JP3214334U - ボイラーチューブ - Google Patents

Abstract

【課題】ボイラーチューブのベンド部の局部的摩耗を防止する。【解決手段】直状管体部の端部がベンド部を介して次の直状管体部の端部に接続されているボイラーチューブ１であって、前記ベンド部の頭頂部には、前記両直状管体部の長手方向に沿って整流フィン部材２５が突設されており、整流ファン部材２５は帯状の金属板により半円弧状に形成されている。尚、整流フィン部材２５は、半円弧状に形成されていることができ、又、整流フィン部材２５は、弧状壁部と該弧状壁部に連続する垂直状壁部とを備えるものとすることもできる。【選択図】図１

Description

この考案は、木質バイオマス発電などに用いられているボイラーチューブに関するものである。

層内管ボイラーチューブ（伝熱管）は、内部循環型流動床ボイラーに用いられている。この内部循環型流動床ボイラーは、砂などの流動媒体を加熱流動させる燃焼室と、ボイラーチューブにより熱交換が行われる熱回収室と、前記燃焼室と熱回収室とを分離するとともに、前記両室をその上部及び下部において連通させる仕切壁と、を備えている。前記層内管ボイラーチューブは、直状管体部とベンド部（曲管部）とからなり、直状管体部の端部は、ベンド部を介して次の直状管体部の端部に連結され、全体として蛇行状になっている（特許文献１、２参照）。

前記ボイラーでは、前記燃焼室内での激しい旋回流動の動きによって飛び出した流動媒体の一部は、前記仕切壁の上部側から前記熱回収室に入る。その後、該流動媒体は、前記室内を流下しながら前記層内管ボイラーチューブに接触し熱交換が行なわれる。そして、該流動媒体が前記熱回収室の下部に到達すると、前記仕切壁の下部側から燃焼室の底部側に戻され再び加熱される。この様にして前記流動媒体は前記燃焼室と前記熱回収室の間を循環しながら前記層内管ボイラーチューブを介して熱交換される。

前記層内管ボイラーチューブの表面には、摩耗を抑えるために様々なコーテングが施されているが、多くの発電所では、自溶性金属のコーテング技術が採用されている。自溶性金属のコーティング技術を用いた補修方法はいろいろあるが、皮膜品質が均一で寿命の長い皮膜を施工しうる方法では、補修できないというのが実際のところである。

そこで、前記問題を解決するため、ボイラーチューブのベンド部に保護カバーを被せ、前記流動媒体が該ベンド部に直接接触しない様にしている。

特許第２０１２６６７５号公報（特公平７−５６３６１号公報） 特許第２５２８７１１号公報（特開平２−２９０４０１号公報）

しかし、前記保護カバーには、次のような問題がある。
（１）保護カバーとボイラーチューブとの間に隙間ができるので、熱交換が悪くなる。
（２）前記隙間に燃焼物（ダスト）が溜まる。そのため、更に熱交換が悪くなる。
（３）ボイラーチューブの外面にはコーテングが施されているので、該ボイラーチューブに直接該保護カバーを溶接することはできない。そのため、保護カバーのボイラーチューブへの取り付が不十分となり、確実に固定されてない場合がある。この様な場合には、運転中に、前記保護カバーが炉内に脱落する危険性がある。
（４）保護カバーは、熱で歪んでしまい、使い回しができない。

本件考案は、上記事情に鑑み、ボイラーチューブのベンド部の局部的摩耗を防止することを目的とする。

本件考案者は、ボイラーチューブのベンド部が局部的に摩耗するのは、ベンド部の頭頂部近傍に「カルマン現象」が発生しているためではないか、即ち、熱回収室内を流下する砂（流動媒体媒）がベンド部の抵抗にあって流れを乱され、渦状になって前記頭頂部を擦るためではないか、と考えた。そこで、前記ベンド部に整流フィン部材を設け、流下する流動媒体の流れを制御したところ、前記「カルマン現象」の発生が防止され、前記ベンド部が局部的に摩耗し破孔することが無くなった。本考案は、上記知見に基づいて完成したものである。

本件考案は、直状管体部の端部がベンド部を介して次の直状管体部の端部に接続されているボイラーチューブであって、前記ベンド部の頭頂部には、前記両直状管体部の長手方向に沿って整流フィン部材が突設されていることを特徴とする。

