JP2020034233A - ストーカ炉 - Google Patents

Abstract

【課題】被焼却物の性状によらず被焼却物を連続投入でき、かつ、被焼却物の燃え残りを無くす。【解決手段】フィーダ４と、乾燥段１１、燃焼段１２、及び後燃焼段１３と、排出シュート１７と、を備えるストーカ炉１において、フィーダ４の上方から乾燥段１１または燃焼段１２の上方まで延在するフロントアーチ３１と、排出シュート１７の上方から後燃焼段１３または燃焼段１２の上方まで延在するリアアーチ３２と、被焼却物Ｂの燃焼により発生する排ガスを導出する四角筒状の炉壁３３と、を有し、乾燥段１１、燃焼段１２、及び後燃焼段１３の各々の主面が、燃焼段１２の上方に生成される主燃焼部Ｍに向くよう、乾燥段１１は、搬送方向下流側が下向きとなるように傾斜して配置され、燃焼段１２は、搬送方向下流側が上向きとなるように傾斜して配置され、後燃焼段１３は、搬送方向下流側が上向きとなるように傾斜して配置されるストーカ炉。【選択図】図１

Description

本発明は、ストーカ炉に関する。

ごみ等の被焼却物を焼却する焼却炉として、大量の被焼却物を選別することなく効率的に焼却処理することができるストーカ炉が知られている。ストーカ炉としては、ストーカを階段式に構成し、乾燥、燃焼、後燃焼の各機能が果たせるように乾燥段、燃焼段、及び後燃焼段を備えているものが知られている。

被焼却物を確実に燃焼させるために、ストーカの傾斜角について検討がなされている。ストーカの傾斜角は、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載されているように、乾燥段、燃焼段、後燃焼段の全ての段の据付面の搬送方向下流側が下向きとなるように傾斜しているものがある。なお、以下、例えば乾燥段の据付面の搬送方向下流側が下向きである場合、単に、乾燥段が下向きという（燃焼段、後燃焼段の場合も同様である）。

また、特許文献３に記載されているように、乾燥段が下向きに傾斜し、燃焼段及び後燃焼段が水平に配置されているもの、特許文献４に記載されているように、乾燥段及び燃焼段が下向きに傾斜し、後燃焼段の据付面の搬送方向下流側が上向きとなるように傾斜しているもの、特許文献５に記載されているような全ての段が上向きに傾斜しているものがある。なお、例えば燃焼段の据付面の搬送方向下流側が上向きである場合、単に、燃焼段が上向きという（乾燥段、後燃焼段の場合も同様である）。

特開平６−２６５１２５号公報 特開昭５９−８６８１４号公報 実開平６−８４１４０号公報 特公昭５７−１２０５３号公報 実開昭５７−１２７１２９号公報

ところで、上記ストーカ炉では、様々な性状（素材、形状、含水率）の被焼却物が投入されるが、滑りやすい素材又は球形などの転がりやすい形状の被焼却物や、含水率の高い（水分量の多い）被焼却物については、いずれのストーカ炉でも、その他の被焼却物と同様の焼却が困難であった。

即ち、特許文献１、特許文献２、特許文献３、及び特許文献４に記載されているストーカ炉では、乾燥段が下向きに傾斜、かつ、燃焼段が下向きに傾斜または水平に配置されているため、滑りやすい素材又は転がりやすい形状の被焼却物が、その他の被焼却物に比べ、後燃焼段まで早く搬送されるため、十分に焼却されずに燃え残ったまま排出されるという課題があった。

また、特許文献５に記載されているストーカ炉では、乾燥段、燃焼段、後燃焼段の全てが上向きに傾斜しているため、滑りやすい素材又は転がりやすい形状の被焼却物や含水率の高い被焼却物が、フィーダと乾燥段の間に配置される段差（落差壁）の底に溜まって燃焼段まで搬送され難くなるため、投入量を制限したり、投入を一時的に停止したりする必要が生じる場合があるという課題があった。

また、例えば、被焼却物中の水分の乾燥効率や、被焼却物の燃焼効率は、被焼却物の燃焼により発生する火炎の輻射熱の被焼却物に対する当たり方に依存するが、上記特許文献に記載されているストーカ炉では、輻射熱の当たり方について考慮されておらず、ストーカ全体として燃焼・灰化が非効率なものとなっていた。

この発明は、被焼却物の性状によらず被焼却物を連続投入でき、かつ、ストーカ全体として燃焼・灰化を効率的に行い、被焼却物の燃え残りを無くすることができるストーカ炉を提供することを目的とする。

本発明によれば、ストーカ炉は、フィーダから被焼却物を供給し、複数の固定火格子と複数の移動火格子を備えた乾燥段、燃焼段、及び後燃焼段で、前記被焼却物を順次搬送しつつ、それぞれ乾燥、燃焼、及び後燃焼を行い、前記後燃焼段に接続された排出シュートから前記後燃焼後の前記被焼却物を排出するストーカ炉において、前記フィーダの上方から前記乾燥段または前記燃焼段の上方まで延在するフロントアーチと、前記排出シュートの上方から前記後燃焼段または前記燃焼段の上方まで延在するリアアーチと、前記フロントアーチと前記リアアーチに接続され、前記被焼却物の燃焼により発生する排ガスを導出する四角筒状の炉壁と、を有し、前記乾燥段、前記燃焼段、及び前記後燃焼段の各々の主面が、前記燃焼段の上方に生成される主燃焼部に向くよう、前記乾燥段は、前記搬送方向下流側が下向きとなるように傾斜して配置され、前記燃焼段は、前記乾燥段に接続され、前記搬送方向下流側が上向きとなるように傾斜して配置され、前記後燃焼段は、前記燃焼段に接続され、前記搬送方向下流側が上向きとなるように傾斜して配置されることを特徴とする。

