CN111684206A - 锅炉结构 - Google Patents

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CN111684206A
CN111684206A CN201880085015.9A CN201880085015A CN111684206A CN 111684206 A CN111684206 A CN 111684206A CN 201880085015 A CN201880085015 A CN 201880085015A CN 111684206 A CN111684206 A CN 111684206A
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加藤基规
森下邦宏
天野达也
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Abstract

本发明提供一种锅炉结构，其具备：防振装置(2)，其配置于基座(10)上；支承钢架(3)的柱(31)，其下端支承于防振装置(2)；锅炉罐(4)，其能够相对于支承钢架(3)在水平方向上摆动将上端支承于支承钢架(3)；以及阻尼器(11)，其与支承钢架(3)和锅炉罐(4)连接，并在水平方向上动作。

Description

锅炉结构
技术领域
本发明涉及锅炉结构。
本申请基于2018年1月9日在日本申请的日本特愿2018-001273号而主张优先权，并将其内容援引于此。
背景技术
以往，发电用燃煤锅炉、燃重油锅炉这样的大型锅炉通常与以脱硝装置、空气加热器为代表的附带设备一起被支承钢架支承。作为这样的由支承钢架支承锅炉罐的锅炉结构，已知例如专利文献1、2所示那样的结构。
在专利文献1中记载了一种锅炉支承钢架的防振结构，该防振结构具备悬吊支承锅炉罐的支承钢架、以及支承多个柱中的每个的防振装置，各防振装置根据在多个柱脚产生的水平反作用力来设定防振特性。在该情况下，由于防振化后的效果，能够大幅度减少作用于支承钢架的地震力。
在专利文献2中记载了一种结构，在由锅炉罐、锅炉支承构架、支承于锅炉支承钢架的上部的烟囱、以及烟囱支承构架构成的结构中，将烟囱能够摆动地支承于烟囱支承构架。在专利文献2中为如下结构，在烟囱与烟囱支承构架之间设置有由粘性阻尼器和弹簧构成的衰减机构，通过调整该弹簧的弹簧常数而使烟囱与锅炉支承构架同步地振动，从而减少地震能量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-121045号公报
专利文献2：日本特开2006-2387号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在以往的锅炉结构中，存在以下这样的问题。
即，在专利文献1的情况下，为了进一步大幅度减少作用于支承钢架的地震力，需要使防振化后的支承钢架的固有周期显著地长周期化，但存在地震时的支承钢架的响应位移与长周期化相应地变大的倾向。
若像这样地震时的支承钢架的响应位移变大，则在设置于支承钢架(或锅炉罐)的周边设备、配管与支承钢架(或锅炉罐)之间会产生较大的相对位移，因此存在周边设备、配管损伤的可能性。
在专利文献2所记载的结构中，采用了以使烟囱与锅炉支承构架同步振动从而减少地震响应为目标的结构。然而，烟囱支承构架侧的结构复杂，且成为高阶模式的影响较大的振动特性，因此存在在地震时烟囱与烟囱支承构架无法顺利地同步的可能性。另外，烟囱支承构架的振动特性由钢架截面形状决定，难以进行变更，因此存在仅通过衰减机构的弹簧常数的调整而无法进行同步的情况，在这一点上尚存在改善的余地。
本发明是鉴于上述的问题点而完成的，其目的在于，提供能够通过有效地减少支承钢架的响应位移来防止周边设备、配管的损伤的锅炉结构。
用于解决课题的方案
