JPS5943681B2 - 傾斜分岐式水管ボイラ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ボイラ、より詳細には水を蒸気に変える亜
臨界圧または超臨界圧貫流ボイラに関する１、 −・般に、貫流ボイラは、流体、通常は水を加圧して蒸
気発生部と過熱部を通過させ、水を蒸気に変える。

この構造の場合には、装置に入った水は、回路部分を１
回だけ通過し、過熱部を通ったあと、タービンその他の
駆動用に使用される過熱蒸気として装置の出口から取り
出される。

このような構造は、従来のドラム型ボイラに比べていく
つかの改良点を有している。

貫流ボイラの初期の形式のものは、熱損失が大きい、蒸
気温度の不均一 、複雑な制御が必要、始動時に別の弁
調節が加わるなど、いくつかの問題点があったが、これ
らの問題点は最近のボイラでは事実上解決されている。

、例えば、米国特許第４０９９３８４号に開示されてい
る装置は、蒸気発生部と過熱部間の主流れ管路内に配置
され、装置の始動および全負荷運転を通じて蒸気発生部
から流体の流れを受は入れるのに適した、複数の汽水分
離器を備えている１、この構造は、最小の制御機能でも
って、かつ高価な弁等を必要とすることな（、迅速かつ
効率のよい始動を可能にしている。

そのほか、ボイラ分割弁や蒸気ダンピング用の外部バイ
パス回路を用いないで一定割合で漸次増加させることが
可能な最適圧力と最適温度において、外−ビンに円滑に
負荷をかげることができる。

また、この装置によれば、復水器に対する熱損失を最小
に保ち非常に小さな負荷での連続運転が可能である。

この構造の場合、ボイラの炉壁は、垂直方向に延びてい
る複数のひれ付水管で作られており、ひれは水管の直径
方向の対向部分から外側へ延びていて、隣接する水管の
ひれが互いに接合されて気密構造を作っている。

始動の際には、火炉は一定圧力で運転され、超臨界圧水
は火炉周囲壁を数回通過して次第にその温度力可−昇す
る。

これには、垂直に延びている水管の一部が他のそれより
もバーナに近いこと、局部的なスラジ被膜による不均一
な熱吸収をする水管、バーナの整備不能、その他の原因
による加熱の不均一を均一化するために、多重通路間に
管寄せを使用することが必要である６しかし、これらの
中間管寄せを使用することは、管寄せの中での蒸気相と
液相の分離、および下流回路へ不均一に分配される可能
性があるために変動する圧力で火炉が作動するという望
しくないことになる。

したがって、この形式の構造は、火炉部出口と分離器の
間に圧力低減ステーションを挿入して圧力を定められた
値まで下げることを必要とし、加えて火炉用囲壁回路に
よって作られる各種通路を連絡するために、比較的多数
の下降管を必要とする１３ 以上から、この発明の目的は、前述した装置の特色を取
り入れる一方、中間管寄せ、追加下降管、および斥力低
減ステーションの必要性をなくしたボイラを提供するこ
とにある。

この発明の別の目的は、ボイラの火炉周囲壁が、相互に
連絡された複数の水管で作られ、その一部分が水平面に
対して鋭角をなして延びている、上記形式のボイラを提
供することにある。

この発明のさらに別の目的は、ボイラ火炉の上部および
下部を形成している周囲壁が、火炉の中間部を形成して
いる周囲壁の２倍の本数の水管を有している、上記形式
のボイラを提供することにある。

この発明のさらに別の目的は、火炉の中間部に使用され
ている水管の２倍の本数の水管が火炉の上部および下部
で使用できるようにするため、ボイラの火炉周囲壁に水
管の分岐管が配置されている、上記形式のボイラを提供
することにある。

この発明のさらに別の目的は、流体が火炉の周囲壁回路
を１度だげ貫流するようになっている、上記形式のボイ
ラを提供することにある。

この発明のさらに別の目的は、火炉１・一部および上部
において垂直方向に延びている相ｒ７．に連絡された複
数の水管と、火炉中間部のその半数の水管とによって作
られた壁で形成されている火炉部を有し、前記火炉中間
部の水管が火炉下部および上部の水管と流体が流れるよ
うに合わされ、水平向に対して鋭角をなして延びている
、ボイラな提供することにある。

