JP2008064370A - 木質ペレット焚き蒸気ボイラ - Google Patents

Abstract

【課題】 小型化を図れると共に、木質ペレットを安定して効率よく燃焼させることができ、然も、負荷追従性が良くて高効率で且つ効率低下が少ない木質ペレット焚き蒸気ボイラを提供する。
【解決手段】 内方に燃焼室Ｓ２を形成するの内側の水冷壁２と、内側の水冷壁２の外方位置に配置された外側の水冷壁３と、両水冷壁２，３間に形成され、燃焼室Ｓ２及び煙道９に夫々連通する燃焼ガス通路４と、両水冷壁２，３の各水管２ａ，３ａの上下端部に夫々連通状に接続された上部ヘッダー５及び下部ヘッダー６と、燃焼室Ｓ２の下部に配設され、木質ペレットＦを燃料とする燃焼装置７と、燃焼ガス通路４の底部にパージ空気Ｐを供給するパージ空気供給機構８とから成り、燃焼室Ｓ２上部の木質ペレット供給口３０ａから燃焼室Ｓ内に木質ペレットＦを投入して燃焼装置７により燃焼させ、発生した燃焼ガスＧ及び焼却灰を燃焼室Ｓ２から燃焼ガス通路４を通して煙道９へ排出する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、燃焼室及び接触熱伝達を行う燃焼ガス通路を複数の水管及びヒレから成る水冷壁等で夫々形成した蒸気ボイラ（貫流ボイラ）に係り、特に、おが屑や木屑等の製材廃材や林地残材等から作った木質ペレットを燃料として燃焼させるようにした蒸発量が３００ｋｇ／ｈ〜２０００ｋｇ／ｈの木質ペレット焚き蒸気ボイラ（貫流ボイラ）に関するものである。

近年、二酸化炭素等の温室効果ガスによる地球温暖化が問題になっており、二酸化炭素の削減が求められている。このような環境問題に伴い、石油や石炭等の化石燃料よりもクリーンな燃料であるバイオマス燃料が注目されている。
バイオマス燃料の中でも、木質ペレットは、おが屑や木屑等の製材廃材や林地残材等を粉砕して圧縮成型した固形燃料であり、カーボンニュートラルと云う特性（燃焼時に発生する二酸化炭素は成長過程で光合成により吸収した二酸化炭素を発生しているものと考えられ、ライフサイクルで見ると大気中の二酸化炭素の増減に影響を与えない性質）を持つバイオマス燃料である。又、木質ペレットは、他のバイオマス燃料に比較して取り扱い易く、形状や含水率等の品質が安定している上質の燃料である。更に、木質ペレットは、石油等の燃料の大部分を海外に依存している日本では新エネルギーの一つとして利用できるものであり、実際に給湯・暖房機器等の燃料として使用されている。

即ち、燃料を燃焼させて温水や蒸気を作り出すボイラの分野に於いては、実際に木質ペレットを燃料とした温水ボイラが開発され、実用に供されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、木質ペレットを燃料とした温水ボイラは、利用できる温水が１００℃以下でエネルギーレベルも低く、給湯や暖房等に用途が限られているため、あまり普及していないのが現状である。
一方、蒸気ボイラ（貫流ボイラ）は、使用できるエネルギーレベルが高く、吸収式冷温水機の再生器や乾燥機の熱源等に用いられてその用途も広いが、小型で効率も良く、特級ボイラ技士免許が不要な木質ペレットを燃料とする小型の蒸気ボイラ（小型貫流ボイラや伝熱面積が３０ｍ² 以下の貫流ボイラ）は未だ開発されておらず、その開発が強く要望されている。
特開２００５−３０００２２号公報

本発明は、このような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的はボイラの小型化を図れると共に、木質ペレットを安定して効率よく燃焼させることができ、然も、負荷追従性が良くて高効率で且つ効率低下が少ない木質ペレット焚き蒸気ボイラを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１の発明は、内方に円形の燃焼室を形成する環状の内側の水冷壁と、内側の水冷壁の外方位置に同心円状又は略同心円状に配置された環状の外側の水冷壁と、内側の水冷壁と外側の水冷壁との間に形成され、燃焼室及び煙道に夫々連通する環状の燃焼ガス通路と、両水冷壁の各水管の上端部及び下端部に夫々連通状に接続された上部ヘッダー及び下部ヘッダーと、燃焼室の下部に配設され、木質ペレットを燃料として燃焼させる燃焼装置と、燃焼ガス通路の底部にパージ空気を供給するパージ空気供給機構とから構成されており、燃焼室の上部に設けた木質ペレット供給口から燃焼室内に木質ペレットを投入して燃焼装置により燃焼させ、発生した燃焼ガス及び焼却灰を燃焼室から燃焼ガス通路を通して煙道へ排出するようにしたことに特徴がある。

本発明の請求項２の発明は、環状の燃焼ガス通路の一箇所を閉塞し、前記燃焼ガス通路の一端部を内側の水冷壁に形成した燃焼ガス通過口を介して燃焼室に連通させると共に、燃焼ガス通路の他端部を外側の水冷壁に形成した燃焼ガス出口を介して煙道に連通させ、燃焼室から燃焼ガス通過口を通って燃焼ガス通路内に流入した燃焼ガス及び焼却灰を燃焼ガス通路内で略一周させてから燃焼ガス出口を通して煙道へ排出するようにしたことに特徴がある。

本発明の請求項３の発明は、内側の水冷壁に燃焼室と燃焼ガス通路を連通させる燃焼ガス通過口を形成すると共に、前記燃焼ガス通過口と１８０度反対側の位置で且つ外側の水冷壁に燃焼ガス通路と煙道を連通させる燃焼ガス出口を形成し、燃焼室から燃焼ガス通過口を通って燃焼ガス通路内に流入した燃焼ガス及び焼却灰を燃焼ガス通路内で左右方向へ流し、燃焼ガス通路を略半周させてから燃焼ガス出口を通して煙道へ排出するようにしたことに特徴がある。

本発明の請求項４の発明は、環状の燃焼ガス通路の間隔を燃焼ガス通過口付近から燃焼ガス出口付近に行くに従って漸次狭くし、燃焼ガス通路内を流れる燃焼ガスの流速を一定に保つようにしたことに特徴がある。

本発明の請求項５の発明は、燃焼装置が、内側の水冷壁の内方に形成された燃焼室に連通する一次燃焼室を形成する円筒状の燃焼筒と、燃焼筒内の下部位置に設けられ、一次燃焼室の横断面に燃焼用空気を均一に分配する多数の空気噴出孔を形成した多孔板と、多孔板の上に形成され、多数の耐熱性のセラミック粒子を点接触状態で積層して成るセラミック粒子層と、燃焼筒を外方から冷却すると共に、多孔板に燃焼用空気を旋回状態で供給する燃焼用空気供給部と、燃焼用空気供給部へ燃焼用空気を供給する燃焼用送風機と、燃焼筒に挿通状に設けられ、セラミック粒子層の上方に位置する点火用バーナとから構成されており、木質ペレット供給口からセラミック粒子層に供給した木質ペレットを燃焼用空気供給部から多孔板を経た燃焼用空気により流動させながら燃焼させると共に、燃焼後に残る焼却灰を燃焼ガスと一緒に燃焼室側へ飛散させるようにしたことに特徴がある。

本発明の請求項６の発明は、対向状に配置されて長方形状の燃焼室を形成する一対の直線状の内側の水冷壁と、内側の両水冷壁の外方位置に水冷壁と平行又は略平行に配置された一対の直線状の外側の水冷壁と、内側の両水冷壁と外側の両水冷壁との間に夫々形成され、燃焼室及び煙道に夫々連通する直線状の燃焼ガス通路と、両水冷壁の各水管の上端部及び下端部に夫々連通状に接続された上部ヘッダー及び下部ヘッダーと、燃焼室の上流側に配設され、木質ペレットを燃料として燃焼させる燃焼装置と、燃焼ガス通路の底部及び煙道の底部にパージ空気を供給するパージ空気供給機構とから構成されており、燃焼室の上流側に設けた木質ペレット供給口から燃焼室内に木質ペレットを投入して燃焼装置により燃焼させ、発生した燃焼ガス及び焼却灰を燃焼室から燃焼ガス通路を通して煙道へ排出するようにしたことに特徴がある。

本発明の請求項７の発明は、直線状の燃焼ガス通路の間隔を上流側から下流側に行くに従って漸次狭くし、燃焼ガス通路内を流れる燃焼ガスの流速を一定に保つようにしたことに特徴がある。

