JP2023008496A - 高温ガス生成装置および高温ガス生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料にバーク材や枝葉などの比較的燃焼しにくいバイオマス原料を含む場合でも、高温ガスを効率良く生成することができる、高温ガス生成装置および高温ガス生成方法を提供する。【解決手段】第１燃料を完全燃焼しない空気量で不完全燃焼させる第１燃焼部１０と、第２燃料を、第１燃焼部１０により不完全燃焼させた第１燃料と共に、第１燃焼部１０に供給した空気量よりも多い空気量で燃焼させる、第２燃焼部２０と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、ボイラー、乾燥機、小型炉などの熱源として用いることが可能な高温ガスを生成することができる、高温ガス生成装置および高温ガス生成方法に関する。

近年、環境問題やエネルギー問題の観点から、植物由来バイオマスからバイオマス固形燃料を生成する技術の研究が盛んに行われている。たとえば、特許文献１では、バイオマス原料を半炭化処理して成形加工することで、バイオマス固形燃料を生成する方法が例示されている。
一方で、バイオマス原料の半炭化処理などの加熱処理では、通常、石油や石炭などの化石燃料が用いられるが、バイオマス原料が水分を多く含む場合、化石燃料を用いて加熱処理を行うと、コストの増加や排ガスによる環境への悪影響が懸念される。そのため、化石燃料を用いることなく、バイオマス原料の乾燥処理が行われることが好ましい。この点、たとえば、特許文献２では、薪や木廃材などの木材を燃料として用いて、高温のガスを生成する燃焼装置を開示しており、このような燃焼装置を用いることで、化石燃料を用いずに、バイオマス原料の乾燥処理に用いる熱源を確保することが可能となる。

特開２０２０－１８３４９４号公報 特開２０１９－０６６０４８号公報

しかしながら、特許文献２に記載の燃焼装置では、薪や廃木材など比較的燃焼性の高い木材を利用しており、燃料にバーク材や枝葉などの燃焼性の低い木材を含む場合には、効率的に高温ガスを生成することができないという問題があった。
本発明は、燃料にバーク材や枝葉などの比較的燃焼しにくいバイオマス原料を含む場合でも、高温ガスを効率良く生成することができる、高温ガス生成装置および高温ガス生成方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の観点に係る高温ガス生成装置は、第１燃料を完全燃焼しない空気量で不完全燃焼させる第１燃焼部と、第２燃料を、前記第１燃焼部により不完全燃焼させた前記第１燃料と共に、前記第１燃焼部に供給した空気量よりも多い空気量で燃焼させる、第２燃焼部と、を有する。
上記高温ガス生成装置において、前記第２燃焼部では、前記第２燃料を、前記第１燃焼部により不完全燃焼させた前記第１燃料と共に、前記第１燃料と第２燃料とを完全燃焼させる空気量よりも多い空気量で燃焼させる構成とすることができる。
上記高温ガス生成装置において、前記第１燃焼部は、燃焼バーナーである構成とすることができる。
上記高温ガス生成装置において、前記第２燃焼部で燃焼しなかった前記第１燃料および前記第２燃料の燃焼残渣物および／または前記第２燃焼部で生じた可燃性ガスを燃焼させる、第３燃焼部を、さらに有する構成とすることができる。
上記高温ガス生成装置において、前記第２燃焼部は、スクリューキルンと、当該スクリューキルン内に設置された複数の掻き板とを有し、前記第２燃焼部において、前記スクリューキルンを回転させるとともに、前記複数の掻き板を前記スクリューキルンの回転軸を中心として旋回させることで、前記第１燃料および前記第２燃料を攪拌しながら燃焼させる構成とすることができる。
上記高温ガス生成装置において、前記第１燃料を前記第１燃焼部に投入するための第１燃料投入口と、前記第２燃料を前記第２燃焼部に投入するための第２燃料投入口と、を有する構成とすることができる。
上記高温ガス生成装置において、前記第１燃料および前記第２燃料は、バイオマス原料である構成とすることができる。
上記高温ガス生成装置において、前記第１燃料は、５ｍｍ以下に破砕したバイオマス原料である構成とすることができる。
上記高温ガス生成装置において、前記第２燃料は、前記第１燃料よりも燃焼しにくい燃料、または、前記第１燃料よりも破砕しにくい燃料である構成とすることができる。
本発明の第２の観点に係る高温ガス生成装置は、高温燃焼ガスを生成する第１燃焼部と、前記第１燃焼部で生成された高温燃焼ガスを用いて、燃料を燃焼させる第２燃焼部と、を有し、前記第２燃焼部は、ロケットストーブ構造を有するとともに、高温燃焼ガスを用いて燃料を燃焼させるための燃焼室と、燃料を前記燃焼室に投入するための燃料投入部と、前記第１燃焼部で生成された高温燃焼ガスを前記燃焼室に導入するための流路と、を有する。
上記高温ガス生成装置において、前記燃料投入部は、スクリュープレス式のスクリューコンベアを有しており、前記スクリューコンベアは、ピッチが出口側ほど狭くなっている構成とすることができる。
上記高温ガス生成装置において、前記第２燃焼部には、前記流路と前記燃焼室との間に、複数の孔を有する仕切り板が介在しており、前記仕切り板に対して、前記流路が下側、前記燃焼室が上側に配置される構成とすることができる。
上記高温ガス生成装置において、前記流路のうち、前記燃焼室の下部の位置には、前記燃焼室で燃焼した燃料の灰を外部に排出するための灰排出用スクリュウーコンベアが設置されている構成とすることができる。
本発明の第１の観点に係る高温ガス生成方法は、第１燃料を完全燃焼しない空気量で不完全燃焼させる第１燃焼工程と、前記第１燃料とは異なる第２燃料を、不完全燃焼させた前記第１燃料と共に、前記第１燃焼工程よりも多い空気量で燃焼させる、第２燃焼工程と、を有する。
本発明の第２の観点に係る高温ガス生成方法は、高温燃焼ガスを生成する第１燃焼部と、ロケットストーブ構造を有し、前記第１燃焼部で生成された高温燃焼ガスを用いて、燃料を燃焼させる第２燃焼部と、を有する、高温ガス生成装置を用いて、高温ガスを生成する高温ガス生成方法であって、前記第１燃焼部において、高温燃焼ガスを生成する第１燃焼工程と、前記第２燃焼部において、前記第１燃焼工程で生成した高温燃焼ガスを用いて、第１燃料および前記第１燃料とは異なる第２燃料を燃焼させる、第２燃焼工程と、を有する。
上記高温ガス生成方法において、前記第１燃料は、５ｍｍ以下に粉砕したバイオマス原料であり、前記第２燃料として、前記第１燃料よりも燃焼性の低いバイオマス原料、または、前記第１燃料よりも破砕しにくいバイオマス原料である構成とすることができる。

