CN102132095A - 再热锅炉 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种再热锅炉，对于再热炉的出口侧的燃烧气体的气体温度，使再热燃烧器的气体流动模式变化，降低温度分布的不平衡。再热锅炉(10A)具备：以在燃烧器(101)燃烧产生的主燃烧气体从炉膛(102)通过过热器(104)及蒸发管组(105)而流动的方式构成的主锅炉(106)；配置于蒸发管组(105)的下游侧且通过在再热燃烧器(107)的燃烧而产生再热燃烧气体的再热炉(108)；及配置于再热炉(108)的上部侧的再热器(109)，其中，在将再热炉(108)和再热器(109)之间连结而形成燃烧气体及再热燃烧气体的流路的再热炉出口部(120)设置有使燃烧气体的流路截面积减小的闭塞板(130)而形成偏流防止部。

Description

再热锅炉
技术领域
本发明涉及在蒸发管组的下游侧设置再热炉、再热器，降低在再热炉的出口附近的燃烧气体的气体温度的不平衡的再热锅炉。
背景技术
目前，作为船舶用锅炉，采用具备过热器的锅炉(参照专利文献1)。
另外，在现有的船舶用锅炉中，使用在燃烧气体下游侧具备再热炉和再热器的再热锅炉。
关于现有的船舶用再热锅炉，图5表示构成的一例。
图5是简略表示现有的再热锅炉的构成的概略图。如图5所示，现有的再热锅炉100包括：由燃烧器101、炉膛102、前栅管103、过热器(Superheater：SH)104及蒸发管组(后栅管)105构成的主锅炉106；在蒸发管组105的下游侧具备再热燃烧器107的再热炉108；及设置于废气出口侧的再热器109。
在燃烧器101燃烧产生的燃烧气体从炉膛102流过前栅管103、过热器104及蒸发管组105，在再热炉108与再热燃烧器107的再热燃烧气体混合后，边与再热器109进行热交换边流动，从气体出口110流出，由此有效地进行运转。
另外，图5中，图中标号111表示水鼓，112表示蒸气鼓，113、114表示集管，115表示炉壁加热管。
专利文献1：日本特开2002-243106号公报
但是，在现有的船舶用再热锅炉100中，再热燃烧器107仅设于再热炉108的前壁侧，在再热炉108的后壁侧未设置。
因此，例如图6所示，在再热炉108的出口侧(图5中标号B部分)，在再热炉108的前壁(图6中X)侧和后壁(图6中Y)侧之间有时在燃烧气体温度上产生数百度的温度差等，燃烧气体温度上产生的大的不平衡成为问题。这种燃烧气体温度的不平衡认为是由于在从主锅炉106流入的燃烧气体和再热燃烧器107的再热燃烧气体之间存在温度差，燃烧气体和再热燃烧气体没有充分混合。
在再热炉108的出口侧(再热器109的入口侧)的燃烧气体温度的不平衡，即将燃烧气体和再热燃烧气体混合得到的混合燃烧气体的温度分布上产生的不平衡可能导致再热炉108及再热器109的传热性能降低，并且可能导致再热器109的再热管的高温腐蚀及支承材料的强度降低，故而不予优选。
发明内容
本发明是鉴于上述课题而创立的，其目的在于，提供一种再热锅炉，对于再热炉的出口侧的燃烧气体的气体温度，使再热燃烧器内的气体流动模式发生变化，降低温度分布的不平衡。
为了解决上述课题，本发明采用以下方面。
本发明一方面提供一种再热锅炉，具备：以在燃烧器燃烧产生的主燃烧气体从炉膛通过过热器及蒸发管组而流动的方式构成的主锅炉；配置于所述蒸发管组的下游侧且通过在再热燃烧器的燃烧产生再热燃烧气体的再热炉；及配置于该再热炉的上部侧的再热器，其中，在将所述再热炉和所述再热器之间连结而形成所述燃烧气体及所述再热燃烧气体的流路的再热炉出口部设置有使燃烧气体的流路截面积减小的偏流防止部。
