(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱管に付着している付着物にノズルを近接して、ノズルから付着物へ向けて水を噴射して付着物を除去する伝熱管付着物除去装置において、前記ノズルを二重管構造とし、中心管より高速水噴流を、外周側環状開口部より低速水噴流を噴射することを特徴とする伝熱管付着物除去装置。
【請求項２】
請求項１記載の伝熱管付着物除去装置において、噴射圧力の切り換え操作により、前記低速水噴流ならびに高速水噴流を独立に噴射することを特徴とする伝熱管付着物除去装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の伝熱管付着物除去装置において、前記低速水噴流を２００ｋｇｆ／ｃｍ2 （２０ＭＰａ）未満の噴射圧力により、高速水噴流を２００ｋｇｆ／ｃｍ2 （２０ＭＰａ）以上の噴射圧力によりノズルより噴射することを特徴とする伝熱管付着物除去装置。
【請求項４】
請求項１または３項記載の伝熱管付着物除去装置において、前記低速水噴流中に高速水噴流を同時に噴射することを特徴とする伝熱管付着物除去装置。
【請求項５】
請求項１記載の伝熱管付着物除去装置において、前記ノズルにダミー噴流を噴出させるダミー噴流口を設けたことを特徴とする伝熱管付着物除去装置。
【請求項６】
請求項１記載の伝熱管付着物除去装置において、前記ノズルを先端に取り付けたノズルマニュピレータにクランプ部材を設け、そのクランプ部材により水噴射時に伝熱管をクランプすることを特徴とする伝熱管付着物除去装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ボイラの予防保全技術に係り、特に伝熱管外表面の付着物を水噴流を利用して除去する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
石炭焚ボイラや重質油焚のボイラでは、灰粒子が高温で溶融し、伝熱管に付着する。図２６に示すように、ボイラ火炉の上部にある吊り下げ過熱器（２次過熱器）２に付着した灰は大きな塊に成長し、付着ハードクリンカ３となる。この付着ハードクリンカ３の一部は、ボイラ停止時に、熱衝撃のために伝熱管から剥離し火炉ホッパ７へ落下するが、大部分の付着ハードクリンカ３は剥離・落下することなくそのまま残る。
【０００３】
このような付着ハードクリンカ３の成長は、ボイラ火炉１の熱負荷、ガス温度や燃料種の性状（灰の融点）等の複合作用によるとされているが、詳細なメカニズムまでは分かっていない。
【０００４】
付着ハードクリンカ３が著しく成長すると、ボイラが稼動中の場合は、炉内ガス流の流動抵抗となる。さらに、このハードクリンカ３は、定期点検時の火炉補修作業の大きな支障となり、突然落下すれば大変に危険である。従って、この付着ハードクリンカを除去するために、多大な労力が費やされてきている。
【０００５】
なお、図２６において４はノーズ、５はバーナ、６は送炭管である。
【０００６】
図２７に模式的に示したのがハードクリンカ３の一つの処理例である。ノーズ４の上部に簡易足場９を組み、作業者１０が水洗用のガン１１を操り、水噴流を付着ハードクリンカ３に向けて吹きつける。
【０００７】
この方法によれば、比較的で脆弱なクリンカは除去でるが、ハードクリンカ全部を破壊することはかなり難しく、多大な水洗時間が必要になる。また、簡易足場９を組む作業はボイラ火炉内の高所作業であり、特殊な技能を有する作業者が必要である。
【０００８】
なお、図２７において、８はマンホール、１２は水噴流、１３は送水管、１４はプランジャポンプ、１５は炉底クリンカ、３２は灰処理装置である。
【０００９】
以上のような水洗法においては、ハードクリンカを容易に破壊し切れないという問題があったが、その理由は、水噴流のエネルギーが分散するような状況で行われるためである。
【００１０】
従来は噴射圧力Ｐが８０ｋｇｆ／ｃｍ2 （８ＭＰａ）程度の比較的低い圧力で水噴射が行われていた。図２８は、その水噴流の状況を模式的に描いたものである。
【００１１】
ノズル１６から噴出した水流の中心には、始めは芯状水柱２４が生じるが、下流で分裂し水滴群２５となる。この噴流は噴霧流２７となり、付着ハードクリンカ３に衝突するまでにはかなり広がり、衝突エネルギーは分散して減衰してしまっている。
【００１２】
