(57)【要約】【課題】信頼性の高い伝熱管サポート機能を有する流動層ボイラを提供する。【解決手段】石灰石を流動媒体1とする流動層5、燃料供給手段14、伝熱管4、伝熱管サポート手段を備え、サポート手段が第１のサポート部材２２ａと第２のサポート部材24を備え、両方サポート部材２２ａ，２４どうし平面で対向する部分を有し、その平面対向部分の間に流動媒体1が詰まらないで流動する隙間Ｌ1が設けられていることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石灰石を流動媒体として用いる流動層と、その流動層内に燃料を供給する燃料供給手段と、前記流動層中に埋設して熱を回収する伝熱管と、その伝熱管を支持するサポート手段とを備え、
前記燃料供給手段によって供給された燃料を前記流動層中で燃焼させて、燃料中の硫黄分を前記石灰石と反応させて脱硫する流動層ボイラにおいて、
前記サポート手段が第１のサポート部材と第２のサポート部材を備え、その両方のサポート部材どうし平面で対向する部分を有し、その平面対向部分の間に前記流動媒体が詰まらないで流動する隙間が設けられていることを特徴とする流動層ボイラ。
【請求項２】
請求項１記載の流動層ボイラにおいて、前記第１のサポート部材または第２のサポート部材のいずれか一方のサポート部材に突出部が設けられ、その突出部が他方のサポート部材に当接することにより、前記隙間が確保されていることを特徴とする流動層ボイラ。
【請求項３】
請求項１または２記載の流動層ボイラにおいて、前記隙間の間隔が２０mm以上であることを特徴とする流動層ボイラ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項記載の流動層ボイラにおいて、前記突出部の先端が他方のサポート部材に点接触または線接触していることを特徴とする流動層ボイラ。
【請求項５】
石灰石を流動媒体として用いる流動層と、その流動層内に燃料を供給する燃料供給手段と、前記流動層中に埋設して熱を回収する伝熱管と、その伝熱管を支持するサポート手段とを備え、
前記燃料供給手段によって供給された燃料を前記流動層中で燃焼させて、燃料中の硫黄分を前記石灰石と反応させて脱硫する流動層ボイラにおいて、
前記サポート手段が第１のサポート部材と第２のサポート部材を備え、そのサポート部材のうちの一方のサポート部材が球面または曲面を有し、その球面または曲面の先端が他方のサポート部材と点接触または線接触することにより、その接触部の回りに隙間が形成されていることを特徴とする流動層ボイラ。
【請求項６】
石灰石を流動媒体として用いる流動層と、その流動層内に燃料を供給する燃料供給手段と、前記流動層中に埋設して熱を回収する伝熱管と、その伝熱管を支持するサポート手段とを備え、
前記燃料供給手段によって供給された燃料を前記流動層中で燃焼させて、燃料中の硫黄分を前記石灰石と反応させて脱硫する流動層ボイラにおいて、
前記サポート手段が、前記伝熱管を貫通させて支持する板状部と、その板状部の下端に設けられた下フランジとを有し、その下フランジの断面形状が山型になっていることを特徴とする流動層ボイラ。
【請求項７】
請求項６記載の流動層ボイラにおいて、前記断面山型の下フランジの傾斜角度が３０度以上であることを特徴とする流動層ボイラ。
【請求項８】
請求項６記載の流動層ボイラにおいて、前記板状部の伝熱管貫通部にスリーブが設置され、そのスリーブ内に前記伝熱管が挿通されて、前記スリーブの長さが前記下フランジの巾以上に設定されていることを特徴とする流動層ボイラ。
【請求項９】
石灰石を流動媒体として用いる流動層と、その流動層内に燃料を供給する燃料供給手段と、前記流動層中に埋設して熱を回収する伝熱管と、その伝熱管を支持するサポート手段とを備え、
前記燃料供給手段によって供給された燃料を前記流動層中で燃焼させて、燃料中の硫黄分を前記石灰石と反応させて脱硫する流動層ボイラにおいて、
前記サポート手段が、
前記伝熱管を貫通させて支持する板状部と、その板状部の下端に設けられた下フランジとを有するサポートビームと、
そのサポートビームの前記下フランジの下面に取り付けられた上部ラグと、上部が前記上部ラグに回動可能に連結され下部が前記空気分散板に回動可能に連結されたリンクとを有するサポート架台とを備え、
前記サポートビームの下フランジの断面形状が山型になっており、
