JP2003114001A - 層内伝熱管の支持構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流動層ボイラ１の流動層２内で流動媒体の流
動を良好にし、層内の燃焼状態を均一に維持するのに好
適な層内伝熱管の支持構造を提供する。 【解決手段】 本発明は、水平方向に往復蛇行しながら
上進する層内伝熱管10からなる複数の伝熱管コイルをコ
イル面を並行にして埋設する流動層２内で、隣接する伝
熱管コイル同士の間の1つおきにかつ層内伝熱管10の軸
方向からみて伝熱管コイルの前部及び後部で上方より降
ろしたサポート管13により各層内伝熱管10を吊り下げ支
持する層内伝熱管の支持構造であって、伝熱管コイルの
前部及び後部の各箇所で、隣接するサポート管13を交互
に前後にずらせて千鳥配置としたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加圧流動層ボイラ
の流動層内に設置する層内伝熱管を吊り下げる支持構造
に関する。

【０００２】

【従来の技術】加圧流動層ボイラは複合発電プラントで
用いられる。流動層ボイラは、燃料と燃焼用空気を導入
し燃焼させる流動層内に、水から蒸気を生成する層内伝
熱管を設置して構成されているため、高い熱効率でもっ
て蒸気を生成できる。

【０００３】また加圧流動層ボイラは、その加圧効果に
より流動層の横断面積を圧力に比例して小さくすること
ができる。しかし加圧流動層ボイラは、必要な伝熱面積
の層内伝熱管を収納するためには流動層高を高くして、
水平方向に配置される層内伝熱管を高さ方向に多段に設
置することになる。この層内伝熱管の支持構造は、約85
0℃の高温の流動層内に設置するため、荷重支持上有利
なサポート管を設けた吊り下げ支持構造が採用される。

【０００４】図9を用いて、従来技術による加圧流動層
ボイラにおける層内伝熱管の支持構造を説明する。加圧
流動層ボイラ１は、その底部に空気分散板4が設けら
れ、その上に流動媒体3が充填されて流動層2が形成され
る。燃焼用空気は、燃焼用空気配管6を通って風箱５に
入り空気分散板４を通って流動層ボイラ１の流動層２に
供給され、流動媒体３を流動化する。燃料は流動層２の
底部に設けた燃料供給配管８より流動層２へ供給され流
動層２内で燃焼する。

【０００５】水などの被加熱流体は、層内伝熱管入口管
寄せ９に導入され、層内伝熱管10に案内されて流動層２
内の流動媒体３と熱交換しながら層内伝熱管10内を蛇行
しながら上昇し、その間で加熱されて水蒸気（又は過熱
蒸気）となり、層内伝熱管出口管寄せ11から取り出され
る。燃焼ガスは水と熱交換した後、排ガスとしてボイラ
上部の排ガス配管から排出される。

【０００６】この様な層内伝熱管10の支持構造として、
ボイラの流体経路の一部で構成するサポート管13を上下
方向に設け、サポート管13に多段の層内伝熱管10を連結
して吊り下げ支持する構造が採用される。

【０００７】一方、加圧流動層ボイラでは層内伝熱管を
収納するために流動層高を高くしているが、この加圧流
動層ボイラの負荷変化は流動層高を変化させ層内伝熱管
を流動層2内に埋設したり、露出したりして行うため、
燃料供給配管８は流動層２の底部に設けられている。し
たがって、流動層２内で良好な燃焼を行い蒸気生成によ
り効率的に熱回収するには、流動層２の高さ方向で均一
な温度となることが望まれる。

【０００８】しかるに図10に示すように、流動層２内に
層内伝熱管10を支持するためのサポート管13や支持金具
を、層内伝熱管10群を横切るかのように、１列に設置す
ると、サポート管13や支持金具によってあたかも流動層
２内が仕切られた状態となり、流動層２内での流動媒体
３や燃料の混合拡散が阻害される恐れがある。

【０００９】また、層内伝熱管10とサポート管13を連結
する支持金具は、例えば図11に示すような構造が提案さ
れている。図11(ａ)は水平方向に蛇行しながら上方向に
進む２連の層内伝熱管10コイルの間に上方向に延びる直
管のサポート管13を設置し、該サポート管13により両側
の層内伝熱管10を吊り下げ支持している状態を示す。図
11(ｂ)はサポート管13側に支持金具であるサドルスペー
サ31を固着させ、各サドルスペーサ31に層内伝熱管10を
１本づつ抱合わせるようにした支持構造を示し、図11
(ｃ)はサポート管13に層内伝熱管10の位置、形状に合せ
た複数段の切欠き33を形成した板状のスカラップドバー
32を支持金具として固着させておき、このスカラップド
バー32に複数段の層内伝熱管10をまとめて装着するもの
を示す。

