JP2019090577A - Ash-removal timing determination device and ash-removal timing determination method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、除灰時期決定装置及び除灰時期決定方法に関する。 The present invention relates to an apparatus for determining an ash removal time and a method for determining an ash removal time.
ボイラ、焼却炉等の燃焼炉では燃焼灰が生じ、生じた燃焼灰は燃焼炉の構造物に付着する。そして、付着した燃焼灰は、スートブロワ等の除灰装置によって除灰される。除灰方法に関する技術として、特許文献1の明細書段落0043には、構造物(伝熱管)に付着した燃焼灰量が所定の閾値を超える場合に、スートブロワにより伝熱管の除灰を行うことが記載されている。この際、燃焼ガスの流路に設けられたプローブの質量を参照しながら、スートブロワの運転条件を決定することが記載されている(同段落参照)。
In combustion furnaces such as boilers and incinerators, combustion ash is generated, and the generated combustion ash adheres to the structure of the combustion furnace. Then, the deposited combustion ash is deashed by an ash removing device such as a soot blower. As a technique related to the ash removal method, in the specification paragraph 0043 of
しかし、特許文献1には、構造物に付着した燃焼灰の付着厚さに基づいて除灰時期を決定することは記載されていない。
However,
本発明の少なくとも一実施形態は、燃焼灰の付着厚さに基づく除灰時期決定装置及び除灰時期決定方法を提供することを目的とする。 An object of at least one embodiment of the present invention is to provide an ash removal time determination device and a ash removal time determination method based on the deposition thickness of combustion ash.
(1)本発明の一実施形態に係る除灰時期決定装置は、燃焼炉で生成した燃焼ガスの流路に設けられる構造物に付着した燃焼灰の除去時期を決定するための除灰時期決定装置であって、前記構造物への前記燃焼灰の付着厚さの測定値が予め定められた閾値以上となったときに、前記構造物に付着した燃焼灰の除去時期であると決定するための演算装置を備えることを特徴とする。 (1) The deashing time determination device according to one embodiment of the present invention determines the deashing time for determining the removal time of combustion ash attached to the structure provided in the flow path of the combustion gas generated in the combustion furnace It is an apparatus, It is determined that it is the removal time of the combustion ash adhering to the above-mentioned structure, when the measurement value of the adhesion thickness of the above-mentioned combustion ash to the above-mentioned structure becomes more than a predetermined threshold. And an arithmetic unit of
上記(1)の構成によれば、燃焼灰の付着厚さが閾値以上となったときに除灰を行うので、構造物への燃焼灰の付着厚さが過度に厚くなることを抑制することができる。このため、燃焼ガス流路の灰詰まりによる燃焼炉の運転停止を避けることが可能である。また、燃焼灰の付着厚さが過度に厚くなることが抑制されるため、付着灰の溶融固化現象による付着灰の固着化を抑制することができる。一方、付着厚さが閾値以上になるまでは燃焼灰の付着を許容するため、除灰に用いる水蒸気噴霧頻度の適正化による構造物のエロージョンを抑制することができる。 According to the configuration of the above (1), since deashing is performed when the adhesion thickness of the combustion ash becomes equal to or more than the threshold value, suppressing the adhesion thickness of the combustion ash to the structure from becoming excessively thick Can. Therefore, it is possible to avoid the shutdown of the combustion furnace due to the ash clogging of the combustion gas passage. Moreover, since it is suppressed that the adhesion thickness of combustion ash becomes thick too much, fixation of adhesion ash by the melting and solidification phenomenon of adhesion ash can be suppressed. On the other hand, since the deposition of combustion ash is allowed until the deposition thickness becomes equal to or more than the threshold value, erosion of the structure due to the optimization of the water vapor spray frequency used for the ash removal can be suppressed.
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、前記閾値は、前記構造物上における前記燃焼灰の付着層のうち外層部の温度が前記燃焼灰の融点未満となる前記燃焼灰の臨界付着厚さよりも小さな値に設定されたことを特徴とする。 (2) In some embodiments, in the configuration of the above (1), the threshold value is the combustion in which the temperature of the outer layer portion of the adhesion layer of the combustion ash on the structure is less than the melting point of the combustion ash It is characterized in that it is set to a value smaller than the critical adhesion thickness of ash.
上記(2)の構成によれば、臨界付着厚さよりも燃焼灰の付着厚さが薄い状態を維持できるため、燃焼灰の付着層のうち構造物近傍の外層部の温度を融点以下に維持することができる。この結果、燃焼灰の構造物への固着を抑制することができる。 According to the configuration of the above (2), since the deposition thickness of the combustion ash can be kept thinner than the critical deposition thickness, the temperature of the outer layer portion in the vicinity of the structure of the deposition layer of combustion ash is maintained below the melting point. be able to. As a result, adhesion of combustion ash to the structure can be suppressed.
(3)幾つかの実施形態では、上記(1)又は(2)の構成において、前記構造物としての伝熱管を模擬したプローブを含み、当該プローブへの前記燃焼灰の付着量の測定結果から、前記伝熱管への前記燃焼灰の付着厚さの前記測定値を取得するように構成された付着厚さ測定装置を備えることを特徴とする。 (3) In some embodiments, in the configuration of the above (1) or (2), a probe simulating a heat transfer tube as the structure is included, and the measurement result of the amount of adhesion of the combustion ash to the probe An adhesion thickness measuring device configured to obtain the measurement value of the adhesion thickness of the combustion ash to the heat transfer tube.
上記(3)の構成によれば、構造物としての伝熱管に付着した燃焼灰の厚さを直接測定することが難しい場合であっても、プローブへの燃焼灰の付着量を測定することで、伝熱管に付着した燃焼灰の厚さを間接的に取得することができる。 According to the configuration of the above (3), even if it is difficult to directly measure the thickness of combustion ash attached to the heat transfer tube as a structure, by measuring the amount of adhesion of combustion ash to the probe The thickness of the combustion ash adhering to the heat transfer tube can be indirectly obtained.
