JPH0474601B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 一端にガス流入口を、他端にガス流出口４０
をそれぞれ有する垂直ケーシング３８と、 上記ケーシング３８内に設けた頂部支持構造体
８８，９０，９２と、 上記支持構造体８８，９０，９２から吊り下げ
られた複数の独立した蒸気発生回路４４と、 を備え、 上記蒸気発生回路４４の各々は、水平方向に延
びる管部分を持つたジグザグ形状の単一の低圧管
４８と、前記低圧管４８とは独立に設けられた高
圧管４６とからなり、 上記低圧管４８と高圧管４６とは前記ケーシン
グ３８内の気体と熱交換関係に配置されており、 上記低圧管および高圧管内に水を流入させる給
水ポンプ７０が設けられた、 ことを特徴とする、貫流型ボイラー。

２ 水性流体と接触する全ての構成部品が耐腐食
材で作製されている請求の範囲第１項記載の貫流
型ボイラー２６。

３ 前記低及び高圧管４８，４６が連続したラセ
ン状の外側フイン７８を備えている請求の範囲第
１項記載の貫流型ボイラー２６。

４ 前記低及び高圧管４８，４６のそれぞれの入
口端５２，５０に、これら管４８，４６の残部に
おける圧力降下より充分高く管４８，４６内にお
ける流れの不安定性を減少せしめる圧力降下をそ
れらの流入口に発生させるオリフイス手段１２２
が設けられている請求の範囲第１項記載の貫流型
ボイラー２６。

５ 前記低及び高圧管４８，４６の走行内部で発
生した蒸気を受取る出口ヘツダー１１４，１１６
を備え、これら出口ヘツダー１１４，１１６が前
記ボイラーケーシング３８内に密閉されることに
より、ボイラー２６内で発生した蒸気及びリーク
又は破裂に伴う漏出蒸気が前記排ガス流出口４０
を介しケーシング３８から安全に排出される請求
の範囲第２項記載の貫流型ボイラー２６。

６ 前記回路組体４４を隣接した並置の関係で吊
下げる手段８０，８２が水平方向に配置され相互
に離間したビームと、前記各蒸気発生回路４４の
高及び低圧管４６，４８を支持する独立した一組
の中央及び端部ストラツプ８２，８０とから成る
請求の範囲第１項記載の貫流型ボイラー２６。

７ 前記端部ストラツプ８０と協働しボイラー２
６を通る垂直ガス流路を限定する内側ライナー手
段１０２を有する請求の範囲第１項記載の貫流型
ボイラー２６。

技術分野 本発明は蒸気発生器（すなわちボイラー）に関
し、特に貫流（once−through）型の新規な改良
された蒸気発生器に関するものである。

背景技術 1933年４月25日Burns等に付与された米国特許
第1905142号；1965年３月16日Evansに付与され
た同第3173405号；及び1967年12月12日Kammに
付与された同第3357411号に示されているように、
これまで数多くの貫流型ボイラーが設計されてき
た。1964年８月18日に発行された米国特許第
3144856号は、１より多いレベルで蒸気が生成さ
れる蒸気発生プラントを記載している。これに開
示され特許された蒸気発生器は、全く異つたもの
である。しかし、いわゆる貫流型ボイラーはこれ
まで一般的に、通常のボイラーと同じ方向に沿つ
て設計されてきた。

従来の蒸気ボイラーは多数の経済的欠点を有
し、特に4000〜25000Kw程度のガスタービンを
用いた小容量の複合式サイクルへの応用で運転上
の問題を多く生じている。

始動と停止の手順が複雑である。有人運転が不
可欠で、上記手順を実施するのに約７時間を要す
る。

又従来のボイラーは単一圧力だけで蒸気を発生
するので、熱回収率が低い。従つて、経費をかけ
たとしても、発熱率においてわずかな改良が得ら
れるに過ぎない。

管、弁棒、継手、その他の箇所からのリーク
は、従来のボイラーにおいて一般的である。これ
らを補修したり栓止めするのは、困難で時間を要
し、ひいては割高となる。そして、過剰の給水消
費、保守コスト及び性能の悪化がもたらされる。

