JP2007147159A

JP2007147159A - ボイラ用メンブレン壁およびそれを用いたボイラ装置

Info

Publication number: JP2007147159A
Application number: JP2005342237A
Authority: JP
Inventors: Kazuki Tatsuhira; 和樹立平
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2005-11-28
Filing date: 2005-11-28
Publication date: 2007-06-14

Abstract

【課題】炉内側からの溶接が省け、熱効率の高いメンブレン壁を提供する。
【解決手段】伝熱管２０とメンブレンバー２１を交互に溶接により一体構造としたボイラ用メンブレン壁において、前記メンブレンバー２１の炉内２３側表面が当該メンブレンバー２１の両側伝熱管２０，２０の管中心線２８上に配置されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明はボイラの炉壁を構成するメンブレン壁構造に係り、特に炉内側の熱吸収伝熱面の面積の増加と炉外側の熱放散伝熱面の面積の減少を図るに好適なメンブレン壁構造に関する。

第４図は、発電用石炭焚ボイラ装置の概略構成図である。ボイラ本体１は周囲及び上部を鉄骨２で構成されたボイラ建屋３内に配置され、ボイラ建屋３の上部を横切るトップガーター４よりスリングボルトを介して吊り下げられている。

ボイラ本体１への燃焼用２次空気は、押込ファン，空気予熱器５，ウインドボックス６などを経てバーナ上部の火炉１８へと導かれる。また、微粉炭搬送用空気は、前記空気予熱器５から１次空気ダクト７を経てミル８へ導かれる。

燃料となる石炭はバンカ９に貯留されており、給炭機１０で計量されながらミル８に供給されて、所定の粒径に粉砕される。ミル８で生成された微粉炭は、微粉炭搬送用空気とともに給炭管を通って、ウインドボックス６内に設置された多数のバーナに供給されて、火炉１８内で燃焼される。
火炉１８内で生成した高温の燃焼ガスは、ボイラ本体１の煙道内に配置されている２次過熱器１１，３次過熱器１２，再熱器１３，１次過熱器１４，節炭器１５などの内部を流通する流体と熱交換される。熱交換された燃焼ガスは、節炭器出口ガスダクト１６，脱硝装置，空気予熱器５，空気予熱器出口ガスダクト１７を通って、ボイラ建屋３外の機器へ導かれる。

一方、ボイラ本体１への給水は、ボイラ建屋３外の給水ポンプから主給水管を通って火炉１８を区画形成しているメンブレン壁１９を通り、前述の節炭器１５を始めとする各種熱交換器へ導かれ、熱交換により高温、高圧の蒸気となり、主蒸気管を通ってボイラ建屋３外の高圧タービンへ導かれる。

中圧タービンからの蒸気は低温再熱蒸気管を通って再熱器１３へと導かれ、再熱された蒸気は高温再熱蒸気管を通ってボイラ建屋３外の低圧タービンへ導かれる。

前記メンブレン壁１９は図５に示すように、伝熱管２０とメンブレンバー２１を交互に溶接２２して接続した一体構造体で、これにより炉内２３で生成した高温の燃焼ガスは、炉外２４に漏れることなくシールされている。伝熱管２０内には管内流体（水、蒸気）２５が流れており、炉内２３側の高温燃焼ガスと接する熱吸収伝熱面２６からの熱を管内流体２５に伝達し、最終的には高温の蒸気を発生させる。また一方で、炉外２４側の熱放散伝熱面２７を介して熱放散による損失も発生している。

従来のメンブレンバー２１は図５に示されているように、伝熱管２０を横断する面から見たメンブレンバー２１の両側伝熱管２０，２０の管中心線２８を中心にして、炉内２３側と炉外２４側が対象となるように配置されている。

伝熱管２０とメンブレンバー２１との溶接２２は、伝熱管２０の曲率を考慮して、炉内２３側と炉外２４側の両側から溶接施工されていた。

なお、ボイラ火炉壁のメンブレンパネル構造に関しては、例えば下記のような特許文献を挙げることができる。
特開２００２−１７４４０１

前述のように従来のメンブレン壁１９の伝熱管２０とメンブレンバー２１との溶接２２は、メンブレンバー２１の炉内側と炉外側の両側に開先を設けて、炉内２３側と炉外２４側の両側から溶接施工していた。このため、特に炉内２３側からの溶接には、火炉１８内の広範囲にわたって足場を設置する必要があり、そのために施工に時間がかかり、コスト高を招く要因となっていた。

また、従来のメンブレン壁１９は半分しか熱伝熱面として寄与してないため、設備として無駄の多い構造である。

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、炉内側からの溶接が省け、熱効率の高いメンブレン壁およびそれを用いたボイラ装置を提供することにある。

前記目的を達成するため本発明の第１の手段は、伝熱管とメンブレンバーを交互に溶接により一体構造としたボイラ用メンブレン壁において、前記メンブレンバーの炉内側表面が当該メンブレンバーの両側伝熱管の管中心線上に配置されていることを特徴とするものである。

前記目的を達成するため本発明の第２の手段は、伝熱管とメンブレンバーを交互に溶接により一体構造としたボイラ用メンブレン壁において、前記メンブレンバーの炉内側表面が当該メンブレンバーの両側伝熱管の管中心線よりも炉外側に配置されていることを特徴とするものである。

