(57)【要約】【課題】火炉の耐火材形成方法及び火炉の炉壁構造を提供する。【解決手段】内部に流動層を形成する火炉が、水管２とフィン３で形成された水冷壁４と、水冷壁４の内側で内張りされた耐火材５とを有する火炉の耐火材形成方法であって、  水冷壁４の内側に耐火材５を打設することからなる打設工程と、水管２に蒸気を通すことにより水管２を介して耐火材５を直接加熱することからなる乾燥工程と、乾燥した耐火材５を焼成用加熱手段により焼成することからなる焼成工程とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流動層を形成する火炉が、水管とフィンで形成された水冷壁と、該水冷壁の内側で内張りされた耐火材とを有する火炉の耐火材形成方法であって、
前記水冷壁の内側に耐火材を打設することからなる打設工程と、前記水管に蒸気を通すことにより水管を介して耐火材を直接加熱することからなる乾燥工程と、前記乾燥した耐火材を焼成用加熱手段により焼成することからなる焼成工程とを有することを特徴とする火炉の耐火材形成方法。
【請求項２】
前記乾燥工程は、蒸気の中心温度を１１０℃以上１３０℃以下にし、乾燥時間を３０時間以上５０時間以下にすることを特徴とする請求項１に記載の火炉の耐火材形成方法。
【請求項３】
前記焼成工程は、焼成の中心温度を３００℃以上３５０℃以下にして耐火材を焼成する中温焼成段階と、その後、焼成の中心温度を５００℃以上６００℃以下にして耐火材を焼成する高温焼成段階とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の火炉の耐火材形成方法。
【請求項４】
水管とフィンで形成された水冷壁と、該水冷壁の内側に打設される耐火材と、前記水管に蒸気を通して耐火材を直接加熱するよう水管に蒸気を供給する蒸気供給手段と、乾燥した耐火材を焼成する焼成用加熱手段とを備えたことを特徴とする火炉の炉壁構造。
【請求項５】
前記蒸気供給手段は、水管に蒸気を供給する前に水管に接続し且つ水管に蒸気を供給した後に水管から分断し得る蒸気供給ラインを備えたことを特徴とする請求項４に記載の火炉の炉壁構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火炉の水冷壁に耐火材を形成するための火炉の耐火材形成方法及び火炉の炉壁構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料や焼却物を燃焼し得るように流動層を形成する流動層ボイラや燃焼炉等の火炉は、上下方向へ向けて略垂直に延在する多数の水管と、水管の径方向で外側に形成され且つ隣り合う水管同士を接続するフィンとを備えて水冷壁を構成しており、更に水冷壁の内側における下部には、耐磨耗性の耐火材を内張りし、流動層の流動により水管が磨耗しないようにしている（特許文献１、２参照）。
【０００３】
ここで、水冷壁の内側に耐火材を内張りする際には、水冷壁にセメント等の耐火材を打設する工程を行い（打設工程）、次に耐火材の炉内側の露出面をバーナ等の焼成用加熱手段により直接加熱して焼成する工程を行っている（焼成工程）。
【０００４】
また焼成工程において、耐火材の炉内側の露出面を焼成用加熱手段により高温で急激に加熱した際には、耐火材に剥離を生じて品質が劣化する虞があるため、図６の通常の昇温曲線に示す如く、耐火材の炉内側の露出面を１００〜１３０℃の低温焼成、２００〜２５０℃の第一の中温焼成、３００〜３５０℃の第二の中温焼成、５００〜６００℃の高温焼成を段階的に行うことが考えられている。
【特許文献１】特開平９−７２５０２号公報
【特許文献２】特開平８−２５４３０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、耐火材を段階的に焼成する場合であってもバーナ等の焼成用加熱手段の使用により、重油や軽油等の燃料を多量に使用するため、製造コストが上昇するという問題があった。また耐火材の炉内側の露出面をバーナ等の焼成用加熱手段のみにより加熱する際には、耐火材の焼成を均一に行うことができず、水分が一部残る等の焼成のバラつきを生じることにより耐火材に劣化を生じ易いという問題があった。更に耐火材を内張りする際には、耐火材を打設後、他の箇所の施工等によってバーナ等の焼成用加熱手段を一定期間使用できない場合があり、この場合には、耐火材の打設から最終焼成までの時間経過によって耐火材が劣化するという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、燃料の使用量を低減すると共に耐火材の劣化を抑制する火炉の耐火材形成方法及び火炉の炉壁構造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】
