JP2007212044A - 堆肥等汚物処理固形物を燃料とするボイラー - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、畜産施設から排出される汚物を処理した堆肥を堆肥以外の用途、例えば現場で有効利用できる用途を提案すると共に、その利用システムを提供することにある。
【解決手段】本発明の汚物処理固形物を燃料とするボイラーは、燃料となる堆肥等の汚物処理固形物を燃焼室に移送するスクリューコンベアを水平方向に配置すると共に、該スクリューコンベアを囲うようにパイプを配管し、該パイプは前記燃焼室と熱交換器に連通され、該燃焼室からの熱気が前記パイプを経て熱交換器へ流通するようにし、熱交換した気体は前記熱交換器から排出され、排気処理されて外気に放出されるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は畜産施設等において大量に排出される汚物処理した堆肥等の汚物処理固形物を燃料とするボイラー設備に関する。

畜舎で多くの家畜を飼育する畜産施設において、大量に排出される汚物の処理は大きな問題である。特に、有機性廃棄物は堆肥化することにより再生利用することが可能であるところから、我国でも家畜の糞尿、し尿処理施設から排出される汚泥等の有機性廃棄物については、なるべく多く堆肥として再生利用することが期待されている。そこで、多くの施設では家畜が排泄する糞尿をまず固液分離し、液体分は浄化槽において繰り返し曝気処理をおこない、微生物の作用により有機物を分解すると共に凝集剤等を用いて固形分を凝集させ濾過して分離する。水分は基準を満たすレベルまで浄化されれば一般排水として下水排出し、処理過程で排出される固形分は活性汚泥によって微生物の作用により発酵処理されて堆肥化される。このようなプロセスで作られた堆肥は有機肥料として再利用に回されることになるが、畜産施設から排出される堆肥は利用が促進されてない状況もあり、多くの施設では余剰してその処理に困っているという実状にある。

本発明の課題は、畜産施設から排出される汚物を処理した堆肥を堆肥以外の用途、例えば現場で有効利用できる用途を提案すると共に、その利用システムを提供することにある。

本発明の汚物処理固形物を燃料とするボイラーは、燃料となる堆肥等の汚物処理固形物を燃焼室に移送するスクリューコンベアを水平方向に配置すると共に、該スクリューコンベアを囲うようにパイプを配管し、該パイプは前記燃焼室と熱交換器に連通され、該燃焼室からの熱気が前記パイプを経て熱交換器へ流通するようにし、熱交換した気体は前記熱交換器から排出され、排気処理されて外気に放出されるようにした。
また、堆肥等の汚物処理固形物を燃焼室に移送するスクリューコンベアは、間歇的にメッシュ形態となるようにした。
更に、スクリューコンベア空間は内側パイプで外側パイプと遮蔽され、内側パイプ内の空気は吸引され、外気に放出されることなくブロアによって燃焼室にエアー供給される構成を採用した。
熱交換器は内部の管に熱気が通り、外側の管に水が通るように同心状に配置されたパイプ形態であって、前記外側の管の内面から前記内部の管を貫通して中心方向へ延びるパイプを植設することにより、両方の管の支持とヒートパイプの機能を兼ね備えるようにした。
排気処理は上向きの排気管内に邪魔板を配置すると共に、動力噴霧器で水を吹き付ける形態を採るようにし、外気への放出部には排気を透過させるマイナスイオン水の槽と、活性炭等のフィルター部を配置するようにした。
また、本発明の汚物処理固形物を燃料とするボイラーの使用方法として、おが屑畜舎の使用済みおが屑を燃料とし、スクリューコンベアの終端近傍から乾燥したおが屑の一部を取出し、おが屑畜舎の床材としてリサイクルさせることを提示する。

本発明の堆肥等の汚物処理固形物を燃料とするボイラーは、畜産施設から排出される汚物を処理した堆肥を燃料とするものであるから余剰の堆肥の消費になるだけでなく、ボイラーによって沸かされる蒸気又は熱湯は暖房や洗浄用、作業者の入浴にと畜産施設において幅広く利用することができる。燃焼室の燃焼排気は熱気となってボイラーの熱源となる前に堆肥等の汚物処理固形物が燃焼室に移送されるスクリューコンベアを囲うパイプ内を流れるようにしたので、スクリューコンベア部分で燃料となる堆肥等の汚物処理固形物を十分に乾燥させることができる。そして、熱交換した気体は前記熱交換器から排出され、排気処理されて外気に放出されるようにしたので、燃焼排気による大気汚染の対策も採られている。
また、本発明では堆肥等の汚物処理固形物を燃焼室に移送するスクリューコンベアは、間歇的にメッシュ形態となるようにしたことにより、燃料となる堆肥等の汚物処理固形物は通常形態のスクリューにより燃焼室方向へ送るられるだけでなく、メッシュ形態のスクリューによってその途上で巻き上げられ、メッシュ部分から落下することにより、前後方向に攪拌され、熱気により曝させることとなって乾燥効率が高いものとなる。そして、このスクリューコンベアを通過した堆肥等の汚物処理固形物はほとんど臭気を放つことがない。

