JP6993842B2 - ボイラ、蒸気温度調整方法、及びボイラ用耐火物 - Google Patents

Description

本開示は、ボイラ及びボイラ用耐火物に関する。

一般に、ボイラの伝熱面積が不足した場合への対策は非常に困難であるため、設計時に伝熱面積に余裕を持たせることが多く、これにより、蒸気温度が設計温度を超えてしまう事態が起こり得る。特に、今後増加が見込まれるバイオマス燃焼ボイラにおいては、燃料として用いるバイオマスの性状（含水率等）が非常に不安定かつ正確な予測が困難なため、そのような事態に陥る可能性が高い。このため、ボイラにおける蒸気の温度を調整するために、従来、水スプレイを用いる構造や、排ガスと熱交換器との伝熱面積を変更可能な構造等に関して様々な検討がなされてきた。

特許文献１及び２には、蒸気温度を調整するために、排ガスの流れる煙道に熱交換器の一部を遮蔽するように仕切板を設け、排ガスの流路幅を変更することで伝熱面積を調整可能な温度調整装置が開示されている。また、特許文献１には、仕切板に当接されるダンパを設け、ダンパの調整によって排ガスの流路幅を変更することで、伝熱面積を調整する旨が開示されている。

実開昭６１－２０４１１９号公報 実開昭６０－１６０３０８号公報

ところが、蒸気温度を下げようとして伝熱面積を制限したとしても、実際は流路幅が狭まった分ガスの流速が上昇し、熱交換器の熱伝達効率が上昇する。このため、蒸気温度の低減効果は限定的となってしまう可能性がある。また、排ガスの温度は通常１０００度以上の高温であるため、このような環境下にダンパのような可動機器を設置することは実際には困難であり、たとえ設置してもダンパの耐久性に問題が生じ得る。排ガス温度をダンパの耐熱温度まで下げて採用することも考えられるが、その場合は排ガス流路内に蒸発管を設置する等の対策を講じる必要があり、コスト増加を招いてしまう。

そこで、本発明の少なくとも一つの実施形態の目的は、上記の事情に鑑みて、シンプルな構成によって蒸気温度を簡単に調整可能なボイラ及びボイラ用耐火物を提供することである。

（１）本発明の幾つかの実施形態に係るボイラは、
火炉から排出された排ガスが流れる排ガス流路を形成する煙道と、
前記排ガス流路に設けられ、蒸気を過熱するための熱交換器と、
前記排ガス流路における前記熱交換器の上流側から分岐して前記熱交換器の下流側に合流するバイパス流路を形成するバイパス煙道と、
前記バイパス流路における少なくとも一部の流路断面を塞ぐように積み上げられた少なくとも一つの耐火物と
を備える。

上記（１）の構成によれば、蒸気温度を上げたい時は、耐火物を積み上げてバイパス流路の流路断面を塞ぐことで排ガスを多く熱交換器に通過させることが出来る。一方で、蒸気温度を下げたい時は、積み上げた耐火物を取り除くことでバイパス流路へ向かう排ガスの流れが生じ、熱交換器を通過する排ガスの流量を低減させることが出来る。このように、耐火物を積み上げるだけの簡単な方法によって、バイパス流路の流路断面の閉塞具合を変更して熱交換器を通過する排ガスの流量を増減させることで、簡単に蒸気温度を調整することが出来る。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記煙道は、鉛直方向に沿って延在する複数のチューブを含み、
前記耐火物は、前記バイパス流路の前記排ガス流路からの分岐箇所において、前記バイパス流路の流れ方向に対して交差する方向に隣接する一対のチューブの間に嵌め込まれる。

上記（２）の構成によれば、耐火物は、バイパス流路の前記排ガス流路からの分岐箇所において、バイパス流路の流れ方向に対して交差する方向に隣接する一対のチューブの間に嵌め込まれる。このため、チューブ間に形成されるスペースを利用して耐火物を積み上げることが出来る。また、耐火物を一対のチューブ間に嵌め込むことによって、積み上げた耐火物が脱落するのを抑制出来る。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記耐火物は、前記耐火物の両端部において前記一対のチューブの各々の外周面と当接する凹部を有する。

上記（３）の構成によれば、積み上げられた耐火物が、その両端部における凹部にてチューブの外周面と接するため、耐火物がより一層チューブ間から脱落しづらくなる。これにより、耐火物が落下することにより生じ得るボイラの損傷を回避出来る。

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、
前記耐火物は、前記チューブの軸方向に沿って分割される第１部分および第２部分であって、前記隣接する一対のチューブの内の一方側のチューブと当接する第１部分、および前記隣接する一対のチューブの内の他方側のチューブと当接する第２部分を含み、
前記第１部分には、第１分割面が形成され、
前記第２部分には、前記第１分割面と当接する第２分割面が形成される。

