(57)【要約】【課題】比較的簡単な構造において、なるべく小さな力とその突起物を備えた形状でもって、管群の外表面に付着したダストを除去することのできる、ダスト除去装置を提案することを目的とする。【解決手段】廃熱ボイラ炉内に位置し、該廃熱ボイラの天井部より吊下げられた対流伝熱管群の各管に付着したダストを除去する装置であって、各管の近傍に配置されるダストスクレーパと、前記ダストスクレーパの内面に取り付けられた突起部と、前記ダストスクレーパを各管の長手方向に往復移動させる移動機構とを有することを特徴とする、廃熱ボイラのダスト除去装置を提供する。【選択図】図３
2009092255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃熱ボイラ炉内に位置し、前記廃熱ボイラの天井部より吊下げられた対流伝熱管群の各管に付着したダストを除去する装置であって、
前記各管の近傍に配置されるダストスクレーパと、前記ダストスクレーパの内面に取り付けられた前記各管の表面に向けて突出する突起部と、前記ダストスクレーパを前記各管の長手方向に往復移動させる移動機構とを有することを特徴とする、廃熱ボイラのダスト除去装置。
【請求項２】
前記ダストスクレーパが前記各管に対して、近接および離隔可能となるよう支持されていることを特徴とする、請求項１に記載の廃熱ボイラのダスト除去装置。
【請求項３】
前記ダストスクレーパを支持する支持部を有し、前記支持部が前記廃熱ボイラ炉天井部をブッシュを介して貫通していることを特徴とする、請求項２に記載の廃熱ボイラのダスト除去装置。
【請求項４】
前記ダストスクレーパ移動機構を前記廃熱ボイラ炉天井部上方の炉外に設けたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の廃熱ボイラのダスト除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃熱ボイラ炉内に吊下げられた対流伝熱管等の外表面に付着したダストを除去するダスト除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、回転炉床式還元炉等においては、高温の排ガスが発生する。そこで、かかる高温の排ガスを、廃熱ボイラ中に流入させ、その熱により蒸気を生成させてエネルギー回収を行うとともに、大気中に放出、あるいは後段設備に送る排ガスの温度を低く抑えている。
【０００３】
上記廃熱ボイラ内の天井部からは、排ガスから熱を回収するための対流伝熱管群が吊下がっており、廃熱ボイラ中を流れる排ガスが対流伝熱管群の各管に熱的に接触することにより熱回収が行われる。一方、廃熱ボイラに流入する高温排ガス中には、様々な成分・性状のダストが多く含まれている。そのため、排ガスが通過する際に各管の外表面への排ガス中に含まれるダストの付着が著しい。各管にダストが付着すると廃熱ボイラの伝熱性能が低下し、蒸気を生成させエネルギー回収する能力が低下する。また、排ガスの温度の上昇によるバグフィルタ焼損等の後段設備の損傷、あるいは、炉内ガス通過抵抗増大による後段誘引通風機消費動力増大等の問題が懸念される。
【０００４】
前記問題を回避する方法として、従来から、通過ガス温度を伝熱面付着温度より低い温度としてダストの溶融付着を抑制する方法や、蒸気吹き付け(スートブロー)、槌打(回転ハンマー、エアハンマー)、機械的掻き落しおよび洗浄等のダスト除去方法がある。しかし、特に廃熱ボイラのガス流れ方向中間部以降に位置する対流伝熱管においては、通過ガスを伝熱面付着温度より低温とする方法では、通過ガス温度が下がることに伴い、多種多様の成分が含まれているガス中の比較的低融点のダストが伝熱管外表面に付着しやすくなる。また、蒸気吹き付けによるダスト除去方法では、ブロー用蒸気に自己発生蒸気を用いるため、エネルギー回収効率が下がり、さらに、蒸気吹き付けに伴う伝熱管表面への局部的な損耗(アッシュカット、エロージョン等)を生じる恐れがある。槌打による方法では、管の半径方向にまとわりつき、層状に付着および成長していくダスト付着形態に対して、ボイラ運転中にダスト除去が十分行えず、さらに、大きな騒音が発生する、という問題があった。洗浄に関してはそもそもボイラ運転中には実施できず、運転中のボイラ伝熱性能回復には寄与せず、さらに、多量の水や、洗浄排水処理等も必要となる。
