JP2866224B2 - 熱交換器 - Google Patents
熱交換器Info
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- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は排ガス通路内に配置され
る二次過熱器、再熱器、一次過熱器および節炭器などの
熱交換装置に係り、特に熱交換装置の熱吸収量を抑制す
る熱交換器に関するものである。
る二次過熱器、再熱器、一次過熱器および節炭器などの
熱交換装置に係り、特に熱交換装置の熱吸収量を抑制す
る熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年急増する電力需要に応えるために大
容量の火力発電所が建設されているが、これらのボイラ
は部分負荷においても高い発電効率を得るために超臨界
圧から亜臨界圧へ変圧運転を行なうことが要求されてい
る。これは最近の電力需要の特徴として、原子力発電の
伸びと共に、負荷の最大、最小差も増大し、火力発電は
ベースロードから負荷調整用へと移行する傾向にあるか
らである。このように火力発電は部分負荷での運転が増
えた場合、負荷に応じて圧力を変化させて運転する、い
わゆる全負荷では超臨界圧力域、部分負荷では亜臨界圧
力域で運転する変圧運転ボイラとすることによって、部
分負荷での発電効率を数％向上させることができる。
容量の火力発電所が建設されているが、これらのボイラ
は部分負荷においても高い発電効率を得るために超臨界
圧から亜臨界圧へ変圧運転を行なうことが要求されてい
る。これは最近の電力需要の特徴として、原子力発電の
伸びと共に、負荷の最大、最小差も増大し、火力発電は
ベースロードから負荷調整用へと移行する傾向にあるか
らである。このように火力発電は部分負荷での運転が増
えた場合、負荷に応じて圧力を変化させて運転する、い
わゆる全負荷では超臨界圧力域、部分負荷では亜臨界圧
力域で運転する変圧運転ボイラとすることによって、部
分負荷での発電効率を数％向上させることができる。
【０００３】一方、電力需要の急激な増加と原子力発電
や火力発電の立地用地難などから既に建設以来１０万時
間以上運転された既設の火力発電用ボイラ（経年缶）を
最適なタイミングで、しかも現時点での燃料や運転事情
に合せて寿命延伸の工夫をこらし、予防保全を行なうこ
とによって経年缶を高効率発電用ボイラに改造して夏期
や冬期の電力需要時に運転を再開しようとする機運にあ
る。
や火力発電の立地用地難などから既に建設以来１０万時
間以上運転された既設の火力発電用ボイラ（経年缶）を
最適なタイミングで、しかも現時点での燃料や運転事情
に合せて寿命延伸の工夫をこらし、予防保全を行なうこ
とによって経年缶を高効率発電用ボイラに改造して夏期
や冬期の電力需要時に運転を再開しようとする機運にあ
る。
【０００４】図４はボイラの全体構造を示す縦断面図で
ある。図４において、１はボイラ火炉、２はボイラ火炉
１を囲繞した水冷壁、３はバーナ、４はボイラの排ガス
通路、５，６，７，８は排ガス通路４に配置された一次
過熱器、再熱器、二次過熱器および節炭器、９はバーナ
３へ燃焼用空気を供給する燃焼用空気ダクト、１０は排
ガス再循環ファン、１１はボイラの排ガス通路４からボ
イラ火炉１の炉底１２へ排ガスを再循環する排ガス再循
環ダクト、１３はペントハウス、１４は天井壁である。
このような構造において、水冷壁２で構成されたボイラ
火炉１内に、バーナ３より燃料を、燃焼用空気ダクト９
から空気を投入して燃焼させ、主にバーナ３からの高温
火炎による輻射熱によって水冷壁２内を流れる内部流体
を加熱して蒸発させ、この内部流体をさらに排ガス通路
４の二次過熱器５、再熱器６、一次過熱器７へ導き、ボ
イラ火炉１からの高温燃焼排ガスによって所定の蒸気条
件になるように加熱する。
ある。図４において、１はボイラ火炉、２はボイラ火炉
１を囲繞した水冷壁、３はバーナ、４はボイラの排ガス
通路、５，６，７，８は排ガス通路４に配置された一次
過熱器、再熱器、二次過熱器および節炭器、９はバーナ
３へ燃焼用空気を供給する燃焼用空気ダクト、１０は排
ガス再循環ファン、１１はボイラの排ガス通路４からボ
イラ火炉１の炉底１２へ排ガスを再循環する排ガス再循
環ダクト、１３はペントハウス、１４は天井壁である。
このような構造において、水冷壁２で構成されたボイラ
火炉１内に、バーナ３より燃料を、燃焼用空気ダクト９
から空気を投入して燃焼させ、主にバーナ３からの高温
火炎による輻射熱によって水冷壁２内を流れる内部流体
を加熱して蒸発させ、この内部流体をさらに排ガス通路
４の二次過熱器５、再熱器６、一次過熱器７へ導き、ボ
