(57)【要約】【課題】熱交換器内に配設された配管について、熱延びや振動による損傷を防止する。【解決手段】シールボックス内に配管４０をループ状に配置して構成され、燃焼後の灰とベット材からなる流動物を導入し、配管４０内を通過させる過熱蒸気を更に過熱する外部熱交換器において、配管４０は直線部４１を有し、配管４０の直線部４１の端部を第１の支持構造Ｄ及び第２の支持構造Ｅによって、支持ブラケット４３に支持し、第１の支持構造Ｄ及び第２の支持構造Ｅは、配管４０の延長方向に移動可能に配管４０を支持し、配管４０の中間部を第３の支持構造によって配管４０の延長方向に移動不能に配管４０を固定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動物が導入される容器内に配管を設置し、前記配管と前記流動物とを接触させて前記配管内を通過させる熱媒体と前記流動物との間で熱交換を行なう熱交換器の配管支持構造であって、
前記配管は直線部を有し、
前記配管の前記直線部の両端部を支持する端部支持手段と、
前記直線部の両端部を支持する２つの前記端部支持手段の間で前記配管を支持する中間支持手段と、を備え、
前記端部支持手段は、前記配管の延長方向に移動可能に前記配管を支持し、
前記中間支持手段は、前記配管の延長方向に移動不能に前記配管を固定することを特徴とする熱交換器の配管支持構造。
【請求項２】
前記配管は、並列する２つの前記直線部の端部を接続する屈曲部を有し、
前記２つの直線部の前記屈曲部側の端部を支持する２つの前記端部支持手段のうち一方が、前記２つの直線部及び前記屈曲部を含む平面上で移動可能に前記配管を支持することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器の配管支持構造。
【請求項３】
粒体の燃料をベッド材とともに流動化した状態で燃焼する火炉と、
前記火炉において前記燃料を燃焼させることで発生する燃焼ガスから灰を分離する分離手段と、
前記分離手段にて灰が分離された燃焼ガスから熱を回収する熱回収手段と、
容器内に配管を設置して構成され、前記分離手段により分離された灰と前記ベッド材からなる流動物を前記容器内に導入し、前記配管と前記流動物とを接触させて前記配管内を通過させる熱媒体と前記流動物との間で熱交換を行なう熱交換器とを備え、
前記熱交換器により熱交換された前記流動物を前記火炉に戻す循環流動層ボイラであって、
前記配管は直線部を有し、
前記配管の前記直線部の両端部を支持する端部支持手段と、
前記直線部の両端部を支持する２つの前記端部支持手段の間で前記配管を支持する中間支持手段と、が備えられ、
前記端部支持手段は、前記配管の延長方向に移動可能に前記配管を支持し、
前記中間支持手段は、前記配管の延長方向に移動不能に前記配管を固定することを特徴とする循環流動層ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動層ボイラの熱交換器内に配設され、流動物が接触する配管の支持構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、紙と廃プラスチックとを固形化したＲＰＦ（Ｒｅｆｕｓｅ  Ｐａｐｅｒ  ＆Ｐｌａｓｔｉｃ  Ｆｕｅｌ）燃料のような未利用可燃物をボイラ燃料として利用する循環流動層ボイラが開発されている。
循環流動層ボイラは、例えば特許文献１に示すように、ＲＰＦ等の未利用可燃物を燃料として、火炉にて砂や石灰石等のベッド材とともに流動化して燃焼するようにしており、火炉から排出される高温の排気を用いて過熱蒸気を発生させる。更に、火炉より排出される排気から粗粒状の灰を分離して外部熱交換器を通過させて当該灰から熱を回収した後に、火炉に戻される。
【０００３】
外部熱交換器は、灰等の流動物が導入されるシールボックス内に配管をループ状に敷設して構成され、配管内に水蒸気等を通過させて更に加熱し、熱エネルギ−を効率良く取得することが可能となっている。
また、熱交換器に配設される配管は、例えば特許文献２に示すように、ループした複数の配管を、板材等の支持部材で挟み込んで整列させて固定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2004-347145号公報
