JP2005188759A - 流体混合分配装置及び運転方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 火炉の幅方向における熱流束分布に対応して混合器に接続される分配管内を流れる気液二相流体の流量を装置の運転中においても制御可能として、分配管の設置スペースに制約されることなく火炉出口の蒸気温度均一化を実現し得る流体混合分配装置とこれの設置及び運転方法を提供する。
【解決手段】 火炉内の高温ガス中に設置された多数の流入管に連結され該流入管からの流体が集合する集合管寄せと、該集合管寄せから流入する流体を混合する混合器と、該混合器に接続されて該混合器内で混合された流体を分配する複数の分配管とを備えた流体混合分配装置において、前記複数の分配管は、その長さ及び内径の何れか一方または双方を、前記火炉内の該分配管の配置部位における熱流束分布に対応して設定されてなることを特徴とする。
【選択図】 図4
【解決手段】 火炉内の高温ガス中に設置された多数の流入管に連結され該流入管からの流体が集合する集合管寄せと、該集合管寄せから流入する流体を混合する混合器と、該混合器に接続されて該混合器内で混合された流体を分配する複数の分配管とを備えた流体混合分配装置において、前記複数の分配管は、その長さ及び内径の何れか一方または双方を、前記火炉内の該分配管の配置部位における熱流束分布に対応して設定されてなることを特徴とする。
【選択図】 図4
Description
本発明は、主としてボイラに適用され、火炉内の高温ガス中に設置された多数の流入管に連結された集合管寄せに該流入管からの流体を集合せしめ、該集合管寄せに集合した流体を混合器にて混合し、該混合器内で混合された流体を複数の分配管で分配、均等、均一にするようにした流体混合分配装置とこれの設置及び運転方法に関する。
ボイラにおいて、多数の蒸発管からの水蒸気と水の気液二相流体の混合、分配手段である流体混合分配装置の1つとして、特許文献1(特開平11−351506号公報)の技術が提供されている。
かかる技術においては、火炉からの高温流体が流入する多数の流入管に連結され該流入管からの流体が集合する集合管寄せと、該集合管寄せから流入する流体を混合する混合器と、該混合器に接続されて該混合器内で混合された流体を分配する複数の分配管とを備えている。
そして、かかる流体混合分配装置においては、多数の流入管からの気液二相流体は、集合管寄せに集められた後、接続管を通して混合器へ軸線方向に流入し、該混合器で混合された流体は該混合器と同じ高さに接続された分配管を通して分配管寄せに集められた後、多数の流出管に均等に分配されるようになっている。
かかる技術においては、火炉からの高温流体が流入する多数の流入管に連結され該流入管からの流体が集合する集合管寄せと、該集合管寄せから流入する流体を混合する混合器と、該混合器に接続されて該混合器内で混合された流体を分配する複数の分配管とを備えている。
そして、かかる流体混合分配装置においては、多数の流入管からの気液二相流体は、集合管寄せに集められた後、接続管を通して混合器へ軸線方向に流入し、該混合器で混合された流体は該混合器と同じ高さに接続された分配管を通して分配管寄せに集められた後、多数の流出管に均等に分配されるようになっている。
特許文献1に開示されているようなボイラにおいては、火炉の幅方向に熱流束の分布が形成されており、該熱流束は、温度の高い火炉の中央部が大きく、温度の低い火炉の外周部位が小さくなる、というように、火炉の幅方向において大きく変化する。さらには、該ボイラの運転中には、ボイラの負荷や燃料の供給状態によって前記熱流束が火炉の幅方向で変化する。
然るに、特許文献1に示されるような従来技術にあっては、混合器で混合された気液二相流体を、同一径でかつ同一長さの複数の分配管を通して分配管寄せに送り込むように構成されているため、各分配管の圧力損失は同一で該分配管内を流れる気液二相流体の流量及び蒸気と水との割合も略同一となっており、前記のように熱流束が火炉の幅方向で変化すると、分配管の出口側つまり火炉の出口で蒸気温度が火炉の幅方向で不均一となり、前記集合管寄せ及び混合器による火炉出口の蒸気温度均一化の効果が小さくなる。
然るに、特許文献1に示されるような従来技術にあっては、混合器で混合された気液二相流体を、同一径でかつ同一長さの複数の分配管を通して分配管寄せに送り込むように構成されているため、各分配管の圧力損失は同一で該分配管内を流れる気液二相流体の流量及び蒸気と水との割合も略同一となっており、前記のように熱流束が火炉の幅方向で変化すると、分配管の出口側つまり火炉の出口で蒸気温度が火炉の幅方向で不均一となり、前記集合管寄せ及び混合器による火炉出口の蒸気温度均一化の効果が小さくなる。
また、かかる従来技術にあっては、混合器で混合された気液二相流体を分配するための複数の分配管を同一径でかつ同一長さで以って設定して、ボイラ製作時に組み込むようになっているため、ボイラの運転中に、ボイラの負荷や燃料の供給状態によって熱流束が火炉の幅方向で変化に対しては制御手段がない。
