JP2008286451A

JP2008286451A - バイオマス燃料の燃焼装置

Info

Publication number: JP2008286451A
Application number: JP2007130639A
Authority: JP
Inventors: Kiyomi Yoshimura; 清己吉村; Kimio Yoshimura; 公男吉村
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-05-16
Filing date: 2007-05-16
Publication date: 2008-11-27

Abstract

【課題】燃焼室に灰を堆積させず、灰の排出作業を不要にしたバイオマス燃料の燃焼装置を提供する。
【解決手段】燃焼バーナ９が設けられた燃焼室１３に対してバイオマス燃料を粉粒状態で供給する燃料供給手段３と、上記燃焼室１３の内周壁から燃焼用空気を旋廻流となるよう供給する周壁ノズル１７と、上記燃焼室１３の底部に向かって上記旋廻流と同方向の旋廻流となるよう燃焼用空気を供給する底部ノズル１８と、上記燃焼室１３の頂部近傍において燃焼ガスを灰とともに誘引して排出する誘引排出手段とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、主として未利用バイオマス燃料（林産資源、農産資源・稲わら、もみ殻、麦わら等）及び廃棄物系バイオマス燃料（食品加工残渣、生ゴミ、動植物残渣等の食品資源、家畜排泄物等の畜産資源、下水汚泥、パルプ排水等の産業資源、建築廃材等の林産資源）等に代表されるような有機性バイオマス燃料の燃焼装置に関するものである。

従来から燃焼の燃料として使用されている化石燃料の石炭や石油は、二酸化炭素等の温室効果ガスによる地球温暖化の問題で、温室効果ガスの発生をより少なくする資源への転換が急務となっている。そこで近年、化石燃料を主燃料として燃焼するボイラでのＣＯ_２排出削減策の１つとして木質系バイオマスの燃焼技術が注目されている。このようなバイマス燃料の燃焼装置として、例えば、下記の特許文献１に開示されたものが提案されている。
特開２００６−２４２５３９号公報

上記特許文献１記載のバイオマス燃料燃焼装置は、燃焼室にペレット状のバイオマス燃料を投入して燃焼するため、燃焼室の底部に灰が堆積し、所定の使用期間が経過する度に堆積した灰を除去する作業が必要になっていた。

本発明は、上記のような事情に鑑みなされたもので、燃焼室に灰を堆積させず、灰の排出作業を不要にしたバイオマス燃料の燃焼装置を提供することをその目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のバイオマス燃料の燃焼装置は、燃焼バーナが設けられた燃焼室に対してバイオマス燃料を粉粒状態で供給する燃料供給手段と、上記燃焼室の内周壁から燃焼用空気を旋廻流となるよう供給する周壁ノズルと、上記燃焼室の底部に向かって上記旋廻流と同方向の旋廻流となるよう燃焼用空気を供給する底部ノズルと、上記燃焼室の頂部近傍において燃焼ガスを灰とともに誘引して排出する誘引排出手段とを備えたことを要旨とする。

すなわち、本発明は、上記燃焼室の内周壁から燃焼用空気を旋廻流となるよう供給するとともに、上記燃焼室の底部に向かって上記旋廻流と同方向の旋廻流となるよう燃焼用空気を供給する。この状態で、バイオマス燃料を燃焼室に対して粉粒状態で供給して燃焼させる。これにより、供給された粉粒状のバイオマス燃料は、燃焼室内で旋廻しながら燃焼して灰化し、燃焼熱で燃焼室内を上昇して燃焼室の頂部近傍の誘引排出手段から排出される。このため、燃焼室内に灰が堆積することがなく、燃焼室内に堆積した灰の除去作業も不要になる。また、燃焼中は周壁ノズルおよび底部ノズルから燃焼用空気が供給されることから、周壁および底部の炉壁の加熱が防止され、耐火材料を節約できて炉体を安価に作成できるうえ、炉壁の損傷を防止してメンテナンスコストも節減できる。

