JPH0961088A

JPH0961088A - 管体清掃装置

Info

Publication number: JPH0961088A
Application number: JP7216295A
Authority: JP
Inventors: Teruaki Matsumoto; 曜明松本; Miyako Imon; 美也子井門; Manabu Orimoto; 学折本; Koujirou Yamada; 紘二郎山田
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1995-08-24
Filing date: 1995-08-24
Publication date: 1997-03-07
Anticipated expiration: 2015-08-24
Also published as: JP3673306B2

Abstract

(57)【要約】【目的】装置を余り大きくすることなく、清掃効率の
良好な管体清掃装置を提供する。【構成】管体群２と隣の管体群２との間に形成される
空洞部３に対向するように音波発生装置４、４を設置
し、その音波発生装置４、４から発せられる音波によっ
て前記管体群２を含む空洞部３を共振モードにして、管
体に付着している塵埃類を除去することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えばボイラ、燃焼炉、
焼却炉、独立過熱器、独立節炭器、各種熱交換器あるい
は各種プラントまたは各種産業機器などに設置されてい
る管体の清掃装置に係り、特に管体の壁面に付着、堆積
した粉塵類のまわりのガス体を音波により振動させて管
壁から除去する管体清掃装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は、ボイラの概略構成を示す図であ
る。同図に示されているように火炉１０１の後部に設置
されている後部伝熱前壁１０２と、後部伝熱側壁１０３
と、後部伝熱隔壁１０４と、後部伝熱後壁１０５によっ
て囲まれている煙道内には、横置過熱器１０６、横置蒸
発器１０７、節炭器１０８などが所定の間隔をおいて燃
焼ガスの流れ方向に沿って設置されている。

【０００３】各前記横置過熱器１０６、横置蒸発器１０
７、節炭器１０８には多数本の伝熱管１０９が狭い間隔
をおいて水平方向に延びており、煙道を流れる高温燃焼
ガスＧと伝熱管１０９内を流れる流体との間において熱
交換が行われる。

【０００４】ところで特に微粉炭焚ボイラにおいては前
記燃焼ガスＧ中に燃焼灰１１０等が多く含まれており、
それが伝熱管１０９の壁面に付着、堆積する。このよう
に伝熱管壁面の周囲に燃焼灰が付着、堆積すると伝熱管
１０９の伝熱性能が低下するため、定期的あるいは必要
に応じてスートブロワ（図示せず）を起動して、燃焼灰
を伝熱管の壁面から除去する方法がとられている。しか
し同図に示すように、スートブロワから噴出される水蒸
気Ｓは燃焼ガスの流れと同じく伝熱管１０９列に沿って
上から下、あるいは下から上へ流れるため、上側の伝熱
管１０９と下側の伝熱管１０９の間に除去されない燃焼
灰１１０の堆積部分が残る。

【０００５】図１０はこの状態を示しており、燃焼ガス
Ｇは伝熱管１０９の間を通過する時に伝熱管１０９の後
流部でカルマン渦１１１を発生して流速が低下するた
め、伝熱管１０９と伝熱管１０９の間に燃焼灰１１０の
ブリッジが残る。比較的粒径の大きい燃焼灰は燃焼ガス
Ｇとともに流れるため、伝熱管１０９への付着、堆積は
少ないが、最近は脱硝燃焼を行うため粒径の小さい燃焼
灰１１０が多くなり、それに応じて伝熱管１０９への付
着、堆積量が多くなってきている。

【０００６】従来、熱交換器内の粉塵を除去するため、
例えば特公昭６２−２７３７５号公報に記載されている
ような方法が提案されている。図１１はこの粉塵除去方
法を説明するための図で、ケーシング１２１内には伝熱
管群１２２が水平に配置され、この伝熱管群１２２と同
一高さの所に音響発生装置（サイレン）１２３が設置さ
れ、さらにケーシング１２１の上流側には粒状物質１２
４を投入する投入シュート１２５が設けられている。

【０００７】前記音響発生装置（サイレン）１２３によ
って音響的な振動を発生させて、伝熱管群１２２に付
着、堆積している燃焼灰を除去する際に、燃焼灰よりも
かなり大きい粒径を有する例えば砂などの粒状物質１２
４をシュート１２５から投入して清掃面に付加せしめ、
振動を受ける面積を実質的に増加することにより、燃焼
灰が伝熱管１２２から脱落するのを促進させる方法であ
る。

