JP7254445B2

JP7254445B2 - ごみ焼却炉の火格子の冷却構造、ごみ焼却炉の火格子の冷却方法及びごみ焼却炉の燃焼用空気予熱方法

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Publication number: JP7254445B2
Application number: JP2018029040A
Authority: JP
Inventors: 孝治河中; 一沼田; 健一吉原
Original assignee: KUBOTA ENVIRONMENTAL ENGINEERING CORPORATION
Current assignee: KUBOTA ENVIRONMENTAL ENGINEERING CORPORATION
Priority date: 2018-02-21
Filing date: 2018-02-21
Publication date: 2023-04-10
Anticipated expiration: 2038-02-21
Also published as: JP2019143897A

Description

本発明は、ごみ焼却炉の火格子の冷却構造、ごみ焼却炉の火格子の冷却方法及びごみ焼却炉の燃焼用空気予熱方法に関する。

特許文献１には、中空に形成された複数の棒状支持体を、支持枠上にゴミの搬送方向にわたって炉幅方向に横架して固定し、炉幅方向に並設される複数の火格子片を前記棒状支持体に係合支持して前記搬送式火床を構成し、その棒状支持体の内部に前記火格子片を冷却する冷却流体を通流する冷却流体流路を形成してある火格子冷却機構であって、前記棒状支持体への冷却流体の通流する向きを、前記搬送方向に沿って異ならせてある火格子冷却機構が開示されている。

当該火格子冷却機構は火格子の温度分布を均一にすることを目的として、棒状支持体への冷却流体である水の通流する向きが搬送方向に沿って交互に切り替わるように構成されている。

特許文献２には、被焼却物を載積し、相対移動させながら被焼却物を燃焼する火格子群を有するストーカ式焼却炉であって、前記火格子群の下部に、前記火格子群に向けて冷却媒体を噴射する冷却媒体噴出ノズルを備え、幅方向中央付近における冷却媒体の噴出量が、幅方向端部付近における冷却媒体の噴出量よりも多くなるように構成されたストーカ式焼却炉が開示されている。

特開２００２－３４９８３３号公報特開２００３－２９４２１２号公報

特許文献１に開示された火格子冷却機構は、火格子片を係合支持する棒状支持体の内部に形成された冷却流体流路に冷却流体を通流して、火格子片を間接的に冷却するような構成であるため、火格子片を十分に冷却することができなかった。また、そのような冷却流体を介して火格子片から回収した熱量を燃焼用空気の予熱に効果的に活用することがでなかった。さらに、水冷のために媒体供給用の配管や、媒体回収用の配管を風箱内部に引き回す必要があり、配管に火格子からの落灰が次第に堆積して塊状に固着するという問題や、配管スペースが必要になるといった問題もあった。

特許文献２に開示されたストーカ式焼却炉では、冷却媒体噴出ノズルから噴射供給された空気が互いに重畳するように配置された領域で火格子の下面から垂直方向に噴射されるため、最も高温となる火格子の先端側が十分に冷却できず、また火格子の下面に垂直に噴射された後に空気が四方に拡散されるため噴射位置以外でそれほど効果的に冷却できないという問題があった。

そこで、冷却媒体噴出ノズルから固定位置にある火格子の先端側に向けて空気を噴射供給すると、逆に火格子の基端側が冷却できず、また可動火格子の先端側に向けて空気を噴射供給する場合には、冷却媒体噴出ノズルを可動火格子とともに移動させる必要があり、構造が非常に複雑になるという問題もあった。

本発明の目的は、上述した従来の問題点に鑑み、シンプルな構造でありながら火格子を効率的に冷却することができるごみ焼却炉の火格子の冷却構造、ごみ焼却炉の火格子の冷却方法及びごみ焼却炉の燃焼用空気予熱方法を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による火格子の第一の特徴構成は、支持枠に横架された支持軸に載置された火格子が、ごみの搬送方向に沿って配列されたストーカ機構を備えたごみ焼却炉の火格子の冷却構造であって、前記支持軸のそれぞれに外部から供給される冷却媒体を導く通気路が各軸心に沿って形成されるとともに、前記通気路と連通して各火格子の内側面に向けて冷却媒体を噴射する開孔が形成され、少なくとも前記火格子の下面は全面が開放され、前記内側面のうち少なくとも先端側領域にごみの搬送方向に沿う放熱フィンが形成されるとともに、前記内側面のうち前記支持軸側となる基端側領域に前記火格子の幅方向に沿う全域で前記放熱フィンがない平坦面部が形成され、前記開孔から噴射される冷却媒体が前記火格子の前記平坦面部に向けてごみの搬送方向に対して斜め上方に噴射されるように構成されている点にある。

軸心に沿って支持軸に形成された通気路に外部から冷却媒体が供給されると、支持軸に通気路と交差する方向に形成された開孔から下面が全面開口された各火格子の内側面に向けて冷却媒体が噴射される。火格子が載置される支持軸に形成された開孔から近距離で冷却媒体が噴射されるため、周りの空気が巻き込まれて各火格子の内側面に導かれるようになり、効果的に冷却されるようになる。そして、支持軸とは異なる専用の冷却媒体噴出ノズルを設ける必要が無く、シンプルな構造を実現できる。さらに、支持軸に形成された開孔が各火格子の内側面に向かうため、火格子同士の間隙から落灰があっても開孔は閉塞するようなこともない。さらに、冷却媒体がごみの搬送方向に沿う放熱フィンによって区画された領域に沿って火格子の先端側に向けて分散して供給されるようになり、冷却媒体による高い冷却効率が実現できるようになる。

そして、火格子の内側面に向けてごみの搬送方向に対して斜め上方に噴射された冷却媒体が、四方に拡散されることなく火格子の長手方向に沿って先端側にまで流れるようになり、火格子の先端側の高温部まで効果的に冷却できるようになる。

同第二の特徴構成は、上述の第一の特徴構成に加えて、前記開孔の軸心仮想延長線が前記火格子の基端側内側面に鋭角で交差する姿勢となるように前記開孔が形成されている点にある。

開孔から火格子の内側面基端側に噴射された冷却媒体が軸心の向きと同様に火格子の基端側内側面に鋭角で交差する姿勢で当たるので、その後、火格子の長手方向に沿って先端側に円滑に流れ、その過程で火格子全体が効果的に冷却されるようになる。

