JP4689731B2 - 旋回式燃焼炉 - Google Patents

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本発明は、家畜排泄物や産業廃棄物等を効率よく燃焼させることのできる旋回式燃焼炉と燃焼方法に関するものである。

近年の畜産経営の大規模化等により、牛・豚・鶏等の家畜から排泄される家畜排泄物の管理が地域の大きな課題となっている。また、家畜排泄物は従来から農作物や飼料作物を生産する際の貴重な資源としてたい肥づくりに利用されてきたが、その需要量を超えて過剰に発生している地域等においては、たい肥以外の方法、例えば炭化・焼却処理、メタン発酵等によるエネルギーとしての利用の促進が重要視されている。

焼却処理としては、例えば特開2004−53141号公報に、家畜の糞などの廃棄物を燃焼させる廃棄物焼却装置が開示されている。当該装置は、ガス化炉でタイヤ等の第1の廃棄物を燃焼して可燃性ガスを生成し、燃焼炉でガス化炉で生成された可燃性ガスを燃焼せしめ、可燃性ガスが燃焼している燃焼炉に家畜の糞などの第2の廃棄物を投入して燃やすように構成されている。

特開2004−53141号公報

しかしながら、上記装置は、装置全体の規模が大きく、建設費用、運転・維持費用も高くつくため、地域全体から排出される家畜排泄物を収集して焼却するには適しても、個々の畜産農家で使用する場合あるいは小規模の地域で使用する場合には適さないという問題がある。

本発明は、以上の事情に鑑みてなされたもので、簡易堅牢な構造をもち、比較的小規模の設備で実現でき、家畜排泄物を含む固形状の燃料を効率よく安定して燃焼させることのできる旋回式燃焼炉を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る旋回式燃焼炉は、上部に家畜排泄物を含む固形状の燃料の燃料供給口が形成された円筒形の炉本体を備え、炉本体の天板に燃焼ガスの排気口が設けられ、炉本体の天板から前記排気口を囲むとともに内側に燃焼室を形成する内筒が垂下され、内筒と炉本体の周面との間に燃料供給口から供給された燃料が一次空気の旋回流により前記燃焼室の下部入口まで旋回しながら案内される旋回案内路が設けられ、空気ファンにより燃料供給口に燃料とともに一次空気を炉本体の内周面に対し接線方向に送り込む送風管が接続され、前記送風管に燃料投入口が設けられるとともに、送風管の内部に空気ファンにより送られる一次空気を高速化させ燃料を燃料供給口に向けて吸い込むエゼクタが設けられ、炉本体の下部で炉本体の底面と前記燃焼室の下部入口との間に、前記旋回案内路に沿って一次空気の旋回流に伴い下降される燃料が、燃焼室内で発生する燃焼ガスの熱により熱分解されて、熱分解ガスを生成する熱分解空間が形成されるとともに、生成された熱分解ガスを燃焼室内で二次燃焼させる二次空気を取り入れる二次空気取入口が設けられていることを第1の特徴とする。

本発明に係る旋回式燃焼炉によると、燃料投入口から投入された燃料は、上流の空気ファンにより送られエゼクタにより高速化される一次空気によって送風管内を燃料供給口へ吸い込まれ、高速の一次空気と一緒に燃料供給口から炉内へ送られる。炉内に供給された燃料は、内筒の外側の旋回案内路を一次空気の旋回流に伴い旋回しながら下降し、内筒下部の燃焼室入口に向かう。燃料は一次空気の旋回流により乾燥・粉砕される。また、燃焼室内で発生する高温の燃焼ガスの熱により、燃料の乾燥・粉砕が促進される。同時に、燃料供給口から供給された一次空気も昇温される。昇温された一次空気により燃料の熱分解が促進され、生成された高温の熱分解ガスが燃焼室の下部入口から燃焼室内に入り、燃焼室内で二次空気とともに完全燃焼される。そして、燃焼運転中、燃焼室内で発生する高温の燃焼ガスの熱を利用することにより、炉内に供給された燃料を安定的に燃焼させることができる。

本発明に係る旋回式燃焼炉は、炉本体の下部で内筒の下端と炉本体の底面との間に灰溜室を形成する火格子が配置され、火格子と前記燃焼室の下部入口との間に前記熱分解空間が形成され、炉本体の下部で火格子の下方に前記二次空気取入口が設けられていることを第2の特徴とする。