为了达成上述目的，本发明的锅炉结构的特征在于，具备：防振装置，其配置于基座上；支承钢架，其下端支承于所述防振装置；锅炉主体，其以能够相对于所述支承钢架在水平方向上摆动的方式将上端支承于该支承钢架；以及阻尼器，其与所述支承钢架和所述锅炉主体连接，并在水平方向上动作。
根据本发明，在地震时，锅炉主体与支承钢架同步地振动，从而通过与支承钢架和锅炉主体连接的阻尼器来吸收支承钢架的振动能量并附加衰减。此时，关于支承钢架的固有周期，防振层摆动的模式成为主导，几乎不会受到高阶模式的影响，因此支承钢架的振动的特性的偏差变少，从而能够有效地得到附加衰减效果。由此，与以往的锅炉防振结构相比，能够降低支承钢架的响应位移，因此能够降低设置于支承钢架(或锅炉主体)的周边设备、配管与支承钢架(或锅炉主体)之间的相对位移，从而能够防止上述的设备、配管的损伤。
并且，能够通过变更防振装置的刚性来调整由防振装置支承的支承钢架的固有周期，因此与难以变更支承钢架的固有周期的未进行防振化的情况相比，能够容易地使锅炉主体的固有周期与支承钢架的固有周期同步。
另外，在本发明的锅炉结构中，所述锅炉主体以经由第一弹簧悬吊于所述支承钢架的状态被支承。
根据这样的结构，在地震时，并非是锅炉主体作为振动件进行振动，而是通过在锅炉主体与支承钢架之间连接的第一弹簧的变形来进行振动，因此能够通过调整该第一弹簧的刚性(弹簧常数)，而容易地调整锅炉主体的固有周期。由此，能够容易地使锅炉主体的固有周期与防振化后的支承钢架的固有周期同步。因此，存在以下优点：无需如锅炉主体从支承钢架悬吊而作为振动件进行振动的情况那样在调整锅炉主体的固有周期时变更锅炉主体的吊挂部的长度
另外，也可以是，本发明的锅炉结构的特征在于，所述第一弹簧的多段式振动件。
根据这样的结构，锅炉主体由多段式振动件悬吊，因此能够在不变更锅炉主体的吊挂部的长度且不会受到设置空间的制约的情况下容易地调整锅炉主体的固有周期。
另外，也可以是，设置有第二弹簧，该第二弹簧与所述支承钢架和所述锅炉主体连接，在水平方向上动作，并且与所述阻尼器并列配置。
根据这样的结构，能够通过调整与阻尼器并列配置的第二弹簧的弹簧常数，而容易地调整锅炉主体的固有周期。由此，与仅设置阻尼器的锅炉结构相比，容易使锅炉主体与支承钢架同步地振动。
另外，也可以是，本发明的锅炉结构的特征在于，在所述锅炉主体中设置有附加质量。
根据本发明，锅炉主体的重量变大，因此作为调谐质块阻尼器的效果变大，从而能够提高附加衰减效果。
另外，在锅炉主体是吊挂结构而固有周期仅由吊挂长度决定的情况下，即使向锅炉主体追加附加质量，固有周期也不会发生变化，从而能够提高附加衰减效果。
另外，在本发明的锅炉结构中，优选的是，在所述支承钢架与所述锅炉主体之间设置有对所述锅炉主体的水平方向上的摆动进行限制的止动件。
根据本发明，在锅炉主体在水平方向上过度摆动至预想程度以上时，在锅炉主体的侧面或锅炉主体设置的止振部与止动件抵接，该水平方向上的移动被限制，从而能够防止锅炉主体与支承钢架的接触。因此，能够防止设置于支承钢架的周边设备、配管的损伤。
发明效果
根据本发明的锅炉结构，能够通过有效地降低支承钢架的响应位移来防止周边设备、配管的损伤。
附图说明
图1是示意性地示出本发明的第一实施方式中的锅炉结构的侧视图。
图2是示出地震波的加速度响应波谱的示意图。
图3是示出地震波的位移响应波谱的示意图。
图4是示意性地示出第二实施方式中的锅炉结构的侧视图。
图5是示意性地示出第三实施方式中的锅炉结构的侧视图。
图6是示意性地示出第四实施方式中的锅炉结构的侧视图。
图7是示意性地示出第五实施方式中的锅炉结构的侧视图。
图8A是示出图7所示的止动件的详细情况的侧视图。
图8B是在图8A所示的抵接板设置了缓冲构件后的侧视图。
图9是示意性地示出第六实施方式中的锅炉结构的侧视图。