根据这种本发明一方面的再热锅炉，由于在将再热炉和再热器之间连结而形成混合燃烧气体(燃烧气体及再热燃烧气体)的流路的再热炉出口部设置有使燃烧气体的流路截面积减小的偏流防止部，所以通过偏流防止部的主燃烧气体及再热燃烧气体的气流产生紊乱，促进它们的混合。
在上述方面中优选所述偏流防止部通过在所述再热炉出口部安装闭塞板而形成，由此，可以适宜变更闭塞板的大小来容易地调整流路截面积的开口率。
关于该情况下的闭塞板，优选将所述闭塞板分割成多个且可分别单独拆装，由此，可以通过在现场的拆装数量的变更来容易地调整流路截面积的开口率。
根据上述的本发明，由于在形成混合燃烧气体(燃烧气体及再热燃烧气体)的流路的再热炉出口部设置有使流路截面积减小的偏流防止部，所以可以使通过偏流防止部的主燃烧气体及再热燃烧气体的气流产生紊乱。这种再热燃烧气体的紊乱促进具有不同的温度的燃烧气体及再热燃烧气体的混合，因此，提供一种再热锅炉，在作为偏流防止部的下游侧的再热炉的出口侧(再热器入口)以使混合燃烧气体的温度分布均一化的方式降低不平衡。
即，使燃烧气体及再热燃烧气体通过偏流防止部，由此使燃烧气体及再热燃烧气体的流动模式发生变化，因此，气体温度不同的两种燃烧气体在偏流防止部的下游侧混合，在温度分布大致均一化的状态下流入再热器。
因此，由于消除了在再热器入口侧的燃烧气体温度的不平衡，所以可以在再热炉及再热器进行有效利用整个区域的热交换。因此，可提供防止或抑制再热炉及再热器的传热性能降低且高效率的再热锅炉。另外，当消除在再热器入口侧的燃烧气体温度的不平衡时，能够防止或抑制再热器的再热管被高温腐蚀或因高温导致支承材料的强度降低，可提高再热锅炉的耐久性及可靠性。
附图说明
图1是表示本发明的再热锅炉的一实施方式的构成图；
图2A是表示图1的闭塞板的设置例的图，是在流路截面积的前后(左右)设置一对的例子；
图2B是表示图1的闭塞板的设置例的图，是仅设置在流路截面积的前(左)侧的例子；
图2C是表示图1的闭塞板的设置例的图，是仅设置在流路截面积的后(右)侧的例子；
图3是表示流路截面积的开口率和气体温度比之间的关系的图；
图4是表示图1所示的闭塞板的变形例的要部立体图；
图5是对于现有技术的再热锅炉表示构成之一例的构成图；
图6是表示在再热炉的出口附近的混合燃烧气体体的温度分布的说明图；
具体实施方式
下面，对本发明的再热锅炉，基于图1～图3详细说明一实施方式。
本实施方式的再热锅炉10A与图5所示的现有构造的再热锅炉100相同，构成为具备：以通过燃烧器101的燃烧产生的燃烧气体从炉膛102通过过热器104、蒸发管组105的方式构成的主锅炉106；在再热燃烧器107使燃烧气体再燃烧的再热炉108；及通过有再燃烧的燃烧气体的再热器109。
在这样构成的再热锅炉10A中，在燃烧器101燃烧生成的燃烧气体在主锅炉106内从炉膛102通过前栅管103、过热器104及蒸发管组105而流动。之后，从主锅炉106流入到再热炉108的燃烧气体与在再热燃烧器107生成的再热燃烧气体一起向再热器109流出。另外，在以下的说明中，将从主锅炉106流入的燃烧气体和在再热炉108生成的再热燃烧气体总称为混合的气，即将在再热炉108及其下游侧流动的气体称为“混合燃烧气体”。
