JP2009249553A - 炭化物製造装置及び炭化物製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水を直接かけることによって炭化物を冷やす炭化物製造装置を提供すること。
【解決手段】被炭化物が通過する搬送路１３〜１６を周りから加熱して炭化物Ｔを生成するための炭化炉１２内を、下方に設けられた加熱室１８の加熱手段１９によって加熱する炭化生成部２と、その炭化生成部２で得られた炭化物Ｔを冷却する冷却部３とを有するものであって、冷却部３は、搬送管３５の中の炭化物Ｔを回転するスクリュー３６によって搬送する複数の冷却用コンベア３１，３２が直列に接続されたものであり、その搬送管３５は供給された水を内部の炭化物にかけることができるように構成され、複数ある冷却用コンベアのうち所定の冷却用コンベア３１と炭化生成部２の加熱室１８とがパイプ４１によって連結された炭化物製造装置１。
【選択図】 図１

Description

本発明は、加熱によって得られた炭化物に対し水を噴霧して冷却する炭化物製造装置及びその炭化物製造方法に関し、特に水の噴霧によって巻き上げられた微粉炭を炭化炉内に戻して加熱用燃料とする炭化物製造装置及び炭化物製造方法に関する。

畜舎から排出される蓄糞尿などの有機性廃棄物については、その有効利用を図るため炭化物にすることが考えられている。しかし、有機性廃棄物から生成した炭化物は、貯蔵しておく間にそれ自身が発熱して燃えだしてしまう問題があった。これは、炭化物が自己発熱性を有し、貯蔵中に発熱して温度上昇し、その温度が一定温度を超えることによって発火してしまうものと考えられている。従って、炭化物の製造に当たっては、この発火による燃焼を抑えるために生成された炭化物を冷却することが必要である。

特開２００６−２７４２０１号公報には、冷却用のスクリューコンベアを備えた炭化物製造装置が記載されている。この製造装置は、バーナーによって下方から加熱する炭化炉が設けられ、その中に出口と入口がシュートを介して接続した複数本のスクリューコンベアが上下に設置されている。被炭化物は、そうしたスクリューコンベアの中を上から下に搬送され、その間に加熱されて炭化物になり排出される。そして、その排出口には同じスクリューコンベアであって、周りに冷却水を流す冷却ジャケットが備えられた冷却部が設けられている。従って、加熱された炭化物は、その冷却部を通って冷やされた後、製品として回収されている。
特開２００６−２７４２０１号公報

しかし、前記従来例の炭化物製造装置では、加熱された炭化物が冷却水によって冷やされたスクリューコンベア内を通るだけであるため、４００〜５００℃の炭化物を十分に冷却することが難しかった。そこで、本願発明者は炭化物に直接水を噴霧して冷却することを考えた。例えば、前記従来例の冷却用スクリューコンベア内に水を噴霧するようにすれば、高温の炭化物を効率良く冷却することができる。ところが、高温の炭化物に対して水をかけると、その水が蒸気になってスクリューコンベア内で膨張し、シール部分から勢いよく噴き出してしまう。その際、特に、スクリューコンベア内では微粉炭が巻き上がり、そうした微粉炭までもが蒸気と一緒になって外に噴き出してしまう。

そこで、本発明は、かかる課題を解決するものであり、水を直接かけることによって炭化物を冷やす炭化物製造装置及び炭化物製造方法を提供することを目的とする。

本発明の炭化物製造装置は、被炭化物が通過する搬送路を周りから加熱して炭化物を生成するための炭化炉内を、下方に設けられた加熱室の加熱手段によって加熱する炭化生成部と、その炭化生成部で得られた炭化物を冷却する冷却部とを有するものであって、前記冷却部は、搬送管の中の炭化物を回転するスクリューによって搬送する複数の冷却用コンベアが直列に接続されたものであり、その搬送管は供給された水を内部の炭化物にかけることができるように構成され、複数ある冷却用コンベアのうち所定の冷却用コンベアと前記炭化生成部の加熱室とがパイプによって連結されていることを特徴とする。

また、本発明の炭化物製造装置は、前記複数の冷却用コンベアに、一のポンプと接続された１本の給水管から途中で分岐した分岐管が接続され、所定の分岐管に流量調整弁が設けられたものであることが好ましい。
また、本発明の炭化物製造装置は、前記加熱室内の温度を計測する温度センサと、その温度センサの計測値に基づいて前記流量調整弁を制御するコントローラとを有するものであることが好ましい。
また、本発明の炭化物製造装置は、前記冷却用コンベアが、冷却水の流れる冷却槽内に設置されたものであることが好ましい。
また、本発明の炭化物製造装置は、前記炭化生成部が、加熱室の下に漏斗状に形成された灰回収部が設けられたものであることが好ましい。

