JPS62106203A - 水管ボイラ− - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野１ この発明は水管ボイラーに関する。

［従来技術］ 従来の水管ボイラーは火炉の上方に一基以上の円筒状の
蒸気ドラムが備えられ、火炉内空間の形状は六面体であ
り、この六面体の一側の壁面に一基、乃至複数基のバー
ナーか設備され、バーナーが設備される側面も含めての
四則面、および必要に応じて炉底面にも、多数の水管が
相互に略々平行して配設され、配設された水管群が壁面
を形成して、火炉内の高温燃焼ガスから主として輻射に
より熱エネルギーを与えられ加熱されるもの、あるいは
大型の水管ボイラーにおいては上記の構成に加えて火炉
中央部にも高温燃焼ガス流方向に沿って延伸され、一平
面上において相互に平行して配設され火炉内空間を部分
する水冷管壁が設備されているものもめる。

火炉および配列水管群の構成に対応して火炉の上方に設
備される蒸気ドラムは、円筒状でおり、その中心軸を水
平にして股胃されている。

［技術課題］ ガス体の輻削能は、固体のそれと比較して箸しく小さく
、また、５００’Ｃ以−トの高温では熱伝達を支配する
のは輻射伝熱であるため水管ボイラーを始め、他の加熱
炉、例えば、エチレン製造用のナフサ分解炉などにおい
ても火炉内の高温燃焼ガス体層の厚さを可及的に大ぎく
しでいる。

火炉内の高温燃焼カス体層の厚さを大きくしているため
、これらの炉の体積は当然、大型化する。

水管ボイラーは、火炉の燃焼用空間自体の大体積に、水
管群、蒸気ドラム、過熱器、その他の付属品体積が加わ
り、通常、全体体積が甚だ大きい。

［発明の目的１ この発明は、廃熱回収ボイラーを含めて可及的に小型化
された高性能水管ボイラーを提供することである。

［発明の構成］ この発明において、水管ボイラーの火炉部分が、火炉部
分内に配設される複数の鉛直の水冷管壁によって、鉛直
方向に延伸された小火炉群に、分割される。

火炉部分の水平断面の形状は、略々、正方形、正多角形
、あるいは円形である。

各小火炉についても同様である。

各小火炉の炉底には各々１基のバーナーもしくは１水の
高温カス供給管が設備されるか、バーナーの火炎の形状
その他の理由により複数基のバーナーもしくは複数本の
高温ガス供給管が設備されてもよい。

各小火炉には、炉底のバーナーの上方の空間中に、燃焼
ガスにより加熱されて高温に維持され周囲に高密度の熱
流束を輻射する固体物体か設備される。

この固体物体の存在により各小火炉がそれぞれその内部
に厚い高温燃焼ガス体層を存在さぜる必要がなくなり、
各小火炉は小型化され、水管ボイラー全体か小型化され
る。

この固体物体は耐蝕性と融点の高い金属、合金、あるい
はセラミックスを以て構成される。

この固体物体は通気性を有する多孔体状に形成されてい
ることが適当である。即ち、線状あるいは粒状の素材を
材料として製造された多孔体が適当である。

この固体物体は各小火炉内上方空間中に垂直に延伸され
る筒状体であって、その内外を流通する燃焼ガスに接触
して高温化し輻射熱を放散させるものであってもよい。

この発明において、火炉の上方に水管群に給水し本管群
から汽水を集水し蒸汽を分離する球形の蒸気室が上部水
管ヘッダーと連絡管を介在させ設置される。

所望により、小火炉群上方に過熱器も設備される。［図
面による説明１ 第１図は、この発明の水管ボイラーの縦断端面図である
。

第２図は、第１図に示されるＡ−Ａ矢視水平端面図であ
る。　なあ、第１図は、第２図のＢ−８矢視鉛直端而図
でおる。

第３図は、小火炉２の水平断面形状が正六角形でおり、
水平面上において円形おるいは正十二角形を呈して配設
される外周部の水管群、および円筒状の水管ボイラーの
外壁内に、７基の小火炉が、配設されている場合の３１
明図で必る。

