(57)【要約】【課題】炉内温度を設定した温度範囲内に制御する多段スクリュー炭化炉を提供すること。【解決手段】回転するスクリュー１２によってトラフ１１内の被炭化物を搬送する複数のスクリューコンベア２を上下に連結し、下段のスクリューコンベア２の被炭化物から発生する乾留ガスの燃焼熱によって上段のスクリューコンベア２を下方から加熱するものであって、炉内に燃焼空気を供給する空気供給手段２２と、炉内の温度を検出する温度計２５と、その温度計２５の検出値に基づいて空気供給手段２２およびスクリュー１２の駆動手段１６を制御する制御手段２６とを有し、その制御手段２６が、乾留ガスに対する燃焼空気の供給を空気比が１以下の領域で炉内温度が所定の温度になるように空気供給手段２２を制御する多段スクリュー炭化炉１。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するスクリューによってトラフ内の被炭化物を搬送する複数のスクリューコンベアを上下に連結し、下段のスクリューコンベアの被炭化物から発生する乾留ガスの燃焼熱によって上段のスクリューコンベアを下方から加熱する多段スクリュー炭化炉において、
炉内に燃焼空気を供給する空気供給手段と、炉内の温度を検出する温度計と、その温度計の検出値に基づいて前記空気供給手段および前記スクリューの駆動手段を制御する制御手段とを有し、その制御手段が、乾留ガスに対する燃焼空気の供給を空気比が１以下の領域で炉内温度が所定の温度になるように前記空気供給手段を制御するようにしたものであることを特徴とする多段スクリュー炭化炉。
【請求項２】
請求項１に記載する多段スクリュー炭化炉において、
前記空気供給手段は、送風機によって外気を炉内に送り込むものであって、外気の送り量を外気供給管に設けた自動ダンパによる流路の開度によって自動調整するようにしたものであることを特徴とする多段スクリュー炭化炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被炭化物を加熱した炭化炉内を多段のスクリューコンベア内を移動させて炭化させる多段スクリュー炭化装置に関し、特に炉内温度を設定の温度範囲内に調整する多段スクリュー炭化炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
畜舎から排出される畜糞尿などの有機性廃棄物については、その有効利用を図るため炭化物にすることが考えられ、近年、様々な炭化物製造装置が提案されている。例えば、図３は、下記特許文献１に記載された多段スクリュー炭化炉を示した図である。この多段スクリュー炭化炉は、炉体１０２を横切るように、ほぼ水平に配置されたスクリューコンベア１１１，１１２，１１３が縦に３段設けられている。
【０００３】
ホッパ１０４から供給された有機性廃棄物（被炭化物）は、最上段のスクリューコンベア１１１からスクリュー１２２の回転によって順に下段のスクリューコンベア１１２，１１３へと送られる。その間に、炉下部のバーナー１０８による加熱とともに、ガス吹出口１３５から吹き出す乾留ガスの燃焼熱によって直接上段のスクリューコンベア１１１，１１２が加熱されることになり、コンベア内部の被炭化物が昇温し炭化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１７２６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
多段スクリュー炭化炉は、スクリューコンベアを構成する筒体のトラフがステンレスなどで製作され、熱による変形や腐食を防止するため炉内温度を９００℃以下にすることが必要である。しかし、炉内温度を制御することは難しく、これまでは特に厳密な制御が行われてこなかった。炉内温度の上昇に対しては、被炭化物の供給量を減らすことで乾留ガスの発生を減少させ、温度上昇を調整できるが、追従性が悪いため１０００℃を超してしまうことがある。
【０００６】
