JP3811849B2 - 流動層の温度検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流動層ボイラの流動層内に設置する温度検出装置にかかり、特にボイラ炉側壁から離れかつ流動層内の高い位置の温度を測定するのに好適な流動層の温度検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、図３により流動層ボイラの基本的な構成について説明しておきたい。流動層ボイラにおいては、火炉11内の流動層12に下方から空気分散板16を通して空気を供給し、この空気により流動層12を形成する流動媒体13(石炭灰、砂等)を流動せしめ、且つ流動層12内に供給された燃料を燃焼せしめる。そして流動層12内に多段に埋設された伝熱管14中で水蒸気を生成する。流動層12に供給される空気は、コンプレッサあるいはファンから空気配管15を経由しウインドボックス17に集められた後、空気分散板上16に設けた分散空気ノズル２の空気噴出孔の数に比例して各分散空気ノズル２に分配され、該空気噴出孔から流動層12へ噴出する。空気分散板16は互いに並列配置された水冷管と該並列して隣り合う水冷管間を接続するメンブレンバーとからなり、分散空気ノズル２はメンブレンバーに形成される空気孔に通じてメンブレンバー上に立設されている。
【０００３】
ところで、流動層12内の温度は燃料の燃焼によって平均で860℃程度となるが、燃料供給量、流動層12高などの運用条件、あるいは火炉11サイズなどの構造条件などによって層内で温度の分布が生じることが常である。流動層12内に多段に埋没された伝熱管14に均等に効率よく熱吸収させるためには、層12内の温度分布、すなわち温度差は極力小さく、あるいは無くすことが望ましい。このため層12内の温度分布を極力小さく、あるいは無くすために流動層12内の必要箇所の温度を常時監視し、適正な運用条件に維持する必要がある。流動層12内の高さ方向で中上部の温度計測には、火炉11の側壁から筒状の温度計ウェル１を挿入し計測する方法が一般的であるが、炉11の底部近傍、例えば空気分散板16から伝熱管14最下段までの間の温度計測に用いる温度計ウェル１には、分散空気ノズル２から噴出する空気によって流動化した流動媒体13の振動が直接作用するため、火炉11の側壁から温度計ウェル１を挿入し計測する方法は、炉11壁近傍以外すなわち温度計ウェル１の筒が長くなる火炉中央部の温度計測には不向きである。
【０００４】
図４により流動層内の炉底部近傍の温度を計測する手段としての公知の温度計ウェルを説明する(特開昭60-63434号公報)。図４に示す公知の温度計ウェル20は、ウェル内から空気を噴出させてウェル周囲の流動媒体を離散させ、それにより温度計ウェル20の摩耗を防止する点に一つの特徴がある。図４は、従来の温度計ウェル20が図３で述べた水冷管３とメンブレン４から構成する空気分散板16に設置されている態様を示す。この温度計ウェル20は、ドーム状上蓋付きのウェル円筒体と該ウェル円筒体先端の内壁に先端を密着配置された温度計５(サーモカップルと導線からなる)から構成され、且つウェル円筒体の側壁に空気噴出孔６を設けている。温度計ウェル20の空気噴出孔６から流動層12に噴出する空気は、温度計ウェル20周りの流動媒体13が温度計ウェル20から離れるように流動する。かくして、温度計ウェル20が流動媒体13により摩耗するのを防止する。
【０００５】
一方、温度計ウェル20内に設置された温度計５は、その先端の感知部がウェル20先端の内壁に密着されてはいるが、その周囲はウインドボックスから供給される空気の雰囲気下に置かれている。温度計ウェル20内の空気流れはウインドボックスから空気噴出孔６までは強制対流であり、空気噴出孔６からウェル20先端までは自然対流となる。従って、温度計ウェル20は、温度計５がウェル１先端内壁に密着していても直接自然対流の空気に触れる構造となるため、温度測定結果に空気温度の影響を与える可能性がある。なお、前述のように燃料が燃焼中の流動層12内は平均で860℃程度の温度となっており、部分的にはそれ以上の高温域も存在するため、流動層12内に設置する非冷却構造物には特に耐熱強度を考慮する必要がある。
【０００６】
