JPH1194204A - ボイラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 還流ボイラの後部伝熱部の伝熱管群の支持管
の構成を簡素化し、設備費などのコストアップを抑える
こと。 【解決手段】 循環・貫流運転の切替を達成させるため
の汽水分離器２０の後流側に後部伝熱壁４１を配置する
構成とし、後部伝熱壁４１に常に乾き蒸気が流入する構
成とすることで、従来技術のように蒸気含有率の低い流
体による後部伝熱壁４１の管内での高い静水頭に基づく
流動停滞が生じるという問題が無くなり、後部伝熱壁４
１の入口部にオリフィス構造を設ける必要も無く、さら
に管肉厚を大きくする必要が無いので、後部伝熱壁４１
の管内の流動停滞はなく、同一流体経路上に後部伝熱壁
支持管４２を構成することができる。こうして、節炭器
３の出口管寄４は節炭器上部のガス流中に設置すればよ
く、火炉水冷壁への下降管６長さを短縮することができ
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、ボイラに係り、特
に電力事業用に使用されるような、最大連続蒸発量が５
００ｔ／ｈ以上となる中容量または大容量の貫流ボイラ
において、その据付、建設コストを低減させるのに好適
な貫流ボイラに関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の事業用等の大容量の発電プラント
では被加熱流体の循環運転と貫流運転の切り替えを達成
させるための汽水分離器を設けた貫流ボイラが使用され
ているが、特に、高圧タービンで仕事をした蒸気を取り
出して再熱し、再び中圧タービン、低圧タービンに戻し
て仕事を行わせ、タービンプラント全体の熱効率を向上
させる、いわゆる再熱ボイラが使用されている。

【０００３】再熱ボイラでは、火炉で燃料を燃焼させて
生じた燃焼ガスを火炉後流側に設けた後部伝熱部のガス
流路で２分割して分流し、その一方のガス流路に再熱器
を設置し、他方のガス流路には過熱器などの伝熱管群を
配置し、前記両ガス流路の後流に設置したガス分配ダン
パにより各ガス流路を流れる燃焼ガス流量の配分を変化
させることで、再熱器の熱吸収量を調整し、ボイラ出口
の再熱蒸気温度を制御させることが一般に行われる。

【０００４】この場合、後部伝熱部に再熱器の他にも、
過熱器、蒸発器、節炭器等々多数の伝熱管群を配置する
こととなり、その据付、建設時には多くの工数、費用が
必要となる。

【０００５】後部伝熱部へ配置する伝熱管群の据付、建
設コストを低減させる工法として後部伝熱部の伝熱管群
を一括したブロック構造として、当該ブロック構造の荷
重を支持する支持管を設け、該支持管を利用して、この
ブロック構造を吊り上げる、いわゆる大型ブロック工法
が有効であり、従来、ガス流れの最後流側に位置する節
炭器の一部を前記支持管として使用する構成が採用され
ていた。

【０００６】図２に従来技術による再熱ボイラの構成図
を示す。主給水管１から供給される水は節炭器入口管寄
２から節炭器３、後部伝熱管支持管５、節炭器出口管寄
４及び水冷壁下降管６を流れて、火炉壁入口管寄１０か
ら火炉壁１１を上昇し、火炉上部壁出口管寄１６を通過
し、火炉上部の火炉出口管寄１８に集合し、その後、天
井壁入口管寄３０から天井壁３１に流入し、この過程で
水は加熱されて蒸気を含む流体となる。天井壁３１から
天井壁出口管寄３２に集合した流体は、後部伝熱壁下降
管３３を介して後部伝熱壁入口管寄４０に集まり、つい
で後部伝熱壁４１を上昇しながら熱吸収をすることによ
り、流体温度は上昇する。加熱された流体は後部伝熱壁
４１から後部伝熱壁出口管寄４３を経て、後部伝熱壁後
壁出口管寄４４から汽水分離器２０に流入する。

【０００７】主給水管１から供給される水は前記各種伝
熱管を通過中にボイラ燃焼ガスにより加熱されて汽水混
合状態の流体となり、汽水分離器２０において、飽和蒸
気と飽和水とに分離される。汽水分離器２０で分離され
た飽和蒸気は、一次過熱器下降管４５を経由して一次過
熱器入口管寄５０から一次過熱器５１へ流入し、次いで
一次過熱器出口管寄５２に送られ、図示しない高圧蒸気
タービンの駆動に利用される。また、汽水分離器２０で
分離された飽和水はドレンタンク２１を介してボイラ循
環ポンプ２２により再び主給水管１に循環供給される。

【０００８】また図示しない高圧蒸気タービンで仕事を
した蒸気は低温再熱蒸気管７０から再熱器入口管寄７１
を経て後部伝熱部に配置された再熱器７２に導かれ、所
定の温度の再熱蒸気温度に過熱された後、再熱器出口管
寄７３から図示しない中圧蒸気タービンに送られる。な
お、バーナ８０が火炉下方の壁面に設けられている。

