JP2006317083A - Method of computing optimum shape of cylindrical fluidized bed type incinerator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炉本体鉄皮内面に空気分散板を円筒体及び支持板を介在して溶接して設けてなる円筒形流動層式焼却炉における円筒体と支持板の溶接部に生じる発生歪みを予測して円筒体及び支持板の最適な形状を求める円筒形流動層式焼却炉の最適形状算出方法に関するものである。 In the present invention, the generated strain generated in the welded portion of the cylindrical body and the support plate in the cylindrical fluidized bed incinerator in which the air dispersion plate is welded to the inner surface of the furnace body iron shell through the cylindrical body and the support plate is provided. The present invention relates to an optimum shape calculation method for a cylindrical fluidized bed incinerator that predicts the optimum shape of a cylindrical body and a support plate.
従来から、都市ゴミ、汚泥などの可燃性有機廃棄物を焼却するために、流動層式焼却炉が用いられている。一般的な流動層式焼却炉20は、図7に示すように、縦型円筒状の炉本体1で構成される。図7は、従来の一般的な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を示すものである。その炉本体1の炉頂部には排ガス出口3が設けられている。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は設けられている。その風箱7には、燃焼用と流動化用とを兼ね備えた空気の吸込み口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と内側の耐火物(図示せず)とで形成されている。そして、この円筒形流動層式焼却炉20において、焼却中の燃焼熱などにより高温に過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て焼却する。
Conventionally, fluidized bed incinerators have been used to incinerate combustible organic waste such as municipal waste and sludge. A general
ところで、円筒形流動層式焼却炉20においては、空気分散板6は、砂などの流動層5を支えるべく重量物が乗る構造をとるために、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、円筒形流動層式焼却炉20の起動・停止時においては、炉本体鉄皮9と空気分散板6との温度上昇・下降速度差が大きくなり、結果として炉本体鉄皮9と空気分散板6の溶接部近傍に大きな熱応力が生じる。その結果、図5に示す円筒形流動層式焼却炉20では、空気分散板6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5の二点鎖線で示すように、大きく変形する。そして、長期間にわたる起動と停止の繰り返しの結果、大きな熱応力が生じる溶接部近傍の部分に亀裂などが生じるといった問題が懸念されている。
By the way, in the cylindrical
従って、この問題を解決するために、特許文献1において、図1に示すように、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20の炉本体鉄皮9内面に溶接することで、発生応力を低減する技術が開示されている。そして、特許文献1には、有限要素法による解析の結果、円筒体11の直径Dを1150mmとして円筒体11の高さhを種々変えた場合に、その比h/Dが0.05〜0.1の範囲に規定すると反力及び曲げ応力を十分に低減できることが示されている(特許文献1の段落番号[0015]参照。)
Therefore, in order to solve this problem, in Patent Document 1, as shown in FIG. 1, an
しかしながら、特許文献1に示された円筒体11の直径と高さの比と空気分散板6に発生する歪みまたは応力の関係は、円筒体の直径と円筒体の高さ以外の他の部位も含めた形状の結果であり、使用条件(円筒体直径や使用温度等)が異なった場合に、必ずしも十分な強度を有する構造を決定するものではない。
However, the relationship between the ratio of the diameter and height of the
また、他の部位も含めた形状を考慮するために、有限要素法などの数値解析を用いて形状をモデル化して歪みを予測する場合、計算時間等に多大なコストを要する。 In addition, in order to consider the shape including other parts, when modeling the shape using a numerical analysis such as a finite element method to predict the distortion, a large amount of calculation time is required.
本発明の目的は、炉本体鉄皮内面に空気分散板を円筒体及び支持板を介在して溶接して設けてなる円筒形流動層式焼却炉における円筒体と支持板の溶接部に生じる発生歪みを簡便に予測すると共に、十分な強度を有する円筒体及び支持板の最適な形状を求める円筒形流動層式焼却炉の最適形状算出方法を提供することである。 It is an object of the present invention to occur in a welded portion between a cylindrical body and a support plate in a cylindrical fluidized bed incinerator in which an air dispersion plate is welded to the inner surface of a furnace body iron core via a cylindrical body and a support plate. An object of the present invention is to provide a method for calculating the optimum shape of a cylindrical fluidized bed incinerator that easily predicts strain and obtains the optimum shape of a cylindrical body and a support plate having sufficient strength.
