JP2005188918A - 内部面の洗浄装置および容器の内部面洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 爆轟により容器の内部面を洗浄する装置を提供する。
【解決手段】 衝撃波洗浄装置は、容器（２００）内の１つまたは複数の面を洗浄する。センサ（２０６，２０８）が、容器（２００）と関連する１つまたは複数の熱力学的な特性を検出しうる。制御装置（２１４，２１６，２２３）が、点火器と燃料／酸化剤供給源（２１２）に接続されており、センサ（２０６，２０８）からの入力に応答して装置の点火を制御する。
【選択図】 図６

Description

本発明は産業設備に関し、特に、産業設備の爆轟による洗浄（ｄｅｔｏｎａｔｉｖｅ ｃｌｅａｎｉｎｇ）に関する。

表面のファウリングは、産業設備において重大な問題である。このような設備は、（石炭、石油、廃棄物などの）炉、ボイラ、ガス化装置、反応炉、熱交換器などを含む。典型的には、産業設備は内部に熱交換面を備える容器を含み、この熱交換面にすす、灰、鉱物などの粒子の堆積によるファウリングやスラグおよび／またはファウリングなどのより集中した付着物などが生じやすい。このような粒子の付着は、施設の操業を徐々に妨げて、効率および処理能力を減少させるとともに損害を生じさせるおそれがある。従って、設備の洗浄が大変望ましいが、いくつかの関連する問題点を伴う。多くの場合、ファウリング面に直接接近することは困難である。さらに、収益を維持するためには洗浄に関連する休止時間を最小限に抑えることが望ましい。これまで種々の技術が提案されている。例として、特許文献１〜３には種々の技術が記載されている。別の技術は、非特許文献１に開示されている。また、非特許文献２，３には、特定の爆発波技術が説明されている。このような装置は、特許文献４，５でも説明されている。これらの装置は、この技術の主要な用途にちなんで“スートブロワ”と呼ばれることが多い。
米国特許第５４９４００４号明細書 米国特許第６４３８１９１号明細書 米国特許出願第２００２／０１１２６３８号明細書 ユーゴスラビア特許第Ｐ１７５６／８８号明細書 ユーゴスラビア特許第Ｐ１７２８／８８号明細書 ヒューク ゼット．（Ｈｕｑｕｅ，Ｚ．）著，「パルス爆轟波技術を用いたスラグ除去の実験的研究（Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｌａｇ Ｒｅｍｏｖａｌ Ｕｓｉｎｇ Ｐｕｌｓｅ Ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ Ｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ」，ＤＯＥ／ＨＢＣＵ／ＯＭＩ年次シンポジウム，マイアミ，フロリダ，１９９９年３月１６−１８日 ハンジャリック ケイ．（Ｈａｎｊａｌｉｃ，Ｋ．）およびサマジェビック アイ．（Ｓｍａｊｅｖｉｃ，Ｉ．）著，爆轟波を使用したボイラ加熱面の洗浄（Ｆｕｒｔｈｅｒ Ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ Ｕｓｉｎｇ Ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ Ｗａｖｅｓ ｆｏｒ Ｃｌｅａｎｉｎｇ Ｂｏｉｌｅｒ Ｈｅａｔｉｎｇ Ｓｕｒｆａｃｅｓ），国際エネルギ研究ジャーナル 第１７巻（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｖｏｌ．１７），１９９３年，ｐ．５８３−５９５ ハンジャリック ケイ．（Ｈａｎｊａｌｉｃ，Ｋ．）およびサマジェビック アイ．（Ｓｍａｊｅｖｉｃ，Ｉ．）著，「ファウリング面から負荷時に堆積物を除去する爆轟波技術Ｉ，ＩＩ部（Ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ−Ｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ Ｏｎ−ｌｏａｄ Ｄｅｐｏｓｉｔ Ｒｅｍｏｖａｌ ｆｒｏｍ Ｓｕｒｆａｃｅｓ Ｅｘｐｏｓｅｄ ｔｏ Ｆｏｕｌｉｎｇ：Ｐａｒｔｓ Ｉ ａｎｄ ＩＩ）」，ガスタービンおよび動力のエンジニアリングジャーナル，ＡＳＭＥ会報第１巻（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｆｏｒ Ｇａｓ Ｔｕｒｂｉｎｅｓ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ，Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ＡＳＭＥ，Ｖｏｌ．１），１９９４年１月，ｐ．２２３−２３６

上述の技術にかかわらず、当該技術分野ではさらなる改善が求められている。

本発明の一形態は、容器の外部と内部とを分離する容器壁と壁開口部とを有する容器の１つまたは複数の内部面の洗浄装置を含む。細長い管路が、上流の第１の端部と下流の第２の端部とを有するとともに、該第２の端部から容器の内部に衝撃波を導くように配置される。燃料および酸化剤の供給源が、管路に燃料と酸化剤を供給するように該管路に連結される。点火器が、衝撃波を発生させるために燃料と酸化剤の反応を開始させるように配置される。センサが、容器に関連する１つまたは複数の熱力学的特性を検出する。制御装置が、点火器、供給源、およびセンサに接続されている。

