(57)【要約】【課題】流動材を含むガスが流通する領域において、設置状態や運転状態に依らずに耐熱材間の隙間に流動材が堆積することを防止でき、耐火材同士の熱伸びの拘束を避けることができる壁面構造およびその組み付け方法を提供する。【解決手段】鋼板と、鋼板上の面に配置された断熱材と、断熱材上の面に互いに間隔を空けて配置された複数の耐火材４６と、耐火材４６に接して流動材を含むガスが流通する領域に面するとともに複数の耐火材４６間の隙間に配置された緩衝材４８と、隙間に緩衝材４８を保持する保持構造５４とを備えている壁面構造４０。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板と、
該鋼板上の面に配置された断熱材と、
該断熱材上の面に互いに間隔を空けて配置された複数の耐火材と、
該耐火材に接して流動材を含むガスが流通する領域に面するとともに複数の前記耐火材間の隙間に配置された緩衝材と、
前記隙間に前記緩衝材を保持する保持構造と、
を備えている壁面構造。
【請求項２】
前記保持構造は、前記隙間に設置された棘付きのピンを備えている請求項１に記載の壁面構造。
【請求項３】
前記ピンは、前記耐火材に対して設置されている請求項２に記載の壁面構造。
【請求項４】
前記ピンは、前記断熱材に対して設置されている請求項２に記載の壁面構造。
【請求項５】
前記保持構造は、前記流動材を含むガスが流通する前記領域側から前記断熱材側に向かって前記隙間が拡幅する拡幅部を備えている請求項１に記載の壁面構造。
【請求項６】
前記緩衝材は、繊維状または多孔質状のセラミックスとされる請求項１から５のいずれかに記載の壁面構造。
【請求項７】
内部に前記流動材を含むガスを流動する火炉に接続されたダクトまたは容器の壁部とされる請求項１から６のいずれかに記載の壁面構造。
【請求項８】
鋼板と、
該鋼板上の面に配置された断熱材と、
該断熱材上の面に互いに間隔を空けて配置された複数の耐火材と、
該耐火材に接して流動材を含むガスが流通する領域に面するとともに複数の前記耐火材間の隙間に配置された緩衝材と、
前記隙間に前記緩衝材を保持する保持構造と、
を備えている壁面構造の組み付け方法であって、
前記保持構造に前記緩衝材を設置する工程を含む壁面構造の組み付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、壁面構造およびその組み付け方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炉底から供給される空気により、火炉内で燃料および流動材（例えば、河砂などSiO2が主体の粒子）を流動させて流動層を形成することで、燃焼効率を向上させるボイラ（例えば循環流動層ボイラ（CFB：Circulating Fluidized Bed）や気泡流動層ボイラ（BFB：Bubbling Fluidized Bed）など）が知られている。
【０００３】
このようなボイラに設けられる火炉の出口側には、燃焼ガスによって搬送されて火炉から飛散した流動材および燃料を捕集・分離する装置（例えば、サイクロン）が設けられていることがある。サイクロンにて捕集・分離された流動材および燃料は、それぞれ火炉へ戻されて、循環するように構成されている。この循環システムによって、ボイラの燃焼効率向上を図っている。
【０００４】
前述のサイクロン、火炉とサイクロンとを接続するダクト、およびサイクロンに接続された他のダクトなどは、一般的な構造用鋼板によって構成されることがある。これらの構成は、ボイラの常用運転時に高温の燃焼ガスに晒されるため、鋼板保護を目的として、鋼板の内表面に断熱材を施工することがある。
【０００５】
断熱材は柔軟性や断熱性に優れるが、その一方で、浸食や摩耗等に弱いことから、断熱材保護を目的として、更に、断熱材の内表面に耐火材を施工することがある。
【０００６】
前述の断熱材や耐火材によって、鋼板が高温になることは防止できるが、最も内側の面に施工された耐火材は、高温の燃焼ガスに晒されるため、鋼板に比べて温度が高くなり、それに伴って熱伸び量が多くなる。したがって、耐火材の施工時には、耐火材を複数に分割されたブロック状の耐火材とし、隣接する他の耐火材に対して隙間を設けるようにして断熱材の内表面上に設置するように施工する。この隙間は、ボイラの通常運転中、耐火材が熱伸びした際に、隙間が狭くなることで隣接する耐火材同士で接触して干渉しないように考慮されて設計されている。すなわち、この隙間が耐火材の熱伸びを吸収することによって、耐火材同士の熱伸びによる拘束を避けることができる。仮に、この隙間が想定時より狭くなり、耐火材同士が熱伸びによって拘束された場合には、耐火材に対して圧縮方向に応力が発生する。圧縮方向の応力が耐火材の許容応力を超えると、耐火材に割れや欠けや脱落が発生して適切に断熱材および鋼板を保護できない可能性がある。
【０００７】
ところで、ボイラの起動時においては、流動材を循環させながら徐々にその温度を適正な温度まで昇温させていく。起動時において、サイクロンおよびダクトを流通する燃焼ガスの温度は、通常運転時の温度に比べて十分に低い状態となっており、サイクロンおよびダクトに施工された耐火材も殆ど熱伸びしない。つまり、隙間の間隔は、常温時と同程度とされる。
【０００８】
ところが、前述したように、ボイラの起動時においても流動体を循環させているため、飛散している流動材が隙間に侵入して一定量堆積してしまう可能性がある。仮に、隙間に流動材が堆積している状態でボイラが通常運転に移行し、高温の燃焼ガスがサイクロンおよびダクトに流通するような状態になった場合、耐火材は熱伸びするが、隙間に堆積した流動材によって隙間が想定時より狭くなり、隣接する耐火材が熱伸びによって相互に拘束されるおそれがあることが判明した。つまり、本来の隙間の機能を十分に発揮できないおそれがある。そうすると、耐火材に割れや欠けや脱落が生じてしまい、適切に断熱材および鋼板を保護できない可能性がある。
