JP6315171B2 - 流動層炉用温度測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、高温の流動層を有する流動層炉の炉内温度を計測するのに用いられる流動層炉用温度測定装置に関するものである。

上記した流動層炉は、下部に配置した空気分散ノズルから吹き出す空気により、石炭やゴミ固形化燃料等の燃料及び砂や石灰石等のベッド材を流動させながら燃焼させる炉であり、砂をベッド材とする流動層ボイラの流動層炉の場合には、炉内温度が９００℃程度の高温になる。

このような高温の炉内温度を計測する流動層炉用温度測定装置としては、例えば、特許文献１に開示された流動層炉用温度測定装置がある。
この流動層炉用温度測定装置は、温度計と、この温度計を収容するパイプ状を成す保護管を備えており、流動層炉の外壁及びこの外壁に内貼りした耐火材壁を貫通して設置されるようになっていて、通常流動層炉の上下方向の２か所に配置される。

特開2000-046657号公報

上記した砂や石灰石等のベッド材が流動する流動層炉では、流動層（ガスを含んだ燃料及びベッド材から成る流動層）が耐火材壁に沿って下降しているため、このような流動層炉に設置される流動層炉用温度測定装置において、流動層炉内に突出して下降する流動層のベッド材と接触する保護管の流動層流れの上流側部分は摩耗し易い。

特に、流動層炉の中腹から空気分散ノズル側の下部では、ベッド材の濃度が高い流動層が耐火材壁に沿って下降しており、図７に示すように、温度計１１１を収容する保護管１１２がパイプ状を成す場合には、矢印で示す下降する流動層の流れに当たる保護管１１２の断面積が大きいことから、保護管の流動層流れの上流側部分はより摩耗し易いという問題があり、この問題を解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、ベッド材の濃度が高い流動層が流れる流動層炉の下部においても、流動層との接触による保護管の摩耗が少ない流動層炉用温度測定装置を提供することを目的としている。

上記した目的を達成するために、本発明の請求項１に係る発明は、流動層炉の炉内温度を計測する流動層炉用温度測定装置であって、前記流動層炉内の流動層と接する保護管と、前記保護管に収容される温度計を備え、前記保護管は、前記流動層の流れの上流側に位置して該流動層との接触抵抗を減らす断面山形（尖端状の山形及びなだらかな湾曲状の山形のいずれをも含む）の抵抗低減部を具備していると共に、前記流動層の流れの下流側に位置して渦の発生を抑える断面山形（尖端状の山形及びなだらかな湾曲状の山形のいずれをも含む）の渦抑制部を具備し、前記保護管は、前記温度計を収容する温度計収容部を残して２枚の長尺板を合せて形成され、該２枚の長尺板の両側縁同士の合わせ目のうちの一方の合わせ目は、隅肉溶接により断面三角形状又は断面が曲率の大きな円弧状の前記抵抗低減部として形成されていると共に、他方の合わせ目は、隅肉溶接により断面三角形状又は断面が曲率の大きな円弧状の前記渦抑制部として形成されている構成としたことを特徴としており、この流動層炉用温度測定装置の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。

本発明の請求項２に係る流動層炉用温度測定装置は、流動層炉の炉内温度を計測する流動層炉用温度測定装置であって、前記流動層炉内の流動層と接する保護管と、前記保護管に収容される温度計を備え、前記保護管は、前記流動層の流れの上流側に位置して該流動層との接触抵抗を減らす断面山形の抵抗低減部を具備していると共に、前記流動層の流れの下流側に位置して渦の発生を抑える断面山形の渦抑制部を具備し、前記保護管は、長尺板を翼形状に曲げ加工して成り、該翼形状を成す保護管の後縁が前記抵抗低減部として形成されていると共に、前記翼形状を成す保護管の前縁が前記渦抑制部として形成されている構成としている。

本発明の請求項３に係る流動層炉用温度測定装置において、前記保護管は、前記温度計を収容する温度計収容部を有する鞘状に形成され、該鞘状の保護管の両側縁部のうちの一方の側縁部は、断面三角形状又は断面が曲率の大きな円弧状の前記抵抗低減部として形成されていると共に、他方の側縁部は、断面三角形状又は断面が曲率の大きな円弧状の前記渦抑制部として形成されている構成としている。

