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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-16
(45)【発行日】2024-10-24
(54)【発明の名称】燃焼システム
(51)【国際特許分類】
F23B 30/04 20060101AFI20241017BHJP
F23L 5/00 20060101ALI20241017BHJP
F23L 15/00 20060101ALI20241017BHJP
【ＦＩ】
F23B30/04
F23L5/00
F23L15/00 A
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2023069099
(22)【出願日】2023-04-20
【審査請求日】2024-03-30
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】508312474
【氏名又は名称】山田 義人
(74)【代理人】
【識別番号】110003513
【氏名又は名称】ｋａｋｅｒｕＩＰ弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】山田 義人
【審査官】礒部 賢
(56)【参考文献】
【文献】中国実用新案第２１５２５９８４２（ＣＮ，Ｕ）
【文献】実開平０６－０６５７２１（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特表２００２－５４１３７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／００００２３６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１８－０４４７５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】韓国登録特許第１０－１２７２３８０（ＫＲ，Ｂ１）
【文献】米国特許第０６１６４２２０（ＵＳ，Ａ）
【文献】米国特許第０４８７８４８０（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２３Ｂ １０／００ － ９９／００
Ｆ２３Ｇ １／００ － ７／１４
Ｆ２３Ｌ ５／００ － ５／０４
Ｆ２３Ｌ １５／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
加圧空気を生み出すコンプレッサと、固体燃料の直接燃焼により高温加圧燃焼ガスを発生させる燃焼器と、
前記加圧空気を加熱する一次熱交換器と、
を少なくとも備える燃焼システムであって、
前記燃焼器は、
回転筒部材と、
前記回転筒部材を支持する支持部材と、
前記燃焼器で生じた前記高温加圧燃焼ガスの出口と、
エゼクタと、を備え、
前記燃焼器に、前記コンプレッサで加圧され、且つ、前記一次熱交換器で加熱された空気が、燃焼空気として供給され、
前記出口に、前記エゼクタが設けられ、
前記エゼクタに前記燃焼空気が通過することで、前記高温加圧燃焼ガスが吸引される
ことを特徴とする燃焼システム。
【請求項2】
加圧空気を生み出すコンプレッサと、固体燃料の直接燃焼により高温加圧燃焼ガスを発生させる燃焼器と、
前記加圧空気を加熱する一次熱交換器と、
を少なくとも備える燃焼システムであって、
前記燃焼器は、
回転筒部材と、
前記回転筒部材を支持する支持部材と、
燃焼空気を加熱する二次熱交換器と、を備え、
前記燃焼器に、前記コンプレッサで加圧され、且つ、前記一次熱交換器で加熱された空気が、前記燃焼空気として供給され、
前記二次熱交換器により加熱された前記燃焼空気により、前記コンプレッサを駆動する
ことを特徴とする燃焼システム。
【請求項3】
前記支持部材は、前記回転筒部材を、円周方向に回転可能にする回転部材と、
前記燃焼空気が通過する送気路と、を備え、
前記回転部材は、前記送気路から隔離されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼システム。
【請求項4】
前記送気路のうち、少なくとも前記回転部材と対する部分に、断熱材を設けることを特徴とする請求項３に記載の燃焼システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、燃焼システムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、熱量を得るために、様々な燃焼システムが提案されている。このような燃焼システムにおいて、ペレット状やチップ状に形成された固体燃料を燃焼させる技術が提案されている。そして、ペレット状やチップ状に形成された固体燃料の燃焼においては、固体燃料を確実に燃焼させることに困難性があった。
【0003】
このような固体燃料の燃焼を行う燃焼システムとして、例えば、特許文献１に記載されているような、内筒と外筒を備えて一次燃焼と二次燃焼を行う技術が提案されている。
特許文献１の燃焼システムは、外筒と内筒の二重構造を有する筒体に、筒体の開口部に接続されるノズルと、内筒の内部空間に固体燃料を供給する供給路と、内筒の内部空間とノズルの内部空間に空気を供給する通風口とを備え、内筒にまず固体燃料を供給して一次燃焼を行い、ついで一次燃焼により生じたガスと残渣がノズルに回転移動してノズルにおいて二次燃焼を行うようになっている。更には、筒体が回動できることで、燃焼効率を上げている。
特許文献１の燃焼システムは、外筒と内筒の二重構造を有する筒体に、筒体の開口部に接続されるノズルと、内筒の内部空間に固体燃料を供給する供給路と、内筒の内部空間とノズルの内部空間に空気を供給する通風口とを備え、内筒にまず固体燃料を供給して一次燃焼を行い、ついで一次燃焼により生じたガスと残渣がノズルに回転移動してノズルにおいて二次燃焼を行うようになっている。更には、筒体が回動できることで、燃焼効率を上げている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特許第５０９７６７４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１に記載された燃焼システムでは、送風機から供給される燃焼空気の温度が低かったため、燃焼空気の供給により、内筒の内部空間の温度が低下してしまい、燃焼効率が悪くなってしまっていた。燃料の燃焼効率が悪くなり、燃料が不完全燃焼を起こした場合にはタール（有機物質を熱分解する際に水素や一酸化炭素、メタンなどのガス成分にならなかった粘り気のある有機系液体）が発生し、そのタールを含んだ燃焼ガスが、燃焼システムを吹き抜けることで、フィルタの目詰まりなどの所謂タールトラブルが生じてしまい、燃焼システムの連続稼動に支障をきたすことになっていた。
【0006】
更には、特許文献１に記載された燃焼システムにおいては、固体燃料を燃焼させたことで灰などが生じるため、この燃焼システムにより生じる燃焼ガスを用いて発電等を行う場合には、燃焼ガスに含まれる灰などが、発電機などに付着して堆積し、発電効率を悪くする可能性があった。
発電機などへの悪影響を防ぐために、ノズルの下流側にバグフィルターを設けることも考えられるが、バグフィルターの機能を低下させないために、バグフィルターの定期的にメンテナンスをする必要があり、燃焼システムの連続稼動に支障をきたすことになっていた。
発電機などへの悪影響を防ぐために、ノズルの下流側にバグフィルターを設けることも考えられるが、バグフィルターの機能を低下させないために、バグフィルターの定期的にメンテナンスをする必要があり、燃焼システムの連続稼動に支障をきたすことになっていた。
【0007】
なお、特許文献１に記載された燃焼システムにおいて、燃焼効率を向上させるために、燃焼空気を予め加熱してから、内筒の内部空間に供給することが考えられる。しかしながら、特許文献１に記載された燃焼システムは、筒体を回動させることで、燃焼効率を上げているものであるため、予め加熱した燃焼空気を筒体に供給した場合、例えば軸受やモータなどの、筒体を回転させるための機構も加熱により焼き付いてしまい、連続稼動に支障をきたす可能性があった。
【0008】