【０００９】
流動材の堆積を避けるために、例えば、特許文献１には、熱伸び吸収用の隙間を斜め下向きに施工することで、流動体を隙間に堆積しにくくする構成が開示されている。
【００１０】
また、特許文献２には、流動材を流動させて流動層を形成させるボイラに係る発明ではないが、集塵機において、約１８０℃となる集塵機内の側壁および床板のコンクリート板に熱伸び分の隙間を空ける構成開示されている。さらに、その隙間には、コンクリート板の熱伸びを無理なく処理するために、高温高酸性下においても弾性を有するパッキンが使用される。
【００１１】
また、特許文献３には、炉床の内周縁と外周縁を構成する枠体の周方向の複数個所に該枠体の膨張代となる隙間を設け、その隙間にセラミックシートなどを充填することで、小径のペレットが隙間に侵入することを防止することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第３８９７６６４号公報
【特許文献２】特開昭６３−１５６５５５号公報
【特許文献３】特許第４３３７２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献１においては、熱伸び吸収用の隙間を斜め下向きに施工することで、流動体を隙間に堆積しにくくしているが、例えば、隙間の開口が鉛直方向の上向きに位置するように配置された場合、そもそも流動材が自重によって落下しないため、堆積防止が期待できない可能性がある。
【００１４】
また、特許文献２においては、例えば、河砂などSiO2が主体の粒子を流動させることが想定されていないため、弾性を有するパッキンが粒子の衝突によって摩耗してしまう可能性がある。
【００１５】
また、特許文献３においては、炉床に形成した耐火レンガの間隙へのペレットの侵入防止のために、単にセラミックシートなどが充填された隙間であるため、セラミックシートを該隙間に保持することが想定されておらず、炉床以外の部分（例えば、天面や側面など）にその構成を採用した場合、自重によるセラミックシートの脱落や、流通する燃焼ガスに起因したエジェクタ効果や起動時の熱膨張差での移動によるセラミックシートの脱落が懸念される。
【００１６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、流動材を含むガスが流通する領域において、設置状態や運転状態に依らずに耐熱材間の隙間に流動材が堆積することを防止でき、耐火材同士の熱伸びの拘束を避けることができる壁面構造およびその組み付け方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明の壁面構造およびその組み付け方法は以下の手段を採用する。
即ち、本発明の一態様に係る壁面構造は、鋼板と、該鋼板上の面に配置された断熱材と、該断熱材上の面に互いに間隔を空けて配置された複数の耐火材と、該耐火材に接して流動材を含むガスが流通する領域に面するとともに複数の前記耐火材間の隙間に配置された緩衝材と、前記隙間に前記緩衝材を保持する保持構造とを備えている。
【００１８】
本発明の一態様に係る壁面構造は、鋼板上の面に配置された断熱材と、複数の耐火材と、耐火材に接して流動材を含むガスが流通する領域に面するとともに複数の耐火材間のに形成された隙間（例えば目地）を備え、柔軟性を有する緩衝材が保持構造によって耐火材間の隙間に設置されている。このため、耐火材に接して流動砂などの流動材を含む燃焼ガスなどのガスが流通している領域において、ボイラの起動時から通常運転時にかけての流動材を含むガスの温度上昇時に対して、緩衝材の柔軟性によって耐火材の熱伸びを吸収しつつ、緩衝材の存在によって隙間に流動材が堆積して、隣接する耐火材同士の熱伸びの拘束することを防止できる。このとき、緩衝材は、保持構造によって隙間に保持された状態で設置されているので、緩衝材に自重が作用したり、燃焼ガスの流通によるエジェクタ効果に起因する引力が作用したり、温度上昇時の熱膨張差で耐火材が移動しても、緩衝材が隙間から脱落することがない。つまり、設置状態や運転状態に依らずに隙間に流動材が堆積することを防止でき、隣接する耐火材同士の熱伸びの拘束を避けることができる。
また、緩衝材は柔軟性を有する素材とされている。このため、前述したように耐火材の熱伸びを吸収できるだけでなく、その柔軟性によって隙間に容易に設置することができる。例えば、隙間や保持構造が複雑な形状とされた場合、緩衝材を隙間に押し込めば、緩衝材が隙間の内側で隙間や保持構造の形状に合わせた形状へと柔軟に変形する。緩衝材としては、例えば、繊維状（綿状）のセラミックスや多孔質状のセラミックスなどがある。
【００１９】
また、本発明の一態様に係る壁面構造において、前記保持構造は、前記隙間に設置された棘付きのピンを備えている。
【００２０】
この構成によれば、棘付きのピンによって確実に緩衝材を耐火材間の隙間に保持できる。ピンは、例えば、変形可能な金属製とされた棘付きのピンなどがある。
【００２１】
また、本発明の一態様に係る壁面構造において、前記ピンは、前記耐火材に対して設置されている。
【００２２】
この構成によれば、ピンを設置できるように耐火材にのみ加工を施せば良く、例えば、耐火材を流し込みによって成形する場合、ピンを固定するための加工が容易にできる。