従って、このような従来式の水洗法によっては、付着ハードクリンカ３は中々破壊に至らない。噴射圧力Ｐが低く、スタンドオフ距離ｘS （ノズル１６と付着ハードクリンカ３との距離）が長過ぎることが、図２８に示すように広がり過ぎて衝突エネルギーが減衰する噴流の形態になると考えられる。このような噴霧流では、付着ハードクリンカ３の広い表面上において、低速の水滴群が衝突する作用が生じるに過ぎない。
【００１３】
なお図２８において、１７は高圧水、２２は中心軸、２６は水滴である。
【００１４】
噴霧のように拡散する低速水噴流を用いる炉内付着灰除去法は、図２９に示すウォールブロワーとして製品化されている。同図のような手法によれば、メンブレン水壁２８上の軟らかい灰であれば除去効果があるが、ハードクリンカ３は中々除去しにくいと考えられる。図中の３０はノズルガンである。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
一部繰り返すことになるが、ここでは従来技術における問題点をまとめる。
【００１６】
上記したように、従来の水洗法によると、流量の多い噴流を用いるが、
（１）ノズル先端と除去対象のクリンカとの距離（スタンドオフ距離）が長過ぎ、
（２）ノズルの噴射圧力が低く、噴出流速も低い、
という理由により、噴流の衝突エネルギーが分散するという問題がある。
【００１７】
脆弱なクリンカはこのような方法でも容易に除去できるが、一度溶融して固化した、いわゆるハードクリンカを破壊することは困難である。そのため、ハードクリンカを除去するのに多大な時間を要し、ボイラの点検作業に支障となることもあった。
【００１８】
さらに、伝熱管が大量の洗浄水によって長い時間濡らされるため、全面腐食（いわゆる「赤サビ」と言われる形態のもの）が生じる場合もあり得る。ハードクリンカを十分に除去できなければ、クリンカが万が一落下する危険もあり、炉内点検作業の安全性は完全とは言えなくなる。
【００１９】
一方、このような水洗作業ではボイラのノーズ部に簡易足場を組むが、足場の組み立てや足場からの水洗は高所作業となり、安全対策を十分に施したとしても、作業環境が良好であるとは言い難い。さらに、水洗作業は狭いスペースで行っていたため暑く、ダストや水滴が飛散する環境の中で行われるという問題があった。
【００２０】
本発明の目的は、作業が容易で、ハードクリンカも短時間で容易に除去でき、母材に対する影響のない伝熱管付着物除去装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、伝熱管に付着している付着物にノズルを近接して、ノズルから付着物へ向けて水を噴射して付着物を除去する伝熱管付着物除去装置において、前記ノズルを二重管構造とし、中心管より高速水噴流を、外周側環状開口部より低速水噴流を噴射することを特徴とするものである。
【００２２】
前記ノズルを先端に取り付けたノズルマニュピレータの基部は操作部であり、そのマニュピレータは伸縮、折れ曲がり及び回転が可能になっている。
【００２３】
噴射条件は以下のようにする。いずれも、前述した従来技術に比べて、ノズルから噴出する噴流のクリンカに対する衝突エネルギーを高めるようにしている。
（１）スタンドオフ距離ｘS ：５０〜４００ｍｍ、より望ましくは７０〜２５０ｍｍ
（２）噴射圧力Ｐ：２５０〜１５００ｋｇｆ／ｃｍ2 （２５〜１５０ＭＰａ）、より望ましくは３００〜６００ｋｇｆ／ｃｍ2 （３０〜６０ＭＰａ）
（３）ノズルのトラバース速度Ｖｔ：５〜４０ｍｍ／ｓｅｃ、より望ましくは８〜１５ｍｍ／ｓｅｃ。
【００２４】
高圧水噴射時には、ノズルに作用する反力をキャンセルするために、ノズル部においてダミージェットを噴射する。これにより、ノズルの揺動を防止できるし、スタンドオフ距離を所定の条件に安定に保つことがとできる。
【００２５】
ノズルには、暗い炉内でクリンカを照らし出すためのライトと、クリンカの付着を認識するための小型カメラを設ける。このようにすれば、高圧水を用いた施工後のクリンカの脱落と裸の伝熱管を確認することができる。カメラからの画像は、マニュピレータを操作する位置で、作業者がＣＲＴで確認して母管とクリンカを認識する。ノズルをトラバースさせることにより、クリンカを発見次第、高圧水をノズルから噴射し、クリンカを破壊する。
【００２６】
ノズルマニュピレータに遠隔操作の可能なクランプ部材を設け、水噴流の噴射時に伝熱管をクランプして、ノズルマニュピレータの揺動や伝熱管群の揺動を防ぐ。
【００２７】