图10是示出图9所示的多段式振动件的详细结构的侧视图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式中的锅炉结构进行说明。该实施方式示出本发明的一方式，并不对本发明进行限定，能够在本发明的技术思想的范围内任意地进行变更。
(第一实施方式)
如图1所示，本第一实施方式中的锅炉结构1设置于基座10的上方，具备：防振装置2，其配置于基座10上；支承钢架3，其下端支承于防振装置2；作为锅炉主体的锅炉罐4，其以能够相对于支承钢架3在水平方向上摆动的方式将上端支承于支承钢架3；以及阻尼器11，其与支承钢架3和锅炉罐4连接，在水平方向上动作。
支承钢架3通过将沿铅垂方向延伸的多根柱31、31、…、沿水平方向延伸的多根梁32、32、…、以及多个铅垂支承件33、33、…组合而构成。锅炉结构1以使防振装置2夹设在基座10与构成支承钢架3的柱31的下端部分即柱脚31a之间的方式在该基座10上立起设置。
为了不限制运转中的热膨胀，锅炉罐4经由固定于最上层的梁32的多根悬吊杆34而从支承钢架3的顶部悬吊。悬吊杆34例如是吊棒等线状构件，其以从最上层的梁32吊起的状态被支承，下端固定于锅炉罐4的上端。
阻尼器11是吸收位移能量的衰减单元，其以沿水平方向架设的方式夹设在锅炉罐4与支承钢架3的位于最外周的柱31之间，以用于使锅炉罐4的水平方向上的摆动衰减。作为阻尼器11，例如可以列举出液压阻尼器等不具有刚性的阻尼器。
防振装置2如上所述那样设置在各柱31的柱脚31a与基座10之间。防振装置2的防振特性根据对支承钢架3作用地震力而在柱脚31a产生的水平反作用力(以下，仅称为柱脚反作用力)的大小来设定，且设定为使得所有的防振装置2同步地动作。
作为防振装置2，例如能够采用滑动并用复合防振方式、含铅塞层叠橡胶支承方式、高衰减层叠橡胶支承方式等各种防振装置。
在本实施方式的锅炉结构1中，对悬吊杆34与防振装置2的特性(刚性等)进行调整，以使得由锅炉罐4和悬吊杆34构成的结构的固有周期Tb、与由防振装置2和支承钢架3构成的结构的固有周期Ts相等。优选该固有周期Tb和固有周期Ts与锅炉罐4的内部单元的固有周期不一致。
由锅炉罐4和悬吊杆34构成的结构的固有周期Tb能够通过变更悬吊锅炉罐4的悬吊杆34的长度来进行调整。
在地震时，锅炉罐4与支承钢架3同步地振动，从而通过与支承钢架3和锅炉罐4连接的阻尼器11来吸收支承钢架3的振动能量以附加衰减。此时，关于支承钢架3的固有周期，防振层摆动的模式成为主导，几乎不会受到高阶模式的影响，因此支承钢架3的振动的特性的偏差变少，从而能够有效地得到附加衰减效果。
另一方面，在未对支承钢架进行防振化的情况下，支承钢架的振动特性变得复杂，因此即使实施以锅炉罐与支承钢架同步地振动为目标的设计，在实际的地震时，也会存在支承钢架侧受到高阶模式的影响而振动特性产生偏差，从而无法顺利地进行同步的可能性。
并且，如图1所示，在上述的本实施方式的锅炉结构1中，能够通过变更防振装置2的刚性来调整由防振装置2支承的支承钢架3的固有周期Ts，因此与未进行防振化的结构那样难以变更支承钢架3的固有周期Ts的情况相比，能够容易地使由锅炉罐4和悬吊杆34构成的结构的固有周期Tb、与由防振装置2和支承钢架3构成的结构的固有周期Ts同步。
由此，在本实施方式中，与以往的锅炉防振结构相比，能够降低支承钢架3的响应位移，因此能够降低设置于支承钢架3(或锅炉罐4)的周边设备、配管与支承钢架3(或锅炉罐4)之间的相对位移，从而与以往的锅炉防振结构相比，能够防止周边设备、配管的损伤。
更具体而言，在地震时，若锅炉罐4与支承钢架3同步地振动，则锅炉罐4在地震时作为调谐质块阻尼器(TMD：Tuned Mass Damper)进行动作，因此作为向支承钢架3附加衰减的TMD，锅炉罐4起到M(重量)的作用，锅炉罐4的吊棒起到K(弹簧系数)的作用，锅炉罐4与支承钢架3之间的衰减起到C(衰减系数)的作用。因此，本实施方式的锅炉结构1成为通过防振化和TMD的效果这两者来降低支承钢架的响应加速度、响应位移的结构。
