JP2015017778A

JP2015017778A - 管寄せ部構造及びこれを用いた熱交換器

Info

Publication number: JP2015017778A
Application number: JP2013146347A
Authority: JP
Inventors: 宣寿村田; Nobutoshi Murata; 昌博吉形; Masahiro Yoshigata
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2015-01-29

Abstract

【課題】既存のボイラに対して管寄せ及び伝熱管を一体で交換しようとする場合に、容易ではない異種金属用の溶接施工を工場で行うことができ、手間暇をかけずに溶接施工の確実さが得られる管寄せ部構造及びこれを用いた熱交換器を提供する。
【解決手段】多数の伝熱管６を管寄せ７に接続して成る管寄せ部１０を備えた過熱器８であって、管寄せ７と伝熱管６の端部とは、管台１１及びこの管台１１よりも長さ寸法が短い異種金属継手短管１２を介して接続され、管台１１は、管寄せ７と同じ材質のフェライト鋼から形成されて、管寄せ７に同種金属用の溶接施工により接合され、異種金属継手短管１２は、伝熱管６と同じ材質のステンレス鋼から形成されて、管台１１に異種金属用の溶接施工により接合されると共に、伝熱管６に同種金属用の溶接施工により接合されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、ボイラの火炉の上方に位置する熱交換器、例えば、過熱器の管寄せ部構造及びこれを用いた熱交換器に関するものである。

上記したような熱交換器である過熱器としては、例えば、特許文献１に開示されたものがある。
この過熱器の管寄せ部は、火炉の上方に天井壁で仕切られた非加熱部内に位置しており、フェライト鋼で形成された管寄せに、同じくフェライト鋼で形成された多数の伝熱管を溶接してなっている。

このフェライト鋼で形成された伝熱管には、非加熱部内の天井壁近傍において、オーステナイト鋼で形成された伝熱管が異種金属用の溶接施工により接合されており、このオーステナイト鋼で形成された伝熱管の中間部分が天井壁を貫通して火炉側に位置することで、過熱器本体として機能するようになっている。

特開平11-223303号公報

ところが、上記した特許文献１に開示された過熱器では、例えば、既存のボイラに装備された状態において、管寄せ部に不具合が発生したり、強度見直しによる材質の変更が管寄せ部に生じたりした場合に、管寄せ部を構成する管寄せ及び伝熱管を一体で交換しようとすると、フェライト鋼製の伝熱管とオーステナイト鋼製の伝熱管との異種金属用の溶接施工を現場であるボイラ内で行わなくてはならず、この容易ではない異種金属用の溶接施工を確実に行うためには、多大な手間暇がかかってしまうという問題があり、この問題を解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、例えば、既存のボイラに対して、管寄せ及び伝熱管を一体で交換しようとする場合において、容易ではない異種金属用の溶接施工を工場で行うことができ、その分だけ、多大な手間暇をかけることなく溶接施工の確実さを得ることが可能である管寄せ部構造及びこれを用いた熱交換器を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に係る発明は、ボイラの火炉の上方に位置して該火炉で生じた燃焼ガスとの間で熱交換を行う熱交換器における多数の伝熱管を管寄せに接続して成る管寄せ部において、前記管寄せと伝熱管の端部とは、管台及び該管台と同程度の長さ寸法乃至は長さ寸法が短い異種金属継手短管を介して接続され、前記管台は、前記管寄せと同じ材質のフェライト鋼から形成されて、前記管寄せに対して同種金属用の溶接施工により接合され、前記異種金属継手短管は、前記伝熱管と同じ材質のステンレス鋼から形成されて、前記管台に対して異種金属用の溶接施工により接合されると共に、前記伝熱管に対して同種金属用の溶接施工により接合されている構成としたことを特徴としており、この管寄せ部構造の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。

