JP2005180741A - 石炭焚き流動床ボイラ - Google Patents

Abstract

【課題】石炭焚き流動層ボイラにおいて、伝熱管における水冷壁の貫通部近傍の管曲げ部でベッドマテリアルの流動による摩耗を抑制すること。
【解決手段】石炭焚き流動床ボイラの火炉内に配置された伝熱管において、伝熱管は、水冷壁を貫通して火炉側に形成された管曲げ部６と、火炉内での管水平部５と、から構成され、ベッドマテリアルの流動する流動層の下方面に配置される空気供給ノズル１０は、火炉壁１に最も近い空気供給ノズルを管曲げ部から火炉中央部方向に所定の距離隔てて配置し、空気供給ノズルの配置によって、管曲げ部の全体がベッドマテリアルの流動していない固定層８にほぼ覆われること。
【選択図】図３

Description

本発明は、石炭焚き流動床ボイラの伝熱管に関し、特に、ベッドマテリアル（流動媒体）が流動する火炉内に位置する伝熱管における管曲げ部での摩耗抑制に関する。

従来、流動床ボイラの流動層内に設けられた伝熱管において、流動媒体の流動によって層内伝熱管の部分的摩耗や伝熱管サポートの伝熱管支持部近傍における不均一摩耗が生じていた。層内伝熱管におけるこれらの部分的摩耗や不均一摩耗を抑制しようとする技術が既に提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

この特許文献１によれば、流動層下部の複数の空気ノズルを複数組のノズル群に分けて、それぞれのノズル群に独立して空気を供給することによって、上述した部分的又は不均一な摩耗を抑制している。

また一方、火炉内の伝熱管の構成として、伝熱管が火炉を構成する水冷壁を貫通する貫通部近傍の火炉側において、伝熱管に管曲げ部が形成される構造が提起されている。例えば、伝熱管の管曲げ部形成については、後述する図２と図３の伝熱管の図示構造を参照のこと。
特開２０００−３４６３１０

上述した特許文献１では、流動媒体による伝熱管の摩耗抑制を図るものではあるが、火炉内に略水平に配置されている伝熱管の構造を前提にしたものであり、火炉内の伝熱管の管曲げ部に対する不規則な摩耗については配慮されていない。

また、火炉内における伝熱管の管曲げ部の構成自体は提起されているが、この管曲げ部全体に対する特段の摩耗抑制についての提案はなされていない。

本発明の目的は、水冷壁を貫通して火炉側に形成された管曲げ部と、火炉内での管水平部と、からなる伝熱管において、管曲げ部での摩耗抑制を図る石炭焚き流動床ボイラを提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
石炭焚き流動床ボイラの火炉内に配置された伝熱管において、
前記伝熱管は、水冷壁を貫通して前記火炉側に形成された管曲げ部と、前記火炉内での管水平部と、から構成され、
前記ベッドマテリアルの流動する流動層の下方面に配置される空気供給ノズルは、前記火炉壁に最も近い空気供給ノズルを前記管曲げ部から火炉中央部方向に所定の距離隔てて配置し、
前記空気供給ノズルの配置によって、前記管曲げ部の全体がベッドマテリアルの流動していない固定層にほぼ覆われる構成とする。

本発明によれば、石炭焚き流動層ボイラにおいて、伝熱管における水冷壁の貫通部近傍の管曲げ部でベッドマテリアルの流動による摩耗を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る石炭焚き流動床ボイラについて、図１〜図３を参照しながら以下詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係る石炭焚き流動床ボイラの全体構成を示す側面図である。図２は管曲げ部を有する伝熱管とベッドマテリアルの流れ範囲を示す図である。図３は本実施形態に関するベッドマテリアルの流動しない固定層を拡大する構成例を示す図である。

まず、図１と図２を参照しながら、本発明の実施形態に係る石炭焚き流動床ボイラの概要を説明する。この石炭焚き流動床ボイラは、一般のボイラと同様、水冷壁１により火炉が形成されているが、火炉が主燃焼炉２及び再燃焼炉３により構成されている。図２と図３には、図１中に楕円形状で囲まれた部位を拡大した構成を示す。

本実施形態に係る石炭焚き流動層ボイラ水冷壁管は、水冷壁１にて形成される火炉４、水平に配置された伝熱管５、管曲げ部を有する伝熱管６、ベッドマテリアル（例えば、石灰石）による流動層上面７、ベッドマテリアルが流動していない固定層８、吹抜け防止板９、給炭ノズル１０、空気ノズル１１、仕切板１２（流動層下面を形成する）、固定層境界１３、を備えている。

図２において、伝熱管が火炉を構成する水冷壁１を貫通して火炉１１内に配置されていて、水冷壁１の近傍では伝熱管は管曲げ部９を形成しており、管曲げ部に続いて水平部５を形成している。そして、この管曲げ部は流動層内の伝熱管の主に水平部の熱伸びを吸収する機能乃至作用がある。水冷壁１と流動層内の伝熱管との貫通部は層内と壁外での内外圧力差が大きいため、溶接によるシール構造で固定する必要があり、スライド構造を採れないので、伝熱管の熱伸び吸収のために、管曲げ部を火炉外ではなくて火炉内、特に水冷壁近傍に設けている。

図２において、給炭ノズル１１から空気及び石炭、空気ノズル１０から空気が供給され、水冷壁１にて形成される火炉４内において石炭が燃焼される。このとき、石灰石より成るベッドマテリアルによる流動層と水平に配置された伝熱管５の間で接触伝熱による熱交換が行われる。空気ノズル１０から供給される空気の流速は水冷壁１で形成される火炉４の断面積の部分で約１．５〜２．３ｍ／ｓ程度であり、石炭はベッドマテリアルによる流動層内で燃焼ガスとなり、火炉４の高さ方向で上方へ流れていく。この流れはベッドマテリアルを同伴することから、ベッドマテリアルにより水平に配置された伝熱面５は摩耗を生じさせることとなる。

