TW460676B - Method for controlling the firing rate of combustion installations - Google Patents

Description

4S 歸 76 A7 B7 五、發明說明（γ ) 本發明關於一種調節焚化設備(特別是垃圾焚化爐）的 火焰功率的方法，其中，燃料在一「燃料爐柵」的前頭供 應，在此燃燒爐柵上作滑瀉運動及前進運動，而在燃燒爐 柵末端將熔渣帶出。 當垃圾燃燒時，除了廢氣中排放有害物質的量要少之 外，也要使燃料（可燃之成分)釋出的熱量均勻。由於加入 燃燒爐柵中的熱量/每體積單位廢物或垃圾會有很厲害的波 動，因此，——方面所供應垃圾的量須依現有的熱量値變化 ，另方面，燃料的耙動（Schuerung)(撥動）或滾動 (Umwaelzimg)以及燃燒空氣的供量也要變化，俾能有儘量 均勻的熱釋放。 在一些具有爐柵燃燒裝置的焚化設備(其中並無自動調 節裝置以依所檢出之燃燒床高度而定將爐柵滑瀉速度自動 調節），上述的情形在燃燒技術上會有燃燒床高度變動的缺 點。燃燒床高度變動的缺點爲··燃燒床的燃燒空氣的穿透 性會變化。這種燃燒床之燃燒空氣穿透性的變化會造成過 量空氣計算値變化，以及燃燒過程變化，如此，就不能有 穩定的燃燒過程，廢氣中不會有穩定的Ch値，且使C0及 Να的排放量不同，飛灰量不同，且熔渣灰燼也不同。 在歐洲專利ΕΡ 0 661 500 31中提到，將一燃燒爐柵上 的燃料的分佈用雷達檢出，且舉例而言，將此信號用於調 節滑瀉速度。固然這種方法很有利，但需使用昂貴的測量 裝置。此外’由檢出的燃燒床高度並不能推論燃燒床的空 氣穿透性。 4 — — — — — —--I I --I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -9· 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4現格（210 X 297公髮） A7 46〇6 76 --- B7 ____ 五、發明說明（>) 本發明的目的在於利用簡單手段提供一種方法，其中 火焰(燃燒)功率可較準確地配合該蒸氣功率的需求，其中 ’對於廢氣成份，此處特別是co、烴類、氮氧化物及其他 有害物質的主要焚化工程上的需求要能滿足。 這種目的，在上述種類的方法，依本發明達成之道， 係至少將燃料的滑瀉及前進速度依燃燒爐柵及燃燒床的燃 燒空氣穿透速度而定作改變。這點是一種最低要求，這種 要求是把不同燃燒床高度的問題解決所需滿足的起碼要件 。藉改變爐柵的耙動速度，燃料的分佈可以調節成使燃燒 爐柵與燃燒床的空氣穿透性保持恆定，如此，一方面可使 過量空氣保持穩定，且因而可使燃燒保持均勻，並且廢氣 中有穩定的〇2値，此外，如此可使有害氣體的排放保持一 定在一低位準。當燃燒空氣通過燃燒床的穿透性保持一定 時’氣體通過燃燒床的速度亦保持一定，因此從火焰帶出 來的飛灰的量很少且恆定。由於利用本發明的措施，焚化 過程可保持在一均勻有利的位準，因此即使當把熱含量大 不相同之困難的垃圾焚化時，熔渣中可燃成份仍能完全燒 盡。 爲了即使當放入之燃料的熱含量變動得很厲害時仍能 確實達到這種有利作用，故在本發明的進一步有利特色中 ，將燃料的供給量改變，且在這種措施的進一步特色中， 使爐柵及燃燒床的燃燒空氣穿透性而定而改變熔渣之帶出 量。 將燃料供給量依爐柵及燃燒床的燃燒空氣穿透性而定 5 「張尺度適用中關家標準贿3从4規格咖><297公爱) --* -- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印裝 ------I ^ ·11111---I ΚΚ.----------------------- 46〇676 A7 I-— B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（勹） 作改變的作業係與迄今普通方式的燃料供給的調節呈重疊 方式，例如依蒸氣物料而定，且當發現該僅由耙動速度的 調節無法達成最佳結果時，就構成一種修正的措施。 爲了將利用耙動速度的調節而改變燃料分佈的負面作 用排除，因此宜將熔渣的帶出量依爐柵及燃燒床的燃燒空 氣穿透性而定作改變，因爲此處熔渣帶出量可配合爐柵的 燃料流。 利用本發明的措施。可使火焰功率穩定性達到在5%波 動以下(即使在燃燒垃圾時，短時之熱量波動大於50%的場 合亦然）。 沿著一條燃燒爐柵的總長度範圍觀察，燃燒空氣穿透 性係與燃燒的進行有關，因爲剛堆上去的燃料的空氣穿透 性和已在燃燒或可燃成分幾乎完全燒掉的燃料的空氣穿透 性不同。依本發明，宜將燃料床的燃燒空氣穿透性在燃燒 爐柵之開始燃燒的區域求出。這是主燃燒區域的第一部段 ，此部段宜用於求出燃燒空氣穿透性，因爲在此處，燃燒 床高度及燃燒床的空氣穿透性對於所要的熱釋出作用的影 響最明顯。因此之故，這種區域有利於求出調節値。此處 也須作最大的變化，使得儘管燃料特性變動’却能有均勻 的熱釋出。但原則上，這種調節技術可在一燃燒爐柵任何 區域中使用，只要該區域中的燃燒反應係在標稱値的範園 中進行即可。 本發明這種求出調整値的基本構想，在第一種趨近方 法中，與燃燒空氣穿透性相關的調節信號係藉著把所觀察 6 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) : M6. -,線- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） r460676 A7 B7 五、發明說明（ 之爐柵區域之由爐栅襯材及燃燒床組成的整個燃燒空氣阻 體的自由空氣出口面積測出，而依以下公式求得：

