JP2016211836A - 火格子構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】有害物質の低減や高効率熱回収を目的とする高温燃焼に対応することができる火格子構造体を提供する。【解決手段】本発明の火格子構造体は、ストーカ式燃焼装置に使用される。この火格子構造体は、上壁部と、前記上壁部の前端部から延在する前壁部と、を有する第１火格子と、前記第１火格子と幅方向に隣接する第２火格子を有する。前記第１火格子は、第２火格子に隣接する側面に凸面部を有する。前記第１火格子の前記凸面部が前記第２火格子の側面に当接して、前記第１火格子の側面と前記第２火格子の側面との間に第１スリットが形成される。前記第１火格子の前記凸面部が前記第２火格子の側面に当接した状態で、前記第１火格子と前記第２火格子とが相互に連結される。【選択図】図４

Description

本発明は、火格子構造体に関する。

従来、廃棄物の焼却処理に伴って発生した有害物質の無害化処理を行う廃棄物処理施設の焼却炉として、ストーカ式焼却炉が知られている。ストーカ式焼却炉は、焼却炉の幅方向横列に沿って並列に配置される固定火格子列と可動火格子列を有する。固定火格子列と可動火格子列は、焼却炉の長手方向（焼却処理対象物の移送方向）に沿って交互に階段状に配置される。

近年、廃棄物処理施設の多くは、ボイラとタービン発電機を付設することにより、焼却処理としての機能に加え、熱回収施設として発電を行う発電所の機能を有するようになってきている。発電所は長期に安定した電力供給を確保する必要があるので、焼却炉を停止することなく、安定して長期にわたり連続運転できることが求められている。さらに、経済性の観点から、運営管理費用等（消耗部品の交換費用、整備費用等）を最小限にすることも求められる。

図６は、従来のストーカ式焼却炉の炉床の部分側断面図である。ストーカ式焼却炉の炉床１Ａは、複数の固定火格子からなる固定火格子列５Ａと、複数の可動火格子からなる可動火格子列５Ｂとを有する。固定火格子列５Ａと可動火格子列５Ｂは、廃棄物の移送方向（図中左右方向）に交互に配列される。固定火格子列５Ａ及び可動火格子列５Ｂは、それぞれ火格子１４を有する。

可動火格子列５Ｂは、可動フレーム７に支持され、固定火格子列５Ａは、固定フレーム８に支持される。また、炉床１Ａは、可動フレーム７を前後動させる油圧駆動シリンダ９と、油圧駆動シリンダ９からのシリンダ力を伝達するための駆動軸１０ａ、駆動アーム１０ｂ、及び車輪１１とを有する。

ストーカ式焼却炉では、可動火格子列５Ｂと固定火格子列５Ａの相対的な前後動作により、廃棄物の移送、反転、攪拌を効果的に行うことができる。廃棄物を燃焼させるために、固定火格子列５Ａ及び可動火格子列５Ｂの下方には、燃焼空気を供給するためのウインドボックス１３が配置される。ウインドボックス１３には、風道接続口１２が接続される。ウインドボックス１３は、ウインドボックス１３の下部に設けられる二重フラップダンパ等（図示せず）により外気と遮断されている。

図７は、図６に示した従来の固定火格子列５Ａ及び可動火格子列５Ｂの概略拡大側面図である。図示のように、固定火格子列５Ａ及び可動火格子列５Ｂは、それぞれ火格子１４を支持するための火格子受梁５ａ，５ｂを有する。火格子受梁５ａ，５ｂの先端に設けられた突部５ａ２，５ｂ２に、スクレーパ１５の後部に設けられた凹部１５ａが嵌合される。また、火格子１４の後部に設けられた凹部１４ａが、火格子受梁５ａ，５ｂの上部に設けられた突部５ａ１，５ｂ１に嵌合されて、火格子１４がスクレーパ１５の上に配置される。なお、固定火格子列５Ａ及び可動火格子列５Ｂにスクレーパ１５を設けなくてもよい。その場合、可動火格子列５Ｂは、焼却処理対象廃棄物を移送するため、固定火格子列５Ａに直接接触しながら前後に摺動する。

図７に示した固定火格子列５Ａ及び可動火格子列５Ｂでは、火格子１４の凹部１４ａを突部５ａ１，５ｂ１に嵌め込むことにより、火格子１４が火格子受梁５ａ，５ｂに取り付
けられる。このため、特殊な作業を必要とせずに火格子１４を容易に設置することができる。また、火格子１４は、焼却炉の内部において、火格子１４の上方から容易に交換することができる。

