JP5505599B2 - 打撃装置の点検方法及び点検装置 - Google Patents

Description

本発明は、打撃装置の点検方法と、それを実施するための装置に関するものである。

従来のごみ焼却プラントは、概して、発電又は家庭用の熱を生み出すための蒸気又は温水を発生させるための、少なくとも１つのボイラー備えている。蒸気又は温水は、主に蒸気発生器又は温水発生器と称されるボイラーにより生み出される。

ところで、蒸気又は温水は、ボイラーハウジングの内部に配置される熱交換器により発生するものである。この熱交換器は、周知のように、概して（「ハープ」と称される）管束からなる対流（上昇流）送管を備え、これらの管によりヒーターへの水又は蒸気の流れが生み出される。これら管束において、熱は高温の煙ガスから水又は蒸気へと伝達され、気化し又は過熱状態となる。熱交換は、主としてこれら管束の対流によって生じるものである。

しかしながら、熱交換器の表面では、煙ガスに乗って飛散する灰が堆積し、相当な汚れが付着している。この汚れやスラッジは、水又は蒸気への熱交換効率を低下させ、ボイラーの効率を総じて低下させることとなる。
しかも、堆積物は煙ガスの断面積を減少させ、圧損を増大させると共に煙道の断面に詰まりを生じさせる。更には、メンテナンスコストの増大と、出力損失とを来たすものとなる。

以上のように、熱交換器の汚れ又はスラッジは、ボイラーの「耐用時間」（要するに、必要なメンテナンスを行うことなく、保証特性を維持して、ボイラーの保証最大負荷状態での運転が可能な時間）を短縮することとなり、その結果、ごみ焼却プラントの稼働率（いわば、プラントの稼働時間と予備時間とを加えた時間が名目上の稼働時間となる。）もまた然りである。

この課題に対しては、ボイラーの稼動中に熱交換器の表面を清掃することにより対処されてきた。従来より、この目的のため様々な方式の清掃方法が検討されている。例えば、熱交換器の表面をすす送風機（soot blower）、水噴射装置、ショットピーニング装置又は打撃装置で清掃する手法が挙げられる。

水平のボイラー煙道を有するごみ焼却プラントの場合には、熱交換器は、概して、吊り下げ式の管束として構成される。そのような吊り下げ式の管束の清掃に、打撃装置が特に適している。この場合、汚れた管束は、パルスによって振動状態に置かれることで、表面に付着した燃焼残渣は振るい落とされる。このパルスは、概して、打撃ラムによって与えられ、この打撃ラムは、情況に応じ、機械駆動式ハンマー又はエアインパクトシリンダにより駆動される。一般に、打撃ラムの衝撃は、管束の頭部に与えられる。

打撃装置の例は従来技術に述べられており、例えば、蒸気発生器の加熱表面を清掃するための、打撃シリンダを含む打撃装置として構成された振動発生機がある（例えば、特許文献１参照。）。
又、ボイラープラントのチューブコイルを清掃するための打撃装置が挙げられる（例えば、特許文献２参照。）

ドイツ特許２７１０１５３号明細書 ドイツ特許１９８５３７１５号明細書

ところで、このような打撃装置による清掃を確実に行うにあたり、様々な要因を考慮する必要がある。加えて、打撃エネルギー及び打撃振動数、特に、打撃作用及び管束の吊り下げ装置の構成は、最も重要な事項である。ごみ焼却プラントのボイラーが使用される前に、チェック項目として、打撃装置の打撃ラムが如何なる場合も所望の場所に当接し、管束が所望の状態で振動するものであることを、確認する必要がある。

