(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物用の燃焼炉の炉壁を保護するために炉壁表面を被覆するように取り付けられ、保護板の表面は燃焼室に面して配置されたときに保護面となると共に、保護板の内部に水冷用の冷却水を通水する水冷管を形成してなる水冷保護板の取付け構造において、前記保護板の裏面から外方へ突設されて炉壁内表面に接当する枠状の突起と、前記保護板の裏面から枠状の突起よりも長めに突設され、炉壁を貫通して形成した取付孔内へ挿着されると共にその端面に前記水冷管の出入口を開口せしめた一つの支持用突起と、炉壁の外方より前記取付孔内へ挿入され、その先端部を前記出入口部へ固着した出入口管と、前記２本の出入口管を挿通せしめてこれに固着され、外周面に雄ねじを形成して成る固定用金具と、当該固定用金具の雄ねじに炉壁の外側から螺挿されたナットとから構成され、前記固定用金具に螺挿したナットの締込みにより、２本の出入口管を介して前記支持用突起を引っ張って保護板を炉壁へ固定する構成としたことを特徴とする水冷保護板の取付け構造。
【請求項２】
水冷管の出入口部と出入口管の先端部との固着をねじ込み固着とするようにした請求項１に記載の水冷保護板の取付け構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭や事業所などから排出されるゴミを焼却処理する廃棄物用の焼却炉に関し、更に詳細には、ダイオキシン類の生成を防止するために益々高温燃焼を要求される焼却炉の炉壁を冷却保護する水冷保護板及びその炉壁への取付け構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
家庭や事業所から排出される都市ゴミの総量は年々増加する一方であり、この都市ゴミを処理するために各自治体の負担は増大化している。都市ゴミを焼却せずに海岸などを埋め立てて人工島を作る処理方法は、公害防止の観点から厳しく制限されている。
【０００３】
従って、都市ゴミの中でも可燃性のゴミは、まず焼却炉で焼却して総容量を減少させることが主要な対策となっている。そこで、全国の市町村には多数の廃棄物用の焼却炉が設置され、焼却炉の効率的な運転とその延命が、激増する都市ゴミを処理する上で重要な対策となっている。
【０００４】
焼却炉において、ゴミを燃焼させる燃焼室の炉壁は耐火物によって画成されており、燃焼室がゴミ燃焼によって高温化するため、上記耐火物には相当な耐久性が要求される。ところが、ゴミ燃焼の過程でダイオキシン類という有毒物質が発生することが分り、このダイオキシン類の発生を防止するために、燃焼温度を更に高温化する必要があることが要請されている。
【０００５】
最近では、燃焼炉の燃焼温度を８５０℃以上にするだけでなく、更に１０００℃以上にする必要性も主張されている。実際、燃焼温度の高温化によりダイオキシン類の発生が防止されることも確認され、全国の市町村にある燃焼炉の高温運転が実施されている。
【０００６】
図８は現在稼動している典型的なゴミ焼却炉であるストーカ式焼却炉の縦断斜視図である。各家庭や工場などの排出源から集荷され搬送されてきたゴミは、ゴミ焼却炉Ｆの装入ホッパーＨから炉内へ定量的に切り出されて装入される。
【０００７】
この例では、火床（グレート）は三段に分かれ、第１火床Ｇ１はゴミの乾燥火床であり、ここで昇温し乾燥されたゴミは火床の傾斜面に沿って順次滑動して第２火床Ｇ２に到る。この第２火床Ｇ２は燃焼火床であり、傾斜面上を滑動しながら、乾燥したゴミが火床下側からの空気の導入により燃焼する。
【０００８】
主たる燃焼過程を終えたゴミは灰化して最終の第３火床Ｇ３の傾斜面へ移り、完全燃焼した後、そのまま灰排出シュートＡから炉外へ排出される。
【０００９】
ゴミ焼却炉の構成としては、前述のように三段の傾斜面が端部で重なって被燃焼物を順次移動する火床Ｇ１〜Ｇ３を主体とし、この火床の上部にある燃焼室を密封状態に取り囲む炉壁Ｗ、天井などの構造物と給気や冷却水用の配管設備などから形成されている。炉壁は耐火レンガを主体とし、所定の形状に積み上げて炉体を形成する。天井部も耐火材にて構成されている。
【００１０】
このような燃焼炉でゴミを燃焼する場合に、燃焼温度の高温化は燃焼炉に各種のトラブルを引き起こすことが指摘されている。第１のトラブルは、高温燃焼の継続は炉壁を形成する耐火レンガの脆化を促進し、定期的に高温脆化した耐火レンガを交換する必要が生じる事である。
