JP6025561B2 - 伝熱管の振動抑制装置及び当該振動抑制装置の補修方法 - Google Patents

Description

本発明は、ボイラに設けられた熱交換器の伝熱管の振動を抑制する振動抑制装置及び当該振動抑制装置の補修方法に関する。

砂等の固体粒子と石炭等の燃料物とを流動混合して燃焼させるボイラとして循環流動層ボイラ（ＣＦＢ）が多く用いられている。この循環流動層ボイラは、流動床火炉（コンバスタ）の出口側に燃焼ガスと固体粒子を分離するサイクロンを設け、このサイクロンで分離された固体粒子をサイクロン下方の熱交換器に送って熱回収を行った後、流動床火炉に戻す一方、サイクロンで分離された燃焼ガスを排気通路に送って後部煙道内の熱交換器で熱回収を行った後、浄化処理してから外部に排出するものである。

各熱交換器の内部には、多数の伝熱管が配設されており、流動床火炉で高温となった固体粒子や燃焼排ガスと伝熱管内部を流れる流体との間で熱交換を行い、固体粒子や燃焼排ガスから熱回収して蒸気等の流体がタービン等に送られる。

熱交換器内に配設された伝熱管の振動を抑制する振動抑制装置としては、特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された伝熱管の振動抑制装置は、図１２及び図１３に示すように、同一鉛直面上に配置されている複数の伝熱管を１つの束として囲う帯金と、帯金が互いに離れる方向へ変形することを防止するストッパとを備えており、帯金で複数の伝熱管を束ねることで伝熱管の振動を抑制している。
しかし、この伝熱管の振動抑制装置では、燃焼排ガス中に含まれる煤や固体粒子によるエロージョンによって伝熱管の肉厚が薄くなって破損するおそれがある。特に、燃焼排ガスや固体粒子の流速が速い部位、例えば、伝熱管のベンド部はエロージョンによる減肉が大きくなる。
そこで、例えば、特許文献２に記載されている二重管を伝熱管として用いることが考えられる。

特開平９−１１３１７２号公報 特許第４３６００４７号公報

しかしながら、特許文献２に記載の二重管を特許文献１の伝熱管に置き換えた場合、燃焼排ガスに含まれる煤や固体粒子の衝突による伝熱管の振動及び熱伸び等によって二重管の外管が振動抑制装置の帯金と繰り返し接触することによって、外管が摩耗して穴が形成されるおそれがある。外管に穴が形成されると、当該穴に煤や固体粒子が集中することとなり、内管の摩耗が早められてしまうという問題があった。

そこで本発明は、上述したような従来技術の状況の下になされた発明であって、外管の摩耗を防止することで伝熱管が損傷することを確実に防止可能な伝熱管の振動抑制装置及び補修方法を提供することを目的としている。

本発明は、上述したような従来技術における課題を解決するために発明されたものであって、本発明の伝熱管の振動抑制装置は、ボイラの熱交換器内に複数配設されて直線部及びベンド部を有する伝熱管の当該ベンド部の外周をそれぞれ囲うベンド部側被覆管と、互いに隣り合う前記伝熱管同士を連結して振動を防止するベンド部側振止部材とを備え、前記伝熱管の振動を抑制する振動抑制装置であって、
前記各ベンド部側被覆管と同種の材料から形成され、前記各ベンド部側被覆管の曲線区間から延設された前記各ベンド部側被覆管の直線区間の外周を囲う直線状のベンド部側保護管を備え、
前記ベンド部側振止部材は、互いに隣り合う前記ベンド部側保護管間に設けられるとともに、前記互いに隣り合う前記ベンド部側保護管のうち一方の前記ベンド部側保護管の外周面に一端部が固定されて前記伝熱管の振動を抑制する振動抑制材、及び他方の前記ベンド部側保護管の外周を囲うとともに、両端部がそれぞれ前記振動抑制材に固定された略Ｕ形のカバー材を有することを特徴とする。

