JP2009537780A - 流動床ボイラの分離器の構造 - Google Patents

Abstract

本発明は、流動床ボイラの分離器構造に関する。したがって本発明は、実際の炉、および煙道ガスを処理するための手段、ならびに流動媒体を循環させて前記媒体を炉に戻すための手段を一般に有する流動床ボイラに関する。本発明は特に、そのような発電ボイラと共に使用される分離器の懸架に関する。壁３８と、天井と、入口および出口導管１４、２２とを有し、ボイラ建造物内で上から支持構造体１８に懸架される本発明による分離器の構造の典型的な特徴は、懸架手段が、分離器１２の壁３８の上側縁部に関連して配置されるフレーム３０と、フレーム３０を前記支持構造体１８に直接接続する懸架用のバーまたはワイヤ４０とで形成されることである。

Description

本発明は、流動床ボイラの分離器（セパレータ）の構造に関する。本発明は、実際の炉、および煙道ガスを処理するための装置、ならびに流動媒体を循環させてそれを炉に戻すための装置を一般に有する流動床ボイラに関する。本発明は特に、そのような発電ボイラに関連して使用される分離器の懸架に関する。

本発明に関する流動床ボイラ、およびより正確にはその構成要素は、いわゆる水管壁／蒸気管壁を備え、これらは文字どおり平行な水管／蒸気管、および管の間のプレート状のフィンからなる。水管／蒸気管の中を循環する水または蒸気の目的は、用途に応じて、主として燃焼時に発生する熱を回収すること、または壁の温度を適当な値の範囲内に維持することである。その強度について言えば、そのような水管壁／蒸気管壁はその大きさに照らすと比較的弱く、したがってそれらを用いてボイラまたはその構成要素の重量によって生じる応力、燃焼空間の圧力または熱膨張を直接負担することは、おそらく管の方向であったとしても不可能であるが、例えば様々な梁構造が、ボイラおよびその様々な構造部分を支持するために用いられている。

主に熱膨張のために、大型の流動床ボイラは、そのすべての構造要素と共にボイラ建造物の支持構造体からぶら下がるように懸架される。換言すれば、炉と、固体物質を煙道ガスから除去するように炉に取り付けられた分離器とはどちらも、通常は吊りロッドまたは吊りワイヤによってボイラ建造物の支持構造体に取り付けられる。より正確には、従来技術による構造では、炉は前述のように支持構造体に直接懸架されるが、分離器の支持については、分離器および内部で煙道ガスを前方に流す煙道ガス流路が互いにどのように配置されているかに応じて、主に２つの方法が用いられている。より頻繁に使われる配置は、各分離器に、炉の方向から見たとき、それ自体の前端である煙道ガス流路を分離器から離して設けるものである。この場合、分離器を、その壁から分離器の上の第１の鋼構造体に直接ぶら下がるように懸架することができる。これは一般に、吊りロッドを分離器の周縁部に対して４００ｍｍの間隔で配置することによって実現され、もちろん分離器の大きさによるが、１５〜２５個の吊りロッドを用いることになる。特に大型の流動床ボイラに用いられる、分離器と連通する煙道ガス流路を配置するための他の方法は、まず第１に、炉の両側に分離器を配置し、且つ炉の両側に分離器用の共通の煙道ガス流路を配置するものである。煙道ガス流路はもちろん、分離器の上に位置する。この配置の分離器は、その上に配置された煙道ガス流路によって支持構造体に懸架される。原理上、その構造はきわめて適切である。しかし、発電ボイラの大きさと同時に分離器の大きさが大きくなること、およびそれらの形が変化することに伴い、いくつかの問題が生じる。

