WO2017033957A1 - 伝熱管の保護プロテクタ、これを備えた熱交換器およびボイラ - Google Patents

伝熱管の保護プロテクタ、これを備えた熱交換器およびボイラ Download PDF

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WO2017033957A1
WO2017033957A1 PCT/JP2016/074604 JP2016074604W WO2017033957A1 WO 2017033957 A1 WO2017033957 A1 WO 2017033957A1 JP 2016074604 W JP2016074604 W JP 2016074604W WO 2017033957 A1 WO2017033957 A1 WO 2017033957A1
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WO
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protector
heat transfer
transfer tube
main
longitudinal axis
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Application number
PCT/JP2016/074604
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English (en)
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Inventor
健朗 篠原
成剛 金崎
Original Assignee
三菱日立パワーシステムズ株式会社
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L57/00—Protection of pipes or objects of similar shape against external or internal damage or wear
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/10—Water tubes; Accessories therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/02—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings
    • F28F19/06—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings of metal

Definitions

  • the present invention relates to a protector for a heat transfer tube in a heat exchanger installed in a combustion exhaust gas distribution section of a boiler, a heat exchanger equipped with the protector, and a boiler.
  • the molten ash produced by the combustion of the coal becomes solid ash (fly ash) and the combustion exhaust gas in the region where the temperature of the combustion exhaust gas decreases due to boiler feed water and heat transfer.
  • this solid ash may collide with the heat transfer tube of a heat exchanger such as a superheater or economizer installed in the flue and wear the surface of the heat transfer tube. Wear called so-called ash erosion occurs.
  • the combustion exhaust gas of coal fuel may contain corrosive components such as sulfur oxide (SOx), and there is a concern that the heat transfer tube may be corroded when ash is deposited on the heat transfer tube.
  • SOx sulfur oxide
  • the protector rises in temperature compared to the heat transfer tube when exposed to high-temperature combustion exhaust gas, the protector causes a larger thermal expansion than the heat transfer tube. For this reason, the protector is divided into a plurality along the axial direction (longitudinal direction) of the heat transfer tube, each of which is slidably fixed to the heat transfer tube in the axial direction by a metal band or the like. There is a gap between them to allow thermal expansion.
  • the pressure loss of the passage gas passage is less than between the heat transfer tube groups of the heat exchanger, and the amount of passage of the combustion exhaust gas is increased.
  • the heat transfer tube group faces the flue wall surface, it is necessary to more reliably protect the heat transfer tube from wear and corrosion due to collision with the combustion exhaust gas.
  • the present invention has been made in view of such circumstances. With a simple structure, the heat transfer tube of the heat exchanger installed in the flue is protected from wear, corrosion, and the like due to blowing of combustion exhaust gas.
  • An object of the present invention is to provide a heat transfer tube protection protector, a heat exchanger and a boiler including the same.
  • the present invention employs the following means.
  • the protection protector for the heat transfer tube is a protection protector that protects the heat transfer tube of the heat exchanger installed inside the boiler from abrasion due to combustion exhaust gas, A surface facing the upstream side in the flow direction of the combustion exhaust gas is covered along the longitudinal axis direction, and a plurality of main protectors disposed between each of the main protectors via an expansion allowance gap are interposed between the plurality of main protectors.
  • An intermediate protector for covering the portion of the expansion allowance gap from the upstream side in the flow direction of the combustion exhaust gas, and one end of the intermediate protector in the longitudinal axis direction of the two main protectors facing each other via the expansion allowance gap It is mounted so as to be slidable in the longitudinal axis direction with respect to the outer peripheral surface of at least one end.
  • the intermediate protector Since the portion of the expansion allowance gap provided in the adjacent portion of the plurality of main protectors is covered by the intermediate protector, the surface facing the upstream side of the heat transfer tube in the flow direction of the flue gas is not exposed to the flue gas in the portion of the expansion allowance gap . For this reason, it can suppress effectively that abrasion and corrosion generate
  • At least one end of the intermediate protector is slidable with respect to the outer peripheral surface of one end of the two main protectors covered by the intermediate protector. For this reason, even if one and the other main protectors expand thermally and expand and contract in the longitudinal axis direction, the movement is absorbed by the relative sliding between the main protector and the intermediate protector. Therefore, there is no concern that stress accompanying thermal expansion is applied to the main protector or the intermediate protector and breaks them.
  • one end of the intermediate protector in the longitudinal axis direction is a connection body connected to the end of one main protector covered by the intermediate protector, and the other end of the intermediate protector is the end of the other main protector. You may make it mount so that it can slide to a longitudinal-axis direction with respect to a part outer peripheral surface.
  • connection between the main protector and the intermediate protector is continuously provided in the heat transfer tube, thereby allowing the main protector and the intermediate protector to have a positional relationship while providing a structure that allows thermal expansion of the main protector. It can be held to facilitate attachment to the heat transfer tube.
  • the expansion allowance gap is set to a size such that one of the main protectors does not come into contact with the other adjacent main protector with respect to a positional displacement due to a thermal expansion difference with the heat transfer tube.
  • the protective protector is formed of a material that is more excellent in wear resistance than the heat transfer tube. Thereby, the wear resistance due to the collision with the solid ash contained in the combustion exhaust gas is improved, and the heat transfer tube can be protected from wear and corrosion over a long period of time.
  • the main protector and the intermediate protector have a shape that covers a surface on the upstream side in the flow direction of the combustion exhaust gas in the heat transfer tube in a semi-cylindrical shape along the outer periphery.
  • the main protector and the intermediate protector are formed in a semi-cylindrical shape that covers the upstream surface of the heat transfer tube in the combustion exhaust gas flow direction, it becomes difficult to inhibit the flow of the combustion exhaust gas, and the main protector and intermediate protector are added.
  • the increase in the pressure loss of the flue gas passing through the heat exchanger due to the installation can be suppressed, and the range in which the flue gas flow directly contacts the heat transfer tube can be covered to protect the heat transfer tube from wear and corrosion. Moreover, it can suppress that solid ash accumulates on the surface of a main protector and an intermediate protector.
  • the main protector and the intermediate protector cover the heat transfer tube in a range of ⁇ 70 ° to ⁇ 90 ° across the axis toward the upstream side of the combustion exhaust gas flow as viewed in the longitudinal axis direction of the heat transfer tube.
  • One end of the intermediate protector is overlapped with the outer peripheral surface of the end portion of the main protector, and the peripheral portion of the intermediate protector at the one end is retracted so as to form a welded portion with respect to the peripheral portion of the main protector. Also good.
  • one end of the intermediate protector can be easily welded and fixed to the outer peripheral surface of the end portion of the main protector.
  • the main protector may be slidably attached to the heat transfer tube in the longitudinal axis direction by a fixed band. According to this configuration, it is possible to allow thermal expansion of the main protector relative to the heat transfer tube with a simple configuration, and to prevent breakage or dropout.
  • the said structure WHEREIN The protector attaching part which fits and fixes one place of the longitudinal direction of the said connection body where the said main protector and the said intermediate protector were connected with respect to the outer peripheral surface of the said heat exchanger tube is further provided. May be.
  • this protector attaching portion By this protector attaching portion, one place in the longitudinal axis direction of the connection body in which the main protector and the intermediate protector are integrated is positioned with respect to the surface of the heat transfer tube. For this reason, it can prevent that the said connection body slip
  • the protector attaching part includes a positioning hole provided for each connecting body, and a positioning protrusion provided on the surface of the heat transfer tube and fitted in the positioning hole. Also good. This simplifies the structure of the protector attachment, and allows the connecting body, in which the main protector and the intermediate protector are integrated, to heat-elongate with respect to the heat transfer tube, thereby preventing breakage and dropout. it can.
  • the heat transfer tube panel in which a plurality of the heat transfer tubes are arranged in a planar shape further includes an end protector that covers both ends in the longitudinal axis direction of the heat transfer tube, and the end protector includes the end protector in the heat transfer tube panel.
  • An upstream protector section covering the upstream surface in the longitudinal direction of the combustion exhaust gas at both ends in the longitudinal axis direction of the heat transfer tube, and the combustion along both surfaces of the heat transfer tube panel from the upstream protector section
  • a pair of front and back horizontal protector portions extending downstream in the exhaust gas flow direction, and a vertical protector portion connecting the outer end portions of the heat transfer tube panel at both ends in the longitudinal axis direction of the heat transfer tube of the horizontal protector portion. You may do it.
  • both ends of the heat transfer tube in the longitudinal direction of the linear portion of the heat transfer tube can be covered and protected as a whole. For this reason, wear and corrosion of the heat transfer tube due to direct combustion of the flue gas flowing in the region where the flue gas easily flows in the flue gas passage and the flow velocity increases are further suppressed, and the heat transfer tube is further protected. be able to.
  • the end protector may be provided with an open portion on the downstream side in the flow direction of the combustion exhaust gas so that the end protector can be pulled out on the upstream side in the flow direction of the combustion exhaust gas with respect to the heat transfer tube panel.
  • the end protector since the downstream side of the end protector in the combustion exhaust gas distribution direction is opened, the end protector can be extracted toward the upstream side of the combustion exhaust gas distribution direction during maintenance of the heat exchanger. Therefore, maintenance work such as cleaning and replacement of the heat transfer tube heat transfer panel) can be easily performed.
  • a fixing bolt is passed through the pair of front and back horizontal protector plates, and the fixing bolt is inserted so as to pass inside the U-turn portion connected to both ends in the longitudinal axis direction of the linear portion of the heat transfer tube. Also good.
  • the end protector can be fixed to the heat transfer tube panel by the fixing bolt. Since the fixing bolt is inserted into the inner space of the U-turn part of the heat transfer tube, when the end protector tries to move to the outer edge side of the heat transfer tube panel, the fixing bolt hits the U-turn part of the heat transfer tube and the end protector moves. Is blocked. Therefore, it is possible to reliably prevent the end protector from being displaced or dropped.
  • the main protector may be extended beyond the U-turn portion connected to both ends of the linear portion of the heat transfer tube in the longitudinal axis direction.
  • the main protector that covers the heat transfer tube beyond the U-turn portion of the heat transfer tube By extending the main protector that covers the heat transfer tube beyond the U-turn portion of the heat transfer tube to the end of the linear portion of the heat transfer tube in the longitudinal axis direction, the flue gas between the heat exchanger and the wall of the flue gas passage The flow path is narrowed by the extended main protector. For this reason, the flow rate and flow velocity of the flue gas flowing between the heat exchanger and the wall of the flue gas passage are reduced, and the U-turn part of the heat transfer tube and the furnace wall tube embedded in the wall of the flue gas passage are worn. Can be prevented. Also, more combustion exhaust gas can be passed through the heat exchanger to increase the thermal efficiency.
  • the upstream protector portion may be extended beyond the U-turn portion connected to both ends of the linear portion of the heat transfer tube in the longitudinal axis direction.
  • the flow path of the combustion exhaust gas between the heat exchanger and the wall surface of the combustion exhaust gas passage is extended upstream as in the case where the main protector is extended beyond the U-turn portion of the heat transfer tube. It can be narrowed by the side protector.
  • the flow rate and flow velocity of the flue gas flowing between the heat exchanger and the wall of the flue gas passage are reduced, and the wear of the end protector and the furnace wall tube embedded in the wall of the flue gas passage is suppressed.
  • more combustion exhaust gas can be passed through the heat exchanger to increase the thermal efficiency.
