JP6559943B2 - 蒸発器装置およびその動作方法 - Google Patents

Description

本開示は、水を蒸気に蒸発させるように構成されている蒸発器に関する。

背景
排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）は、１つ以上のダクトを含む装置であって、このダクトを通って、熱ガスが、熱ガスから流体へと熱を伝達するために熱交換器によって使用される。熱交換器の例は、特許文献１乃至特許文献１１に見出される。

公知の垂直型ＨＲＳＧ蒸発器は、蒸発器の始動動作中に不安定さを有する水平型蒸発器チューブを含む。蒸発器は、蒸気および加熱された液体の水を蒸気ドラムに供給し、この蒸発器は、また、始動動作中に、水位の不安定さも経験する。再循環ポンプが、蒸気ドラムへの蒸気の逆流またはバックフローを防ぐことによって、このような不安定さに対処する。このような特徴は、また、蒸発器の運転停止が必要となるウォーターハンマー条件にも対処する。再循環ポンプは、運転コストおよび維持コストに大きな衝撃を与える。

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要旨
本明細書に示される側面に従って、蒸気ドラムから液体の水を受け取り、蒸気および加熱された液体の水のうちの少なくとも一方を蒸気ドラムに供給するための蒸発器装置が提供される。蒸発器装置は、液体の水を受け取るための第一注入口を有し、かつ、少なくとも１つの第一蒸発器導管を有する第一蒸発器を備えている。各第一蒸発器導管は、少なくとも１つの第一蒸発器通路を規定しており、この第一蒸発器通路は、第一蒸発器通路内で気体から水へと熱を伝達するためのものであり、第一注入口から、単一の経路でガスダクトを通って、第一排出口まで延在している。ガスダクトを通って延在している第一蒸発器通路の長さは、ガスフロー軸に実質的に垂直であり、このガスフロー軸に沿って、動作中に、気体は、ガスダクトを通って流れる。第二蒸発器は、液体の水を受け取るための第二注入口を有し、かつ、第二蒸発器は、気体から水へと熱を伝達するための、第二注入口から、ガスダクトを通って、第二排出口まで延在している、少なくとも１つの第二蒸発器導管を有する。

本明細書に示される他の側面に従って、第一注入口において液体の水を受け取るための第一蒸発器を含む蒸発器装置が提供される。第一蒸発器は、第一蒸発器通路を規定する少なくとも１つの蒸発器導管を有し、この第一蒸発器通路は、動作中に、第一蒸発器通路内で、ガスダクト内を通る気体から水へと熱を伝達するための、第一注入口から、ガスダクトを介して、第一蒸発器の第一排出口まで延在している、かつ、動作中に、第一蒸発器通路内で、ガスダクト内を通る気体から水へと熱を伝達するためのものである。第二注入口において液体の水を受け取るための第二蒸発器は、第二注入口から、ガスダクトを介して、第二排出口まで延在している第二蒸発器通路を規定する少なくとも１つの第二蒸発器導管を有する。第二蒸発器通路は、気体から水へと熱を伝達するために配置されている。蒸気および加熱された液体の水のうちの少なくとも一方を、第一蒸発器および第二蒸発器の両方から出力するための出力導管が、第一蒸発器の第一排出口と第二蒸発器の第二排出口と連通している。

本明細書に示される他の側面に従って、垂直型ＨＲＳＧと組み合わせて配置される蒸発器装置の動作方法が提供される。この方法は、蒸気ドラムから第一蒸発器の第一供給導管まで液体の水を供給するステップを含む。第一蒸発器は、第一蒸発器通路を規定している少なくとも１つの第一蒸発器導管を有し、この第一蒸発器通路は、第一蒸発器通路内で、ガスダクト内をガスフロー軸に沿って通る気体から水へと熱を伝達するためのものであり、第一注入口から、単一の経路でガスダクトを介して、第一蒸発器の第一排出口まで延在している。この単一の経路を規定するために、ガスダクトを介して延在している第一蒸発器通路の長さは、ガスフロー軸に実質的に垂直である。上記の方法は、また、蒸気ドラムから、第二蒸発器の第二供給導管まで、液体の水を供給するステップを含む。第二蒸発器は、第一蒸発器導管に隣接し、かつ、ＨＲＳＧのガスダクトを介して延在している少なくとも１つの第二蒸発器導管を有する。第二蒸発器導管は、気体から水へと熱を伝達するための、第二注入口から、ガスダクトを介して、第二蒸発器の第二排出口まで延在している少なくとも１つの第二蒸発器導管通路を規定する。上記の方法は、さらに、蒸気ドラムから第一排出口まで、第一供給導管を介して、液体の水を供給するステップと、蒸気ドラムから第二排出口まで、第二供給導管を介して、液体の水を供給するステップとを含む。

上述の特徴および他の特徴が、以下の図面および詳細な説明によって例示される。

実施形態を例示する図面がここで参照され、図面においては、同様の要素に対して同様の参照番号が付されている。

図１は、蒸発器の第一の例示的な実施形態のブロック図である。 図２は、蒸発器の第二の例示的な実施形態のブロック図である。 図３は、蒸発器装置の例示的な動作方法のフローチャートである。

本明細書に開示される発明の実施形態の他の詳細、目的および利点が、例示的な実施形態および関連する例示的な方法についての以下の説明から明白となるだろう。

詳細な説明
本明細書で開示される蒸発器装置の例示的な実施形態は、蒸発器または熱交換器の始動動作中に発生し得る、バックフローおよび蒸気ドラムの不安定さに対処するように構成されている。例えば、バックフローおよび蒸気ドラムの水位の不安定さに対処するために再循環ポンプが必要にならないように、水の自然循環が、蒸気ドラムと蒸発器との間に設けられる。必要に応じて、再循環ポンプが、オプションのバックアップ安全手段として含まれる。

