(57)【要約】【課題】小型で熱効率の高い焼却炉兼熱交換器を用いた発電システム。【解決手段】廃棄物燃焼装置を利用した発電システムの燃焼炉に関する。１次燃焼室は前記乾留炉よりの乾留ガスを燃焼させる。前記２次燃焼室は、前記１次燃焼室に連続した空洞であって、前記１次燃焼室での未燃焼ガスを焼却する。前記熱交換室は、前記２次燃焼室の両サイドと上部に渡って配置され、熱媒体（例えば水）が充填される。復煙管は、前記２次燃焼室からの排煙が、当該２次燃焼室の終端から始端方向に、前記熱交換室内の両サイドを通って戻す多数のパイプよりなる。前記往煙管は、復煙管よりの排煙を前記２次燃焼室の始端から後端方向に前記熱交換室の上側を通って返す。また、前記熱交換室で得られた蒸気は、気水分離機と蒸気ヘッダを介して発電用のタービンに供給されることになる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾留炉と当該乾留炉からの乾留ガスを燃料とする燃焼炉とを備えた廃棄物燃焼装置を利用した発電システムの燃焼炉において、
前記乾留炉よりの乾留ガスを燃焼させる１次燃焼室と、
前記１次燃焼室に連続した空洞であって、前記１次燃焼室での未燃焼ガスを焼却する前記２次燃焼室と、
前記２次燃焼室の両サイドと上部に渡って配置され、熱媒体が充填される前記熱交換室と、
前記２次燃焼室からの排煙が、当該２次燃焼室の終端から始端方向に、前記熱交換室内の両サイドを通って戻す多数のパイプよりなる復煙管と、
復煙管よりの排煙を前記２次燃焼室の始端から後端方向に前記熱交換室の上側を通って排煙ダクトに開く前記往煙管と、
を備えたことを特徴とする燃焼炉。
【請求項２】
前記、燃焼炉に循環する水が、前記乾留炉の周壁で予熱された水である請求項１に記載の燃焼炉。
【請求項３】
前記熱交換器で発生した蒸気が蒸気ヘッドを介してタービンに供給される請求項１に記載の燃焼炉。
【請求項４】
乾留炉と当該乾留炉からの乾留ガスを燃料とする燃焼炉とを備えた廃棄物燃焼装置を利用した発電システムの燃焼炉において、
前記乾留炉よりの乾留ガスを燃焼させる１次燃焼室と、
前記１次燃焼室に連続した空洞であって、前記１次燃焼室での未燃焼ガスを焼却する２次燃焼室と、
前記1次燃焼室、２次燃焼室に渡って炉壁を覆うウォータジャッケットと、
前記２次燃焼室の周壁に沿って配設された前記ウォータジャケットに連通する水管と、
前記２次燃焼室の排煙方向下流側に配設され、前記ウォータジャケットと連通して熱媒体が充填されるとともに、前記２次燃焼室から下流側に貫通する複数の煙管が配設された熱交換室と
を備えたことを特徴とする燃焼炉。
【請求項５】
前記、燃焼炉に循環する水が、前記乾留炉の周壁で予熱された水である請求項４に記載の燃焼炉。
【請求項６】
前記熱交換器で発生した蒸気が蒸気ヘッドを介してタービンに供給される請求項４に記載の燃焼炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼炉に関し、特に、廃棄物燃焼装置を利用した発電システムに使用する燃焼炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ゴミ焼却によって発生する熱を利用して発電することが広く行われるようになっている。一方で、発展途上国では、送電線を敷設することができないが、一般ゴミ、プラスチックゴミ、あるいは森林等の燃料資源は多い地域が数多くみられる。この場合、送電線を敷設するより、前記の燃料資源を利用した発電の方がコストメリットが大きいことになる。
【０００３】
焼却炉によって発生した熱を発電に利用しようとする場合、もちろん熱効率が高い方が望ましい。この場合、熱効率をできるだけ高くする必要上、ゴミを蒸し焼き状態にして乾留ガスを発生させる乾留ガス化炉と、当該乾留ガス化炉によって発生したガスを燃料とする燃焼炉を組み合わせる廃棄物燃焼装置を利用することが考えられる（例えば特開２００１−３４２４７６参照）。
【０００４】
