JP2009127908A - ショットクリーニング装置及びショットクリーニング装置のショット球回収方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術に係る複雑な分配器を用いることなく、きわめて簡単な装置で伝熱管全体に一様に散布でき、かつ、高温ガスと熱交換する蒸発器や過熱器にも可能な方式のショットクリーニング装置及びショット球の回収方法を提供すること。
【解決手段】排ガスから熱回収するボイラの水平伝熱管群に付着したダストを該伝熱管群の上部からショット球を散布して、このショット球の落下衝突により、前記伝熱管群に付着したダストを払い落とすショットクリーニング装置において、前記ショット球を気送搬送により前記伝熱管群の上部より噴出させ、噴出させたショット球を衝突させて分散させる衝突板を設けたことを特徴とするショットクリーニング装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボイラの排ガス流路に配置される熱交換器の伝熱管表面に付着したダストをショット球を散布することにより、ショット球を落下衝突させることで除去するショットクリーニング装置およびショット球の回収方法に関し、特に簡易な装置構成であるにもかかわらず、伝熱管全体に一様にショット球を散布して、ボイラの伝熱管群に付着したダストを除去することができるショットクリーニング装置及びショット球の回収方法に関する。

ボイラの排ガス流路に配置される熱交換器の伝熱管表面にダストが付着すると、熱交換器の熱回収効率が低下するため、付着したダストを定期的に除去する必要がある。水平管群で構成される伝熱管のダスト払い落としとして、従来、ボイラからの発生蒸気を伝熱管に噴射させて除去するスートブロー方式が一般的である。この方式では、スートブローからの伝熱管の距離や伝熱管群内の位置によって払い落とし能力に強弱が発生する。即ち、スートブローの噴射ノズル側の伝熱管群の表面は強い噴射力により伝熱管群の表面に付着したダストは除去されるが、伝熱管群の内部側では噴射力が弱まりダスト除去性能が低下するという問題があった。このため、スートブローは高さ方向に多数設置する必要があり、設置のためのコストが多大となっていた。更に、噴射ノズル側の表面伝熱管群には噴射力が強いため伝熱管群が磨耗するという問題もあった。

また、噴射流体としてボイラで発生した蒸気を使用するため、スートブロー時には蒸気回収量が低下し、特に蒸気タービンで発電を行っている場合には発電力が低下することになる。

図５はスートブロー方式のダスト除去装置を廃熱ボイラに設置した例である。図５において、高温の排ガスは放射冷却室１ａで冷却され、ボイラ下部より隣室に入り、過熱器１ｂ、蒸発器１ｃ、節炭器１ｄを通って熱交換され、ボイラ上部より排出される。これら熱交換器はいずれも水平伝熱管群で構成されている。

これら伝熱管群に付着堆積したダストを除去するため、多数のスートブロー１ｇが設けられており、プローブの先端にプローブと軸直角方向に噴射する蒸気噴出孔が設けられ、同プローブが回転及び進退する動作により伝熱管に噴射するものである。スートブローは間欠動作であり、ダストは下方に沈降し、ダスト排出装置１ｆからボイラ外に排出される。

このスートブロー方式の場合、ノズル側に近い側の伝熱管、特に表面側の伝熱管には強い噴射力を受け、ダストの払い落とし効果は得られるが、奥側の伝熱管では噴射力が急激に弱まり、ダスト払い落とし能力が低下する。このため、奥側の伝熱管にも十分なダスト払い落とし力を確保すべく噴射力の圧力を上げることになるが、これは表面側の伝熱管を磨耗させる結果となる。

また、スートブロー方式では、噴射流体としてボイラ蒸気を使用するのが一般的であるが、蒸気量として１〜２トン／時の蒸気を使用するため、ボイラからの熱回収量が低下することになる。

このスートブロー方式に対し、特許文献１に開示されているように熱交換器の上部から鋼球を散布する方式が従来より採用されている。それを図６に示す。図６において、鋼球が節炭器１ｄを落下通過する過程で伝熱管群と衝突し、ダストを払い落としながら下方へ落下し、ダストとともに落下した鋼球はスクリューコンベア１ｆによりダスト鋼球分離装置６へ送られ、ダストと鋼球を分離し、回収する。回収された鋼球は、バケットコンベアにより鋼球貯留槽１４に送られ、鋼球分配器１２を介して再び伝熱管群の上部から散布される。

