(57)【要約】【課題】焼却の前処理として破砕設備を備えたゴミ焼却炉において、従来は受け入れ部・破砕機への定量供給部・破砕機・搬送機・焼却炉への定量供給部の５つの工程により安定的に燃焼するシステムが有していた、前処理工程が長く機器点数が多く設置のスペースが大きいなどの問題点を解決すること。【解決手段】バケット等の投入手段から供給された焼却物を一時的に収容する投入ホッパーと、投入ホッパーの下部の開口部に相対向して配置された破砕機の破砕刃と、焼却物を破砕機に押し込むことができる押し込み装置を投入ホッパーの下部に備え、破砕機により破砕された焼却物をシュート部を介して直接焼却炉に投入できる構造とした焼却炉への破砕物供給装置とする。【選択図】図２
2015034658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バケット等の投入手段から供給された焼却物を一時的に収容する投入ホッパーと、投入ホッパーの下部の開口部に相対向して配置された破砕機の破砕刃と、焼却物を破砕機に押し込むことができる押し込み装置を投入ホッパーの下部に備え、破砕機により破砕された焼却物をシュート部を介して直接焼却炉に投入できる構造としたことを特徴とする焼却炉への破砕物供給装置。
【請求項２】
前記破砕機は二軸破砕機であることを特徴とする請求項１に記載される焼却炉への破砕物供給装置。
【請求項３】
前記二軸破砕機に取り付けたカッターは、側面視がその外周部と左右対称の括れ部とからなる複数の刃部と該刃部間に形成される複数の刃間空隙部とより構成されたカッター刃と、円周軸部とが交互に配置されて形成され、正転・逆転の双方向で焼却物を破砕することを特徴とする請求項１又は２に記載される焼却炉への破砕物供給装置。
【請求項４】
互いに組み合わされた前記カッター同士のクリアランスは、前記カッターの外周部と前記カッターの円周軸部とのクリアランス及び前記カッター刃同士のクリアランスが、共に５〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載される焼却炉への破砕物供給装置。
【請求項５】
燃焼に伴うガス濃度や炉内温度等の計測値に基づいて、破砕機の回転や押し込み装置の押し込み速度を炉供給制御システムにより制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載される焼却炉への破砕物供給装置。
【請求項６】
焼却物を前記シュート部を介して焼却炉に送るに際し、分散機、整流板又は押し込みスクリューを用いることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載される焼却炉への破砕物供給装置。
【請求項７】
破砕物供給装置は、焼却物を投入ホッパーに投入するためのバケット、投入ホッパー、投入ホッパーの下部に設置された押し込み装置、破砕機、焼却炉に焼却物を送るシュート部とからなっており、焼却炉の燃焼状態は炉内温度・ガス濃度・その他燃焼状態の指標となるデータは検知部で計測されて、炉供給制御システムに送信され、炉供給制御システムでの演算値が、信号として破砕機制御盤に送られて押し込み装置の揺動を制御すると共に、同じく演算値がインバータに伝えられて破砕機の電動機の回転数や回転方向の制御を行うことを特徴とする焼却炉への破砕物供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼却炉への破砕物供給装置に関する分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
焼却の前処理として破砕設備を備えたゴミ焼却炉において、従来は受け入れ部・破砕機への定量供給部・破砕機・搬送機・焼却炉への定量供給部の５つの工程により安定的に燃焼するシステムであったが、前処理工程が長く、機器点数が多く、設置のスペースが大きいなどの問題点があった。
【０００３】
例えば特許文献１に記載される発明は、このようなシステムであって、ごみ投入ホッパーと前処理工程のある焼却炉との間には焼却物を斜め上方に搬送するための長大なコンベアが設置されていた。また、コンベアの先には定量供給装置のスクリューコンベアが用意されていた。そして、例えば特許文献２〜７により、焼却炉での焼却作業に関して、焼却物の受け入れや破砕装置や焼却炉への供給装置も知られてはいるが、いずれも焼却物の受け入れと破砕と焼却炉への供給とを密接に関連づける知見に乏しいものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２８６５３０号公報
