JPH1122914A - ボイラの最終過熱器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成でしかも蒸気の流路抵抗を上昇さ
せることなく、最終過熱器の蒸気温度及びメタル温度を
平均化させて高い主蒸気温度が得られるようにする。 【解決手段】 入口ヘッダ１７と出口ヘッダ１８との間
に備えられた複数の伝熱管１９が火炉上部内において上
下で複数回曲げられた板型伝熱部２１を構成している最
終過熱器９であって、伝熱管１９のうちの外側ループ管
１９ａ〜１９ｃと内側ループ管１９ｄ〜１９ｈの折り曲
げによって外側ループ管１９ａ〜１９ｃが内側ループ管
１９ｄ〜１９ｈの内側となる上部折曲部２３において、
外側ループ管１９ａ〜１９ｃに途中折曲部２９を形成す
ることにより外側ループ管１９ａ〜１９ｃと内側ループ
管１９ｄ〜１９ｈとの間にショートパス部３０を形成
し、外側ループ管１９ａ〜１９ｃと内側ループ管１９ｄ
〜１９ｈの収熱量を略同等とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ボイラに備えられ
る最終過熱器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ボイラの内部には、伝熱管で構成された
各種の加熱器が設けられている。

【０００３】このようなボイラの一例の概要を図３の縦
断側面図によって説明すると、ボイラは、伝熱管とフィ
ンとによって周囲を囲まれた火炉１と、該火炉１の後側
に上部が連通された後部伝熱部２とを備えていて、火炉
１に設けられているバーナ３で重油を燃焼或いは微粉炭
を燃焼させて、燃焼ガスＧを発生させるようになってい
る。火炉１で発生した燃焼ガスＧは火炉１内部を上昇し
た後、後部伝熱部２に流れて排ガス通路４に導かれるよ
うになっている。

【０００４】後部伝熱部２の内部には、燃焼ガスＧの熱
で水や蒸気を加熱する再熱器５、過熱器６、節炭器７等
の各種の加熱器が設けられている。

【０００５】これらの再熱器５、過熱器６、節炭器７
は、一般にループ状の伝熱管８によって水平部が上下に
多段に形成されるように前後部にて複数回折り曲げられ
た横置き伝熱部の構成を有している。

【０００６】一方、火炉１の上部から後部伝熱部２に燃
焼ガスＧが向う位置には、最終過熱器９が設けられてい
る。

【０００７】前記節炭器７には、給水ポンプ１０からの
水１１が供給されており、節炭器７にて加熱された水
は、火炉１の炉壁を上昇して蒸発し、ドラム１ｂに入
り、天井壁１ａ等を通った後前記過熱器６に導かれて過
熱され、その後最終過熱器９に導かれて過熱されること
により主蒸気１２となって主蒸気管１３により高圧蒸気
タービン１４に導かれて、また該高圧蒸気タービン１４
から出た蒸気は、前記再熱器５に導かれて再度過熱され
た後、中圧或いは低圧の蒸気タービン１５に導かれるよ
うになっている。１６は発電機を示す。

【０００８】前記最終過熱器９は、図３、図４に示すよ
うに、火炉１の天井壁１ａの上部において前側に設けら
れている入口ヘッダ１７と、後側に設けられている出口
ヘッダ１８とを備えており、更に前記入口ヘッダ１７と
出口ヘッダ１８との間には、前後に複数本（図４では８
本）並べられたループ管１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９
ｄ，１９ｅ，１９ｆ，１９ｇ，１９ｈからなる伝熱管１
９が前記天井壁１ａを貫通して設けられており、前記ル
ープ管１９ａ〜１９ｈは、前記天井壁１ａと火炉１の上
部に設けられたノーズ２０との間において、垂直部が前
後に多段に形成されるように上下部において複数回折り
曲げられた吊下式の板型伝熱部２１を、左右方向に所要
の狭い間隔で規則的に多数備えている。

【０００９】図４の板型伝熱部２１を構成しているルー
プ管１９ａ〜１９ｈは、上端が天井壁１ａを貫通して前
記入口ヘッダ１７に接続され下端がノーズ２０近傍まで
鉛直に延びた後上向きに曲げられた第１の下部折曲部２
２と、該第１の下部折曲部２２から天井壁１ａ近傍まで
鉛直に延びた後下向きに曲げられた第１の上部折曲部２
３と、該第１の上部折曲部２３からノーズ２０近傍まで
鉛直に延びた後上向きに曲げられた第２の下部折曲部２
４と、該第２の下部折曲部２４から天井壁１ａ近傍まで
鉛直に延びた後下向きに曲げられた第２の上部折曲部２
５と、該第２の上部折曲部２５からノーズ２０近傍まで
鉛直に延びた後上向きに曲げられた第３の下部折曲部２
６とを備えており、該第３の下部折曲部２６から鉛直上
方に延びた上端が出口ヘッダ１８に接続されている。