上記（４）の構成によれば、耐火物はチューブの軸方向に沿って第１部分と第２部分とに分割される。第１部分は隣接する一対のチューブの内の一方側と当接し、第２部分は隣接する一対のチューブの内の他方側と当接するように形成される。このため、隣接する一対のチューブ間に耐火物を積み上げる際、例えば、第１部分をチューブの一方側と当接するように設置した後に第２部分をチューブの他方側と当接するように設置出来る。したがって、隣接する一対のチューブ間への耐火物の積み上げや除去が容易となる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、
前記第１分割面は、前記第１分割面の少なくとも一部が前記チューブの軸方向に対して交差する方向に延在する第１テーパ面を有し、
前記第２分割面は、前記第２分割面の少なくとも一部が前記チューブの軸方向に対して交差する方向に延在する第２テーパ面であって、前記第１テーパ面と当接する第２テーパ面を有する。

上記（５）の構成によれば、第１分割面および第２分割面の夫々は、少なくとも一部がチューブの軸方向に対して交差する方向に延在する互いに当接するテーパ面（第１テーパ面、第２テーパ面）を有する。このため、テーパ面において、第１部分から第２部分又は第２部分から第１部分に対して鉛直方向下向きに作用する押し付け力が生じる。また、一方で、押し付け力により、耐火物の各凹部と各凹部に当接する一対の各チューブとがより強く密着し、耐火物を隣接する一対のチューブ間にしっかりと固定出来る。これによって、第１部分と第２部分とを密着させた状態で、一対のチューブの間に耐火物を積み上げることが出来る。したがって、簡単な構成によって積み上げた耐火物のがたつきを抑制出来る。

（６）幾つかの実施形態では、上記（４）又は（５）の構成において、
前記第１分割面は、前記第２分割面に向かって突出する凸部を有し、
前記第２分割面は、前記凸部を受け入れ可能な凹部を有する。

上記（６）の構成によれば、第１分割面の凸部を第２分割面の凹部に嵌め込むように第１部分および第２部分を設置出来る。したがって、第１部分と第２部分とのずれや分離を抑制し、積み上げた耐火物をチューブ間から脱落しづらくすることが出来る。これにより、耐火物が落下することにより生じ得るボイラの損傷を効果的に回避することが出来る。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）～（６）の何れか一つの構成において、
前記耐火物はレンガを含む。

上記（７）の構成によれば、耐火性、取り扱い性、及びコスト面において優れるレンガを積み上げたり取り除いたりするだけで、簡単にバイパス流路の断面積を調整可能である。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）～（７）の何れか一つの構成において、
前記火炉においてバイオマスを含む燃料が燃焼される。すなわち、本実施形態のボイラは、バイオマスを含む燃料（バイオマス単体、及び微粉炭にバイオマスが混合されたものも含む）を火炉において燃焼させるバイオマス燃焼ボイラとして構成される。

バイオマスは、産地や、運搬・保管状態等によってその性状（含水率等）に大きな違いが生じ得る。このため、バイオマス燃焼ボイラは、蒸気温度が設計温度を超えてしまうような事態に陥る可能性が高い。
上記（８）の構成によれば、このようなバイオマス燃焼ボイラにおいて、耐火物を積み上げるだけの簡単な方法によって、バイパス流路の流路断面の閉塞具合を変更して熱交換器を通過する排ガスの流量を増減させることで、簡単に蒸気温度を調整することが出来る。

（９）本発明の幾つかの実施形態に係るボイラの蒸気温度調整方法は、
上記（１）～（８）の何れか１項に記載のボイラにおける蒸気温度調整方法であって、
前記熱交換器により過熱された蒸気の温度を測定する温度測定ステップと、
前記温度測定ステップで測定した前記蒸気の実測温度と、あらかじめ定められる計画温度との差分を算出する差分算出ステップと、
前記差分算出ステップで算出された前記差分に基づいて、前記バイパス流路の流路断面を塞ぐように積み上げられた前記少なくとも一つの耐火物の個数を調整する耐火物個数調整ステップと、
を備える。

上述したように、本発明の幾つかの実施形態にかかるボイラにおいて、蒸気温度を上げたい時は、耐火物を積み上げてバイパス流路の流路断面を塞ぐことで排ガスを多く熱交換器に通過させることが出来る。一方で、蒸気温度を下げたい時は、積み上げた耐火物を取り除くことでバイパス流路へ向かう排ガスの流れが生じ、熱交換器を通過する排ガスの流量を低減させることが出来る。
したがって、上記（９）の構成によれば、実測温度と計画温度との差分が所定値以上に大きい場合において、例えば、実測温度＞計画温度の場合には積み上げた耐火物を取り除き、実測温度＜計画温度の場合には耐火物を積み上げてバイパス流路の流路断面を塞ぐことで、実測温度を計画温度に近づけることが出来る。

