JP2008013736A

JP2008013736A - バイオマス系を燃料とする炭の製造装置

Info

Publication number: JP2008013736A
Application number: JP2006208978A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Matsunaga; 全央松永
Original assignee: ITBOX KK
Current assignee: ITBOX KK
Priority date: 2006-07-04
Filing date: 2006-07-04
Publication date: 2008-01-24

Abstract

【課題】従来のごみ炭化装置は、飽和水蒸気と過熱水蒸気の製造装置と、炭化炉が別々の構造であるために装置が大型化し、設備費が高くなる欠点をもち、且つ燃料がほとんど石油か天然ガスなど化石燃料を熱源とし、ランニングコストも高額であった。
【解決手段】飽和水蒸気と過熱水蒸気の製造装置と炭化炉とバイオマス系燃料の補給機能付き燃焼釜が一体になった、有機性廃棄物の処理機能を持った簡易な炭の製造装置を提供する。すなわち、炭化炉の炉体天井を貫通して縦方向に火炎筒を立設し、この火炎筒内部又は燃焼釜に、ボイラー並びに過熱水蒸気を製造する蛇筒を併設し、バイオマス系を熱源に生成した過熱水蒸気を炉内に吹き込む構造を採用し、炉内で熱分解して生成した熱分解ガスは、火炎筒の下部に設けた熱分解ガス吸入口から吸い込み、無煙無臭処理した後、排気ガスとして排出する。この間炉内は過熱蒸気により還元雰囲気となり、過熱蒸気のエネルギーにより炉内の有機性残渣は炭化物となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、木竹はもとより一般廃棄物や生ごみや汚泥、し尿等の有機物の炭化装置に係り、炭化に要する燃料を同種の有機物エネルギーを熱源とすることを特徴とする炭化装置に関するものである。

生ごみや汚泥等の有機物を、過熱水蒸気を利用して炭化することは既に公知である。過熱水蒸気を使用するためには、先ず過然水蒸気を作らなければならない。過熱水蒸気の製造は、先ず水を沸騰させて飽和水蒸気を製造し、できた飽和水蒸気を過熱して過熱水蒸気とする必要がある。
特許文献１に開示されているように、従来の炭化装置は、飽和水蒸気の製造装置と、水蒸気の過熱装置と、過熱水蒸気を吹き込む炭化炉が別々の構造であり、装置が大型化し、設備費が極めて高くなる欠点がある。
炭化はごみの減容化、資源化に極めて有効である。あるいは土壌改良剤や調湿剤として有効に利用できる利点もある。しかし炭化には炭化対象の有機物を熱分解する為の熱源が必要であり、その熱源として石油やガスなど化石燃料が一般的でありその化石燃料も急騰している今日、その熱源を身近な有機廃棄物から簡易に取れればより便利で安価で、且つ地球温暖化対策上からも大変好ましいことである。

特開２０００−６３８４８号公報

化石燃料である石炭や石油あるいは天然ガスは価格が高騰したにも拘わらず、その利便性や使用する装置の汎用性から今なおあらゆる施設で利用されておりますが、これらの化石燃料は有限資源であり、且つ地球温暖化対策上からもその及ぼす悪影響は小さくない。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、現地で再生産可能なバイオマスや有機物性廃棄物などを熱源にして、該バイオマスや有機物性廃棄物を簡易に炭化物化することが可能な炭化装置を提供することである。現に汚泥など放置すれば有毒ガスやメタンなど地球温暖化にも悪影響を与えますが、ＣＯ_２の吸収と排出の関係でもでも１：１の比率のバイオマスを燃料にこれらの廃棄物を発生原因傍で、減容を兼ね、炭いわゆるカロリーの高い燃料に転化できれば、資源化はもとより地球温暖化対策上も大変好ましいことである。

