JP7427761B2 - Heat exchanger, boiler equipped with the same, and heat exchange method - Google Patents

Heat exchanger, boiler equipped with the same, and heat exchange method Download PDF

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Description

本発明は、熱交換器及びそれを備えたボイラ、並びに熱交換方法に関する。 The present invention relates to a heat exchanger, a boiler equipped with the same, and a heat exchange method.

火力発電プラントなどを構成する大型のボイラは、中空形状をなして鉛直方向に設置される火炉を有し、この火炉壁に複数の燃焼バーナが周方向に沿って配設されている。また、大型のボイラは、火炉の鉛直方向上方に煙道が連結されており、この煙道に蒸気を生成するための熱交換器が配置されている。そして、燃焼バーナが火炉内に燃料と空気との混合気を噴射することで火炎が形成され、高温の燃焼ガスが生成されて煙道に流れる。燃焼ガスが流れる領域に熱交換器が設置され、熱交換器を構成する伝熱管内を流れる水や蒸気を加熱して過熱蒸気が生成される。 A large boiler that constitutes a thermal power plant or the like has a hollow furnace installed vertically, and a plurality of combustion burners are arranged along the circumferential direction on the wall of the furnace. Further, in a large boiler, a flue is connected vertically above the furnace, and a heat exchanger for generating steam is disposed in the flue. Then, the combustion burner injects a mixture of fuel and air into the furnace to form a flame and generate high-temperature combustion gas that flows into the flue. A heat exchanger is installed in a region where combustion gas flows, and superheated steam is generated by heating water or steam flowing through heat transfer tubes that make up the heat exchanger.

一般に採用される熱交換器は、入口ヘッダと出口ヘッダとが複数の伝熱管で接続されている。熱交換器の例として、特許文献1には、伝熱管を2以上のグループで構成して、入口ヘッダ及び/又は出口ヘッダは、グループごとに2以上設けられている熱交換器が記載されている。この熱交換器によれば、出口ヘッダのそれぞれに流通する蒸気の流量を抑制することができるので、各出口ヘッダを小径化することができるとされている。 Generally employed heat exchangers have an inlet header and an outlet header connected by a plurality of heat transfer tubes. As an example of a heat exchanger, Patent Document 1 describes a heat exchanger in which heat exchanger tubes are configured in two or more groups, and two or more inlet headers and/or outlet headers are provided for each group. There is. According to this heat exchanger, the flow rate of steam flowing through each of the outlet headers can be suppressed, so that the diameter of each outlet header can be reduced.

特開2018-9762号公報Unexamined Japanese Patent Publication No. 2018-9762

前述のように、熱交換器は入口ヘッダと出口ヘッダとが複数の伝熱管で接続されている。ここで、煙道内を流通する燃焼ガスの流れや温度に偏りが生じると、各伝熱管における熱吸収量に差が生じてしまう可能性がある。そうすると、熱交換器の熱交換量の性能が低下するとともに、熱交換器を構成する各機器の設計温度を高める必要があり、設備費用が増加する可能性がある。 As mentioned above, the heat exchanger has an inlet header and an outlet header connected by a plurality of heat transfer tubes. Here, if the flow or temperature of the combustion gas flowing through the flue becomes uneven, there is a possibility that the amount of heat absorbed by each heat exchanger tube differs. In this case, the performance of the heat exchange amount of the heat exchanger decreases, and it is necessary to increase the design temperature of each device constituting the heat exchanger, which may increase equipment costs.

また、入口ヘッダ内と出口ヘッダ内の流体(蒸気)の速度分布に着目したとき、速度差に起因する動圧分布が各ヘッダ内に生じる場合があり、それに伴い、個々の伝熱管の入口と出口とに静圧差が生じる可能性がある。そうすると、個々の伝熱管によって流通する流体(蒸気)の流量に差が生じてしまう。個々の伝熱管を流通する蒸気の流量の偏りが生じると、各伝熱管における熱吸収量に差が生じて、熱交換器の熱交換量の性能が更に低下するとともに、熱交換器を構成する各機器の設計温度を更に高める必要があり、設備費用が一層増加する可能性がある。 Also, when focusing on the velocity distribution of the fluid (steam) in the inlet header and the outlet header, dynamic pressure distribution due to the velocity difference may occur in each header, and accordingly, the inlet of each heat transfer tube There may be a static pressure difference between the outlet and the outlet. This results in a difference in the flow rate of the fluid (steam) flowing between the individual heat transfer tubes. If the flow rate of steam flowing through the individual heat exchanger tubes is uneven, a difference will occur in the amount of heat absorbed by each heat exchanger tube, further reducing the heat exchange performance of the heat exchanger, and causing the heat exchanger to It is necessary to further increase the design temperature of each device, which may further increase equipment costs.

特許文献1に記載されている熱交換器の構成では、各ヘッダ内の速度分布に起因する各伝熱管内を流通する蒸気の流量差が発生しやすく、そこに前述した燃焼ガスの流れや温度の不均一が発生した場合、各伝熱管の出口端付近の蒸気の温度に過度な差が生じる可能性がある。なぜなら、例えば、流通する蒸気の流量が小さい伝熱管が燃焼ガスの高温側領域に配置され、流通する蒸気の流量が大きい伝熱管が燃焼ガスの低温側領域に配置されたた場合、高温側領域の伝熱管においては蒸気が奪っていく熱量が小さいうえに高温雰囲気に晒され高温になりやすく、一方、低温側領域の伝熱管においては蒸気が奪っていく熱量が大きいうえに低温雰囲気に晒され低温になりやすいからである。このため、熱交換器を構成する各機器の設計温度を高める必要があり、設備費用が増加する可能性がある。 In the configuration of the heat exchanger described in Patent Document 1, a difference in the flow rate of steam flowing through each heat transfer tube due to the velocity distribution in each header tends to occur, and there is a difference in the flow rate and temperature of the combustion gas mentioned above. If non-uniformity occurs, there may be an excessive difference in the temperature of the steam near the outlet end of each heat exchanger tube. This is because, for example, if a heat transfer tube with a small flow rate of flowing steam is placed in a high temperature side area of the combustion gas, and a heat transfer tube with a large flow rate of flowing steam is placed in a low temperature side area of the combustion gas, the high temperature side area In heat exchanger tubes in the lower region, the amount of heat removed by steam is small and is exposed to a high temperature atmosphere and easily becomes high temperature.On the other hand, in heat transfer tubes in the low temperature region, the amount of heat removed by steam is large and is exposed to a low temperature atmosphere. This is because the temperature tends to be low. Therefore, it is necessary to increase the design temperature of each device constituting the heat exchanger, which may increase equipment costs.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、各伝熱管の出口端付近の流体の温度差を抑制する熱交換器及びそれを備えたボイラ、並びに熱交換方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a heat exchanger that suppresses the temperature difference between fluids near the outlet end of each heat exchanger tube, a boiler equipped with the same, and a heat exchange method. With the goal.

上記課題を解決するために、本発明の熱交換器及びそれを備えたボイラ、並びに熱交換方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の参考態様に係る熱交換器は、所定方向に延在するとともに前記所定方向の端部に外部と連通する入口連絡管が設けられている1または複数の入口ヘッダと、前記所定方向に延在するとともに前記所定方向の一端にのみ外部と連通する出口連絡管が設けられている複数の出口ヘッダと、前記所定方向に並べられ、出口端が前記所定方向に沿って各前記出口ヘッダに対して交互に接続されているとともに、一の前記出口ヘッダに接続された前記出口端に対する他端とされた入口端が一の前記入口ヘッダに接続されている複数の伝熱管とを備え、共通の前記伝熱管で対応付けられた前記出口連絡管と前記入口連絡管とは、前記所定方向において同一側に設けられている。
In order to solve the above problems, the heat exchanger, boiler equipped with the same, and heat exchange method of the present invention employ the following means.
That is, the heat exchanger according to the reference aspect of the present invention includes one or more inlet headers that extend in a predetermined direction and are provided with an inlet communication pipe that communicates with the outside at an end in the predetermined direction; a plurality of outlet headers, each of which is arranged in the predetermined direction and has an outlet end along the predetermined direction; a plurality of heat transfer tubes, the heat transfer tubes being alternately connected to the headers, and having an inlet end connected to one of the inlet headers, the other end being the outlet end connected to one of the outlet headers; The outlet communication pipe and the inlet communication pipe, which are associated with each other through the common heat transfer tube, are provided on the same side in the predetermined direction.

本態様の熱交換器について、複数の伝熱管は所定方向に並べられ、出口端が所定方向に沿って各出口ヘッダに対して交互に接続されるとともに、一の出口ヘッダに接続された伝熱管の入口端が一の入口ヘッダに接続される。これによって、例えば火力発電プラントを構成するボイラの内部の煙道に熱交換器が設けられたときに、ボイラの内部の煙道を流通する燃焼ガスの流速や温度が所定方向において偏りを生じて不均一な場合(例えば高温側領域と低温側領域との2領域に分かれている場合)であっても、高温側領域に配置された伝熱管が所定方向に沿って各出口ヘッダに対して交互に接続されるとともに、低温側領域に配置された伝熱管が所定方向に沿って各出口ヘッダに対して交互に接続される。このため、各温度側の領域に配置された伝熱管から各出口ヘッダ内へ、総熱量が略均等となり、各出口ヘッダ間で温度差が少なくなるように流体(例えば蒸気)を集約できる。このため、各伝熱管を流通して各出口ヘッダ内に集約された後に各出口ヘッダのそれぞれの出口連絡管から流出する流体に生じる温度差を抑制することができる。また、それぞれの出口連絡管から流出する流体の温度差を抑制できるので、出口連絡管に接続された下流側の機器においても温度の不均一が生じることを抑制し、ひいてはプラント全体としての性能の低下を抑制することができる。 Regarding the heat exchanger of this embodiment, the plurality of heat exchanger tubes are arranged in a predetermined direction, the outlet ends are alternately connected to each outlet header along the predetermined direction, and the heat exchanger tubes are connected to one outlet header. The inlet end of is connected to one inlet header. As a result, for example, when a heat exchanger is installed in the flue inside a boiler that constitutes a thermal power plant, the flow velocity and temperature of the combustion gas flowing through the flue inside the boiler will be uneven in a predetermined direction. Even in non-uniform cases (for example, when the heat exchanger tubes are divided into two regions, a high-temperature side region and a low-temperature side region), the heat transfer tubes placed in the high-temperature side region are alternately arranged along a predetermined direction with respect to each outlet header. At the same time, heat exchanger tubes arranged in the low temperature side region are alternately connected to each outlet header along a predetermined direction. Therefore, fluid (for example, steam) can be concentrated from the heat exchanger tubes arranged in each temperature side region into each outlet header so that the total amount of heat becomes approximately equal and the temperature difference between each outlet header is reduced. Therefore, it is possible to suppress the temperature difference that occurs in the fluid that flows through each heat transfer tube and is collected in each outlet header and then flows out from each outlet communication pipe of each outlet header. In addition, since it is possible to suppress the temperature difference between the fluids flowing out from each outlet connecting pipe, it is possible to suppress the occurrence of temperature unevenness in downstream equipment connected to the outlet connecting pipe, which in turn improves the performance of the entire plant. The decrease can be suppressed.