イラ火炉１からの高温燃焼排ガスによって所定の蒸気条
件になるように加熱する。
【０００５】ところで、この種の発電用ボイラにおいて
は、その負荷のできるだけ広い範囲にわたって、二次過
熱器５、再熱器６および一次過熱器７の出口蒸気温度を
一定に保つことが、発電プラントの効率を維持するため
に必要である。それは、過熱器５、再熱器６および一次
過熱器７の蒸気温度制御を行なわない場合は、ボイラの
負荷が下がるにつれて排ガス通路４においては、高温燃
焼排ガス温度、流速が低下するために、過熱度が下がる
からである。このために、従来のボイラにおいては図４
に示す如く排ガス通路４から炉底１２へ排ガス再循環フ
ァン１０や排ガス再循環ダクト１１が設けられている。
は、その負荷のできるだけ広い範囲にわたって、二次過
熱器５、再熱器６および一次過熱器７の出口蒸気温度を
一定に保つことが、発電プラントの効率を維持するため
に必要である。それは、過熱器５、再熱器６および一次
過熱器７の蒸気温度制御を行なわない場合は、ボイラの
負荷が下がるにつれて排ガス通路４においては、高温燃
焼排ガス温度、流速が低下するために、過熱度が下がる
からである。このために、従来のボイラにおいては図４
に示す如く排ガス通路４から炉底１２へ排ガス再循環フ
ァン１０や排ガス再循環ダクト１１が設けられている。
【０００６】この排ガス再循環ダクト１１からの排ガス
は節炭器８出口の３５０〜４３０℃の排ガスを排ガス再
循環フアン１０で吸引してボイラの火炉１の炉底１２へ
供給するものである。一般的に低負荷条件になるとボイ
ラ火炉１の伝熱特性上、ボイラ火炉１での熱吸収量と排
ガス通路４に配置された二次過熱器５、再熱器６、一次
過熱器７および節炭器８での熱吸収量の割合が、高負荷
条件のときと比較して減少し、ボイラ火炉１での熱吸収
量が多くなる。そこで、低負荷条件になると排ガス通路
４から炉底１２へ排ガス再循環ダクト１１によって排ガ
スをボイラ火炉１内に投入することによって、ボイラ火
炉１内での熱吸収量を減少させると共に、排ガス通路４
内を流れる燃焼排ガス流速および温度を高め、これによ
って実質的に二次過熱器５、再熱器６、一次過熱器７お
よび節炭器８での熱吸収量を増加させて蒸気温度を一定
に保つのである。
は節炭器８出口の３５０〜４３０℃の排ガスを排ガス再
循環フアン１０で吸引してボイラの火炉１の炉底１２へ
供給するものである。一般的に低負荷条件になるとボイ
ラ火炉１の伝熱特性上、ボイラ火炉１での熱吸収量と排
ガス通路４に配置された二次過熱器５、再熱器６、一次
過熱器７および節炭器８での熱吸収量の割合が、高負荷
条件のときと比較して減少し、ボイラ火炉１での熱吸収
量が多くなる。そこで、低負荷条件になると排ガス通路
４から炉底１２へ排ガス再循環ダクト１１によって排ガ
スをボイラ火炉１内に投入することによって、ボイラ火
炉１内での熱吸収量を減少させると共に、排ガス通路４
内を流れる燃焼排ガス流速および温度を高め、これによ
って実質的に二次過熱器５、再熱器６、一次過熱器７お
よび節炭器８での熱吸収量を増加させて蒸気温度を一定
に保つのである。
【０００７】この様にボイラ火炉１の排ガス通路４には
図示していない発電用蒸気タービンへの蒸気の熱エネル
ギー（エンタルピー）を増加させる目的で二次過熱器
５、再熱器６、一次過熱器７および節炭器８が配置され
ている。これらの二次過熱器５、再熱器６、一次過熱器
７および節炭器８の伝熱管は燃焼排ガス温度が高い領域
に配置されていることから、燃料の種類が重原油であっ
たり、微粉炭の場合には燃料中のバナジウム、ナトリウ
ムおよびいおう（Ｓ）等の含有量によって伝熱管の外面
が高温腐食されて減肉したり、高温クリープ疲労によっ
て破裂したり、さらには伝熱管（ステンレス鋼管）の内
面に発生する水蒸気酸化スケールによって停缶時、伝熱
管内が閉塞されることがある。このために運転時間が１
０万時間を越える経年缶の定期検査期間内に伝熱管の一
部を新設伝熱管に取り替えることが行なわれている。
図示していない発電用蒸気タービンへの蒸気の熱エネル
ギー（エンタルピー）を増加させる目的で二次過熱器
５、再熱器６、一次過熱器７および節炭器８が配置され
ている。これらの二次過熱器５、再熱器６、一次過熱器
７および節炭器８の伝熱管は燃焼排ガス温度が高い領域
に配置されていることから、燃料の種類が重原油であっ
たり、微粉炭の場合には燃料中のバナジウム、ナトリウ
ムおよびいおう（Ｓ）等の含有量によって伝熱管の外面
が高温腐食されて減肉したり、高温クリープ疲労によっ
て破裂したり、さらには伝熱管（ステンレス鋼管）の内
面に発生する水蒸気酸化スケールによって停缶時、伝熱
管内が閉塞されることがある。このために運転時間が１
