JP2011179711A

JP2011179711A - 熱交換器および熱交換器の点検方法

Info

Publication number: JP2011179711A
Application number: JP2010042407A
Authority: JP
Inventors: Seiji Kagawa; 晴治香川; Shigenori Murakami; 盛紀村上; Takuya Okamoto; 卓也岡本; Ichiro Omori; 一朗大森; Kenji Watanabe; 賢治渡辺
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2011-09-15
Also published as: WO2011104918A1

Abstract

【課題】点検の作業性を向上すること。
【解決手段】ボイラからの排ガスが導入されるケーシング内に、熱媒体が流通される伝熱管３が配置されて排ガスと熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器において、複数並設された直線状の伝熱管３の端部を接続して一連とする折返管４１と、伝熱管３の端部から延長すると共に延長した端部４２ａが開口して形成された連通管４２と、連通管４２の開口を閉塞または開放する栓部材４３とを備える。伝熱管３を点検する場合、栓部材４３を連通管４２から取り外し、連通管４２の開口を開放させることで、連通管４２の開口から伝熱管３が外部に通じるので、連通管４２を通して伝熱管３の内部に検査装置を挿入し、伝熱管３の点検を行う。点検が終了したら、栓部材４３を連通管４２に取り付け、連通管４２の開口を閉塞させることで、伝熱管３が密閉される。この結果、点検が容易に行えるので作業時間を短縮でき、点検の作業性が向上する。
【選択図】図４

Description

本発明は、排ガス処理システムに用いられる熱交換器、および前記熱交換器を用いた熱交換器の点検方法に関する。

排ガス処理システムでは、ボイラ（石炭焚ボイラ）からの排ガスは、まずエアヒータに導かれてボイラに供給される空気を加熱する。このとき、排ガスは、１２０℃〜１６０℃に冷却される。次に、排ガスは、ガスガスヒータの熱回収部（熱交換器）に導入されて電気集塵機での集塵能力向上のために８０℃〜１１０℃の温度に冷却される。次に、排ガスは、乾式の電気集塵機に導入されて煤塵が除去される。次に、排ガスは、脱硫装置に導入されて硫黄酸化物（ＳＯｘ）が除去される。このとき、排ガスは、約５０℃に冷却される。次に、排ガスは、ガスガスヒータの再加熱部（熱交換器）に導かれて白煙防止のための大気放出に好ましい９０℃〜１００℃の温度に加熱され、その後、煙突より大気放出される（例えば、特許文献１参照）。

上記排ガス処理システムに適用される熱交換器は、排ガスを通過させるケーシングの内部に、フィン付管が蛇行状に配置されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１１−１７９１４７号公報特開平９−２８０５４０号公報

上述した特許文献２の熱交換器は、フィン付管が排ガスに含まれる煤塵の衝突により摩耗する。例えば、摩耗によりフィン付管の肉厚が薄肉化して穴が空くと、管内を通過する熱媒体（水など）が漏れ、熱交換器の性能を低下させる。そこで、フィン付管の健全性を維持するため、例えば、２年ごとのサイクルで、熱交換器のケーシングを開放してフィン付管を点検する。フィン付管の点検にあたっては、フィン付管の側部にあって蛇行のためＵ字形状に形成された折返部を切り取り、そこからフィン付管の内部に超音波測定器を挿入することで、フィン付管の肉厚を測定する。その後、折返部を溶接して元に戻す。

しかし、上記の点検においては、フィン付管の折返部を切り取って、測定後に溶接して元に戻しているため、点検作業に手間が掛かり時間を要すため、点検の作業性が悪い。

本発明は上述した課題を解決するものであり、点検の作業性を向上することのできる熱交換器、および前記熱交換器を用いた熱交換器の点検方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の熱交換器は、ボイラからの排ガスが導入されるケーシング内に、熱媒体が流通される伝熱管が配置されて前記排ガスと前記熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器において、複数並設された直線状の前記伝熱管の端部を接続して一連とする折返管と、前記伝熱管の端部から延長すると共に延長した端部が開口して形成された連通管と、前記連通管の開口に対して着脱可能に設けられ前記連通管を閉塞または開放する栓部材と、を備えたことを特徴とする。

