JPWO2015186207A1 - ボイラおよびその伝熱管の取り替え方法 - Google Patents

ボイラおよびその伝熱管の取り替え方法 Download PDF

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Abstract

本ボイラは、ケーシング(14)内に配置された伝熱管パネル(20)と、伝熱管パネル(20)に接続され、ケーシング(14)の外部に配置された集合管(19)と、メンブレンウォール(15)において、伝熱管パネル(20)がケーシング(14)の内外に出し入れ可能なように形成されたメンブレンウォール開口部(22)とを備える。本ボイラによれば、腐食した伝熱管の取り替え作業の負荷を軽減し、作業時間を短縮できる。

Description

本発明は、ボイラおよびその伝熱管の取り替え方法に係わり、特に、少なくとも壁面の一部がメンブレンウォールで形成された放射室および煙道を有するボイラおよびその伝熱管の取り替え方法に関する。
従来、燃焼室で生成される高温ガスの流路をメンブレンウォールで形成して放射室および煙道を形成すると共に、放射室および／または煙道内に過熱器を設置し、過熱器の伝熱管の内部を流れる蒸気を高温ガスで過熱して、過熱蒸気を生成するボイラが知られている（特許文献１）。生成された過熱蒸気は、例えばタービンの駆動力として利用して発電を行なうことができる。
図９は、従来のボイラ８０の全体構成の概略を示しており、燃焼室８１からの高温ガスは、第１放射室８２を通って第２放射室８３に流れ込み、さらに第３煙道８４に流入する。メンブレンウォール８５で形成された第３煙道８４の中には、複数段の過熱器８６が設置されている。
図１０に示したように、過熱器８６の伝熱管８７は、第３煙道８４の内部に配置された伝熱管本体部８７Ａと、上下方向に離間して配置された入口管部８７Ｂおよび出口管部８７Ｃを有し、全体としてパネル様の形状（以下「伝熱管パネル」と呼ぶ。）を備えている。図１０（ａ）に示したように、多数の伝熱管パネル８８を、水平方向に多数並べて、過熱器８６が構成されている。
図１０（ａ）、（ｂ）に示したように、伝熱管パネル８８を構成する伝熱管８７の入口管部８７Ｂおよび出口管部８７Ｃは、メンブレンウォール８５を貫通しており、第３煙道８４の外側においてヘッダ８９に接続されている。伝熱管８７の入口管部８７Ｂおよび出口管部８７Ｃがメンブレンウォール８５を貫通する部分は、ウォールボックス９０およびその内部の耐火材によって気密性が維持されている。
図９に示したボイラ８０の燃焼室８１に投入される燃料の中には、廃棄物燃料のように燃焼時に腐食性の強い成分を発生するものがあり、このような腐食性の強い成分が過熱器８６の伝熱管８７に接触して、伝熱管８７が減肉してしまうことがある。このため、腐食による伝熱管８７の減肉が許容限度を超える前に、腐食した伝熱管８７を第３煙道８４内から取り出して、新しい伝熱管と交換するようにしている。
図９に示した従来のボイラ８０において、腐食した伝熱管８７を取外す際には、メンブレンウォール８５を貫通する伝熱管８７の入口管部８７Ｂおよび出口管部８７Ｃを、メンブレンウォール８５とヘッダ８９との間箇所９１で切断する。また、ウォールボックス９０およびその内部の耐火材を除去する。
さらに、伝熱管８７の入口管部８７Ｂおよび出口管部８７Ｃが貫通するメンブレンウォール８５と反対側のメンブレンウォール８５において、伝熱管パネル８８を個別に取り出すためのスリット状開口９２を形成する。図１１は、スリット状開口９２が形成されたメンブレンウォール８５を示しており、一つのスリット状開口９２を形成するために、メンブレンウォール８５の複数の水管８５Ａとそれらの間の壁材８５Ｂが切除される。
