JP6818598B2 - スートブロワ - Google Patents

Description

本発明は、ボイラの伝熱管に蒸気を吹き付けて伝熱管に付着した飛灰を除去するスートブロワに関する。なお、本発明において「飛灰」とは、ボイラ内に浮遊しボイラの伝熱管に付着する煤、灰、ダストなどを総称するものである。

ボイラ、特に廃棄物処理設備で使用されるボイラには、高温の排ガスとともに多量の飛灰が到来し、ボイラの伝熱管に飛灰が付着するので、ボイラの運転を効率的かつ安全に行うためには、伝熱管に付着した飛灰を定期的又は必要に応じて除去する必要がある。このようなボイラの伝熱管に付着した飛灰を除去するために、スートブロワが使用される。

図６は、従来一般的なスートブロワの基本構成と動作を示す説明図である。図６（ａ）に示すように、従来一般的なスートブロワは、内管１０の外側に外管２０を抜き差し可能に配置した２重管構造を有する。このうち内管１０は固定され、外管２０は、その長手方向に沿って進退可能（抜き差し可能）であるとともに、長手方向の軸周りに回転可能である。そして、外管２０の基端と内管１０の外周面との間は、シール材３０によってシールされている。

内管１０の基端には入口弁４０が取り付けられており、この入口弁４０を開くことにより、主蒸気ライン５０から内管１０に蒸気が供給される。内管１０に供給された蒸気は、外管２０に導入され、外管先端のノズル２１から噴射される。

実際にボイラの伝熱管に蒸気を吹き付けて伝熱管に付着した飛灰を除去する際には、図６（ｃ）に示すように、外管２０を前進させてボイラＢ内に差し込み、外管２０を回転させながら、ノズル２１から蒸気を噴射する。また、飛灰の除去作業が終わったら、図６（ａ）に示すように、ボイラＢ外の待機位置まで外管２０を後退させ、入口弁４０を閉じて蒸気の供給を停止する。

このように、スートブロワは、待機時には外管２０をボイラ外の待機位置に位置させ、蒸気の供給を停止するので、待機時に、内管１０及び外管２０が冷却され、各管内にドレンＤが残留する。また、次回起動時には完全に冷却された状態にて蒸気が供給されるため、内管１０及び外管２０が蒸気にて暖機される間に多量のドレンＤが発生する。このドレンがボイラ内に噴射され、ドレンアタックが発生して伝熱管等が損傷する。

このドレンアタックの発生を防止するために、特許文献１には図７に示すようなスートブロワが提案されている。すなわち、特許文献１のスートブロワでは、内管（フィードパイプ）１０内にドレン排出管（ドレン排出パイプ）６０を設け、その先端は、図６（ａ）の待機位置から図６（ｃ）のブロー位置の途中にある、図６（ｂ）の中間停止位置、すなわち外管（ランスパイプ）２０先端のノズル２１をボイラＢ内のボイラ外壁Ｂ１近傍に位置させた状態おいて、外管２０の下部領域に連通し、基端は内管１０外に連通している。そして、図６（ｂ）の中間停止位置において内管１０に供給した蒸気による内圧によって、外管２０の下部領域に溜まっているドレンを、ドレン排出管６０の先端６１から当該ドレン排出管内を経由してその基端６２からボイラ外に排出する。

しかし、特許文献１のスートブロワは、両端部が屈曲したドレン排出管を内管の内側に配置し、その両端部を内管に溶接固定した構造であるため、この構造上、どうしてもドレン排出管の内径には大きさの限界がある。したがって、特許文献１のスートブロワはドレン排出能力が十分でなく、ドレンアタックが発生しない程度までドレンを排出できず、依然としてドレンアタックが発生するという問題があった。

また、特許文献１のスートブロワでは前述のとおりドレン排出管の両端部が内管に溶接固定されているところ、スートブロワは、待機時に蒸気の供給を停止するので冷却され、起動時に蒸気により急激に加熱されるため、長期間にわたって冷却と加熱が繰り返され、その熱応力（熱膨張・収縮）により、ドレン排出管、特に両端（先端６１部分と基端６２部分）の溶接固定部が破損するという問題もあった。

