置中，所述配管也可以具有焦油分离装置，其对在所述竖型热分解炉中生成的所述热分解气体和所述热分解焦油进行分离，并回收所述热分解焦油；和热分解气体配管，其将在所述焦油分离装置中分离的所述热分解气体输送到所述微粉炭燃烧锅炉。
(5)采用上述⑴、(2)、(3)、⑷所述的生物质的利用装置的生物质的利用方法， 其具有下述工序通过从所述竖型热分解炉的下部投入用于对所述生物质进行热分解的具有显热的热分解用气体，对所述竖型热分解炉内的所述生物质进行热分解，或者通过从所述竖型热分解炉的下部投入含氧气体，对所述竖型热分解炉内的所述生物质进行部分氧化，从而生成所述热分解气体、所述热分解焦油及所述碳化物；在所述热分解焦油未冷凝的温度以上，从所述竖型热分解炉的所述炉顶将所述热分解气体及所述热分解焦油排出；将所述碳化物从所述炉底排出；将所述热分解气体投入到所述微粉炭燃烧锅炉中，或者将所述热分解气体和所述热分解焦油这二者投入到所述微粉炭燃烧锅炉中。
(6)上述(5)所述的生物质的利用方法也可以从由所述炉底排出的所述碳化物中除去燃烧不适合物质；也可以将除去了所述燃烧不适合物质的所述碳化物投入到所述微粉炭燃烧锅炉中。
发明的效果 根据上述⑴至(6)的发明，当在微粉炭燃烧锅炉中使用生物质时，除启动时等非稳定操作时以外，可形成不使用外部燃料的工艺，且能够有效地在锅炉中利用大半的原料发热量。
图1是表示本发明的第2实施方式的一个例子的采用微粉炭燃烧锅炉的生物质的利用装置的流程图。
图2是表示本发明的第3实施方式及第4实施方式的一个例子的采用微粉炭燃烧锅炉的生物质的利用装置的流程图。
具体实施例方式采用本发明的第1实施方式及第2实施方式的竖型热分解炉和微粉炭燃烧锅炉9 的生物质的利用装置的代表性的流程图示于图1。第1实施方式和第2实施方式的差异， 是在从由竖型热分解炉2中一同产生的热分解气体3和热分解焦油4的混合物中不分离热分解焦油4时(第1实施方式)和分离时(第2实施方式)的差异，在图1中明示出用焦油分离装置8分离焦油时的第2实施方式的流程图(第1实施方式是去除焦油分离装置8 的情况)。另外，所谓本实施方式中的生物质，指的是农业系生物质(麦秸、甘蔗、米糠、草木等)、林业系生物质(造纸废弃物、木材加工废料、林间伐木材、薪炭林等)、畜牧系生物质 (家畜废弃物)、水产系生物质(水产加工残渣)、废弃物系生物质(垃圾、RDF 垃圾固体化燃料(Refused Derived Fuel)、庭院木、建设废木材、下水污泥)等。
将生物质1由竖型热分解炉2的上部投入，在炉内(移动层)下降，对于生物质1 的尺寸，只要是可装入竖型热分解炉2的尺寸就可以。通常，林间伐木材、建设废材及庭院木等生物质按300mm见方以下左右的尺寸投入，根据需要经粗破碎后投入。此外，其它废弃物系生物质、林业系生物质、畜牧系生物质、水产系生物质可直接投入。
生物质1 一边逐渐下降，一边被在竖型热分解炉2内部上升的热分解用气体6干燥、升温，通过热分解而生成热分解气体3及热分解焦油4，成为碳化物5。将碳化物5从竖型热分解炉2的炉底排出。作为热分解热源的热分解用气体6主要以两种方式供给。
