JP5851777B2 - ボイラ装置 - Google Patents

Description

本発明は、火力発電プラントなどに用いられる炉幅が例えば１０ｍ以上の大型のボイラ装置に係り、特にケージ壁後部パネル（ボイラ本体）と節炭器バイパスダクトの取り合い構造に関するものである。

図６は、この種ボイラ装置の概略構成図である。図中の符号１は火炉、２はバーナ、３は吊り下げ過熱器、４は吊り下げ再熱器、５は横置き再熱器、６は横置き過熱器、７は節炭器、８はケージ壁後部パネル、９は節炭器バイパスダクト、１５は節炭器出口ダクトであり、各部材は図に示すような配置状態になっている。

火炉ガスＧは、火炉１に設置したバーナ２での燃料の燃焼によって発生した高温ガスであり、吊り下げ過熱器３、吊り下げ再熱器４、横置き再熱器５または横置き過熱器６、節炭器７の順に通過し、節炭器出口ダクト１５を通して流れ、図示しない脱硝装置に供給される経路を通る。

火炉ガスＧは、前記各種熱交換器を通過する際、熱交換器に熱を奪われるため、熱交換器を通過する度に温度が徐々に下がる。ボイラ装置の通常運転時には、ガス温度が低下しても脱硝装置の運用には支障はないが、ボイラ装置の起動時などでは、火炉ガスＧの温度が低いため、通常の節炭器７から節炭器出口ダクト１５を通る経路で火炉ガスＧを流すと、脱硝装置の運転に必要な約２６０〜２８０℃は確保できない。

そこでボイラ装置の起動時に節炭器７による火炉ガスＧの熱吸収を防ぐため、図６に示すように、節炭器７の火炉ガス流れ方向上流側に節炭器バイパスダクト９を設置し、節炭器７を通さないことで火炉ガス温度の低下を防ぎ、脱硝装置に火炉ガスＧを供給している。

この節炭器バイパスダクト９は、ケージ壁後部パネル８に設置されている。すなわち、ケージ壁後部パネル８のメンブレンバー１２（例えば図１０、図１１参照）を部分的に取り除くことでガス取り出し口を形成し、そこに節炭器バイパスダクト９を接続することにより、火炉ガスＧを節炭器バイパスダクト９に送り込む構造になっている。

図７ないし図１１は従来の節炭器バイパスダクト９付近の構造を説明するための図であり、図７はケージ壁後部パネル８と節炭器バイパスダクト９の取り合い構造の側面図、図８は図７のＡ−Ａ矢視図、図９は図８のＢ−Ｂ矢視図である。また、図１０および図１１はケージ壁後部パネル８とバイパスダクト取り合い金具１０の取り合い構造を示す図であり、図１０は図８に示すコーナ部１７の詳細図、図１１は図１０のＤ−Ｄ矢視図である。

図８に示すように、ケージ壁後部パネル８および節炭器バイパスダクト９に設置されているバイパスダクト取り合い金具１０の横幅は、ケージ壁後部パネル８（ボイラ本体）の炉幅Ｗとほぼ同等の大きさとなっている。従って、バイパスダクト取り合い金具１０（節炭器バイパスダクト９）の内側に形成されるガス取り出し口１８（斜線部分）も、ケージ壁後部パネル８（ボイラ本体）の炉幅Ｗとほぼ同等の１６００ｍｍの大きさとなっている。

また図７に示すように、金属製の第１のエキスパンション１１ａが、ケージ壁後部パネル８（ボイラ本体）の近傍、すなわち、バイパスダクト取り合い金具１０と第１の節炭器バイパスダクト９ａの間に配置されおり、第１のエキスパンション１１ａはケージ壁後部パネル８（ボイラ本体）に対して３００ｍｍ程度しか離れていない。