【０００５】
上記間接的なダスト除去方法および洗浄に比べ、直接伝熱管外表面に接触および移動させることにより、付着ダストを物理的外力により除去する機械的掻き落し方法がボイラ運転中においては有効である。そこで、そのような機械的掻き落し方法を利用してダストを除去する機構が、例えば、実開平５−２７０４９公報（特許文献１）および実開平７−３２３８８公報(特許文献２)において提案されている。
【特許文献１】実開平５−２７０４９号公報
【特許文献２】実開平７−３２３８８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、上記特許文献１の技術を廃熱ボイラ内の対流伝熱管群に適用しようとした場合、ダストの払い落し板が各管に密着しているため、管の熱変形等により前記払い落し板の作動抵抗が増し、円滑な移動が困難となるか、あるいは払い落しが十分に行われなくなる恐れがある。また、作動抵抗の大きいダスト払い落し板を上下させなくてはならないため駆動装置が大型化し、結果として機構全体が大型化および重量化するといった問題点がある。また、上記特許文献２の技術を廃熱ボイラ内の対流伝熱管群に適用しようとした場合、ダストスクレーパの広範な可動範囲確保のための装置の大型化、ダストスクレーパと各管との摩擦抵抗の上昇、または、各管の使用中の熱変形によって、ダストスクレーパと各管との干渉が生じ、ダストスクレーパの作動不能が起こるといった問題点がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、比較的簡単な構造およびなるべく小さな力で管群の外表面に付着したダストを除去することのできるダスト除去装置を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的を達成するために、本発明によれば、廃熱ボイラ炉内に位置し、前記廃熱ボイラの天井部より吊下げられた対流伝熱管群の各管に付着したダストを除去する装置であって、前記各管の近傍に配置されるダストスクレーパと、前記ダストスクレーパの内面に取り付けられた前記各管の表面に向けて突出する突起部と、前記ダストスクレーパを前記各管の長手方向に往復移動させる移動機構とを有することを特徴とする、廃熱ボイラのダスト除去装置が提供される。
【０００９】
また、本発明によれば、前記ダストスクレーパが前記各管に対して、近接および離隔可能となるよう支持されていることを特徴とする、廃熱ボイラのダスト除去装置が提供される。
【００１０】
更に、本発明によれば、前記ダストスクレーパを支持する支持部を有し、前記支持部が前記廃熱ボイラ炉天井部をブッシュを介して貫通していることを特徴とする、廃熱ボイラのダスト除去装置が提供される。
【００１１】
前記ダストスクレーパ移動機構を前記廃熱ボイラ炉天井部上方の炉外に設け、移動機構を廃熱ボイラ炉内ダスト付着及び高熱の環境から隔離できるため、故障低減の観点から望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、廃熱ボイラ炉天井部より吊下げられる対流伝熱管の外表面に付着および堆積したダストに、突起部を接触させて、ダストスクレーパを各管の長手方向に沿って往復移動させることによって、前記ダストに亀裂を生じさせることができる。その亀裂が周囲に伝播することにより、前記ダストをブロック状あるいは層状に剥離・落下させることができる。その結果、各管の表面に付着したダストを除去することができ、廃熱ボイラを効率よく安定して操業させられるとともに、前段および後段設備をも安定して操業させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
図１は廃熱ボイラ炉１の側断面概観図である。廃熱ボイラ１炉内にはガス流れ方向中間部以降に位置する、天井部２より吊下げられた複数の各管３'で構成された対流伝熱管群３が設けられている。対流伝熱管群３の各管３'の内部には純水が供給されている。図２に示すように、天井部２を下方より見た状態において、対流伝熱管群３は、ガス進行方向に沿った方向と、ガス進行方向に対して垂直な方向に各管３'を複数ずつ並べた構成になっている。図１のように廃熱ボイラ炉１の入口４から高温の排ガスが流入すると、排ガスが対流伝熱管群３の間を通過することによって、各管３'の内部に供給された純水が加熱され、蒸気となり熱エネルギー回収が行われる。一方、熱回収されたことにより廃熱ボイラ出口５では排ガスの温度が下がり、そのため、後段設備の熱損傷を防ぐことができ、大気中に放出する排ガスの温度も低く抑えることができる。