【特許文献２】特開２００５−１２７６０７号公報
【特許文献３】特開２０１３−４４４７３号公報
【特許文献４】特開平８−１２１７４５号公報
【特許文献５】特開平５−２３６０９号公報
【特許文献６】特開平８−２９００７５号公報
【特許文献７】特開２００１−２５９４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来技術のごみ供給装置は、焼却炉の前処理工程が長く、機器点数が多く、設置のスペースが大きいなどの問題点を解決しようとしても、焼却炉の安定燃焼を行うためには焼却物の定量的な供給が不可欠であり、破砕して粒度を整えた焼却物の定量供給が必要なことから、主要な装置である破砕機と定量供給機とをつなぐため、焼却物を破砕機に投入するための供給機と定量供給機に供給するための長大な搬送コンベアとが必要であった。
そこで本発明は、焼却炉の前処理工程が長い、機器点数が多い、設置のスペースが大きいなどの問題点を解決するため、破砕機に着目した。本発明は、これらの前処理工程を大幅に削減・単純化することによって、建設費・設備費・維持費を最小にし、かつ省エネルギーの実現と運転管理を容易にするものである。
そして、（ア）、破砕機に直接焼却物を投入する。（イ）、破砕機において焼却物の粒度を整えて破砕し、連続的かつ定量的な破砕と排出とを可能とする。の二点を実現することにより、破砕機は焼却炉の安定燃焼のための供給装置となり、焼却システムは最も簡潔・最短の投入→破砕定量供給→焼却炉に整理される。
そのために、破砕機のカッターの形状、二軸破砕機のカッター同士のクリアランス調整、カッターの回転速度・回転方向の制御、破砕機への焼却物の押し込み制御、シュート部における焼却物の定量供給にこれまでにない工夫を凝らす事としたのである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る焼却炉への破砕物供給装置は、バケット等の投入手段から供給された焼却物を一時的に収容する投入ホッパーと、投入ホッパーの下部の開口部に相対向して配置された破砕機の破砕刃と、焼却物を破砕機に押し込むことができる押し込み装置を投入ホッパーの下部に備え、破砕機により破砕された焼却物をシュート部を介して直接焼却炉に投入できる構造としたことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る焼却炉への破砕物供給装置は、破砕機が二軸破砕機であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る焼却炉への破砕物供給装置は、前記二軸破砕機に取り付けたカッターが、側面視がその外周部と左右対称の括れ部とからなる複数の刃部と該刃部間に形成される複数の刃間空隙部とより構成されたカッター刃と、円周軸部とが交互に配置されて形成され、正転・逆転の双方向で焼却物を破砕することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る焼却炉への破砕物供給装置は、互いに組み合わされたカッター同士のクリアランスが、カッターの外周部とカッターの円周軸部とのクリアランス及びカッター刃同士のクリアランスが、共に５〜１０ｍｍであることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る焼却炉への破砕物供給装置は、燃焼に伴うガス濃度や炉内温度等の計測値に基づいて、破砕機の回転や押し込み装置の押し込み速度を炉供給制御システムにより制御することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る焼却炉への破砕物供給装置は、焼却物をシュート部を介して焼却炉に送るに際し、分散機、整流板又は押し込みスクリューを用いることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る焼却炉への破砕物供給方法は、破砕物供給装置が、焼却物を投入ホッパーに投入するためのバケット、投入ホッパー、投入ホッパーの下部に設置された押し込み装置、破砕機、焼却炉に焼却物を送るシュート部とからなっており、焼却炉の燃焼状態は炉内温度・ガス濃度・その他燃焼状態の指標となるデータは検知部で計測されて、炉供給制御システムに送信され、炉供給制御システムでの演算値が、信号として破砕機制御盤に送られて押し込み装置の揺動を制御すると共に、同じく演算値がインバータに伝えられて破砕機の電動機の回転数や回転方向の制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