第１図および第２図に示される通り、各小火炉２の底部
にバーナー１が設備される。

図中には各小火炉２底部に１基のバーナー１が設（１Ｍ
されているが、所望により、この発明の水管ボイラーに
おいて各小火炉２底部に複数基のバーナーが設備されて
もよい。

第２図に示される通り、図示の水管ボイラーには小火炉
２が４基あるが、火炉部分の正多角形の水平断面を、多
数の鉛直の水管が形成する水冷管壁３によって区画して
、所望の水平断面形状の小火炉２が形成され、所望の基
数の小火炉が、設備される。

小火炉２の水平断面形状か正六角形であり、水平面上に
おいて円形おるいは正十二角形を呈して配設される水管
群、および水管群の外方の水管ボイラーの外壁内に、７
基の小火炉が、配設されでいる揚台を第３図が示してい
る。

小火炉２の基数の増加に従って鉛直の各水冷管壁３か提
供する伝熱面の総訓面積は、燃焼カスか反転して流通し
て水冷管壁３の外側面も加熱することにより飛躍的（こ
増加する。

火炉が小火炉２によって分割されていない火炉内容積同
等の従来型の水管ボイラーに比較して、第２図に示され
るものにおいては、小火炉２群の伝熱面の総計面積が３
．２倍以上となっている。

小火炉２群の基数が増加すれば、この倍率は更に大きく
なる。

火炉部分が小火炉２群に分割され、小火炉２群の水冷管
壁の両側を燃焼ガスが流通するため水冷管壁用のパック
スティは軽量化するか不用となる。

この発明の水管ボイラーの増大された伝熱面に所要の密
度の熱流束を供給するために、バーナー１の上方の各小
火炉２内空間に、燃焼ガスとの直接的接触によって高温
に維持され、対面する水管群に輻射熱を与える固体物体
１３が設置される。

バーナー１がそれぞれ均等に各小火炉２の底部に設置さ
れること、および固体物体１３が存在することによって
、バーナーの火炎が近接する他のバーナーの火炎と相互
作用して生じる燃焼ガス流通空間の局部的高温化、所謂
、ホット・スポットの形成はなくなり、ホット・スポッ
トにおいて生成する燃焼ガス中の有害な窒素酸化物の発
生か減少する。

小火炉２群の上方に、球形の蒸気室６が、小火炉２群と
の間に過熱器８、上部水管ヘッダー１２、および蒸気室
６と上部水管ヘッダー１２との連絡管１０を、介在させ
て設置される。

各水冷管壁３の上端は、上部本管ヘッダー１２に連通さ
せられている。

蒸気室６中において蒸気が分離された熱水は、蒸気室６
と各水冷管壁３の下端を連結する下部水管ヘッダー１１
とを連通させる降水管４と下部水管ヘッダー１１を経由
して各水冷管壁３および上昇管５群に配分供給される。

降水管４は蒸気室６の中心底部と下部水管ヘッダー１１
とを連通させている。

水冷管壁３群の外方に上昇管５群が配設される。

上昇管５群は、水冷管壁３群と同様に、給水が加熱され
て、蒸汽と熱水の混合物である汽水の生成のために使用
されてもよく、所望によっては、ボイラー給水の予熱器
として使用されてもよい。

水冷管壁３群中、および上昇管５群中において生成した
蒸気・熱水混合流体は、上方に設備される上部水管ヘッ
ダー１２に集合し、蒸気室６と上部水管ヘッダー１２を
連通させる連絡管１０により蒸気室６に流入する。

蒸気室６中において蒸気・熱水混合流体から分離した蒸
気は、蒸気室６の頂部から排出され、過熱器８を通過し
て過熱蒸気となり用途先へ送り出される。

この発明の水管ボイラーにおいては固体物体１３により
輻射熱線に方向性が与えられるため、従来の水管ボイラ
ーに見られる天井水管および炉底水管のように略々水平
状態に配設される水管が必要でなく、缶水の循環状態は
飛躍的に良好となる。

所望によっては、バーナーの周囲に過熱防護用に水管が
設備されてもよい。

各小火炉２のバーナー１から噴出される燃料は各小火炉
の底部に各バーナー用に配設されている給気孔９から供
給される予熱済空気により燃焼し、各小火炉２中を上昇
しつつ、固体物体１３を加熱して、固体物体１３を高温
に維持する。

