JP3188270B2 - 蒸気発生器 - Google Patents

蒸気発生器

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JP3188270B2 JP50575094A JP50575094A JP3188270B2 JP 3188270 B2 JP3188270 B2 JP 3188270B2 JP 50575094 A JP50575094 A JP 50575094A JP 50575094 A JP50575094 A JP 50575094A JP 3188270 B2 JP3188270 B2 JP 3188270B2
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    • F22B37/14—Supply mains, e.g. rising mains, down-comers, in connection with water tubes

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、煙道の周囲壁が互いに気密に接続された管
によって形成され、これらの管がほぼ垂直に配置され媒
体側が下から上に貫流される化石燃料燃焼式蒸気発生器
に関する。
周囲壁はしばしば伝熱面要素ごとに種々の強さの加熱
作用に曝される。例えば化石燃料用の多数のバーナが配
置されている下側範囲においては一般に加熱作用はその
上側範囲におけるより著しく強い。この理由は、この上
側部分にはしばしば、特に熱放射による過大な加熱作用
に対して周囲壁を遮蔽する補助的な熱交換器伝熱面が配
置されていることにある。
ヨーロッパ特許第0054601号公報で公知の蒸気発生器
では、垂直の煙道の周囲壁は下側部分においてだけしか
蒸発器伝熱面として使用されていない。蒸気（あるいは
部分負荷においては水・蒸気混合物）は続いて後置接続
された対流蒸発器に導かれる。周囲壁の上側部分は過熱
器伝熱面として作用する管によって形成されている。周
囲壁の一部しか蒸発器面として利用されていないので、
各管の多重加熱あるいは過比例加熱の際に、これらの管
の出口において比較的僅かな温度差しか生じない。蒸発
器伝熱面に後置接続された対流蒸発器の管における水・
蒸気混合物の不均一な分布はこの蒸発器の僅かな加熱の
ために調節できる。もっとも周囲壁の上側部分の冷却が
約280〜320バールの高い圧力下の過熱蒸気で行われるの
で、この周囲壁の上側部分には製造の際に複雑な熱処理
を必要とする高クロム含有鋼が使用される。更にこの公
知の装置は対流蒸発器へのおよびそこからの接続配管お
よび管寄せを必要とするので著しく高い経費がかかり、
対流煙道において特に燃焼ガス側に調節通路を組み込む
ことによって増大した調節費用を必要としている。類似
した装置は文献「ファウゲーベー・クラフトウエルクテ
ヒニク」1991年、第７号、第637〜643頁にも記載されて
いる。
周囲壁がスパイラル状管構造をしている貫流形蒸気発
生器では管内の質量流量密度は一般に約2500kg/m2sであ
り、この貫流形蒸気発生器の場合、多重加熱の管間の温
度差への影響は垂直煙道の上側部分における管内径を増
大によって低下させられている。しかしこの原理は、垂
直に配置された管から成る周囲壁の場合には、もともと
比較的小さな質量流量密度（管内における流速の尺度で
もある）が臨界点の近くにおける蒸気圧力において管の
確実な冷却がもはや保証されないほどに減少されるの
で、利用することはできない。更に、一方では管を確実
に冷却するために高い質量流量を必要とし、他方では高
い質量流量が各管の間において大きな温度差を生じてし
まうという問題があり、更に湿り蒸気範囲において中間
管寄せを利用する際、水・蒸気が分解してその分布が不
均一になるというおそれがあり、この中間管寄せに後置
接続された管系統において大きな温度差が生じてしま
う。
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の蒸気発生器を一
方では周囲壁の管の十分な冷却を保証し、他方では各管
の多重加熱が個々の管の間に許容できない温度差を生じ
ないように改良することにある。またこれを僅かな費用
で達成しようとするものである。
本発明によればこの課題は、煙道の下部に敷設された
第一部分における管がその上側に位置する煙道の第二部
分における管よりも大きな内径を有していることによっ
て解決される。
煙道の下側部分に敷設された第一部分（以下において
