JP6488550B2

JP6488550B2 - ボイラ

Info

Publication number: JP6488550B2
Application number: JP2014066252A
Authority: JP
Inventors: 孝太山内; 藤原　達也; 達也藤原
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2019-03-27
Anticipated expiration: 2034-03-27
Also published as: JP2015190646A; WO2015146426A1

Description

本発明は、ガス焚きのボイラに関するものである。

従来、下記特許文献１の図１に開示されるように、送風機（５）からバーナ（２）へのダクト（６）において、送風機（５）からの燃焼用空気にガス供給路（１０）からのガスを噴出させて混合し、その予混合気をバーナ（２）において燃焼させるボイラ（１）が知られている。

特開２００６−２６６５３４号公報

従来技術のように、送風機よりも下流において、送風機からの燃焼用空気にガスを噴出させて混合する場合、ガス供給圧を比較的高く保つ必要がある。高燃焼時の炉圧よりもガス供給圧が低い場合、バーナにガスを所望に供給できず、定格燃焼量を確保できない。

また、従来技術の場合、ボイラを多缶設置する際の設置台数に制約が出やすい。つまり、同じガス供給圧でありながら、ボイラの多缶設置台数を増すか、逆に、同じ設置台数でありながら、ガス供給圧を下げたい場合があり、その解決が望まれる。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、ガス供給圧が比較的低くても（言い換えれば高燃焼時の炉圧より低くても）、バーナに必要量のガスを供給して、所期の燃焼を図ることができるボイラを提供することにある。また、ボイラの多缶設置台数を増すことができるボイラを提供することを課題とする。

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、予混合バーナを備えたガス焚きボイラであって、前記バーナに燃焼用空気を供給する送風機と、この送風機への空気の吸込口に設けられ、前記吸込口への空気の吸込みに伴いガスを吸引して空気と共に前記吸込口へ送り込むガス吸引機構とを備え、前記ガス吸引機構として、ベンチュリ管を備え、このベンチュリ管のスロート部に、ガス供給路が接続されており、このガス供給路には、下流側のガス圧力を設定圧力に維持するガス圧力調整弁が設けられており、前記ベンチュリ管の漸次縮小管の上流の圧力と、スロート部の圧力との差圧により、ガス混入前の空気のみの前記バーナへの送風量を監視することで、前記送風機の作動の有無を監視するか、燃焼量に応じた燃焼用空気の供給量であるかを監視することを特徴とするボイラである。

請求項１に記載の発明によれば、送風機への空気の吸込みを利用して、ガス吸引機構においてガスを吸引するので、ガス供給圧が比較的低くても必要ガス量をバーナへ供給して、所期の燃焼を図ることができる。また、空気にガスを混入後、送風機へ供給するので、送風機において空気とガスとの混合を確実に図ることができる。

請求項１に記載の発明によれば、ベンチュリ管を用いて、送風機への空気にガスを混入することができる。また、ガス圧力調整弁の出口側圧力を所定に維持することで、ベンチュリ管にて生じる負圧（言い換えればベンチュリ管の通風量）に応じた所望の流量で、安定してガスを空気に混入することができる。

送風機より下流では、空気とガスとの混合気となるので、燃焼用空気の風量を監視することができないが、請求項１に記載の発明によれば、送風機より上流のベンチュリ管において、燃焼用空気の風量を監視することができる。これにより、送風機の作動の有無や、燃焼量に応じた燃焼用空気の供給量であるかを監視することができる。

請求項２に記載の発明は、前記差圧と、排ガスの酸素濃度とに基づき、前記バーナの燃焼状態を監視することを特徴とする請求項１に記載のボイラである。

仮に、ガス供給路にオリフィスを設けてその差圧と、排ガスの酸素濃度とに基づき、バーナの燃焼状態を監視するとすれば、そのオリフィスが圧力損失となり、ガス供給圧をその分だけ高める必要がある。ところが、請求項２に記載の発明によれば、ベンチュリ管における差圧と、排ガスの酸素濃度とに基づき、バーナの燃焼状態を監視することができる。

請求項３に記載の発明は、前記ベンチュリ管を介した前記送風機への燃焼用空気の吸込路には、前記ベンチュリ管より上流に、通風量を調整するダンパが設けられ、このダンパの差圧により、前記バーナへの送風量を微調整す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。

送風機より下流では、空気とガスとの混合気となるので、燃焼用空気の風量を監視することができないが、請求項３に記載の発明によれば、送風機より上流のダンパにおいて、燃焼用空気の風量を監視することができる。これにより、送風機の作動の有無や、燃焼量に応じた燃焼用空気の供給量であるかを監視することができる。そして、バーナへの送風量を微調整することができる。

