JPH08219403A - 多管式貫流ボイラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＮＯxとＣＯの発生を抑制し、低公害化を図
ることができる多管式貫流ボイラを提供する。 【構成】 バーナ板７と伝熱管壁８により囲まれる空間
を上流側の第１空間１２と下流側の第２空間１３とに分
け、第１空間１２には、空間１２内の燃焼温度が１００
０℃〜１５００℃の範囲で保持されるように、上下方向
に延びる伝熱管６を横方向に略一列に配置した伝熱管列
６ａを少なくとも１列形成すると共に該伝熱管列６ａの
下流側に燃焼ガス流通方向Ａに延びる複数のガス流通孔
１４ａを有したハニカムセラミックス１４を配設し、第
２空間１３には、上下方向に延びる伝熱管６を所定間隔
で密に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、有炎燃焼バーナを備え
た多管式貫流ボイラに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３及び図４は、従来使用される気体燃
料を用いた多管式貫流ボイラの一例を示したものであ
り、該多管式貫流ボイラは、ボイラ本体１と、ボイラ本
体１の一端側に設けられ、燃焼ガスと燃焼用空気とが予
め十分に混合された予混合燃料２ａを供給する燃料供給
ダクト２と、他端側に設けられた排気ダクト３を有して
いる。

【０００３】ボイラ本体１は、その下端部に給水ヘッダ
部４を有し、又上端部にはこの給水ヘッダ部４と平行な
蒸気ヘッダ部５を有している。両ヘッダ部４，５間に
は、起立状態の伝熱管６が平行に多数設けられており、
両ヘッダ部４，５を連通している。

【０００４】ボイラ本体１の燃料供給ダクト２側端部に
は、バーナ板７が取付けられており、該バーナ板７に
は、多数の炎孔７ａが形成されて、有炎燃焼バーナとな
っている。

【０００５】又、燃焼ガス流通方向Ａの両側部の伝熱管
６には、互いに隣接する上下方向に延びる伝熱管６同士
をフィンで接続することにより、伝熱管壁８が形成され
ている。

【０００６】伝熱管壁８を構成する両側部の伝熱管６の
内側に配置される伝熱管６は、図４に示すように、バー
ナ板７に近接する位置まで所定の間隔で密に配置されて
いる。

【０００７】このような構成において、燃料ガスと燃焼
用空気が十分に予混合された予混合燃料２ａを燃料供給
ダクト２からバーナ板７に供給して着火させ、伝熱管壁
８で囲まれたボイラ本体１の内部に向けて火炎Ｆを形成
して燃焼させる。

【０００８】この火炎Ｆ及び火炎Ｆによる燃焼ガスは、
矢印Ａ方向に流通する過程で伝熱管６によって熱が吸収
され、温度が低下された状態となって排気ダクト３から
排気ガスとして外部に排出される。

【０００９】又、給水ヘッダ部４から伝熱管６に供給さ
れる水は、伝熱管６が加熱されることにより温度が上昇
し、蒸気となって蒸気ヘッダ部５から外部に取り出され
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の気体燃料を用いた多管式貫流ボイラにおいては、バ
ーナ板７から内部に向けて火炎Ｆを形成させると、該火
炎Ｆは前記バーナ板７近傍位置の伝熱管６に触れるが、
このとき、前記伝熱管６に接触する火炎Ｆは熱が奪われ
て温度が急激に低下するのに対し、伝熱管６から離れた
位置の火炎Ｆは熱があまり奪われず温度が低下しないた
め、熱交換時に火炎Ｆに温度差が生じることになる。

【００１１】このため、温度差の生じた火炎Ｆから発生
する燃焼ガスにも温度差が生じるようになり、温度が低
下された燃焼ガスが有効に混合されることなく下流側の
多数の伝熱管６に触れて連続して冷却されていくと、燃
焼ガスの全体的な平均温度が１０００℃以上を超えてい
ても、部分的に１０００℃以下の温度の部分が存在し、
よって不完全燃焼となってＣＯ（一酸化炭素）を発生さ
せるという問題があった。

