流化床燃燒鍋爐的傳熱管的制作方法

本發明涉及在流化床燃燒鍋爐的流化床內使用的傳熱管，該流化床燃燒鍋爐使廢料和RDF(垃圾衍生燃料)、生物質等燃料燃燒并回收燃燒熱量。
背景技術：
：近年來，從應對化石燃料價格上漲和全球變暖問題等的角度出發，正在謀求有效地利用能源資源。其中，擔任熱量回收的一部分任務的、使廢料和RDF、生物質等燃料燃燒的發電系統的重要性正在增加。在該發電系統中，有一種方式是通過傳熱管來回收在使用流化床燃燒鍋爐燃燒廢料和RDF、生物質等燃料時產生的熱能。在該方式中，當通過流化床燃燒鍋爐使廢料和RDF、生物質等燃料燃燒時，會出現由燃料中產生的氯化物形成嚴重的腐蝕環境的情況。在此，由于床料(bedmaterial)造成的磨損增加，會導致傳熱管的保護件明顯減薄，保護件本身的壽命變短，且需要頻繁的維護保養。作為保護件的壽命延長措施，已知通過形成表面硬化層來改善耐磨性、和如專利文獻1所公開地那樣通過在保護件的表面設置柱頭螺栓(stud)來緩和顆粒的碰撞速度的方法。另外，在專利文獻2中，通過在保護件與傳熱管之間設置空隙來使保護件表面溫度上升，從而在表面形成氧化膜，使耐磨性提高。專利文獻3中也提到了在對于保護件使用SUS等不銹鋼類材質的情況下，通過溫度上升來產生氧化膜、提高耐磨性、以及減少減薄量。另一方面，在專利文獻4中提出了一種方法是：在保護件與傳熱管之間設置噴鋁層，通過鋁的熔化來使密合度提高并降低保護件的表面溫度，從而抑制腐蝕。另外，在保護件上設置充分的可減薄的部分也是用于確保壽命的措施之一。由于使用板材或管材的話厚度會受到限定，而且厚板的加工也會花費成本，所以一般都使用鑄件。現有技術文獻專利文獻1：日本特開2004-19965號公報專利文獻2：日本特開平5-18504號公報專利文獻3：日本特開平8-226601號公報專利文獻4：日本實開平5-25101號公報如上所述，在作為保護件的壽命延長措施而形成表面硬化層的情況下，需要進行特別處理，且牽涉到保護件的成本增加。另外，雖然對于單純的腐蝕有效，但在具有腐蝕性的環境下的效果是有限的。通過表面的柱頭螺栓等實現的磨損條件的緩和對于磨損及腐蝕磨損兩者的現象有效。但是，由于結構變得復雜，所以除了保護件的成本增加之外，維護保養也變得復雜。關于長壽命化措施中的增厚，雖然鑄件容易增厚且成本低，但材質上有時難以進行焊接。另外，也有現場的焊接工作本身很難的情況，從維護性的角度出發的話會期望現場的焊接工作很少。例如，在通過保護件全面保護傳熱管的情況下，焊接部位會增加且工作負荷會變高，牽涉到設置/更換的工作性惡化。尤其是，在需要保護傳熱管整個圓周的情況下，由于保護件的個數增加，所以復雜的保護件不僅會導致成本增加還會導致工作效率降低。另外，厚壁的保護件由于重量增加這點也會導致工作性降低。進一步地，在將厚壁的保護件組合而設成嵌合結構的情況下，床料會在運轉過程中侵入保護件與傳熱管之間，并在冷卻時產生過大的應力從而會發生保護件開裂的風險。從耐磨的角度來看提高保護件的溫度是有效的，但若在保護件與傳熱管之間設置空隙的話，則床料會進入至在運轉過程中膨脹的空隙內，而由于停止時會收縮，所以會產生過大的應力，從而會發生保護件開裂或變形等的風險。另一方面，從耐蝕的角度出發提出了降低保護件的表面溫度，而針對有關耐蝕與耐磨兩者的條件下的適當條件，尚未發現合適的方法。技術實現要素：本發明是針對這些課題提出的，以提供一種具備保護件的流化床燃燒鍋爐的傳熱管為目的，通過避免復雜的結構來降低初始成本，并考慮到了安裝和更換等維護性，降低了開裂和變形的風險，且在腐蝕磨損環境下具有充分的耐久性。