JP2022089410A - Fire grade combustion system and fire grade combustion method - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、火格子燃焼システムおよび火格子燃焼方法に関する。 The present disclosure relates to a grate combustion system and a grate combustion method.
特開2017-078534号公報には、耐火物被覆火格子を備える廃棄物焼却システムが記載されている。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-078534 describes a waste incinerator system including a refractory-coated grate.
人々の生活水準の向上と文明の発展の加速に伴い、廃棄物の分類はますます詳細になり、可燃廃棄物の発熱量も増加し続けている。可燃廃棄物の変化に起因して、焼却炉内の環境もより過酷になりやすい。過酷な炉内環境においても廃棄物の焼却を適切に実施できるように、火格子燃焼システムおよび火格子燃焼方法の改良が求められている。 As people's living standards improve and the development of civilization accelerates, waste classification becomes more detailed and the calorific value of combustible waste continues to increase. Due to changes in combustible waste, the environment inside the incinerator is also likely to be harsher. Improvements in the grate combustion system and grate combustion method are required so that waste can be properly incinerated even in a harsh incinerator environment.
火格子燃焼システムの一態様は、炉と、前記炉に設けられた火格子装置と、を備える。本開示により火格子燃焼システムについてのいくつかの改良が提供され、その中には例えば下記に列挙される改良構造が含まれる。各々の改良構造は互いに独立して別々に利用されてもよく、互いに組み合わせて利用されてもよい。 One aspect of the grate combustion system comprises a furnace and a grate device provided in the furnace. The present disclosure provides several improvements to the grate combustion system, including, for example, the improved structures listed below. Each improved structure may be used independently of each other and separately, or may be used in combination with each other.
火格子燃焼システムの上記一態様における改良構造の一つとして、前記火格子装置は、複数段の火格子グループを構築するように階段状に重ねられた複数の火格子を備え、前記複数の火格子は、列方向に一体連続な形状の火格子板を有する列一体構造火格子を含んでもよい。このような列一体構造によれば、火格子が列方向の途中に隙間を持たない一体連続な構造を持つので、火格子の下方に灰、ゴミ残留物、あるいは水分が漏れることを抑制できる利点がある。 As one of the improved structures in the above aspect of the grate combustion system, the grate device comprises a plurality of grate stacked in a stepped manner so as to form a multi-stage grate group, and the plurality of fires. The grid may include a row-integrated grate having a grate plate integrally continuous in the row direction. According to such a row-integrated structure, since the grate has an integrally continuous structure having no gap in the middle of the row direction, there is an advantage that ash, dust residue, or water can be suppressed from leaking below the grate. There is.
火格子燃焼システムの上記一態様における改良構造の他の一つとして、前記複数の火格子は、それぞれが複数の火格子を含む複数段の火格子グループを構築するように階段状に重ねられてもよい。上記一態様は、前記複数段の火格子グループそれぞれの下方に設けられた複数の風室と、前記複数の風室それぞれと連通し、前記複数の風室それぞれへの送風量を互いに相違させるように前記送風量を調整可能に構築された送風装置と、をさらに備えてもよい。これにより各風室への送風量を調節できるので、燃焼温度を高い自由度で調節できる利点がある。 As another one of the improved structures in the above aspect of the grate combustion system, the plurality of grate are stacked in a stepped manner so as to form a multi-stage grate group each including a plurality of grate. May be good. In the above aspect, the plurality of air chambers provided below each of the plurality of stages of the grate group are communicated with each of the plurality of air chambers, and the amount of air blown to each of the plurality of air chambers is different from each other. Further may be provided with a blower device constructed so that the amount of blown air can be adjusted. As a result, the amount of air blown to each air chamber can be adjusted, which has the advantage that the combustion temperature can be adjusted with a high degree of freedom.
火格子燃焼システムの上記一態様における改良構造の更に他の一つとして、前記複数の火格子は、前記列一体構造火格子と重ねられそれぞれが往復変位する複数の滑動火格子を含み、前記火格子装置は、前端部および後端部と、前記複数の滑動火格子それぞれを前後往復駆動する複数の液圧シリンダと、前記複数の液圧シリンダと接続する液圧タンクと、を備え、前記液圧タンクを前記火格子装置における前記前端部の側のみに配置するように構築されてもよい。これにより油圧タンクをより常温に近い側へ統一的に配置できるので、液漏れのリスクを抑制できる利点がある。 As yet another one of the improved structures in the above aspect of the grate combustion system, the plurality of grate includes a plurality of sliding grate that are overlapped with the row-integrated grate and each of which is reciprocally displaced. The grid device includes a front end portion and a rear end portion, a plurality of hydraulic cylinders for driving the plurality of sliding grate reciprocating back and forth, and a hydraulic pressure tank connected to the plurality of hydraulic cylinders. The pressure tank may be constructed so as to be arranged only on the side of the front end portion of the grate device. As a result, the hydraulic tank can be uniformly arranged on the side closer to normal temperature, which has an advantage that the risk of liquid leakage can be suppressed.
火格子燃焼システムの上記一態様における改良構造の更に他の一つとして、前記火格子装置は、少なくとも水冷式で冷却される固定火格子と、前記固定火格子に重ねられ前後往復変位する滑動式に構築され且つ空気と冷却水とのうち空気のみで冷却される純粋空冷式滑動火格子と、を備えてもよい。水冷式の火格子に固定火格子の役割を担わせることで、水冷式火格子を滑動させなくともよいので、冷却水漏れのリスクを抑制できる利点がある。 As yet another of the improved structure in the above aspect of the grate combustion system, the grate device is at least a water-cooled fixed grate and a sliding type that is superposed on the fixed grate and reciprocates back and forth. It may be equipped with a pure air-cooled sliding grate, which is constructed in the air and is cooled only by air among air and cooling water. By letting the water-cooled grate play the role of a fixed grate, it is not necessary to slide the water-cooled grate, so there is an advantage that the risk of cooling water leakage can be suppressed.
