【２級ボイラー技士】第7回　水管ボイラーの特徴と種類について【独学合格】

こんにちは、資格マニアのパル子です。今回は、２級ボイラー技士免許試験に出題される「水管ボイラーの特徴と種類」について解説します。

過去問を分析して、特に出題頻度が高いところは太字にしておりますので、重点的に覚えましょう。

趣味は、資格取得とゲームとライフハックです。

誰かの役に立つかもしれない情報をマイペースに発信します。

民間１０社、国家公務員、地方公務員など様々な職を経て、今はまったりと自分のペースで仕事をしています。

水管ボイラーの特徴

水管ボイラーは、一般に、多数の水管で形成され、水管内で蒸発が行われるようにできたボイラーです。水管ボイラーの特徴は、次のとおりです。

圧力、容量の制限が少ない：構造上、低圧小容量にも、高圧大容量用にも適しています。
燃焼室の自由度が高い：燃焼室を自由な大きさに作れるので、燃焼状態がよく，様々な燃料や燃焼方式に適応できます。
熱効率が高い：伝熱面積を大きくすることができるので、一般に熱効率を高くしやすくなります。
保有水量が少ない：伝熱面積当たりの保有水量が少ないので、起動から所要蒸気を発生するまでの時間が短くてすみます。その反面、負荷変動によって圧力及び水位が変動しやすいので、きめ細かな調整を必要となります。特に高圧ボイラーでは、厳密な水管理を行わなければなりません。

水管ボイラーをボイラー水の流動方式によって分類すると、自然循環式、強制循環式、貫流式の三つになります。それでは、それぞれの方式の水管ボイラーについて詳しく見ていきましょう。

自然循環式水管ボイラーは、多数の水管を組み合わせて、加熱により水の自然循環回路がつくられるように構成されたボイラーで、水管ボイラーとして最も広く使用されています。

近年は水管に曲管を使用する形式が広く採用されています。

立て水管ボイラーは、上部の燃焼室から出る炎や高温ガスを、円で囲むように多数の水管が立っている構造となっています。

内側にある水管が、高温ガスに接触する受熱の大きな上昇管となります。一方で、外側の受熱の小さい水管は下降管として働き循環系を構成しています。

二胴形水管ボイラーは、炉壁内面に水管を配した水冷壁と、上下の胴をつなぐ水管を組み合わせた形式のものが一般的です。

水管ボイラーにおいて、胴はドラムと呼ばれ、蒸気の回収する部分を蒸気ドラム、水の溜まる部分を水ドラムといいます。

蒸気ドラムと水ドラムが各1個の2胴形のものが使用されることが多いですが、蒸気ドラム1個及び水ドラム2個の3胴形などもあります。

高圧大容量ボイラには、放射形ボイラーが使用されます。炉壁全面を水冷壁とし蒸発部の接触伝熱面が少ないという特徴があります。

高圧になるほど蒸気と水との密度差が小さくなり、循環力が弱くなりますので、ポンプを利用して強制的にボイラー水の循環を行わせる強制循環式水管ボイラーというものが使われます。

循環ポンプは、ボイラー水の循環系路中に設けられることが一般的です。

貫流ボイラーは、長い管で構成され、給水ポンプによって管系の一端から押し込まれた水が、貫流する過程で加熱されもう一方の端から蒸気が取り出せるようになったものです。

このボイラーには次のような特徴があります。

高圧ボイラーに適している：管系だけから構成され、蒸気及び水ドラムを要しないので、高圧ボイラーに適しています。また、圧力が水の臨界圧力を超える超臨界圧力のボイラーには、すべて貫流式が採用されています。
コンパクトな構造にできる：管を自由に配置できるので、全体をコンパクトな構造にすることができます。同容量の丸ボイラーと比較して、据付け面積を20〜25%程度に抑えられるため、小形低圧ボイラーとして、多く使われています。
蒸気発生までの時間が短い：伝熱面積当たりの保有水量が著しく少ないので，起動から所要蒸気を発生するまでの時間が短くなります。
自動制御装置が必要：負荷の変動によって圧力変動を生じやすいので、応答の速い自動制御装置を必要とします。
良質な給水が必要：細い管内で給水の全部あるいはほとんどが蒸発するので、質の悪い水を使うと不純物が残ってしまいます。そのため、十分な処理を行った給水を使用しなければなりません。