JP2018179312A - 火炉底部のシール構造及びこれを備えたボイラ - Google Patents

Abstract

【課題】 横方向の熱伸び差を吸収でき、かつ部分的に取り外して補修、交換することが容易なシールプレートを備えた火炉底部のシール構造を提供する。【解決手段】 火炉で発生する灰等を排出する底部開口の周縁部から垂下された筒状のシールプレートの下端を、水を張った灰貯留槽の水中に差し込んでなる火炉底部のシール構造において、前記シールプレート１０は、複数のプレート要素１０Ｎを互いに隙間を空けて周方向に沿って連結し、隣り合う前記プレート要素の連結部は、前記プレート要素を互いに前記周方向に移動可能に連結部材２０で締め付ける。さらに、隣り合う前記プレート要素１０Ｎに亘って炉外側の前記周方向に伸延させて補剛部材３０を脱着可能に設ける。【選択図】 図４

Description

本発明は、火炉底部のシール構造に係り、具体的には火炉底部から灰やクリンカ（以下、灰等という。）を排出する開口を外気から遮断する火炉底部のシール構造及びここれを備えたボイラに関する。

固体燃料を燃焼する火炉で発生する灰等を排出するために、火炉底部に設けた灰排出口（以下、開口という。）の下方に水を張った灰貯留槽を設置し、灰等を灰貯留槽の水中に落下させて冷却及び破砕して貯留するようにしている。灰貯留槽に貯留される灰等は、例えばコンベアなどにより外部に搬出される。ここで、炉底部の開口から灰等が周囲に散逸するのを防止したり、炉底部の開口から外気が火炉内に侵入するのを防止するために、炉底部の開口と灰貯留槽との間にシール構造が設けられる。

例えば、特許文献１に記載されている火炉底部のシール構造は、筒状のシールプレートの上端を火炉の炉底部の開口周縁部に固定し、下端を灰貯留槽の水中に差し込んで火炉の内部を外気からシールしている。また、火炉は熱伸びを考慮して、上方から吊り下げて上下方向に熱伸びするように設けられる。したがって、シールプレートも上下方向に伸び縮みするから、地面等に設置された灰貯留槽に対して相対的に変位する。この相対変位は、シールプレートの自由端である下端の浸水深さで吸収する。シールプレートの浸水深さは、灰貯留層に水を補給して水位を調整して確保する。

また、火炉の熱による伸び縮みは上下に限らず、横方向にも発生する。特に、大型の炉底部の開口は矩形状のものが多く、横長の火炉の場合は横長の開口になる。この場合、シールプレートは横長の角筒状になる。シールプレートの熱伸縮は、高温であるケーシングとの接続部側が大きく、水に浸かる灰貯留槽側の下端（自由端）は相対的に小さい。このように、上下で異なる熱伸び差を吸収するため、シールプレートを波板で形成することが提案されている（特許文献２）。同文献2によれば、凹凸を横方向に配列した波板を用いて角筒形のシールプレートを形成している。具体的には、４枚の波板のシールプレートの端部を互いに溶接して、角筒形のシールプレートを形成することを提案している。これにより、シールプレートの上下で異なる熱伸び差を、波の凹凸を横方向に配列した波板で形成したシールプレートで吸収している。

特開２００８−２０９０３０号公報 米国特許第２，４４０，９７８号

しかしながら、周知のように、シールプレートの内面は高温の炉内ガス雰囲気であり、灰貯留槽の水中に差し込まれる下端部は、伸縮により乾湿を繰り返すので腐食による損傷が生ずる問題がある。そのため、シールプレートは、必要に応じて取り外して補修、交換することが要求されるが、特許文献２では、この点について配慮されていない。

