WO1998027385A1 - Chaudiere - Google Patents

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WO1998027385A1
WO1998027385A1 PCT/JP1997/004625 JP9704625W WO9827385A1 WO 1998027385 A1 WO1998027385 A1 WO 1998027385A1 JP 9704625 W JP9704625 W JP 9704625W WO 9827385 A1 WO9827385 A1 WO 9827385A1
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WO
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exhaust gas
temperature
reheater
boiler
sub
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PCT/JP1997/004625
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French (fr)
Inventor
Junichiro Matsuda
Fumio Koda
Tetsuo Mimura
Takayo Kawase
Shigeki Morita
Original Assignee
Babcock-Hitachi Kabushiki Kaisha
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22G—SUPERHEATING OF STEAM
    • F22G7/00—Steam superheaters characterised by location, arrangement, or disposition
    • F22G7/14—Steam superheaters characterised by location, arrangement, or disposition in water-tube boilers, e.g. between banks of water tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22G—SUPERHEATING OF STEAM
    • F22G7/00—Steam superheaters characterised by location, arrangement, or disposition
    • F22G7/02—Steam superheaters characterised by location, arrangement, or disposition in fire tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B21/00—Water-tube boilers of vertical or steeply-inclined type, i.e. the water-tube sets being arranged vertically or substantially vertically
    • F22B21/34—Water-tube boilers of vertical or steeply-inclined type, i.e. the water-tube sets being arranged vertically or substantially vertically built-up from water tubes grouped in panel form surrounding the combustion chamber, i.e. radiation boilers
    • F22B21/341—Vertical radiation boilers with combustion in the lower part
    • F22B21/343—Vertical radiation boilers with combustion in the lower part the vertical radiation combustion chamber being connected at its upper part to a sidewards convection chamber

Definitions

  • the present invention relates to a boiler, and more particularly to a boiler having a medium or large capacity and a reheater having a maximum continuous evaporation of 500 t / hr or more, such as used for an electric power business.
  • the boiler described above is used, for example, in such a power generation plant.
  • a superheater for obtaining relatively high-temperature and high-pressure steam and a relatively high-temperature and low-pressure steam are obtained in the upstream exhaust gas passage through which the exhaust gas generated by fuel combustion in the furnace flows.
  • a reheater is arranged for it.
  • reheaters are also relatively hot to obtain high-temperature steam. It is located in the exhaust gas flow path on the upstream side of.
  • a suspended high-temperature superheater is located in the upstream exhaust gas flow path through which relatively high-temperature exhaust gas flows to the furnace outlet, and a suspended high-temperature reheater is located downstream of it. ing.
  • the heat transfer is performed more effectively in the upstream exhaust gas flow path than in the downstream exhaust gas flow path. The reason is that the exhaust gas in the upstream exhaust gas channel is hotter and heated by radiation from the combustion flame in the furnace.
  • the high-temperature reheater is connected to the high-temperature superheater and arranged in the upstream exhaust gas flow path where relatively high-temperature (that is, high thermal efficiency) exhaust gas flows.
  • Overall dimensions can be reduced.
  • the heat transfer area required for the entire superheater and reheater has been reduced. You cannot get it alone. Therefore, another horizontal low-temperature superheater and low-temperature reheater are further provided in the sub-flow path of the downstream exhaust gas flow path downstream of the suspended high-temperature superheater and high-temperature reheater. There is a need.
  • a suspended high-temperature superheater is preferentially placed upstream of the upstream exhaust gas flow path. Therefore, the hot reheater will be located in a limited space downstream of the hot superheater. This means that the hot reheater cannot be large enough. Since the high-temperature side reheater cannot be so large, the majority of the heat transfer area required for the entire reheater is shared by another horizontal cold-side reheater provided in the sub flow path. I needed to get it.
  • the steam heated by convection in the low-temperature superheater and low-temperature reheater is sent to the outside of the boiler, for example, a turbine for power generation, through the high-temperature superheater and the high-temperature reheater.
  • a dangno and an angle for adjusting the flow rate of the exhaust gas in contact with the low-temperature superheater and the low-temperature reheater By controlling the damper, the steam is heated to a predetermined temperature by the low-temperature superheater and the low-temperature reheater, and is sent to the high-temperature superheater and the high-temperature reheater.