(4)幾つかの実施形態では、上記(3)の構成において、当該付着厚さ測定装置は、前記流路を形成する流路壁を貫通して設けられ、前記燃焼ガスに曝されるように前記流路内に位置する先端部、及び、前記流路の外側に位置する基端部を有するプローブと、前記プローブを搖動中心周りに搖動可能に支持するためのサポートと、前記プローブの前記基端部から受ける上方向への荷重を検出し、前記プローブへの前記燃焼灰の付着量を測定するためのロードセル、を含むことを特徴とする。 (4) In some embodiments, in the configuration of the above (3), the attached thickness measuring device is provided to penetrate through the flow path wall forming the flow path and to be exposed to the combustion gas A probe having a tip located in the flow path and a proximal end located outside the flow path, a support for peristaltically supporting the probe around a peristaltic center, and the probe And a load cell for detecting an upward load received from the proximal end and measuring an amount of adhesion of the combustion ash to the probe.
上記(4)の構成によれば、ロードセルを用いて、流路の外側に位置するプローブの揺動により生じた荷重に基づいて、流路内に位置するプローブの先端部に付着した燃焼灰の付着量を、検出することができる。これにより、流路内に位置するプローブの先端部への燃焼灰の付着量を、流路の外側から測定することができる。また、燃焼灰の付着に伴うプローブの搖動に起因して、プローブの先端部が下降する一方、プローブの基端部が上昇するため、燃焼灰の付着量を検出することができる。 According to the configuration of the above (4), the load cell is used, and the combustion ash attached to the tip portion of the probe located in the flow path based on the load generated by the swinging of the probe located on the outside of the flow path The amount of adhesion can be detected. Thereby, the amount of adhesion of combustion ash to the tip part of the probe located in a channel can be measured from the outside of a channel. Moreover, while the tip end of the probe descends due to the peristalsis of the probe accompanying the adhesion of the combustion ash, the base end of the probe rises, so that the amount of adhesion of the combustion ash can be detected.
(5)幾つかの実施形態では、上記(4)の構成において、前記付着厚さ測定装置は、前記プローブの外表面から前記プローブに設けられて熱媒体が流れる内部流路に向かう熱流束を測定するための熱流束測定部と、当該熱流束測定部による前記熱流束の測定結果に基づいて、前記ロードセルによる前記付着量の測定結果を補正するための補正部と、を含むことを特徴とする。 (5) In some embodiments, in the configuration of the above (4), the attached thickness measuring device is provided on the probe from the outer surface of the probe to direct heat flux toward the internal flow path through which the heat medium flows. And a correction unit for correcting the measurement result of the adhesion amount by the load cell based on the measurement result of the heat flux by the heat flux measurement unit. Do.
上記(5)の構成によれば、時間の経過に伴ってロードセルのゼロ点が変動した場合であっても(所謂ゼロ点ドリフト)、熱流束の測定結果に基づいて、燃焼灰の先端部への付着量を補正することができる。 According to the configuration of the above (5), even if the zero point of the load cell fluctuates with the passage of time (so-called zero point drift), based on the measurement result of heat flux, Can be corrected.
(6)幾つかの実施形態では、上記(3)〜(5)の何れか1の構成において、前記プローブは、前記流路内において、前記構造物としての伝熱管に対して前記燃焼ガスの流れ方向上流側に設けられたことを特徴とする。 (6) In some embodiments, in the configuration according to any one of the above (3) to (5), in the flow path, the probe is configured to transmit the combustion gas to the heat transfer tube as the structure. It is characterized in that it is provided on the upstream side in the flow direction.
上記(6)の構成によれば、プローブが伝熱管よりも燃焼ガスの流れ方向上流側に設けられたため、伝熱管の存在の影響を実質的に受けずに、燃焼灰をプローブに付着させることができる。このため、伝熱管の除灰時期を適切に決定することができる。 According to the configuration of (6), since the probe is provided on the upstream side of the heat transfer tube in the flow direction of the combustion gas, the combustion ash is attached to the probe substantially without being affected by the presence of the heat transfer tube. Can. For this reason, the deashing time of the heat transfer tube can be appropriately determined.
(7)幾つかの実施形態では、上記(3)〜(6)の何れか1の構成において、前記流路の前記燃焼ガスの流れ方向において、前記燃焼灰を除去するためのスートブロワと、前記プローブと、前記構造物としての伝熱管とがこの順で設けられたことを特徴とする。 (7) In some embodiments, in the configuration according to any one of the above (3) to (6), the sootblower for removing the combustion ash in the flow direction of the combustion gas in the flow path; A probe and a heat transfer tube as the structure are provided in this order.
上記(7)の構成によれば、スートブロワによって伝熱管を除灰する際、スートブロワと伝熱管との間に設けられたプローブも一緒に除灰することができる。また、スートブロワによる除灰に起因した伝熱管のエロージョンを抑制することができる。 According to the configuration of (7), when the heat transfer pipe is deashed by the soot blower, the probe provided between the soot blower and the heat transfer pipe can also be deashed together. Moreover, the erosion of the heat transfer tube resulting from the ash removal by a soot blower can be suppressed.
(8)幾つかの実施形態では、上記(3)〜(7)の何れか1の構成において、前記プローブは、前記流路内において、前記燃焼ガスの流れ方向に対して直交する方向に沿って延在することを特徴とする。 (8) In some embodiments, in the configuration according to any one of the above (3) to (7), in the flow path, the probe is in a direction orthogonal to the flow direction of the combustion gas. Extending.
