JP2017138042A - ボイラ - Google Patents
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そこで、20barg以下の低圧ボイラや7barg程度のドンキーボイラ等の小型ボイラのように燃焼室の容積が限られている場合であっても、蒸気消費量を増大させる手法が求められている。本発明者等は、燃焼室の容積が限られている場合であっても、燃料の未燃分を可及的に少なくする燃焼が燃焼室内で可能となれば、ボイラ効率が上がり、従来ボイラと同等性能にて、蒸気消費量の増大に応えることができることに着目した。
すなわち、本発明にかかるボイラは、燃焼室と、前記燃焼室内に火炎を形成するバーナと、前記燃焼室の上方に設けられ、該燃焼室の燃焼ガス出口から導かれた燃焼ガスによって加熱されて蒸気を生成する熱交換器とを備え、前記燃焼ガス出口は、前記バーナの燃料噴射方向に対して交差する方向に設けられ、前記燃料噴射方向は、前記燃焼ガス出口から遠ざかる方向でかつ前記バーナに対向する壁部に向けられ、前記燃焼ガス出口の上流側近傍に向けて追加空気を供給する追加空気供給部が設けられていることを特徴とする。
バーナの燃料噴射方向は、燃料噴射方向に対して交差する燃焼ガス出口から遠ざかる方向でかつバーナに対向する壁部に向けられているので、バーナから噴射されたバーナ噴流は、火炎を形成しながら燃焼ガス出口から遠ざかるように流れ、そして対向する壁部に向かう。そして、バーナ噴流は、バーナに対向する壁部に到達した後に方向転換して燃焼ガス出口へと向かう。このように燃焼室内を大きく使うことができるので、バーナから噴射された燃料の燃焼室内における滞留時間を長くすることができる。これにより、燃料の未燃分を可及的に多く燃焼させることができる。
また、燃焼ガス出口の上流側近傍に向けて追加空気を供給することとしたので、バーナ噴流の主流から外れた燃料が燃焼ガス出口に直接向かってしまう場合であっても、燃焼ガス出口の上流側近傍に向けられた追加空気によって燃焼させることができる。これにより、燃料の未燃分を少なくすることができる。
例えば、バーナに供給する空気の流量に対する前記追加空気の流量の比は、1/5以下とされている。
そこで、バーナの燃料噴射方向と追加空気供給部の供給方向とがなす角を15°以上として、バーナ噴流と追加空気がそれぞれ遠ざかるようにした。これにより、バーナ噴流に追加空気が引き込まれてしまうことを回避することができる。
図1には、本実施形態に係るシリンドリカルボイラ(ボイラ)1が示されている。
シリンドリカルボイラ1は、船舶機関内の雑用蒸気を供給する用途としての補助ボイラとされており、圧力は20barg以下とされている。シリンドリカルボイラ1は、全体が略円筒形とされており、上下方向に軸線を有した状態で立設されている。シリンドリカルボイラ1の下部には、燃焼室3が設けられている。燃焼室3は、水平方向に延在する中心軸線C1(図3参照)を有した円筒形とされている。燃焼室3の側壁の中央には、バーナ5が設けられている。
バーナ5の上方には、図3に示すように、追加空気供給部11が設けられている。バーナ空気および追加空気供給部11から供給される追加空気は、図示しない共通の空気供給ファンから導かれる。バーナ空気のみを供給する場合に比べて、追加空気供給部11からも空気を供給することで、空気の通過断面積を大きく取ることが可能となるため圧損を小さく抑えることができる。
図示しない空気供給ファンからバーナ5及び追加空気供給部11へと空気が供給される。バーナ5に供給されたバーナ空気は、各ベーン9(図2参照)によって旋回が付与された後に燃焼室3内へと供給される。このときに、燃料(例えばC重油)が各噴口7から供給され、旋回するバーナ空気とともにバーナ噴流が形成される。燃焼室3内に噴射されたバーナ噴流は、火炎を形成しつつ、矢印A1に示すように、燃焼室3内を斜め下方に流れて、バーナ5から見て遠い角部へ向かって流れる。対向壁部3cに到達した後に、バーナ噴流は方向転換し、矢印A2に示すように燃焼室3内を大きく迂回して流れて燃焼ガス出口3aへと向かう。
また、追加空気供給部11は、バーナ5よりも上方にて空気を供給するので、バーナ5から噴射されたバーナ噴流の主流から外れた未燃粒子に対して、燃焼ガス出口3aに到達する手前で酸素を供給することができる。
熱交換器13にて生成された蒸気は、上方の蒸気出口15から取り出されて、需要先へと送られる。
バーナ5の燃料噴射方向は、図3の矢印A1で示したように、燃料噴射方向に対して交差する方向に設けられた燃焼ガス出口3aから遠ざかる方向でかつ対向壁部3cに向けて形成されるので、バーナ5から噴射されたバーナ噴流は、火炎を形成しながら燃焼ガス出口3aから遠ざかるように流れ、そして対向壁部3cに向かう。そして、バーナ噴流は、対向壁部3cに到達した後に、図3の矢印A2で示したように、方向転換して燃焼ガス出口3aへと向かう。このように燃焼室3内を大きく使うことができるので、バーナ5から噴射された燃料の燃焼室3内における滞留時間を長くすることができる。これにより、燃料の未燃分を可及的に多く発生させることなく、燃料を燃焼させることができる。