以上の諸口的およびその他の目的を達成するために、こ
の発明にがかるボイラは直立火炉部を有し、その周囲壁
は流体を加熱する複数の水管と、水管に流体を通すため
の手段とで作られており、その水管群の一部分は水平面
に対して鋭角で延びており、その水管群の他の部分は垂
直方向に延びており、そして前記手段は水管群のある部
分の各水管を水管群の他の部分の複数の水管へ連絡して
いる。

上記の簡単な説明のほか、この発明の諸「ｊ的、特色、
および利点は、以下述べるこの発明にかかる好ましい実
施例についての詳細な説明により、より完全に理解する
ことができよう。

第１図の好ましい実施例について詳しく説明する。

、この発明にかかるボイラな全体として参照数字１０を
付して示す。

ボイラ１０は火炉下部１２と火炉中間部１４と、火炉上
部１６とから成り、火炉の各部分１２，１４および１６
を形成している炉壁は、前壁１８、後壁２０、および前
後壁の間に広がっている２枚の側壁（そのひとつに参照
数字２２を付して示す）から成っている１、前壁１８と
後壁２０の下方部分は、灰等を集積するため、火炉下部
１２においてポツパ一部２３を形成するよう内側に傾斜
している。

。第２図のように、壁１８，２０および２２の各各は、
複数の水管２４で形成され、水管２４ばその直径方向に
対向する部分から外側に延びている連続ひれ２６を有し
、隣接する水管のびれ２６が接合されて気密構造を作っ
ている。

第１図および第３図に明確に示されているように、火炉
下部１２の壁１８，２０および２２の水管２４は、ホッ
パ部２３の上端に位置する水平向Ｐ１まで垂直方向に延
びている。

火炉中間部１４の壁１８，２０および２２を形成してい
る水管２４は、前記の面Ｐ１からボイラ１０の上方部分
に位置する而Ｐ２まで延びており、これらの管は面Ｐ１
と而Ｐ２に対して鋭角をなしている。

火炉り部１６の壁１８，２０および２２を形成している
水管２４は、而Ｐ２から火炉上部１６の−Ｌ端まで垂直
方向に延びている。

中間部１４の水管２４は、面Ｐ１から延びて、而Ｐ２に
達する前に火炉の全周辺を少くとも１回取り巻き、壁１
８，２０および２２を形成している。

また中間部１４の水管２４は、火炉下部１２や火炉上部
１４の水管のひれと同様に配列されかつ機能する複数の
ひれ２６を持っている。

後で詳細に説明するように、火炉中間部１４の各々傾斜
して延びている水管２４は、後で詳細に説明する方法で
もって、火炉上部１６の垂直方向に延びる２本の水管２
４と接合して（・る。

同様にして、火炉中間部１４の各水管２４は、火炉下部
１２の側壁２２の垂直方向に延びる２本の水管２４と、
ぞして前壁１８の２本の水管２４と、そし〜て内側に傾
斜してホッパ一部２３を形成している後壁２０の２本の
水管２０と接合している５、第１図および第３図に示す
ように、火炉上部１６の後壁２０の上部は、枝分かれし
た支壁２０ａを有している。

この支壁２０ａは、後で説明するように、火炉上部１６
から燃焼ガスが出ていくことができるように、後壁２０
から選んだ数の水管２４を、壁２０の残りの水管２４の
間に、そｊ〜て支壁２０ａを形成する水管の間に空間が
できるようにして、外側へ折り曲げて作られている。

火炉中間部１４の前壁１８と後壁２０には、複数のバー
ナ２８が配置されている。

この実／１例では、１列に・１個のバーナが縦に３列並
んでいる。

バーナ２８は通常の設置のものでよいので略図で示しで
ある。

全体として参照数字３０を付して示したデツキ接触伝熱
部は、火炉上部１６を通過するガス流の中に設けられて
おり、支壁２０ａを形成する水管２４の部分によってそ
の一部が形成されているデツ・Ｖ床３２を有している。

接触伝熱部３０は、上方に延び、支壁２０ａの水管の垂
直部分に向い合うスクリーンを形成している前壁３４を
有し、さらに、後壁３６と第１図に片方が図示されてい
る一ブ７つの側壁３８とを有している。

デツキ床３２は気密になっており、また前壁３４と後壁
３６は火炉上部のそれと同様に垂直方向に延び相互に連
絡されている複数の水管２４で作られているものと理解
されたい。

