流化床燃烧锅炉的传热管的制作方法

本发明涉及在流化床燃烧锅炉的流化床内使用的传热管，该流化床燃烧锅炉使废料和RDF(垃圾衍生燃料)、生物质等燃料燃烧并回收燃烧热量。
背景技术：
：近年来，从应对化石燃料价格上涨和全球变暖问题等的角度出发，正在谋求有效地利用能源资源。其中，担任热量回收的一部分任务的、使废料和RDF、生物质等燃料燃烧的发电系统的重要性正在增加。在该发电系统中，有一种方式是通过传热管来回收在使用流化床燃烧锅炉燃烧废料和RDF、生物质等燃料时产生的热能。在该方式中，当通过流化床燃烧锅炉使废料和RDF、生物质等燃料燃烧时，会出现由燃料中产生的氯化物形成严重的腐蚀环境的情况。在此，由于床料(bedmaterial)造成的磨损增加，会导致传热管的保护件明显减薄，保护件本身的寿命变短，且需要频繁的维护保养。作为保护件的寿命延长措施，已知通过形成表面硬化层来改善耐磨性、和如专利文献1所公开地那样通过在保护件的表面设置柱头螺栓(stud)来缓和颗粒的碰撞速度的方法。另外，在专利文献2中，通过在保护件与传热管之间设置空隙来使保护件表面温度上升，从而在表面形成氧化膜，使耐磨性提高。专利文献3中也提到了在对于保护件使用SUS等不锈钢类材质的情况下，通过温度上升来产生氧化膜、提高耐磨性、以及减少减薄量。另一方面，在专利文献4中提出了一种方法是：在保护件与传热管之间设置喷铝层，通过铝的熔化来使密合度提高并降低保护件的表面温度，从而抑制腐蚀。另外，在保护件上设置充分的可减薄的部分也是用于确保寿命的措施之一。由于使用板材或管材的话厚度会受到限定，而且厚板的加工也会花费成本，所以一般都使用铸件。现有技术文献专利文献1：日本特开2004-19965号公报专利文献2：日本特开平5-18504号公报专利文献3：日本特开平8-226601号公报专利文献4：日本实开平5-25101号公报如上所述，在作为保护件的寿命延长措施而形成表面硬化层的情况下，需要进行特别处理，且牵涉到保护件的成本增加。另外，虽然对于单纯的腐蚀有效，但在具有腐蚀性的环境下的效果是有限的。通过表面的柱头螺栓等实现的磨损条件的缓和对于磨损及腐蚀磨损两者的现象有效。但是，由于结构变得复杂，所以除了保护件的成本增加之外，维护保养也变得复杂。关于长寿命化措施中的增厚，虽然铸件容易增厚且成本低，但材质上有时难以进行焊接。另外，也有现场的焊接工作本身很难的情况，从维护性的角度出发的话会期望现场的焊接工作很少。例如，在通过保护件全面保护传热管的情况下，焊接部位会增加且工作负荷会变高，牵涉到设置/更换的工作性恶化。尤其是，在需要保护传热管整个圆周的情况下，由于保护件的个数增加，所以复杂的保护件不仅会导致成本增加还会导致工作效率降低。另外，厚壁的保护件由于重量增加这点也会导致工作性降低。进一步地，在将厚壁的保护件组合而设成嵌合结构的情况下，床料会在运转过程中侵入保护件与传热管之间，并在冷却时产生过大的应力从而会发生保护件开裂的风险。从耐磨的角度来看提高保护件的温度是有效的，但若在保护件与传热管之间设置空隙的话，则床料会进入至在运转过程中膨胀的空隙内，而由于停止时会收缩，所以会产生过大的应力，从而会发生保护件开裂或变形等的风险。另一方面，从耐蚀的角度出发提出了降低保护件的表面温度，而针对有关耐蚀与耐磨两者的条件下的适当条件，尚未发现合适的方法。技术实现要素：本发明是针对这些课题提出的，以提供一种具备保护件的流化床燃烧锅炉的传热管为目的，通过避免复杂的结构来降低初始成本，并考虑到了安装和更换等维护性，降低了开裂和变形的风险，且在腐蚀磨损环境下具有充分的耐久性。为了实现上述目的，本案发明人对谋求保护件寿命延长的方法进行了反复研究，以下对研究过程进行说明。