種々の実施例では、少なくとも１つの温度センサと、少なくとも１つの圧力センサと、を含む複数のセンサが含まれてもよい。上記センサは、管路または容器に設けられた少なくとも１つの熱電対と、少なくとも１つの赤外線センサと、を含みうる。少なくとも１つの赤外線センサは、赤外線カメラを含むことができる。また、上記センサは、少なくとも１つの燃焼排気センサを含みうる。管路および点火器は複数含まれてもよく、各々の管路は、関連する１つまたは複数の点火器と関連づけられる。制御装置は、関連する点火器の１つとぞれぞれ関連づけられているとともに接続された複数の局所的制御装置を含みうる。制御装置は、複数の局所的制御装置に接続された中央制御装置をさらに含みうる。中央制御装置は、入力に応答して、保守またはサービスの要求を生成するようにプログラム可能である。また、制御装置は、遠隔監視装置と通信するようにプログラム可能である。制御装置は、センサからの入力に応答して管路の動作を制御するようにプログラム可能である。さらに、制御装置には、対応する検出条件に応答してプロセスを実行するように複数の異なる洗浄プロセスがプログラム可能である。容器の内部を視覚的に監視するために、制御装置に画像点検カメラを接続することができる。

本発明の他の形態は、複数の遠隔爆轟洗浄装置の動作を監視するための監視装置を含む。通信インターフェースが、洗浄装置と通信する。メモリとプロセッサの少なくとも一方が、洗浄装置からデータを受信するとともに、洗浄装置に関する情報を記録するための命令を格納している。

種々の実施例では、プロセッサおよびメモリの少なくとも一方は、洗浄装置を動作させる命令を格納することができる。監視装置は、１つまたは複数の表示装置を含みうる。１つまたは複数の表示装置の少なくとも１つは、少なくとも一部の時間にわたってビデオカメラ入力の表示を可能にするように接続可能である。監視装置は、複数の洗浄装置と組み合わせて使用できる。洗浄装置は、複数の洗浄システムを含みうる。各々の洗浄システムは、複数の燃焼管路と、所定の燃焼管路の１つとそれぞれ関連づけられた複数の局所的制御モジュールと、を含みうる。洗浄システムは、燃焼管路に連結された燃料および酸化剤の供給源と、複数の局所的制御モジュールに接続されているとともに、監視装置にデータを提供するように構成された共通の制御装置と、をさらに含みうる。

本発明のまた他の形態は、複数の位置における複数の容器の内部面洗浄方法を含む。中央位置において、各々の容器に関するデータが監視される。特定の容器の１つに関する監視されたデータに応答して、特定の容器の内部面を洗浄するために該特定の容器に関連する爆轟洗浄装置の放出が引き起こされる。

種々の実施例では、上記方法は、監視されたデータに応答して少なくとも部分的に予め定められた複数の洗浄プロトコルの少なくとも１つを選択し、選択されたプロトコルに応じて放出を生じさせるようにプログラムされた制御および監視装置によって実行可能である。上記方法は、繰り返し連続して実行することができる。各々の容器内で赤外線カメラを使用して、容器の運転時に関連する面を監視してもよい。監視は、容器の内部面の放射率の監視と、容器の内部の画像の監視と、容器の内部における化学種の量の監視と、の少なくとも１つを含みうる。また、上記方法は、少なくとも１つの容器に関する自動化された保守またはサービスの要求を受信することを含みうる。この要求は、１つの洗浄装置専用のものであっても、全体に対するものであってもよい。

本発明の１つまたはそれ以上の実施例の詳細は、添付図面および以下の実施形態に記載されている。本発明の他の特徴、目的、および利点は、実施形態、図面、および請求項から明らかになる。

図１は、例示的に３つの関連するスートブロワ２２を有する炉２０を示している。図示の実施例では、炉の容器は、直方体の形状であり、スートブロワは、全て容器の単一の共通壁２４と関連づけられているとともに壁に沿って同様の高さに配置されている。（単一のスートブロワ、複数の高さにそれぞれ設けられた１つまたは複数のスートブロワなどの）他の構成も可能である。

