(57)【要約】      （修正有）【課題】丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システムを提供する。【解決手段】丸太を供給する燃料供給手段と、丸太を熱分解する熱分解手段と、熱分解手段で熱分解されたガスを燃焼させる燃焼手段と、燃焼装置で燃焼されたガスの熱を回収及び交換する熱交換手段と、熱交換手段から排出される燃焼ガスを濾過及び集塵する集塵手段と、燃焼手段に尿素水とアルカリ水とを供給する燃焼ガス処理手段と、熱分解手段に空気を供給する第１空気供給手段と、燃焼手段に空気を供給する第２空気供給手段と、熱分解手段に水分を供給する水分供給手段と、燃焼手段と第２空気供給手段とを連結する管路に集塵手段から排出される燃焼ガスの一部を再循環させるバルブが設置された燃焼ガス再循環パイプと、熱交換手段と連結されて熱エネルギーまたは電気エネルギーを回収するエネルギー回収装置とを設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システムにおいて、
丸太を移送及び供給する燃料供給手段と、
移送された丸太を熱分解する熱分解手段と、
前記熱分解手段で熱分解されたガスを燃焼させる燃焼手段と、
前記燃焼装置で燃焼されたガスの熱を回収及び交換する熱交換手段と、
前記熱交換手段から排出される燃焼ガスを濾過及び集塵する集塵手段と、
前記燃焼手段に尿素水とアルカリ水とを供給する燃焼ガス処理手段と、
前記熱分解手段に空気を供給する第１空気供給手段と、
前記燃焼手段に空気を供給する第２空気供給手段と、
前記熱分解手段と第１空気供給手段とを連結する管路に連結されて水分を供給する水分供給手段と、
前記燃焼手段と第２空気供給手段とを連結する管路に集塵手段から排出される燃焼ガスの一部を再循環させるバルブが設置された燃焼ガス再循環パイプと、
前記熱交換手段と連結されて熱エネルギーまたは電気エネルギーを回収するエネルギー回収装置と、
前記熱分解手段の内部に積層されて熱分解された丸太の不燃分及び灰分を排出させる灰分除去手段とを含んでいることを特徴とする、熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システム。
【請求項２】
前記熱分解手段は、第１号機と第２号機からなり、一つが作動する時、残りの一つは作動が中止されていることを特徴とする、請求項１に記載の熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システム。
【請求項３】
前記熱分解手段は、点火して一定の熱分解温度まで上昇した時に作動して水分を供給し、前記水分供給手段から供給される水分の量は、第１空気供給手段から供給される空気を１００ｖｏｌ％とする時、１〜３０ｖｏｌ％範囲で水分を供給することを特徴とする、請求項１に記載の熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システム。
【請求項４】
前記燃焼ガス再循環パイプを介して供給される燃焼ガスは、１２０〜１８０℃温度範囲であり、供給される空気を１００ｖｏｌ％とする時に供給される空気に対して１〜３０ｖｏｌ％が再循環して供給されることを特徴とする、請求項１に記載の熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システム。
【請求項５】
前記燃焼手段に供給される尿素水とアルカリ水とは、液体状態で噴霧されることを特徴とする、請求項１に記載の熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システム。
【請求項６】
前記燃焼手段に供給される尿素水とアルカリ水とが、それぞれ供給される燃焼ガスを１００ｖｏｌ％とする時に供給される空気に対して１〜５ｖｏｌ％範囲で供給されることを特徴とする、請求項５に記載の熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システム。
【請求項７】
前記燃焼手段と熱交換手段との間には第２燃焼空間部がさらに備えられていることを特徴とする、請求項１に記載の熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システム。
【請求項８】
前記灰分除去手段は、エネルギー回収システムの熱分解中止後、熱分解手段の内部に積層され、熱分解されていない丸太の成分と不燃分とを総称して灰分と称し、吸入する吸入ファンと、吸入ファンによって吸入排出して捕集する集塵手段と、前記集塵手段と熱分解手段とを連結するパイプに設置されたベンチュリエゼクタとを含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システム。
