JPH11118101A - ボイラにおける横置型熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 石炭焚ボイラの横置型熱交換器に関し、石炭
灰による伝熱管チューブの摩耗、損傷を防止する。 【解決手段】 横置エレメント３は上から２段目がベア
チューブ６、３段目以下がスパイラルフィンチューブ７
からなり、その端部と側壁管１との間のスペース１１に
はガスが多く流入し、この近辺のチューブが損傷するの
で偏流防止板２を設ける。ベアチューブ６にはプロテク
タ（小）４が複数個所に、スパイラルフィンチューブ７
の３段目にはプロテクタ（大）５が７箇所にカーテン状
に配置され、流入するガスはこのプロテクタ（大）５に
より流路が狭まり、流速が弱まってその下部のチューブ
の石炭灰による摩耗、損傷を防止する。又、この部分の
プロテクタ（大）５は管群上部であり、メインテナンス
も容易となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はボイラにおける横置
型熱交換器に関し、伝熱管にプロテクタを設けて下流側
の管の石炭灰の流れによる損傷を防止するようにしたも
のである。

【０００２】

【従来の技術】石炭焚ボイラの燃焼ガスには石炭灰を多
く含んでおり、ボイラの後部煙道においては横置型熱交
換器の管群と側壁との間にガス流れ抵抗の小さなスペー
スがあり、その間隙に石炭灰を多く含んだガスの流れが
集中し、管の減肉や破損を生ずる可能性が高い。

【０００３】図８は石炭焚ボイラ用横置型熱交換器のパ
ネルの一般的な配置であり、図において、管１０の間に
ガスが流入するが、管１０と側壁管１との間の流れ抵抗
の小さなスペース１１にガスが多く流入し、Ａ部の側壁
がガス中に含まれる石炭灰により激しい摩耗が生じ、損
傷する事故が発生している。

【０００４】図９は側壁管１のスペース１１の入口部に
偏流防止板２を取付けた場合の石炭焚ボイラ用横置型熱
交換器のパネルの配置を示し、その他の構成は図８と同
じである。偏流防止板２の効果としてはそれまで損傷の
著しい部位であった図８に示すＡ部が図９に示すＢ部の
ように移動し、多少緩和されるが、その反面Ｃ，Ｄ部に
ガス流れが集中し、場所によってはこれらの部分に摩耗
や減肉が生ずる場合がある。この対策としては偏流防止
板２下端の下部近傍であるＣ，Ｄ部の部分の損傷の可能
性がある部位にプロテクタを取付けるが、損傷を完全に
防ぐためには膨大な数のプロテクタを装着せねばなら
ず、高コストの問題が生じ、又プロテクタを取付けた部
位は伝熱効果が極端に下がり、性能低下を生じることに
なる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述のように石炭焚ボ
イラの燃焼ガス中には石炭灰が含まれており、ボイラの
後部煙道においては横置型熱交換器の管群と側壁の間の
ガス流れ抵抗の小さいスペースにガスが集中し、管の減
肉、損傷を生ずる可能性がある。そこで、管群と側壁と
のスペースの入口に偏流防止板を設け、流れを緩和して
いるが、その副作用としてチューブ管群中で偏流防止板
によりガス流れが曲げられ、偏流防止板端部の下部が局
部的に減肉を生じる部分がある。この対策としてこれら
の損傷の可能性がある部位にプロテクタを取付けるよう
にしているが、損傷を完全に防ぐためにはかなりの数の
プロテクタを装着せねばならず高コストの問題が生ず
る。

【０００６】そこで本発明では、ボイラ後部煙道の偏流
防止板を備えた横置型熱交換器において、伝熱管群に設
けるプロテクタの大きさと配置に工夫をし、ガス流れの
下流側の管を損傷から保護すると共に従来のように多数
のプロテクタを不要としてコスト低減を図ることのでき
るようにすることを課題としてなされたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決するために次の（１）乃至（５）の手段を提供する。

【０００８】（１）ボイラ後部煙道に設けられた横置型
伝熱管群と、同横置型伝熱管群の端部と側壁面との間の
ガス流入側に設けられた偏流防止板とを有するボイラに
おける横置型熱交換器において、前記横置型伝熱管群の
所定の段数の複数の管上面に同管よりも大きい半径の半
円形状のプロテクタを同一レベルで連続して配置するよ
うに取付けたことを特徴とするボイラにおける横置型熱
交換器。

