JP2002541419A - 化石燃料貫流ボイラ - Google Patents
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Abstract
Description
介して垂直煙道が後置接続され、燃焼室の囲壁が垂直に配置され互いに気密溶接
された蒸発管で形成された貫流ボイラに関する。
発するために利用される。媒体流は、通常蒸気発生回路内を導かれる。ボイラで
用意された蒸気は、例えば蒸気タービンを駆動するためおよび/又は密閉外部プ
ロセスで利用される。蒸気が蒸気タービンを駆動すると、タービンの軸を介して
、通常発電機又は作業機械が駆動される。発電機の場合、これにより発生された
電流は、複合電力系統および/又は独立電力系統に供給される。
クステヒニーク(Kraftwerkstechnik) 73(1993年)、第4号、第352
〜360頁に掲載のJ.フランケ、W.ケーラー、E.ウィッチョー共著の論文
「ベンソンボイラの蒸発器構想」で公知である。貫流ボイラでは、蒸発管として
設けられた蒸気発生管の加熱は、媒体流を蒸気発生管の一回の通過で蒸発させる
。
直方向への加熱媒体又は高温ガスの通過に対し設計されることを意味する。燃焼
室には、高温ガス側に水平煙道が後置接続され、高温ガス流が燃焼室から水平煙
道に移行する際、高温ガスのほぼ水平方向への転向が行われる。しかしそのよう
な燃焼室は、一般に温度に応じて燃焼室長さが変化するため、燃焼室を懸垂支持
する架台を必要とする。これは、貫流ボイラの製造および組み立てに際しかなり
高い技術的経費がかかることを意味し、その経費は、貫流ボイラの構造高さが大
きくなればなる程高くなる。これは特に、全負荷時に80kg/秒より大きな蒸
気出力に対し設計された貫流ボイラに当てはまる。
の間にほんの僅かな密度差しか存在しない水の臨界圧(Pkri=221バール)
よりかなり高くできる。高い主蒸気圧は、高い熱効率を助長し、従って燃料とし
て例えば石炭や活性炭を燃やす化石燃料式原動所のCO2の発生量を減らす。
は材料温度に応じ設計することにある。約200バール迄の未臨界圧力範囲にお
いて、燃焼室の囲壁温度は、蒸発管の内周面の湿りが保障されるとき、主に水の
飽和温度の高さによって決定される。これは、例えば内周面に表面組織を有する
蒸発管を利用することによって達成される。そのため、特に内側フィン(ひれ)
付き蒸発管が考慮され、その貫流ボイラへの採用は、例えば上述の文献で知られ
ている。この所謂フィン付き管、即ち内周面にフィンが付けられた管は、管内壁
から媒体流への特に良好な熱伝達率を有する。
度の管壁間に熱応力が生ずることは、経験的に避けられない。これは、特に燃焼
室とこれに後置接続された水平煙道との接続部分に、即ち燃焼室の出口範囲の蒸
発管と水平煙道の入口範囲の蒸気発生管との間に生ずる。この熱応力により貫流
ボイラの寿命が著しく短縮され、極端な場合に管に亀裂が生じる。
焼室とこれに後置接続された水平煙道との接続部の温度差が小さくなる、冒頭に
述べた形式の化石燃料式貫流ボイラを提供することにある。これは特に、互いに
直接又は間接的に隣接する燃焼室の蒸発管と、燃焼室に後置接続された水平煙道
の蒸気発生管とに適用される。
のバーナを有し、多数の蒸発管に各々並行して媒体流が供給され、燃焼室の出口
範囲において、並行して媒体流を供給される若干の蒸発管が、燃焼室の囲壁に入
り込む前に、燃焼室を通して導かれることによって解決される。
懸垂構造物を有さねばならないと言う考えから出発している。技術的に非常に安
価に作れる燃焼室懸垂支持用の架台は、貫流ボイラの比較的低い構造高さに伴い
生ずる。貫流ボイラの特に低い構造高さは、燃焼室を水平構造に形成することで
得られる。そのため、バーナを燃焼室壁に水平煙道の高さに配置する。これによ
り、貫流ボイラの運転中、高温ガスは燃焼室をほぼ水平の主流れ方向に流れる。
