JP2016153716A - Boiler - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ボイラ装置に関する。より具体的には、排ガスの一部を給気側に循環させて燃焼用空気として用いる排気再循環方式のボイラ装置に関する。 The present invention relates to a boiler device. More specifically, the present invention relates to an exhaust gas recirculation boiler device that circulates a part of exhaust gas to the supply air side and uses it as combustion air.
従来、ボイラ本体において燃料ガスが燃焼されて発生した排ガスの一部を給気側に循環させて外気(空気)に所定の割合で混合し、この混合された混合気を燃焼用空気として燃料ガスを燃焼させる排気再循環方式のボイラ装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。このようなボイラ装置によれば、酸素濃度の低下した排ガスを給気側に再循環させることで、燃料ガスの燃焼温度を低下させられ、その結果、排ガス中に含まれるNOXの濃度を低下させられる。 Conventionally, a part of the exhaust gas generated by combustion of fuel gas in the boiler body is circulated to the supply air side and mixed at a predetermined rate with the outside air (air), and the mixed gas is used as combustion air as fuel gas There has been proposed an exhaust gas recirculation boiler device that combusts (see, for example, Patent Document 1). According to such a boiler apparatus, the combustion temperature of the fuel gas can be lowered by recirculating the exhaust gas having a reduced oxygen concentration to the supply side, and as a result, the concentration of NO x contained in the exhaust gas is reduced. Be made.
ところで、ボイラ装置においては、燃焼用空気は、送風機によりボイラ本体に送り込まれる。ここで、排気再循環方式のボイラ装置では、送風機は、外気と共に外気よりも高温の排ガスを吸引することとなる。そのため、燃料ガスの燃焼量に対応した所定の量(質量)の燃焼用空気を供給する場合、排気再循環方式のボイラ装置では、外気のみを燃焼用空気として用いるボイラ装置に比して送風機の出力を大きくする必要があり、送風機が大型化すると共に、送風機の駆動コストが上昇してしまう。 By the way, in a boiler apparatus, combustion air is sent into a boiler main body by a blower. Here, in the exhaust gas recirculation boiler device, the blower sucks the exhaust gas having a temperature higher than that of the outside air together with the outside air. Therefore, when supplying a predetermined amount (mass) of combustion air corresponding to the combustion amount of the fuel gas, the exhaust gas recirculation type boiler apparatus has a blower that is different from a boiler apparatus that uses only outside air as the combustion air. It is necessary to increase the output, which increases the size of the blower and increases the driving cost of the blower.
従って、本発明は、送風機の大型化を抑制でき、駆動コストを低減できる排気再循環方式のボイラ装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an exhaust gas recirculation type boiler apparatus that can suppress an increase in the size of a blower and reduce driving costs.
本発明は、燃料を燃焼させて給水を加熱するボイラ本体と、前記ボイラ本体で燃料が燃焼されて発生した排ガスを排出する排気路と、先端側が前記ボイラ本体に接続され、前記ボイラ本体に燃焼用空気を供給する給気路と、前記給気路の基端側に接続され前記給気路に燃焼用空気を送り込む送風機と、前記排気路を流通する排ガスの一部を前記送風機に循環させる排気循環路と、前記排気循環路を流通する排ガスと前記給気路を流通する燃焼用空気との間で熱交換を行う熱交換器と、を備えるボイラ装置に関する。 The present invention includes a boiler body that burns fuel to heat feed water, an exhaust passage that discharges exhaust gas generated by the combustion of fuel in the boiler body, and a tip end side connected to the boiler body, and burns to the boiler body An air supply path for supplying air, a blower connected to the base end side of the air supply path and for sending combustion air to the air supply path, and a part of the exhaust gas flowing through the exhaust path is circulated to the blower The present invention relates to a boiler device including an exhaust circuit, and a heat exchanger that performs heat exchange between exhaust gas flowing through the exhaust circuit and combustion air flowing through the air supply path.
また、ボイラ装置は、前記ボイラ本体に水素ガスを含む燃料ガスを供給する水素ガス供給ラインを更に備えることが好ましい。 Moreover, it is preferable that a boiler apparatus is further provided with the hydrogen gas supply line which supplies the fuel gas containing hydrogen gas to the said boiler main body.
