JPH0318081B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱伝達技術に関し、更に詳しくは、蒸
気ボイラ及び炉の煙道ガスによる空気加熱用装置
に関する。

鉱物性資源の不足の増大に伴つて、不要固形物
含有量の高い未精製原料や低品質高灰分燃料が現
代の産業に広く用いられている。

工業用炉や蒸気ボイラが上記未精製原料及び燃
料によつて作動される場合、後工程で使用される
煙道ガスは空気加熱装置内において熱交換チユー
ブに作用する灰や硬い粒子を担持し、熱交換チユ
ーブの大きな摩損を引き起こす。

煙道ガス流は熱交換チユーブの入口に接触し、
次いで、斜向したガス流が空気加熱装置内で熱交
換チユーブにぶつかるという結果を広めるため
に、熱交換チユーブは広範囲の摩損を受ける。煙
道ガス流は灰や他の硬い粒子を含んでいるため、
これら粒子の作用によつて熱交換チユーブの壁面
は大きな摩損を受ける。これら粒子は、熱交換チ
ユーブ内の煙道ガス入口近傍の領域、即ち、入口
からチユーブ直径の２ないし３倍の距離だけ離れ
た領域において、壁面に対し最も強い影響を与え
る。大きな断面領域をもつ供給煙道が制限された
スペース条件のもとで必然的に屈曲部を有してい
る現代の高出力蒸気ボイラや工業用炉において
は、熱交換チユーブの摩損は著しく増大する。上
記供給煙道の設計においては、熱交換チユーブの
軸線に沿つて煙道ガスを流すための垂直煙道部を
十分に長くすることは許されず、これにより、煙
道ガス流は熱交換チユーブの軸線に対し斜めに向
けられることはなく、また、熱交換チユーブ内に
おける摩損度合は減少せしめられる。熱交換チユ
ーブを摩損から保護するために、空気加熱装置の
供給煙道には特殊機能装置が備えられる。

公知の管状空気加熱装置は熱交換チユーブを備
えており、この熱交換チユーブは管板及び供給煙
道に締着されている。（参照、ソビエト連邦供和
国発明者証第558133、F23L15／04、1974年公開） この公知空気加熱装置は、熱交換チユーブを摩
損から保護するための装置を備えている。この保
護装置は管板の前方の煙道ガス入口側に配置さ
れ、この保護装置と管板との間に一定の隙間が形
成されている。また、この保護装置は、絞り穿孔
シートの形態をなしており、この穿孔シートにお
ける孔の軸線は熱交換チユーブの軸線と同軸に整
列せしめられている。

硬い粒子や灰を含んだ熱い煙道ガスが穿孔シー
トの孔を通じて流れたとき、そのガス流は多数の
噴流に分散され、その噴流は孔内で収縮して孔か
ら出るときに膨張する。その結果、ガス流の流速
が減少する。

上記空気加熱装置は、供給煙道の垂直部分が熱
交換チユーブの軸線に沿つてガス流を向けるに十
分な長さを有している場合にのみ適用できる。屈
曲部分を有する供給煙道内に煙道ガスが供給され
る場合には、煙道ガス流は穿孔シートの表面に対
して鋭角に向けられるのでこのような空気加熱装
置は非実用的である。穿孔シートそれ自体では煙
道ガス流をまつすぐにすることはできない。した
がつて、空気加熱装置の熱交換チユーブは大きな
摩損を受け得る。

その上、穿孔シートの孔と熱交換チユーブとが
高精度に整列されねばならないため、このような
空気加熱装置の製造及び組立ては困難である。

別の公知の管状空気加熱装置は、管板に取り付
けられた熱交換チユーブと、該熱交換チユーブを
摩損から保護するために供給煙道内に設置された
装置とを備えており、この保護装置は、穿孔シー
トの孔内に管状差込み部材を嵌合させた構成をな
している。この保護装置において差込み部材の両
端は管板の穴に導入されるとともに熱交換チユー
ブに密着嵌合せしめられている（参照、ソビエト
連邦共和国発明者証第357419、F23L15／04、
1972年公開）。