本発明の伝熱管の振動抑制装置によれば、ベンド部側被覆管の曲線区間に隣接する直線区間の外周にベンド部側保護管が設けられており、互いに隣り合うベンド部側保護管同士をベンド部側振止部材で連結しているため、ベンド部側振止部材がベンド部側被覆管と接触することはない。このため、ベンド部側振止部材とベンド部側被覆管とが接触し、ベンド部側被覆管が摩耗して損傷することを防止することができる。これにより、伝熱管が損傷して当該伝熱管内の流体が漏洩することを確実に防止することができる。
さらに、互いに隣り合うベンド部側保護管同士をベンド部側振止部材で連結しているため、伝熱管の振動を抑制することができる。
また、ベンド部側被覆管とベンド部側保護管をそれぞれ線膨張係数が異なる材料で製造すると、温度変化による線膨張係数の違いから熱応力が生じる。そして、この熱応力により、ベンド部側被覆管やベンド部側保護管にクラック等が入って破損するおそれがある。しかし、本発明ではベンド部側被覆管及びベンド部側保護管は共に同種の材料であり、線膨張係数は同一なので、熱応力が生じることを防止できる。なお、本明細書中において、同種の材料とは、使用温度において線膨張係数が一致するものをいう。
さらに、ベンド部側保護管はベンド部側被覆管の直線区間にのみ設けるため、ベンド部側保護管を伝熱管の曲率に沿って屈曲させる必要がない。このため、ベンド部側保護管を安価に製作することができる。

また、前記振動抑制材と前記ベンド部側保護管との間に介在し、一端部が前記振動抑制材に固定された制振材を更に備えていてもよい。

このように、制振材を備えることで、振動抑制材とベンド部側保護管とが直接接触することを防止できる。これにより、振動抑制材とベンド部側保護管とが接触して摩耗することを防止できる。また、ベンド部側保護管を確実に支持することができる。

また、前記各伝熱管の直線部の外周をそれぞれ囲う直線部側被覆管と同種の材料から形成され、前記各直線部側被覆管の外周を囲う直線部側保護管と、
互いに隣り合う前記伝熱管に設けられた前記直線部側保護管同士を連結する直線部側振止部材と、を更に備え、
前記直線部側振止部材は、前記各直線部側保護管にそれぞれ溶接されていてもよい。

このように、伝熱管の直線部を覆う直線部側被覆管を直線部側保護管で囲っているため、ボイラ内の煤や砂等の固体粒子が直線部側被覆管に衝突することを防止できる。これにより、直線部側被覆管が固体粒子の衝突によるエロージョンによって肉厚が減少することを防止できる。

また、前記ベンド部側保護管及び前記直線部側保護管は共に、一対の断面円弧状の半割れ材から構成されていてもよい。
このように、ベンド部側保護管及び直線部側保護管は一対の半割れ材から構成されているため、既設のベンド部側被覆管や直線部側被覆管の外周に新たに取り付けることができる。これにより、既設の熱交換器のメンテナンス回数を少なくしたり、メンテナンス間隔時間を長くしたりすることができる。

また、前記ベンド部側被覆管の肉厚をｔ１とし、前記ベンド部側保護管の肉厚をｔ２とすると、ｔ１＜ｔ２の関係が成り立つこととしてもよい。
このように、ベンド部側保護管の肉厚はベンド部側被覆管よりも厚いため、ベンド部側保護管が短期間で摩耗することを防止できる。

また、前記直線部側被覆管の肉厚をｔ３とし、前記直線部側保護管の肉厚をｔ４とすると、ｔ３＜ｔ４の関係が成り立つこととしてもよい。
このように、直線部側保護管の肉厚は直線部側被覆管よりも厚いため、直線部側保護管が短期間で摩耗することを防止できる。

また、本発明の伝熱管の振動抑制装置の補修方法は、ボイラの熱交換器内に複数配設されて直線部及びベンド部を有する伝熱管の当該ベンド部の外周をそれぞれ囲うベンド部側被覆管と、互いに隣り合う前記伝熱管同士を連結して振動を防止するベンド部側振止部材とを備え、前記伝熱管の振動を抑制する振動抑制装置の補修方法であって、
前記各ベンド部側被覆管と同種の材料から形成された直線状のベンド部側保護管で、前記各ベンド部側被覆管の曲線区間から延設された前記ベンド部側被覆管の直線区間の外周を囲うベンド部側保護管設置工程と、
互いに隣り合う前記ベンド部側保護管間に設けられた前記ベンド部側振止部材の振動抑制材の一端部を、前記互いに隣り合う前記ベンド部側保護管のうち一方の前記ベンド部側保護管の外周面に固定するとともに、他方の前記ベンド部側保護管の外周を囲うように設けられた前記ベンド部側振止部材の略Ｕ形のカバー材の両端部を、それぞれ前記振動抑制材に固定して、互いに隣り合う前記ベンド部側保護管同士を連結する連結工程と、
を備えることを特徴とする。

