JP4859553B2 - ボイラー水管壁の耐火物剥離装置および耐火物剥離方法 - Google Patents

Description

本発明は、ボイラー水管壁の耐火物剥離装置および耐火物剥離方法に関する。

例えば、焼却炉などの燃焼室の側壁には、廃熱を回収するためのボイラー水管壁が具備されるとともに、その内壁面には、水管を保護するために、所定厚さでもって耐火物が設けられている。

ところで、この耐火物は水蒸気および高温の環境下にあって、炉の運転状況とその使用年数により劣化して剥離するため、例えば所定厚さより薄くなると取り替える必要がある。

この耐火物を取り替える場合、まず、耐火物を除去する必要があるが、通常、作業員の手作業により耐火物の除去、所謂、はつり作業が行われているが、作業環境が良くないため機械化が望まれている。

耐火物の除去作業を機械的に行うものとして、例えば煙突などの内壁面に設けられた耐火物、所謂ライニングを除去するためのライニング除去装置がある（例えば、特許文献１参照）。

このライニング除去装置は、支柱にシリンダ装置により昇降自在に設けられた取付け部材と、この取付け部材に載置された水ジェット噴出具とから構成されるとともに、水ジェット噴出具については、シリンダ装置により煙突の半径方向で移動し得るように構成されている。また、この水ジェット噴出具は、基端側噴出具部分に対して回転可能にされた先端側噴出具部分が設けられるとともに、この先端側噴出具部分には、２つの水ジェット噴出ノズルが互いに逆方向に向くように傾斜されており、噴出されるジェット水の反動により先端側噴出具部分が自然に回転するように構成されている。
特公平７−１０３７０１号公報

上述したライニング除去装置の構成によると、噴出ノズルは傾斜されているが、その方向は、その回転軸心に対して外側を向いているため、回転中心部分でのジェット水のエネルギー密度が分散されて効率的なライニングの除去を行うことができないとともに、スタッドが傾斜している場合には、そのスタッドの後方の部分が残ってしまう虞が生じる。

また、ライニング除去作業時においては、シリンダ装置により取付け部材を昇降させて噴出ノズルを上下方向で移動させるとともに、手作業により支柱全体を煙突の内面に沿って移動させるようにしたとの記載はあるが、当該噴出ノズルをライニングに沿って移動させるための具体的な移動機構の構成については開示されていない。

そこで、本発明は、耐火物をジェット水で剥離する際に、その剥離箇所におけるジェット水によるエネルギー密度を高め得るとともに、水管壁に沿って移動させる構成を具備したボイラー水管壁の耐火物剥離装置および耐火物剥離方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のボイラー水管壁の耐火物剥離装置は、複数のスタッドが突設されたボイラー水管壁に設けられた耐火物を剥離するための装置であって、
上記複数のスタッドが、上記水管壁の法線と同一方向に設けられた垂直スタッドと、上記水管壁の法線に対して左右にそれぞれ２５度〜３５度の傾斜角度で設けられた左右一対の傾斜スタッドとであり、
上記水管壁に沿って配置されるガイド部材に案内輪を介して案内されるガイド体と、このガイド体に設けられて当該ガイド体をガイド部材に沿って移動させる移動装置と、上記ガイド体に設けられて高圧ジェット水を噴射し得るとともに上記水管壁の法線と平行または略平行な軸心回りで回転されるノズル部を有するジェット水噴射装置とを具備し、
且つ上記ジェット水噴射装置のノズル部を、その回転軸心に対して中間部が外側に突出するように「く」の字形状に形成するとともに、その先端部を、その回転軸心近傍に位置させ、
回転軸心に対するノズル部の中間部から先端までの軸心の交差角と、上記傾斜角度とが同一または略同一となるようにしたものである。

また、本発明のボイラー水管壁の耐火物剥離方法は、上述した各耐火物剥離装置によりボイラーの水管壁に設けられた耐火物を剥離する剥離方法であって、
水管壁に高圧ジェット水を噴射させる際に、
ノズル部の先端位置から水管壁の水管までの距離が、ノズル部の穴径の５０〜１８０倍の範囲にする方法である。

