(57)【要約】【課題】コンパクトな設備で、蒸気生成容器内を高圧の蒸気雰囲気に水封することができ、また、蒸気生成容器内の蒸気圧の変動に応じて、当該蒸気生成容器の水封に必要な水頭圧を自動調整することができる。【解決手段】前側圧力室６１aと後側圧力室６１bが互いの上部どうしを連通されるとともに、それら前側圧力室及び後側圧力室に液が封入され、前側圧力室と後側圧力室の液頭差によって前側圧力室に連通する前段側の圧力室の圧力に対して後側圧力室の圧力を低く保持する液封機構を備え、液封機構が複数段、隣接する液封機構の後側圧力室と前側圧力室とが互いの下部で連通するように直列に配置され、各液封機構には、液封機構の前段側の圧力室の下部に沈降する固体スラグを、前記前側圧力室を通って後段側へ搬出するスラグ搬出機構がそれぞれ配置されている。【選択図】図１
2014169850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融スラグと冷却水を接触させて水蒸気を発生させて該水蒸気を介してスラグの排熱を回収する蒸気生成容器の開口部分を液によって封止する圧力容器の液封構造であって、
前側圧力室と後側圧力室が互いの上部どうしを連通されるとともに、それら前側圧力室及び後側圧力室に液が封入され、前記前側圧力室と前記後側圧力室の液頭差によって前側圧力室に連通する前段側の圧力室の圧力に対して前記後側圧力室の圧力を低く保持する液封機構を備え、
前記液封機構が複数段、隣接する液封機構の前記後側圧力室と前記前側圧力室とが互いの下部で連通するように直列に配置され、
前記各液封機構には、該液封機構の前段側の圧力室の下部に沈降する固体スラグを前記前側圧力室及び前記後側圧力室を通過させて後段側へ搬出するスラグ搬出機構がそれぞれ配置されていることを特徴とする圧力容器の液封構造。
【請求項２】
複数段直列に配置された前記各液封機構において、前記後側圧力室の容積を前記前側圧力室の容積よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力容器の液封構造。
【請求項３】
複数段直列に配置された前記各液封機構が、前記後側圧力室の断面積を前記前側圧力室の断面積よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力容器の液封構造。
【請求項４】
前記蒸気生成容器における蒸気室の最大圧力がＸMPa abs、
前記液封機構の数がＮ段、
各段の前記液封機構の高さ寸法Ｈがそれぞれ２Δｈ＋α、
前記蒸気生成容器の液封時に、各段の前記液封機構が同一の液封圧ΔＰを受け持ち、
最終段の前記液封機構の前記前側圧力室が大気圧と均衡、
前記蒸気生成容器にｎ番目に近い前記前側圧力室の断面積がWwn（m2）、
前記蒸気生成容器にｎ番目に近い前記前側圧力室の容積がVwn（m３）、
前記蒸気生成容器にｎ番目に近い前記後側圧力室の断面積がAan（m2）、
前記蒸気生成容器にｎ番目に近い前記後側圧力室の容積がVan（m３）とされたとき、
各段の前記液封機構の液封圧ΔＰは、次の（１）式で示され、
ΔＰ＝（Ｘ−０．１）／Ｎ  （MPa）            ・・・（１）
かつ、
次の（２）式、及び（３）式を満足するように、前記VanとVwnの容積比を設定することを特徴とする請求項２に記載の圧力容器の液封構造。
【数６】
2014169850.tif 000008
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力容器の開口部分を液によって封止する圧力容器の液封構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
開口部分が封止される構造の圧力容器を備えたスラグ熱回収装置として、特許文献１には次のものが記載されている。
