JPH0590186U - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シェル・アンド・チューブ型の熱交換器にお
いて、給熱側の流体が比較的大量のダストを含有するも
のである場合に、比較的簡単で廉価な構成で各チューブ
間の熱膨張差の問題を吸収できる熱交換器を得る。 【構成】 チューブ１５と入側管板１４との連結構成を
溶接固定構成とし、チューブ１５と出側管板２との連結
構成において、出側管板２の径方向に於ける中央側に位
置するチューブ群１５ａと周部側に位置するチューブ群
１５ｂとで、一方のチューブ群の連結構成を溶接固定構
成とするとともに、他方のチューブ群の連結構成を、例
えば、チューブ端部を軽く拡開する、チューブ１５の軸
方向でスライド自在なスライド連結構成とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、熱交換器胴内で、入側管板と出側管板との間に複数の煙管を備えて 構成され、ダストを含有する給熱側流体を入側管板側から出側管板側へ複数の煙 管内を流通させるとともに、熱交換器胴内で複数の煙管の周部を流れる受熱側流 体と給熱側流体との間で熱交換をおこなわせる熱交換器に関するものである。 即ち、本考案は、シェル・アンド・チューブ式の熱交換構成を採用し、複数の 煙管（以下チューブと称する）が立型配設されるものに関する。

【０００２】

【従来の技術】

このような熱交換器が採用される例としては、空気予熱器を挙げることができ 、この場合、燃焼炉等から排出される排ガスが給熱側流体とされ、予熱を必要と される空気が受熱側流体となる。ここで、給熱側流体として利用される排ガス等 においては、ガス内に比較的多くのダストを含有するものがある。 さて、このようなシェル・アンド・チューブ式の熱交換構造において、チュー ブは通常多本数備えられているが、各チューブ間に熱膨張差が生ずると、このチ ューブが連結されている管板に変形を生じたり、亀裂を生じたりする。 従って、このようなチューブ間の熱膨張差を吸収するために、従来チューブ夫 々に伸縮継手が取付けられていた。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、このような構成を採用すると、伸縮継手を設けるために大幅な 製作費の増大を招来するとともに、伸縮継手自体が高温酸化腐食やダスト磨耗起 因の故障を生じ易く、故障を生じた場合には修理が極めて困難という問題があっ た。

【０００４】 そこで本考案の目的は、比較的簡単で廉価な構成で各チューブ間の熱膨張差の 問題を吸収できる熱交換器を得ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

この目的を達成するための本考案による熱交換器の特徴構成は、 複数の煙管と入側管板との連結構成を溶接固定構成とし、 複数の煙管と出側管板との連結構成において、 出側管板の径方向に於ける中央側に位置する第一煙管群と外周側に位置する第 二煙管群とで、一方の煙管群の連結構成を溶接固定構成とするとともに、他方の 煙管群の連結構成を煙管の軸方向でスライド自在なスライド連結構成としてある ことにあり、その作用・効果は次の通りである。

【０００６】

【作用】

熱供給側の流体が比較的多くのダストを含んでいる場合は、前述の熱膨張差は 、管板の中央側に位置するチューブと外周側に位置するチューブとで著しい。よ って、クラック等の問題も、この群間で起こり易い。従って、本願においては、 チューブ間の熱膨張差の吸収において、チューブがこのような二つの群に分割さ れ、その一方の群が下部管板に対して溶接固定構造に、他方の群がスライド自在 な構成とされる。そこで、スライド連結可能な群においては、各チューブが下部 管板に対して軸方向に移動可能とされる。従って、この部位での熱膨張差吸収に より上下管板でひずみ・熱膨張差を生じず、クラック等の問題が回避される。 ここで、上部管板に対してスライド連結構成を採用することが考えられるが、 チューブ内へのガスの流れ、温度管理等の点から、この構成は好ましくない。

【０００７】

【考案の効果】

結果、比較的簡単で廉価な構成で各チューブ間の熱膨張差の問題を吸収できる 熱交換器を得ることができた。 さらに、スライド連結構成が、チューブに於ける出側管板挿入部位を、出側管 板に設けられる煙管挿入口径以下で、煙管挿入口径近傍まで拡管したものである ようにすると、従来のチューブに伸縮継手を取付ける方法に比べ、製作が容易で あることから制作費の大幅な低減が可能であり、また故障を生ずることがないの でメンテナンスも極めて有利となった。