また、被炭化物の供給量によって温度調整を行う場合には、極端に温度が下がったときには、逆に炉内温度を上げるため被炭化物の供給量を増加させる必要がある。こうしたときも追従性は悪く、急には温度回復しないため、炉下部に設置されたバーナーがフル稼働することになる。バーナー１０８の出力を上げた加熱は、燃料消費量を増大させ、安定的な運転ができないだけではなく、十分に炭化処理ができないこともある。従って、被供給物の送り量をコントロールしても適切な温度制御は困難であった。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、炉内温度を設定した温度範囲内に制御する多段スクリュー炭化炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の多段スクリュー炭化炉は、回転するスクリューによってトラフ内の被炭化物を搬送する複数のスクリューコンベアを上下に連結し、下段のスクリューコンベアの被炭化物から発生する乾留ガスの燃焼熱によって上段のスクリューコンベアを下方から加熱するものであって、炉内に燃焼空気を供給する空気供給手段と、炉内の温度を検出する温度計と、その温度計の検出値に基づいて前記空気供給手段および前記スクリューの駆動手段を制御する制御手段とを有し、その制御手段が、乾留ガスに対する燃焼空気の供給を空気比が１以下の領域で炉内温度が所定の温度になるように前記空気供給手段を制御するようにしたものであることを特徴とする。
また、本発明の多段スクリュー炭化炉は、前記空気供給手段が、送風機によって外気を炉内に送り込むものであって、外気の送り量を外気供給管に設けた自動ダンパによる流路の開度によって自動調整するようにしたものであることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、炉内の設定温度に従って燃焼空気の供給量や被炭化物の搬送速度や乾留ガスに対する燃焼空気の流入量を自動調整することにより、炉内を適正温度に制御し、加熱し過ぎることなくトラフの熱変形や腐食を防止することができる。その際、乾留ガスに対する燃焼空気の空気比が１以下になるようにするため、発生するガス量が低減され、炉体の燃焼室の容積を小さくすることができ、その結果、多段スクリュー炭化炉を小型化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】多段スクリュー炭化炉の一実施形態を示した概念図である。
【図２】空気比に対する排ガス温度、酸素濃度、排ガス量、燃焼量を算出した結果をグラフにした図である。
【図３】従来の多段スクリュー炭化炉を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明に係る多段スクリュー炭化炉の一実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。図１は、多段スクリュー炭化炉の一実施形態を示した概念図である。
この多段スクリュー炭化炉１は、前述した従来例と同様に、ホッパ８から投入した被炭化物を、縦方向に４段に設けられたスクリューコンベア２内を通し、加熱及び熱分解することによって炭化物を生成する装置である。
【００１２】
スクリューコンベア２は、筒状のトラフ１１が炉体３の向かい合う壁面を貫通してに架設され、そのトラフ１１内には、駆動手段であるモータ１６によって回転するスクリュー１２が挿入されている。トラフ１１内の被炭化物は、スクリュー１２の回転によって攪拌されながら送られ、上下のトラフ１１同士を連結するシュート１３によって下段へと移行するようになっている。多段スクリュー炭化炉１は、炉体３の下部に加熱室４が設けられ、バーナー５の火炎によって炉内のスクリューコンベア２が加熱される。
【００１３】
スクリューコンベア２内の被炭化物は搬送される間の加熱によって炭化されるが、その過程で被炭化物からは可燃性の乾留ガスが発生する。トラフ１１の上面には複数の吹出口１５が形成され、そこから上方に吹き出す乾留ガスの火炎によって上段に位置するスクリューコンベア２を加熱するよう構成されている。すなわち、多段スクリュー炭化炉１では、バーナー５から噴射した火炎による加熱のほか、下のスクリューコンベア２からの炎によって各段のスクリューコンベア２が加熱される。
【００１４】
本実施形態では、こうした炉内の加熱に対して過度な温度上昇が起きないようにした温度制御システムが形成されている。特に、その温度制御システムは、被炭化物の搬送速度や乾留ガスに対する燃焼空気のコントロールによって温度調整が行われる。
多段スクリュー炭化炉１には、燃焼空気を送り込むための外気供給管２１が設けられている。外気供給管２１は、各段のスクリューコンベア２やバーナー５に対して炉体３や加熱室４の側壁に形成されている。それぞれの外気供給管２１には自動ダンパ２２が設けられ、炉体３や加熱室４へ供給する外気（燃焼空気）の供給量が、外気供給管２１の流路の開度によって自動調整するように構成されている。
【００１５】
