(57)【要約】【課題】修理作業の際に生じる作業負担を軽減することができる空気ノズル、外筒、ボイラ及び発電システム並びに空気ノズルの外筒の交換方法を提供することを目的とする。【解決手段】空気ノズル１２は、火炉の炉底に固定される円筒状の内筒３５と、内部に内筒３５が配置される円筒状の外筒３６と、内筒３５の上端面３５ｄに固定され、鉛直上方に延びる円柱部４４を有し内筒３５の上部開口３５ａを閉塞する内筒閉塞部材３７と、鉛直上方に延びる円筒部４６を有し外筒３６の上部開口３６ａを閉塞する第１外筒閉塞部材３８と、を備えている。円柱部４４は、円柱部４４の外周面４４ａが円筒部４６の内周面４６ａに沿うように、円筒部４６の内部に収容されている。円柱部４４の上端部と円筒部４６とは、溶接固定されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
火炉内に気体を供給することで、前記火炉内において流動材を流動化させる空気ノズルであって、
前記火炉の炉底に固定され、該炉底から鉛直上方に延び、気体が供給される円筒状の内筒と、
内部に前記内筒が配置され、前記内筒から排出された気体を前記火炉内に供給する円筒状の外筒と、
鉛直上方に延びる筒部を有し、前記外筒の上端部に固定される第１接続部と、
鉛直上方に延びる柱部を有し、前記内筒の上端部に固定される第２接続部と、を備え、
前記柱部は、該柱部の外周面が前記筒部の内周面に沿うように、前記筒部の内部に収容され、
前記柱部の上端部と前記筒部とが溶接固定されている空気ノズル。
【請求項２】
前記柱部と前記筒部とは、中間ばめ又は隙間ばめの状態で係合している請求項１に記載の空気ノズル。
【請求項３】
前記内筒の上端面上に前記筒部の下端面が配置されている請求項１または請求項２に記載の空気ノズル。
【請求項４】
前記柱部は、外周面が前記筒部の内周面に沿う係合部と、該係合部よりも径の小さく形成されていて該係合部の上端から鉛直上方に延びる小径部とを備える請求項１から請求項３のいずれかに記載の空気ノズル。
【請求項５】
前記第２接続部は、前記柱部の下端に設けられた円盤部を有し、
前記円盤部の下面は、前記内筒の前記上端部に載置されている請求項１から請求項４のいずれかに記載の空気ノズル。
【請求項６】
前記内筒は、筒状の本体部と、該本体部の上端部から半径方向外側に突出する第１突出部を有し、
前記第２接続部は、前記円盤部の外周端から半径方向外側に突出する第２突出部とを有し、
前記円盤部の直径は、前記本体部の直径と略同一に形成されていて、
前記内筒と前記第２接続部とは、前記第１突出部の外端部と前記第２突出部の外端部とが溶接固定されることで固定されている請求項５に記載の空気ノズル。
【請求項７】
内部に配置された内筒から排出された気体を火炉内に供給することで前記火炉内において流動材を流動化させる空気ノズルの外筒であって、
筒状の本体部と、
鉛直上方に延びる筒部を有し、前記本体部の上端部に固定される第２接続部と、を備え、
前記筒部は、前記内筒の上端部に固定された第１接続部が有する鉛直上方に延びる柱部を、前記柱部の外周面が該筒部の内周面に沿うように内部に収容し、
前記筒部は、前記柱部の上端部と溶接固定される空気ノズルの外筒。
【請求項８】
前記筒部のうち前記柱部を内部に収容している領域の上下方向の長さは、前記柱部の径方向の長さに対して１／２倍以上であって５倍以下の範囲に設定される請求項７に記載の空気ノズルの外筒。
【請求項９】
前記筒部のうち前記柱部を内部に収容している領域の上下方向の長さは、前記柱部の径方向の長さに対して１倍よりも長く５倍以下の範囲に設定される請求項７に記載の空気ノズルの外筒。
【請求項１０】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の空気ノズルまたは請求項７から請求項９のいずれかに記載の外筒を備えた空気ノズルによって、内部で流動材を流動させている火炉と、
前記火炉で生成された燃焼ガスが流通する煙道と、
該煙道に設けられて、前記燃焼ガスの熱によって蒸気を生成する熱交換器と、を備えるボイラ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のボイラと、
前記ボイラで生成した蒸気によって駆動する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンの駆動力によって発電する発電機と、を備える発電システム。
【請求項１２】
火炉内に気体を供給することで、前記火炉内において流動材を流動化させる空気ノズルであって、
前記火炉の炉底に固定され、該炉底から鉛直上方に延び、気体が供給される円筒状の内筒と、
内部に前記内筒が配置され、前記内筒から排出された気体を前記火炉内に供給する円筒状の外筒と、
鉛直上方に延びる筒部を有し、前記外筒の上端部に固定される第１接続部と、
鉛直上方に延びる柱部を有し、前記内筒の上端部に固定される第２接続部と、を備え、
前記柱部は、該柱部の外周面が前記筒部の内周面に沿うように、前記筒部の内部に収容され、
前記柱部の上端部と前記筒部とが溶接固定されている空気ノズルの外筒の交換方法であって、
溶接固定されている部分を除去する除去ステップと、
前記除去ステップの後に、前記内筒から前記外筒を取り外す取外しステップと、
前記取外しステップの後に、前記内筒に対して交換用外筒を取り付ける取付けステップと、
前記取付けステップの後に、前記柱部の上端部と前記筒部とを溶接固定する固定ステップと、を備える空気ノズルの外筒の交換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気ノズル、外筒、ボイラ及び発電システム並びに空気ノズルの外筒の交換方法に関するものである。
【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砂（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は、流動層を形成するために、炉内に空気を供給する多数の空気ノズルが炉底部に備えられている。このようなボイラに用いられる空気ノズルには、流動層の流動砂の逆流を防止するために、２重管構造となっているものがある。２重管構造の空気ノズルとしては、例えば特許文献１の空気ノズルがある。
特許文献１の空気ノズルは、内管と外管とを有し、内管および外管にはそれぞれ上部通気孔と下部通気孔が設けられて、空気が内管の内側から上部通気孔を経て外管内に入り、下部通気孔から噴出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２９３８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、火炉内の流動砂等を均一に流動化させて均一な流動層を形成するためには、空気ノズルの設置態様が重要となる。具体的には、多数の空気ノズルは、各々の空気ノズルの長手軸方向は鉛直上下方向に設けられるとともに、各空気ノズルの高さが、鉛直上下方向に揃い、かつ、各空気ノズルの外筒に設けられた空気噴出孔の位置が炉底にある炉底板に対してそれぞれ同程度の高さに揃うことが重要である。したがって、炉底に対して空気ノズルを固定する際には、このような点について確認及び調整し、慎重な位置合わせして固定をする必要があり、作業時間を要している。
【０００６】
