JP3225708U - 熱交換器の保護構造、熱交換器及びボイラ - Google Patents

Abstract

【課題】鉛直方向に延在する伝熱管を好適に保護し、摩耗を抑制する熱交換器の保護構造を提供する。【解決手段】燃焼ガスが流通する流路に設けられ、水平方向に沿って延在する水平伝熱管６２を、上下方向に沿って延在する鉛直伝熱管６１によって支持する第１過熱器１０２を燃焼ガスから保護する保護構造７０であって、上端部が鉛直伝熱管６１に対して固定され、鉛直伝熱管６１の少なくとも一部を覆うとともに、鉛直伝熱管６１に沿って延在する鉛直伝熱管プロテクタ８０と、鉛直伝熱管プロテクタ８０の下端部の鉛直伝熱管６１に対する長手方向の変位を許容しつつ、長手方向と交差する交差方向の変位を規制するガイドプレート９０と、を備える。【選択図】図３

Description

本開示は、熱交換器の保護構造、熱交換器及びボイラに関するものである。

石炭焚きボイラなどの大型のボイラは、中空形状をなして鉛直方向に設置される火炉を有し、この火炉壁に複数の燃焼バーナが火炉の周方向に沿って配設されている。また、石炭焚きボイラは、火炉の鉛直方向上方に煙道が連結されており、この煙道に蒸気を生成するための熱交換器が配置されている。そして、燃焼バーナが火炉内に燃料と空気（酸化性ガス）との混合気を噴射することで火炎が形成され、燃焼ガスが生成されて煙道に流れる。燃焼ガスが流れる領域に熱交換器が設置され、熱交換器を構成する伝熱管内を流れる水や蒸気を加熱して過熱蒸気が生成される。

石炭焚きボイラなどの火炉で生成される燃焼ガスには、灰分が含まれている。燃焼ガスに含まれる灰分は、燃焼ガスの温度が低下した領域では固形灰分（フライアッシュ）となる。よって、この領域に設置された過熱器や節炭器などの熱交換器を構成する伝熱管は、固形灰分を含有する燃焼ガスが衝突するなど、燃焼ガスの流れとの接触により、伝熱管表面に摩耗（アッシュエロージョン）が発生する場合がある。このため、伝熱管の摩耗を抑制するために、水平方向の伝熱管に加えて鉛直方向の伝熱管に対してプロテクタなどを設けて、伝熱管を燃焼ガスの流れから保護することで摩耗対策をする場合がある（例えば、特許文献１）。

特許文献１には、鉛直方向に延在する伝熱管に沿ってその長手方向に延びている縦型プロテクタを有するボイラが記載されている。この縦型プロテクタは、支持装置によって支持されている。支持装置は、縦型プロテクタの上端を支持している。

特開平９−１３３３０６号公報

しかしながら、特許文献１では、縦型プロテクタの上端部で支持されているものの、下端部もしくは下端近傍部が固定や位置の規制がされていない。これにより、縦型プロテクタに熱変形が発生し、例えば、下端部が上方側に反り上がるように（下端部が吊下管から離れるように）曲がってしまった場合には、吊下管の下方領域を燃焼ガスの流れから好適に保護できない場合があった。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、鉛直方向に延在する伝熱管を好適に保護し、摩耗を抑制することができる熱交換器の保護構造、熱交換器及びボイラを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示の熱交換器の保護構造、熱交換器及びボイラは以下の手段を採用する。
本開示の一態様に係る熱交換器の保護構造は、燃焼ガスが流通する流路に設けられ、水平方向に沿って延在する水平伝熱管を、上下方向に沿って延在する鉛直伝熱管によって支持する熱交換器を前記燃焼ガスから保護する保護構造であって、上端部が前記鉛直伝熱管に対して固定され、前記鉛直伝熱管の少なくとも一部を覆うとともに、前記鉛直伝熱管に沿って延在する鉛直伝熱管プロテクタと、前記鉛直伝熱管プロテクタの下端部が前記鉛直伝熱管に対する長手方向の変位を許容しつつ、前記長手方向と交差する交差方向の変位を規制する規制部と、を備える。

本開示によれば、鉛直方向に延在する伝熱管を好適に保護し、摩耗を抑制することができる。

本開示の実施形態に係る石炭焚きボイラを示す概略構成図である。 図１の過熱器のII部分を拡大した模式的な側面図である。 図２の過熱器の要部を示す斜視図である。 図３のＡ−Ａ矢視断面図である。

以下に、本開示に係る熱交換器の保護構造、熱交換器及びボイラの好適な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

図１は、本実施形態の石炭焚きボイラを表す概略構成図である。

本実施形態の石炭焚きボイラ１０は、石炭（炭素含有固体燃料）を粉砕した微粉炭を微粉燃料として用い、この微粉燃料を燃焼バーナにより燃焼させ、この燃焼により発生した熱を給水や蒸気と熱交換して過熱蒸気を生成することが可能な石炭焚き（微粉炭焚き）ボイラである。以降の説明で、上や上方とは鉛直方向上側を示し、下や下方とは鉛直方向下側を示すものであり、鉛直方向は厳密ではなく誤差を含むものである。

本実施形態において、図１に示すように、石炭焚きボイラ１０は、火炉１１と燃焼装置１２と燃焼ガス通路１３を有している。火炉１１は、四角筒の中空形状をなして鉛直方向に沿って設置されている。火炉１１を構成する火炉壁１０１は、複数の伝熱管とこれらを接続するフィンとで構成され、微粉燃料の燃焼により発生した熱を伝熱管の内部を流通する給水や蒸気と熱交換することで火炉壁１０１の温度上昇を抑制している。

