JPH07318003A - 多管式貫流ボイラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 常に安定した運転を行なうことができる多管
式貫流ボイラを提供する。 【構成】 バーナ板３に多数の炎孔２を形成した有炎燃
焼バーナ１０を備え、燃焼ガス流通方向Ａ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１３ａによ
り接続した伝熱管１３，４２によりなる伝熱壁１４を形
成し、該壁１４と前記バーナ１０により囲われる空間内
の前記バーナ１０近傍に上下方向に延びる所要数の伝熱
管４３を設けて上流側より下流側に向け火炎燃焼空間部
１５、火炎冷却部１７を形成し、更に、前記冷却部１７
の下流側に、断熱空間部１８を隔て、上下方向に延びる
所要数の伝熱管１６ｂを設けて対流伝熱部１９を構成す
るようにした多管式貫流ボイラにおいて、前記伝熱管４
２，４３を他の伝熱管１３，１６ｂより径を大きくす
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５，６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、ボ
イラ本体１の一端に多数の炎孔２を形成したバーナ板３
を設け、他端に排気ダクト４を設けてある。

【０００３】又、前記ボイラ本体１の一端側外部に、空
気供給管５を有し、前記バーナ板３の周囲を取り囲むよ
うに開口した燃料分配室６を設けると共に、該燃料分配
室６内にヘッド部７ａが配置される燃料ガス供給管７を
設けてあり、このヘッド部７ａに燃焼ガス流通方向Ａと
直交する方向の複数箇所（２ヵ所）に燃料ガス供給孔７
ｂを形成してある。そして、前記燃料分配室６において
燃料ガス８と燃焼用空気９を予め混合した予混合燃料を
バーナ板３から噴射させて火炎Ｆを形成させることによ
り、有炎燃焼バーナ１０を形成するようになっている。

【０００４】更に、前記ボイラ本体１の下端部に給水ヘ
ッダ部１１を設け、上端部に前記給水ヘッダ部１１と平
行な蒸気ヘッダ部１２を設けてあり、前記給水ヘッダ部
１１と蒸気ヘッダ部１２間の燃焼ガス流通方向Ａに対す
る左右両側部に、隣接相互をフィン１３ａで接続した伝
熱管１３からなる伝熱壁１４を形成してある。

【０００５】前記したボイラ本体１の伝熱壁１４と有炎
燃焼バーナ１０により囲われる空間内に、有炎燃焼バー
ナ１０下流側に、燃焼ガス流通方向Ａに対し直交して上
下方向に延び且つ給水ヘッダ部１１と蒸気ヘッダ部１２
を連通する伝熱管１６ａを多数平行に配設して上流側よ
り下流側に向け火炎燃焼空間部１５、火炎冷却部１７を
順次形成し、又前記火炎冷却部１７の下流側に、断熱空
間部１８を隔て燃焼ガス流通方向Ａに対し直交して上下
方向に延び且つ給水ヘッダ部１１と蒸気ヘッダ部１２を
連通する伝熱管１６ｂを多数平行に配設して対流伝熱部
１９を形成してある。

【０００６】このような、従来の多管式貫流ボイラは、
設計、製造上の容易さから、前記伝熱管１３，１６ａ，
１６ｂを、すべて同一の径の管によって構成している。

【０００７】上記した構成のボイラにおいて、燃料ガス
供給管７から送られる燃料ガス８と空気供給管５から送
られる燃焼用空気９を燃料分配室６で予め混合した予混
合燃料を、有炎燃焼バーナ１０に供給して着火すると、
伝熱壁１４で囲まれたボイラ本体１の内部に向けて火炎
Ｆを形成して燃焼する。

【０００８】火炎Ｆは、その先端部近傍に火炎形成を妨
げるものがない場合には、完全燃焼して１８００℃程度
の温度になるが、１５００℃を超えると、ＮＯxの発生
が増大するため、火炎Ｆの温度をＮＯxが発生しないよ
うに、１５００℃以下に抑える必要がある。そこで、こ
の条件が満足される位置に所要数の伝熱管１６ａを配置
することにより火炎冷却部１７を形成する。よって、火
炎Ｆは、火炎燃焼空間部１５及び火炎冷却部１７におい
て１５００℃以下に抑えられながらボイラ本体１内を通
過する。

