JP6170579B1 - バイオマス発電システムおよび熱分解炉のリターンシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 バイオマスの燃焼効率を改善し且つ安定して熱分解を可能とし、また、燃焼ガスの流出等を防ぎ、下流側の装置へ供給する水性ガスとして組成比率の変動のない、安全且つ効率の良いバイオマス発電システムを提供すること。【解決手段】 バイオマスを炭化する炭化炉と、前記炭化炉で得られた炭化物および燃焼排ガスにより熱分解ガスを発生させる熱分解炉と、前記熱分解ガスを洗浄し得られた水性ガスを用いて電力を得る発電装置とを備え、前記炭化炉に供給する空気の供給量を制御する空気供給制御部を設け、前記空気の供給量により温度制御された燃焼ガスを熱分解炉に供給することを特徴とするバイオマス発電システム。【選択図】図２

Description

本発明は、バイオマス発電システムおよび熱分解炉のリターンシステムに関し、特に、バイオマス（廃木材等有機廃棄物）を熱分解・ガス化し、得られた水性ガスを用いてガスエンジン等で効率よく発電するバイオマス発電システムに関し、また、熱分解炉におけるリターンシステムに関する。

近年、バイオマス特にリグニンを多く含む木質系材料の熱分解ガス化は新規なエネルギー資源の供給源として大きな可能性を有しており有効利用する試みが行われている。木質系材料を熱分解ガス化するには、原料となる木質バイオマスを炭化炉温度１０００〜１２００℃で、炭化物を回収し、次に前記炭化物を熱分解炉にて高温加熱して高温水蒸気と水性反応させ水性ガスを生成する。

化石燃料に代わる代替えエネルギー資源としてバイオマスや廃棄物から熱化学的手法によってエネルギーを回収する方法が注目されボイラー設備を用いたスチームタービン発電の他に生成ガスを燃料ガスとして発電効率の高いガスエンジンで発電し３５％を超える発電効率が得られている。また、ガス化で得られる合成ガスはメタノールや合成軽油、混合アルコールといった液体燃料の原料ともなることから石油代替燃化技術の一つとしてガス化技術が注目されている。

バイオマス発電においては、ガスエンジン、ガスタービンエンジン、スチームタービンエンジン等が用いられる。中でもガスエンジンはエンジンの構造がガソリンエンジンと同様であり、他のエンジンに比較してコンパクト（５０〜４０００ｋＷ程度）で発電効率が高くバイオマス発電に適する。しかし、熱分解ガス（水性ガス）はガス中の可燃ガス（ＣＯ、Ｈ_２）の含有割合によって発熱量が決まる。即ち、水性ガス中の水素（Ｈ_２）、一酸化炭素（ＣＯ）及び二酸化炭素（ＣＯ_２）の組成比にブレがあると発熱量が変化し、発電機を回転するエンジンの回転数に影響するために安定した電力が得られないばかりでなくオーバーヒート等で故障の原因ともなり問題であった。また、従来のボイラーで発生した水蒸気を直接熱分解ガス化装置に供給することも考えられるが、熱量過不足によりガス化領域の温度分布にブレが生じ或いはメタンガス等余分なガスが発生する可能性が生じる問題がある。

そこで、本出願人は、ボイラーで発生した水蒸気を加熱して高温の過熱蒸気を熱分解ガス化装置のガス化領域に供給することによってガス化領域の温度を低下させることなく且つ炭化炉の高温排ガスの輻射熱との相乗効果によって領域内の温度分布をより安定化させ、水性ガスの組成比を更に均一化すると共に水性ガス成分中のメタンガス等の発生を防止できるバイオマス発電システムを先に提案し特許文献１として出願している。

特開２０１５−１６５０１９号公報

先に発明し提案したバイオマス発電システムに使用して好適な炭化炉として、略円形の本体と本体に収容された円筒体との間に形成された領域の上方に炭化物を多く含む固形分を炭化させる炭化部を形成し、下方に炭化物を消火する不燃部を形成したものであるが、この上方の燃焼部に供給される空気量が変動したり、可燃性ガスを燃焼させるのに適切な空気量とならない場合、可燃性ガスの燃焼効率の悪化をまねく。

また、熱分解ガス化炉（熱分解炉）として、外筒と内筒とを備え、内筒の内周側に炭化物とガス化剤とを供給し、外筒と内筒との間の空隙に炭化炉で生成された燃焼ガスを供給するようにしたものであるが、内筒の熱膨張によって鉛直方向に沿った長さの変動がある。この内筒と外筒との間の熱膨張に差があると、内筒と外筒と上面の接触する部分から燃焼ガスが外部へ流出してしまう可能性もある。

燃焼効率の低下や、燃焼ガスの流出等により、下流側の装置へ供給する水性ガスとして組成比率の変動にもなりかねず、各機器の不具合やシステムバランスが崩れ、発電システム全体として効率も低下してしまう。

本発明はかかる問題点を解消し安全且つ効率の良いバイオマス発電システムを提供すること、さらには、バイオマス発電等に使用する水性ガスを生成するための熱分解炉におけるリターンシステムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、バイオマスを炭化させる炭化炉と、前記炭化炉で得られた炭化物および燃焼ガスにより熱分解ガスを発生させる熱分解炉と、前記熱分解ガスを洗浄し得られた水性ガスを用いて電力を得る発電装置とを備え、前記炭化炉に供給する空気の供給量を制御する空気供給制御部を設け、前記空気の供給量により温度制御された燃焼ガスを熱分解炉に供給することを特徴とするバイオマス発電システムを提供するものである。

本発明によれば、適切な空気量を制御でき燃焼効率を高く安定して維持でき、下流側の装置への安定化に寄与できる。

また、本発明は、バイオマスを炭化させる炭化炉と、前記炭化炉で得られた炭化物および燃焼ガスにより熱分解ガスを発生させる熱分解炉と、前記熱分解ガスを洗浄し得られた水性ガスを用いて電力を得る発電装置とを備え、前記熱分解炉は、筒状の本体部と、前記本体部の内部に前記本体部の上端よりも突出した反応管を備え、前記本体部の内壁と前記反応管の外周面間を加熱用流路とし、反応管内部を炭化物とガス化剤の反応部とし、得られた分解ガスを用いて前記水性ガスを発電装置に供給することを特徴とするバイオマス発電システムを提供するものである。

本発明によれば、熱分解炉からの水性ガス（反応ガス）が外部へ流出することもなく、システムとして安定化できる。

また、本発明は、バイオマスを炭化させる炭化炉と、前記炭化炉で得られた炭化物および燃焼ガスにより熱分解ガスを発生させる熱分解炉と、前記熱分解ガスを洗浄し得られた水性ガスを用いて電力を得る発電装置とを備え、前記炭化炉に供給する空気の供給量を制御する空気供給制御部を設け、前記熱分解炉は、筒状の本体部と、前記本体部の内部に前記本体部の上端よりも突出した反応管を備え、前記炭化炉において、前記空気の供給量により温度制御された燃焼ガスを熱分解炉に供給し、前記熱分解炉において、前記本体部の内壁と前記反応管の外周面間を加熱用流路とし、前記炭化炉からの燃焼排ガスを入力するとともに、前記炭化炉からの炭化物を反応管内部に入力しガス化剤との反応により、得られた分解ガスを用いて前記水性ガスを発電装置に供給することを特徴とするバイオマス発電システムを提供するものである。

本発明によれば、バイオマスを原料として、水性ガスを安定して供給できる。

また、本発明は、熱分解炉は、筒状の本体部と、前記本体部の内部に前記本体部の上端よりも突出した反応管を備え、前記本体部の内壁と前記反応管の外周面間を加熱用流路とし、反応管内部を炭化物とガス化剤の反応部とし、得られた分解ガスを用いて水性ガスを得るシステムであって、前記熱分解炉にて炭化物とガス化剤との反応後の未反応物を回収する回収手段と、前記回収手段から未反応物を前記熱分解炉の反応管上部へ搬送する搬送手段を備え、前記未反応物を前記熱分解炉へ再度投入可能とすることを特徴とする熱分解炉のリターンシステムを提供するものである。

本発明によれば、炭化物の反応効率を高め、精製される水性ガス量も多くでき、発電システムとして、安定に運用できることになる。また、本発明の熱分解炉をバイオマス発電システムに適用することでさらなる発電効率を図ることができる。

本発明によれば、バイオマスの燃焼効率を改善し且つ安定して熱分解を可能とし、また、水性ガスの流出等を防ぎ、下流側の装置へ供給する水性ガスとして組成比率の変動のない、安全且つ効率の良いバイオマス発電システムを提供することができる。

また、本発明によれば、炭化物の反応効率を高め、精製される水性ガス量も多くできる、熱分解炉のリターンシステムを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るバイオマス発電システムのブロック図である。 本発明の一実施形態に係るバイオマス発電システムの概略構成図である。 図２に示す本発明の一実施形態に係る炭化炉の縦断面図である。 図３に示す本発明の一実施形態に係る炭化炉のクリンカクラッシャを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ矢視端面図である。 図３に示す本発明の一実施形態に係る炭化炉の端面図であり、（ａ）はＡ−Ａ矢視端面図、（ｂ）はＢ−Ｂ矢視端面図である。 図３に示す本発明の一実施形態に係る炭化炉の１次空気供給部の第１変形例を示す縦断面図である。 図３に示す本発明の一実施形態に係る炭化炉の１次空気供給部の第２変形例を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る炭化炉の制御部による２次燃焼ファンの送風量の制御方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る炭化炉の制御部によるターンテーブルの回転速度の制御方法を示すフローチャートである。 図２に示す本発明の一実施形態に係る熱分解炉の縦断面図である。 図１０に示す本発明の一実施形態に係る熱分解炉の反応管の断面図であり、（ａ）はＤ−Ｄ矢視断面図、（ｂ）はＥ‐Ｅ矢視端面図である。 図１０に示す本発明の一実施形態に係る熱分解炉の要部拡大図である。 図１に示す本発明の一実施形態に係る熱分解炉、減温器、サイクロン、蒸気発生器、および蒸気過熱器を示す構成図である。 本発明の他の実施形態に係る熱分解炉のリターンシステムの構成図である。 図１に示す本発明の一実施形態に係る乾燥機を示す構成図である。 本発明の他の実施形態に係るバイオマス発電システムのブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

本発明の一実施形態に係るバイオマス発電システムは、炭素を含む廃棄物であるバイオマス（有機廃棄物）を原料とし炭化させて炭化物を生成した後に、過熱された水蒸気（以下、「蒸気」ともいう。）をガス化剤として用いて炭化物を熱分解反応させることにより水性ガス（水素ガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガスを主成分とする混合ガス）を生成し、この水性ガスをガスエンジンやガスタービンエンジンに供給動作させ電力を得るようにしたシステムである。

バイオマス（有機廃棄物）とは、例えば、食品廃棄物、建設廃材、シュレッダーダスト、畜産廃棄物、間伐材や剪定枝等の樹木製の廃材、汚泥、家庭から排出される一般廃棄物である。水性ガスを生成する原料として以上に例示されるような種々の有機廃棄物を用いることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るバイオマス発電システムのブロック図を示し、図２は、本発明の一実施形態に係るバイオマス発電システムの概略構成図を示している。なお、図１のブロック図に対し、図２の概略構成図は、一部記載を省略した部分や、詳細化した部分もある。

図１及び図２に示すように、本発明の一実施形態に係るバイオマス発電システムＡは、原料であるバイオマス（有機廃棄物）を原料破砕機等によりチップ状に破砕し乾燥機へ投入する有機廃棄物を貯留するホッパ１１と、その破砕した有機廃棄物を乾燥させる乾燥機１０と、乾燥された有機廃棄物から炭化物を生成する炭化炉２０と、炭化炉２０で生成された炭化物とガス化剤とを熱分解反応させる熱分解炉３０と、熱分解炉３０で生成された水性ガスを冷却する減温器４０と、炭化炉２０から排出された未燃の炭化物を回収するチャー回収装置４１と、減温器４０から供給される水性ガスから残渣を除去するサイクロン５０と、サイクロン５０で除去された残渣を回収する残渣回収装置５１と、サイクロン５０で残渣が除去された水性ガスを冷却する水性ガス冷却装置６０と、余剰の水性ガス等を焼却処理するフレアースタック７１と、水性ガスを燃料としてガスエンジンやガスタービンエンジン等に供給作動させて電力を得る発電装置７２等を備える。また、水性ガスから水素ガスを精製する水素精製装置７３を備えてもよい。

