JPH1172201A - 燃焼火炎中に吸熱水管を配設したボイラの燃焼空間部構造 - Google Patents
燃焼火炎中に吸熱水管を配設したボイラの燃焼空間部構造Info
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- JPH1172201A JPH1172201A JP16203598A JP16203598A JPH1172201A JP H1172201 A JPH1172201 A JP H1172201A JP 16203598 A JP16203598 A JP 16203598A JP 16203598 A JP16203598 A JP 16203598A JP H1172201 A JPH1172201 A JP H1172201A
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- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 52
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F22—STEAM GENERATION
- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
- F22B7/00—Steam boilers of furnace-tube type, i.e. the combustion of fuel being performed inside one or more furnace tubes built-in in the boiler body
- F22B7/04—Steam boilers of furnace-tube type, i.e. the combustion of fuel being performed inside one or more furnace tubes built-in in the boiler body with auxiliary water tubes
- F22B7/06—Steam boilers of furnace-tube type, i.e. the combustion of fuel being performed inside one or more furnace tubes built-in in the boiler body with auxiliary water tubes inside the furnace tube in transverse arrangements
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の炉筒煙管ボイラ等では炉筒内で燃料を
燃焼させた後、即ち燃焼が完了した後に、燃焼ガスは煙
管を通り外部に排出される構造である為、ボイラ全体に
占める炉筒部の必要空間が大きかった点を改善し小型化
と効率改善等を図る。 【解決手段】 従来ボイラの燃焼空間部の構造では、燃
焼火炎を水管にぶっつけると未燃分のが発生と水管の燃
損が伴なうとの考えの下に、水管を燃焼火炎中に配置す
ることは長年禁止されていたが、本発明では、燃料が燃
焼する燃焼火炎中に収熱水管を配設するか、又はボイラ
のバーナ近傍の収熱水管の一部分を省いて燃焼火炎中に
多数の収熱水管を設け、収熱水管群中で燃焼と伝熱作用
との２つの作用を行わせる。
燃焼させた後、即ち燃焼が完了した後に、燃焼ガスは煙
管を通り外部に排出される構造である為、ボイラ全体に
占める炉筒部の必要空間が大きかった点を改善し小型化
と効率改善等を図る。 【解決手段】 従来ボイラの燃焼空間部の構造では、燃
焼火炎を水管にぶっつけると未燃分のが発生と水管の燃
損が伴なうとの考えの下に、水管を燃焼火炎中に配置す
ることは長年禁止されていたが、本発明では、燃料が燃
焼する燃焼火炎中に収熱水管を配設するか、又はボイラ
