JP2020193742A - ボイラー装置及びこれを備えた有機性廃棄物の処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼炉での燃料の燃焼効率を高めたボイラー装置を提供する。【解決手段】ボイラー装置は、供給された燃料を燃焼室で燃焼させる燃焼装置と、内部に燃焼室を形成する燃焼炉と、前記燃焼装置での燃料の燃焼によって得られた熱エネルギーを水に伝達する熱交換器と、を備える。前記燃焼炉の壁部には、前記燃焼炉の燃焼室に前記燃焼装置の燃焼室が臨むように前記燃焼装置が直結されている。従って、燃焼装置の燃焼室と燃焼炉の燃焼室とが一体となって燃料がそれら燃焼室で効率的に燃焼するので、灰の発生を殆どなくすことが可能である。【選択図】図４

Description

本発明は、燃焼効率を高めたボイラー装置及びこれを備えた有機性廃棄物の処理装置に関する。

従来、ボイラー装置には、燃焼炉にバーナー等の燃焼装置を備え、燃焼炉内で小粒物の燃料を燃焼させると共に、その燃焼の熱エネルギーを水に伝達する熱交換器を備えている。

ところで、食品廃棄物等の有機性廃棄物を処理するには、例えば特許文献１記載の発酵乾燥装置を用いて、有機性廃棄物を発酵させて分解し、減容して、乾燥物とした後、この乾燥物を燃料としてボイラー装置で燃焼させて、未燃物の発生が殆どないようにすることが望ましい。

特開２００７−３１９７３８号公報 特許第４１５３６８５号公報

しかしながら、従来のボイラー装置では、灰発生量が多いという欠点があった。

本発明は、上述の実情を考慮してなされたものであり、その目的は、有機性廃棄物を燃焼させる場合に限らず、ボイラー装置で種々の燃料を燃焼させる場合に、燃焼効率を一層高めて、未燃物の発生（灰の発生）が殆どないボイラー装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明にかかるボイラー装置は、供給された燃料を燃焼室で燃焼させる燃焼装置と、内部に燃焼室を形成する燃焼炉と、前記燃焼装置での燃料の燃焼によって得られた熱エネルギーを水に伝達する熱交換器と、を備え、前記燃焼炉の壁部には、前記燃焼炉の燃焼室に前記燃焼装置の燃焼室が臨むように前記燃焼装置が直結されていることを特徴とする。

本発明によれば、燃焼装置の燃焼室と燃焼炉の燃焼室とが一体となって、燃料がそれら燃焼室で効率的に燃焼するので、灰の発生を殆どなくすことが可能である。

本発明においては、前記熱交換器は、前記燃焼炉の燃焼室の上方に配置された気水ドラムと、前記燃焼炉の壁部において前記燃焼装置の燃焼室が開口する部位よりも高い高さ位置に配置された水ドラムと、一端が前記気水ドラムに接続され、他端が前記水ドラムの高さ位置にて前記水ドラムに接続された水管と、を備えることが好ましい。この構成によれば、全体のレイアウトを簡易にしながら、熱交換器に水ドラムを備えて、十分な水でもって燃料の燃焼エネルギーを効率的に蒸気に変換することが可能である。

また、本発明においては、前記水管は、前記燃焼炉の燃焼室の内壁面に配置され、上下方向に延びる多数の第１水管と、外部から前記気水ドラムに供給された水を下方に流す第２水管と、前記水ドラムの高さ位置に水平に配置され、前記第２水管を流れた水を前記第１水管に流す第３水管と、前記第３水管に流れた水の一部を前記水ドラムに流す第４水管と、を備えることが好ましい。この構成によれば、熱交換器に給水ポンプ等を備えることなく、燃焼炉の燃焼室内で多量の水に燃焼エネルギーを与えて効率的に蒸気を発生させることができる。

更に、本発明においては、前記燃焼炉の縦壁に前記燃焼装置が直結され、前記燃焼炉の壁部のうち前記燃焼装置が直結された縦壁と対向する縦壁に、前記燃焼炉の燃焼室で燃焼した後の排気ガスを排出するガス排出口が形成されていることが好ましい。この構成によれば、燃焼炉の燃焼室の全体を有効利用しながら、燃料の燃焼エネルギーを熱交換器で蒸気に変換することが可能である。

加えて、本発明においては、前記燃焼装置の燃焼室は、前記供給された燃料を１次燃焼させる１次燃焼室と、前記１次燃焼室で１次燃焼した燃料を２次燃焼させる２次燃焼室と、前記２次燃焼室に供給する空気を、前記１次燃焼室に供給される空気とは独立して供給する空気供給口と、を備えることが好ましい。この構成によれば、燃焼装置の２次燃焼室と、この２次燃焼室と一体空間となる燃焼炉の燃焼室とに多量の空気を供給できて、燃料の２次燃焼を高温で行うことができ、２次燃焼を最適にすることが可能である。

また、本発明においては、前記ボイラー装置と、有機性廃棄物を含む処理対象物を密閉容器に収容し、減圧下において所定の温度範囲に加熱しながら撹拌すると共に、微生物を利用して有機物を発酵させ、悪臭成分を分解し減容した乾燥物を得る発酵乾燥装置とを備え、前記ボイラー装置は、前記燃焼装置の燃焼室に、燃料として前記発酵乾燥装置により得た乾燥物が供給されることが好ましい。この構成によれば、発酵乾燥装置により得た乾燥物をボイラー装置で燃焼させて焼却させることができるので、その乾燥物の廃棄処理を不要にできる。