ヘッダ８９から切り離された伝熱管パネル８８は、図１０（ａ）、（ｂ）において図中左側に移動され、図中右側のメンブレンウォール８５を貫通していた入口管部８７Ｂおよび出口管部８７Ｃが、メンブレンウォール８５から第３煙道８４側に引き入れられる。
入口管部８７Ｂおよび出口管部８７Ｃが引き入れられた伝熱管パネル８８は、第３煙道８４の中にいる作業員によって、図１０（ａ）において図中上方または下方に移動され、メンブレンウォール８５に形成された最寄りのスリット状開口９２の位置まで移送される。
この状態から、図１０（ａ）において図中左側に伝熱管パネル８８を移動させて、メンブレンウォール８５のスリット状開口９２を介して、図１０（ｃ）に示したように伝熱管パネル８８を第３煙道８４から第２放射室８３側に取り出す。
上述した作業により、腐食した伝熱管８７を含む伝熱管パネル８８を取り出したら、交換用の新しい伝熱管パネル８８を、上述した作業と逆の手順によって所定の位置に配置する。
新しい伝熱管パネル８８の入口管部８７Ｂおよび出口管部８７Ｃは、ヘッダ８９に残置された入口管部８７Ｂおよび出口管部８７Ｃと溶接によって接続される。新しい伝熱管パネル８８の入口管部８７Ｂおよび出口管部８７Ｃがメンブレンウォール８５を貫通する箇所には、新しいウォールボックス９０とその内部の耐火材が設置される。
伝熱管パネル８８の搬出および搬入のためにメンブレンウォール８５に形成されたスリット状開口９２は、新たに製作されたメンブレンウォール片を溶接することにより気密に封止される。
特開２０１３−５３８２９号公報
上述したように、従来のボイラにおいては、腐食した伝熱管を新しい伝熱管と交換するために、それぞれの伝熱管の入口管部および出口管部の切断および溶接作業、ウォールボックスおよびその内部の耐火材の除去および設置作業、メンブレンウォールにおけるスリット状開口の形成および封止作業、並びに放射室または煙道内での伝熱管の移動作業など、多くの複雑な作業が必要となり、多大の作業時間と労力を要していた。
特に、伝熱管の入口管部および出口管部の溶接作業を、限られた狭いスペースで、しかも多くの箇所において行なうことは、工期の長期化をもたらしていた。また、メンブレンウォールのスリット状開口の封止作業も、新しいメンブレンウォール片を製造する必要があると共に、その溶接作業も必要であり、作業の負担は大きく、工期の長期化をもたしていた。
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、腐食した伝熱管の取り替え作業の負荷を軽減して、作業時間の短縮を図ることができるボイラおよびその伝熱管の取り替え方法を提供することを目的としている。
上記課題を解決するために、第１の態様による本発明は、少なくとも壁面の一部がメンブレンウォールで形成されたケーシングを有するボイラにおいて、前記ケーシングの内部に配置された伝熱管パネルと、前記伝熱管パネルと接続され、前記ケーシングの外部に配置された集合管と、前記メンブレンウォールにおいて、前記伝熱管パネルが前記ケーシングの内外に出し入れ可能なように形成されたメンブレンウォール開口部と、を備えたことを特徴とする。
第２の態様による本発明は、第１の態様による本発明において、前記メンブレンウォール開口部を封止するために前記メンブレンウォールに着脱自在に装着される封止部材をさらに備えたことを特徴とする。
第３の態様による本発明は、第１または第２の態様による本発明において、前記集合管に接続された複数の前記伝熱管パネルと、前記複数の伝熱管パネルのそれぞれに対応して形成された複数の前記メンブレンウォール開口部と、を備えたことを特徴とする。
第４の態様による本発明は、第３の態様による本発明において、前記メンブレンウォール開口部を封止するために前記メンブレンウォールに着脱自在に装着される封止部材を備え、前記封止部材は、前記複数のメンブレンウォール開口部の全体を封止する一体の部材として形成されている、ことを特徴とする。
