JPH08500426A - 蒸気発生器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 煙道の周囲壁（２）が互いに気密に接続された管（４）によって形成され、これらの管（４）がほぼ垂直に配置され媒体側が下から上に貫流される化石燃料燃焼式蒸気発生器において、本発明によれば煙道の下側部分に敷設された第一部分（５）における管（４）がその上側に位置する煙道の第二部分（７）における管（４）よりも大きな内径（ｄ１）を有している。これによって一方では管（４）の確実な冷却が保証される。他方では各管（４）の多重加熱あるいは過比例加熱は管（４）の出口間において許容できないような温度差を生じることはない。図２

Description

【発明の詳細な説明】 蒸気発生器 本発明は、煙道の周囲壁が互いに気密に接続された管によって形成され、これ らの管がほぼ垂直に配置され媒体側が下から上に貫流される化石燃料燃焼式蒸気 発生器に関する。 周囲壁はしばしば伝熱面要素ごとに種々の強さの加熱作用に曝される。例えば 化石燃灯用の多数のバーナが配置されている下側範囲においては一般に加熱作用 はその上側範囲におけるより著しく強い。この理由は、この上側部分にはしばし ば、特に熱放射による過大な加熱作用に対して周囲壁を遮蔽する補助的な熱交換 器伝熱面が配置されていることにある。 ヨーロッパ特許第００５４６０１号公報で公知の蒸気発生器では、垂直の煙道 の周囲壁は下側部分においてだけしか蒸発器伝熱面として使用されていない。蒸 気（あるいは部分負荷においては水・蒸気混合物）は続いて後置接続された対流 蒸発器に導かれる。周囲壁の上側部分は過熱器伝熱面として作用する管によって 形成されている。周囲壁の一部しか蒸発器面として利用されていないので、各管 の多重加熱あるいは過比例加熱の際に、これらの管の出口において比較的僅かな 温度差しか生じない。蒸発器伝熱面に後置接続された対流蒸発器の管における水 ・蒸気混合物の不均一な分布はこの蒸発器の僅かな加熱のために調節できる。も っとも周囲壁の上側部分の冷却が約２８０〜３２０バールの高い圧力下の過熱蒸 気で行われるので、この周囲壁の上側部分には製造の際に複雑な熱処理を必要と する高クロム含有鋼が使用される。更にこの公知の装置は対流蒸発器へのおよび そこからの接続配管および管寄せを必要とするので著しく高い経費がかかり、対 流煙道において特に燃焼ガス側に調節通路を組み込むことによって増大した調節 費用を必要としている。類似した装置は文献「ファウゲーベー・クラフトウエル クテヒニク」１９９１年、第７号、第６３７〜６４３頁にも記載されている。 周囲壁がスパイラル状管構造をしている貫流形蒸気発生器では管内の質量流量 密度は一般に約２５００ｋｇ／ｍ²ｓであり、この貫流形蒸気発生器の場合、多 重 加熱の管間の温度差への影響は垂直煙道の上側部分における管内径の増大によっ て低下させられている。しかしこの原理は、垂直に配置された管から成る周囲壁 の場合には、もともと比較的小さな質量流量密度（管内における流速の尺度でも ある）が臨界点の近くにおける蒸気圧力において管の確実な冷却がもはや保証さ れないほどに減少されるので、利用することはできない。更に、一方では管を確 実に冷却するために高い質量流量を必要とし、他方では高い質量流量が各管の間 において大きな温度差を生じてしまうという問題がある。更に湿り蒸気範囲にお いて中間管寄せを利用する際、水・蒸気が分解してその分布が不均一になるとい うおそれがあり、この中間管寄せに後置接続された管系統において大きな温度差 が生じてしまう。 本発明の課題は、冒頭に述べた形式の蒸気発生器を一方では周囲壁の管の十分 な冷却を保証し、他方では各管の多重加熱が個々の管の間に許容できない温度差 を生じないように改良することにある。またこれを僅かな費用で達成しようとす るものである。 本発明によればこの課題は、煙道の下部に敷設された第一部分における管がそ の上側に位置する煙道の第二部分における管よりも大きな内径を有していること によって解決される。 