JP2009024900A - ボイラ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】オガクズを燃料として安定的に燃焼させて運転することができ、これによりオガクズの有効利用を図ると共に、二酸化炭素や窒素酸化物等、環境負荷が大きいガスの排出量が少なく、運転費用を安価に抑えることができるボイラ装置を提供する。
【解決手段】ボイラ装置(B)はオガクズを燃料とする燃焼装置(1)と熱交換器(2)を備えている。燃焼装置(1)は、燃焼室(10)と燃料を供給する供給管(37)及び供給管(37)の下方に配されている燃料受部材(16)を備えている。供給管(37)は、排出口(370)が燃料受部材(16)へ向け開口され、排出口(370)は内部の燃料にブリッジが形成されやすいように下方向へ狭小になるよう形成されている。燃料受部材(16)は、階段状の複数の段部材(162)を備えており、各段部材(162)の間には表裏方向へ空気の通り抜けが可能な通気部(163)が設けられている。
【選択図】図2

Description

本発明は、ボイラ装置に関するものである。更に詳しくは、その多くが産業廃棄物として処理されているオガクズを燃料として運転することができ、オガクズの有効利用を図ると共に運転費用を安価に抑えることができるボイラ装置に関する。
例えば温泉地の旅館などでは、温泉水の温度が低い場合には、温泉水を入浴に適した温度まで加温するためにボイラ装置が使用されている。一般的なボイラ装置は、重油や灯油などの石油燃料を使用しているために、燃料費等の運転費用が高い。
また、近年の環境保全に対する意識の高まりから、石油燃料を使用するボイラ装置は、二酸化炭素や窒素酸化物等の環境負荷が大きいガスの排出量が多い点においても問題視されている。
このため、従来より、木の廃材や残材からつくられた木質ペレット等を燃料とし、環境負荷が大きいガスの排出量が少なく、運転費用も安価なボイラ装置が提案されている(例えば特許文献1参照)。
この装置は、ボイラと、ボイラに固形燃料を自動供給する燃料供給装置を備え、ボイラの炉床には炉筒内に一時空気を噴出させる一次空気噴出孔が複数形成され、炉床の中央部には上部が炉筒内に開口する灰出し用円筒体が設けられ、炉筒の側壁には炉筒内に二次空気を噴出させ旋回流を生じさせる二次空気噴出孔が複数形成されており、効率のよい燃焼が可能であるというものである。
また一方で、製材所等で大量に発生するオガクズ(大鋸屑)は、例えば製紙原料や家畜の敷き床あるいは肥料等として一部は利用されているが、粉体で水分を多く含むため取り扱いがしにくい上に燃料としての利用も困難であるため、多くは利用しきれずに産業廃棄物として埋め立て等により処分されている。しかし、重要な資源である木を一部でもこのように無駄に処分することは好ましいことではなく、従来からオガクズを有効に利用する様々な方法が模索されてきた。
特開2005−300022
これらのことから、本発明者は、燃料としてオガクズを使用することによりオガクズを有効利用することの困難性を解消することができ、また二酸化炭素や窒素酸化物等、環境負荷が大きいガスの排出量が少なく、運転費用を安価にすることができるボイラ装置の研究開発に着手し、試行を重ねた。
しかしながら、この研究開発は困難を極め、例えば前記特許文献1に開示された装置は、燃料として木質ペレットのようにある程度乾燥させた粒状の固形燃料を想定した構造となっているので、オガクズのように水分を多く含んだ微細な粉状のものを燃料として使用しても、炉筒内で安定的に燃焼させることは困難であった。
本発明の目的は、その多くが産業廃棄物として処理されているオガクズを燃料として安定的に燃焼させて運転することができ、これによりオガクズの有効利用を図ると共に、二酸化炭素や窒素酸化物等、環境負荷が大きいガスの排出量が少なく、運転費用を安価に抑えることができるボイラ装置を提供することである。
上記課題を解決するために本発明が講じた手段は次のとおりである。
本発明は、
オガクズを燃料とする燃焼装置と熱交換器を備えたボイラ装置であって、
前記燃焼装置は、
燃焼室と、
該燃焼室に燃料を供給する燃料供給口と、
該燃料供給口の下方に配されている燃料受部材と、