特許第５３２００５２号公報

本発明が解決しようとする課題は、ドレン排出能力を向上できるとともに、熱応力を緩和できるスートブロワを提供することにある。

本発明の一観点によれば、次のスートブロワが提供される。
「内管と、内管の外側に抜き差し可能に配置した外管と、内管の内側に配置し、その先端部を内管の内周面に固定することなくシール材を介して支持した蒸気供給管とを備え、蒸気供給管に供給した蒸気を外管に導入し、外管先端のノズルからボイラの伝熱管に蒸気を吹き付けて伝熱管に付着した飛灰を除去するスートブロワであって、
前記内管は、スートブロワの暖機及びスートブロワ内のドレン排出のために外管先端のノズルをボイラ内のボイラ外壁近傍に位置させた状態（以下、この状態の位置を「中間停止位置」という。）において前記外管内に連通する第１の孔と、前記中間停止位置において前記外管外に連通する第２の孔とを有する、スートブロワ。」

本発明のスートブロワにおいて外管と内管との間に溜まっているドレンは、第１の孔から内管と蒸気供給管との間を経由して第２の孔からボイラ外に排出可能である。すなわち本発明によれば、内管の内周面と蒸気供給管の外周面との間の間隙全体をドレン排出経路として利用でき、しかも第１の孔及び第２の孔の大きさや個数も基本的に自由に設定できるので、特許文献１のように内管の内側に配置したドレン排出管をドレン排出経路として利用する場合に比べ、ドレン排出に必要なスペースを大きく確保することができ、ドレン排出能力を向上することができる。

また、本発明のスートブロワにおいて蒸気供給管の先端部は、内管の内周面に固定することなくシール材を介して支持している。すなわち本発明によれば、待機時の冷却や起動時の加熱に伴う熱応力により蒸気供給管の先端部が移動可能であるため、その熱応力を緩和することができる。

本発明のスートブロワの基本構成と動作を示す説明図である。 本発明のスートブロワにおける蒸気供給管の先端部近傍の構成例を示す断面図である。 図２のＡ−Ａ端面図である。 図２のＢ−Ｂ端面図である。 本発明のスートブロワにおける蒸気供給管の基端部近傍の構成例を示す断面図である。 従来一般的なスートブロワの基本構成と動作を示す説明図である。 特許文献１に開示されたスートブロワの基本構成と動作を示す説明図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明のスートブロワの基本構成と動作を示す説明図である。図１に示す本実施形態のスートブロワは、内管１と、内管１の外側に配置した外管２と、内管１の内側に配置した蒸気供給管３とを備えた３重管構造を有する。

具体的に説明すると、外管２は、内管１の外側に抜き差し可能に配置されており、その長手方向に沿って進退可能（抜き差し可能）であるとともに、長手方向の軸周りに回転可能である。なお、外管２の基端と内管１の外周面との間は、シール材４によってシールされている。

蒸気供給管３は、その先端部を内管１の内周面に固定することなくシール材としてのグランドパッキン５を介して支持することで、内管１の内側に配置されている。蒸気供給管３の基端側には入口弁６が取り付けられており、この入口弁６を開くことにより、主蒸気ライン７から蒸気供給管３に蒸気が供給される。蒸気供給管３に供給された蒸気は、外管２に導入され、外管先端のノズル２ａから噴射される。また、内管１には、図１（ｂ）の中間停止位置において外管２内に連通する第１の孔１ａと、同じく図１（ｂ）の中間停止位置において外管２外（ボイラ外）に連通する第２の孔１ｂとが設けられている。

図２は蒸気供給管の先端部近傍の構成例を示す断面図、図３は図２のＡ−Ａ端面図、図４は図２のＢ−Ｂ端面図である。図２に示す構成例では、蒸気供給管３の先端部がシール材としてのグランドパッキン５を介して内管１の内周面に支持され、グランドパッキン押え３ａが蒸気供給管３の先端に装着（螺着）されている。このグランドパッキン押え３ａは蒸気供給管３の先端部の一部を構成するものであり、グランドパッキン押え３ａの外周面と内管１の内周面との間には隙間が確保されている。すなわち、図２の構成例では、蒸気供給管３の先端部は内管１の内周面に固定されることなく、グランドパッキン５を介して内管１の内周面に支持されている。また、図２の構成例では、グランドパッキン押え３ａの先端に蒸気供給口３ｂが設けられており、蒸気供給管３に供給された蒸気は、この蒸気供給口３ｂから外管２に導入される。

図２の構成例において第１の孔１ａは、図３に表れているように内管１の最下部に設けられており、外管２の下側領域、より具体的には内管１と外管２とが重なり合った部分の下側領域に連通している。なお、第１の孔１ａは、内管１と外管２とが重なり合った部分に溜まったドレンを排出するために設けられており、その大きさや個数は所定のドレン排出能力を得るために適宜自由に設定できる。例えば、図４に表れているように内管１の周方向に沿って複数個設けることもできるし、図３に表れている第１の孔１ａと図４に表れている第１の孔１ａとの組合せとすることもできる。また、前述した第２の孔１ｂについても、その大きさや個数は所定のドレン排出能力を得るために適宜自由に設定できる。ただし、ドレンを排出しやすくする点から、第１の孔１ａ及び第２の孔１ｂはいずれも内管１の下部領域に設けることが好ましい。