更に従来のボイラーは、設置及び点検時に伴う
損傷や冷凍を生じる恐れがある。

本発明は、上記のような１つ以上の問題を解消
することを意図している。

発明の開示 本発明の１つの特徴によれば、貫流型ボイラー
は気体流入口と気体流出口を有する垂直ケーシン
グから成る。頂部の支持構造体がケーシング内に
配設され、複数の独立した蒸気発生回路が支持構
造体から垂下している。各蒸気発生回路は、水平
方向の管走行部を含む単一のサイン状低圧管と、
低圧管に対して組入れられた高圧管で構成されて
いる。給水ポンプが、低及び高圧管内へ水を流入
させる。

本発明は２重圧力の蒸気発生が可能な新規のボ
イラー、すなわち蒸気を２種の異つた圧力レベル
で共通のガス路を共有する２つの液圧的に独立し
たボイラーへ上昇させることができる新規のボイ
ラーを提供することにある。その結果、一般的な
複合サイクル式発電プラントにおける従来のボイ
ラーと比べ、熱の回収効率が21〜25％改善され
る。ボイラーは貫流型の構成で、水から過熱蒸気
への変化は、それぞれ高圧部と低圧部を有する連
続状の管又は回路内で生じる。水や蒸気と触媒す
るボイラーの構成部品は全て、ステンレス鋼又は
その他の耐腐食材で作製される。これによつて、
給水中の溶解酸素及びPHを制御するため従来のボ
イラーで必要だつた複雑な化学的処理が省け、保
守・運転コストが削減され、更に運転の自動化が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理に従つて構成されそれを
実施した貫流型のボイラーを含む複合サイクル式
発電プラントの概略図； 第２図はボイラーの正面図で、ボイラーケーシ
ングの一部を破断しその内部の構成部品を示した
図； 第３図はボイラーの内部構成部品の全体的概略
図； 第４Ａ図はボイラー中その内部で蒸気が発生さ
れる多数の略同一な回路組体の１つの左側端面
図； 第４Ｂ図は回路組体に組込まれた端部支持スト
ラツプの側面図； 第５Ａ図は各回路組体に組込まれた中央支持ス
トラツプの側面図； 第５Ｂ図は中央支持ストラツプの端面図；及び 第６図は回路組体管の流入端における構造の部
分断面図である。

発明を実施するための最適態様 以下図面を参照すると、第１図は本発明の原理
に従つて構成されそれを実施した複合サイクル式
発電プラント２０を示している。このプラントの
構成部品は大部分、従来使われているか又はそう
でなくともよく知られているものである。これら
の構成部品は、本発明の理解に必要な範囲でのみ
説明する。

発電プラント２０の主な構成部品には、交流発
電機２４に駆動接続されたガスタービンエンジン
２２、ガスタービンエンジン２２から排出される
高温ガスから回収された熱エネルギーにより内部
で蒸気が発生される本発明の原理を実施した貫流
型ボイラー２６、及び交流発電機２４に駆動接続
され、ボイラー２６内の蒸気を動力流体として使
用する蒸気タービン２８が含まれる。

発電プラント２０では、蒸気タービン２８も例
示の負荷つまり交流発電機２４を駆動する。しか
し蒸気タービンは、ガスタービンエンジン２２で
駆動される負荷と異る負荷を駆動するのにも同様
に使える。

