(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼却炉、ボイラ等に設けられた屈曲部を有する水管壁を高温ガス雰囲気から保護する水管保護用耐火構造体の施工方法において、
少なくとも前記屈曲部に位置する隣接する水管同士を連結するフィンに水抜き孔を予め設けておき、該水管間の凹部を耐火キャスタブルで前記水管半径と耐火キャスタブル肉厚との比が約１：１〜１：１．５の範囲内で埋設して水管頂面が耐火キャスタブルより露出しないように前記水管壁の高温ガス雰囲気側壁面が平面形状となるように施工する工程と、その後に前記平面形状の耐火キャスタブル表面に接着材を施工して略平板形状の耐火タイルを接着材を介して耐火キャスタブル全面に貼着させる工程と、前記耐火タイル施工工程の後に該水抜き孔から耐火キャスタブルの水抜きをする工程とからなることを特徴とする水管保護用耐火構造体の施工方法。
【請求項２】
前記耐火タイル施工工程にて、前記水管壁に予め植設された係止部材と、前記耐火タイルに穿設された凹み部とを嵌合させて係止させるとともに、接着材により前記耐火キャスタブルに前記耐火タイルを貼着して施工することを特徴とする請求項１記載の水管保護用耐火構造体の施工方法。
【請求項３】
前記耐火構造体は、二次空気吹き込み口よりガス滞留時間２秒以上で耐火物施工上限までの炉出口温度が約９００℃〜１２００℃のストーカ式焼却炉に設けられた水管壁に配設されることを特徴とする請求項１乃至２の何れか一に記載の水管保護用耐火構造体の施工方法。
【請求項４】
焼却炉、ボイラ等に設けられた屈曲部を有する水管壁を高温ガス雰囲気から保護する水管保護用耐火構造体において、
前記屈曲部に位置する隣接する水管同士を連結するフィンに水抜き孔が設けられ、少なくとも前記屈曲部に位置する隣接する水管間の凹部が平面状になるように前記水管半径と耐火キャスタブル肉厚との比が約１：１〜１：１．５の範囲内で埋設され水管頂面が耐火キャスタブルより露出しないように施工された耐火キャスタブルと、該耐火キャスタブルの表面に施工された平板形状の耐火タイルとから構成され、前記耐火タイルが接着材により前記耐火キャスタブル全面に貼着されていることを特徴とする水管保護用耐火構造体。
【請求項５】
前記耐火タイルは、前記水管壁に植設された係止部材と該耐火タイルに穿設された凹み部との嵌合により係止されるとともに、前記耐火キャスタブルと前記耐火タイルとが接着材により貼着されていることを特徴とする請求項４記載の水管保護用耐火構造体。
【請求項６】
前記耐火構造体は、二次空気吹き込み口よりガス滞留時間２秒以上で耐火物施工上限までの炉出口温度が約９００℃〜１２００℃のストーカ式焼却炉に設けられた水管壁に配設されることを特徴とする請求項４乃至５の何れか一に記載の水管保護用耐火構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼却炉やボイラ等に配設される冷却、熱交換用水管壁を高温ガス雰囲気から保護するための水管保護用耐火構造で、特に、屈曲部を有する水管壁に施工可能な水管保護用耐火構造体及びその施工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ごみ焼却炉やボイラ等には、高温ガス雰囲気の冷却、熱交換を目的として水管壁が配設されているが、例えば焼却炉のように高温ガス雰囲気に加えて焼却灰の飛散による磨耗、腐食が著しい設置場所などでは、耐火タイル、耐火キャスタブル等の耐火構造体を炉内壁に周設して水管を保護している。
このような水管壁は、例えば図９に示されるようなストーカ式焼却炉５０の炉内壁５６に配設されている。かかるストーカ式焼却炉５０は、ごみ投入口５１、火格子５３、灰出し口５４、空気供給口５５、フリーボード５２、とから構成され、炉内壁５６には焼却により発生する廃熱を回収するためボイラ水管が設けられている。
【０００３】