特許文献１に記載されたスラグ熱回収装置は、圧力容器である蒸気生成容器の中にゲートを介して溶融スラグを注ぎ込み、容器内の回転体により溶融スラグを飛散させて容器内の水に接触させ、それによりスラグを冷却して粒状化すると共に蒸気を発生させ、この蒸気のエネルギーでタービンを回して発電する構造である。粒状化されたスラグは、蒸気生成容器の下部の２段式ゲートの開閉によって外部に取り出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公昭６２−１２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のスラグ熱回収装置では、蒸気生成容器の下部に、該容器内の圧力が逃げないようにするための２段式ゲートを設けているが、２段式ゲートの構造上の問題や信頼性の問題などから、容器内の蒸気圧を１．５気圧程度と低く抑えざるを得ず、従って発生した蒸気で発電する場合に、発電効率を高くできなかった。
【０００５】
また、粒状スラグがゲートの隙間に詰まることにより、ゲートを完全に閉じることができないこともあり、結果的に蒸気生成容器内の圧力低下を招くことがあった。
【０００６】
このような問題を解消するため、本件発明者等は、蒸気生成容器内の貯留水に水頭圧をかけて、水封により前記蒸気生成容器内の蒸気圧低下を抑止する構造を研究した。ところが、水封構造では、水封対象となる蒸気圧に相応する水頭圧を確保するために構造が大型化しやすく、コンパクト化の点で問題があった。
また、スラグ熱回収装置における蒸気生成容器では、稼働中に、高炉からの溶融スラグの出滓量の変動などによって、蒸気生成容器内の蒸気圧が変動し易く、蒸気生成容器内の蒸気圧の変動に応じてその都度水頭圧を調整しなければならない問題もあった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みされたものであり、コンパクトな設備で、圧力容器の開口部分を封止することができ、かつスラグを速やかに外部へ搬出することができる圧力容器の液封構造を提供することを課題とする。また、圧力容器内の圧力の変動に応じて、当該圧力容器の液封に必要な液封圧を自動調整することができる圧力容器の液封構造を提供することを次の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
請求項１の発明は、溶融スラグと冷却水を接触させて水蒸気を発生させて該水蒸気を介してスラグの排熱を回収する蒸気生成容器の開口部分を液によって封止する圧力容器の液封構造であって、前側圧力室と後側圧力室が互いの上部どうしを連通されるとともに、それら前側圧力室及び後側圧力室に液が封入され、前記前側圧力室と前記後側圧力室の液頭差によって前側圧力室に連通する前段側の圧力室の圧力に対して前記後側圧力室の圧力を低く保持する液封機構を備え、前記液封機構が複数段、隣接する液封機構の前記後側圧力室と前記前側圧力室とが互いの下部で連通するように直列に配置され、前記各液封機構には、該液封機構の前段側の圧力室の下部に沈降する固体スラグを前記前側圧力室及び前記後側圧力室を通過させて後段側へ搬出するスラグ搬出機構がそれぞれ配置されていることを特徴とする。
これにより、圧力容器内の開口部分の液封に必要な液封圧を、各段の液封機構に振り分けて、液封機構一つ当たりが担う液封圧を小さく設定することができる。そして、担う液封圧が小さくなることから、それぞれの液封機構の高さ寸法を短縮することができ、全体構造をコンパクト化することができる。また、液封機構の結合段数を増やすことで、簡単に蒸気生成容器に作用させる液封圧を高めることができ、蒸気生成容器内を高い圧力状態に保持することができる。
従って、コンパクトな設備で、蒸気生成容器内を高い圧力状態に保持できる。
また、蒸気生成容器内で沈降する固体スラグを、各液封機構に設けたスラグ搬出機構によって順次後段側へ搬出することができ、最終的には、固体スラグを速やかに外部へ搬出することができる。
【０００９】
請求項２の発明は、複数段直列に配置された前記各液封機構において、前記後側圧力室の容積を前記前側圧力室の容積よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする。
上記構成の液封構造によれば、蒸気生成容器の封止状態において、液封機構の空気柱は液頭圧がかかるので、その分体積は減少する。このことを考慮すれば、各液封機構において、後側圧力室（空気柱）の容積を前記前側圧力室（液柱）の容積よりも小さくなるように設定しても、蒸気生成容器を封止する機能が損なわれることがない。
