(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動層ボイラの流動層内で用いる伝熱管において、
前記伝熱管は、内部を流体が流れる水管と、前記水管の外周側に設けられ前記水管を保護するための薄肉プロテクタおよび鋳物製の厚肉プロテクタと、前記水管と前記薄肉プロテクタの間に設けられる断熱層と、固定治具とから構成され、
前記厚肉プロテクタの厚さは、前記薄肉プロテクタの厚さよりも大きく、
前記固定治具を前記厚肉プロテクタに固定し、前記固定治具で前記水管の外周側に設けられた前記薄肉プロテクタを押さえるようにし、
前記薄肉プロテクタを二重構造とし、前記薄肉プロテクタの間に前記断熱層を設けたことを特徴とする流動層ボイラの伝熱管。
【請求項２】
流動層ボイラの流動層内で用いる伝熱管において、
前記伝熱管は、内部を流体が流れる水管と、前記水管の外周側に設けられ前記水管を保護するための薄肉プロテクタおよび鋳物製の厚肉プロテクタと、前記水管と前記薄肉プロテクタの間に設けられる断熱層と、固定治具とから構成され、
前記厚肉プロテクタの厚さは、前記薄肉プロテクタの厚さよりも大きく、
前記固定治具を前記厚肉プロテクタに固定し、前記固定治具で前記水管の外周側に設けられた前記薄肉プロテクタを押さえるようにし、
前記断熱層は、断熱ペーパーからなることを特徴とする流動層ボイラの伝熱管。
【請求項３】
流動層ボイラの流動層内で用いる伝熱管において、
前記伝熱管は、内部を流体が流れる水管と、前記水管の外周側に設けられ前記水管を保護するための薄肉プロテクタおよび鋳物製の厚肉プロテクタと、前記水管と前記薄肉プロテクタの間に設けられる断熱層と、固定治具とから構成され、
前記厚肉プロテクタの厚さは、前記薄肉プロテクタの厚さよりも大きく、
前記固定治具を前記厚肉プロテクタに固定し、前記固定治具で前記水管の外周側に設けられた前記薄肉プロテクタを押さえるようにし、
前記薄肉プロテクタにフィンを設けたことを特徴とする流動層ボイラの伝熱管。
【請求項４】
前記厚肉プロテクタの厚さは１０ｍｍ〜５０ｍｍであり、前記薄肉プロテクタの厚さは２ｍｍ〜６ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の流動層ボイラの伝熱管。
【請求項５】
前記固定治具を前記厚肉プロテクタに嵌め合い構造で固定したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の流動層ボイラの伝熱管。
【請求項６】
前記嵌め合い構造は、前記固定治具および前記厚肉プロテクタの一方に設けられたガイド溝と、前記固定治具および前記厚肉プロテクタの他方に設けられた突起部とからなることを特徴とする請求項５に記載の流動層ボイラの伝熱管。
【請求項７】
前記断熱層への流動媒体侵入に対する防止構造を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の流動層ボイラの伝熱管。
【請求項８】
前記固定治具は鋳物製であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の流動層ボイラの伝熱管。
【請求項９】
前記固定治具でカバーされる前記薄肉プロテクタの部分の面積は、前記薄肉プロテクタの外周面の面積の５０％以下であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の流動層ボイラの伝熱管。
【請求項１０】
燃料を流動層内で燃焼させ、燃焼熱を伝熱管で回収する流動層ボイラにおいて、
前記伝熱管は、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の伝熱管であることを特徴とする流動層ボイラ。
【請求項１１】