図８に示されるように、炉内壁５６には一面にボイラ水管１０が配列された水管壁２６が設けられており、その表面は耐火タイル２５、耐火ブロック若しくは耐火キャスタブル等の耐火物により覆設されている。
しかし、ストーカ式焼却炉５０等の焼却炉若しくはボイラ等の燃焼室には、燃焼空気を供給する空気供給口５５、メンテナンス等のための作業員用出入口（マンホール）、温度計等の測定器を挿入する測定器挿入口、などの穴部が複数設けられており、前記水管１０はこの穴部を回避するように配設されているため、温度計座２４、マンホール部２２、各種測定器挿入口、空気供給口などのように該水管１０は屈曲部を複数有しており規則的な配列を採っていない部分が多数みられる。
従来、このような開口部を含む複雑な水管形状を有する屈曲部には、耐火キャスタブルを施工したり、屈曲部に併せた耐火タイルを製造して施工したりしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記耐火タイルのような定型耐火物を施工する場合には、夫々の開口部若しくは屈曲部に応じて複数種類の耐火物を製造しなければならないため製造コストが高く、さらに夫々が複雑な形状を有しているために高精度で以って耐火物を製造、施工することは非常に困難である。
一方、前記耐火キャスタブルは不定形であり現地での施工が容易に可能であるが、作業員の作業能力により施工精度に偏りが生じ易く、また工場でプレスして焼成した定型耐火物に比較して耐久性に不安が残る。
【０００５】
特に、一般に広く用いられている焼却炉より高温域で焼却を行う場合には、焼却炉内壁に配設された水管壁及び前記穴部近傍の水管屈曲部のほかに、従来は耐火レンガ等で対処していた前記フリーボード５２と火格子５３との連結部である屈曲部２１も高温となるために、該屈曲部２１を含む炉壁全面に高温に耐え得る耐火構造体を施工する必要が生じる。その結果、耐火構造体施工面で複雑な形状を有する面積が増加し、前記したように耐火タイルでは非常に高価となり、また、前記耐火キャスタブルでは耐久性が不安定であるために水管が露出して損傷する可能性が高くなる。
本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、屈曲部を有する水管壁にも容易に施工可能であるとともに製造コストが安価であり、高温雰囲気下であっても耐久性の安定した水管保護用耐火構造体及びその施工方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明はかかる課題を解決するために、請求項１記載の発明は、焼却炉、ボイラ等に設けられた屈曲部を有する水管壁を高温ガス雰囲気から保護する水管保護用耐火構造体の施工方法において、
少なくとも前記屈曲部に位置する隣接する水管同士を連結するフィンに水抜き孔を予め設けておき、該水管間の凹部を耐火キャスタブルで前記水管半径と耐火キャスタブル肉厚との比が約１：１〜１：１．５の範囲内で埋設して水管頂面が耐火キャスタブルより露出しないように前記水管壁の高温ガス雰囲気側壁面が平面形状となるように施工する工程と、その後に前記平面形状の耐火キャスタブル表面に接着材を施工して略平板形状の耐火タイルを接着材を介して耐火キャスタブル全面に貼着させる工程と、前記耐火タイル施工工程の後に該水抜き孔から耐火キャスタブルの水抜きをする工程とからなることを特徴とする。
【０００７】
かかる発明によれば、焼却炉、ボイラ等に設けられた空気供給口部、作業用出入口であるマンホール、測定器等の挿入口部、クリンカチル等の存在により水管が複雑な形状を有している屈曲部においても、水管壁表面を一旦耐火キャスタブルにより略平面形状とすることで前記耐火タイルを複数種類製造する必要がなくなり製造コストを安価にすることが出来るとともに、単純な施工表面、タイル形状であるため前記耐火タイルを簡単に施工することが出来る。
さらに、かかる耐火構造体を前記耐火キャスタブルと耐火タイルとの二層構造としているため、前記耐火タイルが脱落した場合においても前記耐火キャスタブルが水管を保護し、突然水管が露出することを防止できる。
