(57)【要約】本発明は、ほぼ水平の燃焼ガス流れ方向（ｘ）に燃焼ガスが貫流される燃焼ガス通路（６）の中に蒸発器貫流伝熱面（８）が配置され、この蒸発器貫流伝熱面（８）が流れ媒体の貫流に対して並列接続された複数の蒸気発生管（１２）を有し、流れ媒体側において幾本かの蒸気発生管（１２）ごとにそれぞれ、後置接続された出口管寄せ（２０）を備えているボイラ（１）に関し、このボイラ（１）を、安価な製造費で、始動時あるいは低負荷運転中も、特に高い運転柔軟性を有し、これにより、特に短い始動時間および負荷変動時間を可能にするように改良する。そのために本発明によれば、各出口管寄せ（２０）がそれぞれ組入れ形の気水分離要素（２８）を有し、それぞれの出口管寄せ（２０）が前記気水分離要素（２８）を介して流れ媒体側において、後置接続された過熱器伝熱面（１０）の複数の過熱管（２２）に接続されている。
2008530494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ水平の燃焼ガス流れ方向（ｘ）に燃焼ガスが貫流される燃焼ガス通路（６）の中に蒸発器貫流伝熱面（８）が配置され、該蒸発器貫流伝熱面（８）が流れ媒体の貫流に対して並列接続された複数の蒸気発生管（１２）を有し、流れ媒体側において幾本かの蒸気発生管（１２）ごとにそれぞれ、後置接続された出口管寄せ（２０）を備えているボイラ（１）において、
各出口管寄せ（２０）がそれぞれ組入れ形の気水分離要素（２８）を有し、それぞれの出口管寄せ（２０）が前記気水分離要素（２８）を介して流れ媒体側において、後置接続された過熱器伝熱面（１０）の複数の過熱管（２２）に接続されていることを特徴とするボイラ（１）。
【請求項２】
各出口管寄せ（２０）がそれぞれほぼ円筒体（３２）として形成され、該円筒体（３２）が蒸気発生管（１２）に接続されていない端部において排水管部材（３８）に接続されていることを特徴とする請求項１記載のボイラ（１）。
【請求項３】
それぞれの円筒体（３２）から、あるいはそれぞれの排水管部材（３８）から、流れ媒体用の流出管部材（３４）が分岐していることを特徴とする請求項２に記載のボイラ（１）。
【請求項４】
円筒体（３２）および／又は排水管部材（３８）が、それぞれの長手方向が水平線に対して流れ方向下向きに傾斜して配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のボイラ（１）。
【請求項５】
幾つかのあるいはすべての気水分離要素（２８）が水出口側において群を成してそれぞれ共用の出口ヘッダ（４０）に接続されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のボイラ（１）。
【請求項６】
それぞれの出口ヘッダ（４０）に集水タンク（４２）が後置接続されていることを特徴とする請求項５に記載のボイラ（１）。
【請求項７】
集水タンク（４２）に接続された排出管（４４）に、制御装置（６０）を介して制御可能な調整弁（６４）が接続され、その制御装置（６０）に、気水分離装置に後置接続された過熱器伝熱面（１０）の蒸気側出口における流れ媒体のエンタルピに対応する特性値が入力されることを特徴とする請求項６に記載のボイラ（１）。
【請求項８】
蒸気発生管（１２）に付設された循環ポンプ（６６）が制御装置（６０）を介して制御されることを特徴とする請求項７に記載のボイラ（１）。
【請求項９】
各出口管寄せ（２０）が燃焼ガス通路（６）の上側に配置されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載のボイラ（１０）。
【請求項１０】
