(57)【要約】【課題】煙管に付着する灰やダストを容易に除去することができる煙管ボイラーを提供することを目的としている。【解決手段】本発明の煙管ボイラー１０は、燃焼ガスを発生させる燃焼炉２０と、前記燃焼炉２０から排気された前記燃焼ガスが通る煙道３６と、前記煙道３６内に水槽と、前記水槽を貫通して両端が前記煙道３６と接続した煙管４２と、前記煙管４２の端部を支持する管板４３を配置して、煙管４２内を通る前記燃焼ガスと前記水槽との間で熱交換可能なボイラー５０と、前記煙道３６内で前記管板４３の一部を塞いで前記煙管４２の前記燃焼ガスの流れを一部遮断する閉止手段６０と、を備えたことを特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼ガスを発生させる燃焼炉と、
前記燃焼炉から排気された前記燃焼ガスが通る煙道と、
前記煙道内に水槽と、前記水槽を貫通して両端が前記煙道と接続した煙管と、前記煙管の端部を支持する管板を配置して、煙管内を通る前記燃焼ガスと前記水槽との間で熱交換可能なボイラーと、
前記煙道内で前記管板の一部を塞いで前記煙管の前記燃焼ガスの流れを一部遮断する閉止手段と、
を備えたことを特徴とする煙管ボイラー。
【請求項２】
前記閉止手段と、前記煙道に設けた排風機と電気的に接続して、
前記閉止手段で前記管板の一部を遮断した際に、前記排風機の回転数を増減して所定の風量に維持する制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の煙管ボイラー。
【請求項３】
前記閉止手段は、
前記管板の一部を塞ぐカバーと、
前記管板の表面で前記カバーの端部を軸支する回転シャフトと、を備え、
前記カバーを前記回転シャフトの軸回りで前記管板を塞ぐ方向から直交する方向に回転可能としたことを特徴とする請求項１また２に記載の煙管ボイラー。
【請求項４】
前記閉止手段は、
前記管板の表面と対向し、前記管板の一部を塞ぐカバーと、
一端が前記カバーの主面に接続し、他端が前記煙道の側面から外部へ突出した押し引きバーと、を備え、
前記煙道に沿って前記カバーを前記煙道の側面から前記管板の表面に向けて進退移動可能としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の煙管ボイラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼ガスと水の熱交換を利用して蒸気を発生させる煙管ボイラーに関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラー内の水槽に多数の煙管を配置して、その煙管に高温の燃焼ガスを通過させて水槽内を加熱して蒸気を発生させる煙管ボイラーがある（例えば、特許文献１に開示）。煙管ボイラーは、長時間稼働させると、灰やダストその他の付着性物質が煙管内に付着する。煙管内に灰やダストが堆積すると熱交換効率が低下するため、定期的な清掃が必要となる。煙管の清掃を行う際にはボイラーの燃焼炉を停止しなければならず、蒸気や温水が得られず工場全体の生産性が低下してしまうという問題があった。
【０００３】
このような煙管に付着する灰やダストを除去するスートブロワがある。特許文献２に開示のスートブロワは、排ガス圧力損失を測定し、設定値以上になると、スートブロワを起動させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１８１３０２号公報
【特許文献２】特開平１０−２７４４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃焼ガスを発生させる煙管ボイラーの燃料には、一般に化石燃料などの液体又は気体、バイオマスや各種の固形燃料を用いている。また、燃料には不純物が混入した安価な燃料または粗悪な各種燃料があり、このような燃料を用いると灰やダストがより多く発生することがある。灰やダストがより多く発生すると煙管を掃除するためにボイラーを停止する回数も増加する。このため、ボイラーの稼働を停止することなく、煙管に付着する灰やダストを安価で効率的に除去できる方法の開発が望まれている。
【０００６】
