无分离器锅炉 |
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| 申请号 | CN201380003243.4 | 申请日 | 2013-02-27 | 公开(公告)号 | CN103842723A | 公开(公告)日 | 2014-06-04 |
| 申请人 | 三浦工业株式会社; | 发明人 | 增田幸一; 田中孝典; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种无分离器 锅炉 ，其能够获得所期望的干燥度，防止 水 管 过热 ，进而减少锅炉筒的 腐蚀 风 险。所述无分离器锅炉具备：降水管(84)，其将将上部水箱(24)内下部和下部水箱(22)连通起来；控制机构(70)，其进行第一控制及第二控制，第一控制是当由外部水位检测机构(50)检测出的检测水位超过第一设定水位时以使锅炉筒内水位降低的方式控制供水机构(60)，第二控制是当检测水位成为比第一设定水位低的第二设定水位以下时以使锅炉筒内水位上升的方式控制供水机构(60)，第一设定水位设定为干燥度界限水位，并且设定上部水箱的高度，使得利用第一控制以使从上部水箱流出的 蒸汽 的干燥度成为设定干燥度以上，第二设定水位是设定为在过热度界限水位以上且将基于降水管(84)的锅炉水的循环比设为设定值以上的水位。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种无分离器锅炉，该无分离器锅炉具备：锅炉筒，其由被燃烧器加热的多个水管连结上部水箱和下部水箱之间而构成，在所述燃烧器的燃烧停止时，成为所述水管内的水位比所述水管的上端低的状态；供水机构，其用于向所述锅炉筒内供给锅炉用水；外部水位检测机构，其设置在所述锅炉筒的外部，经由连通管分别与所述上部水箱的内部空间及所述下部水箱的内部空间连通而对锅炉筒内外部水位进行检测，控制机构，其根据由所述外部水位检测机构检测出的检测水位来控制所述供水机构的动作，其特征在于，所述无分离器锅炉还具备将所述上部水箱内下部和所述下部水箱连通起来的降水管，所述控制机构进行第一控制和第二控制，第一控制是：当由所述外部水位检测机构检测出的检测水位超过第一设定水位时，以使锅炉筒内水位降低的方式控制所述供水机构的动作；第二控制是：当所述检测水位成为比所述第一设定水位低的第二设定水位以下时，以使锅炉筒内水位上升的方式控制所述供水机构的动作， |
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| 说明书全文 | 无分离器锅炉技术领域背景技术[0002] 如专利文献1那样，在由被燃烧器加热的多个水管连结上部水箱和下部水箱之间而构成、在燃烧器的燃烧停止时成为所述水管内的水位比水管的上端低的状态的锅炉筒构造的锅炉(少保有水量锅炉)中，当水管内的水位过高时，水管内的沸腾变得激烈，许多水滴与蒸汽一同从上部水箱排出，存在无法获得干燥度高的蒸汽这样的问题。另一方面，当水管内的水位过低时，锅炉筒出口的干燥度上升，但会产生水管的上部因燃烧的热量过热而变形等的问题。进而，当锅炉的燃烧负载变化时，其水位也不同，故确保干燥度变高、也不会产生过热的水位非常困难。 [0004] 为了应对这样的问题，现有的锅炉具备分离器。低干燥度的蒸汽从上部水箱向分离器中流入，在该分离器中进行将低干燥度蒸汽中的水分除去的所谓汽水分离。然后，从分离器将干燥度高的蒸汽向负载侧供给。 [0005] 在先技术文献 [0006] 专利文献 [0007] 专利文献1：日本特开2010-78204号公报发明概要 [0008] 发明所要解决的课题 [0009] 但是，具备专利文献1公开的结构那样的分离器的制作较难，进而制作后检查的部位较多等，因此，在形成为具备分离器的结构的情况下，产生成本变高这样的问题。另一方面，在形成为不具备分离器的结构的情况下，存在无法获得所期望的干燥度的蒸汽这样的问题。 [0010] 发明内容 [0011] 本发明就是基于上述的状况而完成的，其目的在于，提供一种不具备分离器的无分离器锅炉，并且提供一种能够获得所期望的干燥度，能够防止水管过热进而减少锅炉筒的腐蚀风险的、保有水量少的无分离器锅炉。 [0012] 解决方案 [0013] 本申请发明就是鉴于上述课题而完成的，第一方面记载的发明提供一种无分离器锅炉，该无分离器锅炉具备：锅炉筒，其由被燃烧器加热的多个水管连结上部水箱和下部水箱之间而构成，在所述燃烧器的燃烧停止时，成为所述水管内的水位比所述水管的上端低的状态；供水机构，其用于向所述锅炉筒内供给锅炉用水；外部水位检测机构，其设置在所述锅炉筒的外部，经由连通管分别与所述上部水箱的内部空间及所述下部水箱的内部空间连通而对锅炉筒内外部水位进行检测，控制机构，其根据由所述外部水位检测机构检测出的检测水位来控制所述供水机构的动作，其特征在于， [0014] 所述无分离器锅炉还具备将所述上部水箱内下部和所述下部水箱连通起来的降水管， [0015] 所述控制机构进行第一控制和第二控制，第一控制是：当由所述外部水位检测机构检测出的检测水位超过第一设定水位时，以使锅炉筒内水位降低的方式控制所述供水机构的动作；第二控制是：当所述检测水位成为比所述第一设定水位低的第二设定水位以下时，以使锅炉筒内水位上升的方式控制所述供水机构的动作， [0016] 所述第一设定水位设定为干燥度界限水位，并且设定所述上部水箱的高度，使得利用所述第一控制以使从所述上部水箱流出的蒸汽的干燥度成为设定干燥度以上，所述第二设定水位是设定为在过热度界限水位以上且将基于所述降水管的锅炉水的循环比设为设定值以上的水位。需要说明的是，将“超过”替换为“以上”及将“以下”替换为“不足”，也包含于本发明中。 [0017] 根据第一方面记载的发明，所述第一设定水位设定为干燥度界限水位并且设定所述上部水箱的高度，使得利用所述第一控制以使从所述上部水箱流出的蒸汽的干燥度成为设定干燥度以上，故即便为无分离器也能够维持规定的干燥度。另外，所述第二设定水位是设定为在过热度界限水位以上且将基于所述降水管的锅炉水的循环比设为设定值以上的水位，故既能够防止水管过热同时又能够借助通过了所述降水管的锅炉水的循环来维持规定的锅炉水的循环比。 [0019] 根据第二方面记载的发明，除了第一方面记载的发明产生的效果以外，还可实现如下的效果：即便所述锅炉筒内压力、供水温度、锅炉水的浓缩度中的任一个或多个发生变化也能够维持规定的干燥度这样的效果及/或既能够防止水管过热同时又能够维持规定的循环比这样的效果。 [0020] 另外，第三方面记载的本发明在第一方面的基础上，其特征在于，所述第一设定水位及所述第二设定水位的检测由共用的电极来进行，基于所述控制机构的所述第一设定水位的判断在所述电极的有水检测后立即进行或自有水检测经过第一设定时间后进行，所述第二设定水位的判断在所述电极的无水检测后立即进行或自无水检测经过第二设定时间后进行。 [0021] 根据第三方面记载的发明，除了第一方面记载的发明产生的效果以外，还可实现如下的效果：通过调整各设定时间，能够维持规定的干燥度这样的效果及/或既能够防止水管过热同时又能够维持规定的循环比这样的效果。 [0022] 进而，第四方面记载的本发明在第一方面的基础上，其特征在于，所述外部水位检测机构具备检测第一设定水位的第一电极和检测第二设定水位的第二电极，基于所述控制机构的所述第一设定水位的判断在所述第一电极的有水检测后立即进行或自有水检测经过第三设定时间后进行，所述第二设定水位的判断在所述第二电极的无水检测后立即进行或自无水检测经过第四设定时间后进行。 [0023] 根据第四方面记载的发明，除了第一方面记载的发明产生的效果以外，还可实现如下的效果：通过所述外部水位检测机构的第一电极及第二电极，能够维持规定的干燥度这样的效果及/或既能够防止水管过热同时又能够维持规定的循环比这样的效果。 [0024] 发明效果 [0026] 图1是表示本发明的实施例1所涉及的锅炉的结构的纵向剖面的简要结构图。 [0027] 图2是说明实施例1的控制顺序的流程图。 [0028] 图3是说明实施例1的另一控制顺序的流程图。 [0029] 图4是表示本发明的实施例2所涉及的锅炉的结构的纵向剖面的简要结构图。 [0030] 图5是本发明的实施例3所涉及的锅炉的外部水位检测装置的示意图。 [0031] 图6是表示本发明的实施例4所涉及的锅炉的示意结构的纵向剖面的简要结构图。 具体实施方式[0032] 实施例1 [0033] 以下，参考图1对于本发明的实施例1所涉及的、不具备分离器的锅炉(称作无分离器锅炉，以下仅称作锅炉。)10进行说明。 [0034] <实施例1的结构> [0035] 如图1所示，锅炉10具备：锅炉筒20；能够在高燃烧和低燃烧之间切换的燃烧器30；耐火件40；外部水位检测装置50；供水泵60；控制部70。这些之中，锅炉筒20将锅炉筒罩21、下部水箱22、水管23及上部水箱24作为主要的结构要素。 [0036] 这些之中，锅炉筒罩21是将板材形成为圆筒状而成的，覆盖水管23而将该水管23与外部隔离。下部水箱22形成为中空的环状，在该下部水箱22处连接有供水管80，能够经由该供水管80向下部水箱22供给锅炉用水。另外，在下部水箱22处也连接有主排水管81，在该主排水管81上设有主排水阀82。通过打开该主排水阀82，能够将存在于下部水箱 22内的内部空间22A的锅炉水向外部排出。在此，锅炉水是指向锅炉筒20的内部(下部水箱22、水管23等)导入的锅炉用水。 [0037] 并且，在下部水箱22上连接有水管23的下端侧。该水管23是与下部水箱22和上部水箱24分别连通且贮存锅炉水的管状构件。另外，通过利用燃烧器30的燃烧来加热水管23，使该水管23的内部的锅炉水沸腾。各个水管23在图1中沿着垂直方向延伸。在本实施例1中，水管23配置有多个。在上述水管23的排列中存在沿着从锅炉筒20的径向的中心离开第一半径的第一圆周上配置的外侧水管列23A及沿着从锅炉筒20的径向的中心离开比第一半径小的第二半径的第二圆周上配置的内侧水管列23B。但是，水管23不限于具有外侧水管列23A与内侧水管列23B这两列，可以仅具有一列，也可以具有三列以上。 [0038] 另外，各个水管23的上端侧连接于上部水箱24。因在水管23内产生的沸腾现象的作用下而生成的气泡与蒸汽一同向上部水箱24流入。上部水箱24与上述的下部水箱22相同地形成为中空的环状。在此，在以下的说明中，将上部水箱24的形成中空的内部的空间设为内部空间24A。该内部空间24A与水管23的开口部分23s连通，另一方面，与供蒸汽流出的主蒸汽管83的开口部分83s连通。另外，在以下的说明中，将下部水箱22的形成中空的内部的空间称作内部空间22A。 [0039] 如上所述，本实施例1中的锅炉筒20的结构通过在下部水箱22与上部水箱24之间垂直连结多个水管23而构成。 [0040] 于是，本实施例1中的上部水箱24通过与后述的干燥度维持的水位控制(第一控制)的组合，以使蒸汽的干燥度设为设定干燥度以上的方式将比下部水箱22及现有的上部水箱24更靠垂直方向上的尺寸设定得较大。即，在本实施例1中的锅炉10中，虽然没有设置分离器，但使上部水箱24来进行所述分离器所发挥的汽水分离的功能。因此，在上部水箱24的内部空间24A中，为了发挥汽水分离的功能，成为比下部水箱22的内部空间22A更靠垂直方向上的尺寸较大的结构。 [0041] 如此，增大上部水箱24的内部空间24A的垂直方向上的尺寸是指增大从位于上部水箱24的底面的水管23的开口部分23s到与上部水箱24的顶面连接的主蒸汽管83的开口部分83s为止的流路的距离。并且，两个开口部分之间(开口部分23s与开口部分83s之间)的流路的距离的扩大与实现汽水分离的功能相关联。 [0042] 在此，在现有的上部水箱24中，其内部空间24A的垂直方向的尺寸与下部水箱22的内部空间22A的垂直方向的尺寸成为相同程度。与其相对地，如图1所示，本实施例1中的上部水箱24成为远比下部水箱22更靠内部空间24A的垂直方向上的尺寸大的结构。具体而言，上部水箱24的内部空间24A的高度成为为了获得如下的距离(时间)的高度，所述距离(时间)是蒸汽中所含有的直径几十μm的液滴克服上升的蒸汽并借助重力沉降而其结果是从蒸汽中分离所需要的距离(时间)。例如，在蒸汽的上升速度为0.1～0.5m/sec左右的情况下，为了获得所期望的干燥度(设定干燥度)所需要的内部空间24A的高度尺寸为最低限度200mm。 [0043] 但是，通常而言，已知汽水分离的性能有如下规律：上升的蒸汽的速度越慢、性能越提高，另外若内部空间24A的高度越高、则性能越提高，但在本实施例1中，在内部空间24A的高度为200mm以下的情况下，水滴从蒸汽中分离用的时间不足，在锅炉筒20的出口(开口部分83s)处无法获得所期望的蒸汽的干燥度。另一方面，在内部空间24A的高度为 700mm以上的情况下，可与浓缩度没有关系地获得所期望的干燥度。但是，因锅炉水的浓缩度的不同，即便在内部空间24A的高度位于200mm至700mm之间的情况下也可获得所期望的干燥度。因此，在内部空间24A的高度设为700mm以上的情况下，由于使尺寸过量变大，因重量增大等不会成为紧凑的结构，从而在成本方面不利。 [0044] 因而，上述的上部水箱24的内部空间24A的垂直方向上的尺寸需要为干燥度高度阈值以上或比干燥度高度阈值大的尺寸。在此，干燥度高度阈值是指用于使从内部空间24A排出的蒸汽(后述的汽水混合流体)成为所期望的干燥度的、内部空间24A的垂直方向上的尺寸的阈值。该干燥度高度阈值通过实验等来求出。 [0045] 并且，在上部水箱24之中的、中空的环状的内部空间24A设有阻流板25。阻流板25在本实施例1中以使板面方向同与垂直方向垂直的方向平行的方式设于内部空间24A。 [0046] 在此，在从开口部分23s到开口部分83s之间不存在遮蔽蒸汽及蒸汽所含有的水分(以下的说明中，将蒸汽及蒸汽所含有的水分称呼为汽水混合流体。)的构件的情况下，存在水分与蒸汽一同朝向主蒸汽管83的开口部分83s呈直线性地流入的可能性。但是，在阻流板25设于内部空间24A的情况下，在从开口部分23s到开口部分83s之间，汽水混合流体被阻流板25遮蔽流动。