(57)【要約】【課題】付着性の強い石炭を燃焼させた場合であっても、エロージョンによる伝熱管の摩耗を防止し、かつ、広い範囲の伝熱管付着灰を効果的に除去すること。【解決手段】ボイラ火炉の伝熱管に付着した灰等を除去する回転移動式のスートブロワ装置において、孔径の異なる大径と小径の噴霧ノズルをスートブロワ装置１の先端部分に設け、互いに隣接して配設される伝熱管８同士の間隙〈２〉には大径の噴霧ノズルからの噴霧媒体が噴霧され、かつ、伝熱管８の管面〈１〉には小径の噴霧ノズルからの噴霧媒体が噴霧されること。また、噴霧媒体の供給量及び圧力は任意に調整可能であること。また、噴霧ノズルを配設したスートブロワ装置の回転速度及び移動速度は任意に調整可能であること。また、大径と小径の噴霧ノズルは、スートブロワ装置の軸方向において同一位置で略１８０°間隔で設けられること。【選択図】図４
2007183069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラ火炉の伝熱管に付着した灰等を除去する回転移動式のスートブロワ装置において、
大径と小径の噴霧ノズルをスートブロワ装置の先端部分に設け、
配設された伝熱管の隣り同士の間隙には前記大径の噴霧ノズルからの噴霧媒体を噴霧し、かつ、前記伝熱管の管面には前記小径の噴霧ノズルからの噴霧媒体を噴霧する
ことを特徴とするスートブロワ装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記噴霧媒体の供給量及び圧力は任意に調整可能であることを特徴とするスートブロワ装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記噴霧ノズルを設けたスートブロワ装置の回転速度及び移動速度は任意に調整可能であることを特徴とするスートブロワ装置。
【請求項４】
請求項１、２または３において、
前記大径と小径の噴霧ノズルは、前記スートブロワ装置の軸方向長さにおいて同一位置であり、かつ略１８０°間隔で設けることを特徴とするスートブロワ装置。
【請求項５】
請求項１、２または３において、
前記スートブロワ装置に対向して燃焼ガス上流側と下流側に伝熱管を配設し、
前記大径と小径の噴霧ノズルは、前記伝熱管の配置ピッチの半ピッチ分だけ前記スートブロワ装置の軸方向長さ位置をずらせて設けることを特徴とするスートブロワ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラ火炉の伝熱管に付着した灰や煤塵等の除去を目的に設置されるスートブロワ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭焚きボイラでは、石炭の燃焼によって発生する灰がボイラ火炉水壁や伝熱管等に付着するため、伝熱を阻害し熱交換量が徐々に低下する。このため、付着した灰を定期的に除去する必要があり、図６に示すように、高圧の蒸気や空気を噴射できるスートブロワ装置が開発されている。ここで、図６は従来技術に関するスートブロワ装置の全体構成を示す系統図である。図６によると、圧力検出器２並びに制御装置４によって圧力調整弁３が制御され、高圧蒸気ａはその圧力が制御されて炉内で蒸気が伝熱管に向けて噴霧される。
【０００３】
スートブロワ装置１は、図２に示すようにボイラ各所に設置され、一定間隔毎に起動と停止が繰り返される。スートブロワ装置の主たる仕様（噴霧圧力、ノズル孔径）は石炭の性状によって決定され、ボイラ火炉で付着性の強い石炭が燃焼される場合には、噴霧圧力やノズル径を大きくする必要がある。
【０００４】
しかしながら、噴霧圧力やノズル孔径を大きくすると、スートブロワ装置の噴霧ノズルに近い伝熱管のエロージョン量が増大するという課題が生じる。
【０００５】
