JP6653186B2 - Refractory structures - Google Patents
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Description
本開示は耐火構造物に関する。 The present disclosure relates to refractory structures.
従来、焼却炉、ボイラ、溶融炉等の高温処理装置を備えた設備においては、最外壁を形成するケーシングの内側に断熱材を介して耐火材を配してなる耐火構造物が多く採用されている。これは、炉内、サイクロン、或いは各種配管等の高温の流動体が接触する部位に耐火材を内張りすることによりケーシングを熱的に保護するためである。一般に、耐火材は、ケーシングに対して溶接等により取り付けられた複数の支持部材、例えばYアンカにより支持される。 Conventionally, in equipment equipped with a high-temperature treatment device such as an incinerator, a boiler, and a melting furnace, a refractory structure in which a refractory material is arranged via a heat insulating material inside a casing forming an outermost wall is often used. I have. This is because the casing is thermally protected by lining a refractory material in a furnace, a cyclone, or a site where a high-temperature fluid such as various pipes comes into contact. Generally, the refractory material is supported by a plurality of support members attached to the casing by welding or the like, for example, a Y anchor.
ここで、上記した耐火構造物においては、ケーシングと耐火材の熱伸び量の差に起因して支持部材に支持部材の軸方向へ応力が作用し、支持部材が破損する虞がある。そこで、特許文献1が開示する耐火材支持部材は変位吸収部を有している。変位吸収部は、ケーシングと耐火材の熱伸び量の差に起因して支持部材に支持部材の軸方向へ作用する応力を吸収可能である。これにより、耐火材支持部材の破損が防止される。 Here, in the above-described fire-resistant structure, a stress acts on the support member in the axial direction of the support member due to a difference in thermal expansion between the casing and the refractory material, and the support member may be damaged. Therefore, the refractory material supporting member disclosed in Patent Document 1 has a displacement absorbing portion. The displacement absorbing portion is capable of absorbing a stress acting on the support member in the axial direction of the support member due to a difference in the amount of thermal expansion between the casing and the refractory material. Thereby, the breakage of the refractory material support member is prevented.
特許文献1が開示する耐火材支持部材を採用したとしても、ケーシングと耐火材の熱伸び量の差は依然として残っている。より確実に支持部材の破損を防止するためには、ケーシングと耐火材の熱伸び量の差を縮小することが望ましい。
また、熱伸び量の差がある場合、支持部材を起点として、耐火材の割れや浮き上がりが生じ、位置によっては耐火材の脱落が生じる虞がある。この点からも、ケーシングと耐火材の熱伸び量の差を縮小することが望ましい。
Even if the refractory material supporting member disclosed in Patent Literature 1 is adopted, the difference in thermal expansion between the casing and the refractory material still remains. In order to more reliably prevent the breakage of the support member, it is desirable to reduce the difference in thermal expansion between the casing and the refractory material.
In addition, when there is a difference in the amount of thermal elongation, the refractory material may be cracked or lifted up from the support member, and the refractory material may fall off depending on the position. From this point as well, it is desirable to reduce the difference in the thermal expansion between the casing and the refractory material.
上記事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態の目的は、耐火材層とケーシングとの熱伸び量の差が従来よりも縮小され、耐火材層の剥離や支持部材の折損を防止可能である耐火構造物を提供することにある。 In view of the above circumstances, an object of at least one embodiment of the present invention is to reduce the difference in the amount of thermal elongation between a refractory material layer and a casing as compared with the related art, and prevent peeling of the refractory material layer and breakage of the support member. An object of the present invention is to provide a refractory structure.
(1)本発明の少なくとも一実施形態に係る耐火構造物は、
ケーシングと、
前記ケーシングの内面から前記ケーシングの内側に向かって延びる複数の支持部材と、
前記ケーシングの内側に配置された耐火材層であって、前記支持部材を介して前記ケーシングによって支持されるとともに500℃以上の流動体が流動可能な流路を区画する耐火材層と、
前記ケーシングと前記耐火材層との間に配置された断熱材層と、
前記ケーシングの外面を覆う保温材層と
を備える。
(1) The refractory structure according to at least one embodiment of the present invention includes:
A casing,
A plurality of support members extending from the inner surface of the casing toward the inside of the casing,
A refractory material layer disposed inside the casing, wherein the refractory material layer defines a flow path supported by the casing via the support member and through which a fluid of 500 ° C. or higher can flow.
A heat insulating material layer disposed between the casing and the refractory material layer,
A heat insulating material layer covering an outer surface of the casing.
上記構成(1)によれば、保温材層がケーシングの外面を覆っているので、ケーシングの外面が覆われていない場合に比べ、耐火構造物の使用時、ケーシングの温度を高くすることができる。これによりケーシングの熱伸び量が増加し、ケーシングと耐火材層の熱伸び量の差を縮小することができる。この結果、ケーシングと耐火材層の熱伸び量の差に起因して耐火材層及び支持部材に作用する応力を低減することができ、耐火材層の剥落や支持部材の折損を防止することができる。 According to the above configuration (1), since the heat insulating material layer covers the outer surface of the casing, the temperature of the casing can be increased when the refractory structure is used, as compared with the case where the outer surface of the casing is not covered. . As a result, the amount of thermal expansion of the casing increases, and the difference in the amount of thermal expansion between the casing and the refractory material layer can be reduced. As a result, it is possible to reduce the stress acting on the refractory material layer and the support member due to the difference in the thermal elongation between the casing and the refractory material layer, and to prevent the refractory material layer from peeling off and the support member from being broken. it can.
