(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺の円筒体であるランスの内部に高圧気体を供給し、ランスの先端近くに設けたノズルから気体を吹き出し、吹き出した噴流を衝突させることによって、燃焼炉又は熱回収装置に付着した灰を除去するスートブロワにおいて、
前記気体を吹き出すノズルの噴出口出口の外周に環状凹部を設け、
前記噴出口出口と環状凹部の外殻形状を前記ランスの外表面形状に合致させ、前記ランスの軸方向端部の凹部を前記ランスの円周方向端部の凹部よりも深く形成することで前記環状凹部は前記ノズルの外周方向に対して環状浅凹部と環状深凹部を交互に配列するように構成し、
前記環状深凹部からの気流流入が前記吹き出した噴流とほぼ並行に流れる
ことを特徴とするスートブロワ。
【請求項２】
請求項１に記載のスートブロワにおいて、
前記ノズルの環状凹部の断面を、略円弧状の形状とすることを特徴とするスートブロワ。
【請求項３】
請求項１に記載のスートブロワにおいて、
前記環状凹部は、略１８０度の対向位置で等しく且つ略９０度の隣接位置で異なるように、前記凹部深さを変化させて、前記噴流に旋回成分を生じないようにすることを特徴とするスートブロワ。
【請求項４】
請求項１、２又は３に記載のスートブロワにおいて、
前記ランスの先端近傍の部位において、ランスの円周方向に対して１８０°離すとともに、前記ランスの長手方向に対して位置をずらして、前記ノズルを設置することを特徴とするスートブロワ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラ等の伝熱部や炉壁に付着する灰を噴流で吹き飛ばして除去するスートブロワに係わり、スートブロワのノズル部の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
事業用ボイラや産業用ボイラ等燃焼炉を有する設備においては、燃焼過程で溶融した小さな粒子状の飛散物が伝熱部や炉壁に多く付着すると、ボイラの伝熱効率が低下する。さらに炉内の圧力損失が上昇し、ボイラの運用に支障をきたすようになる。炉内の圧力損失上昇は、管と管の隙間で灰が架橋（ブリッジ）を起こし、伝熱管群をすり抜ける流れの妨げになるからである。さらに、溶融灰付着物の組成によっては、伝熱管を腐食させるトラブルにもつながる。
【０００３】
そのため、伝熱管の付着物を除去する手段として、一般には長尺の管体（ランスチューブと呼ばれる）に気流を噴出する部材であるノズルを設けたスートブロワを伝熱管付近に設置し、定期的に蒸気もしくは圧縮空気を噴射して、付着物を吹き飛ばすようにしている。
【０００４】
しかしながら最近では、真空残渣油や超重質油など液体燃料が一段と多様化し、劣質化の方向へ進んでいる。また石炭焚の場合も、多炭種運用となり、溶融温度の低い鉱物（灰分）を多く含む石炭が頻繁に使用されるようになったために、伝熱管の汚れの問題が無視できなくなってきた。特に高温部の伝熱面においては、灰粒子が溶融し、付着物の付着力も強い。そのため、従来型のスートブロワでは、伝熱面に強く付着した灰の除去が難しくなってきている。
【０００５】
付着物の除去率を向上させるためには、噴射気体の噴射圧力を高めればよいが、ノズルの噴出口径が同じ場合には噴射気体の消費量が増大するので、噴射気体が蒸気である場合には、ボイラの効率を低下させるので不経済である。一方、ノズルの口径を小さくして噴射圧力を高めると、蒸気消費量は増えないが、スートブロワのノズル自体の寿命が熱応力の繰り返し作用によって短くなるという問題があるし、蒸気のリーク対策（シール構造）も多重で複雑なものにしなければならない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１０は、従来技術に係るスートブロワのノズル部を描いたものである。この構造における問題点は、噴流の拡散が早いこと、言い換えれば、軸方向への貫通力あるいは衝突時の威力の衰えが早いことである。したがって、管群の奥まったところまで噴流の威力が届かず、結局、灰除去効果が不充分である。
【０００７】
