JP2002005419A - 円筒形流動層式焼却炉における空気分散板の取付け構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 円筒形流動層式焼却炉における空気分散
板の取付け構造であって、空気分散板６を円筒体11の下
部に溶接して設け、円筒体11の上部を円筒形流動層式焼
却炉の炉本体鉄皮９内面に溶接して設けてなる。 【効果】 焼却炉の起動の際に空気分散板と炉本体鉄皮
の溶接部近傍に発生する最大熱応力を低減することがで
き、これにより、長期間の使用にわたる起動と停止の繰
り返しが行われても、空気分散板の取付け部において亀
裂などが生じると言った問題の懸念がなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、円筒形流動層式焼
却炉における空気分散板の取付け構造に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、都市ゴミや産業廃棄物などの可燃
性の有機廃棄物を焼却するために、流動層式の焼却炉が
使用されている。この流動層式焼却炉は、図３に示すよ
うに、一般に縦型円筒状の炉本体１で構成され、その炉
本体１の炉頂部２には排ガス出口３が設けられ、また炉
下部４には流動層５を形成するための空気分散板６とそ
の下に風箱７が設けられ、その風箱７には燃焼用と流動
化用とを兼ねた空気の吹込み口８が設けられている。ま
た、風箱７より上には燃焼室が形成されており、この部
分の炉本体１は外側の炉本体鉄皮９と図示省略するが内
側の耐火物とで構成されている。また更に、燃焼室を構
成する炉本体１には図示省略するが、焼却物の投入口、
二次燃焼用空気の吹込み口などが設けられている。な
お、符号10は、空気分散板６上に設けられた断熱材であ
る。（特開平6 −123416号公報、特開平8 −61636 号公
報参照）

【０００３】上記円筒形流動層式焼却炉による被焼却物
の焼却は、焼却中の燃焼熱などにより高温に加熱された
砂などの流動層５を循環させながら被焼却物であるゴミ
などを焼却物投入口から炉内に投入し焼却するもので、
均質な焼却ができる点で最近は注目されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、円筒形流動
層式焼却炉においては、空気分散板６は砂などの流動層
５を支える重量物が乗る構造をとるため炉本体１の炉本
体鉄皮９の内面に強固に溶接して設けられている。従っ
て、焼却中においては上記したように燃焼熱などにより
砂などの流動層５が高温に加熱され、炉本体１も全体が
昇温することから問題視されなかったが、円筒形流動層
式焼却炉を起動する際は炉全体が冷えているため、また
砂などの流動層５に空気吹込み口８より高温のガスを吹
き込んで流動層５を加熱昇温するため、風箱７を構成す
る空気分散板６とその外周側の炉本体鉄皮９が風箱７よ
り上の炉本体１や流動層５より先に部分的に高温に加熱
されることになる。このため、空気分散板６と炉本体鉄
皮９の溶接部近傍で炉本体鉄皮９に大きな熱応力が生
じ、長期間の使用にわたる起動と停止の繰り返しの結
果、その部分に亀裂などが生じると言った問題が懸念さ
れている。

【０００５】本発明は、上記の問題点を解消するために
なしたものであって、その目的は、焼却炉の起動の際に
空気分散板と炉本体鉄皮の溶接部近傍に発生する最大熱
応力を低減し得る円筒形流動層式焼却炉における空気分
散板の取付け構造を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明（請求項１）に係る円筒形流動層式焼却炉
における空気分散板の取付け構造は、円筒形流動層式焼
却炉の炉本体鉄皮内面に空気分散板を円筒体を介在して
設けてなるものである。

【０００７】また、本発明（請求項２）に係る円筒形流
動層式焼却炉における空気分散板の取付け構造は、空気
分散板を円筒体の下部に溶接して設け、円筒体の上部を
円筒形流動層式焼却炉の炉本体鉄皮内面に溶接して設け
てなるものである。

【０００８】以下、上記本発明の構成と作用効果につい
て従来構成と比較してより詳細に説明する。

【０００９】空気分散板が直接炉本体鉄皮内面に溶接さ
れた従来の構造では、空気分散板より下の風箱内に高温
ガスが導入されると、高温ガスに直接さらされる風箱内
はすぐに加熱されるが、それより上の炉本体鉄皮は空気
分散板と風箱を形成する炉本体鉄皮からの熱伝導で温度
が上がるため、昇温が遅れる。このため、空気分散板に
接する円筒部（炉本体鉄皮）には次の二種類の応力が生
じることになる。 空気分散板の膨張に伴い、それに接する炉本体鉄皮は
丁度焼きばめの状態になるため、円周方向に引張応力が
生じる。 空気分散板より下の、風箱を形成する炉本体鉄皮は膨
張して外側に広がるため、それより上の炉本体鉄皮が空
気分散板との溶接部分を支点として広げられ、この付近
に曲げ応力が生じる。