【０００７】
本発明は、内部に流動層を形成する火炉が、水管とフィンで形成された水冷壁と、該水冷壁の内側で内張りされた耐火材とを有する火炉の耐火材形成方法であって、
前記水冷壁の内側に耐火材を打設することからなる打設工程と、前記水管に蒸気を通すことにより水管を介して耐火材を直接加熱することからなる乾燥工程と、前記乾燥した耐火材を焼成用加熱手段により焼成することからなる焼成工程とを有することを特徴とする火炉の耐火材形成方法、にかかるものである。
【０００８】
本発明の火炉の耐火材形成方法において、前記乾燥工程は、蒸気の中心温度を１１０℃以上１３０℃以下にし、乾燥時間を３０時間以上５０時間以下にすることが好ましい。
【０００９】
本発明の火炉の耐火材形成方法において、前記焼成工程は、焼成の中心温度を３００℃以上３５０℃以下にして耐火材を焼成する中温焼成段階と、その後、焼成の中心温度を５００℃以上６００℃以下にして耐火材を焼成する高温焼成段階とを有することが好ましい。
【００１０】
本発明は、水管とフィンで形成された水冷壁と、該水冷壁の内側に打設される耐火材と、前記水管より耐火材を直接加熱するよう水管に接続して蒸気を通す蒸気供給手段と、乾燥した耐火材を焼成する焼成用加熱手段とを備えたことを特徴とする火炉の炉壁構造、にかかるものである。
【００１１】
本発明の火炉の炉壁構造において、前記蒸気供給手段は、水管に蒸気を供給する前に水管に接続し且つ水管に蒸気を供給した後に水管から分断し得る蒸気供給ラインを備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の火炉の耐火材形成方法及び火炉の炉壁構造によれば、耐火材を打設後、水管に蒸気を通して耐火材を直接乾燥するので、耐火材を焼成用加熱手段により焼成する時間を低減して重油や軽油等の燃料の使用量を大幅に低減し、製造コストを抑制することができる。また水管に蒸気を通して水管から直接的に耐火材を加熱するので、耐火材の乾燥を略均一に行うことができ、よって水分が一部残る等の焼成のバラつきを抑制し、耐火材の劣化を抑制することができる。更に耐火材を内張りする際には、水管を介して耐火材を予め乾燥するので、耐火材を打設後、焼成用加熱手段を使用できない等の事情により、耐火材の乾燥から焼成の開始まで時間がかかる場合であっても、耐火材の劣化を抑制することができるという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施する形態例を図１〜図６を参照して説明する。
【００１４】
本発明の形態例は、流動層ボイラや焼却炉等の火炉１において、水管２とフィン３とを備える水冷壁４にセメント等の耐火材５を内張りして炉壁構造を形成するものである。ここで火炉１は、流動層ボイラや焼却炉に限定されるものではなく、水冷壁４に耐火材５を内張りするものならば特に制限されるものではない。
【００１５】
火炉１を流動層ボイラの場合で説明すると、流動層ボイラは、燃料や焼却物を燃焼し得るように流動層を形成する火炉１を配置しており、火炉１の下部には、砂等の流動媒体を充填して流動層を形成し、燃焼空気等により流動層が流動化されると共に、流動層の流動により水冷壁４が磨耗しないように水冷壁４に耐火材５を備えている。また火炉１の側面には、燃料や焼却物を供給して燃焼し得る燃焼供給口（図示せず）や起動バーナ等の燃焼手段（図示せず）が備えられており、底部には不燃物を排出するホッパ６が形成されている。更に火炉１の上方には、蒸気ドラム７を配して水冷壁４の水管２へ水を供給するようにしており、火炉１内で発生した燃焼熱を水冷壁４の水管２を流れる水により熱交換して回収するようにしている。ここで水管２に水を供給する方法は、上部に蒸気ドラム７を配して水管２の上方から下方に水を通すドラム式に限定されるものでなく、水管２の下方から上方へ水を通す貫流式でも良い。またドラム式で水管２に供給された水の一部は、下部ヘッダ８を介してタンク９（図３、図４参照）にブロー（排水）できるようになっている。
【００１６】