一方、空気ノズルの外筒には、火炉内に空気を供給する空気通気孔（空気噴出孔）が形成されているが、この空気噴出孔付近では、空気噴出孔から噴出される空気に流動砂等が巻き込まれ、巻き込まれた流動砂の一部が外筒に衝突する。流動砂等が衝突すると、衝突した流動砂によって外筒が研削され、外筒の摩耗が促進される可能性がある。外筒が摩耗すると、炉内に好適に空気を供給することができなくなり、均一な流動層を形成することが困難となるため、定期的に空気ノズルを点検して、摩耗が進行した空気ノズルに対しては修理を行う必要がある。
上記特許文献１では、空気ノズルが備える各部材の取付け態様については考慮されていない。このような空気ノズルでは、各部材ごとに分解することができず、空気ノズルを修理する際には、空気ノズル全体を火炉から取り外さなければならない可能性がある。火炉から空気ノズル全体を取外した場合、修理後には再度空気ノズルを火炉に取り付ける作業が発生するため、この際に上述の慎重な位置合わせと固定を行う必要がある。さらに、空気ノズルは炉底に数多く設置されているため、摩耗の進行度合いに応じて修理が必要な空気ノズルを選定して、取り外して、交換用の空気ノズルを取り付けるという一連の空気供給ノズルの修理作業の際に生じる作業負担は、増大する可能性があった。
【０００７】
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、修理作業の際に生じる作業負担を軽減することができる空気ノズル、外筒、ボイラ及び発電システム並びに空気ノズルの外筒の交換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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の空気ノズル、外筒、ボイラ及び発電システム並びに空気ノズルの外筒の交換方法は以下の手段を採用する。
本発明の一態様に係る空気ノズルは、火炉内に気体を供給することで、前記火炉内において流動材を流動化させる空気ノズルであって、前記火炉の炉底に固定され、該炉底から鉛直上方に延び、気体が供給される円筒状の内筒と、内部に前記内筒が配置され、前記内筒から排出された気体を前記火炉内に供給する円筒状の外筒と、鉛直上方に延びる筒部を有し、前記外筒の上端部に固定される第１接続部と、鉛直上方に延びる柱部を有し、前記内筒の上端部に固定される第２接続部と、を備え、前記柱部は、該柱部の外周面が前記筒部の内周面に沿うように、前記筒部の内部に収容され、前記柱部の上端部と前記筒部とが溶接固定されている。
【０００９】
上記構成では、外筒に固定される第１接続部が筒部を有し、内筒に固定される第２接続部が柱部を有している。また、柱部の外周面が筒部の内周面に沿うように、柱部が筒部の内部に収容されている。これにより、炉底に固定された内筒に対して外筒を取り付ける際に、筒部の水平方向の移動を柱部が規制するとともに、筒部の柱部に対する傾斜を柱部が規制する。このように、柱部が筒部の移動等を規制するので、内筒に対して外筒を取り付ける際に、内筒と外筒との水平方向の相対位置及び内筒に対する外筒の軸方向態様（鉛直方向の姿勢）を、容易に所定の相対位置及び軸方向態様とすることができる。
また、上記構成では、内筒の内部を流通した気体（空気）が外筒の内部を介して火炉内に供給されるので、内筒と外筒との相対位置及び軸方向態様を所定のものにすることで、火炉内に供給される気体の供給態様も所定のものとし、火炉内の流動材の流動化を好適に行うことができる。
なお、内筒と外筒との水平方向の所定の相対位置及び軸方向態様とは、例えば、内筒の長手方向の軸に対して、外筒の長手方向の軸が略同一位置（所定誤差内で合致する位置）となる相対位置及び軸方向態様である。
【００１０】
また、火炉内では流動材が流動しているので、空気ノズルから火炉内に供給された空気によって、外筒の近傍で流動材が巻き込まれて外筒に衝突等するものがあると、外筒の摩耗・減肉が促進されることがある。外筒が摩耗・減肉した場合、外筒から好適に気体が火炉内に供給されず、流動材の均一な流動を得ることができずに火炉の燃料効率が低下する可能性がある。したがって、空気ノズル全体ではなく摩耗・減肉した外筒を交換することが好ましい。
上記構成では、柱部と筒部との溶接固定部分を削り落としたり、柱部と筒部との溶接固定部分よりも鉛直下方の位置で、柱部及び筒部を略水平面方向に切断したりすることで溶接固定部分を除去することで、柱部と筒部との固定が解除される。すなわち、内筒と外筒との固定も解除される。これにより、炉底に固定されたままの内筒から、外筒を取り外すことができる。
また、柱部は、上端部を用いて筒部と溶接固定されているので、柱部と筒部との溶接固定部分よりも鉛直下方あって、かつ、柱部の下端よりも鉛直上方の所定の長さ以上の位置で切り離することが可能となる。ここで所定の長さとは、柱部を筒部の内部に収容されて柱部の上端部と筒部とが溶接固定できる長さである。これにより、筒部との溶接固定部を除去しても、柱部は、鉛直上下方向の長さが所定の長さ以上が残存する。したがって、内筒から外筒を取り外した後であっても、再度、内筒に対して交換用の外筒を取り付けることができる。さらに、再度に柱部と筒部との再溶接固定部分を除去しても、柱部の鉛直上下方向の長さが、所定の長さ以上残存するように柱部の鉛直上下方向の長さを設定すれば、複数回に渡り内筒から外筒を取り外して、内筒に対して交換用の外筒を取り付けることができる。
【００１１】
このように、上記構成では、炉底に固定された内筒を炉底から取り外すことなく外筒を交換することができる。炉底に対して内筒を新たに固定する場合は、流動材の好適な流動化を実現するために、内筒の長手軸方向が鉛直方向に設けられるとともに、内筒の基準部分が炉底に対する所定の高さ位置に揃えることで、外筒からの空気通気口の高さ位置が揃うように、慎重な位置合わせ作業が必要となるが、上記構成では、外筒の交換を行う際に、内筒を炉底から取り外さないので、炉底に対する内筒の位置合わせ作業を省略することができる。また、再度、内筒に対して外筒を取り付ける際にも、外筒に固定されている筒部に対して内筒に固定されている柱部が挿入されるように取り付けることができるので、容易に所定の相対位置及び軸方向態様とすることができる。
したがって、外筒の交換作業を容易化することができ、外筒の交換作業にかかる作業時間を短縮することができる。よって、空気ノズルの修理作業の際に生じる作業負担を軽減することができる。
【００１２】
また、本発明の一態様に係る空気ノズルは、前記柱部と前記筒部とは、中間ばめ又は隙間ばめの状態で係合していてもよい。
【００１３】
上記構成では、柱部と筒部とが、中間ばめ又は隙間ばめの状態で係合している。これにより、内筒に対して外筒を取り付ける際に、筒部の所定位置から水平方向の移動及び筒部の柱部の軸方向に対する傾斜を柱部がより好適に規制する。したがって、内筒と外筒との水平方向の相対位置及び内筒に対する外筒の軸方向態様を、より容易に所定の相対位置及び軸方向態様とすることができる。
【００１４】
また、本発明の一態様に係る空気ノズルは、前記内筒の上端面上に前記筒部の下端面が配置されていてもよい。
【００１５】
