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【ボイラー】水管ボイラーについて詳しく解説!小型貫流ボイラーとの関係は?

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エネルギー管理士の勉強をしていると、「丸ボイラー」と「水管ボイラー」という言葉が出てきますが、「仕事でいつも聞く名称と違うな?」と思った方はいませんか?

今回は水管ボイラーの特徴と種類について解説します。

こちらの記事は動画でも解説しているので、動画の方がいいという方はこちらもどうぞ。

水管ボイラーとは

最初にタイトルについてお答えしておくと、多くの現場で使われている小型貫流ボイラーは、水管ボイラーと呼ばれる分類の中の1つです。

ボイラーについては大きく2つの種類に大別されます。大きな容器の中に入った水を蒸発させる丸ボイラーと、細い配管の中に通る水を加熱する水管ボイラーです。

水管ボイラーの歴史は長く、1800年代前半に最初の水管ボイラーが実用化されたそうです。

水管ボイラーと貫流ボイラーを別のものとして説明している資料もありますが、大枠としては同じと考えてよいでしょう。

水管ボイラーの特徴

水管ボイラーは、蒸発管と呼ばれる複数の配管内の水をバーナーで加熱する構造をしています。

炉筒煙管ボイラーなどの丸ボイラーと比べると、一般的に以下のようなメリット・デメリットがあります。

  • 多くの水管がある構造で、水量に対して伝熱面積が大きいため、立ち上げ時間が早い
  • ボイラー内の水容量を小さく設計できるため、より高圧の蒸気を作ることができる
  • 保有水量が小さいため、丸ボイラーと比べると蒸気使用量が大きく変動すると圧力変化が起きやすい(負荷変動に弱い)
  • 細い水管を加熱するため、丸ボイラーと比べると、スケールやスラッジなど不純物の析出の影響を受けやすい(効率低下や水管閉塞のトラブル)

小型貫流ボイラーや炉筒煙管ボイラーについては、過去にも記事を書いているので載せておきます。

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水管ボイラーの種類

水管ボイラーには3つの種類があります。

自然循環ボイラー

2つのドラム(水が入る容器)を持つボイラーで、上部に汽水ドラム、下部に水ドラムがあり、両者は複数の水管でつながっています。

水管を加熱する(蒸発管と呼びます)ことで、水が加熱され気化して生まれた蒸気が、汽水ドラム上部から蒸気使用先へと送られていきます。

汽水ドラム内で熱を失った低温の水は、高温の水よりも比重が大きいため、自然と水管を通って下に落ちていきます。蒸発管に到達し、再びバーナーで加熱されると上の方に浮き上がっていきます。

丸ボイラーよりもドラムサイズを小さくすることができます。最大で15MPa程度までは蒸気圧力を上げられるそうです。中規模発電所で使用されています。

強制循環ボイラー

自然循環ボイラーと似た構造で、汽水ドラム、水ドラムがありますが加えて、汽水ドラムと蒸発管をつなぐ場所に循環ポンプが設置されています。

水は高温高圧になると密度差が小さくなり、自然循環方式ではうまく循環しなくなるという問題があります。そのためポンプで強制的に循環させる方式が取られるようになりました。

この方式では20MPa程度まで使用することができます。中小規模の発電所で使われています。

貫流ボイラー

貫流という字の如く、下から上に水が貫いて流れる構造をしており、循環ボイラーのようなドラムがないのが特徴です。容積の大きなドラムを設けないということは、耐圧を上げることにもなります。

大規模な発電所で使われており、超臨界圧ボイラーはとしても使用されています。

工場や事業所の規模で使用される小型貫流ボイラーは、比較的低圧かとは思いますが、貫流ボイラーを小型化したものです。容積を削れるので小型化でき、複数大設置することが容易です。

詳しくは過去の記事でも解説していますので、ご覧ください。

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まとめ

  • 水管ボイラーとは細い水管を加熱するタイプのボイラーのこと。
  • 貫流ボイラーは水管ボイラーの一つで、小型化・高圧化に適している。
  • 使用圧力によって自然循環、強制循環、貫流などの方式がある。

水管ボイラーは大きなくくりの一つですが、最近では最も多く導入されている種類といえます。

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エコおじい

プラント系エンジニアです。2017年から工業技術に関する情報をまとめて発信しています。最近、Youtubeも始めました。応援していただけるという方は更新情報などを発信するので、Twitterのフォローお願いします。

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