従って、本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、火炉の幅方向における熱流束分布に対応して混合器に接続される分配管内を流れる気液二相流体の流量を装置の運転中においても制御可能として、分配管の設置スペースに制約されることなく火炉出口の蒸気温度均一化を実現し得る流体混合分配装置とこれの設置及び運転方法を提供することを目的とする。
本発明はかかる目的を達成するもので、火炉からの高温流体が流入する多数の流入管に連結され該流入管からの前記流体が集合する集合管寄せと、該集合管寄せから流入する流体を混合する混合器と、該混合器に接続されて該混合器内で混合された流体を分配する複数の分配管とを備えた流体混合分配装置において、前記複数の分配管は、その長さ及び内径の何れか一方または双方を、前記火炉内の該分配管の配置部位における熱流束分布に対応して設定されてなることを特徴とする。
また本発明は発電用、産業用等のボイラに適用でき、ボイラの火炉からの高温流体が流入する多数の流入管に連結され該流入管からの流体が集合する集合管寄せと、該集合管寄せから流入する流体を混合する混合器と、該混合器に接続されて該混合器内で混合された流体を分配する複数の分配管とを備えたボイラにおける流体混合分配装置において、前記複数の分配管の長さ及び内径の何れか一方または双方を、前記ボイラの火炉内の該分配管の配置部位における熱流束分布に対応して設定する管要目設定手段を備えてなることを特徴とする。
また、前記管要目設定手段は、具体的には次のように構成するのがよい。
(1)前記管要目設定手段を、前記複数の分配管を、前記火炉の中央部側では内径を大きくかつ長さを短く設定し、前記火炉の外周側では、内径を小さくしかつ長さを長く設定するように構成する。
(2)前記管要目設定手段を、前記複数の分配管の長さ及び内径の何れか一方または双方を、前記熱流束分布に対応しかつボイラの最大燃料供給量に対応して設定するように構成する。
(3)前記管要目設定手段を、前記複数の分配管の長さ及び内径の何れか一方または双方を、前記熱流束分布に対応しかつボイラの最大負荷に対応して設定して設定するように構成する。
また、かかる発明において、好ましくは、前記管要目設定手段により設定された前記複数の分配管の長さ及び内径の何れか一方または双方をプリセットするプリセット手段を備える。
(1)前記管要目設定手段を、前記複数の分配管を、前記火炉の中央部側では内径を大きくかつ長さを短く設定し、前記火炉の外周側では、内径を小さくしかつ長さを長く設定するように構成する。
(2)前記管要目設定手段を、前記複数の分配管の長さ及び内径の何れか一方または双方を、前記熱流束分布に対応しかつボイラの最大燃料供給量に対応して設定するように構成する。
(3)前記管要目設定手段を、前記複数の分配管の長さ及び内径の何れか一方または双方を、前記熱流束分布に対応しかつボイラの最大負荷に対応して設定して設定するように構成する。
また、かかる発明において、好ましくは、前記管要目設定手段により設定された前記複数の分配管の長さ及び内径の何れか一方または双方をプリセットするプリセット手段を備える。
ボイラ等の火炉内の燃焼による熱流束は、通常、火炉の中央部近傍が大きく、炉壁に近い外周側が小さくなるような分布となる。
然るにかかる発明によれば、火炉内の熱流束の分布を実験結果、シミュレーション計算結果等に基づき予め算定し、集合管寄せから流入する流体を混合する混合器に接続され複数の分配管の長さあるいは、分配管の内径好ましくは、該長さと内径の双方をこの熱流束の分布に対応した長さあるいは内径に設定して、複数の分配管を設置する。
然るにかかる発明によれば、火炉内の熱流束の分布を実験結果、シミュレーション計算結果等に基づき予め算定し、集合管寄せから流入する流体を混合する混合器に接続され複数の分配管の長さあるいは、分配管の内径好ましくは、該長さと内径の双方をこの熱流束の分布に対応した長さあるいは内径に設定して、複数の分配管を設置する。
即ち、かかる発明によれば、管要目設定手段によって、前記複数の分配管の長さ及び内径の何れか一方または双方を、前記ボイラの火炉内の該分配管の配置部位における熱流束分布に対応して設定し、あるいは該熱流束分布にボイラの最大燃料供給量またはボイラの最大負荷を補完的に用いて設定し、熱流束分布の大きい火炉の中央部においては、分配管内を流動する気液二相流体の流量を多くするため該分配管の内径を大きくし、かつ圧力損失を小さくするため分配管の長さを短く設定する一方、前記熱流束分布の小さい火炉の外周側においては、前記気液二相流体の流量を少なくするため該分配管の内径を小さくし、圧力損失を大きくすることを許容して分配管の長さを長く、プリセット手段を用いて設定することができる。
これにより、火炉出口側に接続される複数の分配管内における気液二相流体の火炉内燃焼ガスからの受熱量に見合った流量分配(つまり熱流束分布の分布があるときは受熱量の分布があり)となって、複数の分配管出口における気液二相流体の温度も均一となり、火炉内の熱流束が火炉の幅方向で不均一となってもこれに影響されることなく火炉出口の蒸気温度を均一化することができる。