しかしながら、図７に示した固定火格子列５Ａ及び可動火格子列５Ｂでは、廃棄物を移送する過程で、廃棄物中の硬い異物１６がスクレーパ１５の上面と火格子１４の下面との隙間に楔状に噛み込む恐れがある。この異物１６が上記隙間に堆積することにより、図７中破線で示される火格子１４−１のように、火格子１４が火格子受梁５ａ，５ｂから浮き上がることがあった。この場合、火格子１４が突部５ａ１，５ｂ１から外れて破損したり、不完全燃焼状態の廃棄物の塊が浮き上がった火格子１４の下方を通り抜けて落下したりすることがあった。さらに、火格子１４の下方から供給される燃焼空気が、火格子１４の浮き上がりにより拡張された上記隙間に集中して炉内へ噴出すると、廃棄物の燃焼の不均一を引き起こす。廃棄物が不均一に燃焼すると、火格子１４の部分的な高温酸化焼損を引き起こす恐れがあり、火格子１４の耐久性を著しく低下させる。

図８Ａは、ストーカ式焼却炉のストーカを構成する従来の火格子の概略横断面図であり、図８Ｂは、図８Ａに示した部分Ｂ１の拡大横断面図である。また、図８Ｃは、火格子間に異物が挟まった状態の火格子の概略横断面図である。

図８Ａに示すように、サイド火格子４ａと中央仕切り４との間に複数の火格子１４が配置され、これらの複数の火格子１４により炉床１Ａが構成される。図８Ｂに示すように、隣接する火格子１４の間に燃焼空気供給用のスリット１７が形成される。

火格子１４は、火格子受梁５ａ，５ｂ（図７参照）には固定されていないので、廃棄物中の固い異物１６がスリット１７に入り込むと、図８Ｂ及び図８Ｃに示すように、火格子１４−１が浮き上がる。この場合、スリット１７の幅が異物１６により押し広げられ、炉床１Ａへの燃焼空気の供給量が不均一になり、不安定な燃焼を引き起こすことがあった。

火格子１４を火格子受梁５ａ，５ｂの上面に固定すれば火格子１４が浮き上がることを防止できる。しかしながら、この場合、火格子１４が鉛直上方へ変位するための所定の遊びがなくなるので、固定火格子列５Ａ及び可動火格子列５Ｂの摺動面が著しく摩耗してしまう。また、火格子１４が固定された場合、可動火格子列５Ｂが摺動する際に、硬い異物１６がスクレーパ１５の上面と火格子１４の下面との隙間に楔状に噛み込むと、上方への曲げ応力により火格子１４が折損することがある。

火格子１４は高温・腐食環境で使用され、形状が複雑であるので、通常、耐熱鋳鉄や耐熱鋳鋼が材料として用いられている。鋳造品は炭素鋼等の非鋳造品と比較して、曲げ強さ及び耐衝撃性が低いので、上記曲げ応力の発生を回避することができる構造を採用する必要がある。

一方、廃棄物焼却炉内で使用される火格子１４は１２００℃程度の高温火炎、腐食性ガス、及び溶融塩等に曝される。火格子１４の高温腐食が進行すると、定期的に火格子１４を交換又は整備する必要があり、そのために焼却炉を停止しなくてはならない。したがって、火格子１４の耐久性を改善して、交換又は整備の回数を低減し、且つ短期間でこれらの作業を行う必要がある。

このような環境下においては、火格子１４が、一般的に使用されている例えば高クロム低ニッケル耐熱鋳鋼（ＪＩＳ ＳＣＨ２相当材）から製造される場合、火格子１４を冷却しなければ、高温腐食により短期間で減肉してしまう。

図６に示したように、ストーカ式燃焼装置では、一般的に、燃焼空気が、火格子１４で構成された炉床１Ａの下部の風道接続口１２から供給される。この燃焼空気が炉床１Ａを通過することにより火格子１４が冷却されていた。火格子１４で構成される炉床１Ａは、燃焼空気が噴き出る隙間を小さくすることで、必要とされる燃焼空気量を供給するときに高圧力損失（０．５ｋＰａ〜２．０ｋＰａ、好ましくは１ｋＰａ〜１．５ｋＰａ）を得ている。この結果、ウインドボックス１３の内部では均等な圧力が維持されている。

燃焼空気は、各火格子１４の下面と接触して各火格子１４を冷却しながら、火格子１４の下面とスクレーパ１５の上面との隙間、火格子１４の上面とスクレーパ１５の下面との隙間（摺動接触面）、及びスリット１７を通じて炉内へ供給される。

図７を参照して、火格子１４への燃焼空気の供給過程を説明する。ウインドボックス１３（図６参照）に供給された燃焼空気は、火格子１４のフィン１４ｂ及び火格子１４の裏面に接触しつつ、火格子１４の前方へ移動する。続いて、燃焼空気は、火格子１４の前壁下部１４ｃと、スクレーパ１５の前壁下部１５ａと、図８Ｂに示したスリット１７を通じて、炉内へ供給される。

