JP5693311B2 - Heat transfer tube structure - Google Patents
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Description
本発明は、ボイラ火炉の伝熱管構造に関し、特に互いに異なる管総本数を有する横置き伝熱管と吊下げ伝熱管との連結構造に係わり、それらを構成する部材を低減可能な伝熱管構造に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a heat transfer tube structure of a boiler furnace, and more particularly to a connection structure of a horizontally placed heat transfer tube and a suspended heat transfer tube having different numbers of tubes, and a heat transfer tube structure capable of reducing the members constituting them.
図5はボイラ火炉内部の伝熱管の配置状態を模式的に示した側面図である。高温の燃焼ガスに曝される板型伝熱管群13又はU型伝熱管群14は、紙面垂直方向に隣接する管群との間隔を、例えばそれぞれ1600mm、800mmと比較的大きく離して配置している。これは石炭灰の融点や軟化点と密接に関わり、溶融した灰が管群に付着し、そして成長する現象を繰り返し、隣接する管群同士が灰で連結されることによって、燃焼ガスの流路を塞ぐことを防止するためである。
FIG. 5 is a side view schematically showing the arrangement of the heat transfer tubes inside the boiler furnace. The plate-type heat
一方、これらの吊下げ伝熱管群13,14の後流側の吊下げ入口伝熱管3や吊下げ出口伝熱管4が配置されている部位は、伝熱管群13,14によって熱交換された排ガス流れの後流側にあるため、伝熱管群13,14が配置された部位に比べて雰囲気温度が低い領域である。そのため、灰融点の高い石炭が用いられる場合、吊下げ入口伝熱管3や吊下げ出口伝熱管4の紙面垂直方向に隣接する管群との間隔を200mm程度にまで小さくしても、これらの伝熱管3,4に付着する灰が溶融することにより伝熱管3,4がそれぞれ隣接する管群と連結してガス流路が閉塞されるというような問題は生じなかった。
On the other hand, the portions where the suspension inlet
しかしながら、近年、炭種の多様化に伴い、灰融点の低い石炭が使用され始めるようになり、このような場合に上記のような灰の連結防止の観点から、パネル状に構成される吊下げ入口伝熱管3や吊下げ出口伝熱管4の隣接管群との間隔を、例えば450mm程度にまで拡げる必要がある。しかし、前記隣接管群との間隔が450mm程度である場合には、前記200mmの間隔で配置される構造に比べて、一定のスペースに配置される吊下げ入口伝熱管3の総本数は減少せざるを得ず、吊下げ入口伝熱管3と吊下げ出口伝熱管4の後流側に配置される横置き伝熱管2との管総本数に大きな差が生じることになる。
However, in recent years, with the diversification of coal types, coal with a low ash melting point has begun to be used. In such a case, from the viewpoint of preventing the connection of ash as described above, the suspension is configured in a panel shape. It is necessary to increase the distance between the inlet
図7は、吊下げ入口伝熱管3の総本数と横置き伝熱管2の管総本数に大きな差がある場合の対策として考えられる公知ではないボイラ火炉内に配置される横置き伝熱管2と吊下げ入口伝熱管3、出口伝熱管4の連結構造を示す部分の斜視図であり、図8は図7のH−H線から見た部分側面図である。
FIG. 7 shows a horizontal
図7と図8に示す構造では、横置き伝熱管2は天井壁管12を貫通した後、その上端のボイラ炉幅方向(図5の紙面直角方向)に複数設置された横置き伝熱管出口管寄せ7(図7上では、管寄せ7だけでなく管寄せ5,10も両端側の一部のみ表示している)に接続し、それぞれの横置き伝熱管出口管寄せ7を横置き伝熱管出口マニホルド8に連結して横置き伝熱管2内を流れる流体を集合させていた。その流体を更に過熱するため、横置き伝熱管出口管寄せ7を連絡配管9A,9Bによって吊下げ伝熱管3へ連結される系統構成となっている。
In the structure shown in FIGS. 7 and 8, the horizontal
この連絡配管9A,9Bから流出する流体は吊下げ伝熱管入口マニホルド11を介して各吊下げ伝熱管入口管寄せ10へ分配され、各吊下げ伝熱管入口管寄せ10から吊下げ入口伝熱管3および吊下げ出口伝熱管4に送られて過熱された後、吊下げ伝熱管出口管寄せ5を通り、吊下げ伝熱管出口マニホルド6を経由してタービンへ送られる。