【０００８】この他、特表昭５５−５００３５５号公報
に記載されているような音波洗浄方法も公知である。こ
の方法は、少なくとも２つの音波発生装置を所定の間隔
おいて配置し、一方の音波発生装置から発せられる圧力
波との関連において、他方の音波発生装置から発せられ
る圧力波の位相差を制御することにより増幅した圧力波
を発生させて、その圧力波を清掃すべき面に集中させる
方法である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図１１に示した熱交換
器内の粉塵除去方法では、使用済の粒状物質を粉塵から
分離して回収する機構が必要となり、また投入した粒状
物質が熱交換器の内部の凹部や隙間などに溜まることが
あるから、それを除去する作業も必要となり、そのため
に装置の大型化、粉塵除去後の作業の煩雑化し、またコ
スト高を招く。

【００１０】また、音響発生装置１２３が伝熱管群１２
２と同一高さの所に設置されているため、音響発生装置
１２３から発せられた音波が直ちに伝熱管群１２２に当
たって乱される。そのためケーシング１２１内全体を共
振モードにすることが難しく、各伝熱管群１２２に付
着、堆積した燃焼灰を振動によって確実に落下させるた
めには各伝熱管群１２２に対応して音響発生装置１２３
を設置する必要があり、音響発生装置１２３の設置個数
が増え、この点からも装置の大型化とコスト高を招く。

【００１１】一方、後者の音波洗浄方法では、増幅した
圧力波を清掃すべき面に集中させ局部的に清掃すること
は可能であるが、例えばボイラ装置の煙道内のように広
い空間内に多数の熱交換器が設置され、各熱交換器の伝
熱管群に燃焼灰が堆積している場合には、増幅される圧
力波の指向方向を変えて圧力波を清掃すべき面に対して
走査させる必要があり、そのために走査時間が長くかか
り、作業能率が悪い。

【００１２】また、この圧力波の走査は２つ以上の圧力
波の位相差制御によってなされるが、走査個所によって
音波発生装置と清掃すべき面との距離が逐次変化するた
め、圧力波の位相差制御が非常に難しいなどの問題点を
有している。

【００１３】本発明の目的は、このような従来技術の欠
点を有効に解消し、装置を余り大きくすることなく、清
掃効率の良好な管体清掃装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、例えば伝熱管群などの管体群と隣の管体
群との間に形成される空洞部に対向するように音波発生
装置を設置し、その音波発生装置から発せられる音波に
よって前記管体群を含む空洞部を共振モードにして、管
体に付着している例えば燃焼灰などの塵埃類を除去する
ことを特徴とするものである。

【００１５】

【作用】例えば図１１に示すように音波発生装置から発
振された音波を管体群中に直接発振すると、数多くの管
体からの小さな反射音が多数発生し、発振音波のエネル
ギーが音波の進向とともに減少する。また面積の大きな
壁からの反射波が発生することで発振音波のエネルギー
が減少することになる。

【００１６】これらの減少を回避するため、本発明では
管体が無く減衰の少ない空洞部（キャビティ）に反射音
と同期する周波数（音波発生装置の設置位置と壁との距
離、さらに音波が通過する雰囲気温度に対応した同期モ
ードにより決定される周波数）を発振させ、発振波エネ
ルギーと反射波エネルギーを重畳させて、大きな共振エ
ネルギーを空洞部内に連続的に保持し、その後、小さな
反射波が多数発生する管体群内に増幅された振動エネル
ギーを徐々に拡大させ、管体群全体を空洞部内と同じ振
動を発生させることで、管体の間の空間にも大きな振動
が発生し、管体壁面上に堆積した粉塵を効果的に除去す
ることができる。

