JPH0225619A

JPH0225619A - 熱乱流式燃焼装置

Info

Publication number: JPH0225619A
Application number: JP1129985A
Authority: JP
Inventors: Jr William G Collins; ウイリアム，ジェラード・コリンズ，ジュニア
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1988-05-23
Filing date: 1989-05-23
Publication date: 1990-01-29
Also published as: NL8901153A; ES2013927A6; KR890017494A; PT90625B; US4817565A; PT90625A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、固形燃料を燃焼させる熱乱流式燃焼装置に関
し、より詳細には、熱の対流により生じる乱流状のガス
流を利用して、一般廃棄物又は都市廃棄物を含む種々の
固形燃料を燃焼させる燃焼装置に関する。

〔従来の技術〕

固形燃料を用いる燃焼装置が従前より知られている。た
とえば、一般廃棄物の処分のため、非常に多くの形式の
固形廃棄物用焼却炉又は燃焼炉が用いられている。この
種の燃焼装置のうち有用なものは、米国特許第３，８２
２，６５１号及び第４，０６６．０２４号に記載されて
いる。これらの形式の燃焼装置は、複数本の長さ方向に
延びる管が内側円筒面を形成して成るロータリーキルン
又はドラムを利用している。ロータリーキルンの壁を冷
却して蒸気を発生させるよう水の流れを管に通す、空気
を種々の手段によりロータリーキルン内に送り込み、ロ
ータリーキルンから生じた燃焼ガスをボイラーに通して
蒸気をさらに発生させる。これらの形式の燃焼装置は廃
棄物の処分において有用であり、それと同時に蒸気の発
生及び発電を通じて収昼が得られる。

〔発明が解決しようとする課題〕

公知の燃焼装置のうち成るものでは、燃焼ガスと空気を
何らかの態様で強制撹拌して完全燃焼に必要な混合を行
わなければならない。これら燃焼装置は注意深い設計及
び操作が必要であるが、比較的狭い範囲の条件の下でし
か満足に働かない場合がある。

かかる装置は一般廃棄物のような固形燃料の処理には有
用であることが判明しているが、燃料を完全燃焼できる
広範囲の条件で使用でき、しかも、操作が比較的簡単で
、効率的且つ経済的な燃焼装置の開発が依然として要望
されている。

本発明の目的は、広範囲の作動条件で混合させて固形燃
料を完全燃焼でき、しかも操作が比較的簡単であると共
に経済的な熱乱流式燃焼装置を提供することにある。

本発明のもう一つの目的は、一般廃棄物のような種々の
固形燃料を燃焼して、エネルギー源として使用される蒸
気その他の熱エネルギーを生ぜしめる熱乱流式燃焼装置
を提供することにある。

〔発明の構成〕

上記目的の達成のため本発明は、複数本の円周方向冷却
管を相互に連結して形成した全体的に円筒形の長さ方向
に延びる不動の燃焼室を有する固形燃料燃焼用熱乱流式
燃焼装置を提供する。燃焼室は、入口端、出口端、頂部
、底部及び側壁を有する。燃料供給用開口が、水冷ドア
で閉鎖できる入口端に設けられている。燃料を燃焼室の
長さ方向軸線と平行な通路に沿って搬送する燃料搬送手
段、例えば、格子形コンベヤ手段が、燃焼室の底部に隣
接してその長さ方向に設置されている。本装置は更に、
燃焼用空気を燃焼室に供給する手段を有する。熱による
乱流の発生を容易にするため、燃焼室の幅は燃料通路の
幅よりも大きい、冷却用流体を管に供給したりこれから
排出するための複数の管寄せ又はヘッダが冷却管に連結
されている。

一実施例では、燃焼室の横断面は対称形であり、搬送手
段は燃焼室の底部に沿って、その長さ方向中央に位置す
る。変形例としての本装置の構成では、燃焼室の横断面
は非対称形であり、搬送手段は燃焼室の底部の長さ方向
に沿って片側に隣接して位置する。燃焼装置は、押込み
空気取扱い手段及び誘引空気取扱い手段を有する平衡通
風式ボイラーシステムの一部として有用である。

上記目的及び利点並びに後で明らかになるであろう他の
目的及び利点は、添付の図面を参照して一層詳細に説明
するような特許請求の範囲に係る本発明の構成及び作用
で達成される。なお、添付の図面において同一の参照番
号は同一の要素を示している。

