KR20100087365A - 선박용 보일러 구조 - Google Patents

선박용 보일러 구조 Download PDF

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KR20100087365A
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쥰지 이마다
이사오 우찌다
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는 과열기를 통과하는 연소 가스의 온도 분포를 균일화하여 부식 진행의 치우침을 개선하는 동시에, 연소 가스에 포함되는 NOx 레벨을 저감시킬 수 있는 선박용 보일러 구조를 제공하는 것이다. 버너(3)의 연소에 의해 발생한 연소 가스가, 화로(2)로부터 과열기(5) 및 증발관군(6)을 통과하여 흐르도록 구성된 선박용 보일러 구조에 있어서, 화로(2)의 노 저부(2a)로부터 연소용 공기의 일부를 보톰 공기로서 공급하는 보톰 공기 포트(20)를 설치하고, 상기 보톰 공기 포트(20)가 버너 중심선(CL)보다 과열기(5)측에 위치하는 동시에, 보톰 공기의 분출 방향을 연직 상향으로부터 버너 방향으로 경사지는 범위로 설정하였다.

Description

선박용 보일러 구조 {BOILER STRUCTURE FOR VESSEL}
본 발명은 선박에 탑재되는 선박용 보일러나 선박용 재열 보일러 등의 선박용 보일러 구조에 관한 것이다.
종래, 선박에 탑재되는 선박용 보일러는 발전소 등에서 사용되는 육지용 보일러와 비교하여, 설치 스페이스의 제약이 크기 때문에 콤팩트한 구조가 우선되고 있다.
도 5에 도시하는 종래의 선박용 보일러(1)에 있어서, 화로(2)의 상부에는 1 또는 복수의 버너(3)가 설치되어 있다. 버너(3)에 의해 연료를 연소시켜 발생한 연소 가스는 화로(2)의 하류에 배치된 프론트 뱅크 튜브(4), 과열기(5) 및 증발관군(리어 뱅크 튜브)(6)을 순서대로 통과하여 튜브 내를 흐르는 물 등의 유체와 열교환 한다. 이와 같이 하여 열교환을 종료한 연소 가스는 출구측 가스 덕트(7)를 통해 가스 출구(8)로부터 선박용 보일러(1)의 외부로 배출된다. 또한, 도면 중 부호 9는 물 드럼, 부호 10은 증기 드럼, 부호 11 및 부호 12는 헤더이다.
이와 같은 선박용 보일러(1)에 있어서는, 버너(3)의 연소에 의해 발생한 연소 가스가 과열기(5) 및 증기관군(6)을 균일하게 흐르도록 하기 위해, 증발관군(6)의 출구측에 정류판을 설치하는 것이 제안되어 있다(예를 들어, 특허 문헌1 참조).
특허 문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 제2002-243106호 공보(도 1 참조)
상술한 종래의 선박용 보일러 구조에 있어서는, 연소 가스의 가스 온도 분포에 언밸런스가 발생하므로, 과열기(5)의 하부에 부식이 집중한다고 하는 문제가 있다.
또한, 콤팩트화에 의해 화로(2)가 작은 선박용 보일러(1)는, 특히 버너(3)가 과열기(5)측으로 기울어 설치되어 있는 경우, 버너(3)의 화염이 과열기(5)측을 향해 기울어지므로, 이 화염에 가까운 과열기(5)의 영역에서는 고온에 의해 과열기(5)를 구성하는 튜브의 두께 감소가 촉진되는 원인으로 되어 있다.
또한, 선박용 보일러에서는 콤팩트화로 인해 화로 열부하가 높아, NOx 레벨이 높아진다고 하는 문제도 지적되어 있고, 예를 들어 오일만 사용하는 선박용 보일러(1)에서는 300 내지 400ppm 정도로 되는 경우도 있다.