各々のスートブロワ２２は、炉の壁２４から離れた上流の遠位端部２８から壁２４に近接する下流の近位端部３０まで延在する細長い燃焼管路２６を含む。しかし、端部３０を完全に炉の内部に設けることもできる。各々のスートブロワ２２の動作時には、管路２６内の燃料／酸化剤混合物の燃焼は上流端部の近傍（管路長さの上流から１０％以内）で開始され、炉の内部容積内の面を洗浄するために下流端部から関連する燃焼ガスとともに衝撃波として放出される爆轟波を発生させる。各々のスートブロワ２２は、燃料／酸化剤供給源３２と関連づけることができる。このような供給源またはその１つまたは複数の部品は、別個のスートブロワ２２の間で共有することができる。例示的な供給源３２は、対応する格納構造体３８，４０内に設けられた液化または加圧された気体燃料シリンダ３４と酸素シリンダ３６とを含む。例示的な実施例では、酸化剤は、実質的に純粋な酸素などの第１の酸化剤である。第２の酸化剤は、中央空気供給源４２から供給される工場の空気であってもよい。例示的な実施例では、空気は空気アキュムレータ４４に蓄積される。シリンダ３４からの膨張した燃料は、一般に燃料アキュムレータ４６に蓄積される。例示的な供給源３２は、下方に位置する適切な配管によって関連する管路２６にそれぞれ連結される。同様に、スートブロワ２２は、燃料酸化剤混合物の燃焼を開始する点火ボックス５０をそれぞれ含み、この点火ボックス５０は、供給源３２とともに制御および監視装置（図示省略）によって制御されている。図１は、壁２４が点検および／または測定用のいくつかのポートを含むことを示している。例示的なポートは、各々のスートブロワ２２と関連づけられた光学的監視ポート５４と温度監視ポート５６を含み、これらのポートは、洗浄すべき面の観察および内部温度の監視のために赤外線および／または可視光線のビデオカメラと熱電対プローブをそれぞれ受け入れる。圧力の監視や組成のサンプリングなどのために他のプローブ／監視／サンプリングを利用することもできる。

図２は、例示的なスートブロワ２２の他の詳細を示している。例示的な爆轟管路２６は、上流から下流に向かって配列された両側にフランジを備える一連の管路部分すなわち管路セグメント６０と、壁の開口部６６を通って延在する下流部分６４を備えるとともに炉の内部６８に曝される下流端部すなわち下流出口３０で終端となる下流ノズル管路部分すなわち下流ノズル管路セグメント６２と、によって構成される本体部分を有する。ノズルという用語は、広く使用されており、空力的な収縮、膨張、またはこれらの組み合わせが存在することを要しない。例示的な管路セグメント材料は、（ステンレス鋼などの）金属である。適切な支持および冷却が提供されれば、炉内のより深くに出口３０を設けることができる。図２は、さらに炉の内部の管束７０を示し、これらの管束の外側面にファウリングが生じやすい。例示的な実施例では、管路セグメント６０は、関連するトロリ７２にそれぞれ支持されており、トロリ７２の車輪が施設の床７６に沿って設けられたトラック装置７４と係合する。例示的なトラック装置７４は、トロリ７２の車輪の凹状の周囲面と係合する一対の平行なレールを含む。例示的なセグメント６０は、同様の長さＬ₁であり、対応するフランジのボルト穴に設けられた対応するボルトの列によって直列にボルト留めされている。同様に、最も下流のセグメント６０の下流フランジは、ノズル６２の上流フランジにボルト留めされる。例示的な実施例では、（例えば、綿または熱的／構造的に頑丈な合成材料である）反動ストラップ８０が、最後に連結されたフランジ対に１つまたは複数の金属製コイル反動ばね８２と直列に連結されており、スートブロワ２２の吐出に関連する反力を弾性的に吸収するとともに次の点火において燃焼管路が正確に配置されるように燃焼管路と炉の壁などの環境構造体とを接続する。また、追加の減衰手段（図示省略）を設けることもできる。反動ストラップ／ばねの組合わせは、直列にまたはループとして構成することができる。例示的な実施例では、この組み合わされた下流セクションの全長はＬ₂である。別の弾性的反動吸収手段は、非金属またはコイルでないばねまたはゴムや他の弾性要素を含むことができ、空気圧反動吸収装置などのように張力、圧縮力、および／または剪断力によって少なくとも部分的に弾性変形することが有利である。

予爆轟管路部分／セグメント８４が、上流端部２８から下流に延在しており、この予爆轟管路セグメントも両側にフランジを備えることができるとともに、長さＬ₃を有する。予爆轟管路セグメント８４は、燃焼管路の下流部分６０，６２の（例えば平均値、中央値、最頻値などの）特徴的な内部断面領域よりも小さい（管路の軸／中心線５００を横切る）特徴的な内部断面領域を有する。円状断面の管路セグメントを含む例示的な実施例では、予爆轟断面積は、８〜１２ｃｍの直径を特徴とし、下流部分は、２０〜４０ｃｍの直径を特徴とする。従って、下流部分対予爆轟セグメントの例示的な断面積の比は、１：１〜１０：１、より狭くは２：１〜１０：１である。端部２８，３０の間の全長Ｌは、１〜１５ｍ、より狭くは５〜１５ｍとすることができる。例示的な実施例では、遷移管路セグメント８６が、予爆轟セグメント８４と最も上流のセグメント６０との間に延在する。セグメント８６は、セグメント８４，６０の対応するフランジと合わさる寸法の上流および下流のフランジを有するとともに、これらのセグメント８４，６０の内部断面との間に滑らかな遷移部を提供する内部面を有する。例示的なセグメント８６は、長さＬ₄を有する。セグメント８６の内部面の例示的な広がり半角は、≦１２°、より狭くは５〜１０°である。