第５の態様による本発明は、第２または４の態様による本発明において、前記封止部材は、前記メンブレンウォールに対して、着脱自在の締結具によって固定されている、ことを特徴とする。
第６の態様による本発明は、第１乃至第５のいずれかの態様による本発明において、複数の前記伝熱管パネルと前記複数の伝熱管パネルが接続された前記集合管とを有する伝熱管モジュールを複数備えている、ことを特徴とする。
第７の態様による本発明は、第６の態様による本発明において、複数の前記集合管のそれぞれが各連絡管を介して共通配管に接続されている、ことを特徴とする。
第８の態様による本発明は、第７の態様による本発明において、前記共通配管は、前記伝熱管パネルを引き出すための空間を確保できるような位置に配置されている、ことを特徴とする。
第９の態様による本発明は、第１乃至第８のいずれかの態様による本発明のボイラにおける伝熱管の取り替え方法であって、前記伝熱管パネルが接続された集合管を切り離す工程と、前記メンブレンウォールに対する前記伝熱管パネルの固定状態を解除する工程と、前記ケーシング内の前記伝熱管パネルを、前記集合管と共に移動させて前記ケーシングの外部に引き出す工程と、を備えたことを特徴とする。
第１０の態様による本発明は、第６の態様による本発明のボイラにおける伝熱管の取り替え方法であって、前記伝熱管パネルが接続された集合管を切り離す工程と、前記メンブレンウォールに対する前記伝熱管パネルの固定状態を解除する工程と、前記ケーシング内の前記伝熱管パネルを、前記集合管と共に移動させて前記ケーシングの外部に引き出す工程と、を備え、前記伝熱管モジュール毎に前記伝熱管パネルを前記ケーシングの外部に引き出す、ことを特徴とする。
第１１の態様による本発明は、第８の態様による本発明のボイラの伝熱管の取り替え方法であって、前記伝熱管パネルが接続された集合管を切り離す工程と、前記メンブレンウォールに対する前記伝熱管パネルの固定状態を解除する工程と、前記ケーシング内の前記伝熱管パネルを、前記集合管と共に移動させて前記ケーシングの外部に引き出す工程と、を備え、一対の前記共通配管の間を通して前記伝熱管パネルを引き出す、ことを特徴とする。
本発明によれば、腐食した伝熱管の取り替え作業の負荷を軽減して、作業時間の短縮を図ることができるボイラおよびその伝熱管の取り替え方法を提供することができる。
本発明の一実施形態によるボイラの全体構成の概略を示した側面図。 図１に示したボイラの第３煙道に配置された過熱器およびヘッダの部分を拡大して示した水平断面図。 図２に示したボイラの第３煙道に配置された過熱器およびヘッダの部分を拡大して示した側面図。 図３のIV-IV矢視図。 図３のV-V矢視図。 図１に示したボイラの伝熱管ユニットの部分をヘッダ等と共に拡大して示した斜視図。 図１に示したボイラにおける伝熱管の取り替え方法を説明するための斜視図。 図１に示したボイラにおける伝熱管の取り替え方法を説明するための側面図。 従来のボイラの全体構成の概略を示した側面図。 図９に示した従来のボイラの第３煙道に配置された過熱器およびヘッダの部分を拡大して示した図であり、（ａ）は水平断面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は取外された伝熱管を示した側面図。 図１０（ｂ）のX-X矢視図。
以下、本発明の一実施形態によるボイラおよびその伝熱管の取り替え方法について、図面を参照して説明する。
図１に示したように、本実施形態によるボイラ１０は、燃焼室１１からの高温ガスが、第１放射室１２を通って第２放射室１３に流れ込み、さらに第３煙道（ケーシング）１４に流入するように構成されている。
