JP5590317B2

JP5590317B2 - ボイラ

Info

Publication number: JP5590317B2
Application number: JP2010189278A
Authority: JP
Inventors: 智浩大久保; 務佐々木; 栄紀鈴木; 啓二西村
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2010-08-26
Filing date: 2010-08-26
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2030-08-26
Also published as: JP2012047382A

Description

本発明は、燃料と空気とを混合させて燃焼させる燃焼装置を備えたボイラに関し、特に、パイロットバーナを備えたボイラに関する。

従来、ボイラ等の熱源機器に用いられる燃焼装置では、メインバーナと、メインバーナと比較して燃焼量の小さいパイロットバーナとを備えた燃焼装置が提供されている。このパイロットバーナは、メインバーナへの着火を補助したり、メインバーナの燃焼停止後、次のメインバーナの燃焼に備えたパイロット燃焼に用いられたりする。

メインバーナの燃焼停止時にパイロット燃焼を行っておけば、メインバーナ燃焼の前後に燃焼室内の換気を行うプレパージやポストパージを行う必要がなく、素早い燃焼モードの移行が可能となる。

このように、メインバーナ（通常燃焼部）とパイロットバーナ（低燃焼用燃焼部）とを備えるボイラは、例えば、下記特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されたボイラでは、バーナに燃料を供給する燃料供給部材として、通常燃焼部用のメイン燃料供給部材と、低燃焼用燃焼部用のパイロット燃料供給部材を備えると共に、バーナに燃焼用空気を供給する送風路として、通常燃焼部用のメイン送風路と、低燃焼用燃焼部用のパイロット送風路とを備えている。

このように、通常燃焼部と低燃焼用燃焼部に燃料及び燃焼用空気をそれぞれ独立して供給することで、各燃焼モードにおける燃焼を最適化することが可能となる。

特許第４１９１３５９号公報

ところで、上記特許文献１に開示されたボイラは、低燃焼用燃焼部のみを燃焼させる低燃焼（パイロット燃焼）時には、通常燃焼部への燃料の供給を停止すると共に、低燃焼用燃焼部の燃焼が消えないように、メイン送風路を閉じて通常燃焼部への燃焼用空気の供給も停止している。

しかし、低燃焼中に通常燃焼部への送風を停止すると、通常燃焼部へは全く風が流れなくなってしまうため、通常燃焼部に近接して配置されている低燃焼用燃焼部の火炎により、メインバーナが熱損傷したり、通常燃焼部に近接して火炎検知器が配置されている場合には、検知器に結露水や汚れが付着したりしてしまうといった問題が生じるおそれがある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、メインバーナとパイロットバーナとを備えたボイラにおいて、パイロット燃焼時におけるメインバーナの熱損傷を防ぐことのできるボイラを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るボイラは、メインバーナと、パイロットバーナと、送風機と、前記送風機から前記メインバーナ及び前記パイロットバーナへと燃焼用空気を供給する燃焼用空気送風路と、を備えるボイラにおいて、前記燃焼用空気送風路は、流量を調整するためのダンパを備える、前記メインバーナへ燃焼用空気を供給するためのメイン送風路であって、その内面に、閉じている前記ダンパの回転先端部分と当接することで、前記回転先端部分と前記メイン送風路の内面との間の隙間を無くす係止部材が設けられたメイン送風路と、前記ダンパの上流側において前記メイン送風路から分岐して前記パイロットバーナへ燃焼用空気を供給するためのパイロット送風路と、を備え、前記パイロットバーナのみを燃焼させるパイロット燃焼の際に、前記ダンパを閉じるように制御する制御器をさらに備え、前記係止部材は、前記ダンパの回転軸との間に隙間が形成されるように構成されており、前記パイロット燃焼中に、この回転軸との間の隙間を通過させることで、前記メイン送風路からも適正流量の漏れ空気を供給するように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、パイロットバーナのみを燃焼させるパイロット燃焼時に、メイン送風路に流れる適正流量の空気によってメインバーナを冷却することができるので、パイロット燃焼の火炎によるメインバーナの熱損傷を防ぐことができる。