また、前述の構成に加えて、共通の伝熱管での接続関係が対応付けられた出口ヘッダの出口連絡管と、入口ヘッダの入口連絡管とは、所定方向において同一側に設けられている。これによって、入口ヘッダ内の所定方向に沿った静圧分布と出口ヘッダ内の所定方向に沿った静圧分布による差圧分布を、所定方向に沿って略均一な分布とすることができる。伝熱管内を流通する流体の流速は、伝熱管を接続する位置での入口ヘッダと出口ヘッダとの静圧差に依存するため、各伝熱管内を流通する流体の流速差を抑制することができる。また、例えばある入口ヘッダの入口連絡管とその入口ヘッダに接続された出口ヘッダの出口連絡管とが、所定方向において異なる側に設けられている場合、各伝熱管を接続する位置での入口ヘッダと出口ヘッダとの静圧差は所定方向に沿って増大(または減少)する。このため、各伝熱管内を流通する流体には所定方向に沿って流速差が生じる。そうすると、個々の伝熱管によって流通する流体の熱吸収量に差が生じてしまう。この熱吸収量の差に加えて前述した燃焼ガスの温度の偏りを生じた不均一が加わると、各伝熱管の出口端付近の流体の温度差がさらに大きくなる。このため、熱交換器の熱交換量の性能が低下するとともに、熱交換器を構成する各機器の設計温度を高める必要があり、設備費用が増加する可能性がある。しかしながら、各伝熱管内を流通する流体の流速差を抑制することで、各伝熱管の出口端付近の流体の間に生じる温度差を抑制できる。
また、出口ヘッダを複数とすることで1つ当たりの出口ヘッダに接続される伝熱管の本数を低減できる。これによって、1つ当たりの出口ヘッダに導かれる流量の減少に伴って出口ヘッダの小径化を可能とするとともに、出口ヘッダから張り出す伝熱管が占有する空間を小さくでき、ボイラの内部の煙道での熱交換器の配置が容易になる。
Further, in addition to the above-described configuration, the outlet communication pipe of the outlet header and the inlet communication pipe of the inlet header, which are associated with a connection relationship using a common heat exchanger tube, are provided on the same side in a predetermined direction. Thereby, the differential pressure distribution between the static pressure distribution along the predetermined direction within the inlet header and the static pressure distribution along the predetermined direction within the outlet header can be made to be substantially uniform along the predetermined direction. The flow velocity of the fluid flowing through the heat exchanger tubes depends on the static pressure difference between the inlet header and the outlet header at the position where the heat exchanger tubes are connected, so it is possible to suppress the difference in the flow velocity of the fluid flowing within each heat exchanger tube. . Further, for example, if the inlet connecting pipe of a certain inlet header and the outlet connecting pipe of an outlet header connected to that inlet header are provided on different sides in a predetermined direction, the inlet header at the position where each heat transfer tube is connected The static pressure difference between the outlet header and the outlet header increases (or decreases) along a predetermined direction. Therefore, a difference in flow velocity occurs in the fluid flowing through each heat transfer tube along a predetermined direction. This results in a difference in the amount of heat absorbed by the flowing fluid depending on the individual heat transfer tubes. In addition to this difference in the amount of heat absorption, when the above-mentioned non-uniformity in the temperature of the combustion gas is added, the temperature difference in the fluid near the outlet end of each heat exchanger tube becomes even larger. Therefore, the performance of the heat exchange amount of the heat exchanger decreases, and it is necessary to increase the design temperature of each device constituting the heat exchanger, which may increase equipment costs. However, by suppressing the difference in flow velocity of the fluid flowing through each heat exchanger tube, it is possible to suppress the temperature difference that occurs between the fluids near the outlet end of each heat exchanger tube.
Furthermore, by providing a plurality of outlet headers, the number of heat exchanger tubes connected to each outlet header can be reduced. This makes it possible to reduce the diameter of the outlet header as the flow rate guided to each outlet header decreases, and also to reduce the space occupied by the heat transfer tubes extending from the outlet header, allowing the flue inside the boiler to This makes it easier to place the heat exchanger.

また、本発明の参考態様に係る熱交換器において、前記入口ヘッダは、複数の前記出口ヘッダと同数とされ、各前記出口ヘッダに設けられた前記出口連絡管は、前記所定方向において同一側に設けられている。 Further, in the heat exchanger according to the reference aspect of the present invention, the number of the inlet headers is the same as the number of the plurality of outlet headers, and the outlet connecting pipes provided in each of the outlet headers are arranged on the same side in the predetermined direction. It is provided.

本態様の熱交換器について、入口ヘッダは、複数の出口ヘッダと同数とされている。これによって、1つ当たりの入口ヘッダに流通する流量の減少に伴って入口ヘッダの小径化を可能とするとともに、入口ヘッダから張り出す伝熱管が占有する空間を小さくでき、ボイラの内部の煙道での熱交換器の配置が容易になる。
また、各出口ヘッダに設けられた出口連絡管は、所定方向において同一側に設けられている。これによって、所定方向の一方側に入口連絡管および出口連絡管が集約されるので、熱交換器の組み付け時の作業性が向上を可能とする。
また、ボイラの仕様によって流通する流体の流量が大きい場合であって、例えば入口ヘッダが1つの場合に流量を多く流通させるには、適切な流速とするために入口ヘッダの外径を大きくしなければならないが、外径が大きくなるほど、肉厚を厚くして強度を増加するとともに、その製作工程が増加する可能性がある。入口ヘッダを複数にすることで前述のように入口ヘッダの小径化を可能とするので、このような製作上の問題は生じない。なお、これは出口ヘッダについても同様である。
For the heat exchanger of this embodiment, the number of inlet headers is the same as the number of outlet headers. This makes it possible to reduce the diameter of the inlet header as the flow rate per inlet header decreases, and also to reduce the space occupied by the heat exchanger tubes that protrude from the inlet header. This makes it easier to place the heat exchanger.
Moreover, the outlet communication pipes provided in each outlet header are provided on the same side in a predetermined direction. As a result, the inlet communication pipe and the outlet communication pipe are concentrated on one side in a predetermined direction, so that workability during assembly of the heat exchanger can be improved.
Also, if the flow rate of fluid flowing through the boiler is large depending on the specifications of the boiler, for example, if there is only one inlet header, in order to allow a large flow rate to flow through, the outer diameter of the inlet header must be increased in order to maintain an appropriate flow velocity. However, as the outer diameter increases, the wall thickness must be increased to increase strength, and the manufacturing process may also increase. By providing a plurality of inlet headers, it is possible to reduce the diameter of the inlet headers as described above, so that such manufacturing problems do not occur. Note that this also applies to the exit header.

また、本発明の参考態様に係る熱交換器において、各前記出口ヘッダに設けられた前記出口連絡管のうち一の前記出口連絡管は、他の少なくとも1つの前記出口連絡管と前記所定方向において異なる側に設けられている。 Further, in the heat exchanger according to the reference aspect of the present invention, one of the outlet communication pipes provided in each of the outlet headers is connected to at least one other outlet communication pipe in the predetermined direction. They are on different sides.

本態様の熱交換器について、入口ヘッダは、複数の出口ヘッダと同数とされている。これによって、1つ当たりの入口ヘッダに流通する流量の減少に伴って入口ヘッダの小径化を可能とするとともに、入口ヘッダから張り出す伝熱管が占有する空間を小さくでき、熱交換器の配置が容易になる。
また、各出口ヘッダに設けられた出口連絡管のうち一の入口連絡管は、他の少なくとも1つの入口連絡管と所定方向において異なる側に設けられている。例えば、入口ヘッダおよび出口ヘッダがそれぞれ2つの場合、一の入口ヘッダの入口連絡管とその一の入口ヘッダに対して接続された一の出口ヘッダの出口連絡管の方向が、他の入口ヘッダの入口連絡管とその他の入口ヘッダに対して接続された他の出口ヘッダの出口連絡管の方向と異なる。つまり、入口連絡管と出口連絡管のペアが2つあり、各ペアが所定方向において反対側に位置することになる。これによって、所定方向の一方側に入口連絡管および出口連絡管が集約されないので、それらに接続される配管の取り回しが容易になり、占有する空間の増加を抑制して、熱交換器の配置が容易になる。
また、ボイラの仕様によって流通する流体の流量が大きい場合であって、例えば入口ヘッダが1つの場合に流量を多く流通させるには、入口ヘッダの外径を大きくしなければならないが、外径が大きくなるほど、肉厚を厚くして強度を増加するとともに、その製作工程が増加する可能性がある。入口ヘッダを複数にすることで前述のように入口ヘッダの小径化を可能とするので、このような製作上の問題は生じない。
For the heat exchanger of this embodiment, the number of inlet headers is the same as the number of outlet headers. This makes it possible to reduce the diameter of the inlet header as the flow rate per inlet header decreases, and also to reduce the space occupied by the heat transfer tubes extending from the inlet header, making it easier to arrange the heat exchanger. becomes easier.
Furthermore, one of the outlet communicating pipes provided in each outlet header is provided on a different side in a predetermined direction from at least one other inlet communicating pipe. For example, when there are two inlet headers and two outlet headers, the direction of the inlet connecting pipe of one inlet header and the outlet connecting pipe of one outlet header connected to that one inlet header is the same as that of the other inlet header. The direction of the inlet connecting pipe is different from the direction of the outlet connecting pipe of the other outlet header connected to the other inlet header. That is, there are two pairs of inlet communication pipes and outlet communication pipes, and each pair is located on opposite sides in a predetermined direction. As a result, the inlet connecting pipe and the outlet connecting pipe are not concentrated on one side in a predetermined direction, making it easier to route the pipes connected to them, suppressing the increase in occupied space, and making it easier to arrange the heat exchanger. becomes easier.
In addition, if the flow rate of fluid flowing through the boiler is large depending on the specifications of the boiler, for example, if there is only one inlet header, the outer diameter of the inlet header must be increased to allow a large flow of fluid to flow. As the size increases, the wall thickness must be increased to increase strength, and the manufacturing process may increase. By providing a plurality of inlet headers, it is possible to reduce the diameter of the inlet headers as described above, so that such manufacturing problems do not occur.

また、本発明の参考態様に係る熱交換器において、前記入口ヘッダは1つとされ、前記出口ヘッダは2つとされ、前記入口連絡管は、前記入口ヘッダの両端部に設けられ、一の前記入口連絡管と一の前記出口ヘッダの前記出口連絡管とは、前記所定方向において一の側に設けられ、他の前記入口連絡管と他の前記出口ヘッダの前記出口連絡管とは、前記所定方向において他の側に設けられ、前記入口ヘッダの流路面積は、前記出口ヘッダの流路面積よりも大きいとされている。 Further, in the heat exchanger according to the reference aspect of the present invention, the number of the inlet headers is one, the number of the outlet headers is two, and the inlet communication pipe is provided at both ends of the inlet header, and one of the inlet headers is provided at both ends of the inlet header. The communication pipe and the outlet communication pipe of one of the outlet headers are provided on one side in the predetermined direction, and the other inlet communication pipe and the outlet communication pipe of the other outlet header are provided on one side in the predetermined direction. The flow path area of the inlet header is larger than the flow path area of the outlet header.

本態様の熱交換器について、入口連絡管は、1つの入口ヘッダの両端部に設けられ、一の入口連絡管と一の出口ヘッダの出口連絡管とは、所定方向において一の側に設けられ、他の入口連絡管と他の出口ヘッダの出口連絡管とは、所定方向において他の側に設けられている。これは、一の入口ヘッダの入口連絡管と一の出口ヘッダの出口連絡管がペアにあり、他の入口ヘッダの入口連絡管と他の出口ヘッダの出口連絡管がペアにあり、各ペアが所定方向において反対側に位置する熱交換器と同等になる。
また、入口ヘッダは共通として構成され、入口ヘッダは出口ヘッダよりも流路面積が大きいとされる。これによって、所定方向の一方側に入口連絡管および出口連絡管が集約されないので、それらに接続される配管の取り回しが容易になる。
また、出口ヘッダを2つとすることで1つ当たりの出口ヘッダに接続される伝熱管の本数を低減できる。これによって、1つ当たりの出口ヘッダに導かれる流量の減少に伴って出口ヘッダの小径化を可能とするとともに、出口ヘッダから張り出す伝熱管が占有する空間を小さくでき、ボイラの内部の煙道での熱交換器の配置が容易になる。
Regarding the heat exchanger of this embodiment, the inlet connecting pipes are provided at both ends of one inlet header, and the one inlet connecting pipe and the outlet connecting pipe of one outlet header are provided on one side in a predetermined direction. , the other inlet connecting pipe and the outlet connecting pipe of the other outlet header are provided on different sides in a predetermined direction. This means that the inlet connecting pipe of one inlet header and the outlet connecting pipe of one outlet header are in a pair, and the inlet connecting pipe of the other inlet header and the outlet connecting pipe of the other outlet header are in a pair, and each pair It becomes equivalent to a heat exchanger located on the opposite side in a given direction.
Further, the inlet header is configured to be common, and the inlet header has a larger flow path area than the outlet header. As a result, the inlet connecting pipe and the outlet connecting pipe are not concentrated on one side in a predetermined direction, so that the piping connected to them can be easily routed.
Further, by using two outlet headers, the number of heat exchanger tubes connected to each outlet header can be reduced. This makes it possible to reduce the diameter of the outlet header as the flow rate guided to each outlet header decreases, and also to reduce the space occupied by the heat transfer tubes extending from the outlet header, allowing the flue inside the boiler to This makes it easier to place the heat exchanger.