温度差を、熱応力による過早の材料疲労を確実に防止するため特に小さくせねば
ならない。燃焼室の出口範囲と水平煙道の入口範囲での熱応力による材料疲労を
確実に防止するには、この温度差を、特に互いに直接又は間接的に隣接する燃焼
室の蒸発管と水平煙道の蒸気発生管との間で、特に小さくせねばならない。
に後置接続された水平煙道の蒸気発生管の入口部分よりも非常に低温である。即
ち、水平煙道の蒸気発生管に流入する高温媒体流に比べ比較的冷たい媒体流が、
蒸発管に流入する。即ち、貫流ボイラの運転中、蒸発管は入口部分が、水平煙道
の入口部分における蒸気発生管よりも冷たい。従って、燃焼室と水平煙道との接
続部に、熱応力による材料疲労が生ずることが予期される。
管の入口部分と蒸気発生管の入口部分との温度差は、低温媒体流が蒸発管に流入
する場合程は大きくならない。水平煙道の蒸気発生管に間接又は直接に接続され
た蒸発管に、加熱により媒体流の予熱を行う管が直接接続されているか、その蒸
発管の一部であるとき、温度差は一層小さくなる。このため、若干の蒸発管は燃
焼室の囲壁に入り込む前に燃焼室を通して導かれる。その場合、この若干の蒸発
管は、媒体流が並行して供給される多数の蒸発管に付属している。
密溶接され且つ並行して媒体流が供給される蒸気発生管で形成されている。
口管寄せ装置が前置接続され、共通の出口管寄せ装置が後置接続される。即ち、
この実施態様で形成された貫流ボイラは、並列接続された多数の蒸発管間の確実
な圧力バランスを可能にし、並列接続された全ての蒸発管は同じ総圧力損失を示
す。これは、低加熱蒸発管に比べ、高加熱蒸発管において流量が増大することを
意味する。これは、水平煙道又は垂直煙道の並行して媒体流が供給される多数の
蒸気発生管に対しても適用され、媒体流側において、各々共通の入口管寄せ装置
が前置接続され、共通の出口管寄せ装置が後置接続される。
成する囲壁の蒸発管に前置接続されている。これにより、燃焼室の高加熱正面壁
の特に良好な冷却が保障される。
ける蒸発管の各々の位置に応じ選定される。このようにして、蒸発管は燃焼室内
の高温ガス側の予設定可能な加熱温度分布に適合される。こうして蒸発管の貫流
に影響を及ぼすことで、蒸発管の出口における温度差が特に確実に小さくなる。
発管の内周面に各々多条ねじを形成するフィンを設けるのがよい。その場合、管
軸線に対して垂直な平面と管内周面に設けられたフィンのフランクとの成す傾斜
角αは、60°より小さく、好適には55°より小さい。
の蒸気含有量から特に良好な熱伝達に必要な管壁の湿りがもはや維持できない。
湿りが不足すると、所々に乾いた管壁が生ずる。そのような乾いた管壁への移行
は、熱伝達挙動が悪い所謂熱伝達危機を生じ、このために一般に、この個所で管
壁温度が特に著しく上昇する。しかしこの熱伝達危機は、内側フィン付き蒸発管
においては平滑管と異なり、蒸気含有量が0.9より大きいとき、即ち蒸発の完
了直前に初めて生ずる。その理由は、スパイラル状フィンによって流れに旋回が
与えられることにある。異なる遠心力に基づき、水分は蒸気分から分離され、管
壁を伝って搬送される。これにより、管壁の湿りは高い蒸気含有量迄維持され、
従って、熱伝達危機の場所に既に流速が生ずる。これは、熱伝達危機にも係らず
非常に良好な熱伝達を生じさせ、その結果、管壁温度が低下する。
する。その手段を絞り装置として形成するのが特に有利である。その装置は、例
えば各蒸発管の内部において或る個所で管内径を狭める蒸発管内への組込み物で
ある。燃焼室の蒸発管に媒体流を供給する多数の並列配管を有する配管系におけ
る、流量を減少するための手段も有効である。その配管系は、媒体流が並行して
供給される蒸発管の入口管寄せ装置にも前置接続される。この配管系の1つ又は
複数の配管に、例えば絞り弁が設けられる。蒸発管を通る媒体流の流量を減少す
るための手段により、個々の蒸発管を通る媒体流の流量が、燃焼室におけるその
都度の加熱量に適合させられる。これによって、蒸発管の出口における媒体流の