これにより、火炉出口側に接続される複数の分配管内における気液二相流体の火炉内燃焼ガスからの受熱量に見合った流量分配(つまり熱流束分布の分布があるときは受熱量の分布があり)となって、複数の分配管出口における気液二相流体の温度も均一となり、火炉内の熱流束が火炉の幅方向で不均一となってもこれに影響されることなく火炉出口の蒸気温度を均一化することができる。
また本発明は、前記流体混合分配装置において、前記複数の分配管に該分配管の圧力損失を調整する絞り弁を設けるとともに、前記各分配管またはその近傍における温度を検出する温度センサと、前記温度センサによる温度検出値と予め設定された温度範囲との比較結果に基づき前記各分配管の温度が前記温度範囲になるように前記絞り弁の開度を制御する絞り弁制御装置とを備えてなる。
そして、前記絞り弁制御装置は、前記温度センサの設置位置に対応する位置における前記温度範囲が設定され、前記温度センサによる温度検出値と前記温度範囲との温度偏差を算出して該温度偏差が所定値以下になるように前記絞り弁の開度を制御するように構成するのがよい。
そして、前記絞り弁制御装置は、前記温度センサの設置位置に対応する位置における前記温度範囲が設定され、前記温度センサによる温度検出値と前記温度範囲との温度偏差を算出して該温度偏差が所定値以下になるように前記絞り弁の開度を制御するように構成するのがよい。
このように構成すれば、絞り弁制御装置によって、温度センサによる各分配管(またはその近傍)における温度検出値に基づき各分配管の温度が予め設定された許容温度範囲になるように、前記各分配管に設置された絞り弁の開度を制御することにより、ボイラ等の装置の運転中においても、熱流束の大きい火炉の中央部では、分配管内を流動する気液二相流体の流量を多くするため該絞り弁の開度を大きくする一方、前記熱流束の小さい火炉の外周側では、前記気液二相流体の流量を少なくするため該絞り弁の開度を小さくなるように容易に制御することができる。
これにより、ボイラ等の装置の運転中に、該装置の負荷や燃料の供給状態によって熱流束が火炉の幅方向で変化しても、かかる変化に迅速にかつ精度良く対応して前記各絞り弁の開度を調整することにより、火炉出口側に接続される複数の分配管内における気液二相流体の火炉内燃焼ガスからの受熱量に対応して複数の分配管4出口における気液二相流体の温度をにすることができ、従って、火炉内の熱流束が該火炉の幅方向で不均一となっても、これに影響されることなく火炉出口の蒸気温度を均一化することができる。
さらに、複数の分配管に絞り弁を設置し、絞り弁制御装置によって、各絞り弁の開度を制御することによって火炉出口の蒸気温度を均一化することができるので、複数の分配管の長さや径を該分配管の設置部近傍の形態に応じて自在に設定できて、流体混合分配装置の設計の自由度を増すことが可能となる。
さらに、複数の分配管に絞り弁を設置し、絞り弁制御装置によって、各絞り弁の開度を制御することによって火炉出口の蒸気温度を均一化することができるので、複数の分配管の長さや径を該分配管の設置部近傍の形態に応じて自在に設定できて、流体混合分配装置の設計の自由度を増すことが可能となる。
また本発明に係る流体混合分配装置の設置及び運転方法は、火炉からの高温流体が流入する多数の流入管に連結された集合管寄せに該流入管からの流体を集合せしめ、該集合管寄せに集合した流体を混合器にて混合し、該混合器内で混合された流体を該混合器に接続された複数の分配管で分配するようにした流体混合分配装置の設置及び運転方法において、前記火炉内の前記分配管の配置部位における熱流束分布に対応して前記複数の分配管の長さ及び内径の何れか一方または双方を設定して前記複数の分配管を設置し、前記各分配管またはその近傍における温度を検出して該温度の検出値と予め設定された温度範囲との比較結果に基づき前記各分配管またはその近傍における温度が前記温度範囲になるように、絞り弁を用いて前記複数の分配管の圧力損失を調整することを特徴とする。
以上のような本発明に係る流体混合分配装置の設置及び運転方法によれば、集合管寄せから流入する流体を混合する混合器に接続される複数の分配管の長さあるいは、分配管の内径好ましくは、該長さと内径の双方を、火炉内の熱流束の分布に対応した長さあるいは内径に設定して複数の分配管を設置することにより、熱流束の大きい火炉の中央部においては、分配管内を流動する気液二相流体の流量を多くするため該分配管の内径を大きくし、圧力損失を小さくするため分配管の長さを短く設定する一方、前記熱流束の小さい火炉の外周側においては、前記気液二相流体の流量を少なくするため該分配管の内径を小さくし、圧力損失を大きくすることを許容して分配管の長さを長く設定することができて、火炉出口側に接続される複数の分配管内における気液二相流体の火炉内燃焼ガスからの受熱量及び複数の分配管出口における気液二相流体の温度を均一に保持することができるのに加えて、
