(57)【要約】【課題】天井壁８と火炉側壁９を接続する天井壁メンブレンバーの端部６に発生する熱応力を低減すること。【解決手段】内部に流体の流れる壁管２と壁管同士を接合するメンブレンバー５とからなる火炉側壁９と、壁管とメンブレンバー４とからなる天井壁と、を備えて天井壁と火炉側壁とを接続するボイラであって、天井壁の火炉側壁側のメンブレンバー６と火炉側壁との接続箇所で、火炉側壁のメンブレンバーの缶高さ方向端部７が部分的に高さ位置を異にする構成とする。さらに、両壁の接続箇所で、火炉側壁のメンブレンバーを適宜数だけ抜去する構成とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流体の流れる壁管と前記壁管同士を接合するメンブレンバーとからなる火炉側壁と、前記壁管と前記メンブレンバーとからなる天井壁と、を備えて前記天井壁と火炉側壁とを接続するボイラであって、
前記天井壁の前記火炉側壁側のメンブレンバーと前記火炉側壁との接続箇所で、前記火炉側壁のメンブレンバーの缶高さ方向端部が部分的に高さ位置を異にする
ことを特徴とするボイラ伝熱壁の接続構造。
【請求項２】
内部に流体の流れる壁管と前記壁管同士を接合するメンブレンバーとからなる火炉側壁と、前記壁管と前記メンブレンバーとからなる天井壁と、を備えて前記天井壁と火炉側壁とを接続するボイラであって、
前記天井壁の前記火炉側壁側のメンブレンバーと前記火炉側壁との接続箇所で、前記火炉側壁のメンブレンバーの缶高さ方向端部が部分的に高さ位置を異にし、さらに、前記火炉側壁のメンブレンバーを適宜数だけ抜去する
ことを特徴とするボイラ伝熱壁の接続構造。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記天井壁の前記火炉側壁側のメンブレンバーと前記火炉側壁との接続箇所は、前記天井壁の前流部が天井壁管の間隔の拡大した後流側に移行する移行部の火炉側壁に対向する箇所である
ことを特徴とするボイラ伝熱壁の接続構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天井壁と火炉側壁の接続構造に係り、特に、互いの壁を接合している天井壁メンブレンバー（平鋼）の端部に発生する熱応力を低減させるボイラ伝熱壁の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
まず、本発明が対象とするボイラの基本的構造について図３を参照しながら以下説明する。図３は本発明が対象とするボイラの一般的な全体構成を示す図である。ボイラ本体は、大きく分けて、上部水壁１６と下部水壁１５からなる火炉壁２２と、後部伝熱壁２１と、ボイラ本体の上部に配置された天井壁８と、で構成されており、これらは、天井スリングボルト１２を介して、ボイラ鉄骨１１で支持されている。
【０００３】
そして、火炉壁２２は、複数の管と、これらの管をまとめて接続した複数本の火炉入口管寄１４と、火炉出口管寄１７とで構成され、天井壁８は、複数の管と、これらの管をまとめて接続した天井壁入口管寄１８と、天井壁出口管寄１９とで構成されている。
【０００４】
また、火炉壁２２、後部伝熱壁２１及び天井壁８は、全て複数本の管で構成されており、その内部には流体が流れている。この内部流体は、ボイラ運転中、節炭器２０から順に火炉入口管寄１４、下部水壁１５、上部水壁１６、火炉出口管寄１７へと流れ、さらに天井壁入口管寄１８、天井壁８、天井壁出口管寄１９へと流れていく。
【０００５】
次に、天井壁８とその周辺の構造について、図４〜図７を参照しながら以下説明する。図４は本発明が対象とするボイラの天井壁の平面図である。図５は図４におけるＡ−Ａ視図であり天井壁の管と管同士を接合するメンブレンバー（ｍｅｍｂｒａｎｅ−ｂａｒ：平鋼）の構造を示す図である。図６は図４におけるＢ−Ｂ視図であり天井壁の管とシール構造を示す図である。図７は従来技術における天井壁と火炉側壁の接続構造を示す図である。
