JPS6333601B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、貫流ボイラの殊に水冷壁管系統に関
するものである。

従来の技術 一般にボイラにおいては火炉水冷壁は高い熱負
荷を受けるが、その熱負荷の水冷壁管に対する分
布は一様でなく、ボイラの運転条件によつても変
化する。これらの条件に関して信頼性の高い火炉
水冷壁管系統を設けることは重要であり、この設
計においては熱負荷および熱吸収に見合つた流量
を安定して確保することが要件であり、このため
従来は分配管および水冷壁管入口部にオリフイス
装置を装着して対応している。

そこで、このようなオリフイス装置を配設した
従来の貫流ボイラについて説明する。

第１図は従来の水冷壁管系統例を示し、この場
合には、給水は節炭器出口降水管１を経て分水装
置２すなわち分水球または分配管寄せに供給さ
れ、この分水装置から分配管４−１，４−２，４
−３を経て各水冷壁入口管寄せ５−１，５−２，
５−３に流入する。前記管寄せ５−１，５−２か
ら出る水冷管７−１，７−２は熱負荷、熱吸収の
条件で区分される流動安定性の高い水冷壁管で構
成される系統で、これらの系統は前記分水装置２
における分配管４−１，４−２の入口に設けられ
たオリフイス３により流量が分配される。前記管
寄せ５−３から出る水冷壁７−３の系統は流動安
定性の低い水冷壁管で構成される系統で、この系
統に対しては前記分水装置２にオリフイスを設け
ずに、管寄せ５−３における水冷壁管７−３の入
口に設けたオリフイス６により各水冷管における
流量配分を行なつている。各水冷壁管を流れる流
体は出口管寄せ８−１，８−２，８−３から出口
連絡管９−１，９−２，９−３を経て送出管１０
を通つて対流伝熱面または気水分離器へ流れる。

しかし乍ら、貫流ボイラの運転においては水冷
壁管通過流量はボイラ負荷に比例して減少し、起
動および低負荷の流量は最大流量の1/4程度まで
減少する。このような水冷壁管を通過する流体の
少ない運転域では内部流体条件および外面の加熱
条件によつて流動の安定性が低い水冷壁管も生じ
得る。このような水冷壁管の内部流体の流動の安
定性の低下を防ぎ、管内の流体の流動特性を改善
し流量増加を図るには全面的にオリフイス効果を
大きくすることが必要である。

発明が解決しようとする問題点 ところが、水冷壁管７−３の圧力損失が大きい
場合、あるいは水冷壁管７−３の径が小さい場合
には水冷壁管入口オリフイス効果を増大すること
ができず、またオリフイス６を小口径化すると給
水中の異物付着により閉塞の問題が起り易い。ま
た流動不安定な系統に対して必要流量を確保する
ためには安定な系統７−１，７−２の分配管オリ
フイス３の絞り込みが必要となるために、このよ
うなオリフイス設備にすると、絞り効果の必要な
極低負荷時以外は不要な圧力損失を火炉水令壁管
系統に与えることとなり、給水ポンプ（図示せ
ず）吐出圧力の増加、オリフイス３，６上流側設
計圧力の上昇を必要とし、運転動力、設備費の増
加をもたらすことになる。

問題点を解決するための手段 本発明は、このような従来の問題点を解決する
ために、水冷壁管系統を低負荷時に流動安定性の
高い系統と低い系統とに区分して成る貫流ボイラ
において、前記流動安定性の高い水冷壁管系統の
各分配管入口に配設するオリフイスと、このオリ
フイスを通じて給水を供給する分水装置と、この
分水装置の上流側の第１入口連絡管に配設する可
変オリフイスと、この可変オリフイスの上流側に
配置した前記流動安定性の低い水冷壁管系統の水
令壁入口管寄せに配設するオリフイスと、このオ
リフイスを通じて給水を供給する第２入口連絡管
とをそなえたものである。

作 用 このような手段によれば、流動安定性の高い水
冷壁管系統の第１入口連絡管に設けた可変オリフ
イスを絞るので、極低負荷時に流動安定性の低い
水冷壁管系統内に必要な流量を確保することがで
きるため、流動安定性を向上させることが可能で
ある。