【０００８】
また、請求項２記載の発明は、前記耐火タイル施工工程にて、前記水管壁に予め植設された係止部材と、前記耐火タイルに穿設された凹み部とを嵌合させて係止させるとともに、接着材により前記耐火キャスタブルに前記耐火タイルを貼着して施工することを特徴とする。
このように、前記耐火タイルの係止部材を前記水管に直接突設させることで、該係止部材の冷却効果が高まり、高温ガスにより該係止部材が損傷することがなく、前記耐火タイルの脱落を防止することが出来る。尚、前記接着材にはモルタル等が適している。
【０００９】
このように、前記水管半径と耐火キャスタブル肉厚の比を約１：αとし、該αを約１〜１．５、好ましくは約１〜１．３と設定することで前記耐火キャスタブル施工後の耐火構造体表面を確実に平面形状とすることが出来、さらに適宜前記αを設定して前記耐火タイルが万が一脱落した場合においても耐火キャスタブルが水管の露出を防ぎ確実に水管を保護するような構成とすることが出来る。
【００１０】
さらにまた、請求項３記載の発明は、前記耐火構造体は、二次空気吹き込み口よりガス滞留時間２秒以上で耐火物施工上限までの炉出口温度が約９００℃〜１２００℃のストーカ式焼却炉に設けられた水管壁に配設されることを特徴とする。
このように炉内が高温となる焼却炉においては、炉壁冷却のために炉内全面に水管を配設する必要が生じる。さらに、従来のように耐火キャスタブルのみの構造では高温ガスによる耐久性の悪化が問題となる。従って、請求項１に記載の発明をかかるストーカ式焼却炉に適用することにより、簡単に炉内全面に耐火構造体を施工することができ、耐久性も向上することとなる。
【００１１】
尚、本発明のように、前記耐火キャスタブル施工工程の前段で、予め隣接する前記水管同士を連結するフィンに水抜き孔を設けておき、前記耐火タイル施工工程の後に該水抜き孔から耐火キャスタブルの水抜きをする工程を設けることにより、前記耐火キャスタブルの表面に直ぐに耐火タイルを施工しても水抜きを容易に行うことが出来る。
また、請求項４乃至６記載の発明は、請求項１乃至３記載の発明と略同様の効果を得ることができる水管保護用耐火構造体に関する発明で、
請求項４記載の発明は、焼却炉、ボイラ等に設けられた屈曲部を有する水管壁を高温ガス雰囲気から保護する水管保護用耐火構造体において、
前記屈曲部に位置する隣接する水管同士を連結するフィンに水抜き孔が設けられ、少なくとも前記屈曲部に位置する隣接する水管間の凹部が平面状になるように前記水管半径と耐火キャスタブル肉厚との比が約１：１〜１：１．５の範囲内で埋設され水管頂面が耐火キャスタブルより露出しないように施工された耐火キャスタブルと、該耐火キャスタブルの表面に施工された平板形状の耐火タイルとから構成され、前記耐火タイルが接着材により前記耐火キャスタブル全面に貼着されていることを特徴とする。
また、請求項５記載の発明は、前記耐火タイルは、前記水管壁に植設された係止部材と該耐火タイルに穿設された凹み部との嵌合により係止されるとともに、前記耐火キャスタブルと前記耐火タイルとが接着材により貼着されていることを特徴とする。
さらに、請求項６記載のように、前記耐火構造体が、二次空気吹き込み口よりガス滞留時間２秒以上で耐火物施工上限までの炉出口温度が約９００℃〜１２００℃のストーカ式焼却炉に設けられた水管壁に配設されることが好適である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載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特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の実施形態に係り屈曲部に施工した水管保護用耐火構造体の第１実施例を示す破断斜視図（ａ）、屈曲部の水管壁の概略構成図（ｂ）、図２は本発明の第２実施例である温度計座の水管保護用耐火構造体の断面図（ａ）、温度計設置口の概略構成図（ｂ）、図３は本発明の第３実施例であるマンホール部の水管保護用耐火構造体の断面図（ａ）、マンホール部の概略断面図（ｂ）、図４はストーカ式焼却炉のマンホール部の水管壁構造を示す概略構成図である。
