JPH02203101A - ボイラ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はボイラＩＩＩに係り、特に火炉壁、副側壁なら
びに後部伝熱壁が連設された構造での炉壁の取合構造に
関するものである。

〔従来の技術〕

第１３図は、ボイラ装置における被加熱流体の流れの一
例を説明するための概略構成図である。

同図に示すように、燃焼ガスの流れ方向上流側から下流
側に向かって火炉壁１、副側壁２ならびに後部伝熱壁３
が連続して設けられている。

前記副側壁２は、副側壁底壁４と副側壁側壁５とを有し
ている。また前記後部伝熱壁３は、後部伝熱壁前壁６と
、後部伝熱壁側壁７とを有している。そして前記火炉壁
ｌと副側壁２とが接合されるコーナ部には第１の取合部
８ａが、また、副側！！２と後部伝熱壁３とが接合され
るコーナ部には第２の取合部８ｂが、それぞれ存在して
いる。前記火炉壁ｌ、副側壁２ならびに後部伝熱壁３の
天井の部分には、天井壁９が設けられている。各炉壁は
、伝熱管とメンブレンバーとを交互に連続して溶接した
メンブレン壁から構成されている。

このような炉壁構造において、管内流体は同図に示すよ
うに、火炉壁１を上昇し、火炉Ｗ１１および副側壁側壁
５を通った管内流体は天井壁９に入り、天井壁出口から
下降管により流下し、連絡管により後部伝熱壁３の周壁
ならびに副側壁底壁４に入る。後部伝熱壁３を上昇した
流体はセパレータ１０に導入され、気水分離された蒸気
のみが過熱器に供給されるようになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、管内流体の温度は各炉壁で異なり、特にボイ
ラ装置の起動時あるいは停止時などの過渡的な状態にお
いては、火炉壁１ならびに副側壁側壁５を流れる流体の
温度変化と、後部伝熱壁３ならびに副側壁底壁４を流れ
る流体の温度変化に、時間遅れに基づく大きな差異を生
じることがある。

このようなことから、各炉壁管の温度差が大きく、従っ
て熱による伸び差が大となる。

特に火炉壁１と副側壁２とが三次元的に接合している第
１の取合部８ａ、ならびに副側壁２と後部伝熱壁３とが
三次元的に接合する第２の取合部８ｂにおいては、温度
差を有する各炉壁が一個所で接合されている。そのため
、各炉壁の伸びが相互に拘束されるとともに熱歪が集中
し、取合部８ａ、８ｂに熱応力が発生する。特に近年の
ボイラ装置はＤ　Ｓ　Ｓ　（Ｄａｉｌｙ　５ｔａｒｔ、
、５ｔｏｐ）運転やＷＳＳ（Ｗｅｅｋｌｙ　Ｓｔ、ａｒ
ｊ　５ｈｏｐ）１転により起動停止が頻繁に行なわれた
り、負荷変動が大きいと、前述の熱応力の発生が機運さ
れて、疲労による亀裂が発生し、それが進行して管内流
体の噴出事故などを招来する。

このようなことが生じないようにするため、例えば第１
の取合部８ａに補強用一体成型パネルを付設して、応力
集中に対応する構造が提案されている（例えば特開昭６
３−１７２８０２号公報参照）。

しかしこのように、ボイラ装置の一部分を機械的に補強
して剛構造にしても、それには自ずと限度があり、根本
的な解決法ではない。

また、従来はボイラ装置全体としての対策については配
慮されておらず、前述のように火炉壁１と副側壁２とが
接合する第１の取合部８ａは補強により剛構造にしたが
、副側壁２と後部伝熱壁３とが接合する第２の取合部８
ｂについてはその対策が全く施こされていなかったりし
て、その無対策の取合部にかえって大きな応力が集中す
ることになる。

さらに前述のように炉壁へ補強用一体成型パネルを取り
付けるため、その部分の構造が複雑になることから、組
立作業が煩雑になるばかりでなくコスト高を招くことに
もなる。

