JP6221706B2 - ボイラ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボイラ装置に関する。

従来、缶体において燃料を燃焼させて発生させた燃焼ガスにより水を加熱することで蒸気を生成するボイラ装置が知られている。このようなボイラ装置では、缶体に供給される水（以下、給水ともいう）と、蒸気を生成するために用いられた後の燃焼ガス（以下、排ガスともいう）との間で熱交換を行う節炭器を設けることにより、排ガスから熱回収を行うことで熱効率を向上させている。また、ボイラ装置の熱効率を更に向上させるために、節炭器を２つ備えるボイラ装置も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１で提案されたボイラ装置では、排ガスが流通する排気路における上流側に、排ガスの顕熱を回収する顕熱回収節炭器を配置すると共に、排気路における顕熱回収節炭器よりも下流側に、排ガスの潜熱を回収する第２節炭器を配置することで、燃焼ガスからより多くの熱回収を行い、熱効率を向上させている。

特開２００９−２６４６６３号公報

ところで、節炭器において排ガスから熱回収を行った給水は、その後、缶体に供給されて更に加熱され蒸気となる。そのため、缶体に供給される給水の温度を更に高くすることで、ボイラ装置の熱効率をより向上できる。

従って、本発明は、熱効率をより向上させられるボイラ装置を提供することを目的とする。

本発明は、燃料を燃焼させて蒸気を生成するボイラ本体と、前記ボイラ本体にボイラ給水を供給するボイラ給水ラインと、前記ボイラ本体において燃料が燃焼されて発生した排ガスを排出する排気路と、前記ボイラ給水ラインに配置され、該ボイラ給水ラインを流通するボイラ給水と前記排気路を流通する排ガスとの間で熱交換を行う第１節炭器と、前記ボイラ給水ラインにおける前記第１節炭器よりも上流側に配置され、該ボイラ給水ラインを流通するボイラ給水と前記第１節炭器で熱交換を行った排ガスとの間で熱交換を行う第２節炭器と、前記ボイラ本体からブロー水を排出するブロー水ラインと、前記ブロー水ラインを流通するブロー水と前記ボイラ給水ラインを流通するボイラ給水との間で熱交換を行うブロー用熱交換器と、を備えるボイラ装置に関する。

また、前記ブロー用熱交換器は、前記ボイラ給水ラインにおける前記第２節炭器よりも下流側に配置されることが好ましい。

また、前記排気路は、排ガスが下方に向かって流れる複数のダウンフロー部を含み、前記第１節炭器及び前記第２節炭器は、それぞれ前記ダウンフロー部に配置されることが好ましい。

また、前記第１節炭器及び前記第２節炭器は、水平方向に所定の間隔をあけて配置され、前記ブロー用熱交換器は、前記第１節炭器及び前記第２節炭器の下方に配置されることが好ましい。

本発明のボイラ装置によれば、熱効率をより向上させられる。

本発明の一実施形態に係るボイラ装置の構成を模式的に示す図である。 本発明の第１実施形態に係るボイラにおける缶体部分の断面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。

以下、本発明のボイラ装置１の好ましい一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本実施形態のボイラ装置１は、図１に示すように、ボイラ本体１０と、送風機２０と、給気ダクト３０と、燃料供給ライン４０と、排気路としての排気ダクト５０と、ボイラ給水ライン６０と、ブロー水ライン７０と、第１節炭器８０と、第２節炭器９０と、ブロー用熱交換器１００と、を備える。

ボイラ本体１０は、燃料を燃焼させて液体を加熱することで蒸気を生成する。ボイラ本体１０は、図２及び図３に示すように、缶体１１と、複数の水管１２と、連結壁１３と、下部ヘッダ１４と、上部ヘッダ１５と、セパレータ１６（図１参照）と、バーナ１７と、を備える。
缶体１１は、ボイラ本体１０の外形を構成し、平面視矩形形状の直方体状に形成される。この缶体１１の長手方向の一端側に位置する第１側面１１ａには、給気口１８が形成され、缶体１１の長手方向の他端側に位置する第２側面１１ｂには、排気口１９が形成される。