周囲壁の第一区域とも呼ぶ）は非常に高い熱流束と管内
における良好な内部熱伝達によって特色づけられ、例え
ばバーナ範囲に位置している。その上側に位置する煙道
の第二部分（以下において周囲壁の第二区域とも呼ぶ）
は同様に高い熱流束と管内における低下した内部熱伝達
とによって特色づけられ、例えば蒸気発生器のバーナ範
囲に続くいわゆるガス放射室に配置されている。
周囲壁の第一区域は好適には内部熱伝達を向上するた
めに内側にフィンが付けられ垂直に配置された管を有し
ている。これらの管は有利には、全負荷において管内に
おける平均質量流量密度が好適には1000kg/m2sより小さ
いように寸法づけられている。第一区域の出口における
蒸気の平均含有率は例えば40％の部分負荷において0.8
〜0.95とされている。この条件においては各管の多重加
熱がそれらの管の中の流量を増大するような良好な流れ
状態が生じ、これにより管の出口には僅かな温度差しか
生じなくなる。
周囲壁の第二区域において運転状態に関係して熱伝達
に問題が生ずる、即ちいわゆる「ドライアウト」が生ず
ることがある。この低下した内部熱伝達において許容で
きないほど高い管壁温度の発生を回避するために、質量
流量密度は有利には1000kg/m2s以上に高められる。従っ
て管の内径は第一区域から第二区域への移行部において
同じ平行管数あるいは同じ管ピッチを維持した状態で減
少されている。この内径の減少によって、第二区域にお
ける高い熱流束においても確実な管冷却が保証される。
第二区域の小さな内径の管は有利には第一区域の大き
な内径の管に直接接続されているので、両区域の管は互
いに直接移行している。第二区域の管は少なくともまず
最初に貫流される部分に同様に内側フィンを持たせるこ
とができる。
加熱される蒸発器・平行管系統において入口と出口と
の間で圧力降下が生じ、この圧力降下は出口に向かって
主に高い蒸気速度に基づく摩擦によって発生される。高
い摩擦圧力降下は、強く加熱された管を通る質量流量を
減少させるか、あるいは加熱に比べて僅かしか増加させ
ない。蒸気の形成により摩擦圧力損失が大きく増大する
範囲に圧力平衡タンクを配置するとき、圧力平衡タンク
の前に位置する系統は加熱差にほぼ理想的に適合でき、
即ち強い加熱はほぼ一様な強さの質量流量を生ずる。
従って有利な実施態様においては、煙道の第一部分の
上側半部に例えば第一区域から第二区域への移行部の近
くにおいて各管に圧力平衡管が接続されている。圧力平
衡管は好適には垂直煙道の外側に設けられた一つあるい
は複数個の圧力平衡タンクに導かれている。この圧力平
衡によって両区域は流れ側が十分に切り離される。従っ
て比較的大きな質量流量密度に基づく第二区域における
非常に高い摩擦損失は、第一区域における良好な流れ関
係に影響を与えない。従って第一区域の出口に多重加熱
に基づく温度勾配層（管横断面にわたる温度勾配）は生
じない。第一区域の管が第二区域の管に直接移行してい
ることによって、湿り蒸気範囲における水・蒸気分解は
確実に避けられる。
高い煙道を備えた蒸気発生器の場合、例えば誘引式蒸
気発生器の場合、煙道の第三部分における管はその下側
に位置する煙道の第二部分における管より大きな内径を
有している。煙道のこの第三部分（以下において周囲壁
の第三区域とも呼ぶ）は、低い熱流束と管内における適
度な内部熱伝達とによって特色づけられ、蒸気発生器の
いわゆる対流煙道の中に位置している。
周囲壁の第二区域から第三区域への移行部における質
量流量密度は、そこに生ずる第二区域における熱流束に
比べて低い熱流束のために、管内における摩擦損失を小
さくするために下げられる。第三区域においては管は内
側フィン無しに形成することができる。
垂直煙道の継続経路において熱流束は、煙道の第三部
分即ち周囲壁の第三区域において煙道の第二部分即ち周
囲壁の第二区域の管が半分の数で住むほどに低下する。
第三区域における管の数の半減は、煙道の第二部分のそ
れぞれ２本の管をそれらに共通して対応された煙道の第
三部分の１本の管に開口することによって達成される。
以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。
図１は三つの区域に分けられている煙道を持つ蒸気発
生器の概略構成図、図２は異なった区域において異なっ
た内径を有している管の図１における部分IIの拡大断面
図である。
各図面において同一部分には同一符号が付けられてい
る。
図１における蒸気発生器１の断面矩形の垂直は煙道は