更に、本発明においては、前記ボイラー装置の気水ドラムから取り出した蒸気により発電する蒸気発電機を備え、前記蒸気発電機により得た電力を用いて前記発酵乾燥装置を運転することが好ましい。この構成によれば、乾燥物の燃焼で得た熱エネルギーを利用して発酵乾燥装置で使用する電力の一部を賄うので、発酵乾燥装置の運転を安価に行うことが可能である。

本発明に係るボイラー装置及び有機性廃棄物の処理装置によれば、燃料の燃焼効率を一層高めて、灰の発生を殆どなくすことが可能である。

本発明の実施形態に係るボイラー装置を備えた有機性廃棄物の処理装置の全体構成を示すブロック図である。 同処理装置に備える発酵乾燥装置の全体概略構成を模式的に示す図である。 同処理装置に備える異物選別機の概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るボイラー装置の全体概略構成を示す断面図である。 同ボイラー装置に備えるバーナーの全体概略構成を示す断面図である。 図４に示したボイラー装置のIV−IV線断面図である。 同ボイラー装置に備える熱交換器の全体構成を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係るボイラー装置を、備えた有機性廃棄物の処理装置の全体構成を示すブロック図である。

図１に示した有機性廃棄物の処理装置１は、発酵乾燥装置３と、異物選別機４と、蒸気発生ボイラー７と、蒸気発電機９１とを備えている。前記発酵乾燥装置３は、一般家庭から排出される有機性食品廃棄物や各種事業所等から排出される有機性廃棄物を処理対象としている。発酵乾燥装置３は、このような有機性廃棄物を後に詳述するように減圧発酵乾燥処理する。この減圧発酵乾燥処理により得られた乾燥物は、異物選別機４へ送られて、乾燥物に混入している金属等の異物が除去される。異物が除去された乾燥物は、燃料として蒸気発生ボイラー７に供給されて燃焼する。その燃焼エネルギーを利用して蒸気発電機９１で発電が行われ、その発電の一部が前記発酵乾燥装置３の運転に利用される。

次に、前記発酵乾燥装置３の構成について説明する。

−発酵乾燥装置−
前記発酵乾燥装置３は、特許文献１などに記載されている公知のものであり、以下に説明するように、処理対象の有機性廃棄物を減圧下において所定の温度範囲に加熱しながら撹拌すると共に、微生物を利用して有機物を発酵させ、減容した乾燥物を得るものである。

図２において模式的に示すように、発酵乾燥装置３は、プラスチック等の廃棄物を収容する密閉容器として、内部を大気圧以下に保持するように気密に形成された筒状のタンク３０を備えている。このタンク３０の周壁部には加熱ジャケット３１が設けられ、蒸気制御装置９２を介して蒸気発生ボイラー７から加熱用蒸気が供給されるようになっている。

また、その加熱ジャケット３１に取り囲まれるようにして、タンク３０の内部にはその長手方向（図２の左右方向）に延びる撹拌シャフト３２が設けられ、電動モータ３２ａによって所定の回転速度で回転されるようになっている。この撹拌シャフト３２にはその軸方向に離間して複数の撹拌板３２ｂが設けられており、これにより、廃棄物を撹拌すると共に、発酵乾燥終了後にはタンク３０の長手方向に送ることができる。尚、電動モータ３２ａの代わりに、油圧モータを使用する場合もある。

すなわち、タンク３０の長手方向中央部（図２の中央部）の上部には、廃棄物の投入口３０ａが設けられており、ここから投入された廃棄物が、加熱ジャケット３１によって加熱されながら、前記のように撹拌シャフト３２の回転によって撹拌される。そして、所定時間経過した後、タンク３０の下部に設けられた排出部３０ｂから排出される。

尚、詳細は図示しないが、本実施形態では前記撹拌シャフト３２の内部にも蒸気の通路が形成されており、ここにも蒸気通路７０を介して蒸気制御装置９２から加熱用蒸気が供給されるようになっている。これにより、撹拌シャフト３２によって廃棄物を撹拌しながら、その内側からも加熱することができる。そして、蒸気が復水したドレン水は蒸気通路７０を介して蒸気制御装置９２に戻される。

廃棄物を加熱するタンク３０の上部には、加熱された廃棄物から発生する蒸気を凝縮部３３へ案内する案内部３０ｃが突設されている。この案内部３０ｃはタンク３０の長手方向の一端部側及び他端部側に各々設けられている。凝縮部３３は、一対のヘッド３３ａによって支持された複数の冷却管３３ｂを備えており、この冷却管３３ｂと、以下に述べるクーリングタワー３８との間に冷却水通路３８ａが設けられている。

すなわち、クーリングタワー３８には、凝縮部３３から排出された冷却水が流入する受水槽３８ｂと、この受水槽３８ｂから冷却水を汲み上げる汲み上げポンプ３８ｃと、汲み上げた冷却水を噴射するノズル３８ｄと、が設けられている。ノズル３８ｄから噴射された冷却水は、流下部３８ｅを流下する間にファン３８ｆからの送風を受けて温度が低下し、再び受水槽３８ｂに流入する。

このようにしてクーリングタワー３８で冷却された冷却水は、冷却水ポンプ３８ｇによって送水され、冷却水通路３８ａによって凝縮部３３に戻されて、複数の冷却管３３ｂを流通する間に、前記のように廃棄物から発生した蒸気との熱交換によって温度が上昇する。そして、この冷却水が冷却水通路３８ａによって再びクーリングタワー３８に戻される。つまり、冷却水は凝縮部３３とクーリングタワー３８との間の冷却水通路３８ａを循環する。

