JP2012167859A - Marine boiler - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、船舶に搭載される舶用ボイラに関するものである。 The present invention relates to a marine boiler mounted on a ship.
従来、船舶に搭載される舶用ボイラは、発電所等で使用される陸用ボイラと比較して、設置スペースの制約が大きいことからコンパクトな構造が優先されている。
このため、たとえば、特許文献1に示されるように、過熱器は蒸発管群の上流側に配置され、対流熱に加えて火炉からの輻射熱をも利用して蒸気を過熱するようにされている。この過熱器は、過熱器管のワンループで構成されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a marine boiler mounted on a marine vessel is given priority to a compact structure because it has a larger installation space than a land boiler used in a power plant or the like.
For this reason, for example, as shown in
ところで、特許文献1に示されるように過熱器管のワンループで構成されている過熱器では、伝熱面積の拡大が制限されている。このため、効率向上を目指してより高温の過熱蒸気を得るためには、過熱器管へ大きな熱量を与える必要がある。過熱器管へ供給する熱量を大きくすると、過熱器管の表面温度が上昇するため、材料の制限等によって過熱蒸気の温度を増加させるには限界がある。
By the way, in the superheater comprised by the one loop of a superheater pipe | tube as shown by
本発明は、このような事情に鑑み、過熱蒸気の温度を増加させることが可能な構成とし、効率を向上させ得る舶用ボイラを提供することを目的とする。 In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a marine boiler capable of increasing the temperature of superheated steam and improving efficiency.
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の一態様は、バーナの燃焼で発生した燃焼ガスが、火炉から過熱器および蒸発管群を通過して流れるように構成された舶用ボイラであって、前記過熱器は、前記火炉側に配置された過熱器管の1次ループと、前記蒸発管群側に配置された過熱器管の2次ループとで構成され、前記1次ループおよび前記2次ループは、直列に接続されている舶用ボイラである。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
That is, one aspect of the present invention is a marine boiler configured such that combustion gas generated by combustion of a burner flows from a furnace through a superheater and an evaporation tube group, and the superheater A primary loop of the superheater pipe arranged on the side and a secondary loop of the superheater pipe arranged on the evaporation pipe group side, and the primary loop and the secondary loop are connected in series. It is a marine boiler.
本態様によると、バーナの燃焼で発生した燃焼ガスは、火炉から過熱器および蒸発管群を通過して流れる。このとき、過熱器は火炉に近接しているので、燃焼ガスの対流熱および輻射熱によって加熱されるので、高温に加熱することができる。
本態様では、過熱器は、火炉側に配置された過熱器管の1次ループと、蒸発管群側に配置された過熱器管の2次ループとで構成されているので、過熱器において、燃焼ガスは、過熱器管の1次ループに続いて過熱器管の2次ループを通過する。1次ループおよび2次ループは、直列に接続されているので、蒸気は1次ループおよび2次ループを通過している間に過熱されることになる。
このように、蒸気は1次ループおよび2次ループを通って過熱されるので、過熱器管の伝熱面積は、従来のワンループのものに比べて大きくすることができる。このため、過熱蒸気の温度を増加させることができ、舶用ボイラの効率を向上させることができる。
According to this aspect, the combustion gas generated by the burner combustion flows from the furnace through the superheater and the evaporator tube group. At this time, since the superheater is close to the furnace, it is heated by the convection heat and radiant heat of the combustion gas, so that it can be heated to a high temperature.
In this aspect, the superheater is composed of a primary loop of the superheater pipe disposed on the furnace side and a secondary loop of the superheater pipe disposed on the evaporation tube group side. The combustion gas passes through the secondary loop of the superheater tube following the primary loop of the superheater tube. Since the primary and secondary loops are connected in series, the steam will be superheated while passing through the primary and secondary loops.
Thus, since the steam is superheated through the primary loop and the secondary loop, the heat transfer area of the superheater tube can be made larger than that of the conventional one loop. For this reason, the temperature of superheated steam can be increased and the efficiency of a marine boiler can be improved.
