JP2014052167A - 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、下部ヘッダ13と上部ヘッダ14とを連通する降水管20と、降水管20に接続される給水管90と、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。
これに対し、缶水の所望の還流量を取得するために上部ヘッダの大型化や降水管の本数の増加などの対策を実施すると、ボイラの大型化や高コスト化を招く。
まず、第1実施形態に係るボイラ1の構成について説明する。
図1および図2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。
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、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。
降水管20および給水管90の詳細については、後述する。
降水管20は、図2に示すように、上側水平方向部21と、上側屈曲部22と、鉛直方向部23と、下側屈曲部24と、下側水平方向部25と、を有する。
上側水平方向部21から上側屈曲部22への接続は、両者が端部に有するフランジ21f,22f1を接合することにより行われる。
また、水平方向端部22aの末端では、端部のフランジ22f2に閉塞板26が接合される。
鉛直方向部23は、上側屈曲部22および下側屈曲部24と一体的に形成されている。
水平方向端部24aの末端では、端部のフランジ24f1に閉塞板27が接合される。
下側屈曲部24から下側水平方向部25への接続は、両者が端部に有するフランジ24f2,25fを接合することにより行われる。
この給水管90の管径は、降水管20の管径よりも小径であり、降水管20との接続部分の開口径は、降水管20の管径よりも小径となっている。
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。
しかしながら、降水管20を通じて上部ヘッダ14の内部に滞留する缶水を下部ヘッダ13に還流させる場合に、降水管20の上部領域に気相溜まりが生じ、気相溜まりが上部ヘッダ14の内部に滞留する缶水の還流を阻害し、十分な缶水の還流量を取得できない場合がある。
具体的には、図3の(1)に示すように、降水管20の上側屈曲部22の直上から上側屈曲部22に接続された給水管90から給水を行い、降水管20内の蒸気が凝縮する吸熱反応を生じさせるとともに、給水の噴流の動圧によって降水管20の上部領域にエジェクタ効果による負圧を生じさせる。これらの蒸気の凝縮と負圧とによって、上部ヘッダ14の内部に滞留する缶水を降水管20に引き込み降水を誘引し(給水による缶水の引き込み効果)、降水管20を介した缶水の還流量を増加する。
また、降水管20に接続された給水管90からの給水は、吸熱反応により降水管20内の蒸気を凝縮させ、凝縮した蒸気が降水管20の缶水に含まれ、下部ヘッダ13の水管12の入口温度を上昇させる。これにより、水管12の過熱限界水位が低下し、水管12の加熱量が増大して水管12において生成される蒸発量(蒸気速度)が増大するため、水管12の内壁が濡れ易くなり、ボイラ1の過熱を抑制できる。
第2実施形態では、給水管90の降水管20との接続部分の構成が第1実施形態と異なるが他の部分は同様であるため、その特徴部分を説明し、同様の構成については説明を省略する。
図4は、本実施形態に係る給水管90の降水管20との接続部分を拡大して示す部分拡大図である。
本実施形態では、給水管90は、給水内管90aを有する。
給水内管90aは、降水管20の上側屈曲部22との接続部分から鉛直方向部23の内部に鉛直方向に延出されている。
給水内管90aは、中心軸C3を降水管20の鉛直方向部23の管中心軸C2と一致させた状態で給水管90に接続され、給水管90の管径と同じ管径を有し、先端が水管12内の缶水の水位と同程度の高さ位置まで延出されている。
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
15…バーナ
20…降水管
21…上側水平方向部
22…上側屈曲部
23…鉛直方向部
24…降水管
AEF…気液界面
Co…開口中心
C2…管中心軸
Claims (4)
- 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、
前記下部ヘッダと前記上部ヘッダとを連通する降水管と、
前記降水管に接続される給水管と、を更に備えるボイラ。 - 前記降水管は、前記上部ヘッダから水平方向に延びる水平方向部と、前記水平方向部から下方へ屈曲する屈曲部と、前記屈曲部から鉛直方向に下降する鉛直方向部と、を有し、
前記給水管は、前記降水管の前記屈曲部の直上から前記屈曲部に接続される請求項1記載のボイラ。 - 前記給水管の前記降水管との接続部分の開口径は、前記降水管の管径よりも小径である請求項2記載のボイラ。
- 前記給水管の前記降水管との接続部分の開口中心は、前記降水管の前記鉛直方向部の管中心軸と一致する請求項3記載のボイラ。
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