本発明は、このような課題を考慮して提案されるもので、固体燃料を直接燃焼させる燃焼システムにおいて、燃焼効率を向上させること、固体燃料を燃焼させたことで生じる灰やタールなどによる悪影響を低減させること、及び、高熱による、筒体を回転させるための機構への悪影響を低減させること、が可能な燃焼システム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】
【0009】
上記目的を達成するために、本発明は以下の特徴を有している。
[１] 加圧空気を生み出すコンプレッサと、
固体燃料の直接燃焼により高温加圧燃焼ガスを発生させる燃焼器と、
前記加圧空気を加熱する一次熱交換器と、
を少なくとも備える燃焼システムであって、
前記燃焼器は、
回転筒部材と、
前記回転筒部材を支持する支持部材と、を備え、
前記燃焼器に、前記コンプレッサで加圧され、且つ、前記一次熱交換器で加熱された空気が、燃焼空気として供給される。
[１] 加圧空気を生み出すコンプレッサと、
固体燃料の直接燃焼により高温加圧燃焼ガスを発生させる燃焼器と、
前記加圧空気を加熱する一次熱交換器と、
を少なくとも備える燃焼システムであって、
前記燃焼器は、
回転筒部材と、
前記回転筒部材を支持する支持部材と、を備え、
前記燃焼器に、前記コンプレッサで加圧され、且つ、前記一次熱交換器で加熱された空気が、燃焼空気として供給される。
【0010】
[２] 前記燃焼器は、
前記燃焼器で生じた前記高温加圧燃焼ガスの出口と、
前記燃焼空気が通るエゼクタと、を備え、
前記出口に、前記エゼクタが設けられ、
前記エゼクタに前記燃焼空気が通過することで、前記高温加圧燃焼ガスが吸引される。
前記燃焼器で生じた前記高温加圧燃焼ガスの出口と、
前記燃焼空気が通るエゼクタと、を備え、
前記出口に、前記エゼクタが設けられ、
前記エゼクタに前記燃焼空気が通過することで、前記高温加圧燃焼ガスが吸引される。
【0011】
[３] 前記燃焼器は、
前記燃焼空気を加熱する二次熱交換器、を更に備え、
前記二次熱交換器により加熱された前記燃焼空気により、前記コンプレッサを駆動する。
前記燃焼空気を加熱する二次熱交換器、を更に備え、
前記二次熱交換器により加熱された前記燃焼空気により、前記コンプレッサを駆動する。
【0012】
[４] 前記支持部材は、
前記回転筒部材を、円周方向に回転可能にする回転部材と、
前記燃焼空気が通過する送気路と、を備え、
前記回転部材は、前記送気路から隔離されている。
前記回転筒部材を、円周方向に回転可能にする回転部材と、
前記燃焼空気が通過する送気路と、を備え、
前記回転部材は、前記送気路から隔離されている。
【0013】
[５] 前記送気路のうち、少なくとも前記回転部材と対する部分に、断熱材を設ける。
【0014】
上記特徴[１]によれば、燃焼器に供給される空気が、コンプレッサで加圧され、且つ、一次熱交換器で加熱されているため、固体燃料の燃焼効率を向上させることができる。
【0015】
上記特徴[２]によれば、燃焼室の出口にエゼクタが設けられているため、燃焼器で発生する高温加圧燃焼ガスを、効果的に下流側に供給することができる。
【0016】
上記特徴[３]によれば、二次熱交換器により加熱された燃焼空気により、コンプレッサを駆動するため、二次熱交換器より下流側の装置を、灰やタールなどによる悪影響を受け難くさせることができる。
【0017】
上記特徴[４]によれば、回転部材が、燃焼空気が通る流路から隔離されているため、回転部材への熱による悪影響を低減することができる。
【0018】
上記特徴[５]によれば、燃焼空気が通る流路のうち、少なくとも回転部材と対する部分に、断熱材を設けているため、回転部材への熱による悪影響をより低減することができる。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、個体燃料を直接燃焼させる燃焼システムにおいて、燃焼効率を向上させること、固体燃料を燃焼させたことで生じる灰やタールなどによる悪影響を低減させること、及び、高熱による、筒体を回転させるための機構への悪影響を低減させること、が可能な燃焼システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の第１の実施形態にかかる燃焼システムの構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の第１の実施形態にかかる燃焼器の構成を示すブロック図である。
【図3】本発明の第１の実施形態にかかる燃焼器の断面図である。
【図4】本発明の第１の実施形態にかかるパイプフレームの断面図である。
【図6】本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態にかかる固体燃料の燃焼方法のフローチャートを示す図である。
【図7】本発明の第２の実施形態にかかる燃焼システムの構成を示すブロック図である。
【図8】本発明の第２の実施形態にかかる燃焼器の構成を示すブロック図である。
【図9】本発明の第２の実施形態にかかるエゼクタの構成を示す図である。
【図10】本発明の第３の実施形態にかかる燃焼システムの構成を示すブロック図である。
【図11】本発明の第３の実施形態にかかる燃焼器の構成を示すブロック図である。
【図12】本発明の第３の実施形態にかかる燃焼器の断面図である。
【図16】本発明の第３の実施形態にかかる固体燃料の燃焼方法のフローチャートを示す図である。
【図17】本発明の実施形態にかかる燃焼システムの構成の変形例を示すブロック図である。
【図18】本発明の実施形態にかかる燃焼器の変形例における断面図である。
【図19】本発明の第１の実施形態にかかる燃焼器の変形例を示す断面図である。
【図21】本発明の第１の実施形態にかかるパイプフレームの変形例を示す断面図である。
【図22】本発明の第２の実施形態にかかる燃焼器の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明の実施形態について説明をするが、本発明の趣旨に反しない限り、本発明は以下の実施形態に限定されない。なお、本発明の燃焼システムにおいて使用される燃料は、草木、畜ふん、食品残渣や下水汚泥などの有機物（バイオマス燃料）であって、例えばペレット状、チップ状、粒状、繊維状や粉状などの固体状燃焼物である。
【0022】
チップ状、粒状、繊維状や粉状などのバイオマスとは、例えば、刈り取られ破砕された草、木材チップやオガ粉などの草質材や木質材の細分化された固体物や、籾殻などの元々粒状や粉状の流動性のある固体物である。また、以上の細分化された固体を流動性があるように適度にペレット化したものや、きのこの菌床栽培で発生するきのこ廃培地や生ゴミ等の有機廃棄物を原料として粉粒状に乾燥させたものなども含まれる。つまり、所要の大きさよりも小さく形成された状態のものであって、後述する定量供給コンベアなどで自動的に移送することが可能なバイオマスであればよい。
【0023】
１．第１の実施形態
１．１．全体構成
以下、第１の実施形態にかかる燃焼システムの全体構成について、図１～５を参照して説明する。
図１に示すように、本発明の第１の実施形態にかかる燃焼システムは、燃焼器１、燃料ホッパー２、バグフィルター３、ガスタービン４、タービン発電機５、一次熱交換器６、煙突７とから構成されている。
１．１．全体構成
以下、第１の実施形態にかかる燃焼システムの全体構成について、図１～５を参照して説明する。
図１に示すように、本発明の第１の実施形態にかかる燃焼システムは、燃焼器１、燃料ホッパー２、バグフィルター３、ガスタービン４、タービン発電機５、一次熱交換器６、煙突７とから構成されている。
【0024】
１．１．１．燃焼器１
【0025】
第１の実施形態にかかる燃焼器１は、図２及び図３に示すように、回転筒部材１ａ、支持部材１ｂ、燃料供給部材１ｃ、及び、燃焼室１ｄとから構成されている。
回転筒部材１ａは、
開口部である前端と閉塞部である後端とを有し、同軸において回動可能な外筒１０２と内筒１０３との二重構造を有する筒体１０１と、
筒体１０１の後端に取り付けられて内筒１０３と連通する細長の管体１０４と、
開口部において筒体の外筒１０２と接続される、耐火層１０６を内面に備えたノズル１０５と、
前記閉塞部に形成され、前記内筒１０３と前記外筒１０２との隙間を通風路１０７として経由して前記ノズル１０５の内部空間に空気を供給する通風口１０８と、
内筒１０３の壁面に、通風路１０７と連通し、軸方向に伸びて設けられる複数本のパイプフレーム１０９と、
パイプフレーム１０９の内筒１０３空間側に複数箇所ずつ形成され、前記通風路１０７を流れる空気の一部を内筒１０３の内部空間に吹き出させる小径の吹出口１１０と、を備え、
