JPH0835603A - Water-tube boiler - Google Patents
Water-tube boilerInfo
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- JPH0835603A JPH0835603A JP32964093A JP32964093A JPH0835603A JP H0835603 A JPH0835603 A JP H0835603A JP 32964093 A JP32964093 A JP 32964093A JP 32964093 A JP32964093 A JP 32964093A JP H0835603 A JPH0835603 A JP H0835603A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、燃焼ガスを水管群に
対して交叉線方向に直線的に流通させる形式の水管ボイ
ラーに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a water tube boiler of the type in which combustion gas is allowed to flow linearly in a crossover direction with respect to a water tube group.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に、水管ボイラーは、その構成要素
として比較的大きな容積を占める燃焼室を備えている。
たとえば、小型の多管式貫流ボイラーは、円筒型をなす
水管組立体(缶体)をベースとして製作されている。こ
れは、水管を環状に配置し、その内部を燃焼室とするの
が燃焼ガスとの熱交換効率を良くするために望ましいと
考えられていることによる。2. Description of the Related Art Generally, a water tube boiler is provided with a combustion chamber occupying a relatively large volume as its constituent element.
For example, a small-sized multi-tube once-through boiler is manufactured based on a water pipe assembly (can body) having a cylindrical shape. This is because it is considered desirable to arrange the water pipe in an annular shape and use the inside of the water pipe as a combustion chamber in order to improve heat exchange efficiency with the combustion gas.
【0003】しかし、このような缶体構造とすると、ボ
イラーの設置場所や配置状態によっては比較的大きなス
ペースを占有することになり易いため、近年では、いわ
ゆる角型缶体構造をベースとした種々の多管式貫流ボイ
ラーが提案されている(たとえば、実開昭56−136
904号公報参照)。However, such a can body structure tends to occupy a relatively large space depending on the installation location and arrangement of the boiler. Therefore, in recent years, various so-called rectangular can body structures are used as a base. A multi-tube type once-through boiler has been proposed (for example, in Japanese Utility Model Publication No. 56-136).
904).
【0004】また、近年では、環境汚染問題等により、
ボイラーからの有害燃焼排気物,とくにNOX ,CO等
をさらに低減することが求められている。このような有
害燃焼排気物の低減化対策として、燃焼ガス温度,すな
わち燃焼火炎の温度を下げることにより、NOX ,とく
にサーマルNOX (thermal NOX )の生成を制御する
方法並びに燃焼ガス温度を一定の温度範囲に保つことに
より、COをCO2 に酸化させてCOの残留を阻止する
方法が知られている。より具体的には、実公昭56−4
7477号公報に開示されているように、バーナ炎を水
冷壁などに当てたり、また特公昭56−46046号公
報に開示されているように、旋回する空気流の中心部で
過剰濃度の混合気を燃焼させたりして、燃焼温度を調整
するものや、あるいはまた特開昭60−78247号公
報に開示されているように、バーナ近傍の冷体物によっ
て燃焼ガス温度(燃焼火炎の温度)を調整した後、熱交
換器までの間の断熱空気内でCOを酸化させるもの等が
ある。この他、サーマルNOX 低減化対策としては、排
気ガスを再循環させる形式のものが公知である。In recent years, due to environmental pollution problems and the like,
Hazardous combustion emissions from boilers, there is a need in particular NO X, further reducing the CO and the like. As a measure for reducing such harmful combustion exhaust gas, the combustion gas temperature, that is, the temperature of the combustion flame is lowered to control the generation of NO X , especially thermal NO X (thermal NO X ) and the combustion gas temperature. A method is known in which CO is oxidized to CO 2 by keeping the temperature within a certain temperature range to prevent CO from remaining. More specifically, Jitsuko Sho 56-4
As disclosed in Japanese Patent No. 7477, a burner flame is applied to a water cooling wall or the like, or as disclosed in Japanese Patent Publication No. 56-46046, an excessive concentration of air-fuel mixture is generated in the center of a swirling air flow. The temperature of the combustion gas (the temperature of the combustion flame) by means of a cold body near the burner, as disclosed in JP-A-60-78247. After adjustment, there is one that oxidizes CO in adiabatic air up to the heat exchanger. In addition, as a measure for reducing thermal NO x , a type in which exhaust gas is recirculated is known.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】さて、従来の角型缶体
構造のボイラー,たとえば前記実開昭56−13690
4号公報に開示されているようなボイラーにおける熱交
換は、燃焼室に続く炉内を第1,第2ガス通路に画成す
る一対の水管パネルによってのみ行われるため、伝熱面
面積が非常に少ないものとなっている。また、この水管
パネルは、水管を密着させて配置しているため、互いに
接触する水管同志の間に扇状の領域,いわゆる死水域が
形成され、この死水域においては水管パネル間に比べて
ガス流速が低下し、このために水管への熱伝達率が低
く、実際の熱伝達に有効な面積は一層少ないものとなっ
ており、熱効率を向上する点において問題がある。ま
た、前記のように、燃焼室に連なる第1ガス通路の他
に、燃焼ガスがこの第1ガス通路から反転して流れる第
2ガス通路を設ける必要があるため、缶体の小型化は難
しく、この点においても前記缶体自体による熱効率の向
上を図る上での障害ともなる。A conventional boiler having a rectangular can body structure, for example, the above-mentioned Japanese Utility Model Laid-Open No. 56-13690.
