(57)【要約】【課題】伝熱管に付着する灰が大きな塊に成長する前に落下して、ボイラ装置の底壁管の損傷が防止できる吊下げ式伝熱管群を提供する。【解決手段】多数の伝熱管2を整列して構成され、高温ガス雰囲気中に吊り下げられるパネル状の吊下げ式伝熱管群において、前記伝熱管2と伝熱管2の間に、その伝熱管群のパネル面より外側に突出しない振れ止め金具4を設置したことを特徴とする。【選択図】図3
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の伝熱管を整列して構成され、高温ガス雰囲気中に吊り下げられるパネル状の吊下げ式伝熱管群において、前記伝熱管と伝熱管の間に、その伝熱管群のパネル面より外側に突出しない振れ止め金具を設置したことを特徴とする吊下げ式伝熱管群。
【請求項２】
請求項1記載の吊下げ式伝熱管群において、前記振れ止め金具がその振れ止め金具を取付けた伝熱管の内部流体によって冷却されることを特徴とする吊下げ式伝熱管群。
【請求項３】
請求項1記載の吊下げ式伝熱管群において、前記振れ止め金具が、第1の伝熱管の隣の第2の伝熱管と対向する側面に取付けられた第1の係止片と、前記第2の伝熱管の前記第1の伝熱管と対向する側面に取付けられた第2の係止片とから構成され、前記第1の係止片と第2の係止片が係合していることを特徴とする吊下げ式伝熱管群。
【請求項４】
請求項1記載の吊下げ式伝熱管群において、前記振れ止め金具が、第1の伝熱管の隣の第2の伝熱管と対向する側面に取付けられた第1の係止片ならびに第1の外れ止め片と、前記第2の伝熱管の前記第1の伝熱管と対向する側面に取付けられた第2の係止片とから構成され、前記第2の係止片が第1の係止片と第1の外れ止め片の間に挿入されていることを特徴とする吊下げ式伝熱管群。
【請求項５】
請求項1記載の吊下げ式伝熱管群において、その伝熱管群の下端部を両側に傾斜してＶ字型曲げ部を設けたことを特徴とする吊下げ式伝熱管群。
【請求項６】
請求項1または請求項5記載の吊下げ式伝熱管群において、その伝熱管群の最も内側の伝熱管の平行間隔を他の伝熱管の平行間隔とほぼ同じにすると共に、その最も内側の伝熱管の炉外入口伝熱管部分と炉外出口伝熱管部分に、当該伝熱管の入口側と出口側の温度差に起因する伝熱管の伸び差を吸収するための湾曲部を設けたことを特徴とする吊下げ式伝熱管群。
【請求項７】
吊下げ式伝熱管群を天井壁から煙道に吊り下げたボイラ装置において、前記吊下げ式伝熱管群が請求項1ないし請求項6のいずれか1項記載の吊下げ式伝熱管群であ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、高温ガス雰囲気中に配置された吊下げ式の伝熱管群にわり、特に溶融灰の堆積が低減できる伝熱管の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
図8は、従来の吊下げ式伝熱管群を備えたボイラ装置の概略構成図である。最も高温の燃焼ガスさらされるバーナー10の直上の煙道には、天井壁7の上部に配置された入口管寄せ1および出口管寄せ3から多数の伝熱管2が垂直方向に配置されたパネル状の伝熱管群が吊下げられている。この吊下げ式伝熱管群には、ガスの流れや圧力の変動により伝熱管2が揺動しないように、パネル状伝熱管群を構成する伝熱管自身で伝熱管群を挟み込むよう伝熱管2が配列されている。伝熱管2の揺動や伝熱管2の熱伸びによる変形は、燃焼ガス流れの不均一を引き起こし、熱負荷のばらつきの要因になる。
【０００３】
また、伝熱管2が天井壁7を貫通する部分や伝熱管2が接続する入口管寄せ1と出口管寄せ3の取合い溶接部に過大な応力を発生させるなどの悪影響を及ぼす。吊下げ式伝熱管群には、これらの不都合を防止するために伝熱管2の振れ止めが設置されている。
【０００４】
