JP2009079882A - 燃焼システム - Google Patents

Abstract

【課題】 無煙・無臭状態で稼動させることができる燃焼システムを提供することである。
【解決手段】 湯沸し器と、燃焼加熱器と、管路を介して湯沸し器に接続された熱交換器とを備え、熱交換器の内部には金属製のフィルタが設けられており、第２の管路を介して熱交換器の下端の接続された送風機を更に備え、送風機から空気を供給しつつ燃焼加熱器で燃焼させることにより、湯沸し器に熱風を供給して水を加温し、排気ガスを湯沸し器から管路を介して熱交換器に流入させ、熱交換器において排気ガスを冷却し、且つ排気ガス中の煤塵を濾過し、濾過された空気を送風機に送って再び使用するように構成され、燃焼加熱器に水油燃焼装置を使用することを特徴とする燃焼システムが提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は一般に、燃焼システムに関する。より詳細には、本発明は、無煙・無臭状態で稼動させることができる燃焼システムに関するものである。

従来、廃棄物を焼却するための焼却炉やロータリーキルン、温水を提供するための湯沸し器等に対して、種々の形式の燃焼システムが数多く開発され、提供されている。
また、最近では燃焼ガスの一部を再び燃焼炉内に引き込み循環させることによって、炉内温度を下げ、窒素酸化物の発生を制御したものも提供されている。

しかしながら、何れのシステムも燃焼作業に伴い排気煙が発生し、環境基準を厳守するためには後段に酸、又はアルカリ溶液等を用いた湿式の洗煙設備が必要であった。
洗煙設備からは排煙と接触した洗煙排水が排出されるので、その排水の処理も必要になり設備も大型化してしまうという問題があった。

また、燃焼ガスの一部を燃焼用空気と混合して燃焼させ、火炎の最高温度を低下させることにより、窒素酸化物の発生を抑制する技術はすでに多く試されている。例えば自動車排気ガス中の窒素酸化物を低減し、燃費を向上させる技術として広く用いられているところである。

しかしながら、排気ガスを混入した燃焼用空気は、通常に比べ酸素濃度が低く、燃焼速度を遅らせることができ、窒素酸化物の発生を抑制することができる反面、不完全燃焼になりやすく、一酸化炭素の発生が増加してしまうという欠点があった。
特開２００２−１３７０５号

本発明は、排気ガスを循環させる方法でありながら、燃焼温度を低下させることなく、また、無煙・無臭で稼動させることができる燃焼システムを提供するものである。

本願請求項１に記載の燃焼システムは第１熱風室、第２熱風室、第３熱風室を有し、前記第１熱風室と前記第２熱風室とを連通させるように、それらの間に配置された第１温水室、及び前記第２熱風室と前記第３熱風室とを連通させるようにそれらの間に配置された第２温水室を有する湯沸し機と、前記第１熱風室に隣接させた燃焼加熱器と、上端が管路を介して前記第３熱風室に接続された熱交換器とを備え、前記熱交換器は上端の一方の端から下端の他方の側に向かって配置されたフィルタとが設けられており、第２の管路を介して前記熱交換器の下端に接続された送風機を更に備え、前記送風機から空気を供給しつつ、前記燃焼加熱器で燃焼させることにより、前記熱風室に熱風を供給して前記温水室において水を加熱し、燃焼によって生じた排気ガスを前記第３熱風室から前記管路を介して前記熱交換器に流入させ、前記熱交換器において排ガス中の煤塵を除去し、濾過された空気を前記送風機に再び送って使用するように構成されていることを特徴とするものである。

ここで言う燃焼加熱器は水油燃焼装置（特開２００２−１３７０５）であり、この燃焼装置と前記燃焼システムを組み合わせることによってそれぞれの長所を最大限引き出すことができる。

すなわち、水油燃焼装置は、高温・高圧下の重油と水の混合燃料により、一般的な重油バーナーのおよそ１．３倍の発熱量を得ることが解っている。

さらに、高圧下の水は亜臨界水となり、水のクラスターを分解して最小の単分子水に近づき、複次的効果により重油が保有している特性をより引き出すことができる。
また、高温により分解された水分子は水素と酸素に別れ、水素は燃料ガスとして、酸素は排気ガス循環をさせたときの不足した酸素を補う役目をはたす。

