JP2583966B2 - 変圧運転ボイラ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は垂直管水冷壁を有する変圧運転ボイラに係
り、特に亜臨界圧力から超々臨界圧力（350Kg/cm²）で
運転される変圧運転ボイラに関するものである。

〔従来の技術〕

近年急増する電力需要に応えるために大容量の火力発
電所が建設されているが、これらのボイラは部分負荷に
おいても高い発電効率を得るために超々臨界圧力から亜
臨界圧力へ変圧運転を行うことが要求されている。

これは最近の電力需要の特徴として、原子力発電の伸
びと共に、電子力発電の安定な運用に伴い原子力発電を
常に全負荷での運転を行なつてベースロード用として用
い、火力発電は電力需要に即応して中間負荷を担う火力
発電プラントへ移行しつつある。

この中間負荷を担う火力発電プラントにおいては、全
負荷で運転されるものは少なく、負荷を80％負荷、50％
負荷、25％負荷へと負荷を上げ、下げして運転したり、
運転を停止するなど、いわゆる高頻度起動停止（Daily
Start Stop）運転を行う。

この様に火力発電は部分負荷での運転が増えた場合、
負荷に応じて圧力を変化させて運転する、いわゆる全負
荷では超々臨界圧力域、部分負荷では亜臨界圧力域で運
転する変圧ボイラにすることにより、部分負荷での発電
効率を数％向上させることができる。

第３図は従来の定圧ボイラにおける給水系統図であ
る。

第３図において、１はボイラに給水を導く給水母管
で、この給水母管１にはボイラへの給水量を調節する給
水調節弁２が配置されている。

給水は火炉入口管寄３からさらに水冷壁分配管4a〜4d
を経て手動オリフイス弁5a〜5dを経て、水冷壁6a〜6dの
水冷壁入口管寄7a〜7dから水冷管8a〜8d、水冷壁出口管
寄9a〜9d、連絡管10a〜10d、火炉出口混合管寄11、連絡
管12へと流れる。

ところが、従来は亜臨界圧力域、又は超臨界圧力域で
の定圧ボイラであるために、水冷壁分配管4a〜4dに設置
した手動オリフイス弁5a〜5dでも対応可能であつた。し
かし亜臨界圧力域から超々臨界圧力域まで変化する変圧
運転ボイラでは、特に亜臨界圧力域での蒸気と飽和水の
比容積の差が大きく、わずかな蒸気の混入でも水冷壁6a
〜6dのメタル温度を上昇させる。このため水冷壁分配管
4a〜4dの手動オリフイス弁5a〜5dで流量を調節するが、
手動オリフイス弁5a〜5dでは内部アンバランスの微調整
に時間がかかると同時に刻々と変化する状態量変化に対
して追従することができない。併せて不安定流動は亜臨
界圧力域で占められており、この状態で手動オリフイス
弁5a〜5dの開度を調節することになるが、超々臨界圧力
域で高負荷運転を行なつた場合アンバランスも解消する
が必要以上の圧力損失を生ずる欠点がある。

また、従来の亜臨界圧力域又は超臨界圧力域の定圧ボ
イラでは水冷管8a〜8dのメタル温度の適正化のために手
動オリフイス弁5a〜5dでも充分対応が可能であつたが広
域の変圧における垂直水冷壁ボイラにおいては手動オリ
フイス弁5a〜5dの対応が不可能に近い。

また、低負荷時における水冷壁分配管4a〜4dの手動オ
リフイス弁5a〜5dによる流量調整では、給水流量が減少
するために第４図の曲線Ｂで示す様に手動オリフイス弁
5a〜5dでの圧力損失は曲線Ａで示す水冷壁6a〜6dの圧力
損失よりも極めて小さくなる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来技術の手動オリフイス弁5a〜5dによる給水制御で
は低負荷で運転する際、給水流量が少なくなるため、水
冷壁分配管4a〜4dでの圧力損失は第４図の曲線Ｂで示す
ように給水流量の２乗に比例して小さくなるために低負
荷で圧力損失が極度に小さくなり、安定した流量を得る
ことが困難になる。

