TWI641782B - 鍋爐 - Google Patents

Abstract

一種鍋爐，係具備有：相互空出有間隔地而並排設置之複數之熱交換管(6)；和以在複數之熱交換管(6)之並排設置方向上延伸的方式而被配置並且以與熱交換管(6)相接觸的方式而被作固定之保護管(12)；和可插拔地而被插通於保護管(12)中之光纖(11)；和將雷射脈衝光射入光纖(11)中之射入脈衝發訊裝置(14)；和對於直到雷射脈衝光作為後方散射光而返回為止的時間、波長以及光強度進行分析之分析裝置(15)。

Description

鍋爐

本發明，例如，係有關於被設置在火力發電廠處之具有複數之導熱管的鍋爐。

本申請案，係根據在2014年8月19日所申請之特願2014-166474號而主張優先權，並於此援用其內容。

在火力發電廠之發電用鍋爐中，係藉由數個的過熱器來使蒸氣過熱。過熱器，係具備有多數之導熱管，並藉由鍋爐之高溫排氣，來從導熱管之外側而使通過管內部之蒸氣過熱。藉由鍋爐之高溫排氣而被過熱並通過了多數的導熱管之蒸氣，係集合於被配置在鍋爐上部處的高溫排氣並不會流入之頂板殼體內的管集箱中。管集箱係為非加熱部，並為經由多數之管台而從鍋爐之導熱管來將被作了過熱的蒸氣集中者。

鍋爐之過熱器，若是異物等之阻礙物混入至其中，則蒸氣之流動係會被阻礙。若是蒸氣之流動被阻礙，則高溫之氣體係會從導熱管之外側而加熱導熱管表面，另一方 面，管中的流體係會變少。故而，異物等之阻礙物混入至鍋爐之過熱器中一事係並不理想。

作為對於鍋爐之過熱器之狀態進行監視的方法，藉由熱電偶來對於身為非加熱部之管台的溫度作計測並進行溫度監視的方法，係為周知。

又，例如，在專利文獻1中，係針對使用光纖來對於高溫下之物體的溫度分布作測定的方法而有所記載。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開平8-145810號公報

另外，熱電偶，基於熱電偶之溫度檢測的原理，1根(1對)係只能夠對於1點進行計測。起因於此，使用熱電偶來對於多數的導熱管之全數的溫度進行監視一事，在成本和施工的觀點上係並不實際。又，使用熱電偶來對於多數的導熱管之全數的溫度進行監視一事，在將熱電偶取出至鍋爐外的構造上而言係並不實際。

因此，現狀而言，係僅將熱電偶配置在管台之非加熱部的代表點處，並基於其之溫度的傾向來進行溫度監視或者是對於是否存在有異常過熱部一事進行監視。然而，若 是異物所堵塞的場所與正進行有溫度監視之導熱管並不相同，則會有無法檢測出異常過熱的問題。

又，在專利文獻1所記載之方法中，當測定對象係為複數之導熱管等之有所分散的情況時，係有著測定會變得困難之課題。

本發明，係以提供一種能夠有效率地進行複數之熱交換管的溫度計測並且亦使光纖之交換成為容易的鍋爐一事，作為目的。

若依據本發明之第1形態，則係為一種鍋爐，其特徵為，係具備有：相互空出有間隔地而並排設置之複數之熱交換管；和以在前述複數之熱交換管之並排設置方向上延伸的方式而被配置並且以與前述熱交換管相接觸的方式而被作固定之保護管；和可插拔地而被插通於前述保護管中之光纖；和將雷射脈衝光射入前述光纖中之射入脈衝發訊裝置；和對於直到前述雷射脈衝光作為後方散射光而返回為止的時間、波長以及光強度進行分析之分析裝置。

若依據此種構成，則由於係使光纖以在熱交換管之並排設置方向上延伸的方式而被作配置，因此係能夠有效率地進行由分析裝置所致之複數之熱交換管的溫度計測。由於係成為能夠經由保護管來對光纖作交換，因此，維修係成為容易，並且光纖之種類或計測方法的變更 亦變得容易。