さらに図８ならびに図１０に示すように、バイパスダクト取り合い金具１０の４隅のコーナ部１７は、応力集中し易い角型形状となっている。
また、ケージ壁後部パネル８は後部伝熱管８ａとメンブレンバー１２を交互に組み合わせてパネル状に形成しているため、図１１に示すように平面形状がほぼ波型形状（凹凸形状）になっており、バイパスダクト取り合い金具１０も、ケージ壁後部パネル８の形状に合わせてほぼ波型形状に形成されている。そしてバイパスダクト取り合い金具１０を、ケージ壁後部パネル８の後部伝熱管８ａに直接溶接１９する構造となっている。さらに、バイパスダクト取り合い金具１０の補強部材１４（板状部材）もケージ壁後部パネル８の後部伝熱管８ａに直接溶接１９していた。

図７ならびに図９に示す符号Ｇは火炉ガス、図７に示す符号１１ｂは第１の節炭器バイパスダクト９ａと第２の節炭器バイパスダクト９ｂの間に設置された金属製の第２のエキスパンションである。

なお、ボイラ本体と節炭器バイパスダクトの取り合い構造に関しては、例えば下記特許文献１〜３などを挙げることができる。

実用新案登録第２５１４６２５号公報 実開昭６３−１６７００６号公報 実公平５−４７９２５号公報

従来のボイラ装置は、図８ならびに図９に示すように、節炭器バイパスダクト９ならびにバイパスダクト取り合い金具１０の横幅がケージ壁後部パネル８（ボイラ本体）の横幅（炉幅Ｗ）とほぼ同じ大きさになっている。

ここでボイラ装置の運用（起動）時には、ケージ壁後部パネル８と節炭器バイパスダクト９ならびにバイパスダクト取り合い金具１０との間には温度差があり、さらに節炭器バイパスダクト９、バイパスダクト取り合い金具１０のサイズが大きいため、ケージ壁後部パネル８との間で大きな熱伸び差が発生し、それが節炭器バイパスダクト９とケージ壁後部パネル８のバイパスダクト取り合い金具１０に悪影響を与えている。

また、図１０に示すように、バイパスダクト取り合い金具１０の全てのコーナ部１７は、角型形状となっており応力集中し易い構造になっている。

さらに、図１１に示すように、バイパスダクト取り合い金具１０ならびに補強部材１４が、ケージ壁後部パネル８の後部伝熱管８ａに直接溶接１９しているため、バイパスダクト取り合い金具１０や補強部材１４に割れが発生した場合、ケージ壁後部パネル８の後部伝熱管８ａ側に進展する可能性が高い。

ケージ壁後部パネル８（ボイラ本体）は、図６に示すように上部鉄骨２０より吊り下げられた構造であることから、ボイラ装置の運用（起動）時にはケージ壁後部パネル８（ボイラ本体）に下方向に熱伸びが発生する。

従来のボイラ装置は前述のような構造になっており、節炭器バイパスダクト９（９ａ）のエキスパンション１１（１１ａ）がケージ壁後部パネル８（ボイラ本体）の近傍（３００ｍｍ程度近傍）に設置されているため、前述のケージ壁後部パネル８（ボイラ本体）の熱伸びの影響を大きく受け、エキスパンション１１（１１ａ）が破損するという問題がある。