The fluid flowing out from the connecting
図7と図8に示す構成のように、ボイラ炉幅方向における横置き伝熱管2の総本数と吊下げ入口伝熱管3の総管本数が相違する場合には、横置き伝熱管2と吊下げ入口伝熱管3とを伝熱管同士で直接連結できないため、個々の独立した横置き伝熱管出口管寄せ7および出口マニホルド8、さらに吊下げ伝熱管入口マニホルド11および吊下げ伝熱管入口管寄せ10を設置して連絡配管9A,9Bにより連結する構成とすることが考えられる。
When the total number of the horizontal
なお、管寄せ5,7,10がそれぞれ接続されるマニホルド6,8,11はその目的を達成するためであれば、管寄せと兼用できる。図9はその構成例を示し、図9は図8中の破線で囲むJ部の部分側面図である。前述したように横置き伝熱管2内の内部流体は、横置き伝熱管出口管寄せ7を介して横置き伝熱管出口マニホルド8へ集められる。図9に示すように横置き伝熱管出口管寄せ7を介さず、横置き伝熱管2を直接的に横置き伝熱管出口マニホルド8へ接続しても、内部流体はマニホルド8へ集合できる。伝熱管3,4も同様に直接マニホルド8,11に接続する構成を採用することもできる。
The
しかしながら、この構成例でボイラ建設地への製品輸送や建設現場での製品搬入出のし易さを考慮した場合、横置き伝熱管2と横置き伝熱管出口マニホルド8を製品製作工場で溶接接合した状態でボイラ建設地へ搬入するには、高さ方向で10m以上、長さ方向で20m以上の大きさとなることから現実的ではない。
However, in this configuration example, considering the ease of product transportation to the boiler construction site and the ease of product loading / unloading at the construction site, the horizontal
従って、図9中のD部の位置で、横置き伝熱管2が溶接された横置き伝熱管出口マニホルド8と横置き伝熱管2に分割して建設地へ搬入する必要がある。ボイラ建設地では、D部での伝熱管溶接によってボイラを組み立てることになり、狭隘部で、しかも溶接員数(箇所数)は数十〜数百倍に増加することから、通常、横置き伝熱管出口管寄せ7を個別に配置して、横置き伝熱管2と横置き伝熱管出口管寄せ7を工場溶接とし、横置き伝熱管出口管寄せ7と横置き伝熱管出口マニホルド8とを現地で溶接接合するボイラの組み立てる手順を用いることが考えられる。
Therefore, it is necessary to divide the horizontal heat transfer
上記した図7,図8及び図9に示す伝熱管構造は、管寄せ5,7,10に集まった流体を後流側に運ぶために、管寄内の流体を集合させるマニホルド6,8,11や流路連結のために連絡配管9A,9Bを必要とする構成であった。そのため、構成する部品は多く、コストのかかる構成であった。さらに現地でのそれらの部品の据付時の溶接作業量も多い傾向にあった。
The above-described heat transfer tube structure shown in FIGS. 7, 8 and 9 has
特許文献1には複数の入口管寄と出口管寄との間に中間パネルと側部パネルを設け、側部パネルに水平方向左右に張り出し部を形成することでパネル相互間に所定の間隔を保持させ、更に複数の入口管寄と出口管寄の各長さ方向の中間部上側に入口連絡管及び出口連絡官を接続することで管寄全体の構成を簡素化できると記載されている。
In
しかし、特許文献1記載の発明では本発明の課題とする吊下げ伝熱管と横置き伝熱管の管総本数が相違する場合の伝熱管構造に関するものではなく、また、従来の高品質の燃料を使用していたボイラ火炉では、吊下げ伝熱管と横置き伝熱管の管総本数が相違するとか、前記伝熱管のボイラ炉幅方向の間隔が異なるということが無かった。
However, the invention described in
そこで本発明の課題は、吊下げ伝熱管や横置き伝熱管などの伝熱管をパネル状に配置する場合のパネル間に灰が堆積してパネルが連結することを防止し、そのために大径のマニホルドや連結管を用いること無く、輸送性と現地据付性(最終組立)が容易な伝熱管構造を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to prevent the ash from being accumulated between the panels when the heat transfer tubes such as the suspended heat transfer tubes and the horizontal heat transfer tubes are arranged in a panel shape, and to connect the panels. The object is to provide a heat transfer tube structure that can be easily transported and installed in the field (final assembly) without using a manifold or connecting pipe.