本発明によれば、燃料にバーク材や枝葉などの比較的燃焼しにくいバイオマス原料を含む場合でも、高温ガスを効率良く生成することができる、高温ガス生成装置および高温ガス生成方法を提供することができる。

第１実施形態に係る高温ガス生成装置の側面断面図である。 第１実施形態に係る高温ガス生成装置の正面図である。 第２実施形態に係る高温ガス生成装置を示す構成図である。 第３実施形態に係る高温ガス生成装置を示す構成図である。

以下に、図を参照して、本発明の実施形態を説明する。本実施形態に係る高温ガス生成装置は、バイオマス原料（たとえば廃木材、未利用のバーク材、ホワイトペレット、ブラックペレット、枝葉など）を燃料として高温ガスを生成することを特徴とする。また、本実施形態では、バーク材や枝葉などの比較的燃焼しにくいバイオマス原料である第２燃料を最初に着火させるのではなく、バーナーなどで火種や高温燃焼ガスを最初に生成することで、生成した火種や高温燃焼ガスを用いて、燃焼しにくい第２燃料を効率的に燃焼させることを特徴とする。

≪第１実施形態≫
図１は、第１実施形態に係る高温ガス生成装置１の側面断面図であり、図２は、第１実施形態に係る高温ガス生成装置１の正面図である。図１に示すように、本実施形態に係る高温ガス生成装置１は、第１燃焼部１０と、第２燃焼部２０と、第３燃焼部３０とを有する。なお、図１においては、高温ガス生成装置１内を流通する空気の流れを矢印で示している。また、図２では、説明の便のため、キルン本体２１内部に配設されている掻き板２１１を破線で示している。

第１燃焼部１０は、燃焼バーナーを備えており、５ｍｍ以下に粉砕したバイオマス原料（以下、第１燃料ともいう。）を、空気と混合し、燃焼する。具体的には、第１燃焼部１０の第１燃料投入口１１から第１燃焼部１０の内部に第１燃料を投入するとともに、第１燃焼部１０の内部に第１燃料を燃焼するための空気が導入され、パイロットバーナーなどで、第１燃料と空気との混合体に着火を行い燃焼する。なお、第１燃料として使用するバイオマス原料は、５ｍｍ以下に粉砕してあれば特に限定されないが、３ｍｍ以下とすることが好ましく、１ｍｍ以下とすることがより好ましい。また、上記第１燃料の大きさ（たとえば５ｍｍ、３ｍｍ、１ｍｍ）は、平均粒径（平均粒径５ｍｍ、平均粒径３ｍｍ、平均粒径１ｍｍ）で定義することができる。さらに、第１燃料は、バイオマス原料とすることが好ましく、特に、燃焼性の高い廃木材、乾燥材またはトレファクション材などとすることが好ましい。

また、第１燃焼部１０では、第１燃料を完全燃焼するために必要な空気量よりも少ない量の空気のみが供給され、第１燃料の燃焼が行われる。そのため、第１燃焼部１０において、第１燃料は不完全燃焼することとなり、燃焼により発生した高温燃焼ガスと、不完全燃焼により一部が未燃焼の、あるいは炭化または半炭化した第１燃料とが、第２燃焼部２０へと投入される。本実施形態では、第１燃焼部１０に供給する空気を第1燃料の投入量に合わせた空気量とするため、図示しない燃焼ブロワーと空気量調整弁（たとえばバタフライ弁）とを設ける構成とすることができる。なお、燃焼ブロワーを設ける場合には、インバーターにてブロワーの回転数を制御し、４００～６００ｍｍＡｑの低い圧力（火炎長が短くなる圧力）となるように、第１燃料と空気とを同時にエアー搬送することが好ましい。また、第１燃焼部１０に供給される空気の量は、投入された第１燃料を完全燃焼させるために必要な空気量を１とした場合に、０．６～０．９８の範囲の量とすることが好ましく、また、０．７～０．９５の範囲の量とすることが好ましい。

第２燃焼部２０は、図１および図２に示すように、キルン本体２１と、第２燃料投入部２２と、空気吹き込み部２３と、を有する。第２燃焼部２０のキルン本体２１は、ロータリーキルンとすることができ、第１燃焼部１０で不完全燃焼した第１燃料が第１燃焼部１０から供給される。また、本実施形態では、第２燃料を第２燃焼部２０に投入するための第２燃料投入部２２を有している。図１に示すように、本実施形態に係る第２燃料投入部２２は、ホッパー２２１と、搬送路２２２と、スクリューコンベア２２３とを有している。これにより、ホッパー２２１に第２燃料を投入することで、スクリューコンベア２２３により第２燃料が搬送路２２２を搬送されて、キルン本体２１の内部へと供給されることとなる。