伝熱管群に付着するクリンカは、比較的脆弱な部分とかなり強度の高い部分が存在し、これらが層状に入り混じって塊になっている。これらを効率よく除去するために、低速水噴流と高速水噴流を切り替えて噴射する。低速水噴流は脆弱な部分に衝突させ、一方、高速の水噴流はハードクリンカへ衝突させる。
【００２８】
クリンカの強弱の状態は、ノズルマニュピレータに近接して設置するＴＶカメラの像から容易に識別することができる。脆弱なクリンカは、表層がいわば「ザクザク」したような様相を呈する。高強度のハードクリンカは、一度溶融したものが固まって生じているためか、表面が平滑であり、色は黒っぽく発泡痕も多く見られる。
【００２９】
ノズルは、出来るだけコンパクトな構造がよいので二重管構造にして、中心の円筒部からは高速水噴流を噴射し、外周の環状開口部からは低速水噴流を噴射する。低速及び高速水噴流の噴射の切り替えは、切り替え弁の操作で行う。
【００３０】
上記した低速水噴流においては、噴射圧力２００ｋｇｆ／ｃｍ2 （２０ＭＰａ）未満が相応しく、高速水噴流では２００ｋｇｆ／ｃｍ2 （２０ＭＰａ）以上の噴射圧力が必要である。
【００３１】
これらの条件は、多くのクリンカを対象に、広範囲な噴射条件において、破壊する実験から導いたものである。低速水噴流と高速水噴流を同時に噴射することも可能で、低速水噴流中に高速の水噴流を噴射する。速度差が大きいので、中心の高速水噴流は、激しいキャビテーションが発達する。このキャビテーションによる衝撃作用を利用することによっても、クリンカを除去することができる。
【００３２】
【作用】
本発明によれば、次のような作用によりハードクリンカを破壊・除去する効果が生まれる。
【００３３】
ノズルを最適な位置までクリンカに近接させる。さらに、ノズルの噴射圧力を適切な条件にする。このようにすることで、クリンカに衝突する噴流の形態は、クリンカに水圧的衝撃を加えるのに最適な状態となる。
【００３４】
すなわち、所定の噴射圧力でノズルから噴出する水噴流は、断続的に分裂し、分裂した水柱がハードクリンカに対して「弾丸」のように繰り返して衝突し、ハードクリンカを破壊する。
【００３５】
本発明における噴射条件によれば、ハードクリンカは容易に破壊し、伝熱管から離脱する。熱が加わらないので、クリンカは伝熱管から完全に剥離する。
【００３６】
本発明において設定したスタンドオフ距離ｘS 、噴射圧力Ｐ及びノズルトラバース速度Ｖｔであれば、伝熱管に一切の損傷を与えない。また、むやみに噴射圧力Ｐを上昇させたり、水噴射量を増やしたりする訳ではないので、吊り下げ伝熱管群の揺動も問題にならぬ程度である。
【００３７】
さらに、ノズルではダミー噴流を用いるので、ノズルにおける反力は小さく、片持ちばり的なアームの先端にノズルを設けても、噴射時にノズルの振動はない。また、ノズルの位置ずれも小さく、設定した条件で確実にハードクリンカを破壊・除去することができる。
【００３８】
また低速水噴流を併用することで、脆弱なクリンカを除去することができるとともに、ハードクリンカは高速の水噴流により破壊して除去できる。
【００３９】
このようにすれば、脆いクリンカを過大な高圧水噴流で除去したり、ハードクリンカに低速水噴流を衝突させて破壊できずに長時間噴射するといった無駄を省けるようになり、水噴流として使用する水を有効に使用できる。
【００４０】
さらに、ノズルマニュピレータが伝熱管群をクランプしているために、水噴流噴射時においても伝熱管群の揺動が少くなるとともに、ノズルマニュピレータの揺動を抑えることができる。
【００４１】
従って、ノズルと除去対象のクリンカ間の最適スタンドオフ距離の設定が可能になる。ノズルから噴出直後の水噴流には、柱状芯部が生じ、この芯部が水滴へと分裂し、下流で広がる噴流中へ分散していく。
【００４２】
この柱状芯部の先端は断続的に振動するが、この振動する柱状芯部先端の領域を利用してクリンカに衝突させれば、かなり効果的にクリンカを破壊することができる。
【００４３】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は第１実施例に係る高速ウォータジェットを用いた炉内付着物除去装置の上面図、図２はその付着物除去装置の側面図である。
【００４４】
付着ハードクリンカ３は、ボイラ火炉の頂部に近い吊り下げ過熱器（２次過熱器）２に堅固に固着している。ノズル１６は、作業者１０により遠隔操作をするノズルマニュピレータ２９の先端に固定してある。このノズルマニュピレータ２９は、伸縮（イ）、回転（ロ）、回転（ハ）が可能であり、ノズル１６を付着ハードクリンカ３に対し容易に近づけることができる。
