JPH0275803A - 炉筒水管ボイラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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って、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
ることによって、ボイラの小型、軽量化を達成し、ＮＯ
ｘ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
っ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。

又、本出願人による先願発明特開昭Ｇ　Ｏ−２０６１０
６や特開昭５９−８５７０３のように炉筒の奥に水管を
配設したボイラもおったが、いずれも燃焼に必要な燃焼
突周部が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比していた。

〔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
の九め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
っ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役するが、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焼損は
伴なうとの考えの下に採用されていなかったのである。

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っつけると水管
表面Ｉｆｆ以内では確かに火炎が冷却され未燃分やＣＯ
の発生があるが、水管と水管の間に数十ｎの間隔をとる
ことによって、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
す流の生成が上記燃焼を促進し、バーナヘッドから未燃
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＋
Ｑ（りはパ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ってほぼ均一になっている。

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、バーナヘッドの直径◎、バー
ナヘッドから炉筒内の収熱水管までの最短距離をのとし
て、　Ｌ／ｐ≧ｌ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ｆシ早くなシすぎると圧力損失が大き
くなシ、燃焼用ファ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（５
）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。

又炉筒内祝熱水管においてノく−ナの特性によって高伝
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
部には外面にフィンを設けることにより、伝熱面の焼損
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って説明する。

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、それぞれ異った炉内収熱水管の異なつ九装置を示す
。

第１図において、炉筒ｉｌ）内に多数の収熱水管（２ｂ
）が配設されており、バーナ（８）から出九火炎は該吸
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）を通って外部に排出されるＯ 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０さらにＮＯｘは同じバーナでも本
図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程度以上にしたもす一実施例で、バ
ーナヘッドの先端と吸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ってもそれを傾けて吸熱水
管を交互に交叉させるように配役してもよい。

〔発明の効果〕

本発明の効果を偶めると次の通りである。

（１）本発明においては、ボイラの炉筒内に吸熱水管を
設けることによって、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
った。

（Ｉｔ）　　吸熱水管の火炎冷却効果によシ同じ／＜−
すであってもＮＯｘの排出を５０％抑制することがとの
比Ｐ／ｓを１．１程度以上にすることによって吸熱水管
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った。

（財）吸熱水管に断熱被覆管、裸管、フィンチューブ管
を適宜組合せ使用することによって伝熱面の焼損防止と
伝熱促進の両面で有効である０

【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吸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ー・ラ
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図は炉内火炎と吸熱水管
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１、炉　筒　　　２Ｊ１．煙　管　　　
　２ｂ、吸熱水管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　　稔、パー
かツド第５　図 ○○○ 泣　６２ 憩４図　　　　　　　＠３図 葛１０図 第９　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、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、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ィ
   ンを設けた請求項１又は２記載の炉筒水管ボイラ。