本発明の伝熱管の振動抑制装置の補修方法によれば、既設のベンド部側被覆管の外周にベンド部側保護管を新たに設けて、ベンド部側振止部材の振動抑制材の一端部を、互いに隣り合う伝熱管のうち一方の伝熱管に設けられたベンド部側保護管に固定するとともに、カバー材で他方の伝熱管に設けられたベンド部側保護管を支持するため、ベンド部側振止部材がベンド部側被覆管と接触することはない。
このため、ベンド部側振止部材とベンド部側被覆管とが接触し、ベンド部側被覆管が摩耗して損傷することを防止することができる。これにより、伝熱管が損傷して当該伝熱管内の流体が漏洩することを確実に防止することができる。
また、ベンド部側被覆管の直線区間をベンド部側保護管で囲っているため、固体粒子がベンド部側被覆管の直線区間に接触することを防止できる。これにより、ベンド部側被覆管の直線区間がエロージョンによって肉厚が減少することを防止できる。
さらに、互いに隣り合うベンド部側保護管同士をベンド部側振止部材で連結しているため、伝熱管の振動を抑制することができる。

本発明によれば、ベンド部側被覆管や直線部被覆管の摩耗を防止することで伝熱管が損傷することを確実に防止可能な伝熱管の振動抑制装置及び補修方法を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る循環流動層ボイラの概略構成図である。 本発明の第１実施形態に係る熱交換器の伝熱管の配置を示す側面図である。 図２のＡ部の一部を拡大した側面図である。 図３のＤ−Ｄ矢視図である。 本発明の第２実施形態に係る熱交換器の伝熱管の配置を示す側面図である。 図５のＣ部の一部を拡大した側面図である。 図６のＥ−Ｅ矢視図である。 本発明の第３実施形態に係る直線部側保護管の取付け状態を示す側面図である。 図８のＦ−Ｆ矢視図である。 本発明の第４実施形態に係るベンド部側保護管の取付け状態を示す側面図である。 本発明の第５実施形態に係る直線部側保護管の取付け状態を示す側面図である。 従来例を示す図である。 従来例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいてより詳細に説明する。
ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下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、特に記載がない限り、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は、本発明の第１実施形態に係る循環流動層ボイラの概略構成図である。
図１に示すように、循環流動層ボイラ１の流動床火炉２には、流動材としての流動砂３と燃焼物としての石炭等４を供給可能となっており、内部で石炭等４を燃焼することで流動砂３を高温化すると共に、燃焼ガスが発生する。

また、流動床火炉２の出口側には、燃焼ガスと流動砂３を分離するサイクロン５が設けられている。
そして、このサイクロン５の下部には、導管６を介してシールポット７が連結され、シールポット７は導管８を介して熱交換器１０が連結され、この熱交換器１０は導管１１を介して流動床火炉２の下部に連結されている。
また、シールポット７は導管１２を介して流動床火炉２の下部に連結されている。

一方、サイクロン５の上部には排気通路１３が連結され、この排気通路１３には、熱交換器１４、空気予熱器１５、集塵機１６、煙突１７が連結されている。
そして、空気予熱器１５から延設された空気供給管１８の先端部が流動床火炉２及び熱交換器１０に連結されており、空気供給管１８の基端部には空気ファン１９が装着されている。

従って、流動床火炉２に対して、流動砂３と石炭等４が供給されると共に、下部から空気予熱器１５により加熱された高温の空気が空気供給管１８を通して導入されると、内部でこの流動砂３と石炭等４とが流動混合して燃焼が行われる。
そして、燃焼により高温加熱された燃焼ガスは流動砂３とともに、サイクロン５に導かれ、このサイクロン５により燃焼ガスと流動砂３とに分離される。
分離された燃焼ガスは、排気通路１３に導かれて熱交換器１４及び空気予熱器１５を通過するときに、流動床火炉２や熱交換器１０に導入する空気と熱交換を行なった後、集塵機１６を通して飛灰等を除去した後、煙突１７により大気に放出される。

一方、サイクロン５で分離された高温の流動砂３は、シールポット７により流動床火炉２に直接戻されるものと熱交換器１０に供給されるものとに分配される。
そして、この熱交換器１０では、高温の流動砂３と伝熱管内部を流れる蒸気との間で熱交換を行った後、流動床火炉２に戻される。

図２は、本発明の第１実施形態に係る熱交換器１０の伝熱管の配置を示す側面図である。
図２に示すように、熱交換器１０内に配設された複数の伝熱管２０は、Ｕ字形状をなすように屈曲された状態で鉛直方向に沿って多数配設されており、一端部２０ａが入口管寄せ２２に連結される一方、他端部２０ｂが出口管寄せ２４に連結されて寄せ集められている。
なお、本実施形態では、本発明の振動抑制装置３０を熱交換器１０に適用した例について説明するが、熱交換器１０にのみ適用されるものではなく、他の熱交換器１４にも適用可能である。

