JP6301690B2 - 排熱回収ボイラ - Google Patents

Description

本発明は、ガスエンジンなどから排出された高温の排気ガスから熱を回収する排熱回収ボイラに関するものであり、より詳しくはボイラ本体の側部に入り口ダクトを設け、入口ダクトの上方より高温排ガスを導入し、ボイラ本体に設けている垂直水管に対して交差方向に高温排ガスを流すことによって加熱する構成としている排熱回収ボイラに関するものである。

ガスエンジンなどで燃焼を行って発電を行い、ガスエンジンなどから排出される排気ガスは排熱回収ボイラへ供給し、排熱回収ボイラで排気ガスから熱の回収を行うようにしたコージェネレーションが近年増加している。この場合の排熱回収ボイラは、特開２００１−１２４３０１号公報に記載しているように、ボイラ本体の側部に入り口ダクトを設置しておき、入り口ダクトからボイラ本体へ排ガスを送るようにしている。

入り口ダクトは上部に排ガス入り口を設けており、排気ガス入り口から下向きに排ガスを導入する。入り口ダクトと隣り合う位置にボイラ本体を設けており、入り口ダクトとボイラ本体は側面を開口してつなげておくことで、入り口ダクト内に入った排ガスは入り口ダクトの側面からボイラ本体の方へ流れる。排ガスの流れは入り口ダクト内を下向きに流れ、入り口ダクト内の底部まで達すると流れの方向を９０度変化させ、ボイラ本体側へ向けて流れる。

ボイラ本体部分では、上部に上部管寄せ、下部に下部管寄せを設けており、上下の管寄せ間に多数の垂直水管を設ける。排ガスは垂直水管を設けた部分を横向きに流れる。垂直水管に対して交差方向に排ガスを通すことにより、排ガスは垂直水管を加熱し、水管内の缶水を加熱して蒸気を発生する。ボイラ本体の入り口ダクトとは逆側の側面には出口ダクトを設けておき、ボイラ本体部分を通過した排ガスは出口ダクト内に入る。出口ダクトは上部に排ガス出口を設けているため、出口ダクト内に入った排ガスは、出口ダクト内で流れ方向を再び変更し、上向きの流れとなって出口ダクトから出ていく。

この場合、ボイラ本体部分を流れる排ガスは、垂直水管の全体を均一に流れることが理想であり、排ガスの流れに片寄りが発生し、排ガス流れの多い部分と少ない部分ができると、熱の吸収効率が低下することになる。しかし図７に記載しているように、入り口ダクト３に入った排ガスは入り口ダクト内で下向きに流れ、多くの排ガスは入り口ダクトの底面まで達する。排ガスは入り口ダクトの底面に衝突した後にボイラ本体方向へ流れの向きを変えるため、ボイラ本体部分での排ガスは、流路の下方部に多く流れ、ボイラ本体部分の上方部では排ガスの流れは少なくなっていた。ボイラ本体部分において、排ガスの流量が少ないデッドスペース９ができると、熱の吸収量が低下することになっていた。

特開２００１−１２４３０１号公報

本発明が解決しようとする課題は、ボイラ本体の側部に入り口ダクトを設置し、入り口ダクトの上部に設けた排ガス入り口より導入した排ガスは、入り口ダクト内を下向きに流動させた後に、入り口ダクトの側面からボイラ本体側へと流し、ボイラ本体部分での排ガスは横方向に流すようにしている排熱回収ボイラにおいて、ボイラ本体部分を流れる排ガス流が一部領域に片寄り、ボイラ本体部分における熱の吸収効率が低下することを防止することのできる排熱回収ボイラを提供することにある。

