JPH0729364Y2 - 独立蒸気過熱器 - Google Patents

独立蒸気過熱器

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JPH0729364Y2
JPH0729364Y2 JP6041889U JP6041889U JPH0729364Y2 JP H0729364 Y2 JPH0729364 Y2 JP H0729364Y2 JP 6041889 U JP6041889 U JP 6041889U JP 6041889 U JP6041889 U JP 6041889U JP H0729364 Y2 JPH0729364 Y2 JP H0729364Y2
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【考案の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本考案は、ボイラ等の蒸気発生設備から発生した飽和蒸
気等の湿り度の高い蒸気を加熱して過熱蒸気とするか、
あるいは既に過熱状態にある蒸気を更に高い温度の過熱
蒸気にするために、燃料燃焼熱と熱交換を行なわしめる
独立蒸気過熱器に関するものである。
[従来の技術] 第4〜7図は従来技術の例で、まず第4図は第1の従来
技術の例を示し、燃焼ガスの流路中に蒸気過熱器官のみ
を構設した場合の独立蒸気過熱器の概略系統図である。
次に第5図は第2の従来技術の例を示し、燃焼ガスの流
路中に蒸気過熱器官と、燃焼用空気の予熱器を構設した
場合の独立蒸気過熱器の概略系統図である。第6図は第
2の従来技術例時における独立蒸気過熱器各部における
蒸気および注水の状態を示すブロック図、第7図は第2
の実施例時における各部の燃焼ガス、蒸気、注水および
燃焼用空気等の温度を示す図である。
第4〜7図において、51は独立蒸気過熱器本体、52は蒸
気配管、53は注水配管、54、55は注水調節器、56は燃
料、57は燃料調節器、58は燃焼排ガス、59は押込送風
機、60はバーナ、61は第1蒸気過熱器、62は第2蒸気過
熱器、63は空気予熱器、64、65は過熱低減器である。
まず第1の実施例を第4図に基づいて説明する。バーナ
60に投入された燃料56は、押込送風機59から送入された
冷空気によって独立蒸気過熱器本体51の燃焼炉部で燃焼
を行ない、発生した高温の燃焼ガスは第1蒸気過熱器61
部および第2蒸気過熱器62部において蒸気と熱交換を行
ない、蒸気側に熱を伝達することによってガス温度を低
下させ燃焼排ガス58として排出される。一方蒸気配管52
から送入された飽和蒸気あるいは過熱度の低い蒸気は第
1蒸気過熱器61および第2蒸気過熱器62において燃焼ガ
スと熱交換を行ない過熱度の高い蒸気となって工場等に
送気される。独立蒸気過熱器本体51から流出して工場等
に送気される過熱蒸気の流量および温度を制御する場
合、まず蒸気流量は蒸気配管52から送入される飽和蒸気
あるいは過熱度の低い過熱蒸気の流量と、第1蒸気過熱
器61と第2蒸気過熱器62との中間部に挿設された過熱低
減器64から過熱蒸気中に注水する水の流量との合計流量
が所定の流量になるように注水配管53から注入する水の
流量を調節する。次に蒸気温度の調節に際しては第2蒸
気過熱器62出口部の蒸気温度を検出し、燃料調節器57に
よって燃料56のバーナ60への供給量を調節することによ
って独立蒸気過熱器本体51の燃焼室内で発生する燃焼ガ
ス量および燃焼ガス温度を調節し、独立蒸気過熱器本体
51から工場等に送気される過熱蒸気の温度の調節を行な
う。
第5図は第2の従来技術の例を示すものである。前記第
4図に示す第1の従来技術例においては燃焼ガスと熱交
換を行なう受熱側の最も低い温度が第1蒸気過熱器61に
流入する飽和蒸気あるいは低過熱度蒸気の温度であるこ
とにより、独立蒸気過熱器本体51から排出される燃焼排
出ガス58の温度は、少なくとも上記流入蒸気温度よりも
数10℃高くなり、排ガス熱損失が大きいことから高い熱
効率を得ることが困難であった。これに対して該第2の
従来技術例においては、燃焼ガス流路中の第1蒸気過熱
器61よりも下流側に燃料燃焼用空気の予熱器を挿設し、
低温の空気と燃焼排ガスとの熱交換を行ない、独立蒸気
過熱器本体51から排出される燃焼排ガス58の温度を低下
させることによって熱効率の上昇を図っている。
[考案が解決しようとする課題] このように蒸気従来の独立蒸気過熱器においても、送入
された蒸気を燃料燃焼ガスとの熱交換によって過熱する
とともに、過熱蒸気中に適切な注水を行なうことによっ
て所定の温度および流量の過熱蒸気を工場等に送気する
ことが可能であった。
しかしながら上記従来の技術においては、燃焼ガスと熱
交換を行なう対象物が蒸気のみか、あるいは蒸気と燃料
