JP5989118B2 - 二重経路型の平行過熱器 - Google Patents

Description

本発明は一般に、制御及び効率的様式下に蒸気搬送を有効に増大させる方法及び装置に関する。

既存のボイラは、一般に、その温度及び又は蒸気流れ（容積）を増大させる必要がある。過熱器を横断する圧力低下は蒸気容積を増大させるに従い大きくなる。大きな圧力低下は容積増大の制限因子になることがある。そのため、過熱器全体を定期的に交換して圧力低下を小さくする必要がある。

代表的シナリオでは、オペレーターが蒸気流れの増大（例えば、５４３．４ｋｐｐｈ）を要求する。標準的プラクティスでは過熱器は、蒸気が唯一の経路により過熱され得るような構成とされる。蒸気を増大量の蒸気で過熱するための表面が追加される。図１には従来の単一経路型の直列過熱器用の代表的な構成が番号１０で示され、増大容積分を処理する新規の表面１２が既存の表面１４に追加されている。蒸気を表面１２及び１４に送るドラム１６と、表面１２及び１４から最終的に蒸気を受けるタービン１８とが設けられる。
以下の表１は図１により画定される各位置での蒸気の予想温度及び圧力を表す。

望ましい出口圧力値は１３００ｐｓｉｇ（ゲージ圧での８９６３．５ｋＰａ）、望ましい出口温度は９００°Ｆ（４８２．２℃）である。
蒸気温度制御用の第１及び第２の各噴霧温度低減器が、２つの中間位置、即ち、位置Ｂ及びＣ間と、位置Ｄ及びＥ間に配置される。従来構成では最大蒸気温度は噴霧温度４９°Ｆ（９．４℃）との合計で得られると予測される。しかしながら、従来構成では目標出口圧力１３００ｐｓｉｇ（ゲージ圧での８９６３．５ｋＰａ）を達成し得ない。達成し得る最大出口圧力は１２３６ｐｓｉｇ（８５２２．２２ｋＰａ）に過ぎない。この場合の伝統的な対応策は既存表面における平行蒸気流れ経路数を増やすことである。そのためには既存の加熱器管路、加熱器ヘッダ、ルーフシール、等の全てを交換する必要があり、煤ブロワキャビティの再配置を要することもある。
かくして、既存の加熱器の交換を要することなく蒸気量を増大させることに対する要望がある。

既存の加熱器の交換を要することなく蒸気量を増大させる二重経路型の平行過熱器を提供することである。

本発明によれば、蒸気送達用のドラム、ドラムに相対する蒸気受け用装置、ドラムから受けた蒸気を、蒸気受け用装置に送る以前に過熱する第１及び第２の各経路を提供する第１及び第２の各表面、を含む二重経路型の平行加熱器が提供される。第１及び第２の各経路に沿って噴霧温度低減器も設けられる。

本発明によれば、蒸気をドラム出口位置で２つの経路に分岐させるシステム及び方法が提供される。一方の経路は過熱器の既存の表面により画定され、他方の経路は炉にオーバーハングする新規の表面により画定される。各経路は噴霧温度低減器により個別に制御され、個別に最大蒸気温度を達成する。各流れは過熱器出口位置で単一経路に再合流される。本発明の二重経路型平行過熱器（以下、ＤＰＰＳ）によれば、既存の過熱器の交換を要することなく蒸気量を増大可能である。

既存の加熱器の交換を要することなく蒸気量を増大させる二重経路型の平行過熱器が提供される。

図１は、従来の単一経路型の直列過熱器の概略図である。 図２は、本発明の二重経路型の平行過熱器の概略図である。

図２を参照するに、本発明に従う二重経路型の平行過熱器（ＤＰＰＳ）が示され、その構成上、蒸気を過熱させる２つの平行経路を有している。図２のＤＰＰＳ構成では増大容積を処理する新規表面２２が本来の表面２４に追加される。
従来構造における如く、表面２２及び２４に蒸気を送るドラム３０と、表面２２及び２４からの蒸気を最終的に受ける蒸気受け用装置３２とが設けられる。
以下の表２には、図２に示す位置Ａ１−Ａ４及びＢ１−Ｂ４での予測蒸気温度及び圧力が示される。

望ましい出口圧力は１３００ｐｓｉｇ（ゲージ圧での８９６３．５ｋＰａ）であり、望ましい出口温度は９００°Ｆ（４８２．２℃）である。
図２では２つの経路が反映され、経路ＡはＡ１−Ａ４に配置され、経路ＢはＢ１−Ｂ４に配置される。各経路は、蒸気温度を制御するための噴霧温度低減器を１つの中間ステージ位置に有する。