しかしながら、ボイラーの使用前の状況は、特に、運転温度と汚れの度合に関しては、運転時とは明らかに異なるものである。この課題により、いわば熱交換器に必要なパルスを与える打撃装置の運転能力が適切であるか否かは、使用前に確認がなされていても、全ての運転状態において保証され得ないことが、現実的には頻繁に問題となっている。これは、かかる要因の多様性に起因するものである。例えば、運転能力の欠如は、打撃ラムが、実際には、厳しく警告され（severely warn）、又はボイラーハウジングを貫通するガイドからの大きな摩擦抵抗に曝されることに起因するものである。更に、例えば、熱交換器は運転中に詰まりが生じ、使用前の位置に留まることができず、その結果、打撃ラムの熱交換器に対する最も望ましい当接状態を損なう等の原因が考えられる。

ボイラーの運転中に打撃装置のチェックを行うための適切な方法については、これまで述べられていない。しかしながら、運転中に打撃装置のチェックを正確に行うことが出来れば、それは極めて実用的であり、それゆえに、打撃装置の運転能力が如何なるものであるか、又、どの場所にメンテナンス作業を実施するかといったことを確かめる上で、二つとない信頼できる情報となる。
従って、本発明の根底には、ボイラーの運転中における打撃装置のチェックを簡単に行うことが可能な方法を提供するという目的がある。

さて、本発明の目的は、本発明の請求項１に係る発明によって達成されるものである。又、好ましい実施態様は、従属項に明らかにされている。

本発明の方法によれば、熱交換器は打撃ラムによってその位置を静止位置から歪曲位置へと歪ませ、前記歪曲位置に到達した時に前記熱交換器（８）を開放することで、熱交換器（８）の振動の減衰を発生させる。この場合において、
（Ａ）熱交換器（８）を歪ませるために必要な力が、後述する行程の関数として、測定される。

熱交換器が歪曲位置に到達した状態から開放された後、択一的に又は付加的にＡに従って測定される。
（Ｂ）熱交換器への減衰態様（attenuation behavior）が測定され、すなわち、時間の関数として熱交換器の行程が測定される。

上記（Ａ）による測定は、すなわち、熱交換器を湾曲させるために必要な力であり、例えば、二つ又はそれ以上の熱交換器の相対的な配置や、例えば、熱交換器の湾曲状態で、熱交換器同士が衝突するか否か、熱交換器間の距離等に関する情報が挙げられる。更には、かかる力を計測することで、打撃ラムがハウジング壁を貫通するガイドから受ける摩擦力や、打撃ラムの磨耗により生じる効果が導かれる。

上記（Ｂ）による測定は、例えば、熱交換器の歪曲又は振動減衰の間、後述する不具合が生じるか否かを確かめることを可能とするものである。他方、（振動の）減衰態様により決定される減衰常数は、汚れた熱交換器の質量、及び、それにより後述の汚れ度合いを導き出すものである。
本発明には、これらのデータの評価に、ボイラーの使用前に測定される参照データに関する区別（differentiation）を行うことが、含まれる。
好ましい実施の形態によれば、上記（Ａ）に関連する熱交換器を歪曲させるために必要な力と、上記（Ｂ）に関連する熱交換器の減衰態様との双方が測定される。
更には、好ましくは、熱交換器を歪曲させるために必要な力は、力センサによって測定されるものである。

熱交換器を歪曲させるための打撃ラムの動作方向は、当業者に公知の事項である。例えば、打撃ラムは、エア昇降シリンダの押し出しピストンによって押されるものが考えられる。かかる実施形態においては、択一的又は付加的に、押し出しピストンの作動圧力を測定する力センサ、圧力センサが用いられる。
概して、前記実施形態において、エア昇降シリンダは、更に、予め設定された力又は圧力に達した時点で作動するスイッチが与えられ、その結果として、エア昇降シリンダからエアが排出され、可及的速やかに圧力開放される。

本発明の特に好ましい実施の形態によれば、打撃ラムの動作は、熱交換器の減衰態様から検出されるものである。この場合には、通常、打撃ラムは、熱交換器に当接する連続軸受け、特にばねによって保持される。後述の例では、打撃ラムと同軸に配置される圧縮ばねとして構成されている。

