JP2021076311A

JP2021076311A - 伝熱管の保護装置及び保護方法

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Publication number: JP2021076311A
Application number: JP2019204233A
Authority: JP
Inventors: 翔太川崎; Shota KAWASAKI; 北川　尚男; Hisao Kitagawa; 尚男北川; 陽平武山; Yohei Takeyama; 裕介山本; Yusuke Yamamoto
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2019-11-11
Filing date: 2019-11-11
Publication date: 2021-05-20

Abstract

【課題】伝熱管の腐食を抑制すると共に、伝熱管のプロテクタによる保護範囲を最小限にすることで、ボイラの収熱効率を向上させる。【解決手段】燃焼排ガスのような排ガス通路中に挿入されて熱交換を行う伝熱管１０の保護装置であって、排ガスの当たり面及びその反対側面を除く腐食しやすい位置（例えばガス流れに対して３０°〜１００°の範囲、４０°〜９０°の範囲、又は５０°〜８０°の範囲のいずれか）のみにプロテクタ１２を配設する。【選択図】図３

Description

本発明は、伝熱管の保護装置及び保護方法に係り、特に、廃棄物焼却炉のボイラ出側に配設される過熱器管に用いるのに好適な、排ガス通路中に挿入されて熱交換を行う伝熱管の保護装置及び保護方法に関する。

火力発電、バイオマス発電、都市ごみを含む廃棄物焼却炉やガス化施設におけるボイラ廃熱回収では、燃焼排ガスが流れる通路に過熱器管などの伝熱管を配置し、燃焼排ガスと伝熱管内を流れる流体とを熱交換して、熱回収を行っている。このような熱交換器においては、排ガス中に含まれる灰や煤により伝熱管の外周面が摩耗してしまうことがある。特に廃棄物焼却炉のボイラでは、燃焼排ガスに飛灰が含まれており、伝熱管表面に堆積付着した灰分をスートブロアなどから噴出される蒸気などにより除去する際に、灰分を巻き込んだ高速蒸気の噴射によって、伝熱管に激しい摩耗損傷が生じる。

そこで、この摩耗損傷を防止するため、伝熱管には灰とガスに対する曝露から管を保護するプロテクタと呼ばれる保護部材が取り付けられるが、従来のプロテクタは、特許文献１に記載されているように、伝熱管全体を覆うか、あるいは、特許文献２〜４に記載されているように（図１参照）、伝熱管１０のガス流上流側（図の下側）の面に対して、プロテクタ１２として半円筒状の板部材を装着する構造になっている。

特開２０１９−１３２４８８号公報特開２０１１−１２２７７５号公報（図１１）特開２０１７−４４３９４号公報特開２０１９−８２２８３号公報

しかしながら、特許文献１乃至４に開示された技術では、伝熱管の腐食対策を中心に考慮していたため、腐食の影響を受けにくいところまでプロテクタを取り付け、伝熱管を保護していた結果、プロテクタの被覆面積が大きく、伝熱効率が低下して、ボイラの収熱効率が犠牲になり、昨今求められているエネルギーの有効利用という点においては課題を有していた。更に、プロテクタへの灰付着による伝熱管の間の流路閉塞リスク増大や、プロテクタのコスト増大などの問題もあった。

本発明は、従来の課題を解決するべくなされたもので、伝熱管の腐食を抑制すると共に、伝熱管の保護部材による保護範囲を最小限にすることで、ボイラの収熱効率を向上させることが可能な伝熱管の保護装置及び保護方法を提供することを課題とする。

発明者らの調査によると、図２（Ａ）に示す如く、ガス流れの当たり面（図の下側面）を０°とし、反対側面（図の上側面）を１８０°としたとき、伝熱管１０の減肉速度は、図２（Ｂ）に例示する如く、ガス流速１〜８ｍ／秒の範囲という条件のもとで、特にガス当たり面からの角度が５０°〜８０°の範囲で非常に大きく、ガス当たり面からの角度が４０°〜９０°の範囲でかなり大きく、ガス当たり面からの角度が３０°〜１００°の範囲でも大きいことが分かった。

本発明は、このような知見に基づいてなされたもので、排ガス通路中に挿入されて熱交換を行う伝熱管の保護装置であって、排ガスの当たり面及びその反対側面を除く腐食しやすい位置のみに保護部材が配設されていることを特徴とする伝熱管の保護装置により前記課題を解決したものである。