【００１３】
本実施形態において耐火構造体を配設する水管壁は、一例としてストーカ式焼却炉に設けられているものとし、かかるストーカ式焼却炉は炉出口温度が約９００℃〜１２００℃の高温炉とする。
図１乃至図４に示される水管壁は、従来技術に記載した図８における屈曲部を有する水管部分を夫々示しており、図１は炉壁下部に位置する屈曲部２１、図２は温度計設置口等の穴部を有する温度計座２４、図３及び図４は作業用出入口であるマンホールを有するマンホール部２２である。
【００１４】
図１において、１０は冷却水を通流する水管で、隣接する該水管１０を水平方向あるいは垂直方向に連結して補強するためのフィン１１（図５参照）により水管壁２６を形成している。１２はＳｉＣを主成分とする不定形耐火物である耐火キャスタブル、１３は同様にＳｉＣからなる耐火タイルであり、該耐火キャスタブル１２及び耐火タイル１３により耐火構造体２５を形成している。
尚、前記耐火タイル、耐火キャスタブルに用いられる材料は、ＳｉＣのほかにＳｉ３Ｎ４等、耐久性、耐食性の高い材料であれば特に限定されない。
【００１５】
前記屈曲部２１は、前記フリーボード部の炉壁から火格子部の炉壁に連結する部分に位置し、かかる高温ストーカ式焼却炉においては８００℃程度の高温雰囲気となるために、図１（ｂ）のように水管１０を配設しなければならず、さらに該水管１０を保護するために図１（ａ）のように耐火構造体で被覆する必要がある。
そこで本実施形態では、まず前記水管壁２６の凹部に耐火キャスタブル１２を吹付けて表面を平面にした後、前記耐火タイル１３をモルタル等の接着材により全面に施工する。さらに、前記耐火キャスタブル１２及び耐火タイル１３は、後述する支持部材若しくは係止部材により容易に脱落しないように固定されている。
【００１６】
このとき、前記耐火キャスタブル１２の施工方法は、例えば前記水管１０外周面にキャスタブルを吹付けて硬化させる方法や、水管１０に対向させて設けられた型枠にキャスタブルを鋳込み充填させて硬化させた後に脱型して施工する方法等、何れの方法を用いても良く、特に限定されない。また、前記耐火タイル１３は、工場等でＳｉＣを主成分とする材料を型材に入れて加圧、焼結等の加工成型を施して製造し、該成型された耐火タイル１３を前記水管壁２６に施工する方法が好ましい。
【００１７】
このように、前記耐火キャスタブル１２により耐火タイル１３施工面を平面形状にしているため、該耐火タイル１３を平板状とすることができ、複雑な形状を有する水管部分においても多種類の耐火タイルを使用せずに確実に施工することが出来る。その結果、製造コストを安価に出来るとともに、簡単に耐火構造体を施工することが出来る。また、前記したように、かかる耐火構造体を耐火キャスタブル１２と耐火タイル１３とからなる二層構造とすることにより、前記耐火タイル１３が突然脱落した場合においても前記耐火キャスタブル１２が水管を保護し、該水管の露出を確実に防ぐことが出来る。
【００１８】
図２は、温度計設置口１７を含む温度計座２４に施工した本発明の第２実施例である耐火構造体であって、（ｂ）に示されるように該温度計座２４は、２本の並列する水管１０ａがその両側に位置する水管１０に接するように屈曲して開口部を形成しており、該開口部に温度計設置口１７が設けられている。図２（ａ）は、（ｂ）のＡ−Ａ断面図であり、水管壁２６の中央に位置する間隙が前記温度計設置口１７で、その両側に位置する水管が屈曲部を有する水管１０ａであり、かかる水管１０ａを含む温度計座２４の水管壁は不規則な配列構造となっている。
【００１９】
