锅炉的制作方法

2021-02-26 20:02:05|

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本发明涉及一种锅炉。

背景技术：

以往，有一种使燃料燃烧而产生蒸汽并从所产生的蒸汽输出动力的锅炉(例如，专利文献1)。锅炉例如搭载于船舶上，并用作用于驱动船舶推进用螺旋桨的动力源、或启动起重机等搭载于船舶上的各种装置或驱动发电机的辅助动力源。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5344898号公报

技术实现要素：

发明要解决的技术课题

如上所述，例如在船舶上搭载有辅助锅炉来作为用于生成向除产生船舶的推进力的设备以外的设备供给的杂用蒸汽的辅助动力源。辅助锅炉有时分别需要用于生成高负载设备用高压蒸汽的辅助锅炉和用于生成低负载设备用低压蒸汽的辅助锅炉。其结果，导致船舶的设备件数的增加。并且，为了将蒸汽迅速供给到设备，辅助锅炉还需要持续进行暖机运行。因此，由尤其生成高压蒸汽的辅助锅炉进行暖机运行所引起的燃料消耗量的增加成为问题。

本发明是鉴于上述而完成的，其目的在于提供一种防止设备件数的增加并且能够进行高效率的运行的锅炉。

用于解决技术课题的手段

为了解决上述课题并实现目的，本发明的特征在于，具备：燃烧容器，形成燃烧室；第一燃烧器，使燃料在所述燃烧室内燃烧；及第二燃烧器，使燃料在所述燃烧室内燃烧且容量比所述第一燃烧器低。

根据该结构，利用一个锅炉，通过使用高容量的第一燃烧器的燃烧能够生成高压蒸气，通过使用低容量的第二燃烧器的燃烧能够生成低压蒸气，因此无需设置多个锅炉。并且，使用容量比第一燃烧器低的第二燃烧器能够进行锅炉的暖机运行，因此无需进行使用高容量的第一燃烧器的暖机运行。因此，根据本发明，能够提供一种防止设备件数的增加并且能够进行高效率的运行的锅炉。

并且，优选如下：所述燃烧容器具有顶棚部、与所述顶棚部对置的底部及在所述顶棚部与所述底部之间延伸的壁部，所述第一燃烧器安装于所述燃烧容器的所述顶棚部，并且使燃料在所述燃烧室内燃烧而形成朝向所述底部侧的火焰，所述第二燃烧器在比所述第一燃烧器更靠所述燃烧容器的所述底部侧安装于所述壁部。

根据该结构，在仅使用第一燃烧器使燃料燃烧时，能够对由第一燃烧器形成的火焰供给用于冷却第二燃烧器的燃烧空气的一部分。其结果，相对于作为锅炉的必要空气量，能够减小基于第一燃烧器的燃烧的空气比，可形成nox还原区域，能够实现减少nox产生量。

并且，所述第二燃烧器优选设置于能够向由所述第一燃烧器形成的火焰的下端供给空气的位置。

根据该结构，能够从第二燃烧器朝向由第一燃烧器形成的火焰的下端附近供给空气，因此能够进一步扩大由第一燃烧器形成的火焰的nox还原区域，能够更良好地实现减少nox产生量。

并且，所述第二燃烧器优选配置于比形成所述燃烧室的所述壁部的内表面更靠所述壁部的内侧。

根据该结构，能够抑制因燃烧室内的辐射热之类的热的影响而对第二燃烧器产生损伤。

并且，所述第二燃烧器优选从所述壁部的所述内表面起相距最大为自身的开口径的1/2倍的距离而配置于所述壁部的内侧。

根据该结构，能够更良好地抑制因燃烧室内的辐射热之类的热的影响而对第二燃烧器产生损伤。

并且，所述第二燃烧器的容量优选为所述第一燃烧器的容量的1/5倍以上且1/3倍以下。

根据该结构，能够充分确保第二燃烧器的容量，并能够利用第二燃烧器生成低压蒸汽。

并且，优选如下；还具备控制所述第一燃烧器及所述第二燃烧器的控制部，所述控制部在运行负载为第一规定负载以下时，不使用所述第一燃烧器而使用所述第二燃烧器进行燃烧，在运行负载为比所述第一规定负载大的第二规定负载以上时，至少使用所述第一燃烧器进行燃烧。