つまり、液封機構において、後側圧力室（空気柱）の容積を前記前側圧力室（液柱）の容積よりも小さく設定した分だけ、液封構造全体をよりコンパクトにすることができる。
【００１０】
請求項３の発明は、複数段直列に配置された前記各液封機構が、前記後側圧力室の断面積を前記前側圧力室の断面積よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする。
上記構成の液封構造によれば、蒸気生成容器の封止状態において、液封機構の空気柱は液頭圧がかかるので、その分体積は減少する。このことを考慮すれば、各液封機構において、前記後側圧力室の断面積を前記前側圧力室の断面積よりも小さくなるように設定しても、蒸気生成容器を封止する機能が損なわれることがない。
つまり、液封機構において、後側圧力室（空気柱）の断面積を前記前側圧力室（液柱）の断面積よりも小さく設定した分だけ、液封構造全体をよりコンパクトにすることができる。
【００１１】
請求項４の発明は、前記蒸気生成容器における蒸気室の最大圧力がＸMPa abs、前記液封機構の数がＮ段、各段の前記液封機構の高さ寸法Ｈがそれぞれ２Δｈ＋α、前記蒸気生成容器の液封時に、各段の前記液封機構が同一の液封圧ΔＰを受け持ち、最終段の前記液封機構の前記前側圧力室が大気圧と均衡、前記蒸気生成容器にｎ番目に近い前記前側圧力室の断面積がWwn（m2）、前記蒸気生成容器にｎ番目に近い前記前側圧力室の容積がVwn（m３）、前記蒸気生成容器にｎ番目に近い前記後側圧力室の断面積がAan（m2）、前記蒸気生成容器にｎ番目に近い前記後側圧力室の容積がVan（m３）とされたとき、
各段の前記液封機構の液封圧ΔＰは、次の（１）式で示され、
ΔＰ＝（Ｘ−０．１）／Ｎ  （MPa）            ・・・（１）
かつ、
次の（２）式、及び（３）式を満足するように、前記VanとVwnの容積比を設定することを特徴とする。
【００１２】
【数１】
2014169850.tif 000003
【００１３】
これにより、圧力容器の液封構造を構成する各段の液封機構の容積比を簡単に設定することが可能になり、安定した液封性能を持つ液封構造の設計を容易にすることができる。
また、想定している最大液封圧以内であれば、蒸気生成容器内の圧力の変動に応じて、各段の液封機構の液頭が自動的に変化して、蒸気生成容器の液封に必要な液封圧を得る。従って、当該圧力容器の液封構造においては、例えば、蒸気生成容器内の蒸気圧が変動する場合でもその蒸気圧の変動に応じて、当該蒸気生成容器の液封に必要な液封圧を自動調整することができる。そのため、蒸気生成容器内の蒸気圧の変動に伴い、各液封機構内に貯留されている液量を調節するような手間が不要で、蒸気生成容器の液封状態を安定的に維持することができる。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、圧力容器内の開口部分の液封に必要な液封圧を、各段の液封機構に振り分けて、液封機構一つ当たりが担う液封圧を小さく設定することができる。そして、担う液封圧が小さくなることから、それぞれの液封機構の高さ寸法を短縮することができ、全体構造をコンパクト化することができる。また、液封機構の結合段数を増やすことで、簡単に圧力容器に作用させる液封圧高めることができ、圧力容器内を高い圧力状態に保持することができる。従って、コンパクトな設備で、圧力容器内を高い圧力状態に保持することができる。
また、蒸気生成容器内で沈降する固体スラグを、各液封機構に設けたスラグ搬出機構によって順次後段側へ搬出することができ、最終的には、固体スラグを速やかに外部へ搬出することができる。
【００１５】
請求項２の発明によれば、各液封機構において、後側圧力室の容積を前側圧力室の容積よりも小さくなるように設定した分だけ、構造全体をよりコンパクトにすることができる。
【００１６】
請求項３の発明によれば、各液封機構において、後側圧力室の断面積を前側圧力室の断面積よりも小さくなるように設定した分だけ、構造全体をよりコンパクトにすることができる。
