JP2010175152A

JP2010175152A - ボイラ伝熱管のプロテクタ構造

Info

Publication number: JP2010175152A
Application number: JP2009018738A
Authority: JP
Inventors: Naoki Takamoto; 直樹高本; Toshiro Kuroishi; 敏郎黒石; Naotsugu Oba; 尚嗣大場
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-01-29
Filing date: 2009-01-29
Publication date: 2010-08-12

Abstract

【課題】伝熱管の減肉領域への施工が容易な伝熱管の減肉を抑制することができるボイラ伝熱管のプロテクタ構造を提供する。
【解決手段】ボイラ内で水平方向に延在して設置されるとともに上下方向に複数段配置される伝熱管に、該伝熱管の表面に沿うように形成される鞍型形状の保護体が配設されるボイラ伝熱管のプロテクタ構造において、最上段に位置する伝熱管のガス流れ上流側に鞍型保護体を配設して、該鞍型保護体の周方向の両端に略平板形状の保護体が夫々溶接され、前記鞍型保護体を設けた伝熱管を１段目として、少なくとも２段目まで平板保護体を下方に延在させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボイラ内で水平方向に延在して設置されるとともに上下方向に複数段配置される伝熱管に、該伝熱管の表面に沿うように形成される鞍型形状の保護体を配設させるボイラ伝熱管のプロテクタ構造に関する。

ボイラ、空気予熱器、節炭器等の各種熱交換器において、連続運転に伴って伝熱管の伝熱表面に灰や煤が堆積し、熱交換性能が低下するため、高圧蒸気や圧縮空気を吹き付けて灰や煤を取り除くスーツブロワを装備し、一定の間隔を決めてそれを運転している。
しかし、スーツブロワ中心からの近い位置に配置される伝熱管、即ち蒸気噴出孔（ノズル穴）からの距離が近い伝熱管は、噴出蒸気が速い流速で当るので保護被膜が剥がれやすくなる。
スーツブロアの他にも、例えば流動床ボイラの流動層内に設置された伝熱管は、ガス流れに含まれる灰粒子の動きによって表面を擦られてしまい、伝熱管の保護被膜が剥がれやすい。

前記保護被膜は、伝熱管を覆って保護するものであり酸化物等で形成される。この保護被膜により、水と接触しても金属と水との直接接触は防止される。しかし、上述したようにして保護皮膜が水の流速に基づく剪断力や水流の衝突効果、あるいはガス流れに含まれる粒子の衝突効果により部分的にも剥離すると、剥離部分では金属と水とが直接接触し、急速に腐食する。このような腐食は、エロージョン・コロージョンと呼ばれる。前記エロージョン・コロージョンは、伝熱管の減肉トラブルを引き起こす原因のひとつであり、伝熱管の減肉速度が大きくなると補修頻度が高くなってしまうという問題がある。

そこで、伝熱管の減肉速度を低減するために、従来では図６に示すように伝熱管にプロテクタを設置している。図６は、従来の伝熱管のプロテクタの配設状況を示す断面斜視図である。伝熱管３７は、前記スーツブロアやガス流れによるエロージョン・コロージョン対策として半割型のプロテクタ３３を施工することにより保護されている。

また、伝熱管にプロテクタを設ける発明として、特許文献１（特開２０００−２４０９０１号公報）が開示されている。特許文献１は、水管を折り返し部がＵ字型となるように同一平面上に沿って複数回折り返して形成した水管パネルを相互の水管の直管部、が並列するように複数個配設したボイラ水管群において、水管パネルの間に棒状部材を水管の直管部と相対しかつ該直管部と交叉する方向に配設している。

特開２０００−２４０９０１号公報

しかしながら、図６に示す半割型のプロテクタが施工できるのは、最上段か２〜３段目まで程度であり、それ以降の伝熱管は保護されない。プロテクタが施工されていない段（例えば４段目）以降では管群が乱れていない場合であっても、図７に示すようにガス流れに含まれる灰などの粒子の回りこみより粒子が衝突し、プロテクタにより保護されていない伝熱管に減肉が生じる可能性がある。