本発明の請求項８の発明は、燃焼装置が、点火用バーナ、ペレット供給口、燃焼用送風機及び二次燃焼用送風機を備えた風箱と、風箱に隣接する状態で燃焼室内の上流側に設けた燃焼部とから構成されており、前記燃焼部は、燃焼室の上流側底部に風箱に連通する状態で設けられ、上面側が一次燃焼用空気を上方へ向けて噴出する多数の空気噴出孔を備えた多孔板に形成された燃焼用空気供給部と、燃焼用空気供給部の多孔板上に形成され、一端部側がペレット供給口の下方に位置する多数の耐熱性のセラミック粒子を点接触状態で積層して成るセラミック粒子層と、セラミック粒子層の両側及び下流側端に起立姿勢で設けられ、木質ペレット及びセラミック粒子の流出を阻止し且つ焼却灰がセラミック層に残留しない高さの耐火物壁と、燃焼用空気供給部内に設けられ、燃焼室の下流側領域へ二次燃焼用空気を供給する二次燃焼用空気供給部とから成り、ペレット供給口からセラミック粒子層に供給した木質ペレットを燃焼空気用供給部からの一次燃焼用空気により流動させながら燃焼させると共に、燃焼後に残る焼却灰を燃焼ガスと一緒にセラミック粒子層外へ飛散させ、又、セラミック粒子層外で焼却灰及び燃焼ガス中の未燃分を二次燃焼用空気供給部からの二次燃焼用空気によりおき燃焼させると共に、燃焼室の底部に落下した焼却灰を二次燃焼用空気により移送するようにしたことに特徴がある。

本発明の請求項９の発明は、燃焼用空気供給部の多孔板の空気噴出孔が、木質ペレットが供給されるセラミック粒子層の上流となる一端部側に一次燃焼空気を多く供給すると共に、セラミック粒子層の下流となる他端部側に行くに従って一次燃焼空気を漸次少なく供給し、木質ペレット層に対して一次燃焼空気を均一に供給するように、燃焼用空気供給部の上部に配列形成されていることことに特徴がある。

本発明の木質ペレット焚き蒸気ボイラは、次のような優れた効果を発揮することができる。
（１）本発明の木質ペレット炊き蒸気ボイラは、内側の水冷壁及び外側の水冷壁の各水管の上端部及び下端部を上部ヘッダー及び下部ヘッダーに夫々連通状に接続し、内側の水冷壁で囲まれた空間を燃焼室とすると共に、内側の水冷壁と外側の水冷壁との間の空間を接触熱伝達を行う燃焼ガス通路とする貫流ボイラの構造に構成されているため、ボイラ技士免許等の取扱免許が不要になると共に、相当蒸発量が３００ｋｇ／ｈ〜２０００ｋｇ／ｈの缶体がコンパクトな蒸気ボイラとすることができる。然も、蒸気ボイラは、貫流ボイラの構造を呈しているため、保有水量が少なくて耐火物の使用量が少ないために負荷追従性も良い。
（２）本発明の木質ペレット炊き蒸気ボイラは、燃焼室内の燃焼火炎による放射伝熱によって内側の水冷壁へ熱を与えると共に、燃焼ガス通路内を流れる燃焼ガスによる接触伝熱によって内側の水冷壁と外側の水冷壁の両方に熱を与えるため、水冷壁への熱吸収率が大幅に向上し、高効率で且つ効率低下が少ない蒸気ボイラとすることができる。
（３）本発明の木質ペレット炊き蒸気ボイラは、燃焼室内に木質ペレットを投入して燃焼装置により燃焼させ、発生した燃焼ガス及び焼却灰を燃焼室から燃焼ガス通路を通して煙道へ排出するようにしているため、クリンカの生成もなく、又、未燃分もなく、灰の分離取出しが可能となる。
（４）本発明の木質ペレット炊き蒸気ボイラは、環状の燃焼ガス通路の間隔を燃焼ガス通過口付近から燃焼ガス出口付近に行くに従って漸次狭くし、或いは、直線状の燃焼ガス通路の間隔を上流側から下流側に行くに従って漸次狭くし、燃焼ガス通路内を流れる燃焼ガスの流速が焼却灰及び未燃ペレットによる両水冷壁の摩耗を防止する流速となるように前記燃焼ガスの流速を一定に保つようにしているため、焼却灰及び未燃ペレットによる両水冷壁の水管等の摩耗を防止することができる。
（５）本発明の木質ペレット炊き蒸気ボイラは、多孔板上に多数の耐熱性のセラミック粒子を点接触状態で積層して成るセラミック粒子層を設け、当該セラミック粒子層に木質ペレットを供給してこれを多孔板から供給した燃焼用空気により流動させながら燃焼させ、燃焼後に残った焼却灰をセラミック層外へ飛散させるようにしているため、木質ペレットの燃焼時に燃焼用空気が熱伝導性に優れたセラミック粒子間に形成された多数の微小空間内を流れてセラミック粒子を冷却することになり、セラミック粒子層が過度に加熱されると云うことがなく、クリンカの生成をより抑制できると共に、木質ペレットを継続的に安定して燃焼させることができる。
（６）本発明の木質ペレット炊き蒸気ボイラは、セラミック粒子層外で焼却灰及び燃焼ガス中の未燃分を二次燃焼用空気供給部からの二次燃焼用空気によりおき燃焼させると共に、燃焼室の底部に落下した焼却灰を二次燃焼用空気により移送するようにしているため、未燃分の発生が極めて少ない燃焼を行えると共に、クリンカの生成をより抑制することができる。
（７）本発明の木質ペレット炊き蒸気ボイラは、燃焼用空気供給部の多孔板の空気噴出孔が、木質ペレットが散布されるセラミック粒子層の上流となる一端部側に一次燃焼空気を多く供給すると共に、セラミック粒子層の下流となる他端部側に行くに従い一次燃焼空気を漸次少なく供給し、木質ペレット層に対して一次燃焼空気を均一に供給するように、燃焼用空気供給部の上部に配列形成されているため、局部的な高温燃焼部が生じず、クリンカの生成をより抑制できると共に、木質ペレットをより安定した状態で燃焼させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１乃至図７は本発明の第１の実施形態に係る木質ペレット焚き蒸気ボイラ１を示し、当該木質ペレット焚き蒸気ボイラ１は、内方に円形の燃焼室Ｓ２（この実施形態では二次燃焼室Ｓ２）を形成する環状の内側の水冷壁２と、内側の水冷壁２の外方位置に同心円状又は略同心円状に配置され、内側の水冷壁２との間に環状の燃焼ガス通路４を形成する環状の外側の水冷壁３と、両水冷壁２，３の各水管２ａ，３ａの上端部及び下端部に夫々連通状に接続された上部ヘッダー５及び下部ヘッダー６と、燃焼室Ｓ２の下部に配設され、木質ペレットＦを燃料として燃焼させる燃焼装置７と、燃焼ガス通路４の底部にパージ空気Ｐを供給して焼却灰や未燃物が堆積するのを防止するパージ空気供給機構８等から構成されており、燃焼室Ｓ２の上部に設けた木質ペレット供給口３０ａから燃焼室Ｓ２内に木質ペレットＦを投入して燃焼装置７により燃焼させ、発生した燃焼ガスＧ及び焼却灰を燃焼室Ｓ２から燃焼ガス通路４を通して煙道へ排出するようにしたものである。

この蒸気ボイラ１に於いては、内側の水冷壁２の水管２ａ内を流れるボイラ水への熱吸収は、主として発生した燃焼ガスＧによる放射伝熱と、二次燃焼室Ｓ２内を流れる燃焼ガスＧによる接触伝熱（対流伝熱）と、燃焼ガス通路４内を流れる燃焼ガスＧによる接触伝熱とによって行われ、又、外側の水冷壁３の水管３ａ内を流れるボイラ水への熱吸収は、燃焼ガス通路４内を流れる燃焼ガスＧによる接触伝熱（対流伝熱）のみによって行われている。

