JPH07139701A - 環状貫流ボイラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 窒素酸化物と一酸化炭素の発生を抑制し、低
公害化を図ると共に、小型化が図れる環状貫流ボイラを
提供する。 【構成】 上部管寄と下部管寄に上下端が接続された平
行な複数の伝熱管２，６を環状に配置し、該環状に配置
された伝熱管６の外周部の一部に、バーナ板３０に多数
の炎孔２９を形成した有炎燃焼バーナ２８を配設すると
共に、前記環状に配置された伝熱管６の外周部の他の位
置にガス出口部１９を形成し、前記有炎燃焼バーナ２８
のバーナ板３０に近接した内側位置に温度調節用伝熱管
３７を配置して環状に配置された伝熱管２の内部を断熱
空間部４０とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、有炎燃焼バーナを用い
た環状貫流ボイラに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、両端を管寄に接続して環状に
配置された伝熱管を備え、該伝熱管の環状の内部で燃料
ガスを燃焼させ、伝熱管内に流通する水を加熱して蒸気
を発生させるようにした比較的小型の環状貫流ボイラが
種々実施されている。

【０００３】図６及び図７は上記従来の環状貫流ボイラ
の一例を示したもので、１は燃焼室であり、該燃焼室１
は環状に立設、配列された多数の内列伝熱管２と該内列
伝熱管２，２相互間を接続する内列シールドフィン３か
らなる内側伝熱壁４によって形成されている。

【０００４】５は前記内側伝熱壁４の外周に形成された
燃焼ガス通路であり、該燃焼ガス通路５は前記内側伝熱
壁４の外側に環状に立設、配列した外列伝熱管６と該外
列伝熱管６，６相互間を接続する外列シールドフィン７
からなる外側伝熱壁８によって形成されている。

【０００５】９は内列伝熱管２と外列伝熱管６の上部を
接続している環状の上部管寄、１０は同様の下部管寄、
１１は上部管寄９の内側に設けた閉塞板、１２は下部管
寄１０の内側に設けた閉塞板、１３は上部管寄９の内側
に設けた閉塞板１１の中心部を貫通し、燃焼室１へ向け
て垂直に配設された燃料噴射バーナであり、燃料噴射バ
ーナ１３はその外周を取り巻くように形成された空気吹
込口１４からの燃焼用空気１５によって気体燃料（ガス
燃料）１６を燃焼して燃焼室１内に火炎１７を形成する
ようにしている。

【０００６】１８は、環状の内側伝熱壁４側に内列シー
ルドフィン３を設けないことで形成した燃焼ガス通路５
のガス入口部、１９は同様にして外側伝熱壁８側に、前
記ガス入口部１８に対し略１８０度位相をずらして形成
したガス出口部、２０は上部管寄９に形成した蒸気取出
し口、２７は前記内列伝熱管２及び外列伝熱管６の燃焼
ガス通路５側に設けた伝熱促進用フィンである。

【０００７】上記した構成の環状貫流ボイラでは、燃料
噴射バーナ１３からの気体燃料１６が空気吹込口１４か
らの燃焼用空気１５と燃焼室１で混合して火炎１７を形
成しながら高温燃焼し、高温の燃焼ガスａは、内列伝熱
管２を加熱した後、ガス入口部１８から燃焼ガス通路５
に流入し、内列伝熱管２及び外列伝熱管６を加熱しなが
ら温度が低下されてガス出口部１９に至り、外部に排出
される。

【０００８】下部管寄１０から内列伝熱管２及び外列伝
熱管６に供給される水は、伝熱管２，６が加熱されるこ
とにより温度が上昇し、蒸気となって上部管寄９に流出
し、蒸気取出し口２０から外部に取り出される。

