(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングと、
前記ケーシングの内面から前記ケーシングの内側に向かって延びる複数の支持部材と、
前記ケーシングの内側に配置された耐火材層であって、前記支持部材を介して前記ケーシングによって支持されるとともに５００℃以上の流動体が流動可能な流路を区画する耐火材層と、
前記ケーシングと前記耐火材層との間に配置された断熱材層と、
前記ケーシングの外面を覆う保温材層と
を備えることを特徴とする耐火構造物。
【請求項２】
５００℃以上９５０℃以下の前記流動体が前記流路を流れている状態で、前記ケーシングと前記耐火材層の熱伸び量の差が、１ｍ当たり１．４ｍｍ以下の範囲に入るように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の耐火構造物。
【請求項３】
５００℃以上９５０℃以下の前記流動体が前記流路を流れている状態で、前記ケーシングの温度が３００℃以上４００℃以下の範囲に入るように構成されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の耐火構造物。
【請求項４】
前記耐火材層の厚さをｔ１とし、前記断熱材層の厚さをｔ２とし、前記耐火材層の厚さｔ１に対する前記断熱材層の厚さｔ２の比をｔ２／ｔ１としたときに、
比ｔ２／ｔ１は２以上３．５以下の範囲に入っている
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の耐火構造物。
【請求項５】
前記支持部材は変形可能な変位吸収部を有する
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の耐火構造物。
【請求項６】
前記耐火材層を複数の区画に分離する複数のスリットを有する
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の耐火構造物。
【請求項７】
前記耐火構造物は循環流動層ボイラに適用されるサイクロンであり、
前記流動体は流動砂を含む
ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の耐火構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は耐火構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、焼却炉、ボイラ、溶融炉等の高温処理装置を備えた設備においては、最外壁を形成するケーシングの内側に断熱材を介して耐火材を配してなる耐火構造物が多く採用されている。これは、炉内、サイクロン、或いは各種配管等の高温の流動体が接触する部位に耐火材を内張りすることによりケーシングを熱的に保護するためである。一般に、耐火材は、ケーシングに対して溶接等により取り付けられた複数の支持部材、例えばＹアンカにより支持される。
【０００３】
ここで、上記した耐火構造物においては、ケーシングと耐火材の熱伸び量の差に起因して支持部材に支持部材の軸方向へ応力が作用し、支持部材が破損する虞がある。そこで、特許文献１が開示する耐火材支持部材は変位吸収部を有している。変位吸収部は、ケーシングと耐火材の熱伸び量の差に起因して支持部材に支持部材の軸方向へ作用する応力を吸収可能である。これにより、耐火材支持部材の破損が防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１８０４２０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１が開示する耐火材支持部材を採用したとしても、ケーシングと耐火材の熱伸び量の差は依然として残っている。より確実に支持部材の破損を防止するためには、ケーシングと耐火材の熱伸び量の差を縮小することが望ましい。
また、熱伸び量の差がある場合、支持部材を起点として、耐火材の割れや浮き上がりが生じ、位置によっては耐火材の脱落が生じる虞がある。この点からも、ケーシングと耐火材の熱伸び量の差を縮小することが望ましい。
