JPH0712301A - ボイラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 表面燃焼バーナを利用することで、小型化と
ＮＯx低減を図ることができるボイラを提供する。 【構成】 ボイラ本体の第１の壁２０ａ側に設けた表面
燃焼バーナ２１と、この表面燃焼バーナ２１近傍に対向
して平行に設けた第１の放射伝熱壁２５と、これと対向
する第２の放射伝熱壁２６と、両放射伝熱壁２５，２６
間に形成された空間４４内に設けた水管５群と、燃焼ガ
スの進行方向下流側端部に設けた空気予熱器２７と、外
部から取り入れた空気を空気予熱器２７を介して表面燃
焼バーナ２１の混合室２４に導く、ダンパ付きの空気ダ
クトとを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用、業務用ボイラ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１２は蒸気発生量が２ｔ／ｈ程度まで
の小型貫流ボイラの概要を表わす縦断面図、図１３は図
１２のＪ−Ｊ線断面図である。

【０００３】この図において、小型貫流ボイラは、環状
の上部管寄１と、上部管寄１と同様環状の下部管寄２
と、上部管寄１の外周部下面および下部管寄２の外周部
上面を接続する外列管３と、上部管寄１の外周部下面お
よび下部管寄２の外周部上面を接続するよう、外列管３
よりも上部管寄１および下部管寄２の中心側に配置され
た内列管４とでボイラ本体を構成している。

【０００４】外列管３および内列管４はそれぞれ円周方
向へ所要の間隔で配列された複数の水管５と各水管５，
５を円周方向へつなぐフィン６とで構成してある。ま
た、内列管４で囲まれた内部は燃焼室７となっており、
上部管寄１の中央からこの燃焼室７に臨ませたバーナノ
ズル８よりこの燃焼室７内に燃料を噴射させると共にバ
ーナノズル８の周囲より供給された燃焼用空気と燃料を
混合して燃焼させ、而して燃焼室７内に大きな火炎９を
形成するようになっている。

【０００５】このような構成において、周知のごとく外
部から下部管寄２を介して水管５に供給した水を、燃焼
室７内においては主として燃焼ガスの放射によって加熱
し、外列管３と内列管４の間の通路においては、燃焼室
７から流出して通路を通る燃焼ガスにより主として対流
によって加熱し蒸気を発生させる。そしてこの蒸気を汽
水分離器１０で分離して外部に取り出す。

【０００６】また、汽水分離器１０で分離したボイラ水
を降水管１１によって下部管寄２に戻す。

【０００７】この種のバーナは、いわゆる乱流拡散型の
バーナと言われるものであるが、完全燃焼に必要な時間
を確保するためと、ＮＯxの発生量をある限度以内に抑
制するために、燃焼室７での熱発生率は３２５０ｋｗ／
ｍ³程度に取られることが多い。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来のボ
イラでは、燃焼方式から受ける制約のため、ボイラの全
容積の約１／２以上を占める大きな燃焼室を必要とし、
従って比較的広い据え付け面積が必要となるため、地価
の高い都心のビル等に設置する場合不利となる。

【０００９】また、ＮＯx排出濃度も現規制値を満足す
るためには、排ガス再循環等のＮＯx低減手段を併用し
なければならないが、将来要求が出てくるであろうと予
想される一層の低ＮＯxレベルを達成するには従来のボ
イラでは困難がある。

【００１０】本発明はこのような背景に基づいてなされ
たものであり、表面燃焼バーナを利用することで、小型
化とＮＯx低減を図ることができるボイラを提供するこ
とを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、上部管寄と下部管寄との間に配設され且
つ、周囲を耐火物あるいは断熱材若しくは耐火物および
断熱材からなる壁で包囲したボイラ本体と、このボイラ
本体の第１の壁の内面に突出して設けた複数のバーナノ
ズルと、このバーナノズルの先端に対向するよう前記第
１の壁と略平行に設けた多孔材からなる壁状の表面燃焼
バーナと、この表面燃焼バーナ近傍に対向して略平行に
設けられ且つ上端が上部管寄に接続され下端が下部管寄
に接続された複数の水管を有する第１の放射伝熱壁と、
前記第１の壁と対向する第２の壁に沿い設けられ且つ上
端が上部管寄に接続され下端が下部管寄に接続された複
数の水管を有する第２の放射伝熱壁と、前記第１、第２
の放射伝熱壁間に形成された空間内に設けられ且つ上端
が上部管寄に接続され下端が下部管寄に接続された水管
群と、この水管群を横切って流れる燃焼ガスの進行方向
下流側端部に設けた排ガスダクトと、前記ボイラ本体の
外部から取り入れた空気を前記表面燃焼バーナと第１の
壁との間に形成された混合室に導く、空気流量調整手段
付きの空気ダクトとを備えたものである。

