JP2011085283A - 燃焼装置および燃焼方法 - Google Patents

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金洋 中園
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Abstract

【課題】燃焼効率を高めることで、更なる高温の発生が可能な燃焼装置および燃焼方法を提供する。
【解決手段】燃焼装置には、燃焼炉内へ燃焼用空気を旋回流として送気する第1送風装置と、燃焼炉に投入された固形燃料を、燃焼炉の炉底で水平回転しながら撹拌する中空の撹拌棒241と、撹拌棒241の内部へ燃焼用空気を送気する第2送風装置とを備えている。この撹拌棒241には、送風装置からの燃焼用空気を固形燃料に噴出するための送風孔が、回転方向前側となる位置であって、下向き傾斜させた位置に、吹き上げ送風孔2411として、長手方向に沿って所定間隔ごとに設けられている。また、撹拌棒241には、後側に、回転方向とは反対側に向かって燃焼用空気を噴出する送風孔が、後方送風孔2412として設けられている。炉壁から炉内へ噴射されることで、旋回流となった空気流と、撹拌棒241から噴射される燃焼用空気により燃焼が更に促進される。
【選択図】図6

Description

本発明は、固形燃料を効率よく燃焼させることができる燃焼装置および燃焼方法に関する。
燃焼装置の一例である温水を供給する温水ボイラー装置や、高圧蒸気を供給する蒸気ボイラー装置などは、効率よく燃料を燃焼させて、燃焼炉内の温度を高温にしている。
例えば、特許文献1には、市場から廃棄物として回収される、樹脂成分と他の可燃成分とが混合状態となっている廃棄物を、有効に焼却処理するために、燃料を燃焼させる円筒型燃焼炉の炉底部近傍に、炉床に沿って回転する攪拌羽根が設けられた縦型燃焼炉が記載されている。
この特許文献1によれば、攪拌羽根は、回転中心から先端側に向けて全体として湾曲した形状で、内部が空洞となっており、供給される燃焼用空気が攪拌羽根に形成された多数の小孔から噴出されるものとなっている。そして、多数の小孔は、両側面および底面に、ほぼ全長にわたって穿設されている。
特開平9−33019号公報
しかし、特許文献1に記載された縦型燃焼炉では、撹拌羽根の底面に設けられた小孔は、単に炉底に向かって噴出しているだけなので、撹拌羽根の回転により燃料と焼却灰とが混然一体となったものに向かって燃焼用空気を噴出しても、高い燃焼効率は得にくいものと思われる。従って、更なる燃焼効率を高めることができる燃焼装置が求められている。
そこで本発明は、燃焼効率を高めることで、更なる高温の発生が可能な燃焼装置および燃焼方法を提供することを目的とする。
本発明の燃焼装置は、固形燃料が燃焼される燃焼炉と、前記燃焼炉に投入された固形燃料を、前記燃焼炉の炉底で水平回転しながら撹拌する中空の撹拌棒と、前記撹拌棒の内部へ燃焼用空気を送気する送風装置とを備え、前記撹拌棒には、前記送風装置からの燃焼用空気を固形燃料に噴出するための送風孔が、回転方向前側となる位置であって、下向き傾斜させた位置に設けられていることを特徴とする。
本発明の燃焼装置の構成によれば、送風孔から噴出する燃焼用空気が、撹拌棒の回転方向前側となる位置であって、下向き傾斜させた位置に設けられた送風孔から、斜め下方に向かって噴出されるので、撹拌棒の回転で固形燃料と焼却灰とが混じった炉内物から比重の軽い焼却灰を選択的に捲り上げるように吹き上げることができる。吹き上げられた焼却灰は、燃料が燃焼して温度が高くなった加熱空気と共に燃焼炉から排出される。従って、炉内には残留する焼却灰が少なくなることにより燃料が燃焼しやすい環境を整えることができるので、燃焼の効率を高めることができる。