【０００６】
上記事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態の目的は、耐火材層とケーシングとの熱伸び量の差が従来よりも縮小され、耐火材層の剥離や支持部材の折損を防止可能である耐火構造物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る耐火構造物は、
ケーシングと、
前記ケーシングの内面から前記ケーシングの内側に向かって延びる複数の支持部材と、
前記ケーシングの内側に配置された耐火材層であって、前記支持部材を介して前記ケーシングによって支持されるとともに５００℃以上の流動体が流動可能な流路を区画する耐火材層と、
前記ケーシングと前記耐火材層との間に配置された断熱材層と、
前記ケーシングの外面を覆う保温材層と
を備える。
【０００８】
上記構成（１）によれば、保温材層がケーシングの外面を覆っているので、ケーシングの外面が覆われていない場合に比べ、耐火構造物の使用時、ケーシングの温度を高くすることができる。これによりケーシングの熱伸び量が増加し、ケーシングと耐火材層の熱伸び量の差を縮小することができる。この結果、ケーシングと耐火材層の熱伸び量の差に起因して耐火材層及び支持部材に作用する応力を低減することができ、耐火材層の剥落や支持部材の折損を防止することができる。
【０００９】
（２）幾つかの実施形態では、上記構成（１）において、
５００℃以上９５０℃以下の前記流動体が前記流路を流れている状態で、前記ケーシングと前記耐火材層の熱伸び量の差が、１ｍ当たり１．４ｍｍ以下となるように構成されている。
上記構成（２）によれば、流動体が流路を流れている状態で、ケーシングと耐火材層との間での熱伸び量の差が、１ｍ当たり１．４ｍｍ以下であるので、耐火材層及び支持部材に作用する応力を低減することができる。この結果として、上記構成（２）によれば、耐火材層の剥落や支持部材の折損を防止することができる。
【００１０】
（３）幾つかの実施形態では、上記構成（１）又は（２）において、
５００℃以上９５０℃以下の前記流動体が前記流路を流れている状態で、前記ケーシングの温度が３００℃以上４００℃以下の範囲に入るように構成されている。
上記構成（３）によれば、流動体が流路を流れている状態で、ケーシングの温度が３００℃以上４００℃以下の範囲に入るので、ケーシングの温度が例えば２５℃である場合に比べて、ケーシングの熱伸び量が増加する。これにより、ケーシングと耐火材層の熱伸び量の差を縮小することができる。
【００１１】
（４）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（３）の何れか１つにおいて、
前記耐火材層の厚さをｔ１とし、前記断熱材層の厚さをｔ２とし、前記耐火材層の厚さｔ１に対する前記断熱材層の厚さｔ２の比をｔ２／ｔ１としたときに、
比ｔ２／ｔ１は２以上３．５以下の範囲に入っている。
上記構成（４）によれば、比ｔ２／ｔ１が３．５以下の範囲に入っているので、流動体が流路を流れている状態において、断熱材層での温度低下量が抑制される。これにより、ケーシングの温度を、比ｔ２／ｔ１が３．５超の場合に比べて、高くすることができ、ケーシングと耐火材層の熱伸び量の差を縮小することができる。
【００１２】
（５）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（４）の何れか１つにおいて、
前記支持部材は変形可能な変位吸収部を有する。
上記構成（５）では、ケーシングと耐火材層の間の熱伸び量の差に起因して支持部材に支持部材の軸方向へ作用する応力を吸収可能であり、これにより、耐火材層の剥落や支持部材の折損がより確実に防止される。
特に、耐火構造物が適用された設備の冷態始動時には、耐火材層の温度がケーシングの温度よりも短時間で上昇するので、耐火構造物が適用された設備の定常運転時よりも、ケーシングと耐火材層との間の熱伸び量の差が大きくなる。変位吸収部によれば、冷態始動時であっても、変位吸収部が変形することによって、耐火材層及び支持部材に作用する応力を吸収可能であり、耐火材層の剥落や支持部材の折損を防止することができる。
