JP7130569B2 - 熱交換器及びボイラ並びに熱交換器の吸熱量調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器及びボイラ並びに熱交換器の吸熱量調整方法に関するものである。

油焚きボイラなどの大型のボイラは、中空形状をなして鉛直方向に設置される火炉を有し、この火炉壁に複数の燃焼バーナが火炉の周方向に沿って配設されている。また、油焚きボイラは、火炉の鉛直方向上方に煙道が連結されており、この煙道に蒸気を発生させるための熱交換器が配置されている。そして、燃焼バーナが火炉内に燃料と空気を噴射することで火炎が形成され、燃焼ガスが生成されて煙道に流れる。燃焼ガスが流れる領域に熱交換器が設置され、熱交換器を構成する伝熱管内を流れる水や蒸気を加熱して過熱蒸気が生成される。

このようなボイラでは、煙道中にガスの流れを変更する偏流部材を配置することで、熱交換器を通過するガス流れの分布が変える場合がある（例えば、特許文献１）。特許文献１の装置では、火炉出口の流路を形成する副側壁部の天井部に突起物を副側壁部の内部に突出するように設置することによって、天井壁付近を流れるＣＯを多く含んだ燃焼ガスを副側壁部の中央方向に流している。

特開２０１０－７１５９７号公報

ところで、燃焼ガスが流通するボイラの煙道内では、壁面の形状や熱交換器の形状・配置、ショートパスなどによって燃焼ガスの偏流が発生する場合がある。
また、煙道内に配置される熱交換器（例えば、過熱器など）は、多数の伝熱管によって構成されている。燃焼ガスは、隣接する伝熱管同士の間に形成された隙間を燃焼ガスが通過することで煙道内を流通する。燃焼ガスには様々な成分が含まれているので、燃焼ガスと接触する伝熱管の表面には、粘性クリンカ等が付着することがある。粘性クリンカ等が付着すると、隣接する伝熱管との隙間の長さが変化するため、粘性クリンカの付着の有無及び付着量によって各隙間を通過する燃焼ガスの流量や流速が異なる。よって、このような要因からも、燃焼ガスの偏流が発生して熱交換器を通過するガス流れの分布が変化する場合がある。

燃焼ガスの偏流が発生した場合、各伝熱管で燃焼ガスからの吸熱量の差が生じて、不均等な温度分布となる。このため、吸熱量が多い伝熱管では、温度（メタル温度）が局所的に高くなり、許容温度以上となって損傷するおそれがある。

伝熱管の局所的な昇温を防止するために、例えば、特許文献１に記載の突起物を設けて燃焼ガスの流れを変更し、燃焼ガスの偏流を抑制することが考えられる。しかしながら、特許文献１では、突起物の固定態様について考慮されていない。例えば、特許文献１の装置において、溶接等で突起物を固定した場合には、容易に突起物を取り外すことができない。よって、例えば、突起物を取り付けても好適に燃焼ガスの偏流を抑制できなかった場合や、突起物を取り付けた後にボイラの状態（例えば、伝熱管の表面に付着する粘性クリンカ等の付着状態）が変化し、燃焼ガスの偏流が変化した場合などに、取り付けた突起物の位置を変更したい場合であっても、取り付け位置を容易に変更することができないという問題を招来する可能性がある。これにより、好適に、燃焼ガスの偏流を抑制することができない可能性があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、偏流板を取り付ける領域を容易に調整することができ、好適に、高温ガスの偏流を抑制することができる熱交換器及びボイラ並びに熱交換器の吸熱量調整方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の熱交換器及びボイラ並びに熱交換器の吸熱量調整方法は以下の手段を採用する。
本発明の一態様に係る熱交換器は、内部に流体が流通していて、前記流体よりも高温である高温ガスと前記流体とを熱交換させ、前記高温ガスの流れ方向と交差する所定方向に延びる複数の伝熱管と、前記伝熱管に対して着脱可能に固定される偏流板と、を備え、複数の前記伝熱管は、前記高温ガスの流れ方向に並んで配置されるとともに、前記高温ガスの流れ方向及び前記所定方向の両方と交差する交差方向に並んで配置されていて、前記偏流板は、前記高温ガスの流れ方向の下流側端部に配置された前記伝熱管に固定されていて、板面が前記高温ガスの流れ方向と交差するように設けられている。

上記構成では、高温ガスと流体とを熱交換する伝熱管に対して、板面が高温ガスの流れ方向と交差するように偏流板が設けられている。すなわち、偏流板によって高温ガスの流れの一部が阻害されている。これにより、高温ガスは、偏流板を避けるように流れる。よって、偏流板を設けることで、高温ガスの流れを変更することができる。このため、偏流板を設けた領域における高温ガスの流量を減少させることができる。したがって、例えば、高温ガスが流通する流路において、高温ガスの流量の偏りが発生している場合に、高温ガスの流量が多い領域に偏流板を設けることで、当該領域の高温ガスの流量を低減することができる。したがって、高温ガス流量の偏りを抑制することができる。よって、伝熱管内を流れる流体への吸熱量が調整され、高温ガスの流量の偏りによる伝熱管の局所的な昇温が抑制される。よって、伝熱管の損傷や伝熱性能の低下を抑制することができる。

また、偏流板を着脱可能に固定しているため、伝熱管から偏流板を取り外すことができる。すなわち、伝熱管の機能を維持したまま偏流板を取り外すことができる。これにより、偏流板を取り付ける領域を容易に変更し、調整することができる。したがって、仮に、好適に高温ガス流量の偏りを抑制する必要が少ない領域に偏流板を設けてしまった場合であっても、偏流板を取り付ける位置を容易に変更することができる。また、偏流板を取り付けた後に高温ガス流れの状況が変化し、高温ガスの流量が多い領域が変化した場合であっても、高温ガスの流量が多い領域に偏流板を設置し直すことができる。このように、偏流板の取り付け領域を容易に調整することができるので、より好適に、高温ガスの流量が多い領域に偏流板を設置することができる。これにより、より好適に、当該領域の高温ガスの流量を低減することができる。したがって、高温ガス流量の偏りをより好適に抑制することができる。よって、より好適に伝熱管内を流れる流体への吸熱量が調整され、高温ガスの流量の偏りによる伝熱管の局所的な昇温がより好適に抑制される。よって、伝熱管の損傷や伝熱性能の低下をより好適に抑制することができる。

