(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧流動層ボイラの圧力容器内に設置され、ボイラ本体からの排ガスを入口ダクトから供給して灰を除去するとともに出口ダクトから灰を除去した排ガスを排出するサイクロンにおいて、
サイクロン上面に出口ダクトを挟んで平行に設けられる補強材と、サイクロン周面から上方に立ち上がって設けられる複数列の側板と、サイクロン上面と補強材と側板とからなる空間を塞ぐ蓋体と、側板と蓋体とを覆う断熱材と、からなることを特徴とする加圧流動層ボイラにおけるサイクロンの補強構造。
【請求項２】
上記補強材を互いに交差するように３対設けた請求項１記載の加圧流動層ボイラにおけるサイクロンの補強構造。
【請求項３】
上記側板の高さが上記補強材の高さよりも高い請求項１または請求項２記載の加圧流動層ボイラにおけるサイクロンの補強構造。
【請求項４】
上記側板がサイクロンの周面を構成する胴部を上方に延ばしたものである請求項１から請求項３のいずれかに記載の加圧流動層ボイラにおけるサイクロンの補強構造。
【請求項５】
上記補強材の間を繋ぐ副補強材を設けた請求項１から請求項４のいずれかに記載の加圧流動層ボイラにおけるサイクロンの補強構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、加圧流動層ボイラにおけるサイクロンの補強構造に関するものである。
【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 の発生量が少ないなど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４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などが圧力容器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。また、ボイラ本体１内には、石炭灰、砂など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。
【０００４】
図５は、ボイラ本体１が六角柱の形態をなす六角形加圧流動層ボイラ（以下、六角ボイラという）の全体構成図である。この図において、六角ボイラは図４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などが圧力容器４内に格納された構成のものである。六角ボイラの中央には、ほぼ円筒形の排ガスマニホールド８が配置され、そのまわりに複数のサイクロン２が配置されている。通常サイクロン２は一次サイクロン１２と二次サイクロン１４からなり、外部から供給された石炭をボイラ本体１内で燃焼させた排ガスが排ガスマニホールド８から一次サイクロン１２の入口ダクト１２ａに入り、一次サイクロン１２で灰を分離された排ガスは出口ダクト１２ｂから二次サイクロン１４の入口ダクト１４ａに入って二次サイクロン１４でさらに細かい灰を除去され、出口ダクト１４ｂからサイクロン出口ダクト９を介して外部のガスタービン（図示せず）に排ガスが供給されるようになっている。
【０００５】
図６は従来のサイクロン２の上部平面図である。なお、上述したようにサイクロン２は通常一次サイクロン１２と二次サイクロン１４からなるが、直径が異なる以外はその基本的な構成は同じであるため、その上部平面図は一次サイクロン１２および二次サイクロン１４に共通するものである。サイクロン２の上部は平板状になっており、サイクロン２の入口ダクト１０は巻き貝のようにサイクロン２から偏心して設けられている。したがって、サイクロン２の上部は応力に対する許容力が低い。一方、圧力容器４内とサイクロン２の入口ダクト１０内とでは、配管などにおける圧力損失から０．７〜２．０ｋｇ／ｃｍ2 の差圧が生じているため、サイクロン２の上部は外圧を受けている。さらに排ガスが約８７０℃の高温であるためクリープ変形を生じ易い。そこで高さ約１００ｍｍ、厚さ約４０ｍｍの鉄板を補強材１５として出口ダクト１１から放射状に配置し、そのままサイクロン２の周面に沿わせている。そして、この補強材１５の上から直接断熱材（図示せず）で覆うことによりサイクロン２を保温している。なお、入口ダクト１０は略四角形の補強リング２６により補強している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したサイクロンの補強構造では、補強材とサイクロンの出口ダクトとの連結部に応力集中が起こり、サイクロン上面が変形してしまうという問題があった。さらに補強材の高さ方向に大きな温度差を生じるため、サイクロン上面の熱応力が高くクラックを生じ易いという問題もあった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために創案されたものである。すなわち、サイクロン上面の変形およびクラックの発生を防ぎ、サイクロンを確実に補強することができる加圧流動層ボイラにおけるサイクロンの補強構造を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、加圧流動層ボイラの圧力容器内に設置され、ボイラ本体からの排ガスを入口ダクトから供給して灰を除去するとともに出口ダクトから灰を除去した排ガスを排出するサイクロンにおいて、サイクロン上面に出口ダクトを挟んで平行に設けられる補強材と、サイクロン周面から上方に立ち上がって設けられる側板と、サイクロン上面と補強材と側板とからなる空間を塞ぐ蓋体と、側板と蓋体とを覆う断熱材と、からなることを特徴とする加圧流動層ボイラにおけるサイクロンの補強構造が提供される。
【０００９】
本発明の好ましい実施例によれば、上記補強材を互いに交差するように３対設け、上記側板の高さが上記補強材の高さよりも高く、上記側板がサイクロンの周面を構成する胴部を上方に延ばしたものである。また、上記補強材の間を繋ぐ副補強材を設けてもよい。
