JP2004019965A

JP2004019965A - 流動層燃焼装置

Info

Publication number: JP2004019965A
Application number: JP2002171900A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Kondo; 近藤　直之; Atsushi Furukawa; 古川　淳
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】流動層燃焼装置の伝熱管のプロテクタの摩耗を防止し、従来消耗品扱いであった当該部プロテクタを半永久的に使用可能とすること。
【解決手段】流動媒体１を流動化させながら燃料を燃焼させる流動層内の直管部と曲がり管部を備えた伝熱管２の中で、少なくとも伝熱管２の曲がり管部の外表面をプロテクタ８で覆い、該プロテクタ８の管外を流れる流体に対して抵抗を与えるスタッド１０を複数個設け、プロテクタ８の左右両側面に伝熱管２の曲がり部の形状に沿ったＵ字型の丸鋼１１を設ける。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は流動層ボイラ等の流動層燃焼装置の伝熱管プロテクタの摩耗および破損の防止に好適なプロテクタ構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１は流動層ボイラの全体概念図を示したものであり、上段流動層と下段流動層の二階建て方式となっていて、上段流動層はＭＢＣ（主燃焼炉）上段ベッドとＣＢＣ（再燃焼炉）ベッドから形成され、下段流動層はＭＢＣ（主燃焼炉）下段ベッドで構成される。伝熱管２は直管部と直管部を折り曲げて得られる曲がり管部からなり、直管部はＭＢＣ前壁あるいはＣＢＣ後壁を貫通して設けられ、流動媒体１が充填されたベッド内で分散板５から立直した数本のサポート７により支持されている。
【０００３】
分散板５上の流動媒体１が充填されたベッドには、分散板５の下方に設けられ風箱３から分散板５の微細孔を経由して空気４が供給され、該空気４によって流動媒体１が流動化してベッド内に流動層が形成され、同時に分散板５に設けられた燃料供給装置（図示せず）から供給される燃料を前記流動層内で燃焼させる。燃料の燃焼で高温になった流動層中の伝熱管２内に流れる水が熱を吸収して蒸気を生成し、また燃焼ガス４ａはベッド上から図示しない煙道に排出される。
【０００４】
風箱３は幾つものセル３ａに分割されていてボイラの起動時は特定のセル３ａに熱風を供給し、該特定のセル３ａの直上部の流動媒体１のみを流動化させる。このとき前記特定のセル３ａ以外のセル３ａには空気は供給されないので、特定のセル３ａ以外のセル３ａの直上部のベッド内の流動媒体１は流動を停止して静止層となっている。
【０００５】
特定のセル３ａが熱風によって十分加熱された状態で該セル３ａ上部の給炭装置から燃料が供給され、流動層内で燃焼が開始される。次に隣接するセル３ａに空気を供給して、当該セル３ａ上の流動媒体１を流動させた上で当該流動層に燃料を供給して燃焼させ、次々と順次隣接セル３ａへと火を移して行くことにより流動媒体１の流動による全体の伝熱面積をコントロールして負荷制御を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記図１に示す流動層ボイラにおいて、ＣＢＣベッドを除くＭＢＣ上下段ベッドにおいて、ボイラの起動時に用いる特定のセル３ａセル及びそれに隣接するセル３ａの各直上部の流動層には伝熱管２がないか、あっても伝熱管２の曲がり管先端部（以下、ベンド部ということがある）が存在するのみであり、流動媒体１の流動速度は伝熱管２が存在する部分に比較して非常に早く、流動用の空気４が気泡となり成長し、流動媒体１の吹き抜け現象が生じる。このときの流動媒体１の持つ運動エネルギーは通常の流動時に比べて遙かに大きい。従って、従来技術ではベンド部の伝熱管２の摩耗による損破を防止するために、図４に示すようなプロテクタ８を設置していた。図４（ａ）にはベンド部の伝熱管２の側面図を示し、図４（ｂ）は図４（ａ）の矢印Ａ方向からの矢視図であり、図４（ｃ）は図４（ｂ）のＢ−Ｂ線矢視図である。