상술한 연소 가스 온도의 언밸런스는 도면 중에 화살표 G로 나타낸 바와 같이, 연소 가스의 대부분이 화로(2)의 노 저부를 통해 흐르는 것에 기인하고 있고, 과열기(5)를 통과하는 연소 가스의 온도 분포는 과열기 하부의 중앙일수록 고온으로 되는 경향이 있다. 또한, 과열기(5)의 온도는 튜브 내를 흐르는 증기에도 온도차가 있으므로, 증기 온도가 높은 하류측일수록 고온으로 된다.
따라서, 상술한 선박용 보일러(1)의 과열기(5)에 있어서는, 하부일수록 부식이 커지고, 또한 동일한 하부에서도 튜브 내를 흐르는 증기 온도가 높은 위치일수록 부식이 커진다. 즉, 과열기(5)에 있어서는, 고온으로 되는 영역일수록 부식이 커진다고 하는 문제가 있다.
이와 같은 배경으로부터, 선박용 보일러 구조에 있어서는, 과열기를 구성하는 튜브에 발생하는 부분적인 부식ㆍ두께 감소의 진행(부식 진행의 치우침)을 방지 또는 억제하기 위해, 화로 내의 온도 분포를 개선하여, 과열기를 통과하는 연소 가스의 온도 분포를 균일화하는 것이 요구된다. 또한, 최근의 환경 문제에 대응하기 위해, 연소 가스에 포함되는 NOx 레벨을 저감시킬 수 있는 선박용 보일러 구조가 요구되고 있다.
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 것은, 과열기를 통과하는 연소 가스의 온도 분포를 균일화하여 부식 진행의 치우침을 개선하는 동시에, 연소 가스에 포함되는 NOx 레벨을 저감시킬 수 있는 선박용 보일러 구조를 제공하는 데 있다.
본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해, 하기의 수단을 채용하였다.
본 발명에 관한 선박용 보일러 구조의 제1 형태는, 버너의 연소에 의해 발생한 연소 가스가, 화로로부터 과열기 및 증발관군을 통과하여 흐르도록 구성된 선박용 보일러 구조에 있어서, 상기 화로의 저부로부터 연소용 공기의 일부를 보톰(bottom) 공기로서 공급하는 보톰 공기 포트를 설치하고, 상기 보톰 공기 포트가 버너 중심선보다 상기 과열기측에 위치하는 동시에, 상기 보톰 공기의 분출 방향이 연직 상향으로부터 상기 버너 방향으로 경사지는 범위로 설정되어 있다.
이와 같은 선박용 보일러 구조의 제1 형태에 따르면, 화로의 저부로부터 연소용 공기의 일부를 보톰 공기로서 공급하는 보톰 공기 포트를 설치하고, 상기 보톰 공기 포트가 버너 중심선보다 과열기측에 위치하는 동시에, 보톰 공기의 분출 방향이 연직 상향으로부터 버너 방향으로 경사지는 범위로 설정되어 있으므로, 보톰 공기의 흐름에 의해 화로 내에 있어서의 연소 가스의 플로우 패턴을 변화시킬 수 있다. 즉, 노 저부로부터 과열기를 향하는 연소 가스의 흐름은, 보톰 공기의 흐름을 받음으로써, 일단 과열기와는 역방향으로 밀리게 되므로, 노 저부측에 집중하는 흐름을 해소하여, 과열기를 향해 대략 균일하게 유입시킬 수 있다. 또한, 이와 같은 보톰 공기의 투입은 연소 가스 중의 NOx 저감에 유효한 연소용 공기의 2단 투입으로 된다.
이 경우, 보톰 공기로서 사용하는 연소용 공기는 화로의 콤팩트화와의 양립을 도모하기 위해, 전체 공기량의 30％ 정도 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 보톰 공기 포트의 분출 방향은 연직 상향(0도)으로부터 버너 방향으로 45도 정도의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 보톰 공기 포트의 수는, 1) 버너 개수 이상으로 하거나, 혹은, 2) 연속적인 슬릿 형상으로 함으로써, 보톰 공기에는 20 내지 100m/s 정도의 고유속을 확보하는 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 선박용 보일러 구조의 제2 형태는, 버너의 연소에 의해 발생한 연소 가스가, 화로로부터 과열기 및 증발관군을 통과하여 흐르도록 구성된 선박용 보일러 구조에 있어서, 상기 화로의 상부로부터 연소용 공기의 일부를 사이드 공기로서 공급하는 사이드 공기 포트를 설치하고, 상기 사이드 공기 포트가 버너 중심선보다 상기 과열기측에 위치하는 동시에, 상기 사이드 공기의 분출 방향이 연직 하향을 기준으로 하여 상기 과열기 및 상기 버너의 양방향으로 경사지는 범위 내로 설정되어 있다.