【００１７】
請求項４の発明によれば、圧力容器の液封構造を構成する各段の液封機構の容積比を簡単に設定することが可能になり、安定した水封性能を持つ液封構造の設計を容易にすることができる。
また、蒸気生成容器内の蒸気圧が変動する場合でも、蒸気生成容器内の蒸気圧の変動に応じて、当該蒸気生成容器の液封に必要な液封圧を自動調整することができ、このため、蒸気生成容器内の蒸気圧の変動に伴い、各液封機構内に貯留されている液量を調節するような手間が不要で、蒸気生成容器の液封状態を安定的に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る第１実施形態の圧力容器の液封構造において、蒸気生成容器内の蒸気圧が最大水封圧になっている時の各段の液封機構の動作状態の説明図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明に係る第１実施形態の圧力容器の液封構造において、蒸気生成容器内の蒸気圧が大気圧になっている時の各段の液封機構の動作状態の説明図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】本発明に係る第２実施形態の圧力容器の液封構造の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明に係る第１実施形態の圧力容器の液封構造において蒸気生成容器内の蒸気圧が最大水封圧になっている時の各段の液封機構の動作状態の説明図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は本発明に係る第１実施形態の圧力容器の液封構造において蒸気生成容器内の蒸気圧が大気圧になっている時の各段の液封機構の動作状態の説明図、図４は図３のＢ−Ｂ断面図である。
【００２０】
図１において、符号１０はスラグ熱回収装置における蒸気生成容器（圧力容器）である。スラグ熱回収装置は、図１に示す蒸気生成容器１０と、該蒸気生成容器１０の蒸気出力管１０ａから出力する蒸気のエネルギーで駆動されるタービンと、を備える。
図１の蒸気生成容器１０は、上端に気密に結合されたスラグ注入容器１１により、高炉等で生成された溶融スラグ２０が注ぎ込まれる。スラグ注入容器１１には、蒸気生成容器１０に注ぎ込まれる溶融スラグ２０に冷却水を噴射する冷却水噴射管１２が挿通されている。
【００２１】
蒸気生成容器１０内に注ぎ込まれる溶融スラグ２０は、冷却水噴射管１２から吹きつけられる冷却水との接触、及び蒸気生成容器１０内に貯留されている冷却水との接触によって水砕される。また、溶融スラグ２０は、冷却水との接触によって蒸気を発生する。発生した蒸気は、蒸気生成容器１０の上部に溜まり、蒸気生成容器１０の上部に接続される蒸気出力管１０ａによって、タービンに送られて、タービンを駆動する。
【００２２】
蒸気生成容器１０において、容器下部の空間は冷却水を貯留する冷却水貯留部１０１となり、該冷却水貯留部１０１より上方の空間は当該容器内に注ぎ込まれる溶融スラグ２０と冷却水との接触によって発生する蒸気が溜まる蒸気室１０２となる。蒸気室１０２の容積は、該蒸気室１０２内に溜まる蒸気圧によって変動する。
【００２３】
本実施形態の場合、冷却水噴射管１２より蒸気生成容器１０内に噴射される冷却水は、主に蒸気生成容器１０内に貯留されている冷却水である貯留水の循環により行われる。また、図３に示したように、蒸気室１０２が大気開放状態になって、蒸気室１０２内の蒸気圧（空気圧）が大気圧（0.1MPa abs）となる状態における冷却水貯留部１０１の水位ｈ１が変動しないように、冷却水噴射管１２からの冷却水供給量が調整される。
【００２４】
また、蒸気生成容器１０内に注ぎ込まれた溶融スラグ２０は、水砕により細粒化されると共に、冷却水との熱交換によって固化し、固体スラグとなって、冷却水貯留部１０１内の冷却水中を沈降し、蒸気生成容器１０の底部に堆積する。
図示はしていないが、蒸気生成容器１０を水封する本実施形態の圧力容器の液封構造（以下、単に液封構造という）５０には、蒸気生成容器１０の底部に沈降する固体スラグを外部搬出するスラグ搬出機構が装備される。スラグ搬出機構については、第２実施形態で詳しく説明する。
