(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼却プラントの煙道ガス出口（１０）を構成する矩形状フローダクト（１８）内に循環流を生成する装置であって、ジェット形態で媒体を放出可能な複数のノズル（２４）が、フローダクト（１８）を区画するように対向する二つの壁幅ｂの壁部（２６）の注入面（２２）に配設されており、フローダクト（１８）は、焼却プラントの燃焼室（１２）から煙道ガス出口（１０）への遷移領域（２０）を構成し、また、第一ノズル（２４ａ）は、二つの対向する壁部（２６）の第一壁部（２８）に一列に配列されて、壁部（２６）と注入ジェット（３０）との間の角度γが略９０°で、第一壁部（２８）の長さｌ1が、少なくとも０．５ｂ＜ｌ1＜０．８ｂで、かつ、一方の壁部の第一壁部（２８）を他方の壁部の第一壁部（２８）とフローダクト（１８）の縦方向中心軸（３２）に対して軸対称に配置して、注入面（２２）にジェットを注入し、さらに、第二ノズル（２４ｂ）が、対向する二つの壁部（２６）の第二壁部（３４）に、第一ノズル（２４ａ）と第二ノズル（２４ｂ）との角度βが２０°＜β＜５０°で、一方の壁部の第二壁部（３４）が他方の壁部の第二壁部（３４）とフローダクト（１８）の縦方向中心軸（３２）に対して軸対称となるように、注入面（２２）に配設されていることを特徴とする循環流生成装置。
【請求項２】
旋回する渦を生成するために、二つの対向する壁部の各々は、第一壁部（２８）と第二壁部（３４）を有しており、第一壁部と第二壁部は、フローダクト（１８）の縦方向中心軸（３２）に関して軸対称であり、互いに中心軸に軸対称に配置された隣接する壁部（２６’）によって一側部が区画されていることを特徴とする請求項１に記載の循環流生成装置。
【請求項３】
第二壁部（３４）の第二ノズル（２４ｂ）は、フローダクト（１８）の流れの方向に、注入面（２２）に対して、角度α、すなわち、５°〜１５°の角度で傾斜した平面（３６）に配向されていることを特徴とする請求項１に記載の循環流生成装置。
【請求項４】
焼却プラントの煙道ガス出口（１０）を構成する矩形状フローダクト（１８）内に循環流を生成する装置であって、ジェット形態で媒体を放出可能な複数のノズル（２４）が、フローダクト（１８）を区画する四つの全ての壁幅ｂの壁部（２６）の注入面（２２）に配設されており、フローダクト（１８）は、焼却プラントの燃焼室（１２）から煙道ガス出口（１０）への遷移領域（２０）を構成し、また、四つの全ての壁部（２６）は、第一ノズル（２４ａ）を備えた第一壁部（２８）を有し、第一壁部（２８）は、壁部の始めの部分が、隣接する壁部（２６’）の第一壁部（２８）から離れて循環流の周縁方向に、かつ、フローダクト（１８）の縦方向中心軸（３２）に対して軸対称に配設されており、また、第一ノズル（２４ａ）は、四つの全ての壁部（２６）の第一壁部（２８）に一列に配列されて、壁部（２６）と注入ジェット（３０）との間の角度γが略９０°で、第一壁部（２８）の長さｌ1が、少なくとも０．５ｂ＜ｌ1＜０．８ｂであり、さらに、第二ノズル（２４ｂ）が、四つの全ての壁部（２６）の第二壁部（３４）に、第一ノズル（２４ａ）と第二ノズル（２４ｂ）との角度βが２０°＜β＜５０°で、かつ、フローダクト（１８）の縦方向中心軸（３２）に対して軸対称となるように配設されていることを特徴とする循環流生成装置。
【請求項５】
ノズル（２４）は、互いに流れの方向に離れて配置されている２つの平行する注入面（２２，２２*）に配設されており、対向するノズル（２４）は同じ注入面（２２，２２*）に配設されていることを特徴とする請求項４に記載の循環流生成装置。
【請求項６】
ノズル（２４）は、環状のギャップノズル（２４）に形成されていることを特徴とする請求項４または５に記載の循環流生成装置。
【請求項７】
少なくとも一つの注入面（２２）が、遷移領域（２０）に配置されたフレームカバー（１４）の領域にあり、フレームカバー（１４）には、ノズル（２４）が貫通されているか、及び／またはノズル（２４）は、注入ジェットでフレームカバー（１４）を冷却するように、カバーフレーム（１４）の下方側面の壁部（２６）に配設されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の循環流生成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼却プラント、特に、請求項１の前文に従うゴミ焼却プラントの煙道ガス出口を構成するフローダクト内に循環流を生成する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような装置は、焼却プラントのフローダクトを通って運ばれる煙道ガス混合体の組成、温度及び煙道ガス混合体の滞留時間を、注入媒体によって調整するために使用されている。