(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流動層を有し圧力容器内に格納されたボイラ本体と、該ボイラ本体内に上方から吊り下げられた複数の支持管と、該支持管に取り付けられた複数の層内管と、を備え、前記ボイラ本体は、水平断面が六角形の内部を有し、６つの鉛直な炉壁と、六角形の閉じたバックステーとからなり、
前記六角形の内部は、隣接する２つの第１の炉壁及び第２の炉壁を平行四辺形の２辺とする水平断面が平行四辺形の３空間からなり、それぞれの空間には、前記第１の炉壁に平行でかつ前記第２の炉壁に一端が隣接する互いに鉛直面が平行な第１の層内管群と、前記第１の炉壁に平行でかつ前記第１の層内管群の他端にその一端が隣接する互いに鉛直面が平行な第２の層内管群とが配置された、六角形加圧流動層ボイラにおいて、
前記層内管は、上下方向に間隔を隔てた複数の水平管が両端部で互い違いに連結された構成であり、
前記第１の層内管群を構成する層内管の前記第２の炉壁に隣接する側の上端部と、前記第２の炉壁とが、両端部に水平ピンを有する水平な第１連結部材を介して連結され、
前記第１の層内管群と前記第２の層内管群の上端部が、両端部に水平ピンを有する水平な第２連結部材を介して連結され、
前記第１の層内管群及び第２の層内管群をそれぞれ構成する層内管の上端の水平管が水平方向に隣接する別の層内管の水平部と互いに第３連結部材で連結され、
前記第１の層内管群及び第２の層内管群をそれぞれ構成しかつ前記第１の炉壁に隣接する層内管の上端の水平管と、前記第１の炉壁とが、両端部に水平ピンを有する水平な第４連結部材を介して連結され、
前記第３連結部材は、隣接する層内管の水平部をそれぞれ囲む２つの管と、該２つの管の一方に一端が固着され水平方向に延びた第１の連結板と、該２つの管の他方に一端が固着され水平方向に延びた第２の連結板とからなり、前記第１の連結板と第２の連結板は互いに間隔を隔てた２本の水平ピンで連結され、これら水平ピンの少なくとも一方は折曲げ可能な細いワイヤである、ことを特徴とする六角形加圧流動層ボイラにおける層内管の耐震構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は六角形加圧流動層ボイラにおける層内管の耐震構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
加圧下で石炭を流動燃焼させる加圧流動層ボイラ（Pressurised Fluidized Bed Combuster)は、ガスタービンと組み合わせたコンバインドサイクルにより４０％以上の熱効率を有し、炉内脱硫率が高く、ＮＯx の発生量が少ない、等の特徴を有することから、従来の微粉焚ボイラに代わる新型ボイラとして現在開発が進められている。
【０００３】
かかる加圧流動層ボイラは、例えば図８に示すように、ボイラ本体１、サイクロン２、ベッド材貯蔵容器３、等が圧力容器４内に格納された構成のものであり、外部から供給さた石炭Ｃをボイラ本体１内で燃焼させ、その排ガスはサイクロン２に送られ、サイクロン２で灰が除去された排ガスが外部のガスタービン（図示せず）に供給され仕事（例えば発電機の駆動）をするようになっている。
【０００４】
また、ボイラ本体１内には、石炭灰、砂等のベッド材が下方から供給される空気Ａにより流動した流動層Ｂが形成されており、この流動層Ｂ内には、水蒸気を発生させるための蒸発器５、過熱器６、及び再熱器７が挿入されている。流動層Ｂ内で石炭の燃焼により発生した熱により、蒸発器５内で水が蒸発して水蒸気となり、過熱器６内で水蒸気が更に加熱されて過熱蒸気となり、この過熱蒸気は外部に設けられた蒸気タービン（図示せず）で膨張し仕事をする。更に、蒸気タービンで温度が下がった蒸気は、再熱器７で再度加熱されて過熱蒸気となり、外部の蒸気タービンで再び仕事をするようになっている。
【０００５】
