JP3644725B2 - 廃熱ボイラ - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、化学処理からの廃熱の回収に向けられている。特に、本発明は、冷却効果の制御が改善された廃熱ボイラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
廃熱ボイラは、一般に、高温処理流れから回収された廃熱により蒸気を発生させるために使用される。これらのボイラは、複数の熱交換管が円筒状外殻内に配列された、管形交換器として設計されるのが典型的である。
二つの基本的な形式の管形交換器が産業界で用いられている。すなわち、水と蒸気の混合物が管を通って流れる水管式と、管の内側に高温処理流れを有する煙管式の交換器である。
【０００３】
ボイラの特徴となる構成要素は、外殻内で前端ヘッドと後端ヘッドの管板に取り付けられた管である。煙管式ボイラでは、蒸気の発生が、管の外殻側において、ボイラ管を通って流れる高温処理流れの間接的な熱交換により達成される。外殻側は、ボイラ外殻の頂部に配置することができる蒸気ドラムに上昇管と下降管を介して接続されている。
【０００４】
管形交換器式のボイラにおける機械的設計、特に熱交換面の寸法決めは、いくつかの問題を提起している。ボイラの適用には、外殻側に高圧を伴いかつ外殻と管側の間に相当な温度差を伴う。処理流れのよごれおよび腐食特性に特別な考慮を払わなければならない。
よごれまたは腐食防止処理流れを取り扱うボイラは、きびしいよごれと腐食条件下で満足のゆく寿命を見越しておくために必要な作業頻度よりいっそう高い作業頻度に設計されるのが通例である。その際、ボイラ管の熱伝達面は、流れにおける予想される腐食とよごれのファクタに適合される。ボイラの長期間の運転中、所望のかつほぼ一定の冷却効果を得るために、適当な熱伝達と温度制御が必要である。
【０００５】
慣用的に設計されたボイラは大きな直径の管のバイパスを備えており、これらのバイパスはボイラ外殻の内側でもまたは外側でもよい。バイパスは、流量制御弁を備えた絶縁管と解釈されるのが通例である。ボイラの初期運転中、高温処理流れの一部が熱伝達面をバイパスして、熱伝導を必要な水準に制限する。
一定時間の流れの後、管のよごれと腐食が増加すると、熱伝導が減少することになる。そのとき、バイパスされる処理流れの量が減らされ、それにより熱伝達管を通る処理流れの流量をいっそう多くして、必要な冷却効果を維持するように考慮される。
【０００６】
上記の形式の周知のボイラの主要な欠陥は、1000℃ぐらい高い温度を有する冷却されてない処理流れと接触している、流量制御弁の金属面の活発な腐食である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主目的は、管形交換器形式のボイラに改良した温度制御部を設けることにより周知の廃熱ボイラの上記の欠陥を避けることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を解決するために、円筒状の外殻内には、入口端部と出口端部を有する複数の熱交換管と、冷却された処理流れを取り出すための出口室とを備え、外殻には、水を熱交換管の外殻側に導入するための手段と、蒸気を発生させるためにかつ導入した高温処理流れを冷却するために熱交換管の外殻側の水と間接的な熱交換するように高温処理流れを熱交換管の入口端部に導入して高温処理流れを熱交換管に通すための手段と、発生した蒸気を取り出すための手段と、冷却したガス流れを取り出すための手段とが取り付けられ、さらに、前記廃熱ボイラは、ボイラ出口室に出口端部を有する絶縁したバイパス管を備えた、高温処理流れを冷却するための廃熱ボイラにおいて、本発明により、前記出口室には、流体をバイパス管出口に射出することによりバイパス管を通る高温処理流れの流量を制御するための射出ノズルが設けられ、射出ノズルが出口室にバイパス管の中心線において出口端部から間隔を置いて設置されかつバイパス管の出口端部の方に向けられた射出口を有することを特徴とする。
【０００９】
この射出ノズルは、室内の環境に抵抗することができるどんな材料からでも作ることができる。有用な材料は、金属合金およびセラミック材料から選択することができる。
【００１０】
非常に高い温度にさらされる場合には、ノズル表面を劣化しないように保護する耐火性コンクリートまたは予備成形されたアルミナ煉瓦のような耐熱性材料にノズルを組み入れるのが有利である。
