JP2020101320A - ボイラのシール構造及びボイラ並びにボイラの運転方法 - Google Patents
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Abstract
Description
天井壁の上方にある熱交換器では、伝熱管の内部を流通する流体は高温(例えば、500℃以上)である。このため、伝熱管の内部を流通する流体の影響により、伝熱管側の部材は高温となる。一方、天井壁の炉壁管の内部を流通する流体は、熱交換器の伝熱管の内部を流通する流体と比較して低温である。このため、天井壁側の部材は、伝熱管側の部材と比較して、高温とならない。このように、伝熱管側の部材と天井壁側の部材との間には温度差が生じる。
特に、ボイラで生成する蒸気の高温化が進む最近では、過熱器などでは、伝熱管の内部を流通する流体は一層の高温(例えば、約600℃)となり、過熱器の伝熱管側の部材と天井壁側の部材との間には温度差は一層に顕著である。
このため、伝熱管側の部材の温度上昇と伝熱管材料が熱膨張係数の大きな値になることに伴い、伝熱管側の部材の熱伸び量は、天井壁側の部材の熱伸び量よりもますます大きくなる。これにより、伝熱管側の部材の伸びが、天井壁側の部材(天井壁側の部材に固定されるケーシングを含む)に拘束されることで発生する応力集中が従来よりも大きな応力で発生し易くなることにより、伝熱管側の部材やケーシングに変形や損傷が発生する可能性が増加する。
本発明の一態様に係るボイラのシール構造は、火炉内で生成した燃焼ガスによって蒸気を生成するボイラのシール構造であって、前記火炉の内部空間と前記火炉の外部空間とを連通する貫通穴を有し、前記火炉の上方を規定する天井壁と、前記貫通穴を挿通する伝熱管を有し、前記天井壁と異なる材質からなる熱交換器と、第1接触面を有し、前記貫通穴を覆って前記外部空間をシールし、前記天井壁に対して固定される第1固定部材と、前記第1接触面に対して、直接又は間接に面接触する第2接触面を有し、前記伝熱管に対して固定され前記第1固定部材と異なる材質からなる第2固定部材と、を備え、前記第1接触面と前記第2接触面とは、前記第2固定部材の熱膨張方向へスライド可能とされている。
上記構成では、第2固定部材の第2接触面と、第1固定部材の第1接触面とがスライド可能に直接又は間接に面接触している。すなわち、第1固定部材と第2固定部材とが相対移動可能となっている。これにより、第2固定部材は、第1固定部材によって拘束されない。よって、第2固定部材が熱伸びした場合であっても、第1固定部材の拘束に起因する第2固定部材への応力の集中が発生しない。したがって、第2固定部材の変形及び損傷を抑制することができる。また、第1接触面と第2接触面とは、第2固定部材の熱膨張方向へスライド移動するので、第1接触面と第2接触面との接触は解除されない。したがって、第1接触面と第2接触面との間のシール性を維持しつつ、熱伸びに起因する第2固定部材の変形及び損傷を抑制することができる。
なお、天井壁と異なる材質からなる熱交換器の例としては、ボイラに設けられる過熱器等が挙げられる。
また、第1固定部材と第2固定部材とを、各部材に設けられたフランジ及び各フランジを挿通する複数のボルトによって固定している。したがって、比較的簡素な構成で第1固定部材と第2固定部材とを固定することができる。
天井壁82は、火炉壁と同様に、図5に示すように、内部に冷媒が流通し水平方向(より詳細には、X方向)に延びる複数の天井管83と、隣接する天井管83同士を接続する板状のフィン84と、を有するいわゆるメンブレンウォールとなっている。図3に示すように、天井壁82の上方には、過熱器41等の入口ヘッダ74及び出口ヘッダ75等を内部に配置するペントハウス86が設けられている。また、天井壁82には、後述する過熱器41を構成する伝熱管89が挿通する貫通穴84aが形成されている。貫通穴84aは、火炉11と連続する煙道13の内部空間(本実施形態では、燃焼ガス通路60)と、火炉11の外部空間(本実施形態では、ペントハウス86内の空間)とを連通している。
