バイオマス粉砕工学

 

 

 

●　ラ・コリーナ近江八幡オープン 

天候が良くなったので午後から車を走らせラ・コローナ（イタリア語で丘の意）のオープン見学する。ここは
八幡山は北之荘城跡やヴオーリズ記念病院の周辺にあり元厚生年金会館の敷地に、19日にオープンすした。ラ・
コリーナ近江八幡は、自然を愛し、自然に学び、人々が集う繋がりの場として、八幡山から連なる丘に、緑深
い森を夢み、自ら木を植え、ホタル舞う小川を作り、生き物たちが元気に生きづく田畑を耕すことで、このよ
うな環境の中に、和・洋菓子のメインショップをはじめ、たねや農藝、本社、飲食店、マルシェ、専門ショッ
プ、パンショップなど、ゆったりとした自然の流れに寄り添いながら、長い年月をかけて手がける壮大な構想
のもと建設された。新装オープン二日目とあり来訪者で溢れていたの、ジュブリルタでパンを買っただけで、
二人で店内をぐるっと記念植林のイベントや箱庭盆栽・植木販売などを見て回り帰る。

大麦、小麦、大豆、ソバ、餅米など栽培し、地ビール、豆腐、豆乳、ソバ、うどんなど製麺、和菓子、洋菓子
近江牛、鹿肉などのジビエ料理、琵琶湖の魚介類なども手にはいるので、なんでも自給販売できそうだ。そう
そう、近江八幡には近江牛や赤こんにゃく、水茎焼きなども手に入る。これから独自の展開が楽しみである。 

【オールバイオマスシステム完結論 Ⅷ】 

●　バイオマス粉砕工学 

【符号の説明】

１ 火炉　２ 前壁　３ 後壁　４ バーナ　５ バーナ　６ 最下部バーナ　７ 最下部バーナ　８ バイオマス粉砕機　
９ 石炭粉砕機　１０ 空気送風機　１１ バイオマス　１２ 石炭　１３ 一次空気 １４ 一次空気　１５ バイオマス
＋一次空気　１６ 微粉炭＋一次空気　１７ 二次または三次空気　１８ 過熱器

昨年ドイツは古い石炭火力発電設備を廃棄することなどをコアとして。二酸化炭素排出量（＝温室効果ガス）
を約３％低減したと公表している。このように、化石燃料の代替として、バイオマスの利用促進が注目を浴び
ている。バイオマスには、木質系、草木系、汚泥系等の分類があり、クリーンかつ再生利用可能な炭素質資源
である、地球の温暖化を抑制する方法として、微粉炭の一部をバイオマスによって代替することも注目されて
いる。例えば、上図のように、微粉炭と木材を混焼する微粉燃料燃焼方法の新規考案が提案されている。しか
し、木材を粉砕したものを微粉炭と混合してボイラにおいて燃焼した場合に、粉砕した木粉の燃え残りが生じ
ることにより、ボイラ効率が低下することがあり、灰がボイラ火炉内の伝熱面に付着するスラッギング現象に
より、ボイラの稼動が著しく不安定化する問題がある。この特許は、未燃量を低減しスラッギングを最小に留
めることで、バイオマスを大量に安定的に微粉炭と混焼方法――多段のバーナが設けられた微粉炭焚きボイラ
に、バイオマスを空気とともに供給して微粉炭とバイオマスを混焼する場合、最下部のバーナ以外にバイオマ
スを供給することを目的としている。

微粉炭としては、瀝青炭、亜瀝青炭などを粉砕したものが挙げられる。粉砕手段としては、竪型ローラミル（
上図参照）や、ボールミルなどが挙げられる。微粉炭の粒径は７５μｍ以下が８０重量％程度である。上記に
おいては、対向型の微粉炭焚きボイラを例に挙げてているが、ボイラのコーナーにバーナを有する微粉炭焚き
ボイラにおいても同様に実施可能である。また、バイオマス１１は、バイオマス粉砕機８によって粉砕された
後、一次空気１３によりバーナ４および５に搬送されボイラに供給される。本発明においては、ボイラの最下
部バーナ６および７以外にバイオマスを供給する。これにより、未燃率を微粉炭を専焼した場合と比べて遜色
ない程度とすることができる。本発明で用いられるバイオマスとしては、建築廃木材、森林の間伐材、もみ殻、
木炭、家畜の糞尿を乾燥した固形物、コーヒー粕などが挙げられる。ボイラに供給されるバイオマスの粒径は、
平均粒径が２ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下である。