蒸発器貫流伝熱面（８）が、同じ蒸発器貫流伝熱面（８）における他の蒸気発生管（１２）に比べてより多く加熱される蒸気発生管（１２）が前記の他の蒸気発生管（１２）に比べてより大きな流れ媒体流量を有するように設計されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載のボイラ（１）。
【請求項１１】
燃焼ガス通路（６）に燃焼ガス側においてガスタービンが前置接続されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載のボイラ（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ほぼ水平の燃焼ガス流れ方向に燃焼ガスが貫流される燃焼ガス通路（煙道）の中に蒸発器貫流伝熱面が配置され、この蒸発器貫流伝熱面が、流れ媒体の貫流に対して並列接続された多数の蒸気発生管を有し、流れ媒体側において幾本かの蒸気発生管ごとにそれぞれ、後置接続された出口管寄せを備えているボイラに関する。
【０００２】
ガス・蒸気複合タービン設備においては、ガスタービンからの膨張済み作動媒体あるいは燃焼ガス（高温ガス）に含まれる熱が、蒸気タービン用蒸気を発生するために利用される。その熱伝達は、ガスタービンに後置接続された廃熱ボイラにおいて行われ、通常、その廃熱ボイラ内に、給水加熱用、蒸気発生用および蒸気過熱用の複数の伝熱面が配置されている。それらの伝熱面は蒸気タービンの水・蒸気・回路に接続されている。その水・蒸気・回路は、通常、複数の、例えば３つの圧力段を有し、その各圧力段はそれぞれ蒸発器伝熱面を有する。
【０００３】
ガスタービンに燃焼ガス側において廃熱ボイラとして後置接続されたボイラに対して、種々の設計構想が考えられ、つまり、貫流ボイラとしての設計あるいは循環ボイラとしての設計が考えられる。貫流ボイラの場合、蒸発管として利用される蒸気発生管の加熱は、蒸気発生管における一回の貫流で流れ媒体を蒸発させる。これに対して、自然循環ボイラあるいは強制循環ボイラの場合、循環される水は、蒸発管の一回の貫流で部分的にしか蒸発されない。その際蒸発されていない水は、発生された蒸気の分離後に、もっと蒸発するために同じ蒸発管にあらためて導入される。
【０００４】
自然循環ボイラあるいは強制循環ボイラと異なって、貫流ボイラは圧力制限を受けず、従って、生蒸気圧は、水相と蒸気相が区別できず、従って、相分離もできない水の臨界圧（ＰKri≒２２１bar）よりかなり高く設計できる。高い生蒸気圧は、高い熱効率を促進し、従って、化石燃料式発電所の低いＣＯ2発生に有利に働く。また、貫流ボイラは循環ボイラに比べて単純な構造を有し、従って、特に安価に製造できる。従って、ガス・蒸気複合タービン設備の廃熱ボイラとして貫流原理に基づいて設計されたボイラの利用は、ガス・蒸気複合タービン設備の高い総合効率を単純な構造で得るために特に有利である。
【０００５】
横形廃熱ボイラは製造費について並びに必要な点検作業について特に有利である。横形廃熱ボイラにおいて、加熱媒体あるいは燃焼ガス（高温ガス）、即ち、ガスタービンからの排気ガスは、ボイラを通してほぼ水平の流れ方向に導かれる。貫流ボイラとして設計した際に比較的安価な構築的および構造的経費で特に大きな流れ安定性を有するかかるボイラは、例えば国際公開第２００４／０２５１７６号パンフレットで知られている。そのボイラは蒸発器貫流伝熱面を有し、この蒸発器貫流伝熱面は、流れ媒体の貫流に対して並列接続された多数の蒸気発生管すなわち蒸発管を有している。燃焼ガス流れ方向に連続して配置された蒸気発生管間における流れ媒体状態の均質性および安定性を保証するために、その貫流ボイラは、蒸発器貫流伝熱面に後置接続された複数の出口管寄せを有し、それらの出口管寄せは、その長手方向がほぼ燃焼ガス流れ方向に対して平行に延びているので、燃焼ガス流れ方向に連続して配置され従って異なって加熱される蒸気発生管から流出する流れ媒体を受ける。その蒸発器貫流伝熱面の出口管寄せは、後置接続された過熱器伝熱面に対する入口分配器としても用いられる。
