特許 7532881 サイクロンの内筒支持構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-05

(45)【発行日】2024-08-14

(54)【発明の名称】サイクロンの内筒支持構造

(51)【国際特許分類】

   B04C 5/12 20060101AFI20240806BHJP

【ＦＩ】

B04C5/12 Z

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020084308

(22)【出願日】2020-05-13

(65)【公開番号】P2021178281

(43)【公開日】2021-11-18

【審査請求日】2023-03-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】110000512

【氏名又は名称】弁理士法人山田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】増田 伯昭

【審査官】田中 雅之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－０２０７１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－０６４６５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６０－０４９９４７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００１－２６３６３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０５８８７２２３（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０４Ｃ １／００ －１１／００

Ｂ０１Ｄ ４５／００ －４５／１８

Ｆ０２Ｃ １／００ － ９／５８

Ｆ２３Ｃ ９／０８

Ｆ２３Ｃ １０／００ －１０／３２

Ｆ２３Ｃ １３／００ －１３／０８

Ｆ２３Ｃ １５／００

Ｆ２３Ｃ ９９／００

Ｆ２３Ｄ １／００ － １／０６

Ｆ２３Ｄ １７／００ －９９／００

Ｆ２３Ｇ ５／００

Ｆ２３Ｇ ５／０２

Ｆ２３Ｇ ５／０３３－ ５／１２

Ｆ２３Ｇ ５／２０ － ５／２２

Ｆ２３Ｇ ５／３０

Ｆ２３Ｇ ５／３２ － ５／３８

Ｆ２３Ｇ ５／４４ － ５／４８

Ｆ２３Ｊ ３／００ － ７／００

Ｆ２３Ｊ １１／００ －１１／１２

Ｆ２３Ｋ １／００ － ３／２２

Ｆ２３Ｒ ３／００ － ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

粒子を含む気体が旋回流となるよう導入される旋回導入部と、
該旋回導入部の下端に設けられ且つ下方へ向け縮径される粒子分離回収部と、
前記旋回導入部の上端に接続される出口ダクトと、
粒子が分離された気体を前記出口ダクトへ導くよう前記旋回導入部の内部に設けられた内筒とを備えたサイクロンの内筒支持構造において、
前記内筒の上端に形成されるフランジ部と、
該フランジ部が前記出口ダクト内部に露出して載置されるよう前記出口ダクト内径を拡張して形成される内側段部と、
該内側段部が形成されることに伴って出口ダクト外周と旋回導入部のケーシング外周との間に生じる外側段部に配設される補強材と
を備えたサイクロンの内筒支持構造。

【請求項2】

前記フランジ部は、
前記内側段部に載置される下フランジと、
該下フランジから上方へ所要間隔をあけて配設される上フランジと、
前記下フランジと上フランジとをつなぐようフランジ部の内周側から外周側へ向け放射状に配設されるリブと
を備えた請求項１記載のサイクロンの内筒支持構造。

【請求項3】

前記下フランジは、前記内筒の外周に溶接され、前記上フランジは、前記内筒の外周に溶接される請求項２記載のサイクロンの内筒支持構造。

【請求項4】

前記下フランジの外周端上面に内周側から外周側へ向け下り勾配となるよう形成されるテーパを備えた請求項２又は３記載のサイクロンの内筒支持構造。

【請求項5】

前記気体は、循環流動層ボイラの火炉から排出される燃焼ガスである請求項１～４の何れか一項に記載のサイクロンの内筒支持構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、サイクロンの内筒支持構造に関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般に、サイクロンは、筒体の接線方向へ粒子を含む気体を導入して旋回させることにより、該気体に遠心力を付与し、気体中の粒子を分離捕集するものであって、さまざまな分野において広く採用され、循環流動層ボイラにも設けられている。

【0003】

そして、前記サイクロンの内部には内筒が設置され、循環流動層ボイラの火炉から排出される燃焼ガスに含まれる砂や灰等の粒子を分離する役割を担っている。

【0004】

従来のサイクロンの場合、ケーシング上端部内面側に円環状の支持金物が張り出され、該支持金物に前記内筒のフランジ部が載置され、該フランジ部の上下面が耐火材で覆われて、前記内筒が支持される構造となっている。

