循環流動層燃焼炉

【課題】耐火材の上縁側において、流動材や未燃灰等の粒子により蒸発管に生じる摩耗、減肉を抑制した循環流動層燃焼炉を提供する。
【解決手段】複数の蒸発管を並置して形成した炉壁で断面角型形状の燃焼室を区画し、前記炉壁の下部を覆った耐火材を設け、循環する流動材や未燃灰等の粒子が前記炉壁に沿って下降するようにされた循環流動層燃焼炉において、前記耐火材の上端縁を、前記蒸発管の内側壁面から耐火材の端部までの距離が５０ｍｍ以上となるように突出させるとともに、前記燃焼室の角部で、前記耐火材に断面方形状の凹部を設け、前記凹部は、側辺側にある蒸気管が、他の部位における蒸発管よりも相対的に減肉の生じる蒸発管とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の蒸発管を並置して形成した炉壁で断面角型形状の燃焼室を区画し、前記炉壁の下部を覆った耐火材を設け、循環する流動材や未燃灰等の粒子が前記炉壁に沿って下降するようにされた循環流動層燃焼炉において、前記下降する粒子と蒸発管の衝突力等を前記耐火材の形状を調整し、前記蒸発管の摩耗や減肉を低減するようにした循環流動層燃焼炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の循環流動層燃焼炉について図９を用いて説明する。図９は、循環流動層燃焼炉設備の概略図である。
図９に示すように、循環流動層燃焼設備２は、循環流動層燃焼炉４、燃焼炉から循環される流動材を分離するサイクロン６、排ガス熱交換器４２、排ガス中の煤塵を除去するバグフィルタ４４から主に構成されている。なお、図９において、８はコンバスタ、１０は炉底、１２は燃料、１４は空気、１６は耐火材、１８は蒸発管、１９は循環粒子、２０はシールポット、２６は外部熱交換器、４６は誘因ファン、４８は煙突である。
ここで、蒸発管１８は、互いに隣接して所定間隔をもって複数配置されており、燃焼室を区画する炉壁を構成している。
【０００３】
前記耐火材１６は、前記炉壁の下部で該炉壁を覆って配置され、火力の強い燃焼室の下部において、前記炉壁を構成する蒸発管１８を高温から遮断するとともに、後述する流動材や未燃灰等の粒子により蒸発管１８が摩耗しないように保護する役割を負っている。
なお、耐火材１６の上部までの距離Ｈ１は、コンバスタ８の天井までの距離Ｈが約３００００ｍｍの場合には約８０００ｍとしている。
【０００４】
このように構成された循環流動層燃焼設備２において、空気１４を空気ノズル（不図示）によりコンバスタ８内部に吹き込み、外部から供給される石炭等の燃料１２、炉底１０の近傍から帰還される未燃灰、及び予めコンバスタ８内部に収容された流動材（けい砂などの不活性流体又は石灰石などの脱硫剤からなる）等を混合して流動化し、流動層を形成して燃焼を促進する。
【０００５】
このとき発生する高温の燃焼ガスは、流動材とともにサイクロン６に導かれ、該サイクロン６により燃焼ガスと循環粒子１９に分離される。
分離された燃焼ガスは、排ガス熱交換手段４２で空気などの外部媒体と熱交換して冷却された後、バグフィルタ４４を通して排ガス中の煤塵が除去され、煙突４８より大気放出される。
一方、サイクロン６で分離された循環粒子１９は、シールポット２０によりコンバスタ８に直接戻される高温粒子２２と、外部熱交換器２６を経てコンバスタ８に戻される低温粒子２４とに分けられ、何れも経路は異なるがコンバスタ８に戻される。
【０００６】
このようにして形成された循環流動燃焼炉４のコンバスタ８内の流動材や未燃灰等の粒子の挙動に注目すると、該粒子はコンバスタ８内の中央部で上昇するが、蒸発管１８等で形成される炉壁の近傍では該炉壁に沿って下降する粒子がほとんどであり、この上昇流と下降流とによりコンバスタ８内で前記流動材や未燃灰等の粒子の循環が行われる。
【０００７】