各伝熱管２０は、内部を通過する蒸気が高温の流動砂３から熱回収を行うためのものである。そして、各伝熱管２０は、ベンド部２０ｃと直線部２０ｅとから構成されており、一部のベンド部２０ｃが壁面２６にて支持材２８で支持される（図２中Ａ部やＢ部）構造や、直線部２０ｅが熱交換器１０の天盤（図示しない）に１箇所で吊り下げ支持（図６中Ｃ部）される構造がある。

図３は、図２のＡ部の一部を拡大した側面図である。また、図４は、図３のＤ−Ｄ矢視図である。
図３及び図４に示すように、伝熱管２０の振動抑制装置３０は、各伝熱管２０のベンド部２０ｃの外周を囲うベンド部側被覆管３２と、当該ベンド部側被覆管３２の延設直線区間２０ｄ外周を囲うベンド部側保護管３４と、互いに隣り合うベンド部側保護管３４同士を連結するベンド部側振止部材４０と、を備えている。

ベンド部側被覆管３２は、各伝熱管２０のベンド部２０ｃに沿った曲線区間２０ｆと、当該曲線区間２０ｆの両端からそれぞれ所定の距離だけ延設された延設直線区間２０ｄとから構成されている。
ベンド部側被覆管３２と伝熱管２０との間には、砂や煤等が入らない程度の隙間３６が設けられている。
このベンド部側被覆管３２は、耐摩耗性を有する材料から形成されている。本実施形態では、耐摩耗性を有する材料としてステンレス（ＳＵＳ３１０）を用いたが、これに限定されるものではない。

ベンド部側保護管３４は、直線形状を有しており、ベンド部側被覆管３２の延設直線区間２０ｄを囲っている。このベンド部側保護管３４の肉厚ｔ２は、ベンド部側被覆管３２の肉厚ｔ１よりも厚く形成されている。
なお、ベンド部側保護管３４の肉厚ｔ２を、ベンド部側被覆管３２の肉厚ｔ１よりも厚くすることが好ましいが、ベンド部側被覆管３２の肉厚ｔ１を、ベンド部側保護管３４の肉厚ｔ２よりも厚くしてもよい。

また、ベンド部側保護管３４は、ベンド部側被覆管３２と同種の材料から形成される。本実施形態では、ステンレス（ＳＵＳ３１０）から形成されている。ベンド部側被覆管３２及びベンド部側保護管３４は共に同種の材料から形成されるため、線膨張係数は同一なので、熱応力が生じることを防止できる。

そして、ベンド部側保護管３４は、ベンド部側被覆管３２の外周に溶接にて固定されている。図３中の符号３８は溶接部を示している。

ベンド部側振止部材４０は、互いに隣り合うベンド部側保護管３４間に設けられた振動抑制材４２と、略Ｕ形のカバー材４８と、振動抑制材４２とベンド部側保護管３４との間に介在する制振材５０と、を備えている。

振動抑制材４２は、互いに隣り合うベンド部側保護管３４のうち一方のベンド部側保護管３４の外周面に一端部４２ａが固定されて、互いに隣り合う伝熱管２０同士が接触することを防止する。
また、振動抑制材４２は、ベンド部側保護管３４の外周面を両側から挟持する一対の側板４４、４４と、ベンド部側保護管３４の長手方向に沿って一対の側板４４、４４間に設けられた一対のリブ４６、４６と、を備えている。
一対のリブ４６、４６の上下端部４６ａ、４６ｂは、それぞれベンド部側保護管３４の外周の形状に沿って円弧状に切欠きされている。

各側板４４及び各リブ４６は、ベンド部側保護管３４と同種の材料から形成される。本実施形態では、ステンレス（ＳＵＳ３１０）から形成されている。そして、各側板４４は、ベンド部側保護管３４に溶接にて固定されている。係る場合に、各側板４４は、ステンレス（ＳＵＳ３１０）の配合に似た溶材を用いて溶接される。

そして、カバー材４８は、他方のベンド部側保護管３４の外周を囲うとともに、両端部４８ａ、４８ａがそれぞれ振動抑制材４２の各側板４４に固定されている。
カバー材４８もベンド部側保護管３４と同種の材料から形成される。そして、カバー材４８の両端部４８ａ、４８ａは、振動抑制材４２に溶接にて固定されている。係る場合に、カバー材４８は、ステンレス（ＳＵＳ３１０）の配合に似た溶材を用いて溶接される。