前記開口部において外筒１０２と内筒１０３との間の開口面積は、前記吹出口１１０の開口面積以上となっている。
回転筒部材１ａは、
開口部である前端と閉塞部である後端とを有し、同軸において回動可能な外筒１０２と内筒１０３との二重構造を有する筒体１０１と、
筒体１０１の後端に取り付けられて内筒１０３と連通する細長の管体１０４と、
開口部において筒体の外筒１０２と接続される、耐火層１０６を内面に備えたノズル１０５と、
前記閉塞部に形成され、前記内筒１０３と前記外筒１０２との隙間を通風路１０７として経由して前記ノズル１０５の内部空間に空気を供給する通風口１０８と、
内筒１０３の壁面に、通風路１０７と連通し、軸方向に伸びて設けられる複数本のパイプフレーム１０９と、
パイプフレーム１０９の内筒１０３空間側に複数箇所ずつ形成され、前記通風路１０７を流れる空気の一部を内筒１０３の内部空間に吹き出させる小径の吹出口１１０と、を備え、
前記開口部において外筒１０２と内筒１０３との間の開口面積は、前記吹出口１１０の開口面積以上となっている。
【0026】
また、パイプフレーム１０９の吹出口１１０は、図５に示すように、回転筒部材１ａの中心軸方向から傾いた方向を向いている。このような構成とすることで、燃焼空気を効率的に攪拌することができ、固体燃料の燃焼効率を向上させることができる。
そして、第１の実施形態においては、図５において示されるように、パイプフレーム１０９の本数は４本であるが、４本に限定されるものではなく、例えば６本、８本、又は、１０本とすることもできる。
そして、第１の実施形態においては、図５において示されるように、パイプフレーム１０９の本数は４本であるが、４本に限定されるものではなく、例えば６本、８本、又は、１０本とすることもできる。
【0027】
支持部材１ｂは、
回転筒部材１ａをノズル１０５が上向きとなるように傾斜させて管体１０４の位置で軸受１１２を介して、回転筒部材１ａを回転自在に軸支する支持体１１１と、
支持体１１１に設けられた、回転筒部材１ａを円周方向に回転させるモータ１１３と、
支持体１１１に設けられた、外気を取り込む燃焼空気入口１１４を有し、取り込まれた空気を通風口１０８へ送り込む送気路１１５と、を備え、
前記軸受１１２及び前記モータ１１３が、前記送気路１１５から隔離されており、
前記送気路１１５のうち、前記軸受１１２及び前記モータ１１３と対する部位に、断熱材１２０を設けている。
回転筒部材１ａをノズル１０５が上向きとなるように傾斜させて管体１０４の位置で軸受１１２を介して、回転筒部材１ａを回転自在に軸支する支持体１１１と、
支持体１１１に設けられた、回転筒部材１ａを円周方向に回転させるモータ１１３と、
支持体１１１に設けられた、外気を取り込む燃焼空気入口１１４を有し、取り込まれた空気を通風口１０８へ送り込む送気路１１５と、を備え、
前記軸受１１２及び前記モータ１１３が、前記送気路１１５から隔離されており、
前記送気路１１５のうち、前記軸受１１２及び前記モータ１１３と対する部位に、断熱材１２０を設けている。
【0028】
回転筒部材１ａは、回転した際に、固体燃料が燃焼前に燃焼室１ｄ内に至ることがないように、１～１０度程度傾斜させることが好ましいが、傾斜させずに水平とすることもできる。
【0029】
燃料供給部材１ｃは、
管体１０４の後端口に、端部口が摺動可能に当接し、内筒１０３の内部空間に固体燃料を供給する供給路１１６と、
管体１０４及び供給路１１６内に配置されるスクリューコンベヤ１１７と、
スクリューコンベヤ１１７を供給路１１６側で回動させるモータ１１８と、
供給路１１６側の空間と大気が連通することを遮断する弁１１９と、
を備えている。
管体１０４の後端口に、端部口が摺動可能に当接し、内筒１０３の内部空間に固体燃料を供給する供給路１１６と、
管体１０４及び供給路１１６内に配置されるスクリューコンベヤ１１７と、
スクリューコンベヤ１１７を供給路１１６側で回動させるモータ１１８と、
供給路１１６側の空間と大気が連通することを遮断する弁１１９と、
を備えている。
【0030】
弁１１９は、供給路１１６側の空間と大気が連通することを遮断することができれば、その構成は限定されず、例えば、ロータリーバルブ、ナイフゲートバルブ、又は、ダブルダンパなどの構成を採用することができる。
【0031】
なお、燃焼器１における内筒１０３内に、固体燃料を粉砕するための粉砕部材を多数収容しても良い。粉砕部材は、酸化アルミナを主成分としたもので、外径が４～８ｍｍの粒状に形成されている。
【0032】
また、燃焼器１は、燃焼室１ｄを備えており、図３に一部示されているように、燃焼室１ｄの内部に、回転筒部材１ａのノズル１０５が位置している。
なお、図示しないが、燃焼室１ｄに、固体燃料の燃焼により発生した灰が、燃焼室１ｄに設けられた出口部分に至らないようにするために、ノズル１０５と出口部分との間に、灰を重力沈降させる壁を設けるようにしても良い。また、燃焼室１ｄを円筒形にして、接線方向から回転筒部材１ａのノズル１０５を接続することで、灰が含まれた高温加圧燃焼ガスを燃焼室１ｄ内で回転するようにし、遠心力で灰を沈降させるようにしても良い。
なお、図示しないが、燃焼室１ｄに、固体燃料の燃焼により発生した灰が、燃焼室１ｄに設けられた出口部分に至らないようにするために、ノズル１０５と出口部分との間に、灰を重力沈降させる壁を設けるようにしても良い。また、燃焼室１ｄを円筒形にして、接線方向から回転筒部材１ａのノズル１０５を接続することで、灰が含まれた高温加圧燃焼ガスを燃焼室１ｄ内で回転するようにし、遠心力で灰を沈降させるようにしても良い。
【0033】
そして、燃焼器１は、図示しないが、点火用バーナーも有している。点火用バーナーは、例えばＬＰガスを燃焼させるバーナーであって、バーナーノズルの先端を内筒１０３内に臨む形態に配設することで、固体燃料の着火をできるように設けられている。そして、固体燃料が点火された後は、点火用バーナーへの燃料の供給を止めて、コンプレッサ４ｂによる送風機能のみを利用してもよい。この送風機能によれば、火吹き竹の原理で燃焼空気を内筒１０３へ好適に供給でき、固体燃料の燃焼効率を高めることができる。
【0034】
１．１．２．燃料ホッパー２
燃料ホッパー２は、燃焼器１に供給される固体燃料を貯留するものであり、固体燃料を貯留するじょうご型の燃料タンクで構成されている。そして、燃料タンクの下端口は、燃焼器１における燃料供給部材１ｃの弁１１９に接続されている。
燃料ホッパー２は、燃焼器１に供給される固体燃料を貯留するものであり、固体燃料を貯留するじょうご型の燃料タンクで構成されている。そして、燃料タンクの下端口は、燃焼器１における燃料供給部材１ｃの弁１１９に接続されている。
【0035】
１．１．３．バグフィルター３
バグフィルター３は、燃焼器１において、固体燃料の燃焼により発生した灰や屑などを除去するためのものであり、通常は、サイクロン・フィルタが用いられる。サイクロン・フィルタは、１ミクロン未満の非常に小さな灰の粒子を除去することができないが、このフィルタが除去できない粒子は、十分に小さいので、下流側に位置するガスタービン４などに対する付着、浸食、腐食の問題は最小限度ですむようになっている。
バグフィルター３は、燃焼器１において、固体燃料の燃焼により発生した灰や屑などを除去するためのものであり、通常は、サイクロン・フィルタが用いられる。サイクロン・フィルタは、１ミクロン未満の非常に小さな灰の粒子を除去することができないが、このフィルタが除去できない粒子は、十分に小さいので、下流側に位置するガスタービン４などに対する付着、浸食、腐食の問題は最小限度ですむようになっている。
【0036】
１．１．４．ガスタービン４
ガスタービン４は、タービン４ａ及びコンプレッサ４ｂを備えるものであり、燃焼器１で生じた高温加圧燃焼ガスによりタービン４ａを駆動し、シャフトを通じて、燃焼器１の燃焼空気として導入される空気を加圧するためのコンプレッサ４ｂを駆動する。具体的には、バグフィルター３を通過した高温加圧燃焼ガスが、ガスタービン４のタービン４ａに侵入し、タービン４ａの羽根に当たることでタービン４ａを駆動すると、シャフトを通じてコンプレッサ４ｂが駆動され、そのコンプレッサ４ｂが空気を取り入れ、圧縮空気を排出するようになっている。また、タービン４ａに流入した高温加圧燃焼ガスは、タービン発電機５に向けて排出されるようになっている。