スクリューコンベア空間は内側パイプで外側パイプと遮蔽され、内側パイプ内の空気は吸引され、ブロアによって燃焼室にエアー供給される構成を採用したことにより、この乾燥過程で堆肥等の汚物処理固形物から発生する臭気は内側パイプから外部へ放散されることなくこの臭気を帯びたエアーはブロアによって燃焼室に供給され、燃焼に寄与する。高温で燃焼されることにより、燃料からの臭気は燃焼室で分解されるので大気中に排出される燃焼排気が悪臭を放つことはない。
また、本発明では熱交換器は内部の管に熱気が通り、外側の管に水が通るように同心状に配置されたパイプ形態であって、前記外側の管の内面から前記内部の管を貫通して中心方向へ延びるパイプを植設するようにしたことにより、このパイプは両方の管を安定して支持する機能を果たすだけでなく、ヒートパイプの機能を兼ね備え熱交換効率を高くすることができた。
さらに、本発明の排気処理は上向きの排気管内に邪魔板を配置すると共に、動力噴霧器で水を吹き付ける形態を採るようにし、外気への放出部には排気を透過させるマイナスイオン水の槽と、活性炭等のフィルター部を配置するようにしたので、元々プラスチック類が混入することがない自然有機物である堆肥等の汚物処理固形物を燃料とするものであるから環境汚染物質は少ないのであるが、燃焼排気中に含まれる汚染のおそれのある物質を除去することができる。
また、本発明の汚物処理固形物を燃料とするボイラーは、おが屑畜舎の使用済みおが屑を燃料とした場合、スクリューコンベアによる乾燥処理を終えたものは湿気も臭気も昇華したものとなるため、その終端近傍から乾燥処理したおが屑の一部を取出し、これをおが屑畜舎の床材としてリサイクルさせることが可能となる。

図１は本発明に係る汚物処理堆肥を燃料とするボイラーの基本構成を示す全体システム図である。図において１は燃料となる堆肥等の汚物処理固形物の供給部であり、２は堆肥等の汚物処理固形物の移送・乾燥処理部、３は燃焼室、４は熱交換部、そして５は排気処理部である。施設において備蓄されている堆肥をベルトコンベアやホッパ等で構成される堆肥供給部１に入れ、移送・乾燥処理部２へ供給する。堆肥の移送・乾燥処理部２は燃料となる堆肥等の汚物処理固形物を燃焼室に移送するスクリューコンベアを水平方向に配置すると共に、該スクリューコンベアを囲うようにパイプが配管され、該パイプは前記燃焼室３と熱交換器４に連通され、該燃焼室３で堆肥等の汚物処理固形物が燃焼させるとその燃焼排気である熱気が前記スクリューコンベアを囲うパイプを経て熱交換器４へと流れる。熱気が前記スクリューコンベアを囲うパイプ中を流れる過程でスクリューコンベアによって燃焼室へと移送される堆肥は加熱乾燥させられ、容易に燃える状態に整えられる。前記燃焼室３にはバーナーとブロアーにより送風する給気機構そして燃焼室上部には排気路が設けられている。この燃焼室３の排気路から前記移送・乾燥処理部２のパイプを経て熱交換器４へと流れ込んだ熱気は熱交換器４内の水を沸騰させるべく熱交換を行う。熱交換器４内で水と熱交換した燃焼排気は熱交換器４から排出され、排気中に大気汚染物質が含まれると環境問題となることから、排気処理部５において排気処理を施してから大気中に放出するようにした。

