JP2014052166A - ボイラ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】上下方向に延びて配置される複数の水管12と、複数の水管12の下方に配置され複数の水管12の下端部に接続される下部ヘッダ13と、複数の水管12の上方に配置され複数の水管12の上端部に接続される上部ヘッダ14と、複数の水管12を加熱するバーナ16と、を有する缶体10を備え、上部ヘッダ14に、水管12において生成された蒸気と該水管12から押し上げられた缶水とを分離する気液分離空間14Aが形成されたボイラ1であって、上部ヘッダ14の内部における気液界面AEFよりも下方に配置されて水管12から押し上げられた缶水の揺動を抑制する揺動抑制板18を更に備える。
【選択図】図1
Description
特許文献1のような保有水量が比較的少ないボイラは、蒸気を生成するまでの起蒸時間が短く、かつ、負荷変動に対する追従性も良好であるため、ボイラの運転効率が高まる。
このため、蒸気の所望の乾き度を取得することと、ボイラの過熱を防止することとのバランスをとって缶体内水位制御が実施されていた。
気液分離空間が形成された上部ヘッダの内部では、気液界面下において水管から上昇する蒸気により気液界面が揺動して液滴が空中に放散され、蒸気の乾き度が低下する。このため、上記のような缶体内水位制御を実施しても、蒸気の所望の乾き度が取得できない場合があった。
これに対し、上部ヘッダに大きな気液分離空間を設けることで、蒸気の乾き度が低下する対策を図ることができるが、必要とされる上部ヘッダの大きな気液分離空間の分、ボイラが大型化する問題がある。
まず、本実施形態に係るボイラの構成について説明する。
図1に示すボイラ1は、缶体10と、降水管20と、外部水位検出部30と、制御部40と、を備える。
複数の水管12は、円環状に配置される内側水管群12Aと、この内側水管群12Aの外側に内側水管群12Aと同軸の円環状に配置される外側水管群12Bと、を構成する。内側水管群12Aおよび外側水管群12Bの中心軸は、ボイラ筐体11の中心軸と一致している。
外側水管群12Bは、内側水管群12Aとの間に所定の空間を形成するように内側水管群12Aから離間して、ボイラ筐体11の内壁近傍に配置される。
下部ヘッダ13には、下部ヘッダ13の内部の缶水を排出させる主排水管50が接続される。主排水管50の途中には、主排水管50における排水量を調節する主排水弁51が設けられる。
上部ヘッダ14の上部には、上部ヘッダ14の内部の蒸気を流出させる蒸気流出管15が接続される。
上部ヘッダ14の詳細については、後述する。
燃焼室60の下方、すなわち下部ヘッダ13の上面および中央部は、耐火材70で覆われる。
降水管20の下部ヘッダ13との接続部分は、降水管20の内部の缶水が下部ヘッダ13に流入できればよく、下部ヘッダ13の中間部に設けられる。一方、降水管20の上部ヘッダ14との接続部分は、上部ヘッダ14の内部に滞留する缶水を可及的に降下できるよう、上部ヘッダ14の下部に設けられる。
副排水弁56は、濃縮ブロー実施時に降水管20を流通する缶水の電気伝導度が所定の閾値を超えると、制御部40によって開弁され、濃縮された缶水を、副排水管55を介して外部へ排出する。なお、濃縮ブローを実施するにあたっては、後述の制御部40は、濃縮ブローを実施前の燃焼時間を記憶しておき、その燃焼時間に基づいて実施タイミングが決定される。
上部ヘッダ14は、図1および図2に示すように、下部ヘッダ13よりも高さが高く構成される。この上部ヘッダ14の内部には、気液分離空間14Aが形成される。また、上部ヘッダ14の内部には、バッフル板17および揺動抑制板18が配置される。
揺動抑制板18は、図3(b)に示すように、上部ヘッダ14の内部に、上部ヘッダ14の内側内壁から外側水管群12Bの直上(外側水管群12Bの開口の一部を覆う)まで外径方向に広がった環状板材である。
分散板部18aは、複数の貫通孔18a1が板材に形成された多孔板部であり、水管12から上昇する蒸気を分散させる。複数の貫通孔18a1の孔径は、蒸気を通過させて整流・細分化できるように水管12の開口径よりも十分小径となっている。分散板部18aの開孔率は、蒸気の整流、細分化を好適に行う観点から、好ましくは、50%〜60%である。
