JP3459701B2 - ガス焚多管貫流ボイラ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガス焚多管貫流ボイラの
改良に係り、燃焼室内のガス供給側に位置する適数の水
管列の間隙内へ、セラミック粒体を充填して燃焼層を形
成し、該燃焼層内へ予混合ガスを供給することにより、
低ＮＯx ・高出力密度の安定した燃焼が行え、ボイラ装
置の大幅な小型化と高性能化を達成できるようにしたガ
ス焚多管貫流ボイラに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガス焚多管貫流ボイラでは、一般に燃焼
室内でガスと空気を強制混合しつつ燃焼させるようにし
たブラスト燃焼方式が多用されている。しかし、前記ブ
ラスト燃焼方式は、噴出ガス（又は噴出部分予混合ガ
ス）の周囲へ空気を圧送して両者を強制混合させ、該混
合ガスを燃焼室内で拡散燃焼させるため、より大きな燃
焼用空間を必要とする。例えば、火炎の形状から燃焼室
の形状が規制されたり、燃焼用空気の整流や火炎の安定
化機構を必要とするために必然的にボイラ装置が大型と
なり、その小型化を図り難いと云う難点がある。

【０００３】一方、上述の如きブラスト燃焼に付随する
問題を解決するものとして、図１３に示す様な燃焼装置
本体３０の底面に水冷分配格子３１を配設し、その上方
にセラミック粒体３２ａを充填して燃焼層３２を形成す
ると共に、該燃焼層３２内に冷却水管３３を水平状に配
置し、前記水冷分配格子３１を通して燃焼層３２内へ供
給した予混合ガス３４を粒体３２ａの外表面及び各粒体
相互の間隙内で表面拡散燃焼させ、発生熱を冷却水管３
３を介して外部へ取り出すようにしたガス焚ボイラ装置
が開発されている。

【０００４】上記図１３のガス焚ボイラ装置は、広い空
気比の範囲に亘って比較的安定した燃焼が行なえる。ま
た未燃焼有害物質やＮＯx の発生が少ない上、伝熱特性
にも優れ、ボイラ設備の大幅な小型化が達成できると云
う優れた効用を有している。しかし、当該ガス焚ボイラ
装置にも解決すべき多くの問題が残されている。先ず、
第１の問題はボイラ装置の停止に手数がかかり、冷却水
循環に要するエネルギ消費が増大する点である。即ち、
燃焼層３２が直径２〜２０ｍｍ程度のセラミック粒体を
本体３０のほぼ全内部空間内へ充填することにより形成
されている。そのため、必然的に燃焼装置本体３０その
ものの熱容量が大きくなり、ボイラ装置を停止した場合
には、停止後も相当長時間に亘って冷却水を循環させる
必要があり、循環ポンプの動力費が増加すると云う問題
がある。

【０００５】第２の問題は、水管３３内の冷却水を強制
循環させる必要があり、所謂自然循環方式の冷却システ
ムを採用できないと云う点である。即ち、前記図１４の
ボイラ装置では、燃焼層３２内へ冷却水管３３を水平状
態に埋設すると共に、燃焼層３２をセラミック粒体３２
ａの充填層から形成する構成としているため、冷却シス
テムは、構造上強制循環方式とせざるを得ない。その結
果、極く小型のガス焚ボイラ装置であっても、強制循環
方式の冷却システムを必要とすることになり、設備費や
冷却システムのランニングコストの引き下げを図り難い
と云う難点がある。

【０００６】第３の問題は、逆火の防止と燃焼の安定性
の点である。前述の通り、図１３のガス焚ボイラ装置は
燃焼量及び予混合ガスの空気比が変化しても比較的安定
した拡散燃焼が行なえると共に、水冷分配格子３１を設
けることにより、逆火もほぼ完全に防止できることにな
っている。しかし、現実には逆火を百％完全に防止でき
ることは至っておらず、安全性の点に若干問題が残され
ている。

【０００７】即ち、水冷分配格子３１を通して供給され
た予混合ガス３４は、燃焼層３２の下流側の空間部３０
ａに設置した点火源３５により点火され、着火直後の燃
焼火炎は燃焼層３２の上方空間３０ａ内に形成される。
また、当該火炎によって燃焼層３２が加熱されるに従っ
て、一種の逆火現象で燃焼ラインは粒体３２ａ間を上流
側（下方側）へ移行し、冷却分配格子３１からそのクェ
ンチング距離だけ離れた下流側の燃焼層内に於いて、継
続燃焼をすることになる。

