JP2012523540A - 火力プラント - Google Patents

Abstract

ここに提供する火力ボイラー１０は、２つの短い側壁２４と２つの長い側壁とにより囲まれた火炉１２と、火炉上方に配置された煙道ガス管路１４と、バックパス１６と、支持構造物と、懸架構造物１８とを含み、該支持構造物が、下方から支えられた定置支承構造物を含み、該支承構造物が、複数の垂直ピラー２０と、該垂直ピラーにより支えられた平行の主支持ビーム２２とを含み、前記懸架構造物を介して火炉１２が支承構造物に吊設されており、更に、前記火炉１２上方に配置された煙道ガス管路１４と主支持ビーム２２とが互いに平行かつ短い側壁２４と平行に配置され、主支持ビーム２２が、好ましくは少なくとも部分的に火炉の屋根２６を超えて延びる煙道ガス管路１４の間に配置されている。

Description

本発明は、独立請求項前文に記載の火力ボイラー・プラントに関するものである。したがって、本発明は、２つの短い側壁および２つの長い側壁に囲まれた火炉と、火炉上方に配置された煙道ガス管路と、バックパスと、支持構造物と、懸架構造物とを含む火力ボイラー・プラントであって、該支持構造物が、下方から支えられた定置支承構造物を含み、該支承構造物が、多数の垂直ピラーと垂直ピラーにより支えられた主支持ビームとを含み、かつ前記懸架構造物を介して支承構造物に火炉が吊設されている形式のものに関する。

火力ボイラー、例えば循環式流動床ボイラーは、次第に大型のユニットに変更されて、その容量が増大する傾向がある。現在までに製造された最大の循環流動床ボイラーの容量は、４３０ＭＷｅだが、既に６００ＭＷｅや８００ＭＷｅのプラントさえ製造する計画がある。ボイラー構造物の設備、例えば火炉、煙道ガス管路、バックパスが大型になるにつれて、支持構造物のピラーやビームの長さや断面積も増大せざるを得ない。
支持構造物の外寸法が増大すると、ボイラー建屋の風圧荷重および支持構造物の重量荷重も増大する。その結果、支持構造物の強度を更に増さねばならず、そのことが、また支持構造物の重量を増大させる。寸法の増大および支持構造物の重量増大は、材料費を増し、プラントの組み立てを複雑にする。このため、火力ボイラー・プラントの寸法増大による支持構造物の増大を抑制する解決策を見出すことが重要である。

現在の火力ボイラーの火炉壁は、通常、比較的軽量の水冷管壁だが、該水冷管壁は高い引張り強さは有するが、高い耐圧縮性または曲げ強さは有していない。したがって、火力ボイラーは、通常、上方から支えられ、このことは、ボイラーの火炉が、火炉の周囲に定置された支承構造物に、火炉の側壁上部に取り付けられた吊り下げロッドを介して吊設されるように懸架されてきたことを意味する。

支承構造物の主部材は、通常、垂直のピラーと、ピラーの頂部または上部に支持された水平の主支持ビームとから成り、該ビームには、支承構造物の他の支持ビームや火炉の懸架構造物が支持されている。火力ボイラー・プラントのなかには、主支持ビームがボイラー構造物上方でグリッドを形成するものもあり、その場合には、グリッドが、火炉に対し縦方向や横方向の主支持ビームを含んでいる。本発明は、しかし、ボイラー構造物を支持する平行な主支持ビームを有する火力ボイラーに関するものである。主支持ビームは、通常、高さ２‐６ｍの鋼製ビーム、例えばＩビームであり、該ビームの長さは３０ｍを超え、その重量は、しばしば１００トンを超える。主支持ビームは、通常、主支持ビームより寸法が小さい他の水平の支持ビームに結合される。

ボイラーの火炉には、他のボイラー構造物、特にバックパスが統合されており、バックパスは、熱交換面と、火炉からバックパスへ煙道ガスを案内する管路とを含んでいる。バックパスとそこへ通じる煙道ガス管路とは、従来技術により、共有の支持構造物に火炉と一緒に吊設できる。火力ボイラーの支持構造物は、通例、大概は長方形の直角柱であり、少なくとも火炉と、煙道ガス管路と、バックパスとが取り付けできるように寸法付けされている。したがって、支持構造物の寸法は、ボイラー構造物の寸法とその部品の相互配置とに左右される。
現在の大型火力ボイラー・プラントの高さは、数十メートル、通常は少なくとも５０ｍである。従来技術による火力ボイラー・プラントの高さを増す一つの要因は、火炉の水平方向の熱膨張により、火炉の吊り下げロッドに十分な長さが要求されることである。