更に、近年、かかる加圧流動層ボイラの大容量化が要望されており、ボイラ本体の水平断面を六角形に構成した六角形加圧流動層ボイラが提案されている（例えば、特開平６−３３７１０２号、特開平６−１９３８０３号、特開平７−３５３０５号、特開平７−１３９７２２号、特開平７−２９３８０１号、特開平８−３２７０１６号、特開平９−１４６０５号、等）。
【０００６】
図１は、かかる六角形加圧流動層ボイラの全体構成図である。この図において、加圧流動層ボイラは、図８と同様に、ボイラ本体１、サイクロン２、ベッド材貯蔵容器３、等が圧力容器４内に格納された構成のものであり、外部から供給さた石炭をボイラ本体１内で燃焼させ、その排ガスが排ガスマニホールド８を介してサイクロン２に送られ、サイクロン２で灰が除去された排ガスは外部のガスタービン（図示せず）に供給され仕事をするようになっている。
【０００７】
図２は、図１のＡ−Ａにおける水平断面図である。この図において、ボイラ本体１は、水平断面が六角形の内部を有し、６つの鉛直な炉壁１２ａ、１２ｂと、六角形の閉じたバックステー１４とからなる。また、六角形の内部は、中心から互いに１２０°隔てた３本の仮想一点鎖線で３つの空間に区分される。すなわち、六角形の内部は、隣接する２つの炉壁１２ａ、１２ｂを平行四辺形の２辺とする水平断面が平行四辺形の３空間からなる。それぞれの空間には、一方の炉壁１２ａに平行で、かつ他方の炉壁１２ｂに一端が隣接し、互いに鉛直面が平行な第１の層内管群１６ａと、一方の炉壁１２ａに平行で、かつ前記第１の層内管群１６ａの他端に一端が隣接し、互いに鉛直面が平行な第２の層内管群１６ｂとが配置されている。
【０００８】
図３は、図２における層内管群１６ａ、１６ｂを構成する層内管２０の側面図である。層内管２０は、ボイラ本体１内に上方から吊り下げられた支持管１８に取り付けられており、水を蒸発させる蒸発管２１、蒸気を高温に加熱する過熱管２２、及び低温の蒸気を再加熱する再熱管２３からなる。蒸発管２１、過熱管２２、及び再熱管２３の層内管２０は、図示のように上下方向に間隔を隔てた複数の水平管が両端部で互い違いに連結された構成であり、全体として支持管１８とほぼ同一の鉛直平面内に構成されている。
【０００９】
支持管１８は、上部が山形の矩形ループ部１８ａと、山形の頂点から上方に延びる吊下げ部１８ｂと、矩形ループ部１８ａの下端からボイラ本体の下方に延びる水平Ｕ字部１８ｃとからなる。支持管１８は、層内管と同様の中空管で構成され、水平Ｕ字部１８ｃから吊下げ部１８ｂまで通して内部を蒸気が流れるようになっており、過熱管の一部を構成している。吊下げ部１８ｂの上端は、ボイラ本体内の図示しない固定部分に枢着されており、これにより支持管１８はボイラ本体内に上方から吊り下げられる。水平Ｕ字部１８ｃは、比較的長い水平部分を有し、上下方向に撓みやすく構成されている。これにより、支持管１８は、上方から吊り下げられた状態で自由に熱膨張することができる。
【００１０】
再熱管２３は、支持管１８の鉛直平面内の矩形ループ部１８ａの内側にその大部分が設けられ、その下端２３ａから上端２３ｂまで蒸気を流し、低温の蒸気を再加熱できるようになっている。この再熱管２３は、図示しない適当な管用のクランプ金具により支持管１８に取り付けられている。
蒸発管２１と過熱管２２は、それぞれ支持管１８の両側（図３で紙面に垂直方向の両側）に設けられ（図では一方のみを示す）、それぞれの下端２１ａ、２２ａから上端２１ｂ、２２ｂまで水、蒸気をそれぞれ流し、蒸発、加熱ができるようになっている。また、蒸発管２１と過熱管２２も、再熱管２３と同様に適当なクランプ金具により支持管１８に取り付けられている。
【００１１】