  • the heat exchanger according to the second aspect of the present invention is provided with a protective protector installed in the boiler and installed in the heat transfer tube, the protective protector of the combustion exhaust gas of the heat transfer tube.
  • a surface facing the upstream side in the flow direction is covered along the longitudinal axis direction, and a plurality of main protectors disposed between each of the main protectors via an expansion allowable gap, and the expansion allowance interposed between the plurality of main protectors.
  • An intermediate protector that covers a portion of the gap from the upstream side in the flow direction of the combustion exhaust gas, and one end of the intermediate protector in the longitudinal axis direction is at least one of the two main protectors that are opposed to each other via the expansion allowance gap
  • a protection protector for a heat transfer tube that is slidably mounted in the longitudinal axis direction with respect to the outer peripheral surface of the end portion is provided.
  • the boiler which concerns on the 3rd aspect of this invention is equipped with the protection protector of any one of said heat exchanger tubes.
  • the heat exchanger tube installed in the combustion exhaust gas passage is provided with a simple configuration in which a main protector and an intermediate protector are provided in the heat transfer tube, or an end protector is provided. It can protect against wear and corrosion.
  • the heat exchanger according to the fourth aspect of the present invention includes at least one heat transfer tube having any one of the above-described protector attachment portions.
  • a protector attaching part is provided in advance so that the protective protector can be attached to the heat exchanger tube of the heat exchanger, and heat that is expected to be unnecessary in the initial stage is not required. Install the heat exchanger in the boiler without the protective protector attached to the exchanger or heat transfer tube, and operate the boiler.
  • the protection protector for a heat transfer tube As described above, according to the protection protector for a heat transfer tube according to the present invention, the heat exchanger and the boiler provided with the protector, the heat transfer tube of the heat exchanger installed in the combustion exhaust gas passage by the simple structure of the protection protector. Can be protected from wear, corrosion, and the like caused by spraying combustion exhaust gas.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view taken along line VV in FIG. 3. It is a side view which shows another Example of an intermediate protector. It is a side view which shows 2nd Embodiment of the protection protector which concerns on this invention.
  • FIG. 8 is a longitudinal sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. 7.
  • FIG. 8 is a longitudinal sectional view taken along line IX-IX in FIG. 7.
  • It is a longitudinal cross-sectional view which shows another Example of a protector attachment part.
  • It is a longitudinal section of a economizer and a flue which shows a 3rd embodiment of a protection protector concerning the present invention.
  • It is a perspective view which shows 3rd Embodiment of the protection protector (edge part protector) which concerns on this invention.
  • It is the XIII section enlarged view of FIG.
  • It is a flowchart which shows the additional method of the protection protector applied to this invention.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of a boiler to which the present invention can be applied.
  • the boiler 1 is a coal-fired boiler that burns coal as fuel, and includes a furnace 3 in which a pulverized coal burner 2 is installed, and a flue 4 (combustion exhaust gas passage) extending from the furnace 3.
  • Furnace wall tubes water walls (not shown) are aligned on the wall surfaces of the furnace 3 and the flue 4, and water flowing in the furnace wall tubes is heated by the combustion exhaust gas flowing in the flue 4 to become steam.
  • various heat exchangers such as a superheater 5, a reheater 6, and a economizer 7 (economizer) are installed in order from the furnace 3 side, and these heat exchangers 5, 6, 7 are installed.
  • Exhaust heat of the combustion exhaust gas is recovered by heat exchange of water and steam passing through the interior of the exhaust gas with the combustion exhaust gas flowing through the flue 4.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the economizer 7 (heat exchanger) and the flue 4 showing the first embodiment of the protective protector according to the present invention by enlarging the II part of FIG.
  • the combustion exhaust gas passes from vertically upward (upstream side) to vertically downward (downstream side).
  • a plurality of heat transfer tubes 10 extending in the horizontal direction meander and form a plane from the downstream side (vertically below FIG. 2) to the upstream side (vertically above FIG. 2) of the flue 4.
  • the heat transfer tube panels 10 ⁇ / b> A arranged have a general structure in which a plurality of the heat transfer tube panels 10 ⁇ / b> A are arranged in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 2.
  • each heat transfer tube panel 10A at least the uppermost layer, preferably the protective tube 12A is mounted on the heat transfer tube 10 from the uppermost row to the lower third to fourth rows, and the flue gas flowing in the flue 4 from vertically upward to vertically downward Is protected from wear (ash erosion), corrosion, and the like caused by collision of solid ash contained in the heat transfer tube 10. Since the heat transfer tube 10 in the lower vertical direction has a lower possibility of solid ash collision due to the presence of another heat transfer tube 10 above, the protective protector 12A may not be provided.
  • the protective protector 12A has a surface upstream of the flue 4 of the heat transfer tube 10, that is, here in the vertical direction.
  • an intermediate protector 12b an intermediate protector 12b.
  • the cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal axis direction of the main protector 12a and the intermediate protector 12b requires a range in which the flow of the combustion exhaust gas contacts the heat transfer pipe 10 when the combustion exhaust gas flows through the flue 4 from the upstream side to the downstream side. Since it is preferable to cover to the minimum, it has a semi-cylindrical shape.
  • the region covering the heat transfer tube 10 is preferably in the range of ⁇ 70 ° to ⁇ 90 ° across the axis line extending upstream of the combustion exhaust gas flow in a cross section orthogonal to the longitudinal axis direction of the heat transfer tube.
  • the cross-sectional shapes of the main protector 12a and the intermediate protector 12b are not necessarily semi-cylindrical.
  • a shape that is not a perfect circle but an ellipse in half, a shape in which a polygonal pipe of a quadrangle or more is halved, an angle shape that is convex toward the upstream side of the flow of combustion exhaust gas (V-shape), or It may be a flat plate having a width wider than the outer diameter of the heat transfer tube 10. That is, a shape that covers the surface of the heat transfer tube 10 on the upstream side of the flue 4 and that does not become a resistance when the combustion exhaust gas passes as much as possible is preferable.
  • the expansion allowance gap E is set such that when one main protector 12a is displaced due to a difference in thermal expansion from the heat transfer tube 10 in two adjacent main protectors 12a, the other adjacent main protector 12a is disposed.
  • the predetermined interval is selected so as not to contact 12a.
  • the length of the main protector 12a in the longitudinal axis direction is exemplified by 0.3 m to 1.5 m, and the expansion allowance gap E takes into account the length of the main protector 12a in the longitudinal axis direction and the combustion exhaust gas temperature in the atmosphere. Examples are 0.03 m to 0.3 m.
  • the length of the main protector 12a in the longitudinal axis direction is short, the number of intermediate protectors 12b increases, and costs and installation costs increase.
  • the length of the main protector 12a in the longitudinal axis direction is long, the difference in thermal expansion between the main protector 12a and the heat transfer tube 10 increases, the allowable expansion gap E increases, and the length of the intermediate protector 12b in the longitudinal axis direction increases. This is because three-dimensional deformation is likely to occur in the main protector 12a and the intermediate protector 12b, resulting in increased structural waste.
  • the material of the main protector 12a and the intermediate protector 12b materials superior in wear resistance to carbon steel, which is the material of the heat transfer tube 10, such as stainless steel materials such as SUS310 and SUS304, Cr—Mo steel materials, etc. are suitable. Yes.
  • the plate thicknesses of the main protector 12a and the intermediate protector 12b are exemplified by t2 mm to t7 mm. However, it is possible to select one that obtains a predetermined life from the oxidation thinning rate of the installation atmosphere temperature and the expected wear amount. Good.
  • the plurality of main protectors 12 a are arranged along the longitudinal axis direction of the heat transfer tube 10 via the expansion allowance gap E between them, and in the longitudinal axis direction with respect to the heat transfer tube 10. It is installed using a predetermined fixing tool, for example, a fixing band 13 so as to be slidable in the direction of the arrow.
  • a fixing band 13 made of the same material as the main protector 12a is welded so as to straddle the heat transfer tube 10 in the cross section perpendicular to the longitudinal direction, for example, in the vicinity of both ends of the main protector 12a. ing.
  • the main protector 12 a is fixed to the heat transfer tube 10 so as to be slidable in the longitudinal axis direction, and is prevented from falling off the heat transfer tube 10.
  • the fixing band 13 has another shape.
  • a tightenable metal band may be wound around the heat transfer tube 10 and the main protector 12a.
  • the intermediate protector 12b covers the portion of the expansion allowance gap E where the longitudinal ends of the plurality of main protectors 12a are adjacent to each other so that the heat transfer tube 10 is not exposed when viewed from the upstream side of the combustion exhaust gas. ing.
  • the radius of curvature of the inner peripheral surface of the intermediate protector 12b is set equal to or slightly wider than the radius of curvature of the outer peripheral surface of the main protector 12a. For this reason, the inner peripheral surface of the intermediate protector 12b is in contact with the end outer peripheral surface of the main protector 12a.
  • the intermediate protector 12b is a connection body that is fixed and integrated at one end in the longitudinal axis direction of the two main protectors 12a that it covers, and is not connected to the end of the other main protector 12a. Relative sliding is possible. That is, as shown in FIGS. 3 and 5, one end of the intermediate protector 12b is fixed to the peripheral surface of the end of the main protector 12a in the longitudinal axis direction by welding or the like (welded portion Wa), and the other end is connected to the other main protector 12a. It is slidably mounted on the peripheral surface of the end portion of the protector 12a. As shown in FIG. 6, an intermediate protector 12b 'is continuously formed at the end of the main protector 12a in the longitudinal axis direction, and this intermediate protector 12b' is connected to the adjacent main protector 12a in the longitudinal axis direction. You may make it cover an edge part.
  • the main protector 12a is extended beyond the U-turn portion 10b connected to both ends of the linear portion 10a of the heat transfer tube 10 in the longitudinal axis direction to the tip of the linear portion 10a. Yes. That is, in the longitudinal axis direction of the straight line portion 10a, the main protector 12a protrudes from the tip of the U-turn portion 10b by the protrusion amount L. For this reason, the U-turn part 10b connected to the both ends of the longitudinal direction of the linear part 10a of the heat exchanger tube 10 is reliably covered with the main protector 12a.
  • This protrusion amount L is set within a range that does not contact the wall surface (furnace wall tube) of the flue 4 when the main protector 12a expands due to thermal expansion.
  • the protrusion amount L is exemplified by 10 mm to 30 mm.
  • the upper limit value of the protrusion amount L of the main protector 12a is the amount of thermal expansion based on the thermal expansion coefficient of the material of the main protector 12a and the operating temperature range, and between the U-turn portion 10b of the heat transfer tube 10 and the wall surface of the flue 4. It is determined in consideration of the distance. Further, the lower limit value of the protruding amount L is preferably set so that the U-turn portion 10b is covered with the main protector 12a even if there is a slight flow change of the combustion exhaust gas.
  • the protective protector 12A configured as described above is mounted on the heat transfer tube 10, the expansion allowance provided between the plurality of main protectors 12a and the longitudinal end portions of the plurality of main protectors 12a.
  • the surface of the heat transfer tube 10 on the upstream side of the flue 4 is covered with the intermediate protector 12b that covers the gap E so that the heat transfer tube 10 is protected from the flow of the combustion exhaust gas.
  • the heat transfer tube 10 is exposed in the flue 4 from the allowable expansion gap E when viewed from the upstream side of the combustion exhaust gas. do not do. For this reason, it is possible to effectively suppress the occurrence of wear, corrosion, and the like due to collision of solid ash contained in the combustion exhaust gas with the surface of the heat transfer tube 10 in the adjacent portion of the plurality of main protectors 12a, which has been a conventional problem. it can.