由此，汽水混合流体所含有的水分不会呈直线性地流动，而蒸汽与阻流板25冲撞，由此蒸汽中的水分合体然后下落。另外，与不存在阻流板25的情况相比，处于蒸汽到达开口部分83为止花费时间的状态。因此，蒸汽所含有的水分的大部分因到达开口部分83s为止花费时间而发生重力下落、或附着于阻流板25或上部水箱24的内壁等，由此成为未到达主蒸汽管83的开口部分83s的状态。即，阻流板25构成对汽水混合流体行进的流路进行延长的流路延长机构。如上所述，阻流板25具有进一步提高汽水分离的性能的功能。 [0047] 对此，对阻流板25的形状的详情进行记述，当俯视观察阻流板25时，该阻流板25设置为呈环状。即，阻流板25设置在内部空间24A的环状区域的大致整个区域中。并且，在阻流板25的外周侧与内壁24c之间设有间隙A。另一方面，在阻流板25的内周侧处，沿着其周向而在多个部位处利用焊接等方法安装于内壁24c。因此，在阻流板25的内周侧与内壁24c之中的、未利用焊接等方法安装的部位存在有间隙B。其中，间隙B的间隔比间隙A的间隔小。 [0048] 不过，也可以代替图1所示的结构，例如设有随着从内周侧朝向外周侧而朝向下方倾斜的阻流板25。在这种情况下，也优选在阻流板25中的位于最下方的外周侧与内壁24c之间设有与上述的间隙A同样的间隙，也可以将与上述的间隙B同样的间隙设置在阻流板25的内周侧与内壁24c之间。另外，也可以设有随着从外周侧朝向内周侧而朝向下方倾斜的阻流板25。在这种情况下，也优选在阻流板25中的位于最下方的内周侧与内壁24c之间设有与上述的间隙A同样的间隙，也可以将与上述的间隙B同样的间隙设置在阻流板 25的外周侧与内壁24c之间。 [0049] 进而，代替上述的结构，阻流板25不是呈环状的结构、即不存在于内部空间24A的环状区域的大致整个区域中，而也可以是呈圆弧状的结构。该结构是使阻流板25存在于内部空间24A的环状区域中的一部分的结构。在这种情况下，也可以在圆弧的端部中的、外周侧或内周侧设置欠缺部。 [0050] 于是，阻流板25在上部水箱24的内部空间24A中位于上方侧。因此，对于到达阻流板25时的汽水混合流体中的水分而言，与该阻流板25位于下方侧的情况相比，位于上方侧的情况的水分成为因重力下落、向内壁24c的冲撞而减少的状态。另外，当如此水分被减少的汽水混合流体与阻流板25冲撞时，汽水混合流体不会朝向开口部分83s直线性地流动，与此相应地成为花费到达开口部分83s的时间的状态。如上所述，通过将阻流板25设于内部空间24A的上方侧，阻流板25的汽水分离的性能进一步提高。 [0051] 在此，对于阻流板25的安装位置进行说明，在上述的结构中，阻流板25设于内部空间24A的上方侧，但阻流板25设于上述的第一实施方式中所说明的干燥度高度阈值的位置、即内部空间24A的垂直方向上的尺寸的阈值的地点的结构也根据实施为适宜。 [0052] 另一方面，设有阻流板25时的上方侧的界限位置由滞留于阻流板25的上表面的水分不会被从开口部分83s流出的蒸汽再次卷入(不会被吸引)那样的高度尺寸来确定。即，阻流板25的安装位置的上限位置设定在与内部空间24A的顶板面之间保持有规定的间隔的位置处。 [0053] 于是，在图1中，上部水箱24的内部空间24A的下部与降水管84的上端侧连通。该降水管84使存在于内部空间24A的锅炉水(该锅炉水大多处于浓缩的情况下)向下部水箱22返回。因此，降水管84的下端侧与下部水箱22的内部空间22A连通。并且，在该降水管84连接有浓缩排水管85，在该浓缩排水管85上设有浓缩排水阀86。通过打开该浓缩排水阀86，能够将浓缩后的锅炉水向外部排出。在此，是否为浓缩成需要排出的程度的锅炉水的判断通过如下方式来进行，即利用对导电度进行测定的导电度测定传感器(省略图示)对存在于降水管84的锅炉水的导电度进行测定。 [0054] 并且，在锅炉筒20的上部侧设有燃烧器30。燃烧器30位于上部水箱24的形成环状的环孔(省略附图标记)内，在锅炉筒罩21的内部中的、由水管23包围周围的内侧(以下设为燃烧室21A)形成火焰。为了该燃烧室21A内的燃烧，向燃烧器30供给燃料及燃烧用的空气。另外，在锅炉筒20的下部侧设有耐火件40。通过耐火件40闭塞锅炉筒20的下部(水管23的下部侧所处的部分(水管缩径部分)及比其靠内侧的部分)，由此使比内侧水管列23B靠径向的中心侧成为燃烧室21A。并且，耐火件40也设置在锅炉筒罩21的内侧的上方侧中的、水管23的上部侧所处的部分(水管缩径部分)。 [0055] 接着，外部水位检测装置50是对导入到锅炉筒20的内部(下部水箱22、水管23等)的锅炉水的水位进行检测的装置。该外部水位检测装置50具备：水位控制筒51；多个电极、即第一电极52S及第二电极52M。第一电极52S用于对低燃烧时的水位进行控制，第二电极52M用于对高燃烧时的水位进行控制。