JP2002081610A - ボイラ - Google Patents

ボイラ

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JP2002081610A
JP2002081610A JP2000271136A JP2000271136A JP2002081610A JP 2002081610 A JP2002081610 A JP 2002081610A JP 2000271136 A JP2000271136 A JP 2000271136A JP 2000271136 A JP2000271136 A JP 2000271136A JP 2002081610 A JP2002081610 A JP 2002081610A
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JP
Japan
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wall
heat transfer
furnace
fluid
rear heat
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JP2000271136A
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English (en)
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Junichiro Matsuda
順一郎 松田
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Mitsubishi Power Ltd
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Babcock Hitachi KK
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  • Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 設備費増加を抑制しながら、ボイラの循環運
転と貫流運転の切替時に必要な適切な流体エンタルピを
確保すること。 【解決手段】 火炉で燃料を燃焼させて生じる燃焼ガス
を用いて火炉壁11内、火炉天井壁21、後部伝熱壁3
3及び伝熱管群を含む流体流路内を流れる内部流体から
蒸気を発生させ、前記流体流路を流れる内部流体の循環
運転と貫流運転の切替を達成させるための汽水分離器4
0を火炉壁11の後流であって、天井壁21の前流側の
内部流体の経路上に設置し、火炉壁11の出口と汽水分
離器40の間の流体流路に後部伝熱壁33にある蒸発器
62を設置し、該蒸発器62により循環・貫流運転切替
時の適切な流体エンタルピを得ることにより、火炉壁1
1出口流体のエンタルピは従来と同等以下の範囲で選択
でき、流体エンタルピを高め、後部伝熱壁に配置された
蒸冷壁内の流体を常に乾き状態とすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボイラに係わり、
特に電力事業用に使用される中容量、大容量の変圧貫流
ボイラにおいて、火炉壁に配置される水壁の寿命、信頼
性を向上させるのに好適なボイラに関する。
【0002】
【従来の技術】最近の事業用等の中容量、大容量の発電
プラントでは、被加熱流体の循環運転と貫流運転の切替
を達成させるための汽水分離器を設けた変圧貫流ボイラ
が使用されている。特に、高圧タービンで仕事をした蒸
気を取り出して再熱し、再び中圧タービン、低圧タービ
ンに戻して仕事を行わせ、プラント全体の熱効率を向上
させる、いわゆる再熱ボイラが使用されている。
【0003】このような再熱ボイラを使用する場合、循
環運転と貫流運転の切替時に汽水分離器内の流体は、ほ
ぼ湿り蒸気から乾き蒸気への遷移域にあることが必要で
あり、汽水分離器内の流体が前記遷移域にあるように熱
吸収バランス上の適切な位置が選ばれることになる。
【0004】図2に従来技術による再熱ボイラの構成図
を示す。主給水管1から供給される水は節炭器入口管寄