一方、図１１の（１）及び（２）は、それぞれ軸方向断面図ないし炉外からの視図であって、先行技術に係るスートブロワのノズル部を描いたものである。図１０に示したノズルの問題を解決する構造としている。噴流の乱れを抑制しているので、軸方向の貫通力が大きく、管群の深い部位まで噴流の威力が到達する。一方、この技術には、耐久性に関する問題がある。ノズルの先端部つまり環状延設部２ｄが円筒状でランス本体より突き出ているため、ウォールボックス（炉壁に設けた収納用のスペース）の深い位置までは抜き出せない。したがって、炉内からの熱にさらされ、熱衝撃によってき裂が生じることもあり、寿命が短く、予防保全用のコストがかかるという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、上記した問題を解決し、灰除去性能の向上と耐久性向上を同時に達成できる新規なスートブロワを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
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。
【００１０】
長尺の円筒体であるランスの内部に高圧気体を供給し、ランスの先端近くに設けたノズルから気体を吹き出し、吹き出した噴流を衝突させることによって、燃焼炉又は熱回収装置に付着した灰を除去するスートブロワにおいて、
前記気体を吹き出すノズルの噴出口出口の外周に環状凹部を設け、前記噴出口出口と環状凹部の外殻形状を前記ランスの外表面形状に合致させ、前記ランスの軸方向端部の凹部を前記ランスの円周方向端部の凹部よりも深く形成することで前記環状凹部は前記ノズルの外周方向に対して環状浅凹部と環状深凹部を交互に配列するように構成し、前記環状深凹部からの気流流入が前記吹き出した噴流とほぼ並行に流れるスートブロワ。
【００１１】
また、前記スートブロワにおいて、前記ノズルの環状凹部の断面を、略円弧状の形状とするスートブロワ。
【００１２】
また、前記スートブロワにおいて、前記環状凹部は、略１８０度の対向位置で等しく且つ略９０度の隣接位置で異なるように、前記凹部深さを変化させて、前記噴流に旋回成分を生じないようにするスートブロワ。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係るスートブロワについて、図面を用いて以下説明する。ここで、１はランス、２はノズル、２Ａｃは環状凹部、２Ａｃｓは環状浅凹部、２Ａｃｄは環状深凹部、２ａは蒸気流入部、２ｂは噴出部、２ｄは円筒状延設部、３は蒸気、４は噴流、６ｓは浅凹部からの気流流入、６ｄは深凹部からの気流流入、αは回転・前進（及び後退）運動、δは灰除去部の奥行き長さ、をそれぞれ表す。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態に係るスートブロワ先端部における構造を断面図として描いたものである。先端を封止した細長い円筒体であるランス１に、ノズル２を２個設ける。ランス１の円周方向に対しては１８０°離れた位置に、そしてランス１の軸方向に対しては前・後方向に位置をずらして配設する。
【００１５】
灰除去用の媒体は蒸気３であり、ランス１の内部を通じて供給され、両ノズル２から高速の噴流４として吹き出す。ランス１は、作動時には、回転しながら前進あるいは後退運動をして、ボイラ内の伝熱管に蒸気噴流を吹き付ける。非作動時には、ランス１は炉内へと引き出され、先端のノズル部は、ボイラの炉壁に設けたウォールボックス内に収納されるようになっている。
【００１６】
図２の（１）は、本実施形態の特徴であるノズルの構造を、ランス１の半径方向断面図として描いたものである。また図２の（２）は、このノズルの構造を、ランス１の軸方向断面図として描いたものである。本実施形態になるノズル２Ａは、まずその噴出部２ｂの周囲に環状凹部２Ａｃを設けている。この環状凹部の断面形状は略円弧形である。
【００１７】
先行技術である図１１の（１）及び（２）では、この環状凹部２Ａの外周に円筒状延設部２ｄ（本図では破線で記述）を設けていたが、本発明では円筒状延設部を、ランス１の外表面の形状すなわち円筒体の側面形に合わせるように「切断」する形状としている。したがって、見かけ上は、環状凹部２Ａの深さは、先行技術のそれよりも浅くなる。このようにすれば、ランス１においてノズル部の突き出しが無くなるため、ウォールボックスへの収納が容易になる。
