(57)【要約】【課題】伝熱管へのダスト付着によるボイラ閉塞を防ぎながらボイラを小型化する。【解決手段】廃棄物焼却炉１０に連設され、伝熱管６を水平方向に複数配設した伝熱管群が、高さ方向に複数段配設されていて、排ガスとの熱交換により蒸気を発生して更に過熱する廃棄物焼却炉ボイラ２０であって、隣り合う段の伝熱管群は、伝熱管軸の水平方向の位置が、伝熱管６の軸間距離の１／１０〜１／２ずれた位置となるように配設されていると共に、燃料ガスと酸化剤ガスを高圧下で混合し燃焼して圧力波を発生させボイラ内に圧力波を放出する圧力波発生装置６２，６３を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物焼却炉に連設され、伝熱管を水平方向に複数配設した伝熱管群が、高さ方向に複数段配設されていて、排ガスとの熱交換により蒸気を発生して更に過熱する廃棄物焼却炉ボイラであって、
隣り合う段の伝熱管群は、伝熱管軸の水平方向の位置が、伝熱管の軸間距離の１／１０〜１／２ずれた位置となるように配設されていると共に、
燃料ガスと酸化剤ガスを高圧下で混合し燃焼して圧力波を発生させボイラ内に圧力波を放出する圧力波発生装置を備えることを特徴とする廃棄物焼却炉ボイラ。
【請求項２】
ボイラが対流伝熱室を備え、該対流伝熱室が排ガス流れ方向で上流側からスクリーン管、２次過熱器、３次過熱器及び１次過熱器を有し、前記圧力波発生装置の圧力波放出ノズルが、前記スクリーン管と前記２次過熱器との間と、前記３次過熱器と前記１次過熱器との間に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の廃棄物焼却炉ボイラ。
【請求項３】
ボイラが対流伝熱室を備え、該対流伝熱室が排ガス流れ方向で上流側からスクリーン管、３次過熱器、２次過熱器及び１次過熱器を有し、前記圧力波発生装置の圧力波放出ノズルが、前記スクリーン管と前記３次過熱器との間と、前記２次過熱器と前記１次過熱器との間に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の廃棄物焼却炉ボイラ。
【請求項４】
ボイラが対流伝熱室を備え、該対流伝熱室が排ガス流れ方向で上流側からスクリーン管、水平蒸発管、２次過熱器、１次過熱器及びエコノマイザを有し、前記圧力波発生装置の圧力波放出ノズルが、前記水平蒸発管と前記２次過熱器との間と、前記１次過熱器と前記エコノマイザとの間に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の廃棄物焼却炉ボイラ。
【請求項５】
ボイラが対流伝熱室を備え、該対流伝熱室が排ガス流れ方向で上流側からスクリーン管、２次過熱器、１次過熱器、水平蒸発管及びエコノマイザを有し、前記圧力波発生装置の圧力波放出ノズルが、前記スクリーン管と前記２次過熱器との間と、前記水平蒸発管と前記エコノマイザとの間に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の廃棄物焼却炉ボイラ。
【請求項６】
ボイラが対流伝熱室を備え、該対流伝熱室が排ガス流れ方向で上流側からスクリーン管、過熱器、第１エコノマイザ及び第２エコノマイザを有し、前記圧力波発生装置の圧力波放出ノズルが、前記スクリーン管と前記過熱器との間と、前記第１エコノマイザと前記第２エコノマイザとの間に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の廃棄物焼却炉ボイラ。
【請求項７】
