JP2003014397A - スートブロー装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スートブロー装置における伝熱管の側面に付
着した付着物のの除去能力を向上することにある。 【解決手段】 スートブロー装置は、炉７から供給され
たガスと熱交換する伝熱管１７に対して流体を噴射し、
伝熱管１７の外周面に付着した付着物を除去するスート
ブロー装置１であって、伝熱管１７が、ガスの流れに対
して直角方向に配置されている場合に、伝熱管１７の外
周面のうち、ガスの流れ方向に沿って上流側の外周面を
上面２３とし、下流側の外周面を下面２７として、上面
２３と下面２７の間の外周面を側面２５としたとき、伝
熱管１７の上流側から伝熱管１７の側面２５に流体を噴
射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換器のスート
ブロー装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱交換器のスートブロー装置は、燃焼炉
やガス化炉などから供給されたガスと熱交換を行う伝熱
管の伝熱性能の低下を防ぐため、スートブロー管に設け
られた噴射口から噴射されるガスなどで、伝熱管に付着
した付着物を取り除くものである。

【０００３】熱回収ボイラなどの熱交換器は、燃焼炉や
ガス化炉から供給されるガスの熱を回収するもので、エ
ネルギー利用の効率化をはかるために、供給されるガス
からなるべく多くの熱を回収する必要があるが、燃焼炉
やガス化炉から供給されるガスには、灰やスラグや石炭
の未燃焼分などが含まれるため、これらが伝熱管に堆
積、付着して、伝熱管の伝熱性能が低下すると、熱交換
器が回収できる熱量が減少してしまう。熱交換器におけ
る熱回収能力の低下を防ぐためには、伝熱管の伝熱性能
の低下を防ぐ必要があり、伝熱管に付着した付着物を除
去するスートブロー装置として、例えば、特開昭６１−
２２１２９３号公報などが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開昭６１−
２２１２９３号公報に記載のスートブローブロ装置など
は、石炭ガス化装置の熱交換器の伝熱管に付着した固形
物を除去するもので、ガス化炉で生成された生成ガスに
悪影響を与えないように考慮されたものである。従っ
て、伝熱管では、伝熱管の側面、つまり、伝熱管の外周
面のうち、ガスの流れ方向に対して上流側の外周面を上
面とし、下流側の外周面を下面として、上面と下面の間
の外周面に付着した付着物が、特に、伝熱管の伝熱性能
を低下させる点について考慮されていなかった。このた
め、従来のスートブロー装置は、伝熱管の側面に付着し
た付着物の除去が十分でないという課題がある。

【０００５】本発明の課題は、スートブロー装置におけ
る伝熱管の側面に付着した付着物のの除去能力を向上す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を次
の手段により解決する。つまり、炉から供給されたガス
と熱交換する伝熱管に対して流体を噴射し、伝熱管の外
周面に付着した付着物を除去するスートブロー装置であ
って、伝熱管が、ガスの流れに対して直角方向に配置さ
れている場合に、伝熱管の外周面のうち、前記ガスの流
れ方向に沿って上流側の外周面を上面とし、下流側の外
周面を下面として、前記上面と前記下面の間の外周面を
側面としたとき、伝熱管の上流側から伝熱管の側面に流
体を噴射するものである。

【０００７】このような構成とすることにより、スート
ブロー装置は、伝熱管の側面に付着した付着物に流体を
噴射することができ、伝熱管に付着した付着物の除去能
力を向上することができる。このため、伝熱管の側面に
付着した付着物を除去することができるので、伝熱管の
伝熱性能の低下を抑制して、伝熱管における熱交換効率
の低下を抑制することができ、また、伝熱管に付着した
付着物が堆積して、熱交換器のガス流路が閉塞されるの
を防ぐことができる。

【０００８】また、本発明のスートブロー装置は、伝熱
管が、ガスの流れに対して直角方向に配置され、かつ、
行方向および列方向にマトリクス状に配列されている場
合に、ガスの流れに沿って伝熱管の上流側に、流体を噴
射する噴射口を有するスートブロー管を設け、伝熱管の
外周面のうち、ガスの流れ方向に沿って上流側の外周面
を上面とし、下流側の外周面を下面として、上面と下面
の間の外周面を側面としたとき、伝熱管の側面に、ガス
の流れの上流側から下流側へ列方向に沿って、噴射口か
ら流体を噴射することもできる。

【０００９】このように、本発明のスートブロー装置
は、伝熱管の側面に、ガスの流れの上流側から下流側に
向け、伝熱管の配列の列方向に沿って、流体を噴射する
ので、スートブロー装置が噴射する流体の流れを阻害す
る伝熱管を避けることができ、ガスの流れに対して下流
側に設けられた伝熱管の側面にも、十分な流速を持った
流体を噴射することができる。このため、スートブロー
装置は、下流側の伝熱管の側面に付着した付着物も除去
することができ、スートブロー装置における伝熱管の付
着物の除去能力を向上することができる。

【００１０】更に、本発明のスートブロー装置は、伝熱
管の直径をｄ、伝熱管の行方向の軸間隔のピッチをＰｘ
としたとき、噴射口の中心位置Ｓｃを、０．２５ｄ≦Ｓ
ｃ≦０．５Ｐｘとすることもできる。このようにすれ
ば、伝熱管の側面の上方にスートブロー装置の噴射口を
配置できるので、スートブロー装置が噴射する流体の流
れを阻害する伝熱管を避けて、伝熱管の側面に集中して
当てることができ、ガスの流れの下流側に設けられた伝
熱管の側面にも、十分な流速を持った流体を噴射するこ
とができる。