【0005】

尚、循環流動層ボイラのサイクロンの一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特許第３８９７５０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、前記内筒の内部には高温の燃焼ガスが流れているが、前記ケーシングから張り出された支持金物に載置されているフランジ部は、支持金物を介して外部に熱が奪われるため、内部より温度が低くなる。

【0008】

そのため、相対的に温度が高くなる前記内筒の半径方向の伸びより、前記フランジ部の伸びが小さくなり、結果的には、前記フランジ部が内筒を縮めるように変形する形となる。このような変形が発生すると、前記フランジ部の上下面が耐火材で覆われていても、該フランジ部の外周端部分に隙間が生じて、該隙間に砂や灰等の粒子が入り込み、前記フランジ部の熱伸びが阻害され、該フランジ部が内筒を縮める変形が更に助長される。変形がある程度進行すると、構造的に一番弱いフランジ部の内筒に対する溶接部への負担が大きくなり、改善が望まれていた。

【0009】

そこで、本開示においては、上記従来の問題点に鑑み、フランジ部の温度差を最小限に抑え得るサイクロンの内筒支持構造を説明する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本開示は、粒子を含む気体が旋回流となるよう導入される旋回導入部と、
該旋回導入部の下端に設けられ且つ下方へ向け縮径される粒子分離回収部と、
前記旋回導入部の上端に接続される出口ダクトと、
粒子が分離された気体を前記出口ダクトへ導くよう前記旋回導入部の内部に設けられた内筒とを備えたサイクロンの内筒支持構造において、
前記内筒の上端に形成されるフランジ部と、
該フランジ部が前記出口ダクト内部に露出して載置されるよう前記出口ダクト内径を拡張して形成される内側段部と、
該内側段部が形成されることに伴って出口ダクト外周と旋回導入部のケーシング外周との間に生じる外側段部に配設される補強材と
を備えたサイクロンの内筒支持構造に係るものである。

【0012】

又、前記サイクロンの内筒支持構造において、前記フランジ部は、
前記内側段部に載置される下フランジと、
該下フランジから上方へ所要間隔をあけて配設される上フランジと、
前記下フランジと上フランジとをつなぐようフランジ部の内周側から外周側へ向け放射状に配設されるリブと
を備えることが好ましい。

【0013】

又、前記サイクロンの内筒支持構造において、前記下フランジは、前記内筒の外周に溶接され、前記上フランジは、前記内筒の外周に溶接されることが好ましい。

【0014】

更に又、前記サイクロンの内筒支持構造においては、前記下フランジの外周端上面に内周側から外周側へ向け下り勾配となるよう形成されるテーパを備えることが好ましい。

【0015】

又、前記サイクロンの内筒支持構造において、前記気体は、循環流動層ボイラの火炉から排出される燃焼ガスであることが好ましい。

【発明の効果】

【0016】

本発明のサイクロンの内筒支持構造によれば、フランジ部の温度差を最小限に抑え得るという優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本開示の実施例によるサイクロンの内筒支持構造の形態を説明する要部側断面図であって、図４のＩ部拡大図である。

【図2】本開示の実施例によるサイクロンの内筒支持構造の下フランジを示す平面図であって、図１のＩＩ－ＩＩ矢視相当図である。

【図3】本開示の実施例によるサイクロンの内筒支持構造の振止機構を示す側断面図であって、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ矢視相当図である。

【図4】本開示の実施例によるサイクロンの内筒支持構造が適用される循環流動層ボイラを示す全体図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本開示における本発明の実施例の形態を添付図面を参照して説明する。

【0019】

図１～図４は本開示の実施例によるサイクロンの内筒支持構造の形態を示している。

【0020】

本開示の実施例によるサイクロンの内筒支持構造は、例えば、循環流動層ボイラに適用される。循環流動層ボイラは、図４に示す如く、火炉１００と、サイクロン２００と、ループシール３００と、後部伝熱部４００とを備えている。