ボイラが対流伝熱室を備え、該対流伝熱室の高さが１０ｍ以上２０ｍ以下であって、前記圧力波発生装置の圧力波放出ノズルが、高さ方向配設間隔が３ｍ以上７ｍ以下で２個以上６個以下配設されていることを特徴とする請求項１に記載の廃棄物焼却炉ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物焼却炉に連設され、伝熱管を水平方向に複数配設した伝熱管群が、高さ方向に複数段配設されていて、排ガスとの熱交換により蒸気を発生して更に過熱する廃棄物焼却炉ボイラに係り、特に、伝熱管に付着するダストによるボイラ閉塞を防ぎながら、ボイラを小型化することが可能な廃棄物焼却炉ボイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電設備を有するごみ焼却施設の運営において、発電量・売電量の維持と向上は、ごみの安定処理に次ぐ最重要項目のひとつである。
【０００３】
ごみ焼却施設における発電は、焼却炉でのごみの燃焼から得られる高温の排ガスからボイラにて熱回収を行い、所定の温度・圧力の蒸気を発生させてタービン発電機に導入することにより行われている。
【０００４】
ボイラは、排ガスからの放射熱を受けて蒸気を発生させる放射伝熱面を備える放射室、排ガスと伝熱管（ボイラ管とも称する）の対流伝熱面との熱交換により蒸気を発生し更に過熱する対流伝熱室とを備えている。
【０００５】
放射室には、排ガス流路を囲む鋼製側壁の外側に加温水を流通させ放射加熱により蒸気を発生させる放射伝熱管が放射伝熱面として配設されている。
【０００６】
対流伝熱室には、排ガス流路内に排ガスと接触して対流伝熱により蒸気を発生させ更に過熱する伝熱管（過熱器とも称する）が対流伝熱面として配設されている。対流伝熱面は水平方向に伝熱管が複数配設された伝熱管群が高さ方向に複数段配設されて構成されている。
【０００７】
対流伝熱室には、排ガス流路内に水を加熱して加温水とする伝熱管を有するエコノマイザが配設されることがある。
【０００８】
廃棄物焼却炉ボイラの過熱器伝熱管による熱交換の際、伝熱管の収熱効率（排ガスの熱エネルギーを回収して蒸気発生させる効率）を向上させ、従来の廃棄物焼却炉ボイラと同等もしくは同等以上の熱エネルギーを回収することができ、かつ伝熱管数を低減してボイラを小型化することができ建設コストを低減することが望まれている。収熱効率を高めるためには、伝熱管表面と排ガスとの接触効率（多くの排ガスと効率良く接触して熱交換する）を高めることが必要である。
【０００９】
ごみ焼却において発生する排ガス中には、塩素・硫黄・重金属類等を含む小粒径のダスト（灰とも称する）が含まれるが、これらがボイラの放射伝熱面、対流伝熱面に付着すると、その付着ダストが断熱材の役割をするので収熱効率が低下する。それにより、熱回収効率も低下する。その結果、蒸気発生量が低下し、タービン発電機の発電量が減少する。その他にも、伝熱管同士の間隙が付着ダストにより閉塞し、排ガスの流通に支障が生じることもある。
【００１０】
このため、付着したダストを定期的に除去する設備が必要となる。対流伝熱面に付着するダストを除去する技術として、石炭ボイラや多くのボイラでの実績のある装置として蒸気式スートブロワ（ＳＢ）が挙げられる。蒸気式スートブロワは複数のノズルから水蒸気を伝熱管に向けて噴射し、伝熱管表面に付着したダストを剥離し除去するもので、定期的なタイミングで噴射される。
【００１１】
過熱器の伝熱管群は一般的に水平方向と高さ方向との配設位置が、図１に模式的に示す如く、伝熱管６が高さ方向断面で碁盤目状に配設されている。又、特許文献１や２には、図２に模式的に示す如く、伝熱管６を高さ方向断面で千鳥状に配設して、碁盤目状配設と同等の体積内に配設できる伝熱管数を増加し伝熱面積を増加させるとともに、排ガス流れの上流側段の伝熱管同士の隙間を通る排ガスを、下流側段の伝熱管に向かって流通させ接触効率を向上させて収熱効率を向上させることが記載されている。
【００１２】
又、出願人の先行特許である特許文献３には、ボイラのダスト除去に圧力波発生装置を用いることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許第５３２９２１３号公報（請求項２、段落０００６、０００７）
【特許文献２】特許第５８７５７２０号公報（請求項７、段落００４４〜００４６、００７５、図４、図５）
【特許文献３】特許第５９７１４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