【００４５】
ノズルマニュピレータ２９は回転ジョイント２９ｃにおいて折れ曲がり、方向決定サポート治具２９ｄによって折れ曲がった状態で固定される。ノズル１６は、最適なスタンドオフ距離になるように、付着ハードクリンカ３に近づける。
【００４６】
高圧水１７は、ノズルマニュピレータ２９の基部からノズルマニュピレータ２９に併設する高圧水供給管（図では省略）を通じてノズル１６に導かれる。
【００４７】
作業者１０は、ノズルマニュピレータ２９の操作部２９ａを操作して延設部２９ｂを引き出し、ノズル１６を付着ハードクリンカ３に近づける。後述するが、ノズル１６には、暗い炉内でもクリンカを識別できるようにライトを内蔵した小型カメラを装着しており、作業者１０は、ＴＶに写し出される画面をもとに、伝熱管と付着ハードクリンカ３を確認し、付着ハードクリンカ３を見つけ次第ノズル１６から高圧水（高速水噴流３１）を吹きつけて付着ハードクリンカ３を破壊する。
【００４８】
図３は、ノズルから高速水噴流を噴射し、これをハードクリンカへ衝突させる状況を模式的に描いたものである。
【００４９】
本実施例では、先端がＴ字型に分割する直角衝突ノズル１６ａを用いた。ノズルマニュピレータ２９を、付着ハードクリンカ３に対して平行に位置決めすれば、直角衝突ノズル１６ａより噴出する高速水噴流３１は、付着ハードクリンカ３に対し直角に衝突し、クリンカ３を破壊する。Ｔ字型の直角衝突ノズル１６ａの他方からは、ダミー噴流３３を噴出させている。
【００５０】
これは、高圧水を噴射することによってノズル１６に生じる反力をキャンセルするためである。このダミー噴流により、ノズル１６の揺動がなくなり、ノズル−クリンカ間のスタンドオフ距離ｘS が、高圧水１７の噴射期間中安定に保たれる。
【００５１】
このダミー噴流を、対向部にある吊り下げ過熱器（２次過熱器）２の付着ハードクリンカ３へ衝突させることができれば、クリンカ除去能率が向上する。
【００５２】
図４は、基本的には図３の例と同じであるが、Ｙ字型の傾斜ノズル１６ｂからの高速水噴流３１を、付着ハードクリンカ３に対し斜めに衝突させる。この場合でも、分岐したもう一方の噴出孔からは、反力をキャンセルするためのダミー噴流３３を噴出しており、ノズルの揺動を防いでいる。
【００５３】
図５と図６には、ノズルの構造例を示す。図５のノズル１６は、円錐形径収縮部（しぼり部）を有しており、高圧水１７がゆっくりと減圧・加速される。このノズル１６は高速水噴流の広がりを出来るだけ抑えて、高速水噴流３１をビーム状に絞りたい場合に適している。
【００５４】
噴出孔２０の出口には、高速水噴流３１の作用で非円形に壊食するのを防ぐため、円形の座ぐり部２１を設けている。噴出孔２０の出口が非円形に壊食すると、高速水噴流３１の形状が崩れて分裂し、遠くまで貫通する勢いが乏しくなるという問題がある。図中の２２は中心軸である。
【００５５】
図６に示すノズル１６は釣鐘状径収縮部（絞り部）２３を有し、図５に示したノズル１６からの噴流に比べて多少の噴流の広がりは犠牲にして、噴流の乱れを促進する。このタイプは噴出孔２０が大きく、比較的大容量のノズルに適している。
【００５６】
図７は、ノズル１６に光源内蔵小型カメラ３４を装着した状態を示している。光源内蔵小型カメラ３４はノズル１６に固定され、ファイバーケーブル３５もバンド（固定装置）３６によりノズルマニュピレータ２９に固定されている。この光源により、暗い炉内のクリンカ３を写し出し、ノズル１６の位置を決定する。なお、高圧水１７は、ノズルマニュピレータ２９内の高圧水供給流路１８を通じてノズル１６に導かれる。
【００５７】
本実施例では光源内蔵小型カメラ３４をノズル１６に固定した例を示したが、ノズルマニュピレータ２９もしくはノズルマニュピレータ２９を挿入した個所とは別の開口部に照明具とカメラ（例えば前記光源内蔵小型カメラ３４）を設置することも可能である。
【００５８】
図８は、高速水噴流の衝突によってクリンカを破壊するメカニズムを模式的に描いたものである。ノズル１６から噴出した芯状水柱２４は高速水噴流３１中で伸びるが、下流にある位置で分裂し、水柱が分裂した水塊２５を次々と放出する。この分裂位置は断続的に変動する。高速で放出された水塊２５は、断続的に弾丸のように付着ハードクリンカ３に衝突してそれを破壊する。
【００５９】
