JPH0830562B2 - ボイラー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、それぞれ互いに頂部で
取付けられる若干数の水平な熱伝達チューブによって形
成される少なくとも１つの第１の熱伝達装置を有する反
応室より成り、これの中で前記熱伝達装置の端部が２つ
の対向する壁部によって支持されるようになされている
ボイラーに関する。

【０００２】

【従来の技術】このようなボイラーは例えば循環する流
動層を設けられることができ、この場合固体物質および
流動化ガスが反応室の下部に導入されて、固体物質が流
動化されて、少なくとも一部分流動化ガスとともに反応
室の上部に移送され、これによってガスおよび固体物質
によって形成される粒子懸濁物が反応室の所謂フリーボ
ード面積部分（ｆｒｅｅ ｂｏａｒｄ ａｒｅａ）を充
満するようになされているのである。粒子懸濁物はさら
に反応室の上部に配置された開口を経て反応室に接触し
て配置される粒子分離装置に指向され、ガスから固体物
質を分離するようになされている。このようにして分離
された粒子は粒子分離装置から反応室の下部に再循環さ
れ、ここから粒子は再び流動化ガスとともに反応室の上
部に流れて、ボイラー内への循環流動床を形成するよう
になっている。

【０００３】流動床を有するボイラーは、例えば石炭、
ピートおよび廃材のような多くの固体物質を燃焼させる
のに特に適している。ボイラー内およびボイラーの後に
配置される対流部分内に配置される加熱面によって熱が
回収されるのである。ボイラーの壁部は所謂水壁（ｗａ
ｔｅｒ ｗａｌｌ）によって形成され、別個の熱伝達装
置が燃焼室内の温度を低下させるために配置されること
ができる。ボイラーの上部によって支持される別個の熱
伝達面は例えば蒸発器または過熱面になし得る。

【０００４】蒸発器または過熱面は例えば互いに平行に
配置される溶接チューブによって形成されて、これらの
チューブが堅固なチューブバンクを形成するようになさ
れている。このようなチューブバンクは反応室の屋根か
ら垂直に支持されるか、または一方の壁部から対向する
壁部まで延びるように配置されることができ、このよう
にして壁部がチューブバンクを支持するのである。この
場合、チューブバンクは壁部を貫通してボイラーの外部
にある収集ボックスに連結されている。チューブは通常
一方の壁部には堅固に支持され、他方の壁部には例えば
ベローズ構造によって可撓的に支持されるのである。こ
のベローズ構造はチューブバンクの熱膨張を吸収し、同
時に燃焼室壁部を通るチューブの通路を封止するように
なす。

【０００５】ボイラーの寸法が大きくなるにつれて、さ
らに長いチューブバンク構造を使用する必要がある。ボ
イラーの幅は屡７から８ｍまでよりも大きく、１５から
２５ｍまでにもなり、深さも５ｍを超えるようになされ
る。チューブバンクは燃焼室の中央で支持されなければ
ならないので、チューブバンクの端部における支持だけ
では不適当である。

【０００６】大きいチューブバンクは共振、変形または
曲げを生じる傾向がある。ガスの流れ、または流動床ボ
イラーにおける固体物質の流れはボイラーの燃焼室内で
圧力変動、従ってチューブバンクの共振および変形を生
じさせる。チューブ内を流れる液体または空気のような
他の流体もまた圧力の変動を生じさせ、チューブバンク
の共振および変形を生じさせるのである。チューブバン
クが長くなればなるほどチューブバンクは益々振動を生
じ、または下方に曲がる傾向を生じるのである。チュー
ブ自体の剛性も必ずしもチューブバンクを直線状に保持
するのに充分ではない。

【０００７】共振および曲がりは、チューブの機械的強
度、チューブの摩耗、チューブ材料の疲労および腐蝕の
増大による劣化を生じさせる。高温および流動床ボイラ
ー内を流れる粒子は通常このような状態をさらに悪化さ
せるのである。

【０００８】流動床ボイラーの循環を行わせるチューブ
バンクは屡所謂オメガチューブバンク（ｏｍｅｇａ ｔ
ｕｂｅ ｂａｎｋ）によって作られ、主として矩形の外
径を有するチューブがともに平らなバンクの形状に取付
けられるようになっている。流動床においては、循環す
る固体物質の摩耗作用はこれらの垂直で平らなバンク内
で最少になされて来た。それにも拘わらず、このような
垂直で平らなバンクの共振または曲がりはバンクを取巻
く固体物質の懸濁物の流れの変化を生じさせ、バンクに
近い固体物質の流れの攪乱を増大させ、バンクの局部的
な摩耗を生じさせるのである。

