(57)【要約】立型炉（１０２）と立型炉（１０２）に誘引通風機（３０５）を介して連結する煙突（３０７，５１０）とからなり、立型炉（１０２）は上部に設けたバイオマス系可燃物を投入する燃料投入部（１２７）と、立型炉内に設けた複数の二次空気噴出孔（１０４）を有する中空の火格子（１０３）と、火格子より上方において立型炉と接続する１次空気供給管（１０６）と、１次空気供給管の下方で立型炉または火格子に接続する２次空気供給管（１０７，１２３）と、火格子の下部において立型炉と接続する３次空気供給管（１０８）と、火格子の下部において立型炉と接続する高温燃焼ガス排気管（１０９）と、立型炉の底部に設けた灰溜（１１２）とを備え、かつ、火格子より上部の側壁が鉛直面に対し下向きの広がり勾配を持って形成されて、高温燃焼ガス排気管が誘引通風機を介して連結されて煙突に連結する構成とした。
2009038103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
立型炉と該立型炉に誘引通風機を介して連結する煙突とからなり、上記立型炉は上部に設けられたバイオマス系可燃物を投入する燃料投入部と、上記立型炉内に設けられた複数の二次空気噴出孔を有する中空の火格子と、該火格子より上方において上記立型炉と接続する１次空気供給管と、１次空気供給管の下方で上記立型炉又は上記火格子に接続する２次空気供給管と、上記火格子の下部において上記立型炉と接続する３次空気供給管と、火格子の下部において上記立型炉と接続する高温燃焼ガス排気管と、上記立型炉の底部に設けられた灰溜とを備え、かつ、火格子より上部の側壁が鉛直面に対し下向きの広がり勾配を持って形成されており、上記高温燃焼ガス排気管が誘引通風機を介して連結されて煙突に連結することを特徴とする、高温燃焼ガス発生装置。
【請求項２】
前記立型炉の側壁は、側壁面積の６０％以上にわたって、側壁が鉛直面に対し下向きの広がり勾配を持って形成されていることを特徴とする、請求の範囲１に記載の高温燃焼ガス発生装置。
【請求項３】
前記火格子は、複数の２次空気供給孔が配された角錐形または円錐形の中空突起を有し、該中空突起の頂点を上向きに配して設けられていることを特徴とする、請求の範囲１に記載の高温燃焼ガス発生装置。
【請求項４】
前記中空突起の２次空気供給孔から前記立型炉に２次空気を供給することを特徴とする、請求の範囲３に記載の高温燃焼ガス発生装置。
【請求項５】
１次空気、２次空気または３次空気の全量または一部を炉内へ吹き込む前に空気予熱器で予熱することを特徴とする、請求の範囲１記載の高温燃焼ガス発生装置。
【請求項６】
立型炉と該立型炉に誘引通風機を介して連結する煙突とからなり、上記立型炉は炉側壁をジャケットで囲繞して形成した空間部と、上記ジャケットに接続するジャケット空気供給管と、上記ジャケットに接続するジャケット空気循環管と、上記立型炉の上部に設けられたバイオマス系可燃物を投入する燃料投入部と、上記立型炉内に設けられた複数の二次空気噴出孔を有する中空の火格子と、該火格子より上方において上記立型炉と接続する１次空気供給管と、該１次空気供給管の下方で上記立型炉又は上記火格子に接続する２次空気供給管と、上記火格子の下部において上記立型炉と接続する３次空気供給管と、火格子の下部において上記立型炉と接続する高温燃焼ガス排気管と、上記立型炉の底部に設けられた灰溜とを備え、かつ、火格子より上部の側壁が鉛直面に対し下向きの広がり勾配を持って形成されており、上記高温燃焼ガス排気管が誘引通風機を介して連結されて煙突に連結し、ジャケット空気循環管が１次空気供給管、２次空気供給管及び３次空気供給管と接続していることを特徴とする、高温燃焼ガス発生装置。
【請求項７】
前記燃焼ガス排気供給管を前記立型炉の底部に下向きに設けることを特徴とする、請求の範囲１又は６に記載の高温燃焼ガス発生装置。
【請求項８】
前記灰溜の中央部近傍に灰溜開放部を設け、該灰溜開放部に高温燃焼ガス排気管を連接したことを特徴とする、請求の範囲７に記載の高温燃焼ガス発生装置。
【請求項９】
請求の範囲１又は６に記載の高温燃焼ガス発生装置の高温燃焼ガス排気管に燃焼ガス処理装置を連接し、燃焼ガスを植物栽培ハウス内へ補給することを特徴とする、燃焼ガス利用装置。
【請求項１０】
請求の範囲１又は６に記載の高温燃焼ガス発生装置の高温燃焼ガス排気管に燃焼ガス処理装置と、燃焼ガスの炭酸ガス濃度を濃縮する燃焼ガス処理装置とを連接し、燃焼ガスを植物栽培ハウス内へ補給することを特徴とする、燃焼ガスの利用装置。
【請求項１１】
前記燃焼ガス処理装置の吸着剤カラムが主として多孔質吸着剤の組み合わせから構成されることを特徴とする、請求の範囲９または１０に記載の燃焼ガスの利用システム。