一种方式是后述的实施例中所示的、投入含氧气体的方法。在该方法中，使竖型热分解炉2内的碳化物5的一部分燃烧而成为热源。含氧气体只要是空气或富氧化空气就可以，只要可以通过考虑制氧设备成本和气体处理设备成本的双方来选择即可。在投入含氧气体时，例如在以木材100吨/日规模的速度对木材进行热分解时，空气比(即实际投入的空气量与理论空气量的比，理论空气量是对将供给的燃料完全燃烧所需的氧量进行供给的空气量)为0.2左右就可以。专利文献4中的气化(实施例中采用在流化床中利用空气的部分燃烧类型)时的空气比为1. 0 1. 3，因此得知该方法可进行在非常小的空气比下的操作。
作为该主要原因，可列举出竖型热分解炉2的热交换方式为非常高效率(即逆流直接热交换方式)、只供给热分解所需的最小限度的热的方式(热分解气体3的一部分以烃的状态进入后段工序)。
竖型热分解炉2的温度只要可以通过控制从炉顶排出的热分解气体3和热分解焦油4的温度来进行管理即可。只要将该温度规定为热分解焦油4不冷凝的温度以上就可以， 优选管理为即使在向后段的微粉炭燃烧锅炉9或焦油分离装置8的输送途中也不冷凝的温度。虽然该温度也因处理的生物质的种类等而异，但例如可在300 600°C的温度下进行管理。
另外，在本实施方式中，作为热分解用气体6，使用富氧化空气(即氧+空气)来代替空气，但空气比的思考方法相同，对将供给的燃料完全燃烧所需的氧量进行供给的富氧化空气量作为理论富氧化空气量，得到与供给的富氧化空气的比。这里的记载为空气比。
在另一方式中，在竖型热分解炉2的外部使燃料燃烧，制造1000°C 1200°C的高温气体，作为热分解用气体6供给。作为热分解用气体6的燃料，可考虑从竖型热分解炉2 的炉顶排出的热分解气体3 (根据需要实施气体精制)、或从竖型热分解炉2的炉底排出的碳化物5。
在利用热分解气体3或碳化物5作为燃料时，需要冷却、分离、供给的工艺(设备)，因此在设备成本等方面可通过比较进行适宜选择。此外，虽然作为二氧化碳削减的方法是不优选的，但也可以另外使用化石燃料等外部燃料(该部分导致制品气体或碳化物增加)。
关于所述的高温气体的温度范围，在低于1000°C时未反应的碳化物增多，因此将 1000°C作为下限值，在超过1200°C时，容易发生熔渣(熔融的灰的凝聚物，阻碍物体流动)， 因此将1200°C作为上限值。
在300°C 600°C将热分解气体3及热分解焦油4从竖型热分解炉2的上部出口 (炉顶)排出，经由热分解气体等配送配管7进入后续工序。在本发明的第1实施方式中， 将热分解气体3及热分解焦油4直接吹入微粉炭燃烧锅炉9。在本发明的第2实施方式中， 关于热分解气体3及热分解焦油4，在焦油分离装置8中将热分解焦油4分离、回收，然后吹入微粉炭燃烧锅炉9。再有，关于来自生物质的热分解气体3或热分解焦油4，如果合并考虑现有的混合燃烧型(微粉炭与炼铁产生气体的混合燃烧、微粉炭与重油的混合燃烧、或微粉炭、炼铁产生气体、重油的混合燃烧等)的燃烧锅炉系统，关于热分解气体3，由于与焦炉气体共有的成分多，性状类似，因而可无问题地利用。此外，即使在含有热分解焦油4时， 如果防止了降温造成的冷凝(不使配管温度降到300°C以下)，作为气体可无问题地供给。
在竖型热分解炉2的操作不稳定这样的状况(例如在原料水分或发热量的偏差大，竖型热分解炉2的上部出口气体温度变动大时等)时，多容易发生热分解气体3及热分解焦油4的温度降到300°C以下的时间带。在此种情况下，焦油成为粘合剂，烟道(热分解气体等配送配管7)上有可能附着、生长粉尘。为了解决此问题，在第2实施方式中将焦油分离。