【００１８】
図３は、ノズル部を火炉側からの視図としてランスを描いたものである。環状凹部２Ａｃは、ランス１の軸方向（図中に矢印で記述）に対しては相対的に深くなり、またランス１の周方向（図中に矢印で記述）に対しては相対的に浅くなる。環状凹部２Ａｃは、このように、ノズル２Ａの円周方向に対して、浅い凹部と深い凹部が９０°ピッチで交互に配列する、という状態になる。
【００１９】
図５は、ランス１の半径方向（横）断面としてノズル部を描き、ノズル部における流動形態を模式的に示したものである。ランス１の円周方向へいくほど環状凹部は浅くなるので、ここでは環状浅凹部２Ａｃｓと記した。この環状浅凹部を通り噴流４へ流入する浅凹部からの気流流入６ｓは、凹部が浅いために曲がりが小さい。したがって、ノズル２Ａの出口近くでは、界面を通じての噴流４への流入は、相対的に急勾配になる。すなわち、次に比較対象として図６に示すような「噴流４と並行に流れる」状態とは異なる流れとなる。
【００２０】
図６は、ランス１の軸方向（縦）断面として、ノズル部における流動形態を模式的に描いたものである。ランス１の軸方向に対しては、環状凹部が相対的に深い（図５と比較して）ので、ここでは環状深凹部２Ａｃｄと表記した。環状深凹部２Ａｃｄを通る流れ、すなわち深凹部からの気流流入６ｄは曲がりが大きく、見かけ上はＵターン状となり、ノズル２Ａの出口近傍では、噴流４とほぼ並行に流れるようになる。この流れは、先の図５における形態とは大きく異なるものである。
【００２１】
図５及び図６における現象を、火炉側からノズル出口を視るようにして描いたのが図７である。ノズル２Ａの周方向に対して、深凹部からの気流流入６ｄと浅凹部からの気流流入６ｓが、９０°ピッチで交互に配列するようになる。ノズル２Ａの噴出口においてこのような流れが実現すると、噴流４の軸方向の慣性力が下流まで強く維持され、灰除去効果が高まる。
【００２２】
比較的除去しにくい灰が多量に付着しやすい重質油焚きボイラの横置き管群５では、図８に示すように、灰除去部の奥行き長さδで評価する。この奥行長さδが大きな方が、灰の除去効果が高いと判断される。
【００２３】
図９は、従来技術（図１０）、先行技術（図１１の（１）及び（２））ないし本発明の実施形態（図１〜図３）に対して、各スートブロワの灰除去性能を比較したものである。縦軸の灰除去部の奥行き長さδは、従来技術(図１０）における灰除去部の奥行長さδ*で割ることにより無限化した。従来技術（図１０）の結果は、δ／δ*＝１となる。
【００２４】
これに対して、円筒延設部をノズル出口に設けた先行技術では、δ／δ*＝４．２０と、大幅に灰除去効果が高まったことが認められる。本発明の場合はδ／δ*＝４．１７であり、高い性能を示す先行技術に比べて、何ら孫色の無いことが分かる。先行技術と本発明実施形態を比べて、同じ灰除去性能であれば、円筒状延設部を無くし、最小限の環状凹部の構造と機能を残したまま、熱衝撃から保護する構造として耐久性を高めた本発明実施形態の方が有利と言える。
【００２５】
図２に示す実施形態では、ランス内の媒体（蒸気）流通部へノズルの入口部が突き出して、さらに段状になっているので、入口部でよどみや渦が生じ易い。この渦がノズルから噴き出る噴流の乱れや拡散に強くかかわっている。
【００２６】
図４に示すのは、本発明の他の実施形態である。ノズル入口における段部を無くし、スートブロワ一用の媒体をノズルにスムーズに流入させるようにしたものである。この実施形態では、図１及び図２の実施形態に比べると、３％ではあるが、ノズルにおける圧力損失が低下する。
【００２７】
以上説明したように、本発明は、次のような構成例と機能乃至作用を奏するものを含むものである。
【００２８】
ジェットを吹き出すノズルの噴出口出口の外周に環状のくぼみを設け、さらにくぼみの外側を、ジェットの噴出方向に突き出すように延設する。単なる延設であれば、この延設部はランスの軸に対して円筒状に突き出る形状となるが、この円筒開口部を、同じように円筒形であるランスの表面で切断するような形状とする。したがって、環状のくぼみは、ランスの軸方向端部で相対的に深くなる。一方、ランスの円周方向端部の環状くぼみは相対的に浅くなる。