【０００９】また環状貫流ボイラには、上記図７に示し
た構成以外に、種々の構成のものが採用されている。

【００１０】図８はその一例を示すもので、環状に配設
された内列伝熱管２，２の相互間と外列伝熱管６，６の
相互間がシールドフィンによって接続されておらず相互
に間隔を有しており、内列伝熱管２に、外列伝熱管６，
６相互間に突出して所要の隙間を形成するようにした隙
間調整フィン２１を設け、外列伝熱管６の更に外側に外
胴２２を設け、該外胴２２にガス出口部１９を形成し、
燃焼室１で燃焼した燃焼ガスａを、前記内列伝熱管２，
２相互間、及び外列伝熱管６，６と隙間調整フィン２１
との隙間を通して熱交換させた後、外胴２２の内側に沿
って流動させてガス出口部１９に流出させるようにして
いる。

【００１１】図９は環状貫流ボイラが更に小型の場合の
一例を示すもので、環状に一列に配設された単列伝熱管
２３の相互間に、半径方向に所要の間隔を有して内側フ
ィン２４と外側フィン２５を取付けることによりその間
にガス通路２６を形成し、前記燃焼室１からの燃焼ガス
ａを、前記ガス通路２６に対して下から上、または上か
ら下に向かって流動させた後、外胴２２に形成したガス
出口部１９から外部に流出させるようにしている。

【００１２】図１０は環状に一列に配設される単列伝熱
管２３を、相互間に小さい隙間が形成されるように接近
させて配置し、前記燃焼室１で燃焼した燃焼ガスａを、
前記単列伝熱管２３相互間の小さな隙間を通って熱交換
させた後、外胴２２の内側に沿って流動させてガス出口
部１９に流出させるようにしている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した図７
〜１０の従来の何れの環状貫流ボイラにおいても、燃焼
室１の直上に燃料噴射バーナ１３を備えて、気体燃料１
６と燃焼用空気１５とを同時に燃焼室１に吹き込んで、
燃焼室１内で混合しながら燃焼させるようにした構成を
有しているため、気体燃料１６と燃焼用空気１５を均一
に混合させて完全燃焼させるために大きな容積の燃焼室
１を必要とし、そのためにボイラが大型化する問題を有
し、また、前記完全燃焼させるために火炎１７の温度が
上昇してしまって、火炎温度を窒素酸化物（ＮＯx）の
発生を規制値内に抑え得る１５００℃以下に保持するこ
とが困難であり、よって窒素酸化物の増加を来す問題を
生じていた。

【００１４】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、窒素酸化物の発生を抑制し、低公害化を
図ることができると共に小型化が可能な環状貫流ボイラ
を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上部管寄と下
部管寄に上下端が接続された平行な複数の伝熱管を環状
に配置し、該環状に配置された伝熱管の外周部の一部
に、バーナ板に多数の炎孔を形成した有炎燃焼バーナを
配設すると共に、前記環状に配置された伝熱管の外周部
の他の位置にガス出口部を形成し、前記有炎燃焼バーナ
のバーナ板に近接した内側位置に温度調節用伝熱管を配
置して前記環状に配置された伝熱管の内部を断熱空間部
としたことを特徴とする環状貫流ボイラ、に係るもので
ある。

【００１６】

【作用】環状に配置された伝熱管の外周部に配置した有
炎燃焼バーナによる火炎の温度を、該有炎燃焼バーナの
バーナ板の内側に近接配置した温度調節用伝熱管によっ
て直ちに冷却して窒素酸化物が発生しない温度に調節す
ることができる。また、前記火炎の冷却によって燃焼ガ
ス中に発生した一酸化炭素は、環状に配置された伝熱管
の内部の断熱空間部によって完全に酸化、燃焼させるこ
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。なお、従来例と同一個所には同一符号を付して重
複する説明は省略する。

【００１８】図１及び図２は本発明の一実施例を示すも
ので、前記図６及び図７に示した内側伝熱壁４と外側伝
熱壁８を備えた構成において、外側伝熱壁８の周方向所
要位置に、有炎燃焼バーナ２８を配設している。

【００１９】有炎燃焼バーナ２８は、多数の炎孔２９を
有して前記外側伝熱壁８に一体に固定するようにした縦
長のバーナ板３０と、該バーナ板３０の外側を包囲する
ように一体に固定され、空気供給管３１に接続された燃
料分配室３２と、該燃料分配室３２内に前記バーナ板３
０に沿うように配置され、燃料ガス供給管３３に接続さ
れた燃料ガス供給ヘッダ３４とを備えている。燃料ガス
供給ヘッダ３４には、燃焼用空気３５の導入方向に対し
て直交する方向に燃料ガス３６を噴出する複数個の燃料
ガス供給口３４ａが形成してある。