廃棄物焼却炉ボイラの過熱器伝熱管による熱交換の際、伝熱管の収熱効率を向上し、ボイラを小型化することが望まれている。特許文献１や２に記載されているように過熱器管を千鳥状配設にすることで収熱効率向上が期待される。しかし、ダスト除去に用いられているスートブロー装置８では、図２に示すように千鳥状配設された伝熱管６に対して噴射蒸気を当てても三段目の伝熱管の付着ダスト７を十分に除去することができず、付着ダスト７の厚さが増大し伝熱管同士の空隙を閉塞してボイラ閉塞に到ることが懸念される。
【００１５】
本発明は、このような問題点を解決するべくなされたもので、ダスト付着によるボイラ閉塞が生じることがなく、伝熱管の収熱効率を向上させ、小型化することができる廃棄物焼却炉ボイラを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、廃棄物焼却炉に連設され、伝熱管を水平方向に複数配設した伝熱管群が、高さ方向に複数段配設されていて、排ガスとの熱交換により蒸気を発生して更に過熱する廃棄物焼却炉ボイラであって、隣り合う段の伝熱管群は、伝熱管軸の水平方向の位置が、伝熱管の軸間距離の１／１０〜１／２ずれた位置となるように配設されていると共に、燃料ガスと酸化剤ガスを高圧下で混合し燃焼して圧力波を発生させボイラ内に圧力波を放出する圧力波発生装置を備えることにより、前記課題を解決したものである。
【００１７】
又、前記圧力波発生装置の圧力波放出ノズルを、下記に列挙するように配設することができる。
【００１８】
ボイラが対流伝熱室を備え、該対流伝熱室が排ガス流れ方向で上流側からスクリーン管、２次過熱器、３次過熱器及び１次過熱器を有する場合、前記圧力波発生装置の圧力波放出ノズルを、前記スクリーン管と前記２次過熱器との間と、前記３次過熱器と前記１次過熱器との間に配設することができる。
【００１９】
又、ボイラが対流伝熱室を備え、該対流伝熱室が排ガス流れ方向で上流側からスクリーン管、３次過熱器、２次過熱器及び１次過熱器を有する場合、前記圧力波発生装置の圧力波放出ノズルを、前記スクリーン管と前記３次過熱器との間と、前記２次過熱器と前記１次過熱器との間に配設することができる。
【００２０】
又、ボイラが対流伝熱室を備え、該対流伝熱室が排ガス流れ方向で上流側からスクリーン管、水平蒸発管、２次過熱器、１次過熱器及びエコノマイザを有する場合、前記圧力波発生装置の圧力波放出ノズルを、前記水平蒸発管と前記２次過熱器との間と、前記１次過熱器と前記エコノマイザとの間に配設することができる。
【００２１】
又、ボイラが対流伝熱室を備え、該対流伝熱室が排ガス流れ方向で上流側からスクリーン管、２次過熱器、１次過熱器、水平蒸発管及びエコノマイザを有する場合、前記圧力波発生装置の圧力波放出ノズルを、前記スクリーン管と前記２次過熱器との間と、前記水平蒸発管と前記エコノマイザとの間に配設することができる。
【００２２】
又、ボイラが対流伝熱室を備え、該対流伝熱室が排ガス流れ方向で上流側からスクリーン管、過熱器、第１エコノマイザ及び第２エコノマイザを有する場合、前記圧力波発生装置の圧力波放出ノズルを、前記スクリーン管と前記過熱器との間と、前記第１エコノマイザと前記第２エコノマイザとの間に配設することができる。
【００２３】
又、ボイラが対流伝熱室を備え、該対流伝熱室の高さが１０ｍ以上２０ｍ以下である場合、前記圧力波発生装置の圧力波放出ノズルを、高さ方向配設間隔が３ｍ以上７ｍ以下で２個以上６個以下配設することができる。
【００２４】
以下、廃棄物焼却炉ボイラであって、隣り合う段の伝熱管群は、伝熱管軸の水平方向の位置が、伝熱管の軸間距離の１／１０〜１／２ずれた位置となるように配設されていることとする本発明の原理を説明する。
【００２５】