  • the steam temperature is controlled by adjusting the damper in the low-temperature superheater and low-temperature reheater, but the high-temperature superheater and high-temperature reheater Since these are located upstream, steam temperature control by the damper is not performed in these high-temperature side heat exchangers. Therefore, steam temperature control in the low-temperature superheater and low-temperature reheater is not immediately reflected in the steam temperature at the turbine inlet.
  • the control gain of the damper control is increased to overcome the dead time, the system becomes unstable or diverges, reducing controllability.
  • the controllability is reduced because the reheater, which plays the majority of the heat transfer area required for the entire reheater, is provided in the sub flow passage.
  • an object of the present invention is to provide a boiler in which the controllability of the steam temperature is improved without unnecessarily increasing the heat transfer area of each reheater.
  • a furnace an upstream exhaust gas flow path connected to an outlet of the furnace through one end thereof, and a second end of the upstream exhaust gas flow path are connected to the furnace.
  • These heat transfer surfaces are of a suspended type that are dimensioned so that the exhaust gas temperature at the downstream exhaust gas channel inlet is 100 ° C to 110 ° C at the maximum load of the boiler.
  • a heat exchanger a horizontal heat exchanger disposed in the downstream exhaust gas flow path, a horizontal heat transfer apparatus including a reheater, and a horizontal heat transfer apparatus provided at each outlet of the sub flow path. Means for controlling the flow rate of the exhaust gas flowing in the sub flow path.
  • the temperature of the exhaust gas at the inlet of the downstream exhaust gas channel is higher than that of the conventional exhaust gas. There is no need to enlarge the surface.
  • FIG. 1 is a side view of a boiler according to the present invention
  • Figure 2 is a side view of a conventional boiler.
  • the boiler includes a furnace 1, a downstream exhaust gas channel 2, and an upstream exhaust gas channel 3 connecting the upper part of the furnace 1 and the downstream exhaust gas channel 2.
  • the boiler is, for example, a coal-fired boiler.
  • the combustion gas passes through the upstream exhaust gas passage 3 and the downstream exhaust gas passage 2 and is discharged from the passage outlet 210 as low-temperature exhaust gas to the outside of the boiler.
  • a lower water cooling wall 12, an upper water cooling wall 13, and a noise wall 15 are provided in the furnace 1.
  • the lower water cooling wall 12 is composed of a plurality of tubes each extending upward from the lower part of the furnace in a spiral shape in the furnace.
  • the upper water cooling wall 13 is composed of a plurality of tubes each extending vertically inside the furnace toward the upper part of the furnace.
  • the nose wall 15 also consists of a plurality of tubes.
  • the downstream side exhaust gas channel 2 is defined by a wall 21 composed of a plurality of tubes.
  • the downstream exhaust gas channel 2 is divided into two sub-channels 22 and 23 by a partition wall 24 extending along the flow of the exhaust gas.
  • dampers 25, 25 for adjusting the flow rate of the combustion gas flowing in the sub flow path are provided.
  • the partition wall 24 also has a plurality of tubes.
  • a horizontal reheater 41 is disposed in one sub-flow path 22 of the downstream exhaust gas flow path 2, and the other sub-flow path 23 is disposed along the flow of the exhaust gas in the other sub-flow path 23.
  • a horizontal superheater 51 and a horizontal economizer 61 are arranged in series. If necessary, an evaporator may be provided in the sub flow path 23.
  • the upstream exhaust gas channel 3 is defined by a ceiling wall 31 composed of a plurality of pipes and side walls.
  • a suspended secondary superheater 52 and a suspended tertiary superheater 53 are arranged in series in the upstream exhaust gas passage 3 along the flow of the combustion gas.
  • the total heat transfer area of these superheaters 52 and 53 is set so that the temperature of the combustion gas at the inlet of the exhaust gas flow path 2 at the maximum load of the boiler becomes 100 ° C to 110 ° C. It is set.
  • horizontal type used in this specification refers to the transfer of a reheater or the like. This shows a state in which the heat transfer tubes of the heater extend almost horizontally to the gas flowing in the vertical direction.