在竖型热分解炉2的上部出口温度低于300°C时，热分解焦油4的一部分容易冷凝 (特别是来自木材的焦油)，有可能发生附着造成的堵塞故障，因此是不适当的。另一方面， 如果竖型热分解炉2的上部出口温度超过600°C，则在竖型热分解炉2中所需的热增多(更多地燃烧碳化物)，使经济性下降，因此是不适当的，此外，需要用耐火物来构成吹入微粉炭燃烧锅炉9时所用的配管的内壁，因此从维持流量调节精度的观点出发，也是不适当的。所以，300V 600°C为适当的温度。
焦油分离装置8的方式有高温直接分离的方式、和暂时将气体温度降到焦油冷凝温度然后进行分离的方式。在前者的方式中，例如使用高温型过滤器(陶瓷或金属)，通过使焦油与粉尘一起冷凝来进行分离。在此种情况下，长处是没有温度下降的数量的热损耗以及可以没有水处理系统等，短处是分离效率低，至多为80%左右等。在后者的方式中，例如采用利用喷水等的直接急冷(水循环)。长处是可高效率地分离热分解焦油4 (如果降到 40°C以下，只残存100mg/Nm3左右)。短处是有温度下降的数量的热损耗，需要水处理系统等。无论在哪种方式中，分离的焦油都保有较多热量，因此希望作为热分解用气体6的燃料或热分解原料返回竖型热分解炉2，或通过投入微粉炭燃烧锅炉9中来回收发热量。
将热分解气体3及热分解焦油4、或单独的热分解气体3送入微粉炭燃烧锅炉9内进行燃烧，在通过热回收部10回收了热后(生成蒸汽11)，在通过气体处理部12进行无害化后，作为释放气体13释放到大气。在微粉炭燃烧锅炉9中，另外从煤炭粉碎设备14投入微粉炭，进行燃烧。由此生成的蒸汽11的一部分蒸汽在系统内被使用，但大部分蒸汽供给到蒸汽涡轮(未图示)，用于发电。
采用含有本发明的第3实施方式及第4实施方式的碳化物利用工序的竖型热分解炉2和微粉炭燃烧锅炉9的生物质利用装置的流程示于图2。第3实施方式及第4实施方式的差异在于是将产生的碳化物5投入到煤炭粉碎设备14 (第3实施方式A)、或将产生的碳化物5直接投入到微粉炭燃烧锅炉9 (第4实施方式B)。此外，也可以将碳化物5投入煤炭粉碎设备14和微粉炭燃烧锅炉9双方。
竖型热分解炉2中生成的碳化物5在碳化物处理装置15中被处理，最终投入到微粉炭燃烧锅炉9。碳化物处理装置15具有粗破碎装置和不适合物质分离装置，但粗破碎装置也可以根据碳化物5的状态省略。不适合物质分离装置具有将瓦砾、石头或金属这样的不具有热量的不适合在微粉炭燃烧锅炉9中燃烧的燃烧不适合物质16分离出去的功能， 具有网筛或振动筛、磁力分选机等。粗破碎装置是以使不适合物质分离装置的筛分效率化 (通过进行简单的破碎，例如只通过振动等来筛分深入碳化物中的钉子等)的目的而设置的，将碳化物破碎到几十毫米见方左右的尺寸。
在根据本发明的第3实施方式的碳化物的投入方法中，在将燃烧不适合物质16分离后，利用碳化物输送装置17将破碎的碳化物通过A路线投入煤炭粉碎设备14中，然后在微粉炭燃烧锅炉9中进行微粉碎煤炭的燃烧。