【００１２】又、上記問題を解決する手段として、ボイ
ラ本体１のバーナ板７に対向する位置に、伝熱管６を有
しない火炎燃焼空間部を形成して完全燃焼させることも
考えられているが、この場合には火炎温度が１５００℃
以上に高くなり易く、そのためにＮＯx（窒素酸化物）
の発生量が増加するという問題があり、又このために火
炎温度がＮＯxの発生を押え得る１５００℃以下になる
ように火炎燃焼空間部を小さく設定することも考えられ
るが、この場合には火炎燃焼空間部にて完全燃焼されな
い燃焼ガスが下流の伝熱管により急激に冷却されること
によって図３、４と同様に、不完全燃焼によるＣＯが発
生するという問題ある。

【００１３】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、ＮＯxとＣＯの発生を抑制し、低公害
化を図ることができる多管式貫流ボイラを提供すること
を目的としてなされたものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、バーナ板に多
数の炎孔を形成した有炎燃焼バーナを備え、該有炎燃焼
バーナから発生する燃焼ガスの流通方向に対する左右両
側部に、上下方向に延び且つ相互をフィンにより接続し
た伝熱管からなる伝熱管壁を形成し、前記バーナ板と伝
熱管壁とにより囲まれる空間を上流側の第１空間と下流
側の第２空間とに分け、第１空間には、上下方向に延び
る伝熱管を横方向に略一列に配置した伝熱管列を少なく
とも１列形成すると共に該伝熱管列の下流側に前記燃焼
ガス流通方向に延びる複数のガス流通孔を有したハニカ
ムセラミックスを配設し、第２空間には、上下方向に延
びる伝熱管を所定間隔で密に配置したことを特徴とする
多管式貫流ボイラ、及び、第１空間内の燃焼温度が１０
００℃〜１５００℃の範囲で保持されるように伝熱管及
びハニカムセラミックスを配置したことを特徴とする多
管式貫流ボイラ、及びハニカムセラミックスをポーラス
状にしたことを特徴とする多管式貫流ボイラに係るもの
である。

【００１５】

【作用】本発明の第１及び第２の手段においては、バー
ナ板から噴出される火炎の温度を、第１空間内の伝熱管
及びハニカムセラミックスの設置位置と配置数とによっ
て１５００℃以下に抑えることができるので、第１空間
内においてＮＯxの発生を抑えることができ、又伝熱管
列の下流側にハニカムセラミックスを設け、燃焼ガスを
ハニカムセラミックスのガス流通孔を通過させるように
すると、前記ハニカムセラミックスは燃焼ガスの熱によ
って加熱されて１０００℃以上に保持することができ、
よって前記燃焼ガスは、ガス流通孔をゆっくり通過する
間に、前記ハニカムセラミックスの熱により全体的に１
０００℃以上の略均一な温度に加熱されるようになるた
め、第１空間内において完全燃焼が行なわれてＣＯの発
生が抑えられる。

【００１６】又、本発明の第３の手段においては、ハニ
カムセラミックスをポーラス状にして、前記ハニカムセ
ラミックスの伝熱面積を増加させることができるため、
燃焼ガスによる前記ハニカムセラミックスの加熱を促進
できると共に、前記ハニカムセラミックスによる特に低
温の燃焼ガスの加熱を促進できる。

【００１７】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照しつつ説明
する。

【００１８】図１及び図２は本発明の多管式貫流ボイラ
の一実施例を示したものであり、図３及び図４に示す従
来の多管式貫流ボイラと同一のものには同一符号を付し
て詳細な説明は省略する。

【００１９】本実施例は、図１に示すように、空気供給
管９の先端部に、一体的に箱型の燃料分配室１０が形成
されており、該燃料分配室１０がバーナ板７の周囲を取
り囲むように開口している。