温度差が、追加的に特に確実に小さくされる。
して互いに気密溶接されている。このフィンは管の製造過程において既に管と固
く結合され、これと共に単一品を形成している。管とフィンとから成るこの単一
品はフィン付き管とも呼ばれる。フィン幅は蒸発管ないし蒸気発生管への入熱量
に影響を与える。従ってフィン幅は、貫流ボイラにおける各々の蒸発管ないし蒸
気発生管の各々の位置に関係して、高温ガス側の予設定できる加熱温度分布に合
わされている。その加熱温度分布として、経験値から求められた代表的な加熱温
度分布あるいはまた例えば段階的な加熱温度分布のような大体の推定でもよい。
適当に選定されたフィン幅によって、種々の蒸発管ないし蒸気発生管が著しく異
なって加熱される場合でも、全ての蒸発管ないし蒸気発生管への入熱量は、蒸発
管ないし蒸気発生管の出口における温度差が特に小さくされるように、得られる
。このようにして、材料の早過ぎる疲労は確実に防止される。これによって、貫
流ボイラは特に長い寿命を持つ。
主流れ方向に対してほぼ垂直に配置し、その管を媒体流の貫流に対して並列接続
する。懸垂構造で配置され且つ隔壁加熱器とも呼ばれるこれらの過熱器は、主に
対流加熱され、媒体流側において燃焼室の蒸発管に後置接続される。これによっ
て、高温ガスの熱の特に良好な利用が保障される。
流れ方向に対しほぼ垂直に配置された管で形成される。対流加熱器のこれらの管
は、媒体流の貫流に対し並列接続される。対流加熱器も主に対流で加熱される。
コノマイザを有する。
する壁にバーナが配置される。このような構成の貫流ボイラは、特に簡単に燃料
の燃焼長に適合させられる。燃料の燃焼長とは、所定の平均高温ガス温度での水
平方向の高温ガス速度と、燃料の火炎の燃焼時間tAとの積を意味する。その都
度の貫流ボイラにおける最大燃焼長は、貫流ボイラの全負荷時、所謂全負荷運転
時の蒸気出力Mにおいて生ずる。燃料の火炎の燃焼時間tAは、平均粒度の微粉
炭が、所定の平均高温ガス温度で完全燃焼するために必要な時間である。
らすため、燃焼室の正面壁から水平煙道の入口範囲迄の距離で規定される燃焼室
の長さは、貫流ボイラの全負荷時における燃料の燃焼長と少なくとも同じとする
とよい。燃焼室の下部は灰出しホッパとして形成し、燃焼室の水平長さは、通常
灰出しホッパ上縁から燃焼室天井までの燃焼室高さの少なくとも80%である。
m)は、全負荷時における貫流ボイラの蒸気出力M(kg/秒)、化石燃料の火
炎の燃焼時間tA(秒)および燃焼室からの高温ガスの出口温度TBRK(℃)の関
数として選定される。その場合、全負荷時の貫流ボイラの所定の蒸気出力Mにお
いて、近似的に、次の(1)式および(2)式のうち大きい方の値が適用される
。
0-4(m・秒)/(kg℃)、C4=0.286(秒・m)/kg、C5=3・1
0-4m/(℃)2、C6=−0.842m/℃、C7=603.41mである。
%が許容偏差であることを意味する。
の運転中、化石燃料の燃焼時に生ずる灰は、特に簡単に排出され、例えば灰出し
ホッパ下に配置した灰出し装置に排出される。化石燃料は固形の石炭である。
前に燃焼室を通して導くことで、貫流ボイラの運転中、燃焼室と水平煙道の接続
部の直ぐ周辺の温度差が、特に小さくなることにある。従って貫流ボイラの運転
中、燃焼室と水平煙道の接続部における互いに直接隣接する燃焼室の蒸発管と、
水平煙道の蒸気発生管との間の温度差により生ずる熱応力が、例えば管亀裂を生
ずる恐れがある値よりもかなり低く保たれる。これに伴い、貫流ボイラに水平燃
焼室を非常な長寿命で用いることができる。高温ガスのほぼ水平の主流れ方向に
対し燃焼室を設計することで、貫流ボイラの構造は特にコンパクトになり、その
結果、貫流ボイラを、蒸気タービンを備える原動所に組み入れる際に、貫流ボイ
ラから蒸気タービン迄の接続管を特に短くすることを可能にする。
分には同一符号を付してある
