(57)【要約】【課題】脱硝反応器の小型・軽量化を図る。【解決手段】上下方向に階層状に配置され、それぞれ触媒ブロック（４）を支持する複数の触媒支持構造（Ｓ）と、複数の触媒支持構造を支持する複数の柱脚（１０）と、複数の柱脚の上端部に設けられるトラス構造（８）と、を有する脱硝反応器（２）であって、触媒支持構造は、同一の水平面内において互いに間隔を空けて平行に配置される複数の触媒支持梁（６）と、複数の触媒支持梁と直交する方向に互いに間隔を空けて平行に配置される複数の触媒受け梁（５）と、複数の触媒支持梁と複数の触媒受け梁を囲むように設けられる外周フレーム（１１）と、を有する格子状の構造体であり、トラス構造と触媒支持構造とは吊下げ部材（７）を介して連結される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向に階層状に配置され、それぞれ触媒ブロックを支持する複数の触媒支持構造と、前記複数の触媒支持構造を支持する複数の柱脚と、前記複数の柱脚の上端部に設けられるトラス構造と、を有する脱硝反応器であって、
前記触媒支持構造は、同一の水平面内において互いに間隔を空けて平行に配置される複数の触媒支持梁と、前記複数の触媒支持梁と直交する方向に互いに間隔を空けて平行に配置される複数の触媒受け梁と、前記複数の触媒支持梁と前記複数の触媒受け梁を囲むように設けられる外周フレームと、を有する格子状の構造体であり、
前記トラス構造と前記触媒支持構造とは吊下げ部材を介して連結され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、
前記吊下げ部材は、前記トラス構造から垂下して最下層の前記触媒支持構造にまで到達する長さの板状体であり、
前記板状体の吊下げ部材は、前記触媒支持構造の前記触媒受け梁と結合されることを特徴とする脱硝反応器。
【請求項３】
請求項２において、
前記触媒受け梁は、前記板状体の吊下げ部材の板厚分の間隔を空けて互いに背中合わせに配置される２つの溝形鋼を含み、
前記板状体の吊下げ部材は、２つの前記溝形鋼に挟まれた状態で前記触媒受け梁と結合されることを特徴とする脱硝反応器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脱硝反応器に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばボイラプラントにおいて、ボイラからの排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を取り除くために、大型の脱硝反応器が設置されている。ボイラプラントに用いられる脱硝反応器は、例えば、幅２５ｍ×奥行き１１ｍの大きさで、重量が１０００ｔを超える大型構造物である。そして、この重量のうち約６割は触媒の重量が占めており、触媒を支持するために、脱硝反応器は大掛かりな鉄骨構造で構成される。
【０００３】
この種の脱硝反応器として特許文献１が公知である。特許文献１に記載の脱硝反応器は、触媒支持梁と触媒受け梁とを格子状に配置し、これらの周囲を外周フレームで囲った支持構造体（触媒支持構造）が複数の柱脚で支持され、この支持構造体の上に多数の触媒ブロックが配置されて構成される。すなわち、特許文献１において、触媒ブロックの荷重は支持構造体から複数の柱脚に伝達され、複数の柱脚がこの荷重を支持する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３４９０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、触媒の性能を発揮するためには、触媒の真上に一定の空間を設ける必要がある。そのため、脱硝反応器を小型・軽量化するためには、この空間を確保しつつ、触媒ブロックを支持する支持構造体の各梁を小型・軽量化する必要がある。
【０００６】
しかしながら、特許文献１では、支持構造体に掛かる触媒ブロックの荷重を複数の柱脚でしか支持していないため、触媒支持梁や触媒受け梁等の強度部材は触媒ブロックの荷重に耐え得るために剛性の高い部材を用いなければならず、脱硝反応器の小型・軽量化において課題が残る。
【０００７】
そこで、本発明は、脱硝反応器の小型・軽量化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、代表的な本発明は、上下方向に階層状に配置され、それぞれ触媒ブロックを支持する複数の触媒支持構造と、前記複数の触媒支持構造を支持する複数の柱脚と、前記複数の柱脚の上端部に設けられるトラス構造と、を有する脱硝反応器であって、前記触媒支持構造は、同一の水平面内において互いに間隔を空けて平行に配置される複数の触媒支持梁と、前記複数の触媒支持梁と直交する方向に互いに間隔を空けて平行に配置される複数の触媒受け梁と、前記複数の触媒支持梁と前記複数の触媒受け梁を囲むように設けられる外周フレームと、を有する格子状の構造体であり、前記トラス構造と前記触媒支持構造とは吊下げ部材を介して連結されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、上記の特徴により脱硝反応器を小型・軽量化することができる。なお、上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る脱硝反応器をボイラと組み合わせた構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る脱硝反応器の全体構成図である。
