JP6076511B2 - 粒子分離器のための支持構造を含む流動層ボイラ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部分による粒子分離器のための支持構造を含む底部支持型流動層ボイラに関する。より詳細には、本発明は、底部支持型炉と、炉の上側部分とガス流れ連通し且つ炉側部分、炉側部分に対向する外側部分、及び錐形下側部分を含む、支持構造を有する少なくとも１台の粒子分離器と、蒸気ドラムと流体連通し且つ粒子分離器の外側部分に隣接する少なくとも２本の底部支持型降水管とを備える、流動層ボイラに関する。

流動層ボイラは、燃料を燃焼させるための炉と、炉から煙道ガス及び固体粒子を排出するための、炉の上側部分に接続された少なくとも１つの排出チャネルとを備える。固体粒子は一般に、粒子のうちの少なくとも一部分を戻りチャネルを介して炉の下側部分に戻すために、粒子分離器において煙道ガスから分離される。戻りチャネルは、分離された粒子から熱を回収するための熱交換チャンバを備えることが多い。

流動層ボイラで使用される粒子分離器は一般に、円筒形上側部分及び錐形下側部分を有するサイクロン分離器である。従来の構成によれば、円筒形上側部分は円形の断面を有するが、この２０年の間に、方形断面又は八角形断面などの多角形断面がますます一般的になってきた。それに応じて、錐形下側部分の断面は、円形から様々な多角形形状に変化しうる。

比較的大型の流動層ボイラは一般に、上部支持型で配置される。即ち、炉及び１台又は複数の粒子分離器が堅固な支持構造から吊されて配置される。比較的小型の流動層ボイラは、その代わりに底部支持型で配置されうる。上部支持型構造と底部支持型構造との主な違いは、ボイラがその運転温度まで加熱されたときに、上部支持型ボイラの熱膨張は主に下向きに生じるが、底部支持型ボイラでは熱膨張は主に上向きに生じることである。底部支持型ボイラは一般に、別体の支持構造を必要としないので、特に小型の流動層ボイラの場合に、上部支持型ボイラよりも単純で経済的により有利である。底部支持型構造の欠点は、壁が上方の構造の圧縮負荷を支えるのに十分強くなければならないことである。

底部支持型流動層ボイラの特別の問題は、粒子分離器の支持である。粒子分離器の底部は一般に炉の底部よりも高い高さに位置するので、粒子分離器の底部は、従来の解決策によれば、特別の支持脚により、ボイラ設備の地面又は基礎に対して支持される。

欧州特許第７６００７１Ｂ１号は、２本の底部支持型降水管の上の蒸気ドラムと、炉と共通の壁、及び降水管に接続された対向する壁又は前壁を有する冷却式矩形サイクロン分離器とを備える底部支持型循環流動層ボイラを開示している。この構造の欠点は、２つのユニット、即ち炉及び分離器の共通の壁が、両ユニットの重量の大部分を支えるために特に強固に作られなければならないことである。

国際公報第２００７／１３５２３８Ａ２号は、分離器の上側部分に接続された枠組の助けにより支持構造から吊された粒子分離器を備える上部支持型循環流動層ボイラを開示している。

欧州特許第７６００７１Ｂ１号 国際公報第２００７／１３５２３８Ａ２号

本発明の目的は、粒子分離器を支持するための単純で信頼性のある手段を含む底部支持型流動層ボイラを提供することである。

１つの観点によれば、本発明は、底部支持型炉と、炉の上側部分とガス流れ連通し且つ炉側部分、炉側部分に対向する外側部分、及び錐形下側部分を含む、支持構造を有する少なくとも１台の粒子分離器と、蒸気ドラムと流体連通し且つ粒子分離器の外側部分に隣接する少なくとも２本の底部支持型降水管とを備える、粒子分離器のための支持構造を含む流動層ボイラを提供する。本発明の特徴は、支持構造が、錐形下側部分の少なくとも一部分を取り囲む枠組状の支持部材を含み、支持部材の外側部分が、少なくとも２本の降水管に取り付けられて、少なくとも１台の粒子分離器を支持することである。