根据该结构，在第一规定负载以下时，能够进行使用第二燃烧器的燃烧，在第二规定负载以上时能够进行使用第一燃烧器的燃烧，因此能够扩大锅炉的运用范围。

并且，所述控制部优选执行不使用所述第一燃烧器而使用所述第二燃烧器进行燃烧的暖机运行。

根据该结构，能够不使用高容量的第一燃烧器而仅使用低容量的第二燃烧器进行锅炉的暖机运行，因此能够进一步减少锅炉的燃料消耗量。

并且，所述控制部优选在不使用所述第二燃烧器而使用所述第一燃烧器进行燃烧时，从所述第二燃烧器朝向由所述第一燃烧器形成的火焰喷出空气。

附图说明

图1是表示本实施方式的锅炉的示意图。

图2是沿图1的a-a线的剖视图。

图3是表示对第二燃烧器的热影响的说明图。

图4是表示本实施方式的锅炉的运行负载和各燃烧器的使用范围的说明图。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明所涉及的锅炉的实施方式进行详细说明。另外，该发明并不受该实施方式的限定。

本实施方式的锅炉设为用于船舶的船舶用锅炉进行说明。具体而言，设为将锅炉用作生成用于驱动例如货油泵用蒸汽涡轮等的杂用蒸汽的辅助锅炉的情况进行说明。但是，锅炉并不限定于辅助锅炉，例如在船舶的情况下，也能够用作成为航行时的动力源的主机锅炉或启动起重机等搭载于船舶上的机械的辅助锅炉。并且，锅炉并不限定于船舶用，能够用于各种用途的锅炉。

图1是表示本实施方式的锅炉的示意图，图2是沿图1的a-a线的剖视图。如图1所示，本实施方式的锅炉10具备燃烧容器11、第一燃烧器12、第二燃烧器13、蒸发器14及控制部15。

燃烧容器11呈中空箱型形状。燃烧容器11具有顶棚部11a、底部11b、前壁部11c(参考图2)、后壁部11d(参考图2)及一对侧壁部11e、11f。顶棚部11a形成有气体出口22。底部11b与顶棚部11a对置设置。前壁部11c、后壁部11d及一对侧壁部11e、11f在顶棚部11a与底部11b之间延伸。顶棚部11a、底部11b、前壁部11c、后壁部11d及侧壁部11e形成燃烧室24。燃烧室24由顶棚部11a、底部11b、前壁部11c、后壁部11d、侧壁部11e及后述的前栅管28区划而构成，并且第一燃烧器12及第二燃烧器13相面对。并且，在燃烧容器11中设置有由顶棚部11a、底部11b、前壁部11c、后壁部11d、侧壁部11f及后述的蒸发管25区划的排气室33。排气室33与气体出口22连通。并且，如图1所示，燃烧容器11在蒸发器14及前栅管28的高度方向(图1的上下方向)的大致中央部附近设置有隔板29。隔板29在配置有蒸发器14及前栅管28的区域中在与底部11b之间形成气体出口侧通道23。气体出口侧通道23为主要从燃烧室24向排气室33流动的燃烧废气g的通道。

第一燃烧器12在顶棚部11a的侧壁部11e侧设置于与气体出口22分离的位置。第一燃烧器12连接于未图示的气体燃料供给管道及空气供给管道。并且，第一燃烧器12具有未图示的点火器。第一燃烧器12使气体燃料在被顶棚部11a、底部11b及侧壁部11e包围的燃烧室24内燃烧而形成朝向底部11b侧的火焰f1。在本实施方式中，第一燃烧器12为主燃烧器。

