JP7389452B2

JP7389452B2 - 煙道で発生した凝縮水の回収装置を備えた燃焼装置

Info

Publication number: JP7389452B2
Application number: JP2019131516A
Authority: JP
Inventors: 卓哉鈴木; 幸治郎北川; 正成木下
Original assignee: 株式会社ヒラカワ
Priority date: 2019-07-17
Filing date: 2019-07-17
Publication date: 2023-11-30
Anticipated expiration: 2039-07-17
Also published as: JP2021017983A

Description

本発明は、煙道で発生した凝縮水の回収装置を備えた燃焼装置に関する。

ボイラとして、燃焼ガスを排気するための煙道が、ボイラの本体部から上向きに設置されたものが知られている。一方、近年においては高効率ボイラの開発が進められている。近年の高効率ボイラにおいては、燃焼排ガスの温度が１００度未満の低温であるものも存在する。このような低温の排ガスであっても、ボイラから上向きの煙道に流れ込むと、この種の煙道は一般的に保温が行われていないために、煙道の内壁面で冷やされ、この内壁面で凝縮水が発生する。発生した凝縮水は、この内壁面を伝ってボイラ側へ流下する。

燃焼ガスから発生した凝縮水は、燃焼ガス中に含まれていた二酸化炭素や窒素酸化物が溶け込むことで、低ｐＨすなわち酸性の状態となっている。このため、ボイラの腐食による不具合を引き起こす要因となっている。特に、ボイラからの排気口の部分には、ボイラからの排出熱を利用した給水予熱装置が設けられることが多いが、その場合はこの給水予熱装置にも腐食が発生する危険性がある。

特許文献１には、上向きの煙道としての煙突の内部において、排気ガスに含まれる水分を凝縮させて回収するために、煙道内に、排気ガス中の水分を衝突させて付着させるための案内羽根を設けたものが開示されている。

特開昭５８－１３９１９号公報

しかし、特許文献１では、付着水を、煙道内のドレーンに導入させたのち、煙道の外部へ回収させる旨の記載はあるものの、排気ガスが充満している煙道の内部からどのようにすれば排気ガスを伴わずに凝縮水だけを煙道外へ回収することができるのかについての具体的な説明はされていない。

そこで本発明は、このような問題点を解決して、煙道内で凝縮水が発生したときに、排気ガスを伴わずに凝縮水だけを煙道外に回収できるようにすることを目的とする。

この目的を達成するため、本発明の、煙道で発生した凝縮水の回収装置を備えた燃焼装置は、
燃焼装置からの上向きの煙道の下部に、同煙道を構成する壁体の内面に沿って流下する凝縮水を受ける内面側受け樋と、前記壁体の外面に沿って流下する凝縮水を受ける外面側受け樋と、前記内面側受け樋と外面側受け樋との間を仕切る仕切壁とを有し、
前記内面側受け樋と外面側受け樋とは、前記仕切壁に形成された連通路によって互いに連通しており、
外面側受け樋に、樋内に溜まった凝縮水を排出するための排出路が接続されており、
前記連通路は、内面側受け樋および外面側受け樋の内部に溜まった凝縮水によって水封されており、
前記仕切壁の外周に第１のフランジが設けられており、
第１のフランジの外周端面と、外面側受け樋を構成する外側樋壁との間に、上下方向の隙間が形成され、
前記煙道における内面側受け樋および外内面側受け樋よりも上側の部分に立ち上がり部が設けられ、
立ち上がり部の外周に第１フランジよりも小径の第２フランジが形成されており、
第２フランジは、第１フランジに固定されていることを特徴とする。

本発明によると、上記の回収装置において、水封するための凝縮水のレベルは、煙道外部と比べたときの煙道内の圧力変動に対応した水柱の高さよりも大きなものであることが好適である。

このような構成であると、内面側受け樋と外面側受け樋とが連通路によって連通されるとともに、この連通路が、受け樋内に溜まった凝縮水によって水封されているため、煙道を構成する壁体の内面で凝縮しこの内面に沿って流下することで内面側受け樋により受けられた凝縮水は、煙道内の排気ガスを伴わずに外面側受け樋すなわち煙道外へ導き出される。このため、煙道内で凝縮水が発生したときに、排気ガスを伴わずに凝縮水だけを煙道外に回収することができる。また、内面側受け樋のみならず、外面側受け樋をも有する構成であるために、煙道のつなぎ目から外部に漏れだした凝縮水などをも確実に回収することができる。

水封するための凝縮水のレベルが、煙道外部と比べたときの煙道内の圧力変動に対応した水柱の高さよりも大きなものである場合には、煙道内の圧力変動にかかわらず水封状態を維持することができる。

本発明の実施の形態の、煙道で発生した凝縮水の回収装置を備えた燃焼装置の、要部の断面構造を示すための、図３におけるＩ－Ｉ線に沿った拡大断面図である。図１における要部を拡大して示す図である。図１に示す部分の外観を示す図である。同回収装置が設置される煙道についての全体的な経路の例を示す図である。