(2)幾つかの実施形態では、上記構成(1)において、
500℃以上950℃以下の前記流動体が前記流路を流れている状態で、前記ケーシングと前記耐火材層の熱伸び量の差が、1m当たり1.4mm以下となるように構成されている。
上記構成(2)によれば、流動体が流路を流れている状態で、ケーシングと耐火材層との間での熱伸び量の差が、1m当たり1.4mm以下であるので、耐火材層及び支持部材に作用する応力を低減することができる。この結果として、上記構成(2)によれば、耐火材層の剥落や支持部材の折損を防止することができる。
(2) In some embodiments, in the above configuration (1),
In a state where the fluid having a temperature of 500 ° C. or more and 950 ° C. or less flows through the flow path, a difference in thermal elongation between the casing and the refractory material layer is 1.4 mm or less per 1 m. .
According to the above configuration (2), the difference in the amount of thermal elongation between the casing and the refractory material layer is 1.4 mm or less per meter in a state where the fluid is flowing through the flow path. The stress acting on the layer and the support member can be reduced. As a result, according to the above configuration (2), it is possible to prevent the refractory material layer from falling off and the support member from being broken.
(3)幾つかの実施形態では、上記構成(1)又は(2)において、
500℃以上950℃以下の前記流動体が前記流路を流れている状態で、前記ケーシングの温度が300℃以上400℃以下の範囲に入るように構成されている。
上記構成(3)によれば、流動体が流路を流れている状態で、ケーシングの温度が300℃以上400℃以下の範囲に入るので、ケーシングの温度が例えば25℃である場合に比べて、ケーシングの熱伸び量が増加する。これにより、ケーシングと耐火材層の熱伸び量の差を縮小することができる。
(3) In some embodiments, in the above configuration (1) or (2),
In a state where the fluid having a temperature of 500 ° C. or more and 950 ° C. or less flows through the flow path, the temperature of the casing is configured to be in a range of 300 ° C. or more and 400 ° C. or less.
According to the above configuration (3), the temperature of the casing is in a range of 300 ° C. or more and 400 ° C. or less in a state where the fluid is flowing through the flow path, so that the temperature of the casing is, for example, 25 ° C. As a result, the heat elongation of the casing increases. This makes it possible to reduce the difference in thermal expansion between the casing and the refractory material layer.
(4)幾つかの実施形態では、上記構成(1)乃至(3)の何れか1つにおいて、
前記耐火材層の厚さをt1とし、前記断熱材層の厚さをt2とし、前記耐火材層の厚さt1に対する前記断熱材層の厚さt2の比をt2/t1としたときに、
比t2/t1は2以上3.5以下の範囲に入っている。
上記構成(4)によれば、比t2/t1が3.5以下の範囲に入っているので、流動体が流路を流れている状態において、断熱材層での温度低下量が抑制される。これにより、ケーシングの温度を、比t2/t1が3.5超の場合に比べて、高くすることができ、ケーシングと耐火材層の熱伸び量の差を縮小することができる。
(4) In some embodiments, in any one of the configurations (1) to (3),
When the thickness of the refractory material layer is t1, the thickness of the heat insulating material layer is t2, and the ratio of the thickness t2 of the heat insulating material layer to the thickness t1 of the refractory material layer is t2 / t1,
The ratio t2 / t1 is in the range of 2 or more and 3.5 or less.
According to the above configuration (4), since the ratio t2 / t1 is in the range of 3.5 or less, the amount of temperature decrease in the heat insulating material layer is suppressed in a state where the fluid is flowing through the flow path. . Thereby, the temperature of the casing can be increased as compared with the case where the ratio t2 / t1 is more than 3.5, and the difference in thermal elongation between the casing and the refractory material layer can be reduced.
(5)幾つかの実施形態では、上記構成(1)乃至(4)の何れか1つにおいて、
前記支持部材は変形可能な変位吸収部を有する。
上記構成(5)では、ケーシングと耐火材層の間の熱伸び量の差に起因して支持部材に支持部材の軸方向へ作用する応力を吸収可能であり、これにより、耐火材層の剥落や支持部材の折損がより確実に防止される。
特に、耐火構造物が適用された設備の冷態始動時には、耐火材層の温度がケーシングの温度よりも短時間で上昇するので、耐火構造物が適用された設備の定常運転時よりも、ケーシングと耐火材層との間の熱伸び量の差が大きくなる。変位吸収部によれば、冷態始動時であっても、変位吸収部が変形することによって、耐火材層及び支持部材に作用する応力を吸収可能であり、耐火材層の剥落や支持部材の折損を防止することができる。
(5) In some embodiments, in any one of the above configurations (1) to (4),
The support member has a deformable displacement absorbing portion.
In the above configuration (5), it is possible to absorb the stress acting on the support member in the axial direction of the support member due to the difference in the amount of thermal elongation between the casing and the refractory material layer. And the breakage of the support member are more reliably prevented.
In particular, at the time of a cold start of the equipment to which the refractory structure is applied, the temperature of the refractory material layer rises in a shorter time than the temperature of the casing. The difference in thermal elongation between the refractory material layer and the refractory material layer increases. According to the displacement absorbing portion, even at the time of a cold start, the displacement acting portion can be deformed, thereby absorbing the stress acting on the refractory material layer and the support member. Breakage can be prevented.