2から節炭器3、節炭器出口管寄4及び火炉入口下降管
5を流れて、火炉入口管寄10から火炉水壁(火炉壁を
構成する水壁)11を上昇し、火炉出口管寄12に集合
し、その後、天井入口管寄20から天井壁(天井壁を構
成する水壁)21に流入し、この過程で水は加熱され、
蒸気を含む流体となる。天井壁21から天井出口管寄2
2に集合した流体は、後部伝熱壁下降管30及び後部伝
熱壁入口分配管31を介して後部伝熱壁入口管寄32に
集まり、次いで後部伝熱壁(後部伝熱壁を構成する壁
面)33を上昇しながら熱吸収をすることにより、流体
温度は上昇する。後部伝熱壁33で加熱された流体は後
部伝熱壁33から後部伝熱壁出口管寄34を経て後部伝
熱壁後壁出口管寄36に集合した後、汽水分離器40に
流入する。
【0005】前記の通り、主給水管1から供給される水
は前記各種伝熱管を通過中にボイラ燃焼ガスにより加熱
されて汽水混合状態の流体となり、汽水分離器40にお
いて、飽和蒸気と飽和水とに分離される。汽水分離器4
0で分離された飽和蒸気は、汽水分離器出口管43を経
由して一次過熱器入口管寄44から後部伝熱壁33で囲
まれるガス流路内に配置された一次過熱器45へ流入
し、前記一次過熱器45の上流側のガス流路内に配置さ
れた図示しない二次過熱器等で更に過熱昇温され、高圧
蒸気タービンの駆動に利用される。また、汽水分離器4
0で分離された飽和水はドレンタンク41を介してボイ
ラ循環ポンプ42により再び主給水管1に循環供給され
る。
【0006】また、図示しない高圧蒸気タービンで仕事
をした蒸気は後部伝熱壁33で囲まれるガス流路内に配
置された再熱器50に導かれ、所定の温度に加熱された
後、図示しない中圧蒸気タービンに送られる。
【0007】このように、流体の循環運転領域内にある
後部伝熱壁33は、その中を流れる流体が汽水混合状態
にあるため、入口管寄32において飽和蒸気と飽和水と
に分離する現象が生じ、後部伝熱壁33を構成する管毎
の流体の流動に偏差が生じる流動アンバランスが発生す
るおそれがあった。この場合、伝熱管メタル温度のアン
バランスにより伝熱壁が変形し、最悪の場合には伝熱管
のオーバーヒートの可能性があった。
【0008】その対策として後部伝熱壁33の壁面を構
成する伝熱管の入口部にオリフィス構造を採用し、絞り
抵抗を与え、更に必要に応じて伝熱管の肉厚を増加させ
て管全体の流動抵抗を増加させることにより、流体の流
動の安定化を図ることが実施されていた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、後部
伝熱壁33内の流体流動がアンバランスとなることを防
止するために、各伝熱管の入口部にオリフィス構造を設
けるとか、伝熱管の肉厚を増加させることなど流体の流
動安定化のために各種の設備の設置費用の増加が問題と
なっていた。この設備費増加を抑制する手段として、汽
水分離器40を後部伝熱壁33の前流側に、或いは更に
前流側の天井壁21の前流部に設置することが考えられ
るが、この場合、汽水分離器40の入口流体の温度を適
切に高めるために火炉水壁11の出口流体のエンタルピ
を上昇させる必要があり、その結果、火炉水壁11の出
口流体温度のアンバランスの増加による寿命、信頼性の
低下につながる問題があった。
【0010】すなわち燃料の燃焼を行う火炉内は、ボイ
ラの中で最も高い熱負荷条件にあり、この熱負荷の火炉
内での分布、偏差により、火炉水壁11を構成する伝熱
管毎に流体熱吸収偏差に起因する流体エンタルピがアン
バランスになるおそれがあるが、飽和蒸気エンタルピに
十分に近い状態にあれば、ほぼ飽和温度の均一な温度が
得られる。しかし、火炉全体のエンタルピを増加させて
飽和蒸気エンタルピに近づけた場合には、上記の熱吸収
アンバランスにより、ある伝熱管の出口流体は過熱蒸気
域に入り、結果として温度アンバランスが発生すること
になる。
【0011】本発明の課題は、設備費増加を抑制しなが
ら、ボイラの循環運転と貫流運転の切替時に必要な適切
な流体エンタルピを確保することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の上記課題は次の
構成によって解決される。
【0013】すなわち、燃料を燃焼させる火炉と、該火
