JP2006084112A

JP2006084112A - ボイラ吊下げ伝熱管構造

Info

Publication number: JP2006084112A
Application number: JP2004269406A
Authority: JP
Inventors: Kenji Tokawa; 謙示東川
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2004-09-16
Filing date: 2004-09-16
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2024-09-16
Also published as: JP4623558B2

Abstract

【課題】ボイラ火炉内のガス流れに沿った前後方向に分割配置された吊下げ伝熱管の巻きチューブが揺動しても接触摩耗を起こさない吊下げ伝熱管構造を提供すること。
【解決手段】複数本のチューブを同一平面内で、それぞれＵ字状に折り曲げて管寄せに吊り下げ、ガス流れ方向に２つ連接して配置する吊下げ伝熱管３，４の各々の最外周のチューブ１０ａ，１２ａをそれより内側の吊下げ伝熱管に交差するように挟み込んで巻きチューブとして、２つの吊下げ伝熱管の隣接する側の巻きチューブ同士を最外周のチューブ１０ａ，１２ａより１つ内側の吊下げ伝熱管側にずらして配置し、チューブの揺動で接触しない程度の２つの吊下げ伝熱管の間隔を確保する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボイラの伝熱管構造に係り、特に複数本の吊下げ管で構成される吊下げ伝熱管の管列乱れを防止する巻きチューブの接触摩耗を防止するのに好適なボイラ伝熱管構造に関する。

図４にボイラ火炉における伝熱管の全体配置図と構造を示す。ボイラ火炉は火炉壁１５、副側壁１６、ケージ壁１７、天井壁８などから構成されるが、火炉壁１５や副側壁１６などの壁面を構成する水壁管と呼ばれる伝熱管壁があり、さらにボイラ火炉内には吊下げ伝熱管７等が配置されている。

また、火炉壁１５、副側壁１６、ケージ壁１７及び天井壁８で仕切られた空間はボイラ運転中に高温の燃焼ガスが流れるため加熱部と呼ばれ、天井壁８より上方のペントハウスケーシング１８で仕切られた空間は非加熱部と呼ばれる。火炉壁１５等は、全てスリングボルト１９を介して、地表２１に設置されるボイラ鉄骨２０で支持され、ボイラ運転中に高温となったときには、下方向に熱伸びすることができる。

次に吊下げ伝熱管７の構造を図５を用いて説明する。吊下げ伝熱管７は、入口マニホールド１、複数本の入口管寄せ２、出口マニホールド６、複数本の出口管寄せ５及びこれらの間をつなぐ複数本の入口側の吊下げ伝熱管３、複数本の出口側の吊下げ伝熱管４で構成される。

また、複数本の入口側の吊下げ伝熱管３及び出口側の吊下げ伝熱管４は、全て同一平面内に構成され、熱バランス、伝熱管のメタル温度軽減のため火炉の前後方向（ガス流れ方向）に２つに分かれて配置されている。これらの複数本の吊下げ伝熱管３，４は同一のピッチで配置され、管群を整列するため、各段の最外周の管を吊下げ伝熱管に交差してそれぞれ左右より挟み込んで一つにした巻きチューブ９ａ−１０ａ、９ｂ−１０ｂ、９ｃ−１０ｃ、１１ａ−１２ａ、１１ｂ−１２ｂ、１１ｃ−１２ｃとして配置する。また、ボイラの大型化に伴い前記巻きチューブは吊下げ伝熱管３，４の高さ方向に３段程度配置している。

また、図５に示す吊り下げ伝熱管７は入口管寄せ２からは吊下げ伝熱管１４ａ及び吊下げ伝熱管１４ｄをそれぞれ経由した後、それぞれ吊下げ伝熱管１４ｂ及び吊下げ伝熱管１４ｃから出口管寄せ５にも流体が流れる構成を備えている。

なお、吊下げ伝熱管１４ａ，１４ｂは図中のＸ点の位置でそれぞれ紙面に垂直な向きに並列配置され、伝熱管７の最下端部で上向きに折り返されて紙面裏側の図示しない伝熱管７の表面位置で同様に紙面に垂直な向きに並列配置された後、Ｘ点に対応する紙面裏側の位置で並列配置が解かれて、それぞれ図示しない吊下げ伝熱管１４ｂ，１４ａにそれぞれ接続している。

吊下げ伝熱管１４ｃ，１４ｄもＹ点の位置でそれぞれ紙面に垂直な向きに並列配置され、伝熱管７の最下端部で上向きに折り返されて紙面裏側の図示しない伝熱管７の表面位置で同様に紙面に垂直な向きに並列配置された後、Ｙ点に対応する紙面裏側の位置で並列配置が解かれて、それぞれ図示しない吊下げ伝熱管１４ｄ，１４ｃにそれぞれ接続している。

