(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
室内の発熱でバイオマスを炭化するバッチ式の炭化室を下部に、該炭化室から排出される揮発成分を含む気流を自己燃焼させるガス燃焼室を上部に配置したバイオマスの炭化装置であって、
前記ガス燃焼室にガス燃焼温度を検出する温度検出手段を配備し、
前記ガス燃焼室と前記バッチ式の炭化室のそれぞれに燃焼空気を供給する燃焼空気供給手段を配置し、
前記バッチ式の炭化室と前記ガス燃焼室の間に該炭化室からガス燃焼室に流入する気流を遮断できるダンパ機構を設け、
前記温度検出手段の出力により前記ダンパ機構を制御するように構成したことを特徴とするバイオマスの炭化装置。
【請求項２】
請求項１に記載のバイオマスの炭化装置において、
前記炭化室に散水装置を設け、
前記温度検出手段の出力により前記散水装置を制御して散水するように構成したことを特徴とするバイオマスの炭化装置。
【請求項３】
バッチ式の炭化室でバイオマスを炭化する炭化工程と、該炭化工程から排出される揮発成分を含む気流をガス燃焼室に導き自己燃焼させるガス燃焼工程を有するバイオマスの炭化方法であって、
前記ガス燃焼工程の温度が所定値に昇温し、該ガス燃焼工程の温度が一旦、該所定温度を維持できなくなった時点で、前記バッチ式の炭化室から前記ガス燃焼室に導く気流を遮断すると共に、前記炭化工程における燃焼空気を減少又は遮断し、或いは前記炭化工程の燃焼温度を低下させてバイオマスの炭化を行うことを特徴とするバイオマスの炭化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可燃性廃棄物、特に山林伐採物やワラ、紙ごみなどのバイオマスを炭化させるバイオマスの炭化装置及び炭化方法に関し、特にバイオマスを炭化させて再利用或いは生物不活性化すると共に、ダイオキシンなどの有害物質の放出対策技術を有し、山林、農耕地、集落、その他排水路や排水機場に排出集積される不定期流出廃棄物の炭化に好ましいバイオマスの炭化装置及び炭化方法に関するものである。また、本発明は、畜糞、排水機場沈殿物等の有機性廃棄物の炭化にも利用できる。
【０００２】
【従来の技術】
廃棄物処理はダイオキシンの問題を機に焼却に代わる技術が模索され、都市における大型処理施設では部分燃焼によるガス化＋溶融燃焼による高温熱分解による方法が主流となりつつある。
【０００３】
しかしながら、小型の処理装置においては、部分燃焼による全量ガス化は施設規模的に適用が困難とされている。特に、農村集落の排水路や排水機場に集積する流出ゴミや、伐採物、収穫時のワラや茎部その他のバイオマスは、降雨時や収穫作業時等に不定期且つ大量に発生し、移送するにも困難を生じるものの、通常は処理量が少ない。そのためこのような地域での廃棄物処理に大規模の連続処理施設を維持することは現実的でない。
【０００４】
一方、近年可燃廃棄物の再利用形態として炭化が注目されており、固形燃料の他、水質浄化材、土壌改良材などとして利用されている。更に、炭化した物はガスと違って、ストックが容易である。又炭化は全量ガス化ほどのエネルギーや施設を要せず、小型処理やバッチ式の処理で対応に向いている。前記農村集落での利用にも効果が期待できる。
【０００５】
従来、間伐材や、廃材などの再資源化利用として炭が有効に利用されてきたが、近年の生活様式、農林業の近代化により、原料であるバイオマスが、純良な状態で得ることは稀となっている。特に、流出ごみや集落の廃棄物などの資源化方法として炭化を考える場合には、ロープ、マルチ、ビニールシート片などの夾雑物から生じる酸性物、ダイオキシン類などの発生が否定できない。このため、単なる不完全焼却である炭化技術はそのままで使用することはできない。また、畜糞や汚泥などは醗酵による利用はあったが、資源としての利用は進んでいなかった。
【０００６】