図７は特許文献２に開示された分散装置を示す。図７において、鋼球投入口１２ｂから入った鋼球は、回転駆動装置１２ｃにより旋回する旋回シュート１２ａにより、周方向に仕切られた鋼球受け１２ｅに入り、対応する分配管１２ｄにより決められた伝熱管群の位置に落下させる。この分配管１２ｄは多数設けられ、各分配管１２ｄには旋回シュート１２ａにより順次供給することにより、均等な分散が行えるようになっている。この様に、従来の鋼球分配装置は複雑な構造となっており、この複雑な鋼球分配装置をボイラケーシング内に内在させる必要があり、広い空間を必要とする。さらに本装置は鋼板を主体とする金属で構成されているため、ガスの温度条件に大きな制約がおり、ボイラ本体で３５０℃以下に冷却された熱交換器のみが対象となる。高温ガスと熱交換する蒸発器や過熱器では使用できない等の問題がある。
特開２００２−８１８４９号公報 特開平７−６３４９４号公報

本発明の解決すべき課題は、従来技術に係る複雑な分配器を用いることなく、きわめて簡単な装置で伝熱管全体に一様に散布でき、かつ、高温ガスと熱交換する蒸発器や過熱器にも可能な方式のショットクリーニング装置及びショット球の回収方法を提供することである。

（１）排ガスから熱回収するボイラの水平伝熱管群に付着したダストを該伝熱管群の上部からショット球を散布して、このショット球の落下衝突により、前記伝熱管群に付着したダストを払い落とすショットクリーニング装置において、前記ショット球を気送搬送により前記伝熱管群の上部より噴出させ、噴出させたショット球を衝突させて分散させる衝突板を設けたことを特徴とするショットクリーニング装置。

（２）上記衝突板は衝突面が凸型の曲面または、多角面としたことを特徴とする請求項１に記載のショットクリーニング装置。
（３）上記衝突板はショット球の噴出方向に直交した水平回転軸を設け、衝突板の衝突角度を可変とすることを特徴とする請求項１または２に記載のショットクリーニング装置。

（４）上記ショットクリーニング装置において、水平伝熱管群を通過する排ガスの流れを上向流としてショット球が対向して落下することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のショットクリーニング装置。
（５）上記ショット球はセラミックボールであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のショットクリーニング装置。

（６）上記ショットクリーニング装置において水平伝熱管群の下部にショット球とともにダストを集積する貯留槽を設け、該貯留槽は上記ボイラ下部を通過する排ガスからの伝熱の影響を受けない位置に配設したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のショットクリーニング装置。

（７）上記貯留槽に、集積したダスト及びショット球を冷却するガスを吹き込む冷却ガス吹き込み装置を設けたことを特徴とする請求項６に記載のショットクリーニング装置。

（８）排ガスから熱回収するボイラの水平伝熱管群に付着したダストを該伝熱管群の上部からショット球を散布して、このショット球の落下衝突により、前記伝熱管群に付着したダストを払い落とすショットクリーニング装置のショット球回収方法において、前記伝熱管群の下部で前記ボイラ下部を通過する排ガスからの伝熱の影響を受けない位置に連結した貯留槽にダストとともにショット球を回収することを特徴とするショットクリーニング装置のショット球回収方法。

本発明のショットクリーニング装置は、簡易な構成であるにもかかわらず、伝熱管群全体にショット球を散布することができ、伝熱管群に付着したダストを一様に除去することができる。また、鋼板製の分散装置をボイラケーシング内に内在させるため、ボイラ内ガス流を上向流とし伝熱管を通過して十分に冷却されたガス温度条件下に設置するため入口温度が高いボイラでも耐熱上の問題を解決することが出来た。また、衝突板をボイラケーシング内に設置するだけなので、ケーシングもコンパクトなので設備費も大幅に下げることができ、メンテナンス性も向上する。