【００１０】このような層内伝熱管の支持構造には以下
のような機能が要求される。流動層2内の層内伝熱管10
は、流動媒体３の流動による振動を免れることができ
ず、層内伝熱管10は常に振動することになるがこの振動
による大きな問題としてフレッティング摩耗がある。フ
レッティング摩耗は層内伝熱管10の振動により、層内伝
熱管10と支持金具（サドルスペーサ31またはスカラップ
ドバー32）が両者の接触部で叩き合い互いに摩耗すると
言う現象である。流動層2内の層内伝熱管10は一般的に
１〜３Ｈzで振動していることから短時間で層内伝熱管1
0が摩耗損傷することになる。この摩耗速度は、層内伝
熱管10と支持金具の接触面積が小さいほど摩耗は大き
く、また層内伝熱管10と支持金具の隙間が広いほど接触
時の荷重が増加するため摩耗は大きくなる。このよう
に、流動層ボイラの層内伝熱管の支持構造物は流動層ボ
イラそのものの性能や耐用寿命を支配する重要な装置と
いえる。

【００１１】しかるに前述の従来技術による支持構造
は、層内伝熱管10と支持金具との間の隙間や接触面積を
確保するといったフレッティング摩耗に対する考慮が十
分なされていない。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、層内
伝熱管の荷重支持は可能であったが、流動層内の燃焼状
態、即ち燃料の混合拡散といった流動層の性能について
十分な配慮がされておらず、また、流動層ボイラの層内
伝熱管の寿命を左右するフレッティング摩耗に対する考
慮が十分になされていなかった。

【００１３】本発明の目的は、流動層ボイラの流動層内
で流動媒体の流動を滞らせることなく、層内の燃焼状態
を均一に維持するに好適な層内伝熱管の支持構造を提供
することにある。

【００１４】また本発明の別の目的は、上記の目的に加
えて、層内伝熱管とその支持金具との接触部で発生する
フレッティング摩耗を低減するのに好適な層内伝熱管の
支持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】上記目的を達成するため
に、本発明による第1の発明は、水平方向に往復蛇行し
ながら上進する層内伝熱管からなる伝熱管コイルの複数
を該コイル面を並行にして埋設する流動層ボイラの流動
層内で、隣接する伝熱管コイル同士の間の1つおきにか
つ層内伝熱管の軸方向からみて伝熱管コイルの前部及び
後部で上方より降ろしたサポート管により該サポート管
に取付けられた支持金具を介して該サポート管の両側に
近接する各層内伝熱管を吊り下げ支持する層内伝熱管の
支持構造において、伝熱管コイルの前部及び後部のそれ
ぞれの箇所で隣接するサポート管を交互に前後にずらせ
て千鳥配置としたことを特徴とするものである。

【００１６】このように層内伝熱管を吊り下げるサポー
ト管を千鳥配置としたので、隣接するサポート管間での
流動媒体の移動に対して壁を作らず、阻害することな
く、流動媒体が自由に行き来でき、従って流動媒体が良
好に混合し、燃料の混合拡散も良好となり流動層内の温
度も均一になる。

【００１７】また上記別の目的を達成するために、本発
明による第2の発明は、第1の発明の層内伝熱管の支持構
造において、層内伝熱管の上側は層内伝熱管の頂面に管
軸方向に設けたレール板片に嵌合するガイド溝を有する
支持金具により支持し、層内伝熱管の下側は該層内伝熱
管の下面を載せる円筒面状皿型板を有する支持金具によ
り支持し、かつレール板片の上面とガイド溝の底面の間
に所定の隙間を設けたことを特徴とする。

【００１８】このように層内伝熱管下面を円筒面状皿型
板により受けて両者間に大きな接触面積を確保し、また
レール板片上面と該レール板片に嵌合するガイド溝の底
面との間に所定の隙間を設けたので、流動層内での層内
伝熱管の振動により生じる層内伝熱管・支持金具間の接
触部におけるフレッティング摩耗は低減される。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態としての
層内伝熱管の支持構造を示す縦断面図、図２は図１のＡ
-Ａ断面図で層内伝熱管及びサポート配管の配列を示す
平面図である。