【００１１】
第２のトラブルは、被燃焼物を取り囲む炉壁Ｗの表面にクリンカーが付着するという問題である。クリンカーとは、ゴミが燃焼したときに火熱によって生じる灰分が炉壁表面に溶融して固結したものである。
【００１２】
クリンカーが炉壁Ｗに付着すると、この表面には更に次のクリンカーが付着しやすくなるので、この付着層は次第に肥厚し始め、火床Ｇ１〜Ｇ３の傾斜面の上に張り出し、火床Ｇ１〜Ｇ３の上を滑動するゴミの流れがクリンカーの付着層に衝き当たって移動できなくなることがある。その結果、更にゴミの流れが妨害され、火床の有効面積が著しく減少し、ゴミが滞留して遂には正常な燃焼作用が続行できなくなる事態に陥る。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題点を改善するために、本出願人は特開平９−１９６３４４号に示されるゴミ焼却炉のクリンカー付着防止ライナーを提案した。炉壁表面にクリンカーを付着させないために、１１００℃の燃焼温度では炉壁Ｗにクリンカーが付着し難い特定組成の耐熱鋳鋼材料を開発し、この耐熱鋳鋼材料で形成したライナーを炉壁Ｗの表面に多数貼り付けることにより、クリンカーの付着から炉壁を保護する事に成功した。
【００１４】
しかし、ダイオキシン類の発生を確実に防止するためは、燃焼炉の燃焼温度を１１００℃以上に更に高温化することが要請されつつある。この要請を満足させるためには、１１００℃以上の高温燃焼に耐えるクリンカーが付着し難い新たな耐熱鋳鋼材料の開発が必要となる。
【００１５】
そこで、本出願人は新たな研究を開始し、特開平１２−１９９６２１号により次の提案を行なった。即ち、１１００℃以上、１２００℃以上及び１３００℃以上の耐熱性を有する３種類の耐熱鋳鋼材料を開発し、しかも各温度領域でクリンカーが付着し難い特殊組成の耐熱鋳鋼材料を完成した。
【００１６】
しかし、耐熱材料は耐熱温度が上昇するほど高価になり、この耐熱鋳鋼材料でライナーを多数製造し、これらのライナーで炉壁の表面を被覆することになるから、大量の耐熱鋳鋼材料が必要となる。耐熱温度が１１００℃以上の耐熱鋳鋼材料でも、そのコストは２〜３倍に増大し、１２００℃以上又は１３００℃以上になるとそのコストアップが莫大になることは避けられない。
【００１７】
しかし、ダイオキシン類の発生防止は環境保全と健康保持にとって必要条件であるから、燃焼温度は益々高く設定される傾向がある。燃焼温度がライナーの耐熱温度を超えると、ライナーが焼損したり、ライナーに“そり”が生じ、ライナーを短期間で取り替えなければならない事態となる。しかも、このような事態を回避するための新たな研究には、余分な研究開発費や開発要員を必要とする。
【００１８】
従って、本発明の目的は、既に開発されている耐熱鋳鋼材料に水冷技術を適用することにより、この耐熱鋳鋼材料で形成された炉壁の保護板の寿命を長期化でき、燃焼温度の更なる上昇があっても新たな耐熱鋳鋼材料の開発を必要とせず、コストダウンを図ることができる焼却炉の水冷保護板及びその炉壁への取付け構造を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願発明は次のように構成されている。
廃棄物用の燃焼炉の炉壁を保護するために炉壁表面を被覆するように取り付けられ、保護板の表面は燃焼室に面して配置されたときに保護面となると共に、保護板の内部に水冷用の冷却水を通水する水冷管を形成してなる水冷保護板の取付け構造において、前記保護板の裏面から外方へ突設されて炉壁内表面に接当する枠状の突起と、前記保護板の裏面から枠状の突起よりも長めに突設され、炉壁を貫通して形成した取付孔内へ挿着されると共にその端面に前記水冷管の出入口を開口せしめた一つの支持用突起と、炉壁の外方より前記取付孔内へ挿入され、その先端部を前記出入口部へ固着した出入口管と、前記２本の出入口管を挿通せしめてこれに固着され、外周面に雄ねじを形成して成る固定用金具と、当該固定用金具の雄ねじに炉壁の外側から螺挿されたナットとから構成され、前記固定用金具に螺挿したナットの締込みにより、２本の出入口管を介して前記支持用突起を引っ張って保護板を炉壁へ固定する構成としたことを特徴とする水冷保護板の取付け構造。
【００２０】
