JP3857421B2 - 缶体過熱検知方法およびその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼室の周縁に隣合う水管と水管との間に縦ひれを設けて内外二重の 環状水管壁を形成し、両水管壁間の環状部分を燃焼ガス通路とする一般的な多管式 貫流ボイラにおける缶体過熱検知方法および缶体過熱検知装置に関する。詳しくは 、前記の二重環状多管式貫流ボイラにおいて、過熱等の異常低水位事故の発生を逸 早く検知し、対策を講じるための缶体過熱検知方法および装置に関する。なお、以 下の説明において「多管式貫流ボイラ」又は「ボイラ」の語は、特に断らない限り 前記の「二重環状多管式貫流ボイラ」を意味する。
【０００２】
【従来の技術】
多管式貫流ボイラが、何等かの原因でボイラ内の水位が異常に低下し缶体が過熱されるのをそのまま放置すれば、重大事故につながるおそれがある。このような事故を防止する一手段として、従来は図９に示されるような、水管３１と隣合う水管との間にあって軸方向に前記両水管に接続されている縦ひれ３２の外側（燃焼炉壁３５側）に、温度センサー３３の検出端を保持するために挿入穴を穿ったスタッド３４を固着して温度センサー検出端３６を挿入し、縦ひれ３２の温度上昇を常時監視して、缶体の過熱を検知することが行われていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが最近、ボイラのコンパクト化がすすみ、取付位置の制約が大きくなって 、温度センサーが、本来であれば最も検出したい熱負荷の大きな水管の管璧温度を 逸早く検出することが難しくなってきた。すなわち、温度センサーを熱負荷の高い 燃焼室の出口（図２中、内環側左上の縦ひれの欠如した部分）近くに取り付けるこ とができれば、過熱に対する応答が早いが、ボイラのコンパクト化により取付ける スペースが見出だせなくなった。しかし、スペースに比較的余裕の残っている水管 の間隔は大きいが熱負荷の比較的低い箇所においては、従来の缶体過熱検知方法は 十分な機能を果たせないことが判った。そこで、本発明者がコンパクト化したボイ ラにおいても十分な応答速度を有する缶体過熱検知手段の提供を課題に研究の結果 、本発明を完成したものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
図面を参照して前記課題の解決手段を説明する。本発明は、燃焼室の周縁に隣合 う水管１と水管１との間に縦ひれ２を設けて内外二重の環状水管壁を形成し、両水 管壁間の環状部分を燃焼ガス通路とする二重環状多管式貫流ボイラにおける缶体過 熱検出方法であって、前記燃焼ガスの出口（即ち燃焼ガス通路の入口）とは離れた 位置に、手元側８から検出端挿入穴７が設けられ突き出た先端部分９を有するスタ ッド４を、手元側８を燃焼炉壁５側にして先端部分９を縦ひれ２を貫通し燃焼ガス 流６中に独立して突き出させ縦ひれ２に固着し、検出端挿入穴７に温度センサー検 出端１０を挿入して、先端部９が燃焼ガスによって高温に、手元部８が縦ひれ２を 介して水管温度により低温に維持されている運転中のスタッド４の温度を測定し、 前記測定温度の異常変化を検出して缶体の過熱を検知することを特徴とする缶体過 熱検知方法を提供する。前記の提供した方法において好ましくは、温度センサ検出 端１０の位置を、縦ひれ２の外側面から内側面までの間の適宜の位置に設置する。
【０００５】
燃焼室の周縁に隣合う水管１と水管１との間に縦ひれ２を設けて内外二重の環状 水管壁を形成し、両水管壁間の環状部分を燃焼ガス通路とする二重環状多管式貫流 ボイラにおける缶体過熱検知装置であって、前記燃焼ガスの出口とは離れた位置に 、手元側８から検出端挿入穴７が設けられたスタッド４が、先端部分９を縦ひれ２ を貫通させ燃焼ガス流６中に独立して突き出し縦ひれ２に固着され、運転中、先端 部９が燃焼ガス６によって高温に、手元部８が縦ひれ２を介して水管１によって低 温に維持されているスタッド４の温度を測定するため、検出端が挿入穴７に挿入さ れている温度センサーを備えたことを特徴とする缶体過熱検知装置を提供する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の缶体過熱検知方法および装置を実施形態例を示す図面を参照して具体的に説明する。図１は、図２の一部拡大図であって、本発明の缶体過熱検知装置の取付の形態例を示す詳細図、図２は缶体過熱検知装置の取付位置を示す多管式貫流ボイラの軸に直角方向の断面図、図３は本発明の缶体過熱検知装置の本体構造を示す軸方向の断面図である。
