JP2014025697A - Boiler and method of designing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蒸気ボイラ、温水ボイラおよび熱媒ボイラを含む各種ボイラと、その設計方法に関するものである。特に、液体燃料を燃焼させるボイラと、その設計方法に関するものである。 The present invention relates to various boilers including a steam boiler, a hot water boiler and a heat medium boiler, and a design method thereof. In particular, the present invention relates to a boiler for burning liquid fuel and a design method thereof.
従来、下記特許文献1に開示されるように、内側水管列(7)と外側水管列(8)とを同心円筒状に備え、内側水管列(7)には、下端部の設定領域を残して、隣接する内側水管(5,5)間の隙間を閉塞するように、内側縦ヒレ(9)が設けられる一方、外側水管列(8)には、上端部の設定領域を残して、隣接する外側水管(6,6)間の隙間を閉塞するように、外側縦ヒレ(11)が設けられたボイラ(1)が知られている。
Conventionally, as disclosed in
この種のボイラ(1)では、バーナ(17)による燃焼ガスは、内側水管列(7)の下端部における隙間(10)を介して、内側水管列(7)と外側水管列(8)との隙間を上方へ進み、外側水管列(8)の上端部における隙間(12)を介して外方へ導出される。その後、排ガスとして、缶体カバー(13)に接続された煙道(14)を介して、外部へ排出される。 In this type of boiler (1), the combustion gas produced by the burner (17) passes through the gap (10) at the lower end of the inner water tube row (7), and the inner water tube row (7) and the outer water tube row (8). Is led upward through the gap (12) at the upper end of the outer water pipe row (8). Thereafter, the exhaust gas is discharged to the outside through the flue (14) connected to the can cover (13).
灯油、軽油または重油などの液体燃料を燃焼させるバーナの場合、空燃比の乱れなどに伴い、炉内下部に未燃燃料が溜まるおそれがある。その未燃燃料は、炉内圧力により、燃焼ガスの流路に沿って押し出され、缶体カバーと煙道(またはエコノマイザ)との接続部などから、炉外に漏れ出るおそれもある。 In the case of a burner that burns liquid fuel such as kerosene, light oil, or heavy oil, unburned fuel may accumulate in the lower part of the furnace due to disturbance of the air-fuel ratio. The unburned fuel is pushed out along the flow path of the combustion gas due to the pressure in the furnace, and may leak out of the furnace from the connection between the can cover and the flue (or economizer).
本発明が解決しようとする課題は、炉内に未燃燃料が所定以上溜まった場合には、送風機による炉内への燃焼用空気の押し込みを防止することで、不着火として安全性を一層高めることを課題とする。 The problem to be solved by the present invention is to further improve the safety as non-ignition by preventing the blower from pushing the combustion air into the furnace when a predetermined amount of unburned fuel is accumulated in the furnace. This is the issue.
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、液体燃料を燃焼させるボイラにおいて、上部管寄せと下部管寄せとの間に円筒状に配列されて伝熱管列を構成する複数の伝熱管と、前記伝熱管列を取り囲むように、前記上部管寄せと前記下部管寄せとの間に設けられる円筒状の缶体カバーとを備え、燃焼ガスは、内外の伝熱管列間の上向き流路、または前記伝熱管列と前記缶体カバーとの間の上向き流路を介して、缶体カバー外へ排出され、前記上向き流路内の所定高さまでバーナからの未燃燃料が炉内底部に溜まった場合、送風機による炉内への燃焼用空気の押し込みが阻止されることで、不着火にさせて運転を停止させることを特徴とするボイラである。
The present invention has been made to solve the above problems, and the invention according to
請求項1に記載の発明によれば、炉内に未燃燃料が所定以上溜まった場合には、送風機による炉内への燃焼用空気の押し込みが不能となるので、不着火により安全性を一層高めることができる。 According to the first aspect of the present invention, when unburned fuel is accumulated in the furnace for a predetermined amount or more, it becomes impossible to push the combustion air into the furnace by the blower. Can be increased.