煙道の下側部分に敷設された第一部分（以下において周囲壁の第一区域とも呼 ぶ）は非常に高い熱流束と管内における良好な内部熱伝達によって特色づけられ 、例えばバーナ範囲に位置している。その上側に位置する煙道の第二部分（以下 において周囲壁の第二区域とも呼ぶ）は同様に高い熱流束と管内における低下し た内部熱伝達とによって特色づけられ、例えば蒸気発生器のバーナ範囲に続くい わゆるガス放射室に配置されている。 周囲壁の第一区域は好適には内部熱伝達を向上するために内側にフィンが付け られ垂直に配置された管を有している。これらの管は有利には、全負荷において 管内における均質量流量密度が好適には１０００ｋｇ／ｍ²ｓより小さいように 寸法づけられている。第一区域の出口における蒸気の平均含有率は例えば４０％ の部分負荷において０．８〜０．９５とされている。この条件においては各管の 多重加熱がそれらの管の中の流量を増大するような良好な流れ状態が生じ、これ により管の出口には僅かな温度差しか生じなくなる。 周囲壁の第二区域において運転状態に関係して熱伝達に問題が生ずる、即ちい わゆる「ドライアウト」が生ずることがある。この低下した内部熱伝達において 許容できないほど高い管壁温度の発生を回避するために、質量流量密度は有利に は１０００ｋｇ／ｍ²ｓ以上に高められる。従って管の内径は第一区域から第二 区域への移行部において同じ平行管数あるいは同じ管ピッチを維持した状態で減 少されている。この内径の減少によって、第二区域における高い熱流束において も確実な管冷却が保証される。 第二区域の小さな内径の管は有利には第一区域の大きな内径の管に直接接続さ れているので、両区域の管は互いに直接移行している。第二区域の管は少なくと もまず最初に貫流される部分に同様に内側フィンを持たせることができる。 加熱される蒸発器・平行管系統において入口と出口との間で圧力降下が生じ、 この圧力降下は出口に向かって主に高い蒸気速度に基づく摩擦によって発生され る。高い摩擦圧力降下は、強く加熱された管を通る質量流量を減少させるか、あ るいは加熱に比べて僅かしか増加させない。蒸気の形成により摩擦圧力損失が大 きく増大する範囲に圧力平衡タンクを配置するとき、圧力平衡タンクの前に位置 する系統は加熱差にほぼ理想的に適合でき、即ち強い加熱はほぼ一様な強さの質 量流量を生ずる。 従って有利な実施態様においては、煙道の第一部分の上側半部に例えば第一区 圧力平衡管は好適には垂直煙道の外側に設けられた一つあるいは複数個の圧力平 衡タンクに導かれている。この圧力平衡によって両区域は流れ側が十分に切り離 される。従って比較的大きな質量流量密度に基づく第二区域における非常に高い 摩擦損失は、第一区域における良好な流れ関係に影響を与えない。従って第一区 域の出口に多重加熱に基づく温度勾配層（管横断面にわたる温度勾配）は生じな い。第一区域の管が第二区域の管に直接移行していることによって、湿り蒸気範 囲における水・蒸気分解は確実に避けられる。 高い煙道を備えた蒸気発生器の場合、例えば誘引式蒸気発生器の場合、煙道の 第三部分における管はその下側に位置する煙道の第二部分における管より大きな 内径を有している。煙道のこの第三部分（以下において周囲壁の第三区域とも呼 ぶ）は、低い熱流束と管内における適度な内部熱伝達とによって特色づけられ、 蒸気発生器のいわゆる対流煙道の中に位置している。 周囲壁の第二区域から第三区域への移行部における質量流量密度は、そこに生 ずる第二区域における熱流束に比べて低い熱流束のために、管内における摩擦損 失を小さくするために下げられる。第三区域においては管は内側フィン無しに形 成することができる。 垂直煙道の継続経路において熱流束は、煙道の第三部分即ち周囲壁の第三区域 において煙道の第二部分即ち周囲壁の第二区域の管が半分の数で済むほどに低下 する。第三区域における管の数の半減は、煙道の第二部分のそれぞれ２本の管を それらに共通して対応された煙道の第三部分の１本の管に開口することによって 達成される。 