JP2006300501A - 下向移動床式炉 - Google Patents

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Abstract

【課題】直立竪型反応炉において、バイオマス（廃木材等）又は焼却物を炉頂部より連続的に供給し、空気及び可燃ガス又は燃焼ガスよりなる高温ガスを上方から下方へ流下させることにより、火格子上に上より順に乾燥層、揮発（ガス化）層、燃焼層よりなる下向移動床を形成させ、安定した可燃ガス化、燃焼ガス化又は焼却を連続的に可能にする炉。
【解決手段】
直立竪型反応炉に於いて、炉頂部に原料投入口及び空気吹き込み口、下部に火格子及びガス取り出し口を設けて炉頂部よりバイオマス（廃木材等）の原料又は焼却物を連続的に投入し、最初、火格子上で補助燃焼装置により着火した後、空気（酸素）を含有する高温ガスを誘引通風機及び／または煙突のドラフト効果により上から下へ通過させると、火格子上に上より順に乾燥層、揮発（ガス化）層、燃焼層よりなる下向移動床が連続的に形成される。
【選択図】図７

Description

発明の詳細な説明
本発明は、竪型下向き流れの炉に於いて、バイオマス（廃木材等）を含む各種の原料（被ガス化材、被燃焼ガス化材又は被焼却材）を炉頂部より投入して、炉内に原料の下向移動床を形成し、原料のガス化又は燃焼により、発生した可燃ガス又は燃焼ガスの熱利用を計るか又は原料の焼却を行なう炉を提供する。
図１にバイオマス（廃木材等）の原料より可燃ガスを生成する従来のガス化炉のプロセスフローを示し、図２に原料を焼却処分する従来の焼却炉又は燃焼ガス生成炉のプロセスフローを示す。又、これらの実施例として、図３にガス化炉、図４に固定床式焼却炉、図５にストーカー式焼却炉、図６に流動床式焼却炉を示す。従来型の炉はいずれも下部に火格子、ストーカー或いは流動床を設け、火格子、ストーカー或いは流動床上部に着火又は補助燃焼装置を設けて、主として燃焼用空気を下方より供給し、可燃ガス又は／及び燃焼ガスを上方より取り出すことにより所定の目的を達成しようとするものである。
 発明が解決しようとする課題
１．本発明はバイオマス（廃木材等）を炉頂部より連続的に供給し、空気及び可燃ガス又は燃焼ガスよりなる高温ガスを上方から下方へ流下させることにより、火格子上に上より順に乾燥層、揮発（ガス化）層、燃焼層及び固定炭素燃焼層よりなる下向移動床を形成させ、安定した可燃ガス化、燃焼ガス化又は焼却を連続的に可能にする構造簡易且つ安価な炉を提供することを目的とする。
２．化学物質を含む建築廃木材の焼却の場合は、揮発（ガス化）層で発生した可燃ガス（Ｈ２，ＣＯ，ＣｎＨｍ等）を含む炉出口のガスを炉下部で１０００℃以上の高温で完全燃焼してダイオキシンの発生を防止すると共に燃焼ガス中の有害物質を酸化・分解し、無害化して排出する炉を提供することを目的とする。
問題を解決する為の手段
１．バイオマス（廃木材等）の原料より連続的に可燃ガス、燃焼ガスを得るか又はそれらを連続的に焼却する炉に関する上記の課題を解決する為に、本発明者らは直立竪型炉に於いて、炉頂部に原料投入口及び空気吹き込み口、下部に火格子を設置して炉頂部より原料を投入し、火格子付近で補助燃焼装置により着火した後、空気（酸素）を含有する高温ガスを誘引通風機及び／又は煙突のドラフト効果により上から下へ通過させ、火格子上に上より順に乾燥層、揮発（ガス化）層、燃焼層及び固定炭素燃焼層よりなる移動床を形成させる。移動床内を下降する空気（酸素）を含有した高温ガスは、移動床のガス流動に対する抵抗と揮発（ガス化）層、燃焼層及び固定炭素燃焼層での反応生成ガスの上昇ベクトルを抑える形で各層の横断面全体にわたって広がり、均一に流下することに着目し、図７に示す如き実験炉で安定した可燃ガス化、燃焼ガス化又は焼却が継続されることを確認して本発明に至った。