図示のガスタービンエンジンは従来一般的な構
成である；すなわち、圧縮機３０、燃焼器３２、
圧縮機３０を駆動するガス発生タービン３４、及
び交流発電機２４を駆動する発電タービン３６か
ら成る。一般に427〜482℃の温度範囲で発電ター
ビン３６から排出される高温ガスが、蒸気発生器
２６のケーシング３８内に導かれ、そこに上方を
通過して流れる。通常これらの高温ガスは、ほゞ
112℃の温度でスタツク４０を通じ大気中へ排出
される。このようにして回収される熱は、複合サ
イクル式発電プラントで従来使われている非燃焼
ボイラーで回収可能なものより21〜25％高い。

第１図に示したボイラー２６は、貫流型の２重
圧力構造を有する。つまりボイラー２６は蒸気発
生モジユール４２（第２，３図参照）を含む。本
発明の原理に基く具体的な１つのボイラー設計で
は、該モジユールがそれぞれ高圧管４６と低圧管
４８を有する40基の蒸気発生回路組体から構成さ
れる。これらの各管内では、水から飽和蒸気への
相変化及び飽和蒸気から過熱蒸気への変化が、高
温ガスタービンエンジンの排気ガス流に対する効
率的な向流の関係で水が下方へ流れる際、管の入
口５０（又は５２）から出口５４（又は５６）へ
延びた連続的な流路中で生ずる。従つて、各管の
異つた領域が給水の加熱器、蒸発器及び過熱器と
して機能する。

ボイラー２６の管４６内で発生した高圧蒸気は
２重圧力型蒸気タービンエンジン２８の高圧部へ
流入し、ボイラー内で発生した低圧蒸気は同ター
ビンの低圧部へ流入する。

タービン２８から排出した蒸気は通常の水冷表
面型凝縮器６２内へ流入し、そこで蒸気が凝縮さ
れる（所望なら、冷媒として空気を用いる等別型
の凝縮を代りに使つてもよい）。凝縮物は、ボイ
ラー２６に必要な貯蔵給水を含むホツトウエル６
４内に貯えられる。このように比較的小容量のシ
ステム構成部品の中に給水を貯えられるというこ
とは重要である。何故なら、従来型ボイラーのド
ラム内に含まれ、こゝに示す新規なボイラーで除
かれた大量の飽和水は安全性を脅かすもので、蒸
気ボイラーの有人運転に必要な広範囲の法規制を
生み出してきたからである。これはコスト有利で
あると共に、複合サイクル式発電プラント２０の
遠隔無人運転を可能とする。

凝縮蒸気はホツトウエル６４から凝縮物ポンプ
６６によつて、凝縮物浄化器６８へ循環される。
こゝで溶解固体が凝縮物から除かれた後、その凝
縮物は給水ポンプ７０によつて流量制御弁７２を
介し蒸気発生器２６へポンプ吸入される。この弁
が給水の流量を、ガスタービンエンジン２２から
蒸気発生器内へ供給される高温ガスのエンタルピ
ーに一致させる。蒸気発生管４６，４８に対する
入口５０，５２の上流側における固体オリフイス
７４が、給水を高圧管４６と低圧管４８へ適切な
比率で分割する。

上述のように、水性流体と接触する上記ボイラ
ー構成部品の作製は、ボイラー２６へ供給される
給水から溶解酸素を化学的に除去する必要又は給
水のPHを制御する必要を取除けることが予期せず
認められた。一方、ホツトウエルの脱気における
溶解酸素の物理的除去が、PH制御をしなくともボ
イラー構成部品の腐食を防止するのに適切なこと
が認められた。

ホツトウエルの脱気は、凝縮機６２を介しホツ
トウエル６４へ接続された真空ポンプ７８によつ
て行われる。ホツトウエルと凝縮機から真空ポン
プによつて排除される酸素は一般に、認知し得る
量の連行水を含む。従つて、排除空気は通常の分
離器７９内へポンプ吸入される。空気は分離器７
９から大気中へ放出される一方、水はトラツプ８
０を介し分離器７９から凝縮器６２へ戻される。