이와 같은 선박용 보일러 구조의 제2 형태에 따르면, 화로의 상부로부터 연소용 공기의 일부를 사이드 공기로서 공급하는 사이드 공기 포트를 설치하고, 상기 사이드 공기 포트가 버너 중심선보다 과열기측에 위치하는 동시에, 사이드 공기의 분출 방향이 연직 하향을 기준으로 하여 과열기 및 버너의 양방향으로 경사지는 범위 내로 설정되어 있으므로, 사이드 공기의 흐름에 의해 화로 내에 있어서의 연소 존 및 연소 가스의 플로우 패턴을 변화시킬 수 있다. 즉, 화로 내의 연소 존은 사이드 공기의 흐름 방향에 의해 조정 가능해지므로, 예를 들어 연소 존을 과열기로부터 멀리하는 방향으로 이동시키면, 화염도 과열기로부터 이격되어 연소 가스의 플로우 패턴이 변화된다.
또한, 사이드 공기의 흐름 방향을 적절하게 조정함으로써, 콤팩트한 선박용 보일러의 화로에 있어서도, 화염이 과열기를 향해 기울어지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 사이드 공기를 투입함으로써, 연소 가스 중의 NOx 저감에 유효한 연소용 공기의 확산 정도를 조정할 수 있다.
또한, 사이드 공기의 투입은 과열기 튜브측의 상부에 에어 커튼을 형성하므로, 과열기 상부의 바이패스류를 저감시킬 수 있다.
이 경우, 사이드 공기로서 사용하는 연소용 공기는 화로의 콤팩트화와의 양립을 도모하기 위해, 전체 공기량의 30％ 정도 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 사이드 공기 포트의 분출 방향은 연직 하향(0도)을 중심으로 과열기 방향 및 버너 방향으로 각각 30도 정도의 범위(－30도 내지 ＋30도)로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 사이드 공기 포트는 버너와 동일한 바람 상자 내에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이 경우, 사이드 공기 포트의 수 및 배치에 대해서는, 1) 버너 개수와 동일하게 하여 바로 옆에 배치한다, 2) 버너 개수보다 1 적은 수로 하여 버너 사이에 배치한다, 3) 연속적인 포트에 슬릿을 형성하여 버너의 옆에 배치한다고 하는 3개의 케이스가 가능하고, 사이드 공기에는 20 내지 60m/s 정도의 고유속을 확보하는 것이 바람직하다.
상술한 본 발명에 따르면, 선박용 보일러의 화로 내에 있어서는, 보톰 공기나 사이드 공기의 영향에 의해 노 저부에 집중되어 있던 연소 가스의 플로우 패턴을 변화시킬 수 있다. 이 결과, 과열기 입구에 있어서의 연소 가스 온도가 균일화되어, 종래의 온도 언밸런스를 해소 또는 저감시킬 수 있으므로, 과열기의 하부에 집중되어 있던 부식 진행의 치우침을 개선한 선박용 보일러 구조를 제공할 수 있다.
또한, 보톰 공기의 채용은 연소 공기를 2단 투입하게 되고, 또한 사이드 공기의 투입은 연소용 공기의 확산 정도를 조정 가능하게 하므로, 연소 가스에 포함되는 NOx 레벨을 저감시킨 선박용 보일러 구조로 된다.
도 1은 본 발명에 관한 선박용 보일러 구조에 대해, 제1 실시 형태를 도시하는 종단면도이다.
도 2a는 보톰 공기 포트의 배치예를 도시하는 도 1의 주요부 평면도이다.
