JP2507407Y2 - 角型多管式貫流ボイラ― - Google Patents

角型多管式貫流ボイラ―

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JP2507407Y2 JP1988141663U JP14166388U JP2507407Y2 JP 2507407 Y2 JP2507407 Y2 JP 2507407Y2 JP 1988141663 U JP1988141663 U JP 1988141663U JP 14166388 U JP14166388 U JP 14166388U JP 2507407 Y2 JP2507407 Y2 JP 2507407Y2
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保 三浦
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Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、燃焼ガスを水管に対する交叉線方向に直
線的に流通させる形式の角型多管式貫流ボイラーに関す
るものである。
〔従来の技術〕
一般に小型の多管式貫流ボイラーは、円筒形の缶体構
造をベースとして製作されている。これは、水管を環状
に配置し、その内部を燃焼室とするのが燃焼ガスの熱交
換効率を良くするために望ましいと考えられていること
による。
しかし、このような缶体構造とすると、ボイラーの設
置場所や配置状況によっては比較的大きなスペースを占
有することになり易いため、近年では所謂角型缶体構造
をベースとした種々の多管式貫流ボイラーが提案されて
いる。
ここで前記の角型缶体構造とは、多数の水管を実質上
平行に配置し、この水管群の側方に燃焼室を形成したも
のをいい、燃焼ガスは水管群に対して交差方向に通過す
るようになっている。この形式の例としては、例えば特
開昭60−205105号公報,特公昭63−14271号公報,実開
昭56−136904号公報等に開示されたものがある。
また、近年では環境汚染問題等により、ボイラーにお
いても有害燃焼排気物、特にNOx,CO等の更なる低減化が
求められている。
このような有害燃焼排気物のうち、NOx(特に、サー
マルNOx)は、燃焼火炎(あるいは燃焼ガス)の温度を
約1450℃以下とすることにより、その生成を抑制でき、
COは、燃焼火炎(あるいは燃焼ガス)の温度を一定の温
度範囲に保つことにより、CO2への酸化を促進し得ると
ともにCO2からの熱解離を抑制し得ることが知られてい
る。
この種の有害燃焼排気物の低減化対策としては、排気
ガスを再循環させる方法,予混合気に水を噴射する方
法,特公昭56−46046号公報に見られるように、燃料過
剰で一次燃焼させて、その後流で二次空気を混入して二
次燃焼させる、所謂二段燃焼方法,特開昭60−78247号
公報に見られるように、バーナ近傍の冷体物により燃焼
ガス温度を調製した後、熱交換器までの間の断熱空間内
でCOを酸化させるもの等がある。
〔考案が解決しようとする課題〕
ところで、従来の角型缶体構造のボイラーでは、バー
ナ直前に所定の火炎が形成されるように、水管や水冷壁
で囲まれた一定値以上の容積の燃焼室が対流伝熱部とは
別個に必要となる。そのため、自ずと缶体容積の増大を
招くだけでなく、このような燃焼室を形成してあると、
燃焼室内の火炎温度が理論燃焼温度近くまで上昇し、サ
ーマルNOxの発生を助長するとともに、CO2が熱解離して
COを形成して有害燃焼排気物の増加を招くという問題が
生じる。
前述により、有害燃焼排気物の適切な低減化対策を施
すことが求められるが、単にそうするのみではボイラー
の大型化、複雑化を招き、コストも上昇する。
〔課題を解決するための手段〕
この考案は、前記の課題を解決するためになされたも
