JP6187747B2 - ボイラ - Google Patents

Description

本発明は、多管式のボイラに関するものである。

従来、下記特許文献１に開示されるように、円筒状に配列される複数の水管の内、所定箇所の水管に温度センサを設けて、その温度センサの検出温度により、水管内のスケール（水中の硬度分が析出したもの）の付着量を監視するボイラが知られている。

特開２００９−９２２７８号公報

しかしながら、従来技術では、スケールの付着量を監視するために、所定箇所の一つの水管にのみ温度センサが設けられる。この温度センサが設けられる水管は、通常は最もスケールが付着し易い水管ではあるが、円筒状に配列される各水管の熱負荷を分析したところ、前記所定箇所以外にも熱負荷の大きい箇所があり、その箇所においてもスケールの付着を監視することが望ましい。特に、高硬度漏れが発生したイレギュラー状態では、スケールの付着が最も早く生じる水管が変わってくるおそれがある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、水管内へのスケールの付着をより確実に監視できるボイラを提供することにある。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、上部管寄せと下部管寄せとの間に円筒状に配列されて内側水管列を構成する複数の内側水管と、前記内側水管列を取り囲むように、前記上部管寄せと前記下部管寄せとの間に円筒状に配列されて外側水管列を構成する複数の外側水管とを備え、前記内側水管列の周方向一部を残して、隣接する前記内側水管同士は、水管間の隙間を内側縦ヒレで閉塞されるか、水管同士が互いに接触して配置され、前記外側水管列の周方向他部を残して、隣接する前記外側水管同士は、水管間の隙間を外側縦ヒレで閉塞され、前記内側水管列および前記外側水管列には、前記周方向一部から前記周方向他部への領域の内、中途部から前記周方向他部までの領域においてのみ、前記内側水管に内側横ヒレが設けられると共に前記外側水管に外側横ヒレが設けられ、前記内側横ヒレは、前記内側水管列の外周面を構成する面に設けられ、前記外側横ヒレは、前記外側水管列の内周面を構成する面に設けられ、前記外側横ヒレが付けられ始める前記中途部の前記外側水管に、第一温度センサが設けられ、前記周方向一部の側から数えて数本以内となる前記外側水管に、第二温度センサが設けられたボイラにおいて、前記第二温度センサを設置可能な領域の外側水管には、前記第二温度センサの設置高さよりも上方に、水管の過熱を判定する第三温度センサが設けられており、前記第二温度センサの設置に代えてこの第三温度センサを用いて、水管内のスケールの付着を判定することを特徴とするボイラである。

横ヒレが付けられ始める位置は、受熱量が急激に上昇するため、水が濃縮し易く、スケールが析出して付着し易い。また、内側水管列の内側からの高温ガスの出口付近は、他の箇所よりも高温に晒されるため、やはりスケールが析出して付着し易い。従って、請求項１に記載の発明によれば、これらスケールの付着し易い複数箇所に温度センサを設けることで、水管内面へのスケールの付着を確実に監視することができる。
請求項１に記載の発明によれば、水管の過熱を検知するための第三温度センサを備えるボイラにおいて、第二温度センサの設置に代えて、第三温度センサを用いて、水管内のスケールの付着を監視することができる。

請求項２に記載の発明は、前記周方向一部における前記内側水管列の開口部と対面した位置には、一本または二本の前記外側水管が配置されており、前記第二温度センサは、前記周方向一部における前記内側水管列の開口部と対面した位置とは外れた位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のボイラである。

内側水管列の内側からの高温ガスは、流路を狭められて内外の水管列間の隙間に導入されるので、その導入直後の水管は、高温に晒され、スケールが析出して付着し易い。また、第二温度センサは、内側水管列の開口部と対面した位置とは外れた位置に配置されることで、火炎が直接に当たらず、安定した温度を検出できる。従って、請求項２に記載の発明によれば、水管内面へのスケールの付着を確実に監視することができる。

