JP4423985B2

JP4423985B2 - コ−クス乾式消火装置用廃熱ボイラ−の水壁管と蒸発管との接続構造

Info

Publication number: JP4423985B2
Application number: JP2004023856A
Authority: JP
Inventors: 政徳廣澤
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2024-01-30
Also published as: JP2005213439A

Description

この発明は、コ−クス乾式消火装置用廃熱ボイラ−の水壁管と蒸発管との接続構造に関する。

鉄鉱石を原料として銑鉄を製造する高炉においては、鉄鉱石を還元するためにコ−クスを使用している。このコ−クスは、コ−クス炉で石炭を乾留させて製造される。

製造された直後のコ−クスは赤熱状態（赤熱コ−クスという）にあり、その後のハンドリングを容易にするために、常温まで冷却される。このような赤熱コ−クスの冷却には、熱エネルギ−を有効利用する上から、赤熱コ−クスの保有する熱エネルギ−を回収することのできるコ−クス乾式消火装置が使用される。

図２は、コ−クス乾式消火装置の正面図であるが、コ−クス乾式消火装置は、装入されたコ−クスを窒素ガス等の不活性ガスにより冷却して消火するコ−クス消火炉本体２１と、消火炉本体２１内で赤熱コ−クスと熱交換して８００℃程度に高温となった窒素ガスを導入して蒸気を発生させる廃熱ボイラ−２２と、窒素ガスを消火炉本体２１と廃熱ボイラ−２２との間で循環させる循環ブロワ２３とから構成されている。

赤熱コ−クスは、消火炉本体２１の上部から下開き式のバケットにより装入され、消火された後のコ−クスは、消火炉本体２１の下部から排出され、高炉に供給される。

赤熱コ−クスを消火させるための窒素ガスは、循環ブロワ２３により供給ダクト２４を通して消火炉本体２１の下部から供給され、消火炉本体２１の上部から排出ダクト２５を通して廃熱ボイラ−２２に排出される。

廃熱ボイラ−２２は、図３に示すように、周囲を水壁管３１で囲まれたボイラ−本体３２と、ボイラ−本体３２内に水を供給して蒸気を発生させるための蒸発管３３と、発生した蒸気を過熱するための過熱器３４と、蒸発管３３によりボイラ−本体３２に供給する水をあらかじめ予熱する節炭器（エコノマイザ−）３５とから構成されている。

赤熱コ−クスにより８００℃程度の高温となった窒素ガスは、ボイラ−本体３２の上部から排出ダクト２５を通してボイラ−本体３２内に供給され、循環ブロワ２３によりボイラ−本体３２内を下方へと流れ、ボイラ−本体３２の下方に接続された供給ダクト２４により、再び消火炉本体２１に供給される。

窒素ガスは、ボイラ−本体３２内で上方から順に過熱器３４、蒸発管３３、エコノマイザ−３５と通過していくが、通過する度にそれぞれに供給されている水や蒸気と熱交換されるので、供給ダクト２４で消火炉本体２１に供給されるときには１８０℃程度にまで温度が低下する。

上述したコ−クス乾式消火装置の一例としては、特許文献１に開示されたものがある。

ところで、蒸発管３３は、図４に示すように、平行に配置された複数本の冷却管３１ａと隣り合う冷却管３１ａ同士を接続するフィン３１ｂとから構成される水壁管３１のフィン３１ｂ部分を、水の供給側３３ａと蒸気の排出側３３ｂの２ヶ所で貫通することになるが、この貫通する部分においてはボイラ−本体３２内の窒素ガスの流出を防止するために、水壁管３１と蒸発管３３間の気密性が保たれることが必要である。

従来、水壁管３１と蒸発管３３間の気密性を保つために、図４に示すようなシ−ルボックス４１が使用されていた。図４において（ａ）は水壁管と蒸発管との接続構造を示す正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
シ−ルボックス４１は溝形に形成されており、水壁管３１の外側に蒸発管３３の水の供給側３３ａと蒸気の排出側３３ｂとを覆うように設けられている。なお、蒸発管３３は水平方向に４０数本〜１５０本程度配置されており、シ−ルボックス４１は同時にこれら４０数本〜１５０本程度の蒸発管３３を覆うように構成されている。

そして、シ−ルボックス４１の水壁管３１と接触する部分は、溶接により水壁管３１に接続され、シ−ルボックス４１の蒸発管３３の水の供給側３３ａと蒸気の排出側３３ｂとが貫通する部分も溶接で接続されている。そして、蒸発管３３の水の供給側３３ａと蒸気の排出側３３ｂとが貫通する水壁管３１のフィン３１ｂ部には、シ−ル材４２が配置されている。このような構造にしているのは、蒸発管３３を伸縮自在とし、蒸発管３３の伸縮にともなって発生する応力で、水壁管３１が破損されるのを防止するためである。
特開２００２−２２０５８９号公報。

しかしながら、上述した従来のような水壁管と蒸発管間の気密性を保つための構造には、次のような問題点があった。

蒸発管が水壁管を貫通する部分にシ−ル材を配置しているとはいえ、廃熱ボイラ−内の窒素ガス雰囲気中には大量のコ−クス粉が含まれており、コ−クス粉がシ−ル材のわずかな隙間からシ−ルボックス内に侵入する。そして、コ−クス粉に含まれるＳＯｘが、シ−ルボックス内で結露して硫酸が生成され、この硫酸により蒸発管が腐食破損される。