こうして循環する冷却水の他に、クーリングタワー３８では加熱された廃棄物から発生する蒸気が凝縮部３３において凝縮した凝縮水も注水される。すなわち、凝縮部３３において生成した凝縮水は、凝縮部３３及び連通路３５の内部に滞留する。そして、本実施形態では凝縮部３３に連通路３５を介して真空ポンプ３６が接続され、タンク３０内を減圧するようになっている。

このため、真空ポンプ３６が作動すると、前記の連通路３５を介して凝縮部３３から空気及び凝縮水を吸い出し、更に前記案内部３０ｃ及びを連通路３４介してタンク３０内の空気及び蒸気を凝縮部３３に導くようになる。こうして凝縮部３３からは凝縮水が真空ポンプ３６に吸い出され、この真空ポンプ３６から導第１水管によってクーリングタワー３８の受水槽３８ｂに導かれる。

こうしてクーリングタワー３８の受水槽３８ｂに導かれた凝縮水は、冷却水と混ざり合って前記のように汲み上げポンプ３８ｃに汲み上げられ、ノズル３８ｄから噴射された後に、流下部３８ｅを流下しながら冷却される。尚、凝縮水には、タンク３０内の廃棄物に添加されたものと同じ微生物が含まれており、この凝縮水に含まれる臭気成分等が分解されているので、臭気はドラム外部へ発散しない。

−発酵乾燥装置の作動−
前記のように構成された発酵乾燥装置３の作動について説明すると、タンク３０内に収容された有機性廃棄物は、加熱ジャケット３１（及び撹拌シャフト３２等の蒸気通路）に供給される加熱用蒸気によって加熱されながら、撹拌シャフト３２の回転に伴い撹拌される。尚、蒸気制御装置９２から供給される加熱用温度は例えば１４０℃程度が好ましい。

そうして、タンク３０内を取り囲む加熱ジャケット３１による外側からの加熱と、撹拌シャフト３２等による内側からの加熱とを受けて、効果的に昇温されるとともに、撹拌シャフト３２によって撹拌される。加えて、真空ポンプ３６の作動によって減圧されているため、タンク３０内では沸点が低下し、水分の蒸発が早まり、発酵乾燥が促進される。

尚、発酵乾燥装置３による発酵乾燥工程では、一工程が例えば２時間であることが好ましく、先ず３０分かけて廃棄物を発酵させることとなる。前記タンク３０内を−０．０６〜−０．０７ＭＰａ（ゲージ圧、以下ゲージ圧は省略する。）に減圧すると、タンク３０内の水分温度は７６℃〜６９℃（飽和蒸気温度）に維持される。その結果、廃棄物は下記微生物で主に発酵、分解が促進される。

次に、１．５時間かけて発酵中の廃棄を乾燥させることになる。そのために、前記タンク３０内を−０．０９〜−０．１０ＭＰａに更に減圧すると、ドラム内の水分温度は４６〜４２℃（飽和蒸気温度）に維持され、有機性廃棄物の乾燥は十分に促進される。そして、そのような乾燥処理を行う際に、タンク３０内の有機性廃棄物に添加する微生物としては、特許文献２に記載されているように複数種類の土着菌をベースとし、これを予め培養した複合有効微生物群が好ましく、通称、SHIMOSE １／２／３群がコロニーの中心になる。

尚、SHIMOSE １は、FERM BP-7504（経済産業省産業技術総合研究所生命工学工業技術研究所特許微生物寄託センター（日本国茨城県つくば市東１丁目１−３）に、２００３年３月１４日に国際寄託されたもの）である。また、SHIMOSE ２は、FERM BP-7505（SHIMOSE １と同様に国際寄託されたもの）、塩に耐性を有するピチアファリノサ（Pichiafarinosa）に属する微生物であり、SHIMOSE ３は、FERM BP-7506（SHIMOSE １と同様に国際寄託されたもの）、スタフィロコッカス（Staphylococcus）に属する微生物である。

−異物選別機−
異物選別機４は、図３に概略を示すように、磁選機４２と振動コンベア機４３とを備えている。磁選機４２は、例えば吊り下げ式のもので、排出コンベア４１上に吊り下げられている。磁選機４２は、排出コンベア４１によって搬送される乾燥物の中から金具や、鉄片等の磁性物（黒丸で示す）を磁石によって吸着し、プーリ４１ａ間を移動するベルト４１ｂによって連続的に排出容器４１ｃへ排出するように構成されている。磁選機４２によって、乾燥物に混入している金具や、鉄片等の金属が除去される。

振動コンベア機４３は、床面４３ａと、床面４３ａを振動させる振動モータ４３ｂとを備えている。振動コンベア機４３は、複数（例えば４つ）のコイルばね４３ｃによって、下台４３ｄに支持されている。また、床面４３ａは斜め下方に向けて傾斜した状態で設けられている。

このように、振動ふるい機４３は、コイルばね４３ｃによって下台４３ｄに対してフローティング支持されているので、振動モータ４３ｂの駆動により、前記磁選機４２によって金属が除去された乾燥物を、振動させながら前方に向かって下方に搬送して、蒸気発生ボイラー７の燃料供給通路９０（図１参照）に供給する。

−蒸気発生ボイラー−
図４は前記蒸気発生ボイラー（ボイラー装置）７の構成を示す縦断面図、図６は図４の蒸気発生ボイラー７のIV−IV線断面図である。蒸気発生ボイラー７は、燃焼炉１００と、該燃焼炉１００の図４右側方に配置したバーナー（燃焼装置）８と、該燃焼炉１００内に配置された熱交換器１４０とを備える。先ず、バーナー８の構成を説明する。

