JP2680514B2 - ボイラ用高温ウインドボックス - Google Patents

ボイラ用高温ウインドボックス

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JP2680514B2
JP2680514B2 JP4283258A JP28325892A JP2680514B2 JP 2680514 B2 JP2680514 B2 JP 2680514B2 JP 4283258 A JP4283258 A JP 4283258A JP 28325892 A JP28325892 A JP 28325892A JP 2680514 B2 JP2680514 B2 JP 2680514B2
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

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  • Air Supply (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高温用ウインドボック
スに係り、特にガスタービン排ガスをボイラの燃焼用空
気として利用する排気再燃ボイラに用いられるボイラ用
高温ウインドボックスに関するものである。
【0002】
【従来の技術】図7は、従来の排ガス再循環燃焼法を採
用したボイラの概略系統図である。図において空気ダク
ト1内の燃焼用空気は押込通風機2にて昇圧され空気予
熱器3で排ガスダクト4の排ガスによって加熱された
後、燃焼用空気系統5よりウインドボックス6を経てバ
ーナ7へ供給される。
【0003】一方、ボイラ火炉8内で燃焼した排ガスは
排ガスダクト4の空気予熱器3でその排熱が回収され誘
引通風機9、煙突10から大気へ放出される。他方、排
ガスダクト4の排ガスの一部は排ガス再循環ファン11
で昇圧され排ガス再循環ダクト12からボイラ火炉8へ
供給される。以上は燃焼用空気、排ガスの一般的な流動
状態を説明したものであるが、燃焼用空気はウインドボ
ックス6内で各バーナ7に分配される。
【0004】図6は図7のウインドボックスを拡大した
側断面図で、図においてはバーナは省略している。図6
において、6はウインドボックス、8はボイラ火炉で図
7のものと同一のものを示す。13はボイラ火炉8を囲
む炉壁管であり、これは水または水と蒸気の混合体が流
れる冷却管を所定間隔で配置し、冷却管どうしの間を薄
い鋼板で溶接接続したリブドチューブ構造としている。
14は炉壁管13を支持するアンカー金具であり、炉壁
管部とは溶接などにより接合されている。15は図示し
ていないバーナやウインドボックス6の重量を支持する
内側ポスト、16は内側ポスト15をボイラ鉄骨などの
支持体から吊り下げるハンガー、17は内側ポスト15
に取り付けられた炉壁支持金具であり、炉壁管部を摺動
自在に支持し、炉壁管が火炉内圧で膨張するのを支持す
る。19はダイアゴナル、20は外側ポスト、21はケ
ーシング、22は外部保温材である。
【0005】このような構造において、図示していない
バーナの重量やウインドボックス6の重量は内側ポスト
15、水平トラス18、ダイアゴナル19および外側ポ
スト20からなる構造物に支持され、これらの構造物は
ハンガー16によって吊り下げられ、上、下方向の伸び
を吸収できる構造になっている。このように従来のウイ
ンドボックス6内には図7でも説明したように空気予熱
器3で予熱された燃焼用空気系統5からの燃焼用空気が
供給されるが、これらの燃焼用空気の温度は最大350
℃前後である。一方、ウインドボックス6やウインドボ
ックス6が取付けられている炉壁管13の温度は400
℃程度で温度が比較的低く、かつ両者の温度差も比較的
少なく約50℃程度である。ところが、ボイラの高効率
化を計るために、排気再燃ボイラが脚光をあびるように
なった。
【0006】図8は排気再燃ボイラの概略系統図であ
る。図8において、23はガスタービン、24はガスタ
ービン排ガスダクト、25は給水ヒータである。つま
り、図7の従来技術のボイラ概略系統図にガスタービン
