JP2008261527A - 固体燃料の燃焼装置及びボイラー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】粒状等の細かい固体燃料に対応し、簡単な構成によって、燃焼後の灰を自動的且つ好適に排出することができる固体燃料の燃焼装置及びボイラー装置を提供すること。
【解決手段】粒状或いは粉状等の可燃物を燃焼させる固体燃料の燃焼装置において、円筒状燃焼室１５を形成する外円筒部１０と、外円筒部１０の下側に連続して設けられた実質的に逆円錐形のホッパー部２０と、上面が開放された実質的に平面形態円形のポット状に形成され、外円筒部１０の内部下側にその外円筒部１０の内周面１１と全周に亘って所要の空隙３１が生じるように配され、底部３３が前記粒状等の固体燃料４５の被供給部として設けられると共に、底部３３の上方の内径が拡径した部分に実質的に上昇旋回気流を発生させるように燃焼用の空気の供給部３５が設けられたポット部３０とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、粒状或いは粉状等の固体であって流動させて移送することが可能な可燃物を燃焼させる固体燃料の燃焼装置、及びその固体燃料の燃焼装置を用いたボイラー装置に関する。

従来から、薪等の固体燃料を燃焼させた際の灰の排出処理は、一定量の灰が底部に堆積した時点ごとに、人手によってスコップなどで掻き出すことによって行なわれている。
粒状等の細かい固体燃料の場合には、固体燃料を燃焼させる部分と灰の堆積する部分とを上下に仕切ることが難しい。そのため、連続して一定量の固体燃料が燃焼した時点で、一旦燃焼を中断して、炉の中に残った灰を掻き出すという作業をしている。

これに対して、産業廃棄物溶融方法において、浮遊した灰を燃焼炉とは別体に設けられたサイクロンで回収して前記燃焼炉内の高温炉床に供給することで溶融させる先行技術がある（特許文献１参照）。これによれば、灰を溶融して固形化して排出でき、産業廃棄物の減量化を好適に図ることができる。しかしながら、この方法では、装置が複雑化し、溶融のためにコークスを必要とするなど、設備及びランニングの両面でコスト高となる。
特開昭６０−２３７１４号公報（第１図）

固体燃料の燃焼装置及びボイラー装置に関して解決しようとする問題点は、粒状等の細かい固体燃料に対応して燃焼後の灰を自動的に排出処理する構成が、従来の装置においては設けられていないか、複雑な構成になっている点にある。
そこで、本発明の目的は、粒状等の細かい固体燃料に対応し、簡単な構成によって、燃焼後の灰を自動的且つ好適に排出することができる固体燃料の燃焼装置及びボイラー装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために次の構成を備える。
本発明にかかる固体燃料の燃焼装置の一形態によれば、粒状或いは粉状等の固体であって流動させて移送することが可能な可燃物を燃焼させる固体燃料の燃焼装置において、円筒状燃焼室を形成する外円筒部と、該外円筒部の下側に連続して設けられた実質的に逆円錐形のホッパー部と、上面が開放された実質的に平面形態円形のポット状に形成され、前記外円筒部の内部下側に該外円筒部の内周面と全周に亘って所要の空隙が生じるように配され、底部が前記粒状等の固体燃料の被供給部として設けられると共に、該底部の上方の内径が拡径した部分に実質的に上昇旋回気流を発生させるように燃焼用の空気の供給部が設けられたポット部とを具備する。

また、本発明にかかる固体燃料の燃焼装置の一形態によれば、灰を自動的に排出するように、前記ホッパー部の下部に灰の排出装置が接続されていることを特徴とすることができる。

また、本発明にかかる固体燃料の燃焼装置の一形態によれば、前記空気の供給部が複数に分割されていることで、空気の供給系統が複数に設けられていることを特徴とすることができる。
また、本発明にかかる固体燃料の燃焼装置の一形態によれば、前記空気の供給部が、上部空気供給部と下部空気供給部の上下二段に分割されて設けられることで、空気の供給が二系統になっていることを特徴とすることができる。
また、本発明にかかる固体燃料の燃焼装置の一形態によれば、前記上部空気供給部が空気を横方向へ噴出する複数のノズルを備え、前記下部空気供給部が空気を上方向へ噴出する複数のノズルを備えることを特徴とすることができる。
また、本発明にかかる固体燃料の燃焼装置の一形態によれば、前記ノズルによる空気の噴出方向が、前記ポット部内から上昇旋回気流を発生させるように、該ポット部の内周面等の内面に対して傾斜する方向又は接線方向になっていることを特徴とすることができる。