本発明は、このような実情に鑑みなされてもので、その
目的は、各壁の温度差に基因する熱応力の集中をボイラ
全体として有効に低減した、安全性の高いボイラ装置を
提供することにある。

〔ａ１題を解決するための手段〕 前述の目的を達成するため、本発明は、側壁ならびに後
壁を有する火炉壁と、側壁ならびに底壁を有する副側壁
と、側壁ならび前壁を有する後部伝熱壁とが連設された
ボイラ装置を対象とするものである。

そして、前記火炉壁の前壁と副側壁の側壁ならびに底壁
とが三次元的に取合わされる第１の取合部を基点にして
、少なくとも、その第１の取合部から副側壁の底壁が伸
びる方向、ならびにその第１の取合部から火炉壁の側壁
が伸びる下方向に沿って第１のスリットが設けられてい
る。

さらに、前記副側壁の側壁ならびに底壁と後部伝熱壁の
前壁とが三次元的に取合われる第２の取合部を基点にし
て、少なくとも、その第２の取合部から副側壁の側壁が
伸びる上方向、ならびにその第２の取合部から副側壁の
底壁の伸びる方向とほぼ直交する方向に沿って第２のス
リンＩ〜が設けられていることを特徴とするものである
。

〔作用〕

本発明は前述のように、火炉壁と！側壁とが三次元的に
交差して接合する第１の取合部に前記第１のスリットを
設け、副側壁と後部伝熱壁とが三次元的に交差して接合
する第２の取合部に前記第２のスリットを設けている。

このようにすることにより、熱による伸縮に対してボイ
ラ装置の全体を柔軟構造にすることができ、そのために
熱応力の集中を効果的に軽減し、安全性の高いボイラ装
置を提供することができる。

〔発明の実施例〕

次に本発明の実施例について、図とともに説明する。第
１図は実施例に係るボイラ装置の概略構成図、第２図は
そのボイラ装置の第１の取合部付近を炉内から視た要部
斜視図、第３図はその第１の取合部付近を炉外から視た
要部斜視図、第４図は第２の取合部付近の要部斜視図、
第５図は第１の取合部付近の一部を切断した平面図、第
６図は第２図ならびに第４図のＡ部の拡大正面図、第７
図は第６図Ｂ−Ｂ線上の断面図、第８図はガスシール構
造を説明するための切断平面図である。

第１図に示すようにボイラ装置本体は、燃焼ガスの流れ
方向の上流側から下流側に向って、火炉壁ｌと、副側壁
２と、後部伝熱壁３とに大きく分けることができる。

第２図ならびに第３図に示すように、前記火炉壁ｌは、
火炉壁側壁１１ならびに後壁２７（第１図参照）を有す
る。また前記副側壁２は、副側壁底ｕ、４と副側壁側壁
５とを有している。さらに第４図に示すように、前記後
部伝熱壁４は、後部伝熱壁前壁６と後部伝熱壁側壁７と
を有している。

これらの概略の構成は、従来のものと同様である。

火炉壁ｌ、副側壁２ならびに後部伝熱壁３の各炉壁は、
例えば第５図に示すように、伝熱管１２と板状のメンブ
レンバー１３とを交互に溶接してパネル状にしたメンブ
レン壁から構成されている。

そして、後述する第１のスリット１４ならびに第２のス
リット２６を除いた他の炉壁の接合部は、溶接によって
一体に連結されてガスシールをする構造となついる。

第１図に示すように、火炉壁１の側壁１１と、副側壁２
の底壁４ならびに側壁５とが三次元的に取合われるコー
ナ部に第１の取合部８ａ、８ａが設けられている。一方
、副側壁２の底壁４ならびに側壁５と後部伝熱壁３の前
１Ｍ、６とが三次元的に取合われるコーナ部に第２の取
合部８ｂ、８ｂが設けられている。従って同図に示す如
く、副側壁底壁４の上流側左右端にそれぞれ第１の取合
部８ａ、８ａが、同底壁４の後流側左右端にそれぞれ第
２の取合部８ｂ、８ｂが形成され、合計で４つの取合部
を有していることになる。