を備えており、
前記燃料受部材は、
階段状の複数の段部材を備えており、
該各段部材の間には表裏方向へ空気の通り抜けが可能な通気部が設けられている、
ボイラ装置である。
本発明は、
オガクズを燃料とする燃焼装置と熱交換器を備えたボイラ装置であって、
前記燃焼装置は、
燃焼室と、
該燃焼室に燃料を供給する燃料供給部材と、
該燃料供給部材の下方に配されている燃料受部材と、
を備えており、
前記燃料供給部材は、
排出口が前記燃料受部材へ向け開口され、該排出口は内部の燃料にブリッジが形成されやすいように下方向へ狭小になるよう形成されており、
前記燃料受部材は、
階段状の複数の段部材を備えており、
該各段部材の間には表裏方向へ空気の通り抜けが可能な通気部が設けられている、
ボイラ装置である。
本発明のボイラ装置は、
燃料受部材が複数の構成体からなり、該各構成体は、脊部材と、該脊部材の両側に多段に設けられている段部材を有しており、燃料受部材は前記複数の構成体を段部材が設けられている方向へ分離可能に並設してなるのがより好ましい。
本発明は、
オガクズを燃料とする燃焼装置を有するボイラ装置において、前記燃焼装置にオガクズを供給する方法であって、
燃料が供給される排出口の内部に形成される燃料のブリッジを燃焼室の熱で加熱して乾燥させ、乾燥してブリッジから離れた燃料を、それぞれ通気性が確保された階段状の複数の段部材上に落とすようにした、
ボイラ装置において燃焼装置に燃料のオガクズを供給する方法である。
特許請求の範囲及び明細書にいう「ボイラ装置」の用語は、水を加熱して沸騰させ、加熱蒸気をつくるものの他、高温とはいえない例えば40℃前後の温度の湯をつくるものを含む概念で使用している。
また、特許請求の範囲及び明細書にいう「ブリッジ」の用語は、例えばホッパーのような下方へ窄まった排出口から粉体等を排出する場合、排出口近傍に位置する粉体等にかかる上方からの圧力と下方から支える力がつり合って、粉体等によって天部がドーム状の空間が形成され、粉体等がそれ以上落ちなくなる現象を表す意味で使用している。
(作用)
本発明に係るボイラ装置の作用を説明する。なお、ここでは、説明で使用する各構成要件に、後述する実施の形態において各部に付与した符号を対応させて付与するが、この符号は、特許請求の範囲の各請求項に記載した符号と同様に、あくまで内容の理解を容易にするためであって、各構成要件の意味を上記各部に限定するものではない。
ボイラ装置の燃焼室(10)に燃料供給部材(37)等から粉体燃料であるオガクズが供給されると、オガクズは下方の燃料受部材(16)の上に落ちる。落ちたオガクズは燃料受部材(16)に多段に設けられている複数の段部材(162)の前端部分に少量ずつ載る。
そして、燃焼室(10)内のオガクズに着火されると、オガクズは徐々に延焼する。また、段部材(162)の前端部分に少量ずつ載っているオガクズには通気部(163)により通気が行われるので、効率のよい燃焼が可能であり、オガクズは燃焼室(10)内で他の燃料を必要とせず自燃が可能である。
また、燃料供給部材(37)の排出口(370)でブリッジの発生によって止まっているオガクズは熱によって乾燥し(水分が除去され、あるいは少なくなり)、粉体としての密着性が弱まって少しずつ落下する。落下した乾燥したオガクズは、段部材(162)の前端部分に少量ずつ載って効率よく燃焼する。これによりオガクズの自燃は安定的に継続して行われる。そして、オガクズの自燃により発生する熱によって熱交換器(2)で湯がつくられる。
燃料受部材(16)が複数の構成体(160)からなり、各構成体(160)は、脊部材(161)と、脊部材(161)の両側に多段に設けられている段部材(162)を有しており、燃料受部材(16)は複数の構成体(160)を段部材(162)が設けられている方向へ分離可能に並設してなるボイラ装置は、燃料受部材(16)の分解・組立を容易に行うことができるので、燃焼室(10)内に溜まった灰の掻き出しや内部清掃などのメンテナンスがしやすい。
本発明によれば、その多くが産業廃棄物として処理されているオガクズを燃料として安定的に燃焼させて運転することができ、これによりオガクズの有効利用を図ると共に、二酸化炭素や窒素酸化物等、環境負荷が大きいガスの排出量が少なく、運転費用を安価に抑えることができるボイラ装置を提供することができる。