この課題を解決するための従来技術として、例えば、特許文献１に示すように伝熱管に耐摩耗性の高い材料を溶射することが提案されている。これによると、耐摩耗伝熱鋼管の表面に特殊合金の溶射皮膜を形成し、高周波加熱で溶融処理を施すと同時に曲げ加工を行って曲げ部を形成することが開示されている。また、従来技術として、図７に示すように伝熱管表面にプロテクタを設置する方法が提案されている（例えば、特許文献２及び特許文献３を参照）。これによると、スートブロワ装置１から噴射される噴霧に対して伝熱管８の表面にプロテクタ９を設置している。ここで、図７は従来技術に関するスートブロワ装置であって噴霧ノズルに近い伝熱管におけるエロージョン量の軽減手法を提示する図である。
【特許文献１】特開平１０−１７０１９４号公報
【特許文献２】特開平１１−１１８１０１号公報
【特許文献３】特開２０００−２５７８０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１、２および３に示すような従来技術においては、灰の付着性が強い石炭を使用するボイラでは、スートブロワ装置に因るエロージョンを防止するため、伝熱管へのプロテクタ設置や溶射施工といった対策が必要となり、初期コストはもちろん、定期的なメンテナンスによるランニングコストの増大を招くという課題があった。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の課題を解決するためのものであり、その目的は、付着性の強い石炭であっても、エロージョンによる伝熱管の摩耗を防止し、かつ、広い範囲の伝熱管付着灰を効果的に除去して伝熱効率を低下させないスートブロワ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。  
ボイラ火炉の伝熱管に付着した灰等を除去する回転移動式のスートブロワ装置において、
大径と小径の噴霧ノズルをスートブロワ装置の先端部分に設け、
配設された伝熱管の隣り同士の間隙には前記大径の噴霧ノズルからの噴霧媒体を噴霧し、かつ、前記伝熱管の管面には前記小径の噴霧ノズルからの噴霧媒体を噴霧する構成とする。
【０００９】
また、前記スートブロワ装置において、前記噴霧媒体の供給量及び圧力は任意に調整可能であり、また、前記噴霧ノズルを設けたスートブロワ装置の回転速度及び移動速度は任意に調整可能である構成とする。
【００１０】
また、前記スートブロワ装置において、前記大径と小径の噴霧ノズルは、前記スートブロワ装置の軸方向長さにおいて同一位置であり、かつ略１８０°間隔で設ける構成とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、石炭種により灰の付着性が異なる場合でも、伝熱管へのプロテクタ設置や溶射施工といったコスト増加を招く方法に頼らず、灰の効果的な除去による伝熱性能の回復が可能であり、かつ、スートブロワ装置に近い伝熱管のエロージョンを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施形態に係るスートブロワ装置について、図１〜図５を参照しながら以下詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係るスートブロワ装置の全体構成を示す系統図である。図２は本実施形態に係るスートブロワ装置が適用される伝熱管を備えたボイラ火炉を示す図である。図３は本実施形態に係るスートブロワ装置における伝熱管受圧力と噴霧ノズルからの距離との関係を表す図である。図４は本実施形態に係るスートブロワ装置における小径ノズルと大径ノズルによるエロージョン発生防止と伝熱管灰除去の状況を説明する図である。図５は本実施形態に係るスートブロワ装置におけるノズル回転と移動による伝熱管灰除去の状況を説明する図である。
【００１３】