また、前記熱交換器は、燃焼用空気の入口及び出口が配置された側が上方に位置し、排ガスの入口及び出口が配置された側が下方に位置するように傾斜して配置される複数のヒートパイプを含んで構成されることが好ましい。 Further, the heat exchanger includes a plurality of heats arranged so as to be inclined such that the side on which the inlet and outlet for combustion air are arranged is located above and the side on which the exhaust gas inlet and outlet are located is located below. It is preferable to include a pipe.
また、前記熱交換器は、プレート式熱交換器により構成されることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said heat exchanger is comprised with a plate-type heat exchanger.
本発明のボイラ装置によれば、送風機の大型化を抑制でき、駆動コストを低減できる。 According to the boiler device of the present invention, the increase in size of the blower can be suppressed, and the driving cost can be reduced.
以下、本発明のボイラ装置1の好ましい一実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態のボイラ装置1は、水を加熱して蒸気の生成を行う蒸気ボイラであり、負荷機器(図示省略)に蒸気を供給する。また、本実施形態のボイラ装置1は、排ガスの一部を給気側に循環させて燃焼用空気として用いる排気再循環方式のボイラ装置1である。尚、本明細書における「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。
Hereinafter, a preferred embodiment of the
図1に示すように、本実施形態のボイラ装置1は、ボイラ本体10と、排気路20と、給気路30と、送風機40と、排気循環路50と、熱交換器としての空気加熱器60と、給水ライン70と、給水加熱器80と、燃料供給ライン90と、を備える。
As shown in FIG. 1, the
ボイラ本体10は、燃料を燃焼させて給水を加熱することで蒸気を生成する。ボイラ本体10は、外形を構成する円筒形状の缶体11と、この缶体11の上部に配置されるバーナ12と、を備える。缶体11は、複数の水管、下部ヘッダ、上部ヘッダ、及び燃焼室(いずれも図示せず)を含んで構成される。
The
排気路20は、ボイラ本体10で燃料が燃焼されて発生した排ガスを外部に排出する。排気路20の基端側は、缶体11の周面に接続される。排気路20の先端側は、上方に延びる。
The
給気路30は、ボイラ本体10に燃焼用空気を供給する。給気路30の先端側は、ボイラ本体10の上部に接続される。給気路30の基端側は、下方に延びる。
The
送風機40は、ボイラ本体10の側部における下部に配置される。送風機40は、給気路30の基端側に接続され、給気路30に燃焼用空気を送り込む。送風機40は、ファンと、このファンを回転させるモータと、インバータと、を含んで構成される。送風機40は、インバータに入力される周波数に応じてモータの回転数を調整可能になっている。
The
排気循環路50は、排気路20と送風機40とを接続する。排気循環路50は、排気路20を流通する排ガスの一部を送風機40側に循環させる。即ち、本実施形態では、送風機40は、外気及び排気循環路50から供給される排ガスを吸引し、これら外気と排ガスとの混合気を燃焼用空気として給気路30に送り込む。
排気循環路50には、ダンパ51が配置される。ダンパ51は、開度を変更することで排気循環路50を流通して送風機40に循環される排ガスの流量を調整する。
The
A
空気加熱器60は、排気循環路50を流通する排ガスと給気路30を流通する燃焼用空気との間で熱交換を行う。本実施形態では、空気加熱器60は、図2に示すように、筐体61と、この筐体61の内部に配置される複数のヒートパイプ62と、筐体61の内部を区画する隔壁63と、を備える。
The