本発明は、粒子分離器の錐形下側部分を取り囲むように枠組状の支持部材を配置すること、及び、支持部材の外側部分を底部支持型降水管に取り付けることにより、底部支持型流動層ボイラの粒子分離器を支持するための新規の解決策を提供する。本発明は、粒子分離器を比較的迅速且つ容易に取り付けることができる、単純で経済的に有利な流動層ボイラを提供する。分離器と炉との共通の壁を有すること、又は粒子分離器の底部とボイラの地面若しくは基礎との間に特別な支持脚を設けることは、必要とされない。

本発明の一実施例によれば、枠組状の支持部材は、粒子分離器の錐形下側部分を取り囲むように配置される閉じた枠組である。別の実施例によれば、支持部材は閉じられず、それにより錐形下側部分を部分的にのみ取り囲む。支持部材の外側部分という用語は、支持部材のうちの炉から最も遠くに配置される部分又は半体を意味する。外側部分の反対は内側部分であり、これは、支持部材のうちの炉の最も近くに配置される部分又は半体を意味する。

枠組状の支持部材の内部断面、即ち枠組状の支持部材の範囲内の断面は、有利には、粒子分離器の錐形下側部分の外部断面に対応する。それにより、粒子分離器は、その設置の際に、錐形下側部分が支持部材に嵌まるように支持部材上に下降されうる。例えば、錐形下側部分の断面が八角形の断面である場合、枠組状の支持部材もまた、八角形断面を有することができる。或いは、枠組状の支持部材は、粒子分離器の錐形下側部分の外部断面の一部分のみと接触するように配置される内部断面を有してもよい。例えば、錐形下側部分が八角形形状のものであっても、枠組状の支持部材は、方形の内部断面を有することができ、したがって支持部材は、八角形の下側部分のうちの１つおきの傾斜板とだけ接触するように配置される。

本発明の好ましい一実施例によれば、支持部材の内側部分が、炉の側壁に取り付けられる。それにより、支持部材は、有利には、少なくとも２本の降水管に接続された外側部分と炉の側壁に取り付けられた内側部分とを有する閉じた枠組となる。支持部材は、有利には、少なくとも２本の降水管から炉の側壁まで実質的に水平に延在する。したがって、支持部材は、粒子分離器の錐形下側部分の水平高さにおいて炉の側壁に取り付けられる。粒子分離器の錐形下側部分は、実際には炉壁の中間部分の垂直高さに配置されるので、粒子分離器の重量のうちの一部分は、本実施例によれば炉の側壁の下側部分によってのみ支えられる。したがって、側壁の下側部分のみが、追加の重量を支えるのに十分な強さに作られなければならない。支持部材は炉の側壁及び少なくとも２本の降水管に取り付けられるので、非常に安定した粒子分離器の支持が提供される。

ボイラ・システムは、有利には、粒子分離器の外側部分に隣接して蒸気ドラムから設備の地面又は基礎まで延在する、少なくとも２本のフルハイト垂直降水管を備える。粒子分離器の外側部分に隣接するフルハイト降水管に加えて、少なくとも２本の降水管のそれぞれは、粒子分離器の炉側部分に隣接する底部支持型追加分岐管も含みうる。追加分岐管のそれぞれは、水平に延在する管区間により、対応するフルハイト降水管と流体連通する。

本発明の好ましい一実施例によれば、支持部材の内側部分は、少なくとも２本の降水管の少なくとも２本の追加分岐管に取り付けられる。それにより、粒子分離器は、２本のフルハイト降水管及び２本の追加分岐管に支持部材を固定することによって支持される。したがって、支持部材は、側壁により粒子分離器の重量を支える形で炉の側壁に取り付けられる必要はない。