需要说明的是，在通常的TMD中，需要搭载独立于结构体的重量M、弹簧系数K、衰减系数C的系统，但在本实施方式的锅炉结构1中，能够利用锅炉罐4和成为锅炉吊挂弹簧的悬吊杆34。
使用图2以及图3对这样的本实施方式的效果具体地进行说明。图2示出地震波的加速度响应波谱的示意图。图3示出地震波的位移响应波谱的示意图。需要说明的是，由于地震波的特性，每个地震波存在差异，但一般而言，如图所示，周期越长则地震动的响应加速度越小，响应位移反而越大。
在图2以及图3中，使用点A表示防振化前的支承钢架的响应(比较例1)，使用点B表示现有技术(日本特开2015-121045号公报)那样的防振化时的支承钢架的响应(比较例2)，使用点C表示本实施方式中的支承钢架3的响应(实施例1)。
若由防振装置2和支承钢架3构成的结构的固有周期Ts(以比较例1的点A表示的TsA、以比较例2的点B表示的TsB、以实施例1的点C表示的TsC)长周期化，则存在响应加速度降低、响应位移增加的倾向，因此在比较例2(点B)的防振结构的情况下，与未进行防振化的比较例1(点A)相比，响应加速度如图2所示那样从SaA减少至SaB，但响应位移如图3所示那样从SdA增加至SdB。
另一方面，在实施例1的响应(点C)中，通过锅炉罐4与支承钢架3同步来附加衰减，因此加速度响应波谱以及位移响应波谱一同降低，与比较例2(点B)的防振结构相比，响应加速度如图2所示那样从SaB降低至SaC，响应位移如图3所示那样从SdB降低至SdC。
因此，在采用实施例1(点C)的情况下，与比较例2(点B)的防振结构相比，设置于支承钢架3(或锅炉罐4)的周边设备、配管与支承钢架3(或锅炉罐4)之间的相对位移减少，因此能够防止周边设备、配管的损伤。
在上述的本实施方式的锅炉结构中，能够通过有效地降低支承钢架3的响应位移来防止周边设备、配管的损伤。
接下来，基于附图对本发明的锅炉结构中的其他实施方式以及变形例进行说明，但对于与上述的实施方式同等或相同的构件、部分使用相同的附图标记并省略说明，对与实施方式不同的结构进行说明。
(第二实施方式)
接下来，如图4所示，在第二实施方式中的锅炉结构1A中，代替上述的第一实施方式的悬吊杆34(参照图1)，采用将沿水平方向弹性变形的第一弹簧即剪切弹簧12与能够沿水平方向移动的滑块13组合而成的结构来作为悬吊锅炉罐4(锅炉主体)的构件。在图4中，在水平方向上的两侧配置有剪切弹簧12、12，并在这些剪切弹簧12、12间配置有两个滑块13、13。
剪切弹簧12以及滑块13配置为，沿上下方向连接于支承钢架3的最上层的梁32与锅炉罐4的上端之间，并且沿水平方向衰减振动。滑块13是能够在水平方向上可动，且能够支承锅炉罐4的铅垂载荷的机构。
通过将这样构成的剪切弹簧12以及滑块13夹设在梁32与锅炉罐4之间，从而当在地震时对锅炉罐4作用地震力而发生摆动时，由于该摆动，地震力的能量被消耗从而变小。
在第二实施方式中，在地震时，并非是锅炉罐4作为振动件进行振动，而是通过连接于锅炉罐4与支承钢架3之间的剪切弹簧12以及滑块13的变形来进行振动，因此能够通过调整这些剪切弹簧12以及滑块13的刚性(弹簧常数)，而容易地调整锅炉罐4的固有周期Tb。
由此，能够容易地进行使锅炉罐4的固有周期Tb与由防振装置2和支承钢架3构成的结构(防振化后的支承钢架3)的固有周期Ts同步的操作。
因此，存在以下优点：无需如锅炉罐4从支承钢架3悬吊而作为振动件进行振动的情况那样在调整锅炉罐4的固有周期Tb时变更锅炉罐4的吊挂部的长度。
另外，在本实施方式中，减少剪切弹簧12的数量，设置能够在水平方向上可动且能够支承锅炉罐4的铅垂载荷的滑块13，从而能够降低吊挂部的刚性。
(第三实施方式)
图5所示的第三实施方式中的锅炉结构1B采用与上述的第一实施方式的锅炉结构1(参照图1)的构成衰减单元的阻尼器11并列地设置有第二弹簧即弹簧构件14的结构。