本発明は、特に、火炉上方に煙道ガス管路が配置された火力ボイラー・プラントに関するものである。従来技術によれば、火炉上方に配置される煙道ガス管路は主支持ビームに吊設懸架されるので、火力ボイラー・プラントの高さは特に高い。火炉上方に煙道ガス管路が配置される一つの結果は、従来技術による火炉の懸架構造物の吊り下げロッドが長くなることである。
長い吊り下げロッドは、火炉の上部に取り付けられている場合には、特に、温度が火炉壁の温度に追従するので、吊り下げロッドの熱膨張が比較的大きくなる点が問題である。このため、支持構造物は、支持ビームの熱膨張のためにボイラー構造物に何らかの破断が生じないように設計せねばならない。

火炉壁は局所的な大きい力には耐えられないので、支持構造物から火炉を吊り下げ支持する複数吊り下げロッドの間隔は、十分に狭くする必要がある。しかし、例えば火炉上方に煙道ガス管路が配置されている場合には、吊り下げロッドの密な配置により、火炉上方の空間の利用が更に難しくなる。あるいはまた、火炉上方の煙道ガス管路は、吊り下げロッドを互いに十分に間を詰めて配置する障害になることがある。

本発明の目的は、前述の従来技術の問題点を低減させた火力ボイラー・プラントを提供することである。特に、従来技術の火力ボイラー・プラントの支持構造物より軽量かつ寸法の小さい支持構造物を有する大型の火力ボイラー・プラントを提供することである。

既述の従来技術の問題点を解決するために、本発明が提供する火力ボイラー・プラントは、独立請求項の特徴部分に開示された特徴を有している。したがって、この火力ボイラー・プラントの典型的な形式では、火炉上方に配置された主支持ビームと煙道ガス管路とは、互いに平行であり、かつまた短い側壁と整合せしめられている。
火炉上方に配置された煙道ガス管路と主支持ビームとが平行の場合、それらを互いに垂直方向に近づけて配置することが可能であり、それによって、この火力ボイラー・プラントの高さは、煙道ガス管路が主支持ビームと明らかに異なる高さに配置されるプラントの場合より低く抑えることができる。煙道ガス管路と主支持ビームとが平行でない場合には、煙道ガス管路を主支持ビームの上方か下方に配置せねばならない。火炉上方に配置される主支持ビームと煙道ガス管路とを、短い側壁と整合するように配置する結果、プラントのコンパクトな構成が可能になり、その場合、バックパスは火炉の長い側壁の側に配置するのが好ましい。

本発明の特に好ましい実施例によれば、主支持ビームは、側方から見て少なくとも一部が、火炉上方に配置された煙道ガス管路間に位置している。このことは、煙道ガス管路の上面が主支持ビームの下面より高い位置にあることを意味する。主支持ビームと煙道ガス管路双方の高さは数メートルになることがあるので、少なくとも一部を間に配置することで、数メートルほどプラント高さを低減できる。
火炉上方に配置される煙道ガス管路の少なくとも一部は、主支持ビームに吊設される副支持ビーム頂部に支持されるのが好ましい。副支持ビームは、組み立て部材としても機能し、組み立て時にはビームを吊り上げる。また、副支持ビームは、主支持ビームに直接に吊設できるが、特に好ましい実施例によれば、主支持ビームの頂部に支持された上部支持ビームに吊設される。

循環式流動床ボイラーの場合には、粒子分離器の渦室の屋根が、通常、火炉の屋根とほぼ等しい高さに位置している。従来技術によれば、粒子分離器内で浄化された煙道ガスは、粒子分離器から上方へ出口管路を経て排出され、このために煙道ガス管路は、通常、火炉より高い位置に配置されている。バックパスへ通じる煙道ガス管路は、通常、少なくとも主として水平に配置されるので、バックパスの屋根は、通常、火炉の屋根より高い位置にある。
火炉を支持する主支持ビームは、好ましくは、少なくとも部分的に煙道ガス管路の間に配置できるようにされることで、バックパスの屋根とほぼ等しい高さに位置できるのが好ましい。したがって、特に好適な一実施例によれば、火力ボイラー・プラントの支承構造物は、バックパス上方に配置された主支持ビームを含み、該主支持ビームが、火炉頂部に配置された主支持ビームより高い位置に配置される。このため、火炉上方に形成される自由空間は、好ましくは例えば過熱蒸気用の安全弁を配置するのに使用できる。