作为避免结构的复杂化且使保护件寿命延长的方法，增厚是一种有效方法，而且用于以低成本制造保护件的结构的最好方法是铸造。为了避免焊接，使用以嵌合结构固定厚壁保护件与固定夹具的传热管进行了试验。但是，床料侵入至在水管与保护件及固定夹具之间所产生的缝隙，导致了当热收缩时会产生过大的应力从而保护件开裂的事故频发。由此，通过尽可能缩小固定夹具使所产生的应力降低而防止了开裂。另外，通过缩小固定夹具而减轻了重量，还提高了在现场的作业性。另一方面，薄壁保护件的课题是耐久性。在以往的技术中，从耐磨的角度出发提出了提高表面温度，而从耐蚀的角度出发提出了降低温度。对于该矛盾，本案发明人通过实体设备于一年内使用SUS310和SCH13作为保护件，发现了尽管在材质上SUS310的耐蚀性更优异，但SUS310会造成严重的减薄。虽然SUS310通过薄板而与传热管紧贴，但作为铸件的SCH13密合度很差且很厚，若比较表面温度的话，则SUS310以低数百度的状况运转。也就是说，发现了对于在腐蚀磨损环境下抑制减薄，提高金属的温度是有效的。基于该认知还发现了：通过在薄壁保护件与水管之间设置隔热层，能够使薄壁保护件的表面温度上升，从而抑制减薄。此外，为了防止因薄壁保护件的应力造成的损伤，最好防止床料侵入至薄壁保护件与水管之间。本发明通过以上认知和基于其的试验而完成，提供在腐蚀磨损环境下保护传热管整个圆周的以下方法。本发明的流化床燃烧锅炉的传热管是在流化床燃烧锅炉的流化床内使用的传热管，其特征在于，所述传热管由如下部件构成：内部供流体流动的水管；设于所述水管的外周侧且用于保护所述水管的薄壁保护件及铸件制的厚壁保护件；设于所述水管与所述薄壁保护件之间的隔热层；以及固定夹具，将所述固定夹具固定在所述厚壁保护件上，并由所述固定夹具按压设于所述水管的外周侧的所述薄壁保护件。厚壁保护件的厚度为10mm～50mm，薄壁保护件的厚度为2mm～6mm。本发明的优选方式的特征在于，以嵌合结构将所述固定夹具固定在所述厚壁保护件上。本发明的优选方式的特征在于，所述嵌合结构由设于所述固定夹具及所述厚壁保护件中的一方上的引导槽、和设于所述固定夹具及所述厚壁保护件中的另一方上的突起部构成。本发明的优选方式的特征在于，具有防止床料向所述隔热层侵入的防止结构。本发明的优选方式的特征在于，将所述薄壁保护件设为双层结构，并在所述薄壁保护件之间设有所述隔热层。本发明的优选方式的特征在于，所述隔热层由隔热纸构成。本发明的优选方式的特征在于，所述固定夹具是铸件制。本发明的优选方式的特征在于，所述薄壁保护件的由所述固定夹具包覆的部分的面积是所述薄壁保护件的外周面的面积的50％以下。本发明的优选方式的特征在于，在所述薄壁保护件上设有翅片。本发明的流化床燃烧锅炉是使燃料在流化床内燃烧并由传热管回收燃烧热量的流化床燃烧锅炉，其特征在于，所述传热管是上述的传热管。本发明的优选方式的特征在于，所述流化床燃烧锅炉具备用于使燃料燃烧的燃烧室、和配置有层内传热管来回收燃烧热量的热量回收室，所述流化床燃烧锅炉是将热量回收室的流态化空气的空气量设为u0/umf＝2.0～4.0而使床料在所述燃烧室与所述热量回收室内循环的内部循环流化床燃烧锅炉。发明效果根据本发明，能够提供一种具备长寿命的保护件的流化床燃烧锅炉的传热管，该保护件使焊接工作最小化，所以安装/更换工作很容易，通过用能够以低成本制造厚壁产品的铸件来制作而抑制了成本，并且降低了因腐蚀磨损造成的损伤。附图说明图1是表示具备本发明的传热管的流化床燃烧锅炉的一个实施方式的示意性剖视图。图2是本发明的传热管的立体图。图3是图2的Ⅲ-Ⅲ线剖视图。