(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
火格子とそれを支持する可動フレームと固定フレーム及びそれに連接するウィンドボックスを備えたストーカが横列隔段往復動式のストーカ式燃焼装置を有する焼却炉において、前記火格子と可動フレームと固定フレームとウィンドボックスとを中空構造とし、該ウィンドボックスを介して火格子の内側に冷却気体を導入する気体流路を形成し、前記可動フレームには、可動フレームの動作方向に平行に固定された空気供給管を、該可動フレームのストローク長以上の長さをもって該可動フレームのテール部に差込み配備することを特徴とするストーカ式焼却炉。
【請求項２】
火格子とそれを支持する可動フレームと固定フレーム及びそれに連接するウィンドボックスを備えたストーカが横列隔段往復動式のストーカ式燃焼装置を有する焼却炉において、前記火格子と可動フレームと固定フレームとウィンドボックスとを中空構造とし、該ウィンドボックスを介して火格子の内側に冷却気体を導入する気体流路を形成し、前記ウィンドボックスは、先端上部にノズルを設けたことを特徴とするストーカ式焼却炉。
【請求項３】
前記導入する冷却気体は、一次燃焼空気の少なくとも一部であるか、又は、該冷却気体の一部が一次燃焼空気であることを特徴とする請求項１又は２記載のストーカ式焼却炉。
【請求項４】
前記導入する冷却気体は、火格子とスクレーパの間隙より炉内に開放させることを特徴とする請求項１、２又は３記載のストーカ式焼却炉。
【請求項５】
前記導入する冷却気体の流路は、前記可動フレームの流路と固定フレームの流路に分割されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のストーカ式焼却炉。
【請求項６】
前記導入する冷却気体は、専用の冷却送風機より供給され、その流量により前記火格子温度を制御すると共に、燃焼制御として炉下ウィンドボックスに燃焼空気ダクトにより供給される一次燃焼空気量制御を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のストーカ式焼却炉。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項記載のストーカ式焼却炉用燃焼装置において、中空構造を有する火格子及びスクレーパの内面側により冷却気体が通る流路溝を形成したことを特徴とするストーカ式焼却炉用燃焼装置。
【請求項８】
請求項７記載のストーカ式焼却炉用燃焼装置において、前記ウィンドボックスは、該火格子の受け梁及び位置拘束フレームを兼用することを特徴とするストーカ式焼却炉用燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ストーカ式焼却炉に係り、ストーカの高温部分に冷却気体をより集中的に導入して冷却する高温焼却を行うストーカ式焼却炉とそれに用いる燃焼装置に関する。
本発明は、高温焼却を対象とする横列往復ストーカ式燃焼装置において、火格子冷却機構を備えたストーカフレームと火格子に好ましく利用される。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃焼においてはＮＯX抑制の要求から、炉出口温度は９５０℃以下に温度管理されていた。しかし、近年のダイオキシンによる環境問題への対応として、廃棄物の高温焼却が求められている。今度は、ダイオキシン低減の目的から、１０００℃以上の高温燃焼が必要となり、火格子温度もより高くなる。特に、ストーカ式焼却炉においては、被処理物の移送を行うストーカが、高温腐蝕を生ずる懸念があった。
火格子は、約５００℃以上で先端部分の急速な焼損（高温腐蝕と摩耗）が進行する。従来も、火格子の冷却は一次燃焼空気で行っていた。すなわち、一次燃焼空気を炉内へ供給する過程で、単に火格子表面に設けた冷却フィンを介して冷却を行っていた。これは、必ずしも火格子の高温部を集中的に冷却するものではなく、火格子裏面全体を冷却気体にさらすものであった。また、ごみ発熱量と焼却量によっては、一次空気量が抑制されるため、火格子高温部の冷却空気不足となる場合があった。
【０００３】