尚、バイオマスの粒径が小さければ、粉砕することなくそのままボイラに供給することができる。一方、粒径
が大きい場合には、予め前述の竪型ローラミルその他の粉砕手段により粉砕するが、搬送用空気として竪型ロ
ーラミルに熱風を供給すると、粉砕動力が削減できるとともに、同じ粉砕動力で粒径がより小さなバイオマス
の粉砕物を得ることができる特徴をもつ。このように、実施例の表１に示した物性を有する瀝青炭と建築廃木
材を個別に竪型ローラミルで粉砕。粉砕された７５μｍ以下が８０重量％以上の微粉炭と、平均粒径が０.７ミ
リメートルの木粉を、ボイラ供給するための微粉炭の供給ラインで予め混合し、バーナを経由してボイラに供
給している。

また、ボイラの詳細は、蒸発量が５００トン／時間であり、また火炉高さが３３.７メートル。さらに、前壁と
後壁のバーナの段数はいずれも二段で、水平高さは段違いで、バーナの位置は前壁が１４.１５メートルと１８.
５５メートルであり、後壁は１１.９５と１６.３５メートル。さらに、水平方向に２本のバーナを有し（この
結果、バーナの本数は８本となる）。上段のバーナには微粉炭と木粉の混合物を、下段には微粉炭のみをそれ
ぞれ供給した。木粉の微粉炭に対する混焼率は１５.５重量％であった。前壁と後壁のバーナに供給する空気量
が全体の空気量を２とすると前壁側が１.０９、後壁側が０.９１となるように、二次空気量を調整。微粉炭と
木粉を合わせた全燃料に対するボイラ空気過剰率は１７体積％で、上記の条件において、微粉炭と木粉の混焼
を２週間連続して行ない、バーナの水平位置の側壁に設置されているボイラの燃焼窓から内部のスラッギング
の状態を目視で確認。その結果、前壁と後壁に供給される二次空気量が同じ場合、スラッギングの厚みが３０
センチメートルに対し、実施例では５センチメートル程度と約１／６で、スラッギング現象が大幅に抑制され
ことが検証されている。 

しかし、微粉炭とバイオマスを混合燃焼させるバイオマス燃焼ボイラや、バイオマス燃料を燃焼させるバイオ
マス燃焼ボイラでは、バイオマス燃料の利用を促進にバイオマス燃料のボイラ火炉への供給量を増やす必要が
あるが、上記バイオマス燃焼ボイラではバイオマス燃料の供給量を増やすと、ボイラ火炉のボトムホッパにバ
イオマス未燃分が大量に堆積することが避けられない。さらに、ボイラ機器に何らかの異常に起因して火炉内
のガス濃度分布や温度の変動が生じ、ボトムホッパに堆積した大量のバイオマス未燃分が急激に燃焼した場合
には、火炉底部の熱負荷の上昇によって炉壁破損に至る可能性がある。このため、燃料としてバイオマス燃料
を燃焼させる場合に、バイオマス燃焼ボイラの火炉のボトムホッパに堆積したバイオマス未燃分を減少させ、
ボイラの安全性と燃焼効率を共に向上させたバイオマス燃焼ボイラが下図のように提案されている。

【符号の説明】

１：火炉、２：後部伝熱面、 ３：微粉炭バーナ、４：バイオマスバーナ、５：伝熱管群、７：排ガスダクト、
８：石炭バンカ、９ 石炭ミル、１０：バイオマスバンカ、１１：バイオマスミル、１２：流体噴霧装置、１３
：開口部、１４：スートブロア、１５：ボトムホッパ、１６：バイオマス未燃分、１７：チューブ、１８：噴
射口、１９：燃料供給管、２０：圧力検出器、２１：圧力調整弁、２２：圧力調整弁制御装置