本発明に係わる伝熱管構造は、上記課題の解決を目的としており、横置き伝熱管と吊下げ伝熱管の管本数に影響されず、構成する部材の重量を低減できる構造とした。さらに、部品点数を低減することで据付性も向上する構成とする。 The heat transfer tube structure according to the present invention is intended to solve the above-described problems, and has a structure in which the weight of constituent members can be reduced without being affected by the number of horizontal heat transfer tubes and suspended heat transfer tubes. Furthermore, it is set as the structure which improves installation property by reducing a number of parts.
請求項1記載の発明は、ボイラの前後方向に複数の伝熱管が吊下げられた吊下げ伝熱管3と、ボイラの後部伝熱部の前後方向に横置きされ、上下に積層する複数の伝熱管を順次折り返して後部伝熱部の下方から上方に向かって積み重ね、後部伝熱部の上方では垂直方向に延びる垂直部分を有する横置き伝熱管2を備え、ボイラ天井壁12を貫通させて前記吊り下げ伝熱管3と横置き伝熱管2の垂直部分を延ばしてボイラ天井壁の上方で前記吊り下げ伝熱管3と横置き伝熱管2の垂直部分を中間管寄せ1で接続して一組の熱交換ユニットとし、該熱交換ユニットをボイラ炉幅方向に複数組配置したことを特徴とする伝熱管構造である。
The invention described in
請求項2記載の発明は、前記一組の熱交換ユニットの吊下げ伝熱管3は、前記中間管寄せ1に接続された伝熱管がそれぞれ天井壁12の下方でボイラ後方側に折り曲げられ、上方に折り返して天井壁12を貫通し、前記中間管寄せ1を跨ぐようにして、前記中間管寄せ1の上方で吊下げ伝熱管4の出口管寄せ5に接続されることを特徴とする請求項1に記載の伝熱管構造である。
According to the second aspect of the present invention, the suspended
請求項3記載の発明は、前記一組の熱交換ユニットの吊下げ伝熱管3は、前記中間管寄せ1に接続された伝熱管がそれぞれ天井壁12の下方でボイラ前方側に折り曲げられ、上方に折り返して天井壁12を貫通し、前記中間管寄せ1を跨ぐようにして、前記中間管寄せ1の上方で吊下げ出口伝熱管4の出口管寄せ5に接続されることを特徴とする請求項1に記載の伝熱管構造である。
According to a third aspect of the present invention, in the suspended
請求項1記載の発明によれば、伝熱管総本数の違う横置き伝熱管2と吊下げ伝熱管3であっても、これら両伝熱管2,3の連結のために、個々の独立した管寄せを用いずに各伝熱管2,3の入口と出口の管寄せを一体型とすることで、前記伝熱管をパネル状に配置する場合にパネル間に灰が堆積することが無く、ボイラ耐圧部品の部品点数を減らし、重量を低減することができる。また、部品点数の低減は輸送や据付けへの効果が大きい。
According to the first aspect of the present invention, even if the horizontal
請求項2記載の発明によれば、中間管寄せ1が吊下げ出口伝熱管4の隣接管の間隔を通り抜けることがない構造であるため、比較的短い中間管寄せを用いることができ、輸送性が向上する。
According to the second aspect of the present invention, since the
請求項3記載の発明によれば、吊下げ出口伝熱管4を炉内ガス流れの低温側に配置するため、吊下げ出口伝熱管4の肉厚を比較的薄くすることができる。
According to invention of
以下本発明に係るボイラの伝熱管構造の実施の形態を図面によって説明する。なお、本実施例の伝熱管は、図5に示すボイラ内に配置される伝熱管に関わるものである。 Embodiments of a heat transfer tube structure for a boiler according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the heat exchanger tube of a present Example is concerned with the heat exchanger tube arrange | positioned in the boiler shown in FIG.
