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技術 加圧流動層ボイラの層内管

出願人 株式会社IHI
発明者 菊地勝実
出願日 1994年7月14日 (25年3ヶ月経過) 出願番号 1994-161738
公開日 1996年2月2日 (23年8ヶ月経過) 公開番号 1996-028802
状態 特許登録済
技術分野 流動層燃焼及び共振燃焼 蒸気発生一般 蒸気ボイラの細部
主要キーワード 中空円管 ダミー管 矩形ループ ジグザク状 クランプ金具 加圧流動 水平管 過熱管
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1996年2月2日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (10)

目的

内管熱膨張に対応することができ、多数の層内管を密に流動層内に配置することができ、かつ流動層内の流動をほぼ均等に保持することができ、これにより気泡の大きさや層内管の伝熱特性をほぼ均等にすることができる加圧流動層ボイラの層内管を提供する。

構成

加圧流動層内に上方から吊り下げられ2本の垂直部を有するフレームを構成し、内部に流体が流れる伝熱管である支持管18と、支持管の垂直部間に水平ジグザグ状に配置される再熱管23と、支持管フレームの前後両側に左右方向に張り出すように水平ジグザク状に配置される蒸発管21と過熱管22とからなる蒸気管ユニットが前後方向に複数並んで流動層内に配置される加圧流動層ボイラの層内管であり、支持管垂直部に左右外側に張り出してダミー管26が取り付けられており、ダミー管は内部が密閉された中空円管である。

概要

背景

加圧下で石炭流動燃焼させる加圧流動層ボイラ(Pressurised Fluidized Bed Combuster)は、ガスタービンと組み合わせたコンバインドサイクルにより40%以上の熱効率を有し、炉内脱硫率が高く、NOx の発生量が少ない、等の特徴を有することから、従来の微粉ボイラ代わる新型ボイラとして現在開発が進められている。

かかる加圧流動層ボイラは、例えば図8に示すように、ボイラ本体1、サイクロン2、ベッド材貯蔵容器3、等が圧力容器4内に格納された構成のものであり、外部から供給さた石炭Cをボイラ本体1内で燃焼させ、その排ガスはサイクロン2に送られ、サイクロン2で灰が除去された排ガスが外部のガスタービン(図示せず)に供給され仕事(例えば発電機の駆動)をするようになっている。

また、ボイラ本体1内には、石炭灰、砂等のベッド材が下方から供給される空気Aにより流動した流動層Bが形成されており、この流動層B内には、水蒸気を発生させるための蒸発器5、過熱器6、及び再熱器7が挿入されている。流動層B内で石炭の燃焼により発生した熱により、蒸発器5内で水が蒸発して水蒸気となり、過熱器6内で水蒸気が更に加熱されて過熱蒸気となり、この過熱蒸気は外部に設けられた蒸気タービン(図示せず)で膨張し仕事をする。更に、蒸気タービンで温度が下がった蒸気は、再熱器7で再度加熱されて過熱蒸気となり、外部の蒸気タービンで再び仕事をするようになっている。

概要

内管熱膨張に対応することができ、多数の層内管を密に流動層内に配置することができ、かつ流動層内の流動をほぼ均等に保持することができ、これにより気泡の大きさや層内管の伝熱特性をほぼ均等にすることができる加圧流動層ボイラの層内管を提供する。

加圧流動層内に上方から吊り下げられ2本の垂直部を有するフレームを構成し、内部に流体が流れる伝熱管である支持管18と、支持管の垂直部間に水平ジグザグ状に配置される再熱管23と、支持管フレームの前後両側に左右方向に張り出すように水平ジグザク状に配置される蒸発管21と過熱管22とからなる蒸気管ユニットが前後方向に複数並んで流動層内に配置される加圧流動層ボイラの層内管であり、支持管垂直部に左右外側に張り出してダミー管26が取り付けられており、ダミー管は内部が密閉された中空円管である。

目的

本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、層内管の熱膨張に対応することができ、多数の層内管を密に流動層内に配置することができ、かつ流動層内の流動をほぼ均等に保持することができ、これにより気泡の大きさや層内管の伝熱特性をほぼ均等にすることができる加圧流動層ボイラの層内管を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

