KR20150065833A

KR20150065833A - 보일러 구조물 및 조립 방법

Info

Publication number: KR20150065833A
Application number: KR1020157011579A
Authority: KR
Inventors: 드완 샴수즈 자만
Original assignee: 두산 밥콕 리미티드
Priority date: 2012-10-04
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2015-06-15
Also published as: PH12015500728A1; PH12015500728B1; US20150241054A1; GB201217746D0; EP2904315A2; WO2014053809A3; WO2014053809A2

Abstract

예를 들어 화력 발전소에 사용되는 보일러 구조물, 그렇게 지지되는 보일러 구조물 및 보일러 지지 방법이 기재되어 있다. 지지 구조물은 지지 플랫폼 구조물을 포함한다. 상기 지지 플랫폼 구조물은 보일러 외피용 1차 하중 지탱 보일러 저온 구조물의 일부를 포함하며, 적어도 보일러 외피의 정하중의 주된 부분을 지탱하게 된다. 지지 플랫폼 레벨에서 외피 전체 높이보다 실질적으로 아래로 상기 보일러 외피를 둘러싸도록 상기 지지 플랫폼 구조물이 제공되며, 상기 지지 플랫폼 구조물에는 보일러 저온 구조물이 추가로 제공되되, 보일러 저온 구조물의 실질적인 대부분이 지지 플랫폼 레벨 또는 지지 플랫폼 레벨 미만에 위치하도록 제공되며, 보일러 저온 구조물에 의해 지지되는 보일러 고온 구조물과 보일러 압력부의 요소들만이 지지 플랫폼 높이 위로 연장한다.

Description

보일러 구조물 및 조립 방법{BOILER STRUCTURE AND METHOD OF ASSEMBLY}

본 발명은 예를 들어 화력 발전소에 사용되는 보일러 구조물, 및 특히 보일러 외피를 지지하는 지지 구조물과 그러한 지지 구조물을 통합하고 있는 보일러 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 보일러 구조물의 조립 방법, 특히 보일러 외피에 사용되는 지지 구조물의 조립 방법과 그러한 지지 구조물로 지지되는 보일러 외피의 조립 방법에 관한 것이다.

보일러 시스템(본 명세서에서 보일러 시스템이란 용어는 저임계 및 고임계 시스템을 아우르는 용어로 사용됨) 내에서 탄소계 연료를 연소시켜 증기를 발생하여 구동되는 화력 발전소는 전력의 주요 공급원이다. 특히 탄소계 연료에 의해 구동되는 대형 보일러 시스템은 다른 산업 분야에도 적용된다.

화력 발전 또는 다른 산업용 장치에 사용되는 상당한 규모의 보일러 시스템은 조립과정이 복잡하고 대형 구조물을 필요로 하는 대규모의 복잡한 장치이다. 예를 들어 약 30MW 생산 능력을 갖는 소형 산업용 보일러는 실제로 셀프-지지될 수 있더라도, 예를 들어 60MW 이상의 생산 능력을 갖는 유틸리티 보일러는 통상 대규모 지지 구조물을 필요로 한다. 특히, 보일러 외피를 기계적으로 지지하고, 구조적으로 안정성을 부여하기 위해서는 대규모의 지지 구조물들이 필요하다. 그러한 구조물들은 보일러 외피와 관련된 기계적으로 큰 정하중을 지탱하고, 이들 하중을 지상으로 전달하며, 안정성을 부여하고, 날씨 및 지진의 영향과 같이 대형 보일러 외피 구조물에 열팽창 효과와 환경적 영향에 기여할 수 있는 동작 중 하중 계수를 수용하는 데에 필수적이다. 사용되는 구조용 소재와 건설이 복잡하다는 측면에서, 이러한 지지 구조물들에 비용이 많이 소요될 수 있다. 보일러 외피용 지지 구조물들은 상당히 넓은 면적을 점유할 수도 있다.

통상적인 종래의 구조물에서, 먼저 대형 1차 지지 구조물을 포함하는 보일러 하우스가 건설된다. 상기 1차 지지 구조물은 보일러 하우스 지붕 근방에서, 보일러 외피의 최대 높이 위쪽에 1차 지지 구조물의 일부로써 서스펜션 데크를 포함하고 있다. 보일러 외피와, 그 보일러 외피와 관련된 구조물들은 적당한 제2 및 제3의 구조물 요소들에 의해 상기 1차 서스펜션 데크 상에서 지지된다. 보일러 외피 내의 가열 면들과 보일러 외피 구조 요소들을 포함하여, 보일러 외피 전체에 사용되는 주 하중 지탱 구조물은 서스펜션 데크에 의해 주로 지지되며, 서스펜션 데크와, 관련 1차 지지 구조물에 의해 지면으로 관련 하중이 전달된다.

통상의 기술자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 관련 업계에서 보일러 압력부, 보일러 고온 구조물 및 보일러 저온 구조물의 3개의 범주에 속하는 지지 구조물과 보일러 외피 요소를 고려하는 것이 일반적이다. 특히 구조용 지지 요소들은 보일러 고온 구조물과 보일러 저온 구조물로 분류된는 것이 통상적이다. 통상의 기술자라면 그 차이를 잘 이해할 것이지만, 이들의 차이는, 보일러 고온 구조물은 보일러와 함께 열적으로 팽창 및 수축하도록 설계된 지지 구조물로 정의되며, 보일러 저온 구조물은 그러하지 않은 지지 구조물로 간단히 정의될 수 있다.