伝熱管を水平方向に複数配設した伝熱管群が、高さ方向に複数段配設されている廃棄物焼却炉ボイラにおいて、伝熱管６が高さ方向断面で碁盤目状に配設されているボイラでは、図１に示すように、碁盤目状配設の伝熱管６の隙間をスートブロー８から噴射される蒸気９が通る構造になっている。蒸気９が通過する位置では付着ダスト７を効率よく除去でき、蒸気９の通過する空隙を維持することができるため、伝熱管群の伝熱管の空隙が閉塞される問題（閉塞リスクという）は生じない。
【００２６】
ただしこのような碁盤目状配設の伝熱管のボイラでは、スートブロー８の噴射蒸気９が伝熱管６の側面（３時、９時位置）を通過し、この位置の付着ダスト７は除去されるが、伝熱管６の上下位置（０時、６時位置）では付着ダスト７が除去されず付着したままの状態になりやすい。そのためダスト付着部では伝熱効率が低下し収熱効率が悪くなるため、所望の熱エネルギー量を回収して所望の蒸気発生量を得るためには伝熱管数を多くする必要があり、ボイラ全体を大型化しなければならないという問題があった。
【００２７】
図２は収熱効率向上を図るため伝熱管６を千鳥状に配設し、伝熱管と排ガスとの接触効率を高くしたものである。図２に示すように、このような千鳥状配設ではスートブロー８の噴射蒸気９が三段目の伝熱管にまで到達できないため、付着ダスト７による伝熱管６の閉塞が生じるリスクが高くなるという問題が生じる。
【００２８】
そこで本発明では、図３に示すように伝熱管６を千鳥状配設とし、収熱効率を向上させるとともに、付着ダスト７を除去する手段として圧力波発生装置を備えることとしている。圧力波放出ノズル６０から放出された圧力波６１が伝熱管６を振動させて付着ダスト７を脱落させるため、伝熱管６の配置場所や円周方向位置に拘らず付着ダスト７を落とすことができ、伝熱管６を千鳥状配設にしても閉塞が生じるリスクを小さくできる。
【００２９】
次に、伝熱管の千鳥状配設の詳細について説明する。
【００３０】
本発明では、隣り合う段の伝熱管群は、伝熱管軸の水平方向の位置が、伝熱管の軸間距離の１／１０〜１／２ずれた位置となるように配設されている。
【００３１】
従来の碁盤目状の伝熱管配設は図４に高さ方向断面を示すように、水平方向（列方向）、高さ方向（段方向）とも整列された状態であり、隣り合う段の伝熱管群は、伝熱管軸の水平方向の位置が、同じ位置となっている。
【００３２】
一方、千鳥状の伝熱管配設では、隣り合う段の伝熱管群は、伝熱管軸の水平方向の位置が、伝熱管の軸間距離の１／１０〜１／２ずれた位置となるように配設されている。伝熱管の水平方向（列方向）の軸間距離をＬとした時、図５に示すように、１つ上段の伝熱管群において、伝熱管軸の水平方向の位置を、１／２Ｌずれた位置とするように配置した場合には、伝熱管は上流側の段の伝熱管同士の間隙を流れて流入する排ガスの流れに対して、対向するように配設されるため、排ガスと伝熱管の接触面積を多く設けることができ、接触効率が高くなり最も収熱効率がよくなる。一方、閉塞が生じるリスクが高くなる。ここで、伝熱管の管径が１６〜２０ｍｍ程度の場合には、伝熱管の水平方向（列方向）の軸間距離Ｌは５０〜７０ｍｍ程度となる。
【００３３】
さらに図６に示すように、１つ上段の伝熱管群において、伝熱管軸の水平方向の位置を、１／３Ｌずれた位置とするように配設した場合には、図５の場合よりは収熱効率で劣るものの、閉塞リスクは下がる。このように伝熱管軸の水平方向の位置をずらす長さを小さくしていくと、碁盤目状配設に近くなっていき、収熱効率は低下するため、千鳥状配設で収熱効率向上の効果を得るためには図７で示すように、伝熱管軸の水平方向の位置を、１／１０Ｌ以上ずれた位置とする必要がある。
【００３４】
そのため、本発明では、隣り合う段の伝熱管群は、伝熱管軸の水平方向の位置が、伝熱管の軸間距離の１／１０〜１／２ずれた位置となるように配設されている。
【００３５】
本発明では、圧力波発生装置の圧力波放出ノズルを、高さ１０ｍ以上２０ｍ以下の対流伝熱室に高さ方向配設間隔が３ｍ以上７ｍ以下で２個以上６個以下配設することとするが、このことは、下記の根拠に基づく。
【００３６】
