(57)【要約】  ボイラ装置のための壁構造。ボイラ装置は、少なくとも炉及び分離器で形成される。炉は、格子、下部、及び上部を有する。分離器は、炉の上部及び下部の両方と導管によって流体連通して配置される。導管は、分離器と一緒に流動媒体の外部循環を形成する。炉の上部は、４つの垂直壁を有し、炉の下部は、ある高さを有し、格子から垂直壁まで延在する４つの壁を有する。壁構造は、炉の下部の壁に取り付けられ、下部の全高さにわたって実質的に延在する少なくとも１つの中空梁を備え、少なくとも１つの中空梁は、流動媒体を炉内へ戻すために外部循環と流体連通している。
2013527905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラ装置が、少なくとも炉及び分離器で形成され、前記炉が、格子、下部、及び上部を有し、前記分離器が、前記炉の前記上部及び前記下部の両方と導管によって流体連通して配置され、前記導管が、前記分離器と一緒に流動媒体の外部循環を形成し、前記炉の前記上部が、４つの垂直壁を有し、前記炉の前記下部が、ある高さを有し、前記格子から前記垂直壁まで延在する４つの壁を有する、ボイラ装置のための壁構造において、
前記炉の前記下部の壁に取り付けられ、前記下部全体の高さにわたって実質的に延在する少なくとも１つの中空梁を備えており、前記少なくとも１つの中空梁が、流動媒体を前記炉内へ戻すために前記外部循環と流体連通している、壁構造。
【請求項２】
前記外部循環から流動媒体を受け取るために、前記壁構造は、前記炉の前記下部の前記壁に開口部をさらに備え、前記開口部が、前記少なくとも１つの中空梁と流体連通して配置されている、請求項１に記載の壁構造。
【請求項３】
前記少なくとも１つの中空梁が、前記炉の前記下部の前記壁の高さの少なくとも８０％にわたって延在している、請求項１に記載の壁構造。
【請求項４】
前記少なくとも１つの中空梁が、その下部において前記炉の前記格子に取り付けられている、請求項１に記載の壁構造。
【請求項５】
前記壁構造は、前記炉の前記上部の前記垂直壁の下端部に最下部水平補強材をさらに備え、前記少なくとも１つの中空梁が上部を有し、前記梁が、その上部において前記最下部水平補強材に取り付けられている、請求項１に記載の壁構造。
【請求項６】
前記少なくとも１つの中空梁が、（ｉ）前記ボイラの前記上部の前記垂直壁上に配置された流動層熱交換チャンバ、（ｉｉ）前記分離器から吊り下げられた流動層熱交換チャンバ、（ｉｉｉ）前記ボイラ及び前記分離器から独立して支持された流動層熱交換チャンバ、並びに（ｉｖ）分離器のうちの１つと流体連通して配置されている、請求項１に記載の壁構造。
【請求項７】
前記少なくとも１つの中空梁が、少なくとも２つの側壁及び１つの後壁を形成する水／蒸気管パネルで形成され、前記パネルが、箱形構造を形成するために、互いに及び前記炉の前記下部の前記壁に取り付けられている、請求項１に記載の壁構造。
【請求項８】
前記少なくとも１つの中空梁の前記後壁が、前記炉の前記下部の前記壁と平行である、請求項７に記載の壁構造。
【請求項９】
前記少なくとも１つの中空梁が下部を有し、底壁が前記梁の前記下部に配置されている、請求項７に記載の壁構造。
【請求項１０】
前記底壁が、前記少なくとも１つの中空梁の前記側壁間に配置されている、請求項９に記載の壁構造。
【請求項１１】
前記底壁が、前記側壁間で前記少なくとも１つの中空梁の前記後壁を曲げることによって形成されている、請求項９に記載の壁構造。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの中空梁の前記底壁が、前記開口部に向かって傾斜するように配置されている、請求項９に記載の壁構造。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの中空梁が、それぞれが２つの長手方向縁部を有する２つの側壁及び１つの後壁で形成され、前記側壁が、長手方向縁部を有し、その一方の長手方向縁部によって前記炉の前記下部の前記壁に取り付けられ、また反対側の長手方向縁部によって前記後壁の前記長手方向縁部に取り付けられて、箱形構造を形成する、請求項１に記載の壁構造。
【請求項１４】
前記箱形構造が、中空梁を形成する、請求項１３に記載の壁構造。
【請求項１５】
前記炉の前記下部の前記壁が、実質的に垂直補強材又はバックステーとして働く１つ又は複数の中空梁を有する、請求項１に記載の壁構造。
【請求項１６】
格子、下部、及び上部を有する炉であって、前記炉の前記上部が４つの垂直壁を有し、前記炉の前記下部がある高さを有し、前記格子から前記垂直壁まで延在する４つの壁を有する、炉と、