このような現象の生じている噴流の領域を利用すれば、極めて効率よく付着ハードクリンカ３を破壊することができる。そのため、スタンドオフ距離ｘS の選定は重要である。また、芯状水柱２４の分裂位置も、噴射圧力Ｐに依存するので、スタンドオフ距離ｘS と噴射圧力Ｐの組み合わせが大変に重要となる。
【００６０】
図９は、スタンドオフ距離ｘS 、噴射圧力Ｐ及びノズルのトラバース速度Ｖｔの重要の操作条件の選定範囲をまとめたものである。
【００６１】
スタンドオフ距離ｘS は５０＜ｘS ＜４５０ｍｍ、さらに望ましくは７０＜ｘS ＜１９０ｍｍの範囲から選定する。
【００６２】
ｘS が短過ぎると図８における芯状水柱２４における変動のない連続部が衝突することになり、つまり高圧であっても「静的なプレス」のような力が加わることになるので、かえってクリンカを破壊しにくくなる。ｘS が長過ぎると、図２８に示したように噴流が水滴群に分散してしまい、破壊するエネルギーが拡散する。
【００６３】
噴射圧力Ｐは２００＜Ｐ＜９００ｋｇｆ／ｃｍ2 、さらに望ましくは３００＜Ｐ＜５５０ｋｇｆ／ｃｍ2 の範囲から選定するが、むやみにＰを上昇させると吊り下げ伝熱管群が振動したり、ノズルに多大な反力が生じたり、伝熱管の母材にエロージョンによる損傷が起きる危惧があるので、Ｐの上限は自ずと決まってくる。
【００６４】
ノズルのトラバース速度Ｖｔは大き過ぎるとクリンカを破壊できない。従ってＶｔは０＜Ｖｔ＜４５ｍｍ／ｓｅｃ、さらに望ましくは４＜Ｖｔ＜２２ｍｍ／ｓｅｃの範囲から決定する。
【００６５】
図１０は、クリンカの除去に要する時間を比較したものである。相対値として表すために、時間ｔを従来技術におけるクリンカ除去時間ｔ* で割ることにより無次元化した。従って、従来技術における施工時間は、ｔ／ｔ* ＝１となる。
【００６６】
本発明を実施する場合は、ｔ／ｔ* ＝０．１２であり、この結果から本発明による作業時間の大幅削減が確認でき、これは高速水噴流によりクリンカを効率よく破壊・除去できるようになった結果である。
【００６７】
図１１はクリンカ除去施工後に除去仕切れなかった残存クリンカ量Ｍを比較したもの、従来技術における残存クリンカ量Ｍ* を基準として無次元化して表した。従来技術ではＭ／Ｍ* ＝１であるが、本発明を具体化した場合には、Ｍ／Ｍ* ＝０．０２まで大幅に減少させることが可能であり、本発明を実施すればクリンカの取り残しはほとんど無くなる。
【００６８】
図１２は、高速水噴流が伝熱管の金属表面へ直接衝突する際のエロージョン（壊食）量Δｍを経時変化としてまとめたものである。
【００６９】
始めはΔｍの増加はほとんど見られないが、ある時間からΔｍが急増を開始し、最終的にはΔｍの増加は頭打ち状態となる。エロージョン（壊食）の開始時間が問題となるが、この時間は本発明を具体化する際に、クリンカに高速水噴流を噴射する時間に比べると十分に長い。従って、本発明を具体化することによって伝熱管に損傷を与えることは無いと判断できる。
以上より、本発明になるクリンカの除去と施工法の信頼性が確認された。
【００７０】
ここまで述べた実施例は、缶前ののぞき窓を利用し、そこからノズルマニュピレータを操作する方法に関するものであった。
【００７１】
本発明は、従来技術と同じようにボイラのノーズ上部に簡易足場を組み、そこで作業者がノズルマニュピレータを操作するようにすることも可能である。
【００７２】
図１３は、このようなノーズ上部の簡易足場の上からの操作を模式的に描いたものである。ノーズ４の上部に簡易足場９を組み上げ、その上で作業者がノズルマニュピレータ２９を操作する。基本的なノズルマニュピレータの構成と機能は図１と図２において述べたものと同じである。
【００７３】
ノズルマニュピレータ２９の先端に設けたノズル１６から高速水噴流を噴射し、吊り下げ過熱器（２次過熱器）２のベンド部に付着するハードクリンカ３に衝突させて、付着ハードクリンカ３を除去する。
【００７４】
図１４に、水噴流によるクリンカ破壊・除去装置を大型ボイラに適用した実施例を示す。
【００７５】
除去対象のハードクリンカ１０２は、ボイラ火炉１０７の頂部に近い吊り下げ伝熱管１０１に付着している。作業者１１４は、アクセスホールからマニュピレータロッド１０５を挿入して操作し、ノズル１０３をハードクリンカ１０２に近づける。
【００７６】
後述するようにこのマニュピレータロッド１０５からはクランプ装置が延設し、吊り下げ伝熱管群をつかむようになっている。ノズル１０３からは水噴流１０４が噴射され、これがハードクリンカ１０２に衝突して破壊し、破片１４４になって炉底のホッパ水１４５の中へ落下する。
【００７７】
