JP6532415B2 - 流動床火炉 - Google Patents

Description

本発明は、流動床火炉に関する。

燃料を燃焼させる装置としては、燃料と流動材とを燃焼室内で流動混合させながら燃焼を行う流動床火炉がある。流動床火炉は、燃料と流動材を混合させるための空気を供給する散気管を有する。特許文献１には、複数の流動化ガス吹き込みのための供給孔を備えた散気管を水平方向に対して傾斜して設置する技術が記載されている。特許文献１に記載の散気管は、燃焼室を構成するハウジングにより片持ち支持される。

特開昭６３−７３０９１号公報

流動床火炉は、燃焼室内で燃焼を行いながら流動する燃料および流動材によって散気管や当該散気管を支持するハウジングの支持部が熱せられると、支持部周辺における散気管の温度が上昇し、熱応力が高まってしまう。この結果、特に、特許文献１に記載された装置のように、散気管をハウジングによって片持ち支持する構造では、支持部周辺において散気管への応力負荷が大きくなり、流動床火炉内で散気管の姿勢を安定に維持することができずに、燃焼室内に空気を狙い通りに供給することができなくなるおそれがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、燃焼室内に空気を吹き込む散気管の姿勢をより安定に維持することができる流動床火炉を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の流動床火炉は、空気を供給することにより燃料と流動材とを燃焼室内で流動混合させながら燃焼を行う流動床火炉であって、外部から供給された空気を前記燃焼室内に吹き込み可能な複数の空気供給孔を有する散気管と、底部と、前記底部に形成された支持孔と、前記底部から延出された前記散気管よりも大径の外筒部とを有し、前記外筒部が前記燃焼室内に向けて開口するように前記燃焼室の側壁に固定される有底筒状の支持部材と、前記支持部材の前記外筒部を冷却可能な冷却手段とを備え、前記散気管は、前記支持部材の前記支持孔に挿入支持され、前記散気管と前記外筒部との間には、間隙が形成されることを特徴とする。

本発明の流動床火炉では、燃焼室の側壁に固定された支持部材の底部に形成された支持孔に散気管が挿入支持され、散気管と外筒部との間には、間隙が形成される。また、支持部材の外筒部は、冷却手段により冷却される。これにより、散気管と外筒部との間に形成された間隙内に流動材が流入して、間隙がある程度詰まれば、燃焼により温度が上昇した流動材が間隙内に新たに流入しにくくなる。また、間隙内に流入した流動材は、外筒部を介して冷却手段によって冷却される。このように、比較的冷却されやすい流動材を散気管の支持部周辺に滞留させて、冷却手段によって流動材を効率良く冷却することで、支持部周辺における散気管の温度上昇、すなわち散気管の熱応力の高まりを良好に抑制し、支持部周辺で散気管が応力負荷に屈しないようにすることができる。従って、本発明の流動床火炉によれば、流動床火炉燃焼室内に空気を吹き込む散気管の姿勢をより安定に維持することが可能となる。なお、上記「間隙」は、内部に流動材が流入可能であり、かつ、一旦内部に流入した流動材が流出しにくくなる程度の厚みに形成される。

また、前記燃焼室の前記側璧は、複数の冷却管と、隣り合う前記冷却管同士を連結する複数の連結部材とを有し、前記複数の冷却管および前記複数の連結部材は、前記支持部材の前記外筒部の周りを囲むように湾曲し、前記冷却手段は、前記支持部材の前記外筒部の周りを囲む前記冷却管であることが好ましい。このように、支持部材の外筒部を冷却する冷却手段として燃焼室の側壁を構成する複数の冷却管を用いることで、冷却手段を別途設ける必要がなくなるため、流動床火炉の簡易化を図ることができる。

また、前記冷却管は、前記支持部材の前記外筒部の軸方向に沿って複数配置されることが好ましい。これにより、外筒部を介して散気管との間隙に流入した流動材をより良好に冷却し、支持部周辺における散気管の温度上昇、すなわち熱応力の高まりをより良好に抑制することができる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の流動床火炉は、空気を供給することにより燃料と流動材とを燃焼室内で流動混合させながら燃焼を行う流動床火炉であって、前記燃焼室の底板の下方に設けられ、外部から空気が供給される空気供給部と、前記空気供給部と連通し、前記空気供給部から供給された空気を前記燃焼室内に吹き込み可能な複数の空気供給孔を有する散気管とを備え、前記散気管は、前記複数の空気供給孔が形成された管部と、前記管部から突出して前記燃焼室の前記底板に固定されると共に、前記管部と前記空気供給部とを連通させる連通路が形成された支持部とを有することを特徴とする。