전술한 종래의 통상적인 구조물에서, 서스펜션 데크는 일반적으로 수평방향으로 연장하는 1차 지지 구조물을 포함하는데, 상기 1차 지지 구조물은 보일러 하우스 지붕 내에서 보일러 외피의 최대 높이 이상의 높이에 장착되어 있다. 일반적으로, 보일러 하우스 1차 구조물 전체는 서스펜션 데크의 최대 높이까지 이르며, 1차 하중 지탱 구조물에 이르는 지붕 높이에서 서스펜션 데크를 지지한다. 이에 따라, 통상적인 디자인에서, 보일러 저온 구조물의 최대 높이는 보일러 외피의 최대 높이보다 높게 위치하여, 보일러 고온 구조물과 보일러 압력부를 지지하게 된다.

이러한 배열구조는 점유면적이 넓은 보일러 저온 구조물이 보일러 외피의 높이 이상으로 연장하게 하고, 보일러 외피의 점유면적을 상당히 초과하여 점유하게 하며, 보일러 저온 구조물의 대규모 최대 높이를 보상하기 위해 상당한 양의 고강도 구조용 강을 필요로 한다.

또한 이러한 배열구조로 인해, 모든 보일러 외피 구조물, 가열 면들이 지지 구조물들에 의해 지지되기 위해 제 위치로 놓여지기 전에, 보일러 하우스 특히 서스펜션 테크를 포함하는 적어도 보일러 저온 구조물 전체가 건설되어야 하는 것이 일반적이다. 종래 기술에 의한 지지 시스템은 지상에서부터 위쪽으로 계속적으로 병행 건설하기에 적합하지 않다.

본 발명은, 전술한 단점들을 모두 해소하거나 상당히 줄일 수 있는 보일러 외피에 사용되는 지지 구조물과, 보일러 지지 구조물 조립 방법에 관한 것이다.

특히 바람직한 경우에 있어서, 본 발명은 제작을 간단하게 하고 및/또는 소요되는 구조용 소재를 절감하며 및/또는 전반적인 구조용 외피를 절감하는 보일러 외피용 지지 구조물을 제공하는 것이다.

특히 바람직한 경우에 있어서, 본 발명은 지지 구조물과 지지되는 보일러 외피를 계속적으로 병행 건조할 수 있도록 하는 지지 구조물 조립 방법에 관한 것이다.

이에 따라, 본 발명에 따르는 제1 측면에 따르면, 보일러 외피(envelope), 예를 들어 화력발전소 보일러의 외피에 사용되는 지지 구조물은, 보일러 외피용 주 하중 지탱 보일러 저온 구조물(boiler cold structure)의 일부를 포함하며, 보일러 외피와 체결되어 보일러 외피 정하중의 적어도 대부분을 지탱하는, 지지 플랫폼 구조물을 포함하며, 지지 플랫폼 레벨에서 외피 전체 높이보다 실질적으로 아래로 상기 보일러 외피를 둘러싸도록 상기 지지 플랫폼 구조물이 제공되며, 상기 지지 플랫폼 구조물에는 보일러 저온 구조물이 추가로 제공되되, 보일러 저온 구조물의 실질적인 대부분이 지지 플랫폼 레벨 또는 지지 플랫폼 레벨 미만에 위치한다.

즉, 이와는 달리, 본 발명에 따르면 제1 측면에서, 보일러 외피, 예를 들어 화력발전소 보일러의 외피에 사용되는 지지 구조물은, 지지 플랫폼 구조물을 포함하는 보일러 지지 저온 구조물과, 보일러 지지 저온 구조물에 의해 지지되는 보일러 지지 고온 구조물(hot structure)을 포함하며, 지지 플랫폼 레벨에서 외피 전체 높이보다 실질적으로 아래로 상기 보일러 외피를 둘러싸도록 상기 지지 플랫폼 구조물이 제공되며, 보일러 저온 구조물의 적어도 실질적인 대부분이 지지 플랫폼 레벨 또는 지지 플랫폼 레벨 미만에 위치한다.

본 발명의 지지 플랫폼 구조물은, 넓은 범위의 구조용 용어로서, 종래 기술에서 서스펜션 데크의 최대 높이로 제공되는 1차 하중 지탱 구조물과 동등한 의미를 갖는다. 본 발명의 지지 플랫폼 구조물은 동등한 기계적 기능을 수행한다. 1차 하중 지탱 구조물이 적어도 보일러 외피의 정하중(static load)을 지탱한다. 보일러 저온 구조물의 1차 하중 지탱부에 의해, 보일러 고온 구조물과 보일러 압력부들이 지지된다.

그러나, 본 발명의 지지 플랫폼 구조물은 지지 플랫폼 레벨 위로 보일러 저온 구조물이 설치될 필요가 없다는 점에서, 지붕 높이의 서스펜션 데크가 보일러 구조물 전체 위에 있는 종래 기술과 대비될 수 있다. 적어도 실질적으로 대부분 그리고 바람직하기로는 실질적으로 모든 보일러 저온 구조물이 지지 플랫폼 레벨 또는 지지 플랫폼 레벨 미만에 위치하며, 보일러 저온 구조물에 의해 지지되는 보일러 고온 구조물 및 보일러 압력부 요소들만이 지지 플랫폼 레벨 위로 연장한다.