同第三の特徴構成は、支持枠に横架された支持軸に載置された火格子が、ごみの搬送方向に沿って配列されたストーカ機構を備えたごみ焼却炉の火格子の冷却構造であって、前記支持軸のそれぞれに外部から供給される冷却媒体を導く通気路が各軸心に沿って形成されるとともに、前記通気路と連通して各火格子の内側面に向けて冷却媒体を噴射する開孔が、前記開孔の軸心仮想延長線が前記火格子の基端側内側面に鋭角で交差する姿勢となるように形成され、少なくとも前記火格子の下面は全面が開放され、前記内側面のうち少なくとも先端側領域にごみの搬送方向に沿う放熱フィンが形成されるとともに、前記内側面のうち前記支持軸側となる基端側領域に前記火格子の幅方向に沿う全域で前記放熱フィンがない平坦面部が形成され、前記開孔から前記平坦面部に向けて冷却媒体を噴射するように構成されている点にある。

そして、開孔から火格子の内側面基端側に噴射された冷却媒体が軸心の向きと同様に火格子の基端側内側面に鋭角で交差する姿勢で当たるので、その後、火格子の長手方向に沿って先端側に円滑に流れ、その過程で火格子全体が効果的に冷却されるようになる。

同第四の特徴構成は、上述の第二または第三の特徴構成に加えて、前記火格子の基端側内側面が平坦面に形成されている点にある。

開孔から噴射された冷却媒体が周りの空気を引き込みながら基端側内側面の平坦面に衝突し、平坦面に沿って周囲に拡散しながら流れる過程で火格子全体が効果的に冷却されるようになる。

同第五の特徴構成は、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記支持枠は固定支持枠と前記固定支持枠に対してごみの搬送方向に前後移動可能な可動支持枠を備え、前記固定支持枠に横架された固定支持軸に載置された固定火格子と、前記可動支持枠に横架された可動支持軸に載置された可動火格子とからなる前記火格子がごみの搬送方向に沿って交互に配列されることにより前記ストーカ機構が構成されており、隣接配置された固定支持軸間に各通気路を連通する連結管が設けられ、何れか一つの固定支持軸に外部から供給される冷却媒体の導入管が接続されるとともに、隣接配置された可動支持軸間に各通気路を連通する連結管が設けられ、何れか一つの可動支持軸に外部から供給される冷却媒体の導入管が接続されている点にある。

隣接配置された固定支持軸間に配された連結管によって互いの通気路が連通され、何れか一つの固定支持軸に接続された導入管から供給された冷却媒体が連結管を介して他の固定支持軸の通気路に供給される。また、隣接配置された可動支持軸間に配された連結管によって互いの通気路が連通され、何れか一つの可動支持軸に接続された導入管から供給された冷却媒体が連結管を介して他の可動支持軸の通気路に供給される。従って、冷却媒体を供給するための配管がシンプルになる。

同第六の特徴構成は、上述の第五の特徴構成に加えて、前記ストーカ機構の下方に風箱が設けられ、前記連結管が前記ストーカ機構を挟む側壁または前記風箱の側壁部に沿うように配置されている点にある。

火格子の間隙から落灰があっても、連結管が風箱の側壁部に沿うように配置されていれば、それほど多量に落灰せず、従って連結管に灰が多量に堆積するようなこともない。

同第七の特徴構成は、上述の第五または第六の特徴構成に加えて、前記ストーカ機構の下方に風箱が設けられ、各導入管は前記ストーカ機構を挟む側壁または前記風箱に形成した連結部に接続され、前記側壁または前記風箱の外部に設けた冷却媒体供給源から冷却媒体が供給されるように構成されている点にある。

側壁または風箱に形成した連結部を介して各導入管と冷却媒体供給源とが接続されるので風箱の内部に長い配管を引き回す必要が無く、シンプルな配管を実現できる。

本発明によるごみ焼却炉の火格子の冷却方法の特徴構成は、上述した第一から第七の何れかの火格子の冷却構造を用いたごみ焼却炉の火格子の冷却方法であって、前記内側面のうち前記基端側領域に前記火格子の幅方向に沿う全域で前記放熱フィンがない平坦面部が受風面として形成された前記火格子に対して、冷却媒体を前記受風面に向けてごみの搬送方向に対して斜め上方に噴射することで周りの空気を巻き込むとともに、前記受風面に噴射された冷却媒体および空気を、前記内側面のうち前記先端側領域にごみの搬送方向に沿うように形成された放熱フィンにより前記火格子の先端側に向けて分散して通流させる点にある。

本発明によるごみ焼却炉の燃焼用空気予熱方法の特徴構成は、上述した第一から第七の何れかの火格子の冷却構造を用いたごみ焼却炉の燃焼用空気予熱方法であって、前記内側面のうち前記基端側領域に前記火格子の幅方向に沿う全域で前記放熱フィンがない平坦面部が受風面として形成された前記火格子に対して、冷却媒体を前記受風面に向けてごみの搬送方向に対して斜め上方に噴射することで周りの空気を巻き込むとともに、前記受風面に噴射された冷却媒体および空気を、前記内側面のうち前記先端側領域にごみの搬送方向に沿うように形成された放熱フィンにより前記火格子の先端側に向けて分散して通流させることにより各火格子を冷却し、各火格子と熱交換されて予熱された冷却媒体および空気を焼却物に供給する点にある。

以上説明した通り、本発明によれば、シンプルな構造でありながら火格子を効率的に冷却することができるごみ焼却炉の火格子の冷却構造、ごみ焼却炉の火格子の冷却方法及びごみ焼却炉の燃焼用空気予熱方法を提供することができるようになった。

