(57)【要約】【課題】簡易な方法で確実に、しかも長期間にわたり伝熱管の振動を防止することで、設備費の増大を防止すると共に伝熱効率に優れた伝熱管列の振動防止構造及びこの伝熱管列の振動防止構造を備えたボイラを提供する。【解決手段】ボイラ内における、鉛直方向に設けられた複数の伝熱管列１の振動防止構造であって、隣接する伝熱管１０どうしが、上端部及び下端部以外の少なくとも１個所以上で接合され、両側に他の伝熱管が隣接している伝熱管１０ａにおいて、該伝熱管１０ａとこれに隣接する一方の伝熱管１０ｂとの接合部と、他方の伝熱管１０ｃとの接合部を、伝熱管高さ方向の異なる位置に設ける。【選択図】図１
2006029652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラ内における、鉛直方向に設けられた複数の伝熱管列の振動防止構造であって、
隣接する伝熱管どうしが、上端部及び下端部以外の少なくとも１個所以上で接合され、
両側に他の伝熱管が隣接している伝熱管において、該伝熱管とこれに隣接する一方の伝熱管との接合部と、他方の伝熱管との接合部を、伝熱管高さ方向の異なる位置に設けたことを特徴とする伝熱管列の振動防止構造。
【請求項２】
隣接する伝熱管どうしを、耐腐食性を有する部材を介して接合することを特徴とする請求項１に記載の伝熱管列の振動防止構造。
【請求項３】
隣接する伝熱管どうしを、内部に流体が通過可能な配管を介して接合することを特徴とする請求項１に記載の伝熱管列の振動防止構造。
【請求項４】
隣接する伝熱管の一方又は両方の一部に屈曲部を設け、隣接する伝熱管を前記屈曲部にて直接又は耐腐食性を有する部材を介して接合することを特徴とする請求項１に記載の伝熱管列の振動防止構造。
【請求項５】
ボイラ内における、鉛直方向に設けられた複数の伝熱管列の振動防止構造であって、
伝熱管列の上端部に設けられた上部取付管と、下端部に設けられた下部取付管との間の少なくとも１個所以上に、中間取付管を設けたことを特徴とする伝熱管列の振動防止構造。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の伝熱管列の振動防止構造を備えたボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラ内における伝熱管列の振動防止構造及びこの伝熱管列の振動防止構造を備えたボイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
都市ゴミ、下水汚泥、し尿汚泥、可燃性産業廃棄物等（以下、単に「廃棄物」という。）を処理する廃棄物処理炉には、廃棄物処理炉から排出されるガス、例えば焼却炉から排出される燃焼排ガス又はガス化溶融炉から排出される生成ガス等の排出ガス中の廃熱を回収し有効利用するために廃熱回収ボイラが併設されるのが一般的である。このような廃熱回収ボイラにおいては、排出ガスの流路に伝熱管列を設け、そこで排出ガスの廃熱回収を行い、発生させた蒸気で蒸気タービンを駆動させる等して発電を行っている。
【０００３】
前記廃熱回収ボイラ内の伝熱管表面に排出ガス中の飛灰等が付着（以下、これを「付着灰」という。）すると熱回収の効率が損なわれるため、定期的に伝熱管表面の付着灰の除去が行われる。この付着灰を除去する方法の一つに、ハンマリング装置を用いた付着ダスト除去方法がある。ハンマリング装置を用いた付着ダストの除去方法は、回転式のハンマ等でボイラ外部から伝熱管列に衝撃を与え、その衝撃で伝熱管表面に付着したダストを除去するものである。
【０００４】
前記ハンマリング装置による付着灰除去は、伝熱管列を鉛直方向に配置し、これを吊り下げる構造とした場合にダスト除去効果が効果的に作用する。そのため、廃熱回収ボイラ、例えば、テールエンド式ボイラにおいて、伝熱管を鉛直方向に配置した構造のものが多く用いられている。なお、前記伝熱管の上端部及び下端部には管寄せを構成する取付管が溶接されている。
【０００５】
しかし、前記鉛直方向に多数の伝熱管列が設けられているような構造の廃熱回収ボイラにおいては、鉛直方向に設けられる伝熱管は、ダスト除去の効果を考慮してサポート無しで吊り下げられて設置されるが、このような構造の場合、伝熱管列の間を流れる排出ガスによって伝熱管が振動を起こし、ボイラが騒音を発したり、他の機器へ悪影響を与える場合があった。