図１は、本実施形態に係るボイラの構成を概略的に示す断面図である。図２は、本実施形態に係るダンパの垂直断面図である。図３は、本実施形態に係るダンパが設置されている部分のダクトの水平断面図である。図４は、本実施形態に係るパイロット燃焼時の燃焼ガス温度とメイン送風路の漏れ空気流量との関係を示すグラフである。図５は、本実施形態の変形例２に係るダンパの上面図である。図６は、本実施形態の変形例３に係るダクトの一部を拡大して示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るボイラについて説明する。図１は、本実施形態に係るボイラの構成を概略的に示す断面図である。図１に示すように、ボイラ１は、角型多管式貫流ボイラであり、角型の缶体２、送風機５、メインバーナ７、パイロットバーナ８、排気筒９、燃焼用空気送風路１０、燃料供給ライン３０、制御器５０を備えている。

缶体２は、上部ヘッダー２３、下部ヘッダー２４、上部ヘッダー２３及び下部ヘッダー２４を連結する上下方向に延在して設置された多数の水管からなる水管群２５、水管群を構成する水管のうち、外側において縦列する外側水管を連結する連結壁２７を備えている。そして、水管群２５の外側水管と、連結壁２７と、上下ヘッダー２３，２４とで囲まれた空間が、直方体形状の燃焼ガス流動空間を形成する。

メインバーナ７は、缶体２の上流側（図中左側）の端部に設置され、メインバーナ７において生成される火炎は、図１に点線で示すように、燃焼ガス流動空間内を下流側（図中右側）に向けて形成される。

燃焼用空気送風路１０は、メインバーナ７へ燃焼用空気を供給するメイン送風路としてのダクト１１と、ダクト１１から分岐してパイロットバーナ８へ燃焼用空気を供給するパイロット送風路１５とを備えている。ダクト１１には、メイン送風路に流れる燃焼用空気の流量を調整するためのメイン流量調整手段としてのダンパ１２が備えられており、制御器５０によってダンパ１２の開閉角度を制御可能に構成されている。

パイロット送風路１５は、ダンパ１２の上流側でメイン送風路であるダクト１１から分岐しており、ダンパ１２が全閉の場合でも独立してパイロットバーナ８に燃焼用空気を供給可能である。パイロット送風路１５には、パイロットエア流量調整弁１６とオリフィス１７が設置されており、オリフィス１７により、パイロットバーナ８に供給される流量の最大値を制限している。

ここで、図２及び図３を参照しながら、ダンパ１２の構成を詳細に説明する。図２は、開度が0°のときのダンパ１２の垂直断面図である。図３は、ダンパ１２が設置されている部分のダクト１１の水平断面図であり、ダンパ１２を点線で示している。図２に示すように、ダンパ１２は、制御器５０の制御によりダンパ軸１２１を回動軸として、0〜90°の範囲内で回動可能に構成されており、図示しない駆動モータによって駆動される。

ダンパ１２が0°のときに全閉、90°のときに全開となる。ダクト１１の内面には、ダンパ１２が0°に閉じているときに回転先端部分が当接する第一係止部材１１５及び第二係止部材１１６が設けられている。係止部材１１５，１１６は弾性樹脂から形成されている。

ダンパ１２の回転先端部分とダクト１１の本体内壁面との間には隙間があるが、ダンパ１２の回転先端部分がこの係止部材１１５，１１６に当接することで、ダンパ１２が0°のときにダンパ１２の回転先端部分と、係止部材１１５，１１６を含むダクト１１の内面との間の隙間を無くすことができる。

但し、図３に示すように、ダンパ１２の軸１２１が露出している部分では、係止部材１１５，１１６が軸１２１の部分まで届いておらず、図３において、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄで示すように、ダクト１１の係止部材１１５，１１６と、ダンパ１２の軸１２１との間に隙間１３が生じるようになっている。