為了實現上述目的，本案發明人對謀求保護件壽命延長的方法進行了反復研究，以下對研究過程進行說明。作為避免結構的復雜化且使保護件壽命延長的方法，增厚是一種有效方法，而且用于以低成本制造保護件的結構的最好方法是鑄造。為了避免焊接，使用以嵌合結構固定厚壁保護件與固定夾具的傳熱管進行了試驗。但是，床料侵入至在水管與保護件及固定夾具之間所產生的縫隙，導致了當熱收縮時會產生過大的應力從而保護件開裂的事故頻發。由此，通過盡可能縮小固定夾具使所產生的應力降低而防止了開裂。另外，通過縮小固定夾具而減輕了重量，還提高了在現場的作業性。另一方面，薄壁保護件的課題是耐久性。在以往的技術中，從耐磨的角度出發提出了提高表面溫度，而從耐蝕的角度出發提出了降低溫度。對于該矛盾，本案發明人通過實體設備于一年內使用SUS310和SCH13作為保護件，發現了盡管在材質上SUS310的耐蝕性更優異，但SUS310會造成嚴重的減薄。雖然SUS310通過薄板而與傳熱管緊貼，但作為鑄件的SCH13密合度很差且很厚，若比較表面溫度的話，則SUS310以低數百度的狀況運轉。也就是說，發現了對于在腐蝕磨損環境下抑制減薄，提高金屬的溫度是有效的。基于該認知還發現了：通過在薄壁保護件與水管之間設置隔熱層，能夠使薄壁保護件的表面溫度上升，從而抑制減薄。此外，為了防止因薄壁保護件的應力造成的損傷，最好防止床料侵入至薄壁保護件與水管之間。本發明通過以上認知和基于其的試驗而完成，提供在腐蝕磨損環境下保護傳熱管整個圓周的以下方法。本發明的流化床燃燒鍋爐的傳熱管是在流化床燃燒鍋爐的流化床內使用的傳熱管，其特征在于，所述傳熱管由如下部件構成：內部供流體流動的水管；設于所述水管的外周側且用于保護所述水管的薄壁保護件及鑄件制的厚壁保護件；設于所述水管與所述薄壁保護件之間的隔熱層；以及固定夾具，將所述固定夾具固定在所述厚壁保護件上，并由所述固定夾具按壓設于所述水管的外周側的所述薄壁保護件。厚壁保護件的厚度為10mm～50mm，薄壁保護件的厚度為2mm～6mm。本發明的優選方式的特征在于，以嵌合結構將所述固定夾具固定在所述厚壁保護件上。本發明的優選方式的特征在于，所述嵌合結構由設于所述固定夾具及所述厚壁保護件中的一方上的引導槽、和設于所述固定夾具及所述厚壁保護件中的另一方上的突起部構成。本發明的優選方式的特征在于，具有防止床料向所述隔熱層侵入的防止結構。本發明的優選方式的特征在于，將所述薄壁保護件設為雙層結構，并在所述薄壁保護件之間設有所述隔熱層。本發明的優選方式的特征在于，所述隔熱層由隔熱紙構成。本發明的優選方式的特征在于，所述固定夾具是鑄件制。本發明的優選方式的特征在于，所述薄壁保護件的由所述固定夾具包覆的部分的面積是所述薄壁保護件的外周面的面積的50％以下。本發明的優選方式的特征在于，在所述薄壁保護件上設有翅片。本發明的流化床燃燒鍋爐是使燃料在流化床內燃燒并由傳熱管回收燃燒熱量的流化床燃燒鍋爐，其特征在于，所述傳熱管是上述的傳熱管。本發明的優選方式的特征在于，所述流化床燃燒鍋爐具備用于使燃料燃燒的燃燒室、和配置有層內傳熱管來回收燃燒熱量的熱量回收室，所述流化床燃燒鍋爐是將熱量回收室的流態化空氣的空氣量設為u0/umf＝2.0～4.0而使床料在所述燃燒室與所述熱量回收室內循環的內部循環流化床燃燒鍋爐。發明效果根據本發明，能夠提供一種具備長壽命的保護件的流化床燃燒鍋爐的傳熱管，該保護件使焊接工作最小化，所以安裝/更換工作很容易，通過用能夠以低成本制造厚壁產品的鑄件來制作而抑制了成本，并且降低了因腐蝕磨損造成的損傷。附圖說明圖1是表示具備本發明的傳熱管的流化床燃燒鍋爐的一個實施方式的示意性剖視圖。圖2是本發明的傳熱管的立體圖。圖3是圖2的Ⅲ-Ⅲ線剖視圖。