上記構成では、内筒の上端面上に筒部の下端面が配置されている。これにより、内筒に対して外筒を取り付ける際に、内筒の上端面を基準として、筒部及び筒部が固定されている外筒を配置することができる。したがって、容易に、内筒と外筒との鉛直上下方向の相対位置を所定の相対位置とすることができる。内筒は炉底に固定されたままなので、内筒と外筒との鉛直上下方向の相対位置を所定の相対位置とすることで、火炉内での炉底に対する外筒の基準部分の高さ位置を所定の高さ位置とすることができる。
【００１６】
また、本発明の一態様に係る空気ノズルは、前記柱部が、外周面が前記筒部の内周面に沿う係合部と、該係合部よりも径の小さく形成されていて該係合部の上端から鉛直上方に延びる小径部とを備えていてもよい。
【００１７】
上記構成では、係合部の上端より鉛直上方に柱部が係合部と係合部よりも径の小さい小径部とを備えている。すなわち、小径部の外周面と筒部の内周面との隙間の距離が、係合部の外周面と筒部の内周面との隙間の距離よりも長くなっている。これにより、係合部以外の径の小さい小径部の一部において変形・損傷等が生じた場合であっても、径の小さい小径部と筒部の内周面とを接触し難くすることができる。
したがって、内筒に対して外筒を取り付ける際には、係合部以外での筒部と柱部の挿入を容易に行えるとともに、係合部によって外筒と内筒との位置合わせを確実に行うことができる。さらに、内筒から外筒を取り外す際に、径の小さい小径部が変形・損傷していたとしても、スムーズに取り外すことができる。したがって、係合部以外の管理を簡易化できるので取り扱いを容易にすることができる。
【００１８】
また、本発明の一態様に係る空気ノズルは、前記第２接続部は、前記柱部の下端に設けられた円盤部を有し、前記円盤部の下面は、前記内筒の前記上端部に載置されていてもよい。
【００１９】
上記構成では、円盤部の下面が内筒の上端部に載置されている。これにより、第２接続部と内筒との上下方向の相対位置が所定の相対位置となる。外筒と内筒とは、第１接続部と第２接続部とを介して接続されているので、第２接続部と内筒との上下方向の相対位置が所定の相対位置とすることで、外筒と内筒との相対位置も好適に所定の相対位置とすることができる。
【００２０】
また、本発明の一態様に係る空気ノズルは、前記内筒は、筒状の本体部と、該本体部の上端部から半径方向外側に突出する第１突出部を有し、前記第２接続部は、前記円盤部の外周端から半径方向外側に突出する第２突出部とを有し、前記円盤部の直径は、前記本体部の直径と略同一に形成されていて、前記内筒と前記第２接続部とは、前記第１突出部の外端部と前記第２突出部の外端部とが溶接固定されることで固定されていてもよい。
【００２１】
上記構成では、内筒と第２接続部とは、第１突出部の外端部と第２突出部の外端部とが溶接固定されることで固定されている。これにより、第１突出部及び第２突出部の溶接固定部分よりも半径方向の内側方向の位置で略鉛直面方向に切断したり、第１突出部及び第２突出部を溶接固定部分よりも半径方向の内側方向の位置まで削り落としたりすることで、溶接固定部分を除去することができる。溶接固定箇所を除去すると、内筒と第２接続部との固定が解除される。したがって、例えば、第２接続部の柱部が損傷等した場合であっても、炉底に固定された内筒を取り外すことなく、第２接続部を内筒から取り外し交換することができる。
【００２２】
本発明の一態様に係る空気ノズルの外筒は、内部に配置された内筒から排出された気体を火炉内に供給することで前記火炉内において流動材を流動化させる空気ノズルの外筒であって、筒状の本体部と、鉛直上方に延びる筒部を有し、前記本体部の上端部に固定される第２接続部と、を備え、前記筒部は、前記内筒の上端部に固定された第１接続部が有する鉛直上方に延びる柱部を、前記柱部の外周面が該筒部の内周面に沿うように内部に収容し、前記筒部は、前記柱部の上端部と溶接固定される。
【００２３】
上記構成では、内筒に固定された柱部が、筒部の移動等を規制するので、内筒に対して外筒を取り付ける際に、内筒と外筒との水平方向の相対位置及び内筒に対する外筒の軸方向態様を、容易に所定の相対位置及び軸方向態様とすることができる。内筒に対して、所定の相対位置及び軸方向態様で取り付けることができるので、火炉内に供給される気体の供給態様も所定のものとし、火炉内の流動材の流動化を好適に行うことができる。
また、上記構成では、炉底に固定された内筒を炉底から取り外すことなく外筒を交換することができるので、外筒を交換する際に炉底に対する内筒の位置合わせ作業を省略することができる。また、再度、内筒に対して外筒を取り付ける際にも、筒部に対して柱部が挿入されるように取り付けることができるので、容易に所定の相対位置及び軸方向態様とすることができる。
したがって、外筒の交換作業を大幅に容易化することができ、外筒の交換作業にかかる作業時間を短縮することができる。
【００２４】
また、本発明の一態様に係る空気ノズルの外筒は、前記筒部のうち前記柱部を内部に収容している領域の上下方向の長さは、前記柱部の径方向の長さに対して１／２倍以上であって５倍以下の範囲に設定されてもよい。
また、本発明の一態様に係る空気ノズルの外筒は、前記筒部のうち前記柱部を内部に収容している領域の上下方向の長さは、前記柱部の径方向の長さに対して１倍よりも長く５倍以下の範囲に設定されてもよい。
【００２５】
上記構成では、筒部のうち柱部を内部に収容している領域の上下方向の長さが、筒部の内部に収容される柱部の径方向の長さに対して、所定の長さ確保される。これにより、確実に、内筒と外筒との相対位置及び軸方向態様を所定のものにすることができる。なお、筒部のうち柱部を内部に収容している領域の上下方向の長さを、筒部の内部に収容される柱部の径方向の長さに対して、１倍よりも長く５倍以下の範囲とすると、より好適である。
【００２６】
本発明の一態様に係るボイラは、上述の空気ノズルまたは上述の外筒を備えた空気ノズルによって内部で流動材を流動させている火炉と、前記火炉で生成された燃焼ガスが流通する煙道と、該煙道に設けられて、前記燃焼ガスの熱によって蒸気を生成する熱交換器と、を備える。
【００２７】
本発明の一態様に係る発電システムは、上述のボイラと、前記ボイラで生成した蒸気によって駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンの駆動力によって発電する発電機と、を備える。
【００２８】
本発明の一態様に係る空気ノズルの外筒の交換方法は、火炉内に気体を供給することで、前記火炉内において流動材を流動化させる空気ノズルであって、前記火炉の炉底に固定され、該炉底から鉛直上方に延び、気体が供給される円筒状の内筒と、内部に前記内筒が配置され、前記内筒から排出された気体を前記火炉内に供給する円筒状の外筒と、鉛直上方に延びる筒部を有し、前記外筒の上端部に固定される第１接続部と、鉛直上方に延びる柱部を有し、前記内筒の上端部に固定される第２接続部と、を備え、前記柱部は、該柱部の外周面が前記筒部の内周面に沿うように、前記筒部の内部に収容され、前記柱部の上端部と前記筒部とが溶接固定されている空気ノズルの外筒の交換方法であって、溶接固定されている部分を除去する除去ステップと、前記除去ステップの後に、前記内筒から前記外筒を取り外す取外しステップと、前記取外しステップの後に、前記内筒に対して交換用外筒を取り付ける取付けステップと、前記取付けステップの後に、前記柱部の上端部と前記筒部とを溶接固定する固定ステップと、を備える。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、修理作業の際に生じる作業負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【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】図１の火炉の内部を模式的示した側方図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る空気ノズルの縦断面図である。