図２，図５，図６は本発明に係る汚物処理堆肥を燃料とするボイラーの１実施例を示したもので、図２には燃焼室以外の部分が示され、図５，図６には燃焼室の詳細を示している。堆肥供給部１はベルトコンベア１ａであり、このベルトコンベア１ａから堆肥の移送・乾燥処理部２のスクリューコンベア２ａの端部へ適量の堆肥を投入する形態で供給する。本実施例では堆肥の移送・乾燥処理部２の１つの好ましい形態を提示する。その特徴点は堆肥を燃焼室３に移送するスクリューコンベア２ａが間歇的にメッシュ形態となるようにした点にある。図３に拡大図で示すようにスクリューコンベア２ａは通常のスクリューコンベアのように連続したスクリューではなく、間歇的、この実施例では長手方向に４００ｍｍの通常スクリューと１０００ｍｍのメッシュスクリューが交互に配置された形態を採っている。ちなみにこのスクリューコンベア２ａのパイプ径は４００ｍｍφである。そして、この内側パイプ２ｂと接するスクリュー端部には１９ｍｍφの丸材が螺旋状に配置され、両側のスクリュー間に形成されるメッシュ部分の構成は該螺旋状の丸材と中心のシャフト間にスポーク状の部材がはり渡された形態となっている。前記内側パイプ２ｂを同心状に囲むように配置された７００ｍｍφの外側パイプ２ｃ内を燃焼室３から排出される熱気が流される状況下でこのスクリューコンベア２ａが回転駆動されると、通常スクリューによって燃焼室３方向へ移送される堆肥はメッシュスクリューによって上方にすくい上げられるが、この部分はメッシュ形態となっているのでスポーク状の部材間の隙間からふるい落とされ、前後方向に攪拌されながら内側パイプ内で撒き散らされることになる。この内側パイプ２ｂ内は外側パイプ２ｃを流れる熱気によって加熱されているので、撒き散らされた堆肥は効果的に乾燥させられる。１０ｍにわたるスクリューコンベア２ａの加熱領域を移送される過程で、湿気と臭気を帯びていた堆肥はさらさらに乾燥し臭気もなくなった状態となって、燃焼室３へ送られる。ところで、投入された時点の堆肥は臭気を帯びておりこの移送・乾燥処理部２のスクリューコンベア２ａの位相過程で加熱乾燥させられると湿気と臭気は内側パイプ２ｂの空気中に放出される。この臭気を帯びた空気が外気へ放出されることがないように、本実施例ではブロアによって内側パイプ２ｂに設けられた排出口から吸気され燃焼室３へのエアー供給に送られるように構成した。この移送・乾燥処理部２での乾燥処理を終えた堆肥等の汚物処理固形物は前述したように十分乾燥し、臭気もなくなっているものであるから、おが屑畜舎の床材としての使用済みのおが屑をこのボイラーの燃料とした場合、このスクリューコンベア２ａの出口付近に取出し口を設けて乾燥処理した使用済みおが屑を部分的に取り出しておが屑畜舎の床材にリサイクルして回すようにする利用法もある。

次に、熱交換器４の実施例構成を説明する。この例では熱交換器４も基本的に同心状に配置された２本のパイプ構造を採っており、内部の管４ａ内を前記移送・乾燥処理部２の外側の管４ｂを経由した熱気が流れるように配管され、外側の管４ｂには水が滞留若しくは流れるように水の供給口と熱湯の排出口とが配設されている。この例は給湯設備の例であるから熱湯の排出口であるが、スチーム用ボイラーの場合は蒸気排出口が上方に設けられることになる。図４に断面図で示すように同心状に配置されたパイプは前記外側の管４ｂの内面から前記内部の管４ａを貫通して中心方向へ延びるパイプ４ｃを植設する形態が採られており、このパイプ４ｃは前記外側の管４ｂと前記内部の管４ａとを固定する支持部材としての機能を持つだけでなく、内側の管４ａの熱を外側の管４ｂ内の水に効率よく熱伝導させるヒートパイプの機能を兼ね備えるものである。この２本の同心状パイプ構造を採った熱交換器４は必ずしも直管構造である必要はなく、熱交換効率を高めるために経路長をかせげる蛇行形態を採るようにしても良い。

