JP2019143917A - 蒸発器、これを備えた排熱回収ボイラ、及び蒸発器の改造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図8に示すように、従来の蒸発器を構成する伝熱管141は、燃焼排ガスの流路に複数配置されており、これら複数の伝熱管141の表面には、複数のフィン142が設けられている。伝熱管141の表面に設けられるフィン142のフィンピッチは、燃焼排ガスの上流側から下流側の全ての伝熱管141において、同一となっている。また、伝熱管141内には水が流れており、この水は燃焼排ガスの流路を流れる燃焼排ガスと熱交換することによって蒸気化する。
本開示の幾つかの実施形態に係る蒸発器は、燃焼排ガスから熱エネルギを回収して管内を流通する流体へ伝熱する複数の伝熱管と、前記複数の伝熱管の表面に設けられた複数のフィンと、を備え、前記複数の伝熱管により構成され、供給される水から蒸気を発生させる蒸発器において、前記複数の伝熱管は、前記燃焼排ガスの流れの上流側に設けられた第1領域と、前記第1領域内よりもフィンピッチが狭い前記燃焼排ガスの流れの下流側に設けられた第2領域との2つの領域から構成されており、前記第1領域の前記伝熱管の数量は、前記第1領域及び前記第2領域の合計の記伝熱管の数量のうちの15%〜50%の範囲を占めるように設けられている。
以下、本開示の一実施形態に係る蒸発器について、図1〜図3を用いて説明する。
図1は本開示の一実施形態に係る蒸発器を備えた排熱回収ボイラの構成を示す概略図である。
次に、本開示の蒸発器の改造方法の一例について説明する。
本開示の幾つかの実施形態に係る蒸発器の改造方法は、燃焼排ガスから熱エネルギを回収して管内を流通する流体へ伝熱する複数の伝熱管と、前記複数の伝熱管の表面に設けられた複数のフィンと、を備えていて、複数の伝熱管より構成されて、供給される水から蒸気を発生させる蒸発器の改造方法である。本開示の幾つかの実施形態に係る蒸発器の改造方法では、前記複数の伝熱管を、前記燃焼排ガスの流れの上流側に設けられた第1領域と、前記第1領域内よりもフィンピッチが狭い前記燃焼排ガスの流れの下流側に設けられた第2領域との2つの領域から構成する。そして、前記第1領域の伝熱管の数量が前記第1領域及び前記第2領域の合計の伝熱管の数量のうちの15%〜50%の範囲を占めるように、前記第1領域を設けるものである。
本実施形態の蒸発器4においては、上記のように伝熱管41のフィンピッチを、燃焼排ガスの流れの上流側で広くした第1領域と、そして下流側で狭くした第2領域とで構成したことを特徴とする。これにより、伝熱管41の吸熱量を十分に確保することができる。また、複数の伝熱管41を2つの領域から構成するため、3つ以上の領域から構成するよりも設計が容易となる。また、複数の伝熱管41を2つの領域から構成した上で、第1領域45の範囲を検討して、第1領域の伝熱管の数量は、第1領域及び第2領域の合計の伝熱管の数量のうちの15%〜50%の範囲を占めるように設けることとしたことにより、これまでにない知見を得ることができた。具体的には、第1領域45を上記範囲の下限値(15%)未満とすると、伝熱管41内で発生した蒸気が水と層分離し、蒸気が伝熱管41内面に接触して熱伝達率が低下してしまう。一方、第1領域45を上記範囲の下限値以上とすると、水と蒸気との層分離が抑制されるため、蒸気が伝熱管41内面へ接触しにくくなり、良好な熱伝達率が維持できる。これにより、伝熱性能の低下が抑制される。即ち、第1領域45を上記範囲の下限値以上とすることにより、伝熱管41内全体において、水と蒸気とが層分離せずに、水が蒸気を内包した状態の流れを形成することができる。これにより、層分離による伝熱管41内面の熱伝達率の低下が防止されるため、吸熱量の低下を抑制することができる。また、給水にリン酸塩処理がなされている場合においては、蒸気と水の界面部でリン酸が濃縮し、腐食を発生させる可能性も低減することができる。ただし、蒸発器全体での伝熱面積の確保のため、第1領域の上限値を上記範囲の通り50%として、フィンピッチが狭く伝熱面積の大きな伝熱管による第2領域を確保している。
2 ケーシング
3 高圧過熱器
4 (高圧)蒸発器
5 高圧節炭器
6 低圧蒸発器
7 低圧節炭器
8 外郭部
9 ガス入口部
10 出口ダンパ
11 ガス出口部
41 伝熱管
42 フィン
43 入口ヘッダ
44 出口ヘッダ
45 第1領域
46 第2領域
S 蒸気
W 水
Claims (5)
- 燃焼排ガスから熱エネルギを回収して管内を流通する流体へ伝熱する複数の伝熱管と、
前記複数の伝熱管の表面に設けられた複数のフィンと、
を備え、前記複数の伝熱管により構成され、供給される水から蒸気を発生させる蒸発器において、
前記複数の伝熱管は、前記燃焼排ガスの流れの上流側に設けられた第1領域と、前記第1領域内よりもフィンピッチが狭い前記燃焼排ガスの流れの下流側に設けられた第2領域との2つの領域から構成されており、
前記第1領域の前記伝熱管の数量は、前記第1領域及び前記第2領域の合計の前記伝熱管の数量のうちの15%〜50%の範囲を占めるように設けられていることを特徴とする蒸発器。 - 前記複数の伝熱管は、前記燃焼排ガスの流れ方向に直交し、かつ水平方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項1に記載の蒸発器。
- 前記複数の伝熱管は、前記燃焼排ガスの流れ方向に沿って千鳥状に配置され、入口ヘッダ側の前記伝熱管は、前記燃焼排ガスの流れ方向の上流側から下流側に配置され、出口ヘッダ側の前記伝熱管は、前記燃焼排ガスの流れ方向の下流側から上流側へと配置されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の蒸発器。
- 前記燃焼排ガスは、ケーシングの内側をガス入口部からガス出口部まで流通し、
前記ケーシング内に前記燃焼排ガスと熱交換を行う複数の熱交換器を備え、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の蒸発器は、前記ケーシングに設置された前記複数の熱交換器のなかで、最も管内圧力が高い蒸発器として適用されることを特徴とする排熱回収ボイラ。 - 燃焼排ガスから熱エネルギを回収して管内を流通する流体へ伝熱する複数の伝熱管と、前記複数の伝熱管の表面に設けられた複数のフィンと、を備え、前記複数の伝熱管より構成され、供給される水から蒸気を発生させる蒸発器の改造方法であって、
前記複数の伝熱管を、前記燃焼排ガスの流れの上流側に設けられた第1領域と、前記第1領域内よりもフィンピッチが狭い前記燃焼排ガスの流れの下流側に設けられた第2領域との2つの領域から構成し、前記第1領域の前記伝熱管の数量が前記第1領域及び前記第2領域の合計の前記伝熱管の数量のうちの15%〜50%の範囲を占めるように、前記第1領域を設けることを特徴とする蒸発器の改造方法。
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