のバーナ近傍の収熱水管の一部分を省いて燃焼火炎中に
多数の収熱水管を設け、収熱水管群中で燃焼と伝熱作用
との２つの作用を行わせる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボイラの伝熱効率
を高め、更にボイラ炉の容積を小さくすることによつ
て、ボイラの小型、軽量化を達成し、ＮＯｘの生成を抑
制可能ならしめ、燃料が燃焼する燃焼火炎部と収熱水管
を設けるボイラにおける燃焼空間部構造に関するもので
ある。
を高め、更にボイラ炉の容積を小さくすることによつ
て、ボイラの小型、軽量化を達成し、ＮＯｘの生成を抑
制可能ならしめ、燃料が燃焼する燃焼火炎部と収熱水管
を設けるボイラにおける燃焼空間部構造に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来の炉筒煙管ボイラは、図９、図１０
に示すように炉筒内空間で燃料を燃焼させた後、即ち燃
焼が完了した後に、燃焼ガスは煙管を通つて外部に排出
される構造になっているため、ボイラ全体に占める炉筒
部の必要空間は大きく、そのためボイラ胴部が著しく大
型になっていた。
に示すように炉筒内空間で燃料を燃焼させた後、即ち燃
焼が完了した後に、燃焼ガスは煙管を通つて外部に排出
される構造になっているため、ボイラ全体に占める炉筒
部の必要空間は大きく、そのためボイラ胴部が著しく大
型になっていた。
【０００３】又、本出願人による先願発明特開昭６０−
２０５１０５号公報や特開昭５９−３５７０３号公報の
ように、炉筒の奥に水管を配設した水管ボイラもあった
が、いずれも、燃焼に必要な燃焼空間部（燃焼室）がそ
の燃焼の為にだけ確保された設計になっており、この空
間が通常、ボイラ全体の大部分を占めている。そのため
ボイラ全体が大型化していた。
２０５１０５号公報や特開昭５９−３５７０３号公報の
ように、炉筒の奥に水管を配設した水管ボイラもあった
が、いずれも、燃焼に必要な燃焼空間部（燃焼室）がそ
の燃焼の為にだけ確保された設計になっており、この空
間が通常、ボイラ全体の大部分を占めている。そのため
ボイラ全体が大型化していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の炉筒煙管や炉筒
水管ボイラは、炉筒や水管が燃焼火炎を外から囲む設計
になっており、火炎形状に合わせた燃焼空間が確保され
ていた。この必要空間容積は、燃焼面や伝熱面熱負荷に
より決められるが、中小容量のボイラでは主としてバー
ナ性能、つまり火炎の形状が決定的な要因となり、その
ために大きな空間が必要となっていた。このように大き
な空間で燃料を燃焼させると火炎の中心部に高温部が形
成され、その高温のため、ＮＯｘの発生量が増大し公害
問題を惹き起すことがある。
水管ボイラは、炉筒や水管が燃焼火炎を外から囲む設計
になっており、火炎形状に合わせた燃焼空間が確保され
ていた。この必要空間容積は、燃焼面や伝熱面熱負荷に
より決められるが、中小容量のボイラでは主としてバー
ナ性能、つまり火炎の形状が決定的な要因となり、その
ために大きな空間が必要となっていた。このように大き
な空間で燃料を燃焼させると火炎の中心部に高温部が形
成され、その高温のため、ＮＯｘの発生量が増大し公害
問題を惹き起すことがある。
【０００５】本発明は、燃焼火炎中に数多くの収熱水管
を配設することによつて、ボイラの効率上昇とボイラの
小型化及びＮ０ｘの発生を抑制することを目的とするも
のである。
を配設することによつて、ボイラの効率上昇とボイラの
小型化及びＮ０ｘの発生を抑制することを目的とするも
のである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、燃料が燃焼す
る燃焼火炎中に収熱水管を配設するか又はボイラのバー
ナ近傍の収熱水管の一部分を省いて燃焼火炎中に多数の
収熱水管を設け、収熱水管群中で燃焼と伝熱作用との２