本発明が解決しようとする課題は、横方向の熱伸び差を吸収でき、かつ部分的に取り外して補修、交換することが容易なシールプレートを備えた火炉底部のシール構造を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明の第１の態様は、固体燃料を燃焼させる火炉で発生する灰等を排出する底部開口の周縁部から垂下された筒状のシールプレートの下端を、水を張った灰貯留槽の水中に差し込んで前記火炉の内部と外気とを遮断する火炉底部のシール構造において、前記シールプレートは、複数のプレート要素を互いに隙間を空けて前記底部開口の周縁部の周方向に沿って連結し、前記プレート要素の上端を前記周縁部に脱着可能に接続して形成され、隣り合う前記プレート要素の連結部は、前記プレート要素を互いに前記周方向に移動可能に締め付ける連結部材を備えることを特徴とする。

本発明の第１の態様によれば、シールプレートの周方向（横方向）の熱による伸び縮みは、上部に位置する底部開口の周縁部側は大きく、下端側は相対的に低温であるから熱による伸び縮みは小さいが、複数のプレート要素を互いに隙間を空けて周方向（横方向）に連結してシールプレートを形成したことから、隣り合うプレート要素の隙間によって伸び縮み差が吸収することができる。特に、隣り合うプレート要素の連結部は、隣り合うプレート要素が互いに周方向に移動可能に連結部材で締め付けているから、大きな熱伸び差に対応することができる。しかも、複数のプレート要素に分割して形成しているから、局部的な腐食による損傷が発生したプレート要素のみを取り外すことができるので、修理又は交換が極めて容易になる。

上記の課題を解決するため、本発明の第２の態様は、固体燃料を燃焼させる火炉で発生する灰等を排出する底部開口の周縁部から垂下された筒状のシールプレートの下端を、水を張った灰貯留槽の水中に差し込んで前記火炉の内部と外気とを遮断する火炉底部のシール構造において、前記シールプレートは、複数のプレート要素を前記底部開口の周縁部に沿って互いに連結し、上端を前記周縁部に脱着可能に接続して形成され、隣り合う前記プレート要素に亘って炉外側の前記周方向に伸延させて補剛部材を脱着可能に設けてなることを特徴とする。

本発明の第２の態様によれば、複数のプレート要素に分割して周方向に連結して筒状のシールプレートを形成したことから、第１の態様と同様に、隣り合うプレート要素の連結部によって伸び縮み差が吸収される。しかも、隣り合うプレート要素に亘って炉外側の周方向に伸延させて補剛部材（スティフナー）を設けていることから、比較的大きなクリンカが灰貯留槽の貯留水に落下して爆発的に水蒸気が発生しても、補剛部材によりシールプレートの膨らみを防止して、隣り合うプレート要素が炉外側に捲れるのを防止することができる。つまり、補剛部材を設けないと、爆発的な水蒸気圧により、シールプレートが大きく膨らみ、隣り合うプレート要素の連結部が炉外側に捲れるおそれがある。

また、本発明の第１と第２の態様を組み合わせることが好ましい。これにより両者の効果を奏することができる。

本発明の第１と第２の態様において、前記プレート要素は、平板状の板材を用いて形成してもよいが、前記周方向に凹凸を有し、前記周方向に対応する両端に平坦部を有する波板で形成されたものが好ましい。これによれば、波板のプレート要素は、横方向の熱伸び差の吸収性が高いので、一層大型の火炉底部のシール構造に適する。

この場合、前記連結部材は、前記隙間を挟んで隣り合う前記プレート要素の前記平坦部の表裏面にあてがわれた一対のパッキンと、該一対のパッキンを挟んで設けられた一対の帯板と、該一対の帯板を互いに締め付け合う連結手段とを有する構成が好ましい。これによれば、パッキンにより気密が確保されるとともに、プレート要素を互いに周方向に移動させることが可能となる。ここで、連結手段の締め付け力は、下端部の横方向の熱伸びに追従して、隣り合うプレート要素の平坦部がパッキンに対してスライド可能な程度にするのが望ましい。

また、前記補剛部材は、剛性が高い鋼材を用いて形成すればよい。なお、軽量化等が必要な場合は、平板を略Ｕ字形に折り曲げてなる断面を有し、該Ｕ字形の一方の辺部を前記プレート要素の端部の平坦部の外表面と、前記一対のパッキンの一方のパッキンとに挟んで設けられてなることが好ましい。これによれば、薄板の鋼材で形成しても、シールプレートの膨らみを抑える方向の断面係数を大きくすることができる。

