JP2007291155A - バイオマスガス生成燃焼炉 - Google Patents

Abstract

【課題】クリンカ（ガラス状硬化物）の発生を防止し、バイオマスガスの生成能力が低下しないバイオマスガス生成燃焼炉を提供する。
【解決手段】筒状の燃焼炉本体２の下端開口部４に多孔状筒９を介して繰り出しバルブ１２（炭排除部）を設け、回転駆動指示部１４によって、前記繰り出しバルブ１２の回転を、バイオマス燃料の燃焼済みの炭が前記多孔状筒９内を片寄って流下することがないように、正転・逆転に切り換えるようにした。これにより、前記多孔状筒９の更に上方に連続する燃焼炉本体２内においても、同様に原料の流下が片寄って流下することなく均一流下するので、燃焼炉本体２内壁にクリンカが発生しない。また、前記多孔状筒２内を通過する炭からバイオマスガスを取り出すので、前記炭に含まれるダスト量が低減され、これにより、ガスの浄化装置やフィルターのイニシャル、ランニングコストの削減が可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、木質系のバイオマス（生物資源）を原料とするバイオマスガス製造装置に関し、特に、それを構成するバイオマスガス生成燃焼炉の構造に関するものである。

従来、バイオマスガスは、例えば、エンジンやボイラーなどの燃焼用の混合気等として活用されている。このバイオマスガスは木質系のバイオマス原料を燃焼させて製造されるものであり、このバイオマスガスは次のような製造装置によって製造される。そのバイオマスガス製造装置は、前記バイオマス原料を燃焼してバイオマスガスを生成するバイオマスガス生成燃焼炉を備えるほか、生成したバイオマスガスを冷却する冷却装置やバイオマスガスを精製する精製装置等を備えてなる。

前記バイオマスガス生成燃焼炉には、そのガス生成方式の一つに、いわゆる「ダウンドラフト方式」と称する方式のものがある。このダウンドラフト方式によるバイオマスガス生成燃焼炉の基本構成は、筒状の燃焼炉本体を用い、該燃焼炉本体の上部に開放したバイオマス原料の供給部を構成するとともに、燃焼炉本体内の酸化層（後述）の燃焼効率を向上させるための燃焼空気供給手段を燃焼炉本体に構成し、燃焼炉本体の下部には、生成されたバイオマスガスを炉外に取り出すガス排出部及び燃焼済みの炭を炉外に排出する炭排出部を構成してなる。燃焼空気を供給して燃焼炉本体内でバイオマス原料を燃焼させると、当該燃焼炉本体内に、上部から下部に向かって、乾燥層、熱分解層、酸化層及び還元層が順次形成され、バイオマスガスは、前記還元層から生成され、これを炉外に取り出す方式のものである。

前記ダウンドラフト方式によるバイオマスガス生成燃焼炉については、例えば、本出願人による特許文献１に開示されたものがある。図２はそのバイオマスガス生成燃焼炉１００の概略図を示す。前記特許文献１によると、前記バイオマスガス生成燃焼炉１００は、燃焼炉本体１００ａの下部に、バイオマスガスを炉外に排出するガス排出部２００が構成してあるとともに、燃焼したバイオマス原料の粉粒状の炭を機外に排出する炭排出部３００が構成してある。該炭排出部３００は、前記炭を、横設した搬送スクリュー３００ａによって、前記燃焼炉本体１００ａの下端排出口側から他側に向かって搬送し、その搬送終端部に設けた開閉バルブ及び排出口から機外に排出するようにしてある。また、前記ガス排出部２００は、前記還元層Ｄから流下し、前記搬送スクリュー３００ａ上及びその空間部に堆積した前記炭から排出されるバイオマスガスを機外に吸引・排出するようにしてある。

特開２００５−１４６１８８号公報

ところで、上記バイオマスガス生成燃焼炉１００においては、前記燃焼炉本体１００ａ内でのバイオマス原料の流下状態が悪く滞留が生じると、バイオマス原料が高温・溶融状態となり、前記燃焼炉本体１００ａの内壁にガラス状硬化物（以下、「クリンカ」という）が固着・形成される。前記クリンカが内壁に固着形成されると、これが抵抗となってバイオマス原料の流下状態が悪化し、クリンカ量が更に増加し、バイオマスガスの生成能力が低下することが懸念される。このため、バイオマスガスの生成能力を低下させないように、バイオマスガス生成燃焼炉１００を定期的に停止・分解し、前記バイオマスガス生成燃焼炉内に固着したクリンカを除去するメンテナンスが必要となり、そのため、その間バイオマスガスの製造ができず、バイオマスガスの製造効率が悪くなるという問題点があった。
そこで、本発明は上記問題点にかんがみ、前記クリンカの発生を防止し、バイオマスガスの生成能力が低下しないバイオマスガス生成燃焼炉を提供することを技術的課題とするものである。