【００１３】
（６）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（５）の何れか１つにおいて、
前記耐火構造物は、前記耐火材層を複数の区画に分離する複数のスリットを有する。
上記構成（６）では、ケーシングと耐火材層の熱伸び量の差をスリットにより吸収可能であり、これにより、耐火材層の剥落や支持部材の折損がより確実に防止される。
特に、耐火構造物が適用された設備の冷態始動時には、耐火材層の温度がケーシングの温度よりも短時間で上昇するので、耐火構造物が適用された設備の定常運転時よりも、ケーシングと耐火材層の熱伸び量の差が大きくなる。スリットによれば、冷態始動時であっても、耐火材層の熱伸び量を吸収可能であり、この結果、耐火材層及び支持部材に作用する応力を吸収可能であり、耐火材層の剥落や支持部材の折損を防止することができる。
【００１４】
（７）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（６）の何れか１つにおいて、
前記耐火構造物は循環流動層ボイラに適用されるサイクロンであり、
前記流動体は流動砂を含む。
循環流動層ボイラに適用されるサイクロンでは、流動体は、高温の燃焼ガスと流動砂を含む。このため、流動砂によって、流路を構成する壁面が摩耗し易い。この点、上記構成（７）によれば、流路を区画する耐火材層は耐摩耗性を有しているので、流動体が流動砂を含んでいても、流路を構成する壁面の摩耗が防止される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、耐火材層とケーシングの熱伸び量の差が従来よりも縮小され、耐火材層の剥離や支持部材の折損を防止可能である耐火構造物が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る耐火構造物としてのサイクロンが適用された循環流動層ボイラの概略的な構成を示す図である。
【図２】図１中の領域ＩＩの断面図であり、サイクロンの壁の構成を概略的に示す部分断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るサイクロンの壁の厚さ方向における、循環流動層ボイラの作動時の温度分布（温度勾配）を概略的に示すグラフである。
【図４】他の実施形態に係るサイクロンの壁の図２に相当する断面図である。
【図５】他の実施形態に係るサイクロンの壁の図２に相当する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹突起や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る耐火構造物としてのサイクロン４が適用された循環流動層ボイラ１の概略的な構成を示している。
図１に例示するように、循環流動層ボイラ１は、流動床炉２、サイクロン４、シールポット６、及び、外部熱交換器８を有している。
【００１９】
流動床炉２には、下方から一次空気が供給されるとともに、珪砂等の流動砂及び燃焼物が供給される。流動床炉２内では、燃焼物が一次空気及び流動砂と流動混合され、一次燃焼させられる。また、流動床炉２において、一次燃焼領域の上方に位置するフリーボード部２ａには、二次燃焼のための二次空気が供給され、一次燃焼で発生した燃焼ガス中の可燃性ガスが燃焼させられる。
なお、燃焼物としては、石炭、重油、廃棄物、ＲＤＦ（Ｒｅｆｕｓｅ  Ｄｅｒｉｖｅｄ  Ｆｕｅｌ：ゴミ固形燃料）又はバイオマス等を用いることができる。
【００２０】
流動床炉２の出口は、配管１０を介してサイクロン４に接続されている。サイクロン（遠心分離器）４は、自身の上部に配管１０が接続される入口を有し、流動床炉２から送られてくる流動体を、燃焼ガスと流動砂に分離可能である。サイクロン４は、自身の下部に分離された流動砂のための出口を有し、流動砂のための出口は、配管１２を介してシールポット６に連結されている。
【００２１】
シールポット６には、配管１４を介して外部熱交換器８が接続され、外部熱交換器８は流動床炉２の下部に接続されている。また、シールポット６は、配管１６を介して流動床炉２の下部に接続されている。