本発明の流動床火炉では、複数の空気供給孔が形成された管部から突出する支持部において散気管が燃焼室の底板に固定される。これにより、散気管を燃焼室の側壁において支持する場合に比べて、散気管の支持部に生じる応力（自重を支えることにより生じる応力）を低減させることができる。また、散気管の支持部を燃焼室内で燃焼が行われる位置から離間させることができるため、支持部周辺における散気管の温度上昇、すなわち熱応力の高まりを良好に抑制することが可能となる。この結果、支持部周辺で散気管が応力負荷に屈しないようにすることができる。従って、本発明の流動床火炉によれば、流動床火炉の燃焼室内に空気を吹き込む散気管の姿勢をより安定に維持することが可能となる。

また、前記散気管は、前記支持部を複数有することが好ましい。これにより、散気管の支持部周辺に生じる応力（自重を支えることにより生じる応力）をより低減させることができる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の流動床火炉は、空気を供給することにより燃料と流動材とを燃焼室内で流動混合させながら燃焼を行う流動床火炉であって、前記燃焼室の底板は、外部から供給された空気を前記燃焼室内に吹き込み可能な複数の空気供給孔を有する複数の散気管と、隣り合う前記散気管同士を連結する複数の連結部材とを有することを特徴とする。

本発明の流動床火炉では、外部から供給された空気を燃焼室内に吹き込み可能な複数の空気供給孔を有する複数の散気管が燃焼室の底板の一部を構成する。これにより、自重を支えることにより散気管に生じる応力を極めて良好に低減することができる。また、散気管を燃焼室内で燃焼が行われる位置から離間して配置することができるため、散気管の温度上昇、すなわち熱応力の高まりを良好に抑制することが可能となる。従って、本発明の第３の態様による流動床火炉によれば、流動床火炉の燃焼室内に空気を吹き込む散気管の姿勢をより安定に維持することができる。

また、前記複数の空気供給孔は、前記散気管の軸方向に延びる側面に形成されており、前記連結部材は、前記散気管の高さ方向の中心よりも下方に設けられることが好ましい。これにより、複数の空気供給孔を散気管の側面に容易に形成することができ、複数の空気供給孔から散気管内に流動材が流入するのを良好に抑制することが可能となる。

また、前記散気管は、前記複数の空気供給孔が形成された管部と、前記管部の下縁において該管部の軸方向に沿って延びると共に側方に突出する突出部とを有し、前記連結部材は、前記散気管の前記突出部であることが好ましい。このように、散気管と連結部材とを一体的に形成することにより、燃焼室の底板をより簡易に形成すると共に、底板の強度をより良好に確保することができる。

流動床火炉は、流動床火炉の燃焼室内に空気を吹き込む散気管の姿勢をより安定に維持することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る流動床火炉を備えた流動層ボイラを示す概略図である。 図２は、第１実施形態に係る流動床火炉を示す概略図である。 図３は、第１実施形態に係る流動床火炉の要部を示す部分断面図である。 図４は、本発明の第２実施形態に係る流動床火炉を示す概略図である。 図５は、第２実施形態に係る流動床火炉の要部の他の例を示す概略図である。 図６は、本発明の第３実施形態に係る流動床火炉を示す概略図である。 図７は、図６のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図８は、第３実施形態に係る流動床火炉の要部の他の例を示す断面図である。

以下に、本発明にかかる流動床火炉の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の第１実施形態にかかる流動床火炉２０を備えた流動層ボイラ１０を示す概略図であり、図２は、流動床火炉２０を示す概略図である。流動層ボイラ１０は、流動材（例えば、砂）と燃料（例えば、石炭）を流動混合させながら燃焼室２１内で燃焼させる流動床火炉２０に加えて、流動床火炉２０から排出される燃焼ガスと流動材とを分離するサイクロン１１と、サイクロン１１に接続された排気通路１２と、排気通路１２の下流に配置された内部熱交換器１３と、空気予熱器１４と、集塵機１５と、煙突１６と、空気予熱器１４からの空気を流動床火炉２０へと導入する空気供給管１７と、空気供給管１７へと空気を供給する空気ファン１８と、を備える。

流動床火炉２０は、図１および図２に示すように、燃焼室２１と、燃料および流動材を流動混合させると共に燃焼用空気としても用いられる一次空気を燃焼室２１内に供給する複数の散気管３０とを含む。