(6)幾つかの実施形態では、上記構成(1)乃至(5)の何れか1つにおいて、
前記耐火構造物は、前記耐火材層を複数の区画に分離する複数のスリットを有する。
上記構成(6)では、ケーシングと耐火材層の熱伸び量の差をスリットにより吸収可能であり、これにより、耐火材層の剥落や支持部材の折損がより確実に防止される。
特に、耐火構造物が適用された設備の冷態始動時には、耐火材層の温度がケーシングの温度よりも短時間で上昇するので、耐火構造物が適用された設備の定常運転時よりも、ケーシングと耐火材層の熱伸び量の差が大きくなる。スリットによれば、冷態始動時であっても、耐火材層の熱伸び量を吸収可能であり、この結果、耐火材層及び支持部材に作用する応力を吸収可能であり、耐火材層の剥落や支持部材の折損を防止することができる。
(6) In some embodiments, in any one of the configurations (1) to (5),
The refractory structure has a plurality of slits separating the refractory layer into a plurality of sections.
In the above configuration (6), the difference in the amount of thermal elongation between the casing and the refractory material layer can be absorbed by the slit, whereby the peeling of the refractory material layer and the breakage of the support member can be more reliably prevented.
In particular, at the time of a cold start of the equipment to which the refractory structure is applied, the temperature of the refractory material layer rises in a shorter time than the temperature of the casing. The difference in thermal elongation between the refractory material layer and the refractory material layer increases. According to the slit, even at the time of a cold start, it is possible to absorb the thermal expansion amount of the refractory material layer, and as a result, it is possible to absorb the stress acting on the refractory material layer and the support member, and Peeling and breakage of the support member can be prevented.
(7)幾つかの実施形態では、上記構成(1)乃至(6)の何れか1つにおいて、
前記耐火構造物は循環流動層ボイラに適用されるサイクロンであり、
前記流動体は流動砂を含む。
循環流動層ボイラに適用されるサイクロンでは、流動体は、高温の燃焼ガスと流動砂を含む。このため、流動砂によって、流路を構成する壁面が摩耗し易い。この点、上記構成(7)によれば、流路を区画する耐火材層は耐摩耗性を有しているので、流動体が流動砂を含んでいても、流路を構成する壁面の摩耗が防止される。
(7) In some embodiments, in any one of the above configurations (1) to (6),
The refractory structure is a cyclone applied to a circulating fluidized bed boiler,
The fluid includes liquid sand.
In a cyclone applied to a circulating fluidized bed boiler, the fluid contains hot combustion gases and fluidized sand. For this reason, the wall surface constituting the flow path is easily worn by the fluidized sand. In this regard, according to the above configuration (7), since the refractory material layer that partitions the flow path has wear resistance, even if the fluid contains flowing sand, the wall surface that forms the flow path is worn. Is prevented.
本発明の少なくとも一実施形態によれば、耐火材層とケーシングの熱伸び量の差が従来よりも縮小され、耐火材層の剥離や支持部材の折損を防止可能である耐火構造物が提供される。 According to at least one embodiment of the present invention, there is provided a fire-resistant structure in which the difference in the amount of thermal elongation between the fire-resistant material layer and the casing is reduced as compared with the related art, and peeling of the fire-resistant material layer and breakage of the support member can be prevented. You.
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹突起や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention thereto, but are merely illustrative examples. Absent.
For example, expressions representing relative or absolute arrangement such as “in a certain direction”, “along a certain direction”, “parallel”, “orthogonal”, “center”, “concentric” or “coaxial” are strictly described. Not only does such an arrangement be shown, but also a state of being relatively displaced by an angle or distance that allows the same function to be obtained.
For example, expressions such as "identical", "equal", and "homogeneous", which indicate that things are in the same state, not only represent exactly the same state, but also have a tolerance or a difference to the extent that the same function is obtained. An existing state shall also be represented.
For example, an expression representing a shape such as a square shape or a cylindrical shape not only represents a shape such as a square shape or a cylindrical shape in a strict sense geometrically, but also a concave protrusion or a chamfer within a range where the same effect can be obtained. A shape including a part and the like is also represented.
On the other hand, the expression “comprising”, “comprising”, “including”, “including”, or “having” one component is not an exclusive expression excluding the existence of another component.
図1は、本発明の一実施形態に係る耐火構造物としてのサイクロン4が適用された循環流動層ボイラ1の概略的な構成を示している。
図1に例示するように、循環流動層ボイラ1は、流動床炉2、サイクロン4、シールポット6、及び、外部熱交換器8を有している。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a circulating fluidized bed boiler 1 to which a cyclone 4 as a refractory structure according to an embodiment of the present invention is applied.
As illustrated in FIG. 1, the circulating fluidized bed boiler 1 includes a
流動床炉2には、下方から一次空気が供給されるとともに、珪砂等の流動砂及び燃焼物が供給される。流動床炉2内では、燃焼物が一次空気及び流動砂と流動混合され、一次燃焼させられる。また、流動床炉2において、一次燃焼領域の上方に位置するフリーボード部2aには、二次燃焼のための二次空気が供給され、一次燃焼で発生した燃焼ガス中の可燃性ガスが燃焼させられる。
なお、燃焼物としては、石炭、重油、廃棄物、RDF(Refuse Derived Fuel:ゴミ固形燃料)又はバイオマス等を用いることができる。
The fluidized-
Note that coal, heavy oil, waste, RDF (Refuse Derived Fuel: garbage solid fuel), biomass, or the like can be used as a combustion product.
