JPH0612323Y2 - 多管式貫流ボイラの伝熱面構造 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この考案は、ボイラの伝熱面構造の改良に係り、特に多
管式貫流ボイラに使用して有効なヒレ付水管を有する伝
熱面構造に関するものである。

【従来の技術】

一般にボイラ等の伝熱面には熱伝達を促進する目的でヒ
レが取付けられている。 多管式貫流ボイラにおいても同様で、伝熱効率の向上の
目的として、横ヒレを燃焼ガスの流れ方向に平行に設け
る方法が採用されている。この方法を採用してボイラの
伝熱効率の向上を実現した多管式貫流ボイラの伝熱面構
造として、特開昭６２−１７８８０２号（同一出願人に
よる）があり、第４図に示すような多管式貫流ボイラに
おいて、内外二重の環状水管列のうち燃焼室開口部(9)
を挟んで左右の側に位置する水管を横ヒレなし水管(13)
とし、この横ヒレなし水管(13)部分の燃焼ガス通路部分
の隙間(イ)を横ヒレ付水管(14)部分の燃焼ガス通路部分
の隙間(ロ)より小さくした構造が公知となっている。

【考案が解決しようとする課題】

然るに、この構造においては、内外の環状水管列を構成
する横ヒレなし水管(13)のうち燃焼室開口部(9)近辺の
水管は、外方の環状水管列側に突出した配列となつて、
内外方の両環状水管列(3),(4)の横ヒレなし水管(13)間
の隙間(イ)が狭くなり、熱負荷が高くなるため、スケー
ルが付着し易くなり、局部的な過熱や亀裂の発生といっ
た事態を生じる。又、そのような水管の配列だと、上流
側から下流側（該燃焼室開口部から該煙道）へ向かって
熱負荷が均等化されないといった問題がある。 この考案は、上述したような問題点に着目し、燃焼ガス
通路における燃焼ガスの上流側、特に燃焼室開口部付近
の水管の熱負荷を均等化し、水管に対する熱伝達を向上
させた多管式貫流ボイラの伝熱面構造を提供することを
目的とする。

【問題点を解決するための手段】

この考案は、上記課題を解決するためになされたもの
で、環状形とした上部管寄せ及び下部管寄せを多数の水
管で連結し、これら水管を内外二重の環状水管列として
配列することにより、内方の環状水管列内側に燃焼室を
形成すると共に、前記両環状水管列間に環状の燃焼ガス
通路を形成し、内方の環状水管列には燃焼ガス通路に通
じる燃焼室開口部を設け、外方の環状水管列には煙道に
通じる燃焼ガス通路開口部を設け、前記両開口部を燃焼
室を挟んで対向する位置関係とし、前記燃焼ガス通路に
面する水管の外表面に平板状の横ヒレを水管の管軸方向
に向って多段状に配置し、燃焼室開口部を挟んで燃焼ガ
ス通路内での燃焼ガス流れ方向上流側に位置する所要数
の水管を横ヒレなし水管とし、これら横ヒレなし水管を
含む燃焼ガス通路の上流側部分の隙間(イ)を、燃焼ガス
通路開口部近傍の燃焼ガス通路の下流側部分の隙間(ロ)
より小さく設定すると共に、前記上流側部分の隙間(イ)
を燃焼室開口部から離れるに従って漸次減少させた構成
を特徴とする。

【作用】

この考案を適用した多管式貫流ボイラによれば、燃焼室
(7)で発生した燃焼ガスは、輻射伝熱により、先ず、内
方の環状水管列(3)と熱交換を行い、燃焼室(7)から燃焼
室開口部(9)を経て燃焼ガス流路(5)内にて２方向に分岐
して流通する過程において、主として対流伝熱により内
方の環状水管列(3)並びに外方環状水管列(4)と熱交換を
行い、燃焼ガス通路開口部(10)で再び合流し、煙道(11)
から低温となって外部に排出される。その際、燃焼室開
口部(9)付近の水管は横ヒレなし水管(13)とし、また横
ヒレなし水管(13)部における燃焼ガス通路の隙間(イ)が
横ヒレ付水管(14)部における燃焼ガス通路(5)の隙間(ロ)
より小さくなるように、前記隙間(イ)のうち、燃焼ガス
通路(5)の最上流側、即ち、燃焼室開口部(9)近辺の隙間
を最も広くし、そこから離れるに従って漸次減少するよ
うにしているので、燃焼ガスを燃焼ガス通路(5)内での
高速流として流動させ、燃焼ガス通路(5)の最上流側の
熱負荷を均等に分散させることができる。