前記流動層ボイラは、燃料を燃焼させるための燃焼室と、層内伝熱管が配置され燃焼熱を回収する熱回収室とを備え、熱回収室の流動化空気の空気量をｕ０／ｕｍｆ＝２．０〜４．０にして流動媒体が前記燃焼室と前記熱回収室とを循環する内部循環流動層ボイラであることを特徴とする請求項１０に記載の流動層ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物やＲＤＦ（ごみ固形化燃料）、バイオマスなどの燃料を燃焼させて燃焼熱を回収する流動層ボイラの流動層内で用いる伝熱管に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料の価格高騰や地球温暖化問題等への対応といった観点から、エネルギー資源の活用が求められている。このなかで、サーマルリサイクルの一翼を担う廃棄物やＲＤＦ、バイオマスなどの燃料を燃焼させる発電システムの重要性が増加している。この発電システムには、流動層ボイラを用いて廃棄物やＲＤＦ、バイオマスなどの燃料を燃焼した際に発生する熱エネルギーを伝熱管で回収する方式がある。この方式では、流動層ボイラで廃棄物やＲＤＦ、バイオマスなどの燃料を燃焼させる際に、燃料中に起因する塩化物により激しい腐食環境が形成される場合がある。ここに流動媒体による摩耗が加わることにより伝熱管のプロテクタに著しい減肉が引き起こされ、プロテクタ自身の寿命が短くなり、頻繁なメンテナンスが必要となる。
【０００３】
プロテクタの延命化対策としては、表面硬化層の形成による耐摩耗性の改善や、特許文献１に開示されているようにプロテクタの表面にスタッドを設けることにより粒子の衝突速度を緩和させる方法が知られている。
また、特許文献２においては、プロテクタと伝熱管の間に空隙を設けることによりプロテクタ表面温度を上昇させ、表面に酸化皮膜を形成させ、耐摩耗性を向上させている。プロテクタにＳＵＳなどのステンレス系材質を用いる場合には温度上昇により酸化皮膜が生じ、耐摩耗性が向上し、減肉量が減少することは、特許文献３でも報告されている。
【０００４】
一方、特許文献４においては、プロテクタと伝熱管の間にアルミ溶射層を設け、アルミが溶融することにより密着度を向上させプロテクタの表面温度を下げて腐食を抑制する方法が提案されている。
また、プロテクタに十分な減肉代を設けることも寿命を確保するための対策の一つである。板材やパイプ材では厚みが限定され、さらに厚板の加工にコストが掛かるため、鋳物を使用することが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１９９６５号公報
【特許文献２】特開平５−１８５０４号公報
【特許文献３】特開平８−２２６６０１号公報
【特許文献４】実開平５−２５１０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、プロテクタの延命化対策として表面硬化層を形成する場合、特別な処理が必要になり、プロテクタのコストアップに繋がる。また単純なエロージョンに対しては効果的であるが、腐食が関与する環境での効果は限定的である。表面スタッドなどによる摩耗条件の緩和は、摩耗および腐食摩耗の双方の現象に対し効果的である。しかし、構造が複雑になるため、プロテクタのコストアップと共にメンテナンスが複雑になる。
【０００７】
長寿命化対策の厚肉化については、鋳物は厚肉化が容易で低コストであるが、材質的に溶接が難しい場合がある。また、現場での溶接作業自体が難しい場合もあり、メンテナンス性の観点からは現地での溶接作業が少ないことが望まれる。例えば、プロテクタにより伝熱管全面を保護する場合、溶接箇所が増え作業負荷が高くなり、設置・交換作業性の悪化に繋がる。特に、伝熱管の全周を保護する必要がある場合、プロテクタ個数が増えるため、複雑なプロテクタはコストアップのみならず作業効率の低下を招く。また、厚肉プロテクタは重量が嵩む点からも作業性が低下する。さらに、厚肉のプロテクタを組み合わせて嵌め合い構造とした場合、運転中にプロテクタと伝熱管の間に流動媒体が侵入し、冷却時に過大な応力が発生しプロテクタが割れるリスクが生じる。
【０００８】
耐摩耗の観点からプロテクタの温度を上げることは有効とされているが、プロテクタと伝熱管の間に空隙を設けると、運転中の膨張した空隙に流動媒体が入り込み、停止時に収縮することにより過大な応力が発生し、プロテクタの割れや変形などのリスクが生じる。また一方で耐食の観点からは、プロテクタ表面温度を下げることが提案されており、腐食と摩耗の双方が関与する条件での適切な条件については適切な手段が見出されていない。