燃焼空気による火格子１４の冷却技術として、一般的に、燃焼空気吐出用ノズルやスリットの位置を調節することで、燃焼空気を火格子１４の高温部に有効に接触させ、この高温部を冷却することが検討されている。しかしながら、乾留物、廃棄物、低融点金属等によるスリットやノズルの予期せぬ閉塞により、火格子１４の高温部を安定して冷却することができないことがあった。

また、可動火格子列５Ｂの動作方向が前進から後退に切り替わるとき、火格子１４の前壁部と廃棄物層の間に空間が形成され、火格子１４の前壁部の前面側が廃棄物で覆われなくなる。このため、火格子１４の前壁部の前面側が、高温腐食環境に曝されることがあった。この結果、火格子１４の前壁部が減肉して、火格子１４のスリット１７が拡張されることがあった。また、前壁下部１４ｃの摺動面が摩耗して火格子１４の傾きやガタツキが発生することで、廃棄物中の異物が炉床１Ａの下部に入り込み易くなることがあった。さらに、火格子１４の上記傾きや上記ガタツキによって炉床１Ａの開口面積が増加し、炉床１Ａの圧力損失が低下して、燃焼空気の供給が不均一になることがあった。

図９は、他の従来の火格子の側断面図である。図９に示す火格子１９では、燃焼空気が火格子１９の上壁部１９ａ及び前壁部１９ｂの裏面に接触し易くするよう、スクレーパ１９ｃ、上壁部１９ａ、及び前壁部１９ｂで燃焼空気の流路を形成している。また、燃焼空気の主流を形成するために、火格子１９の前壁部１９ｂの下部１９ｅの開口高さ寸法を大きく設定していた。しかしながら、この形状では、移送される廃棄物又は灰２０が、この開口部から火格子１４の裏側へ侵入すると、容易に排出されない。この結果、廃棄物又は灰２０が開口部を閉塞させて燃焼空気の供給を妨げ、燃焼が不安定になることがあった。

最近の焼却炉では、有害物質の削減及び排ガス量の低減等、環境負荷の低減を目的として、燃焼空気を極力少なくした低空気比高温燃焼が行われている。また、廃棄物を燃料とした発電の推進を目的として、廃プラスチック等の高カロリー廃棄物をサーマルリサイクルすることも行われている。このような運転環境の変化及び廃棄物の多様化により、火格子１４の使用環境はより過酷になってきている。

したがって、火格子１４の冷却は、単に一次燃焼空気を従来どおり供給するだけでは不十分である。火格子を水冷すること（特許文献１参照）、及び火格子の高温部に少量の空気を吹き付けること（特許文献２参照）も提案されている。しかしながら、いずれも、廃プラスチック混焼率の高い高カロリーの廃棄物を燃焼するためのものであり、イニシャル
コスト及びランニングコストの増加を引き起こす。

特許第３８３８６３９号 特許第３９２２９９２号

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、有害物質の低減や高効率熱回収を目的とする高温燃焼に対応することができる火格子構造体を提供することを課題とする。

また、本発明は、従来に比べて低コストで燃焼空気による冷却効果を向上させることができる火格子構造体を提供することを他の一つの課題とする。

また、本発明は、廃棄物又は灰の中の硬い異物の影響を受けず、機械的安定性に優れた火格子構造体を提供することを他の一つの課題とする。

また、本発明は、燃焼空気を均一に供給でき、長期安定運転が可能な火格子構造体を提供することを他の一つの課題とする。

本発明は、上記の課題のうち少なくとも一つを解決するためになされたものである。

本発明の一形態によれば、火格子構造体が提供される。この火格子構造体は、ストーカ式燃焼装置に使用される火格子構造体であって、上壁部と、前記上壁部の前端部から延在する前壁部と、を有する第１火格子と、前記第１火格子と幅方向に隣接する第２火格子を有し、前記第１火格子は、第２火格子に隣接する側面に凸面部を有し、前記第１火格子の前記凸面部が前記第２火格子の側面に当接して、前記第１火格子の側面と前記第２火格子の側面との間に第１スリットが形成され、前記第１火格子の前記凸面部が前記第２火格子の側面に当接した状態で、前記第１火格子と前記第２火格子とが相互に連結される。

本発明の他の一形態によれば、上記火格子構造体において、前記第１火格子の前記上壁部は、長手方向中央部よりも前方に第２スリットを有する。

本発明の他の一形態によれば、上記火格子構造体において、前記第１火格子と隣接する第３火格子を有し、前記第３火格子は、上壁部を有し、前記第１火格子は、前記第１火格子の前記前壁部が前記第３火格子の前記上壁部の上方に位置するように配置され、前記第１火格子の前記前壁部の先端部と、前記第３火格子の前記上壁部との間に第３スリットが形成される。