火格子燃焼方法の一態様は、燃焼ステップと、冷却ステップと、を備える。本開示により火格子燃焼方法についてのいくつかの改良が提供され、その中には例えば下記に列挙される改良された方法が含まれる。 One aspect of the grate combustion method comprises a combustion step and a cooling step. The present disclosure provides several improvements to the grate burning method, including, for example, the improved methods listed below.
火格子燃焼方法の上記一態様における改良された方法の一つとして、燃焼ステップは、炉の中で、列方向に一体連続な形状の火格子板を有する列一体構造固定火格子を、複数個、互いに上下間隔をおきつつ階段状に重ねて配置した状態で、各々の前記上下間隔に配置した滑動火格子を前後往復変位させることで、前記列一体構造固定火格子の上の固形廃棄物を撹拌しながら燃焼させるステップであってもよい。さらに、冷却ステップは、前記燃焼ステップで前記固形廃棄物を燃焼させるときに、前記列一体構造固定火格子を水冷式で冷却しつつ、前記列一体構造固定火格子および前記滑動火格子の裏面の側から空気を送り込むことで前記列一体構造固定火格子および前記滑動火格子を空冷式で冷却するステップであってもよい。 As one of the improved methods in the above aspect of the grate combustion method, the combustion step has a plurality of row-integrated fixed grate having a grate plate having a continuous shape in the row direction in the furnace. The solid waste on the row-integrated fixed grate is generated by reciprocating the sliding grate arranged at each of the upper and lower intervals in a state of being stacked in a stepped manner with a vertical interval between them. It may be a step of burning while stirring. Further, in the cooling step, when the solid waste is burned in the combustion step, the row-integrated fixed grate and the back surface of the row-integrated fixed grate and the sliding grate are cooled while cooling the row-integrated fixed grate in a water-cooled manner. It may be a step of cooling the row-integrated fixed grate and the sliding grate by air-cooling by sending air from the side.
過酷な炉内環境でも適切に作動できる火格子燃焼システムおよび火格子燃焼方法が提供される。 A grate combustion system and grate combustion method that can operate properly even in a harsh in-fire environment are provided.
実施の形態では、いくつかの図にXYZ直交座標軸が図示される。このXYZ方向は、実施の形態を説明するために便宜上定義されている。X方向は、火格子燃焼システム100の長さ方向を表している。X方向は、火格子燃焼システム100において火格子装置3が固形廃棄物を送り出す方向である。Y方向は、火格子燃焼システム100の幅方向を表しており、火格子装置3および炉4の幅方向にも相当している。Z方向は、便宜上、火格子燃焼システム100の高さ方向を表すものとする。いくつかの図で図示されるように、実施の形態では、便宜上、X軸における正の向きを、火格子燃焼システム100における後方側(rear side)とする。実施の形態では、便宜上、X軸における負の向きを、火格子燃焼システム100における前方側(front side)とする。
In embodiments, some figures illustrate XYZ orthogonal axes. This XYZ direction is defined for convenience to illustrate embodiments. The X direction represents the length direction of the
図1は、実施の形態の火格子燃焼システム100のシステム構成図である。図1に示すように、火格子燃焼システム100は、供給ホッパ1と、供給火格子2と、火格子装置3と、炉4と、二次空気噴射装置5と、補助燃焼装置6と、一次空気吸気兼灰スラグ収集装置7と、鉄鋼支持構造8と、制御装置20と、を備える。
FIG. 1 is a system configuration diagram of the
供給ホッパ1は、炉4に供給すべき固形廃棄物を貯留する。供給火格子2は、供給ホッパ1の下方に設けられている。供給火格子2を前後往復駆動する駆動装置(図示せず)が設けられる。火格子装置3は、複数の火格子30、31を備える。火格子装置3は、供給火格子2から固形廃棄物を受けとる。炉4は、火格子装置3を収容する。二次空気噴射装置5は、炉4の上方の喉に設けられた複数の二次空気ノズルを含む。
The supply hopper 1 stores solid waste to be supplied to the
補助燃焼装置6は、炉4の最後尾の尾端部4cに設けられている。一次空気吸気兼灰スラグ収集装置7は、火格子装置3の下方に設けられている。鉄鋼支持構造8は、供給火格子2を支持する。制御装置20は、火格子燃焼システム100が含む各々構成要素の作動を制御する。
The
より具体的には、実施の形態では、一例として、火格子燃焼システム100の各構成が下記のように構築されている。供給ホッパ1は、耐摩耗性鋼と炭素鋼とで構成された漏斗である。漏斗の下側は、材料の架橋と塞ぎを防ぐためのフレア形に構築されている。
More specifically, in the embodiment, as an example, each configuration of the
後ほど図3~図5に示すように、実施の形態の火格子30、31は、一例として空気・水混合冷却式の固定火格子30と、純粋空冷式の滑動火格子31とを含む。材料を押す滑動火格子31は、一例としてロングストロークローラータイプの材料駆動装置である。
As will be shown later in FIGS. 3 to 5, the
火格子装置3の下部には、一次空気吸気兼灰スラグ収集装置7が設けられる。一次空気吸気兼灰スラグ収集装置7は、「一次空気吸気装置」と「灰およびスラグの収集装置(ホッパ)」とを備える。一次空気室の灰スラグ収集ホッパには、日常のメンテナンスサポートプラットフォームが提供される。灰スラグ収集ホッパには、グリル装置が設けられる。グリル装置は、粗いゴミを阻止するための装置である。
A primary air intake and ash
なお、図中に明記しないが、実施の形態の火格子燃焼システム100には、スラグ排出ホッパも設けられる。スラグ排出ホッパには、水冷却装置が装備されている。水冷却装置は、未燃物がスラグ排出装置に入ることで局所的に高温になるのを防ぐための装置である。スラグ排出ホッパには、水封式スラグ排出装置が設けられている。水封式スラグ排出装置は、消火あるいは炉4内の空気漏れを防止するための装置である。