보일러 하우스 지붕 내에서 보일러 외피의 최대 높이 위쪽으로 최대 높이를 가지며 안착하는 서스펜션 데크를 포함하는 보일러 저온 구조물을 구비하는 종래 기술에 의한 디자인에 비해 특히 다음 2가지 점에서 유리하다. 첫째, 본 발명의 보일러 저온 구조물 모두는 실질적으로 최대 높이보다 아래에 위치한다. 둘째, 그 결과로 종래 기술에서는 보일러 저온 구조물이 보일러 외피 점유면적을 가로지르고 보일러 외피 점유면적을 지나 연장하는 반면, 본 발명에서는 지지 플랫폼 구조물이 보일러 외피를 둘러싸고 있으며, 구멍난 부분을 통해 보일러 외피가 지지 플랫폼 구조물을 통과하고 있다. 이에 의해 점유면적 전체가 감소되게 된다. 이들에 의해 전반적인 구조적인 사양이 상당히 줄어들며, 특히 고강도 구조용 소재에 대한 소요량이 줄어들게 된다.

본 발명은 보일러 외피가 열적으로 지지 플랫폼 구조물에서 아래위로 팽창할 수 있어서 보일러가 양적으로 변하며 지지되도록 하여, 종래 디자인에서 발견되는 일정한 스프링 사양과 많은 변수들을 제거함으로써 디자인에 핵심 가치를 부여한다는 이점을 또한 제공한다.

지지 플랫폼 구조물은, 보일러 저온 지지 구조물 내에서 종래 기술에서의 서스펜션 데크 구조물과 비슷한 역할을 수행하며, 본 발명의 지지 플랫폼 구조물의 측면들은 종래 기술로부터 유추될 수 있다. 특히 본 발명의 지지 플랫폼 구조물은 보일러의 최대 높이보다 실질적으로 아래에서 소망하는 높이를 갖는 보일러 외피의 주위를 연장하여 지지하는 실질적으로 구조 부재들 예컨대 구조용 강 부재들로 된 수평방향의 프레임워크를 포함하는 것이 바람직하다. 지지 플랫폼 구조물은 1차 하중 지탱 보일러 저온 구조물의 일부를 형성한다. 보일러 저온 구조물은, 익숙한 방식으로 보일러 고온 구조물을 지지하며 지지 플랫폼 구조물로부터 1차 하중을 직접 지면으로 전달하는 수직방향 구조물 요소를 포함한다. 적당한 크로스 부재, 빔, 타이, 벅스테이, 인장 부재 및 그 외 이와 유사한 부재를 포함하는 적당한 제2 및 제3 구조물 요소가 일반적으로 통상의 기술자에게 익숙한 방식으로 구조물로 하중을 전달하게 된다.

본 발명에 따르면, 지지 플랫폼 구조물의 최대 높이는 보일러 외피의 최대 높이보다 실질적으로 낮게 제공되며, 이 높이보다 위쪽에는 실절적으로 아무런 보일러 저온 구조물이 없도록 하는 것이 바람직하다. 특히 바람직한 경우에 있어서, 지지 플랫폼 구조물은 버너(그리고 일반적으로 예컨대 존재하는 어떠한 과연소 공기구멍과 일반적으로 예컨대 존재하는 어떠한 케이지 링 메인 높이 또는 바로 아래) 보다 위쪽 높이에서 제공되되, 가열 면들(이에 따라 궁극적으로는 수트 블로워(soot blower) 등의) 아래의 높이에 제공된다. 본 발명의 원리를 구현하는 전형적인 보일러 디자인에서, 바람직한 지지 플랫폼 구조물의 높이는 보일러 외피 최대 높이의 약 40 내지 60%가 되며, 논의의 편의를 위해, 본 명세서에서는 이 높이를 "절반 높이"(half height)로 부른다. 그러나, 위에 기재되어 있는 원리들은 본 발명의 지지 구조물이 연관되어 있는 특정 보일러 구조물과 관련되어 있는 이상적인 위치를 결정하는 데에 중요한 것 중 하나라는 것을 통상의 기술자라면 이해할 것이다.

본 발명은, 전형적인 버너 디자인에서 보일러 하우스 내에서 장치들의 대부분이 절반 높이 레벨의 아래에 위치한다는 이점을 갖는다. 1차 지지 플랫폼 구조물을 이러한 높이에 형성함으로써, 이들 높이 위쪽에는 보일러 저온 구조물을 설치가 필요가 전혀 없거나 실질적으로 필요 없도록 할 수 있다. 보일러 저온 구조물 내에서, 지지 플랫폼 구조물은 종래 기술에서의 서스펜션 데크 구조물과 유사한 역할을 하며, 그러한 결과로 최대 높이의 서스펜션 데크 구조물과 종래 기술에서 서스펜션 데크 구조물에 상당하는 관련 보일러 저온 구조물을 필요로 하지 않게 된다. 종래 기술에서 요구되는 바와 같이, 보일러 저온 구조물이 보일러 하우스의 최대 높이 및 점유면적의 최대 면적까지 연장할 필요가 없게 된다. 건설이 간소화됨에 따라, 높이 및/또는 점유면적의 측면에서 보일러 저온 구조물의 규모가 감소될 수 있으며, 소요되는 구조용 강의 양이 감소될 수 있게 된다. 서스펜션 데크 구조물 높이 위쪽에서 보일러 고온 구조물을 지지하는 보일러 저온 구조물이 서스펜션 데크 구조물 레벨 위에 위치하지 않아도 된다.