また、組成、温度及び滞留時間は、調整されるだけでなく、均一にされる。このようにして、煙道ガス混合体の最適な二次燃焼が保証され、所望の低放出値に維持することが可能となる。これは煙道ガス混合体を完全に混合させるために必要なことである。適当なノズルを備えた装置を利用して、フローダクト内に循環流を生成することにより、煙道ガス混合体を完全に混合させることができる。
【０００３】
米国特許第５２５２２９８号には、一般的な装置が例示されており、この特許では、平面内に配置されたノズルを、フローダクト中心の想像円に対して接線的に配向して、フローダクト内に循環流を生成している。ドイツ特許第１９６４８６３９号に開示された装置では、フローダクト内に互いに対向するように配設されたノズル手段によって流量を制御して、フローダクト内に、少なくとも２つの反対方向に循環する流れを得ることができる。これらの公知の循環流に伴う問題は、流れの中央に、実質的に渦無し中心が発生して、その結果、完全に混合した均一な組成、温度分布及び滞留時間を得ることができない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、焼却プラントのフローダクト内で煙道ガス混合体を完全に混合させる装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的は、請求項１の特徴とする装置によって達成される。
請求項１に記載された第一ノズルの配列によれば、注入面には、一方の壁部の少なくとも第一壁部が、対向する壁部の少なくとも第一壁部と対角線状に対向しており、また、注入面における第一ノズルの配向によれば、注入面における壁部と注入ジェットとの間の角度は、少なくとも略９０°であり、循環流がフローダクト内に生成され、煙道ガス混合体は非常に良好に混合される。
ここで、「対角線状に対向する」とは、第一ノズルを介して、略ジェット流の方向に、媒体を放出させて渦を生成するために、第一壁部はオーバーラップしないか、或は、側部のほんの一部がオーバーラップすることを意味する。
特に、第一壁部には、その長さの５０％以上に第一ノズルが分布しており、放出される媒体ジェットがフローダクト中心の右側を通過することを保証する。第一壁部の長さの合計Ｌは、全壁部幅ｂの、少なくとも４０％〜８０％、即ち、壁部の幅ｂの一部に第一ノズルが延在することにより、媒体のコストやノズルの組立コストが低減されて、効果的に混合される。
【０００６】
好適な実施の形態によれば、第一ノズルに加えて、第二ノズルが、第一ノズルに対して角度βで、フローダクトの中心に対して対角線状に配向されて、第二壁部の注入面に備えられており、更に良好に混合される。
【０００７】
複数の第一壁部と、複数の第二壁部は、それぞれ第一ノズルと第二ノズルを備えており、それぞれ反対方向に旋回する渦を有する渦領域により、更に良好に混合される。
【０００８】
特に、第二ノズルを、注入面に対して角度αで、下流方向に放出するように配向させることが有利である。この場合、それぞれの第二ノズルは、注入面に対して異なる角度αで放出させるか、或は、全ての第二ノズルを、注入面に対して角度α傾斜させたフローダクト内の同一平面に、ジェットを放出させる。このようにして、各ノズルのジェットは、互いに螺旋状に流れるようにセットすることができる。
【０００９】
また、他の好適な実施の形態によれば、第一ノズルは、フローダクトを区画する４つの全ての壁部の第一壁部に配設される。この場合、第一壁部は、壁部の始めの部分が、隣接する壁部の第一壁部から離れて循環流の周縁方向に配置されているため、互いに接触することはない。このように第一壁部を、０．５ｂ以上の長さに分布させることにより、非常に良好な循環流が生成され、４つの全ての壁部の右側からフローダクトの中心へ注入することによって、煙道ガス混合体を最適に混合させることができる。
【００１０】
特に、４つの全ての壁部のノズルを一つの注入面に配設する方が有利である。しかしながら、流れの方向に互いに離れている二つの平行な注入面にノズルを配設する場合、対向するノズルが同じ注入面に配設されるように、ノズルを配置することもできる。
【００１１】