23、ガスタービン排ガスダクト24および給水ヒータ
25を追加して設置したものである。図8において、ガ
スタービン23の排ガスをウインドボックス6に供給し
て、これをボイラの燃焼用空気として再使用し、ガスタ
ービン23の排ガス中のO2 を有効利用するとともに排
ガス顕熱を回収することによって、ガスタービン23に
よる発電と、図示していない蒸気タービンによる発電を
行なって高効率化を計るものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来技術のウインドボ
ックス6に、ガスタービン23からの600℃近い高温
ガスを供給すると、図6に示すケーシング21、内側ポ
スト15、外側ポスト20等が600℃前後の高温ガス
にさらされて600℃近い高温に加熱される。一方、炉
壁管13は内部流体によって冷却されるので400℃前
後である。したがって、ウインドボックス6と、炉壁管
13の取合部には約200℃の温度差が生じ、この大き
な温度差によって過大な熱応力が生じ、ケーシング21
に亀裂が発生し、高温ガスがウインドボックス6から流
出する危険性がある。
【0008】本発明はかかる従来技術の欠点を解消しよ
うとするもので、その目的とするところは、高温ガスに
よる炉壁管とウインドボックスの温度を下げ、炉壁管、
高温ガス、ウインドボックスとの温度差による熱応力を
低減することができるボイラ用高温ウインドボックスを
提供するにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本願の第1の発明は、ボイラ炉壁管の外側にバーナ用ウ
インドボックスの自重を支持する内側ポストと外側ポス
トを間隔をあけて縦位置に配置し、両ポストを一つ以上
水平トラスで連結し、かつケーシングと外部保温材で
覆った内部空間内に燃焼用空気を供給するものにおい
て、前記水平トラスの両端を内側弦材と外側弦材で構成
し、内側ポストと内側弦材を内側ガセットプレートによ
り、外側ポストと外側弦材を外側ガセットプレートによ
りそれぞれルーズに連結したことを特徴とするボイラ用
高温ウインドボックスに関する。
【0010】第2の発明は、ボイラ炉壁管の外側にバー
ナ用ウインドボックスの自重を支持する内側ポストと外
側ポストを間隔をあけて縦位置に配置し、両ポストを
つ以上の水平トラスで連結し、かつケーシングと外部保
温材で覆った内部空間内に燃焼用空気を供給するものに
おいて、前記水平トラスの両端を両ポストとルーズに連
結し、水平トラスと内側ポストを内包し外側ポストを外
側になるようにケーシングを設け、ケーシングの内側を
内部断熱材、外側ポストとケーシングの外側を外部断熱
材で被覆したことを特徴とするボイラ用高温ウインドボ
ックスに関する。
【0011】第3の発明は、ボイラ炉壁管の外側にウイ
ンドボックスの自重を支持する内側ポストと外側ポスト
を間隔をあけて縦位置に配置し、両ポストを一つ以上の
水平トラスで連結し、かつケーシングと外部保温材で
った内部空間内に燃焼用空気を供給するものにおいて、
前記水平トラスの両を両ポストとルーズに連結し、水
平トラスと両ポストを内包するようにケーシングを設
、ケーシングの内側面と外側ポストを内部断熱材で、
かつケーシングの外側面を外部断熱材で被覆したことを
特徴とするボイラ用高温ウインドボックス。
【0012】第4の発明は、上記第1、2または3の発
明において、ケーシングに伸び差吸収用エキスパンショ
ン部を設けたことを特徴とするボイラ用高温ウインドボ
ックスに関する。
【0013】
【作用】ケーシングおよび外側ポストは直接ウインドボ
ックス内の高温ガスに触れないので、ケーシングおよび
外側ポストは高温になることがなく、ケーシングとボイ
ラ炉壁管部との温度差の拡大によって生じる熱応力を
ぐことができ、ケーシングの破損を防止できる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図1はウインドボックスの斜視図、図2は図1のウ
インドボックスの外面拡大図、図3は図2の水平断面
図、図4は図3の拡大図、図5は他の実施例を示すウイ
ンドボックスの側面拡大図である。
【0015】図1から図5において、符号6から符号2