上記(8)の構成によれば、プローブに燃焼ガスが吹き付けられやすくなり、プローブへの燃焼灰の付着を生じ易くすることができる。この結果、プローブへの燃焼灰の付着のし易さを、伝熱管への燃焼灰の付着し易さに近づけることができる。このため、伝熱管への燃焼灰の付着厚さを、プローブへの燃焼灰の付着厚さによって精度よく測定することができる。 According to the configuration of the above (8), the combustion gas is easily sprayed to the probe, and adhesion of combustion ash to the probe can be easily generated. As a result, the ease of deposition of combustion ash on the probe can be made close to the ease of deposition of combustion ash on the heat transfer tube. For this reason, the adhesion thickness of combustion ash to a heat transfer tube can be accurately measured by the adhesion thickness of combustion ash to a probe.
(9)本発明の一実施形態に係る除灰時期決定方法は、燃焼炉で生成した燃焼ガスの流路に設けられる構造物に付着した燃焼灰の除去時期を決定するための除灰時期決定方法であって、前記構造物への前記燃焼灰の付着厚さの測定値が予め定められた閾値以上となったときに、前記構造物に付着した燃焼灰の除去時期を決定する除灰時期決定ステップを含むことを特徴とする。 (9) The method for determining the deashing time according to the embodiment of the present invention determines the deashing time for determining the removal time of combustion ash attached to the structure provided in the flow path of the combustion gas generated in the combustion furnace A method, comprising: removing ashing time to determine a removal time of combustion ash adhering to the structure when the measurement value of the adhesion thickness of the combustion ash to the structure becomes equal to or more than a predetermined threshold value It is characterized by including a decision step.
上記(9)の方法によれば、燃焼灰の付着厚さが閾値以上となったときに除灰を行うので、構造物への燃焼灰の付着厚さが過度に厚くなることを抑制することができる。このため、燃焼ガス流路の灰詰まりによる燃焼炉の運転停止を避けることが可能である。また、燃焼灰の付着厚さが過度に厚くなることが抑制されるため、付着灰の溶融固化現象による付着灰の固着化を抑制することができる。一方、付着厚さが閾値以上になるまでは燃焼灰の付着を許容するため、除灰に用いる水蒸気噴霧頻度の適正化による構造物のエロージョンを抑制することができる。 According to the above method (9), since deashing is performed when the adhesion thickness of the combustion ash becomes equal to or more than the threshold value, it is suppressed that the adhesion thickness of the combustion ash to the structure becomes excessively thick. Can. Therefore, it is possible to avoid the shutdown of the combustion furnace due to the ash clogging of the combustion gas passage. Moreover, since it is suppressed that the adhesion thickness of combustion ash becomes thick too much, fixation of adhesion ash by the melting and solidification phenomenon of adhesion ash can be suppressed. On the other hand, since the deposition of combustion ash is allowed until the deposition thickness becomes equal to or more than the threshold value, erosion of the structure due to the optimization of the water vapor spray frequency used for the ash removal can be suppressed.
本発明の一実施形態によれば、燃焼灰の付着厚さに基づく除灰時期決定装置及び除灰時期決定方法を提供することができる。 According to one embodiment of the present invention, it is possible to provide an ash removal timing determination device and a ash removal timing determination method based on the deposition thickness of combustion ash.
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、以下に実施形態として記載されている内容又は図面に記載されている内容は、あくまでも例示に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、任意に変更することができる。また、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the contents described as the embodiments below or the contents described in the drawings are merely examples, and can be arbitrarily changed without departing from the scope of the present invention. Further, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements and the like of the component parts described in the embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention to this, but are merely illustrative examples. Absent.