次に、排気処理部５の実施例構成を説明する。熱交換器４で熱交換を終えた燃焼排気は３００ｍｍφの上向きの排気管内に２５００ｍｍ間隔で邪魔板６を３つ配置すると共に、該邪魔板６の下方２０００ｍｍの位置に動力噴霧器のノズル７を配置し、該邪魔板６に向けて勢いよく霧を吹上げる。この霧は排気温度をさげる冷却効果もあるが、主として燃焼排気に含まれている塵埃や環境汚染物質を水に溶解させて排除することを狙ったものである。この排気処理機構は３段設けられており、塵埃や環境汚染物質を水に溶解させたドレンは上向きの排気管の下方に溜まることになる。適宜弁を開いてそのドレンを外部へ排出する。これがこの実施例における前段の排気処理である。
この実施例では前記上向きの排気管はブロア８を挟んで下向きの排気管が連接され、更にその下流には排気を透過させるマイナスイオン水の槽と、活性炭等のフィルター部を配置して後段の排気処理をするようにしている。この下向きの排気管内には３つの邪魔板９が配置されると共に、その３つの邪魔板９の上方にはマイナスイオン水の槽１２からポンプ１０でくみ上げたマイナスイオン水を下向きに噴出させるノズル１１が配置されている。このノズル１１から噴射されたマイナスイオン水は前記邪魔板９に流れ落ちて排気中に飛散し、陽性の環境汚染物質等を吸着する。その後、燃焼排気と噴射されたマイナスイオン水はマイナスイオン水の槽１２に送り込まれ陽性の環境汚染物質等の吸着反応を促進させる。この槽１２の上方には網を介してモミガラと活性炭が混合されたフィルター槽１３が形成されており、マイナスイオン水の槽１２を経由した燃焼排気はこのフィルター槽１３を透過して大気中に放出される。このモミガラと活性炭が混合されたフィルター槽１３は燃焼排気中に残留していた環境汚染物質等を吸着する機能を果たすものである。元々プラスチック類が混入することがない自然有機物である堆肥等の汚物処理固形物を燃料とするものであるから環境汚染物質は少ないのであるが、この排気処理部５を備えることで、燃焼排気は環境基準を遵守することができる。なお、ここではマイナスイオン水を用いたが、これに代えて木酢液を用いるようにしても良い。

図５，図６を参照しながらこの実施例の燃焼室３の構成を説明する。図５に示すように燃焼室３の壁は内側が厚さ２５０ｍｍの断熱コンクリート１５、その外側に５０ｍｍの断熱材１６を介して外壁は厚さ１２ｍｍの鉄板１７とされている。全体の大きさは外側寸法で高さは２ｍ、幅は２ｍ、長さは５ｍと細長くし、床は幅方向に傾斜を設けると共に途中に段部のある形態としてある。床面近く２カ所にバーナー１８の列を配置し、その近傍に垂直壁面からエアーを送り込む噴出口１９を配置してある。ブロアから送り込まれるエアーは床とその近傍の壁内の配管から供給され、約１００ｍｍ間隔に配置された噴出口１９から吹き出される。図５において燃焼室３内上方の円２０は排気口であってここから前記の移送・乾燥処理部２の外側パイプへ燃焼排気が送り出される。また、燃焼室３内中央部の矩形で示されているものは鉄製の扉２１であって、中の円２２は観察用の覗き窓である。この扉２１は使用時には開けられることはなく、点検や掃除等のメンテナンスの際に作業員が出入りするためのものである。堆肥等の汚物処理燃料はこの燃焼室３に高床側の壁に沿って作られた燃料投入スペース２３へ移送・乾燥処理部２からスクリューコンベア２ａによって移送されてくる。この燃料投入スペース２３には１ｍ間隔に配置された４基のスクリューコンベアー２４によって燃焼室３の高い位置から室内に投入されるようになっている。スクリューコンベア２ａはその終端部が燃料投入スペース２３の上方まで延在し、下側にはシャッターが設けられ、そのシャッターが開かれると乾燥状態となって搬送されてきた堆肥等の汚物処理燃料が燃料投入スペース２３に落下させられる。この粉体状の燃料は前記４基のスクリューコンベアー２４によって燃焼室３に投入され、バーナー１８によって点火され燃焼する。このバーナーは燃焼室の温度が８００℃に上がるまで使用され、後は燃料である堆肥の燃焼熱だけで燃焼は持続できるので、バーナーの使用は停止される。何らかの原因で燃焼状態が落ちて８００℃を下がったときには自動点火して燃焼を促進させるように制御される。

当初の点火時は、移送・乾燥処理部２に熱気が送られていないため堆肥等の汚物処理燃料が乾燥していないことが考えられる。そこで、本実施例においては当初の点火時にはコークスを床に積んでおき初期稼働時の燃料とするようにした。図５中の２５はバーナー１９の近傍の床に植設したポールであって、コークスがバーナー近傍に積まれ易くするためのものである。コークスの火力は強く少々湿気った燃料であっても燃やすことができる。燃焼が開始されるとその燃焼排気が、移送・乾燥処理部２に送り込まれ、堆肥等の汚物処理燃料を乾燥させることになるので、燃料自体が勢いよく燃える状態となってコークスが燃え尽きても後の補充の必要はない。燃え尽きた燃料の灰は傾斜した床の下方に滑り落ち、この灰は溝部に設けられたスクリューコンベアー２６によって適宜燃焼室３の外に排出させるようにした。図６において２７はこのスクリューコンベアー２６を駆動するモータであり、２８は前記４基のスクリューコンベアー２４を駆動するモータである。
燃焼は図示していない室外のブロアによって送られてくるエアーを前記噴出口１９から燃料室３内から吹き出させ、バーナー１８の火を基に堆肥等の汚物処理固形物の燃料を燃焼させる。ブロアによって送風されてくるエアーは前述したように移送・乾燥処理部２のスクリューコンベア２ａの移送過程で昇華させられた湿気と臭気を含んでいるが、燃焼室における燃焼によって当該臭気は分解させられ、燃焼排気中には臭気が残ることはない。
燃焼排気は燃焼室３内上方の排気口２０から移送・乾燥処理部２、熱交換器４、そして排気処理部５を経て大気中に放出される。この燃焼排気の流れは前記ブロア８によってスムーズに流れるように制御されるが、燃焼が進みすぎてブロア８による排気口２０からの排気だけでは不十分となったときは、壁部に設けられたエアー調整穴１４からバイパス排気するようにしている。