本発明の請求項２に係る発明は、ボイラの火炉の上方に位置して該火炉で生じた燃焼ガスとの間で熱交換を行う熱交換器であって、多数の伝熱管を管寄せに接続して成る管寄せ部を備えた熱交換器において、前記管寄せと伝熱管の端部とは、管台及び該管台と同程度の長さ寸法乃至は長さ寸法が短い異種金属継手短管を介して接続され、前記管台は、前記管寄せと同じ材質のフェライト鋼から形成されて、前記管寄せに対して同種金属用の溶接施工により接合され、前記異種金属継手短管は、前記伝熱管と同じ材質のステンレス鋼から形成されて、前記管台に対して異種金属用の溶接施工により接合されると共に、前記伝熱管に対して同種金属用の溶接施工により接合されている構成としたことを特徴としている。
なお、本発明に係る管寄せ部構造及び熱交換器において、異種金属継手短管の長さ寸法を管台と同程度乃至は短いと規定しているが、管台と同程度の長さ寸法には、管台よりも若干長い寸法も含むものとする。

本発明に係る管寄せ部構造及び熱交換器では、ステンレス鋼管である伝熱管を従来と比較して管寄せの近傍まで延ばしたうえで、管寄せと同じフェライト鋼から成る管台にステンレス鋼から成る異種金属継手短管を介して接合するようにしているので、管寄せ部に要求される許容応力を確保しつつ、異種金属用の溶接施工を管寄せの近傍で行い得ることとなる、すなわち、容易ではない異種金属用の溶接施工を工場で行い得ることとなる。

したがって、例えば、既存のボイラに熱交換器が装備されている状態において、過熱器の管寄せ部に不具合が発生したり、強度見直しによる材質の変更が管寄せ部に生じたりして、管寄せ及び伝熱管を一体で交換しようとする場合には、容易ではない異種金属用の溶接施工を工場で行うことができる分だけ、手間暇をかけずに溶接施工の確実さが得られることとなる。

本発明に係る管寄せ部構造では、例えば、既存のボイラに対して、管寄せ及び伝熱管を一体で交換しようとする場合において、容易ではない異種金属用の溶接施工を工場で行うことができ、その分だけ、多大な手間暇をかけることなく溶接施工の確実さを得ることが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

本発明の一実施例に係る管寄せ部構造を用いた熱交換器を装備したボイラの側面方向からの概要構成説明図である。図１における熱交換器の管寄せ部をボイラの正面方向から見た概要構成説明図である。図１における円内を拡大して示す管寄せ部の拡大説明図である。図３における長円内を拡大して示す管寄せ部の部分拡大説明図である。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１〜図４は本発明に係る管寄せ部構造の一実施例を示しており、この実施例では、ボイラの熱交換器としての過熱器の管寄せ部に本発明に係る管寄せ部構造を採用した場合を例に挙げて説明する。

図１に示すように、ボイラ１は、複数のバーナ２を具備してこれらのバーナ２から噴射される燃料を燃焼させることで燃焼ガスを生じさせる火炉３と、この火炉３の上方に位置して火炉３で生じた燃焼ガスとの間で熱交換を行う熱交換器としての過熱器８を備えている。なお、火炉３の上方には、図示はしないが、過熱器８とは別の過熱器が複数設置されていると共に、過熱器と同様の構成を有する熱交換器としての複数の再熱器が設置されている。

過熱器８を含めた複数の過熱器は１次〜ｎ次と連続していて、１次〜ｎ次の過熱器を経て加熱された過熱蒸気は、高圧タービンに供給される。また、高圧タービンで仕事を行った蒸気は、複数の再熱器を順次経て加熱されて中圧タービンに供給される。

火炉３と天井壁４で仕切られた非加熱部５内には、過熱器８を構成する多数の伝熱管６の各端部を管寄せ７（過熱器入口管寄せ７ａ，過熱器出口管寄せ７ｂ）に接続させて成る管寄せ部１０が位置しており、多数の伝熱管６の各中間部分は天井壁４を貫通して火炉３側に位置して過熱器本体として機能するようになっている。

管寄せ部１０は、図２に示すように、管寄せ７ｂ（７）の長手方向の複数箇所に設置されており、図１の円内の拡大図である図３に示すように、各管寄せ部１０において、多数の伝熱管６は、管寄せ７ｂ（７）の周方向に適宜間隔をもってそれぞれ接続されている。

