(57)【要約】【課題】ボイラの起動時及び負荷変動時のキャリオーバ量を少なくし、常時良質な蒸気の供給が可能で、負荷変動時の水位の逆応答による燃焼停止等の弊害も無く、安定した運転が可能な貫流ボイラを提供する。【解決手段】ボイラ本体１５の側方に筒型の容器３１を具備する気水分離器３０を高さ方向に伸ばして配置し、該容器３１の内側上部から下方に向けてバッフル板３２を設け、該バッフル板３２で該容器内に下降流路３３と分離室３４及び上昇流路３５を形成し、ボイラ缶体上部に配置した蒸気導入管３６を気水分離器３０の容器の下降流路３７に連通するように接続し、該気水分離器３０の分離室３４下端とボイラ缶体下部を降水管３７で接続し、該気水分離器３０の上昇流路３５に蒸気バルブ３８を接続した貫流ボイラにおいて、気水分離器３０の容器下端面を法規制限内極限近傍まで長くし低燃焼時の気水分離器３０内水位ＬＢを気水分離器内に配置した。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラ本体の側方に筒型の容器を具備する気水分離器を高さ方向に伸ばして配置し、該容器の内側上部から下方に向けてバッフル板を設け、該バッフル板で該容器内に下降流路とこれに続く分離室及び上昇流路を形成し、ボイラ缶体上部に配置した蒸気取出し管を前記気水分離器の容器の下降流路に連通するように接続し、該気水分離器の分離室下端と前記ボイラ缶体下部を降水管で接続し、該気水分離器の容器の上昇流路に蒸気バルブを接続した貫流ボイラにおいて、
前記気水分離器の容器下端面を法規制限極限近傍まで長くし低燃焼時の気水分離器内水位を前記気水分離器内に配置したことを特徴とする貫流ボイラ。
【請求項２】
請求項１に記載の貫流ボイラにおいて、
前記バッフル板の真下近傍の前記分離室に前記降水管を接続したことを特徴とする貫流ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は貫流ボイラに関し、良質な蒸気を得るための気水分離器を具備する貫流ボイラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
貫流ボイラには、ボイラ缶体で発生した湿り飽和蒸気中の飽和水を除去して乾き度の高い蒸気を負荷側に供給するため気水分離器が設けられている。この気水分離器には、ボイラ缶体で発生した湿り飽和蒸気をバッフル板に衝突させるバッフル方式と、遠心力を利用する遠心力方式とがある。図１はバッフル方式の気水分離器を搭載した従来の貫流ボイラの構成例を示す図である。
【０００３】
図示するように、貫流ボイラ１０は中央に燃焼室１１を配置し、該燃焼室１１の外周に多数の水管１２からなる水管壁を二重に配列し、更に該多数の水管１２の上下端を上部管寄せ１３及び下部管寄せ１４に接続してボイラ本体１５を構成している。燃焼室１１の上部にはバーナ１６が配置され、該バーナ１６にはバルブ１７、１８を介して燃料１９が供給されるようになっている。バーナ１６から噴射される燃料に着火することにより燃焼室１１内に火炎２７が形成される。また、下部管寄せ１４にはポンプ２０により逆止弁２１を通して水２２が供給されるようになっている。２３は水位制御筒で、該水位制御筒２３は連絡管２４、２４を介して上部管寄せ１３及び下部管寄せ１４に接続されている。
【０００４】
ボイラ本体１５の側方には円筒状の容器３１を具備する気水分離器３０が高さ方向に伸ばして配置されている。気水分離器３０の容器３１の内側には、下向きにバッフル板３２を設け、該バッフル板３２で該容器３１内に下降流路３３と分離室３４及び上昇流路３５を形成している。
【０００５】
気水分離器３０は上記のようにボイラ本体１５の側方に高さＨ方向に伸ばして配置され、その蒸気入口３１ａに接続された蒸気導入管３６はボイラ缶体の上部管寄せ１３に接続され、該上部管寄せ１３から蒸気を気水分離器３０内に導くようになっている。ドレン水出口３１ｃに接続された降水管３７が下部管寄せ１４に接続されている。
【０００６】
上部管寄せ１３からの湿り飽和蒸気２５は、蒸気導入管３６を通って気水分離器３０の容器３１内に流入する。この湿り飽和蒸気２５は、バッフル板３２に衝突後、下降流路３３、分離室３４、上昇流路３５を通って、矢印Ａのように流れ、蒸気出口３１ｂと蒸気バルブ３８を経由して流出する。この湿り飽和蒸気２５が下降流から上昇流に反転する際に蒸気とドレン水の比重差により気水分離され、蒸気バルブ３８を経由して流出する蒸気は乾き度の高い蒸気となる。また、気水分離器３０内のドレン水２６は下部管寄せ１４に戻される。
