JPH0356364B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はボイラ再熱器における複数の伝熱管を
所定間隔をもつて支持するボイラ再熱器伝熱管ス
ペーサ構造に関する。

発電用ボイラには、熱効率を高めるため、高圧
タービンより出た水蒸気を再度加熱する再熱器が
備えられているのが通常である。再熱器において
は複数の伝熱管がパネル状に構成されており、伝
熱管と伝熱管の間にスペーサが設けられ、隣接す
る伝熱管を所定間隔で支持するとともに、管内蒸
気に対する伝熱や流動特性が均一になるようにし
ている。

第１図は従来の再熱器伝熱管の一部を示す斜視
図である。図で、１ａは高圧タービンからの蒸気
を導きこれを加熱する伝熱管、１ｂは伝熱管１ａ
に隣接する伝熱管であり二点鎖線で示されてい
る。２ａ，２ｂは隣接する伝熱管１ａ，１ｂ間に
介在するスペーサであり、これにより伝熱管１
ａ，１ｂ間の所定間隔を維持するとともに隣接伝
熱管を規制支持する。スペーサ２ａは１つの金属
ブロツクで作られており、隣接する伝熱管１ｂに
当設してこれを支持する上面２a₁および両側面２
a₂を有する。３は側面２a₂の下縁と伝熱管１ａと
を溶接する溶接部であり、この溶接部３の溶接に
よりスペーサ２ａが伝熱管１ａに固定される。ス
ペーサ２ｂも同様にしてその側面２b₂の下縁にお
いて伝熱管１ｂに溶接固定され、その上面２b₁は
さらにその上部にある伝熱管に当接してこれを支
持する。このように、各スペーサ２ａ，２ｂ……
は隣接する伝熱管の一方にのみ固定されて他方を
支持する構成となつている。

ところで、定期検査を行なう場合等のように、
ボイラの運転を停止するときは、コンデンサの真
空が破られるため、コンデンサの空気がコンデン
サにより近い再熱器の伝熱管内に侵入し、この空
気中の酸素と管内の凝縮水との作用によりボイラ
停止中伝熱管に腐蝕を生じる場合がある。このよ
うな腐蝕は、伝熱管の内面が、高温運転中に生じ
た酸化スケールで完全に覆われている場合には発
生しないが、酸化スケールにひび割れが生じて管
の内壁が管内に露出した状態になつている個所に
おいては蒸気の腐蝕が生じる。

第２図ａは第１図に示すスペーサと伝熱管の断
面図、第２図ｂは第２図ａに示す部分Ａの拡大図
である。図で、第１図に示す部分と同一部分には
同一符号が付してある。４は、ボイラの長期間使
用後において伝熱管１ａ内に生じた孔食部であ
り、前述の腐蝕がボイラの長期間の使用中にこの
個所に集中して生じたものである。５は高温運転
中に伝熱管１ａの内面に生じる前述の酸化スケー
ルである。孔食部４はこの酸化スケールの割れた
部分において生じるのである。そして、さらに腐
蝕が繰り返されて孔食部４が拡大されると、遂に
は伝熱管のリークに至る。

ここで、上記腐蝕を生じる酸化スケールの割れ
の原因について伝熱管１ａを代表して考察する。
再熱器においては、低温部（再熱器入口）伝熱管
１ａは強度および経済上の観点からCrおよびMo
を0.5〜３％含む低合金鋼が用いられる。これに
対して、スペーサ２ａは、伝熱管１ａよりも冷却
され難く、かつ、ボイラ燃焼ガスと灰による激し
い高温腐蝕発生を防止する必要から、20Cr−
25Ni等の高級オーステナイト系ステンレス鋼が
用いられる。このような材質の差は必然的に両者
の熱膨脹係数の差を生じ、この差が伝熱管１ａ内
面に熱応力となつて現れ、この熱応力の作用によ
り酸化スケール５に割れが生じるのである。即
ち、前記低合金鋼の熱膨脹係数は、11.3×10^-6／
℃であり、前記オーステナイト系ステンレス鋼
は、16.0×10^-6／℃であることから、伝熱管１ａ
とスペーサ２ａとが同一温度になつている場合で
も、伝熱管１ａには引張りの熱応力が作用するこ
とになる。しかも、運転時、起動時、停止操作時
においては、スペーサ２ａの温度が伝熱管１ａの
温度より高いので、伝熱管１ａにおけるスペーサ
２ａの取付部、即ち溶接部３には極めて大きな熱
応力が作用し、このため伝熱管内面の酸化スケー
ル５に大きなひずみが集中する。計算によると、
スペーサ２ａを第１図および第２図に示す形状に
構成した場合、起動時においては伝熱管１ａの内
面に0.11〜0.26％もの熱ひずみが発生する。この
ようなひずみのため、脆弱な酸化スケール５には
容易に割れが発生し、腐蝕はこの割れ部において
集中して生じる。