筐体61は空気加熱器60の外形を構成し、平面視において矩形の直方体状に形成される。筐体61の長手方向の一端側には、燃焼用空気の入口64及び出口65が形成される。また、筐体61の長手方向の他端側には、排ガスの入口66及び出口67が形成される。燃焼用空気の入口64は、筐体61の下面に形成され、出口65は、筐体61の上面に形成される。また、排ガスの入口66は、筐体61の上面に形成され、出口67は、筐体61における下面に形成される。
The
複数のヒートパイプ62は、両端が閉止された円筒状の本体621と、この本体621の外周に、本体621の長手方向に所定間隔をあけて取り付けられる複数のフィン622と、を備える。本体621の内部には、作動流体(揮発性の液体)が密閉される。
複数のヒートパイプ62は、筐体61の長手方向に沿って、かつ、燃焼用空気の入口64及び出口65が配置された側が上方に位置するように傾斜して配置される。
The plurality of
The plurality of
隔壁63は、筐体61の長手方向の中央部に配置され、筐体61の内部空間を長手方向に2つに区画する。隔壁63には、複数のヒートパイプ62が挿通可能な複数の貫通穴が形成される。即ち、筐体61の内部は、隔壁63により、下から上に燃焼用空気が流通する空間と、上から下に排ガスが流通する空間とに区画される。
The
以上の空気加熱器60によれば、複数のヒートパイプ62の内部に収容された液体状態の作動流体は、排ガスによって加熱されて気化し、燃焼用空気が流通する側に移動する(上昇する)。また、気化した作動流体は、燃焼用空気により冷却されて液化し、排ガスが流通する側に移動する(下降する)。これにより、燃焼用空気と排ガスとの熱交換が行われる。
According to the
給水ライン70は、基端側が給水源(図示せず)に接続され、先端側がボイラ本体10(下部ヘッダ)に接続される。給水ライン70は、ボイラ本体10に蒸気を生成するための水を供給する。
The
給水加熱器80は、排気路20における排気循環路50との接続部よりも上流側(下方)に配置される。給水加熱器80は、ボイラ本体10から排出され排気路20を流通する排ガスと、給水ライン70を流通する給水との間で熱交換を行い、給水を加熱する。
The
燃料供給ライン90は、ボイラ本体10に燃料ガスを供給する。ボイラ本体10に供給される燃料ガスとしては、プロパンガスや都市ガス等の炭化水素ガスや、プラント等の運転時に副産物として生成される水素ガス、又はこれらの混合ガスを用いることができる。本実施形態では、燃料供給ライン90は、水素ガスを含む燃料ガスが流通する水素ガス供給ラインにより構成される。
The
次に、本実施形態のボイラ装置1の動作について説明する。
ボイラ装置1においては、ボイラ本体10の内部には、給気路30から燃焼用空気が供給されると共に、燃料供給ライン90から燃料ガスが供給されて燃料ガスが燃焼される。また、缶体11の内部に配置された複数の水管には、給水ライン70から給水が行われており、燃料ガスを燃焼させることにより発生した熱により、給水が加熱され蒸気が生成される。
Next, operation | movement of the
In the
燃料ガスの燃焼により生じた燃焼ガスは、排ガスとして排気路20を流通する。排気路20を下方から上方に向かって流通する排ガスは、給水加熱器80において給水ライン70を流通する水との間で熱交換を行い、給水を加熱する。給水加熱器80において熱交換を行って温度が低下した排ガスの一部は、排気循環路50を流通し、残りは外部に排出される。
Combustion gas generated by the combustion of the fuel gas flows through the
排気循環路50を流通する排ガスは、空気加熱器60において、給気路30を流通する燃焼用空気との間で熱交換を行い、燃焼用空気を加熱する。空気加熱器60において熱交換を行って更に温度が低下した排ガスは、送風機40に供給され、外気と共に給気路30に送り込まれる。
これにより、給気側に循環された排ガスと外気とが所定の割合で混合され、この混合された混合気を燃焼用空気として燃料ガスが燃焼される。
The exhaust gas flowing through the
Thereby, the exhaust gas circulated to the air supply side and the outside air are mixed at a predetermined ratio, and the fuel gas is combusted using the mixed air-fuel mixture as combustion air.