請求項２の発明は、請求項１の発明に於いて、水冷管の出入口部と出入口管の先端部との固着をねじ込み固着とするようにしたものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る焼却炉の水冷保護板及びこれを用いた焼却炉の炉壁の水冷保護方法の実施形態を図面に従って詳細に説明する。
【００２５】
図１は本発明に係る焼却炉の水冷保護板の第１実施形態の平面図である。水冷保護板２は保護板４の表面を平坦な保護面６とし、この保護面６が炉室に面するように炉壁に取り付けられる。水冷保護板２の内部には破線で示された水冷管８が中空筒状に形成され、水冷管８の両端にある２個の出入口部１０、１０が裏面側に形成されている。
【００２６】
図２は図１のＩ−Ｉ線断面図である。保護面６は灰などが付着し難いように平坦面に形成され、保護板４の裏面側の周囲には枠状突起１６が形成されている。後述するように、この枠状突起１６は炉壁表面に接触し、燃焼によって高温化した炉壁の熱を保護板４に吸熱して、炉壁の表面温度を低下させる作用を有する。
【００２７】
保護板４の裏面には２本のリブ１２、１２が突設されており、このリブ１２、１２の中に水冷管８、８が中空筒状に形成される。また、リブ１２、１２は保護板４の機械的強度を高めるためにも設けられている。勿論、リブ１２を形成しないで、水冷管８を保護板４の肉厚の中に形成しても良い。
【００２８】
保護板４の裏面には支持用突起１４が突設され、この支持用突起１４の内部に水冷管８の出入口部１０が形成され、端面１４ａから裏面外側に開口している。この支持用突起１４は、水冷保護板２を炉壁に係合させると同時に、炉壁裏面から出入口部１０を介して水冷管８に冷却水を通水させる機能を有する。
【００２９】
図３は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。保護板４の裏面全周に枠状突起１６が突設されていることが分る。また、保護板４の裏面に支持用突起１４が突設されている。この支持用突起１４の中に左右から水冷管８、８が配管され、中央で垂直に屈曲して出入口部１０、１０が形成され、その端面１４ａから外側に開口する。
【００３０】
この水冷保護板２は耐熱鋳鋼材料によって一体的に鋳造される。耐熱鋳鋼材料とは耐熱性を特に改善した鋳鋼材料で、本出願人等の研究により開発された耐熱性を発揮する種々の耐熱鋳鋼材料、例えば特許第２９９７８６９号や特開平１２−１９９６２１号に開示する耐熱鋳鋼材料が含まれる。勿論、本出願人等が開発した耐熱鋳鋼材料以外の公知の耐熱鋳鋼材料も広く本発明に利用できる。
【００３１】
これらの耐熱鋳鋼材料の中で、水冷しなくても１０００℃、１１００℃、１２００℃又は１３００℃の耐熱性を有した材料の場合には、本発明に利用すると水冷することにより更に高い燃焼温度に対しても使用することが可能となる。例えば、水冷しない状態で８００℃の耐熱性を有しておれば、本発明の水冷状態では１１００℃は勿論、１２００℃の燃焼温度に対しても有効に使用することができ、これらの条件は耐熱鋳鋼材料の耐熱温度、焼却炉の燃焼温度、炉壁の冷却面積、保護板の水冷容量と水冷速度などの兼ね合いの中で決まる。
【００３２】
１１００℃の耐熱温度を有するクリンカーの付着し難い耐熱鋳鋼材料としては、例えば、Ｃ：０．１〜０．４重量％、Ｓｉ：０．２〜１．２重量％、Ｍｎ：１．０〜１０．０重量％、Ｃｒ：２２．０〜２７．０重量％、Ｎｉ：３．０〜６．０重量％、残部がＦｅ及び不可避的な不純物よりなり、且つ前記成分のＭｎ＋Ｎｉが少なくとも６．０重量％以上の成分構成を有する耐熱鋳鋼材料を利用することができる。
【００３３】
１１００℃以上の耐熱温度を有するクリンカーの付着し難い耐熱鋳鋼材料としては、例えば、Ｃ：０．０５〜０．４重量％、Ｓｉ：０．１〜２．０重量％、Ｍｎ：１．０〜２．２重量％、Ｃｒ：２２．０〜２８．０重量％、Ｎｉ：４．０〜１２．０重量％、Ａｌ：０．３〜１．５重量％、且つＮｉ＋Ｃｒ＋Ｍｎ≧２８．０重量％、残部がＦｅよりなる耐熱鋳鋼材料が利用できる。
【００３４】
１２００℃以上の耐熱温度を有するクリンカーの付着し難い耐熱鋳鋼材料としては、例えば、Ｃ：０．０５〜０．４重量％、Ｓｉ：０．１〜２．０重量％、Ｍｎ：１．０〜２．２重量％、Ｃｒ：１８．０〜２６．０重量％、Ｎｉ：１２．０〜２２．０重量％、且つＮｉ＋Ｃｒ＋Ｍｎ≧３２．０重量％、残部がＦｅよりなる耐熱鋳鋼材料が利用できる。
【００３５】
