JP5943574B2

JP5943574B2 - 燃焼炉

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Publication number: JP5943574B2
Application number: JP2011218438A
Authority: JP
Inventors: 小林　由和; 由和小林; 秀匡小林
Original assignee: Miike Tekkou KK
Current assignee: Miike Tekkou KK
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2016-07-05
Anticipated expiration: 2031-09-30
Also published as: JP2013079732A

Description

本発明は、木質チップや木質ペレットを燃焼する燃焼炉に関する。

従来より、木質チップや木質ペレットを燃焼してボイラ等に熱を供給する燃焼炉として、円筒形状の燃焼室に、燃焼空気の旋回流を形成するように構成されたものがある。

この種の燃焼炉としては、図１１に示すように、内部に円筒形状の燃焼室２０２を形成する筒状の内壁２２１と、内壁２２１の外周側に配置されて内壁２２１との間に空気室２０４を形成する外壁２４１と、内壁２２１に周方向に配列して形成され、空気室２０４から燃焼室２０２へ燃焼空気を供給する複数の空気通路２０７を備えたものがある（特許文献１参照）。

この燃焼炉２０１は、燃料２１０を供給するスクリューコンベヤ２０９が燃焼室２０２の中心軸に沿って略鉛直に設置され、このスクリューコンベヤ２０９の先端の燃料供給口２９１が、燃焼室２０２の底面から突出して配置されている。スクリューコンベヤ２０９の燃料供給口２９１には、スクリューコンベヤ２０９の駆動軸２９２に連結されて回転駆動される燃料拡散棒２９３が設けられている。

上記内壁２２１に形成された空気通路２０７は、燃焼室２０２の径方向に対して水平面内と鉛直面内で傾斜して形成されている。これにより、燃焼空気を、燃焼室２０２の中心軸に対して偏心した方向に供給し、燃焼室２０２内に燃焼空気の旋回流を形成する。また、スクリューコンベヤ２０９で導いた燃料２１０を、スクリューコンベヤ２０９の先端の燃料供給口２９１から吐出して燃料拡散棒２９３で燃焼室２０２の底面に分散させる。こうして、燃料２１０と燃焼空気を燃焼室２０２の中心軸周りに回転対称に供給することにより、化石燃料よりも燃焼し難い木質チップ等を、安定に燃焼させるようにしている。

特開２００７−３４１４０９号公報

しかしながら、上記従来の燃焼炉２０１は、燃料２１０の木質チップや木質ペレットが間伐材や建築廃材等から形成される。したがって、燃料２１０に、砂や建築金物の破片等のような硬質の不燃物が混入していることが多い。燃料２１０に混入した硬質の不燃物は、スクリューコンベヤ２０９内を燃料２１０が通過するに伴って分離され、スクリューコンベヤ２０９の下端に滞留し、スクリューコンベヤ２０９の搬送羽根２９４やケーシング２９５の内側面の摩耗を促進するという不都合がある。

このような不都合を解消するため、図１２に示す燃焼炉２１１のように、燃料２１０を供給するスクリューコンベヤ２０９を、燃焼室２０２の中心軸に対して傾斜した状態で燃焼室２０２の下方に配置し、このスクリューコンベヤ２０９の先端と、燃焼室２０２の底面に設けた燃料供給口２０２ａとの間を、湾曲した導管２１２で接続する構成が考えられる。この燃焼炉２１１によれば、燃料２１０がスクリューコンベヤ２０９を通過する際に不燃物が分離され難くなるので、硬質の不燃物によりスクリューコンベヤ２０９の搬送羽根２９４やケーシング２９５の内側面が摩耗する不都合を低減できる。

しかしながら、上記燃焼炉２１１は、不燃物を含んだ燃料が導管２１２を通過する際に、導管２１２の湾曲面に硬質の不燃物が摺擦するので、導管２１２の摩耗が進行し易いという不都合がある。

そこで、本発明の課題は、植物系の再生燃料を燃焼する燃焼炉に関し、燃料の供給に伴う部品の劣化を防止できて、耐久性の向上を図ることができる燃焼炉を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の燃焼炉は、
植物系再生燃料を燃焼するための燃焼炉であって、
円筒形状の燃焼室と、
上記燃焼室の側面から燃焼室内に燃料を供給する燃料供給部と、
上記燃焼室の底面から燃焼空気を供給する１次空気供給部と、
上記燃焼室の側面から燃焼空気を供給する２次空気供給部とを備えることを特徴としている。

上記構成によれば、燃料供給部により、円筒形状の燃焼室の側面から燃料が供給されると共に、１次空気供給部により、燃焼室の底面から燃焼空気が供給され、かつ、２次空気供給部により、燃焼室の側面から燃焼空気が供給される。１次空気供給部からの燃焼空気と、２次空気供給部からの燃焼空気により、燃料供給部から供給された燃料が燃焼室内で偏りなく燃焼する。上記燃料供給部は、燃焼室の側面から燃料を供給するので、例えば、燃焼室の中心軸に対して傾斜して配置されたスクリューコンベヤ等から、燃焼室に燃料を直接供給するように構成できる。したがって、燃料供給部の燃料供給経路に起因する耐久性の低下を防止できる。具体的には、燃焼室の底面から燃料を供給する従来の燃焼炉のように、鉛直向きに配置されたスクリューコンベヤ内で、燃料から硬質の不燃物が分離されてスクリューコンベヤの部品が摩耗する不都合を防止できる。また、傾斜して配置されたスクリューコンベヤと燃料の吐出口を接続する導管の内側面に、硬質の不燃物が摺擦して導管が摩耗する不都合を防止できる。その結果、硬質の不燃物が含まれる植物系再生燃料を燃焼する燃焼炉において、構成部品の劣化を防止でき、燃焼炉の耐久性を向上できる。