【００２０】図1に示すように、加圧流動層ボイラ１は
底部に空気分散板４が設置され、その上に流動媒体3か
らなる流動層２が形成されており、流動層２内に蒸発器
管、過熱器管、再熱器管等の層内伝熱管10が設置されて
いる。層内伝熱管10は水平方向に往復蛇行しながら上昇
する伝熱管コイルを形成し、このコイルの複数がコイル
面を平行にして配列されている。複数の伝熱管コイルは
層内伝熱管の軸方向から見ると、横方向に配列されてい
る。

【００２１】層内伝熱管10を支持するサポート管13は、
図2に示すように、隣り合う２つの伝熱管コイル間の一
つおきに上下方向に、かつ層内伝熱管10の軸方向の前部
及び後部に設置されている。前部にある１群のサポート
管13は、隣接するサポート管同士が互いに層内伝熱管軸
方向に前後して上方から平面的にみるとジグザグ状ない
し千鳥状に配置されている。また、後部にある１群のサ
ポート管13も同様にジグザグ状ないし千鳥状に配置され
ている。各サポート管13はその両側にある層内伝熱管10
を支持金具を介して支持する。なお、それぞれの群のサ
ポート管の下部はサポート管入口管寄せ12に、上部はサ
ポート管出口管寄せ14に接続されている。

【００２２】上記のように、本発明ではサポート管を千
鳥状に配列したので、サポート管同士間のスペースが広
くなり、流動媒体の移動や燃料の拡散が従来の直線的配
列よりスムーズに行われるようになる。

【００２３】次に図３〜８によりサポート管13と層内伝
熱管10とを連結する支持金具について説明する。図３に
示すように、支持金具として上部ラグ21、中間ラグ22及
び下部ラグ23の3種類のラグがサポート管13に取付けら
れ、こられのラグはサポート管13を両側から挟む各層内
伝熱管10を支持する。そして層内伝熱管10は、図4に示
すように、管頂部に管軸方向に接合されたレール板片と
してレール状のベアリングプレート25を有している。上
部ラグ21は層内伝熱管10の上側にあって層内伝熱管10頂
部のベアリングプレート25を嵌入するガイド溝27（図６
参照）を有する。中間ラグ22は上下2本の層内伝熱管10
の間にあって、上側の層内伝熱管10の下面を支持する円
筒面状皿型板26（図６参照）と下側の層内伝熱管10頂部
のベアリングプレート25を嵌入するガイド溝を有する。
下部ラグ23は層内伝熱管10の下側にあって層内伝熱管10
の下面を支持する皿型板26を有する。

【００２４】図５に各種ラグが層内伝熱管10を支持する
状態を示す。例えば図面上でサポート管13の右側にある
上下３段に配置された層内伝熱管10のうち上段の層内伝
熱管10の上側に上部ラグ21が用いられ、上段と中段の各
層内伝熱管10の間及び中段と下段の各層内伝熱管10の間
の2ヶ所に中間ラグ22が用いられ、下の層内伝熱管10の
下に下部ラグ23が用いられる。

【００２５】中間ラグ22の詳細な構造を図６、７により
説明する。中間ラグ22は、上側に円筒面状皿型板26を有
するリブ板22aと、リブ板22aを両板面から挟む２つのガ
イドプレート24a、24bとから構成されており、そして皿
型板26には層内伝熱管10の受け台となるように層内伝熱
管10の外径に対応する皿面が形成され、ガイドプレート
24a、24bには両プレートを一体にした状態で層内伝熱管
10に設けたベアリングプレート25を嵌入するガイド溝27
が形成されている。ベアリングプレート25の長さは、層
内の振動による支持金具と層内伝熱管の相対移動を考慮
して、ガイド溝27の長さより長くなっている。なお、上
部ラグ21はリブ板（単なる板）と該リブ板下部で両板面
を挟む２つのガイドプレート24a、24bとから構成されて
おり、一方、下部ラグ23は円筒面状皿型板26と該皿型板
26を支えるリブ板から構成されている。中間ラグ22は上
部ラグ21と下部ラグ23を合成したものといえる。

【００２６】図8に、サポート管13に接合した中間ラグ2
2とその上下にある2本の層内伝熱管10との位置関係を示
す。中間ラグ22の上部の皿型板26には上側の層内伝熱管
10が密着して載せられ、下部のガイドプレート24（24
a、24bを一体化したもの）のガイド溝27には層内伝熱管
10のベアリングプレート25が嵌入され、かつガイド溝27
の底面とベアリングプレート25の上面間に所定の隙間を
あけている。この隙間はフレッティング摩耗を低減する
上から、経験的に0.5から1.0 mmがよいことが分かって
いる。この所定の隙間を設けるために、ガイドプレート
24a、24bはサポート管13に既に接合されたリブ板22a
に、管理しながら最後に取付けることになる。上記のよ
うに、全ての層内伝熱管10は上部がベアリングプレート
25とガイド溝27により、下部が皿型板26により位置決め
される。

