JP4977398B2 - 節炭器ならびにそれを備えた排熱回収ボイラ - Google Patents

Description

本発明は節炭器に係り、特に節炭器内の伝熱管に流体をほぼ均一に流すのに好適な節炭器ならびにそれを備えた排熱回収ボイラに関するものである。

従来の排熱回収ボイラ用節炭器の例を、図５ないし図８に示す。図５は節炭器パネルの正面図、図６ならびに図７は入口管寄せの給水管取付部位の構造を説明するための図、図８はその入口管寄せ付近での内部流体のフローアンバランスを説明するための図である。

節炭器パネルは図５に示すように、入口管寄せ６と出口管寄せ８との間に多数本の伝熱管７が並行に設置されている。そして前記入口管寄せ６のほぼ中央位置に入口給水管５が、また前記出口管寄せ８のほぼ中央位置に出口排水管１０が、それぞれ接続されている。この節炭器パネルを多数枚組合せて、前記節炭器２が構成される。

前記節炭器パネルにおいて、前記入口給水管５は図６に示すように前記入口管寄せ６の伝熱管７取付位置とは反対側に垂直に設置されて、図７に示すように入口給水管５の排出口１１が伝熱管７の流入口１３側と対向している。このため図８に示すように、給水管５の近傍に設置されている伝熱管７、特に給水管５の排出口１１と対向する流入口１３を有する伝熱管７、すなわち直上の伝熱管７には動圧の影響により給水１４が集中的に多く流れ、給水管５から離れると給水１４が流れにくくなり、全体としてフローアンバランスを生じていた。フローアンバランスがあると、流量の少ない伝熱管７ではメタル温度が極端に上昇し、伝熱管７の焼損などを招くとともに、熱回収効率が低下するため、フローアンバランスの発生を抑制する必要がある。

この伝熱管７毎の内部流体（給水１４）のフローアンバランスを低減するために、従来は給水管５の口径を大きくして、流れ込む流体の動圧を小さくしていた。

なお、節炭器などに関しては例えば下記のような特許文献を挙げることができる。
特開昭５７−１６１４０４号公報 特開平０６−２２９５０３号公報 特開平１０−０５４５０４号公報

前述した従来技術では、内部流体のフローアンバランスを低減するために、給水管５の口径を必要以上に大きくしており、またその口径の大きい給水管５に合わせて必要以上に大きな給水止弁も必要であり、このようなことからコスト高を招来することとなっていた。さらにこの構造でも、内部流体のフローアンバランスを有効に除去することができなかった。

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、給水管の口径を必要以上に大きくしなくても、伝熱管に流体をほぼ均一に流すことのできる節炭器ならびにそれを備えた排熱回収ボイラを提供することにある。

前記目的を達成するため本発明の第１の手段は、入口管寄せと、出口管寄せと、前記入口管寄せと出口管寄せとの間に多数本並行に接続された伝熱管と、前記入口管寄せの下側で、該入口管寄せに対して垂直方向に接続された入口給水管と、前記出口管寄せに対して垂直方向に接続された出口排水管とを備えた節炭器において、
前記入口給水管の先端に形成されている排出口を蓋部材で塞ぎ、
前記入口給水管の排出口が形成されている先端部の周壁に、前記入口管寄せ上の前記伝熱管の配列方向に向けて開口する開口部を設け、
その開口部を含む前記入口給水管の先端部を前記入口管寄せの内部に挿入して、前記入口給水管の開口部を前記入口管寄せの下側内面に接するように設け、前記入口給水管を入口管寄せに固定したことを特徴とするものである。

本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記入口給水管の開口部が複数設けられており、その開口部の合計開口面積が当該入口給水管の流通断面積と等しいかあるいはそれ以上であることを特徴とするものである。

本発明の第３の手段は、燃焼排ガスが流通する煙道内に節炭器を設け、前記煙道内を流通する燃焼排ガスの保有熱を前記節炭器内に流す給水で回収する排熱回収ボイラにおいて、前記節炭器が前記第１または第２の手段の節炭器であることを特徴とするものである。