このような構成によれば、乾燥段、燃焼段、後燃焼段のいずれもが、各々の主面が主燃焼部に向くように傾斜しているので、主燃焼部の輻射熱を効果的に受けることができる。
このため、乾燥段では、乾燥効率を向上させ、燃焼段では燃焼効率を向上させることができる。後燃焼段においても、効果的に灰化することができる。
すなわち、本発明のストーカ炉では、被焼却物の性状によらず被焼却物を連続投入でき、かつ、ストーカ全体として燃焼・灰化を効率的に行い、被焼却物の燃え残りを無くすることができる。

上記ストーカ炉において、前記四角筒状の炉壁の中心線は、前記燃焼段上にあってよい。

このような構成によれば、主燃焼部の位置を燃焼段上とし、乾燥段、燃焼段、及び後燃焼段に効率よく輻射熱を当てることができる。

上記ストーカ炉において、前記後燃焼段の前記搬送方向下流側の端部は、鉛直方向において、前記燃焼段の前記搬送方向下流側の端部と同位置、または、前記燃焼段の前記端部よりも上方に配置されてよい。

このような構成によれば、仮に乾燥段を被焼却物が転がり落ちる等した場合においても、被焼却物が十分に燃焼されないまま後燃焼段から排出されることを防止することができる。

上記ストーカ炉において、前記固定火格子及び前記移動火格子は、前記乾燥段、前記燃焼段、及び前記後燃焼段の据付面に対して前記搬送方向下流側が上向きとなるように傾斜して配置されてよい。

このような構成によれば、移動火格子を、固定火格子上の被焼却物を撹拌しながら搬送方向下流側に送るように動作させることができる。

上記ストーカ炉において、前記燃焼段と前記後燃焼段は、段差なく連続的に接続されてよい。

このような構成によれば、被焼却物をより連続的に焼却することができる。

本発明によれば、被焼却物の性状によらず被焼却物を連続投入でき、かつ、被焼却物の燃え残りを無くすることができる。

本発明の第一実施形態のストーカ炉の概略構成図である。 本発明の第一実施形態のストーカ炉のストーカ傾斜角を説明する図である。 本発明の第一実施形態のストーカ炉の火格子形状を説明する側面図である。 乾燥段のストーカ傾斜角の適正範囲を説明するグラフである。 燃焼段のストーカ傾斜角の適正範囲を説明するグラフである。 乾燥段と燃焼段の双方を鑑みた場合、燃焼段のストーカ傾斜角の適正範囲を説明するグラフである。 本発明の第二実施形態のストーカ炉のストーカ傾斜角を説明する図である。

〔第一実施形態〕
以下、本発明の第一実施形態のストーカ炉について図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態のストーカ炉は、ごみ等の被焼却物燃焼用ストーカ炉であり、図１に示すように、被焼却物Ｂを一時的に貯留するホッパ２と、被焼却物Ｂを燃焼させる焼却炉３と、焼却炉３に被焼却物Ｂを供給するフィーダ４と、焼却炉３の底部側に設けられたストーカ５（乾燥段１１、燃焼段１２、及び後燃焼段１３の火格子１５、１６を含む）と、ストーカ５の下方に設けられた風箱６と、を備えている。

フィーダ４は、ホッパ２を介して連続的にフィードテーブル７上に供給された被焼却物Ｂを焼却炉３内に押し出す。フィーダ４は、フィーダ駆動装置８によってフィードテーブル７上を所定のストロークで往復運動する。
風箱６は、送風機（図示せず）からの一次空気をストーカ５の各部に供給する。
焼却炉３は、ストーカ５の上方に設けられ、一次燃焼室と二次燃焼室からなる燃焼室９を有している。焼却炉３は、燃焼室９に二次空気を供給する二次空気供給ノズル１０を有している。

ストーカ５は、火格子１５、１６を階段状に並べた燃焼装置である。被焼却物Ｂは、ストーカ５上で燃焼する。
以下、被焼却物Ｂが搬送される方向を搬送方向Ｄと呼ぶ。被焼却物Ｂは、ストーカ５上を搬送方向Ｄに搬送される。図１、図２、及び図３において、右側が搬送方向下流側Ｄ１である。また、火格子１５、１６が取り付けられる面を据付面と呼び、乾燥段１１、燃焼段１２、又は後燃焼段１３の上流側の端部（１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ）を中心として、水平面と据付面とによって形成される搬送方向Ｄ側の角度をストーカ傾斜角（据付角度）と呼ぶ。据付面の搬送方向下流側が水平面より上向きの場合は、ストーカ傾斜角は正の値とし、据付面の搬送方向下流側が水平面より下向きの場合は、ストーカ傾斜角は負の値として、ここでは説明する。

