JPH10232002A

JPH10232002A - ボイラ

Info

Publication number: JPH10232002A
Application number: JP34816897A
Authority: JP
Inventors: Junichiro Matsuda; 順一郎松田; Fumio Koda; 文夫幸田; Tetsuo Mimura; 哲雄三村; Takayo Kawase; 隆世川瀬; Shigeki Morita; 茂樹森田
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1996-12-17
Filing date: 1997-12-17
Publication date: 1998-09-02

Abstract

(57)【要約】【課題】ガス分配ダンパなどのガス分配流量を制御す
る手段によりガス分配量が制御される後部伝熱部に再熱
器の全数を配置する場合に、再熱器の伝熱面積の増加を
抑え、制御応答性を向上させたボイラ装置を提供するこ
と。【解決手段】後部伝熱部入口に至るガス流路には吊り
下げ型の過熱器５０、６０のみを設け、後部伝熱部には
横置き型の再熱器７１を設け、後部伝熱部の分割ガス流
路出口側には各々ダンパー９０を設けてガス流量を制御
する。そして後部伝熱部入口の排ガス温度がボイラ最大
負荷時に１０００℃〜１１００℃となるように過熱器５
０、６０の伝熱面積を設定することで、再熱器７１内を
流通する蒸気温度とガス温度との温度が高まり、再熱器
７１の伝熱面積の増加を抑えることができ、その熱容量
の増加を抑えることができる。約１１００℃は石炭灰が
軟化し始める最低温度であり、これが冷却されて固化し
て再熱器７１のスラッキングを防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ボイラに係り、特
に、電力事業用に使用されるような、ボイラの最大連続
蒸発量が５００ｔ／ｈ以上となる中容量または大容量の
再熱器を有する石炭焚きボイラにおいて、再熱蒸気温度
の制御性を向上させるのに好適なボイラに関する。

【０００２】

【従来の技術】前記ボイラを用いる発電プラントでは、
高圧タービンで仕事をして比較的低圧となった蒸気を抽
出して加熱媒体との熱交換により再熱し、再び中圧ター
ビンや低圧タービンに供給して仕事を行わせ、発電プラ
ント全体の熱効率を向上させている。

【０００３】この種のボイラでは、火炉内での燃料の燃
焼によって生じた排ガスが流れる排ガス流路内に、過熱
器と再熱器が配置されている。特に、最大連続蒸発量が
５００ｔ／ｈ以上となる中容量または大容量であり、発
電プラントに用いられるボイラにおいては、比較的高温
高圧の蒸気を得るための過熱器と、比較的高温低圧の蒸
気を得るための再熱器が比較的高温の上流側排ガス流路
（火炉出口側排ガス流路とも称する）内に配設されてい
る。

【０００４】上流側排ガス流路に接続して設けられる下
流側排ガス流路をガス流れ方向に２つ以上に分割して分
割ガス流路を設け、各分割ガス流路の最下流部に該ガス
流量調整用のダンパを配置する構成があり、その中に
は、１つまたは２つの分割ガス流路に再熱器を配置し、
残りの分割ガス流路に過熱器を配置するものとして、特
開昭５８−２１７１０４号、特開昭５９−６０１０３号
公報記載の発明があり、また、分割ガス流路の一方に過
熱器と節炭器を配置し、他方に蒸発器と節炭器を配置す
るものとして特開昭６２−３３２０４号公報記載の発明
などがある。

【０００５】図４に、従来の中容量または大容量で発電
プラントに用いられる再熱器を有するボイラを示す。図
４において、ボイラ火炉９でのバーナ８０による燃焼に
よって発生した高温の排ガスは、火炉上部から上流側排
ガス流路に流入した後、前記上流側排ガス流路に接続し
て設けられる下流側排ガス流路を通り、ボイラ出口部９
３から下流側へ排出される。前記下流側排ガス流路は、
分割壁３６で仕切られた分割ガス流路９１、９２を形成
しており、該分割ガス流路９１、９２を流れる排ガス
は、それぞれの出口に設けられたガス分配ダンパ９０に
より流量が調節される。

【０００６】前記火炉出口に連なる比較的高温の排ガス
が流れる上流側排ガス流路（火炉出口側排ガス流路）内
には、上流側から二次過熱器５０、三次過熱器６０、四
次過熱器６１および二次再熱器７３などの吊り下げ型の
過熱器および再熱器が設置されている。また、前記上流
側排ガス流路に接続して設けられた下流側排ガス流路の
分割壁３６で仕切られた分割ガス流路９１、９２内に
は、一次再熱器７１、一次過熱器４０、蒸発器４１およ
び節炭器２などの横置き型のものが設置されており、後
部伝熱部を形成している。