また、本発明の参考態様に係るボイラは、前述の熱交換器を備えている。 Further, a boiler according to a reference aspect of the present invention includes the above-mentioned heat exchanger.

また、本発明の参考態様に係る熱交換方法は、所定方向に延在するとともに前記所定方向の端部に外部と連通する入口連絡管が設けられている1または複数の入口ヘッダと、前記所定方向に延在するとともに前記所定方向の一端にのみ外部と連通する出口連絡管が設けられている複数の出口ヘッダと、前記所定方向に並べられ、出口端が前記所定方向に沿って各前記出口ヘッダに対して交互に接続されているとともに、一の前記出口ヘッダに接続された前記出口端に対する他端とされた入口端が一の前記入口ヘッダに接続されている複数の伝熱管とを備え、共通の前記伝熱管で対応付けられた前記出口連絡管と前記入口連絡管とは、前記所定方向において同一側に設けられている熱交換器を用いた熱交換方法であって、前記入口連絡管を介して前記入口ヘッダに流体を流入させる工程と、前記流体を前記伝熱管内に流通させて前記流体を加熱する工程と、前記出口ヘッダから前記出口連絡管を介して加熱された前記流体を流出させる工程とを含む。
また、本発明の一態様に係る熱交換器は、ボイラの煙道に配置される熱交換器であって、所定方向に延在するとともに前記所定方向の端部に外部と連通する入口連絡管が設けられている1つまたは複数の入口ヘッダと、前記所定方向に延在するとともに前記所定方向の一端にのみ外部と連通する出口連絡管が設けられている複数の出口ヘッダと、前記所定方向に並べられ、出口端が前記所定方向に沿って各前記出口ヘッダに対して交互に接続されているとともに、一の前記出口ヘッダに接続された前記出口端に対する他端とされた入口端が一の前記入口ヘッダに接続されている複数の伝熱管と、を備え、各前記伝熱管における熱吸収量に差が生じる領域に配置され、共通の前記伝熱管で対応付けられた前記出口連絡管と前記入口連絡管とは、前記所定方向において同一側に設けられている。
また、本発明の一態様に係る熱交換方法は、所定方向に延在するとともに前記所定方向の端部に外部と連通する入口連絡管が設けられている1または複数の入口ヘッダと、前記所定方向に延在するとともに前記所定方向の一端にのみ外部と連通する出口連絡管が設けられている複数の出口ヘッダと、前記所定方向に並べられ、出口端が前記所定方向に沿って各前記出口ヘッダに対して交互に接続されているとともに、一の前記出口ヘッダに接続された前記出口端に対する他端とされた入口端が一の前記入口ヘッダに接続されている複数の伝熱管と、を備え、共通の前記伝熱管で対応付けられた前記出口連絡管と前記入口連絡管とは、前記所定方向において同一側に設けられている熱交換器を用いた熱交換方法であって、前記熱交換器は、ボイラの煙道において各前記伝熱管における熱吸収量に差が生じる領域に配置され、前記所定方向に並べられた各前記伝熱管には、前記所定方向に沿って熱吸収量に偏りがあり、前記入口連絡管を介して前記入口ヘッダに流体を流入させる工程と、前記流体を前記伝熱管内に流通させて前記流体を加熱する工程と、前記出口ヘッダから前記出口連絡管を介して加熱された前記流体を流出させる工程と、を含む。
Further, a heat exchange method according to a reference aspect of the present invention includes one or more inlet headers extending in a predetermined direction and provided with an inlet communication pipe communicating with the outside at an end in the predetermined direction; a plurality of outlet headers, each of which is arranged in the predetermined direction and has an outlet end along the predetermined direction; a plurality of heat transfer tubes, the heat transfer tubes being alternately connected to the headers, and having an inlet end connected to one of the inlet headers, the other end being the outlet end connected to one of the outlet headers; , the outlet connecting pipe and the inlet connecting pipe are associated with each other by the common heat transfer tube, in a heat exchange method using a heat exchanger provided on the same side in the predetermined direction; a step of flowing a fluid into the inlet header via a tube, a step of circulating the fluid in the heat transfer tube to heat the fluid, and a step of heating the fluid from the outlet header through the outlet connecting tube. and a step of draining.
Further, a heat exchanger according to one aspect of the present invention is a heat exchanger disposed in a flue of a boiler, the inlet communication pipe extending in a predetermined direction and communicating with the outside at an end in the predetermined direction. one or more inlet headers provided with one or more inlet headers; a plurality of outlet headers extending in the predetermined direction and provided with an outlet communication pipe that communicates with the outside only at one end in the predetermined direction; and the outlet ends are alternately connected to each of the outlet headers along the predetermined direction, and the outlet end connected to one outlet header is connected to the other outlet end. a plurality of heat exchanger tubes connected to the inlet header of the heat exchanger tube, and the outlet communication tube is arranged in a region where a difference in the amount of heat absorption in each of the heat exchanger tubes occurs and is associated with the common heat exchanger tube. The inlet communication pipe is provided on the same side in the predetermined direction.
Further, the heat exchange method according to one aspect of the present invention includes one or more inlet headers extending in a predetermined direction and provided with an inlet communication pipe communicating with the outside at an end in the predetermined direction; a plurality of outlet headers each of which is arranged in the predetermined direction and is provided with an outlet communication pipe that extends in the predetermined direction and communicates with the outside only at one end in the predetermined direction; a plurality of heat exchanger tubes that are alternately connected to the headers, and whose inlet ends are connected to one of the inlet headers, with the outlet end being the other end connected to the one of the outlet headers; The outlet connecting pipe and the inlet connecting pipe are associated with each other by the common heat transfer tube, and the heat exchange method uses a heat exchanger provided on the same side in the predetermined direction, The exchanger is arranged in a region in the flue of the boiler where the amount of heat absorption in each of the heat transfer tubes differs, and each of the heat transfer tubes arranged in the predetermined direction has a difference in the amount of heat absorption along the predetermined direction. There is a step of flowing the fluid into the inlet header via the inlet connecting pipe, a step of circulating the fluid in the heat transfer tube to heat the fluid, and a step of flowing the fluid from the outlet header to the outlet connecting pipe. and draining the heated fluid through the heated fluid.

本発明に係る熱交換器及びそれを備えたボイラ、並びに熱交換方法によれば、各伝熱管の出口端付近の流体の温度差を抑制できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the heat exchanger, the boiler equipped with the same, and the heat exchange method which concern on this invention, the temperature difference of the fluid near the outlet end of each heat exchanger tube can be suppressed.

熱交換器備えられたボイラの例を示した図である。It is a diagram showing an example of a boiler equipped with a heat exchanger. 本発明の第1実施形態に係る熱交換器の縦断面の概要図である。FIG. 1 is a schematic longitudinal cross-sectional view of a heat exchanger according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係る熱交換器の変形例である。It is a modification of the heat exchanger according to the first embodiment of the present invention. 入口ヘッダ内および出口ヘッダ内の圧力分布を示した図である。It is a figure showing the pressure distribution in an inlet header and an outlet header. 入口ヘッダ内および出口ヘッダ内の圧力分布を示した図である。It is a figure showing the pressure distribution in an inlet header and an outlet header. 出口ヘッダの縦断面図を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing a longitudinal cross-sectional view of the exit header. 出口ヘッダの縦断面図を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing a longitudinal cross-sectional view of the exit header. 本発明の第2実施形態に係る熱交換器の縦断面の概要図である。It is a schematic diagram of the longitudinal section of the heat exchanger concerning a 2nd embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態に係る熱交換器の変形例である。It is a modification of the heat exchanger according to the second embodiment of the present invention. 本発明の第3実施形態に係る熱交換器の縦断面の概要図である。FIG. 7 is a schematic vertical cross-sectional view of a heat exchanger according to a third embodiment of the present invention.

以下、本発明の一実施形態に係る熱交換器及びそれを備えたボイラ、並びに熱交換方法について図を用いて説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A heat exchanger, a boiler equipped with the same, and a heat exchange method according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態に係る熱交換器が採用されて好適な火力発電プラントの一例として石炭焚きボイラ100(以下、単に「ボイラ100」と言う。)の概略構成図が部分的に示されている。 FIG. 1 is a partial schematic diagram of a coal-fired boiler 100 (hereinafter simply referred to as "boiler 100") as an example of a thermal power plant suitable for employing a heat exchanger according to an embodiment of the present invention. is shown.

ボイラ100は、図示しない粉砕機(ミル)によって石炭を粉砕した微粉炭を微粉燃料(炭素含有固体燃料)として用い、この微粉炭を燃焼バーナにより燃焼させ、この燃焼により発生した燃焼ガスを給水や蒸気と熱交換して過熱蒸気を生成することが可能な石炭焚き(微粉炭焚き)ボイラである。以降の説明で、上や上方とは紙面上側または鉛直方向上側を示し、下や下方とは紙面下側または鉛直方向下側を示すものである。 The boiler 100 uses pulverized coal obtained by pulverizing coal by a not-shown pulverizer (mill) as pulverized fuel (carbon-containing solid fuel), combusts this pulverized coal with a combustion burner, and uses the combustion gas generated by this combustion for water supply and This is a coal-fired (pulverized coal-fired) boiler that can generate superheated steam by exchanging heat with steam. In the following description, the term "above" or "upper" refers to the upper side of the page or the upper side in the vertical direction, and the term "bottom" or "lower" refers to the lower side of the page or the lower side in the vertical direction.

ボイラ100は、火炉110と燃焼装置114と煙道102を有している。火炉110は、四角筒の中空形状をなして鉛直方向に沿って設置されている。火炉110を構成する火炉壁(伝熱管)は、複数の蒸発管とこれらを接続するフィンとで構成され、給水や蒸気と熱交換することにより火炉壁の温度上昇を抑制している。 The boiler 100 has a furnace 110, a combustion device 114, and a flue 102. The furnace 110 has a hollow rectangular tube shape and is installed along the vertical direction. The furnace wall (heat transfer tube) constituting the furnace 110 is composed of a plurality of evaporation tubes and fins connecting these, and suppresses a rise in temperature of the furnace wall by exchanging heat with water and steam.

燃焼装置114は、火炉110を構成する火炉壁の下部側に設けられている。同図では、燃焼装置114は、火炉壁に装着された複数の燃焼バーナ108を有している。例えば各燃焼バーナ108は、周方向に沿って均等間隔で配設されたものが1セットとして、鉛直方向に沿って複数段配置されている。但し、火炉の形状や一つの段における燃焼バーナの数、段数はこの形態に限定されるものではない。 The combustion device 114 is provided on the lower side of the furnace wall that constitutes the furnace 110 . In the figure, combustion device 114 includes a plurality of combustion burners 108 mounted on the furnace wall. For example, each combustion burner 108 is arranged in multiple stages along the vertical direction, with a set of combustion burners arranged at equal intervals along the circumferential direction. However, the shape of the furnace, the number of combustion burners in one stage, and the number of stages are not limited to this form.