本発明は前述したように、入口給水管の先端に形成されている排出口を蓋部材で塞ぎ、入口給水管の排出口が形成されている先端部の周壁に、前記入口管寄せ上の前記伝熱管の配列方向に向けて開口する開口部を設けることにより、伝熱管毎の内部流体のフローアンバランスが有効に除去される。

以下、本発明の実施形態を図とともに説明する。図１は本発明の実施形態に係る入口管寄せの給水管取付部位の構造を説明するための図、図２はその入口管寄せ付近での内部流体のフロー状態を説明するための図、図３はその節炭器を備えた排熱回収ボイラの概略構成図である。

先ず、図３を用いて排熱回収ボイラの概略構成を説明する。同図に示すように排熱回収ボイラ１は節炭器２、蒸発器３、過熱器４ならびにドラム１２などの機器から主に構成され、前記節炭器２は図５に示す節炭器パネルを多数枚組み合わせて構成されている。

排熱回収ボイラ１の煙道内において燃焼排ガスの流れ方向に沿って過熱器４、蒸発器３、ならびに節炭器２の順で配置され、各機器は配管を用いて図に示すように接続されている。ガスタービンから排出された高温燃焼排ガスが保有している熱は、過熱器４、蒸発器３ならびに節炭器２において効率良く順次回収され、所定の後処理によりクリーン化された後、煙突（図示せず）から大気に放出される。

一方、給水ポンプ（図示せず）により圧送される給水は節炭器２を通すことにより排熱によって加熱されて高温水となり、ドラム１２に導かれる。ドラム１２内の高温水は蒸発器３を通すことにより加熱されて水蒸気となり、ドラム１２で汽水分離され、水蒸気は過熱器４を通すことによりさらに過熱されて、過熱蒸気はタービンへ送られる。

本実施形態においても節炭器パネルは図５に示すように、入口管寄せ６と出口管寄せ８との間に多数本の伝熱管７が並行に設置されて、節炭器パネルを構成している。そして前記入口管寄せ６のほぼ中央位置に入口給水管５が、また前記出口管寄せ８のほぼ中央位置に出口排水管１０が、それぞれ接続されている。

図１に示すように前記入口給水管５は、前記入口管寄せ６の伝熱管７取付位置とは反対側、すなわち入口管寄せ６の下側に入口管寄せ６の軸方向に対して垂直方向に接続されている。入口給水管５の先端に形成されている排出口１１は蓋部材１５で覆われて、その殆どが、あるいは完全に塞がれている。蓋部材１５の外径は、入口給水管５の外径とほぼ等しく設計されている。

この入口給水管５の先端部付近の周壁には孔１６が複数形成されており、その孔１６が形成されている先端部が入口管寄せ６の内部に挿入された状態で、入口給水管５が入口管寄せ６に溶接固定されている。前記孔１６は、入口管寄せ６上の伝熱管７の配列方向に向けて開口している。

そのため入口給水管５によって導入された給水１４は孔１６から矢印で示すように伝熱管７の配列方向に向けて左右に分散して噴出され、各伝熱管７の流入口１３に導入される。その結果、図１に示すように給水１４が入口給水管５の直上の伝熱管７に直接流入することなく、左右に分かれるから、図２に示すように各伝熱管７に対してほぼ均等の給水ができる。

図４は、本発明の他の実施形態を説明するための図である。本実施形態は、入口給水管５の周壁にその端縁から軸方向に向けて延びた切り込み状のスリット１７が複数本形成されており、各スリット１７の開口は伝熱管７の配列方向に向けて開口している。前記実施形態と同様に、入口給水管５の排出口１１は蓋部材１５で覆われている。

入口給水管５によって導入された給水１４はスリット１７から矢印で示すように伝熱管７の配列方向に向けて左右に分散して噴出され、各伝熱管７の流入口１３に導入される。前記実施形態では入口給水管５の端縁から軸方向に向けて切り込み状のスリット１７を形成したが、切り込み状でない通常のスリット１７でも構わない。

