JP4725998B2 - スートブロワ及びその運転方法 - Google Patents

Description

本発明はボイラ火炉に設けたスートブロワ及びその運転方法に係り、特に灰が焼結し易い石炭を燃焼するボイラ火炉の灰除去に関する。

石炭焚きボイラ火炉では石炭の燃焼によって発生する灰がボイラ火炉水壁や伝熱管等に付着するため、水壁や伝熱管等の伝熱を阻害し、水の熱交換量が徐々に低下する。このため、水壁や伝熱管等に付着した灰を定期的に除去する必要があり、高圧の蒸気や空気を噴射できるスートブロワ等の装置が開発されている。これらの装置はボイラ各所に設置され、一般的には一定間隔毎に起動と停止が繰り返される。

一方、石炭の性状によっては、強固なスラグや焼結灰が形成される場合があり、これらが火炉水壁や伝熱管等に付着して除去できなくなるのを防止するために水を高圧で噴射するウォータキャノン等の装置も開発されている。

ウォータキャノン等の装置は、特に灰の融点が低い亜瀝青炭等を燃焼するボイラの火炉水壁に設置される。灰の融点が低い亜瀝青炭等を燃焼させると、ボイラの火炉水壁に強固な溶融スラグが付着し、蒸気や空気を用いたスートブロワ等では完全な除去が困難となる。このため、ウォータキャノン等を用いて、高温のスラグ表面に水を噴射し、スラグ内部に熱応力を発生させることで、スラグを破壊して除去している。

ただし、火炉内に吊り下げなどの方法で設置される伝熱管部においては、ウォータキャノン等の装置は使用されず、スートブロワ等が使用される。これは、伝熱管部が火炉水壁部よりもガス温度が低く、スラグや灰の付着力が小さいためである。また、ウォータキャノン等により高温のスラグや灰の表面に水を噴射して伝熱管に付着したスラグや灰を破壊すると、その際に発生する応力により伝熱管や伝熱管の支持部材が損傷しやすいためでもある。
特開２００４−２０２４８５号公報 特開昭６１−２８９２９７号公報

図３（ａ）のボイラ構成図に示すようにボイラ本体１内には火炉の壁面を構成する水壁部２、火炉後流側の伝熱管部（バンク部）３、水壁部２と伝熱管部３の間の底壁４ａを含む副側壁部４、火炉天井部から吊り下げられた吊下げ伝熱管７などが配置されている。

なお図３（ｂ）には 図３（ａ）のＸ−Ｘ線断面矢視図を示す。火炉は、水壁管により構成された四面の火炉壁、すなわち前壁１ａ、後壁１ｂ、左右の側壁１ｃ，１ｃで構成される。また、前壁１ａと後壁１ｂには燃焼装置である複数のバーナを備えた燃焼装置８及び複数の燃焼用空気ノズルを備えた空気供給装置９が設置されている。

これらの伝熱部内の水、蒸気は火炉の前壁１ａと後壁１ｂに設けられた燃焼装置８で燃料の燃焼により生成した不完全燃焼ガスを、燃焼装置８の後流側の前壁１ａと後壁１ｂに設けられた空気供給装置９からの燃焼用空気で完全燃焼させて得られる高温ガスで熱交換して最終的に過熱蒸気を得て発電に利用される構成である。また前記伝熱壁部に付着した灰はスートブロワ６からの噴射蒸気、空気で除去される。

前記副側壁では天井から吊下げられた伝熱管部の灰の除去と底壁部の灰の除去を行う必要がある。天井から吊下げられた伝熱管７の灰はスートブロワ等で除去可能であるが、底壁部では灰が堆積して温度が上昇するため、一部が焼結して付着量が多くなり、スートブロワ等で容易に除去できなくなる。このため、スートブロワ等の運転頻度、蒸気や空気の噴射圧力及び量を増大させる等の対策が実施されている。