上述した振動抑制材４２とベンド部側保護管３４との溶接部３８及びカバー材４８と振動抑制材４２との溶接部５２は、振動抑制材４２やカバー材４８とほとんど同一の線膨張係数を有する。したがって、溶接部３８、５２も振動抑制材４２やカバー材４８と同程度に熱伸びするため、流動層内の固体粒子の温度によって生じる熱伸びによって溶接部３８、５２が損傷することを防止できる。

制振材５０は、振動抑制材４２とベンド部側保護管３４との間に介在し、振動抑制材４２の他端部４２ｂに溶接にて固定されている。この制振材５０は、ベンド部側保護管３４を支持するとともにガイドする機能を有している。

ところで、図２中のＢ部は、Ａ部とほぼ同様の構造をなしているため、図２中のＢ部の説明は省略する。

上述した本実施形態に係る伝熱管２０の振動抑制装置３０によれば、ベンド部側被覆管３２の外周にベンド部側保護管３４が設けられており、当該ベンド部側保護管３４同士をベンド部側振止部材４０で連結しているため、ベンド部側振止部材４０がベンド部側被覆管３２と接触することはない。このため、ベンド部側振止部材４０とベンド部側被覆管３２とが接触し、ベンド部側被覆管３２が摩耗して損傷することを防止することができる。これにより、伝熱管２０が損傷して内部の流体が漏洩することを確実に防止することができる。

また、互いに隣り合うベンド部側保護管３４同士をベンド部側振止部材４０で連結しているため、伝熱管２０の振動を抑制することができる。

そして、ベンド部側被覆管３２、ベンド部側保護管３４をそれぞれ線膨張係数が異なる材料で製造すると、温度変化による線膨張係数の違いから熱応力が生じる。そして、この熱応力により、ベンド部側被覆管３２、ベンド部側保護管３４等にクラック等が入って破損するおそれがある。しかし、本発明ではベンド部側被覆管３２、ベンド部側保護管３４は共に同種の材料であり、線膨張係数は同一なので、熱応力が生じることを防止できる。

また、例えば、ベンド部側保護管３４を用いずに、ベンド部側被覆管３２を厚くすることでベンド部側被覆管３２の損傷を防止する場合には、伝熱管２０のベンド部２０ｃを覆う必要があるため、当該ベンド部２０ｃの曲率に沿ってベンド部側被覆管３２を屈曲する作業が必要となる。ところが、厚いベンド部側被覆管３２を屈曲することは非常に困難であり、屈曲作業に手間がかかりコストが高くなってしまう。しかし、本発明の振動抑制装置３０によれば、ベンド部側保護管３４を用いるため、ベンド部側被覆管３２として、薄いものを用いることができる。薄いベンド部側被覆管３２の屈曲作業は容易に行うことができるため、ベンド部側被覆管３２を厚くしたものを用いた場合に比べて振動抑制装置３０を安価に構築することができる。

さらに、ベンド部側保護管３４は、延設直線区間２０ｄにのみ設けるため、ベンド部側保護管３４を伝熱管２０の曲率に沿って屈曲させる必要がない。このため、振動抑制装置３０を安価に製作することができる。
そして、ベンド部側被覆管３２は、伝熱管２０を全長にわたって囲うことなく、伝熱管２０の一部を囲うので、熱効率が低下することを抑制できる。

また、ベンド部側振止部材４０は、振動抑制材４２及びカバー材４８を備えており、複数部材から構成されているため、カバー材４８が摩耗等により劣化した場合には、劣化したカバー材４８のみを交換することができる。これにより、修復の際の材料費を低減できるとともに、作業時間を短縮することができる。

そして、ベンド部側保護管３４の肉厚ｔ２は、ベンド部側被覆管３２の肉厚ｔ１よりも厚いため、ベンド部側保護管３４が短期間で摩耗することを防止できる。

さらに、ベンド部側振止部材４０は振動抑制材４２の他端部４２ｂに制振材５０を備えているため、振動抑制材４２とベンド部側保護管３４とが直接接触することを防止できる。これにより、振動抑制材４２とベンド部側保護管３４とが接触して摩耗することを防止できる。

そして、伝熱管２０とベンド部側被覆管３２との間に隙間３６が設けられているため、伝熱管２０及びベンド部側被覆管３２の温度変化による線膨張係数が異なる場合であっても熱応力が生じることを防止できる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述した第１実施形態に対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。

図５は、本発明の第２実施形態に係る熱交換器の伝熱管の配置を示す側面図である。また、図６は、図５のＣ部の一部を拡大した側面図である。そして、図７は、図６のＥ−Ｅ矢視図である。
図５〜図７に示すように、振動抑制装置８０は、伝熱管２０の直線部２０ｅに設けられている直線部側被覆管３３と、当該直線部側被覆管３３を囲う直線部側保護管３５と、互いに隣り合う直線部保護管３５同士を連結する直線部側振止部材４１と、を備えている。

