(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の上部壁からの流体を天井壁入口管寄を通して天井壁に導入するボイラ装置において、
前記複数の上部壁と前記天井壁入口管寄との間に天井壁入口混合管寄を設け、
前記複数の上部壁が、火炉内に突出した部分を有するノーズ壁を除いた側壁と前壁とスクリーン管であって、
前記天井壁入口混合管寄は、両端開口部が塞がれて、Ｌ字形をしており、
その天井壁入口混合管寄の一方の端部近くに天井壁入口混合管寄の軸方向に沿ってほぼ同一線上に各孔が形成されて、
前記天井壁入口混合管寄の他方の端部近くに前記天井壁入口管寄に延びる混合管寄出口連絡管が接続される孔が形成されて、その孔が形成されている側が下方に向くように前記天井壁入口混合管寄が火炉幅方向のほぼ中央部に配置され、
前記天井壁入口混合管寄の一方の端部近くに形成された各孔に、前記側壁と前壁とスクリーン管とそれぞれ接続された混合管寄入口連絡管が接続され、
前記天井壁入口混合管寄の他方の端部近くに形成された各孔に、前記混合管寄出口連絡管が天井壁入口混合管寄を中心にしてほぼ左右対称に接続・配管されていることを特徴とするボイラ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、ボイラ装置に係り、特にボイラサーキット(ボイラ火炉の水蒸気系統構成)に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来のボイラ火炉サーキットの構成を図６に示す。節炭器より導入されるボイラ缶水はボイラ火炉スパイラル水冷壁１を経た後、上部壁側壁２、上部壁前壁３、上部スクリーン管４、上部ノーズ壁５へと分配される。その後上部壁側壁２、上部壁前壁３、上部スクリーン管４を通った缶水は天井壁７で合流し、上部ノーズ壁５を通った缶水は副側壁６に供給されるサーキットとなっていた。図中の１１は天井壁入口管寄、１２は火炉出口連絡管である。
【０００３】
直方体よりなるボイラ火炉構造に対し、各火炉構成面（上部壁側壁２、上部壁前壁３、上部スクリーン管４、上部ノーズ壁５）ごとに流体経路を分割し、これを相互に連結することで対応する仕組みになっており、従って天井壁７の入口においては必然的に異なるサーキットが合流することになる。
【０００４】
主に上部壁２〜４で発生する温度差を低減する目的で、図６に示すように上部壁２〜４と天井入口管寄１１の間の連絡管１２は缶左右で各々側壁２、前壁３、スクリーン４間の入れ替えを実施し、各部流体温度差に起因する天井壁７での温度差を低減するように設計されている。
【０００５】
このように天井壁７への流体温度履歴を緩和するような連絡管１２の配置となっており、連絡管１２は必ずしも近傍の天井壁入口管寄１１に最短距離で接続されている訳ではなく、図６に示すように複雑な配置となっている。
【０００６】
この種のボイラ装置の公知技術としては、例えば下記のような特許文献１，２を挙げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】
実開平５−７１６０７号公報
【特許文献２】
特開２００１−３３００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のボイラ装置では、天井壁７に接続する連絡管１２の入替えを行なうことで天井壁７における温度差を緩和するようにしているが、実際には流体の温度差を抜本的に無くすことはできなかった。
【０００９】
図７は、実際の火炉壁出口と天井壁入口と天井壁出口における温度分布を測定した結果を示す図である。前壁３に接続されている連絡管１２が入っている天井壁７の箇所では流体温度が高く、反対に側壁２に接続されている連絡管１２が入っている天井壁７の箇所では流体温度が低くなっており、従って天井壁７の入口での温度差が大きく、そのために天井壁７の耐用寿命が短い。特に負荷変化時、火炉内清掃装置（スートブロワー）の運用時、バーナ点消火時等の過渡的な状態では所定の温度差低減効果が得られないという問題があった。
【００１０】
また連絡管１２の配置が複雑で、配管に大きなスペースが必要となり、連絡管１２の引き回し作業が煩雑であるなどの欠点も有している。
