JP2012137274A - 過熱蒸気発生器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】耐圧容器1内の水面下に配置されて燃焼ガスGを流通させる炉筒2cと、その炉筒2cを通過した燃焼ガスGを流通させる第1煙管2dと、その第1煙管2dを通過した燃焼ガスGを流通させる第2煙管2eと、炉筒2cを通過した燃焼ガスGを第1煙管2dに案内流通させる第1ヘッダー2fと、第1煙管2dを通過した燃焼ガスGを第2煙管2eに案内流通させる第2ヘッダー2gとが備えられ、炉筒2cは、耐圧容器1の一方側の内壁に連結支持され、第1ヘッダー2fは、耐圧容器1における他方側の内壁と間隔を隔てて非接触状態で配設され、第2ヘッダー2gは、炉筒2cを摺動自在に貫通させて設けられる。
【選択図】図1
Description
バーナーの燃焼により発生した燃焼ガスにて水を加熱して飽和水蒸気を発生させ、前記水を加熱した後の燃焼ガスにて飽和水蒸気をさらに加熱して過熱蒸気を発生させる過熱蒸気発生器であって、その特徴構成は、
水を収容する円筒状の耐圧容器には、収容された水の水面下に配置されて燃焼ガスを前記耐圧容器の軸方向の一方側から前記耐圧容器の内部に導入して前記軸方向の他方側に向けて流通させる炉筒と、その炉筒を通過した燃焼ガスを前記軸方向の他方側から一方側に向けて流通させる第1煙管と、その第1煙管を通過した燃焼ガスを前記軸方向の一方側から他方側に向けて流通させる第2煙管と、前記炉筒を通過した燃焼ガスを前記第1煙管に案内流通させる第1ヘッダーと、前記第1煙管を通過した燃焼ガスを前記第2煙管に案内流通させる第2ヘッダーとが備えられ、
前記炉筒は、前記耐圧容器の一方側の内壁に連結支持され、
前記第1ヘッダーは、前記耐圧容器における前記軸方向の他方側の内壁と前記軸方向に間隔を隔てて非接触状態で配設され、
前記第2ヘッダーは、前記炉筒を摺動自在に貫通させて設けられている点にある。
ここで、第1ヘッダーには、高温の燃焼ガスが導入されるため熱膨張が発生する。これにより、第1ヘッダーと耐圧容器の内壁が接続されている場合は熱応力が発生することが考えられる。それに対して、本特徴構成のように、第1ヘッダーが耐圧容器の内壁と間隔を隔てて非接触状態で配設して、上述の第1ヘッダーの熱膨張を許容する構造として、第1ヘッダーと耐圧容器の内壁の間に発生する熱応力の発生をなくし、第1ヘッダー、第1ヘッダーと第1煙管との接合部、及び耐圧容器の内壁における歪み、亀裂、破損等の発生を防止することができる。
飽和水蒸気を加熱して過熱蒸気を発生させる過熱蒸気発生部を構成する前記第1煙管が、前記耐圧容器に収容された水の水面上に配置され、
水を加熱して飽和水蒸気を発生させる飽和水蒸気発生部を構成する前記第2煙管が、前記炉筒とともに前記耐圧容器に収容された水の水面下に配置されている点にある。
そして、第1煙管の下流に位置する第2煙管は、耐圧容器に収容された水の水面下に配置されて、前記燃焼ガスにて水を加熱して水蒸気を発生させる水蒸気発生部として構成されている。これによって、第2煙管によって水を加熱して飽和水蒸気を発生させることができる。第1煙管における飽和水蒸気の加熱によって温度が低下した燃焼ガスが第2煙管に導入されるものの、その温度は水を加熱して飽和水蒸気を発生させるには十分であるため、その燃焼ガスの保有熱を有効に利用して、効率よく飽和水蒸気を発生させることができる。従って、上述のように第1煙管および第2煙管を構成することで、高い熱効率によって過熱蒸気を発生させることができる。
水を加熱して飽和水蒸気を発生させる飽和水蒸気発生部を構成する前記第1煙管が、前記炉筒とともに前記耐圧容器に収容された水の水面下に配置され、
