WO2010064466A1 - ボイラ構造 - Google Patents

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furnace
pressure loss
wall
boiler
flow rate
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Inventor
博 菅沼
金巻　裕一
和宏 堂本
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三菱重工業株式会社
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    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
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    • F22B21/02—Water-tube boilers of vertical or steeply-inclined type, i.e. the water-tube sets being arranged vertically or substantially vertically built-up from substantially straight water tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B35/00—Control systems for steam boilers
    • F22B35/06—Control systems for steam boilers for steam boilers of forced-flow type
    • F22B35/10—Control systems for steam boilers for steam boilers of forced-flow type of once-through type
    • F22B35/108—Control systems for steam generators having multiple flow paths
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B35/00—Control systems for steam boilers
    • F22B35/06—Control systems for steam boilers for steam boilers of forced-flow type
    • F22B35/10—Control systems for steam boilers for steam boilers of forced-flow type of once-through type
    • F22B35/12—Control systems for steam boilers for steam boilers of forced-flow type of once-through type operating at critical or supercritical pressure

Definitions

  • the present invention relates to a boiler structure in which the flow rate distribution of a boiler evaporation pipe (furnace water cooling wall) is made appropriate.
  • the internal fluid at the furnace inlet is in the state of water, so the pressure loss that occurs when the internal fluid passes through the orifice (hereinafter also referred to as “pressure loss”) is proportional to the square of the internal fluid flow rate. Will be.
  • pressure loss the pressure loss that occurs when the internal fluid passes through the orifice
  • the orifice effect is reduced at the partial load with a low flow rate, and the optimal flow rate distribution is not achieved.
  • the orifice effect (pressure loss) becomes excessive at the rated load, and the flow distribution is not optimal.
  • Patent Documents 1 and 2 require a control mechanism that adjusts the opening of the flow rate adjustment valve in accordance with the fluid outlet temperature of the furnace wall.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and in a furnace heat load in a wide range from a partial load to a rated load, an appropriate flow distribution to each furnace wall becomes possible with a simple configuration without moving parts.
  • the purpose is to provide a boiler structure.
  • the present invention employs the following means.
  • a large number of boiler evaporation pipes arranged on a wall surface of a furnace form a furnace water cooling wall, and when the water pumped to the boiler evaporation pipe flows through the inside of the furnace,
  • a pressure loss adjusting unit for the internal fluid is provided in an outlet connecting pipe connecting the outlet side of each water cooling wall in which the furnace water cooling wall is divided into a plurality.
  • the outlet fluid connection pipe connecting the outlet side of each water cooling wall divided into a plurality of furnace water cooling walls is provided with an internal fluid pressure loss adjustment unit, the internal state almost in the state of steam The flow rate can be adjusted in the region where the fluid flows. That is, the internal fluid almost in the vapor state has almost the same volume weight at the rated load of high pressure / high weight flow rate and partial load at low pressure / low weight flow rate, and therefore the pressure loss of the furnace outlet connecting pipe Is linearly proportional to the weight of the internal fluid, and flow rate adjustment for each of the furnace walls divided into a plurality of parts becomes easy.
  • the pressure adjusting unit includes individual adjustment of pressure loss generated in the outlet connecting pipe, a thick short pipe part having the same outer diameter inserted into the outlet connecting pipe, and a fixed orifice inserted into the outlet connecting pipe. It is desirable that it is configured by one or a plurality of combinations.
  • the pressure loss can be adjusted by changing at least one of the inner diameter, the number, and the flow path length of the tube material constituting the outlet connecting pipe.
  • the thick short tube portion having the same outer diameter inserted into the outlet connecting pipe is a pipe material whose inner diameter is reduced by increasing the wall thickness, and the pressure loss can be adjusted by changing the inner diameter and length.
  • the fixed orifice inserted in the outlet connecting pipe can adjust the pressure loss by changing the orifice diameter.
  • each furnace wall has a boiler structure capable of appropriately maintaining the steam temperature and the metal temperature of the boiler evaporator tube over a wide load range. That is, it is possible to provide a boiler structure capable of distributing an appropriate flow rate to each furnace wall with a simple configuration without moving parts in a wide range of furnace thermal loads from partial load to rated load.