−バーナー−
図５はバーナー８の構成を示す縦断面図である。図４及び図５において、バーナー（燃焼装置）８は、前記発酵乾燥装置３で減容乾燥された乾燥物（有機性廃棄物）を燃料として、この燃料を燃焼させる。

バーナー８は、本体筒８０と燃焼筒８１とを備えている。本体筒８０及び燃焼筒８１は、各々、燃料の１次燃焼及び２次燃焼を行う。本体筒８０は、同軸で回動可能な外筒８２と内筒８３とを備え、内筒８３の周囲に一定隙間を隔てて外筒８２が覆う２重構造となっている。前記内筒８３の内部空間は、燃料の１次燃焼を行う１次燃焼室８３Ｃである。前記本体筒８０には、その開口部において筒体の燃焼筒８１が接続されている。燃焼筒８１の内部空間は、燃料の２次燃焼を行う２次燃焼室８１Ｃである。この２次燃焼室８１Ｃは、内筒８３の１次燃焼室８３Ｃで１次燃焼の終わった燃料が燃焼筒８１の２次燃焼室８１Ｃに移動するのを捕捉して、燃料を更なる高温で燃焼（２次燃焼）させる空間である。燃焼筒８１の内壁は、燃料の高温燃焼に耐えるよう耐熱材８１ａで覆われている。

前記外筒８２と内筒８３との間の隙間は、通風路８５となる。通風路８５には、通風口８６が設けられ、この通風口８６は空気供給通路８７を介して空気供給口８７ａに連通している。この空気供給口８７ａには送風ファン８８の回転により外気が供給される。従って、外気は空気供給口８７ａから空気供給通路８７及び通風口８６を経て通風路８５に流入する。内筒８３には、その外周に複数の空気吹出口８３ａが形成され、これらの空気吹出口８３ａが前記通風路８５と連通する。従って、通風路８５を通った空気は空気吹出口８３ａから流出して、内筒８３の１次燃焼室８３Ｃに送り込まれることになる。

一方、燃焼筒８１には、耐熱材８１ａを貫通して外部と２次燃焼室８１Ｃとを連通させる空気供給口８１ｂが形成されている。この空気供給口８１ｂには、送風ファン８９の回転により外気が供給される。従って、この空気供給口８１ｂから２次燃焼室８１Ｃに供給される空気は、前記１次燃焼室８３Ｃに供給される空気とは独立に（無関係に）直接供給される。この空気供給口８１ｂから２次燃焼室８１Ｃに直接供給される空気量を多量とすれば、２次燃焼室８１Ｃでの燃料の２次燃焼は、１次燃焼室８３Ｃでの１次燃焼に対し、１次燃焼後の燃料を前記多くの空気量によって更に高温で燃焼させることができ、２次燃焼が最適に行われることになる。

前記バーナー８の燃焼筒８１とは反対側の端部には、燃焼が供給される燃料供給通路９０が配置され、この燃料供給通路９０には、水平方向に延びる燃料供給通路９５が接続され、この燃料供給通路９５の図中左端は内筒８３の１次燃焼室８３Ｃに連通している。また、該燃料供給通路９５には、スクリューコンベア９６が配置され、このスクリューコンベア９６の図中右端にモータ９７が接続されて、スクリューコンベア９６を回転駆動する。この回転駆動によって、スクリューコンベア９６は、その外周囲に配置した複数の羽根９６ａによって前記燃料供給通路９０から供給された燃料（乾燥物）を、燃料供給通路９５を経て内筒８３の１次燃焼室８３Ｃに搬入する。

前記燃料供給通路９０の本体筒８０側には、モータ９４が配置され、モータ９４の駆動軸９４ａには、２個のプーリ９９ａ、９９ｂ及びこれらのプーリ９９ａ、９９ｂ間に巻き掛けたベルト９９ｃを介して前記スクリューコンベア９６の筒部９６ｂが連結されていて、モータ９４によりスクリューコンベア９６の筒部９６ｂ及び内筒８３を回転させる。この内筒８３の回動動作により、内筒８３の１次燃焼室８３Ｃに収納された燃料が燃焼しながら回転するので、燃料に満遍なく空気や火炎を接触させて、１次燃焼室８３Ｃでの１次燃焼を促進させることが可能である。軸受け９８は、このスクリューコンベア９６の筒部９６ｂの回転動作を受ける。

従って、バーナー８では、燃料供給通路９０から供給された燃料は燃料供給通路９５を経て内筒８３の１次燃焼室８３Ｃに搬入されると共に、この内筒８３の１次燃焼室８３Ｃには空気が空気供給口８７ａから通風路８５及び空気吹出口８３ａを経て流入するので、１次燃焼室８３Ｃに配置された点火装置（図示せず）の点火によって燃料が１次燃焼する。この１次燃焼では、前記空気吹出口８３ａから流入する空気量によって、燃焼温度は所定温度まで上昇する。

前記１次燃焼によって所定温度まで上昇した燃料は、燃焼筒８１の２次燃焼室８１Ｃに移動し、流入する。この２次燃焼室８１Ｃには、空気供給口８１ｂから送られて来る外気が流入するので、２次燃焼室８１Ｃでは、燃料がこの空気によって更に８００℃以上の高温で燃焼する。この燃焼が２次燃焼である。この２次燃焼によって、燃料は確実に灰化し、有機成分が無くなって無機廃棄物が得られる。