次に、この取合部８ａ、８ｂ付近の構造について詳細に
説明する。

第２図ならびに第５図に示すように、前記第１の取合部
８ａを基点にして、その取合部８ａから副側壁底！！４
が伸びる方向（すなわち、メンブレン壁を構成する伝熱
管の軸方向、以下同様であるので説明は省略する。）に
、所定の長さのスリット１４−１が形成れている。また
前記取合部８ａから火炉壁側壁１１が伸びる下方向に、
所定の長さのスリット１４−２が形成されている。さら
にそのスリット１４−２と反対方向、すなわち取合部８
ａから火炉壁側壁１１が伸びる上方向にスリット１４−
３が形成されている。これら３本のスリット１４−１．
１４−２．１４−３は取合部８ａにおいて連通しており
、この実施例の場合はこれらスリット１４−１〜３から
第１のスリット１４が構成されており、従ってスリット
１４は変形したＹ字型になっている。

なお、各スリット１４−１．１４−２ならびに１４−３
の取合部８ａからの長さは、例えばボイラ装置の発電容
量（大きさ）、起動停止の頻度ならびに蒸気温度の制御
方式などの諸条件によって−［には決められないが、本
発明者等の諸種の実験結果から３０〜１００ｃｍの範囲
が適当であが、場合によればこの範囲を外れることもあ
り得る。

さらに各スリット１４−１．１４−２ならびに１４−３
の長さは、互に等しくてもよいし、また適宜具なっても
よい。

このスリット１４は、炉壁を構成するメンブレンバー１
３のほぼ中央部にそれよりも幅狭の切り溝を入れてスリ
ット１４とすることもできるが、本実施例では第５図な
らびに第６図に示すようにメンブレンバー１３を全幅に
わたって切除して、伝熱管１２．１２の周面どうしが直
接対向するようにして、スリット１４を形成している。

前述のようにメンブレンバー１３のほぼ中央部に切り溝
状のスリットを形成したのでは、必然的にスリット端の
曲率半径が小さくなり、そのスリット端に応力が集中し
易くなり、スリット端からクラックが生じ易くなる。こ
の点本実施例のようにすれば、メンブレンバー１３の幅
寸法が同じ場合にスリット端の曲率半径を前者より大き
くすることができ、換言すればメンブレンバー１３の止
端部１５に緩やかな丸味を付けることができ、応力集中
の緩和に有効である。

また、メンブレンバー１３のスリット１４と隣接する止
端部１５は、スリット１４側に向けて凹状になるように
丸味が付けである。なお、メンブレンバー１３の止端部
１５の形状を、前述とは反対にスリット１４側に向って
凸状になるようにすることも考えられる。しかし、この
ような形状にすれば、止端部１５の両側先端部と伝熱管
１２との接合部が鋭角となり、その部分に応力が集中し
てスリット側からクラックが発生する懸念がある。

従って本実施例では、止端部１５の形状をスリット１４
側に向って凹状になるように丸味を付けてあり、応力集
中が大幅に軽減され有効である。

さらに第６図ならびに第７図に示すように、メンブレン
バー１３の止端部１５付近の板厚は、他の部分よりも約
２倍径度あるいはそれ以上厚い肉厚部１６となっている
。この肉厚部１６は、２枚以上の板材を溶接などで一体
に貼合わせて形成することも可能であるが、本実施例で
は止端部１５からのクラックの発生を有効に防止するた
め、肉厚部１６を非貼合せ構造の一体物で構成している
。

前述のようにスリット１４を設けることにより、その部
分を通って燃焼ガスが炉外に噴出することになる。その
ため第３図に示すように、スリット１４の炉壁外側には
ガスシール機構１７が付設されている。このガスシール
機構１７について、第３図ならびに第８図とともに説明
する。