【実施例】

以下、この考案の実施例を図面に基づいて説明する。 第１図は、この考案を多管式貫通ボイラに適用した一実
施例を示す縦断面図、第２図は、第１図の横断面図であ
る。 図面において、上部管寄せ(1)及び下部管寄せ(2)は、共
に環状に形成されており、これら両管寄せ(1),(2)は伝
熱管としての垂直水管で連結されている。そしてこれら
の水管は、半径方向に間隔をおいた内外二重の環状水管
列として配列されている。上記両環状水管列(3),(4)の
各水管の両端は縮径部とされ、それぞれ上部管寄せ(1)
の管板及び下部管寄せ(2)の管板に嵌め込んで溶接され
ている。 内方の環状水管列(3)と外方の水管列(4)との間には、燃
焼ガス通路(5)が形成されている。上部管寄せ(1)の内側
には燃焼装置(6)が設けられ、これにより内方の環状水
管列(3)の内側を燃焼室(7)としている。外方の環状水管
列(4)の外側には、この環状水管列(4)を包囲するボイラ
外壁(8)が設けられている。内方の環状水管列(3)の一部
には、水管の全長にわたる燃焼室開口部(9)を設けて、
燃焼室(7)と燃焼ガス通路(5)とを連通してある。一方、
外方の環状水管列(3)の一部にも水管の全長にわたる燃
焼ガス開口部(10)を設けて、燃焼ガス通路(5)とボイラ
外壁(8)の下部に設けた煙道(11)とを連通してある。 ここで、上記各開口部(9),(11)は、燃焼室(7)を挟んで
対向する位置関係としてある。 燃焼ガス通路(5)に面する各環状水管列(3),(4)の水管外
表面には平板状の横ヒレ(12)が設けられている。これら
の横ヒレ(12)は、燃焼ガス流れＡ方向に対して平行若し
くは傾斜面を持ち実質上水平状態で各水管に管軸方向に
多段状に設けられるが、燃焼ガス通路のうち燃焼室開口
部(9)から下流側に向かう適当距離の区間においては横
ヒレなし水管(13)が配列される。この横ヒレなし水管(1
3)部における燃焼ガス通路の隙間(イ)が横ヒレ付水管(1
4)部における燃焼ガス通路の隙間(ロ)より小さくし、前
記燃焼ガス通路隙間(イ)のうち、燃焼ガスの最上流側を
最も広くし、漸次減少するように配列される。 この場合、上記の隙間(イ),(ロ)の関係は、例えば、相当
蒸発量2,000kg/hのボイラで、内方の環状水管列の水管
配列ピッチ直径762mm，外方の環状水管列の水管配列ピ
ッチ直径927mmのとき、隙間(イ)≒0.3〜0.7×隙間(ロ)に
設定しておくと好ましい結果が得られる。 第３図は、この燃焼ガス通路における上流側付近の水管
の配列の一実施例を示す要部拡大図である。つまり、燃
焼室開口部(9)を形成する内列水管を燃焼室(7)側へ配列
ピッチをずらせることにより、横ヒレなし水管(13)部に
おける燃焼ガス通路(5)の隙間(イ)が最上流側から下流側
に向かうに従って漸次狭くなるように形成している。こ
のとき、横ヒレなし水管(13)部における燃焼ガス通路
(5)の隙間(イ)が最上流側から下流側に向かうに従い漸次
狭く設定し、横ヒレ付水管(14)部における燃焼ガス通路
の隙間(ロ)と滑らかに接続できるようにするのが望まし
い。 上記のような構成においてその作用を説明すると、燃焼
室(7)で発生した燃焼ガスは、先ず輻射伝熱により内方
の環状水管列(3)と熱交換を行い、燃焼室(7)から燃焼室
開口部(9)を経て燃焼ガス通路(5)に流入し、この燃焼ガ
ス通路(5)内で２方向に分岐して流通する過程におい
て、主として対流伝熱により両水管列(3),(4)と熱交換
を行った後、燃焼ガス通路開口部(10)で再び合流して煙
道(11)から低温となって外部に排出される。 このとき、燃焼室開口部(9)付近の水管は横ヒレなし水
管(13)であるのでこの開口部(9)からの燃焼ガスがかな
りの高温であるにもかかわらず、従来のようにこの位置
に横ヒレ付水管を配置したものに比べ、水管表面の温度
差が小さく、温度差に基づく熱応力に起因して生じる水
管の亀裂発生を低減することができる。 更に、燃焼室開口部(9)付近の高温の燃焼ガスに晒され
る水管には横ヒレ(12)が設けられていないので、従来の
ようにヒレが高温腐食を起して著しく損耗し、経時と共
に初期の伝熱効率が維持できなくなるといったこともな
くなる。また、燃焼室開口部(9)からの所定距離以降の
下流における横ヒレ付水管(14)部分において、燃焼ガス
は上流側の横ヒレなし水管(13)部分での対流伝熱により
温度がかなり低下しているので、この部分においては横
ヒレ(12)が高温腐食を起こすといった危険はない。 ここで、この燃焼室開口部(9)付近の燃焼ガス通路(5)に
おいては、この部分の燃焼ガス通路(5)の隙間(イ)を上述
のように横ヒレ付水管(14)部分の燃焼ガス通路(5)の隙
間(ロ)より狭く構成してあるので燃焼ガスの高速流が形
成されて伝熱効率の向上が図れ、結果として、この横ヒ
レなし水管(13)部分においても従来の多管式貫流ボイラ
ーのような横ヒレ付水管とした場合とほぼ同等の伝熱効
果が得られる。 更に、前記隙間(イ)のうち、燃焼ガス通路(5)の最上流
側、即ち、燃焼室開口部(9)近辺の隙間を最も広くし、
そこから離れるに従って漸次減少するようにしているの
で、燃焼ガスを燃焼ガス通路(5)内での高速流として円
滑に流動させ、燃焼ガス通路(5)の最上流側の熱負荷を
均等に分散させることができる。即ち、このような水管
配列によると、燃焼ガス流速の急激な低下を緩和するこ
とで、従来のように上流側の突出した水管、即ち、燃焼
室開口部(9)近傍の水管に加わる負荷が緩和されるた
め、最上流側における水管の過熱が緩和でき、スケール
の付着や水管の破損といったことが防止できる。