図４に示す従来の温度計ウェル20の場合、流動層12の炉底部近傍の任意の高さ方向に温度を計測しようとすれば、温度計ウェル20の寸法を長くすることになり、その分流動媒体13からの受熱面積が増えることになり、ウェル20内の空気流れにより温度計ウェル20自体の自己冷却作用が期待されるものの、空気噴出孔６の、空気分散板16からの設置高さは、流動媒体13の流動上制約がある。即ち、空気噴出孔６を温度計ウェル1の上部に設置し冷却効果を得ようとして空気噴出孔６の位置を高くしすぎると、空気噴出孔６の下から空気分散板16間の領域で流動停滞が生じる可能性がある。流動停滞が生じれば、流動媒体13の塊状生成物(アグロメ)が生じる可能性があり、アグロメが生じれば、流動不良を起こし、流動層ボイラとして正常な燃焼状態が得られなくなる恐れがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来技術による温度計ウェルでは、ウェル円筒体内部に設置した温度計がウインドボックスから供給される空気の雰囲気下に置かれているため、温度計による流動層温度の計測結果がその雰囲気温度の影響を受ける恐れがあるという問題がある。また、炉底部から高い領域で流動層温度を計測するため温度計ウェルを長くすると、ウェル円筒体の受熱面積が増えて温度が上昇し、その温度上昇をウェル円筒体内の空気流れにより抑えるため空気噴出孔の位置を高くしすぎると、空気噴出孔から空気分散板間の領域で流動停滞が生じ、さらにアグロメが生じ、そのため流動層ボイラとして正常な燃焼状態が得られなくなる恐れがあるという問題がある。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、上記の問題を解決して、ウェル円筒体内の温度計が該円筒内の雰囲気温度の影響を受けることなく流動層内温度を計測でき、かつ流動層内の高い領域の温度測定においてもウェル円筒体から噴出する空気が流動層内の燃焼状態を正常に維持できる流動層の温度計ウェルを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の流動層の温度検出装置は、流動層として、伝熱管を埋設する流動媒体の層から構成され、該層の底に空気分散板が、また該空気分散板の下には空気分散板に配列して設けた空気穴に空気を送給するウインドボックスが設置され、空気分散板の空気穴上に立設された分散空気ノズルは上蓋付き円筒状で側壁に空気噴出孔を有し、該空気噴出孔から噴出する空気により前記流動媒体を流動させ、該流動する流動媒体中に供給された燃料を燃焼させる流動層の内部温度を検出する装置であって、分散空気ノズルの空気噴出孔を設けた側壁と実質的に同一形状の下部、該下部から上方に延び分散空気ノズルの径と同一の中間部、及び中間部から上方に延び分散空気ノズルの内径より小さい内径穴を有する上端部からなり、かつ中間部で上端部近くの側壁に空気噴出孔を形成した筒体と、該筒体の上端部の小径穴内に温度感知部を密着して嵌入させた温度計とから構成し、そして分散空気ノズルの中から選択された分散空気ノズルに代えて設置することを特徴とする装置である。
【００１０】
そして、温度計はその温度感知部を先端部に有した棒体とし、該棒体の他端部を空気分散板の空気穴近傍に該空気穴を開口した状態で取付ける固定手段を設けることが好ましい。さらに固定手段は、空気穴下周縁の一部から垂下する柱及び該柱の下端に固定され中心部にテーパねじ穴を形成した取付け板からなる支持金具と、支持金具のテーパねじ穴と螺合するテーパねじを外周に有し、軸心部に温度計を挿通する穴を有し、該穴の側壁には軸方向にスリットを形成して弾性変形するプラグとから構成することが好ましい。
【００１１】
上記のように構成された流動層の温度検出装置において、ウインドボックスから空気分散板の空気穴を経て筒体に進入した空気は、温度検出器の筒体下部にある空気噴出孔及び筒体上端部近くにある空気噴出孔から流動層内に噴出する。筒体下部にある空気噴出孔から噴出する空気は、噴出筒体に隣接する空気分散ノズルと同じ高さから噴出して、流動媒体を停滞せさることなく正常な流動層を維持する一方、筒体上端部の空気噴出孔から噴出する空気は噴出前に筒体を冷却して筒体の熱損傷を防止する。従ってこの温度検出装置によって流動層の高い位置で温度検出を行うことができる。また筒体内にある温度計は、その温度感知部が筒体先端部に密着嵌入されているので、筒体内に進入した空気の温度を受けることなく、外部の流動層の温度をより正確に検出する。
【００１２】