請求項１に記載の発明は、ガスエンジンなどから排出される高温の排気ガスからの熱回収を行う排熱回収ボイラであって、ボイラ本体部の側部に入り口ダクトを設け、入り口ダクトの上部に設けた排気ガス入り口より排気ガスの導入を行い、入り口ダクトの側部に設けている開口部を通してボイラ本体へ排気ガスを供給するようにしている排熱回収ボイラにおいて、
前記のボイラ本体への開口部に、排気ガスを通す穴部と排ガスの流れを遮る遮蔽面を持っており、入り口ダクトからボイラ本体へ流れる排気ガスの一部を遮るようにしている遮蔽板を設け、前記の遮蔽板はボイラ本体への開口部の下方部分に設置し、開口部の上方部分には遮蔽板を設けないものとしており、遮蔽板によって入り口ダクトの下方部からボイラ本体へ流れる排ガス量の制限を行うことで入り口ダクトの下方部では圧力上昇域が形成されるようにし、入り口ダクトの下方部へ入る排ガス流が減少して、入り口ダクトの上方部からボイラ本体部へ流れる排気ガス量が増加するようにしたことを特徴とする。

本発明を実施することにより、ボイラ本体部分を流れる排ガス流の片寄りをなくすことができ、ボイラ本体部分での熱吸収量を増加させることができる。

本発明の実施例における排ガスフローを示した説明図 図１の遮蔽板の正面図 本発明を実施していない場合における排ガスフローを示した説明図

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明の実施例における排ガスフローを示した断面説明図、図２は図１に記載している遮蔽板の正面図である。実施例のボイラは、ガスエンジンなどから排出されている高温の排気ガスから熱を回収して蒸気を発生する排熱回収ボイラである。ガスエンジン等において発電用の動力を得るために燃焼を行い、燃焼によって発生した高温排ガスは排熱回収ボイラへ供給し、ボイラの部分では高温排ガスから回収した熱を利用して蒸気を発生するコジェレーションシステムは、エネルギの有効活用が図れるために近年増加傾向にある。排熱回収ボイラの構成は大きく分けると、高温ガスの導入を行う入り口ダクト３、導入した高温ガスの熱によってボイラ水の加熱を行うボイラ本体１、ボイラ本体を通過した排ガスをボイラから取り出す出口ダクト４からなる。

ボイラ本体１には、上部に上部管寄せ、下部に下部管寄せを設け、上下の管寄せ間に多数の垂直水管８を設置している。垂直水管８の外側表面には、熱吸収用のフィンを多数設けることで伝熱面積を拡大している。出口ダクト４には、ボイラ本体部分での熱交換を終えた後の排気ガスとボイラ給水の間で熱交換を行う給水予熱装置２を設けている。入り口ダクト３は、上部に排気ガス入り口５を持ち、入り口ダクト３の側面で接しているボイラ本体１との間は開口するようにしている。入り口ダクト３とボイラ本体１をつなぐ部分には、ボイラ本体１の垂直水管８とは平行となるように立てて設置している遮蔽板７を置いている。遮蔽板７には多数のパンチング穴１０を開けており、排気ガスはパンチング穴１０を通しても流れるが、パンチング穴以外の部分は遮蔽面となっているために排気ガスの流れは制限されることになる。

遮蔽板７は、下部では入り口ダクトの底面と接しているが、上部は天井面からは離れており、入り口ダクト３とボイラ本体１をつなぐ開口部で下方部のみをふさいでいる。
排気ガス入り口５から入り口ダクト３内に入った排気ガスは、入り口ダクト３内を下方へ向けて流れて入り口ダクト底部に向かう。入り口ダクトの底部に達した排気ガスは、流れの向きをボイラ本体の側に変更して流れる。
遮蔽板７を、入り口ダクト３とボイラ本体１の間をつなぐ開口部の下端から中程まで設置していると、入り口ダクト３の下方部からボイラ本体１の下方部へ流れる排気ガス量が減少する。そして、入り口ダクト３の下方部では圧力が上昇するため、入り口ダクト３の下方部へ向かう排ガス量も減少する。遮蔽板７はボイラ本体１との開口部の下方部に設置しており、上方部には設置していないため、開口部の上方を抜ける排気ガス流は抵抗を受けることなく流れる。