【００１０】前記最終過熱器９を構成している板型伝熱
部２１は、前後に並んだループ管１９ａ〜１９ｈが１つ
の面を形成するように複数回曲折されて前後方向に延び
ており、従って正面から見ると板型伝熱部２１はちょう
ど薄い板状を有しており、更に図４に示すように曲折さ
れたループ管１９ａ〜１９ｈによって前記天井壁１ａと
ノーズ２０との間が満たされるようになっている。

【００１１】前記最終過熱器９は、ループ管１９ａ〜１
９ｈが高温腐食によって制限されてしまうメタル温度
を、許容される範囲内で最高温度に保持させることが、
プラント効率を高める上で重要な課題となっている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のボ
イラの最終過熱器９における板型伝熱部２１は、図４に
示したように折り曲げられたループ管１９ａ〜１９ｈが
前記天井壁１ａとノーズ２０との間を均等に満たすよう
に設けられているために、上記図４に示した板型伝熱部
２１を既存のボイラに取付ける改良工事を行う場合に、
以下のような種々の問題を生じていた。

【００１３】図４に示したように、複数本が前後方向に
１列に並んでいるループ管１９ａ〜１９ｈは、入口ヘッ
ダ１７と第１の下部折曲部２２間に位置する最も左側に
位置する鉛直部が最も高温の燃焼ガスＧに接するととも
に、火炉からの放射熱を最も受けることになるために、
この外側ループ管１９ａにおける蒸気温度及びメタル温
度が最も高い状態となり、他のループ管１９ｂ〜１９ｈ
の蒸気温度及びメタル温度は徐々に低くなり、最も後側
（図４では右側）に位置する内側ループ管１９ｈにおけ
る蒸気温度及びメタル温度は最も低い状態となってい
る。

【００１４】また、前記したように入口ヘッダ１７から
前後に１列に配置され、折り曲げられて再び出口ヘッダ
１８に導かれるループ管１９ａ〜１９ｈは、最も外側を
通る外側ループ管１９ａ側の長さが最も長く、他のルー
プ管１９ｂ〜１９ｈは最も内側のループ管１９ｈに向っ
て徐々に短くなっており、従って長さが長い外側ループ
管１９ａ側は収熱量が増えて蒸気温度及びメタル温度が
高くなり、他方、長さが短い内側ループ管１９ｈ側は収
熱量が減少して蒸気温度及びメタル温度は低くなってい
る。

【００１５】上記したように、高温の燃焼ガスＧに接す
る位置に設けられているループ管１９ａ〜１９ｈの前後
の配置位置の違い、及び外側ループ管１９ａ側と内側ル
ープ管１９ｈ側の長さの違いによって、各ループ管１９
ａ〜１９ｈによる蒸気温度及びメタル温度の偏差が非常
に大きくなってしまう。

【００１６】このように各ループ管１９ａ〜１９ｈにお
ける蒸気温度及びメタル温度の偏差が大きくなると、メ
タル温度の許容温度が伝熱管の材料によって制限される
ので、出口ヘッダ１８にて平均化されて取り出される主
蒸気１２の温度が低下されてしまい、このためにプラン
ト効率が低下してしまうという問題を有していた。

【００１７】又、従来、上記した蒸気温度及びメタル温
度の偏差による問題を解決するために、図３、図４に示
すように、入口ヘッダ１７に接続されている伝熱管１９
における蒸気温度が低い側、例えば内側ループ管１９
ｅ，１９ｆ，１９ｇ，１９ｈの夫々にオリフィス２７を
設置し、蒸気温度が低い内側ループ管１９ｅ，１９ｆ，
１９ｇ，１９ｈに流れる蒸気の流量を減少させることに
よって蒸気温度を上昇させ、これにより総てのループ管
１９ａ〜１９ｈにおける蒸気温度及びメタル温度を均一
化させることが考えられている。

【００１８】しかし、上記したように、内側ループ管１
９ｅ，１９ｆ，１９ｇ，１９ｈにオリフィス２７を設置
する方式を採用した場合、オリフィス２７の設置工事が
必要であると共に、オリフィス２７の設置による圧損の
増加によってボイラ内を流動する蒸気の流路抵抗が増加
し、このために図３の給水ポンプ１０の容量を変更する
必要が生じたり、或いは図３に示すようにドラム１ｂの
安全弁２８を取り換える必要が生じるといった問題を有
していた。

