JP4204309B2 - スートブロワノズル保護カバー - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラ、空気予熱器等の伝熱エレメントに付着したダストを除去するために使われるスートブロワのノズルヘッドを保護するためのカバーに関し、詳しくはノズルヘッドの熱疲労による損壊を防止するような保護カバーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ボイラや空気予熱器の伝熱エレメントの表面に排ガスダストが付着すると、排ガスや空気の流路が狭くなったり閉塞されたりして、その結果、熱交換効率が低下する。さらに、圧力損失が高まり、ボイラプラントが運転不能に陥るおそれがある。このダスト付着の原因としては、例えば石炭焚きボイラからの排ガス熱を回収する空気予熱器では、その上流側の脱硝工程で使用されるＮＨ₃ の一部が未反応のまま残り、それが排ガス中のＳＯx と反応して硫酸アンモニウム化合物等を生成し、この生成化合物が結合剤として働き、排ガス中のダストを伝熱エレメントに付着するためと考えられる。この付着物は運転条件によっては、剥離が極めて困難な固着物に変わる。
【０００３】
従来、伝熱エレメントの表面から固着物を除去するために、スートブロワが用いられる。このスートブロワは、長尺の管体にノズルヘッドを設けた構造をとり、伝熱エレメント面付近に間歇的に挿入されて、蒸気や圧縮空気を噴射して付着物を吹き飛ばす。
【０００４】
このスートブロワは、待機時には約６００℃、ボイラ内挿入時には１０００℃以上の高温に曝される。そして蒸気投入時には、ノズルヘッド内の温度が急激に下がり、ヘッド内外面の最大温度差が、瞬間的に７００℃を超える。この７００℃を超える熱（温度）振幅を１０００時間以上続けると、熱疲労によりノズルヘッド先端部に亀裂を生じ、さらに破孔や損壊にもつながる。
【０００５】
ノズルヘッド先端部の破損の原因は、ノズルヘッド内外面の大きな熱振幅による熱疲労である。したがって、その熱振幅を緩和すること、すなわち、ノズルヘッド外面温度の上昇を抑制し、その温度差を低減することが必要である。
【０００６】
ノズルヘッドの外面温度の上昇を抑制するために、特開昭６２−１６６２１８や特開２０００−６５３３７には、ノズルヘッドにセラミックス、舶用ディーゼルエンジン用特殊鋼などの特殊な材料でできたケーシングを装着し、さらにケーシングとノズルへッドの間に断熱材を装填することが開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記従来技術と異なり、特殊な材料を用いずに安価に製造でき、しかも既存のノズルヘッドを変更せずに装着できるノズルヘッド保護カバーを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のスートブロワノズルヘッド保護カバーは、スートブロワノズルヘッドの外側に配置されると共に、鏡面仕上げまたは熱線反射コーティングされたカバー本体と、該カバー本体の先端から該スートブロワノズルヘッドの先端に向かって層状かつ離隔して内設された複数の隔壁とからなる。また、前記保護カバー本体と前記隔壁とが同じ材質で構成されている。さらに、前記保護カバーがスートブロワノズルヘッドに対して着脱自在である。又さらに、前記隔壁が孔部を有する。
更に又、前記隔壁が板状である。また、前記隔壁が曲面状であることを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明を、実施例を用いて図面を参照しながら説明する。図１は、本発明のノズルヘッド保護カバー１の平面図であり、図２は、そのＡ−Ａ面に沿った断面図である。本発明のノズルヘッド保護カバー１を装着したスートブロワ１１は、図７のように炉壁に設置され、炉壁から火炉反対側に設けられた直径９０ｍｍ程度のパイプ（ウォールスリーブ）内にノズルヘッド部が納められる。
【００１０】
本発明のノズルヘッド保護カバー１を構成するカバー本体２は、ノズルヘッド（図２の仮想線６）を包み込み、しかもノズルヘッドの蒸気噴射域を閉ざさないように、ノズルヘッド用開口部３をカバー本体２から切り欠く形状となっている。また、カバー本体２の先端部は、ノズルヘッド６より僅かに大きめの曲率（例えば３５ｍｍＲ）にて、曲面状の加工が施されている。カバー本体２は、耐熱性に優れる材料でできており、ノズルヘッドが直接輻射熱に曝されることを防ぐ。材質は、一般に、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１０などである。好ましくは、カバー本体２を鏡面仕上げまたは熱線反射コーティングとすることで、輻射伝熱をより一層低減できる。
【００１１】