ここで、植物系再生燃料としては、例えば木質チップのように植物系の材料を破砕したものや、木質ペレットのように植物系の材料を成型したものがある。植物系の材料としては、オガ屑、木屑、間伐材及び剪定材等の木質系材料や、稲藁、籾殻、雑草及びバガス等の農業系材料や、建設廃材等の廃棄物系材料や、古紙や廃パルプ等の紙系材料がある。また、植物系再生燃料は、例えばＲＰＦ（Refuse Paper and Plastic Fuel）のように、一部に植物系の材料を用いた燃料であってもよい。

一実施形態の燃焼炉は、上記燃料供給部は、上記燃焼室の中心軸に対して傾斜して配置されたスクリューコンベヤと、このスクリューコンベヤの端部に連通して燃焼室の側面に開口する燃料供給口を有する。

上記実施形態によれば、燃焼室の中心軸に対して傾斜して配置されたスクリューコンベヤで運搬された燃料が、このスクリューコンベヤの端部に連通する燃料供給口を通して、燃焼室の側面から燃焼室内に供給される。したがって、植物系再生燃料に含まれる硬質の不燃物による劣化を生じることなく、燃焼室に燃料を供給できる。

一実施形態の燃焼炉は、上記燃焼室の底面に、上記燃料供給部から供給された燃料を受ける受容部を備える。

上記実施形態によれば、燃焼室の側面から供給された燃料が、底面の受容部に受けられることにより、燃焼室内で燃料が安定して燃焼する。

一実施形態の燃焼炉は、上記１次空気供給部は、上記燃焼室の底面に設けられた複数の孔を有する。

上記実施形態によれば、１次空気供給部が有する複数の孔を通して、燃焼室の底面から燃焼空気が燃焼室に供給され、燃料の燃焼が促進される。ここで、燃焼室の底面において、１次空気供給部が有する複数の孔が、燃料を受ける受容部の外周側に配置されるのが好ましい。

一実施形態の燃焼炉は、上記２次空気供給部は、上記燃焼室の側面に開口する燃焼空気の複数の吹出口を有し、
上記２次空気供給部の複数の吹出口の一部が、上記燃料供給部の燃料供給口よりも、上記燃焼室の底面から遠い位置に配置されている。

上記実施形態によれば、燃料供給部の燃料供給口から供給されて底面に向かう燃料に、２次空気供給部の複数の吹出口から適量の燃焼空気が供給される。したがって、燃焼空気の量が過剰となって燃料が溶融してクリンカが生じる不都合を防止できると共に、燃焼空気の量が不足して燃料が不完全燃焼する不都合を防止できる。

一実施形態の燃焼炉は、上記２次空気供給部は、上記燃焼室に燃焼空気の旋回流を形成する。

上記実施形態によれば、燃焼空気の旋回流により、燃焼室内に十分な量の燃焼空気が供給されて燃料が安定して完全燃焼をする。

一実施形態の燃焼炉は、上記２次空気供給部は、上記燃焼室に燃焼空気の乱流を形成する。

上記実施形態によれば、燃焼空気の乱流により、燃料の燃焼成分と燃焼空気との混合が促進されて燃料の完全燃焼が促進される。

一実施形態の燃焼炉は、上記２次空気供給部は、上記燃焼室の中心軸と直角の面内において、上記燃焼室の径方向と傾斜した方向を向く空気供給路を有する。

上記実施形態によれば、２次空気供給部の空気供給路を通った燃焼空気が、燃焼室内に、この燃焼室の中心軸と直角の面内で偏心した方向に吹き出される。これにより、燃焼室内に、効果的に燃焼空気の旋回流が形成される。

一実施形態の燃焼炉は、上記２次空気供給部は、上記燃焼室の中心軸を含む面内において、上記燃焼室の径方向と傾斜した方向を向く空気供給路を有する。

上記実施形態によれば、２次空気供給部の空気供給路を通った燃焼空気が、燃焼室内に、この燃焼室の中心軸を含む面内において、燃焼室の底面側又は天面側に傾斜した方向に吹き出される。これらの燃焼空気が、他の方向に流れる燃焼空気と混ざることにより、燃焼室内に、効果的に燃焼空気の乱流が形成される。

一実施形態の燃焼炉は、上記燃料供給部と、上記燃焼室に燃焼空気を供給する送風機とを制御する制御部を備え、
上記制御部は、上記燃料供給部による燃料供給量と上記送風機による送風量を制御して、上記燃焼室で生成すべき熱量を調節する燃焼モードと、上記燃料供給部による燃料供給量と上記送風機による送風量を上記燃焼モードにおけるよりも少ない量に制御して、上記燃焼室に種火を保持する待機モードとを有する。

上記実施形態によれば、制御部により、燃焼室に燃料を供給する燃料供給部の動作と、燃焼室に燃焼空気を供給する送風機の動作が制御される。制御部は、燃焼モードにおいて、燃料供給部による燃料供給量と送風機による送風量を制御して、燃焼室で生成される熱量を所定の熱量に調節する。これにより、燃焼室で生成する熱を、例えばボイラ等の熱機器に供給すべき量に調節し、熱機器を適切に作動させる。一方、待機モードにおいて、制御部は、燃料供給部による燃料供給量と送風機による送風量を燃焼モードよりも少ない量に制御して、燃焼室に種火を保持する。このとき、熱機器への熱の供給を実質的に停止する。この待機モードにおいて、燃焼室への燃焼空気の送風量と燃料の供給量を増大させれば、迅速に所定の熱量が得られるので、迅速に燃焼モードに移ることができる。したがって、化石燃料と比較して着火しにくい植物系再生燃料を用いるにもかかわらず、要求される熱量の変化に速やかに対応できる燃焼炉が得られる。