【０００７】前記従来技術においては、図４に示すよう
に吊り下げ型の過熱器５０、６０、６１が、排ガスがよ
り高温であると共に、輻射伝熱が行われることで最も伝
熱効率が高くなる上流側排ガス流路内に配置されてい
る。伝熱が効果的に行われる上流側排ガス流路内に高温
側過熱器５０、６０、６１を設けることにより、過熱器
５０、６０、６１の伝熱部の面積の増加を抑えることが
でき、従って、過熱器全体の寸法を小さくすることがで
き、しかも高い伝熱効率が得られる。

【０００８】その結果、ボイラ全体の寸法、および重量
の増加を抑えることができる。高温側過熱器５０、６
０、６１と同様に、吊り下げ型の高温側の再熱器（二次
再熱器７３）を高温側過熱器に連ねて比較的高温の排ガ
スが流れる上流側排ガス流路に配置することによって、
再熱器全体の寸法を小さくすることができる。

【０００９】しかしながら、上流側排ガス流路に配置さ
れる過熱器５０、６０、６１および再熱器７３からなる
伝熱器全体の寸法が小さくなったことにより、過熱器全
体および再熱器全体に要求される伝熱面積をこれら過熱
器５０、６０、６１および再熱器７３のみで得ることは
できない。従って、さらに横置き型の別の低温側の過熱
器（一次過熱器４０）および低温側の再熱器（一次再熱
器７１）を下流側の排ガス流路内に設けている。熱効率
の面から吊り下げ型の高温側過熱器５０、６０、６１が
上流側排ガス流路の上流部に優先して設置される。従っ
て、高温側再熱器７３は高温側過熱器５０、６０、６１
の下流側の限られたスペースに配置されることになる。

【００１０】このため、高温側再熱器７３を十分な大き
さにすることができず、再熱器全体に要求される伝熱面
積の過半数を下流側排ガス流路内に設けた別の横置き型
の低温側再熱器７１で確保する必要があった。低温側過
熱器４０および低温側再熱器７１で対流伝熱により加熱
された蒸気は、高温側過熱器５０、６０、６１および高
温側再熱器７３を通って、発電用のタービンに送られ
る。

【００１１】また、低温側過熱器４０および低温側再熱
器７１が設けられた下流側排ガス流路の分割ガス流路出
口には、ガス分配ダンパ９０が設けられており、ダンパ
９０を制御して、低温側過熱器４０および低温側再熱器
７１で蒸気は所定の温度にまで加熱され、高温側過熱器
５０、６０、６１および高温側再熱器７３にそれぞれ送
られるようになっている。

【００１２】しかし、前記のように、低温側過熱器４０
および低温側再熱器７１ではダンパ（ガス分配ダンパ９
０）を調整することにより、蒸気の温度制御は行える
が、高温側過熱器５０、６０、６１および高温側再熱器
７３は分割ガス流路の上流側にあることから、これら高
温側の伝熱器ではダンパ９０による蒸気の温度制御は行
えない。

【００１３】そのため、低温側過熱器４０および低温側
再熱器７１での蒸気温度の制御が直ちにタービン（図示
せず）入口の蒸気温度に反映されることがない。すなわ
ち、低温側過熱器４０の出口および低温側再熱器７１の
出口の蒸気温度の変化と、高温側過熱器５０、６０、６
１の出口および高温側再熱器７３の出口の蒸気温度の変
化との間には時間的な遅れ、すなわちむだ時間が発生し
ていた。

【００１４】また、このような再熱蒸気温度制御の補助
手段として、従来は横置き再熱器７１と吊り下げ再熱器
７３の中間に水スプレ方式の減温器（図示せず）を設置
し、負荷変化時等において一時的に断続使用していた。
この場合、高温の蒸気配管中に低温のスプレ水を間欠的
に噴霧するため、高温蒸気配管（主蒸気配管とも称す
る）が熱応力によりダメージを受ける懸念があった。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、伝熱
器の伝熱面積をコンパクト化する面では考慮されたボイ
ラ構造になっていたが、過熱器出口および再熱器出口の
蒸気温度の制御応答性には問題があった。特に、再熱器
においては、再熱器全体に要求される伝熱面積の過半数
を確保するための低温側再熱器７１が下流側排ガス流路
の分割ガス流路内に設けられているため、低温側再熱器
７１の出口の蒸気温度の変化と高温側再熱器７３の出口
の蒸気温度の変化との間には、むだ時間が発生し、制御
性が低下する問題があった。

【００１６】むだ時間を克服しようとして、前記ガス分
配ダンパ９０の制御ゲインを上げた場合には、システム
の不安定現象や発散（またはハンチングと称する）現象
が顕著になって、逆に制御性が低下することになる。