温度センサによる各分配管またはその近傍における温度検出値に基づき各分配管またはその近傍における温度が予め設定された温度範囲になるように複数の分配管に設置された各絞り弁の開度を制御することにより、ボイラ等の装置の運転中においても、熱流束の大きい火炉の中央部では、分配管内を流動する気液二相流体の流量を多くするため絞り弁の開度を大きくする一方、前記熱流束の小さい火炉の外周側では、前記気液二相流体の流量を少なくするため絞り弁の開度を小さくなるように容易に制御することが可能となって、ボイラ等の装置の運転中においても、火炉出口の蒸気温度を均一化をより高精度で実現できる。
温度センサによる各分配管またはその近傍における温度検出値に基づき各分配管またはその近傍における温度が予め設定された温度範囲になるように複数の分配管に設置された各絞り弁の開度を制御することにより、ボイラ等の装置の運転中においても、熱流束の大きい火炉の中央部では、分配管内を流動する気液二相流体の流量を多くするため絞り弁の開度を大きくする一方、前記熱流束の小さい火炉の外周側では、前記気液二相流体の流量を少なくするため絞り弁の開度を小さくなるように容易に制御することが可能となって、ボイラ等の装置の運転中においても、火炉出口の蒸気温度を均一化をより高精度で実現できる。
さらに、かかる流体混合分配装置の設置及び運転方法を、ボイラにおける流体混合分配装置の設置及び運転方法に適用すれば、火炉からの高温流体が流入する多数の流入管に連結された集合管寄せに該流入管からの流体を集合せしめ、該集合管寄せに集合した流体を混合器にて混合し、該混合器内で混合された流体を該混合器に接続された複数の分配管で分配するようにしたボイラにおける流体混合分配装置の設置及び運転方法であって、前記火炉内の前記分配管の配置部位における熱流束分布に対応して前記複数の分配管の長さ及び内径の何れか一方または双方を設定して前記複数の分配管を設置し、
前記各分配管またはその近傍における温度を検出して該温度の検出値と予め設定された温度との比較結果に基づき前記各分配管またはその近傍における温度が前記温度範囲になるように、絞り弁を用いて前記複数の分配管の圧力損失を調整する。
前記各分配管またはその近傍における温度を検出して該温度の検出値と予め設定された温度との比較結果に基づき前記各分配管またはその近傍における温度が前記温度範囲になるように、絞り弁を用いて前記複数の分配管の圧力損失を調整する。
以上のような本発明に係るボイラ用流体混合分配装置の設置及び運転方法によれば、複数の分配管の長さあるいは分配管の内径、好ましくは該長さと内径の双方を、火炉内の熱流束の分布に対応した長さあるいは内径に設定した上で、前記複数の分配管またはその近傍における温度の検出値によって、絞り弁を用いて前記複数の分配管の圧力損失を調整するので、ボイラの運転中において火炉出口の蒸気温度の均一化を、より高精度で実現できる。
また、必要に応じて、ボイラの最大負荷及びボイラへの最大燃料供給量によって、前記のようにして設定された複数の分配管の長さあるいは分配管の内径を補正すれば、さらに精度よく前記分配管の長さあるいは内径を設定できる。
また、必要に応じて、ボイラの最大負荷及びボイラへの最大燃料供給量によって、前記のようにして設定された複数の分配管の長さあるいは分配管の内径を補正すれば、さらに精度よく前記分配管の長さあるいは内径を設定できる。
本発明によれば、複数の分配管を、その長さ及び内径の何れか一方または双方を火炉内の該分配管の配置部位における熱流束分布に対応して設定するように構成したので、火炉出口側に接続される前記複数の分配管内における気液二相流体の火炉内燃焼ガスからの受熱量に対応して複数の分配管出口における気液二相流体の温度が均一となり、火炉内の熱流束が火炉の幅方向で不均一となってもこれに影響されることなく火炉出口の蒸気温度を均一化することができる。
また、前記各分配管に絞り弁を設置し、絞り弁制御装置によって、温度センサによる各分配管またはその近傍における温度検出値に基づき、各分配管またはその近傍における温度が予め設定された温度範囲になるように各絞り弁の開度を制御するように構成したので、ボイラ等の装置の運転中においても、該装置の負荷や燃料の供給状態によって熱流束が火炉の幅方向で変化するのにも、迅速にかつ精度良く対応して火炉出口の蒸気温度を均一化することが可能となるとともに、複数の分配管の長さや径を該分配管の設置部近傍の形態に応じて自在に設定できて、流体混合分配装置の設計の自由度を増すことができる。
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図1は本発明の実施例に係るボイラにおける流体混合分配装置の要部構成の第1例を示す斜視図、図2は第2例を示す斜視図である。図3は前記実施例における分配管要目の設定手順を示すブロック図、図4は絞り弁の制御ブロック図である。図5は本発明が適用されるボイラの要部構造図である。
図1は本発明の実施例に係るボイラにおける流体混合分配装置の要部構成の第1例を示す斜視図、図2は第2例を示す斜視図である。図3は前記実施例における分配管要目の設定手順を示すブロック図、図4は絞り弁の制御ブロック図である。図5は本発明が適用されるボイラの要部構造図である。