【０００９】１５００℃以下に温度制御された火炎Ｆ
は、完全燃焼しているとは言えない状態にあり、火炎Ｆ
中には若干のＣＯが残るため、未燃分の燃焼ガスを完全
燃焼させ、ＣＯをＣＯ₂に変成する必要がある。よっ
て、火炎冷却部１７を通過した燃焼ガスを、断熱空間部
１８において１０００℃〜１５００℃の範囲で未燃ＣＯ
の酸化を行なわせた後、対流伝熱部１９に導くように
し、該対流伝熱部１９により燃焼ガスを冷却させた後、
排気ダクト４から排出するようにしている。

【００１０】一方、給水ヘッダ部１１から伝熱管１３，
１６ａ，１６ｂに供給される水は、伝熱管１３，１６
ａ，１６ｂ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１２から外部に取り出される。

【００１１】又、図７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他の例を示したものであり、筒
状を有するケーシング本体２０周壁部の一箇所に多数の
炎孔２１が形成されるバーナ板２２を設け、該バーナ板
２２取り付け位置に対向する側の前記ケーシング本体２
０本体周壁部に排気ダクト２３を設けてある。

【００１２】又、ケーシング本体２０外側のバーナ板２
２取り付け位置に、空気供給管２４を有し、前記バーナ
板２２の周囲を取り囲むように開口した燃料分配室２５
を設けると共に、該燃料分配室２５にヘッド部２６ａが
内部に配置される燃料ガス供給管２６を設けてある。こ
のヘッド部２６ａには燃焼ガス流通方向Ａと直交する方
向の複数箇所（２ヵ所）に燃料ガス供給孔２６ｂが形成
されていて、前記バーナ板２２から燃料ガスと燃焼用空
気を前記燃料分配室２５で混合した予混合燃料を噴射さ
せて火炎Ｆを形成させることにより、有炎燃焼バーナ２
７を形成するようになっている。

【００１３】更に、前記ケーシング本体２０内の前記有
炎燃焼バーナ２７近傍位置に、上下方向に延びる多数の
伝熱管２９（図では８本）を平行に配設することにより
火炎燃焼空間部２８と火炎冷却部３０を形成してある。

【００１４】又、前記ケーシング本体２０内に、前記火
炎燃焼空間部２８につながる断熱空間部３１を形成する
よう環状に配置した上下方向に延びる伝熱管３２の隣接
相互をフィン３３により接続した内側伝熱壁３４を設け
る共に、該内側伝熱壁３４の外側に、燃焼ガス通路３５
を形成するよう環状に配置した上下方向に延びる伝熱管
３６の隣接相互をフィン３７により接続した外側伝熱壁
３８を設けてあり、前記内側伝熱壁３４及び外側伝熱壁
３８により環状対流伝熱部３９を構成してある。

【００１５】前記した内側伝熱壁３４には、燃焼ガス流
通部４０を形成してあり、断熱空間部３１の燃焼ガスが
燃焼ガス流通部４０を通り、燃焼ガス通路３５に流れ得
るようになっている。又、環状対流伝熱部３９を形成す
る伝熱管３２，３６の所要位置に伝熱促進のためのフィ
ン４１を設けるようにしている。

【００１６】このような多管式貫流ボイラは、図５，６
に示す多管式貫流ボイラと同様に、設計、製造上の容易
さから、伝熱管２９，３２，３６を、すべて同一の径の
管によって構成している。

【００１７】前記した多管式貫流ボイラにおいて、燃焼
用空気と燃料ガスを燃料分配室２５で十分に混合させて
予混合燃料を形成し、該予混合燃料を有炎燃焼バーナ２
７に供給して着火すると、ケーシング本体２０の内部に
向けて火炎Ｆを形成して燃焼する。

