(57)【要約】【課題】管どうしのフレッティング摩耗を防止することができて小型化にも好適なボイラ装置を提供する。【解決手段】ボイラ装置１は、燃料を燃焼する火炉２と、火炉２の出口側に設けられた後部伝熱部３と、火炉２と後部伝熱部３を連結する副側壁部４と、火炉２の天井部８に吊下げられた吊下げ伝熱管６と、後部伝熱部３の内部に設置された横置き伝熱管５と、横置き伝熱管５と吊下げ伝熱管６を連結する連結管７とを備えており、連結管７は副側壁部４内のスクリーン管９群の間を横切るように水平方向に配置され、これら連結管７とスクリーン管９の相対向する外周面にそれぞれ装着される複数のプロテクタ管１１と、これら複数のプロテクタ管１１どうしを接触させた状態で連結管７とスクリーン管９を締結する締結具１２と、を備えている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
火炉と、前記火炉の出口側に設けられた後部伝熱部と、前記火炉と前記後部伝熱部を連結する副側壁部と、前記火炉の天井部に吊下げられた吊下げ伝熱管と、前記後部伝熱部の内部に設置された横置き伝熱管と、前記吊下げ伝熱管と前記横置き伝熱管を連結する複数の連結管と、を備え、前記副側壁部には鉛直方向に延びるスクリーン管が少なくとも左右方向に複数配置されて構成されるボイラ装置において、
前記複数の連結管は、前記複数のスクリーン管と互いに交差するように前記副側壁部内に水平方向に配置され、
隣接する前記連結管と前記スクリーン管との相対向する外周面にそれぞれ装着される複数のプロテクタ管と、
これら複数のプロテクタ管どうしを接触させた状態で前記連結管と前記スクリーン管を締結する締結具と、を備えることを特徴とするボイラ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のボイラ装置において、
前記プロテクタ管が半円筒状に湾曲する金属板からなることを特徴とするボイラ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のボイラ装置において、
前記スクリーン管に対して前記プロテクタ管は上端部のみが固定されており、前記連結管に対して前記プロテクタ管は前記火炉を流れる燃焼ガスの流れ方向に関して上流側に位置する端部のみが固定されていることを特徴とするボイラ装置。
【請求項４】
請求項１に記載のボイラ装置において、
前記締結具は、コ字状に屈曲する一対の金属棒を備え、これら一対の金属棒の端部どうしが溶接により一体化されて枠状に形成されることを特徴とするボイラ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼ガス通路内に過熱器や再熱器等の伝熱管群を配置してなるボイラ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラ装置においては、燃料を燃焼する火炉が鉛直方向に設置されており、この火炉の上方部後側に副側壁部を介して後部伝熱部（ケージ部とも称される）が設置されている。火炉内で発生した高温の燃焼ガスは、火炉、副側壁部及び後部伝熱部の順に燃焼ガス通路を流通するようになっており、この燃焼ガス通路内に蒸気を生成するための熱交換器が配置されている。
【０００３】
燃焼ガス通路内に配置される熱交換器は、過熱器、再熱器、節炭器等により構成されている。給水ポンプから熱交換器に供給されたボイラ給水は、節炭器で予熱された後、火炉壁の水管に供給される間に飽和蒸気となり、過熱器で燃焼ガスによって加熱される。過熱器で生成された過熱蒸気は、高圧タービンに供給されて回転駆動に使用し、回転駆動後の蒸気は再熱器に供給される。ここで、再熱器は一次再熱器（低温再熱器）と二次再熱器（高温再熱器）とで構成されており、高圧タービンから排出された蒸気は、一次再熱器と二次再熱器で再度加熱された後、低圧タービンに供給されて回転駆動する。例えば、一次再熱器は後部伝熱部の側壁に横置きに支持された横置き伝熱管によって構成され、二次再熱器は副側壁部の手前側の天井部に吊下げられた吊下げ伝熱管によって構成されている。
【０００４】