この熱交換器によれば、伝熱管を点検する場合、栓部材を連通管から取り外し、連通管を開放させることで、伝熱管が内外に通じるので、伝熱管の外部から伝熱管の内部に検査装置を挿入し、伝熱管の点検を行う。点検が終了したら、栓部材を連通管に取り付け、連通管を閉塞させることで、伝熱管が密閉される。この結果、点検が容易に行えるので作業時間を短縮できるため、点検の作業性を向上することができる。

また、本発明の熱交換器は、前記ケーシング内における前記排ガスの流れ方向での前記伝熱管の上流側に、前記ケーシング内に導入された前記排ガスを受ける緩衝体が配置されており、当該緩衝体は、その一部が前記伝熱管に至り取り外し可能に設けられた抜取部を備えたことを特徴とする。

この熱交換器によれば、伝熱管の定点を外部から点検することが可能になるため、伝熱管を容易に点検することができる。

上述の目的を達成するために、本発明の熱交換器の点検方法は、ボイラからの排ガスが導入されるケーシング内に、熱媒体が流通される伝熱管が配置されており、複数並設された直線状の前記伝熱管の端部を接続して一連とする折返管と、前記伝熱管の端部から延長すると共に延長した端部が開口して形成された連通管と、前記連通管の開口を閉塞または開放する栓部材とを備え、かつ前記ケーシング内における前記排ガスの流れ方向での前記伝熱管の上流側に、前記ケーシング内に導入された前記排ガスを受ける緩衝体が配置されており、当該緩衝体は、その一部が前記伝熱管に至り取り外し可能に設けられた抜取部を備えた熱交換器を点検する方法であって、前記ケーシングへの前記排ガスの導入を停止した状態で、前記栓部材を外した後に前記連通管から前記伝熱管を検査する検査装置を挿入して前記伝熱管の内部から点検する内部点検工程と、前記ケーシングへの前記排ガスの導入を停止した状態で、前記緩衝体の抜取部を取り外してあらわれた前記伝熱管の定点を前記伝熱管の外部から点検する定点点検工程と、を含み、前記内部点検工程と前記定点点検工程とを所定期間をおいて交互に実施することを特徴とする。

この熱交換器の点検方法によれば、内部点検工程では、各栓部材を取り外して各伝熱管を検査するので、検査の精度が高いものの作業点数が多くて時間が掛かる。一方、定点点検工程では、定点のみの検査であるため、検査精度が内部点検ほどではないが、作業点数が少なく時間が内部点検ほど掛からない。よって、これら内部点検と定点点検とを交互に行うことで、双方のよい点を生かすことができる。

本発明によれば、点検の作業性を向上することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る熱交換器が適用される排ガス処理システムの概略図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器の概略図である。図３は、図２に示す熱交換器のＡ−Ａ断面図である。図４は、図２に示す熱交換器における折返部を拡大した概略図である。図５は、図２に示す熱交換器のＢ−Ｂ断面図である。図６は、本発明の実施の形態２に係る熱交換器の概略図である。図７は、図６に示す熱交換器のＣ−Ｃ断面図である。図８は、本発明の実施の形態に係る熱交換器の点検方法を示すグラフである。

以下に、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

［実施の形態１］
本実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る熱交換器が適用される排ガス処理システムの概略図である。

図１に示すように、排ガス処理システム１００は、発電プラントや工場などのボイラ１０１から排出される排ガスＧが煙突１１１から放出される過程で、当該排ガスＧに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）、煤塵、および硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去するものである。

ボイラ１０１から排出された排ガスＧは、触媒が充填された脱硝装置１０２に導入される。脱硝装置１０２において、還元剤として注入されるアンモニア（ＮＨ_３）により、排ガスＧに含まれる窒素酸化物が水と窒素とに還元され無害化される。

脱硝装置１０２から排出された排ガスＧは、エアヒータ１０３を経由し、一般に１３０℃〜１５０℃の温度に加熱される。

エアヒータ１０３を経た排ガスＧは、ガスガスヒータの熱交換器である熱回収部１０４に導入され、熱媒体（水など）と熱交換を行うことにより、熱回収される。熱回収部１０４を経た排ガスＧの温度は、概略８５〜１１０℃となり電気集塵機１０５での集塵能力が向上される。

熱回収部１０４を経た排ガスＧは、電気集塵機１０５に導入され煤塵が除去される。

電気集塵機１０５を経た排ガスＧは、電動機により駆動される送風機１０６により加圧される。なお、この送風機１０６は、設けない場合もある。

送風機１０６により加圧された排ガスＧは、脱硫装置１０７に導入される。脱硫装置１０７では、石灰石により、排ガスＧ中の硫黄酸化物が吸収除去され、副生成物として石膏が生成される。そして、脱硫装置１０７を経た排ガスＧの温度は、一般に約５０℃程に低下する。