【特許文献２】特開2000-266311号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１、２のように熱交換器の流動層内に配設される配管は、流動物の接触及び流動層内で発生するバブリングによって振動荷重を受ける。また、配管は、高温の流動物に接触するため熱延びを発生する。
したがって、配管を単純に板で挟み込んで支持した場合では、配管の振動によって、配管が摩耗する虞がある。
また、配管を溶接等により固定した場合、振動による摩耗は回避できるものの、熱延びにより配管が損傷する虞がある。
【０００６】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、熱交換器内に配設された配管について、熱延びや振動による損傷を防止可能な配管の支持構造及びこの支持構造を備えた循環流動層ボイラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に係る発明は、流動物が導入される容器内に配管を設置し、前記配管と前記流動物とを接触させて前記配管内を通過させる熱媒体と前記流動物との間で熱交換を行なう熱交換器の配管支持構造であって、前記配管は直線部を有し、前記配管の前記直線部の両端部を支持する端部支持手段と、前記直線部の両端部を支持する２つの前記端部支持手段の間で前記配管を支持する中間支持手段とを備え、前記端部支持手段は前記配管の延長方向に移動可能に前記配管を支持し、前記中間支持手段は、前記配管の延長方向に移動不能に前記配管を固定することを特徴とする。
【０００８】
これにより、請求項１の熱交換器の配管支持構造では、配管に流動物を接触させて当該流動物と配管内を通過させる熱媒体との間で熱交換を行なう際に、配管の延長方向に移動可能に配管を支持する端部支持手段によって、熱延びを逃がすとともに、流動物の接触による振動を吸収しつつ配管が支持される。
また、第３の支持部、即ち直線部の中間部では中間支持手段によって配管は固定されるので、直線部の延びの基準位置が設定される。
【０００９】
本発明の請求項２に係る発明は、請求項１において、前記配管は、並列する２つの前記直線部の端部を接続する屈曲部を有し、前記２つの直線部の前記屈曲部側の端部を支持する２つの前記端部支持手段のうち一方が、前記２つの直線部及び前記屈曲部を含む平面上で移動可能に前記配管を支持することを特徴とする。
これにより、請求項２の熱交換器の配管支持構造では、屈曲部に熱伸びが発生してもその端部を支持する２つの端部支持手段のうち一方が、２つの直線部及び屈曲部を含む平面上で移動可能であるので、屈曲部の屈曲方向の伸びが吸収される。
【００１０】
また、請求項３に係る発明は、粒体の燃料をベッド材とともに流動化した状態で燃焼する火炉と、前記火炉において前記燃料を燃焼させることで発生する燃焼ガスから灰を分離する分離手段と、前記分離手段にて灰が分離された燃焼ガスから熱を回収する熱回収手段と、容器内に配管を設置して構成され、前記分離手段により分離された灰と前記ベッド材からなる流動物を前記容器内に導入し、前記配管と前記流動物とを接触させて前記配管内を通過させる熱媒体と前記流動物との間で熱交換を行なう熱交換器とを備え、前記熱交換器により熱交換された前記流動物を前記火炉に戻す循環流動層ボイラであって、前記配管は直線部を有し、前記配管の前記直線部の両端部を支持する端部支持手段と、前記直線部の両端部を支持する２つの前記端部支持手段の間で前記配管を支持する中間支持手段とが備えられ、前記端部支持手段は、前記配管の延長方向に移動可能に前記配管を支持し、前記中間支持手段は、前記配管の延長方向に移動不能に前記配管を固定することを特徴とする。
【００１１】