For example, a representation representing a relative or absolute arrangement such as “in a direction”, “along a direction”, “parallel”, “orthogonal”, “center”, “concentric” or “coaxial” is strictly Not only does it represent such an arrangement, but also represents a state of relative displacement with an angle or distance that allows the same function to be obtained.
For example, expressions that indicate that things such as "identical", "equal" and "homogeneous" are equal states not only represent strictly equal states, but also have tolerances or differences with which the same function can be obtained. It also represents the existing state.
For example, expressions representing shapes such as quadrilateral shapes and cylindrical shapes not only represent shapes such as rectangular shapes and cylindrical shapes in a geometrically strict sense, but also uneven portions and chamfers within the range where the same effect can be obtained. The shape including a part etc. shall also be expressed.
On the other hand, the expressions "comprising", "having", "having", "including" or "having" one component are not exclusive expressions excluding the presence of other components.
図1は、本発明の一実施形態に係る演算装置50、及び、スートブロワ20を備えるボイラ1(燃焼炉)を示す図である。この図1は、スートブロワ20は、スートブロワ20の稼動中には燃焼ガス流路3(燃焼ガスの流路)に突出しており、スートブロワ20による除灰を実施している。一方で、スートブロワ20の停止中には、スートブロワ20は紙面右側に移動し、燃焼ガス流路3には突出しないようになっている。
FIG. 1 is a view showing a
ボイラ1は、燃料の燃焼により生じた高温の燃焼ガスにより、伝熱管30を流れる水を加熱するものである。加熱された水は水蒸気となる。そして、生成した水蒸気によって図示しない水蒸気タービンが回転駆動され、これにより、水蒸気タービンに接続された図示しない発電機による発電が行われる。
The
ボイラ1では、燃料の燃焼により燃焼灰Aが生じる。燃焼灰Aは、ボイラ1で生成した燃焼ガス(燃焼ガス)の燃焼ガス流路3に設けられる伝熱管30(構造物)に付着する。伝熱管30に付着した燃焼灰Aの付着量が多くなれば、燃焼ガスの有する熱が、伝熱管30を流れる水に伝わりにくくなる。この結果、水蒸気の発生量が減少し、得られる電力が減少する。そこで、スートブロワ20により、伝熱管30のような構造物からの除灰を行うことが好ましい。
In the
スートブロワ20としては、例えば、水蒸気を噴霧する型式のものが使用される。しかし、水蒸気は、本来であれば発電に供与されるべき貴重な熱源である。そのため、この水蒸気のロスを少なくするには、スートブロワ20による除灰の回数は少ないことが好ましい。そこで、本発明の一実施形態では、伝熱管30への燃焼灰Aの付着厚さの測定値が予め定められた閾値以上となったときに、伝熱管30に付着した燃焼灰Aの除去時期であると決定するための演算装置50が備えられている。そして、演算装置50は、決定された除灰時期にスートブロワ20を運転し、伝熱管30の除灰が実行される。なお、演算装置50は、除灰時期決定装置の少なくとも一部を構成するものである。
As the
ボイラ1は、燃焼装置2と、燃焼ガス流路3と、スートブロワ20と、付着厚さ測定装置10と、伝熱管30と、カメラ41,42を備える。なお、スートブロワ20は、図1では1つのみ図示しているが、ボイラ1には2つ備えられていることもある(図4参照)。燃焼装置2は、図示しない燃料を燃焼させ、高温の燃焼ガスを生成させるものである。生成した燃焼ガスは、図1において白抜矢印で示すように燃焼ガス流路3を流れ、図示しない排ガス処理装置に供給される。ここで、燃焼ガスには、燃焼灰Aが含まれる。そのため、燃焼ガス流路3を燃焼ガスが流れると、燃焼灰Aは、燃焼ガス流路3の途中に存在する付着厚さ測定装置10のプローブ11(後記する)及び伝熱管30に付着する。なお、燃焼ガスが発生するボイラ1の運転中には、上記のように、スートブロワ20は燃焼ガス流路3に突出していない。そのため、燃焼灰Aはスートブロワ20には付着しない。
The
スートブロワ20(除灰装置)は、伝熱管30に付着した燃焼灰Aの除灰を行うものである。スートブロワ20は、中空状になっており、弁22の開度をモータ23によって調整することで、スートブロワ20の内部への水蒸気の供給が制御される。スートブロワ20の内部に供給された水蒸気は、先端に設けられた噴霧孔20a(図2参照、図1では図示しない)を通じて、図1の破線で示すように燃焼ガス流路3の内部に噴霧される。
The soot blower 20 (deashing device) deashes the combustion ash A attached to the
スートブロワ20は、紙面左右方向に駆動させるとともに、水蒸気の通流方向を軸中心として回転させるアクチュエータ21を備える。アクチュエータ21の駆動により、燃焼ガス流路3の内部の紙面左右方向及び紙面手前奥方向の任意の位置に、水蒸気噴霧が可能となる。特に、スートブロワ20の下方にはプローブ11(後記する)及び伝熱管30が配置されていることから、スートブロワ20の駆動により、プローブ11(後記する)及び伝熱管30が行われ易くなる。
The
付着厚さ測定装置10は、伝熱管30に付着した燃焼灰Aの付着厚さを測定するものである。ただし、本発明の一実施形態では、伝熱管30に付着した燃焼灰Aの付着厚さを直接測定するのではなく、伝熱管30を模したプローブ11への燃焼灰Aの厚さを測定することで、間接的に、伝熱管30に付着した燃焼灰Aの付着厚さが測定される。付着厚さ測定装置10の構成について、図2を参照しながら説明する。
The adhesion
図2は、付着厚さ測定装置10に備えられるプローブ11に付着した燃焼灰Aの付着厚さを測定するための付着厚さ測定装置10を示す図である。図2には、説明の便宜のために、上記のスートブロワ20及びそれに備えられる噴霧孔20aも示している。
FIG. 2 is a view showing a deposited
付着厚さ測定装置10は、プローブ11と、サポート13と、ロードセル15とを備える。プローブ11は、燃焼ガス流路3を形成する流路壁4(図1参照)を貫通して設けられ、燃焼ガスに曝されるように燃焼ガス流路3内に位置する先端部11a、及び、燃焼ガス流路3の外側に位置する基端部11bを有する。プローブ11は、伝熱管30を模したものであり、水及び空気を流すことができるように三重管になっている。即ち、プローブ11では、内管11a1を通って先端まで水が流れ、先端の部分で水が折り返し、中管11a2を通って戻ってくるようになっている。また、空気は、中管a2の外側の外管11a3を流れ、外側の燃焼ガスの熱を受け取り内側の水へ伝え、プローブ11の先端から燃焼装置2の側に排出される。水及び空気を併用することで、伝熱管30の温度を精度よく模擬することができる。そのため、プローブ11の管温度を構造物と同じ程度とするため三重管構造としている。