【請求項１２】
バイオマス系可燃物を完全燃焼させて得られた燃焼ガスの排気系統に、燃焼ガス中の微量の硫黄酸化物、塩化水素または窒素酸化物などの有害成分を低減または除去する燃焼ガス処理装置を付属し、該処理済み燃焼ガスを栽培植物成長促進剤として植物栽培ハウス内へ補給する補給装置を有することを特徴とする、燃焼ガスの利用システム。
【請求項１３】
バイオマス系可燃物を完全燃焼させて得られた燃焼ガスの排気系統に、燃焼ガス中の微量の硫黄酸化物、塩化水素または窒素酸化物などの有害成分を低減または除去するとともに、該燃焼ガスの炭酸ガス濃度を濃縮する燃焼ガス処理装置を付属し、該処理済み燃焼ガスを栽培植物成長促進剤として植物栽培ハウス内へ補給する補給装置を有することを特徴とする、燃焼ガスの利用システム。
【請求項１４】
前記燃焼ガス処理装置が主として多孔質吸着剤の組み合わせから構成されることを特徴とする、請求の範囲１２または１３に記載の燃焼ガスの利用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固形のバイオマス系資源を燃料として助燃料なしに高温で完全燃焼させることによってクリーンな高温燃焼ガスを生成させる高温燃焼ガス発生装置及び燃焼ガスの利用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
建築廃材や間伐材、乾燥状態の各種植物などのバイオマス資源を粗く破砕する程度の状態で燃焼ガス発生装置に投入し、これを完全燃焼させてクリーンな高温燃焼ガスを発生させることができれば、賦存量の大きな再生可能型エネルギー資源から有用性の高い熱エネルギーを取り出すことが可能になる。この課題を解決する手段として、例えば、本発明者らの発明による特許文献１に示された縦型の下向移動床式炉の技術がある。【０００３】
この技術は、高温燃焼ガス発生装置炉頂部に原料投入口及び空気吹き込み口、下部に火格子を設置して炉頂部より原料を投入し、火格子付近で補助燃焼装置により着火した後、空気を含有する高温ガスを誘引通風機及び／又は煙突のドラフト効果により上から下へ通過させ、火格子の上方で乾燥、揮発（ガス化）、燃焼及び固定炭素燃焼をスムーズに行うものである。【０００４】
また、高温燃焼ガス発生装置はバイオマスガスを燃料とした高温の熱を供給することを第１の目的とするが、発生した高熱の燃焼ガスを熱源以外に利用できる潜在的な可能性がある。例えば、燃焼ガス排気中に含まれる炭酸ガスの利用である。燃焼排気ガスの全量または一部分をグリーンハウス植物栽培の成長促進やアルカリ排水の中和剤などに利用できる高品質のガスとすることがその一例である。【０００５】
植物の温室栽培において、植物は炭酸ガス濃度の上昇によって成長速度が２０％以上促進される場合が多いことが知られている。炭酸ガスを温室に供給するために、プロパンガスや灯油を燃料にしてクリーンで炭酸ガスが１０％程度含まれる燃焼ガスを作り、これをグリーンハウス内へ供給するようにしている。しかし、これは植物成長促進のために化石燃料を燃焼させて炭酸ガスを発生させるものであり、環境上、社会的に好ましくない。また、同じ目的で、産業用に製造され市場に供給されている炭酸ガスボンベを用いて、グリーンハウス内に補給することも行われている。しかし、この方法では、市場価値の高い高純度の炭酸ガスを数１００乃至１０００ｐｐｍに希釈して用いるものであって、品質と用途の間に大きなギャップがあり費用も上昇する。【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３００５０１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
エネルギーの利用を再生型エネルギーへシフトしていくために、建築廃材や間伐材、乾燥状態の各種植物などのバイオマス系資源を安価でクリーンな高温熱エネルギーとして利用できる技術が求められている。そのために、これらのバイオマス系資源を粗く破砕する程度の固形状態で燃焼し、ダイオキシンなど有害ガスが発生するリスクを持たずにクリーンに完全燃焼させて１０００℃を超える高温熱ガスを得ることのできる小規模分散型装置技術の確立が望まれる。しかし、従来の技術はまだ性能面で十分ではなく、原料の燃えカスによる燃焼経路の閉塞や燃焼空気の十分かつ適切な供給などに関して改良すべき課題がある。また、燃焼装置から得られる燃焼ガスを単に熱供給に利用するだけでなく、燃焼排気ガス中の炭酸ガスを一部の産業に利用できる品質に変換できる装置構成が望まれている。【０００８】
