JPH11325402A - 貫流ボイラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 合理的な構成を採用することで、窒素酸化物
（ＮＯｘ）や一酸化炭素（ＣＯ）等を発生量を極力抑制
することが可能となる貫流ボイラを提供する。 【解決手段】 円筒状の加熱室２の内部において、その
加熱室２の軸芯方向一端側の中心部にバーナ３が備えら
れ、前記加熱室２の内部に、その長手方向が軸芯方向に
沿う状態で配置される管路４が、周方向に並ぶ状態で複
数配置され、これらの管路内を通流する水がバーナ３に
より加熱されるように構成されている貫流ボイラにおい
て、前記複数の管路４のうちの一部の管路４ｃが、周方
向での部分的な箇所において、他の管路よりも径方向内
方側に位置するように分散配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、円筒状の加熱室の
内部において、その加熱室の軸芯方向一端側の中心部に
バーナが備えられ、前記加熱室の内部に、その長手方向
が軸芯方向に沿う状態で配置される管路が、周方向に並
ぶ状態で複数配置され、これらの管路内を通流する水が
前記バーナにより加熱されるように構成されている貫流
ボイラに関する。

【０００２】

【従来の技術】上記貫流ボイラにおいて、従来では、例
えば図５に示すように、円筒状の加熱室内部の径方向外
方側に近い箇所において、前記周方向に並ぶように配置
される管路４が、内側と外側の夫々においてほぼ同周円
上に沿って並べて配置されており、内外両側において周
方向に並ぶ管路４は互いに周方向に沿って溶接接続され
て、円筒状の壁が形成されるように構成されていた。そ
して、バーナ３の燃焼ガスは、図１に示すように、内側
管路の下側を通過して内外管路群の間に案内されて炉体
１の上部側に形成された排気路１２から外部に排出され
るようになっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来構成において
は、バーナにより形成される火炎の近くには管路等が存
在せず火炎が冷却されることがないので火炎が高温にな
って窒素酸化物（ＮＯｘ）や一酸化炭素（ＣＯ）等が比
較的多く発生する不利があり、環境汚染を抑制する観点
からも改善が望まれていた。

【０００４】そこで、上記したような不具合点を解消す
る方法として、例えば、内側に存在する管路群の全体を
径方向内方側に近づけて、バーナの火炎に近づけたり、
接触させるようにすると、これらの管路内に水が流動し
ていることから、バーナの火炎が冷却されて窒素酸化物
（ＮＯｘ）の発生量を減少させることができるが、この
ように内側の管路群の全てを径方向内方側に近づける構
成とすると、バーナの燃焼空間が小さくなり、バーナの
燃焼が不安定になって、一酸化炭素（ＣＯ）の発生量が
増加したり、燃焼に伴って振動騒音が大きくなる等の不
利な面があり、充分な対策とはなっていなかった。

【０００５】本発明はかかる点に着目してなされたもの
であり、その目的は、合理的な構成を採用することで、
窒素酸化物（ＮＯｘ）や一酸化炭素（ＣＯ）等を発生量
を極力抑制することが可能となる貫流ボイラを提供する
点にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の特徴構
成によれば、前記複数の管路のうちの一部の管路が、周
方向での部分的な箇所において、他の管路よりも径方向
内方側に位置するように分散配置されている。

【０００７】つまり、他の管路よりも径方向内方側に位
置する前記一部の管路が、加熱室の軸芯方向一端側の中
心部に備えられて燃焼するバーナの火炎に対して近づく
か又は接触したりすることになる。その結果、前記一部
の管路がバーナの火炎に対して近づくか又は接触したり
することにより、火炎が冷却されて窒素酸化物（ＮＯ
ｘ）の発生量を減少させることができる。しかも、バー
ナの燃焼ガスの流れが管路に沿って整えられてバーナが
安定燃焼することになり、一酸化炭素（ＣＯ）の発生量
を抑制することができるものとなる。