以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。 図１は三つの区域に分けられている煙道を持つ蒸気発生器の概略構成図、図２ は異なった区域において異なった内径を有している管の図１における部分ＩＩの 拡大断面図である。 各図面において同一部分には同一符号が付けられている。 図１における蒸気発生器１の断面矩形の垂直な煙道は周囲壁２によって形成さ れている。この周囲壁２は煙道の下端において漏斗状底３に移行している。周囲 壁２の管４はその長手辺側が、例えばフィン９（図２）を介して、互いに気密に 結合され例えば溶接されている。底３は詳細に図示していない灰の取出し口３ａ を有している。 煙道の下側部分あるいは第一部分５において、、即ち周囲壁２の第一区域にお いて、化石燃料用の例えば４個のバーナが周囲壁２にあるそれぞれ一つの開口６ に設けられている。周囲壁２の管４はかかる開口６において湾曲されており、垂 直煙道の外側を延びている。例えば空気ノズルあるいは燃焼ガスノズルに対して も類似した開口を形成することができる。 煙道の第一下側部分５の上には煙道の第二部分７、即ち周囲壁２の第二区域が 存在し、その上に煙道の第三あるいは上側部分８、即ち周囲壁２の第三区域が設 けられている。 バーナ範囲における第一部分５は非常に高い熱流束と管４における良好な内部 熱伝達とによって特色づけられる。第二部分７はガス放射室の中に敷設され、同 様に高い熱流密度と管４における低下した小さな内部熱伝達とによって特色づけ られる。第三部分８は対流煙道の中に敷設され、小さな熱流束と管４における適 度の内部熱伝達とによって特色づけられる。この第三部分８は特に誘引形蒸気発 生器に存在している。 周囲壁２の媒体側、即ち水あるいは水・蒸気混合物で下から上に並行して貫流 される管４はその入口側端が入口管寄せ１１に接続され、出口側端が出口管寄せ １２に接続されている。入口管寄せ１１および出口管寄せ１２は煙道の外側に存 在し、例えばそれぞれリング状管によって形成されている。 入口管寄せ１１は配管１３および管寄せ１４を介して高圧予熱器あるいはエコ ノマイザ１５に接続されている。エコノマイザ１５の伝熱面は周囲壁２の第三区 域８によって包囲された空間の中に位置している。エコノマイザ１５は蒸気発生 器１の運転中において入口側が管寄せ１６を介して蒸気タービンの水・蒸気回路 に接続されている。 出口管寄せ１２は水・蒸気分離器１７および配管１８を介して高圧過熱器１９ に接続されている。高圧過熱器１９は周囲壁２の第二区域７の範囲に配置されて いる。これは運転中において出口側が管寄せ２０を介して蒸気タービンの高圧部 に接続されている。第二区域７の範囲に中間過熱器２１も位置しており、これは 管寄せ２２、２３を介して蒸気タービンの高圧部と中圧部との間に接続されてい る。水・蒸気分離器１７の中で生ずる水は配管２４を介して排出される。 周囲壁２の第一区域５から第二区域７に移行する範囲２５の煙道の外側には、 リング状管によって形成されている圧力平衡タンク２６が設けられている。 図２から明らかなように、区域５、７内に延びているすべての管４は圧力平衡 管２７を介して圧力平衡タンク２６に接続されている。 管４が第一区域５から第二区域７に移行している範囲２５では、管４の内のり 幅は先細になっている。言い換えれば管４は煙道の下部５において、その上側に 位置する煙道の第二区域７における管４の内径ｄ２よりも大きな内径ｄ１を有し ている。小さな内径ｄ２の管４は大きな内径ｄ１の管４に直接接続され、即ち管 ４は範囲２５において互いに移行している。区域５における管４はねじ状の内側 フィン（図示せず）を有している。管４は区域５において、そこの平均質量流量 密度が全負荷において１０００ｋｇ／ｍ²ｓと同じかそれより小さいように寸法 づけられている。管４における平均質量流量密度は第二区域あるいは中間区域７ においては１０００ｋｇ／ｍ²ｓより大きい。 周囲壁２の第三区域あるいは上側区域８において管４は更にその下側に位置す る区域７におけるより大きな内径を有している。