JPH10196902A

JPH10196902A - 円筒型水管ボイラ

Info

Publication number: JPH10196902A
Application number: JP35824296A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Watanabe; 正渡辺; Susumu Yagishita; 進八木下
Original assignee: Ebara Boiler Co Ltd
Current assignee: Nippon Thermoener Co Ltd
Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 1998-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】コンパクトな構造で、且つバーナ燃焼面の通
気損失を大きくすることなく、燃焼量を増大できるよう
にした円筒型水管ボイラを提供する。【解決手段】上部管寄せ１と下部管寄せ２を複数の水
管３で連結した円筒型水管ボイラにおいて、ボイラの略
中央部に配置された筒状の面燃焼バーナ１３と、面燃焼
バーナを取囲むようにそれぞれが離間して配置された複
数列の水管群１０，１１，１２と、水管群を取囲むよう
に配置された筒状のシールカバー１４と、筒状のシール
カバーに配設された燃焼ガス出口部１４ａとを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、円筒型水管ボイラ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、低ＮＯx 燃焼が期待できることか
ら、予混合式の面燃焼バーナを適用したボイラの開発が
進められている。この面燃焼バーナを適用した円筒型水
管ボイラとしては、例えば図８及び図９に示すようなも
のが一般に知られている。

【０００３】同図に示すように、環状の上部管寄せ１と
下部管寄せ２とが上下に所定間隔離間して配置され、こ
れらの上部管寄せ１と下部管寄せ２は、複数の水管３で
連結されている。

【０００４】そして、前記水管３は、互いに当接した状
態で環状に並べられて、内部に燃焼室４を形成する環状
水管列５が構成され、この環状水管列５の欠落部に平面
状の面燃焼バーナ６が配置されているとともに、この面
燃焼バーナ６と対面する環状水管列５の欠落部に燃焼ガ
ス出口部７が設けられている。更に、前記燃焼室４の内
部にも、多数の水管３が配置されている。

【０００５】この構成においては、面燃焼バーナ６の近
傍に火炎８が形成され、燃焼ガスは、水管３，３間の各
隙間を通過して水管３内の水と熱交換した後、燃焼ガス
出口部７から外部に排出されるようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って、上記従来例に
あっては、燃焼量の増大を図るためには、バーナ燃焼面
をそのままとして、バーナ単位燃焼面当たりの燃焼ガス
量を増大させるか、またはバーナ燃焼面を広くして、燃
焼ガス量を増大させる必要があった。

【０００７】しかしながら、前者の場合には、バーナ単
位燃焼面を通過する予混合気量が増大してバーナ燃焼面
の通気損失が大きくなり、送風機動力が大きくなるとい
う問題がある。また、後者の場合には、バーナ燃焼面の
通気損失は大きくならないが、バーナ燃焼面が広くな
り、これに対応させて水管を配置する必要があるので、
ボイラが大型化するといった問題があった。なお、両者
を併用した場合にあっても、根本的な解決策とはなって
いない。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みて為されたもの
で、コンパクトな構造で、且つバーナ燃焼面の通気損失
を大きくすることなく、燃焼量を増大できるようにした
円筒型水管ボイラを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の円筒型水管ボイラは、上部管寄せと下部管
寄せを複数の水管で連結した円筒型水管ボイラにおい
て、該ボイラの略中央部に配置された筒状の面燃焼バー
ナと、該面燃焼バーナを取囲むようにそれぞれが離間し
て配置された複数列の水管群と、該水管群を取囲むよう
に配置された筒状のシールカバーと、該筒状のシールカ
バーに配設された燃焼ガス出口部とを備えたことを特徴
とする。

【００１０】このように構成した本発明によれば、筒状
の面燃焼バーナを中央部に配置して、その周囲に複数列
の水管群を配置することにより、コンパクトな構成で燃
焼面積を増大させ、圧損を小さくしながら且つ伝熱効率
を高めることができる。

