JP2012141102A

JP2012141102A - 加熱蒸気発生装置

Info

Publication number: JP2012141102A
Application number: JP2010294892A
Authority: JP
Inventors: Hideo Iwami; 秀雄岩見
Original assignee: NAIGAI SPECIAL ENG CO Ltd
Current assignee: NAIGAI SPECIAL ENG CO Ltd
Priority date: 2010-12-29
Filing date: 2010-12-29
Publication date: 2012-07-26

Abstract

【課題】必要とするプロセスにのみ高温蒸気の供給を可能にする簡単な構成で設備投資が少なくて済む加熱蒸気発生装置を提供する。
【解決手段】ハウジング（１）の外部から内部に貫通して蒸気導入管（２）、蒸気吐出管（３）、排気管（４）を側板（１２）の上部に、バーナー（５）を天板（１１）にそれぞれ設け、バーナー（５）のノズル（５１）をハウジング（１）内部の上方から下向きとなし、前記ハウジング（１）の内部に、その天板（１１）から垂設した円筒状の仕切壁（６）の内側及び外側に螺旋状に連続して形成した内管（６１）及び外管（６２）をそれぞれ装着すると共に、この内管（６１）と外管（６２）とを螺旋状の最下段において前記仕切壁（６）の下方で接続し、さらに内管（６１）の最上端と前記蒸気吐出管（３）とを接続し、外管（６２）の最上端と前記蒸気導入管（２）とを接続して加熱蒸気発生装置を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、低温の蒸気を加熱して高温の蒸気に変換する加熱蒸気発生装置に関する。

蒸気は一般に製造プロセス、繊維加工プロセス、加熱・乾燥プロセス等の用途で幅広く使用されている。これらの蒸気は通常貫流ボイラー等で発生させ管路によって必要とする各プロセスへ供給される。しかしながら、幾つものプロセスが組み合わされた複合プロセスでは、各プロセスによって必要とする蒸気温度が異なることが多く、このような場合そのプロセス中で使用される最も高い温度に設定された蒸気をボイラーで発生させ管路により各プロセスに供給している。従って、高温の蒸気を必要としないプロセスでは、直前の管路に減圧弁を挿入する等の方法で蒸気の圧力を所定の温度になるまで下げて使用する必要があった。また、加熱用高温ガスの流路を有する高温ガスチューブ内に被加熱蒸気を通す蒸気チューブを設置し、高温ガスチューブの両端にリジェネバーナーを備えるとともに、高温ガス流路内にフィンを設置して流路を螺旋状とした蒸気過熱器が提案されている（特許文献１参照）

特開２００３−２３２５０２号公報

上述の減圧弁を挿入して蒸気の温度を下げることにより、高温の蒸気が保有しているエネルギーの一部が無駄に失われるという問題点があった。特に、蒸気を使用する全プロセスの中で高温の蒸気を必要とする割合が小さくなればなるほど、このようなエネルギー損失が大きくなるという傾向があった。また、貫流ボイラーで１７５〜１８０℃の高温の蒸気をつくると、エネルギーの無駄が多く効率が低くなる。

一方、上記特開２００３−２３２５０２号公報に記載された蒸気過熱器を用いると、被加熱蒸気を通す蒸気チューブの伝熱面積が不足するため高温の蒸気を得ることは困難であり、高温の蒸気を得るために蒸気チューブの伝熱面積を大きくすると蒸気チューブが長くなり蒸気過熱器本体が大きくなるという問題点があった。

本発明は、従来のこのような問題点を解決しようとするものであり、必要とするプロセスにのみ高温蒸気の供給を可能にする簡単な構成で設備投資が少なくて済む加熱蒸気発生装置を提供することを目的とする。本加熱蒸気発生装置を使用することにより、１５０〜２００℃の高温蒸気を容易に発生させることができるので、ボイラーで発生させる蒸気温度を低く設定することができる。