本発明のボイラ設計によれば、周知のボイラのように腐食性の高温流れと接触している、高温処理流れの流量を制御するための弁や他の部分に起こるひどい腐食による問題が完全に避けられ、それにより有利にもボイラの運転時間がいっそう長くなる。
【００１１】
バイパス流れの量は、本発明のボイラでは、バイパス管の出口のバイパス流れに射出される非腐食流体の流量により調整される。その際、バイパス管出口の圧力は、バイパス管を通る高温処理流れの引き出された流量に依存して、射出される流体の量により制御される。このように、射出される流体の流量を適切に調整することにより、制御設備をひどく腐食させずに、ボイラのよごれや負荷の変化に熱伝達を適合させることができる。
【００１２】
高温処理流れの流量を制御するために用いられる流体は、射出ノズルへ循環される、ボイラの出口からの冷却された処理流れ、蒸気または他の処理ユニットからの窒素またはパージガスのような不活性ガスであることができる。
流量制御のために利用される現行の種類の流体は、冷却された処理流れをさらに使用することに依る。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明を図面に示す実施例により詳細に説明する。
図１には、本発明の特定の実施例による廃熱ボイラを示す。
この廃熱ボイラは円筒状外殻または円筒本体１を有し、この円筒状外殻１には、水を廃熱ボイラの熱交換管２および廃熱ボイラ内に位置する絶縁したバイパス管４の外殻側に導入するための手段１０（通常「下降管」と呼ばれる）と、廃熱ボイラに発生した蒸気を取り出すための手段８（通常「上昇管」と呼ばれる）とがある。
【００１４】
熱交換管２とバイパス管４は、廃熱ボイラの入口端部１２と出口端部１４の間でボイラに取り付けられている。入口端部１２は熱交換管２とバイパス管４に高温処理流れを導入するための手段１６に接続され、また出口端部１４には、廃熱ボイラから冷却された処理流れを取り出すためのボイラ出口室１８が設けられている。
【００１５】
出口室１８は射出ノズル２０を備えており、この射出ノズル２０はバイパス管４の中心線２２においてバイパス管４の出口端部から間隔を置いて取り付けられている。バイパス管内の高温処理ガス流れは、入口端部１２からバイパス管を通って出口端部１４へ流れる。バイパス管４を通る流量は、ノズル２０より流体をバイパス管４の出口端部へ射出することにより制御される。
【００１６】
例えば、制御流体として蒸気を用いることにより、ゼロおよび妨げられない流量の値内でバイパス管を通る高温処理流れの流量の制御のためにバイパス管の出口へ射出するのに必要な蒸気の量は、次の式により定められる。
ボイラ圧力降下Δp が0.03 kg/cm2 、バイパス管半径 rが 10 cm、射出蒸気の流速ｖが 200 m/sec. のときに、バイパス管を通るバイパスした高温処理流れの流量をゼロの値に抑制するために、0.46 kg/sec の蒸気を毎秒射出しなければならない。
【００１７】
このようにして、上記のボイラパラメータと条件のときに、バイパスした高温処理流れの流量は、0.46と0 kg/sec. の量の蒸気の射出によりゼロの流量と最大流量の間で調整することができる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の廃熱ボイラによれば、周知のボイラのように腐食性の高温流れと接触している、高温処理流れの流量を制御するための弁や他の部分に起こるひどい腐食による問題が完全に避けられ、それにより有利にもボイラの運転時間がいっそう長くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の特定の実施例による廃熱ボイラを示す図である。
【符号の説明】
１ 外殻
２ 熱交換管
４ バイパス管
８ 蒸気を取り出すための手段
１０ 水を導入するための手段
１２ 入口端部
１４ 出口端部
１６ 高温処理流れを熱交換管に導入するための手段
１８ 出口室
２０ 射出ノズル
【産業上の利用分野】
本発明は、化学処理からの廃熱の回収に向けられている。特に、本発明は、冷却効果の制御が改善された廃熱ボイラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
廃熱ボイラは、一般に、高温処理流れから回収された廃熱により蒸気を発生させるために使用される。これらのボイラは、複数の熱交換管が円筒状外殻内に配列された、管形交換器として設計されるのが典型的である。
