(57)【要約】【課題】過熱蒸気の温度を増加させることが可能な構成とし、効率を向上させ得る舶用ボイラを提供する。【解決手段】主バーナ３３の燃焼で発生した燃焼ガスが、火炉３１から過熱器３７および蒸発管群３９を通過して流れるように構成された舶用ボイラ５であって、過熱器３７は、火炉３１側に配置された１次過熱器管５９と、蒸発管群３９側に配置された２次過熱器管６１とで構成され、１次過熱器管５９および２次過熱器管６１は、直列に接続さ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】
バーナの燃焼で発生した燃焼ガスが、火炉から過熱器および蒸発管群を通過して流れるように構成された舶用ボイラであって、
前記過熱器は、前記火炉側に配置された過熱器管の１次ループと、前記蒸発管群側に配置された過熱器管の２次ループとで構成され、前記１次ループおよび前記２次ループは、直列に接続されていることを特徴とする舶用ボイラ。
【請求項２】
前記過熱器の前記火炉側に水が通過するフロントバンクチューブが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の舶用ボイラ。
【請求項３】
前記フロントバンクチューブが、多数列配置されていることを特徴とする請求項２に記載の舶用ボイラ。
【請求項４】
前記過熱器では、蒸気が前記１次ループから前記２次ループに流れていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の舶用ボイラ。
【請求項５】
前記過熱器では、蒸気が前記２次ループから前記１次ループに流れていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の舶用ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶に搭載される舶用ボイラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、船舶に搭載される舶用ボイラは、発電所等で使用される陸用ボイラと比較して、設置スペースの制約が大きいことからコンパクトな構造が優先されている。
このため、たとえば、特許文献１に示されるように、過熱器は蒸発管群の上流側に配置され、対流熱に加えて火炉からの輻射熱をも利用して蒸気を過熱するようにされている。この過熱器は、過熱器管のワンループで構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−９７８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に示されるように過熱器管のワンループで構成されている過熱器では、伝熱面積の拡大が制限されている。このため、効率向上を目指してより高温の過熱蒸気を得るためには、過熱器管へ大きな熱量を与える必要がある。過熱器管へ供給する熱量を大きくすると、過熱器管の表面温度が上昇するため、材料の制限等によって過熱蒸気の温度を増加させるには限界がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑み、過熱蒸気の温度を増加させることが可能な構成とし、効率を向上させ得る舶用ボイラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の一態様は、バーナの燃焼で発生した燃焼ガスが、火炉から過熱器および蒸発管群を通過して流れるように構成された舶用ボイラであって、前記過熱器は、前記火炉側に配置された過熱器管の１次ループと、前記蒸発管群側に配置された過熱器管の２次ループとで構成され、前記１次ループおよび前記２次ループは、直列に接続されている舶用ボイラである。
【０００７】
本態様によると、バーナの燃焼で発生した燃焼ガスは、火炉から過熱器および蒸発管群を通過して流れる。このとき、過熱器は火炉に近接しているので、燃焼ガスの対流熱および輻射熱によって加熱されるので、高温に加熱することができる。
本態様では、過熱器は、火炉側に配置された過熱器管の１次ループと、蒸発管群側に配置された過熱器管の２次ループとで構成されているので、過熱器において、燃焼ガスは、過熱器管の１次ループに続いて過熱器管の２次ループを通過する。１次ループおよび２次ループは、直列に接続されているので、蒸気は１次ループおよび２次ループを通過している間に過熱されることになる。
