伝熱管構造

【課題】吊下げ伝熱管や横置き伝熱管などの伝熱管をパネル状に配置する場合のパネル間に灰が堆積してパネルが連結することを防止し、そのために大径のマニホールドや連結管を用いること無く、輸送性と現地据付性（最終組立）が容易な伝熱管構造を提供すること。
【解決手段】ボイラ火炉内で前後方向に吊下げられた吊下げ伝熱管３，４と後部伝熱部前後方向に横置きされ、上下に積層する複数の伝熱管を順次折り返して後部伝熱部の下方から上方に向かって積み重ね、後部伝熱部の上方では垂直方向に延び横置きされた横置き伝熱管２を備え、ボイラ天井壁１２を貫通して、該天井壁１２の上方に達する前記吊り下げ伝熱管３と横置き伝熱管２を天井壁１２の上方でボイラ前後方向に延びた中間管寄せ１で接続して一組の熱交換ユニットとし、該熱交換ユニットをボイラ炉幅方向に複数組配置したボイラの伝熱管構造である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラ火炉の伝熱管構造に関し、特に互いに異なる管総本数を有する横置き伝熱管と吊下げ伝熱管との連結構造に係わり、それらを構成する部材を低減可能な伝熱管構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５はボイラ火炉内部の伝熱管の配置状態を模式的に示した側面図である。高温の燃焼ガスに曝される板型伝熱管群１３又はＵ型伝熱管群１４は、紙面垂直方向に隣接する管群との間隔を、例えばそれぞれ１６００ｍｍ、８００ｍｍと比較的大きく離して配置している。これは石炭灰の融点や軟化点と密接に関わり、溶融した灰が管群に付着し、そして成長する現象を繰り返し、隣接する管群同士が灰で連結されることによって、燃焼ガスの流路を塞ぐことを防止するためである。
【０００３】
一方、これらの吊下げ伝熱管群１３，１４の後流側の吊下げ入口伝熱管３や吊下げ出口伝熱管４が配置されている部位は、伝熱管群１３，１４によって熱交換された排ガス流れの後流側にあるため、伝熱管群１３，１４が配置された部位に比べて雰囲気温度が低い領域である。そのため、灰融点の高い石炭が用いられる場合、吊下げ入口伝熱管３や吊下げ出口伝熱管４の紙面垂直方向に隣接する管群との間隔を２００ｍｍ程度にまで小さくしても、これらの伝熱管３，４に付着する灰が溶融することにより伝熱管３，４がそれぞれ隣接する管群と連結してガス流路が閉塞されるというような問題は生じなかった。
【０００４】
しかしながら、近年、炭種の多様化に伴い、灰融点の低い石炭が使用され始めるようになり、このような場合に上記のような灰の連結防止の観点から、パネル状に構成される吊下げ入口伝熱管３や吊下げ出口伝熱管４の隣接管群との間隔を、例えば４５０ｍｍ程度にまで拡げる必要がある。しかし、前記隣接管群との間隔が４５０ｍｍ程度である場合には、前記２００ｍｍの間隔で配置される構造に比べて、一定のスペースに配置される吊下げ入口伝熱管３の総本数は減少せざるを得ず、吊下げ入口伝熱管３と吊下げ出口伝熱管４の後流側に配置される横置き伝熱管２との管総本数に大きな差が生じることになる。
【０００５】
図７は、吊下げ入口伝熱管３の総本数と横置き伝熱管２の管総本数に大きな差がある場合の対策として考えられる公知ではないボイラ火炉内に配置される横置き伝熱管２と吊下げ入口伝熱管３、出口伝熱管４の連結構造を示す部分の斜視図であり、図８は図７のＨ−Ｈ線から見た部分側面図である。
【０００６】
図７と図８に示す構造では、横置き伝熱管２は天井壁管１２を貫通した後、その上端のボイラ炉幅方向（図５の紙面直角方向）に複数設置された横置き伝熱管出口管寄せ７（図７上では、管寄せ７だけでなく管寄せ５，１０も両端側の一部のみ表示している）に接続し、それぞれの横置き伝熱管出口管寄せ７を横置き伝熱管出口マニホルド８に連結して横置き伝熱管２内を流れる流体を集合させていた。その流体を更に過熱するため、横置き伝熱管出口管寄せ７を連絡配管９Ａ，９Ｂによって吊下げ伝熱管３へ連結される系統構成となっている。
