JPH049598A

JPH049598A - 熱交換器

Info

Publication number: JPH049598A
Application number: JP2112751A
Authority: JP
Inventors: Yoshimi Kagimoto; 良実鍵本; Susumu Matsumoto; 將松本; Hiroya Shida; 志田　坦也; Kenjiro Yamamoto; 健次郎山本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1990-04-27
Filing date: 1990-04-27
Publication date: 1992-01-14

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］本発明は例えば石炭だきボイラのように、粉体混じりの
ガス流にさらされる熱交換器に係り、特に灰のたい積を
防止して伝熱効率を著しく向上させると共に、粉体エロ
ージョン磨耗の危険を少なくし得るようにした熱交換器
に関するものである。

［従来の技術］第５図および第６図は、例えば石炭だきボイラのように
、粉体混じりのガス流にさらされる従来の熱交換器にお
ける伝熱管の配置例をそれぞれ示す断面図である。ここ
で、第５図は千鳥配列（ｓｔｏｇｇｅｒｅｄ配列）と称
されるものであリ、また第６図は碁盤目配列（ｉｎ−Ｌ
ｉｎｅ配列）と称されるものである。

第５図の千鳥配列においては、管外のガス流れ方向イに
対して、千鳥状に複数本の伝熱管１が配置されており、
伝熱管ＩＡと伝熱管ＩＢとの間を通ったガスは、次の段
の伝熱管ＩＣに正面から当たる。そのため、ガスと伝熱
管１との間の伝熱効率が非常に良い。

しかし、その反面、ガス中に石炭灰等の固形異物を含む
ような場合には、粉体エロージョン磨耗を生じやすいと
いう問題がある。

一方、第６図の碁盤目配列においては、管外のガス流れ
方向口に対して、碁盤目状に複数本の伝熱管１が配置さ
れていることから、伝熱管ＩＡと伝熱管ＩＢとの間を通
ったガスは、次の段の伝熱管ＩＣと伝熱管１Ｄとの中間
に向かう。そのため、後流側に位置する伝熱管１へは、
前段の伝熱管１の間を通り抜けて速度が増加したガス流
が正面から当たることはなく、粉体エロージョン磨耗を
起こしにくい。

しかし、その反面、伝熱管１の頂部付近、すなわち前段
の伝熱管〕の影になる部分に粉体が付着しやすく、極端
な場合には第７図に示すように、付着した粉体６によっ
て伝熱管１の大部分が覆われてしまい、結果として伝熱
効率の著しい低下を引き起こすという問題かある。

すなわち、複数本の伝熱管を碁盤目状に配列した場合に
、灰のたい積が起こる伝熱管１の頂部付近は、その伝熱
管１の左右を流れるガス流にはさまれ、流れがよどむ部
分である。従って、この部分へ飛び込んで伝熱管１に付
着しｔ：粉体６は、再び流れによって取り除かれること
がなく、灰のたい積を生じやすくなる。そして、このた
い積した灰は真っ直ぐ上へ成長し、ついには前段の伝熱
管１に達するようになる。

そこで、このような灰のたい積を防止するために、従来
では、伝熱管の碁盤目配置とスートブロアとを組み合わ
せることにより、除灰を行なうようにしている。すなわ
ち、このスートブロアは、伝熱管群の上流側もしくは下
流側に設けられて蒸気を噴出する装置である。そして、
この方法は、伝熱管への粉体たい積によって伝熱効率が
落ちた時にスートブロアを作動させ、噴出した蒸気流に
よって粉体を吹き飛ばして伝熱効率を回復させるもので
ある。

しかしながら、このようなスートブロアを使用した除灰
方法では、以下のような種々の問題があった。

（ａ）使用される蒸気が損失となり、プラント全体の総
合効率を低下させてしまう（ｂ）群内部の除灰効果として、十分な効果が得られな
い（ｃ）−時的にばいじん濃度が急増し、排ガスの浄化装
置に負担がかかってしまう［発明が解決しようとする課題］以上のように、従来の熱交換器においては、十分な除灰
効果が得られないことから、灰のたい積によって伝熱効
率が著しく低下するばかりでなく、粉体エロージョン磨
耗の発生する危険が大きいという問題があった。

本発明は、上記のような問題を解決するために成された
もので、その目的は伝熱管に付着した灰を確実に除去す
ることにより、灰のたい積を少なくして伝熱効率を著し
く向上させると共に、粉体エロージョン磨耗の発生する
危険を少なくすることが可能な極めて信頼性の高い熱交
換器を提供することにある。