【００１２】また、本発明では、第１、第２の放射伝熱
壁間に形成された空間の燃焼ガス進行方向下流側端部
に、混合室へ送給される空気を燃焼ガスにより予熱する
空気予熱器を設けることができる。

【００１３】さらに、前記表面燃焼バーナの燃焼ガス進
行方向下流側端部に風箱を並列に設け、この風箱には、
前記第１の放射伝熱壁と前記表面燃焼バーナとで囲まれ
た空間から流出する燃焼ガスに２段燃焼用空気を吹き込
む吹き込みノズルを適宜数取り付けることもできる。

【００１４】

【作用】混合室で空気と混合した燃料は、表面燃焼バー
ナで燃焼して燃焼ガスが生成され、燃焼ガスは表面燃焼
バーナと第１の放射伝熱壁間の空間を通りつつ第１の放
射伝熱壁の水管内の流体を加熱したうえ、第１の放射伝
熱壁と第２の放射伝熱壁で形成された空間に流入し、該
空間内を横切って排ガスダクトへ排出される。この際、
第１、第２の放射伝熱壁の水管内の流体および第１、第
２の放射伝熱壁間に配置された水管内にある流体は加熱
されて蒸気が生成される。

【００１５】本発明では、表面燃焼バーナを用いてお
り、このバーナの火炎の長さは極めて短いため、第１の
放射伝熱壁と表面燃焼バーナとの間の空間は間隔を狭く
することができ、また第１の放射伝熱壁と第２の放射伝
熱壁との間に形成された空間内に水管群を設けることが
できる。従ってボイラ本体の据付面積を小さくすること
ができる。

【００１６】空気予熱器を設けた場合には、混合室へ送
給される空気は予熱されるため、燃焼効率が上昇し、ま
た２段燃焼用空気を吹込む吹き込みノズルを設けた場合
には顕著なＮＯxの低減を図ることができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１８】図１は第１の実施例に係るボイラの正面
図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は図２のＢ−Ｂ
線断面図、図４は図２のＣ−Ｃ線断面図、図５は図３の
Ｄ−Ｄ線断面図、図６は図３のＥ−Ｅ線断面図、図７は
図４のＦ−Ｆ線断面図である。

【００１９】この実施例において、ボイラ本体２０は、
矩形状の上部管寄１と、上部管寄１と同様矩形状の下部
管寄２との間に設置され、周囲を耐火物あるいは断熱材
若しくは耐火物および断熱材からなる壁２０’で包囲し
て壁２０’内部に空間が構成してある。

【００２０】図２、図５から明らかなように、壁２０’
のうちボイラ本体２０の前面となる手前側の第１の壁２
０ａは表面燃焼バーナ２１およびバーナノズル２２を収
容するスペースを作るために、手前側に突出して設けて
ある。

【００２１】表面燃焼バーナ２１は、メタルファイバ、
セラミックファイバ、ハニカム状メタルメッシュ等によ
り壁状に形成され、ボイラ本体２０内に第１の壁２０ａ
に対し平行に且つ所定の間隔を置いて配置されておりバ
ーナノズル２２は、第１の壁２０ａと表面燃焼バーナ２
１との間である混合室２４に配置されている。

【００２２】本実施例においては、図１、図２から明ら
かなように、表面燃焼バーナ２１を、第１のバーナ部２
１ａ、第２のバーナ部２１ｂ、第３のバーナ部２１ｃの
３つに分割している。