【０００７】
この連絡配管９Ａ，９Ｂから流出する流体は吊下げ伝熱管入口マニホルド１１を介して各吊下げ伝熱管入口管寄せ１０へ分配され、各吊下げ伝熱管入口管寄せ１０から吊下げ入口伝熱管３および吊下げ出口伝熱管４に送られて過熱された後、吊下げ伝熱管出口管寄せ５を通り、吊下げ伝熱管出口マニホルド６を経由してタービンへ送られる。
【０００８】
図７と図８に示す構成のように、ボイラ炉幅方向における横置き伝熱管２の総本数と吊下げ入口伝熱管３の総管本数が相違する場合には、横置き伝熱管２と吊下げ入口伝熱管３とを伝熱管同士で直接連結できないため、個々の独立した横置き伝熱管出口管寄せ７および出口マニホルド８、さらに吊下げ伝熱管入口マニホルド１１および吊下げ伝熱管入口管寄せ１０を設置して連絡配管９Ａ，９Ｂにより連結する構成とすることが考えられる。
【０００９】
なお、管寄せ５，７，１０がそれぞれ接続されるマニホルド６，８，１１はその目的を達成するためであれば、管寄せと兼用できる。図９はその構成例を示し、図９は図８中の破線で囲むＪ部の部分側面図である。前述したように横置き伝熱管２内の内部流体は、横置き伝熱管出口管寄せ７を介して横置き伝熱管出口マニホルド８へ集められる。図９に示すように横置き伝熱管出口管寄せ７を介さず、横置き伝熱管２を直接的に横置き伝熱管出口マニホルド８へ接続しても、内部流体はマニホルド８へ集合できる。伝熱管３，４も同様に直接マニホルド８，１１に接続する構成を採用することもできる。
【００１０】
しかしながら、この構成例でボイラ建設地への製品輸送や建設現場での製品搬入出のし易さを考慮した場合、横置き伝熱管２と横置き伝熱管出口マニホルド８を製品製作工場で溶接接合した状態でボイラ建設地へ搬入するには、高さ方向で１０ｍ以上、長さ方向で２０ｍ以上の大きさとなることから現実的ではない。
【００１１】
従って、図９中のＤ部の位置で、横置き伝熱管２が溶接された横置き伝熱管出口マニホルド８と横置き伝熱管２に分割して建設地へ搬入する必要がある。ボイラ建設地では、Ｄ部での伝熱管溶接によってボイラを組み立てることになり、狭隘部で、しかも溶接員数（箇所数）は数十〜数百倍に増加することから、通常、横置き伝熱管出口管寄せ７を個別に配置して、横置き伝熱管２と横置き伝熱管出口管寄せ７を工場溶接とし、横置き伝熱管出口管寄せ７と横置き伝熱管出口マニホルド８とを現地で溶接接合するボイラの組み立てる手順を用いることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平９−６０８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記した図７，図８及び図９に示す伝熱管構造は、管寄せ５，７，１０に集まった流体を後流側に運ぶために、管寄内の流体を集合させるマニホルド６，８，１１や流路連結のために連絡配管９Ａ，９Ｂを必要とする構成であった。そのため、構成する部品は多く、コストのかかる構成であった。さらに現地でのそれらの部品の据付時の溶接作業量も多い傾向にあった。
【００１４】
特許文献１には複数の入口管寄と出口管寄との間に中間パネルと側部パネルを設け、側部パネルに水平方向左右に張り出し部を形成することでパネル相互間に所定の間隔を保持させ、更に複数の入口管寄と出口管寄の各長さ方向の中間部上側に入口連絡管及び出口連絡官を接続することで管寄全体の構成を簡素化できると記載されている。
【００１５】
しかし、特許文献１記載の発明では本発明の課題とする吊下げ伝熱管と横置き伝熱管の管総本数が相違する場合の伝熱管構造に関するものではなく、また、従来の高品質の燃料を使用していたボイラ火炉では、吊下げ伝熱管と横置き伝熱管の管総本数が相違するとか、前記伝熱管のボイラ炉幅方向の間隔が異なるということが無かった。