燃焼室２１には、燃料供給部２１ａを介して燃料が供給される。なお、燃焼室２１には、図示しないが、燃焼を開始させるための起動バーナや燃焼室２１内へと二次空気、三次空気および四次空気を供給する複数の空気供給部、流動材を供給する流動材供給部等が設けられている。また、図２に示すように、燃焼室２１の底板２１１上には、耐火材２２が全面に設けられている。

複数の散気管３０は、燃焼室２１の底板２１１の近傍に、図２における奥行方向に互いに間隔をおいて並ぶように設けられている。各散気管３０は、燃焼室２１の底板２１１に沿って延びるように、燃焼室２１を構成する側壁２１２において片持ち支持される。また、各散気管３０は、燃焼室２１の側壁２１２を貫通して燃焼室２１の外側に配置された吸気マニホールド２４に接続されている。当該吸気マニホールド２４には、図１に示すように、空気供給管１７が接続されており、空気予熱器１４で加熱された高温の空気が空気供給管１７を介して供給される。

各散気管３０は、図２に示すように、側面に燃焼室２１内へと一次空気を吹き込み可能な複数の空気供給孔３０ｏが軸方向に沿って互いに間隔を空けて形成されている。本実施形態の複数の空気供給孔３０ｏは、散気管３０の高さ方向の略中央部において水平方向に開口するように形成される。これにより、複数の空気供給孔３０ｏから散気管３０内に燃焼室２１内の流動材が流入するのが抑制される。なお、複数の空気供給孔３０ｏは、水平方向に対して斜め下に向けて開口するものであってもよい。

このように構成された流動床火炉２０に対して、空気予熱器１４により加熱された高温の空気が空気供給管１７および吸気マニホールド２４を介して複数の散気管３０に導入され、各散気管３０に形成された複数の空気供給孔３０ｏから燃焼室２１内に一次空気が供給されると、流動材と燃料とが流動混合されながら燃焼室２１内において燃焼が行われる。燃焼により発生した燃焼ガスは、流動材と共にサイクロン１２に導かれ、サイクロン１２により燃焼ガスと流動材とに分離される。サイクロン１２で分離された燃焼ガスは、排気通路１２に導かれて内部熱交換器１３及び空気予熱器１４を通過し、流動床火炉２０に導入する空気と熱交換を行なった後、集塵機１５を通して飛灰等を除去した後、煙突１６により大気に放出される。一方、サイクロン２１で分離された高温の流動材は、図１に示すように、流動床火炉２０の燃焼室２１内へと還流される。

次に、流動床火炉２０の燃焼室２１内に設けられた複数の散気管３０の支持構造について説明する。図３は、流動床火炉２０の要部を示す部分断面図である。図３は、散気管３０の支持部を鉛直方向上側（図２における上側）からみた状態を示す。図示するように、本実施形態において、散気管３０は、シール管４０および支持部材５０を介して燃焼室２１の側壁２１２に固定される。

流動床火炉２０の燃焼室２１は、側壁２１２を有する。側壁２１２は、燃焼室２１の高さ方向に延びると共に内部を冷却媒体が流通する複数の冷却管２１２ａと、隣り合う冷却管２１２ａ同士を連結する連結部材（フィン）２１２ｂとを有する。本実施形態の側壁２１２は、メンブレン式の水冷璧である。また、燃焼室２１は、側壁２１２の外周面に保温材２３を有する。側壁２１２には、各散気管３０を挿通可能な複数の挿通孔２１２ｏが形成されている。各挿通孔２１２ｏは、図３に示すように、複数の冷却管２１２ａおよび複数の連結部材２１２ｂを湾曲させながら燃焼室２１とは反対側に突出させた突出部２１２ｔを形成することによって形成される。本実施形態では、２つの冷却管２１２ａ、および、当該２つの冷却管２１２ａに連結される連結部材２１２ｂを湾曲させて突出部２１２ｔを形成する。

シール管４０は、底部４１と、底部４１から延出される外筒部４２とを有し、側壁２１２の突出部２１２ｔの周囲を外筒部４２が覆うように配置される。シール管４０は、外筒部４２の底部４１とは反対側の端部が複数の冷却管２１２ａの一つに溶接されることにより、燃焼室２１の側壁２１２に固定される。これにより、シール管４０の外筒部４２と冷却管２１２ａとの間がシールされる。また、シール管４０の底部４１には、側壁２１２の挿通孔２１２ｏに対応する位置に挿通孔４１ｏが形成されている。挿通孔４１ｏは、本実施形態において、側壁２１２の挿通孔２１２ｏと同じ内径である。なお、挿通孔４１ｏは、側壁２１２の挿通孔２１２ｏの内径よりも小さな内径であってもよい。