【０００９】
本発明は、これらの課題に対しなされたもので、複雑な構造を避けることでイニシャルコストを下げ、かつ取付けや交換などのメンテナンス性を考慮し、かつ割れや変形のリスクを低減し、腐食摩耗環境で十分な耐久性を有するプロテクタを備えた流動層ボイラの伝熱管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】
【００１０】
上述の目的を達成するため、本発明者らは、プロテクタの延命化を図る手段について研究を重ねたものであり、以下に研究過程を説明する。
構造の複雑化を避けてプロテクタを延命化させる手段として厚肉化が有効な手段であり、しかも低コストでプロテクタの構造を製造するための最良の手段は鋳造である。溶接を避けるため厚肉プロテクタと固定治具を嵌め合い構造で固定させた伝熱管を用いて試験を行った。しかし、水管とプロテクタおよび固定治具の間に生じた隙間に流動媒体が侵入し、熱収縮時に過大な応力が発生しプロテクタが割れるトラブルが頻発するに到った。そのため固定治具を極力小さくし発生する応力を低減させることで割れを防止した。また固定治具を小さくしたことで重量が減り、現場での作業性も向上した。
【００１１】
一方で薄肉プロテクタの課題は耐久性である。従来技術では耐摩耗の観点からは表面温度を上げることが提案されており、耐食の観点からは温度を下げることが提案されている。
この矛盾に対し、本発明者らは実機で１年間プロテクタとしてＳＵＳ３１０とＳＣＨ１３を使用し、材質的にはＳＵＳ３１０の方が耐食性に優れるにもかかわらず、ＳＵＳ３１０が激しい減肉を引起すことを見出した。ＳＵＳ３１０は薄板で伝熱管に密着していたが、鋳物であるＳＣＨ１３は密着度が劣り且つ厚肉で、表面温度を比較するとＳＵＳ３１０の方が数百度低い状況で運転されていた。つまり腐食摩耗環境で減肉を抑制するには金属の温度を上げることが有効であることを見出した。この知見に基づいて薄肉プロテクタと水管の間に断熱層を設けることで薄肉プロテクタの表面温度を上昇させ、減肉を抑制できることを見出した。なお、薄肉プロテクタの応力による損傷を防ぐため、薄肉プロテクタと水管の間に流動媒体が侵入することを防ぐことが望ましい。
【００１２】
本発明は、以上の知見とそれに基づく試験により完成し、腐食摩耗環境で伝熱管の全周を保護する以下の手段を提供する。
本発明の流動層ボイラの伝熱管の一態様は、流動層ボイラの流動層内で用いる伝熱管において、前記伝熱管は、内部を流体が流れる水管と、前記水管の外周側に設けられ前記水管を保護するための薄肉プロテクタおよび鋳物製の厚肉プロテクタと、前記水管と前記薄肉プロテクタの間に設けられる断熱層と、固定治具とから構成され、前記厚肉プロテクタの厚さは、前記薄肉プロテクタの厚さよりも大きく、前記固定治具を前記厚肉プロテクタに固定し、前記固定治具で前記水管の外周側に設けられた前記薄肉プロテクタを押さえるようにし、前記薄肉プロテクタを二重構造とし、前記薄肉プロテクタの間に前記断熱層を設けたことを特徴とする。
本発明の流動層ボイラの伝熱管の一態様は、流動層ボイラの流動層内で用いる伝熱管において、前記伝熱管は、内部を流体が流れる水管と、前記水管の外周側に設けられ前記水管を保護するための薄肉プロテクタおよび鋳物製の厚肉プロテクタと、前記水管と前記薄肉プロテクタの間に設けられる断熱層と、固定治具とから構成され、前記厚肉プロテクタの厚さは、前記薄肉プロテクタの厚さよりも大きく、前記固定治具を前記厚肉プロテクタに固定し、前記固定治具で前記水管の外周側に設けられた前記薄肉プロテクタを押さえるようにし、前記断熱層は、断熱ペーパーからなることを特徴とする。