【００１８】有炎燃焼バーナ２７から発生する火炎Ｆ
は、その先端部近傍に火炎形成を妨げるものがない場合
には、完全燃焼して１８００℃程度の温度になるが、１
５００℃を超えると、ＮＯxの発生が増大するため、火
炎Ｆの温度をＮＯxが発生しないように、１５００℃以
下に抑える必要がある。そこで、この条件が満足される
位置に所要数の伝熱管２９を配置することにより火炎冷
却部３０を形成する。よって、火炎Ｆは、火炎燃焼空間
部２８及び火炎冷却部３０で１５００℃以下に抑えられ
ながら、ケーシング本体２０内を通過する。

【００１９】１５００℃以下に温度制御された火炎Ｆ
は、完全燃焼しているとは言えない状態にあり、火炎Ｆ
中には若干のＣＯが残るため、未燃分の燃焼ガスを完全
燃焼させ、ＣＯをＣＯ₂に変成する必要がある。火炎冷
却部３０を通過した燃焼ガスは、断熱空間部３１におい
て１０００℃〜１５００℃の範囲で未燃ＣＯの酸化が行
われた後、燃焼ガス流通部４０を通り燃焼ガス通路３５
を矢印方向に移動しながら環状対流伝熱部３９において
冷却された後、排気ダクト２３から排出される。

【００２０】又、環状対流伝熱部３９を形成する伝熱管
３２，３６にフィン４１を設けることにより、燃焼ガス
は、燃焼ガス通路３５を蛇行しながら通過するようにな
るため、環状対流伝熱部３９において、より確実に冷却
されながら通過するようになる。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】前記した多管式貫流ボ
イラにおいては、有炎燃焼バーナ１０，２７近傍位置の
伝熱管１３，１６ａ、２９に対して、有炎燃焼バーナ１
０，２７から発生する最も高温の火炎Ｆや燃焼ガスが常
に吹き付けられることになるが、伝熱管１３，１６ａ，
１６ｂ、２９，３２，３６のすべてを同一径の細い管に
よって構成するようにしてあるため、前記有炎燃焼バー
ナ１０，２７に近い高温部の伝熱管１３，１６ａ、２９
内で膜沸騰が発生した場合には、膜沸騰が発生している
部分において冷却効果が急激に低下することになり、こ
のために、前記伝熱管１３，１６ａ、２９に局部的な高
温度部が発生し、前記伝熱管１３，１６ａ、２９が焼損
してボイラの運転が不能になるという虞れがあった。

【００２２】本発明は、上述の実情に鑑み、簡単な構成
で伝熱管に局部的な高温度が作用するのを防止して前記
伝熱管の安全を確保し、常に安定した運転を行ない得る
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。

【００２３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の多管式
貫流ボイラは、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壁を
形成し、該伝熱壁と前記バーナにより囲われる空間内の
前記有炎燃焼バーナ近傍に上下方向に延びる所要数の伝
熱管を設けて上流側より下流側に向け火炎燃焼空間部、
火炎冷却部を順次形成し、更に、火炎冷却部の下流側
に、断熱空間部を隔て、上下方向に延びる所要数の伝熱
管を設けて対流伝熱部を構成するようにしている多管式
貫流ボイラにおいて、前記火炎冷却部と伝熱壁の少なく
とも有炎燃焼バーナに近接配置された伝熱管を他の伝熱
管より大径にしたものである。

【００２４】又、請求項２の発明の多管式貫流ボイラ
は、筒状を有するケーシング本体の周壁部一箇所に、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、
前記ケーシング本体内の前記有炎燃焼バーナ近傍に上下
方向に延びる所要数の伝熱管を設けて火炎燃焼空間部と
火炎冷却部を形成し、前記ケーシング本体内に、断熱空
間部を形成するよう環状に配置した上下方向に延びる伝
熱管の隣接する相互間をフィンにより接続した内側伝熱
壁を設ける共に、前記内側伝熱壁の外側に、燃焼ガス通
路を形成するよう環状に配置した上下方向に延びる伝熱
管の隣接する相互間をフィンにより接続した外側伝熱壁
を設けて、前記内側伝熱壁及び外側伝熱壁により環状対
流伝熱部を構成するようにしている多管式貫流ボイラに
おいて、前記火炎冷却部の少なくとも有炎燃焼バーナに
近接配置された伝熱管を他の伝熱管より大径としたもの
である。