図１は、蒸気ドラム１から液体の水を受け取る、本明細書に開示される例示的な蒸発器装置を示している。蒸気ドラム１は、水注入口３から水を受け取り、蒸気ドラム排出口５を介して蒸気を出す。

蒸気ドラムの動作中に、液体の水が、蒸気ドラム１から、一組の蒸発器まで通過する。第一供給導管９および第二供給導管１１は、それぞれ、蒸気ドラム１から、第一蒸発器ＥＶＡＰ−１または第二蒸発器ＥＶＡＰ−２まで液体の水を供給する。第一供給導管９は、第一通路を規定する、１つ以上のパイプ、バルブ、チューブ、容器、ダクトまたは他のタイプの導管要素であり、第一通路を通って、液体の水が、蒸気ドラム１から、第一蒸発器ＥＶＡＰ−１の第一注入口１０まで流れる。第二供給導管１１もまた、通路を規定する、１つ以上の相互接続されたパイプ、バルブ、チューブ、容器、ダクトまたは他のタイプの導管要素であり、この通路を通って、液体の水が、蒸気ドラム１から、第二蒸発器ＥＶＡＰ−２の第二注入口２０まで流れる。第一供給導管９および第二供給導管１１は、それぞれ、蒸発器装置のいくつかの実施形態において、下降管として考慮される。

蒸発器によって受け取られた水は、第一蒸発器ＥＶＡＰ−１および第二蒸発器ＥＶＡＰ−２の１つ以上の蒸発器導管を通って供給される。水は、蒸気を形成するために、少なくとも１つのＨＲＳＧダクト１５を通って加熱されたガスフロー７を介して加熱される。

蒸気および任意の蒸発していない加熱された液体の水が、組み合わせ型の蒸発器出力部１３を介して、第一蒸発器ＥＶＡＰ−１および第二蒸発器ＥＶＡＰ−２の両方によって出力される。この出力部は、両方の蒸発器からの、蒸気および蒸発していない加熱された液体の水が、蒸気ドラム１に供給される前に、共通の導管内で一緒に混合されるように、第一蒸発器および第二蒸発器を蒸気ドラム１に接続する導管である。組み合わせ型の蒸発器出力導管１３は、通路を規定する、１つ以上の、相互接続されたパイプ、チューブ、容器、ダクト、バルブまたは他のタイプの導管要素として形成された、組み合わせ型の上昇導管であってもよく、この通路を通って、蒸気が、第一蒸発器排出口１２および第二蒸発器排出口２２から、蒸気ドラム１まで流れる。

組み合わせ型の蒸発器出力部１３は、蒸発器装置の始動動作中の利点を提供する。例えば、始動中に、組み合わせ型蒸発器出力部１３は、所望の方向に蒸気循環を自然に発生させることを促進する。第二蒸発器ＥＶＡＰ−２において蒸気が形成される前、および、第二蒸発器ＥＶＡＰ−２から蒸気が出力される前に、蒸気は、第一蒸発器ＥＶＡＰ−１から放出される。水が、ＨＲＳＧダクト１５を介する単一経路において、ＨＲＳＧを通過する熱ガスを介して加熱されるので、蒸気は、第一蒸発器ＥＶＡＰ−１においてより迅速に形成される。

第一蒸発器ＥＶＡＰ−１は、垂直型ＨＲＳＧダクト１５において、第二蒸発器ＥＶＡＰ−２に隣接して（例えば、第二蒸発器ＥＶＡＰ−２より下方に）配置される。これにより、第一蒸発器ＥＶＡＰ−１内の水は、熱伝達のためのより熱い気体に曝される。第二蒸発器ＥＶＡＰ−２が蒸気を出力し始める時までに、組み合わせ型蒸発器出力部１３内の圧力および温度は、組み合わせ型蒸発器出力部１３内にある、第一蒸発器ＥＶＡＰ−１から出力された、蒸気および加熱された蒸発器の液体の存在に起因して、より高くなる。

このように、第二蒸発器ＥＶＡＰ−２から出力される蒸気から生じる、システム内で、劇的というほどではないが圧力の増加がある。これは、結果としてウォーターハンマー条件を生じさせる、始動中に発生する水位の不安定さの可能性を低減する。すなわち、組み合わせ型蒸発器出力部１３内の温度および圧力条件が、組み合わせ型蒸発器出力部１３が供給を行う蒸気ドラム１内の、他の場合にはより冷たい始動条件を回避することによって、蒸気の急激な凝結を緩和することができる。

１つ以上の第一蒸発器導管が、それぞれ、第一蒸発器ＥＶＡＰ−１の第一注入口１０から第一蒸発器ＥＶＡＰ−１の第一排出口１２まで延在している第一蒸発器通路１４を規定する。各第一蒸発器通路１４は、ガスダクト、例えば、ＨＲＳＧダクト１５を通る延在し、このガスダクトは、ガスダクト内のガスフロー軸に沿った第一方向に通過する気体から、第一蒸発器通路内の水へと熱を伝達するためのものである。各第一蒸発器通路は、第一蒸発器ＥＶＡＰ−１の第一注入口１０から第一排出口１２までの、ガスダクトを通る単一経路のみを構成する。各第一蒸発器通路１４は、ガスダクトを通って長さＬに沿って延在し、ガスダクトを通るガスフロー７のガスフロー軸に実質的に垂直（例えば、垂直まで４５度未満）である、ガスダクトを通る単一経路を規定するためのものである。