【０００６】
これは、特に、大型のテールエンド式ボイラにおいて問題となっている。大型のテールエンド式ボイラでは、鉛直方向に設けられる伝熱管の長さが長くなるため、その固有振動数はその長さの自乗に反比例して小さくなる。排出ガスが鉛直方向に設けられた伝熱管の間を流れて熱交換を行う際に、ガスは渦（カルマン渦）や乱れを生じ、これが後段の伝熱管を振動させる。カルマン渦等の発生周波数が、伝熱管の固有振動数と近い場合には、共鳴することにより管の振動が発生する。
【０００７】
従来のテールエンド式ボイラでは、伝熱管列の振動防止は、通過するガスの流速を制限値より上昇させないことにより行われてきた。つまり、計画時点でのボイラ容量での最大ガス量においてもカルマン渦の発生周波数より、伝熱管の固有振動数が高くなるように管の径や長さを選定し、ガス流速を決定している。しかし、ボイラが大容量になり、伝熱管の長さが長くなると固有振動数が下がってくるため、ガス流速を低めに抑えざるを得ず、このため、テールエンド部の大きさが大きくならざるを得ない状況であった。
【０００８】
伝熱管列の振動防止という観点に対し、例えば、特開平１１−２３７００１号公報（特許文献１）及び特開２０００−１８５０１号公報（特許文献２）には、伝熱管の振動を防止するための伝熱管構造について開示されている。
【０００９】
前記特許文献１には、伝熱管の管軸方向に複数カ所伝熱管を束ねるように取り付けられ、かつ、少なくとも一つは管軸直角方向に複数に分割して取り付けられた防振サポートを有する伝熱管構造が開示されている。また、前記特許文献２には、多数の伝熱管を配設してなる排熱回収ボイラの伝熱管に関し、排ガス流通方向と直交するケーシング幅方向両側面を防振板で覆い、該防振板間を、上下方向へ所要間隔をあけて配設される連結部材によってつなぐと共に、前記各ブロックの伝熱管の上下方向所要位置に、各伝熱管の水平方向への動きを規制する管束支持部材を配設した伝熱管構造が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−２３７００１号公報
【特許文献２】特開２０００−１８５０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、前記特許文献１に記載の方法は、伝熱管の振動モードが並列管で揃った場合には、振動を抑制することができないという問題がある。また、前記特許文献１及び特許文献２に記載の方法は、伝熱管を束ねるために防振サポート、防振板、連結部材等を用いているが、伝熱管の間を流れるガスが廃棄物燃焼排ガスの場合には、排ガス中の腐食成分と、排ガスにより加熱され温度上昇することにより、防振サポート、防振板、連結部材等は短期間で腐食減肉したり、破損して振動防止が行えなくなるという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、簡易な方法で確実に、しかも長期間にわたり伝熱管の振動を防止することで、設備費の増大を防止すると共に伝熱効率に優れた伝熱管列の振動防止構造及びこの伝熱管列の振動防止構造を備えたボイラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題は次の発明により解決される。
［１］ボイラ内における、鉛直方向に設けられた複数の伝熱管列の振動防止構造であって、
隣接する伝熱管どうしが、上端部及び下端部以外の少なくとも１個所以上で接合され、
両側に他の伝熱管が隣接している伝熱管において、該伝熱管とこれに隣接する一方の伝熱管との接合部と、他方の伝熱管との接合部を、伝熱管高さ方向の異なる位置に設けたことを特徴とする伝熱管列の振動防止構造。
［２］上記［１］において、隣接する伝熱管どうしを、耐腐食性を有する部材を介して接合することを特徴とする伝熱管列の振動防止構造。
［３］上記［１］において、隣接する伝熱管どうしを、内部に流体が通過可能な配管を介して接合することを特徴とする伝熱管列の振動防止構造。
［４］上記［１］において、隣接する伝熱管の一方又は両方の一部に屈曲部を設け、隣接する伝熱管を前記屈曲部にて直接又は耐腐食性を有する部材を介して接合することを特徴とする伝熱管列の振動防止構造。