好ましくは、熱交換器の減衰態様は、行程センサによって測定される。例えば、行程センサとしての一例として、レーザーレンジファインダ等の光学式センサが採用される。この例では、行程センサは、概して、ボイラーハウジングの壁に対して予め定められた距離を置いて配置され、打撃ラムの方向、又は打撃ラムに設けられた反射部材が検知される。しかしながら、当業者に知られ、かかる目的に適したその他の形式の行程センサの採用も、当然に考慮されるものである。

更には、力センサ又は行程センサには、前記データが記録されるデータレコーダが与えられる。各データは、データレコーダからコンピュータに入力され、グラフ化又はその他の適切な演算処理がなされる。
本発明は、更に、以下の図面に示されている。

本発明の実施の形態に係る、内部に二つの熱交換器が配置されたボイラーハウジングの部分と、ボイラーハウジングの外部に配置された、熱交換器に作用する打撃装置の点検手段を示す模式図である。 本発明の実施の形態に係る、内部に二つの熱交換器が配置されたボイラーハウジングの部分と、本発明の実施の形態に係る点検方法によってグラフ化されたデータとを示す図である。 本発明の実施の形態に係る点検方法によってグラフ化された、データを示す図である。 本発明の実施の形態に係る点検方法によってグラフ化された、図３とは異なる状況におけるデータを示す図である。 本発明の実施の形態に係る点検方法によってグラフ化された、図３、図４とは異なる状況におけるデータを示す図である。 本発明の実施の形態に係る点検方法によってグラフ化された、図３から図５とは異なる状況におけるデータを示す図である。 本発明の実施の形態に係る点検方法によってグラフ化された、図３から図６とは異なる状況におけるデータを示す図である。 本発明の実施の形態に係る点検方法によってグラフ化された、図３から図７とは異なる状況におけるデータを示す図である。

図１には、ごみ焼却プラントのボイラー２が示されている。ボイラー２は、ボイラーハウジング４を備え、その内部６には熱交換器８が吊り下げられて配置されている。熱交換器８は、管束８ａ、８ｂにより構成されており、これらの管１０ａ、１０ｂの吊り下げ装置の反対側に位置する下端部は、水平軸方に配置された頭部管１２ａ、１２ｂ（「頭部」と称される。）内に位置している。模式的に示された図１には、二つの管束８ａ、８ｂが示されているが、これらは並行に配置され、各束が四本の管１０ａ、１０ｂにより構成されている。しかしながら、これらの数についてはこれに限定されるものではなく、必要に応じて、環状の束及び管の数が適宜設定されるものである。

ボイラーハウジング４の壁１４の、内部６側とは反対側の面には、断熱素材からなるジャケット１６が設けられている。又、ボイラーハウジング４の壁１４を貫通するようにして案内される打撃ラム１８が、ボイラーハウジング４の外側に配置されたスリーブ２０に保持され、内側６方向へと移動可能となっている。図１の例では、打撃ラム１８は、ボイラーハウジング４の壁１４と直角方向に移動する。

打撃ラム１８の端部は、公知の矢尻（arrow point）１９として形成されている。これは、二つの管束８ａ、８ｂのうちの第１の管束８ａの頭部管１２ａに対して当接するものである。この例では、打撃ラム１８は、ばね２２によって、矢尻１９が頭部管１２ａの塞ぎ板（the baffle plate）１３ａに対して押圧されるように配置されている。

本発明の実施の形態に係る装置２４は、ボイラーハウジング４の外部に配置されている。この装置２４は、昇降シリンダ（lifting cylinder）２６と、押し出しピストン２８とによって構成され、昇降シリンダ２６によって打撃ラム１８をその作動方向へと駆動するものである。

昇降シリンダ２６は、ボイラーハウジング４に対して、ボイラーハウジング４に設けられたスペーサ３０と共に保持プレート２９によって据え付けられており、更に、ボイラーハウジング４の壁１４の、保持プレート２９に面する側には、接続板３２が装着されている。
押し出しピストン２８は、その軸方向が打撃ラム１８の軸方向と一致する方向に向けられている。更に、押し出しピストン２８には、打撃ラム１８に付与する力を常時測定するための力センサ３４が設けられている。