このようなことから、運用中のボイラ装置では、定期検査毎の点検、検査および補修が必要となり、そのために多大な作業時間と費用を費やしていた。

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、ケージ壁後部パネルと節炭器バイパスダクトの取り合い構造での、熱伸び差に基づく熱応力が低減できる、信頼性の高いボイラ装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の第１の手段は、
上部鉄骨から吊り下げられたケージ壁後部パネルと、
そのケージ壁後部パネルの内側に設置されて流通する火炉ガスとの間で熱交換を行なう節炭器と、
その節炭器を経由した火炉ガスを導入して所定のガス処理を行うガス処理装置と、
前記節炭器の火炉ガス流れ方向上流側におけるケージ壁後部パネルの外側部分に取り付けられて、他端が前記ガス処理装置側に延びた節炭器バイパスダクトを備えて、
前記火炉ガスの温度が低いときは、火炉ガスを前記節炭器には通さないで、前記節炭器バイパスダクトを通して前記ガス処理装置に導入する構成になっているボイラ装置において、
前記ケージ壁後部パネルの外側部分に取り付ける前記節炭器バイパスダクトのガス取り出し口が、ケージ壁後部パネルの炉幅方向において２箇所以上に分割して形成され、
前記ケージ壁後部パネルがメンブレンバーと後部伝熱管を交互に組み合わせてパネル状に形成されると共に、前記メンブレンバーと、そのメンブレンバーの両側に設置された後部伝熱管との間に凹部が形成され、
前記凹部内に溶接部を介して取り付けられるプレート部材と、
前記プレート部材に溶接部を介して固定され、前記節炭器バイパスダクトを前記ケージ壁後部パネルに取り付けるためのバイパスダクト取り合い金具と、を有し、
前記ケージ壁後部パネルのうち前記プレート部材が取り付けられた部分がほぼフラットな状態となるよう形成される、ことを特徴とするものである。

本発明の第２の手段は前記第１の手段において、
前記複数のガス取り出し口が、前記ケージ壁後部パネルの炉幅方向において所定の間隔離して形成されていることを特徴とするものである。

本発明の第３の手段は前記第２の手段において、
前記ケージ壁後部パネルの炉幅方向中央部には前記節炭器バイパスダクトのガス取り出し口は形成されておらず、前記炉幅方向中央部の両側にそれぞれガス取り出し口が形成されていることを特徴とするものである。

本発明の第４の手段は前記第１の手段において、
前記節炭器バイパスダクトが、前記ケージ壁後部パネル側に配置される第１の節炭器バイパスダクトと、前記ガス処理装置側に配置される第２の節炭器バイパスダクトとを備え、
前記第１の節炭器バイパスダクトと第２の節炭器バイパスダクトの間に、非金属製のエキスパンションが介在されていることを特徴とするものである。

本発明の第５の手段は前記第４の手段において、
前記ケージ壁後部パネルと前記非金属製エキスパンションの間が１０００ｍｍ以上離れていることを特徴とするものである。

本発明の第６の手段は前記第１の手段において、
前記節炭器バイパスダクトを前記ケージ壁後部パネルに取り付けるためのバイパスダクト取り合い金具の各コーナ部に応力集中を緩和するための丸みを付けたことを特徴とするものである。

本発明の第７の手段は前記第１の手段において、
前記ガス処理装置が脱硝酸装置であり、前記火炉ガスの温度が低いときが当該ボイラ装置の起動時であることを特徴とするのである。

本発明は前述のような構成になっており、ケージ壁後部パネルと節炭器バイパスダクトの取り合い構造での、熱伸び差に基づく熱応力が低減できる、信頼性の高いボイラ装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係るケージ壁後部パネルと節炭器バイパスダクトの取り合い構造を示す側面図である。 図１のＥ−Ｅ矢視図である。 図２のＦ−Ｆ矢視図である。 ケージ壁後部パネルとバイパスダクト取り合い金具の取り合い構造を示す図であり、図２に示すコーナ部の詳細図である。 図４のＨ−Ｈ拡大矢視図である。 ボイラ装置の概略構成図である。 従来のケージ壁後部パネルと節炭器バイパスダクトの取り合い構造の側面図である。 図７のＡ−Ａ矢視図である。 図８のＢ−Ｂ矢視図である。 ケージ壁後部パネルとバイパスダクト取り合い金具の取り合い構造を示す図であり、図８に示すコーナ部の詳細図である。 図１０のＤ−Ｄ矢視図である。