Although not specified in the figure, the
二次空気噴射装置5の二次空気ノズルは、炉4の喉部における前壁4aと後壁4bとにそれぞれ設置されている。二次空気噴射装置5は、二次空気を供給する複数の二次空気ノズルを含む。二次空気ノズルは、いくつかの分岐管を介して二次空気を分割噴射するように構築されている。
The secondary air nozzles of the secondary
補助燃焼装置6には、必要に応じてオイルバーナーまたはガスバーナーが装備されてもよい。
The
図2は、実施の形態の火格子燃焼システム100を説明するための模式的なブロック構成図である。実施の形態の火格子燃焼システム100は、空気と水との混合による二重冷却式のシステムである。供給ホッパ1および供給火格子2を介して、炉4内における火格子装置3に固形廃棄物が供給される。火格子装置3には、一次空気71が供給される。これとともに、火格子装置3からは、「漏れた灰とスラグ72」および「燃焼後のスラグ73」が排出される。
FIG. 2 is a schematic block configuration diagram for explaining the
一次空気吸気兼灰スラグ収集装置7は、一次空気71を送り込むための一次空気室を備える。この一次空気室には、灰とスラグとを収集するホッパ機能も設けられる。固形廃棄物の燃焼と同時に、主燃焼空気である一次空気71が一次空気室を介して火格子装置3へと均一に送り込まれる。一次空気71と燃焼材料は互いに十分に混合させられる。実施の形態によれば、一次および二次空気供給および炉4内の特別な設計により、固形廃棄物の完全かつ効果的な燃焼が実現される。固形廃棄物の減量化、安定化、および無害化を実現し、外部に熱エネルギーを提供することもできる。
The primary air intake / ash
図3~図6は、実施の形態の火格子装置3の詳細構造を説明するための図である。図3は、実施の形態の火格子装置3の構成を表す断面図である。
3 to 6 are diagrams for explaining the detailed structure of the
図3に示すように、火格子装置3は、固定火格子30と滑動火格子31と駆動装置40とを備える。実施の形態では、固定火格子30が空気・水混合二重冷却式の火格子であり、滑動火格子31が純粋空冷式の火格子である。
As shown in FIG. 3, the
このような使い分けをしつつ水冷式と空冷式とを混用することで、水漏れ抑制の利点がある。すなわち、もし仮に水冷式火格子が滑動火格子として用いられるとする。この場合、水冷式火格子の滑動を実現するために、種々の駆動構造とともに、水冷式火格子の各部に冷却水を導く連接パーツが設けられる。連接パーツを設ける各部とは、例えば冷却水供給管路の進水口と滑動火格子に設けた冷却水路の進水口との間などである。滑動火格子が繰り返し前後往復変位させられることで、滑動火格子と連結パーツとの連結部などに経時的負担がかかるなどして、冷却水の漏れが起きやすい欠点がある。この点、実施の形態では、空気・水混合二重冷却式である固定火格子30は定位置に固定されており、その一方で純粋空冷式である滑動火格子31は水冷機構を含まない。したがって、水冷火格子が往復滑動することに起因する水漏れの心配を減らすことができる。
By mixing the water-cooled type and the air-cooled type while using them properly, there is an advantage of suppressing water leakage. That is, it is assumed that a water-cooled grate is used as a sliding grate. In this case, in order to realize the sliding of the water-cooled grate, various drive structures and connecting parts for guiding the cooling water are provided in each part of the water-cooled grate. The parts provided with the connecting parts are, for example, between the launch port of the cooling water supply pipeline and the launch port of the cooling water channel provided in the sliding grate. Since the sliding grate is repeatedly displaced back and forth back and forth, there is a drawback that the cooling water is likely to leak due to the burden on the connecting portion between the sliding grate and the connecting parts over time. In this respect, in the embodiment, the fixed
図4は火格子装置3をその前方側から見た模式的な前面図である。図3および図4からわかるように、駆動装置40は、火格子装置3の前端部3fのみに設けられている。
FIG. 4 is a schematic front view of the
図3および図4のように、駆動装置40を火格子装置3の前端部3fのみに集中設置することで、次の利点がある。液圧式の駆動装置40は、液圧タンク(より具体的には、実施の形態では油圧タンク)を含んでいる。液圧タンクを常温エリアに設置すると、高温の影響を受けない利点や、水漏れのリスクを抑制できる利点もある。設置場所が統一されることで、液圧タンクの点検および修理をしやすい利点もある。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
もし仮に、液圧式の駆動装置40が火格子装置3の側面部あるいは下面部に設置されたとする。そうすると、駆動装置40の液圧タンクが高温燃焼エリアの近くに設置されてしまう。高温の影響で水漏れや部品の故障などの原因になる。また、もし仮に、駆動装置40が火格子装置3の複数の箇所に分散配置されたとする。そうすると、設置場所が統一されてないため、点検および修理が難しくなる欠点がある。この点、実施の形態によれば、駆動装置40を火格子装置3の前端部3fのみに集中設置することで、これらの問題を抑制することができる。
It is assumed that the
駆動装置40は、複数の油圧シリンダ41を前後方向へ往復駆動する。駆動装置40は、滑動火格子31を火格子装置3の前後方向に往復運動させる。この往復運動により、廃棄物を完全に回転し、均一に撹拌混合させる。各レベルの火格子30、31には、落差が設けられている。この落差によって、火格子装置3の前端部3fから後端部3rのスラグ収集ホッパへ至るまで、固形廃棄物を均一かつ徐々に燃焼させることができる。
The
油圧シリンダ41は、高温および耐腐食性の材料で作られている。駆動装置40は、一例として油圧駆動式である。ただし、これに限定されず、変形例として駆動装置40が例えば電動駆動式であってもよく、油圧シリンダ41が電動シリンダであってもよい。
The
一次空気吸気兼灰スラグ収集装置7は、火格子装置3の下方から一次空気71を送り込む。図3には、一次空気71が矢印で模式的に図示されている。一次空気71は、火格子装置3の下方つまり火格子30、31の裏面側から供給される。
The primary air intake / ash
図5は、実施の形態の火格子装置3の火格子周辺部分を拡大した断面図である。図5は図3の破線枠Pで示す部位を拡大したものである。図6は、実施の形態の火格子装置3の火格子周辺を表した斜視図である。図5および図6に示すように、固定火格子30と滑動火格子31は、間隔をおきつつ交互に配置される。
