JPH0781682B2 - 炉筒水管ボイラ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は炉筒内に収熱水管を設けることによつて、ボイ
ラの伝熱効率を高め、更にボイラ火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た炉筒水管ボイラに関するも
のである。

〔従来の技術〕

従来の炉筒煙管ボイラは第９図、第10図に示すように炉
筒内空間で燃料を燃焼させた後、燃焼ガスは煙管を通つ
て外部に排出される構造になつているため、ボイラ全体
に占める炉筒の必要空間は大きく、そのためボイラ胴部
が著しく大型になつていた。

又、本出願人による先願発明特開昭60-205105や特開昭5
9-35703のように炉筒の奥に水管を配設したボイラもあ
つたが、いずれも燃焼に必要な燃焼空間部が確保された
設計になつており、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。

〔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つており、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つてい
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。

本発明は炉筒内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NOxの発生
を抑制することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は炉筒水管ボイラにおいて、炉筒内の全空間に複
数個の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空間部をつくるようにした
炉筒水管ボイラを提供するものである。

従来の炉筒水管ボイラの炉筒内では、本発明のような水
管に火炎をぶつつけると未燃分の発生及び水管の燃損は
伴なうとの考えの下に採用されていなかつたのである。

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やC
Oの発生があるが、水管と水管の間に数十mmの間隔をと
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。

（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、バーナヘツドから未燃
分やCOが消滅するまでの距離（火炎の長さ）はずつと短
くなること及び収熱水管による火炎の冷却はNOx発生の
抑制にも大きく寄与する。

（ハ） 火炎中に存在する収熱水管は周囲からほぼ均一
な輻射伝熱を受けるが、輻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。

本発明による収熱水管まわりの伝熱面熱負荷分布を第８
図に示す。第８図において（９）は対流伝熱（Qc）、
（10）は輻射伝熱（Qr）で全伝熱面熱負荷（Qr＋Qc）は
バーンアウト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つている。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、バーナヘツドの直径（Ｄ）、バーナヘツド
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。

又、本発明において炉内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程度以上にする必要がある。

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。

又炉筒内収熱水管において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
を設けたり外面に断熱被覆を行ない、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である。

〔実施例〕

次に本発明を図面によつて説明する。

第１図は本発明の炉筒水管ボイラの一実施例の概略横断
面図、第２図〜第４図は本発明のボイラ胴部の縦断面図
で、それぞれ異つた炉内収熱水管の異なつた配置を示
す。

第１図において、炉筒（１）内に多数の収熱水管（2b）
が配設されており、バーナ（８）から出た火炎は該収熱
水管を通過するときに燃焼促進と伝熱が行なわれ、煙室
（３）を通つて外部に排出される。

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、従来の燃焼空間容積内で燃焼
と伝熱が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NOxは同じバーナでも本収
熱水管による火炎の冷却により50％の抑制効果が達成さ
れた。第５図は炉内収熱水管のピツチと水管の直径との
関係を示すもので、水管間のピツチ（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、第６
図は拡散バーナ使用の場合の燃焼室内空間部（11）とバ
ーナヘツド（Ｄ）との関係を示す一実施例で、バーナヘ
ツ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。また第３図、第４図に示す如
く炉筒は角型であつ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。

〔発明の効果〕

本発明の効果を纏めると次の通りである。

（ｉ） 本発明においては、ボイラの炉筒内に収熱水管
を設けることによつて、燃焼促進と高性能伝熱が達成さ
れて従来型丸ボイラの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） 収熱水管の火炎冷却効果により同じバーナであ
つてもNOxの排出を50％抑制することが可能になつた。

（iii） 炉筒内収熱水管間の間隙（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つた。

（iv） 収熱水管に断熱被覆管、裸管、フインチユーブ
管を適宜組合せ使用することによつて伝熱面の燃損防止
と伝熱促進の両面で有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の炉筒水管ボイラの一実施例の断面図、
第２図は本発明の炉筒水管ボイラの胴部の一実施例の縦
断面図、第３図、第４図は炉筒の形状を異にするそれぞ
れ炉筒水管ボイラの胴部の一実施例の縦断面図、第５図
は炉内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、第６図は炉内燃焼室内空間部とバーナヘツド
との距離関係を示す一実施例、第７図は炉内収熱水管の
熱分布を示す一実施例、第８図は炉内火炎と収熱水管と
煙管との関係を示す一実施例、第９図は従来の炉筒水管
ボイラの概略断面図、第10図は従来の炉筒水管ボイラの
胴部の一実施例の概略縦断面図を示す。 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……輻射伝熱、11……空間部、12……バーナヘツド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 雅通 大阪府大阪市大淀区大淀北１丁目９番36号 株式会社平川鉄工所内 (72)発明者 唐 景良 大阪府大阪市大淀区大淀北１丁目９番36号 株式会社平川鉄工所内 (72)発明者 石谷 清幹 兵庫県芦屋市岩園町８番７号

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】炉筒水管ボイラにおいて、炉筒内の全空間
   に複数個の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空間部をつくるように
   して、炉筒内に収熱水管を設けたことを特徴とする炉筒
   水管ボイラ。
2. 【請求項２】炉筒内の収熱水管間の間隙（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
   記載の炉筒水管ボイラ。
3. 【請求項３】炉筒内収熱水管において、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、外面に断熱被覆を行ない、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記載の炉筒水管ボイ
   ラ。