【０００８】しかし、図１３のボイラ装置では、水冷分
配格子３１が単に多孔板３１ａ、３１ａ間に冷却水管３
１ｂを配列しただけの極く簡単な構成とされており、予
混合ガスの供給方式（例えば、燃焼限界範囲外のガス濃
度の濃予混合ガスと希薄予混合ガスとの分離供給や予混
合ガスの噴出スピードの調整等）については何等考慮さ
れていないため、逆火（フラッシュバック）を完全に防
止できると云う迄には至っていないと云う難点がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、比較的大径
のセラミック粒体３２ａの充填層より成る燃焼層３２を
備えた図１３のような構成のガス焚ボイラ装置に於ける
上述の如き問題、即ち燃焼装置停止後のエネルギー消
費が増大すること、強制循環冷却方式が必要であるこ
と、逆火を生ずる可能性が若干残っており、安全性に
欠けること等の問題を解決せんとするものであり、強制
循環冷却方式が不要となり小型・大容量化が図れると共
に、逆火防止も完全で安全性に優れ、そのうえ装置の発
停を簡単に繰り返すことができるようにしたガス焚多管
貫流ボイラを提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本件請求項１に記載の発
明は、ボイラ本体１の内部に水管６及びヒレ７から成る
複数列の水管壁１２を所定の間隔を置いて配列し、各水
管壁１２の一方の端に位置する水管６相互間及び他方の
端部に位置する水管６相互間をヒレ７により夫々密封す
ると共に前記各水管６の上端及び下端を上部ヘッダ１０
及び下部ヘッダ１１へ夫々連通させ、また、予混合ガス
２３の流入側に配列した水管壁１２のヒレ７の下方に予
混合ガス供給孔１４を、またその他の水管壁１２のヒレ
７の上方部又は下方部を交互に切除して上部燃焼ガス通
路１５及び下部燃焼ガス通路１６を夫々形成すると共
に、前記予混合ガス２３の流入側に位置する水管壁１２
を形成する各水管６の前方に予混合ガスガイド板８を設
け、水管６とガイド板８との間に所定の間隙を有する予
混合ガス流通路８ａを形成し、更に、前記予混合ガス２
３の流入側に位置する少なくとも二つの水管壁１２の間
にセラミック粒体９を充填して燃焼層１７を形成し、予
混合ガス供給装置２からの予混合ガス２３を前記予混合
ガス通路８ａを通して予混合ガス供給孔１４から燃焼層
１７内へ流入させると共に、燃焼ガス２４を前記水管壁
１２の間を流通せしめて外部へ排出するようにしたこと
を発明の基本構成とするものである。

【００１１】また本件請求項３に記載の発明は、ボイラ
本体１の内部にその長手方向に、水管６及びヒレ７とか
ら成る水管壁１２を所定の間隔を置いて対向状に配列
し、前記各水管壁１２の予混合ガス２３の流入側端部に
位置する各水管６相互間及び中間部に位置する各水管６
相互間を他の水管６を介存せしめて、夫々ヒレ７により
密封してセラミック粒体充填室２６を形成すると共に、
各水管６の上端及び下端を上部ヘッダ１０及び下部ヘッ
ダ１１へ夫々連通させ、また、前記予混合ガス流入側端
部に位置する各水管６相互間を密封するヒレ７の下方部
に予混合ガス供給孔１４及び前記中間部に位置する各水
管６相互間を密封するヒレ７の下方部を切除して下部燃
焼ガス通路１６を夫々形成すると共に、前記予混合ガス
流入側端部に位置する各水管６の前方に予混合ガスガイ
ド板８を設け、水管６とガイド板８との間に所定の間隙
を有する予混合ガス流通路８ａを形成し、更に、前記セ
ラミック粒体充填室２６内へセラミック粒体９を充填し
て燃焼層１７を形成し、予混合ガス供給装置２からの予
混合ガス２３を前記予混合ガス流通路８ａを通して予混
合ガス供給孔１４から燃焼層１７内へ流入させると共
に、燃焼ガス２４を前記両水管壁１２の間を流通せしめ
て外部へ排出するようにしたことを発明の基本構成とす
るものである。

【００１２】

【作用】予混合ガス供給部に面した水管壁下方のヒレ７
に設けた予混合ガス供給孔１４を通して、空気比λが
１．１〜１．５の着火ガス量に調整された予混合ガス２
３をセラミック粒体９を充填して成る燃焼層１７内へ供
給し、パイロットバーナ４を作動する。これにより予混
合ガス２３に着火され、燃焼層１７の下流側空間に於い
て予混合ガス２３の燃焼が始まる。前記予混合ガス２３
の着火燃焼により燃焼層１７の温度が上昇すると、所謂
逆火現象により火炎が燃焼層１７内へ順次移行し、予混
合ガス供給孔１４からほぼそのクェンチング距離だけ離
れた点まで火炎が来ると、前記火炎の移行は停止して、
安定した表面拡散燃焼が行なわれる。

【００１３】燃焼層１７内の熱はセラミック粒体９を介
しての伝熱や輻射により、燃焼層１７に接する水管６や
ヒレ７へ伝熱され、水管６内を自然循環する冷却水へ熱
が与えられる。また、燃焼ガスの熱は下流側の各水管壁
１２や水管６へ伝熱され、その後燃焼ガスは煙道３を通
して外部へ排出されて行く。