The heat exchange in the boiler as disclosed in Japanese Patent Publication No. 4 is performed only by the pair of water pipe panels that define the first and second gas passages in the furnace following the combustion chamber, and therefore the heat transfer surface area is extremely small. It is very few. Further, since the water pipes are arranged in close contact with each other in this water pipe panel, a fan-shaped region, a so-called dead water region, is formed between the water pipes that are in contact with each other. In this dead water region, the gas flow velocity is higher than that between the water pipe panels. The heat transfer coefficient to the water pipe is low, and the effective area for actual heat transfer is smaller, resulting in a problem in improving the heat efficiency. Further, as described above, in addition to the first gas passage communicating with the combustion chamber, it is necessary to provide the second gas passage through which the combustion gas reverses from the first gas passage, which makes it difficult to downsize the can body. In this respect also, it becomes an obstacle in improving the thermal efficiency of the can itself.
【0006】そして、このボイラーにおいては、近年の
最重要課題である有害燃焼排気物,すなわちNOX ,C
O等の低減については何等の対策も施されていない。す
なわち、バーナの前面には、燃焼室とこれに連なる第1
ガス通路とを設けてあり、全体としてバーナ前面に広い
空間が存在するため、バーナから噴出された燃料(予混
合気を含む)は、そのまま高温度で燃焼する。したがっ
て、この燃焼の際にサーマルNOX が発生し、またCO
2 が熱解離してCOが発生すると云った問題が生じる。In this boiler, the harmful combustion exhaust gas, that is, NO x , C, which is the most important issue in recent years, is used.
No measures have been taken to reduce O and the like. That is, on the front surface of the burner, the combustion chamber and the first
Since a gas passage is provided and a large space exists in front of the burner as a whole, the fuel (including the premixed gas) ejected from the burner burns at a high temperature as it is. Therefore, thermal NO x is generated during this combustion, and CO
There arises a problem that 2 is thermally dissociated to generate CO.
【0007】さらに、一般的に、バーナからの燃焼ガス
流は、水管への伝熱により下流側ほど温度が低下し、こ
れに伴なって体積が減少するため、前記のように単に水
管パネルを平行に配置した構造のボイラーでは、燃焼ガ
スの下流側において流速が低下し、伝熱効率が著しく低
下すると云う問題も生じる。Further, generally, the temperature of the combustion gas flow from the burner decreases toward the downstream side due to heat transfer to the water pipe, and the volume decreases accordingly, so that the water pipe panel is simply used as described above. In the case of boilers that are arranged in parallel, there is a problem that the flow velocity is reduced downstream of the combustion gas and the heat transfer efficiency is significantly reduced.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】この発明は、前記の課題
を解決するためになされたもので、水管壁で画成された
燃焼反応領域内に多数本の水管を密に配置して水管群を
形成し、この水管群に対する加熱手段として予混合バー
ナを配置し、この予混合バーナからの燃焼ガスを、前記
水管群と交叉する方向に流通させるようにしたことを特
徴としている。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and a plurality of water tubes are densely arranged in a combustion reaction region defined by water tube walls. It is characterized in that a group is formed, a premixing burner is arranged as a heating means for the water tube group, and the combustion gas from the premixing burner is circulated in a direction intersecting with the water tube group.
【0009】[0009]
【作用】この発明によれば、予混合バーナを用いている
ので、拡散燃焼バーナを用いる場合などと異なり、事前
に燃料と空気とが混合されているため、混合過程をパス
して即座に燃焼工程に移行することになり、局部的高温
部分を生成することがない。しかも、燃焼反応領域内に
多数本の水管が密に配置されているので、燃焼ガスが各
水管に直接接触して、対流伝熱により効率的な熱伝達を
行う。そして、燃焼ガスは、各水管との対流伝熱によ
り、その温度が低く抑えられるとともに徐々に下降し
て、NOX ,CO等の有害燃焼排気物の発生を抑制す
る。According to the present invention, since the premixing burner is used, unlike the case where the diffusion combustion burner is used, the fuel and the air are mixed in advance, so that the fuel is immediately burned by passing through the mixing process. The process will be shifted to, and a local high temperature portion will not be generated. Moreover, since a large number of water pipes are densely arranged in the combustion reaction region, the combustion gas directly contacts each water pipe, and efficient heat transfer is performed by convective heat transfer. Then, combustion gas, by convection heat transfer between the water tubes, gradually descends with its temperature is kept low, suppressing the generation of NO X, hazardous combustion emissions, such as CO.
