JP4298183B2 - ボイラ付き焼却炉における水管保護用耐火構造および耐火タイル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえば、ごみなどを焼却した際に生じる熱を利用して発電するボイラ付き焼却炉において、ボイラの水管を耐火物により燃焼ガス（炉内の高温の腐食性ガス）から保護する水管保護用耐火構造、および、耐火タイルに係るものである。特に、この発明は、炉内温度が高温化されたボイラ付き焼却炉において、耐火物の耐久性が向上し、かつ、水管を高温の燃焼ガスから確実に保護することができる水管保護用耐火構造、および、耐火タイルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
（一般のボイラ付き焼却炉の説明）
ボイラ付き焼却炉は、一般に、図４に示すように、焼却炉１と、ボイラ２とから構成されている。
【０００３】
前記焼却炉１には、ごみを焼却するストーカ３と、前記ストーカ３にごみを供給するフィーダ４と、前記フィーダ４にごみを投入するホッパ５と、前記ホッパ５に投入するごみを一旦収集するごみピット（図示せず）などがそれぞれ装備されている。また、前記焼却炉１の前記ストーカ３の真上には、二次空気供給部１６が設けられている。
【０００４】
前記ボイラ２は、蒸気ドラム６と、水ドラム７と、前記蒸気ドラム６と前記水ドラム７との間に連結された多数本のボイラチューブ８とから構成されている。
【０００５】
前記ボイラ付き焼却炉は、前記焼却炉１においてごみなどを焼却した際に発生する熱により、前記ボイラ２において水が蒸気（過熱蒸気）となり、前記蒸気がタービン（図示せず）を駆動して発電の仕事をする。
【０００６】
前記ボイラ付き焼却炉は、前記焼却炉１の火炉壁を高温の燃焼ガスから保護するためと、ボイラ効率を向上させるために、火炉壁を水冷壁の水管９（図４中斜線が施されている部分）で構築している。
【０００７】
前記水管９は、図５および図６に示すように、多数本のボイラチューブ１０を平面に並べ、かつ、隣り合う前記ボイラチューブ１０、１０同士を平面リブ１１により連結してなるパネル構造をなすものである。
【０００８】
前記水管９のうち、前記ストーカ３の真上の部分であって、焼却炉１の内側の面を定形耐火物１２もしくは不定形耐火物（図示せず）で覆って、前記水管９を燃焼ガス（高温の腐食性ガス）から保護している。また、前記水管９の冷却作用により、前記定形耐火物１２の前記焼却炉１内と対向する面（以下、炉表面と称する）の熱が前記定形耐火物１２の前記水管９と対向する面（以下、水管面と称する）に伝達され、前記定形耐火物１２の炉表面の酸化損傷が防止されている。
【０００９】
そして、前記耐火物（以下、定形耐火物１２と称する）の材質および化学成分は、図２中のＮＯ．４に示す。すなわち、前記定形耐火物１２の熱伝導率は、ＪＩＳ規格のレーザフラッシュ法の測定で１４．０ｋｃａｌ／ｍｈ°Ｃである。
【００１０】
前記定形耐火物１２は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を主成分とするものである。前記定形耐火物１２は、図５および図６に示すように、２個の半円形部１３、１３と、前記２個の半円形部１３、１３を連結する連結部１４とからなる。
【００１１】
前記水管９と前記定形耐火物１２との相互の対向面側に耐火充填接着剤としてのモルタル１８（図中、点々が施された部分）を十分に塗布し、前記水管９に前記定形耐火物１２を取付具１５で取り付ける。これにより、前記水管９は、前記定形耐火物１２で覆われて燃焼ガスから保護されることとなる。
【００１２】
