(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平支持梁に設置される複数の柱脚と、前記柱脚に固定されている各側面のケーシングと、前記ケーシング及び前記柱脚に固定された触媒サポート梁と、前記触媒サポート梁に設置された触媒と、を備えた脱硝反応器であって、
前記柱脚は前記脱硝反応器の４隅コーナー部に設けた４本の柱脚構造であり、
前記触媒サポート梁に掛かった荷重を前記ケーシングを介して前記４本の柱脚に伝達し、前記４本の柱脚で前記触媒を前記水平支持梁上に支持し、
前記側面ケーシングは上下方向で分割した複数段の側面ケーシングであり、
最下段の側面ケーシングの板厚さは、前記最下段以外の側面ケーシングの板厚さよりも厚くする
ことを特徴とする脱硝反応器。
【請求項２】
請求項１において、
前記最下段の側面ケーシングは、前記柱脚近傍での板厚さを前記柱脚間の中央部での板厚さよりも厚くすることを特徴とする脱硝反応器。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記柱脚近傍の側面ケーシングには縦方向の補強材を取り付け、前記柱脚間の中央部の側面ケーシングには横方向の補強材を取り付けることを特徴とする脱硝反応器。
【請求項４】
請求項１または２において、
前記側面ケーシングには右下がり方向又は左下がり方向の斜め方向の補強材を取り付けることを特徴とする脱硝反応器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラ設備における自立型薄板構造物に係り、特に幅が１０ｍ以上にもなる大型のケーシング付き構造物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来構造の一例として、図９に事業用ボイラに設置された脱硝反応器１（以下、反応器と称する）の配置、構造図を示す。反応器１はボイラの排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する目的で設置され、反応器１内部に支持設置されている触媒２（内部機器）に排ガスを通過させることで達成される。
【０００３】
前記反応器１は自立した箱型の構造物であり、支持梁３（ボイラ鉄骨）上に据え付けされ、反応器１上部に入口ダクト４、下部に出口ダクト５を反応器１で支持し、内部には触媒２を支持設置して排ガスを通過させる構造となっている。
【０００４】
プラント運転中、内部ガスは約４００℃に達するため、反応器１の柱脚６はスライディングプレートが取り付けされ、反応器１を載置する水平状の支持梁３上で水平方向にスライドさせて伸びを吸収している。一方、反応器１の伸び基準点には、挟み混み方式のサイスミックタイ７（例えば、反応器に付設した凸部を支持梁の凹部に嵌合させて反応器の熱膨張移動の基準点とするストッパ機能を奏するものであり、図１０参照）を設置し、反応器１の伸びを調整している。
【０００５】
図１０に、最近の反応器１の側面ケーシング８の構造と反応器１の主要な設計条件（荷重）を示す。図示するように反応器１は、幅（Ｂ）が２３．４ｍもあり反応器１が負担する荷重は合計約１３５０ｔにも達する大型構造物である。そのうち触媒２が占める割合は約６２％となっており、これらの触媒２荷重は触媒２サポート梁９（後述する図１を参照）から各々の近傍の柱脚６に荷重伝達され、反応器１下部の支持梁３により支持されている。なお、図９に示す反応器１の左側には、反応器内の触媒を取り替えるための設備を示している。
【０００６】
また、図１１には、支持梁３の中間部分にも柱脚を有する６本柱脚の従来技術を示す。この従来技術は反応器１を支持設置する支持梁３の補強として、支持梁３の廻り全周に水平トラス１１を設けている。
【０００７】
ここで、反応器の内部構造である、柱脚、側面ケーシング、触媒サポート梁の関連構造を説明すると、図１０の例では、柱脚が８個（図１１では６個）設けられ、また、側面ケーシングが４面に設けれている（図９の例では前面側の側面ケーシングを取り除いて反応器内部に設置された触媒群を図示している）。更に、触媒を載置する触媒サポート梁は、図１に示すように、縦横のサポート部とその外周の枠部とからなり、この上に触媒を載置するものであり、この触媒サポート梁は反応器の上下方向に数段設置される。
【０００８】
そして、４側面のケーシングはそれぞれ対応する柱脚に溶接等で一体的構造とされており、更に、触媒サポート梁の枠部はケーシングに固定されている。従って、触媒サポート梁に載置された触媒はその枠部を介してケーシングに荷重を伝え、最終的にはケーシングを介して柱脚に支持されている。以上のような柱脚、側面ケーシング、触媒サポート梁の関連構造は、従来技術で採用されているが、本発明の実施形態にも適用されるものである。
【０００９】
また、側面ケーシング８は板厚６ｍｍのプレートで構成され、運転中の内圧力（約−５７００Ｐａ）強度を保つように水平方向の補強材１０が取り付けされている。この側面ケーシング８の設計は、運転中の内圧力による面外応力が設計上支配的となって構造決定されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来技術では、側面ケーシングの板厚設計は内圧力強度の観点を主にして決定されていて、触媒２の重量等により発生する面内応力（剪断、軸応力）という課題に対しては設計上十分な配慮がされていなかった。