また、水から飽和蒸気を生成する蒸気発生器８０と、蒸気発生器８０が生成した蒸気を過熱する蒸気過熱器８１と蒸気発生装置へ水を供給する水供給装置８２と、バイオマス発電システムＡの全体を制御する制御装置９０等を備える。

以下、バイオマス発電システムＡが備える各部について説明する。

乾燥機１０は、有機廃棄物を燃焼ガスにより乾燥させるとともに乾燥された有機廃棄物を炭化炉へ供給する装置である。乾燥機１０には、有機廃棄物を貯蔵するホッパ１１から原料供給路１１ａを介して有機廃棄物が供給される。また、乾燥機１０には、有機廃棄物を乾燥させる熱源として、蒸気発生器８０から排出された燃焼ガスが燃焼ガス流路２００ｄを介して供給される。

ホッパ１１から乾燥機１０に供給される有機廃棄物は、例えば、５ｍｍ以上かつ６０ｍｍ以下の長さの木製チップである。また、有機廃棄物は、例えば、５５％程度の重量比で水分を含有する木質チップを加熱して乾燥させることにより、有機廃棄物が含有する水分を１５％程度の重量比まで低下させるものである。

乾燥機１０は、燃焼ガスの熱により乾燥させた有機廃棄物を、原料供給路１０ａを介して定量供給器１２へ供給する。また、乾燥機１０は、有機廃棄物を乾燥させる熱源として用いた燃焼ガスを、燃焼ガス流路２００ｅを介して排ガス冷却洗浄装置１３へ供給する。乾燥機１０が排ガス冷却洗浄装置１３へ供給する燃焼ガスの温度は、１５０℃以上かつ２１０℃以下となるように調整されている。

排ガス冷却洗浄装置１３は、例えば、スクラバとされており、大気中に排出する燃焼ガスの温度が１２０℃以上かつ１８０℃以下となるように調整されている。図２の概略構成図において、この排ガス冷却洗浄装置１３の一例として、熱交換機１３ａ、排ガス設備（バグ集塵機）１３ｂ、廃棄塔１３ｃ等からなるものを示している。炭化炉２０は、乾燥した有機廃棄物を部分燃焼させることにより炭化物と燃焼ガスとを生成する装置である。炭化炉２０には、有機廃棄物を単位時間当たりの供給量を計測しながら炭化炉２０へ供給する定量供給器１２から、原料供給路１２ａを介して乾燥した有機廃棄物が供給される。

炭化炉２０は、有機廃棄物の燃焼によって生成された炭化物を、炭化物供給路１０１を介して熱分解炉３０へ供給する。炭化物供給路１０１には、クリンカ除去装置（後述の１０１ｂ）、磁選機（後述の１０１ｄ）等が設けられている。

また、炭化炉２０は、有機廃棄物の燃焼によって生成された燃焼ガスを、燃焼ガス流路２００ａを介して熱分解炉３０へ供給する。

熱分解炉３０は、炭化炉２０が生成した炭化物を過熱蒸気とともに燃焼ガスにより過熱して熱分解反応させることにより水性ガスを生成する装置である。熱分解炉３０には、炭化物供給路１０１を介して炭化炉２０が生成した炭化物が供給される。また、熱分解炉３０には、蒸気過熱器８１で加熱した過熱蒸気がガス化剤として供給される。また、熱分解炉３０には、熱分解反応を促進させる熱源として燃焼ガス流路２００ａから燃焼ガスが供給される。

熱分解炉３０は、炭化物と過熱蒸気とを熱分解反応をさせて、水素ガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガスを主成分とする水性ガスを生成する。炭化物と過熱蒸気との熱分解反応は、主に以下の式（１）、（２）に示す反応である。
Ｃ＋Ｈ_２Ｏ → ＣＯ＋Ｈ_２ （１）
ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ → ＣＯ_２＋Ｈ_２ （２）

式（１）に示す水性ガス反応は吸熱反応であり、式（２）に示す水性ガスシフト反応は発熱反応である。式（２）に示す発熱反応の発熱量よりも式（１）に示す吸熱反応の吸熱量の方が大きい。そのため、炭化物と過熱蒸気との熱分解反応は、全体として吸熱反応となる。

熱分解炉３０に供給される炭化物の温度は、常温（例えば、２５℃）以上かつ３５０℃以下となるように調整されている。また、熱分解炉３０に供給される過熱蒸気の温度は、７３０℃以上かつ８３０℃以下となるように調整されている。また、熱分解炉３０に供給される燃焼ガスの温度は、９００℃以上かつ１３００℃以下となるように調整されている。また、熱分解炉３０が生成する水性ガスの温度は、６５０℃以上かつ８５０℃以下となるように調整されている。

熱分解炉３０は、熱分解反応により生成された水性ガスと炭化物の未反応分および残渣を、水性ガス供給路１０２を介して減温器４０へ供給する。また、熱分解炉３０は、熱分解反応の熱源として用いられた燃焼ガスを、燃焼ガス流路２００ｂを介して蒸気過熱器８１へ供給する。蒸気過熱器８１に供給される燃焼ガスの温度は、８２０℃以上かつ９２０℃以下となるように調整されている。

減温器４０は、液体である水を噴霧することにより水性ガス供給路１０２から供給される水性ガスの温度を低下させる装置である。減温器４０には、水供給装置８２から水供給ポンプ（図示略）により水が供給される。減温器４０は、減温させた水性ガスを、水性ガス供給路１０３を介してサイクロン５０へ供給する。また、減温器４０は、水性ガス供給路１０２から供給される炭化物の未反応分および残渣をチャー回収装置４１へ供給する。

減温器４０は、７５０℃以上かつ９００℃以下となるように熱分解炉３０で調整された水性ガスを、２２０℃以上かつ２８０℃以下となるように水の噴霧量を調整する。

チャー回収装置４１は、炭化物の未反応分を回収して再び熱分解炉３０へ供給する装置である。

チャー回収装置４１を設けることにより、炭化物の未反応分が水性ガスの生成に用いられず破棄されることが回避される。そのため、チャー回収装置４１を設けることにより、炭化物からの水性ガスの収率が向上する。

さらなる発明として、このチャー回収装置４１を用い、発電システムや、水素供給システムに好適な、水性ガスの水性反応を高効率に改善した熱分解炉３０のリターンシステムを提供することができる。このリターンシステムの詳細については後述する。

サイクロン５０は、水性ガス供給路１０３を介して供給される水性ガスに含まれる残渣を除去する装置である。サイクロン５０は、水性ガス供給路１０３を介して供給される水性ガスを内部で旋回させることにより水性ガスに含まれる残渣を遠心分離して下方へ導いて残渣回収装置５１へ供給する。また、サイクロン５０は、残渣が除去された水性ガスを上方へ導いて水性ガス供給路１０４を介して水性ガス冷却装置６０へ供給する。

水性ガス冷却装置６０は、液体である水を噴霧することにより水性ガス供給路１０４から供給される水性ガスの温度を低下させる装置である。水性ガス冷却装置６０は、水性ガス中に噴霧した冷却水を回収して循環ポンプ（図示略）により再び水性ガス中に噴霧させるように冷却水を循環させる。

水性ガス冷却装置６０は、冷却した水性ガスを水性ガスホルダ７０へ供給する。水性ガス冷却装置６０は水性ガスホルダ７０へ供給する水性ガスの温度を検出する温度センサ（図示略）を備えており、検出する温度が目標温度と一致するように循環ポンプ（図示略）により循環させる冷却水の水量を制御する。水性ガス冷却装置６０は、２２０℃以上かつ２８０℃以下となるように減温器４０で調整された水性ガスを、３０℃以上かつ５０℃以下となるように水の噴霧量を調整する。

水性ガスホルダ７０は、水性ガス冷却装置６０から供給される水性ガスを貯蔵する装置である。水性ガスホルダ７０は、貯蔵した水性ガスをフレアースタック７１、発電設備７２、水素精製装置７３のそれぞれに個別に供給することが可能となっている。なお、水素精製装置７３は、発電設備としては直接係わるものではなく適宜設けられていてよい。

フレアースタック７１は水性ガスホルダ７０の貯蔵量が過剰となった場合等、水性ガスに余剰が生じた場合に焼却処理するための装置である。フレアースタック７１は、液化天然ガス等の燃料によって常時燃焼が行われるようになっている。そのため、フレアースタック７１に水性ガスが供給されると、水性ガスが焼却処理される。

発電設備７２は、水性ガスを燃料として動作することにより発電機を駆動させて発電出力を得る設備である。発電設備７２が発電機を駆動させる動力源としては、例えば、水性ガスを燃焼させることにより動作するガスエンジンが用いられる。また、図２に示すように、回収した水性ガスを蓄える補助燃料タンク７２ａを備えてよい。

水素精製装置７３は、水性ガスに含まれる一酸化炭素ガス、二酸化炭索ガス等の成分を除去することで純度が高い水素ガス（例えば、純度９９．９９５％以上の水素ガス）を精製する装置である。水素精製装置７３は、水性ガスを圧縮機（図示略）にて所定の圧力まで加圧して吸着剤（一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス等の成分の除去に適したもの）を充填した吸着塔（図示略）に供給する。水素精製装置７３は、この吸着塔を、当該吸着塔に備え付けられた外気との導通を制御するバルブ（図示略）を開け閉めして大気圧まで減圧することで、吸着剤から一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス等の成分を除去し、純度が高い水素ガスを精製する。

蒸気発生器８０は、燃焼ガスで加熱することにより水を気化させて飽和水蒸気を生成する装置である。蒸気発生器８０には、水供給装置８２から水供給ポンプ（図示略）を介して水が供給される。また、蒸気発生器８０には、蒸気過熱器８１から排出される燃焼ガスが燃焼ガス流路２００ｃを介して供給される。蒸気発生器８０に供給される燃焼ガスの温度は、７５０℃以上かつ８５０℃以下となるように調整されている。

蒸気発生器８０が生成した飽和水蒸気は蒸気過熱器８１へ供給される。また、蒸気発生器８０で水を気化させる熱源として用いられた燃焼ガスは、燃焼ガス流路２００ｄを介して乾燥機１０へ供給される。乾燥機１０へ供給される燃焼ガスの温度は、５４０℃以上かつ６４０℃以下となるように調整されている。

蒸気過熱器８１は、燃焼ガスで飽和水蒸気を加熱することにより飽和水蒸気から過熱蒸気を生成する装置である。蒸気過熱器８１には、蒸気発生器８０が生成した飽和水蒸気が供給される。また、蒸気過熱器８１には、熱分解炉３０から排出される燃焼ガスが燃焼ガス流路２００ｂを介して供給される。蒸気過熱器８１に供給される燃焼ガスの温度は、８２０℃以上かっ９２０℃以下となるように調整されている。

蒸気過熱器８１が生成した過熱蒸気は、熱分解炉３０へガス化剤として供給される。また、蒸気過熱器８１で過熱蒸気を生成する熱源として用いられた燃発ガスは、燃焼ガス流路２００ｃを介して蒸気発生器８０へ供給される。

制御装置９０は、バイオマス発電システムＡを制御する装置である。制御装置９０はバイオマス発電システムＡを構成する各部が備える制御部（図示略）と通信可能となっている。制御装置９０は、バイオマス発電システムＡを構成する各部が備える制御部に制御指令を伝達することにより、各部を制御することができるようになっている。また制御装置９０は、バイオマス発電システムＡを構成する各部から温度、圧力等の各部の状態を示す信号を受信可能となっている。

制御装置９０は、記憶部（図示略）に記憶された制御プログラムを読み出して実行することにより、バイオマス発電システムＡを構成する各部に所望の動作を実行させることができる。

図１に示すバイオマス発電システムＡにおいて、炭化炉２０で生成された燃焼ガスは燃焼ガス流路２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄ、２００ｅからなる燃焼ガス流路によって以下のように流通する。

