JP2007064608A - ボイラ装置用メンブレンパネル及びこれを使用したボイラ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】既存の全周自動溶接装置を利用でき、また手溶接で実施する場合においても被溶接部に対する作業領域を広く取れるボイラ装置用メンブレンパネル及びこのメンブレンパネルを使用したボイラ装置を提供することにある。
【解決手段】上記課題は、メンブレンパネル端部に配設されたチューブの端部を１本間隔で曲げ加工を施し、前記曲げ加工されたチューブ端部の突合せ溶接部同士及び曲げ加工されないチューブ端部の突合せ溶接部同士をそれぞれ突き合わせ、溶接してメンブレンパネル同士を連結する際に、前記各隣接するチューブの突き合わせ溶接部間の間隔を、メンブレンバーで連結された各隣接するチューブ間の間隔よりも広い間隔とすることによって達成できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ボイラ装置に用いるメンブレンパネル及びこれを使用したボイラ装置に関するものである。

従来よりボイラの周壁等に使用されているボイラ用メンブレンパネル３は、図９の断面図で示すように、内部をボイラ水又は蒸気が流れる複数本のチューブ（管）１とこれらのチューブ１を所定間隔で溶接によって接合するメンブレンバー２とから構成され、このように構成された所定の形状を有するメンブレンパネル３の複数枚が、チューブ１の両端で突き合わせ溶接、接合されてボイラの周壁等が形成されている。

このようにして、複数枚のメンブレンパネル３同士を接合する場合には、図１０に示すように、メンブレンバー２の両端の一部を切り欠いて、チューブ１の端部１Ａ及び１Ｂを突合せ、溶接、接合する際の溶接作業空間部としての隙間４を形成し、チューブ１の端部１Ａ及び１Ｂを突合せ、溶接、接合した後、図１１に示すように、補助メンブレンバー５を前記隙間４に挿入して、隙間４を塞ぎ、補助メンブレンバー５とメンブレンバー２の端部及びチューブ１とを溶接してメンブレンプレート３を接合している。

ボイラ用メンブレンパネル３のように、平面上に多数の列を有するチューブ１の突合せ溶接においては、非常に狭隘な隙間で多数点の溶接を行なう必要がある。例えば、図９に示すように、チューブ１のピッチＰ＝５５ｍｍ、口径Φ＝３８．１ｍｍとすると、隣接するチューブ１の隙間４の幅Ｄは、Ｄ＝１６．９ｍｍと非常に狭くなる。円周方向の隙間が狭いと、チューブ１の端部の突き合わせ溶接部１Ａと１Ｂとを、全周する自動溶接ヘッドを用いて溶接、接合しようとしても、自動溶接ヘッドがその隙間を通過することができなくなるため、メンブレンパネル３の片側から半周の自動溶接を行なう装置を適用する（例えば特許文献１）か、または手溶接で溶接を行なっていた。
実公平３−３５４８８号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているような半周自動溶接装置では、１個所の溶接を行なうのに溶接ヘッドの脱着が必要となり、工数を要してしまう問題がある。一方、手溶接においては、被溶接部の品質は、作業者の技量に左右され、特に、狭隘部では、作業性が悪いため、ブローホールや融合不良などの溶接欠陥が発生し易い等の問題がある。

ボイラ用メンブレンパネル３同士の溶接は、通常、現地で行なわれるため、工場よりも悪い作業環境下での溶接作業となり、現地での作業効率向上策として狭隘部での溶接作業をなくすことが考えられる。そのため、突合せ溶接部におけるチューブ１同士の間隔が広ければ、その隙間を溶接装置のヘッドが回転することができるため、溶接ヘッドの脱着が不要な全周自動溶接装置を適用することができる。また、手溶接で実施する場合においても、隙間が広く作業性も良くなるため、作用者の技量不足が原因で発生する溶接欠陥も減少させることができる。

しかし、メンブレンパネル３を構成するチューブ１の外径、肉厚、隣接チューブ１間の間隔、メンブレンバー２の厚さ等は、ボイラ火炉全体の熱収支計算から決定するため、作業性が悪いことを理由に、メンブレンパネル３を構成するチューブ１の間隔を広げることはできない。