また、偏流板が着脱可能であるので、高温ガスの流量の偏りによる伝熱管の局所的な昇温が突発的に発生した場合に、恒久的な対策を行う前に、応急的に局所的な昇温を抑制することができる。すなわち、恒久的な対策時に偏流板が不要であるような場合には、容易に偏流板を取り外し、恒久的な対策を実施することができる。
また、応急的に偏流板を取り付けて、その効果を確認した場合には、対策を実施する必要がある領域を限定してから恒久的な対策を実施することができる。

また、偏流板を下流側端部に配置された伝熱管に対して固定している。これにより、偏流板に衝突する高温ガスは、上流側の伝熱管と熱交換を終えた高温ガスとなる。したがって、偏流板に衝突する高温ガスの温度は、偏流板を上流側の伝熱管に対して固定した場合と比較して、低い温度となる。よって、偏流板の熱による損傷を抑制することができる。

また、本発明の一態様に係る熱交換器は、前記偏流板は、複数設けられ、複数の前記偏流板は、板面が前記所定方向と前記交差方向とで形成される面に沿うように並んで配置されていてもよい。

偏流板は、偏流板が複数設けられ、複数の偏流板は所定方向と交差方向とで形成される面に沿うように並んで配置されている。すなわち、複数の偏流板によって、高温ガス流路を阻害している。これにより、同面積を阻害する場合で比較して、一枚の偏流板で阻害するよりも、各偏流板を小型化することができる。したがって、偏流板の取り付け作業及び取り外し作業の作業性を向上させることができる。
また、着脱可能な偏流板が複数設けられているので、各偏流板の取り付け又は取り外しを行うことで、高温ガスが流通する流路の阻害面積を調整することができる。したがって、精密に高温ガス流量を低減させることができるので、高温ガス流路のガス流量の偏りを抑制することができる。

また、本発明の一態様に係る熱交換器は、複数の前記偏流板は、所定方向に沿って並んで配置されていてもよい。

上記構成では、偏流板が所定方向に沿って並んで配置されている。これにより、偏流板を着脱することで、偏流板による高温ガス流路の阻害領域を所定方向に調整することができる。したがって、高温ガス流路内において、所定方向に高温ガス流量の偏りが発生した場合であっても、高温ガス流路のガス流量の偏りを抑制することができる。

また、本発明の一態様に係る熱交換器は、前記偏流板には、長円形状のボルト孔が形成されていて、前記偏流板と前記伝熱管とは、前記ボルト孔を挿通するＵボルトによって固定されていてもよい。

上記構成では、長円形状のボルト孔を挿通するＵボルトによって偏流板が着脱可能に伝熱管に固定されている。これにより、偏流板が長円形状の長手方向に熱伸びした場合であっても、Ｕボルトとボルト孔の縁との干渉を抑制することができる。したがって、Ｕボルト及びボルト孔の損傷や偏流板及び伝熱管の変形・損傷を抑制することができる。なお、長円形状の長手方向は、交差方向が好ましい。

また、本発明の一態様に係る熱交換器は、前記偏流板は、前記板面の前記交差方向の端部から前記高温ガスの流れ方向の上流側もしくは下流側方向へ曲折して延びる曲折部を有していてもよい。

上記構成では、偏流板の板面の交差方向の端部が曲折している。これにより、偏流板の剛性を向上させることができる。よって、偏流板を板材から形成した場合であっても、変形を抑制できる。また、偏流板の振動等によって、偏流板の端部と隣接する伝熱管とが接触した場合であっても、偏流板の端部と伝熱管とが面接触することとなるので、伝熱管の損傷を抑制することができる。

本発明の一態様に係るボイラは、上記いずれかに記載の熱交換器と、火炉で生成された燃焼ガスが流通する燃焼ガス流路と、を備え、前記熱交換器は、前記燃焼ガス流路内に設けられ、前記高温ガスは、前記燃焼ガスである。

本発明の一態様に係るボイラは、熱交換器は過熱器であってもよい。
上記構成では、過熱器は、煙道の燃焼ガス流れ方向が鉛直方向から水平方向に変わる連結位置付近に配置される熱交換器であるため、燃焼ガスの流れが外周側よりも内周側を流れやすくなるといった偏流の影響を受けやすい。このため、過熱器に偏流板を設けることで、燃焼ガスの流量が多い領域に偏流板を設置することができる。これにより、燃焼ガスの流量の偏りによる伝熱管の局所的な昇温が、より抑制されるので、伝熱管の損傷や伝熱性能の低下を抑制することができる。

本発明の一態様に係る熱交換器の吸熱量調整方法は、前記熱交換器は、内部に流体が流通していて、前記流体よりも高温である高温ガスと前記流体とを熱交換させ、前記高温ガスの流れ方向と交差する所定方向に延びる複数の伝熱管と、前記伝熱管に対して着脱可能に固定される偏流板と、を備え、複数の前記伝熱管は、前記高温ガスの流れ方向に並んで配置されるとともに、前記高温ガスの流れ方向及び前記所定方向の両方と交差する交差方向に並んで配置されていて、前記偏流板は、前記高温ガスの流れ方向の下流側端部に配置された前記伝熱管に固定されていて、板面が前記高温ガスの流れ方向と交差するように設けられていて、前記偏流板によって、前記高温ガスの流れを変更する工程を備えている。