本発明は余剰状態でその処理に困っている畜産汚物を処理した堆肥を有効利用することを目的課題として開発がなされたものであるが、この開発されたボイラーの燃料は汚物処理堆肥に限定されず、可燃性廃棄物を広く燃料として使用することができる。特に湿気を帯びたものには有効であるから、落ち葉や本システムで使用済みとなったモミガラと活性炭の混合物なども燃料とすることができる。また、燃料として燃やしてしまうのであるから、堆肥化させる前の汚物処理固形物であっても良い。

本発明に係る堆肥等汚物処理固形物を燃料とするボイラーの基本構成を示すブロック図である。 本発明の１実施例における燃焼室以外の部分を示す図である。 本発明の移送・乾燥処理部のスクリューコンベアの要部拡大図である。 本発明に使用される熱交換器の断面図である。 本発明の１実施例における燃焼室の側面断面図である。 本発明の１実施例における燃焼室の平面図である。

符号の説明

１ 燃料供給部 １ａ ベルトコンベア
２ 移送・乾燥処理部 ２ａ スクリューコンベア
２ｂ 内側パイプ ２ｃ 外側パイプ
３ 燃焼室 ４ 熱交換器
４ａ 内部の管 ４ｂ 外側の管
４ｃ パイプ ５ 排気処理部
６，９ 邪魔板 ７ 動力噴霧器のノズル
８ ブロア １０ ポンプ
１１ 噴射ノズル １２ マイナスイオン水の槽
１３ フィルター槽 １４ エアー調整穴
１５ 耐熱コンクリート １６ 断熱材
１７ 鉄板 １８ バーナー
１９ エアー噴出口 ２０ 排気口
２１ 扉 ２２ 覗き窓
２３ 燃料投入スペース ２４，２６ スクリューコンベア
２５ ポール ２７，２８ モータ

Claims (7)

1. 燃料を燃焼室に移送するスクリューコンベアを水平方向に配置すると共に、該スクリューコンベアを囲うようにパイプを配管し、該パイプは前記燃焼室と熱交換器に連通され、該燃焼室からの熱気が前記パイプを経て熱交換器へ流通するようにし、熱交換した気体は前記熱交換器から排出され、排気処理されて大気中に放出される汚物処理固形物を燃料とするボイラー。
2. 燃料を燃焼室に移送するスクリューコンベアは、間歇的にメッシュ形態となっていることを特徴とする請求項１に記載の汚物処理固形物を燃料とするボイラー。
3. スクリューコンベア空間は内側パイプで外側パイプと遮蔽され、内側パイプ内の空気は吸引され、外気に放出されることなくブロアによって燃焼室にエアー供給されることを特徴とする請求項１または２に記載の汚物処理固形物を燃料とするボイラー。
4. 熱交換器は内部の管に熱気が通り、外側の管に水が通るように同心状に配置されたパイプ形態であって、前記外側の管の内面から前記内部の管を貫通して中心方向へ延びるパイプを植設することにより、両方の管の支持とヒートパイプの機能を兼ね備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の汚物処理固形物を燃料とするボイラー。
5. 排気処理は上向きの排気管内に邪魔板を配置すると共に、動力噴霧器で水を吹き付ける形態を採ったことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の汚物処理固形物を燃料とするボイラー。
6. 外気への放出部には排気を透過させるマイナスイオン水の槽と、活性炭等のフィルター部を配置したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の汚物処理固形物を燃料とするボイラー。
7. おが屑畜舎の使用済みおが屑を燃料とし、スクリューコンベアの終端近傍から乾燥したおが屑の一部を取出し、おが屑畜舎の床材としてリサイクルさせる請求項１乃至６のいずれかに記載の汚物処理固形物を燃料とするボイラーの使用方法。

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