【００１１】また更に、スートブロー装置のスートブロ
ー管は、前記ガスの流れと前記伝熱管の中心軸の双方に
対して直角方向に配置することもでき、スートブロー管
は、マトリクス状に配列された前記伝熱管の上流側に設
けられるとともに、行間に設けることもできる。

【００１２】このように構成することにより、例えば、
伝熱管の行方向の配列が１０段で構成され１つの伝熱管
群が形成されている場合、５段目と６段目の伝熱管の間
に、スートブロー管を設けることができ、下流側に配置
された伝熱管とスートブロー管の距離を小さくすること
ができる。このため、下流側の伝熱管まで噴射した流体
の流速を維持でき、下流側に配置された伝熱間の側面に
付着した付着物も除去することができる。

【００１３】また、石炭ガス化装置は、微粉固体炭素原
料をガス化するガス化炉と、このガス化炉により生成さ
れた生成ガスの熱を回収する熱回収器を含んで構成され
た石炭ガス化装置であって、熱回収器は、生成ガスと熱
交換をする伝熱管が配列され、伝熱管に付着した付着物
を除去するスートブロー装置として、本発明のスートブ
ロー装置を備えることもできる。

【００１４】本発明のスートブロー装置を石炭ガス化装
置に用いることにより、熱交換器の伝熱管に付着した付
着物の除去ができるので、熱交換器の熱回収能力の低下
を抑制することができ、石炭ガス化装置のエネルギー効
率の低下を抑制することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
を適用してなるスートブロー装置の第１の実施形態につ
いて図１乃至図４を参照して説明する。図１は、本発明
を適用してなるスートブロー装置を備えた石炭ガス化装
置の概略構成を示した概略構成図である。図２は、図１
の伝熱管の配列を説明する説明図である。図３は、図１
のスートブロー管の断面図である。図４は、伝熱管とス
ートブロー管の配置を説明する説明図である。図５は、
図２の伝熱管に付着した付着物を説明する説明図であ
る。図６は、本発明の実施形態および比較例のスートブ
ロー装置で、伝熱管の付着物の除去を行った場合の伝熱
管の熱伝達率を示す図である。

【００１６】本実施形態のスートブロー装置１を備えた
石炭ガス化装置は、図１に示すように、原料である微粉
炭をガス化するガス化炉本体２と、このガス化炉で生成
された生成ガスから熱を回収する熱回収ボイラ３を含ん
で構成されている。

【００１７】ガス化炉本体２には、微粉炭および酸化剤
を供給するバーナ５と、このバーナ５により微粉炭およ
び酸化剤が供給される火炉７が設けられている。バーナ
５は、火炉７に上下２段で設けられている。火炉７の下
方には、微粉炭をガス化したときに発生する溶融スラグ
を冷却する冷却水が溜められており、冷却水により冷却
されたスラグは、ガス化炉本体２の底部より排出され
る。

【００１８】また、火炉７の上方には、絞り部９が形成
され、絞り部９の上端は、ガス化炉本体２と熱回収ボイ
ラ３との間に設けられた連絡管１１と連通している。連
絡管１１は、一方がガス化炉本体２の絞り部９の上端と
連通するとともに、他方が熱回収ボイラ３の上端と連通
している。

【００１９】連絡管１１によりガス化炉本体２と連通す
る熱回収ボイラ３は、熱回収部である３つの伝熱管群１
３を上段、中段、下段に備えている。それぞれの伝熱管
群１３の上方には、伝熱管１７に付着した付着物を除去
するスートブロー装置１がそれぞれ設けられている。

【００２０】このように構成された石炭ガス化装置にお
いて、酸化剤と微粉炭は、バーナ５に送られ、火炉７で
ガス化される。ガス化によって生成したガスは、火炉７
から上昇して、絞り部９、連絡管１１を通流して熱回収
ボイラ３に供給される。熱回収ボイラ３に供給されたガ
スは、上段、中段、下段に配設された伝熱管群１３によ
り熱を回収されながら、熱回収ボイラ３の上方から下方
に流下して、熱回収ボイラ３から排出される。また、ガ
ス化により発生した溶融スラグは、火炉７の下部に溜め
られた冷却水に落下して、その後、系外に排出される。

【００２１】伝熱管群１３の伝熱管１７は、図２に示す
ように、マトリクス状に配列され、列間隔、つまり、横
方向の伝熱管１７軸ピッチ：Ｐｘ＝０．０６３５ｍと、
行間隔、つまり、縦方向の伝熱管１７軸ピッチ：Ｐｙ＝
０．０５７ｍとを有して配列され、伝熱管１７は、直
径：ｄ＝０．０３８１ｍを有している。

【００２２】このように配列された伝熱管群１３は、例
えば、熱回収ボイラ３内を流下するガスの流れに対し
て、伝熱管１７の軸方向がほぼ直角になるように配設さ
れた伝熱管１７により形成され、伝熱管１７は、マトリ
クス状、言い換えれば、碁盤目状に配列されている。つ
まり、伝熱管１７は、ガスの流れに沿って縦方向に配列
された列と、ガスの流れ方向にほぼ直行する横方向に配
列された行で、５行６列に配列されて伝熱管群１３が形
成されている。ここで、伝熱管１７が横方向に等間隔で
配列された行を、段と称すれば、本実施形態の伝熱管１
７は、５段６列に配列されているということもできる。