各燃焼バーナ108は、図示しない微粉炭供給管を介してミルに連結されている。ミルは、例えばハウジング内に回転テーブルが駆動回転可能に支持され、この回転テーブルの鉛直方向上方に複数のローラが回転テーブルの回転に連動して回転可能に支持されて構成されている。石炭が複数のローラと回転テーブルとの間に投入されると、ここで所定の微粉炭の大きさに粉砕され、搬送用ガス(一次空気)により分級された微粉炭を図示しない微粉炭供給管から各燃焼バーナ108に供給することができる。 Each combustion burner 108 is connected to a mill via a pulverized coal supply pipe (not shown). The mill is configured such that, for example, a rotary table is rotatably supported within a housing, and a plurality of rollers are supported vertically above the rotary table so as to be rotatable in conjunction with the rotation of the rotary table. When coal is placed between a plurality of rollers and a rotary table, it is crushed into a predetermined size of pulverized coal, and the pulverized coal is classified by a conveying gas (primary air) and transferred to a pulverized coal supply pipe (not shown). can be supplied to each combustion burner 108 from.

また、火炉110は、各燃焼バーナ108の装着位置に風箱116が設けられている。この風箱116には、一端に送風機(図示せず)が設けられた空気ダクト118の他端部が連結されている。 Further, the furnace 110 is provided with a wind box 116 at the mounting position of each combustion burner 108. The air box 116 is connected to the other end of an air duct 118 that is provided with a blower (not shown) at one end.

煙道102は、火炉110の上部に連結されている。この煙道102には、燃焼ガスの熱を回収するための熱交換器として、過熱器104、再熱器106、節炭器112が設けられており、火炉110での燃焼で発生した燃焼ガスと各熱交換器を流通する給水や蒸気との間で熱交換が行われる。 The flue 102 is connected to the upper part of the furnace 110. This flue 102 is provided with a superheater 104, a reheater 106, and a economizer 112 as heat exchangers for recovering the heat of the combustion gas. Heat exchange is performed between the heat exchanger and the feed water or steam flowing through each heat exchanger.

〔第1実施形態〕
次に、本発明の第1実施形態に係る熱交換器1Aについて図を用いて説明する。
[First embodiment]
Next, a heat exchanger 1A according to a first embodiment of the present invention will be explained using the drawings.

熱交換器1Aは、例えば図1に示すボイラ100の煙道102に配置された過熱器104、再熱器106に採用されて好適な熱交換器とされる。 The heat exchanger 1A is a suitable heat exchanger that is employed, for example, in the superheater 104 and reheater 106 disposed in the flue 102 of the boiler 100 shown in FIG.

図2に示すように、熱交換器1Aは1つの入口ヘッダ10と2つの出口ヘッダ20と複数の伝熱管40とを備えている。 As shown in FIG. 2, the heat exchanger 1A includes one inlet header 10, two outlet headers 20, and a plurality of heat transfer tubes 40.

入口ヘッダ10は、例えば同図の紙面左右方向に一致する所定方向に延在する円筒形状の管状部材とされる。入口ヘッダ10は、例えば低合金鋼、高合金鋼、ステンレス鋼等の金属製とされる。入口ヘッダ10の端部には、入口ヘッダ10内に形成される入口流路14と入口ヘッダ10の外部とを連通させる入口連絡管12が設けられている。同図の場合、入口連絡管12は所定方向の一端(紙面左端)にのみ設けられている。一方、入口連絡管12が設けられていない他端(紙面右端)は閉塞されている。 The inlet header 10 is, for example, a cylindrical tubular member extending in a predetermined direction that corresponds to the left-right direction in the drawing. The inlet header 10 is made of metal such as low alloy steel, high alloy steel, stainless steel, or the like. An inlet communication pipe 12 is provided at an end of the inlet header 10 to communicate an inlet channel 14 formed within the inlet header 10 with the outside of the inlet header 10. In the case of the figure, the inlet communication pipe 12 is provided only at one end in a predetermined direction (the left end in the drawing). On the other hand, the other end (the right end in the drawing) where the inlet communication pipe 12 is not provided is closed.

出口ヘッダ20は、入口ヘッダ10と同様に同図の紙面左右方向に一致する所定方向に延在する円筒形状の管状部材とされる。出口ヘッダ20は、例えば低合金鋼、高合金鋼、ステンレス鋼等の金属製とされる。出口ヘッダ20は、入口ヘッダ10の紙面上方に設けられる。同図において出口ヘッダ20は2つとされる。以下の説明において、それぞれを区別する必要がある場合は、符号20a,20bを使用し、各出口ヘッダ20に共通の事項の場合は単に符号20を使用する。出口ヘッダ20の端部には、出口ヘッダ20内に形成される出口流路24と出口ヘッダ20の外部とを連通させる出口連絡管22が設けられている。同図の場合、第1出口ヘッダ20aおよび第2出口ヘッダ20bの各出口連絡管22は、所定方向において入口連絡管12が設けられている側と同一側の一端にのみ設けられている。一方、出口連絡管22が設けられていない他端(紙面右端)は閉塞されている。 Like the inlet header 10, the outlet header 20 is a cylindrical tubular member that extends in a predetermined direction that corresponds to the left-right direction in the drawing. The outlet header 20 is made of metal such as low alloy steel, high alloy steel, stainless steel, or the like. The outlet header 20 is provided above the inlet header 10 in the drawing. In the figure, there are two exit headers 20. In the following description, when it is necessary to distinguish between them, the symbols 20a and 20b will be used, and for matters common to each exit header 20, the symbol 20 will simply be used. An outlet communication pipe 22 is provided at an end of the outlet header 20 to communicate an outlet flow path 24 formed within the outlet header 20 with the outside of the outlet header 20. In the case of the figure, each outlet communication pipe 22 of the first outlet header 20a and the second outlet header 20b is provided only at one end on the same side as the inlet communication pipe 12 in a predetermined direction. On the other hand, the other end (the right end in the drawing) where the outlet communication pipe 22 is not provided is closed.

前述した入口ヘッダ10と各出口ヘッダ20とは、それぞれ複数の伝熱管40によって接続されている。 The inlet header 10 and each outlet header 20 described above are connected by a plurality of heat transfer tubes 40, respectively.

伝熱管40は、同図の紙面上下方向に延在する管状部材とされる。伝熱管40は、例えば低合金鋼、高合金鋼、ステンレス鋼等の金属製とされる。伝熱管40の上端部(すなわち出口ヘッダ20側の端部)は開口しており出口端とされる。一方、伝熱管40の下端部(すなわち入口ヘッダ10側の端部)も開口しており入口端とされる。伝熱管40内には熱交換流路41が形成されており、流体が流通する。流通する流体は、例えば水や蒸気などであり、本実施形態では、蒸気である。複数の伝熱管40は、所定方向に沿って互いに所定の間隔を空けて配列されている。同図では8本の伝熱管40が所定方向に配列されているが、実際はおよそ100本~1000本の伝熱管40が配列されていてもよい。 The heat exchanger tube 40 is a tubular member that extends in the vertical direction of the plane of the drawing. The heat exchanger tube 40 is made of metal such as low alloy steel, high alloy steel, stainless steel, etc., for example. The upper end of the heat exchanger tube 40 (ie, the end on the outlet header 20 side) is open and serves as an outlet end. On the other hand, the lower end of the heat exchanger tube 40 (ie, the end on the inlet header 10 side) is also open and serves as an inlet end. A heat exchange channel 41 is formed in the heat exchanger tube 40, and a fluid flows therethrough. The flowing fluid is, for example, water or steam, and in this embodiment, it is steam. The plurality of heat exchanger tubes 40 are arranged along a predetermined direction at predetermined intervals. In the figure, eight heat exchanger tubes 40 are arranged in a predetermined direction, but in reality, approximately 100 to 1000 heat exchanger tubes 40 may be arranged.

複数の伝熱管40の各出口端は、所定方向に沿って第1出口ヘッダ20aと第2出口ヘッダ20bに対して交互に接続されている。詳細には、同図における左側の伝熱管40から順に、第1出口ヘッダ20a、第2出口ヘッダ20b(以下同順)・・・のように交互に接続されている。なお、例えば出口ヘッダ20が3つとされた場合は、図3に示すように、例えば左側の伝熱管40から順に、第1出口ヘッダ20a、第2出口ヘッダ20b、第3出口ヘッダ20c(以下同順)・・・のように交互に接続されることになる。要するに、ある伝熱管40の出口端は、隣接する伝熱管40が接続された出口ヘッダ20と異なる出口ヘッダ20に接続されるように構成される。つまり、出口ヘッダ20が3つとされた場合、例えば左側の伝熱管40から順に、第2出口ヘッダ20b、第1出口ヘッダ20a、第3出口ヘッダ20c(以下同順)・・・のように交互に接続されてもよいし、これ以外の組合せであってもよい。 Each outlet end of the plurality of heat exchanger tubes 40 is alternately connected to the first outlet header 20a and the second outlet header 20b along a predetermined direction. Specifically, the first outlet header 20a, the second outlet header 20b (hereinafter in the same order), etc. are connected alternately in order from the heat exchanger tube 40 on the left side in the figure. For example, when there are three outlet headers 20, as shown in FIG. 3, the first outlet header 20a, second outlet header 20b, and third outlet header 20c (hereinafter the same) They will be connected alternately as follows. In short, the outlet end of a certain heat exchanger tube 40 is configured to be connected to an outlet header 20 different from the outlet header 20 to which the adjacent heat exchanger tube 40 is connected. In other words, when there are three outlet headers 20, for example, from the heat exchanger tube 40 on the left side, the second outlet header 20b, the first outlet header 20a, the third outlet header 20c (hereinafter in the same order), etc. are alternately arranged. or other combinations may be used.

一方、複数の伝熱管40の各入口端は、図2示すように、所定方向に沿って入口ヘッダ10に接続されている。同図の場合、2つの出口ヘッダ20に接続された全ての伝熱管40が入口ヘッダ10に接続されることになる。つまり、第1出口ヘッダ20aおよび第2出口ヘッダ20bはそれぞれ入口ヘッダ10と伝熱管40によって接続関係が対応付けられている。 On the other hand, each inlet end of the plurality of heat exchanger tubes 40 is connected to the inlet header 10 along a predetermined direction, as shown in FIG. In the case of the figure, all the heat exchanger tubes 40 connected to the two outlet headers 20 are connected to the inlet header 10. That is, the first outlet header 20a and the second outlet header 20b are associated with each other in a connection relationship through the inlet header 10 and the heat transfer tube 40, respectively.

ここで、熱交換器1Aを流通する蒸気(流体)の動作について説明する。
入口連絡管12を介して入口ヘッダ10内の入口流路14内に流入した蒸気は、各伝熱管40に流入する。
Here, the operation of the steam (fluid) flowing through the heat exchanger 1A will be explained.
The steam that has flowed into the inlet channel 14 in the inlet header 10 via the inlet communication pipe 12 flows into each heat transfer tube 40 .

前述のように、熱交換器1Aは火炉110で発生した高温の燃焼ガスが流通する煙道102に設置されている。このため、各伝熱管40内の熱交換流路41を流通する蒸気は、伝熱管40の周囲を流通する燃焼ガスと熱交換が行われることで加熱されて温度が上昇する。 As described above, the heat exchanger 1A is installed in the flue 102 through which the high temperature combustion gas generated in the furnace 110 flows. Therefore, the steam flowing through the heat exchange channel 41 in each heat transfer tube 40 is heated and its temperature increases by exchanging heat with the combustion gas flowing around the heat transfer tube 40.

加熱された蒸気は、伝熱管40から各出口ヘッダ20内の出口流路24に流入してそれぞれ集約される。集約された蒸気は、各出口ヘッダ20に設けられたそれぞれの出口連絡管22から取り出される。 The heated steam flows from the heat exchanger tubes 40 into the outlet channels 24 in each outlet header 20 and is concentrated therein. The concentrated steam is taken out from respective outlet communication pipes 22 provided in each outlet header 20.