（１０）本発明の幾つかの実施形態に係るボイラ用耐火物は、
隣接する一対のチューブの間に嵌め込まれるボイラ用耐火物であって、
前記耐火物は、前記耐火物の両端部において前記一対のチューブの各々の外周面と当接する（円弧状の）凹部を有するとともに、
前記耐火物は、前記チューブの軸方向に沿って分割される第１部分および第２部分であって、前記一対のチューブの内の一方側のチューブと当接する第１部分、および前記隣接する一対のチューブの内の他方側のチューブと当接する第２部分を含む。

上記（１０）の構成によれば、積み上げられた耐火物が、その両端部における凹部にてチューブの外周面と接するため、耐火物がより一層チューブ間から脱落しづらくなる。これにより、耐火物が落下することにより生じ得るボイラの損傷を回避することが出来る。また、耐火物はチューブの軸方向に沿って第１部分と第２部分とに分割される。第１部分は隣接する一対のチューブの内の一方側と当接し、第２部分は隣接する一対のチューブの内の他方側と当接するように形成される。このため、隣接する一対のチューブ間に耐火物を積み上げる際、例えば、第１部分をチューブの一方側と当接するように設置した後に第２部分をチューブの他方側と当接するように設置出来る。したがって、隣接する一対のチューブ間への耐火物の積み上げや除去が容易となる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、シンプルな構成によって蒸気温度を簡単に調整可能なボイラ及びボイラ用耐火物を提供出来る。

幾つかの実施形態に係るボイラの全体構成を表す概略図である。 幾つかの実施形態に係る分岐部及び合流部の構成を表す図である。 図２における２種類の断面をそれぞれ真上から見た図である。 図２における排ガス連通部の一部分を抜き出して示した図である。 図４におけるＣ－Ｃ′断面を真上から見た図である。 幾つかの実施形態に係る耐火物の斜視図である。 幾つかの実施形態に係る耐火物の変形例を表す図である。 幾つかの実施形態に係るボイラにおける蒸気温度方法を説明するためのフロー図である。 幾つかの実施形態に係る、流路断面の閉そく率と差分実測温度と計画温度との差分との関係を示したマップである。

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。

まず、図１を参照して、幾つかの実施形態に係るボイラの全体構造について説明する。図１は幾つかの実施形態に係るボイラ１００の全体構成を表す概略図である。

図１に示すように、幾つかの実施形態に係るボイラ１００は、燃焼場である火炉１０を内部に形成する火炉壁３と、火炉１０の下流側に排ガス流路３０を形成する煙道３５を備える。火炉１０は中空形状をなして鉛直方向に沿って設けられ、この火炉１０を構成する火炉壁３は鉛直方向に沿って延在する伝熱管（不図示）により構成される。このようなボイラ１００は、外部から供給される石炭等の燃料Ｆを火炉１０で燃焼させ、そこで発生した排ガスを排ガス流路３０中に設けられる熱交換器５に通過させることで、熱交換器５に導入される蒸気の温度を上昇させることが出来る。

幾つかの実施形態では、火炉１０においてバイオマスを含む燃料Ｆが燃焼される。すなわち、本実施形態のボイラ１００は、バイオマスを含む燃料Ｆ（バイオマス単体、及び微粉炭にバイオマスが混合されたものも含む）を火炉１０において燃焼させるバイオマス燃焼ボイラとして構成される。

蒸気ドラム７は、火炉壁３の各伝熱管（不図示）に連結されるとともに、蒸気ライン９を介して熱交換器５に連結される。熱交換器５に導入される蒸気は、排ガス流路３０中の高温の排ガスと熱交換をして温度が上昇させられると、蒸気ライン１１を介して過熱低減器１３にて水Ｗを導入することにより所望の温度となるよう調整される。その後、蒸気Ｓは外部のタービン（不図示）に供給される。

幾つかの実施形態に係るボイラ１００は、図１に示すように、排ガス流路３０における熱交換器５の上流側の分岐部３１で分岐して熱交換器５の下流側に位置する合流部３３にて合流するバイパス流路４０を形成するバイパス煙道４１と、バイパス流路４０における少なくとも一部の流路断面を塞ぐように積み上げられた少なくとも一つの耐火物５０とを備える。バイパス煙道４１は、例えば分岐部３１と合流部３３を連結するダクト等によって形成される。
ここで、積み上げるとは、煙道３５やバイパス煙道４１における任意の設置面上に、所望の高さとなるまで少なくとも一つの耐火物５０を載置すること（耐火物５０が複数段にわたって順次積み重ねることも含む）を意味する。