在碳化物的另一投入方法即本发明的第4实施方式中，在将燃烧不适合物质16分离后，破碎的碳化物通过B路线直接吹入微粉炭燃烧锅炉9中。此时碳化物处理装置15具有粗破碎装置、不适合物质分离装置和微破碎装置。但是，粗破碎装置也可以根据上述理由省略。在微破碎装置中，将碳化物5破碎到与微粉炭同等的尺寸即几十微米左右，然后吹入微粉炭燃烧锅炉9中。在B路线时，需要进行利用直接吹入的有效的燃烧，因此作为碳化物输送装置17，通常采用从碳化物处理装置15后用氮等的气流输送方式，也可以吹入微粉炭燃烧锅炉9。在A路线时，除了与B路线相同的方式，也可以通过包含斗式输送机等的碳化物输送装置17将煤炭5投入煤炭粉碎设备14中。
实施例1 以下示出图1中所示的流程内的没有分离热分解焦油4的本发明的第1实施方式的实施例1。
使用木材(建设废木材)100吨/日小时)作为生物质，空气比(供给按氧为10体积％的富氧化空气计，将完全燃烧时规定为1)为0. 18，在竖型热分解炉2内用富氧化空气中的氧使生物质1部分燃烧，在炉出口的热分解温度为400°C时操作竖型热分解炉2。
其结果是，生成热分解气体7986Nm3/小时、热分解焦油3^kg/小时、碳化物 3%kg/小时(包含粉尘)。此时外部燃料基本上不需要，但在热量不足的启动时，使用少许 LPG (+富氧化空气)。
热分解气体3以14. 7体积％的C0、14. 5体积％的H2、3. 9体积％的CH4作为主要可燃成分，作为其它气体成分，含有24. 7体积％的C02、33. 4体积％的H2O (水蒸汽)、微量的C2(碳原子数为幻以上的烃类等，剩余为队。将热分解气体3及热分解焦油4直接供给微粉炭燃烧锅炉9。再有与微粉炭用喷嘴(燃烧器)不同，设置专用的吹入用喷嘴，在微粉炭燃烧锅炉9正前方将热分解气体3及热分解焦油4与空气混合，从四处吹入。
将原料的建设废木材的发热量的66%以气体、焦油的形式投入到微粉炭燃烧锅炉 9中。关于剩余的热量，10%被碳化物消耗(输出到外部进行处理)和9 11%左右被竖型热分解炉2内的燃烧消耗，剩余由附着在不适合物质上的碳和散热等构成。此时，微粉炭燃烧锅炉9中的煤炭处理量大约为800吨/日。
实施例2 以下示出图2中所示的流程内的将碳化物5投入煤炭粉碎设备14 (A路线)的第 3实施方式的实施例2。
使用木材(建设废木材)100吨/日小时)作为生物质，空气比(供给按氧为10体积％的富氧化空气计，将完全燃烧时规定为1)为0. 18，在竖型热分解炉2内用富氧化空气中的氧使生物质1部分燃烧，在炉出口的热分解温度为400°C时操作热分解炉。
其结果是，生成热分解气体7986Nm3/小时、热分解焦油3^kg/小时、碳化物 3%kg/小时(包含粉尘)。此时外部燃料基本上不需要，但在热量不足的启动时，使用少许LPG(+富氧化空气)。关于碳化物处理装置15，由于建设废木材含有钉子等金属，因此设置具备50mm尺寸的宽度的刀的双轴破碎机(粗破碎机)、和组合了比重分选和振动的风力分选装置(不适合物质分离装置)，进行处理。分离的碳化物中几乎不含金属(1重量％以下)，此外，不适合物质中的碳为5质量％以下时，分离性也良好。碳化物3%kg/小时的61 质量％ (约MOkg/小时)作为制品碳化物经由由斗式输送机构成的碳化物输送装置17，投入到微粉炭燃烧锅炉9的煤炭粉碎设备14中，与其它煤炭一同粉碎，然后通过气流输送吹入到微粉炭燃烧锅炉9中。
9 热分解气体3以14. 7体积％的C0、14. 5体积％的H2、3. 9体积％的CH4作为主要可燃成分，作为其它气体成分，含有24. 7体积％的C02、33. 4体积％的H2O (水蒸汽)、微量的C2(碳原子数为幻以上的烃类等，剩余为队。将热分解气体3及热分解焦油4直接供给微粉炭燃烧锅炉9。在本实施例时也与微粉炭用喷嘴(燃烧器)不同，设置专用的吹入用喷嘴，在微粉炭燃烧锅炉9正前方将热分解气体3及热分解焦油4与空气混合，从四处吹入。