前記撹拌棒には、後側に、回転方向とは反対側に向かって燃焼用空気を噴出する送風孔が、後方送風孔として設けられていると、吹き上げた焼却灰を更に高く吹き上げることができるので、吹き上がった焼却灰が降下して再び燃焼と混じり合ってしまう度合いを減らすことができる。また、撹拌棒の前側に送風孔が設けられていると、焼却灰が侵入し、目詰まりするおそれがあるが、撹拌棒の後側に送風孔が設けられていることで、目詰まりの心配はない。
前記燃焼炉内の空気を排気側から吸い込む吸気装置が設けられていると、負圧により炉内空気の排出が促進されるので、吹き上がった焼却灰を効率よく排出することができる。
前記撹拌棒は、円筒形状に形成された丸棒であり、前記撹拌棒には、長手方向に沿って補強板が設けられているのが望ましい。撹拌棒が丸棒であれば角部がないため、熱膨張による亀裂や割れが発生しにくい。また、補強板が設けられていれば、高温となった撹拌棒が端部の自重で垂れて曲がってしまうことを防止することができる。従って、高温の耐性が高い撹拌棒とすることができる。
本発明の燃焼方法は、燃焼炉に投入された固形燃料を、炉底で水平回転する撹拌棒により撹拌し、固形燃料と焼却灰とが混じり合った炉内物に、前記撹拌棒から燃焼用空気を噴出して焼却灰を吹き飛ばして、前記燃焼炉内の加熱空気と共に排出することを特徴とする。
本発明の燃焼方法によれば、撹拌棒の送風孔から噴出する燃焼用空気により、撹拌棒の回転で燃料と焼却灰とが混じった炉内物から比重の軽い焼却灰を選択的に捲り上げるように吹き上げることができる。吹き上げられた焼却灰は、燃料が燃焼して温度が高くなった加熱空気と共に燃焼炉から排出される。従って、炉内には残留する焼却灰が少なくなることにより燃料が燃焼しやすい環境を整えることができるので、燃焼の効率を高めることができる。
本発明によれば、炉内には残留する焼却灰が少なくなることにより燃料が燃焼しやすい環境を整えることができることにより、燃焼の効率を高めることができるので、更なる高温の発生が可能である。
本発明の実施の形態に係る燃焼装置全体の構成を示す図である。 図1に示す燃焼装置の装置本体の垂直断面図である。 図2に示す燃焼装置の装置本体のA−A線断面図である。 図2に示す燃焼装置の装置本体のB−B線断面図である。 燃焼炉に設けられた点検扉を示す図である。 撹拌棒を示す図であり、(A)は正面図、(B)は平面図、(C)は(A)におけるC−C線断面図、(D)は(A)におけるD−D線断面図、(E)は側面図である。 撹拌棒の使用状態を説明するための図である。 撹拌棒の使用状態を説明するための図2に示す装置本体のA−A線断面図である。
本発明の実施の形態に係るボイラー装置を図面に基づいて説明する。
図1に示す燃焼装置1は、ペレット状に成型された固形燃料の一種であるRPF(Refuse Paper and Plastic Fuel)を燃焼させて高圧蒸気を発生させる、環境に配慮したものである。このRPFは、産業廃棄物から金属などの不燃物を取り除いた紙またはプラスチックを、乾燥、粉砕などの処理を行った後に、圧縮、成形して円柱状に固形化したものである。燃焼装置1の固形燃料としては、RPFの他に、石炭や、石炭を原料とするコークス、紙、木片などとすることができる。RPFは、発生履歴が明らかな産業廃棄物を原料として使用しているため、一般ごみから形成されるRDF(Refuse Derived Fuel)と比べて安定的な品質を得ることができる。
燃焼装置1は、RPF投入ホッパー10と、装置本体20と、スーパーヒーター30と、サイクロン40と、バグフィルタ50と、誘引ファン60と、煙突70とを備えている。
RPF投入ホッパー10は、燃焼に必要なRPFを供給するもので、RPFが投入され、一時保管される貯留部11と、貯留部11からRPFを搬送する第1スクリューコンベア12と、RPFを装置本体20へ投入する第2スクリューコンベア13とを備えている。
図2から図5に示す装置本体20は、燃料が燃焼する燃焼炉21と、燃焼炉21の上に位置して内部空間を熱交換室220とするボイラー装置22と、燃焼炉21内に燃焼用空気を送る送風部23と、投入されたRPFを均すと共に、燃焼炉21内へ燃焼用空気を送る撹拌送風部24と、初期点火を行うためのバーナー25と、燃焼炉21を支持固定する基台部26とを備えている。