„ PLB 其中 R爲調節信號 PLB爲在操作條件下流經燃燒床的初級空氣量 V通過該燃空氣阻體（由爐柵襯料及燃燒床組成)流速，用 以下公式計算： △Ρ 其中 g爲地球重力加速度 h爲在操作條件時空氣的比重 △ p爲下風區與燃燒室之間的靜壓力差 這種調整値的計算方式，基本上對於達成上述目的而 言已足夠。但可能會發生_實際情形略不同的偏差，這種 偏差的原因在於：由爐柵襯層及燃燒床組成的燃燒空氣阻 體各低流過去的燃燒空氣的流速而定對該燃燒空氣造成高 一些或低一些的流動阻力或摩擦阻力。空氣一方面流過燃 燒爐柵個別柵條之間很窄的縫隙，另方面流經該堆料，此 堆料由垃圾或廢物構成，它不會有一定的流徑，且其空氣 穿透性不但與燃燒床高度有關，而且與燃料組成(即垃圾的 性質)有關。如此造成的氣流性質就不再能用數學式準確地 表達，且使得計算的基礎不再與實際的性質相符。 h紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---------iei (請先閱讀背面之注意事項再填寫本f) · i線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ^60676 ____B7__ 五、發明說明（f) 針對這種困難’依本發明提議一種求出調節信號的方 式，雖然其成本較高，但可更準確的使所求得之調節値配 合實際性質，它依本發明係如下爲之：把和燃燒空氣穿透 性相關的調節信號藉著將整個燃燒空氣阻體(它由爐柵襯層 及燃燒床組成）的自由空氣出口面積以及一個氣流副値(它 與燃燒空氣的流速有關’且可用實驗算出)測出而求得，且 利用以下公式：

Rk=F : CL 其中： RK爲修正之調節信號 F爲自由空氣出口面 . α爲氣流副値 且該自由空氣出口面積利用以下公式計算：

/7 PLB v爲流經該燃燒空氣阻體（由爐柵襯層與燃燒床組成)的流 速，且依以下公式計算： 其中： g爲地球重力加速度 h爲在操作條件時空氣的比重 △ P爲下風區與燃燒室之間的靜壓力差 因此，這個可用實驗得到的氣流副値爲一種修正値，它將 空氣流過爐柵襯層(亦即流過該由個別爐柵條構成之燃燒柵 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟邨智慧財產局員工消費合作社印製

