JP2014211255A - 固体燃料の燃焼装置及びボイラー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クリンカーの発生を可及的に防止するように、燃焼温度を高めて燃焼効率を向上させ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】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灰回収用ホッパー部２０と、平面形態円形のポット状に形成され、外円筒部１０の内周面と全周に亘って空隙が生じるように配され、底部を含むポット下部３３が固体燃料の被供給部として設けられると共に、空気供給孔部３５が設けられた燃焼用ポット３０と、燃焼用ポット３０の中央部に燃焼用の加圧空気を供給するように、先端部に加圧空気が噴出する複数の空気排出孔８１を備え、外円筒部１０の壁から挿入された状態に配された空気供給用パイプ８０とを具備する。
【選択図】図１

Description

この発明は、粒状或いは粉状の細分化された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。
また、粒状等の細かい固体燃料の場合にも、固体燃料を燃焼させる部分と灰の堆積する部分とを分離することが難しい。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燃焼用ポットとを具備する固体燃料の燃焼装置（特許文献１参照）が提案されている。

この固体燃料の燃焼装置によれば、粒状等の細かい固体燃料に対応し、簡単な構成によって、燃焼して浮遊した灰を自動的に排出することができる。しかしながら、燃焼用ポット内に蓄積される灰を排出することができない。
これに対しては、先に、本出願人が、固体燃料を貯留させる燃料用ホッパーと、固体燃料を送るための筒体とその筒体に挿通されたスクリューとを備えるスクリューコンベアと、スクリューを正逆回転させるスクリューの回転駆動装置と、燃料用ホッパーと外円筒部との間の筒体の部位に設けられた灰の排出口部とを具備する固体燃料の燃焼装置（特許文献２参照）を提案してある。

しかしながら、このような燃焼用ポットを備える固体燃料の燃焼装置では、個体燃料の状態が常に一定ではないなど、その燃焼にかかる条件によっては燃焼効率が低下しやすく、燃焼温度が十分に高温に上昇しない場合がある。そのような場合、クリンカーが生じやすくなり、そのクリンカーが燃焼用ポット内に蓄積されると、効率のよい燃焼を継続することが難しくなる。また、クリンカーは、かたまりになって燃焼用ポット内にこびり付くため、スクリューコンベアで排出することが難しく、燃焼性能を劣化させ、保守作業を難しくする原因になっている。

特開２００８−２６１５２７号公報（第１頁） 特開２０１１−１２７８４４号公報（第１頁）

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、燃焼用ポットにおいて固体燃料を燃焼させる場合、燃焼条件によっては燃焼用ポット内にクリンカーが発生して蓄積され、効率のよい燃焼を継続することが難しくなることにある。
そこで本発明の目的は、クリンカーの発生を可及的に防止して効率のよい燃焼を継続するように、燃焼温度を高めて燃焼効率を向上させ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、粒状或いは粉状の細分化された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灰を回収できるように設けられた灰回収用ホッパー部と、上面が開放された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空隙が生じるように配され、底部を含むポット下部が固体燃料の被供給部として設けられると共に、内径が拡径したポット上部に内側へ向って燃焼用の加圧空気を供給する空気供給孔部が設けられた燃焼用ポットと、該燃焼用ポットの中央部に燃焼用の加圧空気を供給するように、先端部に加圧空気が噴出する複数の空気排出孔を備え、前記外円筒部の壁から挿入された状態に配された空気供給用パイプとを具備する。

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、前記空気供給用パイプの先端部が、該先端部に至るパイプの部分よりも容積が拡大された形状に設けられ、前記複数の空気排出孔が水平方向に開口されて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、前記固体燃料を貯留させる燃料用ホッパーと、該燃料用ホッパーから前記ポット下部へ前記固体燃料を供給する手段として前記燃焼用ポットの側面から内部の前記ポット下部まで延びるように接続され、前記固体燃料を送るための筒体と該筒体に挿通されたスクリューとを備えるスクリューコンベアと、前記スクリューを正逆回転させ、正転のときは前記固体燃料を前記燃焼用ポットへ供給し、逆転のときは前記燃焼用ポットに残留した灰を掻き出すように設けられたスクリューの回転駆動装置と、前記燃料用ホッパーと前記外円筒部との間の前記筒体の部位に前記灰を排出させるために開閉できるように設けられた排出口部とを具備す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、前記筒体における前記固体燃料を排出する先端側であって前記外円筒部の内部に位置する筒体先端部に、該筒体先端部を冷却するための水冷部が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燃焼用ポット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ことができる。