（ａ）はごみ焼却炉のストーカ機構の説明図、（ｂ）はストーカ機構の要部の平面図（ａ）は固定火格子を載置する固定支持軸に接続された冷却媒体の導入管の正面視説明図、（ｂ）は可動火格子を載置する可動支持軸に接続された冷却媒体の導入管の正面視説明図、（ｃ）は可動支持軸に接続された冷却媒体の導入管の側面視説明図（ａ）は固定支持軸の平面図、（ｂ）は固定支持軸の正面図、（ｃ）は固定支持軸の側面図（ａ）は支持軸に形成された開孔から火格子に噴射される冷却媒体の流動状態の説明図、（ｂ）は支持軸に形成された開孔の方向と火格子の内側面との相対角度を示す説明図（ａ）から（ｄ）は火格子の形状説明図（ａ）は火格子の正面図、（ｂ）は同平面図、（ｃ）は隣接配置された火格子の平面図（ａ）は火格子の底面図、（ｂ）は同左側面図、（ｃ）は同右側面図（ａ）は図６（ａ）のＡ－Ａ線断面図、（ｂ）は図６（ａ）のＢ－Ｂ線断面図、（ｃ）は図６（ａ）のＣ－Ｃ線断面図、（ｄ）は図６（ｂ）のＤ－Ｄ線断面図（ａ）から（ｄ）は固定火格子と可動火格子の相対移動の説明図（ａ）は火格子が配列された炉床の平面図、（ｂ）は炉床の幅方向に隣接配置された火格子の連結状態を示す説明図

以下に、本発明によるごみ焼却炉の火格子の冷却構造、ごみ焼却炉の火格子の冷却方法及びごみ焼却炉の燃焼用空気予熱方法を、図面に基づいて説明する。

図１（ａ）には本発明を適用可能なストーカ機構を備えた代表的なごみ焼却炉の燃焼室が示されている。ごみ焼却炉Ａは、耐火壁Ｗで覆われた炉室に複数の火格子１０（１０Ａ，１０Ｂ）を配設したストーカ機構で構成される炉床Ｂを備え、その下方に設置した風箱Ｆに押込み送風機から供給される燃焼用空気が火格子１０の間隙から炉床Ｂ上の被焼却物であるごみに供給されるように構成されている。

各火格子１０は、固定支持枠Ｃに横架された円筒状の固定支持軸Ｃ１に基端側が揺動可能に支持された複数の固定火格子１０Ａと、固定支持枠Ｃに対してごみの搬送方向に沿って往復移動する可動支持枠Ｄに横架された円筒状の可動支持軸Ｄ１に基端側が揺動可能に支持された複数の可動火格子１０Ｂが、ごみの搬送方向に沿って交互に配列されている。幅方向に並設された複数の固定火格子１０Ａ及び可動火格子１０Ｂは、炉室の両側部に配置された一対の側壁で挟持され、当該側壁は外側から中心方向に向けてバネで押圧されている。

そして、油圧シリンダを備えた油圧機構Ｅによって可動支持枠Ｄが往復駆動されることにより、可動火格子１０Ｂと固定火格子１０Ａとが相対移動し、炉床Ｂ上の被焼却物が掻き混ぜられつつ下流側に搬送される。

図には示されていないが、炉室の天井部には燃焼用バーナが設けられ、燃焼用バーナの熱により炉床Ｂ上の被焼却物が掻き混ぜ搬送されながら焼却処理される。

中央の炉床Ｂにより主にガス化燃焼される主燃焼ゾーンが構成され、上流側及び下流側に別途炉床が設けられている。上流側の炉床Ｂｕによって主に被焼却物を乾燥する乾燥ゾーンが構成され、下流側の炉床Ｂｄによってガス化燃焼後の固形物を灰化する後燃焼ゾーンが構成されている。尚、上流側の炉床Ｂｕと中央の炉床Ｂが一体に構成されている場合もある。

図１（ｂ）には、火格子１０が設置されていない平面視の主燃焼ゾーンが示されている。また、図３には、固定支持軸Ｃ１の構造が示されている。炉室の幅方向両側に配された一対の固定支持枠Ｃの上部に支持台Ｃ２を介して複数本の固定支持軸Ｃ１が横架されている（図３参照）。

また、一対の固定支持枠Ｃの内側に可動支持枠Ｄが配置され、可動支持枠Ｄの上部に支持台Ｄ２を介して可動支持軸Ｄ１が横架されている。図１（ａ）とは油圧機構Ｅを用いた可動支持枠Ｄの駆動機構が異なり、固定支持枠Ｃの外側に備えた油圧シリンダである油圧機構Ｅから駆動連結機構Ｅ１（図２（ｂ）参照）を介して可動支持枠Ｄがごみの搬送方向に沿って往復駆動されるように構成されている。

図１（ｂ），図２（ａ），（ｂ），（ｃ）及び図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に基づいて火格子の冷却構造を説明する。固定支持軸Ｃ１の内部に冷却媒体を導く通気路２０Ｃが各軸心Ｐに沿って形成されるとともに、通気路２０Ｃと連通して各火格子１０Ａの内側面に向けて冷却媒体を噴射する微小開孔２１Ｃが形成されている。また、可動支持軸Ｄ１の内部に冷却媒体を導く通気路２０Ｄが各軸心Ｐに沿って形成されるとともに、通気路２０Ｄと連通して各火格子１０Ｂの内側面に向けて冷却媒体を噴射する微小開孔２１Ｄが形成されている。微小開孔２１Ｃ，２１Ｄが本発明の開孔として機能する。

隣接配置された固定支持軸Ｃ１間に各通気路２０Ｃを連通する連結管２２Ｃが設けられ、何れか一つの固定支持軸Ｃ１に外部から供給される冷却媒体の導入管２３Ｃが接続されるとともに、隣接配置された可動支持軸Ｄ１間に各通気路２０Ｄを連通する連結管２２Ｄが設けられ、何れか一つの可動支持軸Ｄ１に外部から供給される冷却媒体の導入管２３Ｄが接続されている。

導入管２３Ｃは最上流側または最下流側の固定支持軸Ｃ１に接続され、その固定支持軸Ｃ１から下流側または上流側の固定支持軸Ｃ１に順次連結管２２Ｃが接続されていることが好ましい。また、導入管２３Ｄは最上流側または最下流側の可動支持軸Ｄ１に接続され、その可動支持軸Ｄ１から下流側または上流側の可動支持軸Ｄ１に順次連結管２２Ｄが接続されていることが好ましい。