即ち、対流伝熱室に配設する圧力波放出ノズルの高さ方向配設間隔を３ｍ以上７ｍ以下とすることにより、圧力波放出ノズルから放出する圧力波により対流伝熱室の伝熱管に振動と風圧を与え付着ダストを剥離除去する作用が及ぶ範囲を、隣接して配設された圧力波放出ノズルによる範囲同士との間に隙間が生じることなく設けることができる。圧力波放出ノズルの高さ方向配設間隔を３ｍ未満とすると、隣接する圧力波放出ノズルから放出する圧力波同士が干渉して圧力波の作用効果が低下する。一方、圧力波放出ノズルの高さ方向配設間隔を７ｍより広くすると、圧力波の作用効果が及ぶ範囲を、隣接して配設された圧力波放出ノズルによる範囲同士との間に隙間が生じることなく設けることができなくなる不具合が生じるので好ましくない。
【００３７】
圧力波放出ノズルを下限の個数２個以上配設することにより、圧力波放出ノズルから放出する圧力波により伝熱管に振動と風圧を受けさせ付着ダストを剥離除去する作用が及ぶ範囲を、隣接して配設された圧力波放出ノズルによる範囲同士との間に隙間が生じることなく設けることができる。一方、上限の個数６個より多く配設すると、隣接する圧力波放出ノズルから放出する圧力波同士が干渉して圧力波の作用効果が低下することが生じたり、上限の個数より多く配設しても付着ダストを剥離除去する作用効果が増大することなく、かえって装置コストや運転コストが増大するという不具合が生じるため好ましくない。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、廃棄物焼却炉に連設され、伝熱管を水平方向に複数配設した伝熱管群が、高さ方向に複数段配設されていて、排ガスとの熱交換により蒸気を発生して更に過熱する廃棄物焼却炉ボイラであって、伝熱管を千鳥状配設としても、ダスト付着によるボイラ閉塞が生じることがなく、伝熱管の収熱効率を向上させ、小型化することができる廃棄物焼却炉ボイラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の原理を説明するための、従来の基盤目状配置の伝熱管とスートブローの組合せを模式的に示す断面図
【図２】同じく、従来の千鳥状配設の伝熱管とスートブローの組合せを模式的に示す断面図
【図３】同じく、本発明による千鳥状配設の伝熱管と圧力波放出ノズルの組合せを模式的に示す断面図
【図４】本発明の原理を説明するための、従来の基盤目状配設の伝熱管の例を示す断面図
【図５】同じく、隣り合う段の伝熱管群において、伝熱管軸の水平方向の位置が、伝熱管の軸間距離の１／２ずれた位置となるように配設された千鳥状配設の伝熱管を示す断面図
【図６】同じく、隣り合う段の伝熱管群において、伝熱管軸の水平方向の位置が、伝熱管の軸間距離の１／３ずれた位置となるように配設された千鳥状配設の伝熱管を示す断面図
【図７】同じく、隣り合う段の伝熱管群において、伝熱管軸の水平方向の位置が、伝熱管の軸間距離の１／１０ずれた位置となるように配設された千鳥状配設の伝熱管を示す断面図
【図８】本発明の実施形態の全体構成を示す断面図
【図９】本発明の実施形態である対流伝熱室の圧力波放出ノズルの配設位置を示す図
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態及び実施例に記載した内容により限定されるものではない。又、以下に記載した実施形態及び実施例における構成要件には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。更に、以下に記載した実施形態及び実施例で開示した構成要素は適宜組み合わせてもよいし、適宜選択して用いてもよい。
【００４１】
本発明が適用される、図８に示す如く、焼却炉１０に連設され、排ガスから熱回収するためのボイラ２０は、排ガスの流通路を屈曲せしめる２つの変向部２１、２２により区分され、排ガス流れ方向の上流側から、第１放射室２６、第２放射室２８、及び対流伝熱室３０を備えている。焼却炉１０から排ガスを受け入れる第１放射室２６の入口近傍はガス混合室２４となっている。焼却炉１０から導入される排ガスは、第１放射室２６の下方から上方へ、第２放射室２８の上方から下方へ、対流伝熱室３０の下方から上方へ流通される。