第１に、炭化炉２０が生成した燃焼ガスは、燃焼ガス流路２００ａによって熱分解炉３０へ供給される。

第２に、熱分解炉３０から排出された燃焼ガスは、燃焼ガス流路２００ｂによって蒸気過熱器８１へ供給される。

第３に、蒸気過熱器８１から排出された燃焼ガスは、燃焼ガス流路２００ｃによって蒸気発生器８０へ供給される。

第４に、蒸気発生器８０から排出された燃焼ガスは、燃焼ガス流路２００ｄによって乾操機１０へ供給される。

第５に、乾燥機１０から排出された燃焼ガスは、燃焼ガス流路２００ｅによって排ガス冷却洗浄装置１３へ供給される。

第６に、排ガス冷却洗浄装置１３が無害化した燃発ガスは、排ガス冷却洗浄装置１３によって大気中に排出される。

この排ガス冷却洗浄装置１３は、図２に示すように、例えば、熱交換機１３ａ、バグ集塵機１３ｂ、排気塔１３ｃ等からなる。

ここで、炭化炉２０が生成した燃焼ガスを他の熱媒体との熱交換をさせないで熱分解炉３０へ供給しているのは、高温な状態が維持された燃焼ガスを用いて熱分解炉３０における熱分解反応を促進して炭化物からの水性ガスの収率を向上させるためである。炭化炉２０が生成した燃焼ガスを他の熱媒体との熱交換をさせた後に熱分解炉３０へ供給する場合に比べ、熱分解炉３０の内部を高温に維持することができるため、熱分解反応が促進されて炭化物からの水性ガスの収率が向上する。

次に、図３から図５を用いて、本実施形態の炭化炉２０について説明する。

図３は、図２に示す本発明の一実施形態に係る炭化炉の縦断面図であり、図４は、図３に示す本発明の一実施形態に係る炭化炉のクリンカクラッシャを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ矢視端面図である。また、図５は、図３に示す本発明の一実施形態に係る炭化炉の端面図であり、（ａ）はＡ−Ａ矢視端面図、（ｂ）はＢ−Ｂ矢視端面図である。

図３において、軸線Ｘは、炭化炉２０が設置される設置面（図示略）に対して直交する鉛直方向（重力方向）を示している。

図３に示すように、炭化炉２０は、本体部２１と、円筒部２２（筒部）と有機廃棄物投入部２３（投入部）と、炭化物排出部２４と、１次空気供給部２５と、２次空気供給部２６と、燃焼ガス排出部２７と、温度センサ２８ａ（温度検出部）と、温度センサ２８ｂ（温度検出部）と、温度センサ２８ｃ（温度検出部）と、レベルセンサ２８ｄ（堆積量検出部）と、着火バーナ２０ｃと、炭化炉制御部２９（制御部）とを備える。

本体部２１は、軸線Ｘに沿って延びる略円筒状に形成されるとともに炭化炉２０の外装となる部材である。本体部２１は、その内部に有機廃棄物を部分燃焼させる１次燃焼領域Ｒ２と、有機廃棄物から生成された燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを燃焼させる２次燃焼領域Ｒ４とを形成している。

本体部２１は、炭化炉２０の外装を形成する金属製（例えば鉄製）のハウジング２１ａと、ハウジング２１ａの内周面に貼り付けられる断熱材２１ｂと、断熱材２１ｂの内周面に貼り付けられる耐火材２１ｃとを有する。

円筒部２２は、軸線Ｘに沿って延びる略円筒状に形成される部材である。円筒部２２は本体部２１の内周面２１ｄとの間に有機廃棄物を燃焼させて炭化物を生成するための間隙２０ａを形成する外周面２２ａを有する。円筒部２２は、有機廃棄物の燃焼によって高温となるため、耐熱性の材料（例えば、ステンレス等の金属材料）によって形成するのが好ましい。

図３に示すように、円筒部２２の内部は中空の閉空間となっておりこの閉空間は他の空間と連通しない状態となっている。そのため、円筒部２２は一定の熱量を蓄熱可能であり外部の温度変化による影響を受けにくくなっている。

円筒部２２は、後述するターンテーブル２４ａに取り付けられておりターンテーブル２４ａが軸線Ｘ回りに回転するのに応じて軸線Ｘ回りに回転するようになっている。円筒部２２が軸線Ｘ回りに回転することにより、間隙２０ａとその上部に存在する有機廃棄物は間隙２０ａに沿って上方から下方へ導かれる。

間隙２０ａに供給された有機廃棄物は、１次燃焼領域Ｒ２において１次空気供給部２５から供給される１次燃焼用空気によって部分燃焼し、炭化物を多く含む固形分と可燃性ガスを含む燃焼ガスとが生成される。炭化物を多く含む固形分は間隙２０ａに沿って下方の炭化物精錬・冷却領域Ｒ１へ導かれ、可燃性ガスを含む燃焼ガスは２次燃焼領域Ｒ４へ導かれる。

炭化物精錬・冷却領域Ｒ１は、上方が有機廃棄物で閉塞されているとともに１次空気供給部２５からの１次燃焼用空気が供給されない領域となっている。そのため、炭化物は、炭化物精錬・冷却領域Ｒ１において冷却されながら精錬される。

有機廃棄物投入部２３は、本体部２１に設けられるとともに定量供給器１２から原料供給路１２ａを介して供給される有機廃棄物（図示略）を本体部２１の内部へ投入する開口部である。有機廃棄物投入部２３の下方には軸線Ｘに近付くにつれて上方から下方へ傾斜する傾斜面２３ａが形成されている。有機廃棄物投入部２３から供給された有機廃棄物は、傾斜面２３ａに沿って円筒部２２の上面２２ｂおよび間隙２０ａに導かれる。

図３に示すように有機廃棄物投入部２３が配置される領域が原料投入領域Ｒ３である。原料投入領域Ｒ３において、軸線Ｘに対して有機廃棄物投入部２３と反対側には点検窓２０ｂが設けられている。点検窓２０ｂは、炭化炉２０の内部を視認可能にするものである。

炭化物排出部２４は、間隙２０ａにおいて有機廃棄物が部分燃焼することにより生成される炭化物を炭化物供給路１０１へ排出する機構である。炭化物排出部２４から炭化物供給路１０１へ排出された炭化物は、熱分解炉３０へ供給される。

図３に示すように、炭化物排出部２４は、ターンテーブル２４ａ（回転体）と、駆動部２４ｂと、炭化物排出口２４ｃとを有する。

ターンテーブル２４ａは、間隙２０ａの軸線Ｘ方向の下端と対向する位置に設けられる部材であり、軸線Ｘ回りの周方向に延びる円環状の回転体である。ターンテーブル２４ａは、駆動部２４ｂから伝達される駆動力によって軸線Ｘ回りに回転する。

間隙２０ａの下端と対向するターンテーブル２４ａの面は軸線Ｘから違さかるに従って下方へ傾斜する傾斜面となっている。そのため、間隙２０ａの下端とターンテーブル２４ａの傾斜面との間には隙間が形成されている。

間隙２０ａの下端に存在する炭化物（図示略）は、ターンテーブル２４ａが軸線Ｘ回りに回転するのに応じてターンテーブル２４ａの傾斜面に沿って下方へ移動して炭化物排出口２４ｃへと導かれる。そのため、ターンテーブル２４ａの回転速度が増加するのに応じて、間隙２０ａの下端から炭化物排出口２４ｃへ導かれる炭化物の量が増加する。同様にターンテーブル２４ａの回転速度が減少するのに応じて、間隙２０ａの下端から炭化物排出口２４ｃへ導かれる炭化物の量が減少する。

駆動部２４ｂは、ターンテーブル２４ｃに駆動力を伝達し、ターンテーブル２４ｂを軸線Ｘ回りに回転させる装置である。駆動部２４ｂは、駆動モータ２４ｅと、減速機２４ｆと、駆動べルト２４ｇと、駆動軸２４ｈとを有する。

駆動モータ２４ｅは、炭化炉制御部２９から伝達される制御信号によって回転数が制御されるインバータモータである。駆動モータ２４ｅの回転動力は、駆動べルト２４ｇによって減速機２４ｆに伝達される。

減速機２４ｆは駆動べルト２４ｇによって駆動モータ２４ｅから伝達される回転動力の回転速度を減速させつつトルクを増加させる装置である。減速機２４ｆは、トルクを増加させた回転動力を軸線Ｘ回りに延びる駆動軸２４ｈに伝達する。

ターンテーブル２４ａは駆動軸２４ｈに連結されている。そのため、駆動軸２４ｈが軸線Ｘ回りに回転するのに伴って、ターンテーブル２４ａが軸線Ｘ回りに回転する。

炭化物排出口２４ｃは、炭化物を炭化物供給路１０１へ排出する開口部である。炭化物排出口２４ｃから炭化物供給路１０１へ排出された炭化物は、炭化物供給路１０１を介して熱分解炉３０へ供給される。

クリンカクラッシャ２４ｄは、間隙２０ａの下端とターンテーブル２４ａの傾斜面との間に形成される隙間よりも大きな塊であるクリンカを破砕するための部材である。ここでクリンカとは、１次燃焼領域Ｒ２での有機廃棄物の燃焼により生成された燃焼灰が溶融して塊となったものである。

図４の（ａ）に示すように、クリンカクラッシャ２４ｄは、軸線Ｘ回りに配置される略円環状の部材となっており、周方向の複数の位置に径方向の内側に突出する爪２４ｉが設けられている。

図４の（ａ）のＣ−Ｃ矢視端面図である（ｂ）に示すように、爪２４ｉはターンテーブル２４ａの傾斜面に沿うように上方に向けて折れ曲がった形状となっている。

図３に示すようにクリンカクラッシャ２４ｄは、締結ボルトによって本体部２１に取り付けられている。クリンカクラッシャ２４ｄは、ターンテーブル２４ａが軸線Ｘ回りに回転しても本体部２１に対して固定されたままとなる。そのため、ターンテーブル２４ａの回転に伴ってクリンカが移動すると、クリンカがクリンカクラッシャの爪２４ｉに衝突して破砕される。

次に、１次空気供給部２５について説明する。

１次空気供給部２５は、間隙２０ａに堆積する有機廃棄物に向けて有機廃棄物を部分燃焼させる１次燃焼用空気を供給する装置である。１次空気供給部２５は、１次燃焼ファン２５ａ（送風部）と、カバー部２５ｂと、空気供給口２５ｃとを有する。

１次燃焼ファン２５ａは、外部から導入した空気（大気）を送風する装置であり、インバータモータ（図示略）とインバータモータにより駆動されるファン（図示略）を有している。１次燃焼ファン２５ａは、インバータモータの回転数を制御することにより送風する風量を調整することができる。

カバー部２５ｂは、１次燃焼ファン２５ａから送風される空気が導入されるとともに空気供給口２５ｃへ空気を供給する閉空間２５ｄを形成する部材である。

図５の（ａ）は図３に示す炭化炉２０のＡ−Ａ矢視端面図を示し、図示するように、カバー部２５ｂは、本体部２１の外周面２１ｅとの間に軸線Ｘ回りに延びる閉空間２５ｄを形成する。

空気供給口２５ｃは、１次燃焼ファン２５ａから閉空間２５ｄに送風された空気を閉空間２５ｄから本体部２１の内部の１次燃焼領域Ｒ２へ供給する流路である。

図３に示すように、空気供給口２５ｃは、有機廃棄物を１次燃焼用空気により部分燃焼させる１次燃焼領域Ｒ２において、軸線Ｘに沿った鉛直方向の複数箇所に設けられている。

また、図５の（ａ）に示すように、空気供給口２５ｃは軸線Ｘ回りの周方向に沿った等間隔（図５の（ａ）では３０°間隔）で本体部２１に設けられている。また、図５の（ａ）に示すように、空気供給口２５ｃは、本体部２１の外周面２１ｅから軸線Ｘに向けた延びる直線状の流路となっている。

なお、図５の（ａ）に示す例は軸線Ｘ回りの周方向に沿った３０°間隔で空気供給口２５ｃを配置するものとしたが、他の間隔（例えば、２０°、４５°等）としてもよいし、等間隔でなく任意の間隔で配置してもよい。