前記水管壁２６の高温ガス雰囲気側、つまり炉内側には耐火キャスタブル１２が少なくとも前記水管壁２６の凹部を完全に埋設する程度に施工されており、その表面形状を平面としている。さらに、かかる耐火キャスタブル１２の表面には平板形状の耐火タイル１３がモルタル等の接着材により施工されている。
また、前記水管１０の炉内側外周にはＬ型フック１５が植設されており、前記耐火タイル１３を係止する構造となっている。さらに、隣接する前記水管１０同士を連結するフィン１１には、Ｙ型アンカ１４が植設されており、前記耐火キャスタブル１２を支持する構造となっている。
【００２０】
このように、前記水管１０に前記耐火タイル係止部材を植設することにより、該係止部材の冷却効果が高まり、高温による該係止部材の破損を防止でき耐久性が向上する。その結果、前記耐火タイル１３の脱落を防ぐことが出来る。
尚、前記耐火タイル１３及び耐火キャスタブル１２の係止、支持部材には、前記水管１０との熱膨張差が小さい材料を用いると良く、またその形状は、前記したようにＬ型フック１５若しくはＹ型アンカ１４に限らず、同様の機能を有するものであれば特に限定されない。
【００２１】
また、図３は図４のＢ−Ｂ断面図であって、本発明にかかる第３実施例を示した耐火構造体で、図４に示されるようにメンテナンスなどの際に作業員の出入口となるマンホール部２２に施工された耐火構造体を示す。
かかるマンホール部２２は、図３（ｂ）及び図４に示されるように、開口部に位置する例えば６本の水管１０が夫々３本ずつ両側に屈曲してマンホール１８を形成しており、前記６本の水管のうち最も中央に位置する水管１０ｂ、１０ｂがその両側に隣接する水管１０ｃ、１０ｄに跨って屈曲し、さらに該水管１０ｃ、１０ｄが炉外側に向かって前記水管１０ｂを回避するように屈曲している。このようにかかるマンホール部２２は、水管１０が立体的に屈曲した複雑な形状となっている。
【００２２】
そこで、かかる第３実施例では、図３（ａ）に示されるように、まず水管１０、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの隙間を耐火キャスタブル１２で埋設して炉内表面を平面形状とした後に平板形状の耐火タイル１３をモルタルにより施工している。さらに、前記水管１０の炉内側外周に植設したＬ型フック１５と、前記耐火タイル１３に設けられたＬ型凹み部を嵌合させて該耐火タイル１３を係止する構造としている。
このような構造とすることにより、一種類若しくは数種類の耐火タイルを使用するだけで複雑な形状を有する水管壁をほぼ完全に保護する耐火構造体を施工することが出来る。
【００２３】
図５乃至図７は、前記耐火タイル１３及び耐火キャスタブル１２の係止、支持構造を示した断面図で、図５は図２と同様にＬ型フック１５とＹ型アンカ１４とを用いた場合の耐火構造体を表わしている。かかる実施例では、一の耐火タイル１３につき前記水管１０に植設された一のＬ型フック１５で該タイルを係止しているが、これに限らず耐火タイルの重量、面積によってフック本数を増減するとよい。また、前記耐火タイル１３は、前記Ｌ型フック１５で係止されるとともに、モルタル１９により水管壁に接着固定されている。
さらに、かかる耐火構造体は、前記耐火キャスタブルの肉厚Ｈｋと前記水管１０の半径Ｒとの比がＨｋ：Ｒ＝１：１〜１＋α：１となるように施工し、αを約約１〜１．５、好ましくは約１〜１．３の範囲内に設定する。これにより、前記耐火キャスタブル１２施工後の耐火構造体表面を確実に平面形状とすることが出来、さらに適宜前記αを設定して前記耐火タイル１３が万が一脱落した場合においても耐火キャスタブル１２が水管１０の露出を防ぎ確実に水管を保護することが可能な構成とする。
【００２４】
尚、前記耐火構造体を施工する前に、前記水管１０同士を連結するフィン１１に予め孔部１１ａを貫設しておく。そして、前記耐火キャスタブル１２及び耐火タイル１３を施工した後に前記孔部１１ａから水抜きを行い、該水抜きが終了した後に前記孔部１１ａを溶接などにより塞ぐ。これにより、前記耐火キャスタブル１２の表面に直ぐに耐火タイル１３を施工しても水抜きを容易に行うことが出来る。前記孔部１１ａは耐火タイル１３側に設けても良く、水抜きを行った後にモルタル等で塞いでおく。