上記耐火物剥離装置および耐火物剥離方法によると、ノズル部の中間部がその回転軸心よりも外側に位置するように「く」の字形状に形成されているため、その先端は回転軸心の近傍に位置することになり、したがってノズル部から噴射される高圧ジェット水は回転軸心が水管壁に交わる近傍に集中して噴射されるので、つまり回転による高圧ジェット水が描く軌跡の円の径を小さくできるので、そのエネルギー密度が増して水管壁に設けられている耐火物を効率良く剥離することができる。

また、ノズル部の先端から水管壁までの距離がノズル部の穴径の５０〜１８０倍にされているため、水管壁の耐火物には高圧ジェット水の掘削作用が主に働くことになり、したがって水管などに対する衝撃破壊作用による損傷の発生を防ぐことができる。

［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態に係るボイラー水管壁における耐火物剥離装置および耐火物剥離方法を、図１〜図７に基づき説明する。

まず、耐火物剥離装置について説明する。
この耐火物剥離装置は、図１に示すように、大きく分けて、ボイラーの燃焼室１を構成する水管壁２に設けられたキャスタブルなどの耐火物に高圧ジェット水（例えば、３０〜５００ＭＰａ程度）を噴射して剥離させる剥離装置本体１１と、この剥離装置本体１１を水管壁２に沿って昇降させる昇降装置１２とから構成されている。

なお、この水管壁２は、図２に示すように、所定間隔おきに多数配置された水管３と、これら水管３，３同士を連結するフィン４とから構成されるとともに、この水管壁２の内面側（燃焼室側）には、水管３を保護するための耐火物５が所定厚さでもって設け（貼り付け）られている。そして、燃焼室側の各水管３外面の適所には、耐火物５を係止（固定）するための係止部材としてのスタッド６が多数突設されており、またその係止機能を有効にするために、内壁面の法線（水管壁に直交する直線）ａと同一方向に設けられる垂直方向のスタッド（以下、垂直スタッドともいう）６Ａと、法線ａに対して左右にそれぞれ所定の傾斜角度θ（例えば、２５〜３５度の範囲、ここでは３０度とする）でもって突設された左右一対の傾斜方向のスタッド（以下、傾斜スタッドともいう）６Ｂ，６Ｂとが、水管３の軸心方向に沿って所定間隔おきに交互に配置されている。つまり、水管壁２全体として見れば、１本の垂直スタッド６Ａと２本の傾斜スタッド６Ｂ，６Ｂとが千鳥状に配置されていることになる。なお、水管３の外径は、例えば７６ｍｍ程度のものが用いられるとともに、スタッドの長さは３５ｍｍ程度とされ、さらに耐火物５については、スタッド６が完全に埋没する程度、例えば垂直スタッド６Ａの先端から５ｍｍ程度被覆されるような厚さにされている。なお、図２に示す耐火物５については、その表面が剥離してスタッド６の一部が露出した状態を示している。

上記剥離装置本体１１は、上記昇降装置１２側に取り付けるための取付用板材２１がその両端部に設けられた所定長さのガイドレール（ガイド部材）２２と、このガイドレール２２をその長手方向の前後位置で且つ左右位置に設けられて当該ガイドレール２２を挟持する４つの案内輪（被ガイド部材）２３を有して当該ガイドレール２２に案内される板状のガイド体２４と、このガイド体２４およびガイドレール２２側に設けられて当該ガイド体２４をガイドレール２２に沿って移動させる移動装置２５と、上記ガイド体２４に設けられたジェット水噴射装置２６とから構成されている。

上記ガイドレール２２は、図３に示すように、その断面形状が正方形にされるとともに各頂点（コーナ部である）２２ａが上下左右に位置するように（端面から見て菱型状）に配置されており、したがって上記各案内輪２３は、ガイドレール２２の左右のコーナ部２２ａに嵌合する三角形状（谷状）の凹状部２３ａが形成されたものである。なお、このガイドレール２２の両取付用板材２１の内側位置には、それぞれガイド体２４の移動を規制するためのストッパー部材２７が設けられている。