更に、本願出願人は特許４３８１６１３号にて、一般可燃ゴミ廃棄物からは乾留ガスを採取して燃焼炉で燃焼し、プラスチックゴミからは油分を採取して、有効利用する廃棄物焼却システムを提案している。
【０００５】
このシステムによって、一般可燃ゴミ廃棄物の燃焼とプラスチック廃棄物の燃焼とを切替えて焼却処理を行うことができて、施設の面積を小さくすることができ、結果として高いコストパーフォーマンスを得ることができることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３４２４７６号公報
【特許文献２】特許特許４３８１６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の廃棄物燃焼装置に適用される燃焼炉は、燃料を燃やす１次燃焼室、当該１次燃焼室での未燃焼ガスを燃焼させる２次燃焼室、更に、２次燃焼室で得られた高熱気体から水蒸気を得る熱交換機を経て、熱処理をするようになっている。すなわち、燃焼する部位と熱交換する部位はそれぞれ異なる部位が担う構造になっており、設備が大型になり、コストパーフォーマンスもあまり良くなかった。
【０００８】
上記特許４３８１６１３号の提案は、ダイオキシンを出さないでプラスチックゴミと一般燃焼ゴミを１つのシステムで処理できる点で有効ではあるが、本願の目的である発電にこの装置を適用するとなると、更に蒸気を得るための熱交換機能を追加する必要がある。当該熱交換機能を持たすための構造は、従来の構成を踏襲しようとすると、１次燃焼室、２次燃焼室とは別の構成となって、小型のシステムを組み上げることはできない。
【０００９】
本発明は上記従来の事情に鑑みて提案されたものであって、簡単な構成で、特許４３８１６１３号に開示の燃焼炉に効率的な熱交換機能を持たした構成を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は乾留炉と当該乾留炉からの乾留ガスを燃料とする燃焼炉とを備えた廃棄物燃焼装置を利用した発電システムの燃焼炉に関する。当該燃焼炉は以下の１次燃焼室、２次燃焼室、熱交換室、復煙管と、往煙管とを備えた構成となっている。
【００１１】
１次燃焼室は前記乾留炉よりの乾留ガスを燃焼させる。前記２次燃焼室は、前記１次燃焼室に連続した空洞であって、前記１次燃焼室での未燃焼ガスを焼却する。前記熱交換室は、前記２次燃焼室の両サイドと上部に渡って配置され、熱媒体（例えば水）が充填される。復煙管は、前記２次燃焼室からの排煙が、当該２次燃焼室の終端から始端方向に、前記熱交換室内の両サイドを通って戻す多数のパイプよりなる。前記往煙管は、復煙管よりの排煙を前記２次燃焼室の始端から後端方向に前記熱交換室の上側を通って返す。
【００１２】
前記、熱交換室に充填された熱媒体は、前記乾留炉の周壁で予熱された熱媒体を用いるとより効果を上げることができる。また、前記熱交換室で得られた蒸気は、気水分離機と蒸気ヘッダを介して発電用のタービンに供給されることになる。
【発明の効果】
【００１３】
上記構成により、熱交換器が燃焼炉と一体になっているのでシステム全体を小型化かつ、熱効率を上げることができ、小規模であっても効率のよい熱交換ができ、小型の発電機を作動すことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の燃焼炉の外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の分解斜視図である。
【図３】本発明による排煙の流れの方向を示す模式図である。
【図４】本発明を適用した発電システムを示すものである。
【図５】本発明の別の実施形態を示す断面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ断面図である。
【図７】図５のＢ−Ｂ断面図である。
【実施例１】
【００１５】
図１は本発明の燃焼炉のの燃焼炉の外観を示す斜視図であり、図２は分解斜視図、更に図３は本発明による排煙の流れの方向を示す模式図である。
【００１６】