【請求項９】
前記熱分解手段に第２燃焼空間部をさらに備えていることを特徴とする、請求項１に記載の熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システム。
【請求項１０】
前記丸太は、破砕木、木質ペレットのうちいずれか一つで代替して使用できることを特徴とする、請求項１に記載の熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システムに関し、より詳細には、熱分解完了時に発生する灰分をベンチュリエゼクタを用いた冷却空気コンベヤを介して集塵収去が便利な所に捕集するため、きれいな環境を維持でき、また、丸太中に少量含有された窒素化合物、硫黄化合物、塩化物と有機酸などの分解により発生する有害物質を低減させるために、燃焼機で尿素水及びアルカリ水を供給噴射することで、有害物質を根本的に中和除去し、また、熱分解機で熱分解用供給空気に水分を一部供給するため、炭素と水分とが反応して水素分子が発生し、水素分子の燃焼熱による熱を回収するため、焼却時に発生する有害物質を根本的に除去し、エネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高油価時代を迎えて原子力発電を止揚し、太陽熱発電の勧奨によって伐木による丸太と洪水時に流されて来る丸太などを処理するために丸太を直接燃焼してエネルギーを得るための研究が相次いで行われおり、火木の燃焼によるエネルギー回収で発電をする技術研究が周りから相次いで登場している。燃料を完璧にコントロールして供給できるガス、油などの燃焼機構に比べて、火木は頻繁に燃料を手動で供給しなければならない不便な点がある。これに火木全体を燃焼室に入れずに火木投入管を重力方向に設置し、火木の一部は燃焼室内に、一部は外部の冷たい領域に置いて、火木投入を垂直方向に投入して下から火が付いて徐々に燃えるようにすると、均一な出力と長い燃焼時間を有するようになる。
【０００３】
実際、この方式には二つの空気供給方法があるが、薪投入口の上側を開いて空気が上から下に流れて行きながら燃焼する方法と、上を塞いで下から空気を供給する二つの方法である。第一の上から空気を供給する方式は、空気が上側薪を冷却させながら下の火点に供給されるので、火力が安定し、かつ火が燃える様子を容易に観察できる。
【０００４】
しかし、薪投入管を長くして長い薪を投入しようとする場合、投入口が加熱されて徐々に連通の役割をするようになって火が逆火する。第二の上を塞いで下側を開いて空気を供給する方式を採択すれば、投入管を所望する長さだけ延長できるが、この時燃焼熱が上に上がり、薪の未燃焼部位を加熱するようになり、ここで熱分解木ガスが発生して燃焼が安定的でなくかつ出力調節が困難である側面があり、また、燃焼ガスによる大気汚染は深刻な社会問題として台頭している。
【０００５】
前記問題点を勘案して従来の丸太を焼却してエネルギーを得る技術として、特開２０１６−１３０６２３号公報の丸太燃料用の燃焼装置は、丸太を燃料に用いる時に燃焼ガスが発生するが、この時燃焼ガスの中には少量の代表的な汚染物質として硫黄酸化物（ＳＯｘ）、塩化物（ＨｃＬ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、未然炭素（Ｃ）などがある。このうち窒素酸化物（ＮＯｘ）は、光化学スモッグを起こす主な原因として人体に直接的に害を及ぼし、酸性雨の原因となり、各種植物の成長に深刻な影響を及ぼすので、その排出量に対する規制が厳しくなりつつある。
【０００６】
大気中に存在する窒素酸化物のうち人体に害を及ぼし、かつ大気汚染の主な原因は、ＮＯとＮＯ２であり、これらを総称してＮＯｘと称する。ＮＯｘの発生源としては、サーマルＮＯｘ、プロンプトＮＯｘ及びフューエルＮ０ｘに分類され、それぞれの低減に対する研究が環境問題とともに活発に加速化されている。
【０００７】
サーマルＮＯｘは、高温の雰囲気下で燃焼空気中の窒素分子が酸素と反応して生成されるものであって、燃料中の窒素成分がない場合にＮＯｘ発生の主な原因になる。これに対する対策としてはなるべく火炎の温度を下げて低い過剰空気比で燃焼することがＮＯ発生の抑制方法になる。この時、火炎の安定性などを考慮しなければならない。
【０００８】
サーマルＮＯｘの発生機構はｚｅｌｄｏｖｉｃｈによって提示された次の反応式により説明し得る。
【０００９】
【化１】
2020071016.tif 000003
【００１０】