The adhesion
なお、内管11a1への水の導入、中管11a2からの水の排出、及び、外管11a3への空気の導入は、プローブ11に設けられた図示しない給水口及び排水口を通じて行われる。空気の温度としては、伝熱管30に流れる水の温度と同じ程度(同じでもよい)とすることができる。
The introduction of water to the inner pipe 11a1, the discharge of water from the middle pipe 11a2, and the introduction of air to the outer pipe 11a3 are performed through a water supply port and a drainage port (not shown) provided in the
プローブ11の先端部11aには、プローブ11の外表面からプローブ11に設けられて熱媒体が流れる内部流路に向かう熱流束を測定するための熱流束測定部16が設けられる。熱流束測定部16により、プローブ11への燃焼灰Aの付着厚さを測定することができる。また、詳細は後記するが、ロードセル15と熱流束測定部16とを併用することで、ロードセル15における所謂ゼロ点ドリフトを補正することができる。
A heat
熱流束測定部16は例えば熱電対であり、第1金属16aと、第1金属とは異なる金属である第2金属16bとを備える。これらのうち、第1金属16aは、プローブ11の先端部11aの外表面に設けられる。一方で、第2金属16bは、プローブ11の先端部11aの中管11a2の内壁に設けられる。従って、第1金属16aと第2金属16bとは、プローブ11の管壁を通り、外部から内部の水に伝わる熱流束を測定可能なように配置される。第1金属16a及び第2金属16bは、それぞれ、図2において破線矢印で示す電気信号線を通じ、図1に示した演算装置50に接続される。
The heat
熱流束測定部16により、第1金属16aと第2金属16bとの間の熱流束が測定される。熱流束測定部16により測定された熱流束は、図2では図示していない燃焼ガス(図1参照)が有する熱に起因するものである。そのため、熱流束測定部16により測定された熱流束と同じ熱流束が、燃焼灰Aの付着層を流れたと考えることができる。
The heat
熱は、プローブ11の外表面からプローブ11の内面を流れる流体に伝わる。プローブ11の外面温度(第1金属16aの部分)とプローブの内面温度(第2金属16bの部分)との温度差にプローブ11の熱伝導率を乗じたものが熱流束となる。そして、プローブ11の外表面に灰が付着すると断熱効果を呈するため、熱流束が小さくなり、プローブ11の外面温度が低下する。そのため、熱流束の変化で付着量を推算することが可能である。なお、定常状態の検出は良好(精度が良い)であるが、一方で、付着灰が瞬時に除去されるようなケースではプローブ11の全体の熱容量が大きいために、過渡応答時間が長くなることがある。そこで、詳細は後記するが、ロードセル15が併用される。
Heat is transferred from the outer surface of the
プローブ11の基端部11bには、ロードセル15が設けられる。ロードセル15は、プローブ11の基端部11bから受ける上方向への荷重を検出し、プローブ11への燃焼灰Aの付着量を測定するためのものである。即ち、ロードセル15の上面15aと、サポート13の下面13aとは接触している。そのため、上記の先端部11aに燃焼灰Aが付着し、揺動支持部13b(後記する)を揺動中心として先端部11aが下降すれば、基端部11bには上昇しようとする荷重がかかる。そこで、上昇しようとする荷重をロードセル15によって測定することで、プローブ11への燃焼灰Aの付着量が測定される。
A
プローブ11において、先端部11aの紙面左右方向への長さ(燃焼ガス流路3への突出量)と、基端部11bの紙面左右方向の長さ(流路壁4から外部への突出量)との長さの関係としては、先端部11aの方が長いことが好ましい。先端部11bが基端部11bよりも長いことで、先端部aへの燃焼灰Aの付着量が多くなり、検出感度を向上させることができる。具体的な長さとしては、例えば、基端部11bの長さを1としたときに、先端部11aの長さは、例えば1より大きく、好ましくは1.5以上、より好ましくは2以上である。
In the
ロードセル15により測定される値は、プローブ11への燃焼灰Aの付着質量である。従って、付着質量から付着厚さに換算するために、予め決定された燃焼灰の種類と密度との関係(例えば厚さ換算部52に含まれるデータベース)から、燃焼灰の付着質量に基づいて、燃焼灰Aの体積が算出される。そして、算出された体積と、プローブ11に燃焼灰Aが付着する部分の表面(例えば先端部11aの上半分の表面積)とに基づき、付着厚さ(燃焼灰Aの付着高さ)が算出される。ここで、上記のように、プローブ11は、伝熱管30を模したものである。そのため、プローブ11への燃焼灰Aの付着厚さを測定(決定)することで、間接的に、伝熱管30への燃焼灰Aの付着厚さが測定(決定)される。
The value measured by the
即ち、上記の付着厚さ測定装置10によって、プローブ11への燃焼灰Aの付着量の測定結果から、伝熱管30への燃焼灰Aの付着厚さの測定値が取得される。このようにすることで、構造物としての伝熱管30に付着した燃焼灰Aの厚さを直接測定することが難しい場合であっても、プローブ11への燃焼灰Aの付着量を測定することで、伝熱管30に付着した燃焼灰Aの厚さを間接的に取得することができる。
That is, from the measurement result of the adhesion amount of the combustion ash A to the
図3は、時間と、ロードセル15の測定値に基づくプローブ11への燃焼灰Aの付着量との関係を示すグラフである。図3に示したグラフは、同じ条件で燃料を燃焼させ、燃焼灰Aの生成量が変化しない(ほとんど変化しない場合を含む)場合に得られるグラフである。ただし、図3に示すグラフは、本発明の一実施形態を説明するために作成した模式的なグラフであり、実際のグラフは図3に示したグラフと必ずしも一致するものではない。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between time and the amount of adhesion of the combustion ash A to the
図3に示すように、時間の経過とともに、ロードセル15の測定値に基づく付着量は線形(ほぼ線形を含む)で増加する。このことは、実際の燃焼灰Aの付着量と、ロードセル15の測定値に基づき算出される付着量とは、線形の関係にあることを示している。従って、例えば燃焼灰Aの付着量に関わらず、ロードセル15の測定値は燃焼灰Aの付着量を適切に表しているといえる。そのため、プローブ11に燃焼灰Aが付着すれば、その付着量に対応する測定値がロードセル15において速やかに得られ、応答性に優れる。この結果、ロードセル15を使用することで、プローブ11への燃焼灰Aの付着量を適切に把握することができる。
As shown in FIG. 3, with the passage of time, the deposition amount based on the measurement value of the