請求項2に記載の発明は、前記上部管寄せと前記下部管寄せとの間に、内側伝熱管列と外側伝熱管列とが同心円筒状に配列されて設けられ、前記内側伝熱管列は、複数の内側伝熱管が円筒状に配列されると共に、隣接する前記内側伝熱管間の隙間が下端部を残して内側縦ヒレで閉塞されて構成され、前記外側伝熱管列は、複数の外側伝熱管が円筒状に配列されると共に、隣接する前記外側伝熱管間の隙間が上端部を残して外側縦ヒレで閉塞されて構成され、前記上向き流路は、前記内側縦ヒレの下端部と前記外側縦ヒレの上端部との間において、前記内側伝熱管列と前記外側伝熱管列との間で構成されることを特徴とする請求項1に記載のボイラである。
According to a second aspect of the present invention, an inner heat transfer tube row and an outer heat transfer tube row are arranged concentrically between the upper header and the lower header, and the inner heat transfer tube row A plurality of inner heat transfer tubes are arranged in a cylindrical shape, and a gap between adjacent inner heat transfer tubes is closed by an inner vertical fin leaving a lower end portion, and the outer heat transfer tube row is formed by a plurality of outer heat transfer tube rows. The heat transfer tubes are arranged in a cylindrical shape, and a gap between the adjacent outer heat transfer tubes is configured to be closed with an outer vertical fin leaving an upper end portion, and the upward flow path is formed with a lower end portion of the inner
請求項2に記載の発明によれば、上向き流路は、内側縦ヒレの下端部と外側縦ヒレの上端部との間において、内側伝熱管列と外側伝熱管列との間で構成される。これにより、簡易な構成で、上向き流路の形成と、その高さ設定を行うことができる。
According to invention of
請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載のボイラの設計方法であって、燃料の密度をγ、重力加速度をg、前記上向き流路の高さをh、送風機の最大吐出圧をP1とするとき、γ×g×h>P1の関係式を満たすように、送風機の選定、送風機をインバータ制御する場合の周波数の設定、送風機の運転中の最大吐出圧の設定、または前記上向き流路の高さhの設定を行うことを特徴とするボイラの設計方法である。
Invention of
請求項3に記載の発明によれば、送風機の選定、送風機をインバータ制御する場合の周波数の設定、送風機の運転中の最大吐出圧の設定、および上向き流路の高さhの設定の内、いずれか一以上を調整することで、送風機を最大吐出圧で運転しても、上向き流路の上端まで未燃燃料を押し上げられないことになる。これにより、炉内に未燃燃料が所定以上溜まった場合には、送風機による炉内への燃焼用空気の押し込みが不能となるので、不着火により安全性を一層高めることができる。また、炉外への燃料漏れを確実に防止することができる。
According to the invention described in
請求項4に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載のボイラの設計方法であって、燃料の密度をγ、重力加速度をg、前記上向き流路の高さをh、送風機の運転中の最大吐出圧をP2とするとき、γ×g×h>P2の関係式を満たすように、送風機の選定、送風機をインバータ制御する場合の周波数の設定、送風機の運転中の最大吐出圧の設定、または前記上向き流路の高さhの設定を行うことを特徴とするボイラの設計方法である。
Invention of
請求項4に記載の発明によれば、送風機の選定、送風機をインバータ制御する場合の周波数の設定、送風機の運転中の最大吐出圧の設定、および上向き流路の高さhの設定の内、いずれか一以上を調整することで、ボイラの運転中、送風機の吐出圧が最大となる際にも、上向き流路の上端まで未燃燃料を押し上げられないことになる。これにより、炉内に未燃燃料が所定以上溜まった場合には、送風機による炉内への燃焼用空気の押し込みが不能となるので、不着火により安全性を一層高めることができる。また、炉外への燃料漏れを確実に防止することができる。
According to the invention described in
本発明によれば、炉内に未燃燃料が所定以上溜まった場合には、送風機による炉内への燃焼用空気の押し込みを防止することで、不着火となるので安全性を一層高めることができる。 According to the present invention, when unburned fuel is accumulated in the furnace for a predetermined amount or more, the combustion air is prevented from being pushed into the furnace by the blower, so that non-ignition occurs and safety is further improved. it can.
