JPH11337005A - 八角断面形ボイラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】四角形ボイラでは、燃焼ガスと給水との熱交換
が側壁の幅方向で不均一になり、熱効率が悪いものとな
る不具合があるが、これを解消できる八角断面形ボイラ
を提供する。 【解決手段】火炉１１内部に旋回流を発生させて燃焼ガ
スを発生させて、蒸気を発生させるようにしたボイラの
水平横断面形が正八角形となる形状のものにした。これ
により、ボイラの横断面中心１５と給水を流す伝熱管を
並設して形成された側壁１２の幅方向各位置との距離が
略均一になり、燃焼ガスと給水との熱交換が良好に行わ
れるようになり、ボイラの性能評価を高めることができ
る。また、従来の四角形ボイラの加工技術、運用技術が
殆んど転用できるので、ボイラの製作費が嵩むようなこ
ともなくなり、低コストのボイラとすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、火力発電及び廃棄
物処理用等に使用されるボイラに係わり、特に、横断面
形状が八角形にされ、ボイラの中心から伝熱管を並置し
て形成される側壁までの距離が、周方向で略均等になる
ようにされ、ボイラの中心部を旋回して燃焼する燃焼ガ
スから伝熱管への熱伝達を均一にして、向上させるよう
にした八角断面形ボイラに関する。

【０００２】

【従来の技術】伝熱管を並設して構成される側壁に設置
されたバーナから、ボイラ横断面中心とオフセットを設
けた中心部に、燃料と空気とを噴射して、火炉内の横断
面中心まわりに旋回流を発生させて、重油等の燃料と空
気との良好な燃焼が起るように、均一な混合流にして、
高温の燃焼ガスを火炉内に発生させ、この燃焼ガスによ
り側壁に並設された伝熱管内を流すようにした給水を加
熱して、蒸気を発生させるようにしたボイラが、火力発
電用又は廃棄物処理用等として従来から使用されてい
る。

【０００３】このようなボイラにおいては、ボイラの製
作面上および運用面上からの理由もあって、従来から、
ボイラ横断面形状は図２（ａ）に示すように、略正４角
形の横断面形状にされたボイラ０１が使用されている。
また、このようなボイラ０１では、蒸気を発生させる給
水が内部を通過させるようにした伝熱管を並設して、横
断面形状を略４角形に形成するようにした側壁０２の４
辺のそれぞれには、側壁０２の幅方向中心位置から、若
干外れた位置に、上下方向に複数個のバーナ０３が設置
され、平面視にて側壁０２面と直交する方向に、重油等
の燃料と空気とを混合させて、パイロットバーナにより
着火させた火炎０４を火炉０７の中心部に向けて噴出さ
せるようにしている。

【０００４】従って、４角形の横断面形状のボイラ０１
内には、バーナ０３が側壁０２の幅方向中心位置から外
れて設置され、側壁０２面と略直交した火炉０７内に火
炎０４を噴出させるようにしているために、火炉０７内
では、横断面中心０５まわりに旋回する旋回火炎が形成
されることになる。

【０００５】このように、横断面中心０５を中心とする
旋回火炎を発生させるようにして、火炉０７内での燃焼
を行うことにより、バーナ０３においても、バーナ０３
軸心まわり旋回流が発生するようにして、火炉０７に噴
射される燃料と空気との混合がバーナ０３内において行
われるようにした、混合気が、さらに横断面中心５まわ
りの旋回流によって混合が促進され、未燃分の少い良好
な燃焼が継続して生じ、横断面中心０５部には、高温の
燃焼ガスが発生し、側壁０２内を流れる給水との間で良
好な熱交換が行われ、効率的に蒸気を発生させることが
できる。

【０００６】また、このようなボイラ０１の性能評価に
おいては、上述した未燃分の少い良好な燃焼ガスの発生
とともに、燃焼ガスと給水との熱交換性が重要な要素と
なる。すなわち、この熱交換性は、ボイラ０１の側壁０
２面を形成する伝熱管内部の給水と燃焼ガスとの熱伝達
効率に依存し、また、この熱伝達効率は、燃焼ガスが最
も高温になる横断面中心０５から、給水が内部を流れる
伝熱管までの距離、換言すれば、横断面中心０５から側
壁０２までの距離に依存するものであり、ボイラ０１の
横断面中心０５と側壁０２を形成する伝熱管との距離が
重要なファクターになる。