また固定手段によれば、プラグを支持金具にねじ込むことによりプラグの穴は収縮して、該穴に挿通された温度計は締付、固定されることになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面にしたがい本発明の実施の形態となる流動層の温度検出装置を説明する。図１は本発明による流動層の温度検出装置の実施の形態を示す図、図2は図1のＡ−Ａ矢視図、図３は流動層ボイラの構成を説明する図である。
【００１４】
本発明による温度検出装置を採用する流動層ボイラについては、従来の技術の項で図３により説明したが、ここでも簡単に触れておく。流動層ボイラは、火炉11内の流動層12と、流動層12の下方から空気を供給する空気分散板16と、空気分散板16に空気を送給するウインドボックス17と、流動層12に燃料を供給する燃料供給配管18と、流動層12内に多段に埋設された伝熱管14とを備えており、空気分散板16から噴出する空気は、流動層12の流動媒体13を流動させ、かつ燃料を燃焼させる。
【００１５】
空気分散板16は、図１に示すように、並列に配置された水冷管3と、互いに隣り合う水冷管3間を接続するメンブレン４と、メンブレン４に形成された空気穴７上に設置された分散空気ノズル２とから構成される。本発明による流動層の温度検出装置として温度ウェル１はこの空気分散板16上に適宜分散空気ノズル２に代えて設置される、換言すれば、分散空気ノズル２に混じって設置される。分散空気ノズル２は円筒形状で上蓋を有しており、ノズル側壁に空気噴出孔６を設けている。なお、ここでは上蓋の側壁に空気噴出孔６を設けている。
【００１６】
温度計ウェル１はウェル筒体1aと、ウェル筒体1a内に設置される温度計５とから構成される。ウェル筒体1aは下部が分散ノズル２の天井板を除けば分散空気ノズル２と実質的に同一形状であり、その側壁には空気噴出孔６を分散空気ノズル２のそれと同じ高さに同じ数だけ設けており、筒体下部から上に延びる中間部は分散空気ノズル２の外径と同一であり、中間部に続く筒体先端部は温度計５のサイズに合わせて細くなっており、筒体先端部に近い筒体中間部の部位には別の空気噴出孔８を設けている。筒体先端部内の穴10は温度計５先端の温度感知部が嵌入される程度の小径に形成されている。該小径穴10の内径は、経験的にいって温度計の外径に対して−０から＋０.1mmの公差で加工することが望ましいが、ここではこの公差は特に規定するものではない。
【００１７】
温度計ウェル１の筒体中間部の空気噴出孔８は、一個以上設けることで層内の流動状態を変えることなく筒体内に強制対流域をつくり、任意の温度計ウェル１の長さに対して自己冷却手段を持たせることができる。そして、筒体1a下部の空気噴出孔６の他に先端部近くに空気噴出孔８を設けることにより、局部的に層内へ噴出される空気の絶対量が増加することになるが、空気量が増加することに対しては層内流動が活発となるため流動あるいは燃焼状態に影響を与えるものでない。なお、流動層の低い位置で温度測定するために、温度計ウェル１は、空気噴出孔６を有する筒体下部と小径穴10を有する筒体先端部とを直結して、上記中間部のないものに構成することが可能である。
【００１８】
一方、温度計5は、空気分散板16の空気穴７からウェル筒体1a内に挿入され、温度計先端の感知部がウェル筒体1aの小径穴10の先端面に密着するように、且つ感知部が小径穴10内に埋没するようにセットされ、下方で空気分散板１の空気穴７近傍に設けた固定手段としてのホルダー９により固定される。
【００１９】
ホルダー９は、空気分散板16の空気穴７近傍に設けた支持金具9aと金具9aに温度計５をねじ留めするプラグ9bとからなる。支持金具9aは空気穴７下周縁から垂下する例えば2本の柱と該柱の下端に固定され中心部にテーパねじを形成した底板とからなり、2本の柱間の空間を空気通路としている。ここでは柱の上端は空気穴７の周縁に溶接により接合されているが、ねじ止めにより結合してもよい。プラグ9bは外周にテーパねじを、軸心部に温度計5を挿通する穴を有し、かつ側壁には軸方向にスリットを形成して、外径が弾性変形するよう構成されている。このホルダーによれば、プラグ9bを支持金具9aにねじ込むことによりプラグ9bの穴は収縮して、該穴に挿通された温度計５は締付、固定されることになる。このようなホルダを設置することで、温度計５をウェル先端内面に挿入密着したまま支持、且つ固定することが可能となる。以上のように、本発明による温度計ウェル1は、分散空気ノズルと従来の温度計ウェルを機能的に一体化したものといえる。