ガスタービン４は、タービン４ａ及びコンプレッサ４ｂを備えるものであり、燃焼器１で生じた高温加圧燃焼ガスによりタービン４ａを駆動し、シャフトを通じて、燃焼器１の燃焼空気として導入される空気を加圧するためのコンプレッサ４ｂを駆動する。具体的には、バグフィルター３を通過した高温加圧燃焼ガスが、ガスタービン４のタービン４ａに侵入し、タービン４ａの羽根に当たることでタービン４ａを駆動すると、シャフトを通じてコンプレッサ４ｂが駆動され、そのコンプレッサ４ｂが空気を取り入れ、圧縮空気を排出するようになっている。また、タービン４ａに流入した高温加圧燃焼ガスは、タービン発電機５に向けて排出されるようになっている。
【0037】
１．１．５．タービン発電機５
タービン発電機５は、タービン５ａ及び発電機５ｂを備えるものであり、タービン４ａを通過した高温加圧燃焼ガスによりタービン５ａを駆動し、シャフトを通じて、発電機５ｂを駆動する。発電機５ｂは、周知の発電機を用いることができる。また、タービン５ａに流入した高温加圧燃焼ガスは、一次熱交換器６に向けて排出されるようになっている。
タービン発電機５は、タービン５ａ及び発電機５ｂを備えるものであり、タービン４ａを通過した高温加圧燃焼ガスによりタービン５ａを駆動し、シャフトを通じて、発電機５ｂを駆動する。発電機５ｂは、周知の発電機を用いることができる。また、タービン５ａに流入した高温加圧燃焼ガスは、一次熱交換器６に向けて排出されるようになっている。
【0038】
１．１．６．一次熱交換器６
一次熱交換器６は、ガスタービン４のコンプレッサ４ｂから排出される圧縮空気が通る流路６ｂと、タービン発電機５のタービン５ａから排出される高温加圧燃焼ガスが通る流路６ａを有しており、互いに熱交換できるようになっている。このような構造となっているため、ガスタービン４のコンプレッサ４ｂから排出される圧縮空気は、タービン発電機５のタービン５ａから排出される高温加圧燃焼ガスにより加熱され、加熱された圧縮空気が、燃焼器１に排出されるようになっている。これにより、燃焼器１では、予め加熱された圧縮空気を、燃焼空気として利用することができるため、燃焼効率を向上させることができる。また、流路６ａを通過した高温加圧燃焼ガスは、煙突７に向けて排出される。
一次熱交換器６は、ガスタービン４のコンプレッサ４ｂから排出される圧縮空気が通る流路６ｂと、タービン発電機５のタービン５ａから排出される高温加圧燃焼ガスが通る流路６ａを有しており、互いに熱交換できるようになっている。このような構造となっているため、ガスタービン４のコンプレッサ４ｂから排出される圧縮空気は、タービン発電機５のタービン５ａから排出される高温加圧燃焼ガスにより加熱され、加熱された圧縮空気が、燃焼器１に排出されるようになっている。これにより、燃焼器１では、予め加熱された圧縮空気を、燃焼空気として利用することができるため、燃焼効率を向上させることができる。また、流路６ａを通過した高温加圧燃焼ガスは、煙突７に向けて排出される。
【0039】
１．１．７．煙突７
煙突７は、一次熱交換器６から排出される高温加圧燃焼ガスに含まれる灰などを好適に分離するバグフィルター部分を有しており、バグフィルター部分を通過した高温加圧燃焼ガスは、煙突７から大気に排出される。煙突７では、バグフィルター部分を介してから、高温加圧燃焼ガスを大気に排出しているため、大気を汚染する可能性を低減させることができる。
煙突７は、一次熱交換器６から排出される高温加圧燃焼ガスに含まれる灰などを好適に分離するバグフィルター部分を有しており、バグフィルター部分を通過した高温加圧燃焼ガスは、煙突７から大気に排出される。煙突７では、バグフィルター部分を介してから、高温加圧燃焼ガスを大気に排出しているため、大気を汚染する可能性を低減させることができる。
【0040】
１．２．固体燃料の燃焼方法
以下、本発明の第１の実施形態にかかる固体燃料の燃焼方法について、図６を参照して説明する。
図６に示すように、燃焼方法は、燃料供給工程Ｓ１、燃焼工程Ｓ２、集塵工程Ｓ３、圧縮空気生成工程Ｓ４、発電工程Ｓ５、一次熱交換工程Ｓ６、及び、排気工程Ｓ７が含まれたものとなっている。
以下、本発明の第１の実施形態にかかる固体燃料の燃焼方法について、図６を参照して説明する。
図６に示すように、燃焼方法は、燃料供給工程Ｓ１、燃焼工程Ｓ２、集塵工程Ｓ３、圧縮空気生成工程Ｓ４、発電工程Ｓ５、一次熱交換工程Ｓ６、及び、排気工程Ｓ７が含まれたものとなっている。
【0041】
１．２．１．燃料供給工程Ｓ１
燃料供給工程Ｓ１は、燃料ホッパー２内の固体燃料を、燃焼器１における回転筒部材１ａの内筒１０３に供給する工程である。まず、燃料ホッパー２内の固体燃料が、燃焼器１における弁１１９を介して、供給路１１６に供給される。そして、モータ１１８が駆動されることでスクリューコンベヤ１１７が回動し、それにより、供給路１１６に供給された固体燃料は、スクリューコンベヤ１１７により管体１０４を通過し、内筒１０３の内部空間に供給される。次に、モータ１１３が駆動されることで、回転筒部材１ａが回転する。この回転により固体燃料は転動破砕される。また、回転筒部材１ａの内筒１０３内には、粉砕部材が収容されていることから、内筒１０３の内部空間に供給された固体燃料は、内筒１０３の回転に合わせて粉砕部材と衝突を繰り返し、細かく粉砕される。ここで、筒体１０１はノズル１０５が水平面に対して上向きに傾いているので、筒体１０１の回転によっても内筒１０３の内部空間に収容される粉砕部材が飛び出ることはない。
燃料供給工程Ｓ１は、燃料ホッパー２内の固体燃料を、燃焼器１における回転筒部材１ａの内筒１０３に供給する工程である。まず、燃料ホッパー２内の固体燃料が、燃焼器１における弁１１９を介して、供給路１１６に供給される。そして、モータ１１８が駆動されることでスクリューコンベヤ１１７が回動し、それにより、供給路１１６に供給された固体燃料は、スクリューコンベヤ１１７により管体１０４を通過し、内筒１０３の内部空間に供給される。次に、モータ１１３が駆動されることで、回転筒部材１ａが回転する。この回転により固体燃料は転動破砕される。また、回転筒部材１ａの内筒１０３内には、粉砕部材が収容されていることから、内筒１０３の内部空間に供給された固体燃料は、内筒１０３の回転に合わせて粉砕部材と衝突を繰り返し、細かく粉砕される。ここで、筒体１０１はノズル１０５が水平面に対して上向きに傾いているので、筒体１０１の回転によっても内筒１０３の内部空間に収容される粉砕部材が飛び出ることはない。
【0042】
１．２．２．燃焼工程Ｓ２
燃焼工程Ｓ２は、内筒１０３内の固体燃料を燃焼する工程である。燃料供給工程Ｓ１にて、回転筒部材１ａの回転及び粉砕部材により粉砕された固体燃料は、図示されない点火用バーナーにて着火されて燃焼を開始する。なお、点火用バーナーにて着火する際には、モータ１１３の駆動を止めることで、回転筒部材１ａの回転を止めても良い。このとき、固体燃料は、回転筒部材１ａの回転及び粉砕部材によって細かく粉砕されているので、直接燃焼によるガス化が迅速に行われる。また細かく粉砕されていることで残渣や燃え残りが生じにくく、内筒１０３に供給された固体燃料の大半は、内筒１０３での燃焼によってガスが発生しノズル１０５へ浮遊する。
なお、燃焼システムを立ち上げて、内筒１０３内で高温加圧燃焼ガスが安定的に供給されるまでは、回転筒部材１ａのパイプフレーム１０９内を通過する燃焼空気が不安定になってしまうため、例えば送風機などを設けて、強制的に燃焼空気を供給できるようにしても良い。
燃焼工程Ｓ２は、内筒１０３内の固体燃料を燃焼する工程である。燃料供給工程Ｓ１にて、回転筒部材１ａの回転及び粉砕部材により粉砕された固体燃料は、図示されない点火用バーナーにて着火されて燃焼を開始する。なお、点火用バーナーにて着火する際には、モータ１１３の駆動を止めることで、回転筒部材１ａの回転を止めても良い。このとき、固体燃料は、回転筒部材１ａの回転及び粉砕部材によって細かく粉砕されているので、直接燃焼によるガス化が迅速に行われる。また細かく粉砕されていることで残渣や燃え残りが生じにくく、内筒１０３に供給された固体燃料の大半は、内筒１０３での燃焼によってガスが発生しノズル１０５へ浮遊する。
なお、燃焼システムを立ち上げて、内筒１０３内で高温加圧燃焼ガスが安定的に供給されるまでは、回転筒部材１ａのパイプフレーム１０９内を通過する燃焼空気が不安定になってしまうため、例えば送風機などを設けて、強制的に燃焼空気を供給できるようにしても良い。
【0043】
１．２．３．集塵工程Ｓ３