本発明において、上記燃焼室の略中心部近傍から外向きに燃焼用空気を供給する中心部ノズルをさらに備えている場合には、燃焼用空気の流速が小さな旋廻流の中心において、外向きに燃焼用空気を供給することから、流速が小さな旋廻流の中心近傍で速度の落ちた灰が旋廻流に向かって戻されるので、中心部で灰が底部に堆積するのが防止される。このため、燃焼室内に灰が堆積することがなく、燃焼室内に堆積した灰の除去作業も不要になる。

本発明において、上記燃料供給手段は、ファンの風力によって燃料を燃焼室内に供給するように構成されている場合には、粉粒状のバイオマス燃料がファンの風力によって吹き飛ばされながら燃焼室内に供給されることから、バイオマス燃料が塊になって燃焼室内に供給されてそのまま灰が燃焼室内に堆積するのが防止される。このため、燃焼室内に灰が堆積することがなく、燃焼室内に堆積した灰の除去作業も不要になる。

なお、本発明でいうバイオマス燃料とは、化石燃料以外の有機性の燃料であり、その種類を限定するものではないが、例えば、特に食品加工残渣、生ゴミ、動植物残渣や生ゴミなどや森林や生活リサイクルとして出てくる全ての廃材や汚泥、さらにその二次加工製品等を含む燃料となりうる発熱量を有する有機系燃料をいうものとする。

つぎに、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１〜図４は、本発明のバイオマス燃料の燃焼装置の一実施形態を示す図である。図１は燃焼装置の全体構成を示す図、図２は燃焼炉１の詳細を示す縦断面図、図３は上記燃焼炉１の詳細を示す横断面図、図４はノズルユニット１２を示す図である。この実施形態では、燃焼装置として、燃焼熱を水の加熱および燃焼炉１の下流に配置された排熱利用設備２で利用するボイラ装置に適用した例を説明する。

この装置は、燃焼バーナ９が設けられた燃焼室１３を有する燃焼炉１と、上記燃焼炉１に対してバイオマス燃料を粉粒状態で供給する燃料供給手段３と、上記燃焼炉１から排出された排熱を利用する排熱利用設備２と、上記排熱利用設備２から排出された排ガスから塵埃を除去する集塵装置４とを備えて構成されている。

より詳しく説明すると、上記燃料供給手段３は、バイオマス燃料（以下単に「燃料」という）をエアシュートによって供給するエアシュート供給機６と、エアシュート供給機６で供給された燃料を燃焼炉１に投入するための投入ホッパ７とを備えている。

上記エアシュート供給機６は、燃料をストックするストッカー２４の底部に、燃料を少しずつ送り出すスクリュー２５が設けられ、上記スクリュー２５の先端部に、スクリュー２５で押出された燃料をエアシュートで気送するための空気を送るブロア２６が設けられて構成されている。上記ブロア２６で送り出された燃料は、気送管２７により投入ホッパ７の上部に送られるようになっている。

上記投入ホッパ７に導入された燃料は、下部に設けられた燃料供給管２８を通って燃焼炉１の側壁部から燃焼室１３内に供給されるようになっている。また、投入ホッパ７の下部と燃料供給管２８の接続部には、燃料供給管２８内に気流を送って燃焼室１３内に燃料を吹き飛ばすようにして投入するための燃料投入ファン８が設けられている。

そして、ストッカー２４からスクリュー２５で少しずつ送り出された燃料をエアシュートで投入ホッパ７まで気送し、気送された燃料をさらに燃料投入ファン８で吹き飛ばしながら燃焼室１３内に投入する。このように、上記燃料供給手段３は、ファンの風力によって燃料を燃焼室１３内に供給するように構成されているため、燃料は塊にならずに細かな粉粒状にばらされた状態で燃焼室１３内に供給される。

上記燃焼炉１は、燃焼室１３の底部近傍に向かって火炎を噴射する燃焼バーナ９を備えている。燃焼室１３は略円筒状に形成され、頂部に円錐状の先窄まり部２９およびそれに続く排気集約部３０が形成されている。上記排気集約部３０には、排気を誘引する熱風誘引ファン１１が設けられた排気管３６が接続され、排気を排熱利用設備２に導入するようになっている。上記熱風誘引ファン１１および排気管３６は、燃焼室１３の頂部近傍において燃焼ガスを灰とともに誘引して排出する本発明の誘引排出手段として機能する。