· — — — — — — — ·ΙΙΙ — — — — — I — — — — — III I------[ — 11__I 4 β〇6 76 Α7 Β7 五、發明說明（G) 以及燃燒床)時由於摩摞及形成漩渦造成之流速損失列入考 慮(該燃燒床係由大不相同之可燃與不可燃的垃圾不規則地 聚積而組成）。 本發明在以下配合圖式之一焚化設備實施例的說明以 及利用此焚化設備的操作結果詳細說明。圖式中： 第一圖係一示意圖示的焚化設備之縱剖面圖’ 第二圖爲該焚化設備之調節示意圖， 第三圖顯示在一定時間中，爐柵的耙動速度與所求得 之調節信號的關係。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本買) ο. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 〔圖號說明〕 ⑴ 燃燒爐柵 ⑵ 送料裝置 ⑶ 氣體通道 ⑷ 燃燒室 (5) 爐柵階段 (6) •驅動器 (7.1)〜(7.5) 下風室 (8.1)〜（8.5) 管路 (9) 溶渣滾子 (10) 熔渣落下豎坑 (11) 供應料斗 (12) 供應滑槽 (13) 供應枱 (14) 送料活塞 k紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公楚） 訂·· •線· ^ 60676 A7 B7 五、發明說明（ (15) 送料緣 (16) 燃料 (17) ' 溫度感測器 (18) 空氣量測量裝置 (19) 壓力感測器 (20) 壓力感測器 (21) (耙動速度)調整裝置 (22) (熔渣轉子轉速)調節裝匱 (23) (送料活塞)調整裝置 (24) (初級空氣量)調整裝置 (ZR) 中央電腦 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本1) C. 經 濟 部 智 慧 財 產 局 消 費 合 作 社 印 製 第一圖中所示之焚化設備包含一燃燒爐柵(1)、一送料 裝置(2)、一個後面接著氣體通道(4)的燃燒室(3)，其他氣體 通道以及接在焚化設備後方的機組(特別是蒸氣產生設備及 廢氣淨化設備)接到此氣體通道(4)，這些機組此不作詳示及 說明。 · 燃燒爐柵(1)包含個別的爐柵階段(5)，這些爐柵階段(5) 再由個別之相鄰的爐柵構成。這種燃燒爐柵(它設計成後推 爐柵形式)的各二個爐栅階段與一驅動器〔整體用(6)表示〕 連接，該樞動器可使耙動速度作用調節。燃燒爐柵下方， 沿縱向與沿橫向設有劃分的下風室(7.1)〜（7.5)，它們分別 經個別的管路(8.1)〜（8.5)供以初級空氣。在燃燒爐柵的一 種熔渣滾子(9)〕帶出到一熔渣落下豎坑（1〇)中，熔渣由該 處落入一個除熔渣器(圖未示)中。

(210 x 297 公釐） ---I I I I -------- 4 6 0 6 76 A7 ____ B7 五、發明說明（γ) 送料裝置(2)包含一個供應料斗（11)，一條供應滑槽(12) ，一個供應枱（13)，及一個(或數個相鄰且可互相獨立調節 的)送料活塞（14) ’這些活塞把在供應滑槽(12)滑出來的垃 圾經供應抬(13)的一個送料緣(15)移到燃燒室(3)中送到燃燒 爐柵⑴上。 堆在燃料爐柵⑴上的燃料（16)利甩來自下風區域(7.1) 的空氣乾燥’並利用該燃燒(3)中瀰漫的輻射熱加熱並引燃 。在下風區域(7.2)(7.3)中爲主燃燒區域，而在下風區域中 —，所形成的熔渣燒掉，往後進入「熔渣落下豎坑」（10)中 〇 爲了求出所要的調節値(此値在第一種趨近法中，係相 當於通過爐柵襯層及燃燒床的自由空氣出口面），故在空氣 供應管路(8.2)中設一空氣量量測裝置(18)，而在下風室(7.2) 中設一溫度感測器(17)及一壓力感測器(19)，而在燃燒室（1) 中設另一壓力感測器(20)，俾能將下風區域與燃燒室之間 的靜壓力差測出。 · 在第一圖中以示意顯示不同之調整裝置，它們用於調 節各種不同的控制量或裝置，俾能將火焰功率作所要的調 節。在此，用以改變耙動速度的調整裝置用（21)表示，用 於改變熔渣滾子轉速的裝置用（22)表示，用於控制送料活 塞的出入頻數或速度的裝置用（23)表示，控制初級空氣量 的裝置用（24)表示，它們可將所送之初級空氣量送到各個 別之下風室。 以下配合第二、三圖說明本發明。 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · .線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4^〇676 A7 _ _— —B7 五、發明說明（y ) 一個迄今習知的調節單元RE〔它可調節焚化設備的火 焰功率，例如依蒸氣量流就燃料供應及初級空氣而定作調 節，以便只要考慮少數之調節參數〕設計成使得實施本發 明方法所需的標稱値以及所檢出的實際値呈調節値的形式 能進一步送到個別之調整裝置。爲此，設有一個中央電腦 單元(ZR)，它與該溫度感測器(17)、空氣測量裝置（18)及該 二壓力感測器（19)(20)相連接，並將由該感測器或裝置測得 之數値作處理。 爲了要能將個別的調節値利用調節單元(RE)輸出，故 須將該影響調節單元的調節値利用中央電腦(ZR)由所測之 値計算出來。因此，中央電腦(ZR)求出自由空氣出口面積 的實際値，此値再在調節裝置(RE)中與該自由空氣出口面 積的標稱値比較，由此產生控制個別之調整裝置(2丨)〜（24) 所需之信號。 根據下風室(7.2)中所測之初級空氣溫度以及該室中所 測的壓力，以習知方式算出初級空氣(PL)的密度。此値配 合該下風區域與燃燒室之間的靜壓力差的値〔它利用二感 測器(丨9)及(20):測笔出來〕利用，以便利用以下公式： 計算出初級空氣在流經該燃燒室空氣阻體〔它由爐柵襯層 及燃燒床構成〕時的速度。如此所得之値配合該空氣量的 値〔它利用空氣量測量裝置（18)測出，此量換算成與溫度 及壓力有關的操作條件〕依以下公式計算出一定的自由空 氣出α面積： ___ 12 又過用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