【００１７】また、むだ時間を克服する別の対策とし
て、図４に示す従来構造において、吊り下げ型の高温側
の再熱器７３を廃止し、下流側排ガス流路の低温側再熱
器７１の伝熱面積を増加させる場合には、低温側再熱器
７１の伝熱面積の増加に伴って熱容量が増加し、このた
めに蒸気温度の制御性が低下することとなり、結果とし
て再熱蒸気温度の制御性の向上が図れないばかりか、重
量の増加による鉄骨、サポート部材などの増強が必要と
なることなど、設備費用や設置スペースなど経済性の面
でも問題があった。

【００１８】本発明の課題は、ボイラにおいて、ガス分
配ダンパなどのガス分配流量を制御する手段によりガス
分配量が設置される下流側排ガス流路内に、再熱器の全
数を配置する場合に、再熱器の伝熱面積の増加を抑える
と共に、蒸気温度の制御応答性を向上させたボイラ装置
を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の上記課題は、次
の構成によって解決される。すなわち、火炉と、該火炉
の出口にその一方の端部を介して連通された上流側排ガ
ス流路と、該上流側排ガス流路の他端部に連通された下
流側排ガス流路を構成し、排ガスの流れに沿って分割さ
れている分割ガス流路と、前記上流側排ガス流路に配設
され、伝熱面は前記下流側排ガス流路入口の排ガス温度
がボイラ最大負荷時に１０００℃〜１１００℃となるよ
うに寸法決めされている全てが過熱器である吊り下げ型
の伝熱器と、前記下流側排ガス流路に配設された横置き
型の伝熱器と、前記分割ガス流路のそれぞれの出口に設
けられ、それぞれの分割ガス流路内を流れる排ガスの流
量を制御する手段とを備えたボイラである。

【００２０】本発明では、下流側排ガス流路に至る前の
上流側排ガス流路に配設される吊り下げ型の伝熱器は、
実質的に過熱器のみとして、従来技術では配設されてい
た吊り下げ型の再熱器の設置を廃止する。

【００２１】そして、前記上流側排ガス流路には吊り下
げ型の伝熱器（実質的に過熱器）のみを設け、この吊り
下げ型の高温側の伝熱器（過熱器）の伝熱面積を下流側
排ガス流路入口の排ガス温度がボイラ最大負荷時に１０
００℃〜１１００℃となるように構成する。

【００２２】燃料は、その性状によっては後部伝熱部の
入口ガス温度が１０００℃〜１１００℃にできないこと
があるが、前記温度が維持できる燃料を使用する必要が
ある。

【００２３】そして、本発明のボイラとして再熱器を設
置するボイラを用いる場合は、下流側排ガス流路の分割
ガス流路には再熱器を含む伝熱器配置して後部伝熱部を
形成することができる。その場合、下流側排ガス流路の
入口ガス温度が１０００℃〜１１００℃と高くなると再
熱器内を流通する蒸気温度とガス温度との温度差が高ま
り、再熱器の伝熱面積の増加を抑えることができる。

【００２４】これにより再熱器の熱容量の増加を抑える
ことができる。これに対して、前記従来の技術思想に基
づく過熱器伝熱面積では、上流側排ガス流路の入口ガス
温度がボイラ最大負荷時で約８００℃となり、再熱蒸気
温度とガス温度との温度差が小さいため、再熱器の伝熱
面積の増加を抑えることができなかった。

【００２５】また、石炭焚きボイラにおいては、燃焼ガ
ス中に石炭灰が多量に含まれており、約１１００℃が石
炭灰が軟化し始める最低温度となっている。灰が軟化し
た場合には、伝熱器を構成する伝熱管群に軟化した石炭
灰が付着して、冷却されて固化して成長する、いわゆる
スラッキングが発生し、伝熱効率の低下を招くため、常
時または定期的に除去する必要がある。

【００２６】しかしながら、前記のように軟化した後に
固化したスラグは伝熱管群に強固に固着しており、前記
除去作業は困難を極める。特に、下方へ落下させて除去
できる吊り下げ型の伝熱器に比較して横置き型の伝熱器
においては、ガス流れ方向に複数段の伝熱器が配置され
ており、固化したスラグを伝熱管群の下方へ除去するこ
とは不可能に近い。

【００２７】しかし本発明では、下流側排ガス流路の入
口ガス温度がボイラ最大負荷時で１０００℃〜１１００
℃となるように構成したことで、下流側排ガス流路のガ
ス流れ方向に分割された分割ガス流路内の横置き型の再
熱器および再熱器以外の横置き型の伝熱管群における雰
囲気温度を石炭灰が軟化しない範囲に維持できるので下
流側排ガス流路の分割ガス流路に配設される横置き型の
伝熱管群のスラッキングにより形成される塊状灰に基づ
く閉塞を防止することができる。