脱硫装置１０７を経た排ガスＧは、ガスガスヒータの熱交換器である再加熱部１０８に導入される。再加熱部１０８は、上記熱回収部１０４との間で熱媒体を循環ポンプ１０９により一対の循環配管１１０を往来して循環する過程で、熱回収部１０４により回収された回収熱により排ガスＧを加熱する。排ガスＧは、脱硫装置１０７を経た５０℃程の温度で、再加熱部１０８で約８５〜１１０℃に再加熱され煙突１１１から大気開放される。

上述の熱交換器（熱回収部１０４，再加熱部１０８）について図を参照して説明する。図２は、本実施の形態に係る熱交換器の概略図であって排ガスの流れ方向の側方から視たものであり、図３は、図２に示す熱交換器のＡ−Ａ断面図であって排ガスの流れ方向から視たものであり、図４は、図２に示す熱交換器における折返部を拡大した概略図である。

熱交換器１Ａは、図２および図３に示すように、ボイラ１０１からの排ガスＧが導入されて通過するケーシング２を有している。ケーシング２の内部には、熱媒体が流通される伝熱管３が配置されている。伝熱管３は、全体として、一端（起端）３１がケーシング２の外部にて一方の循環配管１１０の端部に接続され、他端（終端）３２がケーシング２の外部にて他方の循環配管１１０の端部に接続されている。また、伝熱管３は、その外面にフィン３３が設けられている（図４参照）。フィン３３は、伝熱管３の延在方向に沿って螺旋状に設けられているか、または伝熱管３の延在方向に沿って断続的に設けられている。

また、伝熱管３は、ケーシング２内において、図３に示すように排ガスＧの流れ方向にほぼ直交する態様で直線状の部分が複数並設されていると共に、折返部４により端部を接続され、排ガスＧの流れ方向にほぼ直交する方向に蛇行状に折り返して一連に形成されている。さらに、伝熱管３は、前記の蛇行状に形成された構成を１つの段とし、この段が、図２に示すように排ガスＧの流れ方向に複数段並設されていると共に、折返部４により端部を接続され、排ガスＧの流れ方向に蛇行状に折り返して一連に形成されている。

折返部４は、図４に示すように、折返管４１と、連通管４２と、栓部材４３とで構成されている。折返管４１は、隣接する一対の伝熱管３の各端部を接続し、各伝熱管３を折り返して一連とするものである。

連通管４２は、伝熱管３の端部から、伝熱管３の直線状の延在方向にさらに延長され、その端部４２ａが開口されている。すなわち、伝熱管３は、連通管４２の開口から外部に通じて形成されている。この連通管４２には、伝熱管３を検査する検査装置（図示せず）が、端部４２ａの開口から伝熱管３の内部に挿入される。検査装置は、例えば、伝熱管３の肉厚を計測する超音波測定器などである。

栓部材４３は、連通管４２の端部４２ａの開口を塞ぐ態様で、当該端部４２ａに対して着脱可能に設けられている。栓部材４３の着脱構造は、例えば、栓部材４３がボルトとして構成され、その雄ネジ部４３ａが連通管４２の内面に形成された雌ネジ部４２ｂに螺合するものがある。そして、栓部材４３を連通管４２に取り付けることで、連通管４２の端部４２ａの開口を閉塞して伝熱管３を密閉する。一方、栓部材４３を連通管４２から取り外すことで、連通管４２の端部４２ａの開口が開放され、連通管４２を介して伝熱管３を外部に通じさせる。なお、図には明示しないが、連通管４２の端部４２ａの開口と栓部材４３との間にシール部材としてのガスケットを設けて伝熱管３の密閉性をより保持するように構成してもよい。

このように、本実施の形態の熱交換器１Ａは、複数並設された直線状の伝熱管３の端部を接続して一連とする折返管４１と、伝熱管３の端部から延長すると共に延長した端部４２ａが開口して形成された連通管４２と、連通管４２に対して着脱可能に設けられ連通管４２の開口を閉塞または開放する栓部材４３とを備える。