  • suspended means that the heat transfer tubes of a heat transfer device such as a superheater extend almost vertically with respect to the gas flowing in the horizontal direction, and the inlet and outlet are arranged vertically upward. Indicates a state in which
  • the water supply to the boiler is supplied to a economizer 61 provided in the sub flow path 23 via a water supply pipe 100.
  • Water flows from the inlet header 6 1 1 of the economizer 6 1 to the outlet header 6 1 2 and absorbs heat from the combustion gas (exhaust gas).
  • the heated water is distributed from the outlet header 6 1 2 through the downcomer 10 1 to the plurality of lower headers 1 2 1 of the lower water cooling wall 12 of the furnace 1.
  • the water absorbs the heat in the furnace and rises from the lower header 1 2 1 to the respective pipes of the lower water cooling wall 12. Water is heated to near saturation temperature. Since the heat absorption of water differs for each pipe, the water temperature in each pipe at the outlet of the lower water cooling wall has imbalance. The hot water from each tube of the lower water cooling wall 12 flows into the middle mixing header 14 and the temperature is equalized.
  • the high-temperature water from the mixing header 14 further absorbs the heat in the furnace and rises up the pipes of the upper water cooling wall 13 and the nozzle wall 15 to form the liquid-phase high-temperature water and gas. It becomes phase vapor.
  • the high-temperature water / steam mixed fluid from the upper water-cooled wall 13 pipe and the nose wall 15 pipe flows through the water-cooled wall header 1 3 1 and the nose wall header 1 5 1 respectively to the upper mixing pipe. After flowing into the separator 16, the temperature is equalized, and then flows into the steam separator 17.
  • the mixed fluid is supplied to the hot water supplied to the supply pipe 100 by the circulation pump 18 through the drain tank 19 and to the inlet 311 of the pipe of the ceiling wall 31. Separated from incoming steam.
  • the steam constituting all the fluid flowing into the brackish water separator 17 is supplied to the inlet 311.
  • the steam flows through the pipe of the ceiling wall 31 from the inlet 311 to the outlet 312, absorbs the heat in the furnace, and becomes superheated steam.
  • the superheated steam communicates with the respective pipes of the downstream exhaust gas channel 2 and the partition wall 24 via the downcomer pipe 201 and the communication pipe 202 from the outlet pipe 3 1 2 Flows into the inlet dispenser 203.
  • the superheated steam absorbs the heat in the furnace, and flows into the pipe of the wall 21 of the downstream exhaust gas channel 2 and the pipe of the partition wall 24. To rise.
  • the superheated steam flows through the outlet distributor 204 and the connecting pipe 205 or directly into the outlet 511.
  • the superheated steam further flows into the primary superheater 51 through the outlet pipe 5 11 and the communication pipe 5 12. Subsequently, the superheated steam is superheated to a predetermined superheated steam temperature via the secondary superheater 52 and the tertiary superheater 53 and supplied to the high-pressure turbine HP.
  • the steam that has worked in the high-pressure turbine HP flows into the inlet 411 of the reheater 41 via the steam pipe 401.
  • the steam absorbs the heat of the exhaust gas in the sub flow path 22 in the reheater 41, is superheated to a predetermined reheat steam temperature, and is supplied to the intermediate-pressure turbine IP.
  • the amount of heat absorbed by the steam in the reheater 41 that is, the temperature of the reheated steam, can be controlled by adjusting the amount of exhaust gas flowing in the sub-flow path by the damper 25.
  • the upstream exhaust gas flow path 3 In addition to the second superheater 52 to the fourth superheater 54, a second reheater 43 is provided. From the viewpoint of thermal efficiency, the superheaters 52-54 are preferentially arranged in the exhaust gas passage 3, so that the space allocated to the second reheater 43 is not large. Therefore, the heat transfer area required for the entire reheater cannot be covered by the second reheater 43 alone. Therefore, as described later, it is necessary to provide an additional reheater 42 for capturing the required heat transfer area.
  • the downstream-side exhaust gas channel 2 is divided into two sub-channels 22 and 23 by a partition wall 24 extending along the flow of the exhaust gas. Dumbers 25 and 25 are provided at the outlets of the respective sub-flow paths.
  • One sub-channel 22 is provided with a reheater 42, and the other sub-channel 23 is provided with a first superheater 51, an evaporator 71, and a economizer 61. It is arranged in series along the flow of.