支持部材５０は、底部５１と、底部５１から延出されると共に当該底部５１とは反対側で開口する散気管３０よりも大径の外筒部５２とを有する。支持部材５０は、底部５１が、燃焼室２１の外側となる向きで配置され、外筒部５２の底部５１と反対側の面が燃焼室２１内に向けて開口している。支持部材５０は、側壁２１２の挿通孔２１２ｏおよびシール管４０の挿通孔４１ｏに挿入され、一部が挿通孔２１２ｏおよびシール管４０の挿通孔４１ｏよりも燃焼室２１の内側に配置される。

支持部材５０の底部５１には、散気管３０を挿入支持可能な支持孔５１ｏが形成されている。外筒部５２は、支持部材５０の取付状態において、その外周面が側壁２１２の挿通孔２１２ｏの内周面（すなわち、突出部２１２ｔにおいて互い対向する冷却管２１２ａの外周面）、および、シール管４０の挿通孔４１ｏの内周面に当接する。また、外筒部５２は、側壁２１２の突出部２１２ｔが突出する長さよりも軸方向長さが大きい。

支持部材５０は、外筒部５２の外周面がシール管４０の挿通孔４１ｏの内周面に溶接されることにより、シール管４０を介して側壁２１２に固定される。また、外筒部５２の外周面とシール管４０の挿通孔４１ｏの内周面とが溶接されることで、シール管４０と支持部材５０との間がシールされる。また、上述したように、支持部材５０の取付状態において、外筒部５２の外周面は、側壁２１２の挿通孔２１２ｏの内周面（突出部２１２ｔにおいて互い対向する冷却管２１２ａの外周面）に当接する。すなわち、燃焼室２１の側壁２１２（複数の冷却管２１２ａおよび複数の連結部材２１２ｂ）の突出部２１２ｔは、支持部材５０の外筒部５２の周りを囲むように湾曲して形成されている。また、本実施形態では、２つの冷却管２１２ａが外筒部５２の軸方向に沿って配置されるように突出部２１２ｔが形成される。これにより、外筒部５２を突出部２１２ｔにおける２つの冷却管２１２ａによって冷却することが可能となる。

散気管３０は、支持部材５０の底部５１に形成された支持孔５１ｏに挿入支持される。また、散気管３０の外周面と支持孔５１ｏの内周面とは、溶接により固定される。これにより、散気管３０は、支持部材５０のシール管４０および支持部材５０を介して燃焼室２１の側壁２１２に固定され、側壁２１２において片持ち支持される。また、散気管３０の外周面と支持孔５１ｏの内周面とが溶接されることにより、散気管３０と支持孔５１ｏとの間がシールされる。なお、燃焼室２２の側壁２１２の周囲に設けられた保温材２３は、側壁２１２の挿通孔２１２ｏ、シール管４０の挿通孔４１ｏ、および支持部材５０の支持孔５１ｏに対応した位置に形成され、散気管３０を挿通可能な挿通孔２３ｏを有しており、散気管３０の外周面と保温材２３の挿通孔２３ｏの内周面との間には、シール部材６０が設けられている。

上述したように、支持部材５０の外筒部５２は、散気管３０よりも大径に形成されている。このため、図３に示すように、散気管３０の外周面と外筒部５２の内周面との間には、間隙７０が形成されることになる。このように、散気管３０と外筒部５２との間に間隙７０が形成されることで、流動床火炉２０での燃焼が開始されて燃焼室２１内の流動材が流動し始めると、当該間隙７０の内側に流動材が流入する。ここで、間隙７０は、内部に流動材が流入可能であり、かつ、一旦内部に流入した流動材が流出しにくくなる程度の厚みに形成される。

これにより、散気管３０と外筒部５２との間に形成された間隙７０内に流動材が流入し、間隙７０がある程度詰まれば（間隙７０内に若干の空隙を有しながら流動材が詰まれば）、燃焼により温度が上昇した流動材が間隙７０内に新たに流入しにくくなる。また、間隙７０内に流入した流動材は、外筒部５２を介して２つの冷却管２１２ａによって冷却される。このように、比較的冷却されやすい流動材を散気管３０の支持部材５０の周辺に滞留させて、２つの冷却管２１２ａによって流動材を効率良く冷却することで、支持部材５０周辺における散気管３０の温度上昇、すなわち散気管３０の熱応力の高まりを良好に抑制し、支持部材５０周辺で散気管３０が応力負荷に屈しないようにすることができる。従って、燃焼室２１内における散気管３０の姿勢をより安定に維持することが可能となる。

