JP7392865B2 - 流路切換装置およびボイラ - Google Patents

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Description

本開示は、流路切換装置およびボイラに関する。本出願は2020年9月4日に提出された日本特許出願第2020-148863号に基づく優先権の利益を主張するものであり、その内容は本出願に援用される。
ボイラは、火炉、排ガスが通過する排ガス流路、ならびに、排ガス流路内に設けられる熱交換器および空気予熱器を備える。熱交換器は、燃焼排ガスと水とを熱交換する、再熱器、節炭器、過熱器を含む。空気予熱器は、火炉に供給される空気と燃焼排ガスとを熱交換する。
また、排ガス流路を仕切板によって複数に区画し、区画された流路内に回動可能に配置されたダンパ軸付きの分配ダンパ羽根を設けることで、流路内を流れる排ガスの流量を調整する技術が開発されている(例えば、特許文献1)。
特開2008-151447号公報
しかし、上記特許文献1の技術では、分配ダンパ羽根によって流路が閉じられている際、燃焼排ガスに含まれる灰等の塵がダンパに堆積するという問題が生じる。
本開示は、このような課題に鑑み、ダンパへの塵の堆積を抑制することが可能な流路切換装置およびボイラを提供することを目的としている。
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る流路切換装置は、隣り合う2つの流路と、2つの流路のうちの一方の流路の上方に開閉可能に設けられ、一方の流路を閉じる閉状態において、他方の流路に近づくほど下方に傾斜するルーバを有する第1ダンパと、2つの流路のうちの他方の流路の上方に開閉可能に設けられ、他方の流路を閉じる閉状態において、一方の流路に近づくほど下方に傾斜するルーバを有する第2ダンパと、を備え、一方の流路には熱交換器が設けられる。
また、第1ダンパおよび第2ダンパのうち一方または両方は、ルーバを複数有し、閉状態において、複数のルーバは、略面一となってもよい。
また、閉状態におけるルーバの傾斜角は、35度以上であってもよい。
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る他の流路切換装置は、隣り合う2つの流路と、2つの流路のうちの一方の流路の上方に開閉可能に設けられ、一方の流路を閉じる閉状態において、他方の流路に近づくほど下方に配置される面を有するルーバを有する第1ダンパと、2つの流路のうちの他方の流路の上方に開閉可能に設けられ、他方の流路を閉じる閉状態において、一方の流路に近づくほど下方に配置される面を有するルーバを有する第2ダンパと、を備え、一方の流路には熱交換器が設けられる。
上記流路切換装置は、流路を3つ以上備え、一方の流路と、他方の流路とは交互に配されてもよい。
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係るボイラは、隣り合う2つの流路と、2つの流路のうちの少なくともいずれか一方の流路の上方に開閉可能に設けられ、一方の流路を閉じる閉状態において、他方の流路に近づくほど下方に傾斜するルーバを有するダンパと、を備える流路切換装置を備える。
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る他のボイラは、隣り合う2つの流路と、2つの流路のうちの少なくともいずれか一方の流路の上方に開閉可能に設けられ、一方の流路を閉じる閉状態において、他方の流路に近づくほど下方に配置される面を有するルーバを有するダンパと、を備える流路切換装置を備える。
本開示によれば、ダンパへの塵の堆積を抑制することが可能となる。
図1は、実施形態に係るボイラを説明する図である。 図2は、実施形態に係る流路切換装置を説明する図。 図3は、第1ダンパを説明する図である。 図4は、切換制御部による切り換え制御を説明する第1の図である。 図5は、切換制御部による切り換え制御を説明する第2の図である。
以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。
[ボイラ100]
図1は、本実施形態に係るボイラ100を説明する図である。なお、図1中、実線の矢印は、燃焼排ガスの流れを示す。
図1に示すように、ボイラ100は、火炉110と、煙道120と、仕切板130と、過熱器140と、再熱器150と、脱硝装置160と、節炭器170と、空気予熱器180と、流路切換装置200とを含む。
火炉110の側壁には、バーナ112が設けられる。バーナ112には、燃料および空気が供給される。燃料は、石炭、バイオマス等である。空気は、後述する空気予熱器180によって予熱された空気である。バーナ112は、燃料を燃焼させる。