給気口１８には、後述の給気ダクト３０の先端部が接続される。排気口１９には、後述の排気ダクト５０の基端部が接続される。

複数の水管１２は、缶体１１の内部に上下方向に延びて配置されると共に、缶体１１の長手方向及び幅方向に所定の間隔をあけて配置される。
連結壁１３は、缶体１１の長手方向に延びる側部に沿って配置される水管１２を連結する。

下部ヘッダ１４は、平面視矩形形状の直方体状の容器によって構成され、缶体１１の下部に配置される。下部ヘッダ１４には、複数の水管１２の下端部が接続される。下部ヘッダ１４には、水が供給され、この下部ヘッダ１４から複数の水管１２に水が供給される。

上部ヘッダ１５は、平面視矩形形状の直方体状の容器によって構成され、缶体１１の上部に配置される。上部ヘッダ１５には、複数の水管１２の上端部が接続される。上部ヘッダ１５には、複数の水管１２において生成された蒸気が集められる。

セパレータ１６（図１参照）は、蒸気取り出しライン１６１を介して上部ヘッダ１５に接続される。このセパレータ１６は、上部ヘッダ１５に集められた蒸気中に含まれる水分を分離し、水分が分離された蒸気を、蒸気供給ライン１６２を介して外部に供給する。また、セパレータ１６は、降水管１６３を介して下部ヘッダ１４と接続されており、セパレータ１６で分離された水分は、下部ヘッダ１４に戻される。

バーナ１７は、給気口１８に配置される。

送風機２０は、空気を引き込んでこの引き込んだ空気を燃焼用空気として給気ダクト３０に送り込む。
給気ダクト３０は、送風機２０とボイラ本体１０（缶体１１）とを接続する。この給気ダクト３０は、送風機２０から送り込まれた燃焼用空気を缶体１１に供給する。

燃料供給ライン４０は、給気ダクト３０に接続され、給気ダクト３０に燃料ガスを供給する。この燃料供給ライン４０には、調整弁４１と、複数のノズル４２が設けられる。
調整弁４１は、給気ダクト３０に供給される燃料ガスの流通量を調整する。複数のノズル４２は、燃料供給ライン４０の先端部に配置され、給気ダクト３０に燃料ガスを噴出する。複数のノズル４２の先端側は、上方に向かって、つまり、給気ダクト３０における燃焼用空気の流通方向に対向する方向に延びている（図２参照）。

排気ダクト５０は、缶体１１の第２側面１１ｂ側に配置される（図２参照）。排気ダクト５０は、缶体１１の内部で燃料ガスと燃焼用空気との混合ガスが燃焼して生じた燃焼ガスを排出する（以下、排気ダクト５０を流通する燃焼ガスを排ガスともいう）。
この排気ダクト５０は、図１に示すように、複数のアップフロー部及びダウンフロー部を有する。ここで、アップフロー部とは、排ガスが上方に向かって流れる部分を示し、ダウンフロー部とは、排ガスが下方に向かって流れる部分を示す。
より具体的には、排気ダクト５０は、第１アップフロー部５１と、第１ダウンフロー部５２と、第２アップフロー部５３と、連結ダクト部５４と、第２ダウンフロー部５５と、第３アップフロー部５６と、を備える。

本実施形態では、第１アップフロー部５１、第１ダウンフロー部５２及び第２アップフロー部５３は、ボイラ本体１０の高さを超えない位置に配置される。連結ダクト部５４は、第２アップフロー部５３の先端部（上端部）から略水平方向に延びる。連結ダクト部５４の先端部は、第２ダウンフロー部５５の基端部に接続される。そして、第２ダウンフロー部５５及び第３アップフロー部５６は、第１ダウンフロー部５２及び第２アップフロー部５３よりも若干高い位置に配置される。即ち、第２ダウンフロー部５５及び第３アップフロー部５６は、第１ダウンフロー部５２及び第２アップフロー部５３から水平方向に所定の間隔をあけた位置に配置される。