また、本発明にかかる固体燃料の燃焼装置の一形態によれば、前記ポット部の底部に前記固体燃料を供給する手段が、前記ポット部の側面から内部の前記底部へ臨むように接続されたスクリューコンベアであることを特徴とすることができる。

また、本発明にかかるボイラー装置の一形態によれば、上記の固体燃料の燃焼装置における前記ポット部の上方であって前記円筒状燃焼室の内部上側に、熱交換器を配することで構成されたことを特徴とする。

本発明にかかる固体燃料の燃焼装置及びボイラー装置によれば、粒状等の細かい固体燃料に対応し、簡単な構成によって、燃焼後の灰を自動的且つ好適に排出することができるという特別有利な効果を奏する。

以下、本発明にかかる固体燃料の燃焼装置の最良の形態例を添付図面と共に詳細に説明する。図１は本発明にかかる固体燃料の燃焼装置の一形態例を模式的に示す断面図である。
この固体燃料の燃焼装置は、粒状或いは粉状等の固体であって流動させて移送することが可能な可燃物を燃焼させる装置である。
なお、粒状或いは粉状等の固体燃料とは、例えば、木材チップやオガ粉などの木質材や草質材の粉砕物である。また、そのような粉砕物を適度に団粒化（固形化）したものや、生ゴミ等の有機廃棄物を原料として粉粒状に乾燥させたものなども含まれる。

１０は外円筒部であり、円筒状燃焼室１５を形成する本体となっている。
この外円筒部１０によれば、内周面１１が実質的に円筒状に形成されている。つまり、内周面１１がサイクロン集塵器の円筒内面のスムースな曲面に相当するように形成され、外側面１３の形態については特に限定されない。これによれば、その内周面１１が、遠心力によって空気の流れから分離される灰の粒子をスムースに案内して落下させるガイド面として好適に機能する。
また、本形態例においては、円筒状燃焼室１５内の温度を高温に維持できるように、断熱層１２によって周囲を囲んだ形態に構成されている。

２０はホッパー部であり、外円筒部１０の下側に連続して設けられた実質的に逆円錐形に形成されている。
このホッパー部２０によれば、内面２１が実質的に逆円錐形に形成されている。つまり、内面２１がサイクロン集塵器のホッパー部のスムースな曲面に相当するように形成され、外面の形態については特に限定されない。これによれば、その内面２１が、灰の粒子をスムースに案内して落下させると共に集めるガイド面として好適に機能する。

２５は灰の排出装置であり、灰を自動的に排出するように、ホッパー部２０の下部に接続されている。
本形態例の灰の排出装置２５は、フレキシブルに曲げることのできるスクリューコンベアによって構成されている。これによれば、ホッパー部２０内に堆積した灰２２を、連続的又は間欠的に所要の貯留場所２６へ自動的に排出することができる。このため、作業者の労力を省くことができ、作業効率を向上できる。

３０はポット部であり、上面が開放された実質的に平面形態円形のポット状に形成され、外円筒部１０の内部下側にその外円筒部１０の内周面１１と全周に亘って所要の空隙３１が生じるように配されている。
本形態例では、外円筒部１０の内周面１１とポット部３０の外周面３２との空隙３１が全周に亘って等間隔となるように、外円筒部１０とポット部３０が同心に配設されている。なお、ポット部３０の外周面３２は実質的に円筒状となるように形成されている。
そして、そのポット部３０の底部３３が前記粒状等の固体燃料４５の被供給部として設けられると共に、その底部３３の上方の内径が拡径した部分に実質的に上昇旋回気流を発生させるように燃焼用の空気の供給部３５が設けられている。
なお、ポット部３０の形態はこれに限定されず、例えば、空気の供給部３５の上部が、その内空間形状が上方へ向かって拡径する逆円錐台状（テーパ状）となるように形成されてもよい。これによれば、上昇旋回気流が斜面に沿って好適に生じ易い。

これによれば、個体燃料の燃焼後の灰を、その上昇旋回気流によって舞い上がらせると共にその遠心力によって好適に分離し、サイクロン集塵器の原理よって好適に回収することができる。
灰は、軽いため、個体燃料自身が燃えることで発生する上昇気流と供給される燃焼用の空気の流れによって簡単に舞い上がり、ポット部３０内に留まることなく浮遊できる。そして、サイクロン集塵器の原理によって気流と分離された灰は、外円筒部１０の内周面１１と、ホッパー部２０の内面２１を伝って、ホッパー部２０下部へ集められる。このため、灰を好適に排出させることができる。
また、灰が順次飛散してポット部３０内から出るため、順次供給される個体燃料４５が厚い灰によって覆われることがない。そのため、底部３３の個体燃料４５に対して酸素が好適に供給され、個体燃料４５が効率よく燃焼される。