二つの基本的な形式の管形交換器が産業界で用いられている。すなわち、水と蒸気の混合物が管を通って流れる水管式と、管の内側に高温処理流れを有する煙管式の交換器である。
【０００３】
ボイラの特徴となる構成要素は、外殻内で前端ヘッドと後端ヘッドの管板に取り付けられた管である。煙管式ボイラでは、蒸気の発生が、管の外殻側において、ボイラ管を通って流れる高温処理流れの間接的な熱交換により達成される。外殻側は、ボイラ外殻の頂部に配置することができる蒸気ドラムに上昇管と下降管を介して接続されている。
【０００４】
管形交換器式のボイラにおける機械的設計、特に熱交換面の寸法決めは、いくつかの問題を提起している。ボイラの適用には、外殻側に高圧を伴いかつ外殻と管側の間に相当な温度差を伴う。処理流れのよごれおよび腐食特性に特別な考慮を払わなければならない。
よごれまたは腐食防止処理流れを取り扱うボイラは、きびしいよごれと腐食条件下で満足のゆく寿命を見越しておくために必要な作業頻度よりいっそう高い作業頻度に設計されるのが通例である。その際、ボイラ管の熱伝達面は、流れにおける予想される腐食とよごれのファクタに適合される。ボイラの長期間の運転中、所望のかつほぼ一定の冷却効果を得るために、適当な熱伝達と温度制御が必要である。
【０００５】
慣用的に設計されたボイラは大きな直径の管のバイパスを備えており、これらのバイパスはボイラ外殻の内側でもまたは外側でもよい。バイパスは、流量制御弁を備えた絶縁管と解釈されるのが通例である。ボイラの初期運転中、高温処理流れの一部が熱伝達面をバイパスして、熱伝導を必要な水準に制限する。
一定時間の流れの後、管のよごれと腐食が増加すると、熱伝導が減少することになる。そのとき、バイパスされる処理流れの量が減らされ、それにより熱伝達管を通る処理流れの流量をいっそう多くして、必要な冷却効果を維持するように考慮される。
【０００６】
上記の形式の周知のボイラの主要な欠陥は、1000℃ぐらい高い温度を有する冷却されてない処理流れと接触している、流量制御弁の金属面の活発な腐食である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主目的は、管形交換器形式のボイラに改良した温度制御部を設けることにより周知の廃熱ボイラの上記の欠陥を避けることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を解決するために、円筒状の外殻内には、入口端部と出口端部を有する複数の熱交換管と、冷却された処理流れを取り出すための出口室とを備え、外殻には、水を熱交換管の外殻側に導入するための手段と、蒸気を発生させるためにかつ導入した高温処理流れを冷却するために熱交換管の外殻側の水と間接的な熱交換するように高温処理流れを熱交換管の入口端部に導入して高温処理流れを熱交換管に通すための手段と、発生した蒸気を取り出すための手段と、冷却したガス流れを取り出すための手段とが取り付けられ、さらに、前記廃熱ボイラは、ボイラ出口室に出口端部を有する絶縁したバイパス管を備えた、高温処理流れを冷却するための廃熱ボイラにおいて、本発明により、前記出口室には、流体をバイパス管出口に射出することによりバイパス管を通る高温処理流れの流量を制御するための射出ノズルが設けられ、射出ノズルが出口室にバイパス管の中心線において出口端部から間隔を置いて設置されかつバイパス管の出口端部の方に向けられた射出口を有することを特徴とする。
【０００９】
この射出ノズルは、室内の環境に抵抗することができるどんな材料からでも作ることができる。有用な材料は、金属合金およびセラミック材料から選択することができる。
【００１０】
非常に高い温度にさらされる場合には、ノズル表面を劣化しないように保護する耐火性コンクリートまたは予備成形されたアルミナ煉瓦のような耐熱性材料にノズルを組み入れるのが有利である。
本発明のボイラ設計によれば、周知のボイラのように腐食性の高温流れと接触している、高温処理流れの流量を制御するための弁や他の部分に起こるひどい腐食による問題が完全に避けられ、それにより有利にもボイラの運転時間がいっそう長くなる。
【００１１】
バイパス流れの量は、本発明のボイラでは、バイパス管の出口のバイパス流れに射出される非腐食流体の流量により調整される。その際、バイパス管出口の圧力は、バイパス管を通る高温処理流れの引き出された流量に依存して、射出される流体の量により制御される。このように、射出される流体の流量を適切に調整することにより、制御設備をひどく腐食させずに、ボイラのよごれや負荷の変化に熱伝達を適合させることができる。