火炉１の上部にはサイクロンからなる分離器１０がダクト１１を介して接続されている。分離器１０は外筒１２と内筒１３とを有しており、火炉１からダクト１１へ導出した流動媒体を含む高温流体は、外筒１２内へ接線方向に導入されて流動媒体と排ガスとに遠心分離され、排ガスは内筒１３から排ガスダクト１４を介して後部伝熱部（図示せず）へ排出され、流動媒体は、分離器１０の外筒１２下端に接続されて下方に延びる流動媒体ダクト１５により熱交換器１６に供給される。
【００１７】
熱交換器１６には伝熱管１７が配置されると共に、熱交換器１６の下部には流動化空気が供給されるウインドボックス部１８が設けられており、熱交換器１６の内部では流動化空気により砂や燃料の未燃分の流動媒体が流動し、燃料の未燃分を完全燃焼させると同時に伝熱管１７で熱回収を行っている。ここで伝熱管１７には蒸気ドラム７で生じた蒸気が後部伝熱部（図示せず）の過熱器等を経由して流れ込み、熱交換し得るようになっている。また熱交換器１６の側部には火炉１へ通じる戻し配管１９が配置されており、流動媒体を火炉１へ戻すようにしている。
【００１８】
一方で、このような流動層ボイラの火炉１を施工するために水冷壁４の炉内側にセメント等の耐火材５を内張りする際には打設工程、乾燥工程、焼成工程を順に行っている。
【００１９】
打設工程では、水冷壁４の炉内側にセメント等の耐火材５を所定厚で打設し、乾燥前の耐火材５を配置する。
【００２０】
乾燥工程では第一段階と第二段階とを備え、第一段階では図３、図４に示す如く、下部ヘッダ８からタンク９までの下部ライン２０に、既設の蒸気ヘッダ２１から延在する蒸気供給ライン２２を蒸気供給手段として接続する。この時、火炉１の近傍には、蒸気を供給し得る既設の蒸気ヘッダ２１があることが好ましいが、蒸気を供給し得るならば他の既設の設備でも良い。また既設の設備がない場合には、蒸気を供給し得る補助ボイラ等の蒸気供給手段を新たに設けても良い。
【００２１】
第二段階では、タンク９への開閉バルブ２０ａを閉じた状態で蒸気供給ライン２２の開閉バルブ２２ａを開き、蒸気ヘッダ２１から蒸気供給ライン２２、下部ライン２０、下部ヘッダ８を介して水冷壁４の水管２に蒸気を供給し、水管２に下方から上方へ蒸気を通すことにより水管２を介して耐火材５を炉の外方側から加熱し、耐火材５を均一に乾燥する。ここで第二段階は、水管２に通す蒸気の中心温度を１１０℃以上１３０℃以下にし、乾燥時間を３０時間以上５０時間以下にして耐火材５を乾燥することが好ましい。また蒸気の中心温度を１１０℃未満、乾燥時間を３０時間未満にした場合には、耐火材５の乾燥が不十分で耐火材５が水冷壁４から剥離する虞があり、蒸気の中心温度を１３０℃より高く、乾燥時間を５０時間より長くした場合には、耐火材５の乾燥状態が向上せず、時間と稼動エネルギを無駄にして製造コストが上昇するという問題がある。
【００２２】
焼成工程では中温焼成段階と高温焼成段階とを備え、中温焼成段階では、バーナ等の焼成用加熱手段を用いて耐火材５の炉内側の露出面を加熱し、乾燥した耐火材５を中温で焼成する。ここで中温焼成段階は、乾燥工程の終了温度から１５℃／ｈｒ以上５０℃／ｈｒ以下（図６では３０℃／ｈｒ）で昇温した後、焼成用加熱手段または耐火材の中心温度（焼成の中心温度）を３００℃以上３５０℃以下にし、焼成時間を２４時間以上４８時間以下にして耐火材５を焼成することが好ましい。また耐火材５は、既に乾燥工程により含水率が低いため、従来の昇温速度（図６では１５℃／ｈｒ）より早い昇温速度であっても耐火材５に劣化等の問題を起こすことがない。更に焼成の中心温度を３００℃未満、乾燥時間を２４時間未満にした場合には、耐火材５の焼成が不十分で劣化を生じる虞があり、焼成の中心温度を３５０℃より高く、乾燥時間を４８時間より長くした場合には、時間と稼動エネルギを無駄にして製造コストが上昇するという問題がある。
【００２３】
焼成工程の高温焼成段階では、中温焼成段階と略同様にバーナ等の焼成用加熱手段を用いて耐火材５の炉内側の露出面を加熱し、耐火材５を高温で焼成する。ここで高温焼成段階は、中温焼成段階の終了温度から１５℃／ｈｒで昇温した後、焼成用加熱手段または耐火材の中心温度（焼成の中心温度）を５００℃以上６００℃以下にし、焼成時間を２０時間以上３０時間以下にして乾燥材を焼成することが好ましい。また焼成の中心温度を５００℃未満、乾燥時間を２０時間未満にした場合には、耐火材５の焼成が不十分で劣化を生じる虞があり、焼成の中心温度を６００℃より高く、乾燥時間を３０時間より長くした場合には、時間と稼動エネルギを無駄にして製造コストが上昇するという問題がある。
【００２４】