従って、循環流動層ボイラ１は、流動砂が循環する流動砂循環路１８を有し、流動砂循環路１８に、流動床炉２、サイクロン４、シールポット６及び外部熱交換器８が介挿されている。
【００２２】
一方、循環流動層ボイラ１は、内部熱交換器２０、空気予熱器２２、集塵機２４及び煙突２６を有している。
具体的には、サイクロン４は、自身の上部に、分離された燃焼ガスのための出口を有している。内部熱交換器２０、空気予熱器２２、集塵機２４及び煙突２６は、配管を介して、サイクロン４の燃焼ガスのための出口に順次接続されている。
【００２３】
従って、循環流動層ボイラ１は、サイクロン４から流出した燃焼ガスが流動する燃焼ガス流路２８を有し、燃焼ガス流路２８に、燃焼ガスの流動方向にて上流側から順に、内部熱交換器２０、空気予熱器２２、集塵機２４及び煙突２６が順次介挿されている。
【００２４】
また、循環流動層ボイラ１は、流動床炉２に空気を供給するための空気供給路３０を有し、空気供給路３０には、流動床炉２よりも上流に空気予熱器２２が介挿されている。
【００２５】
上記構成を備えた循環流動層ボイラ１では、流動床炉２に対して流動砂と燃焼物が供給されるとともに、下部から空気予熱器２２により加熱された高温空気が空気供給路３０を通して供給される。流動床炉２の内部では、高温空気、流動砂及び燃焼物が流動混合して一次燃焼が行われる。そして、一次燃焼により生成した燃焼ガス中の可燃性ガスが二次燃焼させられ、高温の燃焼ガスが生成される。高温の燃焼ガスの温度は、例えば８５０℃である。
【００２６】
流動床炉２で生成された高温の燃焼ガスは、流動砂とともにサイクロン４に導かれ、サイクロン４により燃焼ガスと流動砂とに分離される。分離された燃焼ガスは、燃焼ガス流路２８に導かれて内部熱交換器２０を通過するときに、例えば液相の水と熱交換を行なう。これにより液相の水から蒸気が生成される。
【００２７】
また、燃料ガスが空気予熱器２２を通過するときに、燃焼ガスは、流動床炉２に供給される空気と熱交換を行なう。従って、空気予熱器２２で加熱された高温空気が流動床炉２に供給される。
集塵機２４では、燃焼ガスから飛灰等が除去され、燃焼ガスが浄化される。浄化された燃焼ガスは、煙突２６により大気に放出される
一方、サイクロン４で分離された高温の流動砂は、シールポット６により、流動床炉２に直接戻されるものと、外部熱交換器８に供給されるものとに分配される。高温の流動砂の温度は、例えば８５０℃である。
【００２８】
図２は、図１中の領域ＩＩの断面図であり、サイクロン４の壁３２ａの構成を概略的に示す部分断面図である。図３は、サイクロン４の壁３２ａ，３２ｂ，３２ｃの厚さ方向における、循環流動層ボイラ１の作動時の温度分布（温度勾配）を概略的に示すグラフである。図４は、他の実施形態に係るサイクロン４の壁３２ｂの図２に相当する断面図である。図５は、他の実施形態に係るサイクロン４の壁３２ｃの図２に相当する断面図である。
なお、以下の説明では、サイクロン４の壁（耐火壁）３２ａ，３２ｂ，３２ｃを一括して壁３２とも称する。
【００２９】
サイクロン４の壁３２は、図２、図４及び図５に示したように、ケーシング３４、複数の支持部材３６、耐火材層３８、断熱材層４０、及び、保温材層４２を有する。サイクロン４は円筒形状を有しており、サイクロン４の壁３２も円筒形状を有する。
ケーシング３４は、例えば５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の厚さを有する炭素鋼板によって構成されている。サイクロン４の場合、ケーシング３４は円筒形状を有している。ケーシング３４は、サイクロン４の骨格を構成しており、サイクロン４を支持するためのフレーム（不図示）は、例えば、ケーシング３４の上部を支持している。この場合、サイクロン４は吊り下げられた状態で支持される。
【００３０】
支持部材３６は、壁３２ａの厚さ方向と直交するケーシング３４の内面から、ケーシング３４の内側に向かって壁３２ａの厚さ方向に延びている。支持部材３６は、例えば、ステンレス鋼によって構成されている。