これにより、請求項３の循環流動層ボイラでは、粒体の燃料を燃焼して生成された灰とベッド材とから構成される流動物と、配管内を通過させる熱媒体との間で熱交換を行なう熱交換器に設置される配管の支持構造について、配管の延長方向に移動可能に配管を支持する端部支持手段によって、熱延びを逃がすとともに、流動物の接触による振動を吸収しつつ配管が支持される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る熱交換器の配管支持構造及び循環流動層ボイラでは、熱交換器において配管に流動物を接触させて当該流動物と配管内を通過させる熱媒体との間で熱交換を行なう際に、端部支持手段で熱延びを逃がすとともに、流動物の接触による振動を吸収して配管を支持することが可能となり、配管の熱延びや振動による破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る循環流動層ボイラの概略構成図である。
【図２】図１に示した循環流動層ボイラの外部熱交換器における配管の設置状態を示す正面図である。
【図３】図２における配管の前側支持部の構造を示す拡大正面図である。
【図４】図２における配管の前側支持部の構造を示す拡大側面図である。
【図５】図２における配管の後側支持部の構造を示す拡大正面図である。
【図６】図２における配管の後右側支持部の構造を示す拡大側面図である。
【図７】図２における配管の中央支持部の構造を示す拡大正面図である。
【図８】図２における配管の中央支持部の構造を示す拡大側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る循環流動層ボイラ１の概略構成図である。
本発明の一実施形態である循環流動層ボイラ１は、紙と廃プラスチックとを固形化したＲＰＦ燃料のように未利用可燃物を固形化した固形化燃料をボイラ燃料として利用する。
【００１５】
循環流動層ボイラ１は、図１に示されるように、燃料を供給する燃料供給口２と、砂や石灰石によるベッド材３を供給する供給口４と、起動バーナ５を備えた火炉６を有しており、該火炉６は空気分散ノズル７から吹き出される一次空気Ａによって固形化燃料８を砂や石灰石等からなるベッド材３と共に流動化して燃焼するようにしている。火炉６上部の火炉出口９には、火炉６内での燃焼により発生した燃焼ガス中に含まれる比較的粗粒の灰とその灰と共に流動してきた一部のベッド材３とを捕集するサイクロン１０（分離手段）が接続されている。サイクロン１０の下部には、該サイクロン１０で捕集した灰を灰落下管１１を介して導入し、該灰から熱を回収する外部熱交換器１３（熱交換器）が設けられている。外部熱交換器１３により熱を回収された灰は灰戻し管１２を介して火炉６の底部に戻される。サイクロン１０のサイクロン出口管１４には、サイクロン１０からの微細な灰を含むサイクロン下流排ガスＧを導入する、内部に過熱器１５と節炭器１６が配設された後部伝熱部１７（熱回収手段）を接続している。
【００１６】
後部伝熱部１７の節炭器１６の下流側には、サイクロン下流排ガスＧの熱により押込通風機１８から圧送される空気を加熱するガスエアヒータ１９が設けられており、該ガスエアヒータ１９で加熱された空気を、一次空気ライン２０を介して火炉６の底部へ一次空気Ａとして供給すると共に、一次空気ライン２０から分岐する二次空気ライン２１を介して火炉６の上下方向中間部所要位置へ二次空気Ｂとして供給する。更に、流動用空気ブロワ２２から圧送される空気が流動用空気ライン２３を介して外部熱交換器１３の底部へ流動用空気Ｃとして供給される。なお、一次空気ライン２０における二次空気ライン２１の分岐部と火炉６の底部との間には、一次空気Ａの流量調節用のダンパ２４が設けられ、二次空気ライン２１の途中には、二次空気Ｂの流量調節用のダンパ２５が設けられている。
また、後部伝熱部１７の下流にはバグフィルタ２６を設置してサイクロン下流排ガスＧ中の微細なダスト２７を分離するようにしている。
【００１７】
外部熱交換器１３は、灰落下管１１が接続されるシールボックス２８（容器）内の底部に、流動用空気Ｃを空気分散ノズル２９から上方へ吹き出すためのウィンドボックス３０を形成し、空気分散ノズル２９の上方におけるシールボックス２８内に、循環灰との熱交換により過熱蒸気を発生させて蒸気タービンへ導入するための最終過熱器３１を配設して構成されている。また、外部熱交換器１３は、一般的にサイクロン１０下部の圧力よりも火炉６内下部の圧力の方が高くなっていることを考慮し、この状態において、火炉６内の燃焼ガスがサイクロン１０下部の灰落下管１１側に流れ込むことを防止し、且つサイクロン１０で分離された灰を火炉６内に確実に流下させて戻し得るよう、いわゆるサイホンのような形に形成してある。
