JP6595876B2 - 煙管ボイラ - Google Patents

Description

本発明は、燃焼ガスから熱回収を行う煙管ボイラに関するものである。

木質バイオマス等の燃料を燃焼装置で燃焼させた場合の燃焼ガスは、燃焼ガス中に灰が浮遊した状態で含まれている。

煙管ボイラでは、各煙管に灰が含まれている燃焼ガスが流入すると、燃焼ガスに含まれている灰が各煙管の入口や内壁面に付着することがある。

そのため、煙管ボイラでは、各煙管内に流入する燃焼ガス中の灰の量を低減させて、灰付着の抑制を図ることが望まれている。

このような要望に応えるものとして、燃焼ガスよりも重い灰を落下させて、煙管に流入する燃焼ガスに含まれる灰の量を少なくするようにした煙管ボイラが従来提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

すなわち、特許文献１に記載されている煙管ボイラは、加熱対象の水を貯留する円筒状の缶体内に、横倒れ姿勢の炉筒と横倒れ姿勢の複数の煙管が、炉筒を下方に位置させる状態で上下方向に並べられて設けられている。炉筒の燃焼ガス出口部から排出される燃焼ガスは、燃焼ガス流動室で上向きに流れて各煙管の燃焼ガス入口部から各煙管内に流入させられるようにしてある。上下方向に延びている燃焼ガス流動室の最下部には、灰溜め箱が灰落下路を介して接続されている。炉筒の燃焼ガス出口部から排出される燃焼ガスの流動に抵抗を与えるための複数の管状体が、燃焼ガス流動室内に設けられている。

炉筒で発生した燃焼ガスは、炉筒の燃焼ガス出口部から燃焼ガス流動室へ排出されるときに流速が減速され、又、流動が乱流化することにより、燃焼ガス中に浮遊していて比重が燃焼ガスよりも重い灰は落下して、灰落下路を経て灰溜め箱に溜められる。これにより、燃焼ガスに含まれる灰が少なくなり、煙管に持ち込まれる灰が少なくなるとされている。

特開２００９−２７０７４２号公報

ところが、特許文献１に記載されている煙管ボイラは、炉筒の上側に、煙管が配置され、炉筒の燃焼ガス出口部よりも下側に灰溜め部が配置されているため、炉筒の燃焼ガス出口部から燃焼ガス流動室に出た燃焼ガスの主な流れ方向は、燃焼ガス流動室内で上向きの流れとなって各煙管内に流入する。この際、燃焼ガス中に含まれている灰が燃焼ガスより分離できるのは、燃焼ガスよりも比重が重い灰のみであり、燃焼ガスの上向きの流れに逆らって沈降しなければならない。

そのため、特許文献１に記載されている煙管ボイラでは、炉筒の燃焼ガス出口部から燃焼ガス流動室に出た燃焼ガスに含まれている灰が、燃焼ガスから分離されにくく、煙管の方向へ搬送されやすい。

ところで、木質バイオマス等の燃料を燃焼装置で燃焼させた場合に生じる灰には、可燃物の未燃分が含まれている（付着している）ことがある。しかし、特許文献１に示されたものでは、燃焼ガス流動室で落下した灰は灰溜め箱に集められてしまうために、灰中の未燃分の熱量は有効に利用されていない。

そこで、本発明は、燃焼ガスに同伴されて煙管に入る灰の量を低減させると共に、灰中の未燃分の熱量を有効利用することができる煙管ボイラを提供しようとするものである。

本発明は、前記課題を解決するために、水を貯留する缶体と、前記缶体内に配設され、軸心方向を上下方向とする複数の煙管と、前記缶体内に配設され、灰を含む燃焼ガスを前記缶体の下側へ導入する燃焼ガス導入用煙管と、前記缶体の下部に設けられて、前記複数の煙管の下端側と前記燃焼ガス導入用煙管の下端側とを連通する灰受部とを備え、前記燃焼ガスは、バイオマス由来のバイオマス燃料、または、廃プラスチックから製造される燃料を燃焼させて生じるガスであり、前記缶体は、前記水が貯留される貯留空間を備え、前記複数の煙管は、前記貯留空間において前記燃焼ガス導入用煙管の周囲に配置され、前記燃焼ガス導入用煙管の上端側は、前記貯留空間の側壁部を貫通して前記缶体の外部へ突出し、前記灰受部は、前記燃焼ガス導入用煙管の下端側から導入される前記燃焼ガスの流速が低下するように前記燃焼ガス導入用煙管の流路断面積よりも広い流路断面積を有する流路とし、前記燃焼ガスに同伴される灰を沈降させると共に、前記燃焼ガスに同伴される灰中の未燃分を燃焼させる構成とした煙管ボイラとする。

また、本発明は、水を貯留する缶体と、前記缶体内に配設され、軸心方向を上下方向とする複数の煙管と、前記缶体内に配設され、前記缶体の外部に取り付けた燃焼装置に一端側が接続され、前記燃焼装置からの灰を含む燃焼ガスを他端側から前記缶体の下側へ導入する燃焼ガス導入用煙管と、前記缶体の下部に設けられて、前記複数の煙管の下端側と前記燃焼ガス導入用煙管の下端側とを連通する灰受部とを備え、前記燃焼ガスは、バイオマス由来のバイオマス燃料、または、廃プラスチックから製造される燃料を燃焼させて生じるガスであり、前記缶体は、前記水が貯留される貯留空間を備え、前記複数の煙管は、前記貯留空間において前記燃焼ガス導入用煙管の周囲に配置され、前記燃焼ガス導入用煙管の上端側は、前記貯留空間の側壁部を貫通して前記缶体の外部へ突出し、前記灰受部は、前記燃焼ガス導入用煙管の前記下端側から導入される前記燃焼ガスの流速が低下するように前記燃焼ガス導入用煙管の流路断面積よりも広い流路断面積を有する流路とし、前記燃焼ガスに同伴される灰を沈降させると共に、前記燃焼ガスに同伴される灰中の未燃分を燃焼させる構成とした煙管ボイラとする。