加圧流動層内に上方から吊り下げられ2本の垂直部を有するフレームを構成し、内部に流体が流れる伝熱管である支持管と、該支持管の垂直部間に水平ジグザグ状に配置される再熱管と、支持管フレームの前後両側に左右方向に張り出すように水平ジグザク状に配置される蒸発管過熱管とからなる蒸気管ユニットが前後方向に複数並んで流動層内に配置される加圧流動層ボイラの層内管において、前記支持管垂直部には左右外側に張り出してダミー管が取り付けられており、ダミー管は内部が密閉された中空円管である、ことを特徴とする加圧流動層ボイラの層内管。

請求項2

ダミー管の先端部は蒸発管と過熱管の垂直部間にある部分が水平方向に短く上下方向に長く押しつぶされた形状である、請求項1に記載の加圧流動層ボイラの層内管。

技術分野

0001

本発明は加圧流動層ボイラに係わり、更に詳しくは、加圧流動層ボイラの層内管に関する。

背景技術

0002

加圧下で石炭流動燃焼させる加圧流動層ボイラ(Pressurised Fluidized Bed Combuster)は、ガスタービンと組み合わせたコンバインドサイクルにより40%以上の熱効率を有し、炉内脱硫率が高く、NOx の発生量が少ない、等の特徴を有することから、従来の微粉ボイラ代わる新型ボイラとして現在開発が進められている。

0003

かかる加圧流動層ボイラは、例えば図8に示すように、ボイラ本体1、サイクロン2、ベッド材貯蔵容器3、等が圧力容器4内に格納された構成のものであり、外部から供給さた石炭Cをボイラ本体1内で燃焼させ、その排ガスはサイクロン2に送られ、サイクロン2で灰が除去された排ガスが外部のガスタービン(図示せず)に供給され仕事(例えば発電機の駆動)をするようになっている。

0004

また、ボイラ本体1内には、石炭灰、砂等のベッド材が下方から供給される空気Aにより流動した流動層Bが形成されており、この流動層B内には、水蒸気を発生させるための蒸発器5、過熱器6、及び再熱器7が挿入されている。流動層B内で石炭の燃焼により発生した熱により、蒸発器5内で水が蒸発して水蒸気となり、過熱器6内で水蒸気が更に加熱されて過熱蒸気となり、この過熱蒸気は外部に設けられた蒸気タービン(図示せず)で膨張し仕事をする。更に、蒸気タービンで温度が下がった蒸気は、再熱器7で再度加熱されて過熱蒸気となり、外部の蒸気タービンで再び仕事をするようになっている。

発明が解決しようとする課題

0005

かかる加圧流動層ボイラにおいて、石炭の燃焼により流動層Bの内部は、例えば800℃以上の高温となり、ボイラ本体1と、蒸発器5、過熱器6、及び再熱器7等の流動層内に配置された伝熱管(以下、層内管という)とがそれぞれ熱膨張する。従って、熱応力の発生を防ぐためには層内管をボイラ本体に直接固定することはできず、従来は、ボイラ本体の上方から支持管(図示せず)を吊るし、この支持管にそれぞれの層内管を取り付けていた。

0006

しかし、かかる層内管は、流動層内の層内管の間隔にバラツキができやすく、間隔が大きい部分では気泡が大きく発達するため、気泡の上昇速度が大きく層内管の摩耗激しくなったり、気泡によりベッド材と層内管との伝熱特性が悪化する等の問題点があり、逆に間隔が小さい部分ではベッド材が詰まり、層内管の熱膨張を阻害したり、層内管の伝熱特性を悪化させたりする問題点があった。

0007

すなわち、図9(A)に模式的に示すように、流動層内の気泡は、上昇するにつれて圧力の低下や合体により大きくなり、かつ気泡の上昇速度は気泡の大きさにほぼ比例する特性がある。従って、図9(B)に示すように、流動層内に層内管9を密に均等に配置すれば、発達した気泡が層内管で分割されるため、流動層内の気泡を比較的小さく保持することができ、層内管の摩耗が少なくかつ伝熱特性を高く保持することができるが、層内管の間隔にバラツキがあると、図9(A)のように部分的に気泡が大きく発達し、層内管の摩耗が部分的に激しくなったり、伝熱特性が悪化する等の問題が生ずる。

0008

更に、近年、かかる加圧流動層ボイラの大容量化要望されているため、大容量の加圧流動層ボイラでは、多数の層内管を密に流動層内に配置する必要があり、このため、上述した問題点が更に顕著になり、層内管の構成が一層複雑化する問題点があった。

0009

本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、層内管の熱膨張に対応することができ、多数の層内管を密に流動層内に配置することができ、かつ流動層内の流動をほぼ均等に保持することができ、これにより気泡の大きさや層内管の伝熱特性をほぼ均等にすることができる加圧流動層ボイラの層内管を提供することにある。