【００１２】
高温処理流れの流量を制御するために用いられる流体は、射出ノズルへ循環される、ボイラの出口からの冷却された処理流れ、蒸気または他の処理ユニットからの窒素またはパージガスのような不活性ガスであることができる。
流量制御のために利用される現行の種類の流体は、冷却された処理流れをさらに使用することに依る。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明を図面に示す実施例により詳細に説明する。
図１には、本発明の特定の実施例による廃熱ボイラを示す。
この廃熱ボイラは円筒状外殻または円筒本体１を有し、この円筒状外殻１には、水を廃熱ボイラの熱交換管２および廃熱ボイラ内に位置する絶縁したバイパス管４の外殻側に導入するための手段１０（通常「下降管」と呼ばれる）と、廃熱ボイラに発生した蒸気を取り出すための手段８（通常「上昇管」と呼ばれる）とがある。
【００１４】
熱交換管２とバイパス管４は、廃熱ボイラの入口端部１２と出口端部１４の間でボイラに取り付けられている。入口端部１２は熱交換管２とバイパス管４に高温処理流れを導入するための手段１６に接続され、また出口端部１４には、廃熱ボイラから冷却された処理流れを取り出すためのボイラ出口室１８が設けられている。
【００１５】
出口室１８は射出ノズル２０を備えており、この射出ノズル２０はバイパス管４の中心線２２においてバイパス管４の出口端部から間隔を置いて取り付けられている。バイパス管内の高温処理ガス流れは、入口端部１２からバイパス管を通って出口端部１４へ流れる。バイパス管４を通る流量は、ノズル２０より流体をバイパス管４の出口端部へ射出することにより制御される。
【００１６】
例えば、制御流体として蒸気を用いることにより、ゼロおよび妨げられない流量の値内でバイパス管を通る高温処理流れの流量の制御のためにバイパス管の出口へ射出するのに必要な蒸気の量は、次の式により定められる。
【００１７】
このようにして、上記のボイラパラメータと条件のときに、バイパスした高温処理流れの流量は、0.46と0 kg/sec. の量の蒸気の射出によりゼロの流量と最大流量の間で調整することができる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の廃熱ボイラによれば、周知のボイラのように腐食性の高温流れと接触している、高温処理流れの流量を制御するための弁や他の部分に起こるひどい腐食による問題が完全に避けられ、それにより有利にもボイラの運転時間がいっそう長くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の特定の実施例による廃熱ボイラを示す図である。
【符号の説明】
１ 外殻
２ 熱交換管
４ バイパス管
８ 蒸気を取り出すための手段
１０ 水を導入するための手段
１２ 入口端部
１４ 出口端部
１６ 高温処理流れを熱交換管に導入するための手段
１８ 出口室
２０ 射出ノズル
Claims (2)
- 円筒状の外殻内には、入口端部と出口端部を有する複数の熱交換管と、
冷却された処理流れを取り出すための出口室とを備え、
外殻には、水を熱交換管の外殻側に導入するための手段と、
蒸気を発生させるためにかつ導入した高温処理流れを冷却するために熱交換管の外殻側の水と間接的な熱交換するように高温処理流れを熱交換管の入口端部に導入して高温処理流れを熱交換管に通すための手段と、
発生した蒸気を取り出すための手段と、冷却したガス流れを取り出すための手段とが取り付けられ、
さらに、前記廃熱ボイラは、ボイラ出口室に出口端部を有する絶縁したバイパス管を備えた、高温処理流れを冷却するための廃熱ボイラにおいて、
前記出口室には、流体をバイパス管出口に射出することによりバイパス管を通る高温処理流れの流量を制御するための射出ノズルが設けられ、射出ノズルが出口室にバイパス管の中心線において出口端部から間隔を置いて設置されかつバイパス管の出口端部の方に向けられた射出口を有することを特徴とする廃熱ボイラ。 - 射出ノズルを耐熱性材料に組み入れることを特徴とする請求項１に記載の廃熱ボイラ。
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