JP3990463B2 - 水冷燃焼火格子 - Google Patents

Description

本発明は、水冷燃焼火格子に関するものである。
石炭、泥炭、材木くず及び塵芥の様な固体塊燃料は、蒸気を発生させ且つ場合によっては廃棄物を除去するために、火格子燃焼装置中で燃やされることがある。火格子は水平かまたはある角度かの何れかで燃焼空間中に配置される。火格子は火格子棒または火格子板を含んでおり、それらの中または間に火格子溝が備えられている。静止火格子及び可動火格子が知られている。可動火格子では、火格子棒または火格子板は、回転ローラ上に配置されるか、または継ぎ目なし移動ベルトを形成するか、または振動によって動かされる。燃料は火格子上へ層状に装入される。動く火格子の場合は、重力及び／または火格子棒の振動または火格子ローラの回転または火格子ベルトの移動速度の影響を受けて燃焼空間中を燃料が搬送され、この燃焼空間で燃料が燃焼空気と一緒に燃える。燃焼空気は火格子溝を通して燃料層へその下面から供給され（一次空気）、その際に燃焼空気の一部を燃料層へその上面からも供給することができる（二次空気）。燃焼中及び特に点火中における火格子棒及び火格子板の表面における温度は６５０℃と９５０℃との間の値に達する可能性があるので、火格子の冷却が必要とされており、この冷却は通常は燃焼空気によって遂行されている。しかしながら、水で冷却される燃焼火格子も知られている。燃焼中に形成される灰の僅かな部分が、火格子溝を通るかまたは個々の火格子棒群同士の間の空間を通って落下し、灰ホッパ中に集められる。傾斜しており且つ／または可動の火格子では、灰の大部分が火格子の終端でどさっと落とされる。静止している水平な火格子では、灰の排出は例えば火格子棒または火格子板を揺さぶることによって定期的に遂行される。
ＤＥ−ＰＳ３１２２８７号から、取換え可能な棒を有する水冷中空火格子が知られており、この水冷中空火格子では中空火格子棒がそれらの終端に凹部を有しており、パイプ接続部を備える接続片のみならず流路を備える接続片も加圧具によって凹部内に固定されている。これらの接続片は、火格子の全体が言わば連続パイプコイルを形成する様に、通常は二つの火格子棒を接続している。冷媒の流れはパイプ接続部を備える接続片の配置に依存して所望通りに設計されてよく、各火格子棒は二つの接続片のみを緩めた後に取り換えられ得る。この構成は、接続片及び接合部が部分的に燃焼空間のすぐ近くに配置されており、その結果、不断の損耗を受け易いという不都合を有している。しかも、火格子棒の大きな間隔が、燃焼の進行に否定的な影響を有する小さな火格子抵抗を下流側に生じさせる。
ＤＥ−ＰＳ３４０６０２号から、水が循環する中空火格子が知られており、この中空火格子は火格子の表面の全体に燃焼空気を分布させる追加の空気路を有しており、この追加の空気路は、火格子の上方へその全長に対して突出している水室のジャケットによって形成されており、水室の拡幅されている上面の下方で燃焼空間に通じている。冷却水はこの火格子の中空火格子棒中を流れ、この火格子では火格子溝が火格子棒中に切込みを形成しており、中空棒中に収容されている水が切込みの回りを流れる。対応導管によって循環水が給水タンクに接続されている。中空火格子中を循環している水を加熱することによって、火格子が保護され、同時に、火格子を冷却している水が給水の加熱に利用される。この燃焼火格子は、静止しており且つ低灰燃料でしか運転され得ないという不都合を有している。
ＤＥ−ＡＳ１０５３１３１号は分割火格子棒を有する燃焼火格子を開示しており、これらの分割火格子棒は水が流れるパイプ上に置かれており、分割火格子棒はパイプの上面からパイプ同士の間へ挿入されており、分割火格子棒はパイプの断面に対応する凹部でパイプに押しつけられている。この燃焼火格子は、複雑な技術的構成を有しており、専門用語で言えば、ジャケットパイプ壁を使用することによってもっと簡単に構成されてもよいという不都合を有している。