本発明の炭化物製造方法は、炭化炉内の搬送路を通る被炭化物を加熱手段によって加熱することで炭化物を生成し、その後、熱をもった生成後の炭化物に水をかけることによって冷却して製品とするものであって、炭化物に水をかけることによって発生する微粉炭を、前記加熱手段が火炎を出している加熱室に送って燃焼させるようにしたことを特徴とする。
また、本発明の炭化物製造方法は、前記加熱手段が燃料消費量を一定にした運転によって火炎を出す一方で、加熱温度を監視しながら、炭化物にかける水の量を調整することにより微粉炭の発生量を変化させ、その微粉炭の燃焼による発熱量を調整するようにしたものであることが好ましい。

本発明によれば、炭化物に直接水をかけるため、効率良く冷やすことができ、蒸気が発生して微粉炭が巻き上がるが、パイプを介して加熱室へ送るようにしているため、微粉炭が冷却用コンベアから外に噴き出してしまうことを防止できる。しかも、微粉炭を加熱室へ送り込み、微粉炭を燃やして得られる熱を炭化物の生成に利用しているため、加熱手段に要する燃料の消費を減らすことができる。

次に、本発明に係る炭化物製造装置及び炭化物製造方法の一実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。図１は、本実施形態の炭化物製造装置を示した概念図である。炭化物製造装置１では、鶏舎などから排出される蓄糞尿を乾燥後、それらを加熱によって炭化することで炭化物を生成するものである。そして、この図１には、その乾燥後の蓄糞尿などの被炭化物を炭化物にする炭化生成部２と、そこで生成された炭化物を冷却するための冷却部３とが記載されている。

本実施形態の炭化生成部２は、ホッパ１１に投入された被炭化物が、炭化炉１２の加熱用コンベア１３〜１６内を順に通って送られることにより、加熱及び熱分解して炭化物となるようにしたものである。上下方向に並んだ加熱用コンベア１３〜１６は、筒状のトラフ２１が炭化炉１２の向かい合う壁面に架設され、そのトラフ２１内にスクリュー２２が挿入されたスクリューコンベアである。すなわち、加熱用コンベア１３〜１６は、回転するスクリュー２２によって被炭化物を軸方向に搬送する搬送手段として構成されたものである。

スクリュー２２は、その回転軸に所定ピッチで螺旋状に形成された螺旋羽を有し、軸受けを介して軸支され、不図示の駆動モータによって回転が与えられるように構成されている。従って、トラフ２１内を移動する被炭化物の搬送速度は、不図示の駆動モータの駆動制御によって調整されるようになっている。そうした加熱用コンベア１３〜１６は、上下に並んだトラフ２１同士がシュート１７によって連結され、上から下に搬送方向が交互に切り換わるようになっている。

また、炭化生成部２には、加熱用コンベア１３〜１６からなる搬送部分に、下方から熱気（熱風）を送る加熱部が構成されている。加熱部は、炭化炉１２の下部に加熱室１８が設けられ、そこへ火炎を噴射するバーナー１９によって構成されている。バーナー１９から噴射した火炎による熱は、加熱室１８内から炭化炉１２へと伝わり、最下段の加熱用コンベア１６を直接加熱しつつ、他の加熱用コンベア１３〜１５も昇温するものである。一方、炭化炉１２の上部には、炭化炉１２内で燃焼しなかった乾留ガスを燃焼及び加熱し、その臭気分を熱分解する再燃焼炉２０が設けられている。

また、本実施形態では、加熱室１８の下に漏斗状の灰回収部２５が設けられている。加熱室１８内では、後述するように微粉炭Ｈが燃やされるため、燃焼によって発生した微粉炭Ｈの灰を回収するためのものである。灰回収部２５の下端にはロータリーフィーダ２６が設けられ、更に下流の灰出しコンベア２７へと灰が送られるように構成されている。この灰出しコンベア２７もスクリューコンベアであり、筒状のトラフ内にスクリューが回転可能に設けられ、終端の取出口２７ａから灰を取り出すよう構成されている。