している。貫流ボイラは全負荷時に少なくとも80kg/秒の蒸気出力に対して
設計されている。貫流ボイラ2で発生された蒸気は蒸気タービンを駆動するため
に利用され、この蒸気タービンは発電機を駆動する。発電機で発生した電力は、
複合電力系統あるいは独立電力系統への給電に利用される。
室4の高温ガス側には、水平煙道6を介し垂直煙道8が後置接続されている。燃
焼室4の下部は灰出しホッパ5により形成され、その上縁は終点X、Yを含む補
助線で示す。貫流ボイラ2の運転中、灰出しホッパ5を通して、化石燃料Bの灰
がその下に設けた灰出し装置7に排出される。燃焼室4の囲壁9は、垂直に配置
され互いに気密溶接された多数の蒸発管10で形成されている。そのN本の蒸発
管10には、並行して媒体流Sが供給される。正面壁11は燃焼室4の囲壁9で
ある。追加的に水平煙道6の側壁12ないし垂直煙道8の側壁14も、垂直に配
置され互いに気密溶接された多数の蒸気発生管16、17で形成される。この場
合、その蒸気発生管16、17は各々並行して媒体流Sが供給される。
管寄せ装置18が前置接続され、出口管寄せ装置20が後置接続されている。入
口管寄せ装置18は多数の並行入口管寄せを備える。蒸発管10の入口管寄せ装
置18に媒体流Sを供給するため配管系19が設けられている。この配管系19
は並列接続された多数の配管を有し、これらの配管は各々、入口管寄せ装置18
の1つの入口管寄せに接続されている。
6に、共通の入口管寄せ装置21が前置接続されている。その場合、蒸気発生管
16の入口管寄せ装置21に媒体流Sを導入するため、同様に配管系19が設け
られている。この配管系19はここでも多数の並列接続された配管を有する。こ
れらの配管は各々入口管寄せ装置21の入口管寄せに接続されている。
をこのように形成することで、並列接続された全ての蒸発管10ないし蒸気発生
管16が同じ総圧力損失を有するよう、燃焼室4の互いに並列接続された蒸発管
10間、ないし水平煙道6の互いに並列接続された蒸気発生管16間の圧力を特
に確実にバランスできる。これは、高加熱蒸発管10ないし高加熱蒸気発生管1
6において、低加熱蒸発管10ないし低加熱蒸気発生管16に比べ流量が増大せ
ねばならないことを意味する。
のフィン40は多条ねじの形をし、フィン高さRを有する。その管軸線に対して
垂直な平面42と管内周面に設けられたフィン40のフランク44との成す傾斜
角αは55°より小さい。これにより、蒸発管10の内壁から蒸発管10内を導
かれる媒体流Sへの特に高い熱伝達率が、同時に低い管壁温度が得られる。
に関係して選定される。このようにして、貫流ボイラ2は蒸発管10の種々の強
さの加熱量に合わされる。このような燃焼室4の蒸発管10の設計は、蒸発管1
0の出口における温度差を特に小さくすることを、特に確実に保障する。
ず)が装備されている。絞り装置は、或る個所で管内径Dを狭める孔開き絞り板
として形成され、貫流ボイラ2の運転中に低加熱蒸発管10における媒体流Sの
流量を減少させ、これにより、媒体流Sの流量が加熱量に適合させる。
1つ又は複数の配管に、絞り装置特に絞り弁が装備されている(図示せず)。
フィンを介して互いに、詳述しない方法で気密溶接されている。つまり、そのフ
ィン幅を適当に選定することで、蒸発管10ないし蒸気発生管16、17の加熱
量が制御される。従って、各フィン幅は、貫流ボイラ2における各蒸発管10な
いし蒸気発生管16、17の位置に関係する予め設定できる高温ガス側の加熱温
度分布に合わされている。温度分布は、経験値から求めた代表的な加熱温度分布
であるか、或いは大体の推定でもよい。これにより、蒸発管10ないし蒸気発生
管16、17が著しく異なる加熱を受ける場合でも、蒸発管10ないし蒸気発生
管16、17の出口における温度差は、特に小さくできる。かくして、材料の疲
労を確実に防止し、貫流ボイラ2の長寿命を保障できる。
10の加熱量が、貫流ボイラ2の運転中に非常に異なってしまうことにつき考慮