【００１４】予混合ガス供給孔１４から燃焼層１７内へ
流入する予混合ガス２３の流速が約８〜１０ｍ／ｓｅｃ
以上の高速に設定されていること及び予混合ガス供給孔
１４近傍のセラミック粒体９の温度が水管６等により冷
却されて比較的低温であること等により、予混合ガス２
３への所謂逆火は完全に防止されることになる。

【００１５】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。図１は本発明の第１実施例に係るガス焚多管貫流
ボイラの平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ視断面図、
図３は図２のＣ−Ｃ視断面図、図４は図３のＤ−Ｄ視断
面図、図５は図３のＥ−Ｅ視断面図、図６は図３のＦ−
Ｆ視断面図、図７は予混合ガス供給部の詳細図、図８は
ガス供給部の詳細図である。

【００１６】図１乃至図８に於いて、１はボイラ本体、
１ａはケーシング、２は予混合ガス供給装置、３は煙
道、４はパイロットバーナ、５は火炎検知器、６は水
管、７はヒレ、８は予混合ガスガイド板、９はセラミッ
ク粒体、１０は上部ヘッダ、１１は下部ヘッダ、１７は
燃焼層、１８は燃焼用空気供給ダクト、１９はガス供給
管、２１は燃焼用空気、２２は燃料ガス、２３は予混合
ガスである。

【００１７】本発明に係るガス焚多管貫流ボイラは図１
乃至図６に示す如く、縦断面形状が長方形の四角柱状に
形成されたボイラ本体１と、その前面側に設けた予混合
ガス供給装置２と、その背面側に設けた煙道３等から形
成されており、また、ボイラ本体１の上面にはパイロッ
トバーナ４及び火炎検知器５が夫々取付けされている。

【００１８】前記ボイラ本体１は図２及び図３に示す如
く、四角柱状のケーシング１ａの内部に複数本の水管
６、水管６相互間を連結するヒレ７、予混合ガスガイド
板８及び燃焼層１７を形成するセラミック粒体９等を配
設することにより構成されている。また、前記各水管６
の上端部及び下端部は上部ヘッダ１０及び下部ヘッダ１
１へ夫々連結されており、これによって所謂自然循環形
の多管貫流ボイラが構成されている。即ち、前記ケーシ
ング１ａ内には、６本の水管６を縦ヒレ７ａにより連結
して成る４組の水管壁１２が所定の間隔を置いて配列さ
れており、これ等の各水管壁１２の一方の端部に位置す
る水管６相互間及び他方の端部に位置する水管６相互間
を夫々横ヒレ７ｂによって密閉状に連結することによ
り、横断面がほぼ正方形の燃焼室１３が形成されてい
る。尚、本実施例では６本の水管６より成る４組の水管
壁１２を用いているが、水管６及び水管壁１２の数は、
ボイラ出力に応じて適宜に選定されることは勿論であ
る。

【００１９】前記水管壁１２の中の予混合ガス供給部と
対向する第１列目の水管壁１２ａを形成する縦ヒレ７ａ
には、その下方部に複数の小孔１４ａが設けられてお
り、これによって予混合ガス供給孔１４が形成されてい
る。また、第２列目の水管壁１２ｂ及び第４列目の水管
壁１２ｄのヒレ７ａの上方には、図５に示すように所定
の長さ寸法だけ縦ヒレ７ａを切除することにより、上部
燃焼ガス通路１５が形成されている。更に、第３列目の
水管壁１２ｃの縦ヒレ７ａの下方には、図６に示すよう
に所定の長さ寸法だけ縦ヒレ７ａを切除することによ
り、下部燃焼ガス通路１６が形成されている。

【００２０】前記予混合ガスガイド板８は図３及び図７
に示す如く、水管６より大径の断面が半円形の彎曲部を
連結することにより形成されており、第１列目の水管壁
１２ａの予混合ガス供給装置２の側に水管壁１２ａと一
定の間隙を設けて配設されている。尚、当該ガイド板８
は、その上・下端面が上部ヘッダ１０及び下部ヘッダ１
１の構成材へ夫々固定されている。また、当該予混合ガ
スガイド板８の彎曲部の下方部には、第１列目の水管壁
１２ａの各水管６と対向状にスリット状の孔８ｂが形成
されており、この孔８ｂを通して予混合ガス２３は、ガ
イド板８と水管６間に形成された予混合ガス流通路８ａ
から予混合ガス供給孔１４へ導入される。