最後に、ＷＯ９５／１８３３３号から、商業プラントで塵芥を燃焼させるための摺動燃焼火格子モジュールが知られており、この摺動燃焼火格子モジュールは一次空気の供給部のみならず互いに可動な複数の火格子階段をも有しており、火格子のみならずその支持要素も板金製の中空部品を含んでおり、組込み状態の液体冷却媒体がこの中空部品中を流れる。個々の火格子階段は中空火格子板を含んでおり、この中空火格子板の長さは製造されるべき燃焼火格子の全幅を横切って延びる様に設計されている。火格子板は、内部が中空であり、冷媒の供給及び排出のために少なくとも一つの接続ポートと一つの排出ポートとを有している。冷却水流動パイプとして機能するパイプが火格子の下方で火格子の全長を横切って延びており、管接続部がこのパイプから各火格子板または火格子階段または火格子の冷却室へ通じており、また、別の冷却水再循環部として各火格子板または火格子階段または火格子の冷却室から冷媒の制御のための制御要素へ戻っている管接続部が備えられている。一次空気は火格子板を貫通して延びている孔を通して供給される。この構成は、燃焼空気が部分的にしか火格子棒を貫通して供給されなくて燃料を均一には曝気しないので、火格子の高い熱負荷が妨げられるという不都合を有している。
本発明の基礎をなす目的は、０．９〜１．１ＭＷ／ｍ²火格子面積という高い熱負荷を許容し、損耗が少なく、且つ保守努力が少なくてよい、水で冷却される燃焼火格子を創り出すことである。
本発明の基礎をなす目的は、火格子の幅を横切って延びている複数の火格子棒ブロックを含んでおり、各ブロックは多数の火格子棒を含んでおり、各火格子棒は幾つかの切れ込み火格子溝に加えて曲がりくねった流路をも内部に有しており、火格子棒は二つの火格子棒同士の間に火格子溝が形成される様にねじ止め可能な接続片によって更に互いに接続されており、二つの火格子棒の曲がりくねった流路を接続している接続通路が接続片の内部に延びており、火格子の限界に位置決めされている火格子棒は液体冷却水が供給及び排出されるねじ止め可能な入口片及び出口片を有している、水冷燃焼火格子によって解決される。
液体冷却水による火格子の冷却のために、火格子棒の表面における温度は９０〜１１０℃である。この方法で、一方では火格子の損耗の減少が、また、他方では０．９〜１．１ＭＷ／ｍ²火格子面積という高い熱負荷耐性容量が達成される。このことは、本発明の火格子が、同じ熱効率を有する公知の空冷火格子に比べて３０％程度だけ小さく組み立てられ得るという事実に通じる。火格子棒の内部に配置されていて冷媒の流れる流路の曲がりくねったデザインと、本発明に従って使用されるべき接続片、入口片及び出口片とは、冷媒の供給及び排出が火格子の限界のみから遂行される様に好都合に協力し、火格子棒の個々のブロックまたは火格子棒の幾つかのブロックはこの様にして火格子の限界から冷媒を供給され得るので、運転上の安全性が増加している。更に、火格子棒のブロックが含んでいる個々の火格子棒同士の間に、運転中にその幅を変えない火格子溝が形成されることを、接続片が好都合に遂行する。本発明の燃焼火格子のこの高い寸法精度が、火格子を貫通する灰の僅かな通過と火格子上における燃焼空気の最適供給及び燃料の実質的焼尽との両方を確実にしているので、結局、高い熱負荷が達成されている。
本発明によると、更に、接続片、入口片及び出口片が火格子棒支持体を取り囲んでいてこの火格子棒支持体にねじ止めされており、火格子棒の曲がりくねった流路が接続片の接続通路を介して互いに接続されている。この方法で、火格子棒のブロックの寸法精度と燃焼火格子の運転上の安全性とが増加している。
