JP2009228985A - ボイラ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】システム構成を複雑化、高コスト化することなく、低負荷時における再熱器の出口蒸気温度を上げることのできるボイラ装置を提供すること。
【解決手段】火炉１の出口部に接続する煙道水平部２ａに設置される吊下型再熱器４ａは、伝熱面積の大きな部分を煙道水平部２ａの下側に配置したボイラ装置であり、該吊下型再熱器４ａは、その蒸気流路が水平横置型再熱器から上向きに接続され、煙道水平部の鉛直方向高さ１／３〜３／４の範囲で水平方向火炉前方へ折れ曲がり、その後、煙道水平部の底部へ下降するように折れ曲がり、煙道底部付近で反転して天井壁から火炉外へ流れるように形成されること、またはその伝熱面積が煙道水平部上半分対煙道水平部下半分で、１：１．８〜１：４の比率となるように形成されていることが望ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は煙道内に過熱器、再熱器等を配置してなるボイラ装置に係り、特に吊下型再熱器の構成に関する。

図４に、従来知られているこの種のボイラ装置の構成を示す。図４から明らかなように、本例のボイラ装置はボイラ火炉１の出口部に接続する煙道２は出口部に接続する水平部２ａと該水平部２ａに接続する鉛直部２ｂからなり、火炉１の天井部に吊下げ型の過熱器３ａ，３ｂが吊り下げられ、ボイラ火炉１の出口部に接続する煙道水平部２ａに吊下型の過熱器３ｃと再熱器４ａが設置され、煙道の鉛直部２ｂには横置きの過熱器３ｄ、再熱器４ｂ〜４ｄ及び節炭器５ａ，５ｂが設置されている。

また、煙道鉛直部２ｂは２つのガス流路に分けられて、一方のガス流路には上流側から順に横置型の第２再熱器４ｂ、第３再熱器４ｃ及び第４再熱器４ｄが配置され、他方のガス流路には上流側から順に第４過熱器３ｄと第１節炭器５ａと第２節炭器５ｂが配置されている。

図４のように従来のボイラ装置に備えられる吊下型電熱管の伝熱面は上部から下部まで伝熱面積がほぼ均一に形成されるため、低負荷時において高温となる煙道水平部２ａの底壁側にある再熱器４ａの吸収熱量が小さくなり、全体として再熱器４の吸収熱量が小さいため再熱器４の出口蒸気温度が低くなり、プラント全体の効率を上げることができないという問題がある。

そのため特許文献１記載の発明では、過熱器の伝熱面積が大きな部分を高負荷時に燃焼ガス温度が最も高くなる煙道領域（煙道水平部の上側又は鉛直部の火炉から見て外側）に配置し、伝熱面積が小さな部分を低負荷時に燃焼ガス温度が高くなる煙道領域（煙道水平部の下側又は鉛直部の火炉から見て内側）に配置するものである。

特許文献１に記載されている発明は次のような知見に基づいている。
すなわち、図２（ａ）に示すようにボイラ装置が高負荷時においては、煙道の水平部２ａ内を流れる燃焼ガスの温度分布が、煙道の水平部２ａの上部に偏るため、吊下型再熱器４ａで吸収される熱量が小さくなり、相対的に過熱器３ｃで吸収されるため、過熱器３ａ〜３ｃの出口蒸気温度を高く維持することが出来る。

一方、図２（ｂ）に示すように、ボイラ装置が低負荷時においては煙道の水平部２ａ内を流れる燃焼ガスの温度分布が、煙道の水平部２ａの中心より下部において高くなるため、吊下型再熱器４ａで吸収される熱量が大きくなり、ひいては再熱器全体の出口蒸気温度が高くなる。

またこれとは別に低負荷時にもプラントの高効率化を図ることを目的として、煙道鉛直部を２分して、一方に伝熱面積の大きな節炭器を配置し、他方に伝熱面積の小さな節炭器を配置しておき、負荷降下時にも節炭器の伝熱面の熱吸収量を高めるために伝熱面積の大きな節炭器を配置したガス流路に燃焼ガスを流す発明がある（特許文献２）。

また、従来は、一般にボイラ装置にガス再循環システムを備え、低負荷時に火炉１内に再循環される燃焼ガス量を増加して燃焼ガス温度を高温に保ち、低負荷時における再熱器の出口蒸気温度の低下を防止するという手段が採られている（特許文献３）。
特開平１０−２８１４０９号公報（図８、図９） 特開昭６３−１４８０１０号公報 特開平１１−３５１５１２号公報