本発明は従来技術の欠点を解消しようとするもので、
その目的とするところは、変圧運転ボイラの低負荷時で
あつても水冷壁への流体配分が安定にでき、しかも水冷
壁のメタル温度が均一になる変圧運転ボイラを得ようと
するものである。

〔課題を解決するための手段〕 本発明は前述の目的を達成するために、熱吸収量の多
い火炉水冷管の管内径を熱吸収量の少ない火炉水冷管の
管内径よりも大きくしたものである。

〔作 用〕

熱吸収量の多い例えば火炉中央水冷管の管内径を熱吸
収量の少ない例えば火炉周壁水冷管の管内径よりも大き
くすることによつて水冷壁への流体が熱負荷に見合つて
均一に流れ、しかも、水壁管メタル温度も均一化され
る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の実施例に係
るもので、第１図（ａ）は変圧運転ボイラの概略系統
図、第１図（ｂ），（ｃ）は第１図（ａ）における水冷
壁での水壁管内径、熱吸収量を示す特性曲線図、第２図
（ａ），（ｂ），（ｃ）は水冷壁の管内径を示す図であ
る。

まず、第１図（ａ），（ｂ），（ｃ）を用いて本発明
の実施例を説明する前に第２図（ａ），（ｂ），（ｃ）
を用いて各水冷壁の熱吸収量について説明する。

第２図（ａ），（ｂ）はボイラ火炉の横断面図を示す
もので、符号13は火炉、14a,14b,14c,14d,14e,14f,14g
ははボイラの前壁側水冷壁、15a,15b,15c,15d,15e,15f,
15gは後壁側水冷壁、16a,16b,16c,16dは側壁側水冷壁を
示し、曲線C,D,Eは各水冷壁における熱吸収量を示す。

なお、第２図（ａ）の前壁側水冷壁と後壁側水冷壁に
は図示していないがバーナが配置されて対向燃焼の場合
を示し、第２図（ｂ）の前壁水冷壁には図示していない
がバーナが配置されていて片側燃焼の場合を示す。

第２図（ａ）の対向燃焼の場合には、前壁では曲線Ｃ
で示す如く前壁側水冷壁14c,14d,14eで熱吸収量が最も
多く、次に前壁側水冷壁14b,14fで多く、前壁側水冷壁1
4a,14gで熱吸収量は少なくなる。

後壁、側壁においても火炉13の中央部分に位置する水
冷壁での熱吸収量が多く、火炉13の周壁部分に位置する
水冷壁での熱吸収量は少ない。

第２図（ｂ）の片側燃焼の前壁では第２図（ａ）の対
向燃焼の場合ほぼ同一であるが、後壁，側壁においては
若干異なる。

つまり、後壁では曲線Ｄで示すように前壁側水冷壁14
a,14gと同様に熱吸収量は少なくなる。

他方、側壁では曲線Ｅで示すように側壁側水冷壁16a,
16bでは熱吸収量は多くなり、側壁側水冷壁16c,16dでは
熱吸収量は少なくなる。

従つて、本発明においては、第１図（ｂ）の曲線Ｆで
示すように、第１図（ａ）の熱吸収量の多い水冷壁6b,6
cの管内径を熱吸収量の少ない水冷壁6a,6dの管内径より
も大きくし、熱吸収量の少ない水冷壁6a,6dの管内径を
熱吸収量の多い水冷壁6b,6cの管内径よりも小さくした
のである。

それは第４図に示すように水冷壁6a〜6dの圧力損失の
減少率は曲線Ａで示すように水冷壁分配管4a〜4dの圧力
損失の減少率（曲線Ｂ）に比べて小さいため、低負荷時
にも安定した流量が得られるからである。