【００２３】スートブロー装置１は、例えば、図１に示
すように、スートブローガスを噴射するスートブロー管
１９と、このスートブロー管１９から噴射されるスート
ブローガスをスートブロー管１９に供給する図示しない
スートブローガス供給器とを含んで構成され、スートブ
ロー管１９は、伝熱管群１３の上方に設けられている。
伝熱管群１３の上方に設けられたスートブロー管１９に
は、図３に示すように、スートブローガスを噴射する噴
射口２１が、下側管壁に鉛直下向きに設けられている。
鉛直下向きの噴射口２１を有するスートブロー管１９の
中心軸は、図４に示すように、伝熱管１７の配列の各列
にそれぞれ対応して、伝熱管１７の軸方向とほぼ平行に
なるように配設され、伝熱管群１３における最上段の伝
熱管１７の中心軸を含む面と上下方向の間隔Ｈを有して
いる。スートブロー管１９の噴射口２１は、対応する列
の伝熱管１７の中心軸を含み、ガスの流れと平行な面
と、横方向の間隔Ｌを有して配置されている。また、噴
射口２１は、スートブロー管１９の下側管壁に鉛直下向
きで設けられているので、スートブロー管１９の中心軸
は、噴射口２１の中心と同様に、伝熱管１７の中心軸と
横方向の間隔Ｌを有している。本実施の形態では、スー
トブロー管１９は、Ｌ＝０．２５ｄ、Ｈ＝Ｐｙに配置さ
れている。

【００２４】ここで、本実施形態のスートブロー装置１
を備えた石炭ガス化装置の炉として、固定層、流動層、
気流層などの各方式が種々提案されている。これらの中
で、気流層型のガス化炉は、石炭などの固体炭素質原料
を微粉砕して酸素、空気などの酸化剤とともに、原料灰
の融点以上の温度、つまり、約１３００〜１６００℃の
炉内に供給してガス化する方法であり、ガス化効率が高
い、適用炭種が広い、環境適合性に適している等の特徴
を有している。この気流層を用いた石炭ガス化法は、合
成ガス、複合発電、燃料電池などの燃料および原料製造
に適しているため、国内外で積極的に開発が進められて
いる。特に気流層を用いた石炭ガス化による複合発電
は、次期火力発電技術として位置付けられ、ここ数年開
発が加速されている状況にある。

【００２５】複合発電におけるガス化装置は、酸化剤と
微粉炭がバーナに送られガス化される。ガス化よって生
成されたガスは、ガス化炉から上昇して、絞り部より連
絡管を通流して、熱回収部に送られる。

【００２６】熱回収部である熱回収ボイラに送られる生
成ガスの中には、例えば、数１００ｇ／Ｎｍ^３の未燃分
が含まれ、これは、通常の石炭焚きボイラの数１００倍
もの濃度に相当する。従って、運転時間の経過にともな
い、図５に示すように、伝熱管１７の上面２３に未燃分
の堆積層が形成され、伝熱管１７の側面２５および下面
２７に付着層が形成されている。このように、伝熱管１
７に未燃分が堆積、付着すると、受熱面積の低下による
伝熱性能の低下が起こる。特に、碁盤目配列された伝熱
管１７では、側面２５に付着する未燃分が伝熱性能を低
くする。伝熱性能の低下を防ぐためには、スートブロー
装置１により、窒素ガスなどを伝熱管１７に噴射して、
伝熱管１７に堆積、付着した未燃分の除去を積極的に行
う必要がある。ここで、伝熱管１７の上面２３とは、伝
熱管１７の外周面のうち、ガスの流れ方向に対して上流
側の外周面をいい、伝熱管１７の下面２７とは、伝熱管
１７の外周面のうち、ガスの流れ方向に対して下流側の
外周面をいい、伝熱管１７の側面２５とは、伝熱管１７
の外周面のうち、上面２３と下面２７の間の外周面をい
う。すなわち、伝熱管１７の外周面のうち、伝熱管１７
の中心軸からガスの流れを遡った方の面を上面２３と
し、ガスの流れ下る方の面を下面として、上面２３と下
面２７の間の外周面を側面２５としている。つまり、伝
熱管１７の側面２５とは、伝熱管１７の外周面のうち、
ガスの流れ方向と直行する面でかつ伝熱管１７の軸を含
む面と外周面との交線を含む交線近傍の外周面のことで
ある。言い換えれば、伝熱管１７の外周面のうち、ガス
の流れに平行な面と伝熱管１７の外周面との接線を含む
接線近傍の面を、伝熱管１７の側面２５と称している。

【００２７】従来のスートブロー装置は、伝熱管の上方
にスートブロー管を設置して、噴射口よりガス流れ方向
に窒素ガスを噴射するのが一般的である。この方法によ
れば、スートブロー装置の設置や運転が比較的容易であ
り、噴射口付近では、噴射ガスが高流速となるため、上
段の伝熱管ほど未燃分が除去されやすい。

【００２８】しかしながら、従来のスートブロー装置
は、噴射されるガスの流れが伝熱管そのもので遮られ、
スートブロー管から遠くなるにつれて、ガスの流速が低
下するため、下段側の伝熱管まで付着した未燃分の除去
が十分にできない。このため、運転時間ともに伝熱管へ
の未燃分の堆積や付着は進行した場合、スートブローに
よる伝熱性能の回復は、幾分認められるものの、平均的
には低い伝熱性能に落ち着く傾向を示す。