以下に本発明を詳細に説明する。
図７により本発明の下向移動床式炉を説明する。
１）反応炉▲１▼の炉頂部に設けられた投入口より数ｍｍないし数百ｍｍに破砕された原料▲２▼を炉横断面にわたって均一になるように炉内に投入する。
２）炉内に投入された原料が反応炉▲１▼の下部に設けられた火格子▲４▼の上方に積層された後、火格子▲４▼の上部又は下方の３次空気▲７▼と補助燃料▲８▼よりなる補助燃焼装置▲６▼にて火格子▲４▼の付近で原料に着火する。
２）着火された原料の燃焼は、炉頂部より吹き込まれる１次空気▲３▼により上方へ伝播されるが、誘引通風機▲１４▼及び／又は煙突▲１５▼のドラフト効果を利かせて空気及びガスを上から下へ通過させることにより、上方より順に乾燥層▲イ▼、揮発（ガス化）層▲ロ▼、燃焼層▲ハ▼及び固定炭素燃焼層▲ニ▼が形成される。
３）燃焼層▲ハ▼及び固定炭素燃焼層▲ニ▼における燃焼が進行するにつれて火格子▲４▼上方の積層は沈下するが、その沈下量に相当する原料を炉頂部より連続的に追加投入する。かくして、下向移動床が形成される。
４）一端、下向移動床が形成されると、補助燃焼装置▲６▼の補助燃料▲８▼は徐々に減少せしめるか又は零にすることが出来る。
 発明の実施例
１）図８にバイオマス等の原料より可燃ガスを生成する可燃ガス化炉の実施例を示す。
イ、 被ガス化材は炉頂部より連続投入されるが、起動及び下向移動床の形成は上記図７の説明に同じである。
ロ、 ガス化を促進するため、１次空気▲３▼及び２次空気▲５▼は強圧通風機▲１２▼及び熱交換器▲１１▼により予熱され、反応炉▲１▼の頂部又は燃焼層▲ハ▼及び固定炭素燃焼層▲ニ▼の境界面付近より吹き込まれる。
ハ、 可燃ガスの収量を多くする為、１次空気▲３▼及び２次空気は▲５▼の合計空気比（理論燃焼空気量に対する比率）を０．３程度として燃焼層▲ハ▼及び固定炭素燃焼層▲ニ▼での燃焼を抑えることが大事である。
ニ、 補助燃料▲８▼は、一端下向移動床が形成されると、揮発（ガス化）層▲ロ▼で発生する可燃ガスが燃焼層▲ハ▼及び固定炭素燃焼層▲ニ▼で全て燃焼完了せず火格子▲４▼下部で燃焼継続される為，減少するか零にすることが出来る。
ホ、 生成される可燃ガスは起動直後は純度が悪い為、切替弁▲１６▼を介して煙突▲１５▼より排出するが、純度が一定レベルに達した後は切替弁▲１７▼を開け、切替弁▲１６▼を閉じてガスホルダー▲１８▼に貯え、燃料の用に供することが出来る。
２）図９にバイオマス（廃木材等）の原料より燃焼ガスを生成する燃焼ガス化炉の実施例を示す。
イ、 被燃焼ガス化材は炉頂部より連続投入されるが、起動及び下向移動床の形成は上記図７の説明に同じである。
ロ、 燃焼ガス化を促進する為、１次空気▲３▼及び２次空気▲５▼の合計空気量は空気比で１．８〜２．０とする。
ハ、 補助燃料▲８▼は、一端下向移動床が形成されると、揮発（ガス化）層▲ロ▼で発生する可燃ガスが燃焼層▲ハ▼及び固定炭素燃焼層▲ニ▼で全てが燃焼完了せず火格子▲４▼下部で燃焼継続される為，減少するか零にすることが出来る。
ニ、 燃焼ガスの保有熱は通風機▲１９▼及び熱交換器▲１１▼により回収され、温室▲２０▼等の熱源としての利用に供される。
３）図１０にバイオマス（廃木材等）等の焼却を行なう焼却炉の実施例を示す。
イ、 被燃焼ガス化材は炉頂部より連続投入されるが、起動及び下向移動床の形成は上記図７の説明に同じである。