  • FIG. 1 is a system diagram showing a first embodiment as an embodiment of a boiler structure according to the present invention. It is a perspective view which shows the outline
  • the boiler 1 includes a large number of boiler evaporating tubes 3 arranged on the wall surface of the furnace 2, forming a water cooling wall 4, and the water pumped to the boiler evaporating tube 3 is piped.
  • It is a supercritical transformer once-through boiler configured such that when flowing inside, water is heated inside the furnace 2 to generate steam.
  • the horizontal cross section of the furnace 2 is rectangular, and a furnace water cooling wall 4 divided into four front, rear, left and right surfaces is formed.
  • each furnace water cooling wall 4 is connected to the outlet. It is connected to the ceiling water cooling wall 5 through a pipe 10.
  • the furnace water cooling wall 4 is divided into a left side wall 4A, a front wall 4B, and a right side wall 4C.
  • the above-mentioned furnace wall 4 is supplied with water for generating steam from the economizer.
  • the water supplied from the economizer is distributed to the header 21 provided for each of the four furnace water cooling walls 4 divided through the inlet connecting pipe 20.
  • a number of boiler steam pipes 3 extending in the vertical direction and forming the furnace wall 4 are connected to the header 21.
  • the outlet communication pipe 10 of the furnace water cooling wall 4 is provided with an internal fluid pressure loss adjusting section.
  • the pressure loss adjusting unit shown in FIG. 1 individually adjusts the pressure loss generated in the outlet connecting pipe 10. That is, the pressure loss of each furnace water cooling wall 4 is individually adjusted by changing at least one of the inner diameter, the number, and the flow path length of the pipe material constituting the outlet connecting pipe 10.
  • the inner diameter of the outlet communication pipe 10 may be, for example, pipe materials having the same outer diameter and different wall thicknesses, or pipe materials having different outer diameters and wall thicknesses.
  • the pipe material with a larger road cross-sectional area has a lower pressure loss.
  • the number of the outlet communication pipes 10 is to adjust the pressure loss by changing the cross-sectional area of the flow path, similarly to the above-described inner diameter. Specifically, when the outlet connecting pipe 10 is made of two pipe materials, the cross-sectional area of the flow path is doubled and the pressure loss is reduced.
  • the channel length of the outlet connecting pipe 10 is adjusted by utilizing the fact that the pressure loss is proportional to the channel length. In this case, the flow path length is the equivalent pipe length, and the pressure loss increases as the equivalent pipe length increases.
  • any one of the above-described inner diameter, number and flow path length may be changed, or a plurality of them may be combined.
  • Good That is, in the configuration example shown in FIG. 1, the inner diameters of the tube material (portion indicated by a thick line) 11 connected to the left side wall 4A and the right side wall 4C and the tube material (portion indicated by a thin line) 12 connected to the front wall 4B.
  • the pressure loss of the side wall side and the front and rear wall side is adjusted by changing the flow path length, but it is not limited to this.
  • an appropriate pipe inner diameter, number, etc. may be set in consideration of the total flow rate of the internal fluid.
  • the internal fluid flowing through the communication outlet pipe 10 described above is overheated with water supplied from the economizer to form a two-phase flow, and most of the fluid is in a steam state. For this reason, the volume flow rate of the steam is substantially the same at the rated load of high pressure / high weight flow rate and at the partial load of low pressure / low weight flow rate. Accordingly, the pressure loss at the outlet liaison 10 of the furnace 4 is linearly proportional to the internal fluid weight flow rate, and appropriate flow rate distribution to each furnace water cooling wall 4 is achieved over a wide load range from partial load to rated load. It can be easily realized. As a result, each furnace water cooling wall 4 can be maintained at an appropriate steam temperature and a metal temperature of the boiler evaporator tube 3 in a wide load range.
  • the pressure loss adjustment unit is provided in a region (flow path) where the pressure loss is linearly proportional to the weight flow rate of the internal fluid. Therefore, the pressure loss can be easily and reliably adjusted, and even if there are no moving parts such as a control mechanism and a flow rate adjusting valve, for example, as shown in FIG. Appropriate flow distribution can be implemented for each. In other words, by providing the pressure loss adjusting unit of the present invention, the flow rate distribution for each of the furnace water cooling walls 4 becomes stable with almost no fluctuation in the wide load range of the boiler 1.
