JP4391667B2

JP4391667B2 - 炭化炉

Info

Publication number: JP4391667B2
Application number: JP2000141116A
Authority: JP
Inventors: 雅春板津; 孝治板津; 博之板津; 幸示田口; 雅文亀井
Original assignee: 株式会社シー・ワイ・シー
Priority date: 2000-05-15
Filing date: 2000-05-15
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2020-05-15
Also published as: JP2001323276A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼炉を内蔵装備した乾留式炭化炉に関するものであり、特に、乾留速度のコントロールができ、廃プラ等の高発熱被炭化物や木材等の中級被炭化物或いはこれらの混在物を無人で迅速且つ安全に自動操炉でき、燃焼エネルギーの削減、設備の大型化、ランニングコストの低減、更には環境汚染物質や有害物質等を無毒化できる炭化炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の係る乾留式の炭化炉としては、炭化炉本体に複数本の燃焼バーナーを装備し、個々の燃焼バーナーに燃料と空気を供給すると共に、個々のバーナーには燃料及び空気の供給を遮断或いは供給量が調整可能なバルブが設けたものが汎用されていた。一方、炭化炉本体の外部に燃焼炉を装備し、炭化炉本体から発生した燃焼ガスや乾留ガスをこの燃焼炉に導いて燃焼させる炭化炉も公知である。
【０００３】
このような従来の炭化炉の運転においては、燃料及び空気量を遮断して或いは供給量を調製して燃焼バーナーの火力をコントロールするか、或いは炭化炉本体に装備した複数のバーナーのうちのいくつかを消火したり再点火することで、炉本体内の温度雰囲気をコントロールするものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの制御方法においては、被炭化物の種類、量等により、燃焼炉に供給される乾留ガス量が極端に変動するため、その制御方法が重要になる。例えば被炭化物が廃プラ等のような高級発熱被炭化物であると、炭化炉が高温になると、燃焼炉に多量の乾留ガスが供給され燃焼されるため、燃焼炉内温度が急上昇することになり、曳いては炭化炉本体内も急激に温度上昇することになる。すると、乾留炭化反応は連鎖的に加速されるから、乾留ガス過剰となって燃焼炉の燃焼能力オーバー状態を招くことになり、黒煙、有毒ガス発生等の問題を生じ、公害上の問題等もあった。
【０００５】
一方、被炭化物が例えば木材、竹材等の植物材料のような中級発熱被炭化物であると、これらを粉状、粒状に粉砕しても繊維状物質の熱伝導率が小さく炭化に必要な熱が伝わり難く乾留させ難いために、乾留ガスの発生不足し、燃焼炉への乾留ガスの供給不足状態となって温度が降下し曳いては炭化炉本体内の温度雰囲気が降下するようになる。温度が降下すると、乾留炭化反応は更に進まなくなって乾留ガスの発生も更に減少する。すなわち、乾留炭化反応が連鎖的に乾留ガスの供給不足状態となり、炭化時間が長くなって燃焼費が増加するとか、乾留炭化が不可能になる等の問題があった。
【０００６】
本発明は、叙上の従来技術の具有する問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、乾留速度のコントロールができ、廃プラ等の高発熱被炭化物や木材等の中級被炭化物或いはこれらの混在物を無人で迅速且つ安全に自動操炉でき、燃焼エネルギーの削減、設備の大型化、ランニングコストの低減更には環境汚染物質や有害物質等を無毒化できる乾留式の炭化炉を提供せんとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明が採用した手段の要旨とするところは、叙上の特許請求の範囲に記載のとおりである。