【００２９】これに対し、本発明のスートブロー装置１
は、伝熱管１７の長手方向がガスの流れ方向とほぼ直角
に設置されるとともに、碁盤目状に配列された伝熱管群
１３に対して、伝熱管１７の中心軸より間隔Ｌだけ、ス
ートブロー管１９を伝熱管１７の側面２５方向ヘずらし
ている。つまり、本発明のスートブロー装置１は、伝熱
管１７の側面２５の上方にスートブロー管１９を備え、
このスートブロー管１９に設けられた噴射口２１を、伝
熱管１７の側面２５の上方、かつ、ガスの流れ方向に配
置したものである。また、本発明のスートブロー装置１
は、噴射口２１に、窒素ガス、もしくは、火炉５にて生
成された生成ガスから未燃分を除去したリサイクルガス
を供給し、噴射口２１よりスートブローガスとして噴射
することができる。

【００３０】このように、伝熱管１７の側面２５の上方
でガス流れ方向に、スートブロー装置１の噴射口２１を
配置することにより、スートブロー装置１から噴射され
るスートブローガスは、伝熱管１７の側面２５に集中し
て当り、伝熱管１７の側面２５に付着した未燃分を吹き
飛ばすことができる。

【００３１】（第２の実施形態）本発明を適用してなる
スートブロー装置１の第２の実施形態について説明す
る。なお、本実施形態では、第１の実施形態と同一のも
のには説明を省略し、第１の実施形態と相違する構成及
び特徴部などについて説明する。

【００３２】本実施形態が第１の実施形態と相違する点
は、スートブロー管１９の配置である。すなわち、本実
施形態のスートブロー装置１のスートブロー管１９は、
Ｌ＝０．５ｄ、Ｈ＝Ｐｙに配置されている。

【００３３】（第３の実施形態）本発明を適用してなる
スートブロー装置１の第３の実施形態について説明す
る。なお、本実施形態では、第１の実施形態と同一のも
のには説明を省略し、第１の実施形態と相違する構成及
び特徴部などについて説明する。

【００３４】本実施形態が第１の実施形態と相違する点
は、スートブロー管１９の配置である。すなわち、本実
施形態のスートブロー装置１のスートブロー管１９は、
Ｌ＝０．４Ｐｘ、Ｈ＝Ｐｙに配置されている。

【００３５】（比較例１）本発明を適用してなるスート
ブロー装置１と、伝熱管１７の付着物の除去能力を比較
するため、比較例１について説明する。なお、本比較例
では、第１の実施形態と同一のものには説明を省略し、
第１の実施形態と相違する構成及び特徴部などについて
説明する。

【００３６】本比較例が第１の実施形態と相違する点
は、スートブロー管１９の配置である。すなわち、本比
較例のスートブロー装置１のスートブロー管１９は、Ｌ
＝０、Ｈ＝Ｐｙに配置されている。

【００３７】（比較例２）本発明を適用してなるスート
ブロー装置１と、伝熱管１７の付着物の除去能力を比較
するため、比較例２について説明する。なお、本比較例
では、第１の実施形態と同一のものには説明を省略し、
第１の実施形態と相違する構成及び特徴部などについて
説明する。

【００３８】本比較例が第１の実施形態と相違する点
は、スートブロー管１９の配置である。すなわち、本比
較例のスートブロー装置１のスートブロー管１９は、Ｌ
＝０．５Ｐｘ、Ｈ＝Ｐｙに配置されている。

【００３９】本発明の第１乃至第３の実施形態と、比較
例１および２のスートブロー装置１を用いて、実ガス下
において、伝熱性能の回復の効果を調べた。ここで、実
験用ボイラガスの条件は、温度：７００℃、圧力：常
圧、空塔速度：２ｍ／ｓ、未燃分濃度：１５０ｇ／Ｎｍ
^３であり、熱回収ボイラ３において、１時間程度運転し
た後の熱伝達率は、１３Ｗ／ｍ^２Ｋであった。図６は、
各スートブロー装置１で、スートブロー装置１の噴射圧
力を５ｋｇ／ｃｍ^２、噴射口２１の内径を３ｍｍとし、
３秒間噴射したときの伝熱管１７の熱伝達率を示す図で
ある。

【００４０】本発明の第１乃至第３の実施形態、比較例
１および２のスートブロー装置１により回復した熱伝達
率は、図６に示すように、伝熱管１７直上にスートブロ
ー管１９を設置した比較例１（Ｌ＝０）が最も低い。噴
射口２１の位置を、比較例１（Ｌ＝０）から第１の実施
形態（Ｌ＝０．２５ｄ）、第１の実施形態（Ｌ＝０．２
５ｄ）から第２の実施形態（Ｌ＝０．５ｄ）に移動させ
る、つまり、伝熱管１７直上から伝熱管１７の軸方向に
対して横方向にずらしていくと、徐々に熱伝達率が高く
なり、第２の実施形態（Ｌ＝０．５ｄ）により回復した
熱伝達率が最も高い。更に、噴射口２１の位置を、第２
の実施形態（Ｌ＝０．５ｄ）の位置から第３の実施形態
（Ｌ＝０．４Ｐｘ）の位置まで移動させると熱伝達率は
低下した。運転中、噴射口２１の位置が０．４Ｐｘを超
える位置に配置された場合、例えば、比較例２（Ｌ＝
０．５Ｐｘ）の位置に噴射口２１の位置を配置すると、
伝熱管１７と伝熱管１７との間で未燃分がブリッジし
た。