本発明によると、火格子棒支持体によって個々の火格子棒ブロックが動かされ得ること、及び／または、燃焼火格子が８〜１１°の傾斜角を有していることが、特に好都合である。火格子棒ブロックの可動性は、本発明に従って設計される燃焼火格子の運転上の安全性を低下させない。本発明の燃焼火格子は、例えば、傾斜向流火格子として、または傾斜送り火格子として、または水平配置送り火格子として設計されてもよい。
本発明の更なる特徴では、火格子溝が１〜１．５ｍｍの幅を有している。火格子溝のこの幅は、火格子上に置かれる燃料が溝を通って落下せず且つ十分な燃焼空気が燃料層へ入り込むことを確実にしている。特に、１〜１．５ｍｍの幅の火格子溝が確実に維持される様に接続片が個々の火格子棒を固定しているので、二つの火格子棒同士の間に備えられている火格子溝は運転中にその幅を変えない。
本発明によると、更に、火格子棒と接続片または入口片及び出口片との接続部が、機構片の接触面の平らな切り取り部と黒鉛封止剤とによって封止されている。機構片の平らに切り取られた接触面と黒鉛封止剤及び個々の機構片の本発明によるねじ接続との共同によって、冷却系の絶対に確実な封止が達成されているので、長時間に亘る運転中でも燃焼火格子の運転上の安全性が確保されている。
本発明によると、火格子棒が、接続片、入口片及び出口片に接して置かれており、垂直に延びているねじによって接続片、入口片及び出口片にねじ止めされている。大きな接触面積及びねじ接続は、総ての機構片の良好な固定と冷却系の安全な封止とに通じている。
幾つかの場合には、それ自体では公知である水平な空冷燃焼火格子が本発明の燃焼火格子に続いて備えられていることが適切であることが分かる。この方法で、空冷燃焼火格子の熱負荷耐性容量が０．５〜０．８ＭＷ／ｍ²火格子面積にしか過ぎないにも拘らず、燃料の高い焼尽が好都合に達成される。代わりとして、本発明の燃焼火格子に続いて本発明による第２の水平な水冷燃焼火格子が備えられているので、火格子の高い負荷耐性容量によって燃料の高い焼尽が達成される。
第２の空冷または水冷燃焼火格子の先頭に、パルス化された燃焼空気が燃焼空間中へ導入されるノズルが備えられていて、このパルス化された空気が予熱もされてよいという本発明によって、後燃焼が改良され得る。
本発明によると、最後に、本発明の燃焼火格子に続いて備えられている水平な空冷燃焼火格子が、接続通路を有していないが前記接続片、入口片及び出口片に対応して設計されている接続片及び終端片を有している。
以下、図面を参照しながら、本発明の内容を詳細に説明する。図１は、水平な空冷燃焼火格子が後ろに備えられている本発明の燃焼火格子を示している。図２は、火格子棒のブロックのデザインを図解している。図３は、火格子棒のブロックと火格子棒支持体との間の接続部を詳細に示している。
図１に示されている装置は、本発明の燃焼火格子１と続いて備えられている公知の空冷燃焼火格子２とを含んでいる。燃焼火格子１は、１０°の傾斜角を有しており、その前部分では向流火格子として設計されており、その後部分では送り火格子として設計されており、これら二つの構成は、公知の従来技術に属しており、可動の火格子棒ブロック３を用いている。燃焼火格子１の両部分は３．５ｍ程度の長さと３ｍの幅とを有している。しかし、これらの寸法はもっと小さくてももっと大きくてもよい。幅は燃料の質量流量に対応して変えられてもよい。空冷燃焼火格子２は水平に配置されており３．４ｍ程度の長さと３ｍの幅とを有している。空冷火格子の幅も燃料の質量流量に対応して変えられてもよい。燃焼火格子１は０．９４ＭＷ／ｍ²の平均熱負荷で運転され、空冷燃焼火格子２は０．６４ＭＷ／ｍ²の熱負荷で動作する。燃焼火格子１、２を貫通して落下している灰粒子は灰ホッパ４ａ、４ｂ、４ｃ中に集められ、この灰は灰排出部５に引き渡され、この灰排出部５へは燃焼火格子２の終端からも灰がどさっと落とされる。