JPS5825922B2 - 強制循環流体加熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は総体的に強制流動流体加熱装置の構造に関し
、特に炉壁支持体として特別に利用される流体加熱回路
の構造およびその配置の改良に関する。

この発明は米国特許第３，６６５，８９３号および同第
３，８３４，３５８号明細書に記載される型式の、強制
循環貫流蒸気発生装置の構造の改良を目的としており、
ここで炉の直立境界壁は上部分および下部分に分割され
ており、前記壁部分の各々に少なくとも一つの別の連続
上向き流れの流体加熱通路が包含され、この別の流体加
熱通路のチューブ部分は共通平面を形成しており、前記
チューブは織合わされ、かつ同一空間に延びておりさら
に前記共通平面の上方および下方で、壁の平面の外方へ
屈曲して適当に配置されたヘッダーに連結されている。

これは流体が一つの加熱通路から他の加熱通路へ流れる
時、エンタルピーの均等化を可能とする。

ここに記述した壁を形成することは、比較的短かいチュ
ーブ長のものを個々に屈曲し、かつこれらチューブ長の
ものを流体加熱通路の織合わされたチューブ部分により
形成される共通平面の上方部と下方部に手溶接しなけれ
ばならないことから、相当の費用と時間がかかることと
なる。

この発明は強制循環流体加熱装置に関し、その炉室は上
部分および下部分を形成する直立壁により画定され、こ
れには下部壁部分から流体を受入れ混合した流体を上部
壁部分へ排出する混合ヘッダーを包含する。

この発明において、上部および下部炉壁部分は、横方向
に間隔をもって位置しかつそのほとんど全長にわたって
剛性に一体化されて上方へ延びるパネルで形成されてい
る。

上部および下部壁部分のいくつかのチューブは、それぞ
れ第１および第２レベルにおいて壁の面の外方へ屈曲し
混合ヘッダーと連結され、かつ第１および第２レベルの
間で壁の面内において相互に織合わされている。

上部および下部壁部分の残りのチューブパネルは、それ
ぞれほぼ第２および第ルベルにおいて壁の平面の外方へ
屈曲され、混合へラダーへ連結される。

上部および下部炉壁部分の織合わされたパネル部分は剛
性に一体化され、下部壁部分の負荷を上部壁部分へ伝達
するようになっている。

この発明により、各パネル構成のチューブはそれぞれの
間に設けられたウェブと機械溶接され剛性に一体化され
、壁面の外方へは集合的に屈曲されかつ各チューブは同
一面内で平行に位置する構造の工場組立されたパネルを
提供するとにより、実質的に時間と価格を節約すること
を可能としたものである。

この発明を図面により中央発電所で使用するようにされ
た、頂部支持型の強制貫流蒸気発生装置における一実施
例により説明する。

第１図に示すようにこの装置の主要部は直立炉室１０を
包含し、この炉室は直立壁たる前壁１１．後壁１３、側
壁１４、屋根（ルーフ）１６およびホッパー１７で画定
され実質的に四角形の水平断面を有する。

炉室１０の頂端部にはガス出口１８が形成され、この出
口は床２１と屋根１６の延長部と側壁１４及び２０によ
り画定されて水平に延びる四角形垂直断面のガス通路１
９に開口する。

ガス通路１９はその後端部で四角形水平断面の直立ガス
通路２２に連通し、前記通路２２は前壁２３、後壁２４
、側壁２６、およびガス通路１９の屋根の延長部により
画定される。

燃料点火部は垂直方向に隔置され列をなすバーナ２７か
らなり、これは炉室１０の下部で対向壁１１と１３に配
置される。

ガス通路１９は二次過熱器２８と再熱器２９を収容し、
これはガス流に関して直列に配置され、ガス通路２２は
一次過熱器３３とエコノマイザ−３４を収容し、これは
ガス流に関して直列に配置される。

蒸気発生装置の正常作動において、燃焼空気および燃料
はバーナ２７へ供給され、燃料は炉室１０の下部におい
て燃焼される。

燃焼ガスは炉室１０を通り炉の出口へ向けて上方へ流れ
、それからガス通路１９の二次過熱器２８と再熱器２９
の間を通り、ガス通路２２の一次過熱器３３とエコノマ
イザ−３４の間を通り、図示しない煙突へ排出される前
に図示しない空気予熱器へ送られる。

