(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラ内接触伝熱部にある管群及び対流伝熱を行う空気予熱器の表面に付着堆積した灰の清掃装置であって、水平方向への移動手段と、前記移動手段に取り付けられたノズルを備えたショットブラスト機構とを備え、前記ノズルの中間部には、略水平方向への中間開口と、前記ノズルの通路断面の一部を閉鎖して研磨材を前記中間開口に向けて略直角に方向変換する中間反射部材とが備えられ、前記ノズルの先端部には、略水平方向への先端開口と、前記研磨材を前記先端開口に向けて略直角に方向変換する先端反射部材とが備えられており、前記ショットブラスト機構には、少なくとも前記ノズルを上下方向へ昇降させる昇降手段、または前記ノズルを垂直軸心周りに回転させる回転手段のいずれかが設けられていることを特徴とする、ボイラ内の灰清掃装置。
【請求項２】
前記中間開口及び中間反射部材は複数設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の、ボイラ内の灰清掃装置。
【請求項３】
前記ノズルは複数設けられていることを特徴とする、請求項１または２記載の、ボイラ内の灰清掃装置。
【請求項４】
ボイラ内接触伝熱部にある管群及び対流伝熱を行う空気予熱器の表面に付着堆積した灰の清掃装置であって、水平方向への移動手段と、前記移動手段に取り付けられたノズルを備えたショットブラスト機構とを備え、前記ノズルの先端部は、略水平方向への全周にわたる開口と、研磨材を前記開口に向けて略直角に方向変換する反射部材とを備えており、前記ショットブラスト機構には、前記ノズルを上下方向へ昇降させる昇降手段が設けられていることを特徴とする、ボイラ内の灰清掃装置。
【請求項５】
ボイラ内接触伝熱部にある管群及び対流伝熱を行う空気予熱器の表面に付着堆積した灰の清掃装置であって、水平方向への移動手段と、前記移動手段に取り付けられたノズルを備えたショットブラスト機構とを備え、ショットブラストのノズルは複数本設けられ、前記各ノズルには開口が複数設けられて、前記複数のノズルの総開口数は、前記ボイラの水平蒸発管の段数に等しく設けられ、前記各開口は、前記各段を形成する水平蒸発管に対向して配置されていることを特徴とする、ボイラ内の灰清掃装置。
【請求項６】
前記ノズルを垂直軸心周りに回転させる回転手段を設けたことを特徴とする、請求項５に記載の、ボイラ内の灰清掃装置。
【請求項７】
前記ノズルは、前記移動手段に回動機構を介して取り付けられていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１つに記載の、ボイラ内の灰清掃装置。
【請求項８】
前記研磨材は、ソフトブラスト材であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１つに記載の、ボイラ内の灰清掃装置。
【請求項９】
前記灰の清掃装置の操作を遠隔操作することができる遠隔操作手段を備えたことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１つに記載の、ボイラ内の灰清掃装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラ特に焼却炉のボイラ内接触伝熱部にある管群及び対流伝熱を行う空気予熱器の表面に付着堆積した灰の清掃装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ごみ焼却炉は定期的に炉内を検査保守する必要がある。このとき炉内、煙道、ボイラ室内壁、天井には１００ｍｍを越える灰が付着している。従来、この灰の除去は炉内に足場をかけた後、竹箒等を用いて人手により行われていた。この作業は灰がもうもうと舞い上がる極めて劣悪な環境下での作業となるため、作業者は健康保護のために防塵マスク等の保護具を着用していた。さらに最近は灰の中に含まれるダイオキシンの問題から、全身を蓋う保護具の着用が法制化されるにいたっている。
【０００３】