【図４】図３の空気ノズルの外筒を交換方法を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る空気ノズルの縦断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る空気ノズルの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下に、本発明に係る空気ノズル、外筒、ボイラ及び発電システム並びに空気ノズルの外筒の交換方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
〔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４を用いて説明する。
本実施形態に係る発電システム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。
なお、以下の説明において、「上方」とは鉛直上側方向を、「下方」とは鉛直下側方向を示している。
【００３２】
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。
なお、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、燃料供給装置６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、ロータリバルブ１０及びシール空気供給装置（図示省略）が設けられている。
【００３３】
火炉５は、図１に示すように、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）の流動層を形成する。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（窒素ガスなど）を導入する場合もある。
【００３４】
また、火炉５から排ガスとともに飛び出す循環粒子（流動砂と未燃燃料）は、火炉５出口側に設けられたサイクロン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。
【００３５】
サイクロン１３で分離された燃焼ガスは、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蒸気が生成される。生成された蒸気は、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及びバグフィルタ２３を通過した後に、煙突（図示省略）から大気に放出される。
【００３６】
火炉５には、火炉５内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、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。
【００３７】
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。
【００３８】
空気ノズル１２は、図２に示すように、炉底１１を貫通して設けられ、炉底１１全体に亘って複数（例えば数百本）設置されている。各空気ノズル１２の内筒３５は、火炉５の炉底１１を上下方向に貫通するように設けられている。すなわち、内筒３５の上部は火炉５の内部に位置し、内筒３５の下部は風箱２９の内部に位置し、内筒３５の下部開口３５ｂは風箱２９の内部に開口している。
各空気ノズル１２は、長手軸方向が略鉛直上下方向になるように設置され、炉底１１の水平面の領域に対して略垂直に設置され、内筒３５と炉底１１とが為す角度θは、略９０度となるように配置されている。なお、角度θは９０度に限定されないが、９０度に対して±１〜３度で管理されていることが好ましい。また、内筒３５は、炉底１１に対して、スリーブ４０を介して溶接固定されていてもよい。詳細には、図４に示すように、内筒３５が炉底１１を貫通する領域において、内筒３５の外周面３５ｃと円筒状のスリーブ４０の内周面とが接触するようにスリーブ４０が設けられ、スリーブ４０の上端及び下端と内筒３５の外周面３５ｃとが溶接部Ｗ１及びＷ２において溶接固定され、スリーブ４０の外周面と炉底１１を構成する炉底板３２の下面とが溶接部Ｗ３において溶接固定されている。
【００３９】
また、本実施形態では、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内に供給している。
なお、本実施形態では、火炉５の炉底１１は、水冷管３１と炉底板３２とを備えた水冷壁を上方から耐火材３３が覆うように構成されている（図４参照）。
【００４０】
次に、本実施形態に係る空気ノズル１２の詳細な構造について、図３を用いて説明する。
空気ノズル１２は、火炉５と風箱２９とを連通して上下方向に延びる円筒状の内筒３５と、火炉５内で内筒３５の上部を外側から囲う円筒状の外筒３６と、内筒３５の上部開口３５ａを塞ぐ内筒閉塞部材（第２接続部）３７と、外筒３６の上部開口３６ａを塞ぐ第１外筒閉塞部材（第１接続部）３８と、外筒３６の下部開口３６ｂを閉塞する第２外筒閉塞部材３９とを備える。内筒３５及び外筒３６は、耐熱性、耐酸化性さらには、耐磨耗性からステンレス系材料が好ましく、例えばＳＵＳ３１０、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６などで形成される。
【００４１】
内筒３５の上部には、図３に示すように、水平方向に貫通する複数の内筒通気孔４１が形成されている。複数の内筒通気孔４１は、内筒３５の周方向に沿って、全域に亘って等間隔に形成され、一列の内筒通気孔群を構成している。一列の内筒通気孔群は、上下方向にならんで２列形成されている。
【００４２】
内筒閉塞部材３７は、内筒３５の上端面３５ｄに固定される円盤部４３と、円盤部４３の上面４３ａから上方に延びる円柱状の円柱部（柱部）４４とを有する。
円盤部４３の直径は、内筒３５の外径と略同一に形成されている。円盤部４３は、内筒３５の上部開口３５ａの全域を上方から覆うことで閉塞し、円盤部４３の外周面の下端と内筒３５の外周面３５ｃの上端とが溶接部Ｗ４において溶接固定されている。
円柱部４４は、円柱部４４の長手方向中心軸と内筒３５の長手方向中心軸とが略一致するよう円盤部４３の上面４３ａの略中央に固定されている。なお、円盤部４３と円柱部４４とは、別々の部材を溶接等で固定してもよいし、一つの部材から一体的に削り出してもよい。
【００４３】
第１外筒閉塞部材３８は、内筒閉塞部材３７の円盤部４３の上面４３ａに接することで位置決めされて載置される円環部４５と、円環部４５の上面から上方に延びる円筒状の円筒部（筒部）４６とを有する。