本発明の他の一形態によれば、上記火格子構造体において、前記第１火格子は、前記第１火格子の前記前壁部の後方に支持摺動ブロックを有し、前記支持摺動ブロックと、前記前壁部との間に、空気流路が形成される。

本発明の他の一形態によれば、上記火格子構造体において、前記支持摺動ブロックは、前記前壁部側に傾斜面を有する。

本発明の他の一形態によれば、上記火格子構造体において、前記第１火格子の前記前壁部の前面部は、前記第１火格子の前記上壁部の上面に対して鈍角を有して傾斜するように
構成される。

本発明の他の一形態によれば、上記火格子構造体において、前記第１火格子の前記前壁部の背面は、前記前壁部の先端部が先端に向かって薄く形成されるようにテーパ状に形成される。

本実施形態に係る火格子構造体が使用されるストーカ式焼却炉の炉床部分を示す全体図である。 火格子の上面斜視図である。 火格子の上面斜視図である。 火格子の下面斜視図である。 隣接する２つの火格子の上面図である。 火格子の側面図である。 ストーカ式焼却炉の炉床における固定火格子及び可動火格子を示す概略拡大側断面図である。 固定火格子列と可動火格子列の上面斜視図である。 火格子の連結部分の拡大図である。 従来のストーカ式焼却炉の炉床の部分側断面図である。 従来の固定火格子列５Ａ及び可動火格子列５Ｂの概略拡大側面図である。 従来の火格子の概略横断面図である。 図８Ａに示した部分Ｂ１の拡大横断面図である。 火格子間に異物が挟まった状態の火格子の概略横断面図である。 他の従来の火格子の側断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下で説明する図面において、同一の又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る火格子構造体が使用されるストーカ式焼却炉の炉床部分を示す全体図である。図示のように、ストーカ式焼却炉１は、全体として階段状の構造を有する炉床１Ａを備える。炉床１Ａは、多段のストーカ２が配列されて構成される。ストーカ２は、焼却処理対象物の移送方向に沿って、乾燥領域２ａ、第１燃焼領域２ｂ、第２燃焼領域２ｃ、及び後燃焼領域２ｄを有する。

炉床１Ａは、幅方向の両側部にサイド火格子４ａを有し（図中片側のみ示される）、幅方向中央部に仕切り４を有する。図１に示す例では、ストーカ式焼却炉１に１つの仕切り４を設けて、ストーカ２を左右二列に分割している。しかしながら、これに限らずストーカ式焼却炉１に複数の仕切り４を幅方向に設けて、ストーカ２を左右三列、又は左右四列等に分割してもよい。

また、ストーカ式焼却炉１は、炉床１Ａのストーカ２の乾燥領域２ａ、第１燃焼領域２ｂ、第２燃焼領域２ｃ、及び後燃焼領域２ｄにそれぞれ燃焼空気を送るための風道１２を備える。風道１２は、乾燥領域２ａ、第１燃焼領域２ｂ、第２燃焼領域２ｃ、及び後燃焼領域２ｄに、燃焼空気を分割して供給するためのウインドボックス３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｆに接続される。

ストーカ２は、炉床１Ａの幅方向に配列された複数の固定火格子と、同様に幅方向に配列された複数の可動火格子とを有する。固定火格子の列と可動火格子の列は、炉床１Ａの焼却処理対象物の移送方向に沿って階段状に交互に配置される。

次に、本実施形態に係る火格子構造体を構成する火格子について詳細に説明する。図２Ａ及び図２Ｂは、火格子の上面斜視図である。また、図２Ｃは、火格子の下面斜視図である。図２Ｄは、隣接する２つの火格子の上面図である。図２Ｅは、火格子の側面図である。火格子は、砂型鋳造、フルモールド鋳造、ロストワックス鋳造等の鋳造法により、耐熱鋳鋼又は耐熱鋳鉄から製造される。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、火格子６は、上壁部６ｂと、上壁部６ｂの前端に設けられる前壁部６ａと、を有する。上壁部６ｂは、その後端側（前壁部６ａとは逆側）の裏面に凹部６ｌを有する。さらに、火格子６は、上壁部６ｂの裏面側に設けられるフィン６ｉを有する。図２Ｃに示すように、３つのフィン６ｉが、前壁部６ａと凹部６ｌとの間に延在する。なお、フィン６ｉの数は３つに限定されない。