前記サポート架台の上部ラグとリンクが平面で対向する部分を有し、その平面対向部分の間に前記流動媒体が詰まらないで流動する隙間が設けられていることを特徴とする流動層ボイラ。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項記載の流動層ボイラにおいて、前記サポート手段が層温９００℃以上の前記流動層内に配置されていることを特徴とする流動層ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流動層ボイラに係り、特にそれの流動層内に設置する伝熱管のサポート構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は、流動層ボイラの概略構成図である。石灰石を主成分とする流動媒体１が、空気分散板２の上に堆積され、空気分散板２の下方から空気３を均一に吹き込むことにより、流動媒体１が活発に運動し浮遊流動化して流動層５が形成される。
【０００３】
例えば微粉炭などの固体燃料或いは液体燃料などの燃料１３は、燃料供給管１４を通して流動層５の下部に供給され、流動状態で効率よく燃焼させると共に、燃料中の硫黄分が石灰石を主成分とする流動媒体１と化学反応（脱硫反応）を起して、排ガス中の硫黄酸化物が除去できる。また燃焼によって生成した熱は、流動層５内に埋設されている伝熱管４により蒸気として回収する。
【０００４】
流動媒体１の流動化に伴う振動から伝熱管４を保護するため、多数本の伝熱管４はサポートビーム６を貫通させて束ねることにより、サポートビーム６に支持される。このサポートビーム６は、サポート架台７を介して下部の空気分散板２へ取り付けられており、伝熱管４とサポートビーム６の荷重は、サポート架台７を介して空気分散板２に伝達される構造になっている。
【０００５】
図９は、従来のサポートビーム６ならびにサポート架台７付近の状態を示す一部斜視図である。同図に示すように、サポートビーム６はＩ型鋼から構成され、それの板状部に多数本の伝熱管４が貫通・支持されている。
【０００６】
サポートビーム６の下フランジ６ａの下面には、所定の間隔をおいて２枚の上部ラグ８ａ，８ａが下側を向いて溶接固定されている。一方、１枚の下部ラグ８ｂが上側を向いて一体に突出したベース１０が、空気分散板２上の前記上部ラグ８ａ，８ａと対応する位置に固定されている。
【０００７】
前記上部ラグ８ａ，８ａと下部ラグ８ｂの間に２枚のリンク９、９が下部ラグ８ｂを挟むように配置されて、上部ピン１１により上部ラグ８ａ，８ａに、下部ピン１２により下部ラグ８ｂに、それぞれ回動可能に連結されている。
【０００８】
このように上部ラグ８ａ、下部ラグ８ｂ、リンク９、ベース１０、上部ピン１１ならびに下部ピン１２からサポート架台７が構成されている。
【０００９】
このサポート架台７において、上部ラグ８ａとリンク９は若干の隙間をおいて面接触しているため、その隙間に流動媒体の粒子が入り込み流動媒体詰まり部１５が生じる。また、サポートビーム６の下フランジ６ａは水平方向に延びているため、その下フランジ６ａの上に流動媒体の粒子が堆積して流動媒体堆積部１６が生じる。
【００１０】
本来、流動層内は燃料１３の燃焼のため酸化雰囲気であり、脱硫反応も酸化反応で行われる（CaO＋SO2＋1/2O2→CaSO4）が、流動媒体１が動かない流動媒体詰まり部１５や流動媒体堆積部１６では酸欠状態となり還元雰囲気となる。一方で、サポートビーム６やサポート架台７の殆どは流動層５に曝され高温になると共に、サポート部近傍は流動化に伴う混合拡散により燃料も供給されることとなる。
【００１１】
この流動媒体に接したサポート材は25Cr-20Niに代表される高Cr系材料が使用されるが、前述のように還元雰囲気で高温度（約900℃以上）更には燃料が常時供給されると、流動媒体中の石膏が再生反応（CaSO4→ CaO＋SO2＋1/2O2  ）を起こし、再びＳを放出する。前述の流動媒体詰まり部１５や流動媒体堆積部１６ではこれがサポート材料を激しく硫化腐食させ、サポート材が減肉するため、サポート強度の低下を招くと言った構造信頼性の面で大きな問題となっている。
【００１２】
図９に示すように下部ラグ８ｂとリンク９との間も面接触しているため、その隙間に流動媒体の粒子が入り込み流動媒体詰まり部が生じるが、この下部ラグ８ｂとリンク９との接合部付近の流動層５の温度は４００〜５００℃程度である。このように比較的低温では、サポート材料の硫化腐食による減肉は殆ど発生しないことが、本発明者らの実験で確認されている。
【００１３】