【００１１】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、天井壁の温度差に起因する耐用寿命の短縮を軽減するとともに、構造の簡素化が図れるボイラ装置を提供するにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明は、複数の上部壁からの流体を天井壁入口管寄を通して天井壁に導入するボイラ装置において、
前記複数の上部壁と前記天井壁入口管寄との間に天井壁入口混合管寄を設け、
前記複数の上部壁が、火炉内に突出した部分を有するノーズ壁を除いた側壁と前壁とスクリーン管であって、
前記天井壁入口混合管寄は、両端開口部が塞がれて、Ｌ字形をしており、
その天井壁入口混合管寄の一方の端部近くに天井壁入口混合管寄の軸方向に沿ってほぼ同一線上に各孔が形成されて、
前記天井壁入口混合管寄の他方の端部近くに前記天井壁入口管寄に延びる混合管寄出口連絡管が接続される孔が形成されて、その孔が形成されている側が下方に向くように前記天井壁入口混合管寄が火炉幅方向のほぼ中央部に配置され、
前記天井壁入口混合管寄の一方の端部近くに形成された各孔に、前記側壁と前壁とスクリーン管とそれぞれ接続された混合管寄入口連絡管が接続され、
前記天井壁入口混合管寄の他方の端部近くに形成された各孔に、前記混合管寄出口連絡管が天井壁入口混合管寄を中心にしてほぼ左右対称に接続・配管されていることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明によれば、天井壁内の温度差が低減できるので、温度差に起因する天井壁の変形を防止して、天井壁の耐用寿命を大幅に延長することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】  本発明の実施形態に係るボイラ火炉内サーキットの概略説明図である。
【図２】  そのボイラ火炉内サーキットに用いる天井壁入口混合管寄の側面図である。
【図３】  ボイラ本体中における天井壁入口混合管寄の配置と混合管寄出口連絡管の配管状態を示す概略説明図である。
【図４】  本発明の実施形態に係るボイラ装置の火炉壁出口と天井壁入口と天井壁出口における温度分布を測定した結果を示す図である。
【図５】  ボイラ装置全体の概略構成図である。
【図６】  従来のボイラ装置におけるボイラ火炉内サーキットの概略説明図である。
【図７】  従来のボイラ装置における火炉壁出口と天井壁入口と天井壁出口における温度分布を測定した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に本発明の実施形態を図とともに説明する。図１は実施形態に係るボイラ火炉内サーキットの概略説明図、図２はそのボイラ火炉内サーキットに用いる天井壁入口混合管寄の側面図、図３はボイラ本体中における天井壁入口混合管寄の配置と混合管寄出口連絡管の配管状態を示す概略説明図、図４は火炉壁出口と天井壁入口と天井壁出口における温度分布を測定した結果を示す図である。
【００１８】
図５は、ボイラ装置全体の概略構成図である。ボイラ本体は、スパイラル水冷壁１、上部壁側壁２、上部壁前壁３、上部スクリーン管４、上部ノーズ壁５、副側壁６、天井壁７、ケージ壁１３、及び炉内に配置された各種吊下げ伝熱管１５等から主に構成される。前記天井壁７の上方は、ペントハウスケーシング１６で仕切られている。
【００１９】
ボイラ本体は、全てスリングボルト１７を介して上部のボイラ鉄骨１８で支持され、運転中は高温となるため下方向（地面１９）に向かって伸びる構造になっている。
【００２０】
実施形態に係るボイラ火炉内サーキットを図１とともに説明する。節炭器２０（図５参照）より導入されるボイラ缶水はスパイラル壁１を経た後、上部壁側壁２、上部壁前壁３、スクリーン管４、ノーズ壁５へと分配される。そして前記上部壁側壁２、上部壁前壁３、スクリーン管４は混合管寄入口連絡管１０を介して天井壁入口混合管寄８の一端に接続されている。天井壁入口混合管寄８は、混合管寄出口連絡管９を介して天井壁入口管寄１１に接続されている。
【００２１】
天井壁入口混合管寄８は図２に示すように側面形状がほぼＬ字形に屈曲されており、両端開口部が塞がれている。このＬ字形のように天井壁入口混合管寄８の途中に屈曲部２３を設けることにより、流体の混合領域の長さを実質的に保ったまま、天井壁入口混合管寄８を直線状に延ばした場合の長さＬ１よりも天井壁入口混合管寄８が占める長さＬ２を実質的に短くでき、装置のコンパクト化が図れる。また、天井壁入口混合管寄８の途中に屈曲部２３を設けて流体の流れを変えることにより、流体の混合が良好に行なわれる。
【００２２】