高温でＯ２が２Ｏに分離され、この酸素原子が空気中の窒素分子と反応してＮＯを生成し、同時に窒素原子を生成し、これが再び空気中の酸素と反応してＮＯを生成する。
【００１１】
サーマルＮＯｘの生成は、主に燃焼温度が高い場合、燃焼領域で酸素の濃度が高い場合、高温領域で燃焼ガスの滞在時間が長い場合に多く発生する。特に温度依存性が非常に大きい。
【００１２】
フューエルＮ０ｘは、燃料の脱窒化が行われていない重油などの低質油燃焼時に燃料中の窒素成分が空気中の酸素と結合して生成されるものであって、脱窒化が行われていない燃料を燃焼させる場合、燃焼方法や燃焼装置を変換して燃料のＮ成分がＮＯ化されないようにＮ２化させることが必要である。燃料ＮＯｘの生成は、温度よりは空気の当量比に大きく影響を受ける。
【００１３】
高温の火炎後流領域ではＮＯｘの生成についてｚｅｌｄｏｖｉｃｈ機構による理論と実験結果とが比較的一致している。火炎面及びその周辺ではｚｅｌｄｏｖｉｃｈ機構以外の経路によって多量のＮＯが急激に生成されることが発見された。
【００１４】
フェニモアは、メタン−空気、エチレン−空気の予混合平板火炎について実験した結果、火炎帯の周辺で急速なＮＯの生成を発見し、この時ＮＯを「ｐｒｏｍｐｔ  ＮＯ」と定義した。フェニモアは、次の反応式を提案した。
【００１５】
【化２】
2020071016.tif 000004
【００１６】
前記反応式において分解された窒素原子はＮＯを生成し、反応式のＨＣＮまたはＣＮも酸素を含む化合物と反応してＮＯを生成する。
【００１７】
現在までの研究結果、プロンプトＮＯｘは、炭化水素系燃料でのみ生成され、温度、燃料の種類、空気の当量比などに対する依存性が比較的低く、燃焼ガスの滞留時間とは関係ないと知られている。しかし、窒素酸化物の生成と消滅過程はまだ正確に知られていない。
【００１８】
低窒素酸化物（ＮＯｘ）を得るための方法としては、運転条件の変更による方法、燃焼方式を変更する方法、Ｎ成分が少ない燃料を使用する方法などがある。この時、ＮＯｘの発生と未然ガスの発生は互いに相反するため、低ＮＯｘの燃焼は、燃焼効率、ＣＯ及び煤煙発生の抑制とともに行われなければならない。
【００１９】
一方、従来の丸太を燃焼してエネルギーを得る技術として、特開２０１６−１３０６２３号公報の丸太燃料用の燃焼装置は、丸太を最初に点火して燃焼する時（２０℃以下）水分蒸発とともにその他成分からなる木酢液が生成され、前記木酢液（竹酢液を含む）には、有機酸とアルコール類、中性成分、塩基性成分など１００余種の微量成分が含有されており、主要成分としては酢酸などの有機酸とアルコール類、ポリフェノール類などの物質が含有されている。
【００２０】
前記木酢液が水分を含む燃焼ガスとともに空気中に排出されるため、木酢液は酸性を帯びており、金属表面の腐食を促進させ、家畜のストレス増加と、灰を畑にまく際に木酢液がついている灰によって土壌が酸性化される問題、特に木酢液には失明を誘発するメタノールと重金属、１級発癌性物質であるタール、ベンゾピレンなど有害物質が含有されており、作業者が長時間露出される時に健康上の問題を誘発する大きな問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開２０１６−１３０６２３号公報
【特許文献２】特開２０１３−２１０１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
前記従来の問題を解消するために案出した本発明は、最初に点火して熱分解する時（２００℃以下）に発生する木酢液と有害物質とを燃焼機で燃焼及び中和して完全に除去し、また、熱分解後に残存する不燃分、すなわち、灰分をベンチュリエゼクタを用いた冷却空気コンベヤを介して集塵して灰分の収去が便利で、かつきれいな環境を維持することができ、窒素酸化物を低減させる尿素水の供給と、代表的な公害物質である無機酸性物質、すなわち、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、塩化物（Ｈｃｌ）と有機酸を中和させるアルカリ水の供給を燃焼機で噴射して木酢液とアルコール類、ポリフェノールなどの有機化合物と一酸化炭素（ＣＯ）、未然炭素（Ｃ）などを研究開発された燃焼機によって８５０℃以上で完全燃焼させるので、公害物質を根本的に点火燃焼段階で完全に除去し、また、熱分解機で熱分解用供給空気中に水分を一部供給するため、炭素と水分とが反応して水素分子が発生し、水素分子の燃焼熱による熱を回収するので、燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システムを提供することにある。
【００２３】