本発明の流動層ボイラの伝熱管の一態様は、流動層ボイラの流動層内で用いる伝熱管において、前記伝熱管は、内部を流体が流れる水管と、前記水管の外周側に設けられ前記水管を保護するための薄肉プロテクタおよび鋳物製の厚肉プロテクタと、前記水管と前記薄肉プロテクタの間に設けられる断熱層と、固定治具とから構成され、前記厚肉プロテクタの厚さは、前記薄肉プロテクタの厚さよりも大きく、前記固定治具を前記厚肉プロテクタに固定し、前記固定治具で前記水管の外周側に設けられた前記薄肉プロテクタを押さえるようにし、前記薄肉プロテクタにフィンを設けたことを特徴とする流動層ボイラの伝熱管。
本発明の好ましい態様は、厚肉プロテクタの厚さは１０ｍｍ〜５０ｍｍであり、薄肉プロテクタの厚さは２ｍｍ〜６ｍｍであることを特徴とする。
【００１３】
本発明の好ましい態様は、前記固定治具を前記厚肉プロテクタに嵌め合い構造で固定したことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記嵌め合い構造は、前記固定治具および前記厚肉プロテクタの一方に設けられたガイド溝と、前記固定治具および前記厚肉プロテクタの他方に設けられた突起部とからなることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記断熱層への流動媒体侵入に対する防止構造を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の好ましい態様は、前記固定治具は鋳物製であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記固定治具でカバーされる前記薄肉プロテクタの部分の面積は、前記薄肉プロテクタの外周面の面積の５０％以下であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の流動層ボイラは、燃料を流動層内で燃焼させ、燃焼熱を伝熱管で回収する流動層ボイラにおいて、前記伝熱管は、上記伝熱管であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記流動層ボイラは、燃料を燃焼させるための燃焼室と、層内伝熱管が配置され燃焼熱を回収する熱回収室とを備え、熱回収室の流動化空気の空気量をｕ０／ｕｍｆ＝２．０〜４．０にして流動媒体が前記燃焼室と前記熱回収室とを循環する内部循環流動層ボイラであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、溶接作業が最小化されたため取付け・交換作業が容易で、低コストで厚肉製品が製造可能な鋳物で製作することによりコストを抑え、かつ腐食摩耗による損傷を低減させた長寿命のプロテクタを備えた流動層ボイラの伝熱管を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明に係る伝熱管を備えた流動層ボイラの一実施形態を示す模式的断面図である。
【図２】図２は、本発明に係る伝熱管の斜視図である。
【図３】図３は、図２のIII-III線断面図である。
【図４】図４は、図２および図３に示す伝熱管の組立手順を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る流動層ボイラの伝熱管の実施形態を図１乃至図４を参照して説明する。図１乃至図４において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図１は、本発明に係る伝熱管を備えた流動層ボイラの一実施形態を示す模式的断面図である。図１に示すように、流動層ボイラ１１は、略四角筒形状の炉本体１２を備えており、炉本体１２内は左右一対の仕切壁１３，１３によって、中央部にある１つの燃焼室１４と、両側部にある２つの熱回収室１５，１５とに分割されている。燃焼室１４内には、廃棄物やＲＤＦ等の燃料を熱反応させる流動床２０が形成され、流動床２０は炉床底板３０によって支えられている。炉本体１２内に設置された炉床底板３０は、中央が高く、両側縁に向かうにつれ徐々に低くなった山形状をなしている。炉床底板３０には、流動化ガスとしての流動化空気を炉内に噴出するための多数の散気ノズルが配置されている。各熱回収室１５内には流動床２３が形成され、この流動床２３は炉床底板３１によって支えられている。炉床底板３１には、流動化ガスとしての流動化空気を炉内に噴出するための散気ノズルが配置されている。
