JP2009174780A

JP2009174780A - エコノマイザ

Info

Publication number: JP2009174780A
Application number: JP2008014139A
Authority: JP
Inventors: Taisuke Akiyama; 泰輔秋山; Masahito Uesasa; 政仁上笹
Original assignee: Miura Co Ltd; Miura Protec Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd; Miura Protec Co Ltd
Priority date: 2008-01-24
Filing date: 2008-01-24
Publication date: 2009-08-06

Abstract

【課題】エコノマイザの熱交換部に付着、堆積する粉体を効率的に除去することが可能なエコノマイザを提供すること。
【解決手段】燃焼ガスＧ１を排出する通気路１８に配置され、前記燃焼ガスＧ１と接触して熱交換をする複数の熱交換部４２が形成された伝熱管Ｔと、流体を噴射するノズル孔４６Ａ、４６Ｂが形成された流体噴射部材４６とを備えたエコノマイザ４０であって、前記流体噴射部材４６は、少なくとも一部の前記熱交換部４４の下方に配置され、少なくとも前記ノズル孔４６Ａは上方に開口されていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

この発明は、燃焼機器で発生した燃焼ガスが排ガスとして通過する通気路に配置され、排ガスに含まれる粉体の付着、堆積が抑制可能なエコノマイザに関する。

従来、ボイラ等の燃焼機器において、バーナが燃焼して発生した燃焼ガスの残熱を利用した省エネルギーを図るために、例えば、放熱面積を増やすためにパイプの外周に帯状の金属板を螺旋状に巻き付けたいわゆるエロフィン管等の伝熱管により熱交換部を形成し、この熱交換部を燃焼ガスを排ガスとして排出する排ガス流路（通気路）に配置し、この排ガスに含まれる熱を熱交換して水を加熱するエコノマイザが広く用いられている。

一方、熱交換部を構成する伝熱管には、排ガス流路を通過する排ガスに含まれた水蒸気が凝縮してできる水滴や、塵埃等の粉体が付着、堆積されやすく、特に、熱交換部の上部では、伝熱管内を流れる水の温度が低いために、排ガスに含まれた水蒸気が凝縮して結露しやすいため、結露してできた水滴により粉体の付着が進行して熱交換効率が低下しやすく、結果的に熱交換部の下部にまでに水蒸気の結露や粉体の付着が及ぶ場合がある。

このような排ガスに含まれた粉体は、多くの場合、安全上の観点から燃料ガスに添加される付臭剤や重油等の燃料に含まれる硫黄分、又大気に含まれるＳＯ_Ｘ（硫黄酸化物）に由来するＳＯ_Ｘを含んでおり、熱交換部を構成する伝熱管にこれら粉体が堆積することにより伝熱管をなすパイプの表面やフィンが腐食、劣化して伝熱管の破損や寿命低下を発生するといった問題がある。
このような伝熱管の腐食、劣化を抑制するために、洗浄水や蒸気等の流体をノズルから噴射して伝熱管に堆積する粉体を吹き飛ばして取り除くいわゆるスートブロウに関する技術が開示されている（例えば、特許文献１参考。）。
特開平１１−８２９８５号公報

しかしながら、スートブロウにより粉体を吹き飛ばしても、吹き飛ばされた粉体が排ガス流路内を漂うと粉体が伝熱管に再び付着することとなり、伝熱管の腐食、寿命低下を充分に抑制することが困難である。
そのため、粉体を伝熱管から効率的に分離し、吹き飛ばされた粉体を熱交換部から効率的に除去させたいという技術的要請がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、エコノマイザの熱交換部に付着、堆積する粉体を効率的に除去することが可能なエコノマイザを提供することにある。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１記載の発明は、燃焼ガスを排出する通気路に配置され、前記燃焼ガスと接触して熱交換をする複数の熱交換部が形成された伝熱管と、流体を噴射するノズル孔が形成された流体噴射部材とを備えたエコノマイザであって、前記流体噴射部材は、少なくとも一部の前記熱交換部の下方に配置され、少なくとも前記ノズル孔の一部は上方に開口されていることを特徴とする。

この発明に係るエコノマイザによれば、流体噴射部材が、少なくとも一部の熱交換部の下方に配置され、ノズル孔の一部が上方に開口されているので、熱交換部を構成する伝熱管のうち、熱媒体の入口に近く熱媒体の温度が低いために伝熱管表面に凝縮が発生しやすい熱交管部の上部に付着、堆積する粉体を熱交換部から効率的に分離することができる。
また、粉体を上方に向かって巻き上げるので、熱交換部の平面視して外方に粉体を容易に移動させ、熱交換部から効率的に除去することができる。