【００４２】
前記第１放射室２６及び第２放射室２８は、排ガスからの放射熱を受けて蒸気を発生させる放射伝熱面をそれぞれ備えている。
【００４３】
前記対流伝熱室３０は、排ガス流れ方向の上流側から、スクリーン管３２、２次過熱器３４、３次過熱器３６、１次過熱器３８、及び第２エコノマイザ４２を備えている。２次過熱器３４、３次過熱器３６、１次過熱器３８は、それぞれ、水平方向に配列した複数の伝熱管を高さ方向に多段に設けた伝熱管群を備えており、伝熱管が対流伝熱面を構成しており、排ガスとの熱交換により蒸気を発生して更に過熱するようにされている。スクリーン管３２は伝熱管が旗形に備えられ対流伝熱室３０に導入される排ガスを冷却するようにされている。
【００４４】
ボイラ２０の下流側には別置エコノマイザ５０が接続されている。別置エコノマイザ５０内には第１エコノマイザ５１が配設され、別置エコノマイザ５０の第１エコノマイザ５１と対流伝熱室３０の第２エコノマイザ４２には伝熱管が配設され、排ガスとの熱交換により水が加熱され加温水が生成され、ボイラ２０に供給される。
【００４５】
ボイラ２０の対流伝熱室３０に備えられる過熱器３４、３６、３８及び第２エコノマイザ４２は、それぞれ、水平方向に配列した複数の伝熱管を高さ方向に多段に設けた伝熱管群を備えており、隣り合う段の伝熱管群は、伝熱管軸の水平方向の位置が、伝熱管の軸間距離の１／１０〜１／２ずれた位置となるように配設されている。
【００４６】
本実施形態においては、前記対流伝熱室３０の伝熱管に付着したダストを除去するために、燃料ガスと酸化剤ガスを高圧下で混合し燃焼して圧力波を発生させボイラ内に圧力波を放出する圧力波発生装置を備える。詳しくは、燃料ガス（例えばメタンガス）と酸化剤ガス（例えば酸素ガス）を混合ガスホルダ内で高圧下で混合し、例えば点火プラグで着火し爆発燃焼させて圧力波を発生させ圧力波放出ノズル６０（図３参照）からボイラ内部に圧力波６１（図３参照）を放出させる２台の圧力波発生装置６２、６３が設けられている。
【００４７】
ここで、圧力波発生装置６２、６３の圧力波放出ノズルは、前記対流伝熱室３０の伝熱管近傍に配設されている。
【００４８】
前記対流伝熱室３０に設ける圧力波発生装置６２、６３の圧力波放出ノズルは、それぞれ、スクリーン管３２と２次過熱器３４との間、及び、３次過熱器３６と１次過熱器３８との間に設けることができる。また、これらの位置に設けられたマンホール（図示省略）に圧力波放出ノズルを取り付けることができる。
【００４９】
ここで、対流伝熱室３０の高さが１０ｍ以上２０ｍ以下であるとき、該対流伝熱室３０に設ける圧力波発生装置６２、６３の圧力波放出ノズルの高さ方向配設間隔は、３ｍ以上７ｍ以下とすることができる。
【００５０】
図示しない制御盤から与えられる指示により、前記圧力波発生装置６２、６３は、混合ガスを点火プラグで点火して爆発燃焼させ圧力波を発生させる。
【００５１】
具体的には、圧力波発生装置の混合ガスホルダにメタンガスと酸素ガスを充填・混合し、点火プラグで着火し、爆発燃焼させる。爆発燃焼時の混合ガスホルダ内の圧力は例えば最高５３．２ｂａｒに達する。これにより、ボイラ２０内の圧力波放出ノズル６０先端からボイラ２０内部に圧力波６１が放出される。その際、伝熱管に振動及び風圧を与え、付着ダスト７を剥離し除去する。圧力波放出ノズル６０から放出される圧力波が、伝熱管に付着ダストを剥離させる程度の振動及び風圧を与える範囲は、圧力波放出ノズルから上方及び下方へそれぞれ３．５ｍ程度の範囲である。そのため、対流伝熱室３０における圧力波放出ノズルの高さ方向配設間隔を７ｍ以下とすることが好ましく、付着ダストを剥離させる作用が及ぶ範囲を、隣接する範囲との間に隙間が生じることなく設けることができる。さらに、圧力波放出ノズルの高さ方向配設間隔を３ｍ以上とすることが好ましく、隣接する圧力波放出ノズルから放出する圧力波同士が干渉して圧力波の作用効果が低下することなく、伝熱管の付着ダストを確実に剥離させることができる。このように、対流伝熱室３０の伝熱管群に十分な振動と風圧を与えるためには、圧力波放出ノズルの高さ方向配設間隔を３ｍ以上７ｍ以下とすることが好ましい。