代替的な構造によれば、フルハイト降水管は、粒子分離器の炉側部分に隣接して配置され、追加降水管分岐管は、粒子分離器の外側部分に隣接して配置される。上述の２つの実施例のうちのいずれかを使用すると、炉の側壁に影響を及ぼす粒子分離器の重量は最小限に抑えられるが、非常に安定した粒子分離器の支持システムが提供される。

流動層ボイラが粒子分離器を１台だけ備える場合、粒子分離器は、有利には、上記のように２本のフルハイト降水管によって支持される。ボイラが２台の粒子分離器を並列に備える場合、有利には、各粒子分離器が上記の方法のうちの１つの方法で１対の降水管によって支持されうるように、少なくとも３本の降水管が並列して存在する。２台の粒子分離器を支持するために３本のフルハイト降水管を使用する場合、降水管のうちの１本は、有利には２台の粒子分離器の外側部分間に配置されて、両分離器の重量を支える。相応に、３台の粒子分離器が並列して存在する場合、少なくとも４本の降水管が存在しなければならない。当然ながら、Ｎ台の分離器を支持するために２Ｎ本のフルハイト降水管を配置することも可能であり、それにより各分離器は、上記のように、１台の分離器の場合と同様に支持されうる。

流動層ボイラは、通常、循環流動層ボイラであるが、粒子分離器を備えた気泡型流動層ボイラ（ｂｕｂｂｌｉｎｇ ｂｅｄ ｂｏｉｌｅｒ）であってもよい。

上記の簡単な説明、並びに本発明のさらなる目的、特徴、及び利点は、目下好ましいが例示的なものである本発明による実施例の以下の詳細な説明を添付の図面と併せて参照することによって、より完全に理解されるであろう。

本発明の好ましい一実施例による、粒子分離器のための支持部材を含む流動層ボイラの側面図を概略的に示す図である。 本発明の一実施例による、図１の支持部材の断面図Ａ−Ａを概略的に示す図である。 本発明の別の実施例による、図１の支持部材の断面図Ａ−Ａを概略的に示す図である。 図１による流動層ボイラの背面図を概略的に示す図である。 粒子分離器のための別の支持構造を含む流動層ボイラの側断面図を概略的に示す図である。 本発明の一実施例による、図４の支持部材の上部からの断面図Ｂ−Ｂを概略的に示す図である。 ２台の粒子分離器のための支持構造を含む流動層ボイラの背断面図を概略的に示す図である。

図１の概略図は、例えばコンクリート又は鋼で作られた支持基礎３４上に配置された底部支持型循環流動層ボイラ１０の側面図を示す。以下の説明では、ボイラの熱膨張は、たとえ実際は水平方向の熱膨張も存在するとしても、全面的に上方に向かうものと見なされる。水平方向の熱膨張は一般に、適切な滑り支持システムによって考慮される。

ボイラは、後壁とも呼ばれうる側壁１４を有する炉１２と、炉の後壁側に配置された粒子分離器２０と、煙道ガス及び同伴粒子を炉１２の上側部分から粒子分離器２０へ搬送するための排出導管２４と、粒子分離器の外側部分に隣接し蒸気ドラム１６と流体連通する従来の底部支持型降水管１８とを備える。実際には、ボイラは、熱回収や煙道ガス浄化のための手段などの他のユニットも備えるが、それらは本発明にとって不可欠なものではないので、図１には示されていない。

蒸気ドラム１６は、有利には降水管１８の上に配置されて、降水管によって支持される。送水管４０が、温水を降水管１８の下側部分から炉の側壁１４上の蒸発管の上流端部へ搬送し、また、蒸気管４２が、蒸気と温水の混合物を蒸発管の下流端部から蒸気ドラムへ搬送する。降水管の熱膨張は、循環する水により、炉の側壁の熱膨張とほぼ同じ大きさになる。