本発明の請求項４に係る流動層炉用温度測定装置において、前記保護管の前記抵抗低減部及び前記渦抑制部のうちの少なくとも前記抵抗低減部には、耐摩耗材の溶射又はコーティングが施されている構成としている。

本発明に係る流動層炉用温度測定装置において、例えば、循環流動層ボイラの火炉に配置する場合には、上下方向の適宜位置に、９０°の間隔をもって４セット配置したり、１２０°の間隔をもって３セット配置したり、１８０°の間隔をもって２セット配置したりすることができるほか、上下方向の適宜位置に、１セットのみ配置するようにしてもよい。

また、本発明に係る流動層炉用温度測定装置において、流動層炉内の高温の流動層（循環流動層ボイラの火炉においてベッド材として砂を採用した場合は９００℃程度の流動層）と接する保護管には、ＮＡＲ−ＡＨ４材（登録商標）やＳＵＳ３１０を採用することができる。

本発明に係る流動層炉用温度測定装置において、例えば、ベッド材の濃度が高い流動層が流れる循環流動層ボイラの火炉の中腹から下側の下部に配置した場合、壁際を下降する流動層が、保護管における断面山形の抵抗低減部及び渦抑制部を滑らかに通過することとなり、したがって、摩耗の原因となる流動層の流れの乱れが少なく抑えられることとなる。

この際、請求項１に係る流動層炉用温度測定装置のように、２枚の長尺板を合せて形成して成る保護管を採用すれば、保護管の製作が容易なものとなり、また、請求項２や請求項３に係る流動層炉用温度測定装置のように、翼形状や鞘状の保護管を採用すれば、軽量化が図られると共に温度計による温度検出精度の維持ないし向上が図られることとなる。

さらに、請求項４に係る流動層炉用温度測定装置のように、保護管の抵抗低減部及び渦抑制部のうちの少なくとも抵抗低減部に、耐摩耗材の溶射又はコーティングを施すようにすれば、耐摩耗性がより一層向上することとなる。

本発明に係る流動層炉用温度測定装置では、例えば、ベッド材の濃度が高い流動層が流れる循環流動層ボイラにおける火炉の中腹から下側の下部に配置した場合であったとしても、流動層との接触による保護管の摩耗を少なく抑えることが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

本発明の一実施形態に係る流動層炉用温度測定装置が採用された循環流動層ボイラの火炉を示す断面説明図である。 図１における火炉のＡ−Ａ線位置に基づく断面説明図（ａ）及び図１における円内の拡大説明図（ｂ）である。 図１の火炉に配置された流動層炉用温度測定装置の保護管の先端部分を破断して示す側面説明図（ａ），平面説明図（ｂ）及び図３（ａ）のＢ−Ｂ線位置に基づく拡大断面説明図（ｃ）である。 本発明の他の実施形態に係る流動層炉用温度測定装置の保護管を示す側面方向からの断面説明図（ａ），平面方向からの断面説明図（ｂ），図４（ａ）のＣ−Ｃ線位置に基づく拡大断面説明図（ｃ）及び図４（ａ）のＤ−Ｄ線位置に基づく拡大断面説明図（ｄ）である。 本発明のさらに他の実施形態に係る流動層炉用温度測定装置の保護管を示す図３（ａ）のＢ−Ｂ線相当位置に基づく拡大断面説明図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る流動層炉用温度測定装置の保護管を示す図３（ａ）のＢ−Ｂ線相当位置に基づく拡大断面説明図である。 従来の流動層炉用温度測定装置の保護管を示す図３（ａ）のＢ−Ｂ線相当位置に基づく拡大断面説明図である。

以下、本発明に係る流動層炉用温度測定装置を図面に基づいて説明する。
図１〜図３は、本発明に係る流動層炉用温度測定装置の一実施形態を示しており、この実施形態では、本発明に係る流動層炉用温度測定装置を循環流動層ボイラの円筒状を成す火炉に採用した場合を示している。