도 2b는 도 2a의 변형예를 도시하는 주요부 평면도이다.
도 3은 본 발명에 관한 선박용 보일러 구조에 대해, 제2 실시 형태를 도시하는 종단면도이다.
도 4a는 사이드 공기 포트의 배치예를 도시하는 도 3의 주요부 평면도이다.
도 4b는 도 4a의 제1 변형예를 도시하는 주요부 평면도이다.
도 4c는 도 4a의 제2 변형예를 도시하는 주요부 평면도이다.
도 5는 종래의 선박용 보일러 구조예를 도시하는 종단면도이다.
이하, 본 발명에 관한 선박용 보일러 구조의 일 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
도 1에 도시하는 선박용 보일러(1A)는, 화로(2)의 상부에 1 또는 복수의 버너(3)가 바람 상자(3a) 내에 설치되어 있다. 이 버너(3)는 연소용 공기를 사용하여 공급된 연료를 연소시켜, 연소 가스를 생성하여 하류의 열교환기에 공급한다.
버너(3)에서 발생한 연소 가스는 화로(2)의 하류에 배치되어 있는 열교환기를 통과하여 열교환한다. 도시한 구성에서는 프론트 뱅크 튜브(4), 과열기(5) 및 증발관군(리어 뱅크 튜브)(6)의 순서대로 열교환기가 배치되고, 연소 가스는 각 열교환기의 튜브 내를 흐르는 물 등의 유체와 열교환하여 가열된다. 이와 같이 하여 열교환을 종료한 연소 가스는 출구측 가스 덕트(7)를 통해 가스 출구(8)로부터 선박용 보일러(1)의 외부로 배출된다. 또한, 도면 중 부호 9는 물 드럼, 부호 10은 증기 드럼, 부호 11 및 부호 12는 헤더이다.
<제1 실시 형태>
본 실시 형태의 선박용 보일러 구조는, 도 1 및 도 2a에 도시한 바와 같이 버너(3)의 연소에 의해 발생한 연소 가스가, 화로(2)로부터 과열기(5) 및 증발관군(6)을 통과하여 흐르도록 구성된 선박용 보일러(1A)에 대해, 화로(2)의 노 저부(2a)로부터 연소용 공기의 일부를 보톰 공기로서 공급하는 보톰 공기 포트(20)를 설치하고 있다. 이 보톰 공기 포트(20)는 버너(3)의 중심선(CL)보다 과열기(5)측에 위치하고 있고, 또한 보톰 공기 포트(20)로부터 분출되는 보톰 공기의 분출 방향은 연직 상향으로부터 버너(3)의 방향으로 경사지는 각도 범위(θ1)로 설정되어 있다.
또한, 상술한 보톰 공기 포트(20)는 화로(2)의 외부에 형성된 보톰 공기 덕트(21)에 접속되어, 이 덕트를 통해 공급된다.
보톰 공기 포트(20)는, 예를 들어 도 2a에 도시한 바와 같이, 버너(3)의 개수와 동수로 하여, 보톰 공기가 분출되는 유속을 높게 설정하고 있다. 즉, 평면에서 볼 때 버너(3)의 바로 옆이 되는 위치에 보톰 공기 포트(20)를 배치하여, 연소용 공기의 일부를 사용하는 보톰 공기의 유속이 소정치 이상의 고유속을 유지하여 투입되도록 되어 있다.
여기서 사용 가능한 보톰 공기량은 화로(2) 내에 있어서의 양호한 연소 등을 고려하면, 연소용 공기 전체의 30％ 정도 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 보톰 공기 포트(20)로부터 투입되는 보톰 공기의 유속은, 후술하는 연소 가스의 플로우 패턴에 충분한 영향을 미치기 위해서는, 화로(2)의 크기 등 제반 조건에 따라서 20 내지 100m/s 정도의 고유속을 확보하는 것이 바람직하다.