耐火材１６の上端は、炉壁に対して段差状となった水平面で形成された耐火材上縁となっているので、前記炉壁に沿って下降する粒子の摺動により、蒸発管１８に局部的な摩耗が生じることとなる。
【０００８】
このような蒸発管１８に生じる局所的な摩耗を低減させるための技術として、例えば特許文献１には、複数の蒸発管を並置して形成した炉壁で燃焼室を区画し、該炉壁の下部を覆った耐火材を設け、循環する流動材や未燃灰等の粒子が前記炉壁に沿って下降するようにされた循環流動層ボイラにおいて、前記耐火材はその上端縁を水平な端面で形成し、該端面に前記炉壁に沿って燃焼室の周方向に延びる堰を設けた循環流動層炉が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２８４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示された技術においても蒸発管の局所的な摩耗の低減対策としては充分とはいえず、特に燃料としてバイオマス燃料や高Ｃｌ燃料を使用することにより、減肉が顕著となり、耐久性の高い対策が望まれている。
【００１１】
従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、耐火材の上縁側において、流動材や未燃灰等の粒子により蒸発管に生じる摩耗、減肉を抑制した循環流動層燃焼炉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】
【００１２】
上記課題を解決するため本発明においては、複数の蒸発管を並置して形成した炉壁で断面角型形状の燃焼室を区画し、前記炉壁の下部を覆った耐火材を設け、循環する流動材や未燃灰等の粒子が前記炉壁に沿って下降するようにされた循環流動層燃焼炉において、前記耐火材の上端縁を、前記蒸発管の内側壁面から耐火材の端部までの距離が５０ｍｍ以上となるように突出させるとともに、前記燃焼室の角部で、前記耐火材に断面方形状の凹部を設け、前記凹部は、側辺側にある蒸気管が、他の部位における蒸発管よりも相対的に減肉の生じる蒸発管であることを特徴とする。
【００１３】
炉壁の下部を覆って設けられた耐火材は、その上端縁を蒸発管の内側壁面から５０ｍｍ以上突出させるようにしているので、炉壁に沿って下降した流動材や未燃灰等の粒子（以下下降粒子と称する場合がある）が内側壁面を削る摩耗幅が鉛直軸方向に増大し、この結果局所的な摩耗量、減肉が緩和される。
さらに、前記耐火材の上端縁を炉壁面全面に渡って５０ｍｍ以上突出させると、燃焼室の角部、即ちコーナ部近傍では、コーナ部からの前記下降粒子の流れ込みにより、コーナ部近傍の蒸発管に減肉が生じるが、燃焼室の角部の耐火材に断面方形状の凹部を設けることで、前記流れ込みを防止することができ、コーナ部近傍の蒸発管においても他部の蒸発管と略同等まで減肉量を抑制することができる。
【００１４】
また、前記断面方形状の凹部の側辺側にある蒸気管は、天井近傍まで断熱壁で覆われていることを特徴とする。
燃焼室の角部、即ちコーナ部では特に流動材の流動が激しく、該流動による損傷を防ぐ必要がある。そこで、前記断面方形状の凹部の側辺側にある蒸気管を、天井近傍まで断熱壁で覆うことで、前記流動による損傷を防ぐことができる。
【００１５】
また、前記方形状の凹部は、テーパ部を有し、該テーパ部のテーパ角によって、凹部の側辺側にある蒸気管の本数を決定することを特徴とする。
これにより、前記凹部を設ける際の寸法等の設計が容易になる。
【発明の効果】
【００１６】
以上記載のごとく本発明によれば、耐火材の上縁側において、流動材や未燃灰等の粒子により蒸発管に生じる摩耗、減肉を抑制した循環流動層燃焼炉を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
【実施例１】
【００１８】
まず、実施例に先立って、耐火材の上端縁を、蒸発管の内側壁面から耐火材の端部までの距離が５０ｍｍ以上となるように突出させた中間形態について説明する。