従来、受け入れ部・破砕機への定量供給部・破砕機・搬送機・焼却炉への定量供給部の５つの工程により安定的に燃焼するシステムであった。しかし、前処理工程が長く、機器点数が多く、設置のスペースが大きいなどの問題点に鑑みて、本願発明は簡素な構成とすることにより、建設費・設備費・維持費を大幅に低減し、かつ省エネルギーの実現と運転管理の容易化を達成することができる。
また、二軸破砕機を採用することにより、コンベアを廃止して投入ホッパーにバケットクレーン等で焼却物を一括投入して積み上げた状態から破砕することにより、破砕効率を向上させた。
また、二軸破砕機のカッターの形状構造を改良することにより、積み重ねた焼却物を過負荷を生ずることなく連続的、且つ定量的に粒度を整えて破砕すると共に、破砕機に万が一過負荷が発生しても、カッターを逆転させることにより正転と同様のごみ供給ができて、焼却炉に対する供給の連続性を確保することを可能とした。
また、ガス濃度等の計測値に応答して破砕機の破砕切り出し速度や押し込み装置の押し込み速度、押し込み角度を炉供給制御システムにより制御しているので、焼却物の円滑な焼却が担保されている。
また、破砕機から焼却炉に至るシュート部に分散機、整流板又は押し込みスクリュー等を設けて制御すれば、焼却炉内でのＣＯ濃度の急激な上昇（暴れ）や焼却物のドカ落ち（過剰供給）を最少に抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は先行技術における焼却炉への破砕物供給装置の一例を表す概念図である。
【図２】図２は本発明における焼却炉への破砕物供給装置を表す概念図である。
【図３】図３は図２に示す本発明の破砕物供給装置の供給部分を示す外観図である。
【図４】図４は本発明の破砕供給装置の主要部を示す概念図であり、カッターの上面図が併記されている。
【図５】図５は破砕機に焼却物を供給した状態図である。
【図６】図６は破砕機に供給した焼却物を押し込み装置で強制的に押し込む状態図である。
【図７】図７において、（ａ）は従来技術のカッターの外形図、（ｂ）は本発明のカッターの外形図である。
【図８】図８は、本発明の破砕物供給装置の制御の説明図である。
【図９】図９は、破砕装置の下流部に分散機を設けた例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に示すものは、従来技術であって、例えば特許文献１（特開２００９−２８６５３０号公報）に開示されている焼却炉への破砕物供給装置である。この装置によれば、ごみピット１に貯溜された焼却物１１はバケット２により投入ホッパー３に投入された後破砕機投入コンベア４により順次破砕機５に送られて破砕される。破砕された焼却物１１は搬送コンベア６によりスクリューコンベア等からなる定量供給装置７に搬送される。定量供給装置７は、破砕された焼却物１１を焼却炉９に定量供給して焼却作業が行われる。このように従来は、焼却炉９の前処理工程が、投入ホッパー３、破砕機投入コンベア４、破砕機５、搬送コンベア６、焼却炉９への定量供給装置７と都合５つの工程を踏んで焼却物１１の安定供給を図るシステムであった為、前処理工程が長く、機器点数が多く、設置のスペースを広く取らざるを得ないという問題を抱えていた。
【００１６】
本願発明は、前処理工程の短縮化を図ることに主眼を置いてシステム自体の簡素化を達成するものである。と同時に、焼却作業の確実性の担保のために、焼却物の破砕粒度を整えると共に、焼却炉への定量供給を具現化することを前提としてこの発明に至った。その際着目したのが破砕機である。破砕機に求められることは２つあって、１つは破砕機に焼却物を直接投入できることであり、もう１つは破砕機において連続的に粒度を整えて且つ定量的に破砕と排出とができることである。
そのために、破砕機のカッターの形状、二軸破砕機のカッター同士のクリアランス調整、カッターの回転速度の制御、破砕機への焼却物の押し込み制御、シュート部における焼却物の定量供給にこれまでにない工夫を凝らす事としたのである。
【００１７】
図２は本発明の一実施例である。ごみピット１に貯溜された焼却物１１をバケット２により連続的に投入ホッパー３に投入する。投入ホッパー３に積み上げられ圧密したごみによって炉内との空気遮断を行う個所として破砕機５上部にエアシール部１３を設けている。また焼却物１１は投入ホッパー３の下部の開口部に配置された破砕機５の破砕刃により順次破砕される。その際必要に応じて押し込み装置８が揺動して、焼却物１１を破砕機５に押し込むことができるように構成されている。破砕機で破砕された焼却物１１は、整流板１０や押し込みスクリュー１２により、整流されたり押し込まれたりしながら、シュート部１４を経て直接焼却炉９に定量的に供給される。また、図中１５は、焼却炉の立ち上げ・立ち下げ時にのみ回動させてシュート部１４を閉じて焼却炉への焼却物の落下の防止と、炉の輻射熱を遮断するシールダンパーであり、焼却炉が稼動する通常時は開放した状態としている。