보톰 공기 포트(20)의 분출 방향은 버너(3)보다 과열기(5)측의 위치에 있어서, 연직 상향의 0도로부터 버너 방향으로 45도 정도의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 도 1에 있어서의 각도 범위(θ1)는 보톰 공기의 흐름이 노 저부(2a)에 집중하려고 하는 연소 가스의 흐름(도면 중 2점 쇄선 화살표 G 참조)을 과열기(5)로부터 멀리하는 방향으로 효율적으로 밀어낼 수 있도록, 대략 0 내지 45도의 범위로 하는 것이 바람직하다.
상술한 보톰 공기 포트(20)를 구비하고 있는 선박용 보일러 구조에 있어서는, 보톰 공기의 흐름에 의해 화로(2) 내에 있어서의 연소 가스의 플로우 패턴을 변화시킬 수 있다. 즉, 노 저부(2a)로부터 과열기(5)를 향하는 연소 가스의 흐름은, 상향으로 흐르는 보톰 공기의 흐름을 받음으로써, 도면 중에 실선 화살표 G1로 나타낸 바와 같이, 일단 과열기(5)와는 역방향으로 밀리게 된다. 이로 인해, 연소 가스의 흐름은 노 저부(2a)측을 향하는 흐름이 일부 저지되어, 화로(2) 내의 상방으로 선회하여 흐르므로, 노 저부(2a)측에 집중되어 있던 종래의 흐름이 해소되어, 과열기(5)를 향해 대략 균일하게 유입하게 된다.
환언하면, 상술한 보톰 공기를 투입함으로써, 연소 가스의 플로우 패턴을 변경하여, 노 저부(2a)로부터 과열기(5)로 유입되고 있던 연소 가스를 일단 과열기(5)와는 반대측으로 밀어냄으로써, 과열기(5)측으로 균일하게 압입된다. 이에 의해, 과열기(5)의 노 저부(2a)측이 되는 과열기 하부에 있어서는, 부식이 촉진되는 고온 가스 영역이 작아진다.
또한, 연소 가스의 흐름이, 상향으로 투입되는 보톰 공기의 대향류와 충돌하는 효과에 의해, 연소 가스의 혼합이 촉진되어 과열기(5)에 있어서의 입구 전체의 온도 언밸런스를 저감시킨다고 하는 작용 효과도 얻어진다.
이와 같이, 선박용 보일러(1A)의 화로(2) 내에 있어서는, 과열기(5)의 입구에 있어서의 연소 가스 온도가 균일화되므로, 종래의 온도 언밸런스를 해소 또는 저감시킬 수 있다. 따라서, 과열기(5)의 하부에 집중되어 있던 부식 진행의 치우침을 개선하여, 내구성이나 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상술한 보톰 공기의 채용은 버너(3)의 연소 공기를 2단 투입하는 것을 의미하고 있으므로, 연소 가스에 포함되는 NOx 레벨을 저감시키는 것도 가능해진다.
그런데, 상술한 실시 형태에서는, 보톰 공기 포트(20)의 수는 버너(3)의 개수와 동수로 하였지만, 투입하는 보톰 공기의 고유속을 확보하기 위해, 버너 개수 이상의 포트 수를 설치해도 좋다. 또한, 도 2b에 도시하는 변형예와 같이, 적당히 구획(22)을 넣은 연속적인 슬릿 형상의 보톰 공기 포트(20A)를 채용해도 좋다.
<제2 실시 형태>
본 발명에 의한 선박용 보일러 구조의 제2 실시 형태를 도 3 및 도 4a에 기초하여 설명한다. 또한, 상술한 실시 형태와 동일한 부분에는 동일한 부호를 부여하여, 그 상세한 설명은 생략한다.
본 실시 형태에서는 선박용 보일러(1B)에 대해, 화로(2)의 상부로부터 연소용 공기의 일부를 사이드 공기로서 공급하는 사이드 공기 포트(30)가 설치되어 있다. 이 사이드 공기 포트(30)는 버너(3)와 동일한 바람 상자(3a)의 내부에 설치되어 있다.