燃焼装置１２は、火炉１１を構成する火炉壁１０１の下部側に設けられている。本実施形態では、燃焼装置１２は、火炉壁１０１に装着された複数の燃焼バーナ(例えば２１，２２，２３，２４，２５)を有している。例えば燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、火炉１１の周方向に沿って均等間隔で配設されたものが１セットとして、鉛直方向に沿って複数段配置されている。但し、火炉の形状や一つの段における燃焼バーナの数、段数はこの実施形態に限定されるものではない。

各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０を介して複数の粉砕機（ミル）３１，３２，３３，３４，３５に連結されている。この粉砕機３１，３２，３３，３４，３５は、図示しないが、例えば粉砕機のハウジング内に回転テーブルが駆動回転可能に支持され、この回転テーブルの上方に複数のローラが回転テーブルの回転に連動して回転可能に支持されて構成されている。石炭が複数のローラと回転テーブルとの間に投入されると、ここで所定の微粉炭の大きさに粉砕され、搬送用ガス（一次空気、酸化性ガス）により図示しない粉砕機のハウジング内の分級機に搬送されて所定の粒径範囲内に分級された微粉燃料を微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０から燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給することができる。

また、火炉１１は、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の装着位置に風箱３６が設けられており、この風箱３６に空気ダクト（風道）３７の一端部が連結されている。空気ダクト３７は、他端部に押込通風機（ＦＤＦ：Forced Draft Fan）３８が設けられている。

燃焼ガス通路１３は、図１に示すように、火炉１１の鉛直方向上部に連結されている。燃焼ガス通路１３は、燃焼ガスの熱を回収するための熱交換器として、過熱器１０２、１０３、１０４、再熱器１０５、１０６、節炭器１０７が設けられており、火炉１１での燃焼で発生した燃焼ガスと各熱交換器を流通する給水や蒸気との間で熱交換が行われる。なお、図１では燃焼ガス通路１３内の各熱交換器（過熱器１０２，１０３，１０４、再熱器１０５，１０６、節炭器１０７）の位置を正確に示しているものではなく、各熱交換器の燃焼ガス流れに対する配置順も図１の記載に限定されるものではない。

燃焼ガス通路１３は、図１に示すように、その下流側に熱交換を行った燃焼ガスが排出される煙道１４が連結されている。煙道１４は、空気ダクト３７との間にエアヒータ（空気予熱器）４２が設けられ、空気ダクト３７を流れる空気と、煙道１４を流れる燃焼ガスとの間で熱交換を行い、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給する燃焼用空気を昇温することができる。

また、煙道１４は、エアヒータ４２より上流側の位置に脱硝装置４３が設けられている。脱硝装置４３は、アンモニア、尿素水等の窒素酸化物を還元する作用を有する還元剤を煙道１４内に供給し、還元剤が供給された燃焼ガスを窒素酸化物と還元剤との反応を脱硝装置４３内に設置された脱硝触媒の触媒作用により促進させることで、燃焼ガス中の窒素酸化物を除去、低減するものである。そして、煙道１４に連結されるガスダクト４１は、エアヒータ４２より下流側の位置に電気集塵機などの集塵装置４４、誘引通風機（ＩＤＦ：Induced Draft Fan）４５、脱硫装置４６などが設けられ、下流端部に煙突５０が設けられている。

一方、複数の粉砕機３１，３２，３３，３４，３５が駆動すると、生成された微粉燃料が搬送用ガス（一次空気、酸化性ガス）と共に微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０を通して燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給される。また、石炭焚きボイラ１０の煙道１４から排出された排ガスとエアヒータ４２で熱交換することで、加熱された燃焼用空気（二次空気、酸化性ガス）が空気ダクト３７から風箱３６を介して各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給される。すると、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉燃料と搬送用ガスとが混合した微粉燃料混合気を火炉１１に吹き込むと共に燃焼用空気を火炉１１に吹き込み、このときに微粉燃料混合気が着火することで火炎を形成することができる。火炉１１内の下部で火炎が生じ、高温の燃焼ガスがこの火炉１１内を上昇し、燃焼ガス通路１３に排出される。なお、酸化性ガスとして、本実施形態では空気を用いる。空気よりも酸素割合が多いものや逆に少ないものであってもよく、燃料流量との適正化を図ることで使用可能になる。

また、火炉１１は、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の装着位置より上方にアディショナル空気ポート３９が設けられている。アディショナル空気ポート３９に空気ダクト３７から分岐したアディショナル空気ダクト４０の端部が連結されている。従って、押込通風機３８により送られた燃焼用空気（二次空気、酸化性ガス）を空気ダクト３７から風箱３６に供給し、この風箱３６から各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給することができると共に、押込通風機３８により送られた燃焼用追加空気（アディショナル空気）をアディショナル空気ダクト４０からアディショナル空気ポート３９に供給することができる。

火炉１１は、下部の領域Ａにて、微粉燃料混合気と燃焼用空気（二次空気、酸化性ガス）とが燃焼して火炎が生じる。ここで火炉１１は、空気の供給量が微粉炭の供給量に対して理論空気量未満となるように設定されることで、内部が還元雰囲気に保持される。即ち、微粉炭の燃焼により発生した窒素酸化物（ＮＯｘ）が火炉１１の領域Ｂで還元され、その後、アディショナル空気ポート３９からアディショナル空気が追加供給されることで微粉炭の酸化燃焼が完結され、微粉炭の燃焼によるＮＯｘの発生量が低減される。