  • the outlet connecting pipe 10A is formed by inserting a thick short pipe section 14 having the same outer diameter into the pipe material 13, and each furnace water cooling is caused by a pressure loss caused when the internal fluid passes through the thick short pipe section 14.
  • the flow distribution to the wall 4 is optimally adjusted.
  • the thick short tube portion 14 has the same outer diameter as that of the tube material 13, and a tube material whose inner diameter is reduced by increasing the wall thickness is used. That is, the pressure loss can be adjusted by changing the inner diameter and the length of the thick-walled short tube portion 14.
  • the internal fluid flows in a two-phase flow or vapor state with a high steam ratio
  • the pressure loss adjustment unit is in a region (flow path) where the pressure loss is linearly proportional to the weight flow rate of the internal fluid. Since the thick short tube portion 14 is provided, the pressure loss can be easily and reliably adjusted, and an appropriate flow rate for each furnace water cooling wall 4 over a wide load range of the boiler 1 without a control mechanism or a flow rate adjusting valve. Allocation can be implemented.
  • the outlet connecting pipe 10B is formed by inserting the orifice 15 into the pipe material 13, and the flow distribution to each furnace water cooling wall 4 is optimally adjusted by the pressure loss generated when the internal fluid passes through the orifice 15. .
  • the orifice 15 in this case, a fixed orifice fixed to a predetermined orifice diameter is used. That is, the pressure loss can be adjusted by changing the diameter of the orifice opening in the orifice 15.
  • the internal fluid flows in a two-phase flow or vapor state with a high steam ratio
  • the pressure loss adjustment unit is in a region (flow path) where the pressure loss is linearly proportional to the weight flow rate of the internal fluid. Since the orifice 15 is provided, the pressure loss can be easily and reliably adjusted, and an appropriate flow rate distribution for each furnace water cooling wall 4 can be performed over a wide load range of the boiler 1 without a control mechanism or a flow rate adjusting valve. be able to.
  • the pressure adjusting unit described above includes the individual adjustment of the pressure loss generated in the outlet connecting pipe 10, the thick short pipe part 14 having the same outer diameter inserted into the outlet connecting pipe 10A, and the fixed orifice 15 inserted into the outlet connecting pipe 10B. It is also possible to configure one or a plurality of combinations. For example, the pressure loss can be adjusted more finely and the adjustment range can be expanded by making an optimal combination according to various conditions.
  • the pressure loss is adjusted by providing the outlet communication members 30 and 31 with the pressure loss adjusting portion of the internal fluid.
  • individual adjustment of pressure loss generated in the outlet communication pipes 30 and 31 in which the internal fluid is almost steam is adopted as the pressure loss adjustment unit of the outlet communication officers 30 and 31. That is, the pressure loss is adjusted by changing at least one of the inner diameter, the number, and the flow path length of the pipe material constituting the outlet communication pipes 30 and 31.
  • the thick short tube section 14 is provided in the middle of the outlet communication pipes 30A and 31A in which the internal fluid is almost steam as the pressure loss adjusting section of the outlet communication officers 30A and 31A. Is inserted. That is, in the middle of the tube material constituting the outlet connecting pipes 30A and 31A, the thick short pipe portion 14 having the same outer diameter is inserted by increasing the wall thickness, and the inner diameter and length thereof are changed. The pressure loss is adjusted.
  • the orifice 15 is inserted in the middle of the outlet communication pipes 30B and 31B in which the internal fluid is almost steam as the pressure loss adjusting section of the outlet communication officers 30B and 31B. Yes.
  • the orifice 15 is inserted in the middle of the pipe material constituting the outlet communication pipes 30B and 31B, and the pressure loss is adjusted by changing the orifice diameter.
  • the pressure adjusting unit shown in FIGS. 6 to 8 only adopts any one of the individual adjustment of the pressure loss at the outlet liaison officers 30, 31 and the like, the insertion of the thick short tube portion 14, and the insertion of the orifice 15. Alternatively, a plurality of them may be combined.