このように、蒸気は１次ループおよび２次ループを通って過熱されるので、過熱器管の伝熱面積は、従来のワンループのものに比べて大きくすることができる。このため、過熱蒸気の温度を増加させることができ、舶用ボイラの効率を向上させることができる。
【０００８】
前記態様では、前記過熱器の前記火炉側に水が通過するフロントバンクチューブが配置される構成としてもよい。
【０００９】
このようにすると、火炉からの燃焼ガスの熱量の一部がフロントバンクチューブによって吸収される。また、火炉からの輻射熱の一部がフロントバンクチューブによって遮られる。これにより、過熱器の過熱器管、特に、火炉側の過熱器管に対する過度の加熱を抑制でき、過熱器管の表面温度が高温になり減肉トラブルが発生するのを抑制することができる。
【００１０】
前記構成では、前記フロントバンクチューブが、多数列配置されていてもよい。
【００１１】
このようにすると、過熱器管に作用する燃焼ガスの熱量および輻射熱量をさらに抑制でき、過熱器管の表面温度が高温になり減肉トラブルが発生するのを抑制することができる。
【００１２】
前記態様では、前記過熱器では、蒸気が前記１次ループから前記２次ループに流れていてもよい。
【００１３】
このようにすると、火炉側の過熱器管に過熱前の比較的低温の蒸気が通過するので、この蒸気が過熱器管を冷却することができる。
したがって、火炉側の過熱器管に対する過度の加熱を抑制でき、過熱器管の表面温度が高温になり減肉トラブルが発生するのを抑制することができる。
【００１４】
前記態様では、前記過熱器では、蒸気が前記２次ループから前記１次ループに流れていてもよい。
【００１５】
このようにすると、過熱器における蒸気の流れと燃焼ガスの流れとは、向流の関係になるので、流れ方向全域において燃焼ガスと蒸気との温度差を大きく取ることができ、熱交換効率を向上させることができる。
これにより、たとえば、火炉側の過熱器管の伝熱面積を小さくしても所定の高温の過熱蒸気を得ることができ、火炉側の過熱器管に対する過度の加熱を抑制でき、過熱器管の表面温度が高温になり減肉トラブルが発生するのを抑制することができる。よって、同一蒸気条件においてもボイラをよりコンパクトにすることが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、過熱器は、火炉側に配置された過熱器管の１次ループと、蒸発管群側に配置された過熱器管の２次ループとで構成され、１次ループおよび２次ループは、直列に接続されているので、過熱蒸気の温度を増加させることができ、舶用ボイラの熱交換効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第一実施形態にかかる舶用ボイラを用いた舶用推進プラントの概略構成を説明する模式図である。
【図２】本発明の第二実施形態にかかる舶用ボイラの概略構成を説明する模式図である。
【図３】過熱器での燃焼ガスと蒸気との温度変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。
［第一実施形態］
この発明の第一実施形態にかかる舶用ボイラについて、図１を参照して説明する。
図１は、本実施形態にかかる舶用ボイラを用いた舶用推進プラントの概略構成を説明する模式図である。
【００１９】
舶用推進プラント１には、推進用タービン３と、舶用ボイラ５と、推進器としてのプロペラ７とが備えられている。
推進用タービン３には、高圧タービン９と、中圧タービン１１と、低圧タービン１３と、後進用タービン１５とが備えられている。
高圧タービン９と中圧タービン１１とは、一本の回転軸１７を介して連結されている。
低圧タービン１３と後進タービン１５とは、一本の回転軸２１を介して連結されている。回転軸１７および回転軸２１は、減速機２３に接続されている。減速機２３には、プロペラ軸２５を介してプロペラ７が接続されている。プロペラ軸２５には、軸発電機１９が取り付けられている。
【００２０】
舶用ボイラ５には、主炉２７と、再熱炉２９とが備えられている。主炉２７には、中空の略直方体形状をした火炉３１と、火炉３１の上部に設置された主バーナ（バーナ）３３と、水が通過するフロントバンクチューブ３５と、過熱器３７と、蒸発管群３９と、水ドラム４１と、蒸気ドラム４３と、が備えられている。
火炉３１の壁部には、水が通過するウォールチューブ４５が配置されている。主バーナ３３には、図示しない燃料源から燃料配管４７によって燃料が供給されている。燃料配管４７には、燃料の供給量を調節する流量調節弁４９が備えられている。