상술한 사이드 공기 포트(30)는 버너 중심선(CL)보다 과열기(5)측에 배치되는 동시에, 사이드 공기의 분출 방향은 연직 하향을 기준으로 하여 과열기(5) 및 버너(3)의 양방향으로 경사지는 각도 범위 ±θ2 내에서 조정 가능하게 설정되어 있다. 즉, 이 경우의 θ2는 30도 정도로 설정하는 것이 바람직하고, 따라서 사이드 공기 포트(30)는, 분출 방향으로는 ±30도의 각도 범위 내에서 틸트 가능한 조정 기구를 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 사이드 공기 포트(30)는, 예를 들어 도 4a에 도시한 바와 같이, 버너(3)와 동일한 바람 상자(3a) 내에, 버너(3)의 개수와 동수가 되도록 설치되어 있다. 이는, 연소 공기의 일부를 사용하고 있는 사이드 공기에 대해, 분출되는 유속을 높게 설정하기 위해서이다. 즉, 도시한 예에서는, 각 버너(3)의 바로 옆이 되는 위치에 사이드 공기 포트(30)를 배치하여, 사이드 공기의 유속이 소정치 이상의 고유속을 유지하여 투입되도록 되어 있다.
여기서 사용 가능한 보톰 공기량은 화로(2) 내에 있어서의 양호한 연소 등을 고려하면, 연소용 공기 전체의 30％ 정도 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 사이드 공기 포트(30)로부터 투입되는 사이드 공기의 유속은, 후술하는 연소 가스의 플로우 패턴에 충분한 영향을 미치기 위해서는, 화로(2)의 크기 등 제반 조건에 따라서 20 내지 60m/s 정도의 고유속을 확보하는 것이 바람직하다.
이와 같은 구성으로 하면, 사이드 공기 포트(30)로부터 투입되는 사이드 공기의 흐름에 의해, 화로(2) 내에 형성되는 연소 존 및 연소 가스의 플로우 패턴을 변화시킬 수 있다. 즉, 화로(2) 내에 형성되는 연소 존은 투입되는 사이드 공기의 흐름 방향에 따라서 조정 가능해지므로, 예를 들어 사이드 공기의 분출 방향을 버너(3)측으로 경사지게 하면, 화로(2) 내의 연소 존을 과열기(5)로부터 멀리하는 방향으로 이동시킬 수 있다.
이 결과, 버너(3)로부터 투입된 연료가 연소하는 화염에 대해서도, 과열기(5)로부터 이격된 위치에 형성되게 된다. 따라서, 과열기(5)에 대한 화염의 직접적인 영향은 물론, 연소 가스의 플로우 패턴에 대해서도, 도면 중 화살표 G2로 나타낸 바와 같이 변화시킬 수 있다. 즉, 연소 가스의 흐름은 사이드 공기의 영향에 의해 일단 과열기(5)로부터 이격되는 방향을 향하는 흐름을 형성하므로, 노 저부(2a)로 집중되어 있던 종래의 흐름이 개선되어, 과열기(5)의 전체면에 걸쳐서 대략 균일하게 흐르도록 변화된다. 바꾸어 말하면, 상술한 사이드 공기의 투입에 의해, 연소 가스의 플로우 패턴을 변경하여, 과열기(5)의 입구에 발생하고 있던 온도 언밸런스를 저감시킬 수 있다.
또한, 상술한 사이드 공기 포트(30)의 경사 각도(θ2)를 변화시킴으로써, 사이드 공기의 흐름 방향을 적절하게 조정하는 것이 가능해지므로, 콤팩트한 선박용 보일러(1B)의 화로(2)에 있어서는, 화염이 과열기(5)를 향해 기울어지는 것을 방지할 수 있다. 이 결과, 과열기(5)의 튜브를 향하는 방향으로 기울어진 화염의 직접적인 영향을 받아, 튜브의 두께 감소가 촉진되는 등의 문제를 해소할 수 있다.
또한, 상술한 사이드 공기 포트(30)로부터 사이드 공기를 투입함으로써, 연소용 공기의 확산 정도를 조정할 수 있으므로, 연소 가스 중의 NOx를 저감시키는 것도 가능해진다.
