JP2783619B2 - 石炭燃焼ボイラの免震形支持構造および免震形支持方法 - Google Patents

石炭燃焼ボイラの免震形支持構造および免震形支持方法

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は石炭焚ボイラ支持構造に係り、特に耐震性の
向上に好適な石炭焚ボイラ支持構造物に関する。
〔従来の技術〕
従来のボイラ支持構造では石炭焚の場合は第4図、そ
の他の場合は第6図に示すように、ボイラ1あるいは石
炭バンカ3に作用する水平方向地震荷重は、剛な結合部
材であるサイスミックタイ9あるいはバンカ固定部材11
によりボイラ支持建屋2あるいはバンカ支持建屋4に伝
達する構造となっている。これに対し、発明者の発明に
かかる特願昭63−305527号において、第5図に示すよう
に、サイスミックタイ9よりも剛性が小さく、かつ地震
エネルギ吸収機能を有する免震デバイス、例えばオイル
ダンパ、摩擦ダンパ等を介してボイラ1とボイラ支持建
屋2の間を結合する方法を提案した。しかし、最近ます
ます大型化し、1000MW級以上の規模のプラントも計画さ
れつつある石炭焚ボイラにおいては、石炭満杯時の石炭
バンカ3に重量がボイラ本体1の重量とほぼ等しくなる
ことがある。
第1表は、ボイラ本体に対する支持家屋、石炭満杯時
のバンカ本体、補機等の重量比を石炭焚とそれ以外の場
合について示したものである。
第1表において、石炭満杯時の石炭バンカの重量がボ
イラ本体の重量とほぼ等しくなっている。このために、
第3図に示すように、石炭焚ボイラにおいて、ボイラ1
のみに免震対策を施した場合、石炭焚以外のボイラに比
べて免震構造の効果が小さいこと、また、石炭バンカ3
の重量が貯炭量に応じて変化し、従ってボイラ構造物全
体としての振動特性が変動するという石炭焚ボイラ特有
の現象に対する考慮がなされていないことの2点で問題
が残っていた。
前述のように石炭焚ボイラが大型化する傾向にあるこ
と、他の燃料のボイラに比べて大きな火炉を必要とする
ため、構造的にも大型化せざるを得ないこと(1000MW級
のボイラ構造物の高さの観点から見ると、例えば重油焚
では高さが65m程度であるのに対し、石炭焚では約90mと
なる)、また敷地難から埋立地などの軟弱地盤上への建
設のケースが増加することなどを考えると、上記の2点
の問題は建設のためのコスト(特に杭、コンクリートマ
ット等の基礎構造)、耐震信頼性の両面から重要な課題
として残されていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記技術は石炭焚ボイラにおける石炭バンカの重量と
その変動に対する配慮がなされておらず、十分な免震効
果が期待できないという問題があった。本発明の目的
は、石炭焚ボイラにも適用可能な免震形ボイラ構造およ
び免震形支持方法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記した技術の課題は、伝熱管で構成した水壁で囲繞
されたボイラ本体と、該ボイラ本体を吊持する鉄骨構造
のボイラ支持建屋と、ボイラへ供給する石炭を貯蔵する
石炭バンカと、該石炭バンカを支持し、前記ボイラ支持
建屋と鉄骨構造の一部を共有する石炭バンカ支持建屋か
らなる石炭燃焼ボイラの免震形支持構造体において、前
記ボイラ本体の重心位置か、それより上部と前記ボイラ
支持建屋とを結合する免震デバイスを1箇所以上設ける
と共に、前記石炭バンカの重心位置か、それより上部と
前記石炭バンカ支持建屋とを結合する免震デバイスを1
箇所以上設けたことを特徴とする石炭燃焼ボイラの免震
形支持構造体、 伝熱管で構成した水壁で囲繞されたボイラ本体と、該
ボイラ本体を吊持する鉄骨構造のボイラ支持建屋と、ボ
イラへ供給する石炭を貯蔵する石炭バンカと、該石炭バ
ンカを支持する鉄骨構造の石炭バンカ支持建屋からなる
石炭燃焼ボイラの免震形支持構造体において、前記ボイ
ラ本体の重心位置か、それより上部と前記ボイラ支持建