燃料供給ライン３０は、メインバーナ７に燃料を供給するメイン燃料供給ライン３１と、パイロットバーナ８に燃料を供給するパイロット燃料供給ライン３５を備えている。メイン燃料供給ライン３１には、メイン電磁弁３２と、ダクト１１内に燃料を噴出するメイン燃料ノズル３３が設置されている。パイロット燃料供給ライン３５には、パイロット電磁弁３６と、パイロット燃料供給ライン３５に流れる燃料の流量を制限するためのオリフィス３７が設置されている。

制御器５０は、送風機５、ダンパ１２、パイロットエア流量調整弁１６、メイン電磁弁３２、パイロット電磁弁３６に接続されており、これらの動作を制御する。また、本実施形態のボイラ１は、制御器５０の制御により、燃焼量を、高燃焼、低燃焼、パイロット燃焼とで制御するものであり、高燃焼時の出力（給蒸量）を100％とすると、低燃焼時の出力は20％に設定されている。

また、パイロット燃焼は、蒸気圧力が上昇しないような燃焼量であり、本実施形態では、パイロット燃焼時の出力は高燃焼時の1％に設定されている。また、ボイラ１では、高燃焼及び低燃焼時には、メインバーナ７及びパイロットバーナ８の両方が燃焼し、パイロット燃焼時には、パイロットバーナ８のみが燃焼するように、制御器５０によって制御される。

また、送風機５は、制御器５０によってインバータ制御される送風機であって、パイロット燃焼時にほぼ下限の出力で作動するように制御される。このように、ほぼ下限出力で送風機５を作動させることで、上述した隙間から適正流量の漏れ空気を供給することができる。

以上、本実施形態に係るボイラ１の構成について詳細に説明したが、続いて、ボイラ１において、パイロットバーナ８のみを燃焼させるパイロット燃焼を行う場合の作用について説明する。パイロット燃焼においては、制御器５０の制御により、メイン電磁弁３２が閉じられると共に、パイロット電磁弁３６が開かれ、パイロットバーナ８のみに燃料が供給される。

また、燃焼用空気送風路１０においては、制御器５０の制御により、ダンパ１２が閉じられると共に、パイロットエア流量調整弁１６が開かれ、燃焼用空気がパイロットバーナ８のみに供給される。但し、上述したように、ダンパ１２とダクト１１の内面との間には隙間１３が形成されているため、メインバーナ７燃焼時の燃焼用空気の供給量と比べると格段に少ない量ではあるが、ダンパ１２を閉じた状態でもこの隙間１３を通過する漏れ空気がダクト１１からメインバーナ７へと供給される。

このパイロット燃焼時におけるダンパ１２部分の漏れ空気の流量は、パイロット燃焼の火炎によりメインバーナ７が熱損傷しないように冷却作用を発揮できる程度の流量以上であって、パイロット燃焼の燃焼ガス熱を缶体２に伝えて缶体内圧力を保持することができる程度の流量以下である適正流量とする必要がある。

ここで、図４を参照しながら、パイロット燃焼時にダクト１１から供給される漏れ空気の適正流量について説明する。図４は、本実施形態に係るパイロット燃焼時の燃焼ガス温度とメイン送風路の漏れ空気流量との関係を示すグラフである。なお、図４において、縦軸は缶体２内の燃焼ガス温度[℃]、横軸はメイン送風路（ダクト１１）の漏れ空気の流量を示しており、この漏れ流量は、パイロット燃焼時にパイロット送風路１５から供給されるパイロットエア流量との体積比で表している。

図４に示すように、ダクト１１の漏れ流量が少なくなると、缶体２内の燃焼ガス温度が高くなり、メインバーナ７の熱損傷等が発生するため好ましくない。したがって、メイン送風路の漏れ流量は、パイロットエア流量との体積比で1倍以上とするのが望ましい。