本発明に係る円筒形流動層式焼却炉の最適形状算出方法は、炉本体鉄皮内面に空気分散板を円筒体及び支持板を介在して溶接して設けてなる円筒形流動層式焼却炉における前記支持板の厚さ、前記円筒体の直径と高さの比、前記円筒体の厚さ、及び、前記円筒形流動層式焼却炉の使用温度を用いて、前記円筒体と前記支持板の溶接部に発生する発生歪みを予測して、前記円筒体及び前記支持板の最適な形状を求めることを特徴とする。 The method for calculating the optimum shape of a cylindrical fluidized bed incinerator according to the present invention is a cylindrical fluidized bed incinerator in which an air dispersion plate is welded to the inner surface of the furnace main body through a cylindrical body and a support plate. The cylindrical body and the support plate using the thickness of the support plate, the ratio of the diameter and height of the cylindrical body, the thickness of the cylindrical body, and the operating temperature of the cylindrical fluidized bed incinerator The generation | occurrence | production distortion which generate | occur | produces in the welding part of this is estimated, and the optimal shape of the said cylindrical body and the said support plate is calculated | required.
これによると、炉本体鉄皮内面に空気分散板を円筒体及び支持板を介在して溶接して設けてなる円筒形流動層式焼却炉において、発生歪みに与える影響が大きい支持板の厚さ及び円筒体の直径と高さの比と、使用温度が発生歪みに与える影響が大きい円筒体の厚さに基づいて、円筒体と支持板の溶接部に発生する発生歪みを予測しているため、熱疲労寿命に優れる円筒体及び支持板の形状を容易に求めることができる。その結果、長期間にわたる円筒形流動層式焼却炉の起動停止の繰り返し運転が行われても、円筒体と支持板の溶接部に亀裂が生じるといった問題の懸念がなくなることが期待される。 According to this, in the cylindrical fluidized bed incinerator in which the air dispersion plate is welded to the inner surface of the furnace main body through the cylindrical body and the support plate, the thickness of the support plate that has a great influence on the generated strain And the generated strain generated in the welded part of the cylindrical body and the support plate is predicted based on the ratio of the diameter and height of the cylindrical body and the thickness of the cylindrical body where the operating temperature has a large effect on the generated strain. The shapes of the cylindrical body and the support plate that are excellent in thermal fatigue life can be easily obtained. As a result, it is expected that there is no concern about the problem of cracks occurring in the welded portion between the cylindrical body and the support plate even if repeated operation of starting and stopping of the cylindrical fluidized bed incinerator is performed over a long period of time.
また、本発明に係る円筒形流動層式焼却炉の最適形状算出方法は、前記支持板の厚さ、前記円筒体の直径と高さの比、前記円筒体の厚さ、及び、前記円筒形流動層式焼却炉の使用温度の関係から近似式で表現した前記発生歪みに基づいて、前記円筒形流動層式焼却炉の使用温度における前記支持板の厚さ、前記円筒体の直径と高さの比、前記円筒体の厚さの最適値を算出して良い。 Further, the optimum shape calculation method of the cylindrical fluidized bed incinerator according to the present invention includes the thickness of the support plate, the ratio of the diameter and height of the cylindrical body, the thickness of the cylindrical body, and the cylindrical shape. The thickness of the support plate, the diameter and the height of the cylindrical body at the operating temperature of the cylindrical fluidized bed incinerator based on the generated strain expressed by an approximate expression from the relationship of the operating temperature of the fluidized bed incinerator And the optimum value of the thickness of the cylindrical body may be calculated.
これによると、2次元数値解析などの数値解析を用いて、発生歪みと、支持板の厚さ、円筒体の直径と高さの比、円筒体の厚さ、円筒形流動層式焼却炉の使用温度の関係をモデル化することにより、円筒形流動層式焼却炉の使用温度における発生歪みを簡便に予測して、最適な支持板の厚さ、円筒体の直径と高さの比、円筒体の厚さを求めることができる。 According to this, using numerical analysis such as two-dimensional numerical analysis, the generated strain and the thickness of the support plate, the ratio of the diameter and height of the cylindrical body, the thickness of the cylindrical body, the cylindrical fluidized bed incinerator By modeling the relationship between the service temperatures, the strain generated at the service temperature of the cylindrical fluidized bed incinerator can be easily predicted, and the optimal support plate thickness, cylindrical diameter-to-height ratio, cylinder The body thickness can be determined.
以下、本発明に係る円筒形流動層式焼却炉の最適形状算出方法の作用効果について、円筒形流動層式焼却炉の構成に基づいてより詳細に説明する。 Hereinafter, the effect of the optimal shape calculation method of the cylindrical fluidized bed incinerator according to the present invention will be described in more detail based on the configuration of the cylindrical fluidized bed incinerator.