一方、炭化炉１には、炉体３の上部の温度を計測する温度計２５が取り付けられ、炉内温度の検出値に基づき自動ダンパ２２の制御を行う温度調節用コントローラ２６が設置されている。炉内には不図示の送風機によって外気が送り込まれ、自動ダンパ２２が温度調節用コントローラ２６による制御信号に基づいて外気の供給量が調節できるようになっている。多段スクリュー炭化炉１は、こうした外気の供給量とスクリューコンベア２によって送られる被炭化物の搬送量を調節することによって、乾留ガスの燃焼熱による加熱を制御するものである。
【００１６】
鶏糞などの有機性廃棄物である被炭化物は、多段スクリュー炭化炉１へ供給する段階で状態にバラツキが生じる。畜糞を多段スクリュー炭化炉１で処理するまでに、数日、数週間あるいは数ヶ月放置することがあるからであり、そうした放置期間の違いによって乾留ガスの発生量が異なってしまう。放置期間が長いと有機物が発酵し、炭化処理を行う時点で有機物の量が減ってしまい、加熱によって発生する乾留ガスの量も減少する。従って、多段スクリュー炭化炉１に一定量の被炭化物を供給しても乾留ガスの発生量が変化し、それによって炉内の加熱温度が安定しなくなる。
【００１７】
そこで、本実施形態では、温度調節用コントローラ２６にモータ１６が接続されており、温度変化に基づく制御によって、モータ１６の回転数が切り換えられるようになっている。すなわち、スクリュー１２による搬送速度を変化させ、被炭化物の炉内での滞留時間を調節することにより乾留ガスの発生量が一定になるように構成されている。なお、多段スクリュー炭化炉１には複数のモータ１６や自動ダンパ２２が設けられているが、温度調節用コントローラ２６によって独立して制御される。
【００１８】
多段スクリュー炭化炉１は、装置保護のため９００℃以下に温度制御することが必要である。例えば、炉内温度を８００℃に制御する方法としては、燃焼空気の空気比を１以上にする方法がある。乾留ガスに対する燃焼空気の空気比が１であれば、供給する燃焼空気の全部が燃焼され、空気比が１以上であれば、燃焼に使用されないで余った余剰空気は炉内を冷却するために使用される。従って、従来は、炉内温度が上昇した場合には、空気比が１以上になるように冷却用の空気を供給し温度を下げるような制御が行われていた。
【００１９】
しかし、空気比を１以上にすると、冷却効果によって過剰な加熱を防止することはできるものの、大量の空気を炉内に入れるため処理容積を大きくしなければならなくなり、それだけ炉体３が大型化する問題があった。また、空気量が多いと排気ガス量が多くなってしまい、炭化炉の２次燃焼室における処理に必要な燃料が多くなってしまい燃料費が嵩んでしまっていた。
【００２０】
そこで、本実施形態では、炉内に供給する燃焼空気の量を空気比が１以下になるように制御するようにした。図２は、空気比に対する排ガス温度（℃）、酸素濃度（％）、排ガス量（Ｎｍ3 ／ｈ）、燃焼量（ｋｇ／ｈ）を算出した結果をグラフにした図であり、数値は放熱等を含まない理論値である。この結果に示されているように、空気比１付近のおよそ０．９５の値（Ｃ点）で排ガス温度、酸素濃度、排ガス量、燃焼量に大きな変化が生じた。排ガス温度は、空気比が１になるまで乾留ガスの燃焼に使用され温度を上昇させるが、それ以上の余剰空気は炉体３内を冷却するため温度が低下している。
【００２１】
このとき、温度計２５が設定温度８００℃を計測する空気比は、およそ０．７の場合（Ａ部）とおよそ２．７の場合（Ｂ部）であった。空気比が０．７の場合は、発生した乾留ガスの燃焼に必要な空気量が少ないため、炉体３内では供給された空気量分のみの乾留ガスしか燃焼せず発熱量が抑えられるからである。また、空気比を２．７に上げる従来の方法では、ほぼ全ての乾留ガスが燃焼し、その発熱によって加熱される一方で、余剰空気
が炉内の冷却に使用され温度が低下するからである。
【００２２】
乾留ガスの発生は燃焼空気量の増減によって変化するものではない。そのため、燃焼空気量の調整によって発生した乾留ガスの燃焼量を操作することが可能であり、燃焼量を調整することによって炉内の加熱温度を調整することができる。多段スクリュー炭化炉１では、温度計２５の検知温度に基づいて温度調節用コントローラ２６が自動ダンパ２２を制御し、外気供給管２１を介して所定量の外気が燃焼空気として炉体３内に供給される。その際、燃焼空気の空気比は１以下で、かつ炉内の加熱温度が約８００℃になるように燃焼空気の供給量が調整される。本実施形態では、燃焼空気の空気比はおよそ０．７である。
【００２３】
