JPH03170701A - 貫流蒸気発生器 - Google Patents

貫流蒸気発生器

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JPH03170701A
JPH03170701A JP2295175A JP29517590A JPH03170701A JP H03170701 A JPH03170701 A JP H03170701A JP 2295175 A JP2295175 A JP 2295175A JP 29517590 A JP29517590 A JP 29517590A JP H03170701 A JPH03170701 A JP H03170701A
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    • F22B1/02Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/18Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
    • F22B1/1807Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines using the exhaust gases of combustion engines
    • F22B1/1815Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines using the exhaust gases of combustion engines using the exhaust gases of gas-turbines

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、特にガスタービンの高温ガスを排出する排
ガス流路に接続する垂直なガス道と、垂直なガス道の中
の蒸発器伝熱面とを備える貫流蒸気発生器に関する. 【従来の技術J 蒸発器伝熱面が入口側管寄せと出口側管寄せとを有し,
この伝熱面の管群が部分域上端及び部分域下端を備える
上側の管部分域と、同様に部分域上端及び部分域下端を
備える下側の管部分域とを形成する貫流蒸気発生器は、
ドイツ連邦共和国特許出願公告第1122082号公報
から知られている. この公知の貫流蒸気発生器では、ガス道の下端部に高温
ガスを排出する高温原子炉が接続されているので、この
高温ガスはガス道を下から上に向かって貫流する. ガス道中に配置された蒸発器伝熱面の入口側管寄せはガ
ス道の上端部に設けられ,出口側管寄せは蒸発器伝熱面
の上端部と下端部との間に設けられている.この蒸発器
伝熱面の上側管部分域の部分域下端の管は、管寄せを中
間接続することなく下側管部分域の部分域下端へ移行す
る.この蒸発器伝熱面では蒸発ばかりでなく水の予熱及
び発生した蒸気の過熱が行われる.蒸発器伝熱面の管群
は、入口側管寄せから出口側管寄せへの上側管部分域に
おいてだけ、ガス道中の垂直に上へ向かう高温ガス流に
対し直交流/向流で貫流され、主として蒸発が行われる
下側の管部分域は、これに反して高温ガス流に対し直交
流/並流で貫流される.それゆえに下側管部分域の部分
域上端の水蒸気と上に向かう高温ガス流との間の温度差
が比較的僅かにすぎないので、下側管部分域に対し水蒸
気の十分な予備過熱のための伝熱面積を非常に大きくし
なければならない。
高温ガスを排出する装置従って例えばガスタービンがほ
ぼ海抜ゼロの地点に据え付けられると、この装置の高温
ガスのための排ガス流路を貫流蒸気発生器の垂直なガス
道の上端部にではなく下端部に接続することが極めて経
済的であるので、高温ガスは垂直なガス道を下から上に
向かって貫流する. [発明が解決しようとする課8] この発明の課題は、このような場合に対しても貫流蒸気
発生器を最適に構或することにある.[課題を解決する
ための手段] この課題は前記の種類の貫流蒸気発生器においてこの発
明に基づき、管群の上側の管部分域の部分域上端が下側
の管部分域の部分域上端へ移行することにより解決され
る. [作用効果] 蒸発ばかりでなく水の予熱及び発生した水蒸気の過熱を
も行うことができるようなこの種の貫流蒸気発生器の蒸
発器伝熱面は、蒸発の進行した下側管部分域においてガ
ス道中を下から上に向かって貫流する高温ガスに対し直
交流/向流で貫流されるので、高温ガスと蒸発器伝熱面
の下側管部分域中の水/蒸気との間の温度差が比較的太
き〈、従って蒸発器伝熱面の大きさを比較的小さく保つ
ことができる.しかし蒸発器伝熱面は上側管部分域では
水/蒸気により高温ガスに対し直交流/並流で重力に逆
らう方向に貫流されるので、特に蒸発を開始し管中を重
力の方向へ流れなければならない水が引き起こすような