  • the internal fluid flows in a two-phase flow or steam state with a high steam ratio, and the pressure loss is linearly proportional to the weight flow rate of the internal fluid. Since the pressure loss adjusting section is provided in the (flow path), the pressure loss can be easily and reliably adjusted, and the additional water cooling wall 6 can be provided over a wide load range of the boiler 1 without a control mechanism or a flow rate adjusting valve. Appropriate flow distribution can be implemented.
  • the modification shown in FIGS. 9 to 11 shows a configuration example combined with the above-described first embodiment. That is, the third modification shown in FIG. 9 is a combination of FIGS. 1 and 6, the fourth modification shown in FIG. 10 is a combination of FIGS. 4 and 7, and the fifth modification shown in FIG. 5 and FIG.
  • the combination of the first embodiment and the second embodiment is not limited to the combination shown in FIGS. 9 to 11, and may be changed as appropriate, for example, the combination of FIG. 1 and FIG. it can.
  • the flow rate is adjusted by the outlet connecting pipe through which the internal fluid almost in the state of steam flows. Therefore, in the outlet connecting pipe of the furnace water cooling wall, the pressure loss is linearly proportional to the internal fluid weight.
  • the flow rate adjustment for each furnace wall divided into a plurality is facilitated. For this reason, it becomes a boiler structure that can distribute the flow rate appropriately to each furnace wall over a wide load range from partial load to rated load. As a result, each furnace wall has a steam temperature and a metal temperature of the boiler evaporator tube over a wide load range. Can be held properly.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the scope of the invention.

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Abstract