本発明によれば、偏流板を取り付ける領域を容易に調整することができ、好適に、高温ガスの偏流を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る油焚きボイラを示す概略構成図である。 図１の油焚きボイラに設けられた熱交換器と、蒸気及び給水系統と、を示す概略図である。 図１の過熱器を示す側面図である。 図３のＢ－Ｂ矢視断面図である。 図３の過熱器の上面図である。 図３の偏流板の展開図である。 図３の偏流板を示す斜視図である。 図３の変形例を示す図である。

以下に本発明に係る好適な実施形態について図面を参照して説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

本実施形態のボイラは、重油や原油などを燃料（炭素含有液体燃料）として用い、この燃料を燃焼バーナにより燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収して給水や蒸気と熱交換して過熱蒸気を発生することが可能な油焚きボイラである。以降の説明で、上や上方とは鉛直方向上側を示し、下や下方とは鉛直方向下側を示すものである。

本実施形態に係るボイラシステム１は、油焚きボイラ１０と、油焚きボイラ１０へ燃料を供給するポンプ３１，３２等によって構成されている。

本実施形態において、図１に示すように、油焚きボイラ１０は、火炉１１と燃焼装置１２と煙道（燃焼ガス流路）１３を有している。火炉１１は、四角筒の中空形状をなして鉛直方向に沿って設置されている。火炉１１を構成する火炉壁は、複数の蒸発管とこれらを接続するフィンとで構成され、給水や蒸気と熱交換することにより火炉壁の温度上昇を抑制している。

燃焼装置１２は、火炉１１を構成する火炉壁の下部側に設けられている。本実施形態では、燃焼装置１２は、火炉壁に装着された複数の燃焼バーナ（例えば２１，２２，２３，２４，２５）を有している。例えば燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、周方向に沿って均等間隔で配設されたものが１セットとして、鉛直方向に沿って複数段配置されている。但し、火炉の形状や一つの段における燃焼バーナの数、段数はこの実施形態に限定されるものではない。

各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、燃料供給管２６，２７，２８，２９，３０を介してポンプ３１，３２に連結されている。このポンプ３１，３２は、図示しないが、例えば燃料タンクなどの燃料貯蔵設備と接続されている。ポンプ３１，３２によって燃料を燃料貯蔵設備から燃料供給管２６，２７，２８，２９，３０を介して燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給することができる。

また、火炉１１は、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の装着位置に風箱３６が設けられており、この風箱３６に空気ダクト３７の一端部が連結されている。空気ダクト３７は、他端部に送風機３８が設けられている。

煙道１３は、火炉１１の鉛直方向上部に連結されている。煙道１３は、燃焼ガス（高温ガス）の熱を回収するための熱交換器として、過熱器４１，４２、再熱器４４，４５、節炭器４６，４７が設けられており、火炉１１での燃焼で発生した燃焼ガスと各熱交換器を流通する流体である給水や蒸気との間で熱交換が行われる。

煙道１３は、その下流側に熱交換を行った燃焼ガスが排出されるガスダクト４８が連結されている。ガスダクト４８は、空気ダクト３７との間にエアヒータ（空気予熱器）４９が設けられ、空気ダクト３７を流れる空気と、ガスダクト４８を流れる燃焼ガスとの間で熱交換を行い、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給する燃焼用空気を昇温することができる。

また、煙道１３に連結されるガスダクト４８は、下流端部に煙突５３が設けられている。

一方、燃料は、ポンプ３１，３２が駆動すると、燃料供給管２６，２７，２８，２９，３０を通して燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給される。また、加熱された燃焼用空気が空気ダクト３７から風箱３６を介して各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給される。すると、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、図示しないノズルによって燃料を火炉１１に吹き込むと共に燃焼用空気を火炉１１に吹き込み、このときに着火することで火炎を形成することができる。火炉１１内の下部で火炎が生じ、燃焼ガスがこの火炉１１内を上昇し、煙道１３に排出される。

その後、燃焼ガスは、煙道１３に配置される過熱器４１，４２、再熱器４４，４５、節炭器４６，４７で熱交換した後、煙突５３から大気中に排出される。

次に、熱交換器として、煙道１３に設けられた過熱器４１，４２、再熱器４４，４５、節炭器４６，４７について詳細に説明する。図２は、油焚きボイラ１０に設けられた熱交換器と、蒸気及び給水系統と、を示す概略図である。なお、図２では蒸気及び給水系統を説明するための図であって、煙道１３内の各熱交換器（過熱器４１，４２、再熱器４４，４５、節炭器４６，４７）の位置を正確に示しているものではない。

図２に示すように、本実施形態において、煙道１３は、内部に燃焼ガスが通過する燃焼ガス通路６０が設けられており、この燃焼ガス通路６０に過熱器４１，４２、再熱器４４，４５、節炭器４６，４７が配置されている。なお、過熱器４１，４２は、ヘッダを介して直列に設けられてもよいが、図２では、このヘッダを省略している。

油焚きボイラ１０で生成した蒸気により運転される蒸気タービン６１は、例えば、高圧タービン６２と低圧タービン６３とから構成されている。低圧タービン６３は、復水器６４が連結されており、低圧タービン６３を駆動した蒸気がこの復水器６４で冷却水（例えば、海水）により冷却されて復水となる。復水器６４は、給水ラインＬ１を介して第１節炭器４７の入口ヘッダ６５に連結されている。入口ヘッダ６５は、燃焼ガス通路６０に設けられており、給水ラインＬ１は、燃焼ガス通路６０の外側に給水ポンプ６６が設けられている。第２節炭器４６は、第１節炭器４７の上方に配置されており、各節炭器４６，４７の間に中間ヘッダ６７が設けられている。第２節炭器４６は、上部に出口ヘッダ６８が連結されており、この出口ヘッダ６８は、燃焼ガス通路６０の外側に配置されている。