【０００９】（２）上記（１）の発明において、前記プ
ロテクタの円弧角度は１８０度よりも小さいことを特徴
とするボイラにおける横置型熱交換器。

【００１０】（３）上記（１）の発明において、前記横
置型伝熱管群は上から複数段がベアチューブで、それか
ら下がスパイラルフィンチューブで構成され、前記プロ
テクタは同スパライラルフィンチューブに取付けられて
いることを特徴とするボイラにおける横置型熱交換器。

【００１１】（４）上記（３）の発明において、前記ベ
アチューブのうち、側壁面から複数本の管の上面に同管
の表面に接し、かつ同一レベルの配置でプロテクタを取
付けたことを特徴とするボイラにおける横置型熱交換
器。

【００１２】（５）上記（１）の発明において、前記伝
熱管群は全ての管がスパイラルフィンチューブか又はベ
アチューブのいずれかであり、前記プロテクタは同伝熱
管群の最上段に取付けられ、前記偏流防止板の端部に隣
接する管から中央側へ向って同一レベルに配置したこと
を特徴とするボイラにおける横置型熱交換器。

【００１３】本発明の（１）の横置型熱交換器において
は、横置型伝熱管群の所定の段数には管径よりも大きい
半円形状のプロテクタが同一レベルとなるように設けら
れており、これらプロテクタがカーテン状となって配列
され、ガス流路を狭くすることによりガスを下流側に流
れ難くし、下流の管を石炭灰から保護すると共にガス流
速が下流側で小さくなるのでこれら部分にプロテクタを
不要とし、コストの低減が計れる。

【００１４】本発明の（２）においては、プロテクタの
角度を１８０度以下、例えば１２０度に設定し、プロテ
クタの設置する部分のガス流速を調整することができ、
伝熱管への熱伝達との関係よりガスの流量を適切に調整
することができる。

【００１５】又、本発明の（３）においては、横置型伝
熱管群にはスパイラルフィンチューブが用いられてお
り、プロテクタはこのフィン部分に取付けられ、チュー
ブ径よりも大きな径のプロテクタを容易に構成すること
ができる。これにより同一レベルに配置したプロテクタ
がカーテン状に形成され、下流側の管へのガスの流路を
狭くして下流側の管を有効に保護することができる。
又、本発明の（４）のように、伝熱管群の上段をベアチ
ューブで構成し、このベアチューブにもプロテクタを取
付けることにより、ベアチューブのプロテクタとスパイ
ラルフィンチューブのプロテクタとで下流側へのガス流
路を狭くして流速を制御し、下流側のガス中に含まれる
石炭灰による損傷を防止し、下流側でのプロテクタを不
要としてコストダウンに貢献するものである。

【００１６】本発明の（５）においては、伝熱管群を全
て同一の管とすると共に、その最上段にのみプロテクタ
を設けた構成とすることにより、横置型熱交換器の構成
を簡素化し、上段以降の全ての管を保護することができ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実
施の第１形態に係るボイラにおける横置型熱交換器の伝
熱管配置図であり、図２はプロテクタの形状を示し、図
３は横置型熱交換器のエレメントである横置型伝熱パネ
ルの斜視図である。図１に示す横置型熱交換器は図３に
示す横置型伝熱パネルを多数配置して横置エレメントを
構成したものである。

【００１８】図１において、火炉の後部煙道内には横置
エレメント３が配置され、横置エレメント３と側壁管１
との間のスペース１１のガス流入側にはスペース１１を
覆うように偏流防止板２が設けられている。横置エレメ
ント３は管の周囲にフィンを巻付けたスパイラルフィン
チューブ７とフィンのないベアチューブ６を組合せた構
成となっており、上から２列がベアチューブ６、その下
部がスパイラルフィンチューブ７となっている。

【００１９】通常石炭焚ボイラでは、灰分を含んだガス
が直接当る場所等の摩耗が激しいと考えられるチューブ
には、管を半周程度（ガス入射側）覆う薄板（プロテク
タ）を設置し、管への石炭灰による直接のダメージを避
けている。

【００２０】４は上記に説明のプロテクタ（小）で、横
置エレメント３の上の２段のベアチューブ６の外径に接
して上面を覆うように取付けられ、５はプロテクタ
（大）であり、３段目の複数本のスパイラルフィンチュ
ーブ７に上面を覆うように外径のフィンに接して取付け
ることによりスパイラルフィンチューブ７のチューブ外
径よりかなり大きな径で半円状となり、あたかも横方向
にカーテン状をなすように一列に配置されている。

