JP7367610B2 - 熱交換器の蓋板構造 - Google Patents
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- Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
Description
本開示は、熱交換器の蓋板構造に関するものである。
一般に、燃料を燃焼させる火炉と、該火炉から排出される燃焼ガス中の砂や灰等の粒子を分離するサイクロンとを備えた循環流動層ボイラにおいては、外部熱交換器と称される熱交換器を備えたものが存在する。
前記外部熱交換器の蓋板は、内部の伝熱管の更新時にはチェーンブロック等を用いて吊り上げ、取り外す必要がある。
このため、前記蓋板の内面側には、クロスで覆われた保温材が取り付けられて軽量化が図られ、重量の増加を招く耐火材の使用は避けられている。
因みに、前記保温材の高温ガスに触れる表面部分には、ラギングプレートが設置されている。
前記ラギングプレートは、複数枚の金属片を重ね合わせて形成され、熱伸びが吸収されるようになっている。
尚、循環流動層ボイラの外部熱交換器の一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。
しかしながら、前記循環流動層ボイラの運転中、外部熱交換器の内部は高温になり、前記保温材を保護しているラギングプレートの金属片は、経年劣化すると丸まるように変形する。
前記ラギングプレートの金属片が変形すると、該金属片の間に隙間ができ、該隙間から前記保温材が吸い出されて飛散するようになる。
前記保温材が吸い出されて蓋板の金属部分が外部熱交換器の内部に露出すると、この部分に高温ガスが直接触れて温度上昇してしまうことから、改善が望まれていた。
そこで、本開示においては、上記従来の問題点に鑑み、ラギングプレートの変形に伴う保温材の飛散を防止し得、蓋板の温度上昇を抑制し得る熱交換器の蓋板構造を説明する。
本開示は、熱交換ユニットが内蔵されたケーシングの開口を閉じる蓋本体と、
該蓋本体の内面側に設けられる第一保温材と、
該第一保温材の表面を覆う第一金属板と、
該第一金属板の表面側に設けられる第二保温材と、
該第二保温材の表面を覆う第二金属板と、
該第二金属板の表面を覆うラギングプレートと
を備えた熱交換器の蓋板構造に係るものである。
該蓋本体の内面側に設けられる第一保温材と、
該第一保温材の表面を覆う第一金属板と、
該第一金属板の表面側に設けられる第二保温材と、
該第二保温材の表面を覆う第二金属板と、
該第二金属板の表面を覆うラギングプレートと
を備えた熱交換器の蓋板構造に係るものである。
前記熱交換器の蓋板構造において、前記第二金属板は、前記第一金属板と比較して熱伸びしやすい金属板であることが好ましい。
又、前記第二金属板は、前記第一金属板より薄いことが好ましい。
前記熱交換器の蓋板構造において、前記第二保温材は、前記第一保温材より耐熱温度が高いことが好ましい。
前記熱交換器の蓋板構造において、前記第一金属板及び第二金属板は、ステンレス鋼であることが好ましい。
又、前記熱交換器の蓋板構造においては、前記蓋本体に前記第一保温材と第一金属板と第二保温材と第二金属板とラギングプレートとを固定する締結部材を備えることが好ましい。
又、前記熱交換器の蓋板構造において、前記ラギングプレートは、互いに端部が重合される複数枚の金属片を備えることが好ましい。
更に又、前記熱交換器は、燃料を燃焼させる火炉と、該火炉から排出される燃焼ガス中の粒子を分離するサイクロンとを備えた循環流動層ボイラに設けられ且つ前記サイクロンで分離された粒子から熱を回収して該粒子を前記火炉へ戻す外部熱交換器であることが好ましい。
本発明の熱交換器の蓋板構造によれば、ラギングプレートの変形に伴う保温材の飛散を防止し得、蓋板の温度上昇を抑制し得るという優れた効果を奏し得る。
以下、本開示における本発明の実施例の形態を添付図面を参照して説明する。
図１～図３は本開示の実施例による熱交換器の蓋板構造の形態を示している。