［５］ボイラ内における、鉛直方向に設けられた複数の伝熱管列の振動防止構造であって、
伝熱管列の上端部に設けられた上部取付管と、下端部に設けられた下部取付管との間の少なくとも１個所以上に、中間取付管を設けたことを特徴とする伝熱管列の振動防止構造。
［６］上記［１］乃至［５］のいずれかに記載の伝熱管列の振動防止構造を備えたボイラ。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡易な方法で確実に、しかも長期間にわたり伝熱管の振動を防止することで、設備費の増大を防止すると共に伝熱効率に優れた伝熱管列の振動防止構造及びこの伝熱管列の振動防止構造を備えたボイラが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態の一例を説明する。
【００１５】
本発明に係る伝熱管列の振動防止構造の一実施形態は、ボイラ内における鉛直方向に設けられた複数の伝熱管列に関し、隣接する伝熱管どうしが、上端部及び下端部以外の少なくとも１個所以上で接合され、両側に他の伝熱管が隣接している伝熱管において、該伝熱管とこれに隣接する一方の伝熱管との接合部と、他方の伝熱管との接合部を、伝熱管高さ方向の異なる位置に設けたものである。
【００１６】
このような構造とすることで、隣接する伝熱管どうしの接合部で伝熱管の振動を拘束し、伝熱管列の固有振動数を上昇させることが可能となる。さらに、両側に他の伝熱管が隣接している伝熱管に関し、この伝熱管と、これに隣接する一方の伝熱管との接合部と、他方の伝熱管との接合部を、伝熱管高さ方向の異なる位置に設けることで、伝熱管列を構成する各伝熱管の固有振動数に違いを持たせることが可能となり、伝熱管列の振動防止効果をより高めることが可能となる。
【００１７】
以下、隣接する伝熱管どうしを、上端部及び下端部以外の少なくとも１個所以上で接合する方法について説明する。
【００１８】
図１は、隣接する伝熱管どうしを、上端部及び下端部以外の少なくとも１個所以上で接合する方法の一例を示す概略構成図である。ここでは、耐腐食性を有する部材５を介して隣接する伝熱管どうしの接合を行うものである。
【００１９】
前記耐腐食性を有する部材５としては、高い耐腐食性を有すると共に高い熱伝導性を有する材質のものを用いることが好ましい。このようなものとして、伝熱管１０の材質と同じ材質のものを用いることが好ましく、例えば、ＳＵＳ３１０，Ａｌｌｏｙ６２５，Ａｌｌｏｙ８２５等を用いることができる。
【００２０】
ごみを処理する焼却炉或いはガス化溶融炉から排出される排出ガス中には、塩化物等の腐食成分が含まれている。そのため、伝熱管と同様に、前記部材５に関しては、高い耐腐食性が要求される。しかし、高い耐腐食性を有する材質のものであっても、それが高温になると腐食が促進される。つまり、前記部材５に関しては、腐食が促進されるような高温とならないようにする必要がある。
【００２１】
そこで、前記部材５に関しては、高い熱伝導性を有する材質のものを用いることにより、伝熱管からの冷却効果が期待でき、高温化による腐食の促進を防止できる。なお、前記部材５は、伝熱管１０への熱伝導を効率よく行えるように、伝熱管１０との接触面積を大きくするように溶接等の方法により接合させることが好ましい。
【００２２】
図１に示す例では、隣接する伝熱管どうしの接合位置が伝熱管列の略対角線上にくるように接合されている。これにより、両側に他の伝熱管が隣接している伝熱管１０ａに関し、この伝熱管１０ａと、これに隣接する一方の伝熱管１０ｂとの接合部と、他方の伝熱管１０ｃとの接合部を、伝熱管高さ方向の異なる位置に設けることとなり、隣接する伝熱管との固有振動数を異ならせることができ、振動防止効果が向上する。
【００２３】
また、図２及び図３に、隣接する伝熱管どうしの接合位置についての他のパターンの一例を示す。
【００２４】
図２に示す例では、図１に示す接合位置に加え、前記接合位置と略並行となるように、隣接する伝熱管との間を、さらに一箇所、部材５を介して接合したものである。これにより、各伝熱管の固有振動数を、さらに上昇させることができ、振動防止効果をより向上させることが可能となる。
【００２５】