前述したとおり、燃料に亜臨界水を加えることにより、本来重油の持つ発熱量に水素の持つ発熱量が加わり高出力の燃焼が可能になる。

このように、排気ガスを循環させる方式でありながら従来の方式のような酸素不足による不完全燃焼を回避しつつ、排気ガスに含まれる臭気成分や燃焼に伴い発生した煙成分を再度熱分解することを目的としている。
本発明は、前述の水油燃焼装置を燃焼加熱器として使用することを特徴とした燃焼システムである。

本願請求項２に記載の燃焼システムは、ロータリーキルンと、前記ロータリーキルンの一端に隣接して配置された燃焼加熱器と、上端が管路を介して前記ロータリーキルンの他端に接続された熱交換器とを備え、前記熱交換器は上端の一方の端から下端の他方の側に向かって配置されたフィルタとが設けられており、第２の管路を介して前記熱交換器の下端に接続された送風機を更に備え、前記送風機から空気を供給しつつ、前記燃焼加熱器で燃焼させることにより、前記ロータリーキルンにおいて被燃焼物を燃焼させ、燃焼によって生じた排気ガスを前記ロータリーキルンから前記管路を介して前記熱交換器に流入させ、前記熱交換器において排ガス中の煤塵を除去し、濾過された空気を前記送風機に再び送って使用するように構成されていることを特徴とするものである。

ここで言う燃焼加熱器は水油燃焼装置（特開２００２−１３７０５）であり、この燃焼装置と前記燃焼システムを組み合わせることによってそれぞれの長所を最大限引き出すことができる。

すなわち、水油燃焼装置は、高温・高圧下の重油と水の混合燃料により、一般的な重油バーナーのおよそ１．３倍の発熱量を得ることが解っている。

さらに、高圧下の水は亜臨界水となり、水のクラスターを分解して最小の単分子水に近づき、複次的効果により重油が保有している特性をより引き出すことができる。
また、高温により分解された水分子は水素と酸素に別れ、水素は燃料ガスとして、酸素は排気ガス循環をさせたときの不足した酸素を補う役目をはたす。

前述したとおり、燃料に亜臨界水を加えることにより、本来重油の持つ発熱量に水素の持つ発熱量が加わり高出力の燃焼が可能になる。

このように、排気ガスを循環させる方式でありながら従来の方式のような酸素不足による不完全燃焼を回避しつつ、排気ガスに含まれる臭気成分や燃焼に伴い発生した煙成分を再度熱分解することを目的としている。
本発明は、前述の水油燃焼装置を燃焼加熱器として使用することを特徴とした燃焼システムである。

本願請求項３に記載の燃焼システムは、燃焼炉と、前記燃焼炉に隣接して配置された燃焼加熱器と、上端が管路を介して前記焼却炉に接続された熱交換器とを備え、前記熱交換器は上端の一方の端から下端の他方の側に向かって配置されたフィルタとが設けられており、第２の管路を介して前記熱交換器の下端に接続された送風機を更に備え、前記送風機から空気を供給しつつ、前記燃焼加熱器で燃焼させることにより、前記燃焼炉において被燃焼物を燃焼させて、燃焼によって生じた排気ガスを前記燃焼炉から前記管路を介して前記熱交換器に流入させ、前記熱交換器において排ガス中の煤塵を除去し、濾過された空気を前記送風機に再び送って使用するように構成されていることを特徴とするものである。

ここで言う燃焼加熱器は水油燃焼装置（特開２００２−１３７０５）であり、この燃焼装置と前記燃焼システムを組み合わせることによってそれぞれの長所を最大限引き出すことができる。