さらに、本実施形態では、図１に示すように、第２燃焼部２０において、第１燃料および第２燃料を燃焼させるための、空気吹き込み部２３を有している。空気吹き込み部２３は、空気吹き込み口２３１から空気を取り込み、キルン本体２１内部へと取り込んだ空気を吹き込む。キルン本体２１には、第１燃焼部１０から不完全燃焼した第１燃料が投入されるため、この第１燃料を火種とし、空気吹き込み口２３１から供給した空気を用いて、第１燃料および第２燃料の燃焼が行われる。

特に、第２燃焼部２０に供給される空気の量は、不完全燃焼した第１燃料と、第２燃料とを完全燃焼させるために必要な空気の量を１とした場合に、１．２～２．０の範囲の量とすることが好ましく、１．３～１．６の範囲の量とすることがより好ましい。なお、第２燃焼部２０に供給する空気の量は、生成する高温ガスの温度や量に応じて適宜変更することもできる。また、第２燃焼部２０に供給する空気の量を制御するため、第２燃焼部２０は、図示しない燃焼ブロワーと空気量調整弁（たとえばバタフライ弁）を有する構成とすることができる。

本実施形態において、キルン本体２１は、入口側（第２燃料投入部２２側）から出口側（第３燃焼部３０側）に向かって下向きに１～５度の傾斜が設けられている。これにより、キルン本体２１が回転することで、キルン本体２１に投入された第１燃料および第２燃料が入口側から出口側へと搬送され、第３燃焼部３０内へと投入される。また、本実施形態では、キルン本体２１の内面に複数の掻き板２１１が固設されている。具体的には、図２に示すように、キルン本体２１の周方向の複数の位置（図２に示す例では周方向における４箇所）に掻き板２１１が配置して固設されるとともに、図１に示すように、キルン本体２１の延在方向（回転軸方向）に複数の掻き板２１１が並んで配置されている。これにより、キルン本体２１の回転に応じて、掻き板２１１も、キルン本体２１の回転軸を中心としてキルン本体２１の周方向に旋回するため、キルン本体２１内部に投入された第１燃料および第２燃料は、キルン本体２１の回転に応じて、掻き板２１１により上方まで持ち上げられ、掻き板２１１が上方に到達したタイミングで落下されることを繰り返すこととなり、第１燃料および第２燃料を攪拌しながら燃焼することができる。なお、掻き板２１１を有する構成に代えて、キルン本体２１内部にスクリューコンベアを設ける構成とし、スクリューコンベアを用いて、第１燃料および第２燃料を攪拌しながら搬送する構成とすることもできる。

続いて、第３燃焼部３０について説明する。第３燃焼部３０は、図１および図２に示すように、キルン本体３１と、スクリューコンベア３２と、高温ガス排出口３３とを有する。第３燃焼部３０には、第２燃焼部２０で生成された高温ガスが流入することに加えて、第２燃焼部２０で燃焼されなかった油分などの残渣や、第２燃焼部２０で発生した乾留ガスなどの可燃性ガスが供給され、キルン本体３１内において、さらに燃焼が行われる。これにより、より高温（たとえば８５０℃以上）の高温ガスが生成される。そして、生成された高温ガスは、キルン本体３１の天井部に設置された高温ガス排出口３３から各設備へと供給されることとなる。なお、第１燃焼部１０、第２燃焼部２０および第３燃焼部３０で燃焼された第１燃料および第２燃料の灰は、スクリューコンベア３２により、図示しない灰排出口から外部へと排出される。

以上のように、第１実施形態に係る高温ガス生成装置１では、第１燃料を、当該第１燃料が完全燃焼しない空気量で不完全燃焼させる第１燃焼部１０と、第２燃料を、第１燃焼部１０により不完全燃焼させた第１燃料と共に、第１燃焼部１０に供給した空気量よりも多い空気量で燃焼させる、第２燃焼部２０と、を有することで、第１燃料を火種として、第１燃料よりも燃焼性の低いバーク材や枝葉などの第２燃料を効率的に燃焼させることができる。その結果、バーク材や枝葉などの比較的燃焼しにくいバイオマス原料を燃料として利用した場合でも、高温ガスを効率的に生成することができる。特に、従来の燃焼バーナーを用いた装置では、燃料が燃焼フレーム（火炎）内で完全に燃焼するように様々な工夫がなされているが、本実施形態に係る第１燃焼部１０の燃焼バーナーでは、敢えて、燃焼フレーム中にて第１燃料を完全燃焼させずに燃焼途中の状態にて、第２燃焼部２０のキルン本体２１に落下させる。これにより、第１燃焼部１０から供給される第１燃料を、バーク材や枝葉などの形状が不ぞろいの第２燃料の火種とすることができ、装置全体の燃焼効率を向上することができる。また、第１燃焼部１０において第１燃料を完全に燃焼させないことで、第１燃焼部１０における火炎の温度を低く抑えることができ、第１燃焼部１０から排出されるＮＯｘを低減することもできる。

また、第１実施形態では、第２燃焼部２０で燃焼しなかった第１燃料および第２燃料の燃焼残渣物、および／または、第２燃焼部２０で生じた可燃性ガスを燃焼させる第３燃焼部３０をさらに有するため、高温ガスの温度をたとえば８５０℃以上まで高めることができ、より高温の高温ガスを供給することが可能となる。また、第１実施形態に係る高温ガス生成装置１では、第１燃料を５ｍｍ以下に粉砕することで、第１燃料を容易に燃焼させることができ、また、これを火種として第２燃料を燃焼させることで、第１燃料よりも燃焼性の低い第２燃料も効率的に燃焼させることができるため、全体的に燃料の燃焼効率を高めることができ、高温ガスを効率的に生成することができる。生成した高温ガスは、廃熱ボイラー、過熱蒸気発生器、乾燥機などに供給され、利用することができる。