このとき、流通する燃焼ガスの流速や温度が、例えば所定方向において偏って不均一な場合(例えば高温側領域と低温側領域との2領域に分かれている場合)であっても、各温度側領域に配置された伝熱管40から各出口ヘッダ20内へ、総熱量が略均等となるように蒸気を集約できる。なぜなら、所定方向に沿って配列された伝熱管40は各出口ヘッダ20に対して交互(規則性を持った順番)に接続されているので、各温度側領域に位置する複数の伝熱管40は、略均等な本数ずつ各出口ヘッダ20に接続されるからである。図2の場合、高温側領域に位置する4本の伝熱管40のうち、2本が第1出口ヘッダ20aに接続され、2本が第2出口ヘッダ20bに接続されている。低温側領域に位置する4本の伝熱管40についても同様である。 At this time, even if the flow velocity or temperature of the circulating combustion gas is uneven in a predetermined direction (for example, when it is divided into two regions, a high temperature side region and a low temperature side region), each temperature side Steam can be concentrated from the heat exchanger tubes 40 arranged in the region into each outlet header 20 so that the total amount of heat becomes approximately equal. This is because the heat exchanger tubes 40 arranged along a predetermined direction are connected alternately (in a regular order) to each outlet header 20, so the plurality of heat exchanger tubes 40 located in each temperature side region are , are connected to each outlet header 20 in approximately equal numbers. In the case of FIG. 2, two of the four heat exchanger tubes 40 located in the high temperature side region are connected to the first outlet header 20a, and two are connected to the second outlet header 20b. The same applies to the four heat exchanger tubes 40 located in the low temperature side region.

入口ヘッダ10の入口流路14の流通方向の断面積と各出口ヘッダ20の2つの出口流路24の流通方向の断面積とは、通過する蒸気の流量に応じて設定される。ここで、入口流路14の断面積は2つの出口流路24の断面積の合計よりも小さくなるように構成されていてもよい。例えば、入口ヘッダ10の入口流路14に存在する蒸気に比べて出口ヘッダ20の出口流路24に存在する蒸気の方が、燃焼ガスとの熱交換によって加熱された分だけ温度が高くなり体積流量も大きくなる。このため、体積流量の増加を見込んで2つの出口流路24の断面積の合計を入口流路14の断面積よりも大きく(すなわち、入口流路14の断面積を2つの出口流路24の断面積の合計よりも小さく)しておくことで、後述する所定方向に沿った蒸気の流速分布が略均一化されやすくなる。なお、各出口流路24の断面積はおおよそ一致するように構成されていてもよい。 The cross-sectional area of the inlet flow path 14 of the inlet header 10 in the flow direction and the cross-sectional area of the two outlet flow paths 24 of each outlet header 20 in the flow direction are set according to the flow rate of steam passing therethrough. Here, the cross-sectional area of the inlet flow path 14 may be configured to be smaller than the sum of the cross-sectional areas of the two outlet flow paths 24. For example, compared to the steam existing in the inlet flow path 14 of the inlet header 10, the temperature of the steam existing in the outlet flow path 24 of the outlet header 20 is higher due to heat exchange with the combustion gas, and the volume is higher. The flow rate also increases. For this reason, in anticipation of an increase in the volumetric flow rate, the total cross-sectional area of the two outlet flow paths 24 is made larger than the cross-sectional area of the inlet flow path 14 (that is, the cross-sectional area of the inlet flow path 14 is made larger than the cross-sectional area of the two outlet flow paths 24). (smaller than the total cross-sectional area), the flow velocity distribution of steam along a predetermined direction, which will be described later, can be easily made substantially uniform. Note that the cross-sectional areas of each outlet flow path 24 may be configured to approximately match.

次に、各伝熱管40内の熱交換流路41を流通する蒸気(流体)の流速分布について図4を用いて説明する。なお、この説明では、簡単のために入口ヘッダ10および出口ヘッダ20がそれぞれ1つの場合を例に説明する。 Next, the flow velocity distribution of steam (fluid) flowing through the heat exchange channel 41 in each heat exchanger tube 40 will be explained using FIG. 4. In addition, in this description, for the sake of simplicity, an example will be described in which there is only one inlet header 10 and one outlet header 20.

入口ヘッダ10の入口流路14における所定方向に沿った蒸気の流速は、入口連絡管12が設けられた一端から他端(同図で示す紙面左端から右端)へ向かって遅くなる。これは、入口ヘッダ10内に流入した蒸気が伝熱管40を介して出口ヘッダ20内へ流出することで、入口連絡管12が設けられた一端から他端へ向かっての入口流路14の蒸気の流量が徐々に減少することに起因する。この流速の変化に伴って、入口流路14における所定方向に沿った蒸気の動圧分布は、一端から他端へ向かって低下する(グラフ(a)で示す実線)。ここで、入口流路14に流入する蒸気の流量が変わらない場合、入口流路14の全圧は位置に依らず一定とされることと、蒸気流量が一端から他端へ向かって徐々に減少することを考慮すると、入口流路14における所定方向に沿った蒸気の静圧分布は、一端から他端へ向かって上昇する(グラフ(a)で示す点線)。 The flow velocity of steam along a predetermined direction in the inlet channel 14 of the inlet header 10 becomes slower from one end where the inlet communication pipe 12 is provided to the other end (from the left end to the right end in the drawing). This is because the steam that has flowed into the inlet header 10 flows out into the outlet header 20 via the heat transfer tubes 40, so that the steam in the inlet channel 14 flows from one end where the inlet communication pipe 12 is provided to the other end. This is due to the gradual decrease in the flow rate. With this change in flow velocity, the dynamic pressure distribution of steam along a predetermined direction in the inlet channel 14 decreases from one end to the other end (solid line shown in graph (a)). Here, if the flow rate of steam flowing into the inlet flow path 14 does not change, the total pressure of the inlet flow path 14 is constant regardless of the position, and the steam flow rate gradually decreases from one end to the other. Considering this, the static pressure distribution of steam along the predetermined direction in the inlet flow path 14 increases from one end to the other end (dotted line shown in graph (a)).

一方、出口流路24における蒸気の流速は、他端から出口連絡管22が設けられた一端(同図で示す紙面右端から左端)へ向かって速くなる。これは、他端から出口連絡管22が設けられた一端へ向かって出口流路24の蒸気の量が徐々に増加することに起因する。この流速の変化に伴って、出口流路24における所定方向に沿った蒸気の動圧分布は、一端から他端へ向かって低下する(グラフ(b)で示す実線)。ここで、出口流路24に流入する蒸気流量が変わらない場合、出口流路24の全圧は位置に依らず一定とされることと、蒸気流量が他端から一端へ向かって徐々に増加することを考慮すると、出口流路24における所定方向に沿った蒸気の静圧分布は、一端から他端へ向かって上昇する(グラフ(b)で示す点線)。 On the other hand, the flow rate of steam in the outlet channel 24 increases from the other end toward one end where the outlet communication pipe 22 is provided (from the right end to the left end in the drawing). This is because the amount of steam in the outlet channel 24 gradually increases from the other end toward the one end where the outlet communication pipe 22 is provided. With this change in flow velocity, the dynamic pressure distribution of steam along a predetermined direction in the outlet channel 24 decreases from one end to the other end (solid line shown in graph (b)). Here, if the flow rate of steam flowing into the outlet flow path 24 does not change, the total pressure of the outlet flow path 24 is constant regardless of the position, and the flow rate of steam gradually increases from the other end to one end. Considering this, the static pressure distribution of steam along the predetermined direction in the outlet flow path 24 increases from one end to the other end (dotted line shown in graph (b)).

各伝熱管40内を流通する蒸気の流速は、入口流路14の静圧と出口流路24の静圧との差圧に依存する。具体的には、所定方向に沿って配列された複数の伝熱管40内を流通する蒸気の流速は、所定方向に沿った入口流路14の静圧分布と出口流路24の静圧分布との差圧に依存する。所定方向に沿った入口流路14の静圧分布と出口流路24の静圧分布は、前述したように一端から他端へ向かって共に上昇する。このため、静圧差の分布としては所定方向に沿って均一性が向上して大きな差が無くなった分布となる(グラフ(c))。このため、所定方向に沿った各伝熱管40の位置に起因する、各伝熱管40内を通過する蒸気の流速差は抑制され、所定方向に沿った各伝熱管40を通過する蒸気の流速分布は略均一化される。したがって、各伝熱管40の出口端付近の流体の間に生じる温度差を抑制でき、熱交換器の性能は向上する。また各伝熱管40の設計温度を必要以上に高める必要がなくなり、設備費用を低減できる。 The flow rate of steam flowing through each heat transfer tube 40 depends on the pressure difference between the static pressure in the inlet flow path 14 and the static pressure in the outlet flow path 24. Specifically, the flow rate of steam flowing through the plurality of heat transfer tubes 40 arranged along a predetermined direction is determined by the static pressure distribution of the inlet flow path 14 and the static pressure distribution of the outlet flow path 24 along the predetermined direction. depends on the differential pressure of The static pressure distribution of the inlet flow path 14 and the static pressure distribution of the outlet flow path 24 along the predetermined direction both increase from one end toward the other end, as described above. Therefore, the distribution of the static pressure difference becomes a distribution in which the uniformity improves along the predetermined direction and there are no large differences (graph (c)). Therefore, the difference in flow velocity of steam passing through each heat exchanger tube 40 due to the position of each heat exchanger tube 40 along a predetermined direction is suppressed, and the flow velocity distribution of steam passing through each heat exchanger tube 40 along a predetermined direction is suppressed. is approximately equalized. Therefore, the temperature difference that occurs between the fluids near the outlet end of each heat exchanger tube 40 can be suppressed, and the performance of the heat exchanger is improved. Moreover, there is no need to increase the design temperature of each heat exchanger tube 40 more than necessary, and equipment costs can be reduced.

これに対して、図4とは異なり入口連絡管12と出口連絡管22とが、所定方向において互いに異なる側に設けられた場合、各伝熱管40内の熱交換流路41を流通する蒸気の流速は次のようになる。 On the other hand, unlike in FIG. The flow velocity is as follows.

すなわち、図5に示すように、入口ヘッダ10の入口流路14における所定方向に沿った蒸気の動圧分布と静圧分布は図4のグラフ(a)と同様になり、蒸気の動圧分布は、一端から他端へ向かって低下する(グラフ(a)で示す実線)。また、入口流路14における所定方向に沿った蒸気の静圧分布は、一端から他端へ向かって上昇する(グラフ(a)で示す点線)。一方、出口流路24における所定方向に沿った蒸気の動圧分布と静圧分布は図4のグラフ(b)とは異なり所定方向において図4とは逆の傾向を示す。すなわち、蒸気の動圧分布は、一端から他端へ向かって上昇する(グラフ(b)で示す実線)。また、出口流路24における所定方向に沿った蒸気の静圧分布は、一端から他端へ向かって低下する(グラフ(b)で示す点線)。入口流路14の静圧分布と出口流路24の静圧分布との静圧差の分布としては所定方向に沿って大きく増大する分布となる(グラフ(c))。このため、所定方向に沿った各伝熱管40の位置に起因して、各伝熱管40内を流通する蒸気に流速差が生じる。同図の場合、紙面左側の伝熱管40に比べて右側の伝熱管40内を流通する蒸気の流速が速くなる。したがって、各伝熱管40の出口端付近の流体の間に生じる温度差が大きくなり、熱交換器の性能は低下する。また同図の場合、紙面右側の各伝熱管40の温度上昇により設計温度を高める必要があり、設備費用が増加する。 That is, as shown in FIG. 5, the steam dynamic pressure distribution and static pressure distribution along the predetermined direction in the inlet flow path 14 of the inlet header 10 are similar to the graph (a) of FIG. 4, and the steam dynamic pressure distribution decreases from one end to the other (solid line shown in graph (a)). Further, the static pressure distribution of steam along the predetermined direction in the inlet channel 14 increases from one end to the other end (dotted line shown in graph (a)). On the other hand, the dynamic pressure distribution and static pressure distribution of steam along the predetermined direction in the outlet flow path 24 differ from the graph (b) of FIG. 4, and show a tendency opposite to that of FIG. 4 in the predetermined direction. That is, the dynamic pressure distribution of steam increases from one end to the other end (solid line shown in graph (b)). Further, the static pressure distribution of steam along a predetermined direction in the outlet flow path 24 decreases from one end to the other end (dotted line shown in graph (b)). The static pressure difference between the static pressure distribution in the inlet flow path 14 and the static pressure distribution in the outlet flow path 24 is a distribution that increases greatly along a predetermined direction (graph (c)). Therefore, due to the position of each heat exchanger tube 40 along the predetermined direction, a flow velocity difference occurs in the steam flowing through each heat exchanger tube 40. In the case of the figure, the flow rate of steam flowing through the heat exchanger tube 40 on the right side is faster than that in the heat exchanger tube 40 on the left side of the paper. Therefore, the temperature difference generated between the fluids near the outlet end of each heat exchanger tube 40 increases, and the performance of the heat exchanger decreases. Furthermore, in the case of the figure, the design temperature needs to be increased due to the temperature rise of each heat exchanger tube 40 on the right side of the drawing, which increases equipment costs.