ので、複数本の垂直水管を1列に整列配置するととも
に、隣合う垂直水管同士をフィン状部材で連結して水管
壁を形成し、該水管壁を2枚対面させて配置し、該一対
の水管壁を構成する各垂直水管の上下端を上下のヘッダ
にそれぞれ連結し、前記一対の水管壁の長手方向の一端
部にバーナを設けるとともに、他端部に排ガス出口を設
け、前記一対の水管壁と前記上下のヘッダとにより前記
バーナからの燃焼ガスが実質上直線的に通過するガス通
路を形成し、該ガス通路内に、前記燃焼ガスの流通を許
容する間隔をもって、かつ当該ガス通路のほぼ全域に亘
って多数の垂直水管を挿設し、該垂直水管のうち前記水
管壁に対面する垂直水管を前記水管壁を構成する垂直水
管に対して千鳥状に配置し、さらに前記ガス通路内に挿
設した多数の垂直水管の上下端を前記上下のヘッダにそ
れぞれ連結することにより矩形状の缶体を形成し、前記
バーナと該バーナの直前に対面する垂直水管との距離を
垂直水管の直径dの略3倍の長さに等しいかそれよりも
小さく設定するとともに、各垂直水管の相互の間隙を垂
直水管の直径dと略等しいかそれ以下に設定してなるこ
とを特徴とする角型多管式貫流ボイラーである。
〔作用〕
この考案によれば、複数の垂直水管からなる一対の水
管壁と上下のヘッダとによりガス通路を形成し、このガ
ス通路内のほぼ全域に亘って多数の垂直水管を挿設し、
この垂直水管を前記水管壁を構成する垂直水管に対して
千鳥状に配置するとともに、前記各垂直水管間の隙間並
びにバーナと垂直水管との距離を調整して缶体を構成
し、バーナからの燃焼ガスを一対の水管壁間に挿設配置
した垂直水管群の隙間に導いてこの隙間空間で効果的に
燃焼させることができるため、独立した広い空間部を必
要とする燃焼室がなくなり、また、この燃焼ガスは、バ
ーナの直前に対面する垂直水管を含めた前記垂直水管群
によって温度制御されるため、有害燃焼排気物の発生が
抑制される。
〔実施例〕
以下、この考案の具体的実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。
第1図は、この考案に係る角型多管式貫流ボイラーの
一実施例を示すもので、図面には缶体における水管の配
列状態を示してある。
図面において、ボイラの缶体10は、矩形状をしてお
り、多数の垂直水管1,1′を実質上平行に縦列配置する
ことにより、全体で図示するような縦長の角型缶体を構
成している。
前記の多数の垂直水管1,1′のうち、缶体10の両側外
方に位置する垂直水管1′,1′,…は、隣合う垂直水管
1′同士をフィン状部材3で連結してあり、このように
構成することにより垂直水管1′同士の間隔を塞いだ状
態として、1枚の矩形状の壁部材、即ち、水管壁9とし
て構成してある。従って、この水管壁9は、缶体10の外
郭を構成するとともに、伝熱面としての機能も具備して
いる。そして、このように構成した水管壁9は、缶体10
の両側において、所要の間隔を保持した状態で2枚を対
面させ、かつ両者が互いにほぼ平行をなすように配置
し、一対となった水管壁9,9をそれぞれ構成する各垂直
水管1′,1′,…の上下端を、上下のヘッダ(図示省
略)にそれぞれ連結してある。
前記一対の水管壁9,9の長手方向(第1図における上
下方向)の一端部(第1図における上端側)には予混合
式バーナ等のバーナ2が設けられており、また他端部
(第1図における下端側)には排ガス出口7が設けられ
ている。この結果、前記一対の水管壁9,9と前記上下の
ヘッダとにより、バーナ2からの燃焼ガスが実質上直線
的に通過するガス通路8を形成している。ここで、前記
燃焼ガスとは、燃焼反応が光として明確に目視可能な燃
焼火炎,目視不可能な燃焼反応中のガスを含んでおり、
さらに、燃焼反応後のガスを含む。特に、燃焼火炎を指
す必要がある場合には、「燃焼火炎」と称する。
前記ガス通路8内には、前記バーナ2からの燃焼ガス