円環部４５の略中央には開口４５ａが形成されている。また、円環部４５の外径は、外筒３６の内径と略同一に形成されている。すなわち、円環部４５の外径は、内筒３５の外径及び円盤部４３の直径よりも大きく形成されている。円環部４５は外筒３６を上方から覆い、外筒３６の上端面３６ｃと円環部４５の外端とが溶接部Ｗ６において溶接固定されている。
円筒部４６は、円筒部４６の長手方向中心軸と外筒３６の長手方向中心軸とが略一致するよう円環部４５の上面の略中央に、開口４５ａと連通するように固定されている。
なお、円環部４５と円筒部４６とは、別々の部材を溶接等で固定してもよいし、一つの部材から一体的に削り出してもよい。
【００４４】
また、外筒３６に対して固定された円筒部４６の内部には、内筒３５に対して固定された円柱部４４を収容されている。円柱部４４の外周面４４ａは、円筒部４６の内周面４６ａに沿うように配置され、円柱部４４の外周面４４ａと、円筒部４６の内周面４６ａとの間には、わずかに隙間α１（図示省略）が設けられている。すなわち、円柱部４４と円筒部４６とは、中間ばめまたは隙間ばめの状態であり、さらに好ましくは中間ばめに近い隙間ばめの状態（例えば、円筒部４６の穴の公差域クラスはＨ９であって、円柱部４４の軸の公差域クラスはｈ９）で係合している。このように、わずかな隙間α１によるばめに近い状態により、円筒部４６と円柱部４４とが手作業で押し込んで係合することが出来るとともに、隙間α１が小さいことにより、内筒３５の中心軸と外筒３６の中心軸とが略同一の位置（図３等における一点鎖線Ｃ１の位置）となっている。
また、第１外筒閉塞部材３８と内筒閉塞部材３７とは、溶接固定されている。具体的には、円筒部４６の上端面と、円柱部４４の上端部とが溶接部Ｗ５において溶接固定されている。なお、本実施形態では、円柱部４４の高さが、円筒部４６の高さよりも所定の長さＳだけ高くなっている。長さＳは、溶接固定に必要な高さであり、本実施形態では、例えば、５ｍｍ〜１０ｍｍに設定される。
【００４５】
外筒３６は、円環部４５の外端から下方に延びている。
外筒３６の下部には、水平方向に貫通する複数の外筒通気孔４２が形成されている。複数の外筒通気孔４２は、外筒３６の周方向に沿って、全域に亘って等間隔に形成されている。なお、外筒３６に形成された外筒通気孔４２は、内筒３５に形成された内筒通気孔４１よりも低い位置に形成されている。これにより、火炉５内の流動材が内筒３５の内部へと侵入することによる空気の噴出に対する影響を抑制することができる。
なお、図４に示すように、火炉５内に設けられた複数の空気ノズル１２は、外筒通気孔４２の炉底１１の上面１１ａに対する高さが、すべて高さｈ１で統一されている。また、炉底１１の上面１１ａに対する円環部４５の上面までの高さも、すべて高さｈ２で統一されていて、円環部４５の上面までの高さｈ２を計測して同値に統一することで、外筒通気孔４２の高さｈ１を容易に同値に統一することができる。
【００４６】
第２外筒閉塞部材３９は、略中央領域に開口３９ａが形成された円環状の平板形状に形成されている。第２外筒閉塞部材３９の外径は、外筒３６の外径と略同一に形成され、外筒３６の下端と、第２外筒閉塞部材３９の外端とが溶接部Ｗ７において溶接固定されている。第２外筒閉塞部材３９に形成された開口３９ａの直径は、内筒３５の外径よりも大きく形成され、開口３９ａの内側を内筒３５が挿通している。
【００４７】
開口３９ａと内筒３５の外周面３５ｃとの間には隙間β１が形成されている。隙間β１の長さは内筒３５の外径ｄの長さの１／１０００〜１／５０の範囲内において設定される。すなわち、ｄ／１０００≦β１≦ｄ／５０の式を満たすように、隙間β１を設定する。本実施形態では、例えば、０．５ｍｍに設定されている。なお、隙間β１の長さは０．５ｍｍに限定されないが、隙間β１から空気が多量に噴出しないよう、外筒３６に形成された外筒通気孔４２の総面積より十分に小さくする必要があるので、β１≦０．５ｍｍの範囲がより好適である。また、内筒３５内を流通する空気は、２００〜３００℃程度なので内筒３５及び円柱部４４の温度は高温になりにくいのに比べて、火炉５の内部の温度は８００〜９００℃であるので、火炉５内に露出している外筒３６及び円筒部４６の温度は高温になる。このため火炉５の運転時には、温度差による熱膨張差で円柱部４４の外周面４４ａと、円筒部４６の内周面４６ａとの間の隙間α１が０．１ｍｍ程度広がる傾向がある。このため、本実施形態では、隙間β１の長さを０．１〜０．５ｍｍ以内になるよう設定することで、火炉５の運転時においても、外筒３６にガタ付を発生させないようにすることができる。
【００４８】
次に、円柱部４４の直径Ｄの長さについて説明する。本実施形態では、直径Ｄは、例えば、略２０ｍｍに設定される。しかし、直径Ｄは、２０ｍｍに限定されず、２０ｍｍ以下であってもよく、２０ｍｍ以上であってもよい。
円柱部４４の直径Ｄは、内筒３５の外径ｄに対して、１／１０倍〜１／２倍の範囲が好適である。すなわち、ｄ／１０≦Ｄ≦ｄ／２の式を満たすように、直径Ｄを設定する。具体的には、例えば、内筒３５の外径ｄの長さが８０ｍｍの場合には、円柱部４４の直径Ｄの長さは８ｍｍ〜４０ｍｍの範囲内で設定されるのが好適である。このような範囲にすることで、確実に、内筒３５の中心軸線と外筒３６の中心軸線とが略同一の位置とすることができる。
【００４９】
次に、円柱部４４と円筒部４６とが係合している部分の高さ（長さ）Ｈについて説明する。なお、詳細には、高さＨは、円盤部４３の上面４３ａから、円筒部４６の上端面までの長さを意味する。本実施形態では、高さＨは、例えば、略５０ｍｍに設定される。しかし、高さＨは５０ｍｍに限定されず、５０ｍｍ以下であってもよく、５０ｍｍ以上であってもよい。
高さＨは、円柱部４４の直径Ｄに対して、１／２倍以上５倍以下の範囲が好適である。すなわち、Ｄ／２≦Ｈ≦５・Ｄの式を満たすように、高さＨを設定する。また、高さＨは、円柱部４４の直径Ｄの長さに対して、１倍を超え５倍以下の範囲が更に好適である。すなわち、さらに、１・Ｄ＜Ｈ≦５・Ｄの式を満たすように、高さＨを設定し、円柱部４４を上下方向に縦長の形状とすることがさらに好ましい。具体的には、例えば、円柱部４４の直径Ｄの長さが２０ｍｍの場合には、高さＨは、１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲内で設定されるのが好適である。また、２０ｍｍを超え１００ｍｍ以下とするとさらに好ましい。このような範囲にすることで、確実に、内筒３５の中心軸と外筒３６の中心軸とが略同一の位置とすることができるとともに、複数回の外筒３６の交換が可能となる（詳しくは後述する）。
【００５０】
次に、本実施形態に係る空気ノズル１２内を流通する空気の流れについて説明する。
FDF２７から送られてきた空気は、風箱２９内を介して、各内筒３５に略均等に流入する。内筒３５に流入した空気は、図３黒塗り矢印で示すように、上方向へと流れる。上方向に流れた空気は、内筒通気孔４１から、内筒３５と外筒３６との間の空間（すなわち、外筒３６の内部）に排出される。外筒３６の内部に排出された空気は、円環部４５で閉塞されるために、外筒３６の内部を下方向へと流れる。下方向へ流れた空気の多くは、外筒通気孔４２を通過し、火炉５の内部の流動層に供給される。すなわち、外筒３６の内部を下方向へと流れる空気のうち、隙間β１を通過して、火炉５の内部の流動層に供給される空気は、一部のみとなる。
【００５１】