前記水管９に前記定形耐火物１２を覆う部分としては、前記二次空気供給部１６、もしくは、ガス混合位置１７から、燃焼ガス１９が上昇するまでの滞留時間が約２秒間の位置２０までの範囲としている。
【００１３】
なお、前記範囲を焼却炉１内の二次燃焼域下部（高温部）と称する。また、前記範囲より下流側（燃焼ガス１９の流れる下流側）を焼却炉１内の二次燃焼域上部（低温部）と称する。一方、前記ガス混合位置１７は、燃焼ガスと二次空気とが混合する位置であって、図４中、二次空気供給部１６を結ぶ点線にて示す。また、前記燃焼ガス１９は、図４中、白抜き矢印にて示す。さらに、前記滞留時間約２秒の位置２０は、図４中、二点鎖線にて示す。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、近年、ごみの高カロリー化と、ダイオキシン対策により、前記焼却炉１内の温度を高温度化（たとえば、酸素を豊富化したガスを前記二次空気供給部１６から前記焼却炉１内に供給して前記焼却炉１内の温度を高温度化）する傾向にある。すなわち、前記焼却炉１の出口温度が今までは約９００°Ｃであったのが、近年では約１１００°Ｃ〜１２００°Ｃまで上昇させている。
【００１５】
このために、従来の水管保護用耐火構造では、前記定形耐火物１２自体の耐久性が短期間で劣化し、ついには、前記水管９が燃焼ガスにより腐食する傾向にある。すなわち、図３に示すように、従来の前記定形耐火物１２は、雰囲気温度（°Ｃ）が約７００°Ｃを超えると、酸化が開始され、雰囲気温度（°Ｃ）が約９００°Ｃの場合には多少の酸化損傷が見られ、雰囲気温度（°Ｃ）が約１１００°Ｃ〜１２００°Ｃに達すると、酸化損傷が激しく見られる。このように、前記定形耐火物１２が短期間で劣化することとなる。また、前記滞留時間約２秒の位置２０から下流の前記定形耐火物１２が覆われていない箇所の水管９も燃焼ガスの高温化により腐食する傾向にある。
【００１６】
この発明は、炉内温度が高温化されたボイラ付き焼却炉において、耐火物の耐久性が向上し、かつ、水管を高温の燃焼ガスから確実に保護することができる水管保護用耐火構造、および、耐火タイルを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１にかかる発明は、炉内の二次燃焼域下部の高温部にＳｉＣを主成分とする定形耐火物を覆い、炉内の二次燃焼域上部の低温部に高温高耐食性金属で覆うことを特徴とする。
【００１８】
この結果、請求項１にかかる発明は、炉内の二次燃焼域上部の低温部が高温高耐食性金属で覆われることにより、焼却炉内温度を高温度化しても、炉内の二次燃焼域上部の低温部における水管を高温の燃焼ガスから保護することができる。
【００１９】
また、請求項２にかかる発明は、ＳｉＣが８５ｗｔ％以上と、Ｃが５ｗｔ％以上とを主成分とし、かつ、ＪＩＳ規格のレーザフラッシュ法の測定で、熱伝導率が２０ｋｃａｌ／ｍｈ°Ｃ以上の材質からなる耐火タイルを特徴とする。
【００２０】
この結果、請求項２にかかる発明は、耐火物の高熱伝導率により、耐火物の炉表面の熱が耐火物の水管面に伝達し易い。このために、耐火物の炉表面の温度を下げることができるので、耐火物の耐久性を向上させることができる。たとえば、焼却炉内温度を約１１００°Ｃ〜１２００°Ｃに高温化しても、焼却炉内温度が約９００°Ｃの場合と同等の耐火物の耐久性が得られる。しかも、耐火物の耐久性の向上に伴なって、前記耐火物により水管を高温の燃焼ガスから確実に保護することができる。特に、請求項２にかかる発明は、コストが非常に安価である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかるボイラ付き焼却炉における水管保護用耐火構造および耐火タイルの実施の形態のうちの１例を図１および図２を参照して説明する。図中、図４〜図６と同符号は同一のものを示す。なお、この実施形態によりこのボイラ付き焼却炉における水管保護用耐火構造および耐火タイルが限定されるものではない。