水噴流１０４として用いられる水は水槽１０９の中に蓄えられ、高圧水給水ポンプ１０８により汲み上げられて加圧され、切り替えバルブ１１０を経て高圧水１１３として高圧ホース１１６を通じてマニュピレータロッド１０５とノズル１０３に送給される。
【００７８】
切り替えバルブ１１０は、ノズル１０３へ送給する高圧水の圧力及び流量を調整するものである。ノズル１０３から高圧水あるいは低圧水を切り替えて噴射する場合は、この切り替えバルブ１１０を操作する。なお、図１４において、１１１は汲み上げ流、１１２は戻し流、１１５はアクセスホールである。
【００７９】
図１５は、ノズルの構造例を示す断面図である。ノズル１０３の基本的な構成は、低圧水１１７を送給噴射するノズル１０３の中に高速水噴流ノズル１０３′を配置している。低圧水１１７は低圧水供給流路１２２を通じて導かれ、径収縮部（しぼり部）１２１で減圧・加速され、低速水噴流噴射孔１１８から噴射される。低速水噴流噴射孔１１８の出口には拡大部１１９が設けられている。
【００８０】
高圧水１１３は、高速水噴流ノズル１０３′から高速水噴流噴出孔１２０を経て高速水噴流として低速水噴流噴出孔１１８の内部に噴射される。
【００８１】
この実施例になるノズルでは、低速水噴流、高速水噴流の何れもが拡大部１１９を通って外部へ噴出する。拡大部１１９の内部に噴流が噴出すると、不安定な渦流が生じて噴流は幾分開きぎみになる。
【００８２】
図１６に示すノズルも、ノズル本体の流路を低圧水が利用し、その中に高圧水が供給される高圧水噴流ノズル１０３′が配置されているという基本的構成は図１５の実施例と同じである。
【００８３】
但し、高速水噴流噴出孔１２０の出口を、ノズル１０３における低速水噴流噴出孔１１８の出口に合わせている。このタイプのノズルには、図１５に示したノズルに比べて、高速水噴流と低速水噴流の何れにおいても噴流はビーム状になり、広がりにくいという特徴がある。
【００８４】
噴流噴射時に、ノズルや吊り下げ伝熱管群が揺動するのを防止するため、クランプ方式にした実施例を図１７に示す。
【００８５】
マニュピレータロッド１０５からは、ノズル１０３に高圧水を供給する管体部の他に、クランプ装置１３８を先端に取り付けた管体部が延設されている。クランプ装置１３８は、吊り下げ伝熱管群１０１の複数の伝熱管を一緒につかむようになっている。
【００８６】
このように吊り下げ伝熱管群１０１を支えた状態で、ノズル１０３から水噴流を噴射し、ハードクリンカ１０２に衝突させる。クランプ装置１３８によってノズル１０３も吊り下げ伝熱管群１０１から支えられるようになっているため、ノズル１０３も揺動することが無い。従ってノズル１０３とハードクリンカ１０２との間のスタンドオフ距離ｘS が略一定に保たれる。スタンドオフ距離ｘS は１００〜３００ｍｍであることが、ほとんどのハードクリンカ１０２を破壊・除去できる適正な条件である。
【００８７】
図１８は高圧水の送給系を示す図であり、この実施例ではノズルマニュピレータを操作する作業者の手元に三方切り替えバルブ１３１が設けられている。実際にクリンカの様相を観測しながら、低圧水・高圧水の切り替えを作業者自身の判断で行うためである。
【００８８】
貯水槽１２８内の水は高圧ポンプ１２７により汲み上げられ、送水管１２９と三方切り替えバルブ１３１を通じてノズル１０３へ導かれ、水噴流１２６として噴射される。高圧ポンプ１２７における吐出量のうち余分なものは、三方切り替えバルブ１３１により戻りライン１３０を通じて貯水槽１２８へ戻される。
【００８９】
本実施例では三方切り替えバルブ１３１の操作により、ノズル１０３での高圧水と低圧水の直接切り替えが可能になる。従って、三方切り替えバルブ１３１からノズル１０３への送給ラインは２本の併送給（高圧水のラインと低圧水のライン）となるので、実質的に切り替えバルブ１３１は４通りの方向の切り替えが可能である。
【００９０】
図１９は、伝熱管１０１ａ対するクリンカ・アッシュ（灰）の付着状態を模式的に示す図である。蒸気流が流通する伝熱管１０１ａの表面はさほど温度が上がっていないため、まず灰は溶けずに伝熱管１０１ａへの表面、すなわち金属面に付着する。このようにして生じたクリンカ１０２′は脆弱である。この脆弱なクリンカ１０２′の表面は蒸気から離れるため温度が上昇し、付着するクリンカは溶融し、その後冷えると黒っぽい色に変化しながらガラス状に固着するので、ハードクリンカ１０２となる。
【００９１】