この熱交換器１Ａによれば、伝熱管３を点検する場合、栓部材４３を連通管４２から取り外し、連通管４２の開口を開放させることで、連通管４２の開口から伝熱管３が外部に通じる。そして、連通管４２を通して伝熱管３の内部に検査装置を挿入し、伝熱管３の点検を行う。点検が終了したら、栓部材４３を連通管４２に取り付け、連通管４２の開口を閉塞させることで、伝熱管３が密閉される。この結果、点検が容易に行えるので作業時間を短縮できるため、点検の作業性を向上することが可能になる。

なお、本実施の形態では、図２および図３において、複数並設された直線状の伝熱管３の両端に、折返部４が設けられた例を示しているが、この限りではない。例えば、伝熱管３の一方の端部側に折返部４を設け、他方の端部側はＵ字形に湾曲して折り返されていてもよい。すなわち、点検を伝熱管３の一方の端部側からのみ行うようにしてもよい。

ここで、図５は、図２に示す熱交換器のＢ−Ｂ断面拡大図であって伝熱管の断面方向から視たものである。この図５に示すように、伝熱管３は、排ガスＧの流れ方向において、各段の伝熱管３が相互に排ガスＧの流れ方向に直交する方向にずれて設けられている。すなわち、排ガスＧの流れ方向では、前段の各伝熱管３の間に次段の伝熱管３が配置された、いわゆる千鳥配置とされている。これにより、ケーシング２の内部を流れる排ガスＧが各伝熱管３に接触するので熱交換効率がよい。

［実施の形態２］
本実施の形態の熱交換器について図を参照して説明する。図６は、本実施の形態に係る熱交換器の概略図であって排ガスの流れ方向の側方から視たものであり、図７は、図６に示す熱交換器のＣ−Ｃ断面図であって排ガスの流れ方向から視たものである。

図６に示すように、熱交換器１Ｂは、ケーシング２の内部であって、上述した実施の形態１の熱交換器１Ａに加えて、排ガスＧの流れ方向での伝熱管３の上流側に緩衝体５が配置されている。この緩衝体５は、熱媒体が流通されないことと、上述した折返部４を有さずにＵ字形に湾曲して折り返されていることが、主に上述の伝熱管３と異なるが、実質として伝熱管３と同等の構成とされている。この緩衝体５は、排ガスＧの流れ方向に複数段、好ましくは３段から４段設けられている（図６では４段で示す）。なお、図６では、緩衝体５は、排ガスＧの流れ方向で伝熱管３に近づいた位置に配置されているが、伝熱管３から離れた位置に配置されていてもよい。すなわち、緩衝体５と伝熱管３との間の距離に限定はない。

また、緩衝体５は、着脱可能に設けられた抜取部５１を備えている。抜取部５１は、図５に示すように排ガスＧの流れ方向で緩衝体５の全ての段に通じ、かつ図７に示すように排ガスＧの流れ方向にほぼ直交する方向で所定の領域を囲み、緩衝体５とは分離して設けられた枠部材５１ａを有している。そして、枠部材５１ａは、緩衝体５から分離された一部が取り付けられている。この抜取部５１は、複数箇所（本実施の形態では６箇所）設けられている。

すなわち、抜取部５１は、緩衝体５から取り外すことにより、全ての段のうちの一部を抜き取り、図７に示すように、排ガスＧの流れ方向から視られる開口穴５２を形成する。この開口穴５２は、緩衝体５の全ての段の一部が抜き取られたものであるから、伝熱管３（図７に一点鎖線で示す）まで開通される。そして、開口穴５２から検査装置（図示せず）が挿入される。検査装置は、例えば、伝熱管３の肉厚を計測する超音波測定器などである。

このように、緩衝体５に抜取部５１を設けたことにより、伝熱管３の定点を外部から点検することが可能になる。この結果、伝熱管３を容易に点検することが可能になる。

［実施の形態３］
本実施の形態の熱交換器の点検方法について図を参照して説明する。図８は、本実施の形態に係る熱交換器の点検方法を示すグラフである。

本実施の形態の熱交換器の点検方法は、上述した実施の形態２の熱交換器１Ｂを点検する方法である。すなわち、ボイラ１０１からの排ガスＧが導入されるケーシング２内に、熱媒体が流通される伝熱管３が配置されており、複数並設された直線状の伝熱管３の端部を接続して一連とする折返管４１と、伝熱管３の端部から延長すると共に延長した端部４２ａが開口して形成された連通管４２と、連通管４２に対して着脱可能に設けられ連通管４２の開口を閉塞または開放する栓部材４３とを備え、かつケーシング２内における排ガスＧの流れ方向での伝熱管３の上流側に、ケーシング２内に導入された排ガスＧを受ける緩衝体５が配置されており、緩衝体５は、その一部が伝熱管３に至り取り外し可能に設けられた抜取部５１を備えた熱交換器１Ｂを点検する方法である。