また、ダクト１１の漏れ流量が多くなると、缶体２内の燃焼ガス温度が下がるが、燃焼ガス温度が缶体２内の飽和温度（図４の点線Ｌ）よりも低くなると、缶体２が冷却されて、缶体内圧力を維持できなくなってしまうため好ましくない。したがって、メイン送風路の漏れ流量は、パイロットエア流量との体積比で20倍以下とするのが望ましい。以上より、本実施形態では、漏れ空気の適正流量は、パイロットエア流量との体積比で1〜20倍とするのが望ましく、さらに望ましくは、2〜15倍とすれば良い。もちろん、ボイラ１の構成によって飽和温度は変動するので、飽和温度の変動に応じて漏れ流量の上限値を変動させれば良い。

なお、本実施形態では、上述したメイン送風路の漏れ流量が適正流量となるように、隙間１３の大きさを設定している。具体的には、ダクト１１の流路断面積に対する隙間１３の面積が0.25％となるように構成しているが、流路断面積に対する隙間の面積比率が、0.05％〜5％となるように構成すれば漏れ流量を適正流量とすることができる。

以上、本実施形態のように、パイロット燃焼時に閉じられるダンパ１２の部分を通過する漏れ空気をダクト１１に流すように構成すれば、パイロット燃焼時にパイロットバーナ８において形成された火炎によりメインバーナ７が加熱されても、ダクト１１から流れてくる冷却用空気によってメインバーナ７が空気冷却されるので、メインバーナ７の熱損傷を防止することができる。

また、通常のボイラでは、メインバーナ７の周囲に火炎検知器が設置されており、パイロット燃焼中にメインバーナ７への送風を完全に停止すると、検知器が熱損傷したり、検知器に結露水やすす等の汚れが付着したりするおそれもあるが、本実施形態のように漏れ空気をダクト１１に供給することで、このような不具合の発生を防ぐことができる。

また、本実施形態においては、パイロット燃焼時にメインバーナ７に供給する漏れ空気の量を適正流量とすることで、メインバーナ７等の冷却を担保しながら、缶体２内を飽和温度以上に維持し、缶内圧力を維持することができる。

続いて、上記実施形態の変形例１乃至４について、順次説明する。下記変形例１乃至４は、ダンパ１２を閉じた際に漏れ空気をメイン送風路に流すための構成に関する変形例である。なお、下記変形例１乃至４では、上記実施形態と異なる構成についてのみ説明し、同様の構成については同じ参照番号を使用して説明を省略する。

まず、変形例１について説明する。上記実施形態では、パイロット燃焼時に漏れ空気をメイン送風路（ダクト１１）に流すための構成として、ダンパ１２を0°に閉めた状態で、ダクト１１（係止部材１１５，１１６）とダンパ１２（軸１２１）との間に隙間１３を形成する構成を採用しているが、変形例１では、この隙間が形成される場所を変えている。

具体的には、変形例１では、第一及び第二係止部材を櫛歯状に形成しており、パイロット燃焼時のダンパ１２を0°に閉じた状態でも、ダンパ１２とダクト１１内面との間に隙間が生じ、この隙間に漏れ空気を通過させることがでる。本変形例１によっても上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

続いて、変形例２に係るダンパ１２の構成について説明する。図５は、変形例２に係るダンパの上面図である。同図に示すように、本変形例２では、ダンパ１２のダンパ軸１２１の両側に四つずつの貫通穴１２２を設けている。本変形例２では、パイロット燃焼時にダンパ１２を0°に閉じた状態であっても、この複数の貫通穴１２２を漏れ空気が通過するため、本変形例２によっても上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

さらに、変形例２では、ダンパ１２の部分を通過する漏れ空気がダクト１１内の送風路の中央に近い部分を通過するので、流路の端の部分を通過する場合と比較して、送風路後方での編流の発生を抑えることができ、安定してメインバーナ７へ漏れ空気を供給することができる。