図１に示すように、循環流動層ボイラの円筒状を成す火炉１は、その外周壁２に耐火材壁３を内貼りして成っている。この火炉１には、燃料、例えばゴミ固形化燃料、及び、ベッド材Ｓ、例えば砂が供給されて、下部に配置した空気分散ノズル４から矢印のごとく吹き出す空気により燃料をベッド材Ｓとともに流動化して燃焼させるようになっており、この火炉１で生じる灰やベッド材Ｓを含んだ燃焼ガスは、上部に配置した火炉出口５を介して図外のサイクロンに送られるようになっている。
ここで、ガスを含んだ燃料及びベッド材Ｓから成る流動層は、火炉１の中心部分において太い矢印で示すように上昇し、耐火材壁３の近傍において白抜き矢印で示すように該耐火材壁３に沿って下降する。

火炉１の炉内温度を計測する流動層炉用温度測定装置１０は全体で棒状を成しており、火炉１の上下の二箇所において、図２（ａ）に示すように、９０°の間隔をもって４セットずつそれぞれ配置されていて、これらの流動層炉用温度測定装置１０は、いずれも外周壁２及び耐火材壁３を貫通するようにして配置されている。

この際、火炉１の下部に位置する流動層炉用温度測定装置１０で計測される炉内温度は燃焼制御に用いられ、火炉１の上部に位置する流動層炉用温度測定装置１０で計測される炉内温度はサイクロン側に流れる燃焼ガスの温度制御に用いられる。

また、流動層炉用温度測定装置１０の各先端部分の炉内突出量は５０〜１００ｍｍに設定されており、流動層炉用温度測定装置１０の各先端部分（後述する保護管１２の先端部分）は、図２（ｂ）にも示すように、耐火材壁３に沿って下降する白抜き矢印で示す流動層に晒されるようになっている。

この流動層炉用温度測定装置１０は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、温度計１１と、この温度計１１を収容して炉内の流動層と接する保護管１２を備えており、保護管１２は、２枚の肉厚が５〜１０ｍｍで且つ長さが５００〜６００ｍｍの長尺板（ＮＡＲ−ＡＨ４材（登録商標））１３，１４同士を互いに貼り合わせて、周囲を溶接でシールして成っている。これらの長尺板１３，１４の各対向面１３ａ，１４ａには、長手方向に沿う溝１３ｂ，１４ｂがそれぞれ形成されており、図３（ｃ）にも示すように、これらの溝１３ｂ，１４ｂ同士が互いに合わさることで温度計収容部１５を形成している。

この場合、２枚の長尺板１３，１４は、各々の流動層に沿う方向（図３（ｃ）に矢印で示す方向）の幅寸法が互いに異なっており、幅寸法が長い一方の長尺板１３における上下の側縁には、他方の長尺板１４と反する方向を向く斜面１３ｃ、１３ｃがそれぞれ形成され、互いに貼り合わせた２枚の長尺板１３，１４間の二つの段差には、隅肉溶接による肉盛り部１６，１６がそれぞれ形成されている。

つまり、保護管１２の図３（ｃ）に矢印で示す流動層の流れの上流側には、流動層との接触抵抗を減らすべく断面三角形状（断面山形）の抵抗低減部１７が形成され、一方、保護管１２の流動層の流れの下流側には、渦の発生を抑えるべく断面三角形状（断面山形）の渦抑制部１８が形成されており、抵抗低減部１７及び渦抑制部１８には、耐摩耗材の溶射やコーティングが必要に応じて施されるようになっている。

この実施形態に係る流動層炉用温度測定装置１０では、２枚の長尺板１３，１４同士を互いに貼り合わせて成る保護管１２の幅方向を流動層の流れに沿わせているうえ、保護管１２の両側縁に位置する抵抗低減部１７及び渦抑制部１８の各断面形状を三角形状にしているので、耐火材壁３に沿って下降する流動層（ガスを含んだ燃料及びベッド材Ｓから成る流動層）が、保護管１２の周りを滑らかに流れることとなり、したがって、摩耗の原因となる流動層の流れの乱れが少なく抑えられることとなる。

また、保護管１２は、２枚の長尺板１３，１４同士を互いに貼り合わせて成っているので、製作が容易なものとなる。

図４は、本発明に係る流動層炉用温度測定装置の他の実施形態を示しており、この実施形態においても、本発明に係る流動層炉用温度測定装置を循環流動層ボイラの火炉に採用した場合を示している。

図４（ａ），（ｂ）に示すように、この実施形態に係る流動層炉用温度測定装置２０は、基端側保護管２２Ａと、この基端側保護管２２Ａに対して溶接により接合される先端側保護管２２Ｂとを備えている。