【００１１】ここに、前記水管列の少なくとも１列を、
前記燃焼バーナの火炎内に位置するように配置すること
により、火炎を水管で直接冷却して低ＮＯx 化を図るこ
とができる。

【００１２】更に、前記火炎内に位置するように配置し
た水管列と、この水管列の外側に位置する水管列との間
に環状の空間を形成することにより、火炎の水管による
冷却によって生じたＣＯを、その空間内でＣＯ₂に酸化
させて、ＣＯ濃度を低減させることができる。

【００１３】また、前記水管列の少なくとも１列におけ
る互いに隣接する水管間に燃焼ガス案内板を設けること
により、水管と燃焼ガス案内板との間の狭い空間を燃焼
ガスが流れるようにして、水管表面近傍での燃焼ガス流
速を速めて、燃焼ガスから水管への伝熱を向上させるこ
とができる。

【００１４】また、前記面燃焼バーナから最内列の水管
迄の距離を火炎長と略等しくすることにより、安定燃焼
できる空燃比の範囲を極めて広くすることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
乃至図７を参照して説明する。なお、前記図８及び図９
に示す従来例と同一部材には同一符号を付して説明す
る。

【００１６】図１及び図２は、第１の実施の形態を示す
もので、環状の上部管寄せ１と環状の下部管寄せ２とは
複数の水管３で連結されている。この実施の形態におい
ては、前記水管３によって、同心円状に並ぶ３列の水管
列１０，１１，１２がそれぞれが離間して形成されてい
る。これらの水管列１０，１１，１２の中心部に、円筒
状の面燃焼バーナ１３が、上部管寄せ１の上方から差し
込むことによって設置されている。

【００１７】即ち、最も内側に位置する第１列の水管列
１０は、前記面燃焼バーナ１３を包囲して、互いに間隔
ａの隙間１０ａを有した状態で複数の水管３を円環状に
並べることによって構成されている。第２列の水管列１
１は、前記第１列の水管列１０の周囲を包囲する如く、
互いに間隔ｂの隙間１１ａを有した状態で複数の水管３
を円環状に並べることによって構成されている。更に最
も外側の第３列の水管列１２は、前記第２列の水管列１
１を包囲する如く、互いに間隔ｃの隙間１２ａを有した
状態で複数の水管３を円環状に並らべることによって構
成されている。

【００１８】そして、前記第３列の水管列１２の周囲
は、燃焼ガス出口部１４ａを備えたシールカバー１４で
囲繞され、これによって、このシールカバー１４の内周
面と前記第３列の水管列１２との間にガス流路１５が形
成されている。

【００１９】ここに、前記円筒状の面燃焼バーナ１３
は、例えば円筒表面に、耐熱金属繊維マットもしくは耐
熱金属板等に小さな炎孔を多数設けたものを取り付け
て、円筒表面を燃焼面として構成したものであり、この
円筒表面から多数の火炎１６を形成するようになってい
る。

【００２０】そして、前記第１列の水管列１０は、円筒
状の面燃焼バーナ１３に近接して、この火炎１６内に位
置するように、即ち、面燃焼バーナ１３の火炎１６の長
さは、この実施の形態では５０〜１００mmであるので、
第１列の水管列１０は、この範囲内に配置されている。
これによって、この水管列１０により火炎１６を冷却し
て温度を下げ、サーマルＮＯx の生成を抑制することが
できる。

【００２１】前記面燃焼バーナ１３は、ダクト１７に連
結され、図示してない送風機の出口部に設けられた燃料
ガスと空気との混合部で作られた燃料ガスと空気との予
混合気が、ダクト１７により、上部から円筒状の面燃焼
バーナ１３に送られるようになっている。面燃焼バーナ
から噴出する予混合気は、着火されて火炎となり、その
火炎は第１の水管列１０を包むように伸びることは前述
したとおりである。