本実施形態によれば、蒸気温度を上げたい時は、耐火物５０を積み上げてバイパス流路４０の流路断面を狭めることで排ガスの流量を多く熱交換器５に通過させることが出来、蒸気との熱交換量を増加させることが出来る。一方で、蒸気温度を下げたい時は、積み上げた耐火物５０を取り除くことでバイパス流路４０へ向かう排ガスの流量を増やし、熱交換器５を通過する排ガスの流量を低減させることが出来る。このように、耐火物５０を積み上げたり取り除いたりするだけの簡単な方法によって、バイパス流路４０の流路断面の閉塞具合を変更して熱交換器５を通過する排ガスの流量を増減させることで、簡単に蒸気温度を調整することが出来る。

図１に示す実施形態では、分岐部３１に耐火物５０を積み上げることにより、バイパス流路４０の流路断面を閉塞しているが、他の実施形態では、合流部３３に耐火物５０を積み上げて流路断面を閉塞するようにしてもよい。

さらに、耐火物５０を積み上げる箇所は分岐部３１と合流部３３との間でもよく、バイパス煙道４１の構造、排ガスの流量やその他の条件によって適宜選択可能である。

また、幾つかの実施形態では、耐火物５０はレンガを含む。これにより、耐火性、取り扱い性、及びコスト面において優れるレンガを積み上げたり取り除いたりするだけで、簡単にバイパス流路４０の断面積を調整可能である。

なお、耐火物５０は、上記の実施形態に限られるものではなく、高温の排ガスによっても燃焼、溶融せずにその形状を保持する物体であればよい。例えば、不定形耐火物のキャスタブル耐火物、プラスチック耐火物及び耐火モルタル、または、耐熱鋼材等であってもよい。

ここで、幾つかの実施形態に係るバイパス流路４０と排ガス流路３０との分岐部３１及び合流部３３の構造について、図２及び図３を参照しながら説明する。図２は、幾つかの実施形態に係る分岐部３１及び合流部３３の構成を表す図である。図３は、図２における２種類の断面図をそれぞれ真上から見た図を表している。

排ガス流路３０を成す煙道３５は、互いに所定間隔を持って配列された鉛直方向に沿って延在する複数のチューブ２１同士をシールフィン２３により連結することで形成される。したがって、排ガス流路３０とバイパス流路４０との分岐部３１及び合流部３３は、もともとは少なくとも一つのチューブ２１とシールフィン２３によって閉塞されており、排ガスがバイパス流路４０へ流入するためのスペースがない。

そこで、幾つかの実施形態では、図２に示すように、分岐部３１及び合流部３３における複数のチューブ２１（２１Ａ～２１Ｅ）のうち一部（２１Ｂ，２１Ｄ）を変形させることによって、排ガスをバイパス流路４０に流すための排ガス連通部２５を形成する。図２において、図示した軸方向及び軸直交方向に直交する方向（紙面奥行き方向）がバイパス流路４０の流れ方向であり、排ガスは紙面手前側から奥側に向って流れる。図２に示す例では、隣り合うチューブ２１Ａ、２１Ｂのうち一方のチューブ２１Ｂにおいて、チューブ２１Ｂの軸方向の一部分がバイパス流路４０の流れ方向下流側に曲げられる。また、隣り合うチューブ２１Ｃ、２１Ｄのうち一方のチューブ２１Ｄにおいて、チューブ２１Ｄの軸方向の一部分がバイパス流路４０の流れ方向下流側に曲げられる。
図３の（Ａ）は図２におけるＡ－Ａ′断面を真上から見た図を示している。Ａ－Ａ′断面では、チューブ２１Ｂ，２１Ｄは曲げられていないため、複数のチューブ２１（２１Ａ～２１Ｅ）がシールフィン２３によって連結される形状をなしている。図３の（Ｂ）は、図２におけるＢ－Ｂ′断面図である。Ｂ－Ｂ′断面では、チューブ２１Ｂとチューブ２１Ｄとがバイパス流路４０の流れ方向下流側に向って曲げられる。曲げられた部分におけるシールフィン２３を取り除くことで、Ａ－Ａ′断面のようにもともとチューブ２１とシールフィン２３によって塞がれていた部分を、Ｂ－Ｂ′断面のように開けることが出来、排ガスが通るスペース（排ガス連通部２５）を形成可能である。

