JP2875001B2 - 上昇流れ／下降流れ加熱管型循環システム - Google Patents

上昇流れ／下降流れ加熱管型循環システム

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JP2875001B2
JP2875001B2 JP2275502A JP27550290A JP2875001B2 JP 2875001 B2 JP2875001 B2 JP 2875001B2 JP 2275502 A JP2275502 A JP 2275502A JP 27550290 A JP27550290 A JP 27550290A JP 2875001 B2 JP2875001 B2 JP 2875001B2
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    • F22B21/341—Vertical radiation boilers with combustion in the lower part
    • F22B21/343—Vertical radiation boilers with combustion in the lower part the vertical radiation combustion chamber being connected at its upper part to a sidewards convection chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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  • Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は一般にボイラのための回路設計形状に関し、
詳しくは炉内の熱を吸収するための加熱管のための新規
且つ有益な循環システムに関する。
〔従来技術の説明〕
熱及び、低位置から高位置への流体を受ける炉回路は
“上昇流れ回路”として参照され、そして熱及び、高位
置から低位置への流体を受ける回路は“下降流れ回路”
として参照される。回路は、ヘッダ或はドラムの如き共
通地点から発しそしてやはりヘッダ或はドラムであり得
る共通地点に於て終端する単一或は一群の管から構成さ
れる。
最も一般的な循環ボイラの設計形状に於ては、蒸発部
分を構成する加熱管は、マルチ−ドラムボイラにおける
蒸気発生用バンクの加熱降水管の単一或は複数の管列を
除き、流体を上昇させるべく構成される。この種のボイ
ラでは、加熱された降水管が、炉及び蒸気発生用バンク
における上昇管のための全体循環流れを提供する。
第１図には代表的な工業ボイラの循環概念が示され
る。この概念に於ては蒸気ドラム10からの過冷（以下、
サブクール、即ち、所定圧力のための飽和温度よりも低
い温度を有することを意味する）水は、炉の排気通路20
内の蒸気発生用バンクの加熱された降水管12の列に入
る。サブクール水は降水管12内を降下して下方ドラム14
に収集される。下方ドラム14内に入る水のエンタルピー
は降水管12の各々によって吸収された熱によって増大さ
れる。下方ドラム14内の水は、吸収された熱に依存し
て、サブクール水となるか或は飽和され得る。下方ドラ
ム14を出る混合体は、蒸気発生用バンクの上昇管16を上
昇するか或は大型管、即ち降水管と称されるパイプ18を
下降する。上昇管16を上昇する液体は熱を吸収しそして
蒸気ドラム10内に入る。降水管18を降下する液体はこの
降水管18から入口ヘッダ19への直結部分か或は液体を特
定の入口ヘッダに送る中間供給管22を介して炉の入口ヘ
ッダ19に到達する。入口ヘッダ19に入る液体はこの入口
ヘッダ19に接続される炉管24に分配される。この炉管は
炉の燃焼チャンバ30内で燃料を燃焼させることによって
加熱される。炉管24による熱の吸収により炉管24内の液
