JP2916262B2

JP2916262B2 - ボイラ

Info

Publication number: JP2916262B2
Application number: JP5505104A
Authority: JP
Inventors: 良一田中; 護松尾; 洋助片岡; 仁矢原
Original assignee: NIPPON FUAANESU KOGYO KK
Current assignee: NIPPON FUAANESU KOGYO KK
Priority date: 1991-09-02
Filing date: 1992-09-02
Publication date: 1999-07-05
Anticipated expiration: 2014-07-05

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明はボイラに関する。更に詳述すると、本発明
は、ボイラの燃焼炉の改良に関する。

背景技術従来のボイラは一般に一方向燃焼形式の伝熱機構を採
用している。即ち、図23Aに示すように、燃焼室の一端
に設けたバーナ104から噴射された燃焼ガスを燃焼室の
他端側から排出する間に輻射伝熱と対流伝熱とによって
ボイラ水と熱交換させて蒸気を得るようにしている。燃
焼室は輻射熱によってボイラ水を加熱する輻射伝熱部10
1と対流伝熱によってボイラ水を加熱する対流伝熱部102
とに分けて構成されている。

燃焼ガスの炉内循環は、バーナスロートより炉内に向
けて噴射する燃焼用空気の噴射流速が早まることによっ
て、活発になる。この炉内循環ガスは酸素濃度の低い燃
焼ガスであり、バーナスロートから噴射される空気流に
随伴して、この空気を希釈し、酸素濃度の低い混合気と
なって燃料を燃焼させる。ここで、燃焼用混合気中の酸
素濃度は、炉内循環が活発に行われるほど、即ちバーナ
スロートからの空気の噴射速度を早くするほど、低くな
る。そのため、常温の燃焼用空気を用いる従来の燃焼で
は、バーナスロートの空気流速を早くすると、循環流で
希釈された燃焼用混合気が低温でかつ低酸素濃度となる
ため、燃焼が不安定となって失火することとなる。この
ため、従来のバーナでは噴射空気流速は、通常20〜30m/
s程度に制限されている。

このため、炉内ガスの流動が活発に起こらずに局所高
温域が発生し、この局所高温域に合わせて炉内温度が設
定され平均温度が最高限界温度よりもかなり低いものと
なっている。即ち、従来のボイラによると、熱流束と燃
焼ガスの流れとの関係を示す図26に仮想線で示すよう
に、熱流束にはっきりとしたピークを有する。したがっ
て、輻射伝熱部101ではある程度の火炉収熱率となるが
（図23B参照）、この部分だけでは燃焼ガスの熱を十分
利用し切れないので、下流側に対流伝熱部102を設けて
燃焼ガスの熱を回収することが必要である。対流伝熱部
102を設けないと、排ガス温度が極めて高くなり周辺環
境へ与える影響も大きくなるし熱経済も悪化する。

一方、ボイラには過熱蒸気部を設け飽和蒸気を過熱す
るようなタイプのものもある。例えば、図24Aに示すよ
うに、輻射伝熱部101と対流伝熱部102との間に過熱器部
103を設け、輻射伝熱部101と対流伝熱部102において得
られた飽和蒸気を過熱器部103で過熱し、過熱蒸気を得
るようにしている。あるいは、図25Aに示すように、輻
射伝熱部101と対流伝熱部102の後に過熱器部103を設け
燃焼ガスの最下流で過熱を行うようにしている。これら
ボイラにおける過熱温度の調節の代表的な方法として
は、過熱器部103の熱交換器を通らないバイパスを設け
て過熱器部103を通る燃焼ガスの量を制御する方法や過
熱蒸気をボイラ水等との熱交換で冷却したり、過熱蒸気
中に冷却水を吹き込んで冷却する方法等が一般的であ
る。

しかしながら、対流伝熱部102は火炉収熱率が悪いた
め伝熱面積を大きくして熱を回収しなければならず炉が
大型化する問題がある。また、従来の炉の場合、輻射伝
熱部101内においても火炉収熱率が大きく変化するため
水管内を流動するボイラ水の状態が均一でなくなり、場
合によっては蒸気のみの状態となる虞がある。これを防
ぐためにボイラ水の循環を確実にすることが必要となる
ことから、伝熱管の配置に制約を受けたり、強制循環の
ためのポンプや動力を必要としてコスト高を招く問題が
ある。