【００２３】
また、本発明の一態様に係る壁面構造において、前記ピンは、前記断熱材に対して設置されている。
【００２４】
この構成によれば、断熱材に対してピンを設置しているので、仮に、耐火材の交換が必要になった場合でも、容易に耐火材を交換できる。また、耐火材にピンを固定するための加工を施す必要がないので、既に耐火材が設置されている既存設備に対しても容易に適用できる。
【００２５】
また、本発明の一態様に係る壁面構造において、前記保持構造は、前記流動材を含むガスが流通する前記領域側から前記断熱材側に向かって前記隙間が拡幅する拡幅部を備えている。
【００２６】
この構成によれば、耐火材によって形成された隙間の形状である拡幅部に緩衝材を設置した場合、隙間が拡幅していない部分（狭い部分）で緩衝材を保持できる。これは、拡幅部が形成された隙間に緩衝材を押し込むことで、緩衝材が拡幅部の形状に合わせて柔軟に変形することによる。拡幅部は、耐火材の流動材が流通する領域側（表面側）から断熱材側に向かって拡幅しているので、換言すれば、拡幅部は、断熱材側から流動材を含むガスが流通する領域側に向かって隙間が狭くなっているので、緩衝材が拡幅部の形状に合わせて変形すると、緩衝材は、断熱材側から耐火材の表面側に向かう方向に拘束されて脱落しない。これにより、緩衝材が隙間に保持される。したがって、別途に緩衝材を保持するための部材を用意する必要がなく施工コストを低減できる。また、隙間の内部に別途の部材を設けないので、緩衝材を押し込む際に緩衝材に干渉するものが無く、緩衝材の設置がより容易になる。
【００２７】
また、本発明の一態様に係る壁面構造において、記緩衝材は、繊維状または多孔質状のセラミックスとされる。
【００２８】
この構成によれば、柔軟性に富んだ緩衝材を使用できる。特に、繊維状のセラミックスを綿状にしたもの、または多孔質状で弾力性をもたせたものであれば、保持構造への設置がより容易になる。
【００２９】
また、前述の壁面構造は、内部に前記流動材を含むガスを流動する火炉に接続されたダクトまたは容器の壁部とされる。
【００３０】
また、本発明の一態様に係る壁面構造の組み付け方法は、鋼板と、該鋼板上の面に配置された断熱材と、該断熱材上の面に互いに間隔を空けて配置された複数の耐火材と、該耐火材に接して流動材を含むガスが流通する領域に面するとともに複数の前記耐火材間の隙間に配置された緩衝材と、前記隙間に前記緩衝材を保持する保持構造とを備えている壁面構造の組み付け方法であって、前記保持構造に前記緩衝材を設置する工程を含む。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係る壁面構造およびその組み付け方法によれば、流動材を含むガスが流通する領域において、設置状態や運転状態に依らずに耐熱材間の隙間に流動材が堆積することを防止でき、隣接する耐火材同士の熱伸びの拘束を避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態に係る発電システムの概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る壁面構造の耐火材に熱伸びが生じていないときの断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る壁面構造の耐火材に熱伸びが生じているときの断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る保持構造を示した断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る保持構造の変形例を示した断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る保持構造の他の変形例を流動材が流通する領域側から平面視した図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る保持構造を示した断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る保持構造が備える保持ピンの変形例を示した図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る保持構造が備える保持ピンの他の変形例を示した図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る保持構造の変形例を流動材が流通する領域側から平面視した図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る保持構造を示した断面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る保持構造の変形例を示した断面図である。
【図１３】本発明の第３実施形態に係る保持構造の他の変形例を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に、本発明に係る壁面構造およびその組み付け方法について、図面を参照して説明する。
【００３４】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について、図１から図６を用いて説明する。
まず、発電システム１について説明する。発電システム１は、図１に示すように、蒸気を生成するボイラとして循環流動層ボイラ（CFB：Circulating Fluidized Bed）２と、循環流動層ボイラ２で生成された蒸気によって回転駆動する蒸気タービン３と、蒸気タービン３の駆動力によって発電する発電機４とを備える。