前記態様では、前記過熱器の前記火炉側に水が通過するフロントバンクチューブが配置される構成としてもよい。 In the above aspect, a front bank tube through which water passes may be disposed on the furnace side of the superheater.
このようにすると、火炉からの燃焼ガスの熱量の一部がフロントバンクチューブによって吸収される。また、火炉からの輻射熱の一部がフロントバンクチューブによって遮られる。これにより、過熱器の過熱器管、特に、火炉側の過熱器管に対する過度の加熱を抑制でき、過熱器管の表面温度が高温になり減肉トラブルが発生するのを抑制することができる。 If it does in this way, a part of calorie | heat amount of the combustion gas from a furnace will be absorbed by a front bank tube. In addition, a part of the radiant heat from the furnace is blocked by the front bank tube. Thereby, the excessive heating with respect to the superheater pipe | tube of a superheater, especially the superheater pipe | tube of a furnace side can be suppressed, and it can suppress that the surface temperature of a superheater pipe | tube becomes high temperature and a thinning trouble generate | occur | produces.
前記構成では、前記フロントバンクチューブが、多数列配置されていてもよい。 In the above configuration, the front bank tubes may be arranged in multiple rows.
このようにすると、過熱器管に作用する燃焼ガスの熱量および輻射熱量をさらに抑制でき、過熱器管の表面温度が高温になり減肉トラブルが発生するのを抑制することができる。 If it does in this way, the calorie | heat amount and radiant heat amount of the combustion gas which act on a superheater pipe | tube can further be suppressed, and it can suppress that the surface temperature of a superheater pipe | tube becomes high temperature and a thinning trouble generate | occur | produces.
前記態様では、前記過熱器では、蒸気が前記1次ループから前記2次ループに流れていてもよい。 In the aspect, in the superheater, steam may flow from the primary loop to the secondary loop.
このようにすると、火炉側の過熱器管に過熱前の比較的低温の蒸気が通過するので、この蒸気が過熱器管を冷却することができる。
したがって、火炉側の過熱器管に対する過度の加熱を抑制でき、過熱器管の表面温度が高温になり減肉トラブルが発生するのを抑制することができる。
If it does in this way, since the low-temperature steam before superheating passes through the superheater pipe by the side of a furnace, this steam can cool a superheater pipe.
Accordingly, excessive heating of the superheater tube on the furnace side can be suppressed, and the occurrence of a thinning trouble due to the surface temperature of the superheater tube becoming high can be suppressed.
前記態様では、前記過熱器では、蒸気が前記2次ループから前記1次ループに流れていてもよい。 In the above aspect, in the superheater, steam may flow from the secondary loop to the primary loop.
このようにすると、過熱器における蒸気の流れと燃焼ガスの流れとは、向流の関係になるので、流れ方向全域において燃焼ガスと蒸気との温度差を大きく取ることができ、熱交換効率を向上させることができる。
これにより、たとえば、火炉側の過熱器管の伝熱面積を小さくしても所定の高温の過熱蒸気を得ることができ、火炉側の過熱器管に対する過度の加熱を抑制でき、過熱器管の表面温度が高温になり減肉トラブルが発生するのを抑制することができる。よって、同一蒸気条件においてもボイラをよりコンパクトにすることが可能となる。
In this way, the steam flow and the combustion gas flow in the superheater have a countercurrent relationship, so that a large temperature difference between the combustion gas and the steam can be obtained in the entire flow direction, and the heat exchange efficiency can be improved. Can be improved.
Thereby, for example, even if the heat transfer area of the superheater tube on the furnace side is reduced, a predetermined high-temperature superheated steam can be obtained, excessive heating of the superheater tube on the furnace side can be suppressed, and the superheater tube It can suppress that surface temperature becomes high temperature and a thinning trouble generate | occur | produces. Therefore, the boiler can be made more compact even under the same steam condition.
