JP3094698B2 - 六角形加圧流動層ボイラの伝熱管貫通部構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、六角形加圧流動層ボイ
ラの伝熱管貫通部構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１３及び図１４は発電設備に用いられ
る加圧流動層ボイラの一例を示すものであり、該加圧流
動層ボイラは、圧力容器１内に、炉壁管をフィンによっ
て連結してなる炉壁２で構成された平面的に見て矩形の
流動層容器３３を配置し、該流動層容器３３内に、上下
方向へ所要の間隔でジグザグ状に水平配置された伝熱管
３を支持管８に支持せしめてなる蒸発器３０、過熱器３
１及び再熱器３２によって構成されるパネル４を多数並
設してなる構成を有しており、前記流動層容器３３内に
は、所要量のベッド材３５が装入されて流動層５２が形
成されるようになっている。

【０００３】前記蒸発器３０の蒸気流通方向上流側端部
は管路３６により給水ポンプ３７に、下流側端部は管路
３８、気水分離器３９、管路４０を介して過熱器３１の
上流側端部に接続され、又、過熱器３１の下流側端部は
管路４１により蒸気タービン設備４２の高圧タービン４
３の蒸気入口に接続され、又、再熱器３２の蒸気流通方
向上流側端部は管路４４により蒸気タービン設備４２の
高圧タービン４３の蒸気出口に、下流側端部は管路４５
により蒸気タービン設備４２の低圧タービン４６の蒸気
入口に接続されており、更に、前記低圧タービン４６の
蒸気出口は管路４７により復水器４８を介して前記給水
ポンプ３７に接続されている。

【０００４】前述の如き加圧流動層ボイラにおいては、
コンプレッサ４９により大気５０を圧縮した圧縮空気を
圧縮空気供給ダクト５１から圧力容器１へ供給し、流動
層容器３３内にベッド材３５の流動層５２を形成させた
状態で、流動層５２へ石炭等の燃料５３を供給して流動
層５２内で燃焼させる。

【０００５】燃料５３が燃焼すると、その熱エネルギー
は、流動状態のベッド材３５に伝達され、更に、ベッド
材３５が蒸発器３０、過熱器３１、再熱器３２に接触す
ることによって、前記熱エネルギーが蒸発器３０、過熱
器３１、再熱器３２に伝達される。

【０００６】給水ポンプ３７から蒸発器３０へ供給され
るボイラ水は前記熱エネルギーによって蒸気化し、その
蒸気は気水分離器３９において水分を分離除去された
後、過熱器３１により過熱蒸気となり、該過熱蒸気は蒸
気タービン設備４２の高圧タービン４３に流入して該高
圧タービン４３を駆動する。

【０００７】高圧タービン４３を駆動した後の蒸気は、
再熱器３２へ流入し、該再熱器３２によって再熱された
蒸気は低圧タービン４６に流入して、該低圧タービン４
６を駆動し、更に低圧タービン４６を駆動した後の蒸気
は、復水器４８によってボイラ水に戻されて、給水ポン
プ３７により再び蒸発器３０へ供給される。

【０００８】尚、実際には流動層容器３３の炉壁２にも
前記給水ポンプ３７からの水が供給され、炉壁２自体も
伝熱面として機能するようになっているが、図１３にお
いては省略してある。

【０００９】このようにして、蒸気タービン設備４２は
蒸気により駆動され、蒸気タービン設備４２に接続され
た蒸気タービン発電機５４によって発電が行われる。

【００１０】一方、流動層容器３３内において燃焼した
燃料５３の燃焼ガスは、排ガスダクト５を介してサイク
ロン５５へ導かれ、該サイクロン５５により煤塵が分離
除去された後、ダクト５６によりガスタービン５７に供
給され、該ガスタービン５７に接続されたガスタービン
発電機５８によって発電が行われ、又、同時に、ガスタ
ービン５７によって前記コンプレッサ４９が駆動され
る。