【0010】[0010]
【実施例】以下、この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および図2は、この発明を角
型多管式貫流ボイラーに適用した一実施例であって、図
1は缶体における各垂直水管の配列状態を示したもので
あり、また図2は各垂直水管と上下のヘッダとの連結状
態を示したものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. 1 and 2 show an embodiment in which the present invention is applied to a square multi-tube type once-through boiler, FIG. 1 shows an arrangement state of vertical water pipes in a can body, and FIG. It shows a connection state of each vertical water pipe and the upper and lower headers.
【0011】図1および図2において、角型多管式貫流
ボイラーにおける缶体の外郭を形成する水管壁1は、直
管状の複数本の垂直水管1aを等間隔で配置してなるも
ので、隣合う垂直水管1a同志をフィン状部材6で連結
することにより、垂直水管1a同志の間隔を塞いだ状態
としてあり、矩形状とした1枚の壁部材として構成され
ている。これにより、この水管壁1は、缶体の外郭を画
成するとともに、伝熱面としての機能も具備している。
したがって、この水管壁1は、従来のボイラーのよう
に、ガス流速の低下に起因して熱伝達率が低下する領
域,いわゆる死水域が形成されない構成となっている。
これは、有効な熱伝達面積を充分に確保することにな
り、熱効率の向上に大きく寄与することになる。In FIGS. 1 and 2, a water pipe wall 1 forming an outer shell of a can in a square multi-tube once-through boiler is formed by arranging a plurality of straight pipe-shaped vertical water pipes 1a at equal intervals. By connecting the adjacent vertical water pipes 1a with each other by the fin-shaped member 6, the space between the vertical water pipes 1a is closed to form a rectangular wall member. As a result, the water pipe wall 1 defines the outer shell of the can body and also has a function as a heat transfer surface.
Therefore, this water pipe wall 1 does not form a so-called dead water region where the heat transfer rate decreases due to the decrease in gas flow velocity, unlike the conventional boiler.
This sufficiently secures an effective heat transfer area, which greatly contributes to improvement in thermal efficiency.
【0012】そして、このように構成した水管壁1を2
枚、所要の間隔を保持した状態で対面させ、かつ両者が
互いにほぼ平行をなすように配置し、一対となった水管
壁1,1をそれぞれ構成する各垂直水管1a,1a,…
の上下端を、上下のヘッダ10,11にそれぞれ連結し
てある。なお、この実施例における上下のヘッダ10,
11は、図2に示すように、それぞれ前記水管壁1の長
手方向に対して左右に独立した構成となっており、これ
らの上部ヘッダ10同志および下部ヘッダ11同志をそ
れぞれ外部配管(図示省略)等によって連結し、それぞ
れ一体化してある。Then, the water pipe wall 1 constructed in this way is
The vertical water pipes 1a, 1a, ..., Which face each other in a state where a required space is maintained and which are arranged so as to be substantially parallel to each other, and constitute a pair of water pipe walls 1, 1, respectively.
The upper and lower ends are connected to the upper and lower headers 10 and 11, respectively. In addition, the upper and lower headers 10 in this embodiment,
As shown in FIG. 2, each of the upper and lower headers 11 and 11 is independent from each other with respect to the longitudinal direction of the water pipe wall 1 and is connected to an external pipe (not shown). ) Etc., and are integrated respectively.
【0013】前記一対の水管壁1,1の長手方向の一端
側には、予混合バーナ等のバーナ5が設けられており、
また他端側には排ガス出口8が設けられている。この結
果、前記一対の水管壁1,1と前記上下のヘッダ10,
11とにより、バーナ5からの燃焼ガスが実質上直線的
に通過するガス通路9を形成している。A burner 5 such as a premixing burner is provided at one end side in the longitudinal direction of the pair of water pipe walls 1, 1.
An exhaust gas outlet 8 is provided on the other end side. As a result, the pair of water pipe walls 1, 1 and the upper and lower headers 10,
11 and 11 form a gas passage 9 through which the combustion gas from the burner 5 passes substantially linearly.
【0014】このガス通路9内には、前記バーナ5から
の燃焼ガスの流通を許容する間隔をもって、多数の垂直
水管2a,2a,…,3a,3a,…,4a,4a,…
が挿設されている。この際、各垂直水管2a,3a,4
aの相互の間隔は、前記燃焼ガスと各垂直水管2a,3
a,4aとの対流伝熱効率を向上させるためには、なる
べく狭く設定するのが好ましいが、極端に狭くすると、
各垂直水管2a,3a,4a回りのガス流速が速くなり
すぎて圧力損失が大きくなり、逆に極端に広くすると、
ガス流速が遅くなって前記対流伝熱効率が低下し、さら
に挿設する垂直水管2a,3a,4aの本数も減少せざ
るを得ず、これは伝熱面積が減少することとなり、した
がって伝熱量自体も減少することとなる。この点におい
て、各垂直水管2a,3a,4aの相互の間隔は、図1
に示すように、たとえば垂直水管(2a,3a,4a)
の直径以下とするのが好ましい。In the gas passage 9, a large number of vertical water pipes 2a, 2a, ..., 3a, 3a, ..., 4a, 4a, ... Are provided at intervals that allow the flow of combustion gas from the burner 5.
