(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流れ媒体加熱用の燃焼ガスを水平方向に通流する水平構造を有する貫流式のボイラにおいて、燃焼室の囲壁と、この囲壁の少なくとも一部に垂直に配設された複数の蒸発管と、燃焼室の正面壁に配設された化石燃料燃焼用の複数のバーナ（３０）とを有するモジュールとして形成してなる第１燃焼室（４）と第２燃焼室（５）とを備え、前記両燃焼室（４、５）は、前記バーナで発生した高温ガス（Ｇ）のほぼ水平の主流れ方向（２４）用に設計され、高温ガスの流れ方向で見て、垂直煙道（８）に前置接続された共通の水平煙道（６）に開口し、前記第１燃焼室（４）の正面壁（９）および第２燃焼室（５）の正面壁（９）から水平煙道（６）の入口範囲（３２）までの距離で規定される第１燃焼室（４）および第２燃焼室（５）の長さ（Ｌ）が、ボイラ（２）の全負荷運転時における燃料（Ｂ）の燃焼長と少なくとも同じであるボイラ。
【請求項２】
第１燃焼室（４）および第２燃焼室（５）の長さ（Ｌ）が、ＢＭＣＲ（ボイラ最大連続蒸発量）値（Ｗ）、燃焼室（４、５）の数（Ｎ）、バーナ（３０）の燃焼時間（ｔA）及び／又は第１燃焼室（４）および第２燃焼室（５）からの高温ガス（Ｇ）の出口温度（ＴBRK）の関数として、近似的に次式（１）、（２）で選定され、
Ｌ（Ｗ、Ｎ、ｔA）＝（Ｃ1＋Ｃ2・Ｗ／Ｎ）・ｔA            （１）
Ｌ（Ｗ、Ｎ、ＴBRK）＝（Ｃ3・ＴBRK＋Ｃ4）（Ｗ／Ｎ）＋Ｃ5（ＴBRK）2
＋Ｃ6・ＴBRK＋Ｃ7                （２）
ここで、Ｃ1＝８ｍ／ｓ、
Ｃ2＝０．００５７ｍ／ｋｇ、
Ｃ3＝−１．９０５・１０-4（ｍ・ｓ）／（ｋｇ℃）、
Ｃ4＝０．２８６（ｓ・ｍ）／ｋｇ、
Ｃ5＝３・１０-4ｍ／（℃）2、
Ｃ6＝−０．８４２ｍ／℃、
Ｃ7＝６０３．４１ｍ
であり、ＢＭＣＲ値（Ｗ）に対してはそれぞれ第１燃焼室（４）および第２燃焼室（５）の長さ（Ｌ）の大きい方の値が適用される請求項１記載のボイラ。
【請求項３】
第１燃焼室（４）の正面壁（９）並びに第２燃焼室（５）の正面壁（９）が、垂直に配置され互いに気密に溶接されそれぞれ並行に水及び／又は水蒸気からなる流体（以下、流れ媒体という。）（Ｓ）を供給される多数の蒸発管（１１）で形成されている請求項１又は２記載のボイラ。
【請求項４】
第１燃焼室（４）の側壁（１０）並びに第２燃焼室（５）の側壁（１０）が、垂直に配置され互いに気密に溶接されそれぞれ並行に流れ媒体（Ｓ）を供給される多数の蒸発管（１１）で形成されている請求項１乃至３の１つに記載のボイラ。
【請求項５】
多数の蒸発管（１１）がその内周面にそれぞれ多条ねじ山を形成するフィン（４０）を有している請求項３又は４記載のボイラ。
【請求項６】
管軸線に対して垂直な平面（４１）と管内周面に設けられたフィン（４０）のフランク（４２）との成す傾斜角（α）が、６０°より小さい請求項５記載のボイラ。
【請求項７】
水平煙道（６）の側壁（１２）が、垂直に配置され互いに気密に溶接され且つ並行に流れ媒体（Ｓ）を供給される蒸気発生管（１４）で形成されている請求項１乃至６のいずれか１つに記載のボイラ。
【請求項８】
垂直煙道（８）の側壁（１３）が、垂直に配置され互いに気密に溶接され且つ並行に流れ媒体（Ｓ）を供給される蒸気発生管（１５）で形成されている請求項１乃至７の１つに記載のボイラ。
【請求項９】
多数の蒸発管（１１）がそれぞれ絞り装置を有している請求項１乃至８の１つに記載のボイラ。
【請求項１０】
流れ媒体（Ｓ）を燃焼室（４）の蒸発管（１１）に供給するための配管系（１９）が設けられ、その配管系（１９）が流れ媒体（Ｓ）の流量を減少させるために、多数の絞り装置を有している請求項１乃至９の１つに記載のボイラ。
【請求項１１】
隣接する蒸発管（１１）ないしは蒸気発生管（１４、１５）がひれを介して互いに気密に溶接され、そのひれ幅が、第１燃焼室（４）ないしは第２燃焼室（５）における蒸発管（１１）ないしは蒸気発生管（１４、１５）、水平煙道（６）及び／又は垂直煙道（８）のそれぞれの位置に関係して選定されている請求項１乃至１０の１つに記載のボイラ。
【請求項１２】
第１燃焼室（４）ないしは第２燃焼室（５）の多数の蒸発管（１１）の管内径（Ｄ）が、第１燃焼室（４）ないしは第２燃焼室（５）内での蒸発管（１１）のそれぞれの位置に関係して選定されている請求項１乃至１１の１つに記載のボイラ。