【０００６】
図４〜図７に示すように、天井壁８は、火炉壁２２の上部に位置する天井壁前流部２３と、後部伝熱壁２１の上部に位置する天井壁後流部２４と、から構成されている（図４を参照）。ボイラの運転中、ボイラ本体内部で高温の燃焼ガス２９が発生し（図５、図６を参照）、この燃焼ガスの外部への流出を防止するため、天井壁前流部２３は、図５に示すように、天井壁管１の間、あるいは天井壁管１と火炉側壁管２の間を、天井壁メンブレンバー４で接合する構造としている。
【０００７】
ここで、天井壁管１と火炉側壁管２の間は、天井壁メンブレンバー４の端部６とフィラプレート１０（火炉側壁と天井壁との接続用金具であって、火炉壁管にシール溶接されるもの）とが接合されている。また、天井壁後流部２４は、天井壁管１のピッチが広いため（天井壁前流部２３の天井壁管の一部が天井壁後流部以外の他のルートに配設されることによって、天井壁管同士の間隔が広いため）、図６に示すように耐火材３１とスキンケーシング３２によりガスシールしている。
【０００８】
上述したように、天井壁８の構造は、天井壁前流部２３と天井壁後流部２４で異なっていて移行部４０が形成されている。すなわち、天井壁管１と天井壁メンブレンバー４が一体で構成される天井壁管密構造（前流側）と、天井壁管１が１本毎抜き（例示）に配置される構造（後流側）とによって、図７に示すように、天井壁メンブレンバー４の移行部４０が形成されることとなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した従来技術では、天井壁メンブレンバー移行部４０の端部６においては、異種流体（蒸気流体と、蒸気及び水の混合流体）が管内部で流れる天井壁８と火炉側壁９を天井壁メンブレンバー４の移行部端部６で接合しているため、特にボイラ起動時に、天井壁８と火炉側壁９の間に温度差が生じ、これに伴う熱伸び差が生じることにより、応力集中部である天井壁メンブレンバーの移行部４０の端部６に熱応力が発生する。すなわち、天井壁メンブレンバーの移行部４０で熱応力が発生し、特に、その移行部４０の端部６で火炉側壁との温度差の影響でさらに熱応力集中が発生する。
【００１０】
さらに、従来技術の構造は、天井壁メンブレンバー端部６が接続する（取合う）火炉側壁部において、火炉側壁管２と火炉側壁メンブレンバー５が接合された一体のメンブレンウォールとなっており（火炉側壁メンブレンバー５の端部７の高さが揃っている。図７を参照）、また、天井壁と火炉側壁の接続構造の近くに火炉側壁出口管寄３もあるため、お互いの壁の変形が拘束され、天井壁８と火炉側壁９の間の天井壁メンブレンバー端部６により高い応力が集中し、不具合発生の可能性がある。
【００１１】
このように、上述した従来技術では、天井壁８と火炉側壁９の接続部では、互いの壁管内部を流れる流体が異なっていて（蒸気と、蒸気及び水の混合体）その異種流体の接合部であるにもかかわらず、熱応力の発生という点について配慮がされておらず、応力集中部である天井壁メンブレンバー４の端部６に高い応力が発生し、不具合発生の可能性がある。
【００１２】
本発明の目的は、天井壁８と火炉側壁９を接続する天井壁メンブレンバーの端部に発生する熱応力を低減し、不具合が発生しない構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するために、本発明は次のような構成を採用する。  
内部に流体の流れる壁管と前記壁管同士を接合するメンブレンバーとからなる火炉側壁と、前記壁管と前記メンブレンバーとからなる天井壁と、を備えて前記天井壁と火炉側壁とを接続するボイラであって、
前記天井壁の前記火炉側壁側のメンブレンバーと前記火炉側壁との接続箇所で、前記火炉側壁のメンブレンバーの缶高さ方向端部が部分的に高さ位置を異にする構成とする。