【００２９】
このようにすることで、まず環状のくぼみの作用によって、噴流の旋回は抑制され、噴流の軸方向に対する慣性力が高まる。また、形状の改善によって、ノズルの円筒延設部の突出が無くなるため、ランス先端部をウォールボックスの奥部へ引き込むことが可能になる。
【００３０】
また、ノズルの周方向に対して、噴出口の出口まわりにおける環状くぼみの深さが異なり、しかもこのくぼみの深さは２パターンであり、向かい合う位置（１８０°ピッチ）で等しく、となり合う位置（９０°ピッチ）で異なるようにしているので、ノズルから吹き出す際にジェットの旋回成分が生まれず、ジェットは軸方向の下流に至っても拡散が抑制される。このようにして、下流まで慣通力が維持されるので、伝熱管列の奥まった部位までジェットの勢いが強く作用し、灰を除去できるようになる。
【００３１】
さらに、ノズル噴出孔周囲の円筒状延設部の開口端がランスの表面とほぼ同じ形をしているので、ランスのチューブを炉壁に設けたウォールボックスの奥部へ容易に収納できるため、熱衝撃が緩和され、スートブロワの構造健全性を長く維持できるようになる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明を具体化したスートブロワをボイラに適用した場合、生じる効果は以下のようになる。
【００３３】
（１）灰除去の効率が向上する。
【００３４】
（２）上記（１）の効果に関連し、スートブロワ用として使用する蒸気量を減らすことができるので、ボイラの効率維持に貢献できる。
【００３５】
（３）上記（１）の効果に関連し、スートブロワの作動回数を減らすことができるため、スートブロワの熱疲労を軽減できる。
【００３６】
（４）ボイラの炉壁に設けるウォールボックスにおいて、より奥まった位置へスートブロワのノズル部を引き込める。このようにすると、熱衝撃を軽減できる。したがって、スートブロワのノズル部における構造健全性を、長く維持できるようになる。
【００３７】
（５）上記（１）の効果に関連し、スートブロワの設置箇所を減らせる。要するに、ボイラプラントの操作が簡便になる。
【００３８】
（６）上記（１）の効果に関連し、スートブロワ用の媒体として、より低圧の蒸気でも十分に使用に耐えうるようになり、ボイラの効率維持に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るノズルを装着するスートブロワの断面図である。
【図２】スートブロワのノズル部の断面図である。
【図３】本スートブロワのノズル部の構造を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係るノズルを装着するスートブロワの断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係るスートブロワのノズル部における噴流及び気流の流れ現象を説明する図である。
【図６】本発明の実施形態に係るスートブロワのノズル部における噴流及び気流の流れ現象を説明する図である。
【図７】本発明の実施形態に係るスートブロワのノズル部における噴流及び気流の流れ現象を説明する図である。
【図８】本発明を実施したことによる効果を説明する図である。
【図９】本発明を実施したことによる効果を説明する図である。
【図１０】従来技術におけるスートブロワの構造図である。
【図１１】先行技術におけるスートブロワの構造図である。
【符号の説明】
１  ランス
２  ノズル
２Ａｃ  環状凹部
２Ａｃｓ  環状浅凹部
２Ａｃｄ  環状深凹部
２ａ  蒸気流入部
２ｂ  噴出部
２ｄ  円筒状延設部
３  蒸気
４  噴流
６ｓ  浅凹部からの気流流入
６ｄ  深凹部からの気流流入
α  回転・前進（及び後退）運動
δ  灰除去部の奥行き長さ
【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】
0003868655.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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