また、Ａ－Ａ′断面で隣り合うチューブ２１Ａ、２１Ｂについて注目すると、Ｂ－Ｂ′断面では、一方のチューブ２１Ｂの軸は、バイパス流路４０の流れ方向において他方のチューブ２１Ａの軸の下流側に位置するように、バイパス流路４０の流れ方向に対して斜めに曲げられる。これにより、曲げられたチューブ２１Ｂによってバイパス流路４０に流入する排ガスの流れが邪魔される事態を抑制出来る。
以上のようにして、幾つかの実施形態では、軸方向に沿って延在するチューブ（２１Ａ，２１Ｃ，２１Ｅ）と、軸方向の一部がバイパス流路４０の流れ方向下流側に曲げられたチューブ（２１Ｂ，２１Ｄ）とが交互に並び、鉄格子状に排ガス連通部２５を形成する。

なお、必ずしも上記の実施形態のように、チューブ２１を曲げることで分岐部３１及び合流部３３の排ガス連通部２５を形成する必要はない。例えば、他の実施形態では、チューブ２１間の軸方向における少なくとも一部のシールフィン２３を単に取り除くことで排ガス連通部２５を形成してもよい。

ここで、図３の（Ａ）のＡ－Ａ′断面のように、軸方向においてチューブ２１とシールフィン２３によって閉塞される領域では、「隣接する一対のチューブ」とは、例えばチューブ２１Ａ及びチューブ２１Ｂや、チューブ２１Ｃ及びチューブ２１Ｄ等を指す。図３の（Ａ）では、チューブ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅがこの順に並び、それぞれの隣接する一対のチューブ間がシールフィン２３により連結されている。
一方で、図３の（Ｂ）のＢ－Ｂ′断面のように、軸方向において排ガス連通部２５が形成される領域では、「隣接する一対のチューブ」とは例えばチューブ２１Ａ及びチューブ２１Ｃや、チューブ２１Ｄ及びチューブ２１Ｅ等を指すことに注意されたい。

図４は図２における排ガス連通部２５の一部分を抜き出して示した図である。
幾つかの実施形態では、図３の（Ｂ）及び図４に示すように、耐火物５０は、バイパス流路４０の排ガス流路３０からの分岐箇所（分岐部３１，合流部３３）において、バイパス流路４０の流れ方向に対して交差する方向に隣接する一対のチューブ２１の間に嵌め込まれる。
図３の（Ｂ）に示す例では、耐火物５０は排ガス連通部２５が形成される領域において、軸直交方向に隣接する一対のチューブ２１（２１Ａ及び２１Ｃと、２１Ｃ及び２１Ｅ）の間に嵌め込まれている。しかし、本実施形態はこれに限らず、耐火物５０が嵌め込まれる一対のチューブ２１はバイパス流路４０の流れ方向に対して交差して位置すればよい。すなわち、例えば、チューブ２１Ｂとチューブ２１Ｃとの間、チューブ２１Ａとチューブ２１Ｄとの間、チューブ２１Ｄとチューブ２１Ｅとの間などに耐火物５０を嵌め込んでもよい。このように、バイパス流路４０の流れ方向に対して交差する方向に隣接する一対のチューブ２１の間に耐火物５０を嵌め込むことで、バイパス流路４０の流路断面を耐火物５０によって塞ぐことが出来る。

本実施形態によれば、チューブ２１間に形成されるスペースを利用して耐火物５０を積み上げることが出来る。また、耐火物５０を一対のチューブ２１間に嵌め込むことによって、積み上げた耐火物５０が脱落するのを抑制出来る。

また一実施形態では、図４に示すように、耐火物５０が積み上げられる場所で設置面となる箇所に、耐火物５０の台座となる受け部２７を設けてもよい。すなわち、受け部２７の上に耐火物５０を載置するようにしてもよい。この場合、受け部２７は、排ガス連通部２５を形成する軸方向下方側のシールフィン２３の上端に、例えば溶接されることで支持されている（図２参照）。

以降では、耐火物５０自体の構造に関する幾つかの実施形態について、図５～図７を参照しながら説明する。図５は、図４におけるＣ－Ｃ′断面を真上から見た図である。図６は、幾つかの実施形態に係る耐火物５０の斜視図である。図７は、幾つかの実施形態に係る耐火物５０の変形例を表す図である。

幾つかの実施形態では、図５に示すように、耐火物５０は、耐火物５０の両端部において一対のチューブ２１（２１Ａ，２１Ｃ）の各々の外周面と当接する凹部５４を有する。図４に例示する実施形態では、凹部５４は一対のチューブ２１（２１Ａ，２１Ｃ）の各々の外周面の一部と当接するように円弧状を成している。そして、この円弧状の凹部５４とチューブ２１Ａ、２１Ｃの外周面の一部とが当接するように耐火物５０が積み上げられることで、隣接する一対のチューブ２１Ａ、２１Ｃの間に耐火物５０が嵌め込まれている。