図面において、１はスートブロワ装置、２は圧力検出器、３は圧力調整弁、４は圧力調整弁制御装置、５は電磁弁、６は電磁弁制御装置、８は伝熱管、１０は噴霧ノズル大、１１は噴霧ノズル小、１２はボイラ火炉、１３は火炉水壁部、１４はバンク部、１５は吊り下げ伝熱管、ａは高圧蒸気、をそれぞれ表す。
【００１４】
図１において、スートブロワ装置１には、噴霧ノズル１０，１１から噴射される高圧蒸気ａの圧力及び量を調整可能な蒸気圧力調整機構（圧力検出器２、圧力調整弁３、制御装置４などからなるもの）が接続されている。また、スートブロワ装置１は、図２に示すように、ボイラ火炉１２内の上部に設けられた吊下げ伝熱管１５及びバンク部１４（燃焼排ガスの流れるボイラ後部に設けられた後部伝熱壁で囲まれた部分）の伝熱管の周囲に設置されている。ここで、スートブロワ装置１は、噴霧ノズル１０，１１を有するノズルブロック（図示）と、前記ノズルブロックに連結されたスートブロワチューブ（内部をスートブロワ用蒸気が流通するチューブ）と、前記スートブロワチューブを回転し且つ移動させる駆動源（不図示）と、から構成されるものであり、図１に示す符号２〜６の構成要素は、スートブロワ装置に接続された蒸気系システムである。
【００１５】
本実施形態に関するボイラは、図２の図示状態でその横幅が広いため、左右両方向にスートブロワ装置１が設置されており（図２に示すバンク部１４に設けたスートブロワ装置１を参照）、各々を独立して運転制御できる（各スートブロワ装置を順番に稼働させることが可能である）。スートブロワ装置１先端部分のノズルブロックには、噴霧媒体を噴霧するノズルが、噴射ノズル径大のノズル１０と噴射ノズル径小のノズル１１の２個設置されており、ノズル１０，１１同士の設置角度は１８０度となっている（図１の図示例ではスートブロワ装置軸方向のノズル１０とノズル１１の位置関係は同一）。スートブロワ装置１はそのノズルブロックが軸を中心に回転できる構造となっており、炉壁側から炉の中央部までを回転しながら移動することで（図４の（２）におけるスートブロワ装置１の実線と点線位置を参照）、伝熱管８に付着した灰を除去できる。ここで、スートブロワ装置１のノズルブロックを回転させつつ炉の中央部まで移動させる機構としては、歯車とモータを用いた従来技術が一般的であり、本実施形態においてもこの技術を採用すればよい。
【００１６】
本実施形態では、図４の（２）に示すように、スートブロワ装置（ノズルブロック）の回転速度をｔ秒／回転とし、その送り速度をｔ秒／管間（図４の（２）では伝熱管中心部〈１〉と伝熱管間の中心部〈２〉を移動する時間が０．５ｔ秒となっている）とすることで、伝熱管８の部分をノズル径小のノズル１１からの高圧蒸気が吹き付け、伝熱管８，８間をノズル径大のノズル１０からの高圧蒸気が流通している。本実施形態では、バンク部１４の燃焼ガス流れ方向の厚みが、部位毎に異なるため、部位毎にノズル径及び噴霧圧力が異なるが、大径ノズルと小径ノズルの孔面積の比は１．２〜１．５の範囲内にある。
【００１７】
次に、本発明の実施形態に係るスートブロワ装置における伝熱管管面への噴射流体受圧力とエロージョン発生及び付着灰除去との関係について、図３と図４を参照しながら以下説明する。図３の（１）はノズル径小、図３の（２）はノズル径大のときの伝熱管受圧力の状況を表している。
【００１８】
図３に示すように、スートブロワ装置１の噴霧ノズル位置と伝熱管８との位置関係により、伝熱管前面の受圧力の分布が異なる。すなわち、噴霧ノズルと伝熱管の中心が一致する位置〈１〉（図４の（２）に示す〈１〉を参照）で噴霧された噴霧媒体は最前列の伝熱管前面に衝突し、受圧力が最大となるが（図３の実線）、噴霧ノズルが隣接する伝熱管間の中心と一致する位置〈２〉（図４の（２）に示す〈２〉を参照）で噴霧された噴霧媒体は最前列の伝熱管には衝突せず、燃焼ガス後流側の伝熱管に衝突し受圧力が最大となる（図３の一点鎖線）。
【００１９】
