JP5952215B2 - 流動床式ボイラ用スクリーンのプロテクタ - Google Patents

Description

この発明は、木質チップ、都市ゴミ、産業廃棄物、石炭その他の燃焼物を流動層により燃焼するとともに、その熱エネルギーを回収する流動床式ボイラにおけるスクリーンのプロテクタに関するものである。

この種の流動床式ボイラは、例えば、燃焼室と熱回収室の間に上下方向が管軸方向の複数本の水管を並列したスクリーンを設け、そのスクリーンの各水管の間を介して砂等の熱媒体を前記燃焼室と熱回収室との間に循環させて熱回収室及び水管で熱回収する構成である（特許文献１、特許請求の範囲、第６図参照）。
上記スクリーンを構成する水管は所要間隙をもって並設され、その水管表面は燃焼室と熱回収室内の熱媒体に晒されるとともに、前記間隙を通って熱媒体が燃焼室から熱回収室に移動する。このため、各水管全周面をプロテクタで覆って水管の摩耗や腐食等を防止するようにしている（特許文献１、第２図、第３図参照）。

特公平５−８７７５８号公報 実開平１−１０１００８号公報

従来のプロテクタは、水管の上下方向に分割された部材からなり、その分割部材を管軸方向に積み重ねた構成である。このため、上下に隣接する分割部材はその上下端面が突き当たっている状態であり、その突き当たり界面に砂等の熱媒体や被燃焼物等の異物が入り込む。
一方、プロテクタは、常時、燃焼室及び熱回収室から加熱され、その加熱度合も変化するため、熱収縮や熱膨張を繰り返す。しかし、そのプロテクタに覆われた水管はプロテクタに比べれば熱膨張し難い。このため、プロテクタが熱膨縮を繰り返すと、プロテクタと水管の熱膨張差によって広がる両者の間隙に熱媒体（砂）等が入り込み大量に溜まってプロテクタに応力が作用して破損する場合がある。その熱媒体等の入り込みは、主に、プロテクタを構成する上下の分割部材の界面に生じる間隙において生じている。

この発明は、以上の実状の下、プロテクタを構成する上下の分割部材の界面への熱媒体等の侵入を防止することを課題とする。

上記課題を達成するために、この発明は、上記上下の分割プロテクタ部材の上側部材の下端に鍔を設け、その鍔によって下側の分割部材の上端表面を覆い、上記界面への熱媒体等の侵入を防止することとしたのである。
このように、上側の分割プロテクタ部材の鍔で下側の分割プロテクタ部材上端を覆えば、その上下の分割プロテクタ部材の界面への熱媒体等の侵入が防止される。このとき、上側の分割プロテクタ部材下端鍔で下側の分割プロテクタ部材上端を覆っているため、熱媒体等の上下の隣り合う分割プロテクタ部材の界面への侵入は下方からの入り込みとなり、その入り込みが行なわれ難い上に、仮に鍔の下側から入り込んでも下側分割プロテクタ部材上端を乗り越えないとその界面に入り込めないため、その熱媒体等の上下分割プロテクタ部材間への侵入は有効に阻止される。

この発明の構成としては、燃焼室と熱回収室の間に上下方向が管軸方向の複数本の水管を並列したスクリーンを設け、そのスクリーンの各水管の間を介して熱媒体を前記燃焼室と熱回収室との間に循環させる流動床式ボイラの、前記水管全周を覆って保護する筒状のプロテクタにおいて、前記管軸方向の平面で分割された半割りの２部材からなって、その一方が上記水管の燃焼室側を保護する上下方向に重ねた複数の燃焼室側プロテクタ部材とからなり、他方が水管の熱回収室側を保護する上下方向に重ねた複数の熱回収室側プロテクタ部材とからなり、上下隣り合う燃焼室側プロテクタ部材の少なくとも１組は、その上側プロテクタ部材下縁の下方に向く鍔が下側プロテクタ部材上端表面に重なっている構成とすることができる。

この構成において、鍔を設ける上下隣り合う燃焼室側プロテクタ部材の組は、実験や実操業等によって熱媒体等が入り込み易いプロテクタ部材を把握して適宜に選択すれば良いが、全ての上下隣り合う燃焼室側プロテクタ部材間に設けることが好ましい。
また、上記燃焼室側プロテクタ部材と熱回収室側プロテクタ部材は長さ方向で重ねて筒状とするが、その筒状とした長さ方向の界面は、単に突き合わせるだけでも良いが、噛合いによる嵌合構造とすることができる。その嵌合構造としては、例えば、燃焼室側プロテクタ部材を長板状物とし、熱回収室側プロテクタ部材を横断面円孤状の長尺物とし、熱回収室側プロテクタ部材の両側端を燃焼室側プロテクタ部材裏面の溝に嵌めて両プロテクタ部材を嵌め合わせて水管全周を覆う構造を採用することができる。