メンブレンウォール１５で構成された第３煙道１４の中には、上方から下方に向けて、第１過熱器１６、第２過熱器１７、および第３過熱器１８が設置されている。第３煙道１４の内部を、高温ガスが下方から上方に向かって流れる。一方、高温ガスによって加熱される蒸気は、第１過熱器１６から第２過熱器１７、第２過熱器１７から第３過熱器１８へと、上方から下方に向かって流れる。第１乃至第３過熱器１６、１７、１８によって生成された過熱蒸気は、例えばタービンの駆動力として利用して発電を行なうことができる。
第１乃至第３過熱器１６、１７、１８のうち、特に第３過熱器１８および第２過熱器１７はそれらの温度条件が厳しく、腐食による減肉の進行が早いので、腐食した伝熱管の交換作業を比較的頻繁に行なう必要がある。
本実施形態によるボイラ１０においては、図２に示したように、第３過熱器１８に接続されるヘッダ（集合管）１９が、第１乃至第６ヘッダ１９に分割されており、第１乃至第６ヘッダ１９のそれぞれに、伝熱管パネル２０が６体（または５体）接続されている。
図２および図３に示したように、伝熱管パネル２０の伝熱管２１は、第３煙道１４の内部に配置された伝熱管本体部２１Ａと、メンブレンウォール１５を貫通して延在する入口管部２１Ｂおよび出口管部２１Ｃを備えている。
図４および図５に示したように、伝熱管パネル２０の伝熱管２１の入口管部２１Ｂおよび出口管部２１Ｃは、メンブレンウォール１５の隣接する水管１５Ａ同士の間においてメンブレンウォール１５を貫通している。
なお、メンブレンウォール１５の水管１５Ａのピッチと伝熱管２１のピッチとが異なる場合には、図４および図５に示したように、メンブレンウォール１５の水管１５Ａおよび／または伝熱管２１を適宜湾曲させて、水管１５Ａと伝熱管２１との干渉を避けるようにする。
図４に示したように、伝熱管２１の入口管部２１Ｂおよび出口管部２１Ｃが貫通する領域において、メンブレンウォール１５には、各入口管部２１Ｂの貫通箇所と各出口管部２１Ｃの貫通箇所とを含んで水管１５Ａの延在方向に連続的に形成された各メンブレンウォール開口部２２が形成されている。
図３に示したように、メンブレンウォール１５に形成されたメンブレンウォール開口部２２は、第１乃至第６のヘッダ１９のそれぞれに対応して設けられた第１乃至第６の封止フランジ（封止部材）２３によって封止されている。伝熱管２１の入口管部２１Ｂおよび出口管部２１Ｃは封止フランジ２３を貫通しており、それらの貫通部はシール部材２４によって気密性が確保されている。
封止フランジ２３は、ボルト（締結具）２５によってメンブレンウォール１５に固定されており、ボルト２５の脱着によって封止フランジ２３をメンブレンウォール１５に対して着脱することができる。図３に示したように、本実施形態によるボイラ１０においては、封止フランジ部が従来のボイラにおけるウォールボックスを兼ねる。
図６に示したように、第１乃至第６ヘッダ１９のそれぞれと、各ヘッダ１９に接続された６体の伝熱管パネル２０と、各封止フランジ２３とによって各伝熱管モジュール２６が構成されている。本実施形態によるボイラ１０は、計６体の伝熱管モジュール２６を備えている。
図３に示したように、メンブレンウォール１５から外側に延びる伝熱管２１の入口管部２１Ａおよび出口管部２１Ｂはヘッダ１９に接続され、第１乃至第６のヘッダ１９は、それぞれ、各連絡管２７を介して上下の共通配管２８に接続されている。上下の共通配管２８は、伝熱管パネル２０を引き出すための空間を確保できるような位置に配置されている。
次に、本実施形態によるボイラ１０において、腐食した伝熱管２１を取外す方法について説明する。
第１乃至第６のヘッダ１９のうち、腐食した伝熱管２１を含む伝熱管モジュール２６に属するヘッダ１９の連絡管２７を、図３に示した切断位置２９において切断する（ヘッダ１９の切り離し工程）。次に、封止フランジ２３をメンブレンウォール１５に固定しているボルト２５を外し、メンブレンウォール１５に対する封止フランジ２３の固定状態を解除する（封止フランジ２３の解除工程）。