尚、図７に於いて、１０は木質ペレット貯蔵サイロ（図示省略）から木質ペレットＦを受け取ってこれを小容量貯蔵するサービスサイロ、１１はサービスサイロ１０に接続され、サービスサイロ１０内の木質ペレットＦを搬送するインバータ制御されたスクリューコンベヤ、１２はスクリューコンベヤ１１に接続され、木質ペレットＦの燃焼装置７へ木質ペレットＦを供給する遮断ダンパー付のペレット供給管、１３はスクリューコンベヤ１１から排出される木質ペレットＦをペレット供給管１２側へ押し込むと共に、燃焼ガスＧの逆流を防止する押込み送風機、１４は煙道９に接続され、燃焼ガスＧ中の灰分を捕集するサイクロン集塵器、１５はサイクロン集塵器１４の燃焼ガス出口側のダクトに設けられ、燃焼室Ｓ２内を負圧に制御するインバータ制御された誘引通風機、１６は散水タンク、１７は温度検出器、１８は灰溜めボックス、１９は自動軟化器、２０は給水タンク、２１は薬液タンク、２２は給水ポンプ、２３は蒸気出口弁、２４は安全弁、２５は蒸気圧力スイッチ、２６は蒸気圧力計である。

前記内側の水冷壁２は、図４乃至図６に示す如く、複数本の水管２ａ（厚肉の裸管）を環状に並列配置して隣接する水管２ａを上下方向へ延びる帯板状のヒレ２ｂで連結することにより形成されており、横断面形状が円形の気密構造に形成されている。この内側の水冷壁２で囲まれた空間は、燃焼室Ｓ２（この実施形態では二次燃焼室Ｓ２）となっている。
又、内側の水冷壁２の上部には、複数のヒレ２ｂの上端部を切り欠くことにより二次燃焼室Ｓ２内の燃焼ガスＧを環状の燃焼ガス通路４内へ流入させる複数の燃焼ガス通過口２ｃが形成されている。この燃焼ガス通過口２ｃの開口面積は、飛散灰及び一部未燃物による水管２ａ等の摩耗を防ぐため、所定の値に設定されている。この実施形態に於いては、燃焼ガス通過口２ｃの開口面積は、燃焼ガス通過口２ｃを通過する燃焼ガスＧの流速が所定の流速以下（飛散灰及び一部未燃物による水管２ａ等の摩耗を防止できる流速以下）になるように設定されている。又、燃焼ガス通過口２ｃでの燃焼ガスＧ温度が８５０℃以下となるように内側の水冷壁２の面積が設定されている。

前記外側の水冷壁３は、図４乃至図６に示す如く、内側の水冷壁２と同様に複数本の水管３ａ（厚肉の裸管）を環状に並列配置して隣接する水管３ａを上下方向へ延びる帯板状のヒレ３ｂで連結することにより形成されており、横断面形状が円形の気密構造に形成されている。この外側の水冷壁３は、内側の水冷壁２の外方位置に内側の水冷壁２と同心円状又は略同心円状に配置されており、内側の水冷壁２との間で燃焼ガスＧが通過する環状の燃焼ガス通路４を形成するようになっている。
又、外側の水冷壁３には、内側の水冷壁２に形成した燃焼ガス通過口２ｃの位置から円周方向に少しずれた個所の水管３ａ及びヒレ３ｂを取り除くことにより燃焼ガス通路４内の燃焼ガスＧを流出させるための燃焼ガス出口３ｃが形成されており、燃焼ガス通路４内を流れて来た燃焼ガスＧが燃焼ガス出口３ｃから煙道９へ排出されるようになっている。
更に、環状の燃焼ガス通路４は、図５に示す如く、外側の水冷壁３の燃焼ガス出口３ｃ近傍の水管３ａと内側の水冷壁２の燃焼ガス通過口２ｃ近傍の水管２ａとを上下方向へ延びる帯板状のヒレ３ｂ′で連結することによりその一箇所が閉塞されており、燃焼ガス通過口２ｃを出た燃焼ガスＧが環状の燃焼ガス通路４内を一方向へ流れ、当該燃焼ガス通路４を略一周してから燃焼ガス出口３ｃから煙道９へ排出されるようになっている。この環状の燃焼ガス通路４の上部空間及び下部空間には、上部ヘッダー５及び下部ヘッダー６等を高温の燃焼ガスＧから保護するための耐火物２７が充填されている。
加えて、外側の水冷壁３には、一部の水管３ａ及びヒレ３ｂを取り外すことにより点検口３ｄが形成されており、当該点検口３ｄには、耐火物２７を内張りした点検扉２８が開閉可能に取り付けられている。

この実施形態に於いては、外側の水冷壁３は、燃焼ガス通路４の燃焼ガス通過口２ｃを形成した部分の間隔が広くなるように内側の水冷壁２に対して偏芯させた状態で内側の水冷壁２の外方位置に配置されており、環状の燃焼ガス通路４の間隔（燃焼ガスＧの通過面積）を燃焼ガス通過口２ｃ部分から燃焼ガス出口３ｃに行く程漸次狭くするようになっている。これにより、燃焼ガス通路４内を流れる燃焼ガスＧの流速が一定に保たれることになる。燃焼ガス通路４内を通過する燃焼ガスＧの流速は、速い程伝熱効率が良くなる反面、燃焼ガスＧ中の灰分等による両水冷壁２，３の水管２ａ，３ａ等の摩耗が発生することになり、又、反対に燃焼ガスＧの流速が遅過ぎると、伝熱効率が低下すると共に、両水冷壁２，３面（伝熱面）への焼却灰の付着・堆積がある。そのため、燃焼ガス通路４内を通過する燃焼ガスＧの流速は、燃焼ガスＧ中の灰分等による両水冷壁２，３の水管２ａ，３ａ等の摩耗を防止するため、所定の流速となるように設定されている。

尚、上記の実施形態に於いては、燃焼ガス通過口２ｃを出た燃焼ガスＧが図５に示すように燃焼ガス通路４内を一方向へ流れるようにしたが、他の実施形態に於いては、燃焼ガス通過口２ｃと１８０度反対側の位置で且つ外側の水冷壁３に燃焼ガス出口３ｃを形成し、燃焼ガス通過口２ｃを出た燃焼ガスＧが燃焼ガス通路４内を左右方向へ流れ、燃焼ガス通路４を略半周してから燃焼ガス出口３ｃから煙道９へ排出されるようにしても良い（図示省略）。

前記上部ヘッダー５及び下部ヘッダー６は、図４に示す如く、断面形状が矩形の中空構造の環状に形成されており、両ヘッダー５，６には内側の水冷壁２及び外側の水冷壁３の各水管２ａ，３ａの上下端部が夫々連通状に接続されている。
又、上部ヘッダー５には、二次燃焼室Ｓ２の上面側を閉塞する耐火物製の天井壁２９が設けられており、当該天井壁２９の中心部には、二次燃焼室Ｓ２内に木質ペレットＦを投入するための木質ペレット供給口３０ａを形成するペレット供給ダクト３０が貫通状に設けられている。
更に、上部ヘッダー５には、蒸気を気水分離器３１へ導く連絡管３２が接続されていると共に、下部ヘッダー６には、給水管３３、缶水ブロー取出し管３４及び気水分離器３１からの戻り配管３５等が夫々接続されている（図１参照）。又、上部ヘッダー５及び下部ヘッダー６間には、水位制御筒３６が取り付けられている。

前記木質ペレットＦの燃焼装置７は、図４に示す如く、一次燃焼室Ｓ１を形成する円筒状の燃焼筒３７と、燃焼筒３７内の下部位置に設けられ、一次燃焼室Ｓ１の横断面に燃焼用空気Ａを均一に分配供給する多孔板３８と、多孔板３８の上に形成され、多数の耐熱性のセラミック粒子を点接触状態で積層して成るセラミック粒子層３９と、多孔板３８の下部空間に燃焼用空気Ａを旋回状態で供給する燃焼用空気供給部４０と、燃焼用空気供給部４０へ燃焼用空気Ａを供給する燃焼用送風機４１と、燃焼筒３７に挿通状に設けられ、セラミック粒子層３９の上方に位置する点火用バーナ４２とから構成されており、木質ペレット供給口３０ａからセラミック粒子層３９に供給した木質ペレットＦを燃焼用空気供給部４０から多孔板３８を経た燃焼用空気Ａにより流動させながら燃焼させると共に、燃焼後に残る焼却灰を燃焼ガスＧと一緒に燃焼室Ｓ２側へ飛散させるようにしたものである。