【考案の効果】

以上説明したように、この考案は、上記のように構成し
たので次のような顕著な効果が得られる。 １）燃焼室開口部付近の水管はその燃焼ガス通路におい
て、未だかなりの高温状態にある燃焼ガスに接するが、
該領域の水管は横ヒレなし水管で構成されているため水
管表面の温度差が小さく、温度差に基づく熱応力に起因
して水管表面に生じる亀裂発生を低減することができ
る。 ２）燃焼ガス通路の燃焼ガス上流側における両側の水管
間の隙間を上記のように設定することにより、熱負荷の
増大を防止でき、特に従来構造のボイラに比較して燃焼
ガス通路の上流側の両側に位置する２，３本目の水管で
の熱回収量が向上し、全体的な熱回収量も向上すること
ができる。 ３）燃焼ガス通路の隙間を燃焼室開口部(9)から離れる
に従って漸次減少させたことにより、燃焼ガス通路内に
おける水管への熱負荷を均一化でき、しかも、従来構造
のボイラに比較して、燃焼室開口部から流入する高温・
高速の燃焼ガスによる熱負荷の集中や圧損の増大を有効
に防止できる。 ４）燃焼ガス上流側の水管の熱負荷の増加が防止できる
から、従来水管配列によると最も熱負荷が高くなる上流
側の水管のスケール付着を防止し、このスケール付着に
起因する熱伝導の阻害から局部加熱による水管の焼損・
破損といった問題もなくなり、ボイラ全体の耐久性の向
上と相俟って多大な実用上の効果を挙げることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この考案を多管式貫流ボイラに適用した一実
施例を示す縦断面図、第２図は、第１図の横断面図、第
３図は、第２図の要部拡大図である。 第４図は従来の多管式貫流ボイラにおける水管の配列構
造を一例を示す縦断面図である。 (1)……上部管寄せ (2)……下部管寄せ (3)……内方の環状水管列 (4)……外方の環状水管列 (5)……燃焼ガス通路 (6)……燃焼装置 (7)……燃焼室 (8)……ボイラ外壁 (9)……燃焼室開口部 (10)……燃焼ガス通路開口部 (11)……煙道 (12)……横ヒレ (13)……横ヒレなし水管 (14)……横ヒレ付水管

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】環状形とした上部管寄せ(1)及び下部管寄
   せ(2)を多数の水管で連結し、これら水管を内外二重の
   環状水管列(3),(4)として配列することにより、内方の
   環状水管列(3)内側に燃焼室(7)を形成すると共に、前記
   両環状水管列(3),(4)間に環状の燃焼ガス通路(5)を形成
   し、内方の環状水管列(3)には燃焼ガス通路(5)に通じる
   燃焼室開口部(9)を設け、外方の環状水管列(4)には煙道
   (11)に通じる燃焼ガス通路開口部(10)を設け、前記両開
   口部(9),(10)を燃焼室(7)を挟んで対向する位置関係と
   し、前記燃焼ガス通路(5)に面する水管の外表面に平板
   状の横ヒレ(12)を水管の管軸方向に向って多段状に配置
   し、燃焼室開口部(9)を挟んで燃焼ガス通路(5)内での燃
   焼ガス流れ方向上流側に位置する所要数の水管を横ヒレ
   なし水管(13)とし、これら横ヒレなし水管(13)を含む燃
   焼ガス通路(5)の上流側部分の隙間(イ)を、燃焼ガス通路
   開口部(10)近傍の燃焼ガス通路(5)の下流側部分の隙間
   (ロ)より小さく設定すると共に、前記上流側部分の隙間
   (イ)を燃焼室開口部(9)から離れるに従って漸次減少させ
   たことを特徴とする多管式貫流ボイラの伝熱面構造。