次に、図７および図８に示したように伝熱管モジュール２６全体を移動させて、メンブレンウォール開口部２２を介して、第３煙道１４内の伝熱管２１を外部に引き出す（伝熱管２１の引き出し工程）。このとき、図３に示したように共通配管２８は予め上下にずらして配置しているので、図８に示したように、上下の共通配管２８の間を通して伝熱管モジュール２６を引き出すことができる。
なお、取り外した伝熱管モジュール２６に換えて、新しい伝熱管モジュール２６を装着する際には、上述した取外し工程とは逆に、新しい伝熱管モジュール２６の各伝熱管パネル２０を、メンブレンウォール１５の隣接する水管１５Ａ同士の間に形成された各メンブレンウォール開口部２２を介して第３煙道１４の内部に挿入する。
次に、新しい伝熱管モジュール２６の封止フランジ２３を、ボルト２５によってメンブレンウォール１５に固定する。また、新しい伝熱管モジュール２６のヘッダ１９の連絡管２７を、腐食した伝熱管モジュール２６を取外した際に共通配管２８側に残置した連絡管２７に溶接によって接続する。
以上述べたように、本実施形態によるボイラ１０およびその伝熱管２１の取り替え方法によれば、腐食した伝熱管２１をボイラ１０から取り外す際には、ヘッダ１９と共通配管２８とを連結する連絡管２７を切断すると共に、封止フランジ２３のボルト２５を外すだけで済み、新しい伝熱管２１をボイラ１０に装着する際にも、連絡管２７を溶接すると共に封止フランジ２３をボルト２５で固定するだけで済む（すなわち、従来必須のメンブレンウォールの再製作およびその溶接作業が不要となり、伝熱管の現地溶接作業が不要となる）ので、従来のボイラの場合と比べて作業工程が大幅に簡素化され、伝熱管交換作業に要する工期を短縮することができる。
特に、本実施形態においては、管の切断とその復旧（溶接）といった非常に手間のかかる部分の現地作業を大幅に簡素化することができるので、作業負担の軽減と工期の短縮において極めて有利である。
また、本実施形態におけるボイラ１０においては、ヘッダ１９を分割構造にすると共に、分割されたヘッダ１９毎に各伝熱管モジュール２６を構成するようにしたので、伝熱管２１の取り替えを各モジュール単位で行なうことができる。これにより、ヘッダ１９を分割しない場合に比べて、搬送対象物（伝熱管モジュール２６）の寸法および重量が小さくなり、作業性を向上させることができる。
また、取り外した伝熱管モジュール２６を現場から検査・修理工場に搬送し、検査の結果、再利用可能と判断された場合には、腐食部分を修理して次回以降の伝熱管交換時に再利用することができる。
また、予備の伝熱管モジュール２６を予め用意しておいて、腐食した伝熱管２１を含む伝熱管モジュール２６を予備の伝熱管モジュール２６と交換するようにすれば、作業期間の更なる短縮化を図ることができる。
なお、本実施形態においては、上述したようにヘッダ１９を６つに分割して６つの伝熱管モジュール２６を構成するようにしているが、本発明によるボイラにおいては、ヘッダの分割は必ずしも必須ではなく、例えば、ヘッダを分割せずに、ヘッダ全体をそこに接続されているすべての伝熱管パネルと共に取り外すようにしても良い。
また、本実施形態においては、複数のメンブレンウォール開口部２２を一つの封止フランジ２３で封止するようにしているが、例えば、複数のメンブレンウォール開口部２２のそれぞれを、各封止フランジで個別に封止するようにすることもできる。
なお、本発明の適用対象としては、石炭焚きボイラや上記実施形態に記載のボイラには限定されず、要するに、メンブレンウォールを有するボイラ壁を備えたボイラが適用対象となり得る。例えば、燃焼炉を有さずに排ガスを利用したボイラであっても良い。
１０ ボイラ
１１ 燃焼室
１２ 第１放射室
１３ 第２放射室
１４ 第３煙道（ケーシング）
１５ メンブレンウォール
１５Ａ メンブレンウォールの水管
１６ 第１過熱器
１７ 第２過熱器