前記燃焼筒３７は、円筒状のケーシング３７ａ内に耐火物２７を内張りすることにより形成されており、内部空間が二次燃焼室Ｓ２に連通する一次燃焼室Ｓ１に形成されている。この燃焼筒３７は、二次燃焼室Ｓ２の下部に鉛直姿勢で配設されている。
又、多孔板３８は、燃焼筒３７内の下部位置に水平姿勢で取り付けられており、燃焼用空気Ａを上方へ向けて噴出する多数の空気噴出孔が面に対して均等に分配され、一次燃焼室Ｓ１の横断面に燃焼用空気Ａを均一に分配供給するようになっている。
更に、セラミック粒子層３９は、耐熱性を有する熱伝導性に優れた多数のセラミック粒子を多孔板３８上に点接触状態で適宜の厚さに積層することにより形成されており、セラミック粒子層３９のセラミック粒子間には、燃焼用空気Ａが通過する微細通路が形成されている。このセラミック粒子層３９の厚さやセラミック粒子の径は、燃焼条件等に応じて適宜に設定されており、木質ペレットＦの流動燃焼を良好且つ確実に行えるようになっている。
そして、燃焼用空気供給部４０は、燃焼筒３７の外周位置に燃焼筒３７を囲繞するように配置された風箱４０ａと、燃焼筒３７の下端面に設けられ、風箱４０ａ内の燃焼用空気Ａを旋回させて燃焼筒３７内の多孔板３８の下端部空間へ供給する旋回羽根４０ｂとから成り、風箱４０ａに接続した燃焼用送風機４１からの燃焼用空気Ａを風箱４０ａ内にその接線方向へ吹き込んで燃焼筒３７を冷却すると共に、風箱４０ａ内の燃焼用空気Ａを旋回羽４０ｂにより旋回させて多孔板３８の下部空間へ供給するようになっている。この燃焼用空気供給部４０は、セラミック粒子層３９上の木質ペレットＦ又は木質ペレットＦとセラミック粒子の両方が二次燃焼室Ｓ２側へ飛散しない程度に緩く流動するように多孔板３８からセラミック粒子層３９へ燃焼用空気Ａを供給するようにしている。

前記パージ空気供給機構８は、図６に示す如く、外側の水冷壁３の外方位置に配設された平面形状がＵ字状のパージ空気供給ダクト４３と、パージ空気供給ダクト４３に接続されたパージ用送風機４４と、外側の水冷壁３の下端部のヒレ３ｂ、点検扉２８及び燃焼ガス出口３ｃ近傍の煙道ダクト４７に夫々貫通状に設けられ、パージ空気供給ダクト４３にホース４５を介して夫々接続された複数のパージ空気供給管４６とから構成されており、パージ用送風機４４からパージ空気Ｐをパージ空気供給ダクト４３を介して各パージ空気供給管４６へ供給し、各パージ空気供給管４６から燃焼ガス通路４の底部にパージ空気Ｐを吹き付けて燃焼ガス通路４の底部に焼却灰や未燃物が堆積するのを防止するようにしたものである。

そして、前記木質ペレット焚き蒸気ボイラ１は、相当蒸発量５００ｋｇ／ｈ、最高使用圧力０．９８ＭＰａ、伝熱面積９．５ｍ² 、効率８５％の小型の貫流ボイラに構成されている。又、木質ペレット焚き蒸気ボイラ１の制御は、蒸気圧力による三位置制御（停止、低燃焼、高燃焼）となっている。

次に、上述した第１の実施形態に係る木質ペレット焚き蒸気ボイラ１の作動について説明する。
着火信号により点火用バーナ４２の送風機が作動すると同時に誘引通風機１５、燃焼用送風機４１、押込み送風機１３、パージ用送風機４４が作動して炉内及び燃焼ガス系統をパージする。このとき、誘引通風機１５と燃焼用送風機４１は、インバータ制御されており、運転開始と共に回転を徐々に増加させるようになっている。

炉内及び燃焼ガス系統のパージが終了すると、点火用バーナ４２が点火すると共に、スクリューコンベヤ１１等が作動して木質ペレットＦ（含水率は８％〜１３％、直径は５ｍｍ〜８ｍｍ、長さは１０ｍｍ〜２０ｍｍ）を供給しだす。即ち、サービスサイロ１０内の木質ペレットＦが、スクリューコンベヤ１１及び押込み送風機１３によりペレット供給管１２へ供給され、ペレット供給ダクト３０を通ってペレット供給口３０ａから二次燃焼室Ｓ２内に投入され、燃焼装置７のセラミック粒子層３９上に供給される。このとき、スクリューコンベヤ１１は、インバータ制御されており、始動時には極少量の木質ペレットＦを供給し、徐々に供給量を増加させて行き、所定の時間が経過したら木質ペレットＦを定格供給するようになっている。

二次燃焼室Ｓ２内に投入された木質ペレットＦは、セラミック粒子層３９上に散布されてここに堆積し、点火用バーナ４２で着火されると共に、約３分後（この時間は燃焼量で異なる）に点火用バーナ４２が停止し、自燃状態に入る。

その後、スクリューコンベヤ１１、誘引通風機１５及び燃焼用送風機４１が回転数を徐々に上げて低出力設定値を経て低格燃焼状態に入る。このとき、誘引通風機１５の回転数は、炉内圧力が常時−１００〜−３００Ｐａ程度の負圧になるように設定されている。

蒸気圧力が上昇して低出力燃焼状態になると、木質ペレットＦの供給量は短時間で低出力燃焼量に変更するが、燃焼用空気Ａの供給は所定の時間だけ定格燃焼状態を維持してから低出力状態にする。これは木質ペレットＦ等の固体燃料は燃焼時間が必要なためである。尚、低出力状態でも蒸気圧力が上昇すると、燃焼を停止する。

燃焼を停止すると、ポストパージ工程に入り、燃焼用送風機４１及び誘引通風機１５を高速回転にし、セラミック粒子層３９上の未燃の木質ペレットＦを燃やし切ると共に、セラミック粒子層３９上の焼却灰をパージする。又、押込み送風機１３及びパージ用送風機４４も運転し、環状の燃焼ガス通路４の底部の焼却灰をパージする。
尚、パージ工程中に燃焼信号が入れば、パージを停止して燃焼工程に入る。

そして、木質ペレット供給口３０ａからセラミック粒子層３９上に供給された木質ペレットＦは、風箱４０ａ内を流れて燃焼筒３７を冷却し、旋回羽４０ｂにより旋回せしめられて多孔板３８の空気噴出孔からセラミック粒子層３９の上方へ噴出された燃焼用空気Ａによりセラミック粒子層３９上で緩やかな流動状態で燃焼する。このとき、一次燃焼室Ｓ１内では、木質ペレットＦが水分及び揮発分を揮散させながら燃焼すると共に、固定炭素分が飛散しながら燃焼する。又、一次燃焼室Ｓ１内では、多孔板３８の下部空間に供給された旋回空気により中心部に燃焼ガスＧの再循環領域が形成される。更に、燃焼室（一次燃焼室Ｓ１及び二次燃焼室Ｓ２）全体を軸方向に長くして燃焼ガスＧの滞留時間を長く設定しているため、燃焼ガスＧ中の未燃ガスを完全燃焼させることができる。

前記木質ペレットＦの燃焼装置７に於いては、燃焼を行うセラミック粒子層３９自体は、熱伝導性に優れたセラミック粒子が点接触し、セラミック粒子間に燃焼用空気Ａが流れる多数の微小空間が形成されているため、微小空間内を流れる燃焼用空気Ａで冷却されることになり、過度に加熱されると云うことがない。又、一次燃焼室Ｓ１を形成する燃焼筒３７は、風箱４０ａ内を流れる燃焼用空気Ａにより冷却されているため、一次燃焼室Ｓ１内の燃焼温度も低くなる。更に、この木質ペレットＦの燃焼装置７は、木質ペレットＦを流動させながら且つ燃焼部に対して均一な燃焼用空気Ａの供給により局所的な高温部を生じることなく燃焼させ、燃焼後に残った焼却灰をセラミック粒子層３９外へ飛散させていることとも相まって、燃焼室内にクリンカを生成させることなく、木質ペレットＦを継続的に安定して燃焼させることができる。

そして、一次燃焼室Ｓ１から飛散した焼却灰及び燃焼ガスＧ中の未燃分は、二次燃焼室Ｓ２内で完全燃焼した後、内側の水冷壁２の上部に形成した燃焼ガス通過口２ｃから燃焼ガスＧと一緒に環状の燃焼ガス通路４内に流入する。このとき、焼却灰は、その比重（見掛け比重）が０．５と軽いため、燃焼ガスＧと一緒に確実且つ良好に燃焼ガス通過口２ｃから排出される。又、燃焼ガスＧ中には、極僅かであるが、未燃ペレットが含まれている。更に、燃焼ガス通過口２ｃを通過する燃焼ガスＧの流速は、焼却灰及び未燃ペレットによる水冷壁２，３の摩耗を防止できるように所定の流速以下になるように設定されているため、焼却灰及び未燃ペレットによる両水冷壁２，３の水管２ａ，３ａ等の摩耗が防止される。