しかし、副側壁底壁部の灰除去のため、スートブロワの運転頻度、蒸気や空気の噴射圧力及び噴射量を増大させることで、副側壁底壁部を構成する伝熱管及び天井から吊下げられた伝熱管が短期間で摩耗及び損傷するという問題がある。なお、伝熱管の摩耗速度は伝熱管に衝突する蒸気や空気の速度の約３乗及びスートブロワの運転頻度に比例して増加することが分かっている。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、他の伝熱管部の摩耗速度を増加させないよう、スートブロワの運転頻度、蒸気や空気の噴射圧力及び量を増大することなく、ボイラ副側壁の底壁部に堆積した灰を効率良く除去することにある。

本発明の課題は、次の解決手段により解決される。
請求項１記載の発明は、ボイラ火炉の火炉水壁部と伝熱管部との境界に位置する副側壁部に設けられ、火炉内に長手方向が伸び軸を有する、伝熱管に付着した灰を除去するスートブロワであって、先端のノズルに灰除去用の噴射流体として水を供給する水供給装置と高圧蒸気又は高圧空気を供給する高圧蒸気又は高圧空気供給装置とが切替自在に接続され、先端のノズルをスートブロワ設置炉壁に隣接する炉壁面に沿って前記軸方向に往復移動可能に配置し、先端のノズルからの噴出流体の噴射方向を、水の噴射時には副側壁の底壁部へ向けて固定可能とし、高圧蒸気又は高圧空気の噴射時には前記軸周りの全周方向に回転可能とした構造を備えていることを特徴とするスートブロワである。

請求項２記載の発明は、ボイラ火炉の火炉水壁部と伝熱管部との境界に位置する副側壁部に設けられ、火炉内に長手方向が伸び軸を有する、伝熱管に付着した灰を除去するためのスートブロワの運転方法であって、スートブロワ先端のノズルを火炉内のスートブロワの長手方向であって、スートブロワ設置炉壁に隣接する炉壁面に沿って往復移動させながら前記ノズルから噴出流体を噴射するに際して、まず水を副側壁の底壁部へ向けて固定しながら噴射し、次いで高圧蒸気又は高圧空気を前記軸周りの全周方向に回転しながら噴射することを特徴とするスートブロワの運転方法である。

（作用）
ボイラに設けられた往復式のスートブロワを運転する際に、まず第１に水を噴射することで、副側壁の底壁部に堆積して焼結等した状態の灰を熱衝撃により破壊することができる。
このとき、副側壁の底壁部に堆積した灰にのみ、水が噴射されるように、ノズルの噴射方向を副側壁の底壁部へ向けて固定することが望ましい。灰を熱衝撃により破壊するのに必要な水の量は少量であり、前記底壁部より他の部位に余分な熱衝撃を与えて損傷を招くことは無い。

次に、高圧蒸気または高圧空気を噴射することで、破壊された灰を底壁部から除去すると共に、天井から吊下げられた伝熱管部に付着した灰の除去も可能となる。

本発明の方法によれば、スートブロワの運転頻度や蒸気・空気の噴射圧力及び量を増大させなくとも副側壁の底壁部に堆積した付着性の強い灰を除去できるため、底壁部を構成する伝熱管及び天井から吊下げられた伝熱管が短期間で摩耗及び損傷するという問題を回避できる。
このとき水、高圧蒸気または高圧空気の供給量及び圧力を調整可能とすることで、石炭性状やガス温度に対応して、効率的な灰除去が可能となる。

請求項１、２の発明によれば、スートブロワの運転頻度や蒸気・空気の噴射圧力及び量を増大させることがなく、副側壁の底壁部を構成する伝熱管及び天井から吊下げられた伝熱管が短期間で摩耗及び損傷するという問題を回避できる。