  • the intermediate protector 12b is provided as a connection body fixedly connected to one end portion in the longitudinal axis direction of the two main protectors 12a covered by the intermediate protector 12b, and is slidable with respect to the other end portion. For this reason, even if one and the other main protector 12a are thermally expanded to expand and contract in the longitudinal axis direction, the movement is absorbed by relative sliding between the main protector 12a and the intermediate protector 12b. Therefore, there is no concern that stress accompanying thermal expansion is applied to the main protector 12a and the intermediate protector 12b and breaks them.
  • the main protector 12a is extended by the protrusion amount L from the U-turn portion 10b connected to both ends in the longitudinal axis direction of the linear portion 10a of the heat transfer tube 10, and thus the following operations and effects are exhibited. That is, in the flue 4, the flow path resistance is less in the space between the economizer 7 and the wall surface of the flue 4 than in the internal space of the economizer 7 (the gap between the heat transfer tube panels 10 ⁇ / b> A). The flow rate of combustion exhaust gas increases and the flow velocity increases. For this reason, the U-turn part 10b connected to the longitudinal direction both ends of the straight part 10a of the heat transfer tube 10 and the furnace wall tube embedded in the wall surface of the flue 4 tend to be easily worn by the solid ash in the combustion exhaust gas. .
  • the main protector 12a covering the heat transfer tube 10 is extended to the tip of the linear portion 10a in the longitudinal axis direction rather than the U-turn portion 10b of the heat transfer tube 10, thereby reliably covering the U-turn portion 10b of the heat transfer tube 10 with the main protector 12a. It becomes possible. Furthermore, the flow path of the combustion exhaust gas in the space between the economizer 7 and the wall surface of the flue 4 is narrowed by the extended main protector 12a. For this reason, the flow rate of the combustion exhaust gas flowing between the economizer 7 and the wall surface of the flue 4 is reduced, and the U-turn portion 10b of the heat transfer tube 10 and the furnace wall tube buried in the wall surface of the flue 4 are worn. Can be suppressed. Also, more exhaust gas can be passed through the internal space of the economizer 7 to increase exhaust heat recovery efficiency.
  • FIG. 7 is a side view showing a second embodiment of the protective protector according to the present invention.
  • FIGS. 8 and 9 are longitudinal sectional views (heat transfer tubes) taken along lines VIII-VIII and IX-IX in FIG. 7, respectively.
  • 10 is a cross-sectional view perpendicular to the longitudinal axis direction of FIG.
  • the protection protector 12B according to the second embodiment is different from the protection protector 12A according to the first embodiment in that a protector attaching portion 15 is provided. Since the configuration of the other parts is the same as that of the protection protector 12A, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the protector attaching portion 15 includes a slit-like positioning hole 15a (see FIG. 9) provided at only one position in the longitudinal axis direction with respect to a connection body in which the main protector 12a and the intermediate protector 12b are integrated. It is a simple structure provided with a tab-like positioning projection 15b that is provided so as to stand upright on the surface of the heat tube 10 and is fitted into the positioning hole 15a.
  • the positioning hole 15a may be provided in the main protector 12a or the intermediate protector 12b, but not in both.
  • a positioning hole 15a is formed in the intermediate protector 12b.
  • the positioning hole 15a may be changed to a hole shape instead of a slit shape, and the positioning protrusion 15b may be changed to a bar shape instead of a tab piece.
  • the fitting structure between the positioning hole 15a and the positioning protrusion 15b is appropriately set.
  • the shape is not particularly limited as long as it can be configured.
  • the connection body in which the main protector 12a and the intermediate protector 12b are integrated is moved in the longitudinal axis direction with respect to the heat transfer tube 10, or It becomes impossible to rotate in the circumferential direction.
  • the main protector 12a is thermally expanded, the fixed band 13 is slidable in the longitudinal axis direction (in the direction of the arrow) with respect to the heat transfer tube 10, so that the longitudinal axis starts from the protector attaching portion 15. Thermal expansion is possible without being constrained in the direction. Further, the end portion in the longitudinal axis direction of the main protector 12a which is adjacently overlapped with the intermediate protector 12b whose position is fixed can slide relative to the longitudinal axis direction.
  • the protector attaching portion 15 the integrated body of the main protector 12a and the intermediate protector 12b is positioned with respect to the surface of the heat transfer tube 10. For this reason, it is possible to prevent the main protector 12a and the intermediate protector 12b from shifting in the longitudinal axis direction of the heat transfer tube 10 or rotating in the circumferential direction. Since the positioning hole 15a and the positioning projection 15b are provided one by one for the integrated main protector 12a and intermediate protector 12b, thermal expansion of another adjacent main protector 12a or intermediate protector 12b is allowed. can do.
  • the main protector 12a and the intermediate protector 12b are not welded by, for example, inserting a bolt 17 through the positioning protrusion 15b and fastening a nut 18 or inserting a pin (not shown). May be attached to the heat transfer tube 10 and detachable.
  • the intermediate protector 12b ′ may be continuously formed at the end of the main protector 12a in the longitudinal axis direction.
  • FIG. 11 is a longitudinal sectional view of the economizer 7 and the flue 4 showing a third embodiment of the protective protector according to the present invention.
  • the protection protector 12C of the third embodiment includes the protection protector 12A of the first embodiment or the protection protector 12B of the second embodiment, and covers the both sides in the longitudinal axis direction of the straight portion 10a of the heat transfer tube panel 10A.
  • a plate end protector 20 is provided. At least the uppermost stage of the heat transfer tube panel 10A, preferably the heat transfer tubes 10 from the upper level to the third to fourth levels are covered with a protective protector 12A or 12B.
  • the end protector 20 includes an upstream protector portion 20a, a horizontal protector portion 20b, and a vertical protector portion 20c.
  • the upstream protector portion 20a has a semi-cylindrical shape that covers the upper surface of the end portion (near the U-turn portion 10b) in the longitudinal axis direction of the straight portion 10a (see the enlarged portion in FIG. 11) of the uppermost heat transfer tube 10.
  • the transverse protector 20b extends from the upstream protector 20a to the downstream side (vertically downward) of the flue 4 along both sides (in the direction perpendicular to the paper in FIG. 11) with respect to the surface along the vertical direction of the heat transfer tube panel 10A.
  • a pair of flat plates are provided.
  • the vertical protector portion 20c has a flat plate shape that connects the outer ends of the heat transfer tube panels 10A on both ends in the longitudinal axis direction of the pair of front and back horizontal protector portions 20b.
  • the downstream side (vertical lower side) of the flue 4 of the end protector 20 is opened so as not to collide with the combustion exhaust gas, thereby forming an open portion 20d.
  • the upstream protector 20a has a semi-cylindrical shape similar to that of the main protector 12a in the above-described protective protectors 12A and 12B, and two transverse protectors 20b are joined to the upstream protector 20a by welding.
  • the upstream protector portion 20a and the lateral protector portion 20b may be integrally formed by bending from a single plate material.
  • the horizontal protector portion 20b and the vertical protector portion 20c may be integrally formed with a single plate.
  • tag welding as shown in FIG. 13 (welded portion Wc).
  • produces in a welding part by repeating thermal expansion and a crack and a fracture
  • a material having higher wear resistance than the carbon steel that is the material of the heat transfer tube 10 for example, a stainless steel material such as SUS310 and SUS304, a Cr—Mo steel material, or the like is suitable.
  • the plate thickness of the end protector 20 may be selected so as to obtain a predetermined life from the oxidation thinning rate of the installation atmosphere temperature and the expected wear amount.
  • a plurality of fixing bolts 22 pass through a pair of front and back lateral protector portions 20b extending along both surfaces (in the direction perpendicular to the paper surface) with respect to the surface along the vertical direction of the heat transfer tube panel 10A.
  • the heat pipe 10 is inserted so as to pass through the inner space of the U-turn portion 10b, and the nut 23 is fastened from the opposite side.
  • the downstream side (vertical lower side) of the flue 4 of the end protector 20 is opened to be an open part 20d, the installation of the economizer 7 and the flue 4 is performed by removing the fixing bolt 22.
  • the end protector 20 can be pulled out upstream of the flue 4 while maintaining the positional relationship, and the end protector 20 can be easily replaced with a new one.
  • the upstream protector portion 20a constituting the end protector 20 is the heat transfer tube 10 as in the protective protector 12A of the first embodiment shown in FIG.
  • the U-turn part 10b extends beyond the straight part 10a in the longitudinal axis direction. That is, the leading end of the upstream protector portion 20a protrudes from the vertical protector portion 20c by the protrusion amount L.
  • This protrusion amount L is set within a range that does not contact the wall surface (furnace wall pipe) of the flue 4 when the upstream protector portion 20a expands due to thermal expansion.
  • the upper limit value of the protrusion amount L of the upstream protector portion 20a is the amount of thermal expansion based on the thermal expansion coefficient of the material of the upstream protector portion 20a and the operating temperature range, the U-turn portion 10b of the heat transfer tube 10 and the flue 4 It is determined in consideration of the distance to the wall surface. Moreover, it is preferable that the lower limit value of the protrusion amount L is, for example, 10 mm or more so as to be convenient for the welding joint operation with the lateral protector portion 20b.
  • the straight portion 10a of the heat transfer tube 10 constituting the upper portion of the heat transfer tube panel 10A and the straight portion 10a of the heat transfer tube panel 10A are provided. Both sides of the longitudinal axis direction can be covered and protected, and solid ash contained in the flue gas flowing through the flue 4 is prevented from directly colliding with the heat transfer tube 10, and the heat transfer tube 10 is worn or corroded. Can be protected from.
  • the end protector 20 can be extracted toward the upstream side of the flue 4 during maintenance of the economizer 7 because the downstream side of the flue 4 is opened to form an open portion 20d. Therefore, maintenance work such as cleaning or replacement of the heat transfer tube 10 (heat transfer panel 10A) can be easily performed.
  • the fixing bolt 22 is passed through the lateral protector 20b of the end protector 20, the fixing bolt 22 is inserted into the inner space of the U-turn portion 10b of the heat transfer tube 10, and the nut 23 is fastened from the opposite side.
  • the warp deformation of the pair of front and back horizontal protector portions 20b extending along both surfaces of the heat transfer tube panel 10A is restricted, and inhibition of the flow of combustion exhaust gas is suppressed.
  • the end protector 20 can be held by the fixing bolt 22 so as not to drop off from the heat transfer tube panel 10A.
  • the fixing bolt 22 Since the fixing bolt 22 is inserted into the inner space of the U-turn portion 10b of the heat transfer tube 10, when the end protector 20 attempts to move to the outer edge side (the wall surface side of the flue 4) of the heat transfer tube panel 10A, the fixing bolt 22 Hits the U-turn portion 10b and the movement of the end protector 20 is prevented. Therefore, it is possible to reliably prevent the positional shift and dropout of the end protector 20.
  • the upstream protector portion 20a of the end protector 20 is extended beyond the U-turn portion 10b and the vertical protector 20c of the heat transfer tube 10 to the tip of the linear portion 10a of the heat transfer tube panel 10A in the first embodiment.
  • the protruding portion of the upstream protector portion 20a reduces the flow rate of the combustion exhaust gas flowing between the economizer 7 and the wall surface of the flue 4, and the vertical protector portion 20c and the flue 4 Wear of the furnace wall tube embedded in the wall surface can be suppressed. Also, more exhaust gas can be passed through the internal space of the economizer 7 to increase exhaust heat recovery efficiency.