【００２０】
このように温度計５が設置された温度計ウェル1内に、空気がウインドボックス１７から支持金具9a、空気分散板16の空気穴７を通じて送給され、ウェル内に進入した空気はウェル下部に設けた空気噴出孔６から流動層12内に噴出すると共にウェル上部に設けた空気噴出孔８からも流動層12内に噴出する。ウェル下部の空気噴出孔６から噴出する空気は温度計ウェル1に隣接する分散空気ノズル２からのそれと同様に流動層の流れ状態を作り出す。一方、ウェル上部の空気噴出孔８はウェル内の強制体流域をウェル上部まで拡大し、空気噴出孔８から噴出する空気は、噴出前ウェル内で強制対流によりウェル筒体を冷却して、ウェル筒体を過熱または焼損から保護する。またウェル先端部の温度計感知部は小径穴に埋没しているため、ウェル内での空気の強制対流に影響を受けることなく、外側の流動層の温度を計測できる。
【００２１】
上記のような温度計ウェル１により、ウェルの長さによらず空冷効果が得られ、流動層内の任意の高さで温度計測が可能となる。したがって、炉壁から挿入する温度計ウェルが届かない火炉中央部についても分散空気ノズルが設置してある部位であれば前後左右方向の平面内の任意の場所について層内流動状態に悪影響を与えることなく層温度計測が可能である。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、筒体内の温度計が筒体内の雰囲気温度の影響を受けることなく外部の流動層の温度を計測でき、かつ流動層内の高い領域の温度測定においても筒体から噴出する空気が筒体内で自己冷却しかつ流動層内の燃焼状態を正常に維持する流動層の温度検出装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態となる流動層の温度検出装置(温度計ウェル)及びその周辺の構成を示す図である。
【図２】図1のＡ-Ａ矢視図である。
【図３】流動層ボイラの火炉の構成を説明する図である。
【図４】従来の温度計ウェルを説明する図である。
【符号の説明】
１ 温度計ウェル
１ａ ウェル筒体
２ 分散空気ノズル
３ 水冷管
４ メンブレン
５ 温度計
６ 空気噴出孔
７ 空気穴
８ 空気噴出孔
９ ホルダー
９ａ 支持金具
９ｂ プラグ
１１ 火炉
１２ 流動層
１３ 流動媒体
１４ 伝熱管
１６ 空気分散板
１７ ウインドボックス
１８ 燃料供給配管

Claims (3)

1. 流動層として、伝熱管を埋設する流動媒体の層から構成され、該層の底に空気分散板が、また該空気分散板の下には該空気分散板に配列して設けた空気穴に空気を送給するウインドボックスが設置され、前記空気穴上に立設された分散空気ノズルは上蓋付き円筒状で側壁に空気噴出孔を有し、該空気噴出孔から噴出する空気により前記流動媒体を流動させ、該流動する流動媒体中に供給された燃料を燃焼させる流動層の内部温度を検出する流動層の温度検出装置において、前記分散空気ノズルの空気噴出孔を設けた側壁と実質的に同一形状の下部、該下部から上方に延び前記分散空気ノズルの径と同一の中間部、及び前記中間部から上方に延び前記分散空気ノズルの内径より小さい内径穴を有する上端部からなり、かつ前記中間部で上端部近くの側壁に空気噴出孔を形成した筒体と、前記筒体の上端部の小径穴内に温度感知部を密着嵌入させた温度計とから構成され、そして前記分散空気ノズルの中から選択された分散空気ノズルに代えて設置されることを特徴とする流動層の温度検出装置。
2. 前記温度計は前記温度感知部を先端部に有した棒体とし、該棒体の他端部を前記空気分散板の空気穴近傍に該空気穴を開口した状態で取付ける固定手段を設けたことを特徴とする請求項1記載の流動層の温度検出装置。
3. 前記固定手段は、前記空気穴下周縁の一部から垂下する柱及び該柱の下端に固定され中心部にテーパねじ穴を形成した取付け板からなる支持金具と、前記テーパねじ穴と螺合するテーパねじを外周に有し、軸心部に前記温度計を挿通する穴を有し、該穴の側壁には軸方向にスリットを形成して弾性変形するプラグとから構成されていることを特徴とする請求項2記載の流動層の温度検出装置。

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