互いに中心対称に対向している壁部は、理想的には同じ長さである。
【００１２】
有利には、新鮮な二次空気及び／または循環煙道ガスが注入される。二次空気と循環煙道ガスを注入する場合には、環状のギャップノズルが用意される。この場合、環状ギャップノズルのコアジェットは、循環煙道ガスからなり、環状のジェットは、新鮮な二次空気からなる。
【００１３】
ジェット形態で放出される媒体の流量を制御する手段は、少なくとも対向する壁部に配設したノズルについては、互いに単独に制御する方が有利である。
【００１４】
焼却プラントのフレームカバー領域に、少なくとも一つの注入面を配設する場合、燃焼室と煙道ガス出口の間の遷移領域にフレームカバーを配置して、煙道ガス混合体の混合と調整、非常に高温の状態に曝されるフレームカバーを、ジェット形態で放出される媒体注入によって冷却することができる。
本発明の更なる有利な実施の形態が他の独立請求項の内容である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１、図３、図６及び図８は、ゴミ焼却プラントを示しており、いずれの場合でも、煙道ガス出口１０と、燃焼室１２と、燃焼室１２と煙道ガス出口１０との間の、フレームカバー１４を備えた遷移領域２０が、煙道ガス出口１０に沿った断面で示されている。燃焼中に発生する煙道ガス混合体を放出するために、矩形状のフローダクト１８が備えられている。このフローダクト１８は、燃焼室１２と煙道ガス出口１０との間の遷移領域２０と、煙道ガス出口１０から構成されている。煙道ガス混合体の基本的な流れの方向は、矢印１６で特定される方向である。
図２、図４、図５、図７及び図９は、いずれの場合でも、フローダクト１８の注入面２２領域の横断面を示しており、ジェット形態で放出可能な媒体を注入するためのノズル２４が配設されている。ノズル２４とその配設方向が、矢印で示されている。ゴミの流れの方向は、矢印９で特定される方向である。
【００１６】
図１〜図９に示す全ての実施の形態において、少なくとも対向する二つの壁部２６は第一壁部２８を有しており、この第一壁部２８の長さｌ1は、壁部２６の壁幅ｂの少なくとも略４０％〜８０％の長さである。この場合、第一壁部２８は、幾何学的な対称軸としての、フローダクト１８の縦方向中心軸３２に対して、互いに中心対称に対向しており、壁部２６の一側部は隣接する壁部２６’で区画されている。互いに中心対称に対向する第一壁部２８には、注入面２２において、第一ノズル２４ａの列が配設されている。第一ノズル２４ａは、注入面２２にジェットを注入するために、ジェット３０と壁部２６との間の角度が略９０°となる角度γで注入面２２に配向されている。このようにノズル２４を配設することにより、煙道ガスを、フローダクト１８内で良好に混合するように旋回させて、矢印１６方向に流出させる。
【００１７】
どの実施の形態においても、注入面２２は、煙道ガス出口１０と燃焼室１２との間の遷移領域２０に配置されたフレームカバー１４の領域に存在している。４つの実施の形態で例示するように、フレームカバー１４は、このフレームカバー１４を貫通するノズル２４を有するか、及び／または、図３〜図９に示すように、フレームカバー１４の下方側面の壁部２６に配設したノズル２４ａ’、２４ａ”を介して、ジェット形態で放出可能な媒体が“下方から噴出される”。このようにして、注入媒体によってフレームカバー１４を冷却することができる。
【００１８】
図１及び図２に示す実施の形態では、第一壁部２８は、壁幅ｂの約４０％〜８０％の長さｌ1を有しており、対向する二つの壁部２６に形成されている。第一壁部２８の第一ノズル２４ａを補充するために、第二ノズル２４ｂが第一ノズル２４ａに対して角度βで長さｌ2の第二壁部３４に配設されており、この第二ノズル２４ｂは、フローダクト１８の中心、即ち、縦方向中心軸３２に対して対角線状に配置されている。
この実施の形態では、角度βは約２５°であるが、２０°〜５０°の間とすることができる。また、この例では、二つの壁部２８、３４の長さｌ1及びｌ2は、互いに補足して全壁幅ｂとなるが、必ずしもこのようにする必要はない。第二ノズル２４ｂは、注入面２２に対して角度αで傾斜した平面３６に配向されている。この例では、角度αは約１０°であり、５°〜１５°の間で変えることができる。このように第二ノズル２４ｂは配向されているため、生成されるジェット３０は、互いに螺旋状に流れる。平面３６に配向する代りに、注入面２２に関して、個々に角度αで傾斜させて配設することもできる。