この考案の前記整流フィン部材は、半円弧状に形成されていることを特徴とする。この考案の前記整流フィン部材は、弧状壁部と該弧状壁部に連続する垂直状壁部とを備えていることを特徴とする。

本件考案は、ボイラーチューブのベンド部の頭頂部に整流フィン部材が設けられているので、熱回収室内を通る流動媒体は、前記整流フィン部材により制御されながら流下する。そのため、所謂カルマン現象の発生を防止することができるので、前記ベンド部が局部的に摩耗するのを防止することができる。

本考案の第１実施例を示す縦断面図である。 図１の要部を示す拡大図である。 図２の左側面図である。 本考案の第２実施例を示す縦断面図である。

この考案の第１実施例を図１〜図３により説明する。内部循環型流動床ボイラー１の熱回収室７の底部側には、空気を噴出する散気装置（図示省略）が設けられている。又、該熱回収室７の内部には流動層１９が形成され、該流動層１９内には層内管ボイラーチューブ（伝熱管）２０が配設されている。前記ボイラーチューブ２０は、外側チューブ２２と内側チューブ２３とからなり、前記外側チューブ２２は前記内側チューブ２３を挟むようにしながらパネル（図示省略）に取付けられている。

前記一対の二本の直状管体部２２ａ，２２ａ、直状管体部２３ａ，２３ａは、同一長さに形成されているが、その長さは、各対で異なっている。即ち、上段の対２２Ａ，２３Ａの直状管体部２２ａ，２３ａは、中段の対２２Ｂ，２３Ｂの直状管体部２２ａ，２３ａより長く形成され、又、中段の対２２Ｂ，２２Ｂの直状管体部２２ａ，２３ａは、下段の対２２Ｃ，２３Ｃの直状管体部２２ａ，２３ａより長く形成されている。前記各対の直状管体部２２ａ，２３ａの一端部は、炉壁１ａ側に配設され、それぞれ同一垂線上に位置する様にパネル（図示省略）に取付けられるが、その他端部は、仕切壁３側に配設され、上段の対２２Ａ，２３Ａが中段の対２２Ｂ，２３Ｂの直状管本体部２２ａ，２３ａより突出し、又、中段の対２２Ｂ，２３Ｂの直状管体部２２ａ，２３ａが下段の対２２Ｃ，２３Ｃの直状管体部２２ａ，２３ａより突出して階段状に配設され、又、仕切壁３側のベンド部２２ｂ，２３ｂも階段状になっている。

前記仕切壁３側のベンド部２２ｂの頭頂部（外周縁部）２２ｃには、整流フィン部材２５が設けられている。この整流フィン部材２５は、帯状の板状体を前記ベンド部２２ｂの頭頂部２２ｃに沿って、一対の直状管体部２２ａ，２２ａの長手方向に沿って立設したフィンである。前記フィン２５の端部２５ａは、直状管体部２２ａの端部２２ｄ上迄、延伸しているが、該フィン２５は、全体として半円弧状のフィンと言うことができる。前記帯状の板状体は、例えば、高さｈが30 mm、幅ｗが15 mmの金属板であるが、前記高さｈ、幅ｗ、材質、形状等は、流動媒体の循環速度、流動状態などを考慮して適宜選択される。前記各ベンド部２２ｂのフィン２５は、次のベンド部（下段のベンド部）２２ｂのフィン２５に連続し、全体として階段状をなしている。

なお、３１は不燃物、３４は燃焼排ガス、３５は二次空気、３３は不燃物排出口で、燃料中に流動媒体より大きな不燃物がある場合には、この出口３３から燃焼残渣が琲出される。

本実施例の作動について説明する。燃料２８、例えば、木質チップ、タイヤチップ、ＲＤＦ等、を燃料投入口２７から炉１内に投入すると、該燃料２８は、流動化ガス１３により旋回流動している砂などの流動媒体ｓと共に流動しながら燃焼する。

この時、流動化ガス１３が分散板９から上方に向かって噴射されているが、該分散板９の中央部９ａの流動化ガス１３の質量速度はその両側部９ｂ，９ｂのそれよりも小さくなるように制御されている。そのため、分散板１３の中央部９ａ付近の流動媒体ｓはその両側部ｂ付近に比べて激しく上下動することがないので、弱い流動状態の流動層１７となる。この弱い流動層の底部側（分散板９側）の一部は、前記両側部９ｂの真上に位置しており、該両側部９ｂからの大きな質量速度の流動化ガス１３の噴射を矢印ｓ１方向に受けて吹き上げられる。