一方、図８に示すように、焼却炉に付帯するボイラ１内にはごみの焼却熱の有効利用を図るべく多くの熱交換器が設けられている。これらは熱伝達の態様により、燃焼炎に近い順に放射伝熱部２、接触伝熱部３および対流伝熱部（図示されていない。）に区分されている。このうち放射伝熱部２は、内部スペースにゆとりのある複数の放射室４、４、４からなっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、接触伝熱部３にあるスクリーン管５、二次過熱器６，一次過熱器７、水平蒸発管８、エコノマイザー９及び対流伝熱を行う空気予熱器（図示されていない。）は、一般に１００ｍｍピッチで多層に構成されているためその清掃作業は極めて手間がかかり、あお向け等不自然な姿勢を余儀なくされる場合が多い。また、灰の除去作業は、炉内に未だ余熱がある状態で行われることが多く、高温の炉内での前記保護具の着用はさらに作業者の苦痛を増加させている。
【０００５】
そこで、本発明は、このような苦痛から作業者を解放すべく、ボイラ内接触伝熱部にある管群及び対流伝熱を行う空気予熱器の表面に付着堆積した灰の清掃作業の省力化、遠隔化、無人化をはかる清掃装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【０００７】
請求項１に記載の発明は、ボイラ内接触伝熱部にある管群及び対流伝熱を行う空気予熱器の表面に付着堆積した灰の清掃装置であって、水平方向への移動手段（１０）と、前記移動手段に取り付けられたノズルを備えたショットブラスト機構（Ｓ）とを備え、前記ノズル（３１）の中間部（６４、７０）には、略水平方向への中間開口と、前記ノズルの通路断面の一部を閉鎖して研磨材を前記中間開口に向けて略直角に方向変換する中間反射部材（６３、６９）とが備えられ、前記ノズルの先端部には、略水平方向への先端開口（６６、７２）と、前記研磨材を前記先端開口に向けて略直角に方向変換する先端反射部材（６５、７１）とが備えられており、前記ショットブラスト機構には、少なくとも前記ノズルを上下方向へ昇降させる昇降手段、または前記ノズルを垂直軸心周りに回転させる回転手段のいずれかが設けられていることに特徴を有するものである。
【０００８】
焼却炉のボイラ内接触伝熱部にある管群とは、スクリーン管、過熱器、水平蒸発管、エコノマイザー等の水平配管をいう。昇降手段とは、長さが変化しないノズルを昇降してその先端等にある開口部を所定位置に配置するもの、および、伸縮するノズルの先端等にある開孔部を所定位置に配置するものの両者を含む概念である。
【０００９】
この発明によれば、堆積した灰は、ショットブラストにより管表面から脱落し、また移動手段によりショットブラストの位置を移動させることができるので、従来作業員が箒などを利用して行っていた清掃作業の省力化、無人化をはかることができる。また、一方向に噴射されるショットブラストの開口部を昇降手段および／または回転手段並びに前記移動手段にて任意の位置に配置できるので、水平蒸発管等清掃すべき熱交換器全体をくまなく清掃することができる。さらに、異なる高さから同時にショットブラストを噴射できるので、単一の開口が設けられている場合に比べて、昇降装置の動作を少なくすることができる。また清掃作業時間の短縮を図ることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、中間開口及び中間反射部材は複数設けられていることに特徴を有するものである。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、ノズルは複数設けられていることに特徴を有するものである。
【００１２】
これらの発明によれば、ショットブラストの噴射が同時に多数の位置から行われるので、さらに清掃時間の短縮を図ることが可能であり、効率の良い作業を実現することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、ボイラ内接触伝熱部にある管群及び対流伝熱を行う空気予熱器の表面に付着堆積した灰の清掃装置であって、水平方向への移動手段と、前記移動手段に取り付けられたノズルを備えたショットブラスト機構とを備え、前記ノズル（４１）の先端部（４６）は、略水平方向への全周にわたる開口（４４）と、研磨材を前記開口に向けて略直角に方向変換する反射部材（４２）とを備えており、前記ショットブラスト機構には、前記ノズルを上下方向へ昇降させる昇降手段が設けられていることに特徴を有するものである。
【００１４】
