(57)【要約】【課題】信頼性、耐久性に優れた減温装置を提供する。【解決手段】減温装置母管９内を流通する高温流体２に低温流体１を噴出する複数個の噴出孔１６を有するスプレノズル５を備えた減温装置において、スプレノズル５の内側に複数個の噴射孔１６と連通する複数本のパイプ１７が挿入され、各パイプ１７に低温流体２の流量を調整する流量調整弁２０が取り付けられていることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
減温装置母管内を流通する高温流体に低温流体を噴出する複数個の噴出孔を有するスプレノズルを備えた減温装置において、
前記スプレノズルの内側に前記複数個の噴射孔と連通する複数本のパイプが挿入され、各パイプに前記低温流体の流量を調整する流量調整弁が取り付けられていることを特徴とする減温装置。
【請求項２】
請求項１記載の減温装置において、前記スプレノズル内の各パイプに屈曲部が形成されていることを特徴とする減温装置。
【請求項３】
請求項１記載の減温装置において、前記スプレノズルの外側に所定の間隔をおいてスプレノズル保護筒が配置されて二重管構造になっており、前記高温流体の温度と低温流体の温度の中間の温度を有する緩衝流体を前記スプレノズルとスプレノズル保護筒の間に流入することを特徴とする減温装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、事業用ボイラや産業用ボイラ等の蒸気温度制御を行うために高温の流体中に低温の流体を注入する減温装置に係り、信頼性、耐久性に優れた滅温装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は、排ガス再循環燃焼法を採用したボイラの概略系統図である。  
同図において、５１はボイラ火炉、５２はボイラ火炉５１を囲む水冷壁、５３はバーナ、５４はボイラの対流熱伝熱部、５５，５６は対流伝熟部５４に配置された過熱器及び再熟器、５７はボイラの煙道、５８は節炭器、５９は排ガス再循環ファン、６０はボイラ出口の煙道５７からボイラ火炉５１の炉底６１へ排ガスを再循環する排ガス循環系統、６２は排ガス再循環系統６０の排ガス量を制御するダンパ、６３は過熱器５５の入口に設けられた減温装置、６４は注水調整弁、６５は冷却水配管、６６は蒸気配管である。
【０００３】
このような構造において、水冷壁５２で構成されたボイラ火炉５１のバーナ５３へ図示しない燃料系統、燃焼用空気系統から燃料と空気を投入して燃焼させ、主にバーナ５３から高温火炎による輻射熱によって水冷壁５２内を流れる作動媒体（水）を加熱して蒸発させ、この作動媒体をさらに対流伝熱部５４の過熱器５５，再熱器５６へ導き、ボイラ火炉５１から高温燃焼ガスによって所定の蒸気条件になるように加熱される。
【０００４】
この種の発電用ボイラでは、その負荷のできるだけ広い範囲にわたって、過熱器５５及び再熱器５６出口の蒸気温度を一定に保つことが、発電プラント効率を維持するために必要である。
【０００５】
最近の電力需要の特徴として、火力発電はベースロードから負荷調整用へと移行し、高頻度な起動・停止及び負荷変化を強いられている。このため負荷変化の変動に伴い蒸気流量、蒸気温度を調整しなければならなく、給水流量、燃料投入量を調整するため蒸気温度は変動し、蒸気温度を制御するため余儀なく減温装置によりスプレ水を注入することになる。
【０００６】
ところがこの減温装置において、スプレ水の注入回数が増えるとスプレノズルに熱応力が発生する。この熱応力を低減するためにスプレノズルを二重管構造として、スプレノズル自身の改善（耐久性、信頼性）を図ってきた。（下記特許文献１参照）
再熟器系でのスプレ水は、ボイラ効率を上げるため負荷変化時に投入する間欠制御方式としている。図６に再熱器系の一系統図例を示す。
【０００７】
同図おいて、高圧タービンから排出された蒸気は、一次再熱蒸気管７１を通って一次再熟器管７２へ送られ、ここで過熱されて二次再熟器７３へ送られる。また、蒸気が一次再熟器７２から二次再熱器７３へ送られる際に、蒸気温度を一定に保つように、再熱器減温装置７４内のスプレノズルから低温のスプレ水を注入する。
【０００８】
尚、絡管内へのスプレ水の注入は、再熱器減温装置７４内のほぼ中央にあたるスプレノズルの部分に噴出孔を設けており、ここから高温流体中に低温流体（スプレ水）が噴霧される。
【０００９】
図中の７５は一次再熟器下部ヘッダ、７６は一次再熟器上部ヘッダ、７７は二次再熟器下部ヘッダ、７８は二次再熟器上部ヘッダである。
【００１０】
ところで、スプレ水の注入時にはこの低温流体（スプレ水）が高温の蒸気が流れている再熱器減温装置７４に流入し、スプレノズル等に大きな温度差による繰り返し熱応力が発生し、寿命の低下さらには破損の原因になっていた。
【００１１】