粒子分離器２０は、例えば、水冷パネル又は蒸気冷却パネルで形成されたサイクロン分離器でありうる。粒子分離器は、浄化された煙道ガスを煙道ガス・ダクト３２へ搬送するための排出ダクト２８と、分離された粒子を炉１２の下側部分に戻すための戻りチャネル３０とを備える。戻りチャネルは、分離された粒子を冷却するための、図１には示されていない熱交換チャンバを含みうる。戻りチャネルは、粒子分離器２０の錐形下側部分２２に接続され、この錐形下側部分は、粒子分離器２０の断面が錐形下側部分においてボイラの基礎３４に向かって減少するように傾斜した１つ又は複数の囲い壁によって囲まれている。

粒子分離器２０は、粒子分離器２０の錐形下側部分２２を取り囲む枠組状の支持部材２６の上に載っている。支持部材２６の外側部分３６が、降水管１８に、又は実際には図２ａ若しくは２ｂから分かるように２本の降水管に取り付けられて、粒子分離器２０を支持する。支持部材２６の内側部分３８が、粒子分離器２０に安定した支持を提供するように、炉１２の後壁１４に取り付けられる。

図２ａは、図１の断面図Ａ−Ａ、即ち、粒子分離器２０の錐形下側部分２２の高さにおける水平断面の上面図を概略的に示す。より具体的には、図２ａは、本発明の一実施例による支持部材２６を用いた粒子分離器２０の支持構成を示す。図２ａの実施例では、粒子分離器の錐形下側部分の水平断面は、八角形である。しかし実際には、円形又は矩形などの多くの他の形状の粒子分離器の錐形下側部分の断面も可能である。

図２ａに示されるように、支持部材２６の外側部分３６は、２本の降水管１８に取り付けられ、支持部材２６の内側部分３８は、炉１２の壁１４に取り付けられる。支持部材２６は、粒子分離器２０の錐形下側部分２２の八角形断面に対応する八角形断面を有する閉じた枠組である。図２ａから分かるように、八角形の形状は、方形の枠組の隅部を面取りすることによって形成される。当然ながら、粒子分離器が例えば六角形の場合には、主たる方形枠組の隅部は、六角形の枠組を得るために違った方法で面取りされるべきである。支持構造は、非常に堅固で安定したものである。

図２ａによれば、降水管１８間の水平方向距離Ｌは、支持部材２６の水平高さにおける粒子分離器２０の底部２２の直径にほぼ対応するが、実際には水平方向距離Ｌは、適切な支持構造によって支持部材又は枠組２６を降水管１８に接続することにより、前述の直径よりも大きくなってもよい。

図２ｂは、本発明の別の実施例による、図１の断面図Ａ−Ａを概略的に示す。この場合も先と同様に、粒子分離器２０、少なくともその錐形下側部分は、八角形断面を有する。しかしこの実施例では、支持部材２６は、その中に粒子分離器２０が支持されうる実質的に方形の形状を有する枠組である。支持枠組は、粒子分離器２０の錐形下側部分２２の１つおきの壁と適合するための４つの支持梁を有する。したがって、錐形下側部分２２の４つの壁は、支持部材２６と接触する。言い換えれば、主たる方形枠組の隅部は、図２ａにおけるようには面取りされない。

図３は、図１による流動層ボイラ１０の背面図を示す。図３は、２本の降水管１８の間の粒子分離器２０を示す。前述のように、降水管１８間の水平方向距離Ｌは、例えば分離器２０を降水管１８の間に配置し易くするために、粒子分離器２０の直径よりも大きくてもよい。図３は、２本の降水管１８と流れ連通している蒸気ドラム１６を示し、降水管１８は、支持基礎３４から蒸気ドラム１６まで延在する。同様に、図２ａ及び２ｂにおけるように、支持部材２６は、降水管１８に接続される。より具体的には、支持部材２６の外側部分３６は、２本の降水管１８に接続されて粒子分離器２０を支持し、支持部材２６の内側部分３８は、図１におけるように炉１２の後壁１４に取り付けられる。