集塵工程Ｓ３は、燃焼工程Ｓ２により発生した高温加圧燃焼ガスに含まれる灰や屑などを除去するための工程である。燃焼工程Ｓ２により発生した高温加圧燃焼ガスは、流路ａを通過し、バグフィルター３に供給される。そして、バグフィルター３により、高温加圧燃焼ガスに含まれる灰や屑などが除去され、高温加圧燃焼ガスは流路ｂに排出される。
集塵工程Ｓ３は、燃焼工程Ｓ２により発生した高温加圧燃焼ガスに含まれる灰や屑などを除去するための工程である。燃焼工程Ｓ２により発生した高温加圧燃焼ガスは、流路ａを通過し、バグフィルター３に供給される。そして、バグフィルター３により、高温加圧燃焼ガスに含まれる灰や屑などが除去され、高温加圧燃焼ガスは流路ｂに排出される。
【0044】
１．２．４．圧縮空気生成工程Ｓ４
圧縮空気生成工程Ｓ４は、集塵工程Ｓ３を経た高温加圧燃焼ガスを利用して、圧縮空気を生成する工程である。バグフィルター３を通過した高温加圧燃焼ガスは、ガスタービン４のタービン４ａに侵入し、タービン４ａの羽根に当たることでタービン４ａを駆動する。そして、タービン４ａが駆動されると、シャフトを通じてコンプレッサ４ｂが駆動され、そのコンプレッサ４ｂが空気を取り入れ、流路ｆを通じて、圧縮空気を一次熱交換器６に向けて排出するようになっている。また、タービン４ａに流入した高温加圧燃焼ガスは、流路ｃを通じてタービン発電機５に向けて排出されるようになっている。
圧縮空気生成工程Ｓ４は、集塵工程Ｓ３を経た高温加圧燃焼ガスを利用して、圧縮空気を生成する工程である。バグフィルター３を通過した高温加圧燃焼ガスは、ガスタービン４のタービン４ａに侵入し、タービン４ａの羽根に当たることでタービン４ａを駆動する。そして、タービン４ａが駆動されると、シャフトを通じてコンプレッサ４ｂが駆動され、そのコンプレッサ４ｂが空気を取り入れ、流路ｆを通じて、圧縮空気を一次熱交換器６に向けて排出するようになっている。また、タービン４ａに流入した高温加圧燃焼ガスは、流路ｃを通じてタービン発電機５に向けて排出されるようになっている。
【0045】
１．２．５．発電工程Ｓ５
発電工程Ｓ５は、圧縮空気生成工程Ｓ４において、タービン４ａから流路ｃを通じて排出された高温加圧燃焼ガスにより発電を行う工程である。流路ｃを通過した高温加圧燃焼ガスにより、タービン発電機５のタービン５ａを駆動し、シャフトを通じて、発電機５ｂを駆動する。また、タービン５ａに流入した高温加圧燃焼ガスは、流路ｄを通じて一次熱交換器６に向けて排出されるようになっている。
発電工程Ｓ５は、圧縮空気生成工程Ｓ４において、タービン４ａから流路ｃを通じて排出された高温加圧燃焼ガスにより発電を行う工程である。流路ｃを通過した高温加圧燃焼ガスにより、タービン発電機５のタービン５ａを駆動し、シャフトを通じて、発電機５ｂを駆動する。また、タービン５ａに流入した高温加圧燃焼ガスは、流路ｄを通じて一次熱交換器６に向けて排出されるようになっている。
【0046】
１．２．６．一次熱交換工程Ｓ６
一次熱交換工程Ｓ６は、発電工程Ｓ５を経た高温加圧燃焼ガスの熱を、圧縮空気生成工程Ｓ４にて生成された圧縮空気に与える工程である。一次熱交換器６において、流路６ｂを通過する、ガスタービン４のコンプレッサ４ｂから流路ｆを通じて排出される圧縮空気が、流路６ａを通過する、タービン発電機５のタービン５ａから流路ｄを通じて排出される高温加圧燃焼ガスにより加熱され、加熱された圧縮空気が、流路ｇを通じて燃焼器１に向けて排出されるようになっている。また、流路６ａを通過する高温加圧燃焼ガスは、流路ｅを通じて排出される。
一次熱交換工程Ｓ６は、発電工程Ｓ５を経た高温加圧燃焼ガスの熱を、圧縮空気生成工程Ｓ４にて生成された圧縮空気に与える工程である。一次熱交換器６において、流路６ｂを通過する、ガスタービン４のコンプレッサ４ｂから流路ｆを通じて排出される圧縮空気が、流路６ａを通過する、タービン発電機５のタービン５ａから流路ｄを通じて排出される高温加圧燃焼ガスにより加熱され、加熱された圧縮空気が、流路ｇを通じて燃焼器１に向けて排出されるようになっている。また、流路６ａを通過する高温加圧燃焼ガスは、流路ｅを通じて排出される。
【0047】
そして、一次熱交換工程Ｓ６を経て燃焼器１に向けて排出された加熱圧縮空気は、燃焼工程Ｓ２において燃焼空気として利用される。加熱圧縮空気は、図３に示されるように、加熱空気ａ０として燃焼器１における支持部材１ｂの燃焼空気入口１１４から取り込まれ、送気路１１５を通過して、通風口１０８に供給される。通風口１０８に供給された加熱空気ａ０は、二次加熱空気ａ２として、内筒１０３と外筒１０２との隙間である通風路１０７を経由して、ノズル１０５の内部空間に供給されると共に、図４、５に示される吸気口１２７からパイプフレーム１０９に取り入れられた加熱空気ａ０は、一次加熱空気ａ１として、内筒１０３の内部空間に供給される。なお、送気路１１５を通過する加熱空気ａ０の熱が軸受１１２やモータ１１３などの回転部材まで伝達しようとするが、送気路１１５のうち、少なくとも回転部材と対する部分に、断熱材１２０を設けているため、回転部材は長時間稼動させても焼き付くことがない。
【0048】
パイプフレーム１０９を経由して内筒１０３の内部空間に供給された一次加熱空気ａ１により、粉砕された固体燃料は部分的に燃焼し、その発生した熱で内筒１０３内の温度がおよそ２００～６００℃に上昇し、固体燃料に含まれる揮発成分が熱分解してガス化する。固体燃料は、回転筒部材１ａの回転及び粉砕部材で粉砕されているから、揮発成分が熱分解し易くなってガス化が迅速に行われる。しかし、供給される空気量が多くないから内筒１０３の内部空間は低酸素状態に維持され、固体燃料は炎を上げて激しく燃焼することはない。
【0049】
開口部において外筒１０２と内筒１０３との間の開口面積は、吹出口１１０の開口面積以上であり、通風口１０８から取り込まれる空気量のうち、ノズル１０５の内部空間に供給される空気量は、内筒１０３の内部空間に供給される空気量以上である。このため、ノズル１０５における燃焼温度は、内筒１０３における燃焼温度よりも高い。すなわち、ノズル１０５は高温で燃焼する二次燃焼の役割を担う。ノズル１０５に浮遊してきたガスと残渣は、高温で燃焼され灰化する。残渣や燃え残りが少ないので、完全燃焼されタールが生じることも少ない。確実に灰化されるので、灰は迅速にノズル１０５から排出される。
【0050】
そのガスと残渣はノズル１０５へ浮遊し、通風路１０７を通じて多量に供給された空気と混合して完全燃焼し、燃焼ガスと灰がノズル１０５から直に排出する。ノズル１０５の内部空間はおよそ９００～１２００℃の高温となるが、灰は溶融する前にノズル１０５から迅速に排出され、クリンカーは生成され難い。
【0051】
１．２．７．排気工程Ｓ７
排気工程Ｓ７は、一次熱交換工程Ｓ６を経た高温加圧燃焼ガスを、煙突７から大気に排出する工程である。煙突７は、一次熱交換器６から、流路ｅを通じて排出される高温加圧燃焼ガスに含まれる灰を好適に分離するバグフィルター部分を有しており、バグフィルター部分を通過した高温加圧燃焼ガスは、煙突７から大気に排出される。
排気工程Ｓ７は、一次熱交換工程Ｓ６を経た高温加圧燃焼ガスを、煙突７から大気に排出する工程である。煙突７は、一次熱交換器６から、流路ｅを通じて排出される高温加圧燃焼ガスに含まれる灰を好適に分離するバグフィルター部分を有しており、バグフィルター部分を通過した高温加圧燃焼ガスは、煙突７から大気に排出される。
【0052】
１．３．効果
第１の実施形態の燃焼装置は、以上に詳述したような構成を有するため、固体燃料を燃焼させたことで生じる灰やタールなどによるガスタービン４などへの悪影響を低減させること、予熱された加圧空気を燃焼器１に供給することにより、燃焼効率を向上させること、及び、予熱された加圧空気による、軸受１１２やモータ１１３などの回転部材への悪影響を低減させること、が可能な燃焼システムを提供することができる。
第１の実施形態の燃焼装置は、以上に詳述したような構成を有するため、固体燃料を燃焼させたことで生じる灰やタールなどによるガスタービン４などへの悪影響を低減させること、予熱された加圧空気を燃焼器１に供給することにより、燃焼効率を向上させること、及び、予熱された加圧空気による、軸受１１２やモータ１１３などの回転部材への悪影響を低減させること、が可能な燃焼システムを提供することができる。
【0053】
２．第２の実施形態
２．１．全体構成
以下、第２の実施形態にかかる燃焼システムの全体構成について、図７～９を参照して説明する。
図７に示すように、本発明の第２の実施形態にかかる燃焼システムは、燃焼器１、燃料ホッパー２、バグフィルター３、ガスタービン４、タービン発電機５、一次熱交換器６、煙突７とから構成されている。