即ち、高負荷から低負荷に渡つて流動の安定化が保た
れるため水壁管メタル温度は、負荷が変化しても均一に
保つことが可能となる。

なお、第２図（ａ）の対向燃焼の場合には、前壁側水
冷壁14c,14d,14e、後壁側水冷壁15c,15d,15eにおける水
冷管の管内径は14.2mm、前壁側水冷壁14b,14f、後壁側
水冷壁15b,15f,側壁側水冷壁16b,16cにおける水冷管の
管内径は13.8mm、前壁側水冷壁14a,14g、後壁側水冷壁1
5a,15g、側壁側水冷壁16a,16dにおける管内径は12.8mm
の様にすれば低負荷時であつても流動状態は安定して流
れた。

また、第２図（ｂ）の片側燃焼の場合には、前壁側水
冷壁14c,14d,14e、側壁側水冷壁16a,16bにおける水冷管
の管内径は14.2mm、前壁側水冷壁14b,14fにおける水冷
管の管内径は13.8mm、他の前壁側水冷壁14a,14g,後壁側
水冷壁15a〜15g、側壁側水冷壁16c,16dにおける水冷管
の管内径は12.8mmにすれば低負荷時でも給水の流動状態
は安定して流れた。

以上本発明の実施例においては水冷壁の熱吸収量によ
つて、水冷壁全体の管内径を均一にしたが、第２図
（ｃ）に示す如く、水冷管の内でも水冷管の管内径を変
化させてもよい。

第２図（ｃ）において、17は図示していないバーナが
配置されるバーナポート、18は第１図（ａ）、第２図
（ａ），（ｂ）の熱吸収量の多い水冷壁に相当する水冷
壁、19は曲がりのない直管の水冷管、20は曲り部を有す
る曲管の水冷管である。

第２図（ｃ）に示すようにバーナポート17での曲がり
により、曲がりのない直管の水冷管19に比べ、曲り部を
有する曲管の水冷管20の方が約10〜20％程度管の長さが
長くなり、曲り部により流通低抗が大きくなる場合に
は、曲り部を有する曲管の水冷管20の管内径を14.2mm、
曲がりのない直管の水冷管20の管内径を12.8mmにしても
よい。

以上述べたように水冷壁管内径の決定は高負荷運転時
の水冷壁出口流体温度分布を均一化することを主眼にお
いて決定するが、低負荷運転時においても、次の理由か
ら水冷壁出口流体温度分布の均一化に対し効果が大き
い。即ち、第４図に示すように負荷低下に伴なう水冷壁
での圧力損失（曲線Ａ）の減少率は、水冷壁分配管オリ
フイス弁での圧力損失（曲線Ｂ）の減少率に比べ小さい
ため火炉全体の圧力損失が大きくは低下しない。この結
果全負荷を通じて各々の熱負荷に見合つた流体流量配分
が安定して得られるため、水冷壁管メタル温度分布を均
一に保つ効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、低負荷であつても熱負荷に見合つた
流量配分の調整が行えるので低負荷時でも給水をほぼ均
一に流すことができ、水冷壁管メタル温度分布を均一化
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の実施例に係る変圧運転ボイラの
概略系統図、第１図（ｂ），（ｃ）は第１図（ａ）の水
冷壁における水壁管内径、熱負荷の特性曲線図、第２図
（ａ），（ｂ），（ｃ）は水冷壁の管内径を説明する
図、第３図は従来の定圧運転ボイラの概略系統図、第４
図は圧力損失と負荷の関係を示す特性曲線図である。 8b,8c,20……熱吸収量の多い水冷管、8a,8d,19……熱吸
収量の少ない水冷管。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱吸収量の多い火炉水冷管と、熱吸収量の
   少ない火炉水冷管によつて形成された水冷壁に給水を供
   給し、給水を加熱するものにおいて、前記熱吸収量の多
   い火炉水冷管の管内径を熱吸収量の少ない火炉水冷管の
   管内径よりも大きくしたことを特徴とする変圧運転ボイ
   ラ。