上壁部６ｂと複数のフィン６ｉにより画定される隙間（内部空間）は、燃焼空気が通過する通路を形成する。即ち、火格子６は略中空ブロック状に形成される。また、両外側に配置される２つのフィン６ｉは、それぞれ２つの凸部６ｅ１を有する。それぞれの凸部６ｅ１は、貫通孔６ｅを有する。貫通孔６ｅは、鋳造又はドリル加工により形成され得る。

火格子６は、その側面に凸面部６ｇ，６ｈを有する。凸面部６ｇは、上壁部６ｂ及び前壁部６ａの両側面に形成される。また、凸面部６ｈは、上壁部６ｂの後端側の両側面に形成される。また、火格子６は、凸面部６ｇ，６ｈにより相対的に凹状に形成される凹面部６ｊを有する。凹面部６ｊは、凸面部６ｇと凸面部６ｈとの間に形成される。なお、火格子６は、凸面部６ｇ，６ｈのいずれか一方のみを有してもよい。また、火格子６は、凸面部６ｇ，６ｈをいずれか一方の側面のみに有してもよい。

図２Ｄに示すように、火格子６の凸面部６ｇ，６ｈが幅方向に隣接する他の火格子６の側面に当接することにより、火格子６の側面と他の火格子６の側面との間に第１スリット６ｍが形成される。即ち、第１スリット６ｍは、火格子６の凹面部６ｊと、他の火格子６の凹面部６ｊとの間に形成される。

凸面部６ｇ，６ｈ及び凹面部６ｊは、鋳放しの火格子６をフライス等で加工することで形成される。このとき、第１スリット６ｍの幅が、所定の幅寸法（０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、好ましくは１．０以上１．５ｍｍ以下）を有するように、火格子６が機械加工される。なお、精度の高い鋳造法で火格子６が製造される場合は、凸面部６ｇ，６ｈ及び凹面部６ｊを鋳造で形成することができ、機械加工が不要である。

図２Ｃに示す、両外側に配置されるフィン６ｉ同士の外側幅は、上記第１スリット６ｍ（図２Ｄ参照）に噛み込んだ小粒径の異物を火格子６の下部に排出しやすいように、上壁部６ｂの幅より狭くなるように設計される。

また、図２Ａ、図２Ｂ、及び図２Ｄに示すように、上壁部６ｂは、長手方向中央部よりも前方（前壁部６ａ側）に、第２スリット６ｄを有する。第２スリット６ｄは、火格子６を鋳造するときに形成され、火格子６は鋳放しで使用される。このため、第２スリット６ｄは、製造上のコストも勘案すると、幅４ｍｍ程度以上とする必要がある。本実施形態では、２つの第２スリット６ｄが上壁部６ｂに設けられているが、第２スリット６ｄの数は２つに限定されない。第１スリット６ｍの開口面積と、第２スリット６ｄの開口面積と、後述する第３スリット６ｎの開口面積と、必要燃焼空気量とに応じて、第２スリット６ｄの数を適宜調整することができる。また、第２スリット６ｄの数に応じて、フィン６ｉの数を変更することができる。

火格子６で構成される炉床１Ａは、必要とされる燃焼空気量を供給するときに高圧力損失（０．５ｋＰａ以上２．０ｋＰａ以下、好ましくは１ｋＰａ以上１．５ｋＰａ以下）を得ることが必要である。第１スリット６ｍ、第２スリット６ｄ、及び後述する第３スリット６ｎの開口面積は、炉床１Ａがこの高圧力損失を得ることができるように調節される。

図２Ｃ及び図２Ｅに示すように、火格子６は、前壁部６ａの後方（裏面側）に支持摺動ブロック６ｃを有する。支持摺動ブロック６ｃは、火格子６と共に鋳造で成形される。図２Ｅに示すように、支持摺動ブロック６ｃの側断面は略矩形状に形成される。支持摺動ブロック６ｃは、フィン６ｉの下面側に設けられる。これにより支持摺動ブロック６ｃと前壁部６ａとの間に、空気流路６ｋが形成される。

図２Ｃに示すように、支持摺動ブロック６ｃは、幅方向に向かって傾斜するように形成される傾斜面６ｃ１を前壁部６ａ側の面（前面）に有する。本実施形態では、支持摺動ブロック６ｃは、支持摺動ブロック６ｃの前面の幅方向略中央部を頂点とし、この頂点から幅方向両側部に向かって約１０度以上約１５度以下の角度で傾斜するように構成され、これにより傾斜面６ｃ１が形成される。

図２Ｅに示すように、火格子６の前壁部６ａの前面部６ａ１は、上壁部６ｂの上面に対して鈍角を有して傾斜するように構成される。具体的には、前壁部６ａは上壁部６ｂに対して１００°以上１２０°以下の角度を有するように傾斜する。これにより、火格子６が廃棄物を移動させるときに、火格子６に対して廃棄物による下方向への押付力が発生する。この結果、火格子６の浮き上がりを抑制して火格子６を安定させることができる。