また、後段の排ガス処理設備にバグフィルターを用いた集塵機に、前述のスートブロワを適用した場合、スートブロワを駆動させた直後に一時的に圧力変動が大きくなってしまい、フィルターに負荷が掛かり、ダストの漏出やフィルターの破損などの影響が考えられる。
【０００７】
上記従来技術の問題点に鑑み、本発明は煙管に付着する灰やダストを容易に除去することができる煙管ボイラーを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するための第１の手段として、燃焼ガスを発生させる燃焼炉と、前記燃焼炉から排気された前記燃焼ガスが通る煙道と、前記煙道内に水槽と、前記水槽を貫通して両端が前記煙道と接続した煙管と、前記煙管の端部を支持する管板を配置して、煙管内を通る前記燃焼ガスと前記水槽との間で熱交換可能なボイラーと、前記煙道内で前記管板の一部を塞いで前記煙管の前記燃焼ガスの流れを一部遮断する閉止手段と、を備えたことを特徴とする煙管ボイラーを提供することを目的としている。
【０００９】
上記の課題を解決するための第２の手段として、前記第１の手段において、前記閉止手段と、前記煙道に設けた排風機と電気的に接続して、前記閉止手段で前記管板の一部を遮断した際に、前記排風機の回転数を増減して所定の風量に維持する制御手段を備えたことを特徴とする煙管ボイラーを提供することを目的としている。
【００１０】
上記の課題を解決するための第３の手段として、前記第１又は第２の手段において、前記閉止手段は、前記管板の一部を塞ぐカバーと、前記カバーを前記管板の表面で回転可能に軸支する回転シャフトと、を備え、前記カバーを前記回転シャフトの軸回りで前記管板を塞ぐ方向から直交する方向に回転可能としたことを特徴とする煙管ボイラーを提供することを目的としている。
【００１１】
上記の課題を解決するための第４の手段として、前記第１又は第２の手段において、前記閉止手段は、前記管板の表面と対向し、前記管板の一部を塞ぐカバーと、一端が前記カバーの主面に接続し、他端が前記煙道の側面から外部へ突出した押し引きバーと、を備え、前記煙道に沿って前記カバーを前記煙道の側面から前記管板の表面に向けて進退移動可能としたことを特徴とする煙管ボイラーを提供することを目的としている。
【発明の効果】
【００１２】
上記のような本発明の構成によれば、ボイラー装置の稼働中に、一部の煙管の燃焼ガスの流れを遮断して一部以外の煙管を通る燃焼ガスの流速を高めることにより、煙管内に付着した灰を容易に除去することができる。このため、従来のように煙管の掃除を行う場合に、ボイラーの稼働を停止することがなく、蒸気や温水を利用する工場全体の生産性を高めることができる。
【００１３】
上記のような本発明の構成によれば、管板の一部を遮断した際に、排風機の回転数を増減して煙道を通過する燃焼ガスを所定の風量に維持する制御手段を備えているため、煙管の通過面積の減少に伴う煙管の圧力損失が増加して、煙道を通過する燃焼ガスの風量が低下して燃焼炉の炉内温度が上昇することがない。
上記のような本発明の構成によれば、煙管を支持する管板の表面の一部を閉止手段で容易に塞いで煙管の一部を遮断することができる。
【００１４】
上記のような本発明の構成によれば、煙管を支持する管板の表面の一部を煙道の外側からの押し引きバーの操作によって、閉止手段で容易に塞いで煙管の一部を遮断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の煙管ボイラーの構成を示す概略図である。
【図２】閉止手段の説明図である。
【図３】変形例の閉止手段の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の煙管ボイラーの実施形態を添付の図面を参照しながら、以下詳細に説明する。
【００１７】
［煙管ボイラー１０］
図１は本発明の煙管ボイラーの構成を示す概略図である。図示のように本発明の煙管ボイラー１０は、燃焼炉２０と、煙道３６と、ボイラー５０と、閉止手段６０、制御手段７０を主な基本構成としている。
【００１８】
［燃焼炉２０］
燃焼炉２０は、化石燃料などの液体又は気体、バイオマスや各種の固形燃料である焼却物を所定温度に加熱して燃焼ガスを発生させる炉である。本実施形態の燃焼炉２０は、一例としてストーカ炉を用いている。