本発明を図に示した一実施の形態に基づき詳細に説明する。
〔実施の形態〕
図1は本発明に係るボイラ装置の一実施の形態を示す説明図、
図2はボイラ装置の燃焼室の構造を示す断面説明図、
図3は図2におけるA−A断面図、
図4は燃料受部材を構成する構成体の斜視図である。
ボイラ装置Bは、燃焼装置1と熱交換器2を備えている。燃焼装置1には、燃料供給装置3から粉体燃料であるオガクズが供給される。
燃料供給装置3に設けられている、先端に排出口370を有する供給管37は、燃焼装置1を構成する燃料供給部材である。燃料供給装置3の構造については後述する。
燃焼装置1は燃焼室10を備えている。燃焼室10の上部には、一方側(図1で左側)に排気口11が設けられ、他方側(図1で右側)に燃料供給口12が設けられている。
排気口11を構成する平面視ほぼ円形の壁部はウォータージャケット構造を有している。ウォータージャケット13を構成する各壁部の内面間には、熱交換用通水管14が水平方向に、かつ上下方向に所要間隔で四段設けられている。各段の熱交換用通水管14は、各段ごとに交互に直角方向を向くように複数並設されている。また、ウォータージャケット13及び熱交換用通水管14は熱交換器2を構成している。
燃料供給口12を構成する四面の壁部は、耐火煉瓦15で形成されている。燃料供給口12には、後述する燃料供給装置3を構成する供給管37の下端部が挿着されている。供給管37の排出口370は、下方に配されている燃料受部材16へ向け開口されており、排出口370近傍は、排出される粉体燃料にブリッジが形成されやすいように、一組の相対向する傾斜板371、372(図2で左右側)が下方向へ狭小になるよう傾斜して形成されている。排出口370近傍部分は、前記のように燃料供給部材を構成するものである。
傾斜板371、372は、鉛直方向に対して窄まる方向へそれぞれ15°傾斜して設けられている。この角度は15°に限定されるものではなく、例えば5°〜15°の範囲で適宜設定可能である。なお、5°未満であればオガクズの排出側にブリッジが形成されない傾向があり、15°を超えるとブリッジが強すぎてオガクズが乾燥しても(水分が除去され、あるいは少なくなっても)落ちにくい傾向があり、いずれも好ましくない。
燃料受部材16は、同じ形状の複数の構成体160からなる。各構成体160は、図1、図2、図3に示すように「ヘ」字状に形成された縦板状の脊部材161を備えている。脊部材161の前端部(図2で左側端部)の上部側の傾斜部は、前記傾斜板372とほぼ平行、すなわち鉛直方向に対し前方側へ15°傾斜させてある。この角度はこの角度は15°に限定されるものではなく、例えば10°〜25°の範囲で適宜設定可能である。なお、10°未満であれば後述する各段部材162の前端部にオガクズがたまりにくくなり、25°を超えると逆にオガクズがたまる量が多すぎて、いずれも燃焼が安定しない傾向がある。
また、脊部材161の前端部の上部側傾斜部と下部側傾斜部が成す角度は、160°に形成されている。この角度は160°に限定されるものではないが、例えば脊部材161の前端部の上部側傾斜部の角度が前記角度(15°)である場合、145°〜165°の範囲で設定するのが好ましい。
脊部材161の両側(板の表裏側:図3で上下側)には、羽根板状の段部材162が脊部材161の高さ方向(長手方向)に所要間隔で多段に設けられている(特に図4参照)。各段部材162の前後端部(図2で左右端部)は、脊部材161の前後端辺部まで設けられているので、各段部材162は、上に行くにしたがって前端部が後方へ下がる階段状になっている。また、各段部材162は、図2に示すように取付状態においてほぼ水平方向になるよう設けられているが、各方向へ多少傾斜していてもよい。
各構成体160は、脊部材161の上端部裏側に設けられている掛具169を後壁側の耐火煉瓦15の突起150に掛け、さらに下端部を底板17に載置し立て掛けてある。各構成体160の上端部は、図2に示すように前記後側の傾斜板372の裏側空間部に位置させてある。なお、脊部材161は本実施の形態では「ヘ」字状に所要角度で折れ曲がるように形成されているが、各段部材162が階段状であれば、図2で右側へ膨らむように円弧状に湾曲させて形成してもよいし、直線的に傾斜させて形成してもよい。