第２の実施形態は、図８、９に示すように、燃焼器１における燃焼室１ｄの出口部分に、エゼクタ１ｅを設けている点、及び、一次熱交換器６を経由した加熱圧縮空気が、燃焼器１における支持部材１ｂの燃焼空気入口１１４だけでなく、エゼクタ１ｅにも供給されている点が、第１の実施形態と異なる。これらの点以外の構成については、第１の実施形態と同じであるため、説明は割愛する。
２．１．全体構成
以下、第２の実施形態にかかる燃焼システムの全体構成について、図７～９を参照して説明する。
図７に示すように、本発明の第２の実施形態にかかる燃焼システムは、燃焼器１、燃料ホッパー２、バグフィルター３、ガスタービン４、タービン発電機５、一次熱交換器６、煙突７とから構成されている。
第２の実施形態は、図８、９に示すように、燃焼器１における燃焼室１ｄの出口部分に、エゼクタ１ｅを設けている点、及び、一次熱交換器６を経由した加熱圧縮空気が、燃焼器１における支持部材１ｂの燃焼空気入口１１４だけでなく、エゼクタ１ｅにも供給されている点が、第１の実施形態と異なる。これらの点以外の構成については、第１の実施形態と同じであるため、説明は割愛する。
【0054】
２．１．１．エゼクタ１ｅ
エゼクタ１ｅは、ポンプ等の機械的駆動に頼らずに、燃焼器１における燃焼室１ｄ内の高温燃焼ガスを取り込むものである。エゼクタ１ｅは、図９に示されるように、一次熱交換器６を経由した加熱圧縮空気が通過し、下流側に向かって断面が小さくなるテーバ状のノズル１２２と、燃焼室１ｄ内の高温燃焼ガスを吸引する吸引口１２１と、加熱圧縮空気と高温燃焼ガスを混合する混合部を有している。
エゼクタ１ｅは、ポンプ等の機械的駆動に頼らずに、燃焼器１における燃焼室１ｄ内の高温燃焼ガスを取り込むものである。エゼクタ１ｅは、図９に示されるように、一次熱交換器６を経由した加熱圧縮空気が通過し、下流側に向かって断面が小さくなるテーバ状のノズル１２２と、燃焼室１ｄ内の高温燃焼ガスを吸引する吸引口１２１と、加熱圧縮空気と高温燃焼ガスを混合する混合部を有している。
【0055】
２．２．固体燃料の燃焼方法
以下、本発明の第２の実施形態にかかる固体燃料の燃焼方法について、図６を参照して説明する。
図６に示すように、固体燃料の燃焼方法は、燃料供給工程Ｓ１、燃焼工程Ｓ２、集塵工程Ｓ３、圧縮空気生成工程Ｓ４、発電工程Ｓ５、一次熱交換工程Ｓ６、及び、排気工程Ｓ７が含まれたものとなっている。
第２の実施形態における固体燃料の燃焼方法は、第１の実施形態における固体燃料の燃焼方法のうち、主に一次熱交換工程Ｓ６を経た後の燃焼工程Ｓ２が異なるのみであるため、それ以外の工程については、説明は割愛する。
以下、本発明の第２の実施形態にかかる固体燃料の燃焼方法について、図６を参照して説明する。
図６に示すように、固体燃料の燃焼方法は、燃料供給工程Ｓ１、燃焼工程Ｓ２、集塵工程Ｓ３、圧縮空気生成工程Ｓ４、発電工程Ｓ５、一次熱交換工程Ｓ６、及び、排気工程Ｓ７が含まれたものとなっている。
第２の実施形態における固体燃料の燃焼方法は、第１の実施形態における固体燃料の燃焼方法のうち、主に一次熱交換工程Ｓ６を経た後の燃焼工程Ｓ２が異なるのみであるため、それ以外の工程については、説明は割愛する。
【0056】
２．２．１．燃焼工程Ｓ２
燃焼工程Ｓ２は、内筒１０３内の固体燃料を燃焼する工程である点では、第１の実施形態と同じである。第２の実施形態では、燃焼室１ｄの出口部分にエゼクタ１ｅが付いているため、効率的に、ノズル１０５において発生した高温燃焼ガスが下流側に運ばれる。具体的には、一次熱交換器６を経由した加熱圧縮空気が、テーバ状のノズル１２２を通過すると、エゼクタ１ｅ内部の圧力が低下するため、それにより燃焼室１ｄ内の高温燃焼ガスが吸引口１２１から吸引される。吸引された高温燃焼ガスは、混合部にて、加熱圧縮空気と混合され、下流側に運ばれる。
燃焼工程Ｓ２は、内筒１０３内の固体燃料を燃焼する工程である点では、第１の実施形態と同じである。第２の実施形態では、燃焼室１ｄの出口部分にエゼクタ１ｅが付いているため、効率的に、ノズル１０５において発生した高温燃焼ガスが下流側に運ばれる。具体的には、一次熱交換器６を経由した加熱圧縮空気が、テーバ状のノズル１２２を通過すると、エゼクタ１ｅ内部の圧力が低下するため、それにより燃焼室１ｄ内の高温燃焼ガスが吸引口１２１から吸引される。吸引された高温燃焼ガスは、混合部にて、加熱圧縮空気と混合され、下流側に運ばれる。
【0057】
２．３．効果
第２の実施形態の燃焼装置は、以上に詳述したような構成を有するため、第１の実施形態により奏する効果に加え、エゼクタ１ｅにより、燃焼室１ｄ内の高温加圧燃焼ガスを、より効率的に下流側に供給することができる。
第２の実施形態の燃焼装置は、以上に詳述したような構成を有するため、第１の実施形態により奏する効果に加え、エゼクタ１ｅにより、燃焼室１ｄ内の高温加圧燃焼ガスを、より効率的に下流側に供給することができる。
【0058】
３．第３の実施形態
３．１．全体構成
以下、第３の実施形態にかかる燃焼システムの全体構成について、図１０～１６を参照して説明する。
図１０に示すように、本発明の第３の実施形態にかかる燃焼システムは、燃焼器１、燃料ホッパー２、ガスタービン４、タービン発電機５、一次熱交換器６、煙突７とから構成されている。
第３の実施形態は、図１０及び図１１に示すように、主に、燃焼器１に、二次熱交換器１ｆを設けている点、バグフィルター３を設けていない点、燃焼室１ｄから排出される高温燃焼ガスが、一次熱交換器６に供給されている点、及び、タービン発電機５のタービン５ａから排出される加熱圧縮空気が、一次熱交換器６を介さずに、加熱空気ａ０として燃焼器１に供給されている点が、第１の実施形態と異なる。
そして、燃焼器１の構成以外は、第１の実施形態とほぼ同じであるため、説明は割愛する。
３．１．全体構成
以下、第３の実施形態にかかる燃焼システムの全体構成について、図１０～１６を参照して説明する。
図１０に示すように、本発明の第３の実施形態にかかる燃焼システムは、燃焼器１、燃料ホッパー２、ガスタービン４、タービン発電機５、一次熱交換器６、煙突７とから構成されている。
第３の実施形態は、図１０及び図１１に示すように、主に、燃焼器１に、二次熱交換器１ｆを設けている点、バグフィルター３を設けていない点、燃焼室１ｄから排出される高温燃焼ガスが、一次熱交換器６に供給されている点、及び、タービン発電機５のタービン５ａから排出される加熱圧縮空気が、一次熱交換器６を介さずに、加熱空気ａ０として燃焼器１に供給されている点が、第１の実施形態と異なる。
そして、燃焼器１の構成以外は、第１の実施形態とほぼ同じであるため、説明は割愛する。
【0059】
３．１．１．燃焼器１
【0060】
第３の実施形態にかかる燃焼器１は、図１１に示すように、回転筒部材１ａ、支持部材１ｂ、燃料供給部材１ｃ、燃焼室１ｄ、及び、二次熱交換器１ｆから構成されている。以下、主に第１の実施形態と異なる構成について説明する。
回転筒部材１ａは、図１２～図１５に示すように、
閉塞部に形成され、内筒１０３と外筒１０２との隙間を通風路１０７として経由して支持部材１ｂの内部空間に空気を供給する通風口１０８と、
内筒１０３の壁面に、通風路１０７と連通し、軸方向に伸びて設けられる複数本の第２パイプフレーム１２３と、
第２パイプフレーム１２３の外筒１０２側に複数箇所形成され、内筒１０３の内部空間の熱を受け取った二次加熱空気ａ３を通風路１０７に吹き出させる小径の吹出口１２４と、
を更に備えている。
回転筒部材１ａは、図１２～図１５に示すように、
閉塞部に形成され、内筒１０３と外筒１０２との隙間を通風路１０７として経由して支持部材１ｂの内部空間に空気を供給する通風口１０８と、
内筒１０３の壁面に、通風路１０７と連通し、軸方向に伸びて設けられる複数本の第２パイプフレーム１２３と、
第２パイプフレーム１２３の外筒１０２側に複数箇所形成され、内筒１０３の内部空間の熱を受け取った二次加熱空気ａ３を通風路１０７に吹き出させる小径の吹出口１２４と、
を更に備えている。
【0061】
第３の実施形態においては、図１３において示されるように、第２パイプフレーム１２３の本数は４本であるが、４本に限定されるものではなく、例えば６本、８本、又は、１０本とすることもできる。
【0062】
支持部材１ｂは、
支持体１１１に設けられた、二次加熱空気ａ３を、外部に送り出す送気口１２５を有し、通風口１０８から取り込まれた加熱空気ａ０を送気口１２５へ送り込む送気路１２６と、