このような原因により生じる腐蝕を防止するた
めには、種々の手段が考えられる。その手段の一
つは次のようなものである。即ち、上記腐蝕は凝
縮水と空気中の酸素により発生することから、空
気の混入を避け、コンデンサのリーク時窒素ガス
等の不活性ガスを封入し、凝縮水中の溶存酸素濃
度を下げようとするものである。しかしながら、
この手段は、空気パージ用に極めて多量の不活性
ガスが必要であること、そして、このパージは運
転停止操作毎に必要であることから、運転操作上
好ましくないという欠点がある。

他には次のような手段が考えられる。即ち、上
記腐蝕は酸化スケールの割れを生ぜしめたスペー
サ２ａによる熱応力が主たる原因であることか
ら、この熱応力を低減しようとする手段である。
このような考えに沿つた手段を第３図および第４
図に例示する。第３図および第４図は伝熱管とス
ペーサの断面図である。第３図に示す手段におい
ては、スペーサ２ａと伝熱管１ａの溶接個所をス
ペーサ２ａの片方側面２a₂の下縁部のみとする。
又、第４図に示す手段いおいては、スペーサ２ａ
の中央に縦溝６を形成してその下部に薄肉部を作
り、この薄肉部と伝熱管１ａとを溶接して溶接部
３とするものである。これらの固定手段を採用す
ると、高温運転中において、スペーサ２ａは自由
に膨脹できるので伝熱管１ａに引張りの熱応力を
作用させることはなく、腐蝕を防止することがで
きる。しかしながら、これらの手段は固定が１個
所であるので、溶接部３の強度が弱く、スペーサ
として長期間使用するには問題があり、かつ、溶
接変形のため正確な位置にスペーサを設置するこ
とが困難であるという欠点がある。

さらに他の手段としては、スペーサ２ａを２つ
割りにして両側部のみを伝熱管１ａに溶接し、中
央を自由にするという手段も考えられるが、この
ような手段も前記第３図および第４図に示す手段
が有する欠点を免れ得ない。さらに又他の手段と
しては、スペーサ２ａをバンド等で伝熱管１ａに
固定し、溶接固定を行なわない手段も考えられる
が、スペーサ２ａは温度により膨脹、収縮がある
ので固定がゆるくなり、スペーサとしての役目を
果たさなくなるおそれがあるという欠点を有す
る。

本発明の目的は、上記従来の欠点を除き、伝熱
管に発生する熱応力を低減することができ、ひい
ては腐蝕の発生を防止することができ、しかも強
度が十分で設置容易であるボイラ再熱器伝熱管ス
ペーサ構造を提供するにある。

この目的を達成するため、本発明は、スペーサ
を、隣接する伝熱管の一方を支持する支持部と、
この支持部の両端から延出して他方の伝熱管に固
定される脚部とで構成し、これら支持部および脚
部を板状体で形成したことを特徴とする。

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明す
る。

第５図は本発明の一実施例に係るボイラ再熱器
伝熱管スペーサ構造の断面図、第６図は第５図に
示すスペーサの斜視図である。図で、１ａは第１
図乃至第４図に示すものと同じ伝熱管、７ａはス
ペーサである。スペーサ７ａは隣接する伝熱管に
当接してこれを支持する支持部７a₁、および支持
部７a₁の両端から下方に延びる脚部７a₂で構成さ
れている。支持部７a₁と脚部７a₂は板状体となつ
ており、前述の材質の板状のステンレス鋼を第６
図に示すように折り曲げて支持部７a₁と脚部７a₂
とを一体に形成する。３は両方の脚部７a₂の先端
と伝熱管１ａとが溶接された溶接部である。