請求項２記載の発明は、燃焼装置であって、請求項１に記載のエコノマイザであって、前記ノズル孔から流体を噴射することにより巻き上げられた粉体を受けて前記伝熱管側への落下を阻止する受部材を備えることを特徴とする。

この発明に係るエコノマイザによれば、ノズル孔から噴射された流体により巻き上げられた粉体が受部材により受けられるので、巻き上げられた粉体が再び熱交換部に落下して、堆積するのが抑制される。

請求項３記載の発明は、請求項２に記載のエコノマイザであって、前記通気路は、鉛直方向に形成され、前記受部材は、前記通気路内の前記流体噴射部材の上方に配置され、前記巻き上げられた粉体を上方に通過させる開口部を有するとともに該開口部周辺上面が前記粉体の受け面とされていることを特徴とする。

この発明に係るエコノマイザによれば、鉛直に形成された通気路の流体噴射部材の上方に開口部が形成されているので、流体噴射部材により熱交換部から分離した粉体を、開口部から上方に巻き上げて受部材の受け面に効率的に移動させられる。

請求項４記載の発明は、請求項３に記載のエコノマイザであって、前記受部材は、前記流体部材側に位置する下面が、外周縁部から前記開口部に向けて漸次上方へ向かって傾斜する傾斜面とされていることを特徴とする。

この発明に係るエコノマイザによれば、受部材の下面が外周縁部から前記開口部に向けて漸次上方へ向かって傾斜する傾斜面とされているので、燃焼ガスからなる排ガスの滞留を抑制しつつ通気路を通過させられる。
その結果、排ガスに含まれた粉体が開口部からスムースに排出されるので、熱交換部への粉体の堆積が抑制される。

請求項５記載の発明は、請求項３又は請求項４に記載のエコノマイザであって、前記開口部は、平面視して前記開口部の上方に位置する通気路の内周面の内方に配置されていることを特徴とする。

この発明に係るエコノマイザによれば、開口部の上方に位置する通気路の内周面に粉体が付着、堆積してこれらが落下した場合、これら落下物が開口部より外方に落下するので熱交換部に落下するのが抑制される。

請求項６記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のエコノマイザであって、前記熱交換部は、前記流体噴射部材の上方に位置する部分と、前記流体噴射部材の下方に位置する部分とを分離可能に構成されていることを特徴とする。

この発明に係るエコノマイザによれば、上方の熱交換部と下方の熱交換部とが分離可能とされているので、上方と下方のいずれかの熱交換部のみが腐食により使用不能となった場合に、使用不能となった側の熱交換部のみを交換することができる。
その結果、メンテナンスにおける交換部品コスト、交換作業コストが削減可能とされ、また、交換作業時間短縮によるエコノマイザの非稼動コストを削減することができる。

この発明に係るエコノマイザによれば、エコノマイザの熱交換部に付着、堆積する粉体を効率的に除去し、熱交換部を構成する伝熱管の腐食、劣化を抑制することができる。

以下、図１、図２、図３を参照し、この発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るエコノマイザを適用したボイラ（燃焼機器）の概略図であり、符号１はボイラを、符号１０はボイラ本体を、符号４０はエコノマイザを示している。

ボイラ１は、図１に示すように、ボイラ本体１０と、エコノマイザ４０とを備えており、ボイラ本体１０は、燃料供給部１２から供給された燃料がバーナ１４において燃焼され、この燃焼により発生した燃焼ガスＧ１が缶体１６の燃焼ガス流路を通過することによって缶体１６内の水を加熱して蒸気を生成するとともに、燃焼ガスＧは、缶体１６の燃焼ガス流路に接続された排ガス流路（通気路）１８から排ガスＧ２として外部に排出されるようになっている。

この実施の形態における燃料は、生ガスと燃焼用空気とを混合した燃料ガスからなり、燃料供給部１２は、燃焼用空気を供給する送風ファン１２ａと、燃焼用空気に生ガスを供給するノズル１２ｂとを備え、送風ファン１２ａから送風された燃焼用空気とノズル１２ｂから供給された生ガスとがダクト内で混合されて燃料ガスが生成され、この燃料ガスがバーナ１４に供給されるようになっている。
この生ガスには、漏出した場合に早期に漏出を発見するために、安全上の観点から、例えば、硫黄（Ｓ）を含んだ付臭剤が添加されている。
なお、燃料ガスに代えて、重油を燃料とする構成とすることも可能である。