燃焼ガス通路４内に流入した燃焼ガスＧは、燃焼ガス通路４内を略一周する間に接触伝熱により内側の水冷壁２及び外側の水冷壁３へ熱を与えた後、外側の水冷壁３に形成した燃焼ガス出口３ｃから煙道９を通って外部へ排出されて行く。又、燃焼ガス通路４内に流入した焼却灰及び未燃物の一部は、燃焼ガス通路４の底部の耐火物２７上で所謂おき燃焼する。このとき、燃焼ガスＧと両水冷壁２，３の各水管２ａ，３ａが接触する接触伝熱部に於いては、燃焼ガスＧの流れが各水管２ａ，３ａに対して交差する直交流となり、燃焼ガスＧが水管２ａ，３ａに対して平行に流れる管平行流に比較して各水管２ａ，３ａの単位面積当たりの熱吸収量を増加させることができ、ボイラの高効率化及び小型化を図れる。又、燃焼ガス通路４内を通過する燃焼ガスＧの流速は、焼却灰及び未燃ペレットによる両水冷壁２，３の水管２ａ，３ａ等の摩耗を防止できるように環状の燃焼ガス通路４の間隔（燃焼ガスＧの通過面積）を燃焼ガス通過口２ｃ部分から燃焼ガス出口３ｃに行く程漸次狭くなるようにし、燃焼ガス通路４内を流れる燃焼ガスＧの流速を一定に保つようにしているため、焼却灰及び未燃ペレットによる両水冷壁２，３の水管２ａ，３ａ等の摩耗が防止される。更に、燃焼ガス通路４の底部にある耐火物２７上には、パージ空気供給機構８からパージ空気Ｐが吹き付けられているため、燃焼ガス通路４の底部に焼却灰や未燃物が堆積するのを防止することができる。尚、パージ空気供給機構８は、燃焼中は間欠的に運転し、ポストパージ時にはパージ空気Ｐを高速で連続的に供給できるように連続運転されている。

燃焼ガス通路４内の燃焼ガスＧ、焼却灰及び一部未燃物は、外側の水冷壁３に形成した燃焼ガス出口３ｃから煙道９へ排出され、煙道９を通ってサイクロン集塵器１４に至り、ここで燃焼ガスＧと焼却灰等が分離される。又、煙道９へ排出された一部の焼却灰及び未燃物は、灰落し口４８から灰溜めボックス１８に排出（回収）され、ここで未燃物がおき燃焼する。更に、サイクロン集塵器１４で分離された焼却灰及び未燃物もサイクロン集塵器１４の下部に設けた灰溜めボックス１８に排出され、ここで未燃物がおき燃焼する。その結果、灰溜めボックス１８から取り出される焼却灰中には未燃物が含まれると云うことがない。

図８乃至図１４は本発明の第２の実施形態に係る木質ペレット焚き蒸気ボイラ１を示し、当該木質ペレット焚き蒸気ボイラ１は、対向状に配置され、内方に長方形状の燃焼室Ｓ１，Ｓ２（この実施形態では一次燃焼室Ｓ１及び二次燃焼室Ｓ２から成る）を形成する一対の直線状の内側の水冷壁２と、内側の両水冷壁２，２の外方位置に配置され、内側の水冷壁２との間に直線状の燃焼ガス通路４を形成する一対の直線状の外側の水冷壁３と、両水冷壁２，３の各水管２ａ，３ａの上端部及び下端部に夫々連通状に接続された上部ヘッダー５及び下部ヘッダー６と、一次燃焼室Ｓ１の上流側に配設され、木質ペレットＦを燃料として燃焼させる燃焼装置７と、燃焼ガス通路４の底部及び煙道９の底部にパージ空気Ｐを供給して焼却灰や未燃物が堆積するのを防止するパージ空気供給機構８等から構成されており、一次燃焼室Ｓ１の上流側に設けた木質ペレット供給口３０ａから一次燃焼室Ｓ１内に木質ペレットＦを投入して燃焼装置７により燃焼させ、発生した燃焼ガスＧ及び焼却灰を二次燃焼室Ｓ２から燃焼ガス通路４を通して煙道９へ排出するようにしたものである。

この蒸気ボイラ１に於いては、内側の水冷壁２の水管２ａ内を流れるボイラ水への熱吸収は、燃焼火炎による放射伝熱と、発生した燃焼ガスＧによる放射伝熱と、燃焼室Ｓ１，Ｓ２内を流れる燃焼ガスＧによる接触伝熱（対流伝熱）と、燃焼ガス通路４内を流れる燃焼ガスＧによる接触伝熱とによって行われ、又、外側の水冷壁３の水管３ａ内を流れるボイラ水への熱吸収は、燃焼ガス通路４内を流れる燃焼ガスＧによる接触伝熱（対流伝熱）のみによって行われている。

前記内側の両水冷壁２，２は、図１０乃至図１３に示す如く、複数本の水管２ａ（厚肉の裸管）を直線状に並列配置して隣接する水管２ａを上下方向へ延びる帯板状のヒレ２ｂで連結することにより形成されており、対向状に配置されて両水冷壁２，２間に長方形状の一次燃焼室Ｓ１及び二次燃焼室Ｓ２を形成するようになっている。この一次燃焼室Ｓ１及び二次燃焼室Ｓ２の上面側及び底面側と一次燃焼室Ｓ１の上流側端部は、耐火物２７等により夫々閉塞されていると共に、二次燃焼室Ｓ２の下流側端部は、耐火物２７を内張りして成る開閉可能な点検扉２８により閉塞されている。又、二次燃焼室Ｓ２の下流側の底部には、灰落し口４８が設けられている。
更に、内側の両水冷壁２，２の下流側には、複数のヒレ２ｂの上端部を切り欠くことにより二次燃焼室Ｓ２内の燃焼ガスＧを直線状の燃焼ガス通路４内へ流入させる複数の燃焼ガス通過口２ｃが形成されている。この燃焼ガス通過口２ｃの開口面積は、飛散灰及び一部未燃物による水管２ａ等の摩耗を防ぐため、所定の値に設定されている。この実施形態では、燃焼ガス通過口２ｃの開口面積は、燃焼ガス通過口２ｃを通過する燃焼ガスＧの流速が所定の流速以下（飛散灰及び一部未燃物による水管２ａ等の摩耗を防止できる流速以下）になるように設定されている。

前記外側の両水冷壁３，３は、図１１乃至図１３に示す如く、内側の水冷壁２と同様に複数本の水管３ａ（厚肉の裸管）を直線状に並列配置して隣接する水管３ａを上下方向へ延びる帯板状のヒレ３ｂで連結することにより形成されており、内側の両水冷壁２，２の外方位置に内側の水冷壁２，２と平行又は略平行状に配置されて内側の両水冷壁２，２との間で燃焼ガスＧが通過する二つの直線状の燃焼ガス通路４を形成するようになっている。この二つの燃焼ガス通路４の上流側端部は、耐火物２７を内張りして成る開閉可能な点検扉２８により閉塞されていると共に、二つの燃焼ガス通路４の下流側端部は、開放状に構成されて煙道９の立上り部９ａに連通されている。尚、煙道９の立上り部９ａの底部には、灰落し口４８が設けられている。

この実施形態に於いては、外側の両水冷壁３，３は、燃焼ガス通路４の上流側の間隔が下流側の間隔よりも若干広くなるように内側の両水冷壁２，２に対して傾斜させた状態で内側の水冷壁２，２の外方位置に配置されており、直線状の燃焼ガス通路４の間隔（燃焼ガスＧの通過面積）を上流側から下流側に行く程漸次狭くするようになっている。これにより、燃焼ガス通路４内を流れる燃焼ガスＧの流速が一定に保たれることになる。燃焼ガス通路４内を通過する燃焼ガスＧの流速は、速い程伝熱効率が良くなる反面、燃焼ガスＧ中の灰分等による両水冷壁２，３の水管２ａ，３ａ等の摩耗が発生することになり、又、反対に燃焼ガスＧの流速が遅過ぎると、伝熱効率が低下すると共に、両水冷壁２，３面（伝熱面）の焼却灰の付堆積がある。そのため、燃焼ガス通路４内を通過する燃焼ガスＧの流速は、燃焼ガスＧ中の灰分等による両水冷壁２，３の水管２ａ，３ａ等の摩耗を防止するため、所定の流速となるように設定されている。

