JP6809625B1 - ボイラ熱交換設備のダスト除去装置及びボイラ熱交換設備 - Google Patents

Abstract

【課題】ボイラ熱交換設備の伝熱管に付着するダストを、簡易かつコンパクトな構成で迅速に除去することが可能なボイラ熱交換設備のダスト除去装置を提供する。【解決手段】ボイラ熱交換設備（５０）の伝熱管５６に付着するダストを除去するためのボイラ熱交換設備（５０）のダスト除去装置（７１〜７３）において、圧縮気体を貯留する圧縮気体貯留タンク（７４）と、前記圧縮気体貯留タンク（７４）内に貯留された圧縮気体を瞬間的に放出する開閉弁７６と、前記ボイラ熱交換設備（５０）内に固定設置され、前記圧縮気体貯留タンク（７４）から放出された圧縮気体を前記伝熱管５６に吹き付ける圧縮気体管（７８、８０Ｄ、８０Ｕ）と、前記圧縮気体管（８０Ｄ、８０Ｕ）上に固定設置され、圧縮気体を前記伝熱管５６に向けて吹き付ける噴出ノズル（８２Ｄ、８２Ｕ）と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、ボイラ熱交換設備のダスト除去装置及びボイラ熱交換設備に係り、特に、排ガス温度が比較的低い節炭器に用いるのに好適な、ボイラ熱交換設備の伝熱管に付着するダストを、簡易かつコンパクトな構成で迅速に除去することが可能なボイラ熱交換設備のダスト除去装置及び前記ダスト除去装置を備えたボイラ熱交換設備に関する。

廃棄物焼却施設において、ボイラの廃熱回収伝熱管表面に付着したダストを除去するためにスートブロワが用いられている。このスートブロワは、廃熱回収管上に付着したダストの除去には効果的であるが、蒸気の噴射と共に配管内に凝縮・残留していた水滴を共に噴射してしまうことがあり、その場合は廃熱回収管に対して「ドレンアタック」と呼ばれる損傷を与えることがある。それに加えて、ボイラ内に設置された蒸気噴射の役割を担うエレメントパイプに付着したダストと噴射された蒸気及び水滴により、ダスト中の塩素及び硫黄がエレメントパイプを腐食させることで、交換のための大きなコストがかかっている。このドレンアタックを防止するために、保護部材であるプロテクターを設置する場合もあるが、この設置及び交換にも大きなコストがかかっている。又、スートブロワが噴射する過熱蒸気は、ボイラで発生した過熱蒸気の一部を用いるため、スートブロワ運転時は蒸気タービンに流入する蒸気量が減少して発電量が低下することになり、好ましくない。

特に小型プラントでは、蒸気式スートブロワ使用による蒸気タービンの出力低下あるいはトリップ停止の防止、蒸気変動を吸収するアキュムレータの追加などの余分な設備費用などで経済性を損ねている面がある。

一方、空気式スートブロワでは十分な清掃効果が得られていない。

一例として、圧縮空気を用いてボイラ内の熱交換器に付着したダストを除去する技術が特許文献１に開示されている。

この特許文献１に公開されている技術は、熱交換器の排ガス側に、圧縮空気又は圧縮不活性ガスの小型の蓄圧タンクと、該蓄圧タンクのバルブ操作にて瞬間的に圧縮空気を噴射し得る噴射ノズルを有する除去装置と、該除去装置をスケジュール的に旋回や熱交換器の間を前後進させる可動装置を組み合わせてなり、前記除去装置を熱交換器前後に設置した圧損を検出する差圧検出計の指示により、一連のスケジュールに従って噴射ノズルの移動と圧縮空気噴射により熱交換器伝熱面の付着ダストを除去するものである。

特開平７−３２４８９３号公報

しかしながら、特許文献１の設備には、噴射ノズルをボイラ内で前後進させるための可動装置が備えられており、この可動装置の一部を構成する噴射ノズルが設けられた管は、ボイラ幅に相当する長さが必要となる。そのため、ボイラ外部にこの管の長さ分の待機スペースが必要となる。廃棄物焼却施設は狭い敷地に計画・建設されることが多く、建屋内の省スペース化が必須となるが、このような長い管の待機スペースを設けることは望ましくない。更に、可動装置の設備コストがかかるだけでなく、噴射ノズルの移動に時間を要し、ダスト除去に時間がかかる等の問題点を有する。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、ボイラ熱交換設備の伝熱管に付着するダストを、簡易かつコンパクトな構成で迅速に且つ効率的に除去することが可能なボイラ熱交換設備のダスト除去装置を提供することを第１の課題とする。