基端側保護管２２Ａは、図４（ｃ）に示すように、温度計収容部２５Ａを残して２枚の肉厚が３ｍｍ程度で且つ長さが５００〜６００ｍｍの長尺板（ＮＡＲ−ＡＨ４材（登録商標））２３，２４同士を合せて鞘状に形成され、２枚の長尺板２３，２４の両側縁の合わせ目には、隅肉溶接によって断面が曲率の大きな円弧状を成す肉盛り部２６，２６がそれぞれ形成されている。

一方、流動層に晒される先端側保護管２２Ｂは鞘状を成しており、図４（ｄ）に示すように、基端側保護管２２Ａとほぼ同じ断面形状を有していて、中心には温度計収容部２５Ｂが機械加工により形成されている。そして、図４（ｄ）に矢印で示す流動層の流れの上流側に位置する側縁部は、流動層との接触抵抗を減らすべく断面山形の抵抗低減部２７として形成され、一方、流動層の流れの下流側に位置する側縁部は、渦の発生を抑えるべく断面山形の渦抑制部２８として形成されており、抵抗低減部２７及び渦抑制部２８にも、耐摩耗材の溶射やコーティングが必要に応じて施されるようになっている。

この実施形態に係る流動層炉用温度測定装置２０では、鞘状を成す先端側保護管２２Ｂの幅方向を流動層の流れに沿わせているうえ、先端側保護管２２Ｂの両側縁部である抵抗低減部２７及び渦抑制部２８の各断面を曲率の大きな円弧部分を有する山形にしているので、耐火材壁３に沿って下降する流動層（ガスを含んだ燃料及びベッド材Ｓから成る流動層）が、先端側保護管２２Ｂの周りをより滑らかに流れることとなり、したがって、摩耗の原因となる流動層の流れの乱れが少なく抑えられることとなる。

また、先端側保護管２２Ｂは、肉厚の薄い２枚の長尺板２３，２４同士を互いに合わせて成る基端側保護管２２Ａとほぼ同じ断面形状を成しているので、軽量化が図られると共に温度計による温度検出精度の維持ないし向上が図られることとなる。

図５は、本発明に係る流動層炉用温度測定装置のさらに他の実施形態を示している。

図５に示すように、この実施形態に係る流動層炉用温度測定装置３０は、翼形状を成す保護管３２と、この保護管３２の前縁に沿って配置される内筒３４を備えており、この内筒３４の内部を温度計収容部３５としている。

この場合、保護管３２は肉厚の薄い長尺板（ＮＡＲ−ＡＨ４材（登録商標））３３を曲げ加工して形成され、湾曲する前縁と内筒３４とが複数箇所で点付け溶接により接合されていると共に、後縁を形成する長尺板３３の互いに重なり合う側縁部３３ａ，３３ｂ同士が溶接により接合されており、保護管３２の先端部も溶接により袋状に形成されている。

そして、図５に矢印で示す流動層の流れの上流側に位置する後縁は、流動層との接触抵抗を減らすべく断面が尖端状の山形を成す抵抗低減部３６として形成され、一方、流動層の流れの下流側に位置する前縁は、渦の発生を抑えるべく断面が湾曲状の山形を成す渦抑制部３８として形成されており、渦抑制部３８には、耐摩耗材の溶射やコーティングが必要に応じて施されるようになっている。

この実施形態に係る流動層炉用温度測定装置３０では、肉厚の薄い長尺板３３を翼形状に曲げ加工して成る保護管３２を流動層の流れに沿わせているうえ、翼形状を成す保護管３２の後縁を抵抗低減部３６としていると共に翼形状を成す保護管３２の前縁を渦抑制部３８としているので、耐火材壁３に沿って下降する流動層（ガスを含んだ燃料及びベッド材Ｓから成る流動層）が、保護管３２の周りをより一層滑らかに流れることとなり、したがって、摩耗の原因となる流動層の流れの乱れが少なく抑えられることとなる。

また、保護管３２は、肉厚の薄い長尺板３３を翼形状に曲げ加工して成っているので、大幅な軽量化が図られるのに加えて、長尺板３３の肉厚が薄い分だけ温度計収容部３５に収容される温度計の感度が良くなって、温度検出精度の維持ないし向上が図られることとなる。その一方で、肉厚の薄い長尺板３３の側縁部３３ａ，３３ｂ同士を重ね合わせて後縁である抵抗低減部３６を形成するようにしているので、流動層の流れの上流側に位置する抵抗低減部３６の肉厚が摩耗に耐え得るように確保されている。