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a portion around the grate of the
図6に示すように、実施の形態の固定火格子30は、一例として、一体化設計がされた火格子板30aを備えている。一体化設計がされることで、火格子板30aは一列(枚)の連続した部材として構築されている。火格子板30aは、長さ寸法Lと幅寸法Wとを備える。火格子板30aは、「列方向の途中に切れ目、途切れ、あるいは隙間のない連続した一枚板構造(すなわち「列一体構造」)」を備える。「列方向」とは、図6の紙面奥行き方向であり、火格子板30aの長さ寸法Lに沿う方向である。実施の形態では、火格子板30aが、空気・水混合二重冷却方式で冷却される。つまり、火格子板30aは、その面方向にのびる冷却水路を備えている。
As shown in FIG. 6, the fixed
一体化設計の火格子板30aは、列方向に切れ目(言い換えれば、途切れ、あるいは隙間)を持たない。このため、火格子板30aの裏側へと灰、ゴミ残留物あるいは水などが漏れることを抑制できる利点がある。
The
空気・水混合二重冷却式の固定火格子30は、その溶接品質に厳しい要件が求められる。そこで、固定火格子30を溶接により構築した後に、水圧試験と熱処理とが全体として実行されてもよい。この水圧試験と熱処理とが、専門溶接作業員と製造メーカとで実施されてもよい。
The air / water mixed double cooling type fixed
実施の形態の滑動火格子31は、一例として、「複数枚並列構造」を備える。複数枚並列構造とは、図5の紙面貫通方向へと数枚の火格子片(あるいは火格子塊)が一列に並べられる構造である。このため、実施の形態の滑動火格子31は、列方向の途中に切れ目(言い換えると途切れ、あるいは微小隙間)を有する。また、既に述べた通り、滑動火格子31は純粋空冷式である。純粋空冷式とは、水冷が施されず空冷のみで冷却される方式である。したがって、滑動火格子31の火格子板には、冷却水路が設けられない。
The sliding
図5に示すように、実施の形態では、一枚の固定火格子30と複数枚並列構造の滑動火格子31とにより、一つの火格子グループが形成される。通常の燃焼条件下では、純粋空冷式の滑動火格子31の約4/5が、空気・水混合二重冷却式の固定火格子30の下に完全に収縮される。これにより、二種類の火格子30、31が両方とも保護される。
As shown in FIG. 5, in the embodiment, one grate group is formed by one fixed
図5の傾斜角度θ1は、固定火格子30と滑動火格子31それぞれが水平面に対してなす角度である。一例として、傾斜角度θ1は、18~29度に設定されてもよい。図5において、各段の火格子30、31の刃先が水平方向に対してなす角度を、刃先角(included angle)θ2とする。刃先角θ2が、0~5度であってもよい。図5において、固定火格子30の高さを、高さh1とする。この高さh1は、一例として100mm~150mmであってもよい。図5において、滑動火格子31の高さ寸法を、高さh2とする。高さ2は、一例として120mm~200mmであってもよく、h1<h2であってもよい。
The inclination angle θ1 in FIG. 5 is an angle formed by the fixed
図5には、油圧シリンダ41aと油圧シリンダ41bとが図示されている。第一グループの油圧シリンダ41aは、第一列の滑動火格子31aと第三列の滑動火格子31cとに接続されており、これらを往復駆動する。第二グループの油圧シリンダ41bは、第二列の滑動火格子31bと第四列の滑動火格子31dとに接続されており、これらを往復駆動する。
FIG. 5 shows a
冷却水は、固定火格子30の前端(下部)から流入するとともに、固定火格子30の内部で熱交換をしながら流れ、固定火格子30の後端(下部)から温水として排出される。過酷な燃焼条件に置かれると、固定火格子30の内部で冷却水が蒸発することで、空気抵抗が発生する。そこで、排水配管における例えば相対的に高い部位に、空気抜き弁を設置してもよい。冷却効果に影響を与えることを防ぐためである。
The cooling water flows in from the front end (lower part) of the fixed
実施の形態の火格子燃焼システム100の動作は、一例として次のステップS1~S5のように実施されてもよい。各々のステップの動作のうちいくつか或いは全てが、制御装置20において統合的に実行されてもよい。
The operation of the
(ステップS1)炉4を始動して点火する前に、供給ホッパ1に固形廃棄物が満杯まで充填される。
(Step S1) Before the
(ステップS2)補助燃焼装置6が点火され、炉4が加熱され、炉4の温度が650度以上に高められる。
(Step S2) The
(ステップS3)供給ホッパ1のドアが開かれる。固形廃棄物が重力により供給火格子2にむかって自由落下する。固形廃棄物が供給ホッパ1を介して供給火格子2に運ばれる。
(Step S3) The door of the
(ステップS4)供給火格子2が起動されると、供給火格子2が固形廃棄物を火格子装置3へ押し込む。火格子装置3に供給された固形廃棄物は、固定火格子30の上で燃焼する。その燃焼とともに、滑動火格子31の往復変位により、火格子装置3の前端部3fの側から後端部3rの側へと固形廃棄物が押されていく。滑動火格子31の往復変位によって固形廃棄物が完全に押されることで、固形廃棄物が撹拌され十分に燃焼させられる。同時に、一次空気吸気兼灰スラグ収集装置7のダンパーバッフルが開かれ、これにより燃焼空気と材料とが炉4で完全に混合させられる。炉4内の高温作用下で、反応が生ずる。燃焼用の空気は、火格子30、31の下方に設けられた一次空気吸気兼灰スラグ収集装置7を介して、炉4内に送られる。二次空気は、炉4の上部の喉部を介して炉4内に送られる。
(Step S4) When the
(ステップS5)上記のステップS4における固形廃棄物の焼却中には、水冷および空冷により火格子30、31が冷却される。水冷による冷却は固定火格子30のみで行われる。固定火格子30が備える冷却水路への冷却水供給で水冷が実現される。空冷による冷却は、火格子30、31の両方で行われる。空冷は火格子30、31に対する任意の空気供給で実施できるが、例えば火格子30、31の裏面側への空気供給で空冷が実現されてもよい。
(Step S5) During the incineration of the solid waste in step S4 above, the
(ステップS6)燃焼後のスラグ73(図2参照)は、一次空気吸気兼灰スラグ収集装置7に備えられた灰およびスラグの収集機構を介して、外部へと排出される。
(Step S6) The
以上説明した実施の形態の火格子燃焼システム100と火格子燃焼方法(ステップS1~S6)とによれば、炉内で常に高温にさらされる固定火格子30が空気・水混合二重冷却方式の列一体構造固定火格子として構築される。これにより、灰などの漏れの抑制と冷却水漏れリスク抑制とを同時に達成しつつ、高い冷却効果で過酷な炉内環境にも耐えることができる。その一方で、滑動火格子31の往復変位を組み合わせて固形廃棄物を十分に燃焼させることもできる。実施の形態によれば、固形廃棄物の供給と空気供給の調整とを的確に実施することで、例えば発熱量範囲1000kcal/kg~7000kcal/kgの固形廃棄物を処理・焼却が可能な、新規かつ実用的な火格子燃焼システムおよび火格子燃焼方法が提供される。
According to the
上記の実施の形態において、各構成の設計値が様々に定められてもよく、あるいは各構成に様々な変形が施されてもよい。 In the above embodiment, the design value of each configuration may be variously determined, or each configuration may be variously modified.