  • the protective protectors 12A, 12B, and 12C described in the first to third embodiments are replaced with the superheater 5, reheater 6, and economizer installed in the flue 4 of the boiler 1 shown in FIG.
  • reheater 6 By applying to a heat exchanger such as 7, etc., the heat transfer tubes of each heat exchanger can be protected from wear, corrosion, etc. due to contact with the flow of combustion exhaust gas with a simple configuration.
  • the temperature of the combustion exhaust gas flowing through the flue 4 of the boiler 1 decreases as it flows downstream from the furnace 3, and along with this, the solid ash contained in the combustion exhaust gas solidifies and particles become larger. For this reason, there is a greater possibility that the heat transfer tubes will be worn in the heat exchanger such as the economizer 7 far from the furnace 3 than in the superheater 5 or the like close to the furnace 3, and the protective protectors 12A, 12B, and 12C are provided. Thereby, the effect which suppresses abrasion of the heat exchanger tube 10a becomes large.
  • a heat exchanger is not limited only to the heat exchanger 7, It targets all the heat exchangers arrange
  • a protector attachment portion 15 positioning protrusion 15 b as shown in FIGS. 7, 9, and 10 is installed in the heat transfer tube 10 in advance when the heat exchanger is manufactured (installation portion installation).
  • step S1 the protective protectors 12A, 12B, and 12C (end protector 20) were not attached, and the heat exchanger was assembled in the boiler 1 to assemble the boiler 1 (boiler assembly step S2).
  • the boiler 1 is operated using a predetermined coal fuel to continue the operation (boiler operation step S3), and during the periodic inspection after a predetermined movable time, the wear in the heat transfer tube 10 of the heat exchanger is reduced.
  • the amount of corrosion generated is inspected (boiler inspection step S4).
  • the heat protector tube 12 of the heat exchanger has protective protectors 12A, 12B, 12C.
  • a necessary one is attached (protector attachment step S6). That is, the positioning hole 15a of the main protector 12a is fitted into the positioning projection 15b provided in the heat transfer tube 10, and the main protector 12a and the intermediate protector 12b are mounted, and the end protector 20 is also mounted if necessary.
  • the protection protectors 12A and 12B are applied to the heat transfer tube 10 of the heat exchanger. , 12C shall not be attached.
  • the routine may proceed from the determination step S5 to the boiler operation step S3 and the routines of steps S3 to S5 may be repeated several times.
  • the protector attaching portion 15 (positioning protrusion 15b) is provided in advance in the heat transfer tube 10 of the heat exchanger, it is easy to attach the protective protectors 12A, 12B, and 12C at the installation site of the boiler.
  • the installation can be completed in a short time.
  • the heat exchanger tube 10 of the heat exchanger of the boiler 1 is worn and replaced, the period during which the operation is stopped can be minimized.
  • unnecessary protection protectors can be avoided from being installed in the heat transfer tube 10 with sufficiently small wear and corrosion, and waste can be eliminated.
  • the protector attaching portion 15 may adopt a structure that allows the protective protector to be attached to the heat transfer tube 10 with a bolt 17 or a pin without being welded. This eliminates the need for welding when attaching the protective protector to the heat transfer tube 10, eliminating the need for welding work and inspection after welding, and completing the protective protector attaching work in a shorter time. it can.
  • the protection protectors 12A, 12B, and 12C of the heat transfer tube 10 As described above, according to the protection protectors 12A, 12B, and 12C of the heat transfer tube 10 according to the present embodiment, the heat exchanger 7 and the boiler 1 including the protection protectors 12A, 12B, and 12C, they are installed in the flue 4 with a simple structure.
  • the heat transfer tube 10 of the heat exchanger such as the economizer 7 can be protected from wear, corrosion, and the like due to the blowing of combustion exhaust gas.
  • the present invention may be applied not only to a coal-fired boiler but also to a heat exchanger tube of a heat exchanger installed in another solid fuel furnace, a garbage incinerator, a biomass furnace, or the like.

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Abstract

簡素な構造により、熱交換器の伝熱管を、燃焼排ガスの吹き付けによる摩耗や腐食等から保護するべく、保護プロテクタ（１２Ａ）は、伝熱管（１０）の燃焼排ガス通路上流側に面する表面を長手軸方向に沿って覆い、その各々の間に膨張許容隙間（Ｅ）を介して配置された複数の主プロテクタ（１２ａ）と、これら主プロテクタ（１２ａ）間の膨張許容隙間（Ｅ）の部分を燃焼排ガス流通方向上流側から覆う中間プロテクタ（１２ｂ）とを備える。中間プロテクタ（１２ｂ）の長手軸方向一端は、膨張許容隙間（Ｅ）を介して対向する２つの主プロテクタ（１２ａ）の少なくとも一方の端部外周面に対し長手軸方向に摺動可能に被装されている。中間プロテクタ（１２ｂ）の長手軸方向一端は主プロテクタ（１２ａ）の端部と接続した接続体となり、該中間プロテクタ（１２ｂ）の他端は、対向する主プロテクタ（１２ａ）の端部外周面に対し長手軸方向に摺動可能に被装される。

Description

伝熱管の保護プロテクタ、これを備えた熱交換器およびボイラ
　本発明は、ボイラの燃焼排ガス流通部に設置される熱交換器における伝熱管の保護プロテクタ、これを備えた熱交換器およびボイラに関するものである。
　石炭を燃料として燃焼させる石炭焚きボイラでは、石炭の燃焼により生成される溶融灰分は、燃焼排ガスがボイラ給水と伝熱により温度の低下した領域では、固形灰分（フライアッシュ）となって燃焼排ガスと共に煙道を高速で流れ、この固形灰分が煙道内に設置されている過熱器や節炭器（エコノマイザ）等の熱交換器の伝熱管に衝突して伝熱管の表面を摩耗させることがあり、所謂アッシュエロージョンと呼ばれる摩耗が発生する。また、石炭燃料の燃焼排ガス中には、硫黄酸化物（ＳＯｘ）等の腐食成分が含まれていることがあり、伝熱管に灰分が堆積すると伝熱管が腐食する懸念がある。