１３００℃以上の耐熱温度を有するクリンカーの付着し難い耐熱鋳鋼材料としては、例えば、Ｃ：０．０５〜０．４重量％、Ｓｉ：０．１〜２．０重量％、Ｍｎ：１．０〜２．２重量％、Ｃｒ：１６．０〜２４．０重量％、Ｎｉ：２２．０〜３６．０重量％、Ｎｂ：０．４〜３．２重量％、且つＮｉ＋Ｃｒ＋Ｍｎ≧４０．０重量％、残部がＦｅよりなる耐熱鋳鋼材料が利用できる。
【００３６】
図４は本発明に係る水冷保護板の第２実施形態の平面図である。この水冷保護板２は、大面積の保護面６を有する保護板４と、保護板４の板厚内部に破線で示された水冷管８を有して構成されている。水冷管８の両端は出入口部１０、１０となり、前記第１実施形態と同様に裏面外側に開口している。
【００３７】
図５は本発明に係る水冷保護板を炉壁に取り付けた状態を示す縦断断面図である。炉壁Ｗには取付孔２６が穿設されており、この取付孔２６に炉壁裏面ＷＢからスリーブ２８を嵌合させている。炉壁裏面ＷＢの全面にはケーシング２９が張付けられ、前記スリーブ２８の先端縁はケーシング２９と面一に位置している。
【００３８】
水冷保護板２は、その支持用突起１４を炉壁表面ＷＦから取付孔２６に挿入することによりて係合される。つまり、支持用突起１４の外形と取付孔２６の内形とはほぼ同一寸法に形成されるから、支持用突起１４の挿入だけで水冷保護板２は炉壁に係合される。
【００３９】
この水冷保護板２を炉壁Ｗに固く固定するために次のような構成がとられる。支持用突起１４に形成された出入口部１０、１０には２本の出入口管２０、２０の基端部２０ａ、２０ａが螺合される。出入口管２０、２０の中間部には固定用金具２２が溶接固定され、この固定用金具２２の外周面は螺設されている。
【００４０】
固定用金具２２の外周面には、ワッシャ３０を介してナット３２が螺合されている。ナット３２を締め付けると、出入口管２０、２０を介して水冷保護板２とワッシャ３０により炉壁Ｗが強く狭着され、結果として水冷保護板２が炉壁Ｗに対し強く固定されることになる。
【００４１】
出入口管２０、２０の先端部２０ｂ、２０ｂには連結用金具２４、２４が螺合されている。この連結用金具２４、２４の一方が冷却水の入口金具２４ａとなり、他方が冷却水の出口金具２４ｂとなる。従って、入口金具２４ａから冷却水が出入口管２０を通して水冷管８に供給され、燃焼熱を吸収して冷却水が熱水になり、この熱くなった冷却水が出入口管２０を通して出口金具２４ｂから放出される。
【００４２】
図６は図５のIII−III線断面図である。固定用金具２２の中心には略楕円状の透孔２０ａが形成されており、この透孔２０ａに出入口管２０、２０を挿通して溶接により固定している。固定用金具２２の外周にはナット３２が螺合されている。
【００４３】
図７は、本発明に係る水冷保護板を炉壁に取り付けて水冷駆動する水冷循環図である。炉壁Ｗの表面ＷＦにおいて、冷却保護すべき領域には複数枚の水冷保護板２が取り付けられている。出入口管２０の入口金具２４ａは冷却水の送り管４２に連結され、出口金具２４ｂは冷却水の戻り管４４に連結されている。
【００４４】
低温の冷却水３８は冷却水タンク３６の中に貯蔵され、この冷却水３８は循環ポンプ３４により調節弁４０を介して送り管４２を矢印方向に供給される。従って、送り管４２を流れる冷却水３８は低温冷却水である。この冷却水３８は入口金具２４ａから出入口管２０を介して水冷管８に入り、水冷保護板２を冷却して水冷保護板２及び炉壁表面ＷＦが所定温度異常に上昇しないように炉壁Ｗを水冷保護する。この水冷によって、水冷保護板２及び炉壁Ｗの寿命は長期に保持されることになる。
【００４５】
水冷保護板２の水冷管８を通過する内に、冷却水３８は燃焼室から廃棄物の燃焼熱を吸熱して温度が上昇し、高温化した冷却水３８は出入口管２０及び出口金具２４ｂを介して戻り管４４に帰還する。従って、戻り管４４を流れる冷却水３８は燃焼熱を吸熱した高温冷却水となる。
【００４６】
戻り管４４を流れる高温の冷却水３８は熱交換器４６に流入し、この熱交換器４６で熱を放熱して冷却され、低温化した冷却水３８は冷却水タンク３６に貯蔵される。そして再び、循環ポンプ３４の作用で炉壁Ｗの冷却工程に循環する。この過程で、水冷保護板２と炉壁Ｗの温度を所要温度以下に保持できる。
【００４７】
他方、熱交換器４６で高温の冷却水３８から放出された熱は、冷却系の循環水に吸収される。この循環水は冷却ポンプ５０により強制循環され、冷却塔４８へと送られる。この冷却塔４８では循環水が散水されながら冷却され、補給水５２の注入を受けながら、再び熱交換器４６へと循環する。