前記炉の前記上部及び前記下部の両方と導管によって流体連通して配置された分離器であって、前記導管が前記分離器と一緒に流動媒体の外部循環を形成している、分離器と、
前記炉の前記下部の壁に取り付けられ、前記下部の全高さにわたって実質的に延在する少なくとも１つの中空梁を備える壁構造であって、前記少なくとも１つの中空梁が、流動媒体を前記炉内へ戻すために前記外部循環と流体連通している、壁構造と、
を備える、ボイラ装置。
【請求項１７】
前記外部循環から流動媒体を受け取るために、前記壁構造は、前記炉の前記下部の前記壁に開口部をさらに備え、前記開口部が、前記少なくとも１つの中空梁と流体連通して配置されている、請求項１６に記載のボイラ装置。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの中空梁が、前記炉の前記下部の前記壁の高さの少なくとも８０％にわたって延在する、請求項１６に記載のボイラ装置。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの中空梁が、その下部において前記格子に取り付けられている、請求項１６に記載のボイラ装置。
【請求項２０】
前記壁構造は、前記炉の前記上部の前記垂直壁の下端部に最下部水平補強材をさらに備え、前記少なくとも１つの中空梁が上部を有し、前記梁が、その上部において前記最下部水平補強材に取り付けられている、請求項１６に記載のボイラ装置。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの中空梁が、（ｉ）前記ボイラの前記上部の前記垂直壁上に配置された流動層熱交換チャンバ、（ｉｉ）前記分離器から吊り下げられた流動層熱交換チャンバ、（ｉｉｉ）前記ボイラ及び前記分離器から独立して支持された流動層熱交換チャンバ、並びに（ｉｖ）分離器のうちの１つと流体連通して配置されている、請求項１６に記載のボイラ装置。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの中空梁が、少なくとも２つの側壁及び１つの後壁を形成する水／蒸気管パネルで形成され、前記パネルが、箱形構造を形成するために、互いに及び前記炉の前記下部の前記壁に取り付けられている、請求項１６に記載のボイラ装置。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの中空梁の前記後壁が、前記炉の前記下部の前記壁と平行である、請求項２２に記載のボイラ装置。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの中空梁が下部を有し、底壁が前記少なくとも１つの中空梁の前記下部に配置されている、請求項２２に記載のボイラ装置。
【請求項２５】
前記底壁が、前記少なくとも１つの中空梁の前記側壁間に配置されている、請求項２４に記載のボイラ装置。
【請求項２６】
前記底壁が、前記側壁間で前記少なくとも１つの中空梁の前記後壁を曲げることによって形成されている、請求項２４に記載のボイラ装置。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの中空梁の前記底壁が、前記開口部に向かって傾斜するように配置されている、請求項２４に記載のボイラ装置。
【請求項２８】
前記少なくとも１つの中空梁が、それぞれが２つの長手方向縁部を有する２つの側壁及び１つの後壁で形成され、前記側壁が、長手方向縁部を有し、その一方の長手方向縁部によって前記炉の前記下部の前記壁に取り付けられ、また反対側の長手方向縁部によって前記後壁の前記長手方向縁部に取り付けられて、箱形構造を形成する、請求項１６に記載のボイラ装置。
【請求項２９】
前記箱形構造が、中空梁を形成する、請求項２８に記載のボイラ装置。
【請求項３０】
前記炉の前記下部の前記壁が、実質的に垂直補強材又はバックステーとして働く１つ又は複数の中空梁を有する、請求項１６に記載の壁構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラ装置のための壁構造に関する。本発明は、特に、例えば流動層ボイラ及び循環流動層ボイラの下部傾斜壁に関連して適用できる。
【背景技術】
【０００２】
従来技術の通常の流動層ボイラ装置は炉を備え、この炉には、燃料、流動媒体、及び燃焼用空気が導入される。燃料が燃焼すると、熱が発生し、ボトム・アッシュ及び燃焼排ガスの両方が生成される。燃焼排ガスは分離器へ運ばれ、分離器は、そのガスから固形粒子を分離する。次いで固形粒子は炉へ戻される。
【０００３】