本発明が適用されるボイラの要部構造を示す図5において、25は火炉で、多数の蒸発管22を並べて構成された壁によって4周を囲んで形成されている。26は該火炉25の壁部に周方向及び軸方向に複数個配設されたバーナで、該バーナ26から噴出される燃料と図示しない空気供給ノズルからの空気とによる該火炉25内での燃焼によって前記蒸発管22内の水を加熱して蒸気を発生させるようになっている。
21は前記蒸発管22に接続される入口管寄せ、28は過熱器、23は該過熱器28の蒸気出口に接続される出口管寄せである。
21は前記蒸発管22に接続される入口管寄せ、28は過熱器、23は該過熱器28の蒸気出口に接続される出口管寄せである。
図5及び図1〜図2において、1は集合管寄せで、軸線が水平に配置されて両端が閉じた円筒形状に形成され、該集合管寄せ1には前記蒸発管22を構成する多数の流入管6が接続されている。
該集合管寄せ1の中央部上部には、接続管2を介して混合器3が接続されている。該混合器3は軸線が鉛直に配置され、例えば特公平6−12165号公報等に開示されているように、一端側(上端側)が閉じた円筒形状に形成されている。
前記混合器3の円筒面には同一の高さ(高さが異なっていてもよい)に分配管4が複数本接続されている。
該集合管寄せ1の中央部上部には、接続管2を介して混合器3が接続されている。該混合器3は軸線が鉛直に配置され、例えば特公平6−12165号公報等に開示されているように、一端側(上端側)が閉じた円筒形状に形成されている。
前記混合器3の円筒面には同一の高さ(高さが異なっていてもよい)に分配管4が複数本接続されている。
図1に示される例においては、前記各分配管4の他端を、軸線が水平に配置されて両端が閉じた円筒形状に形成された分配管寄せ15に接続している。そして、該分配管寄せ15の円筒面には同一の高さに多数の流出管7が接続され、該流出管7の出口側は前記過熱器28(図5参照)に接続されている。
また、図2に示される例においては、前記複数の分配管4毎に分配器5を設け、各分配器5に流出管7を複数本接続して、分配器5毎に流出管群を形成している。
図1及び図2において、10は前記各分配管4に設置された絞り弁であり、かかる絞り弁10の詳細については後述する。
また、図2に示される例においては、前記複数の分配管4毎に分配器5を設け、各分配器5に流出管7を複数本接続して、分配器5毎に流出管群を形成している。
図1及び図2において、10は前記各分配管4に設置された絞り弁であり、かかる絞り弁10の詳細については後述する。
本発明の第1実施例においては、前記各分配管4の長さ及び内径を次のようにして設定する。
即ち、図1〜図2、及び前記各分配管4の要目の設定手順を示す図3において、31は熱流束分布設定手段で、前記火炉25(図5参照)内の熱流束の分布特に該火炉25の幅方向の熱流束の分布を実験結果、シミュレーション計算結果等に基づき予め設定している。
また、ボイラ負荷設定手段32にはボイラの最大負荷が設定され、燃料供給量設定手段32にはボイラの最大燃料供給量が設定されている。
管要目算出手段34においては、前記熱流束分布設定手段31において設定された火炉25(図5参照)内の、該火炉25の幅方向における熱流束の分布に基づき、前記各分配管4の長さ及び管径(管内径)を設定する。
即ち、図1〜図2、及び前記各分配管4の要目の設定手順を示す図3において、31は熱流束分布設定手段で、前記火炉25(図5参照)内の熱流束の分布特に該火炉25の幅方向の熱流束の分布を実験結果、シミュレーション計算結果等に基づき予め設定している。
また、ボイラ負荷設定手段32にはボイラの最大負荷が設定され、燃料供給量設定手段32にはボイラの最大燃料供給量が設定されている。
管要目算出手段34においては、前記熱流束分布設定手段31において設定された火炉25(図5参照)内の、該火炉25の幅方向における熱流束の分布に基づき、前記各分配管4の長さ及び管径(管内径)を設定する。
即ち、前記管要目算出手段34においては、熱流束の大きい火炉25の内側では、該分配管4内を流動する気液二相流体の流量を多くするため該分配管4の内径を大きくし、かつ圧力損失を小さくするため該分配管4の長さを短く設定する。また、前記熱流束の小さい火炉25の外周側においては、前記気液二相流体の流量を少なくするため該分配管4の内径を小さくし、かつ圧力損失を大きくすることを許容して該分配管4の長さを長く設定する。
また、前記管要目算出手段34においては、前記ボイラ負荷設定手段32に設定されているボイラの最大負荷、及び、前記燃料供給量設定手段33に設定されているボイラの最大燃料供給量を補完的に用いて、前記熱流束分布による前記各分配管4の長さ及び管径(管内径)に設定値を補正することも可能である。
そして、管要目プリセット手段35において、前記管要目算出手段34にて設定された各分配管4の長さ及び管径(管内径)をプリセットしておき、前記各分配管4を、前記プリセットされている管長さ及び管径(管内径)に加工する。