본 발명에 따르는 지지 구조물이 갖고 있는 잠재적인 이점은 시공의 유연성에 있다. 본 발명에 따르면, 보일러 저온 구조물이 지지 플랫폼 구조물의 절반 높이까지만 연장하는 경우, 보일러 외피와 관련 구조물들을 조립하기 전에, 보일러 하우스와 관련 구조용 지지 요소들을 최대 높이로 건설하기 전에 건설을 중단시킬 수 있다. 서스펜션 데크의 절반 높이에서 보일러 어셈블리를 건설하고 지지할 수 있으며, 그 안의 구멍을 통해 지지 구조물과 보일러 외피가 통합되어 있는 방식으로 전개하여 적어도 어느 정도까지는 점진적으로 조립할 수 있다. 보일러 외피 조립을 시작하기 전에 서스펜션 데크 구조물을 최대 높이로 건설할 필요는 없으며, 지지 플랫폼 구조물의 절반 높이 까지만 건설하면 족하다. 지지 플랫폼 구조물의 일부와 관련 보일러 저온 구조물 및 보일러 외피 구조물을 직접 지탱하는 고온 구조물이 완성되자마자 비로소 측벽을 건설하기 시작한다. 보일러를 병행 건설하기 전에 필요한 구조물이 상대적으로 많이 절감된 상태로 시작될 수 있다. 지붕은 해당 사이트에서 멀리 떨어진 곳에서 별개의 모듈로 건축될 수 있다. 이러한 병행 건조 옵션은 실제 상황에서 유연성(flexibility)을 상당히 증가시킬 수 있다.

바람직한 경우에 있어서, 본 발명에 따른 지지 플랫폼 구조물은 일반적으로 버너보다 위쪽이지만 일반적인 보일러 구조물의 가열 면 아래의 지지 플랫폼 높이에 제공된다. 모든 보일러 저온 구조물은 지지 플랫폼 높이나 그 높이 아래쪽에 위치한다. 보일러 고온 구조물과 보일러 압력부 부분만이 보일러 저온 구조물에 의해 지지되는 지지 플랫폼 높이 위로 연장한다. 본 발명의 지지 구조물이 적용되는 전형적인 보일러 구조물에서, 예컨대 제2 에어 덕트 및 다른 2차 구조물들을 포함하는 보일러 하우스 내의 해당 기능성 부품들의 대부분이 이러한 높이 아래에 위치하게 될 것이다. 가열 면들과 다른 보일러 외피 구조물들을 포함하는 일부 기능성 구조물들과, 잔류 정하중을 전달하고 특히 예컨대 측면 움직임에 대한 동하중 진동으로부터 안정시키기 위해 일부 지지 구조물을 필요로 하는 수트 블로워와 그 외 구조물들이 이 높이 위쪽에 위치하지만, 절반 높이 위에 위치하여야 하는 구조물들은 실질적으로 감소하게 된다. 이러한 모든 추가의 지지 구조물은 종래 기술의 디자인의 경우에서와 같이 보일러 하우스의 전 범위가 아닌 보일러 외피/고온 구조물의 수평방향 범위까지만 연장할 것을 요한다. 이러한 이유로, 지지 플랫폼 구조물의 절반 높이 위에 있어서 요구되는 구조용 소재의 사양이 상당히 감소하게 된다. 특히, 본 발명에서 지지 플랫폼 구조물의 절반 높이에서 보일러 저온 구조물이 적어도 주요 부분으로 수행하기 때문에, 종래 기술에 있어 1차 정하중 지탱 역할을 수행하는 서스펜션 데크의 최대 높이에 대해서는 아무런 요구도 하지 않는다.

본 발명은 1차 지지 플랫폼 구조물 높이 위쪽에 지지 구조물 요소들이 설치되는 것을 배제하지는 않는다. 예컨대 주변 동적 하중 등에 의해 측면방향으로의 구조물의 팽창을 수용하고 안정화하고 및/또는 중간 높이 위의 외피/가열 면들을 안정화/지지하기 위해 특히 보일러 고온 구조물 부분을 형성하는 구조물 요소들이 이 높이 위쪽에 제공될 수 있음을 고려한다. 그러나, 근본적으로는 본 발명은 1차 지지 플랫폼 구조물 레벨 위쪽에 보일러 저온 구조물이 설치될 필요가 없는 것을 특징으로 한다.

지지 플랫폼 구조물 레벨 위로 보일러 고온 구조물을 설치함에도 불구하고, 본 발명의 일반적인 원리는 보일러 저온 구조물을 절반 높이 아래로 낮추는 것을 추구하는 일체화된 구조를 유지하는 것이다. 통상의 기술자라면, 선택적으로 지지 플랫폼 구조물 레벨 위에 제공될 수도 있는 제한된 고온 구조물이 엔지니어링 측면에서 종래 기술에서의 서스펜션 데크 및 관련 보일러 저온 구조물의 전체 높이와 균등한 것이 아니라는 것은 쉽게 이해할 것이다.