本発明は、又、前記ダスト除去装置を備えたボイラ熱交換設備を提供することを第２の課題とする。

本発明は、ボイラ熱交換設備の伝熱管に付着するダストを除去するためのボイラ熱交換設備のダスト除去装置において、圧縮気体を貯留する圧縮気体貯留タンクと、前記圧縮気体貯留タンク内に貯留された圧縮気体を瞬間的に放出する開閉弁と、前記ボイラ熱交換設備内に固定設置され、前記圧縮気体貯留タンクから放出された圧縮気体を前記伝熱管に吹き付ける圧縮気体管と、前記圧縮気体管上に固定設置され、圧縮気体を前記伝熱管に向けて吹き付ける噴出ノズルとを備えると共に、前記圧縮気体管が、元管、及び、該元管の出側に噴出方向毎に設けられた支管で構成され、前記噴出ノズルが、噴出方向に曲げられた筒状とされて前記支管に設けられ、前記開閉弁及び前記元管が、前記圧縮気体貯留タンクの両側に設けられていることにより、前記第１の課題を解決したものである。

ここで、前記圧縮気体管のサイズを２５Ａ〜１５０Ａとし、ガス流れ方向１箇所につき１本〜４本設置することができる。

又、前記圧縮気体管上に固定設置される前記噴出ノズルの口径を２５ｍｍ〜１５０ｍｍ、前記圧縮気体管１本につき２個〜８個設置することができる。

本発明は、又、前記のダスト除去装置を備えたボイラ熱交換設備により、前記第２の課題を解決したものである。

ここで、前記ダスト除去装置を、排ガス温度が１５０℃〜３５０℃の範囲に設置することができる。

本発明によれば、ボイラ熱交換設備の伝熱管に付着するダストを、簡易かつコンパクトな構成で迅速に且つ効率的に除去することができる。

本発明の実施形態が配設された廃棄物焼却施設の全体構成を示す概略断面図 本発明の実施形態の別置節炭器内の構成を示す斜視図 図２の伝熱管を省略して示す斜視図 本発明の実施形態の中央段のエアブラスターを示す縦断面図 図４のＶ−Ｖ線に沿う横断面図 本発明の実施形態の全体の配管を示す管路図 本発明の実施形態の操業例を示すフローチャート （Ａ）従来のスートブロワ運転時及び（Ｂ）本発明によるエアブラスター運転時のエコノマイザ入口ガス温度と出口ガス温度の変化を比較して示す線図

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に記載した内容により限定されるものではない。また、以下に記載した実施形態における構成要件には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。更に、以下に記載した実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせてもよいし、適宜選択して用いてもよい。

図１に示す如く、焼却炉１０の燃焼室１２に連設され、排ガスから熱回収するためのボイラ２０は、排ガスの流通路を屈曲せしめる２つの変向部により区分され、排ガス流れ方向の上流側から、第１放射室２６、第２放射室２８、及び対流伝熱室３０を備えている。焼却炉１０から排ガスを受け入れる第１放射室２６の入口近傍はガス混合室となっている。焼却炉１０から導入される排ガスは、第１放射室２６の下方から上方へ、第２放射室２８の上方から下方へ、対流伝熱室３０の下方から上方へ流通される。

第１放射室２６及び第２放射室２８は、排ガスからの放射熱を受けて蒸気を発生させる放射伝熱面をそれぞれ備えている。

対流伝熱室３０は、排ガス流れ方向の上流側から、第３燃焼室３２、２次過熱器３４、３次過熱器３６、１次過熱器３８、及び第２節炭器（エコノマイザとも称する）を構成する熱交換器４２を備えている。２次過熱器３４、３次過熱器３６、１次過熱器３８は、それぞれ、水平方向に配列した複数の伝熱管を高さ方向に多段に設けた伝熱管群からなり、伝熱管が対流伝熱面を構成しており、排ガスとの熱交換により蒸気を発生して更に過熱するようにされている。

ボイラ２０の下流側には別置節炭器５０が接続されている。別置節炭器５０内には、例えば２台の熱交換器５２、５４が配設され、別置節炭器５０の熱交換器群５２、５４には伝熱管５６(図２参照)が配設され、排ガスとの熱交換により水が加熱され加温水が生成され、ボイラ２０に供給される。