また、従来の過熱器付ボイラではバイパス路を通る高
温の燃焼ガスによってダンパや煙道などが損傷を受ける
問題があるし、過熱蒸気中に水を吹き込む等の方法で温
度を下げる場合には熱効率が悪化する等の問題がある。
更に、過熱器部103を対流伝熱部102の後に設けると低温
過熱蒸気を得ることができるが熱効率が良くない問題が
ある。また、過熱蒸気温度が予定した温度より低いとき
には過熱器の伝熱面積を増すための改善を要する問題が
ある。

発明の開示本発明は、火炉収熱率の向上と均一化を可能とするボ
イラを提供することを第１の目的とする。また、本発明
はボイラ構造や熱収支を変えずに過熱蒸気の温度コント
ロールが容易なボイラを提供することを第２の目的とす
る。また、本発明は伝熱面積を一定にしたまま収熱量を
増すことが容易なボイラを提供することを第３の目的と
する。更に、本発明は温度ゾーンコントロールが可能な
ボイラを提供することを第４の目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明のボイラは、蓄熱
体を備えると共に該蓄熱体を通して燃焼用空気の供給及
び燃焼ガスの排出を行う一方、前記蓄熱体に対する燃焼
ガス及び燃焼用空気の流れを相対的に切替えて燃焼ガス
の熱で加熱された蓄熱体を通して燃焼用空気を約700℃
以上の高温に予熱して供給するようにした蓄熱型バーナ
システムを少なくとも１バーナシステム以上配置した輻
射伝熱部を有するようにしている。

また、本発明のボイラは、場合によっては輻射伝熱部
から燃焼ガスの一部を導入して対流伝熱によりボイラ水
を加熱する対流伝熱部を併設し、輻射伝熱部で発生した
燃焼ガスの一部を蓄熱型バーナシステムの蓄熱体を通さ
ずに対流伝熱部をバイパスさせてから排気するようにし
ている。

また、本発明のボイラは、上述の蓄熱型バーナシステ
ムをボイラ水の流れ方向に複数バーナシステム配置する
と共に各バーナシステムの対を成す蓄熱型バーナをボイ
ラ水の流れ方向と交差する方向に配置し、各蓄熱型バー
ナシステム毎に燃焼を制御することによってボイラ水の
流れ方向に複数の温度ゾーンを形成し、火炉収熱率の分
布をコントロール可能としている。

また、本発明のボイラは、蓄熱体を備えると共に該蓄
熱体を通して燃焼用空気の供給及び燃焼ガスの排出を行
う一方、前記蓄熱体に対する燃焼ガス及び燃焼用空気の
流れを相対的に切替えて燃焼ガスの熱で加熱された蓄熱
体を通して燃焼用空気を供給するようにした蓄熱型バー
ナシステムを少なくとも１バーナシステム以上配置した
輻射伝熱部と、この輻射伝熱部から燃焼ガスの一部を導
入して飽和蒸気の過熱を行う過熱器部とを有し、輻射伝
熱部で発生した燃焼ガスの一部を蓄熱型バーナシステム
の蓄熱体を通過させずに過熱器部をバイパスさせてから
排気するようにしている。ここで、過熱器部へ導入され
る燃焼ガスの量は過熱蒸気の温度に対応させて制御する
ことが好ましい。