図５は、蒸気供給管の基端部近傍の構成例を示す断面図である。図５の構成例では、蒸気供給管３の基端部にフランジ部３ｃが設けられ、このフランジ部３ｃが、内管１の基端部に設けたフランジ部１ｃと、これらフランジ部３ｃ及びフランジ部１ｃから独立した別部材であるフランジ８とにより挟持されている。すなわち、図５の構成例では、フランジ８を緩めるか取り外すことにより蒸気供給管３の基端部がフリーとなり、この蒸気供給管３を長手方向に沿って引き抜くことにより内管１から取り外すことができ、再び内管１内に取り付けることもできる。このように、図５の構成例によれば、蒸気供給管３を内管１から取り外したり、再び内管１内に取り付けたりすることができるので、蒸気供給管３の補修や交換を容易に行うことができる。また、図５の構成例によれば溶接が不要であるので、溶接に伴う熱応力をなくすこともできる。

以上のような構成において、ボイラの伝熱管に蒸気を吹き付けて伝熱管に付着した飛灰を除去する際には、図１（ｃ）に示すように、外管２を前進させてボイラＢ内に差し込み、外管２を回転させながら、ノズル２ａから蒸気を噴射する。また、飛灰の除去作業が終わったら、図１（ａ）に示すように、ボイラＢ外の待機位置まで外管２を後退させ、入口弁６を閉じて蒸気の供給を停止する。

また、図１（ａ）の待機位置から図１（ｃ）のブロー位置まで外管２を前進させる途中で、スートブロワの暖機及びスートブロワ内のドレン排出のために、図１（ｂ）の中間停止位置において一時停止させ、低圧蒸気を蒸気供給管３に供給する。この低圧蒸気は、入口弁６の開度を通常動作時よりも小さくすることによって供給してもよいし、図示していないが、入口弁６を跨ぐようにバイパスラインを設け、このバイパスラインに開閉弁と減圧手段を設け、このバイパスラインを経由して供給してもよい。なお、低圧蒸気を供給する代わりに、入口弁６を全開して通常圧の蒸気を供給するようにしてもよい。

ここで、図１（ｂ）に示す中間停止位置とは、前述のとおり、スートブロワの暖機及びスートブロワ内のドレン排出のために外管先端のノズル２ａをボイラＢ内のボイラ外壁Ｂ１近傍に位置させた状態における位置のことであり、言い換えれば、ノズル２ａからドレンを噴射したとしても、それによって発生するドレンアタックがボイラの伝熱管に実質的な損傷を与えないような位置のことである。具体的には、ノズル２ａからボイラ外壁Ｂ１の内面との距離Ｌが、１５０ｍｍ〜３００ｍｍ程度の範囲である。

この中間停止位置において蒸気供給管３に低圧蒸気を供給すると、内管１と外管２とが重なり合った部分に溜まって外管先端のノズル２ａからは排出されないドレンは、外管２内の内圧によって、図１（ｂ）に矢印で示すように、内管１に設けた第１の孔１ａから内管１と蒸気供給管３との間の間隙を経由して、内管１に設けた第２の孔１ｂからボイラ外に排出される。その他のドレンは、外管先端のノズル２ａから排出される。

このように本実施形態のスートブロワによれば、内管１の内周面と蒸気供給管３の外周面との間の間隙全体をドレン排出経路として利用できる。しかも第１の孔１ａ及び第２の孔１ｂの大きさや個数は前述のとおり基本的に自由に設定できる。したがって、特許文献１のように内管の内側に配置したドレン排出管をドレン排出経路として利用する場合に比べ、ドレン排出に必要なスペースを大きく確保することができ、ドレン排出能力を向上することができる。例えば本発明者らの試算によると、本実施形態におけるドレン排出経路（内管１の内周面と蒸気供給管３の外周面との間の間隙）の断面積は、特許文献１におけるドレン排出経路（ドレン排出管）の断面積に比べ、５〜６倍程度も大きくできる。このように、ドレン排出経路の断面積を大きくできることで、ドレン排出能力を向上することができ、ドレンアタックの発生、及びドレンアタックによるボイラの伝熱管の損傷を防止できる。