ストーカ５は、被焼却物Ｂの搬送方向上流側から順に、被焼却物Ｂを乾燥させる乾燥段１１と、被焼却物Ｂを焼却する燃焼段１２と、未燃分を完全に焼却（後燃焼）する後燃焼段１３と、を有している。ストーカ５では、乾燥段１１、燃焼段１２、及び後燃焼段１３で、被焼却物Ｂを順次搬送しつつ、それぞれ乾燥、燃焼、及び後燃焼を行う。

各々の段１１、１２、１３は、複数の固定火格子１５と、複数の移動火格子１６と、を有している。
固定火格子１５と移動火格子１６とは、搬送方向Ｄで交互に配置されている。移動火格子１６は、被焼却物Ｂの搬送方向Ｄに往復運動する。移動火格子１６の往復運動によってストーカ５上の被焼却物Ｂが搬送されるとともに攪拌される。即ち、被焼却物Ｂの下層部が動かされ、被焼却物Ｂの上層部と入れ替えられる。

乾燥段１１は、フィーダ４によって押し出されて焼却炉３内に落下した被焼却物Ｂを受け、被焼却物Ｂの水分を蒸発させるとともに一部熱分解する。燃焼段１２は、下方の風箱６から供給される一次空気によって、乾燥段１１で乾燥した被焼却物Ｂに着火させ、揮発分および固定炭素分を燃焼させる。後燃焼段１３は、燃焼段１２で燃焼されずに通過してきた固定炭素分等の未燃分を完全に灰になるまで燃焼させる。
後燃焼段１３の出口には、排出シュート１７が設けられている。灰は、排出シュート１７を通じて焼却炉３から排出される。

ストーカ炉１は、フィーダ４の上方から少なくとも乾燥段１１の上方まで延在するフロントアーチ３１と、排出シュート１７の上方から少なくとも後燃焼段１３の上方まで延在するリアアーチ３２と、を有している。すなわち、フロントアーチ３１の搬送方向下流側Ｄ１の端部３１ｂは、乾燥段１１または燃焼段１２の上方に位置している。また、リアアーチ３２の搬送方向上流側の端部３２ａは、燃焼段１２または後燃焼段１３の上方に位置している。
フロントアーチ３１及びリアアーチ３２は、焼却炉３の炉壁３３に接続されている。炉壁３３は、四角筒状をなし、被焼却物Ｂの燃焼により発生する排ガスを導出する。炉壁３３は、搬送方向Ｄを向く前壁３４及び後壁３５と、搬送方向Ｄに沿う一対の側壁３６と、を有している。前壁３４と後壁３５との間隔、及び一対の側壁３６同士の間隔は、例えば、３ｍ〜４ｍである。なお、前壁３４は後壁３５より搬送方向Ｄの上流側に配置される。

四角筒状の炉壁３３の中心線Ｃは、燃焼段１２上にある。即ち、前壁３４、後壁３５及び側壁３６に沿い、炉壁３３の中心を通過する中心線Ｃは、燃焼段１２と交差する。
二次空気供給ノズル１０は、前壁３４及び後壁３５に配置されている。二次空気供給ノズル１０は、前壁３４及び後壁３５から炉壁３３の中心に向かって二次空気を噴射するように指向されている。
なお、本実施形態では二次空気供給ノズル１０を前壁３４及び後壁３５に配置したが、フロントアーチ３１及びリアアーチ３２に配置してもよい。

フロントアーチ３１及びリアアーチ３２は、ストーカ５の天井（上壁）をなす部位である。フロントアーチ３１の搬送方向上流側の端部３１ａは、フィーダ４の上方に位置している。フロントアーチ３１の搬送方向上流側の端部３１ａとフィーダ４との鉛直方向の間隔は、約１ｍである。
フロントアーチ３１は、搬送方向下流側Ｄ１の端部３１ｂが搬送方向上流側の端部３１ａよりも高くなるように傾斜している。即ち、フロントアーチ３１は、ストーカ５内の空間が搬送方向下流側Ｄ１に向かうに従って広くなるように傾斜している。

リアアーチ３２の搬送方向下流側Ｄ１の端部３２ｂと後燃焼段１３の搬送方向下流側Ｄ１の端部との鉛直方向の間隔は、約１ｍである。
リアアーチ３２の搬送方向下流側Ｄ１の端部３２ｂは、排出シュート１７の上方に位置している。リアアーチ３２は、搬送方向下流側Ｄ１の端部３２ｂが搬送方向上流側の端部３２ａよりも低くなるように傾斜している。即ち、リアアーチ３２は、ストーカ５内の空間が搬送方向下流側Ｄ１に向かうに従って狭くなるように傾斜している。

乾燥段１１、燃焼段１２、及び後燃焼段１３の各々は、移動火格子１６を駆動する駆動機構１８を有している。即ち、乾燥段１１、燃焼段１２、及び後燃焼段１３は、複数の移動火格子１６を駆動する駆動機構１８をそれぞれ別個に有している。

駆動機構１８は、ストーカ５に設けられている梁１９に取り付けられている。駆動機構１８は、梁１９に取り付けられている油圧シリンダ２０と、油圧シリンダ２０によって動作するアーム２１と、アーム２１の先端に接続されているビーム２２と、を有している。ビーム２２と移動火格子１６とは、ブラケット２３を介して接続されている。