【００１９】
図３〜図５に示す実施の形態では、図１及び図２に示す実施の形態と同様に、フローダクト１８の四つの全ての壁部２６に、第一ノズル２４ａは第一壁部２８に、第二ノズル２４ｂは第二壁部３４に配設されている。この場合、第一壁部２８は、壁部２６の始めの部分が、隣接する壁部の第一壁部から離れて循環流の周縁方向に配置されている。ノズル２４ａ、２４ｂ、及びノズル２４ａ’、２４ａ”、２４ｂ’、２４ｂ”は、それぞれ対応する二つの注入面２２、２２*に配設されている。ここで、二つの注入面２２、２２*は、流れの方向に互いに離れており、また、ノズル２４は、対向する壁部２６の注入面２２、２２*に配設されている。注入面２２、２２*間の距離ｄは、０．４ｍ〜３ｍの間である。
【００２０】
図６及び図７に示す実施の形態では、フローダクト１８の四つの全ての壁部２６上の単一の注入面２２に、第一ノズル２４ａ、２４ａ’、２４ａ”を備えた第一壁部２８が配置されている。第一壁部２８の長さｌ1、ｌ’1、ｌ”1は０．５ｂ以上であり、好適には、約０．５５ｂ〜０．７５ｂである。壁幅ｂの各壁部２６の残部には、ノズル２４は配設されていない。このように第一ノズル２４ａ、２４ａ’、２４ａ”を配設することにより、生成される循環流の中心の右側にジェット３０を注入することが可能となり、煙道ガス混合体を完全に混合することができる。
【００２１】
フローダクト１８のデザイン及び壁部２６の形状によっては、流れが最適になるか、或は、四つの壁部２６の単一面にノズル２４ａ、２４ａ’、２４ａ”を配設することができないかにかかわらず、単一の注入面２２（図６及び図７参照）に配設する代りに、図８及び図９に示すように、互いに平行な二つの注入面２２、２２*にノズル２４ａ、２４ａ’、２４ａ”を配設することが必要となるかもしれない。
【００２２】
以上のように、全てのノズルをデザインすることにより、媒体を５００Ｐａ〜５０００Ｐａの圧力で注入することができる。
【００２３】
図１０には、新鮮な二次空気と再循環される煙道ガスを注入するための環状ギャップノズル２４*が例示されている。この場合、第一媒体、即ち、再循環煙道ガスを供給する第一供給ライン４０は、コアノズル４２としてデザインされており、コアジェットを供給する。また、第二媒体、即ち、新鮮な二次空気を供給する第二供給ライン４４は、環状ジェットを供給する環状ギャップ４６としてデザインされている。
【００２４】
フローダクト１８の各側面の異なる状態を克服するために、図１１に示すように、制御システム４８を介して環状ギャップノズル２４*を制御することもできる。この例では、注入される媒体の流量は、制御システム４８により、互いに単独に制御することができる。フローダクト１８の半分５２のバルブ５４は、ゴミの流れ９の上流側に配置し、また、フローダクト１８の半分５０のバルブ５４は、ゴミの流れ９の下流側に配置する。四つの全ての壁部２６のノズル２４の流量を単独に制御することも考えられる。
【００２５】
好適には、温度及び酸素（Ｏ2）量を調整するために、また、フローダクトを通って流れる煙道ガス混合体の滞留時間をできるだけ長くするために、二次空気用のノズル２４及び再循環煙道ガス用のノズル２４が用意される。これらのノズル２４は、互い違いに配置してもよいし、互いに２列に配置することにより、各ノズル２４に、単独の注入面２２を得ることができる。図１０に示すように、環状ギャップノズル２４*の場合には、煙道ガスからなるコアジェットと二次空気からなる環状ジェットが供給される。
【００２６】
これらの実施の形態は、本発明を限定するために記載したものではない。例えば、これらの装置を、燃焼室１２と煙道ガス出口１０との間に遷移領域２０を備えた焼却プラントやゴミ焼却プラントに使用することができる。さらに、注入面２２は、燃焼室１２の下方位置、或は、煙道ガス出口１０の上方位置に用意することもできる。煙道ガス及び二次空気に代えて、或は、煙道ガス及び二次空気に加えて、他の媒体、例えば、蒸気、活性炭、平炉コーク、廃棄物、例えば、リサイクルの残余、燃料なども注入することができる。また、装置は、気圧を減少させるために使用することもできる。第一ノズル２４ａのように同じ方向に循環させるためには、二つの対向する壁部２６の注入面２２の２ｍ〜３ｍ上方にバーナーを配設することもできる。
【００２７】