【００１９】
図１に示すように、山形状の炉床底板３０の下方には４つの空気箱３２，３２，３３，３３が形成されており、これら空気箱３２，３２，３３，３３には炉外から流動化空気が供給されるようになっている。調節弁（図示せず）の開度を調節して空気箱３２，３２，３３，３３に供給する空気流量を調節することにより、中央部の２つの空気箱３２，３２の上方の散気ノズルからは、実質的に小さな流動化速度を与えるように流動化空気を噴出し、両側部の２つの空気箱３３，３３の上方の散気ノズルからは、実質的に大きな流動化速度を与えるように流動化空気を噴出する。その結果、炉床底板３０の中央部の上方に流動媒体が比較的ゆっくりした速度で上方から下方に移動する移動層２１が形成され、炉床底板３０の両側部の上方に流動媒体が下方から上方に移動する流動層２２が形成される。したがって、流動床２０の下部では流動媒体が移動層２１から流動層２２へ、流動床２０の上部では流動媒体が流動層２２から移動層２１へ移動することで、移動層２１と流動層２２との間を流動媒体が循環する循環流が左右に形成される。各仕切壁１３の傾斜部は、上昇する流動媒体が炉本体１２の内部側に反転しやすくなるデフレクタとして機能する。
【００２０】
図１に示すように構成された内部循環流動層ボイラ１１において、燃料は投入口（図示せず）から移動層２１に供給される。このとき、調節弁の開度を調節して移動層２１に供給する流動化空気の空気量が流動層２２に供給する流動化空気の空気量よりも小さくなるように調節している。本実施の形態では移動層２１に供給する流動化空気の空気量を２〜３ｕ０／ｕｍｆ、流動層２２に供給する流動化空気の空気量を４〜６ｕ０／ｕｍｆとしている。ここで、ｕ０は、空塔速度であり、ｕｍｆは最低流動化空塔速度である。
【００２１】
移動層２１に供給された燃料は流動媒体に飲み込まれて流動媒体と共に下方に移動する。このとき、流動媒体の熱によって燃料の熱分解が行われて、燃料中の可燃分から可燃ガスが発生して、脆い熱分解残渣となる。熱分解残渣は、典型的には、不燃物及び熱分解によって脆くなった未燃物（チャー）を含んでいる。移動層２１で生成される熱分解残渣は、流動媒体と共に、炉床底板３０に至ると、傾斜した炉床底板３０に沿って流動層２２に向かう。流動層２２に至った熱分解残渣は、激しく流動する流動媒体と接触し未燃物が不燃物から剥離し、未燃物が剥離して残った不燃物は、一部の流動媒体と共に不燃物排出口１７から排出される。
【００２２】
一方、不燃物から剥離した未燃物は、流動化空気が供給されることに伴って流動する流動媒体と共に上方に移動する。このとき、未燃物は、供給された流動化空気によって燃焼が行われ、流動媒体を加熱しつつ燃焼ガスを発生し、気体に搬送される程度の微細な未燃物及び灰分の粒子となる。流動層２２の上部に至った高温の流動媒体の一部は、移動層２１に流入する。流動媒体は、流動層２２において、移動層２１に流動したときに燃料の熱分解を適切に行うことができる温度に上昇させられる。移動層２１に流入した流動媒体は、再び供給された燃料を受け入れて、上述の移動層２１及び流動層２２における熱反応を繰り返す。移動層２１の温度は７００〜９００℃に維持され、流動層２２の温度は７００〜９００℃に維持される。
【００２３】
また、流動層２２の上部の高温の流動媒体の一部は、仕切壁１３の上部を越えて熱回収室１５に入り込む。燃焼室１４と熱回収室１５との間には、熱回収室１５を囲むように多数のスクリーン水管２が略垂直方向に設置されており、流動媒体はこれらスクリーン水管２の間を通って熱回収室１５に入り込むようになっている。熱回収室１５に入り込んだ流動媒体は、上方から下方に移動する流動床２３を形成する。熱回収室１５の炉床底板３１は炉本体１２の内壁側から燃焼室側に向かって下方に傾斜しており、熱回収室１５の下部には開口部１８が設けられ、熱回収室１５に入り込んだ流動媒体は、流動床２３を形成しつつ沈降し、開口部１８から燃焼室１４へ循環する。熱回収室１５に入り込む流動媒体の温度は、７００〜９００℃であるが、熱回収室１５の流動床２３内には層内伝熱管１６が配設されており、高温になった流動媒体は下方に移動しつつ層内伝熱管１６と接触し、層内伝熱管１６内の流体（缶水）は流動媒体と熱交換を行うことにより流動媒体から熱を回収する。流動床２３の炉床底板３１の散気ノズルから噴出させる流動化空気の空気量を２〜４ｕ０／ｕｍｆに制御することにより、層内伝熱管１６の熱回収量を制御することができる。燃焼室１４へ循環した流動媒体は、流動層２２に合流し、流動層２２の流動媒体とともに上昇し、一部の流動媒体は、再び熱回収室１５に入り込み、上述の層内伝熱管１６内の流体との熱交換を繰り返す。
