JP3950349B2 - ストーカ式焼却炉の水冷壁構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般廃棄物や産業廃棄物を火格子上で焼却処理するストーカ式焼却炉の炉内側壁に水管を配設して炉壁を冷却保護するストーカ式焼却炉の水冷壁構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般廃棄物及び産業廃棄物用焼却炉として最も多く用いられているストーカ式焼却炉は、一般に図5に示されるような構造を有している。
ストーカ式焼却炉10は、ごみ30を供給する投入ホッパ14、供給されたごみ30を炉内へ移送するフィーダ13、一次空気導入口12を具えた火格子11、灰31を排出する灰シュート15、側壁に二次空気導入口16を具えた二次燃焼室17から構成され、前記火格子11の上方空間である一次燃焼室18は乾燥域18A、燃焼域18B及び後燃焼域18Cから形成されている。かかる焼却炉10では、炉内に供給されたごみ30は、火格子11上の乾燥域18Aにて水分が蒸発して燃焼が始まり、燃焼域18Bにて火炎中で盛んに燃え、後燃焼域18Cでおき燃焼されるというように燃焼反応が進行する。
【0003】
さらに、燃焼により生じた排ガス中の未燃分を低減するために、乾燥域18A、燃焼域18B及び後燃焼域18Cの上方空間である二次燃焼室17にて、二次空気25の導入により完全燃焼される。
このとき焼却炉内は、ダイオキシン類生成抑制のため炉出口温度が約850℃以上に設定されており非常に高温であるため、炉を保護する目的で炉内側壁に耐火タイル27、耐火キャスタブル若しくは耐火レンガ28等の耐火物構造体を覆設している。特に、従来のストーカ式焼却炉では火格子11の中央部に位置する燃焼域18B及びその上方の二次燃焼室17の熱負荷が最も大きく、ここにボイラ水管24や水冷ジャケット等の水冷壁を配設して炉壁を冷却することにより耐火物構造体の剥離、脱落等の問題を防いでいた。
【0004】
しかしながら、従来は燃焼域18B及びその上方の二次燃焼室17が高熱負荷部位であったのに対し、近年、紙類、プラスチック等の高カロリーで含水率の低い廃棄物が多く排出されるようになり、廃棄物が短時間で高温燃焼する傾向にある。即ち、図5に示す形状のストーカ式焼却炉10においてはフィーダ13側に燃焼域が移動し、従来耐火レンガ28で保護していたフィーダ13側炉壁に高熱負荷がかかり、耐火レンガ28が膨出するという問題が生じている。
【0005】
図6(a)に示されるように、通常施工される耐火構造体は、耐火レンガを積載したブロックとブロックとの間に所定量の膨出代Wをとっているが、高熱負荷の影響による耐火レンガの膨張により膨出代Wが狭まり、最終的にブロックが炉内へ迫り出してしまう。本発明者らの測定によれば、従来の耐火レンガのみの構造では最も高熱負荷がかかる炉壁部位(図5のストーカ式焼却炉においてはフィーダ13側)における膨出量D(図6(b)参照)が数年で許容範囲を超える箇所が多く現れるとの結果が得られた。従って、炉壁のメンテナンスを頻繁に行わなければならずコストも嵩むこととなる。
【0006】
そこで、特開平7−225016号では、図7に示されるように高温帯部に水冷壁を配設した側壁構造を提案している。かかる発明は、乾燥火格子61、燃焼火格子62及び後燃焼火格子63を階段状に有する焼却炉の側壁69のうち、前記乾燥火格子61の燃焼火格子62端部、燃焼火格子62、後燃焼火格子63の燃焼火格子62側端部のそれぞれに対応する部分が高温部となり、この部分に水冷管65が配設され、その燃焼室60側にSiC耐火レンガ64が隣接して配設されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
これにより、被焼却物温度が必要以上に上昇するのを防止し、炉壁へのクリンカの生成を抑制することはできるが、水管の構造については言及されておらず、投入される廃棄物の種類及び量によって熱負荷の変動が大きい高温帯部での蒸気圧力制御は非常に困難であり、ここで得られた熱エネルギを有効に利用することは難しい。
従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、高熱負荷部位の炉壁の耐久性を向上させるとともに、焼却により発生する熱エネルギを有効に利用することができるストーカ式焼却炉の水冷壁構造を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するために、請求項1記載の発明は、火格子上を移動する廃棄物を、該火格子下部に位置する一次空気導入口及び廃棄物上方炉壁に位置する二次空気導入口から空気を供給しながら燃焼させるストーカ式焼却炉の水冷壁構造において、
