(57)【要約】      （修正有）【課題】多管式貫流ボイラにおいて、急な負荷変動などによってボイラ内の水位が急低下した場合でも速やかに水位を回復させて水位の変動を抑制し、ボイラの運転を停止させることなく安定的な蒸気供給が行えるようにする。【解決手段】上部管寄せ１１と下部管寄せ１２の間を多数の伝熱管１３でつなぐことで構成した缶体１０と、上部管寄せとは蒸気連絡管３によって接続している気水分離器７を持ち、伝熱管の途中に設定した水位を保つように水位制御を行い、伝熱管内のボイラ水を加熱することで蒸気を発生するようにしている多管式貫流ボイラであって、前記の気水分離器７は縦長の円筒形状であって、気水分離器の上部に分離空間４、下部には貯水空間５を設けており、貯水空間５は分離空間４よりも径を細くし、容積を増やさずに気水分離器７の長さを長くしたことにより、貯水空間５はボイラの設定水位よりも低い部分まで達するようにしている。【選択図】図１
2014031891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部管寄せと下部管寄せの間を多数の伝熱管でつなぐことで構成した缶体と、上部管寄せとは蒸気連絡管によって接続している気水分離器を持ち、伝熱管の途中に設定した水位を保つように水位制御を行い、伝熱管内のボイラ水を加熱することで蒸気を発生するようにしている多管式貫流ボイラであって、前記の気水分離器は縦長の円筒形状であって、気水分離器の上部に分離空間、下部には貯水空間を設けており、貯水空間は分離空間よりも径を細くし、容積を増やさずに気水分離器の長さを長くしたことにより、貯水空間はボイラの設定水位よりも低い部分まで達するようにしていることを特徴とする多管式貫流ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、缶内水位を伝熱管の途中に設定している多管式貫流ボイラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上部に上部管寄せ、下部に下部管寄せを設置し、上下の管寄せ間を多数の伝熱管で連結した構成の缶体を持った多管式貫流ボイラでは、一般的に伝熱管の途中に水位を設定する。水位は伝熱管の途中までしかなくても、燃焼を行うと伝熱管内のボイラ水は飽和温度まで熱せられることで沸騰し、沸き上がりによって飽和水の持ち上がりが発生する。そのため、水位より上部にもボイラ水が存在することになり、伝熱管の過熱は防止できる。伝熱管内で沸き上がった飽和水は、上部管寄せに入り、ボイラから取り出している蒸気とともにさらに先まで持ち上がるため、飽和蒸気と飽和水に分離する必要がある。
【０００３】
飽和蒸気と飽和水の分離は、気水分離器で行う。気水分離器は縦長の円筒容器であり、遠心力を利用して飽和蒸気と飽和水の分離を行う。飽和水を含んだ蒸気を容器内周に沿って旋回させると、重量の大きな飽和水は周壁面に沿って旋回しながら下方へ落下し、重量の小さな飽和蒸気は上昇するため、蒸気と飽和水に分離することができる。この構造の分離器では、遠心分離が有効に作用できるように空間容積を大きく確保することで蒸気質を高めることができるが、多管式貫流ボイラでは、簡易・小型・小規模の区分によって気水分離器の容積が制限されている。そのため、限られた容積を有効に活用するため、気水分離器内に飽和水がたまらないようにしている。特開２００８−２９８３０９号公報に記載の発明では、気水分離器から飽和水が抜けやすくなるように形状を工夫することが記載されている。なお、ボイラの水位よりも気水分離器が低い位置にあると、上記のような工夫をしても気水分離器内の飽和水は抜けなくなる。気水分離器で分離した飽和水がボイラ缶体部へ戻るのは、気水分離器内の飽和水がボイラでの水位より高くなっているからであるため、気水分離器はボイラの設定水位より高く設置するようにしている。
【０００４】
ところで、多管式貫流ボイラの中でも小型クラスのものでは、保有水量が少ないために起蒸時間が早いというメリットがある反面、保有水量が少ないことは負荷変動に弱いというデメリットもある。蒸気使用量の急増によって蒸気圧力値が急低下すると、ボイラ内で飽和温度にあったボイラ水は激しく蒸発し、ボイラ水の減少によってボイラ内の水位が急激に低下する場合が出てくる。保有水量が少ない場合にはその影響が大きくなり、水位が下限水位より低くなった場合には安全のためにボイラの運転を停止することになる。また、水位が低下した場合には給水を行うことで水位を回復させるが、給水を大量に行うと、給水の温度は低いためにボイラ水温度が低下し、蒸気の発生量が減少するということにもなる。