従来のボイラ装置では、低負荷時における再熱器の吸収熱量を比較的大きくするための対策が種々あったが、例えばガス再循環システム等の補助的手段をボイラ装置に備えると、ボイラ装置のシステム構成が複雑化、高コスト化すると共に、これら補助的手段を駆動するための所内動力が増加し、プラント全体の効率を上げることが難しいという問題がある。

本発明の課題は、システム構成を複雑化、高コスト化することなく、低負荷時における再熱器の出口蒸気温度を上げることのできるボイラ装置を提供することである。

本発明は前述の課題を解消するため、煙道内に過熱器と再熱器とを配置してなるボイラ装置において、吊下型再熱器の下部の伝熱面積を大きく、上部の伝熱面積を小さく形成された伝熱面配置を採用する。

すなわち、請求項１記載の発明は、ボイラ火炉の出口部に接続される水平部と鉛直部からなる煙道内に過熱器、再熱器を含む伝熱管群を配置してなるボイラ装置において、煙道の水平部に設置される吊下型再熱器は、伝熱面積の大きな部分を前記煙道水平部の下側に配置したボイラ装置である。

請求項２記載の発明は、煙道水平部に設置する吊下型再熱器は、その蒸気流路が煙道鉛直部に設置されて水平横置型再熱器から上向きに接続され、煙道水平部の鉛直方向高さ１／３〜３／４の範囲で水平方向火炉前方へ折れ曲がり、その後、煙道水平部の底部へ下降するように折れ曲がり、煙道底部付近で反転して天井壁から火炉外へ蒸気が流れるように形成されてなる請求項１記載のボイラ装置である。

請求項３記載の発明は、煙道水平部に設置する吊下型再熱器は、その伝熱面積が次式（１）
煙道水平部上半分／煙道水平部下半分＝１／１．８〜１／４ （１）
の比率となるように形成されている請求項２記載のボイラ装置である。

請求項１記載の発明によれば、ボイラ装置の高負荷時におけるプラント効率を高く維持しつつ、ボイラ装置の低負荷時におけるプラント効率を高めることができるので、プラント全体の効率を高めることが出来る。よって、ガス再循環システム等の補助的手段が不要になり、ボイラ装置のシステム構成を簡略化、低コスト化できるか、仮にこれらの補助的手段を備えた場合にも、補助的手段を駆動するための所内動力を減少できるので、プラントの効率を高めることが出来る。

請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、吊下型再熱器の伝熱面積の大きな部分を煙道下側に配置できるようになる。
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の発明の効果に加えて、吊下型再熱器の伝熱面積の大きな部分を煙道下側に配置できるようになる。

以下図面を参照して本発明の実施例を説明する。
本発明に係るボイラ装置の構成を図３に示す。先に図４で説明した従来技術のボイラ装置に適用される。吊下型再熱器４ａは上部から下部まで伝熱面積がほぼ均一に形成されるが、図３に示す本実施例の吊下型再熱器４ａは下部の伝熱面積が大きく、上部の伝熱面積が小さく形成された構成である。

ボイラ火炉の出口部に接続する煙道水平部２ａに設置する本実施例の吊下型再熱器４ａの側面図を図１に示す。図１（ａ）に示すように、吊下型再熱器４ａは煙道水平部２ａの天井部から吊り下げられるが、吊下型再熱器４ａは煙道鉛直部２ｂに配置される横置型再熱器４ｂ〜４ｄから上方に伸びた伝熱管で構成されており、煙道水平部２ａの鉛直方向の高さの１／３〜３／４の範囲で水平方向に折れ曲がり、水平部を構成し、該水平部は火炉前方へ向けて伸び、その後、煙道水平部２ａの底部へ向けて折れ曲がり、鉛直方向に下降する下降部を構成し、該下降部は煙道水平部２ａの底部付近から反転して火炉１の天井壁を突き抜けて鉛直部を構成している。

また、吊下型再熱器４ａの他の設置態様の例を図１（ｂ）に示す。図１（ｂ）に示す場合は、図１（ａ）に示す吊下型再熱器４ａとほぼ同じ設置態様からなるが、異なる所は煙道水平部２ａの鉛直方向の高さのほぼ１／２の範囲で水平方向に折れ曲がった水平部を構成していることである。