本燃焼炉２の１次燃焼室２Ｘには、乾留ガス化炉（後述）からの乾留ガスが流入する分岐ダクト（後述）４のガス流入口４０を備える一方、油化装置（後述）で得られた油（あるい別途供給される油）を燃焼させる二次バーナ２８を備える。前記ガス流入口４０からの乾留ガスは、初期的には前記二次バーナ２８の燃焼によって燃焼するが、前記油化装置からの油は、乾留ガスの着火時のみ必要であり、炉内の温度が上がると乾留ガスは二次バーナ２８の燃焼がなくても自然燃焼する。もっとも、乾留炉２が故障したときには前記油化装置の油あるいは別途供給される油を利用した油炊きボイラーとして機能する。
【００１７】
図２（ａ）に示すように、前記１次燃焼室２Ｘに連続して２次燃焼室２Ｙが設けられ、当該２次燃焼室２Ｙにはブロア２９で空気孔２９ａを介して空気が供給され、前記１次燃焼室２Ｘでの未燃焼のガスが完全燃焼し、ダイオキシンの分解ができるように構成される。
【００１８】
この２次燃焼室２Ｙの両サイドと上側に渡って、炉壁を隔てて熱交換室９０が設けられており、両サイドの各熱交換室９０には、２次燃焼室２Ｙの末端（排煙方向下流側）から始端（排煙方向上流側）に向かって複数の復煙管９１ａ、９１ｂが配置され、更に当該復煙管９１ａ、９１ｂは、２次燃焼室の始端側で折り返して往煙管９１ｃとなって前記上側の熱交換室９０を経て、下流の排煙ダクト５１（図４参照）に開かれるようになている。
【００１９】
前記２次燃焼室は８００〜９００℃前後になるので、熱交換室９０に充填された熱媒体は、前記熱交換室９０を通過する煙管９１ａ、９１ｂ、９１ｃから与えられる熱量で蒸気になる。
【００２０】
図３は上記した煙管９１ａ、９１ｂ、９１ｃを通しての排煙経路を示したものである。まず、１次燃焼室２Ｘで生成された排煙は、２次燃焼室で未燃焼のガスを燃焼させながら上流から下流に流れ（流路ａ）、次いで復煙管９１ａ、９１ｂを介して上流側に戻され（流路ｂ）、更に、往煙管９１ｃを介して下流側の排煙ダクト５１に排煙される（流路ｃ）。
【００２１】
図４は本発明が適用される廃棄物燃焼装置を用いた発電システムの概要を示す図である。
【００２２】
この廃棄物燃焼装置は、処理物を乾留する乾留炉１と、乾留炉１から出される乾留ガスを燃焼させる本発明に係る燃焼炉２と、乾留ガスを油分とガス分とに分離させる油化装置３と、乾留炉１より乾留ガスを燃焼炉２と油化装置３とに選択的に導く分岐ダクト４とを備える。
【００２３】
また、この廃棄物燃焼装置は、燃焼炉２から出される排煙の熱を利用する温水ボイラ５と、排煙中の粉塵を除去する集塵装置７と、排煙を流動させるガスファン８と、ガスを大気中に放出する煙突９とを備えている。
【００２４】
前記廃棄物は、一般可燃ゴミ廃棄物又はプラスチック廃棄物、あるいは木材等であり、乾留炉１の上部に設けた投入口１２より乾留炉１内に投下される。
【００２５】
なお、この投入口１２には、投入口１２の上端開口を開閉する上蓋１３と、投入口１２の中間高さを開閉するシャッター１４とが設けられ、たとえばシャッター１４を閉じた状態で上蓋１３を開けて所定量の一般廃棄物、プラスチック廃材、木材等を投入口１２に投下した後、上蓋１３を閉じてからシャッター１４を開いて廃棄物を乾留炉１内に落下させるようにしている。
【００２６】
前記乾留炉１の炉底１５は耐火物からなり、炉側壁１６及び天井１７は冷却水が流通するウォータージャケットで構成され、これら炉側壁１６、天井１７、火格子１８、これを支持する炉内壁１９及び前記シャッター１４に熱媒体（冷却水）を流通させるようにしている。
【００２７】
また、前記分岐ダクト４の周壁にもウォータジャケットが形成され、前記乾留炉１の炉側壁１６及び天井１７のウォータジャケットと連通され、更に、前記燃焼炉２の周囲に設けられた熱交換室９０にも連通する構成としておくとよい。これによって、熱交換室９０では前記炉側壁１６等で予備加熱された水を加熱することになるので、より効率的な加熱ができることになる。
【００２８】
また、熱媒体（冷却水）はタービン９４である程度消費されることになるが、消費された分は外部から補充されることになる。
【００２９】