本発明は、上述した従来技術における問題点を解決すべくなされたもので、その目的は、既存の全周自動溶接装置を利用でき、また手溶接で実施する場合においても被溶接部に対する作業領域を広く取れるボイラ装置用メンブレンパネル及びこのメンブレンパネルを使用したボイラ装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明による第１の手段としては、複数のチューブと当該チューブ間に介在するメンブレンバーによって形成されるボイラ装置用メンブレンパネルにおいて、メンブレンパネル同士を溶接するために、メンブレンパネル端部のチューブに１本間隔で曲げ加工を施し、突合せ溶接部における隣接するチューブの間隔を広げた構造としたことを特徴とするボイラ装置用メンブレンパネルとしたものである。

本発明による第２の手段としては、前記第１の手段のボイラ装置用メンブレンパネル端部のチューブの突合せ溶接部において、突合せ溶接後のチューブ間の隙間を、熱負荷の方向に耐火材が面するように、耐火材を接合したメンブレンバーによって塞ぐ構造としたことを特徴とするボイラ装置用メンブレンパネルとしたものである。

本発明による第３の手段としては、前記第１の手段または第２の手段記載のボイラ装置用メンブレンパネルを備えたことを特徴とするボイラ装置としたものである。

本発明によれば、複数のチューブと当該チューブ間に介在するメンブレンバーによって形成されるボイラ装置用メンブレンパネルにおいて、メンブレンパネル同士を溶接するために、メンブレンパネル端部のチューブに１本間隔で曲げ加工を施し、突合せ溶接部における隣接するチューブの間隔を広げた構造としたので、既存の全周自動溶接装置を利用でき、また手溶接で実施する場合においても被溶接部に対する作業領域を広く取れるボイラ装置用メンブレンパネル及びこのメンブレンパネルを使用したボイラ装置を提供することが可能となる。

本発明においては、チューブの間隔が狭いメンブレンパネル同士を接合する際に、溶接、接合されるチューブ端部の間隔を可及的に拡張するために、検討の結果、メンブレンパネル端部に配設されたチューブの端部に１本間隔で曲げ加工を施し、前記曲げ加工されたチューブ端部の突合せ溶接部同士及び曲げ加工されないチューブ端部の突合せ溶接部同士をそれぞれ突き合わせ、溶接してメンブレンパネル同士を連結する際に、前記各隣接するチューブの突き合わせ溶接部間の間隔をメンブレンバーで連結された各隣接するチューブ間の間隔よりも広い間隔とすることによって、突き合わせ溶接部における隣接するチューブ間の間隔を広げることで突き合わせ溶接部の円周方向の作業空間を広げることが可能となったものである。

本発明によるメンブレンパネルは、複数の金属製のチューブを金属製のメンブレンバーで溶接して所定間隔で配設された構造となっており、このメンブレンパネルの複数枚を各メンブレンパネルのチューブの端部で突き合わせ溶接して複数枚のメンブレンパネルを接合してボイラ装置の火炉の外周壁等を構成することができる。

このメンブレンパネルの接合の際に、チューブ端部の突き合わせ溶接部での溶接を容易に行なえるように、前述のように、メンブレンパネルの端部において、メンブレンバーの端部をチューブ端部よりも短くしてチューブ端部の突き合わせ溶接部に溶接作業空間としての隙間を形成し、チューブ端部の突き合わせ溶接部を溶接した後、補助メンブレンバーを前記隙間に挿入して隙間を塞ぎ、補助メンブレンバーとメンブレンパネルのメンブレンバーの端部及びチューブ端部を溶接して、メンブレンパネルの接合が行なわれる。

この場合、本発明によるメンブレンパネルを使用したときには、チューブ端部の１本間隔で曲げ加工を施してチューブ端部の突き合わせ溶接部間の間隔を広げているが、このように、曲げ加工を施したチューブの端部は、メンブレンバーから離れるために、チューブが離れたメンブレンバーにおいては、チューブ内を流れる流体による熱吸収が不足することによりメンブレンバーが焼損する問題を招きやすい。この問題を解決するため、本発明においては、この接合部分の補助メンブレンバーとして、熱負荷の掛かる方向に耐火材を接合した補助メンブレンバーを用いることで、炉内からの熱負荷に対して生じる上記問題を回避できるようにすることができる。