Is inserted. At this time, each vertical water pipe 2a, 3a, 4
The distance between a is such that the combustion gas and the vertical water pipes 2a, 3
In order to improve the convective heat transfer efficiency with a and 4a, it is preferable to set as narrow as possible, but if it is extremely narrow,
When the gas flow velocity around each vertical water pipe 2a, 3a, 4a becomes too fast and the pressure loss increases, on the contrary, when it becomes extremely wide,
The convection heat transfer efficiency is reduced due to the slow gas flow rate, and the number of vertical water pipes 2a, 3a, 4a to be inserted is inevitably reduced, which means that the heat transfer area is reduced, and therefore the heat transfer amount itself. Will also decrease. At this point, the distance between the vertical water pipes 2a, 3a, 4a is as shown in FIG.
As shown in, for example, vertical water pipes (2a, 3a, 4a)
It is preferable that the diameter is less than or equal to.
【0015】そして、前記各垂直水管2a,3a,4a
は、前記間隔を保持して前記ガス通路9のほぼ全域に亘
って挿設されている。このように、前記ガス通路9内の
ほぼ全域に亘って挿設された各垂直水管2a,3a,4
aの上下端は、前記両水管壁1,1を構成する垂直水管
1a,1a,…と同様、前記上下のヘッダ10,11に
それぞれ連結してある。また、前記バーナ5と対面する
垂直水管2aは、前記バーナ5に比較的近接した位置に
配置されており、前記バーナ5とこれに対面する垂直水
管2aとの間隔もきわめて小さいものとなっている。す
なわち、この実施例においては、前記ガス通路9内にお
ける各垂直水管2a,3a,4aの配置密度は、図1に
示すように、各垂直水管2a,3a,4aの相互の間隔
の点から比較的密な状態で配置されていることになる。Then, each of the vertical water pipes 2a, 3a, 4a
Are inserted over substantially the entire area of the gas passage 9 while maintaining the above-mentioned distance. In this way, the vertical water pipes 2a, 3a, 4 inserted over almost the entire area of the gas passage 9 are provided.
The upper and lower ends of a are connected to the upper and lower headers 10 and 11, respectively, similarly to the vertical water pipes 1a, 1a, ... Further, the vertical water pipe 2a facing the burner 5 is arranged at a position relatively close to the burner 5, and the interval between the burner 5 and the vertical water pipe 2a facing the burner 5 is also extremely small. . That is, in this embodiment, the arrangement densities of the vertical water pipes 2a, 3a, 4a in the gas passage 9 are compared with each other in terms of the distance between the vertical water pipes 2a, 3a, 4a, as shown in FIG. It means that they are arranged closely.
【0016】また、前記ガス通路9内に挿設された各垂
直水管2a,3a,4aのうち、前記一対の水管壁1,
1に隣接する各垂直水管は、図1に示すように、前記両
水管壁1,1を構成する垂直水管1a,1a,…とそれ
ぞれ千鳥状配列となるように配置してある。このような
配列とすることにより、前記両水管壁1,1と前記両ヘ
ッダ10,11および前記各垂直水管2a,3a,4a
とにより構成される水管組立体20の横幅(図1におけ
る左右方向の幅)を縮小することができるとともに、水
管組立体20について定められた横幅(これは前記両ヘ
ッダ10,11の断面積に関する規定に基づいて設定さ
れる。)内により多くの垂直水管を挿設することができ
る。Of the vertical water pipes 2a, 3a, 4a inserted in the gas passage 9, the pair of water pipe walls 1,
As shown in FIG. 1, the vertical water pipes adjacent to 1 are arranged in a staggered arrangement with the vertical water pipes 1a, 1a, ... With such an arrangement, the water pipe walls 1, 1 and the headers 10, 11 and the vertical water pipes 2a, 3a, 4a are formed.
The lateral width (width in the left-right direction in FIG. 1) of the water pipe assembly 20 constituted by and can be reduced, and the lateral width defined for the water pipe assembly 20 (this relates to the cross-sectional area of both the headers 10 and 11). More vertical water pipes can be installed inside the set).
【0017】以上のように構成した水管組立体20によ
れば、前記バーナ5からの燃焼ガスの流通経路,すなわ
ち前記ガス通路9を直線状に比較的長いものとして形成
することができ、前記燃焼ガスが最後尾の垂直水管4a
を通過するまでに要する時間が比較的長いものとなる。
すなわち、前記水管組立体20内における前記燃焼ガス
の滞留時間が比較的長くなり、前記燃焼ガスは前記ガス
通路9内において前記各垂直水管1a,2a,3a,4
aと順次対流伝熱を行い、これによりその温度が徐々に
低下する。したがって、前記ガス通路9の全体において
局所的に高温となる箇所がなく、NOX ,とくにサーマ
ルNOX の発生をより効果的に抑制することができると
ともに、酸化したCO2 が熱解離によりCOを再び生成
することがない。According to the water pipe assembly 20 configured as described above, the flow path of the combustion gas from the burner 5, that is, the gas passage 9 can be linearly formed to be relatively long, and the combustion can be performed. Vertical water pipe 4a with gas at the end
It takes a relatively long time to pass through.