【００２５】
以上に説明した蒸気生成容器１０は、下端を開放している。
本実施形態の液封構造５０は、蒸気生成容器１０内の冷却水Ｃに液封圧をかけて、蒸気室１０２の蒸気が蒸気生成容器１０の下部から抜けることを抑止する
【００２６】
本実施形態の液封構造５０は、蒸気生成容器１０の冷却水Ｃに液封圧をかける３つの液封機構６１，６２，６３を備えている。これらの液封機構６１，６２，６３は、多段構造となるよう直列に配置された状態で蒸気生成容器１０に結合される。
液封機構６１、６２，６３は、前側圧力室６１ａ、６２ａ、６３ａと後側圧力室６１ｂ、６２ｂ、６３ｂが互いの上部どうしを連通されるとともに、それら前側圧力室６１ａ、６２ａ、６３ａ及び後側圧力室６１ｂ、６２ｂ、６３ｂに水が封入され、前側圧力室６１ａ、６２ａ、６３ａと後側圧力室６１ｂ、６２ｂ、６３ｂの液頭差によって、前側圧力室６１ａ、６２ａ、６３ａに連通する前段側の圧力室の圧力に対して後側圧力室６１ｂ、６２ｂ、６３ｂの圧力が低く保持される。
【００２７】
ここで、前側、後側とは、蒸気生成容器１０の圧力が大気側に向けて漸次降下し最終的に大気に開放されるときの圧力の伝達を基準に定めるものであり、蒸気生成容器１０側を前側、大気開放側を後側と定めている。また、互いの液封機構６１，６２，６３が直列に配置されるとき、隣接する液封機構の前側圧力室と後側圧力室とが互いの下部で連通するように結合されて配置される。
【００２８】
蒸気生成容器１０に結合される初段の液封機構６１は、蒸気生成容器１０の蒸気室１０２に前側圧力室６１ａが連通される。前側圧力室６１ａは下部空間が冷却水を貯留する水貯留部となり、上部空間が空気貯留部となる。また、前側圧力室６１ａの上端が後側圧力室６１ｂに気密に繋がる開放部になっている。
【００２９】
２段以降の液封機構６２，６３は、液封機構６１と同様の構造である。
液封機構６２は、前側圧力室６２ａと後側圧力室６２ｂとが互いの上部どうしを連通される逆Ｕ字管構造となっている。前側圧力室６２ａの下端が前段の液封機構６１の後側圧力室６１ｂの下端と繋がる開放部になっている。また、後側圧力室６２ｂの下端が次段の液封機構６３の前側圧力室６３ａと繋がる開放部になっている。
【００３０】
液封機構６３は、前側圧力室６３ａと後側圧力室６３ｂとが互いの上部どうしを連通される逆Ｕ字管構造となっている。なお、ここでは、前側圧力室６３ａの下端が前段の液封機構６２の後側圧力室６２ｂの下端と繋がる開放部になっている。また、後側圧力室６３ｂはここでは大気に開放されている。つまり、この実施形態では、大気が後側圧力室６３ｂとなっている。
また、複数段直列に配置される各液封機構６１、６２、６３において、前側圧力室６１ａ、６２ａの容積及び断面積は、後側圧力室６１ｂ、６２ｂの容積及び断面積よりもそれぞれ小さくなるように設定されている。詳しくは後述する。
【００３１】
本実施形態の場合、それぞれの液封機構６１，６２，６３は、同一の高さ寸法とされている。液封機構６１，６２，６３を構成する各容器の高さ寸法は、図１に示すように、容器内に１０ｍ（＝２Δｈ）の水頭が立つとき、上部にαｍの隙間が残る高さである。
【００３２】
本実施形態の液封構造５０は、図３に示すように、蒸気生成容器１０の上部が大気開放されていて、蒸気室１０２が大気圧（0.1 MPa abs）の時には、それぞれの液封機構６１，６２，６３における上部の空間１，２，３の空気圧が大気圧に一致するように、各液封機構６１，６２，６３の各圧力室における冷却水Ｃの初期の水位ｈ１が設定されている。初期の水位ｈ１は、前述のΔｈに等しい。
【００３３】
図１に示した空間１は、液封機構６１の前側圧力室６１ａと後側圧力室６１ｂとが互いに連通した上部の空気層の空間である。
図１に示した空間２は、液封機構６２の前側圧力室６２ａと後側圧力室６２ｂとが互いに連通した上部の空気層の空間である。
図１に示した空間３は、液封機構６３の前側圧力室６３ａと後側圧力室６３ｂとが互いに連通した上部の空気層の空間である。
【００３４】