図２に示すように、経路Ａは位置Ａ１−Ａ４を含み、中間ステージ噴霧器である噴霧温度低減器２６を利用するために側部を連ねて配置され、他方、新規に組み込む必要のあるバンクは１つのみで良い。噴霧温度低減器２６は位置Ａ２とＡ３との間に位置付けられる。噴霧温度低減器２６は蒸気温度を制御し、低蒸気流れに固有の高い金属温度を低下させる。

経路Ａのバンク内の各管はＳＡ２１３−Ｔ２２等の鋼配合物製のものであり得、出口側脚部用には複数のステンレス鋼管を用い得る。更には、本発明の並列設計上、高温蒸気は、煙道ガスが最高温度にある炉の前方部に再導入されるため新規加熱表面の必要数が最小化される。

経路Ｂは位置Ｂ１−Ｂ４を含み、ユニットの既存の過熱器表面と、位置Ｂ２及びＢ３間に位置付けた既存の中間ステージ噴霧器である噴霧温度低減器２８とを再利用する。噴霧温度低減器２８は蒸気温度を制御し、低蒸気流れに固有の高い金属温度を低下させる。経路Ｂのバンクの金属は経路Ａと同様に当業者に周知の材料製のものであり得る。経路Ｂの一次過熱器の出口列材料は例外であり、これら出口列は一般にステンレス鋼製管に交換する必要がある。

経路Ａ及びＢは個別に最大蒸気温度を達成する。経路Ａにおける噴霧マージンは４１°Ｆ（約５℃）であり、経路Ｂでのそれは６１°Ｆ（約１６．１℃）である。経路Ａ及びＢからの蒸気は同一温度に制御された後、再合流して単一の出口流れを形成する。

平行な経路Ａ及びＢは降圧量が同一となる設計とされる。この構成は、先ず、新規表面のヘッダをサブドリリングする、あるいは、既存の表面にオリフィス付きダッチマン（ｏｒｉｆｉｃｅｄ−Ｄｕｔｃｈｍａｎ）を組み込むことで実現し得る。ヘッダのサブドリリング及びオリフィス付きダッチマンの組み込みは斯界に知られた技法である。しかしながら、ユニットが汚染され噴霧流れが変化するに従い、各ラインでの圧力損失が変化し得る。制御手段としてのトリムバルブをラインの少なくとも一部に組み込み得る。圧力低下の動的調節可能なため、各経路における蒸気流れが設計通りに維持され得る。かくして、蒸気の温度及び圧力も設計通りに維持され得る。

本発明には数多くの利益がある。本発明は容量増大を図る工業ボイラ用のものである。蒸気量が増大するとドラム及び過熱器出口間の降圧量が増大する。新規の所望蒸気量が十分多い場合、出口圧力を維持するために、追加の流れ経路を有する新規の過熱器が必要となる。既存の過熱器の条件に拘わらず新規表面が必要となる。そのため、オペレーターは各管をその寿命以前に廃棄する、あるいは、その経費の高さ故にプロジェクト全体を放棄せざるを得ない場合がある。本発明のＤＰＰＳによれば、既存表面を交換する必要無く蒸気流れを増大させ得る。

オペレーターは、交換費用を掛ける前に可能な限り既存設備を最大限利用しようと努力し続ける。これは、既存設備の運転条件が良好である場合は特にそうである。本発明では既存表面が再利用されるためオペレーターとって経費節減となる。本発明によれば、伝統的解決策よりずっと低コストで蒸気増大要求を満足させ得る。本発明には、多くの異なる表面構成に適用可能である点で用途上の融通性がある。

本発明のＤＰＰＳ構成は、これに限定しないが、製紙業のプロセスリカバリー用ボイラ、スターリング式発電ボイラ、を含む幾つかのボイラ形式、廃棄物−エネルギー用途、バイオマス燃焼テクノロジー、に適用可能である。
上記表１及び２を比較すると、本発明のＤＰＰＳ構成では増大蒸気流れはその所望の出口圧力を維持しつつ目標蒸気温度に制御され得ることが示される。

ＤＰＰＳはその設計上、増大流れ条件下において、出口圧力を低下させずに既存の過熱器表面を再利用する能力、表面を従来設計における以上には加熱せずに最大蒸気温度を達成する能力、各蒸気経路を横断しての圧力降下を制御する能力、を提供する。
増大流れ条件を処理する別法には、出口圧力の低下、既存の過熱器（管、ヘッダ、ルーフシール等）の除去、追加の平行流路を備える新規表面の組み込み、が含まれる。
別態様では、容量増大の全てあるいは一部が運転温度の増大により得られる。それらの実施例では、ここで説明した方法を、所望の過熱器出口温度を維持しつつ所望の圧力降下を維持するために更に用い得る。以上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解されたい。

２２、２４ 表面
２６、２８ 噴霧温度低減器
３０ ドラム
３２ 蒸気受け用装置

Claims (8)

