JP2013108643A

JP2013108643A - エコノマイザ

Info

Publication number: JP2013108643A
Application number: JP2011251955A
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: 2011-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2013-06-06

Abstract

【課題】エコノマイザ部分で燃焼排ガス流の圧力損失が増大してボイラの燃焼部で燃焼不具合が発生することがないようにしながら、エコノマイザでの熱吸収効率を向上させることによってエコノマイザの小型化を可能とする。
【解決手段】ボイラ１からの燃焼排ガスを通す排ガス通路２内に、燃焼排ガス流とは交差方向に伸びる伝熱管を設け、前記伝熱管内はボイラへの給水を通す給水流路としており、伝熱管の表面には伝熱管軸に対して円周方向に延びる熱吸収用フィン５を多数設置しておき、燃焼排ガスによって伝熱管を加熱することでボイラへの給水を予熱するようにしているエコノマイザにおいて、燃焼排ガス流上流側にあたる顕熱吸収部には熱吸収用フィン５を比較的密に配置し、顕熱吸収部よりも燃焼排ガス流下流側の潜熱吸収部には熱吸収用フィン５を比較的疎に配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼排ガスの熱を利用して給水の予熱を行うエコノマイザに関するものである。

ボイラから排出する燃焼排ガスを通す排ガス通路にエコノマイザを設け、燃焼排ガスによってボイラ給水を予熱することにより、ボイラの効率を向上させることが広く行われている。エコノマイザでは、排ガス通路内の燃焼排ガスと、排ガス通路内に設けた伝熱管内を流れる給水との間で熱交換を行っており、伝熱管が燃焼排ガスから吸収する熱量が多くなるほど給水の温度を上昇させることができ、ボイラの効率は向上する。熱吸収量を増大させる第１の手段は燃焼排ガスと接触する伝熱管の表面積を大きくすることであり、伝熱管の表面に熱吸収用フィンを密に設けることで伝熱面積を大きくし、熱吸収量を増大させている。

エコノマイザによる熱回収は、燃焼排ガスの温度が高温のうちは顕熱が使用されるが、燃焼排ガスの温度が低下すると燃焼排ガスの潜熱も使用されることになる。燃焼排ガスから潜熱を吸収すると、エコノマイザの伝熱管表面では凝縮水が発生する。その場合、伝熱管に熱吸収用フィンを設けていると、特開平１１−２４８１０５号公報の図４にあるようにフィン間に凝縮水がたまり、凝縮水によってフィン間をふさいでしまうことがある。フィンの間に凝縮水がたまると、排ガスを流す流路面積が縮小することになり、排ガスがエコノマイザ部分を通過する際に発生する圧力損失が増加する。エコノマイザ部分で流路の縮小によって燃焼排ガスが流れにくくなると、ボイラの燃焼部へも影響することになり、燃焼部へ供給している燃焼用空気が入りにくくなるために、空気比の低下によるＣＯ増大・逆火など燃焼不具合が発生することがあった。

特開平１１−２４８１０５号公報に記載の発明では、潜熱吸収用伝熱管では上面にのみ熱吸収用フィンを設け、伝熱管の下面にはフィンを設けないことでフィン間に凝縮水がたまらないようにしている。下部にフィンがないと、凝縮水は落ちやすくなるために凝縮水がフィン間をふさぐということが発生しにくくなる。しかしこの場合、伝熱管１本あたりの伝熱面積が減少し、潜熱回収が行われる領域で伝熱管の本数を増やして熱吸収量を維持する必要が出てくるため、エコノマイザが大型化し、製造上の手間も増加することになるという問題があった。

特開平１１−２４８１０５号公報

本発明が解決しようとする課題は、エコノマイザ部分で燃焼排ガス流の圧力損失が増大してボイラの燃焼部で燃焼不具合が発生することがないようにしながら、エコノマイザでの熱吸収効率を向上させることによってエコノマイザの小型化を可能とすることにある。