【００２０】また、前記有炎燃焼バーナ２８のバーナ板
３０に近接した内側位置に、所要数の温度調節用伝熱管
３７を所要の間隔で配置すると共に、その外周部を耐火
材３８で包囲することにより火炎温度調整域３９を形成
し、これにより環状に配置された内側伝熱壁４の内部を
断熱空間部４０としている。更に、前記火炎温度調整域
３９の温度調節用伝熱管３７と、それに最も近い位置の
内列伝熱管２との間に、内列シールドフィン３を設けな
いことで燃焼ガス通路５のガス入口部１８を形成するよ
うにしている。１９は前記ガス入口部１８に対し略１８
０度位相をずらして外側伝熱壁８に形成したガス出口
部、Ｆは前記バーナ板３０によって形成される火炎を示
す。ここで火炎Ｆは、その先端部近傍に火炎形成を妨げ
るものがない場合は、完全燃焼して１８００℃程度の温
度になるが、１５００℃を超える高温になると、窒素酸
化物（ＮＯx）の発生が急激に増加する。従って、火炎
の温度を窒素酸化物が発生しないように１５００℃以下
に抑える必要がある。また、火炎Ｆの温度が１０００℃
以下に低下すると一酸化炭素（ＣＯ）の発生が急激に増
加する。こうした問題を防止するためには、前記有炎燃
焼バーナ２８による火炎Ｆの温度が１５００℃〜１００
０℃の範囲になるように、前記温度調節用伝熱管３７の
配置間隔、設置数を決めると良い。この時、断熱空間部
４０は、燃焼ガスａ中に発生した一酸化炭素を酸化、燃
焼させるだけの空間を備えていれば良いので、従来の燃
焼室に対して小さな空間容積とすることができる。

【００２１】以下、上記図１及び２に示した実施例の作
用を説明する。

【００２２】バーナ板３０から形成される火炎Ｆは、バ
ーナ板３０に近接した温度調節用伝熱管３７により、１
５００℃以下の温度に冷却されて窒素酸化物の発生が抑
制され、且つこの温度抑制による不完全燃焼によって発
生する一酸化炭素は、下流側の断熱空間部４０において
１０００℃以上の温度でゆっくり酸化、燃焼させられる
ことにより完全燃焼して一酸化炭素の発生を防止するこ
とができる。

【００２３】燃焼テストの結果、火炎Ｆは至近距離から
冷却するほど窒素酸化物を低減できることが判明し、ま
た、一酸化炭素は温度調節用伝熱管３７の配置数と断熱
空間部４０の容積でコントロールできることが判明し
た。

【００２４】従って、前記バーナ板３０に近接配置した
温度調節用伝熱管３７の設置数と断熱空間部４０の容積
を選定することにより、バーナ板３０から断熱空間部４
０に導かれるまでの火炎Ｆ及び燃焼ガスａの温度を、１
５００℃〜１０００℃の範囲に維持して、窒素酸化物及
び一酸化炭素の発生を防止することができる。

【００２５】図３は本発明の他の実施例を示すもので、
前記図８に示した内列伝熱管２と外列伝熱管６を備えた
構成において、図１、図２と同様の有炎燃焼バーナ２８
と温度調節用伝熱管３７を備えた構成としており、この
構成では、バーナ板３０からの火炎Ｆを温度調節用伝熱
管３７によって１５００℃〜１０００℃の温度に調節し
て断熱空間部４０に導くようにすると、窒素酸化物及び
一酸化炭素の発生を抑制した状態で燃焼させることがで
き、燃焼ガスａは、断熱空間部４０から前記内列伝熱管
２，２相互間、及び外列伝熱管６，６と隙間調整フィン
２１との隙間を通って熱交換を行った後、外胴２２の内
側に沿って流動してガス出口部１９に流出するようにな
る。