せねばならない。そのため、蒸発管10の内側フィン、隣接する蒸発管10への
フィン結合および管内径Dについて、全蒸発管10が異なる加熱量にも係らずほ
ぼ同じ出口温度を有し、貫流ボイラ2のあらゆる運転状態において全蒸発管10
の十分な冷却が保障されるように設計する。貫流ボイラ2の運転中における若干
の蒸発管10の低加熱は、絞り装置の組込みにより補助的に考慮する。
各々の位置に関係して選定される。貫流ボイラ2の運転中に強く加熱される蒸発
管10は、貫流ボイラ2の運転中に弱く加熱される蒸発管10よりも、大きな管
内径Dとされる。これにより、管内径が全て同じにされている場合に比べ、大き
な管内径Dを持つ蒸発管10内における媒体流Sの流量が増大し、これに伴い、
異なった加熱量による蒸発管10の出口における温度差は減少される。蒸発管1
0内における媒体流Sの流量を加熱量に合わせる別の処置は、蒸発管10の一部
におよび/又は媒体流Sを供給するために用意された配管系19に、絞り装置を
組み込むことにある。これに対して、加熱量を蒸発管10内における媒体流Sの
流量に適合させるために、フィン幅が燃焼室4内における蒸発管10の位置に関
係して選定される。上述の全ての処置は、個々の蒸発管10が大きく異なって加
熱されるにも係らず、貫流ボイラ2の運転中に、蒸発管10内を導かれる媒体流
Sの比熱量がほぼ同じとなり、これによって、蒸発管10の出口における温度差
が小さくなる。蒸発管10の内側フィンは、貫流ボイラ2のあらゆる負荷状態に
おいて、異なる加熱量および異なる媒体流Sの流量にも係らず、蒸発管10の特
に確実な冷却が保障されるよう設計されている。
の過熱器23は高温ガスGの主流れ方向24に対し垂直に懸垂構造で配置され、
その管は媒体流Sの貫流に対し各々並列接続されている。過熱器23は主に対流
加熱され、媒体流側において燃焼室4の蒸発管10に後置接続されている。
流加熱器26は、高温ガスGの主流れ方向26に対しほぼ垂直に配置された管で
構成されている。これら管は、媒体流Sの貫流に対し各々並列接続されている。
更に垂直煙道8内にエコノマイザ28が配置されている。垂直煙道8は出口側が
別の熱交換器、例えば空気加熱器に開口し、そこから、集塵機を介して煙突に通
じている。垂直煙道8に後置接続された構造部品は、図1には示していない。
価な製造費および組立費で建設できる。このために、貫流ボイラ2の燃焼室4は
化石燃料用の多数のバーナ30を有している。これらバーナ30は、燃焼室4の
正面壁11に、水平煙道6の高さで配置されている。
て水平煙道6の最初の過熱器23の材料損傷および例えば高温溶融灰の侵入によ
るその過熱器23の汚染を特に確実に防止できるようにするため、燃焼室4の長
さLを、これが貫流ボイラ2の全負荷運転中に燃料Bの燃焼長を越えるように選
定してある。長さLは燃焼室4の正面壁11から水平煙道6の入口範囲32迄の
距離である。燃料Bの燃焼長は、所定の平均高温ガス温度時における水平方向の
高温ガス速度と、燃料Bの火炎Fの燃焼時間tAとの積として規定される。その
都度の貫流ボイラ2における最大燃焼長は、貫流ボイラ2の全負荷運転中に生ず
る。燃料Bの火炎Fの燃焼時間tAは、例えば平均粒度の微粉炭が所定の平均高
温ガス温度時に完全燃焼するために必要とする時間である。
)は、全負荷時における燃焼室4からの高温ガスGの出口温度TBRK(℃)、燃
料Bの火炎Fの燃焼時間tA(秒)、貫流ボイラ2の蒸気出力M(kg/秒)に
関係して適当に選定される。燃焼室4の水平長さLは、燃焼室4の高さHの約8
0%である。高さHは、図1において終点X、Yを含む線で示す燃焼室4の灰出
しホッパ上縁から燃焼室天井迄の距離である。燃焼室4の長さLは、近似的に次
の式(1)、(2)によって決定される。
0-4(m・秒)/(kg℃)、C4=0.286(秒・m)/kg、C5=3・1
0-4m/(℃)2、C6=−0.842m/℃、C7=603.41mである。