第７図は、本発明者らによって創作され、実施されている従来の高温燃焼ガス発生装置の概略構造図である。燃焼炉６０１はシャフト炉形式の固定床であり、燃焼炉下部に火格子６０３が設けられている。燃料となるバイオマスは１０cm程度のチップを適性形状とし、これを燃焼炉６０１の頂部の燃料投入部６２７から投入する。【０００９】
燃焼用の空気が、上部より、１次空気供給管６０６、火格子６０３近傍の２次空気供給管６０７、火格子６０３の下部にある３次空気供給管６０８から供給される。燃焼炉６０１内の空気または燃焼ガスの流れは、高温燃焼ガス排気管６０９から燃焼ガスが後設される誘引通風機（図示せず）によって煙突（図示せず）へ誘引されている。したがって、燃焼炉６０１内の空気または燃焼ガスの流れは、下向流となっている。この方式によって、燃焼炉内の燃焼は火格子６０３の上部近傍で最高燃焼温度に達し、また、幾らかの可燃ガスを含んだ燃焼ガスが火格子下の底部燃焼室６１１において、３次空気供給管１０８によって供給される空気によってクリーンにかつ完全燃焼を達成する。【００１０】
このとき発生する高温燃焼ガスのガス性状のクリーン度を次の例で示す。
酸素（Ｏ２）            ４．２％
二酸化炭素（ＣＯ２）  １４．６％
塩化水素（ＨＣｌ）    ４３０ｐｐｍ
硫化水素（Ｈ２Ｓ）      １２０ｐｐｍ
炭化水素（ＣｍＨｎ）    ０％
一酸化炭素（ＣＯ）    ０％
ダイオキシン          検出限界以下
燃焼温度              １２２０℃【００１１】
しかし、この燃焼装置は、立型炉側壁でのブリッジ現象が生じ易く、炉底部へ向けての原料の移動が滞る場合があり、メンテナンスや燃焼残渣詰まりの観点から改善が求められている。【００１２】
本発明の目的は、第７図に示される従来の燃焼装置に比べ、投入されたバイオマスを燃焼炉内で円滑に移動させ、かつバイオマスの燃焼状態をより完全な状態に安定させて燃焼する高温燃焼ガス発生装置と、この装置から発生した燃焼ガスの効果的な利用装置を提供することである。
本発明者らは、バイオマスの乾燥、揮発（ガス化）、燃焼及び固定炭素燃焼におけるバイオマスの上昇ベクトルを抑えるように、移動床内を下降する空気の流れを形成することで空気が装置内の横断面全体にわたって広がり、均一に流下するようになり、安定した可燃ガス化、燃焼が継続されることがわかり本発明を完成するに至った。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の高温ガス発生装置は、立型炉と立型炉に誘引通風機を介して連結する煙突とからなり、立型炉は上部に設けられたバイオマス系可燃物を投入する燃料投入部と、立型炉内に設けられた複数の二次空気噴出孔を有する中空の火格子と、火格子より上方において立型炉と接続する１次空気供給管と、１次空気供給管の下方で立型炉又は火格子に接続する２次空気供給管と、火格子の下部において立型炉と接続する３次空気供給管と、火格子の下部において立型炉と接続する高温燃焼ガス排気管と、立型炉の底部に設けられた灰溜とを備え、かつ、火格子より上部の側壁が鉛直面に対し下向きの広がり勾配を持って形成されており、高温燃焼ガス排気管が誘引通風機を介して連結されて煙突に連結することを特徴とする。【００１４】
本発明の別の構成によれば、高温ガス発生装置は、立型炉と立型炉に誘引通風機を介して連結する煙突とからなり、立型炉は炉側壁をジャケットで囲繞して形成した空間部と、ジャケットに接続するジャケット空気供給管と、ジャケットに接続するジャケット空気循環管と、立型炉の上部に設けられたバイオマス系可燃物を投入する燃料投入部と、立型炉内に設けられた複数の二次空気噴出孔を有する中空の火格子と、火格子より上方において立型炉と接続する１次空気供給管と、１次空気供給管の下方で立型炉又は火格子に接続する２次空気供給管と、火格子の下部において立型炉と接続する３次空気供給管と、火格子の下部において立型炉と接続する高温燃焼ガス排気管と、立型炉の底部に設けられた灰溜とを備え、かつ、火格子より上部の側壁が鉛直面に対し下向きの広がり勾配を持って形成されており、高温燃焼ガス排気管が誘引通風機を介して連結されて煙突に連結し、ジャケット空気循環管が１次空気供給管、２次空気供給管及び３次空気供給管と接続していることを特徴とする。【００１５】
本発明の燃焼ガス利用装置の第１の態様では、