請求項３に記載の発明は、前記第一温度センサおよび前記第二温度センサは、それが設けられる前記外側水管内の水の沸騰開始部と対応した高さに設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボイラである。

水管内の水の沸騰開始部において、水が濃縮し易く、スケールが析出して付着し易い。従って、請求項３に記載の発明によれば、水管内の水の沸騰開始部と対応した高さにおいて温度を計測することで、水管内面へのスケールの付着量を正確に把握することができる。

本発明によれば、多管式のボイラにおいて、水管内へのスケールの付着をより確実に監視することができる。

本発明のボイラの一実施例を示す概略縦断面図である。 図１のボイラの概略横断面図である。 図２の右上部を拡大して示す図である。

以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１から図３は、本発明のボイラ１の一実施例を示す概略図であり、図１は縦断面図、図２は横断面図、図３は図２の右上部を拡大して示す図である。

本実施例のボイラ１は、円筒状の缶体２を備えた多管式の貫流ボイラである。本実施例の缶体２は、上部管寄せ３と下部管寄せ４との間を、円筒状に配列された多数の水管５，６で接続して構成される。

上部管寄せ３と下部管寄せ４とは、上下に離隔して平行に配置され、それぞれ中空の円環状とされている。また、上部管寄せ３と下部管寄せ４とは、それぞれ水平に配置されると共に、同一軸線上に配置される。

各水管５，６は、垂直に配置され、上端部が上部管寄せ３に接続される一方、下端部が下部管寄せ４に接続される。各水管５，６は、上部管寄せ３と下部管寄せ４との周方向へ順次に配列されることで、円筒状の水管列を構成する。本実施例では、内側水管列７と外側水管列８とが同心円筒状に設けられる。内側水管列７は、円筒状に配列された内側水管５にて構成される。一方、外側水管列８は、内側水管列７を取り囲むように、円筒状に配列された外側水管６にて構成される。

隣接する内側水管５間の隙間は、内側水管列７の周方向一部（図２における右端部）を除き、上下方向全域に亘って内側縦ヒレ９にて閉塞される。図２における右端部においては、隣接する内側水管５間の隙間には内側縦ヒレ９は設けられず、上下方向全域において隙間が形成されて、内列連通部１０が形成されている。この内列連通部１０を介して、内側水管列７の内側と外側とは連通される。本実施例のボイラ１の場合、外側水管列８には、内列連通部１０と対応した位置に、一本または二本の外側水管６が配置される。

なお、内列連通部１０を形成する際、周方向等間隔に配列された内側水管５の内、図２における右端部において、一本または複数本の内側水管５の設置を省略してもよい。また、図２における右端部を除き、隣接する内側水管５間の隙間を内側縦ヒレ９で閉塞したが、隣接する内側水管５の外周面同士を互いに接触させて、内側水管５間の隙間を閉塞してもよい。

隣接する外側水管６間の隙間は、外側水管列８の周方向他部（前記周方向一部と缶体２の直径方向に対向した箇所であり、図２における左端部）を除き、上下方向全域に亘って外側縦ヒレ１１にて閉塞される。図２における左端部においては、隣接する外側水管６間の隙間には外側縦ヒレ１１は設けられず、上下方向全域において隙間が形成されて、外列連通部１２が形成されている。この外列連通部１２を介して、外側水管列８の内側と外側とは連通される。なお、外列連通部１２を形成する際、周方向等間隔に配列された外側水管６の内、図２における左端部において、一本または複数本の外側水管６の設置を省略してもよい。

上部管寄せ３と下部管寄せ４との間には、外側水管列８を取り囲むように、円筒状の缶体カバー１３が設けられる。缶体カバー１３は、上端部において、上部管寄せ３との隙間が封止され、下端部において、下部管寄せ４との隙間が封止される。缶体カバー１３には、図２における左端部に、煙道１４が接続される。この際、缶体２の上下方向いずれの箇所において、缶体カバー１３に煙道１４を接続してもよい。なお、外側水管列８と缶体カバー１３との間の円筒状隙間には、図２における左端部を除き、断熱材１５が充填される。