こゝに開示し上述した蒸気発生器の重要な利点
の１つは、給水を補給する必要がわずかである点
にある。例えば、こゝに開示する型の１つのボイ
ラーは一例の設計点において毎時6998Kgの蒸気を
生ずるように構成される。このボイラーに必要な
補給水の量は毎時2.4以下である。これに対し、
同等容量の持つ渋滞のブローダウン型ボイラーに
必要な補給水の量は毎時約170である。

このように必要な補給水はまず鉱物質が除去さ
れ、次いで補給水ライン８６を介してホツトウエ
ル６４に供給される。

次に第２，３図を更に詳しく参照すると、ボイ
ラー２６の蒸気発生モジユール４２を構成する40
基の別々の回路組体４４はそれぞれ、Ｕ字状の端
部ベンドで接続された29本の水平走行管部を含む
蛇行状の高圧管４６と、これら高圧管に対して組
入れられ、Ｕ字状の端部ベンドで接続された16本
の走行管部を含む蛇行状の低圧管４８とを有す
る。この例示ボイラーにおいて、低圧管４８と高
圧管４６の給水部における管外径は158.75mm、壁
厚は14.73mmである。高圧管４６の蒸発器及び過
熱器部分における管外径はそれら管内での圧力降
下を減じるため190.5mmに増大され、それら両部
分における壁厚は158.75mmである。

第４Ａ図に明らかなように、管の走行はジグザ
グ状で、中心から中心まで約508mm離間している。
不可欠ではないが、ジグザグ的な管走行形状は、
蒸気発生ボイラーモジユール４２の単位体積当り
に対し最大の熱伝達面積を与えられるので好まし
い。特に本発明による一般的なボイラーでは、４
列のジグザグ状走行管が７列の平行管で得られる
のと同じ高温ガスから給水への熱伝達を与える。

連続するラセン状フイン（第２図に概略的に示
し参照番号７８で表わす）が、高及び低圧管４
６，４８両方を取巻いている。こゝで論じている
例示のボイラーでは、厚さ6.35mm、高さ95.25mm
のフインが使われている。これらのフインは、外
径158.75mmの管では約36.29mm、外径190.5mmの管
では約28.22mm離間して位置する。フイン付管は
裸管と比べ10倍の熱伝達表面積を与えるので、フ
イン付配管の使用は本発明の別の重要な実用的特
徴である。

上記のように耐腐食材を用いることによつて、
保守・運転コストの削減、自動運転の簡単化、運
転員によるミスの可能性回避等数多くの望ましい
特性が得られ、これによつてボイラー給水のPHを
制御したり、この溶融酸素含有量を化学的に制御
する必要が除かれる。このため管４６，４８は、
一般にニツケル−クロム−鉄を含む高温と腐食に
対して強い合金等の材料で作製される。

水−蒸気回路中における別のボイラー構成部品
も、上記のような耐腐食材あるいはその他の例と
して型316又は321ステンレス鋼等の耐腐食材で作
製される。

管４６，４８及びその他水や蒸気と接触するボ
イラー構成部品を上述のごとき材料で作製する別
の利点は、ボイラーを長期間にわたつてドライ運
転できることにある。上記のように、この運転モ
ードは高温ガスと接触するボイラー管及びその他
の表面から、ススや他のガス側汚染を防ぐのに使
うことができる。

上記の目的で耐腐食材を用いることの更に別の
利点は、ボイラーが海洋環境で腐食に耐えられる
ようになり、沖合プラツトフオームや同様の用途
に極めて適したものになることにある。

再び図面を参照すると、各回路組体４４におけ
る高圧管４６と低圧管４８の水平走行部は垂直端
部ストラツプ８０と垂直中央ストラツプ８２に固
定される（第４Ａ，４Ｂ，５Ａ及び５Ｂ図参照）。

端部ストラツプは、フイン付領域の端部で管に
ろう付けされた肩状スリーブ８４を受入れるよう
に形成されている。40基の回路組体４４は第３図
に示すように並列状に配置され、端部ストラツプ
８０がボイラー２６を通る高温ガスの流路を限定
する２つの側壁を形成するように結合している。