【００４１】このように、スートブロー管１９の噴射口
２１の位置Ｓｃを、０．２５ｄ≦Ｓｃ＜０．５Ｐｘに配
置、つまり、伝熱管１７とスートブロー管１９の方向の
間隔Ｌを、０．２５ｄ≦Ｌ＜０．５Ｐｘとすれば、比較
例１および２より、伝熱管１７の熱伝達率を回復するこ
とができる。また、第１乃至第３の実施形態のように、
スートブロー管１９の噴射口２１の位置Ｓｃを、０．２
５ｄ≦Ｓｃ＜０．４Ｐｘに配置、つまり、伝熱管１７と
スートブロー管１９の方向の間隔Ｌを、０．２５ｄ≦Ｌ
＜０．４Ｐｘとすれば、伝熱管１７の熱伝達率をより回
復するとともに、ボイラガスの流路閉鎖を回避すること
ができる。

【００４２】（第４の実施形態）本発明を適用してなる
スートブロー装置１の第４の実施形態について図７及び
図９を参照して説明する。図７は、第４の実施形態にお
けるスートブロー装置のスートブロー管とマトリクス状
に配列された伝熱管の概略構成を示す縦断面図である。
図８は、図７の上面図である。図９は、図８のスートブ
ロー管１９および伝熱管１７を拡大した拡大図である。
図１０は、比較例３のスートブロー装置のスートブロー
管とマトリクス状に配列された縦断面図である。図１１
は、図７のスートブロー管において他の位置に噴射口を
配置したときのスートブロー管の断面図である。なお、
本実施形態では、第１の実施形態と同一のものには同じ
符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と相違する
構成及び特徴部などについて説明する。

【００４３】本実施形態が第１の実施形態と相違する点
は、スートブロー管１９の軸方向が、ガスの流れと伝熱
管１７の中心軸の双方に対して直交するように配置され
ているとともに、伝熱管群１３の上方と中段に２段でス
ートブロー管１９が設けられていることにある。すなわ
ち、伝熱管群１３の伝熱管１７が、例えば、図７に示す
ように、伝熱管１７が３列１０段のマトリクス状（伝熱
管の断面の配列が行と列により形成されている状態）に
配列されている場合、本実施形態のスートブロー装置１
のスートブロー管１９は、冷却壁２９の壁面にほぼ垂直
に設けられ、１段目の伝熱管１７の上方と、５段目と６
段目の伝熱管１７の間に、ガスの流れと伝熱管１７の中
心軸の双方に対して直交するように配置されている。

【００４４】ガスの流れと伝熱管１７の双方に対して直
交するように設けられたスートブロー管１９は、図８に
示すように、１段目の伝熱管１７の上方に５本のスート
ブロー管１９が、ほぼ平行にそれぞれほぼ均等な間隔を
有して配置されている。この５本のスートブロー管１９
と直交するように設けられた伝熱管１７は、冷却壁３１
の壁面にほぼ垂直に設けられている。冷却壁３１の壁面
にほぼ垂直に設けられた伝熱管１７は、それぞれほぼ平
行に、ほぼ均等な間隔を有して３列に配列されている。
伝熱管１７が設けられた冷却壁３１と、スートブロー管
１９が設けられた冷却壁２９は、それぞれの壁面が互い
に直交し、伝熱管１７は、冷却壁２９の壁面に対して、
ほぼ平行に設けられ、スートブロー管１９は、冷却壁３
１の壁面近傍から、伝熱管１７の先端部近傍まで、冷却
壁３１の壁面に対してほぼ平行にほぼ均等な間隔を有し
て設けられている。スートブロー管１９の先端部は、冷
却壁２９の壁面から最も遠い伝熱管１７の側面２５より
張り出して、伝熱管１７の上方を覆うように設けられて
いる。５段目と６段目の伝熱管１７の間に設けられたス
ートブロー管１９も、１段目の伝熱管１７の上方に設け
られたスートブロー管１９と、同様な構成となってい
る。

【００４５】また、５段目の伝熱管１７と６段目の伝熱
管１７との間に設けられたスートブロー管１９は、伝熱
管１７の行間ピッチ（段間ピッチ）Ｐｙの間、つまり、
Ｈ＝０．５Ｐｙに配置され、図９に示すように、スート
ブローガスを噴射する噴射口２１を備え、噴射口２１
は、スートブロー管１９の管壁の下端部に設けられた直
径数ｍｍの貫通孔により形成されている。噴射口２１
は、各伝熱管１７の両側面２５の上方に設けられてい
る。つまり、スートブロー管１９の噴射口２１は、各伝
熱管１７の両側面２５の接線上、かつ、ガスの流れ方向
に沿って設けられており、スートブローガスを、伝熱管
１７の両側面２５めがけて噴射できる。

【００４６】このように、伝熱管１７の軸方向が熱交換
を行うガスの流れ方向と直交するよう設けられ、伝熱管
１７が碁盤目状に配列された場合、噴射口２１を伝熱管
１７の側面２５の上方に配置することにより、噴射した
スートブローガスが、伝熱管１７に遮蔽されることな
く、熱回収ボイラ３のガス流路を流下することができる
ので、下方に配列された伝熱管１７の側面２５にも、十
分な流速を維持して、噴射することができ、下方に配列
された伝熱管１７の側面２５に付着した付着物の除去を
十分に行うことができる。