こうした炭化生成部２では、加熱用コンベア１３〜１６のスクリュー２２が回転することによって被炭化物が搬送され、加熱されたトラフ２１内を移動する間に被炭化物が炭化する。その際、加熱された被炭化物からは可燃性の乾留ガスが発生する。本実施形態では、この乾留ガスを利用しており、ガス吹出口２３から出た乾留ガスを燃やして火炎にし、それによって上段に位置する加熱用コンベア１３〜１５を加熱するようにしている。従って、加熱用コンベア１３〜１６には、トラフ２１の上面に突き出したガス吹出口２３が形成され、内部で発生した乾留ガスが上方に吹き出し、周りの熱によって火炎となる。

炭化物製造装置では、先ず被炭化物が不図示の乾燥機に入れられてある程度の水分が除去され、その後に炭化生成部２へと供給される。炭化生成部２では、ホッパ１１から投入された被炭化物が、上下に並んだ加熱用コンベア１３〜１６を上から順に降りるように搬送されていく。炭化炉１２内では、バーナー１９の火炎による加熱の他、炭化する過程で被炭化物から発生する乾留ガスがガス吹出口２３から吹き出し、炭化炉１２内の加熱温度によって火炎となり、その火炎でも加熱用コンベア１３〜１６が加熱される。そして、被炭化物が徐々に炭化し、加熱用コンベア１６を通り終えるころに炭化物Ｔが生成される。

この炭化物Ｔは、例えば４００〜５００℃と高温であり、外気に触れると燃えてしまうため、一定温度にまで冷やす必要がある。そこで、本実施形態では、この冷却部３によって炭化物Ｔを問題のない温度にまで冷却する。
冷却部３は、２段の冷却用コンベア３１，３２によって構成されている。冷却用コンベア３１，３２は、ともに筒状のトラフ３５内に回転可能なスクリュー３６が挿入されたスクリューコンベアであり、その回転するスクリュー３６によって炭化物Ｔが軸方向に移動する搬送手段として構成されている。そして、冷却用コンベア３１，３２は上下に配置され、シュート３７を介して互いに連結されている。

冷却用コンベア３１，３２は、そのトラフ３５が冷却水Ｗの流れる冷却槽３３内に設置されている。従って、この冷却部３は、トラフ３５内を移動する炭化物Ｔが冷却水Ｗとの熱交換によって間接的に冷やされるようになっている。そして、本実施形態の冷却部３では、更にトラフ３５内に水が霧状に噴射され、炭化物Ｔに直接水をかけて冷やすように構成されている。そのため、トラフ３５内には不図示の噴霧ノズルが設けられ、そこへポンプ３９につながれた給水管３８が接続されている。

この給水管３８は途中で分岐しており、給水管３８ａ，３８ｂがそれぞれ冷却用コンベア３１，３２へと接続され、上段の冷却用コンベア３１に接続された給水管３８ａには流量制御弁４３が設けられている。すなわち、本実施形態ではポンプ３９から一定量の水が供給され、流量制御弁４３における弁開度の調整によって給水管３８ａ，３８ｂを流れる各々の水量、つまり冷却用コンベア３１，３２内の炭化物Ｔへ噴霧される水の噴霧量が調整できるようになっている。

ところで、熱を持った炭化物Ｔに水が噴霧されると勢いよく蒸気が上がり、特に上段の冷却用コンベア３１では、トラフ３５内部の圧力が高くなるとともに、その内部では微粉炭Ｈが巻き上がってしまう。冷却用コンベア３１は、スクリュー３６の回転軸がシール部材を介してトラフ３５を突き抜けているが、そのシール構造はそれ程気密性が高くないため、内部圧力を高めた蒸気が漏れてしまう。その際、内部で巻き上がった微粉炭Ｈも蒸気とともにシール部分を抜けて外部に漏れ出てしまう。そして、このシール部分はスクリュー３６を回転支持するため蒸気の漏れを完全に防ぐことが困難である。そこで、本実施形態では、蒸気とともに巻き上がる微粉炭Ｈに着目し、これを炭化物生成のための加熱用燃料にすることとした。

冷却用コンベア３１のトラフ３５にはパイプ４１が接続され、それが炭化生成部２の加熱室１８へと連結されている。従って、冷却用コンベア３１のトラフ３５内で巻き上がった微粉炭Ｈは、圧力の高まったトラフ３５内から蒸気とともにパイプ４１を通って加熱室１８へと送られ、そこでバーナー１９の火炎によって燃やされるようになっている。本実施形態では、炭化物を生成する加熱室１８内の熱源として、バーナー１９からの火炎そのものの他、こうして微粉炭Ｈを燃やすことによって得られる熱を利用するようにしたものである。