実施例 以下第２図を参照して、本発明による貫流ボイ
ラの一実施例について説明する。

第２図は水冷壁管系統を示し、給水は節炭器出
口降水管１を経て、分岐点Ａにおいて第１及び２
入口連絡管１１−１，１１−２に分流する。熱負
荷、熱吸収条件で区分される流動安定性の高い系
統は第１入口連絡管１１−１からこの連絡管の途
中に配設した可変オリフイス１２を経て分水装置
２に至り、その後は従来の系統と同様に、そこに
設けられたオリフイス３により流量が配分され、
分配管４−１，４−２、水冷壁管系統７−１，７
−２、水冷壁出口管寄せ８−１，８−２、及び出
口連絡管９−１，９−２に通じている。

これに対して流動安定性の低い系統は入口連絡
管１１−２から水冷壁入口管寄せ５−３に至り、
そこに設けられたオリフイス６により各水冷管に
おける流量配分を受けてから、水冷壁管系統７−
３、水冷管出口管寄せ８−３、及び出口連絡管９
−３に通じている。そして、出口連絡管９−１，
９−２，９−３を通つた流体は送出管１０により
対流伝熱面または気水分離器を流れる。

この場合、前述の如き火炉の水冷壁管系統７−
１〜７−３夫々の流動安定性の高低については、
管の長さ、曲部の数、管径や水頭差等で決まる水
冷壁管の抵抗燃焼と、熱吸収量や熱吸収パターン
等で決める被加熱状態とにより異なる。

また、水冷壁管７−１〜７−３はこれらの条件
が一様でなく、火炉壁の配置上、例えばバーナか
らの火炎に直接晒される炉面等を構成する水冷壁
管では云うまでもなく熱吸収量が大きく、一方バ
ーナ部まわり（図示せず）等を構成する水冷壁管
では熱吸収量が少なく、形状的にも曲部が多いの
で抵抗が大きく水冷管中の蒸気（水）は流動し難
い。特に低負荷時の水冷壁管内の流動は自然循環
力の影響が大きくこのように熱吸収量の少ない系
統では流動安定性が低くなる。

さて、前述のような水冷壁管内流体の流動安定
特性を把握して、流動安定性の高い水冷壁管系統
７−１及び７−２にはその第１入口連絡管１１−
１に可変オリフイス１２を配設して熱吸収量基準
に水冷壁を区分して、その入口分配管４−１，４
−２への流量配分のために圧力損失の少ない、好
適には最小のオリフイス３を設けている。

そして、流動安定性の低い水冷壁管系統７−３
では流量配分のため水冷壁管入口にオリフイス６
を水冷壁入口管寄せ５−３に設けると共に、降水
管１から分岐した第２入口連絡管１１−２をその
管寄せ５−３に接続する。

以上のような構成により、貫流ボイラの極低負
荷時における運転では可変オリフイス１２を絞つ
て、その後流側の流動安定性の高い水冷壁管系統
７−１及び７−２への給水量を制限し、その上流
側の流動安定性の低い系統の給水量を増大して安
定性の向上を図り、極低負荷時以外では可変オリ
フイスの絞りを全開として、水冷壁系の圧力損失
低下を図ることとなる。

即ち、第３図に示すように、貫流ボイラを含め
てボイラ火炉を構成する水冷壁管のような炉内側
から加熱される被加熱管の管内流体の一般的な流
動特性において、まず、水冷壁入口管寄せ５−３
の途中にオリフイス６を配設していない場合の特
性を説明すると、Ｓ線で示す流動安定性の低い水
冷壁管系統７−３の状態では流量を増加していく
と、圧力損失量は単調に増加する（０〜Ａ点過熱
蒸気域）。

更に、流量を増加していくと、管内を流動する
蒸気が気相と液相となり（Ａ〜Ｂ点二相流域）、
圧力損失量が一旦減少する。

続けて流量を増加していくと、管内は液相の水
となり（Ｂ〜Ｃ点液相流域）、圧力損失量は再び
単調に増加する、いわゆる「鞍形特性」と呼称さ
れる公知の特性が表われる。従つて、このような
特性を有する水冷壁管系統７−３においては、三
種類の異なつた管内状態が存在し得ることとな
り、管内の蒸気（水）の流動状態が不安定である
と共に、流量の少ない水冷壁管７−３では過熱又
は焼損の危険性がある。（特に０〜Ａ点の状態）。

そこで、このような鞍形特性を改善したのが、
水冷壁入口管寄せ５−３の途中にオリフイス６、
換言すれば、管内流体に対する抵抗体の導入であ
る。

このオリフイス６を装着することにより、その
流動（安定性の低い）特性が、図中のS′線で示す
流動安定性の高い水冷壁管系統７−１及び７−２
の状態の如く圧力損失量の変化が全域に渡り単調
増加に転ずることとなる。即ち、このことは流動
が安定化することを意味しており、ある圧力損失
に対しては、一定の流量が確保できる。