That is, the residence time of the combustion gas in the water pipe assembly 20 is relatively long, and the combustion gas is retained in the gas passage 9 by the vertical water pipes 1a, 2a, 3a, 4 respectively.
Convective heat transfer is sequentially performed with a, and the temperature thereof gradually decreases. Therefore, there is no place where the temperature becomes locally high in the entire gas passage 9, so that the generation of NO X , especially thermal NO X can be suppressed more effectively, and the oxidized CO 2 causes CO to be generated by thermal dissociation. Never generate again.
【0018】さて、図1に示した実施例についてさらに
説明すると、前記各垂直水管2a,3a,4aは、前記
水管壁1,1間にその長手方向に沿って2列状態で、前
記バーナ5側から前記排ガス出口8側に向けて所定本数
ずつ等間隔で配列してあり、その各々の垂直水管は、上
流側から裸管2a,ヒレ付管3a,エロフィン管4aと
している。そして、これらの各垂直水管2a,3a,4
aは、伝熱面密度(燃焼ガスの単位流路長さ当りの伝熱
面面積)の異なった3つの水管群2,3,4を構成し、
これら第1〜第3水管群2,3,4は、前記ガス通路9
内において前記バーナ5側から前記排ガス出口8側に向
けて、伝熱面密度の小なるものから大なるものの順に配
置している。Now, the embodiment shown in FIG. 1 will be further described. The vertical water pipes 2a, 3a and 4a are arranged in two rows along the longitudinal direction between the water pipe walls 1 and 1 in the form of the burner. A predetermined number of pipes are arranged from the 5 side toward the exhaust gas outlet 8 side at equal intervals, and the vertical water pipes of each of them are a bare pipe 2a, a finned pipe 3a, and an erotic fin pipe 4a from the upstream side. And each of these vertical water pipes 2a, 3a, 4
a is a group of three water pipes 2, 3 and 4 having different heat transfer surface densities (heat transfer surface area per unit length of flow path of combustion gas),
These first to third water pipe groups 2, 3 and 4 are connected to the gas passage 9
Inside, from the side of the burner 5 toward the side of the exhaust gas outlet 8 are arranged in the order of the heat transfer surface density from low to high.
【0019】この構成により、前記バーナ5からの燃焼
ガスは、前記ガス通路9内を、裸管2aからなる第1水
管群2,ヒレ付管3aからなる第2水管群3およびエロ
フィン管4aからなる第3水管群4に対して対流伝熱を
行いながら通過し、前記排ガス出口8からエコノマイザ
(図示省略)を介して,あるいは直接煙突(図示省略)
から流出する。したがって、燃焼ガスは、前記のよう
に、上流側では高温で体積も大きいが、下流側では前記
各垂直水管2a,3a,4aへの対流伝熱により低温と
なり、体積が減少して伝熱効率も低下する。しかしなが
ら、この発明においては、下流側ほど伝熱面密度を高め
ているため、前記各垂直水管2a,3a,4aにおける
伝熱量は、上流側の垂直水管2aから下流側の垂直水管
4aに亘って低下することはなく、全体的にほぼ均一と
なり、燃焼ガスの温度も徐々に低下することになる。With this structure, the combustion gas from the burner 5 flows through the gas passage 9 from the first water pipe group 2 including the bare pipe 2a, the second water pipe group 3 including the finned pipe 3a, and the erotic fin pipe 4a. Passing through the third water pipe group 4 while conducting convective heat transfer, from the exhaust gas outlet 8 through an economizer (not shown) or directly to a chimney (not shown).
Drained from. Therefore, as described above, the combustion gas has a high temperature and a large volume on the upstream side, but has a low temperature on the downstream side due to convective heat transfer to the vertical water pipes 2a, 3a, 4a, and has a reduced volume and heat transfer efficiency. descend. However, in this invention, since the heat transfer surface density is increased toward the downstream side, the amount of heat transfer in each of the vertical water pipes 2a, 3a, 4a extends from the upstream vertical water pipe 2a to the downstream vertical water pipe 4a. It does not decrease, but becomes almost uniform as a whole, and the temperature of the combustion gas also gradually decreases.