燃料／酸化剤のチャージは、種々の方法で爆轟管路の内部に投入することができる。１つまたは複数の異なる燃料／酸化剤混合物があってもよい。このような混合物は、爆轟管路の外部で予混合するか、または管路への導入時または導入後に混合することができる。図３は、予爆轟配合と主配合の２つの異なる燃料／酸化剤配合を別々に投入するように構成されたセグメント８４，８６を示している。例示的な実施例では、セグメント８４の上流部分において、一対の予爆轟燃料噴射管路９０が燃料噴射ポートを画成するセグメント壁に設けられたポート９２に連結されている。同様に、一対の予爆轟酸化剤管路９４が、酸化剤入口ポート９６に連結されている。例示的な実施例では、これらのポートは、セグメント８４の長さの上流側半部に設けられている。例示的な実施例では、各々の燃料噴射ポート９２は、関連する酸化剤ポート９６と対となっており、関連する酸化剤ポートと同一の軸方向位置でかつ燃料および酸化剤の対向する噴射混合を提供するような角度で設けられている（９０°として例示的に示しているが、１８０°を含む他の角度も可能である）。以下でより詳細に説明するように、パージガス管路９８が、さらに上流に位置するパージガスポート１００に連結されている。セグメント８４の上流フランジにボルト留めされた端部プレート１０２が、燃焼管路の上流端部を密封するとともに、セグメント８４の内部に動作可能な端部１０８を有する（点火プラグなどの）点火器１０６が端部プレート１０２を通過する。

例示的な実施例では、主燃料および主酸化剤はセグメント８６に投入される。図示の実施例では、主燃料は、いくつかの主燃料管路１１２によって運ばれ、主酸化剤は、いくつかの主酸化剤管路１１０によって運ばれる。各々の主酸化剤管路１１０は、関連する入口１１４で主燃料と主酸化剤が混合されるように関連する燃料管路１１２を同心円状に囲む終端部を有する。例示的な実施例では、燃料は各種の炭化水素である。特定の例示的実施例では、両方の燃料は同じであり、同じ燃料供給源から吸引されるが、異なる酸化剤すなわち予爆轟混合物用の実質的に純粋な酸素および主混合物用の空気とそれぞれ混合される。この場合に有用な例示的燃料は、プロパン、ＭＡＰＰガス、またはこれらの混合物である。エチレンや（ディーゼル油、灯油、およびジェット飛行燃料などの）液体燃料を含む他の燃料も使用可能である。酸化剤は、所望の主爆轟および／または予爆轟のチャージの化学的性質を得るのに適した比率の空気／酸素の混合物などの混合物を含みうる。さらに、分子的に組み合わされた燃料および酸化剤成分を有するモノプロペラント燃料も選択肢となりうる。

動作時には、使用サイクルの初めに燃焼管路が空気（または他のパージガス）を除いて空にされる。次に、予爆轟燃料および予爆轟酸化剤が、関連するポートを介して投入され、セグメント８４を満たしてセグメント８６内に（例えば、中間点近くまで）部分的に広がり、有利には主燃料／酸化剤ポートをちょうど超えた位置まで広がる。続いて、予爆轟燃料および予爆轟酸化剤の流れが停止される。予爆轟燃料および予爆轟酸化剤によって満たされる例示的な容積は、燃焼管路の容積の１〜４０％、より狭くは１〜２０％である。次に、燃焼管路の残りの容積の一部（例えば、２０〜１００％）を実質的に満たすように主燃料および主酸化剤が投入される。続いて、主燃料および主酸化剤の流れが停止される。予爆轟燃料および予爆轟酸化剤を予め主燃料／酸化剤ポートを越えて投入することにより、予爆轟チャージと主チャージとの間に空気または他の不燃性のスラグが形成されるおそれがほとんどなくなる。このようなスラグは、２つのチャージの間の燃焼面の移動を妨げるおそれがある。

チャージが投入された状態で、点火器の火花放電を提供するように点火ボックスが起動されて予爆轟チャージが点火される。予爆轟チャージは、燃焼が非常に速い化学的性質を有するように選択され、初期の爆燃は、セグメント８４内において急速に爆轟に変化して爆轟波を発生させる。このような爆轟波が生じると、管路内でそれ自体では爆轟しない程度の充分に遅い化学的性質を有しうる主チャージを効果的に通過する。爆轟波は、長手方向下流に進んで下流端部３０から炉の内部の衝撃波として出現し、典型的にコンタミネーション（汚染物質）を少なくとも緩めるように洗浄すべき面に衝突して熱的かつ機械的に衝撃を与える。爆轟波に続いて、爆轟管路から加圧された燃焼生成物が放出され、放出された生成物は下流端部３０から噴流として出現して（緩んだ材料の除去などにより）洗浄プロセスをさらに仕上げる。このような燃焼生成物の放出後またはこのような放出と同時に、（例えば、主酸化剤および／または窒素を供給する同じ供給源からの空気である）パージガスがパージポート１００を通して投入され、最終的な燃焼生成物を追い出すとともに（制御および監視装置による手動もしくは自動の決定に従って、即座にまたは次の規則的または不規則なインターバルで）サイクルを繰り返す準備として予爆轟管路をパージガスで満たす。また、パージガスの基本的な流れは、ガスや粒子が炉の内部から上流に侵入するのを防ぐとともに爆轟管路の冷却を補助するために、充填／放出サイクルの間で維持することができる。