図１に示された昇降シリンダ２６は、エア作動式であり、押し出しピストン２８の前進動作のためのエア供給配管３６ａと、押し出しピストン２８の後退動作のための加圧エア戻し配管３６ｂを備えている。押し出しピストン２８の前進及び後退動作は、弁によって制御される。加圧エア供給配管３６ａには、更に、押し出しピストン２８の作動圧力を測定するための圧力センサ４０が与えられている。

更には、昇降シリンダ２６には、押し出しピストン２８の位置を測定するためのセンサ４２ａ、４２ｂが設けられている。このセンサ４２ａ、４２ｂには、押し出しピストンが所定の位置に到達したときに作動するスイッチが与えられており、それによって、昇降シリンダ２６からエアが排出され、押し出しピストン２８は戻り作動する。又、選択的又は付加的に、所定の圧力又は力に到達した時点で、昇降シリンダ２６からエアが排出され、又は、押し出しピストン２８が戻り作動するためのスイッチ４３が設けられる。

更に、この装置２４は、行程センサ４４を備えている。この行程センサ４４は、連結部材４６を介して保持プレート２９と連結されており、ボイラーハウジング４に対する距離が一定に保たれている。図１に示されるように、行程センサ４４は、ボイラーハウジング４の外側に配置され、かつ、その盤面が打撃ラム１８の軸方向と直交する方向となるように配置された、シート状の反射部材４７を検知するものである。
力センサ３４、圧力センサ４０及び行程センサ４４は、何れもデータレコーダ４８に接続されており、各データは適宜コンピュータ５０に入力される。

図１に示された実施の形態において、管束８ａ、８ｂは待機位置にある。本発明の実施の形態を実施すると、押し出しピストン２８は、昇降シリンダ２６によって打撃ラム１８の方向へと押され、一体的にボイラーハウジングの内部６の方向へと移動する。押し出しピストン２８又は打撃ラム１８の作動速度は、本実施の形態では、おおよそ１０〜１００ｍｍ／秒である。

打撃ラム１８の作動の結果、第１の管束８ａは歪曲する。所定のストロークの後、第１の管束８ａの頭部管１２ａは、第２の管束８ｂに衝突し、一体的にボイラーハウジング４の、打撃ラム８が貫通する側の壁１４’とは反対側に位置する壁１４”に衝突する状態まで歪曲する。
行程の関数である、かかる歪曲位置まで管束８ａ又は８ｂが歪曲するために必要な力は、常時、押し出しピストン２８に設けられた力センサ３４により測定される。

歪曲位置に到達すると直ちに、昇降シリンダ２６は圧力開放され又は排気され、押圧ピストン２８は引き戻される。そして管束８ａ、８ｂは開放され、その結果として、その振動の減衰が生じる。第１の管束８ａに対して当接する打撃ラム１８は、作動原点へと押し戻される。打撃ラム１８に設けられたばね２２によって、減衰過程の間はずっと、打撃ラム１８は第１の管束８ａ又は頭部管１２ａに当接した状態に維持される。

打撃ラム１８の動作に基づき、管束８ａの減衰態様を検出することも可能である。この目的のために、常時（over time）行程センサ４４により反射部材４７からの距離が測定される。
データレコーダ４８によって各データが収集され、評価を行うためにコンピュータ５０へと送信される。

図示の例では、ボイラー２内には二つの管束８ａ、８ｂが配置され、模式的に示される歪曲するために必要な力が管束８ａ、８ｂに与えられ、かつ、打撃ラム１８が当接した後に離間したときの管束８ａの減衰態様が、図２に示されている。

