(57)【要約】【課題】  本発明は、起動時の高度な水面制御を必要とせず、キャリオーバが起こりにくく、構造が簡単で、製造容易な排ガス蒸気ボイラ及びその運転方法を提供する。【解決手段】  本発明は、排ガス入口と排ガス出口とを備えたケーシングと、該ケーシング内に設けられた上部入口ヘッダと下部出口ヘッダとの間に接続された複数の垂直水管から成る伝熱管群と、該伝熱管群を前記排ガス入口に連通した下段領域と前記排ガス出口に連通した上段領域とに仕切る仕切り板とを具備し、該仕切り板によって高温排ガスを前記排ガス入口から前記下段領域に流入し熱交換された前記高温排ガスを前記上段領域に流入させて前記排ガス出口から排出させる煙道が形成されていることを特徴とする排ガス蒸気ボイラにある。【選択図】  図２
2006329489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス入口と排ガス出口とを備えたケーシングと、該ケーシング内に設けられた上部入口ヘッダと下部出口ヘッダとの間に接続された複数の垂直水管から成る伝熱管群と、該伝熱管群を前記排ガス入口に連通した下段領域と前記排ガス出口に連通した上段領域とに仕切る仕切り板とを具備し、該仕切り板によって高温排ガスを前記排ガス入口から前記下段領域に流入し熱交換された前記高温排ガスを前記上段領域に流入させて前記排ガス出口から排出させる煙道が形成されていることを特徴とする排ガス蒸気ボイラ。
【請求項２】
上部入口ヘッダと下部出口ヘッダとの間に接続された複数の垂直水管から成る伝熱管群を上段領域と下段領域とに仕切り、排ガス入口から流入した高温排ガスを前記下段領域から前記上段領域を通して排ガス出口に排出させる排ガス蒸気ボイラの運転方法であって、前記伝熱管群への水の供給による水面の位置を前記上段領域と下段領域との境界近傍に設定して前記高温排ガスを前記排ガス入口から流入開始し、次いで前記伝熱管群の水の全体が気液二相流で満たされた状態で前記水面の位置を所定の位置に設定して定常運転に移行することを特徴とする排ガス蒸気ボイラの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンやガスエンジン等から排出される高温排ガスの熱を回収して、蒸気を発生させる新規な排ガス蒸気ボイラ及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、上部入口ヘッダと下部出口ヘッダ間に接続された複数の垂直水管を有する排ガス蒸気ボイラが示されている。このような、上部入口ヘッダと下部出口ヘッダ間に接続された複数の垂直水管を有する排ガス蒸気ボイラでは、起動時の水管の過熱（オーバヒート）を防止するため、起動時に水面を垂直水管の上部まで一時的に上げ、沸騰が始まって水管の内面が汽水混合物で濡れるまでこの状態を維持し、充分に沸騰が始まると、徐々に水面を所定のレベルまで下げて通常の運転状態に入る方法が行われる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１２４３０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１においては、通常の運転状態に入るためには、起動時の複雑な水面制御が必要である。さらに、その水面レベルが落ち着く前に蒸気を取り出すと、その時の水面レベルによっては多量の水が蒸気に同伴される現象（キャリオーバ）が起こることがある。
【０００５】
本発明の目的は、起動時の複雑な水面制御を必要とせず、キャリオーバが起こりにくく、構造が簡単な排ガス蒸気ボイラ及びその運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の排ガス蒸気ボイラは、排ガス入口と排ガス出口を備えたケーシングと、ケーシング内に上部入口ヘッダと下部出口ヘッダ間に接続された複数の垂直水管から成る伝熱管群を具備する排ガス蒸気ボイラにおいて、伝熱管群の管外領域である煙道を上段領域と下段領域に仕切り、排ガス入口から流入する高温排ガスを下段領域の煙道に流し、下段領域で熱交換されて温度が低下した排ガスを上段領域の煙道に流した後、排ガス出口から排出すようにする仕切板をケーシング内に具備するものである。
【０００７】
又、本発明は、上部入口ヘッダと下部出口ヘッダとの間に接続された複数の垂直水管から成る伝熱管群を上段領域と下段領域とに仕切り、排ガス入口から流入した高温排ガスを前記下段領域から前記上段領域を通して排ガス出口に排出させる排ガス蒸気ボイラの運転方法であって、前記伝熱管群への水の供給による水面の位置を前記上段領域と下段領域との境界近傍に設定して前記高温排ガスを前記排ガス入口から流入開始し、次いで前記伝熱管群の水の全体が気液二相流で満たされた状態で前記水面の位置を所定の位置に設定して定常運転に移行することを特徴とする排ガス蒸気ボイラの運転方法にある。
【０００８】
前記仕切り板は、前記排ガス入口から前記下段領域の間及び前記排ガス出口から前記上段領域との間が連通した煙道を形成すると共に、前記高温排ガスが前記下段領域から前記上段領域に流れるように設けられることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、起動時の複雑な水面制御を必要とせず、キャリオーバが起こりにくく、構造が簡単な排ガス蒸気ボイラ及びその運転方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は本発明に係る排ガス蒸気ボイラを備えたボイラシステムの系統図である。図１に示すように、本実施例のボイラシステムはディーゼルエンジンやガスエンジン等から排出される４００℃前後の高温排ガスの熱を回収して蒸気を発生させる排ガス蒸気ボイラ１、排ガス蒸気ボイラ１に給水する水を蓄える給水タンク２０、給水タンク２０の水を排ガス蒸気ボイラ１に供給する給水ポンプ３０、排ガス蒸気ボイラ１で発生した気水二相流を蒸気と水に分離するセパレータ４０などから構成されている。セパレータ４０で分離された蒸気は蒸気を必要とする施設に送られ、一方、セパレータ４０で分離された水は排ガス蒸気ボイラ１へ戻される。又、図１では、脱気器、安全弁、各種弁などの機器、温度計、圧力計、流量計、液面計などの計測機器を有するが、図中では省略されている。