【０００６】
一般に、貫流ボイラは低負荷運転中あるいは始動時に、蒸気発生管の確実な冷却を保証するためおよび蒸発器貫流伝熱面に流れ媒体側において前置接続されたエコノマイザ伝熱面において起こり得る蒸気発生を防止するために、蒸気発生管における最少流れ媒体流で運転される。この最少流れ媒体流は始動時あるいは低負荷運転中に蒸気発生管において完全に蒸発されず、従ってかかる運転様式の際、蒸気発生管の端部になお未蒸発流れ媒体が存在する。換言すれば、この運転様式において、蒸気発生管から水・蒸気・混合体が流出する。もっとも、蒸気発生管、通常は、後置接続された過熱管へのかかる水・蒸気・混合体の分配は一般にできない。即ち、通常考慮されるその分配は、分配すべき流れ媒体が蒸気部分だけを含むことを前提とする。従って、一般に貫流ボイラの始動時あるいは低負荷運転中、蒸発器貫流伝熱面の出口で、通常はいわゆるサイクロン分離器で行われる水と蒸気の分離を必要とする。
【０００７】
そのサイクロン分離器への水の供給は、構造上から限られた範囲でしかできない。従って、蒸発に利用できる伝熱面は、流れ媒体の流れ方向において分離器の上流に置かれねばならず、従って限定される。その結果、生蒸気温度は給水量によって小さな限度内でしか制御できず、一般に大きな制御範囲に対しては噴射式冷却器が必要とされる。この観点に伴う運転柔軟性の制限は、高価な設備費のほかに、一般に、望ましくない長い始動時間および低負荷運転中における貫流ボイラの負荷変動時の不利な長い応答時間を前提とさせる。
【０００８】
従って、本発明の課題は、安価な製造費で、始動時あるいは低負荷運転中も、特に高い運転柔軟性を有し、これにより、特に短い始動時間および負荷変動時間を可能とする、冒頭に述べた形式の貫流ボイラを提供することにある。
【０００９】
この課題は、本発明によれば、各出口管寄せがそれぞれ組入れ形の気水分離要素を有し、それぞれの出口管寄せが前記気水分離要素を介して流れ媒体側において、後置接続された過熱器伝熱面の複数の過熱管に接続されていることによって解決される。
【００１０】
本発明は、始動時あるいは低負荷運転中も特に高い運転上の柔軟性を保証するために、有用なすべての伝熱面の特に大部分が蒸発目的に利用されるようにするという考えから出発している。特に蒸発器貫流伝熱面に後置接続された過熱器伝熱面も、必要な場合に、即ち、始動時あるいは低負荷運転中に、流れ媒体の蒸発のために活用されるようにしようとしている。それに応じて、蒸発終点が過熱器伝熱面の中に移動可能となるようにしようとしている。これを可能にするためには、蒸発器貫流伝熱面と後続の過熱器伝熱面との移行部位が、過熱器伝熱面への水の供給が可能とされるように設計されねばならない。従って、その水の継続供給に伴って現れる分配問題に関して、蒸発器貫流伝熱面と過熱器伝熱面との間に接続された気水分離装置が、経費のかかる分配が必要とされないように設計されねばならない。これは、通常行われる集中的な気水分離方式とは異なって、気水分離装置が分散方式で設計されることにより達成でき、その気水分離機能は、並列接続され個々の管群に割り当てられた複数の部品に組み入れられる。そのために、いずれにしても構造上から、少数の蒸気発生管ごとに付設されその長手方向が燃焼ガス流れ方向に延びる出口管寄せが設けられる。
【００１１】