出口ヘッダ６８は、給水ラインＬ２を介して燃焼ガス通路６０の外側に配置される蒸気ドラム６９に連結されている。蒸気ドラム６９は、火炉壁の各伝熱管（図示略）に連結されると共に、入口ヘッダ７４を介して、過熱器４１，４２に連結されている。また、過熱器４１，４２は、蒸気ラインＬ３を介して高圧タービン６２に連結されている。なお、Ｌ３には出口ヘッダ７５が設けられている。そして、高圧タービン６２は、蒸気ラインＬ４を介して第１再熱器４５の入口ヘッダ（管寄せ）７０に連結されている。入口ヘッダ７０は、燃焼ガス通路６０に設けられており、第１再熱器４５は、中間ヘッダ７１を介して第２再熱器４４に連結され、第２再熱器４４は、上部に出口ヘッダ７２が連結されており、この中間ヘッダ７１及び出口ヘッダ７２は、燃焼ガス通路６０の外側に配置されている。そして、出口ヘッダ７２は、蒸気ラインＬ５を介して低圧タービン６３に連結され低圧タービン６３を回転駆動している。

そのため、燃焼ガスが煙道１３の燃焼ガス通路６０を流れるとき、この燃焼ガスは、過熱器４１，４２、再熱器４４，４５、節炭器４６，４７の順に熱回収される。一方、給水ポンプ６６から供給された水は、節炭器４７，４６によって予熱された後、蒸気ドラム６９に供給され、図示しない火炉壁の各伝熱管に供給される間に加熱されて飽和蒸気となり、蒸気ドラム６９に戻される。蒸気ドラム６９の飽和蒸気は、過熱器４１，４２に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器４１，４２で生成された過熱蒸気は、高圧タービン６２に供給され、この高圧タービン６２を回転駆動する。高圧タービン６２から排出された蒸気は、再熱器４５，４４に導入されて再度過熱された後、低圧タービン６３に供給され、この低圧タービン６３を回転駆動する。蒸気タービン６１の回転軸には、発電機が接続されており、発電が行われる。低圧タービン６３から排出された蒸気は、復水器６４で冷却されることで復水となり、再び、節炭器４７，４６に送られる。

また、煙道１３は、入口ヘッダ７０と節炭器４７との間にスーツブロワ（噴射装置）８０が配置されていてもよい。スーツブロワ８０は、入口ヘッダ７０の長手方向と平行な方向に延在して入口ヘッダ７０に対向する位置に配置される。スーツブロワ８０は、入口ヘッダ７０の長手方向を軸方向として、軸方向に直交する方向に蒸気（気体）を噴射し、また噴射方向も変動することができる噴射装置である。スーツブロワ８０から節炭器４７に向けて噴射された蒸気は、節炭器４７の伝熱管の表面に堆積した燃焼灰を除去する。

次に、本実施形態の煙道１３に設けられた過熱器（熱交換器）４２及び過熱器（熱交換器）４２に設けられた偏流板８１について、図３から図７を用いて、より詳細に説明する。過熱器４２は、過熱器４１よりも、燃焼ガス（高温ガス）の流れにおける下流側に設けられている。なお、図３から図５において、Ｘ方向は、煙道１３を流通する燃焼ガス（高温ガス）の流れ方向を示している。また、Ｚ方向（所定方向）は、鉛直上下方向を示している。また、Ｙ方向（交差方向）は、Ｘ方向及びＺ方向の両方に直交する方向（本実施形態では、煙道１３の幅方向）を示している。

過熱器４２の配置場所を説明するために、まず、煙道１３の詳細な形状の説明をする。本実施形態の煙道１３は、図１及び図３に示すように、火炉１１の鉛直方向上部に連結されて、略鉛直方向に延びる第１鉛直部１３ａと、第１鉛直部１３ａの上端（燃焼ガス流れにおける下流端）から曲折して略水平方向に延びる水平部１３ｂと、水平部１３ｂの下流端から略鉛直下方に延びる第２鉛直部１３ｃと、を一体的に有している。第１鉛直部１３ａと水平部１３ｂとの連結部分の内側曲折部分には、燃焼ガス通路６０へ突出する突出部１３ｄが設けられている。また、突出部１３ｄは、第１鉛直部１３ａの内周面から斜め上方に延びる第１傾斜面１３ｄａと、第１傾斜面１３ｄａの上縁から水平部１３ｂ方向の斜め上方へ延びる第２傾斜面１３ｄｂと、を有し、縦断面が略三角形状に形成されている。

本実施形態では、過熱器４２は、第１鉛直部１３ａと、水平部１３ｂとの連結部分に配置されている。より詳細には、突出部１３ｄの上方に設けられている。過熱器４２の下端は、第２傾斜面１３ｄｂに沿うように形成されている。また、過熱器４２の上流端部は、突出部１３ｄの先端部分よりも燃焼ガス通路６０内へ突出している。

過熱器４２は、幅方向に延在する入口ヘッダ７４（図４参照）と、同方向に延在する出口ヘッダ７５とを連結する複数の伝熱管４３によって構成されている。各伝熱管４３は、図３に示すように、入口ヘッダ７４から略鉛直下方へ延びる第１鉛直管部４３ａと、第１鉛直管部４３ａの下端から曲折して第２傾斜面１３ｄｂに沿って斜め下方へ延びる傾斜管部４３ｂと、傾斜管部４３ｂの下端から曲折して略鉛直上方へ延びる第２鉛直管部４３ｃと、を備えている。すなわち、第１鉛直管部４３ａ及び第２鉛直管部４３ｃは、Ｚ方向に沿って延在している。入口ヘッダ７４及び出口ヘッダ７５は、煙道１３の外側に設けられているため、第１鉛直管部４３ａ及び第２鉛直管部４３ｃは、煙道１３の天井壁１３ｅを貫通している。