以上の排気ダクト５０によれば、缶体１１から排出された排ガスは、第１アップフロー部５１を上昇した後第１ダウンフロー部５２を下降し、更に第２アップフロー部５３を上昇する。また、第２アップフロー部５３を上昇した排ガスは、連結ダクト部５４を略水平方向に流れた後第２ダウンフロー部５５を下降し、その後第３アップフロー部５６を上昇してから外部に排出される。

ボイラ給水ライン６０は、ボイラ本体１０（下部ヘッダ１４）に水（ボイラ給水）を供給する。このボイラ給水ライン６０には、逆止弁６１、給水バルブ６２、流量計６３、給水ポンプ６４が設けられている。本実施形態では、ボイラ給水ライン６０を流通するボイラ給水は、後述の第１節炭器８０、第２節炭器９０及びブロー用熱交換器１００により加熱された後、下部ヘッダ１４に供給される。

ブロー水ライン７０は、ボイラ給水が蒸発することでボイラ給水中に含まれるミネラル成分等が濃縮された場合に、このミネラル成分等が濃縮された濃縮水をブロー水としてボイラ本体１０から排出する。このブロー水ライン７０の基端側は、下部ヘッダ１４に接続される。
ブロー水ライン７０は、並列に分岐した第１分岐ライン７１と、第２分岐ライン７５とを備える。第１分岐ライン７１には、第１ブロー電磁弁７２と、第１オリフィス７３が設置され、第２分岐ライン７５には、第２ブロー電磁弁７６と、第２オリフィス７７が設置されている。
以上のブロー水ライン７０によれば、第１ブロー電磁弁７２及び第２ブロー電磁弁７６の開度を制御することで、ブロー水の排出量を調整できる。

第１節炭器８０は、ボイラ給水ライン６０を流通するボイラ給水と排気ダクト５０を流通する排ガスとの間で熱交換を行う。より具体的には、第１節炭器８０は、排気ダクト５０における第１ダウンフロー部５２に配置される。そして、第１節炭器８０では、第１ダウンフロー部５２を下方に向かって流れる排ガスとボイラ給水ライン６０を流通するボイラ給水との間で熱交換が行われ、ボイラ給水が加熱される。
ここで、第１節炭器８０は、排気ダクト５０における上流側に配置され、主として、高温の排ガスの顕熱を回収する。
尚、第１ダウンフロー部５２には、第１節炭器８０で熱回収された排ガスに含まれる水蒸気が凝縮して生じた結露水を排出する第１結露水ブローライン５２１が接続される。

第２節炭器９０は、ボイラ給水ライン６０を流通するボイラ給水と第１節炭器８０で熱交換を行った排ガスとの間で熱交換を行う。より具体的には、第２節炭器９０は、排気ダクト５０における第２ダウンフロー部５５に配置される。そして、第２節炭器９０では、第２ダウンフロー部５５を下方に向かって流れる排ガスとボイラ給水ライン６０を流通するボイラ給水との間で熱交換が行われ、ボイラ給水が加熱される。
ここで、第２節炭器９０は、主として、第１節炭器８０で熱交換されて温度が低下した排ガスの潜熱を回収する。
尚、第２ダウンフロー部５５には、第２節炭器９０で熱回収された排ガスに含まれる水蒸気が凝縮して生じた結露水を排出する第２結露水ブローライン５５１が接続される。

ここで、上述のように、本実施形態では、第２ダウンフロー部５５は、第１ダウンフロー部５２から水平方向に所定の間隔をあけた位置に配置されている。従って、第２節炭器９０も第１節炭器８０から水平方向に所定間隔をあけた位置に配置される。

ブロー用熱交換器１００は、ブロー水ライン７０を流通するブロー水とボイラ給水ライン６０を流通するボイラ給水との間で熱交換を行う。より具体的には、ブロー用熱交換器１００は、ボイラ給水ライン６０における第２節炭器９０よりも下流側に配置される。本実施形態では、ブロー用熱交換器１００は、ボイラ給水ライン６０における第２節炭器９０と第１節炭器８０との間に配置される。また、ブロー用熱交換器１００は、第２節炭器９０及び第１節炭器８０の下方に配置される。