  • the temperature of the combustion gas (exhaust gas) at the inlet of the downstream exhaust gas channel 2 at the maximum boiler load is about 800 ° C.
  • the second reheater 43 Since the temperature difference between the exhaust gas temperature (800 ° C) and the desired reheated steam temperature (typically 560 ° C to 600 ° C) is small, the second reheater 43 It was necessary to increase the heat transfer area. As a result, the size of the second reheater 43 became large, and it was not possible to suppress an increase in the size of the entire boiler.
  • the combustion gas exhaust gas
  • the gas temperature at the maximum boiler load is about 100 ° C. Since the temperature difference between the exhaust gas temperature (100 ° C) and the desired reheat steam temperature (560 ° C to 600 ° C) is large, the heat transfer area of the reheater 41 is small. The boiler can be small, and the size of the entire boiler can be suppressed. In order to keep the temperature of the exhaust gas at the inlet of the downstream exhaust gas channel 2 at 100 ° C.
  • a conventional heater (a superheater and a reheater
  • the heat transfer surface of the superheater in the exhaust gas flow path on the upstream side slightly increases, that is, the size of the superheater slightly increases, but it substantially contributes to the increase in the size of the entire boiler.
  • the dimensions of the reheater etc. are changed.
  • only the reheater is provided in one sub-flow path of the downstream exhaust gas flow path, and the superheater and the economizer are provided in the other sub-flow path. It is especially effective if only one is installed.
  • coal-fired boilers contain large amounts of coal ash in the combustion gas.
  • the minimum softening temperature of coal ash is about 110 ° C.
  • the coal ash softens and adheres to the heat transfer surface of the heat exchanger, it cools and solidifies. By repeating this, coal ash grows, so-called slugging occurs, and the heat transfer efficiency decreases. Therefore, it was necessary to periodically remove coal ash.
  • the coal-type boiler such as the reheater 41, the first superheater 51, and the If ash adheres, it is more difficult to remove coal ash than a suspended heat exchanger.