種々の実施例では、内部面の強化部によって、実質的に円筒状および円錐台状のセグメントの内部表面積を超えて内部表面積が実質的に増加する場合がある。このような強化部は、爆燃から爆轟への変化または爆轟波を持続させるのに効果的でありうる。図４は、１つの主セグメント６０の内部に設けられた内部面の強化部を示している。例示的な強化部は、実質的にチンスパイラル（Ｃｈｉｎ ｓｐｉｒａｌ）であるが、シェルキンスパイラル（Ｓｈｃｈｅｌｋｉｎ ｓｐｉｒａｌ）やスミルノフキャビティ（Ｓｍｉｒｎｏｖ ｃａｖｉｔｙ）などの他の強化部も使用可能である。このスパイラルは、螺旋状の部材１２０によって構成される。例示的な部材１２０は、直径が約８〜２０ｍｍの円状の断面を有する金属製要素として形成される。他の断面を使用してもよい。例示的な部材１２０は、複数の長手方向要素１２２によってセグメントの内部面から離間して保持されている。この例示的な長手方向要素１２２は、部材１２０と同様の断面および材料のロッドであり、部材１２０および関連するセグメント６０の内部面に溶接される。このような強化部は、異なるチャージおよび異なる燃焼器断面積に関する上述の技術の代わりにまたはこれに加えて予爆轟を提供するために利用することができる。

本発明の装置は、幅広い用途で使用可能である。例えば、典型的な石炭燃焼炉では、本発明の装置は、ペンダントすなわち二次過熱器、対流流路（一時過熱器およびエコノマイザ束）、空気予熱器、選択的な触媒リムーバ（ＳＣＲ）スクラバ、バグハウスすなわち静電集塵器、エコノマイザホッパ、熱伝達面またはそれ以外の面における灰や他の熱的堆積物などに適用することができる。本発明の利用可能性は、石油燃焼炉、黒液回収ボイラ、バイオマスボイラ、廃棄物再利用バーナ（ゴミバーナ）などの他の用途でも同様に存在する。

爆轟洗浄装置の動作の監視および／または制御のために、種々の装置を提供することができる。特定の制御および監視装置の実現は、容器の性質、形状、表面や燃焼管路の構成などを含む物理的環境によって影響されうる。図６は、容器２００のいくつかのレベルのうちの１つを概略的に示している。このレベルでは、複数の燃焼管路２０２Ａ〜２０２Ｄが配置されている。例示的な実施例では、管路の下流出口が容器内に配置されており、上流端部が容器外に位置する。管路は、直線状に図示されているが、所望の位置において所望の方向に衝撃波を放出するように非直線状の形状を有してもよい。各々の管路は、（燃料および酸化剤の投入、パージガスおよび冷却ガスの投入、点火などの）種々の動作パラメータの局所的制御を提供することができるインターフェースモジュール２０４Ａ〜２０４Ｄと密接に関連づけられている。例示的なインターフェースモジュールは、以下でさらに詳細に説明する。与えられた容器のレベルは、センサ２０６，２０８を含んでもよい。しかし、これらのセンサはこのレベル専用のものである必要はない。同様に、管路もレベル専用のもの以外でもよく、平行な平面に放出する方向以外に向けることができる。センサは、管路に対して（例えば、特定の関連する管路出口またはこの管路によって洗浄される炉の面の近傍に）または、より一般的に配置することができる。センサは、熱的状態、圧力、流れ、化学的状態、および／または視覚的状態などの１つまたはそれ以上を検出可能である。例示的なセンサ動作は、以下で詳細に説明する。

モジュールおよびセンサは、信号を通信するために通信線２０９を介して（イーサネットなどの）ハブ２１０に接続されている。例示的な実施例では、センサは、（例えば、通信線または信号線によってモジュールに接続されて）モジュールを介してハブに接続されている。（燃料、酸化剤、パージガス、冷媒、電力などの）物理的な入力のためには、モジュールは、流体管路および電力線２１３によって中央供給ユニット２１２に接続されている。ハブと供給ユニットとは、レベル専用のもの、共通のもの、またはなんらかの組合せとすることができる。ハブは、容器専用のものまたは（所定の設備などの）現場における容器の群に対して集中的なものとすることができる設備の（汎用コンピュータで実行される制御／監視ソフトウェアなどの）制御および監視装置２１４に（例えば、光ファイバ線やイーサネット線などのネットワーク線２１５を介して）信号を通信するように接続されている。供給ユニットは、同様にハブ２１０を介して装置２１４に接続されるか、独立して設けることができる。装置２１４は、遠隔の制御および監視装置２１６と通信している。この装置２１６は、複数の異なる現場における複数の装置２１４と確実に通信することができる。しかし、このような場合には、装置２１６は１つまたは複数の装置２１４と同じ場所に配置され、他の装置とは離れて配置されうる。装置２１６と装置２１４との間の例示的な通信は、インターネットなどの広域ネットワーク２１７を介して行われる。他の公開または非公開のネットワークや他の通信システムも使用可能である。供給ユニット２１２は、管路２１９を介して（例えば、施設の中央タンクファームである）遠隔のタンクファーム２１８から空気以外のガスや他の流体の供給を受けるとともに、適切な工場空気や電源（図示省略）の供給を受けることができる。装置２１４は、種々の中央装置と通信可能である。例えば、装置２１６は、施設の所有者／オペレータの種々の施設の装置２１４と通信する所有者／オペレータの中央装置であってもよい。中央装置２２３は、直接または装置２１６を介して種々の所有者／オペレータの種々の施設の装置２１４と通信するサービス供給業者の中央装置であってもよい。装置２１４は、センサ２０６，２０８によって提供されるデータに最終的に基づいて、（装置２１４，２１６，２２３のいずれかにおいて決定がなされる）サービスまたは定期保守が必要であるかまたは適切であることを装置２２３に通知しうる。