このような蒸発管の破損個所は、複数本の蒸発管が同一のシ−ルボックスで覆われているため、容易に把握することができず、操業を停止して破損個所を見つけ修理を行う必要があるので、コ−クス乾式消火装置の稼動率が低下する。

この発明は、従来技術の上述のような問題点を解消するためになされたものであり、シ−ルボックスを必要としないので、蒸発管の破損が生じず稼動率が低下しないコ−クス乾式消火装置用廃熱ボイラ−の水壁管と蒸発管との接続構造を提供することを目的としている。

この発明に係るコ−クス乾式消火装置用廃熱ボイラ−の水壁管と蒸発管との接続構造は、蒸発管が水壁管を貫通する部分において、前記蒸発管を前記水壁管の外壁部に溶接で接続したものである。

前述したように、蒸発管の水の供給側と蒸気の排出側とが貫通する水壁管のフィン部においては、蒸気管と水壁管のフィンとは溶接することなしに、蒸発管が容易に伸縮できる構造として、蒸発管の伸縮にともなって発生する応力で、水壁管が破損されるのを防止するような設計となっている。

しかしながら、蒸発管と水壁管との温度差がわずかなものであれば、たとえ蒸発管が伸縮したとしても、伸縮にともなって発生する応力で、水壁管が破損される恐れはないと考えられるので、あらためて蒸発管の水の供給側と蒸気の排出側とが貫通する水壁管の複数のフィン部において、蒸発管と水壁管との温度差を調査した。

その結果、大部分の貫通場所において蒸発管と水壁管との温度差は、接続をしても破損が発生しない２０℃以下であることが判明した。

したがって、両者を直接接続しても、両者の温度差に起因して発生する応力により破損することはないと判断し、蒸発管が水壁管を貫通する部分において、前記蒸発管を前記水壁管の外壁部に接続するようにした。

これにより、蒸発管が腐食により破損されることはなくなり、操業を停止して修理を行う必要もなくなった。

この発明により、蒸発管の寿命が延びて、修理のために操業を停止することがなく、コ−クス乾式消火装置の稼動率を高めることができた。

以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明のコ−クス乾式消火装置用廃熱ボイラ−の水壁管と蒸発管との接続構造を示す説明図であり、（ａ）は水壁管と蒸発管との接続構造を示す正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

このコ−クス乾式消火装置用廃熱ボイラ−の水壁管と蒸発管との接続構造は、蒸発管１の水供給側１ａと蒸気排出側１ｂとが冷却水管２ａとフイン２ｂとから構成される水壁管２を貫通する部分に、蒸発管１を通すためのスリ−ブ３を配置し、スリ−ブ３と水壁管２、スリ−ブ３と蒸発管１の水供給側１ａと蒸気排出側１ｂのそれぞれを、水壁管２の外側において、気密性を保つように溶接したものである。すなわち、スリ−ブ３の外周面が水壁管２の外壁面と接触する部分を、スリ−ブ３の円周方向に沿って溶接（溶接個所をＡで示す）とともに、スリ−ブ３の外側端部が蒸発管１と接触する部分を蒸発管１の円周方向に沿って溶接（溶接個所をＢで示す）している。

このような接続構造にしたため、従来のようにＳＯｘに起因する蒸発管１の腐食が発生せず、操業を停止して修理を行うこともなくなった。

なお、水壁管２の外側でのみ溶接したのは、水壁管２の内側でも同時に溶接したのでは、蒸発管１を水壁管２に固定しすぎて、蒸発管１の伸縮時に接続個所に大きな応力が発生し、接続部分の破損が見込まれるからである。

図３で説明したように、水壁管２を貫通するのは、蒸発管１のみならず過熱器やエコノマイザ−用の配管もあるが、これらの部分においては水壁管との温度差が２０℃以上あると考えられるので、これらの部分においては従来の接続構造とする。

上述のように本発明を実施することによって、蒸発管の寿命が延びるとともに、シ−ルボックスが不用になり所要個所の点検が常時実施できるようになったので、年間２件発生していた故障が皆無となり、コ−クス乾式消火装置の稼動率を高めることができた。

本発明のコ−クス乾式消火装置用廃熱ボイラ−の水壁管と蒸発管との接続構造を示す説明図であり、（ａ）は水壁管と蒸発管との接続構造を示す正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。コ−クス乾式消火装置の正面図である。廃熱ボイラ−の構成を示す成図である。従来のコ−クス乾式消火装置用廃熱ボイラ−の水壁管と蒸発管との接続構造の説明図であり、（ａ）は水壁管と蒸発管との接続構造を示す正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。る。

符号の説明

１蒸発管
１ａ水供給側
１ｂ蒸気排出側
２水壁管
２ａ冷却水管
２ｂフィン
３スリ−ブ
Ａ、Ｂ溶接個所

Claims

コ−クス乾式消火装置用廃熱ボイラ−において、該廃熱ボイラ−の周囲を囲む水壁管と、前記廃熱ボイラ−に水を供給して蒸気を発生させるための蒸発管との接続構造であって、前記水壁管を前記蒸発管が貫通する部分において、前記蒸発管を前記水壁管の外壁部に外側でのみ溶接して直接接続したことを特徴とするコ−クス乾式消火装置用廃熱ボイラ−の水壁管と蒸発管との接続構造。