【００１１】尚、図１３中、５９はベッド材貯蔵容器で
ある。

【００１２】一方、近年、大型の加圧流動層ボイラの要
望が高まってきており、図１０〜図１２に示される如
く、圧力容器１内に、炉壁管７３をフィン７４によって
連結してなる炉壁２で構成された平面的に見て略正六角
形の流動層容器３３を配置し、該流動層容器３３の炉壁
２によって囲まれる内部空間６の平面的に見て略菱形に
三等分割された空間６ａ，６ｂ，６ｃ内に夫々、伝熱管
３を上下方向に延びる支持管（図示せず）に支持せしめ
てなる蒸発器３０、過熱器３１及び再熱器３２によって
構成されたパネル４群を前記圧力容器１の周方向へ互い
に１２０゜の角度をなして配置する、いわゆる六角形加
圧流動層ボイラの開発が進められており、前述の如き六
角形加圧流動層ボイラは、流動層容器３３を平面的に見
て矩形に形成した加圧流動層ボイラに比べ、圧力容器１
の径を同じにし且つ流動層容器３３の高さを同じにした
場合には伝熱面積を大きくとれ、又、伝熱面積を六角形
加圧流動層ボイラと矩形の加圧流動層ボイラで同じにし
た場合には六角形加圧流動層ボイラの方が圧力容器１の
径を小さくできるため、ボイラ負荷変動時の圧力容器１
内空気の圧力流量応答特性が向上するといった長所を有
している。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
如き六角形加圧流動層ボイラでは、伝熱管３が炉壁２を
貫通する際に干渉する炉壁管７３については、図１１及
び図１２に示される如く、伝熱管３を避けるように炉壁
２の外側に曲げる必要があるが、伝熱管３の炉壁２に対
する交角は６０゜となっており、該伝熱管３は炉壁２を
斜めに貫通してヘッダ１３に接続されるため、伝熱管３
の貫通部における炉壁管７３の管曲げが左右非対称とな
って複雑になると共に、貫通部の形状が楕円となること
から、熱応力低減のためのスリーブ７５の加工及びフィ
ン７４の孔あけ加工も面倒となってコストアップにつな
がり、又、ヘッダ１３が圧力容器１の中心Ｏと対称に配
置されなくなり、ひいては圧力容器１の径を大きくする
必要が生ずる等の問題を有していた。

【００１４】本発明は、斯かる実情に鑑み、伝熱管の貫
通部における炉壁管の管曲げの複雑化を回避し得、且つ
貫通部の形状を円形となし得、熱応力低減のためのスリ
ーブの加工及びフィンの孔あけ加工を容易化してコスト
アップを避けることができ、更に、ヘッダを圧力容器の
中心と対称に配置でき、圧力容器の大径化を阻止し得る
六角形加圧流動層ボイラの伝熱管貫通部構造を提供しよ
うとするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、圧力容器内
に、炉壁管をフィンによって連結してなる天井炉壁部と
底炉壁部と側炉壁部とから形成された平面的に見て略正
六角形の流動層容器を配置し、又、上下方向へ所要の間
隔でジグザグ状に水平配置された伝熱管を、支持管に支
持せしめてなる蒸発器、過熱器及び再熱器によってパネ
ルを構成し、該パネルを多数並設してパネルブロックを
構成し、前記流動層容器の内部空間を平面的に見て略菱
形となるよう仮想的に三等分割した空間内に夫々、前記
パネルブロックを、前記圧力容器の周方向へ互いに１２
０゜の角度をなすよう配置し、前記伝熱管の端部を前記
流動層容器の側炉壁部を貫通せしめてヘッダに接続する
ようにした六角形加圧流動層ボイラの伝熱管貫通部構造
であって、前記伝熱管の端部を、前記パネルブロックを
構成する並設された隣のパネルに対し平面的に見て重合
しないよう側炉壁部貫通前に屈曲せしめ、前記伝熱管が
側炉壁部に対し直交した状態で側炉壁部を貫通するよう
構成したことを特徴とするものである。

【００１６】

【作用】従って、伝熱管の側炉壁部に対する交角は９０
゜となり、該伝熱管は側炉壁部を真っ直ぐに貫通してヘ
ッダに接続されるため、伝熱管の貫通部における炉壁管
の管曲げが左右対称となって複雑になることはなく、し
かも貫通部の形状が円形となることから、スリーブの加
工及びフィンの孔あけ加工も面倒とならずコストアップ
は避けられ、更に、ヘッダが圧力容器の中心と対称に配
置され、圧力容器の径を大きくしなくて済む。

【００１７】又、前記側炉壁部貫通前に屈曲せしめた伝
熱管は、隣のパネルに対し平面的に見て重合しないよう
にしてあるため、ベッド材により摩耗することがある伝
熱管の補修時には、貫通部の手前で伝熱管を切断すれ
ば、該伝熱管からなるパネルを隣のパネルと干渉するこ
となく上方へ引き上げて流動層容器の外へ搬出可能とな
り、作業に支障をきたすこともない。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。