通常実施されているように、それぞれの過熱部及び再加
熱部は対応するガス通路の全幅を横断して延び、マルチ
ループチューブを通る直列蒸気流を形成している。

蒸気発生装置本体は氷壁と伝熱面を支持するバンガー９
５（そのいくつかは図示）が取付される梁９０と直立部
材８５を含む構造部材により上部支持（トップサポート
）される。

高圧の給水は図示しない一つまたはそれ以上のポンプに
よりエコノマイザの人口ヘッダ−２５に供給され、エコ
ノマイザ３４のチューブを介して出口ヘッダ−３０へ流
れ、そこから−以上の下降管３５により、炉室１０の境
界壁流体加熱回路へ移送される。

通路１９と２２の直立境界壁は気密構造を有し、人口ヘ
ッダ７２および出口ヘッダ−７３の間に延びるチューブ
７１をもつ前壁２３を含む。

後壁２４は人口ヘッダ−７６および出口ヘッダ−７７の
間に延びるチューブ７４を有する。

側壁２６は人口および出ロヘソダー７９および８１の間
に延びるチューブ７８を有し、側壁２０は入口および出
ロヘソダー８３および８４の間に延びるチューブ８２を
有する。

床２１は一列のチューブ８６でライニングされ、その人
口端はヘッダー５７に連結され、出口端はヘッダー７３
に連結され、後者は一列のスクリーンチューブ８９を介
してヘッダー８８へ連結される。

ヘッダー７２，７６．７９および８３はルーフヘッダー
５０から導管６９を通して平行に流体を供給するように
連結され、ヘッダー７７．８１゜８４および８８は収集
ヘッダー９１へ排出するように連結され、そこから流体
は導管９２を介して一次過熱器３３へ通じる。

過熱された蒸気は一次過熱器３３から二次過熱器２８へ
送られ、そこで図示しない高圧タービンへ送られる前に
さらに過熱される。

高圧タービンから排出される部分的に膨張した蒸気は再
熱器へ送られ、そこから図示しない低圧タービンへ送ら
れ、そこで最終膨張が起こる。

炉１０の各直立境界壁は上方へ延びる平行チューブによ
り形成され、このチューブは３つの上向き流体加熱通路
を形成するように配置され、相互チューブ間隔は気密構
造を与えるため隣接チューブに溶接された金属ウェブに
より閉鎖される。

最初の２つの流体加熱通路は第１グループのチューブか
らなり、各炉壁の下部を形成しており、また第３流体加
熱通路は第２グループのチューブからなり、各炉壁の上
部を形成する。

特別のヘッダー装置が、熱吸収媒体をその一つの通路か
ら他の通路への中間で混合するために設けられ、各流体
加熱通路からの混合装置は特に、炉壁の幅を横切る壁チ
ューブの温度差を最小に維持することを目的としている
。

炉の清潔さおよびマルチプルパラレルフローの流体通路
を通る流速に差があるときは、チューブ内およびそれら
の間の金属ウェブに高応力をもたらすのに十分な温度差
を生せしめることは充分ありうる。

流体加熱通路内での全体的な吸収を限定することにより
、平行な流体通路からなるチューブ内の熱的非平衡度も
限定される。

したがって、炉の周壁は炉の高さの特定のレベルにおけ
る温度が、そのレベルにおけるすべての炉壁チューブの
計算された平均流体温度から５５．６℃（１０００Ｆ）
以上相違しないように、したがって、隣接チューブの間
の計算された最大温度差が、流体の流動非平衡の影響を
最小にするため予じめ決められた臨界限定値より小さく
なるように、そして各流体加熱通路のチューブが十分な
循環速度を与えるのに十分な流動面積を有するように設
計される。

さらに、炉の境界壁のすべての加熱されたチューブは上
向き流となるように配置されており、それはこのように
配置されたチューブを有する加熱通路内の流動安定性が
、流動回路が下向き流および上向き流チューブを加熱す
る条件において著しく改善されるからである。