以下，本発明に係わるメンブレンパネル及びこれを使用したボイラ装置の一実施形態について、図１〜図７に基づいて説明する。

本発明による一実施形態に係わるボイラ装置は、図１に示すように、バーナ（図示せず）が取り付けられるバーナ取り付け部１０を複数有する一対の前壁１１及び後壁１２と、これらの前壁１１及び後壁１２と直交して隣り合う側壁１３、１４とで気密性が高い箱型の燃焼室１５が形成され、側壁１３、１４に連設されて対抗するケージ側壁１６、１７と、前壁１１、側壁１３、１４、ケージ側壁１６、１７に直交して上部を覆う天井壁１８と、後壁１２に連設されて屈曲した底面を形成するケージ底部壁１９とで煙道２０が形成されている。

前記燃焼室１５、煙道２０を形成する側壁は、後述するチューブ１とメンブレンバー２とから構成されるメンブレンパネル３を多数接合して形成され、メンブレンパネル３に配設されたチューブ１内に、水等の流体を送給し、この流体を燃焼室１５、煙道２０で加熱して、高温流体または蒸気を生成し、この高温流体または蒸気を使用して発電機用タービンを回転させて発電等を行うようになっている。

上記側室を形成する本発明による一実施形態のボイラ装置用メンブレンパネルについて、図２〜７に基づいて説明する。なお、これらの図中、前述の図９〜１１で使用した部分と同一の部分については、同一の符号を使用している。

図２は、本発明による一実施形態のボイラ装置用メンブレンパネルの２枚３Ａ及び３Ｂを接合した接合部分の側面図で、図３は、図２のチューブ１の中心線上で切断した際のＡ−Ａ方向から見た断面図、図４は、図２のチューブ１の中心線上で切断した際のＢ−Ｂ方向から見た断面図、図５は、図２の補助メンブレンバーを除いたＣ−Ｃ線上で切断した断面図、図６は図２のＣ−Ｃ線上で切断した断面図である。

本発明による一実施形態のボイラ装置用メンブレンパネル３Ａ、３Ｂは、図３で示すように、１Ｃｒ−０．５Ｍｏ鋼からなる口径Φ＝３８．１ｍｍのチューブ１と、幅Ｄ＝１６．９ｍｍのチューブ１と同材質のメンブレンバー２とから構成されており、メンブレンバー２の側壁をチューブ１の外周壁とを溶接して、隣接するチューブ１間の間隔Ｐ＝５５ｍｍでチューブ１が配設されている。

メンブレンパネル３Ａ、３Ｂは、図３及び図４で示すように、それぞれその両端で、チューブ１より短いメンブレンバー２が使用されており、これらのメンブレンパネルを接合する際、チューブ１の端部の突き合わせ溶接部１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄを突き合わせて溶接する場合の溶接作業空間を形成する隙間４を形成するようになっている。

また、チューブ１の端部の突き合わせ溶接部１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄは、図２、図３に示すように、１本間隔で曲げ加工を施し、曲げ加工を施した溶接部１Ｃと１Ｄ同士及び曲げ加工の施されない溶接部１Ａと１Ｂ同士を突き合わせ、その突合せ部分を溶接している。このようにチューブ１の端部を曲げ加工しているので、図５に示すように、この溶接部分での隣接するチューブ間の間隔Ｄ２及びＤ３は、それぞれＤ２＝７１．９ｍｍ、Ｄ３＝１１０ｍｍとなり、前記メンブレンバーの幅Ｄ＝１６．９ｍｍより、約４．２倍の間隔を広げることが可能となり、全周自動溶接装置を使用して、前記突き合わせ溶接部１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄでの溶接が可能となった。また、このように広い溶接作業空間を得ることができるので、手溶接の場合においてもそれほど熟練を要せずに、容易かつ確実にチューブ１の突き合わせ溶接部１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄの溶接を行なうことが可能となった。