この発明によれば、回転手段を省略することができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、ボイラ内接触伝熱部にある管群及び対流伝熱を行う空気予熱器の表面に付着堆積した灰の清掃装置であって、水平方向への移動手段と、前記移動手段に取り付けられたノズルを備えたショットブラスト機構とを備え、ショットブラストのノズルは複数本設けられ、前記各ノズルには開口が複数設けられて、前記複数のノズルの総開口数は、前記ボイラの水平蒸発管（８）の段数に等しく設けられ、前記各開口は、前記各段を形成する水平蒸発管に対向して配置されていることに特徴を有するものである。
【００１６】
この発明によれば、各水平蒸発管にはショットブラストの開口部が対向して設けられているので、昇降手段を省略することができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、ノズルを垂直軸心周りに回転させる回転手段を設けたことに特徴を有するものである。
【００１８】
この発明によれば、隣接する水平蒸発管の対向面を一度に清掃することができる。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１つに記載の発明において、ノズルは、移動手段に回動機構（２０）を介して取り付けられていることに特徴を有するものである。
【００２０】
この発明によれば、清掃すべき場所が狭い場所であっても清掃装置を設置することができる。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１つに記載の発明において、研磨材は、ソフトブラスト材であることに特徴を有するものである。
【００２２】
この発明によれば、研磨材による配管群の磨耗を防止することができる。
【００２３】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１つに記載の発明において、灰の清掃装置の操作を遠隔操作することができる遠隔操作手段を備えたことに特徴を有するものである。
【００２４】
この発明によれば、灰の舞い上がる作業現場から離れた位置より清掃装置の操作を行うことができるので、作業者の肉体的負担を軽減することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面に示す１実施形態に基づき説明する。
【００２６】
図１は、水平蒸発管８と、その水平蒸発管８に適用された灰清掃装置の構成を示している。水平蒸発管８は複数の蒸発管パネル１５を横方向に配列して構成されている。また蒸発管パネル１５は、複数の蒸発管１６を平面状に配置して構成されている。
【００２７】
灰清掃装置は、蒸発管１６トップに載置されて水平方向への移動を司どる駆動台車（移動手段）１０と、駆動台車１０に取り付けられたノズル１１を備えたショットブラスト機構Ｓとを備えている。駆動台車１０はみずからの蒸発管１６上の前後左右の移動、およびショットブラスト機構Ｓのノズル１１の上下動およびノズル軸心まわりの回転を制御するためのコントローラー１４を備えており、両者は有線または無線で接続されている。コントローラー１４の操作は人手により、またはＣＰＵ、位置センサー、および半導体メモリー等を利用した自動制御により行われる。
【００２８】
ショットブラスト機構Ｓは、ショットブラストを発生させる加圧機１３と、加圧機１３からノズル１１へとショットブラストの研磨材を送る配管１２と、配管１２より送られてきた研磨材を蒸発管表面に向けて噴射する前記ノズル１１と、ノズル１１を上下方向へ昇降させる昇降手段と、ノズル１１を垂直軸心周りに回転させる回転手段と、を備えている。ここに昇降手段としては、モータとねじ機構との組み合わせや、リニアモータなどが好適に用いられる。また、回転手段としては、モータとねじ機構との組み合わせなどが好適に用いられる。
【００２９】
図２は、図１のII−II視断面、図３は、III−III視断面を示している。駆動台車１０の下部には蒸発管１６に直交する方向に水平な車軸２２、２２が取り付けられている。車軸２２の両側部には車輪２１、２１が設けられている。本発明の灰清掃装置を水平蒸発管８の清掃に使用する場合には、４つの車輪２１、２１、２１、２１がトップ部の２本の蒸発管１６、１６の上にそれぞれ２輪ずつ載置される。２つの車輪２２、２２は車軸２２に摺動可能に取り付けられており、２本の蒸発管１６、１６の間の距離の変化に対応できるように構成されている。また、車輪２２の外周には、断面がＵ字状の溝が形成されていて、蒸発管１６上からの脱落防止がはかられている。
【００３０】