上記空気加熱装置は、煙道ガス流が垂直煙道を
通じて送られる場合、若しくはガス流が屈曲部分
を有する煙道を通じて流される場合に適用するこ
とができる。上記空気加熱装置における摩損は管
状差込み部材内に集中して起こるので、熱交換チ
ユーブは摩損から保護される。しかしながら、屈
曲部分を有する供給煙道を通じて供給される煙道
ガス流によつて管状差込み部材は大きな摩損を受
ける。なぜなら、管状差込み部材内のガス流速度
は熱交換チユーブ内のガス流速度と等しいからで
ある。この場合、多くの労力を費やして管状差込
み部材を相当な頻度で交換しなければならない。
なぜなら、500−MW出力のボイラにおいて使用
されるような空気加熱装置においては、熱交換チ
ユーブの数は約200000個に達するからである。

その上、管状差込み部材は管板と熱交換チユー
ブとの連結を可能にするために管板に埋め込まれ
るので、上記空気加熱装置の製造には比較的労力
を要する。そしてそれ故、空気加熱装置の組立て
及び溶接はかなり複雑になる。

蒸気ボイラ及び炉内で煙道ガスにより空気を加
熱するための別の公知装置は供給煙道と、各々が
管板に取り付けられた熱交換チユーブを構成する
隣接区画部と、熱交換チユーブを摩損から保護す
る装置とを備えており、この保護装置は供給煙道
内に配設されている。この空気加熱装置は本発明
に最も近似している（参照、雑紙テプロエナージ
エテイカ（TEPLOENERGETIKA）（加熱技術）
（ロシア）、エナージヨイツダツト
（ENERGOIZDAT）発行モスクワ、第12号、
1981年、18頁から21頁）。

公知空気加熱装置に使用される熱交換チユーブ
の摩損保護装置は、供給煙道の屈曲部分に配置さ
れた複数のシートを備えており、これらシート
は、管板に取り付けられた管板差込み部材に装備
された熱交換チユーブに向けて煙道ガス流を流す
ようになつている。屈曲部分を有している供給煙
道内において、煙道ガス流はシートによつて90゜
にわたつて方向転換され、熱交換チユーブの軸線
に沿つて熱交換チユーブへと送られる。その結
果、熱交換チユーブの摩損度合は減少せしめられ
る。

各熱交換チユーブに設けられた管状差込み部材
は摩損を該差込み部材内に集中させることによつ
て熱交換チユーブを摩損から保護する。管状差込
み部材内と熱交換チユーブ内の断面積が等しいの
で、差込み部材内の煙道ガス流の速度は熱交換チ
ユーブ内と同様に高い。それ故、差込み部材は大
きな摩損を受け得る。供給煙道内の煙道ガス流の
方向転換によつて生じる遠心力は硬い粒子が蓄積
される領域において硬い粒子をガイドシートに向
けてたたきつける。硬い粒子が蓄積される領域は
ガス流の方向に関して終端をなす。該領域におけ
る硬い粒子の集中により、ガイドシートの終端部
の近辺に直接配置される管状差込み部材に大きな
摩損が起こる。そして、それ故、装置全体摩損度
合が高まる。上述した領域における硬い粒子の蓄
積を防ぐために、硬い粒子は供給煙道の断面全体
にわたつて均等に分配されねばならない。このこ
とは、非常に多くのガイドシートを配設した場合
にのみ実用可能性がある。このような装置の構造
によれば、金属の要求が増大し、組立てが複雑に
なり、更に装置の修理が不可能になる。

その上、大きな摩損を受ける管状差込み部材は
頻繁な交換を必要とし、管状差込み部材の製造、
除去及び設置のためのコストが高くなる。

しかも、熱交換チユーブの摩損からの信頼でき
る保護を提供するために、管板に設置される管状
差込み部材は、ガス流が各熱交換チユーブ内にス
ムーズに導入されるように、熱交換チユーブと同
軸に正確に整列されねばならない。