図３に示す１次空気供給部２５は、１次燃焼ファン２５ａから送風される空気を加熱する加熱部（図示略）を有する。空気供給口２５ｃは、加熱部によって加熱された空気を空気供給口２５ｃへ供給する。そのため、１次燃焼ファン２５ａから送風される空気を加熱しない場合に比べ、１次燃焼領域Ｒ２の雰囲気温度を高温に維持することができる。

１次空気供給部２５が備える加熱部として、図６および図７に示す放熱フィン２５ｅを採用してもよい。図６は、図３に示す本発明の一実施形態に係る炭化炉の１次空気供給部の第１変形例を示す縦断面図であり、図７は、１次空気供給部の第２変形例を示す縦断面図である。

図６および図７に示す１次空気供給部２５の変形例は、炭化炉２０の間隙２０ａから本体部２１を介して伝達される熱を利用して１次燃焼ファン２５ａから送風される空気を加熱する放熱フィン２５ｅを備えるものである。

図６および図７に示すように放熱フィン２５ｅは、本体部２１の外周面２１ｅに接触するとともに外周面２１ｅに沿って軸線Ｘ回りに延びる環状の部材である。放熱フィン２５ｅは、軸線Ｘに沿った複数箇所に設けられている。放熱フィン２５ｅは、本体部２１の外周面２１ｅに対して溶接等によって取り付けられている。

図３に示す１次空気供給部２５のカバー部２５ｂは、空気供給口２５ｃと軸線Ｘ方向の略同じ位置のみに設けられる。それに対して、図６の１次空気供給部２５の第１変形例においては、１次空気供給部２５のカバー部２５ｂは、空気供給口２５ｃと軸線Ｘ方向の略同じ位置に加えて空気供給口２５ｃよりも下方の位置も包含するように設けられる。

図６に示す放熱フィン２５ｅは、本体部２１の外周面２１ｅを介して間隙２０ａの雰囲気温度が伝熱される伝熱部材である。本体部２１の外周面２１ｅは、耐火材２１ｃと断熱材２１ｂによってハウジング２１ａが加熱しすぎないように保護されているものの５０℃〜７０℃程度に加熱された状態となっている。そのため、放熱フィン２５ｅによって１次燃焼ファン２５ａから送風される空気（大気）を加熱することができる。

図６に示すように、１次燃焼ファン２５ａは、間隙２０ａの下方の外周側に位置する本体部２１の外周面２１ｅに向けて外部から導入した空気を送風するようになっている。このようにしているのは、間隙２０ａの下方の外周側に位置する本体部２１の外周面２１ｅを外部から導入した空気によって冷却するためである。

図６に示すように、間隙２０ａの下方は炭化物精錬・冷却領域Ｒ１となっている。炭化物精錬・冷却領域Ｒ１は、１次燃焼領域Ｒ２で生成された炭化物を冷却しながら精錬する領域であるため、ある程度低い温度に維持されるのが望ましい。そこで本実施形態では、炭化物精錬・冷却領域Ｒ１が冷却されるように１次燃焼ファン２５ａが空気を送風する位置を設定している。

一方、図７に示す１次空気供給部２５の第２変形例では、放熱フィン２５ｅが配置される位置における断熱材２１ｂの厚さおよび本体部２１の外周面２１ｅの位置が、図６と異なっている。その他の点については、図６に示す第l変形例と同様である。

図７に示すように、空気供給口２５ｃが配置される位置における本体部２１の内周面２１ｄから外周面２１ｅまでの距離は、距離Ｄ１となっている。一方、放熱フィン２５ｅが配置される位置における本体部２１の内周面２１ｄから外周面２１ｅまでの距離は、距離Ｄ２となっている。図７に示すように距離Ｄ１よりも距離Ｄ２の方が短くなっている。

図７に示す１次空気供給部２５の第２変形例によれば、図６に示す１次空気供給部２５の第１変形例に比べ、放熱フィン２５ｅが配置される位置において間隙２０ａの雰囲気温度が外周面２１ｅに伝達されやすくなっている。そのため、第２変形例によれば、第１変形例よりも放熱フィン２５ｅがより高温に加熱される。よって、第２変形例の１次空気供給部２５によれば、１次燃焼ファン２５ａが送風する空気をより高い温度に加熱した状態で空気供給口２５ｃへ供給することができる。

なお、図６および図７に示す放熱フィン２５ｅは、軸線Ｘ回りに延びる環状の部材であるものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、放熱フィン２５ｅを、本体部２１の外周面２１ｅに接態するとともに外周面２１ｅに沿って軸線Ｘ回りに下方から上方へ向けて旋回する螺旋状の流路を形成するような構造としてもよい。

次に、２次空気供給部２６について説明する。

２次空気供給部２６は、１次燃焼領域Ｒ２において有機廃棄物の燃焼により生成される燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを燃焼させる２次燃焼用空気を本体部２１の内部へ供給する装置である。図３に示すように、２次空気供給部２６は２次燃焼領域Ｒ４に設けられており、２次燃焼領域Ｒ４に向けて２次燃焼用空気を供給する。

２次空気供給部２６は、２次燃焼ファン２６ａと、カバー部２６ｂと、空気供給口２６ｃとを有する。

２次燃焼ファン２６ａは、外部から導入した空気（大気）を送風する装置であり、インバータモータ（図示略）とインバータモータにより駆動されるファン（図示略）を有している。２次燃焼ファン２６ａは、インバータモータの回転数を制御することにより送風する風量を調整することができる。

カバー部２６ｂは、２次燃焼ファン２６ａから送風される空気が導入されるとともに空気供給口２６ｃへ空気を供給する閉空間２６ｄを形成する部材である。

図３に示す炭化炉２０のＢ−Ｂ矢視端面図として図５の（ｂ）に示すように、カバー部２６ｂは、本体部２１の外周面２１ｅとの間に軸線Ｘ回りに延びる閉空間２６ｄを形成する。

空気供給口２６ｃは、２次燃焼ファン２６ａから閉空間２６ｄに送風された空気を閉空間２６ｄから本体部２１の内部の２次燃焼領域Ｒ４へ供給する流路である。

図３に示すように、空気供給口２６ｃは、燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを２次燃焼用空気により燃焼させる２次燃焼領域Ｒ４において、軸線Ｘに沿つた鉛直方向の複数箇所に設けられている。

また、図５の（ｂ）に示すように、空気供給口２６ｃは軸線Ｘ回りの周方向に沿った等間隔（図５の（ｂ）では３０°間隔）で本体部２１に設けられている。また、図５の（ｂ）に示すように、空気供給口２６ｃは、本体部２１の外周面２１ｅから軸線Ｘに向けた延びる直線状の流路となっている。

なお、図５の（ｂ）に示す例は軸線Ｘ回りの周方向に沿った３０°間隔で空気供給口２６ｃを配置するものとしたが、他の間隔（例えば、２０°、４５°等）としても良いし、等間隔でなく任意の間隔で配置してもよい。

燃焼ガス排出部２７は、１次燃焼領域Ｒ２で生成されて２次燃焼領域Ｒ４で可燃性ガス成分を燃焼させた燃焼ガスを燃焼ガス流路２００ａへ排出する排出口である。燃焼ガス流路２００ａへ排出された燃焼ガスは、熱分解反応の熱源として利用するために熱分解炉３０へ供給される。

温度センサ２８ａは、燃焼ガス排出部２７から排出される燃焼ガスの温度を検出するセンサである。温度センサ２８ａは、検出した温度を示す温度検出信号を炭化炉制御部２９へ伝達する。

図３に示すように、温度センサ２８ａは２次燃焼領域Ｒ４の中でも燃焼ガス流路２００ａに近接した領域に配置されている。そのため、温度センサ２８ａが検出する燃焼ガス温度Ｔｇは、燃焼ガス流路２００ａに排出される燃焼ガスの温度と略一致した温度となる。

温度センサ２８ｂは、１次燃焼領域Ｒ２の雰囲気温度を検出するセンサである。温度センサ２８ｂは、検出した温度を示す温度検出信号を炭化炉制御部２９へ伝達する。

温度センサ２８ｃは、間隙２０ａの下端側に堆積する炭化物の温度である炭化物温度Ｔｃを検出するセンサである。温度センサ２８ｂは、検出した炭化物温度Ｔｃを示す温度検出信号を炭化炉制御部２９へ伝達する。

レベルセンサ２８ｄは、間隙２０ａに堆積する有機廃棄物の堆積量を検出するセンサである。レベルセンサ２８ｄは、１次燃焼領域Ｒ２において、図３に示す軸線Ｙ方向に存在する有機廃棄物の堆積量を堆積量に応じた出力信号を得ることにより検出する。

レベルセンサ２８ｄは、出射した光や超音波等の反射を受信することで堆積量を検出する反射型のセンサであってもよい。また、レベルセンサ２８ｄは、出射したＸ線等を受信する受信部を円筒部２２に設けた透過型のセンサであってもよい。

後述するようにレベルセンサ２８ｄは、有機廃棄物投入部２３からの新たな有機廃棄物の投入が停止される場合等、間隙２０ａに存在する有機廃棄物の堆積量が減少したことを検出するためのセンサである。そのため、レベルセンサ２８ｄは、取付位置から鉛直方向の下方に向けた軸線Ｙに沿った堆積量を検出するようになっている。炭化炉制御部２９はレベルセンサ２８ｄが検出する有機廃棄物の堆積量である堆積量Ａｏが０（ゼロ）である旨の検出信号を出力する場合、間隙２０ａに存在する有機廃棄物の堆積量が所定の第1堆積量Ａｏ１以下へ減少したと判定する。

着火バーナ２０ｃは、炭化炉２０における有機廃棄物の燃焼を開始させる際に、有機廃棄物を着火させるために用いられる装置である。図３に示すように、着火バーナ２０ｃは、間隙２０ａの下端側に設けられている。また、図３に示すように、着火バーナ２０ｃは、軸線Ｘに対して対向する２箇所に配置されている。

着火バーナ２０ｃは、灯油等の着火用燃料を利用して火炎を発生させることにより間隙２０ａの下端側に堆積する有機廃棄物を燃焼させる。着火バーナ２０ｃは、炭化炉制御部２９からの制御指令によって炭化炉２０における有機廃棄物の燃焼を開始させる際に火炎を発生させる。また、着火バーナ２０ｃは、炭化炉制御部２９からの制御指令によって所定のタイミングで火炎の発生を停止させる。

炭化炉制御部２９は、炭化炉２０が備える各部から各部の状態を示す検出信号を受信するとともに検出信号に基づいて各部に制御信号を伝達することで各部を制御する装置である。また、炭化炉制御部２９は、制御装置９０へ炭化炉２０の状態を示す信号を伝達するとともに制御装置９０から伝達される制御信号に応答して炭化炉２０を制御する装置である。

炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ａ、２８ｂ、２８ｃのそれぞれが検出する温度を示す温度検出信号と、レベルセンサ２８ｄが検出する有機廃棄物の堆積量Ａｏを示す堆積量検出信号とを受信する。また、炭化炉制御部２９は、１次燃焼ファン２５ａの送風量を制御する制御信号を１次空気供給部２５へ伝達する。また、炭化炉制御部２９は、２次燃焼ファン２６ａの送風量を制御する制御信号を２次空気供給部２６へ伝達する。また、炭化炉制御部２９は、着火バーナ２０ｃに制御信号を伝達して有機廃棄物の燃焼を開始させる際に、火炎を発生させるとともに所定のタイミングで制御信号を伝達して火炎の発生を停止させる。また、炭化炉制御部２９は、ターンテーブル２４ａの回転速度を制御する制御信号を駆動モータ２４ｅへ伝達する。

次に、炭化炉制御部２９による１次燃焼ファン２５ａの送風量の制御方法について説明する。

炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ｂが検出する１次燃焼領域Ｒ２の雰囲気温度に基づいて１次燃焼ファン２５ａが送風する空気の送風量を制御する。１次燃焼ファン２５ａが送風する空気の送風量は空気供給口２５ｃから炭化炉２０の１次燃焼領域Ｒ２へ供給される１次燃焼用空気の空気量と一致している。そのため、炭化炉制御部２９は、１次燃焼ファン２５ａが送風する空気の送風量を制御することにより、１次燃焼領域Ｒ２に送風される１次燃焼用空気の空気量を調整することができる。