高温燃焼ガス発生装置と、高温燃焼ガス排気管に燃焼ガス処理装置を連接し、燃焼ガスを植物栽培ハウス内へ補給することを特徴とする。ここで、高温燃焼ガス発生装置は、立型炉と立型炉に誘引通風機を介して連結する煙突とからなり、立型炉は上部に設けられたバイオマス系可燃物を投入する燃料投入部と、立型炉内に設けられた複数の二次空気噴出孔を有する中空の火格子と、火格子より上方において立型炉と接続する１次空気供給管と、１次空気供給管の下方で立型炉又は火格子に接続する２次空気供給管と、火格子の下部において立型炉と接続する３次空気供給管と、火格子の下部において立型炉と接続する高温燃焼ガス排気管と、立型炉の底部に設けられた灰溜とを備え、かつ、火格子より上部の側壁が鉛直面に対し下向きの広がり勾配を持って形成されて、高温燃焼ガス排気管が誘引通風機を介して連結されて煙突に連結することを特徴とする。【００１６】
本発明の燃焼ガス利用装置の第２の態様では、
立型炉と立型炉に誘引通風機を介して連結する煙突とからなり、立型炉は炉側壁をジャケットで囲繞して形成した空間部と、ジャケットに接続するジャケット空気供給管と、ジャケットに接続するジャケット空気循環管と、立型炉の上部に設けられたバイオマス系可燃物を投入する燃料投入部と、立型炉内に設けられた複数の二次空気噴出孔を有する中空の火格子と、火格子より上方において立型炉と接続する１次空気供給管と、１次空気供給管の下方で立型炉又は火格子に接続する２次空気供給管と、火格子の下部において立型炉と接続する３次空気供給管と、火格子の下部において立型炉と接続する高温燃焼ガス排気管と、立型炉の底部に設けられた灰溜とを備え、かつ、火格子より上部の側壁が鉛直面に対し下向きの広がり勾配を持って形成され、高温燃焼ガス排気管が誘引通風機を介して連結されて煙突に連結し、ジャケット空気循環管が１次空気供給管、２次空気供給管及び３次空気供給管と接続していることを特徴とする。【００１７】
上述の燃焼ガス利用装置は、また、高温燃焼ガス発生装置の高温燃焼ガス排気管に燃焼ガス処理装置と、燃焼ガスの炭酸ガス濃度を濃縮する燃焼ガス処理装置とを連接し、燃焼ガスを植物栽培ハウス内へ補給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の高温ガス発生装置により、原料を詰まりなくスムーズに連続的に投入しつつ均質な完全燃焼を達成できるのでメンテナンスや燃焼残渣を少なくすることが可能である。また建築廃材や間伐材、乾燥状態の各種植物などのバイオマス資源を粗く破砕する程度の固形状態で投入し、且つ有害ガスが副生しないかたちで完全燃焼させ、クリーンで高温の熱ガスを発生させることが可能である。すなわち、本発明の高温ガス発生装置により、バイオマス原料は効率よく燃焼するため、発生する燃焼ガスは温度が高くクリーン状態となるので、燃焼ガスを高温熱供給としてだけでなく、温室ハウス内の植物成長促進剤やアルカリ排水の中和剤に利用できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】高温燃焼ガス発生装置の第１の実施形態に関わる概略構造図である。
【図２】高温燃焼ガス発生装置の第２の実施形態に関わる概略構造図である。
【図３】高温燃焼ガス発生装置の第３の実施形態に関わる概略構造図である。
【図４】高温燃焼ガス発生装置第４の実施形態に関わる概略構造図である。
【図５】高温燃焼ガス発生装置を用いたバイオマスガス化装置に関わる全体構成例である。
【図６】本発明の高温燃焼ガス発生装置と燃焼排気処理装置とグリーンハウスとを組み合わせた高温燃焼ガスの利用装置の概略構成図である。
【図７】従来の高温燃焼ガス発生装置の概略構造図である。
【符号の説明】
【００２０】
１０１‥‥高温燃焼ガス発生装置；  １０２‥‥立型炉；  １０３‥‥火格子；  １０４‥‥二次空気噴出孔；  １０５‥‥バイオマスチップ；  １０６‥‥１次空気供給管；  １０７‥‥２次空気供給管；  １０８‥‥３次空気供給管；  １０９‥‥高温燃焼ガス排気管；  １１０‥‥空気供給制御装置；  １１１‥‥底部燃焼室；  １１２‥‥灰溜；  １１３‥‥空気供給管；  １２０‥‥炉側壁；  １２１‥‥中空突起；  １２２‥‥二次空気噴出孔；  １２３‥‥２次空気供給管；  １２４‥‥高温燃焼ガス排気管；  １２５‥‥灰溜り開放部；  １２７‥‥燃料投入部；  １２８‥‥ジャケット；  １２８ａ‥‥空間部；  １２９‥‥ジャケット空気循環管；  ２０１‥‥ガス化反応装置；  ２０２‥‥１次ガス化反応室；  ２０３‥‥２次ガス化反応管；  ２０４‥‥スクリューフィーダ；  ２０５‥‥粗粉砕バイオマス；  ２０６‥‥粗粉併走ガス；  ２０７‥‥生成ガス・燃料ガス；  ２０８‥‥粗粉ホッパー；  ２１０‥‥多孔板；  ２１１‥‥断熱材；  ２１２‥‥耐熱隔壁；  ２１３‥‥ガス化剤；  ２１４‥‥灰出し口；  ２１５‥‥燃焼ガス；  ３０１‥‥廃熱ボイラ；  ３０２‥‥反応水；  ３０３‥‥過熱水蒸気；  ３０５‥‥誘引通風機；  ３０７‥‥煙突；  ３０８‥‥ガス化剤代替ガス（二酸化炭素）；  ４０１‥‥熱交換器；  ４０２‥‥サイクロン；  ４０３‥‥スクラバー；  ４０４‥‥押込通風機；  ４０５‥‥燃料ガスタンク；  ５０１‥‥ボイラ；  ５０２‥‥冷却器；  ５０３‥‥燃焼ガス処理装置；  ５０４‥‥前処理スクラバー；  ５０５ａ‥‥吸着剤カラムＡ；  ５０５ｂ‥‥吸着剤カラムＢ；  ５０６‥‥ガス分配ヘッダー；  ５０７‥‥グリーンハウス；  ５０８‥‥蒸気（温水）；  ５０９‥‥燃焼ガス；  ５１０‥‥煙突；  ５１１‥‥植物成長促進剤
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面に基づき、本発明の幾つかの実施の形態を詳細に説明する。
＜第一実施形態＞
第１図は、本実施形態の立型炉を示す図である。
本発明の高温燃焼ガス発生装置の第一実施形態は、立型炉１０２と該立型炉１０２に誘引通風機３０５を介して連結する煙突（図５では３０７、図６では５１０で示す）とからなり、上記立型炉１０２は上部に設けられたバイオマス系可燃物を投入する燃料投入部１２７と、上記立型炉１０２内に設けられた複数の二次空気噴出孔１０４を有する中空の火格子１０３と、該火格子１０３より上方において上記立型炉１０２と接続する１次空気供給管１０６と、上記火格子１０３及び１次空気供給管の下方で上記立型炉に接続する２次空気供給管１０７，１２３と、上記火格子１０３の下部において上記立型炉１０２と接続する３次空気供給管１０８と、火格子１０３の下部において上記立型炉１０２と接続する高温燃焼ガス排気管１０９と、上記立型炉１０２の底部に設けられた灰溜１１２とを備え、かつ、火格子１０３より上部の側壁が鉛直面に対し下向きの広がり勾配を持って形成されて、上記高温燃焼ガス排気管１０９が誘引通風機３０５（図５参照）を介して連結されて煙突３０７，５１０に連結することを特徴とする高温燃焼ガス発生装置を示す。【００２２】
ここで、立型炉１０２の炉側壁１２０は、炉側壁面積の６０％以上にわたって、炉側壁１２０が鉛直面に対し下向きの広がり勾配αを持って形成されていることが望ましい。勾配αは、限定されるものではないが、好ましくは、２度から１５度の範囲である。【００２３】
立型炉１０２の炉側壁１２０が鉛直面に対し２度以上の下向き末広がり勾配を有することにより、投入された原料が炉側壁１２０に付着堆積してブリッジ現象を招来する問題が解消される。また、下向き末広がり勾配を形成する炉側壁１２０が鉛直面に対してなす角度を１５度以下に抑えられているので、原料が上から下へ順次移動する。したがって、原料が乾燥状態、揮発(ガス化)状態、燃焼状態及び固定炭素燃焼状態と効率的に変化するので、燃焼が効率的に進められ、高温燃焼ガス発生装置としての機能が十分に維持される。【００２４】
上記構成によれば、安い加工コストで得られる建築廃材等のバイオマスは小片のまま炉内へ投入され、ダウンドラフトの気流と同じ向きに上から下へ順次移動し、１次空気供給管１０６、２次空気供給管１０７，１２３、３次空気供給管１０８から供給される空気によって、乾燥と燃焼が順次効率よく進行する。特に、立型炉１０２に接続する２次空気供給管１２３から供給される空気がバイオマスを分散させるので、火格子１０３上にバイオマスが固まって積層することを防ぐことになる。また高温の火炎にさらされる火格子１０３を冷却する効果もあり、表面温度が下げられることで火格子の機械的な耐久性が保たれる。３次空気供給管から供給される空気は、バイオマスの燃焼効率を高めるのみならず、高温燃焼ガス排気管１０９に流れ込む燃焼ガスの温度を調整することにもなる。このようにして、燃焼温度は８００℃を十分に超え多くは１０００℃を超えるため、ダイオキシンの発生リスクが排除される。【００２５】
なお、本実施形態では、火格子１０３は、立型炉１０２の底部に設けられた灰溜１１２より上方に設置されている。１次空気供給管１０６は、火格子１０３より上方の位置で立型炉１０２の炉側壁１２０に接続して立型炉１０２に空気供給管１１３から空気を供給し、２次空気供給管１０７は、火格子１０３近傍の炉側壁１２０に接続しており、２次空気供給管１２３は、火格子１０３に接続して立型炉１０２に空気供給管１１３から空気を供給する。３次空気供給管１０８は、火格子１０３より下方かつ灰溜１１２より上方の位置で立型炉１０２の炉側壁１２０に接続して立型炉１０２に空気供給管１１３から空気を供給する。また、１次空気供給管１０６、２次空気供給管１０７，１２３及び３次空気供給管１０８を立型炉１０２と接続する前に、空気供給管１１３の途中に空気予熱器を設け、供給する空気を予め加熱しておいてもよい。【００２６】