ストーカ機構を挟む側壁ＳＷの下方に逆角錐状の風箱３０が設けられ、連結管２２Ｃ，２２Ｄが側壁ＳＷまたは風箱３０の側壁部に沿うように配置されている。火格子１０の間隙から落灰があっても、連結管２２Ｃが風箱の側壁部に沿うように側方に配置されていれば、それほど多量に落灰せず、従って連結管に灰が多量に堆積するようなこともない。

各導入管２３Ｃ，２３Ｄは側壁ＳＷまたは風箱３０に形成した連結部３０Ｃ，３０Ｄに接続され、風箱３０の外部に設けた冷却媒体供給源であるブロワーファンまたはエアコンプレッサから冷却媒体となる圧縮空気が供給されるように構成されている。風箱３０に形成した連結部３０Ｃ，３０Ｄを介して各導入管２３Ｃ，２３Ｄと冷却媒体供給源とが接続されるので風箱の内部に長い配管を引き回す必要が無く、シンプルな配管を実現できるようになる。

図２（ａ）に示すように、本実施形態では、導入管２３Ｃが近傍の側壁ＳＷに設けられた連結部３０Ｃを介して冷却媒体供給源と接続されている。また、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、導入管２３Ｄは可動支持軸Ｄ１の何れか一方の端部から下垂した後に中央部に屈曲配置され、中央部から風箱３０の下方の水封用の水槽まで下垂するように配管されている。導入管２３Ｄは可動支持枠Ｄの往復移動に伴って風箱３０内で可動支持軸Ｄ１と一体で移動し下端に接続されたフレキシブル管を介して、風箱３０の下部側壁に配置された連結部３０Ｄに接続されている。なお、導入管２３Ｄとして耐熱性のフレキシブル管を用いれば、導入管２３Ｃと同様に近傍の側壁ＳＷに設けられた連結部３０Ｄを介して冷却媒体供給源と接続することも可能である。

微小開孔２１Ｃ，２１Ｄは固定支持軸Ｃ１及び可動支持軸Ｄ１の軸心方向に沿って配列される各火格子１０の内側面に噴射されるように形成されている。本実施形態では各火格子１０に一つの微小開孔２１Ｃ，２１Ｄが形成されているが、各火格子１０に複数の微小開孔２１Ｃ，２１Ｄが形成されていてもよい。

図５（ａ），（ｂ）に示す幅狭の火格子と、図５（ｃ），（ｄ）に示す幅広の火格子の二種類の火格子が本発明の火格子に適用されている。後に詳述するように、各火格子１０の内側面左右端部には側壁１１，１２が延出形成され、先端側に先端壁１４（以下の説明では先端壁を「前端壁１４」とも記す。）が形成され、基端側に後端壁１８が形成されている。火格子１０の内側面１７のうち先端壁１４から後端壁１８に向けて、火格子１０の長手方向に２／３程度の長さにわたって複数の補強リブ１６（以下の説明では補強リブ１６を「放熱フィン１６」とも記す。）が突出形成されている。そして内側面１７のうち補強リブ１６の後端部から後端壁１８の間は補強リブ１６が無い平坦面１７Ｆに形成されている。

図４（ａ），（ｂ）及び図５（ｄ）に示すように、微小開孔２１Ｃ，２１Ｄから噴射される圧縮空気が当該平坦面１７Ｆ、好ましくは当該平坦面１７Ｆのうち前後方向の中央部に向けて、ごみの搬送方向に対して斜め上方に噴射される。つまり、当該平坦面１７Ｆが受風面となり、微小開孔２１Ｃ，２１Ｄの軸心仮想延長線Ｌが火格子の基端側の内側面である平坦面１７Ｆに鋭角で交差する姿勢となるように微小開孔２１Ｃ，２１Ｄが形成され、微小開孔２１Ｃ，２１Ｄから圧縮空気が火格子１０の内側面１７の中央部より基端側の平坦面１７Ｆに鋭角θで交差するように噴射される。

図５（ｄ）には、圧縮空気の流れが破線で例示されている。周囲の空気を巻き込みながら受風面にスポット状に噴射された圧縮空気は、その後受風面に沿って分散され、先端壁１４と側壁１１，１２で仕切られる空間内で先端壁１４側に向って流下し、放熱フィンとして機能する補強リブ１６を介して効果的に放熱されるようになる。この様な圧縮空気の流れは放熱フィンが無い場合でも同様であり、先端壁１４と側壁１１，１２で仕切られる空間内で先端壁１４側に向って流下しつつ火格子を効果的に冷却することができる。

本実施形態では、微小開孔２１Ｃ，２１Ｄの水平線に対する傾斜角度をθ１、火格子１０の水平線に対する傾斜角度をθ２として、微小開孔２１Ｃ，２１Ｄと火格子１０の内側面との交差角度θがθ（＝θ１－θ２）＝３５度の範囲に設定されている。なお、交差角度θはこの様な値に限ることはなく、平坦面１７Ｆに向けて噴射された冷却媒体が先端壁１４と側壁１１，１２で仕切られる空間内で先端壁１４側に向って流下し、補強リブ１６を介して放熱されるように流れる限り、特に制限されるものではない。

火格子１０が載置される固定支持軸Ｃ１及び可動支持軸Ｄ１に形成された微小開孔２１Ｃ，２１Ｄから近距離で圧縮された冷却媒体が噴射されるため、噴流により周りの空気が巻き込まれて噴射空気量より多量の空気が各火格子１０の内側面に導かれるようになり、効果的に冷却されるようになる。

この様に、固定支持軸Ｃ１及び可動支持軸Ｄ１に形成された微小開孔２１Ｃ，２１Ｄから火格子１０の内側面中央部ＣＰより基端側に鋭角で交差するように冷却媒体が噴射されるので、可動火格子であっても常時同じ位置に冷却媒体が噴射されるようになり安定した冷却が可能になる。また、微小開孔２１Ｃが火格子１０Ａの内側面と対向するように配置されているため、落灰によって微小開孔２１Ｃが閉塞するようなこともない。

本実施形態では、風箱３０から炉室に供給される一次燃焼用空気と火格子の冷却媒体として供給される空気量の比率は約９：１に設定され、一次燃焼用空気として常温から約１５０℃の空気が供給され、冷却媒体として常温の空気が供給されるように構成されているが、当該空気量の比率や一次燃焼用空気や冷却媒体となる空気の温度はこれらの値に限るものではなく、所望の冷却効果が得られるように適宜設定すればよい。また、空気量の比率を調整することで、一次燃焼空気の温度を調整することができる。