また、本実施形態のスートブロワにおいて蒸気供給管３の先端部は、内管１の内周面に固定することなくシール材（グランドパッキン５）を介して支持している。すなわち本実施形態のスートブロワでは、待機時の冷却や起動時の加熱に伴う熱応力により蒸気供給管３の先端部が移動可能であるため、その熱応力を緩和することができる。なお、蒸気供給管３の先端部の外周面と内管１の内周面との間はシール材（グランドパッキン５）でシールされているので、ドレン排出の駆動力となる外管２内の内圧は維持され、ドレンの逆流も防止される。

また、内管１と外管２とが重なり合った部分に溜まったドレンが概ねに排出されたか否かの判断は、例えば、内管１の第２の孔１ｂ近傍の温度を計測し、これが急上昇しているか否かによって行うことができる。ドレンが排出されている場合、ドレンにより稼働後、内管１の第２の孔１ｂ近傍の温度が急激に上昇する。なお、図１（ｂ）の中間停止位置において内管１と外管２とが重なり合った部分の、第１の孔１ａより基端側に溜まったドレンは、例えば図１（ｃ）のブロー位置まで外管２を前進させる過程で、中間停止位置でのドレン排出と同様に、第１の孔１ａから内管１と蒸気供給管３との間の間隙を経由して第２の孔１ｂからボイラ外に排出することもできる。

また、内管１の第２の孔１ｂ近傍の温度を計測してドレンが完全に排出されたか否かを判断する方法に代えて、内管１の第２の孔１ｂからドレンが排出されているか否かを直接的に確認するようにしてもよい。さらに、図１（ｂ）の中間停止位置における低圧蒸気の供給をタイマーの設定により時間管理し、所定時間が経過したら中間停止位置におけるドレン排出を終了するようにしてもよい。

廃棄物処理設備のボイラで使用されていた特許文献１のスートブロワを、前述した本発明の実施形態（本実施形態）のスートブロワに交換し、スートブロワの影響がある部分におけるボイラの伝熱管の減肉速度を比較した。このボイラの伝熱管の減肉速度は、スートブロワの影響、特にドレンアタックの影響を表す指標である。なお、スートブロワの稼働頻度は２〜４回／日で、その他の稼働条件も交換前後でほぼ同じ条件とした。

結果は、特許文献１のスートブロワを使用していたときの減肉速度は３ｍｍ／年であったところ、本実施形態のスートブロワに交換後の減肉速度は０．７５ｍｍ／年となり、ボイラの伝熱管の減肉速度は１／４に低減された。すなわち、本実施形態のスートブロワより、ドレン排出能力を向上することができ、これによりドレンアタックの発生、及びドレンアタックによるボイラの伝熱管の損傷を防止又は大幅に抑制できることが確認された。

また、本実施形態のスートブロワに交換後は、その蒸気供給管等に割れ等が発生することはなく、熱応力も十分に緩和できることが確認できた。

１ 内管
１ａ 第１の孔
１ｂ 第２の孔
１ｃ フランジ部（基端部）
２ 外管
２ａ ノズル
３ 蒸気供給管
３ａ グランドパッキン押え（先端部）
３ｂ 蒸気供給口
３ｃ フランジ部（基端部）
４ シール材
５ グランドパッキン（シール材）
６ 入口弁
７ 主蒸気ライン
８ フランジ
Ｂ ボイラ
Ｂ１ ボイラ外壁
Ｄ ドレン

Claims (3)

1. 内管と、内管の外側に抜き差し可能に配置した外管と、内管の内側に配置し、その先端部を内管の内周面に固定することなくシール材を介して支持した蒸気供給管とを備え、蒸気供給管に供給した蒸気を外管に導入し、外管先端のノズルからボイラの伝熱管に蒸気を吹き付けて伝熱管に付着した飛灰を除去するスートブロワであって、
   前記内管は、スートブロワの暖機及びスートブロワ内のドレン排出のために外管先端のノズルをボイラ内のボイラ外壁近傍に位置させた状態（以下、この状態の位置を「中間停止位置」という。）において前記外管内に連通する第１の孔と、前記中間停止位置において前記外管外に連通する第２の孔とを有する、スートブロワ。
2. 前記中間停止位置において前記蒸気供給管に供給した蒸気による内圧によって、前記外管と前記内管との間に溜まっているドレンを、前記第１の孔から前記内管と前記蒸気供給管との間を経由して前記第２の孔からボイラ外に排出する、請求項１に記載のスートブロワ。
3. 前記蒸気供給管の基端部は前記内管の基端部とフランジとにより挟持し、前記蒸気供給管は前記内管から取り外し可能である、請求項１又は２に記載のスートブロワ。

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