図４は、中間形態に係る循環流動層燃焼炉の耐火材設置部位の一部を示す概略図である。なお、循環流動層燃焼設備の構成は従来の図９に示すものと同じであるのでその説明は省略し、図９と同一符号は同一物を表すものとする。
図４に示すように、複数（図４には１本のみ図示）の蒸発管１８を並置して形成した炉壁（フィン）１９で燃焼室を区画し、該炉壁１９の下部を覆った耐火材１６を設け、循環する流動材や未燃灰等の粒子が炉壁１９に沿って下降するようにされた循環流動層炉において、蒸発管１８の内側壁面１８ａから耐火材の端面１６ａまでの突出距離Ｘを５０ｍｍ以上としている。
【００１９】
すなわち、中間形態においては、多数の蒸発管１８を間隔片（不図示）で連結して炉壁を形成し、その下部を耐火材１６で覆って流動材や未燃灰等の粒子のうず流等による摩耗、減肉に備えている。
さらに、耐火材１６はその上端縁を水平な端面で形成するとともに、蒸発管１８の内側壁面１８ａから耐火材の端面１６ａまでの突出距離Ｘを５０ｍｍ以上としている。
この突出距離Ｘは、図５の耐火材厚さ（突出距離Ｘ）と摩耗深さ比との関係図に示すように、突出距離Ｘが伸びるほど摩耗抑制の効果は増大する。
図５に示すように、耐火材の突出距離Ｘを５０ｍｍから１３０ｍｍ以上とすることで摩耗量を１／１０以下に低減することが確認できる。また、耐火材の突出距離は５０ｍｍ以上、より好ましくは１３０ｍ以上であれば長いほど好ましいが、施工可能な距離として１０００ｍｍ以下とすることが好ましい。
ここで、摩耗深さ比とは、耐火材の突出距離Ｘが５０ｍｍでの摩耗量を１とし、各耐火材厚さでの摩耗量を比率に換算したものである。
【００２０】
ここで、突出距離が伸びると摩耗深さ比が低減する理由について図６の耐火材の突出距離と蒸発管の摩耗領域との関係を示す図を参照して説明する。
図６に示すように、壁面近傍で蒸発管１８に沿って降下する粒子は耐火材１６の上面のステージ上に堆積し、安息角αに基づく傾斜面を形成する。この安息角αは流動材の粒径や運転条件等が変わらない限り一定である。
そして、突出距離が短い場合（Ｙ）には、蒸発管１８の内側壁面１８ａを削る摩耗領域（幅）ｂが小さいものとなるが、本中間形態のように突出距離が長い（５０ｍｍ以上）場合（Ｘ）には、その摩耗領域（幅）ａが鉛直軸方向に増大することとなる。
この結果、蒸発管の内側壁面に対する局所的な摩耗が緩和され、蒸発管の局部的な摩耗、減肉が抑制される。
【００２１】
図７は中間形態におけるコンバスタ内のコーナ部近傍の斜視図であり、図８は中間形態におけるコンバスタ内のコーナ部近傍の上平面図である。図７及び図８に示すように、コーナ部直近に存在する蒸発管１８Ａは、天井近傍まで断熱壁２８で覆われており、蒸発管１８Ａを保護している。これは、コンバスタ内のコーナ部は特に流動材の流動が激しく、これによる損傷を防ぐためである。
【００２２】
また、耐火材１６及び断熱壁２８はその表面に耐摩耗性の皮膜が溶射されて形成されており、粒子の流れによる摩耗に備えている。
【００２３】
このようなコンバスタ内で、壁面近傍で蒸発管１８に沿って降下する粒子３２は耐火材１６の上面のステージ上に堆積し、堆積部３０を形成し、その後コンバスタ内側方向への流れＦ１を形成してコンバスタ内に落下する。
【００２４】
このとき、断熱壁２８に覆われている蒸発管１８Ａは断熱壁２８により摩耗、減肉が抑制され、コーナ部から離れた位置に配されている蒸発管１８Ｃは断熱材１６を突出させることにより摩耗、減肉が抑制されて減少したが、断熱壁２８で覆われておらず且つコーナ部に近い位置に配されている蒸発管１８Ｂには摩耗、減肉が見られた。
これは、コーナ部近傍においては、断熱材１６の上面のステージ上に落下した粒子は、コンバスタ内側向きの流れＦ１だけでなく、炉壁に略沿った方向の流れＦ２も生じ、そのため、流れＦ２によって蒸発管１８Ｂ近傍に粒子が集中し摩耗、減肉するためである。
【００２５】