図2に戻って、サポート13は、プローブ11を搖動中心周りに搖動可能に支持するためのものである。プローブ11は、サポート13に含まれる揺動支持部13bを揺動中心として、サポート13に支持される。サポート13は、流路壁4に対して固定されている。そのため、上記のプローブ11は、流路壁4に固定されたサポート13の揺動支持部13bを揺動中心として揺動する。
Returning to FIG. 2, the
付着厚さ測定装置10は、上記のようにプローブ11、サポート13及びロードセル15を含む。このため、ロードセル15を用いて、燃焼ガス流路3の外側に位置するプローブ11の揺動により生じた荷重に基づいて、燃焼ガス流路3内に位置するプローブ11の先端部11aに付着した燃焼灰Aの付着量を検出することができる。これにより、燃焼ガス流路3内に位置するプローブ11の先端部11aへの燃焼灰Aの付着量を、燃焼ガス流路3の外側から測定することができる。また、燃焼灰Aの付着に伴うプローブ11の搖動に起因して、プローブ11の先端部11aが下降する一方、プローブ11の基端部11bが上昇するため、燃焼灰Aの付着量を検出することができる。
The deposition
なお、付着厚さ測定装置10は、上記の構成のほか、例えばカメラによる画像解析、レーザ光による測定等の方法を併用あるいは置き換えてもよい。
In addition to the above-described configuration, the adhesion
図1に戻って、伝熱管30は、高温の燃焼ガスの熱によって水蒸気を生成するものである。生成した水蒸気は、伝熱管30に接続された図示しない蒸気タービンに供給される。
Returning to FIG. 1, the
伝熱管30は、燃焼ガス流路3内において、途中で折り返しつつ、燃焼ガスの流れ方向(紙面上下方向)に対して直交(紙面左右方向)する方向に沿って延在する。一方で、プローブ11も、伝熱管30と同様に、燃焼ガス流路3内において、燃焼ガスの流れ方向(紙面上下方向)に対して直交(紙面左右方向)する方向に沿って延在する。これにより、プローブ11に燃焼ガスが吹き付けられやすくなり、プローブ11への燃焼灰Aの付着を生じ易くすることができる。この結果、プローブ11への燃焼灰Aの付着のし易さを、伝熱管30への燃焼灰の付着し易さに近づけることができる。このため、伝熱管30への燃焼灰Aの付着厚さを、プローブ11への燃焼灰Aの付着厚さによって精度よく測定することができる。
The
また、上記のプローブ11は、燃焼ガス流路3内において、構造物としての伝熱管30に対して燃焼ガスの流れ方向上流側に設けられている。プローブ11が伝熱管30よりも燃焼ガスの流れ方向上流側に設けられたため、伝熱管30の存在の影響を実質的に受けずに、燃焼灰Aをプローブ11に付着させることができる。このため、伝熱管30の除灰時期を適切に決定することができる。
Further, the above-described
さらに、燃焼ガス流路3の燃焼ガスの流れ方向において、燃焼灰Aを除去するためのスートブロワ20と、プローブ11と、構造物としての伝熱管30とがこの順で設けられている。これにより、スートブロワ20によって伝熱管30を除灰する際、スートブロワ20と伝熱管30との間に設けられたプローブ11も一緒に除灰することができる。また、スートブロワ20による除灰に起因した伝熱管30のエロージョンを抑制することができる。付着灰がないときにスートブロワ20を稼動させると噴霧した水蒸気によるエロージョンの可能性がある。そこで、灰付着が検出されない場合にはスートブロワ20を稼動させないことでエロージョンが防止できる。
Furthermore, in the flow direction of the combustion gas in the combustion
ボイラ1において、スートブロワ20の上方には、スートブロワ20、プローブ11、及び伝熱管30の外観を把握するためのカメラ41,42が設けられる。カメラ41,42による撮像位置について、図4を参照しながら説明する。
In the
図4は、ボイラ1に備えられる2つのカメラ41,42により撮像される部位を説明する図である。カメラ41,42は異なる方向を向いており、プローブ11及び伝熱管30の全体を撮像可能にカメラ41,42が備えられる。特に、カメラ41,42は、スートブロワ20から離れた場所(除灰しにくい場所)を撮像するように備えられる。カメラ41は、スートブロワ20及び伝熱管30が突出している流路壁4の面を撮像する。一方、カメラ42は、プローブ11が突出している流路壁4の面を撮像する。
FIG. 4 is a diagram for explaining a part imaged by the two
カメラ41,42により、プローブ11及び伝熱管30のうちの流路壁4及び流路壁4の近傍に付着した燃焼灰Aの様子を把握でき、燃焼灰Aの付着量を定性的に確認できる。そして、燃焼灰Aの付着量がカメラ41,42を介した目視で多そうであると考えらえるときには、例えばスートブロワ20を追加的に駆動させて、より十分な除灰を行うことができる。
The state of combustion ash A adhering to the vicinity of the flow path wall 4 and the flow path wall 4 of the
なお、カメラ41,42に代えて、又は、カメラ41,42とともに、上記プローブ11とは異なる第2プローブ(図示しない)を、スートブロワ20から離れた部位に設置してもよい。これにより、スートブロワ20による除灰の後、離れた部位に配置された第2プローブへの燃焼灰Aの付着量(即ち除灰できずに残存した燃焼灰A)を把握することで、第2プローブよりは近い部位に配置され、除灰され易いプローブ11及び伝熱管30への燃焼灰Aの除灰を適切に行うことができる。
In place of the
図1に戻り、演算装置50は、構造物としての伝熱管30への燃焼灰Aの付着厚さの測定値が予め定められた閾値以上となったときに、構造物としての伝熱管30に付着した燃焼灰Aの除去時期であると決定するためのものである。このように、燃焼灰Aの付着厚さが閾値以上となったときに除灰を行うので、構造物としての伝熱管30への燃焼灰Aの付着厚さが過度に厚くなることを抑制することができる。また、燃焼灰Aの付着厚さが過度に厚くなることが抑制されるため、燃焼ガス流路3の灰詰まりによるボイラ1の運転停止を避けることが可能である。また、燃焼灰の付着厚さが過度に厚くなることが抑制されるため、付着灰の溶融固化現象による付着灰の固着化を抑制することができる。一方、付着厚さが閾値以上になるまでは燃焼灰の付着を許容するため、除灰に用いる水蒸気噴霧頻度の適正化による伝熱管30のエロージョンを抑制することができる。
Returning to FIG. 1, when the measured value of the adhesion thickness of the combustion ash A to the
演算装置50により判断される閾値は、構造物としての伝熱管30上における燃焼灰Aの付着層のうち外層部の温度が燃焼灰Aの融点未満となる燃焼灰Aの臨界付着厚さよりも小さな値に設定されている。ここでいう外層部とは、燃焼ガスと燃焼灰Aとの界面近傍での燃焼灰Aの部分である。また、ここでいう臨界付着厚さとは、その厚さを超えると、外層灰が溶融し、さらなる付着の進行でそれまで溶融していた灰が冷却される結果、固着し易くなる厚さのことである。
The threshold determined by the
閾値を上記のように設定することで、臨界付着厚さよりも燃焼灰Aの付着厚さが薄い状態を維持できるため、燃焼灰Aの付着層のうち構造物としての伝熱管30近傍の外層部の温度を融点以下に維持することができる。この結果、燃焼灰Aの構造物としての伝熱管30への固着を抑制することができる。なお、閾値の具体例としては、例えば5mm、好ましくは3mmである。
By setting the threshold value as described above, the deposition thickness of combustion ash A can be kept thinner than the critical deposition thickness, so the outer layer part in the vicinity of