【００２１】本実施の形態の場合には、偏流防止板２を
取付けることにより灰分を含んだガスの流速が早くなっ
て摩耗が激しくなるベアチューブ６の部分にプロテクタ
（小）４を取付ければ良いもので、１段目は側壁から数
本（図１では１２本）とし、２段目は９本に施してい
る。

【００２２】又、プロテクタ（大）は３段目のスパイラ
ルフィンチューブ７に偏流防止板２の端部下から７本に
施し、この間のガス流路を狭くすることで、ガスが下流
に流れにくくして下流側のチューブの摩耗を防いでい
る。

【００２３】上記の実施の第１形態において、プロテク
タ（大）５の形状は後述する図２（ｂ）に示すように通
常は半円形状であるが、プロテクタ（大）５の配列のう
ち両端から数個のプロテクタ（大）５の部分（図５のＸ
部の部分）では後述する図５の流速分布図に示すよう
に、流速が若干速くなる傾向がある。これはプロテクタ
（大）５による縮流を受けているためであるが、この場
合には図２（ｄ）に示すようにプロテクタの傘を小さ
く、１２０°程度としたものを設置すると影響が緩和さ
れる。

【００２４】図２はプロテクタの形状を示し、（ａ）は
ベアチューブ６に支持板９を取付け、プロテクタ（大）
５を設けた例、（ｂ）はスパイラルフィンチューブ７の
スパイラルフィン８上にプロテクタ（大）５を設けた
例、（ｃ）はベアチューブ６の表面に直接プロテクタ
（小）４を設けた例、（ｄ）はプロテクタ（大）５′を
スパイラルフィンチューブ７に１２０°の範囲に設けた
例を、それぞれ示す。

【００２５】上記の実施の第１形態の横置型熱交換器に
よれば、横置エレメント３の同一レベルにカーテン状に
プロテクタ（大）５を設置し、ガス流路を狭くすること
によりガスを下流に流れ難くし、カーテン状のプロテク
タ（大）５により下流の管を保護すると共に下流側のプ
ロテクタを不要としたのでコスト低減を図ることができ
る。図４は従来の横置エレメントのガス流速分布図であ
り、図中管の中に黒丸を付したものは現実のボイラで既
にプロテクタが装着されている部分、図中符号Ｙで囲ん
だ管（１１箇所）はプロテクタが付いていない管で、そ
の周囲の流速は速い部分が多く分布している部分を示し
ている。図中のガス流速分布は、黒部分が最も遅い４ｍ
／ｓ、白部分は８ｍ／ｓ、斜線部分が１２ｍ／ｓ、粗い
点で表示した部分は２０ｍ／ｓ、密な点で表示した部分
は２４ｍ／ｓでそれぞれ表示している。

【００２６】図４の流速分布によれば、Ｙで囲った部分
ではプロテクタがなく、周囲の流速が密な点で表示した
２４ｍ／ｓ、粗い点で表示した２０ｍ／ｓの速度分布が
多く分布して摩耗が著しい上に、それらの配置はＹの部
分と、流速分布が粗い点で表示した２０ｍ／ｓが比較的
多いそれらの下部は管群の深部にあるため検査、メイン
テナンスがしにくく、破損の危険性が非常に高い。

【００２７】図５は本発明のプロテクタ（大）５を設け
た場合のガス流速分布図の一例である。図中、上の２段
のベアチューブ６で、管の中に黒丸を付したものはプロ
テクタがあるもの、３段以下のチューブはスパイラルフ
ィンチューブ７であり、同様に管中に黒丸を付したもの
はプロテクタ（大）５があるものを示している。又、流
速分布の表示は図４と同じ表示である。

【００２８】図５のガス流速分布によれば、符号Ｘで囲
った部分はプロテクタ（大）５が設けられ、流速が密な
点で表示した２４ｍ／ｓ、粗い点で表示した２０ｍ／ｓ
の部分が多くあるが、これらの部分にはカーテン状にプ
ロテクタ（大）５を設けたので、これらのチューブ及び
その下部のチューブの流速は斜線や白で示す１２ｍ／
ｓ、８ｍ／ｓと遅くなっており、摩耗しやすい箇所が著
しく少なくなり、又、その流速の速い分布は管群表面に
近いもののみとなり、検査、メインテナンスがしやすく
なる。

【００２９】上記に説明した図５に示す例では管群の寿
命は従来と比べて２〜３倍（５〜１０年）に延び、又メ
インテナンス性を考慮すると、破損の危険性はほとんど
なくなったといって良い。