【００２３】また、ボイラ本体２０の内部空間には、表
面燃焼バーナ２１と近接対向して、第１の放射伝熱壁２
５が平行に設けてある。

【００２４】一方、第１の壁２０ａと対向配置された第
２の壁２０ｂの内壁面には第２の放射伝熱壁２６が設け
てある。これら各放射伝熱壁２５，２６は、内壁面に沿
って１列に配列した複数の水管５をフィン６で接続して
形成してあり、水管５およびフィン６の上端は、上部管
寄１の下面に接続され、水管５およびフィン６の下端は
下部管寄２の上面に接続されている。

【００２５】表面燃焼バーナ２１は火炎の長さが極めて
短いため、燃焼室のためのスペースが殆ど必要なく、従
って第１の放射伝熱壁２５と表面燃焼バーナ２１との間
の空間４５の間隔は数十ｍｍ程度とすれば十分である。

【００２６】第１の放射伝熱壁２５と第２の放射伝熱壁
２６の間に形成された内部空間４４には上端が上部管寄
１の下面に接続され且つ下端が下部管寄２の上面に接続
された多数の水管５ａからなる水管群が配列してある
が、上述のように燃焼室が殆ど不要なため、内部空間４
４は第１の壁２０ａと第２の壁２０ｂとを接近させた偏
平矩形状としても、多数の水管５ａを配列することが可
能となる。

【００２７】燃焼ガスは、表面燃焼バーナ２１と第１の
放射伝熱壁２５の間の偏平な空間４５を通り得るように
なっており、図２において放射伝熱壁２５の左側端部に
形成した開口４６から水管群が配置してある内部空間４
４内に流入し、図２において右側端部方向に流れるよう
になっているが、この下流側端である第１、第２の壁２
０ａ，２０ｂにつながる第３の壁２０ｃ側には空気予熱
器２７が設けてある。

【００２８】第１、第２の壁２０ａ，２０ｂにつながる
と共に第３の壁２０ｃと対向するよう配置された第４の
壁２０ｄの内表面には、第２の放射伝熱壁２８と同様、
水管５および水管５をつなぐフィン６を備えた第３の放
射伝熱壁２８が内表面に沿って設けてあり、水管５およ
びフィン６は上部管寄１および下部管寄２に接続されて
いる。

【００２９】第３の壁２０ｃ側には、水管５ａの配置さ
れた内部空間４４を通って来た燃焼ガスを導くための排
ガスダクト３０が接続されると共に排ガスダクト３０の
下部から内部空間４４に向けて空気予熱器２７が収納さ
れ、空気予熱器２７の上側部には、排ガスダクト３０の
側部を貫通して空気吸入管２９が接続されている。

【００３０】空気予熱器２７の下端と各バーナ部２１
ａ，２１ｂ，２１ｃの混合室２４の間には、空気予熱器
２７で暖めた空気を混合室２４へ導く空気ダクト３１が
設けてある。

【００３１】この空気ダクト３１内には、第１、第２の
バーナ部２１ａ，２１ｂと、第３のバーナ部２１ｃとを
区切るための仕切り板３２が設けてあり、この仕切り板
３２で仕切った各通路には空気の吸入を断続したりある
いは風量を調節するためのダンパ３３，３４がそれぞれ
設けてある。

【００３２】従ってダンパ３３が開くと、図３に示すよ
うに、第１、第２のバーナ部２１ａ，２１ｂに共通の取
り入れダクト３５を通って各混合室２４内に予熱空気が
流入し、同様にダンパ３４が開くと、第３のバーナ部２
１ｃ用の取り入れダクト３６を通って混合室２４内に予
熱空気が流入するようになっている。

【００３３】空気予熱器２７内には、複数本の排ガス導
管３７が設けてあり、図４、図６に示すように、この排
ガス導管３７の下端は、ボイラ本体２０の内部空間下方
に開口し、燃焼ガスはこの排ガス導管３７を通り、排ガ
スダクト３０により外方に流出するようになっている。