【００１７】

【実施例】本発明の実施例を図とともに説明する。図１
はボイラ装置の後部伝熱部の正面図、図２はその後部伝
熱部の側面図である。

【００１８】図１ならびに図２に示すように炉壁１で囲
まれた煙道内には伝熱管群２が幾つかの部分に分かれて
配置され、個々の伝熱管群２の間には点検用に人が通れ
る空洞部（キャビティ）３が形成されている。前記伝熱
管群２は例えば前述の横置過熱器、横置蒸発器、節炭器
などに相当し、各伝熱管が水平方向に配置されている
（図７参照）。

【００１９】図２に示すように、炉壁１の前記空洞部３
と対向する所定位置には２個が一対になって音波発生装
置４が設置されている。この実施例の場合、音波発生装
置４が炉幅方向において対向しており、しかも１つおき
の空洞部３ａ、３ｃと対向する位置に設置されている
が、他の空洞部３ｂには設置されていない。

【００２０】前記音波発生装置４は、図３に示されてい
るようにスピーカ５と、それの先端部に取りつけられた
共鳴管６とから構成されている。本実施例ではスピーカ
５を使用したが、それ以外に例えば流体的音波発生装置
などの発振装置も使用可能である。

【００２１】対になっている音波発生装置４は周波数が
調整可能になっており、図２に示すように対向する両側
の音波発生装置４によりそれに対応する空洞部３内が共
振モード７となり、その共振モードは伝熱管群２が設置
されている領域ならびに音波発生装置４が設置されてい
ない空洞部３にもおよび、最終的には煙道内全体が共振
モードとなる。

【００２２】図２に示すように炉壁１に燃焼灰脱落検出
装置（本実施例では監視カメラを使用したが、他の構成
の燃焼灰脱落検出装置を用いることも可能である。）８
を設置し、それによって伝熱管群２からの燃焼灰の脱落
状態を見ながら音波発生装置４の周波数を調整して、燃
焼灰の脱落が激しいところで、すなわち共振モードにな
ったところで音波発生装置４の周波数を固定する。

【００２３】図４は、空洞部内を共振させることにより
伝熱管群２を振動させるメカニズムを説明するための図
である。同図に示すように、音波発生装置４により空洞
部３内で音圧が高い部分と低い部分が定常的に発生して
共振モードになると（図中の矢印Ｘで音圧の高低の方向
を示し、音圧分布を点線波形イで表示）、音圧の高い部
分から伝熱管群２側に空気粒子が移動し、音圧の低い部
分は伝熱管群２側より空気粒子が排出される（図中の矢
印Ｙで空気粒子の１次移動方向を表示）。さらに伝熱管
群２内においても空洞部３内と同様の周波数で音圧が高
い部分と低い部分が発生し、空気粒子の移動が生じる
（図中の矢印Ｚで空気粒子の２次移動方向を表示）。こ
のようにして空洞部３ならびに伝熱管群２の領域おいて
共振が生じ、その時の音圧分布は点線波形イとなり、ガ
ス体の振動幅は実線波形ロで表示しており、この共振に
より各伝熱管に付着、堆積している燃焼灰が激しく落下
され、燃焼灰の除去が有効に進行する。

【００２４】なお、共振振動が発生していない時には伝
熱管群２中の振動は反射波等との位相差により減衰して
しまうので、伝熱管群２の上下にある空洞部３内の共振
は同位相、同周波数であることが不可欠である。

【００２５】図５は本発明の第２実施例を説明するため
の図で、実線波形は振動幅を示すものであり、前記第１
実施例と同様に炉壁１には対向して音波発生装置４ａ、
４ｂが設置されている（この図では１対の音波発生装置
４ａ、４ｂしか記載されていないが、実際には例えば図
２に示されているように全体としては複数対の音波発生
装置４、４が設置されている）。

【００２６】そして音波発生装置４ａ、４ｂの起動モー
ドが時間的に変化している。すなわち、最初、同図
（１）に示すように音波発生装置４ａの方だけ一例とし
て周波数７４．５Ｈｚで音波を発して共振させ、他方の
音波発生装置４ｂからは音波を発生していない（Ａモー
ド）。この状態でしばらく燃焼灰の脱落状態を監視して
燃焼灰の脱落が少なくなると、今度は同図（２）に示す
ように音波発生装置４ｂの方だけ一例として周波数７
４．５Ｈｚで音波を発して共振させ、他方の音波発生装
置４ａからは音波を発生していない（Ｂモード）。また
この状態でしばらく燃焼灰の脱落状態を監視して燃焼灰
の脱落が次第に少なくなると、次に音波発生装置４ａ、
４ｂの両方とも一例として周波数８２．７Ｈｚで音波を
発して共振させる（Ｃモード）。