在上述鍋爐中，係亦可構成為：係具備有被安裝於前述複數之熱交換管之至少其中一者處之熱電偶，前述分析裝置，係使用藉由前述熱電偶所計測出之溫度，來對於藉由對前述時間、波長以及光強度進行分析所計測出的溫度作修正。

若依據此種構成，則係能夠更正確地進行由分析裝置所致之複數之熱交換管的溫度計測。

在上述鍋爐中，係亦可構成為：前述分析裝置，係將藉由前述熱電偶所計測出之溫度和藉由前述光纖所計測出的溫度作比較，而決定修正量，並且藉由前述修正量，來對於藉由前述光纖所計測出的其他之測定點之溫度作修正。

在上述鍋爐中，係亦可構成為：前述分析裝置，係使用構成前述保護管之材料的熱傳導率和前述保護管之板厚的至少其中一者，來對於藉由前述光纖所計測出的溫度作修正。

在上述鍋爐中，前述保護管，係能夠以特定間隔而作分割設置。

在上述鍋爐中，係亦可構成為：係具備有被配置在前述保護管和前述光纖之間之具有特定之熱傳導率的中介構件。

若依據此種構成，則係能夠藉由中介構件來保護光纖，並且係能夠使用中介構件之熱傳導率來對於所計測出 的溫度作修正。

在上述鍋爐中，係亦可構成為：前述中介構件，係使用構成前述中介構件之材料的熱傳導率和前述中介構件之板厚的至少其中一者，來對於藉由前述光纖所計測出的溫度作修正。

在上述鍋爐中，係亦可構成為：前述保護管，係以與前述複數之熱交換管之前述間隔相同的節距而蛇行。

若依據此種構成，則就算是在保護管產生了熱收縮的情況時，亦能夠將保護管之伸縮作吸收。

若依據本發明，則由於係使光纖以在熱交換管之並排設置方向上延伸的方式而被作配置，因此係能夠有效率地進行由分析裝置所致之複數之熱交換管的溫度計測。由於係成為能夠經由保護管來對光纖作交換，因此，維修係成為容易，並且光纖之種類或計測方法的變更亦變得容易。

1‧‧‧鍋爐

2‧‧‧煙道

3‧‧‧過熱器

4‧‧‧管集箱

4a‧‧‧入口管集箱

4b‧‧‧出口管集箱

6‧‧‧導熱管(熱交換管)

7‧‧‧頂板壁

8‧‧‧管台

9‧‧‧鍋爐頂板殼體

11‧‧‧光纖

11a‧‧‧第1端部

11b‧‧‧第2端部

12‧‧‧保護管

13‧‧‧貫通孔

14‧‧‧光纖計測器(射入脈衝發訊裝置)

15‧‧‧資料處理PC(分析裝置)

17‧‧‧芯線

18‧‧‧包層

19‧‧‧聚醯亞胺被覆

20‧‧‧金屬管

21‧‧‧固定扣件

22‧‧‧綁束帶

23‧‧‧固定扣件本體部

24‧‧‧帶插通部

25‧‧‧玻璃絨帶

26‧‧‧鋼線

28‧‧‧中介構件

29‧‧‧襯套熱電偶

30‧‧‧測溫接點

31‧‧‧墊片型熱電偶

32‧‧‧墊片面

S‧‧‧並排設置方向

[圖1]係為本發明之第1實施形態之鍋爐的立體圖。

[圖2]係為對於本發明之第1實施形態之管集箱近旁作展示的立體圖。

[圖3]係為對於本發明之第1實施形態之保護管以及光纖的構造作說明之立體圖。

[圖4]係為對於本發明之第1實施形態之光纖的保護管之固定方法作說明之剖面圖。

[圖5]係為對於本發明之第1實施形態之光纖的保護管之設置方法作說明之側面圖。

[圖6]係為對於本發明之第1實施形態之光纖的保護管之設置方法的變形例作說明之平面圖。

[圖7]係為對於本發明之第1實施形態之光纖的保護管之設置方法的變形例作說明之側面圖。

[圖8]係為對於雷利散射光、拉曼散射光以及布里元散射光之測定例作展示的圖表。

[圖9]係為對於本發明之第2實施形態之光纖的保護管之固定方法作說明之剖面圖。

[圖10]係為對於本發明之第3實施形態之光纖的保護管之設置方法的變形例作說明之側面圖。

(第1實施形態)