ロ、 焼却を促進するため、１次空気▲３▼及び２次空気▲５▼は強圧通風機▲１２▼及び熱交換器▲１１▼により予熱され、反応炉▲１▼の頂部又は燃焼層▲ハ▼及び固定炭素燃焼層▲ニ▼の境界面付近より吹き込まれる。
ハ、 焼却を促進する為、１次空気▲３▼及び２次空気▲５▼の合計空気量は空気比で１．８〜２．０とする。
ニ、 補助燃料▲８▼は、一端下向移動床が形成されると、揮発（ガス化）層▲ロ▼で発生する可燃ガスが燃焼層▲ハ▼及び固定炭素燃焼層▲ニ▼で全てが燃焼完了せず火格子▲４▼下部で燃焼継続される為，減少するか零にすることが出来る。
ホ、 火格子▲４▼の下部にて、揮発（ガス化）層▲ロ▼で発生し、燃焼層▲ハ▼及び固定炭素燃焼層▲ニ▼で未燃焼の可燃ガスを３次空気▲７▼により１０００℃以上の高温で完全燃焼してダイオキシンの発生を防止すると共に燃焼ガス中の有害物質を酸化・分解し、無害化して排出する。
４）図１１に家庭ごみの焼却を行なう家庭用小型焼却炉の実施例を示す。
イ、 焼却炉▲２１▼の炉頂部に設けられた投入口より焼却物▲２２▼を炉横断面にわたって均一になるように炉内に投入する。
ロ、 炉内に投入された焼却物▲２２▼が焼却炉▲２１▼の下部に設けられた火格子▲４▼の上方の積層された後、補助燃焼装置▲６▼にて火格子▲４▼の下方で原料に着火（補助燃焼装置▲６▼は着火時のみ使用）する。
ハ、 着火された焼却物▲２２▼の燃焼は、炉頂部より吹き込まれる１次空気▲３▼及び下方の２次空気▲５▼により上方へ伝播されるが、煙突▲１５▼のドラフト効果にて空気及びガスを上から下へ通過させることにより、上方より順に乾燥層▲イ▼、揮発（ガス化）層▲ロ▼、燃焼層▲ハ▼及び固定炭素燃焼層▲ニ▼が形成される。
ニ、 燃焼層▲ハ▼及び固定炭素燃焼層▲ニ▼における燃焼が進行するにつれて火格子▲４▼上方の積層は沈下するが、その沈下量に相当する原料を炉頂部より連続的に追加投入する。かくして、下向移動床が形成される。
ホ、 火格子▲４▼の下方に吹き込まれる３次空気▲７▼により、燃焼ガスは完全燃焼してダイオキシンの発生を防止すると共に、ガス中の有害物質を酸化、分解し、無害化する。
ヘ、 ４次空気▲２３▼の吹込みにより、煙突▲１５▼を含むガス排出経路の過熱を防止することが出来る。
ト、 １次空気▲３▼及び２次空気▲５▼の吹き込み量調節並びにダンパー▲２４▼を調節して煙突▲１５▼によるドラフト効果を加減することにより、焼却物▲２２▼の焼却速度を調節することができる。
発明の効果
１）バイオマス（廃木材等）の原料より可燃ガスや燃焼ガスを生成したり、廃木材等の焼却を行なうにあたり、バイオマス（廃木材等）自身が保有する揮発分の熱エネルギーを活用することにより、外部からの補助燃料を起動着火には要するものの定常状態では要しない。
２）炉の構造が簡易であるので設備費が小さい。
３）竪型炉であるので設置に要する敷地面積が小さい。
４）連続して処理が出来る。
ガス化炉のプロセスフロー
焼却炉のプロセスフロー
ガス化炉
固定床式焼却炉
ストーカー式焼却炉
流動床式焼却炉
下向移動床式炉
ガス化炉の実施例
燃焼ガス化炉の実施例
焼却炉の実施例
家庭用小型焼却炉の実施例
符号の簡単な説明
▲１▼反応炉
▲２▼原料
▲３▼１次空気
▲４▼火格子
▲５▼２次空気
▲６▼補助燃焼装置
▲７▼３次空気
▲８▼補助燃料
▲９▼灰等
▲１０▼ガス取り出し口
▲１１▼熱交換器
▲１２▼強圧通風機
▲１３▼集塵装置
▲１４▼誘引通風機
▲１５▼煙突
▲１６▼切替弁
▲１７▼切替弁
▲１８▼ガスホルダー
▲１９▼通風機
▲２０▼温室