バーナ112によって燃料が燃焼されることで燃焼排ガスが生じる。燃焼排ガスは、火炉110に接続された煙道120を通じて外部に排気される。
仕切板130は、煙道120を複数の流路132、134に区画する。以下、流路132を本流路132(一方の流路)と称し、流路134をバイパス流路134(他方の流路)と称する。また、図1では図示を省略するが、本実施形態において、仕切板130は複数設けられる。
過熱器140は、火炉110内に設けられる。過熱器140は、燃焼排ガスと水(蒸気)とを熱交換する熱交換器である。
再熱器150は、火炉110内における過熱器140の後段(下流側)に設けられる。再熱器150は、燃焼排ガスと水とを熱交換する熱交換器である。
脱硝装置160は、煙道120内における仕切板130の前段(上流側)に設けられる。脱硝装置160は、脱硝触媒を含む。脱硝装置160は、燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物を還元する。
節炭器170は、仕切板130によって区画された本流路132およびバイパス流路134のうち、本流路132に設けられる。節炭器170は、燃焼排ガスと水とを熱交換する熱交換器である。
空気予熱器180は、煙道120内における仕切板130の後段に設けられる。空気予熱器180は、燃焼排ガスと空気とを熱交換する熱交換器である。空気予熱器180によって加熱された空気は、バーナ112に供給される。
ここで、燃焼排ガスの流れおよび水の流れについて説明する。図1中、実線の矢印で示すように、バーナ112において生じた燃焼排ガスは、まず、過熱器140を通過し、次に再熱器150を通過する。そして、燃焼排ガスは、脱硝装置160、節炭器170をこの順に通過した後、最後に空気予熱器180を通過して外部に排気される。
一方、水は、節炭器170を通過し、次に火炉110の側壁を通過する。そして、火炉110の側壁を通過して蒸気になった水は、過熱器140を通過して、不図示のタービンに供給される。また、タービンを通過した蒸気は、再熱器150を通過して、不図示の復水器を介して節炭器170に戻される。
ところで、ボイラ効率を上げるために節炭器170を増加させることが考えられる。この場合、ボイラ100の運転負荷を、通常運転時よりも低い負荷である部分負荷とすると、火炉110から送出される蒸気の温度が高くなりすぎるという問題がある。そこで、本実施形態のボイラ100は、流路切換装置200を備え、燃焼排ガスの流れを切り換える。以下、流路切換装置200について説明する。
[流路切換装置200]
図2は、本実施形態に係る流路切換装置200を説明する図である。本実施形態の図2をはじめとする以下の図では、垂直に交わるX軸(水平方向)、Y軸(水平方向)、Z軸(鉛直方向)を図示の通り定義している。
図2に示すように、本実施形態では、本流路132が2つ(図2中、132A、132Bで示す)、バイパス流路134が3つ(図2中、134A~134Cで示す)形成されるように、仕切板130が4つ設けられる。つまり、煙道120は、4つの仕切板130によって、5つの流路(本流路132A、132B、バイパス流路134A~134C)に仕切られる。また、仕切板130は、鉛直方向(図2中Z軸方向)に延在し、本流路132A、132B、バイパス流路134A~134Cも鉛直方向に延在する。
本実施形態では、本流路132とバイパス流路134とが隣り合うように節炭器170が設けられる。また、本実施形態では、本流路132とバイパス流路134とが交互に配される。ここでは、バイパス流路134A、本流路132A、バイパス流路134B、本流路132B、バイパス流路134Cの順で配される。
流路切換装置200は、2つの第1ダンパ210と、2つの第2ダンパ220と、1つの第2ダンパ230と、切換制御部240とを含む。
第1ダンパ210(ダンパ)は、本流路132A、132Bの上方に開閉可能に設けられる。第1ダンパ210は、本流路132A、132Bを開閉する。
第2ダンパ220(ダンパ)は、バイパス流路134A、134Cの上方に開閉可能に設けられる。第2ダンパ220は、バイパス流路134A、134Cを開閉する。
第2ダンパ230は、バイパス流路134Bの上方に開閉可能に設けられる。第2ダンパ230は、バイパス流路134Bを開閉する。
第1ダンパ210は、頂部212と、複数の回転羽根214とを含む。第2ダンパ220は、複数の回転羽根214を含む。第2ダンパ230は、頂部212と、複数の回転羽根214とを含む。以下では、第1ダンパ210の頂部212および回転羽根214について説明する。また、第2ダンパ230の頂部212、第2ダンパ220、230の回転羽根214は、第1ダンパ210の頂部212、回転羽根214と実質的に構成が等しいため説明を省略する。