更に、燃焼制御においてはボイラータービン付き焼却炉の場合など、蒸発量制御（発電量制御）を主に行うため、火格子冷却制御の比重は小さく、火格子が不都合な高温にさらされる状況となっていた。
このため、単に一次燃焼空気を炉内に吹込むだけでは不十分で、複雑な水冷配管を炉底部に配備して、火格子温度を高温腐蝕の起きない程度の温度（４５０℃以下）とする構造が提唱されている。
しかしながら、水冷管による冷却においては、配管の存在によりストーカに運動性の制限があると共に、例えば、ストーカフレーム、火格子、受け梁等に十分冷却できない部位が生じる。また、冷却水の漏水による事故は焼却炉の停止を余儀なくされる。さらに、火格子の水冷構造は複雑であり、特殊技術が要求されるため、著しいコストの増加を生じる。
【０００４】
このように、火格子は約５００℃以上で腐蝕と摩耗により、先端部分が選択的に減肉する。しかし、他の部分は比較的低温であり、この減肉は摩耗が支配的である。
一方、一次燃焼空気量は、ごみ発熱量と焼却量と空気比によって限定されるため、火格子高温部に接触せず炉内へ供給される分量があると、高温部の冷却不足となる。すなわち、限定量の空気を集中的に高温部に接触させ熱交換しないと、腐食と摩耗を抑制することができない。
また、ストーカは、油圧シリンダから駆動軸、駆動ローラを介して駆動力を可動フレームに伝達され前後動する。火格子は、前後動する可動フレームに全体の半数がセットされており、残りは、固定フレームにセットされているが、冷却空気を可動するフレームに供給する流路を確保することが困難である。可動部分への空気供給構造としては、伸縮ジョイント又は火格子下部へ固定式冷却ダクト・ノズルの設置が提唱されているが、前者は耐久性がなく長期連続運転には適さず、後者はストーカ下のメンテナンススペースを制限し、またストーカ落下物の堆積場所となり、ストーカの動作不良を招く可能性が高い。
【０００５】
火格子の集中空気冷却においても、火格子とスクレーパで構成する冷却気体流路に抵抗やデッドスペースがあると有効に冷却されない。従来型の火格子では、火格子裏面にスクレーパ又はプレート等を組合せて空気流路を構成させていたが、その配置等によっては、この部分が意に反し空気抵抗となり、冷却空気は空気流路が主流とならず、火格子ノズルへショートパスする結果となっていた。
さらに、火格子の高温化よる弊害として、火格子の熱膨張吸収不十分による動作抵抗の増加と、火格子裏面へのごみ中の金属溶着によるスクレーパ動作抵抗の増加がある。いずれも、ストーカの動作を不安定にすると共に、大きな駆動力を必要とする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術に鑑み、ダイオキシンの発生抑制と分解による量の低減を目的として、高温での運転に対応できる簡単な火格子の冷却構造を有する高温焼却可能なストーカ式焼却炉と、それに用いる燃焼装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、火格子とそれを支持する可動フレームと固定フレーム及びそれに連接するウィンドボックスを備えたストーカが横列隔段往復動式のストーカ式燃焼装置を有する焼却炉において、前記火格子と可動フレームと固定フレームとウィンドボックスとを中空構造とし、該ウィンドボックスを介して火格子の内側に冷却気体を導入する気体流路を形成し、前記可動フレームには、可動フレームの動作方向に平行に固定された空気供給管を、該可動フレームのストローク長以上の長さをもって該可動フレームのテール部に差込み配備することを特徴とするストーカ式焼却炉としたものである。
また、本発明では、火格子とそれを支持する可動フレームと固定フレーム及びそれに連接するウィンドボックスを備えたストーカが横列隔段往復動式のストーカ式燃焼装置を有する焼却炉において、前記火格子と可動フレームと固定フレームとウィンドボックスとを中空構造とし、該ウィンドボックスを介して火格子の内側に冷却気体を導入する気体流路を形成し、前記ウィンドボックスは、先端上部にノズルを設けたことを特徴とするストーカ式焼却炉としたものである。