本実施形態の駆動機構１８によれば、油圧シリンダ２０のロッドの伸縮によって、アーム２１が動作する。アーム２１の動作に伴い、乾燥段１１の据付面１１ａ、燃焼段１２の据付面１２ａ、後燃焼段１３の据付面１３ａに沿って移動するように構成されているビーム２２が移動し、ビーム２２に接続されている移動火格子１６が駆動する。

本実施形態の駆動機構１８は、油圧シリンダ２０を用いているがこれに限ることはなく、例えば、油圧モータ、電動シリンダ、電導リニアモータ等を採用することができる。また、駆動機構１８の形態は、上記した形態に限らず、移動火格子１６を往復運動させることができれば、どのような形態のものでもよい。例えば、アーム２１を配置せずに、ビーム２２と油圧シリンダ２０を直結して駆動してもよい。

本実施形態のストーカ炉１は、乾燥段１１、燃焼段１２、及び後燃焼段１３における移動火格子１６の駆動の速度を、互いに同じ速度または乾燥段１１、燃焼段１２、及び後燃焼段１３の少なくとも一部で異なる速度とすることができる。
例えば、燃焼段１２で十分に燃焼させることが求められる被焼却物Ｂが投入された場合に、燃焼段１２の移動火格子１６の駆動の速度を遅くして、燃焼段１２上の被焼却物Ｂの搬送速度を遅くし、十分に燃焼させることができる。

図２及び図３に示すように、固定火格子１５及び移動火格子１６は、乾燥段１１、燃焼段１２、及び後燃焼段１３の各々の据付面１１ａ、１２ａ、１３ａに対して搬送方向下流側が上向きとなるように傾斜して配置されている。

乾燥段１１の移動火格子１６の一部は、突起付火格子１６Ｐである（他は、後述のノーマル火格子である）。図２に示すように、乾燥段１１の搬送方向の長さのうち、搬送方向下流側から５０％乃至８０％の範囲Ｒ１の移動火格子１６が突起付火格子１６Ｐとなっている。突起付火格子１６Ｐを使用することで、撹拌力を向上することができる。
図３に示すように突起付火格子１６Ｐは、板状の火格子本体２５と、火格子本体２５の先端に設けられた三角形状の突起２６とを有している。突起２６は、火格子本体２５の上面から上方に突出している。突起２６の形状は、これに限ることはなく、例えば、台形状や、丸形状とすることもできる。
ここで、図３の固定火格子１５は、先端の上面に突起のない火格子であり、この形状をノーマル火格子という。

なお、本実施形態では、移動火格子１６のみを突起付火格子１６Ｐとしたが、これに限ることはなく、移動火格子１６及び固定火格子１５の両方を突起付火格子としてもよい。
また、突起付火格子１６Ｐを設ける範囲も上述した範囲に限ることはなく、例えば、乾燥段１１の全ての火格子を突起付火格子１６Ｐとしてもよい。
さらに、被焼却物Ｂの性状や種類によっては、乾燥段におけるすべての火格子（固定火格子及び移動火格子）をノーマル火格子としてもよい。

乾燥段１１と同様に、燃焼段１２の移動火格子１６のうち、一部は、突起付火格子１６Ｐである。具体的には、燃焼段１２の搬送方向の長さのうち、搬送方向下流側から５０％乃至８０％の範囲Ｒ２の移動火格子１６が突起付火格子１６Ｐとなっている。燃焼段１２のその他の移動火格子１６は、ノーマル火格子である。乾燥段と同様に、被焼却物Ｂの性状や種類によって、移動火格子１６及び固定火格子１５の両方を突起付火格子としてもよいし、すべての火格子（固定火格子及び移動火格子）をノーマル火格子としてもよい。
後燃焼段１３の火格子は、図２では移動火格子１６及び固定火格子１５はいずれも全てノーマル火格子として示しているが、乾燥段１１及び燃焼段１２と同様に、突起付火格子を採用してもよい。

次に、乾燥段１１、燃焼段１２、及び後燃焼段１３のストーカ傾斜角（据付角度）について説明する。
乾燥段１１、燃焼段１２、及び後燃焼段１３は、その主面が主燃焼部Ｍに向くように傾斜している。ここで、主燃焼部Ｍは、被焼却物Ｂの燃焼により、四角筒状の炉壁３３の下端近傍（言い換えれば、フロントアーチ３１の端部３１ｂ及びリアアーチ３２の端部３２ａの近傍）であって、炉壁３３の中心線Ｃ近傍且つ被焼却物Ｂの上方に発生する部位である。主燃焼部Ｍの火炎からの輻射熱Ｈは、主燃焼部Ｍを中心に放射状に発せられる。

図２に示すように、本実施形態のストーカ５の乾燥段１１は下向きに配置されている。すなわち、乾燥段１１の据付面１１ａは、搬送方向下流側Ｄ１が低くなるように傾斜している。具体的には、乾燥段１１の上流側の端部１１ｂを中心とした水平面と据付面１１ａの搬送方向側の角度である乾燥段１１のストーカ傾斜角θ１は、−１５°（マイナス１５度）から−２５°（マイナス２５度）の間の角度である。
これにより、乾燥段１１の主面（据付面１１ａ）は、主燃焼部Ｍに向き、輻射熱Ｈを効率よく受ける。