また、本形態例では、空気の供給部３５が複数に分割されていることで、空気の供給系統が複数に設けられている。
具体例として、空気の供給部３５が、上部空気供給部３５ａと下部空気供給部３５ｂの上下二段に分割されて設けられることで、空気の供給が二系統になっている。
さらに詳細には、上部空気供給部３５ａが空気を実質的に横方向へ噴出する複数のノズル３６ａを備え、下部空気供給部３５ｂが空気を実質的に上方向へ噴出する複数のノズル３６ｂを備えている。上段のポット内面部３４に複数のノズル３６ａが設けられ、段部の平面部３９に複数のノズル３６ｂが設けられている。
なお、ノズル３６ａやノズル３６ｂの数や配置或いは形態は、特に限定されるものではなく、装置のサイズ等によって適宜選択的に設定すればよい。

３７ａは上側のバルブであり、上部空気供給部３５ａに燃焼用の空気を供給する配管３８ａの途中に配されている。これによれば、送風機（図示せず）によって供給される空気の流量を適宜調整することができる。
３７ｂは下側のバルブであり、下部空気供給部３５ｂに燃焼用の空気を供給する配管３８ａの途中に配されている。これによれば、送風機（図示せず）によって供給される空気の流量を適宜調整することができる。

以上の空気の供給部３５によれば、燃焼用の空気を適切に調整して円筒状燃焼室１５に供給することができる。従って、灰を、好適に調整された上昇旋回気流の遠心力によって分離でき、サイクロン集塵器の原理よって好適に回収することができる。また、ポット部３０の底部３３における一次燃焼と、円筒状燃焼室１５の上側における二次燃焼のために、燃焼用の空気をバランス良く供給できる。

また、本発明においては、ノズル３６（３６ａ、３６ｂ）による空気の噴出方向を、ポット部３０内から上昇旋回気流を発生させるように、そのポット部３０の内周面等の内面（ポット内面３４など）に対して、傾斜する方向（図２参照）又は接線方向（図３参照）になるように設けることができる。
これによれば、より強い旋回気流を発生させることができ、灰をその旋回気流の遠心力によって好適に分離し、サイクロン集塵器の原理よって好適に回収することができる。

４０はスクリューコンベアであり、ポット部３０の底部３３に固体燃料４５を供給する手段として、ポット部３０の側面から内部の底部３３へ臨むように接続されている。
また、４１は貯留槽であり、固体燃料４５が外部から投入されて蓄えられるボックスである。
これにより、固体燃料４５を、連続的又は断続的にポット部３０の底部３３内へ自動的に供給できる。
この固体燃料４５の供給手段は、このような形態に限定されない。例えば、装置の設置条件等に応じて、固体燃料４５を斜め下方からポット部３０の底部３３へ供給してもよいし、真下から供給してもよい。

なお、スクリューコンベア４０の螺旋刃状のスクリューの先端が、図１に示すように、ポット部３０の底部３３内へ突出するように配設されているとよい。
これによれば、ポット部３０の内底面に載った状態で底部３３に溜まった固体燃料４５を、スクリューの先端でかき混ぜることができる。これによって、固体燃料４５の燃焼を促進できると共に、酸化ケイ素が溶融してポット部３０の内面に付着することを防止できる。

５０は熱交換器であり、ポット部３０の上方であって円筒状燃焼室１５の内部上側に配することができる。この円筒状燃焼室１５の内部上側は、固体燃料４５から発生したガスが燃焼する部分であり、高温の炎Ｆ（図４参照）になって燃える２次燃焼部である。
この熱交換器５０によって加熱されることで供給される温風、温水又は蒸気等を利用できる形態とすることで、ボイラー装置を構成することができる。

６１はサイクロン集塵器であり、発生した灰のうちホッパー部２０を経由して排出できないものを回収するように、円筒状燃焼室１５と排気管６０によって接続されている。なお、排気管６０の円筒状燃焼室１５との接続形態は特に限定されない。例えば、図１のように円筒状燃焼室１５に対して直角に交わる形態でもよいし、図４に示す煙突６２の取り付け形態と同様に熱交換器５０の上側の天面に接続してもよい。
このサイクロン集塵器６１によれば、排気に伴って円筒状燃焼室１５から排出された灰を好適に分離して、クリーンな排気を煙突６２にから排出できる。なお、ほとんどの灰はホッパー部２０内に堆積して回収され、残りの僅かの灰がサイクロン集塵器６１で分離されて回収される。
また、灰の排出装置２５の排出部や、サイクロン集塵器６１には、ワンタッチで着脱のできる灰の回収缶を装着すればよく、作業効率を向上できる。