【００４７】また、本実施形態のように、伝熱管１７の
段間にスートブロー管１９を配置し、伝熱管１７の側面
２５に形成された側壁に向かって噴射口２１を設け、ス
ートブローを行うことにより、伝熱管群１３が多段に形
成されていても、スートブローガスが、伝熱管群１３の
下部に設けられた伝熱間の側面２５に十分な流速を維持
して噴きつけられ、伝熱管群１３の下部にもうけられた
伝熱管１７の側面２５に付着した未燃分を吹き飛ばすこ
とができ、伝熱管１７の低下した伝熱性能を再び向上す
ることができる。

【００４８】更に、噴射口２１は、伝熱管１７の両側面
２５に対応して設けられているので、伝熱管１７の両方
の側面２５に付着した付着物を取り除くことができ、ス
ートブロー装置１における伝熱管１７の付着物の除去能
力を向上することができる。

【００４９】更にまた、本実施形態のように、伝熱管１
７と直交する位置にスートブロー管１９を挿入しても、
ガスの流路は、十分に確保されており、スートブロー管
１９の上方に未燃分が堆積しても、流路閉塞に至ること
はない。また更に、スートブロー管１９は、噴射口２１
の配置を変えただけで、従来から用いられているものを
使用することができるので、コストの増大を抑制して、
スートブロー装置１の除去能力を向上することができ
る。

【００５０】（比較例３）本発明の第４の実施形態のス
ートブロー装置１と、伝熱管１７の付着物の除去能力を
比較するため、比較例３について、図１０を参照して説
明する。図１０は、本比較例のスートブロー装置のスー
トブロー管とスートブロー装置により付着物が除去され
る伝熱管の配置を示す縦断面図である。なお、本比較例
では、第４の実施形態と同一のものには同じ符号を付し
て説明を省略し、第４の実施形態と相違する構成及び特
徴部などについて説明する。

【００５１】本比較例が第４の実施形態と相違する点
は、スートブロー装置１のスートブロー管１９が、伝熱
管１７の軸方向とほぼ平行に配置され、かつ、１段目の
伝熱管１７の上方のみに形成され、その１段が平行に配
置された３本のスートブロー管１９で構成されている点
である。すなわち、本比較例のスートブロー管１９は、
第４の実施形態のスートブロー管１９に比べ数が減少
し、噴射口２１の位置が、伝熱管１７の直上（Ｌ＝０）
に配置されている。ここで、本比較例のスートブロー装
置１のスートブロー管１９は、Ｈ＝０．５Ｐｙに配置さ
れている。

【００５２】本発明の第４の実施形態および比較例３の
スートブロー装置１を用いて、実ガス下で、伝熱管１７
の段数が１０段、列数が６列の伝熱管群１３の伝熱性能
の回復の効果を調べた。ここで、実験用ボイラガスの条
件は、温度：７００℃、圧力：常圧、空塔速度：２ｍ／
ｓ、未燃分濃度：１５０ｇ／Ｎｍ^３である。第４の実施
形態のスートブロー装置１で、スートブロー装置１の噴
射圧力を５ｋｇ／ｃｍ ^２、噴射口２１の内径を３ｍｍと
し、３秒間噴射したときの伝熱管１７の熱伝達率は、４
５Ｗ／ｍ^２Ｋであり、比較例３のスートブロー装置１に
おいて熱伝達率は、１８Ｗ／ｍ^２Ｋであった。

【００５３】スートブロー終了後、伝熱管１７の未燃分
の付着や堆積状況を観察すると、第４の実施形態では、
スートブロー前と比べて、伝熱管１７の側面２５におけ
る付着層の厚みが薄くなり、更に、伝熱管１７上の堆積
物が飛散しているのに対して、比較例３では、１段目、
２段目の伝熱管１７の堆積物は、ほぼ飛散していたが、
その他の段では、スートブロー前後で状況にあまり差が
なかった。比較例３では、流速の速い上段の伝熱管１７
では、堆積した未燃分の飛散が進むが、伝熱管１７で遮
られ、流速が遅くなった下段では、未燃物は除去されな
いことが考えられる。

【００５４】これに対して、第４の実施形態のスートブ
ロー装置１では、各伝熱管１７の側面２５に付着した未
燃分の厚みが薄くなっており、スートブローガスが伝熱
管１７の側面２５に十分な流速で流れたものと考える。

【００５５】また、第４の実施形態のスートブロー装置
１における噴射口２１は、本実施形態の噴射口２１に代
わり、図１１に示すように、スートブロー管１９の下側
に、同一横断面に２つの貫通孔を設け、斜め下方にスー
トブローガスを噴射する２列の噴射口２１とすることも
できる。

【００５６】このように、スートブロー装置１の噴射口
２１を斜め下方に、２列で配置することにより、スート
ブローガスが斜めに噴射されるため、スートブローガス
が当る伝熱管１７の側面２５の面積が拡大され、スート
ブロー管１９の本数を減らすことができる。

【００５７】（第５の実施形態）本発明を適用してなる
スートブロー装置１の第５の実施形態について図１２乃
至図１４を参照して説明する。図１２は、第５の実施形
態におけるスートブロー装置のスートブロー管とマトリ
クス状に配列された伝熱管の配置を示す縦断面図であ
る。図１３は、図１２の上面図である。図１４は、図１
２のスートブロー管および伝熱管を拡大した拡大図であ
る。なお、本実施形態では、第４の実施形態と同一のも
のには同じ符号を付して説明を省略し、第４の実施形態
と相違する構成及び特徴部などについて説明する。