体が沸騰せしめられ、その結果、水及び蒸気の２相混合
体が生じる。炉管24内の２相混合体は、炉管24と蒸気ド
ラム10との直結部か或は中間上昇管26を介して蒸気ドラ
ム10に到達する。中間上昇管26は、炉回路の出口ヘッダ
28から２相混合体を蒸気ドラム10へと移送する。蒸気ド
ラム10内の内側分離装置が２相混合体を蒸気と水に分離
する。蒸気ドラム10の送給パイプ（図示せず）から排出
されるサブクール水並びに内側分離装置から排出される
飽和液は、降水管12によって蒸気ドラム10を出るサブク
ール水を生じさせるために互いに混合され、斯くして前
記循環概念のための循環流れループが完結される。
〔発明が解決しようとする課題〕
ボイラの蒸気発生用バンクモジュール及び選択された
炉、そして燃焼ガスの流れを受ける対流路壁エンクロー
ジャのためには、蒸気発生用バンクモジュール及び対流
路壁エンクロージャの上昇回路内の全ての管内で流体を
流れ不安定性を回避しつつ適切に循環させるための域値
での熱入力が要求される。
ここで言う対流路壁エンクロージャとは、入口ヘッダ
及び出口ヘッダ間で相互に結合された、流体を搬送する
複数の管あるいは管パネルが、主にガス流れと管との間
の対流熱伝達を介して熱を吸収する種々の構造に対して
参照される。そうした構造は、少なくとも部分的にボイ
ラの排気通路或は通路を画定するものである。蒸気発生
用バンクモジュールの作用あるいは機能もこの対流路壁
エンクロージャと類似のものであるが、蒸気発生用バン
クモジュールの場合は、煙道ガス流路内に路の幅方向を
横断する、相互に平行に配列された複数の管セクション
が含まれる点が構造上相違している（尚、本明細書では
蒸気発生用バンクモジュールを備えた実施例を図２及び
３に、対流路壁エンクロージャを備えた実施例を図４に
それぞれ例示している）。
特定の設計形状のためには、蒸気発生用バンクモジュ
ール或は対流路壁エンクロージャの全ての管を、もっと
費用の嵩む寸法形状（管流れ速度を増大させるためのず
っと肉厚の管、一段と背の高い蒸気発生用バンクモジュ
ール或は対流路壁エンクロージャ、システム流れ抵抗を
低下させるために追加された循環システム圧力部結合
部、等を含む寸法形状）への取替えなくしては、前記蒸
気発生用バンクモジュール或は対流路壁エンクロージャ
内の上昇回路内を循環させることは不可能である。
費用の嵩む蒸発モジュールに代わるものとしての大抵
の自然循環設計形状に於ては、所望されるボイラ出口ガ
ス温度に合致させるために要求される追加的な熱を吸収
するためのエコノマイザ表面が追加され得る。エコノマ
イザ表面が追加された場合、エコノマイザ出口水の温度
は上昇する。エコノマイザ出口水は蒸気ドラムに送られ
るが、もしエコノマイザ出口水の温度が蒸気ドラム内の
液体の飽和温度に達すると、ボイラの循環システムは蒸
気ドラムに入る給水をサブクール水とすることができな
くなる。蒸気ドラムに入る給水がサブクール水であるこ
とは、このサブクール水が、循環システムを作動させる
ために必要な“ポンピング”ヘッドの一部分を提供する
ことから、エコノマイザ出口水の温度が飽和或は近飽和
温度となってサブクール水を得られなくなった場合、適
切なボイラ循環及び所望されるボイラ効率（出口ガス温
度）を達成するためには、エコノマイザ出口温度を低下
させるか（例えば水冷空気ヒータの使用によって）或は
追加的な費用を伴う循環システム圧力部結合を追加する
必要がある。
従って、本発明が解決しようとする課題は、所望のボ
イラ効率のためのユニットコストに最少化に際しての経
済上の問題を解決することである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の１様相に於ては、選択し得る下降及び上昇回
路が、選択されたそれら一群の下降回路及び上昇回路の
ための循環システムが互いに独立するよう相互に組み込
まれる。この概念の多くは形式のボイラ設計形状（例え