また、過熱器４２の複数の伝熱管４３は、Ｙ方向（以下、Ｙ方向のことを「幅方向」ともいう。）に沿って所定の間隔で並ぶように設けられるとともに、第１鉛直管部４３ａ及び第２鉛直管部４３ｃがＸ方向（以下、Ｘ方向のことを「燃焼ガスの流れ方向」ともいう。）に沿って所定の間隔で並ぶように設けられている（図４及び図５参照）。

次に、偏流板８１について説明する。
偏流板８１は、図３に示すように、過熱器４２の複数の伝熱管４３のうち、燃焼ガスの流れ方向（Ｘ方向）の下流側端部に配置された伝熱管４３の第１鉛直管部４３ａに固定されていている。また、偏流板８１は複数設けられている。

各偏流板８１は、図６及び図７に示すように、板状の金属板を折り曲げて形成される。図６の破線部分が折り曲げ位置になる。伝熱管４３に固定される矩形板状の固定部８１ａと、固定部８１ａの上端から曲折してＸ方向の下流側へ略水平に延びる上部水平部８１ｂと、固定部８１ａの下端から曲折してＸ方向の下流側へ略水平に延びる下部水平部８１ｃと、固定部８１ａの外側端（煙道１３の壁側端）から曲折してＸ方向の下流側へ延びる外側部８１ｄと、固定部８１ａの内側端から曲折してＸ方向の上流側へ延びる内側部（曲折部）８１ｅと、を一体的に備えている。偏流板８１は、固定部８１ａの板面がＸ方向と直交するように配置されている。また、偏流板８１は、例えば、耐熱性及び耐食性を有するＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６やＳＵＳ３１０Ｓなどのステンレス鋼で形成されている。煙道１３内は、燃焼ガスが流通するため、例えば周囲温度が８００℃から１０００℃程度の高温雰囲気であって、かつ、酸化性雰囲気であり、更には腐食性雰囲気であることもあるため、耐熱性及び耐食性を有するステンレス鋼で形成することで、偏流板８１の損傷を抑制することができる。

本実施形態では、図６に示すように、偏流板８１が一枚の板材を曲折することで形成されている。なお、本発明はこれに限定されず、各部を溶接等で接続することで偏流板８１を形成してもよい。
また、偏流板８１の各部分の板厚は、例えば４ｍｍから８ｍｍ程度に設定され、偏流板８１の重量は例えば１０ｋｇから２０ｋｇ程度に設定されている。なお、偏流板８１の板厚及び重量は、これに限定されない。偏流板８１を設置や調整するにあたり、煙道１３のマンホールなどから搬入搬出が可能なサイズと重量になることが好ましい。

固定部８１ａは、幅方向に延びる正面視で略長方形状の板材であって、板厚方向に貫通する複数（本実施形態では一例として６つ）のボルト孔８２が設けられている。６つのボルト孔８２は、偏流板８１が例えば３本の伝熱管４３に対して幅方向（Ｙ方向）に取り付け可能なように、幅方向に所定の間隔で並んで設けられている。詳細には、外側部８１ｄ側から順番に、第１ボルト孔８２ａから第６ボルト孔８２ｆが形成されている。第１ボルト孔８２ａ、第２ボルト孔８２ｂ、第５ボルト孔８２ｅ及び第６ボルト孔８２ｆは、幅方向（取り付け時にＹ方向となる）に延びる長円形状に形成されている。第３ボルト孔８２ｃ及び第４ボルト孔８２ｄは、略真円形状に形成され、伝熱管４３に対する偏流板８１の位置決めを可能としている。なお、偏流板８１を幅方向（Ｙ方向）に取り付ける際の伝熱管４３の数は、３本に限定されない。例えば、１本から５本のいずれかの本数の伝熱管４３を対象にして設定され、ボルト孔８２が幅方向に所定の間隔で並んで設けられていてもよい。

伝熱管４３と固定部８１ａとは、各ボルト孔８２を挿通する複数（本実施形態では、一例として３つ）のＵボルト８３及びＵボルト８３の各軸部と螺合するナット（図示省略）により締結固定されている。詳細には、２つの軸部が各々第１ボルト孔８２ａ及び第２ボルト孔８２ｂを挿通する第１Ｕボルト８３ａと、２つの軸部が各々第３ボルト孔８２ｃ及び第４ボルト孔８２ｄを挿通する第２Ｕボルト８３ｂと、２つの軸部が各々第５ボルト孔８２ｅ孔及び第６ボルト孔８２ｆを挿通する第３Ｕボルト８３ｃと、によって締結固定されている。各Ｕボルト８３は、２つの軸部を連結する湾曲部の内周面が伝熱管４３の外周面に接触するように設けられている。また、第１Ｕボルト８３ａ、第２Ｕボルト８３ｂ及び第３Ｕボルト８３ｃは、各々異なる伝熱管４３に対して着脱可能に固定されている。
また、Ｕボルト８３及びＵボルト８３の各軸部と螺合するナットは、偏流板８１と同様に、高温雰囲気であって、かつ、酸化性雰囲気であり、更には腐食性雰囲気である煙道１３に設けられている。このため、Ｕボルト８３及びＵボルト８３の各軸部と螺合するナットは、偏流板８１と同様に、例えば、耐熱性及び耐食性を有するＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６やＳＵＳ３１０Ｓなどのステンレス鋼で形成される。これにより、Ｕボルト８３及びナットの損傷を抑制することができる。

このように、伝熱管４３と偏流板８１とは、着脱可能に固定されている。すなわち、少なくとも偏流板８１の取り付けとその設置位置を恒久対策とするまでは、溶接等で固定されていない。これにより、伝熱管４３又は偏流板８１の機能を損なうことなく、伝熱管４３と偏流板８１との固定を解除して、着脱や位置を調整することができる。