演算装置50は、データ取得部51と、厚さ換算部52と、補正部53と、除灰時期決定部54と、制御部55とを備える。データ取得部51は、ロードセル15による測定値、及び、熱流束測定部16による測定値を取得するものである。厚さ換算部52は、上記の図2を参照しながら説明した方法により、ロードセル15による測定値(荷重の大きさ、電圧値)を燃焼灰Aの付着厚さに換算するものである。また、補正部53は、厚さ換算部52により得られた付着厚さを、熱流束測定部16により得られた測定値に基づいて補正するものである。この点について、図5を参照しながら説明する。
The
図5は、ロードセル15の測定値に基づく付着厚さと、熱流束測定部16の測定値に基づく付着厚さとの関係を示すグラフである。プローブ11への付着厚さが同じであれば、ロードセル15の測定値に基づき算出した付着厚さと、熱流束測定部16の測定値に基づき算出した付着厚さとは一致する(図5の時期1のグラフ)。しかし、時期1の後、例えば経時劣化、温度変化等の測定状態の変化によって、ロードセル15のゼロ点が変動し得る。そうすると、熱流束測定部16の測定値に基づき算出された付着厚さは同じであるのに、ロードセル15の測定値に基づく付着厚さが変化し得る(図5の「時期2」、及び時期2よりもさらに期間が進行した「時期3」)。このため、上記のようにロードセル15を使用することで応答性に優れる利点があるものの、精度に欠けることがある。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the adhesion thickness based on the measurement value of the
そこで、本発明の一実施形態は、ロードセル15と熱流束測定部16とを併用している。熱流束測定部16では熱流束を測定するという原理の観点からゼロ点の変動(所謂ゼロ点ドリフト)がない。そのため、ロードセル15の測定値に基づく付着厚さを、熱流束測定部16の測定値に基づく付着厚さで補正することで、ロードセル15による応答性の良さを精度よく発揮させることができる。
Therefore, one embodiment of the present invention uses the
図1に戻り、補正部53は、上記のように、厚さ換算部52により得られた付着厚さを、熱流束測定部16により得られた測定値に基づいて補正するようになっている。具体的には、補正部53は、まず、上記の熱流束測定部16の測定値に基づいて、燃焼灰Aの付着厚さを算出するようになっている(熱流束測定部16の測定値に基づく付着厚さ)。そして、補正部53は、熱流束測定部16の測定値に基づく付着厚さを用いて、厚さ換算部52により得られた付着厚さを補正するようになっている。具体的には、補正部53は、それぞれ定常状態において、ゼロ点ドリフト無しの状態(例えば図5に示す時期1)と、補正時の状態(例えば図5に示す時期2(ゼロ点ドリフトあり))とを比較し、ゼロ点ドリフトの影響を受けない熱流束測定部16の測定値に基づき、ずれてしまったゼロ点の位置を正しいゼロ点に戻す補正を行う。
Returning to FIG. 1, the
除灰時期決定部54は、補正部53により補正された付着厚さが予め定められた閾値以上であるか否かを判定し、当該付着厚さが閾値以上となったときに伝熱管30に付着した燃焼灰Aの除去時期であると決定するものである。即ち、上記のように、プローブ11は伝熱管30を模したものであるから、プローブ11への燃焼灰Aの付着厚さが閾値以上となったときに、伝熱管30への燃焼灰Aの付着厚さも閾値以上になったと判定することができる。
The ash removal
制御部55は、上記の除灰時期決定部54により決定された除灰時期にスートブロワ20を駆動し、伝熱管30の除灰を行うものである。なお、スートブロワ20の駆動により、スートブロワ20と伝熱管30との間に配置されたプローブ11の除灰も行われる。
The
図6は、演算装置50の具体的なハードウェア資源を示すブロック図である。演算装置50は、CPU(Central Processing Unit)50a、ROM(Read Only Memory)50b、HDD(Hard Disk Drive)50c、RAM(Random Access Memory)50d、及び、I/F(Interface)50eを備える。そして、演算装置50は、ROM50b及びHDD50cに格納されている所定の制御プログラムがCPU50aによってRAM50dに展開され、実行されることにより具現化される。また、ロードセル15(図1参照)、熱流束測定部16(図2参照)及びアクチュエータ21は、図示しない電気信号線により、I/F50eに接続される。なお、ロードセル15(図1参照)、熱流束測定部16(図2参照)及びアクチュエータ21とI/F50eとは、電気信号線(有線)で接続されるほか、無線通信等により接続されてもよい。
FIG. 6 is a block diagram showing specific hardware resources of the
図7は、本発明の一実施形態に係る演算装置50により決定された除灰時期に除灰を行うスートブロワ20の制御フローである。図7に示す制御フローは、上記の図1に示した演算装置50によって実行されるため、図1を適宜参照しながら図7の説明を行う。
FIG. 7 is a control flow of the
データ取得部51は、ロードセル15の測定値、及び、熱流束測定部16の測定値の各データを取得する(ステップS1)。データの取得は、常時行われてもよく、任意の時間間隔で行われてもよい。そして、厚さ換算部52は、ロードセル15により測定された付着質量を、燃焼灰Aの付着厚さに換算する(ステップS2)。具体的な換算の方法としては、上記の図2を参照しながら説明した方法を使用することができる。
The
次いで、補正部53は、厚さ換算部52によって換算された燃焼灰Aの付着厚さを、熱流束測定部16の測定値に基づき補正する(ステップS3)。具体的な補正の方法としては、上記の図1を参照しながら説明した方法(補正部53の説明に関する記載を参照)を使用することができる。そして、除灰時期決定部54は、補正部53で補正した付着厚さを閾値と比較し(ステップS4)、除灰時期を決定する(ステップS5、除灰時期決定ステップ)。ここでいう閾値は、上記のように、伝熱管30(プローブ11)上における燃焼灰Aの付着層のうち外層部の温度が燃焼灰Aの融点未満となる燃焼灰Aの臨界付着厚さよりも小さな値に設定されている。
Next, the
そして、制御部55は、除灰時期決定部54により決定された時期にアクチュエータ21を駆動させてスートブロワ20を運転し、プローブ11及び伝熱管30の除灰を行う(ステップS6)。このようにすることで、燃焼灰Aの付着厚さが閾値以上となったときに除灰を行うので、伝熱管30への燃焼灰Aの付着厚さが過度に厚くなることを抑制することができる。また、燃焼灰Aの付着厚さが過度に厚くなることが抑制されるため、燃焼ガス流路3の灰詰まりによるボイラ1の運転停止を避けることが可能である。また、燃焼灰の付着厚さが過度に厚くなることが抑制されるため、付着灰の溶融固化現象による付着灰の固着化を抑制することができる。一方、付着厚さが閾値以上になるまでは燃焼灰の付着を許容するため、除灰に用いる水蒸気噴霧頻度の適正化による伝熱管30のエロージョンを抑制することができる。
Then, the
1 ボイラ
2 燃焼装置
3 燃焼ガス流路
4 流路壁
10 測定装置
11 プローブ
11a 先端部
11a1 内管
11a2 外管
11b 基端部
13 サポート
13a 下面
13b 揺動支持部
15 ロードセル
15a 上面
16 熱流束測定部
16a 第1金属
16b 第2金属
20 スートブロワ
20a 散水孔
21 アクチュエータ
22 弁
23 モータ
30 伝熱管
41,42 カメラ
50 演算装置
50a CPU