圖4是表示圖2及圖3所示的傳熱管的組裝順序的分解立體圖。附圖標記說明1傳熱管2網狀水管3厚壁保護件3g引導槽4薄壁保護件5固定夾具5a突起部6隔熱紙11流化床燃燒鍋爐12鍋爐主體13分隔壁14燃燒室15熱量回收室16層內傳熱管17不可燃物排出口18開口部20流化床21移動層22流動層23流化床30爐床底板31爐床底板32空氣箱33空氣箱具體實施方式以下，參照圖1至圖4說明本發明的流化床燃燒鍋爐的傳熱管的實施方式。在圖1至圖4中，對于同一或者相當的構成要素標注同一附圖標記，并省略重復的說明。圖1是表示具備本發明的傳熱管的流化床燃燒鍋爐的一個實施方式的示意性剖視圖。如圖1所示，流化床燃燒鍋爐11具備大致方筒形狀的鍋爐主體12，鍋爐主體12內通過左右一對的分隔壁13、13而分割成位于中央部的一個燃燒室14、和位于兩側部的兩個熱量回收室15、15。在燃燒室14內形成有使廢料和RDF等燃料發生熱反應的流化床20，流化床20通過爐床底板30來支承。設置于鍋爐主體12內的爐床底板30形成為中央高、且隨著朝向兩側緣而逐漸變低的凸形狀。在爐床底板30上，配置有用于向爐內噴出作為流態化氣體的流態化空氣的多個空氣擴散噴嘴。在各熱量回收室15內形成有流化床23，該流化床23通過爐床底板31來支承。在爐床底板31上，配置有用于向爐內噴出作為流態化氣體的流態化空氣的多個空氣擴散噴嘴。如圖1所示，在凸形狀的爐床底板30的下方形成有四個空氣箱32、32、33、33，從爐外向這些空氣箱32、32、33、33內供給流態化空氣。通過對調節閥(未圖示)的開度進行調節來調節向空氣箱32、32、33、33供給的空氣流量，而從中央部的兩個空氣箱32、32的上方的空氣擴散噴嘴以賦予實質上小的流化速度的方式噴出流態化空氣，并從兩側部的兩個空氣箱33、33的上方的空氣擴散噴嘴以賦予實質上大的流化速度的方式噴出流態化空氣。其結果是，在爐床底板30的中央部的上方形成供床料以比較緩慢的速度從上方向下方移動的移動層21，在爐床底板30的兩側部的上方形成供床料從下方向上方移動的流動層22。因此，通過在流化床20的下部使床料從移動層21向流動層22移動，以及在流化床20的上部使床料從流動層22向移動層21移動，而在左右形成床料在移動層21與流動層22之間循環的循環流。各分隔壁13的傾斜部作為使上升的床料容易向鍋爐主體12的內部側翻轉的導流板來發揮功能。在如圖1所示構成的內部循環流化床燃燒鍋爐11中，將燃料從投入口(未圖示)向移動層21供給。這時，對調節閥的開度進行調節，以使向移動層21供給的流態化空氣的空氣量與向流動層22供給的流態化空氣的空氣量相比變少。在本實施方式中，將向移動層21供給的流態化空氣的空氣量設為2～3u0/umf，將向流動層22供給的流態化空氣的空氣量設為4～6u0/umf。在此，u0是表觀速度，umf是最小流化表觀速度。供給至移動層21的燃料被混入至床料中并與床料一起向下方移動。這時，通過床料的熱量來進行燃料的熱分解，而從燃料中的可燃部分中產生可燃氣體，并變成很脆的熱分解殘渣。熱分解殘渣中典型地包含不可燃物和通過熱分解而變脆的未燃燒物(炭)。在移動層21中生成的熱分解殘渣若與床料一起到達至爐床底板30的話，則會沿著傾斜的爐床底板30朝向流動層22。到達至流動層22的熱分解殘渣與劇烈流動的床料接觸而使未燃燒物從不可燃物中剝離，未燃燒物剝離后所剩的不可燃物與一部分的床料一起從不可燃物排出口17排出。另一方面，從不可燃物中剝離出來的未燃燒物隨著供給流態化空氣而與流動的床料一起向上方移動。這時，未燃燒物通過所供給的流態化空氣來進行燃燒，一邊加熱床料一邊產生燃燒廢氣，并變成氣體可輸送程度的微細的未燃燒物及灰分的顆粒。