JP5598179B2 - 灰除去装置 - Google Patents

Description

本発明は、灰除去装置に関するものであり、詳しくは、ボイラー内の伝熱水管に付着した付着灰を除去し、安定的なボイラーの運転を実現する灰除去装置に関するものである。

通常知られる水管ボイラー（以下、ボイラーと略す）としては、燃焼炉内に露出して設けられた伝熱水管（水管）内を通水する水を、燃料を燃焼させて得た熱を用いて加熱して温水又は水蒸気を作る構成のものが知られている。得られる水蒸気は、例えば蒸気タービンを回して発電を行うために用いられる。

このようなボイラーの燃料としては、低価格な固体燃料である石炭が多く用いられ、また近年では、バイオマスや生活ゴミなどの固体燃料も用いられるようになっている。石炭を燃料とするボイラーでは、石炭燃焼で精製した灰が伝熱水管の表面に付着し、伝熱水管内の水への伝熱効率が低下するという課題が知られている。

通常のボイラーでは、伝熱水管に付着した灰を取り除く灰除去装置が設けられている。例えば、スートブロワと呼ばれる灰除去装置が挙げられ、伝熱水管の表面に蒸気や圧縮空気等を吹き付けることにより、表面に付着した除去している。また、特許文献１では、伝熱水管を覆うカバー状の部材を配設し、当該カバーに振動を加えることで表面に付着する灰をふるい落とす装置が提案されている。

特開平８−１６６１１７号公報

しかしながら、上記方法には次のような問題がある。すなわち、スートブロワを用いて灰除去を行う場合、燃焼炉内のバーナー近傍では、スートブロワからの圧縮空気等がバーナーの火炎と干渉し、燃焼状態が変化して窒素酸化物ＮＯ_ｘや硫黄酸化物ＳＯ_ｘが増加する原因となるおそれがある。

また、スートブロアにより除去が不完全である場合、徐々に灰が堆積してスートブロアからの気体噴射では除去できない程度に強固に堆積してしまうことがある。このような場合には、ボイラーの燃焼量を下げ、炉内温度を低下させることにより付着した灰を熱収縮させて崩壊させて剥離除去するサーマルショックと呼ばれる方法により灰を除去することがあるが、この方法は運転条件を大きく変化させる必要があり、運転コストの上昇につながるため、定常的には採用しがたい。

さらに、特許文献１の方法では、使用を続けると伝熱水管の表面とカバーとの間に隙間が空き、伝熱効率が低下するおそれがある。したがって、従来の装置構成では、いずれも安定的なボイラーの運転の妨げになるおそれがあった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、ボイラー内の伝熱水管に付着した付着灰を除去し、安定的なボイラーの運転を実現する灰除去装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の灰除去装置は、ボイラーの炉壁に設けられた伝熱水管に付着する灰を除去する灰除去装置であって、前記伝熱水管に交差する方向に延在して設けられ、前記伝熱水管に沿って湾曲した当接部を有する除去部材と、前記除去部材を前記伝熱水管の延在方向に沿って往復移動させる駆動部材と、を有することを特徴とする。
この構成によれば、伝熱水管に付着する灰を直接かき取ることができるため、確実に灰除去を行うことができる。

本発明においては、前記除去部材は板状部材であり、自身が往復移動する方向に板面を向けて配置されるとともに、前記板面の短手方向の端部に前記当接部が設けられていることが望ましい。
この構成によれば、板面により付着した灰を押圧することにより、灰の除去を促進する効果が得られる。

この場合においては、前記除去部材は、複数の貫通孔を有することで軽量化を図ることが望ましい。

本発明においては、前記駆動部材は、前記除去部材と接続するとともに、内部が中空に設けられ前記内部を冷媒が流動する冷却構造を有する支持軸と、前記支持軸の内部に前記冷媒を流動させる冷却手段と、を有することが望ましい。
この構成によれば、支持軸の熱収縮に伴い除去部材の位置を動かすことができ、簡単な構成で灰の除去を促進することができる。

この場合においては、前記冷媒は水であることが望ましい。
この構成によれば、通常ボイラーの付帯設備に接続されている冷却水を分岐することで支持軸を冷却することができるため、設備を簡略化することが可能となる。

この発明によれば、ボイラー内の伝熱水管に付着した付着灰を除去し、安定的なボイラーの運転を実現する灰除去装置を提供することができる。

本発明の実施形態における灰除去装置を説明する概略図である。 本実施形態の灰除去装置を備えるボイラーを示す概略説明図である。 本実施形態の灰除去装置の動作を説明する説明図である。 本実施形態の灰除去装置の動作を説明する説明図である。 灰除去装置の変形例を説明する概略図である。 灰除去装置の変形例を説明する概略図である。