図１（ｂ）に示す吊下型再熱器４ａの伝熱面積は、次式（１）の比率となるように形成されている。
煙道水平部上半分／煙道水平部下半分＝１／１．８〜１／４ （１）

上記煙道水平部上半分／煙道水平部下半分を１／１．８以上とする理由は低負荷時における煙道水平部下半分側の熱吸収を高めるために必要な伝熱面を確保するためであり、上記煙道水平部上半分／煙道水平部下半分を１／４以下にする理由は燃焼ガスのショートパスがないようにするためである。

従来の煙道の吊下型再熱器４ａの上下方向の伝熱面が均一な再熱器では、ガス温度分布が前記煙道の上側が高温となる高負荷条件では再熱蒸気温度（出口）が高くなり過ぎる傾向がある。反対にガス温度分布が前記煙道の下側が高温となる低負荷条件では再熱蒸気温度が十分に高められない可能性がある。
そこで煙道の吊下型再熱器４ａの煙道水平部上半分／煙道水平部下半分を１／１．８以上にすれば低負荷条件でも再熱器全体として熱吸収を十分に行うことができるので、再熱器出口蒸気温度も高められる。
一方、前記煙道水平部上半分／煙道水平部下半分を１／４以上にしても、煙道を流れるガスの上下方向での流れ易さに極端な差が生じるため、煙道水平部水平部下半分を流れるガス量が割合的に減少するので、それ以上の効果は期待できない。
このように吊下型再熱器４ａの伝熱面積が上記式（１）の範囲にあることが実効を得るために必要な範囲である。

また、ボイラ装置の低負荷時においても再熱器４全体の出口蒸気温度が高くなり、プラント効率が高められ、プラント全体の効率を高めることが出来る。また、かかる構成にすればガス再循環システム等の補助的手段を省略できるので、ボイラ装置のシステム構成を簡略化、低コスト化できる。また、仮にガス再循環システム等の補助的手段を備えた場合にも、これら補助的手段を駆動するための所内動力を減少できるので、プラントの高効率化を図ることが出来る。

さらに、図１（ａ）、（ｂ）に示す再熱器４ａの構成を採用することで、過熱器３で上部の伝熱面積が大きく、下部の伝熱面積が小さいように形成する場合に比べ、再熱器４全体の出口蒸気温度の制御応答性に優れ、制御時間の短縮に効果的である。また煙道水平部２ａを延長するなどの従来型ボイラからの変更も最小限で済む。

低負荷時にもボイラ装置の伝熱面配置を再熱器出口蒸気温度が確保できる簡単な構造として産業上の利用可能性が高い。

本発明に係るボイラ装置の火炉の出口部に接続する煙道水平部に設置する２つの実施例の吊下型再熱器の側面図である。 本発明に係るボイラ装置の高負荷時における煙道内の温度分布を示す説明図（図２（ａ））、及び低負荷時における煙道内の温度分布を示す説明図（図２（ｂ））である。 本発明のボイラ装置の構成図である。 従来のボイラ装置の構成図である。

符号の説明

１ 火炉 ２ 煙道
２ａ 煙道水平部 ２ｂ 煙道鉛直部
３ａ〜３ｃ 吊下型過熱器
３ｄ 横置型過熱器
４ａ 吊下型再熱器
４ｂ〜４ｄ 横置型再熱器
５ａ，５ｂ 横置型節炭器

Claims (3)

1. ボイラ火炉の出口部に接続される水平部と鉛直部からなる煙道内に過熱器、再熱器を含む伝熱管群を配置してなるボイラ装置において、
   煙道水平部に設置される吊下型再熱器は、伝熱面積の大きな部分を前記煙道水平部の下側に配置したことを特徴とするボイラ装置。
2. 煙道水平部に設置する吊下型再熱器は、その蒸気流路が煙道鉛直部に設置されて水平横置型再熱器から上向きに接続され、煙道水平部の鉛直方向高さ１／３〜３／４の範囲で水平方向火炉前方へ折れ曲がり、その後、煙道水平部の底部へ下降するように折れ曲がり、煙道底部付近で反転して天井壁から火炉外へ蒸気が流れるように形成されてなることを特徴とする請求項１記載のボイラ装置。
3. 煙道水平部に設置する吊下型再熱器は、その伝熱面積が次式（１）
   煙道水平部上半分／煙道水平部下半分＝１／１．８〜１／４ （１）
   の比率となるように形成されていることを特徴とする請求項２記載のボイラ装置。

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