JPH07502333A - 化石燃料燃焼形貫流ボイラ - Google Patents

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】 化石燃料燃焼形貫流ボイラ 本発明は、化石燃料用バーナと垂直煙道とを有し、垂直煙道がほぼ垂直に配置さ れた管から構成され、これらの管の入口端が入口管寄せに出口端が出口管寄せに 接続されているようなＷ流ボイラに関する。

本発明は、下端にホッパが配置されており、このホッパが互いに気密に溶接され た管から成る少なくとも四つの壁およびこれらの管に対する入口管寄せと出口管 寄せとを備えているような１ｉｔ流ボイラに関する。

垂直に配管された燃焼室壁を備えた化石燃料燃焼形貫流ボイラの場合、並列管系 統の容管に異なった大量の熱が伝達されるので、管は燃焼室壁の出口においてし ばしば大きな温度差を存する。熱量が大きく異なって伝達される原因は、異なっ たＭｆｉ度プロフィルにあり（ｊ！＋Ｉち例えば燃焼室の角部にはバーナの近く におけるよりも僅かな熱しか伝達されない）、且つまた特に石炭燃焼用に設計さ れた貫流ボイラの場合のホッパ範囲における加熱される管長の差にある。

管端におけるこの温度差を減少するために、刊行物「ファウゲーベー・クラフト ウェルクステヒニクｊ第６４巻、第４号、第２９８〜２９９頁において、絞りお よび管の均圧管寄せによる方式が知られている。これによれば容管の水／芸気流 量を加熱差および長さ差に適合させるために、容管は入口に絞りを有している。

この方式の欠点は、管入口における絞りが唯一の運転状態に対してしか設計され ておらず、燃焼室壁の変動する汚れが容管の過比例的な温度変化を生してしまう ことにある。また絞りが閉塞するおそれがあり、その結果管に少量の水しか導か れないことも判明している。

この場合均圧管寄せは湿り蒸気範囲（邪ちすべての管が同じ温度を有するが、種 々の蒸気含を量の湿り蒸気を案内する個所）において、３５％のボイラ負荷にお いて８０％の平均葦気含有量が達成される個所に配置されている。均圧管寄せを 通って蒸気？ＪＬｌ全部が貫流されるので、並列管系統の容管から出る湿り蒸気 は混合が強制的に行われる。

従ってこの公知の均圧管寄せの場合、発生する湿り蒸気の分離は、個りに出てい る管が優先的に水を受け、他の管が優先的に蒸気を受けるように行われる。その 結果、均圧管寄せの上側における管壁を一様に加熱する際にも蒸気の著しく異な った加熱が生し、従って異なった管壁温度を生し、これにより管に亀裂を生じさ れる熱応力が生ずるおそれがある。

本発明の課題は、垂直煙道の管壁を、容管の避けられない異なった加熱にも拘わ らず、すべての管の出口における蒸気温度がほぼ同しであり、管入口における絞 りの閉塞によって生ずるような運転障害が回避できるように形成することにある 。

本発明によればこの課題は冒頭に述べた形式のｙボイラにおいて、均圧容器が燃 焼室壁の外側面に、過剰加熱される管が平均加熱の並列管に比べて大きな流量を 存することを保証する高さ位置に配置されることによって解決される。これは一 般に、平均加熱の管の測地学的な圧力降下がその摩擦圧力降下の数倍の大きさで ある場合に相当する。上述の圧力降下は、蒸発器への入口に位置する管寄せと下 流側に位置する均圧容器への分岐部との間に存在する蒸発器管の部分に関係する ０強（加熱される管における質量流量増加に対する条件は次式で表される。

ンが付けられている管に対して摩擦圧力降下（Δｐａ）は、１９９１年シュブリ ンガー出版社の文献「熱および物質伝達２６」第３２３〜３３０頁に１１Ａ載の クー・ツエンダ、ヴエー・フーラー、ヴエー・カスドナーおよびカー・リートレ 著の論文「内側にフィンガ付けられている平滑な蒸気管における圧力損失」にお いて規定され、一方で測地学的な圧力降下（ΔＰ、）は、１９６９年の文献「エ イイー・アール・ティー・ヴイー８４１」のゼント・ローハン著の論文「ボイド 成分および二層圧力降下のための修正された相関」において規定されている。従 って加速圧力降下（八Ｐい）は二次的な意味を存し、この計算において無視でき る。

しかし本発明に基づいて過剰加熱の管における貫流量は一定ではな（増大させよ うするものである（６Ｍ＞Ｏ）、これは並列管系統において（１）式が満足され るときに相当する。従って過剰加熱管に対しては次式が当てはまる。

ΔＭ／ΔＱ　＞　Ｏ（２） （２）式は貫流量の増大の大きさとは関係ない、ｉ！ｉ剰加熱加熱しく完全に補 償する増大が望まれている場合には強（加熱される管においても同し加熱期間が 生じ即ち平均加熱の管におけるものと同しエンタルピーの増大が生じ、これは上 述した温度差の零までの非常に強い減少を生ずる。これに対する条件は次式で表 される。