本発明によれば、過熱器は、火炉側に配置された過熱器管の1次ループと、蒸発管群側に配置された過熱器管の2次ループとで構成され、1次ループおよび2次ループは、直列に接続されているので、過熱蒸気の温度を増加させることができ、舶用ボイラの熱交換効率を向上させることができる。 According to the present invention, the superheater is composed of a primary loop of the superheater pipe disposed on the furnace side and a secondary loop of the superheater pipe disposed on the evaporator tube group side. Since the next loop is connected in series, the temperature of the superheated steam can be increased, and the heat exchange efficiency of the marine boiler can be improved.
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。
[第一実施形態]
この発明の第一実施形態にかかる舶用ボイラについて、図1を参照して説明する。
図1は、本実施形態にかかる舶用ボイラを用いた舶用推進プラントの概略構成を説明する模式図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[First embodiment]
A marine boiler according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a marine propulsion plant using the marine boiler according to the present embodiment.
舶用推進プラント1には、推進用タービン3と、舶用ボイラ5と、推進器としてのプロペラ7とが備えられている。
推進用タービン3には、高圧タービン9と、中圧タービン11と、低圧タービン13と、後進用タービン15とが備えられている。
高圧タービン9と中圧タービン11とは、一本の回転軸17を介して連結されている。
低圧タービン13と後進タービン15とは、一本の回転軸21を介して連結されている。回転軸17および回転軸21は、減速機23に接続されている。減速機23には、プロペラ軸25を介してプロペラ7が接続されている。プロペラ軸25には、軸発電機19が取り付けられている。
The
The propulsion turbine 3 includes a high pressure turbine 9, an
The high-pressure turbine 9 and the intermediate-
The
舶用ボイラ5には、主炉27と、再熱炉29とが備えられている。主炉27には、中空の略直方体形状をした火炉31と、火炉31の上部に設置された主バーナ(バーナ)33と、水が通過するフロントバンクチューブ35と、過熱器37と、蒸発管群39と、水ドラム41と、蒸気ドラム43と、が備えられている。
火炉31の壁部には、水が通過するウォールチューブ45が配置されている。主バーナ33には、図示しない燃料源から燃料配管47によって燃料が供給されている。燃料配管47には、燃料の供給量を調節する流量調節弁49が備えられている。
The
A wall tube 45 through which water passes is disposed on the wall portion of the
再熱炉29は、主炉27の蒸発管群39の後流側に上下方向に延在して配置され、主バーナ33の燃焼で発生した燃焼ガスの通路となるように構成されている。再熱炉29の下部には、再熱バーナ51が備えられている。再熱バーナ51には、図示しない燃料源から燃料配管53によって燃料が供給されている。燃料配管53には、燃料の供給量を調節する流量調節弁55が備えられている。
再熱炉29の上部には、再熱器57が備えられている。
The
A
過熱器37には、それぞれU字形状をした1次過熱器管(過熱器管の1次ループ)59および2次過熱器管(過熱器管の2次ループ)61が備えられている。
1次過熱器管59は、火炉31側に、2次過熱器管61は、蒸発管群39側に、相互に間隔を空けて配置されている。1次過熱器管59および2次過熱器管61の隣り合う過熱器管は連通するように接続されている。
The
The
1次過熱器管59の火炉31側の端部が蒸気ドラム43から飽和蒸気を受け取るように構成されている。2次過熱器管61の蒸発管群39側の端部には、過熱器出口配管63が接続されている。過熱器出口配管63の他端部は、高圧タービン9の導入部に接続されている。
過熱器出口配管63には、途中で分岐し、後進タービン15に過熱蒸気を供給する過熱分岐配管65が備えられている。分岐部よりも下流側の過熱器出口配管63および過熱分岐配管65には、それぞれ開閉弁67,69が備えられている。開閉弁67,69を選択的に開閉することによって過熱蒸気は、高圧タービン9あるいは後進タービン15のいずれか一方に供給される。
The end of the
The
高圧タービン9の出口蒸気は、再熱器57の下部端部に導入され、主バーナ33の燃焼で発生した燃焼ガスの残熱量および再熱バーナ51の燃焼ガスで加熱される。再熱器57で再加熱された再熱蒸気は、再熱器57の上端部から中圧タービン11に導入される。
中圧タービン11の出口蒸気は低圧タービン13に供給され、低圧タービン13を回転駆動した後、主炉27へ給水する復水器71へ送られる。また、後進用タービン15に供給された過熱蒸気は、後進用タービン15を回転駆動した後、復水器71へ送られる。