将原料的建设废木材的发热量的76%以气体、焦油、碳化物的形式投入到微粉炭燃烧锅炉9中。关于剩余的热量，9 11%左右被竖型热分解炉2内的燃烧消耗，剩余由附着在不适合物质上的碳和散热等构成。此时，微粉炭燃烧锅炉9中的煤炭处理量约为800 吨/日。关于破碎时的磨机的电流值，未检测到煤炭单独时和混合本发明的碳化物时的差值(低于)，认为对生产率或动力的影响很轻微。
实施例3 以下示出图2中所示的流程内的将碳化物直接投入微粉炭燃烧锅炉(B路线)的本发明的第4实施方式的实施例3。
使用木材(建设废木材)100吨/日小时)作为生物质，空气比(供给按氧为10体积％的富氧化空气计，将完全燃烧时规定为1)为0. 18，在竖型热分解炉2内用富氧化空气中的氧使生物质1部分燃烧，在炉出口的热分解温度为400°C时操作热分解炉。
其结果是，生成热分解气体7986Nm3/小时、热分解焦油3^kg/小时、碳化物 3%kg/小时(包含粉尘)。此时外部燃料基本上不需要，但在热量不足的启动时，使用少许 LPG(+富氧化空气)。关于碳化物处理装置15，由于建设废木材含有钉子等金属，因此除了设置具备与实施例2同样的50mm尺寸的宽度的刀的双轴破碎机(粗破碎机)、和组合了比重分选和振动的风力分选装置(不适合物质分离装置)以外，还设置具有IOmm见方的网筛的锤型磨机，进行处理。分离的碳化物中几乎不含金属(1重量％以下)，此外，不适合物质中的碳为5质量％以下时，分离性也良好。碳化物3%kg/小时的约59质量％ (约23^g/ 小时，锤型磨机中的损耗为^g/小时)作为制品碳化物经由由利用氮的气流输送设备构成的碳化物输送装置17，直接吹入微粉炭燃烧锅炉9中。
热分解气体3以14. 7体积％的C0、14. 5体积％的H2、3. 9体积％的CH4作为主要可燃成分，作为其它气体成分，含有24. 7体积％的C02、33. 4体积％的H2O (水蒸汽)、微量的C2(碳原子数为幻以上的烃类等，剩余为队。将热分解气体3及热分解焦油4直接供给微粉炭燃烧锅炉9。在本实施例时也与微粉炭用喷嘴(燃烧器)不同，设置专用的吹入用喷嘴，在微粉炭燃烧锅炉9正前方将热分解气体3及热分解焦油4与空气混合，从四处吹入。
将原料的建设废木材的发热量的74%以气体、焦油、碳化物的形式投入到微粉炭燃烧锅炉9中。关于剩余的热量，9 11%左右被竖型热分解炉2内的燃烧消耗，剩余由附着在不适合物质上的碳、微粉碎时的消耗和散热等构成。此时，微粉炭燃烧锅炉9中的煤炭处理量约为800吨/日。
实施例4 以下示出图1中所示的流程内的将焦油分离的本发明的第2实施方式的实施例4。 对碳化物进行了投入到煤炭粉碎装置14中的、在本发明的第3实施方式的装置中的处理。
使用木材(建设废木材)100吨/日小时)作为生物质，空气比(供给按氧为10体积％的富氧化空气计，将完全燃烧时规定为1)为0. 18，在竖型热分解炉2内用富氧化空气中的氧使生物质1部分燃烧，在炉出口的热分解温度为400°C时操作热分解炉。