ボイラからの燃焼排ガスを通す排ガス通路内に、燃焼排ガス流とは交差方向に伸びる伝熱管を設け、前記伝熱管内はボイラへの給水を通す給水流路としており、伝熱管の表面には伝熱管軸に対して円周方向に延びる熱吸収用フィンを多数設置しておき、燃焼排ガスによって伝熱管を加熱することでボイラへの給水を予熱するようにしているエコノマイザにおいて、燃焼排ガス流上流側にあたる顕熱吸収部には熱吸収用フィンを比較的密に配置し、顕熱吸収部よりも燃焼排ガス流下流側の潜熱吸収部には熱吸収用フィンを比較的疎に配置する。

エコノマイザの顕熱回収部では凝縮水は発生しないため、フィンピッチを狭くしていてもフィン間に凝縮水がたまってフィン間をふさいでしまうということにはならない。そのため顕熱回収部では熱吸収用フィンを密に設置して伝熱面積を大きくすることで、熱吸収量を増加することができる。エコノマイザの排ガス流下流側では潜熱を回収するために凝縮水が発生するが、潜熱回収部分にも伝熱管を設置して熱回収を行うようにしておき、潜熱吸収用伝熱管でも熱吸収用フィンを設置する。ただし、潜熱吸収用伝熱管では、熱吸収用フィンのフィンピッチを顕熱吸収用伝熱管よりも大きくする。このようにフィンピッチが大きければ凝縮水がフィン間をふさぐことがなくなるため、排ガス流の圧力損失が増大することを防ぐことができ、燃焼不具合の発生を防止しながら潜熱回収部でも多くの熱を回収することができるようになる。

本発明を実施することによって、燃焼不具合の発生を防止しながらエコノマイザでの熱吸収効率を増大させることができ、エコノマイザを小型化することが可能になる。

本発明の一実施例のエコノマイザ断面図本発明の一実施例における顕熱吸収用伝熱管の一部抜き出し図本発明の一実施例における潜熱吸収用伝熱管の一部抜き出し図

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エコノマイザの断面図、図２は本発明の一実施例における顕熱吸収用伝熱管の一部抜き出し図、図３は本発明の一実施例における潜熱吸収用伝熱管の一部抜き出し図である。ボイラ１で発生した燃焼排ガスは排ガス通路２を通して排出しており、排ガス通路２途中にエコノマイザ７を設ける。エコノマイザ７内には水平方向に伸びる伝熱管を多数設けており、燃焼排ガスはエコノマイザ７内の伝熱管の間を下向きに流れ、エコノマイザ７内下部でターンさせて上部より取り出す構成とする。エコノマイザ７では凝縮水が発生するため、エコノマイザ７の底部にはドレン排出口６を設けておき、凝縮水はドレン排出口６から排出する。

エコノマイザ７内の各伝熱管は連結することで給水流路を形成しており、エコノマイザ内への給水は、伝熱管群の最下段の伝熱管より行う。エコノマイザ内での給水は下部の伝熱管から順次通り、加熱されながら最上段の伝熱管まで達し、予熱した給水はエコノマイザより取り出されて、ボイラ１内へ給水される。そのためエコノマイザでは伝熱管内を送られる給水の水温は下段ほど低く、上段ほど高くなっている。

エコノマイザ７内の伝熱管は、燃焼排ガス流の上流側と下流側に区画しており、排ガス流上流側の伝熱管は顕熱吸収用伝熱管３、排ガス流下流側の伝熱管は潜熱吸収用伝熱管４としている。顕熱吸収用伝熱管３及び潜熱吸収用伝熱管４には、熱吸収用フィン５を多数設ける。熱吸収用フィン５は、水平方向に延びる伝熱管の表面から伝熱管軸とは円周方向に全周に設けており、熱吸収用フィン５を配置することで伝熱面積を大きくすることができる。そして、フィンピッチを狭くして伝熱面積を大きくすると伝熱管が吸収する熱量は大きくなる。