　部分負荷から定格負荷まで広い範囲の火炉熱負荷において、可動部のない簡単な構成で各火炉壁に対する適正な流量配分が可能になるボイラ構造を提供する。火炉の壁面に配設された多数のボイラ蒸発管（３）が火炉水冷壁（４）を形成し、ボイラ蒸発管（３）に圧送された水が管内部を流れる際に火炉内で加熱されて蒸気を生成するボイラ構造において、火炉水冷壁（４）が複数に分割された各水冷壁の出口側を接続する出口連絡管（１０）に内部流体の圧力損失調整部を設けた。

Description

ボイラ構造
　本発明は、ボイラ蒸発管（火炉水冷壁）の流量配分を適正にしたボイラ構造に関する。
　従来、超臨界変圧貫流ボイラの火炉、特に、上下方向に多数配列されたボイラ蒸発管により火炉壁が形成されている垂直管火炉においては、火炉壁に流れる内部流体の流量調整が重要である。
　すなわち、各火炉壁（前壁／後壁／左右側壁）へ流す内部流体の流量調整に関し、それぞれの壁面の吸熱量に応じて、部分負荷から定格負荷まで適正な流量配分とする必要がある。このため、従来のボイラ構造においては、上述した内部流体の流量調整をおこなうため、火炉入口にオリフィスが設けられている。
　従来のボイラ装置においては、火炉壁の壁間または分割したブロック間における給水流量の配分調整を行う技術が知られている。この従来技術では、火炉壁の入口に流量制御弁が設けられ、さらに、火炉壁の出口で検出された流体温度が制御機構に入力されるようになっている。従って、制御機構においては、入力される出口の流体温度が目的値となるように流量制御弁の開度を操作し、給水流量を自動制御して配分調整を行っている。（たとえば、特許文献１及び２参照）
特開昭５９－８６８０２号公報 特開昭５９－８４００１号公報
　上述した垂直管火炉において、火炉入口部の内部流体は水の状態であるから、内部流体がオリフィスを通過して生じる圧力損失（以下、「圧損」ともいう）は、内部流体流量の二乗に比例することとなる。
　このため、火炉入口のオリフィス径を定格負荷に合わせて各壁面間の流量配分を最適に調整すると、流量の少ない部分負荷時にはオリフィス効果（圧損）が減少し、最適な流量配分とはならない。一方、火炉入口のオリフィス径を部分負荷に合わせて各壁間の流量配分を最適に調整すると、定格負荷ではオリフィス効果（圧損）が過大となり、やはり最適な流量配分とはならない。
　たとえば図３Ａに示す負荷（横軸）／流量割合（縦軸）の一例においては、圧力損失が内部流体流量の二乗に比例するため、一方の前壁は負荷を増すにつれて流量割合が大きくなり、他方の後壁は負荷を増すにつれて流量割合が小さくなるので、前壁及び後壁に対する内部流体の流量配分は負荷状態に応じて大きく変動している。
　従って、上述した火炉入口のオリフィスによる各壁間の流量調整では、部分負荷から定格負荷まで広い流量範囲にわたって内部流体を最適に流量配分することは困難である。このため、いずれかの火炉壁においては、内部流体配分量のアンバランスにより、出口蒸発温度もしくは蒸発管メタル温度が他の壁面より大幅に高くなることが懸念され、全ての負荷で蒸発管メタル温度を許容値以下に抑えるためには、流量配分の調整に細心の注意を払う必要があった。
　また、特許文献１，２に記載された従来技術は、火炉壁の流体出口温度に応じて流量調整弁の開度調整を行う制御機構が必要となる。
　本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、部分負荷から定格負荷まで広い範囲の火炉熱負荷において、可動部のない簡単な構成で各火炉壁に対する適正な流量配分が可能になるボイラ構造の提供を目的としている。
　本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
　本発明の一態様に係るボイラ構造は、火炉の壁面に配設された多数のボイラ蒸発管が火炉水冷壁を形成し、前記ボイラ蒸発管に圧送された水が管内部を流れる際に前記火炉内で加熱されて蒸気を生成するボイラ構造において、前記火炉水冷壁が複数に分割された各水冷壁の出口側を接続する出口連絡管に内部流体の圧力損失調整部を設けたものである。
　このようなボイラ構造によれば、火炉水冷壁が複数に分割された各水冷壁の出口側を接続する出口連絡管に内部流体の圧力損失調整部を設けたので、ほとんど蒸気の状態にある内部流体が流れる領域での流量調整が可能となる。すなわち、ほとんど蒸気の状態にある内部流体は、高圧・高重量流量の定格負荷時及び低圧・低重量流量時の部分負荷時において体積重量は略同一であり、従って、火炉出口連絡管の圧力損失は内部流体重量に一次比例することとなるから、複数に分割された火炉壁毎の流量調整が容易になる。