　このような伝熱管の摩耗や腐食を抑制するべく、特許文献１，２に開示されている伝熱管の保護構造のように、伝熱管の煙道上流側の面（燃焼排ガスが吹き付けられる側の面）に、プロテクタと呼ばれる半円筒状の板部材を装着して伝熱管を保護する構造が知られている。
　このプロテクタは、高温な燃焼排ガスに晒されることによって伝熱管よりも温度が上昇するために、伝熱管よりも大きな熱伸びを起こす。このため、プロテクタは伝熱管の軸方向（長手方向）に沿って複数に分割して設けられ、その各々が金属バンド等によって伝熱管に対し軸方向に摺動可能に固定され、これら複数のプロテクタの間には熱膨張を許容する隙間が設けられている。
特公平２－３２５２２号公報 特開昭６１－１７３００６号公報
　しかしながら、このように複数のプロテクタの隣接部に熱膨張を許容する隙間が設けられているため、この隣接部では伝熱管の表面が燃焼排ガスに晒されて前述の摩耗や腐食が発生する虞が残存していた。
　また、熱交換器と煙道壁面との間の隙間においては、熱交換器の伝熱管群の間よりも通過ガス流路の圧力損失が少なく、燃焼排ガスの通過量が多くなるために燃焼排ガスの流速が増加する傾向があり、伝熱管群が煙道壁面に面する部分においては、より確実に伝熱管を燃焼排ガスとの衝突による摩耗や腐食から保護する必要がある。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、簡素な構造により、煙道内に設置された熱交換器の伝熱管を、燃焼排ガスの吹き付けによる摩耗や腐食等から保護することのできる伝熱管の保護プロテクタ、これを備えた熱交換器およびボイラを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明は、以下の手段を採用する。
　即ち、本発明の第１態様に係る伝熱管の保護プロテクタは、ボイラの内部に設置される熱交換器の伝熱管を、燃焼排ガスによる摩耗から保護する保護プロテクタであり、前記伝熱管の、前記燃焼排ガスの流通方向上流側に面する表面を長手軸方向に沿って覆い、その各々の間に膨張許容隙間を介して配置された複数の主プロテクタと、複数の前記主プロテクタの間に介在する前記膨張許容隙間の部分を前記燃焼排ガスの流通方向上流側から覆う中間プロテクタと、を備え、前記中間プロテクタの長手軸方向の一端は、前記膨張許容隙間を介して対向する２つの前記主プロテクタの少なくとも一方の端部外周面に対して長手軸方向に摺動可能に被装されるものである。
　上記の伝熱管の保護プロテクタによれば、複数の主プロテクタと、これら複数の主プロテクタの隣接部を覆うように被装された中間プロテクタとによって伝熱管の燃焼排ガスの流通方向上流側に面する表面全体が覆われる。これにより、燃焼排ガスが伝熱管に直接吹き付けられることによる伝熱管の摩耗や腐食等が回避され、伝熱管が保護される。
　複数の主プロテクタの隣接部に設けられた膨張許容隙間の部分が中間プロテクタに覆われるため、膨張許容隙間の部分では伝熱管の燃焼排ガスの流通方向上流側に面する表面が燃焼排ガスに晒されない。このため、従来の課題であった複数の主プロテクタの隣接部において伝熱管の表面に摩耗や腐食が発生することを効果的に抑制することができる。
　中間プロテクタの少なくとも一端は、該中間プロテクタが覆う２つの主プロテクタの一方の端部外周面に対して摺動可能である。このため、一方および他方の主プロテクタが熱膨張して長手軸方向に伸び縮みしても、その動きが主プロテクタと中間プロテクタとの相対摺動によって吸収される。したがって、熱膨張に伴う応力が主プロテクタや中間プロテクタに加わってこれらを破損させる懸念がない。
　上記構成において、前記中間プロテクタの長手軸方向の一端は、該中間プロテクタが覆う一方の前記主プロテクタの端部と接続した接続体となり、該中間プロテクタの他端は、他方の前記主プロテクタの端部外周面に対して長手軸方向に摺動可能に被装されるようにしてもよい。
　上記構成によれば、主プロテクタと中間プロテクタとを一体化した接続体を連続的に伝熱管に設けることにより、主プロテクタの熱伸びを許容する構造としながら、主プロテクタと中間プロテクタの位置関係を保持して、伝熱管への取り付けを容易にすることができる。
　上記構成において、前記膨張許容隙間は、一方の前記主プロテクタが前記伝熱管との熱膨張差による位置変位に対して、隣接する他方の前記主プロテクタと接触しない大きさに設定されることが望ましい。これにより、主プロテクタが熱膨張して長手軸方向に延びた時に、隣接する他の主プロテクタに干渉して破損、脱落することが防止される。
　上記構成において、前記保護プロテクタは、前記伝熱管よりも耐摩耗性に優れる材料で形成されていることが望ましい。これにより、燃焼排ガス中に含まれる固形灰分との衝突による耐摩耗性が向上し、長期に亘って伝熱管を摩耗や腐食から保護することができる。
　上記構成において、前記主プロテクタおよび前記中間プロテクタは、前記伝熱管における前記燃焼排ガスの流通方向上流側の面を外周に沿って半円筒状に覆う形状であることが好ましい。
　これによれば、主プロテクタおよび中間プロテクタが伝熱管の燃焼排ガス流通方向上流側の面を覆う半円筒状に形成されるため、燃焼排ガスの流れを阻害しにくくなり、主プロテクタおよび中間プロテクタを追加設置することによる熱交換器を通過する燃焼排ガスの圧力損失の増加を抑制できるとともに、燃焼排ガス流れが伝熱管に直接に接触する範囲を覆い、伝熱管を摩耗や腐食から保護することが出来る。また、主プロテクタおよび中間プロテクタの表面に固形灰分が堆積することを抑制することができる。
　上記構成において、前記主プロテクタと前記中間プロテクタは、前記伝熱管の長手軸方向視で、燃焼排ガス流れの上流側に向かう軸線を挟んで±７０°～±９０°の範囲で前記伝熱管を覆い、前記中間プロテクタの一端は前記主プロテクタの端部外周面に重ねられ、この一端における前記中間プロテクタの周縁部は前記主プロテクタの周縁部に対して溶接部を形成可能に後退している構成としてもよい。
　本構成によれば、中間プロテクタの一端を主プロテクタの端部外周面に容易に溶接固定することができる。
　上記構成において、前記主プロテクタは、固定バンドにより、前記伝熱管に対して長手軸方向に摺動可能に取り付けられるようにしてもよい。本構成によれば、簡素な構成によって伝熱管に対する主プロテクタの熱伸びを許容し、破損や脱落を防止することができる。
　上記構成において、前記主プロテクタと前記中間プロテクタとが接続された前記接続体の長手軸方向の一箇所を、前記伝熱管の外周面に対して嵌合させて固定するプロテクタ取着部をさらに設けてもよい。
　このプロテクタ取着部により、主プロテクタと中間プロテクタとが一体化された接続体の長手軸方向の一箇所が伝熱管の表面に対して位置決めされる。このため、上記接続体が伝熱管の軸方向および周方向にずれることを防止することができる。このプロテクタ取着部は、主プロテクタと中間プロテクタとの接続体１本あたりにつき１つずつ設けられるため、主プロテクタや中間プロテクタの熱伸びを許容することができる。したがって、主プロテクタおよび中間プロテクタの伝熱管への固定と、熱膨張の許容とを両立させることができる。
　前記プロテクタ取着部は、前記接続体１本あたりに１つ設けられた位置決め穴と、前記伝熱管の表面に設けられて前記位置決め穴に嵌合される位置決め突起と、を備えてなるものとしてもよい。これにより、プロテクタ取着部の構成を簡素にするとともに、主プロテクタと中間プロテクタとが一体化された接続体が伝熱管に対して熱伸びすることを許容し、破損や脱落を防止することができる。
　上記構成において、複数の前記伝熱管が面状に配列された伝熱管パネルにおける前記伝熱管の長手軸方向両端部を覆う端部プロテクタをさらに備え、前記端部プロテクタは、前記伝熱管パネルにおける前記伝熱管の長手軸方向両端部における前記燃焼排ガスの流通方向上流側の面を長手軸方向に沿って覆う上流側プロテクタ部と、前記上流側プロテクタ部から前記伝熱管パネルの両面に沿って前記燃焼排ガスの流通方向下流側に延びる表裏一対の横プロテクタ部と、前記横プロテクタ部の、前記伝熱管パネルにおける前記伝熱管の長手軸方向両端側の外端部同士を繋ぐ縦プロテクタ部と、を備えるようにしてもよい。
　このような端部プロテクタを設けることにより、伝熱管パネルにおける伝熱管の直線部長手軸方向の両端部を全体的に覆って防護することができる。このため、燃焼排ガス通路で燃焼排ガスが流れ易く流速が増加する領域を流れる燃焼排ガスが伝熱管に直接吹き付けられることによる伝熱管の摩耗や腐食等がさらに抑制され、伝熱管を一層良好に保護することができる。
　前記端部プロテクタは、前記伝熱管パネルに対して前記燃焼排ガスの流通方向上流側に引き抜き可能なように、前記燃焼排ガスの流通方向下流側に開放部を設けてもよい。
　上記構成によれば、端部プロテクタの燃焼排ガス流通方向下流側が開放されているため、熱交換器のメンテナンス時には端部プロテクタを燃焼排ガス流通方向上流側に向かって抜き取ることができる。このため、伝熱管伝熱パネル）の掃除や交換といったメンテナンス作業を容易に行うことができる。
　上記の端部プロテクタにおいて、表裏一対の前記横プロテクタ板に固定ボルトを貫通させ、前記固定ボルトを前記伝熱管の直線部の長手軸方向両端に繋がるＵターン部の内側を通るように挿通させてもよい。
　本構成によれば、固定ボルトによって端部プロテクタを伝熱管パネルに固定することができる。固定ボルトは伝熱管のＵターン部の内側空間に挿通されるため、端部プロテクタが伝熱管パネルの外縁側に移動しようとすると、固定ボルトが伝熱管のＵターン部に当たり、端部プロテクタの移動が阻止される。したがって、端部プロテクタのずれや脱落を確実に防止することができる。
　上記構成において、前記主プロテクタを、前記伝熱管の直線部の長手軸方向両端に繋がるＵターン部よりも前記直線部の長手軸方向の先まで延長してもよい。
　ボイラの燃焼排ガス通路内では、熱交換器の内側空間にある多数の伝熱管の間よりも、熱交換器と燃焼排ガス通路壁面との間の方が通過ガス流路の圧力損失が少なく、燃焼排ガスの流量（流速）が大きくなる。このため、燃焼排ガス中の固形灰分によって熱交換器の燃焼排ガス通路に面する伝熱管のＵターン部と燃焼排ガス通路の壁面に埋設された炉壁管が摩耗する傾向がある。
　伝熱管を覆う主プロテクタを、伝熱管のＵターン部よりも、伝熱管における直線部の長手軸方向の先まで延長することにより、熱交換器と燃焼排ガス通路の壁面との間における燃焼排ガスの流路が、延長された主プロテクタによって狭められる。このため、熱交換器と燃焼排ガス通路の壁面との間を流れる燃焼排ガスの流量および流速が減少し、伝熱管のＵターン部と、燃焼排ガス通路の壁面に埋設された炉壁管の摩耗を防止できる。また、より多くの燃焼排ガスを熱交換器に通過させて熱効率を高めることができる。
　前記端部プロテクタにおいて、前記上流側プロテクタ部を、前記伝熱管の直線部の長手軸方向両端に繋がるＵターン部よりも前記直線部の長手軸方向の先まで延長してもよい。
　こうすれば、前述の主プロテクタを伝熱管のＵターン部よりも先まで延長した場合と同様に、熱交換器と燃焼排ガス通路の壁面との間における燃焼排ガスの流路を、延長された上流側プロテクタ部によって狭めることができる。これにより、熱交換器と燃焼排ガス通路の壁面との間を流れる燃焼排ガスの流量および流速を減少させ、端部プロテクタと、燃焼排ガス通路の壁面に埋設された炉壁管の摩耗を抑制するとともに、より多くの燃焼排ガスを熱交換器に通過させて熱効率を高めることができる。