【０００８】

【実施例】

本願の熱交換器としての空気予熱器１の実施例を図面に基づいて説明する。図 １には空気予熱器１の縦断面図が、図２には、空気予熱器１の出側管板２上部近 傍の横断面図が、さらに図４には空気予熱器１を採用するキュポラ排ガス系の系 統図が示されている。

【０００９】 先ず、図４に基づいてキュポラ排ガス系の構成について説明する。このキュポ ラ排ガス系は、図示するようにキュポラ３、サイクロン４、燃焼炉５、空気予熱 器１、廃熱ボイラ６、排ガス冷却器７、バグフィルター８、集塵ファン９、煙突 １０等を備えて構成されている。そして同図において、１１は給水系を、１２は 集塵ファン９用のタービン１３を備えた動力系を示している。

【００１０】 以下に、本願の対象である空気予熱器１について説明する。 この空気予熱器１は、燃焼炉５を出た高温排ガスから熱回収し、キュポラ送風 空気の予熱をおこなうものであり、高温に曝される入側管板１４及びチューブ１ ５の上部部位は並行流の採用により、空冷保護している。またチューブ内面のダ スト付着を防止するため、ショットクリーニング装置（図示していない）を設け 、ショット球により定期的に清掃をおこなう構成とされている。このようにシェ ル・アンド・チューブ式の熱交換系を完全な立型として使用されている例は少な い。 空気予熱器諸元 形式 ：対向流・並行流併用多管式熱交換器 排ガス条件 ：排ガス量 ６０，４００Ｎｍ³／Ｈ 排ガス温度 約８００℃ 送風空気条件 ：送風量 ２３５００Ｎｍ³／Ｈ 入口送風温度 ２５℃ 出口送風温度 ５６０℃ チューブ仕様 ：Ｏ．Ｄ７６．２φ×６，０００Ｌ 材質 ＳＵＳ３０４

【００１１】 以下に空気予熱器１の構成について説明する。 この空気予熱器１は、シェル・アンド・チューブ型の熱交換部１６を備え、給 熱流体としての排ガス流入側Ａから、入りガス室１７、熱交換部１６、出ガス室 １８を備えて構成されている。さらに受熱流体としての空気ａは、熱交換部１６ の上下端側（一方は入側管板１４の下部、他方は出側管板２上部）に設けられて いる一対の入口１９から熱交換部１６に導入され、熱交換部１６の上下方向中央 部位に設けられている熱風出口２０より導出される。熱交換部１６の熱交換器胴 ２１には、チューブ１５とシェル２１間の熱膨張差を吸収するシェル側伸縮継手 ２２が設けられている。

【００１２】 さらに、チューブ１５と入側管板１４及び出側管板２との連結構成に付いて説 明する。 複数のチューブ１５と入側管板１４との連結構成は溶接固定構成とされるととも に、出側管板２とチューブ１５との連結構成において、複数のチューブ１５が出 側管板２の径方向に於ける中央側に位置する第一チューブ群１５ａと周部側に位 置する第二チューブ群１５ｂとに分けられ、第一チューブ群１５ａの連結構成が 溶接固定構成とされるとともに、第二チューブ群１５ｂの連結構成が、チューブ １５の軸方向でスライド自在なスライド連結構成とされている。即ち、チューブ １５に於ける出側管板挿入部位１５ｃを、出側管板２に設けられる煙管挿入口径 以下で、前記煙管挿入口径近傍まで拡管した軽拡管連結構成としたものとされて いる（この構成が、図３に示されている。）。 拡管固定は、一般に、チューブ外周１５ｄを管板２に穿った溝２ａに喰い込ま せて固定する方法であるが、ここで採用する拡管連結構成は、チューブ外周１５ ｄを溝２ａに喰い込ませて強固に固定する方法と異なり、チューブ外周１５ｄが 溝２ａに喰い込まない軽度の拡管を行い、チューブ１５の熱膨張差が生じてもス ライド可能なるようにしたものである。 この拡管においては、連結部に於けるガスの僅かな空気側からの流出が許容され る。 ここで、図示する実施例においては、第一チューブ群１５ａと第二チューブ群 １５ｂとの割合が、８０対２０の割合とされている。