図３に示す例では、図１に示す接合位置に加え、さらに、もう一方の略対角線上に接合位置がくるように部材５を介して接合したものである。これにより、図２の場合と同様に、各伝熱管の固有振動数を、さらに上昇させることができ、振動防止効果をより向上させることが可能となる。
【００２６】
なお、隣接する伝熱管どうしの接合位置に関しては、上記の例に限定されないことはいうまでもなく、両側に他の伝熱管が隣接している伝熱管に関し、この伝熱管と、これに隣接する一方の伝熱管との接合部と、他方の伝熱管との接合部を、伝熱管高さ方向の異なる位置に設ける方法であれば本発明の目的を達成できる。
【００２７】
また、図４に、隣接する伝熱管どうしを、上端部及び下端部以外の少なくとも１個所以上で接合する方法の他の一例を示す。ここでは、内部に流体が通過可能な配管６を介して隣接する伝熱管どうしの接合を行うものである。
【００２８】
前記配管６としては、耐食性等を考慮していれば必ずしも伝熱管１０の材質と同じ材質のものを用いる必要はなく、例えば、ＳＴＢ，ＳＴＰ，ＳＴＰＴ，ＳＵＳ材等を用いることができる。また、前記配管６と伝熱管１０との接合は、例えば、溶接、嵌合等の方法を用いることができる。
【００２９】
なお、前記配管６としては、例えば、蒸発管、過熱器管、節炭器管、再熱器管、或いはボイラとは独立な配管等を用いることができる。また、前記配管６の内部を通過させる流体としては、例えば、ボイラ水、ボイラ給水、蒸気等を用いることができる。前記配管６の内部に流体を通過させることで、この流体による配管６の冷却効果により、配管６と伝熱管との接合部の高温腐食を防止することが可能となる。
【００３０】
なお、前記配管６と伝熱管１０との接合は、図４に示した例（実線及び点線で示した例）に限定させるものではなく、両側に他の伝熱管が隣接している伝熱管に関し、この伝熱管と、これに隣接する一方の伝熱管との接合部と、他方の伝熱管との接合部を、伝熱管高さ方向の異なる位置に設ける方法であれば本発明の目的を達成できる。
【００３１】
また、図５に、隣接する伝熱管どうしを、上端部及び下端部以外の少なくとも１個所以上で接合する方法の他の一例を示す。ここでは、隣接する伝熱管の一方又は両方の一部に屈曲部７を設け、隣接する伝熱管を前記屈曲部にて直接又は耐腐食性を有する部材５を介して接合を行うものである。
【００３２】
前記接合方法としては、例えば、溶接、嵌合等の方法を用いることができる。
【００３３】
伝熱管に屈曲部７を設けて、隣接する伝熱管との距離を短くし、その部分で隣接する伝熱管と直接又は耐腐食性を有する部材５を介して接合するようにすることで、接合部に対する伝熱管による冷却効果が向上し、接合部における高温腐食を防止することが可能となる。
【００３４】
なお、前記屈曲部７と伝熱管１０との接合位置は、図５に示した例に限定させるものではなく、前記図２或いは図３の部材５と同様の位置に設けることもできる。また、両側に他の伝熱管が隣接している伝熱管に関し、この伝熱管と、これに隣接する一方の伝熱管との接合部と、他方の伝熱管との接合部を、伝熱管高さ方向の異なる位置に設ける方法であれば本発明の目的を達成できる。
【００３５】
図６は、本発明に係る伝熱管列の振動防止構造の他の実施形態を示す概略構成図である。
【００３６】
図６に示す伝熱管列の振動防止構造は、伝熱管列１の上端部に設けられた上部取付管２と、下端部に設けられた下部取付管３との間の少なくとも１個所以上に、中間取付管４を設けたものである。なお、ボイラ内においては、前記鉛直方向に設けられた伝熱管列１が、ガス流れ方向に対して複数列設けられ、そこで熱交換が行われる。
【００３７】
前記上部取付管２、下部取付管３、及び、中間取付管４は、管寄せを構成しており、前記伝熱管列１の各伝熱管内を流れる水及び／又は水蒸気が、前記各取付管内で合流される。
【００３８】
図６に示すように、上部取付管２と、下部取付管３との間に中間取付管４を設けることで、伝熱管の振動を拘束し、伝熱管列１の固有振動数を上昇させることが可能となり、これにより、伝熱管列１の振動防止効果を高めることが可能となる。ここで、前記中間取付管４の取り付け位置及び取り付け数を調整することで、伝熱管列１の固有振動数の調整が可能となり、前記伝熱管列１が取り付けられるボイラの大きさ及び操業条件等を考慮して前記中間取付管４の取り付け位置及び取り付け数が調整される。