例えば、ガスフロー７は、加熱された気体が、ＨＲＳＧダクト１５の下部部分から、ＨＲＳＧダクト１５の上部部分に流れるように、ガスフロー軸に沿った垂直方向に存在する。第一蒸発器ＥＶＡＰ−１の各第一蒸発器通路は、第一蒸発器通路の長さＬに沿って、ガスフローに対して実質的に垂直（例えば、水平にまたは実質的に水平に（直線状の傾斜、または、０°〜５°の下向きの傾斜）に延在する。ガスフロー軸は、第一蒸発器通路１４を通る水の流れの方向に対して直角または実質的に直角な方向（例えば、水の流れの方向に対して直角な方向から５°または１０°以内の方向）に、垂直方向に、気体が、ガスダクトを通って流れるように、垂直方向に延在する。

第二蒸発器ＥＶＡＰ−２もまた、第二蒸発器ＥＶＡＰ−２の第二注入口２０において、第二供給導管１１から、蒸気ドラム１からの液体の水を受け取る。第二供給導管１１は、第一供給導管９とは別の導管である。例えば、第一供給導管９および第二供給導管１１は、それぞれ、別個の通路を規定する別個のパイプ、バルブまたは他の導管要素を含み、この別個の通路は、蒸気ドラムから、第一蒸発器ＥＶＡＰ−１および第二蒸発器ＥＶＡＰ−２のそれぞれの注入口まで延在する。このように、第一供給導管９に沿って第一蒸発器ＥＶＡＰ−１の注入口まで流れる、蒸気ドラム１からの液体の水のいずれの部分も、蒸気ドラム１から第二蒸発器ＥＶＡＰ−２の注入口まで流れる、蒸気ドラム１からの液体の水と混合されない。

第二蒸発器は、ガスダクトであると考えられるＨＲＳＧダクト１５を通って延在する少なくとも１つの第二蒸発器導管を有する。各第二蒸発器導管は、少なくとも１つの第二蒸発器通路２４を規定し、第二蒸発器通路は、気体から第二蒸発器通路内の水へと熱を伝達するためのものであり、第二注入口２０から、ガスダクトを通って、第二蒸発器の第二排出口２２まで延在する。例えば、各第二蒸発器通路２４は、ガスダクトを通る１つの経路のみを規定する、または、ガスダクトを通る２つ、３つまたは４つ以上の経路を規定し、この経路は、ダクト内を流れる加熱された気体から、第二蒸発器通路の第二蒸発器導管内の水へと、熱を伝達するためのものである。

ＨＲＳＧダクト１５を通る複数の経路を規定する場合、第二蒸発器通路は、第二蒸発器ＥＶＡＰ−２の第二注入口２０および第二排出口２２が、図１に示されているＨＲＳＧダクトと同一の側に、または、同一の側に隣接して配置されるように構成される、あるいは、代替的に、第二注入口２０および第二排出口２２が、ＨＲＳＧダクトの互いに対向する側に、または、互いに対向する側に隣接しているように構成される。例えば、各第二蒸発器通路２４は、図１に示されるような逆「Ｃ」配置を有する第二通路を規定することを助けるように、湾曲または角度付けされた区画を含む、または、代替的に、第二蒸発器通路が、「Ｃ」配置または他の配置を有するように構成される。

各第二蒸発器通路は、少なくとも１つの第一蒸発器通路に隣接して（例えば、上方に）配置され、それぞれが、ＨＲＳＧダクト１５を通って延在する、長さＬを有する、１つ以上の経路を有する。長さＬの各経路は、ＨＲＳＧダクト１５を通って流れるガスフロー７のガスフロー軸に対して垂直または実質的に垂直（ガスフローの流れの方向に対して垂直である方向から１〜１０°の範囲内、または、ガスフローの流れの方向に垂直である方向から１〜５°の範囲内）である。

ガスフロー７は、気体が、ＨＲＳＧダクトの下部部分からＨＲＳＧダクトの上部部分まで垂直に流れるように、ガスフロー軸に沿って垂直方向に流れる。このように、第二蒸発器ＥＶＡＰ−２および第二蒸発器ＥＶＡＰ−２の第二蒸発器通路２４は、第一蒸発器ＥＶＡＰ−１および第一蒸発器ＥＶＡＰ−１の第一蒸発器通路１４の下流にあると考えられる。

第二蒸発器ＥＶＡＰ−２の各第二蒸発器通路は、長さＬを有する１つ以上の通路区画を含み、この通路区画は、ＨＲＳＧダクト１５を通り、長さＬに沿って、水平または実質的に水平に延在する。ガスダクトを通り垂直方向に、かつ、ＨＲＳＧガスダクト１５の水平第二蒸発器通路を通って水が流れる方向に対して直角または実質的に直角な方向に、気体が流れるように、ガスフロー軸は、垂直方向に延在する軸である。

例示的な実施形態において、第二蒸発器ＥＶＡＰ−２の各第二蒸発器通路は、第二注入口と第二排出口との間のガスダクトを通る、少なくとも２つの水平に延在する経路を規定し、これらの経路は、全体が第一蒸発器の上方に配置される。例えば、各第二蒸発器通路は、ガスダクトを通る、水平に延在する２つの経路を規定するように構成され、これらの経路は、共に、第一蒸発器ＥＶＡＰ−１の第一蒸発器通路の上方にある。