燃焼用空気であったために独立蒸気過熱器燃焼室発生熱
量の十分な回収、言い換えれば吸熱によって燃焼ガス温
度を十分に低下させることが困難であることにより、独
立蒸気過熱器の熱効率が低下するのは避け難いものであ
った。
本考案ではこのような状況に対処すべくなされたもの
で、簡素な構成によって容易に、かつ優れた熱効率を有
する独立蒸気過熱器を提供することを目的としている。
[課題を解決するための手段] 上記の目的は、前記実用新案登録請求の範囲に記載した
独立蒸気過熱器によって達成される。すなわち、燃料燃
焼ガス流路の、過熱器官よりも下流側の領域に過熱蒸気
温度調節用注水の過熱管を配設した独立蒸気過熱器であ
る。
[作用] 一般に独立蒸気過熱器の熱効率は、熱損失法に基づく場
合次式によって表される。
ここで、 L1:乾きガス損失(kcal/kg) L2:燃料中の水素分の燃焼による水分の蒸発熱損失(kc
al/kg) L3:燃料中の水分の蒸発熱損失(kcal/kg) L4:空気中の湿分による熱損失(kcal/kg) L5:燃料の不完全燃焼による熱損失(kcal/kg) L6:未燃分による熱損失(kcal/kg) L7:炉壁から放射熱による損失(kcal/kg) L8:その他飛散灰等による熱損失(kcal/kg) Hh:燃料高発熱量(kcal/kg) 上記各熱損失の内、L2〜L8は燃料の性状、燃焼方法ある
いは独立蒸気過熱器本体の構造等によって定まるいわば
固有のものであり、その合計損失熱量もそれ程大きくな
い。従って独立蒸気過熱器の熱効率は大部分がL1の乾き
ガス損失によって支配される。このL1は次式によって求
められる。
L1=CpgG(Tg−Ta) Cpg:乾きガスの比熱 G :乾きガス量 Tg :排ガス温度 Ta :大気温度 である。
乾きガス量Gは燃料の成分に基づいて定まる一定の値で
あり、Cpgは燃焼ガスの成分と温度に基づいてその値が
変化する、大気温度Taはほぼ20℃前後の値であるから、
結局L1は排ガス温度Tgによってほぼ決まる。言い換えれ
ば独立蒸気過熱器の熱効率 は排ガス温度Tgによって支配されることになる。独立蒸
気過熱器の熱効率を上昇させるためには、バーナから投
入する燃料および燃焼用空気の熱量を、蒸気あるいは蒸
気と空気等の全吸収熱量と前記L1〜L8の熱損失の合計熱
量より小さくない範囲で出来るだけ等しくなるようにす
れば良いが、伝熱面を介して伝達される熱量Qは、 Q=F・K・Δtm によって与えられる。ここで、 Q:伝達される熱量(kcal/h) F:有効伝熱面積(m2) K:熱貫流率(kcal/m2h℃) Δtm:ガス側と受熱側との対数平均温度差(℃)であ
る。
また対数平均温度差Δtmは燃焼ガス側と受熱流体側との
温度から次式で表される。
ここで Δtm:対数平均温度差(℃) θ1:ガス側と受熱流体側との間の温度差の大なる方
(℃) θ2:ガス側と受熱流体側との間の温度差の小なる方
(℃) である。従ってガス温度と受熱側流体との間の温度差が
大きい程、換言すれば伝熱面積が一定であれば伝熱部流
入部における受熱側流体の温度が低い程伝熱部出口のガ
ス温度(即ち排ガス温度)も低くなり、独立蒸気過熱器
は高い熱効率 を得ることが出来る。
特に燃料が低発熱量のガス体燃料等の場合、燃焼室にお
ける発生ガス温度自体が低く、しかも発生ガス量が大き
いことから、独立蒸気過熱器の熱効率を上昇させるため
には受熱側流体の伝熱部流入部における温度を出来る限
り低い値に保つことが必要である。
[実施例] 第1〜3図は本考案に基づく独立蒸気過熱器の実施例を
示すもので、第1図は燃焼ガス流路の最も下流側に過熱
蒸気温度調節用注水の加熱管を配設した独立蒸気過熱器
の概略系統図、第2図は該実施例時における独立蒸気過
熱器各部における蒸気および注水の状態を示すブロック
図、第3図は該実施例時における各部の燃焼ガス、蒸
気、注水および燃焼用空気等の温度を示す図である。第
1〜3図において、1は独立蒸気過熱器本体、2は蒸気
配管、3は注水配管、4は注水加熱器、5は第1蒸気過
熱器、6は第2蒸気過熱器、7、8は注水調節器、9、
10は過熱低減器、11は燃料、12は燃料調節器、13はバー
ナ、14は押込送風機、15は空気予熱器、16は燃焼排ガス
である。
燃料調節器12を経てバーナ13に投入された燃料11は、押
込送風機14から排出され燃焼ガスと熱交換を行なって温
度を上昇した空気によって独立蒸気過熱器1の燃焼室内
で燃焼する。燃焼室内で発生した高温の燃焼ガスは第2
蒸気過熱器6および第1蒸気過熱器5において蒸気と、
空気予熱器15において燃焼用空気と、更に注水過熱器4
において過熱低減器9および10から過熱蒸気中へ注入さ
れる注水と熱交換を行なってガス温度を低下させた後燃
焼排ガス16として大気中に排出される。
以下具体的な数値に基づいて、該実施例時と前記第2の
