JP4616740B2

JP4616740B2 - 循環流動層ボイラの熱交換器

Info

Publication number: JP4616740B2
Application number: JP2005270583A
Authority: JP
Inventors: 康晴中馬
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2005-09-16
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2025-09-16
Also published as: JP2007078321A

Description

本発明は、砂などの流動材（粒子）と石炭などの燃焼物を流動混合して燃焼することで高温となった流動材から熱回収を行う循環流動層ボイラの熱交換器に関する。

石炭、木材、製紙スラッジ、都市ごみ、廃タイヤ等を燃料として焼却させる燃焼ボイラとして循環流動層ボイラ（ＣＦＢ）が多く用いられている。この循環流動層ボイラは、流動床火炉（コンバスタ）の出口側に燃焼ガスと流動材を分離するサイクロンを設け、このサイクロンで分離された流動材を外部熱交換器に送って熱回収を行った後、流動床火炉に戻す一方、サイクロンで分離された燃焼ガスを排気通路に送って内部熱交換器で熱回収を行った後、浄化処理してから外部に排出するものである。

そして、この循環流動層ボイラに付設された外部熱交換器は、内部に水平方向に沿ってＵ字形状をなす多数の伝熱管が配設されてなり、流動床火炉で高温となった流動材と伝熱管内部を流れる流体（水）との間で熱交換を行い、流動材から熱回収して蒸気となった流体がタービンなどに送られるようになっている。この場合、Ｕ字形状をなす多数の伝熱管は、連結部材により上下方向に沿って連結されて伝熱管列が形成され、この水平方向に並設された複数の伝熱管列の上端部及び下端部が上下の支持板に連結されて伝熱管ブロックが形成され、この複数の伝熱管ブロックがケーシングに吊り下げられて外部熱交換器が構成されている。

このような熱交換器における伝熱管の支持構造としては、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載されたボイラ水平伝熱管の支持構造は、ボイラの２次過熱器２及び１次過熱器の水平伝熱管をこのボイラの上部から吊り下げられた吊り下げ管により支持するものであって、１次過熱器の最下段の水平伝熱管のみを吊り下げ管に固定し、他の２次過熱器及び１次過熱器の水平伝熱管を管軸方向にスライド可能に挟持するようにしている。

特開２００４−０６０９８３号公報

循環流動層ボイラの熱交換器では、高温となった流動材が送られて伝熱管内を流れる流体との間で熱交換を行うため、多数の伝熱管を強固に支持する必要がある。ところが、上述した従来の循環流動層ボイラの外部熱交換器では、複数の伝熱管ブロックがケーシングに吊り下げられて支持され、各伝熱管の支持が不十分であるため、流動材のバブリングにより振動が発生してしまうという問題がある。また、特許文献１に記載されたボイラ水平伝熱管の支持構造にあっても、各過熱器の水平伝熱管がボイラの上部から吊り下げられた吊り下げ管により支持されており、伝熱管の支持が不十分である。

本発明はこのような課題を解決するものであり、強度を上げることで伝熱管に発生する上下左右の振動を抑制して耐久性の向上を図った循環流動層ボイラの熱交換器を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための請求項１の発明の循環流動層ボイラの熱交換器は、粒子と燃焼物を流動混合して燃焼することで高温となった粒子から熱回収を行う循環流動層ボイラの熱交換器において、水平方向に沿って延設されて高温の粒子から熱回収を行う流体が流通可能な複数の伝熱管と、鉛直方向に沿って並設された前記複数の伝熱管同士を所定の間隔をもって連結して伝熱管列Ａを形成する伝熱管連結部材と、水平方向に並設された複数の前記伝熱管列Ａの上端部及び下端部を支持して伝熱管ブロックＢを形成する上部支持板及び下部支持板と、隣接する前記上部支持板及び前記下部支持板同士を連結して複数の前記伝熱管ブロックＢを一体とすることにより伝熱管支持部Ｃを形成するブロック連結部材と、前記伝熱管ブロックＢにおける前記上部支持板と前記下部支持板とを連結して伝熱管支持部Ｃが枠状をなすように構成するブロック補強部材と、水平方向に隣接する前記伝熱管列Ａ同士を連結する複数の管列連結部材とを具え、基端部が前記上部支持板及び前記下部支持板に固定されて先端部がこの先端部に隣接する前記伝熱管に嵌合する伝熱管補強部材を設けることを特徴とするものである。