図１は本発明の実施例を示す。たとえば、廃棄物を燃焼させた高温ガスは９００℃〜１０００℃となり、ボイラ１で熱回収する。
高温ガスはボイラ１内の放射冷却室１ａで冷却されボイラ下部で反転して、過熱器１ｂ、蒸発器１ｃ、節炭器１ｄを通って上部より熱回収後の排ガスとしてボイラから排出される。
この最上段の節炭器１ｄの上部に衝突式ショット球分散装置２を設けている。気流搬送により送られてきたショット球１０は、ショット球噴出ノズル３より直接ボイラ内に噴出させる。噴出されたショット球１０は衝突板２ａと衝突して、節炭器１ｄの上部に落下する。

この場合、衝突板２ａは、図２に示すようにショット球の噴出方向と直交するように水平回転軸である衝突板軸２ｃを配置し、この衝突板軸２ｃに衝突板２ａを設けている。衝突板軸２ｃの一端側はモータ２ｂが連結されており、このモータ２ｂにより衝突板２ａが傾動可能となっている。換言すると、モータ２ｂにより前記衝突板軸２ｃを軸として衝突板２ａの衝突角度を可変とする。
図３（ａ）に示すようにショット球噴出ノズル３から噴出されたショット球１０は、衝突板２ａに衝突して節炭器１ｄに分散して落下する。衝突板２ａを傾動させることで、噴出方向の分散が一様となる。

また、図３（ｂ）に示すように、衝突板２ａの衝突面を凸形または凸形の曲面とすることにより、広がりを持ったショット球１０分布とすることができる。なお、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
図４は、衝突板２ａの衝突面が平面の場合と衝突面が多角面の場合のショット球の分散状態を示した分布図で、衝突面を多角面または凸面にした方が、幅方向の分布は改善される。また、衝突板２ａを傾動させながらショット球１０を衝突させるとショット球の吐出方向分布を制御でき、全体的に自由に分布させることができる。さらに、排ガスを上向流とすることで、ボイラの上部に本装置を設置しているため、節炭器１ｄ出口での排ガス温度は２００〜２５０℃程度あり、装置自身の耐熱上の問題はない。なお、水平伝熱管群を通過する排ガスの流れを上向流とすると、ショット球はこれに対向して落下する。

節炭器１ｄの上部に散布されたショット球１０は、節炭器１ｄ、蒸発器１ｃ、過熱器１ｂを通過し、払い落とされたダストとともに、ボイラ下部に集められる。ボイラ下部にはダストとショット球を貯留するダスト、ショット球貯留槽５に貯留される。このダスト、ショット球貯留槽５は、シュート１ｈを介してボイラケーシングに連結されているので、排ガス流に直接さらされることはない。このように、水平伝熱管群の下部に設置する貯留槽５は、ボイラ下部を通過する排ガスからの伝熱の影響を受けない位置に配設することが望ましい。
また、ダスト、ショット球貯留槽５には、高温のダスト及びショット球が貯留されるため、外部から冷却空気を導入するようにしている。このように貯留槽５には、集積したダスト及びショット球を冷却するガスを吹き込む冷却ガス吹き込み装置を設けることが望ましい。

実施例として、ショット球φ６．３ｍｍを節炭器の上部から分散させた場合、噴出されたショット球が衝突板に衝突して伝熱管群に落下して貯留槽５に収集されるまでの通過時間は１０秒以下であり、ショット球の温度は２００℃程度に収まることが確認され、耐熱上の問題はなかった。
次に貯留槽５で冷却されたダスト１１及びショット球１０は、排出装置５ａを介して振動篩方式のダスト、ショット球分離装置６によりショット球１０を回収し、ショット球貯留槽７に貯められ、次のクリーニング開始まで待機する。

次の切り出しの時間が来ると、ショット球貯留槽７より切り出し装置７ａにより一定量切り出しを行い、同時に搬送空気弁９を開いて、インジェクタ８により気流搬送される。この場合、ショット球φ６．３ｍｍでは４０ｍ／ｓの流速で搬送される。さらにショット球として、鋼球が使用されるが、鋼球に比し比重の軽いセラミックボールを使用すれば、搬送風速を低減でき、搬送エネルギが少なくて済む。