加えて、本実施形態では、キルン本体２１としてロータリーキルンを用いることで、第２燃焼部２０において、第１燃料および第２燃料を攪拌しながら燃焼することができ、第１燃料および第２燃料の発熱量や水分のバラツキに対応することができる。すなわち、第１燃料および第２燃料の搬送燃焼手段として、流動床式やストーカ式などの搬送燃焼手段も用いることができるが、これら手段を用いた場合には、燃料の発熱量が高すぎたり、少なすぎる場合は適さない。また水分のバラツキが大きい場合も問題が生じる。これに対して、本実施形態では、キルン本体２１を回転させることで、第１燃料および第２燃料を攪拌することができるため、第１燃料および第２燃料を均一に加熱することができ、第１燃料および第２燃料を効率よく燃焼させることができる。さらに、本実施形態では、図１および図２に示すように、キルン本体２１内に複数の掻き板２１１を設けて、掻き板２１１で第１燃料および第２燃料をキルン本体２１内部の上方まで持ち上げて落下させることを繰り返すことで、第１燃料および第２燃料をより攪拌することができるため、第１燃料および第２燃料を効率よく燃焼させることができる。

≪第２実施形態≫
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態では、第１実施形態に係る高温ガス生成装置１のように火炎長が長くなる燃焼バーナーを設けるスペースがない場合でも利用できる、小型の高温ガス生成装置１ａを例示して説明する。ここで、図３は、第２実施形態に係る高温ガス生成装置１ａを示す構成図である。図３に示すように、第２実施形態に係る高温ガス生成装置１ａは、高温燃焼ガスを生成し供給するための第１燃焼部１０ａと、第１燃料および第２燃料を燃焼させるための第２燃焼部２０ａとを有する。

第２実施形態に係る第１燃焼部１０ａは、燃焼バーナーではないが、高温燃焼ガスを生成し、第２燃焼部２０に生成した高温燃焼ガスを供給することができるものであればよい。第１燃焼部１０ａでは、たとえば、燃えやすい紙や小枝と、比較的大きなサイズの薪や木炭とを入れて点火し、燃焼させることで、高温燃焼ガスが生成される。また、第１燃焼部１０ａには、高温ガス生成装置１ａのドラフトにより外気が取り込まれ、高温燃焼ガスの生成に用いられる。なお、第１燃料や第２燃料が大量にある場合は、第１燃焼部１０ａで第１燃料および／または第２燃料を燃焼させてもよい。第１燃焼部１０ａで生成された高温燃焼ガスは、ドラフトの通風力により、第２燃焼部２０ａへと供給される。

また、第２実施形態に係る第２燃焼部２０ａは、図３に示すように、ロケットストーブ構造を有している。具体的には、第２燃焼部２０ａは、第１燃料および第２燃料を投入するための燃料投入部２１ａと、第１燃料および第２燃料を燃焼するための燃焼室２２ａと、第１燃焼部１０ａで生成した高温燃焼ガスが供給される燃焼ガス吹き込み口２３ａと、燃焼ガス吹き込み口２３ａから吹き込まれた高温燃焼ガスが流入する流路２４ａと、燃焼室２２ａで生成した高温の高温ガスを排出するための高温ガス排出口２５ａと、燃焼室２２ａで燃焼した第１燃料および第２燃料の灰を排出するための灰排出口２６ａと、を有する。また、一般的なロケットストーブ構造では、第１燃料および第２燃料を投入するための燃料投入口２１１ａと、燃焼に必要な空気を取り込む空気取り入れ口とは兼用されるが、本実施形態に係る高温ガス生成装置１ａでは、第１燃料および第２燃料を投入するための燃料投入口２１１ａとは別に、高温燃焼ガスを第１燃焼部１０ａから取り込むための燃焼ガス吹き込み口２３ａを有しており、第１燃料および第２燃料の効率的な燃焼を可能としている。

第２実施形態でも、高温燃焼ガスを効率的に生成するために、５ｍｍ以下に破砕した廃木材などの第１燃料をある程度燃焼させた後に、バーク材や枝葉などの第２燃料が投入され、第１燃料を火種として、第２燃料の燃焼が行われる。第１燃料および第２燃料は、燃料投入部２１ａの燃料投入口２１１ａから燃焼室２２ａ内に投入される。第２燃料は、不揃いの葉や枝からなる場合があるため、ドラフトだけでは第２燃料を燃焼室２２ａまで搬送できない場合がある。そのため、燃料投入部２１ａには、スクリューコンベア２１２ａを備えている。スクリューコンベア２１２ａは、出口側（燃焼室２２ａ側）ほどピッチが狭くなるように設計されたスクリュープレス式のスクリューコンベアであり、第２燃料をプレス圧縮しながら燃焼室２２ａに投入することができる。このように、スクリューコンベア２１２ａで第２燃料を圧縮することで、燃料投入部２１ａの断面全体を第２燃料で塞いで燃料投入口２１１ａをシールすることができ、その結果、燃料投入口２１１ａから外部に炎（あるいは高温の空気やガス）が漏れ出さないようにすることができるため、作業者の安全を図ることができる。

燃焼室２２ａでは、第１燃焼部１０ａで生成された高温燃焼ガスを用いて、第１燃料および第２燃料の一次燃焼および二次燃焼が行われ、二次燃焼で生成された高温の高温ガスが高温ガス排出口２５ａからボイラー、乾燥機、脱臭装置などの設備に供給される。なお、燃焼室２２ａは、図示しないパイロットバーナーを有し、第１燃料および第２燃料に着火を行う。また、灰排出口２６ａ付近に図示しない火炎検知器を設置し、燃焼室２２ａ内部での第１燃料および第２燃料の着火状態を検知することで、パイロットバーナーによる第１燃料および第２燃料の着火を制御する構成とすることができる。