【００１８】
図３は本発明の主要構成の一実施例を示している。投入ホッパー３の下部には押し込み装置８が相対向して左右対称に適当数設けられており、エアシール部１３に出入り自在に揺動する断面がほぼ四分円の部分円柱体から構成され、これらが交互に、または同時に揺動し、破砕機５に対してごみを圧縮し定量的に送り込むように構成されている。投入ホッパー３の下部の開口部に相対向して破砕機５の破砕刃が設けられている。破砕機５の排出部に続いてシュート部１４が設けられており、焼却炉９に焼却物を定量供給する。シュート部１４には整流板１０と押し込みスクリュー１２が取り付けられている。整流板１０は揺動し、押し込みスクリュー１２は回動してシュート部１４における焼却物の流動を制御する。
【００１９】
図４は本発明の破砕機５を示す一実施例である。投入ホッパー３下部に設けられた押し込み装置８とその下方に設置された破砕機５を示すと共に、破砕機５に用いられているカッター２０の上面図を示している。カッター２０の上面図はカッター２０がカッター刃２１と円周軸部２６とが交互に配置されてなることを示している。そして、カッター２０同士が組み合わされて破砕機５を構成すると共に、カッター２０の外周部２２とカッター２０の円周軸部２６とのクリアランスＣ及びカッター刃２１同士のクリアランスＣが、共に５〜１０ｍｍであることをも示している。このように通常の破砕機のカッターのクリアランスが０．５〜１ｍｍであるのに比較してカッター２０同士のクリアランスＣを大きくとることにより、破砕機５の回転馬力を低減させることを可能とすると共に、焼却物１１を大量に一括投入しても過負荷が発生しないように配慮してある。
【００２０】
図５の一実施例のものは、破砕機５に送られる焼却物１１が、積み上げられた焼却物１１の自重により破砕機５のカッターに加圧された状態となることを示している。そして、その加圧面をカッターが回転しながら掻き取るように破砕するので、クリアランスが大きいにも拘わらず、破砕粒度が整えられることを表している。
【００２１】
図６の一実施例において、投入ホッパー３下部に設けられた押し込み装置８が交互に或いは断続的に揺動することによって、焼却物１１を破砕機５のカッターに積極的に押し込むことを示している。加圧力が不足する場合や積極的に加圧力や排出量をコントロールしたい時に採用することができる。そして、押し込み装置８は投入ホッパー３の閉塞つまりを防止・解除する機能を有している。また、破砕機の送り容量（処理量）は、カッターの刃間空隙部（後述）の部分の空間に破砕物が入り、相手のカッターで切断されてカッターの回転力で排出されることより、カッターの刃間空隙部の空間容積と回転数の積で時間当たりの送り容積(処理量)が決定される。これはポンプなどの能力計算と同じであり破砕機は基本的に定量性のある装置であるが、カッターの刃間空隙部への充填率を上げることにより格段に送り量が安定をして定量性が上がる。また、通常の破砕機５の回転（２０〜４０回転／分）よりも大幅に回転数を下げ（１〜１０回転／分）、カッター部でのスリップロスをなくし、カッターの空間への焼却物の充填効率を高めることができる。また、回転数を低下させることにより、小さい動力で大きなトルクを得ることができるので、性能の確保と省エネルギーとを同時に満たすことができる。トルクについては、カッター長１ｍ当たり７００００Ｎｍという圧倒的なトルクと、カッター間の広いクリアランスで通常運転下では過負荷の発生もない。
【００２２】
図７の（ａ）は従来の破砕機のカッター部を示し、（ｂ）は本発明のカッター部を示している。従来のカッター２０は刃の形状から双方向の回転には対応できないが、本発明のカッター２０は、その外周部２２に連なり左右対称（軸対称）の括れ部２３を有しており、刃部２５と刃部２５の間には刃間空隙部２４を設けているので、矢印で示すように、双方向の回転が許容されている。これは万が一過負荷によって破砕機が停止した場合に逆転させることができ、それも過負荷を解消するための一時的なものではなく逆転の際にも供給を止めることなく正転と同等の供給量を保ちつつ連続して破砕排出が可能であることを意味している。刃部２５の形状は略台形であり、刃間空隙部２４の形状も刃部２５間に嵌り合う略台形状である。