　上記態様において、前記圧力調整部は、前記出口連絡管に生じる圧力損失の個別調整、前記出口連絡管に挿入した同外径の厚肉短管部、及び前記出口連絡管に挿入した固定オリフィスを一または複数組み合せて構成されていることが望ましい。
　ここで、出口連絡管に生じる圧力損失の個別調整は、出口連絡管を構成する管素材の内径、本数及び流路長さについて、少なくともひとつを変化させて圧力損失を調整することができる。
　出口連絡管に挿入した同外径の厚肉短管部は、肉厚を増すことで内径を小さくした管素材であり、その内径や長さを変化させて圧力損失を調整することができる。
　出口連絡管に挿入した固定オリフィスは、オリフィス径を変化させて圧力損失を調整することができる。
　上述した本発明によれば、ほとんど蒸気の状態にある内部流体が流れる出口連絡管で流量調整を行うので、火炉出口連絡管の圧力損失が内部流体重量に一次比例して複数に分割された火炉壁毎の流量調整を容易にする。このため、部分負荷から定格負荷まで広い負荷範囲にわたって各火炉壁への適正な流量配分が可能になる。この結果、各火炉壁では、広い負荷範囲にわたって蒸気温度及びボイラ蒸発管のメタル温度を適正に保持することが可能なボイラ構造となる。すなわち、部分負荷から定格負荷まで広い範囲の火炉熱負荷において、可動部のない簡単な構成で各火炉壁に対する適正な流量配分が可能なボイラ構造を提供することができる。
本発明に係るボイラ構造の一実施形態として、第１の実施形態を示す系統図である。 ボイラ構造の概要を示す斜視図である。 従来のボイラ構造における、ボイラの負荷（横軸）に応じて変化する火炉水冷壁での内部流体の流量割合（縦軸）を示す図である。 本発明のボイラ構造における、ボイラの負荷（横軸）に応じて変化する火炉水冷壁での内部流体の流量割合（縦軸）を示す図である。 図１の第１変形例を示す系統図である。 図１の第２変形例を示す系統図である。 本発明に係るボイラ構造の一実施形態として、第２の実施形態を示す系統図である。 図２の第１変形例を示す系統図である。 図２の第２変形例を示す系統図である。 図２の第３変形例を示す系統図である。 図２の第４変形例を示す系統図である。 図２の第５変形例を示す系統図である。
　以下、本発明に係るボイラ構造の一実施形態を図面に基づいて説明する。
＜第１の実施形態＞
　図１及び図２に示す実施形態において、ボイラ１は、火炉２の壁面に配設された多数のボイラ蒸発管３が火炉水冷壁４を形成し、ボイラ蒸発管３に圧送された水が管内部を流れる際、火炉２の内部で水が加熱されて蒸気を生成するように構成された超臨界変圧貫流ボイラである。図示のボイラ１は、火炉２の水平断面が矩形状とされ、前後左右の４面に分割された火炉水冷壁４が形成され、たとえば図１に示すように、各火炉水冷壁４が出口連絡管１０を介して天井水冷壁５に接続されている。
　なお、図１において、火炉水冷壁４は、左側壁４Ａ、前壁４Ｂ、右側壁４Ｃに分割されている。
　上述した火炉壁４には、節炭器から蒸気を生成するための水が給水される。節炭器から給水された水は、入口連結管２０を介して、４分割された火炉水冷壁４毎に設けられたヘッダ２１に分配される。このヘッダ２１には、上下方向に延びて火炉壁４を形成する多数のボイラ蒸気管３が接続されている。
　一方、火炉水冷壁４の出口連絡管１０には、内部流体の圧力損失調整部が設けられている。図１に示す圧力損失調整部は、出口連絡管１０に生じる圧力損失を個別調整するものである。すなわち、出口連絡管１０を構成する管素材の内径、本数及び流路長さのうち、少なくともひとつを変化させて、各火炉水冷壁４の圧力損失を個別に調整する。
　出口連絡管１０の内径は、たとえば外径を同じにして肉厚が異なる管素材を使用してもよいし、あるいは、外径及び肉厚が異なる管素材を使用してもよく、内径（流路断面積）が大きい管素材ほど圧力損失が小さくなる。
　出口連絡管１０の本数は、上述した内径と同様に、流路断面積を変化させて圧力損失の調整を行うものである。具体的には、出口連絡管１０を２本の管素材により構成すると、流路断面積が倍増して圧力損失は小さくなる。
　出口連絡管１０の流路長さは、圧力損失が流路長さに比例することを利用して調整を行うものである。この場合の流路長さは相当管長のことであり、相当管長が長くなると圧力損失は大きくなる。