一方、熱分解された丸太の不燃分、すなわち、灰分を空気を用いて冷却、吸入、排出させるので、灰分を除去することによる周辺汚染が防止されることと、作業者が灰を除去するために灰と接触しないので、吸入することを防止するなどの効果を有する、よりきれいでかつ安全なエネルギー回収システムを提供することにある。
【００２４】
前記熱分解手段に第２燃焼空間部をさらに備えていることを特徴とする、丸太の燃焼時に発生する有害物質の除去及び完全燃焼によるエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システムを提供することにある。
【００２５】
前記丸太を破砕木、木質ペレットのうちいずれか一つで代替して使用できることを特徴とする熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
このような本発明の目的は、熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システムにおいて、丸太を移送及び供給する燃料供給手段と、移送された丸太を熱分解する熱分解手段と、前記熱分解手段で熱分解されたガスを燃焼させる燃焼手段と、前記燃焼装置で燃焼されたガスの熱を回収及び交換する熱交換手段と、前記熱交換手段から排出される燃焼ガスを濾過及び集塵する集塵手段と、前記燃焼手段に尿素水とアルカリ水とを供給する燃焼ガス処理手段と、前記熱分解手段に空気を供給する第１空気供給手段と、前記燃焼手段に空気を供給する第２空気供給手段と、前記熱分解手段と第１空気供給手段とを連結する管路に連結されて水分を供給する水分供給手段と、前記燃焼手段と第２空気供給手段とを連結する管路に集塵手段から排出される燃焼ガスの一部を再循環させるバルブが設置された燃焼ガス再循環パイプと、前記熱交換手段と連結されて熱エネルギーまたは電気エネルギーを回収するエネルギー回収装置と、前記熱分解手段の内部に積層されて熱分解された丸太の不燃分及び灰分を排出させる灰分除去手段とを含んでいることを特徴とする熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システムによって達成される。
【００２７】
前記熱分解手段は、第１号機と第２号機からなり、一つが作動する時、残りの一つは作動が中止されていることを特徴とする熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システムによって達成される。
【００２８】
前記熱分解手段は、点火して熱分解温度まで上昇した時に作動して水分を供給し、前記水分供給手段から供給される水分の量は、第１空気供給手段から供給される空気を１００ｖｏｌ％とする時、１〜３０ｖｏｌ％範囲で水分を供給することを特徴とする熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システムによって達成される。
【００２９】
前記燃焼ガス再循環パイプを介して供給される燃焼ガスは、１２０〜１８０℃温度範囲であり、供給される空気を１００ｖｏｌ％とする時に供給される空気に対して１〜３０ｖｏｌ％が再循環して供給されることを特徴とする熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システムによって達成される。
【００３０】
前記燃焼手段に供給される尿素水とアルカリ水とは、液体状態で噴霧されることを特徴とする丸太の焼却時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システムによって達成される。
【００３１】
前記燃焼手段に供給される尿素水とアルカリ水とがそれぞれ供給される燃焼ガスを１００ｖｏｌ％とする時に供給される空気に対して１〜５ｖｏｌ％範囲で供給されることを特徴とする熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システムによって達成される。
【００３２】
前記燃焼手段と熱交換手段との間には第２燃焼空間部がさらに備えられていることを特徴とする熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システムによって達成される。
【００３３】
前記灰分除去手段は、エネルギー回収システムの熱分解中止後、熱分解手段の内部に積層され、熱分解されていない丸太の成分と不燃分とを総称して灰分と称し、吸入する吸入ファンと、吸入ファンによって吸入排出して捕集する集塵手段と、前記集塵手段と熱分解手段とを連結するパイプに設置されたベンチュリエゼクタとを含んでいることを特徴とする熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システムによって達成される。