高温に維持される固体物体１３は、対面する水冷管壁３
群に高密度の熱流束を輻射する。

この発明の水管ボイラーにおいては、高温の薄層の燃焼
ガス体が保有する熱エネルギーが固体物体１３に与えら
れ、高温に維持される固体物体１３／）−放射する強い
輻射熱が、各水冷管壁３の表面に与えられる。

従って、固体物体１３は、可及的に比表面積と黒度が大
きく熱容量が小さい固体物体であることが望ましい。。

固体物体１３と水冷管壁３群の内面側を加熱して上昇し
た燃焼ガスは、蒸気室６の直下におる過熱器８および連
絡管１０を加熱した後、反転して水冷管壁３群が形成す
る各小火炉２の外方の空間中に配設されている上昇管５
群を加熱しつつ下降し、外壁７の下部に開設されている
排気口１４から煙道へ排出される。　水冷管壁３群の上
方におる上昇管５群の上端部、過熱器８、連絡管１０お
よび上部水管ヘッダー１２などが緊密に設置されるため
、蒸見窄６は球形状とされる。

円筒状の圧力容器でおる蒸気ドラムが、同一圧力・同一
容積の耐圧性の球形状の蒸気室に変更される場合は、重
量において顕著な節減となる。

例えば、直径１５００ｍｍ、長さ８０００ｍｍ、内部圧
力１００ｋｇ／Ｃｒｄの蒸気ドラムの重量は約２４トン
であり、同一の容量・内部圧力の球形状の汽水分離器の
直径は約３１００ｍｍであり、その重量は約１４トンで
あり、両者間の差異は約４０％である。

この両者間の差異が、軽量化と低コスト化に大いに貢献
する。

球形状の蒸気室においては同一の容量・内部圧力の蒸気
ドラムに比較して表面積か、約３０％減少するが、水冷
管壁３群も上昇管５群もともに上部水管ヘッダーに接続
され、その本数が減少させられている連絡管１０が蒸気
室６に接続されるため設計製作上も機能的にも支障がな
い。

［発明の効果１ 従来品に比較して著しく小形化・軽量化されたこの発明
の水管ボイラーは、価格低減以外に、蒸気室６自体は勿
論、他の組立品部分、即ち、水冷管壁３群、上界管５群
、上部水管ヘッダー１２もともに構成単位体として小形
化・軽量化されるため、大部分の組立品部分のプレフア
プリケーションが可能化あるいは容易化され、設備位置
にあける全体組立工事の費用と期間が大巾に節約される
。

小形化・軽量化した構成単位体の組立品部分の数量の増
加・減少、即ち、小火炉の基数の増加・減少により種々
の所望の容量の水管ボイラーを容易に設計製作して提供
することもできる。

この発明の水管ボイラーが舶用原動機として使用される
場合は、船舶の載貨重量が増大する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の水管ボイラーの縦断端面図であり
、第２図は、第１図に示されるＡ−Ａ矢視水平端面図で
ある。なお、第１図は、第２図のＢ−８矢視鉛直端而図
である。 第３図は、小火炉２の水平断面形状が正六角形状となる
ように、水冷管壁３群が配設され、外周の上背管５群が
水平面的に円形あるいは正十二角形状に配設され、合計
７基の小火炉がある場合を説明する概略図である。 記号リスト １、バーナー ２、小火炉 ３、水冷管壁 ４、降水管 ５、上昇管 ６、蒸気室 ７、外壁 ８、過熱器 ９、給気孔 １０、連絡管 １１、下部水管ヘッダー １２、上部水管ヘッダー １３、固体物体 １４、排気口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 水管ボイラーの火炉部分が、火炉部分内に配設される鉛
   直の水冷管壁群によって小火炉群に分割され、 各小火炉の底部に、バーナーもしくは高温ガス供給管が
   設備され、 各小火炉の上方の空間に、燃焼ガスとの接触によって高
   温に維持され、対面する水冷管壁に輻射熱を与える固体
   物体が設置され、 小火炉群の上方に、水管群に給水し汽水が流入して蒸汽
   が分離される球形の蒸気室が、水管ヘッダーを介在させ
   て設置される ことを特徴とする水管ボイラー。