本実施形態のストーカ５の燃焼段１２は上向きに配置されている。すなわち、燃焼段１２の据付面１２ａは、搬送方向下流側Ｄ１が高くなるように傾斜している。具体的には、燃焼段１２の上流側の端部１２ｂを中心とした水平面と据付面１２ａの搬送方向側の角度である燃焼段１２のストーカ傾斜角θ２は、＋５°（プラス５度）から＋１５°（プラス１５度）の間の角度、望ましくは＋８°（プラス５度）から＋１２°（プラス１５度）の間の角度である。
これにより、燃焼段１２の主面（据付面１２ａ）は、主燃焼部Ｍに向き、輻射熱Ｈを効率よく受ける。

本実施形態のストーカ５の後燃焼段１３は上向きに配置されている。すなわち後燃焼段１３の据付面１３ａは、搬送方向下流側Ｄ１が高くなるように傾斜している。
後燃焼段１３の上流側の端部１３ｂを中心とした水平面と据付面１３ａの搬送方向側の角度である後燃焼段１３のストーカ傾斜角θ３は、燃焼段１２のストーカ傾斜角θ２と同じである。具体的には、後燃焼段１３の上流側の端部１３ｂを中心とした水平面と据付面１３ａの搬送方向側の角度である後燃焼段１３のストーカ傾斜角θ３は、＋５°（プラス５度）から＋１５°（プラス１５度）の間の角度、望ましくは＋８°（プラス８度）から＋１２°（プラス１２度）の間の角度である。
これにより、後燃焼段１３の主面（据付面１３ａ）は、主燃焼部Ｍに向き、輻射熱Ｈを効率よく受ける。
なお、後燃焼段１３のストーカ傾斜角θ３は、θ２≠θ３としてもよく、また、θ２＝θ３でもよい。

乾燥段１１と燃焼段１２との間には、段差（落差壁）２７が形成されている。乾燥段１１の搬送方向下流側の端部１１ｃは、燃焼段１２の搬送方向上流側の端部１２ｂよりも鉛直方向に高くなるように形成されている。
燃焼段１２と後燃焼段１３との間には段差（落差壁）がない。即ち、燃焼段１２と後燃焼段１３とは、連続的に接続されている。換言すれば、燃焼段１２と後燃焼段１３とは、燃焼段１２の搬送方向下流側の端部１２ｃと後燃焼段１３の搬送方向上流側の端部１３ｂとが同じ高さになるように形成されている。
これにより、後燃焼段１３の端部１３ｃが燃焼段１２の端部１２ｃよりも上方に配置される。

次に、乾燥段１１のストーカ傾斜角を−１５°（マイナス１５度）から−２５°（マイナス２５度）の間の角度とする理由について説明する。
乾燥段１１の機能は、被焼却物Ｂの上方にある主燃焼部Ｍからの輻射熱Ｈ及び火格子下からの一次空気の顕熱により効率良く被焼却物Ｂ中の水分を乾燥させることである。
ここで、主燃焼部Ｍの火炎からの輻射熱Ｈの方が、一次空気の顕熱に比べて乾燥への寄与度が高く、被焼却物Ｂの上層部の乾燥が進行しやすい。
このため、火格子による撹拌動作によって、被焼却物Ｂの下層部を上方へ動かし、上層部と入れ替えることで乾燥速度を向上させている。
しかし、撹拌動作を行っても、乾燥段１１において、水分蒸発が十分に進むだけの長さの確保は必要となる。長さが長くなればなるほど装置が大型化しコストもかかるので、ストーカ長を可能な限り短くすることが求められる。

ストーカ傾斜角の絶対値が被焼却物Ｂの安息角よりも大きいと、自重で崩れ、被焼却物Ｂの層が形成されないため、ストーカ５として成り立たない。一方、ストーカ傾斜角の絶対値を被焼却物Ｂの安息角より小さくしていくと、ストーカとして成り立つが、被焼却物Ｂの重力による移動（自重による移動）が減ってゆく。さらに、据付面が上向き、すなわちストーカ傾斜角が正の値（プラスの値）で傾斜している場合、重力は被焼却物Ｂを搬送方向から押し戻す方向に働く。
ストーカ５による被焼却物Ｂの搬送量が投入された被焼却物Ｂの量を下回ると、搬送限界となり処理不能となる。

最適なストーカ傾斜角は、投入される被焼却物Ｂの量と被焼却物Ｂの含水率により異なる。ここでは、投入される被焼却物Ｂの量が多くかつ含水率が高い（水分量が多い）場合を、投入被焼却物負荷が大きい場合として説明を進める。逆に、投入される被焼却物Ｂの量が少なくかつ含水率が低い場合は、投入被焼却物負荷が小さい場合となる。

図４は、横軸を乾燥段１１のストーカ傾斜角、縦軸を乾燥段１１の必要ストーカ長とし、投入被焼却物負荷が最も大きい場合（１）から順に、投入被焼却物負荷が最も小さい場合（４）まで、乾燥段１１のストーカ傾斜角と乾燥段１１の必要ストーカ長との関係をプロットした例を示すものである。
ここで、必要ストーカ長とは、投入される被焼却物Ｂの水分の９５％が乾燥する距離である。横軸の「安息角」は、被焼却物Ｂの安息角を示すものである。