請求項４に記載の発明は、前記ベンチュリ管へのガス供給路には、開度調整可能なガス流量調整弁が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のボイラである。

請求項４に記載の発明によれば、ガス流量調整弁の開度を調整することで、燃焼量に応じた空気比に調整することができる。

さらに、請求項５に記載の発明は、多缶設置されるボイラであって、各ボイラのバーナには、共通のガス供給源からのガスが、各ボイラに備えられた前記ガス吸引機構を介して供給されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のボイラである。

請求項５に記載の発明によれば、ガス吸引機構を用いてガスを吸引するので、ガス供給圧が比較的低くてもよく、それ故、ボイラの多缶設置台数を増すことができる。

本発明のボイラによれば、ガス供給圧が比較的低くても、所期の燃焼を図ることができる。また、ボイラの多缶設置台数を増すことができる。

本発明のボイラの一実施例を示す概略図である。

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は、本発明のボイラ１の一実施例を示す概略図である。

本実施例のボイラ１は、多数の水管を備えた缶体２と、この缶体２の水管内の水を加熱するバーナ３と、このバーナ３にダクト４を介して接続される送風機５と、この送風機５の吸込口に設けられて吸込空気に燃料ガスを混入するガス吸引機構６とを主要部として備える。

缶体２は、上部管寄せと下部管寄せとの間を多数の水管で接続して構成され、缶体カバーで覆われる。缶体２の形状は、特に問わないが、本実施例では角形とされる。缶体２は、下部管寄せから適宜給水され、缶体２内の水位は所望に維持される。缶体２は、一端部にバーナ３が設けられ、他端部に排ガス路７が接続される。排ガス路７には、所望によりエコノマイザが設けられる。バーナ３からの燃焼ガス（当初は火炎を含む）は、各水管内の水と熱交換した後、排ガスとして排ガス路７から排出される。バーナ３からの燃焼ガスにより、各水管内の水は加熱され、蒸気として上部管寄せから気水分離器８を介して導出される。

バーナ３は、空気とガスとの予混合気が供給されて燃焼させる予混合バーナである。本実施例では、平面状の燃焼面（予混合気噴出面）を有する完全予混合式のバーナとされる。このバーナ３は、本実施例では、燃焼量を段階的に変更可能とされる。たとえば、高燃焼（１００％燃焼）、低燃焼（たとえば５０％燃焼）および停止の三位置で燃焼量が切り替えられる。詳細は後述するが、バーナ３には、燃焼量に応じた量の燃焼用空気とガスとが供給される。

送風機５は、吸込口９ａから気体を吸入し、吐出口９ｂへ吐出する。送風機５は、典型的には遠心式とされ、渦巻きケーシング９内でインペラを回転させ、ケーシング９の中央部に設けた吸込口９ａから気体を吸入し、ケーシング９の外周部に設けた吐出口９ｂから吐出する。送風機５の吸込口９ａには、吸込口９ａへの空気の吸込みに伴いガスを吸引して空気と共に吸込口へ送り込むガス吸引機構６が設けられる。

ガス吸引機構６は、本実施例では、ベンチュリ管１０を備える。ベンチュリ管１０は、周知のとおり、スロートの前後にテーパ部を備えて構成される。具体的には、最小径部のスロート（符号省略）の上流側には、下流へ行くに従って縮径する漸次縮小管１１が設けられる一方、スロートの下流側には、下流へ行くに従って拡径する漸次拡大管１２が設けられている。

ベンチュリ管１０のスロート部には、ガス供給路１３が接続されている。このガス供給路１３には、一対のガス遮断弁１４と、ガス圧力調整弁１５とが設けられる。ガス遮断弁１４は、バーナ３の燃焼時にのみ開放される弁である。ガス圧力調整弁１５は、二次側（下流側）のガス圧力を設定圧力に維持する弁である。ガス圧力調整弁１５は、本実施例ではゼロガバナから構成され、出口側の圧力を大気圧に調整する。

ボイラ１は、図示しない制御器より制御される。制御器は、蒸気圧に基づきバーナ３の燃焼量を調整する他、後述する各種監視などを行う。

バーナ３においてガスを燃焼させるには、送風機５を作動させると共に、ガス遮断弁１４を開放すればよい。一方、バーナ３における燃焼を停止するには、送風機５を停止すると共に、ガス遮断弁１４を閉鎖すればよい。但し、バーナ３の停止時、送風機５を停止するのに代えてまたはそれに加えて、送風機５の入口側もしくは出口側に通風量調整用のダンパを設けてそのダンパを閉じるか、排ガス路７にダンパを設けてそのダンパを閉じてもよい。