前記ストーカ式焼却炉において、導入する冷却気体は、一次燃焼空気の少なくとも一部であるか、又は、該冷却気体の一部に一次燃焼空気を用いることができ、該導入する冷却気体は、火格子とスクレーパの間隙より炉内に開放させることができ、前記導入する冷却気体の流路は、前記可動フレームの流路と固定フレームの流路に分割することができ、また、前記導入する冷却気体は、専用の冷却送風機より供給され、その流量により前記火格子温度を制御すると共に、燃焼制御として炉下ウィンドボックスに燃焼空気ダクトにより供給される一次燃焼空気量制御を行うことができる。
また、本発明では、前記ストーカ式焼却炉用燃焼装置において、中空構造を有する火格子とスクレーパの内面側により冷却気体が通る流路溝を形成したストーカ式焼却炉用燃焼装置としたものであり、さらに、該燃焼装置において、ウィンドボックスは、該火格子の受け梁及び位置拘束フレームを兼用することとしたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を詳細に説明する。
本発明では、ストーカフレームの冷却を含めて、限定された空気量で火格子の高温部を集中的に冷却する手段として、一次燃焼空気の一部量又は全量を冷却気体流路を有する可動フレームと固定フレームを介して炉内に供給する。フレームには、火格子受け梁が複数本セットされており、各々の受け梁には火格子とスクレーパが複数個が配列されている（図２）。また、火格子受け梁は、スクレーパ受けフレームと火格子の位置決めと拘束を行う火格子位置拘束ピースが一体となっている。可動又は固定フレームから連なるこれらの受け梁等を含めて、冷却気体流路を構成する構造とすることにより、一次空気を炉内へ供給する前にフレームの確実な冷却を可能とした。
【０００９】
このように、ストーカフレームを冷却空気流路とし、同流路に直接空気供給を行うことにより、確実なフレームの冷却と、火格子の高温部に限定した冷却空気供給ができる。
また、本発明は、焼却炉の燃焼制御により、火格子冷却に分配される一次燃焼空気が不足しないように、ごみ質の時間変動に対応した火格子温度の制御手段として、一次燃焼空気総量制御を、火格子温度制御と一次燃焼空気量制御の併用とする。すなわち、火格子温度制御による空気量データを、一次燃焼空気量に合算した値について燃焼制御を行う。燃焼制御による一次燃焼空気総量の変位は、一次燃焼空気量で調整する。火格子冷却空気は、小断面の流路を通過し、また、火格子とスクレーパにより形成されるノズルより炉内に高速吐出することから、圧力損失が従来より高くなるため、専用の高圧冷却送風機より供給することが好ましい。
空気以外の冷却気体を使用する場合は、前記制御に加え、冷却気体同志や冷却気体と空気の比率制御（混合ガス比制御）も行う。
燃焼制御を、一次空気量制御と火格子温度制御の２制御にすることにより、火格子の冷却必要空気量の不足が発生せず、火格子を確実に冷却しつつ、耐久性を著しく向上させることができる。
【００１０】
本発明は、更に火格子の可動フレームの前後傾斜動作中も、連続的に冷却空気を供給する手段として、可動フレームの動作方向に合わせた供給機構を設けた。可動フレームは、２０度の先上がり角度を持って前後傾斜動作する。この動作方向に平行な固定された空気供給管を、ストローク以上の長さをもって可動フレームテール部に差し込む。可動部分のシールは固定された空気供給管の周囲で行い、シール装置は可動フレーム側に固定する。冷却空気は一次燃焼空気となるため、強固なシール構造は要求されない。本方法により、可動フレームの動作に追従した供給機構を提供できる。
可動フレームの動作に左右されず、空気シールも簡単な冷却空気供給構造により、同部分の信頼性が著しく高く、故障の頻度と消耗部分も極めて少ない。また、この部分で冷却空気がフレーム外に多少リークしても、一次燃焼空気に使用されるため、運転には影響を与える機会は極めて少ない。
【００１１】
なお、本発明において、火格子先端部の集中冷却を行う主要な構造は２点ある。１点目は、火格子受け梁と一体化したスクレーパ受けフレーム部にウィンドボックス（空気ヘッダー）を構成し、火格子先端裏面へ向けて開放した空気冷却ノズルを設けることである。ウィンドボックスは、従来のスクレーパ受け及び火格子位置拘束ピースと同じ断面形状であるため、ストーカ下のメンテナンススペースを狭めることがない。
