特 集環境装置①

タクマ圧力波式ダスト除去装置（VSPS）
株式会社タクマ技術センター 装置技術部
熱装置技術課巽 圭司

１．はじめに灰分を含む燃料を熱源としたボイラでは、燃焼ガス中にそこで、近年、蒸気を使用しない圧力波によるダスト含まれるダストが運転経過とともに徐々に伝熱管に付着除去が注目され、実用化が進んでいる。圧力波式ダストするので、ダスト除去機能がないと伝熱性能の低下、ガス除去装置はスートブロワに比べて装置がコンパクトな流路の閉塞、伝熱管の腐食損耗などを引き起こし、正常なことや有効範囲が広いため設置台数を少なくでき、更に、運転の継続が困難な状況に陥る。このためボイラの安定伝熱管の摩耗が少ないことから伝熱管の延命化も期待

操業には運転中に伝熱管表面に付着するダストを定期的されている。に除去する装置が必要である。
ボイラのダスト除去装置はダスト成分、温度域、伝熱管反面、威力が大きくボイラに作用する力は大きくなるため、形状により適切なものが選定されるが、従来の装置と設備の大きさや伝熱管のダスト付着状況に合わせて、しては蒸気や空気を伝熱管に噴射するスートブロワが圧力波の威力をコントロールすることはとても重要で多く用いられてきた。しかし、蒸気を使用したスートある。

ブロワはボイラで熱回収し生成した蒸気の一部をダスト当社は、圧力波の威力調整を可能とする独自の圧力除去に消費するため、発電ボイラではその消費分の発電量が波式ダスト除去装置（以下、VSPS：Variable Shock減少することになる。また、都市ごみ焼却炉廃熱ボイラをPulse Soot blower）を開発し、複数のごみ焼却施設で初めとする厳しい腐食環境に晒される場合、蒸気噴射に実証試験を行い、十分なダスト除去能力を有することをよる摩耗と腐食が繰り返される腐食摩耗（エロ―ジョン・確認した。

コロージョン）により伝熱管の減肉を促進するといった欠点が挙げられる。

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一方、圧力波によるダスト除去方式は有効範囲が広い

INDUSTRIAL MACHINERY 2022.5

本稿ではVSPSの構成や特徴について紹介し、実機実証試験の結果について報告する。

特集：環境装置①２．VSPSの概要⑴

取り付けられた油圧シリンダによって、フレームと装置本体燃焼容器のフランジ（Oリングを設置）及び膜をVSPSの本体概略図を図１に示す。各構成要素に押さえ、混合ガス充填時のシールと圧力波放出時に発生する反力でフランジが開くことを防止している。

ついて以下に記す。

③ 膜ロール① 燃焼容器
メタンと酸素の混合ガスを貯留する容器であり、燃焼後、膜には燃焼容器の放出口と同じ円状のその混合ガスを瞬間的に燃焼することで圧力波を放出

開 口 が で き る の で、 新 た な 膜 を 供 給 す る た め にする。燃焼容器の放出口と反対の位置にガス供給口200mの膜ロールを装置に取り付けている。４時間にと着火装置を設置している。

１回の頻度で運転を行うと、この１巻200mで約300日の運転が可能である。

② 本体フレーム
本体フレームには燃焼容器の放出口と同じ大きさの④ 巻取装置
燃焼後に油圧シリンダの動作で膜を開放し、電動膜 を 挟 む こ と によって燃焼容器内の混合ガ ス をモータによって膜の巻き取りを行うと同時に、新たな着火前の所定の充填圧で保持する。また、フレームに膜を装置内に供給する。

Special feature

開口が設けられており、燃焼容器とフレームの間に③膜ロール②本体フレーム

油圧シリンダ
着火装置

放出口

①燃焼容器

膜

ガス供給口

O リング

④巻取装置
図１ VSPS 本体概略図

産業機械 2022.5

21

⑵

⑶

全体フロー

VSPSのガス充填から圧力波噴射までの動作フロー

本システムの全体フローを図２に示す。本システム
はボンベユニット、バルブユニット、油圧ユニット、動作フローを図３に示す。
初め、放出口を膜でシールした燃焼容器にメタン装置本体、制御盤の５つで構成されている。
ガスボンベユニットでは、メタンガスボンベと酸素ガスボンベに減圧弁が接続されており、それぞれ1.0MPa及び酸素ガスをそれぞれ充填していき、所定の圧力（1.0MPa未満）で保持する（図中①②）。
次にガス供給配管をバルブにより閉止し、燃焼容器未満に減圧してバルブユニットにガスを供給する。
バルブユニットでは各種電磁弁と圧力計を備え、端部に設置した着火装置でガスを発火させる（図中③）。

メタンガス及び酸素ガスを制御盤で設定した所定の混合最後に、燃焼容器内の混合ガスが燃焼・膨張すること比及び充填圧になるよう燃焼容器へのガス供給を行う。

で内部圧力が上昇し、膜が破れることで、燃焼容器の油 圧 ユ ニ ッ ト ではハイドロブースタで空気 圧 を放出口から圧力波が放出される（図中④）。

15MPa程度の油圧に変換し、油圧シリンダへ供給する。

圧縮空気

油圧

油圧ユニット膜ロール

炉内

Special feature

燃焼容器

１MPa 未満P

メタンボンベ

着火装置

１MPa 未満
酸素ボンベ

油圧シリンダボンベユニット

バルブユニット

巻取装置

装置本体
図２ 全体フロー❶ メタンガス充填
メタンガス

酸素ガス

燃焼容器

膜

❷ 酸素ガス充填
メタンガス

着火装置

酸素ガス

❸ 着火

❹ 圧力波噴射

メタンガス

メタンガス

着火装置

燃焼ガス＆圧力波
酸素ガス

着火装置

酸素ガス

図３ 動作フロー22INDUSTRIAL MACHINERY 2022.5

着火装置

特集：環境装置①⑷

特徴
③ 安全性

① コンパクトな形状
燃焼容器に直接メタンガスと酸素ガスを供給する

ガスの充填圧は1.0MPa未満としており、装置のシステムとすることで容器の数量を１つにし、膜で取り扱いが安全かつ容易となっている。また、高圧燃焼容器をシールすることで圧力波の放出部の構造