【００３５】
循環流動層ボイラ２は、内部で流動砂（例えば河砂などSiO2が主体の粒子）を流動させている流動層火炉（以下、「火炉」という。）５と、火炉５に燃料を供給する燃料供給装置６と、火炉５で生成された燃焼ガスが流通する煙道７と、煙道７に設けられた複数の熱交換器８等を備えている。なお、循環流動層ボイラ２では、広範な燃料を燃焼可能であり、燃料として石炭（瀝青炭、亜瀝青炭、褐炭、無煙炭など）、石油コークス、木質バイオマス、製紙スラッジ、RPF（Refuse Paper & Plastic Fuel）、廃タイヤ、脱水汚泥、都市ごみ等、を採用することができる。
【００３６】
ここで、図１に示す燃料供給装置６は燃料として石炭を採用した場合の一例である。本実施形態では、火炉５の内圧力が大気圧より少し高いので、燃料供給系統へ燃焼ガスなどが逆流しないよう、燃料供給装置６には、ロータリバルブ１０およびシール空気供給装置（図示せず）が設けられている。
【００３７】
火炉５は、炉底１１に設けられた空気ノズル１２から供給される空気（気体）により、流動材（燃料および流動砂）を流動させて流動層を形成する。循環流動層ボイラ２は、このように流動層を形成することで、火炉５（コンバスタ）内の燃料、流動砂、および空気の混合を促進し、燃焼効率の向上をはかっている。なお、循環流動層ボイラ２の通常運転時においては、空気ノズル１２からは気体として空気が供給されるが、停止時の炉内パージなどでは、不活性ガス（例えば窒素ガスなど）を導入する場合もある。
【００３８】
また、火炉５から排ガスとともに飛散する循環粒子（流動砂と未燃燃料）は、燃焼ガス（ガス）によって搬送されて、ダクト３０を介して火炉５の出口側に設けられたサイクロン（容器）１３によって、燃焼ガスと循環粒子とに分離される。サイクロン１３で分離・捕集した循環粒子は、シールポット１４および外部熱交換器１５を介して、再び火炉５へ戻される。このように、本実施形態に係る循環流動層ボイラ２では、流動砂や未燃燃料を循環させるシステムとすることにより燃焼効率の向上をはかっている。また、外部熱交換器１５へ送られる循環粒子の分岐率を灰取出弁１６で調整することで、火炉５の炉内温度を調整することができる。なお、外部熱交換器１５へは、循環粒子を流動させるための空気が空気ブロワ１７から供給されている。
【００３９】
サイクロン１３で分離された燃焼ガスは、ダクト３１を流通した後、煙道７内を流通し、煙道７内に設けられた複数の熱交換器８にて熱交換器８内を流れる流体(例えば水や蒸気など)と熱交換する。熱交換器８では、燃焼ガスとの熱交換によって過熱蒸気が生成される。生成された過熱蒸気は、蒸気タービン３に送られ、蒸気タービン３を回転駆動する。蒸気タービン３が回転駆動すると、蒸気タービン３と同軸に接続された発電機４によって発電される。一方、熱交換器８と熱交換した燃焼ガスは、空気予熱器２２およびバグフィルタ２３を通過した後に、煙突（図示せず）から大気に放出される。
【００４０】
火炉５には、その内部において流動材を流動させる複数の空気ノズル１２と、燃焼用空気を供給する燃焼空気供給部２６とが設けられている。なお、一般的には微粉燃焼方式で用いられる火炉５が部分的に１５００℃程度を超過することに対し、循環流動層ボイラ２で用いられる火炉５では炉内温度が均一であるとともに、例えば８００〜９００℃に制御される。このため、循環流動層ボイラ２では、サーマルNOx（燃焼温度依存の発生NOx）の生成量を抑制でき、さらにNOx発生量や、火炉５内に石灰石を供給することで炉内脱硫（CaCO3→CaO＋CO2、CaO＋SO2＋1/2O2 →CaSO4）を行うことも可能となる。
【００４１】
燃焼空気供給部２６は複数設けられている。燃焼空気供給部２６は、各々、FDF（Forced Delivery Fan）２７から空気予熱器２２で予熱された空気の一部を燃焼用空気として炉内に噴出する。噴出される燃焼用空気は、風室２８によって、各燃焼空気供給部２６に略均一に分配されている。このため、火炉５内では一様な流動層を形成され、炉内温度が比較的均一になる。
【００４２】
空気ノズル１２は、炉底１１を鉛直上下方向に貫通して設けられ、炉底１１全体に亘って複数（例えば数百本）設置されている。空気ノズル１２の上部は火炉５の内部に位置し、下部は風箱２９の内部に位置している。FDF２７から空気予熱器２２で予熱されて送られてきた空気を、風箱２９を介して複数の空気ノズル１２によって火炉５の内部に供給している。
【００４３】
次に、本実施形態に係る壁面構造４０Ａについて説明する。
壁面構造４０Ａは、発電システム１が備えるサイクロン１３や、サイクロン１３に接続されているダクト３０、ダクト３１など、流動材（特に、流動砂）が８００〜９００℃の燃焼ガスなどのガスによって搬送されるに際して、その内部を流通する構造の壁面に採用されて好適である。以下においては、サイクロン１３の壁面を例にして説明を行うが、これはサイクロン１３の壁面に限定するものではなく、例えば、ダクト３０やダクト３１の壁面であっても良い。
【００４４】
図２に示すように、壁面構造４０Ａは、サイクロン１３の外部から内部に向かって順に、鋼板４２、断熱材４４、耐火材４６を備えた層構造になっている。つまり、サイクロン１３の外部側の壁面が鋼板４２とされ、流動砂などの流動材を含む燃焼ガスが流通する内部側の壁面が耐火材４６とされている。
【００４５】
鋼板４２は、例えば、一般的な構造用炭素鋼による鋼板とされており、サイクロン１３の容器の外殻を形成している。ボイラ２の通常運転時、サイクロン１３の内部は、燃焼ガスの流通によって８００℃〜９００℃の高温に晒される。そのため、鋼板４２の内面上には、鋼板４２の保護を目的として断熱材４４が施工されている。