吊下げ伝熱管１４ａ〜１４ｄがそれぞれ紙面に垂直な向きに上向きに折り返される箇所が伝熱管７の最下端部より所定間隔だけ離れた下側位置にあるのは、伝熱管７の膨張を考慮したものである。

また、図６に示すように２つの吊下げ伝熱管３，４の隣接する側の巻きチューブ同士が直接接触しないようにプロテクター１３を取り付ける構成も利用されていた。

その他に実願昭６０−３７５１７号（実開昭６１−１５４４０３号）のマイクロフィルムには、図７（図７（ａ）は吊下げ伝熱管の要部側面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＤ−Ｄ線、Ｅ−Ｅ線、Ｆ−Ｆ線の各線断面の矢視図、図７（ｃ）は図７（ａ）のイ部詳細図、図７（ｄ）は図７（ｃ）のＧ−Ｇ線矢視図である。）に示すように吊り下げ伝熱管の隣接チューブ２７同士をＬ字状の取付金具２５及びストッパ２８により動きを規制し、さらにスクリーン管２２に最も近いチューブ２７の一部をスクリーン管２２側に屈曲させてスクリーン管２２とチューブ２７側を支持金具２６で係止させる構成が開示されている。
実願昭６０−３７５１７号（実開昭６１−１５４４０３号）のマイクロフィルム（図１）

上記図５に示す従来技術では、吊下げ伝熱管３，４は巻きチューブ９ａ−１０ａ〜１１ｃ−１２ｃにより挟み付けられているので、管群の乱れは防止できるが、ボイラ火炉の前後方向に配置された吊下げ伝熱管３，４は、振り子のように揺れる可能性があり、運転状態によっては前記前後方向の揺れが同一方向では無く、ランダムに揺れることがある。この場合には２つの吊下げ伝熱管３，４の隣接部側の巻きチューブ１０ａ，１２ａ、巻きチューブ１０ｂ、１２ｂ又は巻きチューブ１０ｃ，１２ｃ同士がそれぞれ互いに接触することになる。この接触はボイラ運転中のガス流れ、伝熱管表面に付着した灰を蒸気で吹き飛ばすスートブロワ使用時又はクリンカ等の付着などにより、吊下げ伝熱管３，４の重心位置が偏心することなどにより揺動するためであり、巻きチューブ１０ａ，１２ａ、巻きチューブ１０ｂ、１２ｂ又は巻きチューブ１０ｃ，１２ｃ同士が接触を繰り返すことにより伝熱管が減肉していくことになる。

前記巻きチューブ１０ａ，１２ａ、巻きチューブ１０ｂ、１２ｂ又は巻きチューブ１０ｃ，１２ｃ同士の接触による摩耗は、時間経過と共に加速的に増加する。これは伝熱管の摩滅により管の揺動距離が増加するため、揺動による管の接触力が増大することにより生じる現象である。

また、図６（図６（ａ）は図５の伝熱管４の巻きチューブ１０ａ，１２ａ部分の拡大図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線矢視図）に示す内側の巻きチューブ１０ａ，１２ａ同士が直接接触しないように、巻きチューブにプロテクター１３を取り付ける構成では、プロテクター１３が経年的に摩耗損傷することは避けられず、摩耗損傷したプロテクター１３は消耗品として取り扱うが、取替え作業等が頻繁に発生しメンテナンス性が良くなかった。

さらに、図７に示すように吊り下げ伝熱管の隣接チューブ２７同士にＬ字状の取付金具２６等を利用する方法も摩耗損傷した取付金具２６の取替え作業等のため、メンテナンス性が良くなかった。

本発明の課題は、上記従来技術の欠点を解消し、ボイラ火炉内のガス流れに沿った前後方向に分割配置された吊下げ伝熱管の巻きチューブが揺動しても接触摩耗を起こさない吊下げ伝熱管構造を提供することにある。

本発明の上記課題は次の解決手段により達成される。
請求項１記載の発明は、複数本のチューブを同一平面内で、それぞれＵ字状に折り曲げて管寄せに吊り下げて構成されるボイラの吊下げ伝熱管を、ガス流れ方向に２つ連接して配置する吊下げ伝熱管構造において、前記２つの吊下げ伝熱管の各々の吊下げ伝熱管の最外周のチューブのうちで、２つの吊下げ伝熱管の隣接する側の最外周のチューブを、それより１つ内側の吊下げ伝熱管側にずらして配置した状態で、各吊下げ伝熱管のもう一つの各最外周のチューブと共に、それより内側の吊下げ伝熱管に交差するように挟み込んで接続して巻きチューブとし、前記２つの吊下げ伝熱管の揺動で互いの隣接部分が接触しない程度の間隔を確保するボイラの吊下げ伝熱管構造である。

