JP5954534B2 - サイクロン及び循環流動層ボイラ - Google Patents

Description

本発明は、例えば、循環流動層ボイラにおいて、燃焼ガス中に含まれるきめの粗い灰とこの灰とともに流動するベッド材の一部を捕集するサイクロン及び循環流動層ボイラに関するものである。

上記したサイクロンを備えた循環流動層ボイラとしては、例えば、特許文献１に開示された循環流動層ボイラがある。
この循環流動層ボイラは、石炭やゴミ固形化燃料等の燃料及び砂や石灰石等のベッド材を流動させながら燃焼させる火炉を備えており、サイクロンは、この火炉の火炉出口に接続して配置されて、火炉からの燃焼ガス中に含まれるきめの粗い灰及びベッド材の一部を捕集して火炉に戻すようになっている。

サイクロンは、円筒部及びこの円筒部の下端に連続する円錐部を有するサイクロン本体と、このサイクロン本体の中心に配置された内筒とを具備している。サイクロン本体の円筒部には、円周接線方向に開口するガス導入口が設けられており、このガス導入口が火炉の火炉出口に接続されている。

このサイクロンにおいて、サイクロン本体のガス導入口から導入した燃焼ガスは、円筒部の内周壁に沿って流れ、遠心力及び重力を受けることでらせん状に降下する。この際、きめの粗い重い灰及びベッド材は、円筒部及び円錐部の各内周壁に沿って落下し、一方、きめの細かい軽い灰は、サイクロン本体の中心から周囲に広がりつつ落下する。そして、サイクロン本体の中心に位置する内筒は、軽い灰の一部を含んだ燃焼ガスを取り込んでサイクロンの下流側の後部伝熱部に供給するようになっている。

このサイクロンの内筒は、その上端に溶接により固定された外向きの環状フランジをサイクロン本体側に取り付けられたフランジ受けに乗せることで、サイクロン本体側に支持されている。

特開平10-314623号公報

上記した特許文献１に開示された循環流動層ボイラのサイクロンにおいて、運転時には内筒を通過して後部伝熱部に向かう燃焼ガス温度は約９００℃であり、一方、この内筒を支持するサイクロン本体側の温度は約２０℃である。

したがって、内筒をサイクロン本体に支持させるための外向きの環状フランジと内筒の上端との間の溶接部分に熱応力が生じる可能性があり、熱応力が生じ難く、また、熱応力が生じたとしてもボイラの運転に支障を来すことのない内筒の支持構造の構築が望まれており、この問題を解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、熱応力の有無にかかわりなく、長期にわたって安定したボイラの運転を行うことが可能であるサイクロン及び循環流動層ボイラを提供することを目的としている。

上記した目的を達成するために、本発明の請求項１に係る発明は、燃焼ガスが導入される円筒部を有するサイクロン本体と、このサイクロン本体の前記円筒部の中心に位置する円筒状の内筒を備えたサイクロンにおいて、前記サイクロン本体の前記円筒部には、内向きの内筒受け部が設けられ、前記内筒には、該内筒の周壁を内外に貫通して該周壁から内側の部分が溶接により取り付けられる外向きの張り出し体が円周方向に複数配置され、前記サイクロン本体と前記内筒との間において前記サイクロン本体の前記内筒受け部で前記内筒の前記複数の張り出し体を受けることで、該内筒が前記サイクロン本体に支持されている構成としたことを特徴としており、このサイクロンの構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。

本発明の請求項２に係るサイクロンは、前記サイクロン本体の前記内筒受け部上に、前記内筒の前記複数の張り出し体をそれぞれ摺動可能に載置させてある構成としている。

本発明の請求項３に係るサイクロンは、前記内筒の前記複数の張り出し体の各間に、前記内筒の周壁を貫通する開口が設けられている構成としている。

一方、本発明の請求項４に係る発明は、燃料をベッド材とともに流動化して燃焼させる火炉と、この火炉内での燃焼により発生した燃焼ガス中に含まれる灰及びこの灰とともに流動してきた前記ベッド材を捕集して前記火炉に戻すサイクロンを備えた循環流動層ボイラにおいて、前記サイクロンとして、請求項１〜３のいずれかに記載のサイクロンが採用されている構成としている。

本発明に係るサイクロンにおいて、サイクロン本体内で内筒を支持するための外向きの張り出し体が、内筒の周壁を貫通して溶接により取り付けられているので、サイクロン本体における円筒部の温度が低い周壁から、高温に晒される内筒における張り出し体との溶接部分までの距離が、従来に比べて長くなり、その分だけ、溶接部分における熱応力が低減することとなる。