炭化炉制御部２９は、間隙２０ａに堆積した有機廃棄物を炭化させるのに適した燃焼状態が維持されるように温度センサ２８ｂが検出する１次燃焼領域Ｒ２の雰囲気温度に基づいて１次燃焼ファン２５ａが送風する空気の送風量を制御する。具体的には、炭化炉制御部２９は、１次燃焼領域Ｒ２の雰囲気温度が１０００℃以上かつ１２００℃以下の範囲に収まるように1次燃焼ファン２５ａが送風する空気の送風量を制御する。

次に、炭化炉制御部２９による２次燃焼ファン２６ａの送風量の制御方法について図８のフローチャートを用いて説明する。

炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ａが検出する燃焼ガス温度Ｔｇに基づいて２次燃焼ファン２６ａが送風する空気の送風量を制御する。２次燃焼ファン２６ａが送風する空気の送風量は空気供給口２６ｃから炭化炉２０の２次燃焼領域Ｒ４へ供給される２次燃焼用空気の空気量と一致している。そのため、炭化炉制御部２９は、２次燃焼ファン２６ａが送風する空気の送風量を制御することにより、２次燃燒領域Ｒ４に送風される２次燃焼用空気の空気量を調整することができる。

炭化炉制御部２９は、２次燃焼領域Ｒ４の燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを燃焼させるのに適した燃焼状態が維持されるように温度センサ２８ａが検出する燃焼ガス温度Ｔｇに基づいて２次燃焼ファン２６ａが送風する空気の送風量を制御する。具体的には、炭化炉制御部２９は、図８に示すフローチャートに従って２次燃焼ファン２６ａが送風する空気の送風量を制御する。

図８に示すフローチャートにおける各処理は、炭化炉制御部２９が有する演算部（図示略）が記憶部（図示略）に記憶された制御プログラムを実行することにより行われる処理である。

図８のフローチャートに示す処理に先立って、炭化炉制御部２９は、炭化炉２０における有機廃棄物の燃焼を開始させる際に、着火バーナ２０ｃによって火炎を発生させて間隙２０ａに堆積する有機廃棄物の燃焼を開始させる。炭化炉制御部２９は、その後に２次燃焼ファン２６ａによる外部の空気（大気）の送風を開始させる。炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ａが検出する燃焼ガス温度Ｔｇが第１燃焼ガス温度Ｔｇ１以上となるまでは一定の送風量となるように２次燃焼ファン２６ａを制御する。温度センサ２８ａが検出する燃焼ガス温度Ｔｇが第１燃焼ガス温度Ｔｇ１以上となった後に、図８のフローチャートに示す各処理が開始される。

なお、燃焼ガス温度Ｔｇが第１燃焼ガス温度Ｔｇ１以上となるまでに２次燃焼ファン２６ａが送風する２次燃焼用空気の送風量は、２次燃焼領域Ｒ４に存在すると想定される可燃性ガスを完全燃焼させるのに必要な量に一定の余剰量を加算した量となっている。

ステップＳ８００で炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ａから伝達される温度検出信号を受信することにより、燃焼ガス排出部２７から排出される燃焼ガスの温度である燃焼ガス温度Ｔｇを検出する。

ステップＳ８０１で炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ａが検出する燃焼ガス温度Ｔｇが第１燃焼ガス温度Ｔｇ１より低いか否かを判定する。炭化炉制御部２９は、燃焼ガス温度Ｔｇが第１燃焼ガス温度Ｔｇ１よりも低いと判定した場合はステップＳ８０２に処理を進め、そうでなければステップＳ８０３に処理を進める。

ステップＳ８０２で炭化炉制御部２９は、２次燃焼ファン２６ａの送風量を減少させるための制御信号を２次燃焼ファン２６ａに伝達する。２次燃焼ファン２６ａは、炭化炉制御部２９から制御信号を受信したのに応答して送風量を減少させる。

ここで、燃焼ガス温度Ｔｇが第１燃焼ガス温度Ｔｇ１よりも低いと判定した場合に２次燃焼ファン２６ａの送風量を減少させているのは次の理由による。

２次空気供給部２６が２次燃焼領域Ｒ４へ供給する２次燃焼用空気の量は、２次燃焼領域Ｒ４に存在する燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを完金燃焼させる量よりも一定量だけ多い量とするのが好ましい。すなわち、２次燃焼領域Ｒ４における空気過剰率を１．０より大きい一定値とするのが好ましい。

しかしながら、２次燃焼領域Ｒ４に存在する可燃性ガスの量は、有機廃棄物の性状や１次燃焼領域Ｒ２における有機廃棄物の燃焼状態等の要因により変動するのが一般的である。そのため、２次空気供給部２６が２次燃焼領域Ｒ４へ供給する２次燃焼用空気の量を一定としたままでは可燃性ガスを完全燃焼させるのに適した空気量を維持することができない。

そして、２次燃焼用空気の量が可燃性ガスを完全燃焼させる量に対して過剰に多くなる場合、可燃性ガスの燃焼に用いられない余剰空気が２次燃焼領域Ｒ４に多量に供給されることとなる。２次燃焼ファン２６ａが送風する空気（大気）の温度は２次燃焼領域Ｒ４の雰囲気温度よりも低いため、多量の余剰空気によって２次燃焼領域Ｒ４の雰囲気温度が低下してしまう。

そうすると、２次燃焼領域Ｒ４における可燃性ガスの燃焼効率が悪化し、可燃性ガスを多く含んだままの燃焼ガスが燃焼ガス排出部２７から排出されてしまうこととなる。可燃性ガスには、凝固してタールとなる成分である高分子炭化水素が含まれている。そのため、可燃性ガスに凝固してタールとなる成分が多量に含まれたままであると、炭化炉２０およびその下流側に設置される機器に損傷を与える可能性がある。そのため、燃焼ガスに凝固してタールとなる成分が多量に含まれないようにし、炭化炉２０およびその下流側に設置される機器に与える損傷を抑制するのが望ましい。

そこで、炭化炉制御部２９は、燃焼ガス温度Ｔｇが第１燃焼ガス温度Ｔｇ１よりも低いと判定した場合に、２次燃焼領域Ｒ４に供給される余剰空気量を減少させるために、２次燃焼ファン２６ａの送風量を減少させている。

ステップＳ８０３で炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ａが検出する燃焼ガス温度Ｔｇが第２燃焼ガス温度Ｔｇ２より高いか否かを判定する。炭化炉制御部２９は、検出した燃焼ガス温度Ｔｇが第２燃焼ガス温度Ｔｇ２よりも高いと判定した場合はステップＳ８０４に処理を進め、そうでなければステップＳ８０１に処理を進める。

ステップＳ８０４で炭化炉制御部２９は、２次燃焼ファン２６ａの送風量を増加させるための制御信号を２次燃焼ファン２６ａに伝達する。２次燃焼ファン２６ａは、炭化炉制御部２９から制御信号を受信したのに応答して送風量を増加させる。

炭化炉制御部２９は、図８に示すフローチャートの処理を終了すると、再び図８に示す処理の実行を開始する。

ここで、燃焼ガス温度Ｔｇが第２燃焼ガス温度Ｔｇ２よりも高いと判定した場合に２次燃焼ファン２６ａの送風量を増加させているのは次の理由による。

燃焼ガス温度Ｔｇに上限を定めずに炭化炉２０を運転させる場合、想定される最高の燃焼ガス温度を想定し、その燃売ガス温度でも十分に耐熱性が保たれるように炭化炉２０および燃焼ガス流路２００ａを設計する必要がある。この場合、耐熱性の高い高価な部材を用いて炭化炉２０等を製造する必要があり、炭化炉２０等の製造コストが増加してしまう。炭化炉２０等の製造コストを増加させないようにするためには、燃焼ガス温度Ｔｇが予め定めた上限温度以下となるようにするのが好ましい。

そこで、炭化炉制御部２９は、燃焼ガス温度Ｔｇが第２燃焼ガス温度Ｔｇ２よりも高いと判定した場合に２次燃焼ファン２６ａの送風量を増加させている。前述したように、２次燃焼ファン２６ａの送風量を増加させることにより多量の余剰空気が２次燃焼領域Ｒ４に供給されると、２次燃焼領域Ｒ４の雰囲気温度が低下することとなる。

以上のように、炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ａが検出する燃発ガス温度Ｔｇに基づいて２次燃焼ファン２６ａが送風する空気の送風量を制御することにより、燃焼ガス温度Ｔｇが第１燃焼ガス温度Ｔｇ１以上かつ第２燃焼ガス温度Ｔｇ２以下となるようにしている。

ここで、第１燃焼ガス温度Ｔｇ１および第２燃焼ガス温度Ｔｇ２として、例えば、第１燃焼ガス温度Ｔｇ１を９００℃とし、第２燃焼ガス温度Ｔｇ２を１３００℃と設定することができる。

第１燃焼ガス温度Ｔｇ１を９００℃としているのは、２次燃焼領域Ｒ４の温度を９００℃以上に維持することにより、燃焼ガスから高分子炭化水素の大部分を除去することができるからである。高分子炭化水素は、燃焼ガスに含まれる可燃性ガスのうち凝固してタールとなる成分である。そのため、燃焼ガスから高分子炭化水素の大部分を除去することにより、炭化炉２０およびその下流側に設置される機器に与える損傷を抑制することができる。

また、第１燃焼ガス温度Ｔｇ１および第２燃焼ガス温度Ｔｇ２として、例えば、第１燃焼ガス温度Ｔｇ１を１０００℃とし、第２燃焼ガス温度Ｔｇ２を１２００℃と設定するようにしてもよい。

また、例えば、第１燃焼ガス温度Ｔｇ１および第２燃焼ガス温度Ｔｇ２の双方を１１００℃に設定するようにしてもよい。この場合、炭化炉制御部２９は、燃焼ガス温度Ｔｇが第１燃焼ガス温度Ｔｇ１より低い場合は送風量を減少させ、燃焼ガス温度Ｔｇが第２燃焼ガス温度Ｔｇ２より高い場合は送風量を増加させるよう２次燃焼ファン２６ａを制御する。

次に、炭化炉制御部２９によるターンテーブル２４ａの回転速度の制御方法について図９のフローチャートを用いて説明する。

図９に示すフローチャートにおける各処理は、炭化炉制御部２９が有する演算部（図示略）が記憶部（図示略）に記憶された制御プログラムを実行することにより行われる処理である。

図９に示すフローチャートにおいて、炭化炉制御部２９は、炭化物排出部２４が排出する炭化物の排出量を制御している。本実施形態において炭化物排出部２４が排出する炭化物の排出量を制御しているのは、有機廃棄物投入部２３から間隙２０ａへの有機廃棄物の投入が停止されるのに伴って炭化物排出部２４から排出される炭化物の温度が上昇してしまうことを防ぐためである。

間隙２０ａに堆積する有機廃棄物の量が徐々に少なくなると、炭化物を消火させる炭化物精錬・冷却領域Ｒ１が徐々に狭くなる。この場合、ターンテーブル２４ａの回転速度を一定のままで維持すると、炭化物が十分に冷却されない状態で間隙２０ａの下端から排出されてしまう。これは、１次燃焼領域Ｒ２で炭化されて高温となった炭化物が炭化物精錬・冷却領域Ｒ１で十分に冷却されないためである。

そこで、炭化炉制御部２９は、炭化物排出部２４が排出する炭化物の排出量を制御することにより、炭化物排出部２４が排出する炭化物の温度を調整している。

本実施形態において、炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ｃとレベルセンサ２８ｄの双方を用いて、炭化物排出部２４が排出する炭化物の温度を調整している。前者は炭化物の温度を直接的に検出するセンサであり、後者は炭化物の堆積量から炭化物の温度が高温となる状態を間接的に検出するセンサである。

以下、図９のフローチャートの各ステップについて説明する。

ステップＳ９００で炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ｃから伝達される温度検出信号を受信することにより、間隙２０ａの下端側に堆積する炭化物の温度である炭化物温度Ｔｃを検出する。