【００１９】図１〜図９は本発明の一実施例であり、圧
力容器１内に、炉壁管７３をフィン７４によって連結し
てなる炉壁２（天井炉壁部２ａと底炉壁部２ｂと側炉壁
部２ｃ）から形成された平面的に見て略正六角形の流動
層容器３３を配置し、該流動層容器３３の炉壁２によっ
て囲まれる内部空間６を平面的に見て略菱形の空間６
ａ，６ｂ，６ｃに仮想的に三等分割する。前記流動層容
器３３は、図９に示すように、底炉壁部２ｂに供給され
た水を一旦集めて六角形の一辺をなす側炉壁部２ｃへ導
く第一底部ヘッダ６２と、該第一底部ヘッダ６２から側
炉壁部２ｃへ導かれた水（蒸気）を集める上縁部ヘッダ
６３と、該上縁部ヘッダ６３に集められた水（蒸気）を
下降せしめる第一下降管６４と、該第一下降管６４を下
降した水（蒸気）を前記六角形の一辺をなす側炉壁部２
ｃの一方の側に隣接する側炉壁部２ｃへ導く第二底部ヘ
ッダ６５と、該第二底部ヘッダ６５から側炉壁部２ｃへ
導かれ該側炉壁部２ｃから天井炉壁部２ａを流れる水
（蒸気）を集める上部ヘッダ６６と、該上部ヘッダ６６
に集められた水（蒸気）を下降せしめる第二下降管６７
と、該第二下降管６７を下降した水（蒸気）を蒸発器３
０へ導く第一蒸発器入口ヘッダ６８及び第二蒸発器入口
ヘッダ６９とを備えている。

【００２０】又、図２に示す如く、上下方向へ所要の間
隔でジグザグ状に水平配置された伝熱管３を、支持部が
略垂直配置され且つ最上方の伝熱管３の上部で山形に合
流せしめた支持管８にブラケット７０（図３参照）を介
して支持せしめてなる蒸発器３０、過熱器３１及び再熱
器３２によってパネル４を構成し、該パネル４を図３及
び図４に示す如く複数（図の例では二枚）並設して、そ
の隣り合うパネル４の前記支持管８の頂部を一本の支持
管８に合流させることにより、一組のパネルユニット９
を形成し、該パネルユニット９を図４に示す如く多数並
設してパネルブロック６０を構成し、前記三等分割した
略菱形の空間６ａ，６ｂ，６ｃ内に夫々、図６に示す如
く、前記パネルブロック６０を、前記菱形の一辺と平行
な水平流れ方向７ａ，７ｂ，７ｃに隣接するよう二組ず
つ配置すると共に、互いに隣接する前記三等分割した略
菱形の空間６ａ，６ｂ，６ｃ内のパネルブロック６０を
前記圧力容器１の周方向へ互いに１２０゜の角度をなす
よう配置し、前記パネルユニット９における合流させた
一本の支持管８を夫々、図１及び図５に示す如く、前記
流動層容器３３の天井炉壁部２ａを貫通させ且つ該天井
炉壁部２ａの上側に配置した支持梁１０に掛け渡す如く
設けた吊り部材１１に吊り下げ、前記三等分割した略菱
形の空間６ａ，６ｂ，６ｃ上の天井炉壁部２ａに夫々、
前記一組のパネルユニット９が通過可能な排ガスダクト
１２ａ，１２ｂ，１２ｃを支持梁１０及び吊り部材１１
間に位置するよう接続する。

【００２１】前記支持梁１０は、図５に示す如く、流動
層容器３３の天井炉壁部２ａにおける六角形の頂点近傍
に位置するよう圧力容器１の内壁から図示していない垂
直ロッドを介して吊り下げられた六本の基材６１に対
し、三本の梁材１０’を、前記六角形の三辺上方に位置
するよう掛け渡して設けると共に、前記三本の梁材１
０’に、前記流動層容器３３の中心部から前記圧力容器
１の周方向へ互いに１２０゜の角度をなして六角形の頂
点側へ放射状に延びる三又梁１０”を、前記三等分割し
た略菱形の空間６ａ，６ｂ，６ｃの境界部上方に位置す
るよう掛け渡して設けることにより構成してあり、前記
吊り部材１１は前記梁材１０’と三又梁１０”との間に
掛け渡す如く設けられ、又、前記流動層容器３３は、そ
の六角形の頂点部分において前記支持梁１０の梁材１
０’から吊り下げられている。