【0020】この点について、具体的な実験結果を説明
すると、燃焼面負荷が600〜1200×104 Kcal
/m2 ・hのバーナを用いた場合、図1のA点において
は、前記バーナ5からの燃焼ガスは火炎の存在を伴う燃
焼反応を継続しており、約1200℃であり、またB点
においては、前記第1水管群2との対流伝熱により約5
00℃であり、さらにC点においては、前記第2水管群
3との対流伝熱により約370℃であると云う結果が得
られた。これにより、上流側の伝熱面密度の小なる第1
水管群2においては、火炎の存在を伴う燃焼ガスの温度
が低く抑えられているため、NOX ,とくにサーマルN
OX の発生がより一層効果的に抑制されることになる。
また、下流側の伝熱面密度の大なる第2水管群3および
第3水管群4においては、燃焼ガスの温度が徐々に低下
していくため、酸化したCO2 が熱解離によりCOを再
び生成することがなく、COの発生がより一層効果的に
抑制されることになる。ここにおいて、この具体的な実
験結果から見ると、燃焼ガスの温度測定地点のA点にお
いて、未だ燃焼反応が継続しており、火炎の存在が確認
されている点に鑑み、前記ガス通路9は、燃焼反応領域
と見ることができる。With respect to this point, concrete experimental results will be described. The combustion surface load is 600 to 1200 × 10 4 Kcal.
In the case of using a burner of / m 2 · h, at point A in FIG. 1, the combustion gas from the burner 5 continues the combustion reaction accompanied by the presence of flame, and is about 1200 ° C. Is about 5 due to convective heat transfer with the first water pipe group 2.
The result was that the temperature was 00 ° C., and at point C, it was about 370 ° C. due to convective heat transfer with the second water tube group 3. As a result, the first heat transfer surface density on the upstream side is reduced.
In the water tube group 2, since the temperature of the combustion gas accompanied by the presence of the flame is kept low, NO x , especially thermal N
Generation of O X is a more be more effectively suppressed.
Further, in the second water pipe group 3 and the third water pipe group 4 having a large heat transfer surface density on the downstream side, the temperature of the combustion gas gradually decreases, so that the oxidized CO 2 is re-dissociated with CO by thermal dissociation. CO is not generated, and the generation of CO is suppressed even more effectively. Here, as seen from the results of this specific experiment, in view of the fact that the combustion reaction is still continuing at point A of the combustion gas temperature measurement point and the existence of flame is confirmed, the gas passage 9 is , Can be seen as the combustion reaction zone.
【0021】ここで、前記バーナ5として、予混合バー
ナを用いた場合の具体例について、さらに説明すると、
この予混合バーナに空気比1.3の予混合気を供給して
燃焼させた場合、NOX は、従来のものに比べて1/3
から1/2程度まで低減し、またCOは、十数ppm 以下
までに低減するという結果が得られた。このNOX ,C
O値は、排ガス循環装置付きのボイラーで循環率を10
%としたものと同等であるが、この実施例においては、
全く循環させず、1方向にのみ燃焼ガスを流通させる形
式でこのような有害燃焼排気物の低減作用があり、しか
も排ガス循環用の複雑な配管が不要で、構造がきわめて
シンプルになる。Here, a concrete example of using a premixed burner as the burner 5 will be further described.
When a premixed air with an air ratio of 1.3 is supplied to the premixed burner and burned, NO x is 1/3 compared to the conventional one.
To about 1/2, and CO was reduced to less than 10 ppm or less. This NO x , C
O value is 10 for the circulation rate in the boiler with exhaust gas circulation system.
%, But in this example,
A structure in which combustion gas is circulated in only one direction without being circulated at all has such an effect of reducing harmful combustion exhaust substances, and complicated piping for exhaust gas circulation is not required, and the structure is extremely simple.
【0022】なお、この具体例において、前記バーナ5
として予混合バーナを用いた場合について説明したが、
この理由を説明すると、つぎのとおりである。すなわ
ち、拡散燃焼バーナ,予混合バーナのいずれにしても、
燃焼の前段階として、燃料と空気との混合過程を経る必
要があるが、拡散燃焼バーナにあっては、燃料と空気と
の混合に供する領域あるいは空間と同時に時間が必要で
ある。したがって、拡散燃焼バーナにおいては、燃焼の
初期段階では燃料と空気との混合の不均一を招く可能性
を伴い、これは同時に局部的高温部分の生成,すなわち
NOX の増大と、COが発生し易い状況を作り出すこと
になる。この結果、とくにCOの酸化については、酸化
するための高温領域を必要とするが、この高温領域を採
れない場合にはCOの排出量が多くなり、また高温領域
を設けるとすると缶体の奥行きが長くなり、缶体の大型
化を招くことになる。In this specific example, the burner 5
The case of using a premix burner was explained as
The reason for this is as follows. That is, whether it is a diffusion combustion burner or a premix burner,
As a pre-stage of combustion, it is necessary to go through a mixing process of fuel and air, but in a diffusion combustion burner, time is required at the same time as a region or space used for mixing fuel and air. Therefore, in the diffusion combustion burner, in the initial stage of combustion with the can lead to non-uniform mixing of fuel and air, which generates a localized high-temperature parts, a increase in the NO X, CO is generated at the same time It will create an easy situation. As a result, particularly for the oxidation of CO, a high temperature region for oxidation is required. However, if this high temperature region cannot be taken, the amount of CO emissions will increase, and if a high temperature region is provided, the depth of the can body will increase. Becomes longer, which leads to an increase in the size of the can body.