管状差込み部材が熱交換チユーブから0.5ない
し1.0mmだけでもずれると、熱交換チユーブを摩
損から保護する能力はたちまち低下する。

本発明の目的は、熱交換チユーブを摩損から保
護するための装置が信頼できる作用をし、且つ、
製造が簡単で安価な蒸気ボイラ及び炉の煙道ガス
による空気加熱用装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明にあつて
は、供給煙道と、該供給煙道と組をなす区画部
と、各区画部に備えられ且つ管板に取付けられた
複数個の熱交換チユーブと、供給煙道内に配置さ
れて熱交換チユーブを摩損から保護する保護装置
とを備え、該保護装置が複数個の連続波形状の波
状シートによつて形成されるスクリーンからな
り、波状シートが互いに向かい合つて該波状シー
トの凸状部分の接触線に沿つて組み合わされ、こ
れにより、波状シートの間にセルが形成されてい
る、蒸気ボイラ及び炉の煙道ガスによる空気加熱
用装置において、スクリーンが管板に隣接し、ス
クリーンの各セルの軸線が各熱交換チユーブの軸
線とそれぞれほぼ一直線状に整列し、且つ、セル
相互間の配置間隔が熱交換チユーブ相互間の配置
間隔とほぼ等しくなるように構成する。

上記構成によれば、スクリーンが管板に隣接
し、且つ、スクリーンの各セルの軸線が各熱交換
チユーブの軸線とそれぞれほぼ一直線状に整列し
てセル相互間の配置間隔が熱交換チユーブ相互間
の配置間隔とほぼ等しくなつているので、スクリ
ーンによつて整流された煙道ガス流がスムーズに
熱交換チユーブ内に入ることとなり、熱交換チユ
ーブ内面の摩損を防止できると共に、灰等の固形
物が管板や、管板と熱交換チユーブとの溶接継ぎ
目部等に衝突したりすることを防止できることと
なる。したがつて、熱交換チユーブ及び管板の摩
損を防止できることとなる。しかも、スクリーン
が熱交換チユーブに隣接しているので、スクリー
ンの各セルの軸線と対応する熱交換チユーブとの
軸線との間の僅かなずれによる熱交換チユーブの
摩損防止能力の低下は僅かとなる。したがつて、
熱交換チユーブに対するスクリーンの配置及び寸
法に高い精度が要求されることはなくなり、蒸気
ボイラ及び炉の煙道ガスによる空気加熱用装置を
容易且つ安価に提供できることとなる。

本発明による蒸気ボイラ及び炉の煙道セルによ
る空気加熱用装置は、スクリーン内の各セルの高
さ寸法が各セルの断面の最大寸法の２倍ないし５
倍であることが望ましい。

上記構成のスクリーンは、熱交換チユーブの軸
線方向に対して煙道ガス流の偏向の可能性を最小
にすることにより熱交換チユーブの摩損を減少さ
せる。

各セルの高さ寸法が各セルの最大寸法の２倍よ
りも小さいスクリーンの場合、熱交換チユーブを
摩損から保護する能力は減少する。一方、各セル
の高さ寸法が各セルの最大寸法の５倍よりも大き
いスクリーンの場合、熱交換チユーブの摩損減少
効果はさほど増大せず、スクリーン自体の摩損に
よるスクリーン材料の消耗量が増大し、且つ、装
置全体の大形化を招く。

本発明による蒸気ボイラ及び炉の煙道ガスによ
る空気加熱用装置の製造、組立て及び修理を簡易
化させるために、スクリーンは複数個の分離ブロ
ツクからなつていてもよい。この場合、各分離ブ
ロツクは50個ないし150個のセルを有する。

上記構造の空気加熱用装置において、スクリー
ンの各分離ブロツクは、熱交換チユーブ及びスク
リーンのセルの軸線がより高い精度で同軸に整列
されるように設置され得る。もしも、各分離ブロ
ツク内のセルの個数が50個よりも少ない場合に
は、分離ブロツクの直線寸法の公差が増大する。
それ故、分離ブロツクを正確に組み立てることが
できなくなる。

上記構造の空気加熱用装置において、スクリー
ンの各分離ブロツクは、熱交換チユーブ及びスク
リーンのセルの軸線がより高い精度で同軸に整列
されるように設置され得る。もしも、各分離ブロ
ツク内のセルの個数が50個より少ない場合には、
分離ブロツクの直線寸法の公差が増大する。それ
故、分離ブロツクを正確に組立てることができな
い。