つの作用を共に行う吸熱水管を設けたボイラの燃焼空間
部構造を提供する。
る燃焼火炎中に収熱水管を配設するか又はボイラのバー
ナ近傍の収熱水管の一部分を省いて燃焼火炎中に多数の
収熱水管を設け、収熱水管群中で燃焼と伝熱作用との２
つの作用を共に行う吸熱水管を設けたボイラの燃焼空間
部構造を提供する。
【０００７】従来の炉筒水管ボイラにおいては、その炉
筒内では、本発明のような水管に、燃焼火炎をぶっつけ
ると、未燃分が発生し及び水管の燃損が伴うと長く考え
られ従来は禁止され採用されてこなかつたのである。
筒内では、本発明のような水管に、燃焼火炎をぶっつけ
ると、未燃分が発生し及び水管の燃損が伴うと長く考え
られ従来は禁止され採用されてこなかつたのである。
【０００８】しかしながら、本発明者等の基礎的な研究
結果から、 （イ） 炉筒内に配設された収熱水管に燃焼火炎をぶつ
けると、水管表面１ｍｍ以内では確かに火炎が冷却され
未燃分ＣＯの発生があるが、水管と水管の間に数十ｍｍ
の間隙をとることによつて、この部分で未燃分やＣＯが
燃焼して消滅すること。
結果から、 （イ） 炉筒内に配設された収熱水管に燃焼火炎をぶつ
けると、水管表面１ｍｍ以内では確かに火炎が冷却され
未燃分ＣＯの発生があるが、水管と水管の間に数十ｍｍ
の間隙をとることによつて、この部分で未燃分やＣＯが
燃焼して消滅すること。
【０００９】（ロ） 収熱水管がある本発明の場合と、
従来型立ボイラの大空間での燃焼とを比較すると、収熱
水管を配設することにより収熱水管まわりの流れ、特に
水管後流のうず流の生成が上記燃焼を促進し、バーヘッ
ドから未燃分やＣＯが消滅するまでの距離（火炎の長
さ）はずっと短くなること、及び冷たい収熱水管が有る
ために火炎が冷却されて高温とならずＮＯｘ発生の抑制
にも大きく寄与する。
従来型立ボイラの大空間での燃焼とを比較すると、収熱
水管を配設することにより収熱水管まわりの流れ、特に
水管後流のうず流の生成が上記燃焼を促進し、バーヘッ
ドから未燃分やＣＯが消滅するまでの距離（火炎の長
さ）はずっと短くなること、及び冷たい収熱水管が有る
ために火炎が冷却されて高温とならずＮＯｘ発生の抑制
にも大きく寄与する。
【００１０】（ハ） 火炎中に存在する収熱水管は、周
囲からほぼ均一な幅射伝熱を受けるが、幅射ガス層の有
効厚さが従来型の大空間燃焼とは異なり、著しく小さい
ため、その伝熱量は従来型に比べて少なく、むしろガス
の流れによる接触伝熱の方が大きいことが判明した。
囲からほぼ均一な幅射伝熱を受けるが、幅射ガス層の有
効厚さが従来型の大空間燃焼とは異なり、著しく小さい
ため、その伝熱量は従来型に比べて少なく、むしろガス
の流れによる接触伝熱の方が大きいことが判明した。
【００１１】本発明による収熱水管まわりの伝熱面熱負
荷分布を図８に示す。図８において（９）は対流伝熱
（Ｑｃ）、（１０）は幅射伝熱（Ｑｒ）で全伝熱面熱負
荷（Ｑｒ＋Ｑｃ）は、バーンアウトなど焼損は起さない
限界伝熱面熱負荷以下で収熱水管の全周にわたつて、ほ
ぼ均一になっている。これは、前記（ロ）でも説明した
ように水管後流のうず流の生成が燃焼を促進する（伝熱
も）ためである。
荷分布を図８に示す。図８において（９）は対流伝熱
（Ｑｃ）、（１０）は幅射伝熱（Ｑｒ）で全伝熱面熱負
荷（Ｑｒ＋Ｑｃ）は、バーンアウトなど焼損は起さない
限界伝熱面熱負荷以下で収熱水管の全周にわたつて、ほ
ぼ均一になっている。これは、前記（ロ）でも説明した
ように水管後流のうず流の生成が燃焼を促進する（伝熱
も）ためである。
【００１２】本発明において、バーナの特性にもよる
が、例えば、拡散型先混合バーナを使用する場合は、バ
ーナ自体の保炎性能を損なわないように、バーナヘッド
の直径（Ｄ）、バーナヘッドから炉筒内の収熱水管まで
の最短距離を（Ｌ）として、Ｌ／Ｄ≧１程度にすること
によりバーナの安定燃焼が達成される。
が、例えば、拡散型先混合バーナを使用する場合は、バ