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、クリンカーの発生を可及的に防止して効率のよい燃焼を継続するように、燃焼温度を高めて燃焼効率を向上させることができるという特別有利な効果を奏する。

本発明にかかるボイラー装置の形態例を示す断面図である。

以下、本発明にかかる固体燃料の燃焼装置を採用したボイラー装置の形態例を添付図面（図１）に基づいて詳細に説明する。このボイラー装置の固体燃料の燃焼装置は、粒状或いは粉状の細分化された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、粒状或いは粉状の細分化された固体とは、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、そのような細分化された固体を流動性があるように適度に団粒化（ペレット化）したものや、きのこの菌床栽培で発生するきのこ廃培地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、遠心力など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。

２０は灰回収用ホッパー部であり、外円筒部１０の下側に連続して灰を回収できるように設けられている。
この灰回収用ホッパー部２０によれば、内面２１が逆テーパ状に形成されている。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収集す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、灰回収用ホッパー部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、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、灰回収用ホッパー部２０内に堆積した灰２２を、連続的又は間欠的に所要の灰の貯留部（灰の回収缶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は燃焼用ポットであり、上面が開放された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と燃焼用ポット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と燃焼用ポット３０が同心に配設されている。なお、燃焼用ポット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、この燃焼用ポット３０では、底部を含むポット下部３３が固体燃料の被供給部として設けられると共に、内径が拡径したポット上部３４に内側へ向って燃焼用の空気を供給する空気供給孔部３５が設けられている。これによれば、火吹き竹の原理で、固体燃料５０に空気を送って好適に燃焼させることができる。３６は送風機であり、燃焼用空気を空気供給孔部３５に供給する。
なお、燃焼用ポット３０の形態はこれに限定されず、例えば、内空間形状が上方へ向かって徐々に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、上昇気流が斜面に沿って好適に生じ易い。また、空気供給孔部３５の空気の噴出向きは旋回流を発生させるように斜めに設けてもよい。

これによれば、個体燃料５０の燃焼後の灰を、その燃焼による上昇気流によって舞い上がらせる。また、円筒状燃焼室１５の中心部に対して周囲は上昇気流が生じにくいため、排気流から灰が好適に分離され、その灰は円筒状燃焼室１５の内周面１１に沿って沈降する。
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、燃焼用ポット３０内に留まることなく浮遊できる。そして、上記のように燃焼気流(排気流)と分離された灰は、外円筒部１０の内周面１１と、灰回収用ホッパー部２０の内面２１を伝って、灰回収用ホッパー部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。
このように、灰が順次飛散して燃焼用ポット３０内から出るため、順次供給される個体燃料５０が灰によって覆われることが少ない。そのため、個体燃料５０に対して酸素が好適に供給され、個体燃料５０が効率よく燃焼される。

そして、本発明に係る固体燃料の燃焼装置では、燃焼用ポット３０の中央部に燃焼用の加圧空気を供給するように、先端部に加圧空気が噴出する複数の空気排出孔８１を備え、外円筒部１０の壁から内部へ挿入された状態に配された空気供給用パイプ８０が設けられている。なお、本形態例では、図１に示すように、空気供給用パイプ８０の加圧空気が噴出する先端部が、燃焼用ポット３０の上側で且つ中央部に位置するように配されている。また、この空気供給用パイプ８０は、外円筒部１０の外部に設置された送風機８２に接続されており、所要の風量の加圧空気が供給されるように風量調整手段を備えることができる。
これによれば、燃焼用ポット３０に供給された固体燃料に、新鮮な空気を好適に送ることができ、燃焼効率を向上させ、燃焼温度を高めることで、クリンカーの発生を可及的に防止することができる。クリンカーの発生を防止できることで、効率のよい燃焼を適切に継続することが可能になる。