微小開孔２１Ｃ，２１Ｄから火格子１０に供給された常温の空気は、火格子１０を冷却しながら熱交換され、供給温度以上に加熱されて火格子の間隙から炉室に供給される。このとき、火格子１０の内側は４００℃程度に冷却される。

つまり、本発明によるごみ焼却炉の火格子の冷却方法は、内側面１７のうち少なくとも先端側領域に長手方向に沿う放熱フィン１６が形成されるとともに、内側面１７のうち基端側領域に放熱フィンがない平坦面１７Ｆが形成された火格子１０に対して、冷却媒体を平坦面１７Ｆに向けて噴射するとともに平坦面１７Ｆに噴射された冷却媒体が放熱フィン１６で区画される領域を火格子１０の先端側に向けて通流するように供給するように構成されている。

また、本発明によるごみ焼却炉の燃焼用空気予熱方法は、内側面１７のうち少なくとも先端側領域に長手方向に沿う放熱フィン１６が形成されるとともに、内側面１７のうち基端側領域に放熱フィン１６がない平坦面１７Ｆが形成された火格子１０に対して、燃焼用空気を平坦面１７Ｆに向けて噴射するとともに平坦面１７Ｆに噴射された燃焼用空気が放熱フィン１６で区画される領域を火格子１０の先端側に向けて通流することにより各火格子１０を冷却し、各火格子１０と熱交換されて予熱された空気を各火格子１０の間隙から被焼却物に供給するように構成されている。

以下、本発明が適用される火格子について詳しく説明する。図６から図８に示すように、各炉床Ｂｕ，Ｂ，Ｂｄ（図１（ａ）参照）を構成する各火格子１０は、底部が開放された略直方体形状を呈し、左右の側壁１１，１２と、上壁１３（以下の説明では上壁の上面を「背面１３」とも記す。）と、前端壁１４と、後端壁１８とを備えている。前端壁１４とは反対の基端側には後端壁１８より後方に一対の弧状の係止爪１５が形成されている。

前端壁１４の下縁部は幅方向に直線状に形成され、前端壁１４に連なる左右の側壁１１，１２の下縁部は前端壁１４の下縁部から火格子１０の基端側に向けて僅かに上方に傾斜する傾斜面に形成され、さらに火格子１０の長手方向に沿って先端から１／３程度のところで上方に屈曲形成されている。

尚、図１（ａ）では、火格子１０の先端部を包絡した面が水平姿勢となるような例を示しているが、包絡面が被焼却物の搬送方向に沿って傾斜するように構成されていてもよい、例えば、被焼却物の搬送方向に沿って下側に傾斜するように構成されていてもよい。

また、左右の側壁１１，１２のうち、火格子１０の長手方向に沿って先端から１／３程度の部位に隣接配置される火格子１０同士を連結する連結金具の挿通孔ｈ１，ｈ２が形成されている。

複数の火格子１０が炉室の幅方向に隣接配置され、基端側の係止爪１５が固定フレームＣの支持軸Ｃ１または可動フレームＤの支持軸Ｄ１（図８参照）に揺動可能に係合することで、支持軸Ｃ１，Ｄ１周りに各火格子１０が揺動自在に支持されている。

更に、各火格子１０の背面１３には、被焼却物の搬送方向の上流側に位置する火格子１０の先端側下部つまり前端壁１４下部が当接するように配置され、各火格子１０の前端壁１４下部が、搬送方向の下流側の火格子１０の背面に当接するように配置されている。

各火格子１０により、他の火格子１０との間の相対移動により被焼却物を受け止めて搬送するストーカ式焼却炉の炉床が形成されている。

図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、各火格子１０の背面１３には、搬送方向に沿って帯状に形成された基準平坦面１３Ｂと、基準平坦面１３Ｂに沿うように形成され基準平坦面１３Ｂより上方に数ｍｍ突出する凸部平坦面１３Ｈと、基準平坦面１３Ｂに沿うように形成され基準平坦面１３Ｂより下方に数ｍｍ窪む凹部平坦面１３Ｌとを備え、凸部平坦面１３Ｈと凹部平坦面１３Ｌが搬送方向に沿って異なる位置に形成されている。図６（ａ）中、凸部平坦面１３Ｈと凹部平坦面１３Ｌの境界を示す２重の直線は、凸部平坦面１３Ｈから凹部平坦面１３Ｌに切り替わるテーパー面１３Ｔの両端を示す線である。

基準平坦面１３Ｂより上方に突出する凸部平坦面１３Ｈが第１領域Ｒ１（以下、「第１帯状領域Ｒ１」と記す。）となり、基準平坦面１３Ｂより下方に窪む凹部平坦面１３Ｌが第２領域Ｒ２（以下、「第２帯状領域Ｒ２」と記す。）となる。そして、搬送方向に沿って第１帯状領域Ｒ１と第２帯状領域Ｒ２の形成された位置が火格子１０の幅方向に切り替わるように形成されている。

第１帯状領域Ｒ１では凸部平坦面１３Ｈを挟む基準平坦面１３Ｂ側に間隙が形成され、第２帯状領域Ｒ２では基準平坦面１３Ｂで挟まれる凹部平坦面１３Ｌ側に間隙が形成される。第１帯状領域Ｒ１が形成された基端側から切り替わり位置までの間では、背面に当接する上流側火格子の先端側下部と凸部平坦面１３Ｈとの間で摺動による機械的摩耗が生じ、燃焼用空気が供給される上流側火格子の先端側下部と基準平坦面１３Ｂとの間隙で、焼損が生じる傾向がある。第２帯状領域Ｒ２が形成された切り替わり位置から先端側までの間では、背面に当接する上流側火格子の先端側下部と基準平坦面１３Ｂとの間で摺動による機械的摩耗が生じ、燃焼用空気が供給される上流側火格子の先端側下部と凹部平坦面１３Ｌとの間隙で、焼損が生じる傾向がある。

