CN102124267B - 锅炉结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在从部分负载到额定负载的宽范围的炉膛热负载中，能够以没有可动部的简单结构进行对各炉膛壁的适当的流量分配的锅炉结构。该结构中，在炉膛的壁面配设的多个锅炉蒸发管(3)形成炉膛水冷壁(4)，当向锅炉蒸发管(3)压力输送的水在管内部流动时，在炉膛内被加热而生成蒸气，其中，在出口连接管(10)设有内部流体的压力损失调整部，该出口连接管(10)对将炉膛水冷壁(4)分割成多个而得到的各水冷壁的出口侧进行连接。

Description

锅炉结构

技术领域

本发明涉及一种使锅炉蒸发管(炉膛水冷壁)的流量分配适当的锅炉结构。 

背景技术

以往，在超临界变压直流锅炉的炉膛中，尤其在通过沿上下方向排列多个的锅炉蒸发管形成炉膛壁的垂直管炉膛中，沿炉膛壁流动的内部流体的流量调整很重要。 

即，涉及向各炉膛壁(前壁/后壁/左右侧壁)流动的内部流体的流量调整，需要根据各个壁面的吸热量而从部分负载到额定负载进行适当的流量分配。因此，在以往的锅炉结构中，为了进行上述的内部流体的流量调整而在炉膛入口设置节流孔(日语：オリフイス)。 

在以往的锅炉装置中，已知有进行炉膛壁的壁间或分割的块间的供水流量的分配调整的技术。在该以往技术中，在炉膛壁的入口设置流量控制阀，并且将在炉膛壁的出口检测到的流体温度向控制机构输入。因此，在控制机构中，以使输入的出口的流体温度成为目标值的方式操作流量控制阀的开度，自动控制供水流量而进行分配调整。(例如，参照专利文献1及2) 

专利文献1：日本特开昭59-86802号公报 

专利文献2：日本特开昭59-84001号公报 

在上述的垂直管炉膛中，由于炉膛入口部的内部流体为水的状态，因此内部流体通过节流孔而产生的压力损失(以下称为“压损”)与内部流体流量的平方成比例。 

因此，若使炉膛入口的节流孔径与额定负载对应而将各壁面间的流量分配调整为最佳，则在流量少的部分负载时节流效果(压损)减少，无法达到最佳的流量分配。另一方面，若使炉膛入口的节流孔径与部分负载对 应而将各壁间的流量分配调整为最佳，则在额定负载下节流效果(压损)过大，仍然无法达到最佳的流量分配。 

例如在图3A所示的负载(横轴)/流量比例(纵轴)的一例中，由于压力损失与内部流体流量的平方成比例，因此一方的前壁随着负载增加而流量比例增大，另一方的后壁随着负载增加而流量比例减小，因此内部流体相对于前壁及后壁的流量分配根据负载状态而较大地变动。 

因此，在上述的炉膛入口的节流孔进行的各壁间的流量调整中，在从部分负载到额定负载的宽的流量范围中难以对内部流体进行最佳的流量分配。因此，在任一炉膛壁中，由于内部流体分配量的不均衡，而担心出口蒸发温度或蒸发管金属温度比其它的壁面大幅升高，为了在全部的负载下将蒸发管金属温度抑制为允许值以下，而需要对流量分配的调整付出细心的注意。 

另外，专利文献1、2所记载的以往技术需要根据炉膛壁的流体出口温度而进行流量调整阀的开度调整的控制机构。 

发明内容

本发明鉴于上述的情况而提出，其目的在于提供一种在从部分负载到额定负载的宽范围的炉膛热负载中，能够以没有可动部的简单结构进行对各炉膛壁的适当的流量分配的锅炉结构。 

本发明为了解决上述课题而采用下述的方法。 

本发明的一形态的锅炉结构中，在炉膛的壁面配设的多个锅炉蒸发管形成炉膛水冷壁，当向所述锅炉蒸发管压力输送的水在管内部流动时，在所述炉膛内被加热而生成蒸气，其中，在出口连接管设有内部流体的压力损失调整部，该出口连接管对将所述炉膛水冷壁分割成多个而得到的各水冷壁的出口侧进行连接。 