また、伝熱管４３と固定部８１ａとが固定された状態において、内側部（曲折部）８１ｅは、隣接する伝熱管４３同士の間に位置している。内側部８１ｅのＸ方向の長さは、伝熱管４３の直径よりも長く、かつ、内側部８１ｅのＸ方向端部が、偏流板８１が固定される伝熱管４３の上流側の伝熱管４３に接触しない長さに設定されている。

複数の偏流板８１は、図３及び図４に示すように、上下方向（Ｚ方向）に沿って並んで設けられている。詳細には、固定部８１ａの板面が略面一となるように、並んで配置されている。すなわち、複数の偏流板８１は、煙道１３の断面の一部の領域の燃焼ガスの流通を阻害するように設けられている。具体的には、偏流板８１は、図４に示すように、例えば煙道１３の断面の幅方向（Ｙ方向）の両端部の領域を、上下方向の略全域に亘って燃焼ガスの流通を阻害するように設けられている。なお、偏流板８１を設ける領域は、一例であり、本実施形態の領域に限定されない。偏流板８１を設ける領域は、燃焼ガスの流量が多く、伝熱管４３の温度が上昇しやすい領域に設けられる。すなわち、偏流板８１を設ける領域は、シミュレーションや試験等によって、燃焼ガスの流量が多い領域と判断された領域とされる。

例えば、煙道１３の断面の幅方向（Ｙ方向）については、煙道１３の片側の端部の伝熱管４３の２本分または３本分の領域に対して、燃焼ガスの流通を阻害するように偏流板８１を設けてもよい。また、煙道１３の片側の端部もしくは両側の端部の伝熱管４３の１本分または２本分の領域には偏流板８１を設けずに、その隣接する領域に、伝熱管４３の２本分または３本分の領域に対して、燃焼ガスの流通を阻害するように偏流板８１を設けてもよい。また、上下方向（Ｚ方向）については、煙道の上端部もしくは下端部に、偏流板８１を１枚から３枚程度設け、燃焼ガスの流通を阻害するように設けてもよい。また、上端部もしくは下端部の偏流板８１の１枚分から３枚分の領域には、偏流板８１を設けずに燃焼ガスを流通可能としておき、その隣接する領域に偏流板８１を必要枚数設けてもよい。このように、複数の偏流板８１を設けて燃焼ガスの流れを阻害する領域は、自由に設定することができる。

なお、複数の偏流板８１は、最下段に配置される偏流板８１が煙道１３の底面部に載置されるように設けてもよく、また、煙道１３の底面部と任意の間隔を置いて設けられてもよい。また、最下段以外に配置される偏流板８１が下方に配置される偏流板８１に載置されるように設けられてもよい。また、各偏流板８１が、Ｕボルト８３及びナットの締結力によって、各々独立して伝熱管４３に固定されていてもよい。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

本実施形態では、煙道１３内に、板面が燃焼ガスの流れ方向（Ｘ方向）と交差するように偏流板８１が設けられている。すなわち、偏流板８１によって煙道１３の燃焼ガスの流通の一部が阻害されている。これにより、燃焼ガスは、偏流板８１を避けるように流れる。よって、偏流板８１を設けることで、燃焼ガスの流れを変更することができる。このため、偏流板８１を設けた領域における燃焼ガスの流量を減少させることができる。したがって、例えば、煙道１３内において、燃焼ガスの流量の偏りが発生している場合に、燃焼ガスの流量が多い領域に偏流板８１を設けることで、当該領域の燃焼ガス流量を低減することができる。したがって、煙道１３のガス流量の偏りを抑制することができる。よって、燃焼ガスの流量の偏りによる伝熱管４３内を流れる流体（給水または蒸気）への吸熱量が調整され、伝熱管４３の温度（メタル温度）の局所的な昇温が抑制されるので、伝熱管４３の損傷や性能低下を抑制することができる。

なお、本実施形態では、一例として、煙道１３の断面の幅方向の両端部の領域を、上下方向の略全域を阻害するように設けられている。このように設けることで、煙道１３の断面の幅方向の両端部の領域の燃焼ガスの流量が多いボイラにおいて、煙道１３のガス流量の偏りを抑制することができる。

煙道１３の燃焼ガスの流量の分布は、例えば、幅方向に並ぶ伝熱管４３同士の隙間の長さによって決まる。すなわち、他の領域よりも、伝熱管４３同士の隙間を広く設定している領域は、他領域よりも燃焼ガス流れの圧力損失が少なくなり、燃焼ガスの流量が多くなる。したがって、伝熱管４３同士の隙間の間隔に基づいて、偏流板８１を設ける領域を決定してもよい。具体的には、他の領域よりも伝熱管４３同士の隙間が広くなるように伝熱管４３が設けられている領域に、偏流板８１を設けてもよい。

また、偏流板８１と伝熱管４３とをＵボルト８３とナットとによって固定している。すなわち、偏流板８１を着脱可能に固定しているため、伝熱管４３から偏流板８１を取り外すことや、設置位置を移動することができる。これにより、偏流板８１を取り付ける領域を容易に変更することができる。したがって、仮に、燃焼ガス流量の偏りの抑制効果が少ない位置に偏流板８１を設けてしまった場合であっても、偏流板８１を取り付ける位置を容易に変更することができる。また、偏流板８１を取り付けた後に燃焼ガス流れの状況が変化し、燃焼ガスの流量が多い領域が変化した場合であっても、燃焼ガスの流量が多い領域に偏流板８１を設置し直すことができる。このように、偏流板８１の取り付け領域を容易に調整することができるので、より好適に、燃焼ガスの流量が多い領域に偏流板８１を設置することができる。これにより、伝熱管４３内を流れる流体への吸熱量が調整され、燃焼ガスの流量の偏りによる伝熱管４３の局所的な昇温がより抑制されるので、伝熱管４３の損傷や伝熱性能の低下を抑制することができる。