屋とを結合する免震デバイスを1箇所以上設けると共
に、前記石炭バンカ支持建屋と前記ボイラ支持建屋とを
結合する免震デバイスを1箇所以上設けたことを特徴と
する石炭燃焼ボイラの免震形支持構造体、および 伝熱管で構成した水壁で囲繞されたボイラ本体を鉄骨
構造のボイラ支持建屋で吊持し、ボイラへ供給する石炭
を貯蔵する石炭バンカを、前記ボイラ支持建屋と鉄骨構
造の一部を共有する石炭バンカ支持建屋で支持する石炭
燃焼ボイラの免震形支持方法において、前記ボイラ本体
の重心位置か、それより上部と前記ボイラ支持建屋とを
免震デバイスを介して結合すると共に、前記石炭バンカ
の重心位置か、それより上部と前記石炭バンカ支持建屋
とを特性が可変の免震デバイスを介して結合し、石炭バ
ンカ内の石炭量に基いて前記石炭バンカの免震デバイス
の特性を制御することを特徴とする石炭燃焼ボイラの免
震形支持方法により解決される。
本発明において、石炭バンカと石炭バンカ支持建屋と
を結合する免震デバイスが、特性が可変の免震デバイス
であることが好ましい。
〔実施例〕
本発明の具体的な実施例を第1図により説明する。図
においてボイラ1と石炭バンカ3は低剛性でかつ地震エ
ネルギ吸収機能を有する免震デバイス8を介してそれぞ
れの支持建屋に結合されている。免震デバイスとして
は、オイルダンパ、摩擦ダンパ、塑性ダンパ等がある。
次に免震デバイス8の配置について述べる。石炭バン
カ3はその形状から重量分布は上方に行くほど大きくな
る。これに対応して免震デバイス8は重心位置か、それ
よりも上方に配置し、下方は従来の高剛性を有するバン
カ固定部材11で拘束する。このようにすることにより、
地震時の石炭バンカ3とバンカ支持建屋4間の相対変位
は上部で大、下部で小となる。特に石炭バンカ3の下端
は石炭粉砕機に配管で結合しているため、相対変位を拘
束する必要がある。石炭バンカ3の自重は従来通りバン
カ固定部材11を介してバンカ支持建屋4で支持する。ま
た、ボイラ1についてもスーパーヒータ、リヒータ等の
伝熱管やヘッダの存在のため重量分布が上部に行くほど
大きくなるため、サイスミックタイ9および免震デバイ
ス8の配置は石炭バンカ3の場合と同様である。
また、石炭バンカ3の貯炭量の変動によりボイラ構造
物全体としての振動特性が変化し、従って免震効果も変
動することになる。これに対処するためには石炭バンカ
3に対しては、免震デバイス8の代わりにその特性が可
変で制御可能な免震デバイス10(可制御型免震デバイ
ス、図示せず)を使用し、その特性(剛性、減衰性能)
を貯炭量に応じて制御することが必要となる。このよう
なデバイスの一例として、減衰可変オイルダンパがあ
る。
本発明になるボイラ免震構造による地震応答低減のメ
カニズムを振動モードの考え方を用いて説明する。第9
図は従来構造における振動モードを示す。石炭バンカ3
0、バンカ建屋31、ボイラ建屋32およびボイラ33を上下
方向の線分で示し、各々点線の位置が基準線(変形なし
の状態)を示す。また簡単のためにボイラとボイラ支持
建屋間、石炭バンカとバンカ支持建屋間の結合位置は上
下2か所とする。従来構造では上下の結合とも免震デバ
イスの5〜10倍の高剛性を有するサイスミックタイ34、
バンカ固定部材36を使用しているため、石炭バンカ30、
バンカ支持建屋31、ボイラ33およびボイラ支持建屋32の
4つの構造物が同一方向に変形している。これは、大重
量構造物であるボイラ33および石炭バンカ30に作用する
地震荷重がそのままボイラ建屋32、バンカ支持建屋31に
作用していることを示している。
これに対し、本発明になる免震構造では第10図に示す
ように、第9図の基本振動モードに対応する2つの振動
モードが生じる。つまり、ボイラ33の変形が卓越する1
次モードと石炭バンカ30の変形が卓越する2次モードに
分離される。その場合の地震応答は、以下の理由により
低減される。
(1)第10図の2つの振動モードでは、ボイラ33と石炭