【０００７】この距離の最大・最小値は、横断面中心０
５と横断面形状の各頂点０６、各側壁０２の各位置との
距離により決るため、結局、ボイラ０１の性能評価に重
要な要素である熱交換性は、ボイラ０１の横断面中心０
５と横断面における各頂点０６および側壁０２の幅方向
の各位置との距離によって決る均一性によって決定され
ることになる。

【０００８】しかしながら、上述した略正４角形の横断
面形状にされた、従来のボイラ０１においては、特に、
図２（ｂ）で示すように、ボイラ０１の横断面中心０５
と正４角形の側壁０２が、横断面中心０５に最接近する
幅方向中心部との距離をｌ、及びボイラ０１の横断面中
心０５と頂点０６との距離をｌ′としたとき、ｌとｌ′
との比が１．０：√２＝１．０：１，４１にもなり、ま
た、横断面中心０５と側壁０２の幅方向の各位置との距
離が、大幅に変動することになるため、４角形の側壁０
２の横断面中心部０５と頂点０６、および、特に、頂点
０６近傍部の側壁０２部分との熱交換性が極端に不均一
になって、悪くなり性能評価の低いものとなるという不
具合があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のボイ
ラ０１の上述した不具合、すなわち、火炉０７内で発生
する燃焼ガスが最も高温になる横断面中心０５近傍と、
燃焼ガスと熱交換を行う給水を流すようにした伝熱管が
並設された側壁、特に、横断面中心０５近傍からの距離
が最も長くなるボイラの頂点近傍との距離が大きくな
り、このために熱交換性が悪くなり、燃焼ガスと給水と
の均一な熱交換が行われず、ボイラの性能評価が低くな
るという不具合を解消するため、しかも、ボイラ０１の
製作上の問題点が生ずることもなく、ボイラ０１の横断
面中心０５から、側壁０２の頂点を含む幅方向の各位置
までの距離を、可能な限り均一にして、燃焼ガスと側壁
０２に並設された伝熱管内を流れる給水との熱交換性を
できるだけ均一に行われるようにして、性能評価を高め
ることのできるようにした、八角断面形ボイラを提供す
ることを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の八角
断面形ボイラは、次の手段とした。火炉内に火炎を噴射
して、火炉内の横断面中心部を中心にして旋回する燃焼
ガスの旋回流れを発生させ、この燃焼ガスとの熱交換に
より蒸気を発生させるようにした給水を流すようにし
た、伝熱管を並設して形成されるとともに、火炎を噴射
するようにしたバーナを設置するようにした側壁が、火
炉内の横断面中心からの水平距離が略均一になるように
形成される火炉の水平横断面形状が、八角形になるよう
なものにした。なお、八角形を形成する側壁の横幅は、
それぞれの長さが略均一になるようにして、火炉の水平
横断面形状が略正八角形になるようにすることが好まし
い。

【００１１】本発明の八角断面形状ボイラは、上述の構
成としたので、火炉内の横断面中心部の中心と最接近す
る側壁との距離と、横断面中心と中心から最も離れるこ
とになる隣接する側壁間に形成される頂点の距離との比
が、正四角形の場合の１対１、４１から、正八角形にし
た場合には、１対１、０８になるようにすることができ
るので、ボイラの性能評価で重要な熱伝達率を、側壁の
幅方向で均一なものにして、火炉内の横断面中心部を中
心にして旋回する高温の燃焼ガスから、側壁を構成し、
蒸気を発生させるようにした給水を内部に流すようにし
た伝熱管への熱交換性が、側壁の幅方向で略均一にな
り、熱交換が向上して、ボイラの性能評価を高めること
ができるものとなる。

【００１２】また、加工性の面からは、正四角形のボイ
ラの場合と同様に、八角形のボイラの場合には、加工が
容易になるので、性能評価と同様に重要な、ボイラの評
価で重要なファクターとなる製作費又は運用費が嵩むよ
うなこともなくなる。すなわち、火炉内の横断面中心部
の中心と最接近する側壁との距離と中心と中心から最も
離れた頂点の距離との比が、１対１になる円形の横断面
のボイラにした場合が、燃焼ガスから伝熱管への熱交換
性が最も高くなり、ボイラの性能評価を高める点から
は、最も好ましい横断面形状となる。

