(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気発生器であって、複数の水−蒸気回路を持ち、各水−蒸気回路（２，３，３１，３４）が、加熱媒体から熱を吸収する少なくとも１つの蒸発器装置（４，５，３３，３６）を持ち、水−蒸気回路（２，３，３１，３４）が少なくとも１つの水−蒸気ドラム（６）及び降水導管（７）を共通に持ち、降水導管（７）にある少なくとも１つの分岐部（８）から、それぞれの水−蒸気回路（２，３，３１，３４）の管路（９，１０，３２，３５）が出ており、降水導管（７）が分岐部（８）の範囲にベンチュリノズル装置（１１，１２）を構成され、少なくとも１つの水−蒸気回路（３，３１，３４）の管路（１０，３２，３５）の入口開口（１４，３７，３８）が、ベンチュリ装置（１１，１２）のデイフューザ状出口（３９）の範囲に設けられ、管路（１０，３２，３５）が動圧管として構成されて、この回路（３，３１，３４）の動作媒体の圧力を高めることを特徴とする、蒸気発生器。
【請求項２】
ベンチュリノズル装置が、降水導管（７）へ挿入されるベンチュリノズル（１１）により形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の蒸気発生器。
【請求項３】
ベンチュリノズル装置が、ベンチュリ管（１２）として形成される降水導管（７）により形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の蒸気発生器。
【請求項４】
蒸気発生器（１）が自然循環運転で運転可能であることを特徴とする、請求項１〜３の１つに記載の蒸気発生器。
【請求項５】
蒸気発生器（１）が強制循環運転で運転可能であることを特徴とする、請求項１〜３の１つに記載の蒸気発生器。
【請求項６】
ベンチュリノズル装置（１１，１２）の最も狭い断面の所における内径（ｄ）と降水導管（７）の内径（Ｄ）との比が１．０〜０．０１であることを特徴とする、請求項１〜５の１つに記載の蒸気発生器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気発生器特に高温廃ガスによる加熱用の廃熱蒸気発生器又はボイラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような蒸気発生器は、主としてエネルギ又はプロセス技術設備から高温廃ガスを供給され、しばしば複数の水側管路又は回路から成り、これらの管路又は回路は異なる形状寸法を持っているだけでなく、非常に異なる熱吸収を持っている。この理由から、例えば絞り素子により、個々の管路又は回路への水循環量の分配を制御することがしばしば必要である。
【０００３】
強制循環蒸気発生器では、公知のように個々の水側管路への水循環量の分配は、個々の加熱面コイル又は管路への入口に組込まれる絞りにより制御される（ラモントシステム）。この場合個々の管路及び絞りにより生じる圧力差は、循環ポンプにより発生して打勝たねばならない。
【０００４】
自然循環システムを持つ蒸気発生器における水循環量の制御は、困難な問題である。なぜならば、このような蒸気発生器では、一般に絞りの組込みのために充分な圧力差が利用不可能だからである。個々の管路又は回路において利用可能な圧力差は、個々の管路における加熱強さ、高さの差及び圧力損失により前もって定められる。ここで水分配を改善する絞りノズル又は絞りの組込みは、弱く循環する管路において、共通な降水導管及び昇水導管における一層低い摩擦圧力損失を介して、水循環を高めるため、よく循環する管における水量を絞りことに基く。それにより全循環量は不利にしばしば強く減少され、関係する管路即ち弱く循環する管路にとっては、貧弱な改善しか行われない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
さて本発明の課題は、系における水循環量を著しく低下することなく、個々の管路又は回路における水循環量を一層効果的に分配できる蒸気発生器を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題は、請求項１の特徴によって解決される。
【０００７】
本発明の有利な構成は従属請求項からわかる。
【０００８】
本発明による解決策によって、次の利点を持つ蒸気発生器が提供される。