図１に表されている装置へ送り装置６を経て塵芥が燃料として供給される。燃焼空気は灰ホッパ４ａ、４ｂ、４ｃを経て火格子１、２を貫通して燃料層中へその下面から導入される。燃焼火格子１は１．１程度の平均過剰空気係数で運転される。燃焼火格子２の前部分中または燃焼火格子１、２間の移行部、例えば火格子階段７には、図示されていないノズルが備えられており、パルス化された熱い燃焼空気がこれらのノズルを介して燃焼空間中へ導入され得る。燃焼空間中、例えば燃料層上の温度は１１００〜９５０℃である。燃料層中の温度は７００〜８００℃である。燃焼火格子の火格子棒ブロック３の表面における温度は水冷のために９０〜１１０℃である。燃焼火格子２の火格子棒ブロックの表面における温度は４００〜６００℃である。本発明の燃焼火格子がローラ火格子としても進行火格子としても設計され得ないことは極めて明らかであり、それはローラ火格子や進行火格子では本発明に従って備えられる冷却が合理的な経済的努力では実現され得ないからである。燃焼火格子１上の燃焼空間中へ燃焼空気を導入することができる。燃焼空間中つまり燃料層上へ燃焼空気を導入することによって、特に、燃料から漏れている気体成分の最適燃焼が達成される。火格子階段７に備えられているノズルを経て燃焼空間中へ導入される燃焼空気は、燃料の後燃焼のみならず気体燃料成分の燃焼をも促進させる。
図２に概略的に表されている火格子棒ブロック３は、幾つかの火格子棒８ａ、８ｂ、８ｃを含んでいる。火格子棒８は４００〜６００ｍｍの長さと４００〜７００ｍｍの幅とを有している。火格子棒ブロック３は火格子限界９ａ、９ｂの内側に配置されている。各火格子棒８の内部には、例えば２０ｍｍの直径を有しており内部を冷却水が流れる曲がりくねった流路１０が備えられている。一つまたは幾つかの火格子棒ブロック３を通過した後に冷却水の温度が６０〜９５℃になる様に冷却水の量が決められており、冷却工程中では蒸気が形成されない。等しい長さ、幅及び形状の幾つかの火格子溝１１が火格子棒８中に機械工作されており、火格子溝１１の幅は１〜１．５ｍｍである。火格子溝１１を通して燃料層へその下面から燃焼空気が供給される。各火格子棒８は冷却水のための入口開口１２ａ及び出口開口１２ｂを有している。冷却水は導管１３を経て外部から火格子棒ブロック３へ供給され導管１４を経て外部へ排出される。
入口片１５ａ及び出口片１５ｂが、火格子限界９ａ、９ｂに位置決めされている火格子棒８ａ、８ｃに接して配置されていて、これらの火格子棒８ａ、８ｃにねじ止めされている。導管１３、１４は入口片１５ａ及び出口片１５ｂに通じている。火格子棒８ａ、８ｃは、火格子棒８ｂに接して配置されている接続片１６によって火格子棒８ｂに接続されて、堅固に位置決めされている。接続片１６は火格子棒８にねじ止めされている。使用されている総てのねじ２０は、支持面に対して９０°の角度でつまり垂直に案内されている。接続片１６の内部では接続通路１７が延びており、この接続通路１７を通って冷却水が一つの火格子棒から他の火格子棒へ流れる。火格子棒８に接して置かれている入口片１５ａ、出口片１５ｂ及び接続片１６の表面には、火格子棒８の対応している対向表面と同様に、平坦な切り取り部が備えられているので、ねじ接続と協同して冷却系の高度の固定が既に達成され得る。更に、火格子棒８と接続片、入口片及び出口片との移行部が黒鉛封止剤２１によって封止されているので、結局、冷却系の非常に確実で耐久力があり堅固な封止が達成されている。個々の火格子棒８は、それらの間に幅が同様に１〜１．５ｍｍである火格子溝１８が形成される様に、接続片１６によって互いに位置決めされている。接続片１６によって達成されている火格子棒８の固定が非常に堅固であるので、火格子溝１８の幅は運転中に変わらない。接続片１６による火格子棒８の結合のみでは火格子棒ブロック３の寸法精度の確保に十分ではないことが判明した。