【０００９】米国特許第４，７０６，６１４号、第４，
７５３，１９７号、第４，３０７，７７７号および第
４，３３１，１０６号は燃焼室の底部から伸長する支持
装置、または燃焼室の屋根から懸架される支持装置の何
れかによりチューブバンクを垂直に支持する試みを開示
している。米国特許第４，９５５，９４２号はさらにチ
ューブが互いにこれらのチューブの間のプレートによっ
て支持されるようになされているチューブバンクを示し
ている。

【００１０】燃焼室の下方または上方から伸長する支持
装置を使用する時には、このような支持装置もまた冷却
されなければならないか、または高温状態に長く保持し
てはならないのである。従って、支持装置はそれ自身の
冷却循環装置を必要とし、従ってボイラーの費用を増大
させる。支持装置に緊締される冷却されない延長部は早
期に燃焼される傾向がある。

【００１１】例えば流動床ボイラーの下方部分内の濃密
な粒子懸濁物は甚だ摩耗を生じさせるもので、従って支
持装置のために望ましくない環境条件であることに加え
て、流動床ボイラーの燃焼室内の総ての余分な構造は、
ガスおよび粒子の懸濁物の流れに対して不具合な作用を
有するから、回避しなければならない。さらに、このよ
うな構造は燃焼室の構造を複雑化させるのである。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
公知の熱伝達装置よりもさらに良好な支持を有し、さら
に堅固な熱伝達装置を有するボイラーを提供することで
ある。

【００１３】本発明の第２の目的は、横方向への動きが
わずかである熱伝達装置を備えたボイラーを提供するこ
とである。

【００１４】従ってまた本発明の目的は熱伝達装置が従
来技術のものよりもさらに耐久性を有し、さらに摩耗を
受け難い傾向を有するボイラーを提供することである。

【００１５】本発明の目的は、また特に流動床ボイラー
におけるようなボイラーの熱伝達装置を支持し、および
／または堅固にする簡単で機能的な配置を提供すること
である。

【００１６】

【課題を解決する為の手段】後に説明する本発明の実施
例に用いられている符号を参考のために付記して記述す
ると、本発明は、少なくとも１つの第１の熱伝達装置
（４２、４６、１４２、２４２）が配置された反応室ま
たは燃焼室（１０）を含み、この熱伝達装置は、複数の
水平な熱伝達チューブ（８６、９６、１８６、２８６、
２９６）が互いにそれぞれの頂部に堅固に取付けられる
ことによって作られており、第１の熱伝 達装置の両端は
反応室の２つの対向する壁部（２０、２２）に支持され
ているボイラーにおいて、 第１の熱伝達装置に加えて、
これの上方および／または下方で、これに対して垂直
に、反応室内に、 互いにそれぞれの頂部に堅固に取付け
られた複数の水平な熱伝達チューブ（８８、９０、１８
８、２８８）によって作られていて且つそれらの両端が
反応室の他の２つの対向する壁部（１６、１８）に支持
されている、少なくとも１つの第２の熱伝達装置（４
０、４４、４８、５０、５２、５４、１４０、２４
０）、 または、 その両端が反応室の他の２つの対向する
壁部に支持されている、単一の熱伝達チューブ、が設け
られており、 また、第２の熱伝達装置又は単一の熱伝達
チューブに保持装置（９２、９４、１９２、１９４、２
９１、２９７）が配置されていて、第１の熱伝達装置が
横方向に動いてしまうことを阻止するように第１の熱伝
達装置を堅固にし、および／または、第１の熱伝達装置
を支持するようになっていることを特徴とする。

【００１７】本発明によれば、熱伝達チューブで成る熱
伝達装置の曲がりまたは共振によって生じる不具合な影
響は、別の熱伝達装置または単一の熱伝達チューブを垂
直に配置することによって最少になされることができ、
これによってこれらのものを簡単な方法で支持し、また
は堅固にできるのである。支持されて堅固にされた熱伝
達装置、すなわちチューブバンクは垂直に、実質的に曲
げられないで振動を生じない状態に保持され、ガスおよ
び粒子の流れがチューブバンクを通り過ぎて上方に実質
的に妨害を受けずにチューブバンクの方向に流れること
ができ、これによってチューブバンクに対する流れの摩
耗作用を最少限になすのである。

