JP2012189292A

JP2012189292A - ボイラ

Info

Publication number: JP2012189292A
Application number: JP2011055150A
Authority: JP
Inventors: Shigetoshi Takahata; 重俊高畠; Hiroshi Takashima; 博史高島
Original assignee: SAMSON CO Ltd
Current assignee: SAMSON CO Ltd
Priority date: 2011-03-14
Filing date: 2011-03-14
Publication date: 2012-10-04
Anticipated expiration: 2031-03-14
Also published as: JP5743192B2

Abstract

【課題】ボイラ水のｐＨ値を所定値に保つことで缶内の腐食を防止するようにしているボイラにおいて、給水によって下部管寄せ内に局部的な低ｐＨの領域ができて腐食が発生することを防止する。
【解決手段】上部管寄せ３と下部管寄せ４の間を多数の垂直な水管２で接続することで缶体を形成しているボイラであって、ボイラ水を含んだ蒸気は上部管寄せ３と接続した気水分離器５によって蒸気とボイラ水に分離し、蒸気はボイラ外へ取り出し、ボイラ水は下部管寄せ４へ循環させているボイラにおいて、ボイラへの給水は気水分離器５から下部管寄せ４へ循環させている循環水と混合した後に下部管寄せ内へ入るようにしており、下部管寄せへ給水と循環水を導入する環水／給水管９は、管寄せの接線方向に接続し、循環水と給水が下部管寄せ内で周方向に旋回流を形成するものであることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、環状の上部管寄せと下部管寄せの間に多数の垂直な水管を設置しておき、水管を加熱することによって蒸気を発生させているボイラに関するものである。

中央に燃焼室を設け、燃焼室周囲を多数の垂直水管で環状に取り囲み、燃焼室内で燃焼を行う構成のボイラが知られている。前記ボイラでは、上部と下部に環状の管寄せを設けておき、上下の管寄せ間を水管でつなぐことによって缶体を構成している。燃焼装置は燃焼室の上部に設けておき、燃焼室内で火炎の燃焼を行うことで水管の加熱を行い、水管内のボイラ水を加熱する。ボイラ水を加熱すると水管内で蒸気が発生し、沸騰したボイラ水と蒸気の混合物は水管から上部管寄せに入り、上部管寄せと接続している気水分離器へ流れ込む。気水分離器では蒸気とボイラ水に分離し、蒸気は気水分離器上部に接続している蒸気配管を通してボイラから取り出し、分離したボイラ水は気水分離器下部に接続している環水管を通して下部管寄せに戻す。ボイラへの給水は下部管寄せに供給され、下部管寄せを通して各水管内へ入るようにしている。

また、ボイラでは水側からの腐食を防止するため、ボイラ水のｐＨが所定の値（ｐＨ１１〜１１．８）を保つように水質の調節を行っている。蒸気の発生を行っているボイラの場合、蒸発によってボイラ水は濃縮し、ｐＨ値は上昇していくため、ボイラ水の濃縮が進みすぎた場合には濃縮ブローを行うことで高ｐＨのボイラ水を排出している。しかし、ボイラへ供給する給水のｐＨ値は前記の所定値より大幅に低いものであり、給水したばかりであってｐＨ値の低い水と接することになる部分では適正なｐＨ値を維持できないため、下部管寄せ内や給水位置に近い水管内部で部分的に腐食が進行することがあった。

特許３２１１１２０号公報には、下部管寄せ内で給水によって旋回流を形成することで給水とボイラ水の混合性を向上させるボイラの記載がある。給水時に給水の水流によって下部管寄せ内で旋回流を発生すると、給水とボイラ水の混合性が向上して低ｐＨの領域がなくなるため腐食しにくくなる。しかし給水は間欠的に行うものであるため、給水が停止すると旋回流は弱まり、低ｐＨの領域が下部管寄せ内に残るために腐食の発生を防止することができないという問題があった。

特許３２１１１２０号公報

本発明が解決しようとする課題は、ボイラ水のｐＨ値を所定値に保つことで缶内の腐食を防止するようにしているボイラにおいて、給水によって下部管寄せ内に低ｐＨの領域ができて腐食が発生する、ということを防止することのできるボイラを提供することにある。

請求項１に記載の発明は、上部管寄せと下部管寄せの間を多数の垂直な水管で接続することで缶体を形成しているボイラであって、ボイラ水を含んだ蒸気は上部管寄せと接続した気水分離器によって蒸気とボイラ水に分離し、蒸気はボイラ外へ取り出し、ボイラ水は下部管寄せへ循環させているボイラにおいて、ボイラへの給水は気水分離器から下部管寄せへ循環させている循環水と混合した後に下部管寄せ内へ入るようにしており、下部管寄せへ給水と循環水を導入する環水／給水管は、管寄せの接線方向に接続し、循環水と給水が下部管寄せ内で周方向に旋回流を形成するものであることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記のボイラにおいて、環水／給水管の先端は、下部管寄せの外周側内面に合わせて斜めもしくは円弧形状に切断していることを特徴とする。