火格子先端部の集中冷却を行う２点目の構造は、火格子とスクレーパで構成される流路の構成であり、空気の接触しやすい流路と火格子裏面の曲面形状を有することである。
即ち、火格子受け梁と一体化したスクレーパ受けフレーム等によって構成されるウィンドボックスは、従来のストーカフレーム断面形状とほぼ同形であり、焼却灰、不燃物、溶融金属等、ストーカ下落下物の堆積による動作不良を防止でき、またストーカ下のメンテナンススペースを従来どおり確保することができる。
【００１２】
本発明は、上記のような構成に基づく火格子の効果的かつ、確実な冷却により、火格子の焼損（腐蝕・摩耗）を抑制する（耐久性を著しく高める）と共に、高温での金属溶着と異常熱膨張が防止され、機械的な安定を保つことができる。
なお、本発明に用いる冷却気体は、必ずしも空気（一次燃焼空気）である必要はなく、計算上の必要に応じ、純酸素、酸素富化空気、その他の気体を適用してもよい。これらの気体は、外部大気より酸素富化膜、ＰＳＡ、ＴＳＡ等を介して選別導入することができる。また、別途精製された気体をボンベ、タンク等のリザーバーにより供給したもよい。
【００１３】
次に、図面を用いて本発明を説明する。
図１は、本発明のストーカ式焼却炉の炉底部の一例を示す構成図である。図１において、ストーカ炉底部１に多段にストーカ２を配列して構成されている。
ストーカ２の構成は、ごみの流れ方向に乾燥２ａ、燃焼I２ｂ、燃焼II２ｃ、後燃焼ストーカ２ｄとし、標準長さは９．８ｍ、炉幅方向は、処理量により１５０ｔ／ｄまでは単列ユニット構成、２００ｔ／ｄ〜３００ｔ／ｄでは、中間仕切３を設けた２ユニット構成、３５０ｔ／ｄ〜４５０ｔ／ｄでは、中間仕切３を２か所設けた３ユニット構成としている。
ストーカユニットの両側面及び中間仕切部は、サイドアブソーバ（スプリングクッション構造）を有している。本構造により、ストーカの動作に追従した火格子列の熱膨張吸収を可能にすると共に、火格子側面に不規則な間隙を発生させず、高圧燃焼空気の吹き抜けと不燃物の噛み込みを防止することができる。
【００１４】
図２に、図１のストーカ２部分の拡大断面図を示す。
図２のストーカは、横列隔段往復動式を採用しており、火格子間の隙間を均一に保ち、燃焼空気の吹き抜けや落じんを極力少なくしている。また、固定フレーム５ａと可動フレーム５ｂを交互に配置し、効果的なごみの移動、反転、撹拌を行わせている、さらに、火格子５は、約２０度の押し上げ角をもち、ストーカ２全体として水平式を採用することにより、ごみや焼却灰の一定層厚を保持することができ、火格子５は燃焼熱を直接受けにくい構造となっている。
一次燃焼空気は、主に火格子５の先端下部から一定圧力を持って吹き出しているが、火格子に高い圧力損失を持たせることにより、ごみ層圧の変動に対応した均一供給が可能である。
【００１５】
従来、火格子の冷却は、単に供給される一次燃焼空気に依存していたが、燃焼制御優先の運転から、火格子温度が高温腐食域に達することもあった。本発明の新型ストーカでは、火格子高温部を集中冷却するための気体流路８を設け、一次空気に加え、専用の高圧ファンから供給される空気により、冷却機能を高めている。
火格子温度制御により、４５０℃以下に制御するが、事故や供給可燃物の変動による急激な温度上昇に対応できるよう、火格子材質面からも耐久性アップを図るべきことは言うまでもない。
本発明の主要部は、図３に示される火格子及びフレーム構造にある。可動フレーム５ｂに支持される可動火格子５、固定フレーム５ａに支持される固定火格子５を問わず、火格子の内面側に気体流路８を形成し、特に高温になり易い部位を集中的に冷却できるように冷却気体を流通させることにより、冷媒である気体と火格子高温部の接触を効率的に行わせるものである。
【００１６】
即ち、本発明の焼却炉では、冷却専用送風機（図示せず）より送風される冷却空気又は冷却気体（純酸素、酸素富化空気、その他気体を適用してもよい。これらの気体は外部大気より酸素富化膜、ＰＳＡ、ＴＳＡ等を介して選別導入することができる。）は、ストーカ下供給管１７より供給される。その内、一系統は、ストーカ固定フレーム５ａの流路へ、他の一系統は、可動フレーム５ｂに分割供給される。固定フレーム５ａ側は、流路へ直接供給管を接続しているが、可動フレーム流路へは流路より多少小径のインサートチューブ４を供給管としている。可動フレーム５ｂはストーカの最大ごみ送り量として、動作ストロークを設定しており、インサートチューブは最大ストロークの範囲では可動フレーム流路とラップしており、動作に影響されず、連続した冷却気体の供給ができる。