【００２５】

【作用】請求項１の発明の多管式貫流ボイラにおいて
は、有炎燃焼バーナに近接配置されて最も高温にさらさ
れる火炎冷却部及び伝熱壁の伝熱管を、他の伝熱管より
径を大きくすることにより、伝熱面積当たりの受熱量を
小さくして沸騰の発生を抑えることができるので、前記
伝熱管に起こる局部的な高温度発生を防止し、高温の火
炎及び燃焼ガスによる伝熱管の焼損を防ぐことができ
る。

【００２６】又、請求項２の発明の多管式貫流ボイラに
おいては、有炎燃焼バーナに近接配置されて最も高温に
さらされる火炎冷却部の伝熱管を、他の伝熱管より径を
大きくすることにより、伝熱面積当たりの受熱量を小さ
くして沸騰の発生を抑えることができるので、前記伝熱
管に起こる局部的な高温度発生を防止し、高温の火炎及
び燃焼ガスによる伝熱管の焼損を防ぐことができる。

【００２７】

【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。

【００２８】図１は請求項１の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５，６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
細な説明は省略し、特徴部分についてのみ説明する。

【００２９】図１の多管式貫流ボイラは、伝熱壁１４を
形成する有炎燃焼バーナ１０側に近い４本の伝熱管４２
（計８本）及び火炎冷却部１７を形成する伝熱管４３
（４本）を、その他の伝熱管１３，１６ｂより径を大き
くして構成してある。

【００３０】図示の場合は、大径の伝熱管４２，４３を
他の伝熱管１３，１６ｂに対して、直径を１．５倍にし
た場合を示しており、この場合、大径の伝熱管４２，４
３の流路断面積は他の伝熱管１３，１６ｂの流路断面積
の２．２５倍となっている。

【００３１】このように、高温の火炎Ｆ及び燃焼ガスが
当たり最も高温にさらされる火炎冷却部１７及び伝熱壁
１４の伝熱管４２，４３を他の伝熱管１３，１６ｂより
大径とすることにより、伝熱管４２，４３の伝熱面積当
たりの受熱量を小さくすることができるため、前記伝熱
管４２，４３内を流れる流体の沸騰の発生を抑えること
ができ、前記伝熱管４２，４３に起こる局部的な高温度
発生を防止し、高温の火炎Ｆ及び燃焼ガスによる伝熱管
４２，４３の焼損を防ぐことができる。

【００３２】又、図２は請求項２の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７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
細な説明は省略し、特徴部分についてのみ説明する。

【００３３】図２の多管式貫流ボイラは、火炎冷却部３
０を形成する伝熱管４４（８本）を、その他の伝熱管３
２，３６より径を大きくして構成してある。

【００３４】この場合も、大径の伝熱管４４は、他の伝
熱管３２，３６に対して、直径を１．５倍としている。

【００３５】このように、高温の火炎Ｆ及び燃焼ガスが
当たり最も高温にさらされる火炎冷却部３０の伝熱管４
４を他の伝熱管３２，３６より大径とすることにより、
伝熱管４４の伝熱面積当たりの受熱量を小さくすること
ができるため、前記伝熱管４４内を流れる流体の沸騰の
発生を抑えることができ、前記伝熱管４４に起こる局部
的な高温度発生を防止し、高温の火炎Ｆ及び燃焼ガスに
よる伝熱管４４の焼損を防ぐことができる。

【００３６】又、上記した図１及び図２の多管式貫流ボ
イラにおける高温の火炎Ｆ及び燃焼ガスが当たる伝熱管
４２，４３，４４に、図３に示すような、内面にスパイ
ラル状の溝を設けることにより管内面における熱伝達率
を向上させることができるようにしたライフル管４５、
或いは図４に示す内面及び外面にスパイラル状の溝を設
けたスパイラル管４６を用いるようにすれば、水の流動
性を高めて膜沸騰の発生を抑えつつ、熱伝達率を高める
ことができる。

【００３７】なお、本発明の実施例においては、伝熱管
４２，４３、４４の径を、他の伝熱管１３，１６ｂ、３
２，３６の１．５倍にする場合について説明したが、火
炎Ｆ及び燃焼ガスの温度に合わせて、径の大きさを任意
に変更できること、又管径を太くする伝熱管４２，４
３，４４の数は任意に変更できること、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。