【００４６】
断熱材４４は、例えば、Al2O3（アルミナ）やSiO2（シリカ）およびこれらの混合物などを主成分とするものであり、かさ密度を低くするなどで断熱性に優れたものが採用される。断熱材４４は、例えば、鋼板４２に所定ピッチで固定されたＹ字状のアンカーピン５０によって鋼板４２に対して後述する耐火材４６とともに設置されている。Ｙ字状のアンカーピン５０は長さの違うものを用いて、鋼板４２に対して断熱材４４と耐火材４６を別々に支持してもよい。断熱材４４は、断熱性に優れる一方、サイクロン１３や、サイクロン１３に接続されているダクト３０，３１などの内部を流通する燃焼ガスに含まれる流動砂や燃焼灰などの粒子による浸食や摩耗に弱い。そのため、断熱材４４の内面上には、断熱材４４の保護を目的として耐火材４６が施工されている。なお、鋼板４２上に施工された断熱材４４の厚さ（図２で示す上下方向）は、約２００ｍｍから４００ｍｍとされる。
【００４７】
耐火材４６は、断熱材４４における鋼板４２が位置する側の面とは反対側の面（燃焼ガスが流れる側）に施工され、例えば、Al2O3（アルミナ）やSiO2（シリカ）やSiC（炭化ケイ素）およびこれらの混合物などを主成分とし、かさ密度を高くして緻密化するなどして、耐摩耗性に優れたものが採用される。耐火材４６は、平面視した場合、長辺が約１０００ｍｍから５０００ｍｍ、厚さ（図２で示す上下方向）が約５０ｍｍから約１５０ｍｍのブロック形状とされ、複数の耐火材４６が面方向（例えば、図２で示す左右方向）に互いに所定の隙間を空けて断熱材４４に接して施工されている。本実施形態において、断熱材４４を鋼板４２に対して固定しているアンカーピン５０によって、耐火材４６は断熱材４４に対して設置されている。耐火材４６同士の隙間は、例えば、目地５２とされる。目地５２の幅は、例えば、約５ｍｍから約２０ｍｍとされる。目地５２は、ボイラ２の起動時から通常運転時にかけての耐火材４６の面方向の熱伸びに対して、隣接する耐火材４６同士の干渉を発生させないように、熱伸びを吸収できるように設定された隙間である（図３参照）。目地５２は、耐火材４６の寸法、性状や形状によって適宜変更できることは言うまでもない。耐火材４６は、例えば、断熱材４４に仮設設置された型枠への流し込みよって成形してもよい。また別途製作したブロック状の耐火材４６を取り付けてもよい。
【００４８】
壁面構造４０Ａは、目地５２に設置される緩衝材４８を備える。緩衝材４８は、例えば、Al2O3（アルミナ）やSiO2（シリカ）やMgO（マグネシア）CaO（カルシア）およびこれらの混合物などを主成分とする繊維状のセラミックスを、かさ密度約１００ｋｇ／ｍ＾３から約５００ｋｇ／ｍ＾３程度の綿状や多孔質状に形成したものであって、柔軟性を有するものとされる。なお、緩衝材４８は、これらのものに限らず、耐火材４６に熱伸びが生じていない場合、目地５２に流動砂が侵入することを防止できる程度の低いかさ密度、またはそれ以上のかさ密度を有した素材であって、かつ、図３のように耐火材４６に熱伸びが生じた場合に耐火材４６の熱伸びを拘束しない程度に収縮が可能な柔軟性を有した素材であれば良い。
【００４９】
ボイラ２の起動時において、耐火材４６は、サイクロン１３の内部を流通する燃焼ガスが約５００℃に到達したときには、概ね熱膨張による熱伸びが完了している。耐火材４６の熱伸びが完了した後であれば、仮に目地５２に流動砂が侵入しても再起動するまでは耐火材４６の熱伸びを拘束しないので、再起動時までの点検期間に緩衝材４８を補修可能であれば、燃焼ガスが約５００℃に到達したときに、緩衝材４８が焼失や損傷をしていても良い。
【００５０】
次に、目地５２に緩衝材４８を保持する保持構造５４Ａについて説明する。
図４に示すように、保持構造５４Ａは、目地５２（緩衝材４８）を挟んで対向する耐火材４６の側面に形成された可動孔５８に対して両端部が挿入された棘付きの保持ピン（ピン）５６を備えている。
【００５１】
保持ピン５６は、本体５６ａが棒状とされた細いピンとされ、その周囲には複数の棘５６ｂが半径方向に形成されている。保持ピン５６は高温の燃焼ガスに対する耐酸化性があることが好ましく、例えば金属製でステンレス系の材質である。なお、保持ピン５６は、耐火材４６に熱伸びが生じた場合でも、耐火材４６の熱伸びを拘束しないように耐火材４６より剛性を低くして、耐火材４６の熱変形が発生した時には、耐火材４６を損傷させずに変形可能とされたものが好ましい。保持ピン５６は、図４で示す紙面垂直方向に所定間隔を空けて複数本設置されている。
【００５２】
可動孔５８は、目地５２（緩衝材４８）を挟んで対向する耐火材４６の側面に設けられ、その深さの方向が保持ピン５６の長手方向と一致するように形成されている。一方の耐火材４６に形成された可動孔５８の底壁５８ａから、それに対向する他方の耐火材４６に形成された可動孔５８の底壁５８ａまでの距離は保持ピン５６の長手方向の長さよりも長く、かつ、可動孔５８の内径は保持ピン５６の外径よりも大きく設定されている。これにより、保持ピン５６は、目地５２の内部に配置されつつも長手方向に移動が可能なので、耐火材４６に熱伸びが生じた場合でも、保持ピン５６が耐火材４６の熱伸びを拘束することはなく、耐火材４６および保持ピン５６が損傷することを防ぐことができる。
【００５３】
緩衝材４８は前述の通り柔軟性に優れているので、保持ピン５６が設置された目地５２にサイクロン１３の内部側から押し込むことができる。目地５２に押し込まれた緩衝材４８は、目地５２の内側で目地５２および保持ピン５６の形状に合わせた形状に柔軟に変形する。これにより、緩衝材４８は保持ピン５６の棘５６ｂに引っ掛かるので目地５２に保持される。
