(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラ装置の排ガスを排ガス処理装置に導入する入口ダクトと、前記排ガス処理装置から処理ガスを取出す出口ダクトとを有する排ガスダクト構造体において、前記入口ダクトと出口ダクトを仕切り壁を介して接合すると共に、該仕切り壁に前記入口ダクトと出口ダクトに作用する熱応力を緩和する手段を設けたことを特徴とする排ガスダクト構造体。
【請求項２】
前記排ガス処理装置は、排煙脱硝装置であり、前記出口ダクトは、前記排煙脱硝装置出口ガスを後流の空気予熱器に導入するダクトであることを特徴とする請求項１に記載の排ガスダクト構造体。
【請求項３】
前記熱応力の緩和手段は、前記仕切り壁を１枚とし、該仕切り壁を介して隣接する前記入口ダクトと出口ダクトに共通なダクトケーシングの前記入口ダクトと出口ダクトの境界部に所定間隔で設けられた切欠部と、該切欠部を覆うガス流出防止材であることを特徴とする請求項１または２に記載の排ガスダクト構造体。
【請求項４】
前記熱応力の緩和手段は、前記仕切り壁を２枚とし、該２枚の仕切り壁を、互いに非拘束で熱膨張を吸収するようにスライド自在に接合させたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の排ガスダクト構造体。
【請求項５】
前記熱応力の緩和手段は、前記入口ダクトおよび出口ダクトの内壁面に設けられた保温材であることを特徴とする請求項１または２に記載の排ガスダクト構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガスダクト構造体に係り、特に、排ガス煙道に設けられた排ガス処理装置としての排煙脱硝装置の入口ダクトおよび出口ダクトにおける放散熱量を小さくし、支持鉄骨量の低減および省スペース化を達成することができる排ガスダクト構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電用のボイラ装置から排出される排ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する装置としては、例えば脱硝触媒を用いた乾式脱硝装置が挙げられる。乾式脱硝装置は、適用される触媒の脱硝活性が排ガス温度に依存することから、最も高い活性が得られる、排ガス温度が、例えば３００〜４００℃の雰囲気に設置される。このような温度領域は、通常のボイラ排煙処理システムでは、例えば、ボイラと空気予熱器の間に相当し、通常、脱硝装置はボイラと空気予熱器との間に配置される。
【０００３】
図９は、従来のボイラ排煙処理システムのダクト構造を示す説明図である。図９において、ボイラ装置７の排ガス煙道に設けられた空気予熱器８の前流側、すなわち、前記ボイラ装置７と空気予熱器８との間に、触媒層５を有する排煙脱硝装置４が配置されている。図において、１は、排煙脱硝装置４への入口ダクト、２は、出口ダクト、３は、排ガス流を示す矢印であり、前記入口ダクト１と出口ダクト２とはそれぞれ別個独立に設けられている。
【０００４】
ボイラ装置７から排出された排ガス３は、入口ダクト１を図中右方向に向かって流れて排煙脱硝装置４に流入し、排ガス中のＮＯｘが触媒層５と接触して分解、無害化されたのち、処理ガスとして脱硝装置４から流出し、出口ダクト２を経て後流の空気予熱器８に流入し、ここで燃焼用空気を加熱する。なお、ボイラ起動時には、触媒層５の熱容量に起因して排煙脱硝装置４の入口と出口とで排ガス温度に差が生じる。
【０００５】
このような従来技術において、例えばボイラ装置本体から離れた場所に脱硝装置が設置される場合など、入口ダクトおよび／または出口ダクトが相当長い場合には、ダクト表面積の増加に伴う熱放散により排ガス温度が低下し、脱硝装置における触媒性能の低下、および脱硝装置の後流に配置された空気予熱器における熱回収量が低下するという問題があった。また、入口ダクトと出口ダクトをそれぞれ支持する支持鉄骨量が多量となり、かつダクト経路における広大な設置スペースが必要になるという問題もあった。