送風機５を運転すると、フィルタを介した外気がベンチュリ管１０を介して、送風機５の吸込口９ａへ吸い込まれる。ベンチュリ管１０に空気が通される際、ベンチュリ管１０に負圧が生じ、ガス供給路１３からガスがベンチュリ管１０へ引き込まれる。このようにして、送風機５の吸込口９ａへの空気の吸込みに伴い、ベンチュリ管１０においてガスを吸引して空気と共に、吸込口９ａへ送り込まれる。そして、送風機５内において空気とガスとが混合され、ダクト４を介してバーナ３へ供給され、バーナ３において燃焼される。

送風機５への空気の吸込みを利用して、ベンチュリ管１０においてガスを吸引するので、ガス供給圧（ガス圧力調整弁１５より上流のガス圧）が比較的低くても、所望のガス量をバーナ３へ供給して、所期の燃焼を図ることができる。たとえば、ガス供給圧が１００ｍｍＡｑであるのに対し高燃焼時の炉圧が１２０ｍｍＡｑである場合のように、ガス供給圧が高燃焼時の炉圧より低くても、本実施例のボイラ１によれば、ベンチュリ管１０においてガスを吸引することで、バーナ３に必要ガス量を供給することができる。

また、本実施例のボイラ１によれば、空気にガスを混入後、送風機５へ供給するので、送風機５において空気とガスとの混合を確実に図ることができる。さらに、ガス供給路１３にガス圧力調整弁１５を設け、その出口側圧力を所定に維持することで、ベンチュリ管１０にて生じる負圧（言い換えればベンチュリ管１０の通風量）に応じた所望の流量で、安定してガスを空気に混入することができる。しかも、ガス圧力調整弁１５をゼロガバナから構成して、ガス圧力調整弁１５の出口側を大気圧とする場合、ベンチュリ管１０に空気が流れない限りガスが流れないので、送風機５停止時のガス漏れを確実に防止できる。

バーナ３の燃焼量の調整は、バーナ３へ供給される燃焼用空気とガスの流量を調整してなされる。燃焼用空気の流量の調整は、ベンチュリ管１０への空気導入口にダンパ（図示省略）を設けてこのダンパの位置を調整するか、これに代えてまたはこれに加えて、インバータを用いて送風機５のモータの回転速度を変えることでなされる。そして、前述したとおり、ベンチュリ管１０への通風量を変えれば、ガスの流量も変わるが、燃焼量に応じた空気比とするために、次のように構成するのが好ましい。すなわち、ベンチュリ管１０へのガス供給路１３にガス流量調整弁（図示省略）を設け、このガス流量調整弁によりバーナ３へのガス流量を調整するのがよい。ガス流量調整弁は、ガス圧力調整弁１５より下流に設置される開度調整可能な弁またはダンパである。燃焼量（本実施例では高燃焼または低燃焼などの燃焼ステージ）に応じて、ガス流量調整弁の開度を変更することで、燃焼量に応じた空気比に調整することができる。つまり、高燃焼時と低燃焼時とで、空気比を変えることができる。

ボイラ１の運転中、制御器は、ベンチュリ管１０の差圧をセンサで監視し、この差圧によりバーナ３への送風量を監視する。本実施例のボイラ１の場合、送風機５より下流では、空気とガスとの混合気となるので、燃焼用空気の風量を監視することができないが、送風機５より上流のベンチュリ管１０において、燃焼用空気の風量を監視することができる。つまり、ベンチュリ管１０の漸次縮小管１１の上流の圧力と、スロート部の圧力との差圧を用いて、ガス混入前の空気のみの流量を監視することができる。

バーナ３への送風量を監視することで、送風機５の作動の有無、ひいては故障の有無を監視できる。たとえば、制御器は、送風機５に作動信号を出力しているのに、バーナ３への実際の送風を確認できない場合、送風機５の故障を検知することができる。また、制御器は、バーナ３への送風量を監視することで、燃焼量に応じた燃焼用空気の供給量であるかを監視することができる。たとえば、制御器は、バーナ３が高燃焼すべき条件の場合に、高燃焼に応じた燃焼用空気がバーナ３に供給されているか否かを監視することができる。

ところで、ベンチュリ管１０の差圧により、バーナ３への送風量を監視するのではなく、前述したようにベンチュリ管１０より上流にダンパを設ける場合、そのダンパの前後の差圧により、バーナ３への送風量を監視してもよい。そして、その差圧により、バーナ３への送風量を微調整してもよい。