請求項１の発明の循環流動層ボイラの熱交換器によれば、高温の粒子から熱回収を行う流体が流通可能な複数の伝熱管を水平方向に沿って延設し、鉛直方向に沿った複数の伝熱管同士を伝熱管連結部材により所定の間隔をもって連結して伝熱管列Ａを形成し、水平方向に並設された複数の伝熱管列Ａの上端部及び下端部を上部支持板及び下部支持板に支持して伝熱管ブロックＢを形成し、隣接する上部支持板及び下部支持板同士をブロック連結部材により連結して複数の伝熱管ブロックＢを一体とすることにより伝熱管支持部Ｃを形成し、伝熱管ブロックＢにおける上部支持板と下部支持板とをブロック補強部材により連結して伝熱管支持部Ｃが枠状をなすように構成し、水平方向に隣接する伝熱管列Ａ同士を複数の管列連結部材により連結し、上部支持板及び下部支持板に固定された伝熱管補強部材の先端部をこの先端部に隣接する伝熱管に嵌合するので、伝熱管列Ａ、伝熱管ブロックＢ、伝熱管支持部Ｃが一体となって全体として強度を向上することができると共に、各伝熱管列Ａとの振動が逆位相となる確率を高め、伝熱管ブロックＢの振動を抑制することができ、その結果、耐久性を向上することができる。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る循環流動層ボイラの熱交換器の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

［参考例１］
図１は、参考例１として循環流動層ボイラの熱交換器における伝熱管の支持構造を表す概略図、図２は、参考例１の循環流動層ボイラの熱交換器の概略図、図３は、参考例１の循環流動層ボイラの熱交換器における伝熱管の連結構造を表す概略図、図４は、参考例１の循環流動層ボイラを表す概略構成図である。

参考例１の循環流動層ボイラにおいて、図４に示すように、流動床火炉１１には、流動材としての流動砂と燃焼物としての石炭を供給可能となっており、内部で石炭を燃焼することで流動砂を高温化すると共に、燃焼ガスが発生する。また、この流動床火炉１１の出口側には、燃焼ガスと流動砂を分離するサイクロン１２が設けられている。そして、このサイクロン１２の下部には、導管１３を介してシールポット１４が連結され、シールポット１４は導管１５を介して外部熱交換器１６が連結され、この外部熱交換器１６は導管１７を介して流動床火炉１１の下部に連結されている。また、シールポット１４は導管１８を介して流動床火炉１１の下部に連結されている。

一方、サイクロン１２の上部には排気通路１９が連結され、この排気通路１９には、内部熱交換器２０、空気予熱器２１、集塵機２２、煙突２３が連結されている。そして、空気予熱器２０から延設された空気供給管２４の先端部が流動床火炉１１及び外部熱交換器１６に連結されており、空気供給管２４の基端部には空気ファン２５が装着されている。

従って、流動床火炉１１に対して、流動砂と石炭が供給されると共に、下部から空気予熱器２１により加熱された高温の空気が空気供給管２４を通して導入されると、内部でこの流動砂と石炭とが流動混合して燃焼が行われる。そして、燃焼により高温加熱された燃焼ガスは流動砂とともに、サイクロン１２に導かれ、このサイクロン１２により燃焼ガスと流動砂とに分離される。分離された燃焼ガスは、排気通路１９に導かれて内部熱交換器２０及び空気予熱器２１を通過するときに、流動床火炉１１や外部熱交換器１６に導入する空気と熱交換を行なった後、集塵機２２を通して飛灰等を除去した後、煙突２３により大気に放出される。一方、サイクロン１２で分離された高温の流動砂は、シールポット１４により流動床火炉１１に直接戻されるものと外部熱交換器１６に供給されるものとに分配される。そして、この外部熱交換器１６では、高温の流動砂と後述する伝熱管内部を流れる流体（水）との間で熱交換を行った後、流動床火炉１１に戻される。