本発明の実施形態の燃焼炉を用いたボイラ装置を示す模式図である。本発明の実施形態の燃焼炉を示す縦断面図である。上部空気室及び下部空気室を示す平面図である。底面板を示す斜視図である。他の底面板を示す斜視図である。他の底面板を用いた場合の燃焼室の底部を示す断面図である。スクリューコンベヤのケーシングへの取り付け部を示す縦断面図である。２次空気供給部を形成する空気供給管の配置を示す縦断面図である。空気供給管のうちの第１旋回気流管の配置を示す平断面図である。空気供給管のうちの下降気流管の配置を示す平断面図である。空気供給管のうちの第２旋回気流管の配置を示す平断面図である。他の空気供給管の配置を示す縦断面図である。ボイラ装置の制御系統を示す模式図である。水熱交換器を示す模式断面図である。従来の燃焼炉の燃料供給部を示す断面図である。従来の燃焼炉の燃料供給部を改良した様子を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態の燃焼炉を用いて構成されたボイラ装置を示す模式図であり、図２は、上記ボイラ装置に用いられた燃焼炉を示す図である。このボイラ装置１０に用いられた燃焼炉１は、植物系再生燃料である木質チップを燃料とし、ボイラ装置１０の熱源として機能する。

この燃焼炉１は、円筒形状の燃焼室２と、燃焼室２の外側を取り囲むように形成された水ジャケット３と、水ジャケット３の外周側に高さ方向の略中央に配置された円筒環形状の上部空気室４を備える。燃焼室２は、キャスタブル耐火物を用いて形成された円筒形状の燃焼室壁２１で取り囲まれている。なお、燃焼室壁２１は、耐火レンガ等の他の耐火性を有する材料を用いて形成されてもよい。燃焼室２の外側の水ジャケット３は、燃焼室壁２１と上部ケーシング３１との間に形成されている。

燃焼室壁２１と上部ケーシング３１には、上部空気室４の燃焼空気を燃焼室２に導く２次空気供給部としての複数の空気供給管７１，７２，７３が貫通して固定されている。空気供給管７１，７２，７３は、内部に空気供給路が形成され、後に詳述するように、燃焼室２の径方向に対して所定方向に傾斜して固定されている。上部空気室４には、空気室壁４１に設けられた上部給気管４２を通って、矢印Ａ１で示すように燃焼空気が供給される。上部空気室４に供給された燃焼空気は、空気供給管７１，７２，７３を通って燃焼室２に供給される。燃焼室２内で燃料Ｆが燃焼して生成された高温の燃焼ガスは、燃焼室壁２１の上部に設けられた排気管２２を通って水熱交換器１４に供給される。

燃焼室２の底面には、燃焼室壁２１の下端に嵌合する円盤状の底面板６が配置され、この底面板６の下方に下部空気室５が配置されている。下部空気室５は、円筒形状の下部ケーシング５１内に形成されている。底面板６には、燃焼空気を下部空気室５から燃焼室２に導く１次空気供給部を形成する複数の貫通孔６１，６１，・・・が、外径部分に形成されている。底面板６の内径部分の燃焼室２側には、燃料Ｆを受け取る受容部６２が形成されている。下部空気室５には、下部ケーシング５１に設けられた下部給気管５２を通って、矢印Ａ２で示すように燃焼空気が供給される。

図３は、平面視における上部空気室４と下部空気室５の形状を重ねて示した模式図である。図３に示すように、上部空気室４の側面に設けられた上部給気管４２は、空気室４の側面の接線方向に延在している。上部給気管４２を通して上部空気室４に接線方向に空気を供給することにより、円筒環形状の上部空気室４内に、周方向における偏りの少ない空気の流れを形成することができる。一方、下部空気室５の側面に設けられた下部給気管５２は、平面視において下部空気室５の径方向に延在している。下部給気管５２を通して下部空気室５に径方向に空気を供給することにより、円筒形状の下部空気室５に、偏りの少ない空気の流れが形成される。上部空気室４と下部給気管５２には、上部給気管４２と下部給気管５２の上流側に接続された送風機２０により、燃焼空気が供給される、

図４は、底面板６を示す斜視図である。底面板６は、キャスタブル耐火物を円盤状に成型してなり、平面視において外径部分の環状の領域に、複数の貫通孔６１，６１，・・・が形成されている。この貫通孔６１，６１，・・・が形成された領域の径方向の内側である内径部分に、受容部６２が設けられている。受容部６２は、燃焼室２に臨む面に形成された円形の浅い凹部で構成されている。この受容部６２に、燃料供給部としてのスクリューコンベヤ９から供給された燃料Ｆが受け取られる。受容部６２は、燃焼炉１が水熱交換器１４に熱を供給する燃焼運転を行う場合に、燃焼する燃料Ｆを保持する。一方、燃焼炉１が水熱交換器１４に熱を供給しない待機運転を行う場合に、着火した状態の燃料Ｆを種火として保持する。待機運転時に受容部６２が種火を保持することにより、燃焼室２への燃料Ｆと燃焼空気の供給量が増大すれば、迅速に燃焼運転に移行することができる。なお、燃料Ｆは、受容部６２のみでなく、底面板６の受容部６２の外径側に位置する部分で支持してもよい。