【００１１】
また、図２と図３に示すように、内圧力強度の保持のために、柱脚数を６本又は８本としていて、反応器を据え付ける支持梁に発生する曲げモーメントと柱脚の数や配置との関係について考慮を払うことがなかった。
【００１２】
本発明の目的は、触媒の重量によって生じる側面ケーシングの応力歪みを改善するとともに、支持梁に生じる曲げモーメントを軽減する自立型ケーシング付き構造物を提供するにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
水平支持梁に設置される複数の柱脚と、前記柱脚に固定されている各側面のケーシングと、前記ケーシング及び前記柱脚に固定された触媒サポート梁と、前記触媒サポート梁に設置された触媒と、を備えた脱硝反応器であって、
前記柱脚は前記脱硝反応器の４隅コーナー部に設けた４本の柱脚構造であり、
前記触媒サポート梁に掛かった荷重を前記ケーシングを介して前記４本の柱脚に伝達し、前記４本の柱脚で前記触媒を前記水平支持梁上に支持し、
前記側面ケーシングは上下方向で分割した複数段の側面ケーシングであり、
最下段の側面ケーシングの板厚さは、前記最下段以外の側面ケーシングの板厚さよりも厚くする構成とする。
【００１４】
前記脱硝反応器において、前記最下段の側面ケーシングは前記柱脚近傍での板厚さを前記柱脚間の中央部での板厚さよりも厚くする構成とする。
【００１５】
前記脱硝反応器において、前記柱脚近傍の側面ケーシングには縦方向の補強材を取り付け、前記柱脚間の中央部の側面ケーシングには横方向の補強材を取り付ける構成とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係る自立型ケーシング付き構造物について図面を用いて以下説明する。図１は本発明の実施形態に係る自立型ケーシング付き構造物の一例である脱硝反応器の全体構成と触媒サポート梁の構造を示す図であり、図２は本実施形態の脱硝反応器の一側面の構造を示す図であり、図３は本実施形態の脱硝反応器の側面ケーシングの応力状態を示す図である。また、図４は４本柱脚の構造物における支持梁に生じる曲げモーメントを説明する図である。
【００１７】
また、図５は剪断座屈を説明する一般的な模式図であり、図６は座屈波を遮断するために取り付けられた斜め補強材を示す図であり、図７はケーシングの圧縮応力を緩和するために取り付けられた斜め補強材を示す図であり、図８はケーシングの部位毎に補強材サイズと配置を変化させた構造を示す図である。
【００１８】
図１に示す本実施形態の反応器１は、従来技術で６本以上の柱脚６を有していた構造に対して、コーナー部に設けた４本の柱脚６の構造を採用している。更に、４つの側面ケーシング８は上部側面ケーシングと下部側面ケーシングとから構成されていて、前記下部側面ケーシング８は、その厚さが従来全て６ｍｍとしていたものに対して、コーナー側端部で１２ｍｍ厚さであり、中央部で９ｍｍ厚さを採用している。そして、本実施形態で上部側面ケーシングは全て６ｍｍ厚さを採用している。ここで、側面ケーシングの上下方向の分割段数は図示の２段（上部と下部）に限らず複数段に分割しても良いし、ケーシング厚さも下部ケーシングについて、上部ケーシングより厚くし、且つコーナー側端部を中央部に比べて厚くすればよいのであって具体的厚さは例示である。
【００１９】
図４の（２）には、本実施形態の４本脚注型構造における支持梁３の曲げモーメントについて、図４の（１）に示す従来型（中間部に柱脚６がある構造）と比較して、図示する。本実施形態の４本柱脚型構造の場合、支持梁３のスパン中央部の荷重点がないため、支持梁３に生じる曲げモーメントを低いレベル（従来型の約３０％）に抑えることができる。
【００２０】
更に、地震時や暴風時に柱脚６部に発生するに水平力に対しても同様であり、支持梁３に発生する弱軸廻り曲げモーメントを大幅に軽減できるため、従来、反応器１の支持梁３の補強として、支持梁３の廻り全周に設置していた水平トラス１１（図１１参照）が設置不要となる。
【００２１】
このように、本実施形態において４本柱脚６としたことによる利点は、反応器１を支持している支持鉄骨の重量が低減され大幅にコストダウンが図れることである。
【００２２】
また、図３に反応器１の側面ケーシング８を模擬し、等分布荷重を受ける支持梁の応力状態図を示す。側面ケーシングのコーナー側の両端部で剪断力がピークとなるとともに、側面ケーシングの中央部で最大曲げモーメントが発生する。そして、反応器１の側面ケーシング８も同様の応力状態となるため、高い剪断力が作用する下部側面ケーシングの特に端部側に板厚の厚いプレート（１２ｍｍ）を採用したものである（上部の剪断力は比較的低いため、ケーシングは全面６ｍｍ）。
【００２３】
更に、ケーシング８の補強材１０は、剪断応力が高いレベルにあるケーシング８端部に対し、効果的に剪断座屈耐力を向上させるため、縦方向に補強材１０を追加配置する。また、ケーシング８中央部は曲げモーメントによる軸力が大きくなる（上部は圧縮力、下部は引張力）ため、軸力に対し有効となる水平補強材１０を配置している。
【００２４】