以下添付図面を参照して本発明の好ましい実施
例を詳細に述べる。

第１図を参照すると、蒸気ボイラ及び炉の煙道
ガスによる空気加熱用装置は供給煙道１及び隣接
区画部２を備えており、隣接区画部２は管板４に
取り付けられた熱交換チユーブ３と合体してい
る。熱交換チユーブ３を摩損から保護するための
装置が供給煙道１の垂直部分内に配設されてい
る。その保護装置は滑らかな連続波形状の複数の
波状シート６（第２図参照）によつて作られた少
なくとも１つのスクリーン５を備えている。波状
シート６は互いに向い合つていてそれらの凸状部
の接触線に沿つて組み合わされており、これによ
り、複数のセル７が構成されている。波状シート
６は薄いシート状金属若しくは耐熱性プラスチツ
クによつて作られ得る。

スクリーン５における各セル７の高さは、各セ
ル７の断面の最大寸法の２倍ないし５倍である。

一方、第３図を参照すると、供給煙道１の垂直
部分内に配設されているスクリーン５は区画部２
の管板４に接合されている。この場合、スクリー
ン５における各セル７（第４図参照）の軸線は個
個の熱交換チユーブ３の軸線と同軸に整列されて
いなければならない。そして、セル７間の距離は
熱交換チユーブ３間の距離と等しいことが必要で
ある。スクリーン５は、種々の公知の手段、例え
ば溶接により、管板４に取り付けられる。

本発明による装置は２つのスクリーン５（第５
図参照）を備えていてもよい。この場合、これら
２つのスクリーン５の一方は供給煙道１の垂直部
分内に定置される。スクリーン５のセル７（第２
図参照）が細長い形状のものであることを考える
と、セル７の長軸が供給煙道１の水平部分内を流
れる煙道ガス流の方向に対し垂直をなすようにス
クリーン５を設置するのが好ましい。

製造、組立て及び修理を簡易化させるために、
本発明装置のスクリーン５は分離ブロツク８（第
６図参照）によつて形成することができる。この
場合、各分離ブロツク８は50個ないし150個のセ
ル７を有する。分離ブロツク８の寸法及び公差
は、分離ブロツク８を公差の範囲内で設置し且つ
熱交換チユーブ３及びセル７の軸線を整列させる
ことを許容するための隙間９を各分離ブロツク８
間に設定するように選定される。

蒸気ボイラ及び炉の煙道ガスを利用する空気加
熱用装置は次のように作動する。

灰や他の硬い粒子を含んだ煙道ガス流は供給煙
道１（第１図参照）内を通過する。供給煙道１は
垂直部分及び水平部分並びにこれら垂直・水平部
分を連結する屈曲部分を備えることができる。供
給煙道１内を通過した煙道ガス流は区画部２の管
板４に取り付けられた熱交換チユーブ３内に入
る。

加熱すべき空気は区画部２の管間空間に供給さ
れる。煙道ガスに含まれる灰や他の硬い粒子によ
つて、それら粒子の作用を受ける熱交換チユーブ
３が摩損する。供給煙道１の内側で煙道ガス流の
方向が変わる領域において、煙道ガス流が熱交換
チユーブ３の軸線方向からずれた場合に、熱交換
チユーブ３の摩損の度合いが増大する。

熱交換チユーブ３の摩損の度合いを最小にする
ために、煙道ガス流は区画部２の上流側において
整流される。煙道ガスの整流は熱交換チユーブ３
を摩損から保護するための装置によつて行なわれ
る。その保護装置は供給煙道１の垂直部分に配置
される。保護装置は複数の波状シート６（第２図
参照）を備えたスクリーン５（第１図参照）であ
る。波状シート６は互いに向い合つており、且
つ、それらの凸状部の接触線に沿つて組み合わさ
れている。これにより、複数個のセル７が形成さ
れている。セル７の高さはセル７の断面の最大寸
法の２倍ないし５倍大きい。スクリーン５のセル
７内を通過する煙道ガス流は熱交換チユーブ３に
向けて熱交換チユーブ３の軸線方向とほぼ同一の
方向に送られる。スクリーン５におけるセル７の
上記寸法関係により、特定方向からの煙道ガス流
の偏向は最小となる。それ故、区間２の熱交換チ
ユーブ３内に入る煙道ガス流は整流される。そし
て、この整流作用自体によつて熱交換チユーブ３
の摩損度合いを最小にすることができる。熱交換
チユーブ３の摩損を実質的に減少させるために、
供給煙道１の垂直部分内に配置されるスクリーン
５は管板４に直接結合されるべきである（第３図
参照）。この場合、セル７の軸線は熱交換チユー
ブ３の軸線に一致せしめられ、また、セル７同士
の間隔は熱交換チユーブ３同士の間隔と等しく設
定される（第４図参照）。この場合、スクリーン
５のセル７を通じて運ばれる煙道ガス流は多数の
噴流に分離される。これにより、各噴流は個々の
熱交換チユーブ３の断面全体にわたつて個々の熱
交換チユーブ３内にスムーズに導入されるが、ガ
ス流はさ程圧縮されず、それ故、熱交換チユーブ
３内における壁面は腐食作用を受けない。