流動層内の伝熱管の支持装置に関しては、例えば下記のような特許文献を挙げることができる。
【特許文献１】実開昭６０−１０５９０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従来技術では、流動媒体の詰まり・堆積に起因してサポート材料に硫化腐食が発生することについて配慮されておらず、サポート機能の信頼性に問題があった。
【００１５】
本発明の目的は、信頼性の高い伝熱管サポート機能を有する流動層ボイラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記目的を達成するため、本発明の第１の手段は、石灰石を流動媒体として用いる流動層と、その流動層内に燃料を供給する燃料供給手段と、前記流動層中に埋設して熱を回収する伝熱管と、その伝熱管を支持するサポート手段とを備え、
前記燃料供給手段によって供給された燃料を前記流動層中で燃焼させて、燃料中の硫黄分を前記石灰石と反応させて脱硫する流動層ボイラにおいて、
前記サポート手段が例えば上部ラグなどの第１のサポート部材と例えばリンクなどの第２のサポート部材を備え、その両方のサポート部材どうし平面で対向する部分を有し、その平面対向部分の間に前記流動媒体が詰まらないで流動する隙間が設けられていることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記第１のサポート部材または第２のサポート部材のいずれか一方のサポート部材に突出部が設けられ、その突出部が他方のサポート部材に当接することにより、前記隙間が確保されていることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の第３の手段は前記第１または第２の手段において、前記隙間の間隔が２０mm以上であることを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の第４の手段は前記第１ないし第３の手段において、前記突出部の先端が他方のサポート部材に点接触または線接触していることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の第５の手段は、石灰石を流動媒体として用いる流動層と、その流動層内に燃料を供給する燃料供給手段と、前記流動層中に埋設して熱を回収する伝熱管と、その伝熱管を支持するサポート手段とを備え、
前記燃料供給手段によって供給された燃料を前記流動層中で燃焼させて、燃料中の硫黄分を前記石灰石と反応させて脱硫する流動層ボイラにおいて、
前記サポート手段が第１のサポート部材と第２のサポート部材を備え、そのサポート部材のうちの一方のサポート部材が球面または曲面を有し、その球面または曲面の先端が他方のサポート部材と点接触または線接触することにより、その接触部の回りに隙間が形成されていることを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の第６の手段は、石灰石を流動媒体として用いる流動層と、その流動層内に燃料を供給する燃料供給手段と、前記流動層中に埋設して熱を回収する伝熱管と、その伝熱管を支持するサポート手段とを備え、
前記燃料供給手段によって供給された燃料を前記流動層中で燃焼させて、燃料中の硫黄分を前記石灰石と反応させて脱硫する流動層ボイラにおいて、
前記サポート手段が、前記伝熱管を貫通させて支持する板状部と、その板状部の下端に設けられた下フランジとを有し、その下フランジの断面形状が山型になっていることを特徴とするものである。
【００２２】
本発明の第７の手段は前記第６の手段において、前記断面山型の下フランジの傾斜角度が３０度以上であることを特徴とするものである。
【００２３】
本発明の第８の手段は前記第６の手段において、前記板状部の伝熱管貫通部にスリーブが設置され、そのスリーブ内に前記伝熱管が挿通されて、前記スリーブの長さが前記下フランジの巾以上に設定されていることを特徴とするとするものである。
【００２４】
本発明の第９の手段は、石灰石を流動媒体として用いる流動層と、その流動層内に燃料を供給する燃料供給手段と、前記流動層中に埋設して熱を回収する伝熱管と、その伝熱管を支持するサポート手段とを備え、
前記燃料供給手段によって供給された燃料を前記流動層中で燃焼させて、燃料中の硫黄分を前記石灰石と反応させて脱硫する流動層ボイラにおいて、
前記サポート手段が、
前記伝熱管を貫通させて支持する板状部と、その板状部の下端に設けられた下フランジとを有するサポートビームと、