本実施形態の液封構造５０は、溶融スラグ２０と冷却水との接触によって蒸気生成容器１０内の蒸気圧が上昇するとき、図１に示すように、例えば蒸気室１０２内の蒸気圧が0.4 MPa absまで、安定して蒸気生成容器１０を水封できるように設計される。
【００３５】
本実施形態の液封構造５０の各段の液封機構６１，６２，６３は、水封時には、後段のものは前段のものより担う水封圧が低くなり、最終段の液封機構６３における水柱は大気圧とつり合うように、各液封機構６１，６２，６３の容積に差異をつけている。
【００３６】
詳しく説明すると、図２に示すように、液封機構６１の前側圧力室６１ａの断面積をAw1、後側圧力室６１ｂの断面積をAa1、液封機構６２前側圧力室６２ａの断面積をAw2、後側圧力室６２ｂの断面積をAa2、液封機構６３の前側圧力室６３ａの断面積をAw3とするとき、各筒部の断面積比が下記の（３）式を満足するように、各液封機構６１，６２，６３を設計する。
Aw3：Aa2：Aw2：Aa1：Aw1＝1.0：1.0：3.4：3.4：22.5    ……（３）
【００３７】
上記（３）式を満足するように、液封構造５０を設計すると、図１に示すように、蒸気生成容器１０の蒸気室１０２の蒸気圧が0.4MPa absになるとき、前側圧力室６１ａ、前側圧力室６２ａ及び前側圧力室６３ａには、それぞれ２Δｈの高さの水柱が立ち、空間１内の圧力が0.3MPa abs、空間２内の圧力が0.2MPa abs、空間３内の圧力が大気圧となって、蒸気生成容器１０内の冷却水貯留部に作用する水封圧と蒸気室１０２内の蒸気圧とがつり合う。
【００３８】
上記（３）式は、次に示す解法で導くことができる。
図３に示した状態における空間１の堆積をV1（m３）、
図１に示した状態における空間１の堆積をV1’（m３）、とすると、V1とV1’は、次の（４）式と（５）式によって表される。
V1＝（Aw1＋Aa1）×（Δｈ＋α）      ……（４）
V1’＝ V1／３＝Aa1×（２Δｈ＋α）＋Aw1×α      ……（５）
そして、（４）式と（５）式を連立させて解くと、次の（６）式、（７）式、（８）式が得られる。
【００３９】
【数２】
2014169850.tif 000004
【００４０】
また、図３に示した状態における空間２の体積をV2（m３）、図１に示した状態における空間２の体積をV2’（ m３）、とすると、V2とV2’は、次の（９）式と（１０）式によって表される。
【００４１】
V2＝（Aw2＋Aa2）×（Δｈ＋α）      ……（９）
V2’＝V2／2＝Aa2×（２Δｈ＋α）＋Aw2×α      ……（１０）
そして、（９）式と（１０）式を連立させて解くと、次の（１１）式、（１２）式、（１３）式が得られる。
【００４２】
【数３】
2014169850.tif 000005
【００４３】
（３）式で、Aa2＝Aw3＝１とすると、（１２）式、（８）式、（７）式に代入することで、（３）式に示した断面積比が得られる。
【００４４】
以上に説明した第１実施形態の液封構造５０では、蒸気生成容器１０内の蒸気圧の水封に必要な水頭圧を、各段の液封機構６１，６２，６３に振り分けて、液封機構一つ当たりが担う水封圧を、１／３に小さく設定することができる。そして、担う水封圧が小さくなることから、それぞれの液封機構６１，６２，６３の高さ寸法を短縮することができ、装置をコンパクト化することができる。また、図１に示したように、水封する蒸気圧を４気圧という高圧に設定することができ、従来の２段ゲートで蒸気生成容器の蒸気圧を保持する場合と比較すると、スラグ熱回収装置の発電効率を向上させることができる。
従って、コンパクトな設備で、蒸気生成容器１０内を高圧の蒸気雰囲気に水封することができる。
【００４５】
また、一実施形態の液封構造５０では、想定している最大水封圧以内であれば、蒸気生成容器１０内の蒸気圧が変動に応じて、各段の液封機構６１，６２，６３内の水頭が自動的に変化して、蒸気生成容器１０の水封に必要な水頭圧を得る。従って、当該液封構造５０においては、例えばスラグ熱回収装置において溶融スラグ２０の出滓が無く、蒸気生成容器１０内の蒸気圧が大気圧となる状態でも、溶融スラグ２０の出滓量の変動によって蒸気生成容器１０内の蒸気圧が変動する場合でも、蒸気生成容器１０内の蒸気圧の変動に応じて、当該蒸気生成容器１０の水封に必要な水頭圧を自動調整することができる。そのため、蒸気生成容器１０内の蒸気圧の変動に伴い、各液封機構６１，６２，６３内に貯留されている水量を調節するような手間が不要で、蒸気生成容器１０の水封状態を安定的に維持することができ、スラグ熱回収装置の安定操業が可能となる。
