JP3451058B2 - 液冷式火格子要素を備えた燃焼装置 - Google Patents

液冷式火格子要素を備えた燃焼装置

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JP3451058B2
JP3451058B2 JP2000192481A JP2000192481A JP3451058B2 JP 3451058 B2 JP3451058 B2 JP 3451058B2 JP 2000192481 A JP2000192481 A JP 2000192481A JP 2000192481 A JP2000192481 A JP 2000192481A JP 3451058 B2 JP3451058 B2 JP 3451058B2
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ヨハネス・ヨーゼフ・エドムント・マルテイン
ジーグベルト・シユロムス ヘンネル−
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マルティン・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング・フュア・ウムヴェルト−ウント・エネルギーテヒニーク
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    • F23H—GRATES; CLEANING OR RAKING GRATES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23H—GRATES; CLEANING OR RAKING GRATES
    • F23H2900/00—Special features of combustion grates
    • F23H2900/03021—Liquid cooled grates
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、それぞれ冷却媒体
供給管と還流管を有する液冷式火格子要素を備えた燃焼
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】火格子のための液体冷却式火格子要素、
特に水冷式火格子要素は、ＷＯ９６／２９５４４Ａ１と
ドイツ連邦共和国特許第６２４８９２号公報により以前
から知られている。最初に挙げた文献により、大気に開
放した容器を配置することが知られている。しかし、こ
の容器は大気に通じる還流管の接続部を１つだけ備えて
いる。これに対して、供給管は搬送ポンプを備えてい
る。それによって、この範囲における冷却媒体の圧力と
流量は、この搬送ポンプの作動と、このポンプの後に接
続配置された制御弁によって決定される。第２の文献は
火格子を開示している。この火格子の場合には、大気に
開放する容器が上端に設けられている。しかし、この容
器は凝縮装置としての働きをしないで、大気への低圧蒸
気の流出を可能にする。この火格子の場合の冷却媒体の
冷却の程度は多少偶然性がある。なぜなら、冷却液のた
めの戻し冷却媒体としての働きをする一次空気の流量を
任意に変更できないからである。供給された一次空気は
公知のごとく、火格子上の燃焼技術的な作用の経過に合
わせなければならず、従って循環系内で場合によって生
じる水蒸気の所定の凝縮を発生することができない。最
新の燃焼装置の場合、火格子要素の充分な冷却と、火格
子要素に対する強すぎる加熱作用の場合の安全性を保証
するために、比較的に高い制御技術的コストがかかると
いう欠点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、制御
装置と搬送装置を用いないで冷却媒体を循環させること
ができ、更に過圧に関する安全性を維持するための装置
を必要としない、火格子要素用の冷却系を備えた燃焼装
置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この課題は、冒頭に述べ
た種類の燃焼装置から出発して、本発明に従い、供給管
と還流管が大気に開放する凝縮装置に接続され、供給管
内にＵ字状の冷却液受け器が配置され、この冷却液受け
器の一方の脚部が、任意に選定される系内の最高圧力を
生じる液体高さを有し、短い他の脚部が個々の火格子要
素のための中央分配器に接続されていることによって解
決される。
【０００５】特に運転信頼性のために役立つ有利な実施