以上説明したように、本発明の第１実施形態に係る流動床火炉２０によれば、流動床火炉２０の燃焼室２１内に空気を吹き込む散気管３０の姿勢をより安定に維持することができる。これにより、散気管３０の複数の空気供給孔３０ｏから燃焼室２１内へと安定かつ狙い通りに空気を供給することが可能となる。また、燃焼室２０内での燃焼による散気管３０の熱応力負荷を低減させることができるため、流動床火炉２０において更なる高温燃焼を図ることが可能となる。

また、複数の散気管３０を燃焼室２１の底板２１１に沿って配置すると共に、燃焼室２１の外側に配置された吸気マニホールド２４を介して空気供給管１７からの空気を供給する構成とすることで、流動床火炉２０において燃焼室１０内へと空気を供給するための風室を設ける必要がなくなる。これにより、流動床火炉２０の小型化を図ることができる。また、燃焼室２１の底板２１１に複数の空気供給用のノズルを固定する場合に比べて、流動床火炉２０の燃焼室２１内に一次空気を供給するための空気供給構造をより簡易にすることが可能となる。

また、燃焼室２１の側璧２１２は、複数の冷却管２１２ａと、隣り合う冷却管２１２ａ同士を連結する複数の連結部材２１２ｂとを有し、複数の冷却管２１２ａおよび複数の連結部材２１２ｂは、支持部材５０の外筒部５２の周りを囲むように湾曲し、支持部材５０の外筒部５２の周りを囲む冷却管２１２ａが外筒部５２を冷却する冷却手段として機能する。このように、外筒部５２を冷却する冷却手段として燃焼室２１の側壁２１２を構成する冷却管２１２ａを用いることで、冷却手段を別途設ける必要がなくなるため、流動床火炉２０の簡易化を図ることができる。

また、冷却管２１２ａは、支持部材５０の外筒部５２の軸方向に沿って複数（本実施形態では、２つ）配置される。これにより、外筒部５２を介して散気管３０との間隙７０に流入した流動材をより良好に冷却し、支持部材５０周辺における散気管３０の温度上昇、すなわち熱応力の高まりをより良好に抑制することができる。なお、冷却管２１２ａは、外筒部５２の周りに少なくとも一つ配置されればよい。

本実施形態では、冷却管２１２ａを支持部材５０の外筒部５２の外周面に当接させるものとしたが、冷却管２１２ａにより外筒部５２を介して間隙７０内の流動材を冷却することさえできれば、冷却管２１２ａと外筒部５２の外周面とは、必ずしも当接しなくともよい。また、シール管４０と支持部材５０との間に、側壁２１２の突出部２１２ｔの周囲をモールドするように耐火材を設けてもよい。

また、本実施形態では、燃焼室２１の側壁２１２が複数の冷却管２１２ａと複数の連結部材２１２ｂと有し、冷却管２１２ａを支持部材５０の外筒部５２を冷却する冷却手段として用いるものとしたが、冷却手段は、これに限られない。例えば、燃焼室２１の側壁２１２とは別個に、外筒部５２を冷却可能な冷却管を当該外筒部５２の周囲に配置してもよい。この場合、燃焼室２１の側壁２１２は、必ずしもメンブレン式の水冷璧でなくてもよい。

本実施形態では、散気管３０の一端を燃焼室２１の側壁２１２において片持ち支持する流動床火炉２０に本発明を適用するものとしたが、散気管３０の両端を燃焼室２１の側壁２１２において両持ち支持する流動床火炉に本発明を適用してもよい。

次に、本発明の第２実施形態に係る流動床火炉２０Ｂの構造について説明する。図４は、流動床火炉２０Ｂを示す概略図である。

第２実施形態に係る流動床火炉２０Ｂは、上記流動層ボイラ１０において流動床火炉２０に代えて用いられるものであり、流動床火炉２０の吸気マニホールド２４に代えて空気供給管１７に接続された風室２５、複数の散気管３０に代えて風室２５からの一次空気を燃焼室２１内へと吹き込む複数の散気管３０Ｂを有する。