【請求項１３】
第１燃焼室（４）ないしは第２燃焼室（５）の流れ媒体（Ｓ）を並行に供給される多数の蒸発管（１１）に、流れ媒体側においてそれぞれ、共通の入口管寄せ装置（１６）が前置接続され、共通の出口管寄せ装置（１８）が後置接続されている請求項１乃至１２の１つに記載のボイラ。
【請求項１４】
第１燃焼室（４）ないしは第２燃焼室（５）の正面壁（９）の蒸発管（１１）が、流れ媒体の流れ方向で見て、第１燃焼室（４）ないしは第２燃焼室（５）の側壁（１０）の蒸発管（１１）に前置接続されている請求項１乃至１３の１つに記載のボイラ。
【請求項１５】
水平煙道（６）内に複数の過熱器（２２）が懸垂構造で配置されている請求項１乃至１４の１つに記載のボイラ。
【請求項１６】
垂直煙道（８）内に複数の対流加熱器（２６）が配置されている請求項１乃至１５の１つに記載のボイラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、それぞれ化石燃料用の多数のバーナを有する第１燃焼室と第２燃焼室とを備えたボイラに関する。
【０００２】
ボイラを備えた発電所において、燃料の含有エネルギはボイラにおいて水及び／又は水蒸気からなる流体（以下、流れ媒体という。）を蒸発させるために利用される。ボイラは流れ媒体を蒸発させるために蒸発管を有し、この蒸発管内を導かれる流れ媒体が蒸発管の加熱により蒸発される。ボイラから供給される蒸気は例えば密閉された外部のプロセスに利用されるが、また蒸気タービンを駆動するために利用される。蒸気が蒸気タービンを駆動すると、その蒸気タービンのタービン軸を介して通常、発電機あるいは作業機械が駆動される。発電機の場合、これによって発生された電流は、複合電力系統及び／又は島状電力系統に供給される。
【０００３】
ボイラは貫流ボイラとして形成される。貫流ボイラは、ＶＧＢ  クラフトベルクステヒニーク(Kraftwerkstechnik)  ７３（１９９３年）、第４号、第３５２〜３６０頁に掲載のＪ．フランケ、Ｗ．ケーラー、Ｅ．ウィッチョー共著の論文「ベンソンボイラの蒸発器構想」で知られている。貫流ボイラの場合、蒸発管として設けられた蒸気発生管の加熱は、流れ媒体をその蒸気発生管の一回の通過で蒸発させる。
【０００４】
貫流ボイラは通常、垂直構造の燃焼室が装備されている。これは、燃焼室がほぼ垂直方向における加熱媒体あるいは高温ガスの通過に対して設計されることを意味する。その燃焼室には高温ガス側において水平煙道が後置接続され、高温ガス流が燃焼室から水平煙道に移行する際、高温ガスのほぼ水平方向への転向が行われる。しかしそのような燃焼室は一般に、温度に起因して燃焼室長さが変化するために、燃焼室を懸垂支持する架台を必要とする。これは、貫流ボイラを製造および組み立てる際にかなり高い技術的経費がかかることを意味し、その経費は、貫流ボイラの構造高さが大きくなればなるほど高くなる。
【０００５】
化石燃料ボイラは通常、燃料の所定の種類および品質用としておよび所定の出力範囲用として設計される。これは、ボイラの燃焼室がその主要寸法、即ち長さ、幅、高さについて、所定の燃料の燃焼特性および灰特性に、および所定の出力範囲に合わされることを意味する。従って、すべてのボイラはそれに利用される燃料および出力範囲に伴って、主要寸法に関して固有の燃焼室構造を有する。
【０００６】
いまボイラの燃焼室を、例えば新たな出力範囲及び／又は異なった種類あるいは品質の燃料用として設計しようとするとき、既存のボイラの設計データに立ち返って設計される。その設計データによって通常、燃焼室の主要寸法が、新たに構成すべきボイラの要件に合わされる。しかしこの単純な処置にもかかわらず、新たに与えられた周辺条件に対するボイラの設計は、基礎になっている系統の複雑さのために、なおかなり高い構造経費を生ずる。これは特に、その都度のボイラが特に高い総合効率を有するようにしようとするときに、当てはまる。
【０００７】
本発明の課題は、燃焼室構想が、燃料の所定の種類および品質用並びに予め定められた出力範囲用としての特に簡単な設計を可能にし、特に安価な製造費および組立費しか必要としないような、冒頭に述べた形式のボイラを提供することにある。
【０００８】