【００３９】
前記中間取付管４を、上部取付管２及び下部取付管３と同様に管寄せを構成させることで、中間取付管４内を流れる水及び／又は水蒸気の冷却効果により、中間取付管４の過熱を防止でき、腐食の促進を防止することが可能となる。
【００４０】
なお、図６に示す構成においては、中間取付管４にハンマリング装置を取り付け、この中間取付管４に打撃を与えることで、伝熱管列１の伝熱管表面に付着した付着灰を効果的に除去することが可能となる。
【００４１】
以上説明したように、本発明に係る伝熱管列の振動防止構造を採用することで、伝熱管列１の固有振動数が上昇し、ボイラ部を通過する排出ガスの通過速度を増加させた場合でも伝熱管の振動が抑えられる。その結果、ボイラ部を通過する排出ガスの通過速度を増加させることが可能となり、伝熱管への伝熱効率が高くなると共に伝熱管列１のサイズを小さくすることも可能となる。これにより、ボイラ部を小型化することが可能となり、設備費の増大を防止することができる。
【００４２】
以上説明した、本発明に係る伝熱管列の振動防止構造が適用されるボイラには特に制限はなく、例えば、都市ゴミ、下水汚泥、し尿汚泥、可燃性産業廃棄物等の廃棄物を処理する焼却炉から排出される燃焼排ガス又はガス化溶融炉から排出される生成ガス等の排出ガスから廃熱を回収するための廃熱回収ボイラ等に適用できる。
【実施例１】
【００４３】
本発明に係る伝熱管列の振動防止構造（本発明例１及び２）を適用した伝熱管列に関し、伝熱管の固有振動数及び振動が起こる通過ガス流速の測定を行った結果を以下の表１に示す。
【００４４】
ここで、本発明例１は、上述の実施形態における図２に示す接合位置で接合した場合、本発明例２は、上述の実施形態における図６に示す接合位置で接合した場合について測定を行った。
【００４５】
また、伝熱管の長さは、本発明例１及び２、比較例とも、約７ｍのものを用いて測定を行った。
【００４６】
【表１】
2006029652.tif 000003
【００４７】
上記表１に示すように、本発明に係る伝熱管列の振動防止構造を適用した伝熱管列に関しては、従来技術（比較例）である伝熱管列の上端部及び下端部以外で接合部の無い場合と比較して、固有振動数で約２倍、振動を起こすまでのガス流速が約２倍から３倍以上となり、本発明の効果が確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る、隣接する伝熱管どうしを、上端部及び下端部以外の少なくとも１個所以上で接合する方法の一例を示す概略構成図であり、耐腐食性を有する部材を介して隣接する伝熱管どうしの接合を行う場合を示した図である。
【図２】本発明に係る、隣接する伝熱管どうしの接合位置についての他のパターンの一例を示す図である。
【図３】本発明に係る、隣接する伝熱管どうしの接合位置についての他のパターンの一例を示す図である。
【図４】本発明に係る、隣接する伝熱管どうしを、上端部及び下端部以外の少なくとも１個所以上で接合する方法の一例を示す概略構成図であり、内部に流体が通過可能な配管を介して隣接する伝熱管どうしの接合を行う場合を示した図である。
【図５】本発明に係る、隣接する伝熱管どうしを、上端部及び下端部以外の少なくとも１個所以上で接合する方法の一例を示す概略構成図であり、隣接する伝熱管の一方又は両方の一部に屈曲部を設け、隣接する伝熱管を前記屈曲部にて直接又は耐腐食性を有する部材を介して接合を行う場合を示した図である。
【図６】本発明に係る伝熱管列の振動防止構造の他の実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  伝熱管列
２  上部取付管
３  下部取付管
４  中間取付管
５  部材
６  配管
７  屈曲部
１０  伝熱管
【図１】
2006029652.tif 000004
【図２】
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【図３】
2006029652.tif 000006
【図４】
2006029652.tif 000007
【図５】
2006029652.tif 000008
【図６】
2006029652.tif 000009