本開示の実施例による熱交換器の蓋板構造は、例えば、循環流動層ボイラに適用される。循環流動層ボイラは、図２に示す如く、火炉１００と、サイクロン２００と、ループシールを兼ねる熱交換器としての外部熱交換器３００と、後部伝熱部４００とを備えている。
前記火炉１００は、空気分散ノズル１１０から吹き出される空気により燃料を砂や石灰石等からなるベッド材と共に流動化させながら燃焼させるようになっている。
前記サイクロン２００は、前記火炉１００の上部に接続され、前記火炉１００内での燃焼により発生した燃焼ガスに含まれる砂や灰等の粒子を捕集するようになっている。因みに、前記サイクロン２００は、旋回導入部２１０と、粒子分離回収部２２０と、出口ダクト２３０と、内筒２４０とを備えている。前記旋回導入部２１０は、粒子を含む気体が旋回流となるよう導入される部位である。前記粒子分離回収部２２０は、旋回導入部２１０の下端に設けられ且つ下方へ向け縮径される部位である。前記出口ダクト２３０は、前記旋回導入部２１０の上端に接続されている。前記内筒２４０は、粒子が分離された気体を前記出口ダクト２３０へ導くよう前記旋回導入部２１０の内部に設けられている。尚、前記サイクロン２００は、支持脚２５０によって支えられている。又、前記粒子分離回収部２２０下端には、脚管２６０が接続されている。
前記外部熱交換器３００は、ケーシング３１０と、熱交換ユニット３２０と、蓋板３３０と、返戻管３４０とを備えている。前記ケーシング３１０は、前記サイクロン２００で分離されて前記脚管２６０から流下する粒子が導入されるようになっている。より詳しくは、図３に示す如く、前記粒子は、導入ポッド３１３から上導入管３１４及び下導入管３１５を介してケーシング３１０の側面より導入され、前記返戻管３４０につながる導出口３１６から導出されるようになっている。前記熱交換ユニット３２０は、図２に示す如く、前記ケーシング３１０に内蔵され、前記粒子の熱を回収する伝熱管によって構成されている。前記蓋板３３０は、前記ケーシング３１０の上端の開口３１１に開閉自在に設けられ、前記熱交換ユニット３２０の更新時に取り外されるようになっている。前記返戻管３４０は、前記ケーシング３１０の上部側面に接続され且つ前記熱交換ユニット３２０で熱回収された粒子を排出して前記火炉１００の底部に戻すようになっている。尚、前記ケーシング３１０の底部には、空気を吹き出して前記粒子を流動化させる空気分散ノズル３５０が設けられている。因みに、前記外部熱交換器３００は、サイクロン２００下部の圧力よりも火炉１００内下部の圧力の方が高くなっていても、火炉１００内の燃焼ガスがサイクロン２００側に逆流することを防止し、且つサイクロン２００で分離された砂や灰等の粒子を火炉１００内に安定して戻せるようになっており、ループシールを兼ねる熱交換器としての機能を有している。
前記後部伝熱部４００は、前記サイクロン２００で砂や灰等の粒子が捕集された燃焼ガスが導入され、内部に過熱器、再熱器、節炭器等を構成する伝熱管群４１０が配設され、前記燃焼ガスの熱を回収して発電に利用するようになっている。
そして、本実施例の場合、前記蓋板３３０が、図１に示す如く、蓋本体３３１と、第一保温材３３２と、第一金属板３３３と、第二保温材３３４と、第二金属板３３５と、ラギングプレート３３６とを備えている点を特徴としている。
前記蓋本体３３１は、平面形状が矩形で（図３参照）、前記熱交換ユニット３２０（図２参照）が内蔵されたケーシング３１０の上端の開口３１１を閉じるようになっている。尚、前記ケーシング３１０の内面側は、耐火材３１２で覆われている。
前記第一保温材３３２は、前記蓋本体３３１の内面側（下面側）に設けられ、前記開口３１１に嵌入され、例えば、耐熱温度が４５０～６００℃程度のロックウールを用いることができる。尚、前記第一保温材３３２は、図示していないクロスによって覆われている。又、前記第一保温材３３２は、図１に単層のものとして示しているが、複数層としても良い。
前記第一金属板３３３は、前記第一保温材３３２の表面（下面）を覆い、例えば、厚さが１ｍｍ程度のステンレス鋼の薄板を用いることができる。
