JP2020085309A - ボイラ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一次再熱器と二次再熱器の中間部における炉幅方向での蒸気温度差を抑制しつつ、建屋高さを低減することができるボイラ装置を提供する。【解決手段】ボイラ装置１は、一次再熱器９と二次再熱器１０で構成される再熱器を備えており、一次再熱器９の出口マニホールド１２を、炉幅方向の中央部から左側壁に向かって延びる左側出口マニホールド１３と、炉幅方向の中央部から右側壁に向かって延びる右側出口マニホールド１４とに分割し、左側出口マニホールド１３を第１連結管１５を介して入口マニホールド１６の右端部に結合すると共に、右側出口マニホールド１４を第２連結管１７を介して入口マニホールド１６の左端部に結合した上で、これら左側出口マニホールド１３と右側出口マニホールド１４をほぼ同じ高さで前後方向に位置をずらして配置した。【選択図】図２

Description

本発明は、燃焼ガス通路内に再熱器等を配置してなるボイラ装置に係り、特に、一次再熱器と二次再熱器とで構成される再熱器のマニホールド配置構成に関する。

ボイラ装置においては、燃料を燃焼する火炉が鉛直方向に設置されており、この火炉の上方に煙道が連結されている。煙道は内部に燃焼ガス通路を有し、この燃焼ガス通路に蒸気を生成するための熱交換器が配置されている。そして、火炉内で発生した燃焼ガスが燃焼ガス通路を流れることにより、熱交換器を流れるボイラ給水を加熱して蒸気が生成される。

燃焼ガス通路内に配置される熱交換器は、過熱器、再熱器、節炭器により構成されている。給水ポンプから熱交換器に供給されたボイラ給水は、節炭器で予熱された後、火炉壁の水管に供給される間に飽和蒸気となり、過熱器で燃焼ガスによって加熱される。過熱器で生成された過熱蒸気は、高圧タービンに供給されて回転駆動に使用し、回転駆動後の蒸気は再熱器に供給される。ここで、再熱器は一次再熱器（低温再熱器）と二次再熱器（高温再熱器）とで構成されており、高圧タービンから排出された蒸気は、一次再熱器と二次再熱器で再度過熱された後、低圧タービンに供給されて回転駆動する（例えば、特許文献１参照）。

この種のボイラ装置では、火炉及び燃焼ガス通路の天井部にペントハウスと呼ばれる天井室が設けられ、このペントハウス内には、吊下げ型の熱交換器を構成する伝熱管群の上部が接続される複数の管寄と、これら管寄が接続されるマニホールドが配置されている。なお、マニホールドには入口マニホールドと出口マニホールドとがあり、一次再熱器と二次再熱器とで構成される再熱器においては、ペントハウス内に一次再熱器の出口マニホールドと二次再熱器の入口マニホールドとが連結した状態で配置されている。

特開２０１７−８９９０９号公報

マニホールド内の蒸気温度には炉幅方向の左右で温度差を生じるが、一次再熱器の出口マニホールドと二次再熱器の入口マニホールドとの間で左右の入れ替えを行えば、かかる左右での温度差を解消することが可能となる。具体的には、一次再熱器の出口マニホールドを炉幅方向に左右２分割した上で、一次再熱器の左側出口マニホールドを二次再熱器の入口マニホールドの右側に連結し、一次再熱器の右側出口マニホールドを二次再熱器の入口マニホールドの左側に連結すれば、炉幅左右での蒸気温度の差を解消することができる。

ここで、２分割した左側出口マニホールドと右側出口マニホールドを上下方向にずらして段違いに配置すれば、左側出口マニホールドを入口マニホールドの右側に結合する連結管と右側出口マニホールドとの干渉を回避できると共に、右側出口マニホールドを入口マニホールドの左側に結合する連結管と左側出口マニホールドとの干渉を回避することができる。しかし、そのようなマニホールドの配置構成とした場合、マニホールドを配置するペントハウスの高さを高くする必要があり、ボイラ装置の建屋高さが高くなってしまうという問題が発生する。