以下，參考圖面，針對本發明之第1實施形態的鍋爐1作詳細說明。

本實施形態之鍋爐1，例如，係為被設置在火力發電廠處之鍋爐1。如同圖1中所示一般，在鍋爐1之上部的 煙道2處，係被設置有複數之過熱器3和再熱器(在圖1中係僅展示有1個的過熱器3)。過熱器3，係具備有入口管集箱4a以及出口管集箱4b、和被連接於此些處之複數之導熱管6(熱交換管)。燃燒氣體G，係一面旋轉一面上升，而加熱鍋爐1之壁管，並且加熱被配置於煙道2處之複數之導熱管6。

如同圖2中所示一般，管集箱4，係被配置在較鍋爐1之頂板壁7而更上方處。複數根之導熱管6，係在頂板壁7之上方處而構成管台8。複數根之導熱管6，係貫通頂板壁7而被配置於煙道2(參考圖1)處。複數根之導熱管6，係在管台8之根部部位而被熔接於管集箱處。構成管台8之導熱管6，係在管集箱4之軸方向上相互空出有間隔地而被並排設置有數十列。換言之，複數之導熱管6，係以使複數之導熱管6相互成為平行的方式，而被並排配置。

又，在鍋爐1之頂板壁7處，係被設置有鍋爐頂板殼體9。鍋爐頂板殼體9，係與鍋爐1之內部空間相互隔離，而為不會使通過煙道2之燃燒氣體流入的空間。

在構成本實施形態之管台8的複數之導熱管6處，係被配置有用以對於導熱管6之溫度進行計測的光纖11。光纖11，係以在複數之導熱管6之並排設置方向S(管集箱4之軸方向)上延伸的方式而被作配置。光纖11，係被配置在以與導熱管6相接觸的方式而作了固定之金屬製之保護管12的內部。光纖11，係可插拔地而被插 通於保護管12中。

於此，所謂並排設置方向，係為複數之導熱管6所並排之方向。本實施形態之複數之導熱管6，由於係以相互成為平行的方式而被作配置，因此，並排設置方向，係為與導熱管6之延伸存在方向相正交的方向。

光纖11，係經由作為導引管而起作用之保護管12，而被配置在複數之導熱管6的近旁處，並被身為管狀之構件的保護管12所保護。

保護管12，例如，係藉由使耐蝕性作了提昇的身為不鏽鋼材之SUS316一般之金屬所形成。保護管12之直徑，係被設為與光纖11之直徑相對應的尺寸。本實施形態之保護管12的直徑，係為約3.2mm。

保護管12，係經由被形成於鍋爐頂板殼體9處的貫通孔13，而被插入至鍋爐頂板殼體9內。

光纖11，係從身為終端之第1端部11a而被插入至保護管12中。光纖11之與第1端部11a相反側的第2端部11b，係被與光纖計測器14作連接。

光纖計測器14，係具備有作為將身為脈衝狀之雷射光之雷射脈衝光射入至光纖11中的射入脈衝發訊裝置之功能。又，光纖計測器14，係具備有作為受訊雷射脈衝光之後方散射光的後方散射光受訊裝置之功能。

光纖計測器14，係被與身為分析裝置之資料處理PC15作連接。資料處理PC15，係為對於直到雷射脈衝光作為後方散射光而返回為止的時間、波長以及光強度進行 分析之電腦。

如同圖3中所示一般，光纖11，係具備有身為使光作傳播之芯的芯線17、和覆蓋芯線17之周邊的同心圓狀之包層18、和覆蓋包層18之聚醯亞胺被覆19、以及覆蓋聚醯亞胺被覆19之外周側的金屬管20。芯線17和包層18。係藉由2種類之透明並且相對於光之透射率為高的介電質(石英玻璃或塑膠)所形成。包層18之折射率，係被設為較芯線17之折射率而更小。藉由此，係利用光之全反射現象而將光訊號關閉於芯線17之中並作傳輸。