炭化炉に関する上記問題点は、下記構成の本発明炭化炉によって解決することができる。
すなわち、本発明炭化炉の構造は、
１．有機物の投入口を有する密閉された炉体の天井を貫通して縦方向に火炎筒を立設し、この火炎筒の下端は燃焼釜に連結すると共に、火炎筒の上端に排ガスの排出口を設け、過熱水蒸気生成用のスーパーヒーター管を火炎筒外周縦方向に配置し、該スーパーヒーター管と火炎筒の間には、過熱水蒸気を生成する蛇管を縦方向に配置し、該蛇管下部は密閉された炉体の中に過熱水蒸気を噴射させる噴射ノズルと連結させ、燃焼釜には飽和蒸気を生成するボイラー機能を設け、そのボイラーから生成された飽和蒸気の噴出し口は過熱水蒸気生成用の該蛇管入り口側に直結し、該ボイラー管の入り口側は給水口と直結する。炉内に投入された有機物は炉内燃焼釜の燃焼熱によって熱分解ガスを発生する。熱分解ガスは、火炎筒下部に設けた該熱分解ガスの吸い込み口から縦方向の火炎筒上部に噴出し、火炎筒上部には強制的に空気を吹き込む吹込口を設け、火炎筒上部で、燃焼釜の余熱と、該熱分解ガスと、該吹き込み空気とを合体燃焼させることにより過熱蒸気の生成と該熱分解ガスの加熱処理機能を持つことを特徴とする小型炭化炉。
上記構成において、
２、上記炭化炉の燃焼釜には着火用バーナーと焼却灰受け火格子、並びに逆転灰出し機能付き回転式炉床を設け、且つ木材チップなどの有機物燃料を連続的に投入できる燃料補給機能付からなることを特徴とし、着火用バーナーは石油用バーナーあるいはガスバーナーの種類を問わず設置場所に応じて選別化のとし、場合によってはマッチによる着火でも良い。

１、炭化機能と飽和蒸気生成装置、過熱水蒸気生成装置、バイオマス燃料が自動的に補給できる機能が一体になった小型で持ちはこび出来、木材チップや木材ペレット或いは建築廃材など可燃性廃棄物があればそれらを利用して、ごみを現地で直接炭化できる。
２、再生産可能なバイオマス系資源を熱源とし、地球温暖化対策への貢献はもとより燃料コストが極めて安く、省エネ性に極めて優れている。
３、家庭を始め、産業界各工場現場、森林の作業現場など、あらゆる現場で発生する廃棄物を熱源に、その発生現場であらゆる有機性廃棄物を炭化することにより減容化、資源化、熱源化が可能となる。

本発明炭化炉の構造とその作用機能を図面で説明する。
第１図は、本発明実施例の側面断面図である。
第２図は、小型炭化炉の、燃焼釜部分を拡大した図である
第３図は、小型炭化炉の過熱蒸気発生部蛇管の燃焼釜上部付近における平面型配置図である。
第４図は、小型炭化炉の排気ガスの冷却脱臭装置図である。

炭化炉の炉体は内面に断熱材２を貼り付けた構造からなり、投入口の蓋を開けて炭化する有機物を投入する。投入する有機物は、木材系はもとより、生ごみ、残飯、野菜屑、食品屑、汚泥、廃プラスチック、ビールや焼酎の絞り粕、パン工場の残渣、或いは牛糞など農業系残渣や農業系廃棄物等、産業系はもとより日常生活で排出される有機質のごみ類、および有機質系産業廃棄物等、全ての有機質廃棄物を投入して炭化することができる。

１、火炎筒は、炭化炉の炉体の天井を貫通して立設されている。又炉内面積を広く取るため、火炎筒縦部分は炉体外部にはみ出しても良い。また設置場所に天井高が無い場合火炎筒は釜の上部横付けでも構わない。火炎筒は耐熱鋼で作られたパイプで、下端は燃焼釜の噴出し口と連結されており、上端は排ガス排出口となっている。
２、火炎筒外周部には、過熱水蒸気生成用のスーパーヒーター管が配置され火炎筒との間には過熱水蒸気生成用の蛇管が縦方向に配置されている。尚バイオマス熱源の違いにより、発生温度が低い場合、図３のように、過熱水蒸気生成用の蛇管は燃焼釜の直接上部に配置しても良い。
３、炉内下部の燃焼釜には、飽和水蒸気生成用のボイラーが併設され熱の効率化を図っている。ボイラー管の入り口側は給水パイプと直結しており、出口側は過熱水蒸気生成用蛇管入り口と接続してある。密閉された炉体の中に過熱水蒸気を噴射させる過熱水蒸気生成用蛇管は火炎筒内部に縦方向に、或いは又図３のように横方向に配置されその出口は噴射ノズルに連結され、炭化炉内底部から噴出し炉内酸素を排出すると同時に、３００℃以上の過熱蒸気を直接炭化対象物に噴射し、炭化を促進する。