なお、図５Ａに示すように、平面視において全面に貫通孔６１，６１，・・・を形成した底面板１０６を用いてもよい。この底面板１０６を用いる場合、燃焼室２の底部に、底面板１０６の貫通孔６１，６１，・・・を開閉する開閉機構を設ける。開閉機構は、図５Ｂに示すように、底面板１０６の中央に同心に配置された円盤状の遮蔽板６４と、この遮蔽版６４を底面板１０６の下部空気室５側の貫通孔６１，６１，・・・の開口に向かって矢印Ｓで示すように接離駆動するリニアアクチュエータ６５を含んで構成することができる。燃焼炉１が水熱交換器１４に熱を供給する燃焼運転を行う場合、リニアアクチュエータ６５で遮蔽板６４を底面板１０６から遠ざけて、底面板１０６の全ての貫通孔６１，６１，・・・を、下部空気室５と燃焼室２との間で連通状態にする。これにより、全ての貫通孔６１，６１，・・・を通して、燃焼室２に燃焼空気を供給する。一方、燃焼炉１が水熱交換器１４に熱を供給しない待機運転を行う場合は、リニアアクチュエータ６５で遮蔽板６４を底面板１０６に接触させて、底面板１０６の中央部の貫通孔６１，６１，・・・を閉じる。これにより、底面板１０６の中央部は、燃焼空気の吹き出しが停止するので燃料Ｆを保持することが可能となり、受容部として機能する。これにより、待機運転時に、底面板１０６の中央部に種火を保持することができる。なお、開閉機構は、遮蔽板６４及びリニアアクチュエータ６５による以外に、底面板１０６の表面や裏面に設置された回転駆動式のシャッター等のように他の機構を用いてもよく、要は、底面板１０６の中央部の貫通孔６１，６１，・・・を開閉可能であればよい。

燃焼室２の側面には、燃料Ｆを供給する燃料供給部としてのスクリューコンベヤ９が設置されている。スクリューコンベヤ９は、筒状のケーシング９１と、ケーシング９１内に配置された回転駆動軸９２及び搬送スクリュー９３で形成され、燃料Ｆを投入する投入管９４に一端が接続されている。投入管９４は、燃料Ｆの貯留及び供給を行う定量供給機１１の供給コンベヤ１２に、遮断弁１３を介して接続されている。スクリューコンベヤ９の他端には、燃焼室２の側面に開口する燃料供給口９１ａが設けられている。燃料供給口９１ａの高さ方向の中心は、複数の空気供給管７１，７２，７３が配列された領域よりも低い位置に設置されている。なお、燃料供給口９１ａの高さ方向の中心は、複数の空気供給管７１，７２，７３が配列された領域の高さ方向の中心よりも低い位置に設置されていればよい。ここで、高さ方向とは、燃焼室２の中心軸の延在方向と実質的に同じであり、高さの低い側は下部ケーシング５１の底面に近い側であり、また、高さの高い側は上部ケーシング３１の天面に近い側である。上記スクリューコンベヤ９は、一端から他端に向かうにつれて位置が高くなるように傾斜しており、これにより、高温の燃焼空気がスクリューコンベヤ９の内部を逆流し難くなっている。

上記スクリューコンベヤ９は直線状をなし、燃焼室２の中心軸に対して傾斜して燃焼室２の側面に燃料供給口９１ａを開口するように配置されている。したがって、従来の燃焼炉２０１におけるような、鉛直方向のスクリューコンベヤ２０９の内部が、分離した硬質の不燃物によって摩耗する不都合を防止できる。また、従来の燃焼炉２１１におけるような、傾斜して配置されたスクリューコンベヤ２０９と燃料供給口２０２ａとの間を接続する導管２１２が、硬質の不燃物で摩耗する不都合を防止できる。したがって、この燃焼炉１は、硬質の不燃物が含まれる植物系再生燃料を燃焼しても、構成部品の劣化が少なく、高い耐久性を有する。

図６は、スクリューコンベヤ９の他端部の近傍を示す断面図である。図６に示すように、スクリューコンベヤ９の他端部は、水ジャケット３を貫通して設置されており、燃焼室壁２１と上部ケーシング３１に固定された鞘管９５の内側に、スクリューコンベヤ９のケーシング９１が連結されている。鞘管９５の上部ケーシング３１の外側の端に設けられたフランジ９５ａに、スクリューコンベヤ９のケーシング９１の外周面に設けられたフランジ９１ｂがボルトで固定されている。これにより、スクリューコンベヤ９を燃焼炉１の本体に容易に着脱でき、スクリューコンベヤ９の保守点検が容易に行われるようになっている。また、水ジャケット３や燃焼室２からスクリューコンベヤ９内への熱の伝達を緩和することができる。

水ジャケット３は、貯湯タンク１５から供給された水を加熱するものであり、上部ケーシング３１の下部に接続された加熱送り管３３に、矢印Ｗ１で示すように、貯湯タンク１５からの水が導入される。水ジャケット３で燃焼室２からの熱を受けて加熱された水は、上部ケーシング３１の上部に接続された排水管３２から、矢印Ｗ２で示すように水熱交換器１４に向けて排出される。

図７Ａは、２次空気供給部としての複数の空気供給管７１，７２，７３の配置状態を示す縦断面図である。図７Ａは、空気供給管７１，７２，７３の設置位置において、燃焼室壁２１と上部ケーシング３１を、燃焼室２の中心軸を含む面内で切断した様子を示す断面図である。なお、図７Ａでは、空気供給管７１，７３の径方向に対する傾斜は表現していない。図７Ａに示すように、本実施形態の燃焼炉１には、燃焼室２の中心軸の延在方向に３段の空気供給管７１，７２，７３が配列されている。これらの空気供給管７１，７２，７３のうち、燃焼室２の最も天面側に位置する空気供給管は、燃焼室２の中心軸と直角をなす面に平行の第１旋回気流管７１である。この第１旋回気流管７１は、図７Ｂの平断面図に示すように、燃焼室２の中心軸方向視において、径方向に対して時計回りに傾斜角αを成して配置されている。これにより、上部空気室４から第１旋回気流管７１を通って導かれた燃焼空気は、燃焼室２内に中心軸の偏心方向に吹き出される。この第１旋回気流管７１に対して燃焼室２の底面側に位置する空気供給管は、燃焼室２の中心軸の直角面に対して、燃焼室２に臨む側が燃焼室２の底面に向かって傾斜した下降気流管７２である。この下降気流管７２は、図７Ａの縦断面図に示すように、燃焼室２の軸直角方向に対して傾斜角θを成して配置されていると共に、図７Ｃの平断面図に示すように、燃焼室２の中心軸方向視において径方向に配置されている。これにより、上部空気室４から下降気流管７２を通って導かれた燃焼空気は、燃焼室２内に底面方向に吹き出される。この下降気流管７２に対して燃焼室２の底面側に位置する空気供給管は、燃焼室２の中心軸と直角をなす面に平行の第２旋回気流管７３である。この第２旋回気流管７３は、図７Ｄの平断面図に示すように、燃焼室２の中心軸方向視において、径方向に対して反時計回りに傾斜角βを成して配置されている。第２旋回気流管７３の径方向に対する傾斜角βは、第１旋回気流管７１の径方向に対する傾斜角αと、径方向に関して逆向きの角度を成している。これにより、上部空気室４から第２旋回気流管７３を通って導かれた燃焼空気は、燃焼室２内に、中心軸に関して第１旋回気流管７１と逆向きの偏心方向に吹き出される。上記第１旋回気流管７１により偏心方向に吹き出される燃焼空気と、上記下降気流管７２により底面方向に吹き出される燃焼空気と、上記第２旋回気流管７３により偏心方向に吹き出される燃焼空気とが衝突して、燃焼室２の空気供給管７１，７２，７３の設置位置に、燃焼空気の乱流が形成される。