本発明は、このような従来技術の実情からなされたもので、その目的は、一次再熱器と二次再熱器の中間部における炉幅方向での蒸気温度差を抑制しつつ、建屋高さを低減することができるボイラ装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、代表的な本発明は、燃料を燃焼する火炉と、前記火炉内で発生した燃焼ガスが流れる燃焼ガス通路内に配置された再熱器と、前記火炉及び前記燃焼ガス通路の天井部に設けられたペントハウスとを備え、前記再熱器が一次再熱器と二次再熱器とで構成されていると共に、これら一次再熱器と二次再熱器を構成する伝熱管群の上部が、前記天井部を貫通して前記ペントハウス内に配置された管寄とマニホールドに接続されているボイラ装置において、前記一次再熱器の出口マニホールドは、炉幅方向の中央部分から前記火炉の左側壁側に延びる左側出口マニホールドと、炉幅方向の中央部分から前記火炉の右側壁側に延びる右側出口マニホールドとに分割されており、前記左側出口マニホールドが前記二次再熱器の入口マニホールドの右側に導かれる第１連結管に結合されていると共に、前記右側出口マニホールドが前記入口マニホールドの左側に導かれる第２連結管に結合されており、前記左側出口マニホールドと前記右側出口マニホールドは、炉幅方向と直交する前後方向に位置をずらして略同一高さに設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、一次再熱器と二次再熱器の中間部における炉幅方向での蒸気温度差を抑制しつつ、ボイラ装置の建屋高さを低減することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下に記載する実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施形態に係るボイラ装置の全体構成図である。 該ボイラ装置に備えられる一次再熱器と二次再熱器のマニホールド配置構成を示す斜視図である。 該マニホールド配置構成の平面図である。 該マニホールド配置構成の側面図である。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図４を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るボイラ装置の全体構成図である。図１に示すように、このボイラ装置１は、燃料を燃焼する火炉２と、火炉２内で発生した燃焼ガスの流路である燃焼ガス通路３と、火炉２及び燃焼ガス通路３の天井部に設けられたペントハウス４と、を備えている。火炉２及び燃焼ガス通路は、ボイラ鉄骨５の梁部５ａから図示しない吊下げロッド及び吊下げビームを用いて吊り下げられている。ボイラ建屋は、ボイラ鉄骨５を覆うように建設される（図示省略）。なお、以下の説明においては、ボイラ装置１の火炉２側を缶前、燃焼ガス通路３の出口側を缶後といい、缶前側から見たときの炉幅方向の左側を缶左、右側を缶右という。

火炉２の上部に連設された燃焼ガス通路３内には、燃焼ガスの熱を回収するための熱交換器として、一次過熱器６、二次過熱器７、三次過熱器８、一次再熱器９、二次再熱器１０、節炭器（図示せず）が設けられており、火炉２内で発生した燃焼ガスと熱交換器を流れるボイラ給水との間で熱交換が行われる。給水ポンプから熱交換器に供給されたボイラ給水は、節炭器で予熱された後、火炉壁の水管に供給される間に加熱されて飽和蒸気となる。

火炉２で加熱された過熱蒸気は、一次過熱器６の入口側に導入された後、一次過熱器６である程度過熱されて二次過熱器７に導入される。二次過熱器７に導入された過熱蒸気は、二次過熱器７でさらに過熱されて三次過熱器８に導入され、三次過熱器８で所定温度まで昇温された後、三次過熱器８の出口側から排出されて不図示の高圧タービンに供給される。そして、三次過熱器８を出た過熱蒸気により高圧タービンが回転駆動され、高圧タービンで仕事をした蒸気は一次再熱器９の入口側に導入される。高圧タービンから一次再熱器９に導入された蒸気は、一次再熱器９で過熱されてから二次再熱器１０に導入され、二次再熱器１０で所定温度まで昇温された後、二次再熱器１０の出口側から排出されて不図示の低圧タービンに供給される。なお、図１は過熱器、再熱器の位置関係の一例を示す構成図であって、各伝熱管の取り回し、ヘッダ、マニホールド類やボイラの壁、ダクト構造等を忠実に示すものではない。

このように構成されたボイラ装置１において、火炉２及び燃焼ガス通路３の天井部１１は、複数の伝熱管と伝熱管相互を交互に接続することにより製作されている。そして、天井部１１の上部に設けられたペントハウス４内に、吊下げ型の熱交換器である過熱器６，７，８や再熱器９，１０を構成する伝熱管群の上部と、これらの伝熱管群に接続された管寄及びマニホールドが配置されている。ここで、本実施形態に係るボイラ装置１では、低温側の一次再熱器９と高温側の二次再熱器１０とで構成される再熱器が用いられており、これら一次再熱器９の出口マニホールドと二次再熱器１０の入口マニホールドがペントハウス４内で連結されている。以下、かかる一次再熱器９と二次再熱器１０のマニホールド配置構成について、図２〜図４を参照しつつ詳細に説明する。