その出口管寄せは、必要な水・蒸気分離に対して有利に慣性分離の原理に応じて設計されている。その場合、蒸気と水とのかなり大きな慣性差に基づいて、流れの中の、水・蒸気・混合体の蒸気部分が水部分より比較的容易に方向転換されるという知見が利用される。これは、出口管寄せに気水分離機能が組み入れられている場合、それぞれの出口管寄せが有利にほぼ円筒体として形成され、この円筒体がその蒸気発生管に接続されていない端部において排水管部材に接続されていることにより、特に容易に実行される。
【００１２】
他の有利な実施態様において、それぞれの円筒体あるいはそれぞれの排水管部材から、流れ媒体用の流出管部材が分岐し、その流出管部材は後置接続された複数の過熱管に接続されている。この形態において、気水分離機能が組み入れられた出口管寄せは、従って、本質的にＴ形部材の様式に形成され、その場合、円筒体がほぼ直線的に貫流される通路を形成し、この通路内を流れ媒体の水部分がその比較的大きな慣性のために好適に導かれる。その通路から流出管部材が分岐し、この流出管部材に向けて、流れ媒体の蒸気部分がその比較的小さな慣性のために方向転換される。
【００１３】
出口管寄せは、（上から見て）その長手方向が燃焼ガス流れ方向に対してほぼ平行に延び、これにより、出口管寄せは、燃焼ガス流れ方向に連続して配置され従って異なって加熱される蒸気発生管から流出する流れ媒体を受ける。横方向に見て、出口管寄せは同様に燃焼ガス流れ方向に対してほぼ平行に延びている。しかし特に高い気水分離作用は、気水分離作用が組み入れられた出口管寄せが、一方では、流れ媒体の水部分が有利に円筒体の分岐流出管部材とは反対側の内面に沿って導かれ、他方では、水の排出が有利に行われるように設計されていることによって得られる。そのために、円筒体および／又は排水管部材は、有利に、それぞれの長手方向が水平線に対して流れ方向下向きに傾斜して配置されている。その傾斜は比較的強めることもでき、従って、円筒体はほぼ垂直に向けられる。その場合、上述の慣性分離は、円筒体内を流れる流れ媒体の水部分に重力作用によって追加的に有利に働く。
【００１４】
分離された水の流れ案内についての特に単純な構造は、有利に、幾つかのあるいはすべての気水分離要素が水出口側において群を成してそれぞれ共用出口管寄せに接続されていることによって達成でき、別の有利な実施態様において、この出口管寄せに集水タンクが後置接続されている。
【００１５】
気水分離装置において水と蒸気を分離する際、ほとんど全部の水部分が分離され、これにより、蒸発された流れ媒体だけが後置接続された過熱管に送られる場合と、到達する水の一部だけしか分離されず、残る未蒸発流れ媒体が蒸発流れ媒体と共に後続の過熱管に送られる場合がある。前者の場合、蒸発終点はなお蒸気発生管の中に位置するか、あるいは気水分離装置自体内に固定される。後者の場合、特に低負荷運転中あるいは始動時に本来の媒体流に補助循環流を重畳する際には蒸発終点は過熱管の中に移行する。
【００１６】
気水分離装置の余剰供給とも呼ばれる後者の場合において、まず気水分離要素の水側に後置接続された例えば出口管寄せあるいは集水タンクのような構成要素が水で完全に充填され、これにより、相応した配管部材にさらに水が流入する際、滞留水が生ずる。この滞留水が気水分離要素に到達するや否や、新たに流入する水の少なくとも部分流が、流れ媒体内を一緒に導かれる蒸気と共に、後続の過熱管に送られる。この部分流はその容積が、気水分離要素に水側において後置接続された構成要素で受容されない水量に相当する。気水分離装置の上述の余剰供給運転モードにおいて特に高い運転柔軟性を保証するために、集水タンクに接続された排出管に、制御装置を介して制御可能な調整弁が接続されている。その制御装置には、気水分離装置に後置接続された過熱器伝熱面の蒸気側出口における流れ媒体のエンタルピに対応する特性値が入力される。
【００１７】