流動床炉2の出口は、配管10を介してサイクロン4に接続されている。サイクロン(遠心分離器)4は、自身の上部に配管10が接続される入口を有し、流動床炉2から送られてくる流動体を、燃焼ガスと流動砂に分離可能である。サイクロン4は、自身の下部に分離された流動砂のための出口を有し、流動砂のための出口は、配管12を介してシールポット6に連結されている。
The outlet of the
シールポット6には、配管14を介して外部熱交換器8が接続され、外部熱交換器8は流動床炉2の下部に接続されている。また、シールポット6は、配管16を介して流動床炉2の下部に接続されている。
従って、循環流動層ボイラ1は、流動砂が循環する流動砂循環路18を有し、流動砂循環路18に、流動床炉2、サイクロン4、シールポット6及び外部熱交換器8が介挿されている。
An external heat exchanger 8 is connected to the
Therefore, the circulating fluidized bed boiler 1 has a fluidized
一方、循環流動層ボイラ1は、内部熱交換器20、空気予熱器22、集塵機24及び煙突26を有している。
具体的には、サイクロン4は、自身の上部に、分離された燃焼ガスのための出口を有している。内部熱交換器20、空気予熱器22、集塵機24及び煙突26は、配管を介して、サイクロン4の燃焼ガスのための出口に順次接続されている。
On the other hand, the circulating fluidized bed boiler 1 has an internal heat exchanger 20, an
In particular, the cyclone 4 has, at its top, an outlet for the separated combustion gases. The internal heat exchanger 20, the
従って、循環流動層ボイラ1は、サイクロン4から流出した燃焼ガスが流動する燃焼ガス流路28を有し、燃焼ガス流路28に、燃焼ガスの流動方向にて上流側から順に、内部熱交換器20、空気予熱器22、集塵機24及び煙突26が順次介挿されている。
Therefore, the circulating fluidized-bed boiler 1 has a
また、循環流動層ボイラ1は、流動床炉2に空気を供給するための空気供給路30を有し、空気供給路30には、流動床炉2よりも上流に空気予熱器22が介挿されている。
Further, the circulating fluidized-bed boiler 1 has an
上記構成を備えた循環流動層ボイラ1では、流動床炉2に対して流動砂と燃焼物が供給されるとともに、下部から空気予熱器22により加熱された高温空気が空気供給路30を通して供給される。流動床炉2の内部では、高温空気、流動砂及び燃焼物が流動混合して一次燃焼が行われる。そして、一次燃焼により生成した燃焼ガス中の可燃性ガスが二次燃焼させられ、高温の燃焼ガスが生成される。高温の燃焼ガスの温度は、例えば850℃である。
In the circulating fluidized-bed boiler 1 having the above configuration, fluidized sand and combustion products are supplied to the fluidized-
流動床炉2で生成された高温の燃焼ガスは、流動砂とともにサイクロン4に導かれ、サイクロン4により燃焼ガスと流動砂とに分離される。分離された燃焼ガスは、燃焼ガス流路28に導かれて内部熱交換器20を通過するときに、例えば液相の水と熱交換を行なう。これにより液相の水から蒸気が生成される。
The high-temperature combustion gas generated in the fluidized-
また、燃料ガスが空気予熱器22を通過するときに、燃焼ガスは、流動床炉2に供給される空気と熱交換を行なう。従って、空気予熱器22で加熱された高温空気が流動床炉2に供給される。
集塵機24では、燃焼ガスから飛灰等が除去され、燃焼ガスが浄化される。浄化された燃焼ガスは、煙突26により大気に放出される
一方、サイクロン4で分離された高温の流動砂は、シールポット6により、流動床炉2に直接戻されるものと、外部熱交換器8に供給されるものとに分配される。高温の流動砂の温度は、例えば850℃である。
When the fuel gas passes through the
In the
図2は、図1中の領域IIの断面図であり、サイクロン4の壁32aの構成を概略的に示す部分断面図である。図3は、サイクロン4の壁32a,32b,32cの厚さ方向における、循環流動層ボイラ1の作動時の温度分布(温度勾配)を概略的に示すグラフである。図4は、他の実施形態に係るサイクロン4の壁32bの図2に相当する断面図である。図5は、他の実施形態に係るサイクロン4の壁32cの図2に相当する断面図である。
なお、以下の説明では、サイクロン4の壁(耐火壁)32a,32b,32cを一括して壁32とも称する。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a region II in FIG. 1, and is a partial cross-sectional view schematically illustrating a configuration of a
In the following description, the walls (fireproof walls) 32a, 32b, and 32c of the cyclone 4 are collectively referred to as a
サイクロン4の壁32は、図2、図4及び図5に示したように、ケーシング34、複数の支持部材36、耐火材層38、断熱材層40、及び、保温材層42を有する。サイクロン4は円筒形状を有しており、サイクロン4の壁32も円筒形状を有する。
ケーシング34は、例えば5mm以上15mm以下の厚さを有する炭素鋼板によって構成されている。サイクロン4の場合、ケーシング34は円筒形状を有している。ケーシング34は、サイクロン4の骨格を構成しており、サイクロン4を支持するためのフレーム(不図示)は、例えば、ケーシング34の上部を支持している。この場合、サイクロン4は吊り下げられた状態で支持される。
The
The
支持部材36は、壁32aの厚さ方向と直交するケーシング34の内面から、ケーシング34の内側に向かって壁32aの厚さ方向に延びている。支持部材36は、例えば、ステンレス鋼によって構成されている。
耐火材層38は、ケーシング34の内側に配置されており、支持部材36を介してケーシング34によって支持されている。耐火材層38は、500℃以上の流動体が流動可能な流路44を区画している。サイクロン4の場合、流動体として、流動砂を含む燃焼ガスが流路44を流れる。
The
The