その後、燃焼ガスは、図１に示すように、燃焼ガス通路１３に配置される第２過熱器１０３、第３過熱器１０４、第１過熱器１０２、（以下単に過熱器と記載する場合もある）、第２再熱器１０６、第１再熱器１０５（以下単に再熱器と記載する場合もある）、節炭器１０７で熱交換した後、脱硝装置４３により窒素酸化物が還元除去され、集塵装置４４で粒子状物質が除去され、脱硫装置４６にて硫黄酸化物が除去された後、煙突５０から大気中に排出される。なお、各熱交換器は燃焼ガス流れに対して、必ずしも前記記載順に配置されなくともよい。

次に、熱交換器として、燃焼ガス通路１３内に設けられた例えば、第１過熱器１０２について、図２から図４を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明では、鉛直上下方向をＺ軸方向と称し、水平方向のうち水平伝熱管の延在方向をＸ軸方向と称し、Ｚ軸方向及びＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向と称する。

第１過熱器１０２は、Ｚ軸方向（上下方向）に並んで配置される複数の伝熱管パネル６０及び伝熱管パネル６０を吊り下げることで支持する複数の鉛直伝熱管６１によって構成されている。なお、図２では、複数の伝熱管パネル６０のうちの１つを図示している。

図２に示すように、伝熱管パネル６０は、水平方向（詳細には、Ｘ軸方向）に延在する複数の水平伝熱管６２が上下方向に略平行に並んで配置されており、Ｚ軸方向に隣接する水平伝熱管６２同士のＸ軸方向の端部が、Ｕ字状に湾曲する湾曲伝熱管６３によって接続されることで、上下方向に蛇行状に延びる流路が形成されている、いわゆる横置型伝熱管パネルである。また、伝熱管パネル６０は、この蛇行状の流路が複数設けられており、複数の流路はＹ軸方向（図２の紙面奥行方向）に所定の間隔で並んで配置されている。すなわち、図３に示すように、流路の一部を構成する水平伝熱管６２は、Ｚ軸方向に所定の間隔で並ぶとともに、Ｙ軸方向にも所定の間隔で並んでいる。

図２に示すように、鉛直伝熱管６１は、例えば、Ｘ軸方向に２本並んで配置されているものを例示している。また、鉛直伝熱管６１は、Ｙ軸方向（図２の紙面奥行方向）にも複数並んで配置されている。鉛直伝熱管６１は、図３に示すように、Ｙ軸方向に並ぶ水平伝熱管６２同士の間に配置されている。
鉛直伝熱管６１の上端部は、煙道の上端を規定する天井部に固定されている。また、鉛直伝熱管６１と伝熱管パネル６０（水平伝熱管６２）とは、各々に取付けた固定用金物（図示省略）同士を嵌め合いもしくは溶接接合することにより固定されている。このようにして、鉛直伝熱管６１は、伝熱管パネル６０を吊り下げている。これにより、伝熱管パネル６０は、鉛直伝熱管６１を介して燃焼ガス通路１３内に支持される。

図３に示すように、Ｙ軸方向に並ぶ鉛直伝熱管６１は、各々、Ｙ軸方向に延在するアングル材（連結材）６４にＵボルト６９を介して連結されている。これにより、鉛直伝熱管６１のＸ軸方向への傾斜変位の発生が抑制されるとともに、Ｙ軸方向に隣接する鉛直伝熱管６１同士の間隔を所定の間隔とすることができる。
アングル材６４は、長手方向（Ｙ軸方向）と直交する平面で切断した断面がＬ字形状を為している。すなわち、アングル材６４は、鉛直伝熱管６１と対向する板状の鉛直面部６５と、鉛直面部６５の上端から鉛直伝熱管６１とは反対方向へ略直角に曲折して延びる板状の水平面部６６と、を一体的に有している。鉛直面部６５には、図４に示すように、鉛直伝熱管６１に対応する位置に、板厚方向に貫通する一対のボルト孔（図示省略）が形成されている。ボルト孔には、鉛直伝熱管６１をアングル材６４に支持するためのＵボルト６９が挿通している。水平面部６６には、アングル切欠部６８が形成されている。アングル切欠部６８によって形成された空間には、後述するガイドプレート９０及び鉛直伝熱管プロテクタ８０が配置される。

Ｕボルト６９は、内周面が鉛直伝熱管６１と接触するように設けられている。Ｕボルト６９の各先端部はアングル材６４の鉛直面部６５のボルト孔を挿通して、ナット６７に螺合している。Ｕボルト６９とナット６７が螺合することで、Ｕボルト６９は鉛直伝熱管６１をアングル材６４に接触させるように押圧する。このようにして、アングル材６４は鉛直伝熱管６１を支持している。なお、Ｕボルト６９は、熱伸びによる鉛直伝熱管６１とアングル材６４とのＺ方向の相対移動を許容する程度の力で、鉛直伝熱管６１をアングル材６４に押し付けてもよい。

本実施形態では、水平伝熱管６２及び鉛直伝熱管６１を保護する保護構造７０が設けられている。以下では、保護構造７０の詳細について図３及び図４を用いて説明する。
図３に示すように、保護構造７０は、水平伝熱管６２を保護する水平伝熱管保護部７１と、鉛直伝熱管６１を保護する鉛直伝熱管プロテクタ８０と、鉛直伝熱管プロテクタ８０の変位を規制するガイドプレート（規制部）９０と、を備えている。