【０００８】尚、火炎に近づく管路は複数の管路のうち
の一部のものだけであり、周方向に並ぶ全ての管路が近
づくものに較べて、バーナの燃焼空間が狭くなることが
なく、例えば、バーナの燃焼が不安定になって、そのこ
とに起因して一酸化炭素（ＣＯ）の発生量が増加した
り、燃焼に伴う振動騒音が大きくなる等のおそれは少な
い。

【０００９】請求項２に記載の特徴構成によれば、前記
一部の管路が、前記周方向に均等に分散配置されている
ので、バーナの火炎に対する冷却効果が周方向にほぼ均
等に発揮されることになり、例えば、一部の管路が、周
方向に偏って配置される場合に較べて、効率よく冷却効
果を発揮し得るものとなる。

【００１０】請求項３に記載の特徴構成によれば、前記
バーナが、前記周方向に分散させて火炎を形成するよう
に構成され、前記加熱室の軸芯方向視において、前記一
部の管路が、前記分散形成された火炎に対して前記周方
向に偏位させて対応させた状態で設置されている。

【００１１】バーナが周方向に分散させて火炎を形成す
ることから、例えば、全周にわたり火炎を形成するもの
に較べて、火炎が周囲の空気に触れる面積が多くなりそ
れだけ火炎が冷却されることから、バーナからの窒素酸
化物（ＮＯｘ）の発生量が少ないものになる。

【００１２】尚、前記一部の管路を、加熱室の軸芯方向
視において、分散形成された火炎に対向する位置に配置
することが考えられるが、このようにすると、分散火炎
の先端部が管路に対して全体的に広い範囲で接触するこ
とになり、管路による火炎冷却効果が高すぎて逆に不完
全燃焼を引き起こすおそれがある。そこで、前記一部の
管路を分散形成された火炎に対して周方向に偏位させて
対応させた状態で設置することで、管路による火炎冷却
効果を適正なものに抑制して、バーナが不完全燃焼等を
引き起こすことなく適正な燃焼状態を維持しながら、火
炎冷却効果と燃焼ガスの整流作用を発揮して、全体とし
て窒素酸化物（ＮＯｘ）や一酸化炭素（ＣＯ）の発生量
を少ないものに抑制することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】〔第１実施形態〕以下、本発明に
係る貫流ボイラについて図面に基づいて説明する。図１
に示すように、貫流ボイラは、耐火性の部材からなる炉
体１にて形成される円筒状の加熱室２の内部において、
その加熱室２の軸芯方向一端側（上端側）の中心部にバ
ーナ３が備えられ、加熱室２の内部に、その長手方向が
軸芯方向に沿う状態で配置される管路としての水管４が
周方向に並ぶ状態で複数配置され、外部から供給されて
これらの水管４内を通流する水がバーナ３により加熱さ
れ、更に蒸発及び過熱されて蒸気として取り出すことが
できるように構成されている。

【００１４】前記炉体１の上端側には、周方向に連なる
リング状の蒸気ドラム５が設けられ、一方、炉体１の下
端側には周方向に連なるリング状の水ドラム６が設けら
れている。前記各水管４は上端側の端部が蒸気ドラム５
に接続され、下端側の端部が水ドラム６に接続されて、
各水管４内を通して水が循環ポンプ７により水ドラム６
から蒸気ドラム５に向けて送り出されるようになってお
り、長い通過経路を有する水管４内を通過しながらバー
ナ３の熱により加熱、蒸発、更に過熱されて蒸気ドラム
５から排出路８を介して気水分離器９により水と蒸気と
に分離されて、分離された蒸気が目的物として出力され
て利用され、分離された水は再度、水管４に循環供給さ
れるようになっている。

【００１５】前記バーナ３は、図１、図２に示すよう
に、送風機１０から燃焼用空気が供給されるとともに、
図示しない燃料供給部から燃料（重油、ガス等）が供給
されて、下方側に向かい且つ周方向に均等に広がるよう
な火炎ｋを形成する状態で燃焼するように構成されてい
る。