炉で生じた燃焼ガスを用いて火炉壁の水冷壁及び火炉天
井壁の蒸冷壁、天井壁から吊り下げられる蒸発器、過熱
器、再熱器及び節炭器からなる伝熱管群の中の少なくと
も蒸発器、過熱器、再熱器の伝熱管群、火炉後流側のガ
ス流路にある後部伝熱壁に配置された蒸冷壁面及び後部
伝熱壁に支持された蒸発器、過熱器、再熱器及び節炭器
からなる伝熱管群の中の少なくとも蒸発器、過熱器及び
節炭器からなる後部伝熱管群を含む蒸気を発生させる内
部流体が流れる流体流路を備えたボイラにおいて、前記
流体流路を流れる内部流体の循環運転と貫流運転の切替
を達成させるための汽水分離器を火炉壁に配置された水
冷壁の後流であって、天井壁に配置された蒸冷壁の前流
側の流体流路上に設置し、火炉壁に配置された水冷壁面
の出口と汽水分離器入口の間の流体流路には後部伝熱壁
内部のガス流路内にある少なくとも一つの伝熱管群を接
続したボイラである。
【0014】
【作用】ボイラの循環運転と貫流運転の切替を達成する
ための汽水分離器を火炉壁に配置された水冷壁の後流で
あって、天井壁に配置された蒸冷壁の前流側の内部流体
の経路上に設置し、火炉壁に配置された水冷壁出口と汽
水分離器入口の間の流体流路上に後部伝熱壁内部のガス
流路に設けられる少なくとも一つの伝熱管群(蒸発器)
を接続し、循環、貫流運転切替時に必要な適切な流体エ
ンタルピを確保した上で汽水分離器に流体を導入する。
【0015】このように後部伝熱壁内部のガス流路に設
けられる少なくとも一つの伝熱管群(蒸発器)により、
循環・貫流運転切替時の適切な流体エンタルピを得るこ
とにより、火炉水冷壁出口流体のエンタルピは従来と同
等以下の範囲で選択でき、流体エンタルピを高めること
による火炉水冷壁出口流体並びに管メタル温度のアンバ
ランスを抑制することができる。
【0016】また、汽水分離器で分離された飽和蒸気は
火炉の上部から後部伝熱壁部上部にわたって設けられた
天井壁に配置され蒸冷壁を流れる間に熱吸収により過熱
されて、何れの運転領域においても完全に乾いた過熱蒸
気になる。
【0017】さらに、後部伝熱壁内部のガス流路に設け
る少なくとも一つの伝熱管群は蒸発器であり、該蒸発器
を後部伝熱壁に支持された後部伝熱管群の内の過熱器の
出口側のガス流路であって節炭器の入口側のガス流路上
に設置することにより、火炉全体のエンタルピを増加さ
せることによる熱吸収アンバランスが発生する心配がな
い。
【0018】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面と共に
説明する。図1に本発明の一実施の形態のボイラの構成
図を示す。ボイラへの給水は、先ず主給水管1からガス
流路内に配置された節炭器入口管寄2を経由して節炭器
3へ供給される。節炭器3では供給された給水は節炭器
3内を通る間にガス流から熱吸収を行った後、節炭器出
口管寄4から火炉入口下降管5に供給される。この火炉
入口下降管5に供給された給水は火炉入口管寄10に分
配され、火炉水壁11を上昇し、火炉出口管寄12に集
合する。この後、蒸発器入口連絡管60を介して後部伝
熱壁部33の節炭器3の入口ガス流路上に配置された蒸
発器入口管寄61に流入し、一次過熱器45の出口ガス
流路上の蒸発器62により適切な流体エンタルピまで加
熱された後、蒸発器出口管寄63、連絡管64、汽水分
離器入口管寄65を経由してボイラの火炉前方に設置さ
れた汽水分離器40に導かれる。
【0019】ボイラの起動時からの循環運転領域では前
記汽水分離器40には汽水混合状態の2相流が流入し
て、ここで飽和蒸気と飽和水とに分離される。このう
ち、分離した水はドレンタンク41を介してボイラ再循
環ポンプ42により再度主給水管1に循環される。
【0020】また、汽水分離器40で分離された飽和蒸
気は天井壁入口管寄20に供給される。天井壁入口管寄
20に供給された蒸気は火炉の上部から後部伝熱壁部上
部にわたって設けられた天井壁21を経て天井壁出口管
寄22に至る間に熱吸収により過熱されて(図示してい
ないが天井壁21から吊り下げられる二次、三次、四次
過熱器、二次再熱器を設けることもある)、何れの運転
領域においても完全に乾いた過熱蒸気になる。前記天井
壁出口管寄22に集まった過熱蒸気は後部伝熱壁下降管