【００２４】
本発明に係る伝熱管を、図１に示す流動層ボイラ１１のスクリーン水管２に適用した実施形態について、図２乃至図４を参照して説明する。
図２は本発明に係る伝熱管の斜視図であり、図３は図２のIII-III線断面図である。図４は、図２および図３に示す伝熱管の組み立て手順を示す分解斜視図である。
図２および図３に示すように、伝熱管１は、内部に流体（缶水）が流れる円筒状の水管（スクリーン水管）２と、水管２の円周面の一部を囲むように設けられた断面コ字状の厚肉プロテクタ３と、厚肉プロテクタ３の反対側において水管２の円周面を囲むように設けられた断面Ｕ字状の薄肉プロテクタ４と、薄肉プロテクタ４を上から押さえた状態で厚肉プロテクタ３に嵌め合いで固定されている断面Ｕ字状の固定治具５とを備えている。すなわち、水管２の全周は厚肉プロテクタ３と薄肉プロテクタ４により囲まれて保護されている。厚肉プロテクタ３の厚さは１０ｍｍ〜５０ｍｍであり、薄肉プロテクタ４の厚さは２ｍｍ〜６ｍｍである。
【００２５】
燃焼室１４と熱回収室１５を仕切るスクリーン水管２は、腐食環境および摩耗条件とも燃焼室側が厳しくなる。より厳しい燃焼室側は鋳物で作製した厚肉プロテクタ３で全面を保護した。一方、条件が比較的マイルドな熱回収室側は薄肉プロテクタ４で保護し、固定治具５は薄肉プロテクタ４を押さえるために必要最小限の大きさとしている。これにより厚肉プロテクタ３と固定治具５の嵌め合い部で発生する応力を抑制し、厚肉プロテクタ３の割れを防ぐことができる。また併せて全体重量が低減され、メンテナンス性も向上する。また作業性効率の向上の観点から、より軽くするために一つの固定治具５の大きさを小さくし、固定治具５は全体で２段構造になっている。
【００２６】
本発明においては、厚肉プロテクタ３および固定治具５は、ＳＣＳ１３，ＳＣＳ１４，ＳＣＳ１８，ＳＣＨ１３，ＳＣＨ２１，ＳＣＨ２２等のステンレス系鋳物もしくは耐熱鋳鋼とし、薄肉プロテクタ４はＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１０，ＳＵＳ３１６等のステンレス鋼やＳＳ４００等の鉄鋼で形成する。本実施形態においては、製造コストおよび取り付けの容易性を考慮し、厚肉プロテクタ３は鋳物で、薄肉プロテクタ４はＳＵＳ３１０ステンレス鋼の板材で製造している。
【００２７】
本発明者らは、流動層内の雰囲気に曝される薄肉プロテクタ４とスクリーン水管２が直接接触すると金属表面温度が低下し雰囲気に曝される部分で腐食摩耗減肉が促進されることを発見した為、薄肉プロテクタ４とスクリーン水管２の間に断熱層を設けて過度の冷却を防止するようにしている。薄肉プロテクタ４と水管２との間に設ける断熱層は、断熱材や断熱キャスタブル等で形成し、断熱層に流動媒体が流入するのを防ぐ。この場合、断熱材の形状は特に限定されず、例えばペーパー状、繊維状、粉末状、バルク状であってもよい。本実施形態では、断熱層として断熱ペーパー６を採用している。断熱層を空気層とする場合には、断熱層への流動媒体の流入を防ぐために、厚肉プロテクタ３や薄肉プロテクタ４の上方に鋳物や鉄鋼等で形成した笠を設けてもよい。断熱層の厚みは０．２５ｍｍ以上が望ましい。薄肉プロテクタ４を二重構造とし、二重構造の薄肉プロテクタと薄肉プロテクタの間に断熱層を設けてもよい。薄肉プロテクタ４の表面温度を上昇させるために薄肉プロテクタにフィンを設けてもよい。
【００２８】