【００２３】
図８は本発明の破砕物供給装置の制御の説明図である。焼却物を焼却炉に定量供給する場合に求められるものは、「連続性」、「切り出し精度」と「切り出しの変動幅のピークが抑えられていること」である。連続性に関しては、既述の如く破砕機５のトルクの強化とカッター２０の大きなクリアランスの設定により解決している。そして万が一過負荷が発生しても逆転運転を行うことで対応がなされている。また、高精度の焼却が求められたり、焼却炉の容量が小さいことに起因して供給変動に敏感な焼却炉の場合は、シュート部に整流板や押し込みスクリューを設置することで、連続性に関する安定性を確保している。
図８に記載される破砕物供給装置は、焼却物を投入ホッパー３に投入するためのバケット２、投入ホッパー３、投入ホッパー３の下部に設置された押し込み装置８、破砕機５、焼却炉９に焼却物を送るシュート部１４とからなっている。そして、焼却炉９の燃焼状態は炉内温度・ガス濃度・その他燃焼状態の指標となるデータを検知する炉内温度・ガス濃度等検知部３１で計測されて、炉供給制御システム３２に送信される。炉供給制御システム３２での演算値が、信号として破砕機制御盤３３に送られて押し込み装置８の揺動を制御すると共に、同じく演算値がインバータ３４に伝えられて破砕機５の電動機３５の回転数や回転方向の制御を行う。ガス濃度等検知の典型は、一酸化炭素濃度の検知であるが、二酸化炭素濃度や水蒸気濃度等の併用を排除するものではない。
このような制御を行うことにより、切り出し精度に関しても、押し込み速度の速度コントロールにより焼却炉の要求量に追随させる機能を備えている。また、破砕機５の回転をインバータ等の変速機能で速度コントロールして対応している。切り出しの最大変動幅のピークの抑えと共に、破砕でバラバラになった状態で直接炉へ供給する本方式は、長い搬送工程の中で、ばらばらだった焼却物が固まったり、炉への定量供給装置（スクリュー）出口で圧密して定量性を著しく低下させ大量供給してしまう惧れを排除しているので、一酸化炭素濃度暴れの抑制や炉の温度制御に有効である。
【００２４】
さらに供給精度が求められる場合は、図９に示すような分散機１６を破砕機５の下方に設置して、破砕物をさらにバラ状態に導く荷ばらしを行うこともできる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
このように、本発明の破砕物供給装置は、破砕機と破砕物供給装置とが一つのまとまりを構成して完結している。一般的にごみの粉砕によって焼却物の粒度を整えることは、燃焼に対して燃焼速度を均一化させ安定した燃焼に寄与することになることから、焼却炉と破砕機を直結させた本発明は、種々の形式や容量の焼却炉に適切に対応した破砕物供給装置を製作して組み合わせることができるので、新規に焼却設備を設置する場合のみならず、既存の焼却炉を用いて設備の改善を行う場合でも、柔軟に対応することができるものである。その意味で、現代社会が抱えるゴミ処理問題に柔軟に対応できる本発明が果たす可能性には、計り知れないものが内在している。
【符号の説明】
【００２６】
１      ごみピット
２      バケット
３      投入ホッパー
４      破砕機投入コンベア
５      破砕機
６      搬送コンベア
７      定量供給装置（スクリューコンベア）
８      押し込み装置
９      焼却炉
１０    整流板
１１    焼却物
１２    押し込みスクリュー
１３    エアシール部
１４    シュート部
１５    シールダンパー
１６    分散機（荷ばらし装置）
２０    カッター
２１    カッター刃
２２    カッターの外周部
２３    括れ部
２４    刃間空隙部
２５    刃部
２６    円周軸部
３１    炉内温度・ガス濃度等検知部
３２    炉供給制御システム
３３    破砕機制御盤
３４    インバータ
３５    電動機
Ｃ      クリアランス
【図１】
2015034658.tif 000003
【図２】
2015034658.tif 000004
【図３】
2015034658.tif 000005
【図４】
2015034658.tif 000006
【図５】
2015034658.tif 000007
【図６】
2015034658.tif 000008
【図７】
2015034658.tif 000009
【図８】
2015034658.tif 000010
【図９】
2015034658.tif 000011