上記移動装置２５は、図３〜図５に示すように、ガイドレール２２の下部に且つその長手方向に沿って取り付けられたチェーン部材３１と、上記ガイド体２４に設けられたエアモータ３２と、このエアモータ３２の出力軸３２ａに取り付けられるとともに上記チェーン部材３１に噛合された駆動用スプロケット３３とから構成されている。したがって、空気圧縮機などのエア供給装置（図示せず）から空気圧をエアモータ３２に導き駆動用スプロケット３３を回転させると、当該駆動用スプロケット３３はチェーン部材３１に噛合しているため、そのチェーン部材３１からの反力によりガイド体２４がガイドレール２２に沿って移動することになる。なお、上記エアモータ３２は、ガイド体２４の上面に下向きでもって取り付けられるとともに、その出力軸３２ａはガイド体２４に形成された穴部を挿通して下方に突出するように設けられている。

また、上記ジェット水噴射装置２６は、ガイド体２４の上面に立設された支持部材４１と、この支持部材４１の下部に鉛直面内で回転自在に設けられるとともに高圧水通路（図示せず）を有する回転部材４２と、この回転部材４２に設けられた高圧水通路の入口側に連結されて高圧水供給装置（図示せず）からの高圧水を導入するための高圧水導入部材４３と、上記回転部材４２の高圧水通路の出口側に接続されて高圧水を高圧ジェット水として水管壁２に噴射させるためのノズル部４４と、上記支持部材４１の上部に取り付けられて上記回転部材４２を回転させるためのエアモータ４５とから構成されている。勿論、このエアモータ４５にもエア供給装置が接続されている。なお、エア供給装置からのエアは、例えばガイド体２４に設けられたマニホールド４６を介して、それぞれエアモータ３２，４５に供給される。また、高圧水供給装置からの高圧水についても、ガイド体２４に設けられる継手部材（図示せず）を介して高圧水導入部材４３に供給してもよく、また高圧水供給装置からの高圧水を直接に高圧水導入部材４３に供給してもよい。

そして、上記ノズル部４４は、図２に示すように、所定長さにされ且つ中間部がその回転軸心ｂに対して外側に突出するように「く」の字形状（折曲状）に形成されるとともに、その先端位置は、回転軸心ｂ近傍［例えば、ノズル部開口（穴部）の中心が、回転軸心ｂから当該ノズル部外径の半分程度の距離だけ離れた位置であり、つまり、ノズル部の外周面が回転軸心ｂの近くを通過するような位置］に一致するようにされており、さらにその中間部から先端までの部分については、その回転中における軸心ｃがいずれかの姿勢において、傾斜スタッド６Ｂの傾斜角度θに一致（または、略一致）するようにされている（つまり、３０度にされている）。これは、回転軸心ｂが法線ａと平行に（または略平行に、言い換えれば、水管壁２に対して直交または略直交するように）設けられているためである。詳しく説明すれば、このノズル部４４は、回転部材４２寄りの直線部４４ａと、この直線部４４ａの先端から外側に傾斜する外傾斜部４４ｂと、この外傾斜部４４ｂの先端から回転軸心ｂ側に逆に傾斜された内傾斜部４４ｃとから構成されている。また、ノズル部４４の回転部材４２寄り位置には、取付用ブラケット４７を介して、高圧ジェット水により剥離（粉砕）された耐火物および水などが機器側に衝突するのを防止するための円形の防護板４８が取り付けられている。勿論、上記取付用ブラケット４７はガイド体２４に取り付けられる。

さらに、上記昇降装置１２は、図１に示すように、燃焼室１内に組み立てられた作業足場７の支柱部（パイプにより構成されている）７ａに沿って且つクランプ材８を介して当該支柱部７ａに取り付けられた左右一対の取付用支柱部材（パイプにより構成されており、図１では手前側の一方だけを示している）５１と、これら両取付用支柱部材５１にそれぞれ昇降可能に取り付けられるとともに水管壁２側に突出する棒状の水平支持部５２ａを有する筒状の昇降部材５２と、上記取付用支柱部材５１にクランプ材９を介して取り付けられて上記昇降部材５２を昇降させる昇降用シリンダ装置５３とから構成されている。

そして、上記昇降部材５２の水平支持部５２ａには、上記移動装置２５のガイドレール２２の両端部に設けられた取付用板材２１を固定支持する支持具５４が、その軸心方向すなわち水管壁２に対して接近離間し得るように取り付けられている。