〔実施例〕

図面を参照すると、第１図には、本発明による熱乱流式
燃焼装置１２を有する全体が参照番号ＩＯで指示された
平衡通風式ボイラーシステムが示されている。平衡通風
式ボイラーシステムは一般廃棄物又は都市廃棄物のよう
な固形燃料の燃焼又は焼却に有用である。

ボイラーシステムは固形燃料１５を受け取って貯蔵する
ビット１４を有するが、燃料はクレーン１６によって投
入ホッパ１８まで運ばれ、ここから、燃焼装置１２に通
じる供給シュート２０に送り込まれる。送りラム２２を
用いると、燃焼装置１２への固形燃料の投入が容易にな
る。灰及び燃焼ガスは燃焼装置１２から排出されて木管
ボイラー２４に送り込まれ、灰はこのボイラー内で底部
に落下し灰排出用出口２６から排出される。高温ガスは
上昇して蒸気ドラム２８内での蒸気発生に用いられ、か
かる蒸気は適当なエネルギー源として使用できる。ガス
はその後、給水エコノマイザ３０に通されるが、この給
水エコノマイザ３０はボイラーから出た後のガスから熱
をさらに取り出す。ガスは、エコノマイザからスクラバ
３１及び大気汚染防止装置３２を通り、その後、煙道３
４を通って大気中に放出される。

押込みファン３６を用い、燃焼用空気を、ウィンドボッ
クス４０を通して燃焼装置１２に押し込むのが良い、ウ
ィンドボックスへの供給に先立ち流入空気を加熱する空
気予熱器３８を設けるのが良い。燃焼装置１２から落下
した篩分は物を収集して灰排出口２６に送り込むための
篩分は形コンベヤ４２を設けるのが良い、同様に、スク
ラバ及び大気汚染防止装置で高温ガスから除去したフラ
イアッシュ及び固形物を収集して灰排出口２６内に送り
込むため、フライアッシュ及びスクラバ固形物除去用コ
ンベヤ４４を設けるのが良い、ガスが蒸気ドラム部及び
エコノマイザ部を通過するときにガスからフライアッシ
ュ及び固形物を収集して排出口２６に送る導管４５が設
けられている。

誘引通風機又は誘引ファン４６を大気汚染防止装置３２
と煙道３４との間に設けて、煙道からの高温ガスの放出
を容易にするのが良い。

冷却剤、例えば水を、ボイラードラム４９のような適当
な源から燃焼装置に与えるために下降管４８が用いられ
ている。上昇管５０によって温水及び蒸気が燃焼装置か
ら蒸気ドラム２８に戻される。

第２図及び第３図で最も良く示されているように、一実
施例としての燃焼装置は、複数本の円周方向冷却管５４
を相互に連結して形成した全体的に円筒形の長さ方向に
延びる不動の燃焼室５２を有する。不動の室の形成のた
め、第３図に示すような一体ウェブ５６によって冷却管
５４を互いに連結するのが良い、変形例として、燃焼室
を単に、冷却管をウェブを用いないで互いに溶接して形
成しても良い。燃焼室の壁を気密にすることが肝要であ
る。燃焼室５２は、入口端５８、出口端６０、頂部６２
、底部６３及び側壁６４を有する。燃焼室の側壁及び頂
部は、鋼のような熱伝導性のある材料で構成されている
０図面に示す円周方向冷却管５４は、垂直方向に配向し
た状態で、燃焼室の長さ方向軸線と垂直な平面内に位置
している。第２図に示すように、この実施例の燃焼室の
横断面は対称形である。

冷却用流体を冷却管に供給するために冷却管５４及び下
降管４日に連結された長さ方向に延びる下部管寄せ又は
ヘッダ６６が、燃焼室５２の各側に沿い底部に隣接して
設けられている。、燃焼室５２の頂部に隣接して配置さ
れた上部管寄せ又はヘッダ６８が冷却管５４の上端に連
結されていて、加熱された冷却流体を受け入れて上昇管
５０に移送し、それにより冷却流体を蒸気ドラｌ、２日
に戻す。

変形例として、燃焼室５２を、複数本の長さ方向に延び
る管を垂直の管ではなく燃焼室の周囲に配置して形成し
ても良い、この場合、管寄せは燃焼室の頂部及び底部で
はなく両端に位置する。：とになる。