また、７０は点検口であり、必要に応じて外円筒部１０の側周部に設けておくとよい。耐熱ガラス等の透明材によって形成することによって、内部の燃焼状態を適切に観察することができる。開閉可能に設けておけば、着火などを手作業で行なうための作業口として用いることができる。
さらに、７１は掃除口であり、ポット部３０の側周部に開閉可能に設けておくとよい。これにより、ポット部３０の内部を好適に掃除することができる。
なお、パイロットバーナーのノズルの先端をポット部３０内に差し込んだ形態などによって構成される自動着火装置（図示せず）を設けてもよいのは勿論である。

次に、ポット部３０の他の形態例について、図４に基づいて説明する。図４は本発明にかかる固体燃料の燃焼装置の他の形態例を模式的に示す断面図である。以上に説明した形態例と同等の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
この形態例では、ポット部３０Ａの内部が逆円錐台に形成されている。このように内周面３４Ａが上方へ向かって拡径する斜面に形成されていることで、上昇旋回気流Ｓをスムースに発生させることができる。
また、この形態によれば、簡易でコンパクトな構成とすることができ、コストを低減できる。

以上、本発明につき好適な形態例を挙げて種々説明してきたが、本発明はこの形態例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは勿論のことである。

本発明にかかる固体燃料の燃焼装置の一形態例を示す断面図である。 燃焼用の空気を供給するノズル方向の一例を示す平面図である。 燃焼用の空気を供給するノズル方向の他の例を示す平面図である。 本発明にかかる固体燃料の燃焼装置の他の形態例を示す断面図である。

符号の説明

１０ 外円筒部
１１ 内周面
１５ 円筒状燃焼室
２０ ホッパー部
２２ 灰
２５ 灰の排出装置
３０ ポット部
３０Ａ ポット部
３１ 空隙
３３ 底部
３５ 空気の供給部
３５ａ 上部空気供給部
３５ｂ 下部空気供給部
３６ａ、３６ｂ ノズル
４０ スクリューコンベア
４５ 固体燃料
５０ 熱交換器

Claims (8)

1. 粒状或いは粉状等の固体であって流動させて移送することが可能な可燃物を燃焼させる固体燃料の燃焼装置において、
   円筒状燃焼室を形成する外円筒部と、
   該外円筒部の下側に連続して設けられた実質的に逆円錐形のホッパー部と、
   上面が開放された実質的に平面形態円形のポット状に形成され、前記外円筒部の内部下側に該外円筒部の内周面と全周に亘って所要の空隙が生じるように配され、底部が前記粒状等の固体燃料の被供給部として設けられると共に、該底部の上方の内径が拡径した部分に実質的に上昇旋回気流を発生させるように燃焼用の空気の供給部が設けられたポット部とを具備することを特徴とする固体燃料の燃焼装置。
2. 灰を自動的に排出するように、前記ホッパー部の下部に灰の排出装置が接続されていることを特徴とする請求項１記載の固体燃料の燃焼装置。
3. 前記空気の供給部が複数に分割されていることで、空気の供給系統が複数に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の固体燃料の燃焼装置。
4. 前記空気の供給部が、上部空気供給部と下部空気供給部の上下二段に分割されて設けられることで、空気の供給が二系統になっていることを特徴とする請求項３記載の固体燃料の燃焼装置。
5. 前記上部空気供給部が空気を横方向へ噴出する複数のノズルを備え、前記下部空気供給部が空気を上方向へ噴出する複数のノズルを備えることを特徴とする請求項４記載の固体燃料の燃焼装置。
6. 前記ノズルによる空気の噴出方向が、前記ポット部内から上昇旋回気流を発生させるように、該ポット部の内周面等の内面に対して傾斜する方向又は接線方向になっていることを特徴とする請求項５記載の固体燃料の燃焼装置。
7. 前記ポット部の底部に前記固体燃料を供給する手段が、前記ポット部の側面から内部の前記底部へ臨むように接続されたスクリューコンベアであることを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載の固体燃料の燃焼装置。
8. 請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の固体燃料の燃焼装置における前記ポット部の上方であって前記円筒状燃焼室の内部上側に、熱交換器を配することで構成されたことを特徴とするボイラー装置。

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