の流通を許容する所定の間隔をもって、多数の垂直水管
1,1,…が挿設されている。各垂直水管1の相互の間隔
は、前記燃焼ガスと各垂直水管1との対流伝熱効率を向
上させるためには、なるべく狭く設定するのが好ましい
が、極端に狭くすると、各垂直水管1周りのガス流速が
速くなり過ぎて圧力損失が大きくなり、逆に極端に広く
すると、ガス流速が遅くなって前記対流伝熱効率が低下
し、さらに挿設する垂直水管1の本数も減少せざるを得
ず、これは伝熱面積が減少することとなり、伝熱量自体
も減少することとなる。
従って、この点において、各垂直水管1の相互の間隔
は、第1図に示すように、垂直水管1の直径d以下とす
る。そして、前記各垂直水管1は、前記間隔を保持して
前記ガス通路8のほぼ全域に亘って挿設されている。
このように、前記ガス通路8内のほぼ全域に亘って挿
設された各垂直水管1の上下端は、前記両水管壁9,9を
構成する垂直水管1′,1′,…と同様、前記上下のヘッ
ダにそれぞれ連結してある。
また、前記ガス通路8内に挿設された各垂直水管1の
うち前記水管壁9に対面する垂直水管1は、図示するよ
うに、前記両水管壁9,9を構成する垂直水管1′,1′,
…とそれぞれ千鳥配列となるように配置してある。
換言すれば、前記ガス通路8、即ち、水管壁9,9間に
位置する多数の垂直水管1は、缶体10の幅方向の2本を
1列とし、多数列にわたって水管壁9,9の長手方向に整
列した状態にあり、この水管列A,B,…と水管壁9,9を構
成する垂直水管1′とは、缶体10の長手方向の配置ピッ
チを異にし(半ピッチずらせた)、千鳥状配列となって
いる。そして、前記の各垂直水管1,1′の間隙は、垂直
水管1(或は、垂直水管1′)の直径dと略等しいかそ
れ以下に設定してある。即ち、水管壁9,9における垂直
水管1′同士の間隙、各水管列A,B,…における垂直水管
1同士の間隙、水管列A,B,…の各列の間隙並びに、水管
壁9,9の垂直水管1′と各水管列A,B,…の垂直水管1の
隣合うもの同士の間隙を、垂直水管1(或は、垂直水管
1′)の直径dと略等しいか、それ以下に設定する。
尚、これらの各間隙は、全て同一であっても、互いに
異なっていても、前述の条件内にあればよい。
さらに、前記ガス通路8内において前記バーナ2と対
面する垂直水管1,1は、図示するように、前記バーナ2
に比較的近接した位置に配置されており、前記バーナ2
とこれに対面する第1の水管列Aの垂直水管1,1との間
隔もきわめて小さいものとなっている。
即ち、前記バーナ2と、この直前に位置する第1の水
管列Aとの間隙は、所定距離、例えば、垂直水管1の直
径dの略3倍に等しいか、それ以下に設定してある。
尚、バーナ2として、予混合式バーナについて説明し
たが、これは缶体10の横幅が前記のとおり幅狭であり、
バーナ取付け用の間口(図示省略)が限られているた
め、比較的コンパクトに構成することができる高負荷燃
焼バーナが好ましい。
以上のように、この実施例においては、前記ガス通路
8内における各垂直水管1の配置密度は、図示するよう
に、各垂直水管1の相互の間隔の点および前記バーナ2
とこれに対面する垂直水管1,1との間隔の点から、比較
的密な状態で配置されていることになり、このような配
置とすることにより、前記両水管壁9,9と前記両ヘッダ
および前記各垂直水管1とにより構成される缶体10につ
いて定められた横幅を縮小することができるとともに、
缶体10について定められた横幅内により多くの垂直水管
1を挿設することができる。前記横幅は、第1図におけ
る左右方向の幅で、これは前記両ヘッダの断面積に関す
る規定に基づいて設定される。
以上の構成において、バーナ2に供給された予混合気
は、バーナ2から燃焼火炎として前記ガス通路8内に噴
出し、この後、前記バーナ2からの燃焼ガスは、缶体10
内に形成されたガス通路8を、第1図における上方側か
ら下方側に向かって流通する過程において、水管壁9,9