この実施例の場合、ガスシール機４１１７は二重構造に
なっている。すなわち第８図に示すように、火炉壁側壁
１１と副側壁側ｕ５との間には直線状にスリット１４−
２．１４−３が形成され、このスリット１４を跨ぐよう
にして当板１８が炉壁の外側から配置されている。この
当板１８の両端部は、火炉壁側壁１１における最端部の
伝熱管１２ならびに副側壁側壁５における最端部の伝熱
管１２に単に当接しているか、あるいは一方の伝熱管１
２に溶接されて、他方の伝熱管１２には単に当接された
状態となっている。

火炉壁側ａＺの伝熱管１２ならびに副側壁側壁５の伝熱
管１２にはそれぞれ支持板１９が固定され、この支持板
１９には外側に向いて枠板２０が取付けられている。そ
して枠板２０．２０の内側には耐火材押え板２１が嵌め
込まれており、前記当板１８、枠板２０ならびに耐火材
押え板２１によって区画形成される空間内には、耐火材
２２が充填されている。前記耐火材押え板２１の押圧力
と耐火材２２の充填圧との共働により、前記当板１８が
伝熱管１２の周面に弾接して燃焼ガスの漏洩を阻止して
いる。

さらに火炉壁側壁１１の伝熱管１２ならびに副側壁側壁
５の伝熱管１２には、前記支持板１９より離れた位置に
支持板２３．２３が固定されており、各支持板２３には
枠板２４が外側に向いて突設されている。そしてこの枠
板２４．２４の内側には、傾斜した周端部２５ａを有す
る蓋板２５が嵌め込まれている。この蓋板２５は、例え
ば前記支持板１９と枠板２０との隙間、あるいは枠板２
０と耐火材押え板２１との隙間などから高温の燃焼ガス
が漏洩しても、それが直接に外部へ噴出するのを阻止す
るために設けられている。

第８図に示すように、火炉壁側壁１１と副側壁側壁５を
跨ぐように当板１８．耐火材押え板２１ならびに蓋板２
５が配置されている訳であるが、火炉壁側壁１１と副側
壁側壁５とでは熱による伸び差が違うため、互に伸縮が
拘束されないように、すなわち一部にスライド部が形成
されるように前述の各板１８．２１．２５が取付けられ
ている。

また、蓋板２５の周端部２５ａを図に示すように傾斜、
させることにより、枠板２４に対する蓋板２５の入り込
み量が、火炉壁１と副側壁２の伸び差に応じて変化でき
るようになっている。

なお、この実施例では支持板１９．２３を介して枠板２
０．２４を伝熱管１２に取付けた構造にしたが、枠板２
０．２４を直接にメンブレンバー１３に取付けることも
できる。

第４図に示すように、前記第２の取合部８ｂを基点にし
て、その取合部８ｂから副側壁２の側壁５が伸る上方向
に所定の長さのスリット２６−１が形成されている。ま
た前記第２の取合部８ｂを基点として、副側壁底壁４が
伸る方向とぼ直交する方向に所定の長さのスリット２６
−２が形成されている。この２本のスリット２６−１な
らびに２６−２は取合部８ｂにおいて連通しており１両
スリット２６−１と２６−２とによってＬ字型の第２の
スリット２６が構成されている。各スリット２６−１な
らびに２６−２の長さは、前記第１のスリット１４の場
合と同様に、３０〜１００ｃｍの範囲が適当であるが、
場合によってはその範囲を外れることもある。スリット
２６−１と２６−２の長さは、等しくてもよいし、異な
っていてもよい。

このスリット２６も前記スリット１４の場合と同様に、
第６図に示すように、メンブレンバー１３の全幅にわた
って一部切除して、伝熱管１２．１２の周面どうしが直
接対向するようにして、スリット２６を形成している。

