JP2003262323A - ストーカ式焼却炉の水冷壁構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 火格子１１上を移動する廃棄物３０を、
該火格子１１下部に位置する一次空気導入口１２及び廃
棄物上方炉壁に位置する二次空気導入口１６から空気を
供給しながら燃焼させるストーカ式焼却炉１０の水冷壁
構造において、前記二次空気導入口１６より下側に位置
する炉壁の少なくとも高熱負荷部位（フィーダ１３側炉
壁）に水管２６を設け、該水管２６を前記高熱負荷部位
に向けて火格子１１下流方向より延在させて配設し、好
ましくは該水管２６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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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１
８Ｂ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に位置する炉
壁の少なくとも高熱負荷部位に水管を設け、該水管を前
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に位置す
る炉壁の少なくとも高熱負荷部位に水管を設け、該水管
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。

【００１２】さらに、請求項３記載の発明は、請求項１
若しくは２記載の水冷壁が、前記一次空気導入口より供
給される一次空気を酸素付加空気としたストーカ式焼却
炉に配設されることを特徴とする。このように、酸素付
加空気を供給することにより燃焼が短時間で進み、炉壁
にかかる熱負荷も大きくなるため、請求項１若しくは２
記載の水冷壁を配設することで炉壁の劣化、損傷を最低
限に抑え、かつ熱効率の良い水冷壁を提供することがで
きる。

【００１３】さらにまた、請求項４記載の発明は、請求
項１若しくは２記載の水冷壁が、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。

【００１４】また、請求項５記載の発明は、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
覆設したことを特徴とし、これにより、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、メンテナン
ス頻度をより低減させることが可能となる。

【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は本発明の実施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、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、本実施形態におけるボイ
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４
０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、Ｓｉ_３Ｎ_４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】 本発明の実施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
概略構成図である。

【図３】 図２の別の実施例を示すボイラ水管構造の概
略構成図である。

【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。

【符号の説明】

１０ ストーカ式焼却炉 １１ 火格子 １２ 一次空気導入口 １６ 二次空気導入口 １７ 二次燃焼室 ２１、２９ 上部ヘッダ ２２、２３ 下部ヘッダ ２４、２４ａ、２４ｂ ボイラ水管 ２５ 二次空気 ２６ ボイラ水管 ２７ 耐火タイル ２８ 耐火レンガ ３３、３４ 気水ドラム ３６、３７ 下降管 ５０ コントローラ ５１ バルブ ５２ 温度センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２３Ｍ 5/00 Ｆ２３Ｍ 5/00 Ｂ 5/08 5/08 Ａ (72)発明者 池 稔 横浜市中区錦町12番地 三菱重工業株式会 社横浜製作所内 Ｆターム(参考） 3K023 KA02 KD04 3K061 HA02 HA11 HA17 HA18 3K065 AA01 AB01 AC01 FA06 FA11 FA15 FB02 FB07

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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に位置する炉壁の少なくと
   も高熱負荷部位に水管を設け、該水管を前記高熱負荷部
   位に向けて火格子下流方向より延在させて配設すること
   を特徴とするストーカ式焼却炉の水冷壁構造。
2. 【請求項２】 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に位置する炉壁の少なくと
   も高熱負荷部位に水管を設け、該水管の上部ヘッダを独
   立させて被熱吸収媒体の独立系循環径路を形成すること
   を特徴とするストーカ式焼却炉の水冷壁構造。
3. 【請求項３】 請求項１若しくは２記載の水冷壁が、前
   記一次空気導入口より供給される一次空気を酸素付加空
   気としたストーカ式焼却炉に配設されることを特徴とす
   るストーカ式焼却炉の水冷壁構造。
4. 【請求項４】 請求項１若しくは２記載の水冷壁が、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。
5. 【請求項５】 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したことを特徴とする請
   求項１乃至４の何れかに記載のストーカ式焼却炉の水冷
   壁構造。