以上説明した本実施形態のボイラ装置1によれば、以下のような効果が奏される。
According to the
(1)ボイラ装置1を、排気路20を流通する排ガスの一部を送風機40に循環させる排気循環路50と、この排気循環路50を流通する排ガスと給気路30を流通する燃焼用空気との間で熱交換を行う空気加熱器60と、を含んで構成した。これにより、排気循環路50を流通する排ガスを、燃焼用空気と熱交換させて温度を低下させた状態で送風機40に循環させられる。よって、温度を低下させて排ガスの体積を減少させた状態でこの排ガスを送風機40に吸引させられるので、排気再循環方式のボイラ装置1において送風機40の大型化を抑制でき、また、送風機40の駆動コストの増加を抑制できる。また、排ガスの熱を燃焼用空気に与えられるので、ボイラ効率を好適に保てる。
(1) An exhaust
特に、水素ガスを燃料ガスとして用いた場合、都市ガス等の炭化水素ガスを燃料ガスとして用いた場合に比して燃焼温度が高くなり、排ガス中のNOX濃度が上昇する傾向にある。そのため、循環させる排ガスの量を増加させてNOX濃度を低下させることが求められる。しかしながら、高温の排ガスの循環量を増加させると、送風機40の出力をより増加させる必要があり、送風機40が一層大型化してしまう。このように、排ガスの循環量が増加してしまう環境においては、空気加熱器60により排ガスの温度を低下させて送風機40に供給する本発明のボイラ装置1によれば、送風機40の大型化をより効果的に抑制できる。
In particular, in the case of using hydrogen gas as the fuel gas, the combustion temperature becomes higher than the case of using a hydrocarbon gas such as city gas as a fuel gas, the concentration of NO X in the exhaust gas tends to increase. Therefore, it is required to increase the amount of exhaust gas to be circulated to lower the NO X concentration. However, when the circulation amount of the high-temperature exhaust gas is increased, it is necessary to increase the output of the
(2)空気加熱器60を、複数のヒートパイプ62を含んで構成し、これら複数のヒートパイプ62を、燃焼用空気の入口及び出口が配置された側が上方に位置し、排ガスの入口及び出口が配置された側が下方に位置するように傾斜させて配置した。これにより、ヒートパイプ式の空気加熱器60を用いることで熱交換器をよりコンパクトに構成でき、また、ヒートパイプ62を傾斜させて配置することで、燃焼用空気及び排ガスの流路を複雑化することなく効率的な熱交換を行わせられる。
(2) The
以上、本発明のボイラ装置1の好ましい各実施形態につき説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態では、空気加熱器60をヒートパイプ方式の熱交換器により構成したが、これに限らない。即ち、空気加熱器を、図3に示すように、プレート式熱交換器60Aにより構成してもよい。
The preferred embodiments of the
For example, in the present embodiment, the
図3に示すプレート式熱交換器60Aは、上下フローパターンを有するプレート式の空気加熱器であり、このプレート式熱交換器60Aにおける燃焼用空気の入口64A及び出口65Aは、プレート式熱交換器60Aの長手方向の一端側に設けられ、排ガスの入口66A及び出口67Aは、長手方向の他端側に設けられる。尚、図3においては、プレート式熱交換器60Aは、燃焼用空気及び排ガスの流路を説明するために、内部の詳細構造を省略し模式的に記載したものである。
A
これにより、空気加熱器をプレート式熱交換器60Aにより構成しても、給気路30及び排気循環路50それぞれにおけるプレート式熱交換器60Aを挟む部分を直線上に配置できる。よって、給気路30及び排気循環路50の配管の取り回しを複雑化することなくボイラ装置1を構成できる。
Thereby, even if an air heater is comprised by plate
1 ボイラ装置
10 ボイラ本体
20 排気路
30 給気路
40 送風機
50 排気循環路
60 空気加熱器(熱交換器)
60A プレート式熱交換器
62 ヒートパイプ
64 燃焼用空気の入口
65 燃焼用空気の出口
66 排ガスの入口
67 排ガスの出口
DESCRIPTION OF
60A
Claims (4)
前記ボイラ本体で燃料が燃焼されて発生した排ガスを排出する排気路と、
先端側が前記ボイラ本体に接続され、前記ボイラ本体に燃焼用空気を供給する給気路と、
前記給気路の基端側に接続され前記給気路に燃焼用空気を送り込む送風機と、
前記排気路を流通する排ガスの一部を前記送風機に循環させる排気循環路と、
前記排気循環路を流通する排ガスと前記給気路を流通する燃焼用空気との間で熱交換を行う熱交換器と、を備えるボイラ装置。 A boiler body that burns fuel and heats the feed water;
An exhaust path for discharging exhaust gas generated by burning fuel in the boiler body;
A front end side is connected to the boiler body, and an air supply path for supplying combustion air to the boiler body,
A blower connected to the base end side of the air supply path and for sending combustion air into the air supply path;
An exhaust circulation path for circulating a part of the exhaust gas flowing through the exhaust path to the blower;
A boiler device comprising: a heat exchanger that exchanges heat between exhaust gas flowing through the exhaust circulation path and combustion air flowing through the air supply path.
The boiler device according to claim 2, wherein the heat exchanger is configured by a plate heat exchanger.
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