この現象を防ぐため、従来の減温装置は図７に示すような構造になっている。図中の８１はスプレ水、８２は再熱器入口蒸気、８３はスプレノズル冷却蒸気（緩衝媒体）、８４はインレットノズル、８５はスプレノズル、８６はスプレノズル保護筒、８７は開口部、８８はスプレノズル冷却蒸気管、８９は減温装置母管、９０は保護筒、９１はダイヤフラム、９２はスプレノズル本体、９３は筒体、９４は端板、９５,９６はノズル差込穴、９７は管台、９９はスプレノズル保護筒８６の先端部である。
【００１２】
同図に示すように、スプレノズル８５に直接再熱器入口蒸気（高温の流体）８２が触れないよう、スプレノズル８５の廻りにスプレノズル保護筒８６を設けた二重管構造としている。そしてスプレノズル８５と保護筒８６の間にスプレノズル冷却蒸気（再熱器蒸気温度とスプレ水温度との中間的な温度を有する緩衝媒体）８３を流して、スプレ水の間欠注入による熱応力の低減を図っている。
【特許文献１】特開平１−１９３５０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで前記従来の減温装置において、冷却用スプレ水の噴霧圧力が十分なときには、保護筒８６の表面へ巻き返ることはないが、噴霧圧力が低下すると、スプレノズル８５から噴霧されるスプレ水８１が巻き返り、保護筒８６の内側へ入り込んだり外表面へ付着する。そしてこれが引き金となり、高低温の繰り返しによる熱疲労によって、保護筒８６の一部に割れなどの損傷が生じるという問題がある。
【００１４】
この損傷が生じる部分は、保護筒８６の周面に形成された開口部８７の開口縁や、再熱蒸気，噴霧されるスプレ水，中間温度蒸気流の流速等により多少異なるが、前記開口縁から５〜１０ｃｍの周辺内に見られており、このスプレ水８１の巻き返りの影響を軽減するための対策が求められていた。
【００１５】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、信頼性、耐久性に優れた減温装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記目的を達成するため、本発明の第１の手段は、減温装置母管内を流通する高温流体に低温流体を噴出する複数個の噴出孔を有するスプレノズルを備えた減温装置において、前記スプレノズルの内側に前記複数個の噴射孔と連通する複数本のパイプが挿入され、各パイプに前記低温流体の流量を調整する流量調整弁が取り付けられていることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記スプレノズル内の各パイプに屈曲部が形成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の第３の手段は前記第１の手段において、前記スプレノズルの外側に所定の間隔をおいてスプレノズル保護筒が配置されて二重管構造になっており、前記高温流体の温度と低温流体の温度の中間の温度を有する緩衝流体を前記スプレノズルとスプレノズル保護筒の間に流入することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は前述のような構成になっており、スプレノズルから噴霧したスプレ水の巻き返りによる熱疲労割れの防止ができ、耐久性、信頼性に優れた減温装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図と共に説明する。図１は、第１の実施形態に係る減温装置の断面図である。同図において１はスプレ水、２は再熱器入口蒸気、３はスプレノズル冷却蒸気（緩衝流体）、４はインレットノズル、５はスプレノズル、６はスプレノズル保護筒、7は開口部、８はスプレノズル冷却蒸気管、９は減温装置母管、1０は保護筒、１１はダイヤフラム、１２はスプレノズル本体、１３は筒体、１４は端板、１５は管台、１６は噴出孔、１７はパイプ、１８は分配部材である。
【００２１】
同図に示すようにスプレノズル本体１２は、インレットノズル４から減温装置母管９の下部にかけて、減温装置母管９を貫通するように設置されている。そしてスプレノズル５に再熱器入口蒸気（高温蒸気）２が直接触れないよう、スプレノズル５の廻りに所定の間隔をおいてスプレノズル保護筒６を設けた二重管構造になっている。
【００２２】
スプレノズル保護筒６の周面で減温装置母管９のほぼ中央部に当る部分に長円状の開口部７が設けられ、スプレノズル５の周面で前記開口部７と対向する位置に軸方向に沿って８個の噴出孔１６ａ〜１６ｈが形成されている。
【００２３】
この８個の噴出孔１６ａ〜１６ｈの向きは下向き、上向きの交互になっている。
【００２４】
スプレノズル５の内側には３本のパイプ１７ａ〜１７ｃが挿入され、第１パイプ１７ａの先端部に第１分配部材１８ａと第２分配部材１８ｂが、第２パイプ１７ｂの先端部に第３分配部材１８ｃが、第３パイプ１７ｃの先端部に第４分配部材１８ｄが、それぞれ接続されている。
【００２５】