を更に備えている。
支持体１１１に設けられた、二次加熱空気ａ３を、外部に送り出す送気口１２５を有し、通風口１０８から取り込まれた加熱空気ａ０を送気口１２５へ送り込む送気路１２６と、
を更に備えている。
【0063】
なお、燃焼器１における、回転筒部材１ａの通風路１０７及び第２パイプフレーム１２３と支持部材１ｂの送気路１２６が、二次熱交換器１ｆにおける熱を受け取る側の流路を構成している。
【0064】
３．２．固体燃料の燃焼方法
以下、本発明の第３の実施形態にかかる固体燃料の燃焼方法について、図１６を参照して説明する。
図１６に示すように、固体燃料の燃焼方法は、燃料供給工程Ｓ１１、燃焼工程Ｓ１２、二次熱交換工程Ｓ１３、圧縮空気生成工程Ｓ１４、発電工程Ｓ１５、一次熱交換工程Ｓ１６、及び、排気工程Ｓ１７が含まれたものとなっている。
第３の実施形態における固体燃料の燃焼方法のうち、燃料供給工程Ｓ１１については、第１の実施形態における燃料供給工程Ｓ１と同様の工程であるため、説明は割愛する。
以下、本発明の第３の実施形態にかかる固体燃料の燃焼方法について、図１６を参照して説明する。
図１６に示すように、固体燃料の燃焼方法は、燃料供給工程Ｓ１１、燃焼工程Ｓ１２、二次熱交換工程Ｓ１３、圧縮空気生成工程Ｓ１４、発電工程Ｓ１５、一次熱交換工程Ｓ１６、及び、排気工程Ｓ１７が含まれたものとなっている。
第３の実施形態における固体燃料の燃焼方法のうち、燃料供給工程Ｓ１１については、第１の実施形態における燃料供給工程Ｓ１と同様の工程であるため、説明は割愛する。
【0065】
３．２．１．燃焼工程Ｓ１２
燃焼工程Ｓ１２は、内筒１０３内の固体燃料を燃焼する工程である点では、第１の実施形態と同じである。第３の実施形態では、図１０～１２に示すように、燃焼器１により生成された高温加圧燃焼ガスが、流路Ｆから一次熱交換器６に向けて排出されると共に、二次熱交換器１ｆにて利用されることが、第１の実施形態と異なる。
燃焼工程Ｓ１２は、内筒１０３内の固体燃料を燃焼する工程である点では、第１の実施形態と同じである。第３の実施形態では、図１０～１２に示すように、燃焼器１により生成された高温加圧燃焼ガスが、流路Ｆから一次熱交換器６に向けて排出されると共に、二次熱交換器１ｆにて利用されることが、第１の実施形態と異なる。
【0066】
３．２．２．二次熱交換工程Ｓ１３
二次熱交換工程Ｓ１３は、燃焼工程Ｓ１２において内筒１０３内で発生した熱を、燃焼器１における回転筒部材１ａの第２パイプフレーム１２３内を通過する加熱空気ａ０などに与える工程である。
図１１、図１２及び図１５に示すように、回転筒部材１ａの第２パイプフレーム１２３内の加熱空気ａ０は、内筒１０３内で発生する高温加圧燃焼ガスにより加熱され、加熱された空気が、二次加熱空気ａ３として、吹出口１２４から回転筒部材１ａの通風路１０７に排出される。その後、二次加熱空気ａ３は、支持部材１ｂの送気路１２６及び送気口１２５を通過して、流路Ａに排出される。
なお、燃焼システムを立ち上げて、内筒１０３内で高温加圧燃焼ガスが安定的に供給されるまでは、回転筒部材１ａの第２パイプフレーム１２３内を通過する空気が不安定になってしまうため、送風機などを設けて、強制的に第２パイプフレーム１２３内に送気するようにしても良い。
二次熱交換工程Ｓ１３は、燃焼工程Ｓ１２において内筒１０３内で発生した熱を、燃焼器１における回転筒部材１ａの第２パイプフレーム１２３内を通過する加熱空気ａ０などに与える工程である。
図１１、図１２及び図１５に示すように、回転筒部材１ａの第２パイプフレーム１２３内の加熱空気ａ０は、内筒１０３内で発生する高温加圧燃焼ガスにより加熱され、加熱された空気が、二次加熱空気ａ３として、吹出口１２４から回転筒部材１ａの通風路１０７に排出される。その後、二次加熱空気ａ３は、支持部材１ｂの送気路１２６及び送気口１２５を通過して、流路Ａに排出される。
なお、燃焼システムを立ち上げて、内筒１０３内で高温加圧燃焼ガスが安定的に供給されるまでは、回転筒部材１ａの第２パイプフレーム１２３内を通過する空気が不安定になってしまうため、送風機などを設けて、強制的に第２パイプフレーム１２３内に送気するようにしても良い。
【0067】
３．２．３．圧縮空気生成工程Ｓ１４
圧縮空気生成工程Ｓ１４は、二次熱交換工程Ｓ１３を経た二次加熱空気ａ３を利用して、加圧空気を生成する工程である。二次熱交換工程Ｓ１３を経た二次加熱空気ａ３は、ガスタービン４のタービン４ａに侵入し、タービン４ａの羽根に当たることでタービン４ａを駆動すると、シャフトを通じてコンプレッサ４ｂが駆動され、そのコンプレッサ４ｂが空気を取り入れ、流路Ｄを通じて、加圧空気を排出するようになっている。また、タービン４ａに流入した二次加熱空気ａ３は、流路Ｂを通じて排出されるようになっている。
圧縮空気生成工程Ｓ１４は、二次熱交換工程Ｓ１３を経た二次加熱空気ａ３を利用して、加圧空気を生成する工程である。二次熱交換工程Ｓ１３を経た二次加熱空気ａ３は、ガスタービン４のタービン４ａに侵入し、タービン４ａの羽根に当たることでタービン４ａを駆動すると、シャフトを通じてコンプレッサ４ｂが駆動され、そのコンプレッサ４ｂが空気を取り入れ、流路Ｄを通じて、加圧空気を排出するようになっている。また、タービン４ａに流入した二次加熱空気ａ３は、流路Ｂを通じて排出されるようになっている。
【0068】
３．２．４．発電工程Ｓ１５
発電工程Ｓ１５は、圧縮空気生成工程Ｓ１４において、タービン４ａから流路Ｂを通じて排出された二次加熱空気ａ３により発電を行う工程である。流路Ｂを通過した二次加熱空気ａ３により、タービン発電機５のタービン５ａを駆動し、シャフトを通じて、発電機５ｂを駆動する。また、タービン５ａに流入した二次加熱空気ａ３は、流路Ｃ及び流路Ｅを通じて燃焼器１に向けて排出されるようになっている。
発電工程Ｓ１５は、圧縮空気生成工程Ｓ１４において、タービン４ａから流路Ｂを通じて排出された二次加熱空気ａ３により発電を行う工程である。流路Ｂを通過した二次加熱空気ａ３により、タービン発電機５のタービン５ａを駆動し、シャフトを通じて、発電機５ｂを駆動する。また、タービン５ａに流入した二次加熱空気ａ３は、流路Ｃ及び流路Ｅを通じて燃焼器１に向けて排出されるようになっている。
【0069】
３．２．５．一次熱交換工程Ｓ１６
一次熱交換工程Ｓ１６は、燃焼室１ｄから流路Ｆを通じて排出される高温加圧燃焼ガスの熱を、圧縮空気生成工程Ｓ１４にて生成された加圧空気に与える工程である。一次熱交換器６において、ガスタービン４のコンプレッサ４ｂから流路Ｄを通じて排出される加圧空気が、流路６ｂにて、燃焼室１ｄから流路Ｆを通じて排出される高温加圧燃焼ガスにより加熱され、加熱された加圧空気が、流路Ｅを通じて、燃焼器１に排出されるようになっている。また、流路６ａを通過した高温加圧燃焼ガスは、流路Ｇを通じて排出される。
一次熱交換工程Ｓ１６は、燃焼室１ｄから流路Ｆを通じて排出される高温加圧燃焼ガスの熱を、圧縮空気生成工程Ｓ１４にて生成された加圧空気に与える工程である。一次熱交換器６において、ガスタービン４のコンプレッサ４ｂから流路Ｄを通じて排出される加圧空気が、流路６ｂにて、燃焼室１ｄから流路Ｆを通じて排出される高温加圧燃焼ガスにより加熱され、加熱された加圧空気が、流路Ｅを通じて、燃焼器１に排出されるようになっている。また、流路６ａを通過した高温加圧燃焼ガスは、流路Ｇを通じて排出される。
【0070】
そして、一次熱交換工程Ｓ１６を経て燃焼器１に排出された加熱圧縮空気は、燃焼工程Ｓ１２において利用されるが、この点は第１実施形態と同じであるため、説明は割愛する。
【0071】
３．２．６．排気工程Ｓ１７
排気工程Ｓ７は、一次熱交換工程Ｓ１６を経て流路Ｇから排出された高温加圧燃焼ガスを、煙突７から大気に排出する工程である。煙突７は、一次熱交換器６から、流路Ｇを通じて排出される高温加圧燃焼ガスに含まれる灰を好適に分離するバグフィルター部分を有しており、バグフィルター部分を通過した高温加圧燃焼ガスは、煙突７から大気に排出される。
排気工程Ｓ７は、一次熱交換工程Ｓ１６を経て流路Ｇから排出された高温加圧燃焼ガスを、煙突７から大気に排出する工程である。煙突７は、一次熱交換器６から、流路Ｇを通じて排出される高温加圧燃焼ガスに含まれる灰を好適に分離するバグフィルター部分を有しており、バグフィルター部分を通過した高温加圧燃焼ガスは、煙突７から大気に排出される。
【0072】
３．３．効果