次に本発明の実施形態を図面とともに説明する。
図１は本発明の実施形態に係るケージ壁後部パネル８と節炭器バイパスダクト９の取り合い構造を示す側面図、図２は図１のＥ−Ｅ矢視図、図３は図２のＦ−Ｆ矢視図である。また、図４および図５はケージ壁後部パネル８とバイパスダクト取り合い金具１０の取り合い構造を示す図であり、図４は図２に示すコーナ部１７の詳細図、図５は図４のＨ−Ｈ拡大矢視図である。

ボイラ装置全体の概略構成は図６とほぼ同じであるので、その図示は省略する。ボイラ装置の起動時に、約２６０〜２８０℃の火炉ガスＧを後流側の脱硝装置に供給するための節炭器バイパスダクト９（９ａ，９ｂ）は、ケージ壁後部パネル８と節炭器出口ダクト１５の間に設置されている。

本発明の実施形態に係る節炭器バイパスダクト構造は、ケージ壁後部パネル８と、節炭器バイパスダクト９と、バイパスダクト取り合い金具１０と、メンブレンバー１２と、ケージ壁後部パネル８とバイパスダクト取り合い金具１０を繋ぐためのフィラプレート１３と、補強部材１４と、非金属製のエキスパンション１６とから主に構成されている。

図１に示すように、節炭器バイパスダクト９は、バイパスダクト取り合い金具１０を介して、ケージ壁後部パネル８に設置されている。各部の取り合い部には、シール溶接が施されている。

第１の節炭器バイパスダクト９ａと第２の節炭器バイパスダクト９ｂの間には、非金属製エキスパンション１６が介在されており、前記第２の節炭器バイパスダクト９ｂの他端部は節炭器出口ダクト１５の途中に接続されている。

図２ならびに図３に示すように、節炭器バイパスダクト９（９ａ，９ｂ）とバイパスダクト取り合い金具１０は、ケージ壁後部パネル８の全幅にわたっては設けられておらず、２箇所以上（本実施形態では２箇所）に分割されている。従って、節炭器バイパスダクト９とバイパスダクト取り合い金具１０の横幅は、ケージ壁後部パネル８（ボイラ本体）の炉幅Ｗの１／２以下の大きさになっている。

従って、ガス取り入れ口１８もケージ壁後部パネル８の炉幅方向に沿って複数に分割され、個々のガス取り入れ口１８は炉幅方向にわたって所定の間隔離れている。本実施形態では図２に示すように、炉幅Ｗ１６０００ｍｍに対してガス取り入れ口１８の横幅は７４００ｍｍとなっている。

なお、節炭器バイパスダクト９とバイパスダクト取り合い金具１０の縦幅は、所定量の火炉ガスＧを脱硝装置に送り込まなくてはいけないため、従来の節炭器バイパスダクト９とバイパスダクト取り合い金具１０の縦幅とほぼ同寸かあるいは若干大きく設計されている。

このように節炭器バイパスダクト９とバイパスダクト取り合い金具１０を横幅方向にわたって複数に分割することにより、ケージ壁後部パネル８と節炭器バイパスダクト９（９ａ，９ｂ）の熱伸び差を小さくして、節炭器バイパスダクト９（９ａ，９ｂ）ならびにバイパスダクト取り合い金具１０に発生する熱応力の低減を図っている。

本実施形態では図２ならびに図３に示すように、ケージ壁後部パネル８の炉幅方向中央部２１には節炭器バイパスダクト９のガス取り出し口１８は形成されておらず、前記炉幅方向中央部２１の両側にそれぞれガス取り出し口１８が形成されている。従って、ケージ壁後部パネル８の炉幅方向中央部２１には、ケージ壁後部パネル８が残ったままの状態になっている。