【００３４】図４、図７から明らかなように、空気吸入
管２９から空気予熱器２７内へ取り入れた空気は、排ガ
ス導管３７の間を通って下方に流れ、図６に示すよう
に、第１の壁２０ａの下端部を側方に突出して形成した
空気ダクト３１に流れ込むようになっており、さらに図
５から明らかなように、外側方に突出した第１の壁２０
ａの底部に位置する取り入れダクト３５，３６を経て、
混合室２４に至るようになっている。

【００３５】３８は上部管寄１と汽水分離器１０を接続
する連絡管である。

【００３６】次にその動作を説明すると、空気吸入管２
９から取り入れた空気は予熱器２７で暖められて、空気
ダクト３１から取り入れダクト３５，３６を通り、表面
燃焼バーナ２１前方の混合室２４に至る。バーナノズル
２２から混合室２４へ噴射された燃料はこの予熱空気と
混合室２４で混合し、表面燃焼バーナ２１の孔からボイ
ラ本体２０の内側に向けて流出し、燃焼するが、形成さ
れる火炎の長さは極めて短い。発生した燃焼ガスは、表
面燃焼バーナ２１と第１の放射伝熱壁２５との間の偏平
な空間４５を通り、第３の放射伝熱壁２８側に設けた開
口４６よりその角度を略９０度変えて内部空間４４内に
流入し、次いでさらにその角度を略９０度変えて水管５
ａにより形成された水管群の間を通り、空気予熱器２７
に至る。

【００３７】この間に各水管５，５ａの内部の水は加熱
され、蒸気となって上部管寄１、連絡管３８を経て汽水
分離器１０に至る。ここで蒸気とボイラ水を分離し、蒸
気のみを外部に供給すると共に、ボイラ水を降水管１１
を介して下部管寄２に戻す。

【００３８】一方、燃焼ガスは排ガス導管３７を通る間
に空気吸入管２９から導入された空気を予熱しつつ、排
ガスダクト３０から外部に流出する。

【００３９】表面燃焼バーナ２１のうち、第１、第２の
バーナ部２１ａ，２１ｂのみを使用する場合は、ダンパ
３３は開き、ダンパ３４は閉じておけばよい。第３のバ
ーナ部２１ｃを使用する場合はその逆である。

【００４０】なお、本実施例では表面燃焼バーナ２１を
３分割したが、全く分割しない場合、あるいは４分割以
上とする場合もある。

【００４１】次に第２の実施例について第１の実施例と
異なるところのみ説明する。

【００４２】図８は第２の実施例に係るボイラの正面
図、図９は図８のＧ−Ｇ線断面図、図１０は図９のＨ−
Ｈ線断面図、図１１は図１０のＩ−Ｉ線断面図である。

【００４３】この実施例では、第１のバーナ部２１ａと
第４の壁２０ｄの間の隙間に２段燃焼空気用の風箱４０
を設け、且つこの風箱４０にはボイラ本体の内部空間に
向かって開口する吹き込みノズル４１を上下に４個配置
して設けている。この風箱４０は空気ダクト３１と接続
してある。

【００４４】空気ダクト３１には仕切り板３２の他に、
２段燃焼空気用仕切り板４２が設けてあり、この仕切り
板４２により、風箱４０には表面燃焼バーナ２１とは独
立して空気予熱器２７で予熱された２段燃焼用空気を送
り込むことができるようになっている。また、２段燃焼
用空気通路にも風量の調整を行うためのダンパ４３が取
り付けてある。

【００４５】このような構成において、第１の放射伝熱
壁２５と表面燃焼バーナ２１に囲まれた空間４５の出口
部付近で燃焼ガスに、吹き込みノズル４１を通して２段
燃焼用空気を吹き込むようにしている。これにより、Ｎ
Ｏxをさらに低減させることができる。

【００４６】これらの実施例において表面燃焼バーナ２
１は、例えば熱発生率が１７４０ｋｗ／ｍ²以下のもの
を使用している。これにより低温の表面燃焼が実現でき
るのでＮＯx発生量を低レベルに抑制できる。