图4是表示图2及图3所示的传热管的组装顺序的分解立体图。附图标记说明1传热管2网状水管3厚壁保护件3g引导槽4薄壁保护件5固定夹具5a突起部6隔热纸11流化床燃烧锅炉12锅炉主体13分隔壁14燃烧室15热量回收室16层内传热管17不可燃物排出口18开口部20流化床21移动层22流动层23流化床30炉床底板31炉床底板32空气箱33空气箱具体实施方式以下，参照图1至图4说明本发明的流化床燃烧锅炉的传热管的实施方式。在图1至图4中，对于同一或者相当的构成要素标注同一附图标记，并省略重复的说明。图1是表示具备本发明的传热管的流化床燃烧锅炉的一个实施方式的示意性剖视图。如图1所示，流化床燃烧锅炉11具备大致方筒形状的锅炉主体12，锅炉主体12内通过左右一对的分隔壁13、13而分割成位于中央部的一个燃烧室14、和位于两侧部的两个热量回收室15、15。在燃烧室14内形成有使废料和RDF等燃料发生热反应的流化床20，流化床20通过炉床底板30来支承。设置于锅炉主体12内的炉床底板30形成为中央高、且随着朝向两侧缘而逐渐变低的凸形状。在炉床底板30上，配置有用于向炉内喷出作为流态化气体的流态化空气的多个空气扩散喷嘴。在各热量回收室15内形成有流化床23，该流化床23通过炉床底板31来支承。在炉床底板31上，配置有用于向炉内喷出作为流态化气体的流态化空气的多个空气扩散喷嘴。如图1所示，在凸形状的炉床底板30的下方形成有四个空气箱32、32、33、33，从炉外向这些空气箱32、32、33、33内供给流态化空气。通过对调节阀(未图示)的开度进行调节来调节向空气箱32、32、33、33供给的空气流量，而从中央部的两个空气箱32、32的上方的空气扩散喷嘴以赋予实质上小的流化速度的方式喷出流态化空气，并从两侧部的两个空气箱33、33的上方的空气扩散喷嘴以赋予实质上大的流化速度的方式喷出流态化空气。其结果是，在炉床底板30的中央部的上方形成供床料以比较缓慢的速度从上方向下方移动的移动层21，在炉床底板30的两侧部的上方形成供床料从下方向上方移动的流动层22。因此，通过在流化床20的下部使床料从移动层21向流动层22移动，以及在流化床20的上部使床料从流动层22向移动层21移动，而在左右形成床料在移动层21与流动层22之间循环的循环流。各分隔壁13的倾斜部作为使上升的床料容易向锅炉主体12的内部侧翻转的导流板来发挥功能。在如图1所示构成的内部循环流化床燃烧锅炉11中，将燃料从投入口(未图示)向移动层21供给。这时，对调节阀的开度进行调节，以使向移动层21供给的流态化空气的空气量与向流动层22供给的流态化空气的空气量相比变少。在本实施方式中，将向移动层21供给的流态化空气的空气量设为2～3u0/umf，将向流动层22供给的流态化空气的空气量设为4～6u0/umf。在此，u0是表观速度，umf是最小流化表观速度。供给至移动层21的燃料被混入至床料中并与床料一起向下方移动。这时，通过床料的热量来进行燃料的热分解，而从燃料中的可燃部分中产生可燃气体，并变成很脆的热分解残渣。热分解残渣中典型地包含不可燃物和通过热分解而变脆的未燃烧物(炭)。在移动层21中生成的热分解残渣若与床料一起到达至炉床底板30的话，则会沿着倾斜的炉床底板30朝向流动层22。到达至流动层22的热分解残渣与剧烈流动的床料接触而使未燃烧物从不可燃物中剥离，未燃烧物剥离后所剩的不可燃物与一部分的床料一起从不可燃物排出口17排出。另一方面，从不可燃物中剥离出来的未燃烧物随着供给流态化空气而与流动的床料一起向上方移动。这时，未燃烧物通过所供给的流态化空气来进行燃烧，一边加热床料一边产生燃烧废气，并变成气体可输送程度的微细的未燃烧物及灰分的颗粒。