(57)【要約】【課題】管台部付近の伝熱管に発生する曲げ応力に対して、該伝熱管の強度を高め、該伝熱管の曲げ変形を防止し、二胴式自立型ボイラの大型化に対応可能にする。【解決手段】水ドラム１６の軸方向両端域で、伝熱管１４が水ドラム１６に接続される管台付近の曲管領域ｅで伝熱管１４の間に架設される補強板２０を設けている。補強板２０を設ける伝熱管１４は、水平線の片側線ｈ１を０°とし、他側水平線ｈ２を１８０°としたとき、二胴式自立型ボイラ１０の容量が大型化されるにつれて、中心点Ｏから３０〜７０°及び１１０〜１５０°の領域から、２０〜８０°及び１００〜１６０°の領域に広げていき、さらには１〜１８０°の全領域の伝熱管１４に補強板２０を設けるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部に横方向に設けられた蒸気ドラムと、該蒸気ドラムの下方に蒸気ドラムと対置された水ドラムと、蒸気ドラム及び水ドラム間に架設され、これらドラムの軸方向及び周方向に接続された多数の伝熱管と、燃焼室を囲む管壁とで構成され、水ドラムの軸方向両端域に支持点を有する二胴式自立型ボイラにおいて、
水ドラムの軸方向両端域で、伝熱管が水ドラムに接続される管台付近の曲管領域で伝熱管の間に架設される補強板を設けたことを特徴とする二胴式自立型ボイラ。
【請求項２】
前記水ドラムの中心を横切る水平面の片側を０°とし、他側を１８０°としたとき、水ドラムの中心から３０〜７０°の領域及び１１０〜１５０°の領域に位置する伝熱管の間に前記補強板を設けたことを特徴とする請求項１に記載の二胴式自立型ボイラ。
【請求項３】
前記水ドラムの中心を横切る水平面の片側を０°とし、他側を１８０°としたとき、水ドラムの中心から２０〜８０°の領域及び１００〜１６０°の領域に位置する伝熱管の間に前記補強板を設けたことを特徴とする請求項１に記載の二胴式自立型ボイラ。
【請求項４】
前記水ドラムの中心を横切る水平面の片側を０°とし、他側を１８０°としたとき、水ドラムの中心から０〜１８０°の領域全域に位置する伝熱管に前記補強板を設けたことを特徴とする請求項１に記載の二胴式自立型ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラ構造物の大型化に対処して、水ドラムの管台付近の強度を高めた二胴式自立型ボイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
二胴式自立型ボイラの構成を図５及び図６により説明する。図５において、二胴式自立型ボイラ１００は、上部に水平方向に設けられた蒸気ドラム１０２と、該蒸気管の下方に蒸気ドラム１０２と対置されて水平方向に配置された水ドラム１０４と、蒸気ドラム１０２及び水ドラム１０４間に架設され、これらドラムの軸方向及び周方向に接続された多数の伝熱管１０６と、燃焼室１０８を囲む管壁とで構成されている。
【０００３】
管壁は、前方管壁１１０と、右側管壁１１２と、左側管壁１１４と、上面管壁１１６と、下面管壁（図示省略）とで構成され、管壁中に蒸気ドラム１０２及び水ドラム１０４間に架設された伝熱管が組み込まれている。前方管壁１１０にはバーナ１１８が設けられている。二胴式自立型ボイラ１００は、２箇所の前方支持台１２０及び１２２で支持され、後方は、水ドラム１０４に、２箇所（両端支持）、又は大型ボイラの場合３箇所の支持台が設けられている。
【０００４】
図６に示すように、大型ボイラの場合、水ドラム１０４は、右端を支持する右側支持台１２４と、中央を支持する中央支持台１２６と、左端を支持する左側支持台１２８とで３点支持されている。各管壁は、バックステー１２９で補強されている。
特許文献１には、二胴式自立型ボイラの一構成例が開示されている。二胴式自立型ボイラは、石油精製過程で生じるＣＯガスやＢＦＧガス（製鉄の際に発生する高炉ガス）等の低カロリーガスを燃料として用いることができる機能を有している。
【０００５】
二胴式自立型ボイラにおいて、構造上大きな負荷が加わる部位のひとつとして、伝熱管１０６が水ドラム１０４に接続される部分である管台部がある。図７に、水ドラム１０４の管台部１３０付近を示す。管台部１３０は、蒸気ドラム１０２と水ドラム１０４とを繋ぐ伝熱管１０６の重量と蒸気ドラム１０２の重量とを支持している。
【０００６】