また、特許文献１では、伝熱管に設けられたプロテクタは２段目までであり、それ以下の伝熱管を保護することが出来ないため、棒状部材を入れて管群の乱れを抑制することで摩耗の防止を図っているが、この場合でもガス流れに含まれる粒子の回りこみは回避することはできない。また、棒状部材と伝熱管とが接しているだけのため、ボイラ振動によるフレッティング摩耗の懸念も発生する。
そこで、本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、伝熱管の減肉領域への施工が容易な伝熱管の減肉を抑制することができるボイラ伝熱管のプロテクタ構造を提供することを課題とする。

かかる課題を解決するため、ボイラ内で水平方向に延在して設置されるとともに上下方向に複数段配置される伝熱管に、該伝熱管の表面に沿うように形成される鞍型形状の保護体（以下、鞍型保護体と称す）が配設されるボイラ伝熱管のプロテクタ構造において、
最上段に位置する伝熱管のガス流れ上流側に鞍型保護体を配設して、該鞍型保護体の周方向の両端に略平板形状の保護体（以下、平板保護体と称す）が夫々溶接され、前記鞍型保護体を設けた伝熱管を１段目として、少なくとも２段目まで前記平板保護体を下方に延在させることを特徴とする。

かかる発明によれば、最上段に位置する伝熱管のガス流れ上流側に鞍型保護体を配設して、該鞍型保護体の周方向の両端に平板保護体が夫々溶接され、前記鞍型保護体を設けた伝熱管を１段目として、少なくとも２段目まで前記平板保護体を下方に延在させることにより、伝熱管の減肉領域に応じて保護体を延在して容易に施工することが可能となるため、ガス流れに含まれる粒子の回りこみを防ぎ、伝熱管の減肉を抑制できる。
よって、伝熱管の寿命が延びて長時間の運転を行うことができ、トータルコストの削減が可能になる。
なお、ガス流れに含まれる粒子の衝突だけでなく、水の流速に基づく剪断力や水流の衝突に対しても減肉を抑制することができる。

前記平板保護体が可撓性を有する薄板材からなる多孔平板であることを特徴とする。これにより、伝熱効率ロスを低減して伝熱管の減肉を抑制することができる。
また、前記多孔平板がパンチングメタルであることを特徴とする。さらに、平板保護体が金網であることを特徴とする。このようにして、伝熱効率ロスを低減して伝熱管の減肉を抑制することができる伝熱管のプロテクタ構造を構成することができる。

また、前記平板保護体は該平板保護体と前記伝熱管との接触面の裏面から突出してなる整流板が少なくとも１つ垂設されることを特徴とする。
この整流板により、ガス流れが整流されるとともに、上下方向に複数段配置される伝熱管（管群）の乱れ防止効果も付与することが可能となる。すなわち、伝熱管の減肉の抑制につながる。

また、前記伝熱管を内包する平板保護体間が伝熱管の周方向で締結されることを特徴とする。
このような構成とすることにより、前記鞍型保護体に溶接される平板保護体の施工範囲が大きくなっても、例えば平板保護体の下端部が振動したとしてもそれを抑制することができ、保護体を固定して伝熱管の摩耗を低減することができる。また、平板保護体間を締結する箇所は、前記下端部以外でも良く、これにより平板保護体の撓みを低減させて伝熱管を保護することが可能となる。

さらに、前記平板保護体の下端部で前記伝熱管の下面が支持可能に構成されることを特徴とする。
このように、前記平板保護体の下端部で、前記伝熱管の下面を支持可能に構成することにより、保護体を管群の上下で固定することができるため、平板保護体の微動を抑制して伝熱管の摩耗を低減し、保護体自身の重量負担も管群の上下で分担できる。

本発明によれば、伝熱管の減肉領域への施工が容易になり、且つガス流れに含まれる粒子の回りこみを防ぎ、伝熱管の減肉を抑制することができるボイラ伝熱管のプロテクタ構造を提供できる。

本発明の実施形態１に係る伝熱管プロテクタの施工状態を説明する断面斜視図である。図１の平面図である。実施形態２に係る伝熱管プロテクタの施工状態を説明する断面斜視図である。実施形態３に係る伝熱管プロテクタの施工状態を説明する断面斜視図である。実施形態４に係る伝熱管プロテクタの施工状態を説明する断面斜視図である。従来の伝熱管プロテクタの配設状況を示す断面斜視図である。従来の伝熱管プロテクタにおける粒子流れ解析の一例を示す図である。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