形は、中央分配器に接続された短い脚部の上端が、選定
された安全高さ寸法だけ、最も下側の火格子要素の冷却
媒体流の最も下側の個所の下方にあることを特徴とす
る。
【０００６】大気に開放した凝縮装置により、循環冷却
装置で冷却媒体を完全に蒸発させる際にも、液体受け器
の長い脚部の自由に選定可能な液体高さによって設定さ
れる圧力よりも高い圧力が生じない。実際には、冷却媒
体流の最も低い個所から４．８５ｍの液体高さが選定さ
れる。それによって、冷却系内の過圧が０．５バールを
超えることがない。なぜなら、そうでないと、この装置
が他の安全規則を有する蒸気ボイラ法律規定に属するか
らである。最も下側の火格子要素の最も下側の流れレベ
ルと、中央分配器に接続された、短い脚部の上端との間
の間隔は、安全高さ寸法と呼ばれ、冷却系内で逆流に逆
らう圧力をＵ字状液体受け器内で発生する液体高さを示
す。この圧力は、強い熱輻射が急激に生じる際にこの火
格子の範囲において冷却媒体を蒸発させることによって
多量の泡が生じるときにも、冷却系内で逆流に逆らう。
実際には、この安全高さ寸法は安全上の理由から、傾斜
した火格子内の冷却媒体流の最も上側の個所と最も下側
の個所の間の火格子の高さの差の２倍の値に一致するよ
うに選定される。
【０００７】各々の火格子と付設の中央分配器との間の
均一な圧力差、ひいては個々の火格子要素の均一な流れ
条件を生じるために、本発明の有利な実施形では、中央
分配器が流れ的に平行に接続された火格子段の火格子要
素の下方に配置され、この火格子段が火格子の縦方向に
おいて火格子全体の長さにわたって同じ高さ間隔をおい
て配置され、この高さ間隔が安全高さ寸法よりも小さ
い。
【０００８】これと同じ同じ理由が、本発明の他の実施
形において、還流管が流れ的に平行に接続された火格子
段の個々の火格子要素のための中央捕集器を備え、この
中央捕集器が火格子の下方にかつ火格子の縦方向におい
て火格子全体の長さにわたって同じ高さ間隔をおいて配
置され、この高さ間隔が安全高さ寸法よりも小さいとき
にも存在する。従って、中央分配器と中央捕集器が安全
高さ寸法よりも小さい、火格子に対する高さ間隔を有す
るように配置される。なぜなら、運転上の変化が事情に
よっては、安全高さ寸法を変更することを必要とするか
らである。このような場合にも、中央捕集器と中央分配
器が、安全高さ寸法に一致する、火格子に対する高さ間
隔よりも小さな高さ間隔を有するようにすべきである。
この中央捕集器と中央分配器は固定設置され、後から高
さを変更することはできない。これは、安全高さ間隔を
決定するＵ字状の冷却液受け器の短い脚部に対する接続
については当てはまらない。
【０００９】すべての火格子を通る流れの速度を充分に
等しくし、中央分配器から格子要素を経て中央捕集器に
至る流れ方向において必要な圧力勾配が生じるようにす
るために、本発明の有利な実施形では、火格子要素と中
央捕集器の間の各々の排出管路に、絞りが組み込まれて
いる。
【００１０】火格子要素が比較的に少ない冷却液を収容
するので、過剰の蒸発の際に常に充分な冷却液を供する
ために、液体貯蔵器が必要である。従って、本発明の有
利な他の実施形では、Ｕ字状の冷却液受け器の短い第２
の脚部が冷却液用の付加的な貯蔵容積を有する。
【００１１】液体貯蔵器を実施するための好ましい実施
形は、本発明に従い、Ｕ字状の冷却液受け器の短い脚部
が容器として形成され、小さな直径の長い脚部が容器内
に浸漬され、かつ短い脚部の底近くまで達し、短い脚部
の閉じた上端が最も下側の火格子要素の最も下側の冷却
媒体流の最も低い個所の下方すれすれのところまで達
し、中央分配器に至る分岐部が円筒状の容器の最も上側
の個所の下方で分岐していることを特徴とする。その際
好ましくは、円筒状の容器は短い脚部の測地高さよりも
高い。すなわち、円筒状の容器は中央分配器の分岐部を
越えて突出している。
【００１２】冷却系内にある冷却液全部を再び戻すため
に、本発明の実施形では、中央捕集器がその最も下側の
個所から出発して、管路を介して凝縮液捕集容器に接続
されている。冷却液は凝縮捕集容器から系に供給され
る。この供給は、凝縮液捕集容器がポンプと管路を介し
て凝縮装置に接続されていることによって達成される。
その際、管路が噴霧ノズルによって凝縮装置に開口して
いると、きわめて有利である。
【００１３】本発明の他の実施形に従って、凝縮液捕集
容器が冷却装置を備えていると、凝縮された冷却媒体は
冷却された形態で凝縮装置に戻すことができる。これに
よって、凝縮装置は水冷式冷却本体と切換え接続可能な