第一供給導管９は、第一蒸発器ＥＶＡＰ−１の注入口から（例えば、垂直方向下方に）所定の距離Ｄに位置する高さの部分（例えば、最下部部分１７）を有する。例示的な実施形態において、所定の距離Ｄは、第一蒸発器ＥＶＡＰ−１の第一注入口から（例えば、下方に）０．１〜１０ｍ、第一蒸発器ＥＶＡＰ−１の第一注入口１０から１〜６ｍ、第一蒸発器ＥＶＡＰ−１の第一注入口から１〜２ｍ、および、第一蒸発器ＥＶＡＰ−１の第一注入口１０から少なくとも１ｍのいずれかである。第一供給導管９に対するこのような構成は、始動動作中の自然循環を促進し、第一蒸発器ＥＶＡＰ−１から第一供給導管９への逆流を阻止する（例えば、防ぐ）。

例えば、第一供給導管の最下部部分１７は、１つ以上の第一蒸発器通路の全体の量の所定のパーセンテージの量を含み、ここを水が流れることにより、蒸発器装置の始動動作中に、（１つまたは複数の）第一蒸発器通路内で形成された蒸気が、第一供給導管９に流れ込むことを防ぐ。例えば、第一供給導管の長さ、深さ、および幅は、第一供給導管の所定の量が、第一蒸発器ＥＶＡＰ−１の注入口の下の所望の高さに配置されることを確実にするように構成されている。

第一蒸発器ＥＶＡＰ−１の注入口から所定の距離Ｄにある、第一供給導管９の最下部部分の所定の量は、例えば、水が通過する１つ以上の第一蒸発器通路の全体の量の０．２％〜２０％、１つ以上の第一蒸発器通路の量の少なくとも０．５％、または、水が通過する１つ以上の第一蒸発器通路の全体の量の１％〜１０％である。第一供給導管９の例示的な最下部部分は、特定の高さにおいて水平方向に延在する第一供給導管の区画を含む、または、最下部部分から、所望の高さの仕様（例えば、第一蒸発器ＥＶＡＰ−１の注入口の下０．１〜１０ｍ、１〜６ｍ、または、１〜２ｍ）だけ低い、別のより上昇した位置まで、斜めに延在する第一供給導管の部分を含む。第一蒸発器ＥＶＡＰ−１の注入口から最小の所定の距離Ｄの高さ、または、当該最小の所定の距離Ｄより下の高さにある、第一供給導管の１つまたは複数の導管部分の全体が、第一供給導管９の最下部部分であると考えられる。

さらに、第二供給導管１１は、第二蒸発器ＥＶＡＰ−２の注入口の高さから（例えば、下方に）所定の距離Ｄにある高さに位置する部分（例えば、最下部部分２７）を有する。所定の距離Ｄは、例えば、第二蒸発器ＥＶＡＰ−２の注入口から下方に０．１〜１０ｍ、第二蒸発器ＥＶＡＰ−２の注入口から下方に１〜６ｍ、第二蒸発器ＥＶＡＰ−２の注入口２０から下方に１〜２ｍ、および、第二蒸発器ＥＶＡＰ−２の第二注入口２０から下方に少なくとも１ｍのいずれかである。第二供給導管１１に対するこのような構成は、始動動作中の自然循環を促進し、蒸気が、第二蒸発器ＥＶＡＰ−２から、第二供給導管１１に入り、蒸気ドラム１へ逆流することを阻止し（例えば、防ぎ）、さらに、始動動作中の水位の不安定さを阻止する（例えば、防ぐ）ことに役立つ。

例えば、第二供給導管１１の最下部部分２７は、１つ以上の第二蒸発器通路の全体の量の所定のパーセンテージを含み、ここを水が流れることにより、複数の第二蒸発器通路のうちの任意の通路で形成された蒸気が、蒸発器装置の始動動作中に第二供給導管１１に逆流することを防ぎ、水位が不安定になることも防ぐ。第二供給導管１１の最下部部分の長さ、深さ、および幅は、水が流れる、第二供給導管１１の所定の量が、第二蒸発器ＥＶＡＰ−２の注入口の下の所望の高さ範囲内に配置されることを確実にするように選択されている。水が通過する、第二供給導管１１の最下部部分の所定の量は、例えば、水が通過する１つ以上の第二蒸発器通路の全体の量の０．２％〜２０％、１つ以上の第二蒸発器通路の量の少なくとも０．５％、または、水が通過する１つ以上の第二蒸発器通路の全体の量の１％〜１５％である。

第二供給導管１１の例示的な最下部部分は、特定の高さにおいて水平方向に延在している第二供給導管１１の区画を含む、または、最下部部分から、所望の高さ仕様（例えば、第二蒸発器ＥＶＡＰ−２の注入口の下０．１〜１０ｍ、１〜６ｍ、または、１〜２ｍ）だけ低い、別のより上昇した位置まで、斜めに延在する第二供給導管の部分を含む。第二蒸発器ＥＶＡＰ−２の注入口から最小の所定の距離Ｄの高さ、または、当該最小の所定の距離Ｄより下の高さにある、第二供給導管１１の１つまたは複数の導管部分の全体が、第二供給導管１１の最下部部分であると考えられる。

流体が、蒸気ドラム１および組み合わせ型蒸発器出力部１３のうちの少なくとも一方に供給される。これは、結果としてウォーターハンマー条件を生じる不安定さを回避するために、蒸気ドラム１、第一蒸発器ＥＶＡＰ−１、および第二蒸発器ＥＶＡＰ−２の動作圧力を増加させる。

