JP2010270988A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料残渣のクリンカ化を抑制した上で、ボイラや熱風機等の熱源として満足できる燃焼温度を確保する。
【解決手段】一次燃焼部３で固体燃料Ｆを燃焼し、燃焼によって生成された可燃性ガスを燃焼する固体燃料Ｆの炎で着火する、着火された可燃性ガスの大部分を、ガス燃焼空間部５において燃焼し、燃焼されなかった残りの可燃性ガスは、二次燃焼部２２で燃焼している固体燃料Ｆの炎で着火されて燃焼する。二次燃焼部２２上の固体燃料Ｆは、ガス燃焼空間部５における可燃性ガスの燃焼による炎で着火されて燃焼する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボイラや熱風機等の熱源を発生させる燃焼装置に関し、特に、バイオマス燃料を燃焼させて熱源を発生させる燃焼装置に関する。

ボイラや熱風機等の熱源を発生させる燃焼装置の燃料にバイオマス燃料を使用することが試みられている。この燃焼装置のバイオマス燃料には、一般堆肥や完熟堆肥、更には間伐材や廃材等の産業廃棄物を用いて固形化した固形燃料や細断したチップ状燃料等の固体燃料が多く用いられている。

前述した燃焼装置は、バイオマス燃料の燃焼時に生成される高温のガスが熱源となるが、同時に副産物として燃焼炉内に灰等の燃料残渣が生じる。この燃料残渣は、燃焼炉の燃焼温度が上昇して高温になるとクリンカ化されやすく、このクリンカが燃焼炉内の壁面等に付着してしまうおそれがある。燃料残渣のクリンカ化の抑制は、燃焼温度を低温にすることで行えるものの、この燃焼温度が低いと前述の各種ガスの温度も低くなるため、ボイラや熱風機等の熱源として満足できないものになってしまう。

本発明に関連する先行技術文献のうち、出願人が本件特許出願時に知っているものがないので、開示すべき先行技術文献情報はない。

本発明は、このような問題に対処することを課題とするものである。すなわち、燃料残渣のクリンカ化を抑制すること、その上で、ボイラや熱風機等の熱源として満足できる燃焼温度を確保すること等が本発明の目的である。

前述の目的を達成するため、本発明にかかる燃焼装置は、次の構成を少なくとも具備する。

燃焼炉と、前記燃焼炉内に固体燃料を供給する燃料供給部と、前記燃料供給部の下方に位置し、供給された固体燃料を燃焼させる一次燃焼部と、前記一次燃焼部の固体燃料に着火する着火部と、前記燃料供給部と前記一次燃焼部の間に設定され、前記固体燃料の燃焼により生成されるガスに含まれる可燃性ガスを、前記固体燃料の炎で着火して燃焼させるとともに、該可燃性ガスの燃焼によって得られる熱源となる燃焼ガスを発生させるためのガス燃焼空間部と、前記ガス燃焼空間部を囲む前記燃焼炉の周壁部に貫通状に開口され、該ガス燃焼空間部に燃焼空気を供給するため空気供給口と、前記燃料供給部の上方に位置し、前記ガス燃焼空間部内の燃焼ガスを排気するためのガス排気口と、を備え、前記燃料供給部は、前記固体燃料の供給通路部と、前記供給通路部の前記固体燃料を前記燃焼炉内方向に運搬する運搬部と、前記供給通路部の運搬方向下流端に設けられ、運搬される前記固体燃料を一時的に貯留するとともに、前記可燃性ガスの燃焼によって、貯留された前記固体燃料に着火して燃焼させ、かつ該燃焼する固体燃料によって、前記ガス燃焼空間部で燃焼されなかった可燃性ガスに着火させる二次燃焼部と、を備えていることを特徴とする燃焼装置。

前記空気供給口の軸線が前記ガス燃焼空間部の経線に対して、少なくとも平面方向に傾斜していることを特徴とする。

前記ガス燃焼空間部に供給する空気を加熱する空気加熱空間部を備え、該空気加熱空間部は、前記燃焼炉の外周面と接するとともに、前記空気供給口と連通するように設けられていることを特徴とする。