30から後部伝熱壁入口分配管31を介して後部伝熱壁
入口管寄32に流入する。後部伝熱壁入口管寄32に流
入した蒸気は後部伝熱壁33を上昇しながら熱吸収をす
ることにより、流体温度を上昇させる。過熱された流体
は後部伝熱壁出口管寄34と後部伝熱壁出口連絡管35
を経て後部伝熱壁後壁出口管寄36に集合した後、一次
過熱器入口管寄44から一次過熱器45へ流入し、図示
しない二次過熱器等で更に過熱昇温され、蒸気タービン
の駆動に利用される。
【0021】後部伝熱壁33内部のガス流路に設けられ
た蒸発器62により、汽水分離器40に流入する流体の
循環・貫流運転切替時の適切な流体エンタルピを得るこ
とができ、火炉水壁11の出口流体のエンタルピは図2
に示す従来技術のボイラと同等以下の範囲で選択でき、
流体エンタルピを高めることにより火炉水壁11の出口
流体並びに管メタル温度のアンバランスを抑制すること
ができる。
【0022】また、図示しない高圧蒸気タービンで仕事
をした蒸気は後部伝熱壁部に配置された再熱器50に導
かれ所定の温度に加熱された後、図示しない中圧蒸気タ
ービンに送られる。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、こうした従来技術で必
要であった後部伝熱壁の流動安定化対策が不要な、いわ
ゆる蒸気冷却型後部伝熱壁構成を採用した上で、火炉水
壁出口流体温度、メタル温度のアンバランスを十分低く
抑制することが可能となり、寿命・信頼性の向上が達成
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態のボイラ構造を説明する
ための側面図である。
【図2】 従来技術のボイラ構造を説明するための側面
図である。
【符号の説明】
1 主給水管 2 節炭器入口管寄 3 節炭器 4 節炭器出口管寄 5 火炉入口下降管 10 火炉入口管寄 11 火炉水壁 12 火炉出口管寄 20 天井壁入口管寄 21 天井壁 22 天井壁出口管寄 30 後部伝熱壁下降
管 31 後部伝熱壁入口分配管 32 後部伝熱壁入口
管寄 33 後部伝熱壁 34 後部伝熱壁出口
管寄 35 後部伝熱壁出口連絡管 36 後部伝熱壁後壁
出口管寄 40 汽水分離器 41 ドレンタンク 42 ボイラ再循環ポンプ 43 汽水分離器出口
管 44 一次過熱器入口管寄 45 一次過熱器 50 再熱器 60 蒸発器入口連絡
管 61 蒸発器入口管寄 62 蒸発器 63 蒸発器出口管寄 64 蒸発器出口連絡
管 65 汽水分離器入口管寄

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料を燃焼させる火炉と、 該火炉で生じた燃焼ガスを用いて火炉壁の水冷壁及び火
    炉天井壁の蒸冷壁、 天井壁から吊り下げられる蒸発器、過熱器、再熱器及び
    節炭器からなる伝熱管群の中の少なくとも蒸発器、過熱
    器、再熱器の伝熱管群、 火炉後流側のガス流路にある後部伝熱壁に配置された蒸
    冷壁面及び後部伝熱壁に支持された蒸発器、過熱器、再
    熱器及び節炭器からなる伝熱管群の中の少なくとも蒸発
    器、過熱器及び節炭器からなる後部伝熱管群を含む蒸気
    を発生させる内部流体が流れる流体流路を備えたボイラ
    において、 前記流体流路を流れる内部流体の循環運転と貫流運転の
    切替を達成させるための汽水分離器を火炉壁に配置され
    た水冷壁の後流であって、天井壁に配置された蒸冷壁の
    前流側の流体流路上に設置し、火炉壁に配置された水冷
    壁面の出口と汽水分離器入口の間の流体流路には後部伝
    熱壁内部のガス流路内にある少なくとも一つの伝熱管群
    を接続したことを特徴とするボイラ。
  2. 【請求項2】 前記後部伝熱壁のガス流路内にある少な
    くとも一つの伝熱管群は蒸発器であり、該蒸発器を後部
    伝熱壁に支持された後部伝熱管群の内の過熱器の出口側
    のガス流路であって節炭器の入口側のガス流路上に設置
    したことを特徴とする請求項1記載のボイラ。
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