【００２１】前記セラミック粒体９は粒径が１０〜２０
ｍｍφ程度の耐熱セラミックから形成されている。そし
て、当該セラミック粒体９は、燃焼室１３内の第１列目
の水管壁１２ａと第２列目の水管壁１２ｂとの間に、予
混合ガス供給通路１４を形成する小孔１４ａの最上部よ
り１００〜３００ｍｍの高さまで充填されており、セラ
ミック粒体９の充填層によって燃焼層１７が形成されて
いる。なお予混合ガス供給孔１４を形成する小孔１４ａ
の径及び数は、予混合ガスの通過流速が６ｍ／ｓ以上と
なりかつ充填セラミック粒体径より小径に設定されてい
る。尚、本実施例では、最上部の小孔１４ａより約１０
０〜３００ｍｍ上方位置まで燃焼層１７を形成している
が、燃焼層１７の高さはボイラ出力によって適宜に選択
され、水管６の高さとほぼ同一高さの燃焼層１７とする
ことも可能である。

【００２２】前記予混合ガス供給装置２はボイラ本体１
の前面側に配設されており、燃焼用空気供給ダクト１
８、ガス供給管１９、予混合ガスダクト２０等から形成
されており、ダクト１８の端部より供給されてくる燃焼
用空気２１内へ燃料ガス２２を均一に混合することによ
り、所定の空気比（１．１〜１．５）の予混合ガス２３
が形成される。

【００２３】即ち、当該予混合ガス供給装置２は図８に
示すように、燃焼用空気供給ダクト１８内に燃焼用空気
２１の流れと直交状にガス供給管１９を設けると共に、
当該ガス供給管１９に、燃焼用空気２１の流れと直交す
る方向に比較的大口径のガス噴出口１９ａを、また空気
２１の流れ方向に順次口径を小さくした複数個のガス噴
出口１９ｂ、１９ｃを穿設することにより構成されてい
る。尚、前記ガス噴出口１９ａ、１９ｂ、１９ｃの列
は、ガス供給管１９の長手方向に適宜のピッチで複数列
設けるのが望ましい。また、図８に於いては、ガス供給
管１９を燃焼用空気供給ダクト１８内に１本だけ設ける
ようにしているが、ガス供給管１９を複数本設けるよう
にしてもよいことは勿論である。

【００２４】前記予混合ガス供給ダクト２０はボイラ本
体１の前面側の下方部に細幅状に設けられており、ダク
ト１８から予混合ガス２３をダクト２０内へ流入させる
ことにより、ここで予混合ガス２３が更に混合されるこ
とになる。

【００２５】次に本発明のガス焚多管貫流ボイラの作動
について説明する。ボイラの作動に際しては、先ず燃焼
用空気供給ダクト１８に所定量の燃焼用空気２１を供給
すると共に、ガス供給管１９に燃料ガス２２を供給す
る。ガス供給管１９の各噴出口１９ａ、１９ｂ、１９ｃ
から燃焼用空気２１の流れと垂直方向、斜交方向及び平
行方向に夫々燃料ガス２２が噴出されると共に、ガス供
給管１９の背部に燃焼空気２１の渦流が生ずることによ
り、燃料ガス２２と燃焼用空気２１とは十分に混合さ
れ、予混合ガス２３が形成される。また、ダクト１８内
に形成された予混合ガス２３は、厚みを薄くし且つ広幅
に形成した予混合ガスダクト２０内を流通する間に更に
混合され、空気比１．１〜１．５程度の均一に混合され
た予混合ガス２３となる。

【００２６】前記形成された予混合ガス２３は、予混合
ガスの冷却及び消炎機能を有するガイド板８と水管６の
間を通り、第１列目の水管壁１２ａの下部の予混合ガス
供給孔１４を通って燃焼層１７内へ流入し、ここを通過
して上方空間へ到達することにより、パイロットバーナ
４からの火源により着火され、燃焼を開始する。即ち、
着火当初の冷態時には、燃焼層１７の外部下流で予混合
ガス２３の燃焼が始まり、時間が経過して燃焼層１７内
のセラミック粒体９が加熱されてくると、一種の逆火現
象によって火炎はセラミック粒体層の内方へ順次移行
し、各粒体９の外表面及び粒体相互の間隙内で予混合ガ
ス２３の所謂表面拡散燃焼が行われる。

【００２７】一方、第１列目の水管壁１２ａ下方の予混
合ガス供給孔１４を設けたヒレ７ａは供給された予混合
ガス２３が流れることにより常時冷却される。また、ヒ
レ７ａが水管６に両面溶接されているため、第１列目の
水管壁１２ａを形成する各水管６及びヒレ７ａの下方部
は冷却水が流入することにより冷却されている。これに
より、ヒレ７ａ及び水管６の下方部の近傍のセラミック
粒体９は、その温度が比較的低温に保持される。また、
予混合ガス供給孔１４を形成する小孔１４ａより燃焼層
１７内へ噴出される予混合ガス２３の速度が、所定の高
速度（約６〜２０ｍ／ｓ）に保持されている。その結
果、前記燃焼層１７の上面側より順次内方へ移行して来
た火炎は、予混合ガス供給孔１４の下流側近傍でその移
動を停止することになり、火炎が予混合ガス供給孔１４
の上流側へ移行することはない。これにより、所謂逆火
による危険状態の発生が完全に防止されることになる。