【００２２】そして、燃焼ガスは、第２列の水管列１１
の隙間１１ａ、及び第３列の水管列の１２の隙間１２ａ
を通過する際に、各水管３と熱交換してその温度を下
げ、しかる後、シールカバー１４と第３列の水管列１２
との間のガス通路１７を流れて、燃焼ガス出口部１４ａ
から煙道に排出される。このようにして、低ＮＯx 燃焼
が可能となる。

【００２３】なお、前記第１列の水管列１０の隙間１０
ａの間隔ａは、面燃焼バーナ１３の火炎１５が消えてし
まう消炎距離以上を確保した間隔、具体的には３〜１０
mmに設定されている。これにより、燃焼ガスの酸化反応
をこの隙間１０ａを通過する際にも進行させて不完全燃
焼を防止し、しかも、高い火炎冷却効果を得ることがで
きる。

【００２４】この実施の形態において、燃焼ガスは、面
燃焼バーナ１３の燃焼面から略放射状に外周方向に流れ
ていくため、この燃焼面に対面する第１列の水管列１０
を構成する火炎冷却用水管３の本数を増大させ、コンパ
クトな構造で、且つ広いバーナの燃焼面を得ることがで
きる。

【００２５】これにより、火炎冷却作用を高くして、よ
り低ＮＯx 化が可能となる。特に、面燃焼バーナの火炎
は、一般に短炎であり、この短炎内に冷却伝熱面を密集
させることで火炎冷却効果を高めることができる。

【００２６】従来例の平面バーナでは、燃焼表面は内列
水管列の幅しか確保できないが、この実施形態のバーナ
は円筒状のため、内列水管列に近接する周長分を確保で
きる。このため、燃焼表面積は従来例よりもはるかに大
きくとることができる。また、燃焼面表面積を同一とす
れば、円筒状の面燃焼バーナ１３では、その直径を従来
の一般的な平面バーナの幅の約１／３として、ボイラを
コンパクトにすることができる。

【００２７】また、第１列の水管列１０の隙間１０ａを
流通する燃焼ガスは、温度が高くて容積が大きいため、
ここを通過する際の通気損失が大きく、この隙間面積の
大小がボイラ缶体の通気損失の大小に大きく影響する。

【００２８】しかしながら、この実施の形態において
は、この隙間１０ａは水管３の数及び外径により構成で
きるため、ボイラの外形が小さくて第１列の水管列１０
のピッチ径ｄ₁が小さくとも、水管３の径を細くするこ
とにより、所望の数の隙間を構成して、所望の面積を確
保できる。これによりボイラ缶体の通気損失を所望の値
にすることができる。

【００２９】更に、この構成においては、火炎１６は、
面燃焼バーナ１３の円筒表面に均一に形成されるため、
燃焼ガスは放射状に流れ、同列内の水管の円周方向に沿
った熱負荷は同一となる。つまり、燃焼ガスの流れ方向
には、列分だけの３種類の水管しかないため、熱負荷の
異なる水管は、第１列、第２列及び第３列の３種類だけ
となり、３種類の水管３に過熱変形や損傷が発生しない
ように、バーナの径や燃焼量等を設定すればよく、長寿
命のボイラを容易に設計することができる。

【００３０】図３及び図４は、第２の実施の形態を示す
もので、この実施の形態の前記図１及び図２に示す実施
の形態と異なる点は、第１列の水管列１０と第２列の水
管列１１との間に環状の空間２０を形成した点である。

【００３１】即ち、第１列の水管列１０と第２の水管列
１１とを互いに水管１〜２本分だけ離して同心円状に配
置することにより、両者の間に、例えば幅Ｗが７５〜１
００ｍｍ程度の空間２０を形成したものである。

【００３２】このように、第１列の水管列１０と第２列
の水管列１１との間に空間２０を設けることにより、第
１列の水管列１０を構成する水管３による火炎冷却によ
って生成されたＣＯを、１０００〜１５００℃に維持さ
れた下流の空間２０内でＣＯ₂ に酸化させて、ＣＯの排
出を低減することができる。