ただし、フィンピッチを狭くすると、凝縮水が発生する潜熱回収部ではフィンのすき間に凝縮水などがたまることによってフィン間をふさいでしまうおそれがある。そのため、潜熱吸収用伝熱管４の場合には、熱吸収用フィン５のフィンピッチを大きくしておき、顕熱吸収用伝熱管３と潜熱吸収用伝熱管４では熱吸収用フィン５のピッチを異ならせる。顕熱吸収用伝熱管３での熱吸収用フィン５のピッチは、２〜３ｍｍの狭い間隔とすることで熱吸収用フィン５を多数設置し、潜熱吸収用伝熱管４での熱吸収用フィン５のピッチは、４〜５ｍｍの比較的広い間隔とすることで熱吸収用フィン５のすき間が詰まらないようにしておく。

ボイラからエコノマイザ７部分に達した燃焼排ガスは、まずエコノマイザ内上部の顕熱吸収用伝熱管３と熱交換を行う。顕熱吸収用伝熱管３では、熱吸収用フィン５を密に設けているため伝熱面積が大きくなっており、大きな伝熱面によって燃焼排ガスの熱を吸収する。この部分での排ガスは高温であり、伝熱管内を流れている給水もそれまでの予熱によって温度の上昇した水であるため、伝熱管表面での排ガスの凝縮はほとんど発生せず、伝熱面は乾いた状態となっている。そのために顕熱吸収用伝熱管３部分では凝縮水がフィン間をふさぐことはなく、顕熱吸収用伝熱管３の部分では熱吸収用フィン５のピッチを狭くしていてもフィンのすき間が詰まることはない。そして、フィンピッチを狭くすることで伝熱面積を増加できるために熱吸収量を大きくすることができる。

燃焼排ガスは伝熱管を加熱しながら下部へ向けて流れており、伝熱管を加熱することで温度が徐々に低下していく。そして下方へ行くほど伝熱管内を流れる給水の温度は低いために排ガス温度は更に低下し、ついには凝縮点まで低下する。排ガス温度が凝縮点まで低下して凝縮水が発生している部分では、凝縮水がフィン間を詰まらせる可能性が出てくる。凝縮水が熱吸収用フィン５のすき間をふさぐと、排ガスが通過する際に抵抗となり、この部分で圧力損失が発生することになる。排ガス通路２で圧力損失が増加すると、ボイラ１では炉圧が上昇し、空気比低下によるＣＯ増大や逆火などの燃焼不具合が発生することがある。しかし、本実施例での潜熱吸収用伝熱管４では、熱吸収用フィン５のフィンピッチを大きくしているため、フィンすき間が詰まることはなく、燃焼不具合の発生を防止することができる。

顕熱吸収用伝熱管３部分と潜熱吸収用伝熱管４部分でフィンピッチを変え、顕熱吸収用伝熱管３では密集して設置した熱吸収用フィンによってより多くの熱を回収し、潜熱吸収用伝熱管４での熱吸収用フィン５は、顕熱吸収用伝熱管３部分よりもすき間を開けて設置しすることで、圧力損失の増加を防ぎつつ熱を効率的に回収することができる。そのため、エコノマイザでの熱吸収効率が上昇することになり、エコノマイザの小型化を図ることができるようになる。

なお、本発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

１ボイラ
２排ガス通路
３顕熱吸収用伝熱管
４潜熱吸収用伝熱管
５熱吸収用フィン
６ドレン排出口
７エコノマイザ

Claims

ボイラからの燃焼排ガスを通す排ガス通路内に、燃焼排ガス流とは交差方向に伸びる伝熱管を設け、前記伝熱管内はボイラへの給水を通す給水流路としており、伝熱管の表面には伝熱管軸に対して円周方向に延びる熱吸収用フィンを多数設置しておき、燃焼排ガスによって伝熱管を加熱することでボイラへの給水を予熱するようにしているエコノマイザにおいて、燃焼排ガス流上流側にあたる顕熱吸収部には熱吸収用フィンを比較的密に配置し、顕熱吸収部よりも燃焼排ガス流下流側の潜熱吸収部には熱吸収用フィンを比較的疎に配置するようにしたことを特徴とするエコノマイザ。