　従って、出口連絡管１０の圧力損失を分割した火炉水冷壁４毎に調整する場合、上述した内径、本数及び流路長さについて、いずれかひとつを変化させてもよいし、複数を組み合わせてもよい。すなわち、図１に示す構成例では、左側壁４Ａ及び右側壁４Ｃに接続される管素材（太線で示す部分）１１と、前壁４Ｂに接続される管素材（細線で示す部分）１２の内径及び流路長さを変えることで、側壁側と前後壁側との圧力損失を調整しているが、これに限定されることはない。管素材１１，１２が合流した後の出口連絡官１０ａについては、内部流体の合計流量を考慮して適切な管内径及び本数等を設定すればよい。
　上述した連絡出口管１０を流れる内部流体は、節炭器から供給された水が過熱されて二相流となり、しかもほとんどが蒸気の状態となっている。このため、高圧・高重量流量の定格負荷時と、低圧・低重量流量の部分負荷時においては、蒸気の体積流量が略同一となる。従って、火炉４の出口連絡官１０における圧力損失は、内部流体重量流量に一次比例することとなり、部分負荷時から定格負荷時まで広い負荷範囲において、各火炉水冷壁４への適正な流量配分を容易に実現することができる。
　この結果、各火炉水冷壁４では、広い負荷範囲で適正な蒸気温度及びボイラ蒸発管３のメタル温度に保持することが可能となる。
　すなわち、上述した本発明では、内部流体が蒸気割合の多い二相流または蒸気の状態で流れるため、圧力損失が内部流体の重量流量に一次比例する領域（流路）に圧力損失調整部を設けているので、圧力損失の調整が容易かつ確実になり、制御機構や流量調整弁のような可動部がなくても、たとえば図３Ｂに示すように、ボイラ１の広い負荷範囲にわたって火炉水冷壁４毎の適切な流量配分を実施することができる。換言すれば、本発明の圧力損失調整部を設けることにより、火炉水冷壁４毎の流量配分は、ボイラ１の広い負荷範囲においてほとんど変動がない安定したものとなる。
　次に、上述した実施形態の第１変形例を図４に示して説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
　この変形例では、管素材１３に同外径の厚肉短管部１４を挿入した出口連絡管１０Ａとされ、内部流体が厚肉短管部１４を通過して生じる圧力損失により、各火炉水冷壁４に対する流量配分を最適に調整している。この場合の厚肉短管部１４は、管素材１３と同外径を有し、肉厚を増すことで内径を小さくした管素材が使用される。すなわち、厚肉短管部１４の内径や長さを変化させることにより、圧力損失を調整することができる。
　このような出口連絡官１０Ａにおいても、内部流体が蒸気割合の多い二相流または蒸気の状態で流れ、圧力損失が内部流体の重量流量に一次比例する領域（流路）に圧力損失調整部の厚肉短管部１４を設けてあるので、圧力損失の調整が容易かつ確実になり、制御機構や流量調整弁がなくても、ボイラ１の広い負荷範囲にわたって火炉水冷壁４毎の適切な流量配分を実施することができる。
　次に、上述した実施形態の第２変形例を図５に示して説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
　この変形例では、管素材１３にオリフィス１５を挿入した出口連絡管１０Ｂとされ、内部流体がオリフィス１５を通過して生じる圧力損失により、各火炉水冷壁４に対する流量配分を最適に調整している。この場合のオリフィス１５は、所定のオリフィス径に固定された固定オリフィスが使用される。すなわち、オリフィス１５に開口するオリフィス径を変化させることにより、圧力損失を調整することができる。
　このような出口連絡官１０Ｂにおいても、内部流体が蒸気割合の多い二相流または蒸気の状態で流れ、圧力損失が内部流体の重量流量に一次比例する領域（流路）に圧力損失調整部のオリフィス１５を設けてあるので、圧力損失の調整が容易かつ確実になり、制御機構や流量調整弁がなくても、ボイラ１の広い負荷範囲にわたって火炉水冷壁４毎の適切な流量配分を実施することができる。
　上述した圧力調整部は、出口連絡管１０に生じる圧力損失の個別調整、出口連絡管１０Ａに挿入した同外径の厚肉短管部１４、及び出口連絡管１０Ｂに挿入した固定のオリフィス１５を一または複数組み合せて構成することも可能であり、諸条件に応じて最適な組み合せをすることにより、たとえば圧力損失をよりきめ細かく調整することや調整範囲の拡大が可能になる。
＜第２の実施形態＞
　図６から図１１に示す実施形態においては、４分割された左側壁４Ａ、前壁４Ｂ、右側壁４Ｃに加えて、さらに、後壁６を３分割した火炉水冷壁６Ａ，６Ｂ，６Ｃが設けられている。