ノズル１１は、回動機構２０を介して駆動台車１０に取り付けられている。回動機構２０により、ノズル１１は回動機構２０の軸のまわりを垂直面内を回転可能である。一般に水平蒸発管７トップへの出入り口は約６００ｍｍ四方の点検口のみであり、水平蒸発管８トップと天井間の空間は人がかがんでやっと入り込める程度（８００ｍｍくらい）である。また、蒸発管１６の全高は１０００ｍｍを超える場合があるためノズル１１を蒸発管パネル１５の隙間に挿入することは不可能であることが多い。このため本実施の形態では、ノズル１１を駆動台車１０に回動機構２０を介して取り付けることにより、ノズル１１は蒸発管１６と平行となることができる。これにより駆動台車１０とノズル１１とを別々に所定の場所に搬入し、駆動台車１０に取り付けられている回動機構２０にノズル１１を蒸発管１６トップと平行に差し込み、その後に回動させて蒸発管パネル１５間に差し入れることができる。さらにそのパネル部の清掃が終了して、隣接するパネルに駆動台車を移動させる場合にも、当該回動機構２０を利用してノズル１１を蒸発管１６トップと平行となるまで回動させれば良い。
【００３１】
図４はノズル１１の一実施形態である一方向噴射ノズル３０の構成概念図である。ノズル３１の先端部３４には略水平方向への開口３３とノズル３１内における研磨材の流れ方向に略４５度の角度で配置された反射板３２が設けられている。加圧機１３から噴射されノズル３１内を下降してきた研磨材は、反射板３２にて直角方向に方向転換させられて、開口３３から水平方向に噴射される。一方向噴射ノズル３０による研磨材の噴射パターンは点状であるので、面状に広がる１枚の蒸発管パネル１５片面全面を清掃するには、昇降手段によりノズル先端部３４の高さを変化させ、かつ駆動台車１０により水平方向への移動を行う。このようにして蒸発管パネル１５の片面全体を清掃した後は、回転手段によりノズル３１を軸心のまわりに１８０度回転させて、開口３３を隣接する蒸発管パネル１５に向け、上記と同様にして清掃作業を行う。さらに次に隣接する蒸発管パネル１５へは、駆動台車に乗り移り機構を設けてこれによって移動させても良いし、簡易な方法として、人手により移動をさせても良い。
【００３２】
図５はノズル１１の他の一実施形態である全周噴射ノズル４０の構成概念図である。ノズル４１の先端部４６には全周方向への開口４４と、円錐形状の先端４３を備えた反射部材４２が設けられている。円錐の頂角は、通常４５度に設定され、ノズル４１内を下降してきた研磨材は、反射部材４２にて直角方向に方向転換させられて、開口４４より水平方向全方位に噴射される。全周噴射ノズル４０による研磨材の噴射パターンは全方位に向かって線状であるので、対向する２枚の蒸発管パネル１５の２面を同時に清掃することができる。ただし、一方向噴射ノズル３０の場合と同様に、昇降手段によるノズルの昇降、および駆動台車１０による水平方向への移動は必要である。
【００３３】
反射部材４２の先端４３の形状を頂角４５度のプリズム状とすれば、研磨材は水平二方向のみに噴射されるので、対向する二面をさらに効率的に清掃することができる。さらに頂角を連続的に変化させる機構を採用すれば、ショットブラストの噴射方向も上向きとなったり下向きとなったりするので、蒸発管１６の上向き部および下向き部分の清掃をより効果的なものとすることができる。このように本発明では反射部材４２の先端４３の形状を任意に構成することができ、多様な形状の配管群を効果的に清掃することが可能である。
【００３４】
図６は複数のノズル５１、５２、５３を備えた複管式清掃装置５０を示している。各ノズル５１、５２、５３はその先端部が異なる高さとなるように配置されて駆動台車１０に取り付けられている。
【００３５】
図７は、前記複管式清掃装置５０に使用されるノズルであって、ノズルの本数が２本である場合の複管ノズル６０の構成を示す図である。複管ノズル６０は、下ノズル６１と上ノズル６７とにより構成されている。下ノズル６１は、ノズル６２の先端に先端反射板６５と先端開口６６とを備えており、この部分については一方向噴射ノズル３０（図４参照）と同一の構成をとっている。ただし下ノズル６１においては、ノズル６２の中間部に中間反射板６３と中間開口６４とが追加して設けられている。中間反射板６３は、ノズル６２内の研磨材通路を略５０％遮蔽している。したがって、加圧機１３により噴射され、ノズル６２内を下降してきた研磨材は、その約半数が中間反射板６３により反射されて中間開口６４から噴射され、残りの半数が先端反射板６５に達して反射され、先端開口６６より噴射される。したがって、一本のノズルで異なる２つの高さから同時に研磨材の噴射をすることができる。本複管ノズル６０においてはさらに上ノズル６７が備えられ、上ノズル６７のノズル６８にも中間反射板６９、中間開口７０および先端反射板７１、先端開口７２が下ノズル６１と同様に設けられている。したがって複管ノズル６０全体として、異なる４つの高さから同時に研磨材の噴射をすることができる。