【００２８】予混合ガス２３の燃焼により燃焼層１７内
に生じた熱は、セラミック粒体９を介しての伝熱や輻射
により水管６、ヒレ７等へ伝熱され、これにより火炎温
度の上昇が抑制（約１４００℃以下）される。その結
果、ＮＯx の発生が有効に抑制されることになり、排出
ガス中のＮＯx 濃度は約４０ｐｐｍ（Ｏ₂ ＝０％換算）
以下となる。また、燃焼層１７内に水管が配設されてい
ないため、火炎のクェンチングでＣＯ等の未燃分が多発
することもない。更に、燃焼層１７を形成する各粒体表
面で均等に燃焼が行なわれるため、燃焼層１７そのもの
の温度分布勾配が小さくなると共に、燃焼層１７自体が
充填層であるため、燃焼層１７そのものに熱応力がかか
って粒体９にクラックを生じると云うことは全く無い。

【００２９】燃焼層１７内で生じた燃焼ガス２４は、図
２、図５及び図６に示す如く水管６のヒレ７ａを切除し
て形成した上部燃焼ガス通路１５及び下部燃焼ガス通路
１６を通して、各水管壁１２の間隙を流通し、水管６及
びヒレ７ａ、７ｂと熱交換をしたあと煙道３より燃焼装
置外へ排出されて行く。

【００３０】尚、本実施例に於いては、ケーシング１の
外形寸法が高さ約９５０ｍｍ、短辺側横幅５００ｍｍ、
長辺側横幅５２０ｍｍ、水管外径約４８．６ｍｍφ、セ
ラミック粒体９の外径約１０ｍｍφ、セラミック粒体９
の充填層高さ（燃焼層１７の高さ）約５００ｍｍ、定常
運転時の予混合ガス２３の空気比λ＝１．３及び供給量
２６０Ｎｍ³ ／ｈ、出力１８万Ｋｃａｌ／ｈに夫々設定
されており、定常運転時の燃焼層１７内の火炎温度は約
１４００℃以下であって、発生ＮＯx も４０ｐｐｍ（Ｏ
₂ ＝０換算）以下になるものと算定されている。

【００３１】また、前述の通り本実施例では、ボイラ本
体１内へ６本の水管６を連接してなる水管壁１２を４列
配設するようにしているが、水管６及び水管壁１２の数
はこれに限定されるものではなく、適宜に選定されるも
のである。更に本実施例では予混合ガス供給装置２を燃
焼用空気供給ダクト１８内へガス供給管１９を挿入した
構成としているが、如何なる構成の予混合ガス供給装置
２であってもよいことは勿論である。

【００３２】本実施例ではケーシング１ａの内部に水管
壁１２及びヒレ７により断面四角形の燃焼室１３を形成
するようにしているが、水管壁そのものをボイラの外壁
として、これをケーシング１ａの代わりとすることも可
能である。また、本実施例では予混合ガス供給孔１４を
複数の小孔１４ａにより形成しているが、小孔１４ａに
代えてスリット状の孔を用いることも可能である。

【００３３】図９乃至図１２は本発明の第２実施例を示
すものであり、水管６の配列構造及び燃焼ガス２４の流
し方等が若干異なる点を除いて、その他の構成は前記第
１実施例の場合とほぼ同一である。即ち、第２実施例に
於いては第１０図に示す如く、ボイラ本体１が細幅の四
角柱形が形成されており、そのケーシング１ａの内部に
長手方向に、水管６とヒレ７とから成る２列の水管壁１
２、１２を一定の間隔を置いて配列することにより、燃
焼室１３が構成されている。

【００３４】また、前記両水管壁１２、１２から成る燃
焼室１３の上流側、即ち両水管壁１２、１２の間には、
３本の水管６が比較的粗いピッチで配設されており、更
に、燃焼室１３の下流側には２本の水管６と２本のフイ
ン付水管６ａとが比較的短いピッチで配設されている

【００３５】更に、前記両水管壁１２、１２の予混合ガ
ス流入側の端部に位置する各水管６と、両水管壁１２、
１２の間に設けた水管６の最上流側に位置する水管６と
は、上流側縦ヒレ７ｃにより夫々連結されている。ま
た、当該上流側縦ヒレ７ｃは図１２に示す如く、その下
方部が一定の長さ寸法だけスリット状に切除されてお
り、この部分を予混合ガス供給孔１４とすることによ
り、予混合ガス２３の所謂ショートパスを防止するよう
にしている。尚、本実施例では、前記上流側縦ヒレ７ｃ
の幅を１５ｍｍに選定し且つ供給孔１４の幅を８ｍｍと
することにより、当該供給孔１４を通して供給される予
混合ガス２３の流速を１０ｍ／ｓｅｃ以上となるように
している。