以上述べたように、本発明の高温燃焼ガス発生装置は、一般に利用し難いかたちのバイオマス原料を高温且つクリーンな燃焼ガスに転換して各種ボイラの代替燃料として利用することを可能にし、さらに、外熱型バイオマスガス化装置の外熱供給源とするなど活用の幅を広げ、バイオマス資源利用の道を広く開くことを可能にする。【００２７】
＜第二実施形態＞
第２図に第二実施形態の立型炉を示す。
第一実施形態と異なる点は、火格子１０３の形状である。本実施形態において、火格子１０３は、表面に複数の二次空気噴出孔１０４，１２２を配した角錐形または円錐形の中空突起１２１を有し、頂点を上向きに配して立型炉１０２に設けられている。なお、火格子１０３は、その内側に空気通路を備える構造を有しており、例えば全体を中空構造としてもよい。また、火格子１０３には、２次空気供給管１０７が接続している。【００２８】
実施形態２において、１次空気供給管、２次空気供給管及び３次空気供給管は、上記実施形態１と同じく立型炉１０２に設けられ、好ましくは、立型炉１０２に接続する前に、空気供給管１１３の途中において予熱器と接続している。【００２９】
上記構成によれば、円錐形または角錐形の中空突起１２１が火格子上の炉中央部に存在するため、上方から落下してきた原料は炉中央部を避けてその周囲に分散することになる。また、堆積する原料の中央に向けて２次空気供給管１０７，１２３の複数の２次空気噴出孔１０４、１２２から空気が供給されるために、原料の隅々にまで空気が供給されて燃焼状態がより完全で安定したものになる。【００３０】
＜第三実施形態＞
第３図は、第三実施形態の立型炉を示す。
立型炉１０２と立型炉１０２に誘引通風機３０５（図５参照）を介して連結する煙突（図５では３０７、図６では５１０で示す）とからなり、立型炉１０２は炉側壁１２０の外側をジャケット１２８で囲繞して形成した空間部１２８ａと、ジャケット１２８に接続するジャケット空気供給管１１３と、ジャケット１２８に接続するジャケット空気循環管１２９と、立型炉１０２の上部に設けられたバイオマス系可燃物を投入する燃料投入部１２７と、立型炉１０２内に設けられた複数の二次空気噴出孔１０４，１２２を有する中空の火格子１０３と、火格子１０３より上方において立型炉１０２と接続する１次空気供給管１０６と、１次空気供給管１０６の下方で立型炉１０２及び火格子１０３に接続する２次空気供給管１０７，１２３と、火格子１０３の下部において立型炉１０２と接続する３次空気供給管１０８と、火格子１０３の下部において立型炉１０２と接続する高温燃焼ガス排気管１２４と、立型炉１０２の底部に設けられた灰溜１１２とを備え、かつ、火格子１０３より上部の炉側壁１２０が鉛直面に対し下向きの広がり勾配を持って形成され、高温燃焼ガス排気管１２４が誘引通風機３０５を介して連結されて煙突（図５では３０７、図６では５１０で示す）に連結し、ジャケット空気循環管１２９が１次空気供給管１０６、２次空気供給管１０７及び３次空気供給管１０８と接続していることを特徴とする。なお、１次空気供給管１０６、２次空気供給管１０７及び３次空気供給管１０８は、空間部１２８ａを貫通して立型炉１０２と接続している。【００３１】
第三実施形態では、立型炉１０２の外周にジャケット１２８が設けられ、空間部１２８ａが形成されている。ジャケット１２８には、ジャケット空気供給管１１３が接続されている。空間部１２８ａは、ジャケット空気供給管１１３から供給される空気を加熱するために設けられているので、立型炉１０２の下部に接続されている。また、ジャケット１２８の上部にはジャケット空気循環管１２９が接続されて、ジャケット空気循環管１２９は、１次空気供給管１０６、２次空気供給管１０７及び３次空気供給管１０８に接続している。
上記の構成により、燃焼用の空気は、ジャケット１２８に接続するジャケット空気供給管１１３から空間部１２８ａに導入され、空間部１２８ａ内において立型炉１０２から発生する燃焼熱によって加熱されて、ジャケット空気循環管１２９に流れる。そして、加熱された空気は、ジャケット空気循環管１２９に接続した１次空気供給管１０６、２次空気供給管１０７及び３次空気供給管１０８からそれぞれ立型炉１０２に供給される。
ジャケット１２８と空間部１２８ａにより、立型炉１０２からの熱放散が減少し、また供給空気温度の上昇により立型炉１０２での燃焼温度が上昇する。なお、空気の一部のみをジャケットに通すことでも良い。例えば、２次空気のみをジャケットに通すなど、配分は自由に選択し得る。上記構成によって、前述した予熱の効果が得られるとともに、大気への放射熱を防止し、設備の簡素化と設置スペースが節約できる。【００３２】