上記燃焼室１３の周壁部および底部には、エア導入ファン１０によって燃焼用空気が導入される空気導入層３１が設けられている。そして、燃焼室１３の内周壁には、周壁部の空気導入層３１と連通して燃焼室１３の内周壁から燃焼用空気を旋廻流となるよう供給する周壁ノズル１７が設けられている。上記周壁ノズル１７は、所定間隔で複数（この例では５つ）縦方向に列設されてノズル列を形成し、このノズル列が所定間隔で複数列（この例では８列）周方向に配置されている。各周壁ノズル１７からの空気の噴出し方向は、中心向きよりもやや接線方向に斜めに設定され、燃焼用空気を旋廻流として供給しうるようになっている。

このように、周壁ノズル１７により燃焼用空気を旋廻流として供給することにより、上部から粉粒状で供給された燃料が底部近傍の燃焼バーナ９の火炎で燃焼され、燃焼室１３内を旋廻流で旋廻しながら燃焼熱で上昇し、灰化された灰とともに燃焼ガスが熱風誘引ファン１１で排出される。

また、燃焼室１３内には、燃焼室１３内に燃焼用の空気を導入するためのノズルユニット１２が配置されている。上記ノズルユニット１２は、底部の空気導入層３１と連通して燃焼室１３の略中心に立設された中空状の中心ノズル管２０と、上記中心ノズル管２０から底部近傍で分岐する中空状の底部ノズル管２１とから構成されている。上記底部ノズル管２１は、この例では複数本（この例では５本）がラジアル方向に延びるように配置されている。

そして、上記各底部ノズル管２１には、上記燃焼室１３の底部に向かって上記旋廻流と同方向の旋廻流となるよう燃焼用空気を供給する底部ノズル１８が形成されている。この例では、各底部ノズル管２１にそれぞれ底部ノズル１８が所定間隔で複数（この例では２つずつ）形成されている。上記底部ノズル１８からの空気の噴出し方向は、上記周壁ノズル１７による旋廻流の下流側に向かって斜め下向きに設定され、燃焼用空気を底部に向かって旋廻流として供給しうるようになっている。

このように、各底部ノズル１８により燃焼用空気を底部に向かって旋廻流として供給することにより、上部から粉粒状で供給された燃料が底部近傍の燃焼バーナ９の火炎で燃焼され、底部に堆積することなく、燃焼室１３内を旋廻流で旋廻しながら燃焼熱で上昇し、灰化された灰とともに燃焼ガスが熱風誘引ファン１１で排出される。

また、上記中心ノズル管２０には、上記燃焼室１３の略中心部近傍から外向きに燃焼用空気を供給する中心部ノズル１９が設けられている。上記中心部ノズル１９は、縦方向に所定間隔を隔てて複数（この例では２個もしくは３個）並べられ、空気の噴出し方向がラジアルな３方向に向かうように配置されている。

このように、各中心部ノズル１９により燃焼用空気を中心から外側に向かって供給することにより、旋廻流の中心付近で流速が落ちた灰を底部に堆積させることなく、再び旋廻流に戻し、燃焼室１３内を旋廻流で旋廻させながら上昇させ、灰化された灰とともに燃焼ガスが熱風誘引ファン１１で排出される。

また、上記燃焼炉１には、その周壁に熱水管３２が配置されて燃焼熱を水の加熱で回収するようになっている。上記熱水管３２には、給水タンク１４から水が供給され、加熱された水は排水部３４から排出されて熱交換器１５で熱交換された後還流部３３から還流されるようになっている。

熱風誘引ファン１１で誘引された高温の燃焼ガスは排熱利用設備２に導入され、排熱を利用して例えば含水廃棄物の乾燥処理等を行なうことができる。排熱利用設備２から排出された排ガスは、集塵装置４で集塵されて煙突３５から排出される。上記集塵装置４は、サイクロン集塵器２２と洗浄集塵器２３とを備えて構成されている。排熱利用設備２から排出される排ガスは、排ガス誘引ファン１６で誘引されて、まずサイクロン集塵器２２に導入されて集塵され、その後洗浄集塵器２３に導入されて気液接触によりさらに集塵される。