そのサポートビームの前記下フランジの下面に取り付けられた上部ラグと、上部が前記上部ラグに回動可能に連結され下部が前記空気分散板に回動可能に連結されたリンクとを有するサポート架台とを備え、
前記サポートビームの下フランジの断面形状が山型になっており、
前記サポート架台の上部ラグとリンクが平面で対向する部分を有し、その平面対向部分の間に前記流動媒体が詰まらないで流動する隙間が設けられていることを特徴とするものである。
【００２５】
本発明の第１０の手段は前記第１ないし第９の手段において、前記サポート手段が層温９００℃以上の前記流動層内に配置されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、流動層内のサポート材に流動媒体が詰まったり、堆積することがないのでサポート材の硫化腐食を防止することができ、信頼性の高い伝熱管サポート機能を有する流動層ボイラを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。図１は第１の実施形態に係るサポート架台付近の一部正面図、図２は図１のI−I線上での視図、図３は図１のII−II線上での視図である。
【００２８】
流動層ボイラの全体の概略構成は図８に示したものとほぼ同様であるので、それらの説明は省略する。
【００２９】
図１に示すように、サポートビーム２１の下面には、所定の間隔をおいて２枚の上部ラグ２２ａ，２２ａが下側を向いて溶接固定されている。一方、１枚の下部ラグ２２ｂが上側を向いて一体に突出したベース２３が、分散板２上の前記上部ラグ２２ａ，２２ａと対応する位置に固定されている。
【００３０】
前記上部ラグ２２ａ，２２ａと下部ラグ２２ｂの間には、リンク２４が配置されている。このリンク２４は図１に示すように、上部は１枚になって上部ラグ２２ａ，２２ａの間に配置され、上部ピン２５と球面型のワッシャー２６により上部ラグ２２ａ，２２ａに回動可能に連結されている。一方、下部は２枚分かれて下部ラグ２２ｂを挟む形に配置され、下部ピン２７により下部ラグ２２ｂに回動可能に連結されている。
【００３１】
図１ならびに図３に示すように、上部ラグ２２ａのリンク２４と対向する内面中央部には、高さが２０ｍｍ以上（具体的には２０ｍｍ）で先端が図３に示すように曲面状（Ｒ状）になった突起部２８が１個設けられている。従ってこの２枚の上部ラグ２２ａ，２２ａでリンク２４を挟むようにして連結することにより、上部ラグ２２ａとリンク２４との間には２０ｍｍ以上の隙間Ｌ１が確保されるとともに、リンク２４の側面に対する上部ラグ２２ａの接触は線接触となる。
【００３２】
本実施形態では、上部ラグ２２ａに曲面状（Ｒ状）の先端を有する突起部２８を設けてリンク２４と線接触させたが、先端がほぼ半球面状の突起部を設けてリンク２４と点接触させることもできる。
【００３３】
前記上部ラグ２２ａ、下部ラグ２２ｂ、ベース２３、リンク２４、上部ピン２５、ワッシャー２６ならびに下部ピン２７からサポート架台３３が構成されている。
【００３４】
前述のように突起部２８を有する２枚の上部ラグ２２ａ，２２ａでリンク２４を挟む構造にすれば、リンク２４の位置が上部ピン２５の軸方向にがたつくことなく、しかも上部ラグ２２ａとリンク２４の間隔Ｌ１が確実に確保できる。また、上部ラグ２２ａとリンク２４を線接触させることにより、両者間の接触抵抗が少なくなり、リンク機構が効率的に機能する。
【００３５】
２枚の平板を各種隙間を設けて対向配置させてサンプルを作成し、そのサンプルを平均粒径が１ｍｍの流動媒体の中に埋設し、層内に空気を吹き込んで流動媒体を浮遊流動化されて流動層を形成して、この状態で４時間放置した際の平板の隙間寸法と流動媒体の詰まりの有無をテストした結果を次の表に示す。なお、平板の隙間寸法の単位はｍｍである。平板間における流動媒体の詰まりの有無は目視で判断し、表中の×印は流動媒体の詰まりが認められたもの、〇印は詰まりが認められなかったものを示している。
【００３６】
平板の隙間寸法    流動媒体の詰まりの有無
１０                    ×
１５                    ×
２０                    〇
２５                    〇