【００１３】しかしながら、ボイラの横断面形状をこの
ように円形にした場合には、加工が極めて難しくなりボ
イラの製作費が大幅に増加して、ボイラの性能評価の向
上に比較して、ボイラの評価で性能評価と同様に、重要
な評価の対象となる製作費が嵩み、性能評価の向上を帳
消しにするのに対して、八角断面形ボイラにした場合に
は、正四角形のボイラの場合と同様に、低コストの製作
費にでき、熱交換性を向上させると同時に、低廉な製作
費、運用費にできるボイラにすることができる利点があ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の八角断面形ボイラ
の実施の一形態を図面にもとづき説明する。図１は本発
明の八角断面形ボイラの実施の第１形態を示す図で、図
１（ａ）は本実施の形態の八角断面形ボイラの水平横断
面を示す図である。

【００１５】図に示すように、本実施の形態の八角断面
形ボイラ１０は、８つの側壁１２の横幅が略同じにされ
た略正８角形の横断面形状にされている。蒸気を発生さ
せる給水を内部に通過させるようにした伝熱管を並置し
て、火炉１１の横断面形状が略正八角形に形成されるよ
うにした、８つの側壁１２の他辺を挟む４つの辺上に
は、火炉１１内に吐出させた火炎１４が、旋回火炎を形
成するようにバーナ１３を配置するようにしている。

【００１６】すなわち、８つの側壁１２のうち、４つの
側壁１２の１つをそれぞれの間に挟むようにした、４つ
の側壁１２の幅方向の中心位置から外れた位置には、上
下方向に複数個のバーナ１３が設置され、バーナ１３が
設けられた側壁１２面と直交する方向に、重油等の燃料
と空気とを混合させ、バーナ１３に設けたパイロットバ
ーナにより、着火させた火炎１４を、火炉１１の中心部
に向けて噴出させるようにしている。言葉を代えていえ
ば、八角形の横断面形状の八角断面形ボイラ１０には、
バーナ１３が４つの側壁１２の幅方向中心から外れて設
置され、バーナ１３をそれぞれ設置した側壁１２面と略
直交させて、火炉１１内に火炎１４をバーナ１３から噴
出させるようにしているために、火炉１１内には、横断
面中心１５から等しく外れた位置に火炎１４の流れが生
じ、横断面中心１５まわりに旋回する火炎１４が形成さ
れる。

【００１７】なお、火炎１４の火炉１１への噴出は必ず
しも水平方向ではなく、通常上向きになるようにバーナ
１３を側壁１２に配置するようにして、横断面中心１５
を中心として旋回し、しかも上方に開口する漏斗状の旋
回流が発生するようにすることもできる。このように、
横断面中心５を中心とする旋回火炎を発生させるように
して、火炉１１内で燃焼を行わせるようにしたことによ
り、火炉１１内に噴射される前にバーナ１３の軸心まわ
りに旋回流が発生するようにして燃料と空気との混合を
促進した後、火炉１１に噴射された燃料と空気との混合
気は、この横断面中心１５まわりに旋回する旋回流によ
って、混合がさらに促進されて、横断面中心１５部の近
傍では、未燃分の殆んど生じない良好な燃焼が起り、高
温の燃焼ガスが発生し、側壁１２を構成する並設された
伝熱管内を流れる、給水と燃焼ガスとの良好な熱交換が
行われ、効率的に蒸気を発生させることができる。

【００１８】また、八角断面形状ボイラ１０では、未燃
分の少い良好な燃焼ガスの発生とともに、ボイラの性能
評価において重要な要素となる、高温の燃焼ガスが発生
する横断面中心１５部付近と、給水を流すようにした側
壁１２との距離が略均一となり、側壁１２の幅方向に並
置された各伝熱管内部の給水と燃焼ガスとの熱交換が均
一となり、熱交換性が向上するようになる。