図１に示すように、入口給水管５の周壁に孔１６が複数個形成される場合、そのうち最下部の孔１６は入口管寄せ６の下側内面と接する（合致する）ように形成されている。また図４に示すように、入口給水管５の周壁にスリット１７が複数本形成される場合、そのスリット１７の下端は入口管寄せ６の下側内面と接する（合致する）ように形成されている。このようにすれば、節炭器２内部で生成したドレンをこれら孔１６やスリット１７を通して完全に排出することができる。

前記入口給水管５に形成された複数の孔１６の合計開口面積、あるいは複数のスリット１７の合計開口面積は、その入口給水管５の流通断面積と同等かそれ以上に設計されている。このようにすれば、孔１６あるいはスリット１７での圧力損失が低減できる。

前述のフローアンバランスの発生は排熱回収ボイラの負荷により異なり、フローアンバランスが発生すると給水流量の少ない伝熱管７のメタル温度が急激に上昇する。そのため、前記孔１６の径，個数あるいはスリット１７の幅，長さ，本数などは、伝熱管７のメタル温度が最も高くなるボイラ負荷において、前述のフローアンバランスが解消されるように夫々決定される。

前記入口給水管５の排出口１１は蓋部材１５で完全に覆う必要はなく、伝熱管７の間でフローアンバランスが生じない程度に、蓋部材１５で排出口１１の一部を開口したり、また蓋部材１５に一部に開口孔を形成することも可能である。

本発明の実施形態に係る排熱回収ボイラにおける入口管寄せの給水管取付部位の構造を説明するための図である。 その入口管寄せ付近での内部流体のフロー状態を説明するための図である。 その節炭器を備えた排熱回収ボイラの概略構成図である。 本発明の他の実施形態に係る入口管寄せの給水管取付部位の構造を説明するための図である。 節炭器パネルの正面図である。 従来の節炭器における入口管寄せの給水管取付部位の構造を説明するための図である。 従来の節炭器における入口管寄せの給水管取付部位の構造を説明するための図である。 その入口管寄せ付近での内部流体のフローアンバランスを説明するための図である。

符号の説明

１：排熱回収ボイラ、２：節炭器、３：蒸発器、４：過熱器、５：入口給水管、６：入口管寄せ、７：伝熱管、８：出口管寄せ、１０：出口排出管、１１：排出口、１２：ドラム、１３：流入口、１４：給水、１５：蓋部材、１６：孔、１７：スリット。

Claims (3)

1. 入口管寄せと、出口管寄せと、前記入口管寄せと出口管寄せとの間に多数本並行に接続された伝熱管と、前記入口管寄せの下側で、該入口管寄せに対して垂直方向に接続された入口給水管と、前記出口管寄せに対して垂直方向に接続された出口排水管とを備えた節炭器において、
   前記入口給水管の先端に形成されている排出口を蓋部材で塞ぎ、
   前記入口給水管の排出口が形成されている先端部の周壁に、前記入口管寄せ上の前記伝熱管の配列方向に向けて開口する開口部を設け、
   その開口部を含む前記入口給水管の先端部を前記入口管寄せの内部に挿入して、前記入口給水管の開口部を前記入口管寄せの下側内面に接するように設け、前記入口給水管を入口管寄せに固定したことを特徴とする節炭器。
2. 請求項１記載の節炭器において、前記入口給水管の開口部が複数設けられており、その開口部の合計開口面積が当該入口給水管の流通断面積と等しいかあるいはそれ以上であることを特徴とする節炭器。
3. 燃焼排ガスが流通する煙道内に節炭器を設け、前記煙道内を流通する燃焼排ガスの保有熱を前記節炭器内に流す給水で回収する排熱回収ボイラにおいて、
   前記節炭器が請求項１または２記載の節炭器であることを特徴とする排熱回収ボイラ。

Images