(57)【要約】【課題】水管の摩耗を効果的に防止して、ボイラの寿命を長期化する。【解決手段】空気によってベッド材と共に燃料を流動化させながら燃料を燃焼させる火炉の炉壁が、上下方向へ延びる複数の水管１７と隣接する水管１７の間を接続するフィン１８とによる水冷壁１５により形成され、且つ、水冷壁１５の炉内側下部にキャスタブル耐火物１９が内張りされている流動層ボイラの炉壁構造において、キャスタブル耐火物１９の上部に、水冷壁１５の炉内側に突出するように形成したベッド材拡散耐火物２２Ａ，２２Ｂを、間隔Ｈを隔てて少なくとも１段備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気によってベッド材と共に燃料を流動化させながら燃料を燃焼させる火炉の炉壁が、上下方向へ延びる複数の水管と隣接する水管の間を接続するフィンとによる水冷壁により形成され、且つ、該水冷壁の炉内側下部にキャスタブル耐火物が内張りされている流動層ボイラの炉壁構造において、前記キャスタブル耐火物の上部に、水冷壁の炉内側に突出するように形成したベッド材拡散耐火物を、間隔を隔てて少なくとも１段備えたことを特徴とする流動層ボイラの炉壁構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流動層ボイラの炉壁構造、特に、流動する粒子の下降により水冷壁水管が摩耗するのを防止するようにした流動層ボイラの炉壁構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
石炭等の固体燃料を効率良く燃焼させるボイラの一つとして、循環流動層ボイラが知られている。斯かる循環流動層ボイラは、図２〜図４に示すように、その炉内側下部に設置されている空気分散装置１から吹き出す空気によって、灰や石灰石等から成るベッド材２を矢印２ａ（図３）で示すように流動化しつつ燃料供給口３から供給される燃料を燃焼させるようにした矩形形状の水冷壁１５からなる火炉４と、火炉４の上端後部に接続したダクト５から排出される燃焼ガス６を導入して燃焼ガス６中に含まれるベッド材２や未燃固形分等の粒子を分離するサイクロン７と、サイクロン７で粒子が分離された燃焼ガス６をダクト８により導入して熱エネルギを回収する伝熱管９からなる複数の熱交換器を備えた後部伝熱部１０と、サイクロン７で分離されて下降する粒子を貯留するループシール１１と、該ループシール１１の粒子を再び前記火炉４の空気分散装置１上へ戻す循環路１２とを備えている。
【０００３】
尚、火炉４の空気分散装置１には空気供給ライン１３によって空気が直接供給され、空気分散装置１から火炉４内に空気を分散して噴出するようになっており、又、ループシール１１の下部には空気供給ライン１４によって空気が供給され、サイクロン７から下降してきた粒子を空気により流動化して循環路１２を介し前記火炉４の空気分散装置１上へ戻すようにしている。９'は火炉４内上部に設けた伝熱管、１６は圧力容器である。
【０００４】
上述の循環流動層ボイラでは、空気供給ライン１３により火炉４の空気分散装置１の下部へ空気を供給すると、空気は空気分散装置１により分散して火炉４内へ供給され、ベッド材２を流動化させる。この状態で、燃料供給口３から燃料を火炉４内へ供給すると、燃料はベッド材２と共に空気供給ライン１３からの流動化用の空気によって流動化しつつ燃焼し燃焼ガス６を発生する。
【０００５】
燃焼ガス６は、上昇しつつ火炉４を構成する水冷壁１５の水管内部を流れる流体を加熱した後、ダクト５によりサイクロン７へ導かれ、サイクロン７ではベッド材２や未燃の固形燃料が混合した粒子が分離される。粒子が分離された燃焼ガス６は、ダクト８から後部伝熱部１０へ導入され、後部伝熱部１０内を下降しつつ伝熱管９を流れる流体を加熱若しくは過熱し、後部伝熱部１０下部から排ガスとして排出される。一方、火炉４の水冷壁１５の水管や後部伝熱部１０の伝熱管９等によって発生した蒸気は、図示しない蒸気タービン等へ送られる。サイクロン７で分離された粒子はループシール１１に貯留され、該ループシール１１の粒子は、空気供給ライン１４からの空気により流動化されて循環路１２を介し再び前記火炉４の空気分散装置１上へ戻される。
【０００６】
火炉４を構成している前後・左右の炉壁からなる矩形形状の水冷壁１５は、図５、図６に示すように、ボイラの前後方向及び幅方向へ所定の間隔で配列されて上下方向にほぼ鉛直に延びる多数の水管１７と、隣り合う水管１７同士を接続するフィン１８とによってパネル状に形成されている。
【０００７】
そして、水冷壁１５の下部炉内側には、流動化しているベッド材２や未燃固形分等の粒子が落下する際に水管１７に衝突して、該水管１７の周面を摩耗させ減肉するのを防止するための、耐摩耗性に優れた硬質のキャスタブル耐火物１９を内張りしている。このような硬質のキャスタブル耐火物１９を形成するには、先ず、水冷壁１５の炉内側に間隔を隔てて型枠を設置し、流動性を保持するようにアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、珪素（ＳｉＯ２）等を微粉砕した粉末骨材に水を加えて流動化させ、この流動化物を前記型枠と水冷壁１５との間に流し込んで振動方式等により固く圧密した後、乾燥させ、更に加熱して焼き固めることによって形成している。