【００１３】 以下に、空気予熱器１の動作について説明する。 排ガスと空気に関しては、予熱空気が排ガスより熱を受け、加熱されて熱風出口 ２０より、送出され、下手側の機器（具体的にはキュポラ３）に供給される。 以下空気予熱器１を構成する各構成部材の熱膨張関係に付いて説明する。 こういった シェル・アンド・チューブ式の空気予熱器１は、シェル側流体と チューブ側流体との温度差によりシェル２１とチューブ１５に熱膨張差が生ずる が、これは通常胴側に設けられたシェル側伸縮継手２２により吸収される。

【００１４】 さて管板２に連結されている各チューブ１５間に於ける熱膨張差は、各チュー ブ１５へのガス流量配分の不均一と、シェル２１内ガス流れの不均一により生ず る。この熱膨張差の現れ方は、本願のようにダスト等を比較的多く含むガスを給 熱流体とする場合は、中央部側にあるチューブ内を流れるガスの流れが多いため 、中央部側に位置するチューブ群と外周側に位置するチューブ群との２つの集団 の間で生ずる。そして、このような熱膨張差が、スライド自在とされる側のチュ ーブ群１５ｂの軸方向の自由な移動として吸収される。即ち各チューブ群１５ａ ，１５ｂを管板の径方向で、中央側にある群と外周側にある群とに分けて設定し て、出側管板２に大きなひずみが生じないように構成してある。

【００１５】 なお、軽度の拡管固定はチューブ側流体とシェル側流体の静圧差により連結部 からリークを生ずる。しかし空気予熱器１の通常の用いられ方は、排ガス側は負 圧、予熱空気側は正圧で使用され、且つ静圧差は数百ｍｍＡｇ程度と小さいので 若干の予熱空気が排ガス側にリークする程度であり実用的には何ら支障はない。 さらに、このような軽度の拡管は、コスト、メンテ等の観点から非常に有利で ある。

【００１６】 〔別実施例〕 上記の実施例においては、第一チューブ群１５ａと第二チューブ群１５ｂとの 割合が、８０対２０の割合とされているものを示したが、全チューブ数の２０〜 ８０％に相当する数の中央側の第一チューブ群１５ａは溶接固定、残り８０〜２ ０％に相当する数の外周側の第二チューブ群１５ｂはスライド可能な軽度の拡管 連結とすることも可能である。さらに、中央側を軽度の拡管連結とし、外周側を 溶接固定としても同様に目的を達成することができる。

【００１７】 尚、実用新案登録請求の範囲の項に図面との対照を便利にするために符号を記 すが、該記入により本考案は添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】空気予熱器の構成を示す図

【図２】図１に於けるＡ―Ａ視図

【図３】スライド係合部の構成を示す図

【図４】キュポラ廃ガス系の系統図

【符号の説明】

１ 空気予熱器 ２ 出側管板 １４ 入側管板 １５ 煙管 １５ａ 第一煙管群 １５ｂ 第二煙管群 １５ｃ 出側管板挿入部位 ２１ 熱交換器胴

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 西 英雄 大阪府大阪市東成区中道１丁目４番２号 大阪ガスエンジニアリング株式会社内 (72)考案者 椋木 悟 大阪府大阪市東成区中道１丁目４番２号 大阪ガスエンジニアリング株式会社内

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱交換器胴（２１）内で、入側管板（１
   ４）と出側管板（２）との間に複数の煙管（１５）を備
   えて構成され、ダストを含有する給熱側流体を前記入側
   管板（１４）側から前記出側管板（２）側へ前記複数の
   煙管（１５）内を流通させるとともに、前記熱交換器胴
   （２１）内で前記複数の煙管（１５）の周部を流れる受
   熱側流体と前記給熱側流体との間で熱交換をおこなわせ
   る熱交換器であって、 前記複数の煙管（１５）と前記入側管板（１４）との連
   結構成を溶接固定構成とし、 前記複数の煙管（１５）と前記出側管板（２）との連結
   構成において、 前記出側管板（２）の径方向に於ける中央側に位置する
   第一煙管群（１５ａ）と外周側に位置する第二煙管群
   （１５ｂ）とで、一方の煙管群の連結構成を溶接固定構
   成とするとともに、他方の煙管群の連結構成を前記煙管
   （１５）の軸方向でスライド自在なスライド連結構成と
   する熱交換器。
2. 【請求項２】 前記スライド連結構成が、前記煙管（１
   ５）に於ける出側管板挿入部位（１５ｃ）を、前記出側
   管板（２）に設けられる煙管挿入口径以下で、前記煙管
   挿入口径近傍まで拡管したものである請求項１記載の熱
   交換器。