또한, 상술한 사이드 공기의 투입은 과열기(5)의 튜브측에 있어서, 상부에 사이드 공기에 의한 에어 커튼을 형성할 수 있다. 이와 같은 에어 커튼의 형성은 과열기(5)의 상부를 통과하여 흐르는 연소 가스의 바이패스류를 저감시킬 수 있다. 즉, 과열기(5)를 통과하여 열교환하는 연소 가스량을 늘리게 되므로, 선박용 보일러(1B)의 효율 향상에도 유효하다.
그런데, 상술한 실시 형태에서는 사이드 공기 포트(30)의 수 및 배치에 대해, 버너(3)의 개수와 동일하게 하여 바로 옆에 배치하고 있지만, 이것으로 한정되는 경우는 없다.
도 4b에 도시하는 제1 변형예에서는, 버너(3)의 개수보다 1만큼 적은 수의 사이드 공기 포트(30)가, 인접하는 버너(3, 3) 사이에 배치되어 있다. 또한, 도 4c에 도시하는 제2 변형예에서는 연속적인 사이드 공기 포트(30A)에 적절하게 슬릿(31)을 형성하여 구분하여, 버너(3)의 옆에 배치한 구성으로 된다. 이들 변형예에 있어서도, 분출되는 사이드 공기에는 20 내지 60m/s 정도의 고유속이 확보되어 있다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 선박용 보일러 구조에 따르면, 선박용 보일러(1A, 1B)의 화로(2) 내에 있어서는, 보톰 공기나 사이드 공기의 영향에 의해 노 저부(2a)에 집중되어 있던 연소 가스의 플로우 패턴을 컨트롤하여 변화시킬 수 있다. 이 결과, 과열기(5)의 입구에 있어서는, 종래의 온도 언밸런스가 해소 또는 저감되어, 연소 가스 온도의 균일화가 촉진되므로, 과열기(5)의 하부에 집중되어 있던 튜브의 부식 진행에 대해, 치우침을 개선한 선박용 보일러 구조로 된다.
또한, 보톰 공기의 채용은 연소 공기를 2단 투입하게 되고, 또한 사이드 공기의 투입은 연소용 공기의 확산 정도를 조정 가능하게 하므로, 모든 경우에 있어서, 연소 가스에 포함되는 NOx 레벨을 저감시킨 선박용 보일러 구조로 된다.
즉, 본 발명의 선박용 보일러 구조는 연소용 공기의 투입 방법을 변화시킴으로써, 화염의 연소 상태, 가스 플로우 패턴을 컨트롤하여 과열기(5)의 입구 온도에 발생하고 있던 언밸런스를 저감시키는 동시에, 연소용 공기를 단계적으로 투입함으로써 NOx의 삭감을 가능하게 한 것이다.
또한, 본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 증발관군(6)의 하류에 재열 버너 및 재열로를 구비한 선박용 재열 보일러에도 적용 가능한 것 등, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 적절하게 변경할 수 있다.
1A, 1B : 선박용 보일러
2 : 화로
3 : 버너
5 : 과열기
6 : 증발관군
20, 20A : 보톰 공기 포트
30, 30A : 사이드 공기 포트

Claims (3)

  1. 버너의 연소에 의해 발생한 연소 가스가, 화로로부터 과열기 및 증발관군을 통과하여 흐르도록 구성된 선박용 보일러 구조에 있어서,
    상기 화로의 저부로부터 연소용 공기의 일부를 보톰 공기로서 공급하는 보톰 공기 포트를 설치하고, 상기 보톰 공기 포트가 버너 중심선보다 상기 과열기측에 위치하는 동시에, 상기 보톰 공기의 분출 방향이 연직 상향으로부터 상기 버너 방향으로 경사지는 범위로 설정되어 있는, 선박용 보일러 구조.