2までは従来のものと同一のものを示す。26は内側ポ
スト15に溶接等により取付けられた内側ガセットプレ
ート、27は外側ポスト20に溶接等により取付けられ
た外側ガセットプレート、28は内側ガセットプレート
26に回転可能に支持された内側弦材、29は外側ガセ
ットプレート27に回転可能に支持された外側弦材、3
0は内側弦材28に溶接された内側プレート、31は外
側弦材29に溶接された外側プレート、32はケーシン
グ21と外側ポスト20を内張した内部断熱材、33は
エキスパンション、34、35はそれぞれ内側プレート
30、外側プレート31に設けられた内側孔、外側孔、
37は斜材である。なお、水平トラス18は内側プレー
ト30、外側プレート31、内側弦材28、外側弦材2
9および斜材37によって構成されている。
【0016】このような構造において、図1に示すウイ
ンドボックス6は、バーナ7に燃焼用空気を導くため
と、バーナ7を支持する目的でボイラ火炉8の外周囲に
取付けられている。内側ポスト15、外側ポスト20、
水平トラス18、ダイアゴナル19は、バーナ7および
ウインドボックス6の自重の支持、ボイラ火炉8および
ウインドボックス6の内圧の支持と地震時の水平力支持
部材である。これらウインドボックス6の全体重量は、
ダイアゴナル19により内側ポスト15に伝達され、そ
の上部のハンガー16で図示していない炉壁や鉄骨によ
り支持される。
【0017】また、内側ポスト15に取付けられた内側
ガセットプレート26と外側ポスト20に取付けられた
外側ガセットプレート27は図4に最もよく示されてい
るように内側プレート30の内側孔34、外側プレート
31の外側孔35でボイラ火炉8と左右方向にスライド
して伸び差を吸収し、上下方向には図2のアンカー金具
14を起点にして、アンカー金具14より上方のウイン
ドボックス6は上方へ、アンカー金具14より下方のウ
インドボックス6は下方へ伸びる構造になっている。
【0018】つまり、図2に示すごとく、ウインドボッ
クス6は、内部断熱材32によって内張され外側ポスト
20をケーシング21の外面側に配置することにより、
外部断熱材22と内部断熱材32によりケーシング21
および外側ポスト20の温度は、炉壁管13の温度にほ
ぼ等しくなり、アンカー金具14を起点としたウインド
ボックス6の上下方向に伸び差の少ない構造となる。
【0019】一方、内側ポスト15、水平トラス18お
よび炉壁支持金具17は、ガスタービンからの排ガスに
さらされて高温になり、ケーシング21の天井および底
面との間で、前後方向に生じる伸び差は、炉壁管13の
取合部のケーシング21の曲げ部の変形により吸収させ
る。また、内側ポスト15と外側ポスト20の上下方向
伸び差は、水平トラス18の外側弦材29を支点に外側
弦材29の回転により内側ポスト15側が図2の一点鎖
線で示すように伸びることによってその伸び差は吸収さ
れる。
【0020】このように図2から図5に示す高温ウイン
ドボックスにおいては、左右方向には図4で示す内側孔
34、外側孔35内で内側ガセットプレート26、外側
ガセットプレート27が移動することによって高温ウイ
ンドボックス6の左右方向の伸び差が吸収でき、高温ウ
インドボックス6の上下方向の伸びは図2のアンカー金
具14を起点に図2の一点鎖線で示すようにアンカー金
具14より上側のウインドボックス6は上方へ、アンカ
ー金具14より下側のウインドボックス6は下方へそれ
ぞれ伸びる構造になっているので、ウインドボックス6
内に高温ガスが供給されてもその伸び差は吸収できる。
【0021】なお、図2に示した実施例では外側ポスト
20をケーシング21の外側に配置しているので、ケー
シングの内部断熱材の施工の容易性という利点がある
が、本発明はこのような実施例に限定されるものではな
く、外側ポストをケーシングの内側に設け、ケーシング
の内側と外側ポストを内部断熱材で被覆し、ケーシング
の外側を外部断熱材で覆ってもよい。
【0022】本発明の他の実施例を図5に示す。本実施
例は、内側ポスト15、水平トラス18、炉壁支持金具
17とケーシング21との前後方向伸び差が特に大きい