構造上、循環流動層ボイラ（ＣＦＢ）は一般に、下部、側壁、及び天井を有する炉と、炉の上部と流体連通して接続されている少なくとも１つの粒子分離器とを備える。炉の下部の少なくともいくつかの壁は、通常、炉の断面が上方に向かって大きくなるように、傾斜している。傾斜壁を有する炉の部分は、収束下部と呼ばれることもある。実際には、ボイラ及び分離器の全ての壁及び天井は、炉から熱を集めるために、水又は蒸気の管を備える。炉の収束下部の壁は、通常、金属製のものよりも耐摩耗性に優れた耐熱材料の水又は蒸気の管壁で覆われている。炉の下部は、一次空気と呼ばれる燃焼ガス又は浮遊ガス或いは流動ガスを炉内に導入し、アッシュ及び他のデブリを炉から除去するための、格子を備える。炉の側壁は、炉内に燃料を導入する手段及び二次空気を導入する手段、並びに起動バーナを備える。また、炉は、通常は砂である不活性流動媒体を炉内に供給する手段を備える。非常に多くの場合、（燃料、二次空気、及び流動媒体のための）導入手段は、炉の収束下部に配置される。
【０００４】
粒子分離器は、炉の上部から分離器に入ってくる燃焼排ガス及び固形粒子の浮遊から、固形粒子を分離する。燃焼排ガスは、さらなる処理のために分離器から運ばれ、分離された固形物は、ループシールのような密閉デバイスを備える再循環導管を介して、炉の下部ポートへ再循環して戻される。ループシールの目的は、ガスが再循環導管を介して炉から分離器へ流れるのを防止することである。この固形物の循環は、外部循環と呼ばれる。最終的に分離器入口に入る、炉内の燃焼排ガス及び固形粒子の浮遊の垂直上昇流に加えて、炉壁の近く及び炉壁沿いに、粒子の垂直下降流がある。この固形物の循環は、内部循環と呼ばれる。
【０００５】
非常に多くの場合、固形物質の内部循環又は外部循環、或いはその両方に関連して、粒子状固形物の流動層から伝熱媒体へ熱を伝達するために、少なくとも１つの流動層熱交換チャンバが配置されている。そのような流動層熱交換器は、固形物分離器を離れる固形物が炉に戻る途中で熱交換チャンバ内に排出されるように、外部循環内に配置されることがある（例えば、図１（従来技術）参照）。この種の流動層熱交換チャンバは、通常、炉壁から少し離れて、分離器から吊り下げられる。熱交換チャンバの内部には熱交換手段が備えられ、この熱交換手段内を流れる伝熱媒体に固形物質から熱が伝えられる。
【０００６】
最近、外部循環内を循環する固形物から熱を回収するための流動層熱交換チャンバを炉壁上に配置すること、すなわち、垂直炉壁によって流動層熱交換チャンバを支持することもできることが提案された。
【０００７】
外部循環から、すなわち分離器から直接に又は流動層熱交換器を介して炉に入る固形物は、通常、炉の下部にある１つ又は複数の開口部を介して、すなわち炉の収束下部の傾斜壁を通して、炉内に導入される。従来、固形物を炉へ戻す導管は、分離器と炉との間に独立して懸装されたチャネルである。この種の固形物戻し導管は、炉の外側表面に沿って延びるのではなく、分離器の下部又は流動層熱交換チャンバの下部から炉の収束下部に向かって傾斜し、分離器／流動層熱交換器と炉の下部との間でかなりの空間を占める。別の代替形態の場合、すなわち流動層熱交換チャンバが炉壁上にある場合、チャンバから排出された固形物は、炉の外側で炉の格子領域へと下方へ運ばれ、そこからのみ炉内へ導入される。これは、戻し導管が炉壁付近で格子領域にまで下方へ延びていることを意味する。このことは、この種の構造が、一方では炉壁のさらに外側にそのままの空間を残し、すなわち構造をより小型化するが、他方では炉壁の表面からその場所を直接占有し、いかなる構造物の炉壁上への又は炉壁を通しての配置も妨げるので、問題の多い特徴である。
【０００８】
流動層ボイラの構造物は、燃焼によって生じる負荷、すなわち熱（本来、連続的で、通常は変化しない負荷である）に耐える必要があるだけでなく、平面的なボイラ壁を屈曲させ又は撓ませて湾曲させる傾向がある、大気圧以下の圧力及び大気圧以上の圧力の両方にも耐える必要がある。ボイラ壁は、各管の間にフィン又はメンブレン板を備える、溶接された水管又は蒸気管で作られているので、壁構造は、屈曲又は撓みに非常に弱く、特定の補強構造物を必要とする。したがって、壁には、バックステーと呼ばれる垂直及び水平の両方の補強材又は補剛材が備えられる。通常、垂直バックステーは、その熱膨張がボイラ壁の熱膨張と同じになるように、ボイラ壁上に溶接される。水平バックステーは、垂直バックステーの外側に配置され、その熱膨張がボイラ壁及び垂直バックステーの熱膨張と異なり得る（つまり、それらより小さくなり得る）ように、垂直バックステーに摺動可能に連結して配置される。
【０００９】