【００３３】ここで、空間２０は、燃焼ガスの流れに対
して末広がりの形状に構成されているため、燃焼ガスが
この空間２０を流れる際の流速を低くすることができ、
これによって、燃焼ガスがこの空間２０内に滞留する時
間を長くして、ＣＯがＣＯ₂に酸化反応する割合いを高
めることができる。

【００３４】そして、ＮＯx およびＣＯ濃度を低減した
燃焼ガスは、第２列の水管列１１の隙間１１ａおよび第
３列の水管列１２の隙間１２ａを通過する際、各水管３
と熱交換してその温度を下げ、しかる後、シールカバー
１４と第３列の水管列１２との間のガス通路１５を流れ
て、燃焼ガス出口部１４ａから煙道に排出される。この
ようにして低ＮＯx および低ＣＯ燃焼が可能となる。

【００３５】図５は、第３の実施の形態を示すもので、
この実施の形態は、前記図３及び図４に示す実施の形態
に以下の構成を付加したものである。即ち、第３列の水
管列１２を構成する各水管３，３間に位置して、この外
側に、横断面略Ｖ字型で、例えば肉厚が１〜２ｍｍの鋼
板製の燃焼ガス案内板２１を水管３のほぼ全長に亘って
設けたものである。

【００３６】ここに、前記第３列の水管列１２を構成す
る水管３の直径を４５〜６３ｍｍとした時、この水管３
と前記燃焼ガス案内板２１との間隔ｔは、例えば３〜１
０ｍｍに設定されている。

【００３７】このように、第３列の水管列１２の各水管
３，３間に燃焼ガス案内板２１を設けることにより、第
２列の水管列１１の隙間１１ａを通過した燃焼ガスが、
第３列の水管列１２の各水管３の水管表面に沿って流れ
るようにすることができる。これにより、この水管３の
表面近傍での燃焼ガス流速を高めて、燃焼ガスから水管
３への伝熱を向上させてボイラの熱効率を改善すること
ができる。

【００３８】なお、例えば第２列の水管列の各水管間に
前記燃焼ガス案内板を設けても良いことは勿論である。

【００３９】図６は、本発明の第３の実施の形態を示す
もので、この実施の形態の前記図１及び図２に示す実施
の形態と異なる点は、第１列の配管列１０を面燃焼バー
ナ１３の火炎１６の外側に設けた点である。

【００４０】火炎を水管で急冷すると、燃焼ガスは、燃
焼による膨張および水管冷却による収縮を極短時間内に
引き起こすため、気流の脈動を誘発して異常燃焼音を発
生しやすく、これによって、安定燃焼できる空燃比の範
囲は狭い領域に限られやすい。

【００４１】この実施の形態においては、第１列の配管
列１０を面燃焼バーナ１３の火炎１６の外側に設けるこ
とにより、火炎１６が水管３で冷却されることをなく
し、これによって、燃焼ガスの急冷に伴う気流の脈動等
に起因する異常燃焼を極力無くすことができる。

【００４２】このため、安定燃焼できる空燃比の範囲は
極めて広くなり、これにより、燃料ガスや燃焼空気の流
量や温度が激しく変動する場合でも、広い空燃比の範囲
にわたって安定燃焼が容易に実現される。

【００４３】図７は、本発明の第４の実施の形態を示す
もので、前記各実施の形態と異なる点は、以下の通りで
ある。

【００４４】即ち、面燃焼バーナ３０として、横断面長
円形の筒状のものを使用するとともに、この面燃焼バー
ナ３０の周囲を、該バーナ３０の外形に沿って第１の水
管列３１、第２の水管列３２で包囲し、これらの水管列
も横断面長円形に配置したものである。また、シールカ
バー３４、第３の水管列３３も、第１の水管列３１、第
２の水管列３２を取囲むように、略長円形に配置したも
のである。このように、面燃焼バーナ、水管群の配置、
シールカバーは、円筒形に限ることなく、多角形や任意
の形状のものを使用することができる。例えば四角筒の
面燃焼バーナを用いて、円筒状のシールカバー内に複数
列の水管群を配置するようにしても勿論よい。