燃焼炉21は、直径が約2mの有底の円筒形に形成され、周壁面は炉内が高温となっても融解などしないキャスタブル耐火物(図2においては網掛け部分)で形成されている。この燃焼炉21には、燃焼炉21内をメンテナンスするための点検扉211(図5参照)が設けられている。また、図4に示すように燃焼炉21の炉底212には、残留した灰を除去するための灰出し口213が設けられている。
図2および図3に示すボイラー装置22は、水管により形成された内側周壁221および外側周壁222と、外側周壁222の更に外側に配置された外装壁223とを備えている。
内側周壁221は、上下方向に配列された第1水管221xにより形成されている。外側周壁222は、この第1水管221xを囲むように少し隙間をあけて、上下方向に配列された第2水管222xにより形成されている。
この内側周壁221および外側周壁222は、第1水管221x同士や第2水管222x同士を板部材で溶接して円形状に配置することで、ボイラー装置22全体が同心の内外二重筒体状に形成されている。第1水管221x同士や第2水管222x同士を繋ぎ合わせる溶接は、円形に配列された水管の長さより、水管同士の間に介在させる短い板部材を、上端または下端に寄せて接続する。そうすることで、板部材の長さが不足することでできた水管同士の間の隙間を加熱空気の通路としている。本実施の形態では、第1水管221xの下端から約10cmを全周に渡って未接続部分221yとすることで、燃焼炉21からの燃焼ガスが内側周壁221と外側周壁222との間へ流れるようにしている。また、第2水管222xの上端から約10cmを全周に渡って未接続部分222yとすることで、内側周壁221と外側周壁222との間から外側周壁222と外装壁223との間へ燃焼ガスが流れるようにしている。
外装壁223は、外側周壁222を取り囲むように水平断面が略八角形状に形成されている。外装壁223には、外側周壁222の未接続部分222yから排出される燃焼ガスをスーパーヒーター30へ送出する排煙管26が接続されている。
図4に示す送風部23は、燃焼用空気となる空気流を旋回流として送り込む第1送風装置231と、第1送風装置231からの空気流を燃焼炉21およびボイラー装置22へ放出する送風管232とを備えている。
送風管232は、第1送風装置231から燃焼炉21を間に挟むように二股に分かれた本管2321と、本管2321から燃焼炉21の周囲面に所定角度に傾斜させて接続され、本管2321にそれぞれ4本ずつ接続された支管2322とにより形成されている。
撹拌送風部24は、燃焼炉21の炉底で水平回転して、固形燃料を撹拌する撹拌棒241と、撹拌棒241を回転させつつ、撹拌棒241へ燃焼用空気を供給する駆動送風部242とを備えている。
ここで、撹拌棒241について図6(A)から同図(E)に基づいて詳細に説明する。撹拌棒241は、中空の長さが約1.8m、外径が約15cmの丸棒から形成されている。
撹拌棒241には、回転方向前側となる位置であって、下向き傾斜させた位置に、吹き上げ送風孔2411が長手方向に沿って所定間隔ごとに設けられている。本実施の形態では、吹き上げ送風孔2411の傾け角度として、撹拌棒241の中心軸から真下方向を基準に回転方向に向けて5°の角度としている。また、撹拌棒241には、回転方向とは反対側に向かって燃焼用空気を噴出する後方送風孔2412が、後側で長手方向に沿って所定間隔ごとに設けられている。更に、撹拌棒241の両端面には、燃焼室21の内壁面に向かって燃焼用空気を噴出する3つの端面送風孔2413が設けられている。
この撹拌棒241の頂部には、長手方向に沿って略台形状の補強板2414が設けられている。また、撹拌棒241の底部中央には、詳細には後述する駆動送風部242の回転軸のフランジと連結するための接続板2415が設けられている。撹拌棒241の中央には、撹拌棒241内の空間と回転軸内の空間とを連通する円形状の貫通孔が設けられている。