【００１９】すなわち、八角断面形ボイラ１０の横断面
中心１５と８角形の側壁１２の中心部、換言すれば、横
断面中心１５に最接近する側壁１２上の位置との間の距
離ｌに対する、横断面中心１５と８角形の側壁１２のう
ち横断面中心１５から最も離れて位置する頂点１６との
距離ｌ′の比は、図１（ｂ）に示すように１．０８とな
り、図２に示した正四角形ボイラの場合の１．４１から
０．３３だけ均一化することになり、より均一化された
熱伝達が行われるものにすることができる。本実施の形
態の八角断面形状ボイラ１０では、正４角形の断面形状
のボイラに対して、横断面中心１５に対する側壁１２の
最接近位置と頂点１６の距離の比を、より均一なものに
できるため、燃焼ガスと伝熱管内の給水との熱交換性、
ひいては、ボイラの性能評価で重要なボイラ全体の熱交
換性を改善することができる。

【００２０】さらに、ボイラの評価で重要となる加工性
も、運用技術とともに、八角断面形状ボイラ１０では、
従来の４角形ボイラの技術が基本となるために、八角断
面形状ボイラ１０では、既に、確立された４角形ボイラ
のこれらの技術が使用でき、また加工面からも容易にな
るとともに、運用装置も転用できるようになり、ボイラ
製作費が嵩むようなことがなくなり、低廉なコストで製
作できる。

【００２１】なお、上述した実施の形態では、八角形を
形成する側壁１２の横幅は、火炉１１内の横断面中心１
５からの水平距離が略均一になるように形成され、火炉
１１の水平横断面形状が正八角形になるようにしたもの
を示したが、本発明はこのような実施の形態のものに限
定されるものではない。すなわち、八角形の火炉１１の
水平断面形状を形成する側壁１２に比較して、加工性が
難しくなり、加工費が若干増加することになるが、八角
形と同様に従来の４角形ボイラの技術および運用装置が
転用できる４の倍数角である十二角形の火炉１１の水平
断面形状とすることもできるものである。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の八角断面
形ボイラでは、横断面中心部に旋回する燃焼ガスの旋回
流れを発生させ、この燃焼ガスとの熱交換により給水を
加熱して蒸気を発生させるようにしたボイラの横断面形
状が、横断面中心部から側壁の幅方向の各位置までの距
離、特に、隣接する側壁間に形成される頂点までの距離
と横断面中心部に最も接近する側壁との距離とが略均一
になるように、八角形に形成されるものとした。

【００２３】これにより、本発明の八角断面形状のボイ
ラでは、ボイラの性能評価で重要な熱伝達率が側壁の幅
方向で略均一になり、燃焼ガスと側壁の伝熱管内を流れ
る給水との総合的な熱伝達率が向上して熱交換性を向上
させ、ボイラの性能評価を高めることができる。また、
性能評価と同様に重要な、ボイラの評価で重要な製作
費、運用費が、八角断面形状にしたことにより、四角形
のボイラと同様に簡易になり、製作費が嵩むようなこと
もなく、低コストのボイラとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の八角断面形状ボイラの横断面形状を示
す図で、図１（ａ）は横断面を示す平面図、図２（ｂ）
は八角断面形状にすることによるボイラ横断面中心と隣
接して配設された側壁間に形成される頂点との距離を説
明するための図、

【図２】従来の四角断面形状ボイラの横断面形状を示す
図で、図１（ａ）は横断面を示す平面図、図２（ｂ）は
ボイラの横断面中心と隣接して配設された側壁の間に形
成された頂点との距離を説明するための図である。

【符号の説明】

０１ ボイラ ０２ 側壁 ０３ バーナ ０４ 火炎 ０５ 横断面中心 ０６ 頂点 ０７ 火炉 １０ 八角断面形ボイラ １１ 火炉 １２ 側壁 １３ バーナ １４ 火炎 １５ 横断面中心 １６ 頂点

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 並設した伝熱管で形成された側壁に設置
   したバーナから火炉内に火炎を噴射して、前記火炉内の
   横断面中心部を中心として旋回する燃焼ガスを発生さ
   せ、前記伝熱管内を流れる給水と前記燃焼ガスとの熱交
   換により蒸気を発生させるようにしたボイラにおいて、
   前記火炉の水平横断面形状が八角形に形成され、前記火
   炉内の横断面中心から前記側壁までの水平距離が略均一
   になるようにされていることを特徴とする八角断面形ボ
   イラ。