到達至流動層22的上部的高溫床料的一部分流入至移動層21內。床料在流動層22內上升至能夠在向移動層21流動時適當地進行燃料的熱分解的溫度。流入至移動層21內的床料再次接受所供給來的燃料，并重復上述移動層21及流動層22中的熱反應。移動層21的溫度維持在700～900℃，流動層22的溫度維持在700～900℃。另外，流動層22的上部的高溫床料的一部分會越過分隔壁13的上部而進入至熱量回收室15。在燃燒室14與熱量回收室15之間，以包圍熱量回收室15的方式在大致垂直方向上設置有多個網狀水管2，床料從這些網狀水管2之間通過而進入至熱量回收室15。進入至熱量回收室15內的床料形成從上方向下方移動的流化床23。熱量回收室15的爐床底板31從鍋爐主體12的內壁側朝著燃燒室側向下方傾斜，在熱量回收室15的下部設有開口部18，進入至熱量回收室15內的床料一邊形成流化床23一邊沉降，并從開口部18向燃燒室14循環。進入至熱量回收室15內的床料的溫度為700～900℃，但在熱量回收室15的流化床23內鋪設有層內傳熱管16，變成高溫的床料一邊向下方移動一邊與層內傳熱管16接觸，層內傳熱管16內的流體(鍋爐水)通過與床料進行熱交換而從床料中回收熱量。通過將從流化床23的爐床底板31的空氣擴散噴嘴噴出的流態化空氣的空氣量控制在2～4u0/umf，而能夠控制層內傳熱管16的熱回收量。向燃燒室14循環流動的床料匯合到流動層22內，并與流動層22內的床料一起上升，一部分的床料再次進入至熱量回收室15，并重復上述的與層內傳熱管16內的流體的熱交換。參照圖2至圖4對將本發明的傳熱管適用于圖1所示的流化床燃燒鍋爐11的網狀水管2的實施方式進行說明。圖2是本發明的傳熱管的立體圖，圖3是圖2的Ⅲ-Ⅲ線剖視圖，圖4是表示圖2及圖3所示的傳熱管的組裝順序的分解立體圖。如圖2及圖3所示，傳熱管1具備：內部供流體(鍋爐水)流動的圓筒狀的水管(網狀水管)2；以包圍水管2的圓周面的一部分的方式設置的截面呈コ字形的厚壁保護件3；在厚壁保護件3的相反側以包圍水管2的圓周面的方式設置的截面呈U字形的薄壁保護件4；以及在從上方按壓薄壁保護件4的狀態下通過嵌合而固定在厚壁保護件3上的截面呈U字形的固定夾具5。即，水管2的整個外周通過厚壁保護件3和薄壁保護件4來包圍并被保護。厚壁保護件3的厚度為10mm～50mm，薄壁保護件4的厚度為2mm～6mm。將燃燒室14與熱量回收室15分隔的網狀水管2不管是在腐蝕環境下還是在磨損條件下，都是燃燒室側嚴重。更嚴重的燃燒室側通過由鑄件制作的厚壁保護件3來全面保護。另一方面，條件比較溫和的熱量回收室側由薄壁保護件4來保護，固定夾具5設為為了按壓薄壁保護件4而所需的最低限度的大小。由此，能夠抑制在厚壁保護件3與固定夾具5的嵌合部產生的應力，并防止厚壁保護件3的開裂。另外，整體重量會一并降低，維護性也會提高。另外，從工作性效率提高的角度來看，為了進一步減輕而縮小一個固定夾具5的大小，固定夾具5在整體上為兩段式結構。在本發明中，厚壁保護件3和固定夾具5設為SCS13、SCS14、SCS18、SCH13、SCH21、SCH22等不銹鋼類鑄件或耐熱鑄鋼，薄壁保護件4由SUS304、SUS310、SUS316等不銹鋼或SS400等鋼鐵形成。在本實施方式中，考慮到制造成本和安裝的容易性，厚壁保護件3由鑄件制造，薄壁保護件4由SUS310不銹鋼板材制造。本案發明人發現了暴露于流化床內的環境中的薄壁保護件4與網狀水管2若直接接觸的話，則金屬表面溫度會降低且在暴露于環境中的部分會促進腐蝕磨損造成的減薄，為此，在薄壁保護件4與網狀水管2之間設置了隔熱層來防止過度的冷卻。