このように構成された循環流動層ボイラの外部熱交換器１６において、図１乃至図３に示すように、伝熱管（過熱器管または再熱蒸気管）３１は、Ｕ字形状をなすように屈曲された状態で水平方向に沿って多数配設されており、一端部が入口管３２に連結される一方、他端部が出口管３３に連結されて寄せ集められている。この各伝熱管３１は、内部を流通する流体が外部にある高温の流動砂から熱回収を行うためのものであり、水平方向の３箇所が熱交換器本体に吊り下げ支持されている。

即ち、各伝熱管３１は、所定の位置で円筒形状をなすスリーブ３４に嵌入して溶接等で固定されており、鉛直方向に沿って並設されたスリーブ３４（伝熱管３１）同士が一定の間隔をもって伝熱管連結部材３５によって連結されることで、複数の伝熱管列Ａが形成されている。そして、各伝熱管列Ａの上端部が支持金物３６により上部支持板３７に連結される一方、下端部が支持金物３８により下部支持板３９に連結されることで、複数の伝熱管３１からなる伝熱管列Ａが複数列配設されて伝熱管ブロックＢが形成されている。更に、各伝熱管ブロックＢにて、水平方向に隣接する伝熱管列Ａのスリーブ３４と伝熱管連結部材３５とが所定の複数箇所で結び板４０により連結されている。

そして、隣接する上部支持板３７同士が上部ブロック連結部材４１により連結されると共に、隣接する下部支持板３９同士が下部ブロック連結部材４２により連結されることで、複数の伝熱管ブロックＢが一体となった伝熱管支持部Ｃが形成されている。

この参考例１では、４本の伝熱管３１が鉛直方向に５回屈曲され、鉛直方向の１２箇所が連結されることで伝熱管列Ａが構成され、この伝熱管列Ａが水平方向に８列配設されて上端部及び下端部がそれぞれ連結されることで伝熱管ブロックＢが構成され、この伝熱管ブロックＢが３つ連結されることで一体の伝熱管支持部Ｃが構成されている。

そして、伝熱管３１の長手方向に対して３つの伝熱管支持部Ｃが設けられ、各伝熱管支持部Ｃが吊棒４３及びベローズ４４を用いて図示しない外部熱交換器本体に吊り下げ支持されている。即ち、各上部支持板３７には、その長手方向両端部に支持ブラケット４５が固定され、この各支持ブラケット４５に吊棒４３の下端部が連結されている。なお、図２にて、伝熱管３１の外周側には、伝熱管支持壁４６が設けられている。

従って、各伝熱管ブロックＢが上下のブロック連結部材４１，４２によって、一体をなす伝熱管支持部Ｃが構成されることで、全体として強度が向上する。そのため、上下左右の振動が作用した場合、上下の支持板３７，３９の振動を抑制することで各伝熱管３１に作用する応力を低減することができると共に、上下の支持板３７，３９の振動と各伝熱管列Ａとの振動が逆位相となったときに最大応力を抑制することができる。

このように参考例１の循環流動層ボイラの熱交換器にあっては、複数の伝熱管３１を鉛直方向に屈曲して配設し、鉛直方向の複数箇所を伝熱管連結部材３５によって連結することで伝熱管列Ａを構成し、この伝熱管列Ａを水平方向に複数列配設してその上端部及び下端部をそれぞれ上部支持部材３７、下部支持部材３９に連結することで伝熱管ブロックＢを構成し、この伝熱管ブロックＢにおける上部支持部材３７同士、下部支持部材３９同士をブロック連結部材４１，４２により連結することで一体の伝熱管支持部Ｃを構成している。

従って、複数の伝熱管ブロックＢが上下のブロック連結部材４１，４２により一体に連結されるため、伝熱管支持部Ｃとして強度を向上することができ、各伝熱管３１に作用する上下左右の振動を抑制することで発生する応力を低減することができ、その結果、伝熱管３１だけでなく外部熱交換器１６の耐久性を向上することができる。