この直線部側被覆管３３は、耐摩耗性を有する材料から形成されている。本実施形態では、耐摩耗性を有する材料としてステンレス（ＳＵＳ３１０）を用いたが、これに限定されるものではない。

直線部側保護管３５は、直線形状を有しており、各直線部側被覆管３３を囲っている。また、直線部側保護管３５は、直線部側被覆管３３の外周に溶接にて固定されている。この直線部側保護管３５の肉厚ｔ４は、直線部側被覆管３３の肉厚ｔ３よりも厚く形成されている。
なお、直線部側保護管３５の肉厚ｔ４を、直線部側被覆管３３の肉厚ｔ３よりも厚くすることが好ましいが、直線部側被覆管３３の肉厚ｔ３を直線部側保護管３５の肉厚ｔ４よりも厚くしてもよい。

また、直線部側保護管３５は、直線部側被覆管３３と同種の材料から形成される。本実施形態では、ステンレス（ＳＵＳ３１０）から形成されている。直線部側被覆管３３及び直線部側保護管３５は共に同種の材料から形成されるため、線膨張係数は同一なので、熱応力が生じることを防止できる。

そして、伝熱管２０と直線部側被覆管３３との間には、第１実施形態と同様に、隙間３６が設けられている。

直線部側振止部材４１は、互いに隣り合う直線部側保護管３５間に設けられた振動抑制材６０を備えている。

振動抑制材６０は、直線部側保護管３５の長手方向に沿って配置された一対のリブ６２、６２と、当該一対のリブ６２、６２間に設けられた側板６４と、を備えている。

各リブ６２の上下端部６２ａ、６２ｂは、それぞれ直線部側保護管３５の外周の形状に沿って円弧状に切欠きされている。そして、各リブ６２の上下端部６２ａ、６２ｂは、それぞれ直線部側保護管３５に溶接にて固定されている。
また、側板６４の上下端部６４ａ、６４ｂもそれぞれ直線部側保護管３５に溶接にて固定されている。

直線部側振止部材４１は、最も上方に配置されている伝熱管２０と隣接パネルの伝熱管２０と繋いで振れを抑制する上部振止材６６と、最も下方に配置されている伝熱管２０と隣接パネルの伝熱管２０と繋いで振れを抑制する下部振止材（図示しない）と、を備えている。
また、直線部側振止部材４１は、最も上方の伝熱管２０に設けられた直線部側保護管３５の外周面を両側から挟持する一対の側板６９と、当該直線部側保護管３５の長手方向に沿って一対の側板６９、６９間に設けられた一対のリブ６８、６８と、を備えている。

上述した本実施形態に係る伝熱管２０の振動抑制装置８０によれば、直線部２０ｅの直線部側被覆管３３を直線部側保護管３５で囲っているため、流動砂３が直線部２０ｅの直線部側被覆管３３に衝突することを防止できる。これにより、振動抑制装置８０近傍の直線部側被覆管３３がエロージョンによって肉厚が減少することを防止できる。

また、互いに隣り合う直線部側保護管３５同士を直線部側振止部材４１で連結しているため、伝熱管２０の振動を抑制することができる。

ところで、直線部側被覆管３３、直線部側保護管３５をそれぞれ線膨張係数が異なる材料で製造すると、温度変化による線膨張係数の違いから熱応力が生じる。そして、この熱応力により、直線部側被覆管３３、直線部側保護管３５等にクラック等が入って破損するおそれがある。しかし、本発明では直線部側被覆管３３、直線部側保護管３５は共に同種の材料であり、線膨張係数は同一なので、熱応力が生じることを防止できる。

さらに、直線部側保護管３５は、直線部２０ｅにのみ設けるため、直線部側保護管３５を伝熱管２０の曲率に沿って屈曲させる必要がない。このため、振動抑制装置８０を安価に製作することができる。
そして、直線部側被覆管３３は、伝熱管２０を全長にわたって囲うことなく、伝熱管２０の一部を囲うので、熱効率が低下することを抑制できる。

また、直線部側保護管３５の肉厚ｔ４は、直線部側被覆管３３の肉厚ｔ３よりも厚いため、直線部側保護管３５が短期間で摩耗することを防止できる。

そして、伝熱管２０と直線部側被覆管３３との間に隙間３６が設けられているため、伝熱管２０及び直線部側被覆管３３の温度変化による線膨張係数が異なる場合であっても熱応力が生じることを防止できる。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。

