JP4689731B2

JP4689731B2 - 旋回式燃焼炉

Info

Publication number: JP4689731B2
Application number: JP2009125907A
Authority: JP
Inventors: 孝一外戸口
Original assignee: 有限会社明豊エコ・テクノ
Priority date: 2009-05-26
Filing date: 2009-05-26
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2029-05-26
Also published as: JP2010276201A

Description

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_１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_１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_１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_１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_１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_１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_１とともに吸い込まれた燃料Ｍが一次空気Ｋ_１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_２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_１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_１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_１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_１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_１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_０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_２と一緒に完全燃焼（二次燃焼）して、燃焼ガスＧ_１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_１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_１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_１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_１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_１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_０となる。

高温の熱分解ガスＧ_０は、二次空気取入口２１から取り入れられた二次空気Ｋ_２と一緒に燃焼室１２内で完全燃焼され、燃焼ガスＧ_１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_０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_１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_１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_１の熱を利用して、容易に熱分解して高温の熱分解ガスＧ_０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_１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_１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_１をおよび二次空気Ｋ_２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_０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_２と一緒に完全燃焼して、燃焼ガスＧ_１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_１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
Ｇ₀ 熱分解ガス
Ｇ_１燃焼ガス
Ｋ_１一次空気
Ｋ_２二次空気
Ｍ燃料
Ｎ燃焼生成物

Claims

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。
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。
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。