この種のボイラ装置では、火炉及び燃焼ガス通路の天井部にペントハウスと呼ばれる天井室が設けられ、このペントハウス内には、吊下げ型の熱交換器を構成する伝熱管群の上部が接続される複数の管寄と、これら管寄が接続されるマニホールドが配置されている。従来、一次再熱器と二次再熱器とで構成される再熱器においては、一次再熱器の横置き伝熱管に接続した複数の連結管を上方に延ばしてペントハウス内に到達させ、これら連結管と天井部を貫通する二次再熱器の吊下げ伝熱管群とを、ペントハウス内で管寄やマニホールドを介して接続するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１９３９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されたボイラ装置では、一次再熱器の横置き伝熱管に接続した連結管群を上方に延ばして天井部を貫通させた後、ペントハウス内を経由して二次再熱器の吊下げ伝熱管群に接続するようにしているため、副側壁部の出口側に連結管群を配置するための広いスペースが必要となり、このことがボイラ装置の小型化を妨げる大きな要因となっていた。そこで、連結管群をペントハウスまで導かずに副側壁部の方向へ水平方向に延ばし、これら連結管群を副側壁部を横切って二次再熱器の吊下げ伝熱管群に接続することが考えられるが、その場合、副側壁部を構成するスクリーン管群と連結管群とを近接配置して直角に交差させると、ガス流を受けて揺動するスクリーン管と連結管どうしが擦れ合うことにより、フレッティング摩耗（表面損傷）が発生してしまうことが懸念される。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の実情からなされたもので、その目的は、管どうしのフレッティング摩耗を防止することができて小型化にも好適なボイラ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、代表的な本発明は、火炉と、前記火炉の出口側に設けられた後部伝熱部と、前記火炉と前記後部伝熱部を連結する副側壁部と、前記火炉の天井部に吊下げられた吊下げ伝熱管と、前記後部伝熱部の内部に設置された横置き伝熱管と、前記吊下げ伝熱管と前記横置き伝熱管を連結する複数の連結管と、を備え、前記副側壁部には鉛直方向に延びるスクリーン管が少なくとも左右方向に複数配置されて構成されるボイラ装置において、前記複数の連結管は、前記複数のスクリーン管と互いに交差するように前記副側壁部内に水平方向に配置され、隣接する前記連結管と前記スクリーン管との相対向する外周面にそれぞれ装着される複数のプロテクタ管と、これら複数のプロテクタ管どうしを接触させた状態で前記連結管と前記スクリーン管を締結する締結具と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、管どうしのフレッティング摩耗を防止することができると共に、ボイラ装置の小型化を図ることができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下に記載する実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係るボイラ装置の要部を示す構成図である。
【図２】図１のＡ部詳細図である。
【図３】図２のＢ部詳細図である。
【図４】図２のＢ部を上方から見た詳細図である。
【図５】実施形態に係るボイラ装置に備えられるプロテクタ管の斜視図である。
【図６】実施形態に係るボイラ装置に備えられる締結具の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図６を参照しつつ説明する。図１は、実施形態に係るボイラ装置の要部を示す構成図である。なお、本明細書において、特に定めない限り、図１の左右方向がボイラ装置の前後方向であり、図１の紙面に直交する方向がボイラ装置の左右方向である。
【００１２】