上記課題を解決するため、請求項１により、
バイオマス原料の供給口を上部に形成した筒状の燃焼炉本体と、
該燃焼炉本体内に形成される酸化層に空気を供給する空気供給手段と、
前記酸化層の下方に形成される還元層から流下する炭から排出されたバイオマスガスをガス排出路を介して前記燃焼炉本体内から外部に吸引排出するガス排出部と、
前記還元層から流下した炭を燃焼炉本体内から排除する炭排除部と、
を有するバイオマスガス生成燃焼炉において、
前記炭排除部は、前記燃焼炉本体の下端開口部に接続して設けた多孔状筒と、該多孔状筒の排出側に設けた繰り出しバルブと、前記繰り出しバルブを任意時間ごとに駆動と駆動停止とを行わせるとともに駆動中において正転・逆転を切り換える回転駆動指示部とを有してなり、さらに、前記ガス排出路を、前記多孔状筒の周囲に設けた、という技術的手段を講じた。
また、請求項２により、前記回転駆動指示部は、交互に繰り出しバルブの正転・逆転を切り換える、という技術的手段を講じた。

本発明のバイオマスガス生成燃焼炉によると、燃焼炉本体内に乾燥層、熱分解層、酸化層及び還元層が上から順に形成され、バイオマス原料からなる炭が前記還元層から多孔状筒内に入って更に流下するとき、ガス排出路の排出側からの吸引排出作用により、前記炭から多孔状筒の各孔を通ってバイオマスガスがガス排出路に放出された後、炉外に取り出される。このように、周囲が閉塞された前記燃焼炉本体内を下方に向かって流下するバイオマスガスは、多孔状筒に入った際、当該多孔状筒に形成される多数の全孔から開放状態となるように全周にわたって放出されるので、各孔から放出されるバイオマスガスの放出速度は低下し、これにより、バイオマスガスが放出される際に炭に混入したダスト（粉状の炭）を巻き込む量が少ない。よって、炉外に取り出されたバイオマスガスはダスト混入量が少ないので、後工程に設ける浄化装置やフィルター等のイニシャル、ランニングコストを削減することができる。

また、前記多孔状筒を通過した炭は、繰り出しバルブから順次繰り落とされ機外に排出されるが、このとき、前記繰り出しバルブは、回転駆動指示部によって、任意時間ごとに駆動と駆動停止とを行い、駆動中においては正転・逆転を切り換えるので、前記炭は、多孔状筒内から同筒内を片寄って流下ぜす、均一に排出される。この作用に伴って、前記多孔状筒の更に上方に続く前記燃焼炉本体内においても、前記バイオマス原料が筒内（流下路内）を片寄って流下することなく均一流下するので、原料の滞留によって生じる燃焼炉本体内壁へのクリンカの固着生成が防止される。よって、バイオマスガス生成燃焼炉を稼動停止して分解清掃する必要がないので、バイオマスガスの製造効率（能力）が低下しない。

さらに、本発明によれば、繰り出しバルブによって炭排出部を構成するので、製造コストが安価になり、バイオマスガス生成燃焼炉の構造も簡単になる。

以下、本発明の実施形態を示す。図１は、本発明を適用したバイオマスガス生成燃焼炉の概略図である。本発明のバイオマスガス生成燃焼炉１は、立設した筒状の燃焼炉本体２を備える。該燃焼炉本体２は、上端に、バイオマス原料Ｋの供給口３を供え、下端には、排出口４を備える。前記燃焼炉本体２は、バイオマス原料Ｋを供給して燃焼した際に、炉内において上方から下方に向かって、順次、乾燥層Ａ、熱分解層Ｂ、酸化層Ｃ及び還元層Ｄの各反応層が形成されるが、前記酸化層Ｃが形成される位置の炉壁部分に、当該酸化層Ｃへの空気供給手段５を配設する。該空気供給手段５は、前記炉壁部分に形成した複数の燃焼空気供給孔６に管路７を接続し、該各管路７には送風機８を接続してなる。該送風機８には送風量を調節するための調節弁８ａを設けるとよい。