また、第２実施形態に係る第２燃焼部２０ａでは、流路２４ａと燃焼室２２ａとの間に、仕切り板２７ａが介在している。仕切り板２７ａは、複数の孔を有しており、仕切り板２７ａの孔を通って、流路２４ａを通過した高温燃焼ガスが燃焼室２２ａに供給されるとともに、第１燃料および第２燃料を燃焼した後の灰が、仕切り板２７ａの孔を通って流路２４ａ側に落下する。なお、この灰は、高温燃焼ガスの流れによって、灰排出口２６ａへと運ばれて、灰排出口２６ａから排出することが可能となっている。本実施形態では、流路２４ａのうち、燃焼室２２ａの下方の灰が落下する位置に、耐熱性の灰排出用スクリューコンベア２８ａを設けることで、燃焼室２２ａにおいて燃焼させた第１燃料および第２燃料の灰を外部へと排出可能な構成としている。

第２実施形態に係る高温ガス生成装置１ａでは、小型化のため、第２燃焼部２０に送風機や燃料供給装置を設けず、ドラフト（燃焼室２２ａと高温ガス排出口２５ａの高低差）による通風力により、第１燃焼部１０ａからの高温燃焼ガスが第２燃焼部２０に送風される構造となっている。ただし、ドラフトの通風力だけで十分な送風力が得られない場合や、高温ガスの供給先のボイラーなどで圧力損失が大きい場合には、第１燃焼部１０ａまたは第２燃焼部２０ａにブロワーを設けて、第１燃焼部１０ａから第２燃焼部２０ａへと高温燃焼ガスを送り込む構成とすることができる。

また、第２実施形態では、第１燃焼部１０ａと第２燃焼部２０ａとの間に調整バルブ１３を有し、第１燃焼部１０ａから供給される高温燃焼ガスの流量を調整することができる。なお、調整バルブ１３による高温燃焼ガスの流量の調整は、たとえば燃焼室２２ａの温度に基づいて、手動または自動で行うことができる。なお、不完全燃焼の燃料や灰が、第１燃焼部１０ａから燃焼室２２ａへと流入する場合があるが、不完全燃焼の燃料は、第２燃焼部２０ａにおいて、第１燃料および第２燃料とともに燃焼させて灰とすることができ、第１燃焼部１０ａから流入した灰とともに、灰排出用スクリューコンベア２８ａで外部へと排出することができる。

以上のように、第２実施形態に係る高温ガス生成装置１ａでは、第１燃焼部１０ａにおいて燃焼バーナーを用いずに高温燃焼ガスを生成し、第２燃焼部２０ａをロケットストーブ構造として、第１燃焼部１０ａで生成した高温燃焼ガスを用いて第１燃料および第２燃料を燃焼させることで、第１実施形態に係る高温ガス生成装置１と同様に廃熱ボイラーなどの設備に高温ガスを供給することができるとともに、第１実施形態に係る高温ガス生成装置１よりも装置全体のサイズを小さくすることができる。

また、第２実施形態において、燃料投入部２１ａは、燃料投入口２１１ａから炎（あるいは高温の空気やガス）が漏れ出ないように、密閉機構（スクリュープレス式のスクリューコンベア２１２ａ）を備える構成とされている。これは、高温ガス排出口２５ａ付近の温度が高い場合や、高温ガスの供給先の圧力損失が大きい場合に、十分なドラフトによる通風力が得られない場合があり、図示しないブロワーなどを用いて、高温燃焼ガスを第１燃焼部１０ａから第２燃焼部２０ａおよび高温ガス排出口２５ａを通過させて供給先の設備まで押し込む必要があり、このような場合に、燃料投入口２１１ａから高温燃焼ガスが噴き出すおそれがあるためである。そこで、本実施形態に係る高温ガス生成装置１ａでは、燃料投入部２１ａが、スクリュープレス式のスクリューコンベア２１２ａを備え、スクリューコンベア２１２ａにより、第１燃料および第２燃料を圧縮しながら搬送することで、燃料投入部２１ａの断面全体を圧縮した第１燃料および第２燃料で塞ぐことができ、燃料投入口２１１ａをシールすることが可能となっている。

また、第２実施形態に係る高温ガス生成装置１ａでは、燃焼室２２ａと流路２４ａとの間に、複数の孔を有する仕切り板２７ａを設けるとともに、流路２４ａのうち、燃焼室２２ａの下部となる位置に灰排出用スクリューコンベア２８ａが設置されている。これにより、燃焼室２２ａで燃焼を終えた第１燃料および第２燃料が灰になった場合に、この灰を仕切り板２７ａの孔から燃焼室２２ａの下部へと落下させ、灰排出用スクリューコンベア２８ａで外部へと排出することができるため、灰が高温ガス排出口２５ａから各設備へと飛散してしまうことを有効に防止することができる。

さらに、第２実施形態に係る高温ガス生成装置１ａを、自動運転可能な装置とすることもきる。この場合、高温ガス生成装置１ａに、燃料（第１燃料および第２燃料）の自動供給機能、パイロットバーナーによる着火と着火状態を確認する火炎検知器、高温燃焼ガスの流量を自動で制御する機能を有する調整バルブ１３、灰の自動排出装置、投入した処理原料の量に対応した高温燃焼ガスの量の制御機能を設ける構成とすることが好ましい。なお、自動運転可能な構成とする場合、燃料の自動供給や高温燃焼ガスの流量の自動調整については、燃焼室２２ａの温度に基づいて、燃料の投入量や高温燃焼ガスの流量を制御する構成とすることが好ましい。言い換えると、自動運転を行う場合は、燃料の投入量や高温燃焼ガスの流量を制御することで、燃焼室２２ａ内の温度が一定範囲内となるように温度制御を行う構成とすることができる。