【００２７】以上説明したように、本発明の支持構造に
よれば、層内伝熱管10を支持するサポート管13を千鳥状
に配置しているので、隣接するサポート管13同士の間隔
が広くなって流動媒体が流動しやすくなり、燃料が混合
しやすくなり、層内温度を均一化させることができると
共に層内伝熱管の支持という本来の目的も達成すること
ができる。

【００２８】また、層内伝熱管10上面側は該管10上面に
設けたベアリングプレート25と支持金具、例えば中間ラ
グ22に設けたガイドプレート24のガイド溝27とを嵌合す
る構造としたので、層内伝熱管が直接損傷することな
く、さらにガイド溝27の底面とベアリングプレート25の
上面との間の隙間を所定の範囲に収め、また層内伝熱管
10下面を面積の大きい皿型板26により支持するので、層
内伝熱管10の振動時に支持金具と層内伝熱管との接触部
における両部材の叩き合いが弱くなり、フレッティング
摩耗を低減することができる。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、流動層ボイラの流動層
内で層内伝熱管を吊り下げ支持するサポート管を千鳥配
置としたので、隣接するサポート管同士の間に適切な間
隙が確保され、流動媒体の移動や燃料の混合拡散が良好
に行うことができるという効果がある。

【００３０】さらに、サポート管に取付けた金具と層内
伝熱管の相対移動を制限するように両部材間に適切な隙
間を設け、また両部材間の接触面積を大きくする皿型板
を設けることにより、層内伝熱管と支持金具との接触部
で発生するフレッティング摩耗を低減できるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態である層内伝熱管の支持構
造を示す縦断面図である。

【図２】図1のＡ−Ａ視図であって層内伝熱管を支持す
るサポート管の配置を示す図である。

【図３】本発明による、サポート管と層内伝熱管を連結
する支持金具を示す図である。

【図４】層内伝熱管の頂部に接合したレール状ベアリン
グプレートを示す図である。

【図５】図3の立体視図である。

【図６】サポート管に取付けた支持金具である中間ラグ
を示す図である。

【図７】図6に示す中間ラグの各部品を示す分解図であ
る。

【図８】本発明である、サポート管側のラグと層内伝熱
管側のベアリングプレートをガイドプレートにより嵌め
合う状態を説明する図である。

【図９】従来の流動層ボイラにおける層内伝熱管とサポ
ート管を説明する縦断面図である。

【図１０】図９のＢ−Ｂ視図であって従来のサポート管
の配置を示す図である。

【図１１】従来のサポート管と層内伝熱管を連結する支
持金具の例を示す図である。

【符号の説明】

１ 流動層ボイラ ２ 流動層 ３ 流動媒体 ４ 空気分散板 ５ 風箱 ６ 燃焼用空気配管 ８ 燃料供給配管 １０ 層内伝熱管 １３ サポート管 ２１ 上部ラグ ２２ 中間ラグ ２３ 下部ラグ ２４ａ，２４ｂ ガイドプレート ２５ ベアリングプレート ２６ 皿型板 ２７ ガイド溝

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平方向に往復蛇行しながら上進する層
   内伝熱管からなる伝熱管コイルの複数を該コイル面を並
   行にして埋設する流動層ボイラの流動層内で、隣接する
   前記伝熱管コイル同士の間の1つおきにかつ前記層内伝
   熱管の軸方向からみて前記伝熱管コイルの前部及び後部
   で上方より降ろしたサポート管により該サポート管に取
   付けられた支持金具を介して該サポート管の両側に近接
   する各層内伝熱管を吊り下げ支持する層内伝熱管の支持
   構造において、前記前部及び前記後部のそれぞれの箇所
   で隣接するサポート管を交互に前後にずらせて千鳥配置
   としたことを特徴とする層内伝熱管の支持構造。
2. 【請求項２】 前記層内伝熱管の上側は前記層内伝熱管
   の頂面に管軸方向に設けたレール板片に嵌合するガイド
   溝を有する支持金具により支持し、前記層内伝熱管の下
   側は該層内伝熱管の下面を載せる円筒面状皿型板を有す
   る支持金具により支持し、かつ前記レール板片の上面と
   前記ガイド溝の底面の間に所定の隙間を設けたことを特
   徴とする請求項１に記載の層内伝熱管の支持構造。