【００１８】ボイラーを通って長手方向に配置される熱
伝達装置、すなわちチューブバンクを有する大型の細長
いボイラーにおいては、それぞれの間に或る距離をおか
れた、水平面内の２つまたはそれ以上の垂直な熱伝達チ
ューブバンクが長いチューブバンクに対してその下方お
よび／または上方に、垂直に配置されて、長いチューブ
バンクを支持し、堅個にするようになっているのであ
る。

【００１９】長手方向のチューブバンクの上方または下
方の何れに配置されても、この第２の垂直なチューブバ
ンクは長いチューブバンクを堅固にし、および／または
支持するようになす。本発明の望ましい実施例によれ
ば、互いに垂直に配置された第１および第２のチューブ
バンクは例えば交叉点に配置されて長いチューブバンク
の横方向の動きを阻止する保持ラグによって互いに支持
されるようになされる。このように、例えば２つの保持
ラグが横方向の第２のチューブバンクの最上部のチュー
ブに、チューブバンクの交叉点で溶接されるのである
が、保持ラグはチューブの直径に大体等しい距離に互い
に配置されるようになされるのである。長手方向のチュ
ーブバンクは横方向のチューブバンクの上方に設置され
て、長手方向のチューブバンクの最下方のチューブが保
持ラグによって形成される開口を通され、このようにし
て保持ラグが最下方のチューブの横方向への運動を阻止
し、同時にこれにより全体の上方のチューブバンクを堅
固にするのである。従って、保持ラグは第２のチューブ
バンクの最下方のチューブ上に、交叉点の位置で配置さ
れることができ、従って第２のチューブバンクの下方に
配置される長いチューブバンクの最上方のチューブの如
何なる運動も阻止できるようになされる。

【００２０】本発明の第２の実施例によれば、２つのチ
ューブバンクがこれらのチューブバンクの個々のチュー
ブによって互いに緊締されるようになされる。交叉点に
おいて、チューブバンクの最外方のチューブが他のチュ
ーブから外方に曲げられて、開口または「ループ」が形
成され、その寸法が横方向のチューブバンクの対応する
外方に曲げられたチューブがこの開口を通過できるよう
になされる。

【００２１】勿論、若干の熱伝達チューブが互いにそれ
ぞれ頂部に配置されることができる。垂直なチューブバ
ンクは必要に応じて熱伝達チューブの間の間隙内に、そ
れぞれの間隙または例えば１つおきの間隙内に嵌合され
るようになすことができる。単一の横方向の熱伝達チュ
ーブが、ボイラー内に２つの熱伝達装置を、一方がこの
横方向の熱伝達チューブの上方に、また他方がこの横方
向の熱伝達チューブの下方に配置されるようにして支持
するようになし得る。

【００２２】本発明による熱伝達装置においては、熱伝
達流体は水または蒸気になすのが望ましいが、他の流体
−例えばガス−もまた処理方法および温度によっては使
用できる。

【００２３】本発明による配置は簡単で、既存のボイラ
ーにも容易に具体化することができる。本発明の配置は
外部の支持構造を分離する必要がない。支持構造を貫通
させるために何等の開口もボイラーの壁部に設ける必要
がない。本発明による支持機素は別個の冷却を必要とし
ない。何故ならば熱伝達装置がすでに冷却されているか
らである。保持ラグは、過熱することがなく、または加
熱することが重大な結果生じることのないような材料に
よって作られることができる。

【００２４】

【実施例】以下において、本発明が添付図を参照してさ
らに詳しく説明図される。

【００２５】図１、図２および図３は本発明の望ましい
実施例による循環流動床ボイラーを示しているが、この
ボイラーは反応室１０、すなわち燃焼室または燃焼装
置、粒子分離装置１２および分離された粒子を再循環さ
せる導管１４を含んでいる。燃焼室は矩形断面を有し、
水壁１６、１８、２０および２２によって形成されてい
て、これらの内巾広の水壁１６及び１８が図１に示さ
れ、巾狭の水壁２０および２２は図２に示されている。
これらの水壁はともに接合された垂直な水チューブによ
って形成されている。反応室の下方部分の壁部は保護ラ
イニング２４によって保護されている。