一般に、水平及び垂直のバックステーを用いてボイラの炉壁を補強することは、問題を起こさない。炉の上部において、炉壁上に又は炉壁を通して配置される他の設備はそれほど多くないので、垂直壁を補剛するのに使用されるあらゆる補強材に対して十分な空間がある。しかし、炉の下部、及び特に炉の収束下部には、実に多くの導管及び付属物が備えられているので、補強材だけでなく、導管及び付属物の両方を最適な方法で位置決めするのが困難であり、実際には不可能な場合もある。炉の下部は、少なくとも以下の各導管を備えなければならない。すなわち、燃料供給導管、流動媒体供給導管、一次空気供給導管（格子に加えて）、二次空気供給導管、（分離器からの、分離器に関連する流動層熱交換チャンバからの、及び炉の上部壁の上の流動層熱交換チャンバからの）戻り流動媒体供給導管、及び少なくとも１つであり多くの場合数個である起動バーナ用の接続導管である。さらに、炉の下部の収束壁の外側に配置された１つ又は複数の流動層熱交換器があり得る。またさらに、炉の収束下部は、点検口も備える。最後に、上記の導管、熱交換器、及び開口部の数は通常２つ以上であるので、各構成要素に対して最適な位置を見いだすことが、実に困難な課題であり、ほとんどの場合、複数の妥協がなされなければならないことは容易に分かる。
【００１０】
炉壁上で利用できる構造物を最適化する１つの方法は（従来技術からすでに知られているように、また図２に非常に概略的に示されているように）、流動媒体を炉の下部へ戻す導管の一部を、炉の下部の壁に取り付けることである。従来技術の戻し導管は、ボイラから少し離れて配置された通常の分離器から、循環流動媒体を受け取る。分離器から始まる戻しチャネルは、例えば温度変化に起因するある程度の動きを可能にするベロー構成を用いて、戻し導管の頂部に接続される。戻し導管は、水／蒸気管パネルで形成され、２つの側壁及び１つの後壁を有するようになっている。側壁の一方の長い垂直縁部は後壁に溶接され、もう一方の反対側の縁部は炉壁の外側表面に溶接される。戻し導管は、戻り流動媒体が戻し導管から炉内へ流れることを可能にするために、その下端部において、後壁の下端部から傾斜炉壁の下部にある開口部に向かって傾斜する底壁を有する。側壁は、底壁から格子の高さまで下方に延在する拡張部を有し、それにより、側壁は傾斜炉壁の全高さに延在する。側壁を形成する水／蒸気管パネルは、パネルの上端部が傾斜壁と垂直壁との間の移行部よりも上方にある程度の距離延在するように、炉の垂直壁及び傾斜壁の両方に溶接される。戻し導管の後壁は、側壁パネルの上端部から垂直炉壁と平行して延在し、移行部から例えば傾斜壁の高さの約３分の１の距離下方に離れたところで終わるように、傾斜壁の側部にまで下方に延在する。
【００１１】
上記の構造は、戻し導管の側壁を垂直バックステーとして利用する。すなわち戻し導管の側壁は、炉内の圧力変動に対して、炉の傾斜底壁を補強する。しかし、上記に説明した態様で水／蒸気管パネルを補強構造として使用することには、いくつかの欠点がある。第１に、傾斜壁の高さの大部分にわたって側壁が単独で負荷を担持するので、すなわち、負荷担持部材が平面であり、事実上二次元的であり、また補強することになる表面に対して直角であるので、側壁の構造は、平面補強の局部座屈傾向に起因して、特別な注意を要する。第２に、負荷を担持できるようにするために、平面壁は傾斜壁からかなり遠くまで延在しなければならず、少なくともより有効に使用することができるある程度の空間を占有する。第３に、側壁高さの実質的な部分にわたって、すなわち戻し導管の底壁より下側の高さにわたって、側壁は、高温の戻り流動媒体と接触せず、したがって、壁パネル内を循環する媒体は、導管の上部において高温の流動媒体から回収することができた熱しか放散することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、上記の問題のうちの少なくとも１つに対して少なくとも１つの解決法を見いだすことである。
【００１３】
本発明の他の目的は、平面補剛材の局部座屈のリスクを考慮して、水／蒸気管パネルを補強構造物として使用することを再検討することである。
【００１４】
本発明のさらに他の目的は、総合効率の向上を考慮して、負荷担持構造物を伝熱表面として使用することを再検討することである。
【００１５】
本発明のさらなる目的は、ボイラ下部の傾斜壁付近における空間の使用を最適化することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の上記の目的及びその他の目的は、本発明のボイラ装置のための壁構造によって満たされる。ボイラ装置は、少なくとも炉及び分離器で形成されており、炉は、格子、下部、及び上部を有しており、分離器は、炉の上部及び下部の両方と導管によって流体連通して配置されており、導管は、分離器と一緒に流動媒体の外部循環を形成しており、炉の上部は、４つの垂直壁を有しており、炉の下部は、ある高さを有しており、壁構造は、下部の全高さにわたって実質的に延在している少なくとも１つの中空梁を備え、少なくとも１つの中空梁は、下部の壁に取り付けられており、また少なくとも１つの中空梁は、流動媒体を炉内へ戻すために外部循環と流体連通している。