以下、図１〜図５を参照しながら、本発明の実施形態に係る灰除去装置およびボイラーについて説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。

図１は、本実施形態の灰除去装置１０を説明する概略図である。図に示すように、本実施形態の灰除去装置１０は、板状の除去板（除去部材）１１と、除去部材１１の板面に接続された複数（図では２本）の支持軸（駆動部材）１２と、支持軸１２を介して除去板１１を支持軸１２の延在方向に往復運動させることが可能な駆動部（駆動部材）１３と、駆動部１３の動きを制御する制御装置１４と、を有している。

除去板１１は、金属、セラミックス等の不燃材料を用いて形成されており、ボイラー内に配置しても容易に変形しないものとなっている。板面の短手方向の一端に、複数の湾曲した部分（当接部１１ａ）が形成されている。この当接部１１ａは、後述するようにボイラー内に設けられた伝熱水管の外形に沿った形状となっている。

支持軸１２は、金属材料を用いて形成されており、ボイラー内に配置しても容易に変形しないものとなっている。支持軸１２は、除去板１１に接続され、除去板１１を支えると共に駆動部１３の動きを除去板１１に伝えている。

駆動部１３は、支持軸１２を往復運動させるために設けられたものであり、例えば、ボールネジや、液圧または気圧シリンダーを採用することができる。

図２は、本実施形態の灰除去装置を備えるボイラーを示す概略説明図である。図に示すように、ボイラー１００は、燃焼炉１と、燃焼炉１の上部に設けられ燃焼炉１内に露出して配管された伝熱水管２と、を有している。さらに、ボイラー１００は、底部から上部に向けて、炉壁に螺旋状に設けられた伝熱水管（後述）を有している。

燃焼炉１では、底部にて燃料を燃焼させ、生じる熱および高温の排ガスにより伝熱水管２内を流動する水を加熱する。燃焼炉１には、高さ方向における所定の位置にくびれ部１ａが設けられ、排ガスの流れを制御し、効率的に伝熱水管２を加熱することを可能としている。また、排ガスは、ガス排出路１ｂを介して下流側に設けられた排ガス処理系に排出される。

このようなボイラー１００において、本実施形態の灰除去装置１０は、通常備える灰除去装置であるスートブロアが設置できない箇所に配設することで、効果的な灰除去を行うことができる。このような箇所としては、くびれ部１ａの下部や、ガス排出路１ｂに設けられた熱交換器（エコノマイザー、節炭器）、燃焼炉１の下方の炉壁に設けられた伝熱水管、を例示することができる。

図３は、本実施形態の灰除去装置１０の動作を説明する説明図であり、燃焼炉１の炉壁に設けられた伝熱水管上に付着した灰を除去する様子を説明する説明図である。

まず、燃焼炉１の炉壁は、螺旋状に連続して巻きあげられている伝熱水管３と、燃焼炉１において伝熱水管３の外側に設けられた壁材４とを有して構成されている。壁材４は、保温材４ａ、保温材４ａを保持する保持材４ｂ、保温材４ａおよび保持材４ｂを外側から覆う外壁４ｃ、を有している。

このような炉壁に対し、灰除去装置１０は、伝熱水管３同士の隙間から壁材４を貫通して支持軸１２が挿通された状態で配設される。除去板１１の当接部１１ａは、伝熱水管３に沿った形状となっており、丁度複数の伝熱水管３にまたがった状態で当接部１１ａが複数の伝熱水管３に沿った状態で配設される。

このような状態で、不図示の駆動部を動かすことにより支持軸１２を介して除去板１１を動かし、伝熱水管３の表面に付着する灰Ｘを直接的にかき落とし除去する。除去板１１が当接部１１ａを有することにより、伝熱水管３の表面に付き回る灰Ｘを効果的に除去することができる。また、除去板１１の板面で灰Ｘを押すために灰の除去が促進される。

大型のボイラーにおいて炉壁の灰の除去を行うためには、複数台の灰除去装置１０が協働することとしても良い。図４は、燃焼炉１の高さの方向に垂直な断面での断面図であるが、図に示すように、一辺に対して複数台（図では一辺に対して２台）の灰除去装置１０を用いることとしても良い。

以上のような構成の灰除去装置１０によれば、伝熱水管に付着する灰Ｘを直接かき取ることができるため、従来のスートブロアを用いた灰除去よりも直接的で確実に灰除去を行うことができる。

なお、本実施形態においては、除去板１１の移動方向を横方向（水平方向）として説明したが、これに限らない。伝熱水管の配設方向に応じて、除去板１１が縦方向（重力方向）や斜め方向に移動する構成とすることもできる。