言いかえると同一平均の熱吸収と擾乱熱吸収条件に対す
る流動不平衡は、熱吸収領域内における上向き流および
下向き流量路についてのものより、すべての上向き流チ
ューブについてのものの方がかなり厳しくないものにな
っている。

前壁１１は第１上向き流チューブ３７Ａ、３ｉ’、第２
上向き流チューブ３７Ｂ。

３７Ｂ′、および第３上向き流チューブ３７Ｃ２３７Ｃ
′、を包含する。

後壁１３は第１上向き流チューブ３８Ａ、３８Ａ／、第
２上向き流チューブ３８Ｂ、３８Ｂ’、および第３上向
き流チューブ３８Ｃ２３８Ｃ′、を包含する。

後者のチューブの幾つかはガス通路１９の前方にスクリ
ーン４２を形成し、残りのチューブは火炉ノーズアーチ
４１を形成する。

各側壁１４は第１上向き流チューブ３９Ａ、３９Ａ’、
第２上向き流チューブ３９Ｂ。

３９Ｂ′、第３上向き流チューブ３９Ｃ，３９Ｃ’。

を包含する。

第１上向き流チューブ３７Ａ、３７Ａ’、３８Ａ。

３８Ａ’、および３９Ａ、３９Ａ’は、対応する壁部に
関連する人口ヘッダ−４４に、その下端部を連結される
。

チューブ３７Ａ、３８Ａおよび３９Ａはその上端部を出
口ヘッダ−４５に連結され、チューブ３７Ａ’、３８Ａ
’および３９Ａ′はその上端部を、ヘッダー４５の上方
に配置された出ロヘソダー４５Ａへ連結される。

第２上向き流チューブ３７Ｂ、３７Ｂ’、３８Ｂ。

３８Ｂ′および３９Ｂ、３９Ｂ’はその下端部を対応す
る壁部に関連する人口ヘッダ−５２へ連結される。

チューブ３７Ｂ、３８Ｂおよび３９Ｂはその上端部を出
口ヘッダ−５３へ連結され、チューブ３７Ｂ’、３８Ｂ
’および３９Ｂ′はその上端部を、ヘッダー５３の上方
に配置された出口ヘッダ−５３Ａへ連結される。

第３上向き流チューブ３７Ｃ，３８Ｃおよび３９Ｃはそ
の下端部を人口ヘッダ−５７へ連結され、第３上向き流
チューブ３７Ｃ’、３８Ｃ’および３９Ｃ′はその下端
部を、ヘッダー５７の上方に配置された人口ヘッダ−５
７Ａへ連結される。

チューブ３７Ｃと３７Ｃ′はその上端部を炉のルーフ（
屋根）の供給ヘッダー５８へ連結される。

幾つかのチューブ３８Ｃと３８Ｃ′はその上端部をチュ
ーブスクリーン人口ヘッダ−７３へ連結され、残りのチ
ューブ３８Ｃと３８Ｃ′はその上端部をチューブスクリ
ーン出口ヘッダ−８８へ連結される。

チューブ３９Ｃと３９Ｃ′はその上端を出口ヘッダ−６
３へ連結される。

導管３５にエコノマイザ−３４から流体を人口ヘッダ−
４４へ供給し、そこから第１上向き流チューブ３７Ａ、
３７Ａ’、３８Ａ、３８Ａ’および３９Ａ、３９Ａ’を
通して送られ、第１流出口ヘッダ−４５および４５Ａに
収集され、それから導管５１および５１Ａを介して対応
する壁部に関連する第２流入口ヘッダ−５２へ送られる
。

ヘッダー５２からの流体は第２上向き流チューブ３７Ｂ
。

３７Ｂ’、３８Ｂ、３８Ｂ’、および３９Ｂ、３９Ｂ’
を通して送られ、第２流出口ヘッダ−５３および５３Ａ
に収集され、それから導管４８および４８Ａを介して第
３流入口ヘッダ−５７および５７Ａへ送られる。

導管４８および４８Ａを流動する流体は図示しない一つ
またはそれ以上のより大きいヘッダーへ流れてゆき、対
応する第３流入ロヘツダー５７および５７Ａへ導入され
る前にさらに混合が行なわれる。