【００５４】
本実施形態において、保持ピン５６は、例えば次のように可動孔５８に設置される。
まず、保持ピン５６の両端部に可動孔５８の形状に合わせた紙等の柔軟で焼損し易い保護材を巻き付けておく。前述の通り耐火材４６は型枠への流し込みによって成形されるので、両端部に紙等が巻き付けられた保持ピン５６が配置された状態で流し込みを行う。これにより、保持ピン５６が紙等を介して固定された耐火材４６が成形される。この状態でボイラ２の起動を行うと、耐火材４６の熱伸びが完了する温度（例えば、５００℃程度）に到達する前に保持ピン５６の両端部に巻き付けられた紙等が焼失して隙間となる。耐火材４６が熱伸びする温度に到達するときには、可動孔５８によって保持ピン５６が設置された耐火材４６となる。すなわち、図４の状態になる。
【００５５】
なお、保持ピン５６は、例えば次のように可動孔５８に設置しても良い。
耐火材４６を流し込みによって成形するとき、可動孔５８に加えて、図５に示すような装着用空間６０を耐火材４６に形成する。装着用空間６０は、可動孔５８よりもサイクロン１３の燃焼ガスが流通する側である内部側に形成され、保持ピン５６の長手方向の長さよりも可動孔５８の長手方向の幅が狭く、可動孔５８に接続された空間である。可動孔５８および装着用空間６０が形成された耐火材４６を用いることで、図５に示すように、サイクロン１３の内部側から保持ピン５６を一方の長手方向へ偏心させつつ可動孔５８に挿入して、他方側へと戻して偏心を解除することで、保持ピン５６を耐火材４６に設置できる。このとき、装着用空間６０は、保持ピン５６と耐火材４６の干渉を避けるスペースとなる。
【００５６】
本実施形態においては、以下の効果を奏する。
流動砂などの流動材を含む燃焼ガスが流通している領域において、ボイラ２の起動時から通常運転時までの間にかけて、緩衝材４８の柔軟性によって隣接する耐火材４６同士の熱伸びを吸収しつつ、緩衝材４８の存在によって目地５２に流動材が堆積することを防止できる。このとき、緩衝材４８は、保持構造５４Ａが備える保持ピン５６によって目地５２に保持された状態で設置されているので、緩衝材４８に自重が作用したり、燃焼ガスの流通によるエジェクタ効果に起因する引力が作用したり、耐火材４６が熱膨張で移動をしても、緩衝材４８が目地５２から脱落することがない。つまり、設置状態や運転状態に依らずに隙間に流動材が堆積することを防止でき、耐火材４６同士の熱伸びの拘束を避けることができる。
【００５７】
また、緩衝材４８は柔軟性を有する素材とされている。このため、前述したように耐火材４６の熱伸びを吸収できるだけでなく、その柔軟性によって目地５２に容易に設置することができる。例えば、目地５２や保持構造５４Ａが備える保持ピン５６が複雑な形状とされた場合、緩衝材４８を隙間に押し込めば、緩衝材４８が目地５２の内側で目地５２や保持ピン５６の形状に合わせた緩衝材４８の形状へと柔軟に変形する。
【００５８】
また、保持ピン５６を耐火材４６に対して設置する場合、保持ピン５６を設置できるように耐火材４６にのみ加工を施せば良く、例えば、耐火材４６を流し込みによって成形する場合、保持ピン５６を固定するための可動孔５８や装着用空間６０が容易に成形できる。
【００５９】
なお、図６に示すようにサイクロン１３の燃焼ガスが流通する側である内部側から壁面構造４０Ａを平面視した場合、保持ピン５６は、その長手方向が目地５２の長手方向に沿うように配置されても良い。この場合、例えば、保持ピン５６の両端のうち一端が一の耐火材４６に向けて略直角に折り曲げられ、保持ピン５６の他端が一の耐火材４６に目地５２を挟んで対向する他の耐火材４６向けて略直角折り曲げられ、保持ピン５６のそれぞれの端部がそれぞれの耐火材４６に形成された可動孔５８に対して設置される。これにより、保持ピン５６は耐火材４６に対して設置される。
【００６０】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について、図７から図１０を用いて説明する。
本実施形態の壁面構造４０Ｂは、第１実施形態と保持ピン５６の形態が異なり、その他の点については同様である。したがって、第１実施形態と異なる点についてのみ説明し、その他は同一の符号を用いてその説明を省略する。
【００６１】
図７に示すように、壁面構造４０Ｂは、保持構造５４Ｂとして、断熱材４４に設置された棘付きの保持ピン５６を備えている。
【００６２】
保持ピン５６は、棒状の本体５６ａの長手方向が耐火材４６の厚さ方向に一致する細いピンとされ、その周囲には複数の棘５６ｂが半径方向に形成されている。保持ピン５６は、高温の燃焼ガスに対する耐酸化性があることが好ましく、例えば金属製でステンレス系の材質である。断熱材４４には、耐火材４６が設置される側から保持ピン５６を差し込んで固定できるような穴が設けられる。この穴に保持ピン５６が押し込まれることで、保持ピン５６が断熱材４４に対して固定される。なお、保持ピン５６は、耐火材４６に熱伸びが生じた場合でも、耐火材４６の熱伸びを拘束しないように耐火材４６よりも剛性を低くして、耐火材４６の熱変形が発生した時には、耐火材４６を損傷させずに変形可能とされたもの好ましい。保持ピン５６は、図７で示す紙面垂直方向に所定間隔を空けて複数設置されている。
【００６３】
なお、保持ピン５６は、図７に示すような棘付きのピンに限らず、例えば、図８に示すような返し付きのピンであっても良いし、図９に示すように先端がスプリング状に加工されたピンであっても良い。その他、目地５２に設置された緩衝材４８がサイクロン１３の内部に脱落することなく保持するように加工されたピンであれば良い。