圧力上昇なしですむ管路における付加的な摩擦圧力損失なしに循環量の増大が必要であるか又は望ましい管路における圧力上昇により、要求に応じて管路又は回路毎に水循環量の分配が行われる。即ちこの手段により、
ａ）１つの管路又は複数の管路における不足な揚力を補償することができる。
ｂ）１つの管路の固有の高い圧力損失に一層よく打勝ち、それにより他の管路に一層多くまたは大幅に合わせることができる。
ｃ）例えば煙管ボイラの端板又は管板のように一層多くの冷却を必要する蒸気発生器装置に、一層多量の冷却水を印加することができる。
循環量を多くする必要のない管路における圧力上昇を、付加的なポンプなしに行うことができる。
【０００９】
本発明の有利な構成では、水−蒸気回路の降水導管へ挿入されるベンチュリノズルにより形成される。この手段により、市販の規格化されたノズル例えばＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ  ５１６７−１によるベンチュリノズルを持つ降水導管を構成することが容易である。
【００１０】
本発明の有利な構成は、ベンチュリ管として、形成される降水導管によりベンチュリノズル装置が形成されることである。それによりベンチュリノズル装置が完全に降水導管内にまとめられ、場合によっては同じ材料から一体に製造することができる。
【００１１】
本発明による蒸気発生器はなるべく自然循環で運転される。その際異なる理由から他又は別の回路に対して一層弱い水循環を持つ１つ又は複数の水−蒸気回路を、設置費、運転費及び保守費を必要とする付加的なポンプに頼ることなく、高められる水循環で運転することができる。
【００１２】
更に本発明による蒸気発生器を強制循環で運転すると有利である。その際異なる理由から他又は別の回路に対して一層弱い水循環を持つ１つ又は複数の水−蒸気回路を、高められる水循環で運転することができる。
【００１３】
本発明の有利な構成では、ベンチュリノズル装置の最も狭い断面における内径ｄと降水導管の内径Ｄとの比が１．０〜０．０１である。この構成により、ベンチュリノズル装置のデイフューザ状出口にある入口開口を持つ回路において、水循環量が高まるという効果が現われるのが保証される。
【００１４】
図面及び以下の説明に基いて、本発明の実施例を説明する。
【００１５】
図１は、煙管ボイラとして構成される廃熱蒸気発生器である蒸気発生器１を示している。蒸気発生器１は実質的に垂直に配置される水空間２９を含み、この水空間２９は側方を外筒２７により区画され、上方及び下方を端板又は管板２３及び２４により区画されている。水空間２９を煙管３０の少なくとも１つの束が貫通して、端板２３と２４との間に気密に配置され、実質的に垂直に延びている。水空間２９にある水を加熱するために必要な加熱媒体又は高温廃ガスは、入口２１及びガス入口室２２を経て蒸気発生器１へ供給される。入口室２２から高温ガスは、水空間２９を通る煙管３０内へ達し、その際熱を水空間２９にある水へ放出する。冷却される加熱媒体は、続いてガス出口室２５を経て出口２６へ達し、そこから図示しない導管を経て別の処理段階へ、供給されることができる。図１によれば、高温廃ガスは上から下へ蒸気発生器１を通って導かれる。必要に応じてこれを下から上へも行うことができる。水空間２９は煙管束３０及び両方の管板２３，２４と共に、第１の水−蒸気回路２の蒸発器装置４を形成する。
【００１６】
図１による蒸気発生器１は２つの水−蒸気回路又は管路２，３を持っている。図示しない導管を介して給水を供給される水−蒸気ドラム６から、ドラム６から遠ざかって実質的に垂直に構成される共通な降水導管７及び分岐部８を経て、水が２つの水−蒸気回路２，３へ達する。分岐部８から遠ざかる第１の回路２の管路９は、下端端板２４のすぐ近くにある入口１５を通って水を水空間２９へ導く。加熱及びそれにより生じる揚力のため上方へ流れる水又は蒸気は、上部端板２３の範囲で、出口１６を通って水空間２９から導出され、管路９及び昇水導管１９を経て供給される。既に発生された蒸気は、ドラム６から導管２８を経て、蒸気発生器１にある過熱器（図示せず）又は他の目的へ供給される。蒸発しなかった水は、ドラム６から再び降下導管７を経て再び回路２，３へ供給される。
【００１７】