図１２には、本発明のさらに他の実施の形態が示されており、ここでは、反対方向に旋回する二つの渦６０’、６１’が生成される。装置は、図４に示す装置から導かれたものであり、壁部２６には、第一ノズル及び第二ノズルが二重で、鏡面対称に配設されている。装置の壁部２６は、二つの第一壁部２８ａ１、２８ａ２及び２８ｂ１、２８ｂ２を有しており、それぞれ第一ノズル２４ａを備えている。横断面の下半分に配設された第一壁部２８ａ２、２８ｂ２の第一ノズル２４ａは、互いに対向しており、時計方向に旋回する第一渦６１’を生成する。この第一渦６１’は、第二壁部３４ａ２、３４ｂ２の第二ノズル２４ｂによって、更に強められる。第二ノズル２４ｂは、第一ノズルのジェットの方向から、＋／−βオフセットした方向にジェットを放出する。
同様に、第二壁部３４ａ２、３４ｂ２の領域も、互いに対角線状に対向している。横断面の下半分の壁部領域には、第一渦６１が形成される。第二渦領域６０は、図１２の上部分の第一壁部２８ａ１、２８ｂ１及び第二壁部３４ａ１、３４ｂ１で区画されている。第二渦６０’は反時計方向に旋回している。第一壁部２８ａ１、２８ａ２、２８ｂ１、２８ｂ２の長さは、それぞれ長さｌ1である。各壁部２６において、第一壁部の全長Ｌ＝ｌ1＋ｌ1は、約０．５ｂである。第一壁部２８ａ１及び２８ｂ１（第二渦６０’）と、第一壁部２８ａ２及び２８ｂ２（第一渦６１’）は、互いに対角線状に対向して、渦６０’、６１’の旋回方向を確立する。また、第二ノズル２４ｂは、旋回を強めるように、即ち、渦６０’または渦６１’の旋回中心を中心とする想像円の接線の方向に、ジェットを放出する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明の第一実施の形態に係る装置を示す図であり、矩形状フローダクトの二つの対向する壁部に第一ノズルと第二ノズルを備えた装置のフローダクトに沿った断面を示す。
【図２】  図２は、図１のフローダクトの横断面図である。
【図３】  図３は、図１及び図２と同様のノズル配列を備えた装置に係る第二の実施の形態を示す図であり、矩形状のフローダクトの他の二つの壁部、特に、第一注入面から流れの方向に平行に離れた第二注入面に他のノズルを配置した図１と同様の図である。
【図４】  図４は、図２と同様なフローダクトの横断面を示す図であり、特に、図３のフローダクトの第一注入面の横断面図である。
【図５】  図５は、図２と同様なフローダクトの横断面を示す図であり、特に、図３のフローダクトの第二注入面の横断面図である。
【図６】  図６は、図１と同様の装置に係る第三の実施の形態を示す図であり、矩形状フローダクトの４つの全壁面の注入面に第一ノズルを備えた装置を示す図である。
【図７】  図７は、図６のフローダクトの横断面を示す図２と同様の図である。
【図８】  図８は、図１と同様の装置に係る第四の実施の形態を示す図であり、矩形状フローダクトの４つの全壁面の注入面に第一ノズルを備えた装置であり、互いに流れの方向に平行に離れた二つの注入面で、互いに対向するように第一ノズルを配置した図１と同様の図である。
【図９】  図９は、図８のフローダクトの横断面を示す図２と同様の図である。
【図１０】  図１０は、環状ギャップノズルの例を示す図である。
【図１１】  図１１は、各壁部に配置したノズルの流量を、個々に制御する制御システムを示す図である。
【図１２】  図１２は、更に他の実施の形態に係る装置を示す図であり、反対方向に旋回する、少なくとも二つの渦を生成する装置を示す図である。
【符号の説明】
１０      煙道ガス出口
１２      燃焼室
１４      フレームカバー
１８      矩形状のフローダクト
２０      遷移領域
２２      注入面
２４      ノズル
２４ａ    第一ノズル
２４ｂ    第二ノズル
２６      壁部
２８      第一壁部
３０      注入ジェット
３２      中心対称軸
３４      第二壁部
４８      制御装置
６０      第二渦領域
６１      第一渦領域
【図１】
0003750014.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003750014.tif 000008
【図８】
0003750014.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003750014.tif 000011
【図１１】
0003750014.tif 000012
【図１２】
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