JP3899132B2 - ２煙道形貫流ボイラ - Google Patents

Description

本発明は、第１垂直煙道の燃焼室背面壁が上側部位において燃焼室の中に向けて傾斜され、これによって隣接する水平煙道の底と共に燃焼室の中に突出する「突出部」を形成している２煙道形貫流ボイラに関する。水平煙道の移行部において燃焼室背面壁の上側部位に設けられたそのような突出部は、煙道ガスの流れを良好にするために使われる。
燃焼室背面壁を懸垂支持するために従来においてはたいてい、主に湿り蒸気で貫流される支持管に生ずる安定性の問題およびそのために予想される管の亀裂を回避するために、入口管寄せと出口管寄せとを備えた別個の部分伝熱面が利用されていた。この懸垂構造は非常に高価であった。もう１つの欠点は、別個の部分伝熱面の形に結合された支持管と燃焼室・側壁との温度が、この伝熱面が並行してではなく大抵は通常のように直列に貫流されるために、大抵異なっていることにある。特にまだ高温の貫流ボイラにバーナの点火前に冷たい給水が供給されて充填される場合、燃焼室背面壁の支持管と燃焼室・側壁との間にかなりの温度差が生じ、この温度差は許容できない大きな熱応力を生じるために管を損傷させてしまう。
本発明の課題はこのことから出発して、燃焼室背面壁の懸垂構造即ち全般的にはボイラの圧力部分の上側の支持構造物における固定装置を安価に構成することおよび運転上安全に構成することにある。
この課題は請求項１に記載の手段によって解決される。
本発明によれば、燃焼室背面壁の懸垂構造の主要な構成要素は、流れ媒体で貫流される蒸気発生管によって形成され、これはその限りにおいて二重の機能を果たしている。その支持管は流れ媒体の部分流によって貫流され、その部分流は貫流方向において支持構造物の下流で流れ媒体の主流に再び導入される。
本発明の有利な実施態様において、支持管は燃焼室背面壁の幅方向に一様に分配されている。本発明に基づく支持機能のためには燃焼室背面壁を形成する蒸気発生管の一部（半分より著しく少数）しか必要とされない。
本発明の他の実施態様において、燃焼室背面壁の傾斜部位に導かれているすべての蒸気発生管は、燃焼室背面壁の傾斜部位の下側で、その反燃焼室側においてほぼ水平に延びる補償管寄せに開口している。これに対して本発明に基づいて支持管として利用される蒸気発生管は、圧力補償管によってのみ補償管寄せに流れ的に接続されている。この補償管寄せは圧力を補償することによって、燃焼室背面壁の内部にもまた傾斜した上側部位の管内にも一様な流れ分布を生じさせる。更に補償管寄せ内では、その中に流れ込む流れ媒体のエンタルピが部分的にバランスされる。このエンタルピバランスは、流れ的に後続接続された上述の突出部の下部側面を形成する傾斜した伝熱面における温度分布に良好に作用する。
以下において図に示した実施例を参照して本発明を詳細に説明する。
図１は、２煙道形貫流ボイラの概略側面図である。以下の図はすべて図１の円Ｉ内における第１垂直煙道の燃焼室背面壁の部位に関している。
図２は、燃焼室背面壁の下側部位から傾斜した上側部位への移行部を、加熱ガスを案内するために蒸気発生管間に存在しこの蒸気発生管に気密に溶接されているフィンを省いた状態で、燃焼室の内室から外に向いて見た斜視図である。
図３は、外から燃焼室の内室の方向に見た図２に相当した図である。
図４は、図３および図５のＩＶ−ＩＶ線に沿った燃焼室背面壁の下側部位から傾斜した上側部位への移行部および補償管寄せの垂直断面図である。
図５は、図３および図４のＶ−Ｖ線に沿った燃焼室背面壁の下側部位から傾斜した上側部位への移行部の断面側面図である。
図６は、図４および図５の矢印ＶＩ方向から見た前記移行部および補償管寄せの平面図である。
本発明に基づく貫流ボイラは２煙道形貫流ボイラである。これは、加熱ガスの通過方向１〜３に連続的に、加熱ガスが上って流れる第１垂直煙道４と、水平煙道５と、加熱ガスが下って流れる第２垂直煙道６とが直列に前後に配置されていることを意味している。このような２煙道形貫流ボイラの利点は主に、ここでは詳述しない別の特性を有する低い構造高さの外形寸法をしていることにある。