各回路組体４４の中央ストラツプ８２は、各管
走行部の中央でフインにろう付けされたスリーブ
８６を受入れるように切欠きされている。この構
成は、管走行部の連続的なフイン形成を可能とす
る点で重要である。中央ストラツプは、スリーブ
８６（図示せず）のフレアをストラツプの反対側
に互い違いにすることにより位置される。

更に第２，３図を参照すると、高及び低圧蒸気
発生管４６，４８と端部及び中央ストラツプ又は
ハンガー８０，８２から構成された回路組体４４
が、ボイラー２６を通るガス路を横切る水平支持
体８８，９０及び９２から垂下している。特に端
部ハンガー８０は、支持ストラツプ９４，９６に
よつてビーム８８，９２から垂下されている。ス
トラツプ９４，９６の上端は、締付具９８によつ
て対応するハンガー８０にピン止めされている。
中央ハンガー８２の上端は、中央支持ビーム９０
に沿つて延びた突起（図示せず）と係合するよう
に形成されている。

各回路組体４４の管を吊下げる上記のハンガー
及びストラツプ構成は、高い熱コンプライアンス
を与える点で重要である。これはボイラー２６の
ドライ運転を可能とし、ボイラーに構造上の損傷
を生ずることなくガス側汚染を除去できるように
する。

ビーム８８，９０及び９２は、ポスト−ビーム
構造のコールドフレーム１００から支持されてい
る。このフレームの詳細は本発明の一部を構成し
ないので、こゝでは説明しない。

コールドフレームは、前方ライナー１０２と後
方ライナー（図示せず）も支持している。これら
２つのライナーは回路組体４４の組立てられた端
部ストラツプ８０と協働し、ボイラー２６を通る
ガス路を限定する。

更にコールドフレーム１００からは、前方パネ
ル１０４、２つの側方パネル１０６（そのうち一
方のみを図示）及び後方パネル（図示せず）から
成る外側ケーシングが支持されている。パネルは
スペーサ１０８によつて、組立てられた端部スト
ラツプ８０と前方及び後方内側ライナーから隔て
られている。

これは重要な安全上の特徴である。リーク又は
破裂によつて漏出した蒸気はボイラーを通つて上
方に導かれ、スタツク４０から排出されるため、
ボイラーの近くにいる人員に危険を及ぼさない。

又コールドフレーム１００は、給水入口ヘツダ
ー１１０，１１２も支持している。第２図に示す
ように、蒸気出口ヘツダー１１４，１１６はボイ
ラー２６の外側ケーシング内に密閉されそれによ
つて支持されているので、ボイラー温度が上昇す
ると、蒸気は下方へ降下可能となる。更にこれに
よつて、漏出蒸気が近傍の人員に危険を及ぼすこ
となく、ボイラーから安全に送出されることが保
証されている。

次に第１，２及び６図を参照すると、給水は入
口ヘツダー１１０，１１２から管１１８又は１２
０を介し高及び低圧蒸気発生管４６，４８のそれ
ぞれに供給される。各給水供給管内に、フイルタ
ー及びオリフイス組体１２２が設置されている。
一般にオリフイスは、そのオリフイス組体に対応
する管４６又は４８内において大きな圧力降下を
生ずるサイズとされている。これが蒸気発生管中
における沸騰の安全性と、平行な高圧管及び平行
な低圧管への等しい給水流の配分を保証する。

本発明は、その主旨又は本質的特徴を逸脱する
ことなく、上記以外の特定の態様で実施可能であ
る。従つて上記の実施例はあらゆる点で制限する
ものではなく例示と見なさるべきであり、発明の
範囲は上記の説明でなく添付の請求の範囲によつ
て限定される。従つて請求の範囲と等価の意味及
び範囲内に入る変更は全て、発明中に含まれるも
のと見なされる。