【００４５】なお、ここに示した実施例は水管列はすべ
て３列だが、これに限定されることなく２列、４列、5
列でも構成できる。また、火炎内に配置する水管列も最
内列だけでなく、燃焼量によっては第２列の水管列も火
炎内に配置しても良いのは当然のことである。

【００４６】また、水管径を列により適宜変えて複数列
の水管群を密集して配置すればよりコンパクトにボイラ
を構成できる。更に、ここに示した例ではひれがない水
管から構成したが、ひれ付き水管を採用しても勿論良
い。

【００４７】なお、面燃焼バーナとしては、ガス燃料に
かかわらず、液体燃料の気化燃焼等の手段により、本実
施例と同様の面燃焼バーナを構成することが可能であ
る。

【００４８】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、筒状の面燃焼バーナと、該バーナを取囲む複数列の
水管群を採用することにより、狭いスペースで広い燃焼
面を確保して、且つバーナ通気損失を増大させずに燃焼
量が大きな水管ボイラを実現できる。また、火炎内に多
数の水管を設けることができ、これにより低ＮＯx 燃焼
を実現できる。また、火炎内水管の下流に環状の空間を
構成することにより低ＮＯxおよび低ＣＯ燃焼が実現で
きる。

【００４９】更に、水管の径を適宜選定することにより
ボイラ缶体の通気損失を小さくすることができる。これ
により、比較的供給圧の低い都市ガス等を用いた燃焼バ
ーナによって燃焼量の大きな水管ボイラを提供できる。
また、同一水管列の各水管の受熱量を均等にすることが
でき、各水管の熱負荷の不均等を少なくして長寿命のボ
イラとすることができる。また、バーナから内列水管列
までの距離を火炎長以上として内列水管列を設けること
により、安定燃焼できる空燃比の範囲が極めて広いボイ
ラとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す横断平面図。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。

【図３】本発明の第２の実施の形態を示す横断平面図。

【図４】図３のＢ−Ｂ線断面図。

【図５】本発明の第３の実施の形態を示す横断平面図。

【図６】本発明の第４の実施の形態を示す横断平面図。

【図７】本発明の第５の実施の形態を示す横断平面図。

【図８】従来例を示す横断平面図。

【図９】図８のＣ−Ｃ断面図。

【符号の説明】

１上部管寄せ２下部管寄せ３水管１０，１１，１２水管列１３筒状の面燃焼バーナ１４シールカバー１４ａ燃焼ガス出口部１５燃焼ガス流路１６火炎

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上部管寄せと下部管寄せを複数の水管で
連結した円筒型水管ボイラにおいて、該ボイラの略中央
部に配置された筒状の面燃焼バーナと、該面燃焼バーナ
を取囲むようにそれぞれが離間して配置された複数列の
水管群と、該水管群を取囲むように配置された筒状のシ
ールカバーと、該筒状のシールカバーに配設された燃焼
ガス出口部とを備えたことを特徴とする円筒型水管ボイ
ラ。
【請求項２】前記複数列の水管群の少なくとも１列
を、前記面燃焼バーナの火炎内に位置するように配置し
たことを特徴とする請求項１記載の円筒型水管ボイラ。
【請求項３】前記火炎内に位置するように配置した水
管列と、この水管列の外側に位置する水管列との間に環
状の空間を形成したことを特徴とする請求項２記載の円
筒型水管ボイラ。
【請求項４】前記水管列の少なくとも１列における互
いに隣接する水管間に燃焼ガス案内板を設けたことを特
徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の円筒型水管
ボイラ。
【請求項５】前記面燃焼バーナから最内列の水管迄の
距離を火炎長と略等しくしたこと特徴とする請求項１記
載の円筒型水管ボイラ。