前記二次空気導入口より下側の一次燃焼室の上方及び二次空気導入口上方に位置する二次燃焼室に設けた第一の水管群と、
前記二次空気導入口より下側の一次燃焼室の下方で且つ前記火格子の直上に位置する炉壁の高熱負荷部位に蒸気を生成する第二の水管群とを設け、
該第二の水管群を前記高熱負荷部位に向けて火格子下流方向より延在させて配設するとともに高熱負荷部位に位置する前記第二の水管群で生成される蒸気圧を制御可能に構成し、
更に前記第一の水管群と第二の水管群との間に、二次空気導入口上方に延在する第三の水管群を延在させたことを特徴とする。
【0009】
かかる発明によれば、高熱負荷部位にも水冷壁が設けられているため炉壁及び炉内の部分的な温度上昇を防止できクリンカの生成を抑制することができるとともに、該水冷壁の炉内側表面に被覆した耐火物構造体が膨出することを最小限に抑えることができるためメンテナンス頻度を低減し低コストでもって焼却炉を運転することができる。
また水管を前記高熱負荷部位に向けて火格子下流方向に延在させて配設しているため、炉壁の冷却効果を高めることができるとともに投入される廃棄物による熱負荷に応じた効率の良い熱回収が可能となる。
【0010】
また、請求項2記載の発明は、火格子上を移動する廃棄物を、該火格子下部に位置する一次空気導入口及び廃棄物上方炉壁に位置する二次空気導入口から空気を供給しながら燃焼させるストーカ式焼却炉の水冷壁構造において、
前記二次空気導入口より下側の一次燃焼室の上方及び二次空気導入口上方に位置する二次燃焼室に設けた第一の水管群と、
前記二次空気導入口より下側の一次燃焼室の下方で且つ前記火格子の直上に位置する炉壁の高熱負荷部位に蒸気を生成する第二の水管群とを設け、
該第二の水管群の上部ヘッダを独立させて被熱吸収媒体の独立系循環径路を形成するとともに、前記第二の水管群が配設される炉内の熱負荷に応じて第二の水管群の蒸気圧力を所定値に保持されるように調整可能に構成し、
更に前記第一の水管群と第二の水管群との間に、二次空気導入口上方に延在する第三の水管群を延在させたことを特徴とする。
【0011】
これにより、請求項1記載の発明と同様の効果を得ることができるとともに、高熱負荷部位に位置する水管を独立させた循環径路とすることにより、蒸気圧力その他の制御を容易に行うことができ、また劣化、損傷の激しい高熱負荷部位に対して保守管理がし易くなる。
このとき、例えば投入する廃棄物の種類、量を検出するセンサ、若しくは炉内温度を測定するセンサ等を設け、該センサにより検出された廃棄物発熱量や温度に基づき熱負荷を算出し、水循環量を制御するコントローラを設けてもよい。
【0013】
さらにまた、請求項3記載の発明は、請求項1若しくは2記載の第二の水管群からなる水冷壁が、廃棄物投入口側の炉壁下部に設けられることを特徴とする。
上記したように近年廃棄物が高カロリー化、低含水率化していることにより、廃棄物の投入直後に燃焼が始まることが多いため、廃棄物投入口であるフィーダ側の炉壁に対する熱負荷が非常に高い。従って、かかる発明のようにフィーダ側の炉壁を水冷化することで最も高熱負荷がかかる炉壁を保護することができ、炉壁全体の耐久性を向上させることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図1は本発明の基本形態にかかる水冷壁構造の概略構成を示す側断面図、図2及び図3は図1の水冷壁におけるボイラ水管構造を示す概略構成図で、本発明の実施例に対応する。図4は図1の水冷壁に耐火キャスタブルを施工したとき(a)、耐火タイルを施工したとき(b)のA−A断面図である。
【0016】
図1において、10はストーカ式焼却炉で、ごみ30を炉内へ供給する投入ホッパ14及びフィーダ13と、一次空気20の導入によりごみ30を燃焼させる火格子11と、灰31を排出する灰シュート15と、火格子11の上方に位置する一次燃焼室18と、該一次燃焼室18の上方に二次空気25の導入により排ガス中の未燃分を完全燃焼する二次燃焼室17とから構成される。
前記一次燃焼室18は、フィーダ13側に乾燥、燃焼域が位置しており、前記火格子11によりごみの移動速度を調整して火炎が最適位置にくるように燃焼制御を行っている。
【0017】
前記火格子11には一次空気導入口12が設けられ、ここから酸素付加された一次空気20が炉内へ供給される。また、前記二次燃焼室17の下方には二次空気導入口16が設けられ、廃棄物の種類、量に応じて未燃分が完全燃焼するように二次空気25の供給量を調整している。