前記灰受部は、前記燃焼ガス導入用煙管から下向きに入った燃焼ガスの流れを上向きに反転させて、前記複数の煙管に流入させる構成としてある。

前記灰受部は、前記燃焼ガス導入用煙管の下端側から導入される前記燃焼ガスの流速が、該燃焼ガスに同伴される灰の終端速度未満となるように前記燃焼ガス導入用煙管の流路断面積よりも広い流路断面積を有する流路とした構成としてある。

前記燃焼ガス導入用煙管は、前記上端側が燃焼ガス煙道に接続されており、前記燃焼ガス導入用煙管の径は、前記燃焼ガス煙道の径と同等の径とした構成としてある。

前記燃焼ガス導入用煙管は、前記灰受部に連通される下端側が前記缶体内の中央部に配置されている構成としてある。

前記缶体は、燃焼ガスを排出する燃焼ガス出口が形成されており、前記複数の煙管は、平面視で、前記燃焼ガス出口に近傍する側が疎に配置されると共に、前記燃焼ガス出口から離間する側が密に配置されている構成としてある。

本発明の煙管ボイラによれば、灰中の未燃分を燃焼させることができるため、燃焼ガスに同伴されて煙管に入る灰の量を低減させると共に、灰中の未燃分の熱量を有効利用することができる。

第１実施形態の煙管ボイラの概略を示す一部切断側面図である。 図１のＡ−Ａ方向からの概略切断平面図である。 第２実施形態の煙管ボイラの概略を示す一部切断側面図である。 第３実施形態の煙管ボイラを示すもので図２に対応する概略切断平面図である。 煙管ボイラの第１使用例の概略を示す一部切断側面図である。 煙管ボイラの第２使用例の概略を示す一部切断側面図である。 図６のＢ−Ｂ方向からの概略切断側面図である。

以下、本発明の煙管ボイラについて、図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の煙管ボイラの概略を示す一部切断側面図、図２は、図１のＡ−Ａ方向からの概略切断平面図である。

本実施形態の煙管ボイラは、図１及び図２に示すように、縦方向に配置された円筒形状の缶体１と、缶体１内に備えられた１本の燃焼ガス導入用煙管２と、燃焼ガス導入用煙管２を取り囲むように配置されて燃焼ガス導入用煙管２よりも配管径の小さい複数の煙管３と、缶体１の下側に設けられた灰受部４とを備えた構成とされている。

缶体１は、胴部７の内側の上端側と下端縁部に、それぞれ上部鏡板（管寄せ）８と下部鏡板（管寄せ）９とを固定して備え、上下の鏡板８，９との間が水１０ａの貯留空間１０とされている。

缶体１内における上部鏡板８よりも上側の空間はガス集合部１１とされている。

各煙管３は、缶体１の軸心方向と平行に配置され、上端側は上部鏡板８を貫通して固定されている。煙管３の上端開口部は、ガス集合部１１に連通している。

各煙管３の下端側は、下部鏡板９を貫通して固定され、下端開口部が灰受部４に連通している。

燃焼ガス導入用煙管２は、上端側が、缶体１の内側から缶体１の胴部７を貫通して外側へ突出するように取り付けられていて、その突出端部が入口２ａとされている。入口２ａは、燃焼装置（図示せず）の燃焼ガス煙道１２に接続されている。

燃焼ガス導入用煙管２は、缶体１内で入口２ａ側より水平方向に延びて缶体１の中央部分で下向きに屈曲させられ、下端側が下部鏡板９の中央部分を貫通して取り付けられ、その下端が灰受部４の中央部分に連通する出口２ｂとなっている。

これにより、燃焼ガス５は、燃焼ガス導入用煙管２内に入口２ａ側から導入された後、上側から下側へ流れて灰受部４に導入される。この際、燃焼ガス導入用煙管２の配管径は、燃焼ガス煙道１２の径と同等の口径としてあるため、燃焼ガス５の流速は、燃焼ガス煙道１２より排出された流速に保持される。このため、燃焼ガス５中に浮遊して同伴される灰６は、燃焼ガス導入用煙管２内への付着が抑制された状態で、燃焼ガス５とともに灰受部４に導入される。

灰受部４は、缶体１の下側に、缶体１の径と同様の径寸法で設けられた円筒状の容器であり、上端側は缶体１の下端側に気密に取り付けられている。

灰受部４は、燃焼ガス導入用煙管２の出口２ｂ側から導入された燃焼ガス５の流速が、灰受部４内では灰６の終端速度に満たない流速まで減速（低下）するように、燃焼ガス導入用煙管２の流路断面積に比して大きな流路断面積を有するものとされている。

具体的には、灰受部４は、缶体１と同様の径寸法としてあるため、灰受部４の高さ寸法を調整することで、前述の流路断面積を得るようにしてある。

これにより、灰受部４に燃焼ガス導入用煙管２の出口２ｂ側から燃焼ガス５が導入されると、燃焼ガス５は、図１に矢印で示すように、一旦下方に向けて流れた後、周囲に拡散し、その後、上向きに反転されてから、各煙管３に流入するようになる。

このため、燃焼ガス５に同伴されて灰受部４に流入した灰６は、燃焼ガス５の流れにより灰受部４の内底部側に導かれる。その際、燃焼ガス５の速度が灰６の終端速度未満になることに起因して、灰６の大部分は燃焼ガス５の流れに同伴されることなく取り残される。したがって、灰受部４は、燃焼ガス５中から灰６の大部分を分離させて灰受部４の内底部に沈降させることができる。