耐火材層３８は、ケーシング３４の内側に配置されており、支持部材３６を介してケーシング３４によって支持されている。耐火材層３８は、５００℃以上の流動体が流動可能な流路４４を区画している。サイクロン４の場合、流動体として、流動砂を含む燃焼ガスが流路４４を流れる。
【００３１】
耐火材層３８は、不定形耐火物によって構成されている。不定形耐火物は、例えば、アルミナ及びシリカを主成分として含み、耐熱性、耐摩耗性、及び、耐食性を有する。例えば、不定形耐火物は１３００℃以上１７００℃以下の最高使用温度を有する。特に耐火材層３８は、断熱材層４０よりも高い耐摩耗性を有する。不定形耐火物の施工は、例えば、不定形耐火物の原材料を混練して型枠に流し込み、その後、不定形耐火物の原材料を加熱して硬化させることによって行われる。
【００３２】
断熱材層４０は、ケーシング３４と耐火材層３８との間に配置されている。断熱材層４０は、例えばアルミナ及びシリカを主成分として含む。断熱材層４０を構成する材料は、例えば８００℃以上１１００℃以下の最高使用温度を有し、断熱性及び耐熱性を有する。特に、断熱材層４０は、耐火材層３８よりも低い熱伝導率、及び、耐火材層３８よりも小さいかさ比重を有する。断熱材層４０の施工は、例えば、断熱材層の原材料を吹き付けたり、こて塗りすることによって行うことができる。
【００３３】
保温材層４２は、壁３２ａの厚さ方向と直交するケーシング３４の外面を覆っている。保温材層４２は、例えば、シリカを主成分として含む。保温材層４２は、断熱材層４０よりも低い熱伝導率を有し、例えば、ロックウールやグラスウール等の繊維系断熱材によって構成される。
なお、壁３２は、保温材層４２を保持又は保護するために、必要に応じて、カバー４６を更に有していてもよい。カバー４６は、例えば、波形の亜鉛めっき鋼板等によって構成され、ケーシング３４に溶接された金属製の棒等によって構成される係止部材４７を介して、ケーシング３４によって支持される。
【００３４】
上記構成のサイクロン４の壁３２によれば、保温材層４２がケーシング３４の外面を覆っているので、ケーシング３４の外面が覆われていない場合に比べ、サイクロン４の使用時、すなわち、５００℃以上の流動体が流路４４を流れている状態（定常状態）で、ケーシング３４の温度を高くすることができる。これにより、ケーシング３４の熱伸び量が増加し、ケーシング３４と耐火材層３８の熱伸び量の差を縮小することができる。この結果、熱伸び量の差に起因して耐火材層３８及び支持部材３６に作用する応力を低減することができ、耐火材層３８の剥落や支持部材３６の折損を防止することができる。
なお、ケーシング３４と耐火材層３８の熱伸び量の差は、循環流動層ボイラ１が停止している状態での温度（例えば２５℃）で零であるとする。
【００３５】
幾つかの実施形態では、５００℃以上９５０℃以下の流動体が流路４４を流れている状態（定常状態）で、ケーシング３４と耐火材層３８の熱伸び量の差が、１ｍ当たり１．４ｍｍ以下となるように構成されている。
【００３６】
上記構成のサイクロン４の壁３２によれば、流動体が流路４４を流れている状態で、ケーシング３４と耐火材層３８の熱伸び量の差が、１ｍ当たり１．４ｍｍ以下であるので、耐火材層３８及び支持部材３６に作用する応力を低減することができる。この結果として、上記構成によれば、耐火材層３８の剥落や支持部材３６の折損を防止することができる。
【００３７】
なお、壁３２の厚さ方向での温度分布が図３に示したようになっている場合、耐火材層３８の熱伸び量ΔＬ１及びケーシング３４の熱伸び量ΔＬ２は、それぞれ次式（１）、（２）で表すことができる。
ΔＬ１＝α１×（Ｔ１＋Ｔ２）／２    ・・・（１）
ΔＬ２＝α２×Ｔ３                  ・・・（２）
ただし、式（１）中、α１は、耐火材層３８の線膨張係数、Ｔ１は耐火材層３８の内面の温度、Ｔ２は耐火材層３８の外面の温度を表している。また、式（２）中、α２は、ケーシング３４の線膨張係数、Ｔ３はケーシング３４の温度を表している。
【００３８】
従って、ケーシング３４と耐火材層３８との間での熱伸び量の差をΔＬ０としたとき、ΔＬ０は次式（３）にて表すことができる。