【００１６】図２に示すように、炉体１の内周面にほぼ
沿う状態で径方向外方側に位置して周方向に水管４が並
ぶように設けられた外側水管群４ａと、これよりも径方
向内方側に位置して周方向に水管４が並ぶように設けら
れた内側水管群４ｂとを備えて構成され、これらの外側
水管群４ａ及び内側水管群４ｂは、夫々、周方向に沿っ
て互いに接続具１１を介して隣接する水管４同士が溶接
にて接続され、気密状態の壁を形成するように構成され
ている。そして、内側水管群４ｂの下端側は開放されて
おり、バーナ３の燃焼ガスは内側水管群４ｂよりも径方
向内方側を下方側に移動した後、下端の開放部分を通し
て、外側水管群４ａと内側水管群４ｂとの間に形成され
た加熱用空間を通して上方に移動することになる。そし
て、上方側に設けられた排気路１２を通して外部に排気
されることになる。尚、排気路１２に対応する箇所で
は、外側水管群４ａには水管同士の間に排気ガス通過用
の通路が形成されることになる。

【００１７】そして、複数の水管４のうちの一部の水管
が、周方向での部分的な箇所において、他の水管４より
も径方向内方側に位置するように分散配置されている。
つまり、前記内側水管群４ｂよりも径方向内方側に位置
するように、且つ、内側水管群４ｂにおける各水管４の
中間部のうち１個おきの中間部に位置させて前記一部の
水管を構成する内寄り水管４ｃが周方向に均等に分散配
置されている。従って、内寄り水管４ｃは、内側水管群
４ｂを構成する水管４の本数（この実施形態では１６
本）に対して１／２の本数（８本）の割合に設定されて
いる。尚、この割合は１／４〜１／２が好ましい。

【００１８】前記内寄り水管４ｃは、バーナ３により形
成される火炎ｋに接触する程度に近づくように配置さ
れ、その内部に水が流動していることから、バーナ３の
火炎ｋを冷却させてバーナ３が発生する窒素酸化物（Ｎ
Ｏｘ）の発生量を低減させる効果を発揮することにな
る。しかも、バーナ３の燃焼ガスの流れが管路に沿って
整えられてバーナ３が安定燃焼することになり、一酸化
炭素（ＣＯ）の発生量を抑制することができる。尚、こ
のように水管４をバーナ３に近づけても、バーナ３の燃
焼用空間は内側水管群４ｂにて規定される空間が維持で
きており、燃焼用空間が狭くなり、燃焼が不安定になる
おそれは少ない。

【００１９】図３に、本出願人の実験による窒素酸化物
（ＮＯｘ）と一酸化炭素（ＣＯ）の発生量の計測結果を
示している。図中（イ）は図５に示すような従来構成の
貫流ボイラの窒素酸化物（ＮＯｘ）と一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）の発生量を示しており、（ロ）はこの実施形態にお
ける貫流ボイラの窒素酸化物（ＮＯｘ）と一酸化炭素
（ＣＯ）の発生量を示している。この結果から明らかな
ように、窒素酸化物（ＮＯｘ）と一酸化炭素（ＣＯ）の
発生量を低減させることができた。

【００２０】〔第２実施形態〕この実施形態では、バー
ナ３の構成と、前記内寄り水管４ｃとバーナ３との相対
位置関係以外のその他の構成は第１実施形態と同じであ
り、以下、第１実施形態と異なる構成についてのみ説明
する。

【００２１】この実施形態では、バーナ３が、図４
（ニ）に示すように、周方向に分散させて火炎ｋを形成
するように構成され、前記加熱室２の軸芯方向視におい
て、前記内寄り水管４ｃが、前記分散形成された火炎ｋ
に対して前記周方向に偏位させて対応させた状態で設置
されている。

【００２２】詳述すると、バーナ３は周方向に均等に８
分割された箇所において分散されて火炎ｋが形成される
ように、燃料噴出方向が規定されており、火炎ｋが分散
形成されることによって、上記第１実施形態におけるバ
ーナ３に較べて火炎ｋが空気に接触する面積が広く、そ
れだけ火炎ｋが冷却されやすく、窒素酸化物（ＮＯｘ）
の発生量が少ないものに抑制できる。