図2に示す駆動送風部242は、モーター2421と、無端チェーン2422と、スプロケット2423と、第2送風装置2424と、ロータリージョイント2425と、回転軸2426とを備えている。
モーター2421は、撹拌棒241に4回転〜5回転/分の回転を付与する駆動源である。モーター2421は、燃焼炉21外に配置されている。無端チェーン2422は、モーター2421の回転によりスプロケット2423との間を周回するように巻かれている。スプロケット2423は、無端チェーン2422の周回により回転する。第2送風装置2424は、ロータリージョイント2425へ燃焼用空気を送気する送風装置である。ロータリージョイント2425は、回転軸2426へスプロケット2423の回転を伝達すると共に、第2送風装置2424からの燃焼用空気を回転軸2426内へ送気する機能を備えている。回転軸2426は、炉底中央の位置で、下方から炉内へ挿通して、撹拌棒241を支持する中空軸である。回転軸2426の上端には、撹拌棒241の接続板2415と結合するためのフランジが形成されている。
バーナー25は、燃焼炉21の側壁外部に設けられたオイルバーナーである。
基台部26は、燃焼室21が搭載される基板261と、水を内部に貯めることができる暖水槽262と、ロータリージョイント2425や第2送風装置2424からの送気菅、モーター2421により周回する無端チェーン2422などを内部に収納する箱状の底部263とを備えている。
基板261は、厚みの厚い鉄板である。この基板261は燃焼炉21の加熱により高温となるが、暖水槽262により冷却されるので、基板261の異常な熱膨張を抑制することができる。
暖水槽262は、燃焼室21からの余熱で貯留された水を加熱し、第1水管221xおよび第2水管222xに供給する予熱槽である。第1水管221xおよび第2水管222xに供給する水を予め加熱しておくことで、効率よく第1水管221xおよび第2水管222xにて水蒸気を発生させることができる。また、暖水槽262には、中央部に回転軸2426が挿通する貫通孔が設けられている。この回転軸2426に対しても暖水槽262が異常加熱を抑制するので、回転軸2426および回転軸2426に繋がるロータリージョイント2425の耐久性を向上させることができる。
図1に示すサイクロン40は、排煙管41からの排煙を導入して集塵する粉体分離装置である。
バグフィルタ50は、サイクロン40にて分離できない細かな塵埃をフィルタにより集める濾過集塵装置である。
誘引ファン60は、バグフィルタ50およびサイクロン40を介在させて燃焼炉21内の空気を排気側から吸い込む吸気装置である。
煙突70は、誘引ファン60に誘引された排気空気を高所で放出する排気塔である。
以上のように構成された本発明の実施の形態に係る燃焼装置の動作および使用状態を図面に基づいて説明する。
最初に、燃焼炉21にRPFを投入する。RPFの投入は、第1スクリューコンベア12と第2スクリューコンベア13とにより行われる。RPFは、第1スクリューコンベア12が回転することで、貯留部11から第1スクリューコンベア12の軸線に沿って搬送され、第1スクリューコンベア12の先端部から第2スクリューコンベア13の一端部に至る。そして、第2スクリューコンベア13が回転することで、第2スクリューコンベア13の一端部から他端部へ軸線に沿って搬送され、燃焼炉21内へ投入される。
燃焼炉21内に投入されたRPFは撹拌棒241により均され、バーナー25により初期点火される。点火したRPFは、第1送風装置231からの送風管232を介して炉壁から炉内へ噴射されることで、旋回流となった空気流により燃焼が促進される。また、第2送風装置2424からロータリージョイント2425、回転軸2426、撹拌棒241の順に送られる空気流が撹拌棒241の吹き上げ送風孔2411または後方送風孔2412から噴出されることで、燃焼が促進される。
撹拌棒241は、モーター2421により、無端チェーン2422、スプロケット2423、ロータリージョイント2425、回転軸2426と順に回転が伝達されることで、固形燃料を撹拌する。