【００２１】
再熱炉２９は、主炉２７の蒸発管群３９の後流側に上下方向に延在して配置され、主バーナ３３の燃焼で発生した燃焼ガスの通路となるように構成されている。再熱炉２９の下部には、再熱バーナ５１が備えられている。再熱バーナ５１には、図示しない燃料源から燃料配管５３によって燃料が供給されている。燃料配管５３には、燃料の供給量を調節する流量調節弁５５が備えられている。
再熱炉２９の上部には、再熱器５７が備えられている。
【００２２】
過熱器３７には、それぞれＵ字形状をした１次過熱器管（過熱器管の１次ループ）５９および２次過熱器管（過熱器管の２次ループ）６１が備えられている。
１次過熱器管５９は、火炉３１側に、２次過熱器管６１は、蒸発管群３９側に、相互に間隔を空けて配置されている。１次過熱器管５９および２次過熱器管６１の隣り合う過熱器管は連通するように接続されている。
【００２３】
１次過熱器管５９の火炉３１側の端部が蒸気ドラム４３から飽和蒸気を受け取るように構成されている。２次過熱器管６１の蒸発管群３９側の端部には、過熱器出口配管６３が接続されている。過熱器出口配管６３の他端部は、高圧タービン９の導入部に接続されている。
過熱器出口配管６３には、途中で分岐し、後進タービン１５に過熱蒸気を供給する過熱分岐配管６５が備えられている。分岐部よりも下流側の過熱器出口配管６３および過熱分岐配管６５には、それぞれ開閉弁６７，６９が備えられている。開閉弁６７，６９を選択的に開閉することによって過熱蒸気は、高圧タービン９あるいは後進タービン１５のいずれか一方に供給される。
【００２４】
高圧タービン９の出口蒸気は、再熱器５７の下部端部に導入され、主バーナ３３の燃焼で発生した燃焼ガスの残熱量および再熱バーナ５１の燃焼ガスで加熱される。再熱器５７で再加熱された再熱蒸気は、再熱器５７の上端部から中圧タービン１１に導入される。
中圧タービン１１の出口蒸気は低圧タービン１３に供給され、低圧タービン１３を回転駆動した後、主炉２７へ給水する復水器７１へ送られる。また、後進用タービン１５に供給された過熱蒸気は、後進用タービン１５を回転駆動した後、復水器７１へ送られる。
【００２５】
以下、このように構成された本実施形態にかかる舶用ボイラ５を備えた舶用推進プラント１の動作について説明する。
主バーナ３３の燃焼で発生した燃焼ガスは、火炉３１からフロントバンクチューブ３５に流れ、フロントバンクチューブ３５内を流れる水を加熱する。これにより、燃焼ガスの熱量の一部は、吸収される。
このとき、フロントバンクチューブ３５を構成する伝熱管に太さ、配置ピッチおよび水量等を調節することで、フロントバンクチューブ３５で吸収できる熱量および輻射熱量、したがって、１次過熱器管５９に作用する燃焼ガスの熱量および輻射熱量を調節することができる。１次過熱器管５９に作用する燃焼ガスの熱量および輻射熱量を小さくする場合、フロントバンクチューブ３５を構成する伝熱管の径を大きくする、ピッチを小さくする、あるいは、燃焼ガスの流れ方向に多数列配置する等を行う。
このようにすると、１次過熱器管５９に作用する燃焼ガスの熱量および輻射熱量をさらに抑制でき、１次過熱器管の表面温度が高温になり減肉トラブルが発生するのを抑制することができる。
【００２６】
次いで、燃焼ガスは、過熱器３７を流れ、１次過熱器管５９と熱交換し、次いで２次過熱器管６１と熱交換される。過熱器３７は火炉３１に近接しているので、燃焼ガスの対流熱および輻射熱によって加熱されるので、高温に過熱することができる。
一方、フロントバンクチューブ３５によって火炉３１からの燃焼ガスの熱量の一部が吸収され、かつ、火炉３１からの輻射熱の一部が遮られるので、過熱器３７の１次過熱器管５９および２次過熱器管６１、特に、１次過熱器管５９に対する過度の加熱を抑制でき、１次過熱器管５９および２次過熱器管６１の表面温度が高温になり減肉トラブルが発生するのを抑制することができる。
【００２７】
蒸気ドラム４３からの飽和蒸気は、１次過熱器管５９に供給され、１次過熱器管５９に次いで２次過熱器管６１を流れ、その間に燃焼ガスによって過熱され、過熱蒸気とされ、過熱器出口配管６３に流入される。
このように、蒸気は１次過熱器管５９および２次過熱器管６１を通って過熱されるので、過熱器管の伝熱面積は、従来のワンループのものに比べて大きくすることができる。
このため、過熱蒸気の温度を増加させることができ、舶用ボイラ５の効率を向上させることができる。