図１では、本発明のノズルヘッド保護カバー１を構成する隔壁４として、２枚の平円盤状の仕切り板がカバー本体２に層状かつ間隔をあけて取り付けられている。隔壁間には、空気による断熱効果のため、幾分かの対流伝熱があり、隔壁の熱は適度にカバー本体２や他の隔壁またはノズルへッドに放熱される。この作用で、挿入時の１分間程度では、ノズルヘッドは温度上昇せず、次に蒸気が投入されてノズル内面からの蒸気による冷却効果が発揮できる時点では、ノズル側から隔壁４やカバー本体２を冷却するように作用する。したがって、カバー本体２の待機時温度への復帰は１０分程度で完了し、作動サイクルによる熱蓄積が全くなく、保護カバーが高温度に曝されるのは、挿入開始から蒸気噴射までの１分間程度にほぼ限定される。
【００１２】
隔壁４の数は、外部環境により増減し、ノズルヘッド６の内外面の熱振幅が５００℃以下となるように調整される。隔壁の材質は、耐熱性に優れた材料、例えばＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１０などである。特に、隔壁４の材質は、カバー本体２の材質と同じであることが、熱歪みを生じさせない点で好ましい。好ましくは、隔壁４を鏡面仕上げまたは熱線反射コーティングとすることで、輻射伝熱をより一層低減できる。
【００１３】
詳細に説明すると、待機時にノズル収納パイプ（ウォールスリーブ）を経てノズルヘッド保護カバーが受ける熱量の主たるは輻射熱であり、鏡面仕上げや熱線反射コーティングによって積極的に輻射伝熱を低減させ、さらに適宜曲面をもった複層の隔壁を用いてその間の空気による断熱効果と輻射線散乱効果により積極的に輻射伝熱を防止する際、隔壁まで侵入する熱に対しては保護カバー側面への伝導熱として放熱が可能で、複層の隔壁がそのように作用することで最終的にノズルヘッドに到達できる熱量は、保護カバーが無い場合に較べて非常に僅かとなる。これは、保護カバー先端が輻射伝熱によって加熱される温度よりも、ノズル収納パイプ（ウォールスリーブ）周囲の断熱材の温度が低いから果たし得る効果である。
【００１４】
挿入過程時も同様で、常にウォールスリーブ周囲側の温度が低く、保護カバーおよび複層の隔壁が受けた輻射を主体とした熱を適度に保護カバー側面から放熱することで、保護カバー内の温度上昇を極力低減することができ、結果的にノズルヘッド外面温度の上昇を抑制できる。
【００１５】
保護カバー本体および隔壁を設けたことによって、待機時のノズルヘッドの温度も保護カバー無装着よりも低減でき、挿入過程時も同効果によってノズルヘッドの温度は、ほとんど上昇しないうちに蒸気噴射過程へと進む。したがって、保護カバーによって、二重の効果、すなわち、ノズルヘッドの温度は待機時に既に保護カバー無装着の待機時よりも低下しており、次の挿入過程での温度上昇はほとんど無く、そのまま蒸気噴射過程へと進む。このことは、蒸気噴射時のノズル内外面の熱振幅の大幅な低下によってクラックの発生が極限まで低減できることと、運用の９０％以上の時間を占める待機時のノズルヘッドの温度低下も伴って、ノズルヘッドの耐久性を向上させることができる。
【００１６】
隔壁４は、図２のようにカバー本体２に点接触で固定してもよく、あるいは面接触のように全面的に固定してもよい。熱変形による保護カバー本体と隔壁の変形・破損を防ぐ観点から、点接触が好ましい。固定方法は、溶接などの固着方法や、着脱自在な螺合手段がある。さらにまた、ノズルヘッド保護カバー１の製造時に、カバー本体２と隔壁４とを同質の材料で一体に製造してもよい。
【００１７】
図２から明らかなように、隔壁４の外周からやや内側（例えば約１０ｍｍ）の位置に、直径２ｍｍ程度の孔５を一箇所穿設している。この孔５は、ガス抜きとして機能し、熱振幅時の空気の膨張収縮によるカバー本体２および隔壁４の変形や破損を防ぐ。なお、孔５の形状は、保護カバー１内の断熱用空気が膨張・収縮する際の出入口となるように形成される限り、任意形状でよい。
【００１８】
図３は、本発明の別の実施態様であるノズルヘッド保護カバー１の平面図であり、図４はそのＡ−Ａ矢視断面図である。隔壁４は、カバー本体２の先端部に対して凸状の曲面を呈している。この曲率は、平板に近いものから、ノズルヘッド２の先端と同等のもの、さらに、それより大きいものまで任意である。曲面状の隔壁４をカバー本体２に内設することにより、カバー本体２の先端の突き出し寸法を板状の場合よりも１５ｍｍ程度短くすることができる。また、板状の場合には、取り付けの関係上、カバー本体２の先端部が長くなって待機中および炉内挿入時共に、高温域に曝されるため受熱量が大きくなる。曲面状にすれば、受熱量の影響を低減できる。さらに、保護カバー１内面の輻射散乱を助長することができ、ノズルヘッドの長寿命化により一層寄与する。
【００１９】
ノズルヘッド保護カバー１は、ノズルヘッド付根側継手管に、カバー本体２のノズル用開口部３とノズルヘッド６（破線）の同開口部とを一致、調整した後、数個所の点溶接個所７（図４では３箇所）を設けて固定構造とすることにより、保護カバー１を適時ノズルヘッド６から着脱可能にする。
【００２０】
図５および図６は、図３の変形例であり、カバー本体２にノズルヘッド６をノズルヘッド付根側継手管のビス止め位置に調整可能な切欠き部８と、約５ｍｍ径の回り止め用孔９が設けてある以外は、図３と同じである。カバーのノズルヘッド用開口部３とノズルヘッド６の噴射口とを一致させて調整した後、ビス等で着脱自在に固定する。
