JP2017125626A - 付着物除去装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 廃棄物燃焼ボイラの伝熱管に付着する粘着性の付着物を効果的に除去する。【解決手段】 本発明による付着物除去装置は、廃棄物燃焼ボイラのケーシングを貫通しケーシング外部から内部に伸びて付着物が付着した伝熱管の端面開口部に向かって進退自在、且つ、回転自在に支持された回転シャフト、及び、回転シャフトに一端を支持されて端面開口部に対して直交する方向に伸びるクリーニングアームを備えた構成であり、粘着性付着物が付着する伝熱管群の端面開口部に対向して配される。本発明は前述した付着物除去装置の回転シャフトを端面開口部に向かって前進させた状態で回転させることによって、クリーニングアームが端面開口部に近接した状態で回転することにより粘着性付着物を効果的に掻きとり除去する。【選択図】 図1

Description

本発明は、廃棄物燃焼ボイラの伝熱管に付着する粘着性付着物を効果的に除去する付着物除去装置に関する。
一般的なボイラは、燃焼装置から生じた燃焼ガスの流路上に、熱交換装置を配することで熱回収する。熱交換装置としては、複数本の伝熱管をまとめた伝熱管群が多用される。伝熱管群により回収された熱は、例えば、水を水蒸気に変える等して様々に活用される。
熱回収時に問題となるのが、伝熱管に付着するチャー等の付着物である。一定時間、ボイラを使用すると伝熱管にチャー等が付着する。チャーは、主に燃焼ガスに含まれる未燃炭素や灰分からなるもので、チャーの堆積が大きくなると、熱交換率を悪くするのみならず、ひどい場合には伝熱管自体が閉塞する等、重大な問題を引き起こす可能性がある。
そのため、従来からチャーを除去する方法として、伝熱管にガス(圧縮空気や蒸気等)を吹き付ける方法が知られている。また、小さな鋼球などを利用して伝熱管へ衝撃力を与えて付着物を落とす方法が公知である。特許文献1にショット球を利用して付着物を除去する例を示す。前述した2つの方法は、いずれもチャーの除去に関して一定の効果が期待できる。
特開2009−127908号公報
近年、環境保護の観点から、廃棄物をボイラの燃料として使用するケースが増えてきた。廃棄物は固形化されることも多く、固形化された廃棄物固形化燃料は、廃棄物の種類によって、RDF燃料或いは、RPF燃料と称される。
前述した廃棄物固形化燃料は、一般に多様な成分を含んでいる。そのため、廃棄物固形化燃料を燃焼させた際に生じる燃焼ガスも複雑な成分となることが多い。特に、腐食性の高いSOx等の成分を含む燃焼ガスの取り扱いには注意を要することになる。
また、廃棄物固形化燃料の燃焼ガスによる付着物は強い粘着性を有する場合があり、伝熱管に付着しやすい。特に伝熱管の中にガスを流通させて熱交換するタイプの熱交換装置の場合は、伝熱管のガス入口部で、大きくガスの温度が下がり、粘着性付着物が付着する。例えば、複数の伝熱管を並べて伝熱管群を形成した場合には、伝熱管のガス入口部となる伝熱管群の端面開口部に付着物が多く発生する。
前述した伝熱管に洗浄用のガス(圧縮空気等)を吹き付けて付着物を除去する方法にも一定の効果は期待できる。しかし、ガスの吹き付ける方向によって、伝熱管内部に付着物を押し込む結果になり、問題が生じる可能性がある。また、前述した鋼球の衝撃力を利用する方法は、使用した鋼球の回収に手間がかかる上、前述のガスの吹き付け方法と同様に、鋼球を衝突させる方向によって、伝熱管内部に付着物を押し込む結果になり、問題が生じる可能性がある。
本発明は、以上、説明したような問題点に鑑みてなされたものであり、廃棄物燃焼ボイラの伝熱管に付着する粘着性の付着物を効果的に除去する付着物除去装置を提案する。
上記の目的を達成するため、本発明による付着物除去装置は、
