(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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、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、及び、円筒形流動層式焼却炉２０の使用温度Ｔの関係から、２次元数値解析などの数値解析を用いて近似式で表現した発生歪みＥに基づいて、円筒形流動層式焼却炉２０の使用温度Ｔにおける支持板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の最適値を算出する。【選択図】図１
2006317083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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円筒形流動層式焼却炉の最適形状算出方法。
【請求項２】
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することを特徴とする請求項１に記載の円筒形流動層式焼却炉の最適形状算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。）
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−５４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
Ｅ＝Ａ（ｈ／Ｄ−０．０８）2−０．００５・・・（式１）
ここで、Ａ＝０．００３×ｔｃ＋０．１２
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る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である。
【図２】本発明に係る円筒形流動層式焼却炉におけるリブの構造を示した断面模式図である。
【図３】発生歪みに与える影響を調査した本発明に係る円筒形流動層式焼却炉における各部材を示した一部断面模式図である。
【図４】有限要素法解析による円筒形流動層式焼却炉の各部材を変化させたとき発生歪みに与える影響度を示すものである。
【図５】有限要素法解析による円筒形流動層式焼却炉の使用温度を変化させたときの円筒形流動層式焼却炉の各部材の発生歪みに与える影響度を示すものである。
【図６】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おける発生歪みＥと円筒体１１の直径Ｄと高さｈの比、支持板１２の厚さｔｃとの関係を示した図である。
【図７】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である。
【符号の説明】
【００２９】
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
【図１】
2006317083.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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