【図３】図２に示す脱硝反応器の内部構成を示す断面図である。
【図４】触媒ブロックを支持する触媒支持構造の詳細図である。
【図５】図３に示す脱硝反応器のＡ部の拡大図である。
【図６】（ａ）は従来技術に係る触媒支持梁の曲げモーメント線図、（ｂ）は本発明の実施形態に係る触媒支持梁の曲げモーメント線図である。
【図７】（ａ）は従来技術に係る脱硝反応器に対する荷重の伝達を模式的に示す図、（ｂ）は本発明の実施形態に係る脱硝反応器に対する荷重の伝達を模式的に図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１は本発明の実施形態に係る脱硝反応器をボイラと組み合わせた構成図、図２は本発明の実施形態に係る脱硝反応器の全体構成図、図３は図２に示す脱硝反応器の内部構成を示す断面図、図４は触媒ブロックを支持する触媒支持構造の詳細図、図５は図３に示す脱硝反応器のＡ部の拡大図である。なお、以下の説明において、図２ないし図３の左右方向のことを「奥行き方向」と定義し、同図の紙面表裏方向のことを「幅方向」と定義する。
【００１２】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る脱硝反応器２は、ボイラ１の排ガス出口に接続され、水平支持鉄骨３によって支持されている。そして、脱硝反応器２は、ボイラ１にて発生した排ガス中の窒素酸化物を、触媒と反応させることにより除去している。
【００１３】
脱硝反応器２は、図２に示すように、上下方向に階層状（本実施形態では３階層）となるように配置され、それぞれ多数の触媒ブロック４を支持する３つの触媒支持構造Ｓと、３つの触媒支持構造Ｓの四隅部をそれぞれ支持する４本の柱脚１０と、４本の柱脚１０の上端部に設けられ、ボイラ１からの排ガスの入口ダクト１５を支持するためのトラス構造８（図３参照）と、を有して構成される。なお、図２において図示しないが、脱硝反応器２の各側面は側面ケーシング９（図７参照）で覆われている。
【００１４】
触媒支持構造Ｓは、図４に示すように、同一の水平面内において互いに幅方向に間隔を空けて平行に配置される複数の触媒支持梁６と、複数の触媒支持梁６と直交する方向（奥行き方向）に互いに間隔を空けて平行に配置される複数の触媒受け梁５とを格子状に配置し、複数の触媒支持梁６と複数の触媒受け梁５を囲むように矩形枠状の外周フレーム１１を取り付けて形成され、多数の触媒ブロック４を支持できる程度の高い剛性を有する。本実施形態では、触媒支持梁６、触媒受け梁５、及び外周フレーム１１はＨ形鋼が用いられているが、その断面形状は問わない。なお、図４では触媒ブロック４の一部しか図示していないが、実際には触媒支持構造Ｓ上に隙間なく触媒ブロック４が載置される。
【００１５】
触媒支持構造Ｓは、多数の触媒ブロック４が載置されるため、大きな荷重を支える必要があるが、本実施形態では、その荷重の一部を吊板（吊下げ部材）７を介してトラス構造８で受けている点に大きな特徴がある。この特徴について以下、具体的に説明する。
【００１６】
図３に示すように、各触媒支持構造Ｓは、奥行き方向に間隔を空けて複数配置された吊板７を介してトラス構造８と連結している。吊板７は、トラス構造８から最下層の触媒支持構造Ｓまで垂下する１枚の板状体であり、本実施形態では例えば板厚ｔ＝２０ｍｍの板材（図５参照）が用いられている。また、吊板７の幅は、触媒支持構造Ｓに掛かる荷重に応じて好適なサイズが選定されている。そして、本実施形態では、吊板７は触媒支持構造Ｓの触媒受け梁５と結合している。
【００１７】
吊板７と触媒受け梁５との結合部の構造について、図５を参照しながら詳しく説明する。触媒受け梁５のうち吊板７との接合部は、２つの溝形鋼５ａ（例えばＣ形鋼）を互いに背中合わせにし、２つの溝形鋼５ａの間に吊板７の板厚ｔだけ隙間が設けられた構造となっている。この隙間に吊板７が挿入され、吊板７を２つの溝形鋼５ａで挟むようにして、吊板７と溝形鋼５ａとが結合される。この構成により、１枚の吊板７を切断することなく、各階層の触媒受け梁５と結合することができるため、脱硝反応器２の製造が簡単となる。
【００１８】
ここで、本実施形態では吊板７と溝形鋼５ａとは溶接により接合されている。その理由は、最大で吊板７の幅と厚さ分（吊板７の周長さ）を溶接できるので、接合強度を高くすることができるからである。また、吊板７の板厚を薄くしたい場合は、吊板７の幅を広くすることで、触媒受け梁５との接合部の断面積を大きく確保できるため、大きな荷重を支持できる。吊板７の板厚を薄くすると、触媒ブロック４の配置スペースを圧迫しないので好ましいうえ、触媒ブロック４を緻密に配置できるため、ガスの偏流が生じにくいという利点もある。なお、吊板７と溝形鋼５ａ（触媒受け梁５）との結合方法は、溶接に限定されない。例えば、ボルトとナットにより吊板７と溝形鋼５ａとを締結しても良い。