从主锅炉106流入的燃烧气体和在再热炉108生成的再热燃烧气体汇合而得到的混合燃烧气体通过将再热炉108和再热器109之间连结而形成流路的再热炉出口部(也有时为再热器109的入口部)120。为了形成使混合燃烧气体的流路截面积缩小的偏流防止部，在该再热炉出口部120设置有闭塞板130。
对于该闭塞板130，将从主锅炉106流入且向上进行大致90度的方向转换的燃烧气体的气流和从再热炉108的下方上升的再热燃烧气体的气流汇合，作为混合燃烧气体的气流，通过缩小从再热炉108朝向再热器109的再热器出口部120的流路截面积而使所述混合燃烧气体的气流急剧变化。即，在高温的混合燃烧气体流动的高温区域设置的闭塞板130具有通过再热器出口120使混合燃烧气体的流路截面积缩小、使流路截面积暂时急剧减小的功能。
作为使流路截面积减小的闭塞板130的设置例，存在例如图2所示的例子。
在图2A所示的设置例中，关于再热器出口部120的流路截面积，在前后(前壁侧及后壁侧)或左右(左壁侧及右壁侧)安装闭塞板130，使流路部分闭塞，使流路截面积急剧减小。
在图2B、图2C所示的设置例中，关于再热器出口部120的流路截面积，在前后(前壁侧及后壁侧)或左右(左壁侧及右壁侧)的任一方安装闭塞板130，使流路部分闭塞，使流路截面积急剧减小。
通过设置这样的闭塞板130，在将再热炉108和再热器109之间连结而形成混合燃烧气体(燃烧气体及再热燃烧气体)的流路的再热炉出口部120，通过流路截面积急剧减小的变化，在通过闭塞板130的主燃烧气体及再热燃烧气体的气流产生涡流等紊乱而被搅拌。即，对于向上进行了大致90度的方向转换的燃烧气体的气流及向上上升的再热燃烧气体的气流，由于向闭塞板130的冲撞、流路截面积的缩小导致的流动方向的变化及流速的增加等，再热炉108内的流动模式发生变化而变得复杂，因此，促进了在再热炉108内的燃烧气体的搅拌/混合。
其结果是，具有不同温度的混合燃烧气体的这两个气流通过闭塞板130，从而成为整体大致均一化的温度的气流而流入再热器109。
图3是表示再热器出口部120的流路截面积在设置了闭塞板130的情况下的开口率和气体温度比之间的关系的图。
该图中，横轴的开口率为再热器出口部120的流路截面积没有被闭塞板130闭塞而残留的开口面积的比例，数值越大，作为混合燃烧气体的流路的开口面积越大。
另一方面，纵轴的气体温度比为最高气体温度(Tmax)以平均气体温度(Tav)为基准的比，数值越接近1越为均一化的温度。即，气体温度比越为大的值，混合燃烧气体的最高气体温度和平均气体温度之差越大，温度不平衡越大。
根据图3，开口率越小，气体温度比越接近1，因此，越设置大的闭塞板130来减小流路截面积，越能够促进搅拌/混合，混合燃烧气体的温度越均一化。但是，再热器出口部120的开口率减小时，混合燃烧气体的温度不平衡被消除的反面，混合燃烧气体通过流路截面积小的再热器出口部120时的压力损失增大。因此，关于再热器出口部120的开口率，考虑混合燃烧气体的温度不平衡及压力损失，以运转效率最高的方式变更闭塞板130的大小(流路的封锁面积)并进行适当调整即可。换言之，通过采用在再热出口开口部120安装闭塞板130而形成的偏流防止部，可变更闭塞板130的大小而容易地调整流路截面积的开口率。
但是，对于上述的闭塞板130，作为例如上述的实施方式的变形例，如图4所示的闭塞板130A，优选搭载于通过再热炉出口120的蒸发管组140而设置的构造。该蒸发管管组140为将再热炉108的上部横断的蒸发管141的管组。
当采用这种闭塞板130A的设置构造时，不需要在混合燃烧气体流动的高温区域设置新的支承部件(突起部件)。另外，安装于高温区域的支承部件需要使用耐受高温环境的高级的材料。