≪第３実施形態≫
次に、図４に基づいて、本発明の第３実施形態について説明する。図４は、第３実施形態に係る高温ガス生成装置１ｂを示す構成図である。第３実施形態では、小型の高温ガス生成装置１ｂを、脱臭炉などの小型炉２に設置し、小型炉２に高温ガスを供給する構成を例示して説明する。

図４に示すように、高温ガス生成装置１ｂは、高温燃焼ガスを生成し供給するための第１燃焼部１０ａと、第１燃料および第２燃料を燃焼させるための第２燃焼部２０ｂとを有する。なお、第１燃焼部１０ａは第２実施形態と同じ構成のため、その説明は割愛する。また、第２燃焼部２０ｂの燃料投入部２１ａ、燃焼室２２ａ、燃焼ガス吹き込み口２３ａ、流路２４ａ、灰排出口２６ａ、仕切り板２７ａ、および灰排出用スクリューコンベア２８ａも、第２実施形態と同じ構成のため、その説明は割愛する。

一方、第３実施形態に係る第２燃焼部２０ｂは、燃焼室２２ａで第１燃料および第２燃料を燃焼させて生成した高温ガスを、小型炉２に供給するための連絡路２５ｂを有している。高温ガスは、連絡路２５ｂを通過して、小型炉２に供給され、小型炉２での燃料の燃焼や乾燥に用いられる。

具体的には、第３実施形態において、小型炉２は、炉内２０１に燃料を投入するためのホッパー２０２と、燃料を炉内２０１まで搬送するための搬送路２０３およびスクリューコンベア２０４と、炉内２０１で燃料を燃焼して生じた灰を排出するための灰排出用スクリューコンベア２０５とを有する。ホッパー２０２から投入された燃料は、スクリューコンベア２０４により搬送路２０３内を搬送され、炉内２０１へと投入される。そして、炉内２０１へと投入された燃料は、炉内２０１において、高温ガス生成装置１ｂから供給された高温ガスにより燃焼され、灰が生じた場合には、灰が灰排出用スクリューコンベア２０５により外部へと排出される。なお、第２燃料が大量にある場合は、連絡路２５ｂの出口付近（小型炉２側）に第２燃料の投入部を設け、小型炉２内で第２燃料を燃焼させる構成とすることもできる。なお、この場合も、この投入部には、スクリュープレス式のスクリューコンベアを設けることで、投入部のシール性を確保する構成とすることが好ましい。

以上のように、第３実施形態に係る高温ガス生成装置１ｂでは、高温ガス生成装置１ｂを小型としながらも、第２燃焼部２０ａで第１燃料および第２燃料を燃焼させて生成した高温ガスを脱臭炉などの小型炉２に供給することができ、小型炉２などの熱源として利用することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態例について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態の記載に限定されるものではない。上記実施形態例には様々な変更・改良を加えることが可能であり、そのような変更または改良を加えた形態のものも本発明の技術的範囲に含まれる。

たとえば、上述した実施形態では、５ｍｍ以下に粉砕した廃木材を第１燃料として用いる構成を例示したが、これに限定されず、たとえば、油分を多く含む植物の種子や当該種子の搾りかすを、５ｍｍ以下に粉砕したものを第１燃料として使用することもできる。また、上述した実施形態では、第２燃料として、バーク材や枝葉などの、第１燃料よりも燃焼性の低い原料を例示したが、これに限定されず、たとえば、第２燃料を、第１燃料よりも破砕しにくい（たとえば５ｍｍ以下に粉砕することができない）バイオマス原料とすることもできる。また、第１燃料および第２燃料は、バイオマス原料に限定されず、有機性資源、草木、藻類、生ごみ、鶏糞、畜糞、都市汚泥、し尿汚泥、建設廃材、食品廃棄物、炭素を含む廃プラスチックなどを用いることもできる。

また、上述した第２、第３実施形態では、燃料投入口２１１ａが燃焼ガス吹き込み口２３ａの上方に配置される構成としたが、燃料投入口２１１ａと燃焼ガス吹き込み口２３ａとの位置を入れ替え、燃焼ガス吹き込み口２３ａが燃料投入口２１１ａの上方に配置される構成とすることもできる。

さらに、上述した第２実施形態または第３実施形態に係る小型の高温ガス生成装置１ａ，１ｂにおいて、第２燃料として、バークなどの不定形木質燃料の量が多くなることが予想される場合には、第２燃焼部２０ａの燃焼室２２ａを小型のロータリーキルン（φ３００ｍｍ以上）で形成する構成とすることができる。この場合、燃焼室２２ａである小型のロータリーキルン内部に、第２燃料を搬送することが容易となり、ロータリーキルン内部で、第２燃料を、第１燃焼部１０ａで生成した高温燃焼ガスで効率良く燃焼させることができる。

１…高温ガス生成装置
１０…第１燃焼部
１１…第１燃料投入口
２０…第２燃焼部
２１…キルン本体
２２…第２燃料投入部
２２１…ホッパー
２２２‥‥搬送路
２２３‥‥スクリューコンベア
２３…空気吹き込み部
２３１…空気吹き込み口
３０…第３燃焼部
３１…キルン本体
３２…スクリューコンベア
３３…高温ガス排出口
１ａ，１ｂ…高温ガス生成装置
１０ａ…第１燃焼部
２０ａ…第２燃焼部
２１ａ…燃料投入部
２１１ａ…燃料投入口
２１２ａ…スクリューコンベア
２２ａ…燃焼室
２３ａ…燃焼ガス吹き込み口
２４ａ…流路
２５ａ…高温ガス排出口
２５ｂ…連絡路
２６ａ…灰排出口
２７ａ…仕切り板
２８ａ…灰排出用スクリューコンベア
２…小型炉
２０１…炉内
２０２…ホッパー
２０３…搬送路
２０４…スクリューコンベア
２０５…灰排出用スクリューコンベア