課題を解決するための手段

0010

本発明によれば、加圧流動層内に上方から吊り下げられ2本の垂直部を有するフレームを構成し、内部に流体が流れる伝熱管である支持管と、該支持管の垂直部間に水平ジグザグ状に配置される再熱管と、支持管フレームの前後両側に左右方向に張り出すように水平ジグザク状に配置される蒸発管過熱管とからなる蒸気管ユニットが前後方向に複数並んで流動層内に配置される加圧流動層ボイラの層内管において、前記支持管垂直部には左右外側に張り出してダミー管が取り付けられており、ダミー管は内部が密閉された中空円管である、ことを特徴とする加圧流動層ボイラの層内管が提供される。

0011

本発明の好ましい実施例によれば、ダミー管の先端部は蒸発管と過熱管の垂直部間にある部分が水平方向に短く上下方向に長く押しつぶされた形状である。

0012

上記本発明の構成によれば、支持管が加圧流動層内に上方から吊り下げられ、この支持管に蒸発管、過熱管、及び再熱管が取付られているので、各管は支持管と共に自由に熱膨張することができる。また、ダミー管が支持管垂直部には左右外側に張り出して取り付けられているので、ダミー管を含めた全体の層内管を流動層内に密に均等に配置することができ、発達した気泡を層内管及びダミー管で分割し、流動層内の気泡を比較的小さく保持することができ、層内管の摩耗を少なくかつ伝熱特性を高く保持することができる。

0013

以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお各図において共通する部分には同一の符号を付して使用する。図1は、本発明を適用する加圧流動層ボイラの全体構成図である。この図において、加圧流動層ボイラは、図6と同様に、ボイラ本体1、サイクロン2、ベッド材貯蔵容器3、等が圧力容器4内に格納された構成のものであり、外部から供給さた石炭をボイラ本体1内で燃焼させ、その排ガスが排ガスマニホールド8を介してサイクロン2に送られ、サイクロン2で灰が除去された排ガスは外部のガスタービン(図示せず)に供給され仕事をするようになっている。

0014

図2は、図1のA−Aにおける水平断面図である。この図において、ボイラ本体1は、水平断面が六角形の内部を有し、6つの鉛直な炉壁12a、12bと、六角形の閉じたバックステー14とからなる。また、六角形の内部は、中心から互いに120°隔てた3本の仮想一点鎖線で3つの空間に区分される。すなわち、六角形の内部は、隣接する2つの炉壁12a、12bを平行四辺形の2辺とする水平断面が平行四辺形の3空間からなる。それぞれの空間には、一方の炉壁12aに平行で、かつ他方の炉壁12bに一端が隣接し、互いに鉛直面が平行な第1の層内管群16aと、一方の炉壁12aに平行で、かつ前記第1の層内管群16aの他端に一端が隣接し、互いに鉛直面が平行な第2の層内管群16bとが配置されている。

0015

図3は、図2における層内管群16a、16bを構成する層内管20の側面図であり、図4図3の層内管を分離して示す説明図である。層内管20は、ボイラ本体1内に上方から吊り下げられた支持管18に取り付けられており、水を蒸発させる蒸発管21、蒸気を高温に加熱する過熱管22、及び低温の蒸気を再加熱する再熱管23からなる。蒸発管21、過熱管22、及び再熱管23の層内管20は、図示のように上下方向に間隔を隔てた複数の水平管が両端部で互い違いに連結された構成であり、全体として支持管18とほぼ同一の鉛直平面内に構成されている。

0016

支持管18は、加圧流動層内に上方から吊り下げられ2本の垂直部を有するフレームを構成し、内部に流体が流れる伝熱管である。支持管18は、上部が山形矩形ループ部18aと、山形の頂点から上方に延びる吊下げ部18bと、矩形ループ部18aの下端からボイラ本体の下方に延びる水平部18cとからなる。支持管18は、層内管と同様の中空管で構成され、水平部18cから吊下げ部18bまで通して内部を蒸気が流れるようになっており、伝熱管の一部を構成している。吊下げ部18bの上端は、ボイラ本体内の図示しない固定部分に枢着されており、これにより支持管18はボイラ本体内に上方から吊り下げられる。水平部18cは、比較的長い水平部分を有し、上下方向に撓みやすく構成されている。これにより、支持管18は、上方から吊り下げられた状態で自由に熱膨張することができる。