火炉ガスＧは、ボイラ本体の炉幅方向中央部２１において流れ易く、流速が速く、ガス温度も高い傾向にある。そのため、図８に示すように従来の構造では、節炭器バイパスダクト９のガス取り出し口１８の横幅がボイラ本体の炉幅Ｗとほぼ同等の大きさであるため、前述の火炉ガスＧの流速分布や温度分布を殆どそのまま維持した状態で脱硝装置内に流れ込むから、十分な脱硝効率が得られないという問題がある。

これに対して本実施形態では、ケージ壁後部パネル８の炉幅方向中央部２１には節炭器バイパスダクト９のガス取り出し口１８を形成しないで、ケージ壁後部パネル８を残しておき、その炉幅方向中央部２１の両側にガス取り出し口１８を形成している。

そのためボイラ本体の炉幅方向中央部２１を流れていた火炉ガスＧが、前記炉幅方向中央部２１のケージ壁後部パネル８部分に衝突して左右に拡がり、ボイラ本体の炉幅方向両側部を流れていた火炉ガスＧと混合しながらガス取り出し口１８に流れ込む。そのため流速分布や温度分布がなくなった火炉ガスＧを脱硝装置内に送り込むことができるから、高い脱硝効率が得られる。

また、図４に示すように、バイパスダクト取り合い金具１０は、四隅のコーナ部１７を全て丸味を有する形状（Ｒ型形状）とすることで、コーナ部１７における応力集中の低減を図っている。

前記ケージ壁後部パネル８は、メンブレンバー１２と後部伝熱管８ａを交互に組み合わせてパネル状に形成したものであり、図５に示すように、メンブレンバー１２と、そのメンブレンバー１２の両側に設置された後部伝熱管８ａによって凹部が形成されている。

本実施形態では、図５に示すように、前記凹内に平板状のフィラプレート１３を挿入して、メンブレンバー１２にフィラプレート１３を溶接で取り付け、バイパスダクト取り合い金具１０の取り付け部をほぼフラットな状態にする。そして、フィラプレート１３にバイパスダクト取り合い金具１０を溶接して取り付け、後部伝熱管８ａとバイパスダクト取り合い金具１０との直接溶接を避けている。

図５中の符号１９は、バイパスダクト取り合い金具１０とフィラプレート１３の溶接部を示している。このようにすれば、前記溶接部１９に割れが発生してもそれがケージ壁後部パネル８の後部伝熱管８ａ側に進展することはない。

また補強部材１４についても前述と同様で、図４に記すように、補強部材１４の設置位置での、メンブレンバー１２と、そのメンブレンバー１２の両側に設置された後部伝熱管８ａによって形成される凹部内に平板状のフィラプレート１３を挿入して、フィラプレート１３をメンブレンバー１２に溶接固定する。そして、フィラプレート１３に補強部材１４を溶接して取り付けることにより、後部伝熱管８ａと補強部材１４との直接溶接を避けている。

さらにまた、図１に示すように、火炉ガスＧの流れ方向上流側に配置される第１の節炭器バイパスダクト９ａと第２の節炭器バイパスダクト９ｂの間には、例えば四弗化エチレン樹脂などからなる非金属製エキスパンション１６が設置されている。このように金属製のものよりも伸び許容の大きい非金属製のエキスパンション１６を用いることにより、エキスパンションの設置個数が削減でき、設置作業の簡素化とコストの低減が図れる。

この非金属製エキスパンション１６は、ボイラ本体の下方への熱伸びの影響をさらに緩和するため、ケージ壁後部パネル８との取り合い部より、１０００ｍｍ以上（本実施形態では１０００ｍｍ）離れた位置、すなわち従来よりも約３以上離れた位置に設置されている。