炭化生成部２では、加熱室１８内の加熱温度が一定になるように管理されている。そのため、加熱室１８には内部の加熱温度を計測する温度センサ４２が設けられ、その温度センサ４２には開閉を制御するコントローラ４５を備えた流量調整弁４３が接続されている。この流量調整弁４３は給水管３８ａに設けられ、そこを流れる水量を調節するようにしたものである。従って、ポンプ３９から送られる一定量の水は、流量調整弁４３によって給水管３８ａと３８ｂとに所定割合で振り分けられ、これによって冷却用コンベア３１，３２内に噴霧される水の量が調整できるようになっている。

本実施形態の場合、加熱室１８の温度調整は、バーナー１９の火力を一定にし、微粉炭Ｈの燃焼量を変化させることによって行うようにしている。加熱室１８内に送り込まれる微粉炭Ｈの量は、冷却用コンベア３１内で発生する微粉炭Ｈによって決められるが、これは加熱した炭化物Ｔへの水の噴霧量によって調節できる。すなわち、噴霧量が多いと、それだけ蒸気が多く発生して炭化物Ｔから多くの微粉炭Ｈが巻き上げられるからである。そこで、冷却用コンベア３１へ送られる水の量は、温度センサ４２の値に基づく加熱室１８内の温度に応じて調整されるようになっている。

本実施形態の炭化物製造装置１では、炭化生成部２において、前述したように被炭化物が加熱用コンベア１３〜１６内を上から順に通る間に、加熱室１８内のバーナー１９による火炎や、下の各加熱用コンベア１４〜１６から吹き出す乾留ガスの火炎によって加熱されて炭化物Ｔになる。そして、その炭化物Ｔが冷却部３に送られて冷やされる。冷却部３では、炭化物Ｔが冷却槽３３内を貫いた冷却用コンベア３１，３２内を通る間に冷却水によって熱が奪われる他、そのトラフ３５内に噴霧される水によって直接冷やされる。その際、特に温度の高い冷却用コンベア３１内では蒸気が発生するとともに微粉炭Ｈが巻き上げられる。

炭化物Ｔから出た微粉炭Ｈは、蒸気の内部圧力上昇によって冷却用コンベア３１から押し出され、パイプ４１を通って加熱室１８へと流れ込む。そして、加熱室１８ではバーナー１９が火炎をあげて炭化炉１２内を加熱しており、パイプ４１を通った微粉炭Ｈは火炎に向けて送り込まれる。従って、微粉炭Ｈがその火炎によって燃えることで熱を発し、炭化炉１２を更に加熱することになる。こうした加熱による加熱室１８内の温度は、温度センサ４２によって常時計測されている。そして、その計測信号が流量調整弁４３のコントローラ４５へと送られ、給水管３８ａを流れる水量が制御される。

加熱室１８が設定温度以下になった場合には、給水管３８ａを流れる水量を増加させることにより冷却用コンベア３１内に噴霧される水量が増やされる。それにより、炭化物Ｔには多くの水が噴霧され、巻き上がる微粉炭Ｈの発生量が増加する。そのため、加熱室１８内に送り込まれる微粉炭Ｈが増え、その燃焼による発熱量が多くなって加熱室１８内の温度が上昇する。一方、加熱室１８が設定温度以上になった場合には、給水管３８ａを流れる水量を減少させることにより冷却用コンベア３１内に噴霧される水の量を減らし、炭化物Ｔから巻き上がる微粉炭Ｈの発生量を減少させる。これにより加熱室１８内に送り込まれる微粉炭Ｈが減り、その燃焼による発熱量が少なくなって加熱室１８内の温度が下がる。このとき、バーナー１９は燃料消費量が一定になるように設定した運転が行われている。

その後、冷却部３の冷却用コンベア３１，３２内を通って冷やされた炭化物Ｔは製品として回収される。また、加熱室１８内で燃やされた微粉炭Ｈは灰になり、その灰が漏斗状の灰回収部２５を滑り落ち、下端のロータリーフィーダ２６から灰出しコンベア２７へ移り、その中を搬送されて取出口２７ａから回収される。