したがって、本発明のボイラは、ボイラ水が伝熱管の
焼損を招く限界温度近くの高温の燃焼ガスからの輻射伝
熱によってのみ加熱されるため火炉収熱率が高い状態に
維持される。即ち、蓄熱燃焼によって、空気温度が700
℃以上に予熱されると、バーナスロートから噴射する空
気の流速を、従来燃焼の数倍（例えば60m/s〜100m/sあ
るいはそれ以上）にしても、燃焼安定性が失われない。
これは、空気速度を増して炉内循環を活発にしたとき、
循環流と空気の混合気中の酸素濃度が如何に低くても、
空気温度が700℃を越える領域では燃焼の安定性は保た
れるからである。この循環流の増加は、炉内ガスの流動
を活発にして炉内燃焼ガスの温度を平均化する。これに
よって、従来燃焼のような局部過熱の恐れがなく、その
局部過熱に合わせて燃焼を制御する必要もなく、図26に
実線で示すように、燃焼室内平均温度を限界温度（Tma
x）近くまで加熱可能となり、炉内温度を1800〜2000℃
といった従来実現不可能であった高温にできる。特に、
対をなすバーナを短時間に交互に燃焼させると、火炎位
置が頻繁に移り変わる非定在火炎となりチューブ内温度
分布がより均一化できる。しかも、燃焼ガス温度は、被
加熱物が許容できる限界の熱流束（例えばボイラのバー
ンアウト限界）を与える温度まで高めることが可能であ
り、伝熱量を大幅に増大する。このため、対流伝熱部を
必要とする従来のボイラと同じ蒸発量を輻射伝熱部だけ
で確保でき、小さな伝熱面積で足りる。例えば、従来の
ボイラに比べて同じ蒸気量を得る場合には、約30％〜60
％程度伝熱面積を小さくできる。しかも、本発明のボイ
ラは、対流伝熱部が不要なので構造が単純で水管群が少
なくでき、据付面積を小さくできかつ安価にできる。ま
た、対流伝熱部を設けるとしても燃焼ガスの一部を抽気
することによって設けることができるので、伝熱面積を
小さくしても火炉収熱率を低下させることがなく、また
排ガス温度も低くできるので熱経済性が高い。また、本
発明のボイラは高温のまま他方のバーナを経て燃焼室外
へ排気される燃焼ガスは、蓄熱体においてその熱が回収
されて比較的低温で大気中に排気され、この回収熱が燃
焼用空気の予熱に使われて再び燃焼室内へ戻されるため
熱収支がよい。このため熱効率を95％程度まで上げるこ
とができ、従来のボイラよりも５％〜10％の熱効率の改
善が可能となる。また、局部過熱を防ぎ炉内温度の平坦
化を可能にすると共に低酸素濃度で燃焼させるため、NO
xを大幅に低減することを可能とする。更に、チューブ
加熱温度差が小さく、チューブへの熱応力も減少しチュ
ーブの延命に効果的となる。

また、本発明のボイラにおいて蓄熱型バーナシステム
をボイラ水の流動方向と直交する方向に複数配置するよ
うにしてボイラ水の流動方向に複数の温度ゾーンを設け
た場合、各蓄熱型バーナの燃焼を制御することによって
輻射伝熱部に燃焼ガス温度の異なるゾーンを形成し火炉
収熱率の分布を自由にコントロールできる。したがっ
て、輻射伝熱部における火炉収熱率の分布を自由にコン
トロールできる。故にボイラ水や温度状態に応じた効果
的な入熱量を制御することができ、必要なところに必要
なだけの熱を与えることができる。これによりボイラの
小型化も可能である。

更に、本発明のボイラは、燃焼ガスの一部を過熱器部
へ抽出して過熱蒸気の過熱を行うため、この抽出燃焼ガ
ス量を制御することによって同じ伝熱面積でも過熱蒸気
の温度を容易にコントロールできる。

図面の簡単な説明図1Aは本発明のボイラの一例を示す原理図、図1Bはそ
のボイラの火炉収熱率を示すグラフである。図2Aは本発
明のボイラの一例を示す原理図で、図2Bはそのボイラの
火炉収熱率を示すグラフである。図3Aは本発明を適用し
た貫流形水管ボイラの横断面図、図3Bは縦断面図であ
る。図4Aは本発明を適用した貫流形水管ボイラの他の実
施例を示す横断面図、図4Bは縦断面図である。図5A図は
適用した本発明を自然循環形水管ボイラの水管に沿った
縦断面図、図5Bは同ボイラの壁面に沿った縦断面図であ
る。図6A図は本発明を適用した自然循環形水管ボイラの
他の実施例を示す水管に沿った縦断面図、図6Bは同ボイ
ラの壁面に沿った縦断面図、図6Cは同ボイラの横断面図
である。図7Aは本発明を適用した真空ボイラの水管を交
差する方向の縦断面図、図7Bは同ボイラの水管に沿った
縦断面図、図7Cは同ボイラの横断面図である。図８は本
発明を適用した真空ボイラの他の実施例を示す縦断面図
である。図9Aは本発明を適用した炉筒ボイラの横断面
図、図9Bは同ボイラの縦断面図である。図10Aは本発明
を適用した炉筒ボイラに他の実施例を示す横断面図、図
10Bは同ボイラの縦断面図である。図11Aは本発明のボイ
ラの他の例を示す原理図、図11Bはそのボイラの火炉収
熱率を示すグラフである。図12Aは本発明の過熱器付ボ
イラの原理図、図12Bはそのボイラの火炉収熱率グラフ
である。図13Aは本発明の過熱器付ボイラの原理図、図1
3Bはそのボイラの火炉収熱率グラフである。図14は本発
明の過熱器付ボイラの過熱蒸気温度の調節方法の一例を
示す原理図である。図15は本発明の過熱器付ボイラの過
熱蒸気温度の調節方法の他の例を示す原理図である。図
16Aは本発明の過熱器付ボイラを適用した自然循環形水
管ボイラの水管に沿った縦断面図、図16Bは同ボイラの
壁面に沿った縦断面図、図16Cは同ボイラの横断面図で
ある。図17Aは本発明の過熱器付ボイラを適用した上焚
きタイプの貫流形水管ボイラの縦断面図、図17Bは下焚
きタイプの貫流形水管ボイラの縦断面図である。図18は
本発明を適用した貫流形水管ボイラの斜視図である。図
19は図18のボイラの縦断面図である。図20は図19のボイ
ラの横断面図である。図21は本発明のボイラに使用され
る蓄熱型バーナシステムの一例を示す概略説明図であ
る。図22は蓄熱型バーナシステムの他の例を示す概略説
明図である。図23Aは従来のボイラを示す原理図、図23B
はそのボイラの火炉収熱率グラフである。図24Aは従来
の過熱器付ボイラを示す原理図、図24Bはそのボイラの
火炉収熱率グラフである。図25Aは従来の他の過熱器付
ボイラを示す原理図、図25Bはそのボイラの火炉収熱率
グラフである。図26は本発明のボイラと従来のボイラと
の炉長方向における熱流束の変化を示すグラフである。