この課題は、本発明によれば、流れ媒体加熱用の燃焼ガスを水平方向に通流する水平構造を有する貫流式のボイラにおいて、燃焼室の囲壁と、この囲壁の少なくとも一部に垂直に配設された複数の蒸発管と、燃焼室の正面壁に配設された化石燃料燃焼用の複数のバーナとを有するモジュールとして形成してなる第１燃焼室と第２燃焼室とを備え、前記両燃焼室は、前記バーナで発生した高温ガスのほぼ水平の主流れ方向用に設計され、高温ガスの流れ方向で見て、垂直煙道に前置接続された共通の水平煙道に開口し、前記第１燃焼室の正面壁および第２燃焼室の正面壁から水平煙道の入口範囲までの距離で規定される第１燃焼室および第２燃焼室の長さが、ボイラの全負荷運転時における燃料の燃焼長と少なくとも同じであることによって解決される。
【０００９】
本発明は、ボイラの燃焼室構想が、燃料の所定の種類および品質用並びにボイラの予め定められた出力範囲用としての特に簡単な設計を可能にする、という考えから出発している。これは、燃焼室の構築がモジュール式に行われるときに当てはまる。その場合、同形のモジュールが、取扱いが特に簡単であり、燃焼室の所望の出力設計に関して特に大きな柔軟性を有する。モジュール構造によって、燃焼室は特に簡単に、大きくにも小さくにもできる。
【００１０】
しかし、ほぼ水平方向の高温ガスの貫流用に設計された燃焼室は、高価な技術的経費で作らねばならない架台を必要とする。この架台は、ボイラを追加装備する場合、これも高い経費をかけて適合させねばならない。これに対して、技術的に非常に安価に作れる架台は、ボイラの比較的低い構造高さを生ずる。モジュール式に構成されたボイラに対する特に単純な構想は、従って、第１燃焼室と第２燃焼室とを備え水平構造で形成された燃焼室を提供する。その場合、第１燃焼室並びに第２燃焼室において、バーナは燃焼室壁に水平煙道の高さで配置されている。これによって、第１および第２の両燃焼室は、ボイラの運転中、高温ガスによってほぼ水平の主流れ方向に貫流される。
【００１１】
好適には、バーナは第１燃焼室の正面壁および第２燃焼室の正面壁に配置され、即ち第１燃焼室および第２燃焼室の水平煙道への流出開口と反対側に位置する囲壁に配置されている。そのように形成されたボイラは、特に簡単に、燃料の燃焼長に合わされる。その燃料の燃焼長とは、所定の平均高温ガス温度における水平方向の高温ガス速度と、燃料の燃焼時間ｔAとの積を意味する。その都度のボイラにおける最大燃焼長は、全負荷時のボイラの蒸気出力、いわゆるボイラの全負荷運転時における蒸気出力において生ずる。燃焼時間ｔAは、平均粒度の微粉炭が、所定の平均高温ガス温度で完全燃焼するために必要とする時間である。
【００１２】
例えば高温溶融灰の侵入に基づく水平煙道の材料損傷および望ましくない汚れを特に僅かにするために、燃焼室の正面壁から水平煙道の入口範囲までの距離で規定された第１燃焼室および第２燃焼室の長さＬは、好適には、ボイラの全負荷運転時における燃料の燃焼長と少なくとも同じである。第１燃焼室および第２燃焼室のこの水平長さＬは、一般に、灰出しホッパ上縁から燃焼室天井までの第１燃焼室および第２燃焼室の高さより大きい。
【００１３】
化石燃料の燃焼熱を特に良好に利用するために、好適には、第１燃焼室ないしは第２燃焼室の長さＬ（ｍ）は、ボイラのＢＭＣＲ（ボイラ最大連続蒸発量）値Ｗ（ｋｇ／ｓ）、燃焼室の数Ｎ、燃料の燃焼時間ｔA（ｓ）および燃焼室からの高温ガスの出口温度ＴBRK（℃）の関数として選定される。ＢＭＣＲとは「Ｂｏｉｌｅｒ  ｍａｘｉｍｕｍ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｒａｔｉｎｇ（＝ボイラ最大連続蒸発量）」であり、ボイラの最大連続蒸発量に対して世界的に通常使用されている用語である。これは設計出力、即ちボイラの全負荷運転時における出力に相当している。ボイラの所定のＢＭＣＲ値Ｗおよび燃焼室の所定数Ｎにおいて、第１燃焼室および第２燃焼室の長さＬに対して近似的に、次の式（１）、（２）の大きい方の値が適用される。
【００１４】
Ｌ（Ｗ、Ｎ、ｔA）＝（Ｃ1＋Ｃ2・Ｗ／Ｎ）・ｔA                  （１）
Ｌ（Ｗ、Ｎ、ＴBRK）＝（Ｃ3・ＴBRK＋Ｃ4）（Ｗ／Ｎ）＋Ｃ5（ＴBRK）2
＋Ｃ6・ＴBRK＋Ｃ7                      （２）
ここで、Ｃ1＝８ｍ／ｓ、
Ｃ2＝０．００５７ｍ／ｋｇ、
Ｃ3＝−１．９０５・１０-4（ｍ・ｓ）／（ｋｇ℃）、