上部管寄せ３の下面および下部管寄せ４の上面には、各管寄せ３，４と各水管５，６との接続部を覆うように、耐火材１６が設けられる。この際、下部管寄せ４側の耐火材１６は、下部管寄せ４の中央部をも閉塞するように設けられる。下部管寄せ４側の耐火材１６の中央部には、逆円錐台状の凹部１７が形成される。

上部管寄せ３の中央部には、下方へ向けてバーナ１８が設けられる。このバーナ１８には、燃料が供給されると共に、燃焼用空気が供給される。バーナ１８を作動させることで、缶体２内において燃料の燃焼が行われる。この際、内側水管列７の内側は、燃焼室１９として機能する。

燃焼室１９での燃料の燃焼による燃焼ガスは、内側水管列７の周方向一部（図２における右側）に設けた内列連通部１０を介して、内側水管列７と外側水管列８との間の燃焼ガス流路２０に導入され、外側水管列８の周方向他部（図２における左側）に設けた外列連通部１２を介して、外側水管列８の外側へ導出される。

つまり、燃焼室１９から内列連通部１０を介して外方へ導出される燃焼ガスは、周方向両側へ分岐して、缶体２の前後の燃焼ガス流路２０を介して、外列連通部１２から外方へ導出される。各燃焼ガス流路２０には、その中途部から下流の設定領域に、内側横ヒレ２１および外側横ヒレ２２が設けられる。

内側横ヒレ２１は、それが設けられる内側水管５の上下方向全域であって、内側水管列７の外周面を構成する面に、内側水管５の半径方向外側へツバ状に延出して、上下に等間隔に複数設けられる。また、外側横ヒレ２２は、それが設けられる外側水管６の上下方向全域であって、外側水管列８の内周面を構成する面に、外側水管６の半径方向外側へツバ状に延出して、上下に等間隔に複数設けられる。なお、内側水管５と外側水管６とは、缶体２の周方向へ行くに従って互い違いに配置されるが、内側横ヒレ２１と外側横ヒレ２２とは、缶体２の平面視において重ならないように大きさ、形状および配置が調整されている。

外側水管６には、熱電対などを用いた温度センサ（２３，２４）が設けられる。この温度センサ２３，２４は、それが設けられた箇所の温度に基づき、水管内面へのスケールの付着状況を監視する。本実施例では、第一温度センサ２３と第二温度センサ２４とが設けられる。なお、外側水管６への各温度センサ２３，２４の取付方法は、特に問わないが、図３に示すように、外側水管６の周方向へ沿って取付座２５を溶接などで固定しておき、その取付座２５に温度センサ２３，２４を差し込むのが簡易である。

前述したように、燃焼ガス流路２０の中途部から外列連通部１２へ至るまでの設定領域には外側横ヒレ２２が設けられるが、第一温度センサ２３は、その設定領域の上流側の端部において、外側横ヒレ２２が付けられ始める外側水管６に設けられる。外側横ヒレ２２が付けられ始める位置は、受熱量が急激に上昇するため、水が濃縮し易く、スケールが析出して付着し易いので、この箇所に第一温度センサ２３を設けることで、水管内面へのスケールの付着を確実に監視することができる。

第二温度センサ２４は、内列連通部１０の幅方向中央部から数えて数本以内となる外側水管６に設けられる。図面では、水管本数を実際よりも少なく示しているが、実際の缶体２において、内列連通部１０の幅方向中央部から５本以内（好ましくは２〜３本以内）となる外側水管６に、第二温度センサ２４が設けられる。なお、内列連通部１０の幅方向中央部とちょうど対応した位置に外側水管６がある場合、その外側水管６を１本目として数える。いずれにしても、第二温度センサ２４は、内列連通部１０の側において、外側横ヒレ２２を有しない外側水管６に設けられる。