それらのことで、蒸気の供給が不安定となり、運転効率の低下をもたらすことにもつながってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２９８３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、多管式貫流ボイラにおいて、急な負荷変動などによってボイラ内の水位が急低下した場合でも速やかに水位を回復させて水位の変動を抑制し、ボイラの運転を停止させることなく安定的な蒸気供給が行えるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、上部管寄せと下部管寄せの間を多数の伝熱管でつなぐことで構成した缶体と、上部管寄せとは蒸気連絡管によって接続している気水分離器を持ち、伝熱管の途中に設定した水位を保つように水位制御を行い、伝熱管内のボイラ水を加熱することで蒸気を発生するようにしている多管式貫流ボイラであって、前記の気水分離器は縦長の円筒形状であって、気水分離器の上部に分離空間、下部には貯水空間を設けており、貯水空間は分離空間よりも径を細くし、容積を増やさずに気水分離器の長さを長くしたことにより、貯水空間はボイラの設定水位よりも低い部分まで達するようにしていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
急な負荷変動などで伝熱管内の水位が急激に低下した場合、分離器下部で貯水していた高温の飽和水が速やかに伝熱管内へ送り込まれるようになるため、低水位によってボイラの運転が停止される状態を回避できる。また、温度の低い給水が多量に入ることによる伝熱管内温度低下がもたらす運転効率の低下も抑制され、安定した蒸気の供給を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明を実施しているボイラの構成概要図
【図２】従来ボイラの構成概要図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施しているボイラの構成概要図、図２は比較のための従来ボイラの構成概要図である。
【００１１】
ボイラは、上部に上部管寄せ１１、下部に下部管寄せ１２を設置し、上下の管寄せ間を多数の伝熱管１３で連結することでボイラの缶体１０を構成している。伝熱管１３は環状に配置しており、伝熱管１３で囲まれている中央部分を燃焼室１４とし、燃焼室１４の上方に燃焼装置１５を設ける。下部管寄せ１２には、ボイラ内への給水を行う給水配管８を接続し、給水配管８には途中に給水ポンプ６を設置している。缶体１０の側部上方には、飽和蒸気と飽和水を分離する気水分離器７を設け、上部管寄せ１１と気水分離器７の間は蒸気連絡管３で接続する。
【００１２】
多管式貫流ボイラでは、伝熱管１３の途中に水位を設定する。設定水位は伝熱管１３の途中までしかなくても、ボイラでの燃焼を行うと伝熱管内のボイラ水には沸き上がりが発生する。そのため、設定水位の位置より上部にもボイラ水が存在することになり、伝熱管の上部でもボイラ水によって冷却されるために伝熱管が過度に熱せられることにはならない。伝熱管内で沸き上がった飽和水は、上部管寄せを通してさらに上部まで持ち上がることになり、そのままでは飽和水を大量に含んだ乾き度の低い蒸気が取り出される。そのため、気水分離器７を設置しておき、飽和蒸気と飽和水とに分離するようにしている。蒸気連絡管３は、上部管寄せ１１と気水分離器７を接続したものであり、蒸気発生部で発生した蒸気を気水分離器７内へ導入する。
【００１３】
気水分離器７は縦長の円筒容器であり、上部に蒸気取り出し管１、下部に還水管２、側部に蒸気連絡管３をそれぞれ接続する。気水分離器７では、飽和水を含んだ蒸気を容器内周に沿って旋回させるため、蒸気連絡管３は気水分離器内周面の接線方向に接続する。気水分離器７で分離した飽和蒸気は、上部に接続している蒸気取り出し管１を通して取り出し、気水分離器７で分離した飽和水は、下部に接続している還水管２を通して下部管寄せ１２へ戻す。
【００１４】
飽和蒸気と飽和水の混合流体を気水分離器内へ導入すると、混合流体は胴内壁面に沿って旋回する。混合流体を旋回させると、液体である飽和水は単位容積当たりの重量が重いため、遠心力の作用によって胴の内壁面に沿って旋回し、そして重力の作用によって下方へ落ちていくらせん状の流れとなる。しかし、気体である蒸気は単位容積当たりの重量は軽く、遠心力や重力の影響をあまり受けないため、最初は飽和水とともに胴の内壁面に沿って流れていても飽和水から徐々に別れ、気水分離器中心の上部へと集まり、気水分離器７の上部に接続している蒸気取り出し管１を通って出ていくことになる。
【００１５】