これらにおいて、上下隣り合う熱回収室側プロテクタ部材の少なくとも１組にも、その上側プロテクタ部材下縁に下方に向く鍔を設けて、その鍔が下側プロテクタ部材上端表面に重なっている構成とすることができる。このときも、鍔を設ける上下隣り合う熱回収室側プロテクタ部材の組は、同様に、実験や実操業等によって熱媒体等が入り込み易いプロテクタ部材を把握して適宜に選択すれば良く、全ての上下隣り合う熱回収室側プロテクタ部材間に設けることが好ましい。

なお、特許文献２には、流動床ボイラの水管（蒸発管）のプロテクタにおいて、その分割プロテクタ部材の側端を重ね、上下隣り合う分割プロテクタ部材の隙間は押え部材で覆った技術が示されている（同文献２、明細書第５頁第１５〜１８行、第１、第３、第６図等参照）。
しかし、本願に係る発明の流動床式ボイラは、複数の水管からなるスクリーンの各水管の間を熱媒体が通って燃焼室と熱回収室との間に循環するものであるのに対し、特許文献２記載の技術は、熱媒体が燃焼室と熱回収室との間に循環するものではない。
このため、特許文献２記載の技術における分割プロテクタ部材の隙間への熱媒体等の侵入阻止は、隔壁（物が通過することを阻止する壁）を完全に構築するためのものである。これに対し、本願に係る発明の流動床式ボイラにおいては、本来、各水管（プロテクタ）の間は熱媒体等が通過するものであり、各プロテクタの間の間隙は許容されたものであって、そのような流動床式ボイラにおいて、本願に係る発明は、プロテクタの熱膨縮によって、上下隣り合うプロテクタ部材間（界面）に侵入した熱媒体等によるプロテクタの破損という事項を認識し、その防止のために、上下隣り合うプロテクタ部材間（界面）を塞ぐようにしたものである。すなわち、この発明の分割プロテクタ部材の隙間への熱媒体等の侵入阻止と特許文献２の分割プロテクタ部材の隙間への熱媒体等の侵入阻止とは意義が異なるものである。

この発明は、以上のように構成して、上下隣り合うプロテクタ部材間への熱媒体等の侵入を阻止するようにしたので、その間に侵入した熱媒体等とプロテクタ部材との熱膨張差によるプロテクタ部材の破損を防止することができる。

この発明に係る流動床ボイラの一実施形態の要部断面図 同実施形態のスクリーンの一部省略正面図 同実施形態の一のプロテクタ部材を示し、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は嵌合状態の切断平面図 同実施形態の他のプロテクタ部材を示し、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は嵌合状態の切断平面図 同実施形態の他のプロテクタ部材を示し、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は燃焼室側プロテクタ部材の裏面斜視図、（ｃ）は嵌合状態の切断平面図

この発明の一実施形態を図１〜図５に示し、この実施形態は木質チップを主原料とするバイオマス発電設備における内部循環流動床ボイラＢに関する。この流動床ボイラＢは、特許文献１記載の流動床ボイラと同様に、燃焼室１と熱回収室２の間に上下方向が管軸方向の複数本の水管４を並列したスクリーン３を設け、そのスクリーン３の各水管４の間を介して熱媒体である砂ａが燃焼室１と熱回収室２との間に循環して、熱回収室２内の熱交換管（図示せず）によって熱回収するとともに、各水管４によっても熱回収する。そのスクリーン３の各水管４に従来と同様にプロテクタ１０が設けられている。

そのプロテクタ１０は、図１、図２に示すように、上下四段の燃焼室側プロテクタ部材１１_１、１１_２、１１_３、１１_４（総称符号：１１）と同五段の熱回収室側プロテクタ部材１２_１、１２_２、１２_３、１２_４、１２_５（総称符号：１２）とからなる。その各プロテクタ部材１１、１２の数（プロテクタ１０の分割数）、プロテクタ部材１１の上下方向の長さは、水管４の長さ・形状に応じて適宜に決定する。

図３〜図５に示すように、その燃焼室側プロテクタ部材１１は長板状物であり、その両側縁にＬ字状のフック部１３を有して上下方向に突き合わせて重ねられ、一方、熱回収室側プロテクタ部材１２は横断面円孤状の長尺物であり、その両縁に側方に延びる突片（係止片）１４を有して上下方向に突き合わせて重ねられている。このため、両プロテクタ部材１１、１２の間に水管４を介在し、その一方を他方に対し、その長さ方向から、フック部１３内の溝１３’に係止片１４を挿入嵌め込みすることによって、燃焼室側プロテクタ部材１１と熱回収室側プロテクタ部材１２は嵌め込まれて、水管４を筒状に覆う。