まず第１に、流動床ボイラと共に用いられる分離器は、その動作原理上、渦分離器であり、従来から円形の断面を有している。過去十年間に、こうした分離器の形は四角形に変わり始め、それによって煙道ガス流路への取り付けが容易になった。そのため、分離器を吊りロッドによってすべての側面から上の支持構造体、すなわち、いわゆる第１の鋼構造体に吊すことが可能であり、あるいは分離器が最初に煙道ガス流路に組み付けられた場合には、煙道ガス流路の壁全体を支持線として用いることが可能である。最近では、分離器の断面形状がある程度丸くなってきており、市場では、実際に八角形の分離器も一般的になっている。この形の場合、特に大型分離器では、もはや分離器を第１の鋼構造体に対して支持することも、煙道ガス流路の底部に対して支持することもできない。分離器を第１の鋼構造体に対して直接支持するときには、第１の鋼構造体における上の梁がない第１の鋼構造体に関する角度位置にあるいくつかの壁、およびしたがって分離器を吊す場所が問題となる。

分離器を煙道ガス流路へ結合する現実的な実態は、既に言及したように、重い分離器を支持するように煙道ガス流路の底部を構成することはできず、煙道ガス流路において可能性のある支持領域は、その垂直方向の側壁のみである。しかし、直角でない大型の分離器は、分離器の周縁部と煙道ガス流路の壁のラインとの間に十分な負荷負担領域（ライン）を有していないことに留意すべきである。実際には、これは例えば（分離器が六角形か八角形かに応じて）分離器の周縁部の長さの３分の１または４分の１が分離器全体、ならびにその中の砂および灰の重量を支持しており、それによって局所的に過大な応力が生じることを意味している。全く同様に、分離器が変化して非矩形になると、煙道ガス流路の側壁の一部のみが分離器の分離器の重量を直接負担する。理論上、六角形の分離器では、最大で煙道ガス流路の側壁の長さの約５０％、八角形の分離器では煙道ガス流路の側壁の長さの約４０％のみが、負荷を直接負担する。

第２に、大型ボイラは事実上、常に炉の両側に分離器を有しているため、分離器によって清浄化された煙道ガスが、できるだけ短い経路を介して分離器から流動床ボイラの熱回収部分に取り出されるようにして、建設コストおよび圧力損失を最小限に抑えるべきである。このことは、一方では、熱回収部分を、フリーに残されたその２つの側部の一方の側部に炉の延長部分として配置しなければならず、他方では、炉の両側からの煙道ガスを、できるだけ短い経路を介して熱回収部分まで導かなければならないことを意味している。このため、煙道ガス流路を分離器の上で分離器群の端まで導き、さらに熱回収部分に引き込まなければならない。

この配置に伴う１つの問題は、この分離器支持方法での煙道ガス流路の最大幅が分離器の直径に等しくなり得ることであることが指摘されてきた。配置によっては、より幅の小さい煙道ガス流路も用いられているが、煙道ガスが実質的な圧力損失を伴わずに熱回収部分の中を流れることができるように、煙道ガス流路の断面を十分に大きくしなければならないため、それが特に問題となることが分かっている。換言すれば、煙道ガス流路の幅が制限される場合には、流路の高さを増やすことによって必要な断面積を確保しなければならない。しかし、これはすなわち、建造物の全体的な高さを増やすことである。同じ問題は、特にボイラが大型であるために炉の両側に多数の分離器があるボイラについて論じるとき、煙道ガス流路の幅が分離器の直径に制限されるような場合にも見られる。もちろんこの場合には、大きい断面の流れ領域が必要になる。

第３には、従来技術による構造を用いると、常に多数の吊りロッドがあるため、分離器の重量、ならびにその中の砂および灰の重量を測定によって決めることができない。吊りロッドが煙道ガス流路と支持構造体の間に配置されることもあり、そのため、煙道ガス流路によってすべての分離器がある程度ひとまとまりに結び付けられる。

多数の吊りロッドに関する他の問題は、すべての吊りロッドが同じ負荷を受けるように分離器の支持を配置することが、不可能ではないにしても実際にはきわめて難しいことである。むしろ従来型の懸架装置では、一部のロッドはほとんど重量を負担せず、他のものが重量を受けて降伏してしまう。