如图2所示，第二燃烧器13设置于前壁部11c。第二燃烧器13连接于与第一燃烧器12不同的未图示的气体燃料供给管道及空气供给管道。并且，第二燃烧器13具有与第一燃烧器12不同的未图示的点火器。第二燃烧器13使气体燃料在燃烧室24内燃烧，如图2所示，形成从前壁部11c朝向后壁部11d的火焰f2。第二燃烧器13为容量比第一燃烧器12低的小燃烧器。在本实施方式中，第二燃烧器13的容量被设为第一燃烧器12的容量的1/5倍以上且1/3倍以下。

如图1及图2所示，第二燃烧器13在比第一燃烧器12更靠燃烧容器11的底部11b侧设置于前壁部11c。如图1所示，第二燃烧器13设置于由第一燃烧器12形成的火焰f1的下端附近的位置，并且能够向火焰f1的下端供给空气。更详细而言，作为一例，第二燃烧器13在燃烧室24的宽度方向(图1的左右方向)上设置于在侧壁部11e设置的未图示的壁管与前栅管28的中央部。并且，作为一例，第二燃烧器13在燃烧室24的高度方向(图1的上下方向)上设置于气体出口侧通道23的中央部。另外，第二燃烧器13也可以设置于在侧壁部11e设置的未图示的壁管与前栅管28的中央部附近，也可以设置于气体出口侧通道23的中央部附近。

并且，如图2所示，第二燃烧器13配置于比形成燃烧室24的前壁部11c的内表面111c更靠前壁部11c的内侧。更详细而言，第二燃烧器13配置于比前壁部11c的内表面111c更靠前壁部11的内侧，其距离最大为自身的开口径d的2/1倍的距离l(例如，100mm左右)。在此，图3是表示对第二燃烧器的热影响的说明图。如图所示，与从前壁部11c的内表面111c未降低第二燃烧器13的情况(图中的“未降低”)相比，当从前壁部11c的内表面111c降低第二燃烧器13时(图中的“降低100mm”)，第二燃烧器13的各构成部件的峰温度下降。即，通过将第二燃烧器13配置于前壁部11c的内侧，能够更良好地抑制因燃烧室24内的辐射热之类的热影响而对第二燃烧器13产生损伤。

蒸发器14由多个蒸发管25呈束状的蒸发管组构成。多个蒸发管25在燃烧容器11内沿着第一燃烧器12的气体燃料喷出方向配置。在多个蒸发管25中，下端部连结于被底部11b支撑的下锅筒26，上端部连结于被顶棚部11a支撑的蒸汽锅筒27。并且，蒸发器14以一部分蒸发管25向前壁部11c侧弯曲的方式配置，从而配置前栅管28。

因此，在锅炉10中，从第一燃烧器12及第二燃烧器13朝向气体出口22依次配置有燃烧室24、前栅管28、蒸发器14、排气室33。另外，在燃烧容器11的各壁面设置有多个作为热交换器的未图示的壁管。并且，在蒸发器14与前栅管28之间可以设置用于对蒸汽锅筒27内的蒸汽进行过热而生成过热蒸汽的过热器。

在锅炉10中，通过由第一燃烧器12或第二燃烧器13向燃烧室24喷射气体燃料并使其燃烧而形成火焰f1或火焰f2，从而生成在图1中以空心箭头表示的燃烧废气g。所生成的燃烧废气g从燃烧容器11的侧壁部11e侧向侧壁部11f侧流动。此时，燃烧废气g从燃烧室24依次通过配置有前栅管28的区域、配置有蒸发器14的区域而到达排气室33。在本实施方式中，如空心箭头所示，燃烧废气g主要经由被隔板29划分的图中下侧的区域即气体出口侧通道23而通过前栅管28、蒸发器14。而且，燃烧废气g主要向在排气室33中被隔板29划分的图中上侧的区域改变方向而流动，再次通过蒸发器14而到达气体出口22。前栅管28和蒸发器14分别为热交换器，在燃烧废气g通过时与燃烧废气g之间进行热交换，回收该燃烧废气g的热而使在内部流通的水或蒸汽(载热体)的温度上升。