さらに、前記補剛部材の固定は、この補剛部材と前記プレート要素の炉外側に突出した凸部とに対応させて形成された貫通孔にボルトを通し、該ボルトに螺合されたナットにより前記プレート要素に締め付けて固定することが好ましい。

本発明によれば、横方向の熱伸び差を吸収でき、かつ部分的に取り外して補修、交換することが容易なシールプレートを備えた火炉底部のシール構造を提供することができる。

本発明の炉底部のシール構造を適用してなる一実施形態のボイラの側面概要構成図である。 図１の炉底部のシール構造の部分を拡大して示す断面図である。 図１のボイラの灰処理装置の正面図である。 本発明の一実施形態のシールプレートの正面の拡大図である。 本発明の一実施形態のプレート要素の連結部の構成図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 図５（ｂ）に示した補剛部材を線ＶＩ−ＶＩから見た図である。 図６に示した連結部の部分拡大図である。

以下、本発明を実施形態に基づいて説明する。

図１〜図３は、それぞれ本発明の炉底部のシール構造を適用してなる一実施形態のボイラの側面の概要構成図、炉底部のシール構造の拡大断面図、灰処理装置の正面図である。それらの図に示すように、ボイラの火炉１は鉄骨構造物２の上方から吊り下げられている。火炉１の炉底部にホッパ部３が形成され、ホッパ部３の開口４の下に灰貯留槽５が設置されている。開口４の周縁部に、開口に沿って筒状の区画部材６が垂下して設けられている。区画部材６は、炉底に開口４の周縁部を包囲して外気と区画する筒状の部材（例えば角筒状の部材）であり、火炉内側から層状に耐火材７と断熱材８が配置され、これらを金属製のケーシング部材９で取り囲んで形成されている。耐火材７と断熱材８の積層部材の下端のケーシング部材９に、角筒状に形成されたシールプレート１０が、平板の接続部材１１を介して脱着可能に垂下して設けられている。シールプレート１０の下端（自由端）は、水が張られた灰貯留槽５の水面１２の下に差し込んで設けられている。

次に、本発明の特徴部に係るシールプレート１０について、図４を参照して説明する。図４に示すように、シールプレート１０は複数Ｎ（Ｎ＝１〜Ｎ）のプレート要素１０_１，１０_２、・・・、１０_Nに分割して形成されている。各プレート要素１０_Nは、それぞれ上端が区画部材６のケーシング部材９の下端に接続部材１１を介して接続され、下端は図２に示したように灰貯留槽５の水面１２に差し込んで設けられている。また、各プレート要素１０_Nは、炉底部の周縁部に沿うケーシング部材９の下端に沿って配列して設けられている。隣り合う２つのプレート要素１０_１、１０_２は、両端が連結部材２０によって脱着可能に連結されている。さらに、隣り合うプレート要素１０_１、１０_２は、連結部材２０に略直交して両側に亘って延在された長手方向を有する補剛部材３０が脱着可能に接続されている。なお、隣り合うプレート要素１０_１、１０_２以外の隣り合うプレート要素も、同様に連結部材２０と補剛部材３０とが設けられていることから、以下、隣り合うプレート要素１０_１、１０_２について説明する。

各プレート要素１０_Nは、図示していないが、接続部材１１を介してボルトなどにより脱着可能に、ケーシング部材９の下端に接続されている。また、連結シールプレート１０の角部は、図示していないが、プレート要素１０_Ｎを折り曲げて形成してもよく、あるいは角部専用のプレート要素を平板を用いて形成し、これに連結する隣のプレート要素１０_Ｎを連結部材２０により連結し、必要に応じて補剛部材３０を設けてもよい。