  • the temperature of the exhaust gas on the upstream side of the horizontal heat exchanger is 100 ° C. to 110 ° C. Since this temperature is lower than the coal softening temperature, slugging can be prevented. Furthermore, this temperature is the desired reheat steam temperature (560 ° C to 600 ° C), so it is not necessary to increase the size of the heat exchanger in the downstream exhaust gas flow path, and it is possible to suppress an increase in the size of the entire boiler. Thus, the present invention is particularly effective when applied to a coal-fired boiler.
  • the boiler of the present invention can be applied to a large-capacity power plant or the like.

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Description

明 細 書 ボイラ 技術分野
本発明はボイラに関し、 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 0 0 t / h r以上となる中容量または大容量で、 再熱器を有するボイラに関 する。
発電ブラントでは、 高圧タ一ビンで仕事をして比較的低圧となつた蒸気を抽出 して再熱し、 再び中圧タービンおよび低圧タービンに供給して仕事を行わせ、 タ
—ビン全体の熱効率を向上させている。 上述のボイラは、 例えばこのような発電 ブラン卜で使用されている。
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上 流側排ガス流路内に、 比較的高温高圧の蒸気を得るための過熱器および比較的高 温低圧の蒸気を得るための再熱器が配置されている。 特に最大連続蒸発量が 5 0 0 t / h r以上となる中容量または大容量で、 発電プラントに用いられるボイラ においては、 過熱器と同様に、 高温蒸気を得るために再熱器も比較的高温の上流 側排ガス流路内に配設されている。
下流側排ガス流路が、 排ガス流れに沿って 2つ以上のサブ流路に分割され、 各 サブ流路の下流部に排ガス流量調整用のダンパを配設したボイラがある。 特開昭 5 9 - 6 0 1 0 3号および特開昭 5 8 - 2 1 7 1 0 4号は、 1つまたは 2つのサ ブ流路に再熱器を配置し、 残りのサブ流路に過熱器を配置した構成を開示してい る。 特開昭 6 2— 3 3 2 0 4は、 一方のサブ流路に再熱器と節炭器とを配置し、 他方のサブ流路に蒸発器と節炭器とを配置した構成を開示している。
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には、 吊り下 げ型の高温側過熱器が配置されており、 その下流には吊り下げ型の高温側再熱器 が配置されている。 上流側排ガス流路では、 下流側排ガス流路に比して、 伝熱が より効果的に行われる。 その理由は、 上流側排ガス流路内の排ガスがより高温で あるとともに、 火炉内での燃焼火炎からの輻射による加熱が行われるからである 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を設けることにより、 過熱器の伝熱部の面積の増加を抑えることができ、 すなわち過熱器の全体の寸法 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。 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。
高温側過熱器と同様に、 高温側再熱器を高温側過熱器に連ねて比較的高温の (すなわち熱効率の高い） 排ガスが流れる上流側排ガス流路に配置することによ つて、 再熱器全体の寸法を小さくすることができる。 しかし、 上流側排ガス流路 に配置される過熱器および再熱器全体の寸法が小さくなつたことにより、 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および再熱器のみで 得ることはできない。 よって、 横置き型の別の低温側過熱器および低温側再熱器 を、 吊り下げ型の高温側過熱器および高温側再熱器の下流の下流側排ガス流路の サブ流路内にさらに設ける必要がある。 熱効率の面から、 吊り下げ型の高温側過 熱器が上流側排ガス流路の上流部に優先して配置される。 従って、 高温側再熱器 は高温側過熱器の下流側の限られたスペースに配置されることになる。 これは、 高温側再熱器を十分な大きさとすることができないことを意味する。 高温側再熱 器をそれほど大きくすることができないので、 再熱器全体に要求される伝熱面積 の過半数を、 サブ流路内に設けられた別の横置き型の低温側再熱器に担ってもら う必要があつた。 低温側過熱器および低温側再熱器で対流により加熱された蒸気 は、 高温側過熱器および高温側再熱器を通ってボイラ外部、 例えば発電用のター ビンに送られる。 低温側過熱器および低温側再熱器が設けられたサブ流路内には、 低温側過熱器および低温側再熱器と接触する排ガスの流量を調整するダンノ、°が設 けられている。 このダンバを制御することにより、 低温側過熱器および低温側再 熱器で蒸気は所定の温度にまで加熱され、 高温側過熱器および高温側再熱器に送 られるようになっている。