管４は第二区域７においても好 適にはその全長にわたってねじ状の内側フィンを有しているが、第三区域８の管 ４はその長さの一部にわたってしかねじ状の内側フィンを備えていない。しかし 内側フィンが無くされていると有利である。 周囲壁２の上側区域８における管４の数は第二区域７における数の半分でしか ない。従って第二区域７の管４は範囲３０においてそれぞれ２本づつそれらに共 通の対応する第三区域８の１本の管に開口している（図１参照）。 図２に示されているように、、区域５、７において管４は外径も異なっており 、この外径はすべての区域５、７、８における管４の肉厚がほぼ同じ大きさであ るようにそれぞれの内径ｄ１、ｄ２と合わされている。しかしすべての区域５、 ７、８における管４の外径を同じにし、中間区域あるいは第二区域７における管 ４の肉厚を第一区域５および／または第三区域８における肉厚より大きくするこ ともできる。既に述べたように管４はその長手辺に管４を気密に接続するために 役立つフィン９が設けられている。 周囲壁２の管４がその全長にわたって蒸気発生器１の種々の区域あるいは範囲 ５、７、８において異なった内径ｄ１、ｄ２を有していることによって、周囲壁 ２の管４の寸法づけは煙道の種々の加熱に合わされる。その場合一方では管４の 確実な冷却が保証される。他方では各管４の多重加熱は各管４の出口間において 許容できないような温度差を生じることはない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウイツトコウ、エバーハルト ドイツ連邦共和国 デー‐91054 エルラ ンゲン シユロンフエルト 96

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．煙道の周囲壁（２）が互いに気密に接続された管（４）によって形成され、 これらの管（４）がほぼ垂直に配置され媒体側が下から上に貫流される化石燃料 燃焼式蒸気発生器において、煙道の下側部分に敷設された第一部分（５）におけ る管（４）がその上側に位置する煙道の第二部分（７）における管（４）よりも 大きな内径（ｄ１）を有していることを特徴とする蒸気発生器。 ２．小さな内径（ｄ２）の管（４）が大きな内径（ｄ１）の管（４）に直接接続 されているかあるいはそれに移行していることを特徴とする請求項１記載の蒸気 発生器。 ３．各管（４）が圧力平衡管（２７）を介して煙道の外側に設けられている圧力 平衡タンク（２６）に接続されていることを特徴とする請求項１または２記載の 蒸気発生器。 ４．各圧力平衡管（２７）が煙道の第一部分（５）の上側半部内に、好適には第 一部分（５）の上側３分の１の範囲内に、例えば煙道の第一部分（５）から第二 部分（７）に移行する範囲（２５）に位置していることを特徴とする請求項３記 載の蒸気発生器。 ５．煙道の第一部分（５）における管（４）がねじ状の内側フィンを有している ことを特徴とする請求項１ないし４の１つに記載の蒸気発生器。 ６．煙道の第二部分（７）における管（４）が少なくともその長さの一部にわた ってねじ状の内側フィンを有していることを特徴とする請求項１ないし５の１つ に記載の蒸気発生器。 ７．第一部分（５）の管（４）における平均質量流量密度が全負荷において１０ ００ｋｇ／ｍ²ｓと同じであるかそれより小さいことを特徴とする請求項１ない し６の１つに記載の蒸気発生器。 ８．煙道の上部に敷設された第三部分（８）における管（４）がその下側に位置 している煙道の第二部分（７）におけるものより大きな内径を有していることを 特徴とする請求項１記載の蒸気発生器。 ９．第三部分（８）における大きな内径をした管（４）が第二部分（７）におけ る小さな内径（ｄ２）をした管（４）に直接接続されているかそれに移行してい ることを特徴とする請求項８記載の蒸気発生器。 １０．煙道の第三部分（８）における管（４）の数が煙道の第二部分（７）にお ける数の半分だけであり、第二部分（７）の管（４）が２本づつそれらに共通し て対応された第三部分（８）の１本の管（４）に開口していることを特徴とする 請求項８または９記載の蒸気発生器。