後壁１３に関連するヘッダー５７および５７Ａからの流
体は、それぞれ第３上向き流チューブ３８Ｃおよび３８
Ｃ′を通して送られ、チューブスクリーン・ヘッダー７
３および８８に収集される。

前壁１１に関連するヘッダー５７および５７Ａからの流
体は、それぞれ第３上向き流チューブ３７Ｃおよび３７
Ｃ′を通して送られ、ルーフ・サプライヘッダー５８に
収集される。

側壁１４に関連するヘッダー５７および５７Ａからの流
体は、それぞれ第３上向き流チューブ３９Ｃおよび３９
Ｃ′を通して送られ、出口ヘッダー６３に収集される。

これまでの説明から明らかなように、チューブ３７Ａ、
３７Ａ’、３８Ａ、３８Ａ’および３９Ａ。

３９Ａ′は第１流体加熱通路を構成し、チューブ３７Ｂ
、３７Ｂ’、３８Ｂ、３８Ｂ’および３９Ｂ。

３９Ｂ′は第２流体加熱通路を構成し、チューブ３７Ｃ
，３７Ｃ’、３８Ｃ，３８Ｃ’および３９Ｃ２３９Ｃ′
は第３流体加熱通路を構成する。

第１流体加熱通路のチューブは第２流体加熱通路のチュ
ーブ相互間の空間に配置され、その相互チューブ空間は
実質的に全平行長さに沿ってチューブに溶接一体化され
た金属ウェブにより閉鎖され、したがって各ウェブは第
１加熱通路の一つのチューブに溶接され、かつ第２加熱
通路の一つのチューブに溶接される。

第３流体加熱通路のチューブはスクリーン部を除いて、
その相互チューブ空間をチューブに溶接一体化された金
属ウェブにより閉鎖される。

第１および第２流体加熱通路のチューブはその各壁部内
のほとんど全長にわたって同一平面内にあり、さらに後
壁の部分を除いて対応する壁部の関連する第３流体加熱
通路のチューブと同一平面内にある。

流体の収集、混合および分配装置および関連するチュー
ブが、すべての炉壁に対して実質的に同一であるから、
前壁１１に対応する装置を説明すれば十分であろう。

第２，３図に前壁１１の概略断面図を示し、これはパネ
ル１３ＴＡＢを包含し、この第１および第２通路チュー
ブ３７Ａおよび３７Ｂはその上端部をほぼ第１水平面１
０１Ａにおいて壁部の平面から外方へ屈曲され、下方へ
延びて、それぞれ何個の対応する第１および第２通路出
ロヘツダー４５および５３へ連結されており、また前壁
１１はパネル１３７Ａ’Ｂ’を包含しており、その第１
および第２通路チューブ３７Ａ′および３７Ｂ’はその
上端部を第２水平面１０２において壁部の平面から外方
へ屈曲され、下方へ延びて、それぞれ個々の対応する第
１および第２通路出ロヘッダー４５Ａおよび５３Ａへ連
結される。

第１通路出ロヘッダー４５および４５Ａに収集された流
体は、導管５１および５１Ａを介して第２通路人口ヘッ
ダ−５２へ送られる。

第３流入ロヘツダー５７に収集された流体は、導管４８
を介して対応する第３通路人口ヘッダ−５７へ送られ、
パネル１３７Ｃへ分配され、この第３通路チューブ３７
Ｃはその下端部分が個々の対応する人口ヘッダー５７か
ら水平内方へ延び、上方へ屈曲して第１水平面ｑ０１に
おいて前壁１１に入り、そこから壁部の平面内を上方へ
延びる。

第２通路出ロヘッダー５３Ａに収集された流体は導管４
８Ａを介して、対応する第３通路人口ヘッダ−５７Ａへ
送られ、パネル１３７Ｃ’へ分配され、その第３通路チ
ューブ３７Ｃ′はその下端部分が個々の対応する人口ヘ
ッダ−５７Ａから水平内方へ延び、上方へ屈曲し、はぼ
第２水平面１０２Ａにおいて前壁１１に入り、そこから
壁部の平面内を上方へ延びる。