【００２８】また、吊り下げ型の高温側再熱器を省略す
ることにより、下流側排ガス流路の分割ガス流路に設置
した横置き型の再熱器出口からの蒸気が、タービン側で
要求され、ボイラから出力される再熱蒸気となるため、
従来のように吊り下げ伝熱部を通過するために生じる再
熱蒸気温度の制御のむだ時間をなくすことができると共
に、再熱器における熱吸収量の約１００％をガス分配流
量を制御する手段の制御対象とすることができる。

【００２９】さらに、前記再熱器の熱容量の増加の抑制
と合わせて、前記ガス分配流量の制御手段による制御が
ボイラ出口再熱蒸気温度に直接的に作用するので、より
精度の高い再熱器出口の蒸気温度制御、すなわちより正
確なタービン入口の蒸気温度制御が行える。

【００３０】さらに、従来使用していた再熱器中間の減
温器スプレが不要となり、再熱器入口部には非常時用の
減温器スプレを設置するものの、使用頻度が低く、ま
た、蒸気とスプレ水との温度差が小さくなるため、熱応
力に対する信頼性の向上が図れる。

【００３１】このような蒸気温度の制御性の向上は、下
流側排ガス流路のガス流れ方向に分割された分割ガス流
路の一方には横置き型の再熱器のみを配置し、他方には
過熱器、蒸発器、節炭器の中で少なくとも過熱器と節炭
器を配置する場合には特に効果的である。

【００３２】また、主蒸気温度が比較的高い（通常５７
０℃程度以上）ボイラの場合、高圧タービンから抽気さ
れる蒸気温度すなわち分割ガス流路の一方に配置される
横置き型の再熱器入口蒸気温度が高くなり、再熱器入口
蒸気温度と排ガスとの温度差が小さくなるために、主蒸
気温度が比較的低い場合に比べて再熱器伝熱面積を増加
させなければならなくなる。

【００３３】また、再熱蒸気温度が比較的高い（通常５
７０℃程度以上）ボイラの場合にも同様に再熱器の伝熱
面積を比較的増加させなければならなくなる。このよう
な場合には横置き型再熱器を下流側排ガス流路の高温
側、すなわち吊り下げ型の伝熱器が配置される上流側排
ガス流路出口の直近側に、すなわち再熱器入口蒸気温度
と燃焼排ガスとの温度差が大きくとれる位置に再熱器を
配置して、再熱器をより高温の排ガスにより加熱するこ
とで、できるだけ少ない伝熱面積の再熱器を使用するこ
とが望ましい。

【００３４】なお、前記主蒸気温度または再熱蒸気温度
が比較的高い場合には、分割ガス流路に配置される横置
き型の再熱器出口のガス温度も上昇気味となる。その結
果、一方の分割ガス流路に配置された再熱器出口のガス
温度と他方の分割ガス流路の下流側に配置された節炭器
側出口ガス温度との温度差が大きくなり（再熱器出口の
ガス温度＞節炭器出口ガス温度）、出口排ガスダクト内
の温度差による過大な変形等が懸念されることがある。

【００３５】このような懸念を解消するために、節炭器
を構成する伝熱管群を２つの分割ガス流路の両方の出口
にわたって設置することで、下流側排ガス流路出口の排
ガス温度の平均化を図ることが望ましい。

【００３６】また、ボイラの給水、蒸気温度の特性によ
り後部伝熱壁出口の蒸気温度が循環運転と貫流運転の切
り替え位置として適当な場合、すなわち循環、貫流運転
切り替え負荷において後部伝熱壁出口蒸気温度が飽和温
度に近い場合には、後部伝熱壁の出口、すなわち下流側
排ガス流路に配置された一次過熱器入口に汽水分離器を
設置することでスムーズな循環、貫流運転の切り換えが
行える。

【００３７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態になるボイラ
の構成図を図１に示す。ボイラは、火炉９と、下流側排
ガス流路と、火炉９の上部と下流側排ガス流路とを接続
する上流側排ガス流路を備えている。ボイラは、例えば
石炭焚きはボイラである。