例えば、ウォーターハンマー条件は、蒸発器装置のコールドスタート中に、蒸発器装置内に存在するより冷たい条件に接した際に凝結する、蒸発器からの大部分の蒸気に起因して発生し、蒸気ドラムおよび組み合わせ型蒸発器出力部の水位が不安定になる。さらに、始動中の蒸気ドラム１および第一蒸発器および第二蒸発器の圧力の増加は、ＨＲＳＧダクト１５を通る、第一蒸発器ＥＶＡＰ−１および／または第二蒸発器ＥＶＡＰ−２の１つ以上の通路において形成された蒸気が、蒸発器装置の始動動作中に、第一供給導管９および／または第二供給導管１１に流れ込むことを阻止する（例えば、防ぐ）。その後、蒸発器装置が、第一供給導管９および第二供給導管１１を介して受け取った液体の水から蒸気を形成するための安定状態動作条件に達したときに、流体が、蒸気ドラム１または組み合わせ型蒸発器出力部１３へと通過することを阻止される。

蒸気ドラム１および／または組み合わせ型蒸発器出力部１３を通過する流体は、ウォーターハンマー形成に関連する可能性のある始動時の不安定性を回避するために、窒素、空気、蒸気、あるいは、蒸気ドラム、組み合わせ型蒸発器出力部１３および蒸発器を安全に加圧し、かつ、さらに、蒸気が、第一供給導管９および／または第二供給導管１１に流れ込むことを防ぐことに役立つように構成された他の気体または流体である。ポンプまたはファンは、流体の供給源および加圧された流体の供給ラインと連通しており、かつ、始動中に、蒸気ドラム１、組み合わせ型蒸発器出力部１３および蒸発器を加圧するために、蒸気ドラム１および／または組み合わせ型蒸発器出力部１３に流体を供給するように選択的に作動される。蒸発器装置が安定状態動作条件に達するまで、始動動作中に、動作圧力を増加させるために、かつ、第一蒸発器および第二蒸発器の動作圧力を、例えば、（ｉ）少なくとも２気圧、（ｉｉ）２〜６気圧、または、（ｉｉｉ）２〜８０気圧の圧力レベルに維持するために、流体を、蒸気ドラム１および／または組み合わせ型蒸発器出力部１３に流し込む。

図２は、本明細書に開示される蒸発器装置の例示的な実施形態が、複数組の第一蒸発器ＥＶＡＰ−１および第二蒸発器ＥＶＡＰ−２を含むことを図示している。例えば、２つの第一蒸発器ＥＶＡＰ−１ＡおよびＥＶＡＰ−１Ｂが、垂直型ＨＲＳＧダクト１５の下部部分に配置され、２つの第二蒸発器ＥＶＡＰ−２ＡおよびＥＶＡＰ−２Ｂが、上記の第一蒸発器ＥＶＡＰ−１ＡおよびＥＶＡＰ−１Ｂの上方に配置される。

液体の水が蒸気ドラム１から第一蒸発器まで流動可能であるように、第一蒸発器ＥＶＡＰ−１ＡおよびＥＶＡＰ−１Ｂは、それぞれ、蒸気ドラム１から注入口１０ａ、１０ｂまで延在している、それぞれの第一供給導管９ａ、９ｂを有する。各第一供給導管９ａ、９ｂは、液体の水を供給する第一注入口１０ａ、１０ｂの、少なくとも所定の距離Ｄだけ下方にある最下部部分１７ａ、１７ｂを有する。各第一蒸発器は、第一蒸発器通路１４ａ、１４ｂを含み、これらの第一蒸発器通路を通って、蒸気および加熱された蒸発していない液体を、蒸気ドラム１に供給するための組み合わせ型蒸発器出力部１３に接続された排出口１２ａ、１２ｂまで水が通過する。各第二蒸発器ＥＶＡＰ−２Ａ、ＥＶＡＰ−２Ｂもまた、第二注入口２０ａ、２０ｂにおいて、それぞれの別個の第二供給導管１１ａ、１１ｂから、蒸気ドラム１からの液体の水を受け取る。各第二供給導管１１ａ、１１ｂは、第二蒸発器ＥＶＡＰ−２Ａ、ＥＶＡＰ−２Ｂの第二注入口２０ａ、２０ｂの、所定の距離だけ下方にある最下部部分２７ａ、２７ｂを有する。各第二蒸発器ＥＶＡＰ−２Ａ、ＥＶＡＰ−２Ｂは、第二蒸発器通路２４ａ、２４ｂを通って、ＨＲＳＧダクト１５内を流れる気体から、熱伝達を介して、受け取った水を加熱するように構成されており、組み合わせ型蒸発器出力部１３を通って、蒸気および蒸発していない加熱された液体の水を、蒸気ドラム１に出力する。

各組み合わせ型蒸発器出力部１３は、第二蒸発器ＥＶＡＰ−２Ａ、ＥＶＡＰ−２Ｂの第二排出口２２ａ、２２ｂを、第一蒸発器ＥＶＡＰ−１Ａ、ＥＶＡＰ−１Ｂのうちの一方の第一排出口１０ａ、１０ｂに接続する導管を含む。例えば、各第一蒸発器ＥＶＡＰ−１Ａ、ＥＶＡＰ−１Ｂの各第一排出口１２ａ、１２ｂは、組み合わせ型蒸発器出力部１３と連通するように接続され、この組み合わせ型蒸発器出力部１３もまた、第二蒸発器ＥＶＡＰ−２のそれぞれ１つの第二排出口２２ａ、２２ｂからの蒸気を受け取る。