また、本発明に係るサイクロンにおいて、外向きの張り出し体が内筒の円周方向に複数配置されているので、例え１個ないし数個の張り出し体における溶接部分に不具合が生じたとしても、複数あるうちの他の張り出し体における溶接部分に問題がなければ、確実に内筒を支持し得ることとなる。

さらに、本発明に係るサイクロンにおいて、サイクロン本体の内筒受け部上に、内筒の複数の張り出し体をそれぞれ摺動可能に載置させるように成せば、内筒の熱による拡縮を吸収し得ることとなる。

さらにまた、本発明に係るサイクロンにおいて、内筒の複数の張り出し体の各間に、内筒の周壁を貫通する開口を設けるように成せば、この開口を通して内筒の内外に燃焼ガスが流通することとなって、張り出し体の溶接部分における熱応力が緩和されると共に、張り出し体と内筒受け部との間に灰が溜まることが回避されることとなる。

一方、本発明に係る循環流動層ボイラでは、サイクロンにおける内筒の支持が常に確実に成されるので、長期にわたって安定した運転が成されることとなる。

本発明に係るサイクロンでは、循環流動層ボイラに採用した場合において、溶接部分に対する熱応力の有無にかかわりなく、長期にわたって安定したボイラの運転を実現することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

本発明に係る循環流動層ボイラの一実施形態を示す断面説明図である。 図１における循環流動層ボイラのサイクロンの内筒を示す正面説明図である。 図１においてサイクロンの内筒がサイクロン本体に支持されている状況を示す内筒上端での拡大断面説明図である。 図２に示したサイクロンの内筒の部分平面説明図である。 図２に示したサイクロンの内筒のＸ部拡大説明図である。

以下、本発明に係るサイクロン及び循環流動層ボイラを図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る循環流動層ボイラの一実施形態を示し、図２〜図５は、サイクロンの一実施形態を示している。

図１に示すように、この循環流動層ボイラ１は、火炉２と、火炉出口３を介して連続する鉛直方向に沿うサイクロン１０と、このサイクロン１０の下端と灰落下管４を介して連続すると共に、灰戻し管５を介して火炉２と接続する外部熱交換器６と、サイクロン１０の上端と接続する図示しない過熱器及び節炭器を有する後部伝熱部７を備えている。

火炉２には、燃料、例えばゴミ固形化燃料、及び、ベッド材Ｂ、例えば砂が供給され、空気分散ノズル８から矢印のごとく吹き出す空気により燃料をベッド材Ｂとともに流動化して燃焼させるようになっている。

サイクロン１０は、円筒部１１及びこの円筒部１１の下端に連続する円錐部１２を有するサイクロン本体１３と、このサイクロン本体１３の中心に位置する円筒状の内筒２０を備えている。円筒部１１には、円周接線方向に開口するガス導入口１１ａが設けられており、火炉出口３がこのガス導入口１１ａに接続している。

このサイクロン１０において、サイクロン本体１３のガス導入口１１ａから導入した火炉２からの燃焼ガスは、円筒部１１の周壁に沿って流れて遠心力及び重力を受けることで矢印に示すようにらせん状に降下する。この際、きめの粗い重い灰及びベッド材Ｂは、円筒部１１及び円錐部１２の各周壁に沿って落下し、一方、きめの細かい軽い灰は、サイクロン本体１３の中心から周囲に広がりつつ落下する。

そして、サイクロン本体１３の中心に位置する内筒２０は、破線の矢印に示すように、軽い灰の一部を含んだ燃焼ガスを取り込んでサイクロン１０の下流側の後部伝熱部７に供給するようになっている。

この場合、内筒２０は、図２に示すように、その上端に環状張り出し部２１を有しており、図３にも示すように、この環状張り出し部２１をサイクロン本体１３の円筒部１１に配置した内向きの内筒受け部１４に受け面１５を介して載せることで、サイクロン本体１３側に支持されるようになっている。

この際、環状張り出し部２１を内筒受け部１４の受け面１５上で摺動可能とすることで、内筒２０及び環状張り出し部２１の熱による拡縮を吸収するようにしている。

環状張り出し部２１は、内筒２０の筒本体２２の上端に溶接により外向きに固定される上部環状フランジ２１ａと、この上部環状フランジ２１ａの下方に距離を置いて溶接により筒本体２２に固定される下部環状フランジ２１ｂと、環状フランジ２１ａ，２１ｂ間に溶接により固定されるリブ（外向きの張り出し体）２１ｃを具備している。

リブ２１ｃには、内向きの突片２１ｄが一体で形成されていて、この突片２１ｄは、筒本体２２に形成された挿通孔２２ａを貫通して先端が筒本体２２の内部に露出するようになっており、この露出した突片２１ｄの先端部分は、筒本体２２に溶接により固定されるようになっている。