The outlet steam of the high-pressure turbine 9 is introduced into the lower end of the
The outlet steam of the
以下、このように構成された本実施形態にかかる舶用ボイラ5を備えた舶用推進プラント1の動作について説明する。
主バーナ33の燃焼で発生した燃焼ガスは、火炉31からフロントバンクチューブ35に流れ、フロントバンクチューブ35内を流れる水を加熱する。これにより、燃焼ガスの熱量の一部は、吸収される。
このとき、フロントバンクチューブ35を構成する伝熱管に太さ、配置ピッチおよび水量等を調節することで、フロントバンクチューブ35で吸収できる熱量および輻射熱量、したがって、1次過熱器管59に作用する燃焼ガスの熱量および輻射熱量を調節することができる。1次過熱器管59に作用する燃焼ガスの熱量および輻射熱量を小さくする場合、フロントバンクチューブ35を構成する伝熱管の径を大きくする、ピッチを小さくする、あるいは、燃焼ガスの流れ方向に多数列配置する等を行う。
このようにすると、1次過熱器管59に作用する燃焼ガスの熱量および輻射熱量をさらに抑制でき、1次過熱器管の表面温度が高温になり減肉トラブルが発生するのを抑制することができる。
Hereinafter, operation | movement of the
The combustion gas generated by the combustion of the
At this time, by adjusting the thickness, the arrangement pitch, the amount of water, and the like of the heat transfer tubes constituting the
If it does in this way, calorie | heat amount and radiant heat amount of the combustion gas which act on the primary superheater pipe |
次いで、燃焼ガスは、過熱器37を流れ、1次過熱器管59と熱交換し、次いで2次過熱器管61と熱交換される。過熱器37は火炉31に近接しているので、燃焼ガスの対流熱および輻射熱によって加熱されるので、高温に過熱することができる。
一方、フロントバンクチューブ35によって火炉31からの燃焼ガスの熱量の一部が吸収され、かつ、火炉31からの輻射熱の一部が遮られるので、過熱器37の1次過熱器管59および2次過熱器管61、特に、1次過熱器管59に対する過度の加熱を抑制でき、1次過熱器管59および2次過熱器管61の表面温度が高温になり減肉トラブルが発生するのを抑制することができる。
The combustion gas then flows through the
On the other hand, the
蒸気ドラム43からの飽和蒸気は、1次過熱器管59に供給され、1次過熱器管59に次いで2次過熱器管61を流れ、その間に燃焼ガスによって過熱され、過熱蒸気とされ、過熱器出口配管63に流入される。
このように、蒸気は1次過熱器管59および2次過熱器管61を通って過熱されるので、過熱器管の伝熱面積は、従来のワンループのものに比べて大きくすることができる。
このため、過熱蒸気の温度を増加させることができ、舶用ボイラ5の効率を向上させることができる。
Saturated steam from the
Thus, since the steam is superheated through the
For this reason, the temperature of superheated steam can be increased and the efficiency of the
このとき、温度の低い飽和蒸気が1次過熱器管59の火炉31側に供給されているので、この温度の低い飽和蒸気が1次過熱器管59を冷却することになる。したがって、特に、高温の燃焼ガスがあたる1次過熱器管59に対する過度の加熱を抑制でき、1次過熱器管59の表面温度が高温になり減肉トラブルが発生するのを抑制することができる。
At this time, since saturated steam having a low temperature is supplied to the
主バーナ33による燃焼ガスは、蒸発管群39を通って熱交換を行い、再熱バーナ51の燃焼で発生した燃焼ガスと混合され、再熱器57で熱交換をした後、排気される。
The combustion gas from the
過熱器37で発生した過熱蒸気は過熱器出口配管63を通って高圧タービン9へ供給され、高圧タービン9を回転駆動する。
高圧タービン9から排気された蒸気は再熱器57に供給され、再熱バーナ51等の燃焼ガスによって再加熱される。再熱器57で再加熱された再熱蒸気は、中圧タービン11へ供給され、中圧タービン11を回転駆動する。
The superheated steam generated in the
The steam exhausted from the high-pressure turbine 9 is supplied to the
中圧タービン11から排気された蒸気は、低圧タービン13に供給され、低圧タービン13を回転させる。低圧タービン13から排気された蒸気は、復水器79に送られる。復水器79で復水された水は、主炉27へ給水される。
高圧タービン9および中圧タービン11の回転は回転軸17によって、低圧タービン13の回転は回転軸21によって、それぞれ減速機23に伝達される。減速機23は、減速された回転数でプロペラ軸25を回転させ、プロペラ7を回転させる。
The steam exhausted from the