火格子装置3は、いくつかの「火格子グループ」で構成されてもよい。各々の火格子グループは、いくつかの火格子モジュールを含むものとする。「火格子モジュール」は、階段状に重ねられた各々の段の火格子のまとまりを指している。例えば、一つの火格子モジュールが、一つの固定火格子30と一つの滑動火格子31との積層体で構築されてもよい。例えば、図5に示すように、四段の火格子モジュールで一つの「火格子グループ」が構築されてもよい。図5に示す例では、四つの固定火格子30と四つの滑動火格子31とが階段状に重ねられており、異なる火格子が一枚ごとに交互にあらわれる。火格子グループに含まれる火格子モジュールの段数は、四段に限らず、二段、三段、五段、あるいは六段など任意の段数で一つの火格子グループが構築されてもよい。
The
実施の形態では、図5に示すように、一つの「火格子グループ」のなかで、空気・水混合二重冷却式の固定火格子30が相対的に上側に設置されており、純粋空冷式の滑動火格子31が相対的に下側に設置される。固定火格子30は、空気・水混合二重冷却式とされる。その一方で、滑動火格子31は純粋空冷式とされる。火格子30、31は二段に分けて配置されてもよい。初段と第二段の間の材料転がり案内壁(material rolling guide wall)について説明する。材料転がり案内壁とは、ゴミ処理量の高さを指す用語である。具体的には、例えば図5の例では、材料転がり案内壁の高さhgは、「滑動火格子31aについての高さh2と、火格子30の高さh1と、滑動火格子31bの高さh2との合計」である。材料転がり案内壁の高さhgは、一例として400mm~800mmであってもよい。
In the embodiment, as shown in FIG. 5, in one "grate group", the air / water mixed double cooling type fixed
実施の形態では、滑動火格子31を駆動する駆動装置40が、火格子装置3の前端部3fにまとめてつまり集中的に設置されている。ただし、変形例として、駆動装置40が火格子装置3の複数箇所に分散設置されてもよい。
In the embodiment, the
図5に示すように、滑動火格子31は、可動距離(ストローク距離)Dsを備える。可動距離(ストローク距離)Dsは、一例として200mm~450mmであってもよい。
As shown in FIG. 5, the sliding
炉4の側壁には、処理する固形廃棄物の発熱量範囲に応じて、断熱路と空冷炉と水冷炉とが設けられてもよい。例えば発熱量範囲1000kcal/kg~1800kcal/kgに応じて、断熱炉が設けられてもよい。例えば発熱量範囲1801kcal/kg~2500kcal/kgに応じて、空冷炉が設けられてもよい。例えば発熱量範囲2501kcal/kg~7000kcal/kgに応じて、水冷炉が設けられてもよい。
A heat insulating path, an air-cooled furnace, and a water-cooled furnace may be provided on the side wall of the
例えば、実施の形態において、個々の装置が既存の公知技術あるいは周知技術に適宜に置換されてもよい。例えば、上述した供給ホッパ1と、灰スラグ収集ホッパと、スラグ排出ホッパと、補助燃焼装置6のバーナーと、油圧シリンダ41と、二次空気噴射装置5の二次空気ノズルとが、それぞれ既存の公知技術あるいは周知技術によって構築されてもよい。
For example, in embodiments, individual devices may be optionally replaced with existing known or well-known techniques. For example, the
図7は、実施の形態の変形例の火格子燃焼システム101のシステム構成図である。変形例の火格子燃焼システム101は、空気管路17と、複数の送風機(ファン)18と、循環煙道ガス流路19と循環煙道ガス噴射口19aと二重ノズル19qとをさらに備えている。制御装置20は、複数の送風機(ファン)18それぞれの作動(オンオフ制御、および送風量)を制御する。制御装置20は、循環煙道ガス噴射口19aおよび二重ノズル19qの作動も制御する。循環煙道ガス噴射口19aおよび二重ノズル19qの制御内容は、少なくともオンオフ制御を含み、これらを流量調整可能な機構とした場合は噴射量制御を含んでもよい。
FIG. 7 is a system configuration diagram of a
図7では、火格子装置3が備える複数の火格子30、31のうち、前端部3fの側に最も近くに位置するひとまとまりの火格子を、初段火格子グループ3aとして図示している。また、図7では、一次空気吸気兼灰スラグ収集装置7が備える複数の風室(一次空気室)に、符合7a~7eを付している。風室7aは、初段火格子グループ3aの下方に設けられる。風室7b~7eは、二段目以降の火格子グループそれぞれの下方に設けられる。
In FIG. 7, among a plurality of grate 30s and 31s included in the
変形例の火格子燃焼システム101では、空気管路17がその途中で複数の分岐管路に分岐している。その分岐管路それぞれに、送風機18が設けられる。火格子装置3の下方に設けられた複数の風室(一次空気室)7a~7eそれぞれに対して、複数の送風機18それぞれの吐出口が個別に接続されている。複数の送風機18は、その一台一台について別々に風力調整制御が可能となるように構築されている。その制御は、制御装置20によって実施されてもよい。各々の一次空気室への送風空気量を調整することによって、より正確に燃焼温度を調節できる、また、汚染物(主にNOx)の発生を抑制することもできる。また、燃焼空気比率もより正確になり、燃焼効率が高くなる利点もある。
In the
変形例の火格子燃焼システム101には、循環煙道ガス流路19および循環煙道ガス噴射口19aが設けられる。循環煙道ガス流路19の一端は、炉4に接続されている。循環煙道ガス流路19の他端は、空気管路17が持つ複数の分岐管路のうち、所定分岐管路17aに接続されている。所定分岐管路17aは、初段火格子グループ3aの下方に設けられた一次空気室である風室7aに連通している。風室7aの内部において、所定分岐管路17aの先端には二重ノズル19qが設けられている。二重ノズル19qは、空気管路17からの一次空気71(図2参照)と循環煙道ガス流路19からの循環煙道ガスとを混合させた混合ガスを風室7aに供給することができる。
The
循環煙道ガス噴射口19aは、初段火格子グループ3aの火格子30、31の上方に設けられている。なお、図7に示すように循環煙道ガス噴射口19aは初段火格子グループ3aの上方に設けられてもよいが、これに限られず、炉4内の任意の位置に循環煙道ガス噴射口19aが設けられてもよい。
The circulating flue
変形例では、火格子装置3における特に初段火格子グループ3aにして、空気に代えて又は空気とともに、循環煙道ガスが供給される。炉4の内部から取り出した既燃焼ガスを、循環煙道ガス流路19および二重ノズル19qを介して循環煙道ガスとして風室7aに循環させたり、あるいは循環煙道ガス噴射口19aを介して噴射したりすることができる。これにより、炉4の温度を下げないようにしながら、初段火格子グループ3aの火格子30、31が着火しないように、廃棄物の水分を蒸発させることができる。火炎中心が、設計要件に従って火格子30、31の中央および後段に制御される利点もある。
In the modified example, the circulating flue gas is supplied in place of or together with air, particularly in the first
