特許 6251845 振動分析を用いてボイラー熱交換器の表面上の堆積物を検出し、モニタリングし、かつ除去するためのシステムおよび方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6251845

(24)【登録日】2017年12月1日

(45)【発行日】2017年12月20日

(54)【発明の名称】振動分析を用いてボイラー熱交換器の表面上の堆積物を検出し、モニタリングし、かつ除去するためのシステムおよび方法

(51)【国際特許分類】

   F22B 37/48 20060101AFI20171211BHJP

   F28G 9/00 20060101ALI20171211BHJP

【ＦＩ】

   F22B37/48 A

   F28G9/00 Z

【請求項の数】26

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2017-516746(P2017-516746)

(86)(22)【出願日】2015年7月20日

(65)【公表番号】特表2017-521634(P2017-521634A)

(43)【公表日】2017年8月3日

(86)【国際出願番号】US2015041067

(87)【国際公開番号】WO2016014379

(87)【国際公開日】20160128

【審査請求日】2017年3月24日

(31)【優先権主張番号】14/340,661

(32)【優先日】2014年7月25日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】14/670,956

(32)【優先日】2015年3月27日

(33)【優先権主張国】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】317008311

【氏名又は名称】インテグレイテッド・テスト・アンド・メジャメント・（アイティーエム）・エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】ティモシー・エム・カーラー

【審査官】 藤原 弘

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−２５７３２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公平０５−０１０５６４（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０３６９５４９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０１４１４０８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１５０８２５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０６３２５０２５（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 独国特許発明第１０２０１３２０５６４５（ＤＥ，Ｂ３）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２２Ｂ ３７／４８

Ｆ２３Ｊ ３／００

Ｆ２８Ｇ ９／００

Ｆ２８Ｇ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ボイラーシステムであって、
堆積物が形成され得る表面を有する少なくとも１つの熱交換器を有するボイラーと、
高圧流体を前記ボイラーへ運ぶためのランスチューブを有する少なくとも１つの引き込み可能なスートブロワーであって、前記ランスチューブは、前記ボイラーシステム内で振動を生じさせるために前記高圧流体が前記熱交換器の表面に衝突するように前記高圧流体を放出するように構成されている、スートブロワーと、
前記ボイラーシステムに結合された少なくとも１つの振動測定装置であって、前記熱交換器の表面に前記高圧流体を衝突させることによって生じる前記ボイラーシステム内での振動を測定するように構成された、振動測定装置と、
を備えており、
前記ボイラーシステムの測定された振動は、前記熱交換器の表面における堆積物の有無を示すことを特徴とするボイラーシステム。

【請求項2】

前記ボイラーシステムの測定された振動は、堆積物の位置および前記熱交換器の表面上の堆積物の量の少なくとも１つを示すことを特徴とする請求項１に記載のボイラーシステム。

【請求項3】

前記振動測定装置は、前記スートブロワーおよび前記ボイラーの少なくとも一方に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のボイラーシステム。

【請求項4】

前記少なくとも１つの振動測定装置は、前記ボイラーの外面に結合されていることを特徴とする請求項１に記載のボイラーシステム。

【請求項5】

少なくとも１つのボイラー支持構造をさらに備えており、前記少なくとも１つのボイラー支持構造から少なくとも１つの熱交換器が吊り下げられており、
前記少なくとも１つの振動測定装置は、前記少なくとも１つのボイラー支持構造に結合されていることを特徴とする請求項１に記載のボイラーシステム。

【請求項6】

前記ボイラー支持構造は、ハンガーロッド、頭上ビーム、およびそれらの組み合わせからなるグループから選択されることを特徴とする請求項５に記載のボイラーシステム。

【請求項7】

前記少なくとも１つの振動測定装置は、加速度計、変位測定装置、速度測定装置、およびこれらの組み合わせからなるグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載のボイラーシステム。