このため、炭化炉に触媒分解装置や、高温焼却炉や溶融炉などの高温処理施設を付帯させることや炭化室の気密化や熱再利用等の観点からロータリーキルン等の外熱型炭化装置の適用が提案されている。しかしながら、これらも元来は都市廃棄物処理の方法を転用するもので大量連続的な廃棄物発生が前提とならざるを得ない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、小規模ながら不定期的に大量に発生する可燃物廃棄物、例えば、植物体、畜糞、底泥、汚泥等の有機性廃棄物となるバイオマスの炭化技術であって、小規模で、ダイオキシン類の有害物の放出を防止乃至抑制し、安全にストック可能な燃料や水質浄化材、土壌改良材として有用な植物質炭を得ることができるバイオマスの炭化装置及び炭化方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため請求項１に記載の発明は、室内の発熱でバイオマスを炭化するバッチ式の炭化室を下部に、該炭化室から排出される揮発成分を含む気流を自己燃焼させるガス燃焼室を上部に配置したバイオマスの炭化装置であって、ガス燃焼室にガス燃焼温度を検出する温度検出手段を配備し、ガス燃焼室とバッチ式の炭化室のそれぞれに燃焼空気を供給する燃焼空気供給手段を配置し、バッチ式の炭化室とガス燃焼室の間に該炭化室からガス燃焼室に流入する気流を遮断できるダンパ機構を設け、温度検出手段の出力によりダンパ機構を制御するように構成したことを特徴とする。
【０００９】
上記のように炭化室をバッチ式とすることにより、不定期的に発生するバイオマスの炭化処理に有利となる。また、炭化装置を炭化室とガス燃焼室の２段構成とするので、後段のガス燃焼室の高温化が可能となり、ダイオキシン等の有害物質の排出抑制に効果的である。また、炭化室を下部にガス燃焼室を上部に配置することにより、炭化室で発生する揮発成分を含む気流をガス燃焼室に導くために特別の誘引装置が不要で、且つ装置をコンパクトにすることが可能となり、更にガス燃焼室で発生する溶融物等を自然流下で回収できるので、回収が容易となる。また、ガス燃焼室と炭化室のそれぞれに燃焼空気を供給する燃焼空気供給手段を配置し、炭化室とガス燃焼室の間に該炭化室からガス燃焼室に流入する気流を遮断できるダンパ機構を設け、温度検出手段の出力によりダンパ機構を制御すると共に、炭化室に供給する空気を制御するので、バイオマスの炭化を効率良く行うことができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のバイオマスの炭化装置において、炭化室に散水装置を設け、温度検出手段の出力により散水装置を制御して散水するように構成したことを特徴とする。
【００１３】
上記のように、ガス燃焼室に設けた温度検出手段の出力により散水装置を制御し、散水を行うので、揮発成分がなくなった後の炭化室内温度を効果的に下げることができるから、バイオマスの炭化をより効率良く行うことができる。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、バッチ式の炭化室でバイオマスを炭化する炭化工程と、該炭化工程から排出される揮発成分を含む気流をガス燃焼室に導き自己燃焼させるガス燃焼工程を有するバイオマスの炭化方法であって、ガス燃焼工程の温度が所定値に昇温し、該ガス燃焼工程の温度が一旦、該所定温度を維持できなくなった時点で、バッチ式の炭化室から前記ガス燃焼室に導く気流を遮断すると共に、炭化工程における燃焼空気を減少又は遮断し、或いは前記炭化工程の燃焼温度を低下させてバイオマスの炭化を行うことを特徴とする。
【００１５】
なお、炭化炉での炭化工程に先立ち炭化原料を分別・前処理しておくことが望ましい。例えば、排水機場に集積する廃棄物の前処理を例にとれば、先ず炭化物原料と非炭化物原料の分別、ついでバイオマスと沈殿物等の有機性廃棄物の分別を行う。この内バイオマスは破砕等によりサイズの均一化を図ることができる。また、有機性廃棄物については、整形したうえで炭化に供することができる。具体的にはラック等に該有機物を収納し、炭化炉内に置けばよい。バイオマスと有機物はその性状と量により同時に炭化室においてもよく、別々に炭化することもできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係るバイオマスの炭化装置の一概略構成例を示す図である。本炭化装置は図示するように、室内の発熱でバイオマスを炭化するバッチ式の炭化室１０を下部に、該炭化室１０から排出される揮発成分を含む気流を自己燃焼させるガス燃焼室２０を上部に配置した構成である。
【００１７】