【０００６】
これに対して、省スペース化等の観点から、脱硝装置本体と入り口ダクトを一体化した構造の排ガスダクト装置が提案された。このような従来技術に関するものとして、例えば特開２０００−３１０４１６号公報が挙げられる。
【０００７】
しかしながら、上記従来技術においても、脱硝装置の出口ダクトからの放散熱量の低減、出・入口ダクトの支持鉄骨量の低減、および出口ダクト経路の省スペース化という点については何ら考慮されておらず、その改善が望まれていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決し、排ガス処理装置の出・入口ダクトからの放散熱量を低減し、必要支持鉄骨量を減少させ、かつダクト経路における設置スペースの狭小化を達成することができる排ガスダクト構造体を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願で特許請求する発明は以下のとおりである。
（１）ボイラ装置の排ガスを排ガス処理装置に導入する入口ダクトと、前記排ガス処理装置から処理ガスを取出す出口ダクトとを有する排ガスダクト構造体において、前記入口ダクトと出口ダクトを仕切り壁を介して接合すると共に、該仕切り壁に前記入口ダクトと出口ダクトに作用する熱応力を緩和する手段を設けたことを特徴とする排ガスダクト構造体。
（２）前記排ガス処理装置は、排煙脱硝装置であり、前記出口ダクトは、前記排煙脱硝装置出口ガスを後流の空気予熱器に導入するダクトであることを特徴とする上記（１）に記載の排ガスダクト構造体。
【００１０】
（３）前記熱応力の緩和手段は、前記仕切り壁を１枚とし、該仕切り壁を介して隣接する前記入口ダクトと出口ダクトに共通なダクトケーシングの前記入口ダクトと出口ダクトの境界部に所定間隔で設けられた切欠部と、該切欠部を覆うガス流出防止材であることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の排ガスダクト構造体。
【００１１】
（４）前記熱応力の緩和手段は、前記仕切り壁を２枚とし、該２枚の仕切り壁を、互いに非拘束で熱膨張を吸収するようにスライド自在に接合させたものであることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の排ガスダクト構造体。
（５）前記熱応力の緩和手段は、前記入口ダクトおよび出口ダクトの内壁面に設けられた保温材であることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の排ガスダクト構造体。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を図面を用いて詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明である排ガスダクト構造体の一実施例を示す説明図、図２〜５は、その要部を示す説明図であり、図２は、図１のII−II線矢視方向断面図、図３は、図２のIII −III 線矢視方向断面図、図４は、図２のIV−IV線矢視方向断面図、図５は、図２の一部切り欠き側面図である。
【００１４】
図１において、この排ガスダクト構造体（以下、一体型ダクトという）は、ボイラ装置７からの排ガス３を排ガス処理装置としての排煙脱硝装置４に導入する入口ダクト１と、前記排煙脱硝装置４から処理後の排ガス３を取出す出口ダクト２とを有する排ガスダクト構造体の、前記入口ダクト１と出口ダクト２を仕切り壁（分割部材）９を介して接合、一体化したものである。図中５は触媒層、８は空気予熱器である。
【００１５】