前記上部ヘッダー５及び下部ヘッダー６は、図１４に示す如く、断面形状が矩形の中空構造で且つ長方形状の環状に形成されており、両ヘッダー５，６には内側の両水冷壁２，２及び外側の両水冷壁３，３の各水管２ａ，３ａの上下端部が夫々連通状に接続されている。
更に、上部ヘッダー５には、蒸気を気水分離器３１へ導く連絡管３２が接続されていると共に、下部ヘッダー６には、給水管（図示省略）、缶水ブロー取出し管（図示省略）及び気水分離器３１からの戻り配管３５等が夫々接続されている。又、上部ヘッダー５及び下部ヘッダー６間には、水位制御筒３６が取り付けられている。

前記木質ペレットＦの燃焼装置７は、図１０に示す如く、点火用バーナ４２、ペレット供給口３０ａ、燃焼用送風機４１及び二次燃焼用送風機（図示省略）を備えた風箱４９（ウインドボックス）と、燃焼用空気供給部５０、セラミック粒子層３９、耐火物壁５１及び二次燃焼用空気供給部５２を備えた燃焼部５３とから構成されており、ペレット供給口３０ａからセラミック粒子層３９に散布した木質ペレットＦを燃焼用空気供給部５０からの燃焼用空気Ａにより流動させながら燃焼させると共に、燃焼後に残る焼却灰を燃焼ガスＧと一緒にセラミック粒子層３９外（セラミック粒子層３９の下流側領域）へ飛散させ、セラミック粒子層３９外で焼却灰及び燃焼ガスＧ中の未燃分を二次燃焼用空気供給部５２からの二次燃焼用空気Ａ２によりおき燃焼させると共に、二次燃焼室Ｓ２の底部に落下した焼却灰を二次燃焼用空気Ａ２により移送するようにしたものである。

即ち、前記風箱４９は、一次燃焼室Ｓ１の上流側端部に設けた耐火物２７に隣接する状態で取り付けられており、その内部には、点火用バーナ４２（オイルバーナ）と、ペレット供給管１２に接続されて一次燃焼室Ｓ１内に連通するペレット供給口３０ａを形成するペレット供給ダクト３０とが夫々設けられている。
又、風箱４９には、風箱４９内に燃焼用空気Ａを供給する燃焼用送風機４１と、二次燃焼用空気供給部５２へ二次燃焼用空気Ａ２を供給する二次燃焼用送風機（図示省略）とが夫々設けられている。

一方、前記燃焼部５３は、風箱４９に隣接する状態で一次燃焼室Ｓ１内に設けられており、燃焼用空気Ａを噴出する燃焼用空気供給部５０と、木質ペレットＦを流動燃焼させるセラミック粒子層３９と、木質ペレットＦ及びセラミック粒子の流出を阻止する耐火物壁５１と、二次燃焼用空気Ａ２を噴出する二次燃焼用空気供給部５２とを備えている。

具体的には、前記燃焼用空気供給部５０は、上面の中央部分が上方へ突設する薄いボックス状に形成されており、一次燃焼室Ｓ１の底部に風箱４９に連通する状態で設けられている。この燃焼用空気用供給部５０の上面側（薄いボックスの上方へ突設する中央部分）は、燃焼用空気Ａを上方へ向けて噴出する多数の空気噴出孔を備えた多孔板３８に形成されている。
ところで、セラミック粒子層３９上に形成される木質ペレットＦの層は、木質ペレットＦが散布されるセラミック粒子層３９の上流側（図１０の右側）で厚くなり、セラミック粒子層３９の下流側（図１０の左側）に行くに従って薄くなる。そのため、多孔板３８の各空気噴出孔は、木質ペレットＦが散布されるセラミック粒子層３９の上流側に燃焼用空気Ａを多く供給すると共に、セラミック粒子層３９の下流側に行くに従って燃焼用空気Ａを漸次少なく供給し、木質ペレットＦの層に対して燃焼用空気Ａを均一に供給するように配列形成されている。この例では、多孔板３８の空気噴出孔は、その形成数が上流側から下流側に向うに従って漸次少なくなるようにしている。
又、燃焼用空気供給部５０は、セラミック粒子層３９上の木質ペレットＦ又は木質ペレットＦとセラミック粒子の両方が二次燃焼室Ｓ２側へ飛散しない程度に緩く流動するように、多孔板３８からセラミック粒子層３９へ燃焼用空気Ａを供給するようにしている。

前記セラミック粒子層３９は、耐熱性を有する熱伝導性に優れた多数のセラミック粒子を燃焼用空気供給部５０の多孔板３８上に点接触状態で適宜の厚さに積層することにより形成されており、一端部側がペレット供給口３０ａの下方に位置して木質ペレットＦが散布される上流側となっている。このセラミック粒子層３９のセラミック粒子間には、燃焼用空気Ａが通過する微細通路が形成されている。
尚、セラミック粒子層３９の厚さやセラミック粒子の径は、燃焼条件等に応じて適宜に設定されており、木質ペレットＦの流動燃焼を良好且つ確実に行えるようになっている。

前記耐火物壁５１は、セラミック粒子層３９の両側及び下流側端に起立姿勢で設けられている。この耐火物壁５１の高さは、木質ペレットＦ及びセラミック粒子がセラミック粒子層３９の下流側（二次燃焼室Ｓ２内）へ流出せず且つセラミック粒子層３９に焼却灰が残留しない程度の高さに設定されている。

前記二次燃焼用空気供給部５２は、燃焼用空気供給部５０内に設けられており、セミック粒子層３９より下流側領域（二次燃焼室Ｓ２）へ二次燃焼用空気Ａ２を供給し、耐火物壁５１を越えた焼却灰及び燃焼ガスＧ中の未燃分を二次燃焼室Ｓ２内で二次燃焼用空気Ａ２によりおき燃焼させると共に、二次燃焼室Ｓ２の底部に落下した焼却灰を二次燃焼用空気Ａ２により更に下流側へ移送して二次燃焼室Ｓ２外へ排出させるものである。この例では、二次燃焼用空気供給部５２は、燃焼用空気供給部５０内に一次燃焼室Ｓ１の長手方向に沿って配置した二次燃焼空気供給管から形成されており、基端部側が二次燃焼用送風機に接続されていると共に、先端部に設けた複数の穴から二次燃焼室Ｓ２内へ二次燃焼用空気Ａ２を供給するようになっている。

前記パージ空気供給機構８は、図１３に示す如く、外側の水冷壁３の外方位置に配設された平面形状がコ字状のパージ空気供給ダクト４３と、パージ空気供給ダクト４３に接続されたパージ用送風機４４と、外側の水冷壁３の下端部のヒレ３ａ、点検扉２８及び煙道９の立上り部９ａに夫々貫通状に設けられ、パージ空気供給ダクト４３にホース４５を介して夫々接続された複数のパージ空気供給管４６とから構成されており、パージ用送風機４４からパージ空気Ｐをパージ空気供給ダクト４３を介して各パージ空気供給管４６へ供給し、各パージ空気供給管４６から燃焼ガス通路４の底部にパージ空気Ｐを吹き付けて燃焼ガス通路４の底部に焼却灰や未燃物が堆積するのを防止するようにしたものである。

次に、上述した第２の実施形態に係る木質ペレット焚き蒸気ボイラ１の作動について説明する。
着火信号により点火用バーナ４２の送風機が作動すると、第１の実施形態に係る蒸気ボイラ１と同様に誘引通風機（図示省略）、燃焼用送風機４１、押込み送風機（図示省略）、パージ用送風機４４が同時に作動して炉内及び燃焼ガス系統をパージする。このとき、誘引通風機と燃焼用送風機４１は、インバータ制御されており、運転開始と共に回転を徐々に増加させるようになっている。

炉内及び燃焼ガス系統のパージが終了すると、第１の実施形態に係る蒸気ボイラ１と同様に点火用バーナ４２が点火すると共に、スクリューコンベヤ（図示省略）等が作動して木質ペレットＦ（含水率は８％〜１３％、直径は６ｍｍ〜１２ｍｍ、長さは１０ｍｍ〜２０ｍｍ）を供給しだす。即ち、サービスサイロ（図示省略）内の木質ペレットＦが、スクリューコンベヤ及び押込み送風機によりペレット供給管１２へ供給され、ペレット供給ダクト３０を通ってペレット供給口３０ａから一次燃焼室Ｓ１内に投入され、燃焼装置７のセラミック粒子層３９上に供給される。このとき、スクリューコンベヤは、インバータ制御されており、始動時には極少量の木質ペレットＦを供給し、徐々に供給量を増加させて行き、所定の時間が経過したら木質ペレットＦを定格供給するようになっている。