火格子棒８に配置されている対応凹部内へ、接続片１６のみならず入口片１５ａ及び出口片１５ｂも嵌入されていることが好都合である。対応表現が図３に示されている。
幾つかの火格子棒８ａ、８ｂ、８ｃを含んでいる火格子棒ブロック３は、火格子棒支持体１９によって燃焼火格子の駆動部材と接続されている。接続片１６のみならず入口片１５ａ及び出口片１５ｂも火格子棒支持体１９に堅固に接続されている。図３によると、このことは、接続片１６のみならず入口片１５ａ及び出口片１５ｂも、火格子棒支持体１９の周囲に直接に配置されており且つ火格子棒８と火格子棒支持体１９との両方にねじ止めされているので、達成され得る。そのため、通常は可動の火格子棒支持体１９が、爪として作用している入口片１５ａ及び出口片１５ｂと接続片１６との両方を介して火格子棒ブロック３を動かし、この火格子棒ブロックを駆動させる。

Claims (10)

1. 火格子の幅を横切って延びており各々が幾つかの火格子棒（８ａ、８ｂ、８ｃ）で構成されている幾つかの火格子棒ブロック（３）を含んでおり、各前記火格子棒（８）は幾つかの切れ込み火格子溝（１１）のみならず曲がりくねった流路（１０）をもその内部に有しており、前記火格子棒（８）は二つの前記火格子棒（８）同士の間に火格子溝が形成される様にねじ止め可能な接続片（１６）によって互いに接続されており、前記二つの火格子棒（８）の前記曲がりくねった流路（１０）を接続している接続通路（１７）が前記接続片（１６）の内部で延びており、火格子限界（９ａ、９ｂ）に位置決めされている前記火格子棒（８）は液体冷却水が供給及び排出されるねじ止め可能な入口片（１５ａ）及び出口片（１５ｂ）を有している、水冷燃焼火格子（１）において、
   前記接続片（１６）、前記入口片（１５ａ）及び前記出口片（１５ｂ）が火格子棒支持体（１９）を取り囲んでいてこの火格子棒支持体にねじ止めされており、前記火格子棒（８）の前記曲がりくねった流路（１０）が前記接続通路（１７）によって互いに接続されている、ことを特徴とする水冷燃焼火格子。
2. 前記火格子棒支持体（１９）によって前記火格子棒ブロック（３）が動かされ得る請求項１に記載の燃焼火格子。
3. ８〜１１°の傾斜角を有している請求項１または２に記載の燃焼火格子。
4. 前記火格子溝（１１、１８）が１〜１．５ｍｍの幅を有している請求項１〜３の何れか一項に記載の燃焼火格子。
5. 前記火格子棒（８）と前記接続片（１６）または前記入口片（１５ａ）及び前記出口片（１５ｂ）との接続部が、機構片の接触面の平らな切り取り部と黒鉛封止剤（２１）とによって封止されている、請求項１〜４の何れか一項に記載の燃焼火格子。
6. 前記火格子棒（８）が、前記接続片（１６）、前記入口片（１５ａ）及び前記出口片（１５ｂ）に接して配置されており、垂直に延びているねじ（２０）によって前記接続片（１６）、前記入口片（１５ａ）及び前記出口片（１５ｂ）にねじ止めされている、請求項１〜５の何れか一項に記載の燃焼火格子。
7. 水平な空冷燃焼火格子（２）が後ろに備えられている請求項１〜６の何れか一項に記載の燃焼火格子。
8. 水平な水冷燃焼火格子（１）が後ろに備えられている請求項１〜６の何れか一項に記載の燃焼火格子。
9. 前記水平な空冷または水冷燃焼火格子の先頭に、パルス化された燃焼空気が燃焼空間中へ導入されるノズルが配置されている、請求項７または８に記載の燃焼火格子。
10. 前記水平な空冷燃焼火格子（２）が、前記接続通路（１７）を有していないが前記接続片、前記入口片及び前記出口片に対応して設計されている接続片及び終端片を有している、請求項７に記載の燃焼火格子。

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