１・・・火炉、２・・・バーナ、３・・・吊り下げ過熱器、４・・・吊り下げ再熱器、５・・・横置き再熱器、６・・・横置き過熱器、７・・・節炭器、８・・・ケージ壁後部パネル、８ａ・・・後部伝熱管、９・・・節炭器バイパスダクト、９ａ・・・第１の節炭器バイパスダクト、９ｂ・・・第２の節炭器バイパスダクト、１０・・・バイパスダクト取り合い金具、１３・・・ボイラ装置、１４・・・脱硝装置、１７・・・吸収液循環ポンプ、１２・・・メンブレンバー、１３・・・フィラプレート、１４・・・補強部材、１５・・・節炭器出口ダクト、１６・・・非金属製エキスパンション、１７・・・コーナ部、１８・・・ガス取り出し口、１９・・・溶接部、２０・・・上部鉄骨、２１・・・ケージ壁後部パネルの炉幅方向中央部、Ｇ・・・火炉ガス、Ｗ・・・炉幅。

Claims (7)

1. 上部鉄骨から吊り下げられたケージ壁後部パネルと、
   そのケージ壁後部パネルの内側に設置されて流通する火炉ガスとの間で熱交換を行なう節炭器と、
   その節炭器を経由した火炉ガスを導入して所定のガス処理を行うガス処理装置と、
   前記節炭器の火炉ガス流れ方向上流側におけるケージ壁後部パネルの外側部分に取り付けられて、他端が前記ガス処理装置側に延びた節炭器バイパスダクトを備えて、
   前記火炉ガスの温度が低いときは、火炉ガスを前記節炭器には通さないで、前記節炭器バイパスダクトを通して前記ガス処理装置に導入する構成になっているボイラ装置において、
   前記ケージ壁後部パネルの外側部分に取り付ける前記節炭器バイパスダクトのガス取り出し口が、ケージ壁後部パネルの炉幅方向において２箇所以上に分割して形成され、
   前記ケージ壁後部パネルがメンブレンバーと後部伝熱管を交互に組み合わせてパネル状に形成されると共に、前記メンブレンバーと、そのメンブレンバーの両側に設置された後部伝熱管との間に凹部が形成され、
   前記凹部内に溶接部を介して取り付けられるプレート部材と、
   前記プレート部材に溶接部を介して固定され、前記節炭器バイパスダクトを前記ケージ壁後部パネルに取り付けるためのバイパスダクト取り合い金具と、を有し、
   前記ケージ壁後部パネルのうち前記プレート部材が取り付けられた部分がほぼフラットな状態となるよう形成される、ことを特徴とするボイラ装置。
2. 請求項１に記載のボイラ装置において、
   前記複数のガス取り出し口が、前記ケージ壁後部パネルの炉幅方向において所定の間隔離して形成されていることを特徴とするボイラ装置。
3. 請求項２に記載のボイラ装置において、
   前記ケージ壁後部パネルの炉幅方向中央部には前記節炭器バイパスダクトのガス取り出し口は形成されておらず、前記炉幅方向中央部の両側にそれぞれガス取り出し口が形成されていることを特徴とするボイラ装置。
4. 請求項１に記載のボイラ装置において、
   前記節炭器バイパスダクトが、前記ケージ壁後部パネル側に配置される第１の節炭器バパスダクトと、前記ガス処理装置側に配置される第２の節炭器バイパスダクトとを備え、
   前記第１の節炭器バイパスダクトと第２の節炭器バイパスダクトの間に、非金属製のエキスパンションが介在されていることを特徴とするボイラ装置。
5. 請求項４に記載のボイラ装置において、
   前記ケージ壁後部パネルと前記非金属製エキスパンションの間が１０００ｍｍ以上離れていることを特徴とするボイラ装置。
6. 請求項１に記載のボイラ装置において、
   前記節炭器バイパスダクトを前記ケージ壁後部パネルに取り付けるためのバイパスダクト取り合い金具の各コーナ部に応力集中を緩和するための丸みを付けたことを特徴とするボイラ装置。
7. 請求項１に記載のボイラ装置において、
   前記ガス処理装置が脱硝酸装置であり、前記火炉ガスの温度が低いときが当該ボイラ装置の起動時であることを特徴とするボイラ装置。