風室２５は、燃焼室２１の下方に設けられており、風室２５の天板は、燃焼室２１の底板２１１として兼用される。なお、燃焼室２１の底板２１１と風室２５の天板とは、別部材とされてもよい。本実施形態において、流動層ボイラ１０に含まれる空気供給管１７は、風室２５の下部に接続されており、風室２５には、空気予熱器１４により加熱された高温の空気が空気供給管１７を通して供給される。

複数の散気管３０Ｂは、燃焼室２１の底板２１１の上方に、図４における奥行方向に互いに間隔をおいて並ぶように配置される。底板２１１の上面には、耐火材２２が設けられており、各散気管３０Ｂは、耐火材２２上に設けられる。なお、各散気管３０Ｂは、耐火材２２から離間した位置に設けられてもよい。散気管３０Ｂは、燃焼室２１の底板２１１に沿って延びる管部３１Ｂと、管部３１Ｂから下方に突出した支持部３２Ｂとを有する。

散気管３０Ｂの管部３１Ｂは、図４に示すように、側面に燃焼室２１内へと一次空気を吹き込み可能な複数の空気供給孔３０ｏが軸方向に沿って互いに間隔を空けて形成されている。本実施形態では、複数の空気供給孔３０ｏは、散気管３０Ｂの高さ方向の略中央部において水平方向に開口するように形成される。なお、複数の空気供給孔３０ｏは、水平方向に対して斜め下に向けて開口するものであってもよい。

散気管３０Ｂの支持部３２Ｂは、燃焼室２１の底板２１１および耐火材２２を貫通して風室２５の内部まで延在し、底板２１１に溶接により固定される。また、支持部３２Ｂの内部には、管部３１Ｂと風室２５とを連通させる連通路３２ｏが形成されている。

このように、散気管３０Ｂを管部３１Ｂから下方に突出する支持部３２Ｂを燃焼室２１の底板２１１に固定して、散気管３０Ｂを燃焼室２１の底板２１１によって支持することにより、散気管３０Ｂを燃焼室２１の側壁２１２において片持ち支持する場合に比べて、散気管３０Ｂの支持部３２Ｂ周辺に生じる応力（自重を支えることにより生じる応力）を低減することができる。また、散気管３０Ｂの支持部３２Ｂを燃焼室２１内で燃焼が行われる位置から離間させることができるため、支持部３２Ｂ周辺における散気管３０Ｂの温度上昇、すなわち熱応力の高まりを良好に抑制することが可能となる。従って、燃焼室２１内における散気管３０Ｂの姿勢をより安定に維持することができる。

以上説明したように、第２実施形態に係る流動床火炉２０Ｂによれば、流動床火炉２０Ｂの燃焼室２１内に空気を吹き込む散気管３０Ｂの姿勢をより安定に維持することができる。これにより、散気管３０Ｂの複数の空気供給孔３０ｏから燃焼室２１内へと安定かつ狙い通りに空気を供給することができる。また、燃焼室２０内での燃焼による散気管３０Ｂの熱応力負荷を低減させることができるため、流動床火炉２０Ｂにおいて更なる高温燃焼を図ることが可能となる。

また、複数の空気供給孔３０ｏを有する複数の散気管３０Ｂを燃焼室２１の底板２１１に沿って配置することにより、燃焼室２１の底板２１１に複数の空気供給用のノズルを固定する場合に比べて、流動床火炉２０Ｂの燃焼室２１内に一次空気を供給するための空気供給構造をより簡易にすることが可能となる。また、散気管３０Ｂから複数の冷却管２１２ａの近傍に一次空気を供給することができるため、腐食性の燃焼ガスと複数の冷却管２１２ａとの接触を抑制し、複数の冷却管２１２ａの腐食を抑制することができる。

図５は、流動床火炉２０Ｂの要部の他の例を示す概略図である。散気管３０Ｂは、図５に示すように、複数（図５に示す例では、２つ）の支持部３２Ｂを有するものであってもよい。各支持部３２Ｂは、燃焼室２１の底板２１１を貫通して風室２５内まで延びると共に、底板２１１に溶接により固定される。また、各支持部３２Ｂは、風室２５と管部３１Ｂとを連通させる連通路３２ｏを有する。これにより、散気管３０Ｂの各支持部３２Ｂに生じる応力（自重を支えることにより生じる応力）をより低減させることができる。従って、散気管３０Ｂの燃焼室２１内における姿勢をより安定に維持することが可能となる。なお、散気管３０Ｂは、支持部３２Ｂを３つ以上有してもよい。