▲２１▼焼却炉
▲２２▼焼却物
▲２３▼４次空気
▲２４▼ダンパー
▲イ▼乾燥層
▲ロ▼揮発（ガス化）層
▲ハ▼燃焼層
▲ニ▼固定炭素燃焼層

Claims (4)

  1. 炉頂部にバイオマス（廃木材等）の原料投入口及び空気吹き込み口と、炉下部には火格子、火格子付近への空気吹き込み口及び補助燃焼装置並びに火格子下部にガス取り出し口を有する炉において、炉頂部より数ｍｍないし数百ｍｍに破砕された原料を順次投入して、炉頂部より投入された空気と原料の揮発分との燃焼反応（燃焼の起動は火格子付近の補助燃焼装置によるが起動後は補助燃焼装置の補助燃料は減少するか又は零にすることが出来る）によって生成される高温ガスを誘引通風機及び／又は煙突のドラフト効果により上から下へ通過させ、火格子上に上より順に乾燥層、揮発（ガス化）層、燃焼層及び固定炭素燃焼層よりなる下向移動床を形成させることにより、連続的に火格子下部のガス取り出し口より可燃ガスを取り出すことを特徴とする下向移動床式炉。
    注）下向移動床
    火格子は火炉下部に固定され、原料は炉頂部より供給される。原料は火格子上で継続ガス化又は燃焼されることにより、上部の原料は順次下方へ沈下、移動する。故に下向移動床と称す。
  2. 炉頂部にバイオマス（廃木材等）の原料（被燃焼化材）投入口及び空気吹き込み口と、炉下部には火格子、火格子付近への空気吹き込み口及び補助燃焼装置並びに火格子下部にガス取り出し口を有する炉において、炉頂部より数ｍｍないし数百ｍｍに破砕された原料を順次投入して、炉頂部より投入された空気と原料の揮発分との燃焼反応（燃焼の起動は火格子付近の補助燃焼装置によるが起動後は補助燃焼装置の補助燃料は節減するか又は不要にすることが出来る）によって生成される高温ガスを誘引通風機及び／又は煙突のドラフト効果により上から下へ通過させ、火格子上に上より順に乾燥層、揮発（ガス化）層、燃焼層及び固定炭素燃焼層よりなる移動床を形成させることにより、連続的に火格子下部のガス取り出し口より燃焼ガスを取り出すことを特徴とする下向移動床式炉。
  3. 炉頂部に廃木材等の焼却材投入口及び空気吹き込み口と、炉下部には火格子、火格子付近への空気吹き込み口及び補助燃焼装置並びに火格子下部にガス取り出し口を有する炉において、炉頂部より数ｍｍないし数百ｍｍに破砕された焼却材を順次投入して、炉頂部より投入された空気と焼却材の揮発分との燃焼反応（燃焼の起動は火格子付近の補助燃焼装置によるが起動後は補助燃焼装置の補助燃料は減少するか又は零にすることが出来る）によって生成される高温ガスを誘引通風機及び／又は煙突のドラフト効果により上から下へ通過させ、火格子上に上より順に乾燥層、揮発（ガス化）層、燃焼層及び固定炭素燃焼層よりなる移動床を形成させることにより、連続的に廃木材等を焼却することを特徴とする下向移動床式炉。
  4. 炉頂部に焼却物投入口及び空気吹き込み口と、炉下部には火格子、火格子付近への空気吹き込み口及び補助燃焼装置並びに火格子下部にガス取り出し口を有する炉において、炉頂部より投入された焼却物に、炉下部火格子上にて補助燃焼装置により下部着火（燃焼の起動は火格子付近の補助燃焼装置によるが起動後は補助燃焼装置の補助燃料は減少するか又は零にすることが出来る）し、火格子付近で高温燃焼させると同時に煙突のドラフト効果により上から下への高温ガスの流れを生じさせ、その後は炉頂部より追加投入される焼却物を継続焼却することを特徴とする下向移動床式家庭用小型焼却炉。
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