次に、本実施形態に係る空気ノズル１２の外筒３６の交換方法について図４を用いて説明する。なお、図４では、３つの空気ノズルが図示されているが、左から順に、外筒交換前の空気ノズル、外筒を取り外した空気ノズル、外筒交換後の空気ノズルを示している。
円柱部４４と円筒部４６とを溶接固定する溶接部Ｗ５よりも下方の位置で、円柱部４４及び円筒部４６を電動金ノコ等によって略水平面方向に切断したり、溶接部Ｗ５よりも下方の位置までグラインダ等によって削り落としたりすることで、溶接固定部分を除去する（除去ステップ）。この時、除去する円柱部４４及び円筒部４６の長さＡは、本実施形態では、例えば、５ｍｍ〜１０ｍｍ程度とする。長さＡは、溶接部Ｗ５の溶接固定に必要な高さＳ（図３参照）と同等かもしくは少し長くなる。
【００５２】
溶接固定部分を除去すると、円柱部４４と円筒部４６との固定が解除される。本実施形態では、内筒３５と外筒３６とを接続する溶接固定部分は、溶接部Ｗ５のみとなっているので、溶接部Ｗ５を除去することで、内筒３５と外筒３６との固定も解除される。
【００５３】
円柱部４４は、上端部で円筒部４６と溶接固定されている。これにより、溶接部Ｗ５を除去しても、円柱部４４は所定の長さ以上が残存する。
所定の長さとは、円柱部４４が円筒部４６の内部に収容されて、円柱部４４の上端部と円筒部４６の上端面とが溶接固定できる長さである。これにより、円柱部４４は円筒部４６との溶接部Ｗ５を除去しても、円柱部４４の鉛直上下方向の長さは所定の長さ以上が残存する。したがって、円柱部４４から円筒部４６を取り外した後であっても、再度、円柱部４４に対して交換用外筒３６’に固定された円筒部４６’を取り付けることができる。さらに、円柱部４４の鉛直上下方向の長さが十分にある場合には、再度に円柱部４４と円筒部４６’との再溶接固定部分を除去しても、円柱部４４の鉛直上下方向の長さは所定の長さ以上が残存するようにすれば、複数回に亘り、円柱部４４から円筒部４６を取り外して、円柱部４４に対して交換用外筒３６’の円筒部４６’を取り付けることができる。
ここで交換用外筒３６’は、新たに製作したものが好ましいが、損傷状態により、一旦取り外して必要な部分を補修したものでもよい。
【００５４】
次に、円筒部４６の固定が解除された第１外筒閉塞部材３８に固定された外筒３６及び第２外筒閉塞部材３９を上方に移動させ、内筒３５から取り外す（取外しステップ）。
次に、交換用外筒３６’、交換用第１外筒閉塞部材３８’及び交換用第２外筒閉塞部材３９’を取り付ける（取付けステップ）。このとき、残存した円柱部４４に対して、交換用第１外筒閉塞部材３８’の円筒部４６’を係合させるように取り付けることで、交換用外筒３６’の水平方向の位置が交換前の外筒３６の水平方向の位置と同位置となる。また、交換用第１外筒閉塞部材３８’の円環部４５’の下面が円盤部４３の上面４３ａに接して載置することで、交換用外筒３６’の上下方向の位置が交換前の外筒３６の上下方向の位置と同位置となる。なお、交換用第１外筒閉塞部材３８’の円筒部４６’の長さは、残存した円柱部４４の長さと略同一の長さに適宜調整される。
次に、円柱部４４の上端部と、交換用第１外筒閉塞部材３８’の円筒部４６’の上端面とを溶接部Ｗ５’において溶接固定する（固定ステップ）。
【００５５】
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態では、円柱部４４と円筒部４６とが、中間ばめまたは隙間ばめの状態で係合し、さらに好ましくは中間ばめに近い隙間ばめの状態で係合している。これにより、炉底１１に固定された内筒３５に対して外筒３６を取り付ける際に、円筒部４６の水平方向の移動を円柱部４４が規制するとともに、円筒部４６の円柱部４４に対する軸方向を円柱部４４が規制する。したがって、内筒３５に対して外筒３６を取り付ける際に、内筒３５と外筒３６との水平方向の相対位置及び内筒３５に対する外筒３６の軸方向態様を、容易に所定の相対位置及び軸方向態様とすることができる。具体的には、内筒３５の中心軸と外筒３６の中心軸とが略同一位置（所定の誤差内で合致する状況）となるように位置決めすることができる。
また、内筒３５に固定された円盤部４３の上面４３ａに、円環部４５の下面を接して載置するように配置されている。これにより、内筒３５に対して外筒３６を取り付ける際に、内筒３５を基準として、外筒３６を配置することができる。したがって、容易に、内筒３５と外筒３６との上下方向の相対位置を所定の相対位置とすることができる。内筒３５は炉底１１に固定されたままなので、内筒３５と外筒３６との上下方向の相対位置を所定の相対位置とすることで、火炉５内での外筒３６の基準部分の炉底１１に対する高さ位置を所定の高さ位置とすることができる。具体的には、火炉５内に設けられた複数の空気ノズル１２の、外筒通気孔４２の炉底１１の上面１１ａからの高さｈ１（図４参照）を、すべて同じ高さにすることができる。また、これは計測し易い円環部４５の炉底１１の上面１１ａからの高さｈ２（図４参照）を、すべて同じ高さにすることにより容易に調整と確認ができる。
内筒３５と外筒３６との相対位置及び軸方向態様を上記のようにすることで、火炉５内の流動層を均一に流動化することができる。
【００５６】
また、火炉５内では流動材が流動しているので、外筒通気孔４２付近に流動材が衝突等するものがあると、空気ノズル１２が摩耗・減肉が促進されることがある。具体的には、外筒３６が摩耗・減肉する場合がある。外筒３６が摩耗・減肉した場合、外筒３６から好適に空気が火炉５内の流動層に供給されず、均一な流動層が形成できない。均一な流動層が形成できないと、火炉５の燃焼効率が低下する可能性がある。したがって、非常に多数の空気ノズル１２を点検して複数の空気ノズル１２を修理する必要がある。空気ノズル１２を修理するにあたり、本実施形態では、内筒３５を炉底１１に固定されたままで炉底１１から取り外さずに外筒３６の交換を行うことができる。
炉底１１に対して空気ノズル１２を固定する場合、火炉５内で均一な流動層を形成するために、内筒３５の長手軸方向が鉛直方向に設けられるとともに、内筒３５の基準部分（円盤部４３の上面４３ａ）が炉底１１に対する所定の高さ位置に揃えることで外筒３６からの外筒通気孔４２の高さｈ１が揃うように、炉底１１対する空気ノズル１２の慎重な位置合わせ作業が必要となる。本実施形態では、外筒３６の交換を行う際に、内筒３５を炉底１１から取り外さないので、炉底１１に対する内筒３５の位置合わせ作業省略することができる。また、再度、内筒３５に対して外筒３６を取り付ける際にも、円筒部４６に対して円柱部４４が挿入されるように取り付けることができるので、容易に所定の相対位置及び軸方向態様とすることができる。
したがって、外筒３６の交換作業を容易化することができ、外筒３６の交換作業にかかる作業時間を短縮することができる。よって、空気ノズル１２の修理作業の際に生じる作業負担を軽減することができる。
【００５７】