したがって、本発明の目的は、前述の問題の悪影響を軽減することができるように、分離器の支持を配置することである。

先に明らかにした従来技術の問題を解決するために、分離器の壁と、ボイラ建造物内の上方で分離器の支持構造体に接続される支持手段とを有する流動床ボイラの分離器の構造の特徴は、支持手段が、分離器の壁の上側周縁部に対して配置されるフレーム、およびフレームを支持構造体に取り付ける吊りロッドまたは吊りワイヤで形成されることである。

本発明による流動床反応装置の分離器の構造の他の特徴は、添付の特許請求の範囲において明らかになる。

換言すれば、分離器は、別個の第２の鋼構造体によって炉の天井の高さでぶら下がるように懸架される。この構造体は、分離器に接続される吊り手段がパネル構造体の外周に均等に分配されるように設計することができる。従来の支持方法を用いて設計された構造に認められた問題を、例えば以下のように解決することができる。
（１）懸架装置を分離器の周囲全体に広げることができるため、過大な局所的負荷をなくすことが可能になる。
（２）分離器が第１の鋼構造体に直接支持されるため、分離器、ならびにその中の灰および砂の重量によって煙道ガス流路が受ける応力が完全になくなる。
（３）炉と分離器の間の支持レベルで熱膨張の差が生じなくなり、構造体の設計が容易になる。
（４）分離器の上の煙道ガス流路の構造、すなわち、その大きさおよび形を、自由に設計することが可能になる。
（５）分離器の上の煙道ガス流路が、下から第２の鋼構造体によって支持される。
（６）第２の鋼構造体が、別個の吊りロッドによって支持される。
（７）吊りロッドを利用して、分離器およびその上の煙道ガス流路の変化する重量（砂、灰）を測定することが容易になり、それによって、砂／灰が分離器に過剰に蓄積した場合には、ボイラの動作方法を変更することが可能になる。
（８）分離器およびボイラの支持用の鋼構造体および基礎を、より軽い重量に合わせて設計することが可能になり、それによって建設コストも節約される。

以下では添付図面を参照して、本発明による分離器の構造についてさらに詳しく論じる。

図１に部分断面図として開示した従来技術による流動床ボイラは、図面に示した部分については、炉１０、炉の片側または両側に配置された１つまたは複数の分離器１２、それらを接続する煙道ガス導管１４、（１つまたは複数の）分離器１２の上に配置された煙道ガス流路１６、および支持構造体１８すなわちボイラ建造物の上部に配置されたいわゆる第１の鋼構造体を有している。炉１０と煙道ガス流路１６はどちらも、吊りロッドまたは吊りワイヤ２０によって支持構造体から懸架されている。さらにその図は、分離器の中心線に位置することが好ましく、分離器１２から煙道ガス流路１６に通じる導管２２も示しており、その導管から、分離器１２内で分離された固体物質を有する煙道ガスが、煙道ガス流路１６に向かって上昇する。図に示した従来技術による配置では、煙道ガス流路１６は懸架手段２０’によってその上の支持構造体１８、すなわち第１の鋼構造体に直接懸架され、（１つまたは複数の）分離器１２は、煙道ガス流路１６に取り付けられている。

開示した装置は、炉１０に供給された燃料を燃焼させ、発生した煙道ガスが炉内で流動媒体として働く灰および砂と共に、炉１０から導管１４を通って分離器１２へ流れるように動作する。導管１４は、煙道ガス、灰および砂の混合物が分離器１２の壁に沿って循環を開始するように、分離器１２の中では実質的に接線方向に配置される（図２参照）。流動床ボイラと共に用いられる渦分離器の断面は従来、初めは円形、後には四角形、好ましくは正方形であったが、流動床ボイラと共に八角形の分離器を使用することが従来技術において既に知られている。分離器１２の中で循環するとき、より重い物質、すなわち灰、および特に砂は、遠心力によって分離器の周縁部に蓄積し、分離器の壁に沿って下方へ流れ始め、それによって浄化された煙道ガスが上昇し、分離器の上端の導管２２を通って煙道ガス流路１６に出る。