【０００７】
気水分離器３０は法規上大きさの制約があり、例えば伝熱面積１０平方メートル以下の小型ボイラの場合は下記のように制約されている。
・内径Φ＝３００ｍｍ以下
・内容積０．０７立方メートル以下
【０００８】
小型貫流ボイラは、法規上の制約から水管１２の途中に水位が決定されるが、缶水の蒸気による水管冷却効果で水管１２上部の過熱を防止しているので、水位を高く設定すると水管１２の過熱は発生しにくくなるが、水位を低く設定すると水管１２の過熱は発生し易くなる。この為、３位置燃焼制御（０−低燃焼−高燃焼）の貫流ボイラは、缶水の蒸発による水管冷却効果が少ない低燃焼水位Ｌ１を高燃焼水位Ｌ２より高く設定している。また、缶水の蒸発による水管１２の冷却がない起動時（燃焼停止時）の水位Ｌ０は水位を高く設定している。
【０００９】
小型貫流ボイラは良質の蒸気を取出すために上記のように気水分離器３０を付属している。この気水分離器３０の気水分離性能（乾き度）はボイラ缶体内水位により決定するが、水位が同一ならば気水分離器３０の性能に影響され、同一の気水分離器３０であればその設置高さＨを高く（決定水位とのレベル差を大きく）すれば性能は良くなるが、設置スペース等の制限でできるだけ全高Ｈを低く且つコンパクト（気水分離器３０の長さを短く）に設計されてきた。
【００１０】
気水分離器３０内の水位はボイラ缶体内水位とは逆に高燃焼水位ＬＡより低燃焼水位ＬＢが低くなる。従来の設計法は、低燃焼より条件の厳しい高燃焼の所定の缶水電導度における蒸気電導度が満足できることを主眼に気水分離器３０の寸法（全長）は決定されるので、低燃焼時の気水分離器３０内の水位、即ち低燃焼水位ＬＢは気水分離器３０の下端以下になっているのが現状である。
【００１１】
この決定法は単缶設置であれば問題はなかったが、多缶設置方式で台数制御を行うような負荷変動の激しい稼働条件では、停止と燃焼及び低燃焼と高燃焼の切替が頻繁に繰返されると下記の▲１▼乃至▲３▼の問題が発生し易くなった。
【００１２】
▲１▼燃焼停止状態から低燃焼・高燃焼に燃焼量が変化するとボイラ缶体の停止時水位Ｌ０から低燃焼水位Ｌ１又は高燃焼水位Ｌ２までの低下分に相当する缶水が気水分離器３０に流入し、気水分離器３０内の水位を燃焼停止時水位ＬＮからキャリオーバ発生水位ＬＥ以上上昇させるのでキャリオーバが発生する場合がある。
【００１３】
▲２▼低燃焼から高燃焼への移行時にボイラ缶体水位「Ｌ１−Ｌ２」に相当する缶水が気水分離器３０に流入し、該気水分離器３０内の水位を低燃焼水位ＬＢからキャリオーバ発生水位ＬＥ以上に上昇させるのでキャリオーバが発生する場合がある。
【００１４】
▲３▼高燃焼から低燃焼への移行時は燃焼量の低下及び給水による缶水冷却で水位が低下する逆応答が発生し、水位の回復が遅れ燃焼停止や水管過熱が発生する。
【００１５】
ちなみに、貫流ボイラの自動運転では一定時間水位が回復しないと、標準水位より低い水位の状態が続き過熱が発生する場合があるので燃焼を停止することが多い。この対応として給水用のポンプ２０の能力アップが有効であるが、コスト・設備電力が増加するという欠点がある。
【００１６】
【特許文献１】
特開２００２−２８４２１公報
【特許文献２】
特開平７−１０３４０３号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので上記問題点を除去し、ボイラの起動時及び負荷変動時のキャリオーバ量を少なくし、常時良質な蒸気の供給が可能で、負荷変動時の水位の逆応答による燃焼停止等の弊害も無く、安定した運転が可能な貫流ボイラを提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、ボイラ本体の側方に筒型の容器を具備する気水分離器を高さ方向に伸ばして配置し、該容器の内側上部から下方に向けてバッフル板を設け、該バッフル板で該容器内に下降流路とこれに続く分離室及び上昇流路を形成し、ボイラ缶体上部に配置した蒸気取出し管を気水分離器の容器の下降流路に連通するように接続し、該気水分離器の分離室下端とボイラ缶体下部を降水管で接続し、該気水分離器の容器の上昇流路に蒸気バルブを接続した貫流ボイラにおいて、気水分離器の容器下端面を法規制限極限近傍まで長くし低燃焼時の気水分離器内水位を気水分離器内に配置したことを特徴とする。