図１に示すように、このボイラ装置１は、燃料を燃焼する火炉２と、火炉２の出口側（後部側）に設けられた後部伝熱部３と、火炉２と後部伝熱部３を連結する副側壁部４と、を備えている。火炉２内で発生した燃焼ガスは、ガス流路である燃焼ガス通路内を火炉２、副側壁部４及び後部伝熱部３の順に流通し、最後は図示しない排ガスダクトを経て外部に排出される。この燃焼ガス通路内には、再熱器を構成する一次再熱器５と二次再熱器６の他、図示しない過熱器や節炭器等の熱交換器が配設されており、火炉２内で発生した燃焼ガスとこれら熱交換器を流れるボイラ給水との間で熱交換が行われる。そして、図示しない高圧タービンから一次再熱器５に導入された蒸気は、一次再熱器５で過熱されてから二次再熱器６に導入され、二次再熱器６で所定温度まで昇温された後、二次再熱器６の出口側から排出されて図示しない低圧タービンに供給される。
【００１３】
一次再熱器５は、後部伝熱部３の周壁（ケージ壁）に支持された複数の横置き伝熱管によって構成されており、後述するように、これら横置き伝熱管に接続された複数の連結管７を介して一次再熱器５と二次再熱器６が連結されている。二次再熱器６は、火炉２の天井部８に吊下げられた複数の吊下げ伝熱管によって構成されており、天井部８の上方のペントハウス内には、二次再熱器６や過熱器を構成する吊下げ伝熱管群の上部が接続される複数の管寄や、これら管寄が接続されるマニホールド等が配置されている。
【００１４】
図２は図１のＡ部詳細図、図３は図２のＢ部詳細図、図４は図２のＢ部を上方から見た詳細図である。図２〜図４に示すように、副側壁部４の出口（後部伝熱部３の入口）には、鉛直方向に延びるスクリーン管９が左右方向及び前後方向に複数配列されており、これらスクリーン管９の後方にはケージ前壁管１０が左右方向及び前後方向に複数配列されている。ケージ前壁管１０は後部伝熱部３のケージ前壁を構成するものであり、ケージ前壁管１０の直径はスクリーン管９よりも小径なものとなっている。一次再熱器５の横置き伝熱管に接続された複数の連結管７は、これらスクリーン管９とケージ前壁管１０を水平方向に横切るようにして、二次再熱器６の吊下げ伝熱管に連結されている。したがって、水平方向に延びる連結管７と鉛直方向に延びるスクリーン管９及びケージ前壁管１０とが直角に交差し、連結管７と大径側のスクリーン管９とが近接した配置になるため、連結管７とスクリーン管９どうしの接触に起因してフレッティング摩耗が発生する虞がある。本実施形態では、このようなフレッティング摩耗を防止するために、連結管７とスクリーン管９の相対向する外周面にそれぞれプロテクタ管１１を装着すると共に、これらプロテクタ管１１どうしを接触させた状態で連結管７とスクリーン管９を枠状の締結具１２で締結（拘束・固定）するようにしている。
【００１５】
具体的に説明すると、図５に示すように、プロテクタ管１１は厚み約３ｍｍのステンレス鋼板（金属板）を半円筒状に湾曲した半割管であり、このようなプロテクタ管１１が連結管７とスクリーン管９及びケージ前壁管１０の外周面にそれぞれ装着されている。ここで、連結管７に対してプロテクタ管１１は、スクリーン管９とケージ前壁管１０に対向する連結管７の半周面を覆うように装着されており、このプロテクタ管１１は燃焼ガスの流れ方向（図３の矢印参照）に関して上流側に位置する端部のみを溶接固定し、それ以外の部位は溶接されていない自由端となっている。また、スクリーン管９に対してプロテクタ管１１は、一対のプロテクタ管１１でスクリーン管９のほぼ全周を覆うように装着されており、これらプロテクタ管１１は上端部のみを溶接固定し、それ以外の部位は溶接されていない自由端となっている。なお、スクリーン管９の直径（φ６３．５）に対してケージ前壁管１０の直径（φ５０．８）は十分に小さいため、連結管７とケージ前壁管１０が擦れ合う可能性は低いが、ケージ前壁管１０の外周面にもスクリーン管９と同様にしてプロテクタ管１１を溶接固定してある。
【００１６】
図６に示すように、締結具１２は、ステンレス鋼をコ字状に屈曲した一対の金属棒からなり、これら金属棒の両端部どうしを溶接することで枠状に一体化される。本実施形態では、図３，４に示すように、鉛直方向に延びる２本のスクリーン管９及び２本のケージ前壁管１０と、これら計４本のスクリーン管９及びケージ前壁管１０の左右に２本近接配置され、上下方向に３段並べられた計６本の連結管７とで構成される管群（計１０本）を１つの結束単位とし、この結束単位毎に管群を締結具１２で斜め掛けに縛って拘束・固定している。ただし、１つの結束単位となる連結管７の本数はこれに限定されず、例えば、４段計８本の連結管７と計４本とスクリーン管９及びケージ前壁管１０とで１つの結束単位とすることもできる。また、スクリーン管９及びケージ前壁管１０の数も任意とすることができる。