このように、バーナー８では、燃料を内筒８３の１次燃焼室８３Ｃでの１次燃焼と、この１次燃焼に続いて、燃焼筒８１の２次燃焼室８１Ｃにおいて燃料を完全燃焼させる２次燃焼との連続性によって、燃料を確実に燃焼させることができるので、有機性廃棄物を確実に灰化させて、無機廃棄物へと変化させることが可能である。

−燃焼炉−
次に、図４、図６及び図７により、蒸気発生ボイラー７の他の構成を説明する。燃焼炉１００は、前壁１１０ａと、後壁１１０ｂと、底壁１１０ｃとの３つの厚い壁部を有し、これらの壁部と、左右の側壁１１０ｄ、１１０ｅと、屋根壁１１０ｆとにより、側方から見て四角形状の大容積の内部空間を構成している。前記後壁１１０ｂの高さは前壁１１０ａの高さの半分程度に設定され、その後方側（図４左方側）に第２後壁１１０ｇが配置される。この第２後壁１１０ｇは前壁１１０ａの上端部と同高さ位置まで延び、その下端部は第２底壁１１０ｈにより後壁１１０ｂの上端部に連結されている。従って、この第２底壁１１０ｈの上方に小容積の内部空間が形成され、この小容積の内部空間と前記大容積の内部空間とにより、燃焼炉１００内において燃焼室１００Ｆが形成されている。尚、以下の説明では、この燃焼室１００Ｆにおいて、底壁１１０ｃの上方の内部空間を便宜上第１燃焼室１１０Ｆと称し、第２底壁１１０ｈの上方の内部空間を便宜上第２燃焼室１２０Ｆと称する。前記各壁部１１０ａ〜１１０ｆは例えば１０００℃程度の高温に耐える耐火煉瓦等から成る。

前記前壁１１０ａの下部には開口部１１１が形成されている。この開口部１１１は左側壁１１０ｄと右側壁１１０ｅとの間の中央部の位置に配置される。そして、前記開口部１１１には、前記バーナー８の燃焼筒８１の２次燃焼室８１Ｃが前記燃焼炉１００の第１燃焼室１１０Ｆに臨むようにバーナー８が直結されている。この開口部１１１の開口形状は、バーナー８の２次燃焼室８１Ｃの燃焼筒８１と同一形状に形成されている。従って、バーナー８の２次燃焼室８１Ｃと燃焼炉１００の燃焼室１００Ｆとが前記開口部１１１を通じて一体となって、燃料が前記バーナー８の２次燃焼室８１Ｃと燃焼炉１００の燃焼室１００Ｆ（第１燃焼室１１０Ｆと第２燃焼室１２０Ｆ）とで２次燃焼する。この燃料の燃焼温度は例えば８００℃程度である。尚、図４では、燃料が第１燃焼室１１０Ｆで燃焼した状態の火炎を符号「Ｆ」で示している。

前記第２燃焼室１２０Ｆにおいて、第２後壁１１０ｇには、燃料の排気ガスが排出されるガス排出口１２０ａが形成されている。このガス排出口１２０ａは、左側壁１１０ｄと右側壁１１０ｅとの間の中央部の位置に配置される。従って、バーナー８の２次燃焼室８１Ｃと燃焼炉１００の燃焼室１００Ｆ（第１燃焼室１１０Ｆ及び第２燃焼室１２０Ｆ）とで２次燃焼した燃焼ガスは、第２後壁１１０ｇのガス排出口１２０ａから排出されることになる。

−熱交換器−
前記燃焼炉１００に配置された熱交換器１４０は、前記燃焼炉１００の燃焼室１００Ｆ（第１燃焼室１１０Ｆ及び第２燃焼室１２０Ｆ）で燃料が燃焼した燃焼エネルギーによって水を加熱して、高温の蒸気を発生させる。この熱交換器１４０において発生した加熱用蒸気が、蒸気通路７０を経て蒸気制御装置９２に供給され、この蒸気制御装置９２から発酵乾燥装置３（タンク３０の加熱ジャケット３１など）に供給される。

具体的に、前記熱交換器１４０は、水管１４１と気水ドラム１４２と水ドラム１４３とを備えている。図７は蒸気発生ボイラー７のうち熱交換器１４０を取り出し、その水管１４１、気水ドラム１４２及び水ドラム１４３の接続関係を示した平面図である。尚、図７では、水ドラム１４３の上方には気水ドラム１４２の左方部分が位置しているが、その図示を省略している。以下、図４、図６及び図７を用いて熱交換器１４０の構成を説明する。

熱交換器１４０において、水管１４１は多数の第１水管１４４を有する。これらの第１水管１４４は内部に水が流通し、この水が前記第１燃焼室１１０Ｆ及び第２燃焼室１２０Ｆでの燃料の燃焼エネルギーを受けて蒸発するものである。第１水管１４４は、前記後壁１１０ｂの上部の高さ位置から図６に示したように２つの側壁１１０ｄ、１１０ｅの内側に沿って上方に延び、更に屋根壁１１０ｆから燃焼炉１００の中央部分に向って曲がった形状に形成されて、その上端部は前記気水ドラム１４２に連通している。この第１水管１４４は、図６から判るように、燃焼室１００Ｆにおいて２つの側壁（構造物）１１０ｄ、１１０ｅの内壁に配置した断熱材１１４の内側に耐火煉瓦１１５を介して多数本配置されている。