以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明のボイラの一実施例を示す概略縦断面図である。本実施例のボイラ1は、円筒状の缶体2を備えた多管式の貫流ボイラである。缶体2は、上部管寄せ3と下部管寄せ4との間を、円筒状に配列された多数の水管(伝熱管)5,6で接続して構成される。
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing an embodiment of the boiler of the present invention. The
上部管寄せ3と下部管寄せ4とは、上下に離隔して平行に配置され、それぞれ中空の円環状とされている。また、上部管寄せ3と下部管寄せ4とは、それぞれ水平に配置されると共に、同一軸線上に配置される。
The
各水管5,6は、垂直に配置され、上端部が上部管寄せ3に接続される一方、下端部が下部管寄せ4に接続される。各水管5,6は、上部管寄せ3と下部管寄せ4との周方向へ順次に配列されることで、円筒状の水管列7,8を構成する。本実施例では、内側水管列7と外側水管列8とが同心円筒状に設けられる。内側水管列7は、円筒状に配列された内側水管5,5,…にて構成される。一方、外側水管列8は、内側水管列7を取り囲むように、円筒状に配列された外側水管6,6,…にて構成される。
Each of the
内側水管列7には、下端部の設定領域を残して、隣接する内側水管5,5間の隙間を閉塞するように、内側縦ヒレ9が設けられる。つまり、内側水管5,5間の隙間は、下端部の設定領域を残して、内側縦ヒレ9にて閉塞される。内側水管列7は、内側縦ヒレ9が設けられない下端部において、隣接する内側水管5,5間に隙間が空けられる。この隙間は、内側水管列7の内側と外側とを連通するための連通部(内列連通部という)10とされる。
Inner
外側水管列8には、上端部の設定領域を残して、隣接する外側水管6,6間の隙間を閉塞するように、外側縦ヒレ11が設けられる。つまり、外側水管6,6間の隙間は、上端部の設定領域を残して、外側縦ヒレ11にて閉塞される。外側水管列8は、外側縦ヒレ11が設けられない上端部において、隣接する外側水管6,6間に隙間が空けられる。この隙間は、外側水管列8の内側と外側とを連通するための連通部(外列連通部という)12とされる。
The outer
各内側水管5や各外側水管6には、その周側面に所望により突部を設けて、伝熱面積の拡大を図ってもよい。たとえば、各内側水管5には、円筒状の内側水管列7の外周面を構成する面に、横ヒレやスタッドを設けたり、各外側水管6には、円筒状の外側水管列8の内周面を構成する面に、横ヒレやスタッドを設けたりしてもよい。なお、各内側水管5および/または各外側水管6に横ヒレを設ける場合、横ヒレは、水平状態に設置してもよいし、缶体2の周方向一方へ行くに従って上方へ傾斜して設けてもよい。
Each
上部管寄せ3と下部管寄せ4との間にはさらに、外側水管列8を取り囲むように、円筒状の缶体カバー13が設けられる。図示例では、缶体カバー13は、内筒14と、それより大径の外筒15とから構成される。内筒14は、下端部が下部管寄せ4に固定され、上端部が外列連通部12の下端部と対応する高さに配置される。一方、外筒15は、上端部が上部管寄せ3に固定され、下端部が内筒14の上下方向中途部と対応する高さに配置される。このようにして、缶体カバー13は、内筒14の下端部が下部管寄せ4との隙間を封止され、外筒15の上端部が上部管寄せ3との隙間を封止される。また、外筒15の下端部において、内筒14と外筒15との隙間が封止される。さらに、缶体カバー13の内筒14と、外側水管列8との間の円筒状隙間には、断熱材16が充填される。
A cylindrical can cover 13 is further provided between the
缶体カバー13の外筒15には、周方向一部において、煙道17が接続される。さらに、ボイラ1には、缶体カバー13を取り囲むように、円筒状のケーシング18が設けられる。このケーシング18を貫通して、煙道17が缶体2の外方へ導出される。