また、図3の矢印A3で示したように、追加空気供給部11から燃焼ガス出口3aの上流側近傍に向けて追加空気を供給することとしたので、バーナ噴流の主流から外れた燃料が燃焼ガス出口3aに直接向かってしまう場合であっても、燃焼ガス出口3aの上流側近傍に向けられた追加空気によって燃焼させることができる。これにより、燃料の未燃分の発生を少なくすることができる。
このような知見に基づいて追加空気の流量を整理したものが図7である。図7には、追加空気の運動量とバーナ空気の運動量との関係が示されている。図7(a)は、全燃焼空気に対する追加空気の流量割合に対して、未燃分量が示されている。同図から分かるように、追加空気の流量割合が20%以下(1/5以下)になると、未燃分量が低下する。このように未燃分量が低下する範囲は、図7(b)に示すように、バーナ空気の運動量に対する追加空気の運動量の割合として整理することができる。すなわち、追加空気の運動量割合がバーナ空気の運動量割合よりも小さいとき(図7(b)の縦軸が1未満のとき)に、追加空気の流量割合が約23%未満となり、図7(a)の未燃分量が低下する範囲と略一致する。したがって、全燃焼空気の流量に対する追加空気の流量の割合は、1/5以下とすることが好ましい。
上記実施形態では、バーナ5から噴射されたバーナ噴流の方向(図3における矢印A1)と、追加空気供給部11から供給される追加空気の供給方向(図3における矢印A3)とが略平行となっている。しかし、バーナ5と追加空気供給部11とが近づいた場合に、追加空気がバーナ噴流に取り込まれてしまい、燃焼ガス出口3aに追加空気を供給して未燃粒子を燃焼させるという効果が得られないおそれがある。そこで、バーナ噴流方向と追加空気流出方向とがなす角度(以下「噴流間角度」という。)を15°以上とすることが好ましい。この場合、バーナ5が斜め下方を向き、追加空気供給部11が斜め上方を向くようになる。これにより、バーナ噴流と追加空気とが離れる方向に流れるので、バーナ噴流に追加空気が引き込まれてしまうことを防止することができる。
3 燃焼室
3a 燃焼ガス出口
3b 一側壁部
3c 対向壁部
5 バーナ
7 噴口
9 ベーン
11 追加空気供給部
13 熱交換器
15 蒸気出口
17 燃焼ガス排気口
Claims (5)
- 燃焼室と、
前記燃焼室内に火炎を形成するバーナと、
前記燃焼室の上方に設けられ、該燃焼室の燃焼ガス出口から導かれた燃焼ガスによって加熱されて蒸気を生成する熱交換器と、
を備え、
前記燃焼ガス出口は、前記バーナの燃料噴射方向に対して交差する方向に設けられ、
前記燃料噴射方向は、前記燃焼ガス出口から遠ざかる方向でかつ前記バーナに対向する壁部に向けられ、
前記燃焼ガス出口の上流側近傍に向けて追加空気を供給する追加空気供給部が設けられていることを特徴とするボイラ。 - 前記追加空気供給部によって供給される追加空気は、前記バーナから噴射されたバーナ噴流が前記燃焼ガス出口に到達する前に、該バーナ噴流と同時刻に供給された追加空気が前記燃焼ガス出口に到達する流速とされていることを特徴とする請求項1に記載のボイラ。
- 前記追加空気供給部から供給される追加空気の運動量は、前記バーナから噴射されたバーナ噴流の運動量以下とされていることを特徴とする請求項1又は2に記載のボイラ。
- 前記バーナと前記追加空気供給部とは、前記燃焼室の同一の壁部に設置されており、
前記バーナの前記燃料噴射方向と前記追加空気供給部の供給方向とがなす角が15°以上とされていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のボイラ。 - 前記追加空気供給部は、複数とされていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のボイラ。
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Country | Link |
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63315805A (ja) * | 1987-06-18 | 1988-12-23 | Babcock Hitachi Kk | 燃焼用空気供給法 |
JP2009145013A (ja) * | 2007-12-17 | 2009-07-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 舶用ボイラ構造 |
-
2016
- 2016-02-02 JP JP2016018341A patent/JP6549047B2/ja active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2009145013A (ja) * | 2007-12-17 | 2009-07-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 舶用ボイラ構造 |
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