図２〜５において、一体型ダクト６には熱応力の緩和手段として、前記入口ダクト１と出口ダクト２との間の仕切り壁９を１枚とし、該仕切り壁９を介して隣接する前記入口ダクト１および出口ダクト２に共通なダクトケーシング１４（図５参照）の対向する２側面の、前記入口ダクト１と出口ダクト２の境界部に所定間隔Ｌで設けられた複数の切欠部１０と、該切欠部１０をそれぞれ覆うガス流出防止材１１が設けられている。切欠部１０は、例えば縦６００ｍｍ×横２０ｍｍの長方形の貫通孔であり、これを覆うガス流出防止材は前記切欠部１０を覆ってガスの流出を防止できるものであれば、特に限定されないが、例えば図２および図５に示すように、仕切り壁９の上下にそれぞれ設けられた一対のガス流出防止材１１で一つの切欠部１０をカバーするように構成されたものであり、上部のガス流出防止材１１は、図３または図４に示したように、平板を所定角度、例えば１２０度で折り曲げた断面三角形状の板部材１２と、該板部材１２の上部開口部に設けられた三角形の蓋部材１３とからなり、三角形状の下部開口部は仕切り壁９の上面との接合部でシールされている。また下部のガス流出防止材１１は、同様に、平板を所定角度、例えば１２０度で折り曲げた板部材１２と、該板部材１２の下部開口部に設けられた三角形の蓋部材１３とからなり、三角形状の上部開口部は前記仕切り壁９の下面との接合部でシールされている。
【００１６】
このような構成において、ボイラ装置７から流出した、例えば４１０℃の排ガス３は、一体型ダクト６の入口ダクト１を流れ、例えば４００℃で排煙脱硝装置４に流入し、ここで、触媒層５の存在下ＮＯｘが分解、除去されたのち、例えば３００℃の処理ガスとして排煙脱硝装置４から流出し、前記一体型ダクト６の出口ダクト２を流通し、例えば２９０℃で後流の空気予熱器８に流入し、ここで、例えば燃焼用空気を加熱して自身は、例えば１５０℃まで冷却される。
【００１７】
本実施例によれば、入口ダクト１と出口ダクト２を仕切り壁９を介して接合、一体化したことにより、図９の従来技術に比べて全ダクト表面積が減少し、ダクト表面からの放散熱量を低減して空気予熱器８での回収熱量を増大させることができる。また、ダクトを支持する支持鉄骨量が少なくて済み、必要ダクト設置スペースも狭くなる。本実施例は、排煙脱硝装置４がボイラ本体７から離れた場所に設置される場合に、特に有効である。
【００１８】
また、本実施例によれば、図５に示したように、ダクトケーシング１４の入口ダクト１と出口ダクト２の境界部に所定間隔Ｌで切欠部１０を複数設けたことにより、入口ダクト１と出口ダクト２を流通する排ガスの温度差に起因してダクトケーシング１４、仕切り壁９等に発生する熱応力が前記切欠部で吸収、緩和されるので、ダクトの変形、損傷等を回避することができる。
【００１９】
本実施例においてガス流出防止材１１は、板部材１２と、該板部材１２の開口端を覆う蓋部材１３とで構成されているが、切欠部１０からの排ガスの流出を防止できるものであれば、これらを一体成形したものであっても、例えば湾曲面を有するような他の形状のものであってもよい。
【００２０】
図６および図７は、本発明の他の実施例の要部を示す説明図である。
【００２１】
この一体型ダクト６は、入口ダクト１と出口ダクト２との間の仕切り壁９を２枚とし、該２枚の仕切り壁９を、非拘束で熱膨張を吸収するように互いにスライド自在に接合させたものであり、図６は、ボイラ停止時を示す断面図、図７は、ボイラ起動時を示す断面図である。
【００２２】
本実施例によれば、入口ダクト１と出口ダクト２を流通する排ガス３の温度差に起因して生じる熱伸び量は互いに拘束されず、スライド部１５（図７参照）で吸収されるので、熱応力を緩和してダクトの変形、損傷等を防止することができる。
【００２３】
図８は、本発明の別の実施例の要部断面を示す説明図である。図８において、この一体型ダクト６は、熱応力の緩和手段として、入口ダクト１および出口ダクト２のケーシング１４の内壁面を保温材１６で覆ったものである。
【００２４】
本実施例においても、入口ダクト１と出口ダクト２のダクトケーシング１４の温度差が低減し、熱応力を緩和することができる。
【００２５】
【実施例】
次に、本発明の具体的実施例を説明する。