例示的な実施形態において、第一蒸発器ＥＶＡＰ−１および第二蒸発器ＥＶＡＰ−２は、それぞれ、蒸発器から、組み合わせ型上昇導管または他の組み合わせ型蒸発器出力部１３まで蒸気を出力する、複数の異なる出力ラインを有する。例えば、液体の水が、蒸気ドラム１から蒸発器まで通過するように、および、蒸気および加熱された蒸発していない液体の水が、蒸発器から蒸気ドラム１まで通過するように、図２に示されているような蒸発器装置の実施形態において、合計で４つの供給導管９ａ、９ｂ、１１ａ、１１ｂおよび２つの組み合わせ型蒸発器出力部１３がある。このように、第一蒸発器および第二蒸発器から供給される蒸気のフローが、蒸気ドラム１に供給される前に組み合わされる。

例示的な実施形態において、少なくとも２組の第一蒸発器ＥＶＡＰ−１および第二蒸発器ＥＶＡＰ−２があり、ここで、１つの組の第一蒸発器ＥＶＡＰ−１および第二蒸発器ＥＶＡＰ−２は、少なくとも１つのＨＲＳＧダクト１５に配置されたもう１つの組の第一蒸発器および第二蒸発器より上または下に位置する。

本明細書において示される例示的な実施形態の動作が、ここで、説明される。図３は、例示的な方法が、蒸気ドラムからの液体の水を、少なくとも１つの第一蒸発器導管を有する第一蒸発器の第一供給導管に供給するステップ３００を含むことを示している。第一蒸発器導管は、単一の第一蒸発器通路を規定し、この第一蒸発器通路は、第一注入口から、ガスダクトを通って、第一蒸発器の第一排出口まで延在し、かつ、ガスダクト内のガスフロー軸に沿って通過する気体から、第一蒸発器通路内の水に熱を伝達するためのものである。第一蒸発器通路は、ガスフロー軸に実質的に直角である。

上記の方法は、蒸気ドラムからの液体の水を、第一蒸発器導管に隣接する、ＨＲＳＧのガスダクトを通って延在する少なくとも１つの第二蒸発器導管を有する第二蒸発器の第二供給導管に供給するステップ３０２を含む。第二蒸発器導管は、第二蒸発器通路を規定し、第二蒸発器通路は、第二注入口から、ガスダクトを通って、第二蒸発器の第二排出口に延在しており、気体から水に熱を伝達するためのものである。

上記の方法は、水を加熱するために、第一蒸発器および第二蒸発器に水を通過させるステップ３０４と、少なくとも１つの組み合わせ型蒸発器出力導管を通って、蒸気および加熱された蒸発していない水を、第一蒸発器および第二蒸発器から、蒸気ドラムに出力するステップ３０６とを含む。

蒸発器装置、および当該蒸発器装置の使用方法および動作方法の実施形態は、異なる組み合わせの設計基準を満たすように変更可能であることが認識される。例えば、第二蒸発器ＥＶＡＰ−２は、ガスダクトを通る１つの経路のみを規定し、かつ、ガスダクト内を通る気体から、第二蒸発器の導管内の水へと熱を伝達するための導管を含む、または、ガスダクトを通る任意の所望の数の経路を構成可能である（例えば、ガスダクトを通る２つ、３つ、４つの経路）。

別の例として、第二蒸発器ＥＶＡＰ−２に対する供給導管は、第二蒸発器ＥＶＡＰ−２の注入口から少なくとも所定の距離Ｄだけ下方に配置された最下部部分を有するように構成されなくてもよい。例示的な実施形態において、第一供給導管９ａのみが、最下部導管部分が異なるように配置されて構成される。

代替的な実施形態において、蒸気ドラム１のサイズ、動作パラメータおよび容積、第一供給導管９および第二供給導管１１のサイズ、ならびに、第一蒸発器ＥＶＡＰ−１および第二蒸発器ＥＶＡＰ−２のサイズおよび容積は、任意の特別な設計基準に適合するように選択される。さらに、気体から水への熱伝達のための加熱ガスダクトは、ＨＲＳＧの１つ以上のダクトに限定されず、加熱された流体が流動可能な任意の適切なダクトまたは導管であり得る。

本発明は、種々の例示的な実施形態を参照して説明されてきたが、当業者は、本発明の範囲から逸脱することなしに、種々の変更が可能であり、かつ、均等物が本発明の要素と置換可能であることを理解するだろう。さらに、本発明の本質的な範囲から逸脱することなしに、本発明の教示に特定の状況または材料を適応させるように多くの修正がなされる。それゆえ、本発明は、本発明を実行するために企図される最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されず、本発明が添付の特許請求の範囲の範囲内に包含される全ての実施形態を含むことが意図される。

Claims (11)