【０００７】
本発明の缶体過熱検知方法においては、従来、温度センサー検出端を保持するス タッドを、縦ひれの外側（ろ壁側）に固着していたが、本発明で使用するスタッド ４は、先端部分９を突き出させて形成し、縦ひれ２に貫通口を開けて先端部分９を 貫通させ燃焼ガス６に中に向け独立して突き出し縦ひれ２に固着する。スタッド４ の手元側８には、温度センサー検出端１０の挿入穴７を設けて、検出端１０を挿入 し保持する。
【０００８】
本発明の缶体過熱検知装置のスタッド４の形状は、図面に示すような釘頭状に限られず、取付位置周辺の状況、温度センサー３の形状や感度により適宜に決めることができる。縦ひれ２の内面からの突出長さ、突出部分の径などは、温度センサー３の種類、縦ひれ２の厚さや取付位置によって有る程度経験的に決められる事項であるが、一般的に突き出し長さは５ないし２５ｍｍ、突き出し部分９の径は８ないし１５ｍｍである。他方、手元側８には温度センサー検出端１０を挿入する挿入穴７が設けられ、温度センサー検出端１０を挿入、保持する。従って、本発明においても温度センサー３は挿入穴７内の温度を測定することになる。通常、温度センサー３は先端に検出端１０があり、挿入穴７の底まで挿入して測定するので挿入穴７の深さは温度の検出位置に一致する。測定位置は後述のように本発明での重要事項の一つである。スタッド４の縦ひれ２への取付けは、熱伝導抵抗をできるだけ小さくするために溶接が望ましい。
【０００９】
本発明の作用について説明する。本発明の缶体過熱検知装置においては、ボイラ の運転中、縦ひれ２から燃焼ガス側６に独立して突き出させたスタッド４の先端部 分９が燃焼ガスにより直接加熱されている。他方、スタッド４の手元側は水管１の 温度が燃焼ガス温度よりかなり低いので、縦ひれ２を介して水管１により冷却され ている。検出温度は、測定位置におけるこれらの加熱と冷却のバランスにより決ま る。低水位事故などの異常が発生して例えばボイラの水位が低下し、図４の火炉に 面している水管の温度Ａに例示されるように缶体が過熱状態になると水管１からは 冷却作用がなくなり、高温加熱されている先端部９の影響でスタッド４の温度は全 体として急速に上昇し、温度センサー３は図４のＢに例示されているように温度上 昇を検出し、異常事態が検知される。なお、図４のＣは従来の温度センサーの温度 検出状態を示す。
【００１０】
温度センサー検出端が適当な位置に設置されておれば、前記の温度上昇勾配および幅は大きく、異常事態は極めて容易かつ迅速に検知される。しかし、スタッド先端部分の温度は正常運転時においてもかなり高いので、図５に例示されるように、温度センサー２３の検出端２６の位置がスタッド２４の先端部分２５に深く挿入され過ぎている場合には、異常が発生し、缶体が過熱状態になり水管２１の温度が上昇して先端部２５の温度が上昇しても、図６に示したように温度センサー検出温度Ｄは、元の温度が高いために火炉に面している水管の温度Ａが加熱によって上昇しても、温度上昇の巾が小さく、検知されにくい傾向を生じる。従って、温度センサー検出端１０の位置は、正常運転においては水管１の温度に近く、かつ、燃焼ガスにより加熱されやすい位置が望ましい。この位置はボイラの構造、スタッド４の取付位置と形状、縦ひれ２の厚さなどの影響があり、ときに調整する必要があるが、原則として図７の（ａ）に示されるように縦ひれの外側面から（ｂ）に示されるように縦ひれの内側面までの間に設置する。
【００１１】
従来の缶体過熱検知装置を水管の間隔は広いが、比較的熱負荷の低い箇所に取付けた場合の温度は、加熱、冷却ともにほぼ水管温度に支配されており、缶体が過熱状態になっても水管の温度に追従して上昇するため、上昇巾および勾配が小さく、異常事態の検知が遅れがちであった。
【００１２】
【実施例】