(1)廃棄物燃焼ボイラに配されて、廃棄物固形燃料の燃焼ガスから熱を回収する伝熱管群の端面開口部に付着する粘着性付着物を除去するための付着物除去装置であって、該付着物除去装置は粘着性付着物が付着する伝熱管群の端面開口部に対向して配されて、廃棄物燃焼ボイラのケーシングを貫通しケーシング外部から内部に伸びて該端面開口部に向かって進退自在、且つ、回転自在に支持された回転シャフト、及び、回転シャフトに一端を支持されて該端面開口部に対して直交する方向に伸びるクリーニングアーム、を備えて、回転シャフトを該端面開口部に向かって前進させた状態で回転させることによって、クリーニングアームが該端面開口部に近接した状態で回転することにより粘着性付着物を掻きとり除去する。
(2)(1)に記載の付着物除去装置であって、前記回転シャフトのケーシング外部側に回転自在のスイベルジョイントを配して、回転シャフト及びクリーニングアームを中空とすることにより、スイベルジョイントからクリーニングアーム先端まで連通するガス通路を形成した。
(3)(1)又は(2)に記載の付着物除去装置であって、前記回転シャフトのケーシング貫通部分に、クリーニングアームを格納するための溝部を形成したアーム格納部を配した。
(4)(1)から(3)までのいずれか1項に記載の付着物除去装置であって、前記回転シャフトの端面開口部側の一端に円錐状の突起部分を形成して、クリーニングアームが該端面開口部に近接した状態で回転する際において、突起部分の一部又は全部が伝熱管の開口部に挿入された状態とする。
本発明の付着物除去装置によれば、廃棄物燃焼ボイラの伝熱管群端面開口部に付着する粘着性付着物を効果的に除去できる。
本発明の実施形態に係わり廃棄物燃焼ボイラの構成を説明する図である。 本発明の実施形態に係り付着物除去装置の構成を説明する図である。 本発明の実施形態に係り付着物除去装置と伝熱管群の配置を説明する図である。 本発明の実施形態に係り付着物除去装置内部のガスの流れを説明する概念図である。 本発明の実施形態に係り付着物除去装置のクリーニングアームを伝熱管群に近接させた状態を説明する図である。 本発明の実施形態に係り付着物除去装置のクリーニングアームをアーム格納部に格納した状態を説明する図である。 本発明の実施形態に係り付着物除去装置のクリーニングアームを伝熱管群に近接させて回転させた状態を説明する概念図である。 本発明の実施形態に係り付着物除去装置のクリーニングアームをケーシング外に取り出した状態を説明する図である。 本発明による他の実施形態に係り付着物除去装置の構成を説明する図である。 廃棄物燃焼ボイラの従来技術に係り粘着性付着物が付着する状況を説明するための概念図である。
以下、図面等に基づき本発明の好ましい実施形態の例を詳細に説明する。
図1から図8は本発明の実施形態を説明するための図に係わり、その好ましい例を示したものであって、図1は廃棄物燃焼ボイラの構成を説明する図であり、図2は付着物除去装置の構成を説明する図である。図3は付着物除去装置と伝熱管群の配置を説明する図であり、図3(2)は図3(1)をA方向に観察した図であり、図3(3)は図3(1)をB方向に観察した図である。図4は付着物除去装置内部のガスの流れを説明する概念図である。図5は付着物除去装置のクリーニングアームを伝熱管群に近接させた状態を説明する図であり、図5(2)は図5(1)をA方向に観察した図である。図6はクリーニングアームをアーム格納部に格納した状態を説明する図であり、図6(2)は図6(1)をB方向に観察した図である。図7は本発明の実施形態に係り付着物除去装置のクリーニングアームを伝熱管群に近接させて回転させた状態を説明する概念図であり、図8は付着物除去装置のクリーニングアームをケーシング外に取り出した状態を説明する図である。
図9は本発明による他の実施形態に係り付着物除去装置の構成を説明する図である。
なお、参考として廃棄物燃焼ボイラの従来技術に係り粘着性付着物が付着する状況を説明するための概念図を図10に示した。
本発明の実施形態(第1実施形態と称することもある)に使用した廃棄物燃焼ボイラ100の構成を図1に示す。
図1に示した廃棄物燃焼ボイラ100(ボイラ100と略して称することもある)は、ケーシングの下部に空気導入口55を備えて、その上方に燃焼ベッド54、燃料供給口51、着火バーナ61を配している。また、着火バーナ61の上方には、昇温バーナ63が配されるとともに、図示しない2次空気吹込用ノズルが複数個所配されている。