実施例１
縦５ｍ×横５ｍの断面四角形の入口ダクト１と出口ダクト２を１枚の仕切り壁９を介して接合、一体化し、図２〜図５に示した熱応力緩和手段、すなわちダクトケーシングの入口ダクト１と出口ダクト２の境界部に、縦６００ｍｍ×横２０ｍｍの切欠部１０を所定間隔Ｌで複数設けた図１の一体型ダクト６を用い、入口ダクト１を流通する排ガス温度を２００℃、出口ダクト２を流通する排ガス温度を１００℃として、前記切欠部１０のピッチＬと上下のダクト接合部における最大発生熱応力との関係を、２次元熱応力解析法により求めたところ、切欠部ピッチＬが３．０ｍのときの最大発生熱応力は、４９０ＭＰａ（５０ｋｇｆ／ｍｍ2 ）、切欠部ピッチＬが２．０ｍのときの最大発生熱応力は、３４３ＭＰａ（３５ｋｇｆ／ｍｍ2 ）、切欠部ピッチＬが１．５ｍのときの最大発生熱応力は、２４５ＭＰａ（２５ｋｇｆ／ｍｍ2 ）であった。結果を表１に示した。
【００２６】
なお、２次元熱応力解析法とは、有限要素法用いた熱応力解析法をいう。
表１
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表１から、切欠部１０のピッチＬを狭くすることにより、最大発生熱応力緩和効果が増大することが分かる。
【００２７】
本実施例において、切欠部１０は、ダクトケーシング１４の対向する２側面に等間隔で設けることが好ましく、そのピッチ（設置間隔）は、入口ダクト１を流通する排ガス温度と出口ダクト２を流通する排ガス温度の設定値、切欠部１０の面積等に応じて適宜変更される。
【００２８】
【発明の効果】
本願の請求項１に記載の発明によれば、従来技術に比べて全ダクト表面積が狭くなるので、ダクト表面からの放散熱量が減少するとともに、ダクトを支持する支持鉄骨量が少なくて済み、かつダクトの必要設置スペースを狭くすることができる。
【００２９】
本願の請求項２に記載の発明によれば、排ガス脱硝装置出・入り口ダクトからの放散熱量を低減して後流の空気予熱器における熱回収量を増大させることができるとともに、ダクト支持鉄骨量および必要設置スペースを低減することができる。
【００３０】
本願の請求項３に記載の発明によれば、上記発明の効果に加え、入口ダクトと出口ダクトを流れるガス温度差に起因する熱応力を緩和してダクトの変形および損傷を防止することができる。
【００３１】
本願の請求項４に記載の発明によれば、上記発明と同様、入口ダクトと出口ダクトとの間に生じる熱応力を緩和してダクトの変形および損傷を防止することができる。
【００３２】
本願の請求項５に記載の発明によれば、上記発明と同様、入口ダクトと出口ダクトとの間に生じる熱応力を緩和してダクトの変形および損傷を防止することができる。
【００３３】
本願の請求項６に記載の発明によれば、上記発明と同様、入口ダクトと出口ダクトとの間に生じる熱応力を緩和してダクトの変形および損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す一体型ダクトの説明図。
【図２】図１のII−II線矢視方向断面図。
【図３】図２のIII −III 線矢視方向断面図。
【図４】図２のIV−IV線矢視方向断面図。
【図５】図２の一部切り欠き側面図。
【図６】本発明の他の実施例を示す説明図。
【図７】本発明の他の実施例を示す説明図。
【図８】本発明の別の実施例を示す説明図。
【図９】従来技術を示す説明図。
【符号の説明】
１…入口ダクト、２…出口ダクト、３…排ガス流（を示す矢印）、４…排煙脱硝装置、５…触媒層、６…一体型ダクト、７…ボイラ装置、８…空気予熱器、９…仕切り壁、１０…切欠部、１１…ガス流出防止材、１２…板部材、１３…蓋部材、１４…ダクトケーシング、１５…スライド部、１６…保温材。
【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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