訂------- I -線一^>------II 60676 A7 _______B7___ 五、發明說明（丨p)

V 如此所得之値爲自由空氣出口面積的實際値，且可當作調 節單元(RE)的調節信號(F)以供利用，在調節單元中，將此 値與自由空氣出口面積(F)的標稱値比較。由此產生個別調 整裝置(21)〜（24)的調整値。在此，當在調節燃燒爐柵的耙 動速度SG時，根據調節信號®所需的値係與該耙動速度的 標稱値範圍比較，以確認該修正或調整步驟可以只在假設 以及容許的範圍中進行。 在這種計算與調節的方式中，仍然會發生很小的偏差 ，這種偏差的原因，係因空氣必須通過一個「燃燒空氣阻 體」（它由爐柵襯層與燃燒床構成），此阻體不但很窄，而 且對於初級空氣通過而言，有極不規則的橫截面。在此發 生摩擦損失，這種損失要列入考慮，呈一氣流副値α的形 式，以達成更準確的調節。由於在此種燃燒床中的氣流性 質不能計算，故此氣流副値α須用實驗方式求出。爲了求 出這種氣流副値，首先測量通過未裝料的燃料爐柵的氣流 ，然後將爐柵充裝燃料，在下風區域中以各種不同的空氣 呈與起始壓力量該流量。在此所得之下風區域與燃燒室之 間的壓力損失或靜壓力差的不同係爲算出氣流副値所需的 量，當氣流不能再流過燃燒爐與燃料之時’此量的値爲0 ，且當空氣越能暢通無阻地經爐柵襯層與燃料流過去時’ 此値就越變越大（直到最大値α=ι)，在實用上，所求得之 氣流副値在0.6〜0.95的程度。這種用實驗方式求出的氣流 副値α輪入到中央電腦，俾能將更前面所述之方法所算出 13 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ----------訂---------線！ k. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 460676 _；_B7______ 五、發明說明（“） 的調節信號F或R配合這種氣流副値修正，因此，中央電 腦再將一修正之調節信號RK送出到該調節單元。此調節過 程在第二圖中用示意圖表示，由圖中可看出，中央電腦 (ZR)與「測量感測器」（Π)〜（20)連接。且可輸入該氣流副 値α，而調節元(RE)可接收耙速度(SG)以及自由空氣出口 面積(F)的標稱値的輸入，俾能由此把各調節脈波輸出到該 調整裝置(21)〜（24)〔它們與此調節單元連接〕。 第三圖顯示本發明調節方法的結果。在此，縱座標爲 自由空氣出口面積F，呈調節信號形式，另外呈每秒的行 程數；而橫座標爲測量之時間。F «係爲自由空氣出口面 積的恆定的標稱値。曲線F表示該用氣流副値α修正過的 調節信號RK的各實際値。此處可看出，它對於預設之標稱 値只有較小的波動，這點可得到一結論：該燃燒作用近乎 均勻地進行。SG表示爐柵的耙動速度，係用爐柵驅動器 (6)的行程運動數/每秒表示。此處可看出，當自由空氣出口 面積減少(例如減到點F1)時，該耙動速度對應地上升到點 SG1。「空氣出口面積減少」意謂著該燃燒床的空氣穿透 性由於燃燒床高度增加或由於燃料的緊密度較大（由於有濕 而不燃的成份)而減少。藉著提高耙動速度，可解決或改變 這種狀態，使空氣出口面積再趨近標稱値，這是在點F2的 情形。此處可看出4在相關的部段(SG2)中的耙動速度保持 恆定。如果在點F3中該自由空氣出口面積再減少則來耙動 速度對應地在區域SG2中增加，然後在區域SG4中再保持 恆定，因爲在此區域F4中，幾乎測不出有從標稱値偏差的 14 、張尺 tsh 標準（CNS)A4 規格（210 X 297 公愛)' : ---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -I ----------訂 --------線」 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 460676 五、發明說明（/π) 情事。 依本發明之調節技術的效力不僅關於爐柵的速度〔雖 然這種速度爲主要的控制量〕而已。爲了藉調節耙動速度 使焚化過程平均，也須將送到燃燒爐栅的燃料以及；熔渣之 帶出量依上述之調節信號R或仏作改變。