到达至流动层22的上部的高温床料的一部分流入至移动层21内。床料在流动层22内上升至能够在向移动层21流动时适当地进行燃料的热分解的温度。流入至移动层21内的床料再次接受所供给来的燃料，并重复上述移动层21及流动层22中的热反应。移动层21的温度维持在700～900℃，流动层22的温度维持在700～900℃。另外，流动层22的上部的高温床料的一部分会越过分隔壁13的上部而进入至热量回收室15。在燃烧室14与热量回收室15之间，以包围热量回收室15的方式在大致垂直方向上设置有多个网状水管2，床料从这些网状水管2之间通过而进入至热量回收室15。进入至热量回收室15内的床料形成从上方向下方移动的流化床23。热量回收室15的炉床底板31从锅炉主体12的内壁侧朝着燃烧室侧向下方倾斜，在热量回收室15的下部设有开口部18，进入至热量回收室15内的床料一边形成流化床23一边沉降，并从开口部18向燃烧室14循环。进入至热量回收室15内的床料的温度为700～900℃，但在热量回收室15的流化床23内铺设有层内传热管16，变成高温的床料一边向下方移动一边与层内传热管16接触，层内传热管16内的流体(锅炉水)通过与床料进行热交换而从床料中回收热量。通过将从流化床23的炉床底板31的空气扩散喷嘴喷出的流态化空气的空气量控制在2～4u0/umf，而能够控制层内传热管16的热回收量。向燃烧室14循环流动的床料汇合到流动层22内，并与流动层22内的床料一起上升，一部分的床料再次进入至热量回收室15，并重复上述的与层内传热管16内的流体的热交换。参照图2至图4对将本发明的传热管适用于图1所示的流化床燃烧锅炉11的网状水管2的实施方式进行说明。图2是本发明的传热管的立体图，图3是图2的Ⅲ-Ⅲ线剖视图，图4是表示图2及图3所示的传热管的组装顺序的分解立体图。如图2及图3所示，传热管1具备：内部供流体(锅炉水)流动的圆筒状的水管(网状水管)2；以包围水管2的圆周面的一部分的方式设置的截面呈コ字形的厚壁保护件3；在厚壁保护件3的相反侧以包围水管2的圆周面的方式设置的截面呈U字形的薄壁保护件4；以及在从上方按压薄壁保护件4的状态下通过嵌合而固定在厚壁保护件3上的截面呈U字形的固定夹具5。即，水管2的整个外周通过厚壁保护件3和薄壁保护件4来包围并被保护。厚壁保护件3的厚度为10mm～50mm，薄壁保护件4的厚度为2mm～6mm。将燃烧室14与热量回收室15分隔的网状水管2不管是在腐蚀环境下还是在磨损条件下，都是燃烧室侧严重。更严重的燃烧室侧通过由铸件制作的厚壁保护件3来全面保护。另一方面，条件比较温和的热量回收室侧由薄壁保护件4来保护，固定夹具5设为为了按压薄壁保护件4而所需的最低限度的大小。由此，能够抑制在厚壁保护件3与固定夹具5的嵌合部产生的应力，并防止厚壁保护件3的开裂。另外，整体重量会一并降低，维护性也会提高。另外，从工作性效率提高的角度来看，为了进一步减轻而缩小一个固定夹具5的大小，固定夹具5在整体上为两段式结构。在本发明中，厚壁保护件3和固定夹具5设为SCS13、SCS14、SCS18、SCH13、SCH21、SCH22等不锈钢类铸件或耐热铸钢，薄壁保护件4由SUS304、SUS310、SUS316等不锈钢或SS400等钢铁形成。在本实施方式中，考虑到制造成本和安装的容易性，厚壁保护件3由铸件制造，薄壁保护件4由SUS310不锈钢板材制造。本案发明人发现了暴露于流化床内的环境中的薄壁保护件4与网状水管2若直接接触的话，则金属表面温度会降低且在暴露于环境中的部分会促进腐蚀磨损造成的减薄，为此，在薄壁保护件4与网状水管2之间设置了隔热层来防止过度的冷却。