【００３０】図６は本発明の実施の第２形態に係る横置
型熱交換器の配置図である。この横置エレメント３は、
上から２段まではベアチューブ６であり、３段目以降は
スパイラルフィンチューブ７であり、図１に示す実施の
第１形態と同じ構成である。異る部分はベアチューブ６
の部分にはプロテクタを除いており、３段目のスパイラ
ルフィンチューブ７の上部には図１と同じく偏流防止板
２の端部下から中央部にカーテン状のプロテクタ（大）
５が７箇所設けられ、この間のガス流路を狭くするよう
にしている。

【００３１】ベアチューブ６にプロテクタ７を設けない
理由は、ベアチューブ６はダストを含むガスに対して耐
摩耗性が高く、損傷が比較的少ないことが知られてお
り、又、このプロテクタ（大）５はスパイラルフィンの
外径に接して図２（ｂ）に示すように半円状に取付けら
れ、チューブ外径よりかなり大きな径となり、カーテン
状に横に配置されている。

【００３２】上記構成の実施の第２形態の横置型熱交換
器によれば、横置エレメント３の３段目のスパイラルフ
ィンチューブ７にプロテクタ（大）５を取付けることに
より、それらの部分のガス流速が狭くなり、ガスが下流
に流れ難くなる。つまり、カーテン状プロテクタ（大）
５の下流のスパイラルフィンチューブ７を保護すると共
に、その上部のベアチューブ６の部分のガス流れも遅く
なり、ベアチューブ６部分の摩耗も少なくすることがで
きる。

【００３３】図７は本発明の実施の第３形態に係る横置
型熱交換器の配置図であり、この場合横置エレメント１
３はすべてスパイラルフィンチューブ７から構成されて
いる。このスパイラルフィンチューブ７はベアチューブ
に対して耐摩耗性が低く、損傷が発生しやすいので、ガ
ス流れの最上流側、つまり１段目にプロテクタ（大）５
を取付け、カーテン状に配置したものである。このプロ
テクタ（大）５は偏流防止板２の端部下から中央部の７
本のチューブに施し、この間のガス流路を狭くするよう
にしたものである。

【００３４】一方、上記の実施の第３形態とは別に、横
置エレメントがベアチューブのみである場合も同様に１
段目にプロテクタ（大）５を取付けたものも有効であ
り、上記と同様の効果が得られる。この場合のプロテク
タ（大）５の取付けは、プロテクタ（大）５の外径がベ
アチューブの外径より大きいので、スペーサ等を介して
取付ければ良い。

【００３５】上記に説明の実施の第３形態によれば、プ
ロテクタ（大）５を１段目のチューブに取付けたため、
その下流のチューブ全体が摩耗に対し、保護されること
になり、実施の第１、第２形態と同様の効果を奏するも
のである。

【００３６】

【発明の効果】本発明の（１）のボイラにおける横置型
熱交換器は、ボイラ後部煙道に設けられた横置型伝熱管
群と、同横置型伝熱管群の端部と側壁面との間のガス流
入側に設けられた偏流防止板とを有するボイラにおける
横置型熱交換器において、前記横置型伝熱管群の前記偏
流防止板直下の所定の段数の複数の管上面に同管よりも
大きい半径の半円形状のプロテクタを同一レベルで連続
して配置するように取付けたことを特徴としている。こ
のような構成により、プロテクタがカーテン状となって
配列され、ガス流路を狭くすることによりガスを下流側
に流れ難くし、下流の管を石炭灰から保護すると共にガ
ス流速が下流側で小さくなるのでこれら部分にプロテク
タを不要とし、コストの低減となる。

【００３７】本発明の（２）は、上記（１）の発明にお
いて、前記プロテクタの円弧角度は１８０度よりも小さ
いことを特徴としており、これによりガス流量を適切に
調整し、伝熱効率をあまり低下させないようにすること
ができる。

【００３８】本発明の（３）は、上記（１）の発明にお
いて、前記横置型伝熱管群は上から複数段がベアチュー
ブで、それから下がスパイラルフィンチューブで構成さ
れ、前記プロテクタは同スパイラルフィンチューブに取
付けられていることを特徴としている。このような構成
によりプロテクタはフィン部分に取付けられ、チューブ
径よりも大きな径のプロテクタを容易に構成することが
できる。これにより同一レベルに配置したプロテクタが
カーテン状に形成され、下流側の管へのガスの流路を狭
くして下流側の管を有効に保護することができる。