本実施形態においては、別置節炭器５０内の熱交換器５２、５４の伝熱管５６に付着するダストを除去するために、図２（別置節炭器５０内の構成を示す斜視図）、図３（図２の伝熱管５６を省略して示す斜視図）、図４（中央段のエアブラスターを示す縦断面図）、図５（図４のＶ−Ｖ線に沿う横断面図）に示す如く、圧縮空気を一定容量貯留するエアタンク７４と、前記エアタンク７４内に貯留された圧縮空気を瞬間的に放出する左右一対の開閉弁７６と、前記エアタンク７４から放出された圧縮気体を伝熱管５６の外周面に吹き付ける、前記別置節炭器５０内に該伝熱管５６と並んで固定設置される左右一対且つ上下方向３段の６つの圧縮空気管である圧縮空気元管（以下、単に元管と称する）７８及び、該元管７８の出側に必要に応じて分岐して設けられた、下向き噴射用の圧縮空気支管（以下、下向き支管と称する）８０Ｄ、及び、上向き噴射用の圧縮空気支管（以下、上向き支管と称する）８０Ｕと、前記下向き支管８０Ｄ及び上向き支管８０Ｕに固定設置された、圧縮空気を前記伝熱管５６に吹き付けるための、例えば支管８０Ｄ、８０Ｕの中央と先端にそれぞれ設けられた２つずつの下向き噴出ノズル８２Ｄ、及び上向き噴出ノズル８２Ｕとを有するエアブラスター７１、７２、７３を備えている。

前記支管８０Ｄ、８０Ｕは、中央段のエアブラスター７２では、図３に示されるごとく、下向き噴射用（８０Ｄ）と上向き噴射用（８０Ｕ）の２本ずつ設けられているが、上部入側段のエアブラスター７１には下向き噴射用（８０Ｄ）のみ、下部出側段（最終段）のエアブラスター７３には上向き噴射用（８０Ｕ）のみが設けられている。

前記支管８０Ｄ、８０Ｕのサイズは例えば２５Ａ〜１５０Ａとし、ガス流れ方向１箇所につき１本〜４本（実施形態では上流段と下流段２本、中央段４本）設置することができる。

前記支管８０Ｄ、８０Ｕ上に固定設置される噴出ノズル８２Ｄ、８２Ｕの口径は、例えば２５ｍｍ〜１５０ｍｍ、前記支管１本につき２個〜８個（実施形態では２個）設置することができる。

前記エアブラスター７１−７３には、図６に示す如く、例えば０．４〜０．６ＭＰａの雑用空気が、エアフィルター６０、及び、必要圧力、例えば０．９ＭＰａに昇圧するエアブースター６２を介して、必要圧力の圧縮空気として供給されている。

前記エアブラスター７１−７３の開閉弁７６は、制御盤９０の出力により、例えば所定時間（例えば２時間）毎に順次、所定時間だけ開かれるよう制御されている。

ここで、制御盤９０の動作を図７に示す。ステップ１００に示す如く、通常運転時は、ボイラ出口ガス温度の上昇や、炉内差圧の上昇、焼却炉の停止をモニタし、操業に問題ないと判断されたときには、ステップ１１０で保守部門に連絡して運転データ等を確認する。一方、ステップ１００のモニタ結果で操業に影響ありと判定されたときには、ステップ１２０に進み、制御盤９０の停止操作を行う。

あるいは、ステップ１３０で装置異常発生と検出されたときには、ステップ１４０に進み、ステップ１４０で装置停止操作を行う。そしてステップ１５０で装置運転継続の可否を判定し、判定がＹｅｓである場合にはステップ１１０に進む。一方、判定結果がＮｏである場合には、ステップ１２０に進む。

なお、本発明装置を廃棄物焼却施設のボイラに適用する場合、ボイラ内に固定設置される圧縮空気管の熱応力や腐食割れ等の対策を講じる必要がある。そのため、排ガス温度が比較的低い、例えば１５０℃〜３５０℃の温度領域（具体的には節炭器管群の入口、中間、出口）に適用することが好ましい。このような温度領域ではダストに含まれる成分の融点以下のためにダストの付着性が低下しており、圧縮空気の流量や噴射ノズル数を増やさなくてもダスト除去が良好に行える効果が得られる。

また、本発明により、プラント運転中にスートブロワを運転しなくてもボイラ管群に付着したダストを効率的に除去することが可能になり、ボイラの収熱量を維持して発電効率を向上すると共に、熱交換設備の寿命を延長することができる。スートブロワの運転がなくなるので、前述したドレンアタックに起因する腐食・減肉トラブルがなくなり、経済的である。加えて、スートブロワの運転は一般的に一日あたり１回ないし３回であるのに対し、エアブラスターは３０分から２時間の間に１回以上運転する。つまり、短時間のインターバルでダストを除去することになる。そうすると、その間に管に付着するダスト量を低減することが可能になり、ダスト排出機構の設備容量を下げ、運転管理も容易なプラント操業が可能になるだけでなく、必要最低限のエアブラスターの設置により、経済面にも有利な装置が可能となる。

ここで、蒸気式スートブロワ運転時のエコノマイザ入口ガス温度と出口ガス温度の変化状態の例を図８（Ａ）に示す。同じく図８（Ｂ）に示した、本発明によるエアブラスター運転時には、エアブラスターを２時間毎に運転することによって、蒸気式スートブロワ運転時と同等の冷却効果を得ることが理解できる。