ここで、第１旋回気流管７１の径方向に対する傾斜角αは、０°よりも大きく５０°以下であり、好ましくは、１°以上３０°以下である。また、下降気流管７２の軸直角方向に対する傾斜角θは、０°よりも大きく５０°以下であり、好ましくは、１°以上３０°以下である。また、第２旋回気流管７３の径方向に対する傾斜角βは、０°よりも大きく５０°以下であり、好ましくは、１°以上３０°以下である。

なお、燃焼室２の空気供給管７１，７２，７３は、図７Ａの縦断面図のように、燃焼室２の天面側を第１旋回気流管７１とし、中央の一段を下降気流管７２とすると共に燃焼室２の底面側を第２旋回気流管７３とするほか、図８の縦断面図のように、燃焼室２の天面側を下降気流管７２とし、中央の１段を旋回気流管７１とすると共に燃焼室２の底面側を上昇気流管７４としてもよい。上昇気流管７４は、燃焼室２の中心軸の直角面に対して、燃焼室２に臨む側が燃焼室２の天面に向かって傾斜すると共に、燃焼室２の中心軸方向視において径方向に配置される。この上昇気流管７４により、上部空気室４から下降気流管７２を通って導かれた燃焼空気が、燃焼室２内に天面方向に吹き出される。また、旋回気流管７１と下降気流管７２と上昇気流管７３の設置段数は、燃焼室２内に形成すべき流れに応じて適宜設定できる。また、全体の空気供給管７１，７２，７３の段数は３段以外の何段でもよい。また、全ての段を第１又は第２旋回気流管７１，７３のみで形成し、燃焼室２内に旋回流のみを形成してもよい。

また、２次空気供給部は、内部が空気供給路となる空気供給管を用いて形成するほか、厚みのある壁体に貫通孔を設けて空気供給路を形成してもよい。この場合、貫通孔の延在方向を、燃焼室２の中心軸と直角の面や、中心軸を通る面に対して傾斜させ、あるいは、径方向に向けて、傾斜通路や旋回通路を形成してもよい。

図９は、ボイラ装置１０の制御系統を示すブロック図である。このボイラ装置１０は、図１及び１０に示すように、上記燃焼炉１と、燃焼炉１から燃焼ガスが供給される熱機器としての水熱交換器１４と、水熱交換器１４及び燃焼炉１で加熱された高温水を貯留する貯湯タンク１５と、水熱交換器１４から導かれた排気の集塵を行うサイクロン集塵装置１７と、サイクロン集塵装置１７の排気口に連なる誘引ファン１８を備える。

燃焼炉１には、燃料としての木質チップが定量供給機１１の供給コンベヤ１２から巻き出され、燃焼室２内の気圧を保持するための遮断弁１３を介してスクリューコンベヤ９に供給される。定量供給機１１のサイロ部内には、径方向に延びる複数の攪拌棒が回転軸に固定されて成る攪拌装置１１４が設けられている。この攪拌装置１１４は、定量供給機１１の側部に設置された駆動手段１１５で回転駆動され、定量供給機１１のサイロ部に貯留された燃料Ｆを攪拌する。定量供給機１１のサイロ部には、貯留する燃料Ｆの表面位置を検出して残量を検知するレベルセンサＬ１が設けられている。スクリューコンベヤ９には温度センサＴ１が設けられており、温度センサＴ１の検出温度に基づいて、スクリューコンベヤ９の搬送する燃料Ｆが燃焼室２からの高温空気によって着火していないかを監視している。温度センサＴ１が異常温度を検出して燃料Ｆの着火を検知すると、スクリューコンベヤ９に接続された給水管の開閉バルブＶ１を開いて消火を行うようになっている。

燃焼炉１の燃焼室２から燃焼ガスを導く排気管２２は、水熱交換器１４に接続され、水熱交換器１４の燃焼ガス通路の始端に連通している。燃焼室２から水熱交換器１４に送られる燃焼ガスの温度は、燃焼室２のガス温度センサＴ２で検出され、このガス温度センサＴ２の検出値に基づいて、燃焼空気及び燃料Ｆの供給量が制御される。