【００３９】本発明の（４）は、上記（３）の発明にお
いて、前記ベアチューブのうち、側壁面から複数本の管
の上面に同管の表面に接し、かつ同一レベルの配置でプ
ロテクタを取付けたことを特徴としている。このような
構成により、ベアチューブのプロテクタとスパイラルフ
ィンチューブのプロテクタとで下流側へのガス流路を狭
くして流速を制御し、下流側のガス中に含まれる石炭灰
による損傷を防止し、下流側でのプロテクタを不要とし
てコストダウンに貢献するものである。

【００４０】本発明の（５）は、上記（１）の発明にお
いて、前記伝熱管群は全ての管がスパイラルフィンチュ
ーブか又はベアチューブのいずれかであり、前記プロテ
クタは同伝熱管群の最上段に取付けられ、前記偏流防止
板の端部に隣接する管から中央側へ向って同一レベルに
配置したことを特徴としている。このような構成によ
り、伝熱管群を全て同一の管とすると共に、その最上段
にのみプロテクタを設けることができ、横置型熱交換器
の構成を簡素化し、上段以降の全ての管を保護すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１形態に係るボイラにおける
横置型熱交換器の配置図である。

【図２】本発明の実施の第１形態に係るボイラにおける
横置型熱交換器のチューブに取付けられるプロテクタの
形状を示し、（ａ）はベアチューブに支持板によりプロ
テクタ（大）を、（ｂ）はスパイラルフィンチューブに
プロテクタ（大）を半円形状に、（ｃ）はベアチューブ
にプロテクタ（小）を直接、（ｄ）はスパイラルフィン
チューブにプロテクタ（大）を１２０°に、それぞれ取
り付けた断面図である。

【図３】本発明の実施の第１〜第３形態に係る横置型熱
交換器のエレメントである横置型伝熱パネルの斜視図で
ある。

【図４】従来のボイラにおける横置型熱交換器のガス流
速分布図である。

【図５】本発明のボイラにおける横置型熱交換器のガス
流速分布図である。

【図６】本発明の実施の第２形態に係る横置型熱交換器
の配置図である。

【図７】本発明の実施の第３形態に係る横置型熱交換器
の配置図である。

【図８】従来の石炭焚ボイラ用横置型パネルの配置図
で、偏流防止板のないものを示す。

【図９】従来の石炭焚ボイラ用横置型パネルの配置図
で、偏流防止板を設けたものである。

【符号の説明】

１ 側壁管 ２ 偏流防止板 ３，１３ 横置エレメント ４ プロテクタ（小） ５ プロテクタ（大） ６ ベアチューブ ７ スパイラルフィンチューブ １１ スペース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近河 光雄 長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工業株式 会社長崎造船所内 (72)発明者 佐藤 敏浩 長崎市深堀町五丁目717番１号 三菱重工 業株式会社長崎研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボイラ後部煙道に設けられた横置型伝熱
   管群と、同横置型伝熱管群の端部と側壁面との間のガス
   流入側に設けられた偏流防止板とを有するボイラにおけ
   る横置型熱交換器において、前記横置型伝熱管群の前記
   偏流防止板直下の所定の段数の複数の管上面に同管より
   も大きい半径の半円形状のプロテクタを同一レベルで連
   続して配置するように取付けたことを特徴とするボイラ
   における横置型熱交換器。
2. 【請求項２】 前記プロテクタの円弧角度は１８０度よ
   りも小さいことを特徴とする請求項１記載のボイラにお
   ける横置型熱交換器。
3. 【請求項３】 前記横置型伝熱管群は上から複数段がベ
   アチューブで、それから下がスパイラルフィンチューブ
   で構成され、前記プロテクタは同スパイラルフィンチュ
   ーブに取付けられていることを特徴とする請求項１記載
   のボイラにおける横置型熱交換器。
4. 【請求項４】 前記ベアチューブのうち、側壁面から複
   数本の管の上面に同管の表面に接し、かつ同一レベルの
   配置でプロテクタを取付けたことを特徴とする請求項３
   記載のボイラにおける横置型熱交換器。
5. 【請求項５】 前記伝熱管群は全ての管がスパイラルフ
   ィンチューブか又はベアチューブのいずれかであり、前
   記プロテクタは同伝熱管群の最上段に取付けられ、前記
   偏流防止板の端部に隣接する管から中央側へ向って同一
   レベルに配置したことを特徴とする請求項１記載のボイ
   ラにおける横置型熱交換器。