また、気水ドラム１４２は、前記第１水管１４４を流通する水が蒸発した蒸気が流入する断面円形状のドラムであって、左右の側壁１１０ｄ、１１０ｅ間の中央部位に位置すると共に、第１燃焼室１１０Ｆ及び第２燃焼室１２０Ｆに跨って配置され、その下半部分が図４に示したように第１燃焼室１１０Ｆ及び第２燃焼室１２０Ｆに位置し、上半部分が屋根壁１１０ｆの上方に位置している。この気水ドラム１４２の前後方向の中央部位にて蒸気口１４２ａが開口しており、この蒸気口１４２ａから気水ドラム１４２内に集合した蒸気を、蒸気通路７０を介して前記蒸気制御装置９２に供給する構成である。尚、気水ドラム１４２には、その前後端部に、各々、内部の水量と蒸気量との比率等を確認するための窓部１４２ｃが形成されている。

一方、水ドラム１４３は、前記各第１水管１４４に供給する水を貯留する断面円形状のドラムであって、気水ドラム１４２と同様に左右の側壁１１０ｄ、１１０ｅ間の中央部位に位置すると共に、図４から判るように後壁１１０ｂの上部と第２後壁１１０ｇの下部との間、すなわち第２燃焼室１２０Ｆの下方の位置のみにおいて第２底壁１１０ｈ上に配置されており、前壁１１０ａと後壁１１０ｂとの間には配置されていない。尚、水ドラム１４３の下方、すなわち第１燃焼室１１０Ｆの下部後方（図４左方）の空き空間には、図６に示すように、第２後壁１１０ｇの左右の下端部において、水ドラム１４３を支持する複数本の鉄製フレーム１４８が配置されている。

前記水ドラム１４３には、外部から水が供給される。この水の供給系統を説明すると次の通りである。前記気水ドラム１４２には、その前後方向（図４左右方向）の両端部において水供給口１４２ｂが形成されており、これ等の水供給口１４２ｂから水が気水ドラム１４２内に供給される。この気水ドラム１４２の下端面には２本の第２水管１４５が接続されている。この２本の第２水管１４５は、第１燃焼室１１０Ｆ内において前壁１１０ａの直後方側に配置されていて、気水ドラム１４２から左右の側壁１１０ｄ、１１０ｅ側（図７の上下方向）に向かった後、更に下方に延びる（図４参照）略Ｌ字形状に構成される。

更に、前記水ドラム１４３の周りには、その中心部の高さ位置において、前後方向（図４左右方向）に２本の第３水管１４６が水平に配置されている。この第３水管１４６は、各々、その前端（図７の右端）が前記第２水管１４５よりも若干前方にまで延びると共に、その後端は、前記水ドラム１４３の後端近傍にまで延びている（図７参照）。この２本の第３水管１４６には、その前端部近傍において前記２本の第２水管１４５の下端部が接続されていると共に、前記燃焼室１００Ｆ（第１燃焼室１１０Ｆ及び第２燃焼室１２０Ｆ）の内壁に配置した多数本の第１水管１４４の下端部が開口している。更に、２本の第３水管１４６の後部には、４本の第４水管１４７（図７参照）が接続されている。これらの第４水管１４７は、各々、水ドラム１４３に接続されている。尚、前記水ドラム１４３及び第４水管１４７の周囲は断熱材１１４で覆われている。

従って、水供給口１４２ｂから気水ドラム１４２内に供給された水は、第２水管１４５、第３水管１４６及び第４水管１４７を介して水ドラム１４３に供給されて一時貯留されると共に、各第３水管１４６から多数本の第１水管１４４の下部に流入し、それら第１水管１４４内を上昇して、その上昇途中で燃焼室１００Ｆ（第１燃焼室１１０Ｆ及び第２燃焼室１２０Ｆ）での燃料の燃焼エネルギーが伝達されて蒸気となり、その蒸気が気水ドラム１４２内で集合して、蒸気口１４２ａから蒸気通路７０を経て蒸気制御装置９２に供給されることになる。

前記蒸気制御装置９２は、蒸気通路７０を経て供給された蒸気の一部を蒸気通路７０を経て前記発酵乾燥装置３に供給し、該発酵乾燥装置３のタンク３０の周壁部の加熱ジャケット３１を加熱する。また、該蒸気制御装置９２は、前記供給された蒸気の他の一部を蒸気発電機９１に供給する。

前記蒸気発電機９１は、例えば蒸気タービン発電機により構成されており、供給された蒸気により発電し、この発電によって発生した電力の一部を発酵乾燥装置３に供給して、その駆動電力として利用している。また、前記発生した電力の他の一部は電力会社に供給される。

前記燃焼炉１００において、第２後壁１１０ｇに形成されたガス排出口１２０ａには、排出通路１５０が接続される。この排出通路１５０には、エコノマイザー１５１が配置されている。前記エコノマイザー１５１は、気水ドラム１４２に供給する水に予め第２燃焼室１２０Ｆのガス排出口１２０ａから排出された排気ガスの熱エネルギーを与えて例えば１００℃に昇温する。

更に、排出通路１５０は、前記エコノマイザー１５１下流側において横方向に方向転換している。この横方向の排出通路１５０には、図示しないが、バグフィルタやウォータースクラバー、送風機等が配置されている。バグフィルタは排出通路１５０を流れる排気ガス中の飛灰を回収する。また、ウォータースクラバーは水を噴射して、前記排気ガス中に含まれる例えば塩素成分等を取り除く。前記排出通路１５０の下端部には、図示しないが、上方に延びる煙突が接続され、この煙突を経て排気ガスが大気中に排出される。