また、上下のブロック連結部材４１，４２により複数の伝熱管ブロックＢを一体に連結するだけでよく、簡単な構成で、且つ、低コストで外部熱交換器１６の耐久性を向上することができる。

なお、ブロック連結部材４１，４２は、溶接により伝熱管ブロックＢ同士を連結するものであるが、ボルトで締結したり、上下の支持板３７，３９を重ねて固定してもよい。また、各支持板３７，３９を一体に形成してもよい。

図５は、本発明の実施例１に係る循環流動層ボイラの熱交換器における伝熱管の支持構造を表す概略図である。なお、前述した参考例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例１の循環流動層ボイラの外部熱交換器１６において、図５に示すように、複数の伝熱管３１は、円筒形状をなすスリーブ３４に嵌入して溶接等で固定され、鉛直方向に沿って並設されたスリーブ３４（伝熱管３１）同士が一定の間隔をもって伝熱管連結部材３５によって連結されることで、複数の伝熱管列Ａが形成されている。そして、各伝熱管列Ａの上端部が支持金物３６により上部支持板３７に連結される一方、下端部が支持金物３８により下部支持板３９に連結されることで、複数の伝熱管３１からなる伝熱管列Ａが複数列配設されて伝熱管ブロックＢが形成されている。更に、各伝熱管ブロックＢにて、水平方向に隣接する伝熱管列Ａのスリーブ３４と伝熱管連結部材３５とが所定の複数箇所で結び板４０により連結されている。そして、隣接する上部支持板３７同士が上部ブロック連結部材４１により連結されると共に、隣接する下部支持板３９同士が下部ブロック連結部材４２により連結されることで、複数の伝熱管ブロックＢが一体となった伝熱管支持部Ｃが形成されている。

そして、本実施例では、伝熱管支持部Ｃにおける水平方向の各端部に位置する伝熱管ブロックＢにて、その上部支持板３７の端部と下部支持板３９の端部とがブロック補強部材５１により連結されることで、伝熱管支持部Ｃが枠状をなすように構成している。

従って、各伝熱管ブロックＢが上下のブロック連結部材４１，４２及び左右のブロック補強部材５１によって、枠状をなす伝熱管支持部Ｃが構成されることで、全体として強度が向上する。そのため、上下左右の振動が作用した場合、上下の支持板３７，３９の振動を抑制することで各伝熱管３１に作用する応力を低減することができると共に、断面変形を抑制することができ、また、上下の支持板３７，３９の振動と各伝熱管列Ａとの振動が逆位相となったときに最大応力を抑制することができる。

このように実施例１の循環流動層ボイラの熱交換器にあっては、複数の伝熱管３１を鉛直方向に屈曲して配設し、鉛直方向の複数箇所を伝熱管連結部材３５によって連結することで伝熱管列Ａを構成し、この伝熱管列Ａを水平方向に複数列配設してその上端部及び下端部をそれぞれ上部支持部材３７、下部支持部材３９に連結することで伝熱管ブロックＢを構成し、この伝熱管ブロックＢにおける上部支持部材３７同士、下部支持部材３９同士をブロック連結部材４１，４２により連結すると共に、左右の上部支持部材３７の端部と下部支持部材３９の端部をブロック補強部材５１により連結することで、枠状となる一体の伝熱管支持部Ｃを構成している。

従って、複数の伝熱管ブロックＢが上下のブロック連結部材４１，４２と左右のブロック補強部材５１により枠状に連結されるため、伝熱管支持部Ｃとして強度を向上することができ、各伝熱管３１に作用する上下の振動を抑制することで発生する応力を低減することができると共に、断面変形を抑制することができ、その結果、伝熱管３１だけでなく外部熱交換器１６の耐久性を向上することができる。

また、上下のブロック連結部材４１，４２により複数の伝熱管ブロックＢを一体に連結すると共に、左右のブロック補強部材５１により上下の支持板３７，３９を一体に連結するだけでよく、簡単な構成で、且つ、低コストで外部熱交換器１６の耐久性を向上することができる。