　本発明の第２態様に係る熱交換器は、ボイラの内部に設置され、その伝熱管に設置される保護プロテクタを備えたものであり、前記保護プロテクタは、前記伝熱管の、前記燃焼排ガスの流通方向上流側に面する表面を長手軸方向に沿って覆い、その各々の間に膨張許容隙間を介して配置された複数の主プロテクタと、複数の前記主プロテクタの間に介在する前記膨張許容隙間の部分を前記燃焼排ガスの流通方向上流側から覆う中間プロテクタと、を備え、前記中間プロテクタの長手軸方向の一端は、前記膨張許容隙間を介して対向する２つの前記主プロテクタの少なくとも一方の端部外周面に対して長手軸方向に摺動可能に被装される伝熱管の保護プロテクタを備えたものである。
　本発明の第３態様に係るボイラは、上記のいずれかの伝熱管の保護プロテクタを備えたものである。
　上記の熱交換器およびボイラによれば、伝熱管に主プロテクタおよび中間プロテクタを設けたり、端部プロテクタを設けたりする簡素な構成により、燃焼排ガス通路内に設置された熱交換器の伝熱管を摩耗や腐食等から保護することができる。
　本発明の第４態様に係る熱交換器は、上記のいずれかのプロテクタ取着部を有する伝熱管を少なくとも１つ備えたものである。
　上記の熱交換器によれば、熱交換器の製造時に、予め熱交器の伝熱管に保護プロテクタを取着可能にするプロテクタ取着部を設け、初期に保護プロテクタは不要と予想される熱交換器または伝熱管には保護プロテクタは取着せずに熱交換器をボイラに組み込み、ボイラを稼働させる。
　そして、所定時間の稼働後に、伝熱管における摩耗および腐食等の発生量を検査する。検査の結果、伝熱管における摩耗および腐食等の発生量が規定量よりも多いと判断された場合には、伝熱管に保護プロテクタを取着する。伝熱管には予めプロテクタ取着部が設けられているため、保護プロテクタの取着作業が容易であり、短時間のうちに完了することができる。
　このため、ボイラの稼働が停止する期間を最小限に抑えることができる。しかも、摩耗および腐食等が十分に少ない伝熱管に無用な保護プロテクタが設置されることを避け、無駄を省くことができる。
　以上のように、本発明に係る伝熱管の保護プロテクタ、これを備えた熱交換器およびボイラによれば、保護プロテクタの簡素な構造により、燃焼排ガス通路内に設置された熱交換器の伝熱管を、燃焼排ガスの吹き付けによる摩耗や腐食等から保護することができる。
本発明を適用可能なボイラの一例を示す縦断面図である。 図１のＩＩ部を拡大して本発明に係る保護プロテクタの第１実施形態を示す節炭器と煙道を示す縦断面図である。 図２のＩＩＩ部を拡大して本発明に係る保護プロテクタの第１実施形態を示す側面図である。 図３のＩＶ－ＩＶ線に沿う縦断面図である。 図３のＶ－Ｖ線に沿う縦断面図である。 中間プロテクタの別な実施例を示す側面図である。 本発明係る保護プロテクタの第２実施形態を示す側面図である。 図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿う縦断面図である。 図７のＩＸ－ＩＸ線に沿う縦断面図である。 プロテクタ取着部の別な実施例を示す縦断面図である。 本発明に係る保護プロテクタの第３実施形態を示す節炭器と煙道の縦断面図である。 本発明に係る保護プロテクタ（端部プロテクタ）の第３実施形態を示す斜視図である。 図１２のＸＩＩＩ部拡大図である。 図１３のＸＩＶ－ＸＩＶ線に沿う縦断面図である。 本発明に適用される保護プロテクタの追設方法を示すフローチャートである。
　以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
　図１は、本発明を適用可能なボイラの一例を示す縦断面図である。このボイラ１は、石炭を燃料として燃焼させる石炭焚きボイラであり、微粉炭バーナ２が設置された火炉３と、この火炉３から延びる煙道４（燃焼排ガス通路）とを備えている。火炉３および煙道４の壁面には図示しない炉壁管（ウォーターウォール）が整列配置され、これらの炉壁管内を流れる水が、煙道４を流れる燃焼排ガスにより加熱されて蒸気になる。
　煙道４には、火炉３側から順に、過熱器５、再熱器６、節炭器７（エコノマイザ）といった各種の熱交換器が設置されており、これらの熱交換器５，６，７の内部を通過する水や蒸気が煙道４を流れる燃焼排ガスと熱交換することによって燃焼排ガスの排熱が回収される。
［第１実施形態］
　図２は、図１のＩＩ部を拡大して本発明に係る保護プロテクタの第１実施形態を示す節炭器７（熱交換器）と煙道４の拡大図である。
　節炭器７が設置されている煙道４において、燃焼排ガスは鉛直上方（上流側）から鉛直下方（下流側）に向かって通過する。節炭器７は、水平方向に延在する複数の伝熱管１０が煙道４の下流側（図２の鉛直下方）から上流側（図２の鉛直上方）に向かって蛇行状且つ平面状に配列された伝熱管パネル１０Ａが、図２の紙面に垂直な方向に複数枚並ぶように配置された一般的な構造のものである。
　各伝熱管パネル１０Ａにおいて、少なくとも最上段、好ましくは最上段から下３～４段目までの伝熱管１０に保護プロテクタ１２Ａが被装され、煙道４内を鉛直上方から鉛直下方に流れる燃焼排ガスに含まれる固形灰分が伝熱管１０に衝突することによって起こる摩耗（アッシュエロージョン）や腐食等から保護されている。それよりも鉛直下方の伝熱管１０は上方に他の伝熱管１０が存在することによって固形灰分衝突の可能性が低いため、保護プロテクタ１２Ａを設けなくてもよい。
　図３～図５にも拡大して示すように、燃焼排ガスの上流側が鉛直方向上方として見た場合に、保護プロテクタ１２Ａは、伝熱管１０の煙道４上流側の面、即ちここでは鉛直方向の約上半分の面を覆う複数の半円筒形状の主プロテクタ１２ａと、これら複数の主プロテクタ１２ａの隣接部に設けられた所定の膨張許容隙間Ｅの部分を鉛直方向上方から覆う半円筒形状の中間プロテクタ１２ｂとを備えている。
　主プロテクタ１２ａと中間プロテクタ１２ｂの長手軸方向に垂直な断面形状は、燃焼排ガスが煙道４を上流側から下流側へと流れる際に、伝熱管１０に燃焼排ガスの流れが接触する範囲を必要最小限に覆うことが好ましいことから、半円筒形状となっている。
　伝熱管１０を覆う領域は、伝熱管の長手軸方向に直交する断面で燃焼排ガス流れの上流側に向かう軸線を挟んで、±７０°～±９０°の範囲が好ましい。各プロテクタ１２ａ，１２ｂを半円筒形状とすることで、円筒状の材料を長手軸方向に沿って切断することにより簡易に各プロテクタ１２ａ，１２ｂを製作することが出来るので好ましい。
　一方、主プロテクタ１２ａおよび中間プロテクタ１２ｂの断面形状は必ずしも半円筒形状でなくてもよい。例えば、真円ではなく楕円形を半分にした形状や、四角形以上の多角形パイプを半分にした形状や、燃焼排ガスの流れの上流側に向かって凸となるアングル形状（Ｖ字状）、あるいは伝熱管１０の外径よりも幅の広い平板状等であってもよい。即ち、伝熱管１０の煙道４上流側の面を覆う形状であり、できるだけ燃焼排ガスが通過する際の抵抗にならないものが好ましい。
　また、膨張許容隙間Ｅは、隣接して配置される２つの主プロテクタ１２ａにおいて、一方の主プロテクタ１２ａが伝熱管１０との熱膨張差による位置変位が発生した際に、隣接する他方の主プロテクタ１２ａと接触しないように所定の間隔を選定している。本実施形態では主プロテクタ１２ａの長手軸方向長さは、０．３ｍ～１．５ｍが例示され、膨張許容隙間Ｅは主プロテクタ１２ａの長手軸方向長さと雰囲気の燃焼排ガス温度を考慮して、０．０３ｍ～０．３ｍが例示される。
　主プロテクタ１２ａの長手軸方向長さが短いと中間プロテクタ１２ｂの数量が増加して、コストと設置工費が増加する。また主プロテクタ１２ａの長手軸方向長さが長いと主プロテクタ１２ａとが伝熱管１０との熱膨張差が大きくなり、膨張許容隙間Ｅが大きくなるとともに、中間プロテクタ１２ｂの長手軸方向長さが長くなることから主プロテクタ１２ａと中間プロテクタ１２ｂに３次元変形が生じ易くなり、構造的に無駄が多くなるためである。
　主プロテクタ１２ａと中間プロテクタ１２ｂの材質としては、伝熱管１０の材質である炭素鋼よりも耐摩耗性に優れた材質、例えばＳＵＳ３１０，ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼材や、Ｃｒ－Ｍｏ系鋼材等が適している。本実施形態では、主プロテクタ１２ａと中間プロテクタ１２ｂの板厚は、ｔ２ｍｍ～ｔ７ｍｍが例示されるが、設置雰囲気温度の酸化減肉速度と摩耗予想量から所定の寿命を得るものを選定してもよい。
　図３に示すように、複数の主プロテクタ１２ａは、それら各々の間に膨張許容隙間Ｅを介して伝熱管１０の長手軸方向沿いに並ぶように、且つ、伝熱管１０に対して長手軸方向（矢印方向）に摺動可能なように、所定の固定具、例えば固定バンド１３を用いて設置されている。ここでは、図４にも示すように、長手方向に垂直な断面にて例えば主プロテクタ１２ａの両端部付近に、伝熱管１０を跨ぐように主プロテクタ１２ａと同様な材質の固定バンド１３が溶接されている。
　この固定バンド１３により、主プロテクタ１２ａは伝熱管１０に対して長手軸方向に摺動可能に固定され、伝熱管１０から脱落することを防止される。この固定バンド１３は、他の形状にすることも考えられる。例えば、締緩可能な金属バンドを伝熱管１０と主プロテクタ１２ａの周囲に巻装してもよい。
　中間プロテクタ１２ｂは、複数の主プロテクタ１２ａの長手軸方向の端部同士が隣接している場所における膨張許容隙間Ｅの部分を、燃焼排ガスの上流側から見て伝熱管１０が露呈しないように覆っている。図５に示すように、長手軸方向に垂直な断面にて、例えば中間プロテクタ１２ｂの内周面の湾曲半径は主プロテクタ１２ａの外周面の湾曲半径に等しいか若干広く設定される。このため、中間プロテクタ１２ｂの内周面が主プロテクタ１２ａの端部外周面に対して嵌め込まれるように接触している。
　この中間プロテクタ１２ｂは、自身が覆う２つの主プロテクタ１２ａの長手軸方向の一方の端部に固定されて一体化された接続体になっていて、他方の主プロテクタ１２ａの端部に対しては相対摺動可能である。即ち、図３および図５に示すように、中間プロテクタ１２ｂの一端は一方の主プロテクタ１２ａの長手軸方向の端部周面に溶接等により固定され（溶接部Ｗａ）、他端は他方の主プロテクタ１２ａの端部周面の上に摺動可能に載置されている。なお、図６に示すように、主プロテクタ１２ａの長手軸方向の端部に中間プロテクタ１２ｂ’を連続的に形成しておき、この中間プロテクタ１２ｂ’を、隣接する主プロテクタ１２ａの長手軸方向の端部に被せるようにしてもよい。
　図２中に拡大して示すように、主プロテクタ１２ａは、伝熱管１０の直線部１０ａの長手軸方向の両端に繋がるＵターン部１０ｂよりも直線部１０ａの長手軸方向の先まで延長されている。即ち、直線部１０ａの長手軸方向において、Ｕターン部１０ｂの先端から突き出し量Ｌだけ主プロテクタ１２ａが突き出している。このため、伝熱管１０の直線部１０ａの長手軸方向の両端に繋がるＵターン部１０ｂが主プロテクタ１２ａにより確実に覆われている。この突き出し量Ｌは、主プロテクタ１２ａが熱膨張して伸びた時に、煙道４の壁面（炉壁管）に接触しない範囲内で設定される。本実施形態では突き出し量Ｌは、１０ｍｍ～３０ｍｍが例示される。
　主プロテクタ１２ａの突き出し量Ｌの上限値は、主プロテクタ１２ａの材質の熱膨張係数と使用温度範囲とに基づく熱伸び量と、伝熱管１０のＵターン部１０ｂと煙道４の壁面との間の距離とを考慮して決定される。また、突き出し量Ｌの下限値は、燃焼排ガスの若干の流動変化があっても、Ｕターン部１０ｂが主プロテクタ１２ａにより覆われているように設定するのがよい。
　以上のように構成された保護プロテクタ１２Ａが伝熱管１０に被装されることにより、複数の主プロテクタ１２ａと、これら複数の主プロテクタ１２ａの長手軸方向端部同士の間に設けられた膨張許容隙間Ｅの部分を覆うように被装された中間プロテクタ１２ｂとによって伝熱管１０の煙道４上流側の面が覆われ、伝熱管１０が燃焼排ガスの流れから防護される。これにより、煙道４を流れる燃焼排ガス中に含まれる固形灰分が伝熱管１０に直接衝突することが回避され、簡素な構造によって伝熱管１０を摩耗や腐食等から保護することができる。