従来技術例時とを対比させながら説明を行なう。
まず、燃料、蒸気、注水および燃焼用空気等の諸元を下
記のように定め、いずれも該実施例時と前記第2の従来
技術例時(以下従来技術例時と言う。)は同一とする。
燃料の種別:液状混合燃料 燃料燃焼量:8,750kg/h 燃料低発熱量:712.3kcal/kg 燃焼ガス量:20,483Nm3/h 第1蒸気過熱器入口蒸気 圧力:41kg/cm2 温度:252℃(飽和温度) (但し、圧力はゲージ圧力とする。以下同じ) 第1蒸気過熱器出口蒸気 圧力:40kg/cm2 温度:399℃ 第2蒸気過熱器入口蒸気 圧力:40kg/cm2 温度:290℃ 第2蒸気過熱器出口蒸気 圧力:39kg/cm2 温度:427℃ 最終出口蒸気 圧力:39kg/cm2 温度:350℃ 流量:25.07t/h 独立蒸気過熱器に供給される注水の温度: 130℃ 燃焼用空気 空気予熱器入口温度:20℃ 空気予熱器出口温度:270℃ 流量:10,425Nm3/h 輻射による全損失熱量:200,2000kcal/h 上記の共通諸元のほか、本考案に基づく注水加熱器の出
口注水温度を200℃とする 上記条件に基づく該実施例時と従来技術例時における各
部のヒートバランスは第2〜3図および第6〜7図のよ
うになる。この両者を比較した場合、蒸気側については
第1蒸気過熱器に送入される飽和蒸気流量が、該実施例
時の20.04t/hに対して従来技術例時は20.92t/hとその差
は0.88t/hであり、これは全蒸気流量に対して僅か0.4%
と小さい値を示している。一方、独立蒸気過熱器から排
出される燃焼ガス温度は従来技術例時が315℃であるの
に対して該実施例時においては381℃と34℃低下してい
る。
独立蒸気過熱器の熱効率 は前記[作用]の項で説明したように熱損失法に基づく
場合、 Ln=L1+L2+L3+L4+L5+L6+L7+L8 として与えられるが、この内L1(乾きガス損失)以外は
該実施例時と従来技術例時とは全く同一であるから はL1のみによって定まる。即ち排ガス温度によって定ま
ると言える。
今外気温度を20℃とし、該実施例時の乾きガス損失を
L1、従来技術例時の乾きガス損失をL1′とすると、 L1=30.0% L1′=34.0% となり、該実施例時の熱効率 と、従来技術例時の熱効率 との差は となる。
[考案の効果] 本考案によれば上記実施例から明らかなように、独立蒸
気過熱器の燃焼ガス流路中の蒸気過熱器管よりも下流側
の領域に過熱蒸気温度調節用注水の過熱器を配設し、燃
焼ガスと熱交換を行なって燃焼ガスの温度を低下させる
ことにより、排ガスによる損失熱量を低減させて、独立
蒸気過熱器と他の蒸気系統との蒸気流量のバランスをほ
ぼ維持した状態で独立蒸気過熱器の熱効率を上昇させ得
るという効果を奏する。
また本考案によれば、従来高温の蒸気過熱器において行
なっていた燃焼ガスとの熱量交換の一部を低温の注水加
熱器で行なうことによりガス側と受熱側との間の温度差
が大きくなり、それに伴って独立蒸気過熱器各部の合計
伝熱面積が低減され、それに付随して独立蒸気過熱器全
体の寸法の低減あるいは据え付け面積の低減等が可能に
なり、コンパクトで経済的かつ高効率の独立蒸気過熱器
が得られるという利点を生じる。
【図面の簡単な説明】
第1〜3図は本考案の実施例を示す図で、第1図は本考
案に基づく独立蒸気過熱器の概略系統図、第2図は各部
の蒸気および注水の状態を示すブロック図、第3図は各
部の燃焼ガス、蒸気、注水および燃焼用空気等の温度を
示す図である。 第4〜7図は従来技術の例である。 1……独立蒸気過熱器本体、2……蒸気配管、3……注
水配管、4……注水加熱器、5……第1蒸気過熱器、6
……第2蒸気過熱器、7、8……注水調節器、9、10…
…過熱低減器、11……燃料、12……燃料調節器、13……
バーナ、14……押込送風機、15……空気予熱器、16……
燃焼排ガス、51……独立蒸気過熱器本体、52……蒸気配
管、53……注水配管、54、55……注水調節器、56……燃
料、57……燃料調節器、58……燃焼排ガス、59……押込
送風機、60……バーナ、61……第1蒸気過熱器、62……
第2蒸気過熱器、63……空気予熱器、64、65……過熱低
減器。

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】他系統から送入された蒸気を、燃料燃焼熱
    と熱交換を行なって過熱状態の蒸気となして排出させる
    独立蒸気過熱器において、燃料燃焼ガス流路の、過熱器
    官よりも下流側の領域に過熱蒸気温度調節用注水の加熱
    管を配設したことを特徴とする独立蒸気過熱器。
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