【００１７】
本発明の壁構造の他の特徴は、添付の特許請求の範囲から決定されることが可能である。
【００１８】
本発明の壁構造により、従来技術に対して少なくとも以下の利点が達成された。
・流動媒体戻し導管を、ボイラの炉の下部傾斜壁を補強する梁として使用することができる。
・また、補強構造として使用される熱回収表面が、以前よりもはるかに効率よく戻り流動媒体から熱を回収するために使用される。
・戻し導管及び補強構造物の両方の拡張部が、従来技術の構造物と比べて大幅に減少される。
【００１９】
以下において、以下の図面を参照しながら本発明の壁構造をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来技術の循環流動層ボイラ装置の概略図である。
【図２】炉の外側壁上に取り付けられた流動媒体戻し導管を有する従来技術の炉の縦断面概略図である。
【図３】本発明の第１の好ましい実施例の縦断面概略図である。
【図４】本発明の第１の好ましい実施例のより詳細な断面図である。
【図５】本発明の第２の好ましい実施例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、従来技術の循環流動層ボイラ１０を概略的に示す。ボイラ１０は、実質的に垂直な４つの側壁３２を有する上部、及び通常はそのうちの２つが内方に傾斜した４つの側壁３４を有する下部を有する炉１２と、燃焼排ガス及びそれによって浮遊した固形粒子を固形物分離器１６へ運ぶために炉１２の上部又は上端部に配置された排出導管１４と、浄化された排出ガスを固形物分離器１６から除去するために固形物分離器１６の上端部に配置された通路１８と、分離された固形物すなわち大部分は循環流動媒体の少なくとも一部を炉１２の下部に戻すために固形物分離器１６の下端部に配置された再循環導管２０と、炉１２の下部側壁３４に配置された燃料供給手段２２と、一次空気及び二次空気をそれぞれ導入するために炉１２の下部に配置された手段２４及び２６とを備える。燃料供給手段２２には、いくつかの選択肢を挙げると、スクリュー・フィーダ、ドロップ・レグ（ｄｒｏｐ  ｌｅｇ）、又は空気式供給器が含まれ得る。一次空気２４は、流動媒体を流動化するためにも使用される一次燃焼ガスであり、したがって炉１２の下部に配置された格子３６を通して炉１２内へ供給される。二次空気２６は、格子３６よりわずかに上方で、炉１２の下部側壁３４を通して炉１２内へ導入される。
【００２２】
ガスが戻し導管２１を介して炉１２から固形物分離器１６内へ流れるのを防ぐために、ガス・ロック２８が戻し導管２０内に配置されている。ここで、戻し導管２０は、再循環固形物から伝熱媒体に熱を集めるための流動層熱交換チャンバ３０をさらに備える。再循環固形物／流動媒体の経路は外部循環と呼ばれ、分離器１６を含み、並びに、炉１２の上部と炉１２の下部との間にあって流動媒体を炉１２に戻すために使用される全ての導管及び設備を含む。ボイラ１０の上部側壁３２及び下部側壁３４、並びに固形物分離器１６の壁は、通常、水又は蒸気の管を有するか、或いは水／蒸気管パネルで作られ、それにより、水又は蒸気が伝熱媒体として作用する。最近の提案によれば、流動層熱交換チャンバは、炉１２の外側壁上に配置されてもよく、それにより再循環導管２０又はリターン・レグ（ｒｅｔｕｒｎ  ｌｅｇ）は、従来技術の構成よりも炉壁により接近して格子領域まで下方へ延びるであろう。
【００２３】
例えば、図２に非常に概略的に示すように、流動媒体を炉１２の下部へ戻す導管６０の一部を炉１２の下部の壁に取り付けることが、従来技術から知られている。従来技術の導管６０は、ボイラ１０から少し離れて配置された通常の分離器１６から、循環流動媒体を受け取る。分離器１６から始まる戻しチャネルは、例えば温度変化に起因するある程度の動きを可能にするベロー構成を用いて、戻し導管６０の頂部に接続される。戻し導管６０は、水／蒸気管パネルで形成され、２つの側壁６２及び１つの後壁６４を有するようになっている。側壁６２の一方の長手方向垂直縁部は後壁６４に溶接され、もう一方の反対側の長手方向縁部は炉壁３２／３４の外側表面に溶接される。戻し導管６０は、後壁６４の下端部から傾斜炉壁３４の下部にある開口部６８に向かって傾斜する底壁６６をさらに有する。