【発明の効果】
【００３４】
このような本発明は、熱分解機で発生する灰分を集塵して灰分の収去が便利な所に捕集するので、きれいな環境を維持でき、窒素酸化物を低減させる尿素水の供給、無機酸性物質、すなわち、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、塩化物（Ｈｃｌ）などと有機酸を中和させるアルカリ水の供給及び燃焼機に集塵機を通過した排出ガスの一部を再循環させ、回収熱量を極大化してエネルギー効率の増大などの効果がある熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られる非常に有用な発明である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システムの構成を示す例示図。
【図２】本発明の技術要点である燃焼手段と熱交換手段、集塵手段の設置構造を示す例示図。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の好適な実施例を添付する図面を参照して詳しく説明する。
【００３７】
添付図面の図１は、本発明による熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システムの構成を示す例示図であり、これによる本発明は、伐木した丸太の小枝を整理した後、一定の長さで切断して分解及び燃焼させるために丸太を移送及び供給する燃料供給手段１０を用いて熱分解手段２０に丸太を供給する。
【００３８】
前記燃料供給手段１０は、やっとこ形態からなり、一定角度回転する機械機構を用い、前記移送された丸太は、熱分解手段２０によって熱分解される。前記熱分解手段２０は、２個が１組を成して構成され、好ましくは、前記熱分解手段２０は、第１号機と第２号機からなり、一つが作動する時、残りの一つは、作動が中止するように設置し、前記熱分解手段２０は、ドアを開放した後ハウジングの内部に丸太を積層するが、熱分解手段２０の内部に積層される丸太は、横方向に配列させ、その上に縦長方向に配列して積層する構造で積層し、ハウジングの下部には空気を供給する第１空気供給手段３０ａが連結設置されて熱分解に必要な空気を内部に供給する。一般的な木の組成は、下記の表１のような物性からなり、伐木丸太は乾燥期間によって異なるが、概ね４０重量％以上の場合もある。
【００３９】
【表１】
2020071016.tif 000005
【００４０】
前記のような組成の木を熱分解反応させると、反応式は下記のとおりである。
【００４１】
【化３】
2020071016.tif 000006
【００４２】
前記のような組成の木を熱分解燃焼反応させると、全体的に７８９．９２ｋＪ／ｍｏｌｅの熱量を有する。しかし、前述した本発明のように丸太の熱分解時に熱分解に必要な供給空気のうち一定の範囲の水分を供給して熱分解燃焼反応させると、木中の炭素成分と水分とが反応し、反応式は下記のとおりである。
【００４３】
【化４】
2020071016.tif 000007
【００４４】
丸太の熱分解時に一定量の水分を供給して燃焼させると、燃焼熱は８７５．６ｋＪ／ｍｏｌｅの熱量を有する。前記のように水分を供給して燃焼させると、熱分解反応は８７５．６ｋＪ／ｍｏｌｅの熱量を示し、熱分解反応は７８９．９２ｋＪ／ｍｏｌｅｍｌの熱量を示すので、水分噴射熱分解反応が熱分解反応時より８５．６８（２１．２ｋｃａｌ／２ｍｏｌｅ）の差があるが、炭素１ｍｏｌｅを基準に水分噴射熱分解反応時に４４．３４ｋＪ／ｍｏｌｅ（１０．６ｋｃａｌ／ｍｏｌｅ）だけ熱回収率が高くなる。
【００４５】
したがって、本発明の熱エネルギー回収率を調べると、炭素成分の３０％に該当する水分を噴射投入して熱分解反応を起こす場合、下記式のように熱回収率は約３〜３．７％程度で高いことがわかる。
【００４６】
【数１】
2020071016.tif 000008
【００４７】
一方、前記熱分解手段２０が一定の熱分解温度まで上昇した時に作動して水分を噴射供給し、前記水分供給手段４０から供給される水分の量は、第１空気供給手段３０ａから供給される空気を１００ｖｏｌ％とする時、１〜３０ｖｏｌ％範囲内で水分を供給すると、約３〜３．７％の熱回収率を高めることができる。
【００４８】