【００１９】本発明は、かかる従来装置のもつ問題点を
解決すべくなしたもので、簡単な構成でしかも蒸気の流
路抵抗を上昇させることなく、最終過熱器の蒸気温度及
びメタル温度を平均化させて高い主蒸気温度が得られる
ようにしたボイラの最終過熱器を提供することを目的と
している。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、入口ヘッダと
出口ヘッダとの間に備えられた複数の伝熱管が火炉上部
内において板状を有して上下で複数回曲げられて前後方
向に延びた板型伝熱部を構成している最終過熱器であっ
て、板型伝熱部を形成する伝熱管のうちの外側ループ管
と内側ループ管の折り曲げによって外側ループ管が内側
ループ管の内側となる上部折曲部において、外側ループ
管に途中折曲部を形成することにより外側ループ管と内
側ループ管との間にショートパス部を形成し、外側ルー
プ管と内側ループ管の収熱量を略同等としたことを特徴
とするボイラの最終過熱器、に係るものである。

【００２１】本発明では、板型伝熱部における最外側の
ループ管が最内側に、最内側のループ管が最外側となる
ように反転している上部折曲部において、外側ループ管
を、天井壁と下部折曲部との中間位置で折り曲げること
により途中折曲部を形成して、上部折曲部と途中折曲部
との間にショートパス部を形成し、更に上記途中折曲部
を設けることによって外側ループ管の平均収熱量と、内
側ループ管の平均収熱量が略同等となるようにしている
ので、外側ループ管による夫々の収熱を低減させて、他
の内側ループ管の夫々の収熱と略同等とすることがで
き、これによってメタル温度を平均化することができる
ので、メタル温度を許容温度に近付けた際の主蒸気の温
度を上昇させて、プラント効率を上昇させることができ
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
示例と共に説明する。

【００２３】図１は本発明を実施する形態の一例であっ
て、図中、図４と同一の符号を付した部分は同一物を表
わしている。

【００２４】図１に示すように、入口ヘッダ１７と出口
ヘッダ１８に接続されて火炉１の天井壁１ａとノーズ２
０との間に設けられて板型伝熱部２１を構成している最
終過熱器９のループ管１９ａ〜１９ｈを、３本の外側ル
ープ管１９ａ，１９ｂ，１９ｃと、５本の内側ループ管
１９ｄ，１９ｅ，１９ｆ，１９ｇ，１９ｈとに分ける。

【００２５】上記外側ループ管１９ａ〜１９ｃと、内側
ループ管１９ｄ〜１９ｈとが、第１の下部折曲部２２と
第１の上部折曲部２３によって、最外側のループ管１９
ａが最内側に、最内側のループ管１９ｈが最外側となる
ように反転する第１の上部折曲部２３において、外側ル
ープ管１９ａ〜１９ｃを天井壁１ａとノーズ２０の中間
位置で折り曲げて途中折曲部２９を形成することによ
り、内側ループ管１９ｄ〜１９ｈによる第１の上部折曲
部２３と前記途中折曲部２９との間に、ショートパス部
３０を形成する。

【００２６】又上記した途中折曲部２９を設けることに
よって、外側ループ管１９ａ〜１９ｃの平均収熱量と、
内側ループ管１９ｄ〜１９ｈの平均収熱量が略同等にな
る長さとする。

【００２７】尚、このとき、前記したように入口ヘッダ
１７と第１の下部折曲部２２との間において、外側ルー
プ管１９ａ〜１９ｃが火炉からの放射熱の影響を受ける
ことを考慮すると、外側ループ管１９ａ〜１９ｃの平均
長さが、内側ループ管１９ｄ〜１９ｈの平均長さより短
くなる。

【００２８】以下、上記図１に示した実施の形態例の作
用を説明する。

【００２９】図１に示すように、最外側のループ管１９
ａが最内側に、最内側のループ管１９ｈが最外側となる
ように反転した第１の上部折曲部２３において、外側ル
ープ管１９ａ〜１９ｃを、内側ループ管１９ｄ〜１９ｈ
によって形成される第１の上部折曲部２３とノーズ２０
の中間位置で折り曲げて途中折曲部２９を形成すること
により、第１の上部折曲部２３と途中折曲部２９との間
にショートパス部３０を形成し、且つ上記途中折曲部２
９を設けることによって外側ループ管１９ａ〜１９ｃの
平均収熱量と、内側ループ管１９ｄ〜１９ｈの平均収熱
量が略同等となるようにしているので、外側ループ管１
９ａ〜１９ｃによる夫々の収熱を低減させて、他の内側
ループ管１９ｄ〜１９ｈの夫々の収熱と略同等とするこ
とができ、これによってメタル温度が平均化することに
なるので、メタル温度を上限に近付けた際の主蒸気１２
（図３）の温度を上昇させることができて、プラント効
率を上昇させることができる。