【０００９】このように、流体の循環運転領域内にある
後部伝熱壁４１は、その中を流れる流体が汽水混合状態
にある、いわゆる水冷壁構成の後部伝熱壁４１であるた
め、後部伝熱壁４１の入口管寄４０において、飽和蒸気
と飽和水とに分離する汽水分離現象が生じて、後部伝熱
壁４１での流体の流動停滞が発生するおそれがあった。

【００１０】すなわち、前記汽水分離現象が生じること
により、後部伝熱壁入口管寄４０に接続された後部伝熱
壁４１を構成する各伝熱管において、飽和蒸気と飽和水
との偏流により伝熱管毎に流入する流体にアンバランス
が生じる。例えば、飽和水が主として流入した伝熱管で
は流体の持つ静水頭が大きく、伝熱管内の流体を流動さ
せるためには、その伝熱管の入口と出口との差圧を大き
く採る必要があることから、このような飽和水が流入し
た伝熱管では流動停滞が生じやすくなる。

【００１１】貫流ボイラにおいて、流体流路内で流体の
流動停滞が生じた場合、流動停滞が生じた流体流路で流
体温度および伝熱管のメタル温度がオーバーヒートする
可能性があり、このような流体の流動停滞が発生しない
ようにすることが必要である。

【００１２】したがって、後部伝熱壁４１における流体
の流動停滞の発生を防止するために、入口管寄４０に接
続された後部伝熱壁４１を構成する伝熱管の入口部にオ
リフィス構造を採用し、絞り抵抗を与え、さらに必要に
応じて管肉厚を増加させて管内の摩耗抵抗を増加させ、
管全体の流体の流動抵抗を増加させることが実施されて
いる。

【００１３】この場合に、後部伝熱壁下降管３３に続く
流体系路上に後部伝熱壁４１とは別に流体の一部を流す
後部伝熱壁４１の支持管を設置することは後部伝熱壁４
１の管内の流体流量の減少を引き起こし、流体流量の減
少した後部伝熱壁４１では、後部伝熱壁４１を構成する
伝熱管内の流動抵抗が減少するために、上述の流動停滞
防止が困難となるため採用できなかった。

【００１４】したがって、再熱器７２、一次過熱器５１
及び節炭器３など、多数の伝熱管群を配置した後部伝熱
部の伝熱管群を一括したブロック構造として、このプロ
ック構造を吊り上げる、いわゆる大型ブロック工法を実
施するには、プロック構造を吊るための複数の支持管５
として、後部伝熱部の２つの流路に分割設置した節炭器
３、３の出口管に相当する給水管を用いる必要があっ
た。

【００１５】この従来技術では節炭器出口管寄４を後部
伝熱部の２つに分割されたガス流路の上部にそれぞれ複
数設置することとなり、水冷壁下降管６への接続を含
め、設備費の増加を招くことになる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、後
部伝熱部の２つに分割されたそれぞれのガス流路に各々
節炭器３、３を設置し、節炭器３、３と節炭器出口管寄
４との接続部となる支持管５を後部伝熱管群（節炭器
３、３、一次過熱器５１、再熱器７２）のブロック構造
体の支持用に多数設けた構成とするため、節炭器出口管
寄４を両ガス流路上部の非加熱部に設置する必要があ
り、節炭器出口管寄４の員数が増加し、また節炭器出口
管寄４から火炉水冷壁６の入口管寄１０までの火炉水冷
壁下降管６の員数、長さが増加するというコストアップ
側の問題があった。

【００１７】本発明の課題は、この後部伝熱部の伝熱管
群の支持管の構成を簡素化し、設備費などのコストアッ
プを抑えることにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、ボイラの循環
運転と貫流運転の切替を達成させるための汽水分離器を
後部伝熱壁の前流側の流体流路に設置し、後部伝熱壁内
の流体を常に乾き状態とした、いわゆる蒸冷壁構成とし
た上で後部伝熱壁内に流れる流体と同一の乾き状態の蒸
気が流れる配管により後部伝熱管群（節炭器、一次過熱
器、蒸発器、再熱器など）の支持管として構成するもの
である。

【００１９】すなわち、本発明は火炉で燃料を燃焼させ
て生じた燃焼ガスを用いて火炉壁及び火炉天井部に配置
された天井壁と伝熱管群並びに火炉後流側のガス流路に
ある後部伝熱壁と後部伝熱管群を含む流体流路内を流れ
る内部流体から蒸気を発生させるボイラにおいて、前記
流体流路を流れる内部流体の循環運転と貫流運転の切替
を達成させるための汽水分離器を後部伝熱壁の前流側の
前記流体流路に配置し、後部伝熱壁入口管寄から分岐
し、後部伝熱壁出口管寄に合流する流体配管群により後
部伝熱管群の荷重を支持する支持管群を構成するボイラ
である。