本実施形態によれば、積み上げられた耐火物５０が、その両端部における凹部５４にてチューブ２１の外周面と接するため、耐火物５０がより一層チューブ２１間から脱落しづらくなる。これにより、耐火物５０が落下することにより生じ得るボイラ１００の損傷を回避出来る。

幾つかの実施形態では、図４～図６に示すように、耐火物５０は、チューブ２１の軸方向に沿って分割される第１部分５１および第２部分５２であって、隣接する一対のチューブの内の一方側のチューブ２１Ｃと当接する第１部分５１、および隣接する一対のチューブの内の他方側のチューブ２１Ａと当接する第２部分５２を含んでいる。そして、第１部分５１には、第１分割面６１が形成され、第２部分５２には、第１分割面６１と当接する第２分割面６２が形成される。

本実施形態によれば、隣接する一対のチューブ２１間に耐火物５０を積み上げる際、例えば、第１部分５１を一方側のチューブ２１Ｃと当接するように設置した後に、設置した第１部分５１の上方から第２部分５２を他方側のチューブ２１Ａと当接するように設置出来る。つまり、耐火物５０がチューブ２１の間に隙間なく嵌め込まれるような形状であると、分割可能でなければ耐火物５０をチューブ２１チューブ２１間へ設置するのに困難が生じる可能性がある。そこで、本実施形態のような形状を採用した場合、耐火物５０を積み上げたい高さ位置で第１部分５１と第２部分５２を順に設置出来る。したがって、隣接する一対のチューブ２１間への耐火物５０の積み上げや除去が容易となる。

幾つかの実施形態では、図４及び図６に示すように、第１分割面５１は、第１分割面５１の少なくとも一部がチューブ２１の軸方向に対して交差する方向に延在する第１テーパ面７１を有し、第２分割面６２は、第２分割面６２の少なくとも一部がチューブ２１の軸方向に対して交差する方向に延在する第２テーパ面７２であって、第１テーパ面７１と当接する第２テーパ面７２を有する。図４及び図６に例示する実施形態では、第１分割面６１及び第２分割面６２の全部が第１テーパ面７１及び第２テーパ面７２を有するが、本実施形態はこれに限るものではなく、第１分割面６１及び第２分割面６２の一部がテーパ面を有していてもよい。また、第１分割面６１及び第２分割面６２の一部が、複数のテーパ面を有するものであってもよい。

本実施形態によれば、第１テーパ面７１及び第２テーパ面７２において、第２部分５２から第１部分５１に対して鉛直方向下向きに作用する押し付け力ｆが生じる。これによって、第１部分５１と第２部分５２とを密着させた状態で、一対のチューブ２１の間に耐火物５０を積み上げることが出来る。また、一方で、第１テーパ面７１及び第２テーパ面７２に生じる押し付け力ｆにより、耐火物５４の各凹部５４と各凹部５４に当接する一対の各チューブ２１（図５における２１Ａ，２１Ｃ）とがより強く密着し、耐火物５０を隣接する一対のチューブ２１間にしっかりと固定出来る。したがって、簡単な構成によって積み上げた耐火物５０のがたつきを抑制出来る。

幾つかの実施形態では、図５及び図６に示すように、第１分割面６１は、第２分割面６２に向かって突出する凸部５６を有し、第２分割面６２は、凸部５６を受け入れ可能な凹部５８を有する。図５及び図６に例示する実施形態では、凹部５８及び凸部５６は軸方向に沿って耐火物５０の上面６４から下面６５に至るまで連続して形成されるが、本実施形態はこれに限るものではなく、軸方向の一部に凹部５８及び凸部５６が設けられていたり、第１分割面６１上及び第２分割面６２上に複数の凹部５８及び凸部５６が設けられたりしてもよい。また、第１分割面６１が凹部５８を有し、第２分割面６２が凸部を有していてもよい。

このような実施形態によれば、第１分割面６１の凸部５６を第２分割面６２の凹部５８に嵌め込むようにして第１部分５１および第２部分５２を設置出来る。したがって、第１部分５１と第２部分５２とのずれや分離を抑制し、積み上げた耐火物５０をチューブ２１間から脱落しづらくすることが出来る。これにより、耐火物５０が落下することにより生じ得るボイラ１００の損傷を効果的に回避することが出来る。