炭化室１０とガス燃焼室２０は、該炭化室１０から排出される揮発成分を含む気流が通る通路３０で接続され、該通路３０にはダンパ機構３１が配置されている。炭化室１０の上部には散水装置１１が配置され、バイオマスを搬入する搬入口１４の近傍にはバーナ１２が設けられている。また、炭化室１０にはブロワ１３から燃焼用空気が供給されるようになっている。
【００１８】
ガス燃焼室２０にはバーナ２１を設けると共に、ガス燃焼温度を検出する温度検出手段２２を設けている。また、ガス燃焼室２０にはブロワ２３から燃焼空気が供給されるようになっている。また、ガス燃焼室２０は燃焼排ガスを大気に放出するための煙突２４が設けられている。
【００１９】
上記構成の炭化装置において、バイオマスを炭化室１０に搬入し、該炭化室１０内を該バイオマスで充満させる。ダンパ機構３１により炭化室１０とガス燃焼室２０を結ぶ通路３０を開放する。この状態でブロワ１３により炭化室１０内に空気を送り、バーナ１２でバイオマスに着火する。これにより、炭化室１０内の、例えば木質バイオマスは燃焼し、熱分解により発生した揮発成分はガス燃焼室２０に流入し、ここでブロワ２３から吹き込まれる空気と混合し、バーナ２１で着火することにより燃焼する。
【００２０】
炭化室１０からの揮発成分がなくなった時、ダンパ機構３１により通路３０を閉じて、炭化室１０とガス燃焼室２０を遮断し、ブロワ１３を停止し炭化室１０への空気の供給を停止する。これにより、炭化室１０内のバイオマスの炭化が形成される。また、本炭化装置では炭化室１０から揮発成分の排出がなくなったら、散水装置１１でバイオマスに散水し、燃焼を停止させる。
【００２１】
図２は上記炭化装置で木材からなる廃パレットの炭化処理を行った場合の炭化室１０内の温度変化とガス燃焼室２０内の温度変化を示す図である。図２において、ａはガス燃焼室２０の温度変化を、ｂは炭化室１０の温度変化をそれぞれ示す。炭化室１０内のバイオマスに着火すると、該バイオマスから発生する揮発成分はガス燃焼室２０に流入する。バーナ２１による予熱によりガス燃焼室２０の温度を５００℃前後まで上昇させたところで、自然にガス化燃焼を開始する。炭化室１０内の廃パレットのガス化燃焼により、炭化室１０内の温度は除々に昇温し、６００℃前後まで上昇すると共に、発生した揮発成分がガス燃焼室２０に流入する。
【００２２】
ガス燃焼室２０内の温度も着火から揮発成分の燃焼により、８００℃前後（最高９１２℃）まで上昇する。炭化室１０からの揮発成分の流入がなくなると、８００℃前後から温度が下がり始めるので、この温度が下がり始める点ｃを揮発成分がなくなった時として、ブロワ１３を停止して炭化室１０への燃焼空気の供給を遮断すると共に、ダンパ機構３１により通路３０を閉じる。これにより所定時間の後燃焼後に散水装置１１から散水し、炭化された廃パレットを冷却する。ここで、燃焼空気の供給を遮断しないと図２の破線ｄで示すように炭化室１０内の温度は上昇し、廃棄パレットは燃焼し灰となる。
【００２３】
図３は上記廃パレットの炭化物（試験炭）と市販のバーベキュー用の炭（市販炭）との強熱減量を比較して検討した結果を示す図である。試験炭の強熱減量は９４．８５％であるのに対して、市販炭は９６．２２％であり、試験炭は市販炭と比較し、強熱減量に関しては遜色がないことが確認された。
【００２４】
図４は本発明に係るバイオマスの炭化装置の他の概略構成を示す図である。図４において、ガス燃焼室２０の底面が該ガス燃焼室２０と炭化室１０を接続する通路３０に向かって下向きに傾斜している。そして通路３０の下方には煤塵受け１５が配置されている。このように構成することにより、ガス燃焼室２０からの溶融物やスラグや煤塵が煤塵受け１５に落下するから、溶融物やスラグや煤塵の回収が容易になる。
【００２５】
図５は本発明に係るバイオマスの炭化装置の他の概略構成を示す図である。図５において、ガス燃焼室２０の底面が煙突２４に向かって下向きに傾斜している。また、煙突２４の下方にはスラグや煤塵を取り出す取出し口４０、煤塵受け４１が配置されている。このように構成することにより、ガス燃焼室２０からの溶融物やスラグや煤塵が煤塵受け４１に落下するから、溶融物やスラグや煤塵の回収が容易になる。
【００２６】