ここで、図３の実線グラフと一点鎖線グラフの最大受圧力は異なり、前者は後者の２〜３倍程度も大きな値となる。これは、噴流の中心速度が距離の２乗に反比例して減衰するためである。よって、最前列の伝熱管はエロージョンに対して最も厳しい環境にある。また、図３には、伝熱管管面の受圧力の大小によって、エロージョンが発生する下限値と付着灰の除去に要する最低圧力値をも表している。
【００２０】
図３の（１）と（２）に示すように、ノズル孔径を大と小に変化させることで伝熱管前面の受圧力が大きく変化する。すなわち、図３の（２）の一点鎖線グラフを参照すると、大径ノズルから噴霧される高圧蒸気が隣接する伝熱管間の中心と一致する位置〈２〉を通過することで、後流側の伝熱管まで高い受圧力を維持でき、灰を効果的に除去できる。一方、最前列の伝熱管前面の受圧力は小さく、伝熱管がエロージョンで摩耗することはない。また、図３の（１）の実線グラフを参照すると、小径ノズルから噴霧される高圧蒸気は、噴霧ノズルと伝熱管の中心が一致する位置〈１〉を通過するが、伝熱管前面の受圧力は小さく、エロージョンによる摩耗を生じることはない。
【００２１】
なお、図３の（１）によると、ノズル径小で管間中心とノズルとの位置が一致する場合に（一点鎖線グラフを参照）、伝熱管の最後尾側では付着灰が除去できないことが示され、さらに、図３の（２）によると、ノズル径大で管中心とノズルとの位置が一致する場合に（実線グラフを参照）、先頭管側ではエロージョンが発生し得ることが示されている。
【００２２】
したがって、本発明の実施形態では、図４に示すように、噴射ノズル小による噴射ではノズル中心と伝熱管中心とを一致させ、且つ噴射ノズル大による噴射ではノズル中心と伝熱管間中心とを一致させるように構成することを特徴の１つとしている。このように、付着性の強い石炭を燃焼させる場合であっても、スートブロワ装置から離れた伝熱管に付着した灰を効率的に除去できると共にスートブロワ装置に近い伝熱管のエロージョンを防止することができる。
【００２３】
ここで、スートブロワ装置１は回転しつつ移動するが、図５の（２）に示すように、管間の中心位置（ａ）に大径ノズルから高圧蒸気を噴霧する場合と比較すると、例えば、４５度回転した位置（ｂ）において、管間の中心位置に大径ノズルからの高圧蒸気を噴霧したと仮定すると、管の抵抗が小さく高圧蒸気が（ｃ）の位置まで到達するが、実際には、４５度回転した位置（ｂ）で管間の中心位置からややずれた位置で噴霧するため管の抵抗で到達距離が短くなり、（ｂ）の位置まで到達することとなる。（ｂ）の位置においても、灰を除去可能な半径（図示で灰除去有効範囲）は（ａ）と比べて殆ど変化しないことが分かる。
【００２４】
また、１本のスートブロワ装置でスートブロワ装置の上流側と下流側のバンク部の灰除去を行う場合、上流側と下流側の伝熱管チューブピッチを半ピッチずらす必要がある。すなわち、１本のスートブロワ装置の大径ノズルが下流側の伝熱管の管間中心に対向位置する場合に、この大径ノズルと１８０°離れて配置された小径ノズルは上流側の伝熱管の管中心に対向位置していなければならない。この状況は伝熱管のチューブピッチが半ピッチずれていることに相当する。
【００２５】
さらに、上流側と下流側の伝熱管チューブピッチをずらさない場合には、２つのノズル孔（大径と小径のノズル孔）の軸長さ方向位置を、伝熱管チューブのピッチの半ピッチ分ずらしても良い。この場合、小径の孔をスートブロワ装置１の先端側に設けるようにすれば、大径と小径ノズルによる噴射量の差に基づくスートブロワ装置１の振れを抑制するのに有効である。
【００２６】
以上説明したように、本発明の実施形態に係るスートブロワ装置は、次のような構成を備えるとともに機能ないし作用を奏することを特徴とするものである。すなわち、ボイラ火炉の伝熱管に付着した灰等を除去する回転移動式のスートブロワ装置において、大径と小径という孔径の異なる噴霧ノズルを設け、互いに隣接して設置される伝熱管同士の間隙空間に大径ノズルからの噴霧媒体を噴霧させ、かつ、伝熱管に小径ノズルからの噴霧媒体を噴霧させる構成である。