各構成体160の脊部材161の上部前面側は、後側の傾斜板372と平行に設けられているが、互いの角度は異なっていてもよい。各構成体160の脊部材161の下部前面側は、上部前面側より緩い傾斜になっている。なお、各段部材162は、脊部材161の前後方向の全幅と同じ長さに設けられているが、これに限定はされない。
各構成体160は、図3に示すように、段部材162が設けられている方向(図3で上下方向)へ各段部材162の先端同士が実質的に当接するようにして分離可能に並設されており、これにより燃料受部材16が構成されている。燃料受部材16には、隣り合う各脊部材161と上下の各段部材162によって多数の通気部163が形成されている。各通気部163では、燃料受部材16の表裏方向(図1、図2で左右方向)へ空気の通り抜けが可能である。なお、燃料受部材16は、複数の構成体160からなる構造に限定されるものではなく、一体的に形成することもできる。
前記底板17の前方(図2で左方)には平面視ほぼ円形状の凹部170が設けられている。凹部170を形成する縁部171、172には、長さが異なる角棒状の耐火煉瓦18を図3において上下方向に所要間隔で載置並設することによりロストル180が形成されている。各耐火煉瓦18は、図2に示すように前方側へ所要角度で上り傾斜させてある。
なお、ウォータージャケット13のうち図2において奥側を貫通して通気口130が設けられており、後側の耐火煉瓦15を貫通して燃料受部材16の後方に通気口151が設けられている。通気口130には蓋131が、通気口151には蓋152が開閉可能に設けられており、通気口130、151はそれぞれ灰の掻き出し口として兼用される。通気口130、151には、ファンを設けることもできる。
燃焼室10の排気口11の上部には、熱交換器ブロック20、21が重ねて設けられている。下段の熱交換器ブロック20は、四角筒状に形成されており、四面の壁部はウォータージャケット構造を有している。ウォータージャケット22を構成する各壁部の内面間には、熱交換用通水管23が水平方向に、かつ上下方向に所要間隔で三段設けられている。各段の熱交換用通水管23は、各段ごとに交互に直角方向を向くように複数並設されている。
また、上段の熱交換器ブロック21は、上部に天壁を有する四角筒状に形成されており、天壁と四面の壁部はウォータージャケット構造を有している。ウォータージャケット24を構成する各壁部の内面間には、熱交換用通水管25が水平方向に、かつ上下方向に所要間隔で三段設けられている。各段の熱交換用通水管25は、各段ごとに交互に直角方向を向くように複数並設されている。
熱交換器ブロック20、21は、前記燃焼室10のウォータージャケット13及び熱交換用通水管14と共に熱交換器2を構成している。
燃焼室10のウォータージャケット13と熱交換器ブロック20のウォータージャケット22は通水管26でつながれている。熱交換器ブロック20のウォータージャケット22と熱交換器ブロック21のウォータージャケット24は通水管27でつながれている。また、ウォータージャケット13の下部には導水管28が接続されており、ウォータージャケット24の天壁部分には、排水管29が接続されている。排水管29の接続側には、排出される湯の温度を検出する水温センサ291が設けられている。
熱交換器ブロック21の天壁には、天壁の中央部を貫通して排気筒4が立設されている。排気筒4の中間部は、台フレーム30に固定されている。排気筒4の基部(熱交換器ブロック21の上部出口)の近傍内部には、回動することにより通気量を調節するためのダンパー40が設けられている。ダンパー40は制御モータ41で駆動され、制御モータ41は水温センサ291からの情報を基に制御されるようになっている。
燃焼室10に粉体燃料であるオガクズを供給する燃料供給装置3は、台フレーム30を備えている。台フレーム30のうち、ボイラ装置Bの上方には、第2貯留タンク31が取り付けられている。また、符号32は第1貯留タンクで、第1貯留タンク32の底部と前記第2貯留タンク31の上部は送給管33により接続されている。送給管33の中間部には、第1貯留タンク32に収容されている粉体燃料であるオガクズを第2貯留タンク31へ送給するブロワ34を備えている。