【００１９】
燃焼炉２０の燃焼室２１には、側面に焼却物の供給口２３と、炉内で焼却物に着火する着火バーナー２４ａと、焼却物を所定温度で加熱燃焼させる昇温バーナー２４ｂと、発生した燃焼ガスを燃焼室２１内で撹拌する空気ファン２５が設けられ、底面にはストーカ２６と、灰排出口２８が形成されている。
【００２０】
ストーカ２６は可動段２６ａと固定段２６ｂが交互に階段状に形成された構成である。可動段２６ａは水平方向に移動可能とし、供給口２３からストーカ２６上に供給された焼却物が、可動段２６ａ及び固定段２６ｂ上を供給口２３が設けられた壁面側から対向する灰排出口２８が設けられた壁面側へ向かって移動しながら燃焼される。
【００２１】
また燃焼室２１は、炉壁の全面に水冷ジャケット構造２７、換言すると炉壁の内部に水層を形成し、開放タンク３０からの補給水が流入可能な構造に形成している。このような水冷ジャケット構造２７は、室内を覆うように形成されて、内部の補給水によって炉内を所定温度に冷却することができる。さらに、水冷ジャケット構造２７には、熱交換器３２と循環ポンプ３４が接続している。水冷ジャケット構造２７の水は燃焼室２１により所定温度に加熱される。加熱された水は、工場で利用されている温水と熱交換させることにより有効利用できる。熱交換器３２は加熱された水と、工場で利用されている温水との間で熱交換を行い、所定温度の温水を製造することができる。循環ポンプ３４は、水冷ジャケット構造２７で加熱された水を熱交換器３２へ送り、熱交換された水を再度水冷ジャケット構造２７へ戻すポンプである
【００２２】
［煙道３６］
煙道３６は、燃焼室２１の上部の排出口２９に接続している。煙道３６は、燃焼室２１で発生した燃焼ガスの排気通路であり、後述する排風機４８の吸引によって燃焼室２１内の燃焼ガスが炉壁に沿って上昇させて、通路内に吸い込んでいる。煙道３６は、通路を燃焼ガスの通過方向が水平方向となるように配置している。燃焼ガスは後述するボイラー５０の煙管槽４０の煙管４２内部を通過し、煙管４２周囲の水を加熱し、熱交換した後に後述する給水予熱器４４へ排出される。
【００２３】
煙道３６の後段には、給水予熱器４４と、集塵機４６と、排風機４８が設けられている。
給水予熱器４４は、後述するボイラー５０に給水する水を燃焼ガスとの間で熱交換して予熱するものである。
集塵機４６は、バグフィルターを用いて燃焼ガス中に含まれる灰やダストを除去するものである。
排風機４８は、燃焼炉２０で発生した燃焼ガスを、煙道３６を介して外部へ排気するものである。
【００２４】
［ボイラー５０］
ボイラー５０は、水と蒸気を貯留可能な容器であり、煙道３６内に取り付けている。ボイラー５０は、煙管槽４０と、煙管４２と、管板４３を主な基本構成としている。
【００２５】
煙管槽４０は、燃焼炉２０の上部で水平方向に延出する煙道３６に沿って長手方向に配置した水槽である。
煙管槽４０の内部には、煙道３６内に複数本、所定間隔を開けて並列に煙管４２が取り付けられている。
【００２６】
煙管４２の両端は、一対の管板４３で支持されている。管板４３は、煙道３６の燃焼ガスの通過方向と直交する方向に設ける板状の部材である。煙管４２の開口は、煙道３６側に通じており、この煙管４２の内部を燃焼ガスが通過する構成となっている。そして、一対の管板４３は、それぞれ煙道３６と直交する側壁に接続させている。この煙管４２の外側は、六面を覆った容器状に形成した煙管槽４０になる。煙管槽４０は煙道３６と分離し、槽内に煙管４２の外表面が表れて水を貯水できる構造となっている。このような煙管槽４０は、煙道３６を通過する燃焼ガスによって槽内の水が加熱されて発生した蒸気を外部へ排出可能な構成としている。
【００２７】
［閉止手段６０］
図２は閉止手段の説明図である。図示のように閉止手段６０は、一対の管板４３のうちいずれか一方の表面に取り付けている。本実施形態では、煙管４２の出口側の管板４３ａの表面に取り付けている。閉止手段６０は、カバー６２と、回転シャフト６４を主な基本構成としている。
【００２８】