익숙한 방식에 따라 필요로 하는 바와 같이 추가적으로 측면방향에서의 안정화가 제공될 수 있다.

특히 바람직한 경우에 있어서, 본 발명의 지지 구조물과 관련된 추가의 구조물 요소들은 국제 특허 공개 공보 WO2010/0730030호에 기재되어 있는 것과 같은 벅스테이 장치를 포함할 수 있다.

본 발명의 보다 완벽한 측면에 따르면, 보일러 장치는 적어도 보일러 외피를 지지하는 정하중 지지물, 특히 화력 발전소의 일부를 구성하는 보일러 장치의 주요 부분을 제공하는, 전술한 바와 같은 지지 구조물을 포함한다.

특히 상기 보일러는 예컨대 60MW 이상의 생산 능력을 갖는 화력 발전소에 사용되는 유틸리티 보일러이다. 종래 기술에서, 이러한 보일러의 보일러 저온 구조물이 보일러 외피의 전고보다 높이 연장하며 넓은 점유면적을 차지하는 것이 일반적이다. 본 발명이 적용되는 경우, 그러한 보일러는 전술한 바와 같이 건설의 측면에서 상당한 이점을 제공할 수 있다.

추가로 보다 완벽한 실시형태에서, 화력 발전소는 적어도 하나의 상기 보일러 장치를 포함한다.

본 발명에 따르면, 보일러 구조물 조립 방법으로, 전술한 본 발명의 제1 측면에 따른 보일러 외피에 사용되는 지지 구조물을 제공하는 단계;

보일러 저온 구조물의 적어도 대부분 및 바람직하기로는 실질적으로 모든 보일러 저온 구조물이 지지 플랫폼 레벨에서 혹은 지지 플랫폼 레벨 아래에 위치하며, 즉, 보일러 고온 구조물과 보일러 압력부 요소들만이 보일러 저온 구조물에 의해 지지되는 지지 플랫폼 레벨 위로 연장하도록, 보일러 저온 구조물 위에 보일러 외피가 기구적으로 지지되도록 보일러 외피를 조립하는 단계;를 포함한다.

본 발명은 적어도 하나의 그러한 보일러 장치를 포함하는 화력 발전소에 제공되는 조립 방법을 추가로 포함한다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 지지 구조물의 특히 바람직한 특징과, 최대 높이의 서스펜션 데크와 관련된 보일러 저온 구조물이 사용되지 않으며, 그 대신 보일러 외피의 둘레를 지지하도록 구멍이 뚫려 있는 지지 플랫폼을 포함하는 보일러 저온 구조물이 최대 높이 미만에 제공된다는 사실로부터, 지지 구조물과 보일러 외피 구조물을 병행 조립할 수 있도록 한다.

이에 따라, 본 발명 방법의 바람직한 실시형태에서, 지지 구조물을 제공하는 단계와, 그 위에 외피 구조물을 지지하는 방식으로 조립하는 단계가 계속적으로 병행하여 수행된다. 이는, 1차 서스펜션 데크 구조물로부터 보일러 외피를 현가하기 전에, 지지 구조물 전체와 보일러 하우스 전체를 조립해야만 하는 종래 기술에 의한 방법과 대비된다.

이하에서 첨부된 도면들을 단지 일 실시예로 참고로 하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 종래 기술에 의한 전형적인 화력발전소 보일러 및 지지 구조물의 개략적인 측입면도이다.
도 2는 도 1에 도시되어 있는 것과 같은 보일러에 적용된 본 발명에 따른 지지 구조물의 일 실시형태의 개략적인 측입면도이다.
도 3은 도 2의 지지 구조물에 있어 1차 지지 플랫폼 구조물 레벨에서의 평면도이다.
도 4는 도 2d의 지지 구조물에 있어 루프 레벨에서의 평면도이다.
도 5는 지지 플랫폼 구조물 레벨 아래의 골조구조의 단부 입면도의 상세도이다.
도 6은 벽이 수평으로 그리고 수직으로 팽창할 때에 지붕이 위쪽으로 이동하도록 설계되어 있는 경우에 있어, 벽, 벅스테이, 지붕, 가열 면 지지부 및 갤러리의 이동을 지붕이 열팽창 및 수축함으로써 이를 수용할 수 있는 실시형태의 단면도이다.

도 1은 본 발명에 따른 지지 구조물이 적용될 수 있는 전형적인 보일러 구조물을 나타내는 도면이다. 다만 도 1에 도시되어 있는 측면도에는 종래의 지지 구조물이 통상적인 서스펜션 데크를 포함하고 있다. 도 1은 본 발명의 보일러 구조물이 적용될 수 있는 일예에 불과한 것이고, 본 발명은 이와 유사한 어떠한 구조의 보일러에도 적용되어도 유리하다는 점을 이해해야 한다. 또한, 도 1 및 도 2의 구조물의 크기는 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것을 이해해야 한다.

도 1은 보일러 저온 구조물이 최대 높이(full height)에 걸쳐 연장하며 보일러의 고온 구조물을 지지하는 전형적인 종래의 1차 지지 구조물과, 보일러 외피의 최고부 위의 압력부를 구비하는 종래의 수직형 보일러 어셈블리를 도시하고 있다. 간단하게 도시하기 위해, 1차 지지 구조물 외의 다른 대부분의 구조 요소들은 도시하지 않았다.