水平伝熱管保護部７１は、水平伝熱管６２の上部を覆う半円型プロテクタ（水平伝熱管プロテクタ）７２と、半円型プロテクタ７２を下方から保持する複数（本実施形態では、一例として２つ）のバンド７３と、を有している。各バンド７３は水平伝熱管６２とは接合せずに半円型プロテクタ７２に溶接などで接合されているため、水平伝熱管６２と半円型プロテクタ７２の相互の熱伸び差による相互移動を許容している。

各伝熱管パネル６０において、最上段の水平伝熱管６２には、半円型プロテクタ７２が設けられている。詳細には、最上段の水平伝熱管６２のうち、鉛直伝熱管６１と交差する部分の近傍を含めて、燃焼ガスとの流れとの接触で摩耗が生じやすい領域に、半円型プロテクタ７２が設けられていてもよい。

半円型プロテクタ７２は、水平伝熱管６２の長手方向に沿って延在し、長手方向（Ｘ軸方向）の断面が略半円形状をしている。半円型プロテクタ７２は、水平伝熱管６２に上方から被さることで、水平伝熱管６２の少なくとも一部、さらに好ましくは中心軸線よりも上部側を覆っている。半円型プロテクタ７２は、水平伝熱管６２を燃焼ガスの流通に対して覆っている。これにより、半円型プロテクタ７２は、煙道内を流通する燃焼ガスに含まれる固形灰分が衝突することによって起こる摩耗（アッシュエロージョン）や腐食等から、水平伝熱管６２を保護している。

なお、本実施形態では、最上段の水平伝熱管６２のみに半円型プロテクタ７２を設けた例について説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、半円型プロテクタ７２は、最上段から３〜５段目までの水平伝熱管６２に設けてもよい。また、伝熱管パネル６０を構成する水平伝熱管６２の全てに半円型プロテクタ７２を設けてもよい。

また、半円型プロテクタ７２には、固定部７４が設けられている。固定部７４は、隣接する半円型プロテクタ７２どうしを溶接接合し、また、水平伝熱管６２に取り付けた突起部７７と溶接接合を行い基準となる位置固定をするものであり、半円型プロテクタ７２を覆うように形成されている。したがって固定部７４と他の部分との境界には、段部７５が形成されている。固定部７４には、上下方向に貫通する嵌合穴７６が形成されている。嵌合穴７６は、後述する突起部７７よりもわずかに大きく形成されている。

水平伝熱管６２には、嵌合穴７６に対応する部分に、上面から上方に突出する突起部７７が設けられている。突起部７７は、嵌合穴７６を挿通しており、上端（先端）が固定部７４の外表面よりも突出している。

突起部７７は、その基端部を溶接などにより水平伝熱管６２に接合され、またその先端部を溶接などによって嵌合穴７６の内周面に固定されている。これにより、半円型プロテクタ７２と水平伝熱管６２とが固定されている。他の部分では半円型プロテクタ７２と水平伝熱管６２とが固定されていない。すなわち、半円型プロテクタ７２と水平伝熱管６２とは、突起部７７を基点とした熱伸びを許容するように固定されている。

２つのバンド７３はＸ軸方向に所定距離離間して配置されている。各バンド７３は、水平伝熱管６２の下部を覆うように設けられ、半円型プロテクタ７２の周方向の両端部を連結している。バンド７３は、水平伝熱管６２を拘束しないよう、水平伝熱管６２との間に少量の隙間を保有して半円型プロテクタ７２の周方向の両端部に溶接によって固定されている。バンド７３によって、水平伝熱管６２から半円型プロテクタ７２が脱落することを防止している。また、バンド７３は、水平伝熱管６２には固定されていない。したがって、バンド７３は、熱伸びによる半円型プロテクタ７２と水平伝熱管６２との相対移動を許容している。

鉛直伝熱管プロテクタ８０は、鉛直伝熱管６１に沿って延在する金属製（例えば、鉄鋼材やステンレス鋼材など）の長尺部材である。鉛直伝熱管プロテクタ８０は、いわゆる溝形鋼である。すなわち、鉛直伝熱管プロテクタ８０は、長手方向（Ｚ軸方向）と直交する平面で切断した断面が略コの字形状を為している。鉛直伝熱管プロテクタ８０の上端は、最上段の水平伝熱管６２よりも上方に位置している。また、鉛直伝熱管プロテクタ８０の下端は、最下段の水平伝熱管６２よりも下方に位置している。すなわち、鉛直伝熱管プロテクタ８０は、伝熱管パネル６０のＺ軸方向の全域に亘って設けられている。なお、鉛直伝熱管プロテクタ８０の下端部は、アングル材６４切欠部によって形成された空間を挿通している。鉛直伝熱管プロテクタ８０の長手方向の長さは、例えば、２ｍから５ｍとされ、長尺となる。

鉛直伝熱管プロテクタ８０は、鉛直伝熱管６１の外周面と対向する第１対向面部８１と、第１対向面部８１のＹ軸方向の両端から略直角に曲折して延びる２つの第１側面部（固定面）８２と、を一体的に有している。鉛直伝熱管プロテクタ８０は、Ｙ軸方向に並ぶ水平伝熱管６２同士の間に配置されている。また、鉛直伝熱管プロテクタ８０は、鉛直伝熱管６１とＸ軸方向に並ぶように配置されている。

第１対向面部８１は、鉛直伝熱管６１の外周面と近接するように配置されている。すなわち、第１対向面部８１は、鉛直伝熱管６１の一面（第１対向面部８１と対向する面）を水平方向から覆っている。第１対向面部８１は、鉛直伝熱管６１の一面を燃焼ガスの流通に対して覆っている。鉛直伝熱管プロテクタ８０と鉛直伝熱管６１とは、直接固定されていない。鉛直伝熱管プロテクタ８０と鉛直伝熱管６１とは、後述するＬ字型支持カバーを介して連結されている。
各第１側面部８２は、隣接する水平伝熱管６２（詳細には半円型プロテクタ７２）と近接している。