其结果是，生成热分解气体7986Nm3/小时、热分解焦油3^kg/小时、碳化物 3%kg/小时(包含粉尘)。此时外部燃料基本上不需要，但在热量不足的启动时，使用少许 LPG(+富氧化空气)。关于碳化物处理装置15，由于建设废木材含有钉子等金属，因此设置具备50mm尺寸的宽度的刀的双轴破碎机(粗破碎机)、和组合了比重分选和振动的风力分选装置(不适合物质分离装置)。分离的碳化物中几乎不含金属(1重量％以下)，此外不适合物质中的碳为5质量％以下时，分离性也良好。碳化物3%kg/小时的61质量％ (约 MOkg/小时)作为制品碳化物经由由斗式输送机构成的碳化物输送装置17，投入到微粉炭燃烧锅炉9的煤炭粉碎设备14中，与其它煤炭一同粉碎，然后通过气流输送吹入到微粉炭燃烧锅炉9中。
热分解气体3以14. 7体积％的C0、14. 5体积％的H2、3. 9体积％的CH4作为主要可燃成分，作为其它气体成分，含有24. 7体积％的C02、33. 4体积％的H2O (水蒸汽)、微量的 C2 (碳原子数为2)以上的烃类等，剩余为N2。热分解焦油4通过由高温的金属过滤器(20 根)构成的焦油分离装置8被分离(与粉尘一同回收82质量％的焦油成分)，将剩余的轻质的焦油(避免物理上的冷凝的轻质部分)与热分解气体3—起供给微粉炭燃烧锅炉9。此外，将分离了的焦油混杂的粉尘再次从与原料不同的投入口投入到竖型热分解炉2中。在本实施例时，也与微粉炭用喷嘴(燃烧器)不同，设置专用的吹入用喷嘴，在微粉炭燃烧锅炉9正前方将热分解气体3及轻质的焦油与空气混合，从四处吹入。
将原料的建设废木材的发热量的76%以气体、焦油、碳化物的形式投入到微粉炭燃烧锅炉9中。通过将一度被热分解的焦油的2%部分(没有分离出来的部分)直接投入到微粉炭燃烧锅炉9中，将分离的焦油4再度投入竖型热分解炉2中，从而重复进行加热， 产生反应(碳化物和气体)，转换成气体和碳化物，投入微粉炭锅炉9中。总计量与实施例 2时相同，投入了 76%。关于剩余的热量，9 11%左右被竖型热分解炉2内的燃烧消耗， 剩余由附着在不适合物质上的碳和散热等构成。此时，微粉炭燃烧锅炉9中的煤炭处理量约为800吨/日。关于破碎时的磨机的电流值，不能检测出煤炭单独时和混合本发明的碳化物时的差值(低于)，认为对生产率或动力的影响轻微。
如果从实施例2的结果计算，则投入微粉炭燃烧锅炉9中的发热量为76%，因此如果将锅炉热回收及蒸汽涡轮的发电的效率累计为38%，则以生物质作为原料时的发电效率为观.9% (发电端原料基地)，如果考虑到发电厂用电率为10%，则为的送电端效率。原先的微粉炭燃烧锅炉发电的规模(生物质处理规模的约8倍)的效果虽影响蒸汽涡轮效率，但与一般的废弃物燃烧发电的10 15%相比，确认可得到非常高的效率。
此外，在专利文献4中，在采用流化床的实施例中，按空气比1. 0 1. 3实施气体化操作。没有具体的各种数值的提示，但此时，假定使用相同量的与本实施例相同的建设废木材(生物质)，产生具有约20%的热量的碳化物，但气体和焦油因空气比为1以上而被大致用于燃烧，不能期待气体发热量的回收。如果氧未被使用，且在剩下的计算中以5%部分的发热量部分的CO、H2的形式残存，则合计将25%的热量投入到微粉炭燃烧锅炉中。如果设想利用同等的锅炉热回收及蒸汽涡轮的效率(38% )，则可推断出发电效率为9. 5%的发电端效率、8. 6%的送电端效率。