また、本実施形態においては、炉壁に設けられた伝熱水管３に付着する灰Ｘを除去することとして説明したが、これに限らず、炉内に吊り下げられている伝熱水管（スーパーヒータ−）に付着している灰の除去にも適用することができる。

また、本実施形態においては、除去板１１が図１に示すような板状部材であることとして説明したが、これに限らない。図５に示す灰除去装置１０では、除去板１５には当接部１５ａと共に、複数の貫通孔１５ｂが形成されている。これにより除去板１５を軽量化し、駆動を容易にすることができる。

また、灰除去装置が有する除去部材としては、必ずしも板状の部材である必要はなく、図３に示す伝熱水管３と、伝熱水管３の表面に付着した灰Ｘとの界面を剥離させることができる構成であれば、伝熱水管３の形状に沿って湾曲するワイヤー状の部材であっても良い。このような部材が伝熱水管３と灰Ｘとの間の界面に挿入され、灰Ｘを剥離させると、灰Ｘが自重で落下するために、灰除去を行うことができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、灰除去装置１０が除去板１１を用いて灰Ｘをかき落とすこととし、除去板１１がボイラーの炉壁に設けられた伝熱水管３に接しながら往復運動するように説明したが、この除去板１１の往復運動の距離は、ボイラーの大きさに対して短い距離であっても構わない。伝熱水管３に付着した灰Ｘの除去という観点からは、除去板１１の往復移動する距離が短くても、灰Ｘに亀裂を生じさせることができれば、灰Ｘが炉壁から剥離し大量に除去することができ、目的を達すると考えられるからである。

このような目的のために、例えば、図６（ａ）に示す灰除去装置２０のように、支持軸２２を中空の管構造として、内部に冷媒を流動させることを可能とし、支持軸２２の内部に冷媒を流動させる冷媒供給装置２４を接続することで、除去板１１を往復運動させる駆動部材を構成することができる。このとき、冷媒には水を採用することができ、ボイラーの付帯設備に接続されている冷却水を分岐することで供給することができる。

また、支持軸２２は、冷却効率を高めるために多重管構造（例えば、図６（ｂ）に示すように内側の第１配管２２ａと、外側の第２配管２２ｂの二重管構造）とすることとしても良い。例えば、配管２３を介して２本の支持軸２２のそれぞれに冷却水Ｗを供給する。冷却水Ｗは、第１配管２２ａ、第２配管２２ｂを流動して、排出管２５から排出される。

例えば、このような灰除去装置２０を高さが５０ｍにも及ぶような大型のボイラーに採用し、支持軸２２を鉛直方向（重力方向）に炉内に挿入することとすると、挿入距離は２０ｍ程度になる。支持軸２２をＳＵＳ３１６で構成することとし、冷却するときと冷却しないときとの温度差を５００℃程度とすると、ＳＵＳ３１６の線膨張係数１７．５×１０^−６／℃から、収縮時と膨張時との支持軸１２の長さの差は１７．５ｃｍとなる。

灰除去装置２０を駆動すると、支持軸２２の収縮時と膨張時の長さの差分だけ除去板１１が移動し、付着する灰Ｘに応力を加えることとなるが、この移動距離分の応力は、付着する灰Ｘに亀裂を生じさせるには十分であると考えられる。したがって、伝熱水管３に付着する灰Ｘを良好に除去することが可能となる。また、このような灰除去装置２０では駆動部材の構成を簡略化することができ、製造および保守が容易になる。

３…伝熱水管、１０…灰除去装置、１１，１５…除去板（除去部材）、１１ａ、１５ａ…当接部、１２…支持軸（駆動部材）、１３…駆動部（駆動部材）、１５ｂ…貫通孔、１００…ボイラー、Ｘ…灰、

Claims (3)

1. ボイラーの炉壁に設けられた伝熱水管に付着する灰を除去する灰除去装置であって、
   前記伝熱水管に交差する方向に延在して設けられ、前記伝熱水管に沿って湾曲した当接部を有する除去部材と、
   前記除去部材を前記伝熱水管の延在方向に沿って往復移動させる駆動部材と、を有し、
   前記除去部材は板状部材であり、自身が往復移動する方向に板面を向けて配置されるとともに、前記板面の短手方向の端部に前記当接部が設けられており、
   前記除去部材は、複数の貫通孔を有することを特徴とする灰除去装置。
2. 前記駆動部材は、前記除去部材と接続するとともに、内部が中空に設けられ前記内部を冷媒が流動する冷却構造を有する支持軸と、
   前記支持軸の内部に前記冷媒を流動させる冷却手段と、を有することを特徴とする請求項１に記載の灰除去装置。
3. 前記冷媒は水であることを特徴とする請求項２に記載の灰除去装置。
   

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