燃料供給口51から燃焼ベッド54に供給された燃料(本実施形態においては廃棄物固形燃料)は、空気導入口55から供給された空気と着火バーナ61により着火されて、さらに昇温バーナ63により効率的に昇温燃焼され、高温の燃焼ガスを生じさせる。図1に示したボイラ100は前述の構成により燃焼室60を構成する。
前述した燃焼室60の上方には、燃焼室60と後述する熱交換室30を区切るための仕切板65が配されている。なお、燃焼室60と熱交換室30を区切る仕切板65には、開口部(本実施形態においてはケーシング内の図面向かって右側部分)が設けられており、燃焼ガスが上昇して熱交換室30に入るための通路を形成している。
仕切板65上には、水平方向に伸びる伝熱管が複数本並べられて形成された第1伝熱管群31が配されており、さらにその上方には第2伝熱管群32が配されている。
なお、本実施形態においては、図3(2)に示すように、第1伝熱管群31が63本(縦7列、横9列)の伝熱管により形成されている。
また、図1に示したボイラ100は、前述の仕切板65の開口部から上昇してきた燃焼ガスが、そのまま直接的に第2伝熱管群32に供給されないようにするために、第1伝熱管群31と第2伝熱管群41の間に仕切板35を配している。
仕切板35は、ケーシング内の図面向かって右側部分を区切り、燃焼ガスが第1伝熱管群31及び第2伝熱管群32を通り抜けることなくケーシング右側部分を上昇して燃焼ガス排出口59より排出されるのを防止する。
詳細は後述するが、仕切板65及び仕切板35によって、燃焼室60より上昇してきた燃焼ガスが、第1伝熱管群を通過した後、第2伝熱管群を通過して燃焼ガス排出口55より排出される構成となっている。
なお、第1伝熱管群31並びに第2伝熱管群32を形成する伝熱管の周りには、水が供給されており、伝熱管を介して燃焼ガスから水へと熱交換が行われる。
熱交換を受けた水は高温となって水蒸気になり、ボイラ100の上に設置したスチームドラム70に蓄えられて様々に活用される。図1に示したボイラ100は、前述した第1伝熱管群31並びに第2伝熱管群32の構成により熱交換室30を構成する。
ここで、参考までに図10に示した従来技術の例に基づき付着物の付着状況を簡単に説明する。廃棄物燃焼ボイラ200の燃料供給口51から燃料Rが供給されると燃焼ベッド54上で燃料が燃焼されて燃焼ガスが発生する。燃焼ガスは上昇し、燃焼室60から熱交換室30に入り、第1伝熱管群31並びに第2伝熱管群32を通過して燃焼ガス排出口59から排出される。この際において、燃焼ガスの温度が下がり始める第1伝熱管群31の端面開口部に汚染物付着Yが多く発生すると予想される。
したがって、本実施形態による付着物除去装置10は、ボイラ100内において粘着性の付着物が最も付着する可能性が高いと予想される第1伝熱管群31の端面開口部に対向して配される。付着物除去装置10の配置状況を図1に示す。
即ち、本実施形態においては、第1伝熱管群31の燃焼ガスが供給される側に付着物除去装置10を備えることになる。通常、この部分には点検口があるので、それを利用して付着物除去装置10を取り付けることが好ましい。
以下、付着物除去装置10の構成について詳細に説明する。
本実施形態による付着物除去装置10は、図2に示すように、回転シャフト12、クリーニングアーム14、シャフトヘッド15、ハンドル18、及びスイベルジョイント16等から構成されている。
回転シャフト12は、第2支持部24に取り付けられており、第2支持部24はボイラ100のケーシングに固定された第1支持部22に回転可能に軸支されている。
図8(1)及び(2)に第2支持部24の位置を変えた状況を示す。詳細は後述するが図8(1)は付着物除去装置10の通常状態を示し、(2)はメンテナンス時の状態を示す。以下、説明を簡略化するため、図8の(1)に示す通常時の状態に基づいて付着物除去装置10の構成を説明する。
回転シャフト12は、第2支持部材24により、第1伝熱管群31に向かって進退自在に支持されており、さらに回転シャフト12の中心軸を中心として回転自在に軸支されている。回転シャフト12は、通常時において、ボイラ100のケーシングを貫通するようにしてケーシング外部から内部に向かって水平方向に伸びた状態になる。