【００３８】火炉９の下部に設けられた複数のバーナ８
０から発生した高温の燃焼ガスは、火炉９内を上昇す
る。燃焼ガスは上流側排ガス流路および下流側排ガス流
路を通って、流路出口９３から低温の排ガスとしてボイ
ラ外部に排出される。火炉９内には水冷壁下部周壁管１
０と上部水冷壁管１２とノーズ壁管１０５が設けられて
いる。水冷壁下部周壁管１０は、それぞれが火炉９内を
螺旋状に火炉９下部から上方に伸びている。複数の管か
らなっている。上部水冷壁管１２は、それぞれが火炉９
内を垂直に火炉９上部に向かって伸びている複数の管か
らなっている。ノーズ管１０５も複数の管からなってい
る。

【００３９】下流側排ガス流路は複数の管からなる後部
伝熱壁３３などによって画定されている。下流側排ガス
流路は排ガスの流れに沿って伸びる分割壁１２０によっ
て、２つのガス流路に分割されている。それぞれの分割
ガス流路の出口には、分割ガス流路を流れる燃焼ガスの
流量を調整するためのガス分配ダンパ９０が設けられて
いる。分割壁１２０も複数の管を備えている。

【００４０】下流側排ガス流路の一方の分割ガス流路に
は排ガスの流れに沿って横置き型の再熱器７１が配設さ
れていて、他方の分割ガス流路には排ガスの流れに沿っ
て、横置き型の一次過熱器４０と横置き型の節炭器２と
が直列に配設されている。また、必要に応じて分割ガス
流路に蒸発器を設けても良い。

【００４１】上流側排ガス流路は複数の管からなる天井
壁３０と側壁などによって画定されている。上流側排ガ
ス流路には排ガスの流れに沿って吊り下げ型の二次過熱
器５０および吊り下げ型の三次過熱器６０が直列に配設
されている。これらの過熱器５０、６０の全伝熱面積は
下流側排ガス流路の入口の排ガスのボイラ最大負荷時の
温度が１０００℃〜１１００℃になるように設定されて
いる。

【００４２】なお、横置き型とは、再熱器７１などの伝
熱器の伝熱管が鉛直方向に流れる排ガスに対してほぼ直
交する方向に、ほぼ水平方向に伸びるように配置されて
いる状態を言う。また吊り下げ型とは、過熱器５０など
の伝熱器の伝熱管が、水平方向に流れる排ガスに対して
ほぼ直交する方向に、ほぼ鉛直方向に伸びるように配置
されて、入口と出口が垂直方向上方に配設されている状
態を言う。

【００４３】次に図１に示すボイラの給水系について説
明する。ボイラへの給水は、まず、給水管１から分割ガ
ス流路内に配置された節炭器２に供給される。節炭器２
では節炭器入口管寄せ１００から供給された水が、節炭
器２内を通る間に排ガス流から熱吸収を行った後、節炭
器出口管寄せ１０１から水冷壁下降管３に供給される。
水冷壁下降管３を経た水は、水冷壁下部管寄せ１０３に
分配され、火炉９を螺旋状に囲む、いわゆるスパイラル
状に設置された水冷壁下部周壁管１０を火炉９内の熱を
吸収しながら上昇する。水は飽和温度近くまで加熱され
る。前記水冷壁下部周壁管１０は、複数の周壁管が同時
に螺旋状に火炉９高さ方向に伸びる構成となっており、
水は複数の流路により上昇することから、流路によって
熱吸収量が異なり、水冷壁下部周壁管１０の出口での各
管内の流体温度にアンバランスが生じる。

【００４４】前記水冷壁下部周壁管１０を、それぞれの
流路から昇り詰めた高温水は火炉９中間流体混合管寄せ
１１に流入して、ここで、その温度が均一化された後、
火炉９の上部に設けられた上部水冷壁管１２またはノー
ズ壁管１０５を上昇する間に火炉９内の熱を吸収し、液
相の高温水と気相の蒸気の混合流体となる。さらにそれ
ぞれの水冷壁上部管寄せ１０４またはノーズ壁管寄せ１
０６に流入した後、双方ともに火炉９上部流体混合管寄
せ１３に流入して、流体温度の均一化が行われ、さら
に、ボイラの缶前部上方に設けた汽水分離器２０に流入
する。

【００４５】従って、ボイラの起動時からの強制循環運
転領域では、前記汽水分離器２０には汽水混合の２相流
が流入されて、ここで蒸気と水に分離される。このうち
分離された水はドレンタンク２１を介してボイラ循環ポ
ンプ２２により、再度、給水管１に循環される。また、
汽水分離器２０で分離された蒸気は、天井壁入口管寄せ
１０７に供給される。

【００４６】ここで、ボイラの貫流運転時には、前記汽
水分離器２０に流入する全流体を構成する蒸気が、天井
壁入口管寄せ１０７に供給される。

【００４７】次に、前記天井壁入口管寄せ１０７に供給
された蒸気は、火炉９の上部から下流側排ガス流路上部
に亙って設けられた天井壁３０を構成する天井壁管を経
て、天井壁出口管寄せ１０８に至る間に、熱吸収により
加熱されて過熱蒸気になる。