Ｃ4＝０．２８６（ｓ・ｍ）／ｋｇ、
Ｃ5＝３・１０-4ｍ／（℃）2、
Ｃ6＝−０．８４２ｍ／℃、
Ｃ7＝６０３．４１ｍ、
である。
【００１５】
ここで近似的とは、それぞれの式で規定された値の＋２０／−１０％が許容偏差であることを意味する。
【００１６】
好適には、第１燃焼室の正面壁、第２燃焼室の正面壁、ならびに、第１燃焼室ないしは第２燃焼室、水平煙道及び／又は垂直煙道の側壁は、垂直に配置され互いに気密に溶接された蒸発管ないしは蒸気発生管で形成され、これらの多数の蒸発管ないしは蒸気発生管は並行に流れ媒体を供給される。
【００１７】
蒸発管内を導かれる流れ媒体に第１燃焼室および第２燃焼室の熱を特に良好に伝達するために、好適には、多数の蒸発管はその内周面にそれぞれ多条ねじ山を形成するフィンを有している。その場合好適には、管軸線に対して垂直な平面と管内周面に設けられたフィンのフランクとの成す傾斜角αは、６０°より小さく、好適には５５°より小さい。
【００１８】
つまり内側フィンのない蒸発管（いわゆる平滑管）として形成された蒸発管の場合、所定の蒸気含有量からは、特に良好な熱伝達にとって必要な管壁の湿りがもはや維持されない。湿りが不足すると、所々に乾いた管壁が出現する。そのような乾いた管壁への移行は、熱伝達挙動が悪いいわゆる熱伝達危機を生じ、このために一般に、この個所において管壁温度が特に著しく上昇する。しかしこの熱伝達危機は、内側フィン付き蒸発管においては平滑管と異なり、蒸気含有量が０．９より大きい場合に、即ち蒸発の完了直前に初めて生ずる。その理由は、流れにスパイラル状フィンによって旋回が与えられることにある。水分は異なった遠心力に基づいて蒸気分から分離され、管壁に押し付けられる。これによって、管壁の湿りは高い蒸気含有量まで維持され、従って熱伝達危機の場所に高い流速が出現する。これは、熱伝達危機にもかかわらず、比較的良好な熱伝達を生じさせ、その結果管壁温度が低くされる。
【００１９】
好適には、燃焼室の多数の蒸発管は、流れ媒体の流量を減少させる手段を有している。その手段が絞り装置として形成されていると特に有利である。その絞り装置は例えば、それぞれの蒸発管の内部の或る個所で管内径を狭める蒸発管内への組込み物でよい。その場合、燃焼室の蒸発管に流れ媒体を供給する多数の並列配管を有する配管系の流量を減少させる手段も有利である。この配管系の１つあるいは複数の配管に、例えば絞り弁が設けられる。蒸発管を通る流れ媒体の流量を減少させるためのそのような手段によって、個々の蒸発管を通る流れ媒体の流量が、燃焼室におけるその都度の加熱量に合わせられる。これによって、蒸発管の出口における流れ媒体の温度差が追加的に特に確実に小さくされる。
【００２０】
隣接する蒸発管ないしは蒸気発生管は、好適には、帯金いわゆる“ひれ”を介して互いに気密に溶接されている。そのひれ幅は蒸発管ないしは蒸気発生管への入熱量に影響を与える。従ってひれ幅は、ボイラにおけるそれぞれの蒸発管ないしは蒸気発生管の位置に関係して、高温ガス側の予設定できる加熱温度分布に合わされている。その加熱温度分布として、経験値から求められた代表的な加熱温度分布あるいは例えば段階的な加熱温度分布のような大体の推定でもよい。適当に選定されたひれ幅によって、種々の蒸発管ないしは蒸気発生管が著しく異なって加熱される場合でも、すべての蒸発管ないしは蒸気発生管への入熱量は、蒸発管ないしは蒸気発生管の出口における温度差が特に小さくなるように得られる。このようにして、材料の早過ぎる疲労は確実に防止される。これによって、ボイラは特に長い寿命を有するようになる。
【００２１】
本発明の他の有利な実施態様において、第１燃焼室ないしは第２燃焼室の多数の蒸発管の管内径は、第１燃焼室ないしは第２燃焼室内での蒸発管のそれぞれの位置に関係して選定されている。このようにして、第１燃焼室ないしは第２燃焼室の多数の蒸発管は、高温ガス側の予設定可能な加熱温度分布に合わされる。これによって、第１燃焼室ないしは第２燃焼室の蒸発管の出口における温度差が特に確実に小さくされる。
【００２２】
好適には、第１燃焼室あるいは第２燃焼室に付設された互いに並列接続された流れ媒体用の多数の蒸発管には、それぞれ、共通の入口管寄せ装置が前置接続され、共通の出口管寄せ装置が後置接続されている。この実施態様で形成されたボイラは、並列接続された蒸発管間における確実な圧力バランスを可能にし、従って蒸発管の貫流中における流れ媒体の良好な分布を可能にする。その場合、それぞれの入口管寄せ装置に、絞り弁を備えた配管系が前置接続されている。これによって特に簡単に、入口管寄せ装置および並列接続された蒸発管を通る流れ媒体の流量が調整される。