図２および図３は、炉の一方の側に隣接する３つの分離器１２を有するものと仮定した、従来技術の配置を示している。図面では、例として八角形の分離器１２を用いている。図１に開示した従来技術による配置では、分離器１２の上に配置された煙道ガス流路１６が、分離器１２の直径に等しい幅を有していることを考慮に入れると、図２および図３から、分離器１２が実際にどのように取り付けられているかを理解しやすくなる。水管壁／蒸気管壁として製造されることが好ましい煙道ガス流路１６の底部は、分離器１２、ならびにその中の灰および砂の重量を支持することができないため、分離器全体を支持することができる部分は、煙道ガス流路の垂直方向の側壁２４のみである。図２には、分離器１２を煙道ガス流路１６に取り付けることができるのは（図２における）その水平部分のみであることが示されており、実際には、一方では分離器１２の上側周縁部の４分の１、他方では煙道ガス流路の側壁の長さの４０％しか支持に関与しないことを意味している。換言すれば、分離器１２の壁と煙道ガス流路１６の壁２４はどちらも、きわめて不均一な応力を受ける。

さらに、分離器は条件によっては詰まる傾向、すなわち灰および砂が蓄積して分離器の下部でガスロックなどを起こす傾向になる可能性があるため、砂および灰の量が通常の運転条件よりかなり大きくなると、分離器の総重量の増加が問題になる。そのとき、分離器の懸架部は通常より大きい応力を受ける。前述の問題に一部関係するが、従来技術による構造の他の問題は、分離器の総重量をモニタすることによって詰まる傾向または詰まりにも気付きやすくなるにもかかわらず、隣接する分離器はすべて、均一な分離器群を形成するように煙道ガス流路に接続されているため、実際にはモニタできないことである。煙道ガス流路は、多数の吊りロッドによって支持構造体に懸架されており、したがって吊りロッドの数のために、実際に少なくとも単一の分離器の重量を明確にすることはできない。同様に、分離器を吊りロッドによって第１の鋼構造体に直接懸架することができる場合も、吊りロッドの数がきわめて多く、それに伴って先に説明した実際的な理由により、どんな種類の重量測定装置も用いることができない。

したがって図４および図５は、（従来技術に関して図１に概略的に示した）分離器１２を上の支持構造体に懸架するための、本発明の好ましい実施例による配置を開示しており、分離器１２は、実質的にその周縁部の全長にわたって支持され、個々の分離器の重量を十分正確にモニタすることが可能になる。図４は、分離器の支持に用いられるフレーム３０を、図５は、本発明によるフレームによって懸架された隣接する２つの分離器１２を開示している。

本発明による実施例の特徴は、各分離器１２の支持構造体が、少なくとも部分的に分離器の断面形状に対応するフレーム３０で形成されることである。フレームは、分離器１２の上の、実質的に炉の天井または支持レベルに独立に懸架および配置される。換言すれば、本発明による実施例では、炉と分離器の両方を、同じ長さの懸架手段によって支持構造体に懸架することができる。図４の実施例によれば、フレームは実質的に正方形の主フレーム３２からなり、その内部には、正方形の角を「丸め」る４つの梁３４が配置されている。梁は、図２に示した分離器１２の断面形状に対応する八角形のフレーム３０の内側を形成している。もちろん、例えば分離器が六角形である場合には、主フレームの角を異なる方法で「丸め」て六角形のフレームにするべきである。八角形の内周のフレームから下方にぶら下がるように、多数の懸架手段３６が配置され、その懸架手段は、分離器１２のパネル壁３８の上側周縁部に取り付けられる。分離器１２が水管壁／蒸気管壁３８で形成される場合には、懸架手段３６を水管／蒸気管の間の壁部分に取り付けることが好ましい。懸架手段３６は、例えば水管の間の空間に１つおきに配置することができる。前述の内容において、分離器を分離器の周縁部に４００ｍｍの間隔で懸架する方法にも言及している。換言すれば、分離器をその周縁部の全長にわたってフレームに懸架することが重要である。図面の実施例では、フレーム３０は、その角から４つの吊りロッドまたは吊りワイヤ４０によって上の支持構造体に懸架されている。その支持に関して、分離器１２の重量の測定を行うようにすることが望ましい場合には、例えば各分離器１２のフレーム３０の、１つまたは複数の（好ましくはすべての）吊りロッドまたは吊りワイヤ４０に、分離器１２の総質量に反応するひずみゲージなどの測定装置を設けることができる。