【００１０】上記の二種類の応力は方向が互いに直交す
るが、破壊に関わる合成された応力（例えばミーゼス応
力）は大きな値になる。その結果、従来構造では空気分
散板より下の風箱内に高温ガスが導入されると、空気分
散板６とその下の風箱７周辺が図３に二点鎖線で示すよ
うに、大きく変形することになる。

【００１１】そこで、本発明者は、後記図１に示す本発
明に係る空気分散板の取付け構造と上述した従来の空気
分散板の取付け構造のそれぞれのモデルに対して有限要
素法による構造解析を行った。それぞれの構造において
起動時風箱７内に高温ガスを導入した場合の解析結果に
よる熱変形を図２に示す。図２ａは本発明に係る空気分
散板の取付け構造の場合、図２ｂは従来の空気分散板の
取付け構造の場合で、図は理解を容易にするため、変形
量を100 倍に強調してある。

【００１２】図２ｂより明らかなように従来構造では、
起動時、上記、の応力によって空気分散板６との溶
接接合部Ｓで炉本体鉄皮９が大きく曲げられているのが
分かる。ここが最大応力発生点である。

【００１３】これに対し、図２ａより明らかなように本
発明に係る構造では、上記の空気分散板６の膨張に伴
う円周方向応力は円筒体11にのみ発生し、一方、上記
の空気分散板６より下の炉本体鉄皮９の膨張に伴う曲げ
応力は、空気分散板６が円筒体11を介在させて炉本体鉄
皮９に取付けられているので分離され、従来構造で最大
応力が発生していた部分の曲率が顕著に低減されている
ことが分かる。

【００１４】すなわち、本発明に係る構造では、上記
の空気分散板６の膨張に伴う円周方向応力によって円筒
体11が広げられ、この力は円筒体11を介して更に外側の
炉本体鉄皮９に伝わるが、伝わる場所が上記の曲げ応力
が最大になる場所（炉本体鉄皮９との溶接接合部Ｓ）か
ら離れているため、この最大曲げ応力には影響しない。
また、円筒体11から外側の炉本体鉄皮９に伝達される荷
重自体が円筒体11を変形して伝達されるため緩和され
る。この緩和は空気分散板６より上の円筒体11の高さ
（ｈ）による。従って、この円筒体11の高さを適当な高
さにして炉本体鉄皮９に接合すれば空気分散板６の膨張
に伴う炉本体鉄皮９の曲げ応力は著しく低減できる。

【００１５】なお、本発明に係る構造の場合、有限要素
法による解析の結果、円筒の直径Ｄを1150mmとして円筒
の高さｈを種々変えた場合に、その比ｈ／Ｄが0.05より
小さくなる場合には熱膨張に伴う反力及びその反力の発
生に伴う円筒部の曲げ応力が急激に大きくなるが、その
比ｈ／Ｄが0.05以上では反力及び曲げ応力を十分に低減
し得ることが分かった。また、その比ｈ／Ｄが0.1 を超
えると反力及び曲げ応力は低い値のままでほとんど変化
しなくなることが分かった。そしてこれより、ｈ／Ｄの
現実的な範囲として0.05〜0.1 の範囲を規定することが
でき、空気分散板の取付け位置の炉本体内径をＤとして
円筒体の高さｈを求めることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は、本発明に係る円筒形流動層
式焼却炉における空気分散板の取付け構造の断面模式図
であって、円筒形流動層式焼却炉全体の構成は、図３に
示す従来の炉と同じ構成であり、同一部分は同一符号を
以て示す。

【００１７】図において、１は縦型円筒状の炉本体であ
って、この炉本体１の炉頂部２には排ガス出口３が設け
られ、また炉下部４には流動層５を形成するための空気
分散板６とその下に風箱７が設けられ、その風箱７には
燃焼用と流動化用とを兼ねた空気の吹込み口８が設けら
れている。また、風箱７より上には燃焼室が形成されて
おり、この部分の炉本体１は外側の炉本体鉄皮９と図示
省略するが内側の耐火物とで構成されている。また更
に、燃焼室を構成する炉本体１には図示省略するが、焼
却物の投入口、二次燃焼用空気の吹込み口などが設けら
れている。なお、符号10は、空気分散板６上に設けられ
た断熱材である。