【０００７】
図４に示すプロテクタ８は円筒を半割状にした構造を持ち、伝熱管２の側面を一対の半割れプロテクタ８で覆ったのち、この一対の半割れプロテクタ８の対向する端部同士を継ぎ板９で溶接する。図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように一対の半割れプロテクタ８の複数個を直列状に配置して伝熱管２のベンド部のプロテクタ構成を形成するが、ボイラの運転時間が所定時間以上となると、ベンド部のプロテクタ８の先端部分の外表面が流動媒体１の吹き抜け作用による摩耗のため摩滅し、あるいは継ぎ板９の溶接部が摩滅することにより、プロテクタ８の先端部分の外表面が捲れ上がる現象が頻繁に生じ、さらには露出した伝熱管２の減肉をも生じさせることがあった。
【０００８】
このような現象の繰り返しによって伝熱管２に貫通孔があくと、チューブリーク発生の要因となる。また前記チューブリークの発生を防ぐために、定期検査ごとにプロテクタ８を再製作し、修復することは材料費、加工費及び取り付けのために生じる人件費が膨大となる問題がある。特にプロテクタ８の伝熱管２への取り付けに関しては、伝熱管２が炉幅方向に密に並んでいるために、プロテクタ８のセッティング及び継ぎ板９の溶接作業をする場合、隣接する伝熱管２を無理な外力によって撓ませて作業スペースを作る必要があり、伝熱管２の構造強度的健全性の面でも問題があった。
【０００９】
次に、ボイラ停止時にＭＢＣ上段ベッド及びＣＢＣベッドのメンテナンスを行う場合、図１に示す抜出管６を用いてＭＢＣ上段ベッド及びＣＢＣベッドからＭＢＣ下段ベッドへ流動媒体１を落下させて抜き出しを行うが、この際、ＭＢＣ下段ベッドも流動を停止しているため、ＭＢＣ下段ベッド内の伝熱管２の上段側にある直管部は流動媒体１から露出しており、この上にＭＢＣ上段ベッド及びＣＢＣベッドから流動媒体１が落下する構造となっている。
【００１０】
前記流動媒体１の落下によりＭＢＣ下段ベッド内の伝熱管２が摩耗して損破するのを防ぐ目的で、従来技術では図５に示すように、伝熱管２の上段側の二段の直管部の流動媒体１の落下部位にプロテクタ８を設置している。図５（ａ）には直管部の伝熱管２の側面図を示し、図５（ｂ）には図５（ａ）のＡ−Ａ線矢視図を示す。
【００１１】
また、図６には、図５に示すプロテクタ８を設けた伝熱管２の断面図を示すが、このプロテクタ８は図４に示すプロテクタ８と基本的に同一の構造であり、円筒を半割状にして得られる一対のプロテクタ８の端部同士を継ぎ板９で溶接して直管部に設置したものであり、ＭＢＣ上段ベッド及びＣＢＣベッドから落下してくる流動媒体１の衝突により図６に示すようなプロテクタ８の上面に減肉を生じさせる結果となり、プロテクタ８が摩滅した場合は伝熱管２を減肉させる要因となることが依然として問題点として残っている。
【００１２】
このように、上記従来技術では伝熱管２の摩耗防止のためにプロテクタ８を設置したものであるが、プロテクタ８の摩耗防止対策が施されていなかった。
【００１３】
そこで、本発明の課題は、流動層燃焼装置の伝熱管のプロテクタの摩耗を防止し、従来消耗品扱いであった当該部プロテクタを半永久的に使用可能とすることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記課題は、次の構成により解決される。
請求項１記載の発明は、直管部と曲がり管部を備えた伝熱管を流動媒体充填部に設置し、該流動媒体を流動化させながら燃料を燃焼させる流動層を備えた流動層燃焼装置において、少なくとも伝熱管の曲がり管部の外表面をプロテクタで覆い、該プロテクタの管外を流れる流体に対して抵抗を与えるスタッドを複数個設け、かつ前記プロテクタの左右両側面に伝熱管の曲がり部の形状に沿ったＵ字型の丸鋼を設置した流動層燃焼装置である。
【００１５】
請求項２記載の発明は、スタッドを伝熱管の軸方向に千鳥配置した請求項１記載の流動層燃焼装置である。
【００１６】
