JP5422291B2

JP5422291B2 - 水冷式ストーカ炉

Info

Publication number: JP5422291B2
Application number: JP2009177146A
Authority: JP
Inventors: 聡吉本; 良二鮫島; 和夫谷口
Original assignee: Takuma KK
Current assignee: Takuma KK
Priority date: 2009-07-30
Filing date: 2009-07-30
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2029-07-30
Also published as: JP2011033212A

Description

本発明は、例えばごみ等の被処理物を高温還元処理するのに適した水冷式ストーカ炉に関する。

近年、ごみの熱分解ガス化溶融炉の開発が積極的に進められている。熱分解ガス化溶融炉は、ごみ等の被処理物を５００℃程度の高温還元雰囲気で蒸し焼きにする事に依り可燃性ガスとチャーと無機物に熱分解され、発生した熱分解ガスが通常、ガス化溶融炉の燃料として使用され、１３００℃以上の高温で別ラインから供給されたチャーと共に燃焼されて灰分がスラグ化される様になっている。

熱分解ガス化溶融炉の一形式としては、ガス化炉と溶融炉とを組み合わせたものがあり、例えばロータリキルン炉の様な熱分解ドラムで発生した熱分解ガスを、後段の高温燃焼溶融炉で別ラインから供給されたチャーと共に燃焼させ、灰分をスラグ化させるものが知られている（例えば特許文献１）。

然しながら、ロータリキルン炉は、傾斜させた熱分解ドラムを回転させて被処理物を搬送する為に被処理物が落下衝撃を受ける。この衝撃に依り脆い被処理物の場合は、熱分解ドラム内で形状が変化したり、粉砕されてしまう。処理後の被処理物の形状を問わない場合は、問題がないが、例えば粉体をペレット状に加工した製鋼ダストの様に変形や粉砕を避けたい被処理物に対しては適さない。

そこで、ロータリキルン炉に代えて、緩やかな搬送と適度な攪拌機能を有し、被処理物の性状を問わないストーカ式焼却炉の様なストーカを備える炉、所謂ストーカ炉を利用する事が考えられる。

この様なストーカ炉に依って高温還元処理を行おうとした場合、高温の低酸素ガスを火格子の下部から供給する事が有効と考えられる。

特開２００１-２７４１１号公報特許第３７１５４３０号公報特許第２８３１９５８号公報特許第３９９０４６３号公報特許第３９６１７９０号公報特許第３８３８６３９号公報

ところが、従来のストーカ式焼却炉は、火格子の下部から供給される燃焼空気が高くても３００℃程度であり、火格子の上部表面での固体燃焼を目的として設計されている為に、火格子の裏面が５００℃以上の高温に耐える様な設計になっていない。他方、発熱量が高い燃料に対して用いられる水冷式火格子（例えば特許文献２〜６）であっても、火格子の裏面が５００℃以上の高温に耐え得る設計になっていない。
この為、従来のストーカ式焼却炉を応用して高温還元処理を行おうとした場合には、火格子を支持しているフレームが熱的損傷を受ける事になる。

本発明は、叙上の問題点に鑑み、これを解消する為に創案されたもので、その課題とする処は、高温還元処理に適用可能な構造のストーカ炉とし、ガス化溶融炉のガス化炉としても使用できる様にした水冷式ストーカ炉を提供するにある。

本発明の水冷式ストーカ炉は、固定火格子と可動火格子が前後方向に交互に配置されたストーカ炉に於て、前記固定火格子及び可動火格子は、左右両側が炉体側壁を貫通して支持されると共に、内部には冷却水が通流される冷却水路が形成されたフレーム一体型とされ、可動火格子は、炉外に設けられた駆動装置に依り前後動される様にし、更に、ストーカ炉は、固定火格子の上面に着脱可能に設けられて可動火格子との間で高温燃焼灰ガスを通流させる隙間を形成する為のシューと、可動火格子に設けられて可動火格子の前後動に関係なく可動火格子と炉体側壁との貫通部分を塞ぐ可動側水冷壁と、固定火格子に着脱可能に設けられて可動火格子の前後動に関係なく可動火格子と炉体側壁との貫通部分を塞ぐと共に可動火格子との隙間を調整可能な固定側水冷壁とを備えている事に特徴が在する。