根据此种锅炉结构，由于在出口连接管设有内部流体的压力损失调整部，该出口连接管对将所述炉膛水冷壁分割成多个而得到的各水冷壁的出口侧进行连接，因此能够进行几乎处于蒸气状态的内部流体流动的区域中的流量调整。即，几乎处于蒸气状态的内部流体在高压·高重量流量的额定负载时及低压·低重量流量时的部分负载时，体积重量大致相同，因此， 炉膛出口连接管的压力损失与内部流体重量成一次比例，因此容易进行被分割多个的各炉膛壁的流量调整。 

在上述形态中，优选所述压力损失调整部通过将所述出口连接管产生的压力损失的分别调整、插入到所述出口连接管的同外径的厚壁短管部及插入到所述出口连接管的固定节流孔进行一或多个组合而构成。 

在此，出口连接管产生的压力损失的分别调整能够使构成出口连接管的管原料的内径、根数及流路长度中的至少一个变化而调整压力损失。 

插入到出口连接管的同外径的厚壁短管部是通过增加壁厚而使内径变小的管原料，使其内径或长度变化而能够调整压力损失。 

插入到出口连接管的固定节流孔通过使节流孔径变化而能够调整压力损失。 

发明效果 

根据上述的本发明，由于通过几乎处于蒸气状态的内部流体流动的出口连接管进行流量调整，因此炉膛出口连接管的压力损失与内部流体重量成一次比例，从而容易进行被分割多个的各炉膛壁的流量调整。因此，在从部分负载到额定负载的宽的负载范围内能够进行向各炉膛壁的适当的流量分配。其结果是，在各炉膛壁中，形成为在宽的负载范围内能够适当保持蒸气温度及锅炉蒸发管的金属温度的锅炉结构。即，能够提供一种在从部分负载到额定负载的宽范围的炉膛热负载中，能够以没有可动部的简单结构进行对各炉膛壁的适当的流量分配的锅炉结构。 

附图说明

图1是表示作为本发明的锅炉结构的一实施方式的第一实施方式的系统图。 

图2是表示锅炉结构的概要的立体图。 

图3A是表示以往的锅炉结构中的对应于锅炉的负载(横轴)而变化的炉膛水冷壁中的内部流体的流量比例(纵轴)的图。 

图3B是表示本发明的锅炉结构中的对应于锅炉的负载(横轴)而变化的炉膛水冷壁中的内部流体的流量比例(纵轴)的图。 

图4是表示图1的第一变形例的系统图。 

图5是表示图1的第二变形例的系统图。 

图6是表示作为本发明的锅炉结构的一实施方式的第二实施方式的系统图。 

图7是表示图2的第一变形例的系统图。 

图8是表示图2的第二变形例的系统图。 

图9是表示图2的第三变形例的系统图。 

图10是表示图2的第四变形例的系统图。 

图11是表示图2的第五变形例的系统图。 

具体实施方式

以下，基于附图，说明本发明的锅炉结构的一实施方式。 

<第一实施方式> 

在图1及图2所示的实施方式中，锅炉1是超临界变压直流锅炉，其构成为，在炉膛2的壁面配设的多个锅炉蒸发管3形成炉膛水冷壁4，当向锅炉蒸发管3压力输送的水在管内部流动时，水在炉膛2的内部被加热而生成蒸气。图示的锅炉1的炉膛2的水平剖面为矩形形状，形成有被分割成前后左右的四个面的炉膛水冷壁4，例如图1所示，各炉膛水冷壁4经由出口连接管10与顶部水冷壁5连接。 

需要说明的是，在图1中，炉膛水冷壁4被分割成左侧壁4A、前壁4B、右侧壁4C。 

从节煤器将用于生成蒸气的水向上述的炉膛水冷壁4供水。从节煤器供给的水经由入口连结管20向被分割成四部分的各炉膛水冷壁4上设置的集管(日语：ヘツダ)21分配。在该集管21上连接有沿上下方向延伸而形成炉膛壁4的多个锅炉蒸气管3。 

另一方面，在炉膛水冷壁4的出口连接管10上设有内部流体的压力损失调整部。图1所示的压力损失调整部是对出口连接管10产生的压力损失进行分别调整的部件。即，使构成出口连接管10的管原料的内径、根数及流路长度中的至少一个变化，而对各炉膛水冷壁4的压力损失进行分别调整。 