請求項２記載の発明は、２つの吊下げ伝熱管の隣接する側の巻きチューブ同士を最外周のチューブより１つ内側の吊下げ伝熱管とガス流れに対して並列配置した請求項１記載のボイラの吊下げ伝熱管構造である。

請求項３記載の発明は、２つの吊下げ伝熱管の間隔を巻きチューブの径の２倍以上とした請求項１記載のボイラの吊下げ伝熱管構造である。

（作用）
従来、巻きチューブを含めた吊下げ伝熱管はガス流れ方向に２つに分けて配置する場合でも管列ピッチは全て同一とされており、ガス流れ方向（火炉の前後方向）に２つに配置された吊下げ伝熱管がランダムに揺動した場合には２つの吊下げ伝熱管のうちの隣接する側の巻きチューブが互いに接触していたが、請求項１記載の発明によれば、２つの吊下げ伝熱管の隣接する側の巻きチューブ同士を最外周のチューブをそれより１つ内側の吊下げ伝熱管側にずらして配置することで、２つの吊下げ伝熱管のチューブに揺動があっても接触しない程度の間隔を確保することができる。

請求項２記載の発明によれば、２つの吊下げ伝熱管の隣接する側の巻きチューブ同士を最外周のチューブより１つ内側の吊下げ伝熱管とガス流れに対して並列配置したので、チューブの揺動で接触しない程度の２つの吊下げ伝熱管の間隔を確保することができる。

請求項３記載の発明は、２つの吊下げ伝熱管の間隔を巻きチューブの径の２倍以上としたのでチューブの揺動で接触しない程度の２つの吊下げ伝熱管の間隔を確保することができる。

請求項１〜３記載の発明によれば、ガス流れ方向（火炉の前後方向）に２つ配置された吊下げ伝熱管のお互いに隣接する側に配置される巻きチューブの配列ピッチを拡大することにより、チューブ同士の接触がなくなるので接触摩耗は発生しなくなる。

本発明の実施例を図面と共に説明する。
本実施例のボイラ内の吊下げ伝熱管の側面図を図１に示し、図２（ａ）には図１の吊下げ伝熱管３又は伝熱管４の最外周にある両方の巻きチューブ９ａ、１０ａを例に、巻きチューブ９ａ−１０ａを他の吊下げ伝熱管と交差するように挟み込んだ部分と巻きチューブ１２ａ−１１ａのチューブ１２ａ部分の拡大図を示し、図２（ｂ）には図２（ａ）の矢印Ａ方向からの矢視図、図２（ｃ）には図２（ａ）の矢印Ｂ方向からの矢視図をそれぞれ示し、図２（ｄ）には図２（ａ）のＡ−Ａ線矢視図を示す。

図１に示すように、ボイラ内の吊下げ伝熱管は入口マニホールド１と入口管寄せ２に入口側吊下げ伝熱管３が吊り下げられ、出口マニホールド６と出口管寄せ５に出口側吊下げ伝熱管４が吊り下げられる。これら入口マニホールド１、入口管寄せ２、出口管寄せ５及び出口マニホールド６は天井壁８の上側に配置されるが、入口側の吊下げ伝熱管３と出口側の吊下げ伝熱管４で例えば図４に示す吊下げ伝熱管７を構成している。

入口側の吊下げ伝熱管３と出口側の吊下げ伝熱管４は上部巻きチューブ（入口）９ａと上部巻きチューブ（出口）１０ａとを一つに接続した上部巻きチューブ及び中部巻きチューブ（入口）９ｂと中部巻きチューブ（出口）１０ｂとを一つに接続した中部巻きチューブ及び下部巻きチューブ（入口）９ｃと下部巻きチューブ（出口）１０ｃとを一つに接続した下部巻きチューブからなる構成と上部巻きチューブ（入口）１１ａと上部巻きチューブ（出口）１２ａとを一つに接続した上部巻きチューブ及び中部巻きチューブ（入口）１１ｂと中部巻きチューブ（出口）１２ｂとを一つに接続した中部巻きチューブ及び下部巻きチューブ（入口）１１ｃと下部巻きチューブ（出口）１２ｃとを一つに接続した下部巻きチューブを備えている。

図１に示すように、複数本のチューブで構成される吊り下げ伝熱管７において、ボイラ燃焼ガス流れ方向に沿って、ガス入口側と出口側の各吊下げ伝熱管３，４に交差するように、それらの伝熱管３，４の最外周の各二本分の伝熱管９ａ，９ａ’；１０ａ，１０ａ’の下端部を面外に曲げて（図２（ｂ）と図２（ｃ）参照）、巻きチューブ９ａ−１０ａを形成する。このとき、図２（ｄ）に示すように最外周のチューブ１０ａを吊下げ管１本分ピッチずらしてその内側のチューブ１０ａ’と火炉前後方向に対して並列配置することにより、ボイラ火炉内の前後方向の中央に位置する伝熱管３，４の隣接部に伝熱管１本分のスペースを作る。前記伝熱管１本分のスペースがあると、火炉前後方向の吊下げ伝熱管３，４が揺動しても管同士が接触しなくなる。