以上のように、本発明による反応器１の側面ケーシング８の設計は、従来強度評価していた内圧力による面外強度評価に加え、剪断力や曲げモーメントといった面内荷重に対する強度評価も必要となるのである。
【００２５】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。前述したように、側面ケーシング８の応力状態は、下端部は剪断力が非常に大きくなるため板厚を上げて（１２ｍｍ）対応し、剪断座屈に有効な縦補強材１０を追加配置している。剪断座屈とは、図５に一般的特性として示すように板周辺の剪断力によりプレート（ケーシング８）が対角線方向に圧縮力を受け、プレート（ケーシング８）に座屈波１２が発生することである。
【００２６】
従って、剪断座屈耐力を向上させるには、前記座屈波１２を遮断して座屈波１２の波長を短縮するか、又は圧縮方向に補強材１０を取り付けてケーシング８の圧縮応力を緩和させることが有効である。
【００２７】
図６に示す斜め方向に補強材１０を取り付けした構造は、前者の座屈波１２を遮断するに好適な構造例であり、また、後者のケーシング８の圧縮応力を緩和させるには、その直角方向に斜めに補強材１０を配置した図７の構造が効果的である。
【００２８】
また、側面ケーシング８は部位毎に発生する応力の種類やレベルが異なるため、剪断応力が大きい下部ケーシングの端部付近に剪断座屈耐力を向上させるに好適な縦補強材１０を配置し、内圧により板の面外曲げ応力が高い部位は補強材１０を追加配置して許容応力に収まる様に構造設計されている。即ち、これはケーシングの各部位毎に適した補強をすることを意味し、図８はその構造例を示し、各部位で補強材１０ピッチや補強材１０のサイズを変化させるとともに、縦補強材と横補強材とを適宜に組み合わせることで各部位毎の最適補強を果たすことができる。なお、本発明は反応器１のみならず、内部に触媒２等の機器をサポートした自立型構造物全てに適用できる。
【００２９】
以上説明したように、本発明の実施形態の特徴は、構造物の柱脚６がコーナー部４箇所以外の中間部に存在する従来技術に対して、面内剛性の高い側面ケーシング８構造を確立し、上述の中間部柱脚６を削除し、側面ケーシング８により内部機器（触媒２）の荷重をコーナー部の柱脚６まで伝達する構造である。
【００３０】
そこで、側面ケーシング８を介して内部機器の荷重をコーナー部の柱脚６まで伝達するには、側面ケーシング８端部に発生する大きな剪断力と側面ケーシング８中央部に発生する引張、圧縮力に対し十分な安全性を確保する必要がある。
【００３１】
従って、ケーシング厚みを大として面内剛性のある側面ケーシング８構造を確立して、内部機器の荷重を端部柱脚６に伝達することで、４本の柱脚６構造が成り立つのである。４本柱脚６構造を採用して支持梁３のスパン中央部の荷重点を無くすることで支持梁３に生じる曲げモーメントを軽減し、支持梁３のサイズダウンを図ることができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、構造物を支持している鉄骨（梁）のサイズを大幅に縮小すると共に、地震時や暴風時の水平力用に設置している支持梁の廻りの水平トラスを削除することが可能となり、サポート鉄骨の大幅な重量低減が図れ、経済的な製品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る自立型ケーシング付き構造物の一例である脱硝反応器の全体構成と触媒サポート梁の構造を示す図である。
【図２】本実施形態の脱硝反応器の一側面の構造を示す図である。
【図３】本実施形態の脱硝反応器の側面ケーシングの応力状態を示す図である。
【図４】４本柱脚の構造物における支持梁に生じる曲げモーメントを説明する図である。
【図５】剪断座屈を説明する一般的な模式図である。
【図６】座屈波を遮断するために取り付けられた斜め補強材を示す図である。
【図７】ケーシングの圧縮応力を緩和するために取り付けられた斜め補強材を示す図である。
【図８】ケーシングの部位毎に補強材サイズと配置を変化させた構造を示す図である。
【図９】従来技術における脱硝反応器の全体構造を示す図である。
【図１０】従来技術における脱硝反応器の詳細構造と設計条件を示す図である。
【図１１】従来技術における６本柱脚と支持梁の構造を示す図である。
【符号の説明】
１  脱硝反応器
２  触媒
３  支持梁
４  入口ダクト
５  出口ダクト
６  柱脚
７  サイスミックタイ
８  側面ケーシング
９  触媒サポート梁
１０  補強材
１１  水平トラス
１２  座屈波
【図１】
0003880810.tif 000002
【図２】
0003880810.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003880810.tif 000005
【図５】
0003880810.tif 000006
【図６】
0003880810.tif 000007
【図７】
0003880810.tif 000008
【図８】
0003880810.tif 000009
【図９】
0003880810.tif 000010
【図１０】
0003880810.tif 000011
【図１１】
0003880810.tif 000012