ΔＭ／ΔＱ　＝　（Ｍ／Ｑ）Ｒｅｆ　（３）その場合記号Ｒｅｆは、平均流ＩＭ および平均熱吸収量ムを有する参照管に関する。

実際には、（３）式で実現される条件を常に満足することはできない、従って均 圧容器の高さ位置部ち垂直に配置され少なくともその長さの一部にわたつて内側 にフィンが付けられた管の並列管系統への接続が、以下の条件に合わせて選択Δ Ｍ／ΔＱ　＞　０．　２５　（ΔＭ／ΔＱ）Ｒｅｆ　（５）ΔＭ／ΔＱ＞０．５ ０（Δ向／ΔＱ）Ｒｅｆ　（６）ΔＭ／ΔＱ＞０．７５（Δ自／ΔＱ）Ｒｅｆ　 （７）この流れ技術的設計においてすべての並列管が異なった加熱において異な った流量をしているがほぼ同し蒸気含有量（湿り蒸気の場合）ないし同じ温度（ 過熱済み芸気の場合）を有しているので、均圧管寄せを通して全流量を貫流する 必要はない、均圧管寄せを通る全流量の貫流はむしろ水・蒸気混合物の分解の危 険が存在するので不利である。従って全湿り蒸気量の一部だけで貫流される均圧 容器しか設けられていない、この発生した部分流は流れ分布を一様化し、入口管 寄せと均圧容器への均圧管との間の並列管における加熱プロフィルに適合された 流れ分布を生ずるだけでなく、均圧管を通って減少して貫流される管が補助的な 貫流量を生ずるので、均圧管と下流側に位置する出口管寄せとの間の管にほぼ一 様な流れ分布が生ずる。湿り蒸気が水と蒸気に分離するおそればなく、従ってす べての管の管壁の上端においてほぼ同し温度を有し、熱応力による損傷は生じな い。

以下本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。

図１は貫流ボイラの概略縦断面図、および図２は貫流ボイラの垂直に配管された 部分の均圧容器への接続部を有している一つの管の概略図である。

図１における垂直煙道１を備えた貫流ボイラは管壁から成っており、この管壁は 下部においては垂直に互いに並べて配置され互いに気密に溶接されている管２か ら成り、上部においては同様に垂直に互いに並べて配置され互いに気密に溶接さ れている管３から成っている。互いに気密に溶接された管は例えば管・ウェブ・ 管構造あるいはフィン付き管構造の形で気密管壁を形成している。

垂直煙道１はその下端に灰を受けるためのホッパ１０を有しており、その外周壁 は同様に管壁によって形成されている。垂直煙道１の下部には化石燃料用の主バ ーナ１１が設けられている。

１Ｆ２はその人口端が入口管寄せ９に接続され、その出口端は入口管寄せ９の中 実軸線から測定した高さＨにおいて管３の入口端に直接移行している。管３はそ の出口端が出口管寄せ１２に接続されている。

出口管寄せ１２は連結配管１３によって気水分離器１４に結合され、この気水分 離器１４には排出配管１５および連結配管１６が接続されている。連結配管１６ は過熱器の加熱面１８の入口管寄せ１７に通じており、その管出口端は過熱器の 出口管寄せ１９に接続されている。更に垂直煙道１の内部に、入口管寄せ２０と 出口管寄せ２２とを備えた中間過熱器の加熱面２１並びに入口管寄せ５と出口管 寄せ７とを備えたエコノマイザの加熱面６が配置されている。出口管寄せ７は連 結配管８によって入口管寄せ９に結合されている。

図２は、均圧管２５が分岐している高さＨにおいてその出口端が管３の入口端に 直接移行している一つの管２を示している。均圧管２５は垂直煙道１の外側に存 在する均圧容器４に接続されている。管壁の容管２からそれぞれ一本の均圧管２ ５が分岐している。

図示していない給水ポンプが水を入口管寄せ５に搬送し、そこから水を予熱する エコノマイザ６に搬送する。続いて水は連結配管８および入口管寄せ９を通って 垂直煙道１の管壁の管２に流入し、その中で水は大部分が蒸発される。残りの暴 発および最初のｉ！５熱は垂直煙道１の管壁の管３の中で行われる。

気水分Ｎ器１４は始動過程中においてだけ機能し、即ち熱導入が少な過ぎること により管壁においてすべての水が蒸発されない間だけ機能する。その際に生した 水・版気・混合物は気水分離器１４におい°Ｃ分離される６分離された水は排出 配管１５を通って例えば図示していない膨張器に導かれ、分離された蒸気は連結 配管１６を通って過熱器１８に導かれる。蒸気タービンの高圧部で膨張した蒸気 は中間過熱器の加熱面２１において再び加熱される。

垂直に配置された管２．３における貫ｉｔの密度は、管内における測地学的な圧 力降下が摩擦圧力降下よりも大きいように選択されている。これは、過剰加熱の 際に管が大きな流すを有するようにし、従って過剰加熱の出口温度に関する効果 が大部分補償されるようにする６例えば引込形構造における貫流ボイラにおいて 利用されているような非常に長い垂直の蒸発器管の場合、１０００ｋｇ／ｎ（ｓ 以下の小さな貫流ｌ密度にも拘わらず１００％負荷に関して、垂直煙道の上側部 分の管即ち管３における摩擦圧力降下は、大きな蒸気容積に基づいて著しく増加 する。その場合の１９！擦圧力降下は測地学的な圧力降下に比べて、過剰加熱さ れる管を通る流量が並列管に比べて悪くなりこれによって管端における望ましく ない高い芸気温度が生ずるほど、大きい。