なお、ブロック補強部材５１は、溶接により上部支持部材３７と下部支持部材３９を連結するものであるが、ボルトで締結したり、ブロック補強部材５１各支持板３７，３９を重ねて固定してもよい。また、ブロック補強部材５１と各支持板３７，３９を一体に形成してもよい。

また、本実施例では、伝熱管支持部Ｃの左右に位置する上部支持部材３７の端部と下部支持部材３９の端部をブロック補強部材５１により連結したが、全ての上部支持部材３７の端部と下部支持部材３９の端部をブロック補強部材５１により連結してもよい。更に、ブロック補強部材を、互いに交差するように配設して伝熱管ブロックＢにおける上部支持板３７と下部支持板３９とを連結するようにしてもよい。

［参考例２］
図６は、参考例２としての循環流動層ボイラの熱交換器における伝熱管の支持構造を表す概略図、図７は、スペーサを表す正面図である。なお、既に説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

参考例２の循環流動層ボイラの外部熱交換器１６において、図６及び図７に示すように、複数の伝熱管３１は、円筒形状をなすスリーブ３４に嵌入して溶接等で固定され、鉛直方向に沿って並設されたスリーブ３４（伝熱管３１）同士が一定の間隔をもって伝熱管連結部材３５によって連結されることで、複数の伝熱管列Ａが形成されている。そして、各伝熱管列Ａの上端部が支持金物３６により上部支持板３７に連結される一方、下端部が支持金物３８により下部支持板３９に連結されることで、複数の伝熱管３１からなる伝熱管列Ａが複数列配設されて伝熱管ブロックＢが形成されている。更に、各伝熱管ブロックＢにて、水平方向に隣接する伝熱管列Ａのスリーブ３４と伝熱管連結部材３５とが所定の複数箇所で結び板４０により連結されている。

そして、この参考例では、各伝熱管ブロックＢにて、水平方向に隣接する伝熱管列Ａの間に、各伝熱管３１の水平方向の振れを抑制するスペーサ６１が設けられている。このスペーサ６１は、縦長の板形状をなし、左右の端面に各伝熱管３１の配設位置に対応して弧状の切欠部６２が形成されている。そして、複数のスペーサ６１が各伝熱管列Ａの間に挿入され、上端部が上部支持板３７に固定される一方、下端部が下部支持板３９に固定されることで、各切欠部６２が対応する各伝熱管３１の外周面に接触することとなる。

従って、各伝熱管列Ａがスペーサ６１によって、一体をなす伝熱管ブロックＢが構成されることで、全体として強度が向上する。そのため、上下や左右の振動が作用した場合、各伝熱管列Ａの振動を抑制することで、各伝熱管３１、結び板４０、支持板４１，４２などに作用する応力を低減することができる。

このように参考例２の循環流動層ボイラの熱交換器にあっては、複数の伝熱管３１を鉛直方向に屈曲して配設し、鉛直方向の複数箇所を伝熱管連結部材３５によって連結することで伝熱管列Ａを構成し、この伝熱管列Ａを水平方向に複数列配設してその上端部及び下端部をそれぞれ上部支持部材３７、下部支持部材３９に連結することで伝熱管ブロックＢを構成し、水平方向に隣接する伝熱管列Ａの間に各伝熱管３１の水平方向の振れを抑制するスペーサ６１を設けている。

従って、複数の伝熱管列Ａがその間に挿入されたスペーサ６１により一体に連結されるため、各伝熱管ブロックＢとして強度を向上することができ、各伝熱管３１に作用する上下及び左右の振動を抑制することで発生する応力を低減することができ、その結果、伝熱管３１だけでなく外部熱交換器１６の耐久性を向上することができる。

また、伝熱管３１、スリーブ３４、伝熱管連結部材３５、支持板３７，３８などにより伝熱管ブロックＢを構成した後、複数のスペーサ６１を各伝熱管列Ａの間に挿入し、上下端部を各部支持板３７，３８に固定しており、あとからスペーサ６１を装着して伝熱管３１の外周面を支持することができ、既存の設備に対して容易に強度補強を行うことができる。