次に、ボイラ装置１の動作について説明する。
ボイラ装置１は、送風機２０によって燃焼用空気を引き込むと共に、この引き込んだ燃焼用空気を給気ダクト３０に送り出す。
給気ダクト３０では送風機２０から送り出された燃焼用空気は、燃料供給ライン４０及び燃料供給ライン４０の先端部に設けられた複数のノズル４２を通じて供給される燃料ガスと混合された後、缶体１１の内部に供給される。

缶体１１では、燃焼用空気と燃料ガスとが混合された混合ガスがバーナ１７により噴射されて燃焼される。この混合ガスの燃焼によって、ボイラ給水ライン６０から下部ヘッダ１４を介して複数の水管１２の内部に供給されたボイラ給水（缶水）が沸騰して蒸気を生成する。水管１２の内部で生成した蒸気は、上部ヘッダ１５に貯留された後、セパレータ１６で水分が除去されて外部に供給される。

一方、缶体１１の内部において混合ガスが燃焼して発生した燃焼ガスは、排気口１９から排ガスとして排気ダクト５０に排出される。排気ダクト５０に排出された排ガスは、まず、第１アップフロー部５１を上昇した後第１ダウンフロー部５２を下降し、更に第２アップフロー部５３を上昇する。また、第２アップフロー部５３を上昇した排ガスは、連結ダクト部５４を略水平方向に流れた後第２ダウンフロー部５５を下降し、その後第３アップフロー部５６を上昇してから外部に排出される。

ここで、本実施形態では、第１ダウンフロー部５２に第１節炭器８０が配置され、第２ダウンフロー部５５に第２節炭器９０が配置されている。そして、上述のボイラ給水ライン６０は、第２節炭器９０を経由した後、第１節炭器８０を通りボイラ本体１０（下部ヘッダ１４）につながっている。これにより、ボイラ給水ライン６０を流通するボイラ給水は、まず、第２節炭器９０において、第１節炭器８０で熱交換を行って温度が低下した排ガスにより加熱される。その後、第１節炭器８０において、缶体１１から排出されたばかりの高温の排ガスにより更に加熱され、下部ヘッダ１４に供給される。

また、ボイラ本体１０においてボイラ給水の濃縮が進行した場合には、濃縮されたボイラ給水は、ブロー水としてブロー水ライン７０を通じて排出される。ここで、本実施形態では、このブロー水ライン７０にブロー用熱交換器１００を配置して、ブロー水とボイラ給水との間で熱交換を行わせた。これにより、ボイラ給水を、第２節炭器９０及び第１節炭器８０によって加熱すると共に、ブロー水の熱を利用してブロー用熱交換器１００でも加熱できる。よって、第２節炭器９０、ブロー用熱交換器１００及び第１節炭器８０それぞれにより、ボイラ給水を加熱できるので、排ガス及びブロー水が保有する熱を有効に利用でき、ボイラ装置１の熱効率を向上させられる。

また、ブロー用熱交換器１００を、ボイラ給水ライン６０における第２節炭器９０と第１節炭器８０との間に配置した。これにより、第２節炭器９０と最も水温の低いボイラ給水との間で熱交換を行った後、ブロー用熱交換器１００及び第１節炭器８０によりボイラ給水を更に加熱できる。

以上説明した本実施形態のボイラ装置１によれば、以下のような効果を奏する。

（１）ボイラ装置１を、排ガスの熱を利用してボイラ給水を加熱する第１節炭器８０及び第２節炭器９０と、ボイラ本体１０から排出されるブロー水の熱を利用してボイラ給水を加熱するブロー用熱交換器１００と、を含んで構成した。これにより、ブロー水の熱を用いてボイラ給水を更に加熱できる。よって、第２節炭器９０、ブロー用熱交換器１００及び第１節炭器８０それぞれにより、ボイラ給水を加熱できるので、排ガス及びブロー水が保有する熱を有効に利用でき、ボイラ装置１の熱効率を向上させられる。