【０００８】
このような構成を採用した各請求項記載の発明に係る炭化炉にあっては、被炭化物が例えば廃プラ等のような高級発熱被炭化物であり、操炉中に炭化炉が高温になって燃焼炉に多量の乾留ガスが供給され、これらが燃焼するという悪循環が原因となって炭化炉本体内の温度雰囲気が上昇する前に、乾留ガスの発生供給量を制限することができる。すなわち、炭化炉本体内の温度雰囲気を炭化最適温度に維持でき、乾留炭化反応の連鎖的な加速を防止できる。
【０００９】
また、被炭化物が例えば木材、竹材等の植物材料のような中級発熱被炭化物であり、乾留ガスの発生が不足して燃焼炉への乾留ガス供給量が不足することが原因となって炭化炉本体内の温度雰囲気が降下する前に、燃焼バーナーを再点火して燃料を燃焼して燃焼炉に燃焼炎を噴射することができ、これにより、乾留炭化反応の連鎖的な減少を防止できる。すなわち、炭化炉本体内の温度雰囲気を常時炭化最適温度に維持でき、乾留炭化が不可能になるとか、炭化時間が長くなって燃焼費が増加することもない。
【００１０】
すなわち、各請求項記載の発明に係る炭化炉にあっては、被炭化物の種類、量等により燃焼炉に供給される乾留ガスの量の発生が仮に急変した場合であっても、被炭化物の乾留速度を適宜自在制御でき、炭化炉本体内の温度雰囲気を常時炭化最適温度に維持することができる。
【００１１】
特に、請求項２記載の発明に係る炭化炉によると、特には、エアー供給パイプの噴射口からエアーを勢い良く噴射するから、エアーの減圧吸引ができ、効果的に気体ミキシングでき、乾留ガスを燃焼させることができる。すなわち、燃焼させることで得られた燃焼ガスを炭化炉内にフィードバックさせることによって、炭化炉内を高温雰囲気にすることができ、燃料費の大幅な節減が図れる。
【００１２】
請求項３記載の発明に係る炭化炉によると、特には、耐熱性筒体を互い違いに組み合わせてブロックを構成し、且つこのブロックをその長さ以上離間させて配置したハニカム構造体を通過させるから、ハニカム構造体を通過する過程で、ダイオキシン類等の環境汚染物質や有害物質等をより完全に燃焼、熱分解でき、これにより、環境汚染物質や有害物質等を無毒化若しくは脱臭することができ、無煙化することもできる。
【００１３】
なお、上述した各請求項記載の発明に係る炭化炉において、乾留ガス供給路内の前記エアーパイプ噴射口より燃焼炉側に、固定式気体ミキシング用羽根部材を内設する構成が採用されていると、乾留ガスとエアーを効果的に混合でき、そして前記ハニカム構造体にて得られる上記作用が加わって、環境汚染物質や有害物質等をより効率的に無毒化したり脱臭することができ、しかも無煙化できるようになるから、好適である。
【００１４】
すなわち、各請求項記載の発明に係る炭化炉によると、被炭化物の種類、量等に影響されず、無人で迅速且つ安全に自動操炉でき、燃焼エネルギーの削減、設備の大型化、ランニングコストの低減、さらに、環境汚染物質や有害物質等を浄化することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を実施例に基づいて詳細に説明するが、これは単にその代表的なものとして例示したに過ぎず、その要旨を越えない限り以下の実施例により本発明が限定されるものではなく、様々に設計変更して実施できるものとする。
【００１６】
図１は第１実施例の炭化炉１を概略的に示す縦断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った横断面図である。