排ガス流路１８は、缶体１６の燃焼ガスＧ１が通過する燃焼ガス流路の末端側に接続され、排ガス流路１８は、水平方向に形成された水平部１８Ａと鉛直方向に形成されるとともに上方に開口された鉛直部１８Ｂとを備えており、エコノマイザ４０は、鉛直部１８Ｂに配置されている。
また、排ガス流路１８の上方には、粉体捕集部１９を介して上部排ガス流路（上方に位置する通気路）２０が形成されている。

エコノマイザ４０は、図２に示すように、燃焼ガスＧ２と接触して熱交換をする熱交換部４２と、スートブロウにより蒸気を噴射する蒸気ブロウ管（流体噴射部材）４６と、受部材４８とを備え、排ガス流路１８に排ガスＧ２として導入された燃焼ガスＧ１の残熱を熱交換して缶体１６に供給する水を加熱するようになっている。

熱交換部４２は、図２に示すように、排ガス流路１８の上流側（下側）に配置される下側熱交換部４３と、下側熱交換部４３の下流側（上側）に配置される上側熱交換部４４とを備えている。
下側熱交換部４３と上側熱交換部４４の各々は、例えば、エロフィン管等の伝熱管Ｔを流体が流通可能な状態で複数回折り返し、折り返されて往復する部分の伝熱管Ｔが平行に配列されるように構成されている。
この実施の形態において、下側熱交換部４３と上側熱交換部４４とは、同一の構成とされている。

また、下側熱交換部４３の上側端部と、上側熱交換部４４の下側端部には、それぞれフランジ部４３Ｆ、４４Ｆが形成されており、下側熱交換部４３及び上側熱交換部４４は、フランジ部４３Ｆ、４４Ｆ及び接続配管４２Ｄにより流通可能に接続され、この接続配管４２Ｄをはずすことにより、下側熱交換部４３と上側熱交換部４４を分離して、任意の側をエコノマイザ４０から取りはずことができるようになっている。
なお、熱交換部４２に供給される水は、上側熱交換部４４の上側端部に形成された流入口４２Ａから入って下側熱交換部４３の下側端部に形成された流出口４２Ｂから出て缶体１６に供給されるようになっている。

蒸気ブロウ管４６は、上方に開口する上側ノズル孔４６Ａと下側に開口する下側ノズル孔４６Ｂとを備え、下側熱交換部４３と、上側熱交換部４４の間に水平に配置されている。
上側ノズル孔４６Ａは上側熱交下部４４に向けて、下側ノズル孔４６Ｂは下側熱交換部４３に向けて蒸気を噴射可能とされている。
かかる構成により、上側ノズル孔４６Ａから噴射した蒸気によって上側熱交換部４４を構成する伝熱管Ｔに凝縮した水滴及び付着、堆積した粉体を上方に巻き上げるとともに、下側ノズル孔４６Ｂから噴射した蒸気によって下側熱交換部４３を構成する伝熱管Ｔから水滴、粉体を分離することができるようになっている。

受部材４８は、排ガス流路１８内の蒸気ブロウ管４６及び上側熱交換部４４の上方に配置され、受部材４８の上部には上方に伸びる筒部が形成され、筒部の上端は巻き上げられた粉体を上方に通過可能な開口部４９が形成され、開口部４９周辺の上面は、巻き上げられて落下してきた粉体を受ける受け面４８Ａとされている。

また、受部材４８は、蒸気ブロウ管４６側に位置する下面４８Ｂが、受部材４８の外周縁部から開口部４９に向けて漸次上方へ向かって傾斜する傾斜面とされている。
開口部４９は、平面視して開口部４９の上方に配置される上部排ガス流路２０の内周面２０Ａの内方に位置するように形成されている。

また、粉体捕集部１９には、一方側の壁部から他方側の壁部に平行に伸びる一対のガイド板１９Ａが設けられ、ガイド板１９Ａの上面に受部材４８がガイド板上をガイド板に沿って移動可能に載置されている。
また、受部材４８は、ガイド板１９Ａから取り外し可能とされ、受け面４８Ａ上に粉体が堆積した場合に、受部材４８を移動させて受部材４８とともに粉体を粉体捕集部１９の外に搬出することができるようになっている。

