(57)【要約】【課題】火炉ホッパ部を保護できる火炉壁損傷防止装置の提供。【解決手段】火炉垂直壁２１の、バーナー４０より下方に位置するバーナー下側部２１ａ１に、火炉ホッパ部２の傾斜壁２２の火炉内面に沿った方向に空気を噴出する複数の空気ノズル３０が設けられている。そのため、空気ノズル３０から噴出される空気の被覆効果により、火炉ホッパ部２の傾斜壁２２の表面温度を低減でき、また、火炉ホッパ部２の傾斜壁２２が腐食性ガスに晒されることを抑制できる。したがって、火炉ホッパ部２の傾斜壁２２を保護できクラック発生を抑制できる。【選択図】        図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）バーナーが配置される垂直壁と、該垂直壁に接続される火炉ホッパ部の傾斜壁と、を備える火炉壁と、
（ｂ）前記バーナーより下方に位置する前記垂直壁の部分であるバーナー下側部に設けられており、前記傾斜壁の火炉内面に沿った方向に空気を噴出する複数の空気ノズルと、
を有する、火炉壁損傷防止装置。
【請求項２】
複数の前記空気ノズルは、上下方向に２段設けられている、請求項１記載の火炉壁損傷防止装置。
【請求項３】
前記空気ノズルから噴出される空気は、高圧の空気送風機からの空気である、請求項１または請求項２記載の火炉壁損傷防止装置。
【請求項４】
石炭または固形バイオマス燃料を使用する火炉に用いられる、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の火炉壁損傷防止装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、火炉壁の損傷を防止する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開平１１−２３７００３号公報は、伝熱管と伝熱管どうしを接続するフィンによって構成される火炉壁の垂直壁に複数のバーナーが上下２段および左右に並んで配置されており、下段バーナーの上部および上端バーナーの上部に垂直壁に垂直に空気注入孔が穿設され、空気注入孔に接続された空気注入ノズルから、大気圧によって火炉内に空気が導入される技術を開示している。火炉内に導入される空気によって、火炉壁に沿って空気膜が形成されて、火炉壁が還元性雰囲気に直接晒されることが無いようにされている。
【０００３】
上記の公報開示の技術にはつぎの問題点がある。
火炉ホッパ部、すなわち、バーナーが配置された垂直壁の下側に接続された火炉下部に位置するボトムアッシュ（クリンカアッシュ）を回収するための漏斗状の部分（傾斜壁）は、火炉壁が斜めに設置されている。そのため、伝熱管内の水量不足や圧力変動などの循環状態によっては、水に比べて比重が小さくかつ比熱が小さい蒸気と水とが二相（水と蒸気）に分離して流れやすく、炉内側の管頂部（管の断面の上側）に蒸気が集まりやすい。管頂部に蒸気が集まって蒸気層が発生すると著しく熱伝導（管内面熱伝達率）が阻害され、管表面の温度が急激に上昇し、伝熱管が部分的に膨張する。又この条件が無くなると急激な温度降下が発生し、部分的に膨張した伝熱管が収縮する。この熱膨張と熱収縮が繰り返されると、伝熱管にクラックが発生しやすい。また、腐食性ガス雰囲気に晒され、クラック（疲労破壊）の発生が助長される。
ここで、上記公報開示の技術は、燃焼ガスの上昇とともに導入された空気が上昇して、火炉壁に空気膜を形成するものである。そのため、バーナーより下部の火炉ホッパ部を保護する機能を有しておらず、火炉ホッパ部を構成する傾斜壁のクラック発生を抑制することが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２３７００３号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
本考案の目的は、火炉ホッパ部を保護できる火炉壁損傷防止装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成する本考案はつぎの通りである。