【００１８】
上記循環流動層ボイラ１においては、押込通風機１８から圧送される空気がガスエアヒータ１９で加熱され、一次空気ライン２０を介して火炉６の底部へ一次空気Ａとして供給されるとともに、一次空気ライン２０から分岐する二次空気ライン２１を介して火炉６の上下方向中間部所要位置へ二次空気Ｂとして供給され、更に、流動用空気ブロワ２２から圧送される空気が流動用空気ライン２３を介して外部熱交換器１３の底部へ流動用空気Ｃとして供給されている。
【００１９】
この状態で、火炉６の空気分散ノズル７上に燃料供給口２から固形化燃料８を投入すると、該固形化燃料８は空気分散ノズル７から吹き出される一次空気Ａによりベッド材３と共に流動化しながら燃焼する。
火炉６内での固形化燃料８の燃焼により発生した燃焼ガスは、灰と一緒に吹き上げられてサイクロン１０へ導入され、該サイクロン１０において粗粒の灰が捕集され、該サイクロン１０で捕集された灰は、サイクロン１０下部に接続された灰落下管１１から灰再循環装置としての外部熱交換器１３へ導入され、該外部熱交換器１３において抜熱されて冷却された後、灰戻し管１２を介して火炉６の底部に戻され、循環される。
【００２０】
サイクロン１０で粗粒の灰が分離されたサイクロン下流排ガスＧは、後部伝熱部１７へ導かれ、該後部伝熱部１７の過熱器１５及び節炭器１６において熱回収され、更にガスエアヒータ１９において熱回収された後、バグフィルタ２６により微細なダスト２７が分離されて煙突から大気に放出される。
また、ボイラ給水は、節炭器１６においてサイクロン下流排ガスＧにより加熱され、図示していない蒸気ドラムを経て火炉６のボイラ炉壁６ａ内を流れ、再び蒸気ドラムへ戻り、飽和蒸気となって過熱器１５へ導入されサイクロン下流排ガスＧにより過熱され、該過熱器１５において過熱された過熱蒸気は、最終過熱器３１へ導かれて循環灰により更に過熱された後、蒸気タービンに導入されて発電を行う。
【００２１】
図２は、図１に示した循環流動層ボイラ１の外部熱交換器１３における最終過熱器３１の構成を示す正面図である。
図２に示すように、最終過熱器３１は、伝熱性を有する材質で形成された複数の配管４０を外部熱交換器１３内でループ状に折り曲げて構成されている。詳しくは、外部熱交換器１３内に配置された配管４０は、外部熱交換器１３のシールボックス２８内で前後方向に延び、上下方向に間隔をおいて互いに平行に設置された複数の直線部４１と、上下方向に隣り合う２つの直線部４１を接続するＵ字状の屈曲部４２を有している。本実施形態では、１本の配管４０に、８個の直線部４１と、この直線部４１の前端を接続する４個の屈曲部４２と、後端を接続する３個の屈曲部４２とを有している。
【００２２】
また、このループ状に屈曲した配管４０は、外部熱交換器１３内で上下方向にずらして２本設けられている。更に、この２本１組の配管４０が左右方向（図２の前後方向）に間隔をおいて４組並べられ、計８本の配管４０から最終過熱器３１が構成されている。
８本の配管４０は、外部熱交換器１３のシールボックス２８外で両端が互いに連結され、一端が過熱器１５に接続され、他端が前記の蒸気タービンに接続される。
【００２３】
この配管４０は、外部熱交換器１３内の前部、後部及び中間部で上下方向に延びるように設けられた３個の梯子状の支持ブラケット４３、４４、４５によって、各配管４０の直線部４１毎に、前端部、後端部及び中間部の３箇所で夫々支持されている。
本実施形態では、各配管４０の支持ブラケット４３、４４、４５による支持部に、３種類の支持構造（第１の支持構造Ｄ、第２の支持構造Ｅ、第３の支持構造Ｆ）が採用されている。なお、第１の支持構造Ｄ及び第２の支持構造Ｅが本願発明の端部支持手段、第３の支持構造Ｆが本願発明の中間支持手段に該当する。
【００２４】