本発明に係る旋回式燃焼炉は、炉本体の下部に形成された燃焼生成物の排出口に対し、炉内の燃焼生成物を炉本体の内周面に対し接線方向に排出する排出管が接続されていることを第3の特徴とする。

以上説明したように、本発明に係る旋回式燃焼炉によると、燃焼室内で発生する高温の燃焼ガスの熱を利用して、燃料供給口から炉内に供給された燃料を容易に熱分解して高温の熱分解ガスを生成し、燃焼室内で完全燃焼させることができ、しかも、安定して燃焼運転を行うことができる。かかる燃焼炉は、簡易堅牢な構造をもち、耐久性に優れ、運転および維持費用が低廉であり、家畜排泄物等の廃棄物を個々の家畜農家あるいは小規模の地域毎に焼却し、あるいはエネルギーとして利用するための小規模設備として最適である。

本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。図1ないし図4は本発明の第1実施形態を示すもので、図中、符号1は本発明に係る旋回式燃焼炉、符号2は炉本体を示している。

炉本体2は、天板3および底板4を有し、天板2および底板3に対し側周板5が全周に亘り固定されており、全体が円筒形に形成されている。側周板5の上部には天板3付近に燃料供給口6が設けられている。燃料供給口6には上流の空気ファン7(図4参照)により一次空気Kを炉内に送り込む送風管8が取り付けられている。この送風管8は、図3に示すように平面視すると、一次空気Kを炉本体2の内周面に沿って接線方向に送り込む向きに取り付けられている。送風管8の内部には図4に示すように空気ファン7により送られる一次空気Kを高速化させるエゼクタ9が配置されている。

上記送風管8には燃料投入口10が設けられ、燃料投入口10から投入された燃料Mは、上流の空気ファン7により送られエゼクタ9により高速化される一次空気Kによって送風管8内を燃料供給口6へ向けて吸い込まれ、高速の一次空気Kと一緒に燃料供給口6から炉内へ送られるようになっている。

炉本体2の天板3の中央には燃焼ガスGを排出させる排気口11が設けられており、排気口11を囲むようにして内部に燃焼室12を形成する円筒形の内筒13が天板3から底板4までの略半分の高さまで垂下されている。この内筒13は炉本体2と同軸上に配置されるとともに、天板3の内面から所定の高さhを有する。内筒13の外周面と炉本体2の内周面の間は所定の間隔dが保持され、燃料供給口6から一次空気Kとともに吸い込まれた燃料Mが一次空気Kの旋回流に伴い前記燃焼室12の下部入口14に至るまで旋回しながら案内される旋回案内路15が形成されている。

炉本体2の下部には、内筒13の下端から下方にドーム状の火格子16が配置され、火格子16と底板4との間に燃焼生成物Nを溜めておく灰溜室17が設けられている。火格子16はパンチングメタルからなり、炉本体2の内周面との間に燃焼生成物Nを下部の灰溜室17へ落下させる隙間18が設けられている。内筒12の下端すなわち燃焼室11の下部入口13と火格子15との間は旋回案内路15に沿って下降される燃料Mが熱分解によりガス化される熱分解空間19とされる。火格子16の近傍には、炉の運転開始時に火格子16上に配置した燃料Mを着火するための着火装置20が設けられている。

炉本体2の下部には、燃焼用の二次空気Kを取り入れる二次空気取入口21が設けられるとともに、灰溜室17内に溜まった燃焼生成物Nを炉外へ抜き出すための開閉弁22付きの灰排出管23が接続されている。この灰排出管23には燃焼生成物Nを分離除去するサイクロン式分離器24が接続され、分離除去された燃焼生成物Nは、収容部25に落下収容されるようになっている。

なお、符号26は、天板3の排気口11に接続され燃焼ガスGを炉外へ導くための排気管であり、排気管26の途中には排気管26内を流れる燃焼ガスGの排熱を回収する熱回収装置27が設けられている。

次に上記構成の旋回式燃焼炉1の作用について説明する。ここでは、燃料Mとして、家畜の糞尿が混合された固形状の家畜排泄物を用いる。

まず、燃焼運転開始にあたり、所定量の燃料Mを火格子16の上に配置する。燃料Mは送風管8の燃料投入口10に投入し、空気ファン7を作動して一次空気Kとともに燃料Mを燃料供給口6から炉内へ高速で送り込む。炉内へ送り込まれた燃料Mは、高速の一次空気Kの旋回流に伴い、炉本体2の内周面と内筒13の外周面との間の旋回案内路15において、乾燥・粉砕されながら旋回下降し、火格子16上に溜められる。