また、管曲げ部を有する伝熱管６の下方には、一方を水冷壁に密接した略Ｌ型形状の吹き抜け防止板９が設置されている。図示の構成例では吹き抜け防止板は水冷壁から略鉛直に火炉中央部に向かい、次に管曲げ部の直上形状に応じて上に向いた防止板である。この吹き抜け防止板は、水冷壁に沿って空気や燃焼ガスや流動媒体が吹き抜けることによって水冷壁近傍の伝熱管に不規則な熱応力が発生することを防止するものである。そして、炉幅方向に設置された吹抜け防止板９の上方部にベッドマテリアルの安息角によってベッドマテリアルの流動していない固定層８が形成される。図２に示すように、ベッドマテリアルの安息角の角度は約５０〜６０°程度である。図面で符号１３は固定層８の境界を示すが、この固定層の境界１３の外側に、管曲げ部を有する伝熱管６が部分的に露出した状態になっている。

ここにおいて、水平に配置された伝熱管５は水平に配置された直管であることから、さらに、燃焼ガスおよびベッドマテリアルの流れが均一であることから、伝熱管の摩耗の予測がし易く、且つ、プロテクタの取付等による機器延命化が容易であると言える。しかし、固定層８の範囲外の管曲げを有する伝熱管６においては、水冷壁近傍でのベッドマテリアルの不均一な流れや伝熱管の管曲げ構造のため、伝熱管の摩耗の予測がし難く、また、事前に施工されたプロテクタを取り替える際、伝熱管の切断無くしては、プロテクタの更新が不可能であることから、工事費用が別に必要となる。ここで、図示していないプロテクタは、伝熱管群の特に最下部の伝熱管の下部に、ベッドマテリアルによる伝熱管摩耗を防ぐために設けられたものである。

このように、吹き抜け防止板９によっては、図２に示すように固定層８（流動媒体が停滞している領域であり固化しているものではない）の形成に限度があり、管曲げ部全体に固定層が形成されないのである。

図３は、本発明の実施形態に係る石炭焚き流動床ボイラの火炉内の伝熱管に対するベッドマテリアルの流動していない固定層拡大の構成例を示す。図３には、ベッドマテリアルによる流動層上面７、ベッドマテリアルが流動していない固定層８、固定層の境界１３、水平に配置された伝熱管５、管曲げ部を有する伝熱管６、等の位置関係を示す。固定層の境界１３について、図３は図２に比べて拡大している。ベッドマテリアルが流動していない固定層８を拡大することによって、管曲げ部を有する伝熱面６近傍でベッドマテリアルが流動しない。

図３に示す構成例では、管曲げ部を有する伝熱管６の近傍又は廻りに空気ノズル１０を配置せず、ベッドマテリアルが流動していない固定層８の範囲を拡大させている。即ち、火炉壁に最も近い空気供給ノズルを前記管曲げ部から火炉中央部方向に所定の距離隔てて配置することによって、図３に示すように固定層８の境界１３を拡大している。このように、吹き抜け防止板の設置に加えて、空気供給ノズルの配置変更によって、固定層の一層の範囲拡大を図るものである。

以上説明したように、本実施形態では、水冷壁１近傍の貫通部近傍に配置される管曲げ部を有する伝熱管６をベッドマテリアルが流動していない固定層８によりほぼ完全に覆うことにより、通常、１．５〜２．３ｍ／ｓのベッドマテリアルを同伴するガス流れを遮断することが可能となり、管曲げを有する伝熱面６に生じる摩耗を未然に抑制することが可能となる。

また、管曲げ部の摩耗を抑制することでプロテクタの延命化を図ることにより、伝熱管の切断による補修回数を減ずることができ、メンテナンスコストの抑制を図ることができる。

本発明の実施形態に係る石炭焚き流動床ボイラの全体構成を示す側面図である。 管曲げ部を有する伝熱管とベッドマテリアルの流れ範囲を示す図である。 本実施形態に関するベッドマテリアルの流動しない固定層を拡大する構成例を示す図である。

符号の説明

１ 水冷壁
２ 主燃焼炉
３ 再燃焼炉
４ 火炉
５ 伝熱管（水平部）
６ 伝熱面（管曲げ部）
７ 流動層上面
８ 固定層
９ 吹き抜け防止板
１０ 空気ノズル
１１ 給炭ノズル
１２ 仕切板（流動層下面）
１３ 固定層境界

Claims (3)

1. 石炭焚き流動床ボイラの火炉内に配置された伝熱管において、
   前記伝熱管は、水冷壁を貫通して前記火炉側に形成された管曲げ部と、前記火炉内での管水平部と、から構成され、
   前記ベッドマテリアルの流動する流動層の下方面に配置される空気供給ノズルは、前記火炉壁に最も近い空気供給ノズルを前記管曲げ部から火炉中央部方向に所定の距離隔てて配置し、
   前記空気供給ノズルの配置によって、前記管曲げ部の全体がベッドマテリアルの流動していない固定層にほぼ覆われる
   ことを特徴とする石炭焚き流動床ボイラ。
2. 請求項１において、
   前記水冷壁の近傍に形成された管曲げ部の内の最も下部の管曲げ部の下方に、前記水冷壁に一方端が接した略Ｌ字型の吹き抜け防止板を配置する
   ことを特徴とする石炭焚き流動床ボイラ。
3. 請求項１又は２において、
   前記管曲げ部は、前記管水平部における熱伸びを吸収する機能を有する構造である
   ことを特徴とする石炭焚き流動床ボイラ。

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