貫流障害がほぼ避けられる. 請求項2以下にはこの発明に基づく貫流蒸気発生器の有
利な実施態様が記載されている.専門書「化石燃料用火
力発電所(Fossilbeheizte Dampf
kraftverke) Jレッシュ技術出版社,テー
ユーファウ(TtjV)出版社、ラインテント、ケルン
、1986年、第250ページから垂直なガス道を備え
た蒸気発生器が知られているが、その下端部にはガスタ
ービンの排ガス流路が接続されているので、高温ガスの
ガス道は下から上に向かって貫流される.しかしながら
ここで用いられているのは貫流蒸気発生器ではなく、ガ
ス道中に蒸発器伝熱面を備えた強制循環形蒸気発生器で
あり、その入口側管寄せは位置的に出口側管寄せより低
いレベルを有する.入口側管寄せばかりでなく出口側管
寄せもドラムに接続され、このドラムから水が蒸発器伝
熱面の入口側管寄せへ、そして一貫して高温ガスに対し
直交流/並流で下から上に向かって蒸発器伝熱面を通っ
てポンプで送られる. 【実施例] 次にこの発明に基づく貫流蒸気発生器の複数の実施例を
示す図面により、この発明を詳細に説明する. 第1図に示す貫流蒸気発生器は方形断面を備えた垂直な
ガス道2を有し、ガス道は鋼板から威る気密な壁を備え
る.このガス道2の下端にはガスタービンの高温ガスの
ための排ガス流路3が接続されるので、この高温ガスは
垂直なガス道2を矢印32の方向へ下から上に向かって
貫流する.垂直なガス道2の内部には蒸発器伝熱面4が
配置され、この蒸発器伝熱面は入口側管寄せ5と出口側
管寄せ6とをガス道2の外部に有する.入口側管寄せ5
は位置的に出口側管寄せより高いレベルに設けられ,従
って出口側管寄せ6の上方に配置されている. 第1図には蒸発器伝熱面4の蛇行状に導かれたただ一つ
の管が示されているにすぎない.実際はこの種の同一に
構威された多数の管が図の紙面に対し直角方向にすなわ
ちガス道2を横切って並べて配置され、入口側管寄せに
ばかりでなく出口側管寄せにも接続されている.管湾曲
部3lでは蒸発器伝熱面4の管をガス道2の壁を貫いて
外に向かって導出することもできるので,この管湾曲部
31はその場合ガス道2の外側に来る.蒸発器伝熱面4
の管群は三つの管部分域工、II、■を形成する。上側
管部分域■は下側管部分域■の上方に設けられ,補助的
な管部分域Iは上側管部分域Hの上方に設けられている
.補助的な管部分域Iは部分域上端7を有し、この上端
は貫流に関して入口側管寄せ5に接続されている.更に
この補助的な管部分域工は部分域下端8を有し、この下
端はガス道2の外側で管寄せを中間接続することなく、
上側管部分域■が有する部分域下端9へ移行する.上側
管部分域■の部分域上端IOはガス道2の外側で管寄せ
を中間接続せずに,管部分域mが有する部分域上端11
へ移行する.下側管部分域■の部分域下端l2は貫流に
関して出口側管寄せ6に接続されている.給水が入口側
管寄せ5から蒸発器伝熱面4の中へ流入すると,補助的
な管部分域■が流れ方向を矢印32で示した高温ガスに
対して直交流/向流で貫流される.この補助的な管部分
域I中では水が予熱され、また既に蒸発を開始すること
もできる.この補助的な管部分域Iは水により重力の方
向へ貫流されるが、しかしその代わりに高温ガスと水/
蒸気との温度差も補助的な管部分域■では比較的大きい
ので、補助的な管部分域■の伝熱面を比較的小さくする
ことができる.更に補助的な管部分域工では比較的少な
い蒸気が形成されるにすぎないので,貫流障害は実際上
発生しない.上側管部分域■は蒸発中の水により高温ガ
スの矢印32の方向へ、従って直交流/並流で、従って
重力に逆らって貫流されるので,この上側管部分域■内
では貫流障害が避けられる. 最後に下側管部分域■はここでも高温ガスの矢印32の
方向とは逆に直交流/向流でjt流されるので、高温ガ
スと水/蒸気との温度差は下側管部分域■では再び比較
的大きいので、下側管部分域■の伝熱面の大きさはここ
でも比較的小さくすることができる.下側管部分域■中
では蒸発ばかりでなく貫流する蒸気の過熱も行うことが
できる.管部分域I,II、■では、一方では高温ガス
に対する直交流/向流の際に蒸気泡を伴なって流れるこ
とを保証し,また他方では高温ガスに対する直交流/並
流の際に比較的小さい摩擦圧力損しか発生させないため
に、蒸発器伝熱面4の管は異なる内径を有し従って異な
るマスフロー密度を導くようにすることができる. 第2図では同じ部品に第1図と同じ符号が付けられてい
る.垂直なガス道2の中には第1図と同様に蒸発器伝熱
面4が配置され、しかしながらその管群は二つの管部分
域■、■だけを形戒する。
下側の管部分域Vの上方に設けられた上側の管部分域■
は部分域上端13と部分域下端14とを有し、下側管部
分域Vは部分域上端l5と部分域下端16とを有する.