【０００８】
火炉４内を流動するベッド材２は、図３に矢印２ａで示すように火炉４の中央部を上昇するように吹き上がり、その後、中央部に比して流動用空気の上昇流が弱い水冷壁１５に近い外側に向かって落下するようになるため、水冷壁１５に沿って落下する粒子の流量が大きくなる傾向がある。更に、水冷壁１５に沿って落下する粒子の量（濃度）は下部ほど大きくなる。又、矩形形状を有している水冷壁１５の四隅部は流動用空気の上昇流が更に弱くなる部分であるために、水冷壁１５の四隅部を落下する粒子の量は最も大きくなっている。
【０００９】
このように、火炉４の空気分散装置１から所定高さ位置までの下部位置Ｌの水冷壁１５は粒子による非常に厳しい摩耗作用を受けることになるため、この下部位置Ｌには耐摩耗性に優れた硬質のキャスタブル耐火物１９を設けて、水冷壁１５における特に水管１７が摩耗するのを防止するようにしている。前記空気分散装置１から火炉頂部までの燃焼室長さが例えば３０メートルの火炉４の場合においては、前記キャスタブル耐火物１９を設置する下部位置Ｌの長さは、前記燃焼室長さの約２０％程度、即ち６〜７メートル前後となっている。
【００１０】
上記したように、流動化した粒子が水冷壁１５に沿って落下することにより水管１７が粒子によって摩耗し減肉する問題があるが、前記したように、水冷壁１５の炉内側の最も粒子の落下量が多い炉内側下部には、キャスタブル耐火物１９を内張りして保護しているので、この部分において水管１７が摩耗して減肉する問題は生じない。
【００１１】
しかし、図６、図７に示すように、水管１７の相互間をフィン１８に沿って落下してきた粒子は、キャスタブル耐火物１９の上端に衝突した後、キャスタブル耐火物１９の炉内側に流下する流れが生じ、このような流れの傾向が生じると粒子は集中してその経路に沿った流れを形成するようになるために、キャスタブル耐火物１９の上端部から水管１７が露出している境界部において水管１７が摩耗して摩耗部２０を生じ、水管１７が減肉するという問題がある。
【００１２】
このように水管１７が減肉した場合には、減肉した部分を切り取って新たな水冷壁と交換する等の補修作業が必要となるが、従来においては前記粒子による水管１７の減肉が激しいために、短期間での補修が必要となり、補修費用が増加すると共に、補修のために循環流動層ボイラの運転を停止する期間が増加するという問題を有していた。
【００１３】
又、このような水管１７の摩耗の問題を防止するために、従来より、キャスタブル耐火物１９と水管１７との境界線及び該境界線から所定高さ位置までの間に、耐摩耗金属を溶射することが行われている。しかし、耐摩耗金属を溶射しても、境界線近傍における水管１７の摩耗速度を緩和することはできても、ボイラの運転に伴って耐摩耗金属が劣化して水管１７の局部的な摩耗は進行するために、定期的な点検・補修が必要となっていた。
【００１４】
又、上記したような水管の摩耗を防止するための先行技術文献としては、キャスタブル耐火物の上端部に、フィンの延長線よりも炉外側へ突出した屈曲部材を設けて自由落下空間を形成するようにしたものがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平０９−１２６４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
特許文献１においては、フィンに沿って落下してくる粒子は、自由落下空間によりフィンから離れて落下するようになるが、粒子は落下速度を保ったままキャスタブル耐火物の上端に落下することになるため、キャスタブル耐火物の上端に落下した粒子は従来と同様にキャスタブル耐火物と水管との境界線の部分に沿って流れる現象は依然として生じ、このために、キャスタブル耐火物の上端部から水管が露出する境界部において水管が摩耗するという問題を有効に防止できるまでには至っていなかった。
【００１７】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、水冷壁水管の摩耗を効果的に防止して、ボイラの寿命を長期化できる流動層ボイラの炉壁構造を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、空気によってベッド材と共に燃料を流動化させながら燃料を燃焼させる火炉の炉壁が、上下方向へ延びる複数の水管と隣接する水管の間を接続するフィンとによる水冷壁により形成され、且つ、該水冷壁の炉内側下部にキャスタブル耐火物が内張りされている流動層ボイラの炉壁構造において、前記キャスタブル耐火物の上部に、水冷壁の炉内側に突出するように形成したベッド材拡散耐火物を、間隔を隔てて少なくとも１段備えたことを特徴とする流動層ボイラの炉壁構造、に係るものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の流動層ボイラの炉壁構造によれば、キャスタブル耐火物の上部に間隔を隔てて少なくとも１段のベッド材拡散耐火物を設けたので、水冷壁に沿って落下する粒子を火炉の炉内側に向かわせることができ、よって、特に摩耗が激しいキャスタブル耐火物の上端部から水管が露出する境界部での水管の摩耗を著しく低減できるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明を実施する流動層ボイラの炉壁構造の一例を示す断面図である。