また、制御器は、ベンチュリ管１０またはダンパにおける前記差圧と、排ガスの酸素濃度とに基づき、バーナ３の燃焼状態を監視するのが好ましい。この場合、排ガス路７には、酸素濃度センサが設けられる。仮に、ガス供給路１３にオリフィスを設けてその差圧と、排ガスの酸素濃度とに基づき、バーナ３の燃焼状態を監視するとすれば、そのオリフィスが圧力損失となり、ガス供給圧をその分だけ高める必要がある。ところが、ベンチュリ管１０またはダンパにおける差圧と、排ガスの酸素濃度とに基づき、バーナ３の燃焼状態を監視することができる。そして、万一、前記差圧と酸素濃度が異常値だった場合、たとえば、制御器はボイラ１の運転を停止させてメンテナンスを要求すればよい。

本実施例のボイラ１は、多缶設置されてもよい。つまり、本実施例のボイラ１を複数台用いて、ボイラシステムを構成してもよい。この場合、ボイラシステムは、複数のボイラ１と、これらボイラ１の運転台数と各燃焼量を制御する制御器とを備える。各ボイラ１からの蒸気は、蒸気ヘッダへ供給され、その蒸気ヘッダの蒸気が、一または複数の各種の蒸気使用設備へ送られる。蒸気ヘッダの圧力に基づき蒸気の使用負荷を監視し、制御器は、蒸気ヘッダ内の圧力を設定圧力に維持するように、ボイラ１の運転台数と各燃焼量を制御する。

ボイラ１を多缶設置する場合、各ボイラ１のバーナ３には、共通のガス供給源からのガスが、各ボイラ１に備えられたガス吸引機構６を介して供給される。各ボイラ１において、ガス吸引機構６を用いてガスを吸引するので、ガス供給圧が比較的低くてもよく、それ故、ボイラ１の多缶設置台数を増すことができる。

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、予混合バーナ３を備えたガス焚きボイラ１において、送風機５の吸込口９ａへの空気の吸込みに伴いガスを吸引して空気と共に吸込口９ａへ送り込むガス吸引機構６を備えるのであれば、その他の構成は適宜に変更可能である。

たとえば、ボイラ１の缶体２は、角形に限らず円筒型としてもよく、その場合、バーナ３は缶体２の上部に、下方へ向けて設置するのがよい。

また、前記実施例では、バーナ３の燃焼量を、高燃焼、低燃焼および停止の三位置で制御したが、高燃焼、中燃焼、低燃焼および停止の四位置で制御したり、単にオンオフ制御したりしてもよい。あるいは、蒸気の使用負荷に比例して、連続的に燃焼量を調整する比例制御を行ってもよい。いずれの場合も、ガス供給圧が最高燃焼量における炉圧よりも低くても、ガス吸引機構６により必要ガス量を吸引して、燃焼用空気との混合気として、適正にバーナ３に供給して燃焼させることができる。

１ボイラ
２缶体
３バーナ
４ダクト
５送風機
６ガス吸引機構
７排ガス路
８気水分離器
９ケーシング
９ａ吸込口
９ｂ吐出口
１０ベンチュリ管
１１漸次縮小管
１２漸次拡大管
１３ガス供給路
１４ガス遮断弁
１５ガス圧力調整弁

Claims

予混合バーナを備えたガス焚きボイラであって、
前記バーナに燃焼用空気を供給する送風機と、
この送風機への空気の吸込口に設けられ、前記吸込口への空気の吸込みに伴いガスを吸引して空気と共に前記吸込口へ送り込むガス吸引機構とを備え、
前記ガス吸引機構として、ベンチュリ管を備え、
このベンチュリ管のスロート部に、ガス供給路が接続されており、
このガス供給路には、下流側のガス圧力を設定圧力に維持するガス圧力調整弁が設けられており、
前記ベンチュリ管の漸次縮小管の上流の圧力と、スロート部の圧力との差圧により、ガス混入前の空気のみの前記バーナへの送風量を監視することで、前記送風機の作動の有無を監視するか、燃焼量に応じた燃焼用空気の供給量であるかを監視する
ことを特徴とするボイラ。
前記差圧と、排ガスの酸素濃度とに基づき、前記バーナの燃焼状態を監視する
ことを特徴とする請求項１に記載のボイラ。
前記ベンチュリ管を介した前記送風機への燃焼用空気の吸込路には、前記ベンチュリ管より上流に、通風量を調整するダンパが設けられ、
このダンパの差圧により、前記バーナへの送風量を微調整する
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。
前記ベンチュリ管へのガス供給路には、開度調整可能なガス流量調整弁が設けられている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のボイラ。
多缶設置されるボイラであって、
各ボイラのバーナには、共通のガス供給源からのガスが、各ボイラに備えられた前記ガス吸引機構を介して供給される
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のボイラ。