図１に示す実施例は、天井壁８の下部から巻きチューブ１０ａ、１２ａの管列ピッチを変えた例である。なお、管列ピッチを変える位置は天井壁８の下部とは限らない。

図３には、その他の実施例の吊下げ伝熱管の側面図を示すが、出口管寄せ５の下部から巻きチューブ１０ａ、１２ａの管列ピッチを変えた例を示す。図３は、出口管寄せ５の取合い部から巻きチューブ１０ａ、１２ａの配列ピッチを図１の出口管寄せ５の取合い部より２倍以上と広くした例である。この場合も、伝熱管３，４の間に十分なスペースができるので火炉前後方向の吊下げ伝熱管３，４が揺動しても管同士が接触しなくなる。

本発明によれば、火炉前後方向の吊下げ伝熱管が揺動しても管同士が接触しなくなるので伝熱管の減肉対策が有効におこなわれる。

本発明の実施例のボイラ内の吊下げ伝熱管の側面図を示す。図２（ａ）には図１の吊下げ伝熱管の最外周にある両方の巻きチューブを他の吊下げ伝熱管と交差するように挟み込んだ部分の拡大図を示し、図２（ｂ）には図２（ａ）の矢印Ａ方向からの矢視図、図２（ｃ）には図２（ａ）の矢印Ｂ方向からの矢視図をそれぞれ示し、図２（ｄ）には図２（ａ）のＡ−Ａ線矢視図を示す。本発明の他の実施例のボイラ内の吊下げ伝熱管の側面図を示す。ボイラ本体の側断面図を示す。従来技術の吊下げ伝熱管の側面図を示す。図６（ａ）は従来技術の吊下げ伝熱管の一部側面図を示し、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線矢視図を示す。図７（ａ）は吊下げ伝熱管の要部側面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＤ−Ｄ線、Ｅ−Ｅ線、Ｆ−Ｆ線の各線による断面矢視図、図７（ｃ）は図７（ａ）のイ部詳細図、図７（ｄ）は図７（ｃ）のＧ−Ｇ線矢視図を示す。

符号の説明

１入口マニホールド２入口管寄せ
３入口側吊下げ管４出口側吊下げ管
５出口管寄せ６出口マニホールド
７吊下げ伝熱管８天井壁
９ａ上部巻きチューブ（入口）１０ａ上部巻きチューブ（出口）
９ｂ中部巻きチューブ（入口）１０ｂ中部巻きチューブ（出口）
９ｃ下部巻きチューブ（入口）１０ｃ下部巻きチューブ（出口）
１１ａ上部巻きチューブ（入口）１２ａ上部巻きチューブ（出口）
１１ｂ中部巻きチューブ（入口）１２ｂ中部巻きチューブ（出口）
１１ｃ下部巻きチューブ（入口）１２ｃ下部巻きチューブ（出口）
１３プロテクター１４ａ〜１４ｄ吊下げ伝熱管
１５火炉壁１６副側壁
１７ケージ壁１８ペントハウスケーシング
１９スリングボルト２０ボイラ鉄骨
２１地表２２スクリーン管
２５取付金具２６支持金具
２７チューブ２８ストッパ

Claims

複数本のチューブを同一平面内で、それぞれＵ字状に折り曲げて管寄せに吊り下げて構成されるボイラの吊下げ伝熱管を、ガス流れ方向に２つ連接して配置する吊下げ伝熱管構造において、
前記２つの吊下げ伝熱管の各々の吊下げ伝熱管の最外周のチューブのうちで、２つの吊下げ伝熱管の隣接する側の最外周のチューブを、それより１つ内側の吊下げ伝熱管側にずらして配置した状態で、各吊下げ伝熱管のもう一つの各最外周のチューブと共に、それより内側の吊下げ伝熱管に交差するように挟み込んで接続して巻きチューブとし、前記２つの吊下げ伝熱管の揺動で互いの隣接部分が接触しない程度の間隔を確保することを特徴とするボイラの吊下げ伝熱管構造。
２つの吊下げ伝熱管の隣接する側の巻きチューブ同士を最外周のチューブより１つ内側の吊下げ伝熱管とガス流れに対して並列配置したことを特徴とする請求項１記載のボイラの吊下げ伝熱管構造。
２つの吊下げ伝熱管の間隔を巻きチューブの径の２倍以上としたことを特徴とする請求項１記載のボイラの吊下げ伝熱管構造。