このようにしてチューブ１の端部の溶接を行なって、メンブレン３Ａと３Ｂの接合が行なわれるが、この接合部分の密閉性及び強度を上げる必要から、前記作業空間となった隙間４を塞ぐ必要があり、図３及び図４に示すように、この隙間４に前記メンブレンバー２と同材質の補助メンブレンバー５を配設して、各補助メンブレンバー５の外周とメンブレンバー２の端部及び突き合わせ溶接部１Ａ、１Ｂの外周で溶接して隙間４が塞がれ、これらの接合部での密閉性が保持されている。

この場合、曲げ加工を施したチューブ１の端部の突合せ溶接部１Ｃ、１Ｄは、補助メンブレンバー５から離れるため、チューブ１が離れた補助メンブレンバー５においては、チューブ１内を流れる流体による熱吸収が不足することによって、補助メンブレンバー５が焼損する事故が生ずる恐れがあり、これに対応するため、本実施例においては、図６及び図７に示すように、補助メンブレンバー５の熱負荷７に対向する側に、レンガ等の耐火材６を接合した補助メンブレンバー５を使用している。

このような補助メンブレンバー５を使用する場合には、予め、工場内で耐火材を接合した補助メンブレンバー５を作製し、現地でメンブレンパネル同士を接合する際に、工場で作製した補助メンブレンバー５を使用することによって、容易かつ確実にメンブレンパネル同士の接合を行なうことができる。

図６に示す本発明による一実施形態においては、チューブ１の端部の突き合わせ溶接部１Ｃ、１Ｄが熱負荷７側に突出するように、突き合わせ溶接部１Ｃ、１Ｄは曲げ加工されているが、必要に応じて、図７に示すように、突き合わせ溶接部１Ｃ、１Ｄが熱負荷７に対して補助メンブレンバー５の後方に突出するように曲げ加工してもよい。

本発明の一実施形態に係わるボイラ装置の主要部の斜視図である。 本発明の一実施形態のボイラ装置用メンブレンパネル同士を突合せ溶接した部分の側面図である。 図２のチューブ１の中心線上で切断した際のＡ−Ａ方向から見た断面図である。 図２のチューブ１の中心線上で切断した際のＢ−Ｂ方向から見た断面図である。 図２の補助メンブレンバーを除いたＣ−Ｃ線上で切断した断面図である。 図２のＣ−Ｃ線上で切断した断面図である。 本発明による一実施形態の補助メンブレンバーの斜視図である。 本発明の他の実施形態のボイラ装置用メンブレンパネル同士を突き合わせ溶接した部分の断面図である。 従来のボイラ装置用メンブレンパネル同士を突き合わせ溶接した部分の断面図である。 従来のボイラ装置用メンブレンパネルのチューブ同士を突き合わせ溶接した平面図である。 従来の従来のボイラ装置用メンブレンパネルのチューブの突き合わせ溶接部に補助メンブレンパネルを溶接した平面図である。

符号の説明

１ チューブ
１Ａ、１Ｂ 曲げ加工されない突合せ溶接部
１Ｃ、１Ｄ 曲げ加工された突合せ溶接部
２ メンブレンバー
３、３Ａ、３Ｂ メンブレンパネル
４ 隙間
５ 補助メンブレンバー
６ 耐火材
７ 熱負荷
１０ バーナ取り付け部
１１ 前壁
１２ 後壁
１３、１４ 側壁
１５ 燃焼室
１６、１７ ケージ側室
１８ 天井壁
１９ ケージ底部壁
２０ 煙道

Claims (3)

1. 複数のチューブと当該チューブ間に介在するメンブレンバーによって形成されるボイラ装置用メンブレンパネルにおいて、
   メンブレンパネル同士を溶接するために、メンブレンパネル端部のチューブに１本間隔で曲げ加工を施し、突合せ溶接部における隣接するチューブの間隔を広げた構造としたことを特徴とするボイラ装置用メンブレンパネル。
2. 請求項１のボイラ装置用メンブレンパネル端部のチューブの突合せ溶接部において、
   突合せ溶接後のチューブ間の隙間を、熱負荷の方向に耐火材が面するように、耐火材を接合したメンブレンバーによって塞ぐ構造としたことを特徴とするボイラ装置用メンブレンパネル。
3. 請求項１または２記載のボイラ装置用メンブレンパネルを備えたことを特徴とするボイラ装置。

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