弹簧构件14分别与各阻尼器11对应地设置，并以沿水平方将架设的方式夹设在锅炉罐4与支承钢架3的位于最外周的柱31之间，以衰减锅炉罐4向水平方向上的振动并吸收位移能量。
在第三实施方式的锅炉结构1B中，能够通过调整与阻尼器11并列地配置的弹簧构件14的弹簧常数而容易地调整锅炉罐4的固有周期Tb。由此，与在上述的第一实施方式中仅设置阻尼器11的锅炉结构1相比，容易使锅炉罐4与支承钢架3同步地振动。
(第四实施方式)
图6所示的第四实施方式中的锅炉结构1C采用在上述的第一实施方式的锅炉结构1(参照图1)的基础上，通过向锅炉罐4追加以双点划线表示的重物41(附加质量ΔM)而设置成的结构。即，锅炉罐4的重量成为附加前的重量Mb与附加质量ΔM的重量(Mb+ΔM)。锅炉罐4的重物41的重量(附加质量ΔM)、形状、数量、安装位置等结构能够根据所希望的附加衰减效果来适当设定。
在第四实施方式中，对于TMD，振动质量越大则效果越大，因此能够提高附加衰减效果。
另外，由于锅炉罐4是吊挂结构，因此固有周期Tb由吊挂长度(即相当于悬吊杆34的长度)决定，从而即使向锅炉罐4追加重物41(附加质量)，固有周期Tb也不会发生变化，从而能够提高附加衰减效果。需要说明的是，该效果限定于本实施方式这样的通过悬吊杆34来吊挂支承锅炉罐4的结构的情况。
需要说明的是，图6示出了在第一实施方式的锅炉结构1的基础上向锅炉罐4追加重物41而得的一例，但对于上述的第二实施方式的锅炉结构1A(参照图4)、以及第三实施方式的锅炉结构1B(参照图5)的锅炉罐4，也可以如本第六实施方式这样设置重物41。
(第五实施方式)
图7所述的第五实施方式中的锅炉结构1D采用在上述的第一实施方式的锅炉结构1(参照图1)的基础上，在锅炉罐4与支承钢架3的位于最外周的柱31之间设置有对锅炉罐4的水平方向上的移动进行限制的止动件15而成的结构。
如图8A所示，止动件15具有沿水平方向延伸且基端151a固定于柱31的内周面的支承部151、以及设置于支承部151的突出端的抵接板152。抵接板152以抵接面152a与锅炉罐4的侧面4a隔开规定的间隔而对置的方式配置。止动件15的抵接面152a与锅炉罐4的侧面4a的间隔能够任意地设定。
另外，如图8B所示，也可以在抵接板152的抵接面152a设置例如橡胶制的薄板状的缓冲构件153来作为能量吸收单元。此外，也可以在缓冲构件153的表面153a设置弹塑性阻尼器等使用了铅、形状记忆合金的形状记忆型阻尼器。
在第五实施方式中，在锅炉罐4在水平方向上过度摆动时，锅炉罐4的侧面4a与止动件15的抵接板152抵接，该水平方向上的移动被限制，从而能够防止锅炉罐4与支承钢架3的柱31的接触。
另外，如图8B所示，在止动件15的抵接板152设置有缓冲构件153的情况下，能够吸收止动件15相对于锅炉罐4的碰撞能量，因此能够抑制过度的碰撞反作用力的上升。另外，在缓冲构件153的表面153a设置形状记忆型阻尼器的情况下，也能够期待接触后的能量吸收。
需要说明的是，图7示出了在第一实施方式的锅炉结构1(参照图1)基础上设置止动件15而得的一例，但对于上述的第二实施方式的锅炉结构1A(参照图4)、第三实施方式的锅炉结构1B(参照图5)、第四实施方式的锅炉结构1C(参照图6)，也可以如本实施方式这样应用止动件15。
(第六实施方式)
在图9所示的第六实施方式中的锅炉结构1E中，代替上述的第一实施方式的悬吊杆34(参照图1)，采用多段式振动件16来作为悬吊锅炉罐4(锅炉主体)的构件。
如图10所示，多段式振动件16在铅垂方向上与具有刚性的支承钢架3的最上层的梁32和锅炉罐4连接。多段式振动件16具备：第一台阶状支承体161，其具有刚性；第二台阶状支承体162，其配置于第一台阶状支承体161的下方，且具有刚性；第一线缆163，其从梁32悬吊第一台阶状支承体161；第二线缆164，其从第一台阶状支承体161悬吊第二台阶状支承体162；以及第三线缆165，其从第二台阶状支承体162悬吊锅炉罐4。