本発明にかかる燃焼装置の全体構成を示す概略断面図。 図１の（２）-（２）線断面図。 図１の（３）-（３）線断面図。

以下、本発明にかかる燃焼装置を実施するための形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の燃焼装置は、バイオマスからなる固体燃料を燃焼させた際に生成される高温のガスを、ボイラや熱風機等に対する熱源とするものである。前述のバイオマスからなる固体燃料は、一般堆肥や完熟堆肥を固形化した固形燃料、間伐材や廃材等を用いて固形化した固形燃料、更には、間伐材や廃材等を細断したチップ状燃料等が含まれる。前述のガスには、可燃性ガス及び不燃性ガスが含まれており、本実施形態の燃焼装置は、可燃性ガスをより多く燃焼させることによって、熱源を効率的に発生させるとともに、熱源となるガスのほとんどを不燃性ガスとするものである。本実施形態は本発明の範囲を限定するものではない。

図１〜図３は、本実施形態の燃焼装置Ａを用いたボイラ１００の全体構成を示す概略図である。ボイラ１００は、燃焼装置Ａと、燃焼装置Ａの下流側に接続された熱交換器Ｂと、熱交換器Ｂの下流側に接続された除塵装置Ｃと、除塵装置Ｃの下流側に接続された排気ファンＤと、燃焼装置Ａに燃焼空気を供給する空気供給装置Ｅと、を備えている。ボイラ１００は、排気ファンＤの吸引により、燃焼装置Ａで生成されたガスを熱交換器Ｂに通過させて湯を沸かし、更に、熱交換器Ｂから排気されるガスを除塵装置Ｃに通過させて、このガスに含まれる細かい灰等を取り除いた状態で排気ファンＤから排気するようになっている。

排気されるガスは、熱交換器Ｂ及び除塵装置Ｃを通過する際に冷却されるため、排気温度が低下するが、より低い排気温度とするために、除塵装置Ｃを水冷サイクロン式のものとすることが好ましい。除塵装置Ｃを水冷サイクロン式のものとした場合、通過するガスを水に接触させることによって冷却することができるとともに、このガスに含まれる微細な粉塵を取り除くことができる。

燃焼装置Ａは、燃焼炉１と、燃焼炉１内に固体燃料Ｆを供給する燃料供給部２と、供給された固体燃料Ｆを堆積して燃焼させる一次燃焼部３と、一次燃焼部３に堆積された固体燃料Ｂに着火する着火部４と、一次燃焼部３での燃焼で生成されるガスに含まれる可燃性ガスを燃焼させるためのガス燃焼空間部５と、ガス燃焼空間部５に燃焼空気を供給するため空気供給口６と、ガス燃焼空間部５に供給する空気を加熱する空気加熱空間部７と、燃焼炉１内のガスを排気するためのガス排気口８と、を備えている。

燃焼炉１は、円筒状の周壁部１０の上端を天井板部１１で、下端を底板部１２で夫々塞ぐようにして形成されている。周壁部１０の一部には、開閉扉１３が備えられており、この開閉扉１３に着火部４が取付けられている。周壁部１０、天井板部１１、底板部１２には、耐熱加工が施されており、前述の固体燃料及び可燃性ガスの燃焼による高温状態においても、割れや変形等が発生しないようになっている。

燃料供給部２は、周壁部１０に対して燃焼炉１の外側から内側に貫通するように設けられており、焼却炉１の外側において固体燃料Ｆを燃料供給部２に対して供給する供給装置（図示せず）と接続されている。前述の供給装置は、固体燃料Ｆを燃料供給部２に対して供給できる構造のものであればよく、例えば、バケットコンベア、スクリュコンベア、ベルトコンベア等の各種コンベアのように固体燃料Ｆを運搬して供給する構造や、ホッパ等のように貯留された固体燃料Ｆを落下させて供給する構造のものが挙げられる。