（実施形態１）
まず、図１を用いて本発明の実施形態１に係る伝熱管プロテクタについて説明する。伝熱管プロテクタ１は、伝熱管７のガス流れ上流側に設けられる半割形状の鞍型プロテクタ３と、鞍型プロテクタ３に溶接して設けられ、平板形状の保護体である平板プロテクタ５と、該平板プロテクタ５から突出して形成される整流板９と、で構成される。符号４は鞍型プロテクタ３に平板プロテクタ５が溶接される溶接部である。また、ガス流れを矢印ｆ_１で示す。

平板プロテクタ５は伝熱管７の側面に設けられ、減肉領域をカバーするよう減肉領域に特定して長さを設定することができる。また、幅を設定することも可能である。すなわち、平板プロテクタ５の施工範囲は任意に設定できる。伝熱管プロテクタ１は、鞍型プロテクタ３の周方向の両端に前記平板プロテクタ５を溶接することにより容易に施工することができ、且つ３段目や４段目以下の伝熱管についても施工して粒子の回りこみを防いで減肉を抑制することが可能となる。

また、平板プロテクタ５はその長さや必要に応じて下段位置にボルト８にてサポートされる。これにより、平板プロテクタ５の微動が抑制でき、フレッティング摩耗を低減させる。平板保護体間を締結する箇所は、前記下段位置の他に設けても良く、これにより平板保護体の撓みを低減させて伝熱管を保護することが可能となる。
なお、平板プロテクタ５の板厚は２〜３ｍｍ程度の薄板である。また、伝熱管プロテクタを構成する鞍型プロテクタ３や平板プロテクタ５は高温耐食性を有するステンレス鋼（ＳＵＳ）やインコネルなどのＮｉ基合金等で形成され、例えば具体的にはＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１０等が用いられる。

また、整流板９は平板プロテクタ間に設けられ、上下方向に伝熱管を複数段配置してなる伝熱管群と立体交差するように形成される。
図２は図１の平面図であり、伝熱管プロテクタ１を鞍型プロテクタ３側から見た図である。整流板９は平板プロテクタと伝熱管との接触面の裏面から突出して形成される。好ましくは、図２に示すように、整流板９は、上下方向に伝熱管を複数段配置してなる伝熱管群を内包する平板プロテクタと、隣接する他の平板プロテクタとの間に介在させるように形成される。平板プロテクタ間に介在する整流板９は溶接されて固定される。

このようにして、整流板９を設けることにより、ガス流れの整流に寄与してガス中に含まれる灰粒子の回りこみを防ぐ。さらに、伝熱管７の管群の乱れ防止効果も付与する。
以上のように伝熱管プロテクタを構成することにより、伝熱管の減肉を抑制して長期間の運転が可能となり、トータルコストが削減できる。

（実施形態２）
次に、図３を用いて本発明の実施形態２に係る伝熱管プロテクタについて説明する。なお、図中に示した図１と同じ構成の部分には説明を省略するため同じ符号を示している。

図３に示す伝熱管プロテクタ１は、伝熱管７のガス流れ上流側に設けられる半割形状の鞍型プロテクタ３と、鞍型プロテクタ３に溶接して設けられるパンチングメタルプロテクタ１１とで構成される。符号４は鞍型プロテクタ３にパンチングメタルプロテクタ１１が溶接される溶接部である。また、ガス流れを矢印ｆ_１で示す。
なお、図示しないが、実施形態１と同様に、パンチングメタルプロテクタ１１に整流板（図１、２参照）を形成させたり、ボルト（図１）を用いて締結させたりして伝熱管プロテクタを構成してもよい。

実施形態１と同様に、パンチングメタルプロテクタ１１は伝熱管７の側面に設けられ、減肉領域をカバーするよう減肉領域に特定して長さを設定することができる。また、幅を設定することも可能である。すなわち、パンチングメタルプロテクタ１１の施工範囲は任意に設定できる。伝熱管プロテクタ１は、鞍型プロテクタ３に前記パンチングメタルプロテクタ１１を溶接することにより容易に施工することができ、且つ３段目や４段目以下の伝熱管についても施工して粒子の回りこみを防いで減肉を抑制することが可能となる。

なお、パンチングメタルプロテクタ１１の板厚は２〜３ｍｍ程度の薄板であり、可撓性を有している。また、伝熱管プロテクタを構成する鞍型プロテクタ３やパンチングメタルプロテクタ１１は、実施形態１と同様に高温耐食性を有するステンレス鋼やインコネルなどのＮｉ基合金等で形成される。