前記熱分解手段２０で熱分解されたガスを燃焼手段５０に移送して燃焼させ、前記燃焼方法は、添付図面の図２に示すように熱分解手段２０から排出されたガスを点火させるバーナー５１と、バーナー５１の炎が内側に流入される燃焼室５２ａとを備え、該燃焼室５２ａと外部とを連結する多数の通気孔５３を形成した燃焼筒５２の外側面には熱分解手段２０の排出ガスが供給されるガス供給管５５と、燃焼に必要な空気を供給する第２空気供給手段３０ｂと連結されて燃焼供給用空気供給管５６を形成した外筒５７と、前記外筒５７と燃焼筒５２との間に形成されて供給される空気と前記熱分解手段２０の排気ガスと混合する混合室５８とを形成し、前記外筒５７とバーナー５１と連結されてバーナー５１の火炎が燃焼するように空気を供給する燃焼空気供給管５９を含んでいる構造である。
【００４９】
前記燃焼空気供給管５９は、点火完了後にバーナーの火炎の長さと形態とを調節する構造である。前記燃焼室５２ａには通気孔５３を同心円上に一定間隔で多数個形成することが好ましい。その理由は、通気孔５３の個数によって供給されるガスの量が調節されるからであり、また、前記ガス供給管５５と混合空気供給管５６とが燃焼室５２ａの上部の接線方向に形成することが好ましい。
【００５０】
前記外筒５７と中心が並ぶように設置されて燃焼筒５２を通過するガス中に含まれている不完全燃焼ガスと接触して不完全燃焼ガスを完全燃焼させる加熱フィルタ手段５４が設置される。
【００５１】
前記加熱フィルタ手段５４は、ハウジング５４−１の内側に一定間隔で多数個のフィン型の反応セル５４−２が設置されている構造である。一方、混合室５８には前記混合室５８に流入される熱分解機で熱分解された排出ガスと混合するように尿素水を供給する尿素水供給手段６０ａとアルカリ水を供給するアルカリ水供給手段６０ｂとが連結設置されている。
【００５２】
前記のような本発明の燃焼手段５０は、バーナー５１に火をつけると同時に火炎調節用空気供給管５６を介して外部の空気を供給しながら火炎の長さと形態、形などを調節する。前記バーナー５１の火炎の調節は、加熱フィルタ手段５４が加熱される程度、好ましくは加熱フィルタ手段５４の前端まで形成した方が良い。
【００５３】
前記バーナー５１の火炎調節が完了すると、熱分解手段２０で熱分解された排出ガスをガス供給管５５を介して外筒５７と燃焼筒５２との間に形成された混合室５８に供給する。この時ガス供給管５５を介して流入される熱分解手段２０で熱分解された排出ガスの流量に応じて燃焼供給用空気供給管５６を介して外部空気を混合室５８に供給する。
【００５４】
前記混合室５８は、ガス供給管５５から供給される排気ガスと燃焼供給用空気供給管５６から供給される空気とが混合するが、尿素水が貯蔵されている尿素水供給手段６０ａとアルカリ水を貯蔵及び供給するためのアルカリ水供給手段６０ｂとを用いてアルカリ水と尿素水とを噴射し、混合室５８では熱分解手段２０で熱分解された排気ガス、燃焼用空気、尿素水、アルカリ水が渦流形態で混合して混合気体を形成する。
【００５５】
この時、前記混合気体は、混合室５８において下記の反応が起きる。
【００５６】
【化５】
2020071016.tif 000009
【００５７】
前記尿素水供給手段６０ａに尿素水を図示していないインジェクター装置を用いて噴霧すると、尿素水中の水と熱分解手段２０で熱分解された排気ガス中の粉じんに微量の炭素成分が存在する場合、混合室５８及び燃焼室５２ａでは下記のような反応も起きる。
【００５８】
【化６】
2020071016.tif 000010
【００５９】
前記のように反応が起きた混合気体は、燃焼室５２ａに形成された通気孔５３を介して前記渦流形態で混合気体が燃焼室５２ａに供給され、バーナー５１の火炎により完全燃焼とともに脱窒反応が起きる。
【００６０】
前記燃焼室５２ａにおいてガスがバーナー５１の火炎によって燃焼されるが、この時、完全に燃焼が起きない不完全燃焼ガスは、加熱フィルタ手段５４を通過しながら高熱で加熱されている一定間隔で多数個のフィン型またはパイプ型の反応セル５９Ａ−２と接触して不完全燃焼ガスを完全燃焼させる。
【００６１】
一方、熱分解手段２０で熱分解されて排出されたガスには気化した有機酸が残存し、前記無機酸は、Ｒ−ＣＯＯＨ（ここで、ＲはＣ、ＣＨ３、Ｃｌ、Ｃ２Ｈ５）で表し得、前記有機酸と無機酸性有害物質、すなわち、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、塩化物（ＨＣｌ）は、混合室５８に供給されるアルカリ水供給装置から供給されるアルカリ水、すなわち、ＮａＯＨと反応する。
【００６２】
【化７】
2020071016.tif 000011
【００６３】