【００１７】
図において、炭化炉１は、炭化炉本体１０と、該炭化炉本体１０の開閉扉と対面する側面側が開口する乾留ボックス２０と、前記乾留ボックス２０内に連通する乾留ガス供給路２１を介してこの乾留ボックス２０より供給された乾留ガスを燃焼する燃焼炉３０と、を具備しており、燃焼炉３０の両側壁には炭化炉本体１０内に連通する複数の燃焼ガス取込孔３４が形設されている。そして、乾留ガスを燃焼することで得られる燃焼ガスは、炭化炉本体１０内にフィードバックできるようになっている。
【００１８】
炭化炉本体１０は、内面全面に耐熱性断熱材を敷設した耐熱鋼の炉体１１と、外気から遮断しその内部を密封状態に保持する開閉扉を有するとともに、燃焼排ガスの排出を制御するためのダンバー装置Ａ１２ａを煙道内に装備した直結煙突Ａ１２と、炉体１１内部に向けて外部の空気を供給し炉体１１内を冷却するための炭化炉冷却用送風機１４、を具備している。
【００１９】
乾留ボックス２０は耐熱鋼材製であり、炉体１１の底壁内面上に半固定又は固定した状態に載置されている。炉体１１に備えた開閉扉に対峙する側面は開口されており、被炭化物を例えば耐熱鋼材製のバスケット（図示しない）等に収容しこのバスケットとともに出し入れするようになっている。
【００２０】
燃焼炉３０は、炉体３１と、該炉体３１内に高温の噴射炎を供給する燃焼バーナー３２と、燃焼排ガスの排出量を自在調整できるダンバー装置Ｂ３３ａを煙道内に装備した直結煙突３３と、炉壁３１ａ両側に形設され炭化炉本体１０内に連通する複数の燃焼ガス取込孔３４とを具備しており、燃焼炉３０の天井部は炉体１１の底壁１３を兼ねる構造となっている。
【００２１】
なお、炉体１１の底壁１３は、厚さ６５ｍｍの耐火れんが１３ａ上に、セラミックウールのような耐火断熱材１３ｂを適宜敷設したものである。被炭化物が廃プラ等のような高発熱被炭化物である場合には耐火断熱材１３ｂの厚さを例えば１１０〜１３０ｍｍ程度にし、被炭化物が木材等の植物系材料等のような中発熱被炭化物である場合にはその厚さを１００ｍｍ以下にすると、炉体１１内の温度上昇並びに下降に及ぼす燃焼ガス取込以外の影響要因を除去でき、各センサー装置で検出した各温度情報に基づいて炉体１１内温度を確実に制御できるようになるから、好ましい。
【００２２】
燃焼バーナー３２には、このバーナー３２にエアーを供給するためのバーナー用送風機がセットされており初期操炉時にバーナー用送風機を駆動しつつ燃焼させるようになっている。
【００２３】
乾留ボックス２０内で発生する乾留ガスは、乾留ガス供給路２１を介して燃焼炉３０に導入される。乾留ガスにエアーを混合した後、この混合ガスを燃焼炉３０に導入すると、燃焼バーナー３２が消火されていても、燃焼炉３０内が高温雰囲気になっているため、乾留ガスは自燃するので、熱源として使用可能な燃焼ガスを発生させることができる。
【００２４】
乾留ガス供給路２１の乾留ボックス側に、乾留ボックス温度を検出する温度感知センサーＣ４３が備えてあり、燃焼炉側には、口径が２ｍｍ以上の噴射口３５ａを有するエアー供給パイプ３５が備えてある。一方、エアー供給パイプ３５の他端には、送風量を連続変換できる乾留ガス燃焼用送風機３６ａと逆流阻止できる風圧開閉ダンバー部材３６ｂを有するダンバー装置Ｃ３６（図３）に外装されており、乾留ガスに気体ミキシングするエアー供給量を連続的に制御できるようになっている。噴射口３５ａからエアーを勢い良く噴射すると、この位置が局所的に減圧状態になるから、乾留ガスを減圧吸引できるから、乾留ガスとエアーを極めて効率的に気体ミキシングでき且つ逆流防止できる。
【００２５】
エアー供給パイプ３５の先端は、乾留ガス供給路２１内であり且つ燃焼炉３０の吸気口より５０〜５００ｍｍ手前に配置されている。噴射口３５ａの口径が２ｍｍ以下であると、乾留ガス中に混在する煤や飛沫などが詰まってしまうために燃焼ガスを噴射できなくなる傾向がある。
