JP2019158190A - 空気逓増式バイオマス燃焼ガス生成装置及びこれを用いたバイオマス蒸気発電システム - Google Patents
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Abstract
Description
これに対して本発明は、籾殻等のバイオマス粒状物を燃料として蒸気ボイラー装置等に熱風を供給する燃焼ガス生成装置において、煤をほとんど含まないクリーンな熱風が大量に生成できる空気逓増式バイオマス燃焼ガス生成装置を提供することを目的としている。
特に、竹チップや籾殻を燃焼させたときに従来の直火型ボイラーに生じがちなシリカなどの燃焼残留物がボイラーの水管に付着することによる燃焼効率の低下を生じることがないので、メンテナンスも簡易である
燃焼ガス生成装置1は、バイオマス粒状物、例えば竹チップ、木チップ、籾殻等を含む粒状又は粉状粉砕物を自燃させてクリーンな熱風をボイラー装置等に供給することを目的とした設備である。バイオマス粒状物の種別は特に限定されないが、バイオマス粒状物は水分を20〜40%程度、望ましくは25〜35%含んでいるものがよい。
ここに自燃式燃焼炉10は、下端部に燃料導入口10a、上端部にガス放出口10bが形成された燃焼室10cを含み、バイオマス粒状物を自燃させて燃焼ガスとともにガス放出口10bから放出させる構成になっている。
また、ガス化燃焼炉11A、11B、11Cの各々は、ガス導入口11aと、ガス放出口11bとが形成された対流室11cを含み、燃焼ガスのエゼクター効果によって外部から空気を導入する空気導入手段14を設け、ガス導入口11aを通じて送られて来る燃焼ガスを、それぞれの空気導入手段14を通じて外部から導入した空気とともに対流室11cに導入して加熱対流させることで、燃焼ガスに含まれている残留物のガス化を促進して、順次、次段のガス化燃焼炉11B、11Cに放出する構成になっている。そして最終段のガス化燃焼炉11Cのガス放出口11bが蒸気ボイラー装置3に接続されるようになっている(図4参照)。
燃焼室10cは、燃料導入口10aが側面下端部に形成され、ガス放出口10bが側面上端部に形成され、燃料導入口10aの近傍に自燃促進部10dが設けられている。
自燃促進部10dは、底部に空気導入口が形成された漏斗状凹部10eと、その凹部の上方に配置された火格子10fからなる。燃料導入口10aは火格子10fよりも僅かに高い位置に設けられている。
ガス放出口10bは、その開口を燃焼室10cよりも狭くして高温ガスに対する絞り効果を生じるようにするとよい。
ガス導入口11aは、対流室11cの側面上端部に設けられた突出管として構成されており、連通路12を介して自燃式燃焼炉10のガス放出口10bに連通されている。対流室11cには燃焼ガスの対流を促進するための偏向板11dが各縁部に配置されている。
連通路12は、自燃式燃焼炉10のガス放出口10bと同程度の断面積を有する管路であって、直線的なものであってもその途中が屈曲、湾曲したものでもよい。この例では、炉間隔壁13を中空構造としてその中空部に連通路12を設けている(図2参照)。ガス導入口11aの内部には、耐熱送気管14bが開口している。
吸気部14aは、一般鋼材、ステンレス等からなる円筒状の容器であって、その周壁に複数の磁気吸気管14cが貫通して突設されている。磁気吸気管14cは樹脂、ステンレス等の非磁性体からなる管であって、吸気部14aの周壁に対して上下二段かつそれぞれ放射状に配置されている。磁気吸気管14cのそれぞれには複数の永久磁石14dが固定されている。
耐熱送気管14bは、高耐熱セラミック等からなり、吸気部14aの底面から上方に向けて立設され、その基部に複数の通気孔14eが形成されている。磁気吸気管14cを通じて流入してきた空気は吸気部14aに流入し、更に通気孔14eから耐熱送気管14bに流入する。
なお同様の空気導入手段14を自燃式燃焼炉10に対して設けてもよい。
炉間隔壁13は二重構造であってその内側空間に縦方向の仕切壁13aが設けられている。仕切壁13aと底面との間には隙間13bがあり、仕切壁13aの両側の空間が連通されている。自燃式燃焼炉10のガス放出口10bはその片方の空間の上端部に配置されており、第一のガス化燃焼炉11Aのガス導入口11aは他方の空間の上端部に配置されている。すなわち仕切壁13aの両側の空間は、中間点に屈曲部を有する連通路12を構成している。また耐熱送気管14bは、ガス導入口11aが配置された側の空間内を経由して、ガス導入口11aの内側に開口している。
ここでは、火種等の燃焼によって、自燃式燃焼炉10の少なくとも底部付近は十分に予熱された状態になっていると想定して、基本動作を説明する。
ところが本発明のガス生成装置では、ガス化燃焼炉11Aでは、ガス導入口11aから空気が混じった燃焼ガスが加えられるだけでなく、空気導入手段14を通じて加熱された空気が外部から導入されるので、高い温度の酸素が補給されるので、可燃性ガスの燃焼や炭化物の燃焼が盛んになり、燃焼ガスは高温になる。また、ガス化燃焼炉内に設けた偏向板11dの作用によって燃焼ガスの対流が促進されるので、炭化物と水との接触機会が多くなり、炭化物のガス化が更に促進される。その結果、炭化物が一酸化炭素や水素に迅速に変化し、生じた水素も酸素に接触して燃焼するので、炭化物の不燃焼物が残らす、燃焼効率が向上する。水性ガス反応を促進させるため、ガス化燃焼炉11A内に水を噴射してもよい。