　節炭器から後壁６に供給された水は、火炉水冷壁４と同様に加熱を受けて二相流または蒸気の内部流体となる。この内部流体は、後壁６と天井水冷壁５の下流とを連結する出口連絡官３０を通り、途中の副側壁管７を経由して火炉水冷壁４で生成された蒸気に合流する流路系統と、後壁６と天井水冷壁５の下流とを連結する出口連絡官３１を通り、途中の後壁吊下管８を経由して火炉水冷壁４で生成された蒸気に合流する流路系統とに分かれている。
　このようなボイラ構造においても、出口連絡官３０，３１に内部流体の圧力損失調整部を設けることにより、圧力損失の調整が行われている。
　図６に示す実施形態は、出口連絡官３０，３１の圧力損失調整部として、内部流体がほとんど蒸気である出口連絡管３０，３１に生じる圧力損失の個別調整が採用されている。すなわち、出口連絡管３０，３１を構成する管素材の内径、本数及び流路長さについて、少なくともひとつを変化させて圧力損失を調整している。
　図７に示す本実施形態の第１変形例は、出口連絡官３０Ａ，３１Ａの圧力損失調整部として、内部流体がほとんど蒸気である出口連絡管３０Ａ，３１Ａの途中に、厚肉短管部１４を挿入している。すなわち、出口連絡管３０Ａ，３１Ａを構成する管素材の途中に、肉厚を増すことで内径を小さくした同外径の厚肉短管部１４を挿入し、その内径や長さを変化させて圧力損失を調整している。
　図８に示す本実施形態の第２変形例は、出口連絡官３０Ｂ，３１Ｂの圧力損失調整部として、内部流体がほとんど蒸気である出口連絡管３０Ｂ，３１Ｂの途中に、オリフィス１５を挿入している。すなわち、出口連絡管３０Ｂ，３１Ｂを構成する管素材の途中にオリフィス１５を挿入し、そのオリフィス径を変化させて圧力損失を調整している。
　図６から図８に示す圧力調整部は、出口連絡官３０，３１等における圧力損失の個別調整、厚肉短管部１４の挿入及びオリフィス１５の挿入について、いずれか１つを単独採用するだけでなく、複数を組み合せてもよい。
　このような出口連絡官３０，３０Ａ，３０Ｂ，３１，３１Ａ，３１Ｂにおいても、内部流体が蒸気割合の多い二相流または蒸気の状態で流れ、圧力損失が内部流体の重量流量に一次比例する領域（流路）に圧力損失調整部を設けてあるので、圧力損失の調整が容易かつ確実になり、制御機構や流量調整弁がなくても、ボイラ１の広い負荷範囲にわたって追加水冷壁６毎の適切な流量配分を実施することができる。
　図９から図１１に示す変形例は、上述した第１の実施形態と組み合せた構成例を示している。すなわち、図９に示す第３変形例は図１と図６との組み合せ、図１０に示す第４変形例は図４と図７との組み合せ、そして、図１１に示す第５変形例は図５と図８との組み合せである。
　第１の実施形態と第２の実施形態との組み合せについては、図９から図１１に示した組み合せに限定されることはなく、たとえば図１と図７との組み合せなど、適宜変更することができる。
　上述したボイラ構造によれば、ほとんど蒸気の状態にある内部流体が流れる出口連絡管にて流量調整を行うようにしたので、火炉水冷壁の出口連絡管では圧力損失が内部流体重量に一次比例し、複数に分割された火炉壁毎の流量調整が容易になる。このため、部分負荷から定格負荷まで広い負荷範囲にわたって各火炉壁への適正な流量配分が可能なボイラ構造となり、この結果、各火炉壁では、広い負荷範囲にわたって蒸気温度及びボイラ蒸発管のメタル温度を適正に保持することが可能になる。
　本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
　　１　　ボイラ
　　２　　火炉
　　３　　ボイラ蒸発管
　　４　　火炉水冷壁
　　５　　天井水冷壁
　　６　　後壁（火炉水冷壁）
　１０，１０Ａ，１０Ｂ　　出口連絡官
　１４　　厚肉短管部
　１５　　オリフィス
　２０　　入口連結管
　２１　　ヘッダ

Claims (2)

  1. 　火炉の壁面に配設された多数のボイラ蒸発管が火炉水冷壁を形成し、前記ボイラ蒸発管に圧送された水が管内部を流れる際に前記火炉内で加熱されて蒸気を生成するボイラ構造において、
    　前記火炉水冷壁が複数に分割された各水冷壁の出口側を接続する出口連絡管に内部流体の圧力損失調整部を設けたボイラ構造。
  2. 　前記圧力調整部は、前記出口連絡管に生じる圧力損失の個別調整、前記出口連絡管に挿入した同外径の厚肉短管部、及び前記出口連絡管に挿入した固定オリフィスを一または複数組み合せて構成されている請求項１に記載のボイラ構造。
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