【００２７】同図の振動波形において破線の斜線部分で
示されている領域は振幅の大きい領域（振動の腹の部
分）を示しており、その領域で燃焼灰の脱落が激しく起
こっており、Ａモード→Ｂモード→Ｃモードと順番に繰
り返したり、あるいはそれらのモードを適宜変更するこ
とにより、燃焼灰の脱落が激しく起こる領域が移行し
て、伝熱管群の略全域にわたって燃焼灰を有効に除去す
ることができる。

【００２８】この実施例では燃焼灰の脱落状態を監視し
ながらモードの変更を行ったが、予め時間を設定してモ
ードの切り替えを自動的に行うようにしてもよい。

【００２９】図６は本発明の第３実施例を説明するため
の図であり、前記第１実施例と同様に炉壁１の空洞部３
と対応する位置には燃焼ガスＧの流れ方向に沿って複数
対の音波発生装置４ａ〜４ｆが設置されている。

【００３０】この実施例では音速が雰囲気温度によって
変わることを考慮して、燃焼ガスＧの温度によって音波
発生装置４の周波数を違わせている。具体的には、燃焼
ガス流れ方向上流側に設置されている音波発生装置４
ａ、４ｂに挟まれている空洞部３ａのガス温度は約８２
５℃であり、音波発生装置４ａ、４ｂの周波数は７４．
５Ｈｚに設定されている。次の音波発生装置４ｃ、４ｄ
に挟まれている空洞部３ｂのガス温度は約５００℃であ
り、音波発生装置４ｃ、４ｄの周波数は５６．９Ｈｚに
設定されている。さらに次の音波発生装置４ｅ、４ｆに
挟まれている空洞部３ｃのガス温度は約３４０℃であ
り、音波発生装置４ｅ、４ｆの周波数は４７．４Ｈｚに
設定されている。このようにガス温度が低くなるに従っ
て音波発生装置４の周波数も低く設定されている。

【００３１】この実施例では１段目の音波発生装置４
ａ、４ｂの周波数を７４．５Ｈｚ、２段目の音波発生装
置４ｃ、４ｄの周波数を５６．９Ｈｚ、３段目の音波発
生装置４ｅ、４ｆの周波数を４７．４Ｈｚに設定した
が、本発明者に実験によれば各段の音波発生装置４の周
波数はある範囲内で調整可能である。すなわち、前述の
ような温度分布においては、１段目の音波発生装置４
ａ、４ｂの周波数は６４〜８５Ｈｚ、２段目の音波発生
装置４ｃ、４ｄの周波数は４６〜６７Ｈｚ、３段目の音
波発生装置４ｅ、４ｆの周波数は３７〜５８Ｈｚの範囲
内で調整可能である。もちろんこの周波数の調整範囲
は、周波数共振モード数や雰囲気温度によって変更され
る。

【００３２】このように燃焼ガスＧの温度を考慮して音
波発生装置４の周波数を設定することにより、炉壁１内
をより確実に共振モードにすることができる。

【００３３】図７は本発明の第４実施例を説明するため
の図で、空洞部３内に配置されている一方の音波発生装
置４ａの周波数を設定し、発信器９ａと増幅率が可変の
パワー増幅器１０ａとにより駆動される。他方の音波発
生装置４ｂの周波数は音波発生装置４ａの設定値に対し
て可変で、発信器９ｂと増幅率が可変のパワー増幅器１
０ｂとにより駆動される。

【００３４】この音波発生装置４ａ，４ｂが配置されて
いる空洞部３より下方の適当な所に燃焼灰の落下状態を
監視するための検出装置（例えば監視カメラ）１１が配
置され、それの出力信号は画像処理装置１２に入力さ
れ、画像処理装置１２にはモニタテレビ１３が接続され
ているとともに、画像処理装置１２の出力信号は周波数
制御器１４に入力され、それに基づいて前記発信器９ａ
と９ｂが駆動制御される。