【請求項8】

ボイラーシステム内に配置された少なくとも１つの熱交換器の表面上の堆積物を検出する方法であって、前記方法は、
ランスチューブを前記少なくとも１つの熱交換器の表面に対して移動させるステップと、
前記少なくとも１つの熱交換器の表面に前記ランスチューブから放出される高圧流体を衝突させるステップと、
前記少なくとも１つの熱交換器の表面上における所定の位置で前記高圧流体を衝突させることによって引き起こされる前記ボイラーシステム内の振動を測定するステップと、
前記位置における堆積物の存在を検出するために、測定された振動を分析するステップと、
を含むことを特徴とする方法。

【請求項9】

測定された振動に応答して、前記少なくとも１つの熱交換器の前記位置において前記ランスチューブから放出された高圧流体の流れ特性を制御するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記流れ特性は、前記ランスチューブから放出される高圧流体の量、高圧流体の流速、およびそれらの組み合わせからなるグループから選択されることを特徴とする請求項９に記載の方法。

【請求項11】

振動を測定するステップは、複数の位置の各々において前記少なくとも１つの熱交換器の表面に高圧流体を衝突させることによって引き起こされる前記ボイラーシステム内の振動を測定するステップをさらに含み、
測定された振動を分析するステップは、前記少なくとも１つの熱交換器の表面上の前記複数の位置に高圧流体を衝突させることによって引き起こされる前記ボイラーシステム内の測定された振動を分析するステップをさらに含み、
前記方法は、前記少なくとも１つの熱交換器の表面上に検出された堆積物の位置のマップを生成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。

【請求項12】

検出された堆積物の前記マップに基づいて、前記ランスチューブを前記少なくとも１つの熱交換器の表面に対して移動させると同時に、前記ランスチューブから放出される高圧流体の流れ特性を制御するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記流れ特性は、より少ない堆積量を有する前記少なくとも１つの熱交換器の表面の位置よりも、より多くの堆積量を有する前記少なくとも１つの熱交換器の表面の位置に対して、より大きいことを特徴とする請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

振動は、前記ボイラーシステムに結合された少なくとも１つの加速度計で測定されることを特徴とする請求項８に記載の方法。

【請求項15】

前記少なくとも１つの加速度計は、スートブロワー、ボイラー、および前記少なくとも１つの熱交換器が懸架されているボイラー支持構造の少なくとも１つに結合されていることを特徴とする請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記少なくとも１つの加速度計は、前記ボイラーの外面に結合されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記少なくとも１つの熱交換器の表面に高圧流体を衝突させることにより、前記少なくとも１つの熱交換器の表面上の前記位置における堆積物の少なくとも一部が除去され、
前記方法は、
前記少なくとも１つの熱交換器の表面の前記位置において高圧流体を衝突させることによって引き起こされる、第１の時点での第１の振動を測定するステップと、
前記少なくとも１つの熱交換器の表面の前記位置において高圧流体を衝突させることによって引き起こされる、第２の時点での第２の振動を測定するステップと、
前記位置における前記少なくとも１つの熱交換器の表面上の堆積物の量の変化を特定するために、前記第１の振動と前記第２の振動とを比較するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。

【請求項18】

前記少なくとも１つの熱交換器の表面上の前記位置において測定された振動が大きければ大きいほど、前記少なくとも１つの熱交換器の表面上の前記位置における堆積物の量も大きくなることを特徴とする請求項８に記載の方法。

【請求項19】

ボイラーシステムの表面を分析するためのプロセスであって、
前記ボイラーシステム内で振動を発生させる第１の経路でランスチューブをボイラーに通すステップと、
少なくとも１つの熱交換器の表面に前記ランスチューブから放出される高圧流体を衝突させるステップと、
前記少なくとも１つの熱交換器の表面上における所定の位置で前記高圧流体を衝突させることによって引き起こされる前記ボイラーシステム内の振動を測定するステップと、
前記ボイラーシステム内の振動を示す第１の信号を受信するステップと、
閾値を超える振動に応答して、前記ボイラーの表面上の堆積物の存在を決定するステップと、
を含むことを特徴とするプロセス。

【請求項20】

振動が前記閾値を超えた場合に前記ランスチューブの位置を特定するステップと、
振動が前記閾値を超えた場合に前記ランスチューブの位置に基づいて前記ボイラー内の堆積物の位置を決定するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１９に記載のプロセス。