【００２３】
第１燃焼室および第２燃焼室の正面壁の蒸発管は、好適には、流れ媒体側において、第１燃焼室ないしは第２燃焼室の側壁の蒸発管に前置接続されている。これによって、第１燃焼室ないしは第２燃焼室の正面壁の特に良好な冷却が保証される。
【００２４】
好適には、水平煙道内に複数の過熱器が配置され、これらの過熱器は高温ガスの主流れ方向に対してほぼ垂直に配置され、その管は流れ媒体の貫流に対して並列接続されている。懸垂構造で配置され且つ隔壁加熱器とも呼ばれるこれらの過熱器は、主に対流加熱され、流れ媒体側において第１燃焼室ないしは第２燃焼室の蒸発管に後置接続されている。これによって、バーナによって供給される高温ガス熱の特に良好な利用が保証される。
【００２５】
好適には、垂直煙道は複数の対流加熱器を有し、これらの対流加熱器は高温ガスの主流れ方向に対してほぼ垂直に配置された管で形成されている。対流加熱器のこれらの管は、流れ媒体の貫流に対して並列接続されている。これらの対流加熱器も主に対流加熱される。
【００２６】
更に高温ガスの熱の特に完全な利用を保証するために、垂直煙道は好適にはエコノマイザを有している。
【００２７】
本発明によって得られる利点は特に、ボイラの燃焼室をモジュール式に構成する構想によって、ボイラが特に安価な構造費および製造費しか必要としないことにある。予め定められた出力範囲及び／又は所定の燃料品質用としてボイラの燃焼室を設計する場合にいまや、その都度新たに燃焼室を設計する代わりに、１つあるいは複数の燃焼室の付加あるいは除去しか行われない。その場合、ボイラの或る出力量からは、新たに設計すべき燃焼室の代わりに、小さな出力の２つ以上の燃焼室が高温ガス側において共通の水平煙道に並列に前置接続される。
【００２８】
以下において図を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
図１は二煙道形化石ボイラの概略側面図、
図２は個々の蒸発管ないしは蒸気発生管の概略縦断面図、
図３はボイラの概略正面図、
図４は曲線Ｋ1〜Ｋ6を有する座標系を示す。
なお、各図において同一部分には同一符号が付されている。
【００２９】
図１におけるボイラ２は、蒸気タービン設備も有する発電所（図示せず）に付設されている。そのボイラで発生された蒸気は蒸気タービンを駆動するために利用され、この蒸気タービンは発電機を駆動する。発電機で発生された電流は複合電力系統あるいは島状電力系統に供給するために利用される。更に、蒸気タービン設備に接続された外部プロセスに供給するために、蒸気の一部を分岐することもできる。その外部プロセスは例えば加熱プロセスである。
【００３０】
図１における化石燃料ボイラ２は好適には貫流ボイラとして形成されている。これは第１の水平燃焼室４および第２の水平燃焼室５を有している。図１がボイラ２の側面図を示していることから、ここでは１つの燃焼室しか見えない。ボイラ２の両燃焼室４、５には、高温ガス側において、共通の水平煙道６が後置接続され、この水平煙道６は垂直煙道８に開口している。第１燃焼室４ないしは第２燃焼室５の正面壁９および側壁１０は、それぞれ垂直に配置され互いに気密に溶接された多数の蒸発管１１で形成され、その多数の蒸発管１１はそれぞれ並行に流れ媒体Ｓを供給される。追加的に水平煙道６の側壁１２ないしは垂直煙道８の側壁１３も、垂直に配置され互いに気密に溶接された多数の蒸気発生管１４、１５で形成される。この場合、その蒸気発生管１４、１５はそれぞれ並行に流れ媒体Ｓを供給される。
【００３１】
蒸発管１１は（図２に示されているように）その内周面にフィン４０を有している。このフィン４０は多条ねじ山の形をし、フィン高さＲを有している。その管軸線に対して垂直な平面４１と管内周面に設けられたフィン４０のフランク４２との成す傾斜角αは５５°より小さくされている。これによって、蒸発管１１の内壁から蒸発管１１内を導かれる流れ媒体Ｓへの特に高い熱伝達が得られ、同時に低い管壁温度が得られる。
【００３２】