第３の実施形態の燃焼装置は、以上に詳述したような構成を有するため、第１の実施形態により奏する効果に加え、二次熱交換器１ｆにより、高温加圧燃焼ガスに含まれる灰やタールなどが、下流側に位置するガスタービン４やタービン発電機５などに付着することを効果的に抑制することができる。その結果、燃焼システム全体の寿命を長くすることが可能となる。
第３の実施形態の燃焼装置は、以上に詳述したような構成を有するため、第１の実施形態により奏する効果に加え、二次熱交換器１ｆにより、高温加圧燃焼ガスに含まれる灰やタールなどが、下流側に位置するガスタービン４やタービン発電機５などに付着することを効果的に抑制することができる。その結果、燃焼システム全体の寿命を長くすることが可能となる。
【0073】
４．その他の実施形態
上記の実施形態においては、燃焼システムにおいて、タービン発電機５を用いて発電する構成を採用したが、発電する構成に限らず、熱水を生成する給湯システム、温風を生成する温調システム、及び、高温による殺菌を行う殺菌システムなどを構築することも可能である。これにより、本発明の燃焼システムを、幅広い用途で使用することができる。
上記の実施形態においては、燃焼システムにおいて、タービン発電機５を用いて発電する構成を採用したが、発電する構成に限らず、熱水を生成する給湯システム、温風を生成する温調システム、及び、高温による殺菌を行う殺菌システムなどを構築することも可能である。これにより、本発明の燃焼システムを、幅広い用途で使用することができる。
【0074】
また、上記の実施形態においては、コンプレッサ４ｂを駆動するためのタービン４ａと、発電機５ｂを駆動するためのタービン５ａとで、別々のタービンを用いる構成を採用したが、この構成に限らず、図１７に示されるように、コンプレッサ４ｂと発電機を、一つのタービン４ａにて駆動する構成を採用することも可能である。これにより、燃焼システム全体の構造を、簡素化させることができる。
【0075】
更に、上記の実施形態においては、供給路１１６が、管体１０４の後端口に当接する構成を採用したが、図１８に示されるように、供給路１１６を、内筒１０３の内部空間まで連通させる構成を採用することも可能である。これにより、固体燃料が通過する経路に存在していた、接続箇所が無くなるため、接続箇所に固体燃料が溜まり、固体燃料の供給に支障が出るリスクを回避することが可能となる。
【0076】
そして、上記の実施形態においては、一次熱交換器６は、ガスタービン４のコンプレッサ４ｂから排出される圧縮空気が通る流路６ｂと、タービン発電機５のタービン５ａから排出される高温加圧燃焼ガスが通る流路６ａを有しており、互いに熱交換できるようになっている構成を採用したが、これに限らず、他の熱源により、ガスタービン４のコンプレッサ４ｂから排出される圧縮空気に熱を加える構成としても良い。他の熱源としては、例えば、他のシステムで生じする蒸気、熱水、又は、熱風などが挙げられる。
【0077】
第１の実施形態においては、内筒１０３と外筒１０２との隙間を通風路１０７として利用する構成を採用したが、図１９及び図２０に示すように、内筒１０３と外筒１０２との隙間を、ＳｉＣ（炭化ケイ素）などの耐火材で構成される内筒１０３よりも、柔軟性のある断熱材１２８で埋める構成を採用しても良い。この構成を採用する場合には、図２１に示すように、パイプフレーム１０９に導入する加熱空気ａ０は、パイプフレーム１０９の根本から導入するようにし、ノズル１０５に向かう二次加熱空気ａ２は、パイプフレーム１０９の先端から排出するようにすることが好ましい。内筒１０３と外筒１０２との隙間を、柔軟性のある断熱材１２８で埋めることにより、断熱材１２８が緩衝材として機能し、回転筒部材１ａが回転することによる振動などにより、内筒１０３が破損する危険性を軽減することができる。
【0078】
第２の実施形態においては、燃焼器１における燃焼室１ｄの出口部分に、エゼクタ１ｅを設ける構成を採用したが、図２２に示されるように、燃焼器１における支持部材１ｂに、出口部分（吸引口１２１）を設け、その出口部分にエゼクタ１ｅを設ける構成としても良い。この場合には、高温加圧燃焼ガスａ４が、支持部材１ｂを経由して、吸引口１２１に至る。これにより、燃焼器１をよりコンパクトに形成することが可能となる。
【0079】
第３の実施形態においては、燃焼器１の下流側且つガスタービン４の上流側に、バグフィルター３を設けていないが、よりクリーンな二次加熱空気ａ３を供給して、燃焼システムの寿命を向上させることを目的として、バグフィルター３を設けるようにしても良い。
【0080】
また、第３の実施形態においては、燃焼室１ｄの出口部分にエゼクタを設けていないが、より効率的に高温加圧燃焼ガスを供給することを目的として、エゼクタを設けるようにしても良い。
【0081】
更に、第３の実施形態においては、タービン５ａに流入した二次加熱空気ａ３は、流路Ｃ及びＥを通じて燃焼器１に向けて排出されるようになっているが、タービン５ａに流入した二次加熱空気ａ３を、一次熱交換器６における流路６ａを経由、又は、流路Ｇを介して、煙突７から排出するようにしても良い。また、タービン５ａに流入した二次加熱空気ａ３を、流路Ｃを通じて燃焼器１に向けて排出するか、一次熱交換器６を経由して煙突７から排出するかを切り替えられるようにしても良い。
【符号の説明】
【0082】
１ ：燃焼器
１ａ ：回転筒部材
１ｂ ：支持部材
１ｃ ：燃料供給部材
１ｄ ：燃焼室
１ｅ ：エゼクタ
１ｆ ：二次熱交換器
２ ：燃料ホッパー
３ ：バグフィルター
４ ：ガスタービン
４ａ ：タービン
４ｂ ：コンプレッサ
５ ：タービン発電機
５ａ ：タービン
５ｂ ：発電機
６ ：一次熱交換器
６ａ ：流路
６ｂ ：流路
７ ：煙突
１０１ ：筒体
１０２ ：外筒
１０３ ：内筒
１０４ ：管体
１０５ ：ノズル
１０６ ：耐火層
１０７ ：通風路
１０８ ：通風口
１０９ ：パイプフレーム
１１０ ：吹出口
１１１ ：支持体
１１２ ：軸受
１１３ ：モータ
１１４ ：燃焼空気入口
１１５ ：送気路
１１６ ：供給路
１１７ ：スクリューコンベヤ
１１８ ：モータ
１１９ ：弁
１２０ ：断熱材
１２１ ：吸引口
１２２ ：ノズル
１２３ ：第２パイプフレーム
１２４ ：吹出口
１２５ ：送気口
１２６ ：送気路
１２７ ：吸気口
１２８ ：断熱材
１ａ ：回転筒部材
１ｂ ：支持部材
１ｃ ：燃料供給部材
１ｄ ：燃焼室
１ｅ ：エゼクタ
１ｆ ：二次熱交換器
２ ：燃料ホッパー
３ ：バグフィルター
４ ：ガスタービン
４ａ ：タービン
４ｂ ：コンプレッサ
５ ：タービン発電機
５ａ ：タービン
５ｂ ：発電機
６ ：一次熱交換器
６ａ ：流路
６ｂ ：流路
７ ：煙突
１０１ ：筒体
１０２ ：外筒
１０３ ：内筒
１０４ ：管体
１０５ ：ノズル
１０６ ：耐火層
１０７ ：通風路
１０８ ：通風口
１０９ ：パイプフレーム
１１０ ：吹出口
１１１ ：支持体
１１２ ：軸受
１１３ ：モータ
１１４ ：燃焼空気入口
１１５ ：送気路
１１６ ：供給路
１１７ ：スクリューコンベヤ
１１８ ：モータ
１１９ ：弁
１２０ ：断熱材
１２１ ：吸引口
１２２ ：ノズル
１２３ ：第２パイプフレーム
１２４ ：吹出口
１２５ ：送気口
１２６ ：送気路
１２７ ：吸気口
１２８ ：断熱材
【要約】
【課題】固体燃料を直接燃焼させる燃焼システムにおいて、燃焼効率を向上させることが可能な燃焼システムを提供する。
【解決手段】加圧空気を生み出すコンプレッサ４ｂと、固体燃料の直接燃焼により高温加圧燃焼ガスを発生させる燃焼器１と、前記加圧空気を加熱する一次熱交換器６と、を少なくとも備える燃焼システムであって、前記燃焼器１は、回転筒部材１ａと、前記回転筒部材を支持する支持部材１ｂと、を備え、前記燃焼システムは、前記燃焼器１に、前記コンプレッサ４ｂで加圧され、且つ、前記一次熱交換器６で加熱された空気を、燃焼空気として供給する。
【選択図】図１
【解決手段】加圧空気を生み出すコンプレッサ４ｂと、固体燃料の直接燃焼により高温加圧燃焼ガスを発生させる燃焼器１と、前記加圧空気を加熱する一次熱交換器６と、を少なくとも備える燃焼システムであって、前記燃焼器１は、回転筒部材１ａと、前記回転筒部材を支持する支持部材１ｂと、を備え、前記燃焼システムは、前記燃焼器１に、前記コンプレッサ４ｂで加圧され、且つ、前記一次熱交換器６で加熱された空気を、燃焼空気として供給する。
【選択図】図１
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