鉛直伝熱管プロテクタ８０の下端部の変位を規制する構造について説明する。ガイドプレート９０は、長手方向（Ｚ軸方向）と直交する平面で切断した断面が略コの字形状を為している。ガイドプレート９０は、アングル材６４切欠部によって形成された空間に配置されている。
ガイドプレート９０は、アングル材６４の鉛直面部６５と対向する第２対向面部９１と、第２対向面部９１のＹ軸方向の両端部からアングル材６４の鉛直面部６５の方向へ略直角に曲折して延びる２つの第２側面部９２と、を一体的に有している。

第２対向面部９１のＹ軸方向の長さは、アングル切欠部６８のＹ軸方向の長さよりわずかに短くなっており、ガイドプレート９０はアングル切欠部６８に嵌合して、溶接などで接合する。
各第２側面部９２の先端は、アングル材６４の鉛直面部６５に当接して溶接などで固定されている。また、各第２側面部９２の外面はアングル切欠部６８のＹ軸方向の縁に当接して溶接などで固定されている。したがって、各第２側面部９２は、アングル切欠部６８のＹ軸方向の縁と溶接などによって固定されている。各第２側面部９２のＸ軸方向の長さは、アングル材６４の水平面部６６のＸ軸方向の長さよりも長くなっている。

ガイドプレート９０の第２対向面部９１、２つの第２側面部９２及びアングル材６４の鉛直面部６５は、上下方向が開口する空間を規定している。この空間には、鉛直伝熱管プロテクタ８０の下端部が配置されている。換言すれば、鉛直伝熱管プロテクタ８０の下端部は、ガイドプレート９０の第２対向面部９１、２つの第２側面部９２及びアングル材６４の鉛直面部６５によって、囲まれている。鉛直伝熱管プロテクタ８０は、この空間において、第２対向面部９１、２つの第２側面部９２及びアングル材６４の鉛直面部６５から離間するように配置されている。また、鉛直伝熱管プロテクタ８０の下端は、ガイドプレート９０の下端よりも、下方側に位置している。

温度分などによる変位等によって、鉛直伝熱管プロテクタ８０の下端部がＸ軸方向またはＹ軸方向に移動すると、下端部は、第２対向面部９１、２つの第２側面部９２またはアングル材６４の鉛直面部６５のいずれかに接触する。これにより、鉛直伝熱管プロテクタ８０の下端部のＸ軸方向またはＹ軸方向の変位が規制される。また、下端部は、上下方向（Ｚ軸方向）の変位は規制されていないので、鉛直伝熱管プロテクタ８０の長手方向（上下方向）の熱伸びは許容されている。

鉛直伝熱管プロテクタ８０の上端部の支持構造について説明する。鉛直伝熱管プロテクタ８０と鉛直伝熱管６１とは、Ｌ字支持カバー（固定部）５１によって固定されている。詳細には、Ｌ字支持カバー５１は、鉛直伝熱管プロテクタ８０の上端部と鉛直伝熱管６１とを溶接などで固定している。
Ｌ字支持カバー５１は、Ｘ軸方向と直行する平面で切断した断面が略Ｌ字形状の部材である。Ｌ字支持カバー５１は、鉛直伝熱管プロテクタ８０及び鉛直伝熱管６１に溶接などで固定される固定面部５２と、半円型プロテクタ７２の上面に載置される載置部５３と、を一体的に有している。

固定面部５２は、板状の部材であって、略水平に延在している。固定面部５２のＹ軸方向の一端は、鉛直伝熱管プロテクタ８０の第１側面部８２及び鉛直伝熱管６１の外周面に固定されている。すなわち、固定面部５２は、鉛直伝熱管プロテクタ８０の第１側面部８２に固定されるプロテクタ固定部５４と、鉛直伝熱管６１に固定されるＬ字支持カバー切欠部５５と、を有している。Ｌ字支持カバー切欠部５５は、鉛直伝熱管６１の外周面の形状に応じるように切り欠かれている。Ｌ字支持カバー５１は、固定面部５２の上端が、鉛直伝熱管プロテクタ８０の第１側面部８２の上端よりも、例えば１０ｍｍから２０ｍｍ程度低くなるように配置され、溶接などによる固定を容易にしている。プロテクタ固定部５４と鉛直伝熱管プロテクタ８０とは、例えば隅肉溶接によって固定されている。また、Ｌ字支持カバー切欠部５５と鉛直伝熱管６１とは、溶接などによって固定されている。

Ｌ字支持カバー５１の載置部５３は、板状の部材であって、略鉛直上下方向に延在している。載置部５３の下端は、半円型プロテクタ７２の上面に載置されている。詳細には、半円型プロテクタ７２の段部７５からＸ軸方向に所定距離離間した位置に載置されている。所定距離とは、半円型プロテクタ７２が熱伸びしたとしても、載置部５３と段部７５とが干渉しない距離である。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態では、鉛直伝熱管プロテクタ８０が鉛直伝熱管６１の一面を覆っている。これにより、固形灰分を含有する燃焼ガスとの接触等による鉛直伝熱管６１の摩耗を抑制することができる。