なお、第２実施形態では、燃焼室２１の下方に配置された空気供給部としての風室２５を有する流動床火炉２０Ｂを対象として本発明を適用したが、本発明は、風室２５を有さない流動床火炉に適用されてもよい。すなわち、流動床火炉２０Ｂから空気供給部としての風室２５を省略すると共に、流動層ボイラ１０の空気供給管１７に接続された吸気マニホールドを燃焼室２１の底板２１１の下方に設け、当該吸気マニホールドから各散気管３０Ｂの支持部３２Ｂの連通路３２ｏへと一次空気を供給してもよい。

次に、本発明の第３実施形態に係る流動床火炉２０Ｃの構造について説明する。図６は、流動床火炉２０Ｃを示す概略図である。流動床火炉２０Ｃは、上記流動層ボイラ１０において流動床火炉２０に代えて用いられるものであり、流動床火炉２０の複数の散気管３０に代えて複数の散気管３０Ｃ、燃焼室２１の底板２１１に代えて底板２１１Ｃを有する。

図７は、図６のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図示するように、流動床火炉２０Ｃの燃焼室２１の底板２１１Ｃは、外部から供給された空気を燃焼室２１内へ供給する複数の散気管３０Ｃと、隣り合う散気管３０Ｃ同士を連結する複数の連結部材（フィン）３５とを有する。各散気管３０Ｃおよび各連結部材３５は、燃焼室２１の側壁２１２の間を延びて当該側壁２１２と連結されている。また、図７に示すように、各連結部材３５の上部には、隣り合う散気管３０Ｃの間を埋めるように耐火材２２が設けられている。

複数の散気管３０Ｃは、図６における奥行方向に互いに間隔をおいて並ぶように設けられている。各散気管３０Ｃは、燃焼室２１の側壁２１２において開口しており、燃焼室２１の外側に配置された吸気マニホールド２４に接続されている。また、各散気管３０Ｃは、図６および図７に示すように、側面に燃焼室２１内へと一次空気を吹き込み可能な複数の空気供給孔３０ｏが軸方向に沿って互いに間隔を空けて形成されている。本実施形態では、複数の空気供給孔３０ｏは、散気管３０Ｃの高さ方向の略中央部において水平方向に開口するように形成される。なお、複数の空気供給孔３０ｏは、水平方向に対して斜め下に向けて開口するものであってもよい。

複数の連結部材３５は、図７に示すように、散気管３０Ｃの高さ方向の中心から下方にオフセットされた位置において、当該散気管３０Ｃの外周面に固定される。これにより、散気管３０Ｃの側面に、複数の空気供給孔３０ｏを当該散気管３０Ｃの高さ方向の略中央部で水平方向に開口するように形成することができる。また、複数の空気供給孔３０ｏを閉塞しないように（複数の空気供給孔３０ｏよりも下方に位置するように）、耐火材２２を連結部材３５の上部に設け、燃焼室２１の底板２１１Ｃを良好に保護することができる。なお、連結部材３５を散気管３０Ｃの高さ方向の中心近傍に設け、複数の空気供給孔３０ｏを水平方向に対して斜め上に向けて開口するように形成してもよい。

このように、複数の散気管３０Ｃによって燃焼室２１の底板２１１Ｃの一部を構成することにより、自重を支えることにより散気管３０Ｃに生じる応力を極めて良好に低減することができる。また、散気管３０Ｃを燃焼室２１内で燃焼が行われる位置から離間して配置することができるため、散気管３０Ｃの温度上昇、すなわち熱応力の高まりを良好に抑制することが可能となる。従って、燃焼室２１内における散気管３０Ｃの姿勢をより安定に維持することができる。

以上説明したように、本発明の第３実施形態に係る流動床火炉２０Ｃによれば、流動床火炉２０Ｃの燃焼室２１内に空気を吹き込む散気管３０Ｃの姿勢をより安定に維持することができる。これにより、散気管３０Ｃの複数の空気供給孔３０ｏから燃焼室２１内へと安定かつ狙い通りに空気を供給することが可能となる。また、燃焼室２１内での燃焼による散気管３０Ｃの熱応力負荷を低減させることができるため、流動床火炉２０Ｃにおいて更なる高温燃焼を図ることが可能となる。また、複数の散気管を燃焼室２１の側壁２１２を貫通させて当該側壁２１２において支持する場合に比べて、燃焼室２１の底板２１１Ｃ近傍における側壁２１２の強度をより良好に確保することが可能となる。