【００１４】
また、内部に流体の流れる壁管と前記壁管同士を接合するメンブレンバーとからなる火炉側壁と、前記壁管と前記メンブレンバーとからなる天井壁と、を備えて前記天井壁と火炉側壁とを接続するボイラであって、
前記天井壁の前記火炉側壁側のメンブレンバーと前記火炉側壁との接続箇所で、前記火炉側壁のメンブレンバーの缶高さ方向端部が部分的に高さ位置を異にし、さらに、前記火炉側壁のメンブレンバーを適宜数だけ抜去する構成とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、天井壁８と火炉側壁９の間に従来と同じ温度差が生じこの温度差に伴う伸び差が生じた場合、お互いの壁を接続する天井壁メンブレンバーの端部６に発生する熱応力は、従来に比べて低減するため、当該接続部での不具合発生が少なくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施形態に係るボイラ伝熱壁の接続構造について、図１と図２を参照しながら以下説明する。図１は本発明の実施形態に係るボイラ伝熱壁における天井壁メンブレンバーの移行部の端部近傍での接続構造を火炉外から見た見取図である。図２は本発明の実施形態に係るボイラ伝熱壁における天井壁メンブレンバーの移行部の端部近傍での接続構造を火炉内から見た見取図である。
【００１７】
なお、背景技術として図示した図３〜図６に示す構成は、本発明の実施形態に係るボイラ伝熱壁接続構造の前提となる技術であるので、本実施形態の説明においても適用されるものである。図１と図２は、天井壁と火炉側壁との間で熱応力が発生する、図４に示す接続構造の箇所２６を例示的に拡大表示しているが、これに限らず、図４に示す接続構造箇所２７，２５，２８においても同様に本発明を適用できる。
【００１８】
ここで、図４に示すボイラ伝熱壁の接続構造箇所２６，２７は天井壁メンブレンバーの前流部から後流部への移行部における、火炉側壁側の端部近傍を示している。高い熱応力集中箇所は、当該の接続構造箇所２６，２７以外にも、図４に示す端部箇所２５，２８が想定される（異種流体が管内部を流れる継ぎ目部分であるので）。さらに、図４の接続箇所２５と２６との間の途中経路も熱応力集中が発生する箇所であるから、本発明を適用可能である。
【００１９】
本発明の実施形態に係るボイラ伝熱壁の接続構造の概要は、図１と図２に示すように、天井壁前流部２３から天井壁後流部２４に移行する移行部４０における火炉側壁側の端部６近傍に対応する火炉側壁メンブレンバーの端部７位置を缶上下方向で不均一にすることである。また、この炉側壁側の端部６近傍に対応する火炉側壁メンブレンバーを部分的に無くすることである。この場合、天井壁８より下側の範囲の火炉側壁メンブレンバー５を撤去するため、図６で示すような耐火材３１とケーシング３２によって、燃焼ガスが外部へ流出するのを防ぐ必要がある。
【００２０】
本実施形態を従来技術との対応関係で説明すると、従来技術では、異種流体が壁管内部に流れる天井壁８と火炉側壁９を接合する天井壁メンブレンバー４の端部６（この端部６は天井壁前流部と後流部との移行部でもあり熱応力が発生する）には、天井壁８と火炉側壁９間の温度差に伴う伸び差が生じた場合、より高い熱応力が発生していた。これは、当該端部６近傍の火炉側壁９が、火炉側壁管２と火炉側壁メンブレンバー５が連続的に接合された一体のメンブレンウォールとなっており（火炉側壁メンブレンバー５の端部７が缶上下方向で連続して揃っている）、また、近くに火炉側壁管２と接続した火炉側壁出口管寄３もあるため、火炉側壁が変形しにくい構造となっていたためである。すなわち、天井壁８と火炉側壁９の間で発生した温度差に伴う伸び差が吸収されにくく、互いの壁（天井壁８と火炉側壁９）を接合する天井壁メンブレンバーの端部６に、高い応力が発生し易い構造となっていた。