水位控制筒51利用可导通的金属而形成为两端封闭的大致圆筒形状。该水位控制筒51的上端部与连通管87a的下端连接，连通管87a的上端与上部水箱24的内部空间24A连接。另外，水位控制筒51的下端部与连通管87b的上端连接，连通管87b的下端与下部水箱22的内部空间22A连接。由此，水位控制筒51的上端部及下端部经由上部水箱24及下部水箱22而分别与水管23连通，因而在水位控制筒51的内部实现与向水管23导入的锅炉水相同的锅炉内水位。 [0057] 接着，供水泵60经由供水管80而与下部水箱22连接，当在控制部70的控制下动作时，开始向下部水箱22供水。并且，在下部水箱22与供水泵60之间的供水管80设有止回阀89，防止供给的锅炉水从下部水箱22侧向供水泵60侧逆流。 [0058] 控制部70被输入来自外部水位检测装置50等的各种传感器的检测信号，并且根据该检测信号并基于预选储存的水位控制顺序来管理燃烧器30、供水泵60等的驱动部位的动作。该水位控制顺序包括高燃烧水位控制顺序及低燃烧水位控制顺序。 [0059] (高燃烧水位控制顺序) [0060] 高燃烧水位控制顺序(图2示出一例)构成为进行第一控制和第二控制，该第一控制是：当由外部水位检测机构50的第一电极52M检测的检测水位超过高燃第一设定水位H1时，以使锅炉筒20内水位降低的方式关闭(停止)供水泵60，该第二控制是：当检测水位成为比高燃第一设定水位H1低的高燃第二设定水位H2以下时，以使锅炉筒20内水位上升的方式打开(驱动)供水泵60。 [0061] 高燃第一设定水位H1设定为在高燃烧时当水位自此上升以上时无法维持设定干燥度的水位(高燃烧干燥度界限水位)。另外，上部水箱24的高度设定为利用第一控制使从上部水箱24流出的蒸汽的干燥度成为设定干燥度以上。进而，高燃第二设定水位H2设定为在高燃烧时当水位自此降低以下时作为水管过热的水位(高燃烧过热度界限水位)以上的、将基于降水管84的锅炉水的循环比设为设定值(设定循环比)以上的水位。需要说明的是，设定循环比在高燃烧时和低燃烧时设定为相同，但也可以不同。 [0062] 并且，在本实施例1中，基于控制器70的高燃第一设定水位H1的判断在自第一电极52M的有水检测经过高燃第一设定时间T1H后进行，高燃第二设定水位H2的判断在自第一电极52M的无水检测后经过高燃第二设定时间T2H后进行。 [0063] (低燃烧水位控制顺序) [0064] 低燃烧水位控制顺序(图3示出一例)与高燃烧水位控制顺序同样地构成为进行第一控制和第二控制，该第一控制是：当由外部水位检测机构50的第二电极52S检测的检测水位超过比高燃第一设定水位H1高的低燃第一设定水位L1时，以使锅炉筒20内水位降低的方式关闭供水泵60，该第二控制是：当检测水位成为比低燃第一设定水位L1低且比高燃第二设定水位H2高的低燃第二设定水位L2以下时，以使锅炉筒20内水位上升的方式打开供水泵60。 [0065] 低燃第一设定水位L1设定为低燃烧时的干燥度界限水位。另外，上部水箱24的高度设定为利用第一控制使从上部水箱24流出的蒸汽的干燥度成为低燃烧时的设定干燥度以上。进而，低燃第二设定水位L2设定为作为所述过热度界限水位以上的、将基于降水管84的锅炉水的循环比设为所述的设定值以上的水位。 [0066] 并且，在本实施例1中，基于控制器70的低燃第一设定水位L1的判断在自第二电极52S的有水检测经过低燃第一设定时间T1L后进行，低燃第二设定水位L2的判断在自第二电极52S的无水检测后经过低燃第二设定时间T2L后进行。 [0067] (循环比的设定) [0068] 在此，对于第二控制的循环比的设定进行说明。当循环比低时，在下部水箱24中供给有pH低的供水的部分的pH变低，腐蚀的风险升高。与其相对地，当使循环比变高时，pH低的供水和通过降水管84而向下部水箱24供给的pH高的锅炉水混合以能够使锅炉筒20内保持为适当的pH并降低腐蚀风险。进而，通过温度低的供水和温度高的锅炉水的混合，能够将锅炉水整体设为较高的温度分布，从而能够减少由溶解氧引起的腐蚀风险。 [0069] 循环比由(蒸发量+降水量)/(供水量)来定义。蒸发量为来自上部水箱的蒸汽流出量，降水量为通过降水管流下的锅炉水(循环水)的量。在此，当蒸发量＝供水量时，随着降水量增加而循环比变大。 [0070] 所述的第二控制是以提高锅炉水的循环比为目的的结构，也是将以使锅炉筒20内水位上升的方式来控制供水泵60的时序、即将在第一控制后判断为降低为锅炉筒20内水位的第二设定水位的时序设为水位降低为目标循环比设定水位的时序的结构。目标循环比设定水位设为比水管23的过热防止用的过热界限水位高的水位。 [0071] 如上所述，目标循环比设定水位为用于获得设定循环比而设定的水位，但在直流锅炉中循环比设为2以下。