飽和水蒸気を加熱して過熱蒸気を発生させる過熱蒸気発生部を構成する前記第2煙管が、前記耐圧容器に収容された水の水面上に配置されている点にある。
以下、本発明に係る過熱蒸気発生器の実施形態を、図面に基づいて説明する。図1は過熱蒸気発生器Dの側面からの縦断面図であり、図2は過熱蒸気発生器Dの横断面図(図1の過熱蒸気発生器のII−II矢視図)である。図1に示すように、過熱蒸気発生器Dは内部に水Wが収容される横置きの円筒状の耐圧容器1と、耐圧容器1内に配設され、燃焼ガスGを流通させる燃焼ガス流路2と、燃焼ガス流路2に供給する燃焼ガスGを発生するバーナーBとで構成されている。
このように、燃焼ガス流路2は、耐圧容器1の軸方向で導入口側と排出口側との間で燃焼ガスGを3回流動させる3パス構造に構成されている。
過熱蒸気発生部SFには、複数の第1煙管2dが間隔を隔てて設けられており、複数の第1煙管2dの周囲が、飽和水蒸気V及び過熱蒸気Sが通流自在な流路となっている。
このように、区画板4は、耐圧容器1の内部を飽和水蒸気発生部VFと過熱蒸気発生部SFとに区画すると共に、水滴が過熱蒸気発生部SFに侵入するのを防止している。
また、一対の外側壁1b、1cは、バーナーBでの燃焼により発生させた燃焼ガスGを燃焼ガス流路2に導入する燃焼ガス導入口2aが設けられた導入口側外側壁1bと、燃焼ガス流路2から燃焼ガスGを排出する燃焼ガス排出口2bが設けられた排出口側外側壁1cとで構成される。そして、耐圧容器1は、耐圧容器保持部10の上に搭載されている。その他、耐圧容器1には図示しない過圧逃がし弁および燃焼ガスGを発生させるバーナーBの取付機構などが設けられている。
また、第1ヘッダー2fは、炉筒2cの排出口側の端部近傍で炉筒2cから支持され、第2ヘッダー2gは、炉筒2cの導入口側の端部近傍で第2煙管2eによって支持されている。そして、第1ヘッダー2fと第2ヘッダー2gの間に第1煙管2dが連結支持されて燃焼ガス流路2が構成されている。
そして、第1ヘッダー導入口側面2fbの下方部位には炉筒2cが連通状態で接続されている。一方で、第1ヘッダー導入口側面2fbの上方部位には、耐圧容器1の外周壁1aの内面に沿った6本の第1煙管2dが連通状態で接続されている。このように、第1ヘッダー2fは、炉筒2cから流入した燃焼ガスGを、6本の第1煙管2dに分岐して導入させる案内流通が可能となるように構成される。
さらに、第1ヘッダー2fには、炉筒2cの接続部の周囲に12本の第2煙管2eが摺動自在に貫通される12個の第2煙管用貫通孔2fdが設けられる。これにより、第1ヘッダー2fを貫通する第2煙管2eにおいて発生する熱膨張を許容する構成として、第1ヘッダー2fと第2煙管2eとの間における熱応力の発生をなくして、第1ヘッダー2fや第2煙管2eにおいて歪み、亀裂、破損等が発生することを防止できる。
第2煙管2eの耐圧容器1の導入口側の端部は、第2ヘッダー排出口側面2gcの上方部位に連通状態で接続されている。第2ヘッダー排出口側面2gcから耐圧容器1の排出口側へ延び、第1ヘッダー2fの第2煙管用貫通孔2fdを貫通して、耐圧容器1の排出口側外側壁1cに接続されて燃焼ガス排出口2bが形成されている。これにより、第2ヘッダー2gから第2煙管2eに導入された燃焼ガスGは、耐圧容器1の導入口側から排出口側に向けて、燃焼ガス排出口2bにまで流通する。
また、飽和水蒸気Vの発生によって水Wが消費されて耐圧容器1内の水位が下降するが、その水位が水位計(図示せず)により検知されており、水位が基準水位Tより低下すると、加圧ポンプ(図示せず)で加圧された水Wが耐圧容器1内に外周壁1aの下方に設けられた水供給口11から供給されるように構成されている。なお、供給される水Wは軟水器(図示せず)により軟水化処理がされていてもよい。これによって、耐圧容器1内にスケール成分が析出するのを防止することができる。