例示的な実施例では、非常用制御パネル２２０が装置２１４の近傍に設けられる。例示的な非常用制御パネルは、（例えば、赤／緑のステータス灯および各々の管路用の非常用停止スイッチと全ての管路用のマスタ停止スイッチなどの）１つまたは複数のステータス灯と、１つまたは複数のスイッチと、を含む。これらは、個々のインターフェースモジュールまで延在する線２２２によって接続される。装置２１４とハブ２１０による管路の制御（すなわち安全化）が妨げられるおそれのある制御装置の故障時には、技術者が管路を安全化するために（例えば、燃料および酸化剤バルブの閉鎖や点火を不能にすることなどにより、関連する管路を安全に停止および／または不能とするように）停止スイッチを作動させることができる。インターフェースモジュール自体は、関連する線２１５，２２２の破断によりモジュールがセーフモードに移行するように、フェールセーフモードで設置可能である。

図７，図８は、燃焼管路２０２に関連する例示的なインターフェースモジュール２０４を示している。例示的な実施例では、インターフェースモジュールは、制御用電子機器の格納装置２３０を含み、この格納装置２３０からステータス灯２３２が延在する。格納装置２３０の近傍には、燃料および酸化剤のそれぞれのバルブ格納装置２３４，２３６および空気アキュムレータ２３８が設けられる。例示的な実施例では、燃料および酸化剤の管路２４０、２４２は、バルブ格納装置２３４，２３６内に延在して電子制御バルブ（図示省略）に連結され、これらのバルブは、適切な流体管路によって管路２０２に接続される。同様に、工場空気の管路２４４は、酸化剤バルブ格納装置２３６に連結可能である。制御格納装置は、適切な線２０９によって制御パネル２２０およびハブ２１０の両方に接続される。局所的な停止スイッチ２４６は、線２４８を介して制御用電子機器に接続可能であり、電子機器格納装置２３０に直接またはその近傍に固定可能である。

図９は、インターフェースモジュール２０４の電子機器格納装置２３０の例示的な制御機器を示している。これらの電子機器は、関連する管路専用の局所的制御／監視装置として機能する。電子機器のコアは、ＣＰＵエミュレータボード２５０で実行されるインターフェース制御ソフトウェアである。エミュレータ２５０は、対応するリレイと関連する格納装置２３４，２３６内の種々のバルブを制御線２５６を介して制御するために、線２５４を介してリレイバンク２５２と通信している。安全を確保するために、バルブは故障時に閉じることが有利である。爆轟波を確実に発生させるために、エミュレータ２５０は、管路に取り付けられたイオン化プローブ（例えば、管路の下流端部で長手方向に離間されているとともに、総称してセンサと呼ばれるセンサ２０６のサブセットである２つのプローブ）に接続された線２５８を介してタイマ入力を受信する。エミュレータは、線２０９を介してハブ２１２と接続して機能するイーサネットベースの制御装置２６２と線２６０を介して通信する。制御装置２６２は、線２７０を介して熱電対および抵抗温度検知器（ＲＴＤ）からの入力を受信し、アナログ線２７２を介して圧力センサからの入力を受信し、かつ別個の入力線２７４を介してリミットスイッチからの入力を受信するように構成されている。例示的な実施例では、熱電対は、管路に沿って種々の位置でバルブ格納装置または容器内のどこかに設けることができる。圧力センサ（例えば、変換器）は、バルブ格納装置または他の位置の１つまたは複数の位置における圧力を測定可能である。熱電対／ＲＴＤは、総称してセンサと呼ばれるセンサ２０６，２０８のサブセットとすることができる。追加の圧力センサは、米国特許第１０／７３３５３５号に開示されているプローブなどの形態であってもよい。リミットスイッチは、（例えば、点火の前に格納装置が確実に閉じていることを確認するために）機械的ハードウェアの位置決めを確認することができる。

エミュレータおよびソレノイドバンク用の電源は、ＡＣ電源２８４から電力の供給を受けるＤＣ電源２８０，２８２により供給される。例示的な実施例では、供給源２８４の停電時には、非常用の電源（ＵＰＳ）／バッテリーバックアップ２８６が電源２８０，２８２およびイーサネット制御装置にＡＣ電力を供給する。