燃焼炉21の温度が上昇しても、第2送風装置2424から撹拌棒241へ送られ、撹拌棒241の吹き上げ送風孔2411または後方送風孔2412から噴出される燃焼用空気が冷却空気となって撹拌棒241を冷却するので、撹拌棒241の耐久性を高めることができる。
固形燃料の燃焼が進むと、固形燃料と焼却灰とが混在を始める。しかし、図7に示すように、撹拌棒241に設けられた吹き上げ送風孔2411により、斜め下方に向かって噴出され、炉底212から徐々に上がるように流れるので、撹拌棒241の回転で固形燃料と焼却灰とが混じった炉内物から比重の軽い焼却灰を選択的に捲り上げるように吹き上げることができる。
また、第1送風装置231からの送風管232を介して送られる空気流は、送風管232の支管2322が燃焼炉21の周囲面に、回転方向に対して鋭角となる角度に傾斜させて接続されているので、平面視円形状に形成された燃焼炉21の炉内に回転方向に沿った円を描くような旋回流となる。従って、送風管232の支管2322からの旋回流は、燃焼効率を高めつつ、吹き上げられた焼却灰を更に高く吹き上げることができる。
また、撹拌棒241には、後方送風孔2412が設けられているので、吹き上げた焼却灰を更に高く吹き上げることができるので、吹き上がった焼却灰が降下して再び燃焼と混じり合ってしまう度合いを減らすことができる。また、撹拌棒の前側に送風孔が設けられていると、焼却灰が侵入し、目詰まりするおそれがあるが、後方送風孔2412が撹拌棒241の後側に設けられていることで、目詰まりの心配はない。
更に、撹拌棒241の両端面には、回転しながら燃焼室21の内周壁面に向かって燃焼用空気を噴射する端面送風孔2413が設けられているので、送風管232の支管2322からの旋回流や、吹き上げ送風孔2411および後方送風孔2412から噴射される燃焼用空気だけでは吹き飛ばしにくい、燃焼室21の内周壁面と底面との接続部分に貯まった焼却灰を吹き上げることができる。従って、より効果的に炉内に残留する焼却灰を少なくすることができる。
RPFの燃焼により加熱された空気や焼却灰などの燃焼ガスは、燃焼炉21からボイラー装置22の熱交換室220へ上昇する。熱交換室220へ上昇した燃焼ガスは、上面部224付近まで第1水管221xを加熱しながら上昇した後、下降する。下降したことで再度加熱され、内側周壁221の未接続部分221yから内側周壁221と外側周壁222との間に進入して、第1水管221xを外周面側から再度加熱すると共に、第2水管222xを内周壁側から加熱しながら上昇する。上昇した燃焼ガスは、外側周壁222の未接続部分222yから外側周壁222と外装壁223との間に進入して、第2水管222xを外周壁側から再度加熱しながら下降する。そして、燃焼ガスは、排煙管26を介してスーパーヒーター30へ流れる。
このように、ボイラー装置22の熱交換室220の加熱空気である燃焼ガスは、上昇したり下降したりすることで、第1水管221xと第2水管222xとを繰り返し加熱しながらボイラー装置22から排気されるので、効率よく第1水管221xおよび第2水管222x内の水を水蒸気とすることができる。
また、誘引ファン60が、バグフィルタ50、サイクロン40、スーパーヒーター30を介して装置本体20内の燃焼ガスを吸引して、負圧により炉内空気の排出が促進されるので、吹き上がった焼却灰を効率よく排出することができる。
サイクロン40では、排煙(燃焼ガス)に含まれる塵埃などの粉体を分離して、排煙などの気体は排出筒42から排気され、分離された粉体はサイクロン40の下部に蓄積される。また、バグフィルタ50では、サイクロン40で除去しきれなかった、排煙に含まれる更に細かい微粉体をフィルタにより除去することで、粉塵が煙突70から放出されてしまうことを防止することができる。