［課題を解決するための手段］上記の目的を達成するために本発明では、粉体混じりの
ガス流れ方向と直交するように、複数本の伝熱管が碁盤
目に配置されて成る熱交換器において、碁盤目に配置さ
れた伝熱管群中に、各伝熱管ピッチよりも小さい幅を有
する棒状のガス流れ調節用部材を、ガス流れ方向とほぼ
平行になるように伝熱管所定ピッチ相当だけ離間して複
数配設し、ガス流れ調節用部材は、ガス流れ方向と直角
方向に互いに隣り合うガス流れ調節用部材の位置を交互
に伝熱管所定ピッチ相当だけ異ならせて配置し、さらに
必要に応じて各ガス流れ調節用部材は、ガス流れ方向と
平行方向にその位置を調節自在に取付具により支持する
ようにしている。

［作用］従って、本発明の熱交換器においては、以上のような手
段としたことにより、プラントの運転中に、棒状のガス
流れ調節用部材を伝熱管群中に位置させることにより、
伝熱管群内の流れが部分的に変化する。そして、この流
れは伝熱管の上下をよぎる流れとなるため、伝熱管の上
下に付着した灰を吹き飛ばすことになる。さらに、各ガ
ス流れ調節用部材の位置を、ガス流れ方向と平行方向に
移動させることにより、別の位置の伝熱管に付着した灰
を吹き飛ばすことになる。よって、伝熱管に付着した灰
を確実に除去することが可能となり、灰のたい積を防止
して伝熱効率を著しく向上させることができる。

また、伝熱管の間を通って加速されたガス流れの正面に
は伝熱管が位置しないため、粉体エロージョン磨耗の発
生する危険を少なくすることができる。

［実施例］まず、本発明の考え方について述べる。

粉体によるエロージョン磨耗を起こさす、かつ伝熱効率
に優れた熱交換器を得る方法としては、２通り考えられ
る。その一つは、千鳥配列伝熱管群のエロージョン磨耗
を効果的に防止する方法であり、もう一つは、碁盤目配
列伝熱管群の粉体たい積を効果的に防止する方法である
。本発明は、このうち後者の方法を実現しようとするも
のである。

すなわち、本発明による灰落とし方法としては、碁盤目
配列伝熱管群内のガス流を一部で阻止して迂回させるこ
とにより、灰落としをするものである。そして、そのた
めの手段として、第４図に示すように複数の棒状のガス
流れ調節用部材２を伝熱管１群中に、各伝熱管１ピッチ
よりも小さい幅を有する棒状のガス流れ調節用部材２を
、ガス流れ方向とほぼ平行になるように伝熱管所定ピッ
チ相当だけ離間して複数配設する。そして、このガス流
れ調節用部材２は、図示のようにガス流れ方向と直角方
向に互いに隣り合うガス流れ調節用部材２の位置（高さ
）を、交互に伝熱管群の所定ピッチ相当（図では、ｌピ
ッチ分）たけ異ならせて千鳥状に配置する。さらに、各
ガス流れ調節用部材２は、ガス流れ方向と平行方向にそ
の位置を調節自在に支持するものである。

以下、上述したような考え方に基づく本発明の一実施例
について、図面を参照して詳細に説明する。

まず、第１図は、本発明の第１の実施例に係る熱交換器
における管群内部の配置構成例を示す斜視図である。

第１図において、碁盤目に配置された伝熱管１の管群の
中に、各伝熱管１ピッチよりも小さい幅を有し、かつ伝
熱管１とほぼ同等の長さを有する棒状のガス流れ調節用
部材としてのじゃま棒２を、粉体混じりのガス流れ方向
（矢示）とほぼ平行になるように、すなわち高さ方向に
伝熱管１の２倍のピッチ間隔で取付具３により複数本配
設している。

また、このじゃま棒２は、ガス流れ方向と直角方向に互
いに隣り合うじゃま棒２の位置（高さ）を、交互に伝熱
管］の１ピッチ相当だけずらして配置している。さらに
、各じゃま棒２は、その図示上端部側を取付板４に取付
は固定し、この取付板４を可撓性の吊り具５により吊り
下げ、図示しない巻き上げ機により、ガス流れ方向と平
行方向に、すなわち図示上下方向に移動させて、その位
置（高さ）を調節自在に支持するようにしている。