前記フィーダ13及び灰シュート15はSiC耐火レンガ28で被覆されている。一方、前記一次燃焼室18及び二次燃焼室17には水管26、24が配設されており、その炉内側表面には耐火タイル27が覆設されている。
【0018】
前記水管24は、一次燃焼室18の上方及び二次燃焼室17に配設される水管で、上部ヘッダ29(図2及び図3参照)及び下部ヘッダ22、23に連結している。該水管24により形成される水冷壁は前記二次燃焼室17では縦方向に並設され、一次燃焼室18上方では火格子11下流側に向けて延設されている。
一方、前記水管26は、一次燃焼室18の下方でかつ前記火格子11の直上に配設されて水冷壁を形成し、前記一次燃焼室18上方に配設される水冷壁と同様の構造を有しているが、これとは別に上部ヘッダ21に連結されて独立した比熱吸収媒体(水)の循環径路を構成している。
【0019】
図2及び図3に、本基本形態におけるボイラ水管構造の実施例を示す。但し、本発明においては少なくとも炉壁に高熱負荷がかかる部位に水管を配設し、かつ該高熱負荷部位に向けて火格子下流方向に向けて延在させるか若しくは被熱吸収媒体の独立系循環径路が形成されるような構成であれば良く、これらの実施例に限るものではない。
前記ストーカ式焼却炉10に配設される水管構造は、3つの水管群24a、24b、26から構成され、それぞれ独立した比熱吸収媒体の循環径路A、B及びCを有している。
【0020】
循環径路Aは、前記焼却炉10上部に設けられた上部ヘッダ29と前記二次燃焼室17下部に設けられた下部ヘッダ23と気水ドラム33とからなり、前記二次燃焼室17に配設された水管群24aを伝熱面としている。また、循環径路Bは、前記上部ヘッダ29と下部ヘッダ22と気水ドラム33とから構成され、前記循環径路Aに隣接して二次燃焼室17に配設され一次燃焼室18まで延設する水管群24bを伝熱面としている。
【0021】
循環径路Cは、図2に示されるようにフィーダ上部に設けられた上部ヘッダ21と前記下部ヘッダ22と気水ドラム33、または図3に示されるように前記上部ヘッダ21と下部ヘッダ22と独立して設置される気水ドラム34とから構成され、該フィーダ側壁部から火格子11に沿って一次燃焼室18に延設する水管群26を伝熱面としている。
これらの循環径路を介して自然対流により夫々の気水ドラムに運ばれた熱エネルギは、熱機関等に送給されて発電、その他の駆動に有効利用される。
また、図3に示されるように前記循環径路Cでは、水管群26が配設される炉内に温度センサ52を設け、該温度センサ52にて検出される温度から算出される熱負荷に応じてコントローラ50によりバルブ51の開度を制御し、前記水管群26の蒸気圧力を所定値に保持されるように調整することが好ましい。
【0022】
尚、炉内の熱負荷を導き出す方法としては、投入ごみの量、種類等を検出するセンサを設けてこれより算出する方法、予めコントローラ50に投入ごみデータを入力して算出する方法等を用いることができ、さらに火格子の運転制御によりごみの火格子上での移動速度を調整したり、前記一次空気若しくは二次空気の酸素付加比率や供給量を調整するなどして燃焼制御することも同時に行うとよい。
かかる実施例のように、高熱負荷部位に位置する水管を独立させた循環径路とすることにより、蒸気圧力その他の制御が容易となり、また劣化、損傷の激しい高熱負荷部位に対して保守管理がし易くなる。
【0023】
また、前記水管24には、その炉内側表面に耐火物を被覆する構造とすることが好ましい。図4は、図1の水冷壁に耐火キャスタブルを施工したとき(a)、耐火タイルを施工したとき(b)のA−A断面図を示し、40は水管、41は前記水管40同士を水平方向あるいは垂直方向に連結して補強するための平面状フィンである。
【0024】
45は主としてSiCからなる耐火キャスタブルで、46は同様にSiCからなる耐火タイルである。前記耐火キャスタブル45は、例えば前記水管外周面にキャスタブルを吹付けて硬化させる方法や、水管40に対向させて設けられた型枠にキャスタブルを鋳込み充填させて硬化させた後に脱型して施工する方法により形成されるのに対し、前記耐火タイル46は、SiCを主成分とする材料を型材に入れて加圧、焼結等の加工成形を施して製造し、該成形された耐火タイル46をモルタルなどの接着材により壁面に施工している。
尚、前記耐火タイル46、耐火キャスタブル45の材料としては、SiCのほかにSK、Si3N4等熱伝導性が高く耐久性、耐食性の高い材料であれば特に限定されない。
【0025】