運転時には、制御および監視装置２１４は、種々の手段によって１つまたは複数の管路による爆轟洗浄の開始およびこのような洗浄の特徴を決定しうる。上述のセンサは、（赤外線センサなどの）画像または非画像放射線センサの組合せを含むことができる。例示的な画像センサ（カメラ）が、米国特許第１０／７３３６０６号に開示されている。選択的に、またはこれに加えて、容器の外部のセンサによって窓を通して容器の内部を上述のように監視することができる。また、センサは、（汚染物質などの）化学物質の放出を検出しうる。例えば、ＣＨ^-やＯＨ^-などのイオンは、（赤外線帯域において、３２４ｎｍおよび２８２ｎｍなどの）検出可能な特徴的周波数を有する。放射率または他の測定値は、表面における付着を直接検出しうる。また、管束を通って流れる流体の温度測定値は、管上の絶縁物質の付着を示しうる。センサは、連続的な監視を容易にする。

運転時には、（付着物の組成、付着物の厚さ、および付着物の範囲などの）付着物の性質を判断するために種々のセンサが使用可能である。これらの性質は、放出する特定の管路によって特徴づけられる適切な洗浄シーケンス／プロトコルおよび（特定の管路に投入される特定の燃料／酸化剤のチャージの性質および量などの）放出の性質を決定するために使用することができる。異なる管路の相対的な点火のタイミングは、所望の動作を達成するために選択可能である（総合的な効果を得るために干渉や同期を避けるための遅延を含みうる）。（１つまたは複数の管路の１回または複数回の点火を含みうる）点火シーケンスの後、センサ入力に基づいて追加の点火が適切か否かを判断するために再評価を行うことができる。このような再評価やその後の再評価の結果は、将来的に使用する特定の洗浄プロトコルを微調整するために使用できる。センサからのデータは、洗浄装置およびその部品の状態を判断するためにも使用可能である。イオンセンサからの入力がないことは、爆轟がないことを示しうる。圧力センサは、不充分または過剰な燃料または酸化剤の圧力を示しうる。温度センサは、管路の過熱を示しうる。このような異常な状態データは、警告の表示を引き起こすとともに自動化されたサービス／保守の要求を生じさせうる。例示的な実施例では、制御装置２１４は、種々のシングルショットの放出を指令して個々の管路の制御用電子機器に対応する指令を送信するように一般的にプログラム可能である。これらの制御用電子機器は、特定のショットのために適切な方法で実際に充填および放出するのに必要な情報（例えば、燃料／酸化剤の量など）を格納しうる。例えば、制御装置２１４は、局所的な制御用電子機器へ急な高出力パルスを指示する全体的な指令を送信することができ、この指令により、急な高出力ショットの充填パラメータが管路によって異なっていてもショットを発生させることができる。制御装置２１４は、特定のプロトコルのためのショットの組合せを生成するようにさらにプログラム可能である。

本発明の１つまたは複数の実施例を説明したが、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに種々の変更を行うことができる。例えば、本発明は、種々の産業設備および種々のスートブロワ技術とともに使用するように設けることができる。既存の設備および技術の形態によって、特定の実施例の形態が影響されうる。従って、他の実施例も請求の範囲に含まれる。

炉の洗浄のために配置された複数のスートブロワと関連して設けられた産業炉の斜視図である。 図１の１つのスートブロワ側面図である。 図２のスートブロワの上流端部の部分切り欠き側面図である。 図２のスートブロワの主燃焼セグメントの長手方向断面図である。 図４のセグメントの端面図である。 複数の洗浄装置用の制御装置の概略説明図である。 図６の装置の例示的なインターフェースモジュールの平面図である。 図７のインターフェースモジュールの側面図である。 図７のインターフェースモジュールの制御用電子機器の概略説明図である。

符号の説明

２００…容器
２０２Ａ〜２０２Ｄ…燃焼管路
２０４Ａ〜２０４Ｄ…インターフェースモジュール
２０６，２０８…センサ
２０９…通信線
２１０…ハブ
２１２…中央供給ユニット
２１３…電力線
２１４…制御および監視装置
２１５…ネットワーク線
２１６…遠隔の制御および監視装置
２１７…広域ネットワーク
２１８…タンクファーム
２１９…管路
２２２…線
２２３…中央装置

Claims (22)