また、外周壁側邪魔板5aは第1煙管2dと耐圧容器1の外周壁1aの内側に固定して設けられているが、邪魔板5の厚みは非常に薄く構成され、また、スポット溶接などにより部分的に接続されている。従って、第1煙管2dの熱膨張によって、第1煙管2dとの間において熱応力を発生させるものとはならない。
図4は本発明の第2実施形態に係る過熱蒸気発生器Dの横断面図である。本第2実施形態における第1実施形態との相違点は、炉筒2cの上方における2本の第2煙管2eを移動させた点である。その他の構成については、第1実施形態と略同様である。第1実施形態では、炉筒2cの外周壁の周囲に等間隔に12本の第2煙管2eを設けているところ、本第2実施形態では、図4に示すように、炉筒2cの外周上部を除く外周に沿って等間隔に10本の第2煙管2eが配設され、断面視で炉筒2cの外周上部を除く外周に沿って設けられた第2煙管2eの最も上方に位置する左右2本の第2煙管2eの配設位置を変更している。つまり、この左右2本の第2煙管2eの配設位置を、他の10本の第2煙管2eうち一番上方側に位置するものと上下方向の高さが同じになるようにしている。これにより、12本全ての第2煙管2eを基準水位Tよりも下方側に適切に配置することができる。
図5は、本発明の第3実施形態における過熱蒸気発生器Dの縦断面図である。図6は、第3実施形態における過熱蒸気発生器Dの横断面図(図5の過熱蒸気発生器DのVI−VI矢視図)である。本第3実施形態における第1実施形態との相違点は、燃焼ガス流路2の第1煙管2dおよび第2煙管2eが耐圧容器1内の基準水位Tとの関係において配設されている位置が異なる点である。つまり、第1実施形態では、第1煙管2dは耐圧容器1内の基準水位Tより上方に配置され、第2煙管2eは基準水位Tより下方に配置されて構成されているが、本第3実施形態では、第1煙管2dは基準水位Tより下方に配置され、第2煙管2eは基準水位Tより上方に配置されて構成されている。
飽和水蒸気発生部VFには、基準水位Tの水位まで水Wが貯留され、その基準水位Tよりも下方側に炉筒2cと第1煙管2dとが配設されており、炉筒2cと第1煙管2dの周囲が、水W及び飽和水蒸気Vが通流自在な流路となっている。図6に示すように、炉筒2cは、1つ設けられ、その1つの炉筒2cの周囲を囲むように、複数の第1煙管2dが炉筒2cの周方向に間隔を隔てて設けられている。
飽和水蒸気発生部VFには、複数の第2煙管2eが間隔を隔てて設けられており、複数の第2煙管2eの周囲が、飽和水蒸気V及び過熱蒸気Sが通流自在な流路となっている。これにより、耐圧容器1内の水Wは、飽和水蒸気発生部VFにおいて、炉筒2cと第1煙管2dによって加熱されて蒸発して飽和水蒸気Vとなって耐圧容器1の上部に上昇し、水滴が分離された後に、飽和水蒸気導入口V1から過熱蒸気発生部SFに導入される。そして、過熱蒸気発生部SFにおいて、飽和水蒸気Vと第2煙管2e内の燃焼ガスGとの流れを対向流とした状態での熱交換が行なわれ、飽和水蒸気Vが加熱され、過熱蒸気Sとなって過熱蒸気取出口13から取り出される。
図7及び図8は、本発明の第4実施形態における過熱蒸気発生器Dの縦断面図である。図9は、第4実施形態における過熱蒸気発生器Dの横断面図(図8の過熱蒸気発生器DのIX−IX矢視図)である。本第4実施形態では、上記第1実施形態において、過熱蒸気発生部SFを構成する第1煙管2dの周囲を囲む閉空間Kを形成する構成を追加するとともに、耐圧容器1内に収容する水の水位を調整する構成を追加している。図7では、耐圧容器1内に収容する水の水位を初期水位T1に調整した場合を示しており、図8では、耐圧容器1内に収容する水の水位を基準水位Tに調整した場合を示している。