図２に、点線で示された力曲線は、段階状に増加する形状を有している。この例では、曲線部Ｓ１は、二つの管束８ａ、８ｂのうち、第１の管束８ａのみが歪曲する行程に該当するものである。第１の管束８ａが第２の管束に衝突する点で、この力は増大する。この点は、第１の管束８ａの歪曲に加えて、第２の管束８ｂも歪曲する行程に該当する曲線部Ｓ２の、始点として示されている。この行程（曲線部Ｓ２）の終点は、第２の管束８ｂがボイラーハウジング４の壁１４に当接する点である。この点、即ち歪曲位置では、力曲線は急上昇する。歪曲位置が検知されると、直ちに、管束８ａ、８ｂは開放され、それらの減衰態様が測定される。

図２に実線で示される行程曲線は、振り子状の振動減衰（the damped oscillation of a pendulm）を表し、かつ、ボイラーハウジング４の内部６の状態を表したものである。すなわち、第１の管束８ａと、適切には第２の管束８ｂも、何らかの別部材（壁、管束等）に当接し、又は、それらによって動作が妨害され、それらの振動減衰が阻害されることのない状態を示すものである。減衰常数は、管束の振動から決定することができ、これにより、汚れた管束の質量を求め、それにより汚れの度合いを求めることが可能となる。

図３には、別の状況において本発明の実施の形態により得られるデータが示されている。この場合、図４から図８も同様であるが、特許請求の範囲の請求項１の「Ａ」に従って測定される力曲線が点線で示され、同「Ｂ」に従って測定される行程曲線が実線で示されている。

図３は、歪曲が始まると、行程曲線及び力曲線が同時に上昇しているが、この場合、打撃ラムが打撃ラムガイド（スリーブ２０）からわずかな摩擦抵抗を受けるのみで、かつ、少なくとも打撃ラムが当接する熱交換器の動作が阻害されていない状態（not jammed）を示している。図３の行程曲線は、振り子状の振動減衰を表すものであり、別部材に当接し又は動作が妨害されることにより、熱交換器の振動減衰が阻害されることがない状態が示されている。

図４は、歪曲が始まると、力曲線の上昇に遅れて行程曲線が上昇する関係となっている。この場合、打撃ラム及び熱交換器の少なくとも一方に大きな摩擦抵抗が生じていることを示している。これは、例えば、熱交換器の動作が壁ガイド（the wall guide）に阻害された状態が考えられる。更には、昇降シリンダが開放された後の力曲線の下降に遅れて行程曲線の下降が生じる場合の解釈も、上記と同様である。

図５の例では、力曲線の上昇に対する行程曲線の上昇が著しく遅れており、この場合にも、又、打撃ラム及び熱交換器の少なくとも一方が大きな摩擦抵抗を受けている状態を示している。力が直線上に増加するに伴い、行程曲線がほぼ指数関数状に増加しており、これより、摩擦抵抗を原因とする元応力（a friction-induced prestressing）が、打撃ラム又は熱交換器の作動原点に生じていることが把握されるものである。例えば、熱交換器の動きが当初より拘束され、一定の力（a specific force）により突然開放された場合が考えられる。図４、図５は、昇降シリンダが開放された後、力曲線が下降し、それに遅れて行程曲線が下降する関係にある。さらには、ゆり戻し（backswing）の間、熱交換器の振動は作動原点を過ぎて減衰しており、このことから、点検開始時に熱交換器の動作が阻害されていることが示される。

図６には、本発明の実施の形態により測定された熱交換器の、これは、更に別の状況にける減衰態様のみ再現されている。図６によれば、当初の三つの波を通して振動曲線は基本的に同じ振幅であり、その後、減衰振動により波の頂点は低くなる。これは、熱交換器が壁のさらに近傍に位置することにより、減衰の間、打撃ラムは、壁を通って熱交換器の反対側に偏った状態で、第１の管束（the former）に当接する場合を示している。

図７は、歪曲の開始により、力曲線及び行程曲線はほぼ同時に増大する。昇降シリンダの開放の後、力曲線の下降に遅れて行程曲線が減少する。加えて、熱交換器は解放後、待機位置には到達していない。この場合は、例えば、振動減衰の間、熱交換器の動作が阻害された状態にあると解釈される。

