JP7370576B2

JP7370576B2 - 炭化装置

Info

Publication number: JP7370576B2
Application number: JP2019200457A
Authority: JP
Inventors: 輝明児島; 浩昭今谷; 徹木下
Original assignee: 関西産業株式会社
Priority date: 2019-11-05
Filing date: 2019-11-05
Publication date: 2023-10-30
Anticipated expiration: 2039-11-05
Also published as: JP2021075581A

Description

本発明は、炭化装置に関する。

従来より、バイオマス等の有機性廃棄物を炭化させて炭化物を生成する炭化装置が提案されている。生成された炭化物は、燃料や肥料（土壌改良剤）、水質浄化剤等として利用できる。

例えば、特許文献１に開示の炭化装置は、炭化室内へ連続的に供給された原料を不完全燃焼（炭化）させて炭化物として排出すると共に、原料の炭化に伴い発生した可燃ガスを炭化室の上部において燃焼させる。炭化室の下部には１次空気の供給口が設けられ、原料は供給口から供給された一次空気によって自燃促進される。また、炭化室に連続的に供給される原料は可燃ガスからの輻射熱によって着火される。炭化室の上方部位には可燃ガスの燃焼に必要な２次空気の供給口が設けられている。

可燃ガスの燃焼により発生した排ガスは排気筒を介して外部に排出される。また、炭化室内にはパドル付きのシャフトが設けられており、シャフトを回転させることによって原料を撹拌しながら移送させている。シャフトはパイプ状とされており、内部を水が流れる冷水式とすることで、シャフトや軸受の耐熱性を確保している。

特開平１０－２７３６７５号公報

このような炭化装置では、炭化室に供給される１次空気量及び２次空気量と原料の投入量の調整によって燃焼室の温度制御が行われるが、原料特性にバラツキがある等の理由により制御が難しく、燃焼室が高温になり過ぎる恐れがあった。

また、炭化装置の起動時においては、可燃ガスや排ガスに含まれる酸成分を含んだ結露がシャフトや軸受、排気筒で発生し、シャフトや軸受、排気筒が腐食する恐れがあった。更に、炭化室の上方部位において可燃ガスを燃焼することから、炉室の高さ寸法が嵩張るという問題があった。

本発明は、燃焼室が高温になり過ぎるのを防止できる炭化装置の提供を目的とする。

本発明は、結露の発生を抑制できる炭化装置の提供を他の目的とする。

本発明は、炉室の高さ寸法を抑えた炭化装置の提供を更に他の目的とする。

本発明に係る炭化装置は、炉室を有する炉本体と、原料を炭化処理するための１次空気と、前記炭化処理により発生した可燃ガスを燃焼するための２次空気を、前記炉室に供給するための給気手段と、を備え、前記給気手段は、前記炉室を水平方向に横切る複数本の流路と、前記複数本の流路に空気を流す送風手段と、を備え、前記複数本の流路を流れる空気は、可燃ガスの燃焼によって加熱されて予熱空気となる。

また、前記可燃ガスの燃焼により発生した排ガスを排出するための排気筒を更に備え、前記給気手段は、前記予熱空気を、前記排気筒へ供給する。

また、前記給気手段は、前記予熱空気を前記１次空気として前記炉室に供給する。

炭化装置は、原料を移送するための移送手段を更に備え、前記移送手段は、前記炉室に設けられた管状シャフトと、前記管状シャフトを回転可能に支持する軸受と、を備え、前記給気手段は、前記予熱空気を前記軸受に向けて吹き付ける。

更に、前記炉本体には、前記炉室に前記２次空気を供給するための複数個の給気孔が設けられ、前記複数個の給気孔は、前記水平方向に沿って延びる第１給気孔列と、前記第１給気孔列と平行に延びる第２給気孔列と、を成し、前記第１及び第２給気孔列は、前記複数本の流路の近傍に設けられている。

本発明の炭化装置は、炉室を水平方向に横切る複数本の流路を有するので、これらを流れる空気は燃焼する可燃ガスとの熱交換によって加熱されて予熱空気となる一方で、炉室における燃焼室内の温度上昇が抑制されて、燃焼室が高温になり過ぎるのを防止できる。