周囲壁２によって形成されている。この周囲壁２は煙道
の下端において漏斗状底３に移行している。周囲壁２の
管４はその長手辺側が、例えばフィン９（図２）を介し
て、互いに気密に結合され例えば溶接されている。底３
は詳細に図示していない灰の取出し口3aを有している。
煙道の下側部分あるいは第一部分５において、即ち周
囲壁２の第一区域において、化石燃料用の例えば４個の
バーナが周囲壁２にあるそれぞれ一つの開口６に設けら
れている。周囲壁２の管４はかかる開口６において湾曲
されており、垂直煙道の外側を延びている。例えば空気
ノズルあるいは燃焼ガスノズルに対しても類似した開口
を形成することができる。
煙道の第一下側部分５の上には煙道の第二部分７、即
ち周囲壁２の第二区域が存在し、その上に煙道の第三あ
るいは上側部分８、即ち周囲壁２の第三区域が設けられ
ている。
バーナ範囲における第一部分５は非常に高い熱流束と
管４における良好な内部熱伝達とによって特色づけられ
る。第二部分７はガス放射室の中に敷設され、同様に高
い熱流密度と管４における低下した小さな内部熱伝達と
によって特色づけられる。第三部分８は対流煙道の中に
敷設され、小さな熱流束と管４における適度の内部熱伝
達とによって特色づけられる。この第三部分８は特に誘
引形蒸気発生器に存在している。
周囲壁２の媒体側、即ち水あるいは水・蒸気混合物で
下から上に並行して貫流される管４はその入口側端が入
口管寄せ11に接続され、出口側端が出口管寄せ12に接続
されている。入口管寄せ11および出口管寄せ12は煙道の
外側に存在し、例えばそれぞれリング状管によって形成
されている。
入口管寄せ11は配管13および管寄せ14を介して高圧予
熱器あるいはエコノマイザ15に接続されている。エコノ
マイザ15の伝熱面は周囲壁２の第三区域８によって包囲
された空間の中に位置している。エコノマイザ15は蒸気
発生器１の運転中において入口側が管寄せ16を介して蒸
気タービンの水・蒸気回路に接続されている。
出口管寄せ12は水・蒸気分離器17および配管18を介し
て高圧過熱器19に接続されている。高圧過熱器19は周囲
壁２の第二区域７の範囲に配置されている。これは運転
中において出口側が管寄せ20を介して蒸気タービンの高
圧部に接続されている。第二区域７の範囲に中間過熱器
21も位置しており、これは管寄せ22、23を介して蒸気タ
ービンの高圧部と中圧部との間に接続されている。水・
蒸気分離器17の中で生ずる水は配管24を介して排出され
る。
周囲壁２の第一区域５から第二区域７に移行する範囲
25の煙道の外側には、リング状管によって形成されてい
る圧力平衡タンク26が設けられている。
図２から明らかなように、区域５、７内に延びている
すべての管４は圧力平衡管27を介して圧力平衡タンク26
に接続されている。
管４が第一区域５から第二区域７に移行している範囲
25では、管４の内のり幅は先細になっている。言い換え
れば管４は煙道の下部５において、その上側に位置する
煙道の第二区域７における管４の内径d2よりも大きな内
径d1を有している。小さな内径d2の管４は大きな内径d1
の管４に直接接続され、即ち管４は範囲25において互い
に移行している。区域５における管４はねじ状の内側フ
ィン（図示せず）を有している。管４は区域５におい
て、そこの平均質量流量密度が全負荷において1000kg/m
2sと同じかそれより小さいように寸法づけられている。
管４における平均質量流量密度は第二区域あるいは中間
区域７においては1000kg/m2sより大きい。
周囲壁２の第三区域あるいは上側区域８において管４
は更にその下側に位置する区域７におけるより大きな内
径を有している。管４は第二区域７においても好適には
その全長にわたってねじ状の内側フィンを有している
が、第三区域８の管４はその長さの一部にわたってしか
ねじ状の内側フィンを備えていない。しかし内側フィン
が無くされていると有利である。
周囲壁２の上側区域８における管４の数は第二区域７
における数の半分でしかない。従って第二区域７の管４
は範囲30においてそれぞれ２本づつそれらに共通の対応
する第三区域８の１本の管に開口している（図１参
照）。
図２に示されているように、区域５、７において管４
は外径も異なっており、この外径はすべての区域５、
７、８における管４の肉厚がほぼ同じ大きさであるよう
にそれぞれの内径d1、d2と合わされている。しかしすべ
ての区域５、７、８における管４の外径を同じにし、中
間区域あるいは第二区域７における管４の肉厚を第一区