循環煙道ガスを使用する利点を詳しく述べる。水分含有量が低いため、高揮発性・低融点の固形廃棄物を焼却するときには、炉4の全体が高温領域にある。このため、固形廃棄物が供給火格子2を通過すると、その外部水分がほとんど蒸発する。高温状態の炉4に入った固形廃棄物は、高温で水素と反応しやすい。揮発性物質が急速に揮発して急速に燃焼されると、初段火格子グループ3aの火格子で燃焼が発生しやすい。さらに火が供給火格子2に広がり、供給ホッパ1で着火が起きることも懸念される。この点、実施の形態の変形例にかかる火格子燃焼システム101では、循環煙道ガス流路19を介して初段火格子グループ3aの火格子30、31に循環煙道ガスを供給することができる。これにより、初段火格子グループ3aの火格子30、31の着火を抑制することができる。
Details the benefits of using circulating flue gas. Due to the low water content, when incinerating highly volatile and low melting point solid waste, the
なお、循環煙道ガス中には、硫黄および塩素が存在する。そこで、硫黄および塩素による金属腐食を克服するための対策が施されてもよい。循環煙道ガス流路19のガス接触面に、グレードの高い鋼が使用されてもよい。わずかなコスト増加によって高いアドバンテージが得られる利点がある。循環煙道ガス流路19のガス接触面に、例えば腐食防止用コーティングが塗布されてもよい。循環煙道ガス流路19に、硫黄と塩素の少なくとも一方をせき止めるフィルタあるいはそれらを分解するフィルタが設けられてもよい。
Sulfur and chlorine are present in the circulating flue gas. Therefore, measures may be taken to overcome metal corrosion caused by sulfur and chlorine. High grade steel may be used for the gas contact surface of the circulating flue
図7に示すように、初段火格子グループ3aの上方に、蒸気噴射口21が設けられてもよい。
As shown in FIG. 7, the
変形例の火格子燃焼システム101では、複数の送風機18を設けることで風室7a~7eへの送風量を個別調整している。しかし本開示はこれに限定されず、例えば流量可変バルブなどの他の風量調整機構を設けることで、同様の風量調整が実現されてもよい。
In the
以上説明した実施の形態についてさらに補足すると、本願発明者は本技術分野の背景として下記のものに独自に着目している。固形廃棄物は、人々の生活や生産過程で発生し、生産資源として直接使用することはできない。固形廃棄物は、生活ゴミ、産業廃棄物、バイオマスなどを含む。固形廃棄物を適切に処理しないと、環境への二次汚染を引き起こす。それだけでなく、人間の健康にも大きな脅威をもたらす。人々の生活水準の向上と文明の発展の加速に伴い、廃棄物の分類はますます詳細になり、可燃廃棄物の発熱量は増加し続けている。国内外の主要な廃棄物処理方法には、埋め立て、嫌気性、ガス化、あるいは焼却などの方法がある。ただし、上記それぞれの廃棄物処理方法には欠点がある。例えば、埋め立てと嫌気性処理の欠点は、効率が悪く、多くの土地を占有し、下水や臭気などの二次汚染を引き起こすことである。例えば、ガス化の欠点は、爆発性ガスを発生しやすく、安全性が保証できず、ガス化効率が低いことである。例えば、焼却の欠点は、発熱量が2000kcal/kg以上に増加した後は、焼却用の純粋空冷火格子を使用できないことである。純粋空冷火格子は、火格子の焼却や炉4の焦げなどの面で改善が求められている。特に、2000kcal/kgを超える発熱量に耐えられるほどの、高耐熱に適した火格子構造および燃焼システムのニーズが高まっている。実施の形態の火格子燃焼システム100は、このようなニーズを満たすように様々な改良が施されたものである。
Further supplementing the embodiments described above, the inventor of the present application has independently focused on the following as the background of the present technical field. Solid waste is generated in people's lives and production processes and cannot be used directly as a production resource. Solid waste includes household waste, industrial waste, biomass and the like. Improper treatment of solid waste causes secondary pollution to the environment. Not only that, it poses a great threat to human health. As people's living standards improve and the development of civilization accelerates, waste classification becomes more detailed and the calorific value of combustible waste continues to increase. Major waste treatment methods at home and abroad include landfill, anaerobic, gasification, or incineration. However, each of the above waste treatment methods has drawbacks. For example, the drawbacks of landfill and anaerobic treatment are that they are inefficient, occupy a lot of land and cause secondary pollution such as sewage and odors. For example, the drawbacks of gasification are that explosive gas is likely to be generated, safety cannot be guaranteed, and gasification efficiency is low. For example, the drawback of incinerator is that a pure air-cooled grate for incineration cannot be used after the calorific value has increased to 2000 kcal / kg or more. The pure air-cooled grate is required to be improved in terms of incineration of the grate and charring of the