本発明は、上記目的を達成するために、ハウジングの外部から内部に貫通して蒸気導入管、蒸気吐出管、排気管を側板の上部に、バーナーを天板にそれぞれ設け、バーナーのノズルをハウジング内部の上方からハウジングの内部を加熱できるように下向きとなし、前記ハウジングの内部に、その天板から円筒状の仕切壁をハウジング内の略中央部に位置するようにかつ下端はハウジングの底面から間隙を設けて垂設し、円筒状の仕切壁の内側及び外側に多段状に連続して形成した螺旋管からなる内管及び外管をそれぞれ装着すると共に、この内管と外管とを螺旋状の最下段において前記円筒状の仕切壁の下方で接続し、さらに外管の最上端と前記蒸気導入管とを接続し、内管の最上端と前記蒸気吐出管とを接続して加熱蒸気発生装置を構成したことを特徴とする

また、上記加熱蒸気発生装置において、排気管に温水発生器を装着した構成とすることができる。上記温水発生器は、多段状に組み合わせた複数個のユニットからなり、このユニットが、円筒枠と、この円筒枠の内周面に沿って可撓性を有する長尺のコルゲート管を１周長分巻回して最初の円環を形成し、さらにこの最初の円環の内周に沿ってコルゲート管を１周長分巻回して最初の円環より径小となる次の円環を形成する工程を順次繰り返して、円環が螺旋状に接続し略同心円状かつ略同一平面上となるように形成したスパイラル管と、上記円筒枠の外部から内部に貫通してそれぞれ設けた入水管及び出水管と、を備えた構成となされていることを特徴とする。

上記課題解決手段による作用は次の通りである。
すなわち、本発明の加熱蒸気発生装置において、低温の蒸気は蒸気導入管からハウジング内部へ導かれ多段状の螺旋管からなる外管中を下方へ移動し、移動中にハウジング内の高温の空気によって徐々に予備加熱される。次いで、予備加熱された蒸気は内管中に導かれ上方へと移動する間に、多段状の螺旋管の内側に設置されたバーナーからのフレームによって内管の内側から加熱されて、温度をさらに上昇させ所定の高温に到達する。

さらに、上記加熱蒸気発生装置の排気管に温水発生器を装着することにより、ハウジングから排出された廃ガスは温水発生器内に設けられたスパイラル管中を流動する冷却水によって冷却されて温度が低下し、スパイラル管中を流動した冷却水は温水に変換される。

上述したように本発明の加熱蒸気発生装置を使用することにより、高温を必要する工程にのみ高温の蒸気を供給することが可能となるなので、各種プロセス全体の蒸気を供給するために運転するボイラーの蒸気発生温度を低く設定することができ、エネルギーコストを大幅に節減することができる。また、高温の蒸気の圧力を低下させて低温の蒸気とするために使用される減圧弁も必要としない。特に、本発明の加熱蒸気発生装置は１５０〜２００℃の高温蒸気をつくる場合に好適に用いられる。

さらに、上記加熱蒸気発生装置から排出される廃ガス温度が高温となる場合は、排気管に温水発生器を装着することにより、ハウジングから排出する廃ガス温度を低下させることができる。また、温水発生器で発生した温水は他の用途で利用することができる。

本発明の加熱蒸気発生装置の実施形態の一例を示す断面図である。同加熱蒸気発生装置の構成要素である仕切壁、内管及び外管を示す拡大斜視図である。同加熱蒸気発生装置の外観を示す斜視図である。温水発生器のユニットを示す斜視図である。温水発生器の実施形態の一例を示す正面図である。温水発生器を装着した加熱蒸気発生装置の実施形態の一例を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

図１及び３において、１はハウジングであり、天板１１、側板１２及び底面１３から構成される。ハウジング１の外部から内部に貫通して蒸気導入管２、蒸気吐出管３、排気管４を側板１２上部に設け、バーナー５を天板１１にそれぞれ設ける。

ハウジング１の内部に、その天板１１から円筒状の仕切壁６をハウジング１内部の略中央部に位置し、かつ仕切壁６の下端とハウジング１の底面１３との間に間隙が生じるように垂設する。前記仕切壁６の内側及び外側に多段状に連続して形成した螺旋管からなる内管６１及び外管６２をそれぞれ装着し、この内管６１及び外管６２は螺旋管の最下段において仕切壁６の下方で接続する。さらに、外管６２の最上端と前記蒸気導入管２とを接続し、内管６１の最上端と前記蒸気吐出管３とを接続する。

上記バーナー５のノズル５１は、ハウジング１内部の上方からハウジングの内部を加熱できるように下向きとなし、ノズル５１からのフレームが内管６１を螺旋管の内側から加熱できるような位置に配置される。