カバー６２は、管板４３表面の一部を覆うように塞ぐプレート状の形態を採用している。カバー６２は、管板４３の表面面積を複数分割（１／２分割、１／３分割…など）した大きさに形成されている。図２に示すカバー６２は管板４３を１／４分割した大きさで、上下に２段形成している。また、カバー６２は、鋼板等を用いて管板４３の一部を塞いだときに折れ曲がって変形することがないように所定の厚みに設定している。なおカバー６２で管板４３の表面を塞ぐ場合、表面に密着させる必要はなく、所定の間隔を開けて燃焼ガスの煙管４２通過を遮断するようにしても良い。
【００２９】
回転シャフト６４は、カバー６２の一端と接続し、カバー６２を回転自在に支持するシャフトである。回転シャフト６４は、管板４３の表面面積を複数分割した場合に、線対称の中心軸となる管板４３の表面に取り付けている。
このような構成の閉止手段６０は、通常、燃焼ガスを煙道３６に通して煙管槽４０の水と熱交換する場合には、煙道３６を通過する燃焼ガスの妨げとならないように、カバーの主面が管板４３表面に対して垂直、換言すると燃焼ガスの通過方向に沿うように配置している。そしてボイラーを稼働させて煙管４２内部に灰やダストが付着した場合には、回転シャフト６４を回転させてカバー６２の主面が管板４３ａの表面を塞ぐように配置し締結手段（不図示）を用いて固定している。
【００３０】
なお、閉止手段６０は、一対の管板４３のいずれか一方の表面に設けることができるが、煙管４２の出口側の管板４３ａに設けると、熱交換前の燃焼ガスの温度を低下させることがなく望ましい。
【００３１】
［制御手段７０］
制御手段７０は、排風機４８と閉止手段６０と電気的に接続させている。ボイラーの稼働中は、排風機４８によって、所定の風速で燃焼ガスを吸引している。そして、煙管４２の清掃時に、閉止手段６０で管板４３の一部を塞いで煙管４２を通過する燃焼ガスの一部を遮断すると、煙管の通過抵抗が上昇して、燃焼ガスの風量が低下して燃焼炉の炉内温度が上昇してしまう。このため、制御手段７０は、閉止手段６０で管板４３の一部を塞いだときに、例えば、排風機４８の回転数を上昇させて、燃焼ガスの風量が低下することなく、一定の風量が得られるように制御している。
【００３２】
なお、制御手段７０は、燃焼室２１内の圧力を負圧（例えば、−０．１ＭＰａＧ程度）になるように、排風機４８の回転数を増減するなどインバーターで制御する。
また、ボイラー５０と燃焼炉２０はそれぞれ煙道を介して接続する独立した構成のほかにも下層に燃焼炉、上層に煙道とボイラーを配置した一体構造であっても良い。
【００３３】
［作用］
上記構成による本発明の煙管ボイラー１０の作用について、以下説明する。
燃焼炉２０の着火バーナー２４ａで着火した後、昇温バーナー２４ｂにより炉内を加熱する。そして燃焼室２１の供給口２３から焼却物を供給する。供給口２３からストーカ２６上へ供給された焼却物は、ストーカ２６上を移動しながら加熱燃焼されて燃焼ガスが発生する。燃焼ガスは、空気ファン２５によって燃焼室２１内で撹拌されて、排風機４８によって燃焼室２１から煙道３６へ導入される。
【００３４】
煙管４２の内部で燃焼ガスは、煙管槽４０との熱交換により急速冷却されて、煙道３６の出口温度が低下する。
通常、燃焼ガスを煙道３６に通して煙管槽４０の水と熱交換する場合、閉止手段６０は、煙道３６を通過する燃焼ガスの妨げとならないように、カバー６２の主面が管板４３表面に対して垂直、換言すると燃焼ガスの通過方向に沿うように配置している。
【００３５】
ボイラー５０を稼働させて煙管４２内部に灰やダストが付着した場合には、回転シャフト６４を回転させてカバー６２の主面が管板４３ａの表面を塞ぐように配置し締結手段（不図示）を用いて固定している。管板４３ａの表面が塞がれた煙管４２を通過する燃焼ガスが遮断されると、管板４３ａの表面が塞がれていない煙管４２を通過する燃焼ガスの流速が一時的に増加する。これにより、強制通風で煙管４２内に付着した灰やダストを除去することができる。そして、制御手段７０では、閉止手段６０で管板４３の一部を塞いだときに、排風機４８の回転数を上昇させて、燃焼ガスの風量が低下することなく、一定の風量が得られるように制御している。このような管板の一部を覆う工程を管板の表面全域に亘って順次行っていく。
【００３６】