【００１６】
そこで本発明の課題は、吊下げ伝熱管や横置き伝熱管などの伝熱管をパネル状に配置する場合のパネル間に灰が堆積してパネルが連結することを防止し、そのために大径のマニホルドや連結管を用いること無く、輸送性と現地据付性（最終組立）が容易な伝熱管構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係わる伝熱管構造は、上記課題の解決を目的としており、横置き伝熱管と吊下げ伝熱管の管本数に影響されず、構成する部材の重量を低減できる構造とした。さらに、部品点数を低減することで据付性も向上する構成とする。
【００１８】
請求項１記載の発明は、ボイラの前後方向に複数の伝熱管が吊下げられた吊下げ伝熱管３と、ボイラの後部伝熱部の前後方向に横置きされ、上下に積層する複数の伝熱管を順次折り返して後部伝熱部の下方から上方に向かって積み重ね、後部伝熱部の上方では垂直方向に延びる垂直部分を有する横置き伝熱管２を備え、ボイラ天井壁１２を貫通させて前記吊り下げ伝熱管３と横置き伝熱管２の垂直部分を延ばしてボイラ天井壁の上方で前記吊り下げ伝熱管３と横置き伝熱管２の垂直部分を中間管寄せ１で接続して一組の熱交換ユニットとし、該熱交換ユニットをボイラ炉幅方向に複数組配置したことを特徴とする伝熱管構造である。
【００１９】
請求項２記載の発明は、前記一組の熱交換ユニットの吊下げ伝熱管３は、前記中間管寄せ１に接続された伝熱管がそれぞれ天井壁１２の下方でボイラ後方側に折り曲げられ、上方に折り返して天井壁１２を貫通し、前記中間管寄せ１を跨ぐようにして、前記中間管寄せ１の上方で吊下げ伝熱管４の出口管寄せ５に接続されることを特徴とする請求項１に記載の伝熱管構造である。
【００２０】
請求項３記載の発明は、前記一組の熱交換ユニットの吊下げ伝熱管３は、前記中間管寄せ１に接続された伝熱管がそれぞれ天井壁１２の下方でボイラ前方側に折り曲げられ、上方に折り返して天井壁１２を貫通し、前記中間管寄せ１を跨ぐようにして、前記中間管寄せ１の上方で吊下げ出口伝熱管４の出口管寄せ５に接続されることを特徴とする請求項１に記載の伝熱管構造である。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１記載の発明によれば、伝熱管総本数の違う横置き伝熱管２と吊下げ伝熱管３であっても、これら両伝熱管２，３の連結のために、個々の独立した管寄せを用いずに各伝熱管２，３の入口と出口の管寄せを一体型とすることで、前記伝熱管をパネル状に配置する場合にパネル間に灰が堆積することが無く、ボイラ耐圧部品の部品点数を減らし、重量を低減することができる。また、部品点数の低減は輸送や据付けへの効果が大きい。
【００２２】
請求項２記載の発明によれば、中間管寄せ１が吊下げ出口伝熱管４の隣接管の間隔を通り抜けることがない構造であるため、比較的短い中間管寄せを用いることができ、輸送性が向上する。
【００２３】
請求項３記載の発明によれば、吊下げ出口伝熱管４を炉内ガス流れの低温側に配置するため、吊下げ出口伝熱管４の肉厚を比較的薄くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例１の伝熱管配置構成を示す側面図である。
【図２】図１のＢ−Ｂ線矢視平面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図４】本発明の実施例２の伝熱管配置構成を示す側面図である。
【図５】ボイラ全体の伝熱管の配置構成を示す側面図である。
【図６】本発明と従来技術の構造と伝熱管群を連結する構造の発生応力の相違に関する説明図である。