駆動装置に依り可動火格子が前後動されると、固定火格子及び可動火格子の上の被処理物が前後方向に搬送される。固定火格子及び可動火格子は、内部に冷却水が通流される冷却水路が形成されたフレーム一体型とされているので、従来の様に火格子をフレームに支持させた構造のものとは異なり、火格子の下部から高温の低酸素排ガスを投入することができる。駆動装置は、炉外に設けられているので、高温ガスに晒される事がない。その結果、高温還元処理に適用可能な構造のストーカ炉にする事ができると共に、ガス化溶融炉のガス化炉としても使用できる。

固定火格子及び可動火格子の炉内部分は、耐火物で被覆されているのが好ましい。この様にすれば、耐火物に依り断熱されて被処理物の冷却を防ぐ事ができると共に、火格子の下部からの高温ガスの温度低下を軽減できる。

固定火格子及び可動火格子は、冷却水路となる水管を鋳込んだ鋳鋼製にされているのが好ましい。この様にすれば、火格子を均一に冷却できると共に、内部に空気溜まりが発生する事がない

炉体側壁には、一対の固定火格子及び可動火格子の炉外突出部分を収容する収容箱が設けられていると共に、駆動装置は、収容箱を貫通して可動火格子に連繋されているのが好ましい。この様にすれば、収容箱内を不活性ガスや自己の排ガスでパージする事に依り炉内ガスの炉外への漏洩を防止する事ができると共に、駆動装置に依り可動火格子を前後動できる。

収容箱に開閉可能に設けられてシューの交換や固定側水冷壁の調整移動を行なう為の蓋体を備えているのが好ましい。この様にすれば、蓋体を開いてここら固定側水冷壁を外してシューの交換ができると共に、固定側水冷壁の移動調整を行う事ができる。

火格子の下部から固定火格子と可動火格子の間隙に酸素濃度１％以下の高温燃焼排ガスを供給するのが好ましい。この様にすれば、火格子上の被処理物を高温還元処理する事ができる。

火格子の下部から供給する高温燃焼排ガスの温度を５００℃以上とするのが好ましい。この様にすれば、火格子上の被処理物を高温還元処理する事ができる。

火格子の下部スペースには、炉内加熱用のバーナが設置されているのが好ましい。この様にすれば、被処理物の熱分解に必要な低酸素濃度で高温の燃焼排ガスを、火格子の下部に供給する事ができる。火格子の下部に供給された燃焼排ガスは、火格子間を通って火格子上に上昇し、被処理物が熱分解される。

耐火物は、着脱可能な耐火セラミックプレートであるのが好ましい。この様にすれば、耐火セラミックプレートを交換するだけで、長期間性能を維持できる。

本発明に依れば、次の様な優れた効果を奏する事ができる。
（１）火格子とフレームを一体にした水冷構造とし、火格子等を水冷に依って保護する様にしたので、火格子の下部から高温の低酸素排ガスの投入が可能となり、火格子上での高温還元処理が可能になる。
（２）炉体のシール性が高いストーカ炉であるので、温度や酸素濃度の制御性が高い。
（３）ロータリキルン炉の様に被処理物の落下攪拌を伴わないので、被処理物の性状を問わず処理できる。
（４）被処理物は、ロータリキルン炉や回転炉床炉の様にバーナ火炎に晒されないので、被処理物の酸化反応を防止できると共に、質の高い還元処理が可能になる。

本発明に係る水冷式ストーカ炉の概略構造を示す縦断側面図。火格子の構造を示す平面図。図２の側面図。図２の正面図。案内機構部分を示す正面図。可動火格子の構造を示す一部を破断した平面図。図６の一部を破断した正面図。図６の中央縦断正面図。固定火格子の構造を示す一部を破断した平面図。図９の一部を破断した正面図。図９の中央縦断正面図。可動火格子の後退時を示す平面図。図１２の側面図。可動火格子の前進時を示す平面図。図１４の側面図。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
水冷ストーカ炉１は、図１に示す如く、被処理物Ａを投入する為の投入口２、投入された被処理物Ａを押し出す為のプッシャ（図示せず）、これに依って押し出された被処理物Ａを搬送する火格子３等を備えている。
火格子３は、固定火格子４と可動火格子５とが前後方向（図１に於て、左側が前側）に傾斜状に且つ交互に配置されている。可動火格子５が前後傾斜方向に往復移動する事に依り被処理物Ａは順次下流側へ搬送される。