もちろん、前述のフレームを正方形として構成して、分離器の断面形状、すなわち、例えば六角形または八角形などに直接対応させることも可能である。フレームを互いにしっかりと接続した２つの部分で形成することも可能であり、その第１の部分は分離器のその周縁の断面に対応し、第２の部分は懸架装置の要求にできるだけ適切に従うように形成される。したがって第１の部分を、例えば八角形とし、第２の部分を、例えば第１の部分を取り付ける２つの梁で形成することができる。したがって好ましくは、分離器の支持を、梁の端部に配置した吊りロッドによって引き受けることができる。フレームの八角形の部分に対する前述の梁の位置は、例えば第１の鋼構造体の要求に従うように容易に規定される。換言すれば、梁は、例えば八角形の部分の煙道ガス流路の壁、周縁部の斜めの部分、または周縁部の煙道ガス流路の方向に垂直な部分に対して平行な周縁部の端部に配置することができる。もちろん、梁をフレームの第１の部分だけではなく、好ましくは煙道ガス流路の方向に平行な１つまたは複数の梁によって互いに支持することもできる。こうした梁は、原理上はこれまでの梁と同じ方法で配置することが可能である。それに応じて、図４および図５に示した実施例のように、吊りロッドをフレームの角、またはフレームのまっすぐな梁部分、例えばその中心部に配置することができる。吊りロッドまたは吊りワイヤの数は、フレームの角の数と同じである必要はなく、実際には任意の適当な量が適用される。

図４は、入口導管（従来技術に関する図１および図２では、対応する導管が参照番号１４で示されている）を、図５に示した懸架手段３６に相当する懸架手段を用いてフレームの角部４４で懸架するための梁４２を、フレーム３０がどのように備えているかも開示している。入口導管は、分離器に対して実質的に接線方向に配置されることが好ましく、それによって煙道ガス、灰および砂の混合物が、分離器の内面に沿って循環するようになされている。入口導管は、図４に開示した方法では各分離器に対して同じ場所に配置することができる。しかし、例えば図４の場合、左側のフレームの梁４２が、左側のフレームの右上の角に右側のフレームの梁４２の鏡像として配置されるように、入口導管を常に対にして配置することも可能であり、またある意味では有利である。もちろん、フレームに接続される分離器も互いに鏡像になる。

図４および図５に開示した構造によって、煙道ガス流路を前述のフレームに対して支持することも可能になる。それによって煙道ガス流路は下から支持され、フレームは煙道ガス流路と分離器の間の空間に留まる。煙道ガス流路の支持はもちろん、分離器の支持と同じ吊りロッドによって行われる。分離器の重量を決めるときには、煙道ガス流路の重量の一部も含まれる。しかし、測定結果としては、分離器、ならびにその中の砂および灰の重量が全重量の大半をなすため、これは特に重要ではない。