発明を実施するための最良の形態以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて詳
細に説明する。

図1Aに本発明のボイラの一例を原理図で示す。このボ
イラは炉壁の一面に少なくとも１組の蓄熱型バーナシス
テム１を設置した輻射伝熱部15によってのみ燃焼室を構
成したものである。この実施例の場合、同じ炉壁に設置
された少なくとも２基のバーナ2,3と蓄熱体５を組合せ
て１組の蓄熱型バーナシステム１を構成し、バーナ2,3
を交互に燃焼させ、その燃焼ガスを他方のバーナ２ある
いは３及び蓄熱体５を通して排出させるようにしてい
る。

ここで、蓄熱型バーナシステム１は、その構造及び燃
焼方式に特に限定を受けるものではないが、例えば図21
に示すように、１組のバーナ2,3のウィンドボックス４
に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給系７と燃焼ガス
を排出する燃焼ガス排気系８とを四方弁11を介して選択
的に接続可能とし、蓄熱体５を通して燃焼用空気の供給
及び燃焼ガスの排出を図るように設けられている。ま
た、燃焼ガス排気系８と燃焼用空気供給系７とは四方弁
11によって選択的にいずれか一方のバーナ2,3のウィン
ドボックス４に接続され、例えば押し込みファン９によ
って供給される燃焼用空気がウィンドボックス４に供給
されると同時に例えば誘引ファン10によって燃焼ガスが
ウィンドボックス４から吸引され大気中に排出される。
更に、燃料は三方弁13を介していずれか一方のバーナ2,
3に選択的に供給される。尚、符号18はボイラ水が通る
熱交換器である。本実施例では、燃料ノズル6,6はバー
ナスロートを形成する耐火物の内周面から燃料を噴射す
るように設けられており、バーナスロート内を流れる燃
焼用空気の流れに対して燃料が交差するように設置され
ている。燃料ノズル6,6は少なくとも１本埋設されてお
れば足りるが、２本以上を円周方向に等間隔をあけて配
置することによってバーナスロートにおける占有面積割
合を調整可能にして燃料と空気の混合特性を変え得るよ
うにし、かつバーナスロートの中央において火炎が形成
されるように設けられている。また、燃料ノズル6,6か
ら噴射される燃料の流れと空気流との成す角度を変更す
ることによって燃料と空気の混合速度を変えて火炎長さ
を変化させ得る。尚、燃料としては液体燃料やガス燃料
に特に限定されず、微粉炭燃料等も使用可能である。ま
た、燃料ノズルの配置や構造等についても特に限定を受
けるものではなく、例えば燃料をウィンドボックス４内
の手前側とスロートの出口付近とに２段供給し、燃料の
一部と燃焼用空気の全量で一次燃焼させた後に燃焼ガス
中の残存酸素と燃料の残りとで二次燃焼させるようにし
ても良い。また、蓄熱体５としては特に限定されるもの
ではないが、ファインセラミックスで成形されたハニカ
ム状の筒状体の使用が好ましい。