本実施形態においては以下の効果を奏する。
ボイラ100の煙道102に熱交換器1Aが設けられたときに、図2に示すように煙道102を流通する燃焼ガスの流速や温度が、例えば所定方向において偏って不均一な場合(例えば高温側領域と低温側領域との2領域に分かれている場合)であっても、各温度側領域に配置された伝熱管40から各出口ヘッダ20内へ、総熱量が略均等となり、各出口ヘッダ20間で温度差が少なくなるように蒸気を集約できる。このため、各伝熱管40を流通して各出口ヘッダ20内に集約された後に各出口連絡管22から流出する蒸気に生じる温度差を抑制することができる。またそれぞれの出口連絡管22から流出する蒸気の温度差を抑制できるので、出口連絡管22に接続された下流側の機器においても温度の不均一が生じることを抑制し、ひいてはプラント全体としての性能の低下を抑制することができる。
This embodiment has the following effects.
When the heat exchanger 1A is installed in the flue 102 of the boiler 100, as shown in FIG. Even if the heat exchanger tubes 40 disposed in each temperature side area are divided into two areas (high temperature side area and low temperature side area), the total amount of heat is approximately equal from the heat transfer tubes 40 arranged in each temperature side area into each outlet header 20, and each outlet Steam can be concentrated so that the temperature difference between the headers 20 is reduced. Therefore, it is possible to suppress the temperature difference that occurs in the steam that flows through each heat transfer tube 40 and is collected in each outlet header 20 and then flows out from each outlet communication pipe 22. In addition, since the temperature difference between the steam flowing out from each outlet connecting pipe 22 can be suppressed, it is possible to suppress the occurrence of temperature non-uniformity in downstream equipment connected to the outlet connecting pipe 22, thereby improving the performance of the entire plant. It is possible to suppress the decrease in

また、各伝熱管40内の熱交換流路41を流通する蒸気の流速差を抑制することができる。また、例えば熱交換流路41を流通する蒸気に流速差が生じると、個々の伝熱管40によって流通する蒸気の熱吸収量に差が生じてしまう。この熱吸収量の差に加えて前述した燃焼ガスの温度の偏りを生じた不均一が加わると、各伝熱管40の出口端付近の蒸気の温度差がさらに大きくなる。このため、熱交換器としての熱交換量の性能が低下するとともに、熱交換器として構成する各機器の設計温度を高める必要があり、設備費用が増加する可能性がある。しかしながら、本実施形態の熱交換器1Aでは、各伝熱管40内の熱交換流路41を流通する蒸気の流速差を抑制することで、各伝熱管40の出口端付近の蒸気の間に生じる温度差を抑制できる。さらに、各出口ヘッダ20に集約される蒸気の流量を略均一にすることができる。 Moreover, the difference in flow velocity of steam flowing through the heat exchange channels 41 in each heat exchanger tube 40 can be suppressed. Further, for example, if a difference in flow velocity occurs in the steam flowing through the heat exchange channel 41, a difference will occur in the amount of heat absorbed by the steam flowing through the individual heat exchanger tubes 40. In addition to this difference in the amount of heat absorption, when the above-mentioned non-uniformity in temperature of the combustion gas is added, the temperature difference in the steam near the outlet end of each heat exchanger tube 40 becomes even larger. For this reason, the performance of the heat exchange amount as a heat exchanger decreases, and it is necessary to increase the design temperature of each device configured as a heat exchanger, which may increase equipment costs. However, in the heat exchanger 1A of the present embodiment, by suppressing the difference in flow velocity of the steam flowing through the heat exchange channel 41 in each heat exchanger tube 40, the difference in the flow rate that occurs between the steam near the outlet end of each heat exchanger tube 40 is suppressed. Temperature differences can be suppressed. Furthermore, the flow rate of steam concentrated in each outlet header 20 can be made substantially uniform.

また、出口ヘッダ20を複数とすることで各出口ヘッダ20に接続される伝熱管40の本数を低減できる。これによって、各出口ヘッダ20に導かれる流量の減少に伴って出口ヘッダ20の小径化を可能とすることができる。さらに、出口ヘッダ20から張り出す伝熱管40が占有する空間を小さくできる。例えば出口ヘッダ20が1つの場合、図6の断面図に示すように伝熱管40が接続されているとする。しかし、出口ヘッダ20を例えば2つとすることで、1つ当たりの出口ヘッダ20に接続される伝熱管40の本数を図7の断面図に示すように半数にすることができる。これによって、各出口ヘッダ20から張り出す伝熱管40が占有する空間が小さくなる。このため、ボイラ100の煙道102での熱交換器1Aの配置が容易になる。 Furthermore, by providing a plurality of outlet headers 20, the number of heat exchanger tubes 40 connected to each outlet header 20 can be reduced. As a result, the diameter of the outlet header 20 can be reduced as the flow rate guided to each outlet header 20 is reduced. Furthermore, the space occupied by the heat exchanger tubes 40 extending from the outlet header 20 can be reduced. For example, when there is one outlet header 20, it is assumed that the heat exchanger tubes 40 are connected as shown in the cross-sectional view of FIG. However, by setting the number of outlet headers 20 to two, for example, the number of heat exchanger tubes 40 connected to each outlet header 20 can be halved as shown in the cross-sectional view of FIG. 7. This reduces the space occupied by the heat exchanger tubes 40 extending from each outlet header 20. Therefore, the heat exchanger 1A can be easily arranged in the flue 102 of the boiler 100.

〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態に係る熱交換器1Bについて説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して、入口ヘッダに係る形態が異なり、その他の点については同様である。したがって、第1実施形態と異なる点についてのみ説明し、その他は同一の符号を用いてその説明を省略する。
[Second embodiment]
Next, a heat exchanger 1B according to a second embodiment of the present invention will be described. This embodiment differs from the first embodiment in the form of the entrance header, but is similar in other respects. Therefore, only the points that are different from the first embodiment will be explained, and the same reference numerals will be used for the others, and the explanation thereof will be omitted.

図8に示すように、熱交換器1Bは2つの入口ヘッダ10を備えている。以下の説明において、それぞれを区別する必要がある場合は、符号10a,10bを使用し、各入口ヘッダ10に共通の事項の場合は単に符号10を使用する。 As shown in FIG. 8, the heat exchanger 1B includes two inlet headers 10. In the following description, when it is necessary to distinguish between them, the numbers 10a and 10b are used, and when it is common to each entry header 10, the number 10 is simply used.

第1入口ヘッダ10aおよび第2入口ヘッダ10bの各入口連絡管12は、所定方向において出口連絡管22が設けられている側と同一側の一端にのみ設けられている。同図の場合、全ての入口連絡管12および出口連絡管22が所定方向において同一側(同図における紙面左側)に設けられている。 Each inlet communication pipe 12 of the first inlet header 10a and the second inlet header 10b is provided only at one end on the same side as the outlet communication pipe 22 in a predetermined direction. In the case of the figure, all the inlet communication pipes 12 and the outlet communication pipes 22 are provided on the same side in a predetermined direction (on the left side of the paper in the figure).

複数の伝熱管40の各入口端は、第1入口ヘッダ10aと第2入口ヘッダ10bに対して交互に接続されている。詳細には、同図における紙面左側の伝熱管40から順に、第1入口ヘッダ10a、第2入口ヘッダ10b(以下同順)・・・のように交互(規則性を持った順番)に接続されている。 Each inlet end of the plurality of heat exchanger tubes 40 is alternately connected to the first inlet header 10a and the second inlet header 10b. In detail, the heat exchanger tubes 40 on the left side of the drawing are connected alternately (in a regular order) like the first inlet header 10a, the second inlet header 10b (hereinafter in the same order), etc. ing.

このとき、第1出口ヘッダ20aに接続された全ての伝熱管40は、一の入口ヘッダ10(同図では第1入口ヘッダ10a)に接続されて接続関係が対応付けられる。また、第2出口ヘッダ20bに接続された全ての伝熱管40は、他の入口ヘッダ10(同図では第2入口ヘッダ10b)に接続されて接続関係が対応付けられる。つまり、一の出口ヘッダ20に接続された全ての伝熱管40は、複数の入口ヘッダ10に接続されることなく、一の入口ヘッダ10に接続されて接続関係が対応付けられる。他の出口ヘッダ20に接続された全ての伝熱管40は、複数の入口ヘッダ10に接続されることなく、他の入口ヘッダ10に接続されて接続関係が対応付けられる。 At this time, all the heat exchanger tubes 40 connected to the first outlet header 20a are connected to one inlet header 10 (first inlet header 10a in the figure) and are associated with a connection relationship. Further, all the heat exchanger tubes 40 connected to the second outlet header 20b are connected to another inlet header 10 (second inlet header 10b in the figure) and are associated with a connection relationship. That is, all the heat exchanger tubes 40 connected to one outlet header 20 are connected to one inlet header 10 without being connected to a plurality of inlet headers 10, and are associated with each other in a connection relationship. All the heat exchanger tubes 40 connected to other outlet headers 20 are connected to other inlet headers 10 without being connected to a plurality of inlet headers 10, and are associated with each other in a connection relationship.

なお、図9の変形例に示すように、全ての入口連絡管12および出口連絡管22を所定方向において同一側に設ける必要は無く、伝熱管40によって接続関係が対応付けられた入口ヘッダ10の入口連絡管12と出口ヘッダ20の出口連絡管22とが所定方向において同一側に設けられていれば良い。これは、前述したように所定方向に沿った各伝熱管40の熱交換流路41を流通する蒸気の流速分布に鑑みれば明らかである。同図の場合、第1入口ヘッダ10aと第1出口ヘッダ20aとの間に接続された各伝熱管40によって接続関係が対応付けられ、第2入口ヘッダ10bと第2出口ヘッダ20bとの間に接続された各伝熱管40によって接続関係が対応付けられている。 Note that, as shown in the modified example of FIG. 9, it is not necessary to provide all the inlet communication pipes 12 and outlet communication pipes 22 on the same side in a predetermined direction, and the inlet header 10 with which the connection relationship is matched by the heat transfer tubes 40 is It is sufficient that the inlet communication pipe 12 and the outlet communication pipe 22 of the outlet header 20 are provided on the same side in a predetermined direction. This becomes clear when considering the flow velocity distribution of steam flowing through the heat exchange channels 41 of each heat exchanger tube 40 along a predetermined direction as described above. In the case of the figure, a connection relationship is established by each heat exchanger tube 40 connected between the first inlet header 10a and the first outlet header 20a, and a connection relationship is established between the second inlet header 10b and the second outlet header 20b. Connection relationships are associated with each connected heat exchanger tube 40.