導管６０の側壁６２は、底壁６６から格子３６の高さまで下方に延在する拡張部６２’を有し、それにより、側壁６２、６２’は、傾斜炉壁３４の全高さ、すなわち炉１２の下部の全高さに延在する。側壁６２、６２’を形成する水／蒸気管パネルは、炉１２の垂直壁３２及び傾斜壁３４の両方に溶接され、パネルの上端部が傾斜壁３４と垂直壁３２との間の移行部よりも上方にある程度の距離延在するようになっている。戻し導管６０の後壁６４は、側壁パネルの上端部から垂直炉壁３２と平行して延在し、傾斜壁３４の側部にまで下方に延在し、移行部から例えば傾斜壁３４の高さの約３分の１の距離下方に離れたところで終わるようになっている。戻し導管６０の側壁６２、６２’は、垂直バックステーとして利用される。すなわち、それらの側壁は、炉１２における大気圧以下の圧力及び大気圧以上の圧力に対して、炉１２の傾斜底壁３４を補強する。
【００２４】
しかし、上記のように水／蒸気管パネルを補強構造として使用することには、いくつかの欠点がある。第１に、傾斜壁の高さの大部分にわたって、又は炉１２の下部の大部分にわたって、傾斜壁が単独で負荷を担持するので、すなわち、負荷担持部材が平面で、事実上二次元的であり、また補強することになる表面に対して直角であるので、側壁の構造は、平面補強の局部座屈傾向に起因して特別な注意を要する。第２に、負荷を担持できるようにするためすなわち十分に頑丈にするために、平面壁は、傾斜壁からかなり遠くまで延在しなければならない。このことは、座屈のリスクを増すとともに、少なくともより有効に使用することができるある程度の空間を占有する。第３に、側壁高さの実質的な部分にわたって、すなわち、戻し導管の底壁より下側の高さにわたって、側壁は、高温の戻り流動媒体と接触せず、したがって、壁パネル内を循環する媒体は、高温の流動媒体から回収することができた熱を、導管の上部だけでしか放散することができない。
【００２５】
図３は、本発明の第１の好ましい実施例として、上記に論じられた従来技術の欠点のうちの少なくともいくつかを克服するための手段を示す。図３に関連して、炉１２の下部の傾斜壁３４に関連して戻し導管７０を配置する新規な構造を説明する。従来技術の戻し導管６０と比べると、本発明の戻し導管７０が従来技術の少なくともいくつかの問題を解決することが容易に分かる。本発明のこの実施例において、戻し導管７０は、炉１２の傾斜下部壁３４の全高さにわたり且つ炉１２の傾斜下部壁３４に沿って延在する三次元の梁を形成し、したがって、傾斜壁３４を補強する垂直バックステーを形成する。梁／戻し導管７０は、全てが水／蒸気管パネルで作られた２つの側壁７２及び１つの後壁７４で形成されることが有利である。各側壁７２は、対向する２つの長手方向縁部をそれぞれ有し、後壁７４も同様である。各側壁は、その長手方向縁部を利用して、好ましくは溶接によって、後壁の長手方向縁部に取り付けられて、Ｕ字形の梁（その断面は図４により詳細に示されている）を形成する。この梁は、側壁７２のもう一方の長手方向縁部に沿って炉の下部の傾斜壁３４に溶接され、箱形の中空矩形梁７０が形成されるようになっており、梁の後壁７４は炉の傾斜壁３４に平行になっている。梁７０は、その下端部付近において、傾斜した底壁７６を備え、底壁７６は、傾斜壁３４にある開口部６８を通して炉１２の格子領域へ戻り流動媒体を誘導する。本発明のこの実施例において、底壁は、梁７０の各壁の内側に配置されており、梁７０の水／蒸気管壁が、格子３６の高さまで実質的に延在し、梁７０の前壁、すなわち傾斜壁が、格子３６に取り付けられている。
【００２６】
中空梁７０が炉１２の下部の全高さ、すなわち傾斜壁３４の全高さに延在するので、後壁７４を含む梁７０は、炉１２の圧力負荷を担持することができる。後壁７５が圧力負荷のかなりの部分を担持するため、側壁７２の水平拡張部（すなわち、炉１２の傾斜側壁３４に直角をなす拡張部）は、従来技術における側壁６２、６２’よりも大幅に小さくすることができる。このことにより、炉１２の付近においてある程度の空間が節約される。また、より小さな水平拡張部に部分的に起因して、側壁７２の内側表面のかなりの部分が戻り流動媒体と伝熱関係になり、それにより、側壁７２の熱回収特性は、従来技術の側壁６２、６２’の熱回収特性よりも大幅に向上される。さらに、補強材が箱形構造であることに起因して、側壁が局部座屈するリスクが実際上なくなる。
【００２７】