すなわち、水油燃焼装置は、高温・高圧下の重油と水の混合燃料により、一般的な重油バーナーのおよそ１．３倍の発熱量を得ることが解っている。

さらに、高圧下の水は亜臨界水となり、水のクラスターを分解して最小の単分子水に近づき、複次的効果により重油が保有している特性をより引き出すことができる。
また、高温により分解された水分子は水素と酸素に別れ、水素は燃料ガスとして、酸素は排気ガス循環をさせたときの不足した酸素を補う役目をはたす。

前述したとおり、燃料に亜臨界水を加えることにより、本来重油の持つ発熱量に水素の持つ発熱量が加わり高出力の燃焼が可能になる。

このように、排気ガスを循環させる方式でありながら従来の方式のような酸素不足による不完全燃焼を回避しつつ、排気ガスに含まれる臭気成分や燃焼に伴い発生した煙成分を再度熱分解することを目的としている。
本発明は、前述の水油燃焼装置を燃焼加熱器として使用することを特徴とした燃焼システムである。

本発明によれば、排気ガスが熱交換器を利用して煤煙を除去した後に再び燃焼に用いられるので、無煙・無臭状態で稼動させることができる。また、本発明の燃焼システムにおいては、熱交換器のフィルタにより、排気ガス中の煤塵を排出口から容易に回収することができる。

本発明を実施するための最良の形態

次に、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態に係る燃焼システムについて詳細に説明する。本発明の燃焼システムは大別して、湯沸し器、ロータリーキルン、及び燃焼炉の３種類の形式に適用することができる。

まず最初に、湯沸し器に適用される燃焼システムについて説明する。図１は、湯沸し器に適用される燃焼システムの全体を示した概略図である。図１において全体として参照符号１０で示される本発明の好ましい実施の形態に係わる燃焼システムは、湯沸し器１２を備えている。湯沸し器１２は、図１に示されるように、全体としてＬ型の形状を有する円形横断面の金属製容器によって形成されている。湯沸し器１２は大別して、第１熱風室１２ａと、第２熱風室１２ｂと第３熱風室１２ｃと、第１熱風室１２ａと第２熱風室１２ｂの間に配置された第１温水室１２ｄと第２熱風室１２ｂと第３熱風室１２ｃとの間に配置された第２温水室１２ｅとを有している。

第１温水室１２ｄには、第１温水室１２ｄの内部に冷水を供給するための管１２ｆが設けられ、第２温水室１２ｅには、第２温水室１２ｅから温水を排出するための管１２ｇが設けられている。また、第１温水室１２ｄと第２温水室１２ｅは、管１２ｈによって連通している。

第１温水室１２ｄには、第１熱風室１２ａと第２熱風室１２ｂとを連通させる多数のパイプ１２ｄ１が設けられており（図２参照）、第２温水室１２ｅには、第２熱風室１２ｂと第３熱風室１２ｃとを多数のパイプ１２ｅ１が設けられている。

燃焼システム１０は又、湯沸し器１２の第１熱風室１２ａに隣接して配置された燃焼加熱器１４を備えている。図１に示される燃焼加熱器１４は、円筒形のケーシング１４ａを有しており、ケーシング１４ａの略中心部線上には、バーナー部分１４ｂが設けられている。ケーシング１４ａ内には、その周壁に沿って、燃料タンク１６に接続されたパイプ１４ｃが螺旋状に配置されている。バーナー部分１４ｂは、円筒形の本体１４ｂ１と、螺旋状のパイプ１４ｃに接続されたノズル１４ｂ２とを有している。バーナー部分１４ｂの本体１４ｂ１の略中央部には、開口１４ｂ３が設けられており、開口１４ｂ３には、パイプ１８の一端が連結され、パイプ１８の他端には、送風機２０が配置されている。

燃焼システム１０は更に、熱交換器２２を備えている。熱交換器２２は、全体として円筒形の細長い容器であり、内部に螺旋状の水路２４が配置されている。また、熱交換器２２の内部には、上端の一方の側から下端の他方の側に向かって配置されたフィルタ２６が設けられている。フィルタ２６は周縁を熱交換器２２の内壁に固定することによって支持されている（従って、フィルタ２６の周縁以外の箇所がフリーな状態になっている）。なお、フィルタ２６が上述のように配置されていることによって、熱交換器２２の内部は、フィルタ２６によって斜めに分割されている。なお、熱交換器２２の下部には、媒を排出するための媒排出口２２ａが設けられている。