域５および／または第三区域８における肉厚より大きく
することもできる。既に述べたように管４はその長手辺
に管４を気密に接続するために役立つフィン９が設けら
れている。
周囲壁２の管４がその全長にわたって蒸気発生器１の
種々の区域あるいは範囲５、７、８において異なった内
径d1、d2を有していることによって、周囲壁２の管４の
寸法づけは煙道の種々の加熱に合わされる。その場合一
方では管４の確実な冷却が保証される。他方では各管４
の多重加熱は各管４の出口間において許容できないよう
な温度差を生じることはない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウイツトコウ、エバーハルト ドイツ連邦共和国 デー‐91054 エル ランゲン シユロンフエルト 96 (56)参考文献 実開 昭61−110902（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭54−161401（ＪＰ，Ｕ) 米国特許5390631（ＵＳ，Ａ) 米国特許5347955（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F22B 37/12 F22B 37/10

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】煙道の周囲壁（２）が互いに気密に接続さ
    れた管（４）によって形成され、これらの管（４）がほ
    ぼ垂直に配置され媒体側が下から上に貫流される化石燃
    料燃焼式蒸気発生器において、煙道の下側部分に敷設さ
    れた第一部分（５）における管（４）がその上側に位置
    する煙道の第二部分（７）における管（４）よりも大き
    な内径（d1）を有していることを特徴とする蒸気発生
    器。
  2. 【請求項２】小さな内径（d2）の管（４）が大きな内径
    （d1）の管（４）に直接接続されているかあるいはそれ
    に移行していることを特徴とする請求項１記載の蒸気発
    生器。
  3. 【請求項３】各管（４）が圧力平衡管（27）を介して煙
    道の外側に設けられている圧力平衡タンク（26）に接続
    されていることを特徴とする請求項１または２記載の蒸
    気発生器。
  4. 【請求項４】各圧力平衡管（27）が煙道の第一部分
    （５）の上側半部内に、好適には第一部分（５）の上側
    ３分の１の範囲内に、例えば煙道の第一部分（５）から
    第二部分（７）に移行する範囲（25）に位置しているこ
    とを特徴とする請求項３記載の蒸気発生器。
  5. 【請求項５】煙道の第一部分（５）における管（４）が
    ねじ状の内側フィンを有していることを特徴とする請求
    項１ないし４の１つに記載の蒸気発生器。
  6. 【請求項６】煙道の第二部分（７）における管（４）が
    少なくともその長さの一部にわたってねじ状の内側フィ
    ンを有していることを特徴とする請求項１ないし５の１
    つに記載の蒸気発生器。
  7. 【請求項７】第一部分（５）の管（４）における平均質
    量流量密度が全負荷において1000kg/m2sと同じであるか
    それより小さいことを特徴とする請求項１ないし６の１
    つに記載の蒸気発生器。
  8. 【請求項８】煙道の上部に敷設された第三部分（８）に
    おける管（４）がその下側に位置している煙道の第二部
    分（７）におけるものより大きな内径を有していること
    を特徴とする請求項１記載の蒸気発生器。
  9. 【請求項９】第三部分（８）における大きな内径をした
    管（４）が第二部分（７）における小さな内径（d2）を
    した管（４）に直接接続されているかそれに移行してい
    ることを特徴とする請求項８記載の蒸気発生器。
  10. 【請求項１０】煙道の第三部分（８）における管（４）
    の数が煙道の第二部分（７）における数の半分だけであ
    り、第二部分（７）の管（４）が２本づつそれらに共通
    して対応された第三成分（８）の１本の管（４）に開口
    していることを特徴とする請求項８または９記載の蒸気
    発生器。
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ES (1) ES2095660T5 (ja)
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