前記第二保温材３３４は、前記第一金属板３３３の表面側（下面側）に設けられ、例えば、前記第一保温材３３２より耐熱温度が高い（１０００～１５００℃程度）セラミックファイバーを用いることができる。尚、前記第二保温材３３４は、図示していないクロスによって覆われている。又、前記第二保温材３３４は、図１に単層のものとして示しているが、前記第一保温材３３２と同様、複数層としても良い。更に又、前記第二保温材３３４は、前記第一保温材３３２より一回り小さく形成されているが、同じ大きさとしても良い。
前記第二金属板３３５は、前記第二保温材３３４の表面（下面及び側面）を覆い、前記第一金属板３３３と比較して熱伸びしやすい金属板としてある。このように熱伸びしやすい金属板とするために、前記第二金属板３３５は、前記第一金属板３３３より薄く、例えば、厚さが０．３ｍｍ程度のステンレス鋼の金属箔を用いることができる。
前記ラギングプレート３３６は、前記第二金属板３３５の表面を覆うようになっている。前記ラギングプレート３３６は、互いに端部が上下に重合される複数枚の金属片３３６ａを、うろこ状に連ねて構成され、前記金属片３３６ａとしては、例えば、厚さが４ｍｍ程度のステンレス鋼を用いることができる。
前記蓋本体３３１からは締結部材としてのスタッドボルト３３７が下方へ延出され、該スタッドボルト３３７が前記第一保温材３３２と第一金属板３３３と第二保温材３３４と第二金属板３３５とラギングプレート３３６とを貫通し、前記スタッドボルト３３７には、該スタッドボルト３３７と共に締結部材を構成するナット３３８が螺着されている。これにより、前記第一保温材３３２と第一金属板３３３と第二保温材３３４と第二金属板３３５とラギングプレート３３６とが前記蓋本体３３１の下面側に保持されている。尚、前記締結部材は、前記蓋本体３３１に前記第一保温材３３２と第一金属板３３３と第二保温材３３４と第二金属板３３５とラギングプレート３３６とを固定できるものであれば、スタッドボルト３３７及びナット３３８に限定されるものではない。
次に、上記実施例の作用を説明する。
前記循環流動層ボイラの運転中、外部熱交換器３００の内部が高温になり、前記ラギングプレート３３６の金属片３３６ａが経年劣化で丸まるように変形して、該金属片３３６ａの間に隙間ができたとする。
しかし、ラギングプレート３３６の内側には第二金属板３３５が設けられて第二保温材３３４の表面を覆っている。このため、前記金属片３３６ａの間に隙間ができても、該隙間から前記第二保温材３３４が吸い出されて飛散することが避けられる。
又、万一、前記第二金属板３３５が破れて第二保温材３３４が飛散しても、前記第二保温材３３４の内側配設される第一保温材３３２の表面は第一金属板３３３で覆われているため、第一保温材３３２が吸い出されて飛散する心配はない。
これにより、蓋本体３３１が外部熱交換器３００の内部に露出せず、該蓋本体３３１に高温ガスが直接触れなくなって温度上昇が回避される。
こうして、ラギングプレート３３６の変形に伴う保温材（第一保温材３３２及び第二保温材３３４）の飛散を防止し得、蓋板３３０の温度上昇を抑制し得る。
いる。
いる。
そして、本実施例の場合、前記第二金属板３３５は、前記第一金属板３３３と比較して熱伸びしやすい金属板である。このように構成すると、外部熱交換器３００の内部の温度変化が大きく、該外部熱交換器３００の内部が高温になった場合にも前記第二金属板３３５は、第一金属板３３３より容易に変形する。これにより、前記第二金属板３３５の温度上昇に対する追従性が高まり、第二保温材３３４を覆って保護する機能を安定して保つことができる。
又、前記第二金属板３３５は、前記第一金属板３３３より薄くなっている。このように構成すると、前記第二金属板３３５が更に熱伸びしやすくなり、前記第二保温材３３４の保護機能をより安定化させることができる。
又、前記第二保温材３３４は、前記第一保温材３３２より耐熱温度が高くなっている。このように構成すると、前記外部熱交換器３００の内部が高温になっても第二保温材３３４の耐久性を高めることができ、前記第一保温材３３２を保護する上でより有効となる。