【００２６】
なお、エアー供給パイプ３５の先端は複数に分枝させてあっても良いし、先端をその内角（θ）が９０°〜１８０°となるように閉止し、この先端部に孔径２〜６ｍｍの噴射口３５ａを複数個形成してもよい。先端の内角（θ）が９０°以下であっても、また１８０°以上であっても、燃焼ガス噴射によって得られる減圧吸収能力が低下する傾向がある。
【００２７】
また、エアー供給パイプ３５の先端が、燃焼炉３０側に配置されすぎていてもまた離れすぎていても、気体ミキシング能力が低下する傾向がある。さらにまた、乾留ガス供給路１１の断面積とエアー供給パイプ３５の噴射口３５ａの断面積との比が５以下であっても２０以上であっても気体ミキシング能力が低下する傾向がある。その理由は、気体を効率的にミキシングするためには、噴射される乾留ガスの負荷圧力（抵抗）を調整する必要があるためであり、乾留ガス供給路２１の断面積と噴射口３５ａの断面積との比が５以下であるとこの負荷圧力（抵抗）が大きすぎ、その比が２０以上であると負荷圧力（抵抗）が小さすぎるからである。
【００２８】
このように構成した燃焼炉３０によると、エアー供給パイプ３５の噴射口３５ａからエアーを噴射することで、乾留ガスとエアーとを気体ミキシング、吸引減圧を行うことができ、乾留ガスを８００℃以上で分解するための燃料費の節減ができる。また、燃焼炉３０の内部に、図４に示すようなハニカム構造体５４を配設することができる。このハニカム構造体５０は、耐熱ステンレス鋼や、カーボランダム、ムライト若しくはアルミナセラミックスなどから製造した耐熱性筒体５１ａ（外径２５〜１５０ｍｍ、内径２０〜１００ｍｍ、長さ５０〜２００ｍｍ）を互い違いに２〜６列に組み合わせて構築したブロック５１ｂを、このブロック５１ｂの長さ（Ａ）以上の距離（Ｂ）離間させて１〜３個配置したものが例示できる。
【００２９】
耐熱性筒体５１ａを互い違いに組み合わせてブロック５１ｂを構成し、ブロック５１ｂその長さ以上離間させて配置したハニカム構造体５０を通過させると、ハニカム構造体５０を通過する過程で、ダイオキシン類等の環境汚染物質や有害物質等をより完全に燃焼、熱分解でき、これにより、環境汚染物質や有害物質等を無毒化若しくは脱臭することができ、無煙化できるから、極めて好適である。
【００３０】
なお、前記エアー供給パイプ３５の噴射口３５ａと乾留ガス供給路２１の出口との間に図示しない気体ミキシング用羽根部材を内設すると、乾留ガスと燃焼用エアーとの混合ガスを渦巻き状にして燃焼炉３０内へ供給することができから、混合ガスを更に均質に混合できるから、ハニカム構造体５０にて得られる叙上の作用に加え、より効率的に環境汚染物質や有害物質等を無毒化、脱臭でき、無煙化できる。
【００３１】
また、ハニカム構造体５０を通過させた約１０００℃程度の燃焼ガスは、炭化炉本体１０内にフィードバックさせるようになっているから、炭化炉本体１０の主要な熱源として活用され、大幅な燃焼エネルギーの削減ができる。すなわち、ランニングコストを削減できることに加え、高速炭化が可能となり、さらに設備全体の小型化が図れるようになるのである。
【００３２】
ところで、この炭化炉１には、燃焼ガス取込孔３４の上方であって且つ乾留ボックス２０底壁外面には、炭化炉本体１０内の温度雰囲気、特には燃焼炉３０から供給される燃焼ガス温度を常時監視するセンサー装置Ａ４１が取り付けてあり、燃焼炉３０内には、燃焼炉３０内の温度雰囲気、特には燃焼炉内の温度を常時監視するためのセンサー装置Ｂ４２が取り付けてある。
【００３３】