場合にはケーシング21にエキスパンション33を設
け、このエキスパンション33によって伸び差を吸収さ
せる構造にしたもので、他の説明は図2から図4のもの
と同一である。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、ケーシングの内側に断
熱材を張り、かつ外側ポストを断熱材で覆うか、または
ケーシングの外面側に配置することにより、ケーシング
および外側ポストの温度を炉壁管の温度に近づけ、温度
差を低減してケーシングの熱応力による破損を防止する
効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るボイラ用ウインドボックスの斜視
図。
【図2】本発明の実施例に係るウインドボックスの側断
面図。
【図3】図2の水平断面図。
【図4】図3の拡大図。
【図5】本発明の他の実施例図。
【図6】、
【図7】従来技術の説明図。
【図8】本発明を適用するボイラの概略系統図。
【符号の説明】
1…空気ダクト、2…押込通風機、3…空気予熱器、4
…排ガスダクト、5…燃焼用空気系統、6…ウインドボ
ックス、7…バーナ、8…ボイラ火炉、9…誘引通風
機、10…煙突、11…再循環ファン、12…排ガス再
循環ダクト、13…炉壁管、14…アンカー金具、15
…内側ポスト、16…ハンガー、17…炉壁支持金具、
18…水平トラス、19…ダイアゴナル、20…外側ポ
スト、21…ケーシング、22…外部断熱材、23…ガ
スタービン、24…ガスタービン排ガスダクト、25…
給水ヒータ、26…内側ガセットプレート、27…外側
ガセットプレート、28…内側弦材、29…外側弦材、
30…内側プレート、31…外側プレート、32…内部
断熱材、33…エキスパンション、34…内側孔、35
…外側孔、37…斜材。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ボイラ炉壁管の外側にバーナ用ウインド
    ボックスの自重を支持する内側ポストと外側ポストを
    隔をあけて縦位置に配置し、両ポストを一つ以上の水平
    トラスで連結し、かつケーシングと外部保温材で覆った
    内部空間内に燃焼用空気を供給するものにおいて、前記
    水平トラスの両端を内側弦材と外側弦材で構成、内側
    ポストと内側弦材を内側ガセットプレートにより、外側
    ポストと外側弦材を外側ガセットプレートによりそれぞ
    れルーズに連結したことを特徴とするボイラ用高温ウイ
    ンドボックス。
  2. 【請求項2】 ボイラ炉壁管の外側にバーナ用ウインド
    ボックスの自重を支持する内側ポストと外側ポストを間
    隔をあけて縦位置に配置し、両ポストを一つ以上の水平
    トラスで連結し、かつケーシングと外部保温材で覆った
    内部空間内に燃焼用空気を供給するものにおいて、前記
    水平トラスの両を両ポストとルーズに連結し、水平ト
    ラスと内側ポストを内包し外側ポストを外側になるよう
    にケーシングを設け、ケーシングの内側を内部断熱材、
    外側ポストとケーシングの外側を外部断熱材で被覆した
    ことを特徴とするボイラ用高温ウインドボックス。
  3. 【請求項3】 ボイラ炉壁管の外側にウインドボックス
    の自重を支持する内側ポストと外側ポストを間隔をあけ
    縦位置に配置し、両ポストを一つ以上の水平トラスで
    連結し、かつケーシングと外部保温材で覆った内部空間
    内に燃焼用空気を供給するものにおいて、前記水平トラ
    スの両を両ポストとルーズに連結し、水平トラスと両
    ポストを内包するようにケーシングを設け、ケーシング
    の内側面と外側ポストを内部断熱材で、かつケーシング
    の外側面を外部断熱材で被覆したことを特徴とするボイ
    ラ用高温ウインドボックス。
  4. 【請求項4】 請求項1、2または3において、ケーシ
    ングに伸び差吸収用エキスパンション部を設けたことを
    特徴とするボイラ用高温ウインドボックス。
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