そこで、本実施例においては、中間形態における図７及び図８で示した断熱材１６の構成に加えて、断熱材１６のコーナ部に相当する位置に断面方形状の凹部１７を設けた。図１は実施例におけるコンバスタ内のコーナ部近傍の斜視図であり、図２は実施例におけるコンバスタ内のコーナ部近傍の上平面図である。
これにより、コーナ部周辺では、凹部１７方向への流れＦ３が生じ、前記炉壁に略沿った方向の流れＦ２はほとんど生じなくなる。
なお、前記凹部１７は、その側辺側にある蒸気管が、他の部位における蒸発管よりも相対的に減肉の生じる蒸発管、即ち蒸発管１８Ｂとなるように設ける。凹部が小さすぎると前記流れＦ２を減少させる効果が小さく、凹部が大きすぎると摩耗、減肉の抑制ができている蒸発管１８Ｃの直近の断熱材の突出部が短くなってしまい、蒸発管１８Ｃの摩耗、減肉の抑制が充分でなくなる可能性があるためである。
凹部１７の大きさ及び位置は、例えば凹部１７にテーパ部１７ａを設け、テーパ部末端位置１７ｂの側辺側の位置が、蒸発管１８Ｂと蒸発管１８Ｃの中間位置付近となるようにテーパ部１７ａのテーパ角を決定することで調整が可能である。
【００２６】
図３は蒸発管１８を断熱壁で覆う様子を示す概略断面図である。図３（Ａ）は図１及び図２で示した例における断熱壁の様子を示しており、図３（Ｂ）は別の例における断熱壁の様子を示している。
図３（Ａ）においては、コーナ部直近にある蒸発管１８Ａのみを断熱壁２８で覆ったが、図３（Ｂ）においては、蒸発管１８Ａに加えて他の部位における蒸発管よりも相対的に減肉の生じる蒸発管、即ち蒸発管１８Ｂも断熱壁２８で覆った。断面方形状の凹部１７の側辺側にあり減肉の生じやすい蒸気管１８Ｂを、天井近傍まで断熱壁で覆うことで、蒸発管Ｂの粒子の流動による損傷をさらに効率的に防ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
耐火材の上縁側において、流動材や未燃灰等の粒子により蒸発管に生じる摩耗、減肉を抑制した循環流動層燃焼炉として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施例におけるコンバスタ内のコーナ部近傍の斜視図である。
【図２】実施例におけるコンバスタ内のコーナ部近傍の上平面図である。
【図３】蒸発管を断熱壁で覆う様子を示す概略断面図である。
【図４】中間形態に係る循環流動層燃焼炉の耐火材設置部位の一部を示す概略図である。
【図５】耐火材厚さ（突出距離Ｘ）と摩耗深さ比との関係図である。
【図６】耐火材の突出距離と蒸発管の摩耗領域との関係を示す図である。
【図７】中間技術におけるコンバスタ内のコーナ部近傍の斜視図である。
【図８】中間技術におけるコンバスタ内のコーナ部近傍の上平面図である。
【図９】循環流動層燃焼炉設備の概略図である。
【符号の説明】
【００２９】
４循環流動層燃焼炉
１６断熱材
１７凹部
１８蒸発管
２８断熱壁

【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の蒸発管を並置して形成した炉壁で断面角型形状の燃焼室を区画し、前記炉壁の下部を覆った耐火材を設け、循環する流動材や未燃灰等の粒子が前記炉壁に沿って下降するようにされた循環流動層燃焼炉において、
前記耐火材の上端縁を、前記蒸発管の内側壁面から耐火材の端部までの距離が５０ｍｍ以上となるように突出させるとともに、
前記燃焼室の角部で、前記耐火材に断面方形状の凹部を設け、
前記凹部は、側辺側にある蒸気管が、他の部位における蒸発管よりも相対的に減肉の生じる蒸発管であることを特徴とする循環流動層燃焼炉。
【請求項２】
前記断面方形状の凹部の側辺側にある蒸気管は、天井近傍まで断熱壁で覆われていることを特徴とする請求項１記載の循環流動層燃焼炉。
【請求項３】
前記方形状の凹部は、テーパ部を有し、
該テーパ部のテーパ角によって、凹部の側辺側にある蒸気管の本数を決定することを特徴とする請求項１又は２記載の循環流動層燃焼炉。

【図１】