次に本発明の缶体過熱検知方法の効果を、従来の方法と比較して確認したので、 その結果を説明する。まず、水管数が数十本、水管長さ１ｍ、最高使用蒸気圧力１ ０ｋｇ／ｃｍ2 の多管式貫流ボイラを用い、水管の間隔１０〜４０ｍｍ、縦ひれ の厚さ５〜１０ｍｍの缶体に、図１に示したのと同じ形式の本発明の缶体過熱検知 装置を取り付けた。使用した本発明の缶体過熱検知装置のスタッドには炭素鋼を用 い、先端部を直径１０ｍｍ、長さ２０ｍｍに仕上げ、手元側には直径５．５ｍｍ、 深さ６ｍｍの検出端挿入穴を設けた。この缶体過熱検知装置の先端部を縦ひれにあ けた開口部に挿入し、内面から１４ｍｍを燃焼ガス流中に突出させて、縦ひれの外 面側に溶接した。缶体の過熱状態を検知するため、図８に示した位置に温度計ＴＣ を取り付けて火炉に面している水管の温度を測定した。また、図９に示した従来の 缶体過熱検知装置としては、先端部を１０×１０×３０ｍｍのブロックに仕上げ、 直径５．５ｍｍの検出端挿入孔を貫通させて設けた。これを縦ひれの外面部に溶接 した。
【００１３】
缶体の過熱状態における測定結果を図４に示す。Ａは火炉に面している水管の温 度、Ｂは本発明実施例の温度センサーの検出温度、Ｃは従来方式の缶体過熱検知装 置の検出温度である。さらに、本発明実施例の缶体過熱検知装置と同じ形式および 寸法のスタッドを、同様の位置に取り付けた。ただし、センサー挿入穴の深さを２ １ｍｍとしてセンサーの先端を挿入し、応答を測定した。その結果を第６図に示す 。Ａは火炉に面している水管の温度、Ｄは本例の温度センサーの検出温度である。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の缶体過熱検知方法およびその装置を利用することにより、従来の方法では検出の遅かった熱負荷の小さな水管の周辺に温度センサーの検出端をおいても、過熱状態を逸早く検知できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の缶体過熱検知装置の取付の形態例を示す詳細断面図
【図２】 缶体過熱検知装置の取付位置を示すボイラ軸に直角方向の断面図
【図３】 本発明の缶体過熱検知装置の本体構造を示す軸方向断面図
【図４】 缶体の過熱状態における各検知方法の応答状態の記録
【図５】 缶体過熱検知装置のあまり好ましくない形態例を示す断面図
【図６】 検出端が先端に寄り過ぎた場合の過熱状態に対する応答記録
【図７】 望ましい温度センサー検出端の位置の範囲を示す図
【図８】 実施例における火炉側水管の温度測定位置を示す図
【図９】 従来の缶体過熱検知装置の取付形態例を示す断面図
【符号の説明】
１：水管 ２：縦ひれ ３：温度センサー ４：スタッド ５：燃焼炉壁
６：燃焼ガス流 ７：検出端挿入穴 ８：手元側 ９：スタッド先端部分
１０：温度センサー検出端 １１：温度センサーのホルダー
１２：スプリング ２１：水管 ２２：縦ひれ ２３：温度センサー
２４：スタッド ２５：スタッド先端部分 ２６温度センサー検出端
３１：水管 ３２：縦ひれ ３３：温度センサー ３４：スタッド
３５：燃焼炉壁 ３６：温度センサー検出端 ＴＣ：温度計

Claims (3)

1. 燃焼室の周縁に隣合う水管と水管との間に縦ひれを設けて内外二重の環状水管壁 を形成し、両水管壁間の環状部分を燃焼ガス通路とする二重環状多管式貫流ボイラ における缶体過熱検出方法であって、
   前記燃焼ガスの出口（即ち燃焼ガス通路の入口）とは離れた位置に、
   手元側から検出端挿入穴が設けられ突き出た先端部分を有するスタッドを、
   手元側を燃焼炉壁側にして先端部分を縦ひれを貫通し燃焼ガス流中に独立して突 き出させ、縦ひれに固着し、
   検出端挿入穴に温度センサー検出端を挿入して、先端部が燃焼ガスによって高温 に、手元部が縦ひれを介して水管温度により低温に維持されている運転中のスタッ ドの温度を測定し、
   前記測定温度の異常変化を検出して缶体の過熱を検知することを特徴とする缶体 過熱検知方法。
2. 温度センサー検出端の位置を、縦ひれの外側面から内側面までの間に設置するこ とを特徴とする請求項１記載の缶体過熱検知方法。
3. 燃焼室の周縁に隣合う水管と水管との間に縦ひれを設けて内外二重の環状水管壁 を形成し、両水管壁間の環状部分を燃焼ガス通路とする二重環状多管式貫流ボイラ における缶体過熱検知装置であって、
   前記燃焼ガスの出口とは離れた位置に、手元側から検出端挿入穴が設けられたス タッドが、先端部分を縦ひれを貫通し燃焼ガス流中に独立して突き出されて、縦ひ れに固着され、
   運転中、先端部が燃焼ガスによって高温に、手元部が縦ひれを介して水管により 低温に維持されているスタッドの温度を測定するため、検出端が前記挿入穴に挿入 されている温度センサーを備えたことを特徴とする缶体過熱検知装置。

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