【００１８】上記空気分散板６は、炉本体鉄皮９に直接
溶接して取付けるのではなく、円筒体11を介在させて設
けられている。その構成は、円筒体11の下部内側に空気
分散板６を溶接固定し、上部外側を炉本体鉄皮９の内側
に溶接固定して設けられている。円筒体11には、図示す
るように上端に外向きのフランジ12を設け、このフラン
ジ12の外周を炉本体鉄皮９の内側に溶接固定するように
すれば、溶接作業性よく溶接が行えて好ましい。

【００１９】上記の構成からなる空気分散板６の取付け
構造では、円筒形流動層式焼却炉の起動時に、砂などの
流動層５を加熱昇温するため空気吹込み口８より高温の
ガスを吹き込んだ場合、空気分散板６の膨張に伴う円周
方向応力（上記）によって円筒体11が広げられるが、
この力は円筒体11を介して更に外側の炉本体鉄皮９に伝
わるものの、円筒体11から外側の炉本体鉄皮９に伝達さ
れる荷重自体が円筒体11を変形して伝達されるため緩和
される。この緩和は円筒体11の高さによる。従って、円
筒体11を適当な高さにして炉本体鉄皮９に接合すれば空
気分散板６の膨張に伴う炉本体鉄皮９の曲げ応力は著し
く低減できる。これにより、長期間の使用にわたる起動
と停止の繰り返しが行われても、空気分散板６の取付け
部において亀裂などが生じると言った問題の懸念がなく
なる。

【００２０】因みに、上記図１と図３に示す空気分散板
６の取付け構造に対して有限要素法による構造解析を行
った。その結果は図２に併せて示すが、得られた最大応
力は、図３に示す従来型では空気分散板６の取付け部に
発生し、その値は200MPa程度（最大応力発生点）で、使
用温度(650℃以上）では0.2 ％耐力を大きく超え、疲労
破壊を起こすことが判明した。なお、素材は高温環境で
一般的に使用されるSUS304を相当材を想定した。

【００２１】これに対し、図１の実施例では、従来型で
空気分散板６が溶接されていた炉本体鉄皮９の部分の最
大応力は50MPa 程度と、約 1／4 に低減する。一方、空
気分散板６の膨張に伴い、空気分散板６と円筒体11との
接合部に発生する円周方向応力と曲げ応力の合計応力は
ほぼ70MPa と約 1／3 に低減する。従来の最大応力が前
記のように顕著に低減した結果、円筒体11と炉本体鉄皮
９との接合部より上側が焼却炉全体の最大応力発生点と
なる。これはここが炉本体鉄皮９の膨張の際の拘束点に
なるからである。これを適当なリブで補強すると最大応
力100MPa程度に低減できる。この最大応力発生点は円筒
体11と炉本体鉄皮９との接合部より上側の部分で、定常
状態でもそれほど高温にならないため(400℃以下）、一
般的なSUS304材で十分に耐えることができる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る円筒
形流動層式焼却炉における空気分散板の取付け構造によ
れば、焼却炉の起動の際に空気分散板と炉本体鉄皮の溶
接部近傍に発生する最大熱応力を低減することができ、
これにより、長期間の使用にわたる起動と停止の繰り返
しが行われても、空気分散板の取付け部において亀裂な
どが生じると言った問題の懸念がなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る円筒形流動層式焼却炉における空
気分散板の取付け構造の断面模式図である。

【図２】本発明に係る空気分散板の取付け構造と従来の
空気分散板の取付け構造のそれぞれのモデルに対して起
動時風箱内に高温ガスを導入した場合の有限要素法によ
る構造解析結果を図示したもので、ａは本発明に係る空
気分散板の取付け構造の場合、ｂは従来の空気分散板の
取付け構造の場合である。

【図３】従来の円筒形流動層式焼却炉における空気分散
板の取付け構造の断面模式図である。

【符号の説明】

１：炉本体 ２：炉頂部
３：排ガス出口 ４：炉下部 ５：流動層
６：空気分散板 ７：風箱 ８：空気の吹込み口
９：炉本体鉄皮 10：断熱材 11：円筒体 1
2：フランジ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒形流動層式焼却炉の炉本体鉄皮内面
   に空気分散板を円筒体を介在して設けてなることを特徴
   とする円筒形流動層式焼却炉における空気分散板の取付
   け構造。
2. 【請求項２】 空気分散板を円筒体の下部に溶接して設
   け、円筒体の上部を円筒形流動層式焼却炉の炉本体鉄皮
   内面に溶接して設けてなることを特徴とする円筒形流動
   層式焼却炉における空気分散板の取付け構造。