【００２０】又、空気供給管９とは別系統の燃料ガス供
給管１１から燃料分配室１０内に燃料ガスが供給される
ようになっている。即ち、燃料ガス供給管１１のヘッド
部１１ａが燃料分配室１０内に配置されており、このヘ
ッド部１１ａには、燃焼ガスの流通方向Ａと直交する方
向の複数箇所（４ヶ所）に燃料ガス供給口１１ｂが多数
形成されている。

【００２１】更に、図２に示すように、バーナ板７及び
伝熱管壁８により形成される空間内を、上流側の第１空
間１２と下流側の第２空間１３とに分けている。

【００２２】前記した第１空間１２には、上下方向に延
びる複数の伝熱管６を横方向に一列に配置し、この伝熱
管列６ａを複数列（図２では３列）配設すると共に、前
記各伝熱管列６ａの下流側に、燃焼ガスの流通方向Ａに
延びる複数のガス流通孔１４ａを有したポーラス状のハ
ニカムセラミックス１４を前記燃焼ガス流通方向Ａに対
して直角となるよう第１空間１２全面に亘って配設して
ある（図２では３つ）。

【００２３】前記した第２空間１３（対流伝熱部）に
は、上下方向に延びる伝熱管６を所定間隔で密に配置し
てある。

【００２４】次に、本実施例の作用について説明する。

【００２５】気体燃料を燃焼させる際、燃焼温度が１０
００℃以下においてはＣＯが発生し、又１５００℃以上
ではＮＯxの発生が多くなることが知られているので、
第１空間１２での燃焼温度を１０００℃〜１５００℃の
範囲に制御すれば、ＣＯとＮＯxの発生を抑えることが
できることになる。

【００２６】このため、第１空間１２において、伝熱管
６及びハニカムセラミックス１４の配置位置と設置数を
燃焼温度が１０００℃〜１５００℃となるよう設定す
る。

【００２７】このような構成において、燃料分配室１０
で直前に混合された燃料ガスと燃焼用空気をバーナ板７
から噴射すると、火炎Ｆが形成され、該火炎Ｆはバーナ
板７に一番近い位置の伝熱管列６ａに触れるが、前記火
炎ＦはＮＯxが発生しない温度である１５００℃以下に
抑えられて、矢印Ａ方向に燃焼ガスを発生させる。

【００２８】火炎Ｆは、従来例で述べたように伝熱管６
に対する距離によって温度差が生じ、この火炎Ｆから発
生する燃焼ガスに温度差が生じることになる。従って、
温度の低い燃焼ガスが下流の伝熱管６により連続して冷
却されてしまうと、燃焼ガスの温度が１０００℃以下に
低下し、ＣＯが発生することになる。

【００２９】このため、伝熱管列６ａの下流側にハニカ
ムセラミックス１４を設け、燃焼ガスが下流側に流れる
際にハニカムセラミックス１４のガス流通孔１４ａを通
過させるようにすると、前記ハニカムセラミックス１４
は、燃焼ガスの熱によって１０００℃以上に加熱される
と共に、前記燃焼ガスは、ガス流通孔１４ａを通過する
間に、前記ハニカムセラミックス１４の熱により全体的
に１０００℃以上の略均一な温度に保持されて前記ガス
流通孔１４ａから流出する。

【００３０】ガス流通孔１４ａから流出した燃焼ガスは
全体的に略均一な温度（１０００℃以上）となっている
ため、２列目の伝熱管列６ａに接触した際に効率の良い
熱交換を行なわせることができ、熱交換が終了した後に
も燃焼ガスは温度差が生じるようになるが、前記伝熱管
列６ａの下流に設けたハニカムセラミックス１４により
全体的に１０００℃以上の略均一な温度に保持され、よ
って燃焼ガスは全体的に１０００℃〜１５００℃の均一
な状態で第２空間（対流伝熱部）１３に流れ込むように
なる。