【００４８】前記天井壁出口管寄せ１０８に集まった過
熱蒸気は、後部伝熱壁下降管３１、後部伝熱壁入口連絡
管１０９を経て、後部伝熱壁入口管寄せ１１０に分配さ
れ、さらに後部伝熱壁３３で加熱された後、後部伝熱壁
出口管寄せ１１１および後部伝熱壁出口連絡管１１２を
介して、または後部伝熱壁３３から後部伝熱壁後壁出口
管寄せ３４に集まる。

【００４９】前記後部伝熱壁後壁出口管寄せ３４に集ま
った過熱蒸気は、一次過熱器連絡管３５を介して、後部
伝熱部において分割壁１２０により分割された分割ガス
流路内に設置された一次過熱器４０に流入し、その後、
火炉９上部に設けた二次過熱器５０及び三次過熱器６０
を順に経て所定の過熱蒸気温度に過熱された後、高圧タ
ービン６２に送られる。

【００５０】前記高圧蒸気タービン６２で仕事をした排
気蒸気は、図示していない低温再熱蒸気管により、後部
伝熱部において分割壁１２０により分割された分割ガス
流路の一方に設置された再熱器７１に導かれ、所定の温
度の再熱蒸気温度に加熱された後、中圧タービン７２に
送られる。前記分割ガス流路の出口にはガス分配ダンパ
９０、９０が設けられ、通過するガス流量を調整するこ
とにより、再熱器７１での全熱吸収量が調整され、所定
の再熱蒸気温度に制御できる。

【００５１】なお、横置き型の再熱器７１の入口には図
示していないが、非常用に減温器スプレを設けておき、
蒸気温度がガス分配ダンパ９０の制御範囲を超えた場合
には、この減温器スプレからの冷却水を再熱器７１入口
の伝熱管に噴霧して、再熱器出口蒸気温度の過剰な上昇
の防止を図る。

【００５２】図４に示されるような従来のボイラでは、
上流側排ガス流路内に二次過熱器５０から四次過熱器６
１までの過熱器外に、二次再熱器７３が設けられてい
る。熱効率の点から、過熱器５０、６０および６１が優
先的に上流側排ガス流路内に配設されているため、二次
再熱器７３に振り当てられるスペースは大きくない。

【００５３】従って、再熱器全体で必要とされる伝熱面
積を二次再熱器７３のみで確保することはできない。こ
のため、必要な伝熱面積を確保するための追加の再熱器
７１を設ける必要がある。下流側排ガス流路は、排ガス
の流れに沿って伸びている分割壁３６によって、２つの
分割ガス流路に分割されている。それぞれの分割ガス流
路の出口にはダンパ９０が設けられている。

【００５４】一方の分割ガス流路には再熱器７１が設け
られており、他方の分割ガス流路には一次過熱器４０、
蒸発器４１および節炭器２が排ガスの流れに沿って直列
に配設されている。下流側排ガス流路の入口の排ガス温
度のボイラ最大負荷時の温度は、８００℃程度である。
排ガス温度（８００℃）と、所望の再熱蒸気温度（標準
的には５６０℃〜６００℃）との温度差が小さいため、
図４に示す従来技術では再熱器７１の伝熱面積を大きく
する必要があった。そのため、再熱器７１の寸法が大き
くなり、ボイラ全体の大型化を抑えることができなかっ
た。

【００５５】これに対して、図１に示す本発明の実施の
形態のボイラでは、下流側排ガス流路の入口の排ガスの
ボイラ最大負荷時の温度は、１０００℃程度である。排
ガス温度と所望の再熱蒸気温度（５６０℃〜６００℃）
との温度差が大きいため、再熱器７１の伝熱面積が小さ
くて済み、ボイラ全体の大型化を抑えることができる。
下流側排ガス流路の入口の排ガスのボイラ最大負荷時の
温度を１０００℃とするために、図４に示す従来の上流
側排ガス流路内に過熱器５０、６０、６１と再熱器７３
が併存しているものと比較して、図１に示す例では上流
側排ガス流路内の過熱器５０、６０の伝熱面積は若干増
加する。すなわち、図１に示す例では過熱器５０、６０
の寸法は若干増加するが、ボイラ全体の大型化につなが
ることはない。