前栅管28配置于燃烧容器11中的第一燃烧器12及第二燃烧器13侧即燃烧容器11内的温度高的区域。前栅管28连结于下锅筒26及蒸汽锅筒27，水或蒸汽在其内部流通。前栅管28通过燃烧废气g与水或蒸汽的热交换而回收燃烧废气g的热，由此使水或蒸汽的温度上升，并降低燃烧废气g的温度。

蒸发器14具有多个蒸发管25，并且配置于比燃烧容器11中的前栅管28更靠气体出口22侧。通过了配置有前栅管28的区域的燃烧废气g通过蒸发器14。蒸发器14在多个蒸发管25的各端部分别连结有下锅筒26和蒸汽锅筒27，水或蒸汽在各蒸发管25内流通。当从下锅筒26通过各蒸发管25向蒸汽锅筒27流动时，蒸发器14通过燃烧废气g与水或蒸汽的热交换回收燃烧废气g的热，由此使水或蒸汽的温度上升，并使燃烧废气g的温度下降。即，通过各蒸发管25内的水或蒸汽被燃烧废气g加热，仅有蒸汽上升而到达蒸汽锅筒27。

通过了蒸发器14的燃烧废气g的热被回收而温度下降并到达排气室33，成为废气(燃烧废气g)而从气体出口22排出到外部。

锅炉10使气体燃料在第一燃烧器12及第二燃烧器13中燃烧而产生燃烧废气g，在前栅管28和蒸发器14中进行燃烧废气g与水或蒸汽的热交换，使水的温度上升而使其成为蒸汽，并将蒸汽储存在蒸汽锅筒27中。锅炉10通过将该蒸汽供给到未图示的涡轮而使涡轮驱动旋转，并由发电机发电。

控制部15控制上述第一燃烧器12及第二燃烧器13，并且利用锅炉10生成蒸汽。控制部15连接于在第一燃烧器12的气体燃料供给管道及空气供给管道中设置的未图示的各流量控制阀、第一燃烧器12的未图示的点火器、在第二燃烧器13的气体燃料供给管道及空气供给管道中设置的未图示的各流量控制阀、第二燃烧器13的未图示的点火器。控制部15控制各流量控制阀及各点火器来调整由锅炉10产生的蒸汽压。

接着，对锅炉10的运行方法进行说明。在本实施方式中，控制部15根据由来自锅炉10的蒸汽驱动的蒸汽涡轮的负载来调整基于第一燃烧器12及第二燃烧器13的燃烧，并调整锅炉10的运行负载。

当不驱动蒸汽涡轮时，控制部15使锅炉10进行暖机运行。此时，控制部15不使用第一燃烧器12而仅使用第二燃烧器13使气体燃料燃烧。由此，无需使用高容量的第一燃烧器12而用低容量的第二燃烧器13使锅炉10进行暖机运行来抑制燃料消耗的同时，当需要驱动蒸汽涡轮时能够迅速从锅炉10供给蒸汽。

当需要驱动蒸汽涡轮时，控制部15根据蒸汽涡轮的负载的增加(对锅炉10所要求的运行负载的增加)逐渐减少向第二燃烧器13的气体燃料的供给量的同时，逐渐增加向第一燃烧器12的气体燃料的供给量。使用图4进行更详细的说明。图4是表示本实施方式的锅炉的运行负载和各燃烧器的使用范围的说明图。如图所示，在对锅炉10所要求的运行负载在第一规定负载a1以下的范围内时，控制部15仅使用第二燃烧器13进行燃烧。第一规定负载a1为将锅炉10的额定负载(在本实施方式中，进行使用第一燃烧器12的燃烧时的最大负载)设为100％时例如10％左右的负载。若对锅炉10所要求的运行负载变为大于第一规定负载a1，则控制部15开始向第一燃烧器12供给气体燃料而将第一燃烧器12点火，并且根据运行负载的上升逐渐增加向第一燃烧器12的气体燃料的供给量，并逐渐减少向第二燃烧器13的气体燃料的供给量。而且，当对锅炉10所要求的运行负载变为比第一规定负载a1大的第二规定负载a2以上时，控制部15将第二燃烧器13灭火，并且仅使用第一燃烧器12进行气体燃料的燃烧。第二规定负载a2为将锅炉10的额定负载设为100％时例如11％左右的负载。