金属ウェブ５５が相互チューブ空間を閉鎖し、通常は隣
接するチューブに密封溶接きれる。

流体の収集、混合および分配装置の別の実施例を第４，
５図に示すと、上方に延びる平行なチューブにより形成
される炉の各直立境界壁が、２つの上向き流体加熱通路
を与えるように配置される。

第１流体加熱通路は第１グループのチューブからなり、
各炉壁の下部を形成しており、第２流体加熱Ａ路は第２
グループのチューブからなり、各炉壁の上部を形成して
いる。

流体収集、混合および分配装置、および関連するチュー
ブの構造および構成はすべての壁部において同一である
から、前壁１１に対応する装置を説明すれば十分であろ
う。

第４，５図に前壁１１の概略断面を示し、これはパネル
１４０Ａを包含し、その第１通路チューブ４０Ａはその
上端部分がほぼ第１水平面１０１Ａにおいて壁部の平面
から外方へ屈曲し、下方へ延びて、個々の対応する第１
通路出ロヘッダー４２へ連結され、また前壁１１はパネ
ル１４０Ａ’を包含し、その第１通路チューブ４０Ａ′
はその上端部分が第２水平面１０２において壁部の平面
から外方へ屈曲し、下方へ延び、個々の対応する第１通
路出ロヘッダー４２Ａに連結される。

第１通路出ロヘッダー４２に収集された流体は、導管３
６を介して対応する第２通路人口ヘッダ−４３へ送られ
、パネル１４０Ｂへ分配されるようになっており、その
第２通路チューブ４０Ｂはその下端部分が個々の対応す
る人口ヘッダ−４３から水平に内方へ延び、上方へ屈曲
し、第１水平面１０１において前壁１１に入り、そこか
ら壁部の平面内を上方へ延びる。

第１通路出ロヘッダー４２Ａに収集された流体は、導管
３６Ａを介して対応する第２通路人口ヘッダ−４３Ａへ
送られ、パネル１４０Ｂ’へ分配されるようになってお
り、その第２通路チューブ４０Ｂ′はその下端部が個々
の対応する人口ヘッダ−４３人から水平に内方へ延び、
はぼ第２水平面１０２Ａにおいて前壁１１に入り、そこ
から壁部の平面内を上方へ延びる。

金属ウェブ５５は相互チューブ空間を閉鎖し、通常は隣
接チューブに密封溶接される。

別の実施例は第２通路チューブ４０Ｂおよび４０Ｂ′を
有し、これは第１通路４０Ａおよび４０Ａ′に比較して
大きい直径と幅広の相互チューブ空間を有するが、他の
組合わせの寸法および空間がこの発明において利用され
る。

第６，７，８図に水平面１０２および１０２Ａの間に形
成された股部に設けられた密封装置の、それぞれの断面
の側面図、平面図および前面図を示す。

ここに示す密封装置は水平面１０１および１０１Ａにお
けるチューブ屈曲部により形成された股部、および別の
実施例において同じ水平面に形成された股部に同様に適
用できることが解るであろう。

したがって、そのチューブ３７Ｃが前壁１１の平面内を
上方へ延びるパネル１３７Ｃと、そのチューブ３７Ａ′
および３７Ｂ′の上端部分が第２水平面１０２において
壁部の平面から外方へ屈曲しているパネル１３ＴＡＢ’
と、そのチューブ３７Ｃ′の下端部分かほぼ第２水平面
１０２Ａにおいて壁部の平面から外方へ屈曲しているパ
ネル１３７Ｃ’を示す。

水平面１０２および１０２Ａの間の股部密封装置は密封
ボックス５９を包含し、これはスロット付き板６０と平
板６１．側板６３、および背板６４で画定され、後者は
チューブ３７Ａ’。