図４のグラフに示すように、ストーカ傾斜角−３０°が被焼却物Ｂの層を形成する限界である。この層形成限界のストーカ傾斜角に対して、ストーカ傾斜角が緩くなるに従って、必要ストーカ長は減少するが、ストーカ傾斜角が正の値に転じると、必要ストーカ長は、徐々に長くなる。これは、ストーカ傾斜角が正の値になると、据付面が上向きになり、搬送速度が遅くなる結果、被焼却物Ｂの層が厚くなり、下層部の被焼却物Ｂの乾燥が進行しにくくなるからである。
投入される被焼却物Ｂの負荷が最も大きい場合（１）から投入される被焼却物Ｂの負荷が最も小さい場合（４）までの４つのケースから、被焼却物Ｂがいかなる性状、量であっても適正に処理でき、かつ、ストーカ長を最も短くできる最適な乾燥段１１のストーカ傾斜角は、（１）の曲線の最下点近傍のストーカ長に対応する−１５°（マイナス１５度）から−２５°（マイナス２５度）の間の角度が適正範囲であることが分かる。そして、最適値は−２０°（マイナス２０度）となる。

次に、乾燥段１１のストーカ傾斜角を上述のように適正範囲のものとした場合において、燃焼段１２のストーカ傾斜角を＋８°（プラス８度）乃至＋１２°（プラス１２度）の間の角度にすることが適している理由について説明する。
燃焼段１２の機能は、主燃焼部Ｍの火炎からの輻射熱Ｈ、自己燃焼熱により被焼却物Ｂの層の温度を維持し、揮発分の熱分解による可燃ガスの発生促進、熱分解後に残った固定炭素の燃焼を行うものである。

ここで、揮発性可燃ガスの揮発に要する時間に比べて固定炭素の燃焼に要する時間の方が長いため、燃焼段１２の必要ストーカ長は、固定炭素の燃焼に必要な時間によって決まる。

図５は、乾燥段１１のストーカ傾斜角を上述のように適正範囲のものとした場合において、横軸を燃焼段のストーカ傾斜角、縦軸を燃焼段の必要ストーカ長とし、投入被焼却物負荷が最も大きい場合（１）から順に、投入被焼却物負荷が最も小さい場合（４）まで、燃焼段のストーカ傾斜角と燃焼段の必要ストーカ長との関係をプロットしたものである。ここで、燃焼段の必要ストーカ長とは、可燃分の９５％が揮発または燃焼する距離である。

図５に示すように、ストーカ傾斜角−３０°が被焼却物Ｂの層を形成する限界である。この層形成限界のストーカ傾斜角に対して、角度が緩くなるに従って、必要ストーカ長は減少する。搬送限界を考慮すると、ストーカ傾斜角の適正範囲は、図５に示す一点鎖線で囲む範囲とすることができる。

乾燥段１１において投入被焼却物負荷が大きい場合であっても、乾燥段１１はストーカ傾斜角が適正範囲であるため、ごみの含水率低減及び体積減少が促進される。このため、例えば乾燥段１１で負荷が（１）に相当するものであっても燃焼段１２では負荷は（３）、（４）に相当するものに変化するので、燃焼段１２では、より大きなストーカ傾斜角を採用できるようになる。すなわち、燃焼段を上向きとすることができることで固定炭素の燃焼に必要な滞留時間の確保ができ、さらにストーカ長さを短くできる。

図６は、横軸を燃焼段１２のストーカ傾斜角、縦軸を乾燥段１１と燃焼段１２の両方で必要なストーカ長とし、投入される被焼却物Ｂの負荷が最も大きい場合（１）から順に、投入される被焼却物Ｂの負荷が最も小さい場合（４）まで、燃焼段１２のストーカ傾斜角と乾燥段１１と燃焼段１２の両方で必要なストーカ長との関係をプロットしたものである。ここで、乾燥段１１のストーカ傾斜角は最適値の−２０°（マイナス２０度）としている。

図６に示すように、搬送限界を考慮すると、燃焼段１２のストーカ傾斜角の適正範囲は、おおよそ＋５°（プラス５度）から＋１５°（プラス１５度）の間の角度、より詳細には＋８°（プラス８度）乃至＋１２°（プラス１２度）の間の角度であることが分かる。また、乾燥段１１のストーカ傾斜角が最適値の−２０°（マイナス２０度）の場合、燃焼段１２のストーカ傾斜角の最適値は＋１０°（＋１０度）である。
乾燥段１１と燃焼段１２の必要ストーカ長は、各々のストーカ傾斜角を適正範囲、特に最適値とすることで可能な限り短いストーカ長とすることができるので、後燃焼段１３まで含めても、比較的小さなサイズかつ低コストなストーカ炉とすることができる。
なお、後燃焼段１３のストーカ傾斜角θ３は、上述の燃焼段１２のストーカ傾斜角θ２と同一の角度範囲内でθ２≠θ３としてもよく、また、θ２＝θ３でもよい。

上記実施形態によれば、乾燥段１１、燃焼段１２、及び後燃焼段１３の主面が主燃焼部Ｍに向いているため、主燃焼部Ｍの輻射熱Ｈを効果的に受けることができる。このため、乾燥段１１では、乾燥効率を向上させ、燃焼段１２では燃焼効率を向上させることができる。後燃焼段１３においても、効果的に被焼却物Ｂを灰化することができる。