ーナ自体の保炎性能を損なわないように、バーナヘッド
の直径（Ｄ）、バーナヘッドから炉筒内の収熱水管まで
の最短距離を（Ｌ）として、Ｌ／Ｄ≧１程度にすること
によりバーナの安定燃焼が達成される。
【００１３】また、本発明においては、収熱水管の接触
伝熱効果を上げるために、該収熱水管群中では、ある程
度早い流速にする必要があるが、あまり早くなりすぎる
と圧力損失が大きくなり、燃焼用フアン動力が増大する
ことや、燃焼に必要な流れ方向に直角な断面積がとれな
くなり、燃焼上問題があることから水管間の間隙（Ｐ）
と水管の直径（Ｓ）との比Ｐ／Ｓを１.１程度以上にす
ることが好ましい。
伝熱効果を上げるために、該収熱水管群中では、ある程
度早い流速にする必要があるが、あまり早くなりすぎる
と圧力損失が大きくなり、燃焼用フアン動力が増大する
ことや、燃焼に必要な流れ方向に直角な断面積がとれな
くなり、燃焼上問題があることから水管間の間隙（Ｐ）
と水管の直径（Ｓ）との比Ｐ／Ｓを１.１程度以上にす
ることが好ましい。
【００１４】尚、収熱水管の燃焼促進のためには、水管
をごばん目配列よりも千鳥配列にする方が、さらに効果
的である。
をごばん目配列よりも千鳥配列にする方が、さらに効果
的である。
【００１５】又収熱水管においては、バーナの特性によ
つて高伝熱面熱負荷部には裸管を使用するか、収熱水管
の内面に溝を設けたり、又は外面に断熱被覆を行い、低
伝熱面熱負荷部には外面にフインを設けることにより、
伝熱面の燃損防止と伝熱促進の両面で有効とする。
つて高伝熱面熱負荷部には裸管を使用するか、収熱水管
の内面に溝を設けたり、又は外面に断熱被覆を行い、低
伝熱面熱負荷部には外面にフインを設けることにより、
伝熱面の燃損防止と伝熱促進の両面で有効とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に示す実施例によって説明する。
に示す実施例によって説明する。
【００１７】図１おいて、炉筒（１）内の燃料の燃焼が
行われている燃焼火炎中に多数の収熱水管（２ｂ）が配
設されており、バーナ（８）から出た燃焼火炎は、該収
熱水管（２ｂ）を通過するときに、燃焼促進作用と伝熱
作用の２つの作用が共に行われ、煙室（３）を通つて排
ガス６は外部に排出される。
行われている燃焼火炎中に多数の収熱水管（２ｂ）が配
設されており、バーナ（８）から出た燃焼火炎は、該収
熱水管（２ｂ）を通過するときに、燃焼促進作用と伝熱
作用の２つの作用が共に行われ、煙室（３）を通つて排
ガス６は外部に排出される。
【００１８】従来ボイラは、燃焼空間部と後流の接触伝
熱部で構成されていたが、本実施例では、従来の燃焼空
間の容積内で燃焼と伝熱が同時に完結できるため、ボイ
ラ胴は従来の半分位の大きさまで小型化できる。さら
に、Ｎ０ｘは同じバーナでも、本収熱水管によって燃焼
火炎が冷却されることにより、５０％の抑制効果が達成
された。
熱部で構成されていたが、本実施例では、従来の燃焼空
間の容積内で燃焼と伝熱が同時に完結できるため、ボイ
ラ胴は従来の半分位の大きさまで小型化できる。さら
に、Ｎ０ｘは同じバーナでも、本収熱水管によって燃焼
火炎が冷却されることにより、５０％の抑制効果が達成
された。
【００１９】図５は、収熱水管のピッチと水管の直径と
の関係を示すもので、水管間のピッチ（Ｐ）と水管直径
（Ｓ）との比Ｐ／Ｓを１．８程度以上にしたものであ
り、このように収熱水管間の間隙（Ｐ）と水管の直径
（Ｓ）との比Ｐ／Ｓを１.１程度以上にすることによつ
て、収熱水管まわりのガス流速が早くなりすぎて圧力損
失が大きくなることなどの燃焼上の問題がなくなる。
の関係を示すもので、水管間のピッチ（Ｐ）と水管直径
（Ｓ）との比Ｐ／Ｓを１．８程度以上にしたものであ
り、このように収熱水管間の間隙（Ｐ）と水管の直径
（Ｓ）との比Ｐ／Ｓを１.１程度以上にすることによつ
て、収熱水管まわりのガス流速が早くなりすぎて圧力損
失が大きくなることなどの燃焼上の問題がなくなる。