【００３１】従って、第１空間１２において、火炎温度
を１５００℃以下に抑えることによりＮＯxの発生を抑
えることができると共に、燃焼ガスをハニカムセラミッ
クス１４のガス流通孔１４ａをゆっくり通過させること
により、前記ハニカムセラミックス１４の熱により全体
的に１０００℃以上の略均一な温度に保持させて第１空
間１２内を流動させることができるので、完全燃焼を行
なわせてＣＯの発生を抑えることができる。

【００３２】又、ハニカムセラミックス１４をポーラス
状にしてあるため、伝熱面積が増加し、よって、燃焼ガ
スによる前記ハニカムセラミックス１４の加熱が促進さ
れると共に、前記ハニカムセラミックス１４による特に
低温の燃焼ガスの加熱による燃焼が促進される。

【００３３】なお、本発明の実施例については、第１空
間１２において、複数の伝熱管６からなる伝熱管列６ａ
を３列設置すると共に各伝熱管列６ａの下流側にハニカ
ムセラミックス１４を設置した場合について説明した
が、第１空間１２内の燃焼温度を１０００℃〜１５００
℃に保持できれば、設置数は限定されないこと、又第１
空間１２内に設置した伝熱管列６ａの各伝熱管６の設置
数も適宜選定できること、その他、本発明の要旨を逸脱
しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

【００３４】

【発明の効果】本発明においては、第１空間にて、火炎
温度を１５００℃以下に抑えることによりＮＯxの発生
を抑えることができると共に、燃焼ガスをハニカムセラ
ミックスのガス流通孔をゆっくり通過させることによ
り、前記ハニカムセラミックスの熱により全体的に１０
００℃以上の略均一な温度に保持させることができるの
で、完全燃焼を行なわせてＣＯの発生を抑えることがで
き、又ハニカムセラミックスをポーラス状にしてあるた
め、伝熱面積が増加し、よって、燃焼ガスと前記ハニカ
ムセラミックスとの間の熱伝達効率を向上させることが
できるので、ハニカムセラミックスによる特に低温の燃
焼ガスの加熱による燃焼を促進することができるという
種々の優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多管式貫流ボイラの一実施例を示す一
部縦断正面図である。

【図２】本発明の多管式貫流ボイラの一実施例を示す一
部横断平面図である。

【図３】従来の多管式貫流ボイラの一例を示す一部縦断
正面図である。

【図４】従来の多管式貫流ボイラの一例を示す一部横断
平面図である。

【符号の説明】

６ 伝熱管 ６ａ 伝熱管列 ７ バーナ板 ７ａ 炎孔 ８ 伝熱管壁 １２ 第１空間 １３ 第２空間 １４ ハニカムセラミックス １４ａ ガス流通孔 Ａ 燃焼ガス流通方向

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バーナ板に多数の炎孔を形成した有炎燃
   焼バーナを備え、該有炎燃焼バーナから発生する燃焼ガ
   スの流通方向に対する左右両側部に、上下方向に延び且
   つ相互をフィンにより接続した伝熱管からなる伝熱管壁
   を形成し、前記バーナ板と伝熱管壁とにより囲まれる空
   間を上流側の第１空間と下流側の第２空間とに分け、第
   １空間には、上下方向に延びる伝熱管を横方向に略一列
   に配置した伝熱管列を少なくとも１列形成すると共に該
   伝熱管列の下流側に前記燃焼ガス流通方向に延びる複数
   のガス流通孔を有したハニカムセラミックスを配設し、
   第２空間には、上下方向に延びる伝熱管を所定間隔で密
   に配置したことを特徴とする多管式貫流ボイラ。
2. 【請求項２】 第１空間内の燃焼温度が１０００℃〜１
   ５００℃の範囲で保持されるように第１空間に伝熱管及
   びハニカムセラミックスを配置したことを特徴とする請
   求項１に記載の多管式貫流ボイラ。
3. 【請求項３】 ハニカムセラミックスをポーラス状にし
   たことを特徴とする請求項１又は２に記載の多管式貫流
   ボイラ。