また、相互に連絡されている複数の水管２４で作られた
仕切壁４４がデツキ接触伝熱部３０に設けられ、伝熱部
３０を前部ガス通路４６と後部ガス通路４８とに分けて
いる。

、給水加熱器５０が後部ガス通路４８の下方に設置され
、給水加熱器５０の直ぐ上に主過熱器５２が設置され、
そして前部ガス通路４６に再熱器管５４の列が設置され
ている。

。火炉上部１６には、板形過熱器５６が設置され、そし
て最終過熱器５７が、デツキ接触伝熱部３０の中に設置
されており、板形過熱器５６とは直接流体が通じるよう
になっている。

各々が、前壁１８０近くに配置された部分を有する複数
の火炉分割壁５８が設置されている。

火炉分割壁５８は、火炉中間部１４の前壁管２４部分か
ら入り込み、第１図および第３図に示すように火炉上部
１６の中を上方へ延びている。

壁１８，２０、および２２、支壁２０ａ、および火炉分
割壁５８、のほかデツキ接触伝熱部３０の仕切壁４４、
側壁３８および後壁３６のすべての上端部は、ボイラ１
０の上方部分にある共通部で終っている。

天井面６０は、ボイラ１０の上方に配置され、前述した
ような接合されたひれ２６を有し、火炉上部の前壁１８
からデツキ接触伝熱部３０の後壁３６まで水平に延びて
いる複数の水管２４からできている。

以上の説明から、火炉中間部１４にあるバーナ２８の燃
焼ガスは、火炉上部１６を上方に通り抜け、デツキ接触
伝熱部３０を通過してから、前部カス通路４６と後部ガ
ス通路４８から出ていくことが理解できよう。

これにより、高温ガスは板形過熱器５６、最終過熱器５
７、主過熱器５２、さらに再熱器管５４と給水加熱器５
０のまわりを通過するとき、これらの回路を通って流れ
ている流体を加熱する０、 図面を明瞭にするため図示してないが、前述の壁や熱交
換器の各々のほか天井面６０の水管２４を流体が流れる
ように配置して、後述する流れ回路を構成するため、適
当な入［」および出［］管寄せ、下降管、および連絡管
が配置されているものと埋解されたい、 複数の汽水分離器６４が、デツキ接触伝熱部３０の後壁
３６に近接して平行に設置され、天井面６０と主過熱器
５２間の主流れ回路内に直かに配置されている３ｏ汽水
分離器６４は天井面６０かもの流体を蒸気と水に分離す
るもので、前に引用した米国特許第４０９９３８４号に
記載されているものと同じものでもさしつかえない。

分離器６４からの蒸気は直接主過熱器５２へ回わされ、
−力水はドレンマニホールドおよび熱回収回路に通され
て前記米国特許に記載されているようにさらに処理され
る。

次に、この発明にかかるボイラの側壁２２の部分を図示
した第４図について説明する。

全体として参照数字７０を付した分岐管が、壁１８，２
０、および２２の各々に沿って、面Ｐ１および而Ｐ２の
面内に並んでいる。

面Ｐ１において、各分岐管７０は火炉中間部１４の傾斜
して延びている１本の水管２４を火炉下部１２の垂直方
向に延びている２本の水管２４に連結している。

また面Ｐ２にお（・て、各分岐管７０は火炉中間部１４
の傾斜して延びて℃・る１本の水管を火炉上部１６の垂
直方向に延びる２本の水管に連結［〜ている。

第４図では片側の側壁についてだけ上記の連結を示した
が、前壁１８、後壁２０、および反対側の側壁２２に関
しても同様であることを理解されたい。

ただし、内側に傾斜してポツパ一部２３を形成している
火炉下部１２の壁１８と２０の水管２４は勿論除かれる
１゜ 第５図に分岐管７０の詳細を示す。

とりわけ各分岐管７０は、そのひとつの而から間隔を置
いて平行に延びている２個のボス７４，７６と、その別
の面から前記ボス７４，７６の軸線に対しである角度で
延びている１個のボス７８とを形成するように作られた
中空体７２の形状をしている。

各ボス７４，７６、および７８は、水管を接合し、中空
体７２を介して水管間を流体が流れることができるよう
に、溶接などの通常の方法で水管２４の端部と固着され
るようになっている。