设于薄壁保护件4与水管2之间的隔热层由隔热材料或隔热浇注料等形成，防止床料流入隔热层。这种情况下，隔热材料的形状并不特别限定，例如可以是纸状、纤维状、粉末状、块状(bulk)。在本实施方式中，采用了隔热纸6作为隔热层。在将隔热层作为空气层的情况下，为了防止床料向隔热层流入，还可以在厚壁保护件3或薄壁保护件4的上方设置由铸件或钢铁等形成的遮盖。隔热层的厚度优选为0.25mm以上。还可以将薄壁保护件4设为双层结构，并在双层结构的薄壁保护件与薄壁保护件之间设置隔热层。为了使薄壁保护件4的表面温度上升，还可以在薄壁保护件上设置翅片。在本发明中，通过以嵌合结构固定厚壁保护件3与固定夹具5，不用焊接就能很简便地进行安装。构成为在厚壁保护件3或固定夹具5中的一方上设置引导槽，并在该引导槽内嵌入固定夹具5或厚壁保护件3的突起部。但是，由于在设有引导槽的部分上会产生热应力，所以从防止开裂的角度出发，优选在面积大的厚壁保护件侧安装引导槽。在本实施方式中，截面呈コ字形的厚壁保护件3在两侧部的内表面具备引导槽3g、3g，截面呈U字形的固定夹具5在开口侧的两侧部具备突起部5a、5a。而且，通过将固定夹具5的突起部5a、5a嵌合到厚壁保护件3的引导槽3g、3g内，而将固定夹具5固定在厚壁保护件3上。此外，还可以在固定夹具5及厚壁保护件3上设置切孔，并由螺栓、螺母来固定。若固定夹具5大，则包括保护件3、4在内的整体变重且操作变得困难，并且由于产生于引导槽部的热应力变大，所以固定夹具5优选为小，通过固定夹具5包覆薄壁保护件4的部分的面积设为薄壁保护件4的外周面的面积的50％以下，优选为30％以下。此外，通过固定夹具5包覆薄壁保护件4的部分的面积设为薄壁保护件4的外周面的面积的20％以上。固定夹具5可以是一节也可以是多节。在维护时，能够仅更换薄壁保护件或隔热层等必要部分。接着，参照图4来说明保护件向网状水管2的安装顺序。如图4所示，首先将隔热纸6卷绕在网状水管2上，然后将厚壁保护件3与薄壁保护件4组合，最后在设于厚壁保护件3上的引导槽3g内嵌合固定夹具5的突起部5a，由此，在厚壁保护件3上安装固定夹具5。通过实际设备对图2至图4所示的本发明的结构、代替薄壁保护件而使用与厚壁保护件相同大小的固定夹具的情况(比较例1)、以及薄壁保护件与水管之间未设置隔热层的情况(比较例2)进行了比较与评价。实证结果的总结记录在表1中。如表1所示，关于开裂，在本发明产品及比较例2中没有问题，但在比较例1中发现了开裂。关于减薄，对于厚壁保护件及固定夹具，在本发明产品及比较例1、2中均是微小的减薄率，预计有足够的寿命。另一方面，对于薄壁保护件，在未设置隔热层的比较例2中发现了在无固定夹具的露出于环境中的部分上有严重的减薄。另外，在本发明产品中，保护件剩余了足够的厚度，能够确认具有作为保护件的足够的寿命。关于维护性，比较例2是最容易的，本发明产品与比较例2相比仅增加安装隔热纸的工作部分的工序，但并不很费工夫。另一方面，由于比较例1将具有重量的厚壁保护件与固定夹具进行组合，所以成为如下结构：工作性变差、且因运转中所加入的床料还会使拆卸变得费事。如上所述，综合判断本发明产品，证实了耐久性和维护性优异。【表1】表1本发明及比较例的实证结果开裂减薄率维护性本发明○：未发生○：微小○：追加安装隔热纸的作业比较例1×：发生开裂◎：非常小×：安装及拆卸都困难比较例2○：未发生×：在薄壁保护件上发生严重的减薄◎：最容易至此对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式，毋庸赘述，在其技术思想的范围内还可以以各种不同的方式来实施。当前第1页1 2 3