図４において、１０は燃焼装置としてのボイラであり、燃料を燃焼させることによって蒸気および、または温水を生成することができるように構成されている。ボイラ１０からの排気ガスは、煙道１２を通って煙突１４に導かれ、必要であれば所定の排ガス処理を施されたうえで、煙突１４から大気中に排出される。

煙道１２は、ボイラ１０からの立ち上がり部１６と、この立ち上がり部１６と煙突１４とを連結する連結部１８とを備える。図示の例では。立ち上がり部１６は上下方向に設置され、連結部１８は横向きに設置されている。さらに、連結部１８は、立ち上がり部１６から煙突１４に向かうにつれて下り勾配を形成するように、若干傾斜した構成とされている。

上述のように、煙道１２や煙突１４の内部では、凝縮水が発生することがある。このうち、煙突１４の内部で発生した凝縮水は、煙突１４において矢印Ａで示すように、煙突１４の底部の適所から外部に回収される。その手法は任意である。煙道１２における連結部１８で発生した凝縮水は、上述のように連結部１８が煙突１４に向かうにつれて下り勾配を形成するように傾斜した構成とされていることから、煙突１４に近付くように導かれ、矢印Ｂで示すように煙突１４の近傍で煙道１２の外部へ回収されるか、あるいは、煙突１４まで導かれて、煙突１４の内部で発生した凝縮水とともに回収される。

煙道１２の立ち上がり部１６の内部で発生した凝縮水は、矢印Ｃで示すように上下方向に設置された立ち上がり部１６の壁面に沿って流下する。このため、対策を講じないと、上述のように酸性の状態となっている凝縮水がボイラ１０に入り込んで不都合が生じるおそれがある。

そこで本発明においては、図１～図３に示す凝縮水の回収装置２２を設置して、煙道１２の内部で発生した凝縮水がボイラ１０に入り込まないようにしている。

図３および図１に示すように、ボイラ１０は、その上部に給水予熱器２４を備えており、この給水予熱器２４と煙道１２の立ち上がり部１６とが、ダクト２６を介して互いに接合されている。ダクト２６には点検孔２８が設けられており、この点検孔２８は蓋板３０にて塞がれている。

回収装置２２は、ダクト２６と煙道１２の立ち上がり部１６との間に設けられている。詳細には、図１～図３に示すように、煙道１２の立ち上がり部１６は耐食性の鋼板によって円筒状に形成されている。３２は、煙道１２を構成する壁体である。

回収装置２２は、耐食性の鋼板による樋構造を呈した構成とされている。ここで、３４は樋底板で、ダクト２６の天板を兼ねた環状板によって構成され、横方向に配置されたうえで、ダクト２６を構成する上下方向の壁部３６の上端に溶接により取り付けられている。樋底板３４の上面には、内側樋壁３８と、仕切壁４２と、外側樋壁４０とが、溶接により接続されている。これらの内側樋壁３８と、仕切壁４２と、外側樋壁４０とは、円型、角型に形成され、互いに径方向に間隔をあけた状態で、この順に径方向の内側から外側に向けて同心状に配置されている。そして、内側樋壁３８よりも内周側の部分が、ダクト２６の内部と煙道１２の立ち上がり部１６の内部とを繋ぐ排気ガス通路４４を構成している。

内側樋壁３８と樋底板３４と仕切壁４２とによって、上向きに開口した環状の内面側受け樋４６が構成されている。この内面側受け樋４６は、排気ガス通路４４よりも外周側において、立ち上がり部分１６に連通した構成とされている。一方、仕切壁４２と樋底板３４と外側樋壁４０とによって、上向きに開口した環状の外面側受け樋４８が構成されている。この外面側受け樋４８は、内面側受け樋４６よりも外周側において、大気に開放された構成とされている。内面側受け樋４６と外面側受け樋４８も、同心円状に配置されている。

外面側受け樋４８には、横向きの排出路を構成する排水口５０が設けられている。仕切壁４２には、排水口５０よりも下側の位置において、内面側受け樋４６と外面側受け樋４８とを連通させる連通路５２が、貫通状態で形成されている。内面側受け樋４６と外面側受け樋４８とには、水５４が溜められている。この水５４は、排水口５０の下縁５６までのレベルとなる。このとき、連通路５２は水没した状態となる。

仕切壁４２の上端の縁部の外周には、フランジ５８が溶接されている。フランジ５８には周方向に沿った複数の位置に締結孔６０が貫通状態で形成されており、各締結孔６０に対応したフランジ５８の下面５９には、ナット６２が溶接されている。フランジ５８は、その外径が外側樋壁４０の内径よりも小径となるように構成され、その結果、フランジの外周端面６４と外側樋壁４０との間に上下方向の隙間６６が形成されている。