３７Ｂ′、および３７Ｃ′の屈曲部の輪郭にしたがうよ
うに屈曲している。

板インサート６６が隣接チューブの間に嵌合され、それ
と、チューブ３７Ａ’。

３７Ｂ′および３７Ｃ′の屈曲部により形成された股部
を密封するロッド６７に溶接連結される。

別のインサート６６および平担バー６８が密封ボックス
５９を隣接チューブパネルに連結するのに設けられる。

限定するわけではない実例および主実施例において、上
部および下部炉部分の各パネルは約１３６ｃｒｒＬ（６
４ｉｎ）の幅で、中心間距離が４．４５（ｍ（１，７５
ｉｎ）で外径が３．１８ｃｒｒｔ（１，２５ｉｎ ）の
３７本のチューブを包含する。

別の実施例は主実施例と同一幅のパネルを有するが、上
部炉壁部分の各パネルは中心間距離が５．７２ｃｒｒＬ
（２，２５ｉｎ）で外径が３．８ ＩｃｒｆＬ（１，５
ｉｎ ）の２８本のチューブを包含する。

これまでこの発明の特別の実施例を図示し説明してきた
が、特許請求の範囲に記載の発明の範囲内で変更が可能
であること、およびこの発明のある形態が他の形態を対
応して利用することなく使用できることが当業者にとっ
て明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の強制流動蒸気発生装置の断面を示す
側面図、第２図は第１図に示す流体収集、混合および分
配装置の一部の拡大正面図、第３図は第２図に示す装置
の部分の拡大側面図、第４図は別の流体収集、混合およ
び分配装置の一部の拡大正面図、第５図は第４図に示す
装置の部分の拡大側面図、第６図は流体収集、混合およ
び分配装置に使用される壁部密封装置の詳細側面図、第
７図は第６図の７−７線に沿う平面図、第８図は第１図
の８−８線に沿う側面図である。 １０・・・・・・炉室、１１・・・・・・前壁、１３・
・・・・・後壁、１４・・・・・・側壁、５５・・・・
・・金属ウェブ、１０１゜１０１Ａ・・・・・・第１水
平面、１０２，１０２Ａ・・・・・・第２水平面、３７
Ａ、３７Ａ’、３８Ａ、３８Ａ’。 ３９ Ａ 、 ３９ Ａ’・・・・・第１流体加熱通路
、３７Ｂ。 ３７Ｂ’、３８Ｂ、３８Ｂ’、３９Ｂ、３９Ｂ’、・・
・・・第２流体加熱通路、３７Ｃ，３７Ｃ’、３８Ｃ，
３８Ｃ’。 ３９Ｃ，３９Ｃ′・・・・・・第３流体加熱通路、１３
７ＡＢ。 １３γＡ’Ｂ’、 １３７ｃ 、 １３７ｃ’・・・・
・・チューブパネル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直立パネル壁により炉室を形成し、少なくとも一つ
   のパネル壁に上部分および下部分を包含させ、前記下部
   分から流体を受入れて混合した流体を前記上部分へ排出
   する混合ヘッダー装置を設け、前記上部および下部壁部
   分はほとんど全長にわたり剛性一体化されて上方に延び
   、上部および下部壁部分の管のパネル壁面での屈曲部が
   第１水平面または第２水平面に位置する流体加熱装置に
   おいて、 並夕１ルかつ横方向に隔置しウェブで接続した複数本の
   チューブからなる単位のチューブパネルの複数個で前記
   上部および下部壁部分をそれぞれ形成し、これら上部と
   下部の対向する単位のチューブパネルを相互に各ウェブ
   部で接続部材により接続し、該単位チューブパネルの接
   続部のレベルを壁の横方向につき順次第１水平面と第２
   水平面に交互に位置するように設け、前記上部および下
   部壁部分の織合わされたパネル部を包含する前記一つの
   パネル壁を前記接続部が交互に位置する壁面を含み剛性
   一体化し、前記下部分の荷重を前記上部分へ伝達するよ
   うに配置したことを特徴とする強制循環流体加熱装置。 ２ 前記下部壁部分のチューブパネルは第１の流体加熱
   通路のみを含み、前記上部壁部分のチューブパネルは第
   ２の流体加熱通路のみを含む特許請求の範囲第１項記載
   の強制循環流体加熱装置。 ３ 前記上部壁部分のパネルのチューブの管内断面積を
   、前記下部壁部分のパネルのチューブの管内断面積より
   大きくした特許請求の範囲第１項記載の強制循環流体加
   熱装置。