この点検方法は、新品の熱交換器１Ｂを排ガス処理システム１００に設置した後、所定期間をおいて（例えば２年おきに）、ケーシング２への排ガスＧの導入を停止し、定期点検を行う。具体的には、図８に示すように、新設の２年目の定期点検では、栓部材４３を外し、その後、連通管４２から検査装置を挿入して伝熱管３の内部から点検する（内部点検工程）。そして、新設から４年目の定期点検では、緩衝体５の抜取部５１を取り外してあらわれた伝熱管３の定点を伝熱管３の外部から点検する（定点点検工程）。さらに、新設から６年目の定期点検では内部点検工程を行い、さらにまた、新設から８年目の定期点検では定点点検工程を行う。このように、内部点検工程と定点点検工程とを所定期間をおいて交互に実施する。また、新設から１０年目をめどに熱交換器１Ｂを交換する予定の場合、新設から８年目の定期点検では、その結果に応じて交換時期を更新する。

すなわち、内部点検では、各栓部材４３を取り外して各伝熱管３を検査するので、検査の精度が高いものの作業点数が多くて時間が掛かる。一方、定点点検では、定点のみの検査であるため、検査精度が内部点検ほどではないが、作業点数が少なく時間が内部点検ほど掛からない。よってこれら内部点検と定点点検とを交互に行うことで、双方のよい点を生かすことが可能になる。

以上のように、本発明に係る熱交換器および熱交換器の点検方法は、点検の作業性を向上することに適している。

１Ａ，１Ｂ熱交換器
２ケーシング
３伝熱管
３１一端
３２他端
３３フィン
４折返部
４１折返管
４２連通管
４２ａ端部
４２ｂ雌ネジ部
４３栓部材
４３ａ雄ネジ部
５緩衝体
５１抜取部
５１ａ枠部材
５２開口穴
１００排ガス処理システム
１０１ボイラ
１０４熱回収部
１０８再加熱部
Ｇ排ガス

Claims

ボイラからの排ガスが導入されるケーシング内に、熱媒体が流通される伝熱管が配置されて前記排ガスと前記熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器において、
複数並設された直線状の前記伝熱管の端部を接続して一連とする折返管と、前記伝熱管の端部から延長すると共に延長した端部が開口して形成された連通管と、前記連通管の開口に対して着脱可能に設けられ前記連通管を閉塞または開放する栓部材と、を備えたことを特徴とする熱交換器。
前記ケーシング内における前記排ガスの流れ方向での前記伝熱管の上流側に、前記ケーシング内に導入された前記排ガスを受ける緩衝体が配置されており、当該緩衝体は、その一部が前記伝熱管に至り取り外し可能に設けられた抜取部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
ボイラからの排ガスが導入されるケーシング内に、熱媒体が流通される伝熱管が配置されており、複数並設された直線状の前記伝熱管の端部を接続して一連とする折返管と、前記伝熱管の端部から延長すると共に延長した端部が開口して形成された連通管と、前記連通管の開口を閉塞または開放する栓部材とを備え、かつ前記ケーシング内における前記排ガスの流れ方向での前記伝熱管の上流側に、前記ケーシング内に導入された前記排ガスを受ける緩衝体が配置されており、当該緩衝体は、その一部が前記伝熱管に至り取り外し可能に設けられた抜取部を備えた熱交換器を点検する方法であって、
前記ケーシングへの前記排ガスの導入を停止した状態で、前記栓部材を外した後に前記連通管から前記伝熱管を検査する検査装置を挿入して前記伝熱管の内部から点検する内部点検工程と、
前記ケーシングへの前記排ガスの導入を停止した状態で、前記緩衝体の抜取部を取り外してあらわれた前記伝熱管の定点を前記伝熱管の外部から点検する定点点検工程と、
を含み、前記内部点検工程と前記定点点検工程とを所定期間をおいて交互に実施することを特徴とする熱交換器の点検方法。