ばラジアントボイラ、スターリングパワーボイラ、循環
流動床ボイラ、プロセスリカバリーボイラ、Municipal
Solid Waste and Turbine Exhaust Gasボイラ）のため
に使用され得る。
本発明の下降流れ蒸発モジュール及び下降流れ対流路
壁エンクロージャは、所望のボイラ効率のためのユニッ
トコストの最少化に際しての経済上の問題を、蒸気発生
用バンクモジュール或は対流路壁エンクロージャの製造
に要するユニット固有のコスト上昇を回避することによ
って、或は従来技術の如くエコノマイザ表面を追加する
コストを回避することによって解決する。
本発明に従えば、蒸気ドラムからの水は、降水管によ
って上昇流れ蒸気発生用バンクモジュールの下方の入口
ヘッダと、下降流れ蒸気発生用バンクモジュールの上方
の入口ヘッダとの両方に供給される。更には、所望であ
れば降水管を下降流れ対流路壁エンクロージャ回路の上
方の入口ヘッダにも結合させる、サブクール水をこの上
方の入口ヘッダを通して下方に搬送せしめることができ
る。本発明は与えられたボイラの要件に依存しての必要
に応じて、蒸気発生用バンクモジュールの幾つか或は全
て及び或は対流路壁エンクロージャ回路の幾つか或は全
てに対し選択的に適用し得る。
上昇流れ蒸気発生用バンクモジュールの下方の入口ヘ
ッダに入る水はこの上昇流れ蒸気発生用バンクモジュー
ルの管を上昇し、そこに沿って熱を吸収する。管内の水
が熱を吸収することにより２相混合体が創成される。こ
の２相混合体は管を出て上昇流れ蒸気発生用バンクモジ
ュールの出口ヘッダに入る。この２相混合体は上昇管に
よって蒸気ドラムへと運ばれる。
下降流れ蒸気発生用バンクモジュールの上方の入口ヘ
ッダに入る水はこれら各モジュール回路を構成する管へ
と分配される。これら各モジュールの管を下方に移動す
る水は前記各モジュールの下方の出口ヘッダに収集され
る。同様に、下降流れ対流路壁エンクロージャ回路の上
方の入口ヘッダに入る水は、この下降流れ対流路壁エン
クロージャ回路を構成する管に分配される。水は下降流
れ対流路壁エンクロージャ回路を構成する管を下方に移
動し、下降流れ対流路壁エンクロージャ回路の下方の出
口ヘッダに収集される。出口ヘッダの水のエンタルピー
は前記各回路に於て吸収された熱によって増大される。
しかしながら、出口ヘッダの水は、一般に、前記各モジ
ュールあるいは下降流れ対流路壁エンクロージャの吸収
する熱量が出口ヘッダの水を飽和温度まで加熱するため
に必要な熱量よりも小さいことからサブクール水であ
る。
上昇流れ蒸気発生用バンクモジュールは、もしこれを
設ける場合には、下降流れ蒸気発生用バンクモジュール
の上流（燃焼ガス流れに関して）に配置される。この配
置は、燃焼ガスの熱が、流れ不安定性を回避しつつ上昇
流れ蒸気発生用バンクモジュールを適切に循環するため
に要求される域値熱入力を越えるに十分なものである場
合に使用される。しかしながら、もし所定位置での熱入
力が域値以下である場合は、全ての蒸気発生用バンクモ
ジュールは下降流れ蒸気発生用バンクモジュールとして
形成される。斯くして、もし全ての蒸気発生用バンクモ
ジュールの上流側での熱入力が域値以下である場合に
は、全ての蒸気発生用バンクモジュールは下降流れ蒸気
発生用バンクモジュールとして形成され得る。
下降流れ蒸気発生用バンクモジュールの出口ヘッダ並
びに、下降流れ対流路壁エンクロージャの出口ヘッダか
らの下方の降水管及び供給管を使用して、ボイラの炉回
路への供給を行う。前記炉回路で発生した２相混合体は
上昇管によって蒸気ドラムへと搬送される。
蒸気ドラム内の内側分離装置が前記２相混合体を蒸気
と水とに分離する。蒸気ドラム内の送給パイプから排出
されるサブクール水及び前記内側分離装置から排出され
る飽和液は互いに混合され、降水管を介して蒸気ドラム
を出るサブクール水となり、斯くして本発明の循環流れ
ループが完結される。
〔実施例の説明〕