なお、詳細を図示しないが、本実施形態においては、ボイラ100内と外部の境界に生じる隙間に、それぞれ必要に応じて、適宜、耐熱性の高いグランドパッキン24A等をシール部材として配しており、図8(1)に示す通常時においては、第2支持部24とアーム格納部26の間もシールされた状態となっている。
また、回転シャフト12のケーシング内部側には、クリーニングアーム14が取り付けられており、ケーシング内部側先端にはシャフトヘッド15が備えられている。
なお、本実施形態において、クリーニングアーム14は、円筒状のパイプ14Aに端部を斜めに面取りしたフラットバー14Bを溶接した形状となっており、回転させた際に付着物を容易に除去しやすい構造としている。しかし、本発明に適応できるクリーニングアーム14の形状の範囲はそれに限るものではなく、状況に応じて、平板状、角柱状、又、三角柱状等、本発明の逸脱しない範囲で変更が可能であり、或いは、櫛状の突起やブレードをつけても良い。
ここで、クリーニングアーム14は、回転シャフト12に一端を支持されて、回転シャフト12の長手方向に対して直交する方向に伸びている。また、シャフトヘッド15は円錐状の突起である。詳細は後述するが、クリーニングアーム14が、第1伝熱管群31の端面開口部に近接した状態で回転する際において、クリーニングアーム14は第1伝熱管群31の端面開口部に近接して密接する状態となる。また、シャフトヘッド15は突起として、その一部又は全部が、第1伝熱管群31を形成する1個の伝熱管に挿入される。
回転シャフト12のケーシング外部側には、ハンドル18(本実施形態においては十字ハンドル)が備えられており、ハンドル18を回せば回転シャフト12を回転させることができるように構成されている。そして、ケーシング外部側末端にはスイベルジョイント16が取り付けられている。なお、スイベルジョイント16は回転自在の配管に対して、回転しない配管を連結するためのジョイントである。
本実施形態においては、図4に示すように、回転シャフト12及びクリーニングアーム14をパイプで形成して中空とすることにより、洗浄ガス供給口SRから洗浄ガス吹出口まで連通するガス通路を形成した。なお、回転シャフト12を回転させた状態で使用するためスイベルジョイント16を使用して洗浄ガス供給口SRに連結している。
また、本実施形態においては、回転シャフト12のケーシング貫通部分に、アーム格納部26を配した。アーム格納部26には、格納溝26Bが形成されている。
ここで、図2に示すように、通常時においては、アーム格納部26のケーシング外方向側の面に接して第2支持部24が接する。そして、図6に示すように、クリーニングアーム14が、第1伝熱管群より離間する方向に移動した際において、格納溝26Bの中にクリーニングアーム14が格納される。なお、付着物除去装置10のクリーニングアーム14をメンテナンスする際においては、図8の(2)に示すように、第2支持部24を回転させてケーシング外に取り出すことが出来る。
以下、付着物除去装置10を使用して付着物を除去する方法について詳細に説明する。
燃焼ガスから熱を回収するための複数の伝熱管を並べた場合には、ガス入口となる第1伝熱管群31の端面開口部に粘着性付着物が多く付着する。
ボイラ100の運転を開始してから付着物が付着するまでの間は、図6に示すように、クリーニングアーム14を、第1伝熱管群より離間する方向に移動させて、格納溝26Bの中に格納する。廃棄物固形燃料を燃焼させた際には、腐食性の燃焼ガスが発生する可能性があるが、クリーニングアーム14を格納溝26Bに格納しておくことにより、燃焼ガスに対する接触割合が減少する。
また、燃焼ガスによる腐食は、高温になるほど起こりやすいので、クリーニングアーム14の先端まで連通するガス通路に、必要に応じて適宜、ガスを流してやることにより、回転シャフト12並びにクリーニングアーム14を冷却し温度を下げておく。その結果、腐食の可能性をさらに低減させることができる。