図１０は、上記水熱交換器１４を詳細に示す模式断面図である。この水熱交換器１４は、縦長のケーシング１４１内の上部が、管板を兼ねる上部仕切板１４２と、隔壁１４４とで仕切られて、前煙室１４５と後煙室１４６が形成されている。また、ケーシング１４１内の下部が、管板を兼ねる下部仕切板１４３で仕切られて、中間煙室１４７が形成されている。上記ケーシング１４１の上部仕切板１４２と下部仕切板１４３の間が、水缶１４９となっており、上部仕切板１４２と下部仕切板１４３とに端部が溶接された複数の煙管１４８，１４８，・・・が、水缶１４９の内部に配置されている。この水熱交換機１４では、燃焼炉１から前煙室１４５に流入した燃焼ガスが、矢印Ｇで示すように煙管１４８に流入し、水缶１４９内の水と熱交換をした後、中間煙室１４７に流れる。燃焼ガスは、中間煙室１４７で折り返し、矢印Ｈで示すように煙管１４８に流入し、水缶１４９内の水と更に熱交換をした後、後煙室１４６に流れる。後煙室１４６の燃焼ガスは、矢印Ｉで示すように排気管１６４を通って排出され、下流側のサイクロン集塵装置１７に受け取られる。水缶１４９には、ケーシング１４１の下部に設けられた給水口１６０を通して、燃焼炉１の水ジャケット３からの水が矢印Ｗ２で示すように流入する。水缶１４９内で煙管１４８，１４９内を通る燃焼ガスと熱交換をして温度が上昇した水は、水缶１４９の上部に連通する連通管１６１と、この連通管１６１の上部に設けられた排水口１６２を通して、矢印Ｗ３で示すように排出される。連通管１６１の上端には、水缶１４９内の水蒸気が所定の圧力に達したときに水蒸気を大気に放出する大気開放弁１６３が設けられている。

水熱交換器１４は、燃焼炉１の水ジャケット３で加熱された水を更に加熱し、貯湯タンク１５に供給する。水熱交換器１４の水缶１４９には、内部の水量を検出する水位センサＬ３が設けられている。水ジャケット３の排水管３２には、水の温度を検出する温度センサＴ３が設けられている。貯湯タンク１５には、貯留される水の温度を検出する温度センサＴ４と、内部の水量を検出する水位センサＬ２が設けられている。

貯湯タンク１５は、水熱交換器１４から延びる加熱戻り管８１と、循環ポンプ１６に介設されて燃焼炉１の水ジャケット３に延びる加熱送り管３３に接続されている。水熱交換器１４と水ジャケット３と貯湯タンク１５とで循環経路を構成している。更に、貯湯タンク１５は、貯湯タンク１５と水熱交換器１４と水ジャケット３内の水位に応じて水を供給する給水管１５１と、矢印Ｄで示すように、温水を利用する利用設備に温水を供給する給湯管１５２と、矢印Ｅで示すように、利用設備から温水が戻る給湯戻り管１５３に接続されている。

サイクロン集塵装置１７は、側面に燃焼ガスの吸入口が設けられた円筒部１７１と、円筒部１７１の下方に連なって内部に旋回流が形成される逆円錐形の分離部１７２と、円筒部１７１内から上方に突出して配置された排気筒１７５を有する。分離部１７２の下端にはロータリーバルブ１７３が接続され、このロータリーバルブ１７３を介して塵収容器１７４が設けられている。このサイクロン集塵装置１７は、水熱交換器１４で熱交換を終えた燃焼ガスを円筒部１７１の吸入口から吸入し、円筒部１７１と分離部１７２で、矢印Ｙ１で示すように燃焼ガスの旋回流を形成し、この旋回流の遠心力により燃焼ガスに含まれる粉塵を分離する。燃焼ガスから分離した粉塵はロータリーバルブ１７３から塵収容器１７４に排出する一方、粉塵が分離された燃焼ガスを、矢印Ｙ２で示すように排気筒１７５から排出する。排気筒１７５に排出された燃焼ガスは、排気筒１７５に連なる排気管１７６を通して誘引ファン１８に吸引される。

誘引ファン１８は、遠心式送風機で形成され、サイクロン集塵装置１７から連なる排気管１７６に接続された吸気管１８１と、吸気管１８１の中心軸と同心に配置された回転翼を収容したファンケーシング１８２と、ファンケーシング１８２内の回転翼を駆動する駆動部１８３を有する。ファンケーシング１８２の側部に設けられた排気口に、鉛直方向に延びる煙突１９が接続されている。

このボイラ装置１０は、上記レベルセンサＬ１、温度センサＴ１、ガス温度センサＴ２、水位センサＬ２，Ｌ３及び温度センサＴ３，Ｔ４の検出情報に基づいて、供給コンベヤ１２、遮断弁１３、スクリューコンベヤ９、開閉バルブＶ１、誘引ファン１８、送風機２０及び循環ポンプ１６の動作を制御する制御部２５を備える。この制御部２５により、貯湯タンク１５の温度が所定温度となり、また、貯湯タンク１５の水位が所定水位となるように、燃焼室２で生成される熱量と、水ジャケット３と水熱交換器１４と貯湯タンク１５の水の循環量が制御される。

上記構成の燃焼炉１及びボイラ装置１０は、次のように動作する。まず、水位センサＬ２，Ｌ３の検出情報により、水熱交換器１４及び貯湯タンク１５内の水位を確認する。水熱交換器１４及び貯湯タンク１５内の水位が基準値よりも少ない場合は、矢印Ｃで示すように給水管１５１を通して貯湯タンク１５に水を供給する。なお、給水管１５１を通した貯湯タンク１５への給水は、浮き球を有するボールタップで給水量を調節してもよい。水熱交換器１４及び貯湯タンク１５内の水位が基準値を満たす場合は、誘引ファン１８と送風機２０を起動すると共に、遮断弁１３を開いて供給コンベヤ１２及びスクリューコンベヤ９を起動する。送風機２０を起動して、上部給気管４２を通して上部空気室４に燃焼空気を供給すると共に、下部給気管５２を通して下部空気室５に燃焼空気を供給する。遮断弁１３を開いて供給コンベヤ１２及びスクリューコンベヤ９を起動して、定量供給機１１から供給コンベヤ１２で燃料Ｆの木質チップを巻き出し、遮断弁１３を通ってスクリューコンベヤ９で燃焼室２に燃料Ｆを投入する。