【００１７】
このように直角に交差させた連結管７とスクリーン管９の相対向する外周面にそれぞれプロテクタ管１１を装着し、これらプロテクタ管１１どうしを接触させた状態で連結管７とスクリーン管９を締結具１２で拘束・固定すると、連結管７とスクリーン管９が個々に独立して揺動することが抑制されるため、連結管７とスクリーン管９のフレッティング摩耗を防止することができる。なお、スクリーン管９に比べて小径のケージ前壁管１０については、連結管７との間に接触を回避できる程度の隙間が確保されているが、ケージ前壁管１０にもプロテクタ管１１が装着されているため、仮に連結管７とケージ前壁管１０に装着したプロテクタ管１１どうしが擦れ合ったとしても、連結管７やケージ前壁管１０の管表面にフレッティング摩耗が発生しないようになっている。
【００１８】
以上説明したように、本実施形態に係るボイラ装置１では、後部伝熱部３に設置された一次再熱器５の横置き伝熱管が、副側壁部４内のスクリーン管９群の間を横切って水平方向に延びる連結管７を介して、火炉２の天井部８に吊下げられた二次再熱器６の吊下げ伝熱管に連結されているため、連結管７を引き回すのに必要なスペースを少なくすることができ、その分、コンパクトなボイラ装置１を実現することができる。そして、連結管７群とスクリーン管９群とを近接配置して直角に交差させ、これら連結管７とスクリーン管９の相対向する外周面にそれぞれプロテクタ管１１を装着すると共に、互いのプロテクタ管１１どうしを接触させた状態で、複数本の連結管７とスクリーン管９の管群全体を締結具１２で拘束・固定するようにしたので、個々の管の独立揺動が解消されて、揺動に伴う伝熱管本体のフレッティング摩耗を防止することができる。
【００１９】
また、本実施形態に係るボイラ装置１では、金損板を半円筒状に湾曲した半割管をプロテクタ管１１として使用し、このようなプロテクタ管１１を鉛直方向に延びるスクリーン管９の外周面に装着する際に、プロテクタ管１１の上端部のみを溶接固定し、それ以外の部位を溶接しない自由端部としたので、熱膨張係数が異なるスクリーン管９とプロテクタ管１１の熱伸縮を許容できると共に、燃焼ガス中の灰がスクリーン管９とプロテクタ管１１の間に堆積してしまうことを防止できる。また、プロテクタ管１１を水平方向に延びる連結管７の外周面に装着する際に、燃焼ガスの流れ方向の上流側に位置するプロテクタ管１１の端部のみを溶接固定し、それ以外の部位を溶接しない自由端部としたので、熱膨張係数が異なる連結管７とプロテクタ管１１の熱伸縮を許容できると共に、燃焼ガス中の灰が連結管７とプロテクタ管１１の間に堆積してしまうことを防止できる。
【００２０】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であり、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。前記実施形態は、好適な例を示したものであるが、当業者ならば、本明細書に開示の内容から、各種の代替例、修正例、変形例あるいは改良例を実現することができ、これらは添付の特許請求の範囲に記載された技術的範囲に含まれる。
【００２１】
例えば、上記の実施形態では、コ字状に屈曲した２本の金属棒の端部どうしを溶接するようにした締結具１２を用いているが、交差配置された複数本の連結管７とスクリーン管９の管群全体を拘束・固定できるものであれば、紐状等の他の締結具を用いることも可能である。
【符号の説明】
【００２２】
１  ボイラ装置
２  火炉
３  後部伝熱部
４  副側壁部
５  一次再熱器（横置き伝熱管）
６  二次再熱器（吊下げ伝熱管）
７  連結管
８  天井部
９  スクリーン管
１０  ケージ前壁管
１１  プロテクタ管
１２  締結具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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