請求項３記載の発明は、前記流動層は、上段流動層と下段流動層の二層からなり、上段流動層から下段流動層に流動媒体が抜き出し可能な構成を備え、下段流動層における上段流動層からの流動媒体の落下部位及びその近傍に設置された伝熱管の少なくとも最上段部の伝熱管には、その外表面を覆うプロテクタと、該プロテクタの上方表面に複数の丸鋼を伝熱管の軸方向に沿って設置した請求項１または２記載の流動層燃焼装置である。
本発明の流動層燃焼装置とはボイラ、ごみ焼却炉などである。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、少なくとも伝熱管の曲がり管部の外表面に設けられたプロテクタにスタッドを複数個設けることにより、管外を流れる流体に対して抵抗を与え、その流動エネルギーを緩和することが可能となり、耐摩耗プロテクタの摩耗表面の流動媒体の流動速度を落とすことができ、プロテクタの摩耗による減肉、摩滅を防止することが可能となり、また、前記プロテクタの左右両側面に伝熱管の曲がり部の形状に沿ったＵ字型の丸鋼を設置することにより、隣接管間の隙間を塞ぐことが可能となり、流動媒体の吹き抜けで継ぎ板が摩耗、摩滅することを防止でき、プロテクタの捲れを防止することが可能となる。
【００１８】
その結果、定期検査毎の伝熱管の肉盛り補修あるいはプロテクタ更新による製作加工費、取付作業費の諸経費を大幅に削減することが可能であり、同時にプロテクタの健全性を保持できることで、伝熱管損破事故を未然に防止することが可能となる。
【００１９】
請求項２記載の発明によれば、スタッドが伝熱管の軸方向に千鳥配置されているので、請求項１記載の発明の効果に加えて、流動媒体の流動エネルギーをさらに緩和することが可能となり、プロテクタの摩耗による減肉、摩滅の防止効果が一層高くなる。
【００２０】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明の効果に加えて、下段流動層における上段流動層からの流動媒体の落下部位及びその近傍に設置された伝熱管の少なくとも最上段部の伝熱管にプロテクタと複数の丸鋼が設置されているので、上段ベッドから落下してくる流動媒体が丸鋼同士の間の谷部に堆積し、直接プロテクタへの衝突を避けることが可能となり、よってプロテクタの摩耗、摩滅を防止することが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面と共に説明する。
流動層ボイラは図１に示した通り、上段流動層はＭＢＣ（主燃焼炉）上段ベッドとＣＢＣ（再燃焼炉）ベッドから形成され、下段流動層はＭＢＣ（主燃焼炉）下段ベッドで構成されている。前記上段ベッドと下段ベッドでは伝熱管２は、その直管部が水平方向に設置され、直管部の先端にベンド部が設けられている。当該ベンド部は起動用風箱セル３ａの直上あるいはその隣接部位のセル３ａ上に位置し、この部分には伝熱管直管部がないため、風箱３から供給される流動空気は気泡となって成長し、流動層表面まで吹き抜ける。
【００２２】
伝熱管２のベンド部は、この環境下にさらされ、伝熱管２の直管部より非常に摩耗しやすいため、ベンド部に半割型の一対のプロテクタ８を継ぎ板９で連結し、伝熱管２の表面を覆う。
【００２３】
図２（図２（ａ）は伝熱管２の一部側面図を示し、図２（ｂ）には図２（ａ）の矢印Ａ方向からの矢視図であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＢ−Ｂ線矢視図を示す。）に示す実施の形態において、伝熱管２のベンド部にプロテクタ８を設け、該プロテクタ８の外側表面に円柱形状のスタッド１０を取り付ける。また、図２（ｂ）に示すように伝熱管２の軸方向にスタッド１０を千鳥配置する。これにより成長過程の気泡をスタッド１０により細分することができ、同時にプロテクタ８の外表面での流動媒体１の通過速度を直管部における流動媒体１の通過速度と同程度に緩和させることができることを実試験で確認している。
【００２４】
また、伝熱管２のベンド部におけるプロテクタ構造にさらに、隣接するプロテクタ８同士の隙間を塞ぐようにベンド部の曲がり管形状に沿った長いＵ字型の丸鋼１１を一対以上取り付けることができる。