燃料供給部２は、固体燃料Ｆの供給通路部２０と、供給通路部２０内の固体燃料Ｆを燃焼炉１内方向に運搬する運搬部２１と、供給通路部２０の運搬方向下流端に設けられ、運搬される固体燃料Ｆを一時的に貯留するとともに、ガス燃焼空間部５でのガス燃焼により、貯留された固体燃料Ｆを着火して燃焼させ、かつ燃焼する固体燃料Ｆで、前記ガス燃焼空間部で燃焼されなかった可燃性ガスに着火させる二次燃焼部２２と、を備えている。

供給通路部２０は、筒状のものであり、周壁部１０に対して燃焼炉１の径方向に沿って貫通取り付けされている。供給通路部２０は、焼却炉１内側の端部に二次燃焼部２２が連設され、焼却炉１外側の周面上方に前述の供給装置を連結するとともに、この供給装置から供給される固体燃料Ｆを供給通路部２０内に落とし込むように供給する通路部２３が設けられている。なお、以下では、焼却炉１の内側方向を前方とし、焼却炉１の外側方向を後方とする。

運搬部２１は、図示においてスクリュコンベアであり、このスクリュコンベアの軸線を供給通路部２０の軸線と同軸にして、供給通路部２０内に対して挿通状に配されている。このような運搬部２１は、供給通路部２０の後方側の端部に取り付けられた駆動モータ２１Ａに連結されており、駆動モータ２１Ａの駆動力により回転し、通路部２３を介して供給通路部２０に供給される固体燃料Ｆを二次燃焼部２２方向へ運搬するようになっている。運搬部２１の前端は、二次燃焼部２２の後方端前後に位置させており、固体燃料２２を二次燃焼部２２に運搬するようになっている。

二次燃焼部２２は、筒体を後方側の上方から前方側の下方に向かって斜めに切断したような形状に形成され、上面を固体燃料Ｆの貯留面２２Ａとし、貯留面２２Ａが供給通路部２０の内面と同面になるようにされている。このような二次燃焼部２２では、運搬部２１で運搬される固体燃料Ｆを一時的に貯留するが、貯留された固体燃料Ｆが、連続的に運搬される固定燃料Ｅにより、前方へ押し出されるように前端部２２Ｂから一次燃焼部３へ落下するようになっている。前端部２２Ｂは、焼却炉１の軸線近くに位置しており、固体燃料Ｆを一次燃焼部３の中心部へ落下させて、落下した固体燃料Ｆを一次燃焼部３に対して平均的に堆積できるようになっている。

一次燃焼部３は、図示において多数の空気孔３０を有し、燃焼炉１の内径とほぼ同径のロストルであり、燃焼炉１の底板部１２に載置されている。底板部１２の周面部には、複数の空気供給口１２Ａが形成され、底面部には、燃焼後の灰を底板部１２の下方に設けられた廃棄空間部１２０に廃棄する廃棄孔１２Ｂが開孔されている。

着火部４は、液体燃料や気体燃料によって火炎を噴射するバーナであり、燃焼炉１に対して、一次燃焼部３よりもやや上方で、燃焼炉の径方向に沿って火炎噴射するように、開閉扉１３に貫通取り付けされている。

ガス燃焼空間部５は、燃料供給部２と一次燃焼部３の間に設定され、一次燃焼部３での固体燃料Ｆの燃焼により生成されるガスに含まれる可燃性ガスを燃焼させるための空間である。この可燃性ガスは、燃焼する固定燃料Ｅからの炎により着火されて燃焼する。

空気供給口６は、ガス燃焼空間部５を囲む燃焼炉１の周壁部１０に貫通状に複数開口されている。空気供給口６は、軸線をガス燃焼空間部５の経線に対して、平面方向に傾斜させて形成されており、噴出す燃焼空気が周壁部１０に沿って旋回して流れるようになっている（図３参照）。