以上のように本発明の実施の形態に係る燃焼装置1は、撹拌棒241の吹き上げ送風孔2411から噴出する燃焼用空気により、撹拌棒241の回転で燃料と焼却灰とが混じった炉内物から比重の軽い焼却灰を選択的に捲り上げるように吹き上げることができるので、吹き上げられた焼却灰は、燃料が燃焼して温度が高くなった加熱空気と共に燃焼炉21から排出することができる。従って、炉内には残留する焼却灰が少なくなることにより固形燃料であるRPFが燃焼しやすい環境を整えることができるので、燃焼の効率を高めることができる。また、石炭やコークスなどの化石燃料の代替燃料としてRPFを使用することにより、CO2の削減を図ることができるので、燃焼装置1は地球温暖化に寄与する。
また、撹拌棒241は、丸棒から形成されているため角部がない。従って、熱膨張による亀裂や割れが発生しにくい。また、補強板2413が設けられているいので、高温となった撹拌棒241が端部の自重で垂れて曲がってしまうことを防止することができる。更に、撹拌棒241の内部を燃焼用空気が通過して外部へ噴射されることで、撹拌棒241を冷却することができる。従って、高温の耐性が高く、耐久性が高い撹拌棒241とすることができる。
本発明は、固形燃料を燃焼して温水または高圧蒸気を供給するボイラー装置および燃焼方法に好適であり、特に、RPFを燃料したボイラー装置および燃焼方法に最適である。本発明は、RPFを燃料とすることで、CO2の削減を図ることができるので、地球温暖化にも寄与する。
1 燃焼装置
10 RPF投入ホッパー
11 貯留部
12 第1スクリューコンベア
13 第2スクリューコンベア
20 装置本体
21 燃焼炉
211 点検扉
212 炉底
213 灰出し口
22 ボイラー装置
220 熱交換室
221 内側周壁
221x 第1水管
221y 未接続部分
222 外側周壁
222x 第2水管
222y 未接続部分
223 外装壁
224 上面部
23 送風部
231 第1送風装置
232 送風管
2321 本管
2322 支管
24 撹拌送風部
241 撹拌棒
2411 吹き上げ送風孔
2412 後方送風孔
2413 端面送風孔
2414 補強板
2415 接続板
242 駆動送風部
2421 モーター
2422 無端チェーン
2423 スプロケット
2424 第2送風装置
2425 ボールジョイント
2426 回転軸
25 バーナー
26 排煙管
30 スーパーヒーター
40 サイクロン
41 排煙管
42 排出筒
50 バグフィルタ
60 誘引ファン
70 煙突

Claims (5)

  1. 固形燃料が燃焼される燃焼炉と、
    前記燃焼炉に投入された固形燃料を、前記燃焼炉の炉底で水平回転しながら撹拌する中空の撹拌棒と、
    前記撹拌棒の内部へ燃焼用空気を送気する送風装置とを備え、
    前記撹拌棒には、前記送風装置からの燃焼用空気を固形燃料に噴出するための送風孔が、回転方向前側となる位置であって、下向き傾斜させた位置に、吹き上げ送風孔として、設けられていることを特徴とする燃焼装置。
  2. 前記撹拌棒には、後側に、回転方向とは反対側に向かって燃焼用空気を噴出する送風孔が、後方送風孔として設けられている請求項1記載の燃焼装置。
  3. 前記燃焼炉内の空気を排気側から吸い込む吸気装置が設けられている請求項1または2記載の燃焼装置。
  4. 前記撹拌棒は、円筒形状に形成された丸棒であり、
    前記撹拌棒には、長手方向に沿って補強板が設けられている請求項1から3のいずれかの項に記載の燃焼装置。
  5. 燃焼炉に投入された固形燃料を、炉底で水平回転する撹拌棒により撹拌し、固形燃料と焼却灰とが混じり合った炉内物に、前記撹拌棒から燃焼用空気を噴出して焼却灰を吹き飛ばして、前記燃焼炉内の加熱空気と共に排出することを特徴とする燃焼方法。
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CN111981468A (zh) * 2020-08-14 2020-11-24 徐守文 一种提高燃烧率的生物质颗粒燃烧机

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