（２）ブロー用熱交換器１００を、ボイラ給水ライン６０における第２節炭器９０と第１節炭器８０との間に配置した。これにより、第２節炭器９０と最も水温の低いボイラ給水との間で熱交換を行えるため、第２節炭器の性能を最大限に発揮でき、更に、ブロー用熱交換器１００及び第１節炭器８０によりボイラ給水を加熱できる。よって、第２節炭器の性能を最大限に発揮できるので、ボイラ装置１の熱効率をより向上させられる。

（３）排気ダクト５０を、第１ダウンフロー部５２及び第２ダウンフロー部５５を含んで構成し、第１節炭器８０を第１ダウンフロー部５２に、第２節炭器９０を第２ダウンフロー部５５にそれぞれ配置した。これにより、第１節炭器８０及び第２節炭器９０において排ガス中に含まれる水蒸気が凝縮した場合に、凝縮して生じた結露水を排ガスの流れに沿って容易に回収できる。

（４）第１節炭器８０及び第２節炭器９０を水平方向に所定の間隔をあけて配置し、ブロー用熱交換器１００を第１節炭器８０及び第２節炭器９０の下方に配置した。これにより、第１節炭器８０、第２節炭器９０及びブロー用熱交換器１００を備えるボイラ装置１をコンパクトに構成できると共に、ブロー用熱交換器１００をブロー水ライン７０におけるボイラ本体１０の近傍に配置できるので、ブロー水の保有する熱をより有効に利用できる。

以上、本発明のボイラの好ましい各実施形態につき説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態においては、ブロー用熱交換器をボイラ給水ラインにおける第２節炭器と第１節炭器との間に配置したが、これに限らない。即ち、ブロー用熱交換器を、ボイラ給水ラインにおける第１節炭器よりも下流側に配置してもよい。

１ ボイラ装置
１０ ボイラ本体
５０ 排気ダクト（排気路）
５２ 第１ダウンフロー部（ダウンフロー部）
５５ 第２ダウンフロー部（ダウンフロー部）
６０ ボイラ給水ライン
７０ ブロー水ライン
８０ 第１節炭器
９０ 第２節炭器
１００ ブロー用熱交換器

Claims (4)

1. 燃料を燃焼させて蒸気を生成するボイラ本体と、
   前記ボイラ本体にボイラ給水を供給するボイラ給水ラインと、
   前記ボイラ本体において燃料が燃焼されて発生した排ガスを排出する排気路と、
   前記ボイラ給水ラインに配置され、該ボイラ給水ラインを流通するボイラ給水と前記排気路を流通する排ガスとの間で熱交換を行う第１節炭器と、
   前記ボイラ給水ラインにおける前記第１節炭器よりも上流側に配置され、該ボイラ給水ラインを流通するボイラ給水と前記第１節炭器で熱交換を行った排ガスとの間で熱交換を行う第２節炭器と、
   前記ボイラ本体からブロー水を排出するブロー水ラインと、
   前記ボイラ給水ラインにおける前記第２節炭器と前記第１節炭器の間に配置され、前記ボイラ本体からブロー水が排出される場合に、前記ブロー水ラインを流通するブロー水と前記ボイラ給水ラインを流通するボイラ給水との間で熱交換を行うブロー用熱交換器と、を備え、
   前記第２節炭器は主として前記第１節炭器で熱交換されて温度が低下した排ガスの潜熱を最も水温の低いボイラ給水に回収し、前記第１節炭器は主として高温の排ガスの顕熱をボイラ給水に回収する、貫流ボイラ装置。
2. 前記ブロー用熱交換器は、前記ボイラ給水ラインにおける前記第２節炭器よりも下流側に配置される請求項１に記載の貫流ボイラ装置。
3. 前記排気路は、排ガスが下方に向かって流れる複数のダウンフロー部を含み、
   前記第１節炭器及び前記第２節炭器は、それぞれ前記ダウンフロー部に配置される請求項１に記載の貫流ボイラ装置。
4. 前記第１節炭器及び前記第２節炭器は、水平方向に所定の間隔をあけて配置され、
   前記ブロー用熱交換器は、前記第１節炭器及び前記第２節炭器の下方に配置される請求項１又は２に記載の貫流ボイラ装置。

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