又、灰受部４は、側壁部４ａ及び底壁部４ｂが耐火材で構築されていて、燃焼ガス５が導入される内部の温度を灰６中の未燃分が燃焼する温度に保持できるようになっている。これにより、沈降途中の灰６中の未燃分や灰受部４の内底部に沈降した灰６中の未燃分が、燃焼ガス５中に残存している酸素（余剰酸素）で燃焼するようにしてある。

灰受部４の側壁部４ａには、灰を排出させるための灰排出口１３があり、灰受部４から定期的（たとえば、月に１回程度）に灰６を掻き出せるようにしてある。図示してないが、灰排出口１３には開閉用の蓋が備えられている。

更に、灰受部４の側壁部４ａには、空気１５を灰受部４内に供給する空気供給ライン１４が接続されており、空気供給ライン１４から灰受部４に空気１５を供給することにより、灰受部４に沈降した灰６の未燃分を燃焼させるようにしてある。

ガス集合部１１の側壁部には、燃焼ガス出口１６が設けられている。燃焼ガス出口１６は、燃焼ガス排出ライン１７を介してサイクロン１８に接続されている。サイクロン１８で灰を除去した燃焼ガス５は、図示しない煙突や排ガス処理装置等を経て大気へ放出される。

なお、図１では、一例として、燃焼ガス出口１６をガス集合部１１の側壁部に設けた構成を示しているが、缶体１の頂部に燃焼ガス出口１６を設けて、缶体１の頂部から燃焼ガス５を取り出すようにしてもよい。

又、燃焼ガス導入用煙管２は、入口２ａを缶体１の胴部７に開口させた構成を示したが、入口２ａ側を上部鏡板８に貫通させると共に、缶体１の上方や、ガス集合部１１の側壁部に開口させて、上部鏡板８の缶体１の上側から燃焼ガス５を導入させるようにしてもよい。

本実施形態では、図２に示すように、缶体１内の複数の煙管３は、缶体１内でほぼ一定の間隔で設置されているが、缶体１の周方向におけるガス集合部１１の燃焼ガス出口１６が配置されている側に寄った領域の煙管３の配列間隔を疎にし、燃焼ガス出口１６に離間する領域での煙管３の配列間隔を密にした構成としてもよい。このようにすれば、灰受部４内での燃焼ガス５の流れの周方向への拡散をより均一にして、各煙管３の燃焼ガス５の流れをより均等化させることができる。

なお、図示していないが、缶体１の胴部７の内側の貯留空間１０には、加熱対象となる水１０ａを供給する給水ラインと、蒸気を取り出す蒸気取出ラインが接続されている。なお、温水ボイラとする場合は、温水を循環するラインを接続するようにすればよい。

図１において、符号１９は、燃焼ガス導入用煙管２の熱膨張を吸収するため途中位置に設けたエキスパンション部である。

本実施形態の煙管ボイラは、前記した構成とされているので、燃焼ガス５から熱回収をする場合は、缶体１内の貯留空間１０に給水して水１０ａを貯留させる。

次いで、図示しない燃焼装置では、木質バイオマス等の燃料を燃焼させる。燃焼装置で生じた燃焼ガス５は、燃焼装置の燃焼ガス煙道１２から燃焼ガス導入用煙管２内に入口２ａを経て送り込まれる。

燃焼ガス導入用煙管２は、配管径が燃焼ガス煙道１２の径と同等の口径としてあるので、該燃焼ガス導入用煙管２内に導入された燃焼ガス５は、上側から出口２ｂがある下側へ流れる。この間、燃焼ガス５は、流速が維持されるので、燃焼ガス導入用煙管２への灰６の付着が抑制される。これにより、燃焼ガス導入用煙管２の清掃を減らすことができる。

燃焼ガス導入用煙管２の出口２ｂに達した燃焼ガス５は、灰受部４に下向きに流入した後、周囲へ拡散し、その後、上向きに反転されてから、各煙管３に流入するようになる。

灰受部４内に流入した燃焼ガス５は、流速が大幅に低下し、灰６の終端速度に満たない流速となる。これにより、灰６は、灰受部４内で沈降する。

この際、灰受部４では、燃焼ガス導入用煙管２の出口２ｂより導入されるときの燃焼ガス５の流れの向きが下向きとされているため、燃焼ガス５に含まれている灰６には灰受部４の内底部へ向かう力が作用している。そのため、灰６は、灰受部４内で流速が低下した燃焼ガス５の上向き流れに同伴されにくくなり、沈降がより促されて、燃焼ガス５と灰６は分離されやすくなる。

灰受部４内で沈降する灰６や内底部に沈降した灰６中の未燃分は、燃焼ガス５中の余剰酸素により燃焼する。あるいは、空気供給ライン１４より灰受部４内に供給される空気１５により燃焼する。

更に、灰受部４は、その内底面の面積が、缶体１の断面積と同様となっているので、沈降した灰６を分散させた状態で、燃焼ガス５中の余剰酸素や、空気供給ライン１４より供給される空気１５と効率よく接触させることができて、灰６中の未燃分の燃焼を促すことができる。

灰６中の未燃分が燃焼させられた場合は、未燃分が減少することで燃焼ガス５に同伴される灰６の量が低減し、煙管３に灰６が付着することを抑制できる。これにより、煙管３は、灰６が付着した状態での流路断面積の確保を考慮しなくてよいため、管径を小さくすることができる。このため、煙管ボイラは、煙管３の配置の密度の向上化を図ることができて、煙管ボイラ全体の小型化を図ることができるという利点が得られる。又、燃焼ガス５に同伴される灰６の量が低減することから、煙管ボイラの下流に設置するサイクロン１８等の集塵装置の集塵負荷を軽減でき、集塵装置の清掃の頻度を低減させて、運転期間を延命化できるという利点もある。

又、前記のように、灰受部４で灰６中の未燃分を燃焼させることから、この燃焼の際に生じる熱は、燃焼ガス５が灰受部４から流入する複数の煙管３での熱交換で回収される。これにより、灰６中の未燃分が有する熱量を有効に利用することができる。

本実施形態では、複数の煙管３が燃焼ガス導入用煙管２と干渉しない範囲で燃焼ガス導入用煙管２の周囲に分布するように配置されているので、缶体１内の無駄なスペースの低減化を図ることができる。

［第２実施形態］
図３は第２実施形態の煙管ボイラの概略を示す一部切断側面図である。

図１に示す第１実施形態の煙管ボイラと同一のものには、同一符号を付して、その説明を省略する。

本実施形態の煙管ボイラは、図１に示す灰受部４に代えて、缶体１下部の径と同じ大きさの径寸法としてあり、且つ内底面が周辺部から中央部に向けて徐々に低くなる形状の耐火構造の灰受部２０を備えた構成としたものである。灰受部２０は、中央部に灰排出口２１が設けられている。

灰排出口２１には、灰６の排出時以外は常時閉塞しておき、灰排出時に取り外すことができるように栓体２２が取外し可能に取り付けられている。

灰受部２０の流路断面積は、第１実施形態における灰受部４の流路断面積と同様に設定されている。

図示しない燃焼装置で木質バイオマス等の燃料が燃焼されると、第１実施形態の場合と同様に、灰６が含まれている燃焼ガス５が、燃焼ガス煙道１２から燃焼ガス導入用煙管２内に導入される。

燃焼ガス導入用煙管２内を上側から下側へ流通した燃焼ガス５は、燃焼ガス導入用煙管２の出口２ｂから灰受部２０内に流入する。この際、灰受部２０は流路断面積が前述のように設定されているので、燃焼ガス５は、矢印で示すように、燃焼ガス導入用煙管２の出口２ｂから下方に向いた流れとなった後、周囲に拡散した流れとなる。この燃焼ガス５の流れにより燃焼ガス５に同伴された灰６は、第１実施形態の場合と同様に、灰受部２０内では終端速度に満たない流速になるので、燃焼ガス５から分離されて灰受部２０の内底部に沈降する。

灰受部２０に沈降して受けられた灰６中の未燃分は、燃焼ガス５中の余剰酸素により燃焼されること、未燃分の燃焼で得られた熱は、燃焼ガス５が上昇する煙管３内で回収されること、等は第１実施形態の場合と同様であり、本実施形態でも第１実施形態の場合と同様の効果が得られる。

なお、本実施形態において、灰受部２０は、第１実施形態と同様の空気供給ライン１４を接続した構成として、灰６中の未燃分を燃焼させるための空気を供給するようにしてもよいことは勿論である。

［第３実施形態］
図４は、第３実施形態の煙管ボイラの概略切断平面図で、図２に対応するものである。

本実施形態の煙管ボイラは、燃焼ガス導入用煙管２を、図１に示す水平方向から鉛直方向に屈曲させる途中位置から、２つの煙管路２Ａ，２Ｂに分岐させ、各煙管路２Ａ，２Ｂの各下端を灰受部４，２０（図１、図３参照）に連通させるようにしたものである。

煙管路２Ａ，２Ｂは、同等の流路断面積を備えていることが好ましい。又、煙管路２Ａ，２Ｂの流路断面積の和が、燃焼ガス導入用煙管２の入口２ａ側の流路断面積より大きくなるようにしてあれば、煙管路２Ａ，２Ｂの流路断面積は任意に設定してよい。

その他の構成は、前記した第１実施形態、第２実施形態の煙管ボイラの構成と同じであり、同一のものには同一符号を付して、その説明を省略する。

本実施形態における煙管ボイラは、燃焼ガス導入用煙管２が途中位置から２つの煙管路２Ａ，２Ｂに分岐されている。そのため、燃焼ガス導入用煙管２に入口２ａから導入された燃焼ガス５は、途中位置から煙管路２Ａ，２Ｂに分かれて灰受部４，２０の方向に流される。

本実施形態のように、燃焼ガス導入用煙管２を途中から煙管路２Ａ，２Ｂに二又状に分岐させた場合は、燃焼ガス導入用煙管２に導入された燃焼ガス５を各煙管路２Ａ，２Ｂに分流させることができ、各煙管路２Ａ，２Ｂ内を上側から下側に流れる燃焼ガス５の流速を、燃焼ガス導入用煙管２に入口２ａから導入される燃焼ガス５の流速よりも低下させることができる。又、単一の燃焼ガス導入用煙管を使用する場合に比して、水１０ａとの伝熱面積を拡大することができる。

［第１使用例］
図５は、煙管ボイラの第１使用例の概略を示す一部切断側面図である。

本使用例は、第１実施形態と同様の構成を備える煙管ボイラＩについて、燃焼ガス導入用煙管２の入口２ａを、燃焼装置の一例としてのバーナ２３の火炎噴出口３２に、燃焼ガス煙道１２を介して接続した構成としたものである。

なお、図５において、煙管ボイラＩ自体の構成は、図１及び図２に示したものと同様であり、同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。

バーナ２３は、上下に延びる円筒状として、底部に流動層２５を有し、頂部にガス出口２６を有する燃焼室２４を備えている。燃焼室２４には、粉体燃料２７を供給する粉体燃料供給管２８と、燃焼空気供給管２９が設けられている。更に、バーナ２３は、ガス出口２６に、主燃焼空気供給管３１を備えたガス通路３０の一端側が接続され、このガス通路３０の他端側が火炎噴出口３２とされた構成を備えている。