一実施形態では、図７に示すように、耐火物５０の上面６４及び下面６５に凹部６８及び凸部６６を設けてもよい。図７に例示する実施形態では、第１部分５１及び第２部分の上面６４にそれぞれ凸部６６が設けられ、第１部分及び第２部分の下面６５にはそれぞれ凹部６８が設けられている。この場合、耐火物５０を上下に積み上げると、上面６４の凸部６６が上に積み重なる耐火物５０の下面６５の凹部６８に係合する。本実施形態によれば、耐火物５０を複数積み上げる際でも、上下の耐火物５０同士がより一層固定されるため、耐火物５０の脱落を効果的に抑制することが出来る。なお、図示しないが、上面６４に凹部６８を設け、下面６５に凸部６６を設けるようにしてもよい。
このような実施形態によれば、耐火物５０を複数段にわたって積み上げる際の作業性が向上するとともに、上下方向に積み上げた耐火物５０間におけるずれや分離を抑制し、積み上げた耐火物５０をチューブ２１間から脱落しづらくすることが出来る。

図８は、幾つかの実施形態に係るボイラ１００における蒸気温度方法を説明するためのフロー図である。
本発明の幾つかの実施形態は、上述したボイラ１００における蒸気温度調整方法であって、図８に示すように、熱交換器５により過熱された蒸気の温度を測定する温度測定ステップＳ３と、温度測定ステップＳ３で測定した蒸気の実測温度Ｔｍと、あらかじめ定められる計画温度Ｔｐとの差分ΔＴを算出する差分算出ステップＳ４と、差分算出ステップＳ４で算出された差分ΔＴに基づいて、バイパス流路４０の流路断面を塞ぐように積み上げられた少なくとも一つの耐火物５０の個数を調整する耐火物個数調整ステップＳ７と、を備える。

図８に示した実施形態では、先ず流路断面を耐火物５０で全閉にしておき（Ｓ１）、ボイラ１００の運転を開始する（Ｓ２）。そして、上述した温度測定ステップＳ３において、熱交換器５により過熱された蒸気の温度を測定するとともに、上述した差分算出ステップＳ４において、実測温度Ｔｍと計画温度Ｔｐとの差分ΔＴ（＝Ｔｍ－Ｔｐ）を算出する。そして、ボイラ１００の運転を停止（Ｓ５）した後、差分ΔＴの大きさが所定値Ｔｔｈ以上の場合（Ｓ６においてＹｅｓ）には、上述した耐火物個数調整ステップＳ７において、流路断面を塞ぐように積み上げられた少なくとも一つの耐火物５０の個数を調整する。一方、差分ΔＴの大きさ（絶対値）が所定値Ｔｔｈ未満の場合（Ｓ６においてＮｏ）には、耐火物５０の個数調整は行わない（Ｓ８）。そして、Ｓ７、Ｓ８が終了した後、再度、ボイラ１００の運転が開始される（Ｓ２）。なお、上述した実施形態において、差分算出ステップＳ４は、ボイラ１００の運転が停止された後に実行されてもよい。

上述したように、本発明の幾つかの実施形態にかかるボイラ１００において、蒸気温度を上げたい時は、耐火物５０を積み上げてバイパス流路４０の流路断面を塞ぐことで排ガスを多く熱交換器５に通過させることが出来る。一方で、蒸気温度を下げたい時は、積み上げた耐火物５０を取り除くことでバイパス流路４０へ向かう排ガスの流れが生じ、熱交換器５を通過する排ガスの流量を低減させることが出来る。
したがって、上述した実施形態によれば、実測温度Ｔｍと計画温度Ｔｐとの差分が所定値以上に大きい場合において、例えば、実測温度Ｔｍ＞計画温度Ｔｐの場合には積み上げた耐火物５０を取り除き、実測温度Ｔｍ＜計画温度Ｔｐの場合には耐火物５０を積み上げてバイパス流路４０の流路断面を塞ぐことで、実測温度Ｔｍを計画温度Ｔｐに近づけることが出来る。

幾つかの実施形態では、上述した耐火物個数調整ステップＳ７において、差分実測温度Ｔｍと計画温度Ｔｐとの差分ΔＴの大きさに応じて調整する耐火物５０の個数を予め設定しておき、その予め設定された個数に基づいて耐火物５０の個数調整を行うようにしてもよい。例えば、差分ΔＴの大きさを大きい方からＡレベル、Ｂレベル、Ｃレベルなどの複数のレベル区分し、それら複数のレベルの各々に対応して調整する耐火物５０の個数を設定しておくとよい。

また、幾つかの実施形態では、上述した耐火物個数調整ステップＳ７において、流路断面の閉そく率（％）と差分実測温度Ｔｍと計画温度Ｔｐとの差分ΔＴとの関係を示したマップＭ（図９参照）に基づいて、調整する耐火物５０の個数を決定するようにしてもよい。また、流路断面の閉そく率（％）と積み上げられる耐火物５０との関係が既知であれば、マップＭの横軸を積み上げられる耐火物５０の個数としてもよい。このようなマップＭは、ボイラ１００の運転開始前に予め作成しておくとよい。