特に第２図を参照するに、本発明は燃焼室30および排
気通路20を具備するボイラのための流体流れ回路を含ん
でいる。本発明の流体流れ回路は従来通りの設計形状の
蒸気ドラム40を具備している。蒸気ドラム40には、この
蒸気ドラムからのサブクール水を受けるための、上方の
第１の降水管42及び第２の降水管44が結合される。所望
であれば追加的な上方の降水管を使用し得る。第１の上
昇管58及び第２の上昇管60から成る各アセンブリが、飽
和水及び飽和蒸気から成る２相混合体を蒸気ドラムに戻
すために蒸気ドラム40に同様に結合される。所望であれ
ば追加的な上昇管アセンブリを使用し得る。
単一の上昇流れ蒸気発生用バンクモジュール46が排気
通路20に於て位置決めされる。この上昇流れ蒸気発生用
バンクモジュール46は、上方の降水管42に結合された下
方の入口ヘッダ52と、第１の上昇管58に結合された上方
の出口ヘッダ50とを具備する。
一対の下降流れ蒸気発生用バンクモジュール48もま
た、排気通路20の、上昇流れ蒸気発生用バンクモジュー
ル46の下流側（矢印によって示される燃焼用ガス流れに
関して）に位置決めされる。各下降流れ蒸気発生用バン
クモジュール48は上方の入口ヘッダ54及び下方の出口ヘ
ッダ56を具備する。下降流れ蒸気発生用バンクモジュー
ル48の上方の入口ヘッダ54は、蒸気ドラム40からのサブ
クール水を受けるために各々第２の降水管44に結合され
る。サブクール水は排気通路20に於て更に加熱され、一
対の下方の降水管62への給水として供給される。所望で
あれば追加的な下方の降水管を使用し得る。下方の降水
管62は全体を参照番号66で示される種々の供給管アセン
ブリに結合される。これら供給管アセンブリは、燃焼チ
ャンバ30内で発生した熱を吸収するために前記燃焼チャ
ンバ30に沿って伸延する多数の炉回路64の下方端への給
水を行う。炉回路64の上端は、水及び蒸気から成る２相
混合体を蒸気ドラム40に供給する第１の上昇管58及び第
２の上昇管60に結合される。
第３図には本発明の別態様が示され、ここでは同一或
は類似のパーツを示すために同一の参照番号が使用され
ている。第３図では上昇流れ蒸気発生用バンクモジュー
ル46は、排気通路20の上流側位置に位置決めされ、一
方、単一の下降流れ蒸気発生用バンクモジュール48が排
気通路20の、前記上昇流れ蒸気発生用バンクモジュール
46の下流側に位置決めされている。その他の結合は第２
図に示される具体例におけるそれと同一である。
第４図には本発明に従う炉における加熱管回路の側面
図が示され、ここでは上昇流れ蒸気発生用バンクモジュ
ール46及び下降流れ蒸気発生用バンクモジュール48は、
本発明を代表的な下降流れ対流路壁エンクロージャ回路
（対流路壁エンクロージャ回路とは、先にも言及したよ
うに、入口ヘッダ及び出口ヘッダ間で相互に結合され
た、流体を搬送する複数の管あるいは管パネルが、主に
ガス流れと管との間の対流熱伝達を介して熱を吸収する
種々の構造に対して参照されるものであり、そうした構
造は少なくとも部分的にボイラの排気通路或は通路を画
定する）68に適用する状況を明瞭化するべく省略されて
いる。第４図では３つのそうした下降流れ対流路壁エン
クロージャ回路68が示され、各々上方ヘッダ70及び下方
ヘッダ72を有し、これらの上方ヘッダ70及び下方ヘッダ
72が排気通路20に位置決めされ且つ部分的にこの排気通
路を画定している。下降流れ蒸気発生用バンクモジュー
ル48に給水する上方の第２の降水管44もまた、サブクー
ル水を下降流れ対流路壁エンクロージャ回路68に給水す
るために使用されている。先に、下降流れ蒸気発生用バ
ンクモジュール48からの加熱水を受けるために下方の出
口ヘッダ56に結合されるものとして説明した下方の降水
管62もまた、下降流れ対流路壁エンクロージャ回路68か
らの水を受けるために使用され且つ下方ヘッダ72に結合
される。その他の結合は第２図及び３図の具体例におけ