図１〜３により分岐部８から遠ざかる第２の水−蒸気回路３の管路は、本発明によれば、次のように構成されている。即ち管路１０の入口開口４が、ベンチュリノズル装置１１，１２の最も狭い断面の直後即ちデイフューザ状出口３９の範囲で、降水導管７の中心に設けられ、管路１０が動圧管として構成されている。図２により、管路９が軸線方向に更に導かれると、管路１０は適切なように管路９に対して実質的に直角に遠ざかる。本発明による配置は、ベンチュリ装置１１，１２により流れる液体に確立される動圧によって、第２の回路３又は管路１０の入口１４における圧力上昇を生じ、この回路３において水流量を適切に一層高いレベルに調節される。ベンチュリ装置１１，１２は、流れにとって有利に形成される規格ベンチュリノズル１１、例えば所定の直径を持つＤＩＮ  ＥＳ  ＩＳＯ  ５１６７−１から成るか（図２）、又はベンチュリ管１２として形成される降水導管から成り（図３）、このベンチュリ管１２の断面拡大部において液体の静圧が回復される。ベンチュリノズル装置１１，１２により、流速従って動圧管として構成される管路１０の前における動圧が高められる。ベンチュリノズル装置１１，１２のデイフューザ３９において、高い流速が再び減少され、その際静圧が上昇する。従って第２の水−蒸気回路３への入口１４において高められる動圧は、降水導管７内の流れる媒体の運動エネルギの変換によってのみ発生され、第１の水−蒸気回路２又は管路９への入口１３における絞りにより、付加的な摩擦圧力損失を生じることはない。
【００１８】
従って本発明による装置によって、付加的なポンプを使用することなく、第２の回路３に圧力上昇が起こる。それによりこの例では、自然循環系の揚力が、蒸気発生器１の水−蒸気回路２，３における所望の水分配の設定のために最適に利用される。第２の回路３において今や高められる水量は管路１０により蒸気発生器１の水空間２９へ入れられて、管路１０が管板２３に関して中心で管板２３の下のすぐ近くに開口し、入口室２２へ入る加熱媒体により特に強く加熱される管板２３へ向かって下から水が強制的に導かれるようにようにする。この手段により、熱的に危険にさらされる管板２３が確実に冷却され、蒸気発生器１における蒸気の発生が欠陥又は頻繁な保守なしに維持されるようにすることができる。
【００１９】
第２の回路３の管路１０から水空間入口１７を通って水空間２９へ水及び場合によっては一部蒸気が出た後、水−蒸気混合物は、第１の回路２の水−蒸気混合物と共に、水空間出口１６，１８を通りかつ管路９及び昇水導管１９を経てドラム６へ流入する。第２の回路３の蒸発器装置５は、実質的に水空間２９及び上部管板２３を含んでいる。
【００２０】
しかし第２の回路３の管路１０は、図３によれば、降水導管７の軸線方向にベンチュリノズル装置１１，１２から離れるように導かれることもできる。この場合第１の水−蒸気回路２の管路９は、一般に降水導管７に対して直角に離れるように導かれる。
【００２１】
従って図１による蒸気発生器では、２つの回路９，１０が水空間２９において集められ、共通な出口管路９／１０，１９／２０の共通な出口１６，１８を経てドラム６へ導かれる。しかし両方の回路２，３を集めない場合（即ち回路２，３がそれぞれ別個の蒸発器装置４，５を持っている場合）、別個の出口１６，１８、管路及び昇水導管９，１９及び１０，２０を経て、それぞれの回路２，３をドラム６へ導くことができる。
【００２２】
蒸気発生器１内に２つ以上の回路がある場合、図４によれば、それぞれ流れ方向において前後に降水導管７に設けられてそれぞれ１つのベンチュリノズル装置１１，１２により構成される２つ又はそれ以上の分岐部８を、降水導管７に設けることができる。図４は、２つの回路２，３のほかに、第２の回路３と同様に増大した水循環量を通す第３の水−蒸気回路３１を示している。動作媒体は、第２の分岐部８においてデイフューザ３９の範囲にある入口開口３７を通って、第３の管路３２へ入り、第３の蒸気器装置３３へ供給され、続いて管路を経て再びドラム６へ供給される。
【００２３】
更に図５及び６によれば、ベンチュリノズル装置１１，１２の範囲にある１つの管路の代わりに、複数の回路３，３１，３４用の複数の管路１０，３２，３５を設けることができる。これにより回路３，３１，３４において水循環量が増大される。管路１０，３２，３５の入口開口１４，３７，３８も同様にベンチュリノズル装置１１，１２のデイフューザ３９の範囲に設けられて、３つの入口開口１４，３７，３８が一緒に降水導管７の中心にあって、個々の管路１０，３２，３５への均一な量分配を行うようになっている。管路１０，３２，３５は、降水導管７から実質的に直角に遠ざかっている。