【００１９】
▲１▼従来、貫流ボイラの燃焼停止状態から低燃焼又は高燃焼に移行すると、ボイラ缶体内の水位が停止水位Ｌ０から低燃焼水位Ｌ１又は高燃焼水位Ｌ２までの「Ｌ０−Ｌ１又はＬ０−Ｌ２」に相当する缶水が気水分離器に流入し、気水分離器内の水位がキャリオーバ発生水位ＬＥ以上に上昇しキャリオーバが発生していたが、気水分離器を下方に長くすることにより内容積の増加分だけ流入する缶水を気水分離器内部に保留することが可能になり、気水分離器内水位もキャリオーバ発生水位ＬＥ以下に保てるので、キャリオーバの発生は防止できる。
【００２０】
▲２▼従来、貫流ボイラの低燃焼から高燃焼移行時は、缶水の低燃焼水位Ｌ１から高燃焼水位Ｌ２までの水位差「Ｌ１−Ｌ２」に相当する缶水が気水分離器に流入し気水分離器内水位は低燃焼水位ＬＢからキャリオーバ発生水位ＬＥ以上に上昇しキャリオーバが発生し易くなっていたが、気水分離器を下方に長くしたので缶水の流入後も水位はキャリオーバ発生水位ＬＥまでは上昇しないのでキャリオーバは発生しない。
【００２１】
▲３▼従来、貫流ボイラの高燃焼から低燃焼移行時には燃焼量の低下及び給水による缶水冷却で水位が低下する逆応答が発生し、著しい場合は燃焼停止や水管過熱が発生していたが、ここでは低燃焼時の気水分離器の水位、即ち低燃焼水位ＬＢが気水分離器内に設定されるので、移行時に気水分離器内水位「ＬＡ−ＬＢ」に相当する気水分離器内缶水が瞬時にボイラ缶体に流入しボイラ缶体の水位を上昇させ給水による逆応答の発生を防止する。
【００２２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の貫流ボイラにおいて、バッフル板の真下近傍の分離室に降水管を接続したことを特徴とする。
【００２３】
上記のようにバッフル板の真下近傍の分離室に降水管を接続したことにより、気水分離器の分離室内のドレン水の排水をスムーズにすることが可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図２は本発明に係る貫流ボイラの構成例を示す図である。図２において、図１と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示すので、その詳細な説明は省略する。図示するように、ボイラ本体１５の側方に円筒型の容器３１を具備する気水分離器３０を高さ方向に伸ばして配置し、その内側上部からバッフル板３２を設けて下降流路３３とこれに続く分離室３４及び上昇流路３５を構成している。
【００２５】
この気水分離器３０ではボイラ本体１５の缶体に設けた蒸気導入管（蒸気取出し管）３６から導入された湿り飽和蒸気２５は、この下降流路３３を通る下降流から上昇流路３５を通る上昇流に反転する際に蒸気とドレン水の比重差で気水分離され、上部の蒸気出口３１ｂから蒸気バルブ３８を通して蒸気２８が取出され外部に供給され、分離室３４内のドレン水２６は下部のドレン水出口３１ｃから降水管３７を通ってボイラ本体１５の下部管寄せ１４に戻される。なお、気水分離器３０はボイラ側方に限定するものではなく、周方向であれば何処に設置してもよい。
【００２６】
気水分離器３０は従来通りの高さＨに設置し、下端面ｈは所定の缶水濃度における低燃焼時の気水分離器３０内の水位、即ち低燃焼水位ＬＢ以下で且つ制限内に決定するか、この決定が物理的に不可能な場合は下端面ｈをキャリオーバ発生水位ＬＥ以下の内容積が増加するように法規制限限界まで下方を長くする。その際、所定の缶水濃度における低燃焼時の気水分離器内水位ＬＢが下端面ｈ以上であれば必要以上に長くしない。
【００２７】
上記のようにボイラ本体１５には、バーナ１６と給水用のポンプ２０が装備され、連通管２４、２４を介して水位制御筒２３がボイラ缶体の上部管寄せ１３及び下部管寄せ１４に連通している。水位制御筒２３の水位は「Ｌ０：燃焼停止位置」、「Ｌ１：低燃焼水位」、「Ｌ２：高燃焼水位」を表している。但し燃焼停止位置Ｌ０の検出はボイラ缶体内で行うのが一般的である。低燃焼及び高燃焼で、所定の缶水濃度で燃焼させた場合の気水分離器３０内の水位はＬＡ＝高燃焼水位、ＬＢ＝低燃焼水位となる。