【００５６】さらに、図４に示すように別々の再熱器７
１、７３を用いる代わりに、図１に示す本発明の実施の
形態では単一の再熱器７１を用いるため、再熱器７１で
の蒸気の熱吸収のみをダンパ９０の制御対象とすること
ができるので、制御ゲインを上げることができる。これ
により、再熱蒸気温度の制御性が向上する。また、制御
応答のむだ時間が生じない。

【００５７】さらに、ダンパ９０による排ガス流量制御
が、再熱器７１での蒸気の熱吸収に直接的に作用するの
で、ハンチング現象が発生することがない。

【００５８】このような制御性の向上は、図１に示すボ
イラのように下流側排ガス流路の一方の分割ガス流路に
再熱器７１のみを配設し、他方の分割ガス流路に過熱器
４０と節炭器２のみを配設した場合には、特に効果的で
ある。

【００５９】図１に示す本発明の実施の形態において
は、特に、火炉９上部に設けた二次過熱器５０及び三次
過熱器６０の伝熱面積を、下流側排ガス流路入口のガス
温度がボイラ最大負荷時に１０００℃〜１１００℃の温
度域となるように設定しているので、前記再熱器７１を
横置き型の伝熱器とすることが可能となっている。

【００６０】すなわち、下流側排ガス流路内に設置され
る一次過熱器４０及び再熱器７１などの横置き型の伝熱
器では、吊り下げ型の伝熱器とは異なり、石炭灰が軟化
して固化した場合のスラッギングの除去が困難となる
が、図１に示す実施の形態では下流側排ガス流路内のガ
ス温度が低く、石炭灰の軟化温度以下となるので、スラ
ッギングの発生を防止できる。

【００６１】また、再熱器用伝熱管の伝熱面積を下流側
排ガス流路内に設置した再熱器７１でも確保することが
できるので、伝熱面積の増加による制御応答性の低下が
防止できる。

【００６２】また、図１に示す実施の形態においては、
伝熱管群のボイラ外への連絡に必要な最小限の配管の設
置を除き、再熱器用伝熱管の全数を後部伝熱部の分割ガ
ス流路の一方に設置しているので、従来技術に比べて下
流側排ガス流路の出口側に設けたガス分配ダンパ９０、
９０によるガス流量制御による熱吸収量の調整効果を向
上させることができ、それによって得られた再熱器７１
の出口蒸気温度がタービン側で要求されるボイラ出口再
熱蒸気温度であるため、制御応答時間のむだ時間が生じ
ない。

【００６３】

【追加】また、図２に示す本発明の実施の形態は、主蒸
気温度が比較的高い（通常５７０℃程度以上）ボイラの
場合または再熱蒸気温度が比較的高い（通常５７０℃程
度以上）ボイラの場合に好ましい例である。なお、図２
において図１に示すボイラを構成するものと同一機能を
奏するものは同一番号を付して、その説明は省略する。

【００６４】主蒸気温度が５７０℃程度以上と、比較的
高いボイラの場合には、高圧タービン６１から抽気され
る蒸気温度すなわち分割ガス流路の一方に配置される横
置き型の再熱器７１の入口蒸気温度が高くなり、再熱器
７１の入口蒸気温度と排ガスとの温度差が小さくなる。
そのために、主蒸気温度が比較的低い場合に比べて再熱
器７１の伝熱面積を増加させなければならなくなる。ま
た、再熱蒸気温度が比較的高い（通常５７０℃程度以
上）ボイラの場合にも同様に再熱器７１の伝熱面積を比
較的増加させなければならなくなる。

【００６５】このような場合には横置き型再熱器７１を
下流側排ガス流路の高温側すなわち吊り下げ型の伝熱器
（過熱器６０）が配置される上流側排ガス流路出口の直
近側に設置することで、再熱器７１内の再熱蒸気温度と
できるだけ温度差のある、より高温の排ガスにより再熱
器７１内の再熱蒸気を加熱し、再熱器７１の伝熱面積の
増加をできるたけ抑えることが望ましい。

【００６６】なお、主蒸気温度または再熱蒸気温度が比
較的高い場合には、分割ガス流路に配置される横置き型
の再熱器７１の出口ガス温度も上昇気味になり、再熱器
７１の出口ガス温度と節炭器２側の出口ガス温度との温
度差が大きくなる。そのため、出口排ガスダクト内の温
度差により、伝熱管などに過大な変形等が生じる可能性
がある。したがって、図２に示すように単一の節炭器２
を構成する伝熱管群を２つの分割ガス流路の両方の出口
にわたって設置することで、下流側排ガス流路出口の排
ガス温度の平均化を図ることが望ましい。

【００６７】また、本発明の別の実施の形態を図３に示
すが、図３において図２に示すボイラを構成するものと
同一機能を奏するものは同一番号を付して、その説明は
省略する。