ある程度乾燥・粉砕された所定量の燃料Mが火格子16上に溜まったら、引き続き空気ファン7により所定量の一次空気Kを送りながら火格子16上の燃料Mを着火装置20により着火させる。着火された燃料Mは、熱分解室19内で周囲の熱分解を促進してガス化させるとともに、生成された熱分解ガスGは燃焼室12の下部入口14から燃焼室12内に入り、下部の二次空気取入口21から取り入れられた二次空気Kと一緒に完全燃焼(二次燃焼)して、燃焼ガスGとなって螺旋状に旋回しながら燃焼室12内を上昇し、天板3の排気口11、排気管26を通り、炉外へ排出される。

燃焼運転が初期から安定期に移ると、燃料供給口6から高速の一次空気Kとともに炉内へ送り込まれた燃料Mは、旋回案内路15を一次空気Kの旋回流に伴い旋回しながら、燃焼室12内の高温(約800度〜1000度)の燃焼ガスGの熱により、徐々に乾燥・粉砕が促進される。また、燃料Mと一次空気Kの混合流も昇温される。そして、燃料燃焼室12の下部入口14付近に至ると、乾燥・粉砕・昇温された燃料Mと昇温された一次空気Kの相乗効果により、燃料Mの熱分解が促進され、高温(約600度〜800度)の熱分解ガスGとなる。

高温の熱分解ガスGは、二次空気取入口21から取り入れられた二次空気Kと一緒に燃焼室12内で完全燃焼され、燃焼ガスGとなって螺旋状に旋回しながら燃焼室12内を上昇し、天板3の排出口11を通り、炉外へ排出される。

火格子16上には運転初期の火種として用いた高温の燃料Mの残りが燃え尽きるまで残留しており、旋回案内路15を旋回して下降する燃料Mが、火格子16上の残りの燃料Mからの熱によっても常に加熱され、燃料Mの熱分解と熱分解ガスGの完全燃焼に寄与する。

排気口11から炉外へ排出される燃焼ガスGの熱は、排気管26の途中の熱回収装置27により回収され、回収された熱は、温水・暖房その他の用途に利用される。

熱分解や熱分解ガスの燃焼により生成された燃焼生成物Nは、火格子16の隙間および周囲の隙間18から灰溜室17内に落下して溜められる。灰溜室17内が一杯になったら、開閉弁22を開いて、灰溜室17内の燃焼生成物Nを灰排出管23を通して炉外へ排出する。

かくして、燃料供給口6から高速の一次空気Kとともに炉内へ送り込まれた燃料Mを、燃焼室12内で発生する高温の燃焼ガスGの熱を利用して、容易に熱分解して高温の熱分解ガスGを生成し、燃焼室12内で完全燃焼させることができ、安定した燃焼運転を行うことができる。

なお、運転開始時に火格子16上に溜められた燃料Mは、運転初期に燃え残りがあったとしても、運転の安定期に移ると、燃え残りがなくなるまで完全燃焼される。

図5および図6は、本発明の第2実施形態を示すもので、図中、符号30は本発明に係る旋回式燃焼炉を示している。なお、図2と同一部材には同一符号を付してその説明を省略する。

本実施形態の旋回式燃焼炉30は、図5に示すように、炉本体2の底面4との間に灰溜室17および熱分解空間19を残して、燃焼室12を形成する内筒31が炉本体2の底面4付近まで垂下されている。また、図5および図6に示すように、燃焼生成物Nを排出する排出口32が底面4付近に位置し、同排出口32には炉本体2の内周面に沿って接線方向に灰排出管33が接続されている。この灰排出管33には、図示しないが、図1における開閉弁22、分離器24および収容部25が接続されている。

本実施形態の旋回式燃焼炉30によると、内筒31を炉本体2の底板4近くまで垂下させたので、燃料Mと一次空気Kの混合流を旋回しながら燃焼室12の下部入口14まで案内する旋回案内路15’の距離を長くとることができ、冬場の低温期や雨季など、燃料Mの乾燥・粉砕・昇温および一次空気Kの昇温をより一層効果的なものとし、それらの時期における燃料Mの完全燃焼をより安定させることができる。