供給煙道１内に２つのスクリーン５を設置する
こと（第５図参照）により最大の効果が得られ
る。この場合、２つのスクリーン５のうちの一方
は供給煙道１の垂直部分内に定置される。一方の
スクリーン５は管板４上に直接取り付けられ得
る。そして、他方のスクリーン５は一方のスクリ
ーン５の上方にいくらかの間隔をあけて配置され
得る。煙道ガスの通路において、供給煙道１の垂
直部分内に設置された第１のスクリーン５は、煙
道ガス流を整流し且つ煙道ガス流を熱交換チユー
ブ３の軸線に沿う方向に向けるという主たる作用
を行なう。しかしながら、適当なスクリーン５は
大きな摩損を受けず、また、供給煙道１内のガス
通路を作用的に塞ぐことはない。それ故、そのス
クリーン５を通過する煙道ガスの流速は小さい。
管板４上に配置されている他方のスクリーン５は
ガス流を噴流に分散させる。そして各噴流はスク
リーン５の各セル７から個々の熱交換チユーブ３
へとスムーズに送られる。

スクリーン５の製造及び組立てを簡略化させる
ために、スクリーン５を分離ブロツクにより構成
し且つ各分離ブロツクに50個ないし150個のセル
７を形成する（第６図参照）のが好ましい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を概略的に示す空
気加熱用装置の縦方向断面図、第２図は本発明に
おけるスクリーンの一例を示す部分平面図、第３
図は本発明におけるスクリーンを管板に接合させ
た別の実施例を示す空気加熱用装置の縦方向断面
図、第４図は第３図に示す装置の第３図中−
線に沿う断面図、第５図は本発明におけるスクリ
ーンを２つ備えた実施例を示す空気加熱用装置の
縦方向断面図、第６図は本発明におけるスクリー
ンが分離ブロツクを備えている実施例の部分平面
図である。 １……供給煙道、２……区画部、３……熱交換
チユーブ、４……管板、５……スクリーン、６…
…波状シート、７……セル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 供給煙道１と、該供給煙道１と組をなす区画
   部２と、各区画部２に備えられ且つ管板４に取付
   けられた複数個の熱交換チユーブ３と、供給煙道
   １内に配置されて熱交換チユーブ３を摩損から保
   護する保護装置とを備え、該保護装置が複数個の
   連続波形状の波状シート６によつて形成されるス
   クリーン５からなり、波状シート６が互いに向か
   い合つて該波状シート６の凸状部分の接触線に沿
   つて組み合わされ、これにより、波状シート６の
   間にセル７が形成されている、蒸気ボイラ及び炉
   の煙道ガスによる空気加熱用装置において、スク
   リーン５が管板４に隣接し、スクリーン５の各セ
   ル７の軸線が各熱交換チユーブ３の軸線とそれぞ
   れほぼ一直線状に整列し、且つ、セル７相互間の
   配置間隔が熱交換チユーブ３相互間の配置間隔と
   ほぼ等しいことを特徴とする蒸気ボイラ及び炉の
   煙道ガスによる空気加熱用装置。 ２ スクリーン５の各セル７の高さ寸法が各セル
   ７の断面の最大寸法の２倍ないし５倍であること
   を特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の、
   蒸気ボイラ及び炉の煙道ガスによる空気加熱用装
   置。 ３ スクリーン５が複数個の分離ブロツク８から
   なつており、各分離ブロツク８が50個ないし150
   個のセル７を備えていることを特徴とする、特許
   請求の範囲第１項又は第２項に記載の、蒸気ボイ
   ラ及び炉の煙道ガスによる空気加熱用装置。