本発明の実施例を図面と共に説明する。
本実施例に係るスートブロワの構成例を図１に示す。スートブロワ６から噴射される高圧蒸気及び水は別々の供給源から供給される。火炉前壁１ａと後壁１ｂを貫通するようにスートブロワ６が設けられ、水ａ又は高圧蒸気ｂがそれぞれ配管５ａ，５ｂを通じて供給される。また配管５ａ，５ｂにはそれぞれ圧力調整弁１０ａ，１０ｂと圧力検出器１２ａ，１２ｂと電磁弁１３ａ，１３ｂが設けられ、圧力検出器１２ａ，１２ｂによる配管５ａ，５ｂ内の圧力の検出結果に基づき、圧力調整弁１０ａ，１０ｂの開度が、それぞれ圧力調整弁制御装置１１ａ，１１ｂにより調整される。また、電磁弁制御装置１４により電磁弁１３ａ，１３ｂの開度調整が行われる。

高圧蒸気及び水の圧力及び量は、それぞれ、独立に調整可能なように、圧力指示器及び流量指示器が設置されており、水の質量流量が高圧蒸気の１／１０〜１／２となるように調整した。

本実施例のボイラは火炉前後壁１ａ、１ｂの横幅が火炉の左右側壁１ｃ，１ｃの横幅より広いため、火炉前後壁の左右両方向にスートブロワ６，６が設置されており、各々を独立して運転制御できる。長軸状のパイプからなるスートブロワ６の先端部には噴霧媒体を噴霧するノズル６ａが１個設置されており、スートブロワ６はパイプ軸を中心に回転できる構造となっているため、ノズル６ａからパイプ軸を中心に３６０度の方向に水ａ及び高圧蒸気ｂを噴射できる。ここで、水ａの噴射時はパイプ軸を固定することで、副側壁４の底壁部４ａに堆積した灰にのみ水が噴霧されるように制御し、高圧蒸気ｂでは全周方向に噴射できるように制御する。

本実施例では、例えば、最も簡易には、スートブロワノズル６ａをパイプ軸方向に往復させる際、往路においては水ａを、復路においては高圧蒸気ｂをそれぞれ噴霧する。
スートブロワノズル６ａの往復操作が少ないほど、スートブロワ６自体の損耗が少なくて済み、流体の噴射回数が少ないほど、噴射対象となる機器類・部位も摩耗及び損傷を回避しやすくなる。

スートブロワノズル６ａの往復操作の第１回目の往路または復路のいずれか、もしくは両者を水ａの噴射とし、第２回目以降の往路または復路のいずれか、もしくは両者を高圧蒸気ｂの噴射とするなどしても良い。

ボイラに設けられた往復式のスートブロワ６を運転する際に、第１に水ａを噴射することで、副側壁４の底壁部４ａに堆積した焼結状態の灰を熱衝撃により破壊できる。続いて高圧蒸気ｂを噴射することで、破壊した灰を底壁部４ａから除去し、かつ、天井から吊下げられた伝熱管部７に付着した灰も除去できる。

なお、回転式スートブロワ６の水ａを噴射する過程で、スートブロワ６のパイプ軸（回転軸）を固定して、水ａが副側壁４の底壁部４ａに堆積した灰にのみ衝突するように工夫されており、効率的な灰除去が可能となっている。

ここで、噴射する水ａの所要量は、堆積した灰の量にもよるが、最低限、固化した灰の破壊に必要な熱衝撃を与えることができれば良い。一方、過剰に水ａを噴射すると周辺の機器類・部位の摩耗及び損傷を招くおそれがあるので、灰の内部まで十分に湿潤させるほどまでには噴射しないことが望ましい。

したがって、少なくとも、噴射する水ａの質量流量を高圧蒸気ｂの質量流量よりも小さくすることが望ましく、水ａの質量流量は高圧蒸気Ｂの質量流量の１／１０〜１／２の範囲とすることで、副側壁底壁部４ａを構成する水壁管の損傷を防止し、かつ、灰を良好に破壊でき、破壊された灰を底壁部４ａから除去できる。