前記排出口４には、多孔状筒９を下方に向かって接続・配置する。前記多孔状筒９は、前記排出口４と同じ径をなし、全面にバイオマスガスを通す程の大きさの孔を多数設ける。前記多孔状筒９の下端部は、後述する炭排除部１０に連通する管路１１を接続する。該管路１１は、前記炭排除部１０の構成要素である、繰り出しバルブ１２を間に介設し、管路１１の下端部は水槽１３の水の中に入れ当該管路１１内部のシール性を保つようにする。前記炭排除部１０は、前記繰り出しバルブ１２を構成するとともに、回転駆動指示部１４を構成する。該回転駆動指示部１４は、前記繰り出しバルブ１２の回転を、任意時間ごとに、正転・逆転に切り換える電気的な切換装置であり、前記繰り出しバルブ１２の回転駆動部（図示せず）に接続する。前記繰り出しバルブ１２は、図１に示すように、一つの凹部１０ａを構成し、多孔状筒９から流下した炭をこれに供給して繰り落とすようにしてある。

一方、前記多孔状筒９の周囲にはガス排出部１５を構成する。該ガス排出部１５の構成は、前記多孔状筒９内から放出されたバイオマスガスを前記バイオマスガス生成燃焼炉１の外部に導くためのガス排出路１６と、該ガス排出路１６の排出口１６ａに接続して、前記バイオマスガスを吸引する吸引装置１７とからなる。前記排出口１６ａは、前記ガス排出路１６の上部に設けて、バイオマスガスに混入したダスト（粉状の炭や灰）ができるだけ外部に出ないようにしてある。

次に、本発明の作用を説明する。空状態の燃焼炉本体２内に、炭を供給し、内部に３分の２程度（図１に示す熱分階層Ｂが埋まるくらい）堆積するようにする。次いで、酸化層Ｃが形成される位置の炭に着火するため、燃焼炉本体２に設けた着火窓から火を投入する。次いで、前記送風機８の駆動を開始するとともに前記調節弁８ａを調節し、酸化層Ｃへの空気の供給を開始する。また、前記供給口３から、バイオマス原料Ｋである、例えば、木材の小片や籾殻等からなるブリケットなどを投入し、前記燃焼炉本体２の残る内部空間を満たす。さらに、前記吸引装置１７の駆動も開始させる。この後、時間が経過するにつれて、燃焼炉本体２内では、上層から順に、以下の乾燥層Ａ、熱分解層Ｂ、酸化層Ｃ及び還元層Ｄの各反応層が形成される（図１参照）。

前記乾燥層Ａは、１００℃〜３００℃の温度となり、バイオマス原料Ｋから水蒸気を発しながら原料乾燥する。
熱分解層Ｂは、前記送風機８及び供給口３から供給される空気を基にしながら燃焼を生じ、３００℃〜６００℃の温度となり、乾燥層Ａから流下した原料が熱分解反応を起こして、ＣＯ（一酸化炭素）、Ｈ２（水素）及びＣＨ４（メタン）を生成する。
酸化層Ｃは、９００℃以上の温度となり、熱分解層Ｂから流下した原料が酸化反応を起こして、ＣＯ２（二酸化炭素）、Ｈ２Ｏ（水）、ＣＯ（一酸化炭素）及びＣＨ４（メタン）を生成する。
還元層Ｄは、６００℃〜９００℃の温度となり、酸化層Ｃから流下した原料が還元反応を起こして、ＣＯ（一酸化炭素）、Ｈ２（水素）及びＣＨ４（メタン）を生成する。この生成された一酸化炭素、水素及びメタン等がバイオマスガス（可燃ガス）として、後述のようにして炉外に取り出される。