湯沸し器１２の第３熱風室１２ｃと熱交換器２２の上端視は、管路２８によって連通している。また、熱交換器２２の下端は、管路３０によって送風機２０に接続されている。

以上のように構成された燃焼システム１０の作動について説明する。まず、燃料タンク１６から燃焼加熱器１４に燃料を供給して、燃料に点火する。この点火は、通常の点火装置を使用してよい。次いで、送風機２０を作動させ、開口１４ｂ３を介してバーナー部分１４ｂに空気を供給する。ノズル１４ｂ２から噴射される燃料が燃焼することにより、空気が熱せられ熱風となって、第１熱風室１２ａに送られる。第１熱風室１２ａに送られた熱せられた空気は、第１温水室１２ｄに設けられたパイプ１２ｄ１を介して第２熱風室１２ｂに達し、次いで第２温水室１２ｅに設けられたパイプ１２ｅ１を介して第３熱風室１２ｃに達する。一方、管１２ｆを介して第１温水室１２ｄに供給された冷水は、パイプ１２ｄ１を通る熱風によって加温され、加温された水は、管１２ｈを介して第２温水室１２ｅに送られ、第２温水室１２ｅにおいてパイプ１２ｅ１を通る熱風によって更に加温され、管１２ｇを介して所望の装置（図示せず）に送られ、所望の使用に供される。第３熱風室１２ｃに送られた熱せられた空気（排気ガス）は、管路２８を介して、熱交換器２２に流入する。排気ガスは、熱交換器２２内において、螺旋状の水路２４を通る冷水により、冷却されるとともに、フィルタ２６を通過することにより、排気ガス中の煤塵が濾過される。なお、フィルタ２６は、熱交換器２２の内壁に固定させている周縁以外の箇所がフリーな状態にあるため、管路２８を介して熱交換器２２内に流入する排気ガスによって振動し、濾過された煤塵が傾斜したフィルタ２６の面から下方に落下するので、排気ガス中の煤塵を媒排出口２２ａから容易に回収することができる。このようにして、温度が低下し、煤塵が濾過された空気は、管路３０を介して送風機２０に送られ、湯沸し器１２における湯沸し作業に再び用いられる。

なお、燃焼システムで用いる燃焼加熱器は水油燃焼装置である。燃料としては水と油を適当な割合で混ぜた水油混合液体を使用する。

次に、ロータリーキルンに適用される燃焼システム４０について説明する。図４は、ロータリーキルンに適用される燃焼システム４０の全体を示した概略図である。燃焼システム４０は、湯沸し器１２の代わりにロータリーキルン４２が配置されている点を除いて、燃焼システム１０と実質的に同一の構成を有している。

すなわち、燃焼システム４０では、ロータリーキルン内の廃棄物等が燃焼加熱器１４からの火炎により焼却されるが、焼却時に発生する排気ガスは、管路２８を介して熱交換器２２に送られ、水路２４を通る冷水により冷却されるとともにフィルタ２６により煤塵が濾過される。このようにして冷却された濾過されたガスは、送風機２０に送られて、燃焼加熱器１４における燃焼に再び用いられる。

なお、燃焼システムで用いる燃焼加熱器は水油燃焼装置である。燃料としては水と油を適当な割合で混ぜた水油混合液体を使用する。

次に、燃焼炉に適用される燃焼システム５０について説明する。図５は、燃焼炉に適用される燃焼システム５０の全体を示した概略図である。燃焼システム５０は、湯沸し器１２の代わりに燃焼炉５２が配置されている点を除いて、燃焼システム１０と実質的に同一の構造を有している。図５において参照符号５２ａ、５２ｂはそれぞれ、廃棄物が投入されるホッパ、ホッパに投入された廃棄物を燃焼炉５２内に搬送するためのスクリューコンベアを示している。図５に示される燃焼炉５２では、燃焼加熱器１４が２基設置されている。なお、燃焼炉自体は、普通の型式のものを使用してよい。