（１）（ａ）バーナーが配置される垂直壁と、該垂直壁に接続される火炉ホッパ部の傾斜壁と、を備える火炉壁と、
（ｂ）前記バーナーより下方に位置する前記垂直壁の部分であるバーナー下側部に設けられており、前記傾斜壁の火炉内面に沿った方向に空気を噴出する複数の空気ノズルと、
を有する、火炉壁損傷防止装置。
（２）  複数の前記空気ノズルは、上下方向に２段設けられている、（１）記載の火炉壁損傷防止装置。
（３）  前記空気ノズルから噴出される空気は、高圧の空気送風機からの空気である、（１）または（２）記載の火炉壁損傷防止装置。
（４）石炭または固形バイオマス燃料を使用する火炉に用いられる、（１）〜（３）の何れか１つに記載の火炉壁損傷防止装置。
【考案の効果】
【０００７】
上記（１）の火炉壁損傷防止装置によれば、垂直壁の、バーナーより下方に位置するバーナー下側部に、火炉ホッパ部の傾斜壁の火炉内面に沿った方向に空気を噴出する複数の空気ノズルが設けられているため、つぎの効果を得ることができる。
空気ノズルから噴出される空気の被覆効果により、火炉ホッパ部の傾斜壁の表面温度を低減でき、また、火炉ホッパ部の傾斜壁が腐食性ガスに晒されることを抑制できる。したがって、火炉ホッパ部の傾斜壁を保護できクラック発生を抑制できる。
【０００８】
上記（２）の火炉壁損傷防止装置によれば、複数の空気ノズルが上下方向に２段設けられているため、１段のみ設けられている場合に比べて、空気ノズルを多数設けることができ、隙間なく火炉ホッパ部の傾斜壁を保護することができる。
【０００９】
上記（３）の火炉壁損傷防止装置によれば、空気ノズルから噴出される空気に、高圧の空気送風機からの空気が選定されているため、大気圧によって空気が導入される場合に比べて、広範囲にわたって効果的に火炉ホッパ部の傾斜壁の冷却保護効果を得ることができる。
【００１０】
上記（４）の火炉壁損傷防止装置によれば、火炉壁損傷防止装置が、ボトムアッシュが大量に発生する石炭（微粉炭）または固形バイオマス燃料を使用する火炉に用いられるため、石炭（微粉炭）や固形バイオマス燃料を使用する火炉のボトムアッシュを収集するための火炉ホッパ部の寿命を長くできる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本考案実施例の火炉壁損傷防止装置が適用される火炉の側面図である。
【図２】本考案実施例の火炉壁損傷防止装置が適用される火炉の正面図である。
【図３】本考案実施例の火炉壁損傷防止装置が適用される火炉の、空気ノズルとその近傍の部分拡大斜視図である。
【図４】図１のＡ部の拡大概略図である。
【考案を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本考案実施例の火炉損傷防止装置を、図面を参照して、説明する。
【００１３】
本考案実施例の火炉壁損傷防止装置（以下、単に装置ともいう）１０は、石炭（微粉炭）または固形バイオマス燃料を使用する火炉１に用いられる。すなわち、装置１０は、ボトムアッシュ（クリンカアッシュ）が比較的大量に発生する火炉１に用いられる。ただし、石油炊きボイラなどの他の燃料を使用する火炉に用いられていてもよい。
【００１４】
装置１０は、図１に示すように、火炉壁２０と、空気ノズル３０と、を有する。火炉壁２０は、火炉１を構成する壁であり、図３に示すように、並列した複数の伝熱管（蒸発管）２０ａをフィン２０ｂにより接続して構成される。火炉壁２０は、図１に示すように、バーナー４０が上下方向中間部に配置される垂直壁２１と、垂直壁２１の下端に接続される（連なる）火炉ホッパ部２の傾斜壁２２と、を備える。なお、火炉ホッパ部２は、垂直壁２１の下側に接続される火炉下部に位置し、ボトムアッシュを回収するための漏斗状の部分である。
【００１５】