ガス保安法の対象外であり、装置の使用に際し申請がシンプルとなり、装置本体は高さ約800mm×などの手続きは不要である。

幅約250mm×奥行約650mmとコンパクトな形状④ 威力可変式システムとなっている。このため、スートブロワと比べて設置及びメンテナンスに必要なスペースは小さく、燃焼容器内のガス圧力を確認しつつガスを供給部品点数も少ないことからメンテナンス性にも優れてする制御としているため、ガス充填圧やガスの混合比いる。また、各部の軽量化を図り、ボイラ本体にの調整が運転中でも可能であり、焼却炉の規模や直接固定することによって、ボイラ以外から装置をダストの付着度合に応じた圧力波の威力調整が可能

サポートした際に生じるボイラの熱伸びとの変位差としている。

を吸収するための機構を不要としている。

３．実機適用事例② 膜の使用
本装置は燃焼容器の放出口に設置した膜によって複数の都市ごみ焼却施設で性能検証を行ってきており、ガスをシールし、燃焼時には膜を破って圧力波を産業廃棄物ボイラにおいても実運用を行っている。以下に放出する。膜を使用することで放出口の面積が大きく

VSPSの適用例として実証試験の概要及び結果を紹介

取れ、発生した圧力波を無駄なく放出することをする。

Special feature

VSPSのダスト除去性能を確認するため、これまで可能としている。

：スートブロワ（長抜差型10台）★ ：VSPS（左右各１台設置）：ガス流れ

3次SH入口ガス温度（スートブロワ）
1次SH出口ガス温度（スートブロワ）
主蒸気流量（スートブロワ）
700

1次過熱器

3次SH入口ガス温度（VSPS）
1次SH出口ガス温度（VSPS）
主蒸気流量（VSPS）
60

2次過熱器

3次過熱器
燃焼室
プロテクション管

排ガス温度（℃）

600555005040045300402003510030090939699102

主蒸気流量（t/h）※VSPS運転は１台

25105

運転日数（日）図４ 過熱管群実証試験

産業機械 2022.523⑴過熱管群実証試験

115日目までのトレンドデータより、VSPS単独運転

都市ごみ処理量250t/日・炉である施設Ａの過熱管群においてもエコノマイザ出入口ガス温度差がスートブロワ運転時とほぼ同等となることを確認した。

（ダスト除去装置として長抜差型スートブロワを合計10台設置）に燃焼容器５LのVSPSを設置し、実証試験４．今後の展望を実施した。
VSPS設置位置と運転トレンドを図４に示す。VSPS

当社が独自開発した威力調整可能な圧力波式ダストはダスト除去効果を高める場合を想定して３次過熱器

除去装置は、省スペース化、発電量の増加、過熱管減肉入口の左右両側壁パネルに設置したが、運転条件を調整抑制など優れた特徴を有し、実証試験により、ボイラのし、片側１台でガス充填圧力を0.6MPa、運転頻度様々な部位において運転継続に必要なダスト除去性能を４時間に１回で、過熱管群の入口・出口ガス温度が十分に有することを確認できた。

スートブロワ運転時と同等となることを確認した。

現在、より大型ボイラにおいて設置台数の最小化を図る

なお、本施設より炉幅の大きいボイラにおいてはため、更に威力の高い装置の開発を行っている。威力増加

威力（ガス充填圧力）や運転頻度の増加、もしくは設置への検討事項に関しては、ガス充填圧力、容器容量と台数を増やすことで対応が可能である。

形状、酸素比、燃料種などが挙げられる。今後、それぞれの具体的な効果を把握し、引続き効率的かつ経済的な⑵エコノマイザへの適用実証試験

装置の開発に取り組み、装置のラインアップを広げて都市ごみ処理量240 t/日・炉である施設Ｂのエコノいく予定である。

Special feature

マイザにVSPS１台を設置し、実証試験を実施した。

また、今後は灰性状によるダスト除去性能や伝熱性能

VSPS 設 置 位 置 と 運 転 ト レ ン ド を 図 ５ に 示 す。の違い、それに応じたボイラ構造、VSPSのランニング

VSPSはエコノマイザ入口部に設置し、既存のスートコストを含めた経済性等をバランスよく組み合わせる

ブロワと同様のダスト除去性能となるまで運転条件必要があり、引続き実機での運転も踏まえて最適化を（燃焼容器、ガス充填圧力、運転頻度）を調整した結果、追求し、ボイラの運転及び整備全体の性能向上を目指してスートブロワ運転とVSPS運転の炉立上げから100～いく所存である。

：スートブロワ（定置型９台）★ ：VSPS（１台）

エコノマイザ

排ガス温度（℃）

400

エコ入口ガス温度（スートブロワ）
エコ出口ガス温度（スートブロワ）
主蒸気流量（スートブロワ）

エコ入口ガス温度（VSPS）
エコ出口ガス温度（VSPS）
主蒸気流量（VSPS）
50300

45200

40100

350100103106109

運転日数（日）図５ エコノマイザ実証試験

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INDUSTRIAL MACHINERY 2022.511230115

主蒸気流量（t/h）：ガス流れ