シール構造90は、図4及び図5に示すように、天井壁82に溶接固定されて貫通穴84aを覆うスキンケーシング(第1固定部材)91と、伝熱管89(詳細には、第1鉛直管部89a)に溶接固定されるシールプレート92と、シールプレート92に溶接固定されるサポートプレート(第2固定部材)93と、スキンケーシング91とサポートプレート93とを締結固定するボルト94及びナット95と、を備えている。シール構造90の長手方向(X方向)の長さは、例えば、略5mから15m程度である。
第1スキンケーシング91Aは、例えば、天井管83の上部から伝熱管89に向かって斜め上方に延びる板状の下傾斜部91aと、下傾斜部91aの上端から曲折して伝熱管89に向かって斜め上方に延びる板状の上傾斜部91bと、上傾斜部91bの上端から略水平方向に延びる板状の下フランジ(第1フランジ)91cと、を備えている。
また、上フランジ93bと下フランジ91cとの間には、図示しないパッキン材(例えば、非アスベスト系材など)が設けられている。
なお、ボルト94と、下フランジ91cとを点溶接し、回り止めを行ってもよい。回り止めを行うことで、ボルト94の締結力を維持することができる。
一方、天井管83の内部を流通する蒸気は、過熱器41の伝熱管89の内部を流通する蒸気と比較して低温である。このため、スキンケーシング91は、サポートプレート93と比較して、高温とならない。このため、スキンケーシング91は、サポートプレート93を形成する高温耐久材料(例えばオーステナイト系ステンレス鋼材)と比較して熱伸びし難い低合金鋼で形成されているので、高温耐久材料よりも熱膨張係数が相対的に小さく、温度自体も相対的に低いため、熱伸び量が小さい。このように、スキンケーシング91とサポートプレート93では、温度及び材質の相違から、ボイラ運転時における熱伸び量が異なる。したがって、スキンケーシング91とサポートプレート93とは、熱伸びすることで、相対移動が発生することとなる。特に、スキンケーシング91及びサポートプレート93の長手方向となるX方向(熱膨張方向)への相対移動量は大きくなる。
また、スキンケーシング91とサポートプレート93とを、各部材に設けられたフランジ及び各フランジを挿通するボルト94によって固定している。したがって、比較的簡素な構成でスキンケーシング91とサポートプレート93とを固定することができる。またメンテナンスも容易になる。
例えば、サポートプレート93を複数設けて、各サポートプレート93をX方向に沿って並べて配置してもよい。すなわち、1つのスキンケーシング91に対して、複数のサポートプレート93を設ける構成としてもよい。このように構成する場合には、各サポートプレート93のX方向の長さは、例えば、3mから5m程度であって、例えば30から40個の第2ボルト孔97が形成されてもよい。
11 :火炉
12 :燃焼装置
13 :煙道
41 :過熱器
44 :第2再熱器
45 :第1再熱器
46 :第2節炭器
47 :第1節炭器
48 :ガスダクト
50 :脱硝触媒
74 :入口ヘッダ
75 :出口ヘッダ
81 :壁部
82 :天井壁
83 :天井管
84 :フィン
84a :貫通穴
85 :吊下げ具
86 :ペントハウス
87 :ボルト
89 :伝熱管
90 :シール構造
91 :スキンケーシング(第1固定部材)
91A :第1スキンケーシング
91B :第2スキンケーシング
91C :スキンケーシング連結部
91a :下傾斜部
91b :上傾斜部
91c :下フランジ(第1フランジ)
91d :湾曲面部
91e :下フランジ接続部
92 :シールプレート
93 :サポートプレート(第2固定部材)
93A :第1サポートプレート
93B :第2サポートプレート