また、パンチングメタルプロテクタ１１に形成される孔は、板に対して１０〜６０％の面積率を有し、孔径はφ１〜３０ｍｍである。さらに、パンチングメタルプロテクタ１１として用いるパンチングメタルの孔の形状は、円形の他に長丸、角型、六角形など形状は問わず、また孔の配置も千鳥型、並列型など前記面積率を満たしていれば限定されるものではない。
さらにまた、孔のない平板を打ち抜いて撓みが予測される箇所に孔を形成し、部分的にパンチングメタルを用いて本実施形態のボイラ伝熱管プロテクタを構成してもよい。

また、パンチングメタルプロテクタ１１を用いることにより、その壁面に沿ってガスに含まれる灰粒子を下方へ落下させて粒子の回りこみを防ぎ、伝熱管７への衝突を低減することができる。さらに、パンチングメタルプロテクタ１１に形成される孔により、例えば矢印ｆ_２のような周方向のガス流れを得ることができるため、伝熱管の減肉を抑制するとともに、伝熱効率ロスを低減することができる。
以上のように伝熱管プロテクタを構成することにより、伝熱管の減肉を抑制して長期間の運転が可能となり、トータルコストが削減できる。

（実施形態３）
次に、図４を用いて本発明の実施形態３に係る伝熱管プロテクタについて説明する。なお、図中に示した図１と同じ構成の部分には説明を省略するため同じ符号を示している。

図４に示す伝熱管プロテクタ１は、伝熱管７のガス流れ上流側に設けられる半割形状の鞍型プロテクタ３と、鞍型プロテクタ３に溶接して設けられる金網プロテクタ１３とで構成される。符号４は鞍型プロテクタ３に金網プロテクタ１３が溶接される溶接部である。また、ガス流れを矢印ｆ_１で示す。
なお、図示しないが、実施形態１と同様に、金網プロテクタ１３に整流板（図１、２参照）を形成させたり、ボルト（図１）を用いて締結させたりして伝熱管プロテクタを構成してもよい。

実施形態１、２と同様に、金網プロテクタ１３は伝熱管７の側面に設けられ、減肉領域をカバーするよう減肉領域に特定して長さを設定することができる。また、幅を設定することも可能である。すなわち、金網プロテクタ１３の施工範囲は任意に設定できる。伝熱管プロテクタ１は、鞍型プロテクタ３に前記金網プロテクタ１３を溶接することにより容易に施工することができ、且つ３段目や４段目以下の伝熱管についても施工して粒子の回りこみを防いで減肉を抑制することが可能となる。
なお、金網プロテクタ１３に適用される金網の範囲は、メッシュ４〜３００である。また、金網の種類は平織金網、綾織金網、溶接金網等、形状は問わず好適に用いられる。

また、金網プロテクタ１３の板厚は２〜３ｍｍ程度の薄板である。また、伝熱管プロテクタを構成する鞍型プロテクタ３や金網プロテクタ１３は、実施形態１と同様に高温耐食性を有するステンレス鋼やインコネルなどのＮｉ基合金等で形成される。

また、金網プロテクタ１３を用いることにより、その壁面に沿ってガスに含まれる灰粒子を下方へ落下させて粒子の回りこみを防ぎ、伝熱管７への衝突を低減することができる。さらに、金網プロテクタ１３に形成される目開きにより、実施形態２と同様に矢印ｆ_２のような周方向のガス流れを得ることができるため、伝熱管の減肉を抑制するとともに、伝熱効率ロスを低減することができる。
以上のように伝熱管プロテクタを構成することにより、伝熱管の減肉を抑制して長期間の運転が可能となり、トータルコストが削減できる。

（実施形態４）
次に、図５を用いて本発明の実施形態４に係る伝熱管プロテクタについて説明する。なお、図中に示した図１と同じ構成の部分には説明を省略するため同じ符号を示している。
図５に示す伝熱管プロテクタ１は、伝熱管７のガス流れ上流側に設けられる半割形状の鞍型プロテクタ３と、鞍型プロテクタ３の周方向の両端に溶接して設けられる薄板の側面プロテクタ１５とで構成される。符号４は鞍型プロテクタ３に側面プロテクタ１５が溶接される溶接部である。また、ガス流れを矢印ｆ_１で示す。