【００２６】反応室の底部はノズルプレート２６を含
み、このノズルプレートはエアボックス３０からの流動
化ガスを導入して反応室内に流動床を保持するノズルま
たは開口２８を設けられている。固体物質は入口３２を
介して導入される。流動化ガスまたは空気は若干の流動
床の物質が定常的にガスとともに上方に向って反応室の
上部内に流れ、ここから反応室の上部に配置された開口
３４を介して粒子分離装置１２に流れ得るような速度で
導入されるようになっている。ガスは導管３６を経て粒
子分離装置から排出されるようになっている。

【００２７】熱伝達装置、すなわちチューブバンク４
０、４２、４４、４６、４８、５０、５２および５４は
反応室１０の上部に配置されている。若干のチューブバ
ンク４２および４６が反応室を長手方向に壁部２０から
壁部２２まで延びていて、このようにしてボイラーの長
いチューブバンクを形成している。他のチューブバンク
４０、４４、４８、５０、５２および５４は反応室を１
つの長い壁部１６から他方の長い壁部１８まで延びてい
て、このようにして長いチューブバンクを支持するよう
な短い、横方向のチューブバンクを形成するようになっ
ている。

【００２８】両方のチューブバンクは壁構造によって支
持されて、これらの壁部を通り、これらの壁部の外部に
配置される分配ボックス５６、５８、６０、６２、６４
および６６まで伸長している。それぞれのチューブバン
クの一方の端部６８、７０、７２は壁部１８および２２
に対して固定されて支持されているが、これに反して他
方の端部７４、７６、７８はベローズ構造８０、８２、
８４によって壁部１６および２０に取付けられ、これら
のベローズ構造がチューブバンクの熱膨張を許すように
なっている。

【００２９】図４は図１のチューブバンク４０および４
２の交叉点の拡大図である。これらのチューブバンクは
垂直なバンクの形状にともに溶接された水チューブ８６
および８８によって形成されている。２つの保持ラグ９
２および９４が交叉点においてチューブバンク４０の最
上方の水チューブ９０に緊締されている。図示された実
施例においては、保持ラグは舟を係留するための柱に似
た形状になっている。２つのバーまたはロッド９８およ
び１００がチューブバンク４２の最下方の水チューブ９
６に溶接されて、チューブ９６を保持ラグ９２および９
４の間に支持している。このようにして、上方のチュー
ブバンク４２の横方向への運動が阻止され、チューブバ
ンク４０は垂直な状態で曲げられないで保持されるので
ある。

【００３０】既述のように、また図５に示されているよ
うに、熱伝達装置は底部が平らなオメガチューブ１８６
および１８８によて作られることができ、この場合チュ
ーブバンク１４０および１４２の外面は殆ど完全に平ら
になされるのである。この場合、保持ラグ１９２および
１９４の断面は図示のように例えば三角形になすことが
できる。他の種類の薄板壁もまた対応して支持されるこ
とができる。

【００３１】図６は本発明の他の実施例を示している
が、これにおいては、２つのチューブバンク２４０およ
び２４２の最外方のチューブ２９０および２９６が曲げ
られて曲げ部２９１および２９７を形成し、開口２９３
および２９５を最外方のチューブおよびこれらのチュー
ブバンクの他のチューブ２８６および２８８の間に形成
し、一方の最外方のチューブ２９０が他方のチューブ２
９６によって形成された開口２９５を貫通するように配
置できるようになっている。このようにしてチューブバ
ンク２４２は下部にてチューブバンク２４０に支持され
て動くことができないようになされるのである。本発明
によるこの配置はチューブバンクの設置の間に具体化す
るのが比較的容易である。

【００３２】本発明を上述の実施例に制限する意図はな
く、反対に本発明は特許請求の範囲に限定された発明内
で広く修正できるものである。

【００３３】

【発明の効果】本発明は上述のように構成されているか
ら、従来技術のものよりもさらに耐久性を有し、さらに
摩耗を受け難い傾向を有するとともに、従来公知の熱伝
達装置よりもさらに良好な支持を有し、さらに堅固で、
横方向への運動が最少になされた熱伝達装置を有するボ
イラーを提供できるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】内部に熱伝達装置が配置され、本発明によって
支持されるようになされた循環流動化ベッドボイラーを
示す概略的断面図。