与其相对地，在本实施例1的锅炉10中，目标循环比在以下所述的范围内适当设定。设定循环比的下限值基于锅炉筒20内的pH及溶解氧浓度引起的腐蚀风险来设定。另外，在循环比过大时，干燥度界限水位难以控制，故设定循环比的上限值由干燥度界限来设定。并且，在本实施例1的锅炉10中，例如当相对于腐蚀性高的水而将循环比如直流锅炉那样设为2以下时，腐蚀风险变高，故期望的是设为超过2的上限值以下的尽量大的值。 [0072] <关于实施例1的动作> [0073] 首先，对于具有以上那样的结构的锅炉10的汽水分离的功能进行说明，接着对于基于水位控制的干燥度及循环比的控制进行说明。以下的汽水分离的功能的说明以进行后述的设定干燥度维持的水位控制(第一控制)的状态作为前提。 [0074] (汽水分离的功能) [0075] 使供水泵60动作，向水管23使锅炉水供水至规定的高度，使燃烧器30燃烧，此时，水管23内的锅炉水沸腾，含有水滴(液滴)的蒸汽从水管23的开口部分23s向上部水箱24的内部空间24A流入。该流入量根据基于第一控制的水位而变化。并且，蒸汽在因沸腾产生的气泡、暴沸而缭绕上升的水滴偕同蒸汽的状态下，朝向锅炉筒20的出口(开口部分83s)流动。 [0076] 在此，在本实施例1中，上部水箱24将其垂直方向上的尺寸设为如下的距离(时间)的高度，该距离(时间)是为了获得蒸汽中所含有的直径几十μm的水滴(液滴)克服上升的蒸汽并借助重力沉降而其结果是从蒸汽中分离所需要的距离(时间)。因蒸汽的上升速度的不同，需要的垂直方向上的尺寸需要改变，但在本实施方式中，在蒸汽的上升速度例如为0.1～0.5m/sec左右的情况下，内部空间24A的垂直方向上的尺寸设为200mm～700mm。由此，在从水管23的开口部分23s到主蒸汽管83的开口部分83s之间，在汽水混合流体上升的过程中，在重力的作用下，蒸汽中所含有的水滴(液滴)下落，从而可获得所期望的蒸汽干燥度。 [0077] 另外，上部水箱24与现有的上部水箱24相比，内部空间24A的垂直方向上的尺寸设定得较大。由此，能够在从水管23的开口部分23s到主蒸汽管83的开口部分83s之间使汽水混合流体行进的路径(流路长)变长。因此，蒸汽所含有的水分中的大部分附着于上部水箱24的内壁、或因重力的作用而下落等，从而被从蒸汽中除去。 [0078] 并且，通过增大上部水箱24的内部空间24A的垂直方向上的尺寸，在一定程度上除去蒸汽中的水分的汽水混合流体中的、规定的比例的蒸汽与阻流板25冲撞。由此，蒸汽中的水分附着于阻流板25，这些水分合体而因重力下落，从而从蒸汽中将水分除去。 [0079] 除此之外，由于阻流板25存在于上部水箱24的内部空间24A，在上部水箱24的内部空间24A中，汽水混合流体不会朝向开口部分83s呈直线性地流动，与此相应地成为花费到达开口部分83s的时间的状态。尤其是，从水管23的开口部分23s朝向主蒸汽管83的开口部分83s而想要沿着垂直方向呈直线性地行进的汽水混合流体、或想要以接近该直线性的行进的状态行进的汽水混合流体因阻流板25的存在而成为在朝向主蒸汽管83的开口部分83s时避开阻流板25而卷入的状态。由此，汽水混合流体成为到达开口部分83s花费时间的状态，因此，蒸汽所含有的水分附着于内壁24c或因重力的作用而下落。如此，通过设置阻流板25可将蒸汽中的水分良好地除去。 [0080] 如上所述，将大部分的水分除去后的汽水混合流体来到阻流板25的上方之后，并且在阻流板25的上方处也从蒸汽中将水分一定程度地除去之后，来到主蒸汽管83的开口部分83s。然后，在来到该开口部分83s时，成为所期望的干燥度的蒸汽，该蒸汽经由主蒸汽管83而向需要热供给的供给目的地输送。 [0081] (基于高燃烧时的水位控制的干燥度的控制) [0082] 接着，根据图2对于高燃烧时的干燥度的控制进行说明。在以下的说明中，燃烧器30设为继续高燃烧。控制器70在步骤S1(以下，将步骤SN仅称为SN。)中判断是否为自第一电极52M检测出无水(没有检测到水位)后经过高燃第一设定时间T1H(第二控制条件)。在S1中判断为是时，在S2中打开供水泵60。于是，锅炉筒20内的水位上升。 [0083] 在S3中，判断是否为自第一电极52M检测出有水(检测到水位)后经过高燃第二设定时间T2H(第一控制条件)。伴随着锅炉筒20内的水位上升，在S3中判断为是时，判断为到达了高燃第一设定水位H1，移至S4而关闭供水泵70。其结果是，防止锅炉筒20内水位超过高燃第一设定水位H1，故借助上部水箱24的汽水分离功能来维持规定的干燥度(例如，0.98以上)。 [0084] 需要说明的是，到关闭供水泵70为止的高燃第二设定时间T2H假定高燃烧的高浓缩时而被设定。