【００１９】
このように構成された脱硝反応器２の触媒支持梁６に作用する曲げモーメントについて従来技術と対比しながら説明する。図６（ａ）は従来技術に係る触媒支持梁の曲げモーメント線図、（ｂ）は本発明の実施形態に係る触媒支持梁の曲げモーメント線図である。図６（ａ）に示すように、従来技術では、触媒支持梁６に掛かる荷重は両端（柱脚１０）のみで支持する構成であるため、触媒支持梁６の中央を頂点とする大きな曲げモーメントが触媒支持梁６全体に掛かる。
【００２０】
これに対して、図６（ｂ）に示すように、本実施形態では触媒支持梁６に掛かる荷重は、両端（柱脚１０）で支持されることに加えて、梁の中央部が２つの吊板７によって２箇所支持されている。そのため、触媒支持梁６全体に掛かる曲げモーメントは従来技術と比べて大幅に低減されている。よって、触媒支持梁６として用いられる形鋼のサイズを小さくすることができる。
【００２１】
次に、脱硝反応器２全体に対してどのように荷重が伝達するかについて説明する。図７（ａ）は従来技術に係る脱硝反応器に対する荷重の伝達を模式的に示す図、図７（ｂ）は本発明の実施形態に係る脱硝反応器に対する荷重の伝達を模式的に図である。なお、図中の白抜き矢印の向きは、荷重の伝達方向を示している。
【００２２】
図７（ａ）に示すように、従来技術では触媒支持梁６に掛かる荷重は側面ケーシング９に伝達された後、柱脚１０によって支持される構造であったため、柱脚１０への負担が大きかった。これに対して、本実施形態では、図７（ｂ）に示すように触媒支持梁６に掛かる荷重は、吊板７によって脱硝反応器２の上部にあるトラス構造８に伝達され、その後、側面ケーシング９を介して柱脚１０に伝達される。そのため、従来技術と比べて、触媒支持梁６に掛かる荷重を脱硝反応器２の全体で支持することができる。よって、柱脚１０に掛かる負担が従来技術と比べて少ない。
【００２３】
以上説明したように、本実施形態では、吊板７を設けて触媒支持梁６に掛かる荷重を脱硝反応器２の上部のトラス構造８へと伝達するよう荷重の伝達経路を変えたことにより、当該荷重を脱硝反応器２の構造物全体で支持することができる。そのため、触媒支持梁６のサイズを小さくすることができ、その結果、脱硝反応器２の小型・軽量化を実現することができる。そして、脱硝反応器２の柱脚１０と水平支持鉄骨３との芯を合わせることにより、水平支持鉄骨３に作用させる荷重の負担も低減することができる。
【００２４】
本発明の効果をより具体的に説明すると、上記実施形態のように吊板７を設ける構成にするだけで、例えば、触媒支持梁６に用いるＨ形鋼のフランジ幅を従来の３００ｍｍから２００ｍｍ程度に、ウェブの高さを従来の９００ｍｍから４００ｍｍ程度に軽減できる。特に、脱硝反応器２では排ガスを整流させるために、触媒ブロック４の上部には十分な空間が必要となり、脱硝反応器２の高さを低くすることは容易ではなかったが、本実施形態のように吊板７を用いる構成を用いれば、１階層当たり触媒支持梁６の高さを約５００ｍｍ低くすることができる。そして、その効果は、階層が多くなるほど顕著となる。
【００２５】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【００２６】
例えば、図４に示す触媒支持構造Ｓの触媒受け梁５と触媒支持梁６の配置を逆にする構成でも良い。すなわち、触媒受け梁５を幅方向に配置し、触媒支持梁６を奥行き方向に配置する構成としても良い。また、各梁の数、吊板の数、それらの配置構成等は、脱硝反応器の仕様等に応じて適宜決定すれば良い。
【００２７】
また、吊板７を２つの溝形鋼５ａで挟んで固定する構成に代えて、吊板７を適宜切断し、触媒受け梁５に直接溶接により接合する構成としても良い。具体的には、Ｈ形鋼の触媒受け梁５のフランジ部に吊板７を立てた状態で隅肉溶接する構成としても良い。この構成では、吊板７の長さが短くなるため、吊板７の運搬等の取扱いが簡単である。また、吊板７を触媒受け梁５と結合する構成の代わりに、触媒支持梁６と結合する構成や、触媒受け梁５と触媒支持梁６の両方と結合する構成としても良い。何れの梁と吊板７とを結合させても、トラス構造８により荷重が支持されるため、脱硝反応器２の小型・軽量化を図ることができる。
【００２８】
上記実施形態では、３階層全ての触媒支持構造Ｓを吊板７で支持したが、例えば、一部の吊板７は３階層全ての触媒支持構造Ｓを支持し、残りの吊板７は一部の階層の触媒支持構造Ｓを支持するような構成としても良い。また、必要に応じて、吊板７に切欠き（穴部）を設けて、排ガスの流れを調整するようにしても良い。
【符号の説明】
【００２９】
１  ボイラ
２  脱硝反応器
３  水平支持鉄骨
４  触媒ブロック
５  触媒受け梁
５ａ  溝形鋼
６  触媒支持梁
７  吊板（吊下げ部材）
８  トラス構造
９  側面ケーシング
１０  柱脚
１１  外周フレーム
１５  ダクト入口
Ｓ  触媒支持構造
【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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