そして、管要目プリセット手段35において、前記管要目算出手段34にて設定された各分配管4の長さ及び管径(管内径)をプリセットしておき、前記各分配管4を、前記プリセットされている管長さ及び管径(管内径)に加工する。
かかる第1実施例によれば、火炉25内の熱流束の分布を実験結果、シミュレーション計算結果等に基づき前記熱流束分布設定手段31に予め算定し、前記管要目算出手段34にて前記複数の分配管4の長さあるいは該分配管4の内径の関係を、熱流束の大きい火炉25の内側においては、分配管4内を流動する気液二相流体の流量を多くするため該分配管4の内径を大きくし、かつ圧力損失を小さくするため分配管4の長さを短く設定する一方、前記熱流束の小さい火炉25の外周側においては、前記気液二相流体の流量を少なくするため該分配管4の内径を小さくし、かつ圧力損失を大きくすることを許容して分配管4の長さを長く設定することにより、各分配管4における気液二相流体の火炉内燃焼ガスからの受熱量に対応して複数の分配管4出口における気液二相流体の温度が均一となり、火炉25内の熱流束が該火炉25の幅方向で不均一となっても、これに影響されることなく火炉25出口の蒸気温度を均一化することができる。
次に、本発明の第2実施例においては、前記各分配管4に絞り弁10を設置し、絞り弁制御装置100により、次のようにして、該絞り弁10の開度制御を行う。
即ち、図1〜図2、及び前記絞り弁10の制御システムを示す図4において、40は温度センサで、前記分配管4またはその近傍における複数箇所の炉内温度を検出して、絞り弁制御装置100の温度偏差算出手段42に入力する。
41は温度範囲設定手段で、実験結果、シミュレーション計算結果等に基づき、前記火炉25の幅方向における熱流束の分布に対応する温度の範囲(許容温度)が設定されている。
即ち、図1〜図2、及び前記絞り弁10の制御システムを示す図4において、40は温度センサで、前記分配管4またはその近傍における複数箇所の炉内温度を検出して、絞り弁制御装置100の温度偏差算出手段42に入力する。
41は温度範囲設定手段で、実験結果、シミュレーション計算結果等に基づき、前記火炉25の幅方向における熱流束の分布に対応する温度の範囲(許容温度)が設定されている。
温度偏差算出手段42においては、前記各分配管4における温度センサ40による温度検出値と前記温度範囲設定手段に設定された熱流束分布に対応する温度の範囲とを比較し、該温度の範囲の上限あるいは下限と前記温度検出値との温度偏差を算出して、絞り弁開度調整量算出手段43に入力する。
44は温度差/絞り弁調整量設定手段で、前記温度の範囲の上限あるいは下限と前記温度検出値との温度偏差に対応する絞り弁10の開度調整量との関係が、実験結果、シミュレーション計算結果等に基づき設定されている。
前記絞り弁開度調整量算出手段43においては、前記温度偏差算出手段42からの各分配管4における前記温度偏差の算出値に対応する絞り弁開度調整量を、前記温度差/絞り弁調整量設定手段44から抽出し、絞り弁開度算出手段45に入力する。
44は温度差/絞り弁調整量設定手段で、前記温度の範囲の上限あるいは下限と前記温度検出値との温度偏差に対応する絞り弁10の開度調整量との関係が、実験結果、シミュレーション計算結果等に基づき設定されている。
前記絞り弁開度調整量算出手段43においては、前記温度偏差算出手段42からの各分配管4における前記温度偏差の算出値に対応する絞り弁開度調整量を、前記温度差/絞り弁調整量設定手段44から抽出し、絞り弁開度算出手段45に入力する。
絞り弁開度算出手段45においては、前記絞り弁開度算出手段45からの絞り弁開度調整量で補正した絞り弁開度、つまり前記各分配管4の温度が前記温度範囲設定手段41に設定された温度範囲内になるような絞り弁10の修正開度を算出する。
この修正開度は絞り弁操作装置46に入力され、該絞り弁操作装置46は前記修正開度になるように前記絞り弁10を駆動する。これにより、前記絞り弁10は、前記各分配管4の温度が前記温度範囲設定手段41に設定された温度範囲内になるような開度に調整される。
尚、前記絞り弁開度算出手段45で算出された前記修正開度を絞り弁開度表示手段47に表示し、作業者が前記絞り弁開度表示手段47に表示された絞り弁開度になるように、前記絞り弁10を手動操作するようにしてもよい。
また、前記各分配管4の長さ及び内径は、該分配管4の設置部近傍の形態に応じて任意に設定しても、あるいは前記第1実施例のように設定してもよい。
この修正開度は絞り弁操作装置46に入力され、該絞り弁操作装置46は前記修正開度になるように前記絞り弁10を駆動する。これにより、前記絞り弁10は、前記各分配管4の温度が前記温度範囲設定手段41に設定された温度範囲内になるような開度に調整される。
尚、前記絞り弁開度算出手段45で算出された前記修正開度を絞り弁開度表示手段47に表示し、作業者が前記絞り弁開度表示手段47に表示された絞り弁開度になるように、前記絞り弁10を手動操作するようにしてもよい。