ΔＬ０＝ΔＬ１−ΔＬ２      ・・・（３）
よって、式（１）、（２）及び（３）を考慮して、耐火材層３８の線膨張係数α１、耐火材層３８の内面の温度Ｔ１、耐火材層３８の外面の温度Ｔ２、ケーシング３４の線膨張係数α２、及び、ケーシング３４の温度Ｔ３のうちいずれか１つ以上を調整することで、ケーシング３４と耐火材層３８との間での熱伸び量の差ΔＬ０が、１ｍ当たり１．４ｍｍ以下となるようにすることができる。
ただし、一般的には、耐火材層３８の内面の温度Ｔ１は、流路４４を流れる流動体の温度によって決定されるので、熱伸び量の差ΔＬ０を１ｍ当たり１．４ｍｍ以下となるようにするために、耐火材層３８の外面の温度Ｔ２、ケーシング３４の線膨張係数α２、及び、ケーシング３４の温度Ｔ３のうちいずれか１つ以上を調整する。
【００３９】
一方、壁３２を移動する熱をＱとしたとき、熱Ｑは次式（４）にて表すことができる。
Ｑ＝λ１／ｔ１×ΔＴ１＝λ２／ｔ２×ΔＴ２＝λ３／ｔ３×ΔＴ３・・・（４）
なお式（４）中、λ１は耐火材層３８の熱伝導率、ｔ１は耐火材層３８の厚さ、λ２は断熱材層４０の熱伝導率、ｔ２は断熱材層４０の厚さ、λ３は保温材層４２の熱伝導率、ｔ３は保温材層４２の厚さをそれぞれ表している。そして、図３に示したように、ΔＴ１、ΔＴ２及びΔＴ３は、それぞれ、Ｔ１−Ｔ２、Ｔ２−Ｔ３、Ｔ３−Ｔ４を表しており、Ｔ１は、耐火材層３８の内面の温度、Ｔ２は、耐火材層３８の外面又は断熱材層４０の内面の温度、Ｔ３は、断熱材層４０の外面又は保温材層４２の内面の温度（ケーシング３４の温度）、Ｔ４は保温材層４２の外面の温度を表している。
【００４０】
よって、耐火材層３８の内面の温度Ｔ１、耐火材層３８の外面の温度Ｔ２、及び、ケーシング３４の温度Ｔ３のうちいずれか１つ以上を調整するにあたっては、式（４）に示したように、耐火材層３８の熱伝導率λ１、耐火材層３８の厚さｔ１、断熱材層４０の熱伝導率λ２、断熱材層４０の厚さｔ２、保温材層４２の熱伝導率λ３、及び、保温材層４２の厚さｔ３のうち１つ以上を調整すればよい。
【００４１】
幾つかの実施形態では、壁３２は、７００℃以上９５０℃以下の流動体が流路４４を流れている状態（定常状態）で、ケーシング３４と耐火材層３８との間での熱伸び量の差ΔＬ０が、１ｍ当たり１．４ｍｍ以下となるように構成されている。
【００４２】
幾つかの実施形態では、５００℃以上９５０℃以下の流動体が流路４４を流れている状態（定常状態）で、ケーシング３４の温度が３００℃以上４００℃以下の範囲に入るように構成されている。
上記構成のサイクロン４の壁３２によれば、サイクロン４の使用時、流動体が流路４４を流れている状態で、ケーシング３４の温度が３００℃以上４００℃以下の範囲に入るので、ケーシング３４の温度が例えば２５℃である場合に比べて、ケーシング３４の熱伸び量ΔＬ２が増加する。これにより、ケーシング３４と耐火材層３８との間での熱伸び量の差ΔＬ０を縮小することができる。
一方、ケーシング３４の温度が４００℃以下であり、流路４４を流れる流動体と比べてれば十分に低温である。このため、ケーシング３４に熱応力が繰り返し作用しても、ケーシング３４に損傷が生じるまでの繰り返し数（疲労寿命）を十分に大きくすることができ、ケーシング３４の耐久性が確保される。
【００４３】
幾つかの実施形態では、壁３２は、７００℃以上９５０℃以下の流動体が流路４４を流れている状態（定常状態）で、ケーシング３４の温度が３００℃以上４００℃以下の範囲に入るように構成されている。
【００４４】
幾つかの実施形態では、図３に示したように、耐火材層３８の厚さをｔ１とし、断熱材層４０の厚さをｔ２とし、耐火材層３８の厚さｔ１に対する断熱材層４０の厚さｔ２の比をｔ２／ｔ１としたときに、比ｔ２／ｔ１は２以上３．５以下の範囲に入っている。
上記構成のサイクロン４の壁３２によれば、比ｔ２／ｔ１が３．５以下の範囲に入っているので、サイクロン４の使用時、流動体が流路４４を流れている状態において、断熱材層４０での温度低下量が抑制される。これにより、ケーシング３４の温度を、比ｔ２／ｔ１が３．５超の場合に比べて、高くすることができ、ケーシング３４と耐火材層３８との間での熱伸び量の差ΔＬ０を縮小することができる。