燃焼炉１では、上部空気室４に供給された燃焼空気が、空気供給管７１，７２，７３を通って燃焼室に供給される。このとき、第１旋回気流管７１から燃焼室２の中心軸の偏心方向に吹き出す燃焼空気と、下降気流管７２から底面側に吹き出す燃焼空気と、第２旋回気流管７３から燃焼室２の中心軸の偏心方向に、第１旋回気流管７１と反対側の偏心方向に吹き出す燃焼空気とが混合して、燃焼室２の下部に燃焼空気の乱流が生成される。この乱流が形成される領域の下部に位置する燃料供給口９１ａから、矢印Ｆ１で示すように、スクリューコンベヤ９で供給された燃料Ｆが燃焼室２内に投入され、投入された燃料Ｆは燃焼室２の底面板６の上に保持される。

底面板６の上に保持された燃料Ｆは、石油燃料で作動する図示しないバーナで着火され、下部空気室５から底面板６の貫通孔６１，６１，・・・を通して供給される１次燃焼空気と、上部空気室４から空気供給管７１，７２，７３を通して供給される２次燃焼空気を受けて燃焼を開始する。燃料Ｆの燃焼に伴って生成された燃焼ガスは、燃焼室２内の乱流が生成される領域の上方を旋回状に流れる。燃料Ｆは、燃焼に伴う燃焼ガスが、燃焼室２内を乱流及び旋回流を形成して流れる過程で、貫通孔６１及び空気供給管７１，７２，７３により十分に燃焼空気が供給され、また、比較的長い時間をかけて加熱されるので、完全燃焼をする。したがって、植物系再生燃料である燃料Ｆを用いながら、安定した熱量が得られる。燃焼室２で燃焼が燃焼して生成された燃焼ガスは、排気管２２を通って水熱交換器１４に送られる。

水熱交換機１４に送られた燃焼ガスは、排気管２２を通って水熱交換機１４の前煙室１４５に導入され、煙管１４８，１４９を通る間に水缶１４９内の水と熱交換を行う。後煙室１４６に達した燃焼ガスは、サイクロン集塵装置１７に導かれる。サイクロン集塵装置１７では、円筒部１７１の吸入口から流入した燃焼ガスが分離部１７２に導かれ、分離部１７２内を旋回状に流れる際の遠心力で塵が分離する。燃焼ガスから分離した塵は、サイクロン集塵装置１７の下部の塵収容器１７４に集められる。塵が分離された燃焼ガスは排気筒１７５を通り、排気塔１７５に連なる排気管１７６を通して誘引ファン１８に吸引され、煙突１９を通って排気される。なお、誘引ファン１８の下流側に、燃焼ガスに含まれる微細な粒子を除去するバグフィルタを接続してもよい。

貯湯タンク１５内の水は、循環ポンプ１６によって加熱送り管３３を通して燃焼炉１の水ジャケット３に送られる。水ジャケット３で燃焼室２から伝わる熱を受けて加熱された水は、排水管３２を通って水熱交換器１４の水缶１４９に導かれ、水熱交換器１４で燃焼ガスと熱交換を行って更に加熱される。水熱交換器１４で加熱された水は、加熱戻り管８１を通って貯湯タンク１５に戻される。

制御部２５は、温度センサＴ４で検出された貯湯タンク１５の水の温度に基づいて、供給コンベヤ１２、遮断弁１３及びスクリューコンベヤ９の動作を制御し、燃焼室２に供給する燃料Ｆの量を制御すると共に、誘引ファン１８と送風機２０の動作を制御し、燃焼室２に供給する燃焼空気の量を制御する。貯湯タンク１５の水が利用設備で消費されるに伴い、給水管１５１からの低温の水の追加によって貯湯タンク１５の水温が低下すると、制御部２５は、貯湯タンク１５の水の温度を上昇させる燃焼モードの制御を行う。すなわち、遮断弁１３を開き、供給コンベヤ１２及びスクリューコンベヤ９による燃料Ｆの供給量を増大すると共に、送風機２０の送風量を増大して燃焼室２への燃焼空気の供給量を増大する。また、誘引ファン１８の吸引量を増大してサイクロン集塵装置１７の水熱交換器１４から吸引する燃焼ガス量を増大する。更に、循環ポンプ１６の送水量を増大し、水ジャケット３及び水熱交換機１４に送る水の量を増大する。これにより、燃焼室２内で燃料Ｆが燃焼して生成される熱量が増大し、水ジャケット３及び水熱交換機１４で加熱される水の量が増大し、貯湯タンク１５の水温が上昇する。貯湯タンク１５の水が所定温度に達すると、制御部２５は、供給コンベヤ１２及びスクリューコンベヤ９による燃料Ｆの供給量を減少させると共に、送風機２０の送風量を減少させて燃焼室２への燃焼空気の供給量を減少させ、誘引ファン１８の吸引量を減少させて水熱交換器１４から吸引する燃焼ガス量を減少させ、循環ポンプ１６の送水量を減少させる。供給コンベヤ１２からスクリューコンベヤ９への燃料Ｆの供給を停止する場合は、遮断弁１３を閉じて燃焼室２からの燃焼ガスや燃焼空気の逆流を防止する。

温水の利用が停止したこと等により、水熱交換器１４による水の加熱動作を停止する場合、制御部２５は、燃焼モードの制御を停止して待機モードの制御を行う。すなわち、供給コンベヤ１２及びスクリューコンベヤ９による燃料供給量を、燃焼モードにおけるよりも少なくすると共に、誘引ファン１８の吸引量と送風機２０の送風量を燃焼モードにおけるよりも少なくする。また、循環ポンプ１６による水熱交換器１４への送水を停止する。こにより、水熱交換器１４への熱の供給を実質的に停止した状態で、燃焼室２に種火を保持する。このように、燃焼室２に臨む底面板６の受容部６２に最小限の燃料Ｆを保持し、この燃料Ｆに種火を残すことにより、温水の使用が再開して水熱交換器１４の動作が求められた場合に、供給コンベヤ１２及びスクリューコンベヤ９による燃料供給量と、送風機２０の送風量を増大すれば、燃料Ｆを迅速に着火させて燃焼室２で生成する熱量を迅速に回復することができる。すなわち、待機モードから燃焼モードに迅速に移ることができ、温水の需要に迅速に対応することができる。なお、待機モードでは、供給コンベヤ１２及びスクリューコンベヤ９による燃料Ｆの供給は、連続的に行ってもよく、あるいは、断続的に行ってもよい。要は、種火を保持できる程度の燃料Ｆを供給できればよい。