一次燃焼室Ｓ１内に投入された木質ペレットＦは、セラミック粒子層３９上に散布されてここに堆積し、点火用バーナ４２で着火されると共に、約３分後（この時間は燃焼量で異なる）に点火用バーナ４２が停止し、自燃状態に入る。

その後、スクリューコンベヤ、誘引通風機及び燃焼用送風機４１が回転数を徐々に上げて低出力設定値を経て低格燃焼状態に入る。このとき、誘引通風機１５の回転数は、炉内圧力が常時−１００〜−３００Ｐａ程度の負圧になるように設定されている。

蒸気圧力が上昇して低出力燃焼状態になると、木質ペレットＦの供給量は短時間で低出力燃焼量に変更するが、燃焼用空気Ａの供給は所定の時間だけ定格燃焼状態を維持してから低出力状態にする。これは木質ペレットＦ等の固体燃料は燃焼時間が必要なためである。尚、低出力状態でも蒸気圧力が上昇すると、燃焼を停止する。

燃焼を停止すると、ポストパージ工程に入り、燃焼用送風機４１及び誘引通風機を高速回転にし、セラミック粒子層３９上の未燃の木質ペレットＦを燃やし切ると共に、セラミック粒子層３９上の焼却灰をパージする。又、押込み送風機及びパージ用送風機４４も運転し、環状の燃焼ガス通路４の底部の焼却灰をパージする。
尚、パージ工程中に燃焼信号が入れば、パージを停止して燃焼工程に入る。

そして、ペレット供給口３０ａからセラミック粒子層３９の上流側へ供給された木質ペレットＦは、風箱４９内及び燃焼用空気供給部５０内を流れて多孔板３８の空気噴出孔からセラミック粒子層３９の上方へ噴出された燃焼用空気Ａにより水分及び揮発分を揮散させながら流動燃焼し、セラミック粒子層３９の下流側へ移行して燃焼を完結する。又、木質ペレットＦの燃焼後に残る焼却灰と未燃分は、燃焼ガスＧと一緒に耐火物壁５１を越え、セラミック粒子層３９より下流側領域（二次燃焼室Ｓ２内）へ飛散する。
このとき、燃焼用空気Ａは、セラミック粒子層３９上で木質ペット又は木質ペレットＦとセラミック粒子の両方が緩く流動するようにセラミック粒子層３９へ供給し、然も、木質ペレットＦが散布されるセラミック粒子層３９の上流側に多く供給すると共に、セラミック粒子層３９の下流側に行くに従って漸次少なく供給し、木質ペットの層に対して均一に供給するようにしている。

この木質ペレットＦの燃焼装置７に於いては、燃焼を行うセラミック粒子層３９自体は、熱伝導性に優れたセラミック粒子が点接触し、セラミック粒子間に燃焼用空気Ａが流れる多数の微小空間が形成されているため、微小空間内を流れる燃焼用空気Ａで冷却されることになり、過度に加熱されると云うことがない。又、この木質ペレットＦの燃焼装置７は、木質ペレットＦを流動させながら且つ燃焼部に対して均一な燃焼用空気Ａの供給により局所的な高温部を生じることなく燃焼させ、燃焼後に残った焼却灰をセラミック粒子層３９外へ飛散させていることとも相まって、一次燃焼室Ｓ１内にクリンカを生成させることなく、木質ペレットＦを継続的に安定して燃焼させることができると共に、燃焼用空気供給部５０等の焼損を防止することができる。

そして、セラミック粒子層３９の下流側（二次燃焼室Ｓ２内）に飛散した焼却灰及び未燃分は、二次燃焼用空気供給部５２から二次燃焼室Ｓ２内に供給される二次燃焼空気Ａ２により燃焼する。このとき、一部の焼却灰及び未燃分は、二次燃焼室Ｓ２の底部の耐火物２７表面に堆積するが、二次燃焼用空気供給部５２から供給される二次燃焼空気Ａ２によりおき燃焼すると共に、二次燃焼用空気Ａ２により二次燃焼室Ｓ２内を下流側へ移送され、灰落し口４８から灰溜めボックス１８に排出される。この灰溜めボックス１８内は、高温に保たれているため、この中で未燃分等がおき燃焼して完全な灰となる。

二次燃焼室Ｓ２内の燃焼ガスＧ、飛散した焼却灰及び燃焼ガスＧ中の未燃分は、内側の両水冷壁２，２の下流側端部に形成した燃焼ガス通過口２ｃからに直線状の二つの燃焼ガス通路４内に流入する。このとき、焼却灰は、その比重（見掛け比重）が０．５と軽いため、燃焼ガスＧと一緒に確実且つ良好に燃焼ガス通過口２ｃから排出される。又、燃焼ガスＧ中には、極僅かであるが、未燃ペレットが含まれている。更に、燃焼ガス通過口２ｃを通過する燃焼ガスＧの流速は、焼却灰及び未燃ペレットによる水冷壁２，３の摩耗を防止できるように所定の流速以下になるように設定されているため、焼却灰及び未燃ペレットによる両水冷壁２，３の水管２ａ，３ａ等の摩耗が防止される。

燃焼ガス通路４内に流入した燃焼ガスＧは、燃焼ガス通路４内を上流側から下流側へ流れる間に接触伝熱により内側の水冷壁２及び外側の水冷壁３へ熱を与えた後、燃焼ガス通路４の下流側端部から煙道９の立上り部９ａへ排出されて行く。又、燃焼ガス通路４内に流入した焼却灰及び未燃物の一部は、燃焼ガス通路４の底部の耐火物２７上に堆積するが、ここで高温の耐火物２７によりおき燃焼する。このとき、燃焼ガスＧと両水冷壁２，３の各水管２ａ，３ａが接触する接触伝熱部に於いては、燃焼ガスＧの流れが各水管２ａ，３ａに対して交差する直交流となり、燃焼ガスＧが水管２ａ，３ａに対して平行に流れる管平行流に比較して各水管２ａ，３ａの単位面積当たりの熱吸収量を増加させることができ、ボイラの高効率化及び小型化を図れる。又、燃焼ガス通路４内を通過する燃焼ガスＧの流速は、焼却灰及び未燃ペレットによる両水冷壁２，３の水管２ａ，３ａ等の摩耗を防止できるように直線状の燃焼ガス通路４の間隔（燃焼ガスＧの通過面積）を上流側から下流側に行く程漸次狭くなるようにし、燃焼ガス通路４内を流れる燃焼ガスＧの流速を一定に保つようにしているため、焼却灰及び未燃ペレットによる両水冷壁２，３の水管２ａ，３ａ等の摩耗が防止される。更に、燃焼ガス通路４の底部にある耐火物２７上、点検扉２８前方の耐火物２７上及び煙道９の立上り部９ａの底部にある耐火物２７上には、パージ空気供給機構８からパージ空気Ｐが吹き付けられているため、燃焼ガス通路４の底部に焼却灰や未燃物が堆積するのを防止することができると共に、未燃物等をおき燃焼させることができるうえ、焼却灰の一部を立上り部９ａの底部に形成した灰落し口４８から灰溜めボックス１８に排出することができる。尚、パージ空気供給機構８は、燃焼中は間欠的に運転し、ポストパージ時にはパージ空気Ｐを高速で連続的に供給できるように連続運転されている。

煙道９の立上り部９ａに排出された燃焼ガスＧ及び焼却灰は、煙道９を通ってサイクロン集塵器（図示省略）に至り、ここで燃焼ガスＧと焼却灰等が分離される。又、サイクロン集塵器で分離された焼却灰及び未燃物もサイクロン集塵器の下部に設けた灰溜めボックスに排出される。

尚、上記の実施形態に於いては、木質ペレット焚き蒸気ボイラ１は、三位置制御するようにしたが、他の実施の形態に於いては、木質ペレット焚き蒸気ボイラ１の制御は、ＯＮ−ＯＦＦ制御又は比例制御であっても良い。
又、上記の実施形態に於いては、木質ペレットＦを燃焼装置７により燃焼させるようにしたが、他の実施形態に於いては、木質ペレットＦの他に含有成分を低減した鶏糞やチップも燃料として燃焼装置７により燃焼させるようにしても良い。