かかる構成により、層内管２０の全て（蒸発管２１、過熱管２２、再熱管２３）が、支持管１８に取り付けられ、支持管の吊下げ部１８ｂを介して、上方から吊り下げられている。従って、層内管のうち、例えば蒸発管２１のみをボイラ本体１内で適当な手段により支持すれば、層内管２０の全て（蒸発管２１、過熱管２２、再熱管２３）を支持することができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述した六角形加圧流動層ボイラにおいて、石炭の燃焼により流動層の内部は、例えば８００℃以上の高温となり、ボイラ本体と、蒸発器、過熱器、及び再熱器等の流動層内に配置された伝熱管（以下、層内管という）とがそれぞれ熱膨張する。従って、熱応力の発生を防ぐためには層内管をボイラ本体に直接固定することはできず、従来は、ボイラ本体の上方から支持管（図示せず）を吊るし、この支持管にそれぞれの層内管を取り付けていた。しかし、かかる層内管の支持構造では、例えば地震等の場合に層内管に水平力が作用すると、層内管が流動層内で水平に大きく移動し、ボイラ本体の壁に衝突し、ボイラ本体や層内管を損傷させるおそれがあった。
【００１３】
特に、上述した大型の六角形加圧流動層ボイラでは、多数の層内管を密に流動層内に配置する必要があり、従来の層内管の支持構造では、地震等による水平力により、層内管が互いに衝突して層内管を損傷させるおそれがあった。
更に、六角形加圧流動層ボイラでは、図２に示したように３組の層内管群１６ａ、１６ｂが互いに１２０°づつ回転して配置されているので、各層内管群の軸方向及びこれに垂直な水平力を支持することが困難である問題点があった。
【００１４】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、層内管の熱膨張に対応することができ、かつ地震等の場合に層内管に水平力が作用しても、層内管同士、及び層内管とボイラ本体とが衝突するおそれのない六角形加圧流動層ボイラにおける層内管の耐震構造を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、内部に流動層を有し圧力容器内に格納されたボイラ本体と、該ボイラ本体内に上方から吊り下げられた複数の支持管と、該支持管に取り付けられた複数の層内管と、を備え、前記ボイラ本体は、水平断面が六角形の内部を有し、６つの鉛直な炉壁と、六角形の閉じたバックステーとからなり、前記六角形の内部は、隣接する２つの第１の炉壁及び第２の炉壁を平行四辺形の２辺とする水平断面が平行四辺形の３空間からなり、それぞれの空間には、前記第１の炉壁に平行でかつ前記第２の炉壁に一端が隣接する互いに鉛直面が平行な第１の層内管群と、前記第１の炉壁に平行でかつ前記第１の層内管群の他端にその一端が隣接する互いに鉛直面が平行な第２の層内管群とが配置された、六角形加圧流動層ボイラにおいて、前記層内管は、上下方向に間隔を隔てた複数の水平管が両端部で互い違いに連結された構成であり、前記第１の層内管群を構成する層内管の前記第２の炉壁に隣接する側の上端部と、前記第２の炉壁とが、両端部に水平ピンを有する水平な第１連結部材を介して連結され、前記第１の層内管群と前記第２の層内管群の上端部が、両端部に水平ピンを有する水平な第２連結部材を介して連結され、前記第１の層内管群及び第２の層内管群をそれぞれ構成する層内管の上端の水平管が水平方向に隣接する別の層内管の水平部と互いに第３連結部材で連結され、前記第１の層内管群及び第２の層内管群をそれぞれ構成しかつ前記第１の炉壁に隣接する層内管の上端の水平管と、前記第１の炉壁とが、両端部に水平ピンを有する水平な第４連結部材を介して連結され、前記第３連結部材は、隣接する層内管の水平部をそれぞれ囲む２つの管と、該２つの管の一方に一端が固着され水平方向に延びた第１の連結板と、該２つの管の他方に一端が固着され水平方向に延びた第２の連結板とからなり、前記第１の連結板と第２の連結板は互いに間隔を隔てた２本の水平ピンで連結され、これら水平ピンの少なくとも一方は折曲げ可能な細いワイヤである、ことを特徴とする六角形加圧流動層ボイラにおける層内管の耐震構造が提供される。
【００１６】