また、複数の散気管３０Ｃにより燃焼室２１の底板２１１Ｃを構成すると共に、燃焼室２１の外側に配置された吸気マニホールド２４を介して空気供給管１７からの一次空気を供給する構成とすることで、流動床火炉２０Ｃにおいて燃焼室２１内へと空気を供給するための風室を設ける必要がなくなる。これにより、流動床火炉２０の小型化を図ることができる。また、燃焼室２１の底板２１１Ｃに複数の空気供給用のノズルを固定する場合に比べて、流動床火炉２０Ｃの燃焼室２１内に一次空気を供給するための空気供給構造をより簡易な構成とすることが可能となる。

図８は、流動床火炉２０Ｃの要部の他の例を示す断面図である。図８に示すように、複数の散気管３０Ｄにより燃焼室２１の底板２１１Ｄを構成してもよい。図示するように、各散気管３０Ｄは、側面に複数の空気供給孔３０ｏが軸方向に沿って互いに間隔を空けて形成された管部３１Ｄと、管部３１Ｄの下縁において当該管部３１Ｄの軸方向に沿って延びると共に、側方に突出する突出部３２Ｄとを有する。隣り合う散気管３０Ｄ同士は、互いの突出部３２Ｄの端部で溶接等により連結される。

このように、散気管３０Ｄと、当該散気管３０Ｄ同士を連結する連結部材としての突出部３２Ｄとを一体的に形成することにより、燃焼室２１の底板２１１Ｄをより簡易に形成すると共に、底板２１１Ｄの強度をより良好に確保することができる。また、突出部３２Ｄが管部３１Ｄの下縁に沿って形成されることにより、散気管３０Ｄの側面に、複数の空気供給孔３０ｏを当該散気管３０Ｃの高さ方向の略中央部で水平方向に開口するように容易に形成することができる。また、複数の空気供給孔３０ｏを閉塞しないように（複数の空気供給孔３０ｏよりも下方に位置するように）、耐火材２２を突出部３２Ｄの上部に設け、燃焼室２１の底板２１１Ｄを良好に保護することができる。

１０ 流動層ボイラ
１１ サイクロン
１２ 排出通路
１３ 内部熱交換器
１４ 空気予熱器
１５ 集塵機
１６ 煙突
１７ 空気供給管
１８ 空気ファン
２０，２０Ｂ，２０Ｃ 流動床火炉
２１ 燃焼室
２１１，２１１Ｃ，２１１Ｄ 底板
２１２ 側壁
２１２ａ 冷却管
２１２ｂ 連結部材
２１２ｔ 突出部
２２ 耐火材
２３ 保温材
２３ｏ 挿通孔
２４ 吸気マニホールド
２５ 風室
３０，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ 散気管
３０ｏ 空気供給孔
３１Ｂ，３１Ｄ 管部
３２Ｂ 支持部
３２Ｄ 突出部
４０ シール管
４１ 底部
４１ｏ 挿通孔
４２ 外筒部
５０ 支持部材
５１ 底部
５１ｏ 支持孔
５２ 外筒部
６０ シール部材
７０ 間隙

Claims (3)

1. 空気を供給することにより燃料と流動材とを燃焼室内で流動混合させながら燃焼を行う流動床火炉であって、
   外部から供給された空気を前記燃焼室内に吹き込み可能な複数の空気供給孔を有する散気管と、
   底部と、前記底部に形成された支持孔と、前記底部から延出された前記散気管よりも大径の外筒部とを有し、前記外筒部が前記燃焼室内に向けて開口するように前記燃焼室の側壁に固定される有底筒状の支持部材と、
   前記支持部材の前記外筒部を冷却可能な冷却手段とを備え、
   前記散気管は、前記支持部材の前記支持孔に挿入支持され、
   前記散気管と前記外筒部との間には、間隙が形成されることを特徴とする流動床火炉。
2. 前記燃焼室の前記側壁は、複数の冷却管と、隣り合う前記冷却管同士を連結する複数の連結部材とを有し、
   前記複数の冷却管および前記複数の連結部材は、前記支持部材の前記外筒部の周りを囲むように湾曲し、
   前記冷却手段は、前記支持部材の前記外筒部の周りを囲む前記冷却管であることを特徴とする請求項１に記載の流動床火炉。
3. 前記冷却管は、前記支持部材の前記外筒部の軸方向に沿って複数配置されることを特徴とする請求項２に記載の流動床火炉。

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