而して、その作用機能を説明すると、先ずバイオマス燃料が燃焼釜内で燃焼し、併設のボイラーでまず１００℃前後で発生する飽和水蒸気を生成し、その間、平行して概ね炉内が加温され２００〜３００℃以上になってくると炉内の有機物が熱分解を始め、熱分解ガスは火炎筒外周部に設けられたスーパーヒーター部を通り燃焼釜内に残った有酸素と酸化反応を起こしながら火炎筒上部に設けられた吹き込み空気と接触し７５０〜８００℃帯の、より高温化した排気ガスとなりとなり、熱分解ガスや臭気などを熱分解し無煙無臭の排ガスが生成される。又、この際カロリーの低い燃料を使用する場合、火炎筒上部空気吹き込み口に、脱臭用バーナーを取り付け不完全燃焼の排気ガスや悪臭を加熱処理しても良い。或いは排気ガスの無煙無臭化の為、又図４のように排気ガスを燃焼処理でなく、空冷、水冷で冷却後、溶融スラグやゼオライト或いは活性炭など比表面積の多い物質で吸着処理しても良い。

炉内は一定時間後、無酸素状態の過熱水蒸気雰囲気になるために、炉内に投入された有機物は、燃焼することなく、水分及び揮発性の非有機質成分、有機質成分は共に蒸発、一部の有機物は熱分解されてガスとなる。非熱分解成分は炭化されて、固形の炭化物となる。

炭化炉内のガスの成分は、これら水分、揮発性の非有機質成分、有機質成分及び有機物の熱分解ガスからなり、極めて燃焼性に富むガスとなる。

スーパーヒーター管の出口には、空気の吹込み口が開口しており、送風機から送られた空気が吹き込まれる。これによって空気吹込み口の下側の火炎筒は、負圧になる。
第２図火炎筒の拡大図に示したように、スーパーヒーター管が配置された付近の火炎筒には、炭化炉内のガスを吸入する穴が開いており、負圧になった火炎筒内には、この穴から炭化炉内のガスが吸引されることとなる。

吸引されて上に上昇した炭化炉内の熱分解ガスは吹き込まれた空気と混合され、そして上昇した火炎によって燃焼する。加熱水蒸気生成用蛇筒が収納されている火炎筒およびスーパーヒーター部分は、炭化炉内のガスの燃焼室となる。この縦方向の燃焼室の中で、熱分解ガスは概ね７５０〜８００℃程度まで加熱され、燃焼処理された排気ガスは、排ガス排出口から外に排出される。と同時に、炉内での最高温部分に配置された蛇管に送り込まれた飽和蒸気は過熱水蒸気となる。この場合で排気ガスの燃焼処理が不適切な場合、図４の如く空冷・水冷による冷却後、臭気吸着剤で脱臭処理しても良い。

炉底には燃料が完全燃焼し灰となるまで落下しないように、使用するバイオマス系燃料の種類に合わせた碁盤の目状の火格子が設けてあり、最下部には燃焼灰の受け皿として回転式の炉床があり灰が溜まると自動的に回転し灰を排出口から排出する。また火格子横からは燃焼を促進する空気の吹き込みフアンが設備してあり燃焼を助ける。この燃焼用空気は着火用バーナーの送風機能をそのまま利用しても良い。又、バイオマス燃料が不足した場合、直接石油やガスバーナーとして併用しても良い。
燃焼釜の正面ドアは開閉式で、不定形の燃料投入用と燃焼釜直上に生成する炭化物の排出をかねたサイズにしてあり、ドア本体に着火用バーナーが取り付けてあり、火格子本体の出し入れ並びに点検も可能である。
投入された、未蒸発の水分を含む有機性炭化対象物は、燃焼釜上部炉内に溜まり、炉内の温度上昇と過熱蒸気による還元状態の雰囲気と、過熱蒸気のもつエネルギーにより熱分解されガス体となって火炎筒外周部とスーパーヒーター筒の間から上部排出口に排出され、固形残渣は炭化され炉内に留まる。炭化物の取り出しは、外気と触れても着火の恐れの少ない炉内温度が１２０℃以下に低下した時点で、炉本体下方、燃焼釜直上部に設けられた炭化物取り出し口から炭化物を取り出し、火力発電所の燃料や、ストーブ用の顆粒炭燃料、土壌改良剤、調湿剤、活性炭などに利用する。火格子下の炉床に溜まった灰は炉床を回転させ中の灰を外部に排出する。