水冷式ストーカ炉１は、被処理物Ａの高温還元処理に適した構造のストーカ炉であり、従来のストーカ式焼却炉の様に火格子上の被処理物に対して火炎を放射する始動用バーナは備えて居らず、火格子３の下部スペースを形成する風箱６内に火炎を放射するバーナ７が設置されている。

風箱６は、高温燃焼排ガスＢを火格子３の下部全体に供給可能な様に上方が開口した箱型を呈して居り、図略しているが、耐火物に依って内面がライニングされている。
バーナ７は、化石燃料、ＣＯＧガス、バイオガス等の燃料を燃焼させる事に依り低酸素濃度の高温燃焼排ガスＢを発生させてこれを火格子３の下部に供給する。火格子３の下部に供給された低酸素濃度の高温燃焼排ガスＢは、可動火格子４と固定火格子５との間隙を通って火格子３上の被処理物Ａを高温還元雰囲気で蒸し焼きにする。

高温燃焼排ガスＢは、好適には、酸素濃度１％以下に制御されて供給される。例えば、火格子３の下部に供給される前に高温燃焼排ガスＢの酸素濃度を酸素濃度計（図示せず）に依って検出し、検出された酸素濃度が１％を超える場合には、バーナ７に供給される燃焼用空気の空気比や燃料ガス及び燃焼用空気の空燃比を調整する事に依り酸素濃度を１％以下に制御する事ができる。

而して、水冷式ストーカ炉１は、この他に、冷却水路８、耐火物９、シュー１０、収容箱１１、蓋体１２、案内機構１３、駆動装置１４、可動側水冷壁１５、固定側水冷壁１６を備えている。

固定火格子４及び可動火格子５は、左右両側が炉体側壁１７に形成された貫孔１８を貫通して支持されると共に、内部には冷却水Ｃが通流される冷却水路８が形成されたフレーム一体型とされている。
つまり、固定火格子４及び可動火格子５は、炉体側壁１７の貫孔１８を貫通して支持される左右の支持部１９と、両支持部１９を繋ぐ連結部２０と、これら支持部１９と連結部２０の内部に形成されて冷却水Ｃが通流される冷却水路８とを備えている。

固定火格子４及び可動火格子５は、冷却水路８となる水管２１を鋳込んだ鋳鋼製にされている。

固定火格子４及び可動火格子５の炉内部分つまり連結部２０は、支持部１９より薄厚にされて耐火物９で被覆されている。
耐火物９の厚さは、支持部１９と連結部２０の表面が面一になる様に、支持部１９の厚さと連結部２０の厚さとの差分に等しくされている。耐火物９は、連結部２０に着脱可能な耐火セラミックプレートにされている。

固定火格子４は、左右方向に横長な長方形状を呈し、左右両側の支持部１９が炉体側壁１７の貫孔１８を貫通してこれに一体的に固定されている。
固定火格子４の支持部１９の上面には、これの上の可動火格子５が摺接すると共に、可動火格子５との間で高温燃焼灰ガスＢを通流させる隙間を形成する為のシュー１０が着脱（交換）可能に設けられている。
固定火格子４には、冷却水路８を形成する水管２１が蛇行して設けられていると共に、入口と出口が左右一側（図２の上側）に形成されている。水管２１の入口と出口は、収容箱１１の蓋体１２を貫通して炉外に形成されて居り、これらには、図略しているが、配管等を介して冷却水供給装置が接続されている。

可動火格子５は、固定火格子４と同じく、左右の支持部１９とこれらを連結する連結部２０とを備え、支持部１９は、炉体側壁１７の貫孔１８を貫通して前後方向に移動可能に設けられている。支持部１９は、前後方向に延びる縦片と、これの後部から左右方向の外側に延びる横片とを備えた略Ｌ型を呈している。
可動火格子５には、固定火格子４と同様に、冷却水路８を形成する水管２１が蛇行して設けられていると共に、入口と出口が左右両側に振り分けて形成されている。水管２１の入口と出口には、前方に延びて収容箱１１の前側を前後方向に摺動可能に貫通する配管２２が接続されている。この配管２２には、図略しているが、フレキシブルチューブ等を介して冷却水供給装置が接続されている。