図示しないが、１台のスートブロワ６のノズル６ａ内に水ａと高圧蒸気ｂの流路を別個に設けることも考えられる。この場合、スートブロワ６の質量が大きくなって、自重による変形量が大きくなりやすいので、ノズル６ａが副側壁底壁部４ａに堆積した灰と干渉しないよう配慮することが望ましい。

なお、スートブロワ６を２台設置して、１台を水ａ、もう１台を高圧蒸気ｂの噴出用に使用することも考えられるが、副側壁部４は幅が狭く、スートブロワ６を２台設置する十分な場所がないため、本実施例のように、１台のスートブロワ６の作動流体を切り替えて使用する必要がある。

本発明の他の実施例を図２に示す。図２は本実施例のスートブロワのボイラ構成図（図２（ａ））と図２（ａ）の一部拡大図（図２（ｂ））である。なお図２の構成で図３で説明したものと同一部材、装置には同一符号を付して、その説明は省略する。

本実施例では、副側壁４の底壁部４ａ用に専用のスートブロワ１５を設置し、スートブロワ１５を非回転式として専ら副側壁底壁部４ａに堆積した堆積灰１６のみ除去することで、天井から吊下げられた伝熱管７への影響を皆無とし、底壁部４ａの灰除去効率を高めることが可能となる。

本発明は、石炭焚きボイラへの適用が可能で、特に、ＰＲＢ炭及び無洗炭焚きボイラへの適用の可能性がある。

本発明の一実施例のスートブロワのボイラ炉壁部へ取り付けた状態での操作説明図である。 本発明の一実施例のスートブロワのボイラ構成図（図２（ａ））と図２（ａ）の一部拡大図（図２（ｂ））である。 本発明の一実施例の実施例のスートブロワのボイラ構成図（図３（ａ））と 図３（ａ）のＸ−Ｘ線断面矢視図（図３（ｂ））である。

符号の説明

１ ボイラ本体 １ａ 前壁
１ｂ 後壁 １ｃ 側壁
２ 水壁部 ３ バンク部
４ 副側壁部 ４ａ 底壁部
５ａ，５ｂ 配管 ６、１５ スートブロワ
６ａ ノズル ７ 伝熱管部
８ 燃焼装置 ９ 空気供給装置
１０ａ，１０ｂ 圧力調整弁 １１ａ，１１ｂ 圧力調整弁制御装置
１２ａ，１２ｂ 圧力検出器 １３ａ，１３ｂ 電磁弁
１４ 電磁弁制御装置 １６ 堆積灰
ａ 水 ｂ 高圧蒸気

Claims (2)

1. ボイラ火炉の火炉水壁部と伝熱管部との境界に位置する副側壁部に設けられ、火炉内に長手方向が伸び軸を有する、伝熱管に付着した灰を除去するスートブロワであって、
   先端のノズルに灰除去用の噴射流体として水を供給する水供給装置と高圧蒸気又は高圧空気を供給する高圧蒸気又は高圧空気供給装置とが切替自在に接続され、
   先端のノズルをスートブロワ設置炉壁に隣接する炉壁面に沿って前記軸方向に往復移動可能に配置し、
   先端のノズルからの噴出流体の噴射方向を、水の噴射時には副側壁の底壁部へ向けて固定可能とし、高圧蒸気又は高圧空気の噴射時には前記軸周りの全周方向に回転可能とした構造を備えている
   ことを特徴とするスートブロワ。
2. ボイラ火炉の火炉水壁部と伝熱管部との境界に位置する副側壁部に設けられ、火炉内に長手方向が伸び軸を有する、伝熱管に付着した灰を除去するためのスートブロワの運転方法であって、
   スートブロワ先端のノズルを火炉内のスートブロワの長手方向であって、スートブロワ設置炉壁に隣接する炉壁面に沿って往復移動させながら前記ノズルから噴出流体を噴射するに際して、まず水を副側壁の底壁部へ向けて固定しながら噴射し、次いで高圧蒸気又は高圧空気を前記軸周りの全周方向に回転しながら噴射することを特徴とするスートブロワの運転方法。

Images