ボイラへの給水は、下部管寄せ内に入る前に気水分離器で分離したｐＨの高い循環水と合流するようにしたことで、ｐＨが低く腐食しやすい水が下部管寄せ内に直接給水されることがなくなる。気水分離器で分離して下部管寄せへ循環している循環水は、ボイラでの蒸気発生中には常時発生しているため、給水停止後にも高ｐＨの循環水が下部管寄せ内へ流入することが続く。そのため、給水が停止することで下部管寄せ内での給水位置付近に低ｐＨの水が滞留していても、その部分に高ｐＨの循環水を送って撹拌することで局部的な低ｐＨ領域をなくすことができる。そして、環水／給水管は下部管寄せの壁面に沿って循環水と給水が流れるように壁面近くで管寄せの接線方向に向けて接続しているため、下部管寄せへ送っている給水と循環水の両方の水流によって下部管寄せ内で旋回流を発生することになる。下部管寄せ内では常に旋回流による撹拌が行われ、下部管寄せ内で低ｐＨの領域が保持されることをなくすことで、下部管寄せ内のボイラ水の状態は均一化され、缶体内部の局部的な腐食を防止することができる。また、環水／給水管の形状は、下部管寄せの周壁側が長くなるように斜めもしくは円弧形状に切断した形状とすることで、下部管寄せ内で突出する部分がなくなるため、旋回流に対して抵抗となる部位がなくなり、旋回性がより高くなるため撹拌作用を高めることができる。

本発明を実施しているボイラのフロー図図１のＡ−Ａで切断した断面図従来ボイラのＡ−Ａ部分の断面図

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施しているボイラのフロー図、図２は図１のＡ−Ａで切断した断面図、図３は比較のための従来ボイラにおけるＡ−Ａ部分の断面図である。ボイラは中央に燃焼室１を設け、燃焼室１の上部に下向きの火炎を発生する燃焼装置１１を取り付ける。中央の燃焼室１を取り囲むように多数の垂直な水管２を環状に配置しており、水管上部は上部管寄せ３と接続し、水管下部は下部管寄せ４と接続している。上部管寄せ３の近くに気水分離器５を設け、上部管寄せ３と気水分離器５の間は連絡管で接続しておく。気水分離器５は、上部管寄せ３から送られてきたボイラ水と蒸気の混合物を胴内で旋回させ、遠心分離することで蒸気とボイラ水に分離するものである。気水分離器５で分離した蒸気は、気水分離器５の上部に接続した蒸気管７を通してボイラ外へ取り出し、分離したボイラ水は下部管寄せ４へ循環させるようにしており、気水分離器５の下部には循環水を流す環水管６を接続している。

ボイラへの給水は途中に給水ポンプ１０を設けている給水管８を通して行う。給水管８は気水分離器５からの環水管６と連結しており、給水は気水分離器５で分離して下部管寄せ４へ戻している循環水と合流するようにしている。そのため図１では、給水管８と環水管６の合流部以降は環水／給水管９としており、環水／給水管９は下部管寄せ４に接続している。なお、給水管８は気水分離器５に接続しておき、気水分離器５内へ給水するようにしてもよく、この場合には給水は環水管６を通るため、環水管６はすべて環水／給水管９となる。環水／給水管９の下部管寄せ４と接続している側の先端は、環状に形成している下部管寄せに対して接線方向に差し込むようにして接続しておく。また、環水／給水管９の先端は、下部管寄せ４の外周側内面の形に合わせて斜めに切断することで、下部管寄せ４内への突出する部分が少なくなるようにしている。

ボイラへの給水は、ボイラ内水位が給水開始水位まで低下すると給水ポンプ１０の作動を開始して給水を行い、ボイラ内水位が給水停止水位まで上昇すると給水ポンプ１０の作動を停止して給水を終了する。給水は間欠的に行うため、環水／給水管９には給水が流れる時間帯と流れない時間帯ができるが、気水分離器５から下部管寄せ４へ戻る循環水は気水分離器５によってボイラ水を分離している間は連続的に流れるため、ボイラによる蒸気発生中は常に環水／給水管９内に流れが生じる。

燃焼装置１１が燃焼を行うと、燃焼室１内で燃焼している火炎の熱は、水管２の燃焼室１に面している部分を加熱する。また、高温の燃焼ガスは水管２の裏側にある燃焼ガス通路へと流れ、燃焼ガス通路側からも水管を加熱する。水管を加熱すると、水管内のボイラ水温度が上昇し、水管内で沸騰を始める。ボイラ水が激しく沸騰すると、蒸気が発生するとともにボイラ水の沸き上がりが発生し、水管２内を蒸気とボイラ水の混合物が上昇する。各水管２は上部で上部管寄せ３と接続しており、水管２から上昇してきた蒸気とボイラ水の混合物は上部管寄せ３に集合し、その後に気水分離器５へ流れ込む。気水分離器５の周壁に沿って蒸気とボイラ水の混合物を旋回させると、密度の大きなボイラ水は気水分離器内周壁を旋回しながら下方へ流れ落ち、蒸気は気水分離器５の上部に接続している蒸気管７を通してボイラの外部へ出ていく。