本発明によれば、蒸気でなく圧縮気体を用いてダストを除去する際に、圧縮気体管を熱交換器内に固定設置し、該圧縮気体管上に噴出ノズルを固定設置するようにしたので、ボイラ熱交換設備のダストを、簡素な装置で、蒸気を用いることなく、圧縮空気により、省スペース、低コストで迅速に除去することができる。

本実施形態においては、図６に示したように、エアブラスター７１〜７３の入側に昇圧用のエアブースター６２を設けているので、入手が容易な雑用空気を圧縮空気源とすることができる。なお、必要な圧力が得られる場合には、エアブースターを省略することも可能である。更に、圧縮空気以外の気体を用いることもできる。

又、本実施形態においては、１本につき２個の噴出ノズルを設けたサイズ５０Ａの圧縮気体管をガス流れ方向に３本設けているので、音速域で圧縮空気を噴出してダスト除去効果を確実に得ることができる。なお、圧縮気体管のサイズや本数、噴出ノズルの口径や数は実施形態に限定されない。

前記実施形態においては、出側段（最終段）の熱交換器５４の出側にもエアブラスター７３が設けられていたが、この最終段出側のエアブラスター７３は省略することも可能である。この場合には、空気消費量を更に節減することができる。

又、前記実施形態においては、伝熱管群の大きさに合わせて、伝熱管群の幅方向（伝熱管の長さ方向と直角な方向）に圧縮空気管を２列配置しているが、圧縮空気管の配設方向や配設数はこれに限定されず、例えば伝熱管と直交する方向や斜め方向であってもよい。

更に、前記実施形態においては、支管の中央及び先端から圧縮空気を噴射するように噴出ノズルの向きが設定されていたが、噴出ノズルの噴出方向は概ね管群中心とし、必要により、その周辺を含む領域をカバーできるよう、状況に合わせて任意に設定することが可能である。

又、前記実施形態においては、本発明が２段の熱交換器５２、５４を備えた別置節炭器５０内の熱交換器５２、５４に適用されていたが、本発明の適用対象であるボイラ熱交換設備はこれに限定されず、ボイラ２０もごみ焼却用のボイラに限定されない。

熱交換器の段数も２段に限定されず、１段又は３段以上であっても良い。

圧縮空気管７８も、先が支管８０Ｄ、８０Ｕに分岐するものに限定されず、圧縮空気管７８に直接、噴出ノズル８２Ｄ、８２Ｕが設けられていても良い。

１０…焼却炉
２０…ボイラ
３０…対流伝熱室
５０…別置節炭器
５２、５４…熱交換器
５６…伝熱管
７１、７２、７３…エアブラスター
７４…エアタンク
７６…開閉弁
７８…圧縮空気管（元管）
８０Ｄ、８０Ｕ…圧縮空気管（支管）
８２Ｄ、８２Ｕ…噴出ノズル
９０…制御盤

Claims (5)

1. ボイラ熱交換設備の伝熱管に付着するダストを除去するためのボイラ熱交換設備のダスト除去装置において、
   圧縮気体を貯留する圧縮気体貯留タンクと、
   前記圧縮気体貯留タンク内に貯留された圧縮気体を瞬間的に放出する開閉弁と、
   前記ボイラ熱交換設備内に固定設置され、前記圧縮気体貯留タンクから放出された圧縮気体を前記伝熱管に吹き付ける圧縮気体管と、
   前記圧縮気体管上に固定設置され、圧縮気体を前記伝熱管に向けて吹き付ける噴出ノズルとを備えると共に、
   前記圧縮気体管が、元管、及び、該元管の出側に噴出方向毎に設けられた支管で構成され、
   前記噴出ノズルが、噴出方向に曲げられた筒状とされて前記支管に設けられ、
   前記開閉弁及び前記元管が、前記圧縮気体貯留タンクの両側に設けられていることを特徴とするボイラ熱交換設備のダスト除去装置。
2. 前記圧縮気体管のサイズを２５Ａ〜１５０Ａとし、ガス流れ方向１箇所につき１本〜４本設置することを特徴とする請求項１に記載のボイラ熱交換設備のダスト除去装置。
3. 前記圧縮気体管上に固定設置される前記噴出ノズルの口径を２５ｍｍ〜１５０ｍｍ、前記圧縮気体管１本につき２個〜８個設置することを特徴とする請求項１又は２に記載のボイラ熱交換設備のダスト除去装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のダスト除去装置を備えたことを特徴とするボイラ熱交換設備。
5. 前記ダスト除去装置は、排ガス温度が１５０℃〜３５０℃の範囲に設置されていることを特徴とする請求項４に記載のボイラ熱交換設備。

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