【0023】これに対して、予混合バーナにあっては、
事前に燃料と空気とが混合されているため、混合過程
(すなわち、拡散燃焼バーナにおいて必要とされている
領域あるいは空間と時間の点)をパスして即座に燃焼工
程に移行することになり、局部的高温部分を生成するこ
となく,すなわちNOX の生成量の少ない比較的良好な
燃焼を行うことができ、また上流側でCOが発生したと
しても、後流側でCOの酸化が行われるので、奥行きが
比較的短くてもCOの排出量を低減することができると
云う知見に基づいている。この点について、さらに付言
すると、この発明のような水管組立体20に用いる前記
バーナ5として予混合バーナが、缶体のコンパクト化の
点および有害燃焼排気物低減化対策の点において、きわ
めて効果的なものであると云う知見に基づいている。On the other hand, in the premix burner,
Since the fuel and air have been mixed in advance, the mixing process (that is, the area or space and time point required in the diffusion combustion burner) is passed, and the combustion process is immediately transferred. It is possible to perform relatively good combustion without producing a locally high-temperature portion, that is, with a small amount of NO x produced, and even if CO is produced on the upstream side, CO is oxidized on the downstream side. Therefore, it is based on the finding that CO emissions can be reduced even if the depth is relatively short. In addition to this point, a premixing burner as the burner 5 used in the water pipe assembly 20 according to the present invention is extremely effective in terms of downsizing the can body and reducing harmful combustion exhaust gas. It is based on the finding that it is
【0024】つぎに、この発明に第二実施例を示した図
3について説明する。図3の実施例においては、前記両
水管壁1,1は、ボイラー缶体のほぼ中程までの長さと
し、かつ下流側の横幅(図3における左右方向の幅)を
狭くしてある。そして、この両水管壁1,1間には、直
列に裸管の垂直水管2aを配列してなる水管群2を配置
している。この水管群2より下流側には、たとえば図示
の実施例のごとく、前記両水管壁1,1の下流端にそれ
ぞれ連続した状態で、かつ上流側に形成されたガス通路
9に連なるガス通路9を形成するように、断熱壁7を両
側にそれぞれ配置し、この両断熱壁7,7間に、2列配
置のエロフィン管4aからなる水管群4を配置してい
る。Next, FIG. 3 showing a second embodiment of the present invention will be described. In the embodiment of FIG. 3, both the water pipe walls 1 and 1 have a length up to about the middle of the boiler can body, and the downstream lateral width (width in the left-right direction in FIG. 3) is narrowed. A water pipe group 2 in which bare vertical water pipes 2a are arranged in series is arranged between the water pipe walls 1 and 1. On the downstream side of the water pipe group 2, for example, as in the illustrated embodiment, a gas passage continuous with the downstream ends of the water pipe walls 1 and 1 and connected to a gas passage 9 formed on the upstream side. Insulating walls 7 are arranged on both sides so as to form 9, and a water pipe group 4 composed of two rows of erotic fin tubes 4a is arranged between the insulating walls 7, 7.
【0025】この第二実施例においても、前記第一実施
例(図1および図2)と同様に、燃焼ガスの流通方向上
流側から下流側に向けて、単位流路長さ当りの伝熱面面
積が増加しており、したがって前記のごとく、水管組立
体,すなわち缶体自体による伝熱効率の向上や、N
OX ,CO等の有害排気物の低減を効果的に図ることが
できる。Also in this second embodiment, as in the first embodiment (FIGS. 1 and 2), heat transfer per unit flow path length from the upstream side to the downstream side in the combustion gas flow direction. Since the surface area is increased, as described above, the heat transfer efficiency of the water pipe assembly, that is, the can itself, and the N
O X, reduction of harmful emissions of CO and the like can be a reduced effectively.
【0026】[0026]
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、予混
合バーナを用いているので、拡散燃焼バーナを用いる場
合などと異なり、事前に燃料と空気とが混合されている
ため、混合過程をパスして即座に燃焼工程に移行するこ
とになり、局部的高温部分を生成することがない。しか
も、燃焼反応領域内に多数本の水管が密に配置されてい
るので、燃焼ガスが各水管に直接接触して、対流伝熱に
より効率的な熱伝達を行われる。そして、燃焼ガスは、
各垂直水管との対流伝熱により、その温度が低く抑えら
れるとともに徐々に下降して、NOX ,CO等の有害燃
焼排気物の発生を抑制する。また、排ガス循環装置付き
のボイラーなどに比べると、排ガス循環用の複雑な配管
が不要であり、構造がきわめてシンプルになる。すなわ
ち、この発明に係る水管ボイラーは、シンプルな構造で
ありながら、NOX やCO等の有害燃焼排気物の発生を
抑制することができ、近年の最重要課題である有害燃焼
排気物に関する公害対策として頗る効果的なものであ
る。因みに、この発明によるNOX 低減効果について、
具体的な実験結果に基づいて説明すると、つぎのとおり
である。すなわち、図4は、従来の円筒型をなす水管組
立体からなる燃焼室を有するボイラーと、この発明に係
るボイラーとのNO X の生成特性を示したもので、この
発明によれば、NOX は従来のボイラーと比較して約1
/2に低減しており、通常の運転点でのNOX は30〜
40ppm ときわめて低いものとなっている。As described above, according to the present invention, the premixing
Since a combined burner is used, when using a diffusion combustion burner
Unlike the case, the fuel and air are mixed in advance
Therefore, it is possible to immediately move to the combustion process after passing the mixing process.