また、本実施形態では、鉛直伝熱管プロテクタ８０は数ｍに及ぶ長尺構造であることから、鉛直伝熱管プロテクタ８０の上端部が、Ｌ字支持カバー５１を介して鉛直伝熱管６１に固定され、下端部側へ熱伸びを許容している。このため、燃焼ガスの熱によって、鉛直伝熱管プロテクタ８０が上端部を基点として変形する可能性がある。上端部を基点として変形した場合、鉛直伝熱管プロテクタ８０の下部（特に下端部）では、変位量が大きくなる。したがって、変位態様によっては、下端部が鉛直伝熱管６１から離間してしまい、下端部付近が燃焼ガスの流れから鉛直伝熱管６１を覆っていない状態となるおそれがある。

本実施形態では、鉛直伝熱管プロテクタ８０の下端部の鉛直伝熱管６１に対する交差方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）の変位を規制するガイドプレート９０が設けられている。これにより、鉛直伝熱管プロテクタ８０の下部側の下端部の交差方向への変位がガイドプレート９０によって規制される。すなわち、鉛直伝熱管プロテクタ８０の鉛直伝熱管６１から遠ざかる方向への移動が規制される。したがって、鉛直伝熱管プロテクタ８０と鉛直伝熱管６１とが、離間するように相対移動する事態を抑制することができる。よって、鉛直伝熱管プロテクタ８０が鉛直伝熱管６１を燃焼ガスの流れから覆っている状態を維持することができるため、鉛直伝熱管６１を好適に保護し、摩耗を抑制することができる。一方、ガイドプレート９０は、鉛直伝熱管プロテクタ８０の下部側の下端部の鉛直伝熱管６１に対する長手方向（Ｚ軸方向）の変位を許容する。したがって、鉛直伝熱管プロテクタ８０の熱伸びを許容することができるので、鉛直伝熱管プロテクタ８０及び／又は鉛直伝熱管６１の損傷を抑制することができる。

本実施形態では、ガイドプレート９０が、隣接する鉛直伝熱管６１同士を連結するアングル材６４に設けたアングル切欠部６８に嵌合うことにより固定されている。これにより、ガイドプレート９０を固定するための部材を、別途設ける必要がない。したがって、ガイドプレート９０を固定するための部材を別途設ける場合と比較して、部品点数を低減することができるため、鉛直伝熱管プロテクタ８０を設置する際の作業量の低減やコストの増加を抑制することができる。

本実施形態では、鉛直伝熱管プロテクタ８０と鉛直伝熱管６１とを固定するＬ字支持カバー５１が、半円型プロテクタ７２の上面に載置されている。半円型プロテクタ７２は、水平伝熱管６２に対して覆いかぶさるように支持されているので、半円型プロテクタ７２に作用した荷重は、水平伝熱管６２に伝達する。したがって、鉛直伝熱管プロテクタ８０を、Ｌ字支持カバー５１を介して鉛直伝熱管６１及び水平伝熱管６２の両方によって支持することができる。よって、荷重が鉛直伝熱管６１または水平伝熱管６２のいずれかに集中することがなく、好適に鉛直伝熱管プロテクタ８０を支持することができる。

また、Ｌ字支持カバー５１は半円型プロテクタ７２の上面に載置されているだけなので、Ｌ字支持カバー５１と半円型プロテクタ７２とは相対移動可能とされている。すなわち、半円型プロテクタ７２は、水平伝熱管６２に対して突起部７７で基準値を固定されているので、Ｌ字支持カバー５１と水平伝熱管６２とも相対移動可能とされている。すなわち、Ｌ字支持カバー５１は水平伝熱管６２の熱伸びを規制していない。したがって、水平伝熱管６２の熱伸びを許容することができるので、水平伝熱管６２及び／又はＬ字支持カバー５１の損傷を抑制することができる。

本実施形態では、半円型プロテクタ７２が水平伝熱管６２の少なくとも一部、さらに好ましくは中心軸線より上部側を覆っている。これにより、固形灰分を含有する燃焼ガスの流れとの接触等による水平伝熱管６２の摩耗を抑制することができる。

本実施形態では、Ｌ字支持カバー５１の上端は、鉛直伝熱管プロテクタ８０の第１側面部８２の上端よりも低くなっている。これにより、Ｌ字支持カバー５１は鉛直伝熱管プロテクタ８０の第１側面部８２に溶接接合可能な領域を容易に確保することが出来るので、隅肉溶接などで固定することができる。したがって、Ｌ字支持カバー５１と鉛直伝熱管プロテクタ８０とを、端部同士の位置を合わせて端面部分に溶接で固定する場合と比較して、容易に確実に固定することができる。

本実施形態では、Ｌ字支持カバー５１に、鉛直伝熱管６１の外周面の形状に応じるように切り欠かれているＬ字支持カバー切欠部５５が形成されて、このＬ字支持カバー切欠部５５が鉛直伝熱管６１に固定されている。これにより、Ｌ字支持カバー５１と鉛直伝熱管６１との接触面積が切欠部を設けない場合と比較して増大するため、Ｌ字支持カバー５１と鉛直伝熱管６１とを強固に溶接で固定することができる。

なお、本開示は上記実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本開示の権利範囲に含まれるものとする。

例えば、上記実施形態では、第１過熱器１０２に保護構造７０を適用する例について説明したが、本開示はこれに限定されない。保護構造７０は、水平伝熱管と水平伝熱管を支持する鉛直伝熱管６１とを有する熱交換器であれば適用可能である。したがって、保護構造７０を、例えば、他の過熱器（第２過熱器１０３や第３過熱器１０４）に設けてもよく、再熱器１０５、１０６及び節炭器１０７の何れかに設けてもよい。また、全ての熱交換器に設けてもよい。

