JP2010038491A - 循環流動層燃焼炉 - Google Patents

Abstract

【課題】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、耐摩耗性部材の皮膜の再溶射等の保守作業のピッチの長期化を図るように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１７を並置して形成した炉壁（フィン）１２ａで燃焼室を区画し、該炉壁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、前記蒸発管１７の内側壁面１７ａから耐火材の端面１６ａまでの突出距離Ｘが５０ｍｍ以上としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、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構成されている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上端縁に一定の工夫を施して調整し、該蒸発管の摩耗、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。

従来の循環流動層燃焼炉の概要について、図７を参照しつつ説明する。
図７は、従来の循環流動層燃焼炉を備えた循環流動層燃焼装置１０の概略図である。図７に示すように、循環流動層燃焼装置１０は、循環流動層燃焼炉１１と燃焼炉から循環される流動材を分離するサイクロン１８と、排ガス熱交換手段３１と排ガス中の煤塵を除去するバグフィルタ３２とを具備するものである。
なお、図７において、１２はコンバスタ、１３は炉底、１４は燃料、１５は空気、１６は耐火材、１７は蒸発管、１９は循環粒子、２０はシールポット、２１は高温粒子循環ライン、２２は低温粒子循環ライン、２３は外部熱交換器、３３は誘因ファン、３４は煙突を図示する。
ここで、蒸発管１７は、互いに隣接して所定間隔をもって配置されており、燃焼室を区画する炉壁（フィン）を構成している。

前記耐火材１６は、前記炉壁の下方部分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１７を高温から遮蔽すると共に、後述する流動材や未燃灰等の粒子により蒸発管１７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の上部は、コンバスタ１２の天井までの距離Ｈが約３００００ｍｍの場合には、例えばＨ１を約８０００ｍｍ程度としている。

前記空気１５を、空気ノズルにより循環流動層燃焼炉のコンバスタ１２内部に吹き込み、外部から供給される石炭等の燃料１４及び炉底１３の近傍から帰還される未燃灰、そして予めコンバスタ１２内部に収納された流動材（けい砂などの不活性粉粒体また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。

このようにして形成された循環流動層燃焼炉１１のコンバスタ１２内の流動材や未燃灰等の粒子の挙動について注目すると、該粒子はコンバスタ１２内の中央部で上昇するが、蒸発管１７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により該コンバスタ１２内内で前記流動材や未燃灰等の粒子の循環が行われる。

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は、蒸発管１７に局部的な摩耗が生じることとなる。

この局所的な摩耗を低減させるために、蒸発管を保護するための種々の提案がある（特許文献１乃至４参照）。
前記特許文献１（特開２００１−１６５４０９号公報）の提案は、蒸発管を湾曲させて炉壁にステージを設けるものである。
前記特許文献２（特開２００３−３０２００４号公報）の提案は、プロテクタを蒸発管の摩耗する近傍に配置するものである。
前記特許文献３（特開２００４−２８４３０号公報）の提案は、耐火材の上縁に堰を設けるものである。
前記特許文献４（特開２００６−８４１６３号公報）の提案は、耐火材の上縁に切欠を設けるものである。

特開２００１−１６５４０９号公報 特開２００３−３０２００４号公報 特開２００４−２８４３０号公報 特開２００６−８４１６３号公報

しかしながら、特許文献１乃至４の提案においても未だ、有効な解決ではなく、さらなる摩耗低減の有効な対策が切望されている。
特に、燃料として従来の石炭から、バイオマス燃料や高いＣｌ燃料の使用により、減肉が顕著となり、耐久性の高い対策が望まれている。

本発明は、このような従来のものにおける問題点の解消を目指し、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、耐摩耗性部材の皮膜の再溶射等の保守作業のピッチの長期化を図るようにした循環流動層燃焼炉を提供することを課題とするものである。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、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燃焼炉において、前記蒸発管の内側壁面から耐火材の端面までの突出距離が５０ｍｍ以上であることを特徴とする循環流動層燃焼炉にある。

第２の発明は、第１の発明において、前記耐火材は、燃焼室の周方向に延びる堰を設けたことを特徴とする循環流動層燃焼炉にある。

第３の発明は、第１又は２の発明において、前記蒸発管は、耐火材で覆われる上端側近傍における表面に耐摩耗性部材の皮膜が溶射されてなることを特徴とする循環流動層燃焼炉にある。

第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記燃焼室の四隅が、天井近傍まで耐火材で蒸発管を覆うものであることを特徴とする循環流動層燃焼炉にある。