【００２０】図６は、拡散バーナ使用の場合の燃焼室内
空間部（１１）とバーナヘッド（Ｄ）との関係を示す一
実施例で、バーナヘッド（Ｄ）と収熱水管との間で収熱
水管が省かれて、燃焼室内空間部（１１）が設けられて
いる。
空間部（１１）とバーナヘッド（Ｄ）との関係を示す一
実施例で、バーナヘッド（Ｄ）と収熱水管との間で収熱
水管が省かれて、燃焼室内空間部（１１）が設けられて
いる。
【００２１】図６では、バーナヘッドの先端と収熱水管
との最短距離（Ｌ）におけるＬ／Ｄを１.２にしたもの
である。
との最短距離（Ｌ）におけるＬ／Ｄを１.２にしたもの
である。
【００２２】また図３、図４に示す如く炉筒は、角型で
あってもそれを傾けて収熱水管を交互に交叉させるよう
に配設してもよい。
あってもそれを傾けて収熱水管を交互に交叉させるよう
に配設してもよい。
【００２３】また、伝熱面の燃損防止と伝熱促進の両面
で有効とするために収熱水管に断熱被覆管、裸管、フイ
ンチューブ管を適宜組合せ使用することができる（図示
せず）。つまり、バーナの特性によつて高伝熱面熱負荷
部には裸管を使用するか、或いは収熱水管の内面に溝を
設けるか又は外面に断熱被覆を行い、低伝熱面熱負荷部
には外面にフインを設けると、伝熱面の燃損防止と伝熱
促進の両面で有効である。
で有効とするために収熱水管に断熱被覆管、裸管、フイ
ンチューブ管を適宜組合せ使用することができる（図示
せず）。つまり、バーナの特性によつて高伝熱面熱負荷
部には裸管を使用するか、或いは収熱水管の内面に溝を
設けるか又は外面に断熱被覆を行い、低伝熱面熱負荷部
には外面にフインを設けると、伝熱面の燃損防止と伝熱
促進の両面で有効である。
【００２４】
【発明の効果】本発明の効果を次の通りである。 （i） 本発明は、燃焼火炎中に収熱水管を設けること
によつて、燃焼促進と高性能伝熱が達成されて、従来型
の丸ボイラにおいては半分位まで小型化でき、ボイラの
製造コストを低下できるとともに設置スペースが小さく
なつた。 （ii） 収熱水管によって燃焼火炎を冷却する作用によ
り、同じバーナであっても、Ｎ０ｘの排出を５０％抑制
することが可能になった。 （iii） 又収熱水管においては、バーナの特性によつ
て高伝熱面熱負荷部には裸管を使用するか、収熱水管の
内面に溝を設け、または、外面に断熱被覆を行い、低伝
熱面熱負荷部には外面にフインを設けることにより、こ
れは伝熱面の燃損防止と伝熱促進の両面で有効となる。
によつて、燃焼促進と高性能伝熱が達成されて、従来型
の丸ボイラにおいては半分位まで小型化でき、ボイラの
製造コストを低下できるとともに設置スペースが小さく
なつた。 （ii） 収熱水管によって燃焼火炎を冷却する作用によ
り、同じバーナであっても、Ｎ０ｘの排出を５０％抑制
することが可能になった。 （iii） 又収熱水管においては、バーナの特性によつ
て高伝熱面熱負荷部には裸管を使用するか、収熱水管の
内面に溝を設け、または、外面に断熱被覆を行い、低伝
熱面熱負荷部には外面にフインを設けることにより、こ
れは伝熱面の燃損防止と伝熱促進の両面で有効となる。
【図１】図１は、本発明の炉筒水管ボイラにおける一実
施例の断面図である。
施例の断面図である。
【図２】図２は、図１の胴部の一実施例の縦断面図を示
す。
す。
【図３】図３は、同炉筒の形状を異にする他の実施例の
胴部縦断面図を示す。
胴部縦断面図を示す。
【図４】図４は、同炉筒の形状を異にする他の実施例の
胴部縦断面図を示す。
胴部縦断面図を示す。
【図５】図５は、炉内の収熱水管の間隔と収熱水管の直
径との関係を示す一実施例である。
径との関係を示す一実施例である。
【図６】図６は、炉内の燃焼室内空間部とバーナヘッド
との距離関係を示す一実施例である。
との距離関係を示す一実施例である。
【図７】図７は、炉内の収熱水管の熱分布を示す例であ
る。
る。
【図８】図８は、本発明における燃焼火炎による収熱水
管周りの全伝熱面熱負荷の関係を示す。