湿式凝縮装置を備えた表面凝縮器として形成可能であ
る。その際、切換え接続可能な湿式凝縮装置は冷却され
た凝縮液を凝縮液捕集容器から噴霧する噴霧ノズルによ
って形成されている。凝縮装置に戻された蒸気が冷却さ
れた水小滴で凝縮されるこの湿式凝縮装置は、凝縮装置
の水冷管が故障しているときにも、或る方法で冷却液循
環を保証する。
【００１４】本発明の他の有利な実施形に従って、凝縮
装置が大気に対して遮断可能であり、かつ真空源に接続
可能であると、燃焼装置の冷却系をきわめて簡単に運転
することができる。この場合、凝縮装置の蒸気室内の圧
力低下によって、中央捕集器内に同じ負圧が発生する。
それによって、冷却媒体は圧力低下に相応して格子要素
から中央捕集器に流れる。この流れ開始は、火格子の上
方の燃焼室内でいわゆる始動バーナーを点火し、火格子
に熱輻射することによって補助される。これにより、火
格子内にある冷却媒体が温められ、場合によっては蒸発
し、それによって重力加熱のように冷却系が作動する。
【００１５】
【発明の実施の形態】次に、図に示した実施の形態に基
づいて本発明を詳しく説明する。図１には、火格子と冷
却装置を備えた燃焼装置が概略的に示してある。
【００１６】全体を１で示した燃焼室内には、火格子２
が配置されている。この火格子は並べて配置された火格
子要素から構成されている相前後して配置された５つの
火格子段２．１，２．２，２．３，２．４，２．５を備
えている。この火格子段は屋根瓦状にオーバラップしか
つ傾斜しているので、排出ロール３を配置した火格子の
先端は、燃料の供給範囲４よりも低い位置にある。個々
の火格子段２．１〜２．５は水冷で冷却される。そのた
めに、この個々の火格子段は供給管路６〜１０を介し
て、入口としての働きをする中央分配器５に接続されて
いる。冷却液、通常は水がこの供給管路から個々の火格
子段に供給され、それに基づいて排出管路１１〜１５を
経て還流が行われる。この排出管路はそれぞれ絞り１６
〜２０を備えている。それによって、中央分配器５と冷
却すべき個々の火格子要素内で系過剰圧を発生すること
ができる。排出管路１１〜１５は還流部としての働きを
する中央捕集器２１に開口し、この中央捕集器から管路
２２が凝縮器２３に案内されている。凝縮器２３内で発
生する凝縮液は供給管（入口）２４を経て、２５で示し
た冷却液受け器に流れる。この冷却液受け器はＵ字管と
して形成され、その長い脚部は２６で、短い脚部は２７
で示してある。この短い脚部は液体貯蔵器としての働き
をし、直径が小さな長い脚部２６よりもはるかに大きな
直径を有する。この長い脚部は、同時に貯蔵液のための
容器としての働きをする短い脚部内に浸漬され、この短
い脚部の底２８のすぐ上まで達している。中央分配器５
に至る接続管路２９はこのＵ字状の冷却液受け器２５の
短い脚部２７の上端を形成している。一層詳しく説明す
べきであるという理由から、同時に容器２７を形成する
短い脚部は、接続管路２９の接続個所を越えて上方に延
長している。容器２７のこの部分は３０で示してある。
【００１７】中央分配器５と中央捕集器２１は火格子２
の下方に配置され、火格子と同じように傾斜している。
それによって、各々の火格子要素は同じ圧力で付勢され
る。
【００１８】中央捕集器２１の最も低い個所から、凝縮
液管路３１が延びている。凝縮液捕集容器３２に接続さ
れている。この凝縮液捕集容器はその下端に、冷却装置
３３を備えている。凝縮液は凝縮液捕集容器３２の下端
から出発して、ポンプ３４によって管路３５を経て凝縮
装置２３に送出される。この凝縮装置において、凝縮液
は噴霧ノズル３６から凝縮装置２３内に噴霧される。冷
却媒体が流通する凝縮装置の冷却管が３７で示してあ
る。この冷却管の入口は３８で、その出口は３９で示し
てある。
【００１９】作用は次の通りである。
【００２０】燃焼装置の運転開始の際、冷却系、すなわ
ち冷却媒体が流通する個々の火格子要素、中央分配器
５、冷却液受け器２５および凝縮装置２３は、接続管路
２４を幾分越えるまで充填される。この状態で、冷却回
路は液圧的につり合っている。その後で、通常の運転中
は大気に開放している凝縮装置２３が短時間閉鎖され、
管路４０を介して真空源に接続される。これによって、
液体を充填していない上側の蒸気室２３．１は負圧下に
ある。燃焼室の始動バーナーが点火されると（その際、
燃料はまだ火格子２上にない）、火格子に対する熱輻射
が行われる。火格子、ひいては火格子要素内にある冷却
媒体に熱が供給される。この熱の供給は、冷却系に水が
充填されているときには、９６．７２°Ｃの温度で、液