遮蔽板部18bは、貫通孔などの無い遮蔽された環状の板部であり、内側水管群12Aと上部ヘッダ14との接続部分の直上に配置される。
揺動抑制板18は、分散板部18aが基板となっており、遮蔽板部18bの設けられていない部分は全て分散板部18aに構成され、両者が一体化されている。具体的には、揺動抑制板18は、環状の遮蔽板部18bが環状の分散板部18aの一方の面に取り付けられて構成される。
本実施形態に係るボイラ1は、缶水の保有水量が比較的少なく、バーナ16が燃焼を停止しているときには、水管12の水位が水管12の上端よりも低位となる。
本実施形態に係るボイラ1は、上記のような上部ヘッダ14によって気液分離を図るため、セパレータ(気液分離器または汽水分離器)が設けられておらず、上部ヘッダ14に気液分離空間14Aが形成されている。
しかし、気液分離空間14Aが形成された上部ヘッダ14の内部では、気液界面AEF下において水管12から集中して放出される蒸気により気液界面AEFが揺動して液滴が空中に放散され、蒸気の乾き度が低下する。このため、上記のような缶体内水位制御を実施しても、蒸気の所望の乾き度が取得できない場合がある。
第1の方法は、複数の貫通孔18a1が形成された分散板部18aによって、上部ヘッダ14の内部における気液界面AEF下において水管12から放出される蒸気を、複数の貫通孔18a1を通過させて整流・細分化し、蒸気を分散させる。
第2の方法は、内側水管群12Aと上部ヘッダ14との接続部分の直上に配置された遮蔽板部18bによって、上部ヘッダ14の内部における気液界面AEF下においてバーナ16近傍でより激しく沸騰が生じる内側水管群12Aにおける勢いの強い蒸気をこの遮蔽板部18bに衝突させて蒸気の上昇速度を低下させつつ、蒸気が遮蔽板部18bに衝突後に多方向にランダムに移動することを利用して蒸気の上昇範囲を拡大させ、蒸気を分散させる。
これらの第1および第2の方法によって、集中して蒸気が気液界面AEFに上昇することに起因する気液界面AEFの揺動が抑制される。そして、気液界面AEFの揺動による液滴の空中への放散を防止し、蒸気の乾き度の低下を抑制することができる。
10…缶体
12…水管
12A…内側水管群
12B…外側水管群
13…下部ヘッダ
14…上部ヘッダ
14A…気液分離空間
16…バーナ
18…揺動抑制板
18a…分散板部
18a1…貫通孔
18b…遮蔽板部
20…降水管
AEF…気液界面
C1…中心線
Claims (5)
- 上下方向に延びて配置される複数の水管と、
複数の前記水管の下方に配置され複数の前記水管の下端部に接続される下部ヘッダと、
複数の前記水管の上方に配置され複数の前記水管の上端部に接続される上部ヘッダと、
複数の前記水管を加熱するバーナと、を有する缶体を備え、前記上部ヘッダに、前記水管において生成された蒸気と該水管から押し上げられた缶水とを分離する気液分離空間が形成されたボイラであって、
前記上部ヘッダの内部における気液界面よりも下方に配置されて前記水管から押し上げられた缶水の揺動を抑制する揺動抑制板を更に備えるボイラ。 - 前記揺動抑制板は、複数の貫通孔が形成され、前記水管から上昇する蒸気を分散させる分散板部を備える請求項1記載のボイラ。
- 前記揺動抑制板は、前記水管と前記上部ヘッダとの接続部分の直上に配置される遮蔽板部を備える請求項1または2記載のボイラ。
- 前記複数の水管は、円環状に配置される内側水管群と、該内側水管群の外側に該内側水管群と同軸の円環状に配置される外側水管群と、を有し、
前記遮蔽板部は、前記内側水管群と前記上部ヘッダとの接続部分の直上に配置される請求項3記載のボイラ。 - 前記下部ヘッダと前記上部ヘッダとを接続し、前記上部ヘッダに押し上げられた缶水を前記下部ヘッダに降下させる降水管を更に備え、
前記揺動抑制板は、前記降水管と前記上部ヘッダとの接続部分の中心線よりも下方に配置される請求項1から4のいずれか記載のボイラ。
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