次に、水管壁２の耐火物５の剥離方法、すなわち剥離作業について説明する。
まず、燃焼室１内にて作業足場７を組み立てた後、クランプ材８を用いて左右一対の取付用支柱部材５１を作業足場７の支柱部７ａに取り付けるとともに、これら各取付用支柱部材５１にクランプ材９を介して昇降用シリンダ装置５３および直接に昇降部材５２を取り付ける。勿論、昇降用シリンダ装置５３は昇降部材５２に連結されて、この昇降部材５２を所定の高さ位置（剥離作業開始高さ位置）に移動させることになる。

次に、上記昇降部材５２の水平支持部５２ａに設けられた支持具５４に、剥離装置本体１１のガイドレール２２の両端部に設けられた取付用板材２１を連結して当該剥離装置本体１１を支持させる。なお、支持具５４は取付用板材２１に連結されたものであってもよく、この場合には、取付用板材２１に連結された支持具５４を昇降部材５２の水平支持部５２ａに外嵌させて支持することになる。

この時点では、図２に示すように、ノズル部４４は水管壁２に対向されており、またこのノズル部４４の先端から水管壁２における水管３の中心までの距離（以下、スタンドオフ距離という）ｘは、ノズル部４４の噴射穴径ｄの５０倍〜１８０倍（好ましくは、１００倍程度）の範囲となるように位置決めされる。

ここで、スタンドオフ距離ｘをこのような値に設定した理由について、簡単に説明しておく。
一般的に、破壊対象に水噴射した際の壊食量については、図６に示すように、ノズル部４４の穴径ｄに対するノズル部から破壊対象（試験片である）までの距離（スタンドオフ距離）ｘの比率（ｘ／ｄ）によって、２つのピーク範囲Ｐ１，Ｐ２が現れることが知られている。この第１ピーク範囲Ｐ１は、主に噴流による掘削作用によるもので、また第２ピーク範囲Ｐ２は、主に液滴や液塊の衝突による衝撃破壊作用によるものであることが判明している。

したがって、水管壁２の水管３、フィン４などを傷めずに耐火物５を剥ぐという点では、水噴流の掘削作用を利用するのが好ましく、液滴などの衝突（液滴の破裂など）による衝撃破壊作用が生じた場合、水管３を傷めてしまうことになるため、第１ピーク範囲Ｐ１における距離を採用するのが望ましく、さらには第１ピーク範囲Ｐ１の最大点より手前位置の壊食量がより少ない距離にするのがエネルギー密度集中のために望ましい。すなわち、スタンドオフ距離ｘは、ｘ／ｄの値が５０〜１８０の範囲となるのが望ましく、より好ましくは１００近傍となる。具体的な数値で説明すると、穴径ｄが１ｍｍのノズル部４４を用いた場合、スタンドオフ距離ｘは５０〜１８０ｍｍの範囲となり、好ましくは１００ｍｍ近傍となる。なお、ノズル部４４の穴径ｄとしては、例えば０．１〜２ｍｍの範囲のものが用いられるとともに、高圧ジェット水の圧力は例えば２５０ＭＰａ程度の値が用いられる。

次に、空気圧縮機をマニホールドに、および高圧水供給装置をジェット水噴射装置２６に接続した後、制御盤にて昇降用シリンダ装置５３および移動装置２５を作動させて、ノズル部４４を所定の剥離開始位置に移動させた状態で、ノズル部４４から高圧ジェット水を噴射させるとともに、空気圧を回転部材４２に供給してノズル部４４を回転させる。

すると、図２に示すように、ノズル部４４の先端は、その回転軸心ｂのすぐ近傍に位置されているため、ノズル部４４から噴射される高圧ジェット水は回転軸心ｂが水管壁２に交わる近傍に集中して噴射され、したがって高圧ジェット水が有する運動エネルギーが集中することになり（エネルギー密度が高くなる）、水管壁２に取り付けられている耐火物５を効率良く剥離することができる。