相から飽和蒸気相に移行するまで行われる。冷却媒体は
蒸発を開始し、発生する飽和蒸気は中央捕集器２１と接
続管路２２を経て凝縮装置２３に案内される。この凝縮
装置はそのとき既に大気に開放連通している。飽和蒸気
は冷却管３７で凝縮される。冷却媒体受け器２５内の液
体と、中央捕集器内および凝縮装置２３内の蒸気室２
３．１内の飽和蒸気との密度差に基づいて、冷却媒体が
循環させられる。凝縮液捕集容器３２内で捕集された、
中央捕集器２１からの凝縮液は、冷却装置３３によって
冷却され、ポンプ３４によって管路３５を経て凝縮装置
２３の蒸気室２３．１内に噴霧される。冷却された凝縮
液のこの噴霧は、混合凝縮として作用する。この混合凝
縮の場合には、蒸気が低温の凝縮液小滴に凝縮し、それ
によって混合凝縮は表面凝縮に切換え可能である。これ
によって更に、中央捕集器２１内で発生する凝縮液は再
び回路に供給される。
【００２１】冷却液受け器２５は、Ｕ字管の長い脚部と
短い脚部を有するように採寸されている。この場合、系
内に０．５バールよりも高い圧力が生じないようにする
ために、最も低い火格子要素２．５の冷却媒体流の最も
低い個所からの、凝縮装置２３の液面によって形成され
た長い脚部の最も高い個所の間隔は、４．８５ｍであ
る。系内に０．５バールよりも高い圧力が生じると、装
置が蒸気ボイラ法律規定に該当し、構造が複雑になりコ
ストが高くつくからである。最も下側の火格子要素２．
５内の冷却媒体流の最も下側の個所と、接続管路２９に
よって形成された短い脚部の上端との間の高さの差は、
安全高さ寸法に一致する。この安全高さ寸法は好ましく
は、最も上側の火格子要素の最も上側の冷却媒体流個所
と、最も下側の火格子要素の最も下側の冷却媒体流個所
との間の高さの差の約２倍に相当するように選定され
る。この安全高さ寸法は、任意の火格子要素内に蒸気が
きわめて多く発生した場合にも、発生する圧力に反作用
し、それによって冷却媒体流の流れの向きを逆方向に変
えないようにするのに充分な大きさである水柱、ひいて
は所定の圧力を生じる。常に充分な液状冷却媒体が生じ
るようにするために、第２の短い脚部は、長い脚部より
も大きな直径の容器として形成され、それによって、Ｕ
字状の管系を形成するために細い脚部を収容することが
できるだけでなく、或る程度の液体貯蔵器を形成するこ
とができる。そのために特に、接続管路２９を越えて上
方に突出する容器２７の部分３０が役立つ。凝縮装置２
３が通常の運転中大気に開放しているので、冷却系内に
は、最も下側の火格子要素の冷却媒体流の最も下側の個
所からの長い脚部の水柱の高さによって決まる圧力より
も高い圧力は発生しない。自由に選定可能なこの高さ
は、系内の最高圧力を決定し、最も低い火格子要素の最
も低い冷却媒体流と、接続管路２９、すなわち短い脚部
の最も高い個所との間の間隔は、火格子要素内で発生す
る蒸気泡が作用する液圧を発生する。冷却媒体流の方向
変換を強いることができるようにするためには、この液
圧に打ち勝たなければならない。この安全高さ寸法が選
択可能であることにより、火格子要素に対して熱が最も
強く作用する場合にも、このような蒸気容積が対応する
圧力によって発生しないように、逆圧を調節することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】火格子と冷却装置を備えた本発明による燃焼装
置を概略的に示す。
【符号の説明】
２．１〜２．５ 火格子要素 ５ 中央分配器 １１〜１５ 排出管路 １６〜２０ 絞り ２１ 中央捕集器 ２２ 還流管 ２３ 凝縮装置 ２４ 供給管 ２５ 冷却液受け器 ２６ 長い脚部 ２７ 短い脚部 ２８ 短い脚部の底 ２９ 短い脚部の上端（分岐
部） ３１ 管路 ３２ 凝縮液捕集容器 ３３ 冷却装置 ３４ ポンプ ３５ 管路 ３６ 噴霧ノズル ３７ 冷却本体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヘンネル− ジーグベルト・シユロムス ドイツ連邦共和国、82281エーゲンホー フエン、ブーヒエンストラーセ、14 (56)参考文献 実公 昭49−148777（ＪＰ，Ｙ２) 独国特許624892（ＤＥ，Ｃ１) 国際公開96／26544（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F23H 3/02 F23H 7/08 F23H 17/12

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 それぞれ冷却媒体供給管と還流管を有す