煙道１２の立ち上がり部１６の下端の外周にはフランジ６８が形成されている。このフランジ６８は、その外径がフランジ５８における複数の締結孔６０のピッチ円よりも小径に形成されて、その外周縁が締結孔６０と重ならないように構成されている。７０は環状の押さえ板で、締結孔６０を通してナット６２にねじ込まれるボルト７２によって、フランジ５８に締結されるように構成されている。その結果、煙道１２のフランジ６８がフランジ５８と押さえ板７０との間に挟み込まれ、それによって立ち上がり部１６と凝縮水の回収装置２２とが相互に固定されている。

このような構成において、ボイラ１０を運転する際には、外面側受け樋４８と内面側受け樋４６との中に水５４を注ぎ込む、すると、この水５４は、排水口５０の下縁５６のレベルまで貯留される。連通路５２によって外面側受け樋４８と内面側受け樋４６とが連通されているため、これら外面側受け樋４８と内面側受け樋４６とで水５４のレベルは等しくなる。余剰の水は、排水口５０から外部に排出される。

この状態では、連通路５２は、外面側受け樋４８と内面側受け樋４６とに溜まった水５４によって水封されている。すなわちダクト２６と回収装置２２と煙道１２との内部も、外部に対して水封された状態となっている。一方、煙道１２の内部は、外部に比べて±１．０ｈＰａ程度の圧力変動が生じることが一般的である。これに対応するために、排水口５０の下縁５６によって規定される水５４のレベルと、連通路５２の上縁との高低差を１０ｍｍ程度以上としておけば、上記した圧力変動にかかわらず水封状体を維持することができる。すなわち、排水口５０の下縁５６と連通路５２の上縁との上下方向の位置関係を煙道１２の内部において予想される圧力変動の水柱高さよりも大きなものとしておくことにより、圧力変動に関係なく水封状体を維持することができる。これによって、煙道１２の内部を流れる排気ガスが外部に漏れ出すことを、確実に防止することができる。

ボイラ１０を運転すると、燃料の燃焼により生じた排気ガスは、煙道１２を通って煙突１４に導かれたうえで外部に排出される。このとき、排気ガス温度が低い場合には、一般的に煙道１２は保温されておらず、そのため排気ガスが冷やされて、煙道１２の特に立ち上がり部１６の壁体３２の内面において凝縮水が発生する。この凝縮水は、壁体３２の内面を伝わって流下し、内面側受け樋４６に流れ込む。一方、煙道１２はつなぎ目を有することが通例であるが、このつなぎ目から煙道１２の壁体３２の外面側へ凝縮水が漏れ出すことがある。この漏れ出した凝縮水は、壁体３２の外面を伝わって流下し、押さえ板７０の外面などを経たうえで、隙間６６を通って外面側受け樋４８に流れ込む。このとき、外面側受け樋４８は、その上部の大部分が隙間６６を除いてフランジ５８により覆われているため、この外面側受け樋４８に溜まった酸性の凝縮水が外部へ流れ出すことが防止される。

これらの流れ込みによって、内面側受け樋４６および外面側受け樋４８の水量が増大するが、その増大分は連通路５２および排水口５０を経て外部へ排出される。また、凝縮水が特に内面側受け樋４６に流れ込んで、この内面側受け樋４６により受け止められることで、排気ガス中の二酸化炭素や窒素酸化物などの溶け込みによりｐＨ値が下がったすなわち酸性化した凝縮水がボイラ１０の内部に入り込むことを、確実に防止することができる。このため、ボイラ１０に腐食による不具合が引き起こされないようにすることができる。

内面側受け樋４６および外面側受け樋４８の大きさは、凝縮水の発生量に応じて適宜に変更することができる。排出口５０は、その設置数を凝縮水の発生量に応じて適宜に変更することができる。

１２煙道
３２壁体
４６内面側受け樋
４８外面側受け樋
５０排水口
５２連通路
５４水

Claims

燃焼装置からの上向きの煙道の下部に、同煙道を構成する壁体の内面に沿って流下する凝縮水を受ける内面側受け樋と、前記壁体の外面に沿って流下する凝縮水を受ける外面側受け樋と、前記内面側受け樋と外面側受け樋との間を仕切る仕切壁とを有し、
前記内面側受け樋と外面側受け樋とは、前記仕切壁に形成された連通路によって互いに連通しており、
外面側受け樋に、樋内に溜まった凝縮水を排出するための排出路が接続されており、
前記連通路は、内面側受け樋および外面側受け樋の内部に溜まった凝縮水によって水封されており、
前記仕切壁の外周に第１のフランジが設けられており、
第１のフランジの外周端面と、外面側受け樋を構成する外側樋壁との間に、上下方向の隙間が形成され、
前記煙道における内面側受け樋および外内面側受け樋よりも上側の部分に立ち上がり部が設けられ、
立ち上がり部の外周に第１フランジよりも小径の第２フランジが形成されており、
第２フランジは、第１フランジに固定されていることを特徴とする煙道で発生した凝縮水の回収装置を備えた燃焼装置。
水封するための凝縮水のレベルは、煙道外部と比べたときの煙道内の圧力変動に対応した水柱の高さよりも大きなものであることを特徴とする請求項１記載の煙道で発生した凝縮水の回収装置を備えた燃焼装置。