、ボス７４゜７６および７８の寸法は、装備される水管
の寸法によって決ることは勿論であるが、１例をあげれ
ば火炉上部１６と火炉下部１２の水管２４の直径を１１
／８インチ（２８，（１５ｍｍ、）に、一方の火炉中間
部の水管の直径を１３／８インチ（３４，，９ｍｍ ）
にすることができる。

また、ボス７８の軸線とボス７４，７６の軸線との角度
、すなわち面Ｐ１とＰ２に対する火炉中間部の水管２４
の角度は、火炉の図形に合わせて変るものであり、２０
°〜３５°の間にすることができる。

この実施例の場合には、２２°に設計されている。

分岐管７０のある片側に沿って細長いひれ８０が、そし
てその反対側には比較的短かいひれ８２が、さらにボス
７４と７６の間にはひれ８４が付けられ、隣接する分岐
管との間の気密連結を容易にしている。

このことは、２個の隣接する分岐管７０およびそれらの
関連する水管２４との連結部が図示されている第６図に
、非常に詳し２く示されている。

ひれ８０，８２および８４は、分岐管７０と一体に鋳物
で作ることができるので、製造の際、隣接する分岐管７
０や水管２４の間の開［］をふさいで火炉の周囲壁を作
るために、大量のひれを手作りし、溶接する手間が省け
ることは第６図をみれば明らかである。

第７図は、第１図のボイラの各種構成部品、通路、およ
び構成部分を含む流れ回路を示す。

まず、外部給水装置からの給水は、火炉壁１８，２０、
および２２の下端部に設けられた人［−１管寄せ（図示
せず）を通る前に水温を高めるため給水加熱器、（節炭
器）５０に通される１、全ての水は火炉部の周囲壁１８
，２０、および２２を通って上方−＼同時に流れて、そ
の温度は高められ、さらにボ・イラ１０の上端部に位置
する適当な管寄せに集められる前に少くともその一部が
蒸気に変えられる１、そのあと、流体は適当な下降管等
を通って下降し５、次に火炉分割壁５８を上方に通過し
て流体はさらに加熱される５、 さらに流体は、デツキ接触伝熱部３０の壁３４゜３６．
３８、および４４を通るように送られ、そのあと、集め
られて天井面６０を通過する。

天井［酊６０から、流体は適当な集合管寄せ等を経て汽
水分離器６４へ流れ、ここで蒸気上水に分離される１、
水は分離器からドレンマニホールドおよび熱回収回路（
図示せず）を通ってさらに処理される３、分離器６４内
の流体の蒸気成分は直かに主過熱器５２へ回わされる。

主過熱器５２を出た流体は、スプレーで過熱蒸気の温度
が低減調整され、そのあと板形過熱器５６と最終過熱器
５７ケ通過ｌ〜で乾燥状態でタービンその他へ送られる
１、以北述べたボイラにはいくつかの利点がある。

例えば、傾斜して延びている水管を使用して取り蓚くよ
うに火炉中間部１４を形成していることにより、流体が
受ける火炉の熱の不均一を平均化することができ、また
流体が火炉の周囲壁１８゜２０、および２２を通過する
のは一回きりでよく、何回も通過させなくてもよいので
、それに関連する混合管寄せや下降管が不要である１、
さらに、傾斜して延びている水管により、水管の垂直配
列で可能どされるもの以上の比較的高い質量流量および
大ぎな水管寸法を使用することができる。

そのほか、分岐管、および火炉中間部と比較して火炉上
部と１・一部の水管本数が結果的に増えたことにより、
−上部と下部で火炉を支えることができ、各部分間の形
状変ｆｌＬをなめらかにすることをｈＪ’能にしている
。

そのほか、ボイラの上部および下部のひね２６の幅、結
果的にこれらのひれの温度を許容範囲内に維持すること
も容易にできる。

また、従来の装置においては、ホッパ一部の存する火炉
Ｆ部も螺旋状管（傾斜管）から構成していたために製作
が困難であったが、本発明のボーイラは火炉下部も屯直
に延びる管から構成しているために製作が簡単になる□
Ｌかして、本発明は、火炉下部にホ５いては熱移動が
比較的少量であるために、このような構成を採っても装
置効率に影響を与えず、却って製作が容易になるという
ことを見出（−たことに基つくものである。