加工対象物の低位発熱量が2000kcal/kgを超える場合、いくつかの問題があることに本願発明者は独自の着目をしている。例えば、既存の空冷火格子が正常に動作できず、既存の空冷火格子の材料が高発熱量燃焼下の高温に耐えられず、既存の火格子の熱膨張が効果的に制御されず、局所高温領域では熔融後の処理対象物が空気出口から漏れたときに冷やされて凝縮し、この凝縮体が滑動火格子の動きをブロックするなどといった一連の問題がある。これらの問題は、本願発明者の独自の着目で得られたものである。また、既存の水冷式火格子の可動水管と静止水管が密閉されず、運転中の熱水漏れによる水管の錆、運転環境の高い湿度などの問題を解決できる。高発熱量の固形廃棄物の低引火点、高揮発性、焼き戻しが容易であるという利点もある。実施の形態ではこれらの各種利点が提供される。 The inventor of the present application pays unique attention to the fact that there are some problems when the low calorific value of the object to be processed exceeds 2000 kcal / kg. For example, the existing air-cooled grate cannot operate normally, the material of the existing air-cooled grate cannot withstand the high temperature under high calorific value combustion, the thermal expansion of the existing grate is not effectively controlled, and it is local. In the high temperature region, when the object to be treated after melting leaks from the air outlet, it is cooled and condensed, and this condensed body has a series of problems such as blocking the movement of the sliding grate. These problems were obtained by the original attention of the inventor of the present application. In addition, the movable water pipe and the static water pipe of the existing water-cooled grate are not sealed, and problems such as rust on the water pipe due to hot water leakage during operation and high humidity in the operating environment can be solved. It also has the advantages of low flash point, high volatility, and easy tempering of solid waste with high calorific value. In embodiments, these various advantages are provided.
1 供給ホッパ
2 供給火格子
3 火格子装置
3a 初段火格子グループ
3f 前端部
3r 後端部
4 炉
4a 前壁
4b 後壁
4c 尾端部
5 二次空気噴射装置
6 補助燃焼装置
7 一次空気吸気兼灰スラグ収集装置
7a~7e 風室(一次空気室)
8 鉄鋼支持構造
17 空気管路
17a 所定分岐管路
18 送風機(ファン)
19 循環煙道ガス流路
19a 循環煙道ガス噴射口
19q 二重ノズル
20 制御装置
21 蒸気噴射口
30 火格子(空気・水混合二重冷却式の固定火格子)
30a 火格子板
31 火格子(純粋空冷式の滑動火格子)
31a 第一列の滑動火格子
31b 第二列の滑動火格子
31c 第三列の滑動火格子
31d 第四列の滑動火格子
40 駆動装置
41、41a、41b 油圧シリンダ
71 一次空気
72 漏れた灰とスラグ
73 燃焼後のスラグ
100、101 火格子燃焼システム
Ds 可動距離(ストローク距離)
L 長さ寸法
W 幅寸法
θ1 傾斜角度
θ2 刃先角
hg 材料転がり案内壁の高さ
1
8
19 Circulating flue
31a 1st
L Length dimension W Width dimension θ1 Tilt angle θ2 Cutting edge angle hg Material Rolling guide wall height
Claims (18)
前記炉に設けられた火格子装置と、
を備え、
前記火格子装置は、
複数段の火格子グループを構築するように階段状に重ねられた複数の火格子を備え、
前記複数の火格子は、列方向に一体連続な形状の火格子板を有する列一体構造火格子を含む火格子燃焼システム。 With a furnace
The grate device installed in the furnace and
Equipped with
The grate device is
Equipped with multiple grate stacked in a staircase so as to build a multi-stage grate group,
The plurality of grate is a grate combustion system including a grate having a column-integrated structure having a grate plate having an integrally continuous shape in the row direction.
前記複数段の火格子グループそれぞれの下方に設けられた複数の風室と、
前記複数の風室それぞれと連通し、前記複数の風室それぞれへの送風量を互いに相違させるように前記送風量を調整可能に構築された送風装置と、
をさらに備える請求項1に記載の火格子燃焼システム。 The plurality of grate are stacked in a staircase pattern so as to form a multi-stage grate group including each of the plurality of grate.
A plurality of air chambers provided below each of the multiple stages of grate groups, and
A blower device that communicates with each of the plurality of air chambers and is constructed so that the amount of air blown to each of the plurality of air chambers can be adjusted so as to make the amount of air blown to each of the plurality of air chambers different from each other.
The grate combustion system according to claim 1.
前記火格子装置は、
前端部および後端部と、
前記複数の滑動火格子それぞれを前後往復駆動する複数の液圧シリンダと、
前記複数の液圧シリンダと接続する液圧タンクと、
を備え、
前記液圧タンクを前記火格子装置における前記前端部の側のみに配置するように構築された請求項1または2に記載の火格子燃焼システム。 The plurality of grate includes a plurality of sliding grate which are overlapped with the row-integrated grate and each of which is reciprocally displaced.
The grate device is
Front and rear ends,
A plurality of hydraulic cylinders that reciprocate back and forth between the plurality of sliding grate and
A hydraulic tank connected to the plurality of hydraulic cylinders,
Equipped with
The grate combustion system according to claim 1 or 2, wherein the hydraulic tank is arranged only on the side of the front end portion of the grate device.