図６に示すように、水ドラム１０４の管台部１３０には、支持台１２４〜１２８がある両端部及び中央部に、大きな荷重が加わっている。特に、左右管壁がある両端部は剛性が大きいため、極端に大きな荷重が付加される。そのため、両端部付近に位置する伝熱管１０６に大きな荷重が付加されており、この荷重傾向は、水ドラムを両端で２点支持する場合のときも同様である。
【０００７】
図７は、図５中ｄ方向から視た図である。図７において、中央域ａの管台部には、他の領域と比べて最大荷重が付加されるが、曲げ応力は発生しない。斜め領域ｂの管台部には、荷重及び曲げ力が共に付加される。この曲げ力によって大きな曲げ応力が発生する。両端域ｃの管台部には、荷重及び曲げ力が付加されるが、付加される荷重は小さいので、大きな曲げ応力は発生しない。この知見は、本発明者等の実験及び解析によって今回新たに得られたものである。
【０００８】
なお、特許文献２には、管台部の取付構造において、伝熱管が水ドラムに接続される管台近傍の伝熱管の隙間を補強板で埋める構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭５６−４９８０１号公開公報
【特許文献２】実開平１−１２３００７号公開公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ボイラの上流側の設備（流動層式接触分解装置など）の大容量化に伴い、今後自立型ボイラ自体も大型化する必要に迫られている。ボイラの大型化に伴い、ボイラの重量がさらに増加する傾向にあるため、管台部に加わる曲げ応力はさらに増大することが予想される。そのため、管台部、特にボイラ壁付近の管台部の強度を増大させないと、この大型化の傾向に対応できないという問題がある。
【００１１】
特許文献２には、管台近傍の伝熱管の隙間を補強板で埋める構成が開示されているが、伝熱管が水ドラムに対して、直上方向にのみ配置されているため、管台部に付加される曲げ応力の増大に対応するためのものではない。
図７に示すように、伝熱管１０６の上部領域である直管部ｓでは、従来から、伝熱管１０６の間に、補強板１３２が架設固着されている。直管部ｓは、補強板１３２の溶接がしやすいが、伝熱管１０６の下方領域である管台部付近の曲管部ｅは、伝熱管の間の隙間が小さく、かつ伝熱管１０６が複雑に曲折しているので、溶接作業が容易ではない。
【００１２】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、管台部付近、特にボイラ壁付近の伝熱管に発生する曲げ応力に対して、該伝熱管の強度を高め、該伝熱管の曲げ変形を防止し、二胴式自立型ボイラの大型化に対応可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
かかる目的を達成するため、本発明の二胴式自立型ボイラは、上部に横方向に設けられた蒸気ドラムと、該蒸気ドラムの下方に蒸気ドラムと対置された水ドラムと、蒸気ドラム及び水ドラム間に架設され、これらドラムの軸方向及び周方向に接続された多数の伝熱管と、燃焼室を囲む管壁とで構成され、水ドラムの軸方向両端域に支持点を有する二胴式自立型ボイラにおいて、水ドラムの軸方向両端域で、伝熱管が水ドラムに接続される管台付近の曲管領域で伝熱管の間に架設される補強板を設けたものである。
【００１４】
本発明装置では、水ドラムの軸方向両端域で、管台付近の領域で伝熱管の間に架設される補強板を設けたので、管台に付加される蒸気ドラム及び伝熱管の重量が増大しても、これらの重量を個々の伝熱管ではなく、伝熱管の集合体で支持できる。そのため、管台付近の伝熱管の支持強度を増大でき、伝熱管の曲げ変形を防止できる。これにより、市場から求められる大型化のニーズに対して、今後顕在化すると考えられる管台部の曲げ変形の問題を事前に解消できる。
【００１５】
本発明装置において、水ドラムの中心を横切る水平面の片側を０°とし、他側を１８０°としたとき、水ドラムの中心から３０〜７０°の領域及び１１０〜１５０°の領域に補強板を設けるようにするとよい。水ドラムに対して前記斜め領域の管台部に、特に大きな曲げ応力が付加されることが、本発明者等によって見い出された。二胴式自立型ボイラの大型化が進行するにつれて、まず前記斜め領域で曲げ応力が許容曲げ応力を超えると予想される。そのため、該斜め領域に補強板を取り付けるようにする。これによって、曲げ応力が許容曲げ応力を超えると予想される領域のみに、補強板を取り付けることで、補強板取付の手間を最小限にしながら、管台付近での伝熱管の曲げ変形を防止できる。
【００１６】