流動層２５は、砂等の固体粒子の熱媒体（流動媒体）３３が充填されている。流動層２５の下方には、熱媒体３３の通過は阻止する一方、空気は通過可能な多孔質板又は多孔板のような熱媒体支持部材３４と、散気管３５と、空気ボックス３６とが設けられている。空気ボックス３６には、燃焼用空気を兼ねる流動化空気３７の供給手段（図示せず）が接続されている。これにより、流動層２５では、空気ボックス３６、散気管３５、熱媒体支持部材３４を経て下方から導入されて上向きに噴出される流動化空気３７によって熱媒体３３の流動化が行われる。

したがって、流動層２５は、後述するように粉体燃料供給管２８より燃焼室２４に供給される粉体燃料２７のうちの流動層２５まで落下する比較的大きい粒径の燃料を、流動化された熱媒体３３で支持し且つ攪拌しながら、流動化空気３７を用いて燃焼させることができる。この際、流動層２５では、流動化空気３７の供給量と、流動層２５に落下供給される粉体燃料２７の供給量が、粉体燃料２７の部分燃焼が生じるように（粉体燃料２７の完全燃焼には酸素不足となるように）調整されている。このため、流動層２５では、粉体燃料２７の部分燃焼が行われると共に、この部分燃焼で生じた燃焼熱を利用して粉体燃料２７の残部の熱分解ガス化が行われる。流動層２５では、粉体燃料２７を部分燃焼させることにより、流動層２５特有の固体燃料を攪拌する効果を残しながら粉体燃料２７が緩慢燃焼することになるため、粉体燃料２７の形状及び性状の変動による燃焼変動を抑制することができる。

流動層２５における粉体燃料２７の熱分解ガス化によって生じる可燃性ガスは、粉体燃料２７の部分燃焼によって生じる燃焼ガスや、流動層２５で流動化空気３７として使用された後の空気と一緒に、ガス出口２６に向けて燃焼室２４を上昇する。

燃焼室２４は、流動層２５の直上となる燃焼室２４の内部空間の下部寄りの領域が、前記のように流動層２５に支持された粉体燃料２７が部分燃焼と熱分解ガス化される燃焼部３８となっている。燃焼室２４の内部空間における燃焼部３８よりも上方の領域は、ガス化燃焼空間３９とされている。

燃焼室２４の側壁４０における燃焼部３８に対応する位置には、起動用（着火用）バーナ（図示せず）が備えられている。この起動用バーナは、バーナ２３の起動時に、ＬＰＧ、都市ガス、灯油等の燃料を燃焼させて、燃焼室２４の温度を粉体燃料２７が着火する温度、たとえば、１１００℃位まで加熱するためのものである。なお、起動用バーナによる燃焼室２４の加熱温度は、使用する粉体燃料２７の着火温度に応じて適宜変更してもよいことは勿論である。

燃焼空気供給管２９は、燃焼室２４の側壁４０におけるガス化燃焼空間３９の下部に対応する位置に設けられている。図５では、側壁４０に２本の燃焼空気供給管２９が設けられた例を示している。更に、燃焼空気供給管２９は、水平方向に配置されていて、燃焼室２４の外周の接線方向に沿う姿勢で側壁４０に取り付けられていることが好ましい。燃焼空気供給管２９には、燃焼用空気４１の供給手段（図示せず）が接続されている。

これにより、燃焼室２４では、燃焼空気供給管２９から燃焼用空気４１が供給されると、燃焼室２４に図５に矢印で示すように旋回しながらガス出口２６側、すなわち、上方へ向けて流れる燃焼用空気４１の上昇流が形成される。

粉体燃料供給管２８は、図示しない燃料供給部から空気によって輸送される粉体燃料２７を燃焼室２４へ供給するためのものである。粉体燃料供給管２８は、燃焼室２４の上部に設けられている。粉体燃料供給管２８の配置と向きは、粉体燃料供給管２８から燃焼室２４へ供給する粉体燃料２７がガス化燃焼空間３９に投入され、更に、後述するようにガス化燃焼空間３９で部分燃焼と熱分解ガス化が完全には進行しない粉体燃料２７のうちの大きな粒径のものが流動層２５まで落下するように設定されている。

なお、燃焼空気供給管２９からの燃焼用空気４１の供給量は、流動層２５に供給される流動化空気３７の供給量、及び、粉体燃料２７に同伴される空気輸送用の空気との合計が、粉体燃料供給管２８より供給される粉体燃料２７の全量に対し部分燃焼が生じるように（粉体燃料２７の全量の完全燃焼には酸素不足となるように）調整されている。

粉体燃料２７は、たとえば、木質バイオマスを粉砕処理した粉体のバイオマス燃料であって、０．１ｍｍから３ｍｍまでの粒度分布を有するものを使用する。

この粉体燃料２７を木材から製造する場合は、木材を粉砕機で粉砕処理し、得られた粉砕物を３ｍｍのメッシュの篩を用いて篩分けすることで、約０．１ｍｍから３ｍｍまでの粒度分布を有する粒子を回収して粉体燃料２７とすればよい。

燃焼室２４に粉体燃料供給管２８から粉体燃料２７が供給されると、この粉体燃料２７は、燃焼用空気４１の上昇流に接触する。このため、粉体燃料２７のうちの小さい粒径のものは、燃焼用空気４１の上昇流によって浮遊させられた状態で、又、より大きな粒径のものは上昇流中を徐々に下降しながら、前述したと同様の粉体燃料２７の部分燃焼と熱分解ガス化が行われる。粉体燃料２７のうち、上昇流中で部分燃焼と熱分解ガス化が完全には進行しない大きな粒径のものは、図５に二点鎖線で示すように流動層２５まで落下し、流動層２５において前述した部分燃焼と熱分解ガス化が行われる。