【００２５】
図６は前記耐火キャスタブル１２及び耐火タイル１３を同時に係止、支持する機能を有するアンカ兼フック１６を使用した耐火構造体を示し、該アンカ兼フック１６をフィン１１に植設した構造としている。これにより、アンカとフックとを別々に施工する必要がないため、施工性が向上する。
図７は、前記Ｌ型フック１５と前記アンカ兼フック１６とを用いた耐火構造体を示している。このように、前記水管１０の配置により係止、支持部材を適宜選択して使用することにより、複雑な形状を有する水管壁にも容易に施工することが出来る。
【００２６】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、少なくとも水管壁凹部に耐火キャスタブルを埋設して耐火タイル施工面を平面形状にしているため、該耐火タイルを平板形状とすることができ、複雑な形状を有する水管部分においても多種類の耐火タイルを使用せずに確実に施工することが出来る。また、一種類若しくは数種類の耐火タイルのみで水管壁全面を施工可能であるため、該耐火タイルを安価に製造出来るとともに、簡単に耐火構造体を施工することが出来る。
また、耐火構造体を耐火キャスタブルと耐火タイルとからなる二層構造とすることにより、高温ガス雰囲気側に位置する前記耐火タイルが脱落した場合においても水管側に位置する前記耐火キャスタブルが水管を保護し、該水管の露出をほぼ確実に防ぐことが出来る。
【００２７】
さらに、前記水管に前記耐火タイル係止部材を植設することにより、該係止部材の冷却効果が高まり、該係止部材が損傷による耐火タイルの脱落を防止することが出来る。
さらにまた、Ｌ型フック、Ｙ型アンカ及びアンカ兼フックを適宜使用することにより、水管壁開口部や屈曲部などの複雑な形状に容易に耐火物を施工することが出来、幅広い部位に耐火構造体を施工することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態に係り屈曲部に施工した水管保護用耐火構造体の第１実施例を示す破断斜視図（ａ）、屈曲部の水管壁の概略構成図（ｂ）である。
【図２】  本発明の第２実施例である温度計座の水管保護用耐火構造体の断面図（ａ）、温度計設置口の概略構成図（ｂ）である。
【図３】  本発明の第３実施例であるマンホール部の水管保護用耐火構造体の断面図（ａ）、マンホール部の概略断面図（ｂ）である。
【図４】  ストーカ式焼却炉のマンホール部の水管壁構造を示す概略構成図である。
【図５】  本発明の実施形態に係る二層耐火構造体を示す断面図である。
【図６】  図５の別の実施形態である二層耐火構造体の断面図である。
【図７】  図５、図６の別の実施形態である二層耐火構造体の断面図である。
【図８】  ストーカ式焼却炉の水管壁構造を示す概略構成図である。
【図９】  ストーカ式焼却炉の全体概略図である。
【符号の説明】
１０    水管
１１    フィン
１１ａ  水抜き孔
１２    耐火キャスタブル
１３    耐火タイル
１４    Ｙ型アンカ
１５    Ｌ型フック
１６    アンカ兼フック
１７    温度計設置口
１８    マンホール
２１    屈曲部
２２    マンホール部
２４    温度計座
２５    耐火構造体
２６    水管壁
【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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【図８】
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【図９】
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