本発明の特徴作用１を説明する。前記炭排出部１０は、前記繰り出しバルブ１２を回転させて、前記多孔状筒９から流下する炭を順次繰り落として排出する。前記繰り出しバルブ１２の回転は前記回転駆動指示部１４によって、任意時間ごとに駆動と停止を繰り返し、駆動中は、図１に示したように切換ポイント（破線Ｔ）を基点として、正回転と逆回転を交互に切り換える。この正回転と逆回転の交互切換えによって、前記多孔状筒９内の炭は、筒内において片寄ることなく均一に流下・排出されるため、前記多孔状筒の上部に続く、前記燃焼炉本体内のバイオマス原料Ｋに対しても同様の作用が働き、燃焼炉本体内においてもバイオマス原料Ｋが片寄ることなく均一に流下する。したがって、原料滞留によって燃焼炉本体内壁へのクリンカの固着形成が防止される。よって、クリンカを除去するための燃焼炉の稼動停止や分解作業等を行う必要がないので、バイオマスガス製造効率（能力）が低下しない。なお、前記繰り出しバルブ１２から繰り落とされた炭は、前記管路１１を介して水槽１３に排出される。

本発明の特徴作用２を説明する。前記多孔状筒９内からは前記バイオマスガスを取り出す。すなわち、前記燃還元層Ｄにおける炭は前記多孔状筒９に順次流下され、このとき、前記吸引装置１７の吸引作用により、前記炭中に生成されているバイオマスガスは前記多孔状筒９の全周に設けた孔から、前記ガス排出路１６に放出され、この後、前記排出口１６ａから炉の外部に排出される。本発明によると、前記多孔状筒９を設けているので、炉外に取り出したバイオマスガスにはダスト（粉状の炭）の混入量が少ない。この理由は、前記吸引装置１７の吸引作用により、前記燃焼炉本体２内においては、酸化層Ｃ及び還元層Ｄにおいてガスが下方に流れるが、このガス（バイオマスガス）は前記多孔状筒９に入ると全周の孔から一気に放出されるため、各孔から放出されるガスの速度が遅くなり、このため、ガスが孔から放出される際に前記ダストを巻き込む量が少なくなるためである。このように、得られたバイオマスガスはダスト混入量が少ないので、ガスの浄化装置やフィルターのイニシャル、ランニングコストを削減することができる。

なお、上記実施例では、繰り出しバルブ１２を一つとしたが、これに限ることなく、前記管路１１を複数股に構成し、各管路１１のそれぞれに繰り出しバルブ１２を介設するようにしてもよい。また、前記凹部１０ａも、複数設けるようにしてもよい。さらに、繰り出しバルブ１２の正回転と逆回転の切り換えについては、上記のように、交互切換の方がより均一な流下作用を得られるが、この方法以外にも、一方向に例えば２回転したら他方向にも２回転するように、それぞれ同じ数だけ回転させるように切り換えるようにしてもよく、この方法によっても本発明の作用効果は得られる。

本発明のバイオマスガス生成燃焼炉を示した図である。 従来のバイオマスガス生成燃焼炉を示した図である。

符号の説明

１ バイオマスガス生成燃焼炉
２ 燃焼炉本体
３ 供給口
４ 排出口
５ 空気供給手段
６ 燃焼空気供給孔
７ 管路
８ 送風機
８ａ 調節弁
９ 多孔状筒
１０ 炭排出部
１０ａ 凹部
１１ 管路
１２ 繰り出しバルブ
１３ 水槽
１４ 回転駆動指示部
１５ ガス排出部
１６ ガス排出路
１６ａ 排出口
１７ 吸引装置
Ｋ バイオマス原料

Claims (2)

1. バイオマス原料の供給口を上部に形成した筒状の燃焼炉本体と、
   該燃焼炉本体内に形成される酸化層に空気を供給する空気供給手段と、
   前記酸化層の下方に形成される還元層から流下する炭から排出されたバイオマスガスをガス排出路を介して前記燃焼炉本体内から外部に吸引排出するガス排出部と、
   前記還元層から流下した炭を燃焼炉本体内から排除する炭排除部と、
   を有するバイオマスガス生成燃焼炉において、
   前記炭排除部は、前記燃焼炉本体の下端開口部に接続して設けた多孔状筒と、該多孔状筒の排出側に設けた繰り出しバルブと、前記繰り出しバルブを任意時間ごとに駆動と駆動停止とを行わせるとともに駆動中において正転・逆転を切り換える回転駆動指示部とを有してなり、さらに、前記ガス排出路を、前記多孔状筒の周囲に設けたことを特徴とするバイオマスガス生成燃焼炉。
2. 前記回転駆動指示部は、交互に繰り出しバルブの正転・逆転を切り換えることを特徴とする請求項１に記載のバイオマスガス生成燃焼炉。
   

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