この場合、図３の長円内の拡大図である図４に示すように、管寄せ７ｂ（７）と伝熱管６の端部とは、管台１１及びこの管台１１よりも長さ寸法が短い異種金属継手短管１２を介して互いに接続されている。なお、異種金属継手短管１２の長さ寸法は、管台１１と同程度であってもよい。

管台１１は、管寄せ７ｂ（７）と同じ材質であるフェライト鋼から成る鍛造品であり、高温部での使用に要求される肉厚及び外径を満たすサイズで形成されていて、管寄せ７ｂ（７）に対して同種金属用の溶接施工により接合されている。

一方、異種金属継手短管１２は、伝熱管６と同じ材質であるステンレス鋼から成り、一端部が管台１１のサイズに合わせて形成されていると共に、他端部がステンレス鋼管である伝熱管６のサイズに合わせて形成されている。そして、この異種金属継手短管１２において、管台１１に対しては異種金属用の溶接施工により接合され、伝熱管６に対しては同種金属用の溶接施工により接合されている。

つまり、この過熱器８の管寄せ部１０では、ステンレス鋼管である伝熱管６を従来と比較して管寄せ７ｂ（７）の近傍まで延ばしたうえで、管寄せ７ｂ（７）と同じフェライト鋼から成る管台１１にステンレス鋼から成る異種金属継手短管１２を介して接合するようにしているので、管寄せ部１０に要求される許容応力を確保しつつ、異種金属用の溶接施工を管寄せ７ｂ（７）の近傍で行い得ることとなる、すなわち、容易ではない異種金属用の溶接施工を工場で行い得ることとなる。

したがって、例えば、既存のボイラ１に過熱器８が装備されている状態において、過熱器８の管寄せ部１０に不具合が発生したり、強度見直しによる材質の変更が管寄せ部１０に生じたりして、管寄せ７及び伝熱管６を一体で交換しようとする場合には、容易ではない異種金属用の溶接施工を工場で行うことができる分だけ、手間暇をかけずに溶接施工の確実さが得られることとなる。

上記した実施例では、ボイラ１の熱交換器としての過熱器８の管寄せ部１０に本発明に係る管寄せ部構造を採用した場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、熱交換器としての再熱器に本発明に係る管寄せ部構造を採用してもよい。

本発明に係る管寄せ部構造及びこれを用いた熱交換器の構成は、上記した実施例に限定されるものではない。

１ボイラ
３火炉
６伝熱管
７ａ（７）過熱器入口管寄せ
７ｂ（７）過熱器出口管寄せ
８過熱器（熱交換器）
１０管寄せ部
１１管台
１２異種金属継手短管

Claims

ボイラの火炉の上方に位置して該火炉で生じた燃焼ガスとの間で熱交換を行う熱交換器における多数の伝熱管を管寄せに接続して成る管寄せ部において、
前記管寄せと伝熱管の端部とは、管台及び該管台と同程度の長さ寸法乃至は長さ寸法が短い異種金属継手短管を介して接続され、
前記管台は、前記管寄せと同じ材質のフェライト鋼から形成されて、前記管寄せに対して同種金属用の溶接施工により接合され、
前記異種金属継手短管は、前記伝熱管と同じ材質のステンレス鋼から形成されて、前記管台に対して異種金属用の溶接施工により接合されると共に、前記伝熱管に対して同種金属用の溶接施工により接合されている
ことを特徴とする管寄せ部構造。
ボイラの火炉の上方に位置して該火炉で生じた燃焼ガスとの間で熱交換を行う熱交換器であって、
多数の伝熱管を管寄せに接続して成る管寄せ部を備えた熱交換器において、
前記管寄せと伝熱管の端部とは、管台及び該管台と同程度の長さ寸法乃至は長さ寸法が短い異種金属継手短管を介して接続され、
前記管台は、前記管寄せと同じ材質のフェライト鋼から形成されて、前記管寄せに対して同種金属用の溶接施工により接合され、
前記異種金属継手短管は、前記伝熱管と同じ材質のステンレス鋼から形成されて、前記管台に対して異種金属用の溶接施工により接合されると共に、前記伝熱管に対して同種金属用の溶接施工により接合されている
ことを特徴とする熱交換器。