【００２６】図４は本発明の更に他の実施例を示すもの
で、前記図９に示した環状に一列に配設された単列伝熱
管２３，２３の相互間に内側フィン２４と外側フィン２
５とによってガス通路２６を形成した構成において、環
状に配置された単列伝熱管２３の外周部に、図１、図２
と同様の有炎燃焼バーナ２８と温度調節用伝熱管３７と
を備えるようにしており、この構成では、バーナ板３０
からの火炎Ｆを温度調節用伝熱管３７によって１５００
℃〜１０００℃の温度に調節して断熱空間部４０に導く
ようにすると、窒素酸化物及び一酸化炭素の発生を抑制
した状態で燃焼させることができ、燃焼ガスａは、断熱
空間部４０からガス通路２６に対して下から上、または
上から下に向かって流動した後、外胴２２に形成したガ
ス出口部１９から外部に流出するようになる。

【００２７】図５は本発明の更に他の実施例を示すもの
で、前記図１０に示した環状に一列に配設された単列伝
熱管２３を相互間に小さい隙間を形成するように接近さ
せて配置した構成において、図１、図２と同様の有炎燃
焼バーナ２８と温度調節用伝熱管３７を備えるようにし
ており、この構成では、バーナ板３０からの火炎Ｆを温
度調節用伝熱管３７によって１５００℃〜１０００℃の
温度に調節して断熱空間部４０に導くようにすると、窒
素酸化物及び一酸化炭素の発生を抑制した状態で燃焼さ
せることができ、燃焼ガスａは、断熱空間部４０から単
列伝熱管２３相互間の小さな隙間を通って熱交換を行っ
た後、外胴２２の内側に沿って流動してガス出口部１９
に流出するようになる。

【００２８】

【発明の効果】本発明の環状貫流ボイラによれば、環状
に配置された伝熱管の外周部に配置した有炎燃焼バーナ
による火炎の温度を、該有炎燃焼バーナのバーナ板の内
側に近接配置した温度調節用伝熱管によって直ちに冷却
して窒素酸化物が発生しない温度に低下させることがで
きるので、窒素酸化物の発生を効果的に抑制することが
でき、また、前記火炎の冷却によって燃焼ガス中に生じ
る一酸化炭素は、環状に配置された伝熱管の内部の断熱
空間部によって効果的に酸化、燃焼させることができ、
よって低公害の環状貫流ボイラとすることができる。

【００２９】また、断熱空間部は、燃焼ガス中の一酸化
炭素を酸化させるだけの空間容積を備えていれば良いの
で、従来の燃焼室に対して小さな空間容積とすることが
でき、よって従来の環状貫流ボイラに比して小型のボイ
ラとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す切断平面図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ矢視図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す切断平面図である。

【図４】本発明の更に他の実施例を示す切断平面図であ
る。

【図５】本発明の更に他の実施例を示す切断平面図であ
る。

【図６】従来の環状貫流ボイラの一例を示す切断側面図
である。

【図７】図６をＶＩＩ−ＶＩＩ矢視に沿って見た切断平
面図である。

【図８】従来の他の例を示す切断平面図である。

【図９】従来の更に他の例を示す切断平面図である。

【図１０】従来の更に他の例を示す切断平面図である。

【符号の説明】

２ 内列伝熱管（伝熱管） ６ 外列伝熱管（伝熱管） ９ 上部管寄 １０ 下部管寄 １９ ガス出口部 ２３ 単列伝熱管（伝熱管） ２８ 有炎燃焼バーナ ２９ 炎孔 ３０ バーナ板 ３７ 温度調節用伝熱管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上部管寄と下部管寄に上下端が接続され
   た平行な複数の伝熱管を環状に配置し、該環状に配置さ
   れた伝熱管の外周部の一部に、バーナ板に多数の炎孔を
   形成した有炎燃焼バーナを配設すると共に、前記環状に
   配置された伝熱管の外周部の他の位置にガス出口部を形
   成し、前記有炎燃焼バーナのバーナ板に近接した内側位
   置に温度調節用伝熱管を配置して前記環状に配置された
   伝熱管の内部を断熱空間部としたことを特徴とする環状
   貫流ボイラ。