【００２８】
このとき、温度の低い飽和蒸気が１次過熱器管５９の火炉３１側に供給されているので、この温度の低い飽和蒸気が１次過熱器管５９を冷却することになる。したがって、特に、高温の燃焼ガスがあたる１次過熱器管５９に対する過度の加熱を抑制でき、１次過熱器管５９の表面温度が高温になり減肉トラブルが発生するのを抑制することができる。
【００２９】
主バーナ３３による燃焼ガスは、蒸発管群３９を通って熱交換を行い、再熱バーナ５１の燃焼で発生した燃焼ガスと混合され、再熱器５７で熱交換をした後、排気される。
【００３０】
過熱器３７で発生した過熱蒸気は過熱器出口配管６３を通って高圧タービン９へ供給され、高圧タービン９を回転駆動する。
高圧タービン９から排気された蒸気は再熱器５７に供給され、再熱バーナ５１等の燃焼ガスによって再加熱される。再熱器５７で再加熱された再熱蒸気は、中圧タービン１１へ供給され、中圧タービン１１を回転駆動する。
【００３１】
中圧タービン１１から排気された蒸気は、低圧タービン１３に供給され、低圧タービン１３を回転させる。低圧タービン１３から排気された蒸気は、復水器７９に送られる。復水器７９で復水された水は、主炉２７へ給水される。
高圧タービン９および中圧タービン１１の回転は回転軸１７によって、低圧タービン１３の回転は回転軸２１によって、それぞれ減速機２３に伝達される。減速機２３は、減速された回転数でプロペラ軸２５を回転させ、プロペラ７を回転させる。
【００３２】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態にかかる舶用ボイラについて、図２および図３を用いて説明する。
本実施形態は、飽和蒸気の過熱器３７への供給位置が第一実施形態のものと異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態のものと同じ部分については重複した説明を省略する。
なお、第一実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
図２は、本実施形態にかかる舶用ボイラ５の概略構成を説明する模式図である。
【００３３】
本実施形態では、蒸気ドラム４３の飽和蒸気は、２次過熱器管６１の蒸発管群３９側端部に供給されている。過熱器出口配管６３は、１次過熱器管５９の火炉３１側端部に接続されている。
蒸気ドラム４３からの飽和蒸気は、２次過熱器管６１の火炉３１側端部に供給され、２次過熱器管６１に次いでを１次過熱器管５９流れ、その間に燃焼ガスによって過熱され、過熱蒸気とされ、過熱器出口配管６３に流入される。
【００３４】
このようにすると、過熱器３７における蒸気の流れと燃焼ガスの流れとは、向流の関係になる。図３に、本実施形態における蒸気の温度変化７３と燃焼ガスの温度変化７５とを示している。また、図３には、比較例として、第一実施形態のように並流の関係としたときの蒸気の温度変化７７が示されている。
温度変化７３は、流れ方向全域において燃焼ガスと蒸気との温度差を大きく取ることができ、熱交換効率を向上させることができる。
【００３５】
これにより、たとえば、１次過熱器管５９の伝熱面積を小さくしても所定の高温の過熱蒸気を得ることができる。燃焼ガスとの接触が小さくなるので、１次過熱器管５９に対する過度の加熱を抑制でき、１次過熱器管５９の表面温度が高温になり減肉トラブルが発生することを抑制することができる。よって、同一蒸気条件においてもボイラをよりコンパクトにすることが可能となる。
【００３６】
なお、本発明は以上説明した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形を行ってもよい。
たとえば、前記実施形態では、再熱器５７を備える舶用ボイラ５として説明しているが、これに限定されない。すなわち、再熱器５７を有していない舶用ボイラ５にも適用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
５  舶用ボイラ
３１  火炉
３３  主バーナ
３５  フロントバンクチューブ
３７  過熱器
３９  蒸発管群
５９  １次過熱器管
６１  ２次過熱器管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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