また、円柱部４４の直径Ｄは、内筒３５の外径ｄに対して、１／１０倍〜１／２倍の範囲が好適であり、円柱部４４と円筒部４６とが係合部分の高さＨは、円柱部４４の直径Ｄの長さに対して、１／２倍〜５倍の範囲が好適であり、円柱部４４の直径Ｄの長さに対して、１倍を超え５倍以下の範囲がさらに好適である。本実施形態では、例えば直径Ｄを２０ｍｍ、高さＨを５０ｍｍに設定されている。また、円柱部４４と円筒部４６との溶接固定に必要な長さＳは、本実施形態では、例えば５ｍｍ〜１０ｍｍに設定されている。内筒３５と外筒３６との固定を解除するために溶接固定された部分を除去や削り落としたりする円柱部４４及び円筒部４６の固定部分の除去する長さＡは、溶接固定に必要な高さＳと同等もしくは少し長くなり例えば５ｍｍ〜１０ｍｍ程度としている。このため、複数回に亘り、円柱部４４の除去を行った後でも、円柱部４４には溶接固定に必要な高さＳが残存する。円柱部４４の高さが、円柱部４４と円筒部４６との溶接固定に必要な長さＳ以上残存している限り、交換用外筒３６’を取り付けることができる。したがって、内筒３５を取り外すことなく、複数回外筒の交換を行うことができる。
具体的には、本実施形態において、例えば直径Ｄを２０ｍｍ、高さＨを５０ｍｍに設定すると、除去する長さＡを例えば５ｍｍ、溶接固定に必要な長さＳを例えば５ｍｍ、円環部４５の厚さを例えば１０ｍｍとした場合、外筒の交換可能回数は、
（Ｈ：５０ｍｍ−円環部厚さ：１０ｍｍ−最後の交換時のＡ：５ｍｍ−最後の交換時のＳ：５ｍｍ）／（Ａ：５ｍｍ＋Ｓ：５ｍｍ）＋最後の交換分の１回
の式で表すことができ、４回となる。
このように、高さＨについて、下記の（１）の式を満たすように設定することで、内筒３５を交換することなく、複数回外筒の交換を行うことができる。
Ｈ≧（Ｘ−１）・（Ａ＋Ｓ）＋（円環部４５厚さ＋Ａ＋Ｓ）  ・・・・（１）
ただし、Ａ：除去する長さ
Ｘ：想定する交換回数（複数回外筒を交換する場合には、２以上の整数とする）
Ｓ：溶接固定に必要な長さ
【００５８】
また、外筒３６を取り外せる様に、例えば内筒３５と外筒３６とをボルト等によって固定した場合には、火炉５内は、流動材が流動し、かつ高温であるので、ボルトとボルト孔と間に流動砂が噛み込んでしまったり、ボルトが焼き付いてしまったりと、内筒３５から外筒３６を取り外すことが困難となる可能性がある。本実施形態では、内筒３５と外筒３６とを固定部分を円柱部４４の上端部と円筒部４６の上端面に限定して溶接固定しているので、固定状態に変化が生じにくく、予め決められていた方法で内筒３５と外筒３６との固定を解除することができる。したがって、外筒３６の交換作業にかかる作業時間を短縮することができる。
【００５９】
〔第２実施形態〕
続いて、本発明に係る空気ノズルの第２実施形態について、図５を用いて説明する。本実施形態に係る空気ノズル５２は、円柱部の構造が第１実施形態と異なっている。なお、第１実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
本実施形態に係る円柱部５３は、円盤部４３に固定されて円筒部４６と係合する係合部５４と、係合部５４の上端から上方に延びる小径部５５とを一体的に有している。
【００６０】
円柱部５３の係合部５４の外周面５４ａは、円筒部４６の内周面４６ａに沿うように配置され、係合部５４の外周面５４ａと、円筒部４６の内周面４６ａとの間には、わずかに隙間α２（図示省略）が設けられている。すなわち、係合部５４と円筒部４６とは、中間ばめまたは隙間ばめの状態で係合し、さらに好ましくは中間ばめに近い隙間ばめの状態（例えば、円筒部４６の穴の公差域クラスはＨ９であって、係合部５４の軸の公差域クラスはｈ９）で係合している。
【００６１】
円柱部５３の小径部５５は係合部５４よりも径が小さく設定されている。小径部５５の外周面５５ａと、円筒部４６の内周面４６ａとの間には、隙間α３が設けられている。隙間α３の水平方向の長さは、隙間α２の水平方向の長さよりも長く設定され、本実施形態では、例えば、α２よりも０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ長く設定されている。すなわち、小径部５５の直径Ｄ１は、係合部５４の直径Ｄ２よりも、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度小さく設定されている。
すなわち、円柱部５３の円盤部４３に近い側には、係合部５４として隙間α２が設けられ、円柱部５３と円筒部４６との溶接固定を行う先端側には、隙間α２よりも長い隙間α３が設けられている。
【００６２】
また、係合部５４の上下方向の高さＨ２は、係合部５４の直径Ｄ２の長さに対して、１／２倍〜２倍の範囲が好適である。すなわち、Ｄ２／２≦Ｈ２≦２・Ｄ２の式を満たすように、高さＨ２を設定する。具体的には、例えば、係合部５４の直径Ｄ２の長さが２０ｍｍの場合には、高さＨ２は、１０ｍｍ〜４０ｍｍの範囲内で設定されるのが好適である。このような範囲にすることで、確実に、内筒３５の中心軸線と外筒３６の中心軸線とが略同一の位置とすることができるとともに、複数回に亘って、外筒３６の交換が可能となる。
【００６３】
本実施形態では、以下の作用効果を奏する。
本実施形態では、係合部５４の上端から上方に延びる小径部５５では、外周面５５ａと円筒部４６の内周面４６ａとの隙間α３の距離が、係合部５４の外周面５４ａと円筒部４６の内周面４６ａとの隙間α２の距離よりも長くなっている。これにより、係合部５４より径の小さい小径部５５の一部において変形・損傷等が生じた場合であっても、小径部５５と円筒部４６の内周面４６ａとを接触し難くして、円筒部４６へ円柱部５３を挿入し易くすることができる。
したがって、内筒３５に対して外筒３６を取り付ける際には、係合部５４以外での円筒部４６へ円柱部５３を挿入し易くし、係合部５４によって外筒３６と内筒３５との位置合わせを確実に行えるとともに、内筒３５から外筒３６を取り外す際に、小径部５５が変形・損傷していたとしても、スムーズに取り外すことができる。したがって、係合部５４以外での管理を簡素化できるので、取り扱いが容易になる。
【００６４】
なお、本実施形態では、円柱部５３の下端に係合部５４を設けた例について説明したが、係合部の位置はこれに限定されない。係合部を円柱部５３の上下方向の中間位置に設け、係合部を上下から挟むように小径部を設け、円柱部５３の円盤部４３付近に設けた小径部により円筒部４６を円柱部５３の奥まで挿入し易くしてもよい。
【００６５】
〔第３実施形態〕
続いて、本発明に係る空気ノズルの第３実施形態について、図６を用いて説明する。本実施形態に係る空気ノズル６２は、内筒６３、内筒閉塞部材６５、第２外筒閉塞部材６６の形状が第１実施形態と異なっている。また、内筒に対して第３外筒閉塞部６７を固定した点が第１実施形態と異なっている。なお、第１実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６６】
内筒６３は、円筒状の本体部６３ｂと、該本体部６３ｂの上端部から半径方向外側に突出する第１突出部６３ａを有する。第１突出部６３ａは、内筒６３の外周方向に沿って円環状に設置されている。第１突出部６３ａの突出長さＬは、例えば、１５ｍｍ〜２０ｍｍに設定されている。
【００６７】
内筒閉塞部材６５は、円筒部４６の内部に位置する円柱部６５ｄと、内筒６３の上端面に載置されて内筒６３の上部開口を閉塞する円盤部６５ａと、円盤部６５ａの外周端から半径方向外側に突出する円盤状の第２突出部６５ｂと、円盤部６５ａの下面から下方に延びる凸部６５ｃとを一体的に有する。円盤部６５ａの直径は内筒６３の本体部６３ｂの直径と略同一に設定されている。第２突出部６５ｂは、円盤部６５ａの周方向に沿って設置されている。また、第２突出部６５ｂの直径は、第１突出部６３ａの直径と略同一に設定されている。凸部６５ｃは、直径が内筒６３の内径と略同一とされていて、嵌め合いにより内筒６３の内部に配置されて、内筒６３の長手中心軸と内筒閉塞部材６５の長手中心軸を略一致させている。