A
上部管寄せ3の下面および下部管寄せ4の上面には、各管寄せ3,4と各水管5,6との接続部を覆うように、耐火材19,19が設けられる。この際、下部管寄せ4側の耐火材19は、下部管寄せ4の中央部をも閉塞するように設けられる。下部管寄せ4側の耐火材19の中央部には、逆円錐台状の凹部20が形成されている。
ところで、図示例では、各内側水管5は、内列連通部10と対応した位置に、小径部21を有する。これは、燃焼ガスが内列連通部10を介して内外の水管列7,8間の燃焼ガス流路22へ入る際の圧力損失を減少させるためである。一方、図示例では、各外側水管6は、外列連通部12と対応した位置に小径部を有しないが、各内側水管5と同様に小径部を有してもよい。
By the way, in the example of illustration, each inner
上部管寄せ3の中央部には、下方へ向けてバーナ23が設けられる。このバーナ23には、液体燃料(たとえばA重油)が供給されると共に、燃焼用空気が供給される。具体的には、缶体2内へは、液体燃料が燃料ポンプ24および燃料弁25を介してバーナ23から噴霧されると共に、燃焼用空気が送風機26からウィンドボックス27を介して吐出される。従って、噴霧される燃料に点火装置(図示省略)で着火すれば、缶体2内において燃料の燃焼が図られる。この際、内側水管列7の内側は、燃焼室28として機能する。なお、燃料および燃焼用空気の流量を変えることで、燃焼量の調整が可能とされる。その際、燃焼用空気の流量は、送風機26のモータ(図示省略)をインバータ制御してもよいし、それに代えてまたはそれに加えて、送風機26からウィンドボックス27への送風路に設けたダンパ(図示省略)の開度を調整してもよい。
A
燃焼室で28の燃料の燃焼による燃焼ガスは、内列連通部10を介して、内側水管列7と外側水管列8との間の燃焼ガス流路22へ導出される。そして、その燃焼ガスは、外列連通部12を介して缶体カバー13へ導出される。その後、缶体カバー13に接続された煙道17を介して、排ガスとして外部へ排出される。この間、燃焼ガスは各水管5,6内の水と熱交換し、各水管5,6内の水は加熱が図られる。これにより、上部管寄せ3から蒸気を取り出すことができ、その蒸気は気水分離器(図示省略)などを介して、蒸気使用設備(図示省略)へ送られる。ところで、煙道17には、エコノマイザを設置してもよい。
Combustion gas resulting from combustion of
なお、内側水管列7と外側水管列8との間の燃焼ガス流路22の内、内側縦ヒレ9の下端部から外側縦ヒレ11の上端部までの領域を、上向き流路29ということにする。つまり、上向き流路29とは、燃焼ガス流路22の内、図1において、高さhで示された領域をいう。
Of the combustion
図2は、本実施例のボイラ1を運転中、万一、空燃比の乱れなどに伴い、炉内に未燃燃料30が溜まった状態を示している。未燃燃料30は、燃焼室28内の底部に溜まるが、量が増すと、炉内圧力により上向き流路29を上方へ進むように溜まっていくことになる。但し、本実施例のボイラ1は、万一このような事態になっても、その未燃燃料30が上向き流路29を超えて缶体2外へ押し出されないように構成される。
FIG. 2 shows a state in which the
すなわち、バーナ23からの未燃燃料30が炉内底部に溜まった場合でも、上向き流路29を超えて未燃燃料30を押し出せない炉内圧力で運転する。たとえば、本実施例のボイラ1は、燃料の密度をγ、重力加速度をg、上向き流路29の高さをh、送風機26の性能上の最大吐出圧をP1とするとき、γ×g×h>P1の関係式を満たすよう構成される。あるいは、本実施例のボイラ1は、燃料の密度をγ、重力加速度をg、上向き流路29の高さをh、送風機26の運転中の最大吐出圧をP2とするとき、γ×g×h>P2の関係式を満たすよう構成される。いずれの場合も、前記関係式を満たすように、送風機26を選定したり、もしくは送風機26をインバータ制御する場合の周波数を設定したり、または上向き流路29の高さhを定めたりすればよい。