/−10%である。全負荷時における貫流ボイラ2の所定の蒸気出力Mに対して
貫流ボイラ2を設計する際、燃焼室4の長さLに対し、式(1)、(2)からの
大きい方の値が適用される。
出力Mに関する燃焼室4の長さLに対して、図3の座標系に、6つの曲線K1〜
K6を記してある。それら曲線には、次のパラメータが対応する。即ち、K1、K 2 、K3に各々式(1)におけるtA=3秒、tA=2.5秒、tA=2秒が対応し
、K4、K5、K6に各々式(2)におけるTBRK=1200℃、TBRK=1300
℃、TBRK=1400℃が対応している。
び燃焼室4からの高温ガスGの出口温度TBRK=1200℃に対し、曲線K1、K 4 が関与する。これにより、貫流ボイラ2の全負荷時に所定の蒸気出力Mの場合
に、燃焼室4の長さLは次のようになる。即ち各々曲線K4に基づいて、M=8
0kg/秒の場合、L=29m、M=160kg/秒の場合、L=34m、M=
560kg/秒の場合、L=57mとなる。
出口温度TBRK=1300℃に対し、例えば曲線K2、K5が関与する。これによ
り、貫流ボイラ2の全負荷時、所定の蒸気出力Mにおいて、燃焼室4の長さLは
次のようになる。即ち、M=80kg/秒の場合曲線K2に基づきL=21m、
M=180kg/秒の場合、曲線K2、K5に基づきL=23m、M=560kg
/秒の場合曲線K5に基づいてL=37mとなる。
れ、このMの値の範囲では破線で示された曲線K5は適用されない。180kg
/秒より大きなMの値に対して、実線で示された曲線K5の部分が適用され、こ
のMの値の範囲では破線で示された曲線K2は適用されない。
温度TBRK=1400℃に対し、例えば曲線K3、K6が関与する。これにより、
貫流ボイラ2の全負荷時、所定の蒸気出力Mの場合に、燃焼室4の長さLは次の
ようになる。即ち、M=80kg/秒の場合曲線K3に基づいてL=18m、M
=465kg/秒の場合曲線K3、K6に基づいてL=21m、M=560kg/
秒の場合曲線K6に基づいてL=23mとなる。
れ、破線で示す曲線K6は適用されない。465kg/秒より大きなMの値には
、実線で示す曲線K6の部分が適用され、破線で示す曲線K3は適用されない。
の間に比較的小さな温度差が生ずるようにすべく、図1に示す接続部分Zに蒸発
管50、51が特別な形態で導かれている。接続部分Zは図4に詳細に示され、
燃焼室4の出口範囲34と水平煙道6の入口範囲32を含んでいる。蒸発管50
は、水平煙道6の側壁12に直接溶接された燃焼室4の囲壁9のそれであり、蒸
発管52は、蒸発管50に直接隣接する燃焼室4の囲壁9のそれである。
通の入口管寄せ装置18から出ている。しかし蒸発管50並びに蒸発管52は、
まずほぼ水平方向に高温ガスGの主流れ方向と逆向きに、燃焼室4の外を導かれ
ている。それから燃焼室4に入り込み、そして本発明に基づき燃焼室4に入り込
んだ際、直ちに燃焼室4の囲壁9の構成部分とはなっていない。即ち、これら蒸
発管50、52は、高温ガスGの主流れ方向24と逆向きに延ばすため、燃焼室
4の外でそのほぼ垂直な経路から分岐される範囲迄、高温ガスGの主流れ方向2
4に沿って燃焼室4内を戻されている。これら蒸発管50、52は、ループ後に
初めて、燃焼室4の囲壁9に溶接され、燃焼室4の囲壁9の一部となる。
室4の囲壁9に入り込む前に予熱される。即ち貫流ボイラ2の運転中、蒸発管5
0、52に導入された媒体流Sが加熱、即ち予熱される。これに伴って媒体流S
は、蒸発管50、52に直接隣接する燃焼室4の蒸発管10の場合よりも比較的
高い温度で、燃焼室4の囲壁9に流入する。蒸発管50、52はこの特別な管案
内によって、貫流ボイラ2の運転中、その入口部分Eが、それに直接隣接する燃
焼室4の囲壁9の蒸発管10よりも比較的高い温度を持つ。これによって貫流ボ
イラ2の運転中、燃焼室4と水平煙道6との接続部36における温度差は確実に
小さくなる。
考え得る温度Tsに対する例として、図5における座標系に、相対管長Rと幾つ