1차 지지 구조물은 1차 보일러 지지 구조물(1)과 SCR 지지 구조물(3)로 이루어져 있다. 보일러 지지 구조물은 보일러 지붕 레벨 위의 약 15미터 정도에 있는 서스펜션 데크(5)로 이루어져 있다. 예시적인 실시형태에서, 서스펜션 데크(5)는 지상 위로 약 82미터에 이른다. 서스펜션 데크(5)는 보일러 저온 구조물의 메인 하중 지탱부를 형성한다. 보일러 고온 구조물, 이에 따라 보일러 외피와 가열 면들 모두는 슬링(7)을 통해 상기 데크에 의해 지지되어 있다.

상기 데크는 통상적으로 다수 개의 매우 큰 구조용 강 빔으로 이루어진다. 이들 구조강 빔은 보일러 폭과 하중에 따라 다르기는 하지만 보일러 측면을 가로질러 깊이가 5 내지 6 미터인 것이 통상적이다. 2차 구조물로 설계되며 보일러 앞뒤 방향으로 가설되는 상호연결 빔은 슬링 위치에 맞게 배치되어 있다.

이러한 배치를 사용하여, 보일러 전체가 수직방향으로 지붕에서부터 하향으로 연장하게 된다. 수평면에서 봉일러 외피를 억제하도록 설계되는 보일러 프레임은 보일러 외피에 의해 지지된다.

도면으로부터 알 수 있듯이, 보일러 저온 구조물을 구성하는 1차 지지 프레임은 보일러 하우스 전 범위에 걸쳐 연장하고 있으며, 82미터에서 서스펜션 데크(5) 전고(full height)에 걸쳐 연장하고 있다.

그 결과, 보일러 저온 구조물이 실질적으로 공간을 점유하고, 1차 구조물 요소들이 보일러 하우스의 최대 높이까지 설치되어야 한다. 이는 구조용 강에 상당한 사양을 부과하게 된다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 통상의 종래 기술에 따라 설계되는 경우, 필요로 하는 구조용 강은 11,000톤을 상회한다.

도 1에 도시되어 있는 보일러와 동등한 크기의 보일러에 대해 본 발명에 따른 원리를 채용한 지지 구조물의 측면이 도 2에 도시되어 있다.

도 2에서, 최대 높이에서 1차 구조물 서스펜션 데크는 필요하지 않다. 그 대신, 버너(17)보다는 위이지만, 가열 면(19)보다는 아래인 중간 지점에 1차 지지 플랫폼(15)이 제공되어 있다. 1차 지지 플랫폼(15)은 보일러 외피와, 관련 구조물들의 정하중의 대부분을 지탱한다.

본 실시형태에서, 보일러 지지 플랫폼은 42미티 높이에 제공되고, 보일러 지지 플랫폼과 연관되며 보일러 지지 플랫폼에서부터 지상으로 하중을 전달하도록 되어 있는 보일러 저온 지지 구조물은, 도 1에서와 같이 83미터 높이의 보일러 하우스의 최대 높이와 최대 점유면적을 커버하기 보다는, 42미터 높이까지만 올려지면 된다. 이는 42미터 위쪽으로 보일러 저온 구조물을 설치할 필요가 없도록 한다. 모든 보일러 저온 구조물은 42미터 높이 또는 그 미만의 높이에 있게 된다. 보일러 고온 구조물과 보일러 압력부들만이 42미터 위로 연장하고 있으며, 이들이 보일러 저온 구조물에 의해 지지된다.

2차 지지 구조물(21)은 42미터 플랫폼 높이 위에 제공되어 있다. 상기 지지 플랫폼 높이 위에서 작용하는 모든 수평방향 힘들은 브레이스(brace)와 타이 바(tie bar)를 통해 보일러 외피로 전달되며, 그런 다음 적당한 링크에 의해 지지 높이 아래의 구조물로 전달된다. 국제 특허 공개 공보 WO2010/073030호에 기재되어 있는 바와 같이, 벅스테이 시스템에 의해 벽의 측면 강성이 유지된다.

본 실시형태에서, 보일러 고온 구조물 요소들과 지붕 구조물(23)은 75미터 높이에 있는 것으로 도시되어 있다. 이와는 달리, 적어도 보일러 외피는 42미터 높이 위에서 셀프-지지될 수 있다. 그러나, 보일러 고온 구조물 요소들과 지붕 구조물(23)이 존재하는 본 실시형태에서도, 엔지니어링 측면에서 도 1의 종래 기술에 의한 관련 저온 구조물과 서스펜션 데크(5)로부터 매우 다양한 구조가 실시될 수 있다는 점이 이해될 것이다. 42미터 높이 위에는 저온 구조물이 존재하지 않는다. 보일러 고온 구조물과 보일러 압력부만이 42미터 높이 위에서 연장하고 있다. 42미터의 플랫폼 높이 위에서, 점유면적과 소요되는 소재의 관점에서 실질적인 절감이 이루어지게 된다. 제안된 디자인에서, 필요로 하는 구조용 강은 8000톤 미만으로 절감될 수 있다. 이렇게 절감할 수 있는 것은, 보일러 저온 구조물의 점유면적이 감소되고, 높이가 줄어들기 때문이며, 42미터의 플랫폼 높이 위에 사용되는 구조용 강의 양(requirement)이 실질적으로 감소된다.