＜第四実施形態＞
図４は、燃焼ガス排気口を炉本体の底部に下向きに設けることを特徴とする第四実施形態を示す。すなわち、灰溜１１２の中央部近傍に灰溜開放部１２５を設け、灰溜開放部１２５に高温燃焼ガス排気管１２４を連接することで、燃焼ガスを灰溜１１２の下方から取り出しできる構造としたものである。【００３３】
実施形態１〜３と異なり、高温燃焼ガス排気管１２４が立型炉１０２の中心軸近傍に位置するため、ダウンドラフトのガス流れが炉中心軸を中心に軸対象となり、流れの偏りがなくなる。したがって、立型炉１０２における燃焼状態が軸対象の均一な状態になり、燃焼状態と排気の流れが改善される。その結果、火格子上部の燃焼状態を偏らせる悪影響が発生せずに理想的な燃焼状態を実現することができるので、一層有利な高温燃焼ガス発生装置が提供できる。【００３４】
＜第五実施形態＞
図５は、第五の実施形態に係る高温燃焼ガス発生装置を用いたバイオマスガス化装置の全体構成例である。
バイオマス破砕燃料を高温燃焼ガス発生装置１０１で燃焼し、９００℃を超える高温でクリーンな燃焼ガスを発生させ、この燃焼ガスを高温燃焼ガス排気管１０９を介して、ガス化反応装置２０１へ送り、ガス化反応装置２０１内の１次ガス化反応室２０２とこれに連結されている２次ガス化反応管２０３を外壁面から加熱する。【００３５】
また、１次ガス化反応室２０２へは燃焼ガスを利用して廃熱ボイラ３０１で発生させた反応水３０２の過熱水蒸気３０３を底部から供給する。１次ガス化反応室２０２の上部から、ガス化原料となる粗粉砕バイオマス２０５をスクリューフィーダ２０４から落下供給する。１次ガス化反応室２０２の内部では粗粉砕バイオマス２０５とガス化剤としての過熱水蒸気がガス化反応室壁からの輻射熱を化学反応熱として吸収し、水蒸気改質反応によってガス化が行われる。このとき、ガス化反応に触媒は使用しない。【００３６】
ガス化反応装置２０１の外壁の内面は断熱材２１１で囲われている。ガス化反応装置２０１内には、バイオマスの１次ガス化反応室２０２とこれに連結された２次ガス化反応管２０３が設けられており、粗粉ホッパー２０８より粗粉砕バイオマス２０５がスクリューフィーダ２０４によって上部から落下供給される。一方、1次ガス化反応室２０２の底部から、廃熱ボイラ３０１によって反応水３０２を加熱して得られた過熱水蒸気３０３がバイオマスのガス化剤２１３として供給される。【００３７】
１次ガス化反応室２０２では粗粉砕バイオマス２０５とガス化剤２１３とが該反応室壁からの熱ふく射によって化学反応を起こし、Ｈ２、ＣＯ、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ４、ＣＯ２などの生成ガス２０７を生成する。
ここで、１次ガス化反応室２０２内の下部中間位置にセラミックスフォーム材またはパンチング銅板材などによる多孔板２１０が設けられており、粗粉砕バイオマス２０５中の略３ｍｍ以上の粗粒は該多孔板上に止まって長秒時間でガス化反応が進む。１次ガス化反応室２０２でガス化された生成ガスは若干のすす・タールを残すことがあるため、２次ガス化反応管２０３に送り、すす・タールの残分をガス化剤によって再分解・ガス化させ、クリーンな生成ガスに仕上げて、燃料ガスとして利用に供する。【００３８】
１次ガス化反応室２０２と２次ガス化反応管２０３は熱ふく射遮断を目的とした耐熱隔壁２１２で区切られ、１次ガス化反応室２０２の周囲を高温に維持する。高温燃焼ガスは、まず１次ガス化反応室２０２を加熱し、その次に２次ガス化反応管２０３を加熱する。２ガス化反応管２０３の温度は反応室２０２よりも若干温度が低くて良いので、生成ガスの水素成分を増やすために反応室２０２の温度をより高く維持したいときにとくに効果がある。【００３９】
ガス化反応室で発生した生成ガス２０７はタール・すすのガス化反応をさらに進めるため、２次ガス化反応管２０３へ送られ、ここでさらに反応させたのち、燃料ガスタンク４０５へ送られる。なお、２次ガス化反応管２０３と燃料ガスタンク４０５の間には、廃熱回収の熱交換器４０１、灰・すすの除去用のサイクロン４０２、残分水蒸気除去用の水スプレ・スクラバー４０３、燃料ガスタンク４０５へ生成ガス（燃料ガス）２０７を送る押込送風機４０４が設けられている。【００４０】