【００３６】
また、ノズルおよび各ノズルの開口の数を増加して、複数のノズルの総開口数は、ボイラの水平蒸発管８の段数または隙間の段数と等しく設け、各開口は各段を形成する水平蒸発管に対向して配置するように設けても良い。この場合には昇降手段を設ける必要がない。図８および図９に、ノズルの総数を、水平蒸発管８の隙間の段数と等しく設け、各開口は各段を形成する水平蒸発管の隙間に対向して配置した例を示す。この清掃装置に回転機構を設ければ、隣接する水平蒸発管８の対向面を、ノズルを回転させながら同時に清掃することができる。さらに、上記各ノズルの背中合わせの位置に新たに同数のノズルを設ければ、ノズルを回転させずに隣接する水平蒸発管８の対向面を同時に清掃することも可能である。
【００３７】
清掃作業においては、この複管ノズル６０を回転手段にて回転させつつ、昇降手段にて上下に移動させる。さらに駆動台車１０により水平方向への移動を行い水平蒸発管７全体を効率的に清掃することができる。
【００３８】
本発明に使用されるショットブラストの研磨材は、水平蒸発管（通常材質は鋼である。）の磨耗を防止するという観点から、ソフトブラスト材を使用することが望ましい。また、研磨材自体は、清掃後は、管表面から脱落した灰に混在して埋め立て等に供されるので、研磨材の材質は分解性プラスチックや木材チップ、椰子がら等のバイオマスを利用することが望ましい。
【００３９】
なお上記した実施形態においては、焼却炉のボイラの灰清掃装置について説明したが、本発明は焼却炉のボイラに限定されるものではなく、ボイラ内接触伝熱部にある管群及び対流伝熱を行う空気予熱器の表面に灰が付着堆積するボイラであれば適用が可能である。
【００４０】
また、ノズルの取り付け方向は上記した実施形態の下向きに限定されず、上向きでも良い。
【００４１】
【発明の効果】
以上に説明したように、清掃作業にショットブラスト機構を用い、このショットブラスト機構を移動手段、昇降手段、回転手段により任意の位置に配置することにより、従来人手により行われていたボイラ内接触伝熱部等の清掃作業を省力化、無人化することができ、作業者の肉体的負担を軽減することができる。
【００４２】
また、ショットブラスト噴射口を複数設けることにより、あるいは、ショットブラストの噴射を全周方向に行うことにより、清掃作業の時間短縮、効率化を図ることができ、ごみ焼却炉の休止時間の短縮に資することができる。さらに研磨材として、ソフトブラスト材を使用することにより、配管の磨耗を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】水平蒸発管部に設置された灰清掃装置を示す図である。
【図２】図１のII−II視断面図である。
【図３】図１のIII−III視断面図である。
【図４】ノズルの一実施形態を示す図である。
【図５】ノズルの他の実施形態を示す図である。
【図６】複数のノズルを備えた灰清掃装置を示す図である。
【図７】複数のノズルを備えた場合のノズルの一実施形態を示す図である。
【図８】複数のノズルを備えた場合の他の一実施形態であって、（ａ）は水平蒸発管部に設置された灰清掃装置、（ｂ）は各ノズルの構成をそれぞれ示す図である。
【図９】図８（ａ）におけるIX−IX視断面図である。
【図１０】ごみ焼却炉ボイラの構造を示す図である。
【符号の説明】
８  水平蒸発管
１０  駆動台車（移動手段）
１１  ノズル
２０  回動機構
３１  ノズル
３２  反射板（反射部材）
３３  開口
３４  先端部
４１  ノズル
４２  反射部材
４４  開口
４６  先端部
６３  中間反射板（中間反射部材）
６４  中間開口
６５  先端反射板（先端反射部材）
６９  中間反射板（中間反射部材）
７０  中間開口
７１  先端反射板（先端反射部材）
Ｓ  ショットブラスト機構
【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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