燃料１５を燃焼室を通してその長さ方向軸線と平行な通
路に沿って搬送する燃料搬送手段７０が燃焼室５２の底
部に隣接して設けられている。好ましくは、燃料搬送手
段を、適当なコンベヤ、例えば、移動格子、往復動格子
又は振動形格子で構成する。燃料搬送手段７０は、燃焼
用空気を、燃焼室の長さに沿って燃焼室内へ導入し燃料
中を上方へ通ず複数の開ロア４を備えている。燃料搬送
手段の下に位置したウィンドボックス４０のそれぞれに
通じる制御ダンパー７８を有する管７６によって燃焼用
空気を供給するのが良い、管７６は、押込みファン３６
からの空気を空気予熱器３８の通過後、受け入れる。第
２図に示す実施例では、燃料搬送手段は燃焼室５２の底
部に沿って長さ方向中央に位置している。

燃焼室の入口端５８は、供給シュート２０からの燃料を
受け入れる供給シュート開口８０を備えている。第３図
及び第５図に示すように、供給シュート開口８０を閉鎖
するため、水冷ドア８２を燃焼室の出口端５８の壁の内
側に枢着するのが良い、第５図に最も良く示されている
ように、ドア８２は、軸受が内設されたブラケット８８
によって入口端に回転自在に取付けられた中空シャフト
８４に取付けられている。ドア８２の内部は中空であり
、シャフト８４がその底部に、中空ドアの内部と連通ず
る複数の六８６を存している。水のような冷却剤が、シ
ャフトにその一端に設けられた管９０により供給され、
それにより冷却剤がシャフト８４に流入し開口８６を下
方に通過してドアの内部に入る。水はドア内部を循環し
た後、ドア８２からシャフト８４内に戻り、管９２を通
って流出する。ドア８２は、ドアに予備荷重又は張力を
かけてドアを閉鎖位置にするためバネ機構のような任意
適当な手段を用いることによって、通常は閉鎖位置の状
態で吊り下げられている。ラム２２を前方へ動作させて
燃料を燃焼室内部に押し込むと、ドアはラムにより押圧
されて第３図の点線で示すような開放状態になる。逆に
、ラム２２を後方へ移動させると、張力がドアに作用し
てドアは自動的に閉じる。所でならば、ラムが使用状態
にない場合、例えば、点検中及び／又は保守中、燃焼室
の内部に接近できるようドアを開けるａ構を別途設ける
のが良い、一つの適当なａ構としては、中空シャフト８
４の一端から延びていて、油圧シリンダ９５に連結され
たアーム９４が挙げられる。油圧シリンダを作動させる
とドアが開く。

水冷ドアにより、燃焼室から発生した輻射熱が供給シュ
ー１−２０内の供給用燃料を点火する！ｉ！ｉの発生が
防止される。また、ドアにより燃焼室内ヘの燃料の供給
を遮断することができる。というのは、ドアは、ラムが
使用状態にない場合、閉鎖状態を保つよう予備荷重がか
けられているからである。さらに、ドアは、空気が制御
されない流量で供給シュート開口８０を通過する事態の
発生を防止する。空気の流量が制御されないと、燃焼室
内の燃焼状態の制御性が妨害される傾向が生じる。

この点に関し、もう一つ注目すべきことは、通常は供給
シュート内に在る燃料によって、空気が供給シュート開
口を通らなくなることである。

燃焼室内での燃料の点火を容易にする点火バーナー９６
が燃焼室５２の入口端５８に隣接して設けられている。

第２図に示すように、燃焼室５２の幅は、燃料搬送手段
７０によって搬送中の燃料の通路の幅よりも大きく、そ
れにより燃焼室内の熱による乱流の発生傾向が高まる。

燃料を燃焼室内で燃焼させると、火炎及び高温ガス生成
物が発生する。高温ガス生成物は温度が高いために密度
が低い、高温ガス生成物は、燃焼室の冷却壁に対する熱
放射及び対流により温度を上昇させる。都市廃棄物のよ
うな固形燃料の燃焼により生じる燃焼温度は非常に高く
、例えば最高的２５（１０）°Ｆ（約１３８２．２℃）
に達する。他方、冷却管５４を通過する冷却剤は燃焼室
の側壁６４の温度を約５（１０）°Ｆ（約２６０℃）ま
で下げる。