互いに隣接する蒸発管１１ないしは蒸気発生管１４、１５は“ひれ”を介して互いに、詳述していないやり方で気密に溶接されている。つまり、そのひれ幅を適当に選定することによって、蒸発管１１ないしは蒸気発生管１４、１５の加熱量が制御される。従ってそれぞれのひれ幅は、ボイラ２におけるそれぞれの蒸発管１１ないしは蒸気発生管１４、１５の位置に関係して、予め設定できる高温ガス側の加熱温度分布に合わされている。その加熱温度分布は、経験値から求められた代表的な加熱温度分布であるか、あるいは大体の推定でもよい。これによって、蒸発管１１ないしは蒸気発生管１４、１５が著しく異なって加熱される場合でも、その蒸発管１１ないしは蒸気発生管１４、１５の出口における温度差は、特に小さくされる。このようにして材料の疲労が確実に防止され、これによってボイラ２の長い寿命が保証される。
【００３３】
燃焼室４、５の蒸発管１１の管内径Ｄは、燃焼室４、５内での蒸発管１１のその都度の位置に関係して選定される。このようにして、ボイラ２は蒸発管１１の種々の強さの加熱量に合わされる。このような燃焼室４、５の蒸発管１１の設計は、蒸発管１１の出口における温度差が特に小さくされることを、特に確実に保証する。
【００３４】
燃焼室４、５の側壁１０の多数の蒸発管１１には、流れ媒体側において、流れ媒体Ｓ用の入口管寄せ装置１６がそれぞれ前置接続され、出口管寄せ装置１８がそれぞれ後置接続されている。その入口管寄せ装置１６は並列接続された複数の入口管寄せを有している。燃焼室４、５の蒸発管１１の入口管寄せ装置１６に流れ媒体Ｓを供給するために、配管系１９が設けられている。この配管系１９は並列接続された複数の配管を有し、これらの配管はそれぞれ入口管寄せ装置１６の１つの入口管寄せに接続されている。これによって、並列接続された蒸発管１１間において圧力をバランスさせることができ、この圧力バランスによって、流れ媒体Ｓが貫流中に蒸発管１１に特に良好に分配される。
【００３５】
流れ媒体Ｓの流量を減少させる手段として、蒸発管１１の一部に絞り装置（図示せず）が装備されている。この絞り装置は管内径Ｄを狭めている孔開き絞り板として形成され、ボイラ２の運転中に、低加熱蒸発管１１内の流れ媒体Ｓの流量を減少させ、これによって、流れ媒体Ｓの流量が加熱量に合わされる。更に、燃焼室４、５の多数の蒸発管１１内の流れ媒体Ｓの流量を減少させる手段として、配管系１９の１つあるいは複数の配管に、絞り装置、特に絞り弁が装備されている（図示せず）。
【００３６】
第１燃焼室４および第２燃焼室５を配管敷設して形成する際、互いに気密に溶接された個々の蒸発管１１の加熱量が、ボイラ２の運転中において非常に異なっている、ことについて考慮しなければならない。そのために、蒸発管１１の内側フィン、隣接する蒸発管１１のひれ結合および管内径Ｄについての設計は、すべての蒸発管１１が異なった加熱量にもかかわらずほぼ同じ出口温度を有し、ボイラ２のあらゆる運転状態において蒸発管１１の十分な冷却が保証されるように行われる。これは特に、ボイラ２が蒸発管１１を貫流する流れ媒体Ｓの比較的小さな質量流量密度用として設計されていることによって保証される。ひれ結合および管内径Ｄを適当に選定することによって、総圧力損失における摩擦損失の割合を、自然循環挙動が生ずるほどに小さくできる。即ち、強く加熱される（高加熱）蒸発管１１は弱く加熱される（低加熱）蒸発管１１よりも強く貫流される。これによって、バーナ近くにおける比較的強く加熱される（高加熱）蒸発管１１が、それに比べて燃焼室終端近くに配置されている比較的弱く加熱される（低加熱）蒸発管１１と（質量流量に関して）ほぼ同じ熱量を吸収することも達成される。燃焼室４、５の蒸発管１１の貫流を加熱量に合わせる別の処置は、蒸発管１１の一部に及び／又は配管系１９の配管の一部に、絞りを組み込むことにある。その場合、蒸発管１１の内側フィンは、蒸発管壁の十分な冷却が保証されるように設計される。従って上述の処置によって、すべての蒸発管１１はほぼ同じ出口温度を有する。
【００３７】
燃焼室４の囲壁を通る流れ媒体Ｓの良好な貫流特性を得るため、従って化石燃料Ｂの燃焼熱を特に良好に利用するために、燃焼室４、５の正面壁９の蒸発管１１は、それぞれ流れ媒体側において、燃焼室４、５の側壁１０の蒸発管１１に前置接続されている。
【００３８】