なお、スペーサ６１は、溶接により上部支持部材３７と下部支持部材３９に固定されるものであるが、ボルトで締結してもよい。また、スペーサ６１により伝熱管３１の外周面の一部を支持したが、切欠部を半円形状として左右のスペーサ６１により伝熱管３１の外周面の全てを支持するようにしてもよい。

図８は、本発明の実施例２に係る循環流動層ボイラの熱交換器における伝熱管の支持構造を表す概略図、図９は、伝熱管補強部材を表す正面図である。なお、既に説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例２の循環流動層ボイラの外部熱交換器１６において、図８に示すように、複数の伝熱管３１は、円筒形状をなすスリーブ３４に嵌入して溶接等で固定され、鉛直方向に沿って並設されたスリーブ３４（伝熱管３１）同士が一定の間隔をもって伝熱管連結部材３５によって連結されることで、複数の伝熱管列Ａが形成されている。そして、各伝熱管列Ａの上端部が支持金物３６により上部支持板３７に連結される一方、下端部が支持金物３８により下部支持板３９に連結されることで、複数の伝熱管３１からなる伝熱管列Ａが複数列配設されて伝熱管ブロックＢが形成されている。更に、各伝熱管ブロックＢにて、水平方向に隣接する伝熱管列Ａのスリーブ３４と伝熱管連結部材３５とが所定の複数箇所で結び板４０により連結されている。

そして、本実施例では、各伝熱管ブロックＢにて、上部支持板３７及び下部支持板３９に固定されて先端部が隣接する伝熱管３１に嵌合する上部伝熱管補強部材７１及び下部伝熱管補強部材７２が設けられている。この伝熱管補強部材７１，７２はほぼ同一形状をなし、基端部が直線状をなし、先端部に複数の伝熱管３１に嵌合する弧状の切欠部７３，７４が連続して形成されている。この切欠部７３，７４は、各伝熱管列Ａの伝熱管３１の取付高さに対応して上下にずれて形成されており、伝熱管補強部材７１，７２の長手方向に沿って切欠部７３，７４が交互に形成されている。

そして、上部支持板３７に上部伝熱管補強部材７１の基端部が溶接により固定され、各切欠部７３，７４が複数の伝熱管３１の外周面に嵌合する一方、下部支持板３９に下部伝熱管補強部材７２の基端部が溶接により固定され、各切欠部７３，７４が複数の伝熱管３１の外周面に嵌合することとなる。

従って、各伝熱管ブロックＢにて、上下の伝熱管補強部材７１，７２により多数の伝熱管３１が支持されることで、全体として強度が向上する。そのため、上下や左右の振動が作用した場合、各伝熱管３１及び伝熱管列Ａの振動を抑制することで、各伝熱管３１に作用する応力を低減することができる。

このように実施例２の循環流動層ボイラの熱交換器にあっては、複数の伝熱管３１を鉛直方向に屈曲して配設し、鉛直方向の複数箇所を伝熱管連結部材３５によって連結することで伝熱管列Ａを構成し、この伝熱管列Ａを水平方向に複数列配設してその上端部及び下端部をそれぞれ上部支持部材３７、下部支持部材３９に連結することで伝熱管ブロックＢを構成し、上下の支持板３７，３９に隣接する複数の伝熱管３１に嵌合する伝熱管補強部材７１，７２を設けている。

従って、各伝熱管列Ａの端部の伝熱管３１が伝熱管補強部材７１，７２により一体に支持されるため、各伝熱管ブロックＢとして強度を向上することができ、各伝熱管３１に作用する上下及び左右の振動を抑制することで発生する応力を低減することができ、その結果、伝熱管３１だけでなく外部熱交換器１６の耐久性を向上することができる。

また、伝熱管３１、スリーブ３４、伝熱管連結部材３５、支持板３７，３８などにより伝熱管ブロックＢを構成した後、上下の伝熱管補強部材７１，７２を各支持板３７，３９に固定しており、あとから伝熱管補強部材７１，７２を装着して伝熱管３１の外周面を支持することができ、既存の設備に対して容易に強度補強を行うことができる。