【００２２】
（実施の形態の構成の説明）
この実施の形態においては、フィーダ４の側壁（図１中一点鎖線にて囲まれた部分）２１を水管（水管９）で構成し、前記水管の炉内側の面を後記する定形耐火物で覆う。
【００２３】
また、この実施の形態においては、焼却炉１内の二次燃焼域下部の高温部２２、すなわち、燃焼ガス１９温度が約１１００°Ｃ〜１２００°Ｃの部分に後記する定形耐火物を覆う。
【００２４】
一方、前記焼却炉１内の二次燃焼域上部の低温部２３、すなわち、燃焼ガス１９温度が約８００°Ｃ〜１１００°Ｃの部分に高温高耐食性金属で覆う。
【００２５】
さらに、この実施の形態においては、水管９のうち、定形耐火物を覆い施工が不可能な部分、たとえば、ノーズや開口部などの曲管部であって、焼却炉１内側の面に、高温高耐食性金属で覆い施工する。前記高温高耐食性金属は、インコネル、Ｎｉ基、Ｃｏ基などを肉盛もしくは溶射により施工してなるものである。
【００２６】
前記定形耐火物は、ＪＩＳ規格のレーザフラッシュ法の測定で、熱伝導率が２０ｋｃａｌ／ｍｈ°Ｃ以上の材質からなる定形耐火物を使用する。
【００２７】
具体的には、図２に示す。すなわち、図２中のＮＯ．１は、ＳｉＣが９５ｗｔ％以上を主成分とし、かつ、ＪＩＳ規格のレーザフラッシュ法の測定で、熱伝導率が２０ｋｃａｌ／ｍｈ°Ｃ以上の材質からなる耐火タイル（耐火タイル１２）を使用する。
【００２８】
また、図２中のＮＯ．２は、ＳｉＣが９０ｗｔ％以上と、Ｓｉ₃ Ｎ₄ が５ｗｔ％以上とを主成分とし、かつ、ＪＩＳ規格のレーザフラッシュ法の測定で、熱伝導率が２０ｋｃａｌ／ｍｈ°Ｃ以上の材質からなる耐火タイル（耐火タイル１２）を使用する。
【００２９】
さらに、図２中のＮＯ．３は、ＳｉＣが８５ｗｔ％以上と、Ｃが５ｗｔ％以上とを主成分とし、かつ、ＪＩＳ規格のレーザフラッシュ法の測定で、熱伝導率が２０ｋｃａｌ／ｍｈ°Ｃ以上の材質からなる耐火タイル（耐火タイル１２）を使用する。
【００３０】
（実施の形態の作用効果の説明）
この実施の形態は、図２中のＮＯ．１の定形耐火物（耐火タイル１２）、すなわち、ＳｉＣが９５ｗｔ％以上を主成分とし、かつ、ＪＩＳ規格のレーザフラッシュ法の測定で、熱伝導率が２０ｋｃａｌ／ｍｈ°Ｃ以上の材質からなる耐火タイル１２を使用するものである。
【００３１】
この結果、この実施の形態にかかる図２中のＮＯ．１の定形耐火物（耐火タイル１２）は、耐火物の高熱伝導率により、耐火物の炉表面の熱が耐火物の水管面に伝達し易い。このために、耐火物の炉表面の温度を下げることができるので、耐火物の耐久性を向上させることができる。たとえば、焼却炉内温度を約１１００°Ｃ〜１２００°Ｃに高温化しても、焼却炉内温度が約９００°Ｃの場合と同等の耐火物の耐久性が得られる。しかも、耐火物の耐久性の向上に伴なって、前記耐火物により水管を高温の燃焼ガスから確実に保護することができる。
【００３２】
特に、この実施の形態にかかる図２中のＮＯ．１の定形耐火物（耐火タイル１２）は、耐酸化性に優れ、かつ、コストが安価である。
【００３３】
また、この実施の形態は、図２中のＮＯ．２の定形耐火物（耐火タイル１２）、すなわち、ＳｉＣが９０ｗｔ％以上と、Ｓｉ₃ Ｎ₄ が５ｗｔ％以上とを主成分とし、かつ、ＪＩＳ規格のレーザフラッシュ法の測定で、熱伝導率が２０ｋｃａｌ／ｍｈ°Ｃ以上の材質からなる耐火タイル１２を使用するものである。
【００３４】