また、図２Ｅに示すように、前壁部６ａの先端部６ｆが先端に向かって薄く形成されるように、前壁部６ａの先端部６ｆの背面がテーパ状に形成される。先端部６ｆのテーパ状に形成される背面の角度は、上壁部６ｂの上面に対して約４５°以上約５０°以下である。

図３は、図１に示したストーカ式焼却炉の炉床１Ａにおける固定火格子及び可動火格子を示す概略拡大側断面図である。また、図４は、固定火格子列と可動火格子列の上面斜視図である。図３及び図４に示すように、複数の固定火格子からなる固定火格子列５Ａと複数の可動火格子からなる可動火格子列５Ｂは、それぞれ図２Ａないし図２Ｅに示した火格子６を有する。本実施形態に係る火格子構造体は、図３及び図４に示す複数の火格子６から構成される。なお、本実施形態に係る炉床１Ａは、図６に示した炉床１Ａにおいて火格子１４及びスクレーパ１５を、火格子６に置き換えたものである。

図３に示すように、固定火格子列５Ａ及び可動火格子列５Ｂでは、火格子６の凹部６ｌが、火格子受梁５ａ，５ｂの上面に設けられた凸部５ａ１，５ｂ１にはめ込まれる。これにより、火格子６が火格子受梁５ａ，５ｂに取り付けられる。

図３に示すように、火格子６（第１火格子の一例に相当する）は、他の火格子６（第３火格子の一例に相当する）と長手方向に隣接するように配置される。また、前壁部６ａが長手方向に隣接する他の火格子６の上壁部６ｂの上方に位置するように、火格子６が配置される。火格子６の支持摺動ブロック６ｃが他の火格子の上壁部６ｂの上面に接触することで、火格子６が支持される。これにより、火格子６の前壁部６ａの先端部６ｆと、他の火格子６の上壁部６ｂとの間に第３スリット６ｎが形成される。第３スリット６ｎの幅は、０ｍｍ超０．５ｍｍ以下であり、好ましくは０ｍｍ超０．３ｍｍ以下である。本実施形態では、第３スリット６ｎの幅が上記範囲であることで、第３スリット６ｎからの異物の侵入、及び硬い異物が楔状に噛み込むことを抑制することができる。

図２Ｅに関連して説明したように、前壁部６ａの先端部６ｆが先端に向かって薄く形成されるように、前壁部６ａの先端部６ｆの背面がテーパ状に形成される。また、先端部６ｆのテーパ状に形成される背面の角度は、上壁部６ｂの上面に対して約４５°以上約５０°以下である。これにより、第３スリット６ｎから火格子６の内部に異物が侵入した場合でも異物を滞留させず排出することができる。角度がこの範囲よりも小さい場合は、侵入した異物が滞留しやすくなり、角度がこの範囲より大きいと、前壁部６ａの先端部６ｆの強度が弱くなりすぎる。

また、図２Ｃに関連して説明したように、火格子６の支持摺動ブロック６ｃは、前壁部６ａ側の面に傾斜面６ｃ１（図２Ｃ参照）を有する。これにより、火格子６の第３スリット６ｎから火格子６の内部に異物が侵入しても、火格子６の前進動作によって、異物が傾斜面６ｃ１に沿って左右に分離される。左右に分離された異物は、火格子６の側部に設けた開口より炉床１Ａの下部へ排出される。

図４に示すように、固定火格子列５Ａ及び可動火格子列５Ｂの火格子６（第１の火格子の一例に相当する）は、他の火格子６（第２の火格子の一例に相当する）と幅方向に隣接して配置される。本実施形態では、火格子６の凸面部６ｇ，６ｈが隣接する他の火格子６の凸面部６ｇ，６ｈに当接することで、火格子６の側面と他の火格子６の側面との間に第１スリット６ｍが形成される。なお、本実施形態では、２つの火格子６の凸面部６ｇ，６ｈ同士が当接することで第１スリット６ｍが形成されているがこれに限られない。例えば、２つの火格子６のうち、少なくとも一方の火格子６がその側面に凸面部６ｇ，６ｈを有していれば、２つの火格子６の側面同士を当接させることによって、第１スリット６ｍが形成される。また、火格子６は、凸面部６ｇ，６ｈのうち少なくとも一つを有していればよい。