本発明は、又、排ガス通路中に挿入されて熱交換を行う伝熱管の保護方法であって、排ガスの当たり面及びその反対側面を除く腐食しやすい位置のみに保護部材を配設することを特徴とする伝熱管の保護方法を提供するものである。

ここで、保護部材の配設位置は、ガス流れに対して３０°〜１００°の範囲、４０°〜９０°の範囲、又は５０°〜８０°の範囲のいずれかとすることができる。

本発明によれば、伝熱管の腐食を抑制すると共に、伝熱管の保護部材による保護範囲を最小限にすることで、ボイラの収熱効率を向上させることが可能となる。

従来の伝熱管の保護部材による保護範囲の例を示す断面図本発明の原理を説明するためのガス当たり面からの角度と減肉速度の関係の例を示す図本発明の実施形態を示す斜視図本発明の実施形態を示す横断面図

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に記載した内容により限定されるものではない。また、以下に記載した実施形態における構成要件には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。更に、以下に記載した実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせてもよいし、適宜選択して用いてもよい。

本発明の実施形態は、図２（Ｂ）に示すような知見に基づいて、図３（斜視図）及び図４（横断面図）に示す如く、伝熱管１０のガス当たり面（図の下側面）からの角度が３０°〜１００°の範囲に、プロテクタ１２を配設したものである。

図２（Ｂ）からも明らかなように、ガス当たり面は燃焼排ガス中に含まれる塵埃等が堆積するので、減肉速度が低く、プロテクタを配設する必要はない。

又、その反対側面も、速いガス流れが直接当たることはないので、やはりプロテクタを配設する必要はない。

なお、冷却性能を優先する場合には、プロテクタ１２の配設範囲を４０°〜９０°又は５０°〜８０°に絞ることもできる。つまり、プロテクタ１２の面積を小さくすることで、冷却性能が向上し、収熱効率は高まる。

又、保護性能を優先してプロテクタ１２で覆う範囲を３０°〜１００°の範囲とした場合、プロテクタ１２の面積は、伝熱管１０の面積の（１００−３０）÷１８０＝３９％となる。

一方、収熱効率を優先して、プロテクタ１２で覆う範囲を５０°〜８０°の範囲とした場合には、伝熱管１０の面積に対するプロテクタ１２の面積は（８０−５０）÷１８０＝１７％となる。

加えて、保護性能と収熱効率を両立させるべく、プロテクタ１２で覆う範囲を４０°〜９０°の範囲とした場合には、伝熱管１０の面積に対するプロテクタ１２の面積は（９０−４０）÷１８０＝２８％となる。

更に、過熱器内の伝熱管の配設位置によって、プロテクタによる保護範囲を変えることができ、例えば減肉が大きい入口側の伝熱管のプロテクタ面積を大きくし、減肉が少ない出口側の伝熱管のプロテクタ面積を小さくすることができる。

なお、プロテクタの伝熱管への装着は、特許文献４の図１に例示したように、Ｕ字状の取付け治具とボルト、ナットを用いて固定することができるが、プロテクタの伝熱管への取り付け方法はこれに限定されない。

本発明は、発生する飛灰が腐食物質を多く含む廃棄物焼却炉の過熱器管に特に有効であるが、本発明の適用対象はこれに限定されず、他の伝熱管や、火力発電、バイオマス発電などのボイラ一般に適用できる。

１０…伝熱管
１２…プロテクタ

Claims

排ガス通路中に挿入されて熱交換を行う伝熱管の保護装置であって、
排ガスの当たり面及びその反対側面を除く腐食しやすい位置のみに保護部材が配設されていることを特徴とする伝熱管の保護装置。
前記保護部材の配設位置が、ガス流れに対して３０°〜１００°の範囲、４０°〜９０°の範囲、又は５０°〜８０°の範囲のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の伝熱管の保護装置。
排ガス通路中に挿入されて熱交換を行う伝熱管の保護方法であって、
排ガスの当たり面及びその反対側面を除く腐食しやすい位置のみに保護部材を配設することを特徴とする伝熱管の保護方法。
前記保護部材の配設位置が、ガス流れに対して３０°〜１００°の範囲、４０°〜９０°の範囲、又は５０°〜８０°の範囲のいずれかであることを特徴とする請求項３に記載の伝熱管の保護方法。