かかる装置によって、気水分離装置の余剰供給運転モードにおいて、集水タンクの排出管に接続された調整弁の的確な制御によって、集水タンクから流出する質量流量が調整できる。この質量流量は気水分離要素からの相応した水質量流量と置換されるので、気水分離要素から集合装置に到達する質量流量も調整できる。これによってさらに、蒸気と一緒に過熱管に送られる残存部分流も調整でき、これにより、この部分流の相応した調整によって、例えば後置接続された過熱器伝熱面の端部に所定のエンタルピが維持できる。その代わりにあるいはそれに加えて、蒸気と一緒に過熱管に送られる水部分流量も、重畳循環流の相応した制御によって制御できる。そのために、有利な他の実施態様において、蒸気発生管に付設された循環ポンプが、制御装置を介して制御される。
【００１８】
気水分離機能が組み入れられた出口管寄せは、分離された水の排出を容易にするために重力の利用に対して設計されている。そのために、出口管寄せあるいは各出口管寄せは燃焼ガス通路の上側に配置されている。
【００１９】
蒸発器貫流伝熱面がその貫流伝熱面における個々の蒸気発生管間に加熱差が生ずる際に自己安定的な流れ挙動を目標として設計されていることにより、ボイラの特に高い運転安定性が得られる。これは、特に有利な実施態様において、蒸発器貫流伝熱面が、同じ貫流伝熱面における他の蒸気発生管に比べてより多く加熱される蒸気発生管が他の蒸気発生管に比べてより大きな流れ媒体流量を有するように設計されていることによって達成される。このように設計された蒸発器貫流伝熱面は、自然循環蒸発器伝熱面（自然循環特性）の流れ特性の形態で、個々の蒸気発生管に異なった加熱が生じた際に、流れ媒体側が並列接続され異なって加熱される複数の蒸気発生管においても、外的処置を必要とせずに、出口側温度を一様にさせる自己安定挙動を呈する。
【００２０】
このボイラはガス・蒸気複合タービン設備の廃熱ボイラとして利用される。そのボイラは燃焼ガス側においてガスタービンに後置接続される。この配管接続において、燃焼ガス温度を高めるために、ガスタービンの下流に補助燃焼装置が配置される。
【００２１】
本発明によって得られる利点は特に、出口管寄せへの気水分離機能の組入れによって、分散式の気水分離装置が用意されることにある。その場合、個々の各気水分離器に後置接続された過熱管が少数であるために、経費のかかる分配装置が不要とされる。これにより、気水分離器を通過しての未蒸発流れ媒体の供給も可能とされ、これにより、蒸発終点が必要に応じて過熱管の中に移行される。従って、始動時および低負荷運転中、特に伝熱面の大部分が蒸発目的に利用でき、また、その負荷状態においても特に高い運転柔軟性が得られる。円筒体としての出口管寄せを、流出管部材が分岐しているＴ形部材の形に形成することによって、単純な手段で慣性分離の原理に応じた確実な気水分離が達成される。
【００２２】
以下図を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
【００２３】
図にその蒸発器部分が示されているボイラ１は、図示されていないガスタービンに排気ガス側において廃熱ボイラの形で後置接続されている。ボイラ１は囲壁２を有し、この囲壁２は、ガスタービンからの排気ガスが矢印４で示されたほぼ水平の燃焼ガス（高温ガス）の流れ方向ｘに貫流できる燃焼ガス通路（煙道）６を形成している。この燃焼ガス通路６内に貫流原理で設計された蒸発器貫流伝熱面８が配置され、この蒸発器貫流伝熱面８に流れ媒体Ｗ、Ｄの貫流のために過熱器伝熱面１０が後置接続されている。
【００２４】