屋根を超えて案内される複数煙道ガス管路は、火炉の長い側壁の側に配置されたバックパスの側壁のところまでは、互いに等しいのが好ましい。主支持ビームが、本発明により、屋根を超えて案内される煙道ガス管路と平行に配置される場合、火力ボイラー・プラントの基礎に対して主支持ビームを支持するピラーの少なくとも一部を、煙道ガス管路またはその延長部の間に配置できるようにするのが好ましい。
本発明の一好適実施例によれば、懸架構造物は、主支持ビームに吊設された上部吊り下げロッドと、上部吊り下げロッドに吊設された中間支持ビームと、火炉上部に取り付けられ、中間支持ビームに吊設された下部吊り下げロッドとを含んでいる。上部吊り下げロッドの一部は、直接に主支持ビームに吊設されるが、好ましくは、支承構造物が、主支持ビームの頂部に支持された上部支持ビームを含み、上部吊り下げロッドの少なくとも一部が、上部支持ビームに吊設され、それにより、中間支持ビームの少なくとも一部が上部吊り下げロッドを介して上部支持ビームに吊設される。

主支持ビームは、ピラー上部に直接に取り付けられているので、主支持ビームの位置は、もとよりピラーの位置に左右される。その代わり、上部支持ビームは、主支持ビームの頂部に自由配置できるので、上部支持ビームに吊設される中間支持ビームの位置は、必要に応じて選択できる。上部支持ビームが適切に配置される場合、懸架される部材に応じて中間吊り下げロッドの長さおよび太さを最適化できる。
火炉の側壁は局所的な大きい垂直荷重には耐えられないので、吊り下げロッドは、十分に密に、通常は１メートル当たり少なくとも２本、火炉に結合させねばならない。主支持ビームと火炉との間に配置される中間支持ビームが十分に強力な場合は、上部吊り下げロッドの数は、火炉に取り付けられる下部吊り下げロッドの数よりかなり少なくできる。通常、上部吊り下げロッドは、メートル当たり１未満である。したがって、上部吊り下げロッドの数Ｎは、好ましくは下部吊り下げロッドの数Ｍ未満だが、最も好ましくはＮはＭ／２未満である。

中間支持ビームは、好ましくは火炉に比較的近い位置に配置されるが、たいていは、火炉の断熱材上方に配置される。下部吊り下げロッドが比較的短い場合は、その熱膨張は比較的小さい。中間支持ビームの少なくとも大部分は、支持ビームと中間支持ビームとの垂直方向間隔が、中間支持ビームと火炉との間隔より大きくなるように、最も好ましくは少なくとも２倍になるように配置される。それによって、中間支持ビーム上方には比較的大きい空間が残され、火炉上方のこの空間内に種々の設備や部品を配置できる。本発明の一好適実施例によれば、火炉上方に配置された煙道ガス管路は、好ましくは、中間支持ビーム上方に配置される。

中間支持ビームは火炉の側壁の支持に使用されるので、中間支持ビームの少なくとも一部分は、直接に火炉側壁上方に配置され、かつ下部吊り下げロッドを介して火炉側壁上部に結合されるのが好ましい。しかし、一好適実施例によれば、すべての中間支持ビームが火炉側壁上方に配置されるわけではなく、中間支持ビームの少なくとも一部は、火炉の屋根中央部分上方に中央支持ビームとして配置できる。この中央支持ビームは、火炉内に備えられる設備および部品を支持するために配置されるのが好ましい。一好適実施例によれば、火炉内に配置される熱交換面は、この中央支持ビームに吊設懸架される。

大型の火力ボイラーの火炉の側壁幅は、数十メートル、例えば約４０メートルの場合があるので、ボイラーの起動中の火炉壁の下方および横方向への熱膨張はかなり大きい。中間支持ビームの温度変化は、火炉の温度変化よりかなり小さいので、熱膨張により、側壁の長さを有する中央支持ビームに取り付けられた下部吊り下げロッドと該吊り下げロッドの取り付け個所とには、かなりの応力が発生する。このため、中間支持ビームの少なくとも一部は、平行に連続して配置された別個の複数部分から形成するのが好ましい。それにより、中間支持ビームは連続部分の長さを十分に短く保たれ、熱膨張により発生する応力が最小化できる。
以下で、添付図面を参照して、本発明を説明する。