しかし、 前述のように、 低温側過熱器および低温側再熱器ではダンバを調整す ることにより、 蒸気の温度制御が行われるが、 高温側過熱器および高温側再熱器 はサブ流路の上流にあるため、 これら高温側伝熱器ではダンパによる蒸気の温度 制御は行われない。 そのため、 低温側過熱器および低温側再熱器での蒸気の温度 制御が直ちにタービン入口の蒸気温度に反映されることがない。 すなわち、 低温 側過熱器出口および低温側再熱器出口の蒸気温度の変化と、 高温側過熱器出口お よび高温側再熱器出口、 すなわち夕一ビン入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ある。
むだ時間を克服しょうとして、 ダンバ制御の制御ゲインをあげると、 システム が不安定となったり、 発散したりして、 制御性が低下する。 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担う再熱器がサブ流路内に設 けられているため、 制御性が低下する。
よって、 本発明は、 各再熱器の伝熱面積を無用に増加させることなく、 蒸気温 度の制御性が向上したボイラを提供することを目的とする。
発明の開示
この目的を達成するため、 本発明によれば、 火炉と、 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、 上流側排ガス流路の他端部に連通 され、 排ガスの流れに沿ってサブ流路に分割されている下流側排ガス流路と、 上 流側排ガス流路に配設された吊り下げ型の伝熱器であつて、 その全てが過熱器で あり、 それらの伝熱面は、 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 1 0 0 0 °C〜1 1 0 0 °Cとなるように、 寸法決めされている吊り下げ型伝熱 器と、 下流側排ガス流路に配設された横置き型の伝熱器であって、 再熱器を含む 横置き型伝熱器と、 サブ流路のそれぞれの出口に設けられ、 それぞれのサブ流路 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が提供される。
本発明によれば、 下流側排ガス流路入口の排ガス温度が従来のものに比して高 いので、 再熱器を流れる蒸気と排ガスの温度との差が大きくなり、 再熱器の伝熱 面を大きくする必要がなくなる。
また、 再熱器は全て下流側排ガス流路のサブ流路内に配設されているので、 従 来のようなむだ時間を減らすことができる。 さらに、 全ての再熱器が排ガス流量 制御手段の制御対象となるため、 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。
以下に、 添付の図面を参照して、 本発明を実施例について説明する。
図面の簡単な説明
図 1は、 本発明に関わるボイラの側面図、 そして 図 2は、 従来のボイラの側面図。
発明を実施するための最良の形態
図 1において、 ボイラは、 火炉 1と、 下流側排ガス流路 2と、 火炉 1の上部と 下流側排ガス流路 2とをつなぐ上流側排ガス流路 3とを備えている。 ボイラは、 例えば石炭焚きボイラである。
火炉 1の下部に設けられた複数のパーナ 1 1から発生した高温の燃焼ガスは、 火炉 1内を上昇する。 燃焼ガスは、 上流側排ガス流路 3および下流側排ガス流路 2を通って、 流路出口 2 1 0から低温の排ガスとしてボイラ外部に排出される。 火炉 1内には、 下部水冷壁 1 2と上部水冷壁 1 3とノ一ズ壁 1 5が設けられてい る。 下部水冷壁 1 2は、 それぞれが火炉内を螺旋状に火炉下部から上方に延在す る複数の管からなっている。 上部水冷壁 1 3は、 それぞれが火炉内を垂直に火炉 上部に向かって延在する複数の管からなっている。 ノーズ壁 1 5も、 複数の管か らなっている。
下流側排ガス流路 2は、 複数の管からなる壁 2 1によって、 画定されている。 下流側排ガス流路 2は、 排ガスの流れに沿って延在する仕切壁 2 4によって、 2 つのサブ流路 2 2および 2 3に分割されている。 それぞれのサブ流路の出口には、 サブ流路内を流れる燃焼ガスの流量を調整するためのダンバ 2 5、 2 5が設けら れている。 仕切壁 2 4も、 複数の管を備えている。