【００２１】
これに対して、本実施形態では、天井壁８と火炉側壁９を接続する天井壁メンブレンバーの端部６近傍にお９ける火炉側壁メンブレンバー端部７の位置を部分的に不連続にし（図７に示すような火炉側壁メンブレンバー端部７の缶高さ方向を一定とするものではなくて）、火炉側壁９をフレキシブルな構造にすることにより、天井壁８と火炉側壁９の間に従来と同じ温度差に伴う伸び差が生じた場合、お互いの壁を接合する天井壁メンブレンバーの端部６に発生する熱応力は、従来に比べ低減する。また、火炉側壁メンブレンバー５の端部７における缶高さ方向を不揃いとする他に、天井壁メンブレンバーの端部６近傍で火炉側壁メンブレンバー（平鋼）を１列又はそれ以上抜いた構造とする（図２では１列抜いた構造を例示）。火炉側壁メンブレンバーを抜いた箇所では炉内の燃焼ガスの外部流出を防ぐための何らかの構造を適用することが求められる（一例として、図６に示す耐火材やケーシングの適用）。
【００２２】
図１と図２に示す本実施形態の構成例においては、天井壁メンブレンバーの端部６は、フィラプレート１０（火炉側壁と天井壁との接続用金具であって、火炉壁管にシール溶接されるもの）を用いて火炉側壁と接合されていて、フィラプレート１０の缶前方向から３つは高さの高い火炉側壁メンブレンバーで、その後方の６つは高さの低い火炉側壁メンブレンバーで接続されており、さらにその後方ではフィラプレートが無く且つ火炉側壁メンブレンバーを１つ抜いた構造となっている。
【００２３】
なお、図１において、火炉側壁メンブレンバー５の端部７が他の箇所より一段低くなっている図示構造において、当該端部７上方に所定距離隔てて部分的なメンブレンバー（平鋼）が図示されているが、この部分的なメンブレンバーは、当該端部７上方の火炉側壁管の強度強化を図るためのものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係るボイラ伝熱壁における天井壁メンブレンバーの移行部の端部近傍での接続構造を火炉外から見た見取図である。
【図２】本発明の実施形態に係るボイラ伝熱壁における天井壁メンブレンバーの移行部の端部近傍での接続構造を火炉内から見た見取図である。
【図３】本発明が対象とするボイラの一般的な全体構成を示す図である。
【図４】本発明が対象とするボイラの天井壁の平面図である。
【図５】図４におけるＡ−Ａ視図であり天井壁の管と管同士を接合するメンブレンバーの構造を示す図である。
【図６】図４におけるＢ−Ｂ視図であり天井壁の管とシール構造を示す図である。
【図７】従来技術における天井壁と火炉側壁の接続構造を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  天井壁管
２  火炉側壁管
３  火炉側壁出口管寄
４  天井壁メンブレンバー
５  火炉側壁メンブレンバー
６  天井壁メンブレンバー端部
７  火炉側壁メンブレンバー端部
８  天井壁
９  火炉側壁
１０  フィラプレート
１１  ボイラ鉄骨
１２  天井スリングボルト
１３  地面
１４  火炉入口管寄
１５  下部水壁
１６  上部水壁
１７  火炉出口管寄
１８  天井壁入口管寄
１９  天井壁出口管寄
２０  節炭器
２１  後部伝熱壁
２２  火炉壁
２３  天井壁前流部
２４  天井壁後流部
２５〜２８  天井壁と火炉側壁の接続部
２９  燃焼ガス
３０  フィン
３１  耐火材
３２  スキンケーシング
３３  後部伝熱壁管
４０  天井壁メンブレンバーの移行部
【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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