本実施形態では天井壁入口混合管寄８の一端を下方に向けて折り曲げたが、天井壁入口混合管寄８の一端を水平方向に向けて折り曲げてＬ字形にすることもできるし、また天井壁入口混合管寄８を垂直方向あるいは水平方向にＵ字形に折り曲げることもできる。
【００２３】
天井壁入口混合管寄８の一方の端部近くに前記混合管寄入口連絡管１０と接続される複数の孔２１が、他方の端部近くに前記混合管寄出口連絡管９と接続される複数の孔２２がそれぞれ形成されている。温度の異なる流体を導入する各混合管寄入口連絡管１０と接続される各孔２１は、図２に示すように天井壁入口混合管寄８の側面に形成されて天井壁入口混合管寄８の軸方向に沿ってほぼ同一線上に形成されている。
【００２４】
この天井壁入口混合管寄８は図３に示すように、ボイラ本体２４における右壁２５と左壁２６の中心線２７上、すなわち火炉幅方向の中央部に設置されている。そして混合管寄出口連絡管９と接続される孔２２（図２参照）が形成されている側がボイラ本体２４の前壁３側に配置されている天井壁入口管寄１１の方向を向いている。また、天井壁入口混合管寄８から出た複数本（本実施形態では８本）の混合管寄出口連絡管９は、ボイラ本体２４の平面から見て天井壁入口混合管寄８を中心としてほぼ左右対称に配管され、かつ天井壁入口管寄１１に対してほぼ等間隔に接続されている。
【００２５】
前述のように上部壁側壁２、上部壁前壁３、スクリーン管４は各々異なる火炉壁を構成するため、負荷変化、火炉内清掃装置の運用、バーナ点消火等の条件により異なる収熱履歴を経ており、その結果、異なる流体温度が各部出口で発生することとなる。
【００２６】
天井壁７の入口側に設置される天井壁入口混合管寄８は各部からの連絡管１０が接合され、各部の流体は天井壁入口混合管寄８において均一に混合される。そして混合管寄入口連絡管１０の接続点より完全な混合が達成できる距離を確保した位置に混合管寄出口連絡管９を設置することで、天井壁７入口への流体温度を均一にすることができる。流体温度が均一になることより、従来のように缶左右にて連絡管を入れ替えると言った配慮は不要となり、近傍の天井壁入口管寄１１へ最短距離をもって連絡管９を左右対称に配置できる。
【００２７】
図４に、火炉中央部の熱負荷が高く、火炉前壁の収熱が著しく増加した場合(火炉出口流体温度にて９０℃の温度差が発生)の火炉壁出口と天井壁入口と天井壁出口における温度分布を示す。
【００２８】
図７に示す従来の混合管寄席が無く天井壁入口での温度履歴を引き継いだ場合と比較して、混合管寄８を設置することにより天井壁入口温度をほぼ均一にできるから、天井壁出口温度差は最大で３０℃以下に低減可能である。天井壁出口温度差を３０℃とした場合、天井壁７を構成している曲管部の繰り返し許容回数は約１．２×１０5回となり、天井壁７の耐用寿命を大幅に延長することができる。
【００２９】
なお、図１においてノーズ壁５に接続されている出口連絡管１２を天井壁７（天井壁入口混合管寄８）側に接続することも可能であるが、ノーズ壁５は図５に示すように火炉内に突出しているため収熱が多く、そのためノーズ壁５を出た流体は高温状態にあり、天井壁７に導入して再び加熱する必要性はあまりない。むしろノーズ壁５から出た流体を天井壁７側に混入すると、天井壁出口温度差が大きくなったり、また流量が増えるために天井壁７を構成している伝熱管の径を大きくする必要があるなどの弊害を生じる。そのため本実施形態では、ノーズ壁５を出た流体は出口連絡管１２を介して副側壁６に導入している。
【００３０】
図示していないが、副側壁６ならびに天井壁７から出た流体は気水分離器に導入されて、水と水蒸気に分離される。
【符号の説明】
【００３1】
１：スパイラル水冷壁、２：上部壁側壁、３：上部壁前壁、４：上部スクリーン管、５：ボイラ火炉上部ノーズ壁、６：ボイラ火炉副側壁、７：ボイラ火炉天井壁、８：天井壁入口混合管寄、９：混合管寄出口連絡管、１０：混合管寄出入連絡管、１１：天井壁入口管寄、１２：連絡管、１３：ゲージ壁、１５：吊下げ伝熱管、１６：ペントハウスケーシング、１７：スリングボルト、１８：ボイラ鉄骨、１９：地面、２０：節炭器、２１，２２：孔、２３：屈曲部、２４：ボイラ本体、２５：ボイラ火炉右壁、２６：ボイラ火炉左壁、２７：ボイラ本体の中心線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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