図８は、例えば、図４、図５も含まれるが、力曲線の上昇に対し行程曲線の上昇が顕著に遅れている。この状態も、また、打撃ラム及び熱交換器の少なくとも一方は、大きな摩擦抵抗を受けていることが示される。

２：ボイラー、４：ボイラーハウジング、６：内部、８：熱交換器、 ８ａ、８ｂ：管束、 １０ａ、１０ｂ：管、 １２ａ、１２ｂ：頭部管、１３ａ：塞ぎ板、１４：壁、 １６：ジャケット、１８：打撃ラム、１９：矢尻、２０：スリーブ、２２：ばね、２４：装置、２６：昇降シリンダ、２８：押し出しピストン、２９：保持プレート、３０：スペーサ、３２：接続板、３４：力センサ、３６ａ：エア供給配管、３６ｂ：エア戻し配管、４０：圧力センサ、４３：スイッチ、４４：行程センサ、４６：連結部材、４７：反射部材、４８：データレコーダ、５０：コンピュータ

Claims (10)

1. ごみ焼却プラントのボイラーハウジング（４）の内部（６）に配置された熱交換器（８）の、表面を清掃するための打撃装置の点検方法であって、ごみ焼却プラントには、ボイラーハウジング（４）の壁（１４）を貫通するようにガイドされ、内部（６）へ向けて作動可能な打撃ラム（１８）を備え、熱交換器（８）は打撃ラム（１８）によって静止位置から歪曲位置へと歪み、前記歪曲位置に到達した時に前記熱交換器（８）を開放することで、熱交換器（８）の振動の減衰を発生させ、
   （Ａ）熱交換器（８）を歪ませるために必要な力と、
   （Ｂ）熱交換器（８）を歪曲位置から開放するための減衰態様との、少なくとも一方を測定することを特徴とする打撃装置の点検方法。
2. 前記（Ａ）に係る前記熱交換器（８）を歪ませるために必要な力と、前記（Ｂ）に係る熱交換器（８）を歪曲位置から開放するための減衰態様との双方を測定することを特徴とする請求項１記載の打撃装置の点検方法。
3. 前記熱交換器（８）を歪ませるために必要な力を、力センサ（３４）により測定することを特徴とする請求項１又は２記載の打撃装置の点検方法。
4. 前記熱交換器（８）の減衰態様を測定するために、前記打撃ラム（１８）の動作を測定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の打撃装置の点検方法。
5. 前記打撃ラム（１８）を、ばね（２２）によって、前記熱交換器（８）に対し、常時当接状態を維持することを特徴とする請求項４記載の打撃装置の点検方法。
6. 前記熱交換器（８）の減衰態様を、行程センサ（４４）により測定することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の打撃装置の点検方法。
7. 請求項１から５のいずれか１項記載の打撃装置の点検方法を実施するための装置であって、
   前記打撃ラム（１８）をボイラーハウジング（４）の内部（６）方向へと作動させるための駆動手段（２６）を備え、
   （ａ）前記熱交換器（８）を歪ませるために必要な力を測定する力センサ（３４）と、
   （ｂ）前記歪曲位置に到達した時に前記熱交換器（８）を開放する手段と、開放された熱交換器（８）の減衰態様を測定する行程センサ（４４）とを含むことを特徴とする点検装置。
8. 前記打撃ラム（１８）を前記熱交換器（８）に当接させた状態に維持する手段として、ばね（２２）を備えることを特徴とする請求項７記載の点検装置。
9. 前記行程センサ（４４）は、光学式距離センサとして、レーザーレンジファインダを備えることを特徴とする請求項７又は８記載の点検装置。
10. 前記力センサ（３４）又は行程センサ（４４）は、データレコーダ（４８）に接続されていることを特徴とする請求項７から９のいずれか１項記載の点検装置。

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