図6と図7は従来技術の吊下げ式伝熱管群を示す図で、図6は吊下げ式伝熱管群の側面図、図7は図6中のB部の拡大図である。上部に設置された入口管寄せ1に接続された伝熱管2は下方向に15〜20m延長され、下端でUターンして上方の出口管寄せ3に溶接接合されており、外径45ｍｍ程度の伝熱管2を約50ｍｍのピッチで20本程度垂直方向に配置し、パネル状に構成されている。
【０００５】
さらに前述の伝熱管2の揺動を防止するため、上下方向で3箇所程度にその部分で最外周から2本の伝熱管2のみをUターンさせ、伝熱管パネルを挟み込むように振れ止め伝熱管8を水平方向に配列している。そのため、最外周から2本の伝熱管2はパネル面の面外垂直方向に伝熱管2の外径分突出することとなる。また、下端部においてはパネル面内ではあるが、最外周部で1〜1.5ｍ程度の水平管部14を有している。
【０００６】
この種の伝熱管に関しては、例えば下記のような特許文献を挙げることができる。
【特許文献１】特開平3―70991号公報
【特許文献２】特開昭63―161396号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述のようにパネル面から突出して段差となった伝熱管2上や水平管部14上は燃焼灰が堆積し、高温の燃焼ガスに晒されて灰が溶融し、伝熱管2に溶着する。さらに、運転時間が経過すると灰の堆積、溶融を繰返して大きな灰塊9となる（図7参照）。
【０００８】
この灰塊9は、ボイラの伝熱性能に悪影響を及ぼすだけでなく、運転中に下方に落下してボイラ装置の底壁部を傷つけていた。また、伝熱管2と振れ止め伝熱管8の交差部においては、伝熱管2の熱伸びなどによる移動や伝熱管パネルの揺動によって伝熱管2が摩耗することがある。定期検査時にこれらの調査をするにも灰塊9が邪魔になるため灰塊9を撤去する必要があるが、この撤去作業には多大な時間と労力を要している。
【０００９】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、伝熱管に付着する灰が大きな塊に成長する前に落下して、ボイラ装置の底壁管の損傷が防止できると共に、定期検査時の灰の除去作業時間が短縮できる吊下げ式伝熱管群ならびにそれを備えた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】
【００１０】
前記目的を達成するため本発明の第1の手段は、多数の伝熱管を整列して構成され、高温ガス雰囲気中に吊り下げられるパネル状の吊下げ式伝熱管群において、前記伝熱管と伝熱管の間に、その伝熱管群のパネル面より外側に突出しない振れ止め金具を設置したことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の第2の手段は前記第1の手段において、前記振れ止め金具がその振れ止め金具を取付けた伝熱管の内部流体（例えば水蒸気）によって冷却されることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の第3の手段は前記第1の手段において、前記振れ止め金具が、第1の伝熱管の隣の第2の伝熱管と対向する側面に取付けられた例えば平面形状がＵ字型の第1の係止片と、前記第2の伝熱管の前記第1の伝熱管と対向する側面に取付けられた例えば平面形状がＵ字型の第2の係止片とから構成され、前記第1の係止片と第2の係止片が係合していることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の第4の手段は前記第1の手段において、前記振れ止め金具が、第1の伝熱管の隣の第2の伝熱管と対向する側面に取付けられた例えば平面形状がＬ字型またはＩ字型の第1の係止片ならびに第1の外れ止め片と、前記第2の伝熱管の前記第1の伝熱管と対向する側面に取付けられた例えば平面形状がＬ字型またはＩ字型の第2の係止片とから構成され、前記第2の係止片が第1の係止片と第1の外れ止め片の間に挿入されていることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の第5の手段は前記第1の手段において、その伝熱管群の下端部を両側に傾斜してＶ字型曲げ部を設けたことを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の第6の手段は前記第1の手段または第5の手段において、その伝熱管群の最も内側の伝熱管の平行間隔を他の伝熱管の平行間隔とほぼ同じにすると共に、その最も内側の伝熱管の炉外入口伝熱管部分と炉外出口伝熱管部分に、当該伝熱管の入口側と出口側の温度差に起因する伝熱管の伸び差を吸収するための湾曲部を設けたことを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の第7の手段は、吊下げ式伝熱管群を天井壁から煙道に吊り下げたボイラ装置において、前記吊下げ式伝熱管群が前記第1の手段ないし第6の手段のいずれかの吊下げ式伝熱管群であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は前述のような構成になっており、伝熱管パネルはパネル面外に突出した伝熱管を有さず、水平に配置された管を無くすことで、溶融灰の堆積を減少させることができる。堆積灰によって伝熱管の部分的に断熱される部位が減少し、均一な熱負荷が与えられる。均一な熱負荷が得られることで隣接する伝熱管同士の温度差は低減され、伝熱管の熱変形抑制につながる。
【００１８】
また、伝熱管に付着した灰は、大きな灰塊に成長する前に落下するため、底壁管の損傷発生が防止できると共に、定期検査時の灰除去作業にかかる時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る吊下げ式伝熱管群の構造を図面によって説明する。図1は、本発明の実施形態1に係る吊下げ式伝熱管群を示す図、図2は本発明の実施形態2に係る吊下げ式伝熱管群を示す図、図3は図1ならびに図2中のA-A断面拡大図、図４は振れ止め金具の一部拡大斜視図である。なお、図1と図2において、（ａ）は吊下げ式伝熱管群の側面図、（ｂ）は吊下げ式伝熱管群の正面図である。
【００２０】
図1において、パネル状の伝熱管群は、伝熱管2を入口管寄せ1から途中でUターンすることなく全て下端まで延長され、下端でV字型に湾曲（屈曲）して上方に延伸し、出口管寄せ3に接続する構成となっている。図1（ａ）に示すように各伝熱管2の下端は、40〜60度の範囲で両側を傾斜させて（傾斜角α＝40〜60度）、Ｖ字型曲げ部11を形成している。
【００２１】
パネル最内側の伝熱管2は、入口側と出口側の温度差による熱伸び差を吸収し、前記V字型曲げ部11に生じる応力を低減させる必要があるため、伝熱管2の平行間隔12をやや大きくしている。本実施形態の場合、平行間隔12は約200ｍｍに設定されている。
【００２２】
従来、伝熱管2の途中でUターンして伝熱管パネルを挟み込んでいた位置には、振れ止め金具4を設置している。この振れ止め金具4は図3と図4に示すように、1つの伝熱管２ａと隣の伝熱管2ｂの間に設けられており、パネル状伝熱管群のパネル面より実質的に突出しないように設置されている。
【００２３】
この振れ止め金具4は、1つの伝熱管（第1の伝熱管）２ａの前記隣の伝熱管（第2の伝熱管）2ｂと対向する側面に溶接15で固定された平面形状がＬ字型のＬ型係止片16ａと、平面形状がＩ字型の外れ止め片17ａと、前記隣の伝熱管2ｂの前記伝熱管２ａと対向する側面に溶接15で固定されたＬ型係止片16ｂとから構成されている。
【００２４】
Ｌ型係止片16ｂがＬ型係止片16ａと外れ止め片17ａの間に挿入され、Ｌ型係止片16ｂとＬ型係止片16ｂとが互いに係合するように組み合わされ、Ｌ型係止片16ｂがＬ型係止片16ａから外れないように外れ止め片17ａが配置された構造になっている。このようにＬ型係止片16ａと外れ止め片17ａとＬ型係止片16ｂとを組み合わせても、伝熱管2ａ，2ｂの管軸方向の伸縮は自在になっている。この振れ止め金具4上での灰の堆積面積は、従来の振れ止め伝熱管8（図6参照）上での灰の堆積面積よりもかなり狭い。従って振れ止め金具4上に灰が堆積しても、灰塊が大きく成長することなく、小さいうに振れ止め金具4から落下する。