【請求項21】

前記第１の経路に続いて第２の経路においてランスチューブを前記ボイラーに通すステップと、
少なくとも１つの熱交換器の表面に前記ランスチューブから放出される高圧流体を衝突させるステップと、
前記少なくとも１つの熱交換器の表面上における所定の位置で前記高圧流体を衝突させることによって引き起こされる前記ボイラーシステム内の振動を測定するステップと、
前記ボイラーシステム内の第２の振動を示す第２の信号を受信するステップと、
前記閾値を超える第２の振動に応答して、前記ボイラーの表面上の堆積物の存在を決定するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載のプロセス。

【請求項22】

前記第１の経路で特定された前記ボイラー内の堆積物の位置を決定するステップと、
前記第２の経路で特定された前記ボイラー内の堆積物の位置を決定するステップと、
前記第１の経路による堆積物の位置と前記第２の経路による堆積物の位置とを比較するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載のプロセス。

【請求項23】

前記第１の経路による堆積物の位置が前記第２の経路による堆積物の位置と重なる場合、前記第１の信号を前記第２の信号と比較するステップをさらに含み、
前記第１の信号と前記第２の信号の間の差は、前記ボイラーの表面における堆積物の量の変化を示すことを特徴とする請求項２２に記載のプロセス。

【請求項24】

ボイラーシステム内での１つ以上の熱交換器の表面上における１つ以上の堆積物の位置をマッピングする方法であって、
少なくとも１つの熱交換器の表面に対して少なくとも１つのランスチューブを移動させるステップと、
前記少なくとも１つのランスチューブから放出された高圧流体を前記少なくとも１つの熱交換器の表面上の堆積物に衝突させるステップと、
堆積物の存在を特定するために、堆積物に衝突する高圧流体によって引き起こされる前記ボイラーシステム内の反作用力を測定するステップと、
前記ボイラーシステム内の堆積物の位置を特定するステップと、
特定された堆積物の位置に基づいて前記ボイラーシステム内での堆積物のマップを生成するステップと、
を含むことを特徴とする方法。

【請求項25】

前記少なくとも１つのランスチューブは複数のランスチューブであり、かつ前記少なくとも１つの熱交換器の表面は複数の熱交換器の表面であることを特徴とする請求項２４に記載の方法。

【請求項26】

前記反作用力は、閾値を超える前記ボイラーシステム内での振動を引き起こすことを特徴とする請求項２５に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この出願は、２０１４年７月２５日に出願された米国特許出願第１４／３４０，６６１号の一部継続出願であり、その開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

【0002】

本発明は、概して、ボイラーの付着物または灰の堆積物に関し、特に、振動モニタリングおよび分析を用いてボイラーの熱交換器上の堆積物を検出し、モニタリングし、測定し、かつ／または除去するシステムおよび方法に関する。

【背景技術】

【0003】

製紙工程では、化学的パルプ化により副産物として黒液が生成される。黒液には、リグニンや他の有機物質とともに、蒸解釜でパルプ化する際に木材から分離する無機調理化学物質(inorganic cooking chemicals)が含まれる。黒液はボイラーで燃焼される。ボイラーの２つの主な機能は、パルプ化プロセスに使用される無機調理化学物質を回収すること、および、製紙工場用の蒸気を生成するために黒液の有機部分で化学エネルギーを利用することである。本明細書で使用される用語「ボイラー」は、その過程で熱伝達面に付着する燃料を燃焼させる上部支持ボイラーを含む。