図３に示した実施例によれば、中空梁７０は、炉１２の下部傾斜壁３４に沿って延在するだけでなく、炉１２の上部垂直壁３２に沿っても延在する。この構造の要件は、垂直上部壁３２がその下部に水平バックステーを備えずに、何らかの他の方法で水平方向の支持が行われていることである。しかし、本発明の他の好ましい実施例（後で図５に示す）によれば、梁７０を傾斜下部壁３４に沿って傾斜壁の上端部まで延ばし、次いで外方向に曲げて、垂直炉壁３２上の最下部水平バックステーを、或いは水平バックステーと置き換えて二次空気ヘッダが配置されている場合はその二次空気ヘッダを通すことも可能である。
【００２８】
図４は、炉１２の下部の傾斜壁３４、及び傾斜壁３４に取り付けられた２つの中空梁７０の水平断面を示す。図４に示したように、梁は、後壁７４及び２つの側壁７２で形成される。側壁７２は、炉壁３４が梁７０の第４の壁すなわち梁７０の前壁を形成するように、傾斜壁３４の外側表面上に溶接される。当然ながら、梁／戻し導管７０の断面は、常に矩形である必要は無く、他の形状も適用可能である。本発明を考慮すると、梁７０の側壁７２及び後壁７４の両方が、炉１２の傾斜壁３４に作用する負荷の担持に関与するということが重要である。他の代替形態として、梁７０は、４つの水／蒸気管パネルを前もって組み立てて完全な箱形構造にしたものとすることもでき、その結果、梁を傾斜壁上に設置及び取り付けたときに、梁の壁のうちの１つの壁（前壁）が炉壁に対接して配置され、それにより戻し導管と炉の空洞との間に２つの壁ができる。この代替形態では、当然ながら梁の追加的な前壁も、いくらかの負荷を担持する。
【００２９】
図５は、本発明の第２の好ましい実施例による炉１２の傾斜下部壁３４の梁／戻し導管７０を概略的に示す。ここで、垂直炉壁３２の上部には３つの流動層熱交換チャンバがあり、それらから戻り流動媒体が、炉１２の傾斜下部壁３２の横幅に沿って実質的に均等に配置された６つの戻し導管（各流動層熱交換器につき２つ）により、炉の流動層領域まで下方へ運ばれると考えられる。梁の全体的な構造は、上記ですでに論じたものと似ている。しかし、梁の下端部は、図３に示されているものと多少異なっており、ここでは、側壁の下端部は、戻し導管／梁の底壁で終わり、底壁は、先で論じたように格子に向かって傾斜している。傾斜壁がその下端部において格子によって支持されているので、傾斜壁によって梁に作用する力が格子付近では非常に抑えられるため、この種の梁構造が可能であり、したがってこの梁構造は格子の高さより上方にどれほど離れても屈曲し得ない。したがって、必ずではないが好ましくは固定幅の側壁を有する完全に三次元的な梁は、傾斜壁の高さの少なくとも８０％、好ましくは少なくとも９０％にわたって延在すべきであると言うことが可能である。梁の残りの長さに対して、梁の断面積又は側壁の幅は、傾斜壁の下端部に向かって連続的或いは不連続的に減少させることができる。
【００３０】
戻し導管／梁の底壁は、水／蒸気管パネルで作られていることが好ましい。言い換えれば、好ましい選択肢として、底壁は、後壁のパネルと同一のパネルを十分に曲げるだけで製造することができる。図５に示されている実施例を考慮すると、他の重要な事項は、梁の上部が、外方向に曲がって示され、炉壁と梁との間に空間を残すようになっていることである。本発明のこの変形例では、垂直炉壁の下端部には、水平バックステー又はバックステーとして働く二次空気チャネルが備えられており、それは、一方では垂直梁のための上部取り付け点として使用されるが、他方ではこの梁が循環流動媒体のための戻し導管として働くことができるように通されなければならない。炉の垂直壁及びその補剛材に関しては、戻し導管又はリターン・レグを垂直バックステーとして使用することができるが、バックステー及びリターン・レグの両方に対して十分な空間があるので、垂直壁は独自の垂直バックステーを有した方がよい。
【００３１】
本発明の戻し導管又は梁は、ボイラ１０の上部壁上に配置された流動層熱交換チャンバに加えて、固形物分離器１６、固形物分離器１６から吊り下げられた流動層熱交換チャンバ、並びにボイラ１０及び固形物分離器１６から独立して支持された流動層熱交換チャンバと流体連通して配置することができる。
【００３２】
上記の説明については、ごく少数の本発明の非常に好ましい実施例だけが論じられてきたことを理解すべきである。したがって、本発明が上記に開示された実施例だけに限定されるのではなく、添付の特許請求の範囲に記載の範囲内で多くの態様で変更することができることは明らかである。本発明の特定の実施例の特徴が、本発明の基本概念の範囲内にある他の実施例の特徴に関連して適用できること、又は、様々な実施例からの特徴は、それらが実用的であり技術的に可能な構造である限り、組み合わせることができることも、理解すべきである。
【００３３】