ここで、じゃま棒２としては、断面が円形状のものを用
いている。

一方、第２図は、本発明の第２の実施例に係る熱交換器
における管群内部の配置構成例を示す斜視図である。

第２図において、碁盤目に配置された伝熱管１の管群の
中に、各伝熱管１ピッチよりも小さい幅を有し、かつ伝
熱管１とほぼ同等の長さを有する棒状のガス流れ調節用
部材としてのじゃま棒２を、粉体混じりのガス流れ方向
（矢示）とほぼ平行になるように、すなわち高さ方向に
伝熱管１の２ピッチ間隔で取付具３により複数本配設し
ている点は、第１図の場合と同様である。

そして、第１図の場合と異なる点は、じゃま棒２として
は、断面が円形状のものに代えて、断面が逆■字形状（
山形状）のものを用いている点である。なお、第２図で
は、取付具３、取付板、吊り具５については、その図示
を省略している。

また、これらの伝熱管１としては、各種フィン付の伝熱
管も含まれることはいうまでもない。

次に、第３図は、上記各実施例におけるじゃま棒２の作
用を説明するための管群内部の斜視図である。

第３図において、碁盤目に配置された伝熱管１の管群の
中に、図示Ａ−Ａ線上には、伝熱管１の２倍のピッチ間
隔で２本のじゃま棒２を吊り下げてそれぞれ伝熱管１の
中間に配設し、また各Ａ−Ａ線間の図示Ｂ−Ｂ線上には
、伝熱管１の１ピッチ相当だけ下げてじゃま棒２をそれ
ぞれ配設している。なお、じゃま棒２の配列は、上段と
下段の千鳥配列を最少とするが、図示のように複数段と
する方が除灰作業時間の短縮になる。

このように、伝熱管１の間にじゃま棒２をそれぞれ配設
すると、図示上方から下方へ向かうガス流れは図示破線
７て示すようになり、伝熱管１の上面および下面にたい
積した石炭灰をはらい落とすように流れる。

以上のように、伝熱管１の間にしゃま棒２を配置して構
成した各実施例の熱交換器においては、粉体混じりのガ
ス流れは、じゃま棒２が無い場合には、第４図の破線で
示すような向きに流れるか、本実施例のようにじゃま棒
２か存在すると、ガス流れはこのじゃま棒２によってそ
の向きか変えられ、２Ｆ下の伝熱管１の間を第４図の実
線で示すようによぎる流れとなる。そして、この流れに
よって、伝熱管１に付着した灰６が吹き飛ばされること
になる。また、じゃま棒２の位置をガス流れ方向、すな
わち図示上下方向に移動させることにより、伝熱管１群
の上部から下部まで、上記と同様の作用によって伝熱管
１に付着した灰６が吹き飛ばされることになる。

これにより、流れか常に伝熱管１の上面および下面をか
すめるため、前後の伝熱管１にはさまれた部分に流れが
よどむようなことはない。このため、灰のたい積が少な
くなり、伝熱効率が著しく高まるものである。

さらに、伝熱管１の間を通って加速されたガス流れの正
面には、伝熱管１が位置しないため、粉体エロージョン
磨耗の発生する危険が少なくなるものである。

上述したように、本実施例の熱交換器では、粉体混じり
のガス流れ方向と直交するように、複数本の伝熱管１が
碁盤目に配置されて成る熱交換器において、碁盤目に配置された伝熱管１群中に、各伝熱管１ピッチ
よりも小さい幅を有する棒状のガス流れ調節用部材であ
る断面円形状のじゃま棒２を、ガス流れ方向とほぼ平行
になるように伝熱管２ピッチ相当だけ離間して複数配設
し、じゃま棒２は、ガス流れ方向と直角方向に互いに隣
り合うじゃま棒２の位置を交互に伝熱管１ピッチ相当だ
け異ならせて配置し、さらに各しゃま棒２は、ガス流れ
方向と平行方向にその位置を調節自在に、取付具３、取
付板４、および吊り具５により支持するようにしたもの
である。

従って、伝熱管１に付着した仄６を十分な除灰効果で確
実に除去することができるため、灰のたい積を防止して
伝熱効率を著しく向上させることかできる。また、伝熱
管］の間を通って加速されたガス流れの正面には伝熱管
１が位置しないため、粉体エロージョン磨耗の発生する
危険を少なくすることか可能となり、極めて信頼性の高
い熱交換器を得ることができる。

一方、本実施例の熱交換器では、しゃま棒２の位置を上
下移動させる動力のみで灰６を除去することができるた
め、従来の蒸気式のスートブロアと比較して損失を極め
て小さくすることが可能となり、これによりプラントの
総合効率を高めることができる。また、−度に除灰され
る区域が限られているため、除灰時に放出されるばいじ
んの量が少なく、後流側の排ガスのガス浄化装置の負担
を著し５く軽減することが可能となる。さらに、通常時
はしゃま棒２を伝熱管１群の外へ出し、ておくことによ
り、伝熱管１群内の流れは通常の碁盤目配置の場合と同
等となるため、アッシュエロージョンの心配か全く無い
ものである。