以上のように構成されているので、一対の蓄熱型バー
ナ2,3を交互に燃焼させ、その燃焼ガスを燃焼させてい
ないバーナの燃焼ガス排気系８を介して排気し、蓄熱体
５で燃焼ガスの排熱を回収する。一定時間経過後、燃焼
を停止していた反対側のバーナ３（あるいは２）を燃焼
させてそれまで燃焼させていたバーナ２（あるいは３）
の蓄熱体５を通して燃焼ガスを排出する。他方、燃焼用
空気は停止していたバーナ３（あるいは２）の蓄熱体５
に蓄えられた熱を拾って、例えば700〜1,000℃の高温に
予熱されて供給される。この温度は燃料あるいは混合気
の自己着火温度以上の高温である。このため、高速で炉
内へ噴射されても、火炎が吹き消えることがない。そこ
で、例えば、燃焼用空気は最大燃焼時において60m/s〜1
00m/sあるいは100m/s以上の流速で噴射しても燃焼可能
である。これにより燃焼室内での燃焼ガスの循環が活発
になり、よく撹拌されて燃焼室炉内温度が平坦化される
と共に燃焼用空気の流れに随伴される燃焼ガス量が増え
て混合気の酸素濃度が大幅に低下する。そして、混合気
の自己着火温度以上の高温でかつ低酸素濃度の燃焼用空
気と燃料とが接触した所で酸化発熱反応を開始する。温
度平坦化に伴い伝熱量の増加が図られ、輻射伝熱部のみ
で対流伝熱部を有するのと同等の蒸発量を確保すること
ができる。加えて、燃焼ガスと排ガスの自己再循環が燃
焼室内に発生する強循環によって形成されるために、緩
慢燃焼による低NOx燃焼が可能である。燃焼と排気の切
替えは、適宜間隔例えば20秒〜２分間隔より好ましくは
20秒〜40秒間隔に行なうか、排出される燃焼ガスが制御
温度例えば200℃程度となったときに行なう。

この実施例における火炉収熱率は図1Bに示すようにな
る。

図1Aのボイラを具体的に実施したものを図3A、図3B及
び図4A及び図4Bに示す。この実施例は貫流形水管ボイラ
に適用したものである。このボイラは円筒形の炉20の壁
面に水管群21,21,…,21を埋設し、水管21の下方から給
水されたボイラ水が水管群21,…,21内を上昇する間に加
熱され、上端の気液分離器22において蒸気のみが抽出さ
れ、温水はボイラ水と共に再び下端側から給水される。
この炉20の炉頂部23に一対の蓄熱型バーナ2,3が設置さ
れ、水管21と平行に火炎が形成された後、上方の休止中
のバーナから排気される。また、図4A、図4Bに示すよう
に、炉20の底部24にバーナ2,3を並べて配置し、炉頂部2
3に向けて火炎を形成し炉底部24側から抜き取るように
しても良い。

図2Aに他の実施例を示す。この実施例は対向する炉壁
に夫々少なくとも１組ずつ蓄熱型バーナシステム1,1を
配置し、同じ炉壁に設置されている対となったバーナ2,
3同士では燃焼ガスの移動を行わせず、対向する他の炉
壁に設置されたバーナ2,3との間で燃焼ガスを噴射及び
排出を行なうようにしている。例えば、図示の如く左側
の炉壁の上のバーナ２から噴射された燃焼ガスは、右側
の炉壁の上のバーナ３から燃焼ガス中の排熱を回収して
大気中に放出される。他方、右側の炉壁の下のバーナ２
から噴射された燃焼ガスは、左側の炉壁の下のバーナ３
から燃焼ガス中の排熱を回収して大気中に放出される。
そして、図示していないが、燃焼の切替えによって左側
の下のバーナ３から燃焼ガスが噴き出されると共に右側
の炉壁の上のバーナ３からも燃焼ガスが噴き出される。
そして、それぞれ対向する反対側の炉壁のバーナから排
出される。この場合の火炉収熱率は図2Bに示すようにな
る。