噴出孔１６は２個で１組になっており、図２に示すように８個の噴出孔１６ａ〜１６ｈのうちの中央部に位置する４個の噴出孔１６ｃ〜１６ｆには、第１パイプ１７ａに連結されている第１分配部材１８ａと第２分配部材１８ｂが、噴出孔１６ｇと噴出孔１６ｈには、第２パイプ１７ｂに連結されている第３分配部材１８ｃが、第３パイプ１７ｃに連結されている第４分配部材１８ｄが、それぞれ連結されている。スプレノズル５に対する各分配部材１８の取り付けは、溶接，ろう付け，かしめなどの適宜な手段が選択される。
【００２６】
図１に示すように、スプレノズル５内に配置された各パイプ１７ａ〜１７ｃの基端部は注入管台２１に固定され、先端部は分配部材１８を介してスプレノズル５に固定されている。ボイラ装置の起動〜運転〜停止の過程で生じるスプレノズル５と各パイプ１７ａ〜１７ｃとの温度差に基づいて熱伸び差が生じる。この熱伸び差を吸収するため各パイプ１７ａ〜１７ｃの途中に屈曲部２２が形成されて、フレキシブルな構造になっている。
【００２７】
図３は、スプレ水１の供給系統図である。同図に示すようにスプレ水１の供給系統上に遮断弁１９が設けられ、その後流側が３本のパイプ１７ａ〜１７ｃに分かれており、各パイプ１７ａ〜１７ｃ上に個別に流量調整弁２０ａ〜２０ｃが付設されている。温度検出器２３で再熱器の出口蒸気温度が検出され、その蒸気温度検出信号は制御部２４に入力される。そしてこの制御部２４からの制御信号により、遮断弁１９と各流量調整弁２０ａ〜２０ｃの開閉動作が個別に制御される。
【００２８】
前記遮断弁１９のオンオフによりスプレ水１が減温装置母管９内に間欠的に注入され、またスプレ水１を注入する際に前記流量調整弁２０ａ〜２０ｃの開度により注水量が調整されて、スプレ水１の注入量が変化しても噴出孔１６のスプレ水噴射特性（噴射圧力）が常に良好な状態に制御できる。
【００２９】
スプレ水流量が多い場合は、流量調整弁２０ａ〜２０ｃを全開或いはそれに近い状態にして、８個の各噴出孔１６ａ〜１６ｈからスプレノ水１を噴射する。このときはスプレ水流量が多いため、各噴出孔１６ａ〜１６ｈからはスプレ水１が勢い良く噴出され、そのためスプレ水１の巻き戻しはない。
【００３０】
一方、再熱器出口蒸気温度が低くなってスプレ水流量を少なくする場合は、前記制御部２４からの制御信号に基づいて、流量調整弁２０ａのみを全開或いはそれに近い状態にして、流量調整弁２０ｂ,２０ｃを全閉或いはそれに近い状態にして、スプレ水１を噴射する噴出孔１６は中央部の４個の噴出孔１６ｃ〜１６ｆに限定する。そうすればスプレ水流量が少なくても、噴出孔１６ｃ〜１６ｆからはスプレノ水１が勢い良く噴出され、この場合もスプレ水１の巻き戻しはない。
【００３１】
なおこのときパイプ１７ｂ，１７ｃにはスプレ水１は供給されないが、各パイプ１７ａ〜１７ｃを収納したスプレノズル５はスプレノズル保護筒６内に配置されており、しかもスプレノズル５とスプレノズル保護筒６の間には緩衝流体３が流通しているから、前記パイプ１７ｂ，１７ｃの熱損傷が有効に防止できる。
【００３２】
図４は、第２の実施形態に係る減温装置の噴出孔付近の拡大断面図である。
【００３３】
本実施形態で前記第１の実施形態と相違する点は、２個１組の噴出孔１６に対してパイプ１７と分配部材１８が個別に接続されている点である。この実施形態においても、スプレ水流量が少ない場合は、スプレ水１を噴射する噴出孔１６を限定してスプレ水１を勢い良く噴出させる。
【００３４】
前記実施形態ではスプレノズル５とスプレノズル保護筒６の二重管構造を有する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、スプレノズル保護筒６を用いない減温装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る減温装置の断面図である。
【図２】その減温装置における噴出孔付近の拡大断面図である。
【図３】スプレ水の供給系統図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る減温装置の噴出孔付近の拡大断面図である。
【図５】排ガス再循環燃焼法を採用したボイラの概略系統図である。
【図６】そのボイラの再熱器系の一系統図である。
【図７】従来の減温装置の断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１：スプレ水、２：再熱器入口蒸気、３：スプレノズル冷却蒸気、４：インレットノズル、５：スプレノズル、６：スプレノズル保護筒、７：噴霧管挿入孔、８：スプレノズル冷却蒸気管、９：減温装置母管、1０：保護筒、１１：ダイヤフラム、１２：スプレノズル本体、１３：筒体、１４：端板、１５：管台、１６ａ〜１６ｈ：噴出孔、１７ａ〜１７ｃ：パイプ、１８ａ〜１８ｄ：分配部材、１９：遮断弁、２０ａ〜２０ｃ：流量調整弁、２１：注入管台、２２：屈曲部、２３：温度検出器、２２：制御部。
【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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