最上段のプロテクタ部材１１_４、１２_５は、上側に障害物があるため、その上下方向の嵌め込みが不可能である。このため、図５に示すように、フック部１３及び係止片１４の長さ方向所要間隔に切り込み１５が形成され、その切り込み１５の間が係止片１５ａとなっており、その切り込み１５に係止片１５ａを嵌めて両プロテクタ部材１１_４、１２_５を重ねた後、上側のプロテクタ部材１１_４又は１２_５を下方に移動させると、両プロテクタ部材１１_４、１２_５はその係止片１５ａ、１５ａが重なって係止することによって水管４を筒状に覆う（同図（ｂ）、（ｃ）参照）。このとき、燃焼室側プロテクタ部材１１_４の上部は熱回収室側プロテクタ部材１２_５の上端より突出してその上端に熱媒体ａ等が極力至らないようになっている（図１参照）。

さらに、図４、図５に示すように、最下段のプロテクタ部材１１_１、１２_１を除き、各プロテクタ部材１１_２、１１_３、１１_４、１２_２、１２_３、１２_４、１２_５の下端に外側に湾状に膨らんで下方に向く鍔１６が設けてある。このため、各プロテクタ部材１１、１２を水管４に被せると、その鍔１６が隣り合う下側のプロテクタ部材１１、１２の上端を覆って、その上下に隣り合うプロテクタ部材１１、１２間の隙間（界面）を覆う。このため、この隙間への砂ａや被燃焼物等の侵入が有効に阻止される。鍔１６の上下方向の長さや円弧状の幅は、隣り合う上下のプロテクタ部材１１、１２の間に熱媒体ａ等が入ってプロテクタ部材１１、１２の損傷が生じないように実験などによって適宜に設定する。
この実施形態では、鍔１６の側面とプロテクタ部材１１の側面１１ａが面一となって（図４参照）、各水管４（プロテクタ１０）の間の間隙が担保されて熱媒体ａの循環に支障が無いようになっている。

この実施形態は、熱回収室側のプロテクタ部材１２にも鍔１６を設けたが、図１矢印のように、砂ａ等は燃焼室１から熱回収室２側に移動するため、熱回収室側のプロテクタ部材１２間には砂ａ等が侵入し難い。このため、熱回収室側のプロテクタ部材１２間には鍔１６を設けないようにすることもできる。また、最上段のプロテクタ部材１１_４、１２_５以外のプロテクタ部材１１_１、１２_１・・（１１、１２）も、切り込み１５と係止片１５ａの係止による嵌め込みとすることもできる。
因みに、この発明は、バイオマス発電設備以外における流動床ボイラにも採用し得ることは勿論である。

１ 燃焼室
２ 熱回収室
３ スクリーン
４ スクリーンを構成する水管
１０ 水管のプロテクタ
１１、１１_１、１１_２、１１_３、１１_４ 燃焼室側プロテクタ部材
１２、１２_１、１２_２、１２_３、１２_４ 、１２_５ 熱回収室側プロテクタ部材
１３ フック部
１３’ 溝
１４、１５ａ 係止片
１５ 切り込み
１６ 鍔
ａ 砂（熱媒体）

Claims (2)

1. 燃焼室（１）と熱回収室（２）の間に上下方向が管軸方向の複数本の水管（４）を並列したスクリーン（３）を設け、そのスクリーン（３）の各水管（４）の間を介して熱媒体（ａ）を前記燃焼室（１）と熱回収室（２）との間に循環させる流動床式ボイラ（Ｂ）の、前記水管（４）全周を覆って保護する筒状のプロテクタ（１０）であって、
   上記管軸方向の平面で分割された半割りの２部材（１１、１２）からなって、その一方（１１）が上記水管（４）の燃焼室（１）側を保護する上下方向に突き合わせて重ねた複数の燃焼室側プロテクタ部材（１１_１、１１_２、１１_３、１１_４）とからなり、他方（１２）が前記水管（４）の熱回収室（２）側を保護する上下方向に突き合わせて重ねた複数の熱回収室側プロテクタ部材（１２_１、１２_２、１２_３、１２_４、１２_５）とからなり、上下隣り合う燃焼室側プロテクタ部材（１１）の少なくとも１組、及び上下隣り合う熱回収室側プロテクタ部材（１２）の少なくとも１組は、それぞれ、その上側プロテクタ部材（１１、１２）下縁の下方に向く鍔（１６）が下側プロテクタ部材（１１、１２）上端表面に重なって上記熱媒体（ａ）のその上下のプロテクタ部材（１１、１２）の界面への侵入を阻止するようになっていることを特徴とする流動床式ボイラ用スクリーンのプロテクタ。
2. 上記燃焼室側プロテクタ部材（１１）は長板状物であり、上記熱回収室側プロテクタ部材（１２）は横断面円孤状の長尺物であり、前記熱回収室側プロテクタ部材（１２）の両側端を前記燃焼室側プロテクタ部材（１１）裏面の溝（１３’）に嵌めて両プロテクタ部材（１１、１２）を嵌め合わせて上記水管（４）全周を覆うことを特徴とする請求項１に記載の流動床式ボイラ用スクリーンのプロテクタ。

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