二胴式自立型ボイラの大型化がさらに進行し、管台付近の伝熱管に付加される曲げ応力がさらに増大したときには、許容曲げ応力が超えた領域がさらに増大するので、水ドラムの中心から２０〜８０°の領域及び１００〜１６０°の領域に位置する伝熱管の間に補強板を設けるようにするとよい。これによって、ボイラの大型化が相当進行し場合においても、管台部の伝熱管の曲げ変形を防止できると共に、許容曲げ応力を超えると予想される領域のみに補強板を施工するので、補強板取付の手間を最小限にしながら、管台付近での伝熱管の曲げ変形を防止できる。
【００１７】
さらに大型化が進み、管台の全域の伝熱管で許容曲げ応力が超えると予想されるときには、水ドラムの中心から０〜１８０°の領域全域に位置する伝熱管に補強板を設けるようにするとよい。これによって、二胴式自立型ボイラの大型化が究極的に進行しても、管台部の全域で伝熱管の曲げ変形を防止できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明装置によれば、上部に横方向に設けられた蒸気ドラムと、該蒸気ドラムの下方に蒸気ドラムと対置された水ドラムと、蒸気ドラム及び水ドラム間に架設され、これらドラムの軸方向及び周方向に接続された多数の伝熱管と、燃焼室を囲む管壁とで構成され、水ドラムの軸方向両端域に支持点を有する二胴式自立型ボイラにおいて、水ドラムの軸方向両端域で、伝熱管が水ドラムに接続される管台付近の曲管領域で伝熱管の間に架設される補強板を設けたので、二胴式自立型ボイラの大型化に対しても、管台付近の領域で伝熱管の支持強度を増大でき、伝熱管の曲げ変形を防止できる。これにより、市場から求められる大型化のニーズに対して、今後顕在化すると考えられる管台部の曲げ変形の問題を解消できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明装置の第１実施形態に係る管台付近の正面図である。
【図２】前記第１実施形態の伝熱管の断面図（図１中のＥ−Ｅ断面）である。
【図３】管台付近で伝熱管に加わる曲げ応力を示す線図である。
【図４】本発明装置の第２実施形態に係る管台付近の正面図である。
【図５】二胴式自立型ボイラの全体斜視図である。
【図６】水ドラムに加わる荷重曲線図である。
【図７】従来の二胴式自立型ボイラの管台付近の正面図（図５中のｄ矢視図）である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００２１】
（実施形態１）
本発明装置の第１実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１は、図７に相当する図で、図７と同様な方向から視た、本実施形態に係る二胴式自立型ボイラ１０の管台部１８付近の図である。図１において、二胴式自立型ボイラ１０の水ドラム１２に、水ドラム１２の軸方向及び上側周方向に多数の伝熱管１４が接続されている。水ドラム１２は、図示省略の水平基礎面に対して、支持台１６を介して支持されている。支持台１６は、水ドラム１２の軸方向左右端の管壁付近、及び中央部の３箇所に設けられている。水ドラム１２の管台部１８に、伝熱管１４が接続されている。
【００２２】
伝熱管１４の直管部ｓには、従来より補強板１３２が架設固着されている。本実施形態では、水ドラム１２の左右端で管壁を支持する部位に、直管部ｓの下方領域の曲管部ｅ（管台部１８付近を含む。）で、伝熱管１４間に補強板２０を架設固着している。図２は、補強板２０が架設固着された伝熱管１４の断面図である。なお、補強板２０は、水ドラム１２の周方向１列の伝熱管のみに限らず、必要に応じて複数列の伝熱管に設けてもよい。
【００２３】
図３は、本発明者等が実験し、解析して得た知見を示したものであり、管台部１８付近の伝熱管１４に発生する曲げ応力を表したものである。横軸は、水ドラム１２の中心を通る水平線の片側線ｈ１（図１中、水ドラム１２の中心点Ｏから左側の水平線）を０°とし、他側水平線ｈ２（図１、中心点Ｏから右側の水平線）を１８０°に設定している。図３に示すように、管台部１８付近で伝熱管１４に付加される曲げ応力は、水ドラム１２の斜め領域で最も大きくなる。図３中、矢印ｆは、二胴式自立型ボイラの容量の今後の大型化の方向を示す。即ち、Ａ＜Ｂ＜Ｃ＜Ｄのように容量が大型化していることを示している。
【００２４】