図2Aの実施例のボイラを具体的に実施したものを図５
〜図10に示す。図５及び図６は自然循環形水管ボイラに
実施したもので、下ドラム25と上ドラム26との間を水管
21,21,…,21及び降水管27で連結し、水管群21,21,…,21
内を上昇したボイラ水が上ドラム26に達した後再び降水
管27を降下することによって自然循環するように設けら
れている。ボイラ水は輻射によって激しく熱せられる水
管21内の気水混合物と水管21によって遮蔽され全く熱を
受けないかあるいは緩やかに熱せられる降水管27中の水
との密度差によって自然循環を行わせるものである。本
実施例の場合、水管群21,21,…,21を横切る方向即ち図
上左右方向に火炎が形成されるように４組［図5A及び図
5B参照］設置したり、２組［図6A、図6B及び図6C参照］
設置している。この実施例の自然循環形水管ボイラでは
左右の炉壁に蓄熱型バーナシステム１を構成するバーナ
2,3を設け、一方の炉壁のバーナ２あるいは３から噴射
された燃焼ガスが炉内を横切って他方の炉壁に形成され
たバーナ３あるいは２を経て排出され、バーナに付属す
る蓄熱体５で排熱が回収された後低温排ガスとなって大
気中に排気される。次に、バーナの燃焼を切替えると、
先程の燃焼ガスの熱を回収した蓄熱体５を通して予熱さ
れた燃焼用空気が供給され、少ない燃料で高温の燃焼ガ
スが得られ反対側の炉壁のバーナ及び蓄熱体を通して排
出される。このとき、自然循環形水管ボイラは図5A、図
5Bあるいは図6Aに示すように、中央に降水管27を配管
し、それを挟むように水管21から成る壁面を形成して燃
焼ガスから遮蔽している。また、両側壁面にも水管群2
1,21,…,21は形成されている。

図7A、図7B、図7C及び図８に真空ボイラに適用した実
施例を示す。この真空ボイラは炉の上半部にボイラ水を
流す管28を配設しそれよりも下にボイラ水30を貯留し、
そのボイラ水30内に燃焼室を構成する煙道29を配置して
両端に一対の2,3を設置するようにしている。図7A〜図7
Cに示される実施例の蓄熱型バーナシステム１は同じ炉
壁に左右に２基ずつ配置し、対向するバーナ同士を煙道
29で連結してそれらの間で燃焼ガスの噴射と排出を図る
ようにしている。また、図８に示すように、一対のバー
ナ2,3を対向する炉壁にそれぞれ配置して１本の煙道29
で連結するようにしても良い。

図9A、図9B並びに図10A、図10Bに本発明を炉筒ボイラ
に適用した例を示す。この炉筒ボイラは下半分にボイラ
水30を貯留してそれを貫通するように煙道31を設けると
共に上部に形成した空間32から蒸気を抜き取るようにし
たものである。煙道31から成る燃焼室の両端には蓄熱型
バーナシステム１を構成するバーナ2,3が設置され、燃
焼ガスを煙道31内に流すようにしている。勿論、図10A
及び図10Bに示すように、蓄熱型バーナシステム１及び
燃焼室となる煙道31は１本に限定されず複数本配置して
も良い。

図11Aに更に他の実施例を示す。この実施例は少なく
とも１組の蓄熱型バーナシステムの設置により構成され
る輻射伝熱部15の他に対流伝熱部16を併設し、必要に応
じて輻射伝熱部15から燃焼ガスの一部を抽出するように
設けられている。この実施例における火炉収熱率は図11
Bに示すようになる。

図12A及び図13Aに本発明を応用した過熱器付ボイラの
原理図を示す。図12Aのボイラは、輻射伝熱部15と過熱
器部17とを有し、輻射伝熱部15に設置した一組以上の蓄
熱型バーナシステム１の燃焼ガスの一部を過熱器部17へ
抽出し、輻射伝熱部15において得られた飽和蒸気を過熱
するように設けられている。即ち、蓄熱型バーナシステ
ム１の排気系８と過熱器部17の排気系14とを連結し、燃
焼ガスの一部を過熱器部17を通して排出し、一部を停止
中のの蓄熱体５を通して排出するようにしている。この
場合の火炉収熱率は図12Bに示すようになる。また、図1
3Aに示すように、輻射伝熱部15の対向する壁面に蓄熱型
バーナシステム１をそれぞれ一組以上設置し、異なる壁
面に設置された対向する間で燃焼ガスの噴射・排出を行
うようにし、蓄熱型バーナシステム１を設置した両壁面
の間に形成された過熱器部17へ燃焼ガスの一部を抽出し
て排気するように設けても良い。この場合における火炉
収熱率は図13Bに示すようになる。