均圧容器４の配置は、圧力降下に関して管２が管３から切り離されるという働き をする。下から上に貫流され流れ的に並列接続されているすべての管２は、入口 管寄せ９と均圧容器４との間で同し圧力降下を示す。この圧力降下の場合、測地 学的な圧力陪下の分量は摩擦圧力降下の分量の数倍の大きさをしているので、流 量増加の利占は個々の管の過剰加熱の際に非常に有効に作用する。これは正に垂 直煙道１の下部において重要であり、そこではホッパおよび主バーナの範囲にお ける異なった加かが特に際立っている。

ｔ３が存在している垂直煙道１の上部において、加熱並びにその不均一性は煙道 １の下部におけるものより小さい。均圧容器４は、一部の均圧管２５を通って部 分流が管２から均圧容器４に流れ、他の均圧管２５を通って部分流が均圧容器４ から管３に流れるように作用する。これによって管２の不均一な貫流にも拘わら ずその非常に異なった加熱においても、管３の一様な貫流が達成される。

この作用は本発明に基づいて特に、均圧容器が１００％負荷と個々の管における ａ％の過剰加熱の場合に、これらの管を通る１Ｒ流量が他の周辺条件に応して少 なくとも０．２５ａ％あるいは０．５０ａ％あるいは０．７５ａ％だけ増大する ような大きさで並列管系統に接続されているときに明白に生ずる。

管２．３の冷却は、これらの管がその内側面に多条ねじを形成するフィンを有し ているときに改善され、従って管壁温度が低減される。これは特に高い熱入射の 範囲即ちバーナ１１の範囲において必要である。多条ねしを形成するフィンは有 利には管２の長さの５０％以上にわたって延びている。

公知の均圧管寄せを備えた配置構造と異なり、均圧容器と火炎室の範囲における 内側フィン付き管とによる本発明に基づく方式において貫流量の密度を、内側に フィンが付けられた管の良好な熱伝達特性に基づいて全負荷において１０００ｋ ｇ／％ｓより小さくするこ七ができる。

国際調査報告 、制、、、＝、＝、、−ＰＣＴ／ＤＥ９２１０１０５４フロントページの続き （７２）発明者　ウィツトコツ、エバーハルトドイツ連邦共和国　デー−８５２ ０エルランゲン　シュロンフェルト　９６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．化石燃料用バーナ（１１）と垂直煙道（１）とを有し、垂直煙道（１）が垂 直に配置された管（２、３）から構成され、これらの管（２、３）の入口端が入 口管寄せ（９）に、出口端が出口管寄せ（１２）に接続されている貫流ボイラに おいて、 −各管からそれぞれバーナ（１１）の上側で同じ高さ（Ｈ）において、均圧容器 （４）に結合されている均圧管（２５）が分岐し、−その高さ（Ｈ）が、各管（ ２）の入口管寄せ（９）と均圧管（２５）の分岐部との間の過剰加熱の際にすべ ての管（２）の加熱の平均値に比べて、これらの管を通る貫流量が増大するよう に選択されていることを特赦とする化石燃料燃焼形貫流ボイラ。 ２．管（２）がその長さの５０％以上にわたってその内側面に多条ねじを形成す るフィンを有していることを特徴とする請求の範囲１記載の貫流ボイラ。 ３．煙道（１）の管（２、３）が互いに気密に溶接されていることを特徴とする 請求の範囲１または２記載の貫流ボイラ。 ４．高さ（Ｈ）が、定格負荷および各管の入口管寄せ（９）と均圧管（２５）の 分岐部との間のａ％の過剰加熱の際にすべての管（２）の加熱の１００％に相応 した平均値に比べて、これらの管（２）を通る計算的に求められた貫流量が少な くとも０．２５ａ％だけ増大するように選択されていることを特徴とする請求の 範囲１ないし３の１つに記載の貫流ボイラ。 ５．高さ（Ｈ）が、定格負荷および各管の入口管寄せ（９）と均圧管（２５）の 分岐部との間のａ％の過剰加熱の際にすべての管（２）の加熱の１００％に相応 した平均値に比べて、これらの管（２）を通る計算的に求められた貫流量が少な くとも０．５０ａ％だけ増大するように選択されていることを特徴とする請求の 範囲１ないし３の１つに記載の貫流ボイラ。 ６．高さ（Ｈ）が、定格負荷および各管の入口管寄せ（９）と均圧管（２５）の 分岐部との間のａ％の過剰加熱の際にすべての管（２）の加熱の１００％に相応 した平均値に比べて、これらの管（２）を通る計算的に求められた貫流量が少な くとも０．７５ａ％だけ増大するように選択されていることを特徴とする請求の 範囲１ないし３の１つに記載の貫流ボイラ。