垂直壁２１は、前壁２１ａ、前壁２１ａに対向する後壁２１ｂ、前壁２１ａと後壁２１ｂを接続する左右壁２１ｃ（図２）を備える。バーナー４０は、図１に示すように、前壁２１ａと後壁２１ｂのみに配置されている。バーナー４０は、前壁２１ａには上下２段および左右に並んで配置されており、後壁２１ｂには上下１段および左右に並んで配置されている。そのため、前壁２１ａの下端に接続される傾斜壁２２（以下、前側傾斜壁２２ａという）が、後壁２１ｂの下端に接続される傾斜壁２２（以下、後側傾斜壁２２ｂという）よりもバーナー４０の熱の影響を受けやすくなっており、傾斜壁２２の中で最もバーナー４０の熱の影響を受けやすくなっている。
【００１６】
空気ノズル３０は、図３に示すように、火炉壁２０の伝熱管２０ａではなくフィン２０ｂに設けられる。空気ノズル３０は、空気を噴出して火炉ホッパ部２の傾斜壁２２を保護するために設けられる。空気ノズル３０は、図１に示すように、バーナー４０が上下２段に配置された垂直壁２１の前壁２１ａのみに設けられており、空気を噴出して火炉ホッパ部２の前側傾斜壁２２ａを保護する。空気ノズル３０は、前側傾斜壁２２ａの内面に沿う空気層を作るように、前側傾斜壁２２ａの内面に沿った方向（前側傾斜壁２２ａの内面に平行な斜め下方の方向、垂直壁２１の内面に対して斜め下方）に延びて配設されており、この方向に空気を噴出する。前側傾斜壁２２ａの内面に沿う空気層を作るため、すなわち、前側傾斜壁２２ａに空気を直接当てると前側傾斜壁２２ａを局部的に被覆・冷却するのみで広範囲を被覆・冷却できないため、空気ノズル３０は前側傾斜壁２２ａに向けては空気を噴出していない。
【００１７】
空気ノズル３０は、上下２段に配置されたバーナー４０の下段バーナー４１より下方に位置する前壁２１ａの部分であるバーナー下側部２１ａ１に、設けられている。空気ノズル３０が下段バーナー４１より下方に設けられているため、空気ノズル３０から噴出される空気がバーナー４０、４１からの輻射熱や腐食性ガスを遮ることができる。
【００１８】
空気ノズル３０は、バーナー下側部２１ａ１の上部（バーナー下側部２１ａ１を上下方向に２分割したときの上側部分）に設けられていてもよいが、バーナー下側部２１ａ１の下部（バーナー下側部２１ａ１を上下方向に２分割したときの下側部分）に設けられていることが望ましく、さらには、バーナー下側部２１ａ１の下端部（その近傍を含む）に設けられていることが望ましい。この理由は、空気ノズル３０から噴出される空気が前側傾斜壁２２ａに沿って広範囲に流れやすく、火炉ホッパ部２の前側傾斜壁２２ａを広範囲にわたって効果的に被覆でき保護できるからである。
【００１９】
図２に示すように、空気ノズル３０は、複数設けられている。複数の空気ノズル３０は、バーナー下側部２１ａ１に、上下２段および左右に並んで配置されている。隣り合う空気ノズル３０の間隔は、一定であってもよく、異なっていてもよい。設けられる空気ノズル３０の数は、前壁２１ａに配置される複数のバーナー４０の数より多く、前側傾斜壁２２ａを保護するのに十分な量とされている。複数の空気ノズル３０の、左右両端に位置する空気ノズル３０ａは、前壁２１ａに配置される複数のバーナー４０の、左右両端に位置するバーナー４０ａより、左右方向外側にある。
【００２０】
空気ノズル３０から噴出される空気は、図４に示すように、燃焼用の一次空気を供給する高圧の１次空気送風機５０からの空気（冷空気）の一部を利用しており、１次空気送風機５０からヘッダ５１を介して各空気ノズル３０に送られる。空気ノズル３０から噴出される空気は、別の空気送風機から送られる空気でもよい。空気ノズル３０から噴出される空気は、大気圧および炉内より高い圧力で、炉内に噴出される。なお、特に限定されるものではないが、ヘッダ５１は呼び径１５０Ａ（ＪＩＳ）のパイプ、空気ノズル３０は呼び径８Ａ（ＪＩＳ）のパイプを使用した。
【００２１】
つぎに、本考案実施例の作用、効果を説明する。
【００２２】