도 3은 42미터 높이에서의 플랫폼 구조물의 평면의 상세도로, 특히 도 3은 보일러 외피를 지지물이 둘러싸는 방식을 도시하고 있다. 42미터 높이에서도, 본 디자인은 점유면적을 감소시키게 된다.

도 4는 75미터에서의 지붕 레벨 지지물의 평면도로, 75미터의 높이 및 그보다 낮은 높이에서, 본 발명에 따라 관련 보일러 저온 구조물과 절반 높이의 지지 플랫폼 구조물(15)이 제공되는 경우, 이 높이에서 점유면적과 구조 사양을 상당히 경감시키는 것을 보여주고 있다.

도 5는 오픈 프레임 1차 지지 구조물 장치의 단부 입면도로, 오픈 프레임 1차 지지 구조물 장치에 의해 42미터 높이에서 하중이 1차 지지 플랫폼(15)으로부터 지면으로 전달된다. 통상적인 수평방향 및 수직방향 프레임워크 요소들 외에 크로스 브레이스(35)를 사용함으로써 상기 플랫폼 높이 아래로 프레임워크를 개방하고 있으며, 최대 개방 폭 21.5미터를 제공한다. 이는 12미터 혹은 13미터에서 최대 치수를 갖는 도 1에 도시되어 있는 통상적인 프레임워크 구조물과 대조될 수 있다. 이러한 개방형 프레임워크는 중간 높이인 42미터 높이까지만 1차 지지 플랫폼을 건조하도록 되는 것과 함께 지지 구조물과 보일러 외피를 동시에 점진적으로 조립이 용이하게 되도록 한다. 보일러 측벽들을 충분히 지지할 수 있을 정도로 지지 구조물을 플랫폼 레벨까지 전개해야만 비로소 42미터 플랫폼 지지물에 의해 획정되는 구멍을 통해 그 구멍 내에서 위쪽으로 보일러 외피를 조립할 수 있다. 위쪽으로부터 대형 크레인을 사용하기 보다는 아래쪽에서 재킹을 사용함으로써 조립 공정이 한층 더 단순화될 수 있다.

도 6은 지붕을 보일러 고온 구조물 내에 통합함으로써 열팽창 및 수축이 수용될 수 있는 실시가능 실시형태를 도시하고 있다. 도 6은 보일러가 팽창함에 따른 벽, 수직 벅스테이, 갤러리 및 지붕의 움직임을 보여주고 있다.

도 6을 참조하면, 벽 온도가 증가함에 따라 보일러 벽이 바깥쪽으로 팽창하게 된다. 본 실시형태에서, y 방향(즉 보일러 측면 방향)으로의 팽창량은 63mm로 가정하였고, 42000mm 높이에서 벽이 지지되고 있으며 이 높이에서 위쪽으로 (아래쪽으로도) 자유롭게 팽창되는 것으로 가정하였다. 벽이 수평방향에서 바깥쪽으로 팽창할 때, 벽과 지붕의 교차부는 위쪽으로 140mm 팽창할 것이고, 지붕과 가열 면에서의 응력 레벨이 무시할 수 있는 정도라면, 지붕의 중앙부는 동일한 양만큼 위쪽으로 이동할 필요가 있게 된다.

도시되어 있는 실시형태에서, 이는, 지붕과 가열 면을 각진 링크(angulated link)(L4, L5)로 지지함으로써 가능해진다. 다이어그램은, 보일러가 팽창한 결과로 수직 벅스테이가 바깥쪽으로 63mm 이동했을 때, C로 지시된 링크 저온 지점이 H로 지시되어 있는 고온 지점으로 이동하는 것을 나타내고 있다. 이는, 일예로 본 출원 명세서에 참고로 통합되어 있는 국제 특허 공개 공보 WO2010/073030호에 기재되어 있는 수평방향 벅스테이의 이동에 의해 조절된다. 본 다이어그램은 S1과 S2로 지시되어 있는 2개의 스프링 유닛을 도시하고 있다. 그러나, 상기 시스템은 예컨대 다른 링크 시스템을 사용하는 다른 장치에 의해서도 작동될 수 있음에 주목해야 한다. 상기 시스템은 전체 시스템의 일부로 통합되어 있는 다른 구조물과 갤러리 지지물을 또한 보여주고 있다.

이에 따라, 도 2 내지 도 6에 따른 디자인은 도 1의 종래의 디자인에 비해 잠재적으로 상당한 개선을 보여주고 있다. 실질적인 보일러 저온 구조물을 최대 높이까지 구비하는 통상적인 지지 구조물에 비해 구조 중량의 약 30%를 잠재적으로 줄일 수 있고, 관련 비용도 절감할 수 있다. 병행 시공이 개선되어 공기를 상당히 단축시킬 수 있다. 보일러의 점유면적이 감소될 수 있다.