【００３０】また、図４に示した従来のように、内側ル
ープ管１９ｅ，１９ｆ，１９ｇ，１９ｈにオリフィス２
７を設置する方式に比して、オリフィス２７を設置する
工事を不要にすることができ、更にオリフィス２７の設
置による圧損の増加によって図３の給水ポンプ１０の容
量を変更する必要が生じたり、或いは図３に示すような
安全弁２８を取り換える必要が生じるといった問題がな
く、簡単な構成にて容易に実施することができる。

【００３１】図２は本発明の他の形態例を示したもの
で、ループ管１９ａ〜１９ｈを、２本の外側ループ管１
９ａ，１９ｂと、２本の中間ループ管１９ｃ，１９ｄ
と、４本の内側ループ管１９ｅ〜１９ｈとに分けて、外
側ループ管１９ａ，１９ｂを内側ループ管１９ｅ〜１９
ｈによる第１の上部折曲部２３とノーズ２０の中間位置
で折り曲げて途中折曲部２９を形成し、且つ中間ループ
管１９ｃ，１９ｄを、前記第１の上部折曲部２３と途中
折曲部２９との間で折り曲げて中間折曲部３１を形成す
ることによりショートパス部３０ａ，３０ｂを形成する
ようにしている。

【００３２】図２の形態例によれば、途中折曲部２９と
中間折曲部３１を形成することによって、ループ管１９
ａ〜１９ｈの収熱量を更に平均化させてメタル温度を平
均化させ、これによって許容メタル温度範囲内で蒸気温
度を更に上昇させることができる。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、板型伝熱部における最
外側のループ管が最内側に、最内側のループ管が最外側
となるように反転している上部折曲部において、外側ル
ープ管を、天井壁と下部折曲部との中間位置で折り曲げ
ることにより途中折曲部を形成して、上部折曲部と途中
折曲部との間にショートパス部を形成し、更に上記途中
折曲部を設けることによって外側ループ管の平均収熱量
と、内側ループ管の平均収熱量が略同等となるようにし
ているので、外側ループ管による夫々の収熱を低減させ
て、他の内側ループ管の夫々の収熱と略同等とすること
ができ、これによってメタル温度を平均化することがで
きるので、メタル温度を許容温度に近付けた際の主蒸気
の温度を上昇させて、プラント効率を上昇させることが
できるという優れた効果を奏し得る。

【００３４】また、従来のように、内側ループ管にオリ
フィスを設置する方式に比して、オリィフィスを設置す
る工事を不要にすることができ、更にオリフィスの設置
による圧損の増加によって給水ポンプの容量を変更する
必要が生じたり、或いは安全弁を新たなものに取り換え
る必要が生じるといった問題がなく、簡単な構成にて容
易に実施することができる。

【００３５】尚、ループ管１９ａ〜１９ｈを外側ループ
管と内側ループ管に分けたり、更には中間ループ管を設
けるように分ける際における、分ける本数は種々変更で
きること、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内にお
いて種々変更を加え得ること、等は勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する形態の一例を示す側面図であ
る。

【図２】本発明の他の形態例を示す側面図である。

【図３】ボイラの一例を示す縦断側面図である。

【図４】従来の最終過熱器の一例を示す側面図である。

【符号の説明】

１ 火炉 ９ 最終過熱器 １７ 入口ヘッダ １８ 出口ヘッダ １９ 伝熱管 １９ａ〜１９ｃ 外側ループ管 １９ｄ〜１９ｈ 内側ループ管 ２１ 板型伝熱部 ２３ 第１の上部折曲部（上部折曲部） ２９ 途中折曲部 ３０ ショートパス部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入口ヘッダと出口ヘッダとの間に備えら
   れた複数の伝熱管が火炉上部内において板状を有して上
   下で複数回曲げられて前後方向に延びた板型伝熱部を構
   成している最終過熱器であって、板型伝熱部を形成する
   伝熱管のうちの外側ループ管と内側ループ管の折り曲げ
   によって外側ループ管が内側ループ管の内側となる上部
   折曲部において、外側ループ管に途中折曲部を形成する
   ことにより外側ループ管と内側ループ管との間にショー
   トパス部を形成し、外側ループ管と内側ループ管の収熱
   量を略同等としたことを特徴とするボイラの最終過熱
   器。