したがって、燃焼室２４内では、供給されたすべての粉体燃料２７について、部分燃焼と熱分解ガス化が行われる。燃焼室２４内で粉体燃料２７の熱分解ガス化によって生じた可燃性ガスは、粉体燃料２７の部分燃焼による燃焼ガスと、流動化空気３７及び燃焼用空気４１として使用された後の空気と一緒にガス出口２６へ導かれる。

ガス通路３０は、たとえば、横方向に延びる筒とされ、長手方向の一端側でガス出口２６に接続され、長手方向他端側の開口が火炎噴出口３２とされている。火炎噴出口３２は、煙管ボイラＩの入口２ａに、燃焼ガス煙道１２を介して接続されている。

ガス通路３０には、主燃焼用空気４２を供給する主燃焼空気供給管３１が、たとえば、図５に示すように、火炎噴出口３２側に向いた姿勢で設けられている。これにより、ガス通路３０では、燃焼室２４のガス出口２６よりガス通路３０に導かれる可燃性ガスを含んだガスに対し、主燃焼空気供給管３１より主燃焼用空気４２が供給されて、可燃性ガスの主燃焼用空気４２による主燃焼が更に行われる。この主燃焼によって生じる火炎及び高温の燃焼ガス５は、火炎噴出口３２から燃焼ガス煙道１２を経て煙管ボイラＩへ供給される。

なお、図示しないが、主燃焼空気供給管３１は、ガス通路３０の外周に接線方向に取り付けられていて、主燃焼用空気４２がガス通路３０に旋回しながら供給される構成としてもよい。

以上の構成としてあるバーナ２３を使用する場合は、先ず、起動用バーナ（図示せず）により燃焼室２４を粉体燃料２７の着火温度以上に加熱する。又、この際、流動層２５では流動化空気３７による熱媒体３３の流動化を開始する。更に、燃焼空気供給管２９から燃焼室２４への燃焼用空気４１の供給と、主燃焼空気供給管３１からガス通路３０への主燃焼用空気４２の供給とを開始する。

その後、粉体燃料供給管２８から燃焼室２４への粉体燃料２７の供給を開始する。

これにより、燃焼室２４では、粉体燃料２７の燃焼用空気４１による浮遊状態での部分燃焼と熱分解ガス化が行われる。更に、浮遊状態では部分燃焼又は熱分解ガス化が完全に進行しきれない比較的大きな粒径の粉体燃料２７は、流動層２５まで落下して、流動層２５にて流動化空気３７を用いて部分燃焼と熱分解ガス化が行われる。燃焼室２４における粉体燃料２７の熱分解ガス化によって生じた可燃性ガスを含むガスは、その後、ガス出口２６からガス通路３０へ連続的に導かれる。

ガス通路３０では、燃焼室２４より連続的に導かれる可燃性ガスを含むガスに対し、主燃焼空気供給管３１から主燃焼用空気４２が供給されるため、可燃性ガスの主燃焼が行われる。これにより、バーナ２３では、前記主燃焼により高温の燃焼ガス５が生じ、この燃焼ガス５が、火炎噴出口３２から燃焼ガス煙道１２を通して煙管ボイラＩの入口２ａへ供給される。

したがって、煙管ボイラＩでは、第１実施形態の場合と同様に、燃焼ガス５から熱回収を行うことができる。

又、バーナ２３で使用する粉体燃料２７が木質バイオマス由来の燃料である場合、バーナ２３で発生して煙管ボイラＩに導入される燃焼ガス５には、灰６が含まれていることがあり、更に、灰６に可燃物の未燃分が含まれている（付着している）可能性がある。

この場合であっても、煙管ボイラＩでは、灰受部４で灰６を沈降させることができると共に、灰受部４では灰６中の未燃分を燃焼させることができて、煙管３に灰６が付着することを抑制することができる等、第１実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。

したがって、本使用例のようにバーナ２３と煙管ボイラＩとを組み合わせた構成は、木質バイオマス由来の粉体燃料２７の燃焼とその熱回収を行う燃焼システムとして有効である。

更に、バーナ２３は、粉体燃料２７のうち、粒径の小さいものは燃焼用空気４１による浮遊状態で部分燃焼と熱分解ガス化を行うことができ、粒径が大きいものは流動層２５で部分燃焼と熱分解ガス化を行うことができる。したがって、バーナ２３は、粉体燃料２７の粒度分布に適した燃焼を行わせることができる。

［第２使用例］
図６は、煙管ボイラの第２使用例の概略を示す一部切断側面図である。図７は図６のＢ−Ｂ方向からの概略切断側面図である。

本使用例は、第１実施形態と同様の構成を備える煙管ボイラＩについて、燃焼ガス導入用煙管２の入口２ａを、燃焼装置の別の例としてのバーナ２３ａの火炎噴出口３２に、燃焼ガス煙道１２を介して接続した構成としたものである。

なお、図６において、煙管ボイラＩ自体の構成は、図１及び図２に示したものと同様である。又、図６、図７において、図５に示したものと同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。

バーナ２３ａは、円筒状の燃焼室２４ａを横長となるように形成し、燃焼室２４ａの一端側の底部に開口４３を設け、この開口４３の下側に流動層２５を備えた構成とされている。流動層２５の構成は、第１使用例のバーナ２３と同様とされている。