図1において横置き伝熱管2と吊下げ入口伝熱管3はその管総本数が一致していない。一例として次のことを想定する。
すなわち、横置き伝熱管2は1パネル14本の管で構成され、蒸気発生器当たり104パネルあり、全1456本の管が存在する。一方、吊下げ入口伝熱管3と吊下げ出口伝熱管4は1パネル20本の管、52パネルとし、全1040本の管で構成されている。横置き伝熱管2と吊下げ入口伝熱管3の伝熱管本数が相違するため、横置き伝熱管2と吊下げ入口伝熱管3を直接連結することはできない。そこで、これらの管群を中間管寄せ1に接続する。
In FIG. 1, the horizontal
That is, the horizontal
すなわち、1つの中間管寄せ1に、炉幅方向の間隔がそれぞれ異なる横置き伝熱管2のパネルと、吊下げ入口伝熱管3と吊下げ出口伝熱管4のパネルとが一連となった吊下げ伝熱管パネルとを接続する。
In other words, in one
本例の場合、図2に示す横置き伝熱管2と吊下げ入口伝熱管3のパネル枚数は2対1の関係であることから、横置き伝熱管2はその4つのパネルを、吊下げ入口伝熱管3は2つのパネルを一つの中間管寄せ1に接続すれば、全ての伝熱管が中間管寄せ1に均等に接続できる。この中間管寄せ1を介して内部流体は、吊下げ入口伝熱管3から吊下げ出口伝熱管4を通り、図1に示す吊下げ伝熱管出口管寄せ5に入り、吊下げ伝熱管出口マニホルド6で混合される。本実施例の場合によれば全26本の中間管寄せ1を配置する。
In the case of this example, since the number of panels of the horizontal
図3を用いて吊下げ出口伝熱管4と中間管寄せ1の配置を説明する。
過度の伝熱管温度上昇を防ぐため、より低温の吊下げ入口伝熱管3が炉内ガスの上流側(ガス高温側)へ配置される。そのため、中間管寄せ1は、吊下げ出口伝熱管4を越えて吊下げ入口伝熱管3まで達するように配置しなければならない。今、吊下げ出口伝熱管4は溶融灰連結による流路閉塞を防ぐため、管群同士の間隔を450mm程度と従来に比べて拡げていることから、その吊下げ出口伝熱管4の中の互いに隣接する伝熱管の間を水平方向に真直ぐに通り抜けするように配置することで中間管寄せ1を配置できる。
The arrangement of the suspended outlet
In order to prevent an excessive increase in the temperature of the heat transfer tube, the lower-temperature hanging inlet
更に、図1に示す構造を採用することで、横置き伝熱管2と吊下げ入口伝熱管3の天井壁管12から上方の部分の長さを減少させることができる。
図8に示す伝熱管構造のG−G線矢視断面図である図6(b)のように、天井壁管12と横置き伝熱管出口マニホルド8と天井壁管12と吊下げ伝熱管入口マニホルド11は、ボイラ運転中にそれらの温度差によって、ボイラ中心からマニホルド8,11の管軸方向へ向かっての熱伸び差が生じる。この時、伝熱管2,3はマニホルド8,11にそれぞれ接続された管寄せ7,10に連結されているため、前記マニホルド8,11の熱伸び差分だけ強制的に変形させられる。この場合、管寄せ7,10と伝熱管2,3の溶接接合部であるE部(図6(b))には大きな応力が発生する。
図8に示す伝熱管構造では図6(b)に示すように、伝熱管2,3の応力低減の観点から、マニホルド8,11は天井壁12から2500mm程度上方に配置し、フレキシブルな構造を採用する必要があった。
Furthermore, by adopting the structure shown in FIG. 1, the length of the portion of the horizontal
As shown in FIG. 6B, which is a cross-sectional view taken along the line GG of the heat transfer tube structure shown in FIG. 8, the