耐火材層38は、不定形耐火物によって構成されている。不定形耐火物は、例えば、アルミナ及びシリカを主成分として含み、耐熱性、耐摩耗性、及び、耐食性を有する。例えば、不定形耐火物は1300℃以上1700℃以下の最高使用温度を有する。特に耐火材層38は、断熱材層40よりも高い耐摩耗性を有する。不定形耐火物の施工は、例えば、不定形耐火物の原材料を混練して型枠に流し込み、その後、不定形耐火物の原材料を加熱して硬化させることによって行われる。
The
断熱材層40は、ケーシング34と耐火材層38との間に配置されている。断熱材層40は、例えばアルミナ及びシリカを主成分として含む。断熱材層40を構成する材料は、例えば800℃以上1100℃以下の最高使用温度を有し、断熱性及び耐熱性を有する。特に、断熱材層40は、耐火材層38よりも低い熱伝導率、及び、耐火材層38よりも小さいかさ比重を有する。断熱材層40の施工は、例えば、断熱材層の原材料を吹き付けたり、こて塗りすることによって行うことができる。
The heat insulating
保温材層42は、壁32aの厚さ方向と直交するケーシング34の外面を覆っている。保温材層42は、例えば、シリカを主成分として含む。保温材層42は、断熱材層40よりも低い熱伝導率を有し、例えば、ロックウールやグラスウール等の繊維系断熱材によって構成される。
なお、壁32は、保温材層42を保持又は保護するために、必要に応じて、カバー46を更に有していてもよい。カバー46は、例えば、波形の亜鉛めっき鋼板等によって構成され、ケーシング34に溶接された金属製の棒等によって構成される係止部材47を介して、ケーシング34によって支持される。
The heat insulating
In addition, the
上記構成のサイクロン4の壁32によれば、保温材層42がケーシング34の外面を覆っているので、ケーシング34の外面が覆われていない場合に比べ、サイクロン4の使用時、すなわち、500℃以上の流動体が流路44を流れている状態(定常状態)で、ケーシング34の温度を高くすることができる。これにより、ケーシング34の熱伸び量が増加し、ケーシング34と耐火材層38の熱伸び量の差を縮小することができる。この結果、熱伸び量の差に起因して耐火材層38及び支持部材36に作用する応力を低減することができ、耐火材層38の剥落や支持部材36の折損を防止することができる。
なお、ケーシング34と耐火材層38の熱伸び量の差は、循環流動層ボイラ1が停止している状態での温度(例えば25℃)で零であるとする。
According to the
It is assumed that the difference in the thermal expansion between the
幾つかの実施形態では、500℃以上950℃以下の流動体が流路44を流れている状態(定常状態)で、ケーシング34と耐火材層38の熱伸び量の差が、1m当たり1.4mm以下となるように構成されている。
In some embodiments, in a state where a fluid having a temperature of 500 ° C. or more and 950 ° C. or less flows through the flow path 44 (steady state), a difference in thermal elongation between the
上記構成のサイクロン4の壁32によれば、流動体が流路44を流れている状態で、ケーシング34と耐火材層38の熱伸び量の差が、1m当たり1.4mm以下であるので、耐火材層38及び支持部材36に作用する応力を低減することができる。この結果として、上記構成によれば、耐火材層38の剥落や支持部材36の折損を防止することができる。
According to the
なお、壁32の厚さ方向での温度分布が図3に示したようになっている場合、耐火材層38の熱伸び量ΔL1及びケーシング34の熱伸び量ΔL2は、それぞれ次式(1)、(2)で表すことができる。
ΔL1=α1×(T1+T2)/2 ・・・(1)
ΔL2=α2×T3 ・・・(2)
ただし、式(1)中、α1は、耐火材層38の線膨張係数、T1は耐火材層38の内面の温度、T2は耐火材層38の外面の温度を表している。また、式(2)中、α2は、ケーシング34の線膨張係数、T3はケーシング34の温度を表している。
When the temperature distribution in the thickness direction of the
ΔL1 = α1 × (T1 + T2) / 2 (1)
ΔL2 = α2 × T3 (2)
In Equation (1), α1 represents the coefficient of linear expansion of the
従って、ケーシング34と耐火材層38との間での熱伸び量の差をΔL0としたとき、ΔL0は次式(3)にて表すことができる。
ΔL0=ΔL1−ΔL2 ・・・(3)
よって、式(1)、(2)及び(3)を考慮して、耐火材層38の線膨張係数α1、耐火材層38の内面の温度T1、耐火材層38の外面の温度T2、ケーシング34の線膨張係数α2、及び、ケーシング34の温度T3のうちいずれか1つ以上を調整することで、ケーシング34と耐火材層38との間での熱伸び量の差ΔL0が、1m当たり1.4mm以下となるようにすることができる。
ただし、一般的には、耐火材層38の内面の温度T1は、流路44を流れる流動体の温度によって決定されるので、熱伸び量の差ΔL0を1m当たり1.4mm以下となるようにするために、耐火材層38の外面の温度T2、ケーシング34の線膨張係数α2、及び、ケーシング34の温度T3のうちいずれか1つ以上を調整する。
Therefore, when the difference in the amount of thermal elongation between the
ΔL0 = ΔL1-ΔL2 (3)
Therefore, taking into account the equations (1), (2) and (3), the coefficient of linear expansion α1 of the
However, in general, since the temperature T1 of the inner surface of the
一方、壁32を移動する熱をQとしたとき、熱Qは次式(4)にて表すことができる。
Q=λ1/t1×ΔT1=λ2/t2×ΔT2=λ3/t3×ΔT3・・・(4)
なお式(4)中、λ1は耐火材層38の熱伝導率、t1は耐火材層38の厚さ、λ2は断熱材層40の熱伝導率、t2は断熱材層40の厚さ、λ3は保温材層42の熱伝導率、t3は保温材層42の厚さをそれぞれ表している。そして、図3に示したように、ΔT1、ΔT2及びΔT3は、それぞれ、T1−T2、T2−T3、T3−T4を表しており、T1は、耐火材層38の内面の温度、T2は、耐火材層38の外面又は断熱材層40の内面の温度、T3は、断熱材層40の外面又は保温材層42の内面の温度(ケーシング34の温度)、T4は保温材層42の外面の温度を表している。
On the other hand, when the heat moving on the