第１図に示す従来のスペーサ２ａは１つのブロ
ツク体で形成されるので、その断面積は溶接され
る伝熱管部断面積の5.1倍であり、スペーサの熱
膨脹力がそのまま伝熱管に引張り応力として作用
する。ところが、本実施例のように、板状のもの
を折り曲げて構成したスペーサの場合、その断面
積が極めて小さくなることは明らかであり、これ
に伴つて熱膨脹力も又極めて小さくなる。特に、
本実施例にあつては、脚部７a₂を形成したので、
熱膨脹によるスペーサ７ａの伸びはこの脚部７a₂
によつて吸収されて実質上伝熱管１ａには伝わら
なくなり、伝熱管に作用する引張り応力は益々小
さくなる。１例を挙げると、スペーサ７ａを板厚
５mm、高さ25mmで構成した場合、スペーサ７ａの
断面積と伝熱管１ａの断面積とはほぼ等しくな
り、従来のスペーサ２ａに比べて断面積の減少は
著るしい。この場合、伝熱管に発生する熱ひずみ
は、脚部７a₂にスペーサの熱膨脹による伸びが吸
収されることも考慮すると、0.005〜0.01％にな
り、この値は酸化スケールの割れに対しては実質
上問題にならない。なお、本実施例におけるスペ
ーサ７ａの板厚は、高温腐蝕における腐蝕代およ
び隣接する伝熱管を保持するための強度上、４〜
６mmが必要である。

このように、本実施例では、所定材質の板状の
金属を折り曲げて支持部と脚部を一体形成し、こ
れをスペーサとしたので、伝熱管に発生する熱応
力が著るしく低減され、酸化スケールの割れによ
る伝熱管の腐蝕を防止することができる。しか
も、両脚部において溶接するので適宜の板厚とす
れば充分に強度を保持することができ、かつ、正
確な位置に溶接するのも容易である。又、従来の
スペーサと比較してその材料の重量減少は62％と
なり、例えば大型発電用ボイラのように再熱器だ
けで1000個以上のスペーサを用いる場合や、高級
材料を用いる場合には、重量面および価格面で極
めて有効となる。

第７図および第８図は本発明の他の実施例に係
るボイラ再熱器伝熱管スペーサの斜視図である。
第７図で、８ａはスペーサ、８a₁はその支持部、
８a₂はその脚部である。８a₃は支持部８a₁の１個
所又は複数個所（図では３個所）にあけられた切
欠き部である。第８図で、９ａはスペーサ、９a₁
はその支持部、９a₂はその脚部である。９a₃は脚
部９a₂の１個所又は複数個所（図では２個所）に
あけられた切欠き部であり、この場合脚部９a₂は
フレーム形状に形成される。

なお、これらの切欠き部は支持部と脚部の両方
に形成することもできる。

第７図および第８図に示す各実施例において
は、スペーサの支持部および脚部の一方又は両方
に、１個又は複数個の切欠き部を形成したので、
さきの実施例と比較し、さらに伝熱管に作用する
熱応力を低減し、かつ、材料を減少することがで
きる。

なお、上記各実施例の説明では、所定材質の板
状金属を折り曲げてスペーサを形成するものとし
たが、鋳造により同一形状に形成することもでき
る。

以上述べたように、本発明は、スペーサを、板
状体の支持部と板状体の脚部とで構成したので、
伝熱管に作用する熱応力を著るしく低減すること
ができ、酸化スケールの割れによる伝熱管の腐蝕
を防止することができる。しかも、その強度を充
分に保持することができ、かつ、取付けも容易で
ある。又、その重量を大幅に減少せしめ、安価に
構成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の再熱器の伝熱管およびスペーサ
の一部を示す斜視図、第２図ａは第１図に示す伝
熱管およびスペーサの断面図、第２図ｂは第２図
ａに示す部分Ａの拡大図、第３図および第４図は
それぞれ他の従来例を示す再熱器の伝熱管および
スペーサの一部の斜視図、第５図は本発明の一実
施例に係るボイラ再熱器伝熱管スペーサの断面
図、第６図は第５図に示すスペーサの斜視図、第
７図および第８図はそれぞれ本発明の他の実施例
に係るボイラ再熱器伝熱管スペーサの斜視図であ
る。 １ａ……伝熱管、７ａ，８ａ，９ａ……スペー
サ、７a₁，８a₁，９a₁……支持部、７a₂，８a₂，
９a₂……脚部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の伝熱管と、これら伝熱管のうちの隣接
   する伝熱管間にあつて各伝熱管を所定間隔で支持
   するスペーサとにより構成されるボイラ再熱器に
   おいて、前記スペーサを、前記隣接する一方の伝
   熱管を支持する板状体の支持部と、この支持部両
   端から延出し先端部分が前記隣接する他方の伝熱
   管に固定される板状体の脚部とで構成したことを
   特徴とするボイラ再熱器伝熱管スペーサ構造。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記支持部
   および前記脚部は、少なくとも１つの切欠きを有
   していることを特徴とするボイラ再熱器伝熱管ス
   ペーサ構造。