また、本実施形態では、火格子６の凸面部６ｇ，６ｈが隣接する他の火格子６の側面に当接した状態で、火格子６と他の火格子６とが相互に連結（固定）される。図５は、火格子６の連結部分の拡大図である。図５に示すように、火格子６の凸面部６ｇが、他の火格子６の凸面部６ｇに対して当接すると、火格子６のフィン６ｉに設けられた貫通孔６ｅは、他の火格子のフィン６ｉに設けられた貫通孔６ｅと隣接する。これらの貫通孔６ｅにはボルト１８が挿入され、ボルト１８の端部に座金１８ｂを介してナット１８ａが螺合される。これにより、火格子６と他の火格子６とが相互に連結される。

本実施形態では、火格子６の凸面部６ｇ，６ｈが他の火格子６の側面に当接した状態で、火格子６と他の火格子６とが相互に連結されるので、第１スリット６ｍの寸法を保持することができる。このため、不燃物等の固い異物が第１スリット６ｍに入り込んでも、第１スリット６ｍの寸法が維持される。この結果、焼却炉運転中において、炉床１Ａの圧力損失の変動を抑制することができる。したがって、燃焼空気を炉床１Ａに均一に供給して、安定的な燃焼を確保することができる。また、火格子６の側面部を全長に渡り均一に冷却することができる。

また、本実施形態では、火格子６と他の火格子６とが相互に連結されるので、火格子６の第３スリット６ｎに硬い異物が楔状に入り込んでも、異物による火格子６を浮き上がらせる力を、複数の火格子６の重量で受けることができる。このため、火格子６の浮き上がりを防止することができる。なお、火格子の浮き上がり防止方法として、火格子を火格子受梁に固定する方法が、特開２０１３−７２６２８号公報等により提案されている。本実施形態は、新たな浮き上がり防止方法を提案している。

上述したように、火格子６は鋳造により製造される。フィン６ｉの凸部６ｅ１に鋳型抜き勾配があると、ボルト１８及びナット１８ａが凸部６ｅ１の側面に片当りしてしまう。
この片当たりを防止するために、図５に示すように、凸部６ｅ１の側面を平面状に機械加工して、鋳型抜き勾配を削除しておくことができる。また、機械加工を行わず、座金１８ｂとしてテーパ座金を使用してもよい。ボルト１８とナット１８ａの締め付け寸法は、第１スリット６ｍに硬い異物が噛み込んでも、第１スリット６ｍの寸法が変化しないように設計される。なお、火格子６同士の連結はボルト１８及びナット１８ａに限定されず、例えばピンと割りピンを用いてもよい。

次に、図３及び図４を参照して、本実施形態の火格子構造体における燃焼空気の流れについて説明する。燃焼空気は、図３中矢印Ａ１で示されるように、固定火格子列５Ａ及び可動火格子列５Ｂの下方から供給され、図３中矢印Ａ２で示されるように、火格子６の上壁部６ｂの内面に沿って火格子６の前方へ流れる。続いて、燃焼空気の一部は、図３中矢印Ａ４で示されるように、第２スリット６ｄから炉内へ噴出する。第２スリット６ｄは固定火格子列５Ａと可動火格子列５Ｂの相互位置にかかわらず、常に炉内へ露出するように上壁部６ｂに位置している。また、第２スリット６ｄは、火格子６の上面に沿って移送される廃棄物によりクリーニングされるので、閉塞することがない。したがって、燃焼空気が炉床に均一に供給されると共に、燃焼空気が上壁部６ｂと接触して効果的に火格子６を冷却することができる。

また、図４に示すように、燃焼空気の一部は、図４中矢印Ａ５で示されるように、火格子６の側面と他の火格子６の側面との間に形成された第１スリット６ｍから炉内へ噴出する。また、図３に示すように、燃焼空気の一部は、火格子６の上壁部６ｂの内面に沿って、支持摺動ブロック６ｃと前壁部６ａとの間の空気流路６ｋを通じて、第３スリット６ｎから炉内へ噴出する。このとき、燃焼空気は、支持摺動ブロック６ｃに衝突して上方へ向かい、図３中矢印Ａ３で示されるように、上壁部６ｂ及び前壁部６ａの内面に沿って第３スリット６ｎへ移動する。即ち、支持摺動ブロック６ｃの存在により、燃焼空気の上壁部６ｂ及び前壁部６ａの内面に沿った流路が形成される。これにより、燃焼空気が上壁部６ｂ及び前壁部６ａに接触するので、上壁部６ｂ及び前壁部６ａを効果的に冷却することができる。

また、第３スリット６ｎの幅を極力小さくしているので、燃焼空気の主流が第１スリット６ｍ及び第２スリット６ｄから噴出する。したがって、火格子６の上壁部６ｂの上部の廃棄物が主に燃焼され、前壁部６ａの前方の廃棄物の燃焼を相対的に抑制することができるので、前壁部６ａの部分的な高温化を抑制することができる。