下流側排ガス流路 2の一方のサブ流路 2 2には、 横置き型の再熱器 4 1が配設 されており、 他方のサブ流路 2 3には、 排ガスの流れに沿って、 横置き型の 1次 過熱器 5 1と横置き型の節炭器 6 1とが直列に配設されている。 必要に応じて、 サブ流路 2 3に蒸発器を設けてもよい。
上流側排ガス流路 3は、 複数の管からなる天井壁 3 1と、 側壁とによって、 画 定されている。 上流側排ガス流路 3には、 燃焼ガスの流れに沿って、 吊り下げ型 の 2次過熱器 5 2および吊り下げ型の 3次過熱器 5 3が直列に配設されている。 これら過熱器 5 2および 5 3のトータル伝熱面積は、 排ガス流路 2の入口の燃焼 ガスのボイラ最大負荷時の温度が 1 0 0 0 °C〜1 1 0 0 °Cとなるように、 設定さ れている。
なお、 この明細書において用いられる 「横置き型」 なる用語は、 再熱器等の伝 熱器の伝熱管が、 鉛直方向に流れるガスに対してほぼ水平に延在している状態を 示す。 また、 「吊り下げ型」 なる用語は、 過熱器等の伝熱器の伝熱管が、 水平方 向に流れるガスに対してほぼ鉛直に延在し、 入口および出口が垂直方向上方に配 設されている状態を示す。
次に、 ボイラの給水系について説明する。
ボイラへの給水は給水管 1 0 0を介してサブ流路 2 3に設けられた節炭器 6 1 に供給される。 水は、 節炭器 6 1の入口管寄せ 6 1 1から出口管寄せ 6 1 2に流 れ、 燃焼ガス （排ガス） から熱を吸収する。 加熱された水は、 出口管寄せ 6 1 2 から下降管 1 0 1を通って、 火炉 1の下部水冷壁 1 2の複数の下部管寄せ 1 2 1 に分配される。
水は、 火炉内の熱を吸収して、 下部管寄せ 1 2 1から下部水冷壁 1 2のそれぞ れの管を上昇する。 水は、 飽和温度近くまで加熱される。 各管ごとの水の熱吸収 量は異なるので、 下部水冷壁出口での各管内の水温にはアンバランスがある。 下 部水冷壁 1 2のそれぞれの管からの高温水は、 中間の混合管寄せ 1 4に流入し、 温度は均一化される。
混合管寄せ 1 4からの高温水は、 さらに、 火炉内の熱を吸収して、 上部水冷壁 1 3の管およびノ一ズ壁 1 5の管を上昇し、 液相の高温水と、 気相の蒸気となる。 上部水冷壁 1 3の管およびノーズ壁 1 5の管からの高温水 ·蒸気の混合流体は、 それぞれ水冷壁管寄せ 1 3 1およびノ一ズ壁管寄せ 1 5 1を経て上部の混合管寄 せ 1 6に流入して、 温度は均一化され、 その後汽水分離器 1 7に流入する。
混合流体は、 汽水分離器 1 7において、 ドレインタンク 1 9を介して循環ボン プ 1 8により供給管 1 0 0に供給される高温水と、 天井壁 3 1の管の入口寄せ 3 1 1に流入する蒸気とに、 分離される。 ここで、 ボイラの貫流運転時には、 汽水 分離器 1 7に流入する全流体を構成する蒸気が、 入口寄せ 3 1 1に供給される。 蒸気は、 天井壁 3 1の管を入口寄せ 3 1 1から出口寄せ 3 1 2に向かって流れ、 火炉内の熱を吸収して、 過熱蒸気となる。 過熱蒸気は、 出口寄せ 3 1 2から下降 管 2 0 1、 連絡管 2 0 2を介して、 下流側排ガス流路 2の壁 2 1および仕切壁 2 4のぞれぞれの管と連通している入口分配寄せ 2 0 3内に流入する。 過熱蒸気は、 火炉内の熱を吸収して、 下流側排ガス流路 2の壁 2 1の管および仕切壁 24の管内 を上昇する。 過熱蒸気は、 出口分配寄せ 2 0 4および連絡管 2 0 5を通って、 ま たは直接に出口寄せ 5 1 1に流入する。
過熱蒸気は、 さらに、 出口寄せ 5 1 1から連絡管 5 1 2を通って、 1次過熱器 5 1に流入する。 続いて、 過熱蒸気は、 2次過熱器 5 2および 3次過熱器 5 3を 経て、 所定の過熱蒸気温度に過熱され、 高圧タービン H Pに供給される。
高圧タービン H Pで仕事をした蒸気は、 蒸気管 4 0 1を介して再熱器 4 1の入 口寄せ 4 1 1に流入する。 蒸気は、 再熱器 4 1において、 サブ流路 2 2内の排ガ スの熱を吸収して、 所定の再熱蒸気温度に過熱され、 中圧タービン I Pに供給さ れる。 再熱器 4 1での蒸気の熱吸収量、 すなわち蒸気の再熱蒸気温度は、 ダンバ 2 5によりサブ流路内を流れる排ガス量を調整することにより制御することがで さる。
図 2に示されるような従来のボイラ （図 1のものと同じまたは同様の作用をな すものには同一の符号を付しその作用の説明を省略する） では、 上流側排ガス流 路 3内に、 第 2過熱器 5 2から第 4過熱器 5 4までのほかに、 第 2再熱器 4 3が 設けられている。 熱効率の点から、 過熱器 5 2 - 5 4が優先的に排ガス流路 3内 に配設されるため、 第 2再熱器 4 3に振り当てられるスペースは大きくない。 よ つて、 再熱器全体で必要とされる伝熱面積を第 2再熱器 4 3のみでまかなうこと はできない。 よって、 後述するように、 必要伝熱面積を捕うための追加の再熱器 4 2を設ける必要がある。 下流側排ガス流路 2は、 排ガスの流れに沿って延在す る仕切壁 2 4によって、 2つのサブ流路 2 2および 2 3に分割されている。 それ ぞれのサブ流路の出口には、 ダンバ 2 5、 2 5が設けられている。 一方のサブ流 路 2 2には、 再熱器 4 2が設けられており、 他方のサブ流路 2 3には、 第 1過熱 器 5 1， 蒸発器 7 1および節炭器 6 1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 2の入口の燃焼ガス （排ガス） のボイラ最大負荷時の温 度は、 8 0 0 °C程度である。 排ガス温度 （8 0 0 °C) と、 所望の再熱蒸気温度 (標準的には 5 6 0 °C〜 6 0 0 °C) との温度差が小さいため、 第 2再熱器 4 3の 伝熱面積を大きくする必要があった。 そのため、 第 2再熱器 4 3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つた。