このような本発明は、熱分解手段２０から熱分解されて排出される高温のガスに空気と尿素水及びアルカリ水を混合供給して窒素酸化物、無機酸性有害物質と有機酸を反応させて人体に無害な成分に中和還元させ、燃焼室の内部に設置された加熱フィルタを用いて燃焼ガスに含まれている不完全燃焼ガスが加熱フィルタ手段５４と接触して完全燃焼されることで、燃焼ガスに含まれている窒素酸化物及び不完全燃焼ガスの排出を防止して大気環境を改善する効果がある。
【００６４】
一方、燃焼手段５０で完全燃焼されたガスは、熱交換手段７０例えばボイラー、発電機に送られて熱エネルギーと電気エネルギーに回収される。前記熱交換手段７０に燃焼ガスが排出される時、燃焼手段５０と熱交換手段７０との間に第２燃焼空間部７０ａを形成し、再度高温で渦流回転をさせて完全燃焼反応させる。
【００６５】
前記第２燃焼空間部７０ａは、熱分解手段２０と燃焼手段５０とによって生成される窒素酸化物、無機酸性有害物質と有機酸と尿素水及びアルカリ水が反応できる空間と時間とをさらに確保する効果があるからである。
【００６６】
前記熱交換手段７０を経由した排出ガスは、集塵手段８０によって濾過されて大気中に排出され、この時、排気ガスは１２０〜２００℃の温度を維持しているので、燃焼手段５０に連結されて燃焼に必要な空気を供給する第２空気供給手段３０ｂによって一部ガスを再循環させる。前記燃焼手段５０と第２空気供給手段３０ｂとを連結する管路に集塵手段８０を通過して排出されるガスを一部再循環させるバルブが設置された燃焼ガス再循環パイプ８１によって可能になる。
【００６７】
前記燃焼ガス再循環パイプ８１を介して供給される燃焼ガスは、１２０〜２００℃温度範囲であり、供給される燃焼ガスを１００ｖｏｌ％とする時に供給される燃焼ガスに対し、１〜３０ｖｏｌ％を再循環供給する。この時、供給される燃焼ガスが１ｖｏｌ％以下であれば、エネルギー回収の目的が低調であるため、無意味であり、３０ｖｏｌ％以上供給されると、第２空気供給手段３０ｂに供給される空気中に酸素濃度が下がり、燃焼効率が低下する問題があるからである。
【００６８】
前記燃焼手段５０に排出ガスのうち一部を再循環させることは、供給される空気の温度を上昇させる効果があり、熱回収率を上昇させる。また、熱分解手段２０は、１２時間ずつ交代での交互運転を原則とする。そのため、熱分解手段２０のうちいずれか一つを１２時間稼動後に冷却させる間、使用していない熱分解手段２０を作動させる。
【００６９】
前記のように熱分解反応を終えて高い温度を有する熱分解手段２０を冷却させた後、熱分解手段２０と灰分捕集手段９０を作動させる。前記灰分捕集手段９０は、熱分解手段２０を稼動中止後に熱分解手段２０の内部に積層されている灰分を吸入する吸入ファン９１と、吸入ファン９１によって吸入排出される灰分を捕集する濾過集塵装置９２と、前記濾過集塵装置９２と熱分解手段２０とを連結する吸入パイプ９３に設置されたベンチュリエゼクタとを含んでなる構造であり、前記ベンチュリエゼクタ９４には外気の冷たい空気を吸入する外気吸入管９５がさらに設置されてなる構造である。
【００７０】
前記灰分捕集手段９０の作動は、吸入ファン９１を作動させて熱分解装置の内部の空気と灰分とをともに強制吸入する。熱分解された丸太の灰分は軽く吸入される。この時、熱分解手段２０の内部の灰分は、温度が多少高いため、外気吸入管９５を介して冷たい外部空気とともに吸入することで、灰分が冷却する。冷却吸入のために吸入パイプ９３にベンチュリエゼクタ９４を設置して排出されるようにする。この時、ベンチュリエゼクタ９４に陰圧がかかって熱分解装置の内部空気と灰分とをともに強制吸入するようになるので、内部の灰分は、冷却吸入されて濾過集塵装置９２で捕集される。
【００７１】
灰分を外部の冷たい空気を用いて冷却、移送、吸入、排出させるため、灰分除去による周辺の汚染防止と、作業者が灰分除去をするために灰分と接触すること及び吸入することを防止するなどの効果がある。
【００７２】
一方、前記丸太を破砕木、木質ペレットのうちいずれか一つで代替して使用でき、この時、前記破砕木、木質ペレットは、熱分解及び燃焼する時に表面積が広くなるので、エネルギー効率の増大を極大化できる。
【符号の説明】
【００７３】
１０    燃料供給手段
２０    熱分解手段
３０ａ    第１空気供給手段
３０ｂ    第２空気供給手段
４０    水分供給手段
５０    燃焼手段
５１    バーナー
５２    燃焼筒
５２ａ    燃焼室
５３    通気孔
５４    加熱フィルタ手段
５４−１    ハウジング
５４−２    反応セル
５５    ガス供給管
５６    空気供給管
５７    外筒
５８    混合室
５９    燃焼空気供給管
６０ａ    尿素水供給手段
６０ｂ    アルカリ水供給手段
７０    熱交換手段