図3は、第1ダンパ210を説明する図である。図3に示すように、第1ダンパ210は、頂部212と、複数の回転羽根214とを含む。なお、理解を容易にするために、図3中、頂部212の左側の回転羽根214を開状態で示し、頂部212の右側の回転羽根214を閉状態で示す。
頂部212は、煙道120における本流路132の中心線(図3中、一点鎖線で示す)上に設けられる。頂部212の鉛直断面(図3中、YZ断面)は、略三角形、または、台形である。頂部212の上面は、水平方向に延在する。
複数の回転羽根214は、頂部212と仕切板130との間に亘って設けられる。本実施形態において、頂部212と、図3中左側の仕切板130との間には、6つの回転羽根214が設けられる。同様に、頂部212と図3中右側の仕切板130との間には、6つの回転羽根214が設けられる。
回転羽根214は、ルーバ214aと、回転軸214bとを含む。ルーバ214aは、平板形状である。回転軸214bは、ルーバ214aの中央を回転可能に軸支する。回転軸214bは、水平方向(図2中X軸方向)に延在する。回転軸214bには、不図示のモータが接続されており、モータによって回転軸214bは、図3中、矢印の方向にルーバ214aを回転させる。
ルーバ214aは、本流路132を閉じる閉状態において(図3中、頂部212の右側の回転羽根214)、本流路132と隣り合うバイパス流路134に近づくほど下方(図3中、Z軸方向)に傾斜するように配される。また、図3に示すように、複数のルーバ214aは、閉状態において、略面一となるように配される。
また、閉状態におけるルーバ214aの傾斜角(ルーバ214aと水平面との為す角α)は、35度以上である。第1ダンパ210を構成するルーバ214aの傾斜角は、例えば、40度である。なお、第2ダンパ220を構成するルーバ214aの傾斜角は、第1ダンパ210を構成するルーバ214aの傾斜角と実質的に等しい。また、第2ダンパ230を構成するルーバ214aの傾斜角は、第1ダンパ210を構成するルーバ214aの傾斜角よりも大きい。第2ダンパ230を構成するルーバ214aの傾斜角は、例えば、47度である。
また、ルーバ214aは、本流路132を開く開状態である場合(図3中、頂部212の左側の214)、面方向が鉛直方向(図3中、Z軸方向)に沿って配される。
図2に戻って説明すると、第1ダンパ210の頂部212は、第2ダンパ230の頂部212よりも上方に配される。また、第2ダンパ230を構成する回転羽根214のうち、最も上方に位置する回転羽根214は、第1ダンパ210を構成する回転羽根214のうち最も上方に位置する回転羽根214よりも下方に配される。
また、第2ダンパ220を構成する回転羽根214のうち最も上方に位置する回転羽根214は、第1ダンパ210を構成する回転羽根214のうち最も上方に位置する回転羽根214よりも下方に配される。
切換制御部240は、CPU(中央処理装置)を含む半導体集積回路で構成される。切換制御部240は、ROMからCPU自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出す。切換制御部240は、ワークエリアとしてのRAMや他の電子回路と協働して流路切換装置200全体を管理および制御する。
本実施形態において、切換制御部240は、第1ダンパ210、および、第2ダンパ220、230の回転軸214bに接続されたモータを制御し、第1ダンパ210のルーバ214aおよび第2ダンパ220、230のルーバ214aの開度を制御して、燃焼排ガスが流れる流路を、本流路132またはバイパス流路134に切り換える。
図4および図5は、切換制御部240による切り換え制御を説明する図である。図4、図5中、白抜き矢印は、燃焼排ガスの流れを示す。
例えば、ボイラ100の運転負荷を部分負荷から通常運転負荷に切り換える場合、切換制御部240は、第1ダンパ210のすべてのルーバ214aを閉状態から開状態へ変位させ、第2ダンパ220、230のすべてのルーバ214aを開状態から閉状態へ変位させる。そうすると、図4に示すように、切換制御部240によって、燃焼排ガスの流路がバイパス流路134から本流路132に切り換わる。これにより、すべての燃焼排ガスは、節炭器170を通過した後、空気予熱器180に到達することになる。
また、ボイラ100の運転負荷を通常運転負荷から部分負荷に切り換える場合、切換制御部240は、第1ダンパ210のすべてのルーバ214aを開状態から閉状態へ変位させ、第2ダンパ220、230のすべてのルーバ214aを閉状態から開状態へ変位させる。そうすると、図5に示すように、切換制御部240によって、燃焼排ガスの流路が本流路132からバイパス流路134に切り換わる。これにより、すべての燃焼排ガスは、節炭器170を通過せずに、空気予熱器180に到達することになる。