本発明に係る円筒形流動層式焼却炉の最適形状算出方法を適用する円筒形流動層式焼却炉20は、図1に示すように、縦型円筒状の炉本体1を備え、炉本体1の炉頂部2には排ガス出口3が設けられ、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、風箱7には燃焼用と流動化用とを兼ねた空気の吹き込み口8が設けられている。尚、空気分散板6上には断熱材10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と内側の耐火物(図示せず)とで構成される。また、燃焼室を構成する炉本体1には、図示しない焼却物の投入口、二次燃焼用空気の吹き込み口などが設けられている。また、図2に示すように、風箱7を構成する炉本体鉄皮9は、フランジ部分であるリブ13により、炉本体1を構成する炉本体鉄皮9と接続される。
As shown in FIG. 1, a cylindrical fluidized-
空気分散板6は、円筒体11を介在させて炉本体鉄皮9に溶接して取り付けられる。即ち、円筒体11の下部内側に空気分散板6を溶接固定し、上部外側を外向きの支持板12に溶接固定して設けられている。更に、支持板12は、外周を炉本体鉄皮9の内側に溶接固定して設けられている。
The
上述の構成からなる円筒形流動層式焼却炉20の空気分散板6の取付け構造では、円筒形流動層式焼却炉20の起動時に、砂などの流動層5を加熱昇温するために空気吹込み口8より高温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によって円筒体11及び支持板12が広げられるとともに、円筒体11及び支持板12を介して更に外側の炉本体鉄皮9に伝達される。しかし、円筒体11及び支持板12から外側の炉本体鉄皮9に伝達される荷重自体は、円筒体11及び支持板12を変形して伝達されるために緩和される。
In the mounting structure of the
ここで、円筒形流動層式焼却炉20の各部材が円筒体11と支持板12の溶接部に生じる発生歪みに与える影響を、品質工学の手法を用いて有限要素法解析を実施して調査した。円筒形流動層式焼却炉20の各部材として、図3に示すように、炉本体鉄皮9の厚さta、円筒体11の厚さtb、支持板12の厚さtc、リブ13から支持板12までの長さLa、円筒体の直径Dと高さhの比h/D、炉本体鉄皮9と円筒体11の距離Lcを用いた。図4に、各部材の形状を変化させたとき発生歪みに与える影響度を示し、図5に、円筒形流動層式焼却炉20の使用温度Tを変化させたときの各部材の発生歪みに与える影響度を示した。図4において、傾きの大きい部材が発生歪みへの影響が大きい部材であり、図5において、傾きの大きい部材が使用温度の変化が発生歪みに与える影響が大きい部材である。尚、図4及び図5における「外鉄皮厚」は炉本体鉄皮9の厚さtaを、「外筒厚」は円筒体11の厚さtbを、「管板支持板厚」は支持板12の厚さtcを、「外鉄皮長」はリブ13から支持板12までの長さLaを、「外筒長」は円筒体11の高さhを、「支持板長」は炉本体鉄皮9と円筒体11の距離Lcを意味している。
Here, the effect of each member of the cylindrical fluidized
図4に示すとおり、発生歪みへの影響が大きい部材は、丸で囲んだ部材、即ち、「管板支持板厚」である支持板12の厚さtc及び「外筒長」である円筒体11の高さhであることがわかる。また、図5に示すとおり、使用温度Tの変化が発生歪みに与える影響が大きい部材は、丸で囲んだ部材、即ち、「外筒厚」である円筒体11の厚さtbであることがわかる。従って、支持板12の厚さtc、円筒体11の直径Dと高さhの比h/D、円筒体の厚さtb、円筒形流動層式焼却炉20の使用温度Tのみを用いて有限要素法などの数値解析を用いて、発生歪みとの関係をモデル化することができる。そして、簡便に発生歪みを予測することにより、想定する円筒形流動層式焼却炉20の使用温度T、円筒形流動層式焼却炉20の機器の保証寿命から決定される許容歪みに対し、最適な支持板12の厚さtc、円筒体11の直径Dと高さhの比h/D、円筒体の厚さtbの値を求めることができる。
As shown in FIG. 4, the member having a great influence on the generated strain is a member surrounded by a circle, that is, a cylindrical body having a thickness tc of the
以下、図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の実施形態に係る円筒形流動層式焼却炉の最適形状算出方法について説明する。尚、本発明の実施形態に係る円筒形流動層式焼却炉の最適形状算出方法を適用する円筒形流動層式焼却炉の構成は、上述した図1〜図3の円筒形流動層式焼却炉20の構成と同様であり、その説明を省略する。 An optimum shape calculation method for a cylindrical fluidized bed incinerator according to an embodiment of the present invention will be described. The configuration of the cylindrical fluidized bed incinerator to which the optimum shape calculation method for the cylindrical fluidized bed incinerator according to the embodiment of the present invention is applied is the cylindrical fluidized bed incinerator of FIGS. The configuration is the same as that of No. 20, and the description thereof is omitted.