他にも、本発明によるフレームの使用によって得られる利点がある。それは、分離器の上に配置された煙道ガス流路の幅が、実際には全く制限されないことである。何らかの理由でより幅の広い分離器を有することが望ましい場合には、フレームの梁を、その端部が流路の側面の外側に延びるように煙道ガス流路に対して横方向に伸ばすことにより、それが容易に可能になる。それによって、梁の端部に取り付けられた吊りロッドを用いて、分離器をさらに第１の鋼構造体に懸架することが可能になる。したがって高さの低い長方形の断面を有する煙道ガス流路を設計することが可能になるため、本発明によるフレームによってボイラ建造物を低くすることができる。換言すれば、本発明による構造によって、煙道ガス流路の大きさおよび形を自由に決めることが可能になる。

前述のことから明らかになるように、従来技術の分離器の構造より明らかに信頼性が高く、様々な用途および目的の多くに利用可能な分離器の構造が提供される。分離器の構造の特徴は、流動床ボイラの一部の構成要素が分離器と対応する懸架手段との間に配置され、その構成要素によって分離器を壁面から直接支持することが妨げられる状況においても、分離器を分離器の周縁部の全長にわたって（実際には所定の間隔で）ボイラ建造物の天井および懸架構造体、すなわちいわゆる第１の鋼構造体に懸架できることである。前述の内容は、添付の特許請求の範囲で定められることから本発明を限定するためのものではなく、本発明の好ましい一部の実施例を開示しているにすぎず、本発明は特許請求の範囲のみによって定められることに留意しなければならない。したがって、例えば本発明による実施例を、任意の断面形状の分離器を懸架するために利用できることは明らかである。

従来技術による流動床ボイラの概略的な断面図である。 従来技術による分離器の構造の概略的な断面上面図である。 図２による分離器の構造の側面図である。 本発明の好ましい実施例による分離器の構造の上面図である。 図４による分離器の構造の側面図である。

Claims (12)

1. 流動床ボイラの分離器構造であって、複数の壁（３８）と、天井と、前記分離器の入口導管および出口導管（１４、２２）と、ボイラ建造物内で前記分離器を上から支持構造体（１８）に接続する懸架手段とを有する分離器構造において、
   前記懸架手段が、前記分離器（１２）の前記壁（３８）の上側周縁部に関連して配置されるフレーム（３０）と、該フレーム（３０）を前記支持構造体（１８）に直接接続する複数の吊りロッドまたは吊りワイヤ（４０）とで形成されることを特徴とする分離器構造。
2. 前記フレーム（３０）が、実質的に炉（１０）の前記天井の高さに配置されることを特徴とする請求項１に記載の分離器構造。
3. 前記フレーム（３０）の内側周縁部の形が、前記分離器（１２）の断面に対応していることを特徴とする請求項１に記載の分離器構造。
4. 前記分離器（１２）がその上側周縁部を、特定の懸架手段（３６）によって前記フレーム（３０）に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の分離器構造。
5. 前記分離器（１２）の質量を決めるための複数の手段が、前記複数の吊りロッドまたは吊りワイヤ（４０）に関連して設けられることを特徴とする請求項１に記載の分離器構造。
6. 前記分離器（１２）の上端部が、煙道ガス流路と流体連通することを特徴とする請求項１に記載の分離器構造。
7. 前記煙道ガス流路が、前記フレーム（３０）によって前記支持構造体（１８）に対して支持されることを特徴とする請求項６に記載の分離器構造。
8. 前記フレーム（３０）が、前記煙道ガス流路（１６）と前記分離器（１２）の間に配置されることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の分離器構造。
9. 前記煙道ガス流路（１６）は、導管（２２）によって複数の分離器（１２）に接続されるように、前記流動床ボイラ内の前記炉（１０）の側壁に対して実質的に平行に配置されることを特徴とする請求項６、請求項７または請求項８に記載の分離器構造。
10. 前記煙道ガス流路（１６）が前記炉（１０）の両側に設けられることを特徴とする請求項９に記載の分離器構造。
11. 前記煙道ガス流路の幅が、前記分離器（１２）の直径より大きいことを特徴とする請求項６、請求項７または請求項８に記載の分離器構造。
12. 前記分離器（１２）の断面が八角形であることを特徴とする請求項１に記載の分離器構造。

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