９０    灰分捕集手段
９１    吸入ファン
９２    濾過集塵装置
９３    吸入パイプ
９４    ベンチュリエゼクタ
９５    吸入管
【図１】
2020071016.tif 000012
【図２】
2020071016.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】令和1年6月11日(2019.6.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システムにおいて、
丸太を移送及び供給する燃料供給手段と、
移送された丸太を熱分解する熱分解手段と、
前記熱分解手段で熱分解されたガスを燃焼させる燃焼手段と、
前記燃焼装置で燃焼されたガスの熱を回収及び交換する熱交換手段と、
前記熱交換手段から排出される燃焼ガスを濾過及び集塵する集塵手段と、
前記燃焼手段に尿素水とアルカリ水とを供給する燃焼ガス処理手段と、
前記熱分解手段に空気を供給する第１空気供給手段と、
前記燃焼手段に空気を供給する第２空気供給手段と、
前記熱分解手段と第１空気供給手段とを連結する管路に連結されて水分を供給する水分供給手段と、
前記燃焼手段と第２空気供給手段とを連結する管路に集塵手段から排出される燃焼ガスの一部を再循環させるバルブが設置された燃焼ガス再循環パイプと、
前記熱交換手段と連結されて熱エネルギーまたは電気エネルギーを回収するエネルギー回収装置と、
前記熱分解手段の内部に積層されて熱分解された丸太の不燃分及び灰分を排出させる灰分除去手段とを含んでおり、
前記灰分除去手段は、エネルギー回収システムの熱分解中止後、熱分解手段の内部に積層され、熱分解されていない丸太の成分と不燃分とを総称して灰分と称し、吸入する吸入ファンと、吸入ファンによって吸入排出して捕集する集塵手段と、前記集塵手段と熱分解手段とを連結するパイプに設置されたベンチュリエゼクタとを含んでいることを特徴とする、熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システム。
【請求項２】
前記熱分解手段は、第１号機と第２号機からなり、一つが作動する時、残りの一つは作動が中止されていることを特徴とする、請求項１に記載の熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システム。
【請求項３】
前記熱分解手段は、点火して一定の熱分解温度まで上昇した時に作動して水分を供給し、前記水分供給手段から供給される水分の量は、第１空気供給手段から供給される空気を１００ｖｏｌ％とする時、１〜３０ｖｏｌ％範囲で水分を供給することを特徴とする、請求項１に記載の熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システム。
【請求項４】
前記燃焼ガス再循環パイプを介して供給される燃焼ガスは、１２０〜１８０℃温度範囲であり、供給される空気を１００ｖｏｌ％とする時に供給される空気に対して１〜３０ｖｏｌ％が再循環して供給されることを特徴とする、請求項１に記載の熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システム。
【請求項５】
前記燃焼手段に供給される尿素水とアルカリ水とは、液体状態で噴霧されることを特徴とする、請求項１に記載の熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システム。
【請求項６】
前記燃焼手段に供給される尿素水とアルカリ水とが、それぞれ供給される燃焼ガスを１００ｖｏｌ％とする時に供給される空気に対して１〜５ｖｏｌ％範囲で供給されることを特徴とする、請求項５に記載の熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システム。
【請求項７】
前記燃焼手段と熱交換手段との間には第２燃焼空間部がさらに備えられていることを特徴とする、請求項１に記載の熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システム。
【請求項８】
前記熱分解手段に第２燃焼空間部をさらに備えていることを特徴とする、請求項１に記載の熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システム。
【請求項９】
前記丸太は、破砕木、木質ペレットのうちいずれか一つで代替して使用できることを特徴とする、請求項１に記載の熱分解機を用いた丸太の熱分解及び燃焼時に発生する有害物質の除去及びエネルギー効率の増大が得られるエネルギー回収システム。