The rotation of the high-pressure turbine 9 and the intermediate-
[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態にかかる舶用ボイラについて、図2および図3を用いて説明する。
本実施形態は、飽和蒸気の過熱器37への供給位置が第一実施形態のものと異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態のものと同じ部分については重複した説明を省略する。
なお、第一実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
図2は、本実施形態にかかる舶用ボイラ5の概略構成を説明する模式図である。
[Second Embodiment]
Next, a marine boiler according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In this embodiment, since the supply position of the saturated steam to the
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same member as 1st embodiment.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the
本実施形態では、蒸気ドラム43の飽和蒸気は、2次過熱器管61の蒸発管群39側端部に供給されている。過熱器出口配管63は、1次過熱器管59の火炉31側端部に接続されている。
蒸気ドラム43からの飽和蒸気は、2次過熱器管61の火炉31側端部に供給され、2次過熱器管61に次いでを1次過熱器管59流れ、その間に燃焼ガスによって過熱され、過熱蒸気とされ、過熱器出口配管63に流入される。
In the present embodiment, the saturated steam of the
Saturated steam from the
このようにすると、過熱器37における蒸気の流れと燃焼ガスの流れとは、向流の関係になる。図3に、本実施形態における蒸気の温度変化73と燃焼ガスの温度変化75とを示している。また、図3には、比較例として、第一実施形態のように並流の関係としたときの蒸気の温度変化77が示されている。
温度変化73は、流れ方向全域において燃焼ガスと蒸気との温度差を大きく取ることができ、熱交換効率を向上させることができる。
In this way, the steam flow and the combustion gas flow in the
The
これにより、たとえば、1次過熱器管59の伝熱面積を小さくしても所定の高温の過熱蒸気を得ることができる。燃焼ガスとの接触が小さくなるので、1次過熱器管59に対する過度の加熱を抑制でき、1次過熱器管59の表面温度が高温になり減肉トラブルが発生することを抑制することができる。よって、同一蒸気条件においてもボイラをよりコンパクトにすることが可能となる。
Thereby, for example, even if the heat transfer area of the
なお、本発明は以上説明した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形を行ってもよい。
たとえば、前記実施形態では、再熱器57を備える舶用ボイラ5として説明しているが、これに限定されない。すなわち、再熱器57を有していない舶用ボイラ5にも適用することができる。
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the said embodiment, although demonstrated as the
5 舶用ボイラ
31 火炉
33 主バーナ
35 フロントバンクチューブ
37 過熱器
39 蒸発管群
59 1次過熱器管
61 2次過熱器管
5
Claims (5)
前記過熱器は、前記火炉側に配置された過熱器管の1次ループと、前記蒸発管群側に配置された過熱器管の2次ループとで構成され、前記1次ループおよび前記2次ループは、直列に接続されていることを特徴とする舶用ボイラ。 Combustion gas generated by combustion of a burner is a marine boiler configured to flow from a furnace through a superheater and an evaporation tube group,
The superheater includes a primary loop of a superheater pipe disposed on the furnace side and a secondary loop of a superheater pipe disposed on the evaporator tube group side, and the primary loop and the secondary loop A marine boiler characterized in that the loops are connected in series.
The marine boiler according to any one of claims 1 to 3, wherein steam flows from the secondary loop to the primary loop in the superheater.
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