木質バイオマスの完全燃焼

木質バイオマスの主成分 セルロース(C6H10O5)

  セルロース + 酸素 = 二酸化炭素 + 水 + 熱エネルギー + 灰分

               ※灰分 = 燃えない物質

                 カルシウム.カリウム.ナトリウム.珪素.マグネシウムなど

燃焼プロセス

1.燃料の加温による乾燥    〜150℃

燃料内の水分の蒸発を行い、絶乾状態を作る

2.木材成分の分解   〜300℃

 長鎖化合物は短鎖化合物に分解され、液状のタール化合物とガス体を発生し始める。バイオマスは黒く変色・変形し炭の様になる。

 ここまでの熱分解プロセスは酸素ナシですすむ。

3.燃料のガス化   ~500℃

 木質燃料は300~350℃で可燃性ガスが放出され、300~400℃で発火。

 ここで酸素の力を借りて液体状のタールやガス状の炭化水素が分解される。400℃位まで放出量が最大化する。

4.固定炭素のガス化   500℃~

 二酸化炭素・水蒸気・酸素の存在下で可燃性の一酸化炭素が生成され燃焼される。燃焼による発熱反応で、光線や熱線(遠赤外線など)を発して炎をつくる。

 バイオマスの75%が可燃性ガスとも言われ、可燃性ガスの燃焼とも言われる。

余談

バイオマス(枝・葉・幹など)は可燃性ガスを発生し、燃焼を行い、炭化したものだけを作る事も出来る。この場合は形がほぼ残る。一般的によく知られているものがバーベキューなどに使用される「木炭」である。

 

仕組み

効率的な燃焼と空気

  効率的な燃焼 = 燃料から最大限のエネルギーを取り出す事

      3つの必要な要素   ・燃焼時間

                 ・温度

                 ・空気の投入方法

 バイオマスは可燃性ガスの燃焼とも言えるので、うまく混ぜ燃焼させること、

つまり効率的な燃焼を得るためには、3つの要素を最適化する為のコントロールが欠かせない。完全燃焼させるには、酸素を含んだ空気量を理論空気量の

バイオマス 1 に対して空気量を 6.3 投入しなければなりません。参考までに

ガソリンは14.7、石炭は11.4、エタノールは9.0です。

ただし計算上は前述の様になりますが、実際は過剰気味に空気を投入しないと

完全燃焼しません。また、空気の投入方法、いかにうまく空気を混ぜてやるかも大変重要です。

 バイオマスの一次燃焼の為の一次空気によりガス化の進行を促進。発生した可燃性ガスの燃焼、二次燃焼の為の二次空気、更に効率的にガスを燃やし切る為に三次空気も供給されます。また、投入する空気も予熱を加えることで更に効率を上げる事が出来ます。

 木質ペレットには10%以下ですが、「水分」が存在します。まずはその水分を蒸発させ、絶乾状態にさせガス化を促進させなければなりません。そのためには熱が必要となり、燃焼室を大型化し、多段階に渡って空気を供給し効率的にエネルギーを取り出すことを必要とします。その為、石油やガスストーブ機器と比べ大型化となってしまします。日本ではまだ「勘と経験」というような事を言ってますが、諸外国に比べ燃焼技術において劣っている面は否めませんが、逆に言えばこれからの発展に大いなる期待が持てることでしょう。

 2010年世界初の木質ペレット焚き吸収冷温水器が開発され、実用化されている事も、大いなる一歩と言えるでしょう。

 2013年10月 我が豊岡市市役所にもこの木質ペレット焚き吸収冷温水器が導入され、稼働中となっております。('13年11月)

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木質ペレット品質規格
日本木質ペレット協会
 2011年3月制定
木質ペレット品質規格H23-3-31.pdf
PDFファイル 846.2 KB

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