水平煙道６は隔壁伝熱面として形成された多数の過熱器２２を有している。これらの過熱器２２は高温ガスＧの主流れ方向２４に対してほぼ垂直に懸垂構造で配置され、その管は流れ媒体Ｓの貫流に対してそれぞれ並列接続されている。過熱器２２は主に対流加熱され、流れ媒体側において、燃焼室４、５の蒸発管１１に後置接続されている。
【００３９】
垂直煙道８は主に対流加熱される多数の対流加熱器２６を有している。これらの対流加熱器２６は高温ガスＧの主流れ方向２４に対してほぼ垂直に配置された管で構成されている。これらの管は流れ媒体Ｓの貫流に対してそれぞれ並列接続されている。更に垂直煙道８内にエコノマイザ２８が配置されている。垂直煙道８は出口側が他の熱交換器（例えば空気予熱器）に開口し、そこから、集塵機を介して煙突に通じている。垂直煙道８に後置接続された構造部品は図１には示されていない。
【００４０】
ボイラ２は特に低い構造高さの水平構造で形成され、従って特に安価な製造費および組立費で建設できる。このために、ボイラ２の燃焼室４、５は化石燃料Ｂ用の多数のバーナ３０を有している。これらのバーナ３０は、図３から理解できるように、燃焼室４、５の正面壁９に水平煙道６の高さで配置されている。
【００４１】
特に高い効率を得るために化石燃料Ｂが特に完全燃焼され、高温ガス側から見て水平煙道６の最初の過熱器の材料損傷および例えば高温溶融灰の侵入によるその過熱器の汚染が特に確実に防止されるようにするために、燃焼室４、５の長さＬは、これがボイラ２の全負荷運転中に燃料Ｂの燃焼長を越えているように、選定されている。その長さＬは燃焼室４、５の正面壁９から水平煙道６の入口範囲３２までの距離である。燃料Ｂの燃焼長は、所定の平均高温ガス温度時における水平方向の高温ガス速度と、燃料Ｂの燃焼時間ｔAとの積として定義される。その都度のボイラ２における最大燃焼長は、そのボイラ２の全負荷運転中に生ずる。燃料Ｂの燃焼時間ｔAは、例えば平均粒度の微粉炭が所定の平均高温ガス温度時に完全燃焼するために必要とする時間である。
【００４２】
化石燃料Ｂの燃焼熱の特に良好な利用を保証するために、燃焼室４、５の長さＬ（ｍ）は、燃焼室４、５からの高温ガスＧの出口温度ＴBRK（℃）、化石燃料Ｂの燃焼時間ｔA（ｓ）、ボイラ２のＢＭＣＲ値Ｗ（ｋｇ／ｓ）および燃焼室４、５の数Ｎに関係して適当に選定される。ＢＭＣＲとは「Ｂｏｉｌｅｒ  ｍａｘｉｍｕｍ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｒａｔｉｎｇ（＝ボイラ最大連続蒸発量）」である。ＢＭＣＲはボイラの最大連続蒸発量に対して国際的に通常使用されている用語である。これは設計出力、即ちボイラの全負荷運転時における出力に相当する。燃焼室４、５のこの水平長さＬは燃焼室４、５の高さＨより大きい。その高さＨは、図１において終点Ｘ、Ｙを含む線で示されている燃焼室４、５の灰出しホッパ上縁から燃焼室天井までの距離である。長さＬは一度しか決定されず、燃焼室４、５のすべての数Ｎに適用される。両燃焼室４、５の長さＬは近似的に次の式（１）、（２）によって決定される。
【００４３】
Ｌ（Ｗ、Ｎ、ｔA）＝（Ｃ1＋Ｃ2・Ｗ／Ｎ）・ｔA                    （１）
Ｌ（Ｗ、Ｎ、ＴBRK）＝（Ｃ3・ＴBRK＋Ｃ4）（Ｗ／Ｎ）＋Ｃ5（ＴBRK）2
＋Ｃ6・ＴBRK＋Ｃ7                        （２）
ここで、Ｃ1＝８ｍ／ｓ、
Ｃ2＝０．００５７ｍ／ｋｇ、
Ｃ3＝−１．９０５・１０-4（ｍ・ｓ）／（ｋｇ℃）、
Ｃ4＝０．２８６（ｓ・ｍ）／ｋｇ、
Ｃ5＝３・１０-4ｍ／（℃）2、
Ｃ6＝−０．８４２ｍ／℃、
Ｃ7＝６０３．４１ｍ、
である。
【００４４】
この場合の許容偏差は、近似的に、それぞれの式で規定される値の＋２０％／−１０％である。その場合、ボイラ２の任意の一定したＢＭＣＲ値Ｗにおいて常に、燃焼室４、５の長さＬに対して、式（１）、（２）からの大きい方の値が適用される。
【００４５】
ボイラ２のＢＭＣＲ値Ｗに関係して２つの、即ちＮ＝２の燃焼室４、５の長さＬを計算する例として、図４の座標系に、６つの曲線Ｋ1〜Ｋ6が記されている。それらの曲線には、次のパラメータが対応している。即ち、Ｋ1、Ｋ2、Ｋ3にそれぞれ式（１）におけるｔA＝３ｓ、ｔA＝２．５ｓ、ｔA＝２ｓが対応し、Ｋ4、Ｋ5、Ｋ6にそれぞれ式（２）におけるＴBRK＝１２００℃、ＴBRK＝１３００℃、ＴBRK＝１４００℃が対応している。
【００４６】