【００３８】

【発明の効果】請求項１の発明の多管式貫流ボイラにお
いては、高温にさらされる火炎冷却部及び伝熱壁の伝熱
管を、他の伝熱管より径を大きくすることにより、前記
伝熱管の伝熱面積当たりの受熱量を小さくすることがで
きるため、前記伝熱管内を流れる流体の沸騰の発生を抑
えることができるので、高温の火炎Ｆ及び燃焼ガスによ
る伝熱管の焼損を防ぎ、常に安定した運転を行なうこと
ができ、又、請求項２の発明の多管式貫流ボイラにおい
ては、高温にさらされる火炎冷却部の伝熱管を、他の伝
熱管より径を大きくすることにより、前記伝熱管の伝熱
面積当たりの受熱量を小さくすることができるため、前
記伝熱管内を流れる流体の沸騰の発生を抑えることがで
きるので、高温の火炎Ｆ及び燃焼ガスによる伝熱管の焼
損を防ぎ、常に安定した運転を行なうことができる等、
種々の優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１における多管式貫流ボイラの
一実施例を示す横断平面図である。

【図２】本発明の請求項２における多管式貫流ボイラの
一実施例を示す横断平面図である。

【図３】本発明において使用することのできるライフル
管の一例を示す縦断側面図である。

【図４】本発明において使用することのできるスパイラ
ル管の一例を示す縦断側面図である。

【図５】従来の多管式貫流ボイラの一例を示す横断平面
図である。

【図６】図５の多管式貫流ボイラの縦断正面図である。

【図７】従来の多管式貫流ボイラの他の例を示す横断平
面図である。

【符号の説明】

２，２１ 炎孔 ３，２２ バーナ板 １０，２７ 有炎燃焼バーナ １３，１６ｂ 伝熱管 １３ａ フィン １４ 伝熱壁 １５，２８ 火炎燃焼空間部 １７，３０ 火炎冷却部 １８，３１ 断熱空間部 １９ 対流伝熱部 ２０ ケーシング本体 ３２，３６ 伝熱管 ３３，３７ フィン ３４ 内側伝熱壁 ３５ 燃焼ガス通路 ３８ 外側伝熱壁 ３９ 環状対流伝熱部 ４１ フィン ４２，４３，４４ 伝熱管 Ａ 燃焼ガス流通方向

Claims (2)

【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壁を
   形成し、該伝熱壁と前記バーナにより囲われる空間内の
   前記有炎燃焼バーナ近傍に上下方向に延びる所要数の伝
   熱管を設けて上流側より下流側に向け火炎燃焼空間部、
   火炎冷却部を順次形成し、更に、火炎冷却部の下流側
   に、断熱空間部を隔て、上下方向に延びる所要数の伝熱
   管を設けて対流伝熱部を構成するようにしている多管式
   貫流ボイラにおいて、前記火炎冷却部と伝熱壁の少なく
   とも有炎燃焼バーナに近接配置された伝熱管を他の伝熱
   管より大径としたことを特徴とする多管式貫流ボイラ。
2. 【請求項２】 筒状を有するケーシング本体の周壁部一
   箇所に、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、前記ケーシング本体内の前記有炎燃焼バーナ
   近傍に上下方向に延びる所要数の伝熱管を設けて火炎燃
   焼空間部と火炎冷却部を形成し、前記ケーシング本体内
   に、断熱空間部を形成するよう環状に配置した上下方向
   に延びる伝熱管の隣接する相互間をフィンにより接続し
   た内側伝熱壁を設ける共に、前記内側伝熱壁の外側に、
   燃焼ガス通路を形成するよう環状に配置した上下方向に
   延びる伝熱管の隣接する相互間をフィンにより接続した
   外側伝熱壁を設けて、前記内側伝熱壁及び外側伝熱壁に
   より環状対流伝熱部を構成するようにしている多管式貫
   流ボイラにおいて、前記火炎冷却部の少なくとも有炎燃
   焼バーナに近接配置された伝熱管を他の伝熱管より大径
   としたことを特徴とする多管式貫流ボイラ。