燃焼室２４ａは、その一端側における流動層２５の直上となる領域が、図６に一点鎖線で示す燃焼部３８とされ、燃焼部３８を除く領域がガス化燃焼空間３９とされている。図６では、燃焼室２４ａの一端側の上部から他端寄りの領域が、ガス化燃焼空間３９となっている。

更に、燃焼室２４ａの一端側の頂部には、粉体燃料供給管２８が設けられている。更に、粉体燃料供給管２８は、図７に示すように、燃焼室２４ａのガス化燃焼空間３９に開口するように、燃焼室２４の外周の接線方向に沿う姿勢で接続されている。これにより、粉体燃料供給管２８から燃焼室２４ａへ粉体燃料２７を供給すると、粉体燃料２７が燃焼室２４ａ内で旋回するようにしてある。又、粉体燃料供給管２８から燃焼室２４ａへ供給される粉体燃料２７は、まずガス化燃焼空間３９に投入され、粉体燃料２７のうち、ガス化燃焼空間３９にて浮遊状態で部分燃焼や熱分解ガス化が進行しきれない比較的粒径の大きなものが、図６、図７に二点鎖線で示すように、ガス化燃焼空間３９を通過して流動層２５へ落下供給されるようにしてある。

燃焼室２４ａの円筒形状の外周部には、図６、図７に示すように、燃焼室２４ａ内に開口する燃焼空気供給管２９が接線方向に沿う姿勢で設けられている。燃焼空気供給管２９は、図６では、一例として、燃焼室２４ａの軸心方向の２個所に備えられている。これにより、燃焼空気供給管２９より燃焼室２４ａに供給される燃焼用空気４１は、図６に矢印で示すように、旋回しながら燃焼室２４ａの他端側のガス出口２６側へ向けて流される。したがって、燃焼室２４ａでは、供給される粉体燃料２７と燃焼用空気４１が、ともに旋回しながらガス化燃焼空間３９で接触するようになる。

ガス出口２６には、ガス通路３０の一端側が接続され、ガス通路３０の他端側開口は火炎噴出口３２とされている。

ガス通路３０の火炎噴出口３２に近い位置の周壁には、主燃焼空気供給管３１が、火炎噴出口３２側に向けた斜めの姿勢で設けられていて、主燃焼用空気４２が火炎噴出口３２の方向へ供給されるようになっている。

バーナ２３ａのその他の構成は、図５に示した第１使用例のバーナ２３と同様とされている。

以上の構成としてあるバーナ２３ａは、図５に示したバーナ２３と同様の手順で用いることにより、燃焼室２４ａに供給される粉体燃料２７は、燃焼用空気４１による浮遊状態での部分燃焼と熱分解ガス化が行われる。更に、浮遊状態では部分燃焼又は熱分解ガス化が完全に進行しきれない比較的大きな粒径の粉体燃料２７は、流動層２５まで落下して、流動層２５にて流動化空気３７を用いて部分燃焼と熱分解ガス化が行われる。

燃焼室２４ａにおける粉体燃料２７の熱分解ガス化によって生じた可燃性ガスを含むガスは、その後、ガス出口２６からガス通路３０へ連続的に導かれ、主燃焼空気供給管３１から供給される主燃焼用空気４２による可燃性ガスの主燃焼が行われる。

したがって、本使用例の場合も、バーナ２３ａでは、前記主燃焼により高温の燃焼ガス５が生じ、この燃焼ガス５が、火炎噴出口３２から燃焼ガス煙道１２を経て煙管ボイラＩの燃焼ガス導入用煙管２の入口２ａへ供給される。

よって、煙管ボイラＩでは、第１実施形態の場合と同様に、燃焼ガス５から熱回収を行うことができる。

又、バーナ２３ａで使用する粉体燃料２７が木質バイオマス由来の燃料である場合、バーナ２３ａで発生して煙管ボイラＩに導入される燃焼ガス５には、灰６が含まれていることがあり、更に、灰６に可燃物の未燃分が含まれている（付着している）可能性がある。

この場合であっても、煙管ボイラＩでは、灰受部４で灰６を沈降させることができると共に、灰受部４では灰６中の未燃分を燃焼させることができて、煙管３に灰６が付着することを抑制することができる等、第１実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。

したがって、本使用例のようにバーナ２３ａと煙管ボイラＩとを組み合わせた構成は、木質バイオマス由来の粉体燃料２７の燃焼とその熱回収を行う燃焼システムとして有効である。

なお、本発明の煙管ボイラは、各実施形態のものに限定されるものではない。図１乃至図４はいずれも説明の便宜上わかり易く示したもので、一例であり、たとえば、缶体１の大きさ、燃焼ガス導入用煙管２や煙管３の配管径、煙管３の長さ、数、配置等は図示以外の構成としてもよい。

又、第２実施形態として示した図３では、灰受部２０を、内底面が周辺部から中央部に向けて直線的に徐々に低くなる形状のものとして示したが、内底面が周辺部から中央部に向けて円弧形状で徐々に低くなる形状とされていてもよい。図３に示す灰受部２０は、中央部の灰排出口２１に栓体２２を着脱できるように備えたものを示したが、ダンパやスライドゲート構造として、定期的に自動で灰を排出する構成としてもよい。

更に、図４では燃焼ガス導入用煙管２の途中位置より２つの煙管路２Ａ，２Ｂに分岐させた場合を示したが、３つ、あるいはそれ以上に分岐させるようにしてもよい。

又、本発明の煙管ボイラの下流側に設置される集塵装置は、サイクロン１８に代えて、バグフィルタ等の集塵装置としてもよい。

空気供給ライン１４より空気１５を供給する構成とする場合は、缶体１の胴部７の外周に設けたジャケットを流通させることで予熱した空気１５を供給するようにしてもよい。

図５に示したバーナ２３、及び、図６、図７に示したバーナ２３ａは、説明の便宜上わかり易く示したものであり、各部の大きさは一例であり、これに限定されるものではない。

又、バーナ２３，２３ａは、発熱量の高い廃プラスチックから製造される粉体燃料を用いるようにしてもよく、この場合も、粉体燃料の粒度分布に適した燃焼ができる。これにより、このような燃料の場合にも、バーナ２３，２３ａでは燃料が堆積して燃焼することはなく、クリンカや炭化物を形成するおそれはなくすことができる。