【００４５】
幾つかの実施形態では、図２及び図４に示したように、支持部材３６はＹ字形状を有するＹアンカ４８によって構成されている。Ｙアンカ４８は、軸部４８ａ及び軸部４８ａに連なるＶ字形状の拡開部４８ｂを有する。軸部４８ａは断熱材層４０内を延びており、軸部４８ａの一端がケーシング３４の内面に溶接により固定され、軸部４８ａの他端に連なる拡開部４８ｂが耐火材層３８内に埋設される。なお、軸部４８ａ及び拡開部４８ｂは、一体に成形されていてもよいし、機械的に相互に結合されていてもよい。
Ｙアンカ４８によれば、簡単な構成にて、耐火材層３８を確実に支持することができる。
【００４６】
幾つかの実施形態では、図５に示したように、支持部材３６は、変形可能な変位吸収部５０を有している。変位吸収部５０は、ケーシング３４と耐火材層３８の熱伸び量の差ΔＬ０に起因して支持部材３６に軸方向へ作用する応力を吸収可能であり、これにより、耐火材層３８の剥落や支持部材３６の折損がより確実に防止される。
特に、循環流動層ボイラ１の冷態始動時には、耐火材層３８の温度がケーシング３４の温度よりも短時間で上昇するので、循環流動層ボイラ１の定常運転時よりも、ケーシング３４と耐火材層３８との間の熱伸び量の差ΔＬ０が大きくなる。変位吸収部５０によれば、冷態始動時であっても、変位吸収部５０が変形することによって、耐火材層３８及び支持部材３６に作用する応力を吸収可能であり、耐火材層３８の剥落や支持部材３６の折損を防止することができる。
なお、断熱材層４０は、変位吸収部５０の変形を許容する柔軟性を有している。
【００４７】
幾つかの実施形態では、図５に示したように、変位吸収部５０を有する支持部材３６は、変形されたＹアンカ（変形Ｙアンカ）５１によって構成されている。変形Ｙアンカ５１は、軸部５１ａ及び軸部５１ａに連なるＶ字形状の拡開部５１ｂを有する。軸部５１ａは断熱材層４０内を延びており、軸部５１ａの一端がケーシング３４の内面に溶接により固定され、軸部５１ａの他端に連なる拡開部５１ｂが耐火材層３８内に埋設される。なお、軸部５１ａ及び拡開部５１ｂは、一体に成形されていてもよいし、機械的に相互に結合されていてもよい。
そして、変位吸収部５０は、軸部５１ａに一体に形成された弾性変形部５０ａによって構成されている。例えば、弾性変形部５０ａは、軸部５１ａを折り曲げて形成されている。この構成によれば、簡単な構成にて、変位吸収部５０を実現可能である。
幾つかの実施形態では、図５に示したように、弾性変形部５０ａは、Ｌ字形状又はＶ字形状を有する。
【００４８】
幾つかの実施形態では、図４に示したように、壁３２ｂは、耐火材層３８を複数の区画に分離する複数のスリット（目地）５２を有する。複数のスリット５２は例えばメッシュ状に耐火材層３８に形成され、幾つかのスリット５２は上下方向に延び、幾つかのスリット５２は水平方向に延びている。
上下方向に延びているスリット５２は、周方向又は水平方向でのケーシング３４と耐火材層３８の熱伸び量の差を吸収可能であり、水平方向に延びているスリット５２は、上下方向でのケーシング３４と耐火材層３８の熱伸び量の差を吸収可能である。従って、上記構成によれば、ケーシング３４と耐火材層３８の熱伸び量の差が小さい上に、更に、スリット５２により熱伸び量の差を吸収可能であり、耐火材層３８の剥落や支持部材３６の折損がより確実に防止される。
【００４９】
特に、循環流動層ボイラ１の冷態始動時には、耐火材層３８の温度がケーシング３４の温度よりも短時間で上昇するので、循環流動層ボイラ１の定常運転時よりも、ケーシング３４と耐火材層３８との間の熱伸び量の差ΔＬ０が大きくなる。スリット５２によれば、冷態始動時であっても、耐火材層３８の熱伸び量を吸収可能であり、この結果、耐火材層３８及び支持部材３６に作用する応力を吸収可能であり、耐火材層３８の剥落や支持部材３６の折損を防止することができる。
【００５０】
なお、図２、図４及び図５中に記載された上下方向は鉛直方向を意味している。サイクロン４は、一般的に、自身の軸線が鉛直方向に一致するように配置されるので、サイクロン４の径方向は水平方向に一致させられる。サイクロン４の周方向は、水平面内にてサイクロン４の軸線を囲むように湾曲しながら水平方向に延びている。図２、図４及び図５に示されている壁３２は、サイクロン４の周壁の一部であり、壁３２の厚さ方向は水平方向に一致している。