1. 二重経路型の平行過熱器（２０）であって、
   蒸気を送るようになっているドラム（３０）にして、前記蒸気用の分離状態の第１及び第２経路に開口するドラム出口を含むドラムと、
   ドラムに相対する蒸気受け用装置と、
   前記ドラムから蒸気を受けるようになっており、且つ、受けた蒸気を過熱して前記蒸気受け用装置（３２）方向に送る前記第１経路を形成する第１表面（２２）と、
   前記ドラムから蒸気を受けるようになっており、且つ、受けた蒸気を過熱して前記蒸気受け用装置（３２）方向に送る前記第２経路を形成する第２表面（２４）にして、前記第２経路が前記第１経路と平行位置に位置付けられる第２表面と、
   を含み、
   前記第１及び第２の各経路がその中間ステージ位置に噴霧温度低減器（２６、２８）を有し、
   前記第１及び第２の各経路が過熱器出口位置で再合流され、
   各前記第１表面（２２）及び第２表面（２４）が各々過熱用表面を含み、
   前記第１経路及び第２経路が、前記ドラム出口と過熱器（２０）の出口との間で分離状態に維持され、かくして、各前記第１及び第２の経路を流れる蒸気が個別に過熱され、最大蒸気温度とされた後に再合流され、
   前記過熱器出口から前記蒸気受け用装置（３２）に向けて単一量の過熱蒸気を送るように位置決めされた、前記再合流された流れ用の経路を更に含む二重経路型の平行過熱器。
2. ドラム（３０）に相対する蒸気受け用装置（３２）と、
   前記第１表面（２２）が、蒸気を前記蒸気受け用装置（３２）方向に送る構成を有し、
   前記第２表面（２４）が、蒸気を前記蒸気受け用装置（３２）方向に送る構成を有し、
   前記第１及び第２の各表面（２２、２４）が、前記単一量の蒸気流れを前記蒸気受け用装置（３２）方向に送る構成を有する請求項１に記載の二重経路型の平行過熱器。
3. 蒸気を過熱する方法であって、
   前記蒸気を送るようになっているドラム（３０）を提供すること、
   前記ドラム（３０）と相対する蒸気受け装置（３２）を提供すること、
   前記蒸気を受け且つ送るようになっている第１経路を形成する第１表面（２２）を提供すること、
   前記蒸気を受け且つ送るようになっている第２経路を形成する第２表面（２４）にして、前記第２経路が前記第１経路と実質的に平行に構成される第２表面を提供すること、
   前記ドラム（３０）からの第１の量の蒸気を前記第１経路の方向に送ること、
   前記ドラム（３０）からの第２の量の蒸気を前記第２経路の方向に送ること、
   前記第１経路に沿って前記第１の量の蒸気を過熱すること、
   前記第２経路に沿って前記第２の量の蒸気を過熱すること、
   前記第１の量の蒸気を前記第１経路から離れる前記蒸気受け装置（３２）方向に送ること、
   前記第２の量の蒸気を前記第２経路から離れる前記蒸気受け装置（３２）方向に送ること、
   を含み、
   各前記第１表面及び第２表面が各々過熱用表面を含み、
   前記第１の量の蒸気及び第２の量の蒸気が過熱中に分離状態に維持され、
   前記第１経路から送られる第１の量の蒸気と、前記第２経路から送られる第２の量の蒸気とが再合流されて前記蒸気受け用装置（３２）に送られる単一の第３の量の蒸気を形成するよう、前記第１経路から送られる第１の量の蒸気が前記第２経路から送られる第２の量の蒸気と混合されるように送られる方法。
4. 前記第１経路の中間ステージ位置に噴霧温度低減器（２６）が設けられる請求項３に記載の方法。
5. 前記第２経路の中間ステージ位置に噴霧温度低減器（２８）が設けられる請求項３又は４に記載の方法。
6. 前記ドラム（３０）内の蒸気がドラム出口位置で前記第１経路と第２経路とに分岐され、前記第１経路及び第２経路内の蒸気が、各前記経路内で個別に最大蒸気温度とされた後に過熱器出口位置で再合流される請求項３に記載の方法。
7. 前記第１経路の中間ステージ位置に噴霧温度低減器（２６）を提供すること、
   前記第２経路の中間ステージ位置に噴霧温度低減器（２８）を提供すること、
   を含み、
   各前記噴霧温度低減器（２６、２８）が前記第１及び第２経路内の蒸気温度を個別に制御し、前記第１及び第２経路内の蒸気温度が同一温度に個別に制御され、
   前記第１及び第２経路内の蒸気が、前記制御により同一温度とされた後に再合流される請求項３に記載の方法。
8. 前記ドラム（３０）内の蒸気がドラム出口位置で前記第１及び第２経路に分岐され、前記第１及び第２経路内の蒸気が過熱器出口位置で再合流される請求項７に記載の方法。

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