【００２１】
【実施例】
〔比較例１〕
図７に示すようなスートブロワを火炉に設置した全体図（ただし、保護カバー２は無し）において、火炉内の温度が１１００℃の場合に、保護カバー無装着のノズルヘッド６の待機時のノズル先端部の温度は、約６３０℃（ノズル内側：５７５℃）あり、これを火炉内へ１分間挿入すると８１０℃（ノズル内側：６３０℃）になった。この状態で蒸気を投入すると、ノズルヘッド内外面の温度差は５５０℃となって、この熱疲労が原因で耐久性を著しく低下させた。
【００２２】
〔実施例１〕
図７に示す全体図において、火炉内の温度が１１００℃の場合に、図３に示す保護カバーを装着したノズルヘッド６の待機時の保護カバー先端部の温度は、約７００℃であり、保護カバーが無い場合のノズルヘッド先端部の温度より若干高かった。しかし、待機時の保護カバー内のノズルヘッド先端部の温度は約５００℃（ノズル内側：４９０℃）であり、保護カバーの装着によって、ノズルヘッド先端部の温度は、待機状態で１３０℃低下した。
【００２３】
次に、待機状態からこれを火炉内へ１分間挿入すると、保護カバー先端部の温度は、約８６０℃で、待機時と同様に保護カバーが無い場合のノズル先端部より若干高かったが、保護カバー内部のノズルヘッド先端部の温度は待機時と同じ５００℃（ノズル内側：４９０℃）のままであり、保護カバーによって３００℃低下した。この時点で蒸気を投入しても、ノズルヘッド内外面の温度差は２５０℃程度となって、熱振幅による熱疲労を大幅に低減でき、待機時の温度低下も相俟って耐久性が著しく向上する。
【００２４】
〔実施例２〕
火炉内温度を１１００℃から１４００℃に変えた以外は、実施例１と同じ条件で試験を行った。１４００℃のときも同様に、保護カバー内のノズルヘッド部の温度は何れも５００℃（内側：４９０℃）で火炉１１００℃の場合と変化しなかった。したがって、火炉内温度１４００℃の場合も、ノズルヘッド先端部の温度は、保護カバーによって５００℃も改善され、蒸気投入によるノズルヘッド内外面の温度差は２５０℃程度である。
【００２５】
【発明の効果】
ノズルヘッドの外側を耐熱性に優れた材質のカバーで覆うことによってノズルヘッドが輻射熱に直接曝されることを防ぐ。そして、カバー内部に、耐熱性の隔壁を複数、間隔をあけて設けることによって、隔壁間の空気による断熱効果と内部の輻射線散乱効果で内外の温度差を低減することができる。したがって、ノズルヘッドの長寿命化を図れる。さらに、隔壁を曲面状にすれば、カバー先端の突出し寸法と受熱量の増大を板状のものよりも抑えることができる。さらにカバー内面の輻射散乱を助長することもでき、ノズルヘッドの長寿命化がより一層進む。既存のノズルヘッドを変更することなく、その外側に着脱自在に装着できる点で利便性は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様であるスートブロワノズル保護カバーの平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】本発明の別の実施態様であるスートブロワノズル保護カバーの平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図５】本発明のさらに別の実施態様であるスートブロワノズル保護カバーの平面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図７】本発明のノズルヘッド保護カバーを装着したスートブロワを火炉に設置した際の全体図である。
【符号の説明】
１：ノズルヘッド保護カバー
２：カバー本体
３：ノズルヘッド用開口部
４：隔壁
５：孔
６：ノズルヘッド
７：点溶接個所
８：カバー調整用切欠き部
９：回り止め用孔
１０：炉壁
１１：スートブロワ

Claims (6)

1. スートブロワノズルヘッドの外側に配置されると共に、鏡面仕上げまたは熱線反射コーティングされたカバー本体と、該カバー本体の先端から該スートブロワノズルヘッドの先端に向かって層状かつ離隔して内設された複数の隔壁とからなるスートブロワノズルヘッド保護カバー。
2. 前記保護カバー本体と前記隔壁とが同じ材質で構成されている、請求項１に記載のスートブロワノズルヘッド保護カバー。
3. 前記保護カバーがスートブロワノズルヘッドに対して着脱自在である、請求項１または２に記載のスートブロワノズルヘッド保護カバー。
4. 前記隔壁が孔部を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のスートブロワノズルヘッド保護カバー。
5. 前記隔壁が板状である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のスートブロワノズルヘッド保護カバー。
6. 前記隔壁が曲面状である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のスートブロワノズルヘッド保護カバー。

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