【００６４】
本実施形態においては、以下の効果を奏する。
流動砂などの流動材を含む燃焼ガスが流通している領域において、ボイラ２の起動時から通常運転時までの間にかけて、緩衝材４８の柔軟性によって耐火材４６同士の熱伸びを吸収しつつ、緩衝材４８の存在によって目地５２に流動材が堆積することを防止できる。このとき、緩衝材４８は、保持構造５４Ｂが備える保持ピン５６によって目地５２に保持された状態で設置されているので、緩衝材４８に自重が作用したり、燃焼ガスの流通によるエジェクタ効果に起因する引力が作用したり、耐火材４６が熱膨張で移動をしても、緩衝材４８が目地５２から脱落することがない。つまり、設置状態や運転状態に依らずに隙間に流動材が堆積することを防止でき、耐火材４６同士の熱伸びの拘束を避けることができる。
【００６５】
また、緩衝材４８は柔軟性を有する素材とされている。このため、前述したように耐火材４６の熱伸びを吸収できるだけでなく、その柔軟性によって目地５２に容易に設置することができる。例えば、目地５２や保持構造５４Ｂが備える保持ピン５６が複雑な形状とされた場合、緩衝材４８を隙間に押し込めば、緩衝材４８が目地５２の内側で目地５２や保持ピン５６の形状に合わせた緩衝材４８の形状へと柔軟に変形する。
【００６６】
また、保持ピン５６を断熱材４４に対して設置する場合、仮に、耐火材４６の交換が必要になった場合でも、容易に耐火材４６を交換できる。また、耐火材４６の側面にピンを固定するための加工を施す必要がなく、断熱材４４に保持ピン５６を押し込んで固定できる穴を設ければよいので、既に耐火材４６が設置されている既存設備に対しても容易に適用できる。
【００６７】
なお、図１０に示すようにサイクロン１３の内部側から壁面構造４０Ｂを平面視した場合、保持ピン５６は、その長手方向が目地５２の方向に沿うように配置されても良い。この場合、例えば、断熱材４４に設けた穴に固定ピン６２を押し込んで固定する。この固定された固定ピン６２に保持ピン５６を取り付けることで、断熱材４４に対して保持ピン５６が設置される。固定ピン６２は、例えば、断熱材４４に固定され耐火材４６の厚さ方向（図１０で示す紙面垂直方向）に延在するピン状の部材とされ、高温の燃焼ガスに対する耐酸化性があることが好ましく、例えば金属製でステンレス系の材質である。
【００６８】
〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態について、図１１から図１３を用いて説明する。
本実施形態の壁面構造４０Ｃは、第１および第２実施形態と保持構造５４の形態が異なり、その他の点については同様である。したがって、第１および第２実施形態と異なる点についてのみ説明し、その他は同一の符号を用いてその説明を省略する。
【００６９】
図１１に示すように、壁面構造４０Ｃは、保持構造５４Ｃとして、サイクロン１３の燃焼ガスが流通する側である内部側から断熱材４４に向かって耐火材４６の厚さ方向において目地５２が拡幅する拡幅部６４を備えている。
【００７０】
拡幅部６４は、目地５２の一部を形成しており、サイクロン１３の内部側の耐火材４６の表面から断熱材４４側へ向かって目地５２の幅が一定とされている区間（縮小部６５）に接続されている。拡幅部６４は、その縮小部６５から断熱材４４側へ向かって目地５２（緩衝材４８）を挟んで対向する２つ耐火材４６の側面の間隔、すなわち目地５２の幅が末広がり形状に拡大するように形成されている。換言すれば、拡幅部６４においては、断熱材４４側から耐火材４６の燃焼ガスが流通する側である表面側に位置する縮小部６５に向かって目地５２の幅が狭くなっている。縮小部６５における目地５２の幅は、例えば、約５ｍｍから約２０ｍｍに設定された、ボイラ２の起動時から通常運転時までの間にかけての耐火材４６の熱伸びを吸収できるように設定された隙間である。なお、拡幅部６４は、例えば、耐火材４６の型枠への流し込みと同時に成形されてもよい。
【００７１】
緩衝材４８は前述の通り柔軟性に優れているので、拡幅部６４が設けられた目地５２にサイクロン１３の内部側から押し込むことができる。押し込まれた緩衝材４８は、目地５２および拡幅部６４の内側で目地５２および拡幅部６４の形状に合わせた形状に柔軟に変形する。拡幅部６４は、断熱材４４側から縮小部６５に向かって目地５２が狭くなっているので、緩衝材４８は、断熱材４４側から縮小部６５に向かう方向に拘束されて脱落しない。
【００７２】
本実施形態においては、以下の効果を奏する。
流動砂などの流動材を含む燃焼ガスが流通している領域において、ボイラ２の起動時から通常運転時までの間にかけて、緩衝材４８の柔軟性によって隣接する耐火材４６同士の熱伸びを吸収しつつ、緩衝材４８の存在によって目地５２に流動材が堆積することを防止できる。このとき、緩衝材４８は、保持構造５４Ｃが備える拡幅部６４によって目地５２に保持された状態で設置されているので、緩衝材４８に自重が作用したり、燃焼ガスの流通によるエジェクタ効果に起因する引力が作用したり、耐火材４６が熱膨張で移動をしても、緩衝材４８が目地５２から脱落することがない。つまり、設置状態や運転状態に依らずに隙間に流動材が堆積することを防止でき、耐火材４６同士の熱伸びの拘束を避けることができる。
【００７３】
また、別途に緩衝材４８を保持するための部材を用意する必要がなく施工コストを低減できる。さらに、目地５２の内部に別途の部材を設けないので、緩衝材４８を押し込む際に緩衝材４８に干渉するものが無く、緩衝材４８の設置がより容易になる。