第1煙管2dの周囲は、高温の過熱蒸気(例えば、350℃)が通流するので、その過熱蒸気が耐圧容器1の外表面に直接通じると、外気との温度差が大きくなり、それだけ放熱量が大きくなる。その結果、熱損失が大きくなり、蒸気温度の上昇が困難となる。そこで、本第4実施形態では、耐圧容器1の外表面と熱的に遮断されている閉空間形成部材17によって、第1煙管2dの周囲を囲む閉空間Kを形成し、その閉空間K内に飽和水蒸気V及び過熱蒸気Sを通流させている。
基準水位Tは、図8に示すように、飽和水蒸気発生部VFを構成する炉筒2cと第2煙管2eとを水面下に水没させ且つ過熱蒸気発生部SFを構成する第1煙管2dを水面上に露出させる水位に設定されている。つまり、第1実施形態でも述べた如く、炉筒2cと第2煙管2eとを水面下に位置させ且つ第1煙管2dを水面上に位置させるように、第1煙管2dと第2煙管2eとの間の位置に設定されている。
過熱蒸気発生器Dの運転を開始させる場合に、水位制御部Hは、まず、図7に示すように、第1水位センサ19にて初期水位T1であることを検出するように給水ポンプPを作動させて、耐圧容器1に収容する水Wの水位を初期水位T1に調整する。そして、バーナーBの燃焼を開始して、バーナーBの燃焼により発生した燃焼ガスGを燃焼ガス流路2に通流させる。初期水位T1では、図7に示すように、燃焼ガス流路2における炉筒2c、第1煙管2d、及び、第2煙管2eが水面下に位置しているので、炉筒2c、第1煙管2d、及び、第2煙管2e内を通流する燃焼ガスGが耐圧容器1に収容されている水Wを加熱して飽和水蒸気Vを発生させる。
上述の如く、耐圧容器1に収容する水Wの水位を初期水位T1から基準水位Tに低下させるに当たり、飽和水蒸気Vの発生による水位低下と排水弁21を開弁させることによる水位低下とによって、初期水位T1から基準水位Tに水位低下させているが、例えば、飽和水蒸気Vの発生による水位低下のみ又は排水弁21を開弁させることによる水位低下のみによって、初期水位T1から基準水位Tに水位低下させることもできる。
(A)上記実施形態においては、耐圧容器1の両端部に平板状の導入口側外側壁1bおよび排出口側外側壁1cを取り付けて耐圧容器1を構成したが、これに限らず、耐圧容器1内の圧力が高圧となる場合は半球状(いわゆる鏡板状)に成形された導入口側外側壁1bおよび排出口側外側壁1cを取り付けて耐圧容器1を構成してもよい。
2c 炉筒
2d 第1煙管
2e 第2煙管
2f 第1ヘッダー
2g 第2ヘッダー
4 区画板
5 邪魔板
17 閉空間形成部材
18 孔部
21 排水弁(排水手段)
B バーナー
D 過熱蒸気発生器
G 燃焼ガス
K 閉空間
S 過熱蒸気
SF 過熱蒸気発生部
T 基準水位
T1 初期水位
V 飽和水蒸気
VF 飽和水蒸気発生部
W 水
Claims (11)
- バーナーの燃焼により発生した燃焼ガスにて水を加熱して飽和水蒸気を発生させ、前記水を加熱した後の燃焼ガスにて飽和水蒸気をさらに加熱して過熱蒸気を発生させる過熱蒸気発生器であって、
水を収容する円筒状の耐圧容器には、収容された水の水面下に配置されて燃焼ガスを前記耐圧容器の軸方向の一方側から前記耐圧容器の内部に導入して前記軸方向の他方側に向けて流通させる炉筒と、その炉筒を通過した燃焼ガスを前記軸方向の他方側から一方側に向けて流通させる第1煙管と、その第1煙管を通過した燃焼ガスを前記軸方向の一方側から他方側に向けて流通させる第2煙管と、前記炉筒を通過した燃焼ガスを前記第1煙管に案内流通させる第1ヘッダーと、前記第1煙管を通過した燃焼ガスを前記第2煙管に案内流通させる第2ヘッダーとが備えられ、