【００２５】
図２に示す構成では、流動層ボイラの炉幅方向に並ぶ伝熱管２のベンド部はスタッド１０を取り付けたプロテクタ８を設置しても隣接管との間にわずかな隙間を生じ、この隙間に集中して流動媒体１が流れ込む現象が生じる。前記わずかな隙間が存在すると圧力損失を生じ、流動媒体の運動エネルギーが速度エネルギーに変換され、高速でこの隙間を通り過ぎるため、当該ベンド部表面と同様に左右両側面も過酷な摩耗条件にさらされることになる。この隙間を丸鋼１１で埋めることにより流動媒体１の高速通過を阻害することが可能となる。これにより当該ベンド部に設けたプロテクタ８の左右側面に取り付けてある継ぎ板９の健全性が保たれ、プロテクタ８の捲れや脱落を防止することができる。
【００２６】
また、流動層ボイラの運転を停止させた後にメンテナンスあるいはボイラ内部の点検を行う場合、ボイラ内から流動媒体１を取り除く必要があるが、この際に上段ベッドの流動媒体１は抜出管６から直接下段ベッドへ落下させるため、流動媒体１が下段ベッドの伝熱管２を直撃することから極端な摩耗が予想される。
【００２７】
そこで、図３（図３（ａ）は伝熱管部分の側面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線断面矢視図）に示すように、伝熱管２の直管部に一対の半割れプロテクタ８を継ぎ板９で溶接接続して伝熱管２の直管部を覆い、プロテクタ８の上半分表面の管軸方向に任意の長さで複数の丸鋼１２を並列に配置して取り付ける。これにより、上段ベッドから落下してくる流動媒体１を積極的に隣接する丸鋼１２同士の間に堆積させることができ、流動媒体１が直接プロテクタ８の表面に接触することを防止する。こうしてプロテクタ８が摩耗、摩滅することはなくなり、伝熱管２自体の損傷も防げる。
【図面の簡単な説明】
【図１】流動層ボイラの全体概念図を示す。
【図２】図２（ａ）は伝熱管２の一部側面図を示し、図２（ｂ）には図２（ａ）の矢印Ａ方向からの矢視図であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＢ−Ｂ線矢視図を示す。
【図３】図３（ａ）は伝熱管部分の側面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線断面矢視図を示す。
【図４】図４（ａ）は従来技術のベンド部の伝熱管２の側面図を示し、図４（ｂ）は図４（ａ）の矢印Ａ方向からの矢視図であり、図４（ｃ）は図４（ｂ）のＢ−Ｂ線矢視図を示す。
【図５】図５（ａ）は従来技術の直管部の伝熱管２の側面図を示し、図５（ｂ）には図５（ａ）のＡ−Ａ線矢視図を示す。
【図６】図５に示すプロテクタ８を設けた伝熱管２の断面図を示す。
【符号の説明】
１　流動媒体　　　　　　２　伝熱管
３　風箱　　　　　　　　３ａ　起動用風箱セル
４　空気　　　　　　　　４ａ　燃焼ガス
５　分散板　　　　　　　６　抜出管
７　サポート　　　　　　８　プロテクタ
９　継ぎ板　　　　　　　１０　スタッド
１１、１２　丸鋼　　　　１３　摩耗部位
１４　プロテクタ捲れ状態

Claims

直管部と曲がり管部を備えた伝熱管を流動媒体充填部に設置し、該流動媒体を流動化させながら燃料を燃焼させる流動層を備えた流動層燃焼装置において、
少なくとも伝熱管の曲がり管部の外表面をプロテクタで覆い、該プロテクタの管外を流れる流体に対して抵抗を与えるスタッドを複数個設け、かつ前記プロテクタの左右両側面に伝熱管の曲がり部の形状に沿ったＵ字型の丸鋼を設置したことを特徴とする流動層燃焼装置。
スタッドを伝熱管の軸方向に千鳥配置したことを特徴とする請求項１記載の流動層燃焼装置。
前記流動層は、上段流動層と下段流動層の二層からなり、上段流動層から下段流動層に流動媒体が抜き出し可能な構成を備え、下段流動層における上段流動層からの流動媒体の落下部位及びその近傍に設置された伝熱管の少なくとも最上段部の伝熱管には、その外表面を覆うプロテクタと、該プロテクタの上方表面に複数の丸鋼を伝熱管の軸方向に沿って設置したことを特徴とする請求項１または２記載の流動層燃焼装置。