【００１０】
【作用】
上記本発明の構成によれば、補強材をサイクロン上面に出口ダクトを挟んで平行に設けているため、サイクロン上面において補強材と出口ダクトとが連結されておらず、側板間を途切れることなく連結している。したがって、サイクロン上面と補強材により面圧を受けており、ある一部分に応力が集中することがないため、サイクロン上面の変形を抑制することができる。さらに、サイクロン上面と補強材と側板とからなる空間を蓋体により塞ぎ、側板と蓋体とを断熱材で覆うことにより、サイクロン上面に空気層が設けられ、この空気層における対流の作用により、補強材の高さ方向の温度差を少なくすることができる。したがって、サイクロン上面に発生する熱応力を小さくすることができ、クラックの発生を防ぐことができる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の好ましい実施例を図１から図３を参照して説明する。なお、各図において、従来と共通する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１２】
図１は本発明の加圧流動層ボイラにおけるサイクロンの上部平面図であり、図２は同サイクロンの上部側面断面図である。これらの図に示す実施例は、サイクロン２上面に出口ダクト１１を挟んで互いに交差するように平行に設けられた３対（計６本）の補強材１６と、サイクロン２の周面を構成する胴部を上方に延ばした側板１８と、サイクロン２上面と補強材１６と側板１８とからなる空間を塞ぐ蓋体２０と、側板１８と蓋体２０とを覆う断熱材２２と、補強材１６の間を繋ぐ副補強材２４とからなるサイクロン２の補強構造である。また、入口ダクト１０は従来と同様に略四角形の補強リング２６により補強している。なお、図１において蓋体２０および断熱材２２は省略してある。
【００１３】
補強材１６には、従来と同様に高さ約１００ｍｍ、厚さ約３０ｍｍの鉄板を使用している。上述の補強構造によれば、補強材１６は側板１８間を途切れることなく連結しているため、補強材１６の一部に応力が集中することがない。なお、本実施例においては補強材１６が３対（計６本）設けられているが、サイクロン２の大きさや使用条件などにより必要な数だけ設ければよい。
【００１４】
側板１８は、その補強材１６の高さよりも５〜１０ｍｍ程度高くなるようにすれば、蓋体２０を平板状にすることができ、補強材１６の上に載せるだけで落ちることがなく、固定する必要がない。また、蓋体２０は補強材１６の上に載せ易いようにいくつかに分割されている。なお、側板１８は、サイクロン２の周面を構成する胴部を上方に延ばしたものでなく補強材１６と同様な部材で構成してもよい。さらに、蓋体２０は平板状でなく側板１８と補強材１６を覆うような形状であってもよい。
【００１５】
また、側板１８と入口ダクト１０との境界部３４においては、補強材１６のうちの１本をその境界部３４と重なるように設け、その補強材１６を入口ダクト１０の補強リング２６に連結し、さらに側板１８とその補強材１６を連結している。
【００１６】
副補強材２４は、サイクロンの大きさや使用条件などにより必要な数だけ設ければよく、対になっている平行な補強材１６の間に設けてもよいし、平行でない補強材１６の間に設けてもよい。
【００１７】
図２において、サイクロン２上面、補強材１６、側板１８、蓋体２０および副補強材２４により空気層３２が形成され、断熱材２２で側板１８と蓋体２０とを覆っている。したがって、空気層３２における空気の対流の作用と断熱材２２の保温効果により、補強材１６、側板１８および副補強材２４の高さ方向の温度差を少なくすることができる。したがって、サイクロン２上面にかかる熱応力を低くすることができる。
【００１８】
また、サイクロン２が一次サイクロンの場合には、出口ダクト１１の上面が平板上になっているため外圧がかかり、ここも補強する必要がある。図３は一次サイクロンの出口ダクトの上部平面図である。この場合にも基本的には本実施例と同様な構造であり、出口ダクト１１の周面構成する胴部を上方に延ばして側板２８を構成し、その側板２８間に中心を挟むように平行な補強材３０を連結している。さらに副補強材を設けてもよい。
【００１９】
なお、本発明は上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００２０】
【発明の効果】
上述したように、本発明の加圧流動層ボイラにおけるサイクロンの補強構造によれば、サイクロン上面の一部に応力が集中することがない。また、サイクロン上面にかかる熱応力を低くすることができる。したがって、サイクロン上面の変形およびクラックの発生などを防ぐことができ、サイクロンを確実に補強することができるなどの優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加圧流動層ボイラにおけるサイクロンの上部平面図である。
【図２】本発明の加圧流動層ボイラにおけるサイクロンの第１図Ａ−Ａ上部側面断面図である。
【図３】一次サイクロンの出口ダクトの上部平面図である。
【図４】従来の加圧流動層ボイラの全体構成図である。
【図５】六角形加圧流動層ボイラの全体構成図である。
【図６】従来のサイクロンの上部平面図である。
【符号の説明】
１  ボイラ本体
２  サイクロン
３  ベット材貯蔵容器
４  圧力容器
５  蒸発器
６  加熱器
７  再熱器
８  排ガスマニホールド
９  サイクロン出口ダクト
１０  入口ダクト
１１  出口ダクト
１２  一次サイクロン
１４  二次サイクロン
１５，１６，３０  補強材
１８，２８  側板
２０  蓋体
２２  断熱材
２４  副補強材
２６  補強リング
３２  空気層
３４  境界部
【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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