また、偏流板８１が着脱可能であるので、燃焼ガスの流量の偏りによる伝熱管４３の局所的な昇温が突発的に発生した場合に、恒久的な対策を行う前に、応急的に局所的な昇温を抑制することができる。すなわち、恒久的な対策時に、偏流板８１が不要であるような場合には、容易に偏流板８１を取り外し、恒久的な対策を実施することができる。
また、応急的に偏流板８１を取り付けて、その効果を確認した場合には、対策を実施する必要がある領域を限定してから恒久的な対策を実施することができる。

また、偏流板８１を最も下流側に配置された伝熱管４３に対して固定している。これにより、偏流板８１に衝突する燃焼ガスは、上流側の伝熱管４３と熱交換を終えた燃焼ガスとなる。したがって、偏流板８１に衝突する燃焼ガスの温度は、偏流板８１を上流側の伝熱管４３に対して固定した場合と比較して、低い温度となる。よって、偏流板８１の熱による損傷を抑制することができる。

また、偏流板８１は、偏流板８１が複数設けられ、複数の偏流板８１は板面が面一となるように、並んで配置されている。すなわち、複数の偏流板８１によって、煙道１３の燃焼ガスの流れを阻害している。これにより、同面積を阻害する場合で比較して、一枚の偏流板８１で阻害するよりも、各偏流板８１を小型化することができる。したがって、偏流板８１の取り付け作業及び取り外し作業の作業性を向上させることができる。特に、偏流板８１の取り付け場所である煙道１３内は狭隘部であるので、偏流板８１は、重機等を用いることなく、作業員によってマンホールなどから煙道１３内と搬入搬出が出来て、持ち運び可能な程度の大きさ及び重量であることが好ましい。本実施形態では、偏流板８１を作業員が持ち運び可能な１０ｋｇから２０ｋｇ程度としているため、作業性を向上させることができる。

また、着脱可能な偏流板８１が複数設けられているので、各偏流板８１の取り付け又は取り外しを行うことで、煙道１３の阻害位置と阻害面積を細かく調整することができる。したがって、煙道１３の断面の各領域での燃焼ガス流量の低減量を調整することができるので、適切に煙道１３のガス流量の偏りを抑制することができる。

また、本実施形態では、偏流板８１が上下方向に沿って並んで配置されている。これにより、偏流板８１を着脱することで、偏流板８１による煙道１３の阻害領域を上下方向に調整することができる。したがって、煙道１３内において、上下方向に燃焼ガス流量の偏りが発生した場合であっても、煙道１３のガス流量の偏りを抑制することができる。
具体的には、本実施形態に係るボイラ１０のように、煙道１３が第１鉛直部１３ａと水平部１３ｂとを有しているような場合には、第１鉛直部１３ａと水平部１３ｂとの連結部分において、燃焼ガスがショートパスする場合がある。燃焼ガスがショートパスした場合、内周側を流れる燃焼ガス（図３の矢印Ａ）の流量が、外周側を流れる燃焼ガス（図３の矢印Ｂ）の流量よりも多くなる傾向がある。このように、過熱器４２は、煙道１３の燃焼ガス流れ方向が鉛直方向から水平方向に変わる連結位置付近に配置されるため、偏流の影響を受け易い。このような場合には、上部に偏流板８１を設けずに、下部のみに偏流板８１を設けることで、上下方向（Ｚ方向）における燃焼ガス流量の偏りを抑制することができる。よって、伝熱管４３内を流れる流体への吸熱量が調整され、燃焼ガスの流量の偏りによる伝熱管の局所的な昇温がより抑制されるので、伝熱管の損傷や伝熱性能の低下を抑制することができる。

また、本実施形態では、長円形状のボルト孔８２を挿通するＵボルト８３によって偏流板８１が着脱可能に伝熱管４３に固定されている。これにより、偏流板８１が長円形状の長手方向（幅方向）に熱伸びした場合であっても、Ｕボルト８３とボルト孔８２の縁との干渉を抑制することができる。したがって、Ｕボルト８３及びボルト孔８２の損傷及びこれを取り付けた伝熱管４３の変形や損傷を抑制することができる。なお、長円形状の長手方向は、交差方向（Ｙ方向）が好ましい。

また、本実施形態では、偏流板８１の固定部８１ａの幅方向の端部を曲折して、外側部８１ｄ及び内側部８１ｅを形成している。本実施形態では、外側部８１ｄは、燃焼ガス流れ方向（Ｘ）方向の下流側に曲折し、内側部８１ｅは燃焼ガス上流側に曲折している。これにより、偏流板８１の振動等によって、偏流板８１の固定部８１ａの幅方向の端部と伝熱管４３とが接触した場合であっても、偏流板８１の端部と伝熱管４３とが面接触することとなるので、伝熱管４３の損傷を抑制することができる。なお、本実施形態では、固定部８１ａの幅方向の端部を曲折して外側部８１ｄ及び内側部８１ｅを形成する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、固定部８１ａの幅方向の端部を湾曲させることで、外側部８１ｄ及び内側部８１ｅを形成してもよい。このように形成することで、固定部８１ａの幅方向の端部が湾曲面となるので、より好適に偏流板８１の固定部８１ａの幅方向の端部と伝熱管４３とが接触した場合に、伝熱管４３の損傷を抑制することができる。

また、本実施形態では、伝熱管４３と固定部８１ａとが固定された状態において、内側部８１ｅは、隣接する伝熱管４３同士の間に位置している。すなわち、内側部８１ｅは、偏流板８１に衝突し、偏流板８１の板面に沿って幅方向に流通する燃焼ガスの流れに対向するように設けられている。これにより、内側部８１ｅが燃焼ガスの流れの抵抗となるので、偏流板８１を設けた領域において、燃焼ガスの流量を低減することができる。