【００４７】また、表面燃焼バーナ２１を分割構造にす
るとターンダウンが大きくとれる。

【００４８】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、表面燃
焼バーナを用いることで、従来のボイラの燃焼室に比較
して極めて小さな燃焼用空間とすることができ且つ第
１、第２の放射伝熱壁間に形成された空間に複数の水管
を配置することができるため、ボイラの据え付け面積を
削減することができる。また、低温の表面燃焼が実現で
きるので、ＮＯx発生量を抑えることができる。さら
に、空気流量調整手段により空気量を調節できるため、
バーナの空気比を常に最適な値に選定することができ
る。

【００４９】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
の効果に加え、燃焼効率が良好となるという効果があ
る。

【００５０】請求項３に記載の発明によれば、請求項
１、２の効果に加え、２段燃焼が実現できるため、一層
のＮＯx低減を図ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例に係るボイラの正面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】図２のＢ−Ｂ線断面図である。

【図４】図２のＣ−Ｃ線断面図である。

【図５】図３のＤ−Ｄ線断面図である。

【図６】図３のＥ−Ｅ線断面図である。

【図７】図４のＦ−Ｆ線断面図である。

【図８】第２の実施例に係るボイラの正面図である。

【図９】図８のＧ−Ｇ線断面図である。

【図１０】図９のＨ−Ｈ線断面図である。

【図１１】図１０のＩ−Ｉ線断面図である。

【図１２】従来例に係る小型貫流ボイラの概念図であ
る。

【図１３】図１２のＪ−Ｊ線断面図である。

【符号の説明】

１ 上部管寄 ２ 下部管寄 ５ 水管 ５ａ 水管 ２０ ボイラ本体 ２０’ 壁 ２０ａ 第１の壁 ２０ｂ 第２の壁 ２０ｃ 第３の壁 ２１ 表面燃焼バーナ ２２ バーナノズル ２４ 混合室 ２５ 第１の放射伝熱壁 ２６ 第２の放射伝熱壁 ２７ 空気予熱器 ３１ 空気ダクト（空気流量調整手段） ４０ 風箱 ４１ 吹き込みノズル ４４ 内部空間

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上部管寄と下部管寄との間に配設され且
   つ、周囲を耐火物あるいは断熱材若しくは耐火物および
   断熱材からなる壁で包囲したボイラ本体と、このボイラ
   本体の第１の壁の内面に突出して設けた複数のバーナノ
   ズルと、このバーナノズルの先端に対向するよう前記第
   １の壁と略平行に設けた多孔材からなる壁状の表面燃焼
   バーナと、この表面燃焼バーナ近傍に対向して略平行に
   設けられ且つ上端が上部管寄に接続され下端が下部管寄
   に接続された複数の水管を有する第１の放射伝熱壁と、
   前記第１の壁と対向する第２の壁に沿い設けられ且つ上
   端が上部管寄に接続され下端が下部管寄に接続された複
   数の水管を有する第２の放射伝熱壁と、前記第１、第２
   の放射伝熱壁間に形成された空間内に設けられ且つ上端
   が上部管寄に接続され下端が下部管寄に接続された水管
   群と、この水管群を横切って流れる燃焼ガスの進行方向
   下流側端部に設けた排ガスダクトと、前記ボイラ本体の
   外部から取り入れた空気を前記表面燃焼バーナと第１の
   壁との間に形成された混合室に導く、空気流量調整手段
   付きの空気ダクトとを備えたことを特徴とするボイラ。
2. 【請求項２】 第１、第２の放射伝熱壁間に形成された
   空間の燃焼ガス進行方向下流側端部に、混合室へ送給さ
   れる空気を燃焼ガスにより予熱する空気予熱器を設けた
   ボイラ。
3. 【請求項３】 前記表面燃焼バーナの燃焼ガス進行方向
   下流側端部に風箱を並列に設け、この風箱には、前記第
   １の放射伝熱壁と前記表面燃焼バーナとで囲まれた空間
   から流出する燃焼ガスに２段燃焼用空気を吹き込む吹き
   込みノズルを適宜数取り付けたことを特徴とする請求項
   １又は２に記載のボイラ。