図４の略図は、本発明による別の底部支持型循環流動層ボイラ１０の側面図を概略的に示す。このボイラは、粒子分離器の外側部分に隣接するフルハイト降水管１８のそれぞれが、粒子分離器の炉側部分に隣接する降水管の主に垂直方向の底部支持型追加分岐管１８’に接続されるという点で、図１のボイラとは異なる。追加分岐管は、水平方向に延在する管区間により、対応するフルハイト降水管と流体連通している。支持部材２６の内側部分３８は、降水管の追加分岐管１８’に取り付けられて、粒子分離器２０のさらなる垂直方向支持を提供する。

この実施例の重要な利点は、粒子分離器２０の荷重が、図１に示される実施例に似た形では炉壁１４に影響を及ぼさないことである。枠組状の支持部材２６が追加の降水管１８’により垂直方向において支持されるにしても、支持部材２６は、水平方向における構造の剛性を高めるために、炉１２の後壁１４まで延在することができる。しかし、図４の実施例によれば、粒子分離器の重量は、支持部材２６の助けにより、降水管１８及びそれらの追加分岐管１８’に分け与えられる。

図４に示される実施例によれば、一直線のフルハイト降水管１８は、粒子分離器２０の外側部分に隣接して配置され、それらの追加分岐管１８’は、粒子分離器の炉側部分に隣接して配置される。本発明の別の実施例によれば、フルハイト降水管は、その代わりに粒子分離器２０の炉側部分に隣接して配置されてもよく、また、追加の降水管分岐管は、それに応じて粒子分離器の外側部分に隣接して配置される。それにより、支持部材２６の内側部分３８は、降水管の全高（フルハイト）直線部分に取り付けられ、支持部材の外側部分は、降水管の追加部分即ち分岐管に取り付けられる。

図５は、図４の断面上面図Ｂ−Ｂを概略的に示す。支持部材２６の外側部分３６は、２本の降水管１８に接続され、支持部材２６の内側部分３８は、降水管の２本の追加分岐管１８’、及び炉１２の後壁１４に接続されている。支持部材と降水管と壁１４との間の接続は、溶接又は機械的固定要素などの、任意の従来の手段によって行うことができる。

図６は、２台の粒子分離器２０１及び２０２を有する流動層ボイラ１００の背面図を概略的に示す。第１の粒子分離器２０１は、第１の支持部材２６１の上に載る錐形下側部分２２１を有し、第２の粒子分離器２０２は、第２の支持部材２６２の上に載る錐形下側部分２２２を有する。第１の支持部材２６１の外側部分３６１が、第１の降水管１８１及び第２の降水管１８２に接続される。同様に、第２の支持部材２６２の外側部分３６２が、第２の降水管１８２及び第３の降水管１８３に接続される。したがって、支持部材２６１及び２６２は、第２の降水管１８２を取付け箇所として共有する。支持部材２６１及び２６２は、粒子分離器２０１並びに２０２の錐形下側部分２２１及び２２２の水平高さにそれぞれ配置される。これにより、粒子分離器２０１及び２０２に安定した堅固な支持が提供される。

蒸気ドラム１６０が、第１の降水管１８１、第２の降水管１８２、及び第３の降水管１８３のそれぞれと流れ連通している。流動層ボイラ１００は、支持基礎３４０上に配置され、降水管１８１、１８２、及び１８３は、支持基礎３４０から蒸気ドラム１６０まで延在する。これにより、重い構成要素又は複雑な構造を使用することなしに、非常に安定した構造が提供される。

上記のことから明らかになるように、単純で信頼性のある粒子分離器の支持構造を含む流動層ボイラが提供される。この支持構造は、多数の様々な用途及び目的に適用することができる。本発明は、現在のところ最も好ましい実施例であると考えられるものに関連して実例として本明細書で説明されてきたが、本発明は、開示された実施例に限定されるものではなく、その特徴の様々な組み合わせ又は修正、及び添付の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲に含まれる幾つかの他の応用を含むように意図されていることを理解されたい。

Claims (13)