【００３６】同様に、両水管壁１２のほぼ中間部に位置
する水管６と、両水管壁１２の間の下流側に設けた水管
６との間は、その上方部が図１１に示す如く下流側縦ヒ
レ７ｄで連結されており、これによって燃焼ガス２４の
所謂ショートパスを防止している。尚、前記下流側縦ヒ
レ７ｄの横幅は約１５ｍｍ（即ち、水管６相互間の間隔
は約１５ｍｍ）に選定されており、また、スリット状の
予混合ガス供給孔１４の横幅は前述の通り約８ｍｍに設
定されている。

【００３７】即ち、前記両側の水管壁１２、１２と、そ
の上流端の水管６同士を水管６を介存せしめて連結する
上流側縦ヒレ７ｃと、その中間部に位置する水管６同士
を水管６を介存せしめて連結する下流側縦ヒレ７ｄとで
囲んだ空間部は、セラミック粒体充填室２６を形成して
おり、ここにセラミック粒体９を充填することにより燃
焼層１７が形成されている。尚、前記セラミック粒体充
填室２６の上流側部分には図９及び図１０に示す如く粒
径約８ｍｍφ以上程度の比較的小径のセラミック粒体９
ａが、また、セラミック粒体充填室２６の下流側部分に
は粒径約１５ｍｍφ以上の比較的大径のセラミック粒体
９ｂが夫々充填されており、各セラミック粒体９の粒径
を上述の如き値に選定することにより、水管６同士の隙
間からセラミック粒体９が漏出するのを防止している。
また、本実施例では上述の通り水管６相互間の間隙を約
１５ｍｍに選定しているが、当該間隙値はボイラ出力等
に応じて適宜に選定されるものであり、従って、これに
応じてセラミック粒体９の粒径も若干変ることになる。

【００３８】前記両水管壁１２、１２の中間部に設けた
水管６の中の最上流側に位置する水管６の前方には、予
混合ガスガイド板８と分流ガイド板８ｃが配設されてお
り、流入して来た予混合ガス２３は分流ガイド板８ｃに
沿ってガス流通路８ａ内へ案内され、供給孔１４を通し
て燃焼層１７内へ流入して行く。

【００３９】予混合ガス供給装置２は、前記第１実施例
の場合とほぼ同じ構成を有しており、燃焼用空気供給ダ
クト１８の最下流部に形成されている。尚、当該第２実
施例に於いては、予混合ガス供給装置２の出口側とボイ
ラ本体１の予混合ガス供給部間を、図９に示す如き断面
積が暫増する形状の予混合ガス供給ダクト２０により連
結すると共に、その内部に複数の整流板２５を設けてい
る。また、前記予混合ガスガイド板８と水管６、６との
間に形成された予混合ガス流通８ａは、第１実施例の場
合と同様に予混合ガス２３の冷却、消炎機能を具備して
おり、これによって後述するように予混合ガス２３への
逆火が有効に防止される。

【００４０】予混合ガス供給ダクト２０を通して供給さ
れて来た予混合ガス２３は、図９に示す如く燃焼層１７
を通過してその出口より燃焼室１３の上部空間内へ到達
し、パイロットバーナ４により着火される。予混合ガス
２３の燃焼により、水管６、６及び下部燃焼ガス通路１
５を通して燃焼層１７内のセラミック粒体９が加熱され
ると、所謂逆火現象により火炎はセラミック粒体９の上
流側へ順次移行する。一方、予混合ガス供給孔１４の近
傍のセラミック粒体９は、図１０に示す如く水管６、６
及び上流側縦ヒレ７ｃ等により冷却されている。また、
予混合ガス流通路８ａ内を流通する噴出流速６ｍ／ｓｅ
ｃ以上の予混合ガス２３によっても冷却されている。そ
の結果、燃焼層１７内の下流側へ移行して来た火炎は、
予混合ガス供給孔１４の下流側に位置する水管６の近傍
でその移行を停止し、逆火の無い安定した燃焼が行なえ
る。

【００４１】また、第２実施例では、燃焼層１７の横幅
を薄くし、セラミック粒体９から水管等までの最大距離
が８０ｍｍ〜１００ｍｍ以下になるように設定している
ため、セラミック粒体９からの燃焼熱が水管６及びヒレ
７等へ迅速に伝熱される。その結果、燃焼層１７内の燃
焼温度も１４００℃以下に抑制され、予混合ガスによる
均一燃焼ともあいまってＮＯｘ生成を４０ｐｐｍ以下に
することができる。

【００４２】

【発明の効果】本発明の第１実施例では、燃焼室１３内
へ配設した複数の水管壁１２の第１列目と第２列目の間
へセラミック粒体９を充填し、厚みの比較的薄い充填層
から成る燃焼層１７を形成すると共に、当該燃焼層１７
内で予混合ガス２３を表面拡散燃焼させる構成としてい
る。その結果、従前の燃焼室内の全域にセラミック粒体
９を充填する構成のボイラ装置に比較して、燃焼層１７
部分の熱容量が著しく減少し、運転停止時の冷却等に要
するエネルギー損失を低減できると共に、ボイラ装置の
起動・停止を迅速に行うことができる。