【００１１】
図２は図１の排ガス蒸気ボイラの詳細を示す側断面図、図３は図２のＡ−Ａ断面から見た側面図及び図４はＢ−Ｂ断面から見た側面図である。図１及び図２の白抜きの矢印はディーゼルエンジン等から排出される排ガスの流れを示すものである。排ガス蒸気ボイラ１は排ガス入口２ａと排ガス出口２ｂを一端に備えたケーシング２、ケーシング２内の下部入口ヘッダ４から延びた分岐管４'と上部出口ヘッダ５から延びた分岐管５'の間に接続された複数の垂直水管から成る伝熱管群３、下部入口ヘッダ４と上部出口ヘッダ５の間に接続されボイラ内の水を循環させる下部ヘッダの気泡抜き蒸発管６、伝熱管群３を上段領域８と下段領域７に仕切り、排ガス入口２ａから流入する高温排ガスを下段領域７の煙道に流し、下段領域７で熱交換されて温度が低下した高温排ガスをケーシング２の他端で流れを反転さて上段領域８の煙道に流した後、排ガス出口２ｂから排出すようにする仕切板９、仕切板９の排ガス入口２ａと排ガス出口２ｂの近くに設けられたバイパスダンパ１０、チェックバルブ１１などから構成されている。
【００１２】
仕切板９は、高温排ガスを排ガス入口２ａから下段領域７の煙道に流し、熱交換されて温度が低下した高温排ガスの流れを反転さて上段領域８の煙道を通して排ガス出口２ｂから排出すようにケーシング２内に設けられている。排ガス入口２ａから下段領域７までの煙道と、上段領域８から排ガス出口２ｂまでの煙道が仕切板９によって垂直な上向きのダクトとして形成されている。このダクトは水平でも傾斜したものいずれでも良い。又、排ガス入口２ａから伝熱管群３の下段領域７の入口までの煙道と伝熱管群３の上段領域８の出口から排ガス出口２ｂまでの煙道を仕切板９により仕切られているが、これらの煙道を夫々別のダクトで構成しても機能としては変わらない。
【００１３】
伝熱管群３の各伝熱管には図２及び図３の下段領域７及び上段領域８の各上部と下部の二重線で示すように長さ全体にフィン付管又は細い管を巻きつけた管を採用し、排ガスとボイラ水との間の熱貫流率を向上させている。本実施例では、伝熱管群３は１０列と側面で５列に形成されている。
【００１４】
バイパスダンパ１０は、蒸気の発生が不要のときに使用されるもので、図中右側に倒して排ガス入り口２ａを塞ぎ、仕切板９に設けられた開口部を開放することにより、ディーゼルエンジン等からの排ガスを直接排ガス出口２ｂから外部に排出させることができる。
【００１５】
ケーシング２は、低部の基礎部分を除いて、全体がＬ鋼１２を介在させて中を空洞にし、鉄板による２重構造に形成した断熱構造になっている。又、バイパスダンパ１０は、給水ポンプ３０からの水圧によって開閉する構造と配管が設けられている。
【００１６】
本実施例の排ガスボイラ１では、その起動時には、先ず、伝熱管群３の水面レベルを上段領域８と下段領域７に仕切っている仕切板９近くのレベルに設定し、排ガス入口２ａから流入する高温排ガスを下段領域７の煙道に流して高温排ガスの熱を伝熱管群３内の水に伝える。この熱交換により、下段領域７の煙道出口での排ガス温度は低下するため、上段領域８の煙道を流れるときの排ガス温度は低温で、水で内部が満たされていない上部の伝熱管群３がオーバヒートすることは無い。時間の経過と共に、下段領域７の伝熱管群３内の水温は徐々に上昇し、沸騰を開始し、蒸気を発生し始め、充分に沸騰が始まって伝熱管群３の全体が気液二相流で満たされた段階で、水面を所定のレベルまで下げて定常運転状態に入る。
【００１７】
更に、起動時には伝熱管群３内の水面レベルを上段領域８と下段領域７に仕切っている仕切板９近くのレベルまで下げているので、定常運転状態に入る前に蒸気を取り出すようなことが起こったとしてもキャリーオーバが起こりにくく、常に、高品質の乾き度の高い蒸気を得ることができる。
【００１８】
又、本発明の排ガス蒸気ボイラ１は、起動時より定常運転に至るまでの高度で複雑な水面制御を行うための装置は必要とせず、上述のような仕切板９と水位を一定に保つ簡単な制御装置のみで充分であるため、単純な構造で、高い生産性を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る排ガス蒸気ボイラを備えたボイラシステムの概略系統図である。
【図２】本発明に係る排ガス蒸気ボイラの側断面図である。
【図３】図２の排ガス蒸気ボイラのＡ−Ａ断面における側面図である。
【図４】図２の排ガス蒸気ボイラのＢ−Ｂ断面における側面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１…排ガス蒸気ボイラ、２…ケーシング、２a…排ガス入口、２b…排ガス出口、３点伝熱管（ボイラ水管）、４…下部入口ヘッダ、４'…分岐管、５…上部出口ヘッダ、５'…分岐管、６…下部ヘッダの気泡抜き蒸気管、７…下段領域、８…上段領域、９…仕切板、１０…バイパスダンパ、１１…チェックバルブ、１２…Ｌ鋼、２０…給水タンク、３０…給水ポンプ、４０…セパレータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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