出口连接管10的内径可以使用例如使外径相同而壁厚不同的管原料， 或者还可以使用外径及壁厚不同的管原料，内径(流路截面积)越大的管原料、压力损失越小。 

出口连接管10的根数与上述的内径同样，使流路截面积变化而进行压力损失的调整。具体来说，通过两根管原料构成出口连接管10时，流路截面积增倍而压力损失减小。 

出口连接管10的流路长度利用压力损失与流路长度成比例而进行调整。这种情况下的流路长度为等效管长(日语：相当管长)，等效管长变长时，压力损失变大。 

因此，在将出口连接管10的压力损失对分割的各炉膛水冷壁4进行调整时，对于上述的内径、根数及流路长度，可以使任一个变化，也可以将多个组合。即，在图1所示的结构例中，通过使与左侧壁4A及右侧壁4C连接的管原料(由粗线表示的部分)11和与前壁4B连接的管原料(由细线表示的部分)12的内径及流路长度变化，而调整侧壁侧和前后壁侧的压力损失，但并不局限于此。对于管原料11、12合流后的出口连接管10a，考虑内部流体的总计流量而设定适当的管内径及根数等即可。 

在上述的连接出口管10中流动的内部流体被从节煤器供给的水加热而成为二相流，并且几乎成为蒸气的状态。因此，在高压·高重量流量的额定负载时和低压·低重量流量的部分负载时，蒸气的体积流量大致相同。因此，炉膛2的出口连接管10中的压力损失与内部流体重量流量成一次比例，在从部分负载时到额定负载时的宽的负载范围中，能够容易实现向各炉膛水冷壁4的适当的流量分配。 

其结果是，在各炉膛水冷壁4中，能够在宽的负载范围内保持为适当的蒸气温度及锅炉蒸发管3的金属温度。 

即，在上述的本发明中，由于内部流体以蒸气比例多的二相流或蒸气的状态流动，因此在压力损失与内部流体的重量流量成一次比例的区域 

(流路)设置压力损失调整部，从而容易且可靠地进行压力损失的调整，即使没有控制机构或流量调整阀那样的可动部，例如图3B所示，也能够在锅炉1的宽的负载范围内实施各炉膛水冷壁4的适当的流量分配。换言之，通过设置本发明的压力损失调整部，而各炉膛水冷壁4的流量分配在锅炉1的宽的负载范围内成为几乎没有变动的稳定的流量分配。 

接下来，如图4所示说明上述的实施方式的第一变形例。需要说明的是，对与上述的实施方式同样的部分标注相同符号，省略详细说明。 

在该变形例中，形成在管原料13上插入有同外径的厚壁短管部14的出口连接管10A，利用内部流体通过厚壁短管部14而产生的压力损失，将对各炉膛水冷壁4的流量分配调整为最佳。这种情况下的厚壁短管部14使用具有与管原料13相同的外径且通过增加壁厚而使内径变小的管原料。即，通过使厚壁短管部14的内径或长度变化，而能够调整压力损失。 

在此种出口连接管10A中，内部流体以蒸气比例多的二相流或蒸气的状态流动，由于在压力损失与内部流体的重量流量成一次比例的区域(流路)设置压力损失调整部的厚壁短管部14，因此压力损失的调整容易且可靠，即使没有控制机构或流量调整阀，也能够在锅炉1的宽的负载范围内实施各炉膛水冷壁4的适当的流量分配。 

接下来，如图5所示说明上述的实施方式的第二变形例。需要说明的是，对与上述的实施方式同样的部分标注相同符号，省略详细说明。 

在该变形例中，形成在管原料13插入有节流孔15的出口连接管10B，利用内部流体通过节流孔15而产生的压力损失，将对各炉膛水冷壁4的流量分配调整为最佳。这种情况下的节流孔15使用固定成规定的节流孔径的固定节流孔。即，通过使在节流孔15开口的节流孔径变化，而能够调整压力损失。 

在此种出口连接管10B中，由于内部流体以蒸气比例多的二相流或蒸气的状态流动，且在压力损失与内部流体的重量流量成一次比例的区域 

(流路)设置压力损失调整部的节流孔15，因此压力损失的调整容易且可靠，即使没有控制机构或流量调整阀，也能够在锅炉1的宽的负载范围内实施各炉膛水冷壁4的适当的流量分配。 

上述的压力损失调整部能够通过将出口连接管10产生的压力损失的分别调整、插入出口连接管10A的同外径的厚壁短管部14及插入出口连接管10B的固定的节流孔15进行一或多个组合而构成，通过根据各条件进行最佳组合，例如能够更细微地调整压力损失或扩大调整范围。 