水性ガス反応:C+H2O→H2+CO
Boudouard反応:C+CO2→2CO ※H2,COはいずれも可燃性ガス
基本的な機能としては、ガス化燃焼炉のそれぞれに、外部から補給した空気を耐熱熱輸気管14bで加熱して、ガス化燃焼炉で発生する水素や一酸化炭素の燃焼に必要な空気が補給できればよい。空気に磁場を与えた場合の原理は十分に解明されていないが、酸素は常磁性であって磁石に引き寄せられる性質があるので、磁気吸気管14cを通過している間、空気中に酸素の密度を非均等化させることでガス化燃焼炉11Aにおけるガス化燃焼を活性化させることが考えられる。
また、近時では、量子波動論から分析、検証も行われており、これによれば、空気に含まれている水素と酸素が共有結合して存在している水蒸気に特定の物性波を与えて、共鳴させることで水素と酸素を分離させることができ、ガス化燃焼炉内では、分離させた水素、酸素を燃焼させることができ、反応が促進されるとの推論である。いずれにしても、実験によれば、ガス化燃焼炉11Aに供給する空気に対して予め磁気を作用させた場合、燃焼温度が著しく上昇する傾向が観察された。
本実施例では、単一の自燃式燃焼炉10に対して複数のガス化燃焼炉11A、11B、11Cを直列に連設し、ガス化燃焼炉11A、11B、11Cのおのおのに空気を逓増的に導入してガス化及び燃焼を促進していることから、最終的な燃焼ガスとして煤をほとんど含まないクリーンな、かつ十分な熱量を有する熱風が大量に得られる。
図示はされていないが、ガス化燃焼炉の最後段にフィルタ装置を設けて、蒸気ボイラー装置に放出する前にフィルタリングすれば、一層、クリーンな熱風を供給できることはいうまでもない。
この蒸気発電システムは、燃焼ガス生成装置1の下流側に、蒸気ボイラー装置3と、蒸気タービン装置4と、発電機5が配置された基本構成になっている。蒸気ボイラー装置3と蒸気タービン装置4は、復水器6、ポンプ7を経路に含む水管8によって接続されている。
蒸気タービン装置4は、蒸気ボイラー装置3から供給された蒸気を受けて回転するタービン4aを備えており、その出力軸が発電機5に連結されている。
蒸気タービン装置4においてタービン4aを駆動したあとの蒸気は、復水器6によって水に戻され、ポンプ7によって蒸気ボイラー装置3に送られる。
10 自燃式燃焼炉
10a 燃料導入口
10b ガス放出口
10c 燃焼室
11A、11B、11C ガス化燃焼炉
11a ガス導入口
11b ガス放出口
11c 対流室
14 空気導入手段
14a 吸気部
14b 耐熱送気管
14d 永久磁石
2 燃料供給装置
2a ホッパー
3 蒸気ボイラー装置
特に、竹チップや籾殻を燃焼させたときに従来の直火型ボイラーに生じがちなシリカなどの燃焼残留物がボイラーの水管に付着することによる燃焼効率の低下を生じることがないので、メンテナンスも簡易である。
また、燃焼炉に、空気に磁気を作用させて外部から対流室に導入させる耐熱送気管を有した空気導入手段を設けたガス化燃焼炉を複数段連設する構造によって、バイオマス粒状物を燃料として消費する燃焼炉を小型化して、燃焼ガスを逓増させているので、燃料を少なくして燃料代が大幅に抑えられる。
Claims (4)
- ホッパー内に貯留されたバイオマス粒状物を、空気と混合させて連続的に供給する燃料供給装置と、蒸気ボイラー装置との間に設置される、空気逓増式バイオマス燃焼ガス生成装置であって、
前記燃料供給装置に連結され、下端部に燃料導入口、上端部にガス放出口が形成された燃焼室を含み、バイオマス粒状物を自燃させて燃焼ガスとともに前記ガス放出口から放出させる自燃式燃焼炉に、
ガス導入口とガス放出口とが形成された対流室を含み、燃焼ガスのエゼクター効果によって外部から空気を導入する空気導入手段を設けたガス化燃焼炉を少なくとも1段以上連設させ、その最終段のガス化燃焼炉のガス放出口を前記蒸気ボイラー装置に接続させる構造としており、
それぞれのガス化燃焼炉は、ガス導入口を通じて送られて来る燃焼ガスを、それぞれの空気導入手段を通じて外部から導入した空気とともに対流室に導入して加熱対流させることで、燃焼ガスに含まれている残留物のガス化を促進して、順次、次段のガス化燃焼炉に放出するようにした、空気逓増式バイオマス燃焼ガス生成装置。 - 前記空気導入手段には、空気を活性化させるための複数の永久磁石を配した吸気部と、この吸気部から導出され、前記ガス化燃焼炉の内部に延びる耐熱送気管とを備えていることを特徴とする請求項1に記載の空気逓増式バイオマス燃焼ガス生成装置。
- 前記自燃式燃焼炉に、外部から空気を導入させるための空気導入手段を更に設けている請求項1又は2に記載の空気逓増式バイオマス燃焼ガス生成装置。
- 請求項1〜3のいずれ一項に記載の空気逓増式バイオマス燃焼ガス生成装置の後段に蒸気ボイラー装置を連設したバイオマス蒸気発電システム。
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