リブ２１ｃ及び挿通孔２２ａは、図４にも示すように、円周方向に間隔をおいて複数配置されており、隣接するリブ２１ｃの間には、図５にも示すように、補強板２１ｅ及び開口２１ｆが配置されている。開口２１ｆは、図３の矢印に示すようにして、内筒２０の内外に燃焼ガスを流通させることで、環状張り出し部２１における熱応力の発生を緩和するようにしていると共に、内筒受け部１４と環状張り出し部２１との間に灰が溜まるのを防ぐようにしている。なお、図３において、補強板２１ｅは省略してある。

上記したサイクロン１０では、サイクロン本体１３内で内筒２０を支持するためのリブ２１ｃにおける突片２１ｄが、内筒２０の筒本体２２の周壁を貫通して溶接により取り付けられているので、サイクロン本体１３における円筒部１１の温度が低い周壁から、高温に晒される内筒２０におけるリブ２１ｃとの溶接部分までの距離が、従来に比べて長くなり、その分だけ、溶接部分における熱応力が低減することとなる。

また、上記したサイクロン１０において、リブ２１ｃが内筒２０の円周方向に複数配置されているうえ、これらのリブ２１ｃの各上下端が環状フランジ２１ａ，２１ｂにそれぞれ溶接により固定されているので、例え１個ないし数個のリブ２１ｃにおける突片２１ｄの溶接部分に不具合が生じたとしても、複数あるうちの他のリブ２１ｃの溶接部分に支障がなければ、確実に内筒２０を支持し得ることとなる。

さらに、上記したサイクロン１０において、サイクロン本体１３の内筒受け部１４の受け面１５上に、内筒２０のリブ２１ｃを有する環状張り出し部２１を摺動可能に載置させているので、内筒２０及び環状張り出し部２１の熱による拡縮を吸収し得ることとなる。

さらにまた、上記したサイクロン１０において、内筒２０の複数のリブ２１ｃの各間に、内筒２０の筒本体２２の周壁を貫通する開口２１ｆを設けているので、この開口２１ｆを通して内筒２０の内外に燃焼ガスが流通することとなり、その結果、リブ２１ｃにおける突片２１ｄの溶接部分における熱応力が緩和されると共に、リブ２１ｃを有する環状張り出し部２１と内筒受け部１４との間に灰が溜まることが回避されることとなる。

そして、上記したサイクロン１０を有する循環流動層ボイラ１では、サイクロン１０における内筒２０の支持が常に確実に成されるので、長期にわたって安定した運転が成されることとなる。

本発明に係るサイクロン及び循環流動層ボイラの各構成は、上記した実施形態に係るサイクロン及び循環流動層ボイラの各構成に限定されるものではなく、他の構成として、例えば、図１に示すように、灰落下管４の下端に配置されるサイクロン下部内筒３０に環状張り出し部２１を設けると共に灰落下管４側に内筒受け部１４とを設けて、上記と同様にして灰落下管４に対して下部内筒３０が支持される構成としてもよい。

１ 循環流動層ボイラ
２ 火炉
１０ サイクロン
１１ 円筒部
１３ サイクロン本体
１４ 内筒受け部
２０ 内筒
２１ｃ リブ（外向きの張り出し体）
２１ｆ 開口
３０ サイクロン下部内筒
Ｂ ベッド材

Claims (4)

1. 燃焼ガスが導入される円筒部を有するサイクロン本体と、
   このサイクロン本体の前記円筒部の中心に位置する円筒状の内筒を備えたサイクロンにおいて、
   前記サイクロン本体の前記円筒部には、内向きの内筒受け部が設けられ、
   前記内筒には、該内筒の周壁を内外に貫通して該周壁から内側の部分が溶接により取り付けられる外向きの張り出し体が円周方向に複数配置され、
   前記サイクロン本体と前記内筒との間において前記サイクロン本体の前記内筒受け部で前記内筒の前記複数の張り出し体を受けることで、該内筒が前記サイクロン本体に支持されている
   ことを特徴とするサイクロン。
2. 前記サイクロン本体の前記内筒受け部上に、前記内筒の前記複数の張り出し体をそれぞれ摺動可能に載置させてある
   請求項１に記載のサイクロン。
3. 前記内筒の前記複数の張り出し体の各間に、前記内筒の周壁を貫通する開口が設けられている
   請求項１又は２に記載のサイクロン。
4. 燃料をベッド材とともに流動化して燃焼させる火炉と、
   この火炉内での燃焼により発生した燃焼ガス中に含まれる灰及びこの灰とともに流動してきた前記ベッド材を捕集して前記火炉に戻すサイクロンを備えた循環流動層ボイラにおいて、
   前記サイクロンとして、請求項１〜３のいずれかに記載のサイクロンが採用されている
   ことを特徴とする循環流動層ボイラ。

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