【００３５】清掃中、燃焼灰が降下している状態を検出
装置（例えば監視カメラ）１１で監視し、その信号を画
像処理装置１２に送り、処理された画像データをテレビ
１３に入力して降下状態をテレビ１３でモニタリングす
る。

【００３６】周波数制御器１４には燃焼灰の降下量と画
像処理装置１２の出力との関係が予め記憶されており、
画像処理装置１２からの出力に基づいて燃焼灰の降下量
が最も多いか否か、すなわち煙道内が共振モードになっ
ているか否かの判断が周波数制御器１４内でなされ、共
振モードに達していなければ周波数制御器１４からの信
号によって発信器９ａと９ｂの発振周波数を逐次自動的
に変更する。そして共振モードに達っすると発信器９
ａ，９ｂの発振周波数を固定して、一定時間あるいは検
出装置（例えば監視カメラ）１１で監視しながら清掃を
続行するシステムになっている。

【００３７】図８は本発明の第５実施例を説明するため
の図で、前記実施例では共振モードになったか否かを検
知する手段としてカメラを使用したが、本実施例ではレ
ーザ光の透過光強度の変化によって共振モードになった
か否かを検知する。すなわち適当な所に燃焼灰の落下状
態を監視するためのレーザ光源１５と光センサ１６と
が、炉幅方向（または炉奥方向）に対向して配置されて
いる。

【００３８】前記レーザ光源１５は一定出力になるよう
に駆動され、降下灰の量が少ない場合にはレーザ光源１
５から照射されたレーザ光は降下灰による散乱を殆ど受
けずに光センサ１６に到達するから、光センサ１６の出
力は大である。降下灰の量が多くなるとレーザ光は降下
灰によって散乱するから、それに応じて光センサ１６の
出力は減少する。

【００３９】従って灰の降下量とレーザ光の透過光強度
（光センサ１６の出力）との関係を予め求めておき、光
センサ１６の出力を周波数制御器１４に入力して、光セ
ンサ１６の出力が小さくなるように発振器９ａと９ｂの
周波数を微調整することにより、共振モードに導くこと
ができる。

【００４０】前記各実施例では音波発生装置４を炉幅方
向において対向させているが、それとは直交する炉奥方
向において対向させることもできるし、また、各空洞部
３に対応させて音波発生装置４を設置することも可能で
ある。

【００４１】前記実施例のように音波発生装置４、燃焼
灰脱落検出装置（例えば監視カメラ８、１１）、レーザ
光源１５、光センサ１６などを炉外に設置することで、
清掃すべき装置或いは機器（本実施例の場合はボイラ装
置）の運転中に塵埃類の除去ができ、清掃のために装置
或いは機器の運転を止める必要がない。また運転中に清
掃装置を起動すれば、管体への塵埃類の付着を防止する
ことができる。

【００４２】本発明の管体清掃装置をボイラ装置に適用
する場合、音波発生装置の周波数は３０〜１５０Ｈｚの
範囲が適当で、前述のようにガス体の温度などによって
周波数を変えるときには設定周波数の１０％の範囲で調
節可能である。

【００４３】前記実施例ではボイラ装置の伝熱管に付
着、堆積する燃焼灰の除去について説明したが、本発明
はこれに限定されるものではなく、例えば各種プラント
または各種産業機器などに設置されている管体の清掃に
も適用可能である。

【００４４】

【発明の効果】音波発生装置から発振された音波を管体
群中に直接発振すると、数多くの管体からの小さな反射
音が多数発生し、発振音波のエネルギーが音波の進向と
ともに減少する。また面積の大きな壁からの反射波が発
生することで発振音波のエネルギーが減少することにな
る。

【００４５】これらの減少を回避するため、本発明では
管体が無く減衰の少ない空洞部に反射音と同期する周波
数（音波発生装置の設置位置と壁との距離、さらに音波
が通過する雰囲気温度に対応した同期モードにより決定
される周波数）を発振させ、発振波エネルギーと反射波
エネルギーを重畳させて、大きな共振エネルギーを空洞
部内に連続的に保持し、その後、小さな反射波が多数発
生する管体群内に増幅された振動エネルギーを徐々に拡
大させ、管体群全体を空洞部内と同じ振動を発生させる
ことで、管体の間の空間にも大きな振動が発生し、管体
壁面上に堆積した粉塵を効果的に除去することができ
る。