なお、バーナ２３，２３ａで廃プラスチックから製造された粉体燃料を用いる場合は、発熱量が大きいため、粉体燃料供給管２８が燃焼室２４に開口する部分の付近を冷却できるようにすることが好ましい。冷却構造としては、粉体燃料供給管２８の開口付近を高温から保護できるものであれば、どのような構造のものであってもよい。

第２実施形態の煙管ボイラ、及び、第３実施形態の煙管ボイラの入口２ａの上流側に燃焼装置としてのバーナ２３，２３ａを備えるようにしてもよい。これらの構成も、第１使用例や第２使用例の場合と同様に、木質バイオマス由来の粉体燃料２７の燃焼とその熱回収を行う燃焼システムとして有効なものとすることができる。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 缶体
２ 燃焼ガス導入用煙管
２ａ 入口
２ｂ 出口
３ 煙管
４ 灰受部
５ 燃焼ガス
６ 灰
１０ａ 水
１２ 燃焼ガス煙道
１６ 燃焼ガス出口
２０ 灰受部
２３，２３ａ バーナ（燃焼装置）

Claims (7)

1. 水を貯留する缶体と、
   前記缶体内に配設され、軸心方向を上下方向とする複数の煙管と、
   前記缶体内に配設され、配管径が前記複数の煙管の配管径よりも大きくしてあって、灰を含む燃焼ガスを前記缶体の下側へ導入する燃焼ガス導入用煙管と、
   前記缶体の下部に設けられて、前記複数の煙管の下端側と前記燃焼ガス導入用煙管の下端側とを連通する灰受部とを備え、
   前記燃焼ガスは、バイオマス由来のバイオマス燃料、または、廃プラスチックから製造される燃料を燃焼させて生じるガスであり、
   前記缶体は、前記水が貯留される貯留空間を備え、
   前記複数の煙管は、前記貯留空間において前記燃焼ガス導入用煙管の周囲に配置され、
   前記燃焼ガス導入用煙管の上端側は、前記貯留空間の側壁部を貫通して前記缶体の外部へ突出し、
   前記灰受部は、前記燃焼ガス導入用煙管の下端側から導入される前記燃焼ガスの流速が低下するように前記燃焼ガス導入用煙管の流路断面積よりも広い流路断面積を有する流路とし、前記燃焼ガスに同伴される灰を沈降させると共に、前記燃焼ガスに同伴される灰中の未燃分を燃焼させる構成としたこと
   を特徴とする煙管ボイラ。
2. 水を貯留する缶体と、
   前記缶体内に配設され、軸心方向を上下方向とする複数の煙管と、
   前記缶体内に配設され、配管径が前記複数の煙管の配管径よりも大きくしてあって、前記缶体の外部に取り付けた燃焼装置に上端側が接続され、前記燃焼装置からの灰を含む燃焼ガスを下端側から前記缶体の下側へ導入する燃焼ガス導入用煙管と、
   前記缶体の下部に設けられて、前記複数の煙管の下端側と前記燃焼ガス導入用煙管の前記下端側とを連通する灰受部とを備え、
   前記燃焼ガスは、バイオマス由来のバイオマス燃料、または、廃プラスチックから製造される燃料を燃焼させて生じるガスであり、
   前記缶体は、前記水が貯留される貯留空間を備え、
   前記複数の煙管は、前記貯留空間において前記燃焼ガス導入用煙管の周囲に配置され、
   前記燃焼ガス導入用煙管の上端側は、前記貯留空間の側壁部を貫通して前記缶体の外部へ突出し、
   前記灰受部は、前記燃焼ガス導入用煙管の前記下端側から導入される前記燃焼ガスの流速が低下するように前記燃焼ガス導入用煙管の流路断面積よりも広い流路断面積を有する流路とし、前記燃焼ガスに同伴される灰を沈降させると共に、前記燃焼ガスに同伴される灰中の未燃分を燃焼させる構成としたこと
   を特徴とする煙管ボイラ。
3. 前記灰受部は、前記燃焼ガス導入用煙管から下向きに入った燃焼ガスの流れを上向きに反転させて、前記複数の煙管に流入させる構成を有すること
   を特徴とする請求項１又は２記載の煙管ボイラ。
4. 前記灰受部は、前記燃焼ガス導入用煙管の下端側から導入される前記燃焼ガスの流速が、該燃焼ガスに同伴される灰の終端速度未満となるように前記燃焼ガス導入用煙管の流路断面積よりも広い流路断面積を有する流路としたこと
   を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の煙管ボイラ。
5. 前記燃焼ガス導入用煙管は、前記上端側が燃焼ガス煙道に接続されており、前記燃焼ガス導入用煙管の径は、前記燃焼ガス煙道の径と同等の径としてあること
   を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の煙管ボイラ。
6. 前記燃焼ガス導入用煙管は、前記灰受部に連通される下端側が前記缶体内の中央部に配置されていること
   を特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の煙管ボイラ。
7. 前記缶体は、燃焼ガスを排出する燃焼ガス出口が形成されており、
   前記複数の煙管は、平面視で、前記燃焼ガス出口に近傍する側が疎に配置されると共に、前記燃焼ガス出口から離間する側が密に配置されていること
   を特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の煙管ボイラ。

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