【0021】

前記火炉１００は、空気分散ノズル１１０から吹き出される空気により燃料を砂や石灰石等からなるベッド材と共に流動化させながら燃焼させるようになっている。

【0022】

前記サイクロン２００は、前記火炉１００の上部に接続され、前記火炉１００内での燃焼により発生した燃焼ガスに含まれる砂や灰等の粒子を捕集するようになっている。因みに、前記サイクロン２００は、旋回導入部２１０と、粒子分離回収部２２０と、出口ダクト２３０と、内筒２４０とを備えている。前記旋回導入部２１０は、粒子を含む気体が旋回流となるよう導入される部位である。前記粒子分離回収部２２０は、旋回導入部２１０の下端に設けられ且つ下方へ向け縮径される部位である。前記出口ダクト２３０は、前記旋回導入部２１０の上端に接続されている。前記内筒２４０は、粒子が分離された気体を前記出口ダクト２３０へ導くよう前記旋回導入部２１０の内部に設けられている。尚、前記サイクロン２００は、支持脚２５０によって支えられている。

【0023】

前記ループシール３００は、前記サイクロン２００で捕集された砂や灰等の粒子が粒子分離回収部２２０下端に接続された脚管２６０から内筒３１０を介して導入され、該粒子を空気分散ノズル３２０から吹き出される空気により流動化させつつ返戻管３３０を介して前記火炉１００の底部に戻すようになっている。尚、前記ループシール３００は、一般的にサイクロン２００下部の圧力よりも火炉１００内下部の圧力の方が高くなっていることを考慮し、この状態において、火炉１００内の燃焼ガスがサイクロン２００側に逆流することを防止し、且つサイクロン２００で分離された砂や灰等の粒子を火炉１００内に安定して戻せるようになっている。

【0024】

前記後部伝熱部４００は、前記サイクロン２００で砂や灰等の粒子が捕集された燃焼ガスが導入され、内部に過熱器、再熱器、節炭器等を構成する伝熱管群４１０が配設され、前記燃焼ガスの熱を回収して発電に利用するようになっている。

【0025】

そして、本実施例の場合、図１及び図２に示す如く、前記内筒２４０の上端にはフランジ部２４１が形成され、該フランジ部２４１が前記出口ダクト２３０内部に露出して載置されるよう前記出口ダクト２３０の内径を拡張して内側段部２３１を形成した点を特徴としている。

【0026】

前記内側段部２３１は、出口ダクト２３０の内面を覆う耐火材２３４の内周面位置を、旋回導入部２１０のケーシング２１１内面を覆う耐火材２１２の内周面位置より外周側へ変位させることで形成され、前記旋回導入部２１０のケーシング２１１上端部内周面に配設される内筒支持部材２１３の上面を露出させている。前記内筒支持部材２１３は、前記旋回導入部２１０のケーシング２１１内面側に張り出す支持ブラケット２１４と、該支持ブラケット２１４上に載置される環状板２１５とから構成されている。

【0027】

尚、前記耐火材２１２及び耐火材２３４は、図１及び図３において、あえて仮想線で示している。これは、前記内筒支持部材２１３を明確に示すと共に、前記出口ダクト２３０下端部内面に配設される補強ブラケット２３５を明確に示すためである。

【0028】

前記内側段部２３１が形成されることに伴って出口ダクト２３０外周と旋回導入部２１０のケーシング２１１外周との間には、外側段部２３２が生じる。このため、前記外側段部２３２には補強材２３３を取り付け、該補強材２３３により前記出口ダクト２３０の自重を旋回導入部２１０のケーシング２１１に伝えるようにしてある。前記補強材２３３は、台形形状の板材であって、前記外側段部２３２の周方向に複数配設されている。