次に、図５〜図７を参照して、本発明の特徴部について詳細に説明する。隣り合うプレート要素１０_１、１０_２は、図６、図７に示すように、シールプレート１０の周方向に凹凸を有し、周方向に対応する両端に平坦部１４を有する波板で形成されている。そして、互いに隙間１３を挟んで、両端に形成された平坦部１４を対向させて、連結部材２０によって連結されている。連結部材２０は、平坦部１４の表裏面にあてがわれた一対のパッキン２１と、一対のパッキン２１を挟んで設けられた一対の帯板２２と、一対の帯板２２を互いに締め付け合う連結手段であるボルト２３とナット２４を有して形成されている。ここで、ボルト２３とナット２４の締め付け具合は、プレート要素１０_１、１０_２が熱により横方向に伸縮する緩やかな動きに追従して、一対のパッキン２１と一対の帯板２２からなる連結部材２０に対してスライドして移動可能な程度に調整される。

このように連結部材２０を構成することにより、火炉１の開口４の周方向（横方向）の熱伸縮、及びシールプレート１０の上方（固定端）側と下方（自由端）側の熱伸び差に対応して、常に気密性を維持できる。また、補修、交換が必要になったプレート要素１０_Ｎを容易に脱着することができる。

補剛部材３０は、図５（ｂ）に示すように平板を略Ｕ字形（又は、C字形）に折り曲げてなる断面を有し、図６に示すようにＵ字形の一方の辺部をプレート要素１０_１、１０_２の平坦部１４の外表面に接して配置されている。ここで、平坦部１４は、プレート要素１０_１、１０_２の炉外側に突出した凸部の頂面と面一になるように形成することが好ましい。これにより、補剛部材３０のＵ字形の一方の辺部は、連結部材２０の一方のパッキン２１と１０_１、１０_２の平坦部１４とに挟んで配置される。そして、補剛部材３０は、補剛部材３０とプレート要素１０_１、１０_２の炉内側に突出した凸部とに対応させて形成された図示していない貫通孔にボルト３１を通し、ボルト３１に螺合された２つのナット３２によりプレート要素１０_１、１０_２に締め付けて固定される。なお、補剛部材３０を固定するボルト３１が挿通される貫通孔の気密シールは、適宜パッキンを装着して行う。また、補剛部材３０の固定方法は、ボルト３１とナット３２による方法に限られるものではない。

補剛部材３０の設置位置は、隣接するプレート要素１０_１、１０_２の下端が、火炉１が熱により下方に伸びた際も、冷えて上方に収縮した際も、灰貯留槽５の水面１２より上方となる位置で、かつ脱着の容易な炉外側に設置する。

本実施形態によれば、隣り合うプレート要素１０_１、１０_２に亘って炉外側の周方向に伸延させて補剛部材（スティフナー）３０を設けたことから、比較的大きなクリンカが灰貯留槽の貯留水に落下して爆発的に水蒸気が発生しても、補剛部材３０によりシールプレート１０の膨らみを防止して、隣り合うプレート要素１０_１、１０_２が炉外側に捲れるのを防止することができる。つまり、補剛部材３０を設けないと、爆発的な水蒸気圧により、シールプレート１０が大きく膨らみ、隣り合うプレート要素１０_１、１０_２の連結部が炉外側に捲れるおそれがある。

さらに付け加えると、火炉１の上方の伝熱管や炉壁に灰やクリンカが付着すると、伝熱を阻害するので、時々、蒸気式等のスートブロワー等により、これらを吹き飛ばし、炉底に落下させて、灰処理装置を介して炉外に取り出すようしている。近年、燃料である石炭の炭種拡大に伴い、粘結性の強い灰成分を含有する石炭、強粘結性炭が使用される機会が増大している。そのような強粘結性炭から生じた大きなクリンカの塊が貯留水に落下した際には、急激な圧力上昇（水蒸気爆発）を引き起こす可能性がある。さらに、強粘結性炭の燃焼に伴って生成するクリンカのみならず、ユーティリティ低減の観点からスートブロワー等の使用頻度を少なくすると、大きく成長したクリンカが大量に落下してくる場合も想定される。

なお、上記実施形態は、プレート要素１０_Ｎに波板を適用したが、本発明はこれに限らず、平板状の板材を用い、連結部材２０で連結するようにしてもよい。

以上、本発明を一実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の主旨の範囲で変形又は変更された形態で実施することが可能であることは、当業者にあっては明白なことであり、そのような変形又は変更された形態が本願の特許請求の範囲に属することは明らかである。