本発明の一好適実施例による循環式流動床ボイラー・プラントの略示側面図。

図１に開示した循環式流動床ボイラー・プラントは、本発明による火力ボイラー・プラントの一例である。循環式流動床ボイラー・プラント１０は、火炉を有するボイラー構造物と、火炉上方に配置された煙道ガス管路１４と、バックパス１６と、支持構造物とを含み、該支持構造物が、懸架構造物１８と支承構造物とを主部材として有しており、該支承構造物が、ピラー２０と火炉の主支持ビーム２２とを含み、該主支持ビームが、煙道ガス管路と平行に配置され、垂直ピラーによって支持されている。
火炉は、２つの短い側壁と２つの長い側壁とによって囲まれているが、図１には１つの側壁２４だけが示されている。図１に見られるように、煙道ガス管路１４と主支持ビーム２２の両方が火炉に対して横方向に、言い換えると、火炉の短い側壁２４と平行に延びている。図１には、火炉の１つの主支持ビーム２２と、一部がビーム２２の後方に位置する１つの煙道ガス管路１４のみが示され、主支持ビーム後方の煙道ガス管路部分は破線で示されている。実際には、火炉の主支持ビームは、複数個、好ましくは４個または５個設けられ、各々２個の主支持ビームの間に煙道ガス管路が配置されている。

本発明の一好適実施例では、煙道ガス管路１４間に主支持ビーム２２の一部が配置される結果、支持構造物が、火炉のところで、従来技術の解決策の場合より低い位置に配置され、主支持ビームが、全体として煙道ガス管路の上方に位置することになる。支持構造物がより低い位置に配置されることは、実際には、従来技術の解決策によるよりも、ピラーの高さが明らかに低くなり、したがって安価になることを意味している。
循環式流動床ボイラーの場合に一般的なことだが、図１の実施例の場合も、火炉の屋根２６が、パックパス１６の屋根２８よりかなり低い位置にある。火炉上方の主支持ビーム２２は、部分的に煙道ガス管路１４の間に配置されるので、バックパスの主支持ビーム３０より低い位置にある。本発明の一好適実施例によるこの解決策の結果、火炉上方に広い空間が残り、そこに種々の設備および部品、例えば、バックパスの過熱器３２からの過熱蒸気を蒸気タービン（図１には示されていない）へ送る蒸気管３４や該蒸気管用の安全弁を配置できる。

火炉１２は、懸架構造物１８を介して支承構造物に吊設されており、該懸架構造物は、上部吊り下げロッド３８と、中間支持ビーム４０と、下部吊り下げロッド４２とを含んでいる。火炉の壁構造物は大きい局所応力に耐えられないので、火炉上部に取り付けられた下部吊り下げロッド４２は、十分に密に、通常は、ほぼ２ビーム毎メートルに配置される。下部吊り下げロッド４２は中間支持ビーム４０に取り付けられ、中間支持ビームは、また上部吊り下げロッド３８を介して懸架構造物に吊設されている。中間支持ビーム４０は、比較的強度を有する構造物なので、上部吊り下げロッドは、下部吊り下げロッドほど密に配置しなくともよい。好ましくは、メートル当たり１ロッド未満である。
中間支持ビーム４０の使用と上部吊り下げロッドのまばらな配置とにより、火炉１２と中間支持ビームとの上方の空間の窮屈さが減じる。これにより、中間支持ビーム４０の上方に種々の設備および部品の配置ができ、好都合である。特に、図１に示す配置では、中間支持ビーム４０の使用により、火炉１２上方での煙道ガス管路１４の配置がかなり容易になる。