次に、エコノマイザ４０の作用について説明する。
１）バーナ１４の燃焼により発生した燃焼ガスＧ１は、缶体１６の燃焼ガス流路を通過した後に排ガス流路１８に導入され、エコノマイザ４０の上側熱交換部４４、下側熱交換部４３を構成する伝熱管Ｔと接触、熱交換して伝熱管Ｔ内の水を加熱する。
２）燃焼ガスＧ１が伝熱管Ｔと接触することにより、燃焼ガスＧ１に含まれた水蒸気と、ＳＯ_Ｘ等を含む粉体が熱交換部４２を構成する伝熱管Ｔに付着、堆積する。
このとき、伝熱管Ｔにおける水温が低い上側熱交換部４４には、水蒸気が凝縮した水滴に、ＳＯ_Ｘに等が含まれた粉体が付着、堆積しやすい。
３）蒸気ブロウ管４６のノズル孔４６Ａ、４６Ｂから、蒸気を間欠的に噴射してスートブロウを行う。スートブロウの蒸気により伝熱管Ｔに堆積した粉体は伝熱管Ｔから分離されて開口部４９の上方に巻き上げられる。
４）開口部４９の上方に巻き上げられた粉体は重力によって落下し、落下する粉体のうち開口部４９より外方に落下する粉体は受部材４８の受け面４８Ａに受け止められて熱交換部４２への落下が抑制される。受け面４８に受け止められて、粉体捕集部１９に堆積した粉体は、受け部材４８をガイド板１９Ａに沿って移動して粉体捕集部１９から搬出する。
５）また、上部排ガス流路２０の内周面２０Ａに堆積した粉体が重力や振動により剥落、落下した場合、剥落した粉体は内周面２０Ａに沿うように落下し開口部４９の外方に落下し、受部材４８の受け面４８Ａに落下するので、開口部４９を介して熱交換部４２側に落下することが抑制される。

第１の実施形態に係るエコノマイザ４０によれば、蒸気ブロウ管４６が上側熱交換部４４よりも下方に配置され、上側ノズル孔４６Ａが上側熱交換部４４に向かって開口しているので、蒸気を上側熱交換部４４に向かって噴射することにより上側熱交換部４４に付着した水滴、粉体を伝熱管Ｔから効率的、かつ容易に分離することができる。
また、蒸気が有する熱により、上側熱交換部４４を構成する伝熱管Ｔが加熱されるので、伝熱管Ｔへの水蒸気の凝縮を抑制することができる。

エコノマイザ４０によれば、排ガス流路１８の鉛直部１８Ｂにおける蒸気ブロウ管４６の上方に開口部４９が形成され、スートブロウにより粉体を開口部４９の上方に容易に巻き上げることができる。
また、粉体を平面視して開口部４９の外方に容易に移動させることができ、巻き上げられた粉体が受部材４８の受け面４８Ａにより捕捉されるので再び熱交換部４２側に落下、堆積するのが抑制される。

また、受部材４８の下面４８Ｂが外周縁部から開口部４９に向けて漸次上方へ向かって傾斜する傾斜面とされているので、排ガス流路１８を通過する排ガスＧ２が上方に向かってスムースに流れて粉体が排ガス流路１８内に滞留することが抑制されるので、排ガスに含まれた粉体が開口部４９からスムースに排出されて熱交換部４２に堆積するのが抑制される。

また、熱交換部４２が、上側熱交換部４４と下側熱交換部４３に分離可能とされているので、側熱交換部４４と下側熱交換部４３のいずれか一方が腐食して使用不能となった場合、使用不能となった側のみを交換することができる。
その結果、メンテナンスに際しての熱交換部４２の交換部品コスト、交換作業コストが削減可能とされ、また、交換作業時間短縮によるボイラ１の非稼動によるコストを削減することができる。

次に、この発明の第２の実施形態について説明する。
図４は、第２の実施形態に係るエコノマイザ６０を説明する図である。
第２の実施形態に係るエコノマイザ６０は、図４に示すように、エコノマイザ４０に代えて設けられたエコノマイザユニット６１を排ガス流路１８の水平部１８Ａに直列に２基配置して構成され、排ガスＧ２は鉛直方向ではなく水平方向に排出されるようになっている。

エコノマイザユニット６１、上側熱交換部６４と下側熱交換部６３とからなる熱交換部６２と、上側熱交換部６４と下側熱交換部６３の間に配置される２本の蒸気ブロウ管６６と、受部材６８とを備えて、水平部１８Ａの上部空間が粉体捕集部とされている。他は、エコノマイザ４０の場合と同様であり、説明を省略する。