Q = λ1 / t1 × ΔT1 = λ2 / t2 × ΔT2 = λ3 / t3 × ΔT3 (4)
In equation (4), λ1 is the thermal conductivity of the
よって、耐火材層38の内面の温度T1、耐火材層38の外面の温度T2、及び、ケーシング34の温度T3のうちいずれか1つ以上を調整するにあたっては、式(4)に示したように、耐火材層38の熱伝導率λ1、耐火材層38の厚さt1、断熱材層40の熱伝導率λ2、断熱材層40の厚さt2、保温材層42の熱伝導率λ3、及び、保温材層42の厚さt3のうち1つ以上を調整すればよい。
Therefore, when adjusting any one or more of the temperature T1 of the inner surface of the
幾つかの実施形態では、壁32は、700℃以上950℃以下の流動体が流路44を流れている状態(定常状態)で、ケーシング34と耐火材層38との間での熱伸び量の差ΔL0が、1m当たり1.4mm以下となるように構成されている。
In some embodiments, the
幾つかの実施形態では、500℃以上950℃以下の流動体が流路44を流れている状態(定常状態)で、ケーシング34の温度が300℃以上400℃以下の範囲に入るように構成されている。
上記構成のサイクロン4の壁32によれば、サイクロン4の使用時、流動体が流路44を流れている状態で、ケーシング34の温度が300℃以上400℃以下の範囲に入るので、ケーシング34の温度が例えば25℃である場合に比べて、ケーシング34の熱伸び量ΔL2が増加する。これにより、ケーシング34と耐火材層38との間での熱伸び量の差ΔL0を縮小することができる。
一方、ケーシング34の温度が400℃以下であり、流路44を流れる流動体と比べてれば十分に低温である。このため、ケーシング34に熱応力が繰り返し作用しても、ケーシング34に損傷が生じるまでの繰り返し数(疲労寿命)を十分に大きくすることができ、ケーシング34の耐久性が確保される。
In some embodiments, the temperature of the
According to the
On the other hand, the temperature of the
幾つかの実施形態では、壁32は、700℃以上950℃以下の流動体が流路44を流れている状態(定常状態)で、ケーシング34の温度が300℃以上400℃以下の範囲に入るように構成されている。
In some embodiments, the temperature of the
幾つかの実施形態では、図3に示したように、耐火材層38の厚さをt1とし、断熱材層40の厚さをt2とし、耐火材層38の厚さt1に対する断熱材層40の厚さt2の比をt2/t1としたときに、比t2/t1は2以上3.5以下の範囲に入っている。
上記構成のサイクロン4の壁32によれば、比t2/t1が3.5以下の範囲に入っているので、サイクロン4の使用時、流動体が流路44を流れている状態において、断熱材層40での温度低下量が抑制される。これにより、ケーシング34の温度を、比t2/t1が3.5超の場合に比べて、高くすることができ、ケーシング34と耐火材層38との間での熱伸び量の差ΔL0を縮小することができる。
In some embodiments, as shown in FIG. 3, the thickness of the
According to the
幾つかの実施形態では、図2及び図4に示したように、支持部材36はY字形状を有するYアンカ48によって構成されている。Yアンカ48は、軸部48a及び軸部48aに連なるV字形状の拡開部48bを有する。軸部48aは断熱材層40内を延びており、軸部48aの一端がケーシング34の内面に溶接により固定され、軸部48aの他端に連なる拡開部48bが耐火材層38内に埋設される。なお、軸部48a及び拡開部48bは、一体に成形されていてもよいし、機械的に相互に結合されていてもよい。
Yアンカ48によれば、簡単な構成にて、耐火材層38を確実に支持することができる。
In some embodiments, as shown in FIGS. 2 and 4, the
According to the
幾つかの実施形態では、図5に示したように、支持部材36は、変形可能な変位吸収部50を有している。変位吸収部50は、ケーシング34と耐火材層38の熱伸び量の差ΔL0に起因して支持部材36に軸方向へ作用する応力を吸収可能であり、これにより、耐火材層38の剥落や支持部材36の折損がより確実に防止される。
特に、循環流動層ボイラ1の冷態始動時には、耐火材層38の温度がケーシング34の温度よりも短時間で上昇するので、循環流動層ボイラ1の定常運転時よりも、ケーシング34と耐火材層38との間の熱伸び量の差ΔL0が大きくなる。変位吸収部50によれば、冷態始動時であっても、変位吸収部50が変形することによって、耐火材層38及び支持部材36に作用する応力を吸収可能であり、耐火材層38の剥落や支持部材36の折損を防止することができる。
なお、断熱材層40は、変位吸収部50の変形を許容する柔軟性を有している。
In some embodiments, as shown in FIG. 5, the
In particular, when the circulating fluidized-bed boiler 1 is cold started, the temperature of the
In addition, the heat insulating
幾つかの実施形態では、図5に示したように、変位吸収部50を有する支持部材36は、変形されたYアンカ(変形Yアンカ)51によって構成されている。変形Yアンカ51は、軸部51a及び軸部51aに連なるV字形状の拡開部51bを有する。軸部51aは断熱材層40内を延びており、軸部51aの一端がケーシング34の内面に溶接により固定され、軸部51aの他端に連なる拡開部51bが耐火材層38内に埋設される。なお、軸部51a及び拡開部51bは、一体に成形されていてもよいし、機械的に相互に結合されていてもよい。
そして、変位吸収部50は、軸部51aに一体に形成された弾性変形部50aによって構成されている。例えば、弾性変形部50aは、軸部51aを折り曲げて形成されている。この構成によれば、簡単な構成にて、変位吸収部50を実現可能である。
幾つかの実施形態では、図5に示したように、弾性変形部50aは、L字形状又はV字形状を有する。
In some embodiments, as shown in FIG. 5, the
The
In some embodiments, as shown in FIG. 5, the
幾つかの実施形態では、図4に示したように、壁32bは、耐火材層38を複数の区画に分離する複数のスリット(目地)52を有する。複数のスリット52は例えばメッシュ状に耐火材層38に形成され、幾つかのスリット52は上下方向に延び、幾つかのスリット52は水平方向に延びている。