火炉側壁２４を中間支持ビームに都合よく吊設懸架するために、中間支持ビーム４０の一部を火炉１２の側壁上方に直接に配置する。火炉１２の熱膨張は、中間支持ビームの熱膨張より明らかに大きいので、中間支持ビーム４０は、複数の別個の部分を平行に連続配置するのが好ましい。中間支持ビームの一部は、火炉側壁上方とは異なる位置に配置するのも好ましい。特に、図１には、火炉の中心部上方に配置した中間支持ビーム４４が開示されているが、これらの中間支持ビームは、火炉内部の熱交換面４６を吊り下げるように懸架されている。
主支持ビーム２２は、平行で、比較的まばらなので、少なくとも全部ではない上部吊り下げロッド３８が主支持ビームに取り付けられるが、そのさい、ロッド３８は、主支持ビーム上方に配置された縦方向および横方向の上部支持ビーム４８を介して主支持ビームに吊設懸架される。好ましくは、火炉上方に配置された煙道ガス管路１４の少なくとも一部は、主支持ビーム２２に吊設される副支持ビーム５０の頂部に支持される。

以上、本発明を幾つかの代表的な実施例により説明した。しかし、本発明は、また、開示された実施例の種々の組み合わせおよび変更態様をも含むものである。特に、火力ボイラーは、循環式流動床ボイラーに限られるものではなく、火炉頂部に配置された横方向の煙道ガス管路を有する他の型のボイラーであってもよい。したがって、言うまでもなく、本発明は、ここに開示した実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の請求項およびその定義によってのみ制限されるものである。

Claims (11)

1. 火力ボイラー（１０）であって、２つの短い側壁（２４）と２つの長い側壁とにより囲まれた火炉（１２）と、火炉上方に配置された煙道ガス管路（１４）と、バックパス（１６）と、支持構造物と、懸架構造物（１８）とを含み、該支持構造物が下方から支えられる定置支承構造物を含み、該支承構造物が複数の垂直ピラー（２０）と、該垂直ピラーにより支えられた平行の主支持ビーム（２２）とを含み、更に前記懸架構造物を介して火炉（１２）が前記支承構造物に吊設される形式のものにおいて、
   火炉（１２）上方に配置された前記煙道ガス管路（１４）と前記主支持ビーム（２２）とが、互いに平行かつ短い側壁（２４）と平行であることを特徴とする、火力ボイラー。
2. 前記主支持ビーム（２２）が、火炉の屋根（２６）上方に延びる煙道ガス管路（１４）の間に少なくとも部分的に配置されることを特徴とする、請求項１記載の火力ボイラー。
3. 火炉（１２）上方に配置された前記煙道ガス管路（１４）の少なくとも一部が、主支持ビーム（２２）に吊設された副支持ビーム（５０）に支持されることを特徴とする、請求項１記載の火力ボイラー。
4. 前記支承構造物が、バックパス（１６）上方に配置された主支持ビーム（３０）を含み、この主支持ビームが、火炉（１２）上方に配置された主支持ビーム（２２）より高い位置に配置されていることを特徴とする、請求項１記載の火力ボイラー。
5. 前記ピラー（２０）の少なくとも一部が、屋根を超えて延びる煙道ガス管路（１４）の間に配置されることを特徴とする、請求項１記載の火力ボイラー。
6. 前記懸架構造物が、主支持ビーム（２２）に吊設された上部吊り下げロッド（３８）と、上部吊り下げロッドに吊設された中間支持ビーム（４０）と、火炉頂部に結合され、中間支持ビームに吊設された下部吊り下げロッド（４２）とを含むことを特徴とする、請求項１記載の火力ボイラー。
7. 前記支承構造物が、主支持ビームの頂部に支持された上部支持ビーム（４８）を含み、中間支持ビーム（４０）の少なくとも一部が、上部吊り下げロッド（３８）を介して上部支持ビームに吊設懸架されることを特徴とする、請求項６記載の火力ボイラー。
8. 中間支持ビーム（４０）の少なくとも一部が平行な別個の複数部分から形成されることを特徴とする、請求項６記載の火力ボイラー。
9. 中間支持ビーム（４０）の少なくとも一部が、火炉側壁（２４）の上方に配置され、かつ下部吊り下げロッド（４２）を介して火炉側壁の上部に結合されていることを特徴とする、請求項６記載の火力ボイラー。
10. 火炉（１２）上方に配置された煙道ガス管路（１４）が中間支持ビーム（４０）上方に配置されることを特徴とする、請求項６記載の火力ボイラー。
11. 中間支持ビームの少なくとも一部が、屋根（２６）の中央部上方に中央支持ビーム（４４）として配置され、該中央支持ビーム（４４）が、火炉内部に配置された熱交換面（４６）に下部吊り下げロッドを介して結合されていることを特徴とする、請求項６記載の火力ボイラー。

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