上述の構成によれば、第１帯状領域Ｒ１と第２帯状領域Ｒ２でともに機械的摩耗と焼損が進行するので、燃焼用空気が吹き出す間隙のサイズが経時的に大きく変化することなく安定状態が保たれる。また、第２帯状領域Ｒ２が形成された火格子の先端側は被焼却物の層が薄く高温燃焼しやすく、基端側に比べて被焼却物の燃焼が進んで高温で燃焼する傾向があるが、基準平坦面１３Ｂに挟まれた凹部平坦面から空気が供給されるので、仮に幅方向に隣接する火格子間の隙間からも空気が供給される場合であっても、火格子先端側の温度上昇を抑制することができる。また、凸部平坦面１３Ｈと凹部平坦面１３Ｌとの境界部で段差があっても、スムーズに被焼却物を下流側に搬送できるようになる。

基準平坦面１３Ｂから凸部平坦面１３Ｈまでの突出高さＨ１と、基準平坦面１３Ｂから凹部平坦面１３Ｌまでの窪み深さＨ２が等しい値に設定されている（図３参照）。また、凸部平坦面１３Ｈ及び凹部平坦面１３Ｌは同幅Ｗ１に形成され、凸部平坦面１３Ｈ及び凹部平坦面１３Ｌの両側方に配置される基準平坦面１３Ｂの幅Ｗ２（＝Ｗ２／２＋Ｗ２／２）とも同幅に形成されている（図８参照）。火格子１０の背面１３と、当該背面１３に当接した他の火格子の先端側下部との間に形成される間隙から燃焼用空気が供給される。

つまり、搬送方向と交差する幅方向に沿って基準平坦面１３Ｂの全長と凸部平坦面１３Ｈの全長、及び、基準平坦面１３Ｂの全長と凹部平坦面１３Ｌの全長が等しくなるように構成されているので、搬送方向と交差する幅方向に沿って、各間隙から吹き出される空気量のバランスを良好に保つことができる。

図９（ａ）から（ｄ）には、固定フレームに支持された固定火格子１０Ｆに対して可動フレームに支持された可動火格子１０Ｍが相対移動する際の両者の姿勢と前端壁１４の正面視の状態が示されている。

図９（ａ），（ｂ）に示すように、可動火格子１０Ｍの先端側下部と固定火格子１０Ｆの背面１３の基準平坦面１３Ｂとが当接する場合には、当該先端側下部と凹部平坦面１３Ｌとの間に間隙ＡＧ１が形成される。

図９（ｃ），（ｄ）に示すように、可動火格子１０Ｍの先端側下部と固定火格子１０Ｆの背面１３の凸部平坦面１３Ｈとが当接する場合には、当該先端側下部と基準平坦面１３Ｂとの間に間隙ＡＧ２が形成される。

従って、火格子１０Ｍ，１０Ｆ間の相対移動により当該先端側下部と当接する背面の位置が変化すると、それに伴って燃焼用空気の供給部位つまり搬送方向に沿って移動しつつ炉室の幅方向に沿った供給部位が変化するので、局所的な異常燃焼の発生が効果的に抑制されるようになる。

固定火格子１０Ｆに対して往復移動する可動火格子１０Ｍが移動する範囲で空気吹き出し用の間隙ＡＧが変化し、可動火格子１０Ｍの移動速度が一定である場合に、間隙ＡＧ１の形成時間と間隙ＡＧ２の形成時間が等しくなるように、凸部平坦面１３Ｈ及び凹部平坦面１３Ｌの長手方向長さが設定されている。

図６（ｂ）では、凸部平坦面１３Ｈより凹部平坦面１３Ｌの長手方向長さが長いように見えるが、実際に背面１３に当接する火格子の前端下部の位置の移動範囲に基づくと等しくなる。尚、可動火格子１０Ｍが固定火格子１０Ｆの先端側へ向けて移動する際には次第に仰角が大きくなるので、それに伴って固定火格子１０Ｆの背面１３への当接位置は可動火格子１０Ｍの前端壁１４の下縁部から僅かに引退した位置に位置変化する。

つまり、背面１３と背面１３に当接する火格子１０の先端側の下部とで形成される間隙ＡＧ１，ＡＧ２から燃焼用空気が供給されるように可動火格子１０Ｍと固定火格子１０Ｆが搬送方向に沿って交互に配置されるように構成され、火格子間の相対移動により間隙ＡＧ１，ＡＧ２の形成位置が凸部平坦面１３Ｈと凹部平坦面１３Ｌの切替位置で変化するように構成されている。

可動火格子１０Ｍの先端側が下流側の固定火格子１０Ｆの先端側に移動すると、相対的に上流側の固定火格子１０Ｆの先端側が当該可動火格子１０Ｍの基端側背面に当接することになる。反対に、可動火格子１０Ｍの先端側が下流側の固定火格子１０Ｆの基端側に移動すると、相対的に上流側の固定火格子１０Ｆの先端側が当該可動火格子１０Ｍの先端側背面に当接することになる。従って、燃焼用空気の供給部位が当該可動火格子１０Ｍを挟んで上流側と下流側で正反対に変化するので、局所的な異常燃焼の発生を効果的に抑制しながらも、より均一に被焼却物に燃焼用空気を供給することができるようになる。

上述した説明で理解されるように、凸部平坦面１３Ｈに当接する火格子の先端側下部と基準平坦面１３Ｂとで形成される間隙の面積と、基準平坦面１３Ｂに当接する火格子の先端側下部と凹部平坦面１３Ｌとで形成される間隙の面積が等しくなるように構成されている。

そのため、火格子１０の相対移動に伴って切り替わる各間隙ＡＧ１，ＡＧ２から被焼却物へ吹き出される燃焼用空気の空気量の変動が抑制され、バランスが保たれるようになる。

図６（ｂ），（ｃ）に示すように、基端側の側壁部１１，１２に、隣接配置される火格子１０に当接する凸部１１ａ，１２ａが形成され、凸部１１ａ，１２ａより搬送方向下流側の側壁部１１，１２間に間隙ＡＧ３が形成されている。

この間隙ＡＧ３から被焼却物に燃焼用空気が供給されるようになる。従って、各火格子１０の先端部に形成される間隙ＡＧ１，ＡＧ２のみならず隣接する火格子間の間隙ＡＧ３からも燃焼用空気が供給されるようになり、全体として被焼却物により一層均一に燃焼用空気が供給されるようになる。