以上説明したように、本実施形態に係る流路切換装置200は、本流路132を閉じる閉状態において、本流路132と隣り合うバイパス流路134に近づくほど下方に傾斜するルーバ214aを有する第1ダンパ210を備える。これにより、燃焼排ガスがバイパス流路134を流れる場合に、第1ダンパ210のルーバ214a上に堆積する灰をバイパス流路134に落下させることができる。
同様に、流路切換装置200は、バイパス流路134を閉じる閉状態において、バイパス流路134と隣り合う本流路132に近づくほど下方に傾斜するルーバ214aを有する第2ダンパ220、230を備える。これにより、燃焼排ガスが本流路132を流れる場合に、第2ダンパ220、230のルーバ214a上に堆積する灰を本流路132に落下させることができる。
したがって、流路切換装置200は、第1ダンパ210、第2ダンパ220、230への灰の堆積を抑制することができる。これにより、流路切換装置200は、第1ダンパ210、第2ダンパ220、230の灰による摩耗、および、破損を抑制することが可能となる。また、流路切換装置200は、灰の堆積によって、第1ダンパ210、第2ダンパ220、230が動かなくなってしまう事態を回避することができる。
また、上記したように、第1ダンパ210を構成する複数のルーバ214aは、閉状態において、略面一となる。これにより、第1ダンパ210の複数のルーバ214a上に堆積する灰を容易にバイパス流路134に落下させることが可能となる。同様に、第2ダンパ220、第2ダンパ230を構成する複数のルーバ214aは、本流路132を閉じた際に、略面一となる。これにより、第2ダンパ220、230の複数のルーバ214a上に堆積する灰を容易に本流路132に落下させることが可能となる。
また、上記したように、閉状態におけるルーバ214aの傾斜角は、35度以上である。これにより、ルーバ214aは、隣り合う流路に灰を容易に落下させることが可能となる。
また、上記したように、本流路132とバイパス流路134とが交互に配される。これにより、燃焼排ガスは、本流路132を流れる場合であっても、バイパス流路134を流れる場合であっても、実質的に均等に空気予熱器180に到達する。これにより、流路切換装置200は、空気予熱器180に到達する燃焼排ガスの流量および温度のバラツキを抑制することが可能となる。
以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、上述した実施形態において、ルーバ214aは、他方の流路に近づくほど下方に傾斜する場合を例に挙げた。しかし、ルーバ214aは、他方の流路に近づくほど下方に配置される面を有していてもよい。例えば、複数のルーバ214aは、水平方向に延在しており、各ルーバ214aは、他方の流路に近づくほど下方に配置されてもよい。また、1のルーバ214aを備え、ルーバ214aは、水平方向に延在する複数の面を有し、複数の面は、他方の流路に近づくほど下方に配置されてもよい。
また、上記実施形態において、ボイラ100は、仕切板130を4つ備える場合、つまり、燃焼排ガスの流路が5つ(3つ以上)である場合を例に挙げた。しかし、流路は、少なくとも2つあればよい。この場合、隣り合う2つの流路それぞれに第1ダンパ210または第2ダンパ230が設けられてもよい。また、隣り合う2つの流路それぞれに第2ダンパ220が設けられていてもよい。また、隣り合う2つの流路のうちの少なくともいずれか一方に、第1ダンパ210、第2ダンパ220、または、第2ダンパ230が設けられていてもよい。
また、上記実施形態において、第1ダンパ210、第2ダンパ220、230は、複数のルーバ214aを備える構成を例に挙げた。しかし、第1ダンパ210、第2ダンパ220、230は、1のルーバ214a(回転羽根214)を備えてもよい。
また、上記実施形態において、切換制御部240は、第1ダンパ210と、第2ダンパ220、230とを排他的に開閉する構成を例に挙げた。しかし、切換制御部240は、ボイラ100の運転負荷に応じて、第1ダンパ210、第2ダンパ220、230の開度を調整してもよい。つまり、第1ダンパ210、第2ダンパ220、230がすべて開かれていてもよい。また、第1ダンパ210の一部の回転羽根214、第2ダンパ220の一部の回転羽根214、または、第2ダンパ230の一部の回転羽根214が開かれていてもよい。なお、この場合、第1ダンパ210を構成する回転羽根214のうち、最も下端の回転羽根214が開かれるとよい。同様に、第2ダンパ220を構成する回転羽根214のうち、最も下端の回転羽根214が開かれるとよい。また、第2ダンパ230を構成する回転羽根214のうち、最も下端の回転羽根214が開かれるとよい。これにより、隣のダンパから落下した灰を流路に落下させることができる。