また、鋼球によるショットクリーニング方式では、図８（ａ）の正方配置より（ｂ）の千鳥配列の伝熱管配置の方がダスト除去性能が高く好ましい。

本装置の分級効果を確認するために、次に節炭器１ｄの上部でショット球１０の分散効果にてテストを実施した。ショット球噴出ノズル３の噴出方向と直角な方向の分布について調査した結果、衝突板２ａと衝突面の形状との関係を示すテスト結果を図４に示す。図４（ａ）はテスト装置であり、約１／５縮尺でフルード数を同じくした相似則でテストを行った。伝熱管群の下に受け枡を設置して、各受け枡の重量分布を調査した。（ｂ）のように衝突板を平板とすると、中央に集中して落下するが、（ｃ）のように少し多角面にするとほぼ一様な分布が得られることが確認された。また、噴出方向の分布は（ａ）の衝突板の角度θを変化させることにより自由にコントロールできる。本実験により伝熱管全面に一様に分布できることが確認できた。

本発明の一実施例を示すショットクリーニング装置の概略構成図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の衝突板の概略図である。 衝突板により分布効果の確認テスト装置である。 従来方式のダスト除塵方式を示す概略図である。 ショットクリーニング方式による従来のダスト除塵装置である。 従来の分配装置である。 伝熱管群の配置図である。

符号の説明

１ ボイラケーシング １ａ 放射冷却室
１ｂ 過熱器 １ｃ 蒸発器
１ｄ 節炭器 １ｅ ボイラ給水タンク
１ｆ スクリューコンベア １ｇ スートブロー
２ ショット球分散装置 ２ａ 衝突板
２ｂ モータ ２ｃ 衝突板軸
３ ショット球噴出ノズル ４ ショット球輸送路
５ 貯留槽 ５ａ 排出装置
６ 分離装置
７ ショット球貯留槽 ７ａ ショット球切り出し装置
８ インジェクタ ９ 搬送空気弁
１０ ショット球 １１ ダスト
１２ 鋼球分配器 １２ａ 旋回シュート
１２ｂ 鋼球投入口 １２ｃ 回転駆動装置
１２ｄ 分配管 １２ｅ 鋼球受け
１３ 鋼球分散器 １４ 鋼球貯留槽

Claims (8)

1. 排ガスから熱回収するボイラの水平伝熱管群に付着したダストを該伝熱管群の上部からショット球を散布して、このショット球の落下衝突により、前記伝熱管群に付着したダストを払い落とすショットクリーニング装置において、
   前記ショット球を気送搬送により前記伝熱管群の上部より噴出させ、噴出させたショット球を衝突させて分散させる衝突板を設けたことを特徴とするショットクリーニング装置。
   
2. 上記衝突板は衝突面が凸型の曲面または、多角面としたことを特徴とする請求項１に記載のショットクリーニング装置。
   
3. 上記衝突板はショット球の噴出方向に直交した水平回転軸を設け、衝突板の衝突角度を可変とすることを特徴とする請求項１または２に記載のショットクリーニング装置。
   
4. 上記ショットクリーニング装置において、水平伝熱管群を通過する排ガスの流れを上向流としてショット球が対向して落下することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のショットクリーニング装置。
   
5. 上記ショット球はセラミックボールであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のショットクリーニング装置。
   
6. 上記ショットクリーニング装置において水平伝熱管群の下部にショット球とともにダストを集積する貯留槽を設け、該貯留槽は上記ボイラ下部を通過する排ガスからの伝熱の影響を受けない位置に配設したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のショットクリーニング装置。
   
7. 上記貯留槽に、集積したダスト及びショット球を冷却するガスを吹き込む冷却ガス吹き込み装置を設けたことを特徴とする請求項６に記載のショットクリーニング装置。
   
8. 排ガスから熱回収するボイラの水平伝熱管群に付着したダストを該伝熱管群の上部からショット球を散布して、このショット球の落下衝突により、前記伝熱管群に付着したダストを払い落とすショットクリーニング装置のショット球回収方法において、
   前記伝熱管群の下部で前記ボイラ下部を通過する排ガスからの伝熱の影響を受けない位置に連結した貯留槽にダストとともにショット球を回収することを特徴とするショットクリーニング装置のショット球回収方法。
   

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