【００６８】この例は、ボイラの給水、蒸気温度の特性
により後部伝熱壁出口の蒸気温度が循環運転と貫流運転
の切り替え位置として適正な場合、すなわち循環、貫流
運転切り替え負荷において後部伝熱壁出口蒸気温度が飽
和温度に近い場合には、後部伝熱壁の出口に汽水分離器
２０を設置することでスムーズな循環、貫流運転の切り
換えが行えるというものである。

【００６９】

【発明の効果】本発明によれば、特に、電力事業用に使
用されるような、ボイラの最大連続蒸発量が５００ｔ／
ｈ以上となる中、大容量の石炭焚きボイラであって、再
熱器を有するボイラにおいて、再熱蒸気温度の制御応答
のむだ時間が排除された、制御応答性の高いボイラが提
供できるので、ボイラの負荷変化率の向上が達成できる
と共に、従来技術において必要とされ、ガス分配ダンパ
によるガス流量制御と併用して行われていたボイラ排ガ
ス再循環制御や再熱器中間スプレ制御が不要となるの
で、それらに要する設備および運転経費などを削減で
き、経済性の高いボイラを提供できるなどの効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態であるボイラの構造を説
明するための側面図である。

【図２】本発明の実施の形態であるボイラの構造を説
明するための側面図である。

【図３】本発明の実施の形態であるボイラの構造を説
明するための側面図である。

【図４】従来技術のボイラの構造を説明するための側
面図である。

【符号の説明】

１給水管２節炭器３水冷壁下降管１０水冷壁下部周
壁管１１火炉中間流体混合管寄せ１２上部水冷壁管１３火炉上部流体混合管寄せ２０汽水分離器２１ドレンタンク２２ボイラ循環ポ
ンプ３０天井壁３１後部伝熱壁下
降管３３後部伝熱壁３４後部伝熱壁後
壁出口管寄せ３５一次過熱器連絡管４０一次過熱器５０二次過熱器６０三次過熱器６２高圧タービン７１再熱器７２中圧タービン９０ガス分配ダン
パ１００節炭器入口管寄せ１０１節炭器出口
管寄せ１０３水冷壁下部管寄せ１０５ノーズ壁管１０４水冷壁上部管寄せ１０６ノーズ壁管
寄せ１０５ノーズ壁管１０７天井壁入口
管寄せ１０８天井壁出口管寄せ１０９後部伝熱壁
入口連絡管１１０後部伝熱壁入口管寄せ１１１後部伝熱壁
出口管寄せ１１２後部伝熱壁出口連絡管１２０分割壁

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成９年１２月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川瀬隆世広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉工場内 (72)発明者森田茂樹広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】火炉と、該火炉の出口にその一方の端部を介して連通された上流
側排ガス流路と、該上流側排ガス流路の他端部に連通された下流側排ガス
流路を構成し、排ガスの流れに沿って分割されている分
割ガス流路と、前記上流側排ガス流路に配設され、伝熱面は前記下流側
排ガス流路入口の排ガス温度がボイラ最大負荷時に１０
００℃〜１１００℃となるように寸法決めされている全
てが過熱器である吊り下げ型の伝熱器と、前記下流側排ガス流路に配設された横置き型の伝熱器
と、前記分割ガス流路のそれぞれの出口に設けられ、それぞ
れの分割ガス流路内を流れる排ガスの流量を制御する手
段とを備えたことを特徴とするボイラ。
【請求項２】前記横置き型の伝熱器が再熱器を含むこ
とを特徴とする請求項１記載のボイラ。
【請求項３】下流側排ガス流路の一方の分割ガス流路
には横置き型の再熱器が配置され、他方の分割ガス流路
には過熱器、蒸発器および節炭器の中の少なくとも過熱
器と節炭器が配置されることを特徴とする請求項１また
は２記載のボイラ。
【請求項４】前記下流側排ガス流路の前記上流側排ガ
ス流路に最も近い側の分割ガス流路に横置き型の再熱器
を配設したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれ
かに記載のボイラ。
【請求項５】前記下流側排ガス流路の一方の分割流路
には横置き型の再熱器と節炭器が配設され、他方の分割
ガス流路には過熱器、蒸発器および節炭器のうちの少な
くとも過熱器と節炭器が配設され、さらに前記各分割流
路に配設される節炭器は前記分割ガス流路の下流側であ
って、前記排ガスの流量を制御する手段の上流側に、そ
れぞれの分割ガス流路にわたって配設された単一の節炭
器であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか
に記載のボイラ。
【請求項６】前記横置き型の再熱器入口管路に減温器
スプレを設けたことを特徴とする請求項１ないし５のい
ずれかに記載のボイラ。