又、前記第一金属板３３３及び第二金属板３３５は、ステンレス鋼である。このように構成すると、前記第一保温材３３２及び第二保温材３３４の飛散を防ぎ、該第一保温材３３２及び第二保温材３３４を安定して保持し、蓋板３３０の延命化を図る上で有効となる。
又、前記蓋本体３３１に前記第一保温材３３２と第一金属板３３３と第二保温材３３４と第二金属板３３５とラギングプレート３３６とを固定する締結部材（スタッドボルト３及びナット３３８）を備えている。このように構成すると、前記第一保温材３３２と第一金属板３３３と第二保温材３３４と第二金属板３３５とラギングプレート３３６のずれや脱落を前記締結部材によって防止することができる。
又、前記ラギングプレート３３６は、互いに端部が重合される複数枚の金属片３３６ａを備えている。このように構成すると、前記複数枚の金属片３３６ａの重合部分におけるスライドを許容し、熱伸びを吸収する上で有効となる。
更に又、前記熱交換器は、燃料を燃焼させる火炉１００と、該火炉１００から排出される燃焼ガス中の粒子を分離するサイクロン２００とを備えた循環流動層ボイラに設けられ且つ前記サイクロン２００で分離された粒子から熱を回収して該粒子を前記火炉１００へ戻す外部熱交換器３００である。このように構成すると、特に、循環流動層ボイラに設けられる外部熱交換器３００の運転を安定して行うことができる。
尚、本発明の熱交換器の蓋板構造は、本開示にて説明した上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
１００ 火炉
１１０ 空気分散ノズル
２００ サイクロン
２１０ 旋回導入部
２２０ 粒子分離回収部
２３０ 出口ダクト
２４０ 内筒
２５０ 支持脚
２６０ 脚管
３００ 外部熱交換器
３１０ ケーシング
３１１ 開口
３１２ 耐火材
３１３ 導入ポッド
３１４ 上導入管
３１５ 下導入管
３１６ 導出口
３２０ 熱交換ユニット
３３０ 蓋板
３３１ 蓋本体
３３２ 第一保温材
３３３ 第一金属板
３３４ 第二保温材
３３５ 第二金属板
３３６ ラギングプレート
３３６ａ 金属片
３３７ スタッドボルト（締結部材）
３３８ ナット（締結部材）
３４０ 返戻管
３５０ 空気分散ノズル
４００ 後部伝熱部
４１０ 伝熱管群
１１０ 空気分散ノズル
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３４０ 返戻管
３５０ 空気分散ノズル
４００ 後部伝熱部
４１０ 伝熱管群
Claims (8)
- 熱交換ユニットが内蔵されたケーシングの開口を閉じる蓋本体と、
該蓋本体の内面側に設けられる第一保温材と、
該第一保温材の表面を覆う第一金属板と、
該第一金属板の表面側に設けられる第二保温材と、
該第二保温材の表面を覆う第二金属板と、
該第二金属板の表面を覆うラギングプレートと
を備えた熱交換器の蓋板構造。 - 前記第二金属板は、前記第一金属板と比較して熱伸びしやすい金属板である請求項１記載の熱交換器の蓋板構造。
- 前記第二金属板は、前記第一金属板より薄い請求項２記載の熱交換器の蓋板構造。
- 前記第二保温材は、前記第一保温材より耐熱温度が高い請求項１～３の何れか一項に記載の熱交換器の蓋板構造。
- 前記第一金属板及び第二金属板は、ステンレス鋼である請求項１～４の何れか一項に記載の熱交換器の蓋板構造。
- 前記蓋本体に前記第一保温材と第一金属板と第二保温材と第二金属板とラギングプレートとを固定する締結部材を備えた請求項１～５の何れか一項に記載の熱交換器の蓋板構造。
- 前記ラギングプレートは、互いに端部が重合される複数枚の金属片を備えた請求項１～６の何れか一項に記載の熱交換器の蓋板構造。
- 前記熱交換器は、燃料を燃焼させる火炉と、該火炉から排出される燃焼ガス中の粒子を分離するサイクロンとを備えた循環流動層ボイラに設けられ且つ前記サイクロンで分離された粒子から熱を回収して該粒子を前記火炉へ戻す外部熱交換器である請求項１～７の何れか一項に記載の熱交換器の蓋板構造。
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