更具体而言，当浓缩度变高时，干燥度降低，故需要降低水位。因而，所期望的是，根据锅炉水的浓缩度以使浓缩度越高而设定时间越短的方式来调整第二设定时间T2H。浓缩度可以利用对燃烧时间或锅炉水的浓缩度进行检测的浓缩度传感器(省略图示)来检测。 [0085] (基于高燃烧时的水位控制的循环比的控制) [0086] 接着，根据图2对于高燃烧时的循环比的控制进行说明。在S4中当关闭供水泵60时，锅炉筒20内的水位逐渐下降。在S1中，当自高燃用第一电极52M检测出无水后经过高燃第一设定时间T1H时，判断为是、即判断为锅炉筒20内水位到达了高燃第二设定水位H2，移至S2而打开供水泵70。其结果是，能够以规定的循环比进行锅炉10的运转。 [0087] (低燃烧运转时的控制) [0088] 另外，锅炉10的低燃烧运转时的水位控制根据图3的控制顺序来控制。在低燃烧运转时，与高燃烧时不同之处在于，由于锅炉水的沸腾较弱，因此利用低燃用的第二电极52S整体上提高水位，控制干燥度、水管过热度、循环比。控制的流程与图2的控制顺序相同地，图4的S1、S2、S3、S4分别与图3的S11、S12、S13、S14对应，故其说明省略。 [0089] (实施例1的效果) [0090] 根据以上那样的结构的实施例1的锅炉10，即便在分离器不存在的结构中，也能够利用上部水箱24和所述的水位控制，将所期望的干燥度(设定干燥度)的蒸汽向供给目的地输送。因此，在锅炉10中，与不存在分离器及将分离器与上部水箱24连接的管路等的附属构件相应地，能够减少这些分离器及附属构件所需的材料相关的成本、及分离器及附属构件的制作所需的成本。 [0091] 另外，在本实施例1的锅炉10中，上部水箱24的内部空间24A的垂直方向上的尺寸比下部水箱22及现有的上部水箱24设定得较大。由此，能够使汽水混合流体在从水管23的开口部分23s到主蒸汽管83的开口部分83s之间行进的路径(流路长)变长，因此，能够使蒸汽所含有的水分中的大部分附着于上部水箱24的内壁或因重力的作用下落等而除去。即，通过使上部水箱24的垂直方向上的尺寸比下部水箱22及现有的上部水箱24大，由此能够良好地发挥汽水分离的功能。 [0092] 另外，在本实施例1的锅炉10中，阻流板25设于上部水箱24的内部空间24A。因此，汽水混合流体与阻流板25冲撞，并且由于阻流板25的存在而汽水混合流体的内部空间24A中的上升速度变慢。由此，能够将汽水混合流体中的水滴(液滴)除去，从而能够提高蒸汽的干燥度。即，由于阻流板25的设置，能够从汽水混合流体中将水分进一步良好地除去。 [0093] 进而，在本实施例1中，由于将第二设定水位H2、L2设定为比过热防止用的过热界限水位高的水位即目标循环比设定水位，故能够防止水管过热进而以规定的循环比进行水位控制。其结果是，pH低的供水和通过降水管84而向下部水箱22供给的pH高的锅炉水适度地混合以将锅炉筒20内保持为适当的pH并能够减少腐蚀风险。进而，通过温度低的供水和温度高的锅炉水的混合，能够将锅炉水整体设为较高的温度分布，从而能够减少溶解氧引起的腐蚀风险。 [0094] (实施例1的变形例) [0095] 在实施例1中，第一设定水位及第二设定水位的检测由共用的电极52M、52S来进行，基于控制器70的第一设定水位的判断自电极52M、52S的有水检测经过设定时间后进行，第二设定水位的判断自电极52M、52S的无水检测经过设定时间经过后进行。但是，也可以构成为第一设定水位的判断在电极52M、52S的有水检测后立即进行、或第二设定水位的判断在电极52M、52S的无水检测后立即进行。 [0096] 实施例2 [0097] 接着，根据图4说明本发明的实施例2。在本发明中，能够根据锅炉筒内压力、供水温度、锅炉水(锅炉筒内的水)的浓缩度中的任一个或多个(两个或三个)来调整目标循环比设定水位。锅炉筒内压力其值越高越有利于干燥度的维持，但不利于规定的循环比的维持及过热的防止。对于供水温度及锅炉水浓缩度而言正相反，其值越高越不利于干燥度的维持，但有利于规定的循环比的维持及过热的防止。因而，目标循环比设定水位在锅炉筒内压力上升时变高，在向锅炉筒的供水温度或锅炉水的浓缩度上升时变低。即，随着锅炉筒内压力上升、并且随着供水温度或锅炉水的浓缩度下降(降低)，使第一设定水位及第二设定水位变高。 [0098] 在本实施例2中，如图4所示，利用对锅炉筒20内压力(蒸汽压力)进行检测的压力传感器90来检测，并且利用对供水管80内的供水的温度进行检测的温度传感器100来检测。并且，根据检测压力和检测温度来调整所述的第一设定时间及第二设定时间。具体而言，随着锅炉筒20内压力上升、并且随着供水温度下降，供水泵60打开的时序提前(缩短第一设定时间)，供水泵60关闭的时序延迟(延长第二设定时间)，由此使水位上升。 [0099] 为了实现该结构，例如将设定有根据锅炉筒内压力及供水温度的变化而变化的目标循环比设定水位的表格预先储存于存储器。并且，从该表格中读取与检测出的锅炉筒内压力和供水温度对应的目标循环比设定水位，并进行基于该目标循环比设定水位的水位控制，从而能够实现。需要说明的是，锅炉水浓缩度例如可以在降水管的下部处进行检测。 [0100] 根据该实施例2，即便锅炉筒内压力及供水温度变化也能够维持规定的循环比。 [0101] 实施例3 [0102] 接着，根据图5对于本发明的实施例3进行说明。实施例1利用共用的电极来进行第一设定水位及第二设定水位的检测，而实施例3利用不同的电极来进行第一设定水位及第二设定水位的检测。即，作为外部水位检测装置50的高燃第一电极52M而具备检测高燃第一设定水位H1的第一电极52M1和检测高燃第二设定水位H2的第二电极52M2，基于控制器70的第一设定水位H1的判断自第一电极52M1的有水检测后立即进行或自有水检测经过高燃第三设定时间后进行，第二设定水位H2的判断自第二电极52M2的无水检测后立即进行或自无水检测经过高燃第四设定时间后进行。另外，作为外部水位检测装置50的低燃第二电极52S而具备检测低燃第一设定水位L1的第一电极52S1和检测低燃第二设定水位L22的第二电极52S2，基于控制器70的低燃第一设定水位L1的判断自第一电极52S1的有水检测后立即进行或自有水检测经过低燃第三设定时间后进行，低燃第二设定水位L2的判断自第二电极52S2的无水检测后立即进行或自无水检测的经过低燃第四设定时间后进行。 [0103] 在该实施例3中，也能够根据锅炉筒内压力、供水温度、锅炉水的浓缩度中的任一个或多个来调整各设定时间。通过如此构成，即便锅炉筒内压力、供水温度、锅炉水的浓缩度中的任一个或多个变化也能够维持规定的循环比。 [0104] 实施例4 [0105] 接着，根据图6说明本发明的实施例4的锅炉10。本发明不仅能够像上述的实施例1～实施例3那样，适用于多个水管23排列成环状的构造的锅炉筒构造的锅炉，也可以同样地适用于图6所示的锅炉10那样、将多个水管23以呈长方体形状的方式排列而成的构造的锅炉。在以下的实施例4的说明中，以与实施例1不同的结构为中心进行说明，对与实施例1对应的结构要素标注相同的附图标记而省略其说明。 [0106] 从节约空间化等的观点来说，图6所示的锅炉10具备锅炉筒20，该锅炉筒20由长方体状的下部水箱22、相同的长方体状的上部水箱24及由立足于该两水箱22、24之间而垂直配设的多个水管23构成的水管组构成。在构成该锅炉筒20的水管组中，对于配置在长边方向上的两外侧的水管23而言，相邻的水管23彼此分别经由连结构件(省略图示)连接而形成一对水管壁(省略图示)。因而，锅炉筒20具备由下部水箱22、上部水箱24及一对水管壁形成的长方体状的划分室。该划分室相当于上述的各实施方式中的燃烧室21A，来自设于长边方向的一端侧的燃烧器30的火焰进行燃烧反应且同时朝向废气出口103流动。 [0107] 在该图6所示的锅炉10中，虽省略图示但设有与上述的各实施例相同的降水管84。即，构成为将浓缩后的锅炉水滞留的上部水箱24与供给有新的锅炉用水的下部水箱22通过降水管84来连接，从而使上部水箱24内的锅炉水自然循环。在此，该图6所示的锅炉 10的水位控制与上述的实施例1同样地进行，省略其详细说明。 [0108] 本发明并不局限于上述的实施例1～4。例如，在上述的实施方式中，对于作为流路延长机构采用阻流板25的情况进行了记述。但是，流路延长机构不局限于阻流板25。例如，可以在上部水箱24的内部空间24A设置迷宫机构，也可以使上部水箱24的内部空间24A细微地划分为使入口和出口相离的小区间而使汽水混合流体的行进中的流路延长。另外，为了进行汽水分离，也可以设置细微的网眼状的过滤器。 [0109] 另外，也可以构成为，利用不基于电极而能够变更设定水位的水位传感器(例如，差压传感器)来进行外部水位检测装置50的水位检测，当使目标循环比设定水位本身变更且水位降低为变更后的目标循环比设定水位时，打开供水泵60。 [0110] 附图标记说明如下： [0111] 10…锅炉 [0112] 20…锅炉筒 [0113] 22…下部水箱 [0114] 23…水管 [0115] 24…上部水箱 [0116] 25…阻流板 [0117] 30…燃烧器 [0118] 50…外部水位检测装置 [0119] 52M…第一电极 [0120] 52S…第二电极 [0121] 60…供水泵 [0122] 70…控制部(控制机构) [0123] 80…供水管 [0124] 84…降水管 |
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