また、上記実施形態において、切換制御部240は、2つの第1ダンパ210を同時に開閉制御する場合を例に挙げた。しかし、切換制御部240は、2つの第1ダンパ210を独立して開閉制御してもよい。例えば、切換制御部240は、2つの第1ダンパ210を排他的に開閉してもよい。同様に、切換制御部240は、3つの第2ダンパ220、230を同時に開閉制御する場合を例に挙げた。しかし、切換制御部240は、3つの第2ダンパ220、230を独立して開閉制御してもよい。例えば、切換制御部240は、3つの第2ダンパ220、230を排他的に開閉してもよい。
また、上記実施形態において、本流路132とバイパス流路134とが交互に配される場合を例に挙げた。しかし、本流路132同士が隣り合っていてもよい。また、バイパス流路134同士が隣り合っていてもよい。
また、上記実施形態において、回転軸214bがルーバ214aの中央を軸支する場合を例に挙げた。しかし、回転軸214bは、ルーバ214aの下端、または、上端を軸支してもよい。回転軸214bがルーバ214aの下端を軸支する場合、ルーバ214aは、開状態である際、上端が上方となるように配される。また、回転軸214bがルーバ214aの上端を軸支する場合、ルーバ214aは、開状態である際、下端が下方となるように配される。
また、上記実施形態において、流路切換装置200がボイラ100の煙道120に設けられる場合を例に挙げた。しかし、流路切換装置200は、灰等の塵(固形物)を含むガスが流れる流路であれば、煙道120以外のボイラ100の流路、または、ボイラ100以外の流路に適用可能である。
また、上記実施形態において、ボイラ100として、循環ボイラを例に挙げた。しかし、ボイラ100の種類に限定はない。例えば、ボイラ100は、循環流動層ボイラであってもよい。
100:ボイラ 132:本流路(流路、一方の流路) 132A:本流路(流路、一方の流路) 132B:本流路(流路、一方の流路) 134:バイパス流路(流路、他方の流路) 134A:バイパス流路(流路、他方の流路) 134B:バイパス流路(流路、他方の流路) 134C:バイパス流路(流路、他方の流路) 170:節炭器(熱交換器) 200:流路切換装置 210:第1ダンパ(ダンパ) 214a:ルーバ
220:第2ダンパ(ダンパ) 230:第2ダンパ(ダンパ)

Claims (7)

  1. 隣り合う2つの流路と、
    前記2つの流路のうちの一方の前記流路の上方に開閉可能に設けられ、前記一方の流路を閉じる閉状態において、他方の前記流路に近づくほど下方に傾斜するルーバを有する第1ダンパと、
    前記2つの流路のうちの前記他方の流路の上方に開閉可能に設けられ、前記他方の流路を閉じる閉状態において、前記一方の流路に近づくほど下方に傾斜するルーバを有する第2ダンパと、
    を備え
    前記一方の流路には熱交換器が設けられる流路切換装置。
  2. 前記第1ダンパおよび前記第2ダンパのうち一方または両方は、前記ルーバを複数有し、
    前記閉状態において、複数の前記ルーバは、略面一となる請求項1に記載の流路切換装置。
  3. 前記閉状態における前記ルーバの傾斜角は、35度以上である請求項1または2に記載の流路切換装置。
  4. 隣り合う2つの流路と、
    前記2つの流路のうちの一方の前記流路の上方に開閉可能に設けられ、前記一方の流路を閉じる閉状態において、他方の前記流路に近づくほど下方に配置される面を有するルーバを有する第1ダンパと、
    前記2つの流路のうちの前記他方の流路の上方に開閉可能に設けられ、前記他方の流路を閉じる閉状態において、前記一方の流路に近づくほど下方に配置される面を有するルーバを有する第2ダンパと、
    を備え
    前記一方の流路には熱交換器が設けられる流路切換装置。
  5. 前記流路を3つ以上備え、
    前記一方の流路と、前記他方の流路とは交互に配される請求項1から4のいずれか1項に記載の流路切換装置。
  6. 隣り合う2つの流路と、
    前記2つの流路のうちの少なくともいずれか一方の前記流路の上方に開閉可能に設けられ、前記一方の流路を閉じる閉状態において、他方の前記流路に近づくほど下方に傾斜するルーバを有するダンパと、
    を備える流路切換装置を備えるボイラ。
  7. 隣り合う2つの流路と、
    前記2つの流路のうちの少なくともいずれか一方の前記流路の上方に開閉可能に設けられ、前記一方の流路を閉じる閉状態において、他方の前記流路に近づくほど下方に配置される面を有するルーバを有するダンパと、
    を備える流路切換装置を備えるボイラ。
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