ところで、前記投入口１２より乾留炉１内に投下された廃棄物は、火格子１８に受止められ、火格子１８の下方から乾留炉１内に火炎を噴出す一次バーナ２０により乾留炉１内を加熱することにより乾留される。
【００３０】
なお、この一次バーナ２０には、油化回収タンク４１（後述）より、燃料ポンプ４７で油が供給され、当該油の燃焼で乾留炉１内は下記の所定の温度に保たれる。もちろん燃焼には空気が必要であり、一次ファン２１より燃焼用空気が供給される。
【００３１】
乾留炉１内で廃棄物を数百度、たとえば３００〜６００℃に加熱すると、炭素化合物である一般可燃ゴミ廃棄物又はプラスチック廃棄物が、ダイオキシンを発生することなく乾留されて、揮発する部分と揮発しない炭素質とに熱分解され、揮発せずに残る炭素質が火格子１８の間から炉底１５上に落下する。この炭素物質（いわゆる炭）は、別途の燃料として利用できることになる。
【００３２】
また、乾留により揮発した部分は乾留ガスとして分岐ダクト４により燃焼炉２または油化装置３に導かれる。
【００３３】
この分岐ダクト４は耐火物で形成され、図４に示すように、その分岐点には、モータＭ１（図示せず）により駆動される切替え弁２５が設けられ、図示しない切替えスイッチをオペレータが手動操作してこの切替え弁２５の位置を切替え、乾留ガスの出先を燃焼炉２または油化装置３に切替えるようにしている。
【００３４】
すなわち、一般可燃ゴミ廃棄物、木材を燃焼する場合には、乾留ガスが燃焼炉２に導かれるように、又、プラスチック廃棄物を処理する場合には、乾留ガスが油化装置３に導かれるように切替え弁２５の位置が切替えられる。
【００３５】
前記油化装置３には、直列に接続される複数段（ここでは２段）のコンデンサー３０が設けられ、前記ガス検知器（図示せず）が検出する乾留ガスの濃度の大小により使用するコンデンサ３０の段数が切替えられるようにしている。
【００３６】
ここで、各段のコンデンサ３０は同様に構成され、縦筒状のタンクＡ、タンクＢで液化された油分は下端の集油槽３１に集められる。
【００３７】
２基のコンデンサ３０は、還流ガスの濃度によって使い分けられる。すなわち、分岐ダクト４から各コンデンサ３０に流れ込む、還流ガスの濃度をガス検知器（図示せず）が検出し、その濃度を判定する。前記濃度が大きい場合には、乾留ガスを分岐ダクト４側から第１段のタンクＡに導き、第１段、第２段の順に各コンデンサ３０に流す。また、前記濃度が小さい場合には、分岐ダクト４より、乾留ガスを第２段のタンクＢのみに流す。上記の操作を効率的に実行するためには、分岐ダクト４に各種の開閉弁を設ける必要があるが、ここの点は発明の本質ではないので説明を省略する。
【００３８】
更に、前記油化装置２で油化されずに残ったＯＦＦガスは、還流炉１に返され燃焼される（図４、経路Ｘ）。
【００３９】
また、燃焼炉２からの排煙は、電動弁ＭＫと１次ファン２１を介して乾留炉１に還流できるようにしてある（図４、経路Ｙ）。そして、図４に示すように、温度センサＴＩＣＡＲ１によって燃焼炉１のガス温度を監視し、たとえば８００℃以上の高温が２秒以上連続する高温の場合には、前記電動弁ＭＫを開いて、燃焼炉２のガスの一部分を乾留炉１に還流させ、煙突９からのガス温度が一定値を上回らないようにしている。これによって、上記乾留炉１への還流ガスはバーナ２０の燃焼補助となり、また，所定の温度以上ではバ−ナ２０がなくても燃焼を持続することができる。
【００４０】
また、燃焼炉２の炉内温度が一定時間以上連続して所定の温度以上にならない低温の場合には、前記電動弁ＭＫを閉じ、ガスの全量を煙突９から大気中に放出させる。
【００４１】
上述したように、燃焼炉２の炉内温度は８００℃以上に保持されるように制御されているので、熱交換器９０で充分な蒸気を発生させることができ、ここでの熱も充分に高い温度であり、排煙ダクト５１を介して温水ボイラ５に供給される。燃焼炉２からの熱（前記往煙管９１（ｃ）から出されたガス）を温水ボイラ５の熱源に利用することにより、熱温度が、たとえば２００℃以下に冷やされる。
【００４２】