93C :サポートプレート連結部
93a :鉛直部
93b :上フランジ(第2フランジ)
93d :上フランジ接続部
94 :ボルト
95 :ナット
96 :第1ボルト孔
97 :第2ボルト孔
Claims (12)
- 火炉内で生成した燃焼ガスによって蒸気を生成するボイラのシール構造であって、
前記火炉の内部空間と前記火炉の外部空間とを連通する貫通穴を有し、前記火炉の上方を規定する天井壁と、
前記貫通穴を挿通する伝熱管を有し、前記天井壁と異なる材質からなる熱交換器と、
第1接触面を有し、前記貫通穴を覆って前記外部空間をシールし、前記天井壁に対して固定される第1固定部材と、
前記第1接触面に対して、直接又は間接に面接触する第2接触面を有し、前記伝熱管に対して固定され前記第1固定部材と異なる材質からなる第2固定部材と、を備え、
前記第1接触面と前記第2接触面とは、前記第2固定部材の熱膨張方向へスライド可能とされているボイラのシール構造。 - 前記第1固定部材は、板厚方向に貫通する複数の第1ボルト孔が形成されている板状の第1フランジを有し、
前記第2固定部材は、板厚方向に貫通する複数の第2ボルト孔が形成されている板状の第2フランジを有し、
前記第1接触面は、前記第1フランジの板面であって、
前記第2接触面は、前記第2フランジの板面であって、
前記第1フランジと前記第2フランジとは、複数の前記第1ボルト孔及び複数の前記第2ボルト孔を挿通する複数のボルトによって固定されている請求項1に記載のボイラのシール構造。 - 複数の前記第1ボルト孔は、前記第1フランジの前記熱膨張方向に延在する長穴を含む請求項2に記載のボイラのシール構造。
- 複数の前記第2ボルト孔は、前記第2フランジの前記熱膨張方向に延在する長穴を含む請求項2に記載のボイラのシール構造。
- 複数の前記第1ボルト孔は、前記第1フランジの前記熱膨張方向に所定の間隔で並んで配置され、前記熱膨張方向における中央に配置される前記第1ボルト孔は、丸穴である請求項3に記載のボイラのシール構造。
- 複数の前記第2ボルト孔は、前記第2フランジの前記熱膨張方向に所定の間隔で並んで配置され、
前記熱膨張方向における中央に配置される前記第2ボルト孔は、丸穴である請求項4に記載のボイラのシール構造。 - 前記第1固定部材と前記第2固定部材とは、熱膨張係数の異なる金属で形成されている請求項1から請求項6のいずれかに記載のボイラのシール構造。
- 前記第1接触面と前記第2接触面とは、前記第1接触面と前記第2接触面との間に設けられるパッキンを介して間接に面接触している請求項1から請求項7のいずれかに記載のボイラのシール構造。
- 前記第2固定部材は、複数設けられていて、
複数の前記第2固定部材は、前記熱膨張方向に沿って並んで配置されている請求項1から請求項8のいずれかに記載のボイラのシール構造。 - 前記第1接触面の前記熱膨張方向の長さは、前記第2接触面の前記熱膨張方向の長さよりも長い請求項1から請求項9のいずれかに記載のボイラのシール構造。
- 請求項1から請求項10のいずれかに記載のボイラのシール構造を適用したボイラ。
- 火炉内で生成した燃焼ガスによって蒸気を生成するボイラの運転方法であって、
前記ボイラは、
前記火炉の内部空間と前記火炉の外部空間とを連通する貫通穴を有し、前記火炉の上方を規定する天井壁と、
前記貫通穴を挿通する伝熱管を有し前記天井壁と異なる材質からなる熱交換器と、
第1接触面を有し、前記貫通穴を覆って前記外部空間をシールし、前記天井壁に対して固定される第1固定部材と、
前記第1接触面に対して、直接又は間接に面接触する第2接触面を有し、前記伝熱管に対して固定される第2固定部材と、を備え、
前記第1接触面と前記第2接触面とを、前記第2固定部材の熱膨張方向へスライドさせる工程を備えたボイラの運転方法。
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