前記火格子装置は、前記固定火格子に重ねられ前後往復変位する滑動式に構築され且つ空気と冷却水とのうち空気のみで冷却される純粋空冷式滑動火格子を、さらに備える請求項1~3のいずれか1項に記載の火格子燃焼システム。 The row-integrated grate is installed as a fixed grate that is at least water-cooled.
The grate device further includes a pure air-cooled sliding grate that is superposed on the fixed grate and is constructed in a sliding manner that reciprocates back and forth and is cooled only by air among air and cooling water. The grate combustion system according to any one of 3.
前記火格子装置は、複数の火格子グループを備え、
前記複数の火格子グループそれぞれは、階段状に並べられた複数の火格子モジュールを含み、
前記複数の火格子モジュールそれぞれは、
前記空気・水冷混合二重冷却式である前記列一体構造火格子と、
前記列一体構造火格子に重ねられ水冷と空冷とのうち空気のみで冷却される純粋空冷火格子と、
を含む請求項1に記載の火格子燃焼システム。 The row-integrated grate is constructed as an air / water-cooled mixed double-cooling grate that has a cooling water channel inside and is double-cooled by water cooling and air cooling.
The grate device comprises a plurality of grate groups.
Each of the plurality of grate groups includes a plurality of grate modules arranged in a staircase pattern.
Each of the plurality of grate modules
The column-integrated grate, which is an air / water-cooled mixed double cooling type,
A pure air-cooled grate that is stacked on the column-integrated grate and cooled only by air, which is either water-cooled or air-cooled.
The grate combustion system according to claim 1.
前記複数の火格子における材料転がり案内壁の高さは、400mm~800mmである請求項1~7のいずれか1項に記載の火格子燃焼システム。 The plurality of grate are directly overlapped with each other, and they are overlapped with each other.
The grate combustion system according to any one of claims 1 to 7, wherein the height of the material rolling guide wall in the plurality of grate is 400 mm to 800 mm.
前記列一体構造火格子の高さ寸法が100mm~150mmである請求項1、9および10のいずれか1項に記載の火格子燃焼システム。 The row-integrated grate is constructed as an air / water-cooled mixed double-cooling grate that has a cooling water channel inside and is double-cooled by water cooling and air cooling.
The grate combustion system according to any one of claims 1, 9 and 10, wherein the height dimension of the row-integrated grate is 100 mm to 150 mm.
前記純粋空冷火格子の高さ寸法が120mm~200mmである請求項1、9~11のいずれか1項に記載の火格子燃焼システム。 The plurality of grate further includes a pure air-cooled grate which is superposed on the row-integrated grate and is cooled only by air among water-cooled and air-cooled.
The grate combustion system according to any one of claims 1 and 9 to 11, wherein the height dimension of the pure air-cooled grate is 120 mm to 200 mm.
前記初段火格子グループの下方に設けられた風室と、
前記風室に連通し、空気と循環煙道ガスとの混合ガスを前記風室に供給するノズルと、
をさらに備える請求項1~12のいずれか1項に記載の火格子燃焼システム。 The grate device comprises a first-stage grate group that is composed of a part of the grate among the plurality of grate and is closest to the front end of the grate device.
The wind chamber provided below the first stage grate group and
A nozzle that communicates with the air chamber and supplies a mixed gas of air and circulating flue gas to the air chamber.
The grate combustion system according to any one of claims 1 to 12, further comprising.
前記初段火格子グループの上方に、蒸気を噴射する蒸気噴射口が設置された請求項1~12のいずれか1項に記載の火格子燃焼システム。 The grate device comprises a first-stage grate group that is composed of a part of the grate among the plurality of grate and is closest to the front end of the grate device.
The grate combustion system according to any one of claims 1 to 12, wherein a steam injection port for injecting steam is provided above the first stage grate group.
前記初段火格子グループの上方に、循環煙道ガス噴射口が設置された請求項1~12のいずれか1項に記載の火格子燃焼システム。 The grate device comprises a first-stage grate group that is composed of a part of the grate among the plurality of grate and is closest to the front end of the grate device.
The grate combustion system according to any one of claims 1 to 12, wherein a circulating flue gas injection port is provided above the first stage grate group.
前記炉で処理される固形廃棄物の発熱量範囲が1000kcal/kg~1800kcal/kgである場合には断熱炉が設けられ、
前記炉で処理される固形廃棄物の発熱量範囲が1801kcal/kg~2500kcal/kgである場合には空冷炉が設けられ、
前記炉で処理される固形廃棄物の発熱量範囲が2501kcal/kg~7000kcal/kgである場合には水冷炉が設けられる、
請求項1~15のいずれか1項に記載の火格子燃焼システム。 At least one of an adiabatic path, an air-cooled furnace, and a water-cooled furnace is provided on the side wall of the furnace.
When the calorific value range of the solid waste treated in the furnace is 1000 kcal / kg to 1800 kcal / kg, an adiabatic furnace is provided.
When the calorific value range of the solid waste treated in the furnace is 1801 kcal / kg to 2500 kcal / kg, an air-cooled furnace is provided.
A water-cooled furnace is provided when the calorific value range of the solid waste treated in the furnace is 2501 kcal / kg to 7000 kcal / kg.
The grate combustion system according to any one of claims 1 to 15.
前記燃焼ステップで前記固形廃棄物を燃焼させるときに、前記列一体構造固定火格子を水冷式で冷却しつつ、前記列一体構造固定火格子および前記滑動火格子の裏面の側から空気を送り込むことで前記列一体構造固定火格子および前記滑動火格子を空冷式で冷却する冷却ステップと、
を備える火格子燃焼方法。 In the furnace, a plurality of row-integrated fixed grate having a grate plate having a continuous shape in the row direction are arranged in a stepped manner with a vertical spacing from each other. A combustion step in which the solid waste on the row-integrated fixed grate is burned while stirring by reciprocating the sliding grate arranged in the above.
When the solid waste is burned in the combustion step, air is sent from the back surface side of the row-integrated fixed grate and the sliding grate while cooling the row-integrated fixed grate in a water-cooled manner. A cooling step for air-cooling the row-integrated fixed grate and the sliding grate,
A grate burning method.
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