本発明の実施形態に係る円筒形流動層式焼却炉の最適形状算出方法として、具体的には、例えば、汚泥処理量120トン/日の円筒形流動層式焼却炉20において、各部材をSUS304製とし、円筒形流動層式焼却炉20の使用温度T=900℃(一定)、円筒体11の厚さtb=6mm(一定)とした場合の、円筒体11と支持板12の溶接部に生じる発生歪みEを求める。図6に、簡単な2次元数値解析で求めた、発生歪みEと、円筒体11の直径Dと高さhの比(図中の円筒長さ)h/D及び支持板12の厚さtcとの関係を示す。図6から、発生歪みEは、下記の近似式(式1)で表すことができる。
As an optimal shape calculation method for the cylindrical fluidized bed incinerator according to the embodiment of the present invention, specifically, for example, in the cylindrical
E=A(h/D−0.08)2−0.005・・・(式1)
ここで、A=0.003×tc+0.12
E = A (h / D−0.08) 2 −0.005 (Formula 1)
Here, A = 0.003 × tc + 0.12
従って、この近似式(式1)によって、簡便に発生歪みEを算出することが可能である。そして、円筒形流動層式焼却炉20の使用温度T=900℃、円筒体11の厚さtb=6mmとした場合の円筒形流動層式焼却炉20の機器の保証寿命から決まる許容歪みに対して、各部材(円筒体11の直径Dと高さhの比h/D、支持板12の厚さtc)の許容形状が決まる。
Therefore, the generated strain E can be easily calculated by this approximate expression (Expression 1). And with respect to the allowable strain determined from the guaranteed life of the equipment of the cylindrical
以上に説明したように、本実施形態に係る円筒形流動層式焼却炉の最適形状算出方法によると、炉本体鉄皮9内面に空気分散板6を円筒体11及び支持板12を介在して溶接して設けてなる円筒形流動層式焼却炉20において、円筒体11と支持板12の溶接部に生じる発生歪みEに与える影響が大きい支持板12の厚さtc及び円筒体11の直径Dと高さhの比h/Dと、円筒形流動層式焼却炉20の使用温度Tが発生歪みEに与える影響が大きい円筒体の厚さtbに基づいて、空気分散板6と円筒体11の溶接部に発生する発生歪みEを予測しているため、熱疲労寿命に優れる円筒体11及び支持板12の形状を容易に求めることができる。その結果、長期間にわたる円筒形流動層式焼却炉20の起動停止の繰り返し運転が行われても、円筒体11と支持板12の溶接部に亀裂が生じるといった問題の懸念がなくなることが期待される。
As described above, according to the method for calculating the optimum shape of the cylindrical fluidized bed incinerator according to this embodiment, the
また、2次元数値解析などの数値解析を用いて、円筒体11と支持板12の溶接部に生じる発生歪みEと、支持板12の厚さtc、円筒体11の直径Dと高さhの比h/D、円筒体11の厚さtb、円筒形流動層式焼却炉20の使用温度Tの関係をモデル化することにより、円筒形流動層式焼却炉20の使用温度Tにおける発生歪みEを簡便に予測して、最適な支持板12の厚さtc、円筒体11の直径Dと高さhの比h/D、円筒体11の厚さtbを求めることができる。
Further, by using numerical analysis such as two-dimensional numerical analysis, the generated strain E generated in the welded portion of the
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその趣旨を超えない範囲において変更が可能である。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, this invention can be changed in the range which does not exceed the meaning.
上述の実施形態においては、円筒形流動層式焼却炉20の使用温度Tと円筒体11の厚さtbを一定にして、円筒体11と支持板12の溶接部に生じる発生歪みEと、円筒体11の直径Dと高さhの比h/D及び支持板12の厚さtcとの関係を2次元数値解析などの数値解析を用いて求めているがそれに限らない。円筒形流動層式焼却炉20の使用温度Tと円筒体11の厚さtbは変化させてもよく、かかる場合は、別途、発生歪みEと、円筒形流動層式焼却炉20の使用温度T、円筒体11の厚さtb、円筒体11の直径Dと高さhの比h/D、支持板12の厚さtcとの関係を2次元数値解析などの数値解析を用いて求める。
In the above-described embodiment, the generated temperature E generated in the welded portion between the
1 炉本体
6 空気分散板
9 炉本体鉄皮
11 円筒体
12 支持板
13 リブ
20 円筒形流動層式焼却炉
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Furnace
Claims (2)
The generated strain expressed by an approximate expression from the relationship between the thickness of the support plate, the ratio of the diameter and height of the cylindrical body, the thickness of the cylindrical body, and the operating temperature of the cylindrical fluidized bed incinerator Based on the above, the thickness of the support plate at the use temperature of the cylindrical fluidized bed incinerator, the ratio of the diameter and height of the cylindrical body, and the optimum value of the thickness of the cylindrical body are calculated. The optimal shape calculation method of the cylindrical fluidized bed type incinerator according to claim 1.
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2005
- 2005-05-13 JP JP2005140653A patent/JP2006317083A/en active Pending
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