これに対して、 図 1の実施例では、 下流側排ガス流路 2の入口の燃焼ガス （排 ガス） のボイラ最大負荷時の温度は、 1 0 0 o °c程度である。 排ガス温度 （1 0 0 0 °C) と、 所望の再熱蒸気温度 （5 6 0 °C〜 6 0 0 °C) との温度差が大きいた め、 再熱器 4 1の伝熱面積が小さくてすみ、 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 2の入口の排ガスのボイラ最大負荷時の温度を 1 0 0 0 °Cとするために、 従来のもの （上流側排ガス流路内に、 過熱器と再熱器とが併 存している） に比して、 上流側排ガス流路内の過熱器の伝熱面は若干増加する、 すなわち過熱器の寸法は若干増加するが、 ボイラ全体の大型化に実質的に寄与す ることはない。 なお、 添付図面では、 再熱器等は、 その寸法比率は変更されて描 かれている。
さらに、 別々の再熱器 4 2および 4 3 (図 2 ) の代わりに、 単一の再熱器 4 1 を用いたため、 再熱器 4 1での蒸気の熱吸収のみをダンバ 2 5の制御の制御対象 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 蒸気温度が向上する。 また、 制御応答のむだ時間が生じない。
さらに、 ダンバ 2 5による排ガス流量制御が、 再熱器 4 1での蒸気の熱吸収に 直接的に作用するので、 ハンティング現象が発生することがない。
このような、 制御性の向上は、 本実施例のように、 下流側排ガス流路の一方の サブ流路に再熱器のみを配設し、 他方のサブ流路に過熱器と節炭器のみを配設し た場合には、 特に効果的である。
また、 一般に、 石炭焚きボイラの場合、 燃焼ガス中に石炭灰が多量に含まれて いる。 石炭灰の軟化最低温度は、 約 1 1 0 0 °Cである。 石炭灰が軟化して伝熱器 の伝熱面に付着すると、 石炭灰は冷却されて固化する。 これを繰り返して石炭灰 が成長する、 いわゆるスラツギングが発生し、 伝熱効率が低下する。 よって、 定 期的な石炭灰の除去が必要であった。 本実施例のように、 本願発明を石炭焚きボ イラに適用した場合、 横置き型の伝熱器、 例えば再熱器 4 1、 第 1過熱器 5 1お よび節炭器 6 1に一旦石炭灰が付着すると、 吊り下げ型の伝熱器に比して、 石炭 灰の除去が困難である。
しかし、 本願発明によれば、 横置き型伝熱器の上流側の排ガスの温度が 1 0 0 0 °C〜1 1 0 0 °Cになっている。 この温度は、 石炭の軟化温度より低いので、 ス ラツギングを防止することができる。 さらに、 この温度は、 所望の再熱蒸気温度 ( 5 6 0 °C〜 6 0 0 °C) より十分高いので、 下流側排ガス流路内の伝熱器の大き さを増加させる必要がなく、 ボイラ全体の大型化を抑制できる。 このように、 石 炭焚きボイラに本発明を適用した場合は、 特に効果的である。
産業上の利用可能性
本発明のボイラは、 大容量発電プラント等に適用することができる。

Claims

請求の範囲
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であつて、 排ガス の流れに沿つてサブ流路に分割されている下流側排ガス流路と、
前記上流側排ガス流路に配設された吊り下げ型の伝熱器であつて、 該伝熱器の 全てが過熱器であり、 それらの伝熱面は、 前記下流側排ガス流路の入口の排ガス 温度がボイラ最大負荷時に 1 0 0 0 °C〜 1 1 0 o °cとなるように、 寸法決めされ ている伝熱器と、
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
前記サブ流路のそれぞれの出口に設けられ、 それぞれのサブ流路内を流れる排 ガスの流量を制御する手段とを備えたボイラ。
2. 前記横置き型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。
3. 一方のサブ流路には横置き型の再熱器が配設されており、 他方のサブ流路 とには過熱器、 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とが配設 されていることを特徴とする請求項 1または請求項 2に記載のボイラ。
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