上下方向に延びているスリット52は、周方向又は水平方向でのケーシング34と耐火材層38の熱伸び量の差を吸収可能であり、水平方向に延びているスリット52は、上下方向でのケーシング34と耐火材層38の熱伸び量の差を吸収可能である。従って、上記構成によれば、ケーシング34と耐火材層38の熱伸び量の差が小さい上に、更に、スリット52により熱伸び量の差を吸収可能であり、耐火材層38の剥落や支持部材36の折損がより確実に防止される。
In some embodiments, as shown in FIG. 4, the wall 32b has a plurality of slits (joints) 52 separating the
The slits 52 extending in the vertical direction can absorb the difference in the amount of thermal expansion between the
特に、循環流動層ボイラ1の冷態始動時には、耐火材層38の温度がケーシング34の温度よりも短時間で上昇するので、循環流動層ボイラ1の定常運転時よりも、ケーシング34と耐火材層38との間の熱伸び量の差ΔL0が大きくなる。スリット52によれば、冷態始動時であっても、耐火材層38の熱伸び量を吸収可能であり、この結果、耐火材層38及び支持部材36に作用する応力を吸収可能であり、耐火材層38の剥落や支持部材36の折損を防止することができる。
In particular, when the circulating fluidized bed boiler 1 is cold started, the temperature of the
なお、図2、図4及び図5中に記載された上下方向は鉛直方向を意味している。サイクロン4は、一般的に、自身の軸線が鉛直方向に一致するように配置されるので、サイクロン4の径方向は水平方向に一致させられる。サイクロン4の周方向は、水平面内にてサイクロン4の軸線を囲むように湾曲しながら水平方向に延びている。図2、図4及び図5に示されている壁32は、サイクロン4の周壁の一部であり、壁32の厚さ方向は水平方向に一致している。
Note that the vertical direction described in FIGS. 2, 4, and 5 means a vertical direction. Generally, the cyclone 4 is arranged such that its axis coincides with the vertical direction, so that the radial direction of the cyclone 4 coincides with the horizontal direction. The circumferential direction of the cyclone 4 extends in the horizontal direction while curving so as to surround the axis of the cyclone 4 in a horizontal plane. The
幾つかの実施形態では、壁32の厚さ方向にてスリット52の延長線上に位置する断熱材層40の領域にバックアップ材(保護部材)54が埋設される。バックアップ材54は、例えば、耐火れんが等の定形耐火材によって構成される。バックアップ材54をスリット52の延長線上に位置する断熱材層40の領域に配置することで、スリット52を設けたとしても、断熱材層40を流動体から保護することができる。
In some embodiments, a backup material (protection member) 54 is embedded in a region of the heat insulating
幾つかの実施形態では、500℃以上950℃以下の流動体が流路44を流れている状態で、カバー46の温度が40℃以上60℃以下の範囲に入るように構成されている。
上記構成では、流動体が流路44を流れている状態で、カバー46の温度が40℃以上60℃以下の範囲に入っている。カバー46の温度が40℃以上60℃以下であるので、サイクロン4の周囲で作業する者の安全性が確保される。
In some embodiments, the temperature of the
In the above configuration, the temperature of the
上述した実施形態では、本発明に係る耐火構造物の一例として、循環流動層ボイラ1に適用されたサイクロン4を説明した。サイクロン4では、流路44を流れる流動体は、高温の燃焼ガスと流動砂を含む。このため、流動砂によって、流路44を構成する壁面が摩耗し易い。この点、上記構成によれば、流路44を区画する耐火材層38は耐摩耗性を有しているので、流動体が流動砂を含んでいても、流路44を構成する壁面の摩耗が防止される。
In the embodiment described above, the cyclone 4 applied to the circulating fluidized-bed boiler 1 has been described as an example of the refractory structure according to the present invention. In the cyclone 4, the fluid flowing through the flow path 44 contains hot combustion gas and fluidized sand. For this reason, the wall surface constituting the flow path 44 is easily worn by the fluidized sand. In this regard, according to the above configuration, the
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変更を加えた形態や、これらの形態を組み合わせた形態も含む。
例えば、本発明に係る耐火構造物は、サイクロン4以外にも適用可能であり、シールポット6や配管10,12,14,16にも適用可能である。また、本発明に係る耐火構造物は、循環流動層ボイラ1以外の設備にも適用可能であり、焼却炉や溶融炉等の高温処理装置を備えた設備に適用可能である。したがって、流路44を流れる流動体は燃焼ガスや流動砂に限定されることはない。
また例えば、図4に示した壁32bでは、スリット52が耐火材層38を貫通して断熱材層40まで到達していたが、スリット52は、耐火材層38を貫通していなくてもよい。この場合、バックアップ材54は省略可能である。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes a form in which the above-described embodiment is modified and a form in which these forms are combined.