温度感知センサーＡ４１、センサーＢ４２並びにセンサーＣ４３で検出した温度情報はいずれも自動制御システム（図示しない）に送信される。そして、自動制御システムからは、炭化炉本体１０の温度制御と燃焼炉３０の温度制御（すなわち、乾留速度制御）をするための信号が送信され、この信号を受けて、ダンバー装置Ａ１２ａ、ダンバー装置Ｂ３３ａ、ダンバー装置Ｃ３６、バーナー用送風機、乾留ガス燃焼用送風機３６ａ、並びに炭化炉本体冷却用送風機３７を駆動制御するようになっている。
【００３４】
なお、図５に示すように、燃焼炉の直結煙突の中間部に炭化炉本体の直結煙突の先端を連結し、ダンバー装置Ａとダンバー装置Ｂを連動駆動するように構成するとか、図６に示すように、燃焼バーナーから炭化炉に至る中間の位置に燃焼炉の直結煙突を配設しダンバー装置Ａとダンバー装置Ｂを個別駆動制御する或いは連動駆動するように構成する等様々に設計変更することができる。
【００３５】
ついで、この炭化炉１０の操炉方法を簡単に説明する。
【００３６】
先ず、耐熱鋼材製のバスケット（図示しない）内に収容した被炭化物をバスケットとともに乾留ボックス内に入れ、開閉扉を閉じて炭化炉本体１０並びに乾留ボックス２０の両方を外気遮断する。この時、炭化炉本体１０の直結煙突１２に備えたダンバー装置Ａ１２ａは開放状態に、燃焼炉３０の直結煙突３３に備えたダンバー装置Ｂ３３ａは閉止状態であり、バーナー用送風機、乾留ガス燃焼用送風機３６ａ並びに炉本体冷却用送風機３７はいずれもオフになっている。ついで、燃焼バーナー３２を点火して燃焼炎を噴射させ、炭化炉本体１０内を５００〜６００℃から選択した初期所定温度（例えば５５０℃）にまで昇温させこの温度を維持する。この過程で、被炭化物の乾燥が終了し、ついで、乾留反応が開始する。乾留反応が始まると、乾留ガスの温度が５５０℃よりも高くなるから、センサーＣにて検出できる。
【００３７】
ついで、燃焼炉３０内の設定温度を９００℃以上（例えば１１５０℃）に設定変更し直し（異常高温時の安全対策をし）、炭化炉本体１０すなわち乾留ボックスを昇温する。乾留ガスにエアーをミキシングして燃焼炉３０に導入すると、燃焼炉３０内が高温状態になっているためにこの混合ガスは自燃するので、燃焼ガスが発生する。すなわち、得られた燃焼ガスを、熱源として使用するという過程を繰り返すことになるので、被炭化物を完全炭化できるのである。被炭化物の乾留反応を完了させ、放冷すると、被炭化物の炭化物（炭）が得られる。
【００３８】
このようにして得られた炭化物（炭）は、土壌改良剤や脱臭剤、融雪剤、水質浄化材、調湿材等として使用でき、廉価に提供できる。
【００３９】
【発明の効果】
以上の通り、各請求項記載の発明に係る炭化炉によると、被炭化物の種類、量等に影響されず、無人で迅速且つ安全に自動操炉でき、燃焼エネルギーの削減、設備の大型化、ランニングコストの低減、さらに、環境汚染物質や有害物質等を浄化することができるなど、極めて実効性に優れた作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一炭化炉を概略的に示す縦断面図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った横断面図である。
【図３】図３は、エアー供給パイプに外装されるダンバー装置Ｃを模式的に示す断面図であり、送風量を連続変換できる乾留ガス燃焼用送風機と逆流阻止できる風圧開閉ダンバー部材を有している。
【図４】図４は、燃焼炉の内部に配設したハニカム構造体を概略的に示す要部断面図である。
【図５】図５は、本発明となる他の炭化炉を概略的に示す縦断面図であり、燃焼炉の直結煙突の中間部に炭化炉本体の直結煙突の先端が連結しており、ダンバー装置Ａとダンバー装置Ｂが連動駆動するようになっている。