本実施形態においては以下の効果を奏する。
各温度側領域に配置された伝熱管40から各出口ヘッダ20内へ、総熱量が略均等となり、各出口ヘッダ20間で温度差が少なくなるように蒸気を集約できる。このため、伝熱管40を流通して各出口ヘッダ20内に集約された後に各出口連絡管22から流出する蒸気に生じる温度差を抑制することができる。
This embodiment has the following effects.
Steam can be concentrated from the heat transfer tubes 40 arranged in each temperature side region into each outlet header 20 so that the total amount of heat becomes approximately equal and the temperature difference between each outlet header 20 is reduced. Therefore, it is possible to suppress the temperature difference that occurs in the steam that flows through the heat exchanger tubes 40 and is collected in each outlet header 20 and then flows out from each outlet communication tube 22.

また、各伝熱管40内の熱交換流路41を流通する蒸気の流速差を抑制することができる。このため、各伝熱管40の出口端付近の蒸気に生じる温度差を抑制できる。さらに、各出口ヘッダ20に集約される蒸気の流量を略均一にすることができる。 Moreover, the difference in flow velocity of steam flowing through the heat exchange channels 41 in each heat exchanger tube 40 can be suppressed. Therefore, the temperature difference that occurs in the steam near the outlet end of each heat transfer tube 40 can be suppressed. Furthermore, the flow rate of steam concentrated in each outlet header 20 can be made substantially uniform.

また、出口ヘッダ20を複数とされているので、各出口ヘッダ20に導かれる流量の減少に伴って、各出口ヘッダ20の小径化を可能とするとともに、各出口ヘッダ20から張り出す伝熱管40が占有する空間を小さくできる。このため、ボイラ100の煙道102での熱交換器1Bの配置が容易になる。 Furthermore, since there are a plurality of outlet headers 20, it is possible to reduce the diameter of each outlet header 20 as the flow rate guided to each outlet header 20 decreases, and the heat transfer tubes 40 protruding from each outlet header 20 can be made smaller. The space occupied can be reduced. Therefore, the heat exchanger 1B can be easily arranged in the flue 102 of the boiler 100.

また、入口ヘッダ10が複数とされているので、各入口ヘッダ10に流通する流量の減少に伴って、各入口ヘッダ10の小径化を可能とするとともに、各入口ヘッダ10から張り出す伝熱管40が占有する空間を小さくできる。このため、ボイラ100の煙道102での熱交換器1Bの配置が容易になる。 Furthermore, since there are a plurality of inlet headers 10, it is possible to reduce the diameter of each inlet header 10 as the flow rate flowing through each inlet header 10 decreases, and the heat transfer tubes 40 protruding from each inlet header 10 can be made smaller. The space occupied can be reduced. Therefore, the heat exchanger 1B can be easily arranged in the flue 102 of the boiler 100.

また、各出口ヘッダ20に設けられた出口連絡管22が、所定方向において同一側に設けられている場合、所定方向の同一側に入口連絡管12および出口連絡管22が集約されるので、熱交換器の組み付け時の作業性が向上を可能とする。 Further, when the outlet connecting pipes 22 provided in each outlet header 20 are provided on the same side in a predetermined direction, the inlet connecting pipe 12 and the outlet connecting pipe 22 are gathered on the same side in the predetermined direction, so that heat It is possible to improve work efficiency when assembling the exchanger.

また、第1出口ヘッダ20aに設けられた出口連絡管22は、第2出口ヘッダ20bに設けられた出口連絡管22と所定方向において異なる側に設けられている場合、所定方向の一方側に入口連絡管12および出口連絡管22が集約されないので、それらに接続される配管の取り回しが容易になる。 In addition, when the outlet connecting pipe 22 provided in the first outlet header 20a is provided on a different side in a predetermined direction from the outlet connecting pipe 22 provided in the second outlet header 20b, the inlet is located on one side in the predetermined direction. Since the communication pipe 12 and the outlet communication pipe 22 are not consolidated, the piping connected thereto can be easily routed.

また、ボイラ100の仕様によって蒸気の流量が大きい場合であって、例えば入口ヘッダ10が1つの場合に蒸気の流量を多く流通させるには、適切な流速とするために入口ヘッダ10の外径を大きくしなければならないが、外径が大きくなるほど、肉厚を厚くして強度を増加するとともに、その製作工程が増加する可能性がある。入口ヘッダ10を複数にすることで前述のように入口ヘッダ10の小径化を可能とするので、このような製作上の問題は生じない。 In addition, when the flow rate of steam is large depending on the specifications of the boiler 100, for example, in the case where there is only one inlet header 10, in order to distribute a large flow rate of steam, the outer diameter of the inlet header 10 may be adjusted to obtain an appropriate flow rate. However, as the outer diameter increases, the wall thickness must be increased to increase strength, and the manufacturing process may increase. By providing a plurality of inlet headers 10, it is possible to reduce the diameter of the inlet headers 10 as described above, so such manufacturing problems do not occur.

〔第3実施形態〕
次に、本発明の第3実施形態に係る熱交換器1Cについて説明する。本実施形態は、第1実施形態および第2実施形態に対して、入口ヘッダに係る形態が異なり、その他の点については同様である。したがって、第1実施形態および第2実施形態と異なる点についてのみ説明し、その他は同一の符号を用いてその説明を省略する。
[Third embodiment]
Next, a heat exchanger 1C according to a third embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from the first embodiment and the second embodiment in the form related to the entrance header, and is the same in other respects. Therefore, only the points that are different from the first embodiment and the second embodiment will be described, and the same reference numerals will be used for the others, and the description thereof will be omitted.

図10に示すように、熱交換器1Cは1つの第3入口ヘッダ10cを備えている。第1実施形態と同様に、この第3入口ヘッダ10cに対して2つの出口ヘッダ20が伝熱管40によって接続されている。つまり、第1出口ヘッダ20aおよび第2入口ヘッダ10bはそれぞれ第3入口ヘッダ10cと接続関係が対応付けられている。 As shown in FIG. 10, the heat exchanger 1C includes one third inlet header 10c. Similar to the first embodiment, two outlet headers 20 are connected to this third inlet header 10c by heat exchanger tubes 40. That is, the first outlet header 20a and the second inlet header 10b are each associated with the third inlet header 10c in a connection relationship.

このとき、第1出口ヘッダ20aの出口連絡管22は、第2出口ヘッダ20bの出口連絡管22と所定方向において異なる方向に設けられている。また、第3入口ヘッダ10cの入口連絡管12は、各出口連絡管22に接続関係が対応するように所定方向の両端に設けられている。 At this time, the outlet communication pipe 22 of the first outlet header 20a is provided in a different predetermined direction from the outlet communication pipe 22 of the second outlet header 20b. Further, the inlet communication pipes 12 of the third inlet header 10c are provided at both ends in a predetermined direction so that the connection relationship corresponds to each outlet communication pipe 22.

第3入口ヘッダ10cは1つとされているが、第3入口ヘッダ10cの一端の入口連絡管12(同図の紙面左側)は、第3入口ヘッダ10cに対して接続された出口ヘッダ20bの出口連絡管22の方向が同一側にある。また、第3入口ヘッダ10cの他端の入口連絡管12(同図の紙面右側)は、第3入口ヘッダ10cに対して接続された出口ヘッダ20aの出口連絡管22の方向が同一側にあるものである。さらに、第3入口ヘッダ10cは共通として構成されている。つまり、第3入口ヘッダ10cの一端にある入口連絡管12と、出口ヘッダ20bの出口連絡管22がペアにあり、第3入口ヘッダ10cの他端にある入口連絡管12と、出口ヘッダ20aの出口連絡管22がペアにある。これは、一の入口ヘッダの入口連絡管と一の出口ヘッダの出口連絡管がペアにあり、他の入口ヘッダの入口連絡管と他の出口ヘッダの出口連絡管がペアにあり、各ペアが所定方向において反対側に位置する熱交換器と同等になる。言い換えると、図9で示した第2実施形態に係る熱交換器1Bの第1入口ヘッダ10aおよび第2入口ヘッダ10bを、1つの共通の入口ヘッダとされた第3入口ヘッダ10cとして設けたものと同等になる。 Although there is one third inlet header 10c, the inlet connecting pipe 12 at one end of the third inlet header 10c (on the left side of the drawing) is the outlet of the outlet header 20b connected to the third inlet header 10c. The directions of the communication pipes 22 are on the same side. In addition, the inlet connecting pipe 12 at the other end of the third inlet header 10c (on the right side of the paper in the figure) is on the same side as the outlet connecting pipe 22 of the outlet header 20a connected to the third inlet header 10c. It is something. Furthermore, the third inlet header 10c is configured as a common one. In other words, the inlet connecting pipe 12 at one end of the third inlet header 10c and the outlet connecting pipe 22 of the outlet header 20b are in a pair, and the inlet connecting pipe 12 at the other end of the third inlet header 10c and the outlet connecting pipe 22 of the outlet header 20a are paired. There are outlet connecting pipes 22 in pairs. This means that the inlet connecting pipe of one inlet header and the outlet connecting pipe of one outlet header are in a pair, and the inlet connecting pipe of the other inlet header and the outlet connecting pipe of the other outlet header are in a pair, and each pair It becomes equivalent to a heat exchanger located on the opposite side in a given direction. In other words, the first inlet header 10a and the second inlet header 10b of the heat exchanger 1B according to the second embodiment shown in FIG. 9 are provided as a third inlet header 10c which is one common inlet header. becomes equivalent to

このとき、第3入口ヘッダ10cの流路面積は、出口ヘッダ20の流路面積より大きなものとされてもよい。例えば、第3入口ヘッダ10cの内径を大きくするなどして流路面積を増加させておくことが好ましい。第3入口ヘッダ10cの流路面積は、熱交換器1Cのサイズ、蒸気流量、各伝熱管40の熱交換流路41の流路断面積や第3入口ヘッダ10cの所定方向長さなどにより適正な流路面積が考慮されるが、さらに好ましくは、第3入口ヘッダ10cの流路面積は、出口ヘッダ20の流路面積の1倍から2倍である。第3入口ヘッダ10cの流路面積を増加させた場合、全体として蒸気の流速が低下する。これによって、流速に依存する所定方向に沿った入口流路14の動圧分布の不均一が抑制される。このため、所定方向に沿った入口流路14と出口流路24との静圧差分布が略均一化され、所定方向に沿った各伝熱管40の位置に起因する蒸気の流速差が抑制される。なお、このように入口ヘッダ10の流路面積を増加させる構成は、第1実施形態および第2実施形態にも適用できる。 At this time, the passage area of the third inlet header 10c may be larger than the passage area of the outlet header 20. For example, it is preferable to increase the flow path area by increasing the inner diameter of the third inlet header 10c. The flow path area of the third inlet header 10c is appropriate depending on the size of the heat exchanger 1C, the steam flow rate, the flow path cross-sectional area of the heat exchange flow path 41 of each heat transfer tube 40, the length in a predetermined direction of the third inlet header 10c, etc. More preferably, the flow path area of the third inlet header 10c is 1 to 2 times the flow path area of the outlet header 20. When the flow path area of the third inlet header 10c is increased, the overall steam flow rate decreases. This suppresses non-uniformity of the dynamic pressure distribution in the inlet channel 14 along the predetermined direction depending on the flow velocity. Therefore, the static pressure difference distribution between the inlet flow path 14 and the outlet flow path 24 along the predetermined direction is made substantially uniform, and the difference in steam flow velocity caused by the position of each heat transfer tube 40 along the predetermined direction is suppressed. . Note that the configuration in which the flow path area of the inlet header 10 is increased in this way can also be applied to the first embodiment and the second embodiment.