また、予熱空気を排気筒へ供給することにより、排気筒における結露の発生を防止して、排気筒の腐食を防止する。また、予熱空気を１次空気として炉室へ供給することで、炉室における原料の自燃量が減少し、炭化率を向上できる。更に、予熱空気を軸受に吹き付けることで、軸受における結露の発生を防止して、軸受の腐食を防止する。

本発明の実施形態に係る炭化装置の概略正面図。図１のＩＩ―ＩＩ線概略断面図。図２のＩＩＩ―ＩＩＩ線断面を模式的に示す図。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態に係る炭化装置について説明する。図１～図３に示すように、本実施形態の炭化装置１は、炉室２１を有する炉本体２と、移送手段３と、給気手段４と、排気筒５と、を備える。炉室２１には図示しない原料供給手段によって原料が順次供給される。原料としては、籾殻や木屑等のバイオマス原料の他、炭素を含有する下水汚泥等の廃棄物を用いることができる。

炉室２１に供給された原料は炭化処理され、炭化物となって排出される。また、炭化処理により発生した可燃ガスは炉室２１内で燃焼され、これによって発生した排ガスは排気筒５を介して排気される。給気手段４は、炭化処理に必要な１次空気及び可燃ガスの燃焼に必要な２次空気を炉室２１に供給する。なお、炉本体２には原料に着火するためのバーナ等の着火手段（図示せず）が設けられている。

以下、各部についてより具体的に説明する。炉本体２（炉室２１）の所定の側壁（図２に示す例では前壁）２２は、上方に向かうに従い外方（ここでは前方）に傾斜する下部２２ａと、上下方向Ｄ２に沿って延びる上部２２ｂとを有する。これにより、炉室２１の下方部位における幅寸法（前後幅）は上方に向かうに従い漸増する。

また、前壁２２の下方部位には、複数個の第１給気孔２３が左右方向Ｄ１に沿って設けられている。上述の１次空気は複数個の第１給気孔２３から炉室２１に供給される。炉本体２の前壁２２には更に、複数個の第２給気孔２４が設けられている。これら複数個の第２給気孔２４は、左右方向Ｄ１に沿って３列に配列されており、上述の２次空気はこれら３つの第２給気孔列Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３（図３）から炉室２１に供給される。ここで、下段及び中段の第２給気孔列Ｌ１，Ｌ２は前壁２２の下部２２ａにおける上下方向Ｄ２略中央部に位置し、上段の第２給気孔列Ｌ３は前壁２２の上部２２ｂの上下方向Ｄ２略中央部に位置している。

移送手段３は、炉室２１内に設けられた管状シャフト３１と、炉室２１（炉本体２）の外側に設けられて管状シャフト３１をその両端部で回転可能に支持する一対の軸受３２と、管状シャフト３１を回転させるための駆動手段（図示せず）と、を備える。管状シャフト３１は左右方向Ｄ１に沿って延び、その外周面には複数枚のパドル３３が設けられている。各パドル３３は、その幅広面が管状シャフト３１の長手方向（左右方向Ｄ１）に対して傾斜するように斜めを向いて設けられており、これにより管状シャフト３１がパドル３３と共に所定方向に回転すると原料が撹拌されつつ所定方向Ｔに移送される。また、管状シャフト３１及び軸受３２は、管状シャフト３１の内部を流れる冷却水によって冷却されて耐熱性を確保している。

給気手段４は、空気が流れる第１給気管６と、第１給気管６に空気を送る第１送風ファン７と、空気が流れる第２給気管８と、第２給気管８に空気を送る第２送風ファン９と、を有し、第１及び第２送風ファン７，９が送風手段を構成している。

第１給気管６は、第１送風ファン７に接続された第１流路６１と、第１流路６１に接続されて炉室２１を左右方向Ｄ１（水平方向）に横切る複数本の第２流路６２と、複数本の第２流路６２を流れた空気の一部を第１給気孔２３を介して１次空気として炉室２１へ送る第３流路６３と、複数本の第２流路６２を流れた空気の一部を排気筒５に供給する第４流路６４と、第２～第４流路６１～６４を相互に連通する連通路６５と、を構成している。ここで、後述するように、第２流路６２を流れる空気は可燃ガスの燃焼によって温められ、予熱空気となる。