That is, even when the
たとえば、燃料としてA重油(密度0.86g/cm3)を用い、上向き流路29の高さhを935mmとする場合、0.86×9.8×935=7880Paとなるので、送風機26の吐出圧を7880Pa未満で運転させればよいことになる。
For example, when A heavy oil (density 0.86 g / cm 3 ) is used as the fuel and the height h of the
このような構成の場合、炉内に未燃燃料が溜まっても、炉内圧力との関係で、高さhの上向き流路29の上端まで燃料を押し上げることができない。これにより、炉外への燃料の流出を防止することができる。また、送風機26による炉内への燃焼用空気の押し込みが阻止されるので、不着火にさせてボイラ1の運転を停止させることで、安全性を高めることができる。
In such a configuration, even if unburned fuel accumulates in the furnace, the fuel cannot be pushed up to the upper end of the
図3は、送風機26の性能曲線の一例を示す図であり、横軸は風量、縦軸は静圧を示している。このような性能曲線から送風機26の最大吐出圧P1が分かるので、上述した関係式γ×g×h>P1を満たすように、送風機26を選定するか、上向き流路29の高さhを決めればよい。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a performance curve of the
また、最大吐出圧P1未満で送風機26を運転する場合、運転中の最大吐出圧P2により、上述した関係式γ×g×h>P2を満たすように、送風機26を選定するか、運転中の最大吐出圧P2を決定するか、上向き流路29の高さhを決めればよい。
When the
また、送風機26をインバータ制御する場合も同様に、たとえば図3において破線で示す性能曲線で運転する場合、その最大吐出圧P1´を用いて、関係式γ×g×h>P1´を満たすように設計すればよいし、最大吐出圧P1´未満で運転する場合、運転中の最大吐出圧P2´を用いて、関係式γ×g×h>P2´を満たすように設計すればよい。その際、上向き流路29の高さhを先に決めて、送風機26をインバータ制御する場合の周波数(図3における破線)を設定したり、性能曲線中のどの範囲で運転するかを設計したりすればよい。
Similarly, when the
本発明のボイラ1は、前記実施例の構成に限らず、適宜変更可能である。特に、上向き流路29をいずれかの箇所に有し、その上向き流路29の高さと、炉内圧力との関係で、上向き流路29の上端まで送風機26で液体燃料を押し上げられない構成であれば、ボイラ1の構成は適宜に変更可能である。たとえば、外側水管列8を省略して、内側水管列7と缶体カバー13との間に上向き流路29を形成してもよい。その場合、上向き流路29は、内側縦ヒレ9の下端から、内筒14の上端(または缶体カバー13が単なる円筒状の場合、缶体カバー13から煙道17への開口部の下端)までの高さとなる。
The
また、蒸気ボイラや温水ボイラ以外でも、たとえば熱媒ボイラにも適用することができる。この場合、前記実施例において、水管を伝熱管、水管列を伝熱管列と言い換えることができる。 Moreover, it can apply also to a heat-medium boiler other than a steam boiler and a hot water boiler, for example. In this case, in the said Example, a water tube can be paraphrased as a heat exchanger tube, and a water tube row | line | column can be paraphrased.