50b ROM
50c HDD
50d RAM
I/F 50e
51 データ取得部
52 厚さ換算部
53,56 補正部
54 除灰時期決定部
55 制御部
A 燃焼灰
DESCRIPTION OF
50b ROM
50c HDD
50d RAM
I /
51
Claims (9)
前記構造物への前記燃焼灰の付着厚さの測定値が予め定められた閾値以上となったときに、前記構造物に付着した燃焼灰の除去時期であると決定するための演算装置を備えることを特徴とする、除灰時期決定装置。 An ash removal time determination device for determining a removal time of combustion ash attached to a structure provided in a flow path of combustion gas generated by a combustion furnace, comprising:
The arithmetic device is provided for determining that it is time to remove combustion ash adhering to the structure when the measurement value of the adhesion thickness of the combustion ash to the structure becomes equal to or greater than a predetermined threshold value. An ashesion time determination device characterized in that.
前記流路を形成する流路壁を貫通して設けられ、前記燃焼ガスに曝されるように前記流路内に位置する先端部、及び、前記流路の外側に位置する基端部を有するプローブと、
前記プローブを搖動中心周りに搖動可能に支持するためのサポートと、
前記プローブの前記基端部から受ける上方向への荷重を検出し、前記プローブへの前記燃焼灰の付着量を測定するためのロードセルと、を含むことを特徴とする、請求項3に記載の除灰時期決定装置。 The adhesion thickness measuring device is
It has a tip provided through the flow path wall forming the flow path and located in the flow path so as to be exposed to the combustion gas, and a proximal end located outside the flow path A probe,
A support for peristaltically supporting the probe around a peristaltic center;
4. The load cell according to claim 3, further comprising: a load cell for detecting an upward load received from the proximal end of the probe and measuring an amount of adhesion of the combustion ash to the probe. Deashing time determination device.
前記プローブの外表面から前記プローブに設けられて熱媒体が流れる内部流路に向かう熱流束を測定するための熱流束測定部と、
当該熱流束測定部による前記熱流束の測定結果に基づいて、前記ロードセルによる前記付着量の測定結果を補正するための補正部と、を含むことを特徴とする、請求項4に記載の除灰時期決定装置。 The adhesion thickness measuring device is
A heat flux measuring unit provided on the probe from an outer surface of the probe for measuring a heat flux directed to an internal flow passage through which a heat transfer medium flows;
And a correction unit for correcting the measurement result of the adhesion amount by the load cell based on the measurement result of the heat flux by the heat flux measurement unit. Timing determination device.
前記構造物への前記燃焼灰の付着厚さの測定値が予め定められた閾値以上となったときに、前記構造物に付着した燃焼灰の除去時期を決定する除灰時期決定ステップを含むことを特徴とする、除灰時期決定方法。
A method of determining an ash removal time for determining a removal time of combustion ash attached to a structure provided in a flow path of a combustion gas generated by a combustion furnace, comprising:
The method further includes the step of determining the removal time of the combustion ash deposited on the structure when the measurement value of the deposition thickness of the combustion ash on the structure becomes equal to or greater than a predetermined threshold value. A method of determining the ash removal time, characterized by
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JP2017220416A JP2019090577A (en) | 2017-11-15 | 2017-11-15 | Ash-removal timing determination device and ash-removal timing determination method |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN112283731A (en) * | 2020-10-27 | 2021-01-29 | 广东电科院能源技术有限责任公司 | Soot blowing method and system for heating surface of coal-fired power station boiler |
-
2017
- 2017-11-15 JP JP2017220416A patent/JP2019090577A/en active Pending
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CN112283731A (en) * | 2020-10-27 | 2021-01-29 | 广东电科院能源技术有限责任公司 | Soot blowing method and system for heating surface of coal-fired power station boiler |
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