従って、本実施形態では、蒸気発生ボイラー７において、発酵乾燥装置３で得た乾燥物が燃料としてバーナー８の１次燃焼室８３Ｃに供給され、その乾燥物が１次燃焼室８３Ｃで加熱されながら、その可燃分が１次燃焼し、その燃焼ガスは更に、燃焼筒８１の小容積の２次燃焼室８１Ｃと燃焼炉１００の大容積の燃焼室１００Ｆ（第１燃焼室１１０Ｆ及び第２燃焼室１２０Ｆ）とが開口部１１１を介して一体化した燃焼空間において燃焼する。この燃焼は、前記燃焼筒８１の２次燃焼室８１Ｃの空気供給口８１ｂから供給される多量の空気でもって、高温、例えば８００℃にて２次燃焼する。この燃焼ガスは第２燃焼室１２０Ｆのガス排出口１２０ａからエコノマイザー１５１及びバグフィルタ等を経て大気に排出される。

一方、外部からの水はエコノマイザー１５１によって前記排気ガスから熱エネルギーを受けて例えば１００℃程度に予熱された後、水供給口１４２ｂから熱交換器１４０の気水ドラム１４２に供給され、更に第２水管１４５及び第３水管１４６を経て水ドラム１４３に一部貯留されながら、多数本の第１水管１４４を上方に向かって流通する。その際、各第１水管１４４では、それらの周囲に流れる燃焼ガスから熱エネルギーを受けて蒸発しつつ気水ドラム１４２内に流入する。この流入した蒸気は気水ドラム１４２内で集合し、蒸気口１４２ａから排出されて、蒸気通路７０を経て蒸気制御装置９２に供給される。

ここに、蒸気発生ボイラー７では、燃焼炉１００の前壁（壁部）１１０ａにバーナー８が直結されて、このバーナー８の２次燃焼室８１Ｃが開口部１１１を介して燃焼炉１００の燃焼室１００Ｆに臨んでいるので、バーナー８の２次燃焼室８１Ｃと燃焼炉１００の燃焼室１００Ｆ（第１燃焼室１１０Ｆ及び第２燃焼室１２０Ｆ）とは、その両燃焼室が一体となった燃焼空間になっている。従って、バーナー８の１次燃焼室８３Ｃで１次燃焼した燃料は、空気供給口８１ｂから供給される多量の空気によって２次燃焼して、その燃焼温度が更に高温になるので、灰の発生が殆どない良好な燃焼状態となる。

また、蒸気発生ボイラー７の熱交換器１４０において、水ドラム１４３の配置位置は、縦壁１１０ａ下部の開口部１１１よりも上方の位置、具体的には燃焼炉１００の第１燃焼室１１０Ｆのほぼ中間高さ位置に設定され、この水ドラム１４３の高さ位置から上方の位置のみに水管１４１（第１水管１４４〜第４水管１４７）が配置されている。従って、燃焼炉１００の第１燃焼室１１０Ｆの上部に多数の第１水管１４４を配置し、第１燃焼室１１０Ｆの下部にバーナー８を直結する開口部１１１を配置することによって、蒸気発生ボイラー７の構成機器等の配置を分散させて、全体のレイアウトを簡易にしながら、熱交換器１４０に水ドラム１４３を備えて、十分な水でもって燃料の燃焼エネルギーを効率的に蒸気に変換することが可能である。

更に、熱交換器１４０において、気水ドラム１４２に供給された水は、第２水管１４５により下方に流下した後、第３水管１４６を水平に流れ、その一部が第４水管１４７を経て水ドラム１４３に貯留されながら、他の多くの水が前記第３水管１４６から第１水管１４４を上方に流通し、この流通途中で燃料の燃焼エネルギーを受けて蒸発して、気水ドラム１４２に集合する。従って、熱交換器１４０に給水ポンプ等を備えることなく、燃焼炉１００の燃焼室１００Ｆにおいて多量の水に燃焼エネルギーを与えて効率的に蒸気を発生させることが可能である。

加えて、燃焼炉１００では、バーナー８を直結する開口部１１１が前壁１１０ａに形成され、ガス排出口１２０ａが第２後壁１１０ｇに形成されている。従って、燃焼ガスは燃焼炉１００の前端から後端に亘って流れるので、燃焼室１００Ｆの全体を有効利用しながら、燃料の燃焼エネルギーを熱交換器１４０で蒸気に変換することができる。特に本実施形態では、前記開口部１１１が前壁１１０ａの下部の位置に形成され、前記ガス排出口１２０ａが燃焼室１００Ｆの上部（具体的には第２後壁１１０ｇ）に偏った位置に形成されているので、燃焼ガスは前記開口部１１１から渦流となりながら、燃焼室１００Ｆの下部から上部に流れて、燃焼ガスがガス排出口１２０ａから後方に流出することになる。従って、燃料の燃焼エネルギーを多数の第１水管１４４に効率良く与えることが可能である。

また、バーナー８では、１次燃焼室８３Ｃと２次燃焼室８１Ｃとを備えると共に、前記２次燃焼室８１Ｃに開口する空気供給口８１ｂが配置されている。従って、１次燃焼室８３Ｃに供給される空気量とは別途に、空気供給口８１ｂから燃焼筒８１の２次燃焼室８１Ｃと燃焼炉１００の燃焼室１００Ｆ（第１燃焼室１１０Ｆ及び第２燃焼室１２０Ｆ）に空気を供給することができるので、バーナー８の２次燃焼室８１Ｃと、この２次燃焼室８１Ｃと一体空間となる燃焼炉１００の燃焼室１００Ｆとでの２次燃焼を高温で行って、２次燃焼を最適にすることが可能である。