また、本実施形態では、支持摺動ブロック６ｃが火格子６の内部に設けられるので、支持摺動ブロック６ｃが炉内へ露出していない。また、支持摺動ブロック６ｃは、燃焼空気により空冷されている。したがって、高温腐食による支持摺動ブロック６ｃの摩耗減肉が抑制され、火格子６を支持するための構造を長期に維持することができる。

図４に示すように、本実施形態の火格子構造体によれば、燃焼空気が、第１スリット６ｍと、第２スリット６ｄと、第３スリット６ｎとから噴出する。このため、燃焼空気の流れが偏らず、火格子６全体に燃焼空気を接触させることができる。したがって、火格子６は効率よく冷却され、耐久性が改善される。また、炉床１Ａ全面に燃焼空気を均一に供給することができ、廃棄物を均一に且つ安定して燃焼させることができる。

以上で説明した火格子構造体によれば、燃焼空気の供給口として、火格子６の側壁部（第１スリット６ｍ）、上壁部６ｂの前側（第２スリット６ｄ）、及び前壁部６ａの下部（第３スリット６ｎ）の３箇所を有する。これにより、燃焼空気の流れが偏らず、火格子６の裏面全体を有効に冷却し、火格子６の耐久性が改善される。

また、上記火格子構造体によれば、廃棄物中の硬い異物による火格子６の浮き上がりの機会を著しく低減し、長期に安定した連続運転が可能となる。

また、上記火格子構造体によれば、火格子６の浮き上がり、及び隣接する火格子６間の第１スリット６ｍの寸法の変動を抑制することができる。これにより、火格子６の設置形態が安定するので、一次空気の部分噴出しによる不均一燃焼と火格子６の部分的な高温腐食焼損が抑制され、火格子６の延命化を図ることができる。

また、上記火格子構造体によれば、火格子６の整備機会が削減されるので、作業負荷の低減を図ることができる。

また、上記火格子構造体によれば、発電所の機能を有する焼却処理施設に要求される、長期連続運転と点検整備期間の短縮が可能となる。また、焼却処理施設の年間稼働率が向上し、安定した電力供給を行うことができる。さらに、施設の運営管理費用の削減が可能なストーカ式焼却炉を提供できる。

以上に本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載のない何れの形状や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。

１…ストーカ式焼却炉
６…火格子
６ａ…前壁部
６ａ１…前面部
６ｂ…上壁部
６ｃ…支持摺動ブロック
６ｃ１…傾斜面
６ｄ…第２スリット
６ｇ，６ｈ…凸面部
６ｍ…第１スリット
６ｎ…第３スリット

Claims (7)

1. ストーカ式燃焼装置に使用される火格子構造体であって、
   上壁部と、前記上壁部の前端部から延在する前壁部と、を有する第１火格子と、
   前記第１火格子と幅方向に隣接する第２火格子と、を有し、
   前記第１火格子は、前記第２火格子に隣接する側面に凸面部を有し、
   前記第１火格子の前記凸面部が前記第２火格子の側面に当接して、前記第１火格子の側面と前記第２火格子の側面との間に第１スリットが形成され、
   前記第１火格子の前記凸面部が前記第２火格子の側面に当接した状態で、前記第１火格子と前記第２火格子とが相互に連結される、火格子構造体。
2. 請求項１に記載された火格子構造体において、
   前記第１火格子の前記上壁部は、長手方向中央部よりも前方に第２スリットを有する、火格子構造体。
3. 請求項１又は２に記載された火格子構造体において、
   前記第１火格子と隣接する第３火格子を有し、
   前記第３火格子は、上壁部を有し、
   前記第１火格子は、前記第１火格子の前記前壁部が前記第３火格子の前記上壁部の上方に位置するように配置され、
   前記第１火格子の前記前壁部の先端部と、前記第３火格子の前記上壁部との間に第３スリットが形成される、火格子構造体。
4. 請求項１又は２に記載された火格子構造体において、
   前記第１火格子は、前記第１火格子の前記前壁部の後方に支持摺動ブロックを有し、
   前記支持摺動ブロックと、前記前壁部との間に、空気流路が形成される、火格子構造体。
5. 請求項４に記載された火格子構造体において、
   前記支持摺動ブロックは、前記前壁部側に傾斜面を有する、火格子構造体。
6. 請求項１又は２に記載された火格子構造において、
   前記第１火格子の前記前壁部の前面部は、前記第１火格子の前記上壁部の上面に対して鈍角を有して傾斜するように構成される、火格子構造体。
7. 請求項１又は２に記載された火格子構造において、
   前記第１火格子の前記前壁部の背面は、前記前壁部の先端部が先端に向かって薄く形成されるようにテーパ状に形成される、火格子構造体。

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