上側管部分域■の部分域上端l3はガス道2の外側で管
寄せを中間接続することなく下側管部分域■の部分域上
端l5へ移行し、その部分域下端16は貫流に関してガ
ス道2の外側で出口側管寄せ6に接続されている。上側
管部分域■の部分域下端14は真流に関して蒸発器伝熱
面4の入口側管寄せ5に接続され、この入口側管寄せは
同様にガス道2の外部に設けられ、かつ位置的に出口側
管寄せ6より高いレベルに配置されている. 入口側管寄せ5は水管路17を経てエコノマイザ伝熱面
19の出口側管寄せ18に結合され、エコノマイザ伝熱
面19はガス道2の上端部に蒸発器伝熱面4の上方に配
置され、同じく入口側管寄せ20をガス道2の外側に有
する. 水管路17中には昇圧ボンプ21を設けるのが有利であ
り、との昇圧ボンプは水を蒸発器伝熱面4の入口側管寄
せ5の方向へ送り、入口側管寄せ5の前に配置された弁
22は:JR節器として後置接続されている. 出口側管寄せ6を出発点として蒸気管路23は、ガス道
2の下端部に蒸発器伝熱面4の下方に配置された過熱器
伝熱面25の入口側管寄せ24へと通じる.この過熱器
蒸発面25はガス道の外側に位置的に出口側管寄せ6よ
り低いレベルに出口側管寄せ26を有する.蒸気管路2
3の中には,貫流蒸気発生器の始動を容易にし図示され
ていない汽水分離装置を組み込むことができるので有利
である. エコノマイザ伝熱面19の出口側管寄せ18は汽水分離
装置を形成するのが有利であり、この汽水分離装置から
更に1本の蒸気管路27が出て、出口側管寄せ6から出
る蒸気管路23へ通じる。
蒸発器伝熱面4の下側管部分域Vでは、部分域上端15
と部分域下端16との間の一個所28で蒸発器伝熱面4
のそれぞれの管から固有の接続管29が導出されるのが
有利である.この接続管29は垂直なガス道2の外部に
設けられた圧力補整容器30へ導かれる. 上側管部分域■の蒸発器伝熱而4の管の第3図による縦
断面が示すように、上側管部分域■の蒸発器伝熱面4の
管には内面にfl旋形に配置されたリブ104が設けら
れ、それによりこれらの管から内部の蒸発中の水への改
善された伝熱が達威される. 第2図に示す貫流蒸気発生器の入口側管寄せ20からエ
コノマイザ伝熱面19へ流入する給水の蒸発を,既にエ
コノマイザ伝熱面19の管中で開始することができる。
エコノマイザ伝熱而19は貫流に関して昇圧ボンプ21
の前に接続されているので、エコノマイザ伝熱面19の
管の中での蒸発を低い圧力で従って低い蒸発温度で行う
ことができる.それゆえにガス道2中の高温ガスの温度
とエコノマイザ伝熱面19の管中の蒸発温度との差は比
較的大きいので、エコノマイザ伝熱而19を比較的小さ
く構或することができる,昇圧ボンブ21により蒸発器
伝熱面4の管の内部の圧力損失を補償又は過補償するこ
とができる。
既にエコノマイザ伝熱面19中で発生した蒸気は、この
エコノマイザ伝熱面19の汽水分離装置を形成する出口
側管寄せ18の中で水から分離し、蒸気管路27を経て
蒸発器伝熱面4の出口側管寄せ6と過熱器伝熱面25の
入口側管寄せ24との間の蒸気管路23へ導くことがで
きる.従って昇圧ボンブ21は比較的少ない水流を搬送
するだけでよい. 調節弁22により、燕気が既に蒸発碁伝熱面4中で過熱
されるように、蒸発器伝熱面4への供給を常に調節する
ことができる.更に蒸発器伝熱面4の管中の蒸発端を調
節弁22により変更することができ、それにより常に過
熱器伝熱面25の出口側管寄せ26中の所望の蒸気温度
を貫流蒸気発生器の負荷に応じて調節することができる
.圧力補整容器30により蒸発器伝熱面4の貫流に関し
て並列に接続された管群の間の圧力補整が行われ、それ
によりこの蒸発器伝熱面4の個々の管中の流量差を低減
することができ、この流量差は高温ガスの局部的な温度
差による蒸発器伝熱面4の個々の管の加熱の差によって
生じる.最後に過熱器伝熱面25からは過熱された蒸気
が出口側管寄せ26へ流れ込む. 第2図に示す貫流蒸気発生器のエコノマイザ伝熱面19
の入口側管寄せ20には、給水の供給を調節する調節弁
を貫流に関して前21接続することができる.この調節
弁に従属する制御装置は制御量として、排ガス流路3を
備えたガスタービンへの燃料流及び/又はこのガスター
ビンにより発電機で発生させられた出力及び/又はガス
タービンに従属する圧wi機が吸い込む空気温度を有す
る。
燃料又は発電機の出力が多いほど又は圧縮機により吸い
込まれる空気温度が低いほど,制御装置により給水供給