そして、流動特性の改善は前述の如く水冷壁入
口管寄せ５−３にオリフイス６を配設することに
より、そのより良い改善が可能となるが、しかし
乍ら、このような処置だけでは不十分で、水冷壁
管７−３の圧力損失にオリフイス６自体の圧力損
失が加わり結果的に圧力損失量は増加してしまう
ため、圧力損失（水頭差）が一定ならば流量が減
少する傾向となる。

この場合、必要流量を確保するためには、他の
並列に接続する流動安定性の高い水冷壁管系統７
−１及び７−２への給水量を減少させて、流動安
定性の低い水冷壁管系統７−３へその減らした給
水量を補給してやれば良いことになる。

このために前者の系統７−１及び７−２の圧力
損失を増加するよう入口連絡管１１−１から各入
口分配管４−１，４−２へオリフイス３を配設す
るが、しかし乍ら、この場合にも通常は固定オリ
フイスを使用するので、全運転負荷域において水
冷壁管系統７−３の圧力損失はまだ大きく、前述
の如く給水ポンプ動力の増大を来し、オリフイス
３，６上流側の設計圧力も高くする必要がある。

しかして、本発明によれば、可変オリフイス１
２を用いることにより、これらの問題を解決する
ことができる。即ち、安定性の高い水冷壁管系統
７−１及び７−２への入口連絡管１１−１の途中
にこの可変オリフイス１２を配設し、安定性の低
い水冷壁管系統７−３の安定性が特に低い状態に
ある極低負荷時に、そのオリフイス効果を持た
せ、つまり可変オリフイス１２を絞つて給水流路
の調整をし、後者の系統７−３側へ流量を所定量
流入させる。

このような操作をすることにより、流動安定性
の低い水冷壁管系統７−３の流動特性を系統入口
の固定オリフイス６による絞りを与えることによ
り改善しつつ、更に可変オリフイス１２による系
統への流量増加により安定流量を確保するため、
低負荷時での流動安定性が容易に改善されると共
に、高負荷時の圧力損失の増大をも防止すること
ができる。

発明の効果 この結果、水冷壁管入口に固定オリフイスによ
り絞りを与えることで水冷壁の流動特性は、第３
図のS′線で示す如く、流量を増加することにより
熱吸収の流動に対する影響が小さくなり、管内流
動が安定すると共に、流動安定性の高い系統に可
変オリフイスを設けて絞ることにより、流動不安
定な系統の流量を増加することができるので、流
動安定性は高くなり、流量増と相俟つて管の過熱
や損傷を回避でき、信頼性が増大する。

しかも、固定絞りの圧力損失は最少限とし、極
低負荷時にのみ可変オリフイスを絞るので通常運
用条件における各水冷壁管系統の圧力損失の増加
がないため、オリフイス上流側設計圧力および給
水ポンプ吐出圧力を高める必要もなく、最少にす
ることができるので、設備費の低減が可能とな
り、さらに給水ポンプ消費動力も最少にできるの
で運転経費の節約が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の貫流ボイラを示す水冷壁管系統
図、第２図は本発明による貫流ボイラの一例を示
す水冷壁管系統図である。第３図は水冷壁管の安
定性向上を示す流量と圧力損失との関係特性曲線
図である。 ２……分水装置、３，６……オリフイス、４−
１，４−２……各分配管、５−１〜５−３……水
冷壁入口管寄せ、７−１〜７−３……水冷壁管系
統、１１−１，１１−２……各第１及び第２入口
連絡管、１２……可変オリフイス。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 水冷壁管系統を低負荷時に流動安定性の高い
   系統と低い系統とに区分して成る貫流ボイラにお
   いて、前記流動安定性の高い水冷壁管系統の各分
   配管入口に配設するオリフイスと、このオリフイ
   スを通じて給水を供給する分水装置と、この分水
   装置の上流側の第１入口連絡管に配設する可変オ
   リフイスと、この可変オリフイスの上流側に配置
   した前記流動安定性の低い水冷壁管系統の水冷壁
   入口管寄せに配設するオリフイスと、このオリフ
   イスを通じて給水を供給する第２入口連絡管とを
   そなえたことを特徴とする貫流ボイラ。