かの温度Ts(℃)との関係が、曲線U1〜U4で記してある。曲線U1は、水平
煙道6の蒸気発生管16の温度経過、U2は蒸発管10の相対管長Rに沿った温
度経過、U3は特別に導かれた蒸発管50の温度経過、U4は燃焼室4の囲壁9の
蒸発管52の温度経過である。図示の曲線を参照して、燃焼室4の囲壁9におけ
る入口部分Eで蒸発管50、52を特別に案内することにより、水平煙道6の側
壁12の蒸気発生管16に対する温度差がかなり減少することが明らかである。
例えば、蒸発管50、52の温度は、蒸発管50、52の入口部分Eで45K(
ケルビン)だけ高められる。これにより、貫流ボイラ2の運転中、燃焼室4と水
平煙道6との接続部36において、入口部分Eにおける蒸発管50、52と水平
煙道6の蒸気発生管16の特に小さな温度差が保障される。
火炎Fは水平に延びる。燃焼室4の構造に伴い、燃焼中に生ずる高温ガスGの流
れは、ほぼ水平の主流れ方向24に生ずる。ガスGは水平煙道6を通りほぼ底に
向かって延びる垂直煙道8に達し、そこから煙突(図示せず)を通って出る。
10の入口管寄せ装置18に到達する。貫流ボイラ2の燃焼室4の垂直に配置さ
れ互いに気密溶接された多数の蒸発管10内で、媒体流Sの蒸発と、場合によっ
ては部分的な過熱とが行われる。その際生じた蒸気ないし水・蒸気混合物は、媒
体流S用の出口管寄せ装置20内に集められる。蒸気ないし水・蒸気混合物は、
そこから水平煙道6および垂直煙道8の壁を通り水平煙道6の過熱器23に到達
する。この過熱器23において蒸気が一層過熱され、この蒸気は続いて使用に供
され、例えば蒸気タービンの駆動に利用される。
範囲34と水平煙道6の入口範囲32との間の温度差が特に小さくなる。その場
合、燃焼室4の長さLを全負荷時の貫流ボイラ2の蒸気出力Mに関係して選定す
ることで、化石燃料Bの燃焼熱を確実に利用することができる。更に、貫流ボイ
ラ2はその特に低い構造高さおよびコンパクトな構造により、特に安価な製造費
と組立費で建設できる。その場合、非常に安い技術的費用で作れる架台を利用で
きる。蒸気タービンと低い構造高さの貫流ボイラ2とを備えた原動所の場合、貫
流ボイラ2から蒸気タービン迄の接続配管は、特に短く設計できる。
Claims (19)
- 【請求項1】 化石燃料(B)用の燃焼室(4)を有し、この燃焼室(4)
の高温ガス側に水平煙道(6)を介して垂直煙道(8)が後置接続され、燃焼室
(4)が水平煙道(6)の高さに配置された多数のバーナ(30)を有し、燃焼
室(4)の囲壁(9)が垂直に配置され互いに気密溶接された多数の蒸発管(1
0)で形成され、多数の蒸発管(10)が各々並行して媒体流(S)を供給され
、燃焼室(4)の出口範囲(34)において、並行して媒体流(S)が供給され
る若干の蒸発管(10)が、燃焼室(4)の囲壁(9)に入り込む前に、燃焼室
(4)を通して導かれることを特徴とする化石燃料貫流ボイラ。 - 【請求項2】 水平煙道(6)の側壁(12)が、垂直に配置され互いに気
密溶接され且つ並行して媒体流(S)が供給される蒸気発生管(16)で形成さ
れたことを特徴とする請求項1記載の貫流ボイラ。 - 【請求項3】 垂直煙道(8)の側壁(14)が、垂直に配置され互いに気
密溶接され且つ並行して媒体流(S)が供給される蒸気発生管(17)で形成さ
れたことを特徴とする請求項1又は2記載の貫流ボイラ。 - 【請求項4】 並行して媒体流(S)が供給される多数の蒸発管(10)に
、媒体流側において各々、共通の入口管寄せ装置(18)が前置接続され、共通
の出口管寄せ装置(20)が後置接続されたことを特徴とする請求項1ないし3
の1つに記載の貫流ボイラ。 - 【請求項5】 水平煙道(6)又は垂直煙道(8)の並行して媒体流(S)
が供給される多数の蒸気発生管(16、17)に、媒体流側において、各々共通
の入口管寄せ装置(21)が前置接続され、共通の出口管寄せ装置(22)が後