第2貯留タンク31の底部には、四角筒状の排出管35が鉛直方向に接続されている。排出管35の下端には、調整管36を介して供給管37が鉛直方向に接続されている。調整管36は、排出管35と供給管37の水平方向の位置のずれに対応できるように、変形性を有する素材、例えばキャンバス(厚手の布)で形成されているが、他の素材でもよい。
供給管37の下端部は、前記したように、燃焼室10の燃料供給口12に燃焼室10内の熱気が漏れないようにして挿着されている。なお、第2貯留タンク31の周壁上端部には、粉体燃料の上限を制御する上限センサ310が設けられており、排出管35の下端には粉体燃料の下限を制御する下限センサ350が設けられている。
(作用)
図1ないし図4を参照して本実施の形態のボイラ装置Bの作用を説明する。
燃料供給装置3の第1貯留タンク32に貯留されているオガクズが送給管33を通り第2貯留タンク31へ適量送給される。第2貯留タンク31のオガクズの量は、下限センサ350の高さと上限センサ310の高さの間で制御されている。
第2貯留タンク31内のオガクズは、排出管35、調整管36、供給管37を順に通り燃焼室10内へ供給される。オガクズは生木由来の水分または湿気があり、ある量のオガクズが落下した後、供給管37の排出口370内部近傍で傾斜板371、372の作用によりブリッジが形成されており、これによりオガクズの下方への落下が止まっている。
前記落下したオガクズは、下方の燃料受部材16の上に落ちており、燃料受部材16に多段に設けられている多数の段部材162の前端部分に少量ずつ載っている(図2参照)。
そして、燃焼室10内のオガクズに着火されると、オガクズは徐々に延焼する。また、各段部材162の前端部分に少量ずつ載っているオガクズには通気部163により通気が行われる(必要に応じて、通気口130、151が開けられる)ので、効率のよい燃焼が可能であり、オガクズは燃焼室10内で他の燃料を必要とせず自燃が可能である。
また、前記したように供給管37の排出口370内部近傍でブリッジの発生によって落下が止まっているオガクズは、オガクズの自燃によって発生する熱によって乾燥し、粉体としての密着性が弱まって少しずつ(時に塊で)燃料受部材16の上に落下する。落下した乾燥したオガクズは、段部材162の前端部分に少量ずつ載って効率よく燃焼する。これによりオガクズの自燃は安定的に継続して行われる。
排出口370内部近傍のオガクズには、オガクズが前記のようにして落下するに伴ってオガクズが上方から次々に補充されてブリッジが形成され、オガクズの落下とブリッジ形成が繰り返される。そして、オガクズの自燃により発生する熱は、熱交換器2によって、導水管28によりウォータージャケット内に導入されている水を加熱する。水が加熱されて得られた湯は、各ウォータージャケット13、22、24を順に上昇し、排水管29から利用側へ送られる。
なお、排水管29を通る湯の温度が必要な温度より低ければ、水温センサ291がそれを検出し、ダンパー40の開度を拡げるよう制御し、燃焼室10内のオガクズの燃焼を促進して湯の温度を上げるようにする。また、逆に排水管29を通る湯の温度が必要な温度より高ければ、水温センサ291がそれを検出し、ダンパー40の開度を絞るよう制御し、燃焼室10内のオガクズの燃焼を抑制して湯の温度を下げるようにする。なお、つくられる湯の温度は、例えば温泉水の場合で42℃程度であるが、他への利用では70℃程度まで上げることもできる。
燃焼室10内でオガクズが燃焼して生じた灰はロストル18を通り凹部170に落ちる。また、灰の一部は燃料受部材16の裏側へも落ちる。これらの灰は、各通気口130、151を開けて掻き出すようにする。また、燃料受部材16は複数の構成体160からなり、各構成体160は分離可能であるので、燃料受部材16の分解・組立を容易に行うことができ、燃焼室10内に溜まった前記灰の掻き出しや内部清掃などのメンテナンスがしやすい。