エコノマイザ６０によれば、スートブロウにより上側熱交換部６４から分離した粉体は、受部材６８の上部に開口した開口部６９から上方に排出され、受部材６８の上面に形成された受け面６８Ａに受け止められて、熱交換部６２への落下が抑制される。

なお、この発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。
例えば、上記実施形態においては、エコノマイザ４０、エコノマイザユニット６１の熱交換部４２、６２が、上側熱交換部４４、６４と下側熱交換部４３、６３とに分離可能に構成されている場合について説明したが、熱交換部４２、６２を上側熱交換部４４、６４と下側熱交換部４３、６３とを一体とした構成としてもよい。

また、上記実施の形態においては、上側熱交換部４４と下側熱交換部４３とが同一の構成とされている場合について説明したが、例えば、燃焼ガスに含まれる水蒸気が凝縮しやすい領域に対応して上側熱交換部４４を、熱交換部４２の１／３、２／３といった比率の大きさ（高さ）としてもよい。

蒸気ノズル管４６、６６が、上側熱交換部４４、６４と下側熱交換部４３、６３の中間位置に配置される場合について説明したが、蒸気ノズル管４６、６６が上側熱交換部４４、６４及び下側熱交換部４３、６３の下方に配置される構成としてもよい。

また、上記実施の形態においては、受部材４８、６８がガイド板上に移動可能に載置され、受部材４８、６８をエコノマイザ４０、６０の外部に移動させて受け面４８Ａ、６８Ａに堆積した粉体を搬出する場合について説明したが、受け面４８Ａ、６８Ａ上に堆積した粉体を、例えば、圧縮エア、洗浄水により受け面４８Ａ、６８Ａ上から取り除く構成としてもよい。

また、上記実施の形態においては、スートブロウに用いる流体が蒸気の場合について説明したが、ノズルから噴射する流体として圧縮エア等を用いてもよい。
また、

本発明の第１の実施形態に係るエコノマイザを適用したボイラの縦断面図である。本発明の第１の実施形態に係るエコノマイザを示す縦断面図である。本発明の第１の実施形態に係るエコノマイザの要部を示す斜視図である。本発明の第２の実施形態に係るエコノマイザを示す図であり、（Ａ）は排ガスの流れる方向に沿った縦断面図を、（Ｂ）は排ガスの流れる方向に直交する縦断面図である。

符号の説明

Ｇ１燃焼ガス
Ｇ２排ガス
１８排ガス流路（通気路）
２０上部排ガス流路（上方に位置する通気路）
２０Ａ内周面
４０、６０エコノマイザ
４２、６２熱交換部
４６Ａ、４６Ｂ、６６Ａ、６６Ｂノズル孔
４６、６６蒸気ブロウ管（流体噴射部材）
４８、６８受部材
４８Ａ、６８Ａ受け面
４８Ｂ下面
４９、６９開口部

Claims

燃焼ガスを排出する通気路に配置され、前記燃焼ガスと接触して熱交換をする複数の熱交換部が形成された伝熱管と、
流体を噴射するノズル孔が形成された流体噴射部材とを備えたエコノマイザであって、
前記流体噴射部材は、
少なくとも一部の前記熱交換部の下方に配置され、
少なくとも前記ノズル孔の一部は上方に開口されていることを特徴とするエコノマイザ。
請求項１に記載のエコノマイザであって、
前記ノズル孔から流体を噴射することにより巻き上げられた粉体を受けて前記伝熱管側への落下を阻止する受部材を備えることを特徴とするエコノマイザ。
請求項２に記載のエコノマイザであって、
前記通気路は、鉛直方向に形成され、
前記受部材は、
前記通気路内の前記流体噴射部材の上方に配置され、前記巻き上げられた粉体を上方に通過させる開口部を有するとともに該開口部周辺上面が前記粉体の受け面とされていることを特徴とするエコノマイザ。
請求項３に記載のエコノマイザであって、
前記受部材は、
前記流体部材側に位置する下面が、外周縁部から前記開口部に向けて漸次上方へ向かって傾斜する傾斜面とされていることを特徴とするエコノマイザ。
請求項３又は請求項４に記載のエコノマイザであって、
前記開口部は、
平面視して前記開口部の上方に位置する通気路の内周面の内方に配置されていることを特徴とするエコノマイザ。
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のエコノマイザであって、
前記熱交換部は、
前記ノズルの上方に位置する部分と、前記ノズルの下方に位置する部分とを分離可能に構成されていることを特徴とするエコノマイザ。