通常の焼却炉の場合、固定化された炭素を後燃焼で完全に焼却してしまうが、上記実施形態例の炭化装置では、炭化室１０内のバイオマスの揮発成分が無くなったことを温度検出手段２２で検出し、ダンパ機構３１で通路３０を閉じて炭化室１０とガス燃焼室２０を遮断すると共に、ブロワ１３を停止し炭化室１０内への燃焼空気の供給を停止し、更に散水装置１１で散水し、バイオマスの燃焼を自動的に止めている。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、バイオマスを炭化するバッチ式の炭化室を下部に、該炭化室から排出される揮発成分を含む気流を自己燃焼させるガス燃焼室を上部に配置したので、下記の優れた効果が得られる。
【００２８】
（１）炭化室をバッチ式とすることにより、不定期的に発生するバイオマスの炭化処理に有利となる。
【００２９】
（２）炭化装置を炭化室とガス燃焼室の２段構成とするので、後段のガス燃焼室の高温化が可能となり、ダイオキシン等の有害物質の排出抑制に効果的である。
【００３０】
（３）炭化室を下部にガス燃焼室を上部に配置することにより、炭化室で発生する揮発成分を含む気流をガス燃焼室に導くために特別の誘因装置が不要で、且つ装置をコンパクトにすることが可能となり、更にガス燃焼室で発生する溶融物等を自然流下で回収できるので、回収が容易となる。
【００３１】
また、ガス燃焼室と炭化室のそれぞれに燃焼空気を供給する燃焼空気供給手段を配置し、炭化室とガス燃焼室の間に該炭化室からガス燃焼室に流入する気流を遮断できるダンパ機構を設け、ガス燃焼室に設けた温度検出手段の出力によりダンパ機構を制御すると共に、炭化室に供給する空気を制御するので、上記（１）乃至（３）の効果に加え、バイオマスの炭化を効率良く行うことができる炭化装置を提供できる。
【００３２】
請求項２に記載の発明によれば、ガス燃焼室に設けた温度検出手段の出力により散水装置を制御し、散水を行なうので、揮発成分がなくなった後の炭化室温度を効果的に下げることができるから、バイオマスの炭化をより効率良く行うことができる炭化装置を提供できる。
【００３３】
請求項３に記載の発明によれば、ガス燃焼工程の温度が所定値に昇温し、該ガス燃焼工程の温度が一旦、該所定温度を維持できなくなった時点で、バッチ式の炭化室からガス燃焼室に導く気流を遮断すると共に、炭化工程における燃焼空気を減少又は遮断し、或いは炭化工程の燃焼温度を低下させてバイオマスの炭化を行うので、ダイオキシン類の有害物の放出を防止乃至抑制しながら、安全にストック可能な燃料や水質浄化材、土壌改良材として有用な植物質炭を得ることができるバイオマス炭化方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るバイオマスの炭化装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明に係る炭化装置で廃パレットの炭化処理を行った場合の炭化室内の温度変化とガス燃焼室内の温度変化を示す図である。
【図３】本発明に係る炭化装置で得られた廃パレットの炭化物（試験炭）と市販のバーベキュー用の炭（市販炭）との強熱減量を比較した結果を示す図である。
【図４】本発明に係るバイオマスの炭化装置の他の概略構成を示す図である。
【図５】本発明に係るバイオマスの炭化装置の他の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１０            炭化室
１１            散水装置
１２            バーナ
１３            ブロワ
１４            搬入口
１５            煤塵受け
２０            ガス燃焼室
２１            バーナ
２２            温度検出手段
２３            ブロワ
２４            煙突
２５            燃焼室底面
３０            通路
３１            ダンパ機構
４０            取出し口
４１            煤塵受け
【図１】
0003810593.tif 000002
【図２】
0003810593.tif 000003
【図３】
0003810593.tif 000004
【図４】
0003810593.tif 000005
【図５】
0003810593.tif 000006