本発明に係る高温ガス生成装置は、固形または半固形の第１燃料を投入するための第１燃料投入口を有し、前記第１燃料投入口から投入した前記第１燃料を完全燃焼しない空気量で不完全燃焼させる第１燃焼部と、前記第１燃料とは異なる固形または半固形の第２燃料を投入するための第２燃料投入部を有し、前記第２燃料投入部から前記第２燃料が新たに投入されるとともに、前記第１燃焼部と連通し、前記第１燃焼部で不完全燃焼させた前記第１燃料が投入され、前記第２燃料を、前記不完全燃焼させた前記第１燃料と共に、前記第１燃焼部に供給した空気量よりも多い空気量で燃焼させる、第２燃焼部と、を有する。
上記高温ガス生成装置において、前記第２燃焼部では、前記第２燃料を、前記第１燃焼部により不完全燃焼させた前記第１燃料と共に、前記第１燃料と第２燃料とを完全燃焼させる空気量よりも多い空気量で燃焼させる構成とすることができる。
上記高温ガス生成装置において、前記第１燃焼部は、燃焼バーナーを有する構成とすることができる。
上記高温ガス生成装置において、前記第２燃焼部で燃焼しなかった前記第１燃料および前記第２燃料の燃焼残渣物および／または前記第２燃焼部で生じた可燃性ガスを燃焼させる、第３燃焼部を、さらに有する構成とすることができる。
上記高温ガス生成装置において、前記第２燃焼部は、ロータリーキルンと、当該ロータリーキルン内に設置された複数の掻き板とを有し、前記第２燃焼部において、前記ロータリーキルンを回転させるとともに、前記複数の掻き板を前記ロータリーキルンの回転軸を中心として旋回させることで、前記第１燃料および前記第２燃料を攪拌しながら燃焼させる構成とすることができる。
上記高温ガス生成装置において、前記第１燃料および前記第２燃料は、バイオマス原料である構成とすることができる。
上記高温ガス生成装置において、前記第１燃料は、５ｍｍ以下に破砕したバイオマス原料である構成とすることができる。
上記高温ガス生成装置において、前記第２燃料は、前記第１燃料よりも燃焼しにくい燃料、または、前記第１燃料よりも破砕しにくい燃料である構成とすることができる。
本発明に係る高温ガス生成方法は、固形または半固形の第１燃料を完全燃焼しない空気量で不完全燃焼させる第１燃焼工程と、前記第１燃焼部で不完全燃焼させた前記第１燃料が投入されるとともに、新たに投入された前記第１燃料とは異なる固形または半固形の第２燃料を、不完全燃焼させた前記第１燃料と共に、前記第１燃焼工程よりも多い空気量で燃焼させる、第２燃焼工程と、を有する。
上記高温ガス生成方法において、前記第１燃料は、５ｍｍ以下に粉砕したバイオマス原料であり、前記第２燃料として、前記第１燃料よりも燃焼性の低いバイオマス原料、または、前記第１燃料よりも破砕しにくいバイオマス原料である構成とすることができる。

本発明に係る高温ガス生成装置は、固形または半固形の第１燃料を投入するための第１燃料投入口を有し、前記第１燃料投入口から投入した前記第１燃料を完全燃焼しない空気量で不完全燃焼させる第１燃焼部と、前記第１燃料とは異なる固形または半固形の第２燃料を投入するための第２燃料投入部を有し、前記第２燃料投入部から前記第２燃料が新たに投入されるとともに、前記第１燃焼部と連通し、前記第１燃焼部で不完全燃焼させた前記第１燃料が投入され、前記第１燃料を火種として、前記第２燃料を、前記不完全燃焼させた前記第１燃料と共に、前記第１燃焼部に供給した空気量よりも多い空気量で燃焼させる、第２燃焼部と、を有し、前記第１燃料および前記第２燃料はバイオマス原料であり、前記第２燃料は、前記第１燃料よりも燃焼しにくい燃料、または、前記第１燃料よりも破砕しにくい燃料である。
上記高温ガス生成装置において、前記第２燃焼部では、前記第２燃料を、前記第１燃焼部により不完全燃焼させた前記第１燃料と共に、前記第１燃料と第２燃料とを完全燃焼させる空気量よりも多い空気量で燃焼させる構成とすることができる。
上記高温ガス生成装置において、前記第１燃焼部は、燃焼バーナーを有する構成とすることができる。
上記高温ガス生成装置において、前記第２燃焼部で燃焼しなかった前記第１燃料および前記第２燃料の燃焼残渣物および／または前記第２燃焼部で生じた可燃性ガスを燃焼させる、第３燃焼部を、さらに有する構成とすることができる。
上記高温ガス生成装置において、前記第２燃焼部は、ロータリーキルンと、当該ロータリーキルン内に設置された複数の掻き板とを有し、前記第２燃焼部において、前記ロータリーキルンを回転させるとともに、前記複数の掻き板を前記ロータリーキルンの回転軸を中心として旋回させることで、前記第１燃料および前記第２燃料を攪拌しながら燃焼させる構成とすることができる。
上記高温ガス生成装置において、前記第１燃料投入口および前記第２燃料投入部は、前記高温ガス生成装置の同じ面側に設置されている構成とすることができる。
上記高温ガス生成装置において、前記第１燃料は、５ｍｍ以下に破砕したバイオマス原料である構成とすることができる。
本発明に係る高温ガス生成方法は、固形または半固形の第１燃料を完全燃焼しない空気量で不完全燃焼させる第１燃焼工程と、不完全燃焼させた前記第１燃料が投入されるとともに、新たに投入された前記第１燃料とは異なる固形または半固形の第２燃料を、不完全燃焼させた前記第１燃料と共に、前記第１燃焼工程よりも多い空気量で燃焼させる、第２燃焼工程と、を有し、前記第１燃料および前記第２燃料はバイオマス原料であり、前記第２燃料は、前記第１燃料よりも燃焼しにくい燃料、または、前記第１燃料よりも破砕しにくい燃料である。
上記高温ガス生成方法において、前記第１燃料は、５ｍｍ以下に粉砕したバイオマス原料である構成とすることができる。