【００７４】
なお、拡幅部６４は、図１１に示すように、縮小部６５より断熱材４４側の全区間に亘って拡幅している必要は無く、図１２，図１３に示すように、耐火材４６の燃焼ガスが流通する側に、耐火材４６の断熱材４４側に設けた拡幅部６４より幅が狭い縮小部６５を少なくとも一部の区間に設けるようにしていれば良い。
【００７５】
本発明は、前述の各実施形態に係る発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。
例えば、上記各実施形態では、本発明を循環流動層ボイラ２に適用する例について説明したが、本発明は、流動床ボイラ（BFB：Bubbling Fluidized Bed）に適用してもよい。
また、図２から図５，図７，図１１から図１３の左右方向（面方向）は、必ずしも実際の水平方向と一致するものではなく、壁面構造４０の設置状態によって変化する。例えば、図２に示す壁面構造４０Ａがサイクロン１３の側壁に採用される場合、図２で示す面方向は実際の鉛直方向となる。また、壁面構造４０は平面状でなく円筒状の内面である曲面でもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１  発電システム
２  循環流動層ボイラ（ボイラ）
３  蒸気タービン
４  発電機
５  火炉
１１  炉底
１２  空気ノズル
１３  サイクロン（容器）
２９  風箱
３０，３１  ダクト
４０（４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ）  壁面構造
４２  鋼板
４４  断熱材
４６  耐火材
４８  緩衝材
５０  アンカーピン
５２  目地
５４（５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ）  保持構造
５６  保持ピン
５８  可動孔
５８ａ  底壁
６０  装着用空間
６２  固定ピン
６４  拡幅部
６５  縮小部
【図１】
2020012565.tif 000003
【図２】
2020012565.tif 000004
【図３】
2020012565.tif 000005
【図４】
2020012565.tif 000006
【図５】
2020012565.tif 000007
【図６】
2020012565.tif 000008
【図７】
2020012565.tif 000009
【図８】
2020012565.tif 000010
【図９】
2020012565.tif 000011
【図１０】
2020012565.tif 000012
【図１１】
2020012565.tif 000013
【図１２】
2020012565.tif 000014
【図１３】
2020012565.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月9日(2018.10.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板と、
該鋼板上の面に配置された断熱材と、
該断熱材上の面に互いに間隔を空けて配置された複数の耐火材と、
該耐火材に接して流動材を含むガスが流通する領域に面するとともに複数の前記耐火材間の隙間に配置された緩衝材と、
前記隙間に前記緩衝材を保持する保持構造と、
を備え、
前記保持構造は、前記隙間に設置され、前記緩衝材を前記隙間から脱落させないように保持するピンを備えている壁面構造。
【請求項２】
前記ピンは、前記耐火材に対して設置されている請求項１に記載の壁面構造。
【請求項３】
前記ピンは、前記断熱材に対して設置されている請求項１に記載の壁面構造。
【請求項４】
鋼板と、
該鋼板上の面に配置された断熱材と、
該断熱材上の面に互いに間隔を空けて配置された複数の耐火材と、
該耐火材に接して流動材を含むガスが流通する領域に面するとともに複数の前記耐火材間の隙間に配置された緩衝材と、
前記隙間に前記緩衝材を保持する保持構造と、
を備え、
前記保持構造は、前記流動材を含むガスが流通する前記領域側から前記断熱材側に向って前記隙間が拡幅する拡幅部を備えている壁面構造。
【請求項５】
前記緩衝材は、繊維状または多孔質状のセラミックスとされる請求項１から４のいずれかに記載の壁面構造。
【請求項６】
内部に前記流動材を含むガスを流動する火炉に接続されたダクトまたは容器の壁部とされる請求項１から５のいずれかに記載の壁面構造。
【請求項７】
鋼板と、
該鋼板上の面に配置された断熱材と、
該断熱材上の面に互いに間隔を空けて配置された複数の耐火材と、
該耐火材に接して流動材を含むガスが流通する領域に面するとともに複数の前記耐火材間の隙間に配置された緩衝材と、
前記隙間に前記緩衝材を保持する保持構造と、
を備え、
前記保持構造は、前記隙間に設置され、前記緩衝材を前記隙間から脱落させないように保持するピンを備えている壁面構造の組み付け方法であって、
前記保持構造に前記緩衝材を設置する工程を含む壁面構造の組み付け方法。
【請求項８】
鋼板と、
該鋼板上の面に配置された断熱材と、
該断熱材上の面に互いに間隔を空けて配置された複数の耐火材と、
該耐火材に接して流動材を含むガスが流通する領域に面するとともに複数の前記耐火材間の隙間に配置された緩衝材と、
前記隙間に前記緩衝材を保持する保持構造と、
を備え、
前記保持構造は、前記流動材を含むガスが流通する前記領域側から前記断熱材側に向かって前記隙間が拡幅する拡幅部を備えている壁面構造の組み付け方法であって、
前記保持構造に前記緩衝材を設置する工程を含む壁面構造の組み付け方法。