第一台阶状支承体161呈朝向下方开口的凹形状，且在两端的伸出部161b支承有从梁32垂下的第一线缆163的下端。第二台阶状支承体162呈朝向下方开口的凹形状，且在两端的伸出部162b支承有从第一台阶状支承体161的顶面部161a垂下的第二线缆164的下端。在锅炉罐4支承有从第二台阶状支承体162的顶面部162a垂下的第三线缆165的下端。
在第六实施方式中，锅炉罐4由多段式振动件16悬吊，因此能够在不变更锅炉罐4的吊挂部的长度且不会受到设置空间的制约的情况下容易地调整锅炉罐4的固有周期。
以上，对本发明中的锅炉结构的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内进行适当变更。
例如，在本实施方式中，防振装置2直接设置于基座10上，但并不限定于此，也可以采用将防振装置2设置于支承钢架的中间层的结构。
另外，采用了滑块13作为第二实施方式中的弹簧构件，但只要是能够在水平方向上可动且能够支承锅炉罐4的铅垂载荷的机构，则可以采用任意的机构。
另外，在第五实施方式中，止动件15设置于支承钢架3，但止动件也可以安装于锅炉罐4侧。另外，止动件15的形状、大小、数量等结构能够任意地设定。
并且，锅炉罐4的形状、大小、支承钢架3的结构、锅炉罐4与支承钢架3的间隔等结构没有特别限制，能够任意地设定。
此外，能够在不脱离本发明的主旨的范围内，适当地将上述的实施方式中的构成单元置换为公知的构成单元，另外，也可以将上述的各实施方式适当组合。
产业上的利用可能性
本发明能够应用于锅炉结构。
附图标记说明：
1、1A、1B、1C、1D、1E...锅炉结构；
2...防振装置；
3...支承钢架；
4...锅炉罐；
4a...侧面；
10...基座；
11...阻尼器；
12...剪切弹簧；
13...滑块；
14...弹簧构件；
15...止动件；
16...多段式振动件；
31...柱；
31a...柱脚；
32...梁；
34...悬吊杆；
41...重物；
151...支承部；
151a...基端；
152...抵接板；
152a...抵接面；
153...缓冲构件；
153a...表面；
161...第一台阶状支承体；
161a、162a...顶面部；
161b、162b...伸出部；
162...第二台阶状支承体；
163...第一线缆；
164...第二线缆；
165...第三线缆；
Tb、Ts...固有周期。

Claims (6)

1.一种锅炉结构，其中，
所述锅炉结构具备：
防振装置，其配置于基座上；
支承钢架，其下端支承于所述防振装置；
锅炉主体，其以能够相对于所述支承钢架在水平方向上摆动的方式将上端支承于该支承钢架；以及
阻尼器，其与所述支承钢架和所述锅炉主体连接，并在水平方向上动作。
2.根据权利要求1所述的锅炉结构，其中，
所述锅炉主体以经由第一弹簧悬吊于所述支承钢架的状态被支承。
3.根据权利要求2所述的锅炉结构，其中，
所述第一弹簧是多段式振动件。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的锅炉结构，其中，
设置有第二弹簧，该第二弹簧与所述支承钢架和所述锅炉主体连接，在水平方向上动作，并且与所述阻尼器并列配置。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的锅炉结构，其中，
在所述锅炉主体中设置有附加质量。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的锅炉结构，其中，
在所述支承钢架与所述锅炉主体之间设置有对所述锅炉主体的水平方向上的摆动进行限制的止动件。
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