上記した実施形態では、本発明に係る流動層炉用温度測定装置を循環流動層ボイラの火炉に採用した場合を示したが、これに限定されるものではなく、本発明に係る流動層炉用温度測定装置を、例えば、二塔式ガス火炉の燃焼炉に採用してもよい。

また、上記した各実施形態では、耐火材壁３の近傍を流れる流動層の温度計測を行う場合を示したが、いずれの場合も流動層炉用温度測定装置１０，２０，３０における保護管１２，２２Ｂ，３２の各抵抗低減部１７，２７，３６を流動層の流れに合わせて（流れに向けて）設置するのは言うまでもない。

本発明に係る流動層炉用温度測定装置の構成は、上記した実施形態の各構成に限定されるものではなく、他の構成として、例えば、図６に示すように、流動層炉用温度測定装置４０の温度計収容部４５を収容した保護管４２が、断面楕円形状を成すものとしてもよく、この場合には、断面が湾曲状の山形を成す抵抗低減部４６及び渦抑制部４８が流動層の流れの上流側及び下流側にそれぞれ形成される。

１ 循環流動層ボイラの火炉（流動層炉）
１０，２０，３０，４０ 流動層炉用温度測定装置
１１ 温度計
１２，３２，４２ 保護管
１３，１４，２３，２４，３３ 長尺板
１５，２５Ａ，２５Ｂ，３５，４５ 温度計収容部
１７，２７，３６，４６ 抵抗低減部
１８，２８，３８，４８ 渦抑制部
２２Ａ 基端側保護管（保護管）
２２Ｂ 先端側保護管（保護管）

Claims (4)

1. 流動層炉の炉内温度を計測する流動層炉用温度測定装置であって、
   前記流動層炉内の流動層と接する保護管と、
   前記保護管に収容される温度計を備え、
   前記保護管は、前記流動層の流れの上流側に位置して該流動層との接触抵抗を減らす断面山形の抵抗低減部を具備していると共に、前記流動層の流れの下流側に位置して渦の発生を抑える断面山形の渦抑制部を具備し、
   前記保護管は、前記温度計を収容する温度計収容部を残して２枚の長尺板を合せて形成され、該２枚の長尺板の両側縁同士の合わせ目のうちの一方の合わせ目は、隅肉溶接により断面三角形状又は断面が曲率の大きな円弧状の前記抵抗低減部として形成されていると共に、他方の合わせ目は、隅肉溶接により断面三角形状又は断面が曲率の大きな円弧状の前記渦抑制部として形成されている
   ことを特徴とする流動層炉用温度測定装置。
2. 流動層炉の炉内温度を計測する流動層炉用温度測定装置であって、
   前記流動層炉内の流動層と接する保護管と、
   前記保護管に収容される温度計を備え、
   前記保護管は、前記流動層の流れの上流側に位置して該流動層との接触抵抗を減らす断面山形の抵抗低減部を具備していると共に、前記流動層の流れの下流側に位置して渦の発生を抑える断面山形の渦抑制部を具備し、
   前記保護管は、長尺板を翼形状に曲げ加工して成り、該翼形状を成す保護管の後縁が前記抵抗低減部として形成されていると共に、前記翼形状を成す保護管の前縁が前記渦抑制部として形成されている
   ことを特徴とする流動層炉用温度測定装置。
3. 前記保護管は、前記温度計を収容する温度計収容部を有する鞘状に形成され、該鞘状の保護管の両側縁部のうちの一方の側縁部は、断面三角形状又は断面が曲率の大きな円弧状の前記抵抗低減部として形成されていると共に、他方の側縁部は、断面三角形状又は断面が曲率の大きな円弧状の前記渦抑制部として形成されている請求項１に記載の流動層炉用温度測定装置。
4. 前記保護管の前記抵抗低減部及び前記渦抑制部のうちの少なくとも前記抵抗低減部には、耐摩耗材の溶射又はコーティングが施されている請求項１〜３のいずれか一つの項に記載の流動層炉用温度測定装置。

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