ここで、乾燥工程で用いた蒸気供給ライン２２は、耐火材５の焼成後に下部ライン２０から分断して撤去されており、蒸気供給ライン２２を下部ライン２０から分断する時期は、乾燥工程終了後ならば特に限定されるものではない。また焼成工程で用いる焼成用加熱手段は、焼成のみに用いる仮設バーナや、火炉１に備えられる起動用バーナ等でも良く、耐火材５を焼成し得るものならば、特に限定されるものではない。
【００２５】
更に、本発明の形態例の昇温曲線と、従来の昇温曲線（通常の昇温曲線）との場合を比較した場合を図６で示すと、本発明の形態例では、乾燥工程の完了後にバーナ等の焼成用加熱手段により軽油等の燃料を使用しており、従来の昇温曲線のように最初から段階的に耐火材を焼成する場合に比べて、バーナ等の焼成用加熱手段を使用する時間を約３０時間削減し、燃料の使用量を３０％から４０％削減することができることが明らかになった。
【００２６】
このように、本発明の形態例の火炉の耐火材形成方法及び火炉の炉壁構造によれば、水冷壁４に耐火材５を打設した後、水管２に蒸気を通して耐火材５を炉の外方側から直接乾燥するので、耐火材５を焼成用加熱手段により焼成する時間を低減して重油や軽油等の燃料の使用量を大幅に低減し、製造コストを抑制することができる。
【００２７】
また水管２に蒸気を通して水管２から直接的に耐火材５を加熱するので、耐火材５の乾燥を略均一に行うことができ、よって水分が一部残る等の焼成のバラつきを抑制し、耐火材５の劣化を抑制することができる。
【００２８】
更に耐火材５を内張りする際には、水管２を介して耐火材５を予め乾燥するので、耐火材５を打設後、焼成用加熱手段を使用できない等の事情により、耐火材５の乾燥から焼成まで時間がかかる場合であっても、乾燥した耐火材５をそのままの状態で保持し、耐火材５の劣化を抑制することができる。特に実施例の形態においては、耐火材５を乾燥工程で乾燥してから焼成工程で焼成するまでに約１ヶ月を経過しても耐火材５の品質を保つことができた。
【００２９】
本発明の形態例の火炉の耐火材形成方法において、乾燥工程は、蒸気の中心温度を１１０℃以上１３０℃以下にし、乾燥時間を３０時間以上５０時間以下にすると、耐火材５を好適に乾燥するので、耐火材５を焼成用加熱手段により焼成する時間を低減して重油や軽油等の燃料の使用量を大幅に低減し、製造コストを抑制することができる。また耐火材５の乾燥を均一且つ適切に行うので、耐火材５の劣化を一層抑制することができる。
【００３０】
本発明の形態例の火炉の耐火材形成方法において、焼成工程は、焼成の中心温度を３００℃以上３５０℃以下にして耐火材５を焼成する中温焼成段階と、その後、焼成の中心温度を５００℃以上６００℃以下にして耐火材５を焼成する高温焼成段階とを有すると、重油や軽油等の燃料の使用量を低減し、製造コストを抑制すると共に、耐火材５を好適に焼成して耐火材５の劣化を一層抑制することができる。
【００３１】
本発明の形態例の火炉の炉壁構造において、蒸気供給手段は、水管２に蒸気を供給する前に水管２に接続し且つ水管２に蒸気を供給した後に水管２から分断し得る蒸気供給ライン２２を備えると、水冷壁４の水管２に対して簡易に蒸気を供給し得るので、耐火材５の乾燥及び焼成を容易にし、製造コストを抑制することができると共に耐火材５の劣化を抑制することができる。
【００３２】
なお、本発明の火炉の耐火材形成方法及び火炉の炉壁構造は、水管に蒸気を通して耐火材を乾燥し得るならば他の工程を有しても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の形態例の一例の流動層ボイラを示す概略図である。
【図２】水冷壁と耐火材を示す斜視図である。
【図３】蒸気供給手段を接続する前の状態を示す概念図である。
【図４】蒸気供給手段を接続した状態を示す概念図である。
【図５】耐火材を蒸気により水管を介して乾燥する状態を示す概念図である。
【図６】本発明の形態例の場合の昇温曲線と、通常の場合の昇温曲線との比較を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３４】
１    火炉
２    水管
３    フィン
４    水冷壁
５    耐火材
２１    蒸気ヘッダ（蒸気供給手段）
２２    蒸気供給ライン（蒸気供給手段）
【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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