また、乾燥段１１が下向きに傾斜していることによって、どのような性状の被焼却物Ｂであっても燃焼段１２まで滞りなく搬送することができ、かつ、燃焼段１２及び後燃焼段１３は上向きに傾斜していることによって、燃焼段１２の下流に被焼却物Ｂが容易に滑り落ちたり、転がり落ちたりすることなく、十分に燃焼されて搬送される。

即ち、滑りやすい素材又は転がりやすい形状の被焼却物Ｂの場合、乾燥段１１を転がるなどして燃焼段１２まで早期に搬送されるので、乾燥段１１では十分に乾燥できない可能性がある。しかしながら、燃焼段１２と後燃焼段１３とが上向きに傾斜していため、乾燥段１１を転がり落ちた被焼却物Ｂが燃焼段１２と後燃焼段１３をさらに転がり落ちることはなく、燃焼段１２で必ず十分に乾燥、焼却がなされる。含水率が高い被焼却物Ｂは、乾燥段１１に滞留することなく、乾燥されつつ燃焼段１２へ搬送されるので、やはり同様に、燃焼段１２で必ず十分に焼却される。
これにより、被焼却物Ｂの性状によらず被焼却物Ｂを連続投入でき、かつ、被焼却物Ｂの燃え残りを無くすることができる。

また、仮に乾燥段１１を転がり落ちた被焼却物Ｂの勢いが強く、燃焼段１２をその勢いで通過したとしても、後燃焼段１３の搬送方向下流側の端部１３Ｃは燃焼段１２の搬送方向下流側の端部１２Ｃより鉛直方向で上方に位置するため、少なくとも後燃焼段１３で停止し、後燃焼段１３から排出されることはない。そして、後燃焼段１３と燃焼段１２が段差なく連続的に接続されていることにより、万一、後燃焼段１３まで十分に燃焼されない被焼却物Ｂが転がる等して進んだとしても、自重により燃焼段１２まで戻され、燃焼を行うことができる。すなわち、不完全に燃焼された被焼却物Ｂの排出を極力低減することができる。

また、四角筒状の炉壁３３の中心線Ｃが燃焼段１２上にあることによって、主燃焼部Ｍの位置を燃焼段１２上とし、乾燥段１１、燃焼段１２、及び後燃焼段１３に効率よく輻射熱Ｈを当てることができる。

〔第二実施形態〕
以下、本発明の第二実施形態のストーカ炉について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図７に示すように、本実施形態のストーカ５の燃焼段１２と後燃焼段１３との間には段差（落差壁）２８が形成されている。

燃焼段１２の搬送方向下流側の端部１２ｃと後燃焼段１３の搬送方向下流側の端部１３ｃとは、鉛直方向で同位置か、または、後燃焼段１３の端部１３ｃが燃焼段１２の端部１２ｃよりも上方に配置されている。本実施形態のストーカ炉１は、燃焼段１２の搬送方向下流側の端部１２ｃと後燃焼段１３の搬送方向下流側の端部１３ｃを、鉛直方向で同一の位置とした例である。

これにより、仮に乾燥段１１を被焼却物Ｂが転がり落ちる等した場合においても、被焼却物Ｂが十分に燃焼されないまま後燃焼段１３から排出されることを防止することができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
なお、上記実施形態では、火格子１５、１６の先端が搬送方向下流側Ｄ１を向くように配置されているが、これに限ることはなく、例えば、乾燥段１１の火格子１５、１６の先端が搬送方向上流側を向くように配置されてもよい。

１ ストーカ炉
２ ホッパ
３ 焼却炉
４ フィーダ
５ ストーカ
６ 風箱
７ フィードテーブル
８ フィーダ駆動装置
９ 燃焼室
１０ 二次空気供給ノズル
１１ 乾燥段
１１ａ 乾燥段の据付面
１２ 燃焼段
１２ａ 燃焼段の据付面
１３ 後燃焼段
１３ａ 後燃焼段の据付面
１５ 固定火格子
１６ 移動火格子
１６Ｐ 突起付火格子
１７ 排出シュート
１８ 駆動機構
１９ 梁
２０ 油圧シリンダ
２１ アーム
２２ ビーム
２３ ブラケット
２５ 火格子本体
２６ 突起
２７、２８ 段差（落差壁）
３１ フロントアーチ
３２ リアアーチ
３３ 炉壁
３４ 前壁
３５ 後壁
３６ 側壁
Ｂ 被焼却物
Ｃ 中心線
Ｄ 搬送方向
Ｄ１ 搬送方向下流側
Ｈ 輻射熱
Ｍ 主燃焼部
θ１、θ２、θ３ ストーカ傾斜角