この結果、この実施の形態にかかる図２中のＮＯ．２の定形耐火物（耐火タイル１２）は、耐火物の高熱伝導率により、耐火物の炉表面の熱が耐火物の水管面に伝達し易い。このために、耐火物の炉表面の温度を下げることができるので、耐火物の耐久性を向上させることができる。たとえば、焼却炉内温度を約１１００°Ｃ〜１２００°Ｃに高温化しても、焼却炉内温度が約９００°Ｃの場合と同等の耐火物の耐久性が得られる。しかも、耐火物の耐久性の向上に伴なって、前記耐火物により水管を高温の燃焼ガスから確実に保護することができる。
【００３５】
特に、この実施の形態にかかる図２中のＮＯ．２の定形耐火物（耐火タイル１２）は、耐酸化性に優れている。
【００３６】
さらに、この実施の形態は、図２中のＮＯ．３の定形耐火物（耐火タイル１２）、すなわち、ＳｉＣが８５ｗｔ％以上と、Ｃが５ｗｔ％以上とを主成分とし、かつ、ＪＩＳ規格のレーザフラッシュ法の測定で、熱伝導率が２０ｋｃａｌ／ｍｈ°Ｃ以上の材質からなる耐火タイル１２を使用するものである。
【００３７】
この結果、この実施の形態にかかる図２中のＮＯ．３の定形耐火物（耐火タイル１２）は、耐火物の高熱伝導率により、耐火物の炉表面の熱が耐火物の水管面に伝達し易い。このために、耐火物の炉表面の温度を下げることができるので、耐火物の耐久性を向上させることができる。たとえば、焼却炉内温度を約１１００°Ｃ〜１２００°Ｃに高温化しても、焼却炉内温度が約９００°Ｃの場合と同等の耐火物の耐久性が得られる。しかも、耐火物の耐久性の向上に伴なって、前記耐火物により水管を高温の燃焼ガスから確実に保護することができる。
【００３８】
特に、この実施の形態にかかる図２中のＮＯ．３の定形耐火物（耐火タイル１２）は、コストが非常に安価である。
【００３９】
特に、この実施の形態においては、フィーダ４の側壁２１を水管（水管９）で構成するので、ボイラ効率が向上する。また、前記フィーダ４の側壁２１の水管を、図２中のＮＯ．１もしくはＮＯ．２もしくはＮＯ．３の定形耐火物（耐火タイル１２）で覆うものである。
【００４０】
この結果、この実施の形態は、焼却炉１内の温度が約１１００°Ｃ〜１２００°Ｃの高温度化しても、定形耐火物（耐火タイル１２）により、フィーダ４の側壁２１の水管を高温の燃焼ガスから保護することができる。
【００４１】
また、この実施の形態においては、焼却炉１内の二次燃焼域下部の高温部２２を図２中のＮＯ．１およびＮＯ．２およびＮＯ．３の定形耐火物（耐火タイル）で覆い、焼却炉１内の二次燃焼域上部の低温部２３に高温高耐食性金属からなる不定形耐火物を覆うものである。
【００４２】
この結果、この実施の形態は、焼却炉１内の二次燃焼域上部の低温部２３が高温高耐食性金属からなる不定形耐火物で覆われることにより、焼却炉１内の温度が約１１００°Ｃ〜１２００°Ｃの高温度化しても、焼却炉１内の二次燃焼域上部の低温部２３における水管を高温の燃焼ガスから保護することができる。
【００４３】
さらに、この実施の形態においては、水管のうち、定形耐火物を覆い施工が不可能な部分に、高温高耐食性金属で覆い施工するものである。
【００４４】
この結果、この実施の形態は、水管のうち定形耐火物を覆い施工が不可能な部分が、高温高耐食性金属で覆われることにより、焼却炉１内の温度が約１１００°Ｃ〜１２００°Ｃの高温度化しても、水管のうち定形耐火物を覆い施工が不可能な部分を高温の燃焼ガスから保護することができる。
【００４５】
（実施の形態以外の例）
なお、前記実施の形態においては、図２中のＮＯ．１およびＮＯ．２およびＮＯ．３の定形耐火物（耐火タイル）を使用したものであるが、この発明は、ＪＩＳ規格のレーザフラッシュ法の測定で、熱伝導率が２０ｋｃａｌ／ｍｈ°Ｃ以上の材質からなる耐火物を使用しても良い。
【００４６】