このテスト結果から明らかなように、平板の隙間寸法が１５ｍｍでも流動媒体の詰まりが認められるが、平板の隙間寸法を２０ｍｍ以上にすることにより、平板の間に流動媒体の粒子が滞留して詰まることがなくなる。従って上部ラグ２２ａとリンク２４の間隔Ｌ1を２０ｍｍ以上に確保することにより、流動媒体粒子の詰まりによる硫化腐食が防止できる。この傾向は、流動媒体の粒径を若干変えてもほぼ同様の結果が得られる。
【００３７】
また本実施形態では図３に示すように、ワッシャ２６を球面型として、その球面を上部ラグ２２ａと対向するように設置することにより、上部ラグ２２ａとワッシャ２６との間に平面で対向する部分が無くなり、上部ラグ２２ａとワッシャ２６との接合は点接触またはそれに近い状態となり、隙間部への流動媒体の詰まりを無くすことができる。
【００３８】
サポートビーム２１は従来のＩ型鋼は使用しないで、図２に示すように、伝熱管４を支持する板状部２９と、板状部２９の下部に一体に設けられた下フランジ３０とで構成されて、断面形状がほぼ逆Ｔ字形をしている。下フランジ３０の両側上面は水平に対して３０度以上の傾斜角θをもつ傾斜面３１となっており、断面形状が中央部が高い山型をしている。このように３０度以上の傾斜面３１を設けることにより、流動媒体の堆積が起こらないので、下フランジ３０の硫化腐食も防止できる。
【００３９】
尚、下フランジ３０を山型としたことにより、その傾斜面３１のガイドの働きにより流動媒体を同伴する流動ガスがサポートビーム２１の垂直面（板状部２９の側面）に沿って流れ易くなり、その垂直面を局所的に流れて伝熱管４が摩耗する心配がある。
【００４０】
本実施形態ではこの伝熱管４の保護のために、サポートビーム２１（板状部２９）の伝熱管貫通部分にスリーブ３２を設け、そのスリーブ３２内に伝熱管４を挿通して、スリーブ３２で伝熱管４を保護している。本発明者らの諸種の実験によれば、スリーブ３２の長さＬ３は下フランジ３０の巾Ｌ２と同じかそれ以上とすることにより、伝熱管４の摩耗を有効に抑制することができることが判明した。
【００４１】
図４は第２の実施形態に係るサポート架台付近の一部正面図、図５は図４のII−II線上での視図である。
【００４２】
前記第１の実施形態では、リンク２４と対向する側が殆ど平面で中央部に先端部が曲面状（Ｒ状）の突起部２８を設けた上部ラグ２２ａを用いているが、本実施形態ではリンク２４と対向する側の全体がほぼ半球面状の上部ラグ２２ａを用いている。従ってリンク２４とは点接触となり、その接触部の回りにはリンク２４との間に十分な隙間３４が形成されている。
【００４３】
図６は第３の実施形態に係るサポート架台付近の一部正面図、図７は図６のII−II線上での視図である。
【００４４】
前記第２の実施形態では、リンク２４と対向する側の全体がほぼ半球面状の上部ラグ２２ａを用いているが、本実施形態ではリンク２４と対向する側が円柱状の一部のように曲面状（Ｒ状）になっている。従ってリンク２４とは線接触となり、その接触部の回りにはリンク２４との間に十分な隙間３４が形成されている（図７参照）。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るサポート架台付近の一部正面図である。
【図２】図１のI−I線上での視図である。
【図３】図１のII−II線上での視図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るサポート架台付近の一部正面図である。
【図５】図４のII−II線上での視図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るサポート架台付近の一部正面図である。
【図７】図６のII−II線上での視図である。
【図８】流動層ボイラの概略構成図である。
【図９】従来のサポートビームならびにサポート架台付近の状態を示す一部斜視図である。
【符号の説明】
【００４６】
１：流動媒体、２：空気分散板、３：空気、４：伝熱管、５：流動層、１３：燃料、１４：燃料供給管、２１：サポートビーム、２２ａ：上部ラグ、２２ｂ：下部ラグ、２３：ベース、２４：リンク、２５：上部ピン、２６：ワッシャー、２７：下部ピン、２８：突起部、２９：板状部、３０：下フランジ、３１：傾斜面、３２：スリーブ、３３：サポート架台、３４：隙間、Ｌ１：上部ラグとリンクの隙間、Ｌ２：下フランジの巾、Ｌ３：スリーブの長さ、θ：傾斜角度。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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