　複数の主プロテクタ１２ａの隣接部に設けられた膨張許容隙間Ｅの部分が中間プロテクタ１２ｂに覆われるため、燃焼排ガスの上流側から見て膨張許容隙間Ｅから伝熱管１０が煙道４内に露呈しない。このため、従来の課題であった複数の主プロテクタ１２ａの隣接部において伝熱管１０の表面に燃焼排ガスに含まれる固形灰分が衝突することによる摩耗や腐食等の発生を効果的に抑制することができる。
　中間プロテクタ１２ｂは、該中間プロテクタ１２ｂが覆う２つの主プロテクタ１２ａの長手軸方向の一方の端部に接続固定された接続体として設けられ、他方の端部に対しては摺動可能である。このため、一方および他方の主プロテクタ１２ａが熱膨張して長手軸方向に伸び縮みしても、その動きが主プロテクタ１２ａと中間プロテクタ１２ｂとの相対摺動によって吸収される。したがって、熱膨張に伴う応力が主プロテクタ１２ａや中間プロテクタ１２ｂに加わってこれらを破損させる懸念がない。
　また、伝熱管１０の直線部１０ａの長手軸方向両端に繋がるＵターン部１０ｂから主プロテクタ１２ａが突き出し量Ｌだけ延長されたことにより、下記の作用・効果が奏される。
　即ち、煙道４内では、節炭器７の内部空間（伝熱管パネル１０Ａ同士の隙間）よりも、節炭器７と煙道４の壁面との間の空間の方が流路抵抗が少なく、燃焼排ガスの流量が多くなり流速が増加する。このため、燃焼排ガス中の固形灰分によって伝熱管１０の直線部１０ａの長手軸方向両端に繋がるＵターン部１０ｂや、煙道４の壁面に埋設された炉壁管が摩耗しやすくなる傾向がある。
　伝熱管１０を覆う主プロテクタ１２ａを伝熱管１０のＵターン部１０ｂよりも直線部１０ａの長手軸方向の先まで延長したことにより、伝熱管１０のＵターン部１０ｂを主プロテクタ１２ａによって確実に覆うことが可能となる。さらに、節炭器７と煙道４の壁面との間の空間における燃焼排ガスの流路が、延長された主プロテクタ１２ａによって狭められる。このため、節炭器７と煙道４の壁面との間を流れる燃焼排ガスの流量が減少し、伝熱管１０のＵターン部１０ｂや、煙道４の壁面に埋設された炉壁管の摩耗を抑制することができる。また、より多くの燃焼排ガスを節炭器７の内部空間に通過させて排熱回収効率を高めることができる。
［第２実施形態］
　図７は、本発明に係る保護プロテクタの第２実施形態を示す側面図であり、図８、図９は、それぞれ図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線、ＩＸ－ＩＸ線に沿う縦断面図（伝熱管１０の長手軸方向に垂直な断面図）である。
　この第２実施形態の保護プロテクタ１２Ｂは、プロテクタ取着部１５を備えている点において第１実施形態の保護プロテクタ１２Ａと相違する。その他の部分の構成は保護プロテクタ１２Ａと同様であるため、同一構成部には同一符号を付して説明を省略する。
　プロテクタ取着部１５は、主プロテクタ１２ａと中間プロテクタ１２ｂとが一体化された接続体に対して長手軸方向の一箇所にのみ設けられたスリット状の位置決め穴１５ａ（図９参照）と、伝熱管１０の表面に起立するように固定して設けられて位置決め穴１５ａに嵌合されるタブ片状の位置決め突起１５ｂとを備えた簡素な構造である。
　位置決め穴１５ａは、主プロテクタ１２ａに設けても中間プロテクタ１２ｂに設けてもよいが、両方には設けない。本実施形態では中間プロテクタ１２ｂに位置決め穴１５ａが形成されている。なお、位置決め穴１５ａをスリット状ではなく穴状にし、位置決め突起１５ｂをタブ片状ではなく棒状にする等の変更を加えてもよく、位置決め穴１５ａと位置決め突起１５ｂとの嵌め合い構造を適切に構成できるものであれば形状は特に限定されない。
　位置決め穴１５ａが位置決め突起１５ｂに嵌合されることにより、主プロテクタ１２ａと中間プロテクタ１２ｂとが一体化された接続体の１本あたりは、伝熱管１０に対して長手軸方向に移動したり、周方向に回転したりすることができなくなる。しかし、主プロテクタ１２ａが熱膨張した際には、固定バンド１３が伝熱管１０に対して長手軸方向（矢印の方向）に摺動可能なために、プロテクタ取着部１５を起点にして長手軸方向に拘束されることなく熱膨張することができる。また、位置が固定された中間プロテクタ１２ｂに対し、隣接して重なる主プロテクタ１２ａの長手軸方向の端部は長手軸方向に相対摺動することができる。
　このように、プロテクタ取着部１５を設けたことにより、主プロテクタ１２ａと中間プロテクタ１２ｂとが一体化されたものが伝熱管１０の表面に対して位置決めされる。このため、主プロテクタ１２ａおよび中間プロテクタ１２ｂが伝熱管１０の長手軸方向にずれたり、周方向に回転したりすることを防止することができる。位置決め穴１５ａと位置決め突起１５ｂは、主プロテクタ１２ａと中間プロテクタ１２ｂとが一体化されたもの１本あたりに１つずつ設けられるため、隣接する別の主プロテクタ１２ａや中間プロテクタ１２ｂの熱伸びを許容することができる。
　位置決め穴１５ａと位置決め突起１５ｂの間は、図９に示すように、差し込むだけにしてもよいし、溶接してもよい（溶接部Ｗｂ）。あるいは、図１０に示すように、例えば位置決め突起１５ｂにボルト１７を貫通させてナット１８を締結したり、図示しないピンを挿通したりすることにより、溶接によらずに主プロテクタ１２ａと中間プロテクタ１２ｂを伝熱管１０に取着し、且つ着脱可能にしてもよい。
　位置決め穴１５ａに位置決め突起１５ｂを差し込むだけにしても、固定バンド１３によって主プロテクタ１２ａと中間プロテクタ１２ｂとが伝熱管１０に保持されるので、保護プロテクタ１２Ａが伝熱管１０から脱落することはない。
　あるいは、位置決め穴１５ａに差し込んだ位置決め突起１５ｂを位置決め穴１５ａに対して溶接Ｗｂやボルト１７等で固定することにより、固定バンド１３を用いずに保護プロテクタ１２Ａを伝熱管１０から脱落防止させることもできる。なお、この第２実施形態においても、図６に示すように、主プロテクタ１２ａの長手軸方向の端部に中間プロテクタ１２ｂ’を連続的に形成してもよい。
［第３実施形態］
　図１１は、本発明に係る保護プロテクタの第３実施形態を示す節炭器７と煙道４の縦断面図である。
　節炭器７には、第１実施形態と同様な伝熱管パネル１０Ａが、図１１の紙面に垂直な方向に複数枚並ぶように配置されている。
　この第３実施形態の保護プロテクタ１２Ｃは、第１実施形態の保護プロテクタ１２Ａまたは第２実施形態の保護プロテクタ１２Ｂを備えるとともに、伝熱管パネル１０Ａの直線部１０ａの長手軸方向の両辺部を覆う金属板製の端部プロテクタ２０を備えている。
　伝熱管パネル１０Ａの少なくとも最上段、好ましくは上段から３～４段目までの伝熱管１０は、保護プロテクタ１２Ａまたは１２Ｂによって覆われている。
　図１１～図１４に示すように、端部プロテクタ２０は、上流側プロテクタ部２０ａと、横プロテクタ部２０ｂと、縦プロテクタ部２０ｃとを備えて形成されている。
　上流側プロテクタ部２０ａは、最上段の伝熱管１０の直線部１０ａ（図１１中の拡大部参照）における長手軸方向の端部（Ｕターン部１０ｂ付近）上面を覆う半円筒形状である。
　横プロテクタ部２０ｂは、上流側プロテクタ部２０ａから伝熱管パネル１０Ａの鉛直方向に沿う面に対して（図１１の紙面垂直方向の）両面に沿って煙道４下流側（鉛直下方）に延びる表裏一対の平板状である。
　縦プロテクタ部２０ｃは、表裏一対の横プロテクタ部２０ｂの、伝熱管パネル１０Ａにおける各伝熱管１０の長手軸方向両端側の外端部同士を繋ぐ平板状である。
　この端部プロテクタ２０の煙道４下流側（鉛直下方側）は燃焼排ガスが衝突することがないために開放されて開放部２０ｄとされている。
　上流側プロテクタ部２０ａは、前述の保護プロテクタ１２Ａ，１２Ｂにおける主プロテクタ１２ａと同様な半円筒形状であり、この上流側プロテクタ部２０ａに２枚の横プロテクタ部２０ｂが溶接により接合されている。上流側プロテクタ部２０ａと横プロテクタ部２０ｂとを一枚の板材から曲げ加工を行い一体に形成してもよい。同様に、横プロテクタ部２０ｂと縦プロテクタ部２０ｃとを一枚板で一体に形成してもよい。
　端部プロテクタ２０を構成する各部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃを溶接により接合する場合には、図１３に示すようなタグ溶接とするのが好ましい（溶接部Ｗｃ）。これにより、熱膨張を繰り返すことで溶接部に拘束による応力が発生して亀裂や破断が生じた際に、それが溶接部の全長に伝播して破断することを防止できる。端部プロテクタ２０の材質としては、伝熱管１０の材質である炭素鋼よりも耐摩耗性に優れた材質、例えばＳＵＳ３１０，ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼材や、Ｃｒ－Ｍｏ系鋼材等が適している。端部プロテクタ２０の板厚は、設置雰囲気温度の酸化減肉速度と摩耗予想量から所定の寿命を得るものを選定してもよい。
　伝熱管パネル１０Ａの鉛直方向に沿う面に対して（紙面垂直方向の）両面に沿って延びる表裏一対の横プロテクタ部２０ｂには複数の固定ボルト２２が貫通しており、この固定ボルト２２は伝熱管１０のＵターン部１０ｂの内側空間を通るように挿通され、反対側からナット２３が締結される。ここで、端部プロテクタ２０の煙道４下流側（鉛直下方側）は開放されて開放部２０ｄとなっているため、固定ボルト２２を抜き取ることにより、節炭器７と煙道４との設置位置関係を保ったままで、端部プロテクタ２０を煙道４の上流側に引き抜き、端部プロテクタ２０を容易に新規のものと交換することができる。
　図１１中に拡大して示すように、この保護プロテクタ１２Ｃにおいても、図２に示す第１実施形態の保護プロテクタ１２Ａと同様に、端部プロテクタ２０を構成する上流側プロテクタ部２０ａが伝熱管１０のＵターン部１０ｂよりも直線部１０ａの長手軸方向の先まで延長されている。即ち、上流側プロテクタ部２０ａの先端が、縦プロテクタ部２０ｃから突き出し量Ｌだけ突き出している。この突き出し量Ｌは、上流側プロテクタ部２０ａが熱膨張して伸びた時に、煙道４の壁面（炉壁管）に接触しない範囲内で設定される。
　上流側プロテクタ部２０ａの突き出し量Ｌの上限値は、上流側プロテクタ部２０ａの材質の熱膨張係数と使用温度範囲とに基づく熱伸び量と、伝熱管１０のＵターン部１０ｂと煙道４の壁面との間の距離とを考慮して決定される。
　また、突き出し量Ｌの下限値は、横プロテクタ部２０ｂとの溶接接合作業に都合が良いように例えば１０ｍｍ以上とするのが好ましい。
　以上のように構成された端部プロテクタ２０を保護プロテクタ１２Ａ（１２Ｂ）と共に設けることにより、伝熱管パネル１０Ａの上部を構成する伝熱管１０の直線部１０ａと、伝熱管パネル１０Ａの直線部１０ａの長手軸方向の両辺部とを覆って防護することができ、煙道４を流れる燃焼排ガス中に含まれる固形灰分が伝熱管１０に直接衝突することを回避し、伝熱管１０を摩耗や腐食等から保護することができる。
　端部プロテクタ２０は、その煙道４下流側が開放されて開放部２０ｄとされているため、節炭器７のメンテナンス時には煙道４上流側に向かって抜き取ることができる。このため、伝熱管１０（伝熱パネル１０Ａ）の掃除や交換といったメンテナンス作業を容易に行うことができる。
　また、端部プロテクタ２０の横プロテクタ２０ｂに固定ボルト２２を貫通させ、この固定ボルト２２を伝熱管１０のＵターン部１０ｂの内側空間に挿通して反対側からナット２３が締結されたことにより、伝熱管パネル１０Ａの両面に沿って延びる表裏一対の横プロテクタ部２０ｂの反り変形が規制されて、燃焼排ガスの流れを阻害することが抑制される。さらに、固定ボルト２２によって端部プロテクタ２０を伝熱管パネル１０Ａから脱落しないように保持することができる。固定ボルト２２は伝熱管１０のＵターン部１０ｂの内側空間に挿通されるため、端部プロテクタ２０が伝熱管パネル１０Ａの外縁側（煙道４の壁面側）に移動しようとすると、固定ボルト２２がＵターン部１０ｂに当たり、端部プロテクタ２０の移動が阻止される。したがって、端部プロテクタ２０の位置ずれや脱落を確実に防止することができる。