また、前記各分配管4の長さ及び内径は、該分配管4の設置部近傍の形態に応じて任意に設定しても、あるいは前記第1実施例のように設定してもよい。
かかる第2実施例によれば、温度センサ40による各分配管4における温度検出値に基づき各分配管4の温度が予め設定された温度範囲になるように、前記各分配管4に設置された絞り弁10の開度を制御することにより、ボイラの運転中においても、熱流束分布の大きい火炉25の内側では、分配管4内を流動する気液二相流体の流量を多くするため該絞り弁10の開度を大きくする一方、前記熱流束分布の小さい火炉25の外周側では、前記気液二相流体の流量を少なくするため該絞り弁10の開度を小さくなるように容易に制御することができる。
これにより、ボイラの運転中に、該ボイラの負荷や燃料の供給状態によって熱流束が火炉25の幅方向で変化しても、かかる変化に迅速にかつ精度良く対応して前記各絞り弁10の開度を調整することにより、火炉25出口側に接続される複数の分配管4内における気液二相流体の火炉内燃焼ガスからの受熱量に対応して複数の分配管出口における気液二相流体の温度にすることができる。
従って、火炉25内の熱流束が該火炉25の幅方向で不均一となっても、これに影響されることなく火炉出口の蒸気温度を均一化することができる。
さらに、複数の分配管4に絞り弁10を設置し、絞り弁制御装置100によって、各絞り弁10の開度を制御することによって火炉25出口の蒸気温度を均一化することができるので、複数の分配管4の長さや径を該分配管4の設置部近傍の形態に応じて自在に設定できて、流体混合分配装置の設計の自由度を増すことが可能となる。
さらに、複数の分配管4に絞り弁10を設置し、絞り弁制御装置100によって、各絞り弁10の開度を制御することによって火炉25出口の蒸気温度を均一化することができるので、複数の分配管4の長さや径を該分配管4の設置部近傍の形態に応じて自在に設定できて、流体混合分配装置の設計の自由度を増すことが可能となる。
本発明によれば、火炉の幅方向における熱流束分布に対応して混合器に接続される分配管内を流れる気液二相流体の流量を、装置の運転中においても制御可能となり、該分配管の設置スペースに制約されることなく火炉出口の蒸気温度均一化を実現し得る、ボイラ等の流体混合分配装置を提供することができる。
1 集合管寄せ
2 接続管
3 混合器
4 分配管
5 分配器
6 流入管
7 流出管
15 分配管寄せ
22 蒸発管
25 火炉
26 バーナ
31 熱流束分布設定手段
34 管要目算出手段
35 管要目プリセット手段
40 温度センサ
42 温度偏差算出手段
43 絞り弁開度調整量算出手段
45 絞り弁開度算出手段
100 絞り弁制御装置
2 接続管
3 混合器
4 分配管
5 分配器
6 流入管
7 流出管
15 分配管寄せ
22 蒸発管
25 火炉
26 バーナ
31 熱流束分布設定手段
34 管要目算出手段
35 管要目プリセット手段
40 温度センサ
42 温度偏差算出手段
43 絞り弁開度調整量算出手段
45 絞り弁開度算出手段
100 絞り弁制御装置
Claims (10)
- 火炉からの高温流体が流入する多数の流入管に連結され該流入管からの前記流体が集合する集合管寄せと、該集合管寄せから流入する流体を混合する混合器と、該混合器に接続されて該混合器内で混合された流体を分配する複数の分配管とを備えた流体混合分配装置において、前記複数の分配管は、その長さ及び内径の何れか一方または双方を、前記火炉内の該分配管の配置部位における熱流束分布に対応して設定されてなることを特徴とする流体混合分配装置。
- ボイラの火炉からの高温流体が流入する多数の流入管に連結され該流入管からの流体が集合する集合管寄せと、該集合管寄せから流入する流体を混合する混合器と、該混合器に接続されて該混合器内で混合された流体を分配する複数の分配管とを備えたボイラにおける流体混合分配装置において、前記複数の分配管の長さ及び内径の何れか一方または双方を、前記ボイラの火炉内の該分配管の配置部位における熱流束分布に対応して設定する管要目設定手段を備えてなることを特徴とする流体混合分配装置。
- 前記管要目設定手段は、前記複数の分配管を、前記火炉の中央部側では内径を大きくかつ長さを短く設定し、前記火炉の外周側では、内径を小さくしかつ長さを長く設定するように構成されたことを特徴とする請求項2記載の流体混合分配装置。
- 前記管要目設定手段は、前記複数の分配管の長さ及び内径の何れか一方または双方を、前記熱流束分布に対応しかつボイラの最大燃料供給量に対応して設定するように構成されたことを特徴とする請求項2記載の流体混合分配装置。
- 前記管要目設定手段は、前記複数の分配管の長さ及び内径の何れか一方または双方を、前記熱流束分布に対応しかつボイラの最大負荷に対応して設定して設定するように構成されたことを特徴とする請求項2記載の流体混合分配装置。
- 前記管要目設定手段により設定された前記複数の分配管の長さ及び内径の何れか一方または双方をプリセットするプリセット手段を備えてなることを特徴とする請求項2記載の流体混合分配装置。