本発明の第３の手段は前記第１または２の手段において、前記伝熱管とメンブレンバーの接合を、メンブレンバーを炉外側のみの開先として、炉外側からのみの溶接で行なったことを特徴とするものである。

本発明の第４の手段は、前記第１ないし３の手段のボイラ用メンブレン壁を用いて火炉を区画形成したことを特徴とするものである。

本発明の第５の手段は、前記第２の手段のボイラ用メンブレン壁を用いてガス焚ボイラ装置の火炉を区画形成したことを特徴とするものである。

本発明によれば、メンブレンバーを炉外側からのみの溶接が行え、作業効率を大幅に向上することができる。また、熱吸収伝熱面の面積の増加と熱放散伝熱面の面積の減少ができ、ボイラ性能が向上し、ボイラ装置の全体的設備縮小化が図れる。

以下、本発明の実施形態を図とともに説明する。ボイラ装置全体の概略構成は図４において説明したので、ここではその説明は省略する。

図１は、本発明の第１実施形態に係るメンブレン壁１９の横断面図である。メンブレン壁１９は、多数の伝熱管２０とメンブレンバー２１を交互に溶接２２することにより一体構造物として構成される。なお、図中の符号２９は、隣の伝熱管２０との管ピッチである。

このとき同図に示すように、メンブレンバー２１をその炉内２３側表面が、横断面から見た当該メンブレンバー２１の両側伝熱管２０，２０の管中心線２８上になるように配置して、伝熱管２０と溶接している。このようにメンブレンバー２１の位置を管中心線２８から炉外２４側にずらすことにより、メンブレンバー２１を炉外側のみの開先とし、伝熱管２０の曲率(周面)を利用して、炉外２４側からのみの溶接２２が可能となる。このため、炉内２３からの溶接は不要となり、工事施工のための炉内２３への足場の設置が省け、作業効率は格段に向上する。

また、メンブレン壁１９の熱吸収伝熱面２６が増加するため、増加する伝熱面積に相当する設備を小型化が図れ、ボイラ装置ならびにボイラ建屋の縮小が可能となる。

図２は、従来のメンブレン壁（ａ）と、本発明の前記第１実施形態に係るメンブレン壁（ｂ）の、熱吸収伝熱面積ならびに熱放散伝熱面積の変化を試算した表である。表中の熱吸収伝熱面長さは、図中で示す熱吸収伝熱面２６の横断面上の長さで、伝熱管２０とメンブレンバー２１と溶接２２の表面を連続的になぞった長さである。また、熱放散伝熱面長さは、図中で示す熱放散伝熱面２７の横断面上の長さで、伝熱管２０とメンブレンバー２１と溶接２２の表面を連続的になぞった長さである。

これによれば、同じ設備であれば、メンブレン壁の伝熱面積は約７％増加することになる。言い換えれば、設備の大きさを７％縮小できることになる。また、熱放散面積は約６％低減でき、無駄な熱放散を抑える効果がある。このように本発明によれば、メンブレン壁の熱吸収伝熱面積を増加するとともに熱放散伝熱面積を減少することができ、結果的に熱効率の向上が図れる。

図３は、本発明の第２実施形態に係るメンブレン壁１９の横断面図である。本実施形態で前記第２実施形態と相違する点は同図に示すように、メンブレンバー２１の炉内２３側表面を、管中心線２８からさらに炉外２４側にずらして伝熱管２０と溶接した点である。本実施形態の場合、伝熱管２０の外周面とメンブレンバー２１の炉外側表面とがほぼ面一となっており、治具を利用しての製作が容易である。このようにすることにより、メンブレン壁１９の熱吸収伝熱面積をさらに増加するとともに熱放散伝熱面積をさらに減少することができる。

本発明の第１実施形態に係るメンブレン壁の横断面図である。従来のメンブレン壁と本発明の第１実施形態に係るメンブレン壁の、熱吸収伝熱面積ならびに熱放散伝熱面積の変化を試算した表である。本発明の第２実施形態に係るメンブレン壁の横断面図である。発電用石炭焚ボイラ装置の概略構成図である。従来のメンブレン壁の横断面図である。

符号の説明

１：ボイラ本体、１８：火炉、１９：メンブレン壁、２０：伝熱管、２１：メンブレンバー、２２：溶接、２３：炉内、２４：炉外、２５：管内流体、２６：熱吸収伝熱面、２７：熱放熱伝熱面、２８：管中心線、２９：管ピッチ。

Claims

伝熱管とメンブレンバーを交互に溶接により一体構造としたボイラ用メンブレン壁において、前記メンブレンバーの炉内側表面が当該メンブレンバーの両側伝熱管の管中心線上に配置されていることを特徴とするボイラ用メンブレン壁。
伝熱管とメンブレンバーを交互に溶接により一体構造としたボイラ用メンブレン壁において、前記メンブレンバーの炉内側表面が当該メンブレンバーの両側伝熱管の管中心線よりも炉外側に配置されていることを特徴とするボイラ用メンブレン壁。
請求項１または２記載のボイラ用メンブレン壁において、前記伝熱管とメンブレンバーの接合を、メンブレンバーを炉外側のみの開先として、炉外側からのみの溶接で行なったことを特徴とするボイラ用メンブレン壁。
請求項１ないし３のいずれか１項記載のボイラ用メンブレン壁を用いて火炉を区画形成したことを特徴とするボイラ装置。
請求項２記載のボイラ用メンブレン壁を用いて火炉を区画形成したことを特徴とするガス焚ボイラ装置。