間の垂直水管1の隙間空間内で完全かつ最終的に燃焼
し、その燃焼過程において前記ガス通路8内に挿設され
た多数の垂直水管1,1,…へ対流による熱伝達を終えた
後、ガス通路8の下流側(図中下方側)の排ガス出口7
からエコノマイザーを介して、あるいは直接煙突(図示
省略)から排気ガスとして排出される。
バーナ2と第1の水管列A、並びに、水管壁9,9との
間隙を上述の如く設定してあるため、バーナ2からの燃
焼火炎は、各水管列A,B,…における垂直水管1の隙間を
通して、缶体10の長手方向に長く延びることになり、こ
の隙間空間内でも燃焼反応が生じる。
この結果、バーナ2から燃焼火炎は、第1の水管列A
から次々と各水管列B,C,…に、また水管壁9,9にも接触
し、各垂直水管1,1,…,1′,1′,…に対して上流側のも
のから順次に伝熱を行うが、この際の火炎温度を例えば
1200℃〜1300℃程度に低く抑えることができ、サーマル
NOxの生成を抑制することができる。
さらに燃焼火炎は、各垂直水管1,1,…により各垂直水
管1,1,…,1′,1′,…の隙間において渦流となるため、
保炎性が向上するとともに、未燃ガスが火炎流に急速に
取込まれて完全燃焼が行われ、特にCOは酸化されてCO2
となる。
また、燃焼反応後の燃焼ガスも、各垂直水管1,1,…並
びに水管壁9,9を構成する各垂直水管1′,1′,…に接
触しながら缶体10の長手方向に通過するようになり、比
較的低い温度範囲に保たれる。従って、CO2のCOへの熱
解離が抑制される。
即ち、前記の如き缶体構造とすることにより、バーナ
2からの燃焼ガスのガス通路8を直線状に比較的長く設
定できて、燃焼ガスを缶体10内に比較的低温状態で停留
させておくことができ、別個に燃焼室を形成する必要が
なくなる。このことは、缶体10がコンパクトになると同
時に、燃焼火炎に渦流を与える作用によって有害排気物
の低減につながる。
例えば、従来の缶体とこの考案に係る缶体10につい
て、外形寸法、燃焼負荷を同一として有害排気物の生成
量を調べると、NOxは70〜80ppmから40ppmに低減し、CO
については、この考案に係る缶体10は50ppm以下と低く
なっている。これらNOx,CO値は、排ガス循環装置付きの
ボイラーで循環率を10%としたものと同等であるが、こ
の考案のボイラーでは、全く循環させず、1方向にのみ
燃焼ガスを流通させる形式でこのような有害排気物の低
減作用があり、しかも排ガス循環用の複雑な配管が不要
で、構造が極めてシンプルになる。
尚、使用する垂直水管1としては、直管のものに限ら
ず、エロフィン水管やヒレ付水管を用いることができ
る。また、以上のような伝熱面密度を異にする水管を用
いた水管列を、燃焼ガスの流れ方向渦流に向けて、伝熱
面密度が大きくなるように配列してもよい。
〔考案の効果〕
以上のように、この考案に係る角型多管式貫流ボイラ
ーによれば、複数の垂直水管からなる一対の水管壁と上
下のヘッダとによりガス通路を形成し、このガス通路内
のほぼ全域に亘って多数の垂直水管を挿設し、この垂直
水管を前記水管壁を構成する垂直水管に対して千鳥状に
配置するとともに、前記各垂直水管間の隙間並びにバー
ナと垂直水管との距離を調整して缶体を構成し、バーナ
からの燃焼ガスを垂直水管間の隙間に導いて、この隙間
空間内で燃焼反応を生じさせるようにしたので、従来の
ような缶体内に比較的広い、独立した空間部を必要とす
る燃焼室がなくなり、缶体の長手方向の横幅を幅狭なも
のとすることができ、缶体のコンパクト化、並びに、省
スペース化を図ることができるとともに、矩形薄型のボ
イラーの実現が可能となる。
また、この考案に係る角型多管式貫流ボイラーによれ
ば、前記多数の垂直水管の隙間空間での燃焼ガスの温度
を各垂直水管によって比較的低い温度範囲に制御して、
有害燃焼排気物の発生を抑えられるため、従来の如く有