【００１７】
冷却気体は、固定フレーム５ａと可動フレーム５ｂ流路を流れることで各フレームを冷却しながら、火格子受け梁１０へ導入される。火格子受け梁１０には、スクレーパ６の受けフレームと火格子位置拘束ピース７を兼用したウィンドボックス１８が、一体構造をなしており、火格子受け梁１０を経由した冷却気体が流れ込み、先端上部に設けたノズル９より火格子５とスクレーパ６で構成された流路へ高速吐出する。吐出気体は、火格子の高温部１１を接触冷却しながら流れ、火格子５とスクレーパ６の接触部より炉内へ燃焼空気として吐出する。
一方、一次燃焼空気は、炉下ウィンドボックス１２に燃焼空気ダクト１３より供給され、強制冷却の対象以外のストーカ部品（駆動軸１４、車輪１５、駆動アーム１６等）を冷却して、火格子隙間から炉内へ吐出する。
【００１８】
本発明のストーカ式焼却炉は、例えば、図４のシステム概要図のような全体システムに適用できる。
図４において、本発明のストーカ式焼却炉をベースとして低ダイオキシン式対応の高速・高圧燃焼空気制御のストーカ式焼却炉と、その制御ソフトであるニューラルネットワークを用いた学習機能付き自動燃焼制御システム、４００℃／４０ａｔａの技術を基にした４００〜５００℃／８０〜１００ａｔａの高温・高圧蒸気ボイラ、高温状態のガスに対応した高温フィルタ（セラミックス系）の付設、その後の除じんされた排ガスを脱硝装置、エコノマイザー及び脱塩装置を通して、「ダイオキシン抑制と分解」及び「サーマルリサイクル」を図ることができる。
さらに、「灰と重金属類」は、プラズマ溶融炉で処理し、排出物は、金属及びスラグとしてマテリアルリサイクルし、最後の処理・処分困難物である溶融飛灰は重金属類の濃縮物質として一部山元還元を図る。
また、排ガス量の低減化を目的にＰＳＡを使用し、Ｏ2はストーカ式焼却炉の燃焼空気用に、残りのＮ2は、灰溶融用のプラズマ炉のプラズマガスとしての利用も可能である。
【００１９】
【発明の効果】
本発明では、上記のような構成としたことにより、次のような効果を奏することができた。
（１）  少量の空気又は冷却気体により、焼損（高温腐蝕と摩耗）を受け易い主燃焼部の火格子先端部を有効に冷却できる。
（２）  高温焼却時も火格子温度を４５０℃以下に冷却保持すると共に、ストーカフレーム、火格子受け梁も同時に冷却することができる。
（３）  火格子温度の低減により、火格子熱膨張を抑制すると共に、火格子面への金属溶着も抑制されることから、ストーカの機械的安定性が著しく改善される。
（４）  ストーカの動作に容易に追従できる冷却気体供給機構によりストーカ下のメンテナンススペースを広く確保できる。
（５）  火格子寿命を２５０００時間以上に設定した設計ができる。
（６）  以上のように、ダイオキシン低減を目的とした高温焼却に対応できる冷却構造を有したストーカ式燃焼装置を提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のストーカ式焼却炉の炉底部分の一例を示す構成図。
【図２】図１のストーカ式燃焼装置部分の拡大断面図。
【図３】図２の火格子及びフレーム部分の部分拡大図。
【図４】本発明のストーカ式焼却炉を組込んだ全体システム概要図。
【符号の説明】
１：ストーカ式焼却炉、２：ストーカ、３：中間仕切、４：インサートチューブ、５：火格子、５ａ：固定フレーム、５ｂ：可動フレーム、６：スクレーパ、７：火格子位置拘束ピース、８：気体流路、９：ノズル、１０：火格子受け梁、１１：先端高温部、１２：炉下ウィンドボックス、１３：燃焼空気ダクト、１７：ストーカ下供給管、１８：ウィンドボックス
【図１】
0003838623.tif 000002
【図２】
0003838623.tif 000003
【図３】
0003838623.tif 000004
【図４】
0003838623.tif 000005