上記実施形態において、植物系再生燃料として、木質チップからなる燃料Ｆを用いたが、木質ペレット等のように、植物系の材料を成型した再生燃料を用いてもよい。植物系の材料としては、オガ屑、木屑、間伐材及び剪定材等の木質系材料や、稲藁、籾殻、雑草及びバガス等の農業系材料や、建設廃材等の廃棄物系材料や、古紙や廃パルプ等の紙系材料がある。また、植物系再生燃料は、例えばＲＰＦのように、一部に植物系の材料を用いた燃料であってもよい。

また、上記実施形態において、燃焼炉１は、熱機器としての水熱交換器１４に熱を供給したが、他の熱機器に熱を供給してもよい。また、燃焼炉１は、燃焼室２の外周側に水ジャケット３を備えたが、水ジャケット３は無くてもよい。

１燃焼炉
２燃焼室
６底面板
７空気供給管
９スクリューコンベヤ
６１貫通孔
６２受容部
Ｆ燃料

Claims

植物系再生燃料を燃焼するための燃焼炉であって、
円筒形状の燃焼室と、
上記燃焼室の側面から燃焼室内に燃料を供給する燃料供給部と、
上記燃焼室の底面から燃焼空気を供給する１次空気供給部と、
上記燃焼室の側面から燃焼空気を供給する２次空気供給部と、
上記燃焼室の底面に設けられ、上記燃料供給部から供給された燃料を受ける受容部とを備え、
上記１次空気供給部は、上記燃焼室の底面に設けられた複数の孔を有し、
上記２次空気供給部は、上記燃焼室の中心軸を含む面内において、上記燃焼室の径方向と傾斜した方向を向く第１空気供給路と、上記燃焼室の中心軸と直角をなす面に平行の第２空気供給路とを有し、上記燃焼室に燃焼空気の旋回流を形成すると共に、上記第１空気供給路から燃焼室の底面側又は天面側に傾斜した方向に吹き出された燃焼空気が他の方向に流れる燃焼空気と混ざることにより乱流を形成することを特徴とする燃焼炉。
植物系再生燃料を燃焼するための燃焼炉であって、
円筒形状の燃焼室と、
上記燃焼室の側面から燃焼室内に燃料を供給する燃料供給部と、
上記燃焼室の底面から燃焼空気を供給する１次空気供給部と、
上記燃焼室の側面から燃焼空気を供給する２次空気供給部と、
上記燃焼室の底面に設けられ、上記燃料供給部から供給された燃料を受ける受容部とを備え、
上記１次空気供給部は、上記燃焼室の底面に設けられた複数の孔を有し、
上記２次空気供給部は、上記燃焼室の中心軸を含む面内において、上記燃焼室の径方向と傾斜した方向を向く第１空気供給路を有し、上記燃焼室に燃焼空気の旋回流を形成すると共に乱流を形成し、
上記燃焼室の底面に、平面視において全面に上記孔が形成された底面板と、この底面板の中央部の上記孔を開閉する開閉機構とを備えることを特徴とする燃焼炉。
請求項１又は２に記載の燃焼炉において、
上記燃料供給部は、上記燃焼室の中心軸に対して傾斜して配置されたスクリューコンベヤと、このスクリューコンベヤの端部に連通して燃焼室の側面に開口する燃料供給口を有することを特徴とする燃焼炉。
請求項３に記載の燃焼炉において、
上記２次空気供給部は、上記燃焼室の側面に開口する燃焼空気の複数の吹出口を有し、
上記２次空気供給部の複数の吹出口の少なくとも一部が、上記燃料供給部の燃料供給口よりも、上記燃焼室の底面から遠い位置に配置されていることを特徴とする燃焼炉。
請求項１又は２に記載の燃焼炉において、
上記２次空気供給部は、上記燃焼室の中心軸と直角の面内において、上記燃焼室の径方向と傾斜した方向を向く第３空気供給路を有することを特徴とする燃焼炉。
請求項１又は２に記載の燃焼炉において、
上記燃料供給部と、上記燃焼室に燃焼空気を供給する送風機とを制御する制御部を備え、
上記制御部は、上記燃料供給部による燃料供給量と上記送風機による送風量を制御して、上記燃焼室で生成すべき熱量を調節する燃焼モードと、上記燃料供給部による燃料供給量と上記送風機による送風量を上記燃焼モードにおけるよりも少ない量に制御して、上記燃焼室に種火を保持する待機モードとを有することを特徴とする燃焼炉。
請求項２に記載の燃焼炉において、
上記燃料供給部と、上記燃焼室に燃焼空気を供給する送風機と、上記開閉機構とを制御する制御部を備え、
上記制御部は、上記燃料供給部による燃料供給量と上記送風機による送風量と上記開閉機構による上記底面板の孔の開閉状態を制御して、
上記底面板の全ての孔を開いた状態で、上記燃焼室で生成すべき熱量を調節する燃焼モードと、
上記底面板の中央部の孔を閉じた状態で、上記燃料供給部による燃料供給量と上記送風機による送風量を上記燃焼モードにおけるよりも少ない量に制御して、上記底面板の中央部に種火を保持する待機モードとを有することを特徴とする燃焼炉。