害排気物抑制のための特別な装置、構造が不要であり、
構造簡単で低コスト化が図れる。
さらに、この考案に係る角型多管式貫流ボイラーは、
上述のように横幅の縮小が容易に行えるから、同一効率
で比較した場合の全体の大きさを縮小し、設置スペース
の削減を可能にし、同一スペースでも多くのボイラーが
設置できるため、近年、効率化のために賞用されている
ボイラーの多缶設置システムにおいて、ボイラーの密着
設置が可能という点で著効を奏しており、この種の角型
多管式貫流ボイラーとしては頗る効果的である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この考案に係る角型多管式貫流ボイラーの一
実施例の缶体構造における水管配置を説明する平断面説
明図である。 1,1′……垂直水管 2……バーナ 3……フィン状部材 7……排ガス出口 8……ガス通路 9……水管壁 10……缶体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−272207(JP,A) 特開 平2−75803(JP,A) ガスボイラテクニカルレポートNo. 15「多缶設置専用ガススチームユニット システム」(大阪ガス)〔昭63−10− 27〕

Claims (1)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数本の垂直水管1′を1列に整列配置す
    るとともに、隣合う垂直水管1′同士をフィン状部材3
    で連結して水管壁9を形成し、該水管壁9を2枚対面さ
    せて配置し、該一対の水管壁9,9を構成する各垂直水管
    1′の上下端を上下のヘッダにそれぞれ連結し、前記一
    対の水管壁9,9の長手方向の一端部にバーナ2を設ける
    とともに、他端部に排ガス出口7を設け、前記一対の水
    管壁9,9と前記上下のヘッダとにより前記バーナ2から
    の燃焼ガスが実質上直線的に通過するガス通路8を形成
    し、該ガス通路8内に、前記燃焼ガスの流通を許容する
    間隔をもって、かつ当該ガス通路8のほぼ全域に亘って
    多数の垂直水管1を挿設し、該垂直水管1のうち前記水
    管壁9に対面する垂直水管1を前記水管壁9を構成する
    垂直水管1′に対して千鳥状に配置し、さらに前記ガス
    通路8内に挿設した多数の垂直水管1の上下端を前記上
    下のヘッダにそれぞれ連結することにより矩形状の缶体
    10を形成し、前記バーナ2と該バーナ2の直前に対面す
    る垂直水管1との距離を垂直水管の直径dの略3倍の長
    さに等しいかそれよりも小さく設定するとともに、各垂
    直水管1,1′の相互の間隙を垂直水管の直径dと略等し
    いかそれ以下に設定してなることを特徴とする角型多管
    式貫流ボイラー。
JP1988141663U 1988-10-28 1988-10-28 角型多管式貫流ボイラ― Expired - Lifetime JP2507407Y2 (ja)

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JPH0781682B2 (ja) * 1988-09-10 1995-09-06 株式会社平川鉄工所 炉筒水管ボイラ
JPH02272207A (ja) * 1988-09-10 1990-11-07 Kansai Electric Power Co Inc:The 水管式ボイラとその燃焼方法

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ガスボイラテクニカルレポートNo.15「多缶設置専用ガススチームユニットシステム」(大阪ガス)〔昭63−10−27〕

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