−１Ｊｕ以上明１〜だ実施例は矩形断面の火炉であるが
、１Ｆ琲ニや楕円形など他の断面形状であっても前記の
傾斜水管配列が維持できる限り、使用することができる
５、例えば、火炉の断面形を満１−２でいる平面１Ｆと
で、らせん描造を有する火炉にすることかできる６、（
これに関連し５て、火炉の族１’ｆＪ壁の水管が傾余」
配り１１になっているこの発明に包含されるボイラ（１
）１ヒ式が、実質的に矩形断面形をもつボイラであって
数学上の真のらせんに作られていないにもかかわらず、
この技術分野の専門家により一般に「１７ンぜん水管ボ
イラ１と１任ばわ７ていることを８及し、ておく）また
、火炉全体の物理的」′法によっては、水管が火炉の周
囲に完全に１回転以上巻かれる、二とがある５二とも考
えられることで゛ある。

さらに、説明の都合でボイラの他の部分が省略されてい
ることを理解されたい３、例えば、熱絶縁装置や支持装
置をボ、イラの周囲壁のまわりに設置することができ、
またバーナ２８に通常なやり方で空気を供給するためウ
ィンドボックス等をバーナのまわりに設置することがで
きる。

そのほか、火炉上部１６およびデツキ接触伝熱部３０を
形成している水管２４の上端部は、通常のやり方で熱膨
張を吸収するためにボイラ１０の上方位置から吊り下げ
ることもできることを理解されたい。

以上開示したものについて、修正、変更、および代替え
の自由は留保されている。

また、ある」賜金には、発明のいくつかの特長は、他の
特長と一緒でなくとも使用することができよう。

したがって、特許請求の範囲をこの発明の精神の範囲に
一致するように広く解釈するのが妥当である、−７

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかるボイラの側面略図、第２図は
第１図の線２−２についての断面図、第３図は第１図の
ボイラの部分斜視図、第４図は第１図のボ・イラの周囲
壁部分の拡大部分正面図、第５図は第４図の周囲壁の構
成部品の拡大ｉｌＥ面図、第６図は第４図の周囲壁部分
の拡大部分正面図、第７図は第１図のボイラの流れ回路
を示１略図である。 １０・・・・・・ボイラ、１２・・・・・・火炉下部、
１４・・・・・・火炉中間部、１６・・・・・・火炉上
部、１Ｂ、２０゜２２０８．・・・火炉の前壁、後壁、
側壁、２０ａ・・・・・・支壁、２３・・・・・・ホッ
パ一部、２４・・・・・・水管、２６・・・・・・ひれ
、２８・・・・・・バーナ、３０・・・・・・デツキ接
触伝熱部、３２・・・・・・デツギ床、３４，３６，３
８゜４４・・・・・・伝熱部３０の前壁、後壁、側壁、
仕切り壁、４６・・・・・・前部ガス通路、４８・・・
・・・後部ガス通路、５０・・・・・・給水加熱器（節
炭器）、５２・・・・・・主過熱器、５４・・・・・・
再熱器管、５６・・・・・・板形過熱器、５７・・・・
・・最終過熱器、５８・・・・・・火炉分割壁、６０・
・・・・・天井面、６４・・・・・・汽水分離器、７０
・・・・・・分岐管、７２・・・・・・中空体、７４
、７６ 、７８・・・・・・中空体のボス、８０，８２
．８４・・・・−・中空体のひれ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数の管から形成された周囲壁を有する直立火炉部
   とＡｉＪ記管に流体を通して該流体を加熱する手段とを
   含むボイラであって、前記複数の管が、［）イＪ記周囲
   壁の上部において垂直方向に延びている第一の部分と、
   前記周囲壁の前記上部よりもトーカにおいて水平面に対
   して鋭角をなして延びている第二の部分と、前記周囲壁
   の下部において垂直方向に延びて（・る第三の部分とか
   ら構成され、前記周囲壁に複数の分岐管が延びており、
   該複数の分岐管の一部が前記管の第二の部分の１本の管
   と前記管の第一の部分の２本の管とを連結し、且つ、前
   記複数の分岐管の一部が前記管の第二の部分の１本の管
   と前記管の第三の部分の２本の管とを連結しており；前
   記水管および分岐管が、その直径方向の対向する部分か
   ら外側へ延びているひれを有しており、隣接する水管お
   よび隣接する分岐管のひれが相互に溶接されて気密構造
   を形成していることを特徴とする前記ボイラ。