より具体的に説明すると、通常の待機時は、クリーニングアーム14を第1伝熱管群側31からケーシング壁側に引き込み、高温ガス(700〜800℃)の流れにさらされている状態を避けるとともに、クリーニングアーム14内部に冷却空気(本実施形態においては圧縮空気利用)を流すことで機器本体を一定温度(500℃以下)に保ち、機器寿命の向上及び安全性の向上を図る。
一定時間運転し、第1伝熱管群31の端面開口部に粘着性付着物が多く付着した場合には、ハンドル18をケーシング内に向かって押し込むことにより回転シャフト12を第1伝熱管群31端面開口部に向かって前進させて、クリーニングアーム14を、第1伝熱管群31の端面開口部に近接させた状態とする。
本実施形態においては、クリーニングアーム14が、第1伝熱管群31の端面開口部に近接した状態になった際に、シャフトヘッド15が第1伝熱管群31の中心に位置する伝熱管の開口部に挿入されるように配置しているので、回転シャフト12は、第2支持部24とシャフトヘッド15の2点で支持される。即ち、回転シャフト12は、第2支持部24によりグランドパッキン24Aによる押さえで支持され、シャフトヘッド15によりパイプサポートで支持される。
そして、ハンドル18を利用して回転シャフト12を回転させることによって、クリーニングアーム14が端面開口部に近接した状態で回転することにより粘着性付着物を掻きとり除去する。なお、本実施形態においては、前述したように、回転シャフト12を、第2支持部24とシャフトヘッド15の2点で支持しているので、回転軸が安定しぶれないという優れた作用効果を奏する。したがって、強い力で回転シャフト12を回しても回転軸がぶれにくく、クリーニングアーム14の掻き取り状態も安定するので、効果的な付着物除去が可能である。
また、この際において、図7(2)に示すように、洗浄ガス供給口SRからガスを供給して洗浄ガス吹出口SHからガスを噴出させることにより、クリーニングアーム14が届かない部分の粘着性付着物を吹き飛ばして洗浄することができる。
なお、本実施形態によるガスの吹付方向は、伝熱管の長手方向に対して直交する方向になるので、伝熱管内部に付着物を押し込む可能性が少なく、除去方法として適している。
ここで、例えば、第1伝熱管群31が円形状に配置されていれば、クリーニングアーム14を回転させて隅々まで届かせるような配置も可能である。しかし、本実施形態のように第1伝熱管群31が矩形状に配置されているケースでは、クリーニングアーム14を回転させて隅部まで届かせることは難しい。
本実施形態においては、回転するクリーニングアーム14の掻き取り効果と、ガスによる吹き飛ばし効果の両方を、機能的に組み合わせて用いることにより、様々な形状に配置された伝熱管群の配置に対応可能であり好ましい。
なお、ボイラ100の運転が停止し、付着物除去装置10のクリーニングアーム14をメンテナンスする際においては、図8の(2)に示すように、第2支持部24を回転させてケーシング外に取り出すことにより容易にメンテナンスが可能である。
以上説明したように、本実施形態による付着物除去装置10は、回転及び一定距離の抜き差しが可能となる構造である。
そして、清掃時は、クリーニングアーム14を端面開口部である管板面まで押し込み、掻き板部となるフラットバー14Bを管板面に押し当てた後、回転させることによって、ボイラの管板面に付着した付着物を払い落とす構造である。
清掃後は、クリーニングアーム14を管板面から壁側(築炉の切欠き部分である格納溝26Bにもぐりこませる)まで引き抜くことで、高温条件化にさられることを防ぐことができる。
また、本実施形態による付着物除去装置10は、クリーニングアーム14と回転シャフト12をパイプ構造とし常時冷却空気を流すことで機器本体を一定温度に保ち、機器寿命及び安全性の向上を図る。冷却空気は圧縮空気を利用しているので、圧縮空気の出口をノズル先端側とすることで、噴出し圧力によって、本機器が届かない管板面の付着物についても除去が可能となる。
したがって、本実施形態による付着物除去装置10によれば、ボイラ100の第1伝熱管群31の端面開口部に付着する粘着性の付着物を効果的に除去できる。
以下、本発明による他の実施形態を前述した実施形態と異なる部分を中心に簡略に説明する。