【００２０】

【作用】管内を被加熱流体が流れる流体流路において、
汽水分離器が後部伝熱壁の後流側に位置する水冷式後部
伝熱壁構成の場合には、ボイラの部分負荷、亜臨界圧運
転領域で後部伝熱壁入口管寄内の流体が汽水混合状態に
あるため、この入口管寄内での汽水分離現象により、後
部伝熱壁を構成する管内において、流体の流動停滞が生
じる。その原因は、後部伝熱壁入口管寄内での汽水分離
により蒸気含有率の低い流体と高い流体とが後部伝熱壁
内に流入した場合、後部伝熱壁での流体の静水頭の大小
のアンバランスが大きくなり、静水頭が大きくなる流体
の場合、流動停滞が生じるためである。このため、後部
伝熱壁の入口部にオリフィス構造を採用し、絞り抵抗を
与えたり、さらに必要に応じては管肉厚を増加させて管
内の摩耗抵抗を増加させ、管の出入口の圧力差を増加さ
せ、汽水分離が生じた場合にも管内の流動停滞が生じな
いようにしていた。

【００２１】前述のように、この場合には後部伝熱壁の
前流側の流体流路で分流して、その分流した一方の流体
を後部伝熱壁の伝熱管に流入させ、もう一方の分流した
流体を流す流路を後部伝熱管の支持管として使用するこ
とは後部伝熱壁管内の流体流量を減少させることにな
り、上記流動停滞防止が困難となる。

【００２２】しかし、本発明では管内に被加熱流体が流
れる流体流路において、後部伝熱壁を汽水分離器の後流
側に配置する構成とし、後部伝熱壁に常に乾き蒸気が流
入する構成とすることで、従来技術のように蒸気含有率
の低い流体による後部伝熱壁の管内での高い静水頭に基
づく流動停滞が生じるという問題が無くなる。そのため
本発明では後部伝熱壁の入口部にオリフィス構造を設け
ることも無く、さらに管肉厚を大きくする必要も無い。

【００２３】こうすることで、節炭器の出口管寄は節炭
器上部のガス流中に設置すればよく、火炉水冷壁への下
降管長さを短縮することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の実施例になるボイラの構
成図を図１に示す。

【００２５】ボイラへの給水は、まず主給水管１からガ
ス流路内に配置された節炭器入口管寄２を経由して節炭
器３へ供給される。節炭器３では供給された給水が節炭
器３内を通る間にガス流から熱吸収を行った後、節炭器
出口管寄４から水冷壁下降管６に供給される。水冷壁下
降管６を経た給水は水冷壁入口管寄１０に分配され、火
炉を螺旋状に囲む、いわゆるスパイラル状に設置された
火炉下部周壁管１１により火炉内での熱吸収を行いなが
ら高温水となって上昇する。

【００２６】この高温水は火炉下部周壁出口管寄１２か
ら火炉中間混合管寄１３に流入し、ここで温度の均一化
がなされた後、火炉上部周壁入口管寄１４から火炉の上
部に設けられた火炉上部壁１５を上昇する間に熱吸収を
行い、さらに火炉上部壁出口管寄１６とノーズ壁出口管
寄１７に流入した後、いずれの場合も火炉出口混合管寄
１８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。

【００２７】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相流が流入し
て、ここで蒸気と水に分離される。このうち分離した水
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、主給水管１に循環される。

【００２８】また、汽水分離器２０で分離された蒸気
は、天井壁入口管寄３０に供給される。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３０に供給される。

【００２９】次に、前記天井壁入口管寄３０に供給され
た蒸気は火炉の上部から火炉後流側のガス流路にある後
部伝熱部上部にわたって設けられた天井壁３１を構成す
る天井壁管を経て、天井壁出口管寄３２に至る間に熱吸
収により加熱されて、いずれの運転領域においても完全
に乾いた過熱蒸気になる。

【００３０】前記天井壁出口管寄３２に集まった過熱蒸
気は伝熱部伝熱壁下降管３３から後部伝熱壁入口管寄４
０に流入する。後部伝熱壁入口管寄４０に流入した過熱
蒸気の一部は後部伝熱壁４１を構成する管内に流入し、
その他の過熱蒸気は後部伝熱管群（再熱器７２、一次過
熱器５１および節炭器３）の荷重を支持する後部伝熱管
支持管４２に流入し、再び後部伝熱壁出口管寄４３に集
まる。