図14及び図15に図12A及び図13Aの過熱器付ボイラの過
熱蒸気温度の調節方法の一例を示す。図中、符号36は過
熱蒸気の温度を検出する温度センサ、37は過熱器部17か
らの排気量を調節するダンパ、38は温度センサ36によっ
て制御されるアクチュエータ、39はアクチュエータ38の
動きをダンパ37に伝達するリンク機構である。温度セン
サ36によって検出された過熱蒸気の温度が所定値以上の
場合には、アクチュエータ38を作動させてダンパ37を閉
じ、過熱器部17に燃焼ガスの一部が流出するのを防いで
いるが、所定値を下回った場合にはアクチュエータ38作
動させてダンパ37を開き、燃焼ガスの一部を過熱器部17
を経て排気させる。ここで、過熱器部17を通過する燃焼
ガスの量はダンパ37の開閉度合いによって操作される。

図12A〜図15に示す過熱器付ボイラの具体例を図16A、
図16B、図16C並びに図17A、図17Bに示す。図16A〜図16C
は自然循環形水管ボイラの実施例を示す。このボイラは
炉壁の中央に燃焼ガスの一部を抽出するための排気口33
を水管21と水管21との間に形成し、この排気口33と過熱
器部17とを煙道34で連結して燃焼ガスの一部で飽和蒸気
を過熱するように設けられている。飽和蒸気は上ドラム
26から抽出され過熱器部17内の熱交換器35を通過する。
この熱交換器35の出口には温度センサ36が設けられ、出
口過熱蒸気の温度に応じて過熱器部17内へ導入する燃焼
ガスの量をコントロールするように設けられている。例
えば、過熱器の排気系・煙道40にダンパ37を設け、該ダ
ンパ37の開閉を行うアクチュエータ38の駆動を温度セン
サ36によって制御するようにしている。アクチュエータ
38の動きはリンク機構39を介してダンパ37に回転動とし
て伝達される。

図17に貫流形水管ボイラの実施例を示す。このボイラ
の場合、炉の上部に少なくとも一組以上の蓄熱型バーナ
システムを配置し、底面側に燃焼ガスの一部を抽出する
排気口33を設け、この排気口33と過熱器部17とを連結し
て燃焼ガスの一部をバーナ３あるいは２を通して排出す
る一方、一部を過熱器部17に通してから排出するように
している。過熱器部17には過熱蒸気の温度を検出する温
度センサ36が設けられ、該センサ36によって過熱器部17
の出口のダンパ37の開度を調整するアクチュエータ38の
動きを制御するように設けられている。また、図17Bに
貫流形水管ボイラの他の実施例を示す。この実施例は図
17Aとバーナ2,3の設置位置及び排気口33の位置が正反対
に設けられたものである。

図18〜図20に本発明の他の実施例を示す。この実施例
は、輻射伝熱部15における火炉収熱率の分布を自由にコ
ントロールできるようにした自然循環形水管ボイラで、
昇水方向即ち水管21の管軸方向に複数の蓄熱型バーナシ
ステム1,…,1を配置し、複数の温度ゾーン例えば本実施
例の場合３ゾーンを形成したものである。各温度ゾーン
には水管21と直交する方向即ち水管21,…,21を横切る方
向に一対の蓄熱型バーナ2,3を並べて配置し、隣るバー
ナ同士で１つの蓄熱型バーナシステム１を構成するよう
にしている。本実施例の場合、１壁面当たり、水管21を
横切る方向に４組の蓄熱型バーナシステム１が並設され
て管軸方向（上下方向）に３ゾーンが構成されるように
計12組の蓄熱型バーナシステム（両面で24組）1,1,…,1
が設置されている。したがって、一方のバーナ２あるい
は３から噴射された燃焼ガスは隣るバーナ３あるいは２
から吸引されて排出されるように設けられ、水平方向
（水管21を横切る方向）に火炎が形成される。各ゾーン
で発生した燃焼ガスは左右の隣るバーナから吸引排気さ
れるため、上下方向には流れず各温度ゾーン毎に実質的
に仕切られたようになる。このため、各温度ゾーンのバ
ーナの燃焼量をコントロールすることによって各ゾーン
毎に温度を任意に設定できる。依って、下ドラム25寄り
の上流の温度ゾーンほど燃焼温度が低く、上ドラム26寄
りの下流の温度ゾーンが最も高くなるように燃焼を制御
すればボイラ水が効果的に加熱され火炉収熱率の分布を
高い状態にコントロールできる。

尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の一例ではあ
るがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱
しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、
本実施例では蓄熱型バーナシステム１は、蓄熱体５が固
定され燃焼方向を交互に切替えることによって、即ち燃
焼させるバーナを交互に切替えることによって、蓄熱体
５に対する燃焼ガス及び燃焼用空気の流路を切替えるよ
うにしているが、これに特に限定されるものではなく、
図22に示すように燃焼方向即ち燃焼するバーナ51を一定
とし蓄熱体５を回転させることによって、蓄熱体５に対
する燃焼ガス及び燃焼用空気の流れを相対的に切替える
ようにしても良い。また、本実施例の場合、燃焼用空気
供給系７と排気系８とを選択的に蓄熱体５に接続させる
ための流路切替手段として四方弁11を例示しているがこ
れに特に限定されるものではなく、スプールタイプの流
路切替弁やその他の流路切替手段の採用が可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者矢原仁神奈川県横浜市鶴見区尻手２丁目１番53 号日本ファーネス工業株式会社内 (56)参考文献特開昭59−93187（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−48234（ＪＰ，Ａ) 特開平１−222102（ＪＰ，Ａ) 特公昭51−47131（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F23L 15/00 F23L 15/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】蓄熱体を備えると共に該蓄熱体を通して燃
焼用空気の供給及び燃焼ガスの排出を行う一方、前記蓄
熱体に対する燃焼ガス及び燃焼用空気の流れを相対的に
切替えて燃焼ガスの熱で加熱された蓄熱体を通して燃焼
用空気を約700℃以上の高温に予熱して供給するように
した蓄熱型バーナシステムを少なくとも１バーナシステ
ム以上配置した輻射伝熱部のみから成ることを特徴とす
るボイラ。
【請求項２】蓄熱体を備えると共に該蓄熱体を通して燃
焼用空気の供給及び燃焼ガスの排出を行う一方、前記蓄
熱体に対する燃焼ガス及び燃焼用空気の流れを相対的に
切り替えて燃焼ガスの熱で加熱された蓄熱体を通して燃
焼用空気を約700℃以上の高温に予熱して供給するよう
にした蓄熱型バーナシステムを少なくとも１システム以
上配置した輻射伝熱部と、前記輻射伝熱部から燃焼ガス
の一部を導入して対流伝熱によりボイ水を加熱する対流
伝熱部とを併設し、前記輻射伝熱部で発生した燃焼ガス
の一部を前記蓄熱型バーナシステムの蓄熱体を通過させ
ずに前記対流伝熱部をバイパスさせてから排気するよう
にしたことを特徴とするボイラ。
【請求項３】蓄熱体を備えると共に該蓄熱体を通して燃
焼用空気の供給及び燃焼ガスの排出を行う一方、前記蓄
熱体に対する燃焼ガス及び燃焼用空気の流れを相対的に
切り替えて燃焼ガスの熱で加熱された蓄熱体を通して燃
焼用空気を約700℃以上の高温に予熱して供給するよう
にした蓄熱型バーナシステムをボイラ水の流れ方向に複
数バーナシステム配置すると共に各バーナシステムの対
を成す蓄熱型バーナをボイラ水の流れ方向と交差する方
向に配置し、各蓄熱型バーナシステム毎に燃焼を制御す
ることによってボイラ水の流れ方向に複数の温度ゾーン
を形成し、火炉収熱率の分布をコントール可能としたこ
とを特徴とするボイラ。
【請求項４】蓄熱体を備えると共に該蓄熱体を通して燃
焼用空気の供給及び燃焼ガスの排出を行う一方、前記蓄
熱体に対する燃焼ガス及び燃焼用空気の流れを相対的に
切替えて燃焼ガスの熱で加熱された蓄熱体を通して燃焼
用空気を約700℃以上の高温に予熱して供給するように
した蓄熱型バーナシステムを少なくとも１バーナシステ
ム以上配置した輻射伝熱部と、前記輻射伝熱部から燃焼
ガスの一部を導入して飽和蒸気の過熱を行う過熱器部と
を有し、前記輻射伝熱部で発生した燃焼ガスの一部を前
記蓄熱型バーナシステムの蓄熱体を通過させずに前記過
熱器部をバイパスさせてから排気するようにしたことを
特徴とするボイラ。
【請求項５】前記過熱器部へ導入される燃焼ガスの量を
過熱蒸気の温度に対応させて制御することを特徴とする
請求の範囲第４項記載のボイラ。