【図２】循環流動層ボイラの一例を示す側面図である。
【図３】図２をＩＩＩ−ＩＩＩ方向から見た正面図である。
【図４】図２をＩＶ−ＩＶ方向から見た平面図である。
【図５】従来の水冷壁の斜視図である。
【図６】図５の側断面図である。
【図７】キャスタブル耐火物の上端部から水管が露出する境界部で水管が摩耗する状態を示した正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００２２】
図１は発明の一実施例であって、図中、図２〜図７と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００２３】
図１の実施例は、水冷壁１５の下部炉内側に設けたキャスタブル耐火物１９の上部に、間隔Ｈを隔てて第２段のベッド材拡散耐火物２２Ｂを炉内側に突出して設け、更に、該第２段のベッド材拡散耐火物２２Ｂの上部に、間隔Ｈを隔てて第１段のベッド材拡散耐火物２２Ａを炉内側に突出して設けた場合を示している。
【００２４】
上記ベッド材拡散耐火物２２Ａ，２２Ｂは、最下段のキャスタブル耐火物１９と同様に耐摩耗性に優れた硬質のキャスタブルによって形成することができ、水管１７の相互間をフィン１８に沿って落下してきた粒子はベッド材拡散耐火物２２Ａ，２２Ｂの上端に衝突することでベッド材が拡散させられた後、矢印で示すように炉内側に向かって落下させられるようになっている。
【００２５】
図１に示したベッド材拡散耐火物２２Ａ，２２Ｂの設置段数、ベッド材拡散耐火物２２Ａ，２２Ｂの炉内側への張り出し高さ、ベッド材拡散耐火物２２Ａ，２２Ｂ相互の間隔Ｈの大きさは任意に選定することができる。
【００２６】
前記ベッド材拡散耐火物２２Ａ，２２Ｂは水冷壁１５の全内周面に環状に形成するようにしてもよく、或いは、矩形形状の水冷壁１５の四隅部を落下する粒子量が最も大きくこの四隅部の水管１７の摩耗が最も激しいことから、水冷壁１５の四隅部のみに前記ベッド材拡散耐火物２２Ａ，２２Ｂを設けるようにしてもよい。
【００２７】
次に、図１に示した実施例の作動を図３も参照して説明する。
【００２８】
火炉４内の中央部を上昇するように流動する矢印で示した粒子２ａは、流動用空気の上昇流が弱い外側に向かって流動し水冷壁１５に沿って落下するようになるが、このとき、粒子が第１段のベッド材拡散耐火物２２Ａの上端に落下することによって拡散され、その後、矢印で示すように火炉４内側に向かって落下するようになる。
【００２９】
第１段のベッド材拡散耐火物２２Ａの作用によって拡散された粒子は第２段のベッド材拡散耐火物２２Ｂに向かうようになるが、粒子は第２段のベッド材拡散耐火物２２Ｂの上端に衝突することによって更に拡散され、その後、矢印で示すように火炉４内側に向かって落下するようになる。このように、水冷壁１５に沿って落下する粒子は、ベッド材拡散耐火物２２Ａ，２２Ｂによって拡散され、更に、粒子はベッド材拡散耐火物２２Ａ，２２Ｂによって火炉４の内側へ向かうように偏向されて落下するため、キャスタブル耐火物１９に落下する粒子は減速されると共に粒子量も減少されるようになる。
【００３０】
ここで、前記ベッド材拡散耐火物２２Ａ，２２Ｂの上端から水管１７が露出している境界部においても落下してくる粒子によって水管１７が摩耗することが考えられるが、ベッド材拡散耐火物２２Ａ，２２Ｂを設けた上部の水冷壁１５に向かう粒子の量（濃度）は、キャスタブル耐火物１９が設けられた下部位置Ｌにおける粒子の量（濃度）に比して著しく少ないために、ベッド材拡散耐火物２２Ａ，２２Ｂの境界部において水管１７が粒子によって摩耗する問題は低く抑えることができる。
【００３１】
上記したように、キャスタブル耐火物１９に落下する粒子が拡散され、且つキャスタブル耐火物１９に落下する粒子の量が減少することにより、従来発生していたキャスタブル耐火物１９の上端部から水管１７が露出する境界部において水管１７が摩耗する問題を著しく軽減することができ、よって、ボイラの長寿命化を達成することができる。
【００３２】
尚、本発明の流動層ボイラの炉壁構造は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、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。
【符号の説明】
【００３３】
２  ベッド材
４  火炉
１５  水冷壁
１７  水管
１８  フィン
１９  キャスタブル耐火物
２２Ａ，２２Ｂ        ベッド材拡散耐火物
Ｈ  間隔
【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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【図７】
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