【００２８】
上記構成の貫流ボイラ１０において、燃焼停止から低燃焼又は高燃焼に移行する場合、ボイラ缶体内の水位「Ｌ０−Ｌ１又はＬ０−Ｌ２」に相当する缶水が蒸気導入管３６を経由して気水分離器３０内に流入する。従来構造では気水分離器３０内の水位が上昇しキャリオーバ発生水位ＬＥ以上となりキャリオーバが発生していたが、ここでは気水分離器３０の容器３１の容積を増加し、キャリオーバ発生水位ＬＥ以下となるようにしたのでキャリオーバ発生水位ＬＥまでの上昇はなく、キャリオーバは発生しない。
【００２９】
また、低燃焼から高燃焼に移行する場合、ボイラ缶体内の水位「Ｌ１−Ｌ２」に相当する缶水が気水分離器３０に流入する。従来の構造では気水分離器３０内の水位がキャリオーバ発生水位ＬＥ以上に上昇しキャリオーバが発生したが、ここではキャリオーバ発生水位ＬＥ以上には上昇しないので、キャリオーバは発生しない。
【００３０】
高燃焼から低燃焼に移行する場合は、気水分離器３０内の水位「ＬＡ−ＬＢ」に相当する缶水が燃焼移行後瞬時に降水管３７を経由してボイラ缶体内に流入するので水位がＬ２からＬ１まで直ちに復帰しＬ１水位以下の継続時間が短くなり水管加熱の発生がなくなる。
【００３１】
気水分離器３０の下降流路３３の真下近傍にドレン水出口に降水管３７を配置し、下部管寄せ１４に接続することで、気水分離器３０の分離室３４内のドレン水２６の排水をスムーズにすることが可能となる。
【００３２】
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお、直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明した各請求項に記載の発明によれば下記のような優れた効果が得られる。
【００３４】
請求項１に記載の発明によれば、気水分離器の容器下端面を法規制限極限近傍まで長くし低燃焼時の気水分離器内水位を気水分離器内に配置したので、貫流ボイラでは解決が難しいといわれている起動時のキャリオーバが殆ど発生しない。また、負荷変動時のキャリオーバも大幅に低減でき、常時良質な蒸気を供給可能となる。また、負荷変動時の水位の逆応答による燃焼停止等の弊害もなくなり、安定した運転が可能である。
【００３５】
請求項２に記載の発明によれば、バッフル板の真下近傍の分離室に降水管を接続したことにより、気水分離器の分離室内のドレン水の排水をスムーズにすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の貫流ボイラの構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る貫流ボイラの構成例を示す図である。
【符号の説明】
１０            貫流ボイラ
１１            燃焼室
１２            水管
１３            上部管寄せ
１４            下部管寄せ
１５            ボイラ本体
１６            バーナ
１７            バルブ
１８            バルブ
１９            燃料
２０            ポンプ
２１            逆止弁
２２            水
２３            水位制御筒
２４            連通管
２５            湿り飽和蒸気
２６            ドレン水
２７            火炎
２８            蒸気
３０            気水分離器
３１            容器
３２            バッフル板
３３            下降流路
３４            分離室
３５            上昇流路
３６            蒸気導入管
３７            降水管
３８            蒸気バルブ
【図１】
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【図２】
2004251487.tif 000004