このような実施形態によれば、算出した差分ΔＴに基づいて簡単に耐火物５０の個数調整を行うことが出来る。

また、幾つかの実施形態では、上述した耐火物個数調整ステップＳ７において耐火物５０の個数調整を行った後に、再度ボイラ１００の運転が開始された場合であって、上述した差分算出ステップＳ４において算出された差分ΔＴが依然として大きい場合（例えば、ΔＴ≧Ｔｔｈの場合）には、その結果に基づいて上述したマップＭを修正するようにしてもよい。

このような実施形態によれば、実際の運転結果に基づいてマップＭを修正することで、マップＭに基づいて蒸気温度を制御する際の精度を高めることが出来る。

以上、本発明の実施形態について説明したが、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形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。例えば、各実施形態は、蒸気ドラム７（図１参照）を備え蒸気ライン９，１１を介してボイラ水を循環させる循環式ボイラを基にして説明したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、蒸気ドラム７を備えず、ボイラ水を循環させることなく蒸気を発生させる貫流ボイラ等にも適用可能である。

本明細書において、「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。
また、本明細書において、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、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「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。

３ 火炉壁
５ 熱交換器
７ 蒸気ドラム
９，１１ 蒸気ライン
１０ 火炉
１３ 過熱低減器
２１ チューブ
２３ シールフィン
２５ 排ガス連通部
２７ 受け部
３０ 排ガス流路
３１ 分岐部
３３ 合流部
３５ 煙道
４０ バイパス流路
４１ バイパス煙道
５０ 耐火物
５１ 第１部分
５２ 第２部分
５４ 凹部
５６ 凸部
５８ 凹部
６１ 第１分割面
６２ 第２分割面
６４ 上面
６５ 下面
７１ 第１テーパ面
７２ 第２テーパ面
１００ ボイラ
Ｆ 燃料
Ｗ 水
Ｓ 蒸気
Ｇ 排ガス
ｆ 押し付け力
Ｍ マップ

Claims (5)

1. 火炉から排出された排ガスが流れる排ガス流路を形成する煙道と、
   前記排ガス流路に設けられ、蒸気を過熱するための熱交換器と、
   前記排ガス流路における前記熱交換器の上流側から分岐して前記熱交換器の下流側に合流するバイパス流路を形成するバイパス煙道と、
   前記バイパス流路における少なくとも一部の流路断面を塞ぐように積み上げられた少なくとも一つの耐火物と、
   を備え、
   前記煙道は、鉛直方向に沿って延在する複数のチューブを含み、
   前記耐火物は、前記バイパス流路の前記排ガス流路からの分岐箇所において、前記バイパス流路における前記排ガスの流れ方向に対して交差する方向に隣接する一対のチューブの間に嵌め込まれ、
   前記耐火物は、前記耐火物の両端部において前記一対のチューブの各々の外周面と当接する凹部を有し、
   前記耐火物は、前記チューブの軸方向に沿って分割される第１部分および第２部分であって、前記隣接する一対のチューブの内の一方側のチューブと当接する第１部分、および前記隣接する一対のチューブの内の他方側のチューブと当接する第２部分を含み、
   前記第１部分には、第１分割面が形成され、
   前記第２部分には、前記第１分割面と当接する第２分割面が形成され、
   前記第１分割面は、前記第１分割面の少なくとも一部が前記チューブの軸方向に対して交差する方向に延在する第１テーパ面を有し、
   前記第２分割面は、前記第２分割面の少なくとも一部が前記チューブの軸方向に対して交差する方向に延在する第２テーパ面であって、前記第１テーパ面と当接する第２テーパ面を有する
   ボイラ。
2. 前記第１分割面は、前記第２分割面に向かって突出する凸部を有し、
   前記第２分割面は、前記凸部を受け入れ可能な凹部を有する請求項１に記載のボイラ。
3. 前記耐火物はレンガを含む請求項１又は２に記載のボイラ。
4. 前記火炉においてバイオマスを含む燃料が燃焼される、請求項１乃至３の何れか一項に記載のボイラ。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載のボイラにおける蒸気温度調整方法であって、
   前記熱交換器により過熱された蒸気の温度を測定する温度測定ステップと、
   前記温度測定ステップで測定した前記蒸気の実測温度と、あらかじめ定められる計画温度との差分を算出する差分算出ステップと、
   前記差分算出ステップで算出された前記差分に基づいて、前記バイパス流路の流路断面を塞ぐように積み上げられた前記少なくとも一つの耐火物の個数を調整する耐火物個数調整ステップと、
   を備える蒸気温度調整方法。
   

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