如此，与仅具有作为主燃烧器的第一燃烧器12的以往结构的锅炉相比，本实施方式的锅炉10能够进行利用作为小燃烧器的第二燃烧器13的燃烧。在以往结构的锅炉中，为了确保燃烧稳定性，将锅炉10的运行负载相对于额定负载仅缩小至7.5％左右，但在本实施方式的锅炉10中，通过利用第二燃烧器13，能够将运行负载相对于额定负载缩小至1.5％左右(图4所示的“暖机运行时的负载”)。即，锅炉10的运用范围扩大。

并且，当对锅炉10所要求的负载为第二规定负载以上且仅使用第一燃烧器12进行气体燃料的燃烧时，控制部15从第二燃烧器13的未图示的空气供给管道供给用于冷却第二燃烧器13的空气。所供给的空气在冷却第二燃烧器13之后供给到由第一燃烧器12形成的火焰f1的下端附近。其结果，在火焰f1的下端附近，燃烧的空气比减小，由此形成nox还原区域，减少基于第一燃烧器12的燃烧的nox产生量。

如以上所说明，本实施方式的锅炉10具备形成燃烧室24的燃烧容器11、使气体燃料在燃烧室24内燃烧的第一燃烧器12及使气体燃料在燃烧室24内燃烧且容量比第一燃烧器12低的第二燃烧器13。

根据该结构，利用一个锅炉10，通过使用高容量的第一燃烧器12的燃烧能够生成高压蒸汽，通过使用低容量的第二燃烧器13的燃烧能够生成低压蒸汽，因此无需设置多个锅炉。并且，使用容量比第一燃烧器12低的第二燃烧器13能够进行锅炉10的暖机运行，因此无需进行使用高容量的第一燃烧器12的暖机运行。因此，根据本实施方式的锅炉10，能够提供一种防止设备件数的增加，并且能够进行高效率的运行的锅炉。

并且，燃烧容器11具有顶棚部11a、与顶棚部11a对置的底部11b及在顶棚部11a与底部11b之间延伸的前壁部11c、后壁部11d、侧壁部11e、11f，第一燃烧器12安装于燃烧容器11的顶棚部11a，并且使气体燃料在燃烧室24内燃烧而形成朝向底部11b侧的火焰f1，第二燃烧器13在比第一燃烧器12更靠燃烧容器11的底部11b侧安装于前壁部11c。

根据该结构，在仅使用第一燃烧器12使气体燃料燃烧时，能够对由第一燃烧器12形成的火焰f1供给用于冷却第二燃烧器13的燃烧空气的一部分。其结果，能够减小基于第一燃烧器12的燃烧的空气比，可形成nox还原区域，能够实现减少nox产生量。

并且，第二燃烧器13设置于能够向由第一燃烧器12形成的火焰f1的下端供给空气的位置。

根据该结构，能够从第二燃烧器13朝向由第一燃烧器12形成的火焰f1的下端附近供给空气，因此能够进一步扩大由第一燃烧器12形成的火焰f1的nox还原区域，能够更良好地实现减少nox产生量。

并且，第二燃烧器13配置于比形成燃烧室24的前壁部11c的内表面111c更靠前壁部11c的内侧。

根据该结构，能够抑制因燃烧室24内的辐射热之类的热的影响而对第二燃烧器13产生损伤。

并且，第二燃烧器13从前壁部11c的内表面111c起相距最大为自身的开口径d的1/2倍的距离l而配置于前壁部11c的内侧。

根据该结构，能够更良好地抑制因燃烧室内24的辐射热之类的热的影响而对第二燃烧器13产生损伤。

并且，第二燃烧器13的容量为第一燃烧器12的容量的1/5倍以上且1/3倍以下。

根据该结构，能够充分确保第二燃烧器13的容量，并能够利用第二燃烧器13生成低压蒸汽。

并且，还具备控制第一燃烧器12及第二燃烧器13的控制部15，控制部15在运行负载为第一规定负载以下时，不使用第一燃烧器12而使用第二燃烧器13进行燃烧，在运行负载为比第一规定负载大的第二规定负载以上时，使用第一燃烧器12进行燃烧。