【0029】

又、前記フランジ部２４１は、一つのフランジで構成することも可能であるが、本実施例の場合、下フランジ２４２と、上フランジ２４３と、リブ２４４とを備えている。前記下フランジ２４２は、前記内筒２４０の外周に溶接され、前記内側段部２３１に載置されるようになっている。より詳細には、図１に示す如く、環状板２１５の上面に下フランジ２４２は載置されている。前記上フランジ２４３は、前記下フランジ２４２から上方へ所要間隔をあけて前記内筒２４０の外周に溶接されている。前記リブ２４４は、前記下フランジ２４２と上フランジ２４３とをつなぐよう溶接され、図２に示す如く、フランジ部２４１の内周側から外周側へ向け放射状に配設されている。

【0030】

更に又、前記下フランジ２４２の外周端上面には、内周側から外周側へ向け下り勾配となるようテーパ２４５が形成されている。

【0031】

尚、前記内筒２４０は、図２及び図３に示す如く、振止機構２７０により旋回方向（周方向）並びに半径方向の動きが抑えられるようになっている。前記振止機構２７０は、突片２７１と、凹溝２７２とを備えている。前記突片２７１は、上部が前記環状板２１５の上面から突出し且つ下部が環状板２１５及び耐火材２１２に埋め込まれるように固定されている。前記凹溝２７２は、前記突片２７１に係合するよう下フランジ２４２に形成されている。

【0032】

次に、上記実施例の作用を説明する。

【0033】

出口ダクト２３０の内径を拡張して内側段部２３１を形成したことにより、内筒２４０の上端に形成されたフランジ部２４１は、前記出口ダクト２３０内部に露出して載置される。

【0034】

前記フランジ部２４１は、内筒２４０と同じく高温の燃焼ガスに晒され、外部に熱を奪われることなく、温度が低下しなくなる。

【0035】

そのため、前記フランジ部２４１と内筒２４０との間で相対的な温度差が生じず、前記内筒２４０の半径方向の伸びより、前記フランジ部２４１の伸びが小さくならず、結果的に、前記フランジ部２４１が内筒２４０を縮めるように変形することが避けられる。

【0036】

前記フランジ部２４１と内筒２４０との間の温度差がなくなって変形が発生しなくなると、構造的に一番弱いフランジ部２４１の内筒２４０に対する溶接部への負担が大幅に軽減される。

【0037】

一方、前記内側段部２３１が形成されることに伴って出口ダクト２３０外周と旋回導入部２１０のケーシング２１１外周との間には外側段部２３２が生じるが、前記外側段部２３２には、台形形状の板材からなる補強材２３３が前記外側段部２３２の周方向へ複数取り付けられている。このため、前記出口ダクト２３０の自重がサイクロン２００の旋回導入部２１０に加わっても、前記補強材２３３により旋回導入部２１０のケーシング２１１が変形することはない。

【0038】

又、前記フランジ部２４１を構成する下フランジ２４２は、前記内筒２４０の外周に溶接され、前記内側段部２３１に載置されるようになっており、図１に示す如く、環状板２１５の上面に載置されている。前記フランジ部２４１を構成する上フランジ２４３は、前記下フランジ２４２から上方へ所要間隔をあけて前記内筒２４０の外周に溶接されている。前記フランジ部２４１を構成するリブ２４４は、前記下フランジ２４２と上フランジ２４３とをつなぐよう溶接され、図２に示す如く、フランジ部２４１の内周側から外周側へ向け放射状に配設されている。これにより、前記フランジ部２４１を含む内筒２４０全体の強度が向上し、変形に強い構造とすることが可能となる。ここで、仮に、前記内筒２４０の内周部に下フランジ２４２や上フランジ２４３の溶接部が存在していた場合、前記内筒２４０が熱膨張変形した際、溶接部に最大曲げ応力が集中的に作用してしまう。しかしながら、前記下フランジ２４２及び上フランジ２４３の溶接部は内筒２４０の外周に存在しているため、内筒２４０が熱膨張変形しても、最大曲げ応力が集中的に溶接部に作用することが避けられる。