【００５２】
図９に、本発明の実施形態である対流伝熱室３０の種々の構成に対応した、圧力波放出ノズルの配設位置を示す。それぞれの実施形態において、過熱器、水平蒸発管及びエコノマイザは、それぞれ、水平方向に配列した複数の伝熱管を高さ方向に多段に設けた伝熱管群を備えており、隣り合う段の伝熱管群は、伝熱管軸の水平方向の位置が、伝熱管の軸間距離の１／１０〜１／２ずれた位置となるように配設されている。スクリーン管は伝熱管が旗形に備えられ対流伝熱室に導入される排ガスを冷却するようにされている。
【００５３】
実施形態Ａは、対流伝熱室３０が排ガス流れ方向で上流側からスクリーン管３２、２次過熱器３４、３次過熱器３６及び１次過熱器３８を有するボイラで、前記対流伝熱室３０の対流伝熱面に付着したダストを除去するための、燃料ガスと酸化剤ガスを高圧下で混合し燃焼して圧力波を発生させボイラ内へ圧力波を放出する圧力波発生装置を設け、該圧力波発生装置の圧力波放出ノズルを、前記スクリーン管３２と前記２次過熱器３４との間と、前記３次過熱器３６と前記１次過熱器３８との間に配設している。
【００５４】
なお、実施形態Ａ’のように、前記１次過熱器３８の下流側（即ち最下流側）に第２エコノマイザ４２が設けられていたり、実施形態Ａ”のように、同じく前記１次過熱器３８の下流側（即ち最下流側）に水平蒸発管４４が設けられていても良い。
【００５５】
ここで、前記水平蒸発管４４は、エコノマイザにより加温された水を加熱し、蒸気を発生させる伝熱管である。
【００５６】
実施形態Ｂは、対流伝熱室３０が排ガス流れ方向で上流側からスクリーン管３２、３次過熱器３６、２次過熱器３４及び１次過熱器３８を有するボイラ２０で、圧力波発生装置の圧力波放出ノズルを、前記スクリーン管３２と前記３次過熱器３６との間と、前記２次過熱器３４と前記１次過熱器３８との間に配設している。さらに、前記１次過熱器３８の下流側（即ち最下流側）に第２エコノマイザ４２が設けられていたり、同じく前記１次過熱器３８の下流側（即ち最下流側）に水平蒸発管４４が設けられていても良い。
【００５７】
実施形態Ｃは、前記対流伝熱室３０が排ガス流れ方向で上流側からスクリーン管３２、水平蒸発管４４、２次過熱器３４、１次過熱器３８及び第２エコノマイザ４２を有するボイラで、圧力波発生装置の圧力波放出ノズルを、前記水平蒸発管４４と前記２次過熱器３４との間と、前記１次過熱器３８と前記第２エコノマイザ４２との間に配設している。
【００５８】
なお、上記実施形態Ａ、Ａ’、Ａ”、Ｂ、Ｃでは、いずれも図８に示した別置エコノマイザ５０が設けられ、その中に第１エコノマイザ５１が設けられている。
【００５９】
次に、別置エコノマイザ５０を設けず、対流伝熱室３０内に第１エコノマイザ５１及び第２エコノマイザ４２を設けた実施形態Ｃ’、Ｄ、Ｅについて説明する。
【００６０】
実施形態Ｃ’では、実施形態Ｃと同様の構成において、対流伝熱室３０内の第２エコノマイザ４２の下流側（即ち最下流側）に第１エコノマイザ５１が設けられており、実施形態Ｃと同様に、圧力波発生装置の圧力波放出ノズルを、前記水平蒸発管４４と前記２次過熱器３４との間と、前記１次過熱器３８と前記第２エコノマイザ４２との間に配設している。
【００６１】
又、実施形態Ｄは、前記対流伝熱室３０が排ガス流れ方向で上流側からスクリーン管３２、２次過熱器３４、１次過熱器３８、水平蒸発管４４及び第１、第２エコノマイザ５１、４２を有するボイラで、圧力波発生装置の圧力波放出ノズルを、前記スクリーン管３２と前記２次過熱器３４との間と、前記水平蒸発管４４と前記第１エコノマイザ５１との間に配設している。
【００６２】