【００４６】
次に、圧力容器の液封構造を構成する液封機構をＮ段の多段構造に構築する場合の各液封機構間における断面積比の一般解を示す。
【００４７】
前記蒸気生成容器における蒸気室の最大圧力がＸMPa abs、
液封機構の数がＮ段、
各段の液封機構の高さ寸法Ｈがそれぞれ２Δｈ＋α、
前記蒸気生成容器の液封時に、各段の液封機構が同一の液封圧ΔＰを受け持ち、
最終段の液封機構の前側圧力室（液柱）が大気圧と均衡、
前記蒸気生成容器にｎ番目に近い前側圧力室（液柱）の断面積がAwn（m2）、
前記蒸気生成容器にｎ番目に近い前側圧力室（液柱）の容積がVwn（m３）、
前記蒸気生成容器にｎ番目に近い前記後側圧力室（空気柱）の断面積がAan（m2）、
前記蒸気生成容器にｎ番目に近い前記後側圧力室（空気柱）の容積がVan（m３）
とされたとき、
各段の液封機構の水封圧ΔＰは、次の（１４）式で示される。
【００４８】
ΔＰ＝（Ｘ−０．１）／Ｎ  （MPa）            ・・・（１４）
各段の液封機構における水頭量２Δｈ（ｍ）は、次の（１５）式で算出される
２Δｈ＝ΔＰ×１０      ……（１５）
【００４９】
蒸気生成容器１０内の蒸気室１０２の圧力が大気圧時、蒸気生成容器１０に一番近い空間V1の体積（m３）は、次の（１６）式で表せる。
V1＝（Aw１＋Aa1）×（Δh＋α）    ……（１６）
【００５０】
ここに、Aw1：蒸気生成容器１０に一番近い前側圧力室（水柱）断面積（ｍ２）
（即ち、初段の液封機構における前側圧力室（水柱）断面積）
Aa1：蒸気生成容器１０に一番近い後側圧力室（空気柱）断面積（ｍ２）
（即ち、２段目の液封機構における後側圧力室（空気柱）の断面積）
α：蒸気生成容器の蒸気室の最大圧力時を水封するときの各液封機構における水柱の最大水位と、容器天井部との間の距離（ｍ）
【００５１】
また、水封時、蒸気生成容器に一番近い空間Ｖ１’の体積は、次の（１７）式で示すことができる。
V1’＝V１／（X−ΔＰ）＝Aa1×２Δｈ＋（Aa１＋Aw１）×α……（１７）
（１７）式と（１６）式を連立させて解くと、次の（１８）式が得られる。
【００５２】
【数４】
2014169850.tif 000006
【００５３】
以上によりAa１とAw１の断面積比を算出することができる。
ここで、水は非圧縮性流体であるから、一つの液封機構において隣り合う前側圧力室（水柱形成断面積）と、後側圧力室（空気柱形成空間）の断面積は等しい。従って、次の（１９）式が成り立つ。
Aa1＝Aw２          ……（１９）
【００５４】
（１９）式から、ｎ番目の液封機構における前側圧力室と後側圧力室との断面積比は、次の（２０）式となる。
Aa（ｎ−１）＝Awn      ……（２０）
【００５５】
蒸気生成容器１０の蒸気室１０２が大気圧のとき、蒸気生成容器１０からｎ番目に空気柱の空間Ｖｎは、次の（２１）式で示される。
Vn＝（Awn＋Aan）×（Δｈ＋α）      ……（２１）
こに、Awn：蒸気生成容器１０にｎ番目に近い水柱断面積（ｍ2）
Aan：蒸気生成容器１０にｎ番目に近い空気中断面積（ｍ2）
【００５６】
本発明の液封構造による水封時、蒸気生成容器１０にｎ番目に近い空間の体積Vn’は、次の式（２２）で表される。
Vn’＝ Vn／（X−ｎΔP）＝Aan×２Δｈ＋（Aan＋Awn）×α  ……（２２）
前記（２１）式と（２２）式とを連立させてとくと、次に（２３）式が得られる。
【００５７】
【数５】
2014169850.tif 000007
【００５８】
以上により、AanとAwnとの断面積比を算出することが可能である。また、ここでは、各液封機構の高さ寸法Ｈが同じ値に設定しているので、AanとAwnとの断面積比を算出することは、同時にVanとVwnの容積比を算出することになる。