【0039】

更に又、前記フランジ部２４１を露出させたことで、該フランジ部２４１の下フランジ２４２先端部に砂や灰等の粒子が堆積し、フランジ部２４１の熱伸びが阻害される可能性が高まる。しかし、仮に前記フランジ部２４１の下フランジ２４２先端部に砂や灰等の粒子が堆積したとしても、前記下フランジ２４２の外周端上面には、内周側から外周側へ向け下り勾配となるようテーパ２４５が形成されている。このため、前記テーパ２４５は、楔のように作用して前記粒子の中に入り込みやすくなり、フランジ部２４１の熱伸びが阻害されなくなる。

【0040】

尚、前記内筒２４０は、図２及び図３に示す如く、振止機構２７０の凹溝２７２が、環状板２１５の上面から突出する突片２７１に係合することにより、旋回方向並びに半径方向の動きが抑えられ、安定して支持される。

【0041】

こうして、フランジ部２４１の温度差を最小限に抑え得る。

【0042】

そして、本実施例の場合、前記内側段部２３１が形成されることに伴って出口ダクト２３０外周と旋回導入部２１０のケーシング２１１外周との間に生じる外側段部２３２に配設される補強材２３３を備えている。このように構成すると、前記出口ダクト２３０の自重によるサイクロン２００の旋回導入部２１０の変形を前記補強材２３３により阻止することができる。

【0043】

又、前記フランジ部２４１は、前記内側段部２３１に載置される下フランジ２４２と、該下フランジ２４２から上方へ所要間隔をあけて配設される上フランジ２４３と、前記下フランジ２４２と上フランジ２４３とをつなぐようフランジ部２４１の内周側から外周側へ向け放射状に配設されるリブ２４４とを備えている。このように構成すると、前記フランジ部２４１を含む内筒２４０全体の強度を向上させ、変形に強い構造とする上で有効となる。

【0044】

又、前記下フランジ２４２は、前記内筒２４０の外周に溶接され、前記上フランジ２４３は、前記内筒２４０の外周に溶接されている。仮に、前記内筒２４０の内周部に下フランジ２４２や上フランジ２４３の溶接部が存在していた場合、前記内筒２４０が熱膨張変形した際、溶接部に最大曲げ応力が集中的に作用してしまうが、前記内筒２４０の外周に下フランジ２４２及び上フランジ２４３の溶接部が存在していれば、前記内筒２４０が熱膨張変形しても、最大曲げ応力が集中的に溶接部に作用せず有利となる。

【0045】

更に又、前記下フランジ２４２の外周端上面に内周側から外周側へ向け下り勾配となるよう形成されるテーパ２４５を備えている。このように構成すると、前記フランジ部２４１の下フランジ２４２先端部への粒子の堆積時に、前記テーパ２４５を楔のように作用させて前記粒子の中に入り込みやすくすることができ、前記フランジ部２４１を円滑に熱伸びさせる上で有効となる。

【0046】

前記気体は、循環流動層ボイラの火炉１００から排出される燃焼ガスである。このように構成すると、特に、循環流動層ボイラに設けられるサイクロン２００の運転を安定して行うことができる。

【0047】

尚、本発明のサイクロンの内筒支持構造は、本開示にて説明した上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

【符号の説明】

【0048】

１００ 火炉
１１０ 空気分散ノズル
２００ サイクロン
２１０ 旋回導入部
２１１ ケーシング
２１２ 耐火材
２１３ 内筒支持部材
２１４ 支持ブラケット
２１５ 環状板
２２０ 粒子分離回収部
２３０ 出口ダクト
２３１ 内側段部
２３２ 外側段部
２３３ 補強材
２３４ 耐火材
２３５ 補強ブラケット
２４０ 内筒
２４１ フランジ部
２４２ 下フランジ
２４３ 上フランジ
２４４ リブ
２４５ テーパ
２５０ 支持脚
２６０ 脚管
２７０ 振止機構
２７１ 突片
２７２ 凹溝
３００ ループシール
３１０ 内筒
３２０ 空気分散ノズル
３３０ 返戻管
４００ 後部伝熱部
４１０ 伝熱管群

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】