燃焼システム５０では、ホッパ５２ａに投入されスクリューコンベア５２ｂによって燃焼炉５２内に搬送された被燃焼物が燃焼加熱器１４からの火炎によって焼却されるが、燃焼時に発生する排気ガスは、管路２８を介して熱交換器２２に送られ、水路２４を通る冷水により冷却されるとともにフィルタ２６により煤塵が濾過される。このようにして冷却され濾過されたガスは、送風機２０に送られて燃焼加熱器１４における燃焼に再び用いられる。

本発明は、以上の発明の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

湯沸し器に適用される本発明の好ましい実施の形態に係わる燃焼システムの全体を示した概略図である。 図１の線２−２に沿って見た断面図である。 熱交換器の拡大図である。 ロータリーキルンに適用される本発明の好ましい実施の形態に係わる燃焼システムの全体を示した概略図である。 燃焼炉に適用される本発明の好ましい実施の形態に係わる燃焼システムの全体を示した概略図である。

符号の説明

１０，４０，５０ 燃焼システム
１２ 湯沸し器
１４ 燃焼加熱器
１６ 燃料タンク
１８ パイプ
２０ 送風機
２２ 熱交換器
２４ 水路
２６ フィルタ
２８，３０ 管路
４２ ロータリーキルン
５２ 燃焼炉

Claims (3)

1. 第１熱風室、第２熱風室、第３熱風室、前記第１熱風室と前記第２熱風室とを連通させるようにそれらの間に配置された第１温水室、及び前記第２熱風室と前記第３熱風室とを連通させるようにそれらの間に配置された第２温水室を有する湯沸し器と、
   前記第１熱風室に隣接して配置された燃焼加熱器と、
   上端が管路を介して前記第３熱風室に接続された熱交換器とを備えており、
   第２の管路を介して前記熱交換器の下端に接続された送風機を更に備え、
   前記送風機から空気を供給しつつ前記燃焼加熱器で燃焼させることにより、前記熱風室に熱風を供給して前記温水室において水を加熱し、燃焼によって生じた排気ガスを前記第３熱風室から前記管路を介して前記熱交換器に流入させ、前記熱交換器において排気ガスを冷却するとともに排気ガス中の煤塵を濾過し、冷却され濾過された空気を前記送風機に送って再び使用するように構成され、前記燃焼加熱器は油水燃焼装置を使用することを特徴とする燃焼システム。
2. ロータリーキルンと、
   前記ロータリーキルンの一端に隣接して配置された燃焼加熱器と、
   上端が管路を介して前記ロータリーキルンの他端に接続された熱交換器とを備え、
   第２の管路を介して前記熱交換器の下端に接続された送風機を更に備え、
   前記送風機から空気を供給しつつ前記燃焼加熱器で燃焼させることにより、前記ロータリーキルンにおいて被燃焼物を燃焼させ、燃焼によって生じた排気ガスを前記ロータリーキルンから前記管路を介して前記熱交換器に流入させ、前記熱交換器において排気ガスを冷却するとともに排気ガス中の煤塵を濾過し、冷却され濾過された空気を前記送風機に送って再び使用するように構成され、前記燃焼加熱器は油水燃焼装置を使用することを特徴とする燃焼システム。
3. 焼却炉と、
   前記焼却炉に隣接して配置された燃焼加熱器と、
   上端が管路を介して前記焼却炉に接続された熱交換器とを備え、
   第２の管路を介して前記熱交換器の下端に接続された送風機を更に備え、
   前記送風機から空気を供給しつつ前記燃焼加熱器で燃焼させることにより、前記燃焼炉において被燃焼物を燃焼させ、燃焼によって生じた排気ガスを前記燃焼炉から前記管路を介して前記熱交換器に流入させ、前記熱交換器において排気ガスを冷却するとともに排気ガス中の煤塵を濾過し、冷却され濾過された空気を前記送風機に送って再び使用するように構成され、前記燃焼加熱器は油水燃焼装置を使用することを特徴とする燃焼システム。

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