【００５１】
幾つかの実施形態では、壁３２の厚さ方向にてスリット５２の延長線上に位置する断熱材層４０の領域にバックアップ材（保護部材）５４が埋設される。バックアップ材５４は、例えば、耐火れんが等の定形耐火材によって構成される。バックアップ材５４をスリット５２の延長線上に位置する断熱材層４０の領域に配置することで、スリット５２を設けたとしても、断熱材層４０を流動体から保護することができる。
【００５２】
幾つかの実施形態では、５００℃以上９５０℃以下の流動体が流路４４を流れている状態で、カバー４６の温度が４０℃以上６０℃以下の範囲に入るように構成されている。
上記構成では、流動体が流路４４を流れている状態で、カバー４６の温度が４０℃以上６０℃以下の範囲に入っている。カバー４６の温度が４０℃以上６０℃以下であるので、サイクロン４の周囲で作業する者の安全性が確保される。
【００５３】
上述した実施形態では、本発明に係る耐火構造物の一例として、循環流動層ボイラ１に適用されたサイクロン４を説明した。サイクロン４では、流路４４を流れる流動体は、高温の燃焼ガスと流動砂を含む。このため、流動砂によって、流路４４を構成する壁面が摩耗し易い。この点、上記構成によれば、流路４４を区画する耐火材層３８は耐摩耗性を有しているので、流動体が流動砂を含んでいても、流路４４を構成する壁面の摩耗が防止される。
【００５４】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変更を加えた形態や、これらの形態を組み合わせた形態も含む。
例えば、本発明に係る耐火構造物は、サイクロン４以外にも適用可能であり、シールポット６や配管１０，１２，１４，１６にも適用可能である。また、本発明に係る耐火構造物は、循環流動層ボイラ１以外の設備にも適用可能であり、焼却炉や溶融炉等の高温処理装置を備えた設備に適用可能である。したがって、流路４４を流れる流動体は燃焼ガスや流動砂に限定されることはない。
また例えば、図４に示した壁３２ｂでは、スリット５２が耐火材層３８を貫通して断熱材層４０まで到達していたが、スリット５２は、耐火材層３８を貫通していなくてもよい。この場合、バックアップ材５４は省略可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１          循環流動層ボイラ
２          循環流動床炉
２ａ        フリーボード部
４          サイクロン
６          シールポット
８          外部熱交換器
１０，１２，１４，１６  配管
１８        流動砂循環路
２０        内部熱交換器
２２        空気予熱器
２４        集塵機
２６        煙突
２８        燃焼ガス流路
３０        空気供給路
３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ    壁（耐火壁）
３４        ケーシング
３６        支持部材
３８        耐火材層
４０        断熱材層
４２        保温材層
４４        流路
４６        カバー
４７        係止部材
４８        Ｙアンカ
４８ａ      軸部
４８ｂ      拡開部
５０        変位吸収部
５０ａ      弾性変形部
５１        変形Ｙアンカ
５１ａ      軸部
５１ｂ      拡開部
５２        スリット
５４        バックアップ材
【図１】
0006653186.tif 000002
【図２】
0006653186.tif 000003
【図３】
0006653186.tif 000004
【図４】
0006653186.tif 000005
【図５】
0006653186.tif 000006