ステップＳ９０１で炭化炉制御部２９は、レベルセンサ２８ｄから伝達される堆積量検出信号を受信することにより、間隙２０ａに堆積する有機廃棄物の堆積量である堆積量Ａｏを検出する。

ステップＳ９０２で炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ｃが検出する炭化物温度Ｔｃが第１炭化物温度Ｔｃ１以上であるか否かを判定する。炭化炉制御部２９は、検出した炭化物温度Ｔｃが第１炭化物温度Ｔｃ１以上であると判定した場合はステップＳ９０３に処理を進め、そうでなければステップＳ９０４に処理を進める。

ここで、第１炭化物温度Ｔｃ１として、例えば、２５０℃以上かつ３００℃以下の範囲の任意の温度を設定することができる。

ステップＳ９０３で炭化炉制御部２９は、ターンテーブル２４ａの回転速度を第２回転速度Ｒｓ２で回転させるよう駆動部２４ｂを制御する。第２回転速度Ｒｓ２は後述する第１回転速度Ｒｓ１よりも低速度である。

ここで、第１回転速度Ｒｓ１は、炭化炉２０が通常運転状態を維持するために必要な量の炭化物を炭化物排出部２４から排出させるための速度である。ステップＳ９０３では、温度センサ２８ｃが検出する炭化物温度Ｔｃが第１炭化物温度Ｔｃ１以上となった場合に炭化物排出部２４が排出する炭化物の温度が低下するように、ターンテーブル２４ａの回転遠度を第１回転速度Ｒｓ１よりも低い第２回転速度Ｒｓ２としている。ターンテーブル２４ａの回転速度を低下させることにより炭化物が炭化物精錬・冷却領域Ｒ１に滞留する時間が長くなり、それに伴って炭化物排出部２４が排出する炭化物の温度が低下する。

ステップＳ９０４で炭化炉制御部２９は、レベルセンサ２８ｄが検出する堆積量Ａｏが第１堆積量Ａｏ１以下であるか否かを判定する。炭化炉制御部２９は、検出した堆積量Ａｏが第１堆積量Ａｏ１以下であると判定した場合はステップＳ９０５に処理を進め、そうでなければステップＳ９０６に処理を進める。

ステップＳ９０５で炭化炉制御部２９は、ターンテーブル２４ａの回転速度を第２回転速度Ｒｓ２で回転させるよう駆動部２４ｂを制御する。第２回転速度Ｒｓ２は後述する第１回転速度Ｒｓ１よりも低速度である。ステップＳ９０５では、レベルセンサ２８ｄが検出する堆積量Ａｏが第１堆積量Ａｏ１以下となった場合に炭化物排出部２４が排出する炭化物の温度が低下するように、ターンテープル２４ａの回転速度を第１回転速度Ｒｓ１よりも低い第２回転速度Ｒｓ２としている。

ステップＳ９０６で炭化炉制御部２９は、ターンテーブル２４ａの回転速度を第１回転速度Ｒｓ１で回転させるよう駆動部２４ｂを制御する。前述したように、第１回転速度Ｒｓ１は、炭化炉２０が通常運転状態を維持するために必要な量の炭化物を炭化物排出部２４から排出させるための速度である。炭化炉制御部２９は、ステップＳ９０６において、炭化物温度Ｔｃが第１炭化物温度Ｔｃ１よりも低くかつ堆積量Ａｏが第１堆積量Ａｏ１よりも多いことから、運転状態を維持するために必要な量の炭化物を炭化物排出部２４から排出させるように駆動部２４ｂを制御する。

炭化炉制御部２９は、図９に示すフローチャートの処理を終了すると、再び図９に示す処理の実行を開始する。このようにして、炭化炉制御部２９は、温度センサ２８ｃが検出する炭化物温度Ｔｃおよびレベルセンサ２８ｄが検出する有機廃棄物の堆積量Ａｏに基づいて駆動部２４ｂがターンテーブル２４ａを回転させる回転速度を制御する。

以上の図９に示すフローチャートにおいては、温度センサ２８ｃが検出する炭化物温度Ｔｃが第１炭化物温度Ｔｃ１以上であるか否かに応じてターンテーブル２４ａの回転速度を２段階に切り替えるものであったが他の態様であってもよい。

例えば、炭化物温度Ｔｃに応じて２段階以上の複数段階でターンテーブル２４ｃの回転速度を切り替えるようにしてもよい。また、例えば、ターンテーブル２４ａの回転速度を段階的に切り替えず、温度センサ２８ｃが検出する炭化物温度Ｔｃと反比例する速度となるようにターンテーブル２４ａの回転速度を制御するようにしてもよい。

また、以上の図９に示すフローチャートにおいては、レベルセンサ２８ｄが検出する堆積量Ａｏが第１堆積量Ａｏ１以上であるか否かに応じてターンテーブル２４ａの回転速度を２段階に切り替えるものであったが他の態様であってもよい。

例えば、堆積量Ａｏに応じて２段階以上の複数段階でターンテーブル２４ａの回転速度を切り替えるようにしてもよい。また、例えば、ターンテーブル２４ａの回転速度を段階的に切り替えず、レベルセンサ２８ｄが検出する堆積量Ａｏと比例する遠度となるようにターンテーブル２４ａの回転遠度を制御するようにしてもよい。

また、以上の図９に示すフローチャートにおいては、温度センサ２８ｃが検出する炭化物温度Ｔｃとレぺルセンサ２８ｄが検出する堆積量Ａｏの双方を用いてターンテーブル２４ａの回転速度を制御するものであったが他の態様であってもよい。

例えば、温度センサ２８ｃが検出する炭化物温度Ｔｃとレベルセンサ２８ｄが検出する堆積量Ａｏの何れか一方を用いてターンテーブル２４ａの回転速度を制御するようにしてもよい。

次に、図１０から図１２を用いて、本実施形態の熱分解炉３０について説明する。

図１０は、図２に示す本発明の一実施形態に係る熱分解炉の縦断面図であり、図１１は、図１０に示す熱分解炉の反応管の断面図であり、（ａ）はＤ−Ｄ矢視断面図、（ｂ）はＥ‐Ｅ矢視端面図である。図１２は、図１０に示す熱分解炉の要部拡大図である。

図１０において、軸線Ｚは、熱分解炉３０が設置される設置面（図示略）に対して直交する鉛直方向（重力方向）を示している。

図１０に示すように、本実施形態の熱分解炉３０は、本体部３１と、反応管３２と、反応管ヘッド３３（供給部）と、水性ガス出口ノズル３４（水性ガス出口部）と、燃焼ガス供給部３５（加熱用ガス供給部）と、燃焼ガス排出部３６（加熱用ガス排出部）と、グランドパッキン３７（第１シール部）と、グランドパッキン３８（第２シール部）と、グランドパッキン３９（第３シール部）とを備える。

本体部３１は、軸線Ｚに沿って延びる略円筒状に形成される部材である。本体部３１は、その内部に反応管３２を収容する空間を形成している。

本体部３１は、熱分解炉３０の外装を形成する金属製（例えば、鉄製）のハウジング３１ａと、ハウジング３１ａの内周面に貼り付けられる断熱材３１ｂと、断熱材３１ｂの内周面に貼り付けられる耐熱材３１ｃとを有する。

略円筒状の本体部３１の上面は平面視円環状の上板３１ｄで構成されており、本体部３１の底面は平面視円環状の底板３１ｅで構成されている。

また、本体部３１の側面３１ｆの上端には上端フランジ３１ｇ（第１フランジ部）が設けられており、本体部３１の側面３１ｆの下端には下端フランジ３１ｉ（第２フランジ部）が設けられている。

上板３１ｄと上端フランジ部３１ｇとは、軸線Ｚ回りの複数箇所で上板３１ｄと上端フランジ部３１ｇとの間に図示しないガスケット（第４シール部）を挟んだ状態で締結ボルト３１ｈ（締結部材）によって締結されている。

同様に、底板３１ｅと下端フランジ３１ｉとは、軸線Ｚ回りの複数箇所で底板３１ｅと下端フランジ３１ｉとの間に図示しないガスケット（第５シール部）を挟んだ状態で締結ボルト３１ｊ（締結部材）によって締結されている。

反応管３２は、軸線Ｚに沿って延びる略円筒状に形成される機構である。反応管３２は、本体部３１の内周面との間に燃焼ガス（加熱用ガス）を流通させるための燃焼ガス流路３０ａを形成する外周面３２ｄを有する。

反応管３２は、センターパイプ３２ａ（管状部材）と、上端フランジ３２ｂ（第３フランジ部）と、複数の第１傾斜板３２ｆと、複数の第２傾斜板３２ｇと、複数の保持棒３２ｈ（保持部）とを有する。

図１０に示すように、反応管３２の上端フランジ３２ｂおよび上端フランジ３２ｂ側のセンターパイプ３２ａの端部は、本体部３１の上板３１ｄ（上面）から上方へ突出している。

また、反応管３２の下端部３２ｃは、本体部３１の底板３１ｅ（底面）から下方へ突出している。

センターパイプ３２ａは、軸線Ｚに沿って延びる円筒状に形成される部材である。センターパイプ３２ａの内部には、複数の第１傾斜板３２ｆと複数の第２傾斜板３２ｇと複数の保持棒３２ｈ（保持部）からなる熱分解促進機構が収容されている。

熱分解促進機構は、炭化物をセンターパイプ３２ａの上端側から下端側まで段階的に導いて炭化物を反応管３２の内部に滞留させることにより、炭化物および過熱蒸気（ガス化剤）の熱分解反応を促進させる機構である。

図１０および図１１に示すように、複数の第１傾斜板３２ｆおよび複数の第２傾斜板３２ｇは、軸線Ｚに沿った複数箇所で４本の保持捧３２ｈによって保持されている。また、第１傾斜板３２ｆおよび第２傾斜板３２ｇは、軸線Ｚに沿って交互に配置されている。

４本の保持棒３２ｈの上端は、反応管ヘッド３３の下端フランジ３３ａの下面に取り付けられている。反応管３２の上端フランジ３２ｂと反応管ヘッド３３の下端フランジ３３ａとの締結を解除することにより、熱分解促進機構はセンターパイプ３２ａから上方に取り外す（着脱する）ことが可能となっている。

図１１の（ａ）に示す第１傾斜板３２ｆは、炭化物を反応管３２の内周面３２ｅの一端部（図１１の（ａ）中の左端部）から他端部（図１１の（ａ）中の右端部）に設けられた第１開口部３２ｉへ導くように傾斜した第１傾斜面を形成するように配置されている。

また、図１１の（ｂ）に示す第２傾斜板３２ｆは、炭化物を反応管３２の内周面３２ｅの他端部（図１１の（ｂ）中の右端部）から一端部（図１１の（ｂ）中の左端部）に設けられた第２開口部３２ｊへ導くように傾斜した第２傾斜面を形成するように配置されている。

図１０に示すように、第１傾斜板３２ｆが形成する第１傾斜面は第２開口部３２ｊから落下した炭化物を下方へ導くように傾斜しており、第２傾斜板３２ｇが形成する第２傾斜面は第１開口部３２ｉから落下した炭化物を下方へ導くように傾斜している。

このように、熱分解促進機構は、軸線Ｚに沿って交互に配置される第１傾斜板３２ｆと第２傾斜板３２ｇとを用いて炭化物をセンターパイプ３２ａの上端側から下端側まで段階的に導くことができる。

第１傾斜面および第２傾斜面の軸線Ｚに直交する平面に対する傾斜角度は、炭化物の性状に応じて任意に設定することができるが、炭化物を確実に傾斜面に沿って移動させるために炭化物の安息角以上の角度とするのが好ましい。一方、傾斜角度を大きくしすぎると炭化物の反応管３２内での滞留時間が短くなり、熱分解反応が十分に促進されない。

そのため、第１傾斜面および第２傾斜面の軸線Ｚに直交する平面に対する傾斜角度は、２０°以上かつ６０°以下の範囲で炭化物の安息角以上となるように定めるのが特に好ましい。

反応管ヘッド３３は、反応管３２に取り付けられるとともに反応管３２の内部へ炭化物と過熱蒸気（ガス化剤）とを供給して反応管３２の内部で水性ガスを生成させるものである。