本発明による他の実施形態を図9に示す。図9に示した付着物除去装置10Bは、前述した実施形態と同様に、回転シャフト12、クリーニングアーム14、ハンドル18、及びスイベルジョイント16等から構成されている。
ここで、図9に示した付着物除去装置10Bが、先に説明した付着物除去装置10と異なる点は、回転シャフト12の支持の仕方の違いにある。
前述した先の実施形態による付着物除去装置10は、回転シャフト12を、第2支持部24に配されたグランドパッキン24Aと、シャフトヘッド15に形成した突起の2点で支持する構造となっている。
それに対して、図9に示した他の実施形態においては、第2支持部24の両サイド、即ち、第2支持部24の内側と外側の2個所に支持金具24Bを配することによって、回転シャフト12を支持する構造となっている。そのため、シャフトヘッド15Bの形は、平状となっている。
クリーニングアーム14が、第1伝熱管群31の端面開口部に近接した状態になった際においては、平らなシャフトヘッド15Bが第1伝熱管群31の端面開口部付近に当接して、クリーニングアーム14が端面開口部に近接した状態で回転することにより粘着性付着物を掻きとり除去する。
図9に示した他の実施形態においては、回転シャフト12を第2支持部24の両端で支持しているので、シャフトヘッド15Bを伝熱管の開口部に挿入する必要がない。
したがって、設計上の問題により、例えば、伝熱管の配置等の関係から、シャフトヘッド15を伝熱管の開口部に挿入することが難しいようなケースにおいても適応することが可能である。
また、伝熱管が傷つきやすい易い材質で作られている場合等の理由によって、伝熱管にシャフトヘッド15を挿入することができないケースも想定されうる。そのような場合でも、図9に示した他の実施形態は使用することができ、好ましい形態である。
本発明の付着物除去装置は、廃棄物燃焼ボイラの伝熱管群端面開口部に付着する粘着性付着物を除去する装置として好適に使用できる。
10 付着物除去装置
10B 付着物除去装置 (他の実施形態)
12 回転シャフト
14 クリーニングアーム
15 シャフトヘッド
15B シャフトヘッド(平状タイプ)
16 スイベルジョイント
18 ハンドル
22 第1支持部
24 第2支持部
30 熱交換室
31 第1伝熱管群
32 第2伝熱管群
60 燃焼室
100 廃棄物燃焼ボイラ

Claims (4)

  1. 廃棄物燃焼ボイラに配されて、廃棄物固形燃料の燃焼ガスから熱を回収する伝熱管群の端面開口部に付着する粘着性付着物を除去するための付着物除去装置であって、
    該付着物除去装置は粘着性付着物が付着する伝熱管群の端面開口部に対向して配されて、廃棄物燃焼ボイラのケーシングを貫通しケーシング外部から内部に伸びて該端面開口部に向かって進退自在、且つ、回転自在に支持された回転シャフト、
    及び、回転シャフトに一端を支持されて該端面開口部に対して直交する方向に伸びるクリーニングアーム、を備えて、
    回転シャフトを該端面開口部に向かって前進させた状態で回転させることによって、クリーニングアームが該端面開口部に近接した状態で回転することにより粘着性付着物を掻きとり除去する付着物除去装置。
  2. 前記回転シャフトのケーシング外部側に回転自在のスイベルジョイントを配して、回転シャフト及びクリーニングアームを中空とすることにより、スイベルジョイントからクリーニングアーム先端まで連通するガス通路を形成した請求項1に記載の付着物除去装置。
  3. 前記回転シャフトのケーシング貫通部分に、クリーニングアームを格納するための溝部を形成したアーム格納部を配した請求項1又は請求項2に記載の付着物除去装置。
  4. 前記回転シャフトの端面開口部側の一端に円錐状の突起部分を形成して、クリーニングアームが該端面開口部に近接した状態で回転する際において、突起部分の一部又は全部が伝熱管の開口部に挿入された状態とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の付着物除去装置。
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