０万時間を越える経年缶の定期検査期間内に伝熱管の一
部を新設伝熱管に取り替えることが行なわれている。
【０００８】この様に二次過熱器５、再熱器６、一次過
熱器７および節炭器８の伝熱管の一部を新設伝熱管と取
り替えると、新設伝熱管と既設伝熱管が混在するので新
設伝熱管では汚れが少ないために既設伝熱管に比べて熱
吸収量が多くなり、このために内部流体温度も高くなる
ので新設伝熱管のメタル温度も高くなる。例えば排ガス
通路４の二次過熱器５の一部の伝熱管を新設伝熱管に取
り替えた場合、二次過熱器５の新設伝熱管での熱吸収量
が多くなり、その結果排ガス温度が低くなるので下流側
に位置する再熱器６、一次過熱器７および節炭器８での
熱吸収量が少なくなり、特に再熱器６の出口蒸気温度が
低下し好ましくない。
熱器７および節炭器８の伝熱管の一部を新設伝熱管と取
り替えると、新設伝熱管と既設伝熱管が混在するので新
設伝熱管では汚れが少ないために既設伝熱管に比べて熱
吸収量が多くなり、このために内部流体温度も高くなる
ので新設伝熱管のメタル温度も高くなる。例えば排ガス
通路４の二次過熱器５の一部の伝熱管を新設伝熱管に取
り替えた場合、二次過熱器５の新設伝熱管での熱吸収量
が多くなり、その結果排ガス温度が低くなるので下流側
に位置する再熱器６、一次過熱器７および節炭器８での
熱吸収量が少なくなり、特に再熱器６の出口蒸気温度が
低下し好ましくない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】この様に従来技術の熱
交換器においては既設伝熱管の一部を新設伝熱管に取り
替えた場合、熱吸収量の差によって新設伝熱管の内部流
体温度は高くなり、また後流側に位置する既設伝熱管の
熱吸収量を低下させる欠点があった。本発明はかかる従
来の欠点を解消しようとするもので、その目的とすると
ころは、既設伝熱管の一部を新設伝熱管と取り替えても
熱吸収量が抑制できる熱交換器を得ようとするものであ
る。
交換器においては既設伝熱管の一部を新設伝熱管に取り
替えた場合、熱吸収量の差によって新設伝熱管の内部流
体温度は高くなり、また後流側に位置する既設伝熱管の
熱吸収量を低下させる欠点があった。本発明はかかる従
来の欠点を解消しようとするもので、その目的とすると
ころは、既設伝熱管の一部を新設伝熱管と取り替えても
熱吸収量が抑制できる熱交換器を得ようとするものであ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の目的を達
成するために、新設伝熱管の外周に熱吸収量を抑制する
カバープレートを設けたのである。
成するために、新設伝熱管の外周に熱吸収量を抑制する
カバープレートを設けたのである。
【００１１】
【作用】新設伝熱管の外周に位置するカバープレートに
よって新設伝熱管の熱吸収量を調整できるので、新設伝
熱管の内部流体温度の上昇は防止でき、新設伝熱管によ
る排ガス温度の低下も防止できる。
よって新設伝熱管の熱吸収量を調整できるので、新設伝
熱管の内部流体温度の上昇は防止でき、新設伝熱管によ
る排ガス温度の低下も防止できる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図１は本発明の実施例に係る熱交換器の全体構成
図、図２は図１のＡ部を拡大した詳細図、図３は図２の
側面図である。図１において、符号４は排ガス通路、１
３はペントハウス、１４は天井壁で従来のものと同一の
ものを示す。１５は既設伝熱管、１６は入口管寄、１７
は出口管寄、１８は新設伝熱管、１９ａ，１９ｂ，１９
ｃ，１９ｄは新設伝熱管１８の外周に設けたカバープレ
ート、２０はカバープレート１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，
１９ｄを取り付けるボルト、２１はカバープレート１９
ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを支持するサポートラグで
ある。
る。図１は本発明の実施例に係る熱交換器の全体構成
図、図２は図１のＡ部を拡大した詳細図、図３は図２の
側面図である。図１において、符号４は排ガス通路、１
３はペントハウス、１４は天井壁で従来のものと同一の
ものを示す。１５は既設伝熱管、１６は入口管寄、１７
は出口管寄、１８は新設伝熱管、１９ａ，１９ｂ，１９
ｃ，１９ｄは新設伝熱管１８の外周に設けたカバープレ
ート、２０はカバープレート１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，
１９ｄを取り付けるボルト、２１はカバープレート１９
ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを支持するサポートラグで
ある。
【００１３】この様な構造において、本発明の特徴とす
るところは図１に最もよく示されているように入口管寄
１６と出口管寄１７間の大部分の伝熱管は既設伝熱管１
５を流用し、既設伝熱管１５の一部を新設伝熱管１８に
取り替え、この新設伝熱管１８の外周には図１、図２お
よび図３に示すようにカバープレート１９ａ，１９ｂ，
１９ｃ，１９ｄ，１９ｅを取り付けた点である。そし
て、カバープレート１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄお
よび１９ｅ同志は図３に示すようにボルト２０で締め付
けられ、最下段のカバープレート１９ｅは図２に示すよ
うにサポートラグ２１によって支持されている。
るところは図１に最もよく示されているように入口管寄
１６と出口管寄１７間の大部分の伝熱管は既設伝熱管１
５を流用し、既設伝熱管１５の一部を新設伝熱管１８に
取り替え、この新設伝熱管１８の外周には図１、図２お
よび図３に示すようにカバープレート１９ａ，１９ｂ，
１９ｃ，１９ｄ，１９ｅを取り付けた点である。そし
て、カバープレート１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄお
よび１９ｅ同志は図３に示すようにボルト２０で締め付
けられ、最下段のカバープレート１９ｅは図２に示すよ
うにサポートラグ２１によって支持されている。
【００１４】この様にカバープレート１９ａ，１９ｂ，
１９ｃ，１９ｄ，１９ｅによって新設伝熱管１８を被う
ことによって新設伝熱管１８での熱吸収量を減少させ、
カバープレート１９の一部を取り除くことによって新設
伝熱管１８の吸収伝熱量を増加させるようにしたもので
ある。このカバープレート１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１
９ｄ，１９ｅは新設伝熱管１８の管壁メタル温度の上昇
を防ぎ、新設伝熱管１８内の内部流体の蒸気温度を必要
以上に高めることを防ぐことにもなる。また、新設伝熱
管１８での熱吸収量がカバープレート１９ａ，１９ｂ，
１９ｃ，１９ｄ，１９ｅによって調整できるので燃焼排
ガス通路４の排ガス温度の低下が防止でき、従来のよう
に直ぐ下流の再熱器などへの入口排ガス温度が低いため
に、再熱器での蒸気温度が低下してプラント効率が低下
することを防止できる。そして、やがて新設伝熱管１８
の外表面などの汚れが進行した時は、停止期間などを利
用してカバープレート１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９
ｄ，１９ｅを段階的に取外して新設伝熱管１８での熱吸
収量を調整することもできる。
１９ｃ，１９ｄ，１９ｅによって新設伝熱管１８を被う
ことによって新設伝熱管１８での熱吸収量を減少させ、
カバープレート１９の一部を取り除くことによって新設
伝熱管１８の吸収伝熱量を増加させるようにしたもので
ある。このカバープレート１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１
９ｄ，１９ｅは新設伝熱管１８の管壁メタル温度の上昇
を防ぎ、新設伝熱管１８内の内部流体の蒸気温度を必要
以上に高めることを防ぐことにもなる。また、新設伝熱
管１８での熱吸収量がカバープレート１９ａ，１９ｂ，
１９ｃ，１９ｄ，１９ｅによって調整できるので燃焼排
ガス通路４の排ガス温度の低下が防止でき、従来のよう
に直ぐ下流の再熱器などへの入口排ガス温度が低いため
に、再熱器での蒸気温度が低下してプラント効率が低下
することを防止できる。そして、やがて新設伝熱管１８
の外表面などの汚れが進行した時は、停止期間などを利
用してカバープレート１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９
ｄ，１９ｅを段階的に取外して新設伝熱管１８での熱吸
収量を調整することもできる。
【００１５】この様にボイラの延べ運転時間が１０万時
間を経過した経年缶においては、オーステナイト系ステ
ンレス鋼管（例えばＳＵＳ−３２１）やクロムモリブデ
ン鋼管からなる二次過熱器５や再熱器６の既設伝熱管１
５内には、水蒸気（Ｈ2 Ｏ）の解離によって生成する酸
素で鉄が酸化して形成される水蒸気酸化スケール（以下
ＳＵＳスケールと呼ぶ）が発生付着している。このＳＵ
Ｓスケールは、ユニットの起動、停止に伴って、温度が
変化する時、伸縮率が異なる為、既設伝熱管１５の内面
から剥離、脱落して飛散すると図示していないタービン
のノズルのエロージヨンを起すばかりでなく、二次過熱