【００２２】前記排ガスダクト１２ａ，１２ｂ，１２ｃ
は、その上方において一本の排ガスダクト１２にまとめ
られている。

【００２３】尚、図１及び図２中、１３，１４は蒸発器
３０、過熱器３１及び再熱器３２を構成する伝熱管３及
び支持管８が接続される各種ヘッダ、５９はベッド材貯
蔵容器、７１は圧力容器１の頂部に設けられた開閉可能
なフランジ部、７２は排ガスダクト１２の頂部に設けら
れた開閉可能なフランジ部である。

【００２４】一方、本実施例の場合、図６〜図８に示す
如く、六角形加圧流動層ボイラにおける伝熱管３の端部
を、パネルブロック６０を構成する並設された隣のパネ
ル４に対し平面的に見て重合しないよう側炉壁部２ｃ貫
通前に屈曲せしめ、前記伝熱管３が側炉壁部２ｃに対し
直交した状態で側炉壁部２ｃを貫通するよう構成してあ
る。

【００２５】次に、上記実施例の作動を説明する。

【００２６】六角形加圧流動層ボイラの水（蒸気）の流
れは、基本的には図１３に示す従来の加圧流動層ボイラ
の場合と同様であるが、図９を用いて以下に概略を説明
する。尚、図９には、流動層容器３３を三等分割した一
つのブロック（空間６ａの部分）のみを図示してある
が、残りの二つのブロック（空間６ｂ，６ｃの部分）に
ついては全く同様であるため、省略してある。流動層容
器３３の底炉壁部２ｂへ供給された水は、第一底部ヘッ
ダ６２に上縁部ヘッダ６３から第一下降管６４を経て第
二底部ヘッダ６５へ導かれ、該第二底部ヘッダ６５から
前記側炉壁部２ｃの隣に位置する側炉壁部２ｃに沿って
上昇し、該側炉壁部２ｃから天井炉壁部２ａを流れて上
部ヘッダ６６へ集められ、該上部ヘッダ６６から第二下
降管６７を経て第一蒸発器入口ヘッダ６８と第二蒸発器
入口ヘッダ６９へ導かれる。前記第一蒸発器入口ヘッダ
６８へ導かれた水（蒸気）は、流動層容器３３内に配置
された蒸発器３０へ供給されて流動層の熱エネルギーに
よって蒸気化し、その蒸気は気水分離器３９において水
分を分離除去された後、過熱器３１により過熱蒸気とな
り、該過熱蒸気は高圧タービン４３に流入して該高圧タ
ービン４３を駆動し、該高圧タービン４３を駆動した後
の蒸気は、再熱器３２へ流入し、該再熱器３２によって
再熱された蒸気は低圧タービン４６に流入して、該低圧
タービン４６を駆動し、更に低圧タービン４６を駆動し
た後の蒸気は、復水器４８によってボイラ水に戻され
て、再び前記流動層容器３３の底炉壁部２ｂへ供給され
る。尚、前記第二蒸発器入口ヘッダ６９へ導かれた水
（蒸気）は、隣の空間（この場合は空間６ｂ）内に配置
された蒸発器３０へ供給される。

【００２７】又、流動層容器３３内において燃焼した燃
料の燃焼ガスは、図１及び図５に示す排ガスダクト１２
ａ，１２ｂ，１２ｃから排ガスダクト１２を介してサイ
クロン５５，５５’へ導かれ、図１３に示す従来の加圧
流動層ボイラの場合と同様に、前記サイクロン５５，５
５’により煤塵が分離除去された後、ガスタービンに供
給され、該ガスタービンに接続されたガスタービン発電
機によって発電が行われる。

【００２８】一方、伝熱管３の端部を、パネルブロック
６０を構成する並設された隣のパネル４に対し平面的に
見て重合しないよう側炉壁部２ｃ貫通前に屈曲せしめ、
前記伝熱管３が側炉壁部２ｃに対し直交した状態で側炉
壁部２ｃを貫通するよう構成したことにより、伝熱管３
の側炉壁部２ｃに対する交角は図６〜図８に示す如く９
０゜となり、該伝熱管３は側炉壁部２ｃを真っ直ぐに貫
通してヘッダ１３に接続されるため、伝熱管３の貫通部
における炉壁管７３の管曲げが左右対称となって複雑に
なることはなく、しかも貫通部の形状が円形となること
から、スリーブ７５の加工及びフィン７４の孔あけ加工
も面倒とならずコストアップは避けられ、更に、ヘッダ
１３が圧力容器１の中心Ｏと対称に配置され、圧力容器
１の径を大きくしなくて済む。