図３は、配管４０の前側支持部の構造を示す拡大正面図である。図４は、配管４０の前側支持部の構造を示す拡大側面図である。図５は、配管４０の後側支持部の構造を示す拡大正面図である。図６は、配管４０の後側支持部の構造を示す拡大側面図である。
図３、５に示すように、配管４０は、直線部４１の両端部で支持ブラケット４３、４４により支持されていることから、屈曲部４２の両端部近傍で夫々支持されていることとなる。この支持ブラケット４３、４４による支持において、Ｕ字状の屈曲部４２の両端のうち、一方が第１の支持構造Ｄ、他方が第２の支持構造Ｅで支持されている。
【００２５】
支持ブラケット４３、４４は、図４、６に示すように、左右方向に互いに離間して上下方向に延びる一対の細幅の平板４６を有し、この一対の平板４６を連結する連結材４７を上下方向に所定間隔おいて配置して梯子状とし、更にこの梯子状となった部材を左右方向に四個並べて固定することで形成されている。
配管４０は、夫々一対の平板４６の間を通過している。
【００２６】
第１の支持構造Ｄは、一対の平板４６間を連結する連結材４７から上下方向（配管４０の前側支持部では上方、配管４０の後側支持部では下方）に延びる平板状の第１の支持部材４８と、第１の支持部材４８と配管４０の側壁とを連結する平板状の第２の支持部材４９とを有している。
第１の支持部材４８は、上下方向の一端が連結材４７に溶接により固定され、他端が配管４０に向かって中間位置まで延び、左右側端が平板４６に接触しないように左右幅が細く形成されている。
【００２７】
第２の支持部材４９は、第１の支持部材４８の先端に一端が十字状にクロスして溶接等により固定され、配管４０に沿って延び、他端が配管４０の側壁に溶接等により固定されている。
したがって、第１の支持構造Ｄでは、第１の支持部材４８が撓むことで、支持ブラケット４３、４４に対して、配管４０が配管４０の延びる方向（図４、６の前後方向）に移動可能に支持された構造となっている。また、第１の支持構造Ｄでは、配管４０は支持ブラケット４３、４４に対して上下方向には移動不能である。また、第２の支持部材４９が撓むことで配管４０は左右方向に移動可能であるものの、少なくとも配管４０が平板４６に接触しないように第２の支持部材４９の上下方向の長さが比較的短く設定されている。
【００２８】
第２の支持構造Ｅは、配管４０を支持するスライド部材５０を有している。
スライド部材５０は、断面がコの字型で長さが支持ブラケット４３、４４の平板４６の幅より若干大きく設定された部材であって、このスライド部材５０の開口端を配管４０の側壁に突き合わせて溶接等により固定し、２つのスライド部材５０で配管４０を左右方向から挟むように配置されている。
【００２９】
スライド部材５０は、コの字型の部材のうちの底板部５１が支持ブラケット４３、４４の一対の平板４６の内側に面し若干の隙間を有して配置されている。スライド部材５０は、配管４０とともに支持ブラケット４３、４４の１対の平板間４６に配置されるものの、支持ブラケット４３、４４には固定されていない。
【００３０】
したがって、第２の支持構造Ｅにおいて、配管４０は支持ブラケット４３、４４に対して、配管４０の延びる方向である前後方向と上下方向の両方に移動可能に支持されており、よって直線部４１及び屈曲部４２を含む平面上で移動可能に支持されている。
また、第２の支持構造Ｅでは、配管４０は、支持ブラケット４３、４４に対して左右方向には移動不能となっている。
【００３１】
図７は、配管４０の中央支持部の構造を示す拡大正面図である。図８は、配管４０の中央支持部の構造を示す拡大側面図である。
配管４０の中間部では、いずれの箇所でも第３の支持構造Ｆが採用されている。
第３の支持構造Ｆは、図７、８に示すように、一対の平板４６間を連結する平板状の第３の支持部材５２と、第３の支持部材５２と配管４０の側壁とを連結する平板状の第４の支持部材５３とを有している。
【００３２】
第３の支持部材５２は、支持ブラケット４５の平板４６の一側端に沿って上下方向に延びるように配置されており、両側部が一対の平板４６に夫々溶接されて固定され、一対の平板４６を連結するようになっている。なお、第３の支持部材５２のうち、連結材４７に近接して配置されている第３の支持部材５２は、この連結材４７と一体的にＬ字状に形成されている。