［参考例３］
図１０は、参考例３としての循環流動層ボイラの熱交換器における伝熱管の支持構造を表す概略図である。なお、既に説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

参考例３の循環流動層ボイラの外部熱交換器において、図１０に示すように、複数の伝熱管３１は、円筒形状をなすスリーブ３４に嵌入して溶接等で固定され、鉛直方向に沿って並設されたスリーブ３４（伝熱管３１）同士が一定の間隔をもって伝熱管連結部材３５によって連結されることで、複数の伝熱管列Ａが形成されている。そして、各伝熱管列Ａの上端部が支持金物３６により上部支持板３７に連結される一方、下端部が支持金物３８により下部支持板３９に連結されることで、複数の伝熱管３１からなる伝熱管列Ａが複数列配設されて伝熱管ブロックＢが形成されている。

そして、この参考例では、伝熱管ブロックＢにて、伝熱管列Ａにおける各スリーブ３４と隣接する伝熱管列Ａにおける各伝熱管連結部材３５とが管列連結部材としての結び板４０により全ての位置で連結されている。

従って、各伝熱管ブロックＢにて、多数の結び板４０により隣接する伝熱管列Ａが連結されることで、全体として強度が向上する。この場合、隣接する伝熱管列Ａにおける各伝熱管３１の上下位置がずれており、隣接する伝熱管列Ａにおける各結び板４０の上下位置もずれることとなり、伝熱管ブロックＢにおける全面にて均一して強度が向上する。そのため、上下や左右の振動が作用した場合、各伝熱管３１の振動を抑制することで、各伝熱管３１に作用する応力を低減することができる。

このように参考例３の循環流動層ボイラの熱交換器にあっては、複数の伝熱管３１を鉛直方向に屈曲して配設し、鉛直方向の複数箇所を伝熱管連結部材３５によって連結することで伝熱管列Ａを構成し、この伝熱管列Ａを水平方向に複数列配設してその上端部及び下端部をそれぞれ上部支持部材３７、下部支持部材３９に連結することで伝熱管ブロックＢを構成し、隣接する各伝熱管列Ａにおけるスリーブ３４と伝熱管連結部材３５とが結び板４０により全ての位置で連結されている。

従って、隣接する各伝熱管列Ａが多数の結び板４０により複数の位置で連結されるため、各伝熱管ブロックＢとして強度を向上することができ、各伝熱管３１に作用する上下及び左右の振動を抑制することで発生する応力を低減することができ、その結果、伝熱管３１だけでなく外部熱交換器１６の耐久性を向上することができる。

［参考例４］
図１１−１は、参考例４としての循環流動層ボイラの熱交換器における伝熱管の支持構造を表す正面図、図１１−２は、参考例４の循環流動層ボイラの熱交換器における伝熱管の支持構造を表す側面図である。なお、既に説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

参考例４の循環流動層ボイラの外部熱交換器において、図１１−及び図１１−２に示すように、複数の伝熱管３１は、円筒形状をなすスリーブ３４に嵌入して溶接等で固定され、鉛直方向に沿って並設されたスリーブ３４（伝熱管３１）同士が一定の間隔をもって伝熱管連結部材８１によって連結されている。この参考例では、この伝熱管連結部材８１が伝熱管３１と交差する方向に沿った板形状をなしている。

このように参考例４の循環流動層ボイラの熱交換器にあっては、複数の伝熱管３１を鉛直方向に屈曲して配設し、鉛直方向の複数箇所にスリーブ３４を固定し、各スリーブ３４を伝熱管３１と交差する方向に沿った伝熱管連結部材８１によって連結することで伝熱管列Ａを構成している。

従って、上下に隣接する各伝熱管３１が伝熱管３１と交差する方向に沿った伝熱管連結部材８１により連結されるため、各伝熱管列Ａとして強度を向上することができ、各伝熱管３１に作用する上下及び左右の振動を抑制することで発生する応力を低減することができ、その結果、伝熱管３１だけでなく外部熱交換器１６の耐久性を向上することができる。

［参考例５］
図１２は、参考例５としての循環流動層ボイラの熱交換器の概略図である。なお、既に説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