図７（ａ），図８（ｂ）から（ｄ）に示すように、火格子１０の上壁１３の裏面つまり内側面１７には、前端壁１４から基端側に向けて内側面１７から垂下するように複数枚の補強リブ１６が形成されている。凹部平坦面１３Ｌが形成されることにより背面１３の肉厚が薄くなるための補強でもある。

火格子１０の先端側での温度上昇が大きいため、基端側と比較して火格子１０の先端側で補強リブ１６の垂下長さが長くなるように、つまり放熱面積が大きくなるように形成して放熱効果を高めている。なお、以下に説明する下側挿通孔ｈ１が補強リブ１６で遮蔽されない程度に調整されている。

補強リブ１６の枚数は特に制限されるものではなく、所定の強度が得られれば良い。例えば、火格子１０の横幅が長い場合には、横幅が短い場合よりも補強リブ１６の枚数を増やすこともできる。

図１０（ｂ）には、そのような例が示され、図８に示す６枚の補強リブ１６よりも多い８枚の補強リブ１６が形成されている。同図に示すように、横幅方向に隣接配置された火格子１０の左右両側壁部１１，１２に形成された上側挿通孔ｈ２には、連結金具として断面円形のピンＰが相通されている。ピンＰの長さは側壁部１１，１２の直近の補強リブ１６同士の距離より僅かに短い距離に設定され、互いの補強リブ１６で抜け止めされている。挿通孔ｈ２に挿入されたピンＰを締付固定しなくても、補強リブ１６により抜止め固定されるようになるので、火格子１０の組み付け作業が容易になる。

下側挿通孔ｈ１間には連結金具としてボルトｂが挿通されダブルナットｎで締付固定されている。つまり、ピンＰ及びボルトｂが火格子同士を連結する連結棒となり、隣接配置される火格子間に挿入孔を介して連結棒が装着されることにより、側壁部間に形成される間隙の大きさの変動が抑制されるようになる。

炉の立上げ時はピンＰで固定しておき、一部の火格子が焼損または破損して交換する必要がある場合に、ピンＰを切断して火格子を除去し、新しい火格子と隣接する火格子とを下側の挿通孔ｈ１を介してボルトｂとナットｎで固定する。

上述したストーカ式焼却炉の炉床Ｂは、図５（ａ），（ｂ）及び図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、幅方向サイズが異なる複数種類の火格子１０がごみの搬送方向及びごみの搬送方向に交差する方向にマトリクス状に配列されている。

図１０（ａ）に示すように、幅方向長さが異なる複数の火格子が所定の配列で幅方向に隣接配置される第１火格子群１０Ａと、所定の配列とは異なる配列で幅方向に隣接配置される第２火格子群１０Ｂとが搬送方向に沿って交互に配列されている。

本実施形態では、幅方向サイズが異なる２種類の火格子１０が用いられ、可動火格子群を構成する第１火格子群１０Ａは、幅方向一端（図１０（ａ）では下端）から幅広の火格子１０（図１０（ａ）中、ハッチングされた火格子）が４連接され、さらに幅狭の火格子が６連接されて構成されている。

また、固定火格子群を構成する第２火格子群１０Ｂは、幅方向他端（図１０（ａ）では上端）から幅広の火格子１０（図１０（ａ）中、ハッチングされた火格子）が４連接され、さらに幅狭の火格子が６連接されて構成されている。

このように構成すれば、第１火格子群１０Ａでの各火格子１０の隣接位置と第２火格子群１０Ｂでの火格子１０の隣接位置とがごみの搬送方向に交差する方向で位置ずれさせることができるので、冷却空気を含む燃焼用空気の吹き出し位置を搬送方向に沿って左右に移動させることができ、より均一に被焼却物に燃焼用空気を供給することができるようになる。

本実施形態では、幅広の第１火格子１０が４連接され、幅狭の第２火格子が６連接された構成を示しているが、必ずしも同幅の火格子を連接する必要はなく、第１火格子群１０Ａと第２火格子群１０Ｂを構成する火格子の隣接位置が各群間でずれるように構成されていればよい。例えば幅広と幅狭の火格子が幅方向に交互に配列されていてもよい。尚、幅の広狭２種類の火格子の組合せに限るものではなく、幅が異なる３種類以上の火格子を組み合わせて構成されていてもよい。

上述したように、幅方向長さが異なる複数の火格子１０が、幅広の第１火格子と、第１火格子より幅狭の第２火格子とで構成される場合、被焼却物をガス化燃焼させる主燃焼ゾーンと、ガス化燃焼が終了した被焼却物を灰化させる後燃焼ゾーンとで第１火格子と第２火格子の使用比率を異ならせることも可能である。

例えば、幅広の第１火格子１０が４連接され、幅狭の第２火格子が６連接された構成を主燃焼ゾーンに採用し、幅広の第１火格子１０が５連接され、幅狭の第２火格子が４連接された構成を後燃焼ゾーンに採用してもよい。つまり、第１火格子に対する第２火格子の使用比率が、後燃焼ゾーンより主燃焼ゾーンで大きくなるように構成される。

多量の燃焼用空気が必要となる主燃焼ゾーンでは隣接火格子間の間隙が多くなるように、幅広の第１火格子の数よりも幅狭の第２火格子の数を増やし、燃焼用空気がそれほど必要とならない後燃焼ゾーンでは隣接火格子間の間隙が少なくなるように、幅広の第１火格子の数よりも幅狭の第２火格子の数を減らすことにより、各燃焼ゾーンに適した分散型の空気供給が可能になる。

燃焼ゾーンによって第１火格子と第２火格子の使用比率を異ならせると、一定の炉幅に構成された各燃焼ゾーンで、火格子群の幅が同一とならず、多少の寸法不足が発生する場合がある。この場合には、各火格子群を側方から中央に向けて押圧する再度プレートの位置調整によって寸法不足を吸収することができる。

上述した微小開孔２１Ｃ，２１Ｄは、このような配列に応じて各火格子の幅方向中央部に位置するように予め位置決めされた後に開孔されている。

尚、上述した実施形態は、本発明の一例に過ぎず、本発明の作用効果を奏する範囲において各部の具体的な構造、形状、材料、サイズ等を適宜変更設計できることは言うまでもない。