図８は、本発明の第３実施形態に係る直線部側保護管３５の取付け状態を示す側面図である。また、図９は、図８のＦ−Ｆ矢視図である。
図８及び図９に示すように、本発明の第３実施形態に係る振動抑制装置９０は、上述した第２実施形態の振動抑制装置８０の最も上方及び下方（図示しない）にそれぞれに配置されている伝熱管２０を直線部側被覆管８１のみで覆ったものである。即ち、最も上方及び下方にそれぞれに配置されている伝熱管２０の直線部側被覆管８１を直線部側保護管３５で覆っていないものである。

直線部側被覆管８１は、一対の断面円弧状の半割れ材８１ａ、８１ａから構成されている。一対の半割れ材８１ａ同士は、当て板８２を介して接続されている。また、各半割れ材８１ａと当て板８２とは溶接にて接続されている。図８中の符号８３は、半割れ材８１ａと当て板８２とを接続する溶接部を示している。

また、直線部側被覆管８１が伝熱管２０の長手方向に摺動することを制限するラグ８４を備えている。ラグ８４は、直線部側被覆管８１を間に挟んで両側にそれぞれ設けられている。このラグ８４は伝熱管２０の外周に固定されている。

なお、本実施形態においても、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、上述した第１実施形態と第２又は第３実施形態とを同時に実施してもよい。

次に、本発明の第４実施形態について説明する。
図１０は、本発明の第４実施形態に係るベンド部側保護管７０の取付け状態を示す側面図である。
図１０に示すように、ベンド部側被覆管３２の延設直線区間２０ｄを囲うベンド部側保護管７０は、一対の断面円弧状の半割れ材７０ａ、７０ａから構成されている。
ベンド部側保護管７０は、第１実施形態と同様に、ベンド部側被覆管３２の延設直線区間２０ｄを囲うとともに、ベンド部側被覆管３２に溶接にて固定されている。
また、一対の半割れ材７０ａ、７０ａ同士も溶接にて接続されている。半割れ材７０ａ、７０ａ同士の溶接も、ステンレス（ＳＵＳ３１０）の配合と似た溶材を用いて溶接される。半割れ材７０ａ、７０ａ同士の溶接部７２は、ベンド部側保護管７０の中心軸とほぼ同じ高さ位置に設けられている。
そして、各半割れ材７０ａには、それぞれガス抜き穴７８が設けられている。

図１１は、本発明の第５実施形態に係る直線部側保護管７４の取付け状態を示す側面図である。
図１１に示すように、伝熱管２０の直線部側被覆管３３を囲う直線部側保護管７４も、一対の断面円弧状の半割れ材７４ａ、７４ａから構成されている。
一対の半割れ材７４ａ、７４ａ同士も溶接にて接続されている。半割れ材７４ａ、７４ａ同士の溶接部７６は、直線部側保護管７４の中心軸よりも下方へずれた位置に設けられている。本実施形態では、半割れ材７４ａ、７４ａ同士の溶接位置を中心軸よりも下方へずらしたが、これに限定されるものではなく、上方へずらしてもよい。

上述した第４及び第５実施形態に係る伝熱管２０の振動抑制装置によれば、ベンド部側保護管７０、直線部側保護管７４は共に一対の半割れ材７０ａ、７４ａから構成されているため、補修時に既設のベンド部側被覆管３２や直線部側被覆管３３の外周に新たに取り付けることができる。これにより、既設の熱交換器のメンテナンス回数を少なくしたり、メンテナンス間隔時間を長くしたりすることができる。
なお、これらの実施形態においても第１〜第３実施形態で説明した効果を得ることができる。