【００４３】また、燃焼層１７が比較的薄いセラミック
粒体９の充填層であるため、燃焼層にクラック等を生ず
る虞れが少ない。そのため、高出力密度のボイラ装置の
製作が可能となり、ボイラそのものの大幅な小型化が可
能となる。更に、燃焼室１３内に竪向水管から成る水冷
壁（又は水管列）を設け、これによって燃焼層１７及び
燃焼ガス２４内の熱を吸収する構成としている。その結
果、冷却水の強制循環に要するエネルギーが不要とな
り、多管貫流ボイラ形式であり乍ら高出力密度が得られ
ると共に、大出力（約１００万ｋｃａｌ／ｈ程度）の装
置も容易に製作することができる。

【００４４】例えば、本発明の第１実施例を容量３００
ｋｇ／ｈの多管貫流ボイラとした場合、従前のブラスト
燃焼方式に於いては、その火炎形状から燃焼室の形状が
規制されるため、ボイラ本体（缶体）のみでも約６７０
ｍｍφの直径を必要とする。これに対して、本発明を適
用した場合には、ボイラ本体の大きさは約３００×４５
０ｍｍで十分であり、その断面積を約４０％に減少する
ことができる。また、缶体の高さについても、ブラスト
燃焼の場合に必要となる燃焼用空気の整流や火炎安定化
機構を簡易化できると共に、その一部をボイラ本体内で
構成することができるため、従前の場合の缶体高さ１３
５０ｍｍを約９５０ｍｍ程度の高さに減らすことがで
る。また、本発明の第２実施例を容量５００ｋｇ／ｈの
多管貫流ボイラへ適用した場合、ボイラ本体（缶体）の
みで従前のブラスト燃焼では８５０ｍｍφの直径を必要
とした。これに対して本発明を適用した場合、ボイラ本
体（缶体）が２００ｍｍ×９００ｍｍと断面積で約３０
％となる。又高さは従来の１５００ｍｍが１３００ｍｍ
となる。このように非常にボイラをコンパクトにするこ
とができ、据付搬入が容易になると共に所要床面積も少
なくなる。

【００４５】また、本発明の第１及び第２実施例では、
予混合ガス２３を、予混合ガス２３の冷却、消炎機能を
もつガイド板８と水管６間の間隙を通して導入したあ
と、第１水管壁１２ａの水管６により冷却されているヒ
レ７ａの下方に設けた予混合ガス供給孔１４を通して適
宜の流量で燃焼層１７内へ供給すると共に、予混合ガス
供給孔１４の孔径等を調整することにより、供給予混合
ガスの流速を適宜の値に保持する構成としている。その
結果、燃焼層１７内を上流側へ向かって移行する火炎
は、予混合ガス供給孔１４からクェンチング距離だけ離
れた位置近傍で確実にストップし、逆火等を生ずる危険
の殆ど無い安定した燃焼が行なえると共に、火炎温度も
ほぼ１４００℃程度に抑制され、燃焼排ガス中のＮＯx
及びＣＯ等の濃度を大幅に引下げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るガス焚多管貫流ボイ
ラの平面図。