【００２４】
図７は本発明による蒸気発生器１の別の変形例を示している。図７による蒸気発生器も同様に廃熱蒸気発生器であるが、煙管ボイラではなくて、水管ボイラである。蒸気発生器１は実質的に垂直な煙道４０を持ち、この煙道は実質的に水冷される管壁から形成され、２つの存在する水回路の第１の水−蒸気回路２の蒸発器装置４を形成している。動作媒体である水は、ドラム６から降水導管７を経てかつ管路９の入口開口１３を通って蒸発器装置４へ供給され、ここで一部蒸発し、続いて管路９を経て再びドラム６へ供給される。
【００２５】
第２の回路３の動作媒体は、分岐部８において管路１０の入口開口１４を通り、続いて接触加熱面として構成されかつ煙道４０内に設けられている蒸発器装置５へ供給される。水の一部の蒸発後、動作媒体は管路１０を経てドラム６へ戻る。本発明によれば、第２の水−蒸気回路３における水循環は、降水導管７の分岐部８いわゆるベンチュリノズル装置１１，１２によって増大される。加熱媒体即ち高温廃ガスは、入口２１を経て蒸気発生器１の煙道４０の下部へ達し、煙道４０を通って下から上へ流れ、出口２６から別の処理段階へ供給される。煙道４０を通る時、加熱媒体は熱を管壁及び接触加熱面即ち蒸発器装置４及び５へ放出する。
【００２６】
本発明による装置が、蒸気発生器１において強制循環で使用されると（図示せず）、ベンチュリノズル装置１１，１２は、降水導管７に設けられる循環ポンプの下流に設けられるのが適当である。強制循環において、降水導管７は厳密に言えばポンプの上流では吸入導管であり、下流では昇水導管１９，２０と同様に吐出導管である。ベンチュリノズル装置１１，１２により、強制循環では自然循環におけるように、第２の回路３の水循環量を増大する。
【００２７】
ベンチュリノズル１１，１２として、既に上述したように、例えばＤＩＮ  ＥＳ  ＩＳＯ  ５１６７−１による絞り装置による流体の流量測定の際使用するように、ベンチュリノズル１１又は古典的なベンチュリ管１２を使用することができるベンチュリノズル装置１１，１２は、流体又は動作媒体としての水の流れ方向に見て、流入円錐、内径ｄ（最も狭い断面）を持つ円筒状頚部、及びデイフューザを持ち、流入円錐の代わりにＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ５６６７−１によるベンチュリノズルのような流入丸め口も可能であり、最も狭い断面を形成する頚部は場合によっては非円筒状に構成されている。頚部における流量測定用開口は必ずしもなくてよい。しかしこの規格とは異なる狭め部分及びデイフューザ部分を持つあらゆる他のベンチュリノズル装置も使用することができる。増大した循環量が望まれる水−蒸気回路２，２３，３１，３４における増大した水循環量を保証するため、ベンチュリ装置１１，１２の最も狭い断面の内径と降水導管７の内径との比は、１．０と０．０１との間の値をとることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】煙管ボイラの形の廃熱蒸気発生器を側面図と一部縦断面で示す。
【図２】２つの管路を持つ図１による蒸気発生器の降水導管の分岐部の細部Ａを示す。
【図３】図２とは異なる構成を示す。
【図４】２つ以上の管路又は回路を持つ図２とは異なる構成を示す。
【図５】図４とは異なる構成を示す。
【図６】図５のＢ−Ｂ断面を示す。
【図７】水管ボイラの形の廃熱ボイラを縦断面で示す。
【符号の説明】
１                              蒸気発生器
２，３，３１，３４              水蒸気回路
４，５，３３，３６              蒸発器装置
７                              降水導管
８                              分岐部
１０，３２，３５                管路
１１，１２                      ベンチュリノズル装置
１４，３７，３８                入口開口
３９                            出口
【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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