このため、バイオマスを燃料として燃焼し、燃焼により発生した熱で蒸気を発生させるバイオマス燃焼ボイラ
であって、ボイラの火炉上部に燃焼により発生した熱を蒸気に伝える伝熱管を設け、ボイラの火炉底部にはボ
トムホッパを有し、ボイラの火炉下部にバイオマスを燃焼させる多段のバーナが設置し、多段のバーナの最下
段バーナよりも低い位置の火炉壁面に開口部を設け、流体を噴霧する噴射口を備えた流体噴霧装置を開口部か
ら火炉内へ挿入設置しこの流体噴霧装置から火炉の底部のボトムホッパに向けて不燃性の流体を噴霧するよう
に構成することで、バイオマス燃焼ボイラの火炉のボトムホッパに堆積したバイオマス未燃分を減少させ、ボ
イラの安全性と燃焼効率を共に向上するバイオマス燃焼ボイラの改善提案したものである。

特開2010-77410
 JPA_1999－266818

しかしながら、以上の新規考案事例では、（１）バイオマスのサイズが３ミリメートル以下としているが、こ
れをさらに詳細に解析し最適形状や物性が明確にされていない――微細化することで表面積大きくし、均質噴
霧することで燃焼効率を逓増させる提案が未詳であること、（２）さらに、実施れでのバイオマスの含水率は
通常、木質バイオマスなら10～20％と高く、様々なバイオマスやネグロマス（例：石炭、建築物廃材など）に
には対応していてない――微細化することで、ボイラーの余熱で予備乾燥させておく機能が必要であること。
（３）また、火炉で燃焼効率向上ため炉内の温度分布均一にする条件や空気などの燃焼支持ガスの詳細解析も
未詳である。（４）さらに、通常、バイオマスは125℃から450℃の温度で環縮合・離炭反応が進行することを
利用し、ボイラー余熱を利用し、130～350℃で乾燥させつつ、バイオマスからピッチ分離する機能を追加し、
タール、ピッチ発生を抑制し、スラッキング現象をなくすことも必要である。以上４つのことがクリアーでき
れば、高性能なオールバイオマスボイラの実現に貢献できるだろうと考えた。

そこで、本命であるバイオマス破砕機の考察になるのだが、前述掲載図の「大豆の剥皮方法及び装置」（特開
1999－266818）のようにすり鉢型にすることで、粉砕径（サイズ）を多様なバイオマス種に併せ、変更可能―
回転軸を、あるいはケーシリング位置を上下に移動させる―であると注目したところ、食品機器製造会社「ワ
イエスピー」という福岡のメーカが豆乳の小型自動製造装置（下写真）を販売している――従来の豆乳（ある
いは豆腐）製造時間を１／６０に短縮でき、さらに、大豆の皮を剥離することで、剥皮除去することで大豆皮
に含まれる渋味（苦み）成分の混入を防いでいる。もっとも、剥皮は焙煎などすれば大豆ポリフェノールを有
効利用した大豆茶として商品化できるかもしれないが、粉砕機かかわる特許は出願されておらず？推測で上写
真の東京アトマイザー製造株式会社などの破砕機を組み込んでいるシステム化しているのではと推測した。以
上、高性能バイオマスボイラー設計の考察を終了する。

 

    ●　今夜の一曲

 

　　　時には哲の話をしようか
　　　通いなれたなじみのあの店
　　　マロニエの並木が窓辺に見えてた
　　　コーヒーを一杯で一日
　　　見えない明日をむやみにさがして
　　　誰もが希望をたくした
　　　揺れていた時代の熱い風にふかれて
　　　体中で瞬間を感じたそうだね

　　　道端で眠ったこともあったね
　　　どこにも将けないみんなで
　　　お金はなくてもなんとか生きてた
　　　貧しさが明日を運んだ
　　　小さな下宿屋にいく人もおしかけ
　　　朝まで騒いで眠った
　　　嵐のように毎日が燃えていた
　　　息がされるまで走ったそうだね

　　　一枚残った写真をごらんよ
　　　ひげづらの男は君だね
　　　どこにいるのか今ではわからない
　　　友達もいく人かいるけど
　　　あの日のすべてが空しいものだと
　　　それは誰にも言えない
　　　今でも同じように見果てぬ夢を描いて
　　　走りつづけているよねどこかで


　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　『時には昔の話を』
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　歌　　　加藤登紀子
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　作詞　　加藤登紀子
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　作曲　　加藤登紀子