【００１４】
図３は、対流伝熱管群３の各管３'に付着したダストを除去するダスト除去装置６の説明図である。前記廃熱ボイラ炉１の対流伝熱管群３の各管群の間において、ガス流れ方向に沿った空間に複数の支持プレート７が配置されている。各支持プレート７の前後端は廃熱ボイラ炉１の天井部２を貫通する昇降ロッド８にブラケット９を介して取り付けられている。天井部２の上方には、昇降ロッド８および各支持プレート７を一体的に各管３'の長手方向に沿って往復移動させる移動機構１０が配置されている。この移動機構１０は昇降ロッド８の側面に設けられたラック１１とかみ合うピニオン１２をモータ１３で回転させることにより前記支持プレート７を上下動させる構成となっている。
【００１５】
廃熱ボイラ炉１の天井部２に対する昇降ロッド８の貫通箇所にはゴム等からなるブッシュ１４が設けられている。これにより、天井部２に対する貫通箇所を中心にして、昇降ロッド８が揺動可能であり、昇降ロッド８の揺動に伴って、各支持プレート７が対流伝熱管群３の各管３'の間において、前後左右に移動できるようになっている。
図４は、図３中におけるx―x断面図である。前記支持プレート７の側面には、複数のダストスクレーパ１５が対流伝熱管群３の各管３'の左右両側を囲むように取り付けられている。各ダストスクレーパ１５は、対流伝熱管群３の各管３'の周面から離れた位置において、各管３'の周面を囲む半円形状に構成されている。各ダストスクレーパ１５の内面には、各対流伝熱管群３の各管３'の表面に向けて突出する突起部１６が取り付けられている。突起部１６は対流伝熱管群３の各管３'の外表面には接触しないが、各管３'の表面に付着および堆積したダスト１７には接触する程度の長さとなっている。
【００１６】
以上のように構成された廃熱ボイラ炉１において、入口４から高温の排ガスが流入すると、排ガスが純水の供給された対流伝熱管群３の間を通過することによって各管３'の内部に供給された純水が蒸気となり、熱エネルギー回収が行われる。一方、熱回収されたことにより、廃熱ボイラ出口５では排ガスの温度が下がり、そのため、後段設備の熱損傷を防ぐことができ、大気中に放出する排ガスの温度も低く抑えることができる。
また、廃熱ボイラ炉１に流入する高温排ガス中には、様々な成分・性状のダストが多く含まれている。そのため対流伝熱管群３を構成する各管３'の表面にかかる排ガスが接触することによって、各管３'の表面にダスト１７が付着および堆積していく。  
【００１７】
そこで、対流伝熱管群３にダスト１７が付着および堆積した場合は、前記移動機構１０によって前記支持プレート７を各管３'の長手方向に沿って往復運動させることによって、図５(a)のように前記ダスト１７に前記突起部１６による亀裂１８が入り、前記亀裂１８が周囲に伝播することによって、前記ダスト１７が図５(b)のようにブロック状あるいは層状に剥離・落下する。
ここで、対流伝熱管群３の各管３'が高温のガスにより熱膨張および熱変形する場合があり、また、ダスト１７が各管３'に不均一に付着および堆積する場合も考えられる。かかる場合でも、ブッシュ１４を設けたことにより前記支持プレート７をその熱変形等にあわせて前後左右に移動させることが可能となる。その結果、突起部１６が熱膨張および熱変形した各管３'に付着したダスト１７や、不均一に付着および堆積したダスト１７にも亀裂１８を入れることが可能となり、各管３'が熱変形等した場合やダスト１７が不均一に付着した場合でも、ダスト１７を効率よく除去することができる。
【００１８】
ダストを除去した結果として、蒸気の発生による熱エネルギー回収を効率よく行うことができる。また、廃熱ボイラ炉１のガス出口５における排ガスの温度を低く抑えることができ、後段設備の熱損傷の防止や大気に放出するガスの低温化を安定して行うことができる。
一方、対流伝熱管群３の各管３'にまだダストが付着していない場合は、排ガスをできるだけ抵抗の少ない状態で流し、ボイラを効率よく運転させることが望まれる。かかる場合は、前記移動機構１０によって支持プレート７を廃熱ボイラ炉１内の天井部２近傍まで移動させておくことができる。