参考例５の循環流動層ボイラの外部熱交換器において、図１２に示すように、複数の伝熱管３１は、３つの伝熱管支持部Ｃにより支持されていると共に、端部が伝熱管支持壁４６の側壁４６ａを貫通することで支持されている。

このように参考例５の循環流動層ボイラの熱交換器にあっては、伝熱管３１が長手方向における複数の位置で支持されており、熱交換器全体して強度を向上することができ、各伝熱管３１に作用する上下及び左右の振動を抑制することで発生する応力を低減することができ、その結果、伝熱管３１だけでなく外部熱交換器１６の耐久性を向上することができる。

なお、上述した各実施例では、伝熱管３１の振動を抑制するために、伝熱管連結部材３５，８１や結び板（管列連結部材）４０、ブロック連結部材４１，４２などを設けたが、吊棒４２にダンパなどを設けて振動を吸収してもよい。

本発明に係る循環流動層ボイラの熱交換器は、強度を上げることで伝熱管に発生する上下左右の振動を抑制して耐久性の向上を図ったものであり、どのような場所に設置される循環流動層ボイラの熱交換器にも適用することができる。

参考例１としての循環流動層ボイラの熱交換器における伝熱管の支持構造を表す概略図である。参考例１の循環流動層ボイラの熱交換器の概略図である。参考例１の循環流動層ボイラの熱交換器における伝熱管の連結構造を表す概略図である。参考例１の循環流動層ボイラを表す概略構成図である。本発明の実施例１に係る循環流動層ボイラの熱交換器における伝熱管の支持構造を表す概略図である。参考例２としての循環流動層ボイラの熱交換器における伝熱管の支持構造を表す概略図である。スペーサを表す正面図である。本発明の実施例２に係る循環流動層ボイラの熱交換器における伝熱管の支持構造を表す概略図である。伝熱管補強部材を表す正面図である。参考例３としての循環流動層ボイラの熱交換器における伝熱管の支持構造を表す概略図である。参考例４としての循環流動層ボイラの熱交換器における伝熱管の支持構造を表す正面図である。参考例４の循環流動層ボイラの熱交換器における伝熱管の支持構造を表す側面図である。参考例５としての循環流動層ボイラの熱交換器の概略図である。

１１流動床火炉
１２サイクロン
１６外部熱交換器
１９排気通路
２４空気通路
３１伝熱管
３４スリーブ
３５，８１伝熱管連結部材
３７上部支持板
３９下部支持板
４０結び板（管列連結部材）
４１上部ブロック連結部材
４２下部ブロック連結部材
４３吊棒
４６伝熱管支持部
４６ａ側壁
５１ブロック補強部材
６１スペーサ
７１上部伝熱管補強部材
７２下部伝熱管補強部材
Ａ伝熱管列
Ｂ伝熱管ブロック
Ｃ伝熱管支持部

Claims

粒子と燃焼物を流動混合して燃焼することで高温となった粒子から熱回収を行う循環流動層ボイラの熱交換器において、水平方向に沿って延設されて高温の粒子から熱回収を行う流体が流通可能な複数の伝熱管と、鉛直方向に沿って並設された前記複数の伝熱管同士を所定の間隔をもって連結して伝熱管列Ａを形成する伝熱管連結部材と、水平方向に並設された複数の前記伝熱管列Ａの上端部及び下端部を支持して伝熱管ブロックＢを形成する上部支持板及び下部支持板と、隣接する前記上部支持板及び前記下部支持板同士を連結して複数の前記伝熱管ブロックＢを一体とすることにより伝熱管支持部Ｃを形成するブロック連結部材と、前記伝熱管ブロックＢにおける前記上部支持板と前記下部支持板とを連結して伝熱管支持部Ｃが枠状をなすように構成するブロック補強部材と、水平方向に隣接する前記伝熱管列Ａ同士を連結する複数の管列連結部材とを具え、基端部が前記上部支持板及び前記下部支持板に固定されて先端部がこの先端部に隣接する前記伝熱管に嵌合する伝熱管補強部材を設けることを特徴とする循環流動層ボイラの熱交換器。