管周りの全伝熱面熱負荷の関係を示す。
【図９】図９は、従来の炉筒煙管ボイラの概略断面図を
示す。
示す。
【図１０】図１０は、従来の炉筒煙管ボイラの胴部の概
略縦断面図を示す。
略縦断面図を示す。
１ 炉筒 ２ａ 煙管 ２ｂ 収熱水管 ４ 水面 ５ ボイラ胴 ６ 排ガス ８ ボイラバーナ部分 ９ 対流伝熱 １０ 幅射伝熱 １１ 燃焼室内空間部 １２ バーナヘッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 雅通 大阪府大阪市北区大淀北１丁目９番36号 株式会社ヒラカワガイダム内 (72)発明者 唐 景良 大阪府大阪市北区大淀北１丁目９番36号 株式会社ヒラカワガイダム内 (72)発明者 石谷 清幹 兵庫県芦屋市岩園町８番７号
Claims (3)
- 【請求項１】 燃料が燃焼する燃焼火炎中に収熱水管を
配設するか又はボイラのバーナ近傍の収熱水管の一部分
を省いて燃焼火炎中に多数の収熱水管を設け、収熱水管
群中で燃焼と伝熱作用との２つの作用を行うことを特徴
とする吸熱水管を設けたボイラの燃焼空間部構造。 - 【請求項２】 収熱水管間の間隙（Ｐ）と収熱水管の直
径（Ｓ）との比Ｐ／Ｓを１．１程度以上にする請求項１
記載のボイラの燃焼空間部構造。 - 【請求項３】 高伝熱面熱負荷部には裸管を使用するか
或いは収熱水管の内面に溝を設けるか又は外面に断熱被
覆を行い、低伝熱面熱負荷部には外面にフインを設けた
請求項１又は２記載のボイラ燃焼空間部構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16203598A JP3365959B2 (ja) | 1998-06-10 | 1998-06-10 | 燃焼火炎中に吸熱水管を配設したボイラの燃焼空間部構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16203598A JP3365959B2 (ja) | 1998-06-10 | 1998-06-10 | 燃焼火炎中に吸熱水管を配設したボイラの燃焼空間部構造 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22718288A Division JPH0781682B2 (ja) | 1988-09-10 | 1988-09-10 | 炉筒水管ボイラ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1172201A true JPH1172201A (ja) | 1999-03-16 |
| JP3365959B2 JP3365959B2 (ja) | 2003-01-14 |
Family
ID=15746850
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16203598A Expired - Lifetime JP3365959B2 (ja) | 1998-06-10 | 1998-06-10 | 燃焼火炎中に吸熱水管を配設したボイラの燃焼空間部構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3365959B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100554850C (zh) * | 2008-04-30 | 2009-10-28 | 曹东波 | 逆燃式热交换器 |
-
1998
- 1998-06-10 JP JP16203598A patent/JP3365959B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3365959B2 (ja) | 2003-01-14 |
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