よって、本実施形態の炭化物製造装置及び炭化物製造方法によれば、炭化物Ｔに直接水を噴霧するため、効率良く冷やすことができる。その際、蒸気が発生し、微粉炭Ｈが巻き上がるが、パイプ４１を介して加熱室１８へ送るようにしているため、微粉炭Ｈが冷却用コンベア３１から外に噴き出してしまうことを防止できる。しかも、微粉炭Ｈを加熱室１８へ送り込み、微粉炭Ｈを燃やして得られる熱を炭化物の生成に利用しているため、バーナー１９の火炎を抑えることができ、バーナー１９に要する燃料の消費を減らすことができる。

また、本実施形態では、燃料の一定供給による運転でバーナー１９による加熱を一定にする一方で、微粉炭Ｈの発生量を変化させて加熱温度を調節しているが、その調整は、分岐した給水管３８ａの流量調整弁４３を制御することによって行っている。従って、簡単な構成による、低コストの炭化物製造装置によって上記効果を達成することができる。

以上、炭化物製造装置及び炭化物製造方法について一実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、冷却部３の冷却用コンベア３１，３２を２段にしたものを示したが、更に３段以上のものであってもよい。その場合には、給水管３８を３方に分岐させ、ポンプ３９から送られる水量を多くするなど適宜変更が加えられる。
また、例えば、前記実施形態では、冷却用コンベア３１側の給水管３８ａに流量調整弁４３を設けたが、逆に冷却用コンベア３２側の給水管３８ｂに設けるようにしてもよい。

炭化物製造装置の実施形態を示した概念図である。

符号の説明

１ 炭化物製造装置
２ 炭化生成部
３ 冷却部
１１ ホッパ
１２ 炭化炉
１３〜１６ 加熱用コンベア
１７ シュート
１８ 加熱室
１９ バーナー
２０ 再燃焼炉
２１ トラフ
２２ スクリュー
２３ ガス吹出口
２５ 灰回収部
２６ ロータリーフィーダ
２７ 灰出しコンベア
２７ａ 取出口
３１，３２ 冷却用コンベア
３３ 冷却槽
３５ トラフ
３６ スクリュー
３７ シュート
３８ 給水管
３８ａ，３８ｂ 給水管
３９ ポンプ
４１ パイプ
４２ 温度センサ
４３ 流量調整弁
４５ コントローラ
Ｔ 炭化物
Ｈ 微粉炭
Ｗ 冷却水

Claims (7)

1. 被炭化物が通過する搬送路を周りから加熱して炭化物を生成するための炭化炉内を、下方に設けられた加熱室の加熱手段によって加熱する炭化生成部と、その炭化生成部で得られた炭化物を冷却する冷却部とを有する炭化物製造装置において、
   前記冷却部は、搬送管の中の炭化物を回転するスクリューによって搬送する複数の冷却用コンベアが直列に接続されたものであり、その搬送管は供給された水を内部の炭化物にかけることができるように構成され、複数ある冷却用コンベアのうち所定の冷却用コンベアと前記炭化生成部の加熱室とがパイプによって連結されていることを特徴とする炭化物製造装置。
2. 請求項１に記載する炭化物製造装置において、
   前記複数の冷却用コンベアに、一のポンプと接続された１本の給水管から途中で分岐した分岐管が接続され、所定の分岐管に流量調整弁が設けられたものであることを特徴とする炭化物製造装置。
3. 請求項２に記載する炭化物製造装置において、
   前記加熱室内の温度を計測する温度センサと、その温度センサの計測値に基づいて前記流量調整弁を制御するコントローラとを有するものであることを特徴とする炭化物製造装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載する炭化物製造装置において、
   前記冷却用コンベアは、冷却水の流れる冷却槽内に設置されたものであることを特徴とする炭化物製造装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載する炭化物製造装置において、
   前記炭化生成部は、加熱室の下に漏斗状に形成された灰回収部が設けられたものであることを特徴とする炭化物製造装置。
6. 炭化炉内の搬送路を通る被炭化物を加熱手段によって加熱することで炭化物を生成し、その後、熱をもった生成後の炭化物に水をかけることによって冷却して製品とする炭化物製造方法において、
   炭化物に水をかけることによって発生する微粉炭を、前記加熱手段が火炎を出している加熱室に送って燃焼させるようにしたことを特徴とする炭化物製造方法。
7. 請求項６に記載する炭化物製造方法において、
   前記加熱手段が燃料消費量を一定にした運転によって火炎を出す一方で、加熱温度を監視しながら、炭化物にかける水の量を調整することにより微粉炭の発生量を変化させ、その微粉炭の燃焼による発熱量を調整するようにしたことを特徴する炭化物製造方法。

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