上記本発明の構成によれば、層内管群１６ａ，１６ｂを構成する水平管の軸方向に関しては、層内管群の上端部と炉壁１２ｂとが第１連結部材２５で連結され、層内管群同士の上端部が、第２連結部材２７で互いに連結されているので、地震等で層内管群に作用する軸方向の水平力を第２連結部材２７と第１連結部材２５を介してボイラ本体１の炉壁１２ｂに伝達することができる。
【００１７】
また、水平管の軸に垂直な水平方向に関しては、層内管群の上端部の水平管同士が第３連結部材３２で連結され、層内管群の上端部の水平管と炉壁１２ａとが第４連結部材３４を介して連結されるので、地震等で層内管群に作用する軸に垂直な水平力を第３連結部材３２と第４連結部材３４を介してボイラ本体１の炉壁１２ａに伝達することができる。
【００１８】
更に、第１連結部材２５、第２連結部材２７及び第４連結部材３４は、両端部に水平ピンを有する水平な部材であり、層内管は支持管を介してボイラ本体に連結されるので、層内管が熱膨張して僅かに上下しても、層内管は支持管を介して吊り下げられたまま、層内管の軸線方向に水平に僅かに移動するのみで、層内管は自由に熱膨張でき、層内管に無理な熱応力が発生することがない。また、地震等の場合に層内管の軸線方向及び垂直方向に水平力が作用しても、この水平力は水平な連結部材を介してボイラ本体の炉壁に伝達されるので、層内管はボイラ本体内でほとんど移動せず、層内管とボイラ本体とが衝突するおそれが全くない。
【００２０】
また、上記構成では、前記第３連結部材は、隣接する層内管の水平部をそれぞれ囲む２つの管と、該２つの管の一方に一端が固着され水平方向に延びた第１の連結板と、該２つの管の他方に一端が固着され水平方向に延びた第２の連結板とからなり、前記第１の連結板と第２の連結板は互いに間隔を隔てた２本の水平ピンで連結され、これら水平ピンの少なくとも一方は折曲げ可能な細いワイヤであるので、個々の第３連結部材を水平管の軸方向にずらしながら配置することができ、六角形加圧流動層ボイラの炉壁１２ａ，１２ｂに平行に配置することができ、幅方向のスペースが小さくても地震荷重を伝達でき、金具を管に溶接することを減らすことにより、溶射の手間、水圧テストの点検、メンテナンスを減らすことができる。
【００２１】
また、上記構成により、折曲げ可能な細いワイヤを抜き、もう１本のピンを外すだけで、隣接する層内管を分離することができ、メンテナンスを容易にすることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２３】
図４は、図２における平行四辺形の３空間のうちの１つのＢ−Ｂ線における横断面図である。この図において、２つの層内管２０が、ほぼ同一の鉛直面内で、ほぼ同一の高さに、間隔を隔てて配置されている。
【００２４】
図５は、図４におけるＣ部及びＤ部の拡大図である。この図に示すように、Ｃ部では、層内管群１６ａを構成する層内管２０のボイラ本体１の炉壁１２ｂに隣接する側の上端部と、炉壁１２ｂとが、両端部に水平ピン２４を有する水平な第１連結部材２５を介して連結されている。この構成により、層内管２０が熱膨張して僅かに上下しても、層内管２０は支持管１８を介して吊り下げられたまま、層内管２０の軸線方向に水平に僅かに移動するのみで、層内管２０は自由に熱膨張でき、層内管２０に無理な熱応力が発生することがない。また、地震等の場合に層内管２０の軸線方向に水平力が作用しても、この水平力は水平な第１連結部材２５を介してボイラ本体１の炉壁１２ｂに伝達されるので、層内管２０はボイラ本体１内でほとんど移動せず、層内管２０とボイラ本体１とが衝突するおそれが全くない。
【００２５】
また、Ｄ部では、層内管群１６ａと層内管群１６ｂの上端部が、両端部に水平ピン２６を有する水平な第２連結部材２７を介して連結されている。この構成により、２つの層内管群１６ａ，１６ｂに作用する層内管の軸線方向の水平力を、水平な第２連結部材２７と第１連結部材２５を介してボイラ本体に無理なく伝達することができる。なお、層内管２０の水平管のボイラ本体１に隣接する側の端部は、図５のＣ部のようにボイラ本体１の炉壁１２ｂに連結されているが、別の層内管２０の端部の反対側の端部は、図２における別の室の層内管群に隣接しているだけであり、ボイラ本体、その他に連結されていない。これにより、２つの層内管２０は、層内管の軸線方向に自由に熱膨張することができる。