また、メンブレンバー１３の止端部１５に丸味をつけて
いること、ならびに止端部１５が肉厚部１６となってい
る点は前述のスリット１４の場合と同様である。

さらにスリット２６の炉壁外側に二重構造のガスシール
機構１７を付設する点も、前述のスリット１４の場合と
同様であるので、それらの説明は省略する。

第９図ならびに第１０図は止端部１５の変形例を説明す
るための図で、この例では肉盛溶接によって肉厚部１６
を形成しており、止端部１５の形状は前述と同様にスリ
ット１４（２６）側に向けて凹状になっている。

第１１図は、止端部１５付近における伝熱管１２の変形
例を示す正面図である。同図に示すように、メンブレン
バー１３の止端部１５が肉厚部１６となっているととも
に、スリット１４（２６）側に向けて凹状になるように
丸味が付けられている点は前述と同様である。さらにこ
の例の場合は、前記止端部１５と隣接する部分の伝熱管
１２ａが、部分的に肉厚になっている。すなわち同図に
示すように、前記伝熱管１２ａの内径ｄｉは他の部分の
伝熱管１２の内径ｄ２と等しいが、伝熱管１２ａの管厚
ｔ１は他の部分の伝熱管１２の管厚ｔ２よりも厚く設計
されている。

このように止端部１５と隣接する部分の伝熱管１２ａを
肉厚にすることにより、伝熱管１２でのクラック発生が
有効に防止できる。この例の場合、メンブレンバー１３
の止端部１５を肉厚にしたが、これは必ずしも必要では
ない。

〔発明の効果〕

第１２図（ａ）〜（ｅ）は、前記第１の取合部８ａから
副側壁２の底壁４が伸びる方向にスリット１４−１を形
成した効果を説明するための図である。

同図（ａ）に示すようにボイラ装置本体を平面から視た
場合、火炉壁ｌと副側１２と後部伝熱壁３とから構成さ
れている。例えば起動初期などで、副側壁２や後部伝熱
壁３に先立って火炉壁１の方が熱によって伸ばされる場
合がある。このとき従来のボイラ装置のように、副側壁
底壁４と副側壁側壁５とが全長にわたって溶接されてい
る場合。

同図（ｂ）で破線で示すように、火炉！！ｌに紙面に向
かって左右方向に熱伸びがあっても、副側壁側壁５は副
側壁底壁４が一体に連結されているため、副側壁側壁５
の左右への変形は拘束され、その結果第１の取合部８ａ
に大きな応力が集中することになる。

これに対して本発明のように、第１の取合部８ａから副
側壁底壁４が伸びる方向にスリット１４−１が設けられ
ておれば、換言すれば、副側壁底壁４の一部が火炉壁側
壁１１ならびに副側壁側壁５か。ら切り離されておれば
、同図（ｃ）に示すように５火炉壁１の熱伸びに応じて
副側壁側壁５も変形し、そのために第１の取合部８ａへ
の応力集中をなくすことができる。

さらに本発明で重要なことは、火炉壁ｌと副側壁２とが
三次元的に接合する第１の取合部８ａに第１のスリット
１４を設け、副側壁２と後部伝熱壁３とが三次元的に接
合する第２の取合部８ｂに第２のスリット２６を設けて
、ボイラ装置の全体を柔軟構造にした点である。