気水分離器７の隣には、ボイラ内の水位を検出する水位検出筒９を設ける。水位検出筒９は、ボイラ上部の蒸気部と、ボイラ下部の液体部に接続しておく。ボイラの伝熱管内では、水面は激しく上下しているが、ボイラ上部の蒸気部とボイラ下部の水部に連通している水位検出筒９では、水面の揺れが小さくなるために水位の検出を行うことができる。水位検出筒９には、高さ位置を異ならせた複数の電極棒を設置しておき、どの電極棒まで水に接しているかを検出することで水位を判断する。ボイラの水位制御は、水位検出筒内の水位が給水開始位置まで低下すると給水ポンプ６の稼働を開始し、給水を行うことで水位検出筒内の水位が給水停止水位まで上昇すると給水ポンプ６の稼働を停止することで行う。
【００１６】
気水分離器７は、上部に分離空間４、下部に貯水空間５を持った構造としておく。
分離空間４は飽和蒸気と飽和水に分離するための空間であり、分離空間４の径は遠心分離を行うために必要な径とする。貯水空間５は分離した飽和水をためる空間であり、貯水空間５の径は分離空間４の径よりも小さくしている。気水分離器７の設置高さと気水分離器７の容積は従前のものと同じにするが、気水分離器７の下部では径を細くしておく。そのことにより、気水分離器７の容積は同じであるが下端位置は従前のものよりも低くなるようにしておく。
【００１７】
貯水空間５は飽和水をためる空間であり、飽和水をためるには貯水空間５をボイラの設定水位より下方にしておく必要がある。しかし、気水分離器７の設置位置は分離性能に影響を与え、設置位置を低くすると分離能力が低下し、飽和蒸気と飽和水の十分な分離が行えなくなることがある。そのため本発明では、気水分離器７の設置位置を下げることはせず、飽和蒸気と飽和水を分離する分離空間４は従前と同じにしておくことで分離能力は維持する。そして、飽和水をためる貯水空間５は、径を細くすることで容積を変えずに気水分離器を下方へ延長し、貯水空間５が低い位置になるようにしている。貯水空間５をボイラの設定水位より低くしておいた場合、ボイラの水位が設定水位にあると、ボイラの水位より低い貯水空間５には飽和水がたまることになる。気水分離器７では飽和水の分離を連続的に行うため、貯水空間５にたまる飽和水量は一定であっても中身は順次入れ替わっていく。
【００１８】
ボイラでは、蒸気使用量の急増などによって蒸気圧力が急減すると、ボイラ水からの蒸発量が多くなってボイラから出ていく蒸気量が急増するため、ボイラ内の水位が低下することになる。ボイラ内の水位が低下すると、給水ポンプ６を稼働して給水を行うが、ボイラ水の減少量が大きい場合には給水が間に合わず、水位が下限水位未満まで低下することがある。ボイラでは水位が下限水位より低くなると、安全のために運転を停止する。蒸気圧力値が低下している状態でボイラの運転を停止することになると、蒸気圧力の回復がさらに遅れ、蒸気量の不足を招くことにもなっていた。
【００１９】
図２に記載しているような従来のボイラでは、気水分離器７の大部分はボイラの設定水位より高い位置に設置するため、気水分離器７内に飽和水はほとんどたまっていないことになる。そのためにボイラ内の水位が急低下した場合には、給水ポンプを作動させて給水を行うしかない。その場合、給水が間に合わないことによってボイラ内の水量が大きく減少し、水位が下限水位より低くなった場合には、ボイラの安全を確保するために燃焼を停止することになる。また、強力な給水ポンプにて給水を大量に行うことで水位の低下を防止できたとしても、この場合にはボイラ水温度が低下することが考えられる。ボイラの水温が低下した場合にも蒸気供給が行えなくなるため、このことでも蒸気圧力値の回復が遅れるということになる。
【００２０】
本発明では、貯水空間５に飽和水をためておくようにしているため、ボイラ内水位が低下すると、貯水空間５にある高温の飽和水が速やかに伝熱管１３内へ送り込まれる。そのため、ボイラ内水位の大幅な低下は防がれ、低水位によってボイラの運転が停止される状態を回避できる。また、貯水空間５にためておく飽和水は高温であり、貯水空間５の飽和水をボイラ缶体部へ送ってもボイラ水温度が大きく低下することはないため、蒸気の供給は滞ることなく行える。そのため運転効率の低下も抑制され、安定した蒸気の供給が維持できる。
【００２１】
なお、本発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。
【符号の説明】
【００２２】
１  蒸気取り出し管
２  還水管
３  蒸気連絡管
４  分離空間
５  貯水空間
６  給水ポンプ
７  気水分離器
８  給水配管
９  水位検出筒
１０  缶体
１１  上部管寄せ
１２  下部管寄せ
１３  伝熱管
１４  燃焼室
１５  燃焼装置
【図１】
2014031891.tif 000003
【図２】
2014031891.tif 000004