蒸発器貫流伝熱面８には未蒸発流れ媒体Ｗが供給され、この未蒸発流れ媒体Ｗは定格運転中あるいは全負荷運転中に蒸発器貫流伝熱面８の１回の貫流で蒸発され、蒸発器貫流伝熱面８からの流出後、蒸気Ｄとして過熱器貫流伝熱面１０に供給される。蒸発器貫流伝熱面８と過熱器貫流伝熱面１０で形成された蒸発器系は、蒸気タービンの図示されていない水・蒸気・回路に接続されている。蒸気タービンの水・蒸気・回路にはこの蒸発器系に加えて、図に示されていない他の複数の伝熱面が接続されている。その伝熱面は例えば過熱器、中圧蒸発器、低圧蒸発器および又は給水加熱器である。
【００２５】
蒸発器貫流伝熱面８は流れ媒体Ｗの貫流に対して並列接続された多数の蒸気発生管１２で形成されている。蒸気発生管１２はその長手軸線がほぼ垂直に延び、流れ媒体Ｗの下側入口部位から上側出口部位への貫流に対して、即ち、下から上に向けての貫流に対して設計されている。
【００２６】
蒸発器貫流伝熱面８は、燃焼ガス流れ方向ｘに連続して配置された複数の管層１４を管束の形態で有している。その各管層１４は、燃焼ガス流れ方向ｘに並べて配置された多数の蒸気発生管１２で形成され、図では管層１４のうちの１本の蒸気発生管１２しか見えていない。各管層１４は２００本までの蒸気発生管１２を有することができる。各管層１４の蒸気発生管１２にそれぞれ、その長手方向が燃焼ガス流れ方向ｘに対してほぼ垂直に延び燃焼ガス通路６の下側に配置された共用の入口管寄せ１６が前置接続されている。あるいは、複数の管層１４に共用の入口管寄せ１６を付設することもできる。その入口管寄せ１６は図に概略的に示された給水系１８に接続され、この給水系１８は入口管寄せ１６への流れ媒体Ｗの流入を必要に応じて分配するための分配装置を有する。蒸発器貫流伝熱面８を形成する蒸気発生管１２は出口側において、従って燃焼ガス通路１６の上側の領域において、対応した複数の出口管寄せ２０に開口している。
【００２７】
過熱器伝熱面１０は同様に多数の過熱管２２で形成されている。実施例においてこれらの過熱管２２は流れ媒体の下向き貫流に対して、即ち、上から下への貫流に対して設計されている。過熱管２２にその入口側に、いわゆるＴ形分配器として形成された複数の分配器が前置接続されている。過熱管２２は出口側が共用の生蒸気集合器２６に開口し、この生蒸気集合器２６から過熱生蒸気が、詳細に示されていない方式で対応した蒸気タービンに供給される。この実施例において、生蒸気集合器２６は燃焼ガス通路６の下側に配置されている。また過熱器伝熱面１０にＵ状に形成された過熱管２２を装備することもできる。図示されていないこの形態の場合、各過熱管２２は、それぞれ下り管部材とこの下り管部材に後置接続された上り管部材を有し、その生蒸気集合器２６は出口管寄せ２０と同様に燃焼ガス通路６の上側に配置されている。下り管部材と上り管部材との間に排水集合器を接続することができる。
【００２８】
蒸発器貫流伝熱面８は、蒸気発生管１２に比較的小さな質量流量密度で供給するのに適するように設計され、その場合、蒸気発生管１２における設計上の流れ状態は自然循環特性を有する。この自然循環特性において、同じ蒸発器貫流伝熱面８の他の蒸気発生管１２に比べてより多く加熱される蒸気発生管１２は、他の蒸気発生管１２に比べて流れ媒体Ｗのより大きな流量を有する。
【００２９】
ボイラ１は、比較的単純な構造で確実で均一な流れ案内に対して設計されている。その場合、蒸発器貫流伝熱面８に対して設計上考慮された自然循環特性は、結果的に単純にされた分配系に対して利用される。この自然循環特性およびこれに伴って設計上利用される比較的小さくされた質量流量密度は、燃焼ガス流れ方向ｘに連続して配置され従って異なって加熱される蒸気発生管からの部分流を、共通室に集めることを可能にする。従って、経費のかかる独立分配系を省略した状態で、蒸発器貫流伝熱面８から流出する流れ媒体Ｗの混合流を１個あるいは複数の出口管寄せ２０に移すことが可能となる。