【００４６】また従来提案されたような粒状物質投入シ
ュート、粒状物質を再利用するための循環系統、ならび
に落下した塵埃類から粒状物質を分離する機構などが不
要となり、そのために装置の大型化、コスト高などが解
消される。

【００４７】さらに周波数を調整して管体を含む空洞内
を共振モードにすれば良いだけであるから、従来提案さ
れたように位相制御により音波に指向性を与えて局部的
に塵埃類を除去する方法に較べて制御が簡単で、しかも
全体的に塵埃類の除去が行われ、そのため効率が高いな
どの特長を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るボイラ装置の後部伝
熱部の正面図である。

【図２】その後部伝熱部の側面図である。

【図３】この実施例で使用される音波発生装置の側面図
である。

【図４】空洞内を共振させるメカニズムを示す説明図で
ある。

【図５】本発明の第２実施例に係る共振モードの腹の位
置を移行させる運用法を示す説明図である。

【図６】本発明の第３実施例に係るガス温度が変化した
状況での運用法を示す説明図である。

【図７】本発明の第４実施例に係る清掃装置の概略構成
図である。

【図８】本発明の第５実施例に係る清掃装置の概略構成
図である。

【図９】ボイラ装置の概略構成図である。

【図１０】そのボイラ装置内の伝熱管に燃焼灰が付着、
堆積する状態を示す説明図である。

【図１１】従来提案された清掃装置の概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１炉壁２伝熱管群３空洞部４音波発生装置５スピーカ６共鳴管７共振モード８燃焼灰脱落検出装置９ａ，９ｂ発振器１０ａ，１０ｂパワー増幅器１１燃焼灰脱落検出装置１２画像処理装置１３モニタテレビ１４周波数制御器１５レーザ光源１６光センサＧ燃焼ガス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山田紘二郎広島県呉市宝町３番36号バブコツク日立株式会社呉研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】管体群と隣の管体群との間に形成される
空洞部に対向するように音波発生装置を設置し、その音
波発生装置から発せられる音波によって前記管体群を含
む空洞部を共振モードにして、管体に付着している塵埃
類を除去することを特徴とする管体清掃装置。
【請求項２】請求項１記載において、前記音波発生装
置から発せられる音波の周波数が変更可能になってお
り、前記空洞部が共振モードになったかどうかを検知す
る検知手段が設けられ、その検知手段によって空洞部の
共振モードが検知される周波数領域に前記音波発生装置
の周波数を調整するように構成されていることを特徴と
する管体清掃装置。
【請求項３】請求項１記載において、前記空洞部内に
形成される共振波形の腹の位置が調整できるように構成
されていることを特徴とする管体清掃装置。
【請求項４】請求項１記載において、前記音波発生装
置から発せられる音波の周波数が変更可能になってお
り、前記空洞部の雰囲気温度によって前記音波発生装置
の周波数が調整できるように構成されていることを特徴
とする管体清掃装置。
【請求項５】請求項１記載において、前記管体群が熱
交換用の伝熱管群で、前記塵埃類が燃焼灰であることを
特徴とする管体清掃装置。
【請求項６】伝熱管群が所定の間隔をおいて燃焼ガス
の流れ方向に沿って配置され、伝熱管群と隣の伝熱管群
との間に形成される空洞部に対向するように炉外に音波
発生装置を設置し、その音波発生装置から発せられる音
波によって前記伝熱管群を含む空洞部を共振モードにし
て、管体に付着している燃焼灰を除去することを特徴と
するボイラ装置。
【請求項７】請求項６記載において、前記空洞部内に
形成される共振波形の腹の位置が調整できるように構成
されていることを特徴とするボイラ装置。
【請求項８】請求項６記載において、前記音波発生装
置が燃焼ガスの流れ方向に沿って複数設置され、各音波
発生装置から発せられる音波の周波数が変更可能になっ
ており、前記空洞部の雰囲気温度によって前記音波発生
装置の周波数が調整できるように構成されていることを
特徴とするボイラ装置。