反応管ヘッド３３は、反応管３２と取り付けられる下端フランジ３３ａ（第４フランジ）と、炭化物供給路１０１に取り付けられる上端フランジ３３ｂと、蒸気過熱器８１から過熱蒸気が供給される流路（図示略）に取り付けられる側方フランジ３３ｃとを有する。

反応管ヘッド３３の下端フランジ３３ａと反応管３２の上端フランジ３２ｂとは、軸線Ｚ回りの複数箇所でこれらの間に図示しないガスケット（第６シール部）を挟んだ状態で締結ボルト３３ｄによって締結されている。

水性ガス出口ノズル３４は、反応管３２の下端部３２ｃに取り付けられる略筒状の部材である。水性ガス出口ノズル３４は、反応管３２の内部で炭化物の熱分解反応により生成された水性ガス、炭化物の未反応分、および灰分等の残渣を、水性ガス供給路１０２を介して減温器４０へ導く。

燃焼ガス供給部３５は、本体部３１の上方に設けられるとともに燃焼ガス流路２００ａから導かれる燃焼ガスを燃焼ガス流路３０ａへ供給する開口部である。

燃焼ガス排出部３６は、本体部３１の下方に設けられるとともに燃焼ガス流路３０ａから燃焼ガス流路２００ｂへ燃焼ガスを排出する開口部である。

燃焼ガス供給部３５から燃焼ガス流路３０ａへ供給される燃焼ガスは、センターパイプ３２ａの外周面３２ｄを加熱しながらセンターパイプ３２ａの上端側から下端側に向けて流通し、燃焼ガス排出部３６から排出される。

グランドパッキン３７は、本体部３１の上板３１ｄから燃焼ガス流路３０ａ内の燃焼ガスが外部へ流出することを遮断する部材である。グランドパッキン３７は、本体部３１の上板３１ｄの下面と接するように設けられるとともに反応管３２の外周面３２ｄと接触する内周面３７ｄを有する平面視円環状の部材である。

グランドパッキン３７は、セラミックボード３７ａとセラミックボード３７ｂとセラミックファイバー３７ｃとを互いに密着させた状態で構成されている。比較的容易に変形可能な織維状の素材であるセラミックファイバー３７ｃを用いることにより、断熱材３１ｂおよび耐熱材３１ｃと接触する部分におけるシール性を高めている。

グランドパッキン３８は、本体部３１の底面３１ｅから燃焼ガス流路３０ａ内の燃焼ガスが外部へ流出することを遮断する部材である。グランドパッキン３８は、本体部３１の底板３１ｅの上面と接するように設けられるとともに反応管３２の外周面３２ｄと接触する内周面３８ｄを有する平面視円環状の部材である。

グランドパッキン３８は、セラミックボード３８ａとセラミックボード３８ｂとセラミックファイバー３８ｃとを互いに密着させた状態で構成されている。比較的容易に変形可能な繊維状の素材であるセラミックファイバー３８ｃを用いることにより、断熱材３１ｂおよび耐熱材３１ｃと接触する部分におけるシール性を高めている。

グランドパッキン３９は、図１２に示すように、反応管３２の下端部３２ｃと水性ガス出口ノズル３４との取付位置において、取付位置からの水性ガスの流出を遮断する部材である。グランドパッキン３９は、反応管３２の外周面３２ｄおよび水性ガス出口ノズル３４の外周面３４ａのそれぞれと接触する内周面３９ｄを有する平面視円環形状の部材となっている。

図１２に示すようにグランドパッキン３９は、円環状のパッキン部材３９ａと、円環状のパッキン部材３９ｂと、パッキン押さえ部材３９ｃとを有する。パッキン押さえ部材３９ｃを底板３１ｅに締結ボルトで締結することにより、パッキン部材３９ａおよびパッキン部材３９ｂが軸線Ｚ方向に収縮するとともに軸線Ｚに直交する径方向に膨張する。グランドパッキン３９が径方向に膨張することにより、グランドパッキン３９の内周面３９ｄが反応管３２の外周面３２ｄおよび水性ガス出口ノズル３４の外周面３４ａのそれぞれと接触してシール領域を形成する。

次に、図１３を用いて、本実施形態の熱分解炉３０、減温器４０、サイクロン５０、蒸気発生器８０、蒸気過熱器８１、およびその周辺の機器について説明する。

図１３に示すように、炭化物供給路１０１は、スクリューコンベア１０１ａと、クリンカ除去装置１０１ｂと、ベルトコンべア１０１ｃと、磁選機１０１ｄと、スクリューコンベア１０１ｅと、スクリューコンベア１０１ｆとを有する。

スクリューコンベア１０１ａは、炭化炉２０から排出された炭化物を運搬する装置である。スクリューコンベア１０１ａは、直線状に延びる筒体の内部にスクリューを収容したものである。スクリューコンベア１０１ａは、モータの駆動力によってスクリューを筒体の内部で回転させることにより、炭化物を筒体の延びる方向に沿って運搬する。

クリンカ除去装置１０１ｂは、スクリューコンベア１０１ａから排出される炭化物から一定以上の粒径のクリンカをネット等により除去する装置である。クリンカが除去された炭化物はベルトコンべア１０１ｃによって磁選機１０１ｄまで運搬される。

磁選機１０１ｄは、炭化物に含まれる釘等の鉄製の層を磁石により除去する装置である鉄製の屑が除去された炭化物は、スクリューコンベア１０１ｅへ供給される。

スクリューコンベア１０１ｅおよびスクリューコンベア１０１ｆは、それぞれ炭化物を運搬する装置である。スクリューコンベア１０１ｆは、炭化物を熱分解炉３０が有する窒素置換器３０ｂへ供給する。なお、スクリューコンベア１０１ｅおよびスクリューコンベア１０１ｆの構造は、スクリューコンベア１０１ａと同様であるので説明を省略する。

スクリューコンベア１０１ｅとスクリューコンベア１０１ｆとで熱分解炉３０の上方まで炭化物を運搬しているのは、炭化物を熱分解炉３０の上方から供給し、炭化物の自重によって熱分解炉３０の反応管３２中に炭化物を通過させるためである。炭化物の自重によって熱分解炉３０の反応管３２を通過させることにより、反応管３２の上端から下端までの全領域を、熱分解反応を促進する領域として利用することができる。また、炭化物の自重によって反応管３２中に炭化物を通過させるため、炭化物を移動させるための特段の動力を必要としない。

なお、スクリューコンベア１０１ｅとスクリューコンベア１０１ｆとの２段階で炭化物を運搬しているのは、各スクリューコンベアがスクリューを回転させるのに必要とする動力を少なくして駆動力の大きな高価なモータを必要としないようにするためである。

窒素置換器３０ｂは、熱分解炉３０を構成する機器であり、炭化物とともにスクリューコンベア１０１ｆから供給される空気に含まれる酸素を不活性な窒素ガスと置換するための装置である。

窒素置換器３０ｂは、スクリューコンベア１０１ｆと連結される上方と、反応管ヘッド３３と連結される下方の、それぞれに配置され、制御装置９０によって開閉状態が制御される電動式の制御弁（例えば、ボール弁）を有する。

制御装置９０は、上方の制御弁を開状態とし、下方の制御弁を閉状態とすることで、窒素置換器３０ｂの内部に炭化物を供給する。制御装置９０は、窒素置換器３０ｂの内部に供給される炭化物が一定量に達した場合、スクリューコンベア１０１ｆによる炭化物の運搬を停止させるとともに、窒素置換器３０ｂの上方の制御弁を閉状態とする。

窒素置換器３０ｂには、空気分離装置等の窒素ガスを生成する装置から窒素ガスが常時供給されるようになっている。そのため、窒素置換器３０ｂの上方および下方の制御弁を開状態として一定時間が経過すると、炭化物とともに窒素置換器３０ｂの内部に供結された空気が外部に排出されて内部が窒素ガスで置換された状態となる。

制御装置９０は、窒素置換器３０ｂの内部が窒素ガスで置換された状態となった後に、窒素置換器３０ｂの下方の制御弁を開状態に切り替えて窒業置換器３０ｂから反応管ヘッド３３へ炭化物を供給する。

制御装置９０は、窒素置換器３０ｂから反応管ヘッド３３へ炭化物を供給した後、窒素置換器３０ｂの下方の制御弁を閉状態とする。また、制御装置９０は、その後に窒素置換器３０ｂの上方の制御弁を開状態として窒素置換器３０ｂの内部に新たな炭化物を供給する。

制御装置９０は、以上のように窒素置換器３０ｂの上方および下方の制御弁の開閉を制御することにより、反応管ヘッド３３へ炭化物とともに供給される気体を窒素ガスとしている。この窒素ガスは、反応管３２で生成される水性ガスと反応しない不活性ガスであるそのため、炭化物とともに酸素を含む空気が反応管３２へ供給され、酸素と水性ガスとが反応して水性ガスの収率が低下してしまうことを抑制することができる。

チャー回収装置４１は、窒素置換器４１ａとチャー回収部４１ｂとを有する。

窒素置換器４１ａは、炭化物の未反応分とともに減温器４０から供給される水性ガスを不活性な窒素ガスと置換するための装置である。

チャー回収部４１ｂは、炭化物の未反応分を回収して図示しない供給経路から窒素置換器３０ｂへ供給する装置である。この詳細は、リターンシステムとして後述する。

室素置換器４１ａは、減温器４０と連結される上方と、チャー回収部４１ｂと連結される下方の、それぞれに配置され、制御装置９０によって開閉状態が制御される電動式の制御弁（例えば、ボール弁）を有する。

制御装置９０は、上方の制御弁を開状態とし、下方の制御弁を閉状態とすることで窒素置換器４１ａの内部に炭化物の未反応分を供給する。制御装置９０は、窒素置換器４１ａの内部に供給される炭化物の未反応分が一定量に達した場合、窒素置換器４１ａの上方の制御弁を閉状態とする。

窒素置換器４１ａには、空気分離装置等の窒素ガスを生成する装置から窒素ガスが常時供給されるようになっている。そのため、窒素置換器４１ａの上方および下方の制御弁を閉状態として一定時間が経過すると、炭化物の未反応分とともに窒素置換器４１ａの内部に供給された水性ガスが外部に排出されて内部が窒素ガスで置換された状態となる。なお、窒素置換器４１ａから排出される水性ガスは、フレアースタック７１に供給されるようになっている。

制御装置９０は、窒素置換器４１ａの内部が窒素ガスで置換された状態となった後に、窒素置換器４１ａの下方の制御弁を開状態に切り替えて窒素置換器４１ａからチャー回収部４１ｂへ炭化物の未反応分を供給する。

制御装置９０は、窒素置換器４１ａからチャー回収部４１ｂへ炭化物の未反応分を供給した後、窒素置換器４１ａの下方の制御弁を閉状態とする。また、制御装置９０は、その後に窒素置換器４１ａの上方の制御弁を開状態として窒素置換器４１ａの内部に新たな炭化物の未反応分を供給する。

制御装置９０は、以上のように窒素置換器４１ａの上方および下方の制御弁の開閉を制御することにより、チャー回収部４１ｂへ炭化物の未反応分とともに供給される水性ガスがチャー回収部４１ｂへ供給されるのを防止している。

残渣回収装置５１は、窒素置換器５１ａと残渣回収部５１ｂとを有する。

窒素置換器５１ａは、残渣とともにサイクロン５０から供給される水性ガスを不活性な窒素ガスと置換するための装置である。

残渣回収部５１ｂは、窒素置換器５１ａから排出される残渣を回収する装置である。

窒素置換器５１ａは、サイクロン５０と連結される上方と、残渣回収部５１ｂと連結される下方の、それぞれに配置され、制御装置９０によって開閉状態が制御される電動式の制御弁（例えば、ボール弁）を有する。窒素置換器５１ａには、空気分離装置等の窒素ガスを生成する装置から窒素ガスが常時供給されるようになっている。

なお、制御装置９０は、窒素置換器４１ａの制御弁を制御するのと同様に窒素置換器５１ａの制御弁を制御し、水性ガスが残渣回収部５１ｂへ供給されるのを防止するものである。制御装置９０が窒素置換器５１ａの制御弁を制御する方法は、制御装置９０が窒素置換器４１ａの制御弁を制御する方法と同様であるので説明を省略する。