【図７】管総本数が異なる伝熱管群を連結する従来の構成を示す斜視図である。
【図８】管総本数が異なる伝熱管群を連結する従来の構成を示す部分側面図である。
【図９】管総本数が異なる伝熱管群を連結する従来構成の別法を示す部分側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下本発明に係るボイラの伝熱管構造の実施の形態を図面によって説明する。なお、本実施例の伝熱管は、図５に示すボイラ内に配置される伝熱管に関わるものである。
【実施例１】
【００２６】
図１において横置き伝熱管２と吊下げ入口伝熱管３はその管総本数が一致していない。一例として次のことを想定する。
すなわち、横置き伝熱管２は１パネル１４本の管で構成され、蒸気発生器当たり１０４パネルあり、全１４５６本の管が存在する。一方、吊下げ入口伝熱管３と吊下げ出口伝熱管４は１パネル２０本の管、５２パネルとし、全１０４０本の管で構成されている。横置き伝熱管２と吊下げ入口伝熱管３の伝熱管本数が相違するため、横置き伝熱管２と吊下げ入口伝熱管３を直接連結することはできない。そこで、これらの管群を中間管寄せ１に接続する。
【００２７】
すなわち、１つの中間管寄せ１に、炉幅方向の間隔がそれぞれ異なる横置き伝熱管２のパネルと、吊下げ入口伝熱管３と吊下げ出口伝熱管４のパネルとが一連となった吊下げ伝熱管パネルとを接続する。
【００２８】
本例の場合、図２に示す横置き伝熱管２と吊下げ入口伝熱管３のパネル枚数は２対１の関係であることから、横置き伝熱管２はその４つのパネルを、吊下げ入口伝熱管３は２つのパネルを一つの中間管寄せ１に接続すれば、全ての伝熱管が中間管寄せ１に均等に接続できる。この中間管寄せ１を介して内部流体は、吊下げ入口伝熱管３から吊下げ出口伝熱管４を通り、図１に示す吊下げ伝熱管出口管寄せ５に入り、吊下げ伝熱管出口マニホルド６で混合される。本実施例の場合によれば全２６本の中間管寄せ１を配置する。
【００２９】
図３を用いて吊下げ出口伝熱管４と中間管寄せ１の配置を説明する。
過度の伝熱管温度上昇を防ぐため、より低温の吊下げ入口伝熱管３が炉内ガスの上流側（ガス高温側）へ配置される。そのため、中間管寄せ１は、吊下げ出口伝熱管４を越えて吊下げ入口伝熱管３まで達するように配置しなければならない。今、吊下げ出口伝熱管４は溶融灰連結による流路閉塞を防ぐため、管群同士の間隔を４５０ｍｍ程度と従来に比べて拡げていることから、その吊下げ出口伝熱管４の中の互いに隣接する伝熱管の間を水平方向に真直ぐに通り抜けするように配置することで中間管寄せ１を配置できる。
【００３０】
更に、図１に示す構造を採用することで、横置き伝熱管２と吊下げ入口伝熱管３の天井壁管１２から上方の部分の長さを減少させることができる。
図８に示す伝熱管構造のＧ−Ｇ線矢視断面図である図６（ｂ）のように、天井壁管１２と横置き伝熱管出口マニホルド８と天井壁管１２と吊下げ伝熱管入口マニホルド１１は、ボイラ運転中にそれらの温度差によって、ボイラ中心からマニホルド８，１１の管軸方向へ向かっての熱伸び差が生じる。この時、伝熱管２，３はマニホルド８，１１にそれぞれ接続された管寄せ７，１０に連結されているため、前記マニホルド８，１１の熱伸び差分だけ強制的に変形させられる。この場合、管寄せ７，１０と伝熱管２，３の溶接接合部であるＥ部（図６（ｂ））には大きな応力が発生する。
図８に示す伝熱管構造では図６（ｂ）に示すように、伝熱管２，３の応力低減の観点から、マニホルド８，１１は天井壁１２から２５００ｍｍ程度上方に配置し、フレキシブルな構造を採用する必要があった。
【００３１】
一方、図１のＦ−Ｆ線矢視断面図を示す図６（ａ）のように、本実施例１の構成を採用すれば、図７に示すマニホルド８，１１を設置していないため、中間管寄せ１は天井壁管１２と一緒に熱移動する。すなわち中間管寄せ１と天井壁管１２との熱伸び差は生じない。