本发明的效果高的理由主要是由热分解部(在专利文献4中流化床气体化)的热效率的差异以及低空气比/高空气比的操作前提的差所产生的。
产业上的可利用性 根据本发明，能够高效率地对生物质进行热分解，能够无残留地在锅炉中燃烧使用气体、焦油、碳化物，因此产业上的可利用性大。
符号的说明 1生物质 2竖型热分解炉 3热分解气体 4热分解焦油 5碳化物 6热分解用气体 7热分解气体等配送配 8焦油分离装置 9微粉炭燃烧锅炉 10热回收部 11蒸汽 12气体处理部 13释放气体 14煤炭粉碎设备 15碳化物处理装置 16燃烧不适合物质 17碳化物输送装置
权利要求
1.一种生物质的利用装置，其特征在于，其具备竖型热分解炉，其通过对生物质进行热分解或部分氧化而生成热分解气体、热分解焦油及碳化物，同时将所述热分解气体及所述热分解焦油从炉顶排出，并将所述碳化物从炉底排出；微粉炭燃烧锅炉，其通过燃烧微粉炭而生成蒸汽；和配管，其将所述热分解气体及所述热分解焦油从所述竖型热分解炉输送到所述微粉炭燃烧锅炉。
2.根据权利要求1所述的生物质的利用装置，其特征在于，所述微粉炭燃烧锅炉具备将成为燃料的煤炭进行微粉炭化的煤炭粉碎装置；所述煤炭粉碎装置具有将在所述竖型热分解炉中生成的所述碳化物输送到所述煤炭粉碎装置的第1输送装置。
3.根据权利要求1所述的生物质的利用装置，其特征在于，所述微粉炭燃烧锅炉具备将在所述竖型热分解炉中生成的所述碳化物输送到所述微粉炭燃烧锅炉的第2输送装置。
4.根据权利要求1 3中任一项所述的生物质的利用装置，其特征在于，所述配管具备焦油分离装置，其对在所述竖型热分解炉中生成的所述热分解气体和所述热分解焦油进行分离，并回收所述热分解焦油；和热分解气体配管，其将在所述焦油分离装置中分离的所述热分解气体输送到所述微粉炭燃烧锅炉。
5.一种生物质的利用方法，其采用了权利要求1所述的生物质的利用装置，其特征在于，其具有下述工序通过从所述竖型热分解炉的下部投入用于对所述生物质进行热分解的具有显热的热分解用气体，对所述竖型热分解炉内的所述生物质进行热分解，或者通过从所述竖型热分解炉的下部投入含氧气体，对所述竖型热分解炉内的所述生物质进行部分氧化，从而生成所述热分解气体、所述热分解焦油及所述碳化物；在所述热分解焦油未冷凝的温度以上，从所述竖型热分解炉的所述炉顶将所述热分解气体及所述热分解焦油排出；将所述碳化物从所述炉底排出；将所述热分解气体投入到所述微粉炭燃烧锅炉中，或者将所述热分解气体和所述热分解焦油这二者投入到所述微粉炭燃烧锅炉中。
6.根据权利要求5所述的生物质的利用方法，其特征在于，从由所述炉底排出的所述碳化物中除去燃烧不适合物质；将除去了所述燃烧不适合物质的所述碳化物投入到所述微粉炭燃烧锅炉中。
全文摘要
本发明的生物质的利用装置包含竖型热分解炉，其通过对生物质进行热分解或部分氧化而生成热分解气体、热分解焦油及碳化物，同时将所述热分解气体及所述热分解焦油从炉顶排出，并将所述碳化物从炉底排出；微粉炭燃烧锅炉，其通过燃烧微粉炭而生成蒸汽；和配管，其将所述热分解气体及所述热分解焦油从所述竖型热分解炉输送到所述微粉炭燃烧锅炉。
文档编号B09B3/00GK102187152SQ200980141659
公开日2011年9月14日 申请日期2009年9月28日 优先权日2008年10月22日
发明者桥本茂, 石田吉浩, 栗田雅也, 加藤也寸彦 申请人:新日本制铁株式会社