  2. 버너의 연소에 의해 발생한 연소 가스가, 화로로부터 과열기 및 증발관군을 통과하여 흐르도록 구성된 선박용 보일러 구조에 있어서,
    상기 화로의 상부로부터 연소용 공기의 일부를 사이드 공기로서 공급하는 사이드 공기 포트를 설치하고, 상기 사이드 공기 포트가 버너 중심선보다 상기 과열기측에 위치하는 동시에, 상기 사이드 공기의 분출 방향이 연직 하향을 기준으로 하여 상기 과열기 및 상기 버너의 양방향으로 경사지는 범위 내로 설정되어 있는, 선박용 보일러 구조.
  3. 제2항에 있어서, 상기 사이드 공기 포트는 상기 버너와 동일한 바람 상자 내에 배치되어 있는, 선박용 보일러 구조.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5010425B2 (ja) * 2007-10-17 2012-08-29 三菱重工業株式会社 再熱ボイラ及び再熱ボイラのガス温度制御方法
JP5364534B2 (ja) * 2009-10-28 2013-12-11 三菱重工業株式会社 舶用ボイラ構造
JP5374344B2 (ja) * 2009-12-07 2013-12-25 三菱重工業株式会社 舶用ボイラ構造
JP6549047B2 (ja) * 2016-02-02 2019-07-24 三菱重工業株式会社 ボイラ
JP6879778B2 (ja) * 2017-02-28 2021-06-02 三菱重工マリンマシナリ株式会社 ボイラ及びボイラを備えた船舶並びにイナートガスの生成方法
JP7292898B2 (ja) * 2019-02-22 2023-06-19 三菱重工マリンマシナリ株式会社 ボイラ

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3048131A (en) * 1959-06-18 1962-08-07 Babcock & Wilcox Co Method for burning fuel
US3157163A (en) * 1961-10-19 1964-11-17 Riley Stoker Corp Steam generating unit
US3171390A (en) * 1962-03-26 1965-03-02 Riley Stoker Corp Steam generating unit
US4060376A (en) * 1974-12-11 1977-11-29 Energiagazdalkodasi Intezet Method of firing and furnace therefor
JPS5390023A (en) * 1977-01-20 1978-08-08 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Two-stage combustion furnace
US4377134A (en) * 1981-08-03 1983-03-22 Combustion Engineering, Inc. Steam temperature control with overfire air firing
JPS59185907A (ja) * 1983-04-05 1984-10-22 Takuma Sogo Kenkyusho:Kk 窒素酸化物の生成を抑制した高負荷燃焼水管ボイラ−
JPS61170813U (ko) * 1985-04-08 1986-10-23
JP2515807B2 (ja) * 1987-06-18 1996-07-10 バブコツク日立株式会社 燃焼用空気供給法
JP2529699B2 (ja) * 1987-08-04 1996-08-28 大阪瓦斯株式会社 ボイラの低騒音燃焼方法
JP2648600B2 (ja) * 1987-11-13 1997-09-03 バブコツク日立株式会社 固体燃料燃焼方法
JPH0462309A (ja) * 1990-06-29 1992-02-27 Ebara Corp バーナの２段燃焼による低騒音燃焼方法
KR100676163B1 (ko) * 1999-08-02 2007-01-31 가부시키카이샤 미우라겐큐우쇼 수관보일러
JP3553495B2 (ja) * 2000-12-26 2004-08-11 三菱重工業株式会社 ボイラ装置
JP2002243106A (ja) * 2001-02-21 2002-08-28 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ボイラ
JP4443781B2 (ja) * 2001-02-28 2010-03-31 三菱重工業株式会社 燃焼ガス・ショートパス防止構造
JP2004197970A (ja) * 2002-12-16 2004-07-15 Miura Co Ltd 低ＮＯｘ燃焼方法とその装置
US7004086B2 (en) * 2004-06-17 2006-02-28 General Electric Company Injection of overfire air through the upper furnace arch for penetration and mixing with flue gas
JP4062309B2 (ja) * 2005-02-03 2008-03-19 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
JP2007101035A (ja) * 2005-10-03 2007-04-19 Kyushu Olympia Kogyo Kk 火炉の中心軸に沿って排気口をもつボイラの液体燃料用バーナ

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