ここでは主として第１垂直煙道４の燃焼室８の背面壁７の構造的形態および懸垂構造を問題としている。この背面壁７は蒸発器伝熱面によって形成され、この伝熱面は互いに並んで直立し囲壁を形成するために互いに気密に結合され且つ流れ媒体の貫流のために互いに並列接続されている多数の蒸気発生管９から構成されている。これらの管は図において間隔を開けて描かれているが、実際には示されていない方式で気密に閉じられている。これによって蒸気発生管９は個々の煙道に対して不浸透性の囲壁を形成している。燃焼室背面壁７は第１垂直煙道４の第２垂直煙道６側の囲壁であり、ほぼ垂直に延びている。燃焼室８に化石燃料がバーナ１０を通して外から導入される。その燃料が燃焼して煙道４〜６を通過して流れる加熱ガスが生ずる。
背面壁７はその下側部位１４がほぼ垂直に向いているが、その上側部位１１では燃焼室８の内室に向けて内側に傾斜している。背面壁７はこれによって隣接する水平煙道５の底１２と共に燃焼室８の中に突出する「突出部」１３を形成している。この突出部１３は煙道ガスを良好に案内するために使われる。これは本発明に基づくボイラの冒頭に述べた構造部品である。
背面壁７の下側部位１４において蒸気発生管９はほぼ同じ形状をし、互いに平行に等間隔を隔てて垂直に延びている。もっとも（図において添字Ｃを付した）幾つかの蒸気発生管９は、添字Ａを付した残りの蒸気発生管とは、これが燃焼室背面壁７の支持管Ｃとしての別の機能を持って傾斜せずに上に向かって、煙道の外にある出口管寄せ１５まで導かれ、そこでこの出口管寄せ１５に開口している点で相違している。この出口管寄せ１５は支持構造物２４の一部となっている。この支持構造物２４はその構成について詳細に示されておらず、ただ煙道の外の範囲まで上向きに傾斜せずに導き出された蒸気発生管９Ｃの位置づけについて符号２４を付して示されている。出口管寄せ１５はボイラ天井２３の上に存在している。突出部１３における管は水平煙道５の底１２の管に移行し、同様に管寄せに開口している。これらの両管群は水ないし蒸気で並行して貫流される。
支持管Ｃの補助機能を有する蒸気発生管９は燃焼室背面壁７に亘って一様に分配されている。この実施例では、燃焼室背面壁７に一体化された蒸気発生管９の約２５％は支持管Ｃとして傾斜せずに上向きに導かれ、他の残りのすべての蒸気発生管９Ａは、特に図２および図３から具体的に理解できるように、傾斜した上側部位１１へ曲げられている。
燃焼室背面壁７の下側部位１４の蒸気発生管９はその反燃焼室８側が傾斜部位１１の下側で、ほぼ水平に延びる補償管寄せ１６によって流れ的に互いに接続されている。
燃焼室背面壁７の傾斜部位１１に導かれている蒸気発生管９Ａは、その湾曲部１７の下側においてそれぞれの入口管１８およびその上にある出口管１９を介して管寄せ１６に流れ的に接続されている。これらの蒸気発生管９Ａは管寄せ１６の頂点部位２０に開口し（入口管１８）、ないしは頂点部位２０から導き出されている（出口管１９）。各蒸気発生管９Ａ内には入口管１８と出口管１９との間に仕切り板２５が存在しているので、全流れ媒体は蒸気発生管９Ａの下側部位１４から管寄せ１６に流入する。
本発明に基づいて支持管９Ｃとして使用された蒸気発生管９は、補償管寄せ１６の内部断面形状の赤道部位にほぼ水平に開口する圧力平衡管２１によってのみ立体的に管寄せ１６に接続されている。流れ媒体の主流は下側部位における蒸気発生管９から支持管９Ｃへ直接流入する。図示した実施例において、管寄せ１６の円周部位において詳しくは頂点部位２０において、水平の入口管２１に支持管９Ｃ側から他の管と同じ断面積の出口管２２が付設されている。この出口管２２は燃焼室背面壁７の上側部位１１の中まで真っ直ぐに傾斜して導かれ、そこで他の蒸気発生管９Ａと並んで同じようにして蒸気発生管の機能を果たしている。傾斜した出口管２２は対応した支持管９Ｃのそばを湾曲して通されており、傾斜した上側部位１１において、下側部位１４の支持管９Ｃが蒸気発生管として取っている間隔位置と同じ間隔位置を取っている。
ここで詳述していない別の実施形態では、傾斜した上側部位１１において補助的に作用する蒸気発生管としての上側出口管２２が省かれる。その場合、傾斜した上側部位には、蒸気発生管としては下側部位１４から湾曲部１７を介して傾斜した蒸気発生管９Ａしか存在しない。