以上のように、本実施形態の燃焼装置によれば、上記燃焼室１３の内周壁から燃焼用空気を旋廻流となるよう供給するとともに、上記燃焼室１３の底部に向かって上記旋廻流と同方向の旋廻流となるよう燃焼用空気を供給する。この状態で、バイオマス燃料を燃焼室１３に対して粉粒状態で供給して燃焼させる。これにより、供給された粉粒状のバイオマス燃料は、燃焼室１３内で旋廻しながら燃焼して灰化し、燃焼熱で燃焼室１３内を上昇して燃焼室１３の頂部近傍の誘引排出手段から排出される。このため、燃焼室１３内に灰が堆積することがなく、燃焼室１３内に堆積した灰の除去作業も不要になる。また、燃焼中は周壁ノズル１７および底部ノズル１８から燃焼用空気が供給されることから、周壁および底部の炉壁の加熱が防止され、耐火材料を節約できて炉体を安価に作製できるうえ、炉壁の損傷を防止してメンテナンスコストも節減できる。

また、上記燃焼室１３の略中心部近傍から外向きに燃焼用空気を供給する中心部ノズル１９をさらに備えているため、燃焼用空気の流速が小さな旋廻流の中心において、外向きに燃焼用空気を供給することから、流速が小さな旋廻流の中心近傍で速度の落ちた灰が旋廻流に向かって戻されるので、中心部で灰が底部に堆積するのが防止される。このため、燃焼室１３内に灰が堆積することがなく、燃焼室１３内に堆積した灰の除去作業も不要になる。

また、上記燃料供給手段３は、ファンの風力によって燃料を燃焼室１３内に供給するように構成されているため、粉粒状のバイオマス燃料がファンの風力によって吹き飛ばされながら燃焼室１３内に供給されることから、バイオマス燃料が塊になって燃焼室１３内に供給されてそのまま灰が燃焼室１３内に堆積するのが防止される。このため、燃焼室１３内に灰が堆積することがなく、燃焼室１３内に堆積した灰の除去作業も不要になる。

本発明の実施形態の燃焼装置の全体構成を示す断面図である。燃焼炉を示す縦断面図である。燃焼炉を示す横断面図である。ノズルユニットを示す図である。

符号の説明

１：燃焼炉
２：排熱利用設備
３：燃料供給手段
４：集塵装置
６：エアシュート供給機
７：投入ホッパ
８：投入ファン
９：燃焼バーナ
１０：エア導入ファン
１１：熱風誘引ファン
１２：ノズルユニット
１３：燃焼室
１４：給水タンク
１５：熱交換器
１６：排ガス誘引ファン
１７：周壁ノズル
１８：底部ノズル
１９：中心部ノズル
２０：中心ノズル管
２１：底部ノズル管
２２：サイクロン集塵器
２３：洗浄集塵器
２４：ストッカー
２５：スクリュー
２６：ブロア
２７：気送管
２８：燃料供給管
２９：先窄まり部
３０：排気集約部
３１：空気導入層
３２：熱水管
３３：還流部
３４：排水部
３５：煙突
３６：排気管

Claims

燃焼バーナが設けられた燃焼室に対してバイオマス燃料を粉粒状態で供給する燃料供給手段と、
上記燃焼室の内周壁から燃焼用空気を旋廻流となるよう供給する周壁ノズルと、
上記燃焼室の底部に向かって上記旋廻流と同方向の旋廻流となるよう燃焼用空気を供給する底部ノズルと、
上記燃焼室の頂部近傍において燃焼ガスを灰とともに誘引して排出する誘引排出手段とを備えたことを特徴とするバイオマス燃料の燃焼装置。
上記燃焼室の略中心部近傍から外向きに燃焼用空気を供給する中心部ノズルをさらに備えている請求項１記載のバイオマス燃料の燃焼装置。
上記燃料供給手段は、ファンの風力によって燃料を燃焼室内に供給するように構成されている請求項１または２記載のバイオマス燃料の燃焼装置。