【００２６】
図６は、図２のＥ部の拡大図（Ａ）とその横断面図（Ｂ）である。この図において、層内管群１６ａ，１６ｂをそれぞれ構成する層内管２０の上端の水平管が水平方向に隣接する別の層内管２０の水平部と互いに第３連結部材３２で連結されている。
この第３連結部材３２は、隣接する層内管２０の水平部をそれぞれ囲む２つの矩形管３３ａと、矩形管３３ａに一端がそれぞれ固着され水平方向に延びた２枚の連結板３３ｂとからなる。２枚の連結板３３ｂは互いに間隔を隔てた２本の水平ピン３１ａ，３１ｂで連結され、その少なくとも一方は折曲げ可能な細いワイヤで構成されている。
【００２７】
この構成により、個々の第３連結部材３２を水平管の軸方向にずらしながら配置することができ、六角形加圧流動層ボイラの炉壁１２ｂに平行に第３連結部材３２を配置することができる。従って、幅方向のスペースが小さくても地震荷重を伝達でき、金具（矩形管３３ａ）を管に溶接することを減らすことができ、溶射の手間、水圧テストの点検、メンテナンスを減らすことができる。また、この構成により、折曲げ可能な細いワイヤ３１ｂを抜き、もう１本のピン３１ａを外すだけで、隣接する層内管２０を分離することができ、メンテナンスを容易にすることができる。
【００２８】
更に、図６において、層内管群１６ａ，１６ｂをそれぞれ構成しかつボイラ本体１に隣接する層内管２０の上端の水平管と、ボイラ本体１とが、両端部に水平ピン３４ａを有する水平な第４連結部材３４を介して連結されている。
更に、第４連結部材３４が連結された炉壁１２ａの部分は、両端部に水平ピンを有する図示しない別の水平な連結部材を介してバックステー１４に連結されている。かかる構成により、ボイラ本体に隣接した２本の層内管２０から炉壁１２ａを介してバックステー１４まで層内管の軸線に直角方向の水平力を伝達することができる。
【００２９】
上述した構成により、地震等の場合に層内管２０の軸線に直角方向に水平力が作用しても、この水平力は第３連結部材３２及び第４連結部材３４を介してボイラ本体のバックステー１４に伝達されるので、層内管２０はボイラ本体内でほとんど移動せず、層内管同士、或いは層内管とボイラ本体とが衝突するおそれは全くなくなる。また、層内管２０が熱膨張して僅かに上下しても、層内管２０は支持管を介して吊り下げられたまま、層内管２０の軸線に直角方向に僅かに水平に移動するのみで、層内管２０は自由に熱膨張でき、層内管２０に無理な熱応力が発生することがない。
【００３０】
図７は、図２におけるＦ部の拡大斜視図である。この図において、ボイラ本体１は、鉛直な水管１１ａとこの水管１１ａを連結するフィン１１ｂとからなる炉壁１２ａ、１２ｂと、炉壁を間隔を隔てて囲むバックステー１４とからなる。また、炉壁１２ａ、１２ｂとバックステー１４とは、両端部に水平ピン３５を有する上下対の傾斜した連結部材３６を介して連結される。この上下対の傾斜連結部材３６により三角形状のトラスが構成され、炉壁１２ａ、１２ｂとバックステー１４とが一体化されている。
【００３１】
更に、バックステー１４は水平方向外方に放射状に延びる少なくとも３つの突起部１４ａを有し、この突起部１４ａは、圧力容器４の内面に摺動金具４ａにより半径方向及び上下方向に摺動可能に案内されている。かかる構成により、バックステー１４の上下動及び半径方向移動を許容し、同時にバックステー１４の水平移動と回転を阻止することができる。
【００３２】