本発明によれば、ストーカ炉は、フィーダから被焼却物を供給し、複数の固定火格子と複数の移動火格子を備えた乾燥段、燃焼段、及び後燃焼段で、前記被焼却物を順次搬送しつつ、それぞれ乾燥、燃焼、及び後燃焼を行い、前記後燃焼段に接続された排出シュートから前記後燃焼後の前記被焼却物を排出するストーカ炉において、前記フィーダの上方から前記乾燥段または前記燃焼段の上方まで延在するフロントアーチと、前記排出シュートの上方から前記後燃焼段または前記燃焼段の上方まで延在するリアアーチと、前記フロントアーチと前記リアアーチに接続され、前記被焼却物の燃焼により発生する排ガスを導出する四角筒状の炉壁と、を有し、前記乾燥段、前記燃焼段、及び前記後燃焼段の各々の主面が、前記燃焼段の上方に生成される主燃焼部に向くよう、前記乾燥段は、前記搬送方向下流側が下向きとなるように傾斜して配置され、前記燃焼段は、前記乾燥段に接続され、前記搬送方向下流側が上向きとなるように傾斜して配置され、前記後燃焼段は、前記燃焼段に接続され、前記搬送方向下流側が上向きとなるように傾斜して配置されることを特徴とする。
また、本発明によれば、ストーカ炉は、フィーダから被焼却物を供給し、複数の固定火格子と複数の移動火格子を備えた乾燥段、燃焼段、及び後燃焼段で、前記被焼却物を順次搬送しつつ、それぞれ乾燥、燃焼、及び後燃焼を行い、前記後燃焼段に接続された排出シュートから前記後燃焼後の前記被焼却物を排出するストーカ炉において、前記フィーダの上方から前記乾燥段または前記燃焼段の上方まで延在するフロントアーチと、前記排出シュートの上方から前記後燃焼段または前記燃焼段の上方まで延在するリアアーチと、前記フロントアーチと前記リアアーチに接続され、前記被焼却物の燃焼により発生する排ガスを導出する炉壁と、を有し、前記乾燥段、前記燃焼段、及び前記後燃焼段の各々の主面が、前記燃焼段の上方に生成される主燃焼部に向くよう、前記乾燥段は、前記搬送方向下流側が下向きとなるように傾斜して配置され、前記燃焼段は、前記乾燥段に接続され、前記搬送方向下流側が上向きとなるように傾斜して配置され、前記後燃焼段は、前記燃焼段に接続され、前記搬送方向下流側が上向きとなるように傾斜して配置されることを特徴とする。

本実施形態のストーカ５の燃焼段１２は上向きに配置されている。すなわち、燃焼段１２の据付面１２ａは、搬送方向下流側Ｄ１が高くなるように傾斜している。具体的には、燃焼段１２の上流側の端部１２ｂを中心とした水平面と据付面１２ａの搬送方向側の角度である燃焼段１２のストーカ傾斜角θ２は、＋５°（プラス５度）から＋１５°（プラス１５度）の間の角度、望ましくは＋８°（プラス８度）から＋１２°（プラス１２度）の間の角度である。
これにより、燃焼段１２の主面（据付面１２ａ）は、主燃焼部Ｍに向き、輻射熱Ｈを効率よく受ける。

図６に示すように、搬送限界を考慮すると、燃焼段１２のストーカ傾斜角の適正範囲は、おおよそ＋５°（プラス５度）から＋１５°（プラス１５度）の間の角度、より詳細には＋８°（プラス８度）乃至＋１２°（プラス１２度）の間の角度であることが分かる。また、乾燥段１１のストーカ傾斜角が最適値の−２０°（マイナス２０度）の場合、燃焼段１２のストーカ傾斜角の最適値は＋１０°（プラス１０度）である。

Claims (5)

1. フィーダから被焼却物を供給し、複数の固定火格子と複数の移動火格子を備えた乾燥段、燃焼段、及び後燃焼段で、前記被焼却物を順次搬送しつつ、それぞれ乾燥、燃焼、及び後燃焼を行い、前記後燃焼段に接続された排出シュートから前記後燃焼後の前記被焼却物を排出するストーカ炉において、
   前記フィーダの上方から前記乾燥段または前記燃焼段の上方まで延在するフロントアーチと、
   前記排出シュートの上方から前記後燃焼段または前記燃焼段の上方まで延在するリアアーチと、
   前記フロントアーチと前記リアアーチに接続され、前記被焼却物の燃焼により発生する排ガスを導出する四角筒状の炉壁と、を有し、
   前記乾燥段、前記燃焼段、及び前記後燃焼段の各々の主面が、前記燃焼段の上方に生成される主燃焼部に向くよう、前記乾燥段は、前記搬送方向下流側が下向きとなるように傾斜して配置され、前記燃焼段は、前記乾燥段に接続され、前記搬送方向下流側が上向きとなるように傾斜して配置され、
   前記後燃焼段は、前記燃焼段に接続され、前記搬送方向下流側が上向きとなるように傾斜して配置されることを特徴とするストーカ炉。
2. 前記四角筒状の炉壁の中心線は、前記燃焼段上にあることを特徴とする請求項１に記載のストーカ炉。
3. 前記後燃焼段の前記搬送方向下流側の端部は、鉛直方向において、前記燃焼段の前記搬送方向下流側の端部と同位置、または、前記燃焼段の前記端部よりも上方に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のストーカ炉。
4. 前記固定火格子及び前記移動火格子は、前記乾燥段、前記燃焼段、及び前記後燃焼段の据付面に対して前記搬送方向下流側が上向きとなるように傾斜して配置されていること
   を特徴とする請求項３に記載のストーカ炉。
5. 前記燃焼段と前記後燃焼段は、段差なく連続的に接続されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のストーカ炉。

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