すなわち本発明によれば、炉壁の下部を覆って設けられた耐火材は、その上端縁を所定距離の５０ｍｍ以上突き出す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による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が緩和され、蒸発管の局部的な摩耗、減肉が大幅に抑制されることになる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本実施例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、循環流動層燃焼炉の構成は従来の図７に示すものと同じであるので、その説明は省略する。
図１に示すように、複数（図面では１本）の蒸発管１７を並置して形成した炉壁（フィン）１２ａで燃焼室を区画し、該炉壁１２ａ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、前記蒸発管１７の内側壁面１７ａから耐火材の端面１６ａまでの突出距離Ｘが５０ｍｍ以上としている。

すなわち、本実施の形態においては、多数の蒸発管１７を間隔片（図示せず）で連結して炉壁を形成し、その下部を耐火材１６で覆い、かつ蒸発管１７は耐火材１６で覆われる上端側近傍における表面に耐摩耗性部材の皮膜（図示せず）を溶射し、流動材や未燃灰等の粒子のうず流等による摩耗に備えている。

さらに、前記耐火材１６はその上端縁を水平な端面で形成すると共に、前記蒸発管１７の内側壁面１７ａ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２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、その突出距離Ｘが伸びるほどその効果は増大する。
図２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された。また、耐火材の突出距離Ｘは５０ｍｍ以上、より好ましくは１３０ｍｍ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以下とするのが好ましい。
ここで、摩耗深さ比とは，耐火材の突出距離Ｘを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。

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３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３に示すように、壁面近傍で蒸発管１７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１７の内側壁面１７ａを削る摩耗領域（幅）ｂが小さいものとなるが、本発明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量が緩和され、蒸発管の局部的な摩耗、減肉が大幅に抑制されることになる。

この結果、本発明によれば、耐火材１６の突出距離を５０ｍｍ以上とすることで、その流動材や未燃灰等の粒子により蒸発管に生じる摩耗、減肉を抑制することができ、これにより、耐摩耗性部材の皮膜の再溶射等の保守作業のピッチの長期化を図ることができるものとなる。

図４には図２の試験に用いた試験装置の概略を示す。
本試験装置は、循環流動層燃料炉を模擬したものであり、図４に示すように、流動材落下試験装置５０は、本体の内部に耐火材１６と蒸発管１７とを模擬して設置し、その本体５１の上部に仕切板５２を設けて、蒸発管１７側にのみ開口部５３を形成する。そして、ホッパー５４を介して、流動材５５を投入して、耐火材の減肉状態を観察した。
この流動材５５は強制的に流動するのではなく、本体５１下部側で回収して、再度ホッパー５４に投入する操作を損傷が認められるまで繰り返し行い、実際の流動材の摩耗を模擬するようにしている。

また、図示しないが、従来のように、さらに、前記耐火材１６は、燃焼室の周方向に延びる堰を形成するようにして、炉壁に沿って下降した流動材や未燃灰等の粒子を、当該堰内に堆積させるようにしてもよい。

また、前記蒸発管の摩耗を低減する方法として、前記燃焼室の四隅が、天井近傍まで耐火材で蒸発管を覆うものとすることが好ましい。
すなわち、図５及び図６に示す蒸発管を耐火材で覆う様子を示す断面概略図に示すように、蒸発管１７を耐火材１６Ａ又は１６Ｂで覆うと共に、その耐火材１６Ａ又は１６Ｂをコンバスタ１２の天井近傍まで延設し、蒸発管そのものを保護するようにしてもよい。これは、コンバスタ１２の炉内の四隅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。

以上のように、本発明に係る循環流動層燃焼炉は、耐火材を所定距離の５０ｍｍ以上突き出す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による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が緩和され、蒸発管の局部的な摩耗、減肉が大幅に抑制され、循環流動層燃焼装置に用いて適している。

本実施例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。 耐火材厚さ（突出距離Ｘ）と摩耗深さ比との関係図である。 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２の試験の試験装置の概略を示す図である。 蒸発管を耐火材で覆う様子を示す断面概略図である。 蒸発管を耐火材で覆う様子を示す他の断面概略図である。 循環流動層燃焼装置の概略図である。

符号の説明

１０ 循環流動層燃焼装置
１１ 循環流動層燃焼炉
１２ コンバスタ
１６ 耐火材
１７ 蒸発管
Ｘ 突出距離

Claims (4)

1. 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燃焼炉において、
   前記蒸発管の内側壁面から耐火材の端面までの突出距離が５０ｍｍ以上であることを特徴とする循環流動層燃焼炉。
2. 請求項１において、
   前記耐火材は、燃焼室の周方向に延びる堰を設けたことを特徴とする循環流動層燃焼炉。
3. 請求項１又は２において、
   前記蒸発管は、耐火材で覆われる上端側近傍における表面に耐摩耗性部材の皮膜が溶射されてなることを特徴とする循環流動層燃焼炉。
4. 請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
   前記燃焼室の四隅が、天井近傍まで耐火材で蒸発管を覆うものであることを特徴とする循環流動層燃焼炉。

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