空気加熱空間部７は、燃焼炉１の周壁部１０の外側に対して開閉扉１３を除いて囲むように設けられた枠体７０の内面と周壁部１０の外周面との間に確保された密閉空間である。枠体７０は、空気供給口６及び空気供給口１２Ａを隠せる程度の長さを有し、上下端及び周方向の両端部を塞ぐ閉塞板７１が設けられており、燃焼炉１に配したときに、閉塞板７１の周縁部が燃焼炉１の周壁部１０の外周面に接触することにより、前述の密閉空間を形成するようになっている。筒状体７０には、空気供給装置Ｅを接続する接続部７３が備えられており、空気供給装置Ｅからの燃焼空気が接続部７３を介して空気加熱空間部７に供給されるようになっている。供給された空気は、燃焼炉１内の燃焼の熱で加熱された周壁部１０に接触することにより加熱され、加熱された状態でガス燃焼空間部５に噴出される。

ガス排気口８は、天井板部１１の中心部に開口されており、燃焼炉１内で生成されたガスが排気ファンＤによって吸い込まれることにより排気されるようになっている。

本実施形態の燃焼装置Ａによると、燃料供給部２から一次燃焼部３に固体燃料Ｆを供給し、ある程度貯留されたときに着火部４から炎を噴射して固体燃料Ｆに着火する。このとき、空気供給口１２Ａ及び空気供給口６から燃焼空気を供給する。固体燃料Ｆの供給は、燃焼作業終了になるまで常に行うようにしている。着火部４からの炎の噴射は、固体燃料Ｆに対して着火された後に停止する。

着火された固体燃料Ｆは、燃焼により熱分解されてガスを生成する。このガスに含まれる可燃性ガスは、ガス燃焼空間部５において固体燃料Ｆの炎により着火されて燃焼することによって、熱源となる高温の燃焼ガスに変化する。そして、この燃焼ガスは、排気ファンＤにより、ガス排気口８から熱交換器Ｂ及び除塵装置Ｃを経て冷却された状態で排気される。

固体燃料Ｆは、一次燃焼部３に対して燃料供給部２により連続的に供給されながら燃焼するため、時間経過と共に、一次燃焼部３に対する堆積量が増加するとともに、燃焼量が増加し、この増加に伴って可燃性ガスの生成量も増加する。この可燃性ガスの増加に伴い、燃焼量が増加してガス燃焼空間部５の燃焼温度が上昇する

ガス燃焼空間部５では、空気供給口６から供給される燃焼空気が旋回流となるため、この燃焼空気と前述の可燃性ガスをより確実に混合することができるとともに、この可燃性ガスのガス燃焼空間部５での滞留時間を長くすることができ、この可燃性ガスの燃焼をより効率的に行うことができる。

前述の可燃性ガスの燃焼量の増加に伴い、この燃焼による炎が大きくなって二次燃焼部２２を加熱するとともに、一時的に貯留されている固体燃料Ｆに対して接触することにより着火する。着火された固体燃料Ｆは、連続して供給される固体燃料Ｆで押し出されるまで二次燃焼部２２上で燃焼している。二次燃焼部２２上で燃焼している固体燃料Ｆの炎に対して、ガス燃焼空間部５で燃焼されなかった可燃性ガスが接触することで着火され燃焼する。

すなわち、一次燃焼部３で生成された可燃性ガスは、ガス燃焼空間部５においてその大部分が燃焼し、ガス燃焼空間部５で燃焼されなかった残りが二次燃焼部２２において燃焼するため、この可燃性ガスのほぼ全部を燃焼させることができる。したがって、一次燃焼部３で生成される可燃性ガスを効率的に燃焼させることができ、ボイラ１００に対する熱源を効率的に発生させることができる。また、一次燃焼部３での炎により前述の可燃性ガスを着火するため、この可燃性ガスに着火するバーナ等を設ける必要がなく、燃焼装置Ａの製造コストを抑えることができる。

空気供給部６から供給される燃焼空気は、空気加熱空間部７内で加熱された状態でガス燃焼空間部５に噴出する。空気加熱空間部７内に供給された燃焼空気は、ガス燃焼空間部５での可燃性ガスの燃焼に伴って加熱される周壁部１０の熱によって加熱される。この燃焼空気の温度は、ガス燃焼空間部５での可燃性ガスの燃焼温度や外気温、更には、空気供給装置Ｅから供給される空気温によって上下するが、空気加熱空間部７内においておよそ150℃前後の温度に加熱される。すなわち、前述の燃焼空気をある程度高温の状態で噴出することにより、前述の可燃性ガスの燃焼効率を向上させることができる。