その後は、使用する石炭種の灰の融点に応じて、ハードクリンカ１０２になって付着したり（融点の低い石炭使用時）、あるいは脆弱なクリンカ１０２′になったりする（高融点の石炭使用時）。
【００９２】
このようにして、大まかにハードクリンカ１０２と脆弱なクリンカ１０２′が、層状になって大きな塊として伝熱管１０１ａに固着する。
【００９３】
本実施例では、ハードクリンカ１０２の破壊には高速水噴流を、また脆弱なクリンカ１０２′の除去には低速水噴流を、それぞれ切り替えて使用する。
【００９４】
図２０は、低速水噴流１２５がノズル１０３から噴出する様相を模式的に描いたものである。出口拡大部１１９の内壁面と低速水噴流１２５の界面の間には小さいな循環渦流１２４が生じる。この渦流１２４の作用が低速水噴流１２５の界面に乱れを与え、この乱れが噴流の分裂の激しさに影響を及ぼす。
【００９５】
図２１は、低速水噴流１２５が脆弱なクリンカ１３９へ衝突し、これらを破壊し、伝熱管１０１ａから除去する様相を模式的に描いたものである。ノズル１０３から噴出した低速水噴流１２５は柱状噴流１４１となり、これが水滴群１０６へと分裂して、脆弱なクリンカ１３９へ高速で衝突する。
【００９６】
この水滴群１０６の衝突によって、脆弱なクリンカ１３９は夥しい回数の衝撃力を受けるようになり、脆弱なクリンカ１３９は崩れて伝熱管１０１ａより容易に離脱する。離脱したクリンカは破片１４０となって飛び散り、ボイラの炉底へ落下する。図中の１４２は分裂した水滴である。
【００９７】
図２２は、高速水噴流１２３をノズル１０３から噴出した状態を描いたものである。ノズル１０３の内部に設置した高速水噴流ノズル１０３′から高速水噴流１２３が噴出し、低速水噴流噴出孔１１８には接触することなく、拡大部１１９を経て噴出する。
【００９８】
低速水噴流１２５の場合と同様に、出口拡大部１１９では高速水噴流１２３の周りに循環渦流１２４が生じる。この渦流１２４の作用によって高速水噴流１２３に乱れが発生し、後述する柱状噴流の振動や分裂といった重要な挙動に影響を及ぼす。
【００９９】
一方、高速水噴流１２３の衝突時のメカニズムは、低速水噴流１２５の場合とは基本的に異なり、ハードクリンカ１０２の破壊に適したものである。
【０１００】
図２３は、高速水噴流１２３の衝突によりハードクリンカ１０２が破壊する様相を模式的に描いたものである。低速水噴流１２５の場合に比べて、この高速水噴流１２３ではノズル１０３からの噴出直後に生じる柱状噴流１４１が長く伸びる。そして、この柱状噴流１４１は振動し（α）、分裂して弾丸のようになった柱状水塊１４３が超高速でハードクリンカ１０２に衝突する。
【０１０１】
この衝撃的な挙動が断続的に繰り返されるので、ハードクリンカ１０２は破壊し、伝熱管１０１ａから離脱して、破片となってボイラの炉底へ落下する。ハードクリンカ１０２の破片１４４のサイズは、脆弱なクリンカ１３９の破片１４０よりも比較的大きい。
【０１０２】
ここまでは、低速水噴流と高速水噴流を切り替えて利用する具体化例を述べてきたが、同じノズルを用いて両水噴流を同時に噴射することも可能である。このように同時に噴射する場合は、図１８のような系統ではなく、２台のポンプを用いて独立した２つの送水ラインから同一のノズルに導くことになる。
【０１０３】
図２４は、図１５に示すノズル１０３において高圧水１１３と低圧水１１７を同時に噴射した状態を示す図である。低圧水１１７は、低速水噴流噴出孔１１８を通じて噴射される。高圧水１１３は、高速水噴流ノズル１０３′から低速水噴流噴出孔１１８内において水中高速水噴流として噴射される。低速水噴流１２５中に噴射された高圧水１１３は、活発なキャビテーションを伴う水噴流となる。
【０１０４】
従って、低・高速水噴流の同時噴射は、水噴流の衝突する時の力のみならず、キャビテーション気泡の崩壊時に発生する衝撃圧力の作用によりクリンカを破壊し除去する。
【０１０５】
図２５は、バーナ１３３周りに付着するバーナ付着クリンカ１３５の除去に、図２４に示す低圧水・高圧水の同時噴射法を適用した例を示す図である。ノズル１０３から図２５に示した噴流１３７を噴射し、バーナ付着クリンカ１３５に衝突させる。クリンカ１３５は塊状のまま破壊し、破片１３６となってボイラの炉底に落下する。
【０１０６】
「アイブロウ（Ｅｙｅｂｒｏｗ）」と呼ばれるバーナ付着クリンカは、大きく成長すると火炎が衝突するようになり、燃焼状態を不安定にするおそれがある。また、上段バーナにこのクリンカが付着していると落下の危険があるため、下段バーナの点検作業に支障を来すおそれがある。本発明の各実施例に係る伝熱管付着物除去装置を使用すれば、このバーナ付着クリンカも効率よく除去することができる。