【００４８】
熱交換器４６で循環水に吸熱された熱を、冷却塔４８で大気中に放熱するだけでなく、有効利用することもできる。例えば、冷却塔４８に替えて施設内給湯装置や施設外給湯装置、温水熱暖房装置、自家発電装置などの装置を組み込めば、焼却炉の排熱の有効利用を可能にする。
【００４９】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々の変形例や設計変更などをその技術的範囲内に包含するものであることは云うまでもない。
【００５０】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、保護板の内部に水冷用の冷却水を通水する水冷管を形成し、水冷管の出入口部を保護板の裏面に開口するように形成したから、焼却炉の焼却室に面する保護面が高温に曝されても保護板の背後から冷却水を通水することにより保護面が所定温度以上に上昇することを防止できるとともに保護板の耐久性を向上でき、また保護板を形成する耐熱鋳鋼材料の耐熱温度をそれ程高く設計する必要がないので材料面でコスト低減を実現でき、しかも炉壁を保護板で被覆して保護できるから保護板と炉壁の長寿命化を実現できる。
また、前記保護板の裏面に、炉壁内表面に接当する枠状の突起よりも長目の水冷管の出入口部が開口する支持用突起を突設するようにしているため、この支持用突起を炉壁の取付孔内へ挿着して嵌合させることにより、保護板を炉壁に確実に固定でき、しかも１個の取付孔を通して炉壁の裏面から前記出入口部を介して冷却水を水冷管に通水できるから、水冷構造を簡単化して水冷効率を向上することができる。
更に、前記支持用突起の端面に設けた水冷管の出入口部に、炉壁の取付孔を通して挿入した出入口管の先端部を固定すると共に、この出入口管の基端部に雄螺子を設けた固定用金具を固着し、当該雄螺子に螺挿したナットを締め込むことにより、出入口管を介して保護板を外方へ引っ張る構成としている。その結果、炉壁の裏面側から前記ナットを締め付けすることにより、保護板が固定部材との間で炉壁を狭着することになり、保護板の取付け又は取外しが簡単に行えると共に、高い取付け強度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る焼却炉の水冷保護板の第１実施形態の平面図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ線断面図である。
【図３】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図４】本発明に係る水冷保護板の第２実施形態の平面図である。
【図５】本発明に係る水冷保護板を炉壁に取り付けた状態を示す縦断断面図である。
【図６】図５のIII−III線断面図である。
【図７】本発明に係る水冷保護板を炉壁に取り付けて水冷駆動する水冷循環図である。
【図８】現在稼動している典型的なゴミ焼却炉であるストーカ式焼却炉の縦断斜視図である。
【符号の説明】
２は水冷保護板、４は保護板、６は保護面、８は水冷管、１０は出入口部、１２はリブ、１４は支持用突起、１４ａは端面、１６は枠状突起、２０は出入口管、２０ａは基端部、２０ｂは先端部、２０ｃは透孔、２２は固定用金具、２４は連結用金具、２４ａは入口金具、２４ｂは出口金具、２６は取付孔、２８はスリーブ、２９はケーシング、３０はワッシャ、３２はナット、３４は循環ポンプ、３６は冷却水タンク、３８は冷却水、４０は調節弁、４２は送り管、４４は戻り管、４６は熱交換器、４８は冷却塔、５０は冷却ポンプ、５２は補給水、Ａは灰排出シュート、Ｂは燃焼バーナ、Ｆは焼却炉、Ｇ１は第１火床、Ｇ２は第２火床、Ｇ３は第３火床、Ｈは装入ホッパー、Ｗは炉壁、ＷＦは炉壁表面、ＷＢは炉壁裏面。
【図１】
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【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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【図８】
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