1. 粒子分離器（２０）のための支持構造を備えた流動層ボイラ（１０）であって、
   底部支持型炉（１２）と、
   支持構造を備え、前記炉の上側部分とガス流れ連通する少なくとも１つの粒子分離器（２０）であって、炉側部分、前記炉側部分と反対の外側部分、及び錐形下側部分（２２）を有する少なくとも１つの粒子分離器（２０）と、
   蒸気ドラム（１６）と流体連通し、且つ前記粒子分離器の前記外側部分に隣接する少なくとも２つの底部支持型降水管（１８）と
   を有する流動層ボイラ（１０）において、
   前記支持構造が、前記錐形下側部分の少なくとも一部分を取り囲む枠組状支持部材（２６）を有し、前記支持部材の外側部分（３６）が、前記少なくとも２つの降水管に取り付けられ、それにより前記少なくとも１つの粒子分離器を支持することを特徴とする、流動層ボイラ（１０）。
2. 前記支持部材（２６）が、前記少なくとも１つの粒子分離器の前記錐形下側部分の水平高さにおいて前記少なくとも２つの降水管に取り付けられることを特徴とする、請求項１に記載の流動層ボイラ。
3. 前記支持部材の内側部分（３８）が前記炉の側壁（１４）に取り付けられ、それにより前記少なくとも１つの粒子分離器を支持することを特徴とする、請求項１に記載の流動層ボイラ。
4. 前記少なくとも２つの底部支持型降水管のそれぞれが、前記少なくとも１つの粒子分離器の前記外側部分に隣接するフルハイト垂直降水管（１８）と、前記少なくとも１つの粒子分離器の前記炉側部分に隣接する前記降水管の追加分岐管（１８’）とを有し、前記支持部材の前記外側部分（３６）が、前記フルハイト垂直降水管（１８）に取り付けられ、前記支持部材の前記内側部分（３８）が、前記降水管の前記追加分岐管に取り付けられることを特徴とする、請求項１に記載の流動層ボイラ。
5. 前記少なくとも２本の底部支持型降水管のそれぞれが、前記少なくとも１つの粒子分離器の前記炉側部分に隣接するフルハイト垂直降水管（１８）と、前記少なくとも１つの粒子分離器の前記外側部分に隣接する前記降水管の追加分岐管（１８’）とを有し、前記支持部材の前記外側部分（３６）が、前記降水管の前記追加分岐管（１８’）に取り付けられ、前記支持部材の前記内側部分（３８）が、前記フルハイト垂直降水管（１８）に取り付けられることを特徴とする、請求項１に記載の流動層ボイラ。
6. 前記少なくとも１つの粒子分離器（２０）の重量が、前記フルハイト降水管（１８）及び前記降水管の前記追加分岐管（１８’）によって支えられることを特徴とする、請求項４又は５に記載の流動層ボイラ。
7. 前記支持部材の前記内側部分（３８）が前記炉の側壁（１４）に取り付けられ、それにより前記支持構造の水平方向の動きを妨げることを特徴とする、請求項６に記載の流動層ボイラ。
8. 前記枠組状支持部材（２６）の水平内部断面が、前記少なくとも１つの粒子分離器の前記錐形下側部分（２２）の水平外部断面に対応しており、また前記内部断面は、前記少なくとも１つの粒子分離器の前記錐形下側部分の前記外部断面と接触して配置されることを特徴とする、請求項１に記載の流動層ボイラ。
9. 前記枠組状支持部材（２６）が、前記少なくとも１つの粒子分離器の前記錐形下側部分の水平外部断面の一部分のみと接触して配置される水平内部断面を有することを特徴とする、請求項１に記載の流動層ボイラ。
10. ２つの粒子分離器及び３つの降水管を有することを特徴とする、請求項１に記載の流動層ボイラ。
11. ３つの粒子分離器及び４つの降水管を有することを特徴とする、請求項１に記載の流動層ボイラ。
12. 前記流動層ボイラは循環流動層ボイラであることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか一項に記載の流動層ボイラ。
13. 前記流動層ボイラは気泡型流動層ボイラであることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか一項に記載の流動層ボイラ。
    

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