In the heat transfer tube structure shown in FIG. 8, as shown in FIG. 6B, the
一方、図1のF−F線矢視断面図を示す図6(a)のように、本実施例1の構成を採用すれば、図7に示すマニホルド8,11を設置していないため、中間管寄せ1は天井壁管12と一緒に熱移動する。すなわち中間管寄せ1と天井壁管12との熱伸び差は生じない。
On the other hand, since the
従って、中間管寄せ1に接続される伝熱管2,3には、フレキシビリティを確保する必要はなく、中間管寄せ1を天井壁管12の上方2000mm程度の位置に配置すればよく、天井壁管12から上部の伝熱に全く寄与しない部分の上方の部分の長さを低減できる。
Therefore, the
また、据付費は、中間管寄せ1を図1に示すC部で分割し、ボイラを設置する現地においてC部を溶接接合すれば26ヶ所分のみの溶接となる。
図7、図8に示す構造では、マニホルド8,11と連絡配管9A,9Bとの溶接4ヶ所及び管寄せ7,10とマニホルド8,11との溶接箇所は52ヶ所となることから本実施例では溶接箇所を半減でき、図7、図8に示す構造に比べて据付費の低減および据付性の向上が図れる。
Moreover, the installation cost will be only 26 places if the
In the structure shown in FIGS. 7 and 8, there are four welds between the
図4は本実施例の構造を示す側面図であって、実施例1と異なる点は、輸送性をさらに向上させるために、吊下げ入口伝熱管3を炉内ガス流れの後流側に、吊下げ出口伝熱管4を炉内ガス流れの前流側に配置したことである。
横置き伝熱管2が連結された中間管寄せ1は、吊下げ出口伝熱管4の隣接管の間隔を通り抜けることなく配置でき、中間管寄せ1に接続された吊下げ入口伝熱管3は、吊下げ出口伝熱管4を介して吊下げ伝熱管出口管寄せ5へ接続され、そして、吊下げ伝熱管出口管寄せ5は吊下げ伝熱管出口マニホルド6に接続される。
FIG. 4 is a side view showing the structure of the present embodiment. The difference from the first embodiment is that in order to further improve the transportability, the suspension inlet
The
本実施例は中間管寄せ1が吊下げ出口伝熱管4の隣接管の間隔を通り抜ける実施例1の構成とは異なり、中間管寄せ1が吊下げ出口伝熱管4の隣接管の間隔を通り抜けることがない構造であるため、中間管寄せ1の長さは、実施例1の構造に比べて2000mm程度は短くなり、輸送性が向上する。
This embodiment differs from the configuration of the first embodiment in which the
但し、前述の通り吊下げ出口伝熱管4群を炉内ガス流れの高温側に配置するため、吊下げ出口伝熱管4の温度が実施例1の吊下げ出口伝熱管4の温度に比べて上昇するため、吊下げ出口伝熱管4の肉厚は実施例1のそれよりも厚くする必要がある。
However, since the suspension outlet
1 中間管寄せ 2 横置き伝熱管
3 吊下げ入口伝熱管 4 吊下げ出口伝熱管
5 吊下げ伝熱管出口管寄せ 6 吊下げ伝熱管出口マニホルド
7,10 管寄せ 8 横置き伝熱管出口マニホルド
9A,9B 連絡配管
11 吊下げ伝熱管入口マニホルド
12 天井壁管 13 板型伝熱管群
14 U型伝熱管群
DESCRIPTION OF
11 Hanging Heat Transfer
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