Therefore, a local high temperature portion is not generated. Only
However, many water tubes are densely arranged in the combustion reaction area.
Since the combustion gas directly contacts each water pipe,
More efficient heat transfer is achieved. And the combustion gas is
Convective heat transfer with each vertical water pipe keeps its temperature low.
It gradually descends withX, CO, etc.
Suppress the generation of burnt exhaust. Also, with exhaust gas circulation device
Complicated piping for exhaust gas circulation compared to other boilers
Is unnecessary, and the structure is extremely simple. Sanawa
The water tube boiler according to the present invention has a simple structure.
There is NOXThe generation of harmful combustion exhaust such as CO and CO
Hazardous combustion that can be suppressed and is the most important issue in recent years
It is a very effective pollution control measure for exhaust gas.
It Incidentally, the NO according to the present inventionXAbout the reduction effect,
The explanation based on the concrete experimental results is as follows.
Is. That is, FIG. 4 shows a conventional cylindrical water pipe assembly.
A boiler having a three-dimensional combustion chamber, and the present invention
No with a boiler XThis shows the generation characteristics of
According to the invention, NOXIs about 1 compared to conventional boilers
/ 2, NO at normal operating pointXIs 30
It is extremely low at 40 ppm.
【図1】この発明を角型多管式貫流ボイラーに適用した
場合の一実施例を示す概略的な横断面説明図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional explanatory view showing an embodiment in which the present invention is applied to a square multi-tube once-through boiler.
【図2】図1の水管組立体をバーナ側から見た一部破断
した正面説明図で、バーナを省略して図示している。FIG. 2 is a partially cutaway front view of the water pipe assembly of FIG. 1 seen from the burner side, in which the burner is omitted.
【図3】図1の角型多管式貫流ボイラーとは別の実施例
を示す概略的な横断面説明図である。3 is a schematic cross-sectional explanatory view showing an embodiment different from the square-walled tubular flow-through boiler of FIG. 1. FIG.
【図4】この発明に係るボイラーと従来のボイラーとの
NOX の生成特性を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing NO X generation characteristics of a boiler according to the present invention and a conventional boiler.
1 水管壁 1a 垂直水管 2 第1水管群 2a 垂直水管(裸管) 3 第2水管群 3a 垂直水管(ヒレ付管) 4 第3水管群 4a 垂直水管(エロフィン管) 5 バーナ 6 フィン状部材 7 断熱壁 8 排ガス出口 9 ガス通路 10 上部ヘッダ 11 下部ヘッダ 1 water pipe wall 1a vertical water pipe 2 first water pipe group 2a vertical water pipe (bare pipe) 3 second water pipe group 3a vertical water pipe (pipe with fin) 4 third water pipe group 4a vertical water pipe (erofin pipe) 5 burner 6 fin-shaped member 7 Heat insulation wall 8 Exhaust gas outlet 9 Gas passage 10 Upper header 11 Lower header
Claims (1)
数本の水管を密に配置して水管群を形成し、この水管群
に対する加熱手段として予混合バーナを配置し、この予
混合バーナからの燃焼ガスを、前記水管群と交叉する方
向に流通させるようにしたことを特徴とする水管ボイラ
ー。1. A plurality of water tubes are densely arranged in a combustion reaction region defined by water tube walls to form a water tube group, and a premixing burner is arranged as a heating means for the water tube group. A water tube boiler, wherein combustion gas from a mixed burner is caused to flow in a direction intersecting with the water tube group.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32964093A JPH0835603A (en) | 1988-08-12 | 1993-11-30 | Water-tube boiler |
JP35899898A JP3384975B2 (en) | 1988-08-12 | 1998-12-17 | Water tube boiler |
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JPH0835603A true JPH0835603A (en) | 1996-02-06 |
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5056631A (en) * | 1973-09-25 | 1975-05-17 | ||
JPS55134202A (en) * | 1979-04-04 | 1980-10-18 | Babcock Hitachi Kk | Combustion furnace |
JPS59131850A (en) * | 1983-01-19 | 1984-07-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Heat exchanger |
-
1993
- 1993-11-30 JP JP32964093A patent/JPH0835603A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS5056631A (en) * | 1973-09-25 | 1975-05-17 | ||
JPS55134202A (en) * | 1979-04-04 | 1980-10-18 | Babcock Hitachi Kk | Combustion furnace |
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