置接続されたことを特徴とする請求項1ないし4の1つに記載の貫流ボイラ。 - 【請求項6】 正面壁(11)が燃焼室(4)の囲壁(9)であり、この正
面壁(11)の蒸発管(10)が並行して媒体流(S)を供給されることを特徴
とする請求項1ないし5の1つに記載の貫流ボイラ。 - 【請求項7】 燃焼室(4)の正面壁(11)の蒸発管(10)が、媒体流
側において、燃焼室(4)の他の囲壁(9)に前置接続されたことを特徴とする
請求項1ないし6の1つに記載の貫流ボイラ。 - 【請求項8】 燃焼室(4)における多数の蒸発管(10)の管内径(D)
が、燃焼室(4)における蒸発管(10)の各々の位置に関係して選定されたこ
とを特徴とする請求項1ないし7の1つに記載の貫流ボイラ。 - 【請求項9】 多数の蒸発管(10)が、その内周面に各々多条ねじを形成
するフィン(40)を有することを特徴とする請求項1ないし8の1つに記載の
貫流ボイラ。 - 【請求項10】 管軸線に対して垂直な平面(42)と管内周面に設けられ
たフィン(40)のフランクとの成す傾斜角(α)が、60°、好適には55°
より小さいことを特徴とする請求項9記載の貫流ボイラ。 - 【請求項11】 多数の蒸発管(10)が各々絞り装置を有することを特徴
とする請求項1ないし10の1つに記載の貫流ボイラ。 - 【請求項12】 媒体流(S)を燃焼室(4)の蒸発管(10)に供給する
ための配管系(19)が設けられ、該配管系(19)が媒体流(S)の流量を減
少するために、多数の絞り装置特に絞り弁を有することを特徴とする請求項1な
いし11の1つに記載の貫流ボイラ。 - 【請求項13】 隣接する蒸発管(10)ないし蒸気発生管(16、17)
がフィンを介して互いに気密溶接され、そのフィン幅が、燃焼室(4)における
水平煙道(6)および/又は垂直煙道(8)の蒸発管(10)ないし蒸気発生管
(16、17)のその都度の位置に関係して選定されたことを特徴とする請求項
1ないし12の1つに記載の貫流ボイラ。 - 【請求項14】 水平煙道(6)内に複数の過熱器(23)が懸垂構造で配
置されたことを特徴とする請求項1ないし13の1つに記載の貫流ボイラ。 - 【請求項15】 垂直煙道(8)内に複数の対流加熱器(26)が配置され
たことを特徴とする請求項1ないし14の1つに記載の貫流ボイラ。 - 【請求項16】 バーナ(30)が燃焼室(4)の正面壁(11)に配置さ
れたことを特徴とする請求項1ないし15の1つに記載の貫流ボイラ。 - 【請求項17】 燃焼室(4)の正面壁(11)から水平煙道(6)の入口
範囲(32)迄の距離で規定される燃焼室(4)の長さ(L)が、貫流ボイラ(
2)の全負荷時における燃料(B)の燃焼長と少なくとも同じであることを特徴
とする請求項1ないし16の1つに記載の貫流ボイラ。 - 【請求項18】 燃焼室(4)の長さL(m)が、全負荷時の蒸気出力(M
)、燃料(B)の火炎(F)の燃焼時間(tA)および/又は燃焼室(4)から
の高温ガス(G)の出口温度(TBRK)の関数として、近似的に次式で選定され
、 L(M、tA)=(C1+C2・M)・tA (1) L(M、TBRK)=C3・TBRK+C4)M+C5(TBRK)2+C6・TBRK+C7 (2) ここでC1=8m/秒、C2=0.0057m/kg、C3=−1.905・1
0-4(m・秒)/(kg℃)、C4=0.286(秒・m)/kg、C5=3・1
0-4m/(℃)2、C6=−0.842m/℃、C7=603.41mであり、全
負荷時の所定の蒸気出力(M)に対し、各燃焼室(4)の大きい方の長さ(L)
が適用されることを特徴とする請求項1ないし17の1つに記載の貫流ボイラ。 - 【請求項19】 燃焼室(4)の下部が灰出しホッパ(5)として形成され
たことを特徴とする請求項1ないし18の1つに記載の貫流ボイラ。
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