さらに、本形態例に係る固体燃料の燃焼装置では、空気供給用パイプ３０の先端部が、その先端部に至るパイプの部分よりも容積が拡大された形状に設けられ、加圧空気が燃焼用ポット３０の中央部から径方向外方へ噴射されるように、複数の空気排出孔８１が水平方向に開口されて設けられている。なお、その先端部の形状は、先端部に至るパイプの径より大きな円筒形状や四角などの多角形状でもよく、その部分に適宜に複数の空気排出孔８１が設けられて、全方向へバランスよく可及的に均一に加圧空気が排出されるようになっているとよい。
これによれば、加圧空気を固体燃料へ向けて適度な方向性をもってやや間接的に供給する状態になり、新鮮な空気を固体燃料へ適切に供給することができる。また、その円形の燃焼用ポット３０の径方向外方へ放射状に円形の全周について噴射される状態となるため、燃焼用ポット３０内で燃焼して生じる灰を外側へ適切に吹き飛ばして、空隙３１を通じて灰回収用ホッパー部２０へスムースに送ることができる。

すなわち、本発明によれば、燃焼炉を構成する円筒状燃焼室１５内の燃焼用ポット３０が配された中央部に、空気供給用パイプ８０で加熱空気を送風すると、キノコ廃培地などの固体燃料が新鮮な空気と接触するため、炉全体で燃焼されて高温の燃焼温度を維持できる。
このように、燃焼炉内の温度が高温になると、送風されるパイプの送風空気の温度が上昇し、燃料がさらに乾燥されて燃え易くなり、さらに燃焼炉内の温度が上昇する。

燃焼炉内温度が、８００〜８５０℃に上昇すると、粉状などの固体燃料が軽くなり、加圧空気で吹き飛ばされて燃焼炉内に蓄積されず、クリンカーの固形化が少なくなり、長時間燃焼しても一定の温度を保持できる。
なお、送風パイプとしては、例えば、ステンレススチール（ＳＵＳ３１６）を使用するが、空気供給用パイプ８０内には加圧空気が送られているため、適切に冷却することができ、焼失する心配はない。

また、５１は燃料用ホッパーであり、固体燃料５０を貯留させる貯留槽である。この燃料用ホッパー５１に固体燃料が外部から投入されて蓄えられる。
５２は撹拌装置であり、ゆっくり回転しながら、固体燃料５０が固まることを防止して下方のスクリューコンベア４０へ送られるように撹拌する。また、５３はその撹拌装置の駆動装置である。

４０はスクリューコンベアであり、燃料用ホッパー５１からポット下部３３へ固体燃料５０を供給する手段として燃焼用ポット３０の側面から内部のポット下部３３まで延びるように接続され、固体燃料５０を送るための筒体４１とその筒体４１に挿通されたスクリュー４２とを備える。本形態例では、このスクリューコンベア４０が水平に配されており、個体燃料５０が筒体４１内を通って水平に送られる構造になっている。

４４はスクリューの回転駆動装置であり、スクリュー４２を正逆回転させ、正転のときは固体燃料５０を燃焼用ポット３０へ供給し、逆転のときは燃焼用ポット３０に残留した灰を掻き出すように設けられている。
このスクリューの回転駆動装置４４としては、例えば、減速機付きの電動モータとチェーンによる減速機構とによって構成される駆動装置を採用できる。

４３は排出口部であり、燃料用ホッパー５１と外円筒部１０との間の筒体４１の部位に灰を排出させるために開閉できるように設けられている。この排出口部４３は、本形態例では、筒体４１の下面側に設けられた開口４３ａとその開口を閉じることができる閉塞板４３ｂとによって構成されている。この形態に限定されず、例えば閉塞板４３ｂを自動的に開閉できる機構を採用すれば、灰の排出作業を自動化することも可能である。

これにより、固体燃料５０を、連続的又は断続的に燃焼用ポット３０のポット下部３３内へ自動的に供給できる。なお、この固体燃料５０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５０を斜め下方から燃焼用ポット３０のポット下部３３へ供給してもよいし、湾曲させて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、燃焼用ポット３０のポット下部３３内へ突出するように配設されている。
これによれば、燃焼用ポット３０の内底面上に溜まった固体燃料５０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５０の燃焼を促進できると共に、酸化ケイ素が溶融して燃焼用ポット３０の内面に付着することを防止できる。

４５は水冷部であり、筒体４１における固体燃料５０を排出する先端側であって外円筒部１０の内部に位置する筒体先端部に、その筒体先端部を冷却するために設けられている。本形態例では、筒体４１の外側に巻かれた形状の二重管になっており、水が循環又は通過できる流通水路に形成されている。また、４６は水の供給源であり、水冷部４５に接続されている。
このように水冷部４５を設けることで、燃え残りが固まって筒体４１の内周面などに付着してスクリュー４２の回転が阻害される現象を防止できる。なお、燃え残りが固まる現象とは、燃料に含まれるガラス質が高温に曝されることで一旦融け、冷却されることで固化することによって生じるものと考えられる。