【００２５】
本実施形態では外径Ｄが45〜50ｍｍの伝熱管2が用いられ、その外径Ｄを超えないように前記振れ止め金具4が伝熱管2と伝熱管2の間に取り付けられている。本実施形態では振れ止め金具4の厚さは伝熱管2の外径Ｄの２／３〜３／３程度に設定されおり、従って振れ止め金具4はパネル面より突出していない。またこの振れ止め金具4により、伝熱管2の間隔は50〜60ｍｍに保持されている。
【００２６】
従来、ボイラ装置の最前部に吊下げられたパネル状伝熱管群の揺動防止には、高熱負荷条件であることから焼損を懸念し、振れ止め金具の取り付けは避けられていた。しかし、本発明では振れ止め金具4が伝熱管2と伝熱管2の間に配置され、振れ止め金具4が伝熱管2の外径Ｄ以下に設定されており、しかも伝熱管2の内部を流れる蒸気によって振れ止め金具4が冷却できるから、ボイラ装置の最前部に吊下げられたパネル状伝熱管群にも振れ止め金具4の設置が可能である。
【００２７】
図2は、本発明の実施形態2に係る吊り下げ式伝熱管群を示す図である。前記実施形態1と異なる点は、パネル状伝熱管群のパネル最内側における伝熱管2の平行間隔12を他管列の間隔13とほぼ同一として灰堆積の可能な範囲を最も小さくした点である。この場合、入口側と出口側の温度差に起因した伝熱管2の伸び差は、灰の付着堆積の心配が無い天井壁管7の上方で、炉外入口伝熱管部分5と炉外出口伝熱管部分6をパネル面外方向に大きく湾曲させた構造［図2（ｂ）参照］とすることで吸収している。
【００２８】
図5は、本発明の実施形態3に係る吊り下げ式伝熱管群の一部側面図である。前記実施形態1と異なる点は、振れ止め金具4の設置位置である。すなわち実施形態1の場合、振れ止め金具4はパネル状伝熱管群に対して水平方向に一列に設置したが、本実施形態では振れ止め金具4をパネル状伝熱管群に対して管軸方向（垂直方向）に交互に設置している。本実施形態では振れ止め金具4を1組ずつ千鳥状に設置したが、振れ止め金具4を複数組ずつ千鳥状に設置することもできる。
【００２９】
前記実施形態では平面形状がＬ字型の係止片を設けたが、例えば平面形状がＵ字型の係止片を用い、両者をＵ字部分で互いに係合することもできる。この場合、外れ止め片は不要となる。また前記Ｌ字型の係止片の代わりに平面形状がＩ字型の係止片を用い、Ｉ字型の係止片と外れ止め片の間に隣の伝熱管に取付けられた平面形状がＩ字型の係止片を挿入することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態1に係る吊下げ式伝熱管の側面図（ａ）と正面図（ｂ）である。
【図２】本発明の実施形態2に係る吊下げ式伝熱管の側面図（ａ）と正面図（ｂ）である。
【図３】図1と図2におけるＡ−Ａ断面拡大図である。
【図４】本発明の実施形態2に係る振れ止め金具の拡大斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態3に係る吊下げ式伝熱管の側面図である。
【図６】従来技術の吊下げ式伝熱管群の側面図である。
【図７】図6のＢ部の拡大図である。
【図８】従来技術の吊下げ式伝熱管群を設置したボイラ装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００３１】
1：入口管寄せ、2：伝熱管、2ａ：1つの伝熱管（第1の伝熱管）、2ｂ：隣の伝熱管（第2の伝熱管）、3：出口管寄せ、4：振れ止め金具、5：炉外入口伝熱管部分、６：炉外出口伝熱管部分、７：天井壁、10：バーナ、11：Ｖ字型曲げ部、12：平行間隔、13：平行間隔、15：溶接、16ａ，16ｂ：Ｌ型係止片、17ａ，17ｂ：外れ止め片、α：伝熱管下部の傾斜角度、ｄ：伝熱管の外径。
【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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