バンカ30が各々逆位相で運動し、相互に運動を抑制する
方向に作用する。
(2)ボイラ33ボイラ支持建屋32間、石炭バンカ30バン
カ支持建屋31間の相対変形により、免震デバイス35のタ
イプに応じた粘性、摩擦あるいは塑性等のメカニズムに
より地震エネルギーが吸収される(熱エネルギーに変換
される)。従って構造物としての減衰性能が向上する。
(3)2つの振動モードの固有振動数が一般に異なるた
め、これらの振動モード間での位相差が生じ、相互に打
消し合う。
次に実際の地震応答について、支持建屋に作用するせ
ん断力とモーメント荷重のシミュレーション結果を述べ
る。支持建屋の構造は主にせん断力によって決定され
る。また高さ0m(基礎上)でのモーメントは転倒モーメ
ントと呼ばれ、主にこの値に基づいて杭、コンクリート
マット等の基礎の構造が決定される。まず第8図は石炭
焚以外のボイラにおける地震応答を示し、B0は第6図の
従来構造、B1は第5図の免震支持構造の地震応答を示
す。せん断力、モーメントとも顕著な差異があり、特に
転倒モーメントは免震構造の採用により、約45%小さく
なっている。次に本発明の対象となる石炭焚ボイラの場
合を第7図に示す。A0は第4図の従来の支持構造、A1
第3図のようにボイラのみを免震構造にした場合を示
し、A2は第1図〜第2図のように本発明になる、ボイ
ラ、石炭バンカの両者を免震構造にした場合について比
較して示している。A1では免震効果はあるものの、第8
図の石炭焚以外のボイラの場合に比べてその効果は小さ
いが、本発明になる第1図、第2図の支持構造について
の特性A2あるいはA2′では石炭焚以外のボイラの場合と
ほぼ同様の免震効果が得られる。
以上は石炭がバンカ3に満杯の状態を想定したもので
あるが、以下、石炭の量が変動した場合の石炭バンカ3
−バンカ支持建屋4間の免震デバイス10の制御方法につ
いて、簡単のために1質点モデルにより考察する。可制
御型免震デバイス10として前述のオイルダンパの使用を
仮定する。従って、運動方程式 m+cx+k=−m (1) ここにm:質量 c:減衰係数 k:剛性係数 0:地震入力加速度 x:地震応答変位 において、mが変化した場合の適切なcの値を設定する
ことになる。ここで、地震入力に対する地震応答変
位xの周波数応答関数G(w)は、 であり、その最大値は となる。従ってkを一定とした場合、mが変化してもGm
axを一定に保つには、 C∝m3/2 (4) の関係を保つようにすればよい。つまり、貯炭量に対し
て(4)式に基づいてオイルダンパの減衰性能を制御す
ることにより、貯炭量の変動にかかわらず最適な免震効
果が保障されることになる。
最後に免震デバイスの特性の設定においては、石炭バ
ンカ3やボイラ1に付属する配管類等の取り合いを考慮
した場合、各々の支持建屋との相対変位は10cm程度以下
となるようによう留意する必要がある。
石炭バンカ3の貯炭量は、バンカを支えるバンカ固定
部材11に荷重計(ロードセル)を取付けて測定する。す
なわち、ロードセルの出力によりバンカ重量mを求め、
(4)式によりその際の最適のcの値を求める。第12図
は第11図のような可変型オイルダンパを使用した免震デ
バイスである。オイルダンパのインナピストンの回転に
より、オイルの流路面積θを変化させることにより、
減衰係数Cをコントロールする。Cとθの関係を第13
図に示す。従って、バンカ重量mをロードセルより求
め、(4)式よりその際の最適なcを算出し、第13図よ
りこのcに対応するθに設定することになる。
本発明の他の実施例を第2図に示す。本実施例は石炭
バンカ3は従来の高剛性なバンカ固定部材11により支持
し、バンカ支持建屋4−ボイラ支持建屋2間を低剛性の
免震デバイス8あるいは可制御型免震デバイス10で結合
するものであり、前述の本発明の実施例と同程度の免震
効果が期待できる。また第1図の場合には、複数台の石
炭バンカ3の免震デバイス8を同時に最適化、または制
御しなければならないが、本例では石炭バンカ3とバン