従って、常に同じ長さＬを有する２つの燃焼室４、５の長さＬを決定するために、例えば燃焼時間ｔA＝３ｓおよび燃焼室４、５からの高温ガスＧの出口温度ＴBRK＝１２００℃に対して、曲線Ｋ1、Ｋ4が関係する。これにより、ボイラ２の所定のＢＭＣＲ値ＷにおいてＮ＝２の場合、燃焼室４、５の長さＬは次のようになる。それぞれ曲線Ｋ4に基づいて、
Ｗ／Ｎ＝８０ｋｇ／ｓの場合、Ｌ＝２９ｍ、
Ｗ／Ｎ＝１６０ｋｇ／ｓの場合、Ｌ＝３４ｍ、
Ｗ／Ｎ＝５６０ｋｇ／ｓの場合、Ｌ＝５７ｍ
となる。
【００４７】
燃焼時間ｔA＝２．５ｓおよび燃焼室４、５からの高温ガスＧの出口温度ＴBRK＝１３００℃に対して、例えば曲線Ｋ2、Ｋ5が関係する。これにより、ボイラ２の所定のＢＭＣＲ値ＷにおいてＮ＝２の場合、燃焼室４、５の長さＬは次のようになる。
Ｗ／Ｎ＝８０ｋｇ／ｓの場合、曲線Ｋ2に基づいてＬ＝２１ｍ
Ｗ／Ｎ＝１８０ｋｇ／ｓの場合、曲線Ｋ2、Ｋ5に基づいてＬ＝２３ｍ
Ｗ／Ｎ＝５６０ｋｇ／ｓの場合、曲線Ｋ5に基づいてＬ＝３７ｍ
【００４８】
燃焼時間ｔA＝２ｓおよび燃焼室４からの高温ガスＧの出口温度ＴBRK＝１４００℃に対して、例えば曲線Ｋ3、Ｋ6が関係する。これにより、ボイラ２の所定のＢＭＣＲ値ＷにおいてＮ＝２の場合、燃焼室４、５の長さＬは次のようになる。    Ｗ／Ｎ＝８０ｋｇ／ｓの場合、曲線Ｋ3に基づいてＬ＝１８ｍ
Ｗ／Ｎ＝４６５ｋｇ／ｓの場合、曲線Ｋ3、Ｋ6に基づいてＬ＝２１ｍ
Ｗ／Ｎ＝５６０ｋｇ／ｓの場合、曲線Ｋ6に基づいてＬ＝２３ｍ
【００４９】
ボイラ２の運転中、バーナ３０の火炎Ｆは水平に延びる。燃焼室４、５の構造によって、燃焼中に生ずる高温ガスＧの流れは、ほぼ水平の主流れ方向２４に発生する。この高温ガスＧは共通の水平煙道６を通ってほぼ底に向かって延びる垂直煙道８に到達し、そこから煙突（図示せず）を通って出る。なお、前記水平煙道６および垂直煙道８の幅は、図１に図示されてはいないが、燃焼室４、５の合計幅と同一とし、また、燃焼室のモジュールの数が増減した場合には、前記水平煙道６および垂直煙道８の幅を、それに応じて増減させるのがよい。
【００５０】
エコノマイザ２８に流入する流れ媒体Ｓは、垂直煙道８内に配置された対流加熱器を通って、ボイラ２の燃焼室４、５の入口管寄せ装置１６に到達する。ボイラ２の燃焼室４、５の垂直に配置され互いに気密に溶接された蒸発管１１内において、流れ媒体Ｓの蒸発および場合によっては部分的な過熱が行われる。その際に生じた蒸気ないしは水・蒸気・混合物は、流れ媒体Ｓ用の出口管寄せ装置１８内に集められる。蒸気ないしは水・蒸気・混合物はそこから、水平煙道６および垂直煙道８の壁に到達し、そこから更に、水平煙道６の過熱器２２に到達する。この過熱器２２において蒸気が一層過熱され、この蒸気は続いて使用に供され、例えば蒸気タービンの駆動に利用される。
【００５１】
ボイラ２の特に低い構造高さでコンパクトな構造によって、その特に安価な製造費および組立費が保証される。所定の出力範囲及び／又は化石燃料の所定の品質に対するボイラ２の設計は、特に安価な技術的経費しか必要としない。更に燃焼室のモジュール構想に基づいて、或る出力量からは、１つの燃焼室の代わりに、小さな出力の２つ以上の燃焼室が、共通の水平煙道に並列接続される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  二煙道形の化石燃料ボイラの概略側面図。
【図２】  個々の蒸発管の概略縦断面図。
【図３】  図１におけるボイラの概略正面図。
【図４】  燃焼室の長さＬとＢＭＣＲ値Ｗと燃焼室数Ｎとの関係を示した曲線図。
【符号の説明】
２    ボイラ
４    第１燃焼室
５    第２燃焼室
６    水平煙道
８    垂直煙道
９    燃焼室の正面壁
１０    燃焼室の側壁
１１    蒸発管
１２    水平煙道の側壁
１４    蒸気発生管
１５    蒸気発生管
１６    入口管寄せ装置
１８    出口管寄せ装置
１９    配管系
２２    過熱器
２６    対流加熱器
２８    エコノマイザ
３０    バーナ
４０    フィン（ひれ）
Ｂ    燃料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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