上述したように本発明の構成によれば、層内管群１６ａ，１６ｂを構成する水平管の軸方向に関しては、層内管群の上端部と炉壁１２ｂとが第１連結部材２５で連結され、層内管群同士の上端部が、第２連結部材２７で互いに連結されているので、地震等で層内管群に作用する軸方向の水平力を第２連結部材２７と第１連結部材２５を介してボイラ本体１の炉壁１２ｂに伝達することができる。
【００３３】
また、水平管の軸に垂直な水平方向に関しては、層内管群の上端部の水平管同士が第３連結部材３２で連結され、層内管群の上端部の水平管と炉壁１２ａとが第４連結部材３４を介して連結されるので、地震等で層内管群に作用する軸に垂直な水平力を第３連結部材３２と第４連結部材３４を介してボイラ本体１に伝達することができる。
【００３４】
更に、第１連結部材２５、第２連結部材２７及び第４連結部材３４は、両端部に水平ピンを有する水平な部材であり、層内管２０は支持管を介してボイラ本体に連結されるので、層内管が熱膨張して僅かに上下しても、層内管は支持管１８を介して吊り下げられたまま、層内管の軸線方向に水平に僅かに移動するのみで、層内管は自由に熱膨張でき、層内管に無理な熱応力が発生することがない。また、地震等の場合に層内管の軸線方向及び垂直方向に水平力が作用しても、この水平力は水平な連結部材を介してボイラ本体に伝達されるので、層内管はボイラ本体内でほとんど移動せず、層内管とボイラ本体とが衝突するおそれが全くない。
【００３５】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更できることは勿論である。
【００３６】
【発明の効果】
上述したように、本発明の構成によれば、層内管は自由に熱膨張でき、層内管に無理な熱応力が発生することがない。また、地震等の場合に層内管の軸線方向又は軸線に直角方向に水平力が作用しても、この水平力は水平な連結部材を介してボイラ本体に伝達されるので、層内管はボイラ本体内でほとんど移動せず、層内管とボイラ本体とが衝突するおそれは全くない。
【００３７】
従って、本発明の六角形加圧流動層ボイラにおける層内管の耐震構造は、層内管の熱膨張に対応することができ、かつ地震等の場合に層内管に水平力が作用しても、層内管同士、及び層内管とボイラ本体とが衝突するおそれのない、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する加圧流動層ボイラの全体構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａにおける水平断面図である。
【図３】図２における層内管群を構成する層内管２０の側面図である。
【図４】図２における平行四辺形の３空間のうちの１つのＢ−Ｂ線における横断面図である。
【図５】図４におけるＣ部及びＤ部の拡大図である。
【図６】図２のＥ部における拡大断面図である。
【図７】図２のＦ部の拡大斜視図である。
【図８】従来の加圧流動層ボイラの全体構成図である。
【符号の説明】
１  ボイラ本体
２  サイクロン
３  ベッド材貯蔵容器
４  圧力容器
５  蒸発器
６  過熱器
７  再熱器
８  排ガスマニホールド
１１ａ  水管
１１ｂ  フィン
１２ａ、１２ｂ  炉壁
１４  バックステー
１４ａ  突起部
１６ａ  第１の層内管群
１６ｂ  第２の層内管群
１８  支持管
２０  層内管
２１  蒸発管
２２  過熱管
２３  再熱管
２４、２６、３１ａ、３５  水平ピン
２５、２７、３２、３４、３６  連結部材
３１ｂ  ワイヤ
３３ａ  矩形管
３３ｂ  連結板
Ａ  空気
Ｂ  流動層
Ｃ  石炭
【図１】
0003906876.tif 000002
【図２】
0003906876.tif 000003
【図３】
0003906876.tif 000004
【図４】
0003906876.tif 000005
【図５】
0003906876.tif 000006
【図６】
0003906876.tif 000007
【図７】
0003906876.tif 000008
【図８】
0003906876.tif 000009