以下、上記構成を備えた加熱蒸気発生装置の動作について説明する。
まず低温の蒸気（図示しない）はハウジング１の側板１２に設けられた蒸気導入管２からハウジング１内に導かれ、円筒状の仕切壁６の外側に形成された外管６２中を下方へ移動する。蒸気は外管６２中を移動する際に外管６２周辺の高温の雰囲気下で予備加熱された後、内管６１と外管６２との接続部（図示しない）を経て仕切壁６の反対側にある内管６１へ導かれ管中を上方へ向かって移動する。蒸気は内管６１中を上方へ移動する間に、内管６１周辺の高温雰囲気下及びバーナー５のノズル５１から発するフレームによって加熱されて温度がさらに上昇し、所定の高温の蒸気となって蒸気吐出管３から別の管路により必要とするプロセスへ送られる。

このようにして、蒸気導入管２から加熱蒸気発生装置内に導かれた低温の蒸気は外管６２から内管６１の中を移動する間に徐々に加熱され、所定の高温となって蒸気吐出管３から次のプロセスへ送られる。また、バーナーの燃焼によって発生した廃ガスは排気管４から外部へ排出される。

バーナー５に使用される燃料は、特に制限がなく、汎用されているＬＮＧ、ＬＰＧ、Ａ重油、灯油、都市ガスなどを用いることができる。
また、上記ハウジング１に断熱性を付与するためにその内面に耐熱性を有するガラス断熱材等を被着することが好ましい。また、本発明の加熱蒸気発生装置は断熱性を有する床面上に設置することが好ましい。

また、本発明の加熱蒸気発生装置を使用して、別途蒸気改質装置によって得られた低温の乾いた低圧蒸気を加熱することにより、低圧で乾いた高温蒸気を得ることができる。
このような蒸気改質装置として、例えば、当社製「バイソンサイクロン」を好適に用いることができる。

本発明の加熱蒸気発生装置では、ハウジング１内でバーナーの燃焼によって生じた廃ガスが高温となることがあり、そのまま排出するには問題がある場合は、廃ガスの温度を下げて排出する必要がある。このような場合は、図４及び図５に示す温水発生器を使用して廃ガスの温度を下げることができる。
図中、７は温水発生器であり多段状に組み合わせた複数個のユニット７１から構成される。このユニット７１は、円筒枠７２と、その円筒枠７２の内周面に沿って形成されたスパイラル管７４と、上記円筒枠の外部から内部に貫通してそれぞれ設けた入水管７５及び出水管７６と、から構成される。

上記スパイラル管７４は次の手順で作製される。
まず、図４に示すように、円筒枠７２の内周面に沿って可撓性を有する長尺のコルゲート管７３を１周長分巻回して最初の円環７３ａを形成し、さらに、この円環７３ａの内周に沿ってコルゲート管７３を１周長分巻回して最初の円環７３ａより径小となる次の円環７３ｂを形成する。同様な工程を順次繰り返して、複数個の円環が螺旋状に接続し略同心円状かつ略同一平面上となるように形成されたスパイラル管７４を得る。
上記コルゲート管７３の巻回は円筒枠７２の内周面を始発点として円環の終端部が円筒枠７２の略中心部に達するまで螺旋状に行われ、略中心部に達した時点で最終円環の端部と入水管７５とが接続され、円環の先端部と出水管７６とが接続される。
また、各ユニットにおいて隣接する円環と円環との間には廃ガスが自由に通過できる程度の間隙が設けられる。

上記ユニット７１の上下の開口部の周囲にフランジ７７がそれぞれ設けられており、複数個のユニット７１を多段状に組み合わせる場合は下段と上段のフランジ７７同士をボルト等で固定する方法が挙げられる。
また、多段状に組み合わされた複数個のユニットにおいて、下段のユニット７１の出水管７６と上段のユニット７１の入水管７５とが接続管７８で順次接続されることにより、最下段のユニット７１の入水管７５から最上段のユニット７１の出水管７６までが連続して接続された管路が形成される。