For example, the refractory structure according to the present invention can be applied to other than the cyclone 4, and can also be applied to the
Further, for example, in the wall 32b shown in FIG. 4, the slit 52 penetrates the
1 循環流動層ボイラ
2 循環流動床炉
2a フリーボード部
4 サイクロン
6 シールポット
8 外部熱交換器
10,12,14,16 配管
18 流動砂循環路
20 内部熱交換器
22 空気予熱器
24 集塵機
26 煙突
28 燃焼ガス流路
30 空気供給路
32,32a,32b,32c 壁(耐火壁)
34 ケーシング
36 支持部材
38 耐火材層
40 断熱材層
42 保温材層
44 流路
46 カバー
47 係止部材
48 Yアンカ
48a 軸部
48b 拡開部
50 変位吸収部
50a 弾性変形部
51 変形Yアンカ
51a 軸部
51b 拡開部
52 スリット
54 バックアップ材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Circulating fluidized-
34
Claims (7)
前記ケーシングの内面から前記ケーシングの内側に向かって延びる複数の支持部材と、
前記ケーシングの内側に配置された耐火材層であって、前記支持部材を介して前記ケーシングによって支持されるとともに500℃以上の流動体が流動可能な流路を区画する耐火材層と、
前記ケーシングと前記耐火材層との間に配置された断熱材層と、
前記ケーシングの外面を覆う保温材層と
を備えることを特徴とする耐火構造物。 A casing,
A plurality of support members extending from the inner surface of the casing toward the inside of the casing,
A refractory material layer disposed inside the casing, wherein the refractory material layer defines a flow path supported by the casing via the support member and through which a fluid of 500 ° C. or higher can flow.
A heat insulating material layer disposed between the casing and the refractory material layer,
And a heat insulating material layer covering an outer surface of the casing.
ことを特徴とする請求項1に記載の耐火構造物。 In a state where the fluid having a temperature of 500 ° C. or more and 950 ° C. or less is flowing through the flow path, a difference in thermal elongation between the casing and the refractory material layer is set to fall within a range of 1.4 mm or less per m. The refractory structure according to claim 1, wherein:
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の耐火構造物。 2. The temperature of the casing is in a range of 300 ° C. to 400 ° C. in a state where the fluid having a temperature of 500 ° C. or more and 950 ° C. or less flows through the flow path. Or the refractory structure according to 2.
比t2/t1は2以上3.5以下の範囲に入っている
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の耐火構造物。 When the thickness of the refractory material layer is t1, the thickness of the heat insulating material layer is t2, and the ratio of the thickness t2 of the heat insulating material layer to the thickness t1 of the refractory material layer is t2 / t1,
The refractory structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the ratio t2 / t1 is in a range of 2 or more and 3.5 or less.
ことを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の耐火構造物。 The refractory structure according to any one of claims 1 to 4, wherein the support member has a deformable displacement absorbing portion.
ことを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の耐火構造物。 The refractory structure according to any one of claims 1 to 5, comprising a plurality of slits for separating the refractory material layer into a plurality of sections.
前記流動体は流動砂を含む
ことを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の耐火構造物。 The refractory structure is a cyclone applied to a circulating fluidized bed boiler,
The refractory structure according to any one of claims 1 to 6, wherein the fluid includes fluid sand.
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