Claims (16)

1. 第１燃料を完全燃焼しない空気量で不完全燃焼させる第１燃焼部と、
   第２燃料を、前記第１燃焼部により不完全燃焼させた前記第１燃料と共に、前記第１燃焼部に供給した空気量よりも多い空気量で燃焼させる、第２燃焼部と、を有する、高温ガス生成装置。
2. 前記第２燃焼部では、前記第２燃料を、前記第１燃焼部により不完全燃焼させた前記第１燃料と共に、前記第１燃料と第２燃料とを完全燃焼させる空気量よりも多い空気量で燃焼させる、請求項１に記載の高温ガス生成装置。
3. 前記第１燃焼部は、燃焼バーナーである、請求項１または２に記載の高温ガス生成装置。
4. 前記第２燃焼部で燃焼しなかった前記第１燃料および前記第２燃料の燃焼残渣物および／または前記第２燃焼部で生じた可燃性ガスを燃焼させる、第３燃焼部を、さらに有する、請求項１ないし３のいずれかに記載の高温ガス生成装置。
5. 前記第２燃焼部は、スクリューキルンと、当該スクリューキルン内に設置された複数の掻き板とを有し、
   前記第２燃焼部において、前記スクリューキルンを回転させるとともに、前記複数の掻き板を前記スクリューキルンの回転軸を中心として旋回させることで、前記第１燃料および前記第２燃料を攪拌しながら燃焼させる、請求項１ないし４のいずれかに記載の高温ガス生成装置。
6. 前記第１燃料を前記第１燃焼部に投入するための第１燃料投入口と、
   前記第２燃料を前記第２燃焼部に投入するための第２燃料投入口と、を有する、請求項１ないし５のいずれかに記載の高温ガス生成装置。
7. 前記第１燃料および前記第２燃料は、バイオマス原料である、請求項１ないし６のいずれかに記載の高温ガス生成装置。
8. 前記第１燃料は、５ｍｍ以下に破砕したバイオマス原料である、請求項１ないし７のいずれかに記載の高温ガス生成装置。
9. 前記第２燃料は、前記第１燃料よりも燃焼しにくい燃料、または、前記第１燃料よりも破砕しにくい燃料である、請求項１ないし８のいずれかに記載の高温ガス生成装置。
10. 高温燃焼ガスを生成する第１燃焼部と、
    前記第１燃焼部で生成された高温燃焼ガスを用いて、燃料を燃焼させる第２燃焼部と、を有し、
    前記第２燃焼部は、
    ロケットストーブ構造を有するとともに、
    高温燃焼ガスを用いて燃料を燃焼させるための燃焼室と、
    燃料を前記燃焼室に投入するための燃料投入部と、
    前記第１燃焼部で生成された高温燃焼ガスを前記燃焼室に導入するための流路と、を有する、高温ガス生成装置。
11. 前記燃料投入部は、スクリュープレス式のスクリューコンベアを有しており、
    前記スクリューコンベアは、ピッチが出口側ほど狭くなっている、請求項１０に記載の高温ガス生成装置。
12. 前記第２燃焼部には、前記流路と前記燃焼室との間に、複数の孔を有する仕切り板が介在しており、前記仕切り板に対して、前記流路が下側、前記燃焼室が上側に配置される、請求項１０または１１に記載の高温ガス生成装置。
13. 前記流路のうち、前記燃焼室の下部の位置には、前記燃焼室で燃焼した燃料の灰を外部に排出するための灰排出用スクリュウーコンベアが設置されている、請求項１０ないし１２のいずれかに記載の高温ガス生成装置。
14. 第１燃料を完全燃焼しない空気量で不完全燃焼させる第１燃焼工程と、
    前記第１燃料とは異なる第２燃料を、不完全燃焼させた前記第１燃料と共に、前記第１燃焼工程よりも多い空気量で燃焼させる、第２燃焼工程と、を有する、高温ガス生成方法。
15. 高温燃焼ガスを生成する第１燃焼部と、
    ロケットストーブ構造を有し、前記第１燃焼部で生成された高温燃焼ガスを用いて、燃料を燃焼させる第２燃焼部と、を有する、高温ガス生成装置を用いて、高温ガスを生成する高温ガス生成方法であって、
    前記第１燃焼部において、高温燃焼ガスを生成する第１燃焼工程と、
    前記第２燃焼部において、前記第１燃焼工程で生成した高温燃焼ガスを用いて、第１燃料および前記第１燃料とは異なる第２燃料を燃焼させる、第２燃焼工程と、を有する、高温ガス生成方法。
16. 前記第１燃料は、５ｍｍ以下に粉砕したバイオマス原料であり、
    前記第２燃料は、前記第１燃料よりも燃焼性の低いバイオマス原料、または、前記第１燃料よりも破砕しにくいバイオマス原料である、請求項１４または１５に記載の高温ガス生成方法。

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