気水分離器５で分離して下部管寄せ４へ戻している循環水は、濃縮が進んだ高ｐＨの水であり、気水分離器５下部に接続している環水管６を通して下部管寄せ４内へ戻す。下部管寄せ４は加熱をしていないためにボイラ水の濃縮は発生しないが、気水分離器５から高ｐＨの循環水が戻ってくるために下部管寄せ４内でもボイラ水のｐＨ値は上昇する。しかしボイラへ供給する給水のｐＨ値はボイラ水のｐＨ値に比べて大幅に低いため、給水を行うと下部管寄せ４内のｐＨ値は低下する。ボイラでは缶内水位が給水開始水位まで低下すると給水を開始し、給水停止水位まで上昇すると給水を停止する間欠給水を行っているため、給水を行っている時には下部管寄せ４内のｐＨ値が低くなる。

低ｐＨの給水がそのまま下部管寄せ４内に入ると、下部管寄せ４の給水管接続部では低ｐＨ値の水に接することになり、局所的に腐食が進行するという問題があった。しかし、給水が下部管寄せ４に入る前に気水分離器５で分離した高ｐＨの循環水と混合することで、ｐＨが低く腐食しやすい水が下部管寄せ４内に直接入ることがなくなる。そして給水停止後もｐＨ値が低下している部分へ高ｐＨの循環水を送るため、下部管寄せ内での低ｐＨ領域をなくすことができる。

そして環水／給水管９は下部管寄せ４の接線方向に接続しており、下部管寄せ４内に入った給水は下部管寄せ４の内周面に沿って流れるようにしているため、下部管寄せ４内で給水による旋回流が発生し、旋回流は下部管寄せ４内で撹拌を行う。旋回流による撹拌が発生すると、低ｐＨの給水はより早くボイラ水と混合することになる。このことによって局所的な低ｐＨ領域をなくすことができ、下部管寄せ内ボイラ水の均一化が図れ、缶体内部の腐食を低減することができる。また、旋回流は下部管寄せ４内に入る給水と、気水分離器５から循環してきた循環水の両方で形成しており、給水を停止している時にも旋回流は発生するため、給水停止後であっても下部管寄せ４内での撹拌は継続する。そのために、給水停止後に低ｐＨの領域が保持されるということもなくなる。

また、下部管寄せ４内で旋回流を発生する場合、下部管寄せ４内に管が突き出ていると、突き出た管の部分が旋回流に対して抵抗となり、旋回流を弱めることになる。しかし、図２にあるように環水／給水管９の先端は下部管寄せの外周側内面に合わせて斜めに切断した形状とし、管の先端が下部管寄せ４内に突出しない形状としているため、管が下部管寄せ４内の旋回流を弱めることがない。そのため旋回流による撹拌作用を高く維持することができる。

なお、下部管寄せは図示したような環状の構造であると旋回流が発生しやすいため、旋回流による撹拌効果は高くなる。しかし、必ずしも環状でなければならないというものではなく、例えば下部管寄せが直方体形状であっても一方の側壁に沿って水を流した場合には、正面の壁面に衝突した後にもう一方の側壁近くを通って環水／給水管の接続部付近へ戻る旋回流が発生する。この場合でも旋回流が発生して撹拌が行われるため、低ｐＨの給水による腐食を防止する効果を得ることができる。

１燃焼室
２水管
３上部管寄せ
４下部管寄せ
５気水分離器
６環水管
７蒸気管
８給水管
９環水／給水管
１０給水ポンプ
１１燃焼装置

Claims

上部管寄せと下部管寄せの間を多数の垂直な水管で接続することで缶体を形成しているボイラであって、ボイラ水を含んだ蒸気は上部管寄せと接続した気水分離器によって蒸気とボイラ水に分離し、蒸気はボイラ外へ取り出し、ボイラ水は下部管寄せへ循環させているボイラにおいて、ボイラへの給水は気水分離器から下部管寄せへ循環させている循環水と混合した後に下部管寄せ内へ入るようにしており、下部管寄せへ給水と循環水を導入する環水／給水管は、管寄せの接線方向に接続し、循環水と給水が下部管寄せ内で周方向に旋回流を形成することを特徴とするボイラ。
請求項１に記載のボイラにおいて、環水／給水管の先端は、下部管寄せの外周側内面に合わせて斜めもしくは円弧形状に切断していることを特徴とするボイラ。