複数本の第２流路６２は相互に間隔を空けて平行に延び、管群スクリーンＳを構成している。本実施形態の管群スクリーンＳは、上下方向Ｄ２に２段、前後方向Ｄ３に４列に配置された合計８本の第２流路６２から構成されている（図２）。かかる構成によって、管群スクリーンＳは炉室２１を炉室下部と炉室上部に区画し、炉室下部と炉室上部とは管群スクリーンＳの隙間を介して連通している。後述の様に、原料の炭化処理は炉室下部において行われるため、炉室下部は炭化炉として機能する。また、可燃ガスは管群スクリーンＳ及び炉室上部において燃焼され、これらの部位は燃焼室として機能する。

ここで、上述した下段及び中段の第２給気孔列Ｌ１，Ｌ２は、上下方向Ｄ２において管群スクリーンＳの近傍に位置するように設けられている。

第２流路６２を流れた空気（予熱空気）は連通路６５を介して第３及び第４流路６３，６４へ流れ込む。第３流路６３に流れ込んだ予熱空気は主に、分岐流路６５を介して第１給気孔２３から炉室２１へ供給され、第３流路６３に流れ込んだ予熱空気の一部は分岐流路６６を介して軸受３２に吹き付けられる。第４流路６４に流れ込んだ予熱空気は排気筒５内に供給される。

第２給気管８は、左右方向Ｄ１に沿って延びる３本の流路（第１流路８１，第２流路８２，第３流路８３）と、これら第１～第３流路８１～８３と第２送風ファン９とを連通させる連通路８４と、を構成している。第２給気ファン９により発生した気流は連通路８４を通って第１～第３流路８１～８３に流れ込み、２次空気として第２給気孔２４を介して炉室２１に供給される。

このような構成を有する炭化装置１において、炉室２１に供給されて着火された原料は移送手段３により撹拌されながら１次空気によって炭化され、炭化物となって所定方向Ｔに移送されて排出される。このときの炭化温度としては例えば６００℃程度に制御される。

また、原料が炭化される過程では可燃ガスが発生する。このように発生した可燃ガスは２次空気によって燃焼され、可燃ガスの燃焼によって発生した排ガスは排気筒５を介して排気される。ここで、原料の炭化処理により生じた可燃ガスは炉室２１内を上昇して上昇流を形成するが、このように上昇流を形成する可燃ガスは主に管群スクリーンＳにおいて燃焼（管巣燃焼）する。即ち、管群スクリーンＳにおいてカルマン渦等の渦流が発生し、可燃ガスと２次空気（主に、第２給気孔列Ｌ１，Ｌ２から供給された２次空気）との混合が促進され、管群スクリーンＳにおいて可燃ガスが効率よく安定して燃焼する。管群スクリーンＳにおいて燃焼しきれなかった僅かな可燃ガスも、第２給気孔列Ｌ３から供給された２次空気によって炉室上部において燃焼する。

このように、炉室２１に管群スクリーンＳを配置することで可燃ガスの燃焼が安定するため、可燃ガスの燃焼制御を容易にできると共に、可燃ガスの燃焼効率を向上できる。これにより、従来の炭化装置と比較して炉室２１の高さを抑えることができ、炭化装置１全
体を小型化できる。また、炉室２１の高さを抑えることによって炉室２１の壁面積を抑制できるので、外部への放熱量を減少して燃焼効率を向上できる。

ここで、管群スクリーンＳを有しない従来の炭化装置において炉室の高さ寸法を抑制すると、可燃ガスが炉室内で燃焼しきれずに排気筒内でも燃焼してしまい、このような排気筒内での燃焼を回避するためには炭化装置の処理能力を抑制する必要が生じる。この点、本実施形態の炭化装置１によれば、炉室２１の高さを抑えても可燃ガスは炉室２１で確実に燃焼されるため、処理能力が犠牲になることがない。

また、管群スクリーンＳ（管群スクリーンＳを構成する第２流路６２）を流れる空気との間で熱交換が行われるため、燃焼室の温度を制御することができる。例えば、燃焼ガスの燃焼温度は１０００℃程度であるところ、熱交換によって管群スクリーンＳ内の空気は常温であったものが２００℃程度に暖められて予熱空気となり、その結果燃焼室内の温度は８００℃程度に抑制される。燃焼室の温度が高温になりすぎると有害物質が発生する恐れがあるが、このように燃焼室の温度を抑制することによって有害物質の発生を予防できる。