根据该结构，在第一规定负载以下时，能够进行使用第二燃烧器12的燃烧，在第二规定负载以上时能够进行使用第一燃烧器13的燃烧，因此能够扩大锅炉10的运用范围。

并且，控制部15不使用第一燃烧器12而使用第二燃烧器13执行暖机运行。

根据该结构，能够不使用高容量的第一燃烧器12而仅使用低容量的第二燃烧器13进行锅炉10的暖机运行，因此能够进一步减少锅炉10的燃料消耗量。

并且，控制部15在不使用第二燃烧器13而使用第一燃烧器12进行燃烧时，从第二燃烧器13朝向由第一燃烧器12形成的火焰f1喷出空气。

另外，第二燃烧器13也可以设置于除本实施方式所示的位置以外的部位。第二燃烧器13例如可以在比第一燃烧器12更靠底部11b侧的任一位置安装于前壁部11c。并且，第二燃烧器13并不限于配置于前壁部11c的内侧，也可以设置于与前壁部11c的内表面111c呈同一水平面的位置。并且，第二燃烧器13既可以安装于后壁部11d，也可以安装于侧壁部11e。并且，如图1中粗虚线所示，第二燃烧器13也可以在第一燃烧器12的侧方安装于顶棚部11a。

并且，在本实施方式中，设为当锅炉10的运行负载为第二规定负载以上时，仅使用第一燃烧器12进行燃烧，但当锅炉10的运行负载为第二规定负载以上时，也可以使用第一燃烧器12和第二燃烧器13这两者进行燃烧。

并且，在本实施方式中，设为当仅使用第一燃烧器12进行燃烧时，从第二燃烧器13向火焰f1供给空气，但当仅使用第二燃烧器13进行燃烧时，也可以从第一燃烧器12向由第二燃烧器13形成的火焰f2供给空气。由此，对由第二燃烧器13生成的燃烧废气g的流动进行整流，能够将燃烧废气g高效率地引向蒸发管25侧。

符号说明

10-锅炉，11-燃烧容器，11a-顶棚部，11b-底部，11c-前壁部，111c-内表面，11d-后壁部，11e、11f-侧壁部，12-第一燃烧器，13-第二燃烧器，14-蒸发器，15-控制部，22-气体出口，23-气体出口通道，24-燃烧室，25-蒸发管，26-下锅筒，27-蒸汽锅筒，28-前栅管，29-隔开部，33-排气室，f1、f2-火焰，g-燃烧废气。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.(补正后)一种锅炉，其特征在于，具备；

燃烧容器，形成燃烧室；

第一燃烧器，使燃料在所述燃烧室内燃烧；

第二燃烧器，使燃料在所述燃烧室内燃烧且容量比所述第一燃烧器低；及

蒸发器，与在所述燃烧室产生的燃烧气体进行热交换，

所述燃烧容器具有顶棚部、与所述顶棚部对置的底部及在所述顶棚部与所述底部之间延伸的壁部，

所述第一燃烧器安装于所述燃烧容器的所述顶棚部，并且使燃料在所述燃烧室内燃烧而形成朝向所述底部侧的火焰，

所述第二燃烧器能够对由所述第一燃烧器形成的火焰供给空气，并且在比所述第一燃烧器更靠所述燃烧容器的所述底部侧且比所述蒸发器更靠所述第一燃烧器侧安装于所述壁部。

2.(删除)

3.(补正后)根据权利要求1所述的锅炉，其特征在于，

所述第二燃烧器设置于能够对由所述第一燃烧器形成的火焰的下端供给空气的位置。