図２は一次再熱器と二次再熱器のマニホールド配置構成を示す斜視図、図３は該マニホールド配置構成の平面図、図４は該マニホールド配置構成の側面図である。

図２〜図４に示すように、一次再熱器９の出口マニホールド１２は炉幅方向に左右２分割されており、一方は炉幅方向の中央部から左側壁に向かって延びる左側出口マニホールド１３、他方は炉幅方向の中央部から右側壁に向かって延びる右側出口マニホールド１４となっている。そして、これら左側出口マニホールド１３と右側出口マニホールド１４は前後方向に位置をずらして配置されており、本実施形態の場合、左側出口マニホールド１３に対して右側出口マニホールド１４が後方に位置をずらして配置されている。

左側出口マニホールド１３の右端部には第１連結管１５の一端側が結合されており、第１連結管１５の他端側は、出口マニホールド１２の前方位置に配置された二次再熱器１０の入口マニホールド１６の右端部に結合されている。この第１連結管１５は、左側出口マニホールド１３と同軸上に配置される第１直線部１５ａと、第１直線部１５ａから缶前側に方向変換して入口マニホールド１６まで延びる第１ターン部１５ｂとを有しており、第１直線部１５ａは右側出口マニホールド１４と平行に対向している。

右側出口マニホールド１４の左端部には第２連結管１７の一端側が結合されており、第２連結管１７の他端側は入口マニホールド１６の左端部に結合されている。この第２連結管１７は、右側出口マニホールド１４と同軸上に配置される第２直線部１７ａと、第２直線部１７ａから缶前側に方向変換して入口マニホールド１６まで延びる第２ターン部１７ｂとを有しており、第２直線部１７ａは左側出口マニホールド１３と平行に対向している。したがって、左側出口マニホールド１３と右側出口マニホールド１４の前後方向の離間距離に相当する長さ分だけ、第２連結管１７の第２ターン部１７ｂは第１連結管１５の第１ターン部１５ｂよりも長めに設定されている。

左側出口マニホールド１３の缶後側には、複数の管寄１８が炉幅方向に一定間隔を存して溶接されており、右側出口マニホールド１４の缶前側には、複数の管寄１９が炉幅方向に一定間隔を存して溶接されている。すなわち、左側出口マニホールド１３に接続された管寄１８は、右側出口マニホールド１４と同軸配置された第２直線部１７ａに向かって後方へ突出し、右側出口マニホールド１４に接続された管寄１９は、左側出口マニホールド１３と同軸配置された第１直線部１５ａに向かって前方へ突出している。各管寄１８，１９には、それぞれ一次再熱器９の対応する伝熱管２０の上端が溶接されており、これら伝熱管２０の上部は天井部１１を貫通してペントハウス４内に達している。

図２中の矢印は蒸気の流れを示しており、一次再熱器９の入口マニホールドから出口マニホールド１２に導入される蒸気のうち、左側出口マニホールド１３に導入された蒸気は第１連結管１５を介して二次再熱器１０の入口マニホールド１６の右端部に供給され、右側出口マニホールド１４に導入された蒸気は第２連結管１７を介して入口マニホールド１６の左端部に供給される。すなわち、マニホールド内の蒸気温度には炉幅方向の左右で温度差を生じるが、本実施形態によるマニホールド配置構成では、一次再熱器９の出口マニホールド１２と二次再熱器１０の入口マニホールド１６との間で左右の入れ替えを行うことにより、炉幅左右での蒸気温度の差を解消するようにしている。

ここで、図４に示すように、前後方向に位置をずらした左側出口マニホールド１３と右側出口マニホールド１４は、ほぼ同じ高さに設定されて略同一平面上に配置されている。また、二次再熱器１０の入口マニホールド１６も左側出口マニホールド１３と右側出口マニホールド１４とほぼ同じ高さに設定されており、これら左側出口マニホールド１３と右側出口マニホールド１４及び入口マニホールド１６の三者は略同一平面上に配置されている。そして、このように一次再熱器９と二次再熱器１０の中間部であるマニホールドがペントハウス４内で平面的な配置となっているため、ペントハウス４の高さ寸法を小さくすることができる。

なお、上記したようなマニホールド配置構成を可能にしているのは、前後方向に位置をずらして配置した左側出口マニホールド１３と右側出口マニホールド１４をほぼ同じ高さに設定した上で、左側出口マニホールド１３を第１連結管１５を介して入口マニホールド１６の右端部に結合し、右側出口マニホールド１４を第２連結管１７を介して入口マニホールド１６の左端部に結合したからである。