本発明の第１の実施形態に係る木質ペレット焚き蒸気ボイラの正面図である。 木質ペレット焚き蒸気ボイラの側面図である。 木質ペレット焚き蒸気ボイラの平面図である。 木質ペレット焚き蒸気ボイラの縦断面図である。 図４のａ−ａ線拡大断面図である。 図４のｂ−ｂ線拡大断面図である。 木質ペレット焚き蒸気ボイラの系統図である。 本発明の第２の実施形態に係る木質ペレット焚き蒸気ボイラの正面図である。 木質ペレット焚きボイラの側面図である。 木質ペレット焚き蒸気ボイラの拡大縦断面図である。 図８のｃ−ｃ線拡大断面図である。 図８のｄ−ｄ線拡大断面図である。 図８のｅ−ｅ線拡大断面図である。 図１０のｆ−ｆ線断面図である。

符号の説明

１は木質ペレット焚き蒸気ボイラ、２は内側の水冷壁、２ａは内側の水冷壁の水管、２ｃは燃焼ガス通過口、３は外側の水冷壁、３ａは外側の水冷壁の水管、３ｃは燃焼ガス出口、４は燃焼ガス通路、５は上部ヘッダー、６は下部ヘッダー、７は燃焼装置、８はパージ空気供給機構、９は煙道、３０ａはペレット供給口、３７は燃焼筒、３８は多孔板、３９はセラミック粒子層、４０は燃焼用空気供給部、４１は燃焼用送風機、４２は点火用バーナ、４９は風箱、５０は燃焼用空気供給部、５１は耐火物壁、５２は二次燃焼用空気供給部、５３は燃焼部、Ａは燃焼用空気、Ａ２は二次燃焼用空気、Ｆは木質ペレット、Ｇは燃焼ガス、Ｐはパージ空気。

Claims (9)

1. 内方に円形の燃焼室を形成する環状の内側の水冷壁と、内側の水冷壁の外方位置に同心円状又は略同心円状に配置された環状の外側の水冷壁と、内側の水冷壁と外側の水冷壁との間に形成され、燃焼室及び煙道に夫々連通する環状の燃焼ガス通路と、両水冷壁の各水管の上端部及び下端部に夫々連通状に接続された上部ヘッダー及び下部ヘッダーと、燃焼室の下部に配設され、木質ペレットを燃料として燃焼させる燃焼装置と、燃焼ガス通路の底部にパージ空気を供給するパージ空気供給機構とから構成されており、燃焼室の上部に設けた木質ペレット供給口から燃焼室内に木質ペレットを投入して燃焼装置により燃焼させ、発生した燃焼ガス及び焼却灰を燃焼室から燃焼ガス通路を通して煙道へ排出するようにしたことを特徴とする木質ペレット焚き蒸気ボイラ。
2. 環状の燃焼ガス通路の一箇所を閉塞し、前記燃焼ガス通路の一端部を内側の水冷壁に形成した燃焼ガス通過口を介して燃焼室に連通させると共に、燃焼ガス通路の他端部を外側の水冷壁に形成した燃焼ガス出口を介して煙道に連通させ、燃焼室から燃焼ガス通過口を通って燃焼ガス通路内に流入した燃焼ガス及び焼却灰を燃焼ガス通路内で略一周させてから燃焼ガス出口を通して煙道へ排出するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の木質ペレット焚き燃焼装置。
3. 内側の水冷壁に燃焼室と燃焼ガス通路を連通させる燃焼ガス通過口を形成すると共に、前記燃焼ガス通過口と１８０度反対側の位置で且つ外側の水冷壁に燃焼ガス通路と煙道を連通させる燃焼ガス出口を形成し、燃焼室から燃焼ガス通過口を通って燃焼ガス通路内に流入した燃焼ガス及び焼却灰を燃焼ガス通路内で左右方向へ流し、燃焼ガス通路を略半周させてから燃焼ガス出口を通して煙道へ排出するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の木質ペレット焚き燃焼装置。
4. 環状の燃焼ガス通路の間隔を燃焼ガス通過口付近から燃焼ガス出口付近に行くに従って漸次狭くし、燃焼ガス通路内を流れる燃焼ガスの流速を一定に保つようにしたことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の木質ペレット焚き燃焼装置。
5. 燃焼装置は、内側の水冷壁の内方に形成された燃焼室に連通する一次燃焼室を形成する円筒状の燃焼筒と、燃焼筒内の下部位置に設けられ、一次燃焼室の横断面に燃焼用空気を均一に分配する多数の空気噴出孔を形成した多孔板と、多孔板の上に形成され、多数の耐熱性のセラミック粒子を点接触状態で積層して成るセラミック粒子層と、燃焼筒を外方から冷却すると共に、多孔板に燃焼用空気を旋回状態で供給する燃焼用空気供給部と、燃焼用空気供給部へ燃焼用空気を供給する燃焼用送風機と、燃焼筒に挿通状に設けられ、セラミック粒子層の上方に位置する点火用バーナとから構成されており、木質ペレット供給口からセラミック粒子層に供給した木質ペレットを燃焼用空気供給部から多孔板を経た燃焼用空気により流動させながら燃焼させると共に、燃焼後に残る焼却灰を燃焼ガスと一緒に燃焼室側へ飛散させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の木質ペレット焚き燃焼装置。
6. 対向状に配置されて長方形状の燃焼室を形成する一対の直線状の内側の水冷壁と、内側の両水冷壁の外方位置に水冷壁と平行又は略平行に配置された一対の直線状の外側の水冷壁と、内側の両水冷壁と外側の両水冷壁との間に夫々形成され、燃焼室及び煙道に夫々連通する直線状の燃焼ガス通路と、両水冷壁の各水管の上端部及び下端部に夫々連通状に接続された上部ヘッダー及び下部ヘッダーと、燃焼室の上流側に配設され、木質ペレットを燃料として燃焼させる燃焼装置と、燃焼ガス通路の底部及び煙道の底部にパージ空気を供給するパージ空気供給機構とから構成されており、燃焼室の上流側に設けた木質ペレット供給口から燃焼室内に木質ペレットを投入して燃焼装置により燃焼させ、発生した燃焼ガス及び焼却灰を燃焼室から燃焼ガス通路を通して煙道へ排出するようにしたことを特徴とする木質ペレット焚き蒸気ボイラ。
7. 直線状の燃焼ガス通路の間隔を上流側から下流側に行くに従って漸次狭くし、燃焼ガス通路内を流れる燃焼ガスの流速を一定に保つようにしたことを特徴とする請求項６に記載の木質ペレット焚き燃焼装置。
8. 燃焼装置は、点火用バーナ、ペレット供給口、燃焼用送風機及び二次燃焼用送風機を備えた風箱と、風箱に隣接する状態で燃焼室内の上流側に設けた燃焼部とから構成されており、前記燃焼部は、燃焼室の上流側底部に風箱に連通する状態で設けられ、上面側が一次燃焼用空気を上方へ向けて噴出する多数の空気噴出孔を備えた多孔板に形成された燃焼用空気供給部と、燃焼用空気供給部の多孔板上に形成され、一端部側がペレット供給口の下方に位置する多数の耐熱性のセラミック粒子を点接触状態で積層して成るセラミック粒子層と、セラミック粒子層の両側及び下流側端に起立姿勢で設けられ、木質ペレット及びセラミック粒子の流出を阻止し且つ焼却灰がセラミック層に残留しない高さの耐火物壁と、燃焼用空気供給部内に設けられ、燃焼室の下流側領域へ二次燃焼用空気を供給する二次燃焼用空気供給部とから成り、ペレット供給口からセラミック粒子層に供給した木質ペレットを燃焼空気用供給部からの一次燃焼用空気により流動させながら燃焼させると共に、燃焼後に残る焼却灰を燃焼ガスと一緒にセラミック粒子層外へ飛散させ、又、セラミック粒子層外で焼却灰及び燃焼ガス中の未燃分を二次燃焼用空気供給部からの二次燃焼用空気によりおき燃焼させると共に、燃焼室の底部に落下した焼却灰を二次燃焼用空気により移送するようにしたことを特徴とする請求項６に記載の木質ペレット焚き燃焼装置。
9. 燃焼用空気供給部の多孔板の空気噴出孔は、木質ペレットが供給されるセラミック粒子層の上流となる一端部側に一次燃焼空気を多く供給すると共に、セラミック粒子層の下流となる他端部側に行くに従って一次燃焼空気を漸次少なく供給し、木質ペレット層に対して一次燃焼空気を均一に供給するように、燃焼用空気供給部の上部に配列形成されていることを特徴とする請求項８に記載の木質ペレット焚き蒸気ボイラ。

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