0017

再熱管23は、支持管の垂直部間に水平ジグザグ状に配置される。支持管18の鉛直平面内の矩形ループ部18aの内側にその大部分が設けられ、その下端23aから上端23bまで蒸気を流し、低温の蒸気を再加熱できるようになっている。この再熱管23は、図示しない適当な管用クランプ金具により支持管18に取り付けられている。

0018

蒸発管21と過熱管22は、支持管フレームの前後両側(図3紙面垂直方向の両側)に左右方向に張り出すように水平ジグザク状に配置される。また蒸発管21と過熱管22は、それぞれの下端21a、22aから上端21b、22bまで水、蒸気をそれぞれ流し、蒸発、加熱ができるようになっている。更に、蒸発管21と過熱管22も、再熱管23と同様に適当なクランプ金具により支持管18に取り付けられている。

0019

かかる構成により、蒸発管21、過熱管22、再熱管23からなる蒸気管ユニットが前後方向(図3で紙面に垂直方向)に複数並んで流動層内に配置され、層内管20の全て(蒸発管21、過熱管22、再熱管23)は、支持管18に取り付けられ、支持管の吊下げ部18bを介して、上方から吊り下げられている。従って、層内管のうち、例えば蒸発管21のみをボイラ本体1内で適当な手段により支持すれば、層内管20の全て(蒸発管21、過熱管22、再熱管23)を支持することができる。なお、層内管20(蒸発管21、過熱管22、再熱管23)のそれぞれの上端及び下端は図示しない別の配管と連結され、内部を水又は蒸気が通るようになっている。

0020

図5図3のA−A線における模式的矢視図であり、図6図3のB−B線における模式的矢視図である。図3図6に示すように、本発明の層内管は更に、支持管垂直部に左右外側に張り出してダミー管26が取り付けられている。このダミー管26は、内部が密閉された中空円管でありかつその先端部の蒸発管21と過熱管22の垂直部間にある部分26bが水平方向に短く上下方向に長く押しつぶされた形状になっている。

0021

すなわち、図6に示すように支持管18の内側には再熱管23が密に配置されているが、支持管18の外側は、蒸発管21と過熱管22で挟まれた領域が広く開いており、この部分にダミー管26が取り付けられ、この部分で発達する流動層の気泡をダミー管26で分割して細かい気泡にするようになっている。ダミー管26は図3及び図4に示すように、上下方向に間隔を隔てて複数設けるのがよい。

0022

図7は、図3及び図4のC部の拡大図(A)と、そのA−A断面図(B)及びB矢視図(C)である。図7(A)に示すように、ダミー管26は支持管18の外方に一端26aが固定された水平管であり、図7(B)及び(C)に示すように、その他端26bの近傍が水平方向に短く上下方向に長い楕円形に変形している。また、他端端面には、内部を密閉するために閉鎖板27が溶接されている。

0023

かかる構成により、ダミー管26により、支持管18の外側の蒸発管21と過熱管22で挟まれた領域で発達した気泡をダミー管で分割し、流動層内の気泡を比較的小さく保持することができ、層内管の摩耗を少なくしかつ伝熱特性を高く保持することができる。なお、本発明は、上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。

発明の効果

0024

上述したように、本発明の加圧流動層ボイラの層内管は、層内管の熱膨張に対応することができ、多数の層内管を密に流動層内に配置することができ、かつ流動層内の流動をほぼ均等に保持することができ、これにより気泡の大きさや層内管の伝熱特性をほぼ均等にすることができる、等の優れた効果を有する。

図面の簡単な説明

0025

図1本発明を適用する加圧流動層ボイラの全体構成図である。
図2図1のA−Aにおける水平断面図である。
図3図2における層内管群16a、16bを構成する層内管20の側面図である。
図4図3の層内管を分離して示す説明図である。
図5図3のA−A線における模式的矢視図である。
図6図3のB−B線における模式的矢視図である。
図7図3のC部の拡大図である。
図8従来の加圧流動層ボイラの全体構成図である。
図9流動層の挙動を模式的に示す図である。

--

0026

1ボイラ本体
2サイクロン
3ベッド材貯蔵容器
4圧力容器
5蒸発器
6過熱器
7再熱器
8排ガスマニホールド
9 層内管
12a、12b炉壁
14バックステー
16a 第1の層内管群
16b 第2の層内管群
18支持管
20 層内管
21蒸発管
22過熱管
23再熱管
26ダミー管
27閉鎖板
A 空気
B流動層
C 石炭

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