また、前記実施の形態においては、フィーダ４の側壁２１の水管、また、焼却炉１内の二次燃焼域下部の高温部２２を、図２中のＮＯ．１もしくはＮＯ．２もしくはＮＯ．３の定形耐火物（耐火タイル１２）で覆うものであるが、この発明は、ＳｉＣを主成分とする定形耐火物（たとえば、従来の定形耐火物）であっても良い。
【００４７】
【発明の効果】
以上から明らかなように、この発明にかかるボイラ付き焼却炉における水管保護用耐火構造（請求項１）によれば、炉内の二次燃焼域下部の高温部にＳｉＣを主成分とする定形耐火物を覆い、炉内の二次燃焼域上部の低温部に高温高耐食性金属で覆うものである。この結果、請求項１にかかる発明は、炉内の二次燃焼域上部の低温部が高温高耐食性金属で覆われることにより、焼却炉内温度を高温度化しても、炉内の二次燃焼域上部の低温部における水管を高温の燃焼ガスから保護することができる。
【００４８】
また、この発明にかかるボイラ付き焼却炉における水管保護用耐火構造に使用される耐火タイル（請求項２）によれば、ＳｉＣが８５ｗｔ％以上と、Ｃが５ｗｔ％以上とを主成分とし、かつ、ＪＩＳ規格のレーザフラッシュ法の測定で、熱伝導率が２０ｋｃａｌ／ｍｈ°Ｃ以上の材質からなる耐火タイルを使用するものである。
【００４９】
この結果、請求項２にかかる発明は、耐火物の高熱伝導率により、耐火物の炉表面の熱が耐火物の水管面に伝達し易い。このために、耐火物の炉表面の温度を下げることができるので、耐火物の耐久性を向上させることができる。たとえば、焼却炉内温度を約１１００°Ｃ〜１２００°Ｃに高温化しても、焼却炉内温度が約９００°Ｃの場合と同等の耐火物の耐久性が得られる。しかも、耐火物の耐久性の向上に伴なって、前記耐火物により水管を高温の燃焼ガスから確実に保護することができる。特に、請求項２にかかる発明は、コストが非常に安価である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明のボイラ付き焼却炉における水管保護用耐火構造および耐火タイルの実施の形態を示す焼却炉の断面説明図である。
【図２】 この発明の耐火タイルと従来の耐火タイルの材質および化学物質を示す説明図である。
【図３】 従来の耐火タイルの酸化損傷と雰囲気温度の相対関係を示すグラフである。
【図４】 一般のボイラ付き燃焼炉を示す説明図である。
【図５】 従来のボイラ付き焼却炉における水管保護用耐火構造および耐火タイルを示す使用状態の一部正面図である。
【図６】 図５におけるＶＩ―ＶＩ線断面図である。
【符号の説明】
１ 焼却炉
２ ボイラ
３ ストーカ
４ フィーダ
５ ホッパ
６ 蒸気ドラム
７ 水ドラム
８ ボイラチューブ
９ 水管
１０ ボイラチューブ
１１ リブ
１２ 耐火タイル
１３、１３ 半円形部
１４ 連結部
１５ 取付具
１６ 二次空気供給部
１７ ガス混合位置
１８ モルタル
１９ 燃焼ガス
２０ 滞留時間約２秒の位置
２１ 側壁
２２ 高温部
２３ 低温部

Claims (2)

1. パネル構造の水管を火炉壁とし、前記水管の炉内側の面を耐火物で覆って前記水管を燃焼ガスから保護するボイラ付き焼却炉において、
   炉内の二次燃焼域下部の高温部における前記耐火物としては、ＳｉＣを主成分とする定形耐火物であり、
   炉内の二次燃焼域上部の低温部における前記耐火物としては、高温高耐食性金属からなる、
   ことを特徴とするボイラ付き焼却炉における水管保護用耐火構造。
2. ボイラ付き焼却炉において使用される水管保護用の定形耐火物としての耐火タイルであって、
   前記耐火タイルは、ＳｉＣが８５ｗｔ％以上と、Ｃが５ｗｔ％以上とを主成分とし、かつ、ＪＩＳ規格のレーザフラッシュ法の測定で、熱伝導率が２０ｋｃａｌ／ｍｈ°Ｃ以上の材質からなることを特徴とする耐火タイル。

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