聚醯亞胺被覆19，係為具備有高耐熱性(~300℃)、耐藥品性之被覆。

金屬管20，係為用以從聚醯亞胺被覆19之外周側而更進而保護光纖11之管。作為金屬管20，例如，係可採用不鏽鋼或鎳基合金製之可撓管。

接著，針對在將保護管12固定於導熱管6處時之固定方法作說明。

如同圖4中所示一般，保護管12，係藉由金屬製之固定扣件21、和將固定扣件21固定於導熱管6之外周面處的綁束帶22(電纜束線帶)，而被作固定。固定扣件21，係藉由將綁束帶22捲繞在管狀之導熱管6之周方向上，而被作固定。

固定扣件21，係由透過複數之接觸點來與保護管12作接觸之剖面U字狀之固定扣件本體部23、和被設置在 固定扣件本體部23之兩端部處的帶插通部24，而構成之。帶插通部24，係具備有能夠使綁束帶22作插通之孔。

綁束帶22，例如，係為藉由如同不鏽鋼一般之金屬所形成的帶狀之拘束構件。在綁束帶22之第1端部處，係附加有鎖死用零件。在使用綁束帶22時，係使綁束帶22之與第1端部相反側的第2端部，通過鎖死用零件。另外，綁束帶22係並不被限定於金屬製，只要是能夠滿足所要求的耐熱性等之規格，則係亦可為樹脂製。

另外，保護管12之固定方法，係並不被限定於此，例如，係亦可採用將保護管12使用鋼線26來作綁固的方法。

又，在作了固定的場所處之保護管12處，係被捲繞有玻璃絨帶25。玻璃絨帶25，係藉由鋼線26而被固定在導熱管6處。進而，玻璃絨帶25，係藉由耐熱性為優良並且就算是在高溫下也展現有高接著強度的接著劑(例如，ARON CERAMIC)而被接著於導熱管6處。

如同圖5中所示一般，保護管12係以蛇行的方式而被形成。保護管12，係以朝向導熱管6之延伸存在方向L(鉛直方向)的其中一方向和與其中一方向相反之方向而蛇行的方式，而被形成。換言之，保護管12，係並未朝向導熱管6之並排設置方向S(與導熱管6之延伸存在方向相正交的方向)而直線性地形成。

具體而言，保護管12，係以在相鄰之導熱管6彼此 之間而朝向上方(或者是下方)彎曲的方式而蛇行。亦即是，保護管12，係以與相鄰之導熱管6彼此間之間隔相同的節距而蛇行。

另外，保護管12之蛇行的方向，係並不被限定於鉛直方向。如同圖6中所示一般，保護管12係亦可設為於水平方向H上而蛇行之構成。具體而言，係亦能夠使保護管12以在相鄰之導熱管6彼此之間而朝向側方向彎曲的方式而蛇行。

又，如同圖7中所示一般，係亦能夠使保護管12(光纖11)在特定之範圍內而沿著導熱管6蛇行。保護管12之沿著導熱管6的部份，較理想，係藉由ARON CERAMIC等之接著劑27來作接著。藉由如此這般地進行接著，係能夠使保護管12和導熱管6更加相互密著。在後述之拉曼散射光式計測法中，此種配置方法係為特別有效。

藉由如上所示一般之方法，保護管12係被舖設於頂板殼體處。

接著，針對在上述之鍋爐1中的管台溫度測定方法作說明。

首先，係藉由光纖計測器14之射入脈衝發訊裝置而將雷射脈衝光射入至光纖11中。被射入至光纖11中之雷射脈衝光，係在光纖11之各通過位置處而發生散射光。

此散射光，係如同圖8中所示一般，存在有與射入光相同波長之雷利散射光、和與射入光相異之拉曼散射光、 布里元散射光。拉曼散射光，係被分為波長為較射入光更長之史托克斯光、和波長為較射入光更短之反史托克斯光。已確認了：此史托克斯光和反史托克斯光之光的強度比，係與發生散射光的場所之光纖11之溫度之間存在有一定的關係。