以上説明した各実施形態に記載の熱交換器の保護構造、熱交換器及びボイラは例えば以下のように把握される。

本開示の一態様に係る熱交換器の保護構造は、燃焼ガスが流通する流路（１３）に設けられ、水平方向に沿って延在する水平伝熱管（６２）を、上下方向に沿って延在する鉛直伝熱管（６１）によって支持する熱交換器（１０２）の保護構造（７０）であって、上部が前記鉛直伝熱管（６１）に対して固定され、前記鉛直伝熱管（６１）の少なくとも一部を覆うとともに、前記鉛直伝熱管（６１）に沿って延在する鉛直伝熱管プロテクタ（８０）と、前記鉛直伝熱管プロテクタ（８０）の下部の前記鉛直伝熱管（６１）に対する長手方向の変位を許容しつつ、前記長手方向と交差する交差方向の変位を規制する規制部（９０）と、を備える。

上記構成では、鉛直伝熱管プロテクタが鉛直伝熱管の少なくとも一部を覆っている。これにより、固形灰分を含有する燃焼ガスの流れとの接触等による鉛直伝熱管の摩耗を抑制することができる。
また、上記構成では、鉛直伝熱管プロテクタの上部が、鉛直伝熱管に対して固定されている。これにより、燃焼ガスの熱によって、鉛直伝熱管プロテクタが上部を基点として変形する可能性がある。鉛直伝熱管プロテクタは長尺構造であるため、上部側の上端近傍部を基点として変形した場合、鉛直伝熱管プロテクタの下部側の下端近傍部では、変位量が大きくなる場合がある。上記構成では、鉛直伝熱管プロテクタの下部側の下端部の鉛直伝熱管に対する交差方向の変位を規制する規制部が設けられている。これにより、鉛直伝熱管プロテクタの下部の交差方向への変位が規制部によって規制される。すなわち、鉛直伝熱管プロテクタの鉛直伝熱管から遠ざかる方向への移動が規制される。したがって、鉛直伝熱管プロテクタと鉛直伝熱管とが、離間するように相対移動する事態を抑制することができる。よって、鉛直伝熱管プロテクタが鉛直伝熱管を覆っている状態を維持することができるため、鉛直伝熱管を好適に保護し、摩耗を抑制することができる。一方、規制部は、鉛直伝熱管プロテクタの下部の鉛直伝熱管に対する長手方向（上下方向）の変位を許容する。したがって、鉛直伝熱管プロテクタの熱伸びを許容することができるので、鉛直伝熱管プロテクタ及び／又は鉛直伝熱管の損傷を抑制することができる。

また、本開示の一態様に係る熱交換器の保護構造は、前記規制部（９０）は、隣接する前記鉛直伝熱管（６１）同士を連結する連結部（６４）に固定されている。

上記構成では、規制部が、隣接する鉛直伝熱管同士を連結する連結部に固定されている。これにより、規制部を固定するための部材を、別途設ける必要がない。したがって、規制部を固定するための部材を別途設ける場合と比較して、部品点数を低減することができるため、鉛直伝熱管プロテクタ（８０）を設置する際の作業量の低減やコストの増加を抑制することができる。

また、本開示の一態様に係る熱交換器の保護構造は、前記鉛直伝熱管（６１）を前記鉛直伝熱管プロテクタ（８０）に対して支持する固定部（５１）と、前記水平伝熱管（６２）に対して覆いかぶさることで支持され、前記水平伝熱管（６２）の少なくとも一部を覆う水平伝熱管プロテクタ（７２）と、を備え、前記固定部（５１）は、前記水平伝熱管プロテクタ（７２）に載置される。

上記構成では、鉛直伝熱管プロテクタと鉛直伝熱管とを固定する固定部が、水平伝熱管プロテクタに載置されている。水平伝熱管プロテクタは、水平伝熱管に対して覆いかぶさり支持されているので、水平伝熱管プロテクタに作用した荷重は、水平伝熱管に伝達する。したがって、鉛直伝熱管プロテクタを、鉛直伝熱管及び水平伝熱管の両方によって支持することができる。よって、荷重が鉛直伝熱管６１または水平伝熱管６２のいずれかに集中することがなく、好適に鉛直伝熱管プロテクタを支持することができる。
また、固定部は水平伝熱管プロテクタに載置されているだけなので、固定部と水平伝熱管プロテクタとは相対移動可能とされている。すなわち、水平伝熱管プロテクタは、水平伝熱管に対して固定されているので、固定部と水平伝熱管とも相対移動可能とされている。すなわち、固定部は水平伝熱管の熱伸びを規制していない。したがって、水平伝熱管の熱伸びを許容することができるので、水平伝熱管及び／又は固定部の損傷を抑制することができる。
上記構成では、水平伝熱管プロテクタが水平伝熱管の少なくとも一部を覆っている。これにより、固形灰分を含有する燃焼ガスの流れとの接触等による水平伝熱管の摩耗を抑制することができる。

また、本開示の一態様に係る熱交換器の保護構造は、前記鉛直伝熱管プロテクタ（８０）は、前記固定部（５１）に面する固定面（８２）を有し、前記固定部（５１）の上端は、前記固定面（８２）の上端よりも高さ位置が低くなるように配置されて、前記固定面（８２）に固定されている。

上記構成では、固定部の上端は固定面の上端よりも低くなっている。これにより、固定部は鉛直伝熱管プロテクタの面の領域に溶接等で固定することができる。したがって、固定部と鉛直伝熱管プロテクタとを、端部同士で位置を合わせて端面部分を溶接で固定する場合と比較して、容易に固定することができる。固定部と鉛直伝熱管プロテクタとの固定態様としては、例えば、隅肉溶接が挙げられる。