【００３３】
第４の支持部材５３は、第３の支持部材５２の先端に一端が十字状にクロスして溶接等により固定され、配管に沿って延び、他端が配管４０の側壁に溶接等によって固定されている。
したがって、第３の支持構造Ｆでは、配管４０は支持ブラケット４５に対して、配管４０の延びる方向である前後方向と上下方向に移動不能であり、また、第４の支持部材５３が撓むことで、支持ブラケット４５に対して配管４０が左右方向に移動可能であるものの、第４の支持部材５３の上下方向の長さが比較的短く設定され、殆ど移動不能となっている。よって、第３の支持構造Ｆでは、配管４０は支持ブラケット４５に対して、いずれの方向にも略移動不能に固定されている。
【００３４】
更に、前後方向に延びる配管４０の直線部４１の中央部が第３の支持構造Ｆによって移動不能に固定され、直線部４１の両端のうち一方が、第１の支持構造Ｄで支持され、他方が第２の支持構造Ｆで固定されている。
【００３５】
以上のような構成により、本実施形態では、配管４０の直線部４１の両端の支持構造である第１の支持構造Ｄ及び第２の支持構造Ｅでは、いずれも配管４０の直線部４１の延びる方向に移動可能に支持しているので、外部熱交換器１３に導入された高温の灰等からなる流動物が接触しても、熱延びや振動を吸収しつつ配管４０を支持することが可能である。よって、配管４０の熱延びや振動による破損を防止することができる。
【００３６】
また、屈曲部４２で配管４０が熱延びを起こした場合、屈曲部４２の径方向外方に向けて配管４０が変形しようとする。これに対し、本実施形態では、配管４０の前側支持部及び後側支持部において、屈曲部４２の両端のうち一方が、第２の支持構造Ｅによって上下方向に移動可能に支持されている。
これにより、熱による屈曲部４２の変形も逃がしつつ支持可能であり、ループ状の配管４０全体において熱延びによる損傷を防止しつつ支持が可能である。
【００３７】
また、本実施形態では、配管４０の直線部４１の中央部を第３の支持構造Ｆによって固定しているので、配管４０の直線部４１が熱延びを起こした際に、配管４０の直線部４１の中央部を基準位置として、配管４０の位置を設定することができる。直線部４１で熱伸びが発生した場合、中央部が固定されていることで、両端側に伸びることとなり、よって両端での移動距離が、直線部４１の全体の伸びの略半分となり、配管４０の移動を抑制することができる。これにより、配管４０が熱延びを起こしても配管４０の位置を規定することができ、配管４０の両端の接続部の位置等、外部熱交換器１３における部品の位置設定を容易にすることができる。
【００３８】
本発明に係る熱交換器の配管支持構造及び循環流動層ボイラの構成は、上記した実施形態の構成に限定されるものではない。
例えば第１の支持構造Ｄ、第２支持構造Ｅ、第３の支持構造Ｆ等における詳細な構造は変形可能であり、各支持構造において、固定される方向及び移動可能な方向が上記の実施形態と同様に実現可能であればよい。
また、本願の配管支持構造は、各種循環流動層ボイラの熱交換器に適用可能であり、また熱伸びや振動が想定される配管の支持構造に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１  循環流動層ボイラ
６  火炉
１０  サイクロン（分離手段）
１３  外部熱交換器（熱交換器）
１７  後部伝熱部（熱回収手段）
２８  シールボックス（容器）
４０  配管
４１  直線部
４２  屈曲部
Ｄ  第１の支持構造（端部支持手段）
Ｅ  第２の支持構造（端部支持手段）
Ｆ  第３の支持構造（中間支持手段）
【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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【図７】
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【図８】
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