本実施形態の旋回式燃焼炉30は、まず、燃焼運転開始にあたり、着脱式の排気管26を外し、排気口11から所定量の燃料Mを燃焼室12内に投入し、底板4の上に配置する。一次空気Kをおよび二次空気Kを送りながら、排気口11から着火剤を投入して、底板4上の燃料Mに着火させ、排気管26を排気口11に接続する。

後は、第1実施形態と同様にして、熱分解室19内で周囲の熱分解を促進してガス化させるとともに、生成された熱分解ガスGは燃焼室12の下部入口14から燃焼室12内に入り、二次空気Kと一緒に完全燃焼して、燃焼ガスGとなって螺旋状に旋回しながら燃焼室12内を上昇し、天板3の排気口11、排気管26を通り、炉外へ排出される。

燃焼後に残る燃焼生成物Nは、灰溜室17内に溜まるが、図示しない開閉弁22を開くと、一次空気Kの旋回流に伴い、図6に示すように、炉本体2の内周面に沿って排出口32から灰排出管33内を接線方向へ排出される。

本実施形態によると、一次空気の旋回流を利用して、灰溜室17内の燃焼生成物Nを炉外へ効率的に排出することができる。

本発明に係る旋回式燃焼炉は、家畜排泄物や食品廃棄物、産業廃棄物等を粉砕・ガス化し、燃焼させる旋回式燃焼炉として様々な分野で利用可能である。

本発明の第1実施形態を示す旋回式燃焼炉の正面図、 図1に示す旋回式燃焼炉の縦断面図、 図1に示す旋回式燃焼炉の水平断面図、 図1に示す旋回式燃焼炉の送風管の縦断面図、 本発明の第2実施形態を示す旋回式燃焼炉の縦断面図、 図5における旋回式燃焼炉のA−A線矢視断面図である。

1,30 旋回式燃焼炉
2 炉本体
3 天板
4 底板
5 側周板
6 燃料供給口
7 空気ファン
8 送風管
9 エゼクタ
10 燃料投入口
11 排出口
12 燃焼室
13,31 内筒
14 下部入口
15 旋回案内路
16 火格子
17 灰溜室
18 隙間
19 熱回収装置
20 着火装置
21 二次空気取入口
22 開閉弁
23,33 灰排出管
24 サイクロン式分離器
25 収容部
26 排気管
27 熱回収装置
32 排出口
d 炉本体の内周面と内筒の外周面との間の間隔
h,h’ 内筒の高さ
0 熱分解ガス
燃焼ガス
一次空気
二次空気
M 燃料
N 燃焼生成物

Claims (3)

  1. 上部に家畜排泄物を含む固形状の燃料の燃料供給口が形成された円筒形の炉本体を備え、炉本体の天板に燃焼ガスの排気口が設けられ、炉本体の天板から前記排気口を囲むとともに内側に燃焼室を形成する内筒が垂下され、内筒と炉本体の周面との間に燃料供給口から供給された燃料が一次空気の旋回流により前記燃焼室の下部入口まで旋回しながら案内される旋回案内路が設けられ、空気ファンにより燃料供給口に燃料とともに一次空気を炉本体の内周面に対し接線方向に送り込む送風管が接続され、前記送風管に燃料投入口が設けられるとともに、送風管の内部に空気ファンにより送られる一次空気を高速化させ燃料を燃料供給口に向けて吸い込むエゼクタが設けられ、炉本体の下部で炉本体の底面と前記燃焼室の下部入口との間に、前記旋回案内路に沿って一次空気の旋回流に伴い下降される燃料が、燃焼室内で発生する燃焼ガスの熱により熱分解されて、熱分解ガスを生成する熱分解空間が形成されるとともに、生成された熱分解ガスを燃焼室内で二次燃焼させる二次空気を取り入れる二次空気取入口が設けられていることを特徴とする旋回式燃焼炉。
  2. 炉本体の下部で内筒の下端と炉本体の底面との間に灰溜室を形成する火格子が配置され、火格子と前記燃焼室の下部入口との間に前記熱分解空間が形成され、炉本体の下部で火格子の下方に前記二次空気取入口が設けられていることを特徴とする請求項1記載の旋回式燃焼炉。
  3. 炉本体の下部に形成された燃焼生成物の排出口に対し、炉内の燃焼生成物を炉本体の内周面に対し接線方向に排出する排出管が接続されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の旋回式燃焼炉。
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