1. 容器の外部と内部とを分離する容器壁と壁開口部とを有する容器の１つまたは複数の内部面の洗浄装置であって、
   上流の第１の端部と下流の第２の端部とを有するとともに、該第２の端部から前記容器の内部に衝撃波を導くように配置された少なくとも１つの細長い管路と、
   前記管路に燃料と酸化剤を供給するように該管路に連結された燃料および酸化剤の供給源と、
   前記衝撃波を発生させるために前記燃料と酸化剤の反応を開始させるように配置された点火器と、
   前記容器に関連する１つまたは複数の熱力学的特性を検出する少なくとも１つのセンサと、
   前記点火器、前記供給源、および前記センサに接続されているとともに、前記センサからの入力を受信して、該入力に応答して前記点火器および前記供給源の動作を制御する制御装置と、を有することを特徴とする内部面の洗浄装置。
2. 少なくとも１つの温度センサと、少なくとも１つの圧力センサと、を含む複数の前記センサが含まれることを特徴とする請求項１記載の内部面の洗浄装置。
3. 前記管路または前記容器に設けられた少なくとも１つの熱電対と、少なくとも１つの赤外線センサと、を含む複数の前記センサが含まれることを特徴とする請求項１記載の内部面の洗浄装置。
4. 前記少なくとも１つの赤外線センサは、赤外線カメラを含むことを特徴とする請求項３記載の内部面の洗浄装置。
5. 少なくとも１つの燃焼排気センサを含む複数の前記センサが含まれることを特徴とする請求項１記載の内部面の洗浄装置。
6. 前記管路および前記点火器は複数含まれ、各々の管路は、関連する１つまたは複数の点火器と関連づけられており、
   前記制御装置は、
   関連する前記点火器の１つとぞれぞれ関連づけられているとともに接続された複数の局所的制御装置と、
   前記複数の局所的制御装置に接続された中央制御装置と、を含むことを特徴とする請求項１記載の内部面の洗浄装置。
7. 前記中央制御装置は、前記入力に応答して、保守またはサービスの要求を生成するようにプログラムされていることを特徴とする請求項６記載の内部面の洗浄装置。
8. 前記制御装置は、遠隔監視装置と通信していることを特徴とする請求項１記載の内部面の洗浄装置。
9. 前記制御装置は、前記センサからの入力に応答して前記管路の動作を制御するようにプログラムされていることを特徴とする請求項１記載の内部面の洗浄装置。
10. 前記制御装置には複数の異なる洗浄プロセスがプログラムされており、該制御装置は、対応する検出条件に応答して前記プロセスを実行するようにプログラムされていることを特徴とする請求項１記載の内部面の洗浄装置。
11. 前記容器の内部を視覚的に監視するために前記制御装置に接続された画像点検カメラをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の内部面の洗浄装置。
12. 複数の遠隔爆轟洗浄装置の動作を監視するための監視装置であって、
    前記洗浄装置と通信するための通信インターフェースと、
    前記通信インターフェースに接続されたプロセッサと、
    前記プロセッサに接続されたメモリと、を有し、
    前記プロセッサおよび前記メモリの少なくとも一方が、前記洗浄装置からデータを受信するとともに、前記洗浄装置に関する情報を記録するための命令を格納していることを特徴とする監視装置。
13. 前記監視装置は、監視および制御装置であり、
    前記プロセッサおよび前記メモリの少なくとも一方が、前記洗浄装置を動作させる命令を格納していることを特徴とする請求項１２記載の監視装置。
14. １つまたは複数の表示装置をさらに含むことを特徴とする請求項１２記載の監視装置。
15. 前記１つまたは複数の表示装置の少なくとも１つは、少なくとも一部の時間にわたってビデオカメラ入力の表示を可能にするように接続されていることを特徴とする請求項１４記載の監視装置。
16. 複数の前記洗浄装置と組み合わせて使用されており、これらの複数の洗浄装置は、
    複数の燃焼管路と、
    所定の燃焼管路の１つとそれぞれ関連づけられた複数の局所的制御モジュールと、
    前記燃焼管路に連結された燃料および酸化剤の供給源と、
    前記複数の局所的制御モジュールに接続されているとともに、前記監視装置にデータを提供するように構成された共通の制御装置と、をそれぞれ含む複数の装置を有することを特徴とする請求項１２記載の監視装置。
17. 複数の位置における複数の容器の内部面洗浄方法であって、
    中央位置において各々の容器に関するデータを監視し、
    特定の前記容器の１つに関する前記監視されたデータに応答して、前記特定の容器の内部面を洗浄するために該特定の容器に関連する爆轟洗浄装置の放出を生じさせることを特徴とする容器の内部面洗浄方法。
18. 前記監視されたデータに応答して少なくとも部分的に予め定められた複数の洗浄プロトコルの少なくとも１つを選択し、この選択された少なくとも１つのプロトコルに応じて前記放出を生じさせるようにプログラムされた制御および監視装置によって実行されることを特徴とする請求項１７記載の容器の内部面洗浄方法。
19. 繰り返し連続して実行されることを特徴とする請求項１７記載の容器の内部面洗浄方法。
20. 前記容器の運転時に、各々の容器内に設けられた赤外線カメラを使用して関連する面を監視することをさらに含むことを特徴とする請求項１７記載の容器の内部面洗浄方法。
21. 前記監視は、
    各々の容器における内部面の放射率の監視と、
    各々の容器における１つまたは複数の化学種の量の監視と、
    各々の容器の内部の１つまたは複数の画像の監視と、の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１７記載の容器の内部面洗浄方法。
22. 少なくとも１つの前記容器に関する自動化された保守またはサービスの要求を受信することをさらに含むことを特徴とする請求項１７記載の容器の内部面洗浄方法。

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