又、実施形態Ｅは、前記対流伝熱室３０が排ガス流れ方向で上流側からスクリーン管３２、過熱器４６、第１エコノマイザ５１及び第２エコノマイザ４２を有するボイラで、圧力波発生装置の圧力波放出ノズルを、前記スクリーン管３２と前記過熱器４６との間と、前記第１エコノマイザ５１と前記第２エコノマイザ４２との間に配設している。
【００６３】
実施形態Ａ、Ａ’、Ａ”、Ｂ、Ｅでは、前記対流伝熱室３０の過熱器へ、放射室の放射伝熱面で加熱され発生した蒸気を供給し、蒸気を加熱して加熱蒸気とするが、実施形態Ｃ、Ｃ’、Ｄのように、水平蒸発管４４を設ける場合は、これに加えて対流伝熱室３０でも蒸気を発生させる。
【００６４】
なお、前記対流伝熱室３０の高さは１０ｍ以上２０ｍ以下とし、前記圧力波放出ノズルの高さ方向配設間隔は３ｍ以上７ｍ以下とすることができる。
【００６５】
ここで、実施形態Ａ、Ａ’、Ａ”が請求項２に対応し、実施形態Ｂが請求項３に対応し、実施形態Ｃ、Ｃ’が請求項４に対応し、実施形態Ｄが請求項５に対応し、実施形態Ｅが請求項６に対応している。
【００６６】
上記の実施形態Ａ〜Ｄでは、全ての過熱器、水平蒸発管及びエコノマイザにおいて、隣り合う段の伝熱管群は、伝熱管軸の水平方向の位置を、伝熱管の軸間距離の１／１０〜１／２ずれた位置とするように、すなわち千鳥状に配設されている。本発明の他の実施形態として、過熱器の一部や水平蒸発管において、隣り合う段の伝熱管群が伝熱管軸の水平方向の位置を同じ位置とするように、すなわち碁盤目状に配設してもよい。
【００６７】
実施形態Ａ、Ａ’、Ａ”では、３段の過熱器のうち最上流側の２次過熱器３４の伝熱管を碁盤目状に配設し、他の３次過熱器３６、１次過熱器３８、第２エコノマイザ４２及び水平蒸発管４４の伝熱管を千鳥状に配設してもよい。
【００６８】
実施形態Ｂでは、３段の過熱器のうち最上流側の３次過熱器３６の伝熱管を碁盤目状に配設し、他の２次過熱器３４、１次過熱器３８の伝熱管を千鳥状に配設してもよい。
【００６９】
実施形態Ｃ、Ｃ’では、最上流位置に配設された水平蒸発管４４の伝熱管を碁盤目状に配設し、他の２次過熱器３４、１次過熱器３８、第２エコノマイザ４２及び第１エコノマイザ５１の伝熱管を千鳥状に配設してもよい。また、水平蒸発管４４と２次過熱器３４の伝熱管を碁盤目状に配設し、他の１次過熱器３８、第２エコノマイザ４２及び第１エコノマイザ５１の伝熱管を千鳥状に配設してもよい。
【００７０】
実施形態Ｄでは、２次過熱器３４の伝熱管を碁盤目状に配設し、他の１次過熱器３８、水平蒸発管４４、第１エコノマイザ５１及び第２エコノマイザ４２の伝熱管を千鳥状に配設してもよい。
【００７１】
このように、過熱器のうち最上流側の過熱器や最上流位置に配置される水平蒸発管の伝熱管を碁盤目状に配設し、他の過熱器、最上流位置以外の位置に配置される水平蒸発管、第１エコノマイザ及び第２エコノマイザの伝熱管を千鳥状に配設するようにすることにより、排ガス中のダスト付着による伝熱管間隙の閉塞が生じるリスクが高い位置の過熱器では伝熱管を碁盤目状に配設することで、閉塞のリスクを回避することができ、他の位置の過熱器では伝熱管を千鳥状に配設して、収熱効率を向上させることができる。
【００７２】
なお、前記実施例では、本発明を都市ごみ焼却炉に連設されたボイラに適用していたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、他のボイラに適用してもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１０…焼却炉
２０…ボイラ
３０…対流伝熱室
３２…スクリーン管
３４…２次過熱器
３６…３次過熱器
３８…１次過熱器
４２…第２エコノマイザ
４４…水平蒸発管
４６…過熱器
５０…別置エコノマイザ
５１…第１エコノマイザ
６０…圧力波放出ノズル
６１…圧力波
６２、６３…圧力波発生装置
【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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