また、本開示の一態様に係る熱交換器の保護構造は、前記固定部（５１）は、前記鉛直伝熱管（６１）の外周面の形状に合うように切り欠かれている切欠部（５５）を有し、前記切欠部（５５）は、前記鉛直伝熱管（６１）に固定されている。

上記構成では、固定部に、鉛直伝熱管の外周面の形状に応じるように切り欠かれている切欠部が形成されて、この切欠部が鉛直伝熱管に固定されている。これにより、固定部と鉛直伝熱管との接触面積が増大するため、固定部と鉛直伝熱管とを溶接などで強固に固定することができる。

本開示の一態様に係る熱交換器は、水平方向に沿って延在する水平伝熱管（６２）と、前記水平伝熱管（６２）を支持し、上下方向に沿って延在する鉛直伝熱管（６１）と、上記のいずれかに記載の保護構造（７０）と、を備え、燃焼ガスが流通する流路（１３）に設けられている。

本開示の一態様に係るボイラは、上記された熱交換器（１０２）を備える。

１０ ：石炭焚きボイラ
１１ ：火炉
１２ ：燃焼装置
１３ ：燃焼ガス通路
１４ ：煙道
２１ ：燃焼バーナ
２２ ：燃焼バーナ
２３ ：燃焼バーナ
２４ ：燃焼バーナ
２５ ：燃焼バーナ
２６ ：微粉炭供給管
２７ ：微粉炭供給管
２８ ：微粉炭供給管
２９ ：微粉炭供給管
３０ ：微粉炭供給管
３１ ：粉砕機
３２ ：粉砕機
３３ ：粉砕機
３４ ：粉砕機
３５ ：粉砕機
３６ ：風箱
３７ ：空気ダクト
３８ ：押込通風機
３９ ：アディショナル空気ポート
４０ ：アディショナル空気ダクト
４１ ：ガスダクト
４２ ：エアヒータ
４３ ：脱硝装置
４４ ：集塵装置
４６ ：脱硫装置
５０ ：煙突
５１ ：Ｌ字支持カバー（固定部）
５２ ：固定面部
５３ ：載置部
５４ ：プロテクタ固定部
５５ ：Ｌ字支持カバー切欠部（切欠部）
６０ ：伝熱管パネル
６１ ：鉛直伝熱管
６２ ：水平伝熱管
６３ ：湾曲伝熱管
６４ ：アングル材（連結部）
６５ ：鉛直面部
６６ ：水平面部
６７ ：ナット
６８ ：アングル切欠部
６９ ：Ｕボルト
７０ ：保護構造
７１ ：水平伝熱管保護部（保護構造）
７２ ：半円型プロテクタ（水平伝熱管プロテクタ）
７３ ：バンド
７４ ：固定部
７５ ：段部
７６ ：嵌合穴
７７ ：突起部
８０ ：鉛直伝熱管プロテクタ
８１ ：第１対向面部
８２ ：第１側面部（固定面）
９０ ：ガイドプレート（規制部）
９１ ：第２対向面部
９２ ：第２側面部
１０１ ：火炉壁
１０２ ：第１過熱器（熱交換器）
１０３ ：第２過熱器
１０４ ：第３過熱器
１０５ ：第１再熱器
１０６ ：第２再熱器
１０７ ：節炭器

Claims (7)

1. 燃焼ガスが流通する流路に設けられ、水平方向に沿って延在する水平伝熱管を、上下方向に沿って延在する鉛直伝熱管によって支持する熱交換器を前記燃焼ガスから保護する保護構造であって、
   上端部が前記鉛直伝熱管に対して固定され、前記鉛直伝熱管の少なくとも一部を覆うとともに、前記鉛直伝熱管の長手方向に沿って延在する鉛直伝熱管プロテクタと、
   前記鉛直伝熱管プロテクタの下端部の前記鉛直伝熱管に対する長手方向の変位を許容しつつ、前記長手方向と交差する交差方向の変位を規制する規制部と、を備える熱交換器の保護構造。
2. 前記規制部は、隣接する前記鉛直伝熱管同士を連結する連結部に固定されている請求項１に記載の熱交換器の保護構造。
3. 前記鉛直伝熱管を前記鉛直伝熱管プロテクタに対して支持する固定部と、
   前記水平伝熱管に対して覆いかぶさることで支持され、前記水平伝熱管の少なくとも一部を覆う水平伝熱管プロテクタと、を備え、
   前記固定部は、前記水平伝熱管プロテクタに載置される請求項１または請求項２に記載の熱交換器の保護構造。
4. 前記鉛直伝熱管プロテクタは、前記固定部に面する固定面を有し、
   前記固定部の上端は、前記固定面の上端よりも高さ位置が低くなるように配置されて、前記固定面に固定されている請求項３に記載の熱交換器の保護構造。
5. 前記固定部は、前記鉛直伝熱管の外周面の形状に合うように切り欠かれている切欠部を有し、
   前記切欠部は、前記鉛直伝熱管に固定されている請求項３または請求項４のいずれかに記載の熱交換器の保護構造。
6. 水平方向に沿って延在する水平伝熱管と、
   前記水平伝熱管を支持し、上下方向に沿って延在する鉛直伝熱管と、
   請求項１から請求項５のいずれかに記載の保護構造と、を備え、
   燃焼ガスが流通する流路に設けられている熱交換器。
7. 請求項６に記載された熱交換器を備えるボイラ。

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