【００３０】
燃焼ガス流れ方向ｘに異なって位置され従って異なって加熱される蒸気発生管１２から流出する流れ媒体Ｗの上述のようにして得られた均質性が、後続系統への継続案内中にできるだけ僅かしか害されないようにするために、互いにほぼ平行に並べて配置された各出口管寄せ２０は、その長手軸線が燃焼ガス流れ方向ｘに対してほぼ平行に延びている。その出口管寄せ２０は図ではただ１個しか見えていない。出口管寄せ２０の数は各管層１４における蒸気発生管１２の数に合わされ、これにより、それぞれ連続して置かれていわゆる蒸発器ディスクを形成する各蒸気発生管１２に、それぞれ出口管寄せ２０が付設されている。分配器２４も同じようにその長手軸線が燃焼ガス流れ方向ｘに対して平行に延び、これにより、それぞれ連続して置かれた過熱管２２に、それぞれ分配器２４が付設されている。
【００３１】
ボイラ１は、必要に応じて、特に始動時や低負荷運転中に運転安全性の理由から、蒸気発生管１２に、流れ媒体の蒸発可能な質量流量に加えて、他の流れ媒体循環質量流が重畳される。その場合、特に高い運転柔軟性および従って特に短い始動時間と負荷変動時間を保証するためおよび伝熱面の特に大きな部分を利用可能にするために、この運転状態において蒸発終点が、必要に応じて蒸気発生管１２から過熱管２２の中に移行されるようにされている。これを比較的安価な製造費で可能にするために、各出口管寄せ２０は組入れ形の気水分離要素２８を有し、この気水分離要素２８を介して、それぞれの出口管寄せ２０は移送管３０を介して、その流れ媒体側が、後置接続された分配器２４に接続されている。この構造によって特に、水・蒸気分離後に水・蒸気・混合体の過熱管２２への経費のかかる分配が不要となることが保証される。
【００３２】
高い運転信頼性における高い気水分離効果のために、それぞれ気水分離機能が組み入れられた出口管寄せ２０は、水・蒸気・混合体の慣性分離の構想により設計されている。その場合、水・蒸気・混合体の水部分がその比較的大きな慣性のために分岐箇所においてその流れ方向に真っ直ぐ継続して流れ、これに対して、蒸気部分がその比較的小さな慣性のために比較的容易に強制的な方向転換に追従できる、という知見が利用されている。これを特に気水分離の特に単純な構造に対して利用するために、出口管寄せ２０がそれぞれＴ形部材の様式で実施され、そのほぼ円筒体３２として形成された本体から、それぞれに付属された移送管３０に開口する流れ媒体用の流出管部材３４が分岐している。
【００３３】
それぞれの出口管寄せ２０の円筒体３２として形成された本体は、その蒸気発生管１２に接続されていない端部３６が排水管部材３８に接続されている。この構造によって、出口管寄せ２０における水・蒸気・混合体の水部分は、流出管部材３４のそれぞれ組入れ形の分離要素２８を形成する分岐箇所で、軸方向に継続して流れ、従って、端部３６を介して排水管部材３８に達する。これに対して、円筒体３２内を流れる水・蒸気・混合体の蒸気部分は、その比較的小さな慣性のために良好に強制的な方向転換に従い、これにより、流出管部材３４と中間接続された他の構成要素とを介して有利に、後置接続された過熱管２２に流れる。その際に得られる気水分離作用を強化するためおよび／又は容易な排水のために、円筒体３２はその長手方向が水平線に対して流れ方向に下向きに傾斜して配置されている。
【００３４】