図１に示すように、バーナー４０が垂直壁２１の前壁２１ａに上下２段、後壁２１ｂに１段配置されている場合、空気ノズル３０が設けられていない場合には、前壁２１ａの下端に連なる火炉ホッパ部２の傾斜壁２２（前側傾斜壁２２ａ）の伝熱管２０ａにクラックが発生し、後壁２１ｂの下端に連なる火炉ホッパ部２の傾斜壁２２（後側傾斜壁２２ｂ）の伝熱管２０ａにはクラックは全く発生しなかった。また、前壁２１ａの下端に連なる前側傾斜壁２２ａにあっては、特に、バーナー４０炎の輻射熱の影響を受けやすい、バーナー４０の下方の、垂直壁２１の前壁２１ａから前側傾斜壁２２ａへと折れ曲がった前側傾斜壁２２ａの部分の伝熱管２０ａにクラックが発生しやすかった。
ここで、本考案では、垂直壁２１の、バーナー４０より下方に位置するバーナー下側部２１ａ１に、火炉ホッパ部２の前側傾斜壁２２ａの火炉内面に沿った方向に空気を噴出する複数の空気ノズル３０が設けられている。
そのため、空気ノズル３０から噴出される空気の被覆効果により、火炉ホッパ部２の前側傾斜壁２２ａの火炉内面側の表面温度を低減でき、また、火炉ホッパ部２の前側傾斜壁２２ａの火炉内面側が腐食性ガスに晒されることを抑制できる。したがって、火炉ホッパ部２の前側傾斜壁２２ａを保護できクラック発生を抑制できる。
【００２３】
複数の空気ノズル３０が上下方向に２段設けられているため、１段のみ設けられている場合に比べて、空気ノズル３０を多数設けることができ、隙間なく火炉ホッパ部２の前側傾斜壁２２ａを保護することができる。
なお、複数の空気ノズル３０が上下方向に３段以上設けられている場合、前側傾斜壁２２ａから離れすぎてしまうため、最も上段の空気ノズルから噴出される空気による前側傾斜壁２２ａの保護効果をあまり期待できないおそれがあるが、本考案では上下２段であるため、全ての空気ノズル３０から噴出される空気で前側傾斜壁２２ａの保護を効果的に得ることができる。
【００２４】
空気ノズル３０から噴出される空気に、火炉内の炉圧より高圧の１次空気送風機５０からの高圧の冷空気が選定されている。そのため、空気ノズル３０から噴出される空気の流速を高めることができ、前側傾斜壁２２ａの上部（前側傾斜壁２２ａを上下方向に２分割したときの上側部分）の保護が十分にできるとともに、前側傾斜壁２２ａの下部（前側傾斜壁２２ａを上下方向に２分割したときの下側部分）近傍または前側傾斜壁２２ａの下端部まで空気による保護効果を得ることができる。よって、大気圧によって空気が導入される場合に比べて、広範囲にわたって効果的に火炉ホッパ部２の前側傾斜壁２２ａの冷却保護効果を得ることができる。
また、燃焼時に使用する１次空気送風機５０を作動させるだけで空気ノズル３０から空気を噴出し続けることができるため、空気ノズル３０からの空気噴出のためだけの特段の操作は不要であり、ランニングコストがほとんど不要である。また、初期費用に関しても、空気ノズル３０がバーナー下側部２１ａ１に設けられており、空気ノズル３０への空気配管のとりまわしが比較的容易であり、初期費用を抑えることができる。また、空気ノズル３０を設けるだけでよいため、この点においても初期費用も抑えることができる。
【００２５】
火炉壁損傷防止装置１０が、ボトムアッシュが大量に発生する石炭（微粉炭）または固形バイオマス燃料を使用する火炉１に用いられるため、石炭（微粉炭）や固形バイオマス燃料を使用する火炉１のボトムアッシュを収集するための火炉ホッパ部２の寿命を長くできる。
【符号の説明】
【００２６】
１  火炉
２  火炉ホッパ
１０  火炉壁損傷防止装置
２０  火炉壁
２０ａ  伝熱管
２０ｂ  フィン
２１  垂直管
２１ａ  垂直管の前壁
２１ａ１  バーナー下側部
２１ｂ  垂直管の後壁
２１ｃ  垂直管の左右壁
２２  傾斜壁
２２ａ  前側傾斜壁
２２ｂ  後側傾斜壁
３０  空気ノズル
３０ａ  空気ノズルの左右両端
４０  バーナー
４０ａ  バーナーの左右両端
４１  下段バーナー
５０  １次空気送風機
５１  ヘッダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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