るそれと同一である。
本発明は、従って本概念を対流路壁エンクロージャ回
路に対して類似態様で適用すること無く、幾つかの或は
全ての蒸気発生用バンクモジュールに適用し得ること
を、或は、蒸気発生用バンクモジュールに適用すること
無く対流路壁エンクロージャ回路のみに適用し得ること
を、或は何れかの形式及び任意の組合せから成る幾つか
の回路に選択的に適用し得ることを理解されたい。対流
路壁エンクロージャ回路68が部分的に排気通路20を画定
する側壁として示されたが、本概念は屋根エンクロージ
ャ、床エンクロージャ、バッフル壁、隔壁その他、ガス
流れを１つ以上の流路に分割し、部分的に排気通路20を
画定する構造の如き幾つかの或は全ての対流路壁エンク
ロージャ回路にして、出口ヘッダ72が前記回路の入口ヘ
ッダ70よりも低位置にあるそうした回路に対して等しく
適用し得るものであることもまた理解されたい。
本発明が、ボイラ内の別個の流れ回路での適切な自然
循環を、費用の嵩む蒸気発生用バンクモジュール形状或
は壁エンクロージャ寸法形状を使用すること無く可能と
することを理解されよう。かくして本発明は、下降流れ
／上昇流れ回路の各群での設計形状に沿った自然な流れ
特性を実現することから、既存の或は新規な構造への適
用が容易である。従って、本発明の原理の適用を例示す
るために本発明の特定具体例が詳細に示され且つ説明さ
れたが、本発明をそうした原理から離れること無くその
他の具体例に於て具体化し得ることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来からの工業ボイラのための加熱管回路の概
念図である。 第２図は本発明に従う炉における加熱管回路の側面図で
ある。 第３図は本発明の別態様の第２図と同様の側面図であ
る。 第４図は本発明に従う炉における加熱管回路の側面図で
あり、ここでは明瞭化のために蒸気発生用バンクモジュ
ールは省略されており、本発明を代表的な下降流れ対流
路壁エンクロージャ回路に適用した状態が示されてい
る。 尚、図中主な部分の名称は以下の通りである。 20:排気通路 40:蒸気ドラム 42:第１の降水管 44:第２の降水管 46:上昇流れ蒸気発生用バンクモジュール 50:上方の出口ヘッダ 52:下方の入口ヘッダ 54:上方の入口ヘッダ 58:第１の上昇管 60:第２の上昇管 62:下方の降水管 64:炉回路 66:供給管アセンブリ 68:下降流れ対流路壁エンクロージャ回路 70:上方ヘッダ 72:下方ヘッダ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F22B 21/32 F22B 21/34

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】排気通路（20）を備えたボイラ及び燃焼チ
    ャンバ（30）を有する流体流れ回路を含む蒸気発生用シ
    ステムであって、 水から蒸気を分離させるための蒸気ドラム（40）と、 蒸気ドラム（40）に接続され、該蒸気ドラムからの水を
    受ける上方の降水管（42,44）と、 蒸気ドラム（40）に接続され、飽和蒸気と水との混合体
    を蒸気ドラム（40）に戻す上昇管（58、60）と、 燃焼チャンバ（30）に沿って伸延し、該燃焼チャンバか
    らの熱を受け、上端部が上昇管（58、60）に結合され
    た、少なくとも１つの炉回路（64）と、 を含み、 上方ヘッダ（70）及び下方ヘッダ（72）を有する少なく
    とも１つの下降流れ対流路壁エンクロージャ回路（68）
    が、熱を吸収するために位置決めされ且つ部分的に排気
    通路（20）を画定し、上方の降水管の一方（44）が、水
    の一部分を受けるために上方ヘッダ（70）に接続され、 下降流れ対流路壁エンクロージャ回路（68）の下方ヘッ
    ダ（72）に下方の降水管（62）が接続され、炉回路（6