本実施形態においては以下の効果を奏する。
各温度蒸気領域に配置された伝熱管40から各出口ヘッダ20内へ、総熱量が略均等となり、各出口ヘッダ20間で温度差が少なるように蒸気を集約できる。このため、伝熱管40を流通して各出口ヘッダ20内に集約された後に各出口連絡管22から流出する蒸気に生じる温度差を抑制することができる。
This embodiment has the following effects.
Steam can be concentrated into each outlet header 20 from the heat transfer tubes 40 disposed in each temperature steam region so that the total amount of heat becomes approximately equal and the temperature difference between each outlet header 20 is reduced. Therefore, it is possible to suppress the temperature difference that occurs in the steam that flows through the heat exchanger tubes 40 and is collected in each outlet header 20 and then flows out from each outlet communication tube 22.

また、出口ヘッダ20を複数とされているので、各出口ヘッダ20に導かれる流量の減少に伴って、各出口ヘッダ20の小径化を可能とするとともに、各出口ヘッダ20から張り出す伝熱管40が占有する空間を小さくできる。このため、ボイラ100の煙道102での熱交換器1Cの配置が容易になる。 Furthermore, since there are a plurality of outlet headers 20, it is possible to reduce the diameter of each outlet header 20 as the flow rate guided to each outlet header 20 decreases, and the heat transfer tubes 40 protruding from each outlet header 20 can be made smaller. The space occupied can be reduced. Therefore, the heat exchanger 1C can be easily arranged in the flue 102 of the boiler 100.

また、第1出口ヘッダ20aに設けられた出口連絡管22は、第2出口ヘッダ20bに設けられた出口連絡管22と所定方向において異なる側に設けられ、入口連絡管12は第3入口ヘッダ10の両端に設けられている。このため、所定方向の一方側に入口連絡管12および出口連絡管22が集約されないので、それらに接続される配管の取り回しが容易になる。このため、ボイラ100の煙道102での熱交換器1Cの配置が容易になる。 Further, the outlet communication pipe 22 provided in the first outlet header 20a is provided on a different side in a predetermined direction from the outlet communication pipe 22 provided in the second outlet header 20b, and the inlet communication pipe 12 is provided in the third inlet header 10. are provided at both ends. For this reason, the inlet connecting pipe 12 and the outlet connecting pipe 22 are not concentrated on one side in a predetermined direction, so that the piping connected thereto can be easily routed. Therefore, the heat exchanger 1C can be easily arranged in the flue 102 of the boiler 100.

また、第3入口ヘッダ10c内の流路面積を増加させた場合、各伝熱管40内の熱交換流路41を流通する蒸気の流速差を抑制することができる。このため、各伝熱管40の出口端付近の蒸気に生じる温度差を抑制できる。さらに、各出口ヘッダ20に集約される蒸気の流量を略均一にすることができる。 Moreover, when the flow path area in the third inlet header 10c is increased, the difference in flow speed of steam flowing through the heat exchange flow path 41 in each heat transfer tube 40 can be suppressed. Therefore, the temperature difference that occurs in the steam near the outlet end of each heat transfer tube 40 can be suppressed. Furthermore, the flow rate of steam concentrated in each outlet header 20 can be made substantially uniform.

本発明は、前述の各実施形態に係る発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。
例えば、上記各実施形態では、本発明を火力発電プラントの一例としての石炭焚きボイラに適用する例について説明したが、本発明は、ガス焚きボイラ、油焚きボイラ、排熱回収ボイラ(HRSG:Heat Recovery Steam Generator)、流動床ボイラ(BFB:Bubbling Fluidized Bed)など熱交換器を設けた機器に適用してもよい。
The present invention is not limited to the inventions according to the embodiments described above, and can be modified as appropriate without departing from the gist thereof.
For example, in each of the above embodiments, an example in which the present invention is applied to a coal-fired boiler as an example of a thermal power plant has been described, but the present invention also applies to a gas-fired boiler, an oil-fired boiler, and a heat recovery boiler (HRSG). It may also be applied to equipment equipped with a heat exchanger, such as Recovery Steam Generator) and fluidized bed boilers (BFB).

1(1A,1B,1C) 熱交換器
10 入口ヘッダ
10a(10) 第1入口ヘッダ(入口ヘッダ)
10b(10) 第2入口ヘッダ(入口ヘッダ)
10c(10) 第3入口ヘッダ(入口ヘッダ)
12 入口連絡管
14 入口流路
20a(20) 第1出口ヘッダ(出口ヘッダ)
20b(20) 第2出口ヘッダ(出口ヘッダ)
20c(20) 第3出口ヘッダ(出口ヘッダ)
22 出口連絡管
24 出口流路
40 伝熱管
41 熱交換流路
1 (1A, 1B, 1C) Heat exchanger 10 Inlet header 10a (10) First inlet header (inlet header)
10b (10) Second entrance header (entrance header)
10c (10) Third entrance header (entrance header)
12 Inlet communication pipe 14 Inlet channel 20a (20) First outlet header (outlet header)
20b (20) Second exit header (exit header)
20c (20) Third exit header (exit header)
22 Outlet communication pipe 24 Outlet channel 40 Heat exchanger tube 41 Heat exchange channel

Claims (12)

ボイラの煙道に配置される熱交換器であって、
所定方向に延在するとともに前記所定方向の端部に外部と連通する入口連絡管が設けられている1つまたは複数の入口ヘッダと、
前記所定方向に延在するとともに前記所定方向の一端にのみ外部と連通する出口連絡管が設けられている複数の出口ヘッダと、
前記所定方向に並べられ、出口端が前記所定方向に沿って各前記出口ヘッダに対して交互に接続されているとともに、一の前記出口ヘッダに接続された前記出口端に対する他端とされた入口端が一の前記入口ヘッダに接続されている複数の伝熱管と、
を備え、
各前記伝熱管における熱吸収量に差が生じる領域に配置され、
共通の前記伝熱管で対応付けられた前記出口連絡管と前記入口連絡管とは、前記所定方向において同一側に設けられている
熱交換器。
A heat exchanger placed in a flue of a boiler,
one or more inlet headers extending in a predetermined direction and provided with an inlet communication pipe communicating with the outside at an end in the predetermined direction;
a plurality of outlet headers extending in the predetermined direction and provided with an outlet communication pipe that communicates with the outside only at one end in the predetermined direction;
inlets arranged in the predetermined direction, outlet ends being alternately connected to each of the outlet headers along the predetermined direction, and with the outlet end being connected to one outlet header and the other end thereof being connected to each outlet header; a plurality of heat transfer tubes having ends connected to one of the inlet headers;
Equipped with
arranged in a region where a difference occurs in the amount of heat absorption in each of the heat exchanger tubes,
In the heat exchanger, the outlet communication pipe and the inlet communication pipe, which are associated with each other through the common heat transfer tube, are provided on the same side in the predetermined direction.
前記入口ヘッダは、複数の前記出口ヘッダと同数とされ、
各前記出口ヘッダに設けられた前記出口連絡管は、前記所定方向において同一側に設けられている
請求項1に記載の熱交換器。
The number of inlet headers is equal to the number of the plurality of outlet headers,
The heat exchanger according to claim 1, wherein the outlet communication pipes provided in each of the outlet headers are provided on the same side in the predetermined direction.
各前記出口ヘッダに設けられた前記出口連絡管のうち一の前記出口連絡管は、他の少なくとも1つの前記出口連絡管と前記所定方向において異なる側に設けられている
請求項2に記載の熱交換器。
The heat exchanger according to claim 2, wherein one of the outlet communication pipes provided in each of the outlet headers is provided on a different side in the predetermined direction from at least one other outlet communication pipe. exchanger.
前記入口ヘッダは1つとされ、
前記出口ヘッダは2つとされ、
前記入口連絡管は、前記入口ヘッダの両端部に設けられ、
一の前記入口連絡管と一の前記出口ヘッダの前記出口連絡管とは、前記所定方向において一の側に設けられ、
他の前記入口連絡管と他の前記出口ヘッダの前記出口連絡管とは、前記所定方向において他の側に設けられ、
前記入口ヘッダの流路面積は、前記出口ヘッダの流路面積よりも大きいとされている
請求項1に記載の熱交換器。
The number of the inlet headers is one,
There are two exit headers,
The inlet communication pipe is provided at both ends of the inlet header,
One of the inlet communication pipes and one of the outlet communication pipes of the outlet header are provided on one side in the predetermined direction,
The other inlet connecting pipe and the outlet connecting pipe of the other outlet header are provided on other sides in the predetermined direction,
The heat exchanger according to claim 1, wherein the flow path area of the inlet header is larger than the flow path area of the outlet header.
燃焼ガスの流れに偏りがある領域に配置されている
請求項1に記載の熱交換器。
The heat exchanger according to claim 1, wherein the heat exchanger is arranged in an area where the flow of combustion gas is uneven.
燃焼ガスの流速に偏りがある領域に配置されている
請求項1に記載の熱交換器。
The heat exchanger according to claim 1, wherein the heat exchanger is arranged in a region where the flow velocity of combustion gas is uneven.
過熱器又は再熱器とされている
請求項1から6のいずれかに記載の熱交換器。
The heat exchanger according to any one of claims 1 to 6, which is a superheater or a reheater.
請求項1から7のいずれかに記載の熱交換器を備えている
ボイラ。
A boiler comprising the heat exchanger according to any one of claims 1 to 7.
所定方向に延在するとともに前記所定方向の端部に外部と連通する入口連絡管が設けられている1または複数の入口ヘッダと、
前記所定方向に延在するとともに前記所定方向の一端にのみ外部と連通する出口連絡管が設けられている複数の出口ヘッダと、
前記所定方向に並べられ、出口端が前記所定方向に沿って各前記出口ヘッダに対して交互に接続されているとともに、一の前記出口ヘッダに接続された前記出口端に対する他端とされた入口端が一の前記入口ヘッダに接続されている複数の伝熱管と、
を備え、
共通の前記伝熱管で対応付けられた前記出口連絡管と前記入口連絡管とは、前記所定方向において同一側に設けられている熱交換器を用いた熱交換方法であって、
前記熱交換器は、ボイラの煙道において各前記伝熱管における熱吸収量に差が生じる領域に配置され、
前記入口連絡管を介して前記入口ヘッダに流体を流入させる工程と、
前記流体を前記伝熱管内に流通させて前記流体を加熱する工程と、
前記出口ヘッダから前記出口連絡管を介して加熱された前記流体を流出させる工程と、
を含む
熱交換方法。
one or more inlet headers extending in a predetermined direction and provided with an inlet communication pipe communicating with the outside at an end in the predetermined direction;
a plurality of outlet headers extending in the predetermined direction and provided with an outlet communication pipe that communicates with the outside only at one end in the predetermined direction;
inlets arranged in the predetermined direction, outlet ends being alternately connected to each of the outlet headers along the predetermined direction, and with the outlet end being connected to one outlet header and the other end thereof being connected to each outlet header; a plurality of heat transfer tubes having ends connected to one of the inlet headers;
Equipped with
The outlet connecting pipe and the inlet connecting pipe are associated with each other through the common heat transfer tube, and the heat exchange method uses a heat exchanger provided on the same side in the predetermined direction,
The heat exchanger is arranged in a region in the flue of the boiler where a difference occurs in the amount of heat absorption in each of the heat exchanger tubes,
flowing fluid into the inlet header via the inlet connecting pipe;
heating the fluid by flowing the fluid through the heat transfer tube;
draining the heated fluid from the outlet header through the outlet connecting pipe;
heat exchange methods including;
前記熱交換器は、燃焼ガスの流れに偏りがある領域に配置されている
請求項9に記載の熱交換方法。
10. The heat exchange method according to claim 9, wherein the heat exchanger is placed in an area where the flow of combustion gas is uneven.
前記熱交換器は、燃焼ガスの流速に偏りがある領域に配置されている
請求項9に記載の熱交換方法。
10. The heat exchange method according to claim 9, wherein the heat exchanger is arranged in a region where the flow rate of combustion gas is uneven.
前記熱交換器は、過熱器又は再熱器とされている
請求項9から11のいずれかに記載の熱交換方法。
12. The heat exchange method according to claim 9, wherein the heat exchanger is a superheater or a reheater.
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