複数の伝熱管を有する熱交換器を備えたボイラに適用できる。

１ 循環流動層ボイラ
２ 流動床火炉
３ 流動砂
４ 石炭等
５ サイクロン
６ 導管
７ シールポット
８ 導管
１０ 熱交換器
１１ 導管
１２ 導管
１３ 排気通路
１４ 熱交換器
１５ 空気予熱器
１６ 集塵機
１７ 煙突
１８ 空気供給管
１９ 空気ファン
２０ 伝熱管
２０ａ 一端部
２０ｂ 他端部
２０ｃ ベンド部
２０ｄ 延設直線区間
２０ｅ 直線部
２０ｆ 曲線区間
２２ 入口管寄せ
２４ 出口管寄せ
２６ 壁面
２８ 支持材
３０ 振動抑制装置
３２ ベンド部側被覆管
３３ 直線部側被覆管
３４ ベンド部側保護管
３５ 直線部側保護管
３６ 隙間
３８ 溶接部
４０ ベンド部側振止部材
４１ 直線部側振止部材
４２ 振動抑制材
４２ａ 一端部
４２ｂ 他端部
４４ 側板
４６ リブ
４６ａ 上端部
４６ｂ 下端部
４８ カバー材
４８ａ 端部
５０ 制振材
５２ 溶接部
６０ 振動抑制材
６２ リブ
６２ａ 上端部
６２ｂ 下端部
６４ 側板
６４ａ 上端部
６４ｂ 下端部
６６ 上部振止材
６８ リブ
６９ 側板
７０ ベンド部側保護管
７０ａ 半割れ材
７２ 溶接部
７４ 直線部側保護管
７４ａ 半割れ材
７６ 溶接部
７８ ガス抜き穴
８０ 振動抑制装置
８１ 直線部側被覆管
８２ 当て板
８３ 溶接部
８４ ラグ

Claims (7)

1. ボイラの熱交換器内に複数配設されて直線部及びベンド部を有する伝熱管の当該ベンド部の外周をそれぞれ囲うベンド部側被覆管と、互いに隣り合う前記伝熱管同士を連結して振動を防止するベンド部側振止部材とを備え、前記伝熱管の振動を抑制する振動抑制装置であって、
   前記各ベンド部側被覆管と同種の材料から形成され、前記各ベンド部側被覆管の曲線区間から延設された前記各ベンド部側被覆管の直線区間の外周を囲う直線状のベンド部側保護管を備え、
   前記ベンド部側振止部材は、互いに隣り合う前記ベンド部側保護管間に設けられるとともに、前記互いに隣り合う前記ベンド部側保護管のうち一方の前記ベンド部側保護管の外周面に一端部が固定されて前記伝熱管の振動を抑制する振動抑制材、及び他方の前記ベンド部側保護管の外周を囲うとともに、両端部がそれぞれ前記振動抑制材に固定された略Ｕ形のカバー材を有することを特徴とする伝熱管の振動抑制装置。
2. 前記振動抑制材と前記ベンド部側保護管との間に介在し、一端部が前記振動抑制材に固定された制振材を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の伝熱管の振動抑制装置。
3. 前記各伝熱管の直線部の外周をそれぞれ囲う直線部側被覆管と同種の材料から形成され、前記各直線部側被覆管の外周を囲う直線部側保護管と、
   互いに隣り合う前記伝熱管に設けられた前記直線部側保護管同士を連結する直線部側振止部材と、を更に備え、
   前記直線部側振止部材は、前記各直線部側保護管にそれぞれ溶接されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の伝熱管の振動抑制装置。
4. 前記ベンド部側保護管及び前記直線部側保護管は共に、一対の断面円弧状の半割れ材から構成されていることを特徴とする請求項３に記載の伝熱管の振動抑制装置。
5. 前記ベンド部側被覆管の肉厚をｔ１とし、前記ベンド部側保護管の肉厚をｔ２とすると、ｔ１＜ｔ２の関係が成り立つことを特徴とする請求項１〜４のうち何れか一項に記載の伝熱管の振動抑制装置。
6. 前記直線部側被覆管の肉厚をｔ３とし、前記直線部側保護管の肉厚をｔ４とすると、ｔ３＜ｔ４の関係が成り立つことを特徴とする請求項３又は４に記載の伝熱管の振動抑制装置。
7. ボイラの熱交換器内に複数配設されて直線部及びベンド部を有する伝熱管の当該ベンド部の外周をそれぞれ囲うベンド部側被覆管と、互いに隣り合う前記伝熱管同士を連結して振動を防止するベンド部側振止部材とを備え、前記伝熱管の振動を抑制する振動抑制装置の補修方法であって、
   前記各ベンド部側被覆管と同種の材料から形成された直線状のベンド部側保護管で、前記各ベンド部側被覆管の曲線区間から延設された前記ベンド部側被覆管の直線区間の外周を囲うベンド部側保護管設置工程と、
   互いに隣り合う前記ベンド部側保護管間に設けられた前記ベンド部側振止部材の振動抑制材の一端部を、前記互いに隣り合う前記ベンド部側保護管のうち一方の前記ベンド部側保護管の外周面に固定するとともに、他方の前記ベンド部側保護管の外周を囲うように設けられた前記ベンド部側振止部材の略Ｕ形のカバー材の両端部を、それぞれ前記振動抑制材に固定して、互いに隣り合う前記ベンド部側保護管同士を連結する連結工程と、
   を備えることを特徴とする伝熱管の振動抑制装置の補修方法。

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