這種作業係如下 述：該調節單元(RE)不僅經由調整裝置(21)控制耙動速度， 而且還經由調整裝置(23)控制送到燃燒爐柵(1)上的燃料供 應量，並經由調整裝置(22).控制該經帶出滾子（1)帶出之量 。利用調整裝置(24)還可改變初級空氣量，其中，該種控 制主要係根據一般的火焰功率調節。 本發明的調節方法可呈獨立之調節方法至少用於調節 爐柵速度，但如果耙動速度由於有其他參數而利用一般之 火焰功率調節單元調節時，也可只當作這種耙動速度調節 的修正之用。 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) --rv----- I--訂--------· I ' 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 4 6 0 6 76 A8 B8 C8 D8 >申請專利範圍 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 1. —種調節焚化設備的火焰功率的方法，特別是利用 在垃圾焚化爐者，其中燃料在燃燒爐柵前頭供應，在其上 作IE動及前進運動，而在燃燒爐柵末端將落下之熔渣帶出 ，其特徵在： 該燃料之耙動及前進運動至少依燃燒爐柵及燃燒床的 燃燒空氣穿透性而定作改變。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中： 該燃料的供給量依燃燒爐柵及燃燒床的燃燒空氣穿透 性而定作改變。 3. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中： 該熔渣帶出量依燃燒爐柵及燃燒床的燃燒空氣穿透性 而定作改變。 4. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中： 該燃燒床的燃燒空氣穿透性係在燃燒爐柵開始燃燒的 區域求出。 5. 如申請專利範圍第1·或第2項之方法，其中·· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在與燃燒空氣穿透性相關的調節信號係藉著把所觀察 之爐柵區域之由爐柵襯材及燃燒床組成的整個燃燒空氣阻 力體的自由空氣出口面積測出而依以下公式求得： R PLB 其中 々 R爲調節信號 PLB爲在操作調件下流經燃燒床的初級空氣量。 V通過該燃空氣阻體（由爐柵襯料及燃燒床組成)流速，用 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇Χ297公嫠） 4β〇6 76 Α8 Β8 C8 D8 申請專利範.圍 以下公式計算： 2g Δρ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其中 g爲地球重力加速度 Τι爲在操作條件時空氣的比重 △ Ρ爲下風區與燃燒室之間的靜壓力差。 6.如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中： 把和燃燒空氣穿透性相關的調節信號藉著將整個燃燒 空氣阻體（它由爐柵襯層及燃燒床組成)的由空氣出口面積 以及一個氣流副値(它與燃燒空氣的流速有關，且可用實驗 算出)測出而求得，且利用以下公式： Rk=F : 0L 其中： RK爲修正之調節信號 F爲自由空氣出口面積 α爲氣流副値 且該自由空氣出口面積利用以下公式計算： F =翌 V V爲流經該燃燒空氣阻體（由爐柵襯層與燃燒床組成）的流 速，且以依以下公式計算： 2g Δρ 其中： g爲地球重力加速度 2 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. -Μ0· 線- Μ氏張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 4δ〇β76 β! C8 D8六、申請專利範圍a爲在操作條件時空氣的比重 △ P爲下風區與燃燒室之間的靜壓力差。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙乐尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）