【０１０７】
【発明の効果】
本発明の効果をまとめると次ようになる。
【０１０８】
（１）伝熱管に堅固に付着するハードクリンカも容易に短時間で完全に破壊・除去することができる。
【０１０９】
（２）除去仕切れずに残るクリンカが無くなるので、落下の恐れがなく、炉内の点検作業を完全に実施できる。
【０１１０】
（３）上記（２）の効果により、定期点検工程を短縮できる。
【０１１１】
（４）クリンカ除去に直接従事する作業者数を減らすことができ、作業が経済的になる。
【０１１２】
（５）クリンカ除去の作業環境が向上する。
【０１１３】
（６）高圧水を利用するものの、噴出孔径の小さなノズルを用いるために噴射水量を減らすことができる。
【０１１４】
（７）高圧水噴射に伴って生じる反力をうまくキャンセルするようにしているので、ノズルの位置設定が確実である。
【０１１５】
（８）ノズルから噴出する高速水噴流を、確実にクリンカへ向けて衝突させることができる。
【０１１６】
（９）ボイラ停止直後から、すなわちボイラ火炉が冷えるのを待つことなく、クリンカの除去を行える。
【０１１７】
（１０）炉内へ入ることなく点検窓から直接ウォータジェットガンを操作すれば、炉内へ足場を組み立てる高所作業が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による高速ウォータジェットを用いた炉内付着物質除去装置の一例を示す上面図である。
【図２】その付着物質除去装置の側面図である。
【図３】その付着物質除去装置のノズルから高速水噴流を噴射し、ハードクリンカに衝突させる状態を示す模式図である。
【図４】ノズルから高速水噴流を噴射し、ハードクリンカに衝突させる状態の他の例を示す模式図である。
【図５】ノズルの一例を示す断面図である。
【図６】ノズルの他の例を示す断面図である。
【図７】小型カメラ付きのノズルの構成図である。
【図８】ウォータジェットの現象を示す模式図である。
【図９】本発明による操作条件の選定範囲を示す図表である。
【図１０】本発明によるクリンカの除去に要する時間を比較した説明図である。
【図１１】本発明によるクリンカ除去施工後に、除去し切れなかった残存クリンカ量を比較した説明図である。
【図１２】本発明による高速水噴流が伝熱管の金属表面へ直接衝突する際のエロージョン量を経時変化として示す説明図である。
【図１３】本発明による高速ウォータジェットを用いる炉内付着物除去装置を簡易足場の上から操作する様子を示す図である。
【図１４】本発明による高速ウォータジェットを用いる炉内付着物除去装置を操作する様子を示す図である。
【図１５】その付着物除去装置のノズルの一例を示す断面図である。
【図１６】ノズルの他の例を示す断面図である。
【図１７】本発明による高速ウォータジェットを用いる炉内付着物除去装置においてクランプ方式を採用した例を示す斜視図である。
【図１８】その付着物除去装置における高圧水の送給系統図である。
【図１９】伝熱管に対する灰の付着状態を示す模式図である。
【図２０】低速水噴流がノズルから噴出する状態を示す模式図である。
【図２１】低速水噴流が脆弱なクリンカに衝突し破壊する様子を示す模式図である。
【図２２】高速水噴流がノズルから噴出する状態を示す模式図である。
【図２３】高速水噴流がハードクリンカに衝突し破壊する様子を示す模式図である。
【図２４】図１５のノズルにおいて高圧水と低圧水を同時に噴射した状態を示す模式図である。
【図２５】図２４に示す水噴射によりクリンカを除去する様子を示す模式図である。
【図２６】過熱器に灰が付着した状態を示す模式図である。
【図２７】従来の灰除去の様子を示す模式図である。
【図２８】従来の水噴射の様子を示す模式図である。
【図２９】従来の灰除去装置の模式図である。
【符号の説明】
１  ボイラ火炉
２  吊り下げ過熱器
３  付着ハードクリンカ
４  ノーズ
５  バーナ
６  送炭管
７  炉底ホッパ
８  マンホール
９  簡易足場
１０  作業者
１６  ノズル
１７  高圧水
１８  高圧水供給流路
２９  マニュピレータ
３１  高速水噴流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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