【００２７】
また、このスートブロワ装置において、灰の付着程度や伝熱管の管表面材質などを勘案して噴霧媒体の供給量及び圧力を任意に調整可能とするものであり、また、伝熱管同士の配置関係をも考慮してスートブロワ装置の回転速度及び移動速度を任意に調整可能とするものである。詳しく述べると、石炭の種類や性状毎に燃焼テストを設備始動前に実施するが、この実施のときに石炭の種類や性状毎に伝熱管への灰付着程度を観測しておくことで、この観測結果を実際の石炭の燃焼時に適用して、噴霧媒体の供給量及び圧力を調整するものである。同様に、設備に設置された伝熱管の管径とピッチに対応して、スートブロワ装置の回転速度と移動速度を調整するものである。
【００２８】
そして、本実施形態が上述した構成を採用するのは、スートブロワ装置の噴霧ノズル位置と伝熱管との位置関係によって、伝熱管前面の受圧力の分布が異なることを実験的に見出した結果である。すなわち、噴霧ノズルと伝熱管の中心が一致する位置で噴霧された噴霧媒体は最前列の伝熱管前面に衝突し、受圧力が最大となるが、噴霧ノズルが隣接する伝熱管間の中心と一致する位置で噴霧された噴霧媒体は最前列の伝熱管には衝突せず、噴霧媒体の後流側の伝熱管に衝突し受圧力が最大となる。両者の最大受圧力は異なり、前者（ノズルと管中心が一致）は後者の２〜３倍程度も大きな値となる。これは、噴流の中心速度が距離の２乗に反比例して減衰するためである。よって、最前列の伝熱管はエロージョンに対して最も厳しい環境にある。一方、ノズル孔径を変化させることで伝熱管前面の受圧力が大きく変化することを実験的に見出した。
【００２９】
これによって、本発明の実施形態では、スートブロワ装置に噴霧ノズル孔径の異なるノズル（大径ノズルと小径ノズル）を設け、隣接して設置される伝熱管間の間隙に大径ノズルからの噴霧媒体が噴霧し、かつ、伝熱管に小径ノズルからの噴霧媒体を噴霧するようにすることで、付着性の強い石炭であっても、スートブロワ装置から離れた伝熱管に付着した灰の除去を達成できると共にスートブロワ装置に近い伝熱管のエロージョンを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態に係るスートブロワ装置の全体構成を示す系統図である。
【図２】本実施形態に係るスートブロワ装置が適用される伝熱管を備えたボイラ火炉を示す図である。
【図３】本実施形態に係るスートブロワ装置における伝熱管受圧力と噴霧ノズルからの距離との関係を表す図である。
【図４】本実施形態に係るスートブロワ装置における小径ノズルと大径ノズルによるエロージョン発生防止と伝熱管灰除去の状況を説明する図である。
【図５】本実施形態に係るスートブロワ装置におけるノズル回転による伝熱管灰除去の状況を説明する図である。
【図６】従来技術に関するスートブロワ装置の全体構成を示す系統図である。
【図７】従来技術に関するスートブロワ装置であってスートブロワ装置に近い伝熱管におけるエロージョン量の軽減手法を提示する図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  スートブロワ装置
２  圧力検出器
３  圧力調整弁
４  圧力調整弁制御装置
５  電磁弁
６  電磁弁制御装置
８  伝熱管
９  プロテクタ
１０  噴霧ノズル大
１１  噴霧ノズル小
１２  ボイラ火炉
１３  火炉水壁部
１４  バンク部
１５  吊り下げ伝熱管
ａ  高圧蒸気
【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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