ウォーターチューブボイラー | ウォーターチューブボイラーの操作と種類

水管ボイラーは、水がチューブ内に加熱され、その周りを高温のガスが取り囲むようなボイラーです。これが水管ボイラーの基本的な定義です。実際には、このボイラーは火管ボイラーとは逆で、高温のガスが水を取り囲むチューブを通る構造になっています。

水管ボイラーの利点

水管ボイラーには多くの利点があり、そのためこれらのボイラーの種類は主に大規模な火力発電所で使用されています。

1. より多くの水チューブを使用することで、より大きな加熱面積を得ることができます。

2. 対流による流れにより、水の動きは火管ボイラーよりも速いため、熱伝導率が高く、効率も高くなります。

3. 最大140 kg/cm2の非常に高い圧力を安定して得ることができます。

水管ボイラーの動作原理

水管ボイラーの動作原理は非常に興味深く、シンプルです。
ここでは、水管ボイラーの非常に基本的な図を描いてみましょう。これは主に2つのドラム、すなわち上部ドラム（蒸気ドラム）と下部ドラム（泥ドラム）で構成されています。これらの上部ドラムと下部ドラムは、ダウンコマーとライザーチューブという2つのチューブで接続されています。

下部ドラムとそれに接続されたライザー内の水が加熱され、蒸気が生成されます。生成された蒸気は自然に上部ドラムに移動し、そこで水から分離されて水面上に蓄えられます。上部ドラムから冷たい給水が供給され、これが下部ドラムとライザー内の温かい水よりも重いため、冷たい水は温かい水を押し上げてライザーを通って上昇します。これにより、ボイラーシステム内で対流による水の流れが生じます。

さらに蒸気が生成されると、閉鎖系の圧力が上昇し、この対流による水の流れを妨げ、結果として蒸気の生成速度が比例して遅くなります。また、蒸気が蒸気出口を通って取り出されると、システム内の圧力が低下し、結果として対流による水の流れが速くなり、蒸気の生成速度が速くなります。このように、水管ボイラーは自身の圧力を制御することができます。したがって、このタイプのボイラーは自己制御マシンと呼ばれます。

水管ボイラーの種類

多くの水管ボイラーの種類があります。

1. 水平直管ボイラー。

2. 曲管ボイラー。

3. サイクロン式ボイラー。

水平直管ボイラーはさらに以下の2つの異なるタイプに細分化できます。

1. 縦型ドラムボイラー

2. 横型ドラムボイラー。

曲管ボイラーも以下の4つの異なるタイプに細分化できます。

1. 二ドラム曲管ボイラー。

2. 三ドラム曲管ボイラー。

3. 低頭三ドラム曲管ボイラー。

4. 四ドラム曲管ボイラー。

水平または縦型またはバブコック・ウィルコックス水管ボイラー

バブコック・ウィルコックスボイラーの構造

バブコック・ウィルコックスボイラーは、縦型ドラムボイラーまたは水平管ボイラーとも呼ばれています。このタイプのボイラーでは、1つの円筒形ドラムが熱源の上方に長軸方向に配置されています。ドラムの後方にはダウンコマー管が設置され、前方にはライザー管が設置されています。これらダウンコマー管とライザー管は、5oから15oの直線状の水管によって接続されています。

縦型ドラム水管ボイラーの動作原理

バブコック・ウィルコックスボイラーの動作原理は、サーモニフォン原理に基づいています。縦型ドラムボイラーの構造で述べたように、長軸方向に配置されたドラムには、後方の給水口から冷たい水が供給されます。冷たい水は重いため、ドラムの後方に設置されたダウンコマー管を通って落下します。ダウンコマー管から水は水平の水管に入り、そこで熱せられて軽くなります。

水が軽くなると、これらの傾斜した水平管を通って上昇し、最終的にライザーを通ってボイラーのドラムに戻ります。水が傾斜した水平管を通って移動する際に、周囲の高温ガスから熱を吸収し、結果としてこれらの管内に蒸気泡が生成されます。これらの蒸気泡はライザーを通って蒸気ドラムに到達し、自然に水分離されて、バブコック・ウィルコックスボイラーの縦型ドラム内の水面の上に蓄えられます。

横型ドラム水管ボイラー

横型ドラム水管ボイラーの構造

横型ドラムボイラーは、縦型ドラムボイラーの一種です。横型ドラムボイラーでは、蒸気ドラムが熱源に対して横方向に配置されています。ドラムの底部にはダウンコマーが、ドラムの上部にはライザーが水平管を介して接続されています。5oから15oの傾斜した水管がダウンコマーとライザー管と同様の方法で接続されています。