　さらに、端部プロテクタ２０の上流側プロテクタ部２０ａを伝熱管１０のＵターン部１０ｂおよび縦プロテクタ２０ｃよりも伝熱管パネル１０Ａの直線部１０ａの長手軸方向の先まで延長したことにより、第１実施形態の保護プロテクタ１２Ａと同じく、上流側プロテクタ部２０ａの突き出し部によって節炭器７と煙道４の壁面との間を流れる燃焼排ガスの流量を減少させ、縦プロテクタ部２０ｃと、煙道４の壁面に埋設された炉壁管の摩耗を抑制することができる。また、より多くの燃焼排ガスを節炭器７の内部空間に通過させて排熱回収効率を高めることができる。
　そして、上記の第１～第３実施形態で説明した保護プロテクタ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを、図１に示すボイラ１の煙道４内に設置された過熱器５、再熱器６、節炭器７等の熱交換器に適用することにより、簡素な構成によって各熱交換器の伝熱管を燃焼排ガスの流れとの接触による摩耗や腐食等から保護することができる。
　なお、ボイラ１の煙道４を流れる燃焼排ガスの温度は、火炉３から下流側に流れるにつれて低下し、これに伴い燃焼排ガス中に含まれる固形灰分が凝固して粒子が大きくなる。このため、火炉３に近い過熱器５等よりも、火炉３から遠い節炭器７等の熱交換器において伝熱管の摩耗が発生する可能性が大きく、保護プロテクタ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを設けることにより、伝熱管１０ａの摩耗を抑制する効果が大きくなる。
　上述のように、ボイラ１の煙道４内における熱交換器の設置位置によって伝熱管に摩耗や腐食が発生する可能性に差がある。また、石炭燃料の質が変更されることにより、これまで摩耗や腐食が発生しなかった熱交換器に摩耗や腐食が発生する場合もある。したがって、ボイラ１を実際に継続的に運転させてみないと、保護プロテクタ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを設ける必要性を判定しにくい場合がある。なお、熱交換器は熱交換器７のみに限定されるものではなく、ボイラ１に配設される全ての熱交換器を対象としている。
　そこで、本発明に適用される保護プロテクタの追設方法では、図１５のフローチャートに示すように、保護プロテクタ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを設ける必要性が無いと予想される熱交換器もしくはその一部の伝熱管１０に対しては、熱交換器の製造時に、図７、図９、図１０に示すようなプロテクタ取着部１５（位置決め突起１５ｂ）を予め伝熱管１０に設置し（取着部設置ステップＳ１）、保護プロテクタ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ（端部プロテクタ２０）は取着せずに熱交換器をボイラ１に組み込んでボイラ１を組み立てる（ボイラ組立ステップＳ２）ようにした。
　そして、所定の石炭燃料を用いてボイラ１を稼働して運転を継続させ（ボイラ稼働ステップＳ３）、所定の可動時間を経た後の定期点検時等に、熱交換器の伝熱管１０における摩耗や腐食の発生量を検査する（ボイラ検査ステップＳ４）。検査の結果、伝熱管１０における摩耗や腐食の発生量が規定量よりも多いと判定された場合には（判定ステップＳ５→ＹＥＳ）、熱交換器の伝熱管１０に保護プロテクタ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃのうち必要なものを取着する（プロテクタ取着ステップＳ６）。即ち、伝熱管１０に設けてある位置決め突起１５ｂに、主プロテクタ１２ａの位置決め穴１５ａを嵌め込んで主プロテクタ１２ａおよび中間プロテクタ１２ｂを装着し、必要に応じて端部プロテクタ２０も装着する。
　また、検査の結果、伝熱管１０における摩耗や腐食の発生量が規定量よりも少ないと判定された場合には（判定ステップＳ５→ＮＯ）、熱交換器の伝熱管１０に保護プロテクタ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを取着しないこととする。この場合、判定ステップＳ５からボイラ稼働ステップＳ３に移行して各ステップＳ３～Ｓ５のルーティンを数回反復してもよい。
　この方法によれば、熱交換器の伝熱管１０に予めプロテクタ取着部１５（位置決め突起１５ｂ）が設けられているため、ボイラの設置現場における保護プロテクタ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの取着作業が容易であり、短時間のうちに取り付けを完了することができる。このため、ボイラ１の熱交換器の伝熱管１０が摩耗して交換するために稼働が停止する期間を最小限に抑えることができる。しかも、摩耗や腐食が十分に少ない伝熱管１０に無用な保護プロテクタが設置されることを避け、無駄を省くことができる。
　上記方法において、プロテクタ取着部１５は、図１０に示すように、溶接によらずにボルト１７やピン等で保護プロテクタを伝熱管１０に取着可能にする構造を採用してもよい。これにより、伝熱管１０に保護プロテクタを取着する際に溶接を行う必要がなくなるため、溶接作業および溶接後の検査が不要になり、より短時間で保護プロテクタの取着作業を完了することができる。
　以上説明したように、本実施形態に係る伝熱管１０の保護プロテクタ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ、これを備えた熱交換器７およびボイラ１によれば、簡素な構造により、煙道４内に設置された節炭器７等の熱交換器の伝熱管１０を、燃焼排ガスの吹き付けによる摩耗や腐食等から保護することができる。
　なお、本発明は上記各実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。
　例えば、石炭焚きボイラに限らず、他の固体燃料炉やゴミ焼却炉、バイオマス炉等に設置される熱交換器の伝熱管に本発明を適用してもよい。
１　ボイラ
２　微粉炭バーナ
３　火炉
４　煙道（燃焼排ガス通路）
７　節炭器（熱交換器）
１０　伝熱管
１０Ａ　伝熱管パネル
１０ａ　伝熱管の直線部
１０ｂ　伝熱管のＵターン部
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ　保護プロテクタ
１２ａ　主プロテクタ
１２ｂ　中間プロテクタ
１３　固定バンド（固定具）
１５　プロテクタ取着部
１５ａ　位置決め穴
１５ｂ　位置決め突起
２０　端部プロテクタ
２０ａ　上流側プロテクタ部
２０ｂ　横プロテクタ部
２０ｃ　縦プロテクタ部
２０ｄ　開放部
２２　固定ボルト
Ｅ　膨張許容隙間
Ｌ　主プロテクタの突き出し

Claims (17)

  1. 　ボイラの内部に設置される熱交換器の伝熱管に設置される保護プロテクタであり、
    　前記伝熱管の、前記燃焼排ガスの流通方向上流側に面する表面を長手軸方向に沿って覆い、その各々の間に膨張許容隙間を介して配置された複数の主プロテクタと、
    　複数の前記主プロテクタの間に介在する前記膨張許容隙間の部分を前記燃焼排ガスの流通方向上流側から覆う中間プロテクタと、を備え、
    　前記中間プロテクタの長手軸方向の一端は、前記膨張許容隙間を介して対向する２つの前記主プロテクタの少なくとも一方の端部外周面に対して長手軸方向に摺動可能に被装される伝熱管の保護プロテクタ。
  2. 　前記中間プロテクタの長手軸方向の一端は、該中間プロテクタが覆う一方の前記主プロテクタの端部と接続した接続体となり、該中間プロテクタの他端は、他方の前記主プロテクタの端部外周面に対して長手軸方向に摺動可能に被装される請求項１に記載の伝熱管の保護プロテクタ。
  3. 　前記膨張許容隙間は、一方の前記主プロテクタが前記伝熱管との熱膨張差による位置変位に対して、隣接する他方の前記主プロテクタと接触しない大きさに設定される請求項１に記載の伝熱管の保護プロテクタ。
  4. 　前記保護プロテクタは、前記伝熱管よりも耐摩耗性に優れる材料で形成されている請求項１に記載の伝熱管の保護プロテクタ。
  5. 　前記主プロテクタおよび前記中間プロテクタは、前記伝熱管における前記燃焼排ガスの流通方向上流側の面を外周に沿って半円筒状に覆う形状である請求項１に記載の伝熱管の保護プロテクタ。
  6. 　前記主プロテクタと前記中間プロテクタは、前記伝熱管の長手軸方向視で、燃焼排ガス流れの上流側に向かう軸線を挟んで±７０°～±９０°の範囲で前記伝熱管を覆い、
    　前記中間プロテクタの一端は前記主プロテクタの端部外周面に重ねられ、この一端における前記中間プロテクタの周縁部は前記主プロテクタの周縁部に対して溶接部を形成可能に後退している請求項５に記載の伝熱管の保護プロテクタ。
  7. 　前記主プロテクタは、固定バンドにより、前記伝熱管に対して長手軸方向に摺動可能に取り付けられる請求項１に記載の伝熱管の保護プロテクタ。
  8. 　前記主プロテクタと前記中間プロテクタとが接続された前記接続体の長手軸方向の一箇所を、前記伝熱管の外周面に対して嵌合させて固定するプロテクタ取着部をさらに備えた請求項１に記載の伝熱管の保護プロテクタ。
  9. 　前記プロテクタ取着部は、
    　前記接続体１本あたりに１つ設けられた位置決め穴と、
    　前記伝熱管の表面に設けられて前記位置決め穴に嵌合される位置決め突起と、
    を備えてなる請求項８に記載の伝熱管の保護プロテクタ。
  10. 　複数の前記伝熱管が面状に配列された伝熱管パネルにおける前記伝熱管の長手軸方向両端部を覆う端部プロテクタをさらに備え、
    　前記端部プロテクタは、
    　前記伝熱管パネルにおける前記伝熱管の長手軸方向両端部における前記燃焼排ガスの流通方向上流側の面を長手軸方向に沿って覆う上流側プロテクタ部と、
    　前記上流側プロテクタ部から前記伝熱管パネルの両面に沿って前記燃焼排ガスの流通方向下流側に延びる表裏一対の横プロテクタ部と、
    　前記横プロテクタ部の、前記伝熱管パネルにおける前記伝熱管の長手軸方向両端側の外端部同士を繋ぐ縦プロテクタ部と、を備える請求項１に記載の伝熱管の保護プロテクタ。
  11. 　前記端部プロテクタは、前記伝熱管パネルに対して前記燃焼排ガスの流通方向上流側に引き抜き可能なように、前記燃焼排ガスの流通方向下流側に開放部を有する請求項１０に記載の伝熱管の保護プロテクタ。
  12. 　表裏一対の前記横プロテクタ部に固定ボルトを貫通させ、前記固定ボルトを前記伝熱管の直線部の長手軸方向両端に繋がるＵターン部の内側空間を通るように挿通させた請求項１０に記載の伝熱管の保護プロテクタ。
  13. 　前記主プロテクタ部が、前記伝熱管の直線部の長手軸方向両端に繋がるＵターン部よりも前記直線部の長手軸方向の先まで延長されている請求項１に記載の伝熱管の保護プロテクタ。
  14. 　前記上流側プロテクタ部が、前記伝熱管の直線部の長手軸方向両端に繋がるＵターン部よりも前記直線部の長手軸方向の先まで延長されている請求項１０に記載の伝熱管の保護プロテクタ。
  15. 　ボイラの内部に設置され、その伝熱管に設置される保護プロテクタを備えた熱交換器であり、
    　前記保護プロテクタは、
    　前記伝熱管の、前記燃焼排ガスの流通方向上流側に面する表面を長手軸方向に沿って覆い、その各々の間に膨張許容隙間を介して配置された複数の主プロテクタと、
    　複数の前記主プロテクタの間に介在する前記膨張許容隙間の部分を前記燃焼排ガスの流通方向上流側から覆う中間プロテクタと、を備え、
    　前記中間プロテクタの長手軸方向の一端は、前記膨張許容隙間を介して対向する２つの前記主プロテクタの少なくとも一方の端部外周面に対して長手軸方向に摺動可能に被装される伝熱管の保護プロテクタを備えた熱交換器。
  16. 　請求項１に記載の伝熱管の保護プロテクタを備えたボイラ。
  17. 　請求項８に記載のプロテクタ取着部を有する伝熱管を少なくとも１つ備えた熱交換器。
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