更に、熱交換によって暖められた予熱空気の一部を排気筒５に供給するため、炭化装置１の起動直後における排気筒５の温度上昇が促進され、排気筒５における結露の発生を防止して、排気筒５の腐食を防止できる。同様に、予熱空気の一部を１次空気として炉室２１に供給すると共に軸受３２に向けて吹き付けるため、管状シャフト３１及び軸受３２における結露の発生を防止して、これらの腐食も防止できる。

また、例えば２００℃程度の予熱空気を１次空気として用いるので、２５℃程度の室温の１次空気を利用する場合と比較して原料の自燃量が減少し、炭収率を向上できる。

以上、本発明の実施形態に係る炭化装置について添付の図面を参照して説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されず、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形、修正が可能である。

例えば、上記実施形態においては、管群スクリーンＳを２段×４列の合計８本の第２流路６２から構成したが、管群スクリーンＳを構成する第２流路６２の本数及び配置はこれに限定されず、炉室２１の大きさに応じて適宜調整すれば良い。

１炭化装置
２炉本体
３移送手段
４給気手段
５排気筒
７，９送風ファン（送風手段）
２１炉室
２４第２給気孔（給気孔）
３１管状シャフト
３２軸受
３３パドル
６２第２流路（流路）
Ｓ管群スクリーン

Claims

炉室を有する炉本体と、
原料を炭化処理するための１次空気と、前記炭化処理により発生した可燃ガスを燃焼するための２次空気を、前記炉室に供給するための給気手段と、を備え、
前記給気手段は、前記炉室を水平方向に横切る複数本の流路と、第２の流路と、前記複数本の流路及び前記第２の流路に空気を流す送風手段と、を備え、
前記複数本の流路を流れる空気は、可燃ガスの燃焼によって加熱されて予熱空気となり、前記１次空気として前記炉室へ供給され、
前記炉本体は側壁を有し、前記側壁には前記２次空気を前記炉室へ供給するための給気孔列が設けられ、前記給気孔列は、前記水平方向に間隔を空けて前記側壁に設けられた複数個の給気孔から成り、
前記第２の流路を流れる空気は、前記２次空気として前記給気孔列を介して前記炉室へ供給され、
前記給気孔列は、前記複数本の流路の近傍に設けられていることを特徴とする炭化装置。
炉室を有する炉本体と、
原料を炭化処理するための１次空気と、前記炭化処理により発生した可燃ガスを燃焼するための２次空気を、前記炉室に供給するための給気手段と、
原料を移送するための移送手段と、を備え、
前記移送手段は、前記炉室に設けられた管状シャフトと、前記管状シャフトを回転可能に支持する軸受と、を備え、
前記給気手段は、前記炉室を水平方向に横切る複数本の流路と、第２の流路と、前記複数本の流路及び前記第２の流路に空気を流す送風手段と、前記複数本の流路と連通する分岐流路と、を備え、
前記複数本の流路を流れる空気は、可燃ガスの燃焼によって加熱されて予熱空気となり、
前記給気手段は、前記予熱空気を前記分岐流路を介して前記軸受に向けて吹き付けると共に前記１次空気として前記炉室へ供給し、
前記第２の流路を流れる空気は、前記２次空気として前記炉室へ供給されることを特徴とする炭化装置。
前記可燃ガスの燃焼により発生した排ガスを排出するための排気筒を更に備え、
前記給気手段は、前記複数本の流路に連通する他の流路を更に備え、
前記給気手段は、前記予熱空気を前記他の流路を介して前記排気筒へ供給し、前記排気筒の温度上昇を促進させることを特徴とする請求項２に記載の炭化装置。
前記炉本体は側壁を有し、前記側壁には前記２次空気を前記炉室へ供給するための給気孔列が設けられ、前記給気孔列は、前記水平方向に間隔を空けて前記側壁に設けられた複数個の給気孔から成り、
前記給気孔列は、前記複数本の流路の近傍に設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の炭化装置。
前記炉本体の前記側壁には、前記２次空気を前記炉室へ供給するための第２の給気孔列が更に設けられ、
前記第２の給気孔列は、前記給気孔列と平行に延び、前記複数本の流路の近傍に設けられていることを特徴とする請求項１又は４に記載の炭化装置。