しかも、スタンドオフ距離ｘが、ノズル部４４の穴径ｄの５０〜１８０倍（好ましくは、１００倍）程度にされているため、高圧ジェット水の衝撃破壊作用ではなく掘削作用により、耐火物５が剥離される。すなわち、水管３およびフィン４などの金属を傷めることなく、耐火物５だけを効率良く剥離することができる。さらに、ノズル部４４の先端部である内傾斜部４４ｃの傾斜角度αは、傾斜スタッド６Ｂの傾斜角度θに一致されているため、傾斜スタッド６Ｂの下側（フィン側）に位置する耐火物５についても確実に剥離させることができる。

勿論、耐火物の剥離作業がガイドレール２２に沿って行われた後、昇降用シリンダ装置５３により、昇降部材５２を適宜昇降させて、異なる箇所での剥離作業が続行される。さらに、この昇降用シリンダ装置５３による昇降範囲での剥離作業が済むと、取付用支柱部材５１を作業足場７の他の部分に移動させて、同様に、耐火物の剥離作業を行えばよい。

なお、図７に、本実施の形態に係る中間部が外側に突出された「く」の字形状のノズル部４４と、先端部だけが傾斜されたノズル部６１との噴射軌跡の比較を示す。図７（ｂ）に示す比較例に係るノズル部６１の噴射軌跡の方が、図７（ａ）に示す本実施の形態に係るノズル部４４の噴射軌跡よりも、噴射範囲が広がっており、高圧ジェット水の噴射時のエネルギー密度がかなり低下していることがよく分かる。

本発明の実施の形態に係る耐火物剥離装置の概略構成を示す全体側面図である。 同耐火物剥離装置における剥離対象である水管壁の概略構成を示す断面図である。 同耐火物剥離装置の側面図である。 図３のＡ−Ａ矢視図である。 図３のＢ−Ｂ矢視図である。 同耐火物剥離装置による耐火物剥離方法を説明するための壊食量とスタンドオフ距離との関係を示すグラフである。 同耐火物剥離方法におけるノズル部から噴射される高圧ジェット水の軌跡を示す図で、（ａ）は本実施の形態のノズル部の場合を示し、（ｂ）は比較例のノズル部の場合を示す。

符号の説明

１ 燃焼室
２ 水管壁
３ 水管
５ 耐火物
６ スタッド
６Ａ 垂直スタッド
６Ｂ 傾斜スタッド
１１ 剥離装置本体
１２ 昇降装置
２１ 取付用板材
２２ ガイドレール
２３ 案内輪
２４ ガイド体
２５ 移動装置
２６ ジェット水噴射装置
３１ チェーン部材
３２ エアモータ
３３ 駆動用スプロケット
４１ 支持部材
４２ 回転部材
４３ 高圧水導入部材
４４ ノズル部
４５ エアモータ
５１ 取付用支柱部材
５２ 昇降部材
５２ａ 水平支持部
５３ 昇降用シリンダ装置

Claims (2)

1. 複数のスタッドが突設されたボイラー水管壁に設けられた耐火物を剥離するための装置であって、
   上記複数のスタッドが、上記水管壁の法線と同一方向に設けられた垂直スタッドと、上記水管壁の法線に対して左右にそれぞれ２５度〜３５度の傾斜角度で設けられた左右一対の傾斜スタッドとであり、
   上記水管壁に沿って配置されるガイド部材に案内輪を介して案内されるガイド体と、このガイド体に設けられて当該ガイド体をガイド部材に沿って移動させる移動装置と、上記ガイド体に設けられて高圧ジェット水を噴射し得るとともに上記水管壁の法線と平行または略平行な軸心回りで回転されるノズル部を有するジェット水噴射装置とを具備し、
   且つ上記ジェット水噴射装置のノズル部を、その回転軸心に対して中間部が外側に突出するように「く」の字形状に形成するとともに、その先端部を、その回転軸心近傍に位置させ、
   回転軸心に対するノズル部の中間部から先端までの軸心の交差角と、上記傾斜角度とが同一または略同一となるようにしたことを特徴とするボイラー水管壁の耐火物剥離装置。
2. 請求項１に記載の耐火物剥離装置によりボイラーの水管壁に設けられた耐火物を剥離する剥離方法であって、
   水管壁に高圧ジェット水を噴射させる際に、
   ノズル部の先端位置から水管壁の水管までの距離が、ノズル部の穴径の５０〜１８０倍の範囲にすることを特徴とするボイラー水管壁の耐火物剥離方法。

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