【図２】図１のボイラーの線Ａ−Ａに沿う断面図。

【図３】図２のボイラーの線Ｂ−Ｂに沿う断面図。

【図４】図１の熱伝達装置およびその支持部を示す部分
的拡大図。

【図５】本発明の第２の実施例による熱伝達装置の支持
部を示す部分的拡大図。

【図６】本発明の第３の実施例による熱伝達装置の支持
部を示す部分的拡大図。

【符号の説明】

１０ 反応室、すなわち燃焼室 １２ 粒子分離装置 １４ 粒子再循環用導管 １６ 水壁 １８ 水壁 ２０ 水壁 ２２ 水壁 ２４ 保護ライニング ２６ ノズルプレート ２８ ノズルまたは開口 ３０ エアボックス ３２ 固体物質の入口 ３４ 開口 ３６ ガスの排出導管 ４０ チューブバンク ４２ チューブバンク ４４ チューブバンク ４６ チューブバンク ４８ チューブバンク ５０ チューブバンク ５２ チューブバンク ５４ チューブバンク ５６ 分配ボックス ５８ 分配ボックス ６０ 分配ボックス ６２ 分配ボックス ６４ 分配ボックス ６６ 分配ボックス ８０ ベローズ構造 ８２ ベローズ構造 ８４ ベローズ構造 ８６ 水チューブ ８８ 水チューブ ９０ 水チューブ ９２ 保持ラグ ９４ 保持ラグ ９６ 水チューブ ９８ バーまたはロッド １００ バーまたはロッド １４０ チューブバンク １４２ チューブバンク １９２ 保持ラグ １９４ 保持ラグ ２４０ チューブバンク ２４２ チューブバンク ２８６ チューブ ２８８ チューブ ２９０ チューブ ２９３ 開口 ２９５ 開口 ２９６ チューブ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１つの第１の熱伝達装置（４
   ２、４６、１４２、２４２）が配置された反応室または
   燃焼室（１０）を含み、この熱伝達装置は、複数の水平
   な熱伝達チューブ（８６、９６、１８６、２８６、２９
   ６）が互いにそれぞれの頂部に堅固に取付けられること
   によって作られており、前記第１の熱伝達装置の両端は
   前記反応室の２つの対向する壁部（２０、２２）に支持
   されているボイラーにおいて、 前記第１の熱伝達装置に加えて、これの上方および／ま
   たは下方で、これに対して垂直に、前記反応室内に、 互いにそれぞれの頂部に堅固に取付けられた複数の水平
   な熱伝達チューブ（８８、９０、１８８、２８８）によ
   って作られていて且つそれらの両端が前記反応室の他の
   ２つの対向する壁部（１６、１８）に支持されている、
   少なくとも１つの第２の熱伝達装置（４０、４４、４
   ８、５０、５２、５４、１４０、２４０）、 または、 その両端が前記反応室の 他の２つの対向する壁部に支持
   されている、単一の熱伝達チューブが設けられており、 また、前記第２の熱伝達装置又は前記単一の熱伝達チュ
   ーブに保持装置（９２、９４、１９２、１９４、２９
   １、２９７）が配置されていて、前記第１の熱伝達装置
   が横方向に動いてしまうことを阻止するように該第１の
   熱伝達装置を堅固にし、および／または、該第１の熱伝
   達装置を支持するようになっていることを特徴とするボ
   イラー。
2. 【請求項２】 前記第１の熱伝達装置（４２、４６）が
   前記ボイラーを長手方向に一方の壁部（２０）から他方
   の壁部（２２）まで延びるように配置されていて、また
   前記第２の熱伝達装置（４０、４４、４８、５０、５
   ４）が前記ボイラーを横方向にわたって延びるように配
   置されていることを特徴とする請求項１に記載されたボ
   イラー。
3. 【請求項３】 前記下方の第２の熱伝達装置（４０、５
   ０）が前記上方の第１の熱伝達装置（４２）を支持する
   ように配置されていることを特徴とする請求項１に記載
   されたボイラー。
4. 【請求項４】 少なくとも２つの重ね合わされた前記第
   １の熱伝達装置（４２、４６）が前記ボイラー内に配置
   され、これらの熱伝達装置（４２、４６）の間のそれぞ
   れの空間内に垂直な前記第２の熱伝達装置（４４）又は
   前記単一の熱伝達チューブが配置されている請求項１に
   記載されたボイラー。
5. 【請求項５】 前記第１の熱伝達装置に連結された垂直
   な前記第２の熱伝達装置の最下方および／または最上方
   チューブ上、又は、前記単一の熱伝達チューブ上で、該
   第１の熱伝達装置との交叉点に、保持ラグ（９２、９
   ４）で成る前記保持装置が配置されている請求項１に記
   載されたボイラー。