【００３２】
従って、中間管寄せ１に接続される伝熱管２，３には、フレキシビリティを確保する必要はなく、中間管寄せ１を天井壁管１２の上方２０００ｍｍ程度の位置に配置すればよく、天井壁管１２から上部の伝熱に全く寄与しない部分の上方の部分の長さを低減できる。
【００３３】
また、据付費は、中間管寄せ１を図１に示すＣ部で分割し、ボイラを設置する現地においてＣ部を溶接接合すれば２６ヶ所分のみの溶接となる。
図７、図８に示す構造では、マニホルド８，１１と連絡配管９Ａ，９Ｂとの溶接４ヶ所及び管寄せ７，１０とマニホルド８，１１との溶接箇所は５２ヶ所となることから本実施例では溶接箇所を半減でき、図７、図８に示す構造に比べて据付費の低減および据付性の向上が図れる。
【実施例２】
【００３４】
図４は本実施例の構造を示す側面図であって、実施例１と異なる点は、輸送性をさらに向上させるために、吊下げ入口伝熱管３を炉内ガス流れの後流側に、吊下げ出口伝熱管４を炉内ガス流れの前流側に配置したことである。
横置き伝熱管２が連結された中間管寄せ１は、吊下げ出口伝熱管４の隣接管の間隔を通り抜けることなく配置でき、中間管寄せ１に接続された吊下げ入口伝熱管３は、吊下げ出口伝熱管４を介して吊下げ伝熱管出口管寄せ５へ接続され、そして、吊下げ伝熱管出口管寄せ５は吊下げ伝熱管出口マニホルド６に接続される。
【００３５】
本実施例は中間管寄せ１が吊下げ出口伝熱管４の隣接管の間隔を通り抜ける実施例１の構成とは異なり、中間管寄せ１が吊下げ出口伝熱管４の隣接管の間隔を通り抜けることがない構造であるため、中間管寄せ１の長さは、実施例１の構造に比べて２０００ｍｍ程度は短くなり、輸送性が向上する。
【００３６】
但し、前述の通り吊下げ出口伝熱管４群を炉内ガス流れの高温側に配置するため、吊下げ出口伝熱管４の温度が実施例１の吊下げ出口伝熱管４の温度に比べて上昇するため、吊下げ出口伝熱管４の肉厚は実施例１のそれよりも厚くする必要がある。
【符号の説明】
【００３７】
１中間管寄せ２横置き伝熱管
３吊下げ入口伝熱管４吊下げ出口伝熱管
５吊下げ伝熱管出口管寄せ６吊下げ伝熱管出口マニホルド
７，１０管寄せ８横置き伝熱管出口マニホルド
９Ａ，９Ｂ連絡配管
１１吊下げ伝熱管入口マニホルド
１２天井壁管１３板型伝熱管群
１４Ｕ型伝熱管群

【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラの前後方向に複数の伝熱管が吊下げられた吊下げ伝熱管と、ボイラの後部伝熱部の前後方向に横置きされ、上下に積層する複数の伝熱管を順次折り返して後部伝熱部の下方から上方に向かって積み重ね、後部伝熱部の上方では垂直方向に延びる垂直部分を有する横置き伝熱管を備え、ボイラ天井壁を貫通させて前記吊り下げ伝熱管と横置き伝熱管の垂直部分を延ばしてボイラ天井壁の上方で前記吊り下げ伝熱管と横置き伝熱管の垂直部分を中間管寄せで接続して一組の熱交換ユニットとし、該熱交換ユニットをボイラ炉幅方向に複数組配置したことを特徴とする伝熱管構造。
【請求項２】
前記一組の熱交換ユニットの吊下げ伝熱管は、前記中間管寄せに接続された伝熱管がそれぞれ天井壁の下方でボイラ後方側に折り曲げられ、上方に折り返して天井壁を貫通し、前記中間管寄せを跨ぐようにして、前記中間管寄せの上方で吊下げ伝熱管の出口管寄せに接続されることを特徴とする請求項１に記載の伝熱管構造。
【請求項３】
前記一組の熱交換ユニットの吊下げ伝熱管は、前記中間管寄せに接続された伝熱管がそれぞれ天井壁の下方でボイラ前方側に折り曲げられ、上方に折り返して天井壁を貫通し、前記中間管寄せを跨ぐようにして、前記中間管寄せの上方で吊下げ出口伝熱管の出口管寄せに接続されることを特徴とする請求項１に記載の伝熱管構造。

【図１】