更に、蒸気発生ボイラー７のバーナー８において、１次燃焼室８３Ｃには、燃料として、発酵乾燥装置３により減圧発酵乾燥処理された乾燥物が供給されるので、この乾燥物を蒸気発生ボイラー７で燃焼させて焼却させることができ、その乾燥物の廃棄処理を不要にできる。

加えて、蒸気発生ボイラー７において、気水ドラム１４２に集合した蒸気は、蒸気口１４２ａから蒸気通路７０を介して前記蒸気制御装置９２に供給された後、蒸気発電機９１に供給されて、その蒸気を利用して蒸気発電機９１で発電される。この発電により得た電力の一部は前記発酵乾燥装置３に供給されて、発酵乾燥装置３の運転に利用されるので、発酵乾燥装置３の運転を安価に行うことが可能である。

尚、前記実施形態では、バーナー８として１次燃焼室８３Ｃと２次燃焼室８１Ｃとを有するバーナーを採用したが、１つの燃焼室のみを備えたバーナーであってもよいのは勿論である。この場合には、その備える燃焼室を燃焼炉１００の燃焼室１００Ｆに臨ませるように、そのバーナーを前壁１００ａに直結すればよい。

更に、燃焼炉１００の前壁１００ａに開口部１１１を形成したが、その他の壁部、例えば底壁１１０ｃなどに開口部１１１を形成してもよい。

加えて、蒸気発生ボイラー７は、有機性廃棄物の処理装置１において発酵乾燥装置３で得た乾燥物を燃焼させる構成としたが、他の物を燃焼させるボイラー装置に適用してもよい。

今回、開示した実施形態は全ての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。本発明の技術的範囲は、前記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれる。

本発明は、燃焼効率を高めたボイラー装置及びこれを備えた有機性廃棄物の処理装置に適用して、有用である。

１ 有機性廃棄物の処理装置
３ 発酵乾燥装置
３０ タンク（密閉容器）
７ 蒸気発生ボイラー（ボイラー装置）
８ バーナー（燃焼装置）
８０ 本体筒
８１ 燃焼筒
８１Ｃ ２次燃焼室（燃焼室）
８３Ｃ １次燃焼室
９１ 蒸気発電機
１００ 燃焼炉
１００Ｆ 燃焼室
１１０ａ 前壁（縦壁、壁部）
１１０ｂ 第１後壁
１１０ｇ 第２後壁（対向する縦壁）
１１０Ｆ 第１燃焼室
１２０ａ ガス排出口
１２０Ｆ 第２燃焼室
１１１ 開口部
１４０ 熱交換器
１４１ 水管
１４２ 気水ドラム
１４３ 水ドラム
１４４ 第１水管
１４５ 第２水管
１４６ 第３水管
１４７ 第４水管

Claims (7)

1. 供給された燃料を燃焼室で燃焼させる燃焼装置と、
   内部に燃焼室を形成する燃焼炉と、
   前記燃焼装置での燃料の燃焼によって得られた熱エネルギーを水に伝達する熱交換器と、を備え、
   前記燃焼炉の壁部には、前記燃焼炉の燃焼室に前記燃焼装置の燃焼室が臨むように前記燃焼装置が直結されている
   ことを特徴とするボイラー装置。
2. 前記熱交換器は、
   前記燃焼炉の燃焼室の上方に配置された気水ドラムと、
   前記燃焼炉の壁部において前記燃焼装置の燃焼室が開口する部位よりも高い高さ位置に配置された水ドラムと、
   一端が前記気水ドラムに接続され、他端が前記水ドラムの高さ位置にて前記水ドラムに接続された水管と、を備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載のボイラー装置。
3. 前記水管は、
   前記燃焼炉の燃焼室の内壁面に配置され、上下方向に延びる多数の第１水管と、
   外部から前記気水ドラムに供給された水を下方に流す第２水管と、
   前記水ドラムの高さ位置に水平に配置され、前記第２水管を流れた水を前記第１水管に流す第３水管と、
   前記第３水管に流れた水の一部を前記水ドラムに流す第４水管と、を備えた
   ことを特徴とする請求項２に記載のボイラー装置。
4. 前記燃焼炉の縦壁に前記燃焼装置が直結され、
   前記燃焼炉の壁部のうち前記燃焼装置が直結された縦壁と対向する縦壁に、前記燃焼炉の燃焼室で燃焼した後の排気ガスを排出するガス排出口が形成されている
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のボイラー装置。
5. 前記燃焼装置の燃焼室は、
   前記供給された燃料を１次燃焼させる１次燃焼室と、
   前記１次燃焼室で１次燃焼した燃料を２次燃焼させる２次燃焼室と、
   前記２次燃焼室に供給する空気を、前記１次燃焼室に供給される空気とは独立して供給する空気供給口と、を備えた
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のボイラー装置。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載のボイラー装置と、
   有機性廃棄物を含む処理対象物を密閉容器に収容し、減圧下において所定の温度範囲に加熱しながら撹拌すると共に、微生物を利用して有機物を発酵させ、悪臭成分を分解し減容した乾燥物を得る発酵乾燥装置とを備え、
   前記ボイラー装置は、
   前記燃焼装置の燃焼室に、燃料として前記発酵乾燥装置により得た乾燥物が供給される
   ことを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。
7. 前記ボイラー装置の気水ドラムから取り出した蒸気により発電する蒸気発電機を備え、
   前記蒸気発電機により得た電力を用いて前記発酵乾燥装置を運転する
   ことを特徴とする請求項６に記載の有機性廃棄物の処理装置。

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