設于薄壁保護件4與水管2之間的隔熱層由隔熱材料或隔熱澆注料等形成，防止床料流入隔熱層。這種情況下，隔熱材料的形狀并不特別限定，例如可以是紙狀、纖維狀、粉末狀、塊狀(bulk)。在本實施方式中，采用了隔熱紙6作為隔熱層。在將隔熱層作為空氣層的情況下，為了防止床料向隔熱層流入，還可以在厚壁保護件3或薄壁保護件4的上方設置由鑄件或鋼鐵等形成的遮蓋。隔熱層的厚度優選為0.25mm以上。還可以將薄壁保護件4設為雙層結構，并在雙層結構的薄壁保護件與薄壁保護件之間設置隔熱層。為了使薄壁保護件4的表面溫度上升，還可以在薄壁保護件上設置翅片。在本發明中，通過以嵌合結構固定厚壁保護件3與固定夾具5，不用焊接就能很簡便地進行安裝。構成為在厚壁保護件3或固定夾具5中的一方上設置引導槽，并在該引導槽內嵌入固定夾具5或厚壁保護件3的突起部。但是，由于在設有引導槽的部分上會產生熱應力，所以從防止開裂的角度出發，優選在面積大的厚壁保護件側安裝引導槽。在本實施方式中，截面呈コ字形的厚壁保護件3在兩側部的內表面具備引導槽3g、3g，截面呈U字形的固定夾具5在開口側的兩側部具備突起部5a、5a。而且，通過將固定夾具5的突起部5a、5a嵌合到厚壁保護件3的引導槽3g、3g內，而將固定夾具5固定在厚壁保護件3上。此外，還可以在固定夾具5及厚壁保護件3上設置切孔，并由螺栓、螺母來固定。若固定夾具5大，則包括保護件3、4在內的整體變重且操作變得困難，并且由于產生于引導槽部的熱應力變大，所以固定夾具5優選為小，通過固定夾具5包覆薄壁保護件4的部分的面積設為薄壁保護件4的外周面的面積的50％以下，優選為30％以下。此外，通過固定夾具5包覆薄壁保護件4的部分的面積設為薄壁保護件4的外周面的面積的20％以上。固定夾具5可以是一節也可以是多節。在維護時，能夠僅更換薄壁保護件或隔熱層等必要部分。接著，參照圖4來說明保護件向網狀水管2的安裝順序。如圖4所示，首先將隔熱紙6卷繞在網狀水管2上，然后將厚壁保護件3與薄壁保護件4組合，最后在設于厚壁保護件3上的引導槽3g內嵌合固定夾具5的突起部5a，由此，在厚壁保護件3上安裝固定夾具5。通過實際設備對圖2至圖4所示的本發明的結構、代替薄壁保護件而使用與厚壁保護件相同大小的固定夾具的情況(比較例1)、以及薄壁保護件與水管之間未設置隔熱層的情況(比較例2)進行了比較與評價。實證結果的總結記錄在表1中。如表1所示，關于開裂，在本發明產品及比較例2中沒有問題，但在比較例1中發現了開裂。關于減薄，對于厚壁保護件及固定夾具，在本發明產品及比較例1、2中均是微小的減薄率，預計有足夠的壽命。另一方面，對于薄壁保護件，在未設置隔熱層的比較例2中發現了在無固定夾具的露出于環境中的部分上有嚴重的減薄。另外，在本發明產品中，保護件剩余了足夠的厚度，能夠確認具有作為保護件的足夠的壽命。關于維護性，比較例2是最容易的，本發明產品與比較例2相比僅增加安裝隔熱紙的工作部分的工序，但并不很費工夫。另一方面，由于比較例1將具有重量的厚壁保護件與固定夾具進行組合，所以成為如下結構：工作性變差、且因運轉中所加入的床料還會使拆卸變得費事。如上所述，綜合判斷本發明產品，證實了耐久性和維護性優異。【表1】表1本發明及比較例的實證結果開裂減薄率維護性本發明○：未發生○：微小○：追加安裝隔熱紙的作業比較例1×：發生開裂◎：非常小×：安裝及拆卸都困難比較例2○：未發生×：在薄壁保護件上發生嚴重的減薄◎：最容易至此對本發明的實施方式進行了說明，但本發明并不限定于上述的實施方式，毋庸贅述，在其技術思想的范圍內還可以以各種不同的方式來實施。當前第1頁1 2 3