特に、上記温水発生器に耐蝕性が要求される場合は、円筒枠、スパイラル管にステンレス材やチタン材が用いられる。

上記構成を備えた温水発生器の動作について説明する。
加熱蒸気発生装置から発生した廃ガスは排気管４から外部へ排出されるが、温水発生器７を排気管４へ取着けることにより、廃ガスは多段状に組み合わされたユニット７１の下方から上方へと移動する間に、最下段のユニット７１の入水管７５から導入された後各ユニットのスパイラル管７４中を流動する冷却水によって冷却されて、再上段のユニット７１を通過するまでに所定の温度まで低下する。
一方、冷却水は廃がスの温度によって加熱されて温水となり、最上段のユニット７１の出水管７６から温水が必要な別の工程へ送られる。
上記ユニット７１の段数は温水発生器へ入る廃ガスの温度や廃ガスが外部へ排出される際の温度基準によって適宜決定される。

このような温水発生器として、例えばエコノマイザーが好適に用いられる。

加熱蒸気発生装置〔５０Ａ鋼管からなる内管と外管の合計長さ１２０ｍ〕へ１４３℃の飽和蒸気（０．３ＭＰａ）を３０ｍ／ｓｅｃの流量で蒸気導入管から送り込み、装置内を４秒間通過させることにより蒸気吐出管から１８０〜１９０℃の蒸気を得た。尚、バーナーは容量１７４．５ｋｗのものを使用し、都市ガスを燃料としその使用量は１０ｍ^３Ｎ／ｈであった。

上記加熱蒸気発生装置〔５０Ａ鋼管からなる内管と外管の合計長さ１２０ｍ〕へ１３３．５℃の飽和蒸気（０．２ＭＰａ）を３０ｍ／ｓｅｃの流量で蒸気導入管から送り込み、装置内を４秒間通過させることにより蒸気吐出管から１８０〜１９０℃の蒸気を得た。尚、バーナーは容量１７４．５ｋｗのものを使用し、Ａ重油を燃料として使用しその使用量は１０Ｌ／ｈであった。

本発明の加熱蒸気発生装置は、繊維加工、食品・ゴム等の製造プロセスにおいて低温の蒸気から高温の蒸気を簡便に得るために使用することができる。

１ハウジング
１１天板
１２側板
１３底面
２蒸気導入管
３蒸気吐出管
４排気管
５バーナー
５１ノズル
６仕切壁
６１内管
６２外管
７温水発生器
７１ユニット
７２円筒枠
７３コルゲート管
７３ａ円環
ｂ円環
７４スパイラル管
７５入水管
７６出水管
７７フランジ
７８接続管

Claims

ハウジング（１）の外部から内部に貫通して蒸気導入管（２）、蒸気吐出管（３）、排気管（４）を側板（１２）の上部に、バーナー（５）を天板（１１）にそれぞれ設け、バーナー（５）のノズル（５１）をハウジング（１）内部の上方からハウジング（１）の内部を加熱できるように下向きとなし、前記ハウジング（１）の内部に、その天板（１１）から円筒状の仕切壁（６）をハウジング（１）内の略中央部に位置するようにかつ下端はハウジング（１）の底面（１３）から間隙を設けて垂設し、円筒状の仕切壁（６）の内側及び外側に多段状に連続して形成した螺旋管からなる内管（６１）及び外管（６２）をそれぞれ装着すると共に、この内管（６１）と外管（６２）とを螺旋状の最下段において前記円筒状の仕切壁（６）の下方で接続し、さらに外管（６２）の最上端と前記蒸気導入管（２）とを接続し、内管（６１）の最上端と前記蒸気吐出管（３）とを接続して構成したことを特徴とする加熱蒸気発生装置。
前記排気管（４）に温水発生器（７）を装着した加熱蒸気発生装置であって、この温水発生器（７）は多段状に組み合わせた複数個のユニット（７１）からなり、このユニット（７１）が、円筒枠（７２）と、この円筒枠（７２）の内周面に沿って可撓性を有する長尺のコルゲート管（７３）を１周長分巻回して最初の円環（７３ａ）を形成し、さらにこの円環（７３ａ）の内周に沿ってコルゲート管（７３）を１周長分巻回して最初の円環（７３ａ）より径小となる次の円環（７３ｂ）を形成する工程を順次繰り返して、円環が螺旋状に接続し略同心円状かつ略同一平面上となるように形成したスパイラル管（７４）と、上記円筒枠（７２）の外部から内部に貫通してそれぞれ設けた入水管（７５）及び出水管（７６）と、を備えた構成となされていることを特徴とする請求項１に記載の加熱蒸気発生装置。