尚、本発明は上記各実施例に限定されるものではなく、
次のようにしても同様に実施することかできるものであ
る。

（ａ）まず、−Ｆ記実施例においては、本発明を石炭だ
きボイラの熱交換器に適用した場合について述べたか、
これに限らず例えば石炭ガス化炉、あるいは廃棄物焼却
炉の熱交換器についても、本考案を同様に適用して同様
の作用効果を得ることができるものである。

（ｂ）また、上記実施例においては、じゃま棒２とし、
では、断面が円形状あるいは逆Ｖ字形状（山形状）のも
のを用いた場合についてそれぞれ述べたが、これに限ら
ずしゃま棒２としては、例えば断面か角形状のもの、円
環形状のもの、角環形状のもの、欠円形状のもの、円弧
形状のもの等、対象となる伝熱管１間の流れを阻害す６
棒状体の断面形状すべてのものを用いることができるも
のである。

［発明の効果コ以上説明したように本発明によれば、粉体混じりのガス
流れ方向と直交するように、複数本の伝熱管が碁盤目に
配置されて成る熱交換器において、碁盤目に配置された
伝熱管群中に、各伝熱管ピッチよりも小さい幅を有する
棒状のガス流れ調節用部材を、ガス流れ方向とほぼ平行
になるように伝熱管所定ピッチ相当だけ離間して複数配
設し、ガス流れ調節用部材は、ガス流れ方向と直角方向
に互いに隣り合うガス流れ調節用部材の位置を交互に伝
熱管所定ピッチ相当だけ異ならせて配置し、さらに必要
に応じて各ガス流れ調節用部材は、ガス流れ方向と平行
方向にその位置を調節自在に取付具により支持するよう
にしたので、伝熱管に付着した灰を羅実に除去し、灰の
たい積を少なくして伝熱効率を著しく向上させると共に
、粉体工ロジョン磨耗の発生する危険を少なくすること
が可能な極めて（Ｃ３頼性の高い熱交換器か提供できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係る熱交換器における
管群内部の配置構成例を示す斜視図、第２図は本発明の
第２の実施例に係る熱交換器における管群内部の配置構
成例を示す斜視図、第３図は同各実施例における作用効
果を説明するための管群内部の斜視図、第４図は本発明の詳細な説明するだめの断面図、第５図は従来の熱交換器における伝熱管の配置（千鳥配
列）構成例を示す図、第６図は従来の熱交換器における伝熱管の配置（碁盤目
配列）構成例を示す図、第７図は従来の熱交換器における問題点を説明するため
の図である。１、ＩＡ、ＩＢ、ＩＣ，ＩＤ・・・伝熱管、２・・・ガ
ス流れ調節用部材としてのじゃま棒、３・・・取付具、
４・・・取付板、５・・・吊り具、６・・・たい積した
灰、７・・・ガス流れ、４１口・・・ガス流れ。１−２・５第１図第４図第図手続事由正１、事件の表示特願平２−１１２７５１号 ○　○ 第５図つ発明の名称熱交換器３゜補正をする者事件との関係　特許出願人（６２０）三菱重工業株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）粉体混じりのガス流れ方向と直交するように、複
数本の伝熱管が碁盤目に配置されて成る熱交換器におい
て、前記碁盤目に配置された伝熱管群中に、各伝熱管ピッチ
よりも小さい幅を有する棒状のガス流れ調節用部材を、
前記ガス流れ方向とほぼ平行になるように伝熱管所定ピ
ッチ相当だけ離間して複数配設し、前記ガス流れ調節用部材は、前記ガス流れ方向と直角方
向に互いに隣り合うガス流れ調節用部材の位置を交互に
伝熱管所定ピッチ相当だけ異ならせて配置するようにしたことを特徴とする熱交換器。
（２）前記各ガス流れ調節用部材は、前記ガス流れ方向
と平行方向にその位置を調節自在に取付具により支持す
るようにしたことを特徴とする請求項（１）項に記載の
熱交換器。（３）前記ガス流れ調節用部材は、前記ガス
流れ方向と直角方向に隣り合うガス流れ調節用部材の位
置を交互に伝熱管１ピッチ相当だけ異ならせて千鳥状に
配置するようにしたことを特徴とする請求項（１）項に
記載の熱交換器。