ここで前記温水ボイラ５から得られる熱媒体の蒸気も一部前記蒸気ヘッダ９３に供給され、タービン９４の駆動に寄与することになり、また、タービン９４で液体に戻った熱媒体が、前記したように熱交換器９０に返されるとともに、温水ボイラ５に返されることになる。
【００４３】
なお、ガス温度が集塵装置７の耐熱性能を下回る低温であるときには電動弁ＭＫは閉弁し、前記乾留炉１への還流はなく全ガスが集塵装置７を通ってガス中の煤塵が除去されるようにしている。
【００４４】
以上説明したように、本発明は乾留炉で一般ゴミを乾留したときに発生する乾留ガスを焼却できる燃焼炉と、プラスチックを乾留したときに発生する乾留ガスを油化できる油化装置とを備えた廃棄物燃焼装置で、前記燃焼装置に熱交換機を外装させた構成としたので、発電用の熱媒体のガス（水蒸気ガス）が容易に効率的に得られる。
【００４５】
また、乾留炉を乾留ガス化燃焼法における乾留処理と油化法における乾留処理とに併用することにより、各法専用の２基の乾留炉を設置する場合に比べて、乾留炉１の設置用地を狭くすることができるとともに、装置全体として安価にできるのである。
【実施例２】
【００４６】
図５、図６、図７は本発明の焼却炉の別の実施形態を示すものである。
【００４７】
前記１次燃焼室２Ｘ、２次燃焼室２Ｙの周壁の外側はウォータジャッケト２４で覆われた構成となっている。前記２次燃焼室２Ｙの内壁の軸方向に沿って、前記ウォータジャケット２４に連通する通水管２５が多数配列され当該２次燃焼室２Ｙでの燃焼熱を吸収する。更に、前記２次燃焼室２Ｙの内壁に沿って、吸熱フィン２６が軸方向および周方向に沿って多数配列され、前記前記ウォータジャケット２４に充填された熱媒体の熱吸収効率を高めるようになっている。
【００４８】
２次燃焼室２Ｙの排煙方向下流側に、熱交換室９０が設けられる。当該熱交換室９０は前記ウォータジャケット２４に連通する水槽９５と、排煙方向の上流（２次燃焼室）から下流に渡って前記水槽９５を貫通する多数の煙管９６とよりなる。前記２次燃焼室２Ｙで８００〜９００℃に加熱された排煙は前記多数の煙管９６を介して下流側の排煙ダクト５１に排出され、その過程で前記水槽９１に充填された熱媒体を加熱することになる。この構成により、ウォータジャケット２０に充填された熱媒体は更に効率よく加熱されることになる。
【００４９】
前記２次燃焼室は８００〜９００℃前後になるので、熱交換室９０に充填された熱媒体は、前記熱交換室９０を通過する煙管９２から与えられる熱量で蒸気になる。ウォータジャケット２４の上側に配置された気液分離器９２は、水蒸気のみを蒸気ヘッダ９３（図４）を介して発電用のタービン９４に送りこむことになる。
【００５０】
一方、上記のように発電用タービン９４に送り込まれた水蒸気は、タービン９４で水に戻り、再び熱交換器９０に戻るようになっている（図４参照）。
【００５１】
上記の燃焼装置を乾留炉を備えた燃焼システムに適用し、得られた上記で発電用タービンを駆動する点は図４で説明したとおりである。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上説明したように、本発明は簡単なシステム構成で、炉全体を小型化でき、しかも熱効率が高く、一般廃棄物、プラスチックゴミ、木材等を利用することができので、開発途上国での利用、あるいは先進国であっても小規模な発電システムでの利用が可能となる。
【符号の説明】
【００５３】
１  乾留炉
２  燃焼炉
３  油化装置
２Ｘ  １次燃焼室
４  分岐ダクト
７  集塵装置
１２投入口
１３上蓋
１４シャッター
１５炉底
１６炉側壁
１７天井
１８火格子
１９炉内壁
２０一次バーナ
２８二次バーナ
２９ブロア
２９ａ空気孔
４０ガス流入口
４１化回収タンク
４７燃料ポンプ
９０熱交換室
５１排煙ダクト
９１ａ、９１ｂ、９１ｃ煙管
９３蒸気ヘッダ
９４タービン
【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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