- 火炉からの高温流体が流入する多数の流入管に連結され該流入管からの流体が集合する集合管寄せと、該集合管寄せから流入する流体を混合する混合器と、該混合器に接続されて該混合器内で混合された流体を分配する複数の分配管とを備えた流体混合分配装置において、
前記複数の分配管に該分配管の圧力損失を調整する絞り弁を設けるとともに、前記各分配管またはその近傍における温度を検出する温度センサと、前記温度センサによる温度検出値と予め設定された温度範囲との比較結果に基づき前記各分配管の温度が前記温度範囲になるように前記絞り弁の開度を制御する絞り弁制御装置とを備えてなることを特徴とする流体混合分配装置。 - 前記絞り弁制御装置は、前記温度センサの設置位置に対応する位置における前記温度範囲が設定され、前記温度センサによる温度検出値と前記温度範囲との温度偏差を算出して該温度偏差が所定値以下になるように前記絞り弁の開度を制御するように構成されたことを特徴とする請求項7記載の流体混合分配装置。
- 火炉からの高温流体が流入する多数の流入管に連結された集合管寄せに該流入管からの流体を集合せしめ、該集合管寄せに集合した流体を混合器にて混合し、該混合器内で混合された流体を該混合器に接続された複数の分配管で分配するようにした流体混合分配装置の設置及び運転方法において、前記火炉内の前記分配管の配置部位における熱流束分布に対応して前記複数の分配管の長さ及び内径の何れか一方または双方を設定して前記複数の分配管を設置し、前記各分配管またはその近傍における温度を検出して該温度の検出値と予め設定された温度範囲との比較結果に基づき前記各分配管またはその近傍における温度が前記温度範囲になるように、絞り弁を用いて前記複数の分配管の圧力損失を調整することを特徴とする流体混合分配装置の設置及び運転方法。
- ボイラの火炉からの高温流体が流入する多数の流入管に連結された集合管寄せに該流入管からの流体を集合せしめ、該集合管寄せに集合した流体を混合器にて混合し、該混合器内で混合された流体を該混合器に接続された複数の分配管で分配するようにしたボイラにおける流体混合分配装置の設置及び運転方法において、前記火炉内の前記分配管の配置部位における熱流束分布に対応して前記複数の分配管の長さ及び内径の何れか一方または双方を設定して前記複数の分配管を設置し、
前記各配管またはその近傍における温度を検出して該温度の検出値と予め設定された温度との比較結果に基づき前記各分配管またはその近傍における温度が前記温度範囲になるように、絞り弁を用いて前記複数の分配管の圧力損失を調整することを特徴とする流体混合分配装置の設置及び運転方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003426635A JP2005188759A (ja) | 2003-12-24 | 2003-12-24 | 流体混合分配装置及び運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003426635A JP2005188759A (ja) | 2003-12-24 | 2003-12-24 | 流体混合分配装置及び運転方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2005188759A true JP2005188759A (ja) | 2005-07-14 |
Family
ID=34786111
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2003426635A Withdrawn JP2005188759A (ja) | 2003-12-24 | 2003-12-24 | 流体混合分配装置及び運転方法 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2005188759A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10907823B2 (en) | 2016-11-02 | 2021-02-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Evaporator system |
-
2003
- 2003-12-24 JP JP2003426635A patent/JP2005188759A/ja not_active Withdrawn
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---|---|---|---|---|
US10907823B2 (en) | 2016-11-02 | 2021-02-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Evaporator system |
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