【００５８】本実施形態が第４の実施形態と相違する点
は、スートブロー管１９の軸方向が、伝熱管１７の中心
軸に対してほぼ平行に配置され、１段目および６段目の
それぞれの伝熱管１７の斜め上方と斜め下方に、それぞ
れスートブロー管１９が配置されていることにある。す
なわち、伝熱管群１３が、例えば、図１２に示すよう
に、３列１０段に配列された伝熱管１７で形成されてい
る場合、本実施形態のスートブロー装置１のスートブロ
ー管１９は、１段目の伝熱管１７の一方の側面２５ａの
上方（Ｌ＝０．５ｄ、Ｈ＝０．５Ｐｙ）にそれぞれ配置
されるとともに、２段目の伝熱管１７の他方の側面２５
ｂの上方（Ｌ＝０．５ｄ、Ｈ＝０．５Ｐｙ）にそれぞれ
配置されている。同様に、スートブロー管１９は、６段
目の伝熱管１７の一方の側面２５ａの上方（Ｌ＝０．５
ｄ、Ｈ＝０．５Ｐｙ）に配置されるとともに、７段目の
伝熱管１７の他方の側面２５ｂの上方（Ｌ＝０．５ｄ、
Ｈ＝０．５Ｐｙ）に配置されている。

【００５９】また、ガスの流れとほぼ直交し、かつ、伝
熱管１７の軸方向とほぼ平行に設けられたスートブロー
管１９は、図１３に示すように、ほぼ平行にそれぞれ対
応する伝熱管１７の対角線上に配置されている。このス
ートブロー管１９とほぼ平行に設けられた伝熱管１７
は、スートブロー管１９とともに、冷却壁３１の壁面に
ほぼ垂直に設けられている。スートブロー管１９および
伝熱管１７が設けられた冷却壁３１と、冷却壁２９は、
それぞれ壁面が互いに直交し、スートブロー管１９およ
び伝熱管１７は、冷却壁２９の壁面に対して、ほぼ平行
に設けられている。スートブロー管１９の先端部は、伝
熱管１７の先端部の近傍まで設けられている。６段目の
伝熱管１７の対角線上に設けられたスートブロー管１９
も、１段目の伝熱管１７の対角線上に設けられたスート
ブロー同様の構成をしている。

【００６０】また、５段目の伝熱管１７と６段目の伝熱
管１７との間に設けられたスートブロー管１９は、伝熱
管１７の行間ピッチ（段間ピッチ）Ｐｙの間、つまり、
Ｈ＝０．５Ｐｙに配置され、噴射口２１は、図１４に示
すように、各伝熱管１７の一方の側面２５ａの上方に設
けられている。つまり、スートブロー管１９の噴射口２
１は、各伝熱管１７の一方の側面２５ａの接線上、か
つ、ガスの流れ方向に向かって設けられており、スート
ブローガスを、伝熱管１７の一方の側面２５ａめがけて
噴射できる。また、６段目の伝熱管１７と７段目の伝熱
管１７との間に設けられたスートブロー管１９も、同様
の構成をしており、伝熱管１７の他方の側面２５ｂに付
着した付着物は、伝熱管１７の他方の側面２５ｂの上方
に設けられたスートブロー管１９により除去することが
できる。ここで、１段目の伝熱管１７の上方に設けられ
たスートブロー管１９は、５段目の伝熱管１７と６段目
の伝熱管１７との間に設けられたスートブロー管１９と
同様の構成をしており、１段目の伝熱管１７と２段目の
伝熱管１７の間に設けられたスートブロー管１９は、６
段目の伝熱管１７と７段目の伝熱管１７との間に設けら
れたスートブロー管１９と同様の構成をしている。

【００６１】このように、第５の実施形態におけるスー
トブロー装置１のスートブロー管１９は、伝熱管１７を
中心に対角線上に、千鳥状に配置されているため、隣接
する伝熱管１７に配置されたスートブロー管１９に干渉
することなく、スートブロー管１９を配置することがで
きる。このため、本実施形態のスートブロー装置１は、
伝熱管１７の両側面２５にスートブローガスを噴射する
ことができ、スートブロー装置１における伝熱管１７に
付着した付着物の除去能力を向上することができる。

【００６２】本実施形態のスートブロー装置１におい
て、第４の実施形態のスートブロー装置１と同様の試験
を行ったところ、熱伝達率は、４３Ｗ／ｍ^２Ｋであり、
第４の実施形態のスートブロー装置１と同様の結果を得
ることができた。

【００６３】また、本実施形態のように、伝熱管１７と
平行にスートブロー管１９を配置しても、ガスの流路
は、伝熱管１７の左右の側面２５に対応するスートブロ
ー管１９を挿入する段をずらすことにより、伝熱管１７
の横方向ピッチＰｘが大きくない場合でも、隣接するス
ートブロー管１９の間隔が狭くならず、ガスの流路は十
分に確保され、スートブロー管１９の上方に未燃分が堆
積しても、流路閉塞に至ることはない。

【００６４】本発明のスートブロー装置１のスートブロ
ー管１９、および、噴射口２１の構成は、本実施形態に
限定されるものではなく、ガスの流れ方向の上流側から
伝熱管１７の側面２５に、伝熱管１７の側面２５にガス
の流れに沿って、スートブローガスを噴射できる構成の
スートブロー管１９および噴射口２１であればよい。