前記炉筒は、前記耐圧容器の一方側の内壁に連結支持され、
前記第1ヘッダーは、前記耐圧容器における前記軸方向の他方側の内壁と前記軸方向に間隔を隔てて非接触状態で配設され、
前記第2ヘッダーは、前記炉筒を摺動自在に貫通させて設けられている過熱蒸気発生器。 - 前記耐圧容器において、前記第1煙管が前記第2煙管よりも上方に配置されている請求項1に記載の過熱蒸気発生器。
- 前記第2煙管が、前記第1ヘッダーに対して摺動自在に貫通して設けられている請求項請求項2に記載の過熱蒸気発生器。
- 前記炉筒が単一に構成され、
飽和水蒸気を加熱して過熱蒸気を発生させる過熱蒸気発生部を構成する前記第1煙管が、前記耐圧容器に収容された水の水面上に配置され、
水を加熱して飽和水蒸気を発生させる飽和水蒸気発生部を構成する前記第2煙管が、前記炉筒とともに前記耐圧容器に収容された水の水面下に配置されている請求項1〜3の何れか一項に記載の過熱蒸気発生器。 - 前記耐圧容器の内部において、前記飽和水蒸気発生部と前記過熱蒸気発生部とを区画する区画板を設け、前記区画板で形成された前記過熱蒸気発生部内を流通する飽和水蒸気の流れと前記第1煙管内を流通する燃焼ガスの流れとが対向流を構成する請求項4に記載の過熱蒸気発生器。
- 前記過熱蒸気発生部において、前記第1煙管に飽和水蒸気の流れを誘導する邪魔板が設けられている請求項4または5に記載の過熱蒸気発生器。
- 前記炉筒が単一に構成され、
水を加熱して飽和水蒸気を発生させる飽和水蒸気発生部を構成する前記第1煙管が、前記炉筒とともに前記耐圧容器に収容された水の水面下に配置され、
飽和水蒸気を加熱して過熱蒸気を発生させる過熱蒸気発生部を構成する前記第2煙管が、前記耐圧容器に収容された水の水面上に配置されている請求項1に記載の過熱蒸気発生器。 - 前記過熱蒸気発生部を構成する前記第1煙管又は前記第2煙管の周囲を囲み、飽和水蒸気及び過熱蒸気を通流させる閉空間を形成する閉空間形成部材が備えられ、その閉空間形成部材は、前記耐圧容器の外表面と熱的に遮断されている請求項4〜7の何れか1項に記載の過熱蒸気発生器。
- 前記耐圧容器に収容する水の水位を、前記飽和水蒸気発生部を構成する前記炉筒と前記第2煙管又は前記第1煙管とに加え、前記過熱蒸気発生部を構成する前記第1煙管又は前記第2煙管の少なくとも一部も水面下に水没させる初期水位とし、前記燃焼ガスにて前記耐圧容器に収容されている水を加熱して飽和水蒸気が発生し始めた場合に、前記耐圧容器に収容する水の水位を、前記初期水位から、前記飽和水蒸気発生部を構成する前記炉筒と前記第2煙管又は前記第1煙管とを水面下に水没させ且つ前記過熱蒸気発生部を構成する前記第1煙管又は前記第2煙管を水面上に露出させる基準水位に低下させ、前記耐圧容器に収容する水の水位をその基準水位に維持する水位制御を行うように構成されている請求項8に記載の過熱蒸気発生器。
- 前記水位制御において、前記耐圧容器に収容する水の水位を前記初期水位から前記基準水位に低下させる場合に、前記燃焼ガスにて前記耐圧容器に収容されている水を加熱して飽和水蒸気の発生により、及び、前記耐圧容器に収容されている水を排水させる排水手段の作動のいずれか一方又は両者の併用にて前記初期水位から前記基準水位への水位低下を行う請求項9に記載の過熱蒸気発生器。
- 前記閉空間形成部材には、前記閉空間に飽和水蒸気を導入する飽和水蒸気導入口よりも小さく、且つ、前記閉空間とそれ以外の前記耐圧容器の内部空間との間で水の通流を許容する孔部が形成されている請求項8〜10の何れか1項に記載の過熱蒸気発生器。
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