第二温度センサ２４は、内列連通部１０と対応した位置に配置されてもよいが、内列連通部１０とずれた位置に配置されるのがよい。内側水管列７の内側からの高温の燃焼ガスは、流路を狭められて内外の水管列７，８間の燃焼ガス流路２０に導入されるので、その導入直後の水管は、高温に晒され、スケールが析出して付着し易いので、この箇所に第二温度センサ２４を設けることで、水管内面へのスケールの付着を確実に監視することができる。しかも、第二温度センサ２４は、内列連通部１０とは周方向にずれた位置に配置されることで、火炎が直接に当たらず、安定した温度を検出できる。

各温度センサ２３，２４は、外側水管６の上下方向中央部よりも下方に設けるのがよい。この際、各温度センサ２３，２４は、それが設けられる外側水管６内の水の沸騰開始部と対応した高さに設けるのがよい。これにより、水管内へのスケールの付着状況の監視を、迅速で正確に行うことができる。なお、外側水管６内の水の沸騰開始部とは、本実施例では、上部管寄せ３側の耐火材１６の下面と、下部管寄せ４側の耐火材１６の上面との離隔距離の十分の一の長さだけ、下部管寄せ４側の耐火材１６の上面から上方へ離隔した位置とされる。

ボイラ１の運転中、各温度センサ２３，２４の検出温度を監視して、スケール付着状況が監視される。万一、第一温度センサ２３の検出温度が第一設定温度を超えるか、第二温度センサ２４の検出温度が第二設定温度を超えると、所定以上のスケールが付着しているとして、その旨、ユーザにお知らせする出力を行えばよい。それに対しては、缶体２内の水を排水して、薬品などでスケールの除去作業を図るのがよい。

ここで、バーナ１８の燃焼量に応じて、第一設定温度や第二設定温度は変更されるのがよい。たとえば、ボイラ１が高燃焼、低燃焼および停止の三位置で制御される場合、蒸気圧が所定以上あることを前提に、低燃焼へ移行して設定時間経過後、第一温度センサ２３の検出温度が低燃焼用第一設定温度を超える状態を所定時間継続するか、第二温度センサ２４の検出温度が低燃焼用第二設定温度を超える状態を所定時間継続すると、所定以上のスケールが付着していると判定する。また、高燃焼へ移行して設定時間経過後、第一温度センサ２３の検出温度が高燃焼用第一設定温度を超える状態を所定時間継続するか、第二温度センサ２４の検出温度が高燃焼用第二設定温度を超える状態を所定時間継続すると、所定以上のスケールが付着している判定する。

なお、低燃焼用第一設定温度は、低燃焼用第一設定値に補正値を加算した値であり、低燃焼用第二設定温度は、低燃焼用第二設定値に補正値を加算した値である。また、高燃焼用第一設定温度は、高燃焼用第一設定値に補正値を加算した値であり、高燃焼用第二設定温度は、高燃焼用第二設定値に補正値を加算した値である。そして、各補正値は、現在の蒸気圧に基づき予め定められた値である。

ところで、ボイラ１には、水管の過熱を検知するために、第三温度センサ（図示省略）が設けられる場合がある。第三温度センサは、第二温度センサ２４が設置可能な領域の外側水管６に設置されるが、第二温度センサ２４の設置高さよりも上方（水管の上下方向中央部よりも上方であって、好ましくは内周面が沸騰で濡れるだけの上端部）に設置されて、外側水管６の過熱を監視する。つまり、第三温度センサの検出温度が上限値を超えると、水管が過熱しているとして、その旨、ユーザにお知らせする出力を行う。

そして、このような第三温度センサを備える場合、前記第二温度センサ２４の設置に代えて、第三温度センサの検出温度を監視して、スケールの付着判定を行ってもよい。つまり、第三温度センサは、水管の過熱判定だけでなく、スケールの付着判定にも用いられる。具体的な判定方法は、上述した第二温度センサ２４による判定の場合と同様である。