第１突出部６３ａの外周端と、第２突出部６５ｂの外周端とは、溶接部Ｗ８において溶接固定されている。
【００６８】
第２外筒閉塞部材６６は、略中央領域に開口６６ａが形成された円環状の平板状に形成されている。開口６６ａの直径は、第１突出部６３ａを設けた内筒６３が通過できる大きさとされている。すなわち、開口６６ａと内筒６３の外周面との間に形成される隙間β２の長さは、第１突出部６３ａの突出長さＬよりも大きく形成されている。
【００６９】
第３外筒閉塞部６７は、内筒６３の外周面に固定される円環状の閉塞部６７ａと、閉塞部６７ａの外周端から上方に立ち上がる立ち上がり部６７ｂとを一体的に有する。第３外筒閉塞部６７は、第１外筒閉塞部材３８の円環部４５が内筒閉塞部材６４の円盤部６５ａに接して載置された状態において、閉塞部６７ａの上面に第２外筒閉塞部材６６が載置される状態となるように、溶接部Ｗ９で内筒６３に固定される。立ち上がり部６７ｂの内径は、第２外筒閉塞部材６６の外径よりも大きく設定される。立ち上がり部６７ｂの内周面と、第２外筒閉塞部材６６の外周面との間には、隙間β３が形成されている。隙間β３の長さは、本実施形態では、例えば、０．５ｍｍに設定されている。なお、隙間β３の長さは０．５ｍｍに限定されないが、β３から空気が多量に噴出しないよう、外筒３６に形成された外筒通気孔４２の総面積より十分に小さくする必要があるので、β３≦０．５ｍｍの範囲がより好適である。
【００７０】
次に、本実施形態に係る内筒閉塞部材６４の交換方法について図６を用いて説明する。
まず、外筒３６を内筒６３から取り外す。外筒３６を取外す方法は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００７１】
次に、第１突出部６３ａと第２突出部６５ｂとを溶接固定する溶接部Ｗ８よりも半径方向内側の位置で、第１突出部６３ａ及び第２突出部６５ｂを電動金ノコ等で略鉛直面方向に切断することで溶接固定部分を切除したり、グラインダ等で溶接固定部を削り落としたりすることで溶接固定部分を除去する。この時、除去する第１突出部６３ａ及び第２突出部６５ｂの長さＢは、本実施形態では、例えば、５ｍｍ〜１０ｍｍ程度とする。溶接固定部分を除去すると、第１突出部６３ａと第２突出部６５ｂとの固定が解除される。本実施形態では、内筒６３と内筒閉塞部材６５とを接続する溶接固定部分は、溶接部Ｗ８のみとなっているので、溶接部Ｗ８を除去することで、内筒６３と内筒閉塞部材６５との固定も解除される。
第１突出部６３ａと第２突出部６５ｂとは外端部で溶接固定されていて、除去長さＢは、突出長さＬよりも短くなっている。これにより、溶接部Ｗ８を除去しても、第１突出部６３ａ及び第２突出部６５ｂは再度に溶接固定が出来る所定の長さだけ残存する。
【００７２】
次に、固定が解除された内筒閉塞部材６５を上方に移動させ、内筒３５から取り外す。
次に、交換用内筒閉塞部材を取り付ける。このとき、凸部６５ｃが内筒６３の内部に配置されて嵌め合うように、交換用内筒閉塞部材を内筒６３の上端面に載置する。凸部６５ｃの直径は、内筒６３の内径と略同一とされているので、凸部６５ｃと内筒６３とが係合し、交換用内筒閉塞部材の水平方向の移動を規制し、容易に、交換用内筒閉塞部材の水平方向の位置が交換前の内筒閉塞部材６５の水平方向の位置と同位置とすることができる。また、交換用内筒閉塞部材の円盤部を内筒６３の上端面に載置することで、交換用内筒閉塞部材の上下方向の位置が交換前の内筒閉塞部材の上下方向の位置と同位置とすることができる。したがって、容易に、交換用内筒閉塞部材を取り付けることができる。なお、交換用内筒閉塞部材の第２突出部の長さは、残存した第１突出部の長さと略同一の長さに適宜調整される。
【００７３】
次に、第１突出部６３ａの外端と、交換用内筒閉塞部材の第２突出部の外端とを、溶接固定する。
次に、内筒６３に対して外筒３６を取り付ける。外筒３６を取外す方法は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００７４】
本実施形態では、以下の作用効果を奏する。
内筒閉塞部材６５（特に円柱部６５ｄ）は、火炉５の影響や交換用外筒との再取り付け等によって、損傷や変形する場合がある。
本実施形態では、内筒閉塞部材６５が損傷等した場合であっても、炉底１１に固定された内筒３５を取り外すことなく、内筒閉塞部材６５を内筒６３から取り外し交換することができる。したがって、内筒閉塞部材６５の修理作業の際に生じる作業負担を軽減することができる。
【００７５】
また、本実施形態では、第１突出部６３ａの突出長さＬを１５ｍｍ〜２０ｍｍに設定し、内筒６３と内筒閉塞部材６５との固定を解除するために除去する第１突出部６３ａ及び第２突出部６５ｂの長さＢを５ｍｍ〜１０ｍｍとしている。したがって、複数回に亘り、第１突出部６３ａの除去を行っても、第１突出部６３ａは残存する。したがって、内筒６３を交換することなく、複数回に亘り、内筒閉塞部材６５の交換を行うことができる。
【００７６】
また、交換用外筒へと交換するために円柱部４４の先端を除去していき、円柱部４４の長さが除去できない長さになった場合であっても、炉底１１に固定された内筒６３を取り外すことなく、内筒閉塞部材６５の交換により円柱部をも含めて交換することができる。したがって、内筒６３を取り外さずに外筒３６を交換することができる交換回数を増加させることができる。
【００７７】
なお、本発明は、上記各実施形態にかか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。
なお、上記各実施形態では、円柱部の形状を円柱状とし、円筒部の形状を円筒形状としたが、円柱部と円筒部とは係合する形状であればよく、円柱部及び円筒部の形状は、上記各実施形態の形状に限定されない。円柱部は、上下方向に延びる柱状であればよく、例えば角柱であってもよい。また、円筒部の形状も、円柱部と係合する形状であればよく、例えば角筒であってもよい。
また、上記各実施形態では、外筒と第１外筒閉塞部材と第２外筒閉塞部材とを概念上分けて説明したが、外筒（すなわち、筒状の部分）と、第１外筒閉塞部材と、第２外筒閉塞部材とで外筒を形成すると考えてもよい。
【符号の説明】
【００７８】
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
２９    風箱
３５    内筒
３６    外筒
３７    内筒閉塞部材（第２接続部）
３８    第１外筒閉塞部材（第１接続部）
３９    第２外筒閉塞部材
４３    円盤部
４４    円柱部（柱部）
４５    円環部
４６    円筒部（筒部）
５２    空気ノズル
５３    円柱部
５４    係合部
５５    小径部
６２    空気ノズル
６３    内筒
６３ａ  第１突出部
６５    内筒閉塞部材
６５ｂ  第２突出部
６６    第２外筒閉塞部材
６７    第３外筒閉塞部材
Ｗ１〜Ｗ９  溶接部
【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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