冷却管５４を通過する冷却剤によるガス生成物の冷却に
よって、側壁近傍のガス生成物の温度は減少するので、
その密度が増大する。燃焼室の低温状態にある壁及び最
上部近傍に存在する低温で密度の高いガスと比較して、
燃焼中の燃料１５の近傍及びその上方における火炎とガ
スには密度の差があるので、高温のガスは燃焼状態の燃
料の上方へ上昇するが、それよりも低温のガスは燃焼室
の低温状態の壁の近傍まで下降する。これにより、第２
図に示すように、−又は二基上のガス循環流パターンが
生じる。第２図では、高温状態にあるガス９７は燃焼室
の中心部の燃焼中の燃料の上方へ昇り、これに対して、
それよりも低温のガスは燃焼室の低温状態の壁の近傍へ
下降する。燃焼室の出口端６０に向かう燃焼室の長さ方
向軸線と平行なガスの流れと、熱による対流作用により
生じる循環挙動とが組み合わさって、燃焼室内のガスに
−又は二基上の渦が生じる。これらの渦の軸線は、燃焼
室５２の長さ方向軸線とほぼ平行である。

このようにして、燃焼室内において、熱作用による乱流
状態が大規模に生じる。

第４図に示す燃焼室５２の実施例では、燃焼室５２の横
断面は非対称形であり、第２図に示す燃焼室の横断面が
対称形であるのと異なっている。

しかしながら、この実施例の燃焼室はやはり全体的には
円筒形であり、頂部及び側壁が湾曲している。この実施
例では、燃料搬送手段７０は燃焼室の底部の長さに沿っ
て片側に隣接した状態で位置している。このように、図
面の右側に示す側壁６４は、上部管寄せから見て図面の
左側の側壁６４よりも片側への片寄りの度合いが一層大
きい。

しかしながら、第４図に示す燃焼室の作用効果は、燃料
床７２よりも上に上昇している高温ガス９７が冷却管５
４により冷却され、低温で密度の太きなガス９８が燃焼
室の右側の側壁に沿って下降して燃焼、室内のガスに−
又は二基上の渦を生ぜしめる円形運動が得られる点にお
いて、第２図に示す燃焼室の作用効果と同じである。

〔発明の効果〕

燃焼室内で熱作用により得られる乱流状態は、燃料が燃
焼室内で燃焼状態にあると共に燃焼室の壁及び最上部が
冷却状態にある限り、非常に広範囲の条件の下でも存在
する。効率的な燃焼を行って未燃焼の可燃ガスの放出を
最少限に抑えるためには、燃焼装置は全て、乱流の利用
により可燃ガスと空気が効率的に混合することを必要条
件とする。他形式の燃焼装置は、乱流による混合の促進
のために、火炉のスロートにおける圧力降下又は高速の
ガス又は空気ジェットの攪拌作用のような機械的な効果
を利用する必要がある。乱流による混合を強制的に実施
する上記方法は実効を得るためには注意深い設計と操作
が必要であるが、それにもかかわらず、比較的狭い範囲
の動作条件の下でしか有効状態を保てない。

これとは対照的に、本発明の燃焼装置は、乱流を利用し
てガスと空気との混合を行うために上記機械的効果又は
強制実施による効果を必要とせず、設計上の基本的性質
として乱流利用の混合を自然に達成する。このようにし
て得られる乱流利用の混合は広範囲の動作条件で効果的
で信頼性があり、しかも、有効状態の維持のための厳格
な制御を別設行う必要がない。

当業者であれば、開示した構成につき多くの変形例及び
設計変更を想到できよう、しかしながら、本願の開示内
容は、例示として示すに過ぎず、本発明を限定するもの
として解されるべきではない本発明の好ましい実施例に
関するものである、〕とは言うまでもない。本発明の精
神から逸脱していないかかる変形例は全°ζ、特許請求
の範囲に記載された本発明の範囲に属するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による燃焼装置が組み込まれた平衡通
風式ボイラーシステムの略図である。第２図は、対称形の燃焼室を有する本発明の燃ｔＡ装置
ノ！Ｉｗ８端１ｍ図テアル。第３図は、第２図の燃焼装置の立面図である。第４図は、非対称形の燃焼室を有する本発明の変形例と
しての燃焼装置の概略端面図である。第５図は、燃焼室の入口端の内側に位置した水冷ドアを
示す部分拡大端面図である。〔主要な参照番号の説明〕１０・・・平衡通風式ボイラーシステム、【２・・・熱
乱流式燃焼装置、１５・・−燃料、２４・・・水管ボイ
ラー３６・・・押込みファン、３８・・・空気予熱器、
４０・・−ウインドボックス、５２・・−燃焼室、５４
−・・冷却管、５８・・・入「コ端、（ｉ　０・・出ｆ
ｉｌ端、６２・・・頂部、６３・・・底部、６／Ｉ・−
・側壁、７０・・・燃料搬送手段。特許出願人工ウェスチングハウス・■、レクトリック・
コーポレーション代　　理人：ＩＪＩ］優　紘一部（外１名）ＦＩｏ、　５＼）１弗水工′とＴ−