カ支持建屋4が一体となって運動するため、上記の問題
点が生じず、耐震設計上有利である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、石炭燃焼ボイラの支持構造物におけ
る石炭バンカ支持建屋、ボイラ支持建屋および基礎に作
用する地震荷重の低減の効果があり、鉄骨および基礎構
造の重量低減が達成できるとともに、耐震性の向上に寄
与する。
【図面の簡単な説明】
第1図と第2図は本発明になる石炭燃焼ボイラの支持構
造説明図、第3図と第5図は本出願人の先願に係るボイ
ラ支持構造説明図、第4図と第6図は従来技術になるボ
イラ支持構造説明図、第7図、第8図は地震応答シミュ
レーションデータ説明図、第9図と第10図は振動モード
のシミュレーションデータ図、第11図は本発明で使用す
る免震デバイス用オイルダンパの概要図、第12図はオイ
ルダンパを使った免震デバイスの概要図、第13図は第11
図のオイルダンパの特性説明図である。 1……ボイラ、2……ボイラ支持建屋、3……石炭バン
カ、4……石炭バンカ支持建屋、5……脱硝装置、6…
…空気予熱器、7……ベースマット、8……免震デバイ
ス、9……サイスミックタイ、10……可制御型免震デバ
イス、11……石炭バンカ固定部材、12……吊りボルト。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】伝熱管で構成した水壁で囲繞されたボイラ
    本体と、該ボイラ本体を吊持する鉄骨構造のボイラ支持
    建屋と、ボイラへ供給する石炭を貯蔵する石炭バンカ
    と、該石炭バンカを支持し、前記ボイラ支持建屋と鉄骨
    構造の一部を共有する石炭バンカ支持建屋からなる石炭
    燃焼ボイラの免震形支持構造体において、前記ボイラ本
    体の重心位置か、それより上部と前記ボイラ支持建屋と
    を結合する免震デバイスを1箇所以上設けると共に、前
    記石炭バンカの重心位置か、それより上部と前記石炭バ
    ンカ支持建屋とを結合する免震デバイスを1箇所以上設
    けたことを特徴とする石炭燃焼ボイラの免震形支持構造
    体。
  2. 【請求項2】前記石炭バンカと石炭バンカ支持建屋とを
    結合する免震デバイスが、特性が可変の免震デバイスで
    あることを特徴とする請求項1記載の石炭燃焼ボイラの
    免震形支持構造体。
  3. 【請求項3】伝熱管で構成した水壁で囲繞されたボイラ
    本体と、該ボイラ本体を吊持する鉄骨構造のボイラ支持
    建屋と、ボイラへ供給する石炭を貯蔵する石炭バンカ
    と、該石炭バンカを支持する鉄骨構造の石炭バンカ支持
    建屋からなる石炭燃焼ボイラの免震形支持構造体におい
    て、前記ボイラ本体の重心位置か、それより上部と前記
    ボイラ支持建屋とを結合する免震デバイスを1箇所以上
    設けると共に、前記石炭バンカ支持建屋と前記ボイラ支
    持建屋とを結合する免震デバイスを1箇所以上設けたこ
    とを特徴とする石炭燃焼ボイラの免震形支持構造体。
  4. 【請求項4】伝熱管で構成した水壁で囲繞されたボイラ
    本体を鉄骨構造のボイラ支持建屋で吊持し、ボイラへ供
    給する石炭を貯蔵する石炭バンカを、前記ボイラ支持建
    屋と鉄骨構造の一部を共有する石炭バンカ支持建屋で支
    持する石炭燃焼ボイラの免震形支持方法において、前記
    ボイラ本体の重心位置か、それより上部と前記ボイラ支
    持建屋とを免震デバイスを介して結合すると共に、前記
    石炭バンカの重心位置か、それより上部と前記石炭バン
    カ支持建屋とを特性が可変の免震デバイスを介して結合
    し、石炭バンカ内の石炭量に基いて前記石炭バンカの免
    震デバイスの特性を制御することを特徴とする石炭燃焼
    ボイラの免震形支持方法。
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