また、本形態例では、スクリュー４２のポット下部３３まで延びる先端側に複数の爪状突起４２ａが設けられている。
これによれば、燃え残りが固まる現象を防止するように燃料や灰を掻くことができ、また、燃え残りの固まりが生じても、早期の段階で砕くことができる。従って、固体燃料５０を送る筒体４１の通路が詰まることを防止でき、好適な連続運転を実現できる。

５５は熱交換器であり、燃焼用ポット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５０から発生したガスが燃焼する部分であり、高温の炎になって燃える２次燃焼部である。
この熱交換器５５によって加熱されることで発生する温風、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、発生した灰のうち灰回収用ホッパー部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。
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から排出できる。なお、ほとんどの灰は灰回収用ホッパー部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の灰の貯留部や、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２６を装着すればよく、作業効率を向上できる。

７０は点火用バーナーであり、例えば灯油や重油などの液体を燃焼させるバーナーであって、バーナーノズルの先端を燃焼用ポット３０内に臨む形態に配設することで、固体燃料５０の着火をできるように設けておくとよい。
また、固体燃料５０が点火された後に燃焼しているときは、点火用バーナー７０への液体燃料の供給を止めて送風機能のみを利用してもよい。この点火用バーナー７０の送風機能によれば、火吹き竹の原理で燃焼用の空気を燃焼用ポット３０の中央部まで好適に供給でき、固体燃料５０の燃焼効率を高めることができる。なお、点火用バーナー７０の燃焼から送風のみへの切換えは、液体燃料の供給を止めるように制御することで容易に自動化できる。

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。

１０ 外円筒部
１１ 内周面
１５ 円筒状燃焼室
２０ 灰回収用ホッパー部
２２ 灰
２５ 灰の排出装置
３０ 燃焼用ポット
３１ 空隙
３３ ポット下部
３４ ポット上部
３５ 空気の供給孔部
４０ スクリューコンベア
４１ 筒体
４２ スクリュー
４２ａ 爪状突起
４３ 排出口部
４４ スクリューの回転駆動装置
４５ 冷却部
５０ 固体燃料
５１ 燃料用ホッパー
５５ 熱交換器
８０ 空気供給用パイプ
８１ 空気排出孔
８２ 送風機

Claims (5)

1. 粒状或いは粉状の細分化された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灰を回収できるように設けられた灰回収用ホッパー部と、
   上面が開放された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空隙が生じるように配され、底部を含むポット下部が固体燃料の被供給部として設けられると共に、内径が拡径したポット上部に内側へ向って燃焼用の加圧空気を供給する空気供給孔部が設けられた燃焼用ポットと、
   該燃焼用ポットの中央部に燃焼用の加圧空気を供給するように、先端部に加圧空気が噴出する複数の空気排出孔を備え、前記外円筒部の壁から挿入された状態に配された空気供給用パイプとを具備することを特徴とする固体燃料の燃焼装置。
2. 前記空気供給用パイプの先端部が、該先端部に至るパイプの部分よりも容積が拡大された形状に設けられ、加圧空気が前記燃焼用ポットの中央部から径方向外方へ噴射されるように、前記複数の空気排出孔が水平方向に開口されて設けら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. 前記固体燃料を貯留させる燃料用ホッパーと、
   該燃料用ホッパーから前記ポット下部へ前記固体燃料を供給する手段として前記燃焼用ポットの側面から内部の前記ポット下部まで延びるように接続され、前記固体燃料を送るための筒体と該筒体に挿通されたスクリューとを備えるスクリューコンベアと、
   前記スクリューを正逆回転させ、正転のときは前記固体燃料を前記燃焼用ポットへ供給し、逆転のときは前記燃焼用ポットに残留した灰を掻き出すように設けられたスクリューの回転駆動装置と、
   前記燃料用ホッパーと前記外円筒部との間の前記筒体の部位に前記灰を排出させるために開閉できるように設けられた排出口部とを具備することを特徴とする１又は２記載の固体燃料の燃焼装置。
4. 前記筒体における前記固体燃料を排出する先端側であって前記外円筒部の内部に位置する筒体先端部に、該筒体先端部を冷却するための水冷部が設けられ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. 請求項１、２、３又は４記載の固体燃料の燃焼装置における前記燃焼用ポット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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