蒸気発生器８０は、蒸気発生部８０ａと蒸気循環タンク８０ｂとを有する。

蒸気発生部８０ａは、燃焼ガスと熱交換する水を内部に流通させる伝熱管（図示略）と伝熱管を覆うように形成される筒体に設けられるとともに水を内部に流通させるジャケット（図示略）とを有する。伝熱管とジャケットには、それぞれ蒸気循環タンク８０ｂから水が供給されるようになっている。

蒸気循環タンク８０ｂは、水供給装置８２から水が供給されるとともに水を蒸気発生部８０ａの伝熱管およびジャケットに供給する。ジャケットで熱された温水と、伝熱管が燃焼ガスによって加熱されて生成した蒸気とは、それぞれ蒸気循環タンク８０ｂに回収される。

蒸気循環タンク８０ｂは、蒸気発生部８０ａの伝熱管から供給された蒸気（飽和蒸気）を、蒸気過熱器８１へ供給する。

以上説明したバイオマス発電システムの設備中、熱分解炉のさらに改善された新たなシステムを図１４により説明する。

図１４は、本発明の他の実施形態に係る熱分解炉のリターンシステムの構成図である。このリターンシステムは、先の図１にて説明したチャー回収装置４１に係わるもので、その一部を説明したが、このチャー回収装置と協働して構成される。また、図１４に示す熱分解炉３０は、先に図１、図２の熱分解炉３０の一実施形態として示した図１０の構成に基本的に同じものである。また、本実施形態の熱分解炉３０の周辺設備として図１３にて説明した各機器についても同様である。従って、図１４において、先に説明の各図にて用いた符号と同じ符号のものは、同じ機能をもつものである。

本発明は、熱分解炉３０から排出される炭化物の未反応分に着目したのであり、図１４により以下詳細に説明する。

図１４において、熱分解炉３０の下段に、減温器４０、チャー回収装置４１が配され、熱分解炉３０の上段には炭化物の受入れホッパ３０ｃ、窒素置換器３０ｂが配されている。チャー回収装置４１は、窒素置換器４１ａ、チャー回収部４１ｂ、炭化物搬送部４１ｃ、炭化物回収部４１ｄ等からなる。炭化物搬送部４１ｃと受入れホッパ３０ｃ間には未反応物の搬送路３０ｄが設けられている。この搬送部４１ｃ、搬送路３０ｄ等はコンベアあるいはリフター等により構成でき文字通り搬送路となる。

このチャー回収部４１ｂから排出される炭化物を炭化物搬送部４１ｃへ選択的に切りかえることにより、未反応分を搬送路３０ｄを経て再度、熱分解炉３０へ投入可能とする。この回収、搬送手段が熱分解炉のリターンシステムを構成する。

このリターンシステムにより、炭化物の未反応分を繰り返し熱分解炉３０に投入することができ、反応管３３内における滞留時間を長くすることができる。

＜実施例＞
発明者らが実施検証したところ、本発明の熱分解炉のリターンシステムを採用することにより、反応管内の滞留時間が数倍になることから、水性反応率が７５％乃至８０％から９０％乃至９５％に上昇改善される。これにより水性ガス量が１．１９倍〜１．２７倍に多くなることがわかった。

（例）
・未反応分の５０％〜２００％をリターンできるリターンシステムを設置
・熱分解炉の反応管内の滞留時間：１．５倍〜３倍
とすることで、水性反応率が７５％〜８０％から９０％〜９５％に上昇。

（１）電力送電の場合
リターンシステムを採用しない場合を１００ＫＷとするとリターンシステムを設置した場合１１９ＫＷ〜１２７ＫＷと送電可能となる。
原料（木屑）が２Ｔｏ／ｈ（含水率１５ｗｔ％）の場合、送電量１２００ＫＷＨから１４３０ＫＷＨ〜１５２０ＫＷＨに増大する。

（２）水素供給の場合
リターンシステムを採用しない場合を１００Ｎｍ３／ｈとするとリターンシステムを設置した場合１１９Ｎｍ３／ｈ〜１２７Ｎｍ３／ｈの水素を供給可能となる。
原料（木屑）が２Ｔｏ／ｈ（含水率１５ｗｔ％）の場合、水素量が６６０Ｎｍ３／ｈから７９０Ｎｍ３／ｈ〜８３８Ｎｍ３／ｈ（９９．９９９Ｖ％の水素）増大する。

次に、図１５を用いて、本実施形態の乾燥機１０について説明する。

図１５は、図１に示す本発明の一実施形態に係る乾燥機の構成図である。

乾燥機１０は、ロータリキルンと呼ばれる方式の乾操機であり、燃焼ガス導入部１０ｂと、回転体１０ｃと、排出部１０ｄとを有する。

燃焼ガス導入部１０ｂは、燃発ガス流路２００ｄから供給される燃焼ガスを乾燥機１０の内部へ導入するとともに導入した燃焼ガスを回転体１０ｃの内部へ導くものである。

回転体１０ｃは、軸線Ｗに沿って延びる方向に形成される円筒状の部材であり駆動モータによって回転動力を与えられることにより軸線Ｗ回りに回転する。

また、回転体１０ｃの内部には、原料供給路１１ａから有機廃棄物が供給される。回転体１０ｃの内部に供給された有機廃棄物は、燃焼ガス導入部１０ｂから導かれる燃焼ガスによって乾燥されながら排出部１０ｄに向けて導かれる。

有機廃棄物は、回転体１０ｃの回転によって撹拌されながら燃焼ガスによって直接的に加熱され、回転体１０ｃの一端から他端まで燃焼ガスの流れによって搬送される。

排出部１０ｄは、回転体１０ｃによって搬送されながら乾燥した有機廃棄物を回収して原料供給路１０ａへ供給する。原料供給路１０ａへ供給された有機廃棄物は、定量供給器１２を介して炭化炉２０へ供給される。

また、排出部１０ｄは、燃焼ガス導入部１０ｂから回転体１０ｃの内部を通過して導かれた燃焼ガスを燃焼ガス流路２００ｅへ供給する。燃焼ガス流路２００ｅへ供給された燃焼ガスは、排ガス冷却洗浄装置１３へ供給される。

次に、本発明の他の実施形態に係るバイオマス発電システムを、図１６にて説明する。図１６に示すバイオマス発電システムは、図１に示した本発明による炭化炉、熱分解炉を介して水性ガスを使用したバイオマス発電システムと基本構成を同じくし、一部記載を省略している。

図１６に示すバイオマス発電システムＢにおいては、原料バイオマスの破砕機１０ａ、乾燥機１０、炭化炉２０、熱分解炉３０、減温器４０、チャー回収装置４１、水性ガスホルダ７０、発電設備７２へ水性ガスを供給して発電する第１電力供給に至る系列は、先に示す第１実施の形態のバイオマス発電システムＡとほぼ同様である。本発明の第２実施の形態が前記第１実施の形態と異なるのは、炭化炉２０で発生した燃焼ガスが熱分解炉３０、蒸気発生器８０、ボイラー７６の順に供給されて各装置の熱源となり、ボイラー７６にて飽和蒸気を回収しスチームタービン発電設備７５へ供給して発電し第２電力供給へ送電するとともにボイラー７６にて回収した蒸気の一部が蒸気発生器８０へ供給されて過熱蒸気を発生し熱分解炉３０へ供給される点にある。このように本来の熱分解ガスによるガスエンジン等による発電設備７２へ供給して発電する第１電力供給とボイラー７６から回収した飽和蒸気によるスチームタービン発電設備７５へ供給して発電する第２電力供給との複合サイクル発電、所謂ハイブリッド発電とする点において熱効率に優れている。また、第２電力供給系列のプロセスボイラー７６で発生した飽和蒸気がスチームタービン発電設備７５へ供給され、スチームタービン発電設備７５で使用した蒸気は復水器７７にて軟水タンク７８に戻りポンプ７９によってプロセスボイラー７６へ供給する循環ラインを形成することにより外部へ排出する排水をなるべく少なくして水の使用効率を高める点において優れている。

本発明の実施の形態に係るバイオマス発電システムＢは、炭化炉２０で発生した燃焼排ガスを熱分解炉３０に供給して、熱分解炉３０で炭化物と過熱蒸気との熱分解反応を促進するための熱源として利用することにより、バイオマス発電システムＢ全体の熱効率を向上させる点において特徴を有する。ボイラー７６で水蒸気を生成するのに必要な温度ないし熱エネルギーよりも、ボイラー７６で生成された水蒸気を過熱蒸気発生器８０で過熱するのに必要な温度ないし熱エネルギーの方が高いことから、本発明の実施の形態では、バイオマス発電システムＢ全体の熱効率を向上させるために、炭化炉２０で発生した燃焼ガスを熱分解炉３０、過熱蒸気発生器８０、ボイラー７６の順に供給し各装置の熱源となるため、バイオマス発電システムＢ全体の熱効率を向上させることができる。

以上説明した各実施形態は、本発明の理解のために例示されたものであり、本発明は、これら実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって定義される。また、本発明の技術思想から離れるものでない限り、特許請求の範囲に記載の構成と均等であるものも本発明の保護の範囲に含まれるものである。

本発明に係るバイオマス発電システムは、炭化炉の温度制御により燃焼効率を上げ、熱分解炉の密閉化を可能としガス化効率を高めると共に、発生する水性ガスの組成比を一定に保つことにより、且つ窒素、硫黄及びタールなどの不純物は炭化炉と熱分解ガス化装置で除去されるので高い発電効率が得られ、もって安全で効率の良い電力を供給できる。バイオマスの有効利用により省エネルギーと自然環境保護及び経済的に極めて有用である。

１０…乾燥機
１３…排ガス冷却洗浄装置
２０…炭化炉
２０ａ…間隙
２１…本体部
２２…円筒部
２３…有機廃棄物投入部
２４…炭化物排出部
２５…１次空気供給部
２６…２次空気供給部
２７…燃焼ガス排出部
２８ａ、２８ｂ、２８ｃ…温度センサ（温度検出部）
２８ｄ…レベルセンサ（堆積量検出部）
２９…炭化炉制御部（制御部）
３０…熱分解炉
３１…本体部
３２…反応管
３２ｆ…第１傾斜板
３２ｇ…第２傾斜板
３４…水性ガス出口ノズル
３５…燃焼ガス供給部
３６…燃焼ガス排出部
４０…減温器
４１…チャー回収装置
５０…サイクロン
６０…水性ガス冷却装置
７０…水性ガスホルダ
７２…発電設備
８０…蒸気発生器
８１…蒸気過熱器
８２…水供給装置

Claims (2)

1. バイオマスを炭化する炭化炉と、前記炭化炉で得られた炭化物、ガス化剤、および、燃焼ガスにより熱分解ガスを発生させる熱分解炉と、前記熱分解ガスを洗浄し得られた水性ガスを用いて電力を得る発電装置とを備え、
   前記炭化炉に供給する空気の供給量を制御する２箇所の空気供給制御部を設け、
   前記熱分解炉は、筒状の本体部と、前記本体部の内部に前記本体部の上端よりも突出した熱分解促進機能を有する反応管と、前記反応管の上端に前記炭化物およびガス化剤供給部とを備え、
   前記炭化炉において、前記２箇所の空気供給制御部から前記炭化炉に供給する空気の供給量だけにより温度制御された燃焼ガスを熱分解炉に供給し、
   前記熱分解炉において、前記本体部の内壁と前記反応管の外周面間を加熱用流路とし、前記炭化炉からの燃焼排ガスを入力するとともに、前記炭化炉からの炭化物を反応管内部に入力しガス化剤との反応により、得られた前記熱分解ガスを用いて前記水性ガスを発電装置に供給することを特徴とするバイオマス発電システム。
2. 前記熱分解炉に、前記熱分解炉にて生成された炭化物とガス化剤との反応後の未反応物を回収すると共に窒素で置換する回収手段と、前記回収手段から未反応物を前記熱分解炉の反応管上部へ搬送する搬送手段を備え、
   前記未反応物を前記熱分解炉へ再度投入可能とすることを特徴とする請求項１に記載のバイオマス発電システム。

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