Claims

【特許請求の範囲】

（１）入口端、出口端、頂部、底部及び側壁を備えた全
体的に円筒形の長さ方向に延びる燃焼室を有する熱乱流
式燃焼装置において、複数本の相互に連結された円周方
向冷却管と、燃焼室に隣接して配置されていて、燃料を
入口端から出口端へ長さ方向に搬送する燃料搬送手段と
、燃焼用空気を燃焼室に供給する給気手段とを有し、燃
料室の幅は燃料搬送手段の幅よりも大きく、燃料室内に
乱流状態の循環ガス流を生ぜしめて完全燃焼を促進させ
ることを特徴とする熱乱流式燃焼装置。
（２）冷却管に連結されていて、冷却用流体を冷却管に
供給したりこれから排出する管寄せを有することを特徴
とする請求項第（１）項記載の熱乱流式燃焼装置。
（３）管寄せは、燃焼室の各側に沿って一つずつ底部に
隣接して配置された一対の下部管寄せと、燃焼室の頂部
に隣接して配置された上部管寄せとから成ることを特徴
とする請求項第（２）項記載の熱乱流式燃焼装置。
（４）搬送手段は、格子形コンベヤから成ることを特徴
とする請求項第（１）項記載の熱乱流式燃焼装置。
（５）燃焼用空気給気手段は、搬送手段に隣接して設け
られていて、空気を搬送手段内に送り込むウインドボッ
クスを含むことを特徴とする請求項第（１）項記載の熱
乱流式燃焼装置。
（６）燃焼室の横断面は対称形であり、搬送手段は燃焼
室の底部に沿って中央に位置していることを特徴とする
請求項第（１）項記載の熱乱流式燃焼装置。
（７）燃焼室の横断面は非対称形であり、搬送手段は燃
焼室の底部の片方の側に沿って位置していることを特徴
とする請求項第（１）項記載の熱乱流式燃焼装置。
（８）燃焼室の入口端に隣接して配置された点火用バー
ナーを有することを特徴とする請求項第（１）項記載の
熱乱流式燃焼装置。
（９）燃料を受け入れるよう入口端に設けられた開口と
、該開口を閉鎖する水冷ドアとを有し、該ドアは燃料を
燃焼室に導入するよう開くことを特徴とする請求項第（
１）項記載の熱乱流式燃焼装置。
（１０）入口端、出口端、頂部、底部及び側壁を備えた
全体的に円筒形の長さ方向に延びる燃焼室を有する熱乱
流式燃焼装置において、複数本の相互に連結された円周
方向冷却管を有し、冷却用流体を冷却管に供給したりこ
れから排出する管寄せが冷却管に連結され、該管寄せは
、燃焼室の各側に沿って一つずつ底部に隣接して配置さ
れた一対の下部管寄せと、燃焼室の頂部に隣接して配置
された上部管寄せとから成り、燃料を燃焼室の入口端か
ら出口端へ長さ方向に搬送する燃料搬送手段が燃焼室に
隣接して配置され、燃焼用空気給気手段が、燃焼用空気
を搬送手段内に供給するよう搬送手段に隣接して配置さ
れたウインドボックスを含み、燃料室の幅は搬送手段の
幅よりも大きく、燃料室内に乱流状態の循環ガス流を生
ぜしめて完全燃焼を促進させることを特徴とする熱乱流
式燃焼装置。
（１１）搬送手段は格子形コンベヤから成ることを特徴
とする請求項第（１０）項記載の熱乱流式燃焼装置。
（１２）燃焼室の横断面は対称形であり、搬送手段は燃
焼室の底部に沿って中央に位置していることを特徴とす
る請求項第（１０）項記載の熱乱流式燃焼装置。
（１３）燃焼室の横断面は非対称形であり、搬送手段は
燃焼室の底部の片方の側に沿って位置していることを特
徴とする請求項第（１０）項記載の熱乱流式燃焼装置。
（１４）燃焼室の入口端に隣接して配置された点火用バ
ーナーを有することを特徴とする請求項第（１０）項記
載の熱乱流式燃焼装置。
（１５）燃料を受け入れるよう入口端に設けられた開口
と、開口を閉鎖する水冷ドアとを有し、該ドアは燃料を
燃焼室に導入するよう開くことを特徴とする請求項第（
１１）項記載の熱乱流式燃焼装置。