こうして燃焼空気の空気比を１以下の０．７にした場合には、図２に示すように乾留ガスの燃焼量が少なくなる。そこで、乾留ガスによる加熱が十分に行われるように、スクリュー１２による被炭化物の送り速度が調整される。具体的には、前述したように、温度計２５の検知温度に基づいて温度調節用コントローラ２６がモータ１６の駆動を制御することによって行われる。被炭化物の搬送速度を下げて滞留時間を長くし、炉体３内における乾留ガスの発生量を一定にして加熱温度を安定させる。また、これによって多段スクリュー炭化炉１を通過して得られる炭化物の回収率も安定させることができる。
【００２４】
ところで、空気比を１以上にした場合には大量の空気を送り込み、乾留ガスをほぼ全て燃焼させるため、炉体３はそのための大きさを必要とする。図２に示すように、空気比２．７では酸素濃度と排ガス量が共に多く、酸素濃度は空気比０．７付近のＡ部で約０．５％であるのに対して、空気比２．７付近のＢ部では１３．５％であった。排ガス量は、Ａ部では約６００Ｎｍ3 ／ｈであるのに対して、Ｂ部では約４３００Ｎｍ3 ／ｈにもなった。従って、従来の炭化炉はそれだけ大きな容積必要とした。しかし、本実施形態の炉体３は、スクリューコンベア２の配置を考慮すればよく、狭い空間であっても十分に機能し、炉体３を小型化した構成にすることができる。
【００２５】
そこで、以上のような多段スクリュー炭化炉１では、ホッパ８から投入された被炭化物が上段のスクリューコンベア２へと入れられ、トラフ１１内を回転するスクリュー１２によって攪拌されながら水平に移動し、シュート１３を介して下段へのスクリューコンベア２へと順に搬送される。その間スクリューコンベア２は、加熱室４のバーナー５が発する燃焼熱によって加熱されるとともに、直下に位置する下段のスクリューコンベア２から吹き出される乾留ガスの燃焼熱によっても加熱される。
【００２６】
また、温度計２５によって炉内温度が検出されている。その検出温度に従って温度調節用コントローラ２６によるモータ１６や自動ダンパ２２の制御が行われ、被炭化物の搬送速度や燃焼空気量の調整が行われる。本実施形態では空気比が１以下なので、設定温度に対して温度が上昇した場合には、自動ダンパ２２によって供給する燃焼空気量を減らし、乾留ガスの燃焼量を減少させることによって加熱温度が抑えられる。一方、乾留ガスの発生量が少ない被炭化物の場合には、燃焼量が増えずに温度が上がらないことがあるため、そうした場合にはバーナー５の燃焼量を増やしたり、被炭化物の搬送速度を下げて滞留時間を増加させることで温度管理ができる。
【００２７】
温度調節用コントローラ２６では、温度上昇を抑えるために空気比を１以下にして乾留ガスを燃焼させるため、燃焼しきれなかった乾留ガスが炉内に残ってしまう。しかし、そうした燃焼後の乾留ガスは、炉体３から不図示の２次燃焼室へと送られ、そこで温度維持のための助燃成分となって燃焼される。被炭化物から発生した乾留ガス及び、燃焼後の排ガスは、２次燃焼室で完全燃焼して無公害化され、バグフィルタなどを通して大気中に放出される。
【００２８】
以上のような炭化物製造方法では、例えば、７００ｋｇ／ｈの被炭化物を多段スクリュー炭化炉１へ送り込み、空気比０．７の燃焼吸気で乾留ガスを燃焼させた場合、乾留ガスは１００ｋｇ／ｈ程度燃焼し、およそ３５０ｋｇ／ｈの炭化物が得られる。そして、２次燃焼室では、空気比２の燃焼空気が供給され、バーナーの加熱によって残る２５０ｋｇ／ｈの乾留ガスの完全燃焼が行われる。
【００２９】
こうした本実施形態の多段スクリュー炭化炉１によれば、炭化処理中の炭化炉内の温度調整が行われ、一定量の炭化物が得られる。そして、炉内温度は設定温度を８００℃としてほぼ７５０℃〜８５０℃の範囲で変動し、加熱し過ぎることなくトラフ１１の熱変形や腐食が防止される。その際、温度調整を空気比１以下の燃焼コントロールによって行うため、炉体３の容積を小さくすることにより多段スクリュー炭化炉１を小型化させることができた。
【００３０】
以上、本発明に係る多段スクリュー炭化炉の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では燃焼空気の空気比として０．７という値を示したが、設定温度などによって変動するものであり、１以下で制御するものであればよい。
【符号の説明】
【００３１】
１    多段スクリュー炭化炉
２    スクリューコンベア
３    炉体
４    加熱室
１１  トラフ
１２  スクリュー
１６  モータ
２１  外気供給管
２２  自動ダンパ
２５  温度計
２６  温度調節用コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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