入り口ダクト３内に入った排気ガス流は下方へ向けて流れるが、遮蔽板７を設けたことによって、入り口ダクト３の下方部に達した排気ガスの一部は、入り口ダクトの下方部で滞留することになる。入り口ダクト３の下方部では、供給されてきた排気ガスの逃げ場が制限されているために圧力が上昇して圧力上昇域１１ができる。入り口ダクト３の下方部で圧力が上昇すると、入り口ダクト３の下方部へ向かう排ガス量も減少する。入り口ダクト３の底部まで流れる排気ガス量が減少すると、その分は入り口ダクト３の上方部からボイラ本体１へ向かうことになるため、ボイラ本体１の上方部に流れる排気ガス量が増加する。そのため、ボイラ本体１の部分では、下方部を流れる排気ガス量が減少し、上方部に流れる排気ガス量が増加する。このようにしてボイラ本体１部分での場所ごとの排気ガス流量を調節することで、ボイラ本体１では排気ガス流の均一化が図れ、ボイラ本体での熱の吸収量を増加することができる。

ボイラ本体１で垂直水管８の加熱を行うことで温度の低下した排気ガスは、ボイラ本体１の下流側に設けている出口ダクト４へ送り、出口ダクト４の排気ガス出口６からボイラ外へ排出する。出口ダクト４には給水予熱装置２を設けており、排気ガス通路内に水平方向に延びる給水予熱管を多数設置している。給水予熱管は排気ガス流とは交差するように設置しており、給水予熱管の外側表面には熱吸収用のフィンを多数設けることで伝熱面積を拡大している。多数の給水予熱管は、連結することによって長い流路を形成しており、給水予熱管内にボイラ給水を通すと、ボイラ給水は排気ガスの熱を吸収することで温度が上昇する。給水予熱装置２で温度を上昇させたボイラ用水は、ボイラ本体１に供給する。

図３に記載しているように、遮蔽板７がない場合には、入り口ダクト３内を下方に流れてくる排気ガスは、入り口ダクト３の底部で流れの向きを変更し、多くの排気ガスはボイラ本体１の下方部へ流れていた。そのため、ボイラ本体１の上方部で排気ガスの流れが少なくなるデッドスペース９ができ、その部分では熱吸収量が少なくなっていた。遮蔽板７を設けてボイラ本体部分を流す排気ガスの流れを均一化することで、ボイラ本体での熱吸収効率を向上させることができる。

なお、本発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

１ ボイラ本体
２ 給水予熱装置
３ 入り口ダクト
４ 出口ダクト
５ 排気ガス入り口
６ 排気ガス出口
７ 遮蔽板
８ 垂直水管
９ デッドスペース
１０ パンチング穴
１１ 圧力上昇域

Claims (1)

1. ガスエンジンなどから排出される高温の排気ガスからの熱回収を行う排熱回収ボイラであって、ボイラ本体部の側部に入り口ダクトを設け、入り口ダクトの上部に設けた排気ガス入り口より排気ガスの導入を行い、入り口ダクトの側部に設けている開口部を通してボイラ本体へ排気ガスを供給するようにしている排熱回収ボイラにおいて、
   前記のボイラ本体への開口部に、排気ガスを通す穴部と排ガスの流れを遮る遮蔽面を持っており、入り口ダクトからボイラ本体へ流れる排気ガスの一部を遮るようにしている遮蔽板を設け、前記の遮蔽板はボイラ本体への開口部の下方部分に設置し、開口部の上方部分には遮蔽板を設けないものとしており、遮蔽板によって入り口ダクトの下方部からボイラ本体へ流れる排気ガス量の制限を行うことで入り口ダクトの下方部では圧力上昇域が形成されるようにし、入り口ダクトの下方部へ入る排ガス流が減少して、入り口ダクトの上方部からボイラ本体部へ流れる排気ガス量が増加するようにしたことを特徴とする排熱回収ボイラ。

Images