燃焼残渣である灰がクリンカ化する温度は、灰の融点である1000℃以上であるが、前述の可燃性ガスを含んだガスが生成される温度は、およそ500℃前後の比較的低温である。すなわち、一次燃焼部３においては、ガスが生成される温度となる程度、かつ生成された可燃性ガスに引火できる程度に固体燃料Ｆを燃焼させれば、燃焼残渣のクリンカ化を防止することができるとともに、生成された可燃性ガスを着火することができる。

前述したように可燃性ガスの燃焼によって得られる燃焼ガスの燃焼温度が、例えば1000℃以上の高温であっても、この高温の燃焼ガスは、上昇してガス排気口８から排気されるため、この燃焼ガスが一次燃焼部３における固体燃料Ｆの燃焼温度に影響を与えることがなく、この燃焼ガスによる一次燃焼部の燃焼温度の上昇を防止できる。一次燃焼部３における固体燃料Ｆの燃焼温度の調整は、燃料供給部２において固定燃料の供給量を調整することにより行うことができる。

二次燃焼部２２上で燃焼する固体燃料Ｆは、わずかであるとともに、連続して運搬される固体燃料Ｆによって押し出されて落下する。すなわち、二次燃焼部２２上で燃焼する固体燃料Ｆは、ガスが生成される温度に至る前に押し出されるために、二次燃焼部２２よりも上方側に至る可燃性ガスを実質的にない状態にすることができる。したがって、ボイラ１００のから排気される燃焼ガスには、燃える可能性がある可燃性ガスが実質的に含まれないため、ボイラ１００周辺での引火等の事故を抑制することができる。

１：燃焼炉
２：燃料供給部
３：一次燃焼部
４：着火部
５：ガス燃焼空間部
６：空気供給口
７：ガス排気口
８：空気加熱空間部
２０：供給通路部
２１：運搬部
２２：二次燃焼部
Ａ：燃焼装置
Ｆ：固体燃料

Claims (3)

1. 燃焼炉と、
   前記燃焼炉内に固体燃料を供給する燃料供給部と、
   前記燃料供給部の下方に位置し、供給された固体燃料を燃焼させる一次燃焼部と、
   前記一次燃焼部の固体燃料に着火する着火部と、
   前記燃料供給部と前記一次燃焼部の間に設定され、前記固体燃料の燃焼により生成されるガスに含まれる可燃性ガスを、前記固体燃料の炎で着火して燃焼させるとともに、該可燃性ガスの燃焼によって得られる熱源となる燃焼ガスを発生させるためのガス燃焼空間部と、
   前記ガス燃焼空間部を囲む前記燃焼炉の周壁部に貫通状に開口され、該ガス燃焼空間部に燃焼空気を供給するため空気供給口と、
   前記燃料供給部の上方に位置し、前記ガス燃焼空間部内の燃焼ガスを排気するためのガス排気口と、
   を備え、
   前記燃料供給部は、
   前記固体燃料の供給通路部と、
   前記供給通路部の前記固体燃料を前記燃焼炉内方向に運搬する運搬部と、
   前記供給通路部の運搬方向下流端に設けられ、運搬される前記固体燃料を一時的に貯留するとともに、前記可燃性ガスの燃焼によって、貯留された前記固体燃料に着火して燃焼させ、かつ該燃焼する固体燃料によって、前記ガス燃焼空間部で燃焼されなかった可燃性ガスに着火させる二次燃焼部と、
   を備え、
   ていることを特徴とする燃焼装置。
2. 前記空気供給口の軸線が、前記ガス燃焼空間部の経線に対して、少なくとも平面方向に傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
3. 前記ガス燃焼空間部に供給する空気を加熱する空気加熱空間部を備え、該空気加熱空間部は、前記燃焼炉の外周面と接するとともに、前記空気供給口と連通するように設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼装置。

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