1. 蒸気ドラムから液体の水を受け取り、蒸気および加熱された液体の水のうちの少なくとも一方を、前記蒸気ドラムに供給する蒸発器装置であって、
   前記蒸発器装置は、第一蒸発器と、第二蒸発器と、前記蒸気ドラムから前記第一注入口まで前記液体の水を運搬するための第一供給導管と、前記蒸気ドラムから前記第二注入口まで前記液体の水を運搬するための第二供給導管と、出力導管とを備えており、
   前記第一蒸発器は、液体の水を受け取るための第一注入口と、少なくとも１つの第一蒸発器導管とを有し、
   各第一蒸発器導管は、前記第一注入口から、ガスダクトを通って、第一排出口まで延在している少なくとも１つの第一蒸発器通路であり、前記第一蒸発器通路は、気体から、前記第一蒸発器通路内の水へと熱を伝達するためのものであり、前記ガスダクトを通って延在している前記第一蒸発器通路の長さは、ガスフロー軸に実質的に直角であり、動作中に、前記気体は、前記ガスフロー軸に沿って前記ガスダクトを通って流れ、
   前記第二蒸発器は、液体の水を受け取るための第二注入口を有し、各第二蒸発器導管は、前記第二注入口から、前記ガスダクトを通って、第二排出口まで延在している少なくとも１つの第二蒸発器通路を画定し、前記第二蒸発器通路は、前記気体から水へと熱を伝達するためのものであり、
   前記出力導管は、前記蒸気ドラム、前記第一蒸発器の第一排出口および前記第二蒸発器の第二排出口と連通し、
   前記出力導管は、前記蒸気および加熱された液体の水のうちの少なくとも一方を、前記第一蒸発器および前記第二蒸発器の両方から前記蒸気ドラムに出力するためのものであり、
   前記第一及び第二供給導管は、前記蒸気ドラムから前記第一及び第二注入口へ延びる別の導管であり、前記第一供給導管を流れる前記蒸気ドラムからの液体の水のいずれの部分も、前記第二供給導管を流れる前記蒸気ドラムからの液体の水と混合されず、
   前記第二蒸発器通路は、前記ガスダクト内において、前記第一蒸発器通路より上方に配置されており、
   前記ガスダクト内において、前記第一蒸発器通路より上方に配置される、前記第二蒸発器通路の位置は、前記第二蒸発器よりも前記第一蒸発器でより迅速に蒸気が形成され、始動動作中に、前記第二蒸発器から出て前記出力導管に入る前に前記第一蒸発器から出て前記出力導管に入ることを確実にして、始動動作中の不安定さを低減する、
   蒸発器装置。
2. 動作中、前記第一蒸発器通路を通る水の流れの方向に対し実質的に直角な方向であって、垂直方向に、気体が、前記ガスダクトを通過するように、各第一蒸発器通路は、前記ガスダクトを通って、前記第一蒸発器通路の長さに沿って延在している、
   請求項１記載の蒸発器装置。
3. 蒸気ドラムから液体の水を受け取り、蒸気および加熱された液体の水のうちの少なくとも一方を、前記蒸気ドラムに供給する蒸発器装置であって、
   前記蒸発器装置は、
   第一注入口において液体の水を受け取るための第一蒸発器と、
   第二注入口において液体の水を受け取るための第二蒸発器と、
   前記蒸気ドラムから前記第一注入口まで前記液体の水を運搬するための第一供給導管と、
   前記蒸気ドラムから前記第二注入口まで前記液体の水を運搬するための第二供給導管と、
   前記第一蒸発器の第一排出口および前記第二蒸発器の第二排出口と連通している出力導管と
   を備え、
   前記第一蒸発器は、少なくとも１つの第一蒸発器導管を有し、前記第一蒸発器導管は、前記第一注入口から、ガスダクトを通って、前記第一蒸発器の第一排出口まで延在している第一蒸発器通路であり、前記第一蒸発器通路は、動作中に、前記ガスダクト内を通る気体から、前記第一蒸発器通路内の水に、熱を伝達するためのものであり、
   前記第二蒸発器は、前記第二注入口から、前記ガスダクトを通って、第二排出口まで延在している第二蒸発器通路である、少なくとも１つの第二蒸発器導管を有し、前記第二蒸発器通路は、前記気体から水へと熱を伝達するためのものであり、
   前記出力導管は、前記蒸気および加熱された液体の水のうちの少なくとも一方を、前記第一蒸発器および前記第二蒸発器の両方から出力するためのものであり、
   前記第一蒸発器通路は、前記ガスダクトを通る単一の経路のみを構成し、
   前記単一の経路を規定するために、前記ガスダクトを通って延在する、前記第一蒸発器通路の長さを通る水の流れの方向に対し実質的に垂直な方向に、前記気体は、ガスフロー軸に沿って、前記ガスダクトを通って流れ、
   前記第二蒸発器通路は、前記ガスダクトを通って、前記第二注入口と前記第二排出口との間に、複数の実質的に平行な経路を規定し、この複数の実質的に平行な経路は、前記ガスダクト内において、前記第一蒸発器通路より上方に配置され、
   前記ガスダクトを通る前記第一蒸発器導管の単一の経路に対する、前記ガスダクトを通る前記第二蒸発器導管の複数の実質的に平行な経路と、前記ガスダクト内において、前記第一蒸発器通路より上方に配置される、前記第二蒸発器通路の位置は、前記第二蒸発器よりも前記第一蒸発器でより迅速に蒸気が形成され、始動動作中に、前記第二蒸発器から出て前記出力導管に入る前に前記第一蒸発器から出て前記出力導管に入ることを確実にして、始動動作中の不安定さを低減する、
   蒸発器装置。
4. 前記第一供給導管は、前記第一注入口の下０．１ｍ〜１０ｍの位置に配置されている第一部分を有している、
   請求項１乃至３のいずれかに記載の蒸発器装置。
5. 前記第一供給導管の第一部分は、前記第一注入口から所定の距離だけ下方にあり、かつ、前記第一部分を通過する液体の水の量を規定し、前記量は、前記第一蒸発器通路において形成された蒸気が、前記蒸発器装置の始動動作中に、前記第一供給導管内に流れ込むことを防ぐために、前記第一蒸発器通路の全体の量の所定のパーセンテージと少なくとも等しい、