なお、対流伝熱管３'が熱膨張および熱変形した際に、外表面に突起部１６が接触あるいは押し付けられた状態で本発明が機能することも考えられるため、管外表面に損傷を与えないように突起部１６の先端にある程度の丸みを持たせることが望ましい。そのためには、例えば突起部１６の先端の曲率半径を約5〜10mmとすることが望ましい。また、突起部１６の材質は、使用環境に耐え、かつ管外面よりも硬度が低い材質を選ぶことが望ましい。経済性も考慮すれば、例えば、軟鋼、純銅または黄銅を適用することができる。突起部１６の先端の曲率半径及び材質を調整することで、管の変形等によって、突起部１６と管外面とが接触するような、不測の事態が生じても、管外面に損傷を生じさせることを防げる。
【００１９】
以上、本発明の好ましい実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、前記ダストスクレーパ１５に前記突起部１６を２つ設ける態様を図４に図示したが、その数は１つあるいは複数でもよい。また、前記移動機構１０としてラックアンドピニオン機構を説明したが、例えばシリンダーを用いる構成であってもよい。
【実施例】
【００２０】
廃熱ボイラ炉の前段設備として、亜鉛を含む酸化鉄粒子と炭素を主体とする粒子の混合物を還元する回転炉床式還元炉を使用した。還元反応に伴って、アルカリとハロゲンの塩を含む亜鉛含有ダストの混入した排ガスが発生し、その排ガスが廃熱ボイラ炉に流入した。該排ガスの廃熱ボイラ炉入口部におけるガス温度は1100℃前後であり、対流伝熱部入口では850℃前後となっており、ボイラ炉出口部においては300〜500℃前後となった。前記のように対流伝熱部においては、ガス温度が急激に下げられるため対流伝熱管群には低融点のダストが付着および堆積することとなった。
【００２１】
対流伝熱管に付着および堆積したダストの厚さとしては、ボイラ停止時の概略実測値として、約3〜5mmから約8〜15mmと対流伝熱管のボイラ内の設置部位によってかなりの違いがあった。そのため、ダストスクレーパ突起部と対流伝熱管の間隙寸法は、本発明の廃熱ボイラ炉内での設置部位により適宜設定するのが望ましいことがわかった。ここでは、ダストスクレーパ突起部と対流伝熱管の間隙を3〜10mmに設定した。しかし、廃熱ボイラ炉内の同一部位におけるダストの厚みの細かなばらつきに対して、本発明においては、ブッシュを設置することで十分対応可能であった。なお、ダストスクレーパ突起部の先端の曲率半径については約5〜10mmとし、材質は、黄銅を用いた。対流伝熱管によっては、使用中に、当初の位置から最大で6mm変位する部位があったが、その部位では、ダストスクレーパ突起部と対流伝熱管の外面がわずかに接触したのみで、対流伝熱管の外面に損傷を与えることはなく、かつ、ダストスクレーパの作動に支障が生じることはなかった。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、廃熱ボイラ炉内に吊下げられた対流伝熱管等の外表面に付着したダストを除去するダスト除去装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】廃熱ボイラの一代表例の側断面概観図である。
【図２】対流伝熱管群の配置を下方から見た概観図である。
【図３】本発明に係るダスト除去装置を側方から見た概観図である。
【図４】本発明に係るダスト除去装置を上方から見た概観図である。
【図５（ａ）（ｂ）】ダスト除去の様子を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００２４】
１…廃熱ボイラ炉
１a…輻射伝熱部
１b…対流伝熱部
２…天井部
３…対流伝熱管群
３'…対流伝熱管
４…廃熱ボイラ炉ガス入口
５…廃熱ボイラ炉ガス出口
６…ダスト除去装置
７…支持プレート
８…昇降ロッド
９…ブラケット
１０…移動機構
１１…ラック
１２…ピニオン
１３…モータ
１４…ブッシュ
１５…ダストスクレーパ
１６…突起部
１７…ダスト
１８…亀裂
【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（ａ）（ｂ）】
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