収容箱１１は、炉体側壁１７に一側が固定されて他側が開放された箱状を呈し、一対の固定火格子４及び可動火格子５の炉外突出部分つまり左右の支持部１９の過半を収容するものである。
収容箱１１の内部は、炉体側壁１７の貫孔１８を介して炉内に連通して居り、不活性ガスや自己の排ガス等に依りパージされて炉内ガスの侵入を防ぐ様にされている。
収容箱１１は、処理規模に応じてその数を増加させて対応する様にしてある。

蓋体１２は、収容箱１１の開口を開閉すべく着脱可能に設けられたものであり、シュー１０の交換や固定側水冷壁１６の調整移動に際しては、開放する様にしてある。

案内機構１３は、収容箱１１に設けられて断面略横Ｃ型を呈するガイドレール２３と、これに摺動可能に嵌挿される断面略倒立Ｔ型を呈する摺動子２４と、これに付設されて可動火格子５の支持部１９が着脱可能に嵌合される受体２５とを備えている。

駆動装置１４は、炉外に設けられて可動火格子５を前後動するもので、収容箱１１の後側を摺動可能に貫通して案内機構１３の受体２５に俯仰可能に連結されたロッド２６と、複数（この例では三つ）のロッド２６を連結して同期させる連結体２７と、炉外の固定側に設けられて連結体２７に連結された油圧等のシリンダ２８とを備えている。

可動側水冷壁１５は、可動火格子５の支持部１９の炉外後側に付設されて居り、炉体側壁１７の外側に近接して可動火格子５の前後動に関係なく可動火格子５と炉体側壁１７との貫通部分つまり貫孔１８の一部を塞ぐ様にしてある。

固定側水冷壁１６は、炉内側に耐火物２９を備えていると共に、固定火格子４の支持部１９に炉体側壁１７に沿って設けられて居り、着脱具３０に依り可動火格子５に対して左右方向に遠近可能且つ着脱可能にしてある。着脱具３０は、固定側水冷壁１６に設けられた横長の長孔と、固定火格子４の支持部に設けられた螺孔と、長孔に挿通されて螺孔に螺合されたボルトとを備えている。而して、着脱具３０であるボルトを緩めれば、固定側水冷壁１６を調整移動する事ができると共に、着脱具３０であるボルトを螺脱すれば、固定側水冷壁１６を固定火格子４から取外す事ができる。

可動側水冷壁１５と固定側水冷壁１６は、可動火格子５の前後動を許容して炉体側壁１７の貫孔１８を塞ぐ所謂スライドシール機構を為している。

炉体側壁１７は、水冷壁３１と、これの炉内側に配設された耐火物３２とを備えている。水冷壁３１は、図略しているが、冷却水供給装置に接続されて居り、冷却水が水冷壁３１の内部空間を強制循環している。
可動側水冷壁１５及び固定側水冷壁１６も、図略しているが、冷却水供給装置に接続されて居り、冷却水が水冷壁の内部空間を強制循環している。

次に、この様な構成に基づいてその作用を述解する。
駆動装置１４のシリンダ２８が作動されると、連結体２７、ロッド２６及び案内機構１３の受体２５を介して可動火格子５が前後方向に往復移動される。この時、可動火格子５は、案内機構１３の摺動子２４とガイドレール２３に依り案内されて浮き上り等が防止される。可動火格子５は、可動側水冷壁１５と固定側水冷壁１６４に依りその前後動に関係なく、炉体側壁１７の貫孔１８が塞がれ、収容箱１１内が不活性ガスや自己の排ガスに依りパージされている事も相俟って炉内ガスが貫孔１８を通過して収容箱１１に侵入したり、炉外に漏洩する事がない。
固定火格子４及び可動火格子５は、冷却水供給装置からの冷却水Ｃが冷却水路８に供給されて循環されているので、冷却される。固定火格子４及び可動火格子５の連結部２０には、耐火物９が被覆されているので、当該連結部２０を熱から防護すると共に、固定火格子４と可動火格子５との間隙を通過する高温燃焼排ガスＢの温度低下を防止する事ができる。