実施例によって本発明を説明する。
炭化炉の構造：第１図の構造（厚さ４．５ｍｍの鉄板の溶接構造）
内面に、厚さ１００ｍｍの断熱材を貼り付け。
炉体部寸法：幅１，５００×奥行き１，７００×高さ２，６００ｍｍ（車載で持ち運び可）
炉内内容積：６９０ｍ^３
着火用バーナーは灯油バーナーを使用。
灯油の使用量：着火のみで微量
電気容量：２００Ｖの９５０Ｗ
炉内温度：燃焼釜加熱部は７５０℃で、約４０分で過熱水蒸気が発生し、炉内温度は３５０℃に到達した。
ごみの種類：弁当の残飯、弁当容器、家庭用廃プラスチック容器、野菜屑、銀紙、
ごみの量：コンビニのごみ袋３袋。概ね１．０ｍ^３程度の容積。
ごみ袋を炭化炉に投入して約３時間で炭化が完了。
コンビニのごみ袋３袋は体積が１／５０の炭になった。残渣は、未燃焼の銀紙及び屑が少々。炭は、不要残渣と区別し土壌改良剤として利用することができた。また排ガスは無色、無臭であった。

以上詳記した様に、本発明の小型炭化炉は、車で持ち運び可能であるので、あらゆる現場で現地にバイオマス系燃料さえあれば、ほとんど僅かな電気量のみで有機質廃棄物であれば、ほとんどの廃棄物を、現地で簡単、簡便、迅速に、かつ悪臭を発生させることも無く、炭化、減容化でき、ごみ収集コスト、ごみ処理費用の低減、大型のごみ処理施設の建設を不用とするものであり、廃棄物処理分野で多大の貢献をなすものである。

図１は本発明小型炭化炉の、実施の一形態の側面断面図である。図２は本発明小型炭化炉の、燃焼筒周辺燃焼釜の断面図である。図３は本発明小型炭化炉の、バイオマス燃焼釜の断面図である図４は本発明小型炭化炉の、排気ガスの冷却並びに臭気の吸着処理の図である。

Claims

有機物の投入口を有する密閉された炉体の上部を貫通して縦方向に火炎筒を立設し、該火炎筒の下端は有機物を燃焼させる燃焼釜と連結すると共に、火炎筒の上端に排ガス排出口を設け、該火炎筒の外側には、過熱水蒸気生成用のスーパーヒーター管を火炎筒外周縦方向に配置し、該スーパーヒーター管の内側は、過熱水蒸気を生成する蛇管を縦方向に配置し該蛇管は、密閉された炉体の中に過熱水蒸気を噴射させる噴射ノズルと連結させ、燃焼釜には飽和蒸気を生成するボイラー機能を設け、そのボイラーから生成された飽和蒸気の噴出し口は過熱水蒸気生成用の該蛇管入り口側に直結し、該ボイラー管の入り口側は給水口と直結し、炉体内部に投入された有機物から燃焼釜の燃焼熱により生成された熱分解ガスは、火炎筒下部に設けた該熱分解ガスの吸い込み口から縦方向の火炎筒上部に噴出し、かつ、火炎筒上部には強制的に空気を吹き込む吹込口を設け、火炎筒上部で、燃焼釜の余熱と、該熱分解ガスと、該吹き込み空気とを合体燃焼させることにより過熱蒸気の生成と該熱分解ガスの加熱処理機能とを持たせ、燃焼釜にはバイオマス燃料の専用釜と着火用バーナーと焼却灰受け火格子、並びに逆転灰出し機能付き回転式炉床を設けたことを特徴とする小型炭化炉。
上記炭化炉の燃焼釜の着火用バーナーは送風機能並びに非常用石油燃焼機能を持ち、燃焼釜に直結した木材チップなどのバイオマス燃料を連続的に投入できる燃料補給機能付からなることを特徴とする請求項１に記載の小型炭化炉。
バイオマス系燃料、廃プラ、ＲＤＦ，ＲＰＦ、又は請求項１で生成した炭化物など、再生可能な燃料を、主熱源とする請求項１の小型炭化炉。
熱分解ガスの処理について、排気ガスの処理方法を空冷、水冷並びに臭気の吸着装置を取り付けた請求項１の小型炭化炉。