【図２】図１のＡ−Ａ視断面図。

【図３】図２のＣ−Ｃ視断面図。

【図４】図３のＤ−Ｄ視断面図。

【図５】図３のＥ−Ｅ視断面図。

【図６】図３のＦ−Ｆ視断面図。

【図７】予混合ガス供給部の詳細図。

【図８】予混合ガス供給装置の詳細図。

【図９】本発明の第２実施例に係るガス焚多管貫流ボイ
ラの縦断面図。

【図１０】図９のＡ−Ａ視断面図。

【図１１】図１０のＢ−Ｂ視断面図。

【図１２】図１０のＣ−Ｃ視断面図。

【図１３】従前の多孔性粒体の充填層からなる燃焼層を
設けたガス焚ボイラ装置の縦断面図概要図である。

【符号の説明】

１はボイラ本体、１ａはケーシング、２は予混合ガス供
給装置、３は煙道、４はパイロットバーナ、５は火炎検
知器、６は水管、６ａはフィン付水管、７はヒレ、７ａ
は縦ヒレ、７ｂは横ヒレ、７ｃは上流側縦ヒレ、７ｄは
下流側縦ヒレ、８は予混合ガスガイド板、８ａは予混合
ガス流通路、８ｂは孔、８ｃは分流ガイド板、９はセラ
ミック粒体、９ａは大径のセラミック粒体、９ｂは小径
のセラミック粒体、１０は上部ヘッダ、１１は下部ヘッ
ダ、１２は水管壁、１２ａは第１水管壁、１２ｂは第２
水管壁、１２ｃは第３水管壁、１２ｄは第４水管壁、１
３は燃焼室、１４は予混合ガス供給孔、１４ａは小孔、
１５は上部燃焼ガス通路、１６は下部燃焼ガス通路、１
７は燃焼層、１８は燃焼用空気供給ダクト、１９はガス
供給管、１９ａ、１９ｂ、１９ｃは噴出孔、２０は予混
合ガス供給ダクト、２１は燃焼用空気、２２は燃料ガ
ス、２３は予混合ガス、２４は燃焼ガス、２５は整流
板、２６はセラミック粒体充填室。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−223201（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−260102（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−26302（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−145901（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−111903（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭49−95301（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F22B 21/04 F23C 11/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボイラ本体（１）の内部に水管（６）及
   びヒレ（７）から成る複数列の水管壁（１２）を所定の
   間隔を置いて配列し、各水管壁（１２）の一方の端に位
   置する水管（６）相互間及び他方の端部に位置する水管
   （６）相互間をヒレ（７）により密封すると共に前記各
   水管（６）の上端及び下端を上部ヘッダ（１０）及び下
   部ヘッダ（１１）へ夫々連通させ、また、予混合ガス
   （２３）の流入側に配列した水管壁（１２）のヒレ
   （７）の下方に予混合ガス供給孔（１４）を及びその他
   の水管壁（１２）のヒレ（７）の上方部又は下方部を交
   互に切除して上部燃焼ガス通路（１５）及び下部燃焼ガ
   ス通路（１６）を夫々形成すると共に、前記予混合ガス
   （２３）の流入側に位置する水管壁（１２）を形成する
   各水管（６）の前方に予混合ガスガイド板（８）を設
   け、水管（６）とガイド板（８）との間に所定の間隙を
   有する予混合ガス流通路（８ａ）を形成し、更に、予混
   合ガス（２３）の流入側に位置する少なくとも二つの水
   管壁（１２）の間にセラミック粒体（９）を充填して燃
   焼層（１７）を形成し、予混合ガス供給装置（２）から
   の予混合ガス（２３）を前記予混合ガス通路（８ａ）を
   通して予混合ガス供給孔（１４）から燃焼層（１７）内
   へ流入させると共に、燃焼ガス（２４）を前記水管壁
   （１２）の間を流通せしめて外部へ排出する構成とした
   ことを特徴とするガス焚多管貫流ボイラ。
2. 【請求項２】 セラミック粒体（９）の充填高さを水管
   壁（１２）の高さより低くすると共に、前記予混合ガス
   ガイド板（８）を、断面がほぼ半円型を呈し水管（６）
   と同芯状に配設される彎曲部を備えた構成とした請求項
   １に記載のガス焚多管貫流ボイラ。
3. 【請求項３】 ボイラ本体（１）の内部にその長手方向
   に、水管（６）及びヒレ（７）とから成る二つの水管壁
   （１２）を所定の間隔を置いて対向状に配列し、前記各
   水管壁（１２）の予混合ガス（２３）の流入側端部に位
   置する各水管（６）相互間及び中間部に位置する各水管
   （６）相互間を他の水管（６）を介存せしめて、夫々ヒ
   レ（７）により密封してセラミック粒体充填室（２６）
   を形成すると共に、各水管（６）の上端及び下端を上部
   ヘッダ（１０）及び下部ヘッダ（１１）へ夫々連通さ
   せ、また、前記予混合ガス流入側端部に位置する各水管
   （６）相互間を密封するヒレ（７）の下方部に予混合ガ
   ス供給孔（１４）を及び前記中間部に位置する各水管
   （６）相互間を密封するヒレ（７）の下方部を切除して
   下部燃焼ガス通路（１６）を夫々形成すると共に、前記
   予混合ガス流入側端部に位置する各水管（６）の前方に
   予混合ガスガイド板（８）を設け、水管（６）とガイド
   板（８）との間に所定の間隙を有する予混合ガス流通路
   （８ａ）を形成し、更に、前記セラミック粒体充填室
   （２６）内へセラミック粒体（９）を充填して燃焼層
   （１７）を形成し、予混合ガス供給装置（２）からの予
   混合ガス（２３）を前記予混合ガス流通路（８ａ）を通
   して予混合ガス供給孔（１４）から燃焼層（１７）内へ
   流入させると共に、燃焼ガス（２４）を前記両水管壁
   （１２）の間を流通せしめて外部へ排出する構成とした
   ことを特徴とするガス焚多管貫流ボイラ。
4. 【請求項４】 前記セラミック粒体充填室（２６）内へ
   複数本の水管（６）を配設すると共に、セラミック粒体
   充填室（２６）より下流側の両水管壁（１２）の間へ複
   数の水管（６）を配設する構成とした請求項３に記載の
   ガス焚多管貫流ボイラ。
5. 【請求項５】 セラミック粒体充填室（２６）の予混合
   ガス（２３）が流入する上流側部分に粒径の小さなセラ
   ミック粒体（９ｂ）を、また下流側部分に粒径の大きな
   セラミツク粒体（９ａ）を夫々充填する構成とした請求
   項３に記載のガス焚多管貫流ボイラ。