器５の下部のＵベンド部に脱落したスケールが堆積して
既設伝熱管１５を閉塞させる。そして再起動した時蒸気
の流路を塞ぐ結果、熱ガスで既設伝熱管１５が過熱され
て、短期クリープによって破壊しチューブクリープに至
るが、これらのＳＵＳスケールによるトラブルも軽減で
きる。
間を経過した経年缶においては、オーステナイト系ステ
ンレス鋼管（例えばＳＵＳ−３２１）やクロムモリブデ
ン鋼管からなる二次過熱器５や再熱器６の既設伝熱管１
５内には、水蒸気（Ｈ2 Ｏ）の解離によって生成する酸
素で鉄が酸化して形成される水蒸気酸化スケール（以下
ＳＵＳスケールと呼ぶ）が発生付着している。このＳＵ
Ｓスケールは、ユニットの起動、停止に伴って、温度が
変化する時、伸縮率が異なる為、既設伝熱管１５の内面
から剥離、脱落して飛散すると図示していないタービン
のノズルのエロージヨンを起すばかりでなく、二次過熱
器５の下部のＵベンド部に脱落したスケールが堆積して
既設伝熱管１５を閉塞させる。そして再起動した時蒸気
の流路を塞ぐ結果、熱ガスで既設伝熱管１５が過熱され
て、短期クリープによって破壊しチューブクリープに至
るが、これらのＳＵＳスケールによるトラブルも軽減で
きる。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば、既設伝熱管の一部を新
設伝熱管に取り替えても熱吸収量を調整することがで
き、しかもプラント効率を向上させることができる。
設伝熱管に取り替えても熱吸収量を調整することがで
き、しかもプラント効率を向上させることができる。
【図１】本発明の実施例に係る熱交換器の全体構成図で
ある。
ある。
【図２】図１のＡ部を拡大した詳細図である。
【図３】図２の側面図である。
【図４】ボイラの全体構造を示す断面図である。
４ 排ガス通路 １５ 既設伝熱管 １８ 新設伝熱管 １９ ガスプレート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西 哲治 広島県呉市宝町６番９号 バブコツク日 立株式会社 呉工場内 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F28F 13/00
Claims (2)
- 【請求項１】 排ガス通路内に設けられて、既設の伝熱
管の少なくとも一部を新設の伝熱管に取り替えた熱交換
器において、 前記新設伝熱管の外周に熱吸収を抑制するカバープレー
トを設けたことを特徴とする熱交換器。 - 【請求項２】 請求項１記載の熱交換器において、前記
カバープレートを取外し可能に設けたことを特徴とする
熱交換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18824391A JP2866224B2 (ja) | 1991-07-03 | 1991-07-03 | 熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18824391A JP2866224B2 (ja) | 1991-07-03 | 1991-07-03 | 熱交換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0510698A JPH0510698A (ja) | 1993-01-19 |
| JP2866224B2 true JP2866224B2 (ja) | 1999-03-08 |
Family
ID=16220292
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18824391A Expired - Fee Related JP2866224B2 (ja) | 1991-07-03 | 1991-07-03 | 熱交換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2866224B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102445936B1 (ko) * | 2020-07-06 | 2022-09-22 | 현대중공업파워시스템 주식회사 | 순환 유동층 보일러 |
-
1991
- 1991-07-03 JP JP18824391A patent/JP2866224B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0510698A (ja) | 1993-01-19 |
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