燃料ガスタンク４０５に貯えられた生成ガス２０７および押込通風機から直接送られる生成ガス２０７は、エンジン発電、タービン発電、石油代替燃料ガス、化学合成原料合成ガスなど高品質な燃料ガスとして利用される。一方、ガス化反応炉でガス化反応に利用された高温燃焼ガスは、廃熱ボイラ３０１で過熱水蒸気を発生させたあと誘引通風機３０５によって煙突３０７より大気に放出されるが、大気放出の前にさらに熱を再利用してもよい。【００４１】
＜第六実施形態＞
図６は、高温燃焼ガス発生装置に温室栽培用のグリーンハウスを組み合わせた概略構成図である。図６に示すように、高温燃焼ガスの熱はボイラ５０１で熱交換（熱回収）され蒸気または温水を発生する。熱交換後の燃焼ガスはさらに冷却器５０２により温度を下げられ、燃焼ガス処理装置５０３に送られる。【００４２】
燃焼ガス中の微量成分である硫黄酸化物、塩化水素、あるいは窒素酸化物を十分許容できる濃度まで低減すれば、人が長時間働くグリーンハウス内に直接補給することが可能になる。また、燃焼ガス中には炭酸ガス濃度が１０％程度含まれているので、ハウス内の炭酸ガス濃度を数百ｐｐｍ上げる目的を果たすことが可能となる。さらに、この場合、原料自体が再生可能型エネルギーであるので、地球温暖化対策としても好ましい。【００４３】
本発明の高温燃焼ガス発生装置に、燃焼ガスに含まれる微量の硫黄酸化物、塩化水素または窒素酸化物などの有害成分を低減または除去する燃焼ガス処理装置を付属させ、処理済みの燃焼ガスを栽培植物成長促進剤として植物栽培ハウス内へ補給することが可能となる。【００４４】
燃焼ガスは、燃焼ガス処理装置５０３の中で、硫黄酸化物と塩化水素などを前処理スクラバー５０４で予備的に洗い落としたあと、多孔質吸着剤が充填された一対の吸着剤カラム５０５ａ、５０５ｂを吸着ニーズに応じて複数対組み合わせて構成されたシステムへ導入される。ここで、硫黄酸化物、塩化水素および窒素酸化物などの微量有害成分をさらに吸着除去しつつ、炭酸ガスを選択的に吸着再生する。炭酸ガス以外の成分が系外へ失われるので、高濃度の炭酸ガスが得られて製品ラインへ送られる。ここで得られた製品ガスは植物成長促進剤５１１としてガス分配ヘッダー５０６を経由してグリーンハウス５０７の空気中に補給される。例えば、補給前のハウス内炭酸ガス濃度３７０ｐｐｍは補給後に最大１０００ｐｐｍに増強される。【００４５】
高温燃焼ガスにはＳＯ２約１００ｐｐｍ、ＨＣｌ約２００ｐｐｍ、ＮＯＸ約２００ｐｐｍが含まれるが、排気処理の後、植物成長促進剤５１１としては、ＳＯ２が約１０ｐｐｍ、ＨＣｌが約２０ｐｐｍ、ＮＯＸが約２０ｐｐｍに低減される。【００４６】
一方、炭酸ガス濃度は高温燃焼ガス中に１０ｖｏｌ％含まれていたものが、植物成長促進剤５１１としては炭酸ガスのみ選択的に濃度６０ｖｏｌ％に濃縮されている。これがグリーンハウス内で最大１０００ｐｐｍ（０．１％に相当）に、すなわち６００倍に希釈される。その結果、計算上、ＳＯ２が０．０１６ｐｐｍ、ＨＣｌが０．０３ｐｐｍ、ＮＯＸが０．０３ｐｐｍとなり、人に対しても十分に安全である。植物は、炭酸ガス濃度が通常の３７０ｐｐｍ程度から１０００ｐｐｍ以上になれば成長速度が１．２５倍程度速まると言われており、本発明によって、バイオマスのような再生可能型資源を用いて高温熱供給と同時に栽培植物の成長を著しく促進させることが可能になる。【００４７】
上記構成によれば、炭酸ガス濃度を処理前の１０％程度に対して２倍以上、言い換えれば２０％以上の濃度、好ましくは５０％以上の濃度に上げるので、ハウス内の炭酸ガス濃度を上げるために補給すべきガス流量を半分以下にすることが可能となるだけでなく、ハウス内への硫黄酸化物、塩化水素または窒素酸化物の侵入量を大幅に低減して人への安全性をさらに確かなものにすることができる。【００４８】
なお、燃焼ガス処理装置５０３の吸着剤カラム５０５ａ，５０５ｂに導入している吸着剤は、主として多孔質吸着剤の組み合わせから構成される。【００４９】
以上述べたように、高温燃焼ガス処理装置をグリーンハウスと組み合わせることによって、バイオマス資源を燃焼した燃焼ガスを植物の成長促進に必要な炭酸ガスの供給に利用することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明によれば、建築廃材や間伐材、乾燥状態の各種植物などを粗く破砕する程度の固形状態で投入し、有害ガスを副生せずに完全燃焼させ、高温の熱ガスを発生させることができるので、再生可能型エネルギー資源から有用性の高い熱エネルギーを効果的に取り出すことが可能になる。また、同時に燃焼ガス中の炭酸ガスを有効利用できるようになる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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