このようにすることにより、ボイラ装置全体で熱応力の
集中を有効に軽減することができ、そのために高い安全
性を有し、耐用寿命の長いボイラ装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に係るボイラ装置の概略構成
図。 第２図は、そのボイラ装置の第１の取合部付近を炉内か
ら視た要部斜視図、 第３図は、その第１の取合部付近を炉外から視た要部斜
視図、 第４図は、第２の取合部付近の要部斜視図、第５図は、
第１の取合部付近の一部を切断した平面図、 第６図は、第２図Ａ部の拡大正面図、 第７図は、第６図Ｂ−Ｂ線上の断面図、第８図は、ガス
シール機構を説明するための切断平面図。 第９図ならびに第１０図は、止端部の変形例を説明する
ための拡大正面図ならびにスリット側′から視た拡大側
面図、 第１１図は、伝熱管の変形例を説明するための拡大正面
図、 第１２図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、スリッＩ・１４−
１の効果を説明するための説明図、第１３図は、ボイラ
装置における被加熱流体の流れの一例を説明するための
概略構成図である。 １・・・・・・火炉壁、 ３・・・・・・後部伝熱壁、 ５・・・・・・副側壁側壁、 ７・・・・・・後部伝熱壁側壁、 ８ａ・・・・・第１の取合部、８ｂ・・・・・・第２の
取合部、１１・・・・・・火炉壁側壁、　　　１２・・
・・・・伝熱管、２・・・・・・副側壁、 ４・・・・・・副側壁底壁。 ６・・・・・・後部伝熱壁前壁。 ２ａ・・・肉厚伝熱管、　　１ ４・・・・・・第１のスリット、 ５・・・・・・止端部、　　　１６ ７・・・・・・ガスシール機構。 ６・・・・・・第２のスリット、２７・・・・・・後壁
。 ・・肉厚部、 ３・・・・・・メンブレンバー 第 図 第 図 第 図 第１０国 第１１図 ノ 第１２図

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）側壁ならびに後壁を有する火炉壁と、側壁ならび
   に底壁を有する副側壁と、側壁ならびに前壁を有する後
   部伝熱壁とが連設されたボイラ装置において、 前記火炉壁の側壁と副側壁の側壁ならびに底壁とが取合
   わされる第１の取合部を基点にして、少なくとも、その
   第１の取合部から副側壁の底壁が伸びる方向、ならびに
   その第１の取合部から火炉の側壁が伸びる下方向に沿つ
   た第１のスリットが設けられ、 前記副側壁の側壁ならびに底壁と後部伝熱壁の前壁とが
   取合わされる第２の取合部を基点にして、少なくとも、
   その第２の取合部から副側壁の側壁が伸びる方向、なら
   びにその第２の取合部から副側壁の底壁の伸びる方向に
   対してほぼ直交する方向に沿つて伸びる第２のスリット
   が設けられていることを特徴とするボイラ装置。
2. （２）請求項（１）記載において、前記第１のスリット
   と第２のスリットとが副側壁の底壁の左右両側にそれぞ
   れ設けられていることを特徴とするボイラ装置。
3. （３）請求項（１）または請求項（２）記載において、
   前記第１のスリットが第１の取合部から火炉壁の側壁が
   伸びる上方向にも設けられていることを特徴とするボイ
   ラ装置。
4. （４）請求項（１）記載において、前記各壁が伝熱管と
   メンブレンバーとを交互に接続したメンブレン壁で構成
   され、そのメンブレンバーの一部を切除することにより
   伝熱管の周面どうしが対向して前記スリットが形成され
   ることを特徴とするボイラ装置。
5. （５）請求項（４）記載において、前記メンブレンバー
   のスリット端と隣接する止端部がスリット側に向つて凹
   状になるように丸味をつけ、その上端部付近のメンブレ
   ンバーの板厚が他の部分の板厚よりも厚くなつた肉厚部
   が設けられていることを特徴とするボイラ装置。
6. （６）請求項（５）記載において、前記メンブレンバー
   の肉厚部が非貼合せ構造の一体物で構成されていること
   を特徴とするボイラ装置。
7. （７）請求項（５）記載において、前記メンブレンバー
   の肉厚部が肉盛溶接によつて形成されていることを特徴
   とするボイラ装置。
8. （８）請求項（４）記載において、前記メンブレンバー
   のスリット端と隣接する止端部がスリット側に向つて凹
   状になるように丸味を有し、その止端部と隣接する部分
   の伝熱管の肉厚が部分的に厚くなつていることを特徴と
   するボイラ装置。
9. （９）請求項（１）記載において、前記第１のスリット
   ならびに第２のスリットの炉壁外側にガスシール機構が
   設けられていることを特徴とするボイラ装置。
10. （１０）請求項（９）記載において、前記ガスシール機
    構が多重構造になつていことを特徴とするボイラ装置。