バーナ７に依り火格子３の下部に供給された低酸素濃度の高温燃焼排ガスＢは、固定火格子４と可動火格子５との間隙を通過してこれらの上の被処理物Ａが高温還元雰囲気で蒸し焼きにされる。
火格子とフレームを一体的にしてその内部に冷却水路８を形成した所謂フレーム一体型にしているので、従来の如く、フレームが高温燃焼排ガスＢに晒される惧れがなく、火格子３の下部から高温ガスを導いて火格子３上で被処理物Ａを高温還元処理する事ができる。駆動装置１４は、炉外に設けられているので、これが高温燃焼排ガスＢに晒される惧れがない。
可動火格子５の前後動に依りシュー１０が摩耗して交換する場合には、蓋体１２を開いて固定側水冷壁１６を固定火格子４から取外すと、これが行なえる。可動火格子５に対して固定側水冷壁１６を調整移動する場合には、蓋体１２を開けばこれが行なえる。可動火格子５は、案内機構１３に依り案内されるので、適正に前後動できると共に、案内機構１３の受体２５に着脱可能に取付けられているので、簡単に取付け取外しが行える。

尚、固定火格子４と可動火格子５は、先の例では、傾斜方向に向けて交互に配置したが、これに限らず、例えば水平方向に向けて交互に階段状に配置しても良い。
固定火格子４は、先の例では、冷却水路８となる水管２１を鋳込んだ鋳鋼製であったが、これに限らず、例えば無垢材で作製し、これに深穴加工を施して冷却水路８を形成しても良い。

本発明に係る水冷式ストーカ炉は、高温還元処理の他、汚泥や都市ごみ等の有機系廃棄物の炭化処理、高温の熱風で乾燥する乾燥炉、焼結炉、焼成炉、汚染土壌処理等にも利用できる。

１…水冷式ストーカ炉、２…投入口、３…火格子、４…固定火格子、５…可動火格子、６…風箱、７…バーナ、８…冷却水路、９…耐火物、１０…シュー、１１…収容箱、１２…蓋体、１３…案内機構、１４…駆動装置、１５…可動側水冷壁、１６…固定側水冷壁、１７…炉体側壁、１８…貫孔、１９…支持部、２０…連結部、２１…水管、２２…配管、２３…ガイドレール、２４…摺動子、２５…受体、２６…ロッド、２７…連結体、２８…シリンダ、２９…耐火物、３０…着脱具、３１…水冷壁、３２…耐火物、Ａ…被処理物、Ｂ…高温燃焼排ガス、Ｃ…冷却水。

Claims

固定火格子と可動火格子が前後方向に交互に配置されたストーカ炉に於て、前記固定火格子及び可動火格子は、左右両側が炉体側壁を貫通して支持されると共に、内部には冷却水が通流される冷却水路が形成されたフレーム一体型とされ、可動火格子は、炉外に設けられた駆動装置に依り前後動される様にし、更に、ストーカ炉は、固定火格子の上面に着脱可能に設けられて可動火格子との間で高温燃焼灰ガスを通流させる隙間を形成する為のシューと、可動火格子に設けられて可動火格子の前後動に関係なく可動火格子と炉体側壁との貫通部分を塞ぐ可動側水冷壁と、固定火格子に着脱可能に設けられて可動火格子の前後動に関係なく可動火格子と炉体側壁との貫通部分を塞ぐと共に可動火格子との隙間を調整可能な固定側水冷壁とを備えている事を特徴とする水冷式ストーカ炉。
固定火格子及び可動火格子の炉内部分は、耐火物で被覆されている請求項１に記載の水冷式ストーカ炉。
固定火格子及び可動火格子は、冷却水路となる水管を鋳込んだ鋳鋼製にされている請求項１又は２の何れかに記載の水冷式ストーカ炉。
炉体側壁には、一対の固定火格子及び可動火格子の炉外突出部分を収容する収容箱が設けられていると共に、駆動装置は、収容箱を貫通して可動火格子に連繋されている請求項１〜３の何れかに記載の水冷式ストーカ炉。
収容箱に開閉可能に設けられてシューの交換や固定側水冷壁の調整移動を行なう為の蓋体を備えている請求項４に記載の水冷式ストーカ炉。
火格子の下部から固定火格子と可動火格子の間隙に酸素濃度１％以下の高温燃焼排ガスを供給する請求項１〜５の何れかに記載の水冷式ストーカ炉。
火格子の下部から供給する高温燃焼排ガスの温度を５００℃以上とする請求項１〜５の何れかに記載の水冷式ストーカ炉。
火格子の下部スペースには、炉内加熱用のバーナが設置されている請求項１〜５の何れかに記載の水冷式ストーカ炉。
耐火物は、着脱可能な耐火セラミックプレートである請求項２に記載の水冷式ストーカ炉。