【００２３】しかも、このように分散形成される火炎ｋ
に対して前記内寄り水管４ｃが、周方向に偏位させて対
応させた状態で設置されるので、例えば、内寄り水管４
ｃが分散形成される火炎ｋに対して対向する位置（真正
面）に設置させると、分散火炎ｋの先端部が管路に対し
て全体的に広い範囲で接触することになり、水管４によ
る火炎ｋ冷却効果が高すぎて逆に不完全燃焼を引き起こ
し一酸化炭素（ＣＯ）の発生量が増加するおそれがある
が、このような不都合を回避して、内寄り水管４ｃによ
る火炎冷却効果を適正なものにして、一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）の発生量が増加を抑制しながら窒素酸化物（ＮＯ
ｘ）の発生量を少ないものに抑制できることになる。

【００２４】図３の（ニ）に、この実施形態における本
出願人の実験による窒素酸化物（ＮＯｘ）と一酸化炭素
（ＣＯ）の発生量の計測結果を示している。この場合、
内寄り水管４ｃの火炎ｋに対する周方向での偏位量、つ
まり、加熱室２の軸芯位置と内寄り水管４ｃの中心とを
結ぶ線Ｌ１と、加熱室２の軸芯位置と分散火炎ｋの中心
とを結ぶ線Ｌ２とがなす角度（図４参照）θが５°の場
合の計測結果である。このように、第１実施形態におけ
る計測結果よりも更に、窒素酸化物（ＮＯｘ）及び一酸
化炭素（ＣＯ）共に発生量が少ないものになっている。
尚、図３の（ハ）は、内寄り水管４ｃが分散形成される
火炎ｋに対して対向する位置（真正面）に設置させた場
合（上記角度θ＝０）（図４の（ハ）参照）の計測結果
を示している。この場合、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生
量は少なくなっているが、一酸化炭素（ＣＯ）の発生量
が第１実施形態のものに較べて増加している。

【００２５】この実施形態では、前記角度θ（周方向の
偏位量）は５°に設定したが、適正な角度はボイラの燃
焼量、加熱室２の大きさや水管４の寸法等によって異な
るので、具体的な数値は、それらの条件に基づいて適宜
変更設定する必要がある。

【００２６】〔別実施形態〕 （１）上記実施形態では、前記一部の水管４（管路）
が、前記周方向に均等に分散配置される場合を例示した
が、このような構成に限らず、周方向に偏って分散配置
されるものでもよい。

【００２７】（２）上記実施形態では、気密状態の壁を
形成するように設けられた外側水管群４ａと、内側水管
群４ｂとを備える構成としたが、内外いずれか１つの水
管群のみを備える構成でもよく、３つ以上の水管群を備
える構成でもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】貫流ボイラの縦断側面図

【図２】図１のＡ−Ａ線に対応する横断面図

【図３】窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）の
発生量の計測データ

【図４】第２実施形態における貫流ボイラの横断面図

【図５】従来構成の貫流ボイラの横断面図

【符号の説明】

２ 加熱室 ３ バーナ ４ 管路 ４ｃ 一部の管路 ｋ 火炎

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 和美 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状の加熱室の内部において、その加
   熱室の軸芯方向一端側の中心部にバーナが備えられ、 前記加熱室の内部に、その長手方向が軸芯方向に沿う状
   態で配置される管路が、周方向に並ぶ状態で複数配置さ
   れ、これらの管路内を通流する水が前記バーナにより加
   熱されるように構成されている貫流ボイラであって、 前記複数の管路のうちの一部の管路が、周方向での部分
   的な箇所において、他の管路よりも径方向内方側に位置
   するように分散配置されている貫流ボイラ。
2. 【請求項２】 前記一部の管路が、前記周方向に均等に
   分散配置されている請求項１記載の貫流ボイラ。
3. 【請求項３】 前記バーナが、前記周方向に分散させて
   火炎を形成するように構成され、 前記加熱室の軸芯方向視において、前記一部の管路が、
   前記分散形成された火炎に対して前記周方向に偏位させ
   て対応させた状態で設置されている請求項１又は２記載
   の貫流ボイラ。