出口管寄せ２０に組み入れられた複数の気水分離要素２８は、水出口側で、即ち、排水管部材３８を介して、群を成して共用の出口ヘッダ４０に接続されている。この出口ヘッダ４０に集水タンク４２特に分離タンクが後置接続されている。集水タンク４２は出口側が、排出管４４を介して貫流蒸発器伝熱面８の給水系１８に接続され、これにより、密閉運転可能な循環回路が生ずる。なお排出管４４から排水系に接続された排水管４５も分岐している。始動時、低負荷運転中あるいは部分負荷運転中、運転安全性を高めるために、蒸気発生管１２に流入する蒸発可能な流れ媒体に、前記の循環回路を介して補助循環流が重畳される。運転上の要件あるいは必要に応じて、組入れ形分離要素２８で形成された気水分離装置は、蒸気発生管１２の出口になお一緒に運ばれて来た全水量が流れ媒体から分離され、蒸発された流れ媒体だけが過熱管２２に送られるように運転される。
【００３５】
しかし、この気水分離装置は、流れ媒体から全水量が分離されず、運ばれて来た水の部分流も蒸気と共に過熱管２２に送られるいわゆる余剰供給モードでも運転できる。この運転様式の場合、蒸発終点は過熱管２２の中に移行する。かかる余剰供給モードにおいて、まず集水タンク４２並びに前置接続された出口ヘッダ４０が水で完全に充填され、これにより、流出管部材３４が分岐している気水分離要素２８の移行部位まで滞留水が形成される。この滞留水によって、気水分離要素２８に流入する流れ媒体の水部分も、少なくとも部分的に方向転換作用を受け、これにより、蒸気と共に流出管部材３４の中に達する。蒸気と共に過熱管２２に供給される部分水流の高さは、一方では、それぞれ気水分離要素２８に供給される全水量から、他方では、排水管部材３８を介して排出される部分質量流量から決まる。これにより、供給される水質量流量および／又は排水管部材３８を介して排出される水質量流量の適当な変更によって、過熱管２２に送られる未蒸発流れ媒体の質量流量が調整される。これにより、上述した一方の量あるいは両方の量の制御によって、過熱管２２に送られる未蒸発流れ媒体の分量を、例えば過熱器伝熱面２２の端部において所定のエンタルピが生ずるように、調整することができる。
【００３６】
このことを可能にするために、気水分離装置に制御装置６０が付設されている。この制御装置６０は入力側が、過熱器伝熱面２２の燃焼ガス側端におけるエンタルピに対応する特性値を得るために形成された測定センサ６２に接続されている。制御装置６０は出力側が、集水タンク４２の排出管４４に接続された調整弁６４に作用する。これにより、調整弁６４の的確な制御によって、気水分離装置から取り出される水質量流量が調整できる。またこの水質量流量は気水分離要素２８において流れ媒体から取り出され、後続の集合装置に送られる。これによって、調整弁６４の制御によって、気水分離要素２８においてそれぞれ分岐された水流の制御と、従って気水分離後になお流れ媒体において過熱管２２に送られる水部分の制御が可能となる。その代わりにあるいはそれに加えて、制御装置６０はなお、排出管４４に接続された循環ポンプ６６に作用し、これにより、気水分離装置への媒体の流入率も相応して調整できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】横形貫流ボイラの蒸発器部分の概略縦断面図。
【符号の説明】
【００３８】
１    ボイラ
６    燃焼ガス通路（煙道）
８    蒸発器貫流伝熱面
１０    過熱器伝熱面
１２    蒸気発生管（蒸発管）
２０    出口管寄せ
２２    過熱管
２８    気水分離要素
３２    円筒体
３４    流出管部材
３６    円筒体端部
３８    排水管部材
４０    出口ヘッダ
４２    集水タンク
４４    排出管
６０    制御装置
６４    調整弁
６６    循環ポンプ
【図１】
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【国際調査報告】
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