を調節する調節弁が一層大きく開かれる. こうして高温ガスから貫流蒸気発生器中の水又は蒸気へ
放出される熱流と供給される給水流との間の関係を常に
所定の値に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図はそれぞれこの発明に基づ〈貫流蒸気
発生器の異なる実施例の回路図,第3図は第2図に示す
上側管部分域の管の縦断面図である。 2・・・ガス道 4・・・蒸気発生器伝熱面 5、24・・・入口側管寄せ 6,18・・・出口側管寄せ 7、10、l1、l3、15・・・部分域上端8、9、
l2、l4、16・・・部分域下端17・・・水管路 19・・・エコノマイザ 21・・・昇圧ボンプ 22・・・調節器 23、27・・・蒸気管路 25・・・過熱器伝熱面 8・・・個所 9・・・接続管 0・・・圧力補整容器 04・・・リブ 〜V・・・管部分域

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)高温ガスを排出する排ガス流路に接続する垂直なガ
    ス道(2)と、垂直なガス道(2)の中の蒸発器伝熱面
    (4)とを備え、この蒸発器伝熱面が入口側管寄せ(5
    )と出口側管寄せ(6)とを有し、この伝熱面の管群が
    部分域上端(10、13)及び部分域下端(9、14)
    を備える上側の管部分域(II、IV)と、同様に部分域上
    端(11、15)及び部分域下端(12、16)を備え
    る下側の管部分域(III、V)とを形成する貫流蒸気発
    生器において、管群の上側の管部分域(II、IV)の部分
    域上端(10、13)が下側の管部分域(III、V)の
    部分域上端(11、15)へ移行することを特徴とする
    貫流蒸気発生器。 2)垂直なガス道(2)の中の蒸発器伝熱面(4)の管
    群が上側管部分域(II)の上方に、部分域上端(7)及
    び部分域下端(8)を備える補助的な管部分域( I )
    を形成し、この管群の補助的な管部分域( I )の部分
    域下端(8)が上側管部分域(II)の部分域下端(9)
    へ移行することを特徴とする請求項1記載の貫流蒸気発
    生器。 3)蒸発器伝熱面(4)の管群の上側管部分域(IV)の
    部分域下端(14)が、貫流に関してこの蒸発器伝熱面
    (4)の入口側管寄せ(5)に接続され、入口側管寄せ
    (5)が水管路(17)を経て、貫流に関してガス道(
    2)内に配置されたエコノマイザ伝熱面(19)の出口
    側管寄せ(18)に接続されることを特徴とする請求項
    1記載の貫流蒸気発生器。 4)水管路(17)中に貫流に関して調節器(22)を
    後置接続された昇圧ポンプ(21)が設けられることを
    特徴とする請求項3記載の貫流蒸気発生器。 5)エコノマイザ伝熱面(19)の出口側管寄せ(18
    )が汽水分離装置を形成することを特徴とする請求項3
    記載の貫流蒸気発生器。 6)蒸発器伝熱面(4)の管群の下側管部分域(V)の
    部分域下端(16)が、貫流に関してこの蒸発器伝熱面
    (4)の出口側管寄せ(6)に接続され、蒸気管路(2
    7)がエコノマイザ伝熱面(19)の出口側管寄せ(1
    8)から、蒸発器伝熱面(4)の出口側管寄せ(6)と
    ガス道(2)内に配置された過熱器伝熱面(25)の入
    口側管寄せ(24)との間の蒸気管路(23)へ導かれ
    ることを特徴とする請求項5記載の貫流蒸気発生器。 7)蒸発器伝熱面(4)の少なくとも一つの管部分域中
    で、接続管(29)がこの管部分域の部分域上端と部分
    域下端との間のそれぞれの管の一個所(28)から導出
    されて、垂直なガス道(2)の外側に設けられた圧力補
    整容器(30)へ導かれることを特徴とする請求項1又
    は2記載の貫流蒸気発生器。 8)蒸発器伝熱面(4)の管群が一つの管部分域中で内
    面に螺旋形に配置されたリブ(104)を有することを
    特徴とする請求項1又は2記載の貫流蒸気発生器。
JP2295175A 1989-10-30 1990-10-30 貫流蒸気発生器 Expired - Lifetime JP2865851B2 (ja)

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