<第二实施方式> 

在图6至图11所示的实施方式中，除了被分割成四部分的左侧壁4A、 前壁4B、右侧壁4C之外，还设有将后壁6分割成三部分的炉膛水冷壁6A、6B、6C。 

从节煤器向后壁6供给的水与炉膛水冷壁4同样受到加热而成为二相流或蒸气的内部流体。该内部流体被分为：通过将后壁6和顶部水冷壁5的下游连结的出口连接管30，经由中途的副侧壁管7而与在炉膛水冷壁4生成的蒸气合流的流路系统；通过将后壁6和顶部水冷壁5的下游连结的出口连接管31，经由中途的后壁吊下管8而与在炉膛水冷壁4生成的蒸气合流的流路系统。 

在此种锅炉结构中，通过在出口连接管30、31设置内部流体的压力损失调整部，也能够进行压力损失的调整。 

图6所示的实施方式中，采用内部流体几乎为蒸气的出口连接管30、31产生的压力损失的分别调整作为出口连接管30、31的压力损失调整部。即，对于构成出口连接管30、31的管原料的内径、根数及流路长度，至少使一个变化而调整压力损失。 

图7所示的本实施方式的第一变形例中，在内部流体几乎为蒸气的出口连接管30A、31A的中途插入厚壁短管部14作为出口连接管30A、31A的压力损失调整部。即，在构成出口连接管30A、31A的管原料的中途插入通过增加壁厚而使内径变小的同外径的厚壁短管部14，使其内径或长度变化而调整压力损失。 

图8所示的本实施方式的第二变形例中，在内部流体几乎为蒸气的出口连接管30B、31B的中途插入节流孔15作为出口连接管30B、31B的压力损失调整部。即，在构成出口连接管30B、31B的管原料的中途插入节流孔15，使其节流孔径变化而调整压力损失。 

图6至图8所示的压力损失调整部对于出口连接管30、31等中的压力损失的分别调整、厚壁短管部14的插入及节流孔15的插入，不仅可以单独采用任一个，也可以将多个组合。 

在此种出口连接管30、30A、30B、31、31A、31B中，由于内部流体以蒸气比例多的二相流或蒸气的状态流动，且在压力损失与内部流体的重量流量成一次比例的区域(流路)设置压力损失调整部，因此压力损失的调整容易且可靠，即使没有控制机构或流量调整阀，也能够在锅炉1的宽 的负载范围内实施各追加水冷壁6的适当的流量分配。 

图9至图11所示的变形例表示与上述的第一实施方式组合后的结构例。即，图9所示的第三变形例是图1与图6的组合，图10所示的第四变形例是图4与图7的组合，并且，图11所示的第五变形例是图5与图8的组合。 

对于第一实施方式与第二实施方式的组合，并不局限于图9至图11所示的组合，例如图1与图7的组合等，能够进行适当变更。 

根据上述的锅炉结构，利用几乎处于蒸气状态的内部流体所流动的出口连接管进行流量调整，因此炉膛水冷壁的出口连接管中的压力损失与内部流体重量成一次比例，容易进行被分割成多个的各炉膛壁的流量调整。因此，形成为在从部分负载到额定负载的宽的负载范围内能够进行向各炉膛壁的适当的流量分配的锅炉结构，其结果是，在各炉膛壁中，在宽的负载范围内能够适当地保持蒸气温度及锅炉蒸发管的金属温度。 

本发明并不局限于上述的实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够进行适当变更。 

符号说明： 

1锅炉 

2炉膛 

3锅炉蒸发管 

4炉膛水冷壁 

5顶部水冷壁 

6后壁(炉膛水冷壁) 

10、10A、10B出口连接管 

14厚壁短管部 

15节流孔 

20入口连结管 

21集管 

Claims (2)

1.一种锅炉结构，在炉膛的壁面配设的多个锅炉蒸发管形成炉膛水冷壁，当向所述锅炉蒸发管压力输送的水在管内部流动时，在所述炉膛内被加热而生成蒸气，其中，

在出口连接管设有内部流体的压力损失调整部，该出口连接管对将所述炉膛水冷壁分割成多个而得到的各水冷壁的出口侧进行连接。

2.根据权利要求1所述的锅炉结构，其中，

所述压力损失调整部将所述出口连接管产生的压力损失分别调整，所述压力损失调整部由插入到所述出口连接管的同外径的厚壁短管部及插入到所述出口连接管的固定节流孔进行一或多个组合而构成。

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