   請求項１乃至４のいずれかに記載の蒸発器装置。
6. 前記蒸発器装置は、
   前記蒸発器装置の始動動作中、前記蒸気ドラムの動作圧力を増加させるために、かつ、始動不安定性を抑制するために、流体を前記蒸気ドラムに流すことと、
   前記第一蒸発器が、前記第一供給導管を介して受け取った水から蒸気を形成するための安定状態動作条件に達したとき、前記流体を阻止することと
   を行うように構成され、
   前記蒸発器装置は、
   前記蒸発器装置の始動動作中、前記第一蒸発器が安定状態動作条件に達するまで、蒸気ドラムおよび前記第一蒸発器の動作圧力を増加させるために、かつ、前記第一蒸発器の前記動作圧力を少なくとも２気圧に維持するために、流体を前記蒸気ドラムに供給するように構成されている、請求項１乃至５のいずれかに記載の蒸発器装置。
7. 前記第一蒸発器通路において形成された蒸気が、前記蒸発器装置の始動動作中に、前記第一供給導管内に流れ込むことを防ぐために、前記第一供給導管の第一部分は、前記第一注入口の高さから所定の距離だけ下方にある高さの位置に、前記第一蒸発器通路の全体の量の所定のパーセンテージの量を有しており、
   各第一蒸発器通路は、前記ガスダクトを通る単独の経路を規定するために、前記第一注入口から、前記ガスダクトを通って、前記第一排出口までの、前記ガスダクトを通る単一の経路のみを構成する、請求項１乃至６のいずれかに記載の蒸発器装置。
8. ガスの実質的に垂直な流れを提供するように構成された垂直に延びるガスダクトを備える垂直型排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）と組み合わせて配置される蒸発器装置の動作方法であって、
   前記方法は、
   蒸気ドラムから、少なくとも１つの第一蒸発器導管を有する第一蒸発器の第一供給導管まで、液体の水を供給するステップであって、前記第一蒸発器導管は、第一注入口から、ガスダクトを通る単一の経路で、前記第一蒸発器の第一排出口まで延在している第一蒸発器通路であり、前記第一蒸発器通路は、前記ガスダクト内でガスフロー軸に沿って通過する気体から、前記第一蒸発器通路内の水に熱を伝達するためのものであり、前記単一の経路を規定するために前記ガスダクトを通って延在する前記第一蒸発器通路の長さは、前記ガスフロー軸に対し実質的に垂直である、ステップと、
   前記蒸気ドラムから、少なくとも１つの第二蒸発器導管を有する第二蒸発器の第二供給導管まで、液体の水を供給するステップであって、前記少なくとも１つの第二蒸発器導管は、前記ＨＲＳＧのガスダクトを通り、前記第一蒸発器導管に隣接して延在し、前記第二蒸発器導管は、第二注入口から、前記ガスダクトを通って、前記第二蒸発器の第二排出口まで延在し、前記第二蒸発器通路は、前記気体から水へと熱を伝達するためのものである、ステップと、
   前記蒸気ドラムから、前記第一注入口まで、前記第一供給導管を通って、液体の水を供給するステップと、
   前記蒸気ドラムから、前記第二注入口まで、前記第二供給導管を通って、液体の水を供給するステップと、
   始動動作の間に、前記第二蒸発器の前記第二排出口から前記第一出力導管へ蒸気を供給する前に、前記第一蒸発器の前記第一排出口から前記第一出力導管へ蒸気を供給し、前記第一及び第二蒸発器の両方から前記蒸気ドラムに蒸気を供給するステップと、
   を含み、
   前記第一及び第二供給導管は、前記蒸気ドラムから前記第一及び第二注入口へ延びる別の導管であり、
   前記第二蒸発器通路は、前記ガスダクトを通って、前記第二注入口と前記第二排出口との間に、複数の実質的に平行な経路を規定し、この複数の実質的に平行な経路は、前記ガスダクト内において、前記第一蒸発器通路より上方に配置され、
   前記ガスダクトを通る前記第一蒸発器導管の単一の経路に対する、前記ガスダクトを通る前記第二蒸発器導管の複数の実質的に平行な経路と、前記ガスダクト内において、前記第一蒸発器通路より上方に配置される、前記第二蒸発器通路の位置は、前記第二蒸発器よりも前記第一蒸発器でより迅速に蒸気が形成され、始動動作中に、前記第二蒸発器から出て前記出力導管に入る前に前記第一蒸発器から出て前記出力導管に入ることを確実にして、始動動作中の不安定さを低減する、
   方法。
9. ウォーターハンマー条件の形成に関連する、前記蒸発器装置内の始動中の不安定性を抑制するために、前記蒸発器装置が安定状態動作条件に達するまで、前記蒸気ドラムおよび前記第一蒸発器の動作圧力を増加させるために、流体を前記蒸気ドラムに供給するステップを含む、
   請求項８に記載の方法。
10. 前記第一供給導管が、前記第一注入口の下方０．１ｍ〜１０ｍの位置に配置される第一部分を有するように、前記第一供給導管を配置するステップを含み、前記第一供給導管の前記第一部分は、前記蒸発器装置の始動動作中に、前記第一蒸発器通路内で形成された蒸気が、前記第一供給導管に流れ込むのを阻止するために、前記第一蒸発器通路の全体の量の所定のパーセンテージに少なくとも等しい量を有する、
    請求項８または９に記載の方法。
11. 前記蒸発器装置が安定状態動作条件に達するまで、前記蒸発器装置の始動動作中に、前記蒸発器装置の動作圧力を増加させるために、かつ、前記第一蒸発器の動作圧力を少なくとも２気圧に維持するために、前記蒸気ドラムおよび前記第一出力導管のうちの少なくとも一方に流体を供給するステップを含む、
    請求項８乃至１０のいずれかに記載の方法。
    

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