【００２９】又、前記側炉壁部２ｃ貫通前に屈曲せしめ
た伝熱管３は、隣のパネル４に対し平面的に見て重合し
ないようにしてあるため、ベッド材により摩耗すること
がある伝熱管３の補修時には、貫通部の手前で伝熱管３
を切断すれば、該伝熱管３からなるパネル４を隣のパネ
ル４と干渉することなく上方へ引き上げて流動層容器３
３の外へ搬出可能となり、作業に支障をきたすこともな
い。

【００３０】こうして、伝熱管３の貫通部における炉壁
管７３の管曲げの複雑化を回避することができると共
に、貫通部の形状を円形にでき、熱応力低減のためのス
リーブ７５の加工及びフィン７４の孔あけ加工を容易化
してコストアップを避けることができ、更に、ヘッダ１
３を圧力容器１の中心と対称に配置でき、圧力容器１の
大径化を阻止し得、又、メンテナンス性をも確保し得
る。

【００３１】尚、本発明の六角形加圧流動層ボイラの伝
熱管貫通部構造は、上述の実施例にのみ限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種
々変更を加え得ることは勿論である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の六角形加
圧流動層ボイラの伝熱管貫通部構造によれば、伝熱管の
貫通部における炉壁管の管曲げの複雑化を回避し得、且
つ貫通部の形状を円形となし得、熱応力低減のためのス
リーブの加工及びフィンの孔あけ加工を容易化してコス
トアップを避けることができ、更に、ヘッダを圧力容器
の中心と対称に配置でき、圧力容器の大径化を阻止し
得、又、メンテナンス性をも確保し得るという優れた効
果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の六角形加圧流動層ボイラの一実施例の
側断面図である。

【図２】図１のＩＩ部拡大図である。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面相当図であって、一
つのパネルユニットを表わす側断面図である。

【図４】パネルブロックの配置状態を表わす概略斜視図
である。

【図５】図１のＶ−Ｖ断面相当図である。

【図６】図１のＶＩ−ＶＩ断面相当図である。

【図７】図６のＶＩＩ部拡大図である。

【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢視相当図である。

【図９】本発明の六角形加圧流動層ボイラにおける水
（蒸気）の流れの概略を表わす概念図である。

【図１０】近年開発が進められている六角形加圧流動層
ボイラの平断面図である。

【図１１】図１０のＸＩ部拡大図である。

【図１２】図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ矢視相当図である。

【図１３】従来の加圧流動層ボイラの概念図である。

【図１４】図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ断面相当図である。

【符号の説明】

１ 圧力容器 ２ａ 天井炉壁部 ２ｂ 底炉壁部 ２ｃ 側炉壁部 ３ 伝熱管 ４ パネル ６ 内部空間 ６ａ 空間 ６ｂ 空間 ６ｃ 空間 ８ 支持管 １３ ヘッダ ３０ 蒸発器 ３１ 過熱器 ３２ 再熱器 ３３ 流動層容器 ６０ パネルブロック ７３ 炉壁管 ７４ フィン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F22B 37/10 F22B 1/02 F22B 37/20 F23C 10/16

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力容器内に、炉壁管をフィンによって
   連結してなる天井炉壁部と底炉壁部と側炉壁部とから形
   成された平面的に見て略正六角形の流動層容器を配置
   し、又、上下方向へ所要の間隔でジグザグ状に水平配置
   された伝熱管を、支持管に支持せしめてなる蒸発器、過
   熱器及び再熱器によってパネルを構成し、該パネルを多
   数並設してパネルブロックを構成し、前記流動層容器の
   内部空間を平面的に見て略菱形となるよう仮想的に三等
   分割した空間内に夫々、前記パネルブロックを、前記圧
   力容器の周方向へ互いに１２０゜の角度をなすよう配置
   し、前記伝熱管の端部を前記流動層容器の側炉壁部を貫
   通せしめてヘッダに接続するようにした六角形加圧流動
   層ボイラの伝熱管貫通部構造であって、前記伝熱管の端
   部を、前記パネルブロックを構成する並設された隣のパ
   ネルに対し平面的に見て重合しないよう側炉壁部貫通前
   に屈曲せしめ、前記伝熱管が側炉壁部に対し直交した状
   態で側炉壁部を貫通するよう構成したことを特徴とする
   六角形加圧流動層ボイラの伝熱管貫通部構造。