【００６５】また、本発明のスートブロー装置１は、マ
トリクス状に配列された伝熱管１７に付着した付着物の
除去に限るものではなく、千鳥状に配列された伝熱管１
７に付着した付着物も効率的に除去することができる。
要は、伝熱管１７の側面２５がガスの流れに沿って配列
された伝熱管群１３で、ガス流れの上流側から伝熱管１
７の側面２５に、ガスの流れに沿って、スートブローガ
スを噴射できればよい。

【００６６】

【発明の効果】本発明によれば、スートブロー装置にお
ける伝熱管の側面に付着した付着物のの除去能力を向上
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用してなるスートブロー装置を備え
た石炭ガス化装置の概略構成を示した概略構成図であ
る。

【図２】図１の伝熱管の配列を説明する説明図である。

【図３】図１のスートブロー管の断面図である。

【図４】伝熱管とスートブロー管の配置を説明する説明
図である。

【図５】図２の伝熱管に付着した付着物を説明する説明
図である。

【図６】本発明の実施形態および比較例のスートブロー
装置で、伝熱管の付着物の除去を行った場合の伝熱管の
熱伝達率を示す図である。

【図７】第４の実施形態におけるスートブロー装置のス
ートブロー管とマトリクス状に配列された伝熱管の概略
構成を示す縦断面図である。

【図８】図７の上面図である。

【図９】図８のスートブロー管１９および伝熱管１７を
拡大した拡大図である。

【図１０】比較例３のスートブロー装置のスートブロー
管とマトリクス状に配列された伝熱管の配置を示す縦断
面図である。

【図１１】図７のスートブロー管において他の位置に噴
射口を配置したときのスートブロー管の断面図である。

【図１２】第５の本実施形態におけるスートブロー装置
のスートブロー管とマトリクス状に配列された伝熱管の
配置を示す縦断面図である。

【図１３】図１２の上面図である。

【図１４】図１２のスートブロー管および伝熱管を拡大
した拡大図である。

【符号の説明】

１ スートブロー装置 ２ ガス火炉本体 ３ 熱回収ボイラ １３ 伝熱管群 １７ 伝熱管 １９ スートブロー管 ２１ 噴射口 ２５ 側面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 邦勝 広島県呉市宝町３番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内 (72)発明者 竹田 誠 広島県呉市宝町３番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内 (72)発明者 山田 陸雄 広島県呉市宝町３番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内 Ｆターム(参考） 3K061 QC06 QC23 QC38

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉から供給されたガスと熱交換する伝熱
   管に対して流体を噴射し、前記伝熱管の外周面に付着し
   た付着物を除去するスートブロー装置であって、 前記伝熱管が、前記ガスの流れに対して直角方向に配置
   されている場合に、 前記伝熱管の外周面のうち、前記ガスの流れ方向に沿っ
   て上流側の外周面を上面とし、下流側の外周面を下面と
   して、前記上面と前記下面の間の外周面を側面としたと
   き、 前記伝熱管の上流側から前記伝熱管の側面に前記流体を
   噴射することを特徴とするスートブロー装置。
2. 【請求項２】 炉から供給されたガスと熱交換する伝熱
   管に対して流体を噴射し、前記伝熱管の外周面に付着し
   た付着物を除去するスートブロー装置であって、 前記伝熱管が、前記ガスの流れに対して直角方向に配置
   され、かつ、前記伝熱管が、行方向および列方向にマト
   リクス状に配列されている場合に、 前記ガスの流れに沿って前記伝熱管の上流側に、前記流
   体を噴射する噴射口を有するスートブロー管を設け、 前記伝熱管の外周面のうち、前記ガスの流れ方向に沿っ
   て上流側の外周面を上面とし、下流側の外周面を下面と
   して、前記上面と前記下面の間の外周面を側面としたと
   き、 前記伝熱管の側面に、前記ガスの流れの上流側から下流
   側へ前記列方向に沿って、前記噴射口から前記流体を噴
   射することを特徴とするスートブロー装置。
3. 【請求項３】 前記伝熱管の直径をｄ、前記伝熱管の行
   方向の軸間隔のピッチをＰｘとしたとき、前記噴射口の
   中心位置Ｓｃは、０．２５ｄ≦Ｓｃ≦０．５Ｐｘとする
   ことを特徴とする請求項２に記載のスートブロー装置。
4. 【請求項４】 前記スートブロー管は、前記ガスの流れ
   と前記伝熱管の中心軸の双方に対して直角方向に配置さ
   れていることを特徴とする請求項２または３に記載のス
   ートブロー装置。
5. 【請求項５】 前記スートブロー管は、マトリクス状に
   配列された前記伝熱管の上流側に設けられるとともに、
   行間に設けられていることを特徴とする請求項２乃至４
   のいずれか１項に記載のスートブロー装置。
6. 【請求項６】 微粉固体炭素原料をガス化するガス化炉
   と、該ガス化炉により生成された生成ガスの熱を回収す
   る熱回収器を含んで構成された石炭ガス化装置であっ
   て、 前記熱回収器は、前記生成ガスと熱交換をする伝熱管が
   配列され、前記伝熱管に付着した付着物を除去するスー
   トブロー装置として、請求項１乃至５のいずれか１項に
   記載のスートブロー装置を備えていることを特徴とする
   石炭ガス化装置。