又，如同周知一般，布里元散射光，係會因應於光纖11之變形(溫度或形變)而使頻率偏移，根據此，係能夠得知光纖11之狀態的變化。

另一方面，在光纖11之各部處所發生的散射光之一部分，係作為後方散射光而再度返回到射入位置處。故而，若是對於從將射入脈衝光射入起直到其作為後方散射光而返回為止的時間作測定，則係能夠得知發生有散射光的位置。接著，藉由對於陸續返回到射入位置處之後方散射光的波長和光強度作分析，係能夠得知各位置之溫度。

身為分析裝置之資料處理PC15，係使用上述一般之特性，來對於光纖11之溫度和光纖11之形變作測定。

例如，係可使用ROTDR(Raman Optical Time Domain Reflectmeter，拉曼散射光式計測法)來對於導熱管6之溫度進行計測。

又，係可使用BOTDR(Brillouin Optical Time Domain Reflectmeter，布里元散射光式計測法)來對於導熱管6之形變、溫度進行計測。

又，係可在光纖11處預先設置繞射光柵，並使用FBG(Fiber Bragg Grating，Bragg波長計測法)來對於導熱管6之形變、溫度進行計測。

另外，在光纖11和導熱管6之間，由於係中介存在有保護管12，因此，資料處理PC15，係對於由保護管12所致之溫度降低有所考慮地而算出溫度。具體而言，係使用構成保護管12之SUS304的熱傳導率、保護管12之板厚，來對於藉由光纖11所計測出的溫度作修正。

除此之外，係可採用各種光纖11感測之測定方法。

若依據上述實施形態，則由於係使光纖11以在導熱管6之並排設置方向上延伸的方式而被作配置，因此係能夠有效率地進行由身為分析裝置之資料處理PC15所致之複數之導熱管6的溫度計測。

又，由於係成為能夠經由保護管12來對光纖11作交換，因此，維修係成為容易，又，光纖11之種類或計測方法的變更亦變得容易。

又，由於保護管12係成為蛇行之形狀，因此，就算是在保護管12產生了熱收縮的情況時，亦能夠將保護管12之伸縮作吸收。

另外，在上述實施形態之鍋爐1中，雖係設為將保護管12作了一體性形成者，但是，係並不被限定於此。例如，係亦可將保護管12以2m之節距來作分割，並將被作了分割的保護管12彼此之間使用接管來作連接。藉由此，在進行管台8之維修時係成為能夠容易地 將保護管12卸下。

又，在上述實施形態中，作為光纖11之構成，雖係對於具備有聚醯亞胺被覆19和金屬管20之構成作了展示，但是，係並不被限定於此。例如，作為光纖11之構成，係亦可採用並不具備金屬管20之光纖11。

(第2實施形態)

以下，針對本發明之第2實施形態之鍋爐，根據圖面而作說明。另外，在本實施形態中，係以與上述之第1實施形態間之差異點為中心來作敘述，針對相同的部分，係省略其說明。

如同圖9中所示一般，在本實施形態之光纖11和保護管12之間，係被配置有藉由陶瓷所形成之中介構件28。作為形成中介構件28之材料，例如，係以具備有當保護管12被加熱至600℃為止的情況時能夠使被傳導至光纖11處之溫度一直降低至300℃程度一般的特定之熱傳導率的材料為理想。若是熱傳導率過高，則由於熱係並不會被充分地傳導至光纖11處，因此係並不理想。

身為分析裝置之資料處理PC15(參考圖2)，係對於由中介構件28所致之溫度降低有所考慮地而算出溫度。具體而言，係使用構成中介構件28之陶瓷的熱傳導率、中介構件28之板厚，來對於藉由光纖11所計測出的溫度作修正。

若依據上述實施形態，則係能夠藉由中介構 件28來保護光纖11，並且係能夠使用中介構件28之熱傳導率來對於所計測出的溫度作修正。

(第3實施形態)