そうすると、前記弱い流動層１７の、底部側の一部の流動媒体ｓが除かれるので、前記中央部９ａの上部の流動層は自重で下降する。分散板９の両側部９ｂ側に移動した流動媒体ｓは、上方に吹き上げられて流動層１７の中央部に落下するが、その一部は矢印ｓ２に示すように、仕切壁３の垂直部３ａにガイドされながら上昇し、上向傾斜部３ｂの上部を超えて熱回収室７に入り込む。

前記熱回収室７に入り込んだ流動媒体ｓは、図示しない散気装置から吹き込まれるガスにより穏やかな流動を行ないながら徐々に下降する。そうすると、該流動媒体ｓはボイラーチューブ２０と接触し熱交換を行なった後、矢印ｓ３に示すように、下向傾斜部３ｃを通って燃焼室５に戻る。

この時、ボイラーチューブ２２のベンド部２２ｂの頭頂部２２ｄには、整流フィン部材２５が設けられているので、前記ベンド部２２ｂ近傍を通る流動媒体ｓは、整流フィン部材２５により流れ方向を制御され、整流状となりながら流下するので、カルマン現象の発生を防止することができる。そのため、渦流によるベンド部２２ｂの損傷を防止することができる。

この考案の第２実施例を図４により説明するが、図１〜図３と同一図面符号はその名称も機能も同一である。本実施例の直状管体部２２ａの上段の対２２Ａのベンド部２２ａに設けた整流フィン部材４０Ａは、第１実施例の整流フィン部材２５と同一の半円弧状のフィンである。

これに対し、直状管体部２２ａの中段の対２２Ｂ、下段の対２２Ｃのベンド部２２ｂの頭頂部２２ｃに設けたフィン４０Ｂ，４０Ｃは、前記半円弧状のフィンの半分（円周角90°）のが弧状壁部４０ａを形成し、又、他の半分はその先端が伸ばされ、垂直状壁部４０ｂを形成していることである。前記フィン４０Ｂの垂直状壁部４０ｂは、前記フィン４０Ａの端部２５ａに連続し、又、前記フィン４０Ｃの垂直壁部４０ｂは、前記フィン４０Ｂの端部２５ａに連続しており、前記フィン４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃは全体として階段状をなしている。

この考案の実施例は、上記に限定されるものではなく、例えば、次の様に構成することも可能である。
（１）上記実施例では、外側チューブと内側チューブとを並列に配設したボイラーチューブを用いたが、前記内側チューブを省略し、外側チューブのみのチューブボイラーとしても良い。
（２）上記実施例では、整流フィン部材はベンド部の頭頂部を超えて直状管体部にまで伸びているが、この様に伸ばさずに前記頭頂部内にとどめてもよい。
（３）上記実施例では、整流フィン部材はベンド部の頭頂部(外周縁)に立設されているが、整流制御機能を害しない範囲でその位置を変更することも可能である。

１ 内部循環型流動床ボイラー
６ 燃焼室
７ 熱回収室
２０ ボイラーチューブ
２２ 外側チューブ
２２ａ 直状管体部
２２ｂ ベンド部
２２ｃ ベンド部の頂頭部
２２ｄ 直状管体部の端部
２２Ａ 上段の対の直状管体部
２２Ｂ 中段の対の直状管体部
２２Ｃ 下段の対の直状管体部
２３ 内側チューブ
２３ａ 直状管体部
２３ｂ ベンド部
２５ 整流フィン部材
４０ 整流フィン部材
４０Ａ 上段の対のベンド部の整流フィン部材
４０Ｂ 中段の対のベンド部の整流フィン部材
４０Ｃ 下段の対のベンド部の整流フィン部材
ｓ 流動媒体

Claims (3)

1. 直状管体部の端部がベンド部を介して次の直状管体部の端部に接続されているボイラーチューブであって、
   前記ベンド部の頭頂部には、前記両直状管体部の長手方向に沿って整流フィン部材が突設されていることを特徴とするボイラーチューブ。
2. 前記整流フィン部材は、半円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のボイラーチューブ。
3. 前記整流フィン部材は、弧状壁部と該弧状壁部に連続する垂直状壁部とを備えていることを特徴とする請求項１記載のボイラーチューブ。

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