另外，图4所示的闭塞板130A被分割成多个以可进行流路截面积的调整。在图示的构成例中，左右一对闭塞板130A分别被分成三份。即，一个闭塞板130A被分割成三个闭塞板部件131、132、133，闭塞板部件131、132、133可各自单独地拆装。
根据这种构成，通过现场的拆装数量的变更可以容易地调整流路截面积的开口率。即，关于闭塞板部件131、132、133的设置数量，可以基于在设置有再热锅炉10A的现场进行了燃烧试验的结果(温度不平衡级别等)，以成为最佳的开口率的方式容易地拆装而进行调整。另外，关于闭塞板130A的分割数量，不限于上述的3分割。
另外，图示的闭塞板130A成为出口侧的开口面积逐渐增大的倾斜面。因此，使温度分布均一化后的混合燃烧气体顺畅地向再热器109内扩散，在再热器109的内部的整个区域大致均一地通过，因此，再热器109的热交换的效率提高。另外，再热器109的热交换效率提高对于再热锅炉10A的效率提高也有效。
这样，根据上述的本发明的再热锅炉10A，由于在形成混合燃烧气体(燃烧气体及再热燃烧气体)的流路的再热炉出口部120安装使流路截面积缩小的闭塞板130而设置偏流防止部，所以通过该偏流防止部的混合燃烧气体的气流产生紊乱，促进混合，从而以在作为偏流防止部的下游侧的再热炉108的出口侧(再热器109入口)使温度分布均一化的方式来降低温度不平衡。即，混合燃烧气体通过安装闭塞板130而使流路截面积缩小的偏流防止部，由此，可以使作为混合燃烧气体的燃烧气体及再热燃烧气体的流动模式发生变化，因此，气体温度不同的两种燃烧气体在偏流防止部的下游侧混合，以温度分布大致均一化的状态流入再热器109。
因此，能够提供再热器109的入口侧的混合燃烧气体温度的不平衡被消除、防止或抑制再热炉108及再热器109的传热性能降低、效率好的再热锅炉10A。
另外，当再热器109的入口侧的燃烧气体温度的不平衡被消除时，可防止或抑制再热器109的再热管高温腐蚀。另外，当再热器109的入口侧的燃烧气体温度的不平衡消除时，最高气体温度也降低，因此，也能够防止或抑制高温导致的支承材料的强度降低。其结果是再热锅炉10A的耐久性及可靠性提高。
另外，本发明不限于上述的实施方式，在不脱离其宗旨的范围内可进行适宜变更。
标号说明
10A 再热锅炉
101 燃烧器
102 炉膛
103 前栅管
104 过热器(SH)
105 蒸发管组(后栅管)
106 主锅炉
107 再热燃烧器
108 再热炉
109 再热器
110 气体出口
111 水鼓
112 蒸气鼓
120 再热炉出口部
130、130A 闭塞板
131、132、133 闭塞板部件
140 蒸发管组
141 蒸发管

Claims (3)

1.一种再热锅炉，具备：以在燃烧器燃烧产生的主燃烧气体从炉膛通过过热器及蒸发管组而流动的方式构成的主锅炉；配置于所述蒸发管组的下游侧且通过在再热燃烧器的燃烧产生再热燃烧气体的再热炉；及配置于该再热炉的上部侧的再热器，其中，
在将所述再热炉和所述再热器之间连结而形成所述燃烧气体及所述再热燃烧气体的流路的再热炉出口部设置有使燃烧气体的流路截面积减小的偏流防止部。
2.如权利要求1所述的再热锅炉，其中，
所述偏流防止部通过在所述再热炉出口部安装闭塞板而形成。
3.如权利要求2所述的再热锅炉，其中，
将所述闭塞板分割成多个且可分别单独拆装。
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