実施形態１と同様に、側面プロテクタ１５は伝熱管７の側面に設けられ、減肉領域をカバーするよう減肉領域に特定して長さを設定することができる。また、幅を設定することも可能である。すなわち、側面プロテクタ１５の施工範囲は任意に設定できる。伝熱管プロテクタ１は、鞍型プロテクタ３に前記側面プロテクタ１５を溶接することにより容易に施工することができ、且つ３段目や４段目以下の伝熱管についても施工して粒子の回りこみを防いで減肉を抑制することが可能となる。

なお、側面プロテクタ１５の板厚は２〜３ｍｍ程度の薄板である。また、伝熱管プロテクタを構成する鞍型プロテクタ３や側面プロテクタ１５は、実施形態１と同様に高温耐食性を有するステンレス鋼やインコネルなどのＮｉ基合金等で形成される。

また、側面プロテクタ１５は、最下段に位置する伝熱管、若しくは減肉領域を保護しえる施工範囲よりも下に位置する伝熱管の下面を支持するように延設されており、下端部１４で位置決めされる。
これにより、伝熱管プロテクタ１を管群の上下で固定することができるため、側面プロテクタ１５の微動を抑制し、伝熱管プロテクタ１自身の重量負担も管群の上下で分担できる。

さらに、図５に示すような側面プロテクタ１５を用いることにより、その壁面に沿ってガスに含まれる灰粒子を下方へ落下させて粒子の回りこみを防ぎ、伝熱管７への衝突を低減することができる。なお、実施形態４では伝熱管２列を一組として伝熱管プロテクタを形成しているが、伝熱管１列に対して形成しても良い。また、側面プロテクタ１５としてパンチングメタルや金網のような多孔平板を用いることも可能である。
以上のように伝熱管プロテクタを構成することにより、伝熱管の減肉を抑制して長期間の運転が可能となり、トータルコストが削減できる。

なお、以上述べた本発明の実施形態１〜４では、ガス流れに含まれる粒子の衝突に着目して述べているが、水の流速に基づく剪断力や水流の衝突に対しても同様に伝熱管プロテクタを構成することにより減肉を抑制することができる。

本発明によれば、伝熱管の減肉領域への施工が容易であり、伝熱管の減肉を抑制して長時間の運転を可能とすることができるので、ボイラ伝熱管のプロテクタ構造への適用に際して有益である。

１伝熱管プロテクタ（ボイラ伝熱管プロテクタ）
３鞍型プロテクタ
４溶接部
５平板プロテクタ
７伝熱管
８ボルト
９整流板
１１パンチングメタルプロテクタ
１３金網プロテクタ
１４下端部
１５側面プロテクタ

Claims

ボイラ内で水平方向に延在して設置されるとともに上下方向に複数段配置される伝熱管に、該伝熱管の表面に沿うように形成される鞍型形状の保護体（以下、鞍型保護体と称す）が配設されるボイラ伝熱管のプロテクタ構造において、
最上段に位置する伝熱管のガス流れ上流側に鞍型保護体を配設して、該鞍型保護体の周方向の両端に略平板形状の保護体（以下、平板保護体と称す）が夫々溶接され、前記鞍型保護体を設けた伝熱管を１段目として、少なくとも２段目まで前記平板保護体を下方に延在させることを特徴とするボイラ伝熱管のプロテクタ構造。
前記平板保護体が可撓性を有する薄板材からなる多孔平板であることを特徴とする請求項１記載のボイラ伝熱管のプロテクタ構造。
前記平板保護体は該平板保護体と前記伝熱管との接触面の裏面から突出してなる整流板が少なくとも１つ垂設されることを特徴とする請求項１若しくは２記載のボイラ伝熱管のプロテクタ構造。
前記伝熱管を内包する平板保護体間が伝熱管の周方向で締結されることを特徴とする請求項１若しくは２記載のボイラ伝熱管のプロテクタ構造。
前記多孔平板がパンチングメタルであることを特徴とする請求項２記載のボイラ伝熱管のプロテクタ構造。
前記平板保護体が金網であることを特徴とする請求項２記載のボイラ伝熱管のプロテクタ構造。
前記平板保護体の下端部で前記伝熱管の下面が支持可能に構成されることを特徴とする請求項１記載のボイラ伝熱管のプロテクタ構造。