図4(a)に示される耐火物は、水管40外周の耐火キャスタブル45を施工する側に、スタッド43を複数本植設し、該スタッド43が約45°間隔で2本突設された水管40と3本突設された水管40とが交互に配列するように構成されている。このような配置とすることにより、耐火キャスタブル45が脱落し難い構成となっている。前記スタッド43は、水管40との熱膨張差による破損を防ぐために、該水管40と同様の材料で形成することが好ましい。尚、前記スタッド43にスリーブ42を嵌合させる構成としても良い。
【0026】
また、図4(b)に示される耐火物は、前記フィン41にステンレス製のタイル係止フック44を溶接している。そして、凹部を設けた耐火タイル46と該フック44とを嵌合させて該タイル46を係止している。前記耐火タイル46と前記水管40、フィン41及びフック44との間にはモルタル(不図示)を挟着することによってこれらを接合している。
そして、前記水冷壁が平面状の部位には前記耐火タイルを施工し、前記水冷壁が複雑な形状を有する部位には不定形で施工し易い前記耐火キャスタブルを施工するとよい。
【0027】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、高熱負荷部位にも水冷壁が設けられているため炉壁表面の極度な温度上昇を防止できるため、クリンカの生成を抑制することができるとともに、該水冷壁の炉内側表面に被覆した耐火物構造体が膨出することを最小限に抑えることができメンテナンス頻度を低減し低コストでもって焼却炉を運転することができる。また水管を前記高熱負荷部位に向けて火格子下流方向に延在させて配設しているため、炉壁の冷却効果を高めることができるとともに効率の良い廃熱回収が可能となる。
また、高熱負荷部位に位置する水管を独立させた循環径路とすることにより、容易に蒸気圧力その他の制御ができ、また劣化、損傷の激しい高熱負荷部位に対して保守管理がし易くなり、確実な水循環が可能となる。
さらに、前記水冷壁の燃焼室側に、耐火レンガ若しくは耐火キャスタブルを覆設することにより、水管の腐食や膨出によるクラックが生じることを防止でき、耐久性の高い水冷壁を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の基本形態にかかる水冷壁構造の概略構成を示す側断面図である。
【図2】 図1の水冷壁におけるボイラ水管構造を示す概略構成図で、本発明の実施例に対応する。
【図3】 図2の別の実施例を示すボイラ水管構造の概略構成図で、本発明の実施例に対応する。
【図4】 図1の水冷壁に耐火キャスタブルを施工したとき(a)、耐火タイルを施工したとき(b)のA−A断面図である。
【図5】 従来の水冷壁構造の概略構成を示す側断面図である。
【図6】 従来の耐火構造体の膨張代を示す概略図である。
【図7】 従来の焼却炉の全体概略側面図である。
Claims (3)
- 火格子上を移動する廃棄物を、該火格子下部に位置する一次空気導入口及び廃棄物上方炉壁に位置する二次空気導入口から空気を供給しながら燃焼させるストーカ式焼却炉の水冷壁構造において、
前記二次空気導入口より下側の一次燃焼室の上方及び二次空気導入口上方に位置する二次燃焼室に設けた第一の水管群と、
前記二次空気導入口より下側の一次燃焼室の下方で且つ前記火格子の直上に位置する炉壁の高熱負荷部位に蒸気を生成する第二の水管群とを設け、
該第二の水管群を前記高熱負荷部位に向けて火格子下流方向より延在させて配設するとともに高熱負荷部位に位置する前記第二の水管群で生成される蒸気圧を制御可能に構成し、
更に前記第一の水管群と第二の水管群との間に、二次空気導入口上方に延在する第三の水管群を延在させたことを特徴とするストーカ式焼却炉の水冷壁構造。 - 火格子上を移動する廃棄物を、該火格子下部に位置する一次空気導入口及び廃棄物上方炉壁に位置する二次空気導入口から空気を供給しながら燃焼させるストーカ式焼却炉の水冷壁構造において、
前記二次空気導入口より下側の一次燃焼室の上方及び二次空気導入口上方に位置する二次燃焼室に設けた第一の水管群と、
前記二次空気導入口より下側の一次燃焼室の下方で且つ前記火格子の直上に位置する炉壁の高熱負荷部位に蒸気を生成する第二の水管群とを設け、
該第二の水管群の上部ヘッダを独立させて被熱吸収媒体の独立系循環径路を形成するとともに、前記第二の水管群が配設される炉内の熱負荷に応じて第二の水管群の蒸気圧力を所定値に保持されるように調整可能に構成し、
更に前記第一の水管群と第二の水管群との間に、二次空気導入口上方に延在する第三の水管群を延在させたことを特徴とするストーカ式焼却炉の水冷壁構造。 - 請求項1若しくは2記載の第二の水管群からなる水冷壁が、廃棄物投入口側の炉壁下部に設けられることを特徴とするストーカ式焼却炉の水冷壁構造。
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