【図６】図６は、本発明となるまた他の炭化炉を概略的に示す縦断面図であり、燃焼バーナーから炭化炉に至る中間の位置に、燃焼炉の直結煙突が配設されており、ダンバー装置Ａとダンバー装置Ｂが連動駆動するようになっている。
【符号の説明】
１…炭化炉
１０…炭化炉本体
１１…炉体
１２…直結煙突Ａ
１２ａ…ダンバー装置Ａ
１３…底壁
１３ａ…耐火れんが
１３ｂ…耐火断熱材
１４…炭化炉冷却用送風機
２０…乾留ボックス
２１…乾留ガス供給路
３０…燃焼炉
３１…炉体
３１ａ…炉壁
３２…燃焼バーナー
３３…直結煙突
３３ａ…ダンバー装置Ｂ
３３ｃ…ダンバー装置Ｂ
３４…燃焼ガス取込孔
３５…エアー供給パイプ
３５ａ…噴射口
３６…ダンバー装置Ｃ
３６ａ…乾留ガス燃焼用送風機
３６ｂ…風圧開閉ダンバー部材
３７…炭化炉本体冷却用送風機
４１…温度感知センサーＡ
４２…温度感知センサーＢ
４３…温度感知センサーＣ
５０…ハニカム構造体
５１ａ…耐熱性筒体
５１ｂ…ブロック

Claims

内部に炉内温度を検出する温度感知センサーＡを有し、煙道Ａにダンバー装置Ａを備えた直結煙突Ａを有する炭化炉本体と、該炭化炉本体に内蔵装備され、燃焼バーナーを炉壁に有し、煙道Ｂにダンバー装置Ｂを備えた直結煙突Ｂを有し内部温度を検出する温度感知センサーＢを備えた燃焼炉と、前記炭化炉本体内に載置され被炭化物を内部に収容した乾留ボックスと、前記燃焼炉の炉壁両側に設けられ前記炭化炉本体内に連通する複数の燃焼ガス取込孔と、前記乾留ボックスと前記燃焼炉間を連通し、前記燃焼炉に供給される乾留ガス温度を検出する温度感知センサーＣを備えた乾留ガス供給路と、を具備しており、
前記燃焼バーナーを消火して前記乾留ガスを燃焼することで燃焼ガスを発生させ、この燃焼ガスを前記炭化炉本体内にフィードバックさせながら前記被炭化物を乾留する炭化炉であって、
前記温度感知センサーＡ、温度感知センサーＢ、及び温度感知センサーＣで検出した温度情報に基づいて、前記ダンバー装置Ａと前記ダンバー装置Ｂをそれぞれ開閉調整することにより、前記炭化炉本体内を所望する所定の高温雰囲気に維持することを特徴とする炭化炉。
前記炭化炉において、
前記乾留ガス供給路の前記燃焼炉側内部に備えた内径２ｍｍ以上の噴射口を有し、他端にダンバー装置Ｃを装備したエアー供給パイプを具備した炭化炉であって、
前記ダンバー装置Ｃは、送風量を連続変換できる乾留ガス燃焼用送風機と逆流阻止できる風圧開閉ダンバー部材とを備えており、
前記温度感知センサーＡ、温度感知センサーＢ、及び温度感知センサーＣで検出した温度情報に基づいて、前記乾留ガスと気体ミキシングするエアーの量を制御することを特徴とする請求項１記載の炭化炉。
前記乾留ガス供給路の断面積と前記噴射口の断面積との比が５〜２０の範囲であり、このエアー供給パイプ噴射口が、前記燃焼炉の入口よりも手前５０〜５００ｍｍの位置に配置されていることを特徴とする請求項２記載の炭化炉。
前記炭化炉において、
前記センサーＢで感知した温度が所望する所定温度に設定した初期設定高温値に達したとき、前記ダンバー装置Ａを閉塞するとともに前記ダンバー装置Ｂを開放するように動作させ、そして、前記センサーＢの検出温度が前記初期設定低温値に達したとき、前記ダンバー装置Ａを開放するとともに前記ダンバー装置Ｂを閉塞するように動作させる自動制御システムを具備していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の炭化炉。
前記炭化炉において、
前記炭化炉本体に、炭化炉本体冷却用送風機が更に外装されており、
前記自動制御システムは、前記センサーＢで検出した温度情報が前記初期設定高温値を大巾に超えたときに前記炭化炉本体冷却用送風機を駆動させ、前記炭化炉本体に向けた前記燃焼ガス供給を減少するとともに炭化炉本体内の高温ガス排出を促進するようにプログラミングされていることを特徴とする請求項４記載の炭化炉。