以下，針對本發明之第3實施形態之鍋爐，根據圖面而作說明。

如同圖10中所示一般，在本實施形態之鍋爐的導熱管6處，係被安裝有襯套熱電偶29、和墊片型熱電偶31。具體而言，襯套熱電偶29，係被配置在保護管12之內部的特定之位置處。襯套熱電偶29之測溫接點30，例如，係被設置在距離導熱管6而為遠之位置(A點)、和最為接近導熱管6之位置(B點)處。又，襯套熱電偶29，係被連接於資料處理PC15(參考圖2)處。

資料處理PC15，係對於在A點以及B點處之由襯套熱電偶29所致之溫度和由光纖11所致之溫度作比較，並決定修正量。之後，資料處理PC15，係使用所決定的修正量，來對於在藉由光纖11所測定的其他之測定點處之溫度作修正。

身為墊片型熱電偶31之測定面的墊片面32，係直接被貼附在導熱管6上。又，墊片型熱電偶31，係被連接於資料處理PC15處。亦即是，墊片型熱電偶31，係並未被配置在保護管12之內部。

若依據上述實施形態，則藉由使用熱電偶29、31來對於更正確之溫度作掌握，係能夠對於藉由光 纖11所計測出的溫度作修正。又，當使用有襯套熱電偶29的情況時，係能夠經由保護管12來容易地配置熱電偶29、31。

又，當使用有墊片型熱電偶31的情況時，由於係能夠對於更為正確之導熱管6之溫度作測定，因此係能夠進行更為正確之修正。

以上，雖係針對本發明之實施形態而參考圖面來作了詳細敘述，但是，在各實施形態中之各構成以及該些之組合等，係僅為其中一例，在不脫離本發明之要旨的範圍內，係可進行構成之附加、省略、置換以及其他之變更等。又，本發明係並不被實施形態所限定，而僅基於申請專利範圍而被限定。

例如，在上述各實施形態中，雖係針對鍋爐1之管台8的導熱管6之溫度、形變作了計測，但是，係並不被限定於此。例如，係亦可採用對於鍋爐1之火爐壁的蒸發管之溫度、形變作計測之構成。

Claims (8)

1. 一種鍋爐，其特徵為，係具備有：相互空出有間隔地而並排設置之複數之熱交換管；和以在前述複數之熱交換管之並排設置方向上延伸的方式而被配置並且以與前述複數之熱交換管相接觸的方式而被作固定之保護管；和可插拔地而被插通於前述保護管中之光纖；和將雷射脈衝光射入前述光纖中之射入脈衝發訊裝置；和對於直到前述雷射脈衝光作為後方散射光而返回為止的時間、波長以及光強度進行分析之分析裝置。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之鍋爐，其中，係具備有被安裝於前述複數之熱交換管之至少其中一者處之熱電偶，前述分析裝置，係使用藉由前述熱電偶所計測出之溫度，來對於藉由對前述時間、波長以及光強度進行分析所計測出的溫度作修正。
3. 如申請專利範圍第2項所記載之鍋爐，其中，前述分析裝置，係將藉由前述熱電偶所計測出之溫度和藉由前述光纖所計測出的溫度作比較，而決定修正量，並且藉由前述修正量，來對於藉由前述光纖所計測出的其他之測定點之溫度作修正。
4. 如申請專利範圍第1項所記載之鍋爐，其中，前述分析裝置，係使用構成前述保護管之材料的熱傳導率和 前述保護管之板厚的至少其中一者，來對於藉由前述光纖所計測出的溫度作修正。
5. 如申請專利範圍第1項所記載之鍋爐，其中，前述保護管，係以特定間隔而作分割設置。
6. 如申請專利範圍第1項所記載之鍋爐，其中，係具備有被配置在前述保護管和前述光纖之間之具有特定之熱傳導率的中介構件。
7. 如申請專利範圍第6項所記載之鍋爐，其中，前述中介構件，係使用構成前述中介構件之材料的熱傳導率和前述中介構件之板厚的至少其中一者，來對於藉由前述光纖所計測出的溫度作修正。
8. 如申請專利範圍第1至7項中之任一項所記載之鍋爐，其中，前述保護管，係以與前述複數之熱交換管之前述間隔相同的節距而蛇行。