    る液冷式火格子要素を備えた燃焼装置において、供給管
    （２４）と還流管（２２）が大気に開放する凝縮装置
    （２３）に接続され、供給管（２４）内にＵ字状の冷却
    液受け器（２５）が配置され、この冷却液受け器の一方
    の脚部（２６）が、任意に選定される系内の最高圧力を
    生じる液体高さを有し、短い他の脚部（２７）が個々の
    火格子要素（２．１〜２．５）のための中央分配器
    （５）に接続されていることを特徴とする燃焼装置。
  2. 【請求項２】 中央分配器（５）に接続された短い脚部
    （２７）の上端（２９）が、選定された安全高さ寸法だ
    け、最も下側の火格子要素（２．５）の冷却媒体流の最
    も下側の個所の下方にあることを特徴とする請求項１記
    載の燃焼装置。
  3. 【請求項３】 中央分配器（５）が流れ的に平行に接続
    された火格子段（２．１〜２．５）の火格子要素の下方
    に配置され、この火格子段が火格子の縦方向において火
    格子全体の長さにわたって同じ高さ間隔をおいて配置さ
    れ、この高さ間隔が安全高さ寸法よりも小さいことを特
    徴とする請求項１または２記載の燃焼装置。
  4. 【請求項４】 還流管が流れ的に平行に接続された火格
    子段（２．１〜２．５）の個々の火格子要素のための中
    央捕集器（２１）を備え、この中央捕集器が火格子の下
    方にかつ火格子（２）の縦方向において火格子全体の長
    さにわたって同じ高さ間隔をおいて配置され、この高さ
    間隔が安全高さ寸法よりも小さいことを特徴とする請求
    項１〜３のいずれか一つに記載の燃焼装置。
  5. 【請求項５】 火格子要素（２．１〜２．５）と中央捕
    集器（２１）の間の各々の排出管路（１１〜１５）に、
    絞り（１６〜２０）が組み込まれていることを特徴とす
    る請求項１〜４のいずれか一つに記載の燃焼装置。
  6. 【請求項６】 Ｕ字状の冷却液受け器（２５）の短い第
    ２の脚部（２７）が冷却液用の付加的な貯蔵容積を有す
    ることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載
    の燃焼装置。
  7. 【請求項７】 Ｕ字状の冷却液受け器（２５）の短い脚
    部（２７）が容器として形成され、小さな直径の長い脚
    部（２６）が前記容器内に浸漬され、かつ短い脚部（２
    ７）の底（２８）近くまで達していることと、短い脚部
    の閉じた上端が最も下側の火格子要素（２．５）の最も
    下側の冷却媒体流の最も低い個所の下方すれすれのとこ
    ろまで達していることと、中央分配器（５）に至る分岐
    部（２９）が円筒状の前記容器の最も上側の個所の下方
    で分岐していることを特徴とする請求項６記載の燃焼装
    置。
  8. 【請求項８】 中央捕集器（２１）がその最も下側の個
    所から出発して、管路（３１）を介して凝縮液捕集容器
    （３２）に接続されていることを特徴とする請求項１〜
    ７のいずれか一つに記載の燃焼装置。
  9. 【請求項９】 凝縮液捕集容器（３２）がポンプ（３
    ４）と管路（３５）を介して凝縮装置（２３）に接続さ
    れていることを特徴とする請求項８記載の燃焼装置。
  10. 【請求項１０】 管路（３５）が噴霧ノズル（３６）に
    よって凝縮装置（２３）に開口していることを特徴とす
    る請求項８または９記載の燃焼装置。
  11. 【請求項１１】 凝縮液捕集容器（３２）が冷却装置
    （３３）を備えていることを特徴とする請求項８〜１０
    のいずれか一つに記載の燃焼装置。
  12. 【請求項１２】 凝縮装置（２３）が水冷式冷却本体
    （３７）と切換え接続可能な湿式凝縮装置（３６）を備
    えた表面凝縮器として形成されていることを特徴とする
    請求項１〜１１のいずれか一つに記載の燃焼装置。
  13. 【請求項１３】 凝縮装置（２３）が大気に対して遮断
    可能であり、かつ真空源に接続可能であることを特徴と
    する請求項１〜１２のいずれか一つに記載の燃焼装置。
JP2000192481A 1999-06-28 2000-06-27 液冷式火格子要素を備えた燃焼装置 Expired - Lifetime JP3451058B2 (ja)

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