１ 火炉
３ ホッパ部
４ 開口
５ 灰貯留槽
６ 区画部材
９ ケーシング
１０ シールプレート
１０_Ｎ プレート要素
１３ 隙間
２０ 連結部材
２１ パッキン
２２ 帯板
３０ 補剛部材

Claims (8)

1. 固体燃料を燃焼させる火炉で発生する灰等を排出する底部開口の周縁部から垂下された筒状のシールプレートの下端を、水を張った灰貯留槽の水中に差し込んで前記火炉の内部と外気とを遮断する火炉底部のシール構造において、
   前記シールプレートは、複数のプレート要素を互いに隙間を空けて前記底部開口の周縁部の周方向に沿って連結し、前記プレート要素の上端を前記周縁部に脱着可能に接続して形成され、
   隣り合う前記プレート要素の連結部は、前記プレート要素を互いに前記周方向に移動可能に締め付ける連結部材を備えることを特徴とする火炉底部のシール構造。
2. 固体燃料を燃焼させる火炉で発生する灰等を排出する底部開口の周縁部から垂下された筒状のシールプレートの下端を、水を張った灰貯留槽の水中に差し込んで前記火炉の内部と外気とを遮断する火炉底部のシール構造において、
   前記シールプレートは、複数のプレート要素を前記底部開口の周縁部に沿って互いに連結し、上端を前記周縁部に脱着可能に接続して形成され、
   隣り合う前記プレート要素に亘って炉外側の前記周方向に伸延させて補剛部材を脱着可能に設けてなることを特徴とする火炉底部のシール構造。
3. 固体燃料を燃焼させる火炉で発生する灰等を排出する底部開口の周縁部から垂下された筒状のシールプレートの下端を、水を張った灰貯留槽の水中に差し込んで前記火炉の内部と外気とを遮断する火炉底部のシール構造において、
   前記シールプレートは、複数のプレート要素を互いに隙間を空けて前記底部開口の周縁部の周方向に沿って連結して、前記プレート要素の上端を前記周縁部に脱着可能に接続して形成され、
   隣り合う前記プレート要素の連結部は、前記プレート要素が互いに前記周方向に移動可能に締め付ける連結部材を有し、
   隣り合う前記プレート要素に亘って炉外側の前記周方向に伸延する補剛部材が脱着可能に設けられてなることを特徴とする火炉底部のシール構造。
4. 前記プレート要素は、前記周方向に凹凸を有し、前記周方向に対応する両端に平坦部を有する波板で形成されてなることを特徴とする請求項３に記載の火炉底部のシール構造。
5. 前記連結部材は、前記隙間を挟んで隣り合う前記プレート要素の前記平坦部の表裏面にあてがわれた一対のパッキンと、該一対のパッキンを挟んで設けられた一対の帯板と、該一対の帯板を互いに締め付け合う連結手段とを有してなることを特徴とする請求項３に記載の火炉底部のシール構造。
6. 前記補剛部材は、平板を略Ｕ字形に折り曲げてなる断面を有し、該Ｕ字形の一方の辺部を前記プレート要素の端部の平坦部の外表面と、前記一対のパッキンの一方のパッキンとに挟んで設けられてなることを特徴とする請求項５に記載の火炉底部のシール構造。
7. 前記補剛部材は、該補剛部材と前記プレート要素の炉外側に突出した凸部とに対応させて形成された貫通孔にボルトを通し、該ボルトに螺合されたナットにより前記プレート要素に締め付けて固定されていることを特徴とする請求項６に記載の火炉底部のシール構造。
8. 固体燃料を燃焼させる火炉と、
   前記火炉の下方に設けられ、該火炉内で発生した灰、クリンカ等を受けて排出する灰処理装置と、
   前記火炉と前記灰処理装置との間に設けられる請求項１乃至７のいずれか１項に記載の火炉底部のシール構造とを備えていることを特徴とするボイラ。
   

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