Claims

보일러 외피, 예를 들어 화력발전소 보일러의 외피에 사용되는 지지 구조물로,
보일러 외피용 주 하중 지탱 보일러 저온 구조물의 일부를 포함하며, 보일러 외피와 체결되어 보일러 외피 정하중의 적어도 대부분을 지탱하는, 지지 플랫폼 구조물을 포함하며,
지지 플랫폼 레벨에서 외피 전체 높이보다 실질적으로 아래로 상기 보일러 외피를 둘러싸도록 상기 지지 플랫폼 구조물이 제공되며, 상기 지지 플랫폼 구조물에는 보일러 저온 구조물이 추가로 제공되되, 보일러 저온 구조물의 실질적인 대부분이 지지 플랫폼 레벨 또는 지지 플랫폼 레벨 미만에 위치하도록 제공되는 것을 특징으로 하는, 보일러 외피용 지지 구조물.
제1항에 있어서,
지지 플랫폼 구조물을 포함하는 보일러 지지 저온 구조물과, 상기 보일러 지지 저온 구조물에 의해 지지되는 보일러 지지 고온 구조물을 포함하며,
지지 플랫폼 레벨에서 외피 전체 높이보다 실질적으로 아래로 상기 보일러 외피를 둘러싸도록 상기 지지 플랫폼 구조물이 제공되며, 보일러 저온 구조물의 적어도 실질적인 대부분이 지지 플랫폼 레벨 또는 지지 플랫폼 레벨 미만에 위치하는 것을 특징으로 하는, 보일러 외피용 지지 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서,
실질적으로 모든 보일러 저온 구조물이 지지 플랫폼 레벨 또는 지지 플랫폼 레벨 미만에 위치하며, 보일러 고온 구조물 및 보일러 압력부 요소들만이 보일러 저온 구조물에 의해 지지되는 지지 플랫폼 레벨 위로 연장하는 것을 특징으로 하는, 보일러 외피용 지지 구조물.
선행하는 청구항들 중 임의의 항에 있어서,
지지 플랫폼 구조물이, 실질적으로 보일러 최대 높이 미만의 높이에서 보일러 외피 주위로 연장하여 보일러 외피를 지지하는 실질적으로 수평방향의 프레임워크 구조 부재들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 보일러 외피용 지지 구조물.
선행하는 청구항들 중 임의의 항에 있어서,
적당한 크로스 부재, 빔, 타이, 벅스테이, 인장 부재 및 그 외 부재들을 포함하는, 적당한 제2 구조 요소 및 제3 구조 요소를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 보일러 외피용 지지 구조물.
선행하는 청구항들 중 임의의 항에 있어서,
지지 플랫폼 구조물이 보일러의 버너보다 위이지만 보일러 가열 면보다는 아래인 높이의 보일러와 관련하여 제공되는 것을 특징으로 하는, 보일러 외피용 지지 구조물.
선행하는 청구항들 중 임의의 항에 있어서,
최대 높이 레벨이 보일러의 버너보다 위이지만 보일러 가열 면보다는 아래이며, 상기 최대 높이 레벨에서 혹은 최대 높이 레벨 아래에서 모든 보일러 저온 구조물이 안착하도록, 보일러에 상기 지지 플랫폼 구조물이 제공되는 것을 특징으로 하는, 보일러 외피용 지지 구조물.
선행하는 청구항들 중 임의의 항에 있어서,
상기 지지 플랫폼 구조물이 보일러 외피 최대 높이의 약 40 내지 60% 높이에서 보일러와 관련되어 제공되는 것을 특징으로 하는, 보일러 외피용 지지 구조물.
선행하는 청구항들 중 임의의 항에 있어서,
최대 높이 레벨이 보일러 외피 최대 높이의 약 40 내지 60% 높이이고, 상기 최대 높이에서 혹은 상기 최대 높이 아래에 모든 보일러 저온 구조물이 안착하도록, 보일러에 상기 지지 플랫폼 구조물이 제공되는 것을 특징으로 하는, 보일러 외피용 지지 구조물.
보일러의 보일러 외피에 대해 정하중 지지물의 적어도 대부분을 제공하며, 선행하는 청구항들 중 임의의 항에 따른 지지 구조물을 포함하는 보일러 장치.
제10항에 있어서,
상기 보일러는 화력 발전소에 사용되는 유틸리티 보일러인 것을 특징으로 하는 보일러 장치.
제10항 또는 제11항에 따르는 적어도 하나의 보일러 장치를 포함하는 화력 발전 설비.
보일러 구조물 조립 방법으로,
전술한 본 발명의 제1 측면에 따른 보일러 외피에 사용되는 지지 구조물을 제공하는 단계;
보일러 저온 구조물의 적어도 대부분 및 바람직하기로는 실질적으로 모든 보일러 저온 구조물이 지지 플랫폼 레벨에서 혹은 지지 플랫폼 레벨 아래에 위치하며, 보일러 저온 구조물 위에 보일러 외피가 기구적으로 지지되도록 보일러 외피를 조립하는 단계;를
포함하는 것을 특징으로 하는 보일러 구조물 조립 방법.
제13항에 있어서,
실질적으로 보일러 저온 구조물이 지지 플랫폼 레벨 위에 존재하지 않고, 실질적으로 보일러 고온 구조물과 보일러 압력부 요소들만이 지지 플랫폼 레벨 위로 연장하는 방식으로, 보일러 외피가 지지되는 것을 특징으로 하는 보일러 구조물 조립 방법.
제13항 또는 제14항에 있어서,
지지 구조물을 제공하는 단계와, 지지 구조물 위에 보일러 외피 구조물을 지지하는 방식으로 조립하는 단계가, 계속해서 병행으로 수행되는 것을 특징으로 하는 보일러 구조물 조립 방법.