１０：火格子
１０Ａ：固定火格子群
１０Ｂ：可動火格子群
１０Ｆ：固定火格子
１０Ｍ：可動火格子
１１，１２：側壁部
１３：背面（上壁）
１３Ｂ：基準平坦面
１３Ｈ：凸部平坦面
１３Ｌ：凹部平坦面
１３Ｔ：テーパー面
１４：前端壁（先端壁）
１５：係止爪
１６：補強リブ
２０Ｃ，２０Ｄ：通気路
２１Ｃ，２１Ｄ：微小開孔
２２Ｃ，２２Ｄ：連結管
２３Ｃ，２３Ｄ：導入管
Ａ：ストーカ式焼却炉
ＡＧ１，ＡＧ２，ＡＧ３：間隙
Ｂ：炉床（燃焼ゾーン）
Ｂｕ：炉床（乾燥ゾーン）
Ｂｄ：炉床（後燃焼ゾーン）
Ｃ：固定支持枠
Ｃ１：固定支持軸
Ｄ：可動支持枠
Ｄ１：可動支持軸
ｈ１，ｈ２：挿通孔

Claims

支持枠に横架された支持軸に載置された火格子が、ごみの搬送方向に沿って配列されたストーカ機構を備えたごみ焼却炉の火格子の冷却構造であって、
前記支持軸のそれぞれに外部から供給される冷却媒体を導く通気路が各軸心に沿って形成されるとともに、前記通気路と連通して各火格子の内側面に向けて冷却媒体を噴射する開孔が形成され、
少なくとも前記火格子の下面は全面が開放され、前記内側面のうち少なくとも先端側領域にごみの搬送方向に沿う放熱フィンが形成されるとともに、前記内側面のうち前記支持軸側となる基端側領域に前記火格子の幅方向に沿う全域で前記放熱フィンがない平坦面部が形成され、前記開孔から噴射される冷却媒体が前記火格子の前記平坦面部に向けてごみの搬送方向に対して斜め上方に噴射されるように構成されているごみ焼却炉の火格子の冷却構造。
前記開孔の軸心仮想延長線が前記火格子の基端側内側面に鋭角で交差する姿勢となるように前記開孔が形成されている請求項１記載のごみ焼却炉の火格子の冷却構造。
支持枠に横架された支持軸に載置された火格子が、ごみの搬送方向に沿って配列されたストーカ機構を備えたごみ焼却炉の火格子の冷却構造であって、
前記支持軸のそれぞれに外部から供給される冷却媒体を導く通気路が各軸心に沿って形成されるとともに、前記通気路と連通して各火格子の内側面に向けて冷却媒体を噴射する開孔が、前記開孔の軸心仮想延長線が前記火格子の基端側内側面に鋭角で交差する姿勢となるように形成され、
少なくとも前記火格子の下面は全面が開放され、前記内側面のうち少なくとも先端側領域にごみの搬送方向に沿う放熱フィンが形成されるとともに、前記内側面のうち前記支持軸側となる基端側領域に前記火格子の幅方向に沿う全域で前記放熱フィンがない平坦面部が形成され、前記開孔から前記平坦面部に向けて冷却媒体を噴射するように構成されているごみ焼却炉の火格子の冷却構造。
前記火格子の基端側内側面が平坦面に形成されている請求項２または３記載のごみ焼却炉の火格子の冷却構造。
前記支持枠は固定支持枠と前記固定支持枠に対してごみの搬送方向に前後移動可能な可動支持枠を備え、前記固定支持枠に横架された固定支持軸に載置された固定火格子と、前記可動支持枠に横架された可動支持軸に載置された可動火格子とからなる前記火格子がごみの搬送方向に沿って交互に配列されることにより前記ストーカ機構が構成されており、
隣接配置された固定支持軸間に各通気路を連通する連結管が設けられ、何れか一つの固定支持軸に外部から供給される冷却媒体の導入管が接続されるとともに、隣接配置された可動支持軸間に各通気路を連通する連結管が設けられ、何れか一つの可動支持軸に外部から供給される冷却媒体の導入管が接続されている請求項１から４の何れかに記載のごみ焼却炉の火格子の冷却構造。
前記ストーカ機構の下方に風箱が設けられ、前記連結管が前記ストーカ機構を挟む側壁または前記風箱の側壁部に沿うように配置されている請求項５記載のごみ焼却炉の火格子の冷却構造。
前記ストーカ機構の下方に風箱が設けられ、各導入管は前記ストーカ機構を挟む側壁または前記風箱に形成した連結部に接続され、前記側壁または前記風箱の外部に設けた冷却媒体供給源から冷却媒体が供給されるように構成されている請求項５または６記載のごみ焼却炉の火格子の冷却構造。
請求項１から７の何れかに記載の火格子の冷却構造を用いたごみ焼却炉の火格子の冷却方法であって、
前記内側面のうち前記基端側領域に前記火格子の幅方向に沿う全域で前記放熱フィンがない平坦面部が受風面として形成された前記火格子に対して、冷却媒体を前記受風面に向けてごみの搬送方向に対して斜め上方に噴射することで周りの空気を巻き込むとともに、前記受風面に噴射された冷却媒体および空気を、前記内側面のうち前記先端側領域にごみの搬送方向に沿うように形成された放熱フィンにより前記火格子の先端側に向けて分散して通流させるごみ焼却炉の火格子の冷却方法。
請求項１から７の何れかに記載の火格子の冷却構造を用いたごみ焼却炉の燃焼用空気予熱方法であって、
前記内側面のうち前記基端側領域に前記火格子の幅方向に沿う全域で前記放熱フィンがない平坦面部が受風面として形成された前記火格子に対して、冷却媒体を前記受風面に向けてごみの搬送方向に対して斜め上方に噴射することで周りの空気を巻き込むとともに、前記受風面に噴射された冷却媒体および空気を、前記内側面のうち前記先端側領域にごみの搬送方向に沿うように形成された放熱フィンにより前記火格子の先端側に向けて分散して通流させることにより各火格子を冷却し、各火格子と熱交換されて予熱された冷却媒体および空気を焼却物に供給するごみ焼却炉の燃焼用空気予熱方法。