なお、本明細書で使用している用語と表現は、あくまでも説明上のものであって、なんら限定的なものではなく、本明細書に記述された特徴およびその一部と等価の用語や表現を除外する意図はない。また、本発明の技術思想の範囲内で、種々の変形態様が可能であるということは言うまでもない。
本発明に係るボイラ装置の一実施の形態を示す説明図。 ボイラ装置の燃焼室の構造を示す断面説明図。 図2におけるA−A断面図。 燃料受部材を構成する構成体の斜視図。
符号の説明
B ボイラ装置
1 燃焼装置
10 燃焼室
11 排気口
12 燃料供給口
13 ウォータージャケット
130 通気口
131 蓋
14 熱交換用通水管
15 耐火煉瓦
150 突起
151 通気口
152 蓋
16 燃料受部材
160 構成体
161 脊部材
162 段部材
163 通気部
169 掛具
17 底板
170 凹部
171、172 縁部
18 耐火煉瓦
180 ロストル
2 熱交換器
20 熱交換器ブロック
21 熱交換器ブロック
22 ウォータージャケット
23 熱交換用通水管
24 ウォータージャケット
25 熱交換用通水管
26 通水管
27 通水管
28 導水管
29 排水管
291 水温センサ
3 燃料供給装置
30 台フレーム
31 第2貯留タンク
310 上限センサ
32 第1貯留タンク
33 送給管
34 ブロワ
35 排出管
350 下限センサ
36 調整管
37 供給管
370 排出口
371 傾斜板
372 傾斜板
4 排気筒
40 ダンパー
41 制御モータ

Claims (4)

  1. オガクズを燃料とする燃焼装置(1)と熱交換器(2)を備えたボイラ装置であって、
    前記燃焼装置(1)は、
    燃焼室(10)と、
    該燃焼室(10)に燃料を供給する燃料供給口(12)と、
    該燃料供給口(12)の下方に配されている燃料受部材(16)と、
    を備えており、
    前記燃料受部材(16)は、
    階段状の複数の段部材(162)を備えており、
    該各段部材(162)の間には表裏方向へ空気の通り抜けが可能な通気部(163)が設けられている、
    ボイラ装置。
  2. オガクズを燃料とする燃焼装置(1)と熱交換器(2)を備えたボイラ装置であって、
    前記燃焼装置(1)は、
    燃焼室(10)と、
    該燃焼室(10)に燃料を供給する燃料供給部材(37)と、
    該燃料供給部材(37)の下方に配されている燃料受部材(16)と、
    を備えており、
    前記燃料供給部材(37)は、
    排出口(370)が前記燃料受部材(16)へ向け開口され、該排出口(370)は内部の燃料にブリッジが形成されやすいように下方向へ狭小になるよう形成されており、
    前記燃料受部材(16)は、
    階段状の複数の段部材(162)を備えており、
    該各段部材(162)の間には表裏方向へ空気の通り抜けが可能な通気部(163)が設けられている、
    ボイラ装置。
  3. 燃料受部材(16)が複数の構成体(160)からなり、該各構成体(160)は、脊部材(161)と、該脊部材(161)の両側に多段に設けられている段部材(162)を有しており、燃料受部材(16)は前記複数の構成体(160)を段部材(162)が設けられている方向へ分離可能に並設してなる、
    請求項1または2記載のボイラ装置。
  4. オガクズを燃料とする燃焼装置を有するボイラ装置において、前記燃焼装置にオガクズを供給する方法であって、
    燃料が供給される排出口の内部に形成される燃料のブリッジを燃焼室の熱で加熱して乾燥させ、乾燥してブリッジから離れた燃料を、それぞれ通気性が確保された階段状の複数の段部材上に落とすようにした、
    ボイラ装置において燃焼装置に燃料のオガクズを供給する方法。
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JP2014142178A (ja) * 2014-04-02 2014-08-07 Toshio Yoshida 燃焼装置及び燃焼方法

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