煙道３６を通過した燃焼ガスは後段の給水予熱器４４、集塵機４６へ導入される。燃焼ガスにより加熱された煙管槽４０は、槽内の水が蒸気となり、煙管槽４０から外部の蒸気利用設備へ供給されて利用される。
このような本発明の煙管ボイラーによれば、ボイラー装置の稼働中に、一部の煙管の燃焼ガスの流れを遮断して一部以外の煙管を通る燃焼ガスの流速を高める強制通風により、煙管内に付着した灰を容易に除去することができる。このため、従来のように煙管の掃除を行う場合に、ボイラーの稼働を停止することがなく、蒸気や温水を利用する工場全体の生産性を高めることができる。
【００３７】
また、管板の一部を遮断した際に、排風機の回転数を増加して煙道を通過する燃焼ガスを所定の風量に維持しているため、煙管の通過面積の減少に伴う煙管の圧力損失が増加して、煙道を通過する燃焼ガスの風量が低下して燃焼炉の炉内温度が上昇することがない。よって燃焼室の加熱が安定して燃焼ガスを所定温度に維持することができる。
【００３８】
［変形例］
図３は変形例の閉止手段の説明図である。図示のように変形例の閉止手段６０Ａは、図２に示す同様のカバー６２と、押し引きバー６６を主な基本構成としている。
カバー６２は、管板４３表面の一部を覆うように塞ぐプレート状の形態を採用している。カバー６２は、管板４３の表面面積を複数分割（１／２分割、１／３分割…など）した大きさに形成されている。図３に示すカバー６２は管板４３を１／４分割した大きさのものを管板４３ａの表面と対向するように４つ配置している。
【００３９】
押し引きバー６６は、棒状の部材であり、長手方向を煙道３６の燃焼ガスの流れる方向に沿って配置している。そして、一端をカバー６２の一方の主面中心に接続させている。また、他端を煙道３６のケーシングの側壁から外部へ突出させている。煙道３６のケーシングの側壁から突出させた押し引きバー６６は、煙道３６の内側へ向けて水平方向に押し引きすると、カバー６２が管板４３ａの表面側に進退移動できる。
【００４０】
このような構成の閉止手段６０Ａは、分割したカバー６２がそれぞれ個別に可動できる構成である。通常、燃焼ガスを煙道３６に通して煙管槽４０の水と熱交換する場合には、煙道３６を通過する燃焼ガスの妨げとならないように、押し引きバー６６の側壁から外部への突出量を最大にして、カバーの主面が煙道３６のケーシングの側壁に密着するように配置している。そしてボイラーを稼働させて煙管４２内部に灰やダストが付着した場合には、押し引きバー６６を煙道３６の内側に挿入して４つのうちいずれかのカバー６２が管板４３ａの表面を塞ぐように配置し締結手段（不図示）を用いて固定している。このような管板の一部を覆う工程を管板の表面全域に亘って順次行っていく。
【００４１】
なお、閉止手段６０Ａは、一対の管板４３のいずれか一方の表面に設けることができるが、煙管４２の出口側の管板４３ａに設けると、熱交換前の燃焼ガスの温度を低下させることがなく望ましい。
【００４２】
このような変形例の閉止手段によれば、煙管を支持する管板の表面の一部を煙道の外側からの押し引きバーの操作によって、閉止手段で容易に塞いで煙管の一部を遮断することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、メンテナンスと稼働効率が向上した煙管ボイラーとして、産業上有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０………煙管ボイラー、２０………燃焼炉、２１………燃焼室、２３………供給口、２４ａ………着火バーナー、２４ｂ………昇温バーナー、２５………空気ファン、２６………ストーカ、２６ａ………可動段、２６ｂ………固定段、２７………水冷ジャケット構造、２８………灰排出口、２９………排出口、３０………開放タンク、３２………熱交換機、３４………循環ポンプ、３６………煙道、４０………煙管槽、４２………煙管、４３………管板、４４………給水予熱器、４６………集塵機、４８………排風機、５０………ボイラー、６０，６０Ａ………閉止手段、６２………カバー、６４………回転シャフト、６６………押し引きバー、７０………制御手段。
【図１】
2016017705.tif 000003
【図２】
2016017705.tif 000004
【図３】
2016017705.tif 000005