ボイラＡは既存の二胴式自立型ボイラである。ボイラＡより大型化された二胴式自立型ボイラＢでは、中心点Ｏから３０〜７０°及び１１０〜１５０°の範囲で、伝熱管１４に付加される曲げ応力が許容曲げ応力Ｐを超えている。そのため、本実施形態では、図１に示すように、前記領域にある伝熱管１４の間に補強板２０を架設固着している。これによって、曲げ応力が許容曲げ応力Ｐを超えた領域で、蒸気ドラム（図示省略）及び伝熱管１４の重量を、補強板２０が架設された伝熱管１４の集合体で支持することができる。
【００２５】
そのため、伝熱管１４による支持強度を増大できるので、蒸気ドラム及び伝熱管１４から受ける曲げ応力に対して、管台部１８における伝熱管１４の曲げ変形を防止できる。
【００２６】
例えば、３本の伝熱管１４が補強板２０で連結された場合、これら伝熱管の集合体に付加される曲げモーメントは１本の伝熱管１４に加わる曲げモーメントの３倍となる。しかし、３本の伝熱管１４の断面係数は、３の二乗倍、即ち９倍となる。そのため、個々の伝熱管１４に加わる曲げ応力は、補強板２０を設けないときと比べて、１／３に低減する。
【００２７】
なお、ボイラＢからさらに大型化が進み、容量がさらに大きい二胴式自立型ボイラＣとなったとき、許容曲げ応力Ｐを超える領域は、水ドラム１２の中心点Ｏから２０〜８０°及び１００〜１６０°の領域となる。そのため、二胴式自立型ボイラＣの場合は、これらの領域にある曲管部ｅで、補強板２０を伝熱管１４の間に架設固着するようにする。これによって、さらに大型化したボイラＣにおいても、管台部１８付近で伝熱管１４の曲げ変形を防止できる。
【００２８】
（実施形態２）
次に、本発明装置の第２実施形態を図４により説明する。本実施形態は、ボイラ容量がボイラＣよりさらに大型化した二胴式自立型ボイラＤの場合の例である。図３に示すように、ボイラＤは、管台部１８の全ての領域で伝熱管１４に加わる曲げ応力が許容曲げ応力Ｐを超えている。そのため、図４に示すように、水ドラム１２の左右端で管壁を支持する部位に、曲管部ｅの全ての領域で伝熱管１４間に補強板２０を架設固着している。
【００２９】
これによって、大容量のボイラＤにおいて、水ドラム１２の上部全周領域の管台部１８で、伝熱管１４の曲げ変形を防止できる。従って、本実施形態によって、究極的に容量が増大した二胴式自立型ボイラに対して、管台部１８付近における伝熱管１４の曲げ変形問題を解消できる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明によれば、二胴式自立型ボイラの容量大型化の趨勢に対して、懸念される管台部付近における伝熱管の曲げ変形の問題を解決できる。
【符号の説明】
【００３１】
１０，１００              二胴式自立型ボイラ
１２，１０４              水ドラム
１４，１０６              伝熱管
１６                      支持台
１８，１３０              管台部
２０，１３２              補強板
１０２                    蒸気ドラム
１０８                    燃焼室
１１０                    前方管壁
１１２                    右側管壁
１１４                    左側管壁
１１６                    上面管壁
１１８                    燃焼室
１２０，１２２            前方支持台
１２４                    右側支持台
１２６                    中央支持台
１２８                    左側支持台
１２９                    バックステー
Ｏ                        中心点
Ｐ                        許容曲げ応力
ｅ                        曲管部
ｆ                        大型化方向
ｈ１                      水平線の片側線
ｈ２                      他側水平線
ｓ                        直管部
【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】
2012132609.tif 000007
【図６】
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【図７】
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