以上説明したように、本実施形態に係るボイラ装置１では、一次再熱器９の出口マニホールド１２を、炉幅方向の中央部から左側壁に向かって延びる左側出口マニホールド１３と、炉幅方向の中央部から右側壁に向かって延びる右側出口マニホールド１４とに分割し、左側出口マニホールド１３を第１連結管１５を介して入口マニホールド１６の右端部に結合すると共に、右側出口マニホールド１４を第２連結管１７を介して入口マニホールド１６の左端部に結合した上で、これら左側出口マニホールド１３と右側出口マニホールド１４をほぼ同じ高さで前後方向に位置をずらして配置している。これにより、一次再熱器９の出口マニホールド１２と二次再熱器１０の入口マニホールド１６との間で左右の入れ替えを行って、炉幅方向での蒸気温度差を抑制することができると共に、ペントハウス４の高さ寸法を小さくしてボイラ装置１の建屋高さを低減することができる。

また、左側出口マニホールド１３に接続された管寄１８が右側出口マニホールド１４と同軸配置された第２直線部１７ａに向かって後方へ突出し、右側出口マニホールド１４に接続された管寄１９が左側出口マニホールド１３と同軸配置された第１直線部１５ａに向かって前方へ突出しているため、左側出口マニホールド１３と右側出口マニホールド１４に接続される各管寄１８，１９を同じ高さで一列に配置することができ、各管寄１８，１９に接続される伝熱管２０のペントハウス４内での長さを均一化することができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であり、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。前記実施形態は、好適な例を示したものであるが、当業者ならば、本明細書に開示の内容から、各種の代替例、修正例、変形例あるいは改良例を実現することができ、これらは添付の特許請求の範囲に記載された技術的範囲に含まれる。

例えば、上記の実施形態では、一次再熱器９の左側出口マニホールド１３に対して右側出口マニホールド１４を後方にずらした配置となっているが、その逆に、右側出口マニホールド１４を前方に位置させて左側出口マニホールド１３を後方にずらした配置としても良い。

また、上記の実施形態では、二次再熱器１０の入口マニホールド１６が一次再熱器９の左側出口マニホールド１３と右側出口マニホールド１４に対して僅かに下方位置に配置されているが（図４参照）、これら左側出口マニホールド１３と右側出口マニホールド１４及び入口マニホールド１６の三者がほぼ同じ高さに設定されていても良い。

１ ボイラ装置
２ 火炉
３ 燃焼ガス通路
４ ペントハウス
５ ボイラ鉄骨
６ 一次過熱器
７ 二次過熱器
８ 三次過熱器
９ 一次再熱器
１０ 二次再熱器
１１ 天井部
１２ 一次再熱器の出口マニホールド
１３ 一次再熱器の左側出口マニホールド
１４ 一次再熱器の右側出口マニホールド
１５ 第１連結管
１５ａ 第１直線部
１５ｂ 第１ターン部
１６ 二次再熱器の入口マニホールド
１７ 第２連結管
１７ａ 第２直線部
１７ｂ 第２ターン部
１８，１９ 管寄
２０ 一次再熱器の伝熱管

Claims (3)

1. 燃料を燃焼する火炉と、前記火炉内で発生した燃焼ガスが流れる燃焼ガス通路内に配置された再熱器と、前記火炉及び前記燃焼ガス通路の天井部に設けられたペントハウスとを備え、前記再熱器が一次再熱器と二次再熱器とで構成されていると共に、これら一次再熱器と二次再熱器を構成する伝熱管群の上部が、前記天井部を貫通して前記ペントハウス内に配置された管寄とマニホールドに接続されているボイラ装置において、
   前記一次再熱器の出口マニホールドは、炉幅方向の中央部分から前記火炉の左側壁側に延びる左側出口マニホールドと、炉幅方向の中央部分から前記火炉の右側壁側に延びる右側出口マニホールドとに分割されており、
   前記左側出口マニホールドが前記二次再熱器の入口マニホールドの右側に導かれる第１連結管に結合されていると共に、前記右側出口マニホールドが前記入口マニホールドの左側に導かれる第２連結管に結合されており、
   前記左側出口マニホールドと前記右側出口マニホールドは、炉幅方向と直交する前後方向に位置をずらして略同一高さに設定されていることを特徴とするボイラ装置。
2. 請求項１に記載のボイラ装置において、
   前記第１連結管が前記右側出口マニホールドに沿って平行に延びる第１直線部を有していると共に、前記第２連結管が前記左側出口マニホールドに沿って平行に延びる第２直線部を有しており、
   前記左側出口マニホールドに結合された前記管寄が前記第２直線部に向かって突出し、前記右側出口マニホールドに結合された前記管寄が前記第２直線部に向かって突出していることを特徴とするボイラ装置。
3. 請求項１または２に記載のボイラ装置において、
   前記入口マニホールドが、前記左側出口マニホールドと前記右側出口マニホールドに対し、炉幅方向と直交する前後方向に位置をずらして略同一平面上に配置されていることを特徴とするボイラ装置。

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