１８ 第３過熱器
１９ ヘッダ（集合管）
２０ 伝熱管パネル
２１ 過熱器の伝熱管
２１Ａ 伝熱管本体部
２１Ｂ 伝熱管の入口管部
２１Ｃ 伝熱管の出口管部
２２ メンブレンウォール開口部
２３ 封止フランジ（封止部材）
２４ シール部材
２５ ボルト（締結具）
２６ 伝熱管モジュール
２７ 連絡管
２８ 共通配管
２９ 切断位置

Claims (11)

  1. 少なくとも壁面の一部がメンブレンウォールで形成されたケーシングを有するボイラにおいて、
    前記ケーシングの内部に配置された伝熱管パネルと、
    前記伝熱管パネルと接続され、前記ケーシングの外部に配置された集合管と、
    前記メンブレンウォールにおいて、前記伝熱管パネルが前記ケーシングの内外に出し入れ可能なように形成されたメンブレンウォール開口部と、を備えたボイラ。
  2. 前記メンブレンウォール開口部を封止するために前記メンブレンウォールに着脱自在に装着される封止部材をさらに備えた請求項１記載のボイラ。
  3. 前記集合管に接続された複数の前記伝熱管パネルと、
    前記複数の伝熱管パネルのそれぞれに対応して形成された複数の前記メンブレンウォール開口部と、を備えた請求項１または２に記載のボイラ。
  4. 前記メンブレンウォール開口部を封止するために前記メンブレンウォールに着脱自在に装着される封止部材を備え
    前記封止部材は、前記複数のメンブレンウォール開口部の全体を封止する一体の部材として形成されている、請求項３記載のボイラ。
  5. 前記封止部材は、前記メンブレンウォールに対して、着脱自在の締結具によって固定されている、請求項２または４に記載のボイラ。
  6. 複数の前記伝熱管パネルと前記複数の伝熱管パネルが接続された前記集合管とを有する伝熱管モジュールを複数備えている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のボイラ。
  7. 複数の前記集合管のそれぞれが各連絡管を介して共通配管に接続されている、請求項６記載のボイラ。
  8. 前記共通配管は、前記伝熱管パネルを引き出すための空間を確保できるような位置に配置されている、請求項７記載のボイラ。
  9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載のボイラにおける伝熱管の取り替え方法であって、
    前記伝熱管パネルが接続された集合管を切り離す工程と、
    前記メンブレンウォールに対する前記伝熱管パネルの固定状態を解除する工程と、
    前記ケーシング内の前記伝熱管パネルを、前記集合管と共に移動させて前記ケーシングの外部に引き出す工程と、を備えた伝熱管の取り替え方法。
  10. 請求項６記載のボイラにおける伝熱管の取り替え方法であって、
    前記伝熱管パネルが接続された集合管を切り離す工程と、
    前記メンブレンウォールに対する前記伝熱管パネルの固定状態を解除する工程と、
    前記ケーシング内の前記伝熱管パネルを、前記集合管と共に移動させて前記ケーシングの外部に引き出す工程と、を備え、
    前記伝熱管モジュール毎に前記伝熱管パネルを前記ケーシングの外部に引き出す、伝熱管の取り替え方法。
  11. 請求項８記載のボイラの伝熱管の取り替え方法であって、
    前記伝熱管パネルが接続された集合管を切り離す工程と、
    前記メンブレンウォールに対する前記伝熱管パネルの固定状態を解除する工程と、
    前記ケーシング内の前記伝熱管パネルを、前記集合管と共に移動させて前記ケーシングの外部に引き出す工程と、を備え、
    一対の前記共通配管の間を通して前記伝熱管パネルを引き出す、伝熱管の取り替え方法。
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