    4）の下端が該下方の降水管（62）に接続されているこ
    と、 を特徴とする蒸気発生用システム。
  2. 【請求項２】上方のヘッダ（50）及び下方のヘッダ（5
    2）を有し、熱を吸収するために排気通路（20）内に位
    置決めされた少なくとも１つの上昇流れ蒸気発生用バン
    クモジュール（46）を含み、上方の降水管（42,44）
    が、水の別の一部分を受けるために下方のヘッダ（52）
    に接続され、上方のヘッダ（50）が上昇管（58、60）の
    少なくとも一方に接続される請求項１に記載の蒸気発生
    用システム。
  3. 【請求項３】上方のヘッダ（54）及び下方のヘッダ（5
    6）を有し、熱を吸収するために排気通路（20）内に位
    置決めされた少なくとも１つの下降流れ蒸気発生用バン
    クモジュール（48）を含み、上方の降水管（42、44）の
    一方が、水の一部分を受けるために上方のヘッダ（54）
    に接続され、下方の降水管（62）が下方のヘッダ（56）
    に接続される請求項２に記載の蒸気発生用システム。
  4. 【請求項４】上方のヘッダ（54）及び下方のヘッダ（5
    6）を有し、熱を吸収するために排気通路（20）内に位
    置決めされた少なくとも１つの下降流れ蒸気発生用バン
    クモジュール（48）を含み、上方の降水管（42、44）の
    少なくとも一方が、水の一部分を受けるために上方のヘ
    ッダ（54）に接続され、下方の降水管（62）が下方のヘ
    ッダ（56）に接続される請求項１に記載の蒸気発生用シ
    ステム。
  5. 【請求項５】排気通路（20）を備えたボイラ及び燃焼チ
    ャンバ（30）を有する流体流れ回路を含む蒸気発生用シ
    ステムであって、 水から蒸気を分離させるための蒸気ドラム（40）と、 蒸気ドラム（40）に結合され、該蒸気ドラムからの水を
    受ける少なくとも１つの上方の降水管（42、44）と、 蒸気ドラム（40）に接続され、飽和蒸気と水との混合体
    を蒸気ドラム（40）に戻す上昇管（58、60）と、 燃焼チャンバ（30）に沿って伸延し、該燃焼チャンバか
    らの熱を受け、上端部が上昇管（58、60）に結合された
    炉回路（64）と、 を含み、 上方のヘッダ（54）及び下方のヘッダ（56）を有する少
    なくとも１つの下降流れ蒸気発生用バンクモジュール
    （48）が、熱を吸収するために排気通路（20）内に位置
    決めされ、上方の降水管（42、44）の少なくとも一方
    が、水を受けるために上方のヘッダ（54）に接続され、 下方の降水管（62）が、下方のヘッダ（56）と、炉回路
    （64）の下端とに結合されていること、 を特徴とする蒸気発生用システム。
  6. 【請求項６】上方のヘッダ（50）及び下方のヘッダ（5
    2）を有し、熱を吸収するために排気通路（20）内に位
    置決めされた少なくとも１つの上昇流れ蒸気発生用バン
    クモジュール（46）を含み、一方の上方の降水管（42）
    が、水の一部分を受けるために下方のヘッダ（52）に接
    続され、上方のヘッダ（50）が上昇管（58、60）に接続
    される請求項５に記載の蒸気発生用システム。
  7. 【請求項７】上昇流れ蒸気発生用バンクモジュール（4
    6）が、排気通路（20）内で、燃焼チャンバ（30）から
    のガス流れに関して、下降流れ蒸気発生用バンクモジュ
    ール（48）の上流側に位置決めされる請求項６に記載の
    蒸気発生用システム。
JP2275502A 1989-10-17 1990-10-16 上昇流れ／下降流れ加熱管型循環システム Expired - Lifetime JP2875001B2 (ja)

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