1 ボイラ
2 缶体
3 上部管寄せ
4 下部管寄せ
5 内側水管(内側伝熱管)
6 外側水管(外側伝熱管)
7 内側水管列(内側伝熱管列)
8 外側水管列(外側伝熱管列)
9 内側縦ヒレ
11 外側縦ヒレ
13 缶体カバー
22 燃焼ガス流路
23 バーナ
26 送風機
29 上向き流路
30 未燃燃料
1
6 Outside water pipe (outside heat transfer pipe)
7 Inner water tube row (inner heat transfer tube row)
8 Outside water tube row (outside heat transfer tube row)
9 Inner
Claims (4)
上部管寄せと下部管寄せとの間に円筒状に配列されて伝熱管列を構成する複数の伝熱管と、
前記伝熱管列を取り囲むように、前記上部管寄せと前記下部管寄せとの間に設けられる円筒状の缶体カバーとを備え、
燃焼ガスは、内外の伝熱管列間の上向き流路、または前記伝熱管列と前記缶体カバーとの間の上向き流路を介して、缶体カバー外へ排出され、
前記上向き流路内の所定高さまでバーナからの未燃燃料が炉内底部に溜まった場合、送風機による炉内への燃焼用空気の押し込みが阻止されることで、不着火にさせて運転を停止させる
ことを特徴とするボイラ。 In boilers that burn liquid fuel,
A plurality of heat transfer tubes arranged in a cylindrical shape between the upper header and the lower header to form a heat transfer tube array;
A cylindrical can cover provided between the upper header and the lower header so as to surround the heat transfer tube row,
Combustion gas is discharged out of the can body cover through an upward flow path between the inner and outer heat transfer tube rows, or an upward flow channel between the heat transfer tube rows and the can body cover,
When unburned fuel from the burner accumulates at the bottom of the furnace up to a predetermined height in the upward flow path, the operation is stopped by making the combustion air into the furnace blocked by the blower, resulting in non-ignition. A boiler characterized by
前記内側伝熱管列は、複数の内側伝熱管が円筒状に配列されると共に、隣接する前記内側伝熱管間の隙間が下端部を残して内側縦ヒレで閉塞されて構成され、
前記外側伝熱管列は、複数の外側伝熱管が円筒状に配列されると共に、隣接する前記外側伝熱管間の隙間が上端部を残して外側縦ヒレで閉塞されて構成され、
前記上向き流路は、前記内側縦ヒレの下端部と前記外側縦ヒレの上端部との間において、前記内側伝熱管列と前記外側伝熱管列との間で構成される
ことを特徴とする請求項1に記載のボイラ。 Between the upper header and the lower header, an inner heat transfer tube row and an outer heat transfer tube row are arranged in a concentric cylindrical shape,
The inner heat transfer tube row is configured such that a plurality of inner heat transfer tubes are arranged in a cylindrical shape, and a gap between the adjacent inner heat transfer tubes is closed with an inner vertical fin leaving a lower end portion,
The outer heat transfer tube array is configured such that a plurality of outer heat transfer tubes are arranged in a cylindrical shape, and a gap between adjacent outer heat transfer tubes is closed with an outer vertical fin leaving an upper end portion,
The upward flow path is configured between the inner heat transfer tube row and the outer heat transfer tube row between a lower end portion of the inner vertical fin and an upper end portion of the outer vertical fin. Item 4. The boiler according to item 1.
燃料の密度をγ、重力加速度をg、前記上向き流路の高さをh、送風機の最大吐出圧をP1とするとき、γ×g×h>P1の関係式を満たすように、送風機の選定、送風機をインバータ制御する場合の周波数の設定、送風機の運転中の最大吐出圧の設定、または前記上向き流路の高さhの設定を行う
ことを特徴とするボイラの設計方法。 A boiler design method according to claim 1 or claim 2, wherein
Select the blower so that the relation of γ × g × h> P1 is satisfied, where γ is the fuel density, g is the acceleration of gravity, h is the height of the upward flow path, and P1 is the maximum discharge pressure of the blower. A boiler design method comprising: setting a frequency when the blower is inverter-controlled, setting a maximum discharge pressure during operation of the blower, or setting a height h of the upward flow path.
燃料の密度をγ、重力加速度をg、前記上向き流路の高さをh、送風機の運転中の最大吐出圧をP2とするとき、γ×g×h>P2の関係式を満たすように、送風機の選定、送風機をインバータ制御する場合の周波数の設定、送風機の運転中の最大吐出圧の設定、または前記上向き流路の高さhの設定を行う
ことを特徴とするボイラの設計方法。 A boiler design method according to claim 1 or claim 2, wherein
When the fuel density is γ, the gravitational acceleration is g, the height of the upward flow path is h, and the maximum discharge pressure during operation of the blower is P2, so that the relational expression of γ × g × h> P2 is satisfied. A boiler design method comprising: selecting a blower, setting a frequency when the blower is inverter-controlled, setting a maximum discharge pressure during operation of the blower, or setting a height h of the upward flow path.
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