そして、水は非圧縮性流体であるから一つの液封機構において隣り合う前側圧力室（空気空間断面積）と、後側圧力室（水柱形成空間）の断面積は等しい。従って、次の（２４）式が成り立つ。
Aan＝Aw（n＋1）          ……（２４）
以上を、ｎ＝Nになるまで繰り返せば、各段における水柱断面積と空気柱断面積との比並びに、水柱容積と空気柱容積との比を求めることができる。
【００５９】
上記の一般解を利用することで、液封構造を構成する液封機構の段数に限らず、各段の液封機構の容積比を簡単に設定することが可能になり、安定した水封性能を持つ液封構造の設計を容易にすることができる。
【００６０】
＜第２実施形態＞
図５は、本発明に係る第２実施形態の圧力容器の液封構造の説明図である。
この第２実施形態において、前記第１実施形態で用いた同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６１】
ここでは、液封機構６１，６２，６３の前側圧力室及び後側圧力室をそれぞれ形成する壁部７０が斜めに傾斜して形成され、これら斜めの壁部７０に沿って、液封機構６１,６２,６３の前段側の圧力室の下部に沈降する固体スラグを前側圧力室及び後側圧力室を通過させて後段側へ搬出するスラグ搬出機構７１が配置されている。
すなわち、スラグ搬出機構７１は、前側圧力室の前段の圧力室とつながる下部に横たわる下部水平ベルトコンベア部７１ａ、水平ベルト部７１ａから前側圧力室に沿って斜めに立ち上がる傾斜ベルトコンベア部７１ｂ、傾斜ベルトコンベア部７１ｂの上端から蒸気生成容器とは逆側に延びる上部水平ベルトコンベア部７１ｃ、及びこれらベルトコンベア部を駆動するモータ７１ｄからなっている。なお、最終段のスラグ搬出機構７１ではモータの図示を省略してある。
【００６２】
第２実施形態では、各液封機構６１，６２，６３に、該液封機構の前段側の圧力室の下部に沈降する固体スラグを前側圧力室及び後側圧力室を通過させて後段側へ搬出するスラグ搬出機構７１をそれぞれ設けているので、蒸気生成容器内で沈降する固体スラグを、各液封機構に設けたスラグ搬出機構によって順次後段側へ搬出することができ、最終的には、固体スラグを速やかに外部へ搬出することができる。
【００６３】
なお、本発明に係る液封構造では、液封機構の結合段数を増やすことで、簡単に蒸気生成容器に作用させる液封圧を高めることができ、蒸気生成容器１０内を高圧の蒸気雰囲気の水封状態にすることが容易である。
【００６４】
本発明は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上記実施形態では、液封機構において封止する液体に水を用いているが、これに限られることなく、他の液体を用いても良い。
また、上記実施形態では、各液封機構がそれぞれ同一の液封圧ΔＰを受け持った例を示したが、これに限られることなく、各液封機構がそれぞれ異なった液封圧ΔＰを受け持っても、あるいはグループ分けされた液封機構が同じ液封圧ΔＰを受け持つとともに各グループ間の液封機構で異なった液封圧Δを受け持ってもよい。
例えば、液封しようとする圧力容器に最も近い液封機構がある液封圧ΔＰを受け持ち、それに続く他の液封機構が、それよりも低い液封入圧ΔＰを受け持っても良い。
【符号の説明】
【００６５】
１０    蒸気生成容器
２０    溶融スラグ
３０    冷却水
３０ａ  貯留水
５０    圧力容器の液封構造
５０Ａ  圧力容器の液封構造
６１    液封機構
６１ａ  前側圧力室
６１ｂ  後側圧力室
６２    液封機構
６２ａ  前側圧力室
６２ｂ  後側圧力室
６３    液封機構
６３ａ  前側圧力室
６３ｂ  後側圧力室
７１  スラグ搬出機構
１０１  冷却水貯留部
１０２  蒸気室
【図１】
2014169850.tif 000009
【図２】
2014169850.tif 000010
【図３】
2014169850.tif 000011
【図４】
2014169850.tif 000012
【図５】
2014169850.tif 000013