本実施例のボイラ１によれば、スケールの付着し易い複数箇所の水管に温度センサ２３，２４を設け、いずれかの温度センサ２３，２４の検出温度が設定温度を超えるか否かにより、水管内面への所定以上のスケールの付着を判定することができる。スケールの付着し易い複数箇所の水管に温度センサ２３，２４を設けることで、仮に、高硬度漏れが発生したイレギュラー状態でも、スケールの付着を迅速かつ正確に把握することができる。

本発明のボイラ１は、前記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。特に、外側横ヒレ２２が付けられ始める中途部の外側水管６に、第一温度センサ２３が設けられ、前記周方向一部の側から数えて数本以内となる外側水管６に、第二温度センサ２４が設けられるのであれば、その他の構成は適宜に変更可能である。

たとえば、前記実施例において、外列連通部１２側の外側水管６は、エロフィンチューブなどのように全周にヒレが設けられた構成とされてもよい。その場合、全周ヒレ付きの外側水管は、他の外側水管６よりも缶体２の径方向内側に配置されるのがよい。また、前記実施例において、燃焼室１９内に、いくつかの水管を設置してもよい。

さらに、前記実施例において、バーナ１８を設ける代わりに、内側水管列７の内側に排ガスを導入すれば、廃熱ボイラや排ガスボイラとすることができる。

１ ボイラ
２ 缶体
３ 上部管寄せ
４ 下部管寄せ
５ 内側水管
６ 外側水管
７ 内側水管列
８ 外側水管列
９ 内側縦ヒレ
１０ 内列連通部
１１ 外側縦ヒレ
１２ 外列連通部
１３ 缶体カバー
１４ 煙道
１５ 断熱材
１６ 耐火材
１７ 凹部
１８ バーナ
１９ 燃焼室
２０ 燃焼ガス流路
２１ 内側横ヒレ
２２ 外側横ヒレ
２３ 第一温度センサ
２４ 第二温度センサ
２５ 取付座

Claims (3)

1. 上部管寄せと下部管寄せとの間に円筒状に配列されて内側水管列を構成する複数の内側水管と、
   前記内側水管列を取り囲むように、前記上部管寄せと前記下部管寄せとの間に円筒状に配列されて外側水管列を構成する複数の外側水管とを備え、
   前記内側水管列の周方向一部を残して、隣接する前記内側水管同士は、水管間の隙間を内側縦ヒレで閉塞されるか、水管同士が互いに接触して配置され、
   前記外側水管列の周方向他部を残して、隣接する前記外側水管同士は、水管間の隙間を外側縦ヒレで閉塞され、
   前記内側水管列および前記外側水管列には、前記周方向一部から前記周方向他部への領域の内、中途部から前記周方向他部までの領域においてのみ、前記内側水管に内側横ヒレが設けられると共に前記外側水管に外側横ヒレが設けられ、
   前記内側横ヒレは、前記内側水管列の外周面を構成する面に設けられ、
   前記外側横ヒレは、前記外側水管列の内周面を構成する面に設けられ、
   前記外側横ヒレが付けられ始める前記中途部の前記外側水管に、第一温度センサが設けられ、
   前記周方向一部の側から数えて数本以内となる前記外側水管に、第二温度センサが設けられたボイラにおいて、
   前記第二温度センサを設置可能な領域の外側水管には、前記第二温度センサの設置高さよりも上方に、水管の過熱を判定する第三温度センサが設けられており、
   前記第二温度センサの設置に代えてこの第三温度センサを用いて、水管内のスケールの付着を判定する
   ことを特徴とするボイラ。
2. 前記周方向一部における前記内側水管列の開口部と対面した位置には、一本または二本の前記外側水管が配置されており、
   前記第二温度センサは、前記周方向一部における前記内側水管列の開口部と対面した位置とは外れた位置に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のボイラ。
3. 前記第一温度センサおよび前記第二温度センサは、それが設けられる前記外側水管内の水の沸騰開始部と対応した高さに設けられる
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボイラ。

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