本発明においては、厚肉プロテクタ３と固定治具５とを嵌め合い構造で固定することにより、溶接せずに簡便に取り付けることを可能にした。厚肉プロテクタ３もしくは固定治具５の一方にガイド溝を設け、このガイド溝に固定治具５もしくは厚肉プロテクタ３の突起部を嵌め込む構造とする。ただし、ガイド溝を設けた部分に熱応力が発生するため、割れ防止の観点より、面積が大きい厚肉プロテクタ側にガイド溝を取り付けることが好ましい。本実施形態では、断面コ字状の厚肉プロテクタ３は、両側部の内面にガイド溝３ｇ，３ｇを備えており、断面Ｕ字状の固定治具５は、開口側の両側部に突起部５ａ，５ａを備えている。そして、固定治具５の突起部５ａ，５ａが厚肉プロテクタ３のガイド溝３ｇ，３ｇに嵌合することにより、固定治具５は厚肉プロテクタ３に固定されるようになっている。なお、固定治具５及び厚肉プロテクタ３に切り穴を設け、ボルト・ナットで固定してもよい。
【００２９】
固定治具５が大きいと、プロテクタ３，４を含めた全体が重くなり取扱いが困難になると共に、ガイド溝部に発生する熱応力が大きくなるため、小さい方が望ましく、固定治具５により薄肉プロテクタ４がカバーされる部分の面積は、薄肉プロテクタ４の外周面の面積の５０％以下、望ましくは３０％以下とする。なお、固定治具５により薄肉プロテクタ４がカバーされる部分の面積は、薄肉プロテクタ４の外周面の面積の２０％以上とする。固定治具５は１段でも複数段でも構わない。メンテナンス時には薄肉プロテクタあるいは断熱層など必要な部分のみ交換することができる。
【００３０】
次に、プロテクタのスクリーン水管２への取り付け手順について、図４を参照して説明する。図４に示すように、最初に断熱ペーパー６をスクリーン水管２に巻きつけ、その後、厚肉プロテクタ３と薄肉プロテクタ４とを組み合わせ、最後に厚肉プロテクタ３に設けられたガイド溝３ｇに固定治具５の突起部５ａを嵌合することにより、厚肉プロテクタ３に固定治具５を取り付ける。
【００３１】
図２乃至図４に示す本発明の構造、および薄肉プロテクタの代わりに厚肉プロテクタと同じ大きさの固定治具を用いた場合（比較例１）、薄肉プロテクタと水管の間に断熱層を設けなかった場合（比較例２）を並べて実機で評価した。実証結果のまとめを表１に記す。
表１に示すように、割れについて、本発明品および比較例２では問題は無かったが、比較例１では割れが見られた。減肉については、何れも厚肉プロテクタおよび固定治具については減肉率が僅かで、十分な寿命が見込まれた。一方、薄肉プロテクタについては、断熱層を設けない比較例２では固定治具がない環境に露出した部分で激しい減肉が見られた。また、本発明品では、プロテクタは十分な肉厚が残存し、プロテクタとしての十分な寿命を有することが確認できた。メンテナンス性については、比較例２が最も容易で、本発明品は、比較例２に比べ断熱ペーパーを取付ける作業の分だけ工数が増加するが、大きな手間ではない。一方、比較例１は重量のある厚肉プロテクタと固定治具を組み合わせるため、作業性が悪く、さらに運転中に噛み込んだ流動媒体により取り外しにも手間が掛かる結果となった。
以上のとおり、本発明品は総合的に判断し、耐久性やメンテナンス性に優れていることを実証した。
【表１】
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【００３２】
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００３３】
１  伝熱管
２  スクリーン水管
３  厚肉プロテクタ
３ｇ  ガイド溝
４  薄肉プロテクタ
５  固定治具
５ａ  突起部
６  断熱ペーパー
１１  流動層ボイラ
１２  炉本体
１３  仕切壁
１４  燃焼室
１５  熱回収室
１６  層内伝熱管
１７  不燃物排出口
１８  開口部
２０  流動床
２１  移動層
２２  流動層
２３  流動床
３０  炉床底板
３１  炉床底板
３２  空気箱
３３  空気箱
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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