また、伝熱管４３の局所的な昇温を抑制する構成として、伝熱管４３を耐火材で覆うことも考えられる。しかしながら、耐火材は、伝熱管４３の熱伸びに追従できないため、損傷や脱落する可能性がある。また、伝熱管４３を保温材で覆うことも考えられる。しかしながら、保温材を設ける構成は、高温の燃焼ガスに曝される環境では耐久性が低い。また、燃焼ガスが腐食成分を含む場合には、保温材を保持する金具（針金等）が損傷し、脱落する可能性がある。脱落した金具等は、煙道１３の下流側へ飛散し、下流側の熱交換器（再熱器４４、４５等）や、エアヒータ４９に付着して、燃焼ガス流れの抵抗体となって圧力損失を増加させる可能性がある。
一方、本実施形態では、偏流板８１をＵボルト８３で強固に固定している。これにより、偏流板８１自体や、Ｕボルト８３等の固定部８１ａ材の脱落を抑制することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に係る発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、ボイラ１０として、重油や原油などの液体燃料を用いる油焚きボイラを例に説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、燃料として液体燃料に限らず、天然ガスや副生ガスなどのガス燃料を用いるガス焚きボイラであってもよく、更には、石炭やバイオマス、石油コークス、石油残渣などの固体燃料を使用する固体燃料焚きボイラであってもよい。そして、これら燃料の混焼焚きにも適用することができる。

また、上記実施形態では、複数の偏流板８１が、図４に示すように、煙道１３の断面の幅方向の両端部の領域の燃焼ガスの流通を阻害するように設けられる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図８のように設けてもよい。図８に示すように、煙道１３の断面の幅方向の中央領域を阻害するように設けてもよい。また、煙道１３の断面の上下方向の中央領域を阻害するように設けてもよい。

また、上記実施形態では、過熱器４２に偏流板８１を設ける例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、過熱器４１に偏流板を設けてもよく、また、再熱器４４、４５や、節炭器４６，４７に偏流板を設けてもよい。

１ ：ボイラシステム
１０ ：油焚きボイラ（ボイラ）
１１ ：火炉
１２ ：燃焼装置
１３ ：煙道（燃焼ガス流路）
１３ａ ：第１鉛直部
１３ｂ ：水平部
１３ｃ ：第２鉛直部
１３ｄ ：突出部
１３ｄａ ：第１傾斜面
１３ｄｂ ：第２傾斜面
１３ｅ ：天井壁
４１，４２ ：過熱器（熱交換器）
４３ ：伝熱管
４３ａ ：第１鉛直管部
４３ｂ ：傾斜管部
４３ｃ ：第２鉛直管部
４４ ：第２再熱器
４５ ：第１再熱器
４６ ：第２節炭器
４７ ：第１節炭器
４８ ：ガスダクト
７４ ：入口ヘッダ
７５ ：出口ヘッダ
８１ ：偏流板
８１ａ ：固定部
８１ｂ ：上部水平部
８１ｃ ：下部水平部
８１ｄ ：外側部（曲折部）
８１ｅ ：内側部（曲折部）
８２ ：ボルト孔
８２ａ ：第１ボルト孔
８２ｂ ：第２ボルト孔
８２ｃ ：第３ボルト孔
８２ｄ ：第４ボルト孔
８２ｅ ：第５ボルト孔
８２ｆ ：第６ボルト孔
８３ ：Ｕボルト
８３ａ ：第１Ｕボルト
８３ｂ ：第２Ｕボルト
８３ｃ ：第３Ｕボルト

Claims (7)

1. 内部に流体が流通していて、前記流体よりも高温である高温ガスと前記流体とを熱交換させ、前記高温ガスの流れ方向と交差する所定方向に延びる複数の伝熱管と、
   前記伝熱管に対して着脱可能に固定される偏流板と、を備え、
   複数の前記伝熱管は、前記高温ガスの流れ方向に並んで配置されるとともに、前記高温ガスの流れ方向及び前記所定方向の両方と交差する交差方向に並んで配置されていて、
   前記偏流板は、前記高温ガスの流れ方向の下流側端部に配置された前記伝熱管に固定されていて、板面が前記高温ガスの流れ方向と交差するように設けられていて、
   複数の前記偏流板は、前記所定方向に沿って並んで配置されている熱交換器。
2. 前記偏流板は、複数設けられ、
   複数の前記偏流板は、板面が前記所定方向と前記交差方向とで形成される面に沿うように並んで配置されている請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記偏流板には、長円形状のボルト孔が形成されていて、
   前記偏流板と前記伝熱管とは、前記ボルト孔を挿通するＵボルトによって固定されている請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記偏流板は、前記板面の前記交差方向の端部から前記高温ガスの流れ方向の上流側もしくは下流側方向へ曲折して延びる曲折部を有している請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱交換器。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱交換器と、
   火炉で生成された燃焼ガスが流通する燃焼ガス流路と、を備え、
   前記熱交換器は、前記燃焼ガス流路内に設けられ、
   前記高温ガスは、前記燃焼ガスであるボイラ。
6. 前記熱交換器は過熱器である請求項５に記載のボイラ。
7. 熱交換器の吸熱量調整方法であって、
   前記熱交換器は、
   内部に流体が流通していて、前記流体よりも高温である高温ガスと前記流体とを熱交換させ、前記高温ガスの流れ方向と交差する所定方向に延びる複数の伝熱管と、
   前記伝熱管に対して着脱可能に固定される偏流板と、を備え、
   複数の前記伝熱管は、前記高温ガスの流れ方向に並んで配置されるとともに、前記高温ガスの流れ方向及び前記所定方向の両方と交差する交差方向に並んで配置されていて、
   前記偏流板は、前記高温ガスの流れ方向の下流側端部に配置された前記伝熱管に固定されていて、板面が前記高温ガスの流れ方向と交差するように設けられていて、
   複数の前記偏流板は、前記所定方向に沿って並んで配置されていて、
   前記偏流板によって、前記高温ガスの流れを変更する工程を備えた熱交換器の吸熱量調整方法。

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