続いて、変形例３に係るダンパ１２が設置された箇所のダクト１１の構成について説明する。図６は、変形例３に係るダクトの一部を拡大して示す断面図である。同図に示すように、本変形例３では、ダクト１１内の送風路をダンパ１２の前後で迂回するダンパバイパス路１１８がダクト１１に設置されている。

したがって、ダンパ１２を完全に閉じた状態であっても、僅かな漏れ空気がダンパ１２の上流側においてダンパバイパス路１１８に入り、ダンパ１２の下流側においてダンパバイパス路１１８からダクト１１へ戻る。したがって、本変形例３においても、パイロット燃焼時にダンパ１２を0°に閉じた状態であっても、このダンパバイパス路１１８を経由して、漏れ空気をメインバーナ７に供給することができ、本変形例３によっても上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

続いて、変形例４について説明する。本変形例４では、パイロット燃焼時にダンパ１２を閉じるときに、漏れ空気が通過できるように僅かにダンパ１２が開いた状態で閉じるように構成している。具体的には、ダンパ１２を閉じた状態で開度が10°となるように設定している。

これにより、パイロット燃焼時にもダクト１１に漏れ空気が供給され、メインバーナ７の熱損傷等を防止することができる。もちろん、ダンパ１２を閉じた状態の開度は、適宜変更可能であり、ボイラの構成等に応じて、例えば、5°や15°としても良い。

以上、変形例も含めて本発明の実施形態について説明したが、本発明の主旨を逸脱しない範囲内でさらに種々の変形が可能であることは言うまでもない。例えば、上記実施形態では、角型の缶体を備えた角型ボイラについて説明したが、丸型の缶体を備えた角型以外のボイラであっても適用できるのは言うまでもない。

また、上記実施形態では、バーナを横に設置した横焚き型のボイラとしたが、バーナを缶体の上部に設置した上焚き型のボイラであってももちろん本発明を適用できる。上焚き型の場合には、特にメインバーナが汚れやすいので、本発明により大きな作用効果を奏することができる。

また、上記実施形態では、メイン送風路に漏れ空気を供給するための構成として、隙間、穴、バイパス経路等を単独で採用しているが、これらを組み合わせた構成としても良い。

１ボイラ
２缶体
５送風機
７メインバーナ
８パイロットバーナ
９排気筒
１０燃焼用空気送風路
１１ダクト
１１５，１１６係止部材
１１８ダンパバイパス路
１２ダンパ
１５パイロット送風路
３０燃料供給ライン
５０制御器

Claims

メインバーナと、パイロットバーナと、送風機と、前記送風機から前記メインバーナ及び前記パイロットバーナへと燃焼用空気を供給する燃焼用空気送風路と、を備えるボイラにおいて、
前記燃焼用空気送風路は、
流量を調整するためのダンパを備える、前記メインバーナへ燃焼用空気を供給するためのメイン送風路であって、その内面に、閉じている前記ダンパの回転先端部分と当接することで、前記回転先端部分と前記メイン送風路の内面との間の隙間を無くす係止部材が設けられたメイン送風路と、前記ダンパの上流側において前記メイン送風路から分岐して前記パイロットバーナへ燃焼用空気を供給するためのパイロット送風路と、を備え、
前記パイロットバーナのみを燃焼させるパイロット燃焼の際に、前記ダンパを閉じるように制御する制御器をさらに備え、
前記係止部材は、前記ダンパの回転軸との間に隙間が形成されるように構成されており、前記パイロット燃焼中に、この回転軸との間の隙間を通過させることで、前記メイン送風路からも適正流量の漏れ空気を供給するように構成されていることを特徴とするボイラ。
前記ダンパは、0°のときに全閉、90°のときに全開となるように、0〜90°の範囲内で回動可能に構成されており、
前記係止部材は、0°に閉じている前記ダンパの回転先端部分と当接することを特徴とする請求項１記載のボイラ。
前記ダンパの回転軸は、前記メイン送風路の送風方向に垂直な軸であることを特徴とする請求項２記載のボイラ。