【００３１】これらの蒸気は一旦全て後部伝熱壁後壁出
口管寄４４に集まり、一次過熱器下降管４５を介して一
次過熱器入口管寄５０に流入した後、一次過熱器５１に
流入し、この後、過熱されて一次過熱器出口管寄５２か
ら二次過熱器連絡管５３を経て二次過熱器入口管寄５４
から火炉天井部に設けられた二次過熱器５５に流入す
る。また二次過熱器５５で過熱された蒸気は二次過熱器
出口管寄５６と三次過熱器連絡管５７及び三次過熱器入
口管寄５８を経て三次過熱器５９に流入し、所定の蒸気
温度に過熱された後、三次過熱器出口管寄６０、主蒸気
管６１を介して図示しない高圧蒸気タービンに送られ
る。

【００３２】高圧蒸気タービンで仕事をした蒸気は低温
再熱蒸気管７０から再熱器入口管寄７１を経て後部伝熱
部に配置された再熱器７２に導かれ、所定の温度の再熱
蒸気温度に過熱された後、再熱器出口管寄７３から高温
再熱蒸気管７４を介して図示しない中圧蒸気タービンに
送られる。なお、バーナ８０が火炉下方の壁面に設けら
れている。

【００３３】このような、本発明の実施の形態において
は、後部伝熱壁４１および後部伝熱管支持管４２を構成
する管に流入する流体が常に乾き蒸気の状態にあるた
め、汽水混合の二相流流域にある場合に考慮する必要が
ある入口管寄内での汽水分離現象による後部伝熱壁管内
での流動停滞が発生しなく、後部伝熱壁を同一流体経路
の流体により後部伝熱管支持管を構成することが可能と
なる。

【００３４】

【発明の効果】こうして、従来技術では必要であった複
数の節炭器出口管寄の設置が必要で無くなり、かつ水冷
壁下降管の長さを短縮できるだけでなく、後部伝熱管群
（再熱器、一次過熱器、蒸発器および節炭器など）の大
型ブロック構造化による据え付けに適した支持管による
荷重支持が可能になり、前記大型ブロック構造の据付、
建設コストが従来より低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態のボイラ構造を説明する
ための側面図である。

【図２】 従来技術のボイラ構造を説明するための側面
図である。

【符号の説明】

１ 主給水管 ２ 節炭器入
口管寄 ３ 節炭器 ４ 節炭器出
口管寄 ５ 後部伝熱管支持管 ６ 水冷壁下
降管 １０ 火炉壁入口管寄 １１ 火炉下
部周壁管 １２ 火炉下部周壁出口管寄 １３ 火炉中
間混合管寄 １４ 火炉上部周壁入口管寄 １５ 火炉上
部壁 １６ 火炉上部壁出口管寄 １７ ノーズ
壁出口管寄 １８ 火炉出口管寄 ２０ 汽水分
離器 ２１ ドレンタンク ２２ ボイラ
循環ポンプ ３１ 天井壁 ３２ 天井壁
出口管寄 ３３ 後部伝熱壁下降管 ４０ 後部伝
熱壁入口管寄 ４１ 後部伝熱壁 ４２ 後部伝
熱管支持管 ４３ 後部伝熱壁出口管寄 ４４ 後部伝
熱壁後壁出口管寄 ４５ 一次過熱器下降管 ５０ 一次過
熱器入口管寄 ５１ 一次過熱器 ５２ 一次過
熱器出口管寄 ５３ 二次過熱器連絡管 ５４ 二次過
熱器入口管寄 ５５ 二次過熱器 ５６ 二次過
熱器出口管寄 ５７ 三次過熱器連絡管 ５８ 三次過
熱器入口管寄 ５９ 三次過熱器 ６０ 三次過
熱器出口管寄 ６１ 主蒸気管 ７０ 低温再
熱蒸気管 ７１ 再熱器入口管寄 ７２ 再熱器 ７３ 再熱器出口管寄 ８０ バーナ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 火炉で燃料を燃焼させて生じた燃焼ガス
   を用いて火炉壁及び火炉天井部に配置された天井壁と伝
   熱管群と火炉後流側のガス流路にある後部伝熱壁と後部
   伝熱管群を含む流体流路内を流れる内部流体から蒸気を
   発生させるボイラにおいて、 前記流体流路を流れる内部流体の循環運転と貫流運転の
   切替を達成させるための汽水分離器を後部伝熱壁の前流
   側の前記流体流路に配置し、後部伝熱壁入口管寄から分
   岐し、後部伝熱壁出口管寄に合流する流体配管群により
   後部伝熱管群の荷重を支持する支持管群を構成すること
   を特徴とするボイラ。
2. 【請求項２】 後部伝熱管群の荷重を支持する支持管群
   の各々の支持管は、鉛直方向に配置され、各々の支持管
   に対応する後部伝熱壁入口管寄と出口管寄を接続してい
   ることを特徴とする請求項１記載のボイラ。