さらに、上記ですでに論じたように、１つ又は複数の梁／戻し導管は、炉の下部の壁を補強するのに使用することができることは明らかである。梁は、炉の下部を単独で垂直に補強する手段を形成してもよく、又は、少なくとも１つのバックステー及び少なくとも１つの戻し導管／梁が垂直補強材を形成するように、通常のバックステーと一緒に使用されてもよい。同様に、戻し導管／梁を上記の方法で使用して、炉の下部の一方の傾斜壁だけでなく、反対側の傾斜壁も、また随意的に炉の下部の少なくとも１つの垂直壁をも、補強することができる。最後に、本発明は、壁の傾きに関係なく、炉の下部の１つ又は複数の側壁を補強するのに適用できる。すなわち、壁／複数の壁は、垂直であっても、任意の方向に傾斜していてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年11月22日(2012.11.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラ装置が、少なくとも炉及び分離器で形成され、前記炉が、格子、下部、及び上部を有し、前記分離器が、前記炉の前記上部及び前記下部の両方と導管によって流体連通して配置され、前記導管が、前記分離器と一緒に流動媒体の外部循環を形成し、前記炉の前記上部が、４つの垂直壁を有し、前記炉の前記下部が、ある高さを有し、前記格子から前記垂直壁まで延在する４つの壁を有する、ボイラ装置のための壁構造において、
前記炉の前記下部の壁に取り付けられ、前記下部全体の高さにわたって実質的に延在する少なくとも１つの中空梁を備えており、前記少なくとも１つの中空梁が、流動媒体を前記炉内へ戻すために前記外部循環と流体連通している、壁構造。
【請求項２】
前記外部循環から流動媒体を受け取るために、前記壁構造は、前記炉の前記下部の前記壁に開口部をさらに備え、前記開口部が、前記少なくとも１つの中空梁と流体連通して配置されている、請求項１に記載の壁構造。
【請求項３】
前記少なくとも１つの中空梁が、前記炉の前記下部の前記壁の高さの少なくとも８０％にわたって延在している、請求項１に記載の壁構造。
【請求項４】
前記少なくとも１つの中空梁が、その下部において前記炉の前記格子に取り付けられている、請求項１に記載の壁構造。
【請求項５】
前記壁構造は、前記炉の前記上部の前記垂直壁の下端部に最下部水平補強材をさらに備え、前記少なくとも１つの中空梁が上部を有し、前記梁が、その上部において前記最下部水平補強材に取り付けられている、請求項１に記載の壁構造。
【請求項６】
前記少なくとも１つの中空梁が、（ｉ）前記ボイラの前記上部の前記垂直壁上に配置された流動層熱交換チャンバ、（ｉｉ）前記分離器から吊り下げられた流動層熱交換チャンバ、（ｉｉｉ）前記ボイラ及び前記分離器から独立して支持された流動層熱交換チャンバ、並びに（ｉｖ）分離器のうちの１つと流体連通して配置されている、請求項１に記載の壁構造。
【請求項７】
前記少なくとも１つの中空梁が、少なくとも２つの側壁及び１つの後壁を形成する水／蒸気管パネルで形成され、前記パネルが、箱形構造を形成するために、互いに及び前記炉の前記下部の前記壁に取り付けられている、請求項１に記載の壁構造。
【請求項８】
前記少なくとも１つの中空梁の前記後壁が、前記炉の前記下部の前記壁と平行である、請求項７に記載の壁構造。
【請求項９】
前記少なくとも１つの中空梁が下部を有し、底壁が前記梁の前記下部に配置されている、請求項７に記載の壁構造。
【請求項１０】
前記底壁が、前記少なくとも１つの中空梁の前記側壁間に配置されている、請求項９に記載の壁構造。
【請求項１１】
前記底壁が、前記側壁間で前記少なくとも１つの中空梁の前記後壁を曲げることによって形成されている、請求項９に記載の壁構造。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの中空梁の前記底壁が、前記開口部に向かって傾斜するように配置されている、請求項９に記載の壁構造。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの中空梁が、それぞれが２つの長手方向縁部を有する２つの側壁及び１つの後壁で形成され、前記側壁が、長手方向縁部を有し、その一方の長手方向縁部によって前記炉の前記下部の前記壁に取り付けられ、また反対側の長手方向縁部によって前記後壁の前記長手方向縁部に取り付けられて、箱形構造を形成する、請求項１に記載の壁構造。
【請求項１４】
前記箱形構造が、中空梁を形成する、請求項１３に記載の壁構造。
【請求項１５】
前記炉の前記下部の前記壁が、実質的に垂直補強材又はバックステーとして働く１つ又は複数の中空梁を有する、請求項１に記載の壁構造。
【国際調査報告】
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