Claims (5)

1. 加熱ガスの通過方向（１〜３）に連続的に、加熱ガスが上って流れる第１垂直煙道（４）と水平煙道（５）とを備え、並んで直立し互いに気密に結合され且つ流れ媒体の貫流のために並列接続された多数の蒸気発生管（９）から成る蒸発器伝熱面によって形成されほぼ水平煙道（５）の方向に直立して垂直に延びている第１垂直煙道（４）の燃焼室背面壁（７）が、複数の第１蒸気発生管（９Ａ）および複数の第２蒸気発生管（９Ｃ）を備え、前記第１蒸気発生管（９Ａ）はその上側部位（１１）において燃焼室（８）の中に向けて傾斜され、これによって隣接する水平煙道（５）の底（１２）と共に燃焼室（８）の中に突出する突出部（１３）を形成し、また燃焼室背面壁（７）の下側部位（１４）の第２蒸気発生管（９Ｃ）は、燃焼室背面壁（７）の支持体として、煙道の外に存在する支持構造物（２４）まで傾斜させずに上向きに導かれている２煙道形貫流ボイラにおいて、
   前記第１蒸気発生管（９Ａ）が燃焼室背面壁（７）の傾斜した上側部位（１１）の下側においてその反燃焼室（８）側におけるほぼ水平に延びる補償管寄せ（１６）によって流れ的に互いに接続され、かつ第１蒸気発生管（９Ａ）はそれぞれ入口管（１８）とその上に配置された出口管（１９）とによって補償管寄せ（１６）に接続され、また各第１蒸気発生管（９Ａ）内には入口管（１８）と出口管（１９）との間に仕切り板（２５）が存在しており、さらに、支持体として考慮された第２蒸気発生管（９Ｃ）もそれぞれ圧力補償管（２１）によって流れ的に補償管寄せ（１６）に接続されていることを特徴とする２煙道形貫流ボイラ。
2. 支持体としての第２蒸気発生管（９Ｃ）が燃焼室背面壁（７）の幅方向に一様に分配されていることを特徴とする請求項１記載のボイラ。
3. 入口管（１８）および出口管（１９）が補償管寄せ（１６）の頂点部位（２０）に開口しているかないしはそこから導き出されていることを特徴とする請求項１記載のボイラ。
4. 支持体としての第２蒸気発生管（９Ｃ）の範囲において特別な出口管（２２）が補償管寄せ（１６）から導き出され、隣接する他の蒸気発生管（９）に対して平行に傾斜して燃焼室背面壁（７）の上側部位（１１）に導かれていることを特徴とする請求項１ないし３の１つに記載のボイラ。
5. 傾斜した出口管（２２）がそれに対応した第２蒸気発生（９Ｃ）のそばを湾曲して通されていることを特徴とする請求項４記載のボイラ。

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