【0004】

蒸気を発生させるべく黒液を燃焼させるために使用されるボイラーの一例としてクラフトボイラーが挙げられる。クラフトボイラーは、蒸気などの加熱された流体を生成するために炉ガスからの放射および対流によって熱を抽出するために、炉内に様々なレベルの熱交換器のバンクを含む。典型的には、炉ガスはまず過熱器バンク内の熱交換器と相互作用し、過熱蒸気を発生させる。続いて炉ガスは、使用蒸気を発生させるために、発生バンク内の熱交換器と相互作用する。発生バンクはまた、ボイラーバンクと称されることもある。最終的に、炉ガスは、低温加熱流体を生成するエコノマイザバンク内の熱交換器と相互作用する。熱交換器のバンクは、熱伝導および伝熱のための熱交換器の表面として機能する複数のチューブで構成されたプラテンの列から構成される。作動中、熱交換器の表面は、黒液などの燃料を燃やすことによって炉室内で発生する灰によって連続的に汚される。ボイラーで燃焼可能な燃料の量は、多くの場合、熱交換器の表面に汚れが付着する速度および付着物の程度によって制限される。熱交換器の表面に堆積した灰を含む付着物は、燃料の燃焼から吸収される熱を減少させ、汚れた熱交換器のバンクの出口蒸気温度を低下させ、ボイラー内の次の熱交換器バンクに入るガス温度を上昇させる。例えば、過熱器バンク内の付着物は、熱交換器から流出する蒸気の温度を低下させ、発生バンクに入る炉ガス温度を上昇させる。発生バンク内の熱交換器の表面は、過熱器およびエコノマイザバンクにおける間隔と比較して比較的狭くなる傾向があり、そのため、過熱器およびエコノマイザバンクの付着物と比較して発生バンク内が汚れる可能性が上昇する。

【0005】

出口蒸気温度が、下流装置で使用するには低すぎる場合、または過熱器バンクの下流に流入する発生バンクなどの下流熱交換器バンクに入る温度が、堆積物の融点を超える場合、付着物は、清掃のためにボイラーの停止を必要とすることがあり、その結果、下流のバンクのガス側の詰まりが引き起こされる。加えて、付着物は、最終的に過熱器バンクのような上流のバンクにも詰まりを引き起こす可能性がある。熱交換器バンクから詰まりを除去するためには、ボイラーでの燃焼プロセスを停止しなければならない。クラフトボイラーは、効率的な運転のために除去する必要がある灰堆積物を含む発生バンク内の付着物の問題に特に敏感であり、なお他の熱交換器バンクも汚れることがある。クラフトボイラーのようなボイラーの熱交換器バンクからの灰堆積物を除去する３つの従来の方法として、１）スートブロー（すす吹き）、２）冷却および吹き込み、および３）水洗が挙げられる。本願は、これら方法のうちの最初のものだけを、つまりスートブローに取り組むものである。

【0006】

スートブローは、スートブロワーのランスのノズルからの蒸気の爆発を使用して灰堆積物で付着物た熱交換器の表面から堆積した灰を吹き飛ばすことを含むプロセスである。スートブローは、さまざまな時間で、作動中の様々な場所にある複数のスートブロワーを用いて、通常のボイラー運転中に略連続的実施される。スートブローは一般的に蒸気を用いて行われる。個々のスートブロワーの蒸気消費量は、典型的には２〜３ｋｇ／ｓであり、最大で４つのスートブロワーを同時に作動できる。典型的なスートブロワーの使用量は、ボイラー全体の蒸気生産量の約３〜７％である。したがって、スートブロー処理は、洗浄されるボイラーによって生成される熱エネルギーを多量に消費する。

【0007】

典型的なスートブロープロセスは、連続スートブローとして公知の手順を利用し、このときスートブロワーは、既定の間隔および既定の順序で動作する。スートブロー処理は、熱交換器の特定の場所に生じ得る付着物の量に関係なく、このペースで実行される。多くの場合、これは、スートブロー処理が多量の蒸気を消費する場合でさえも必ず防止することができない、所定のスートブローシーケンスによって十分に清掃されない熱交換器の領域を詰まらせる。個々のスートブロー工程は付近の灰堆積物の一部を減少させるが、完全に除去されない灰堆積物は長い時間をかけて堆積し続ける。灰堆積物が大きくなるにつれて、スートブローの効果は徐々に低下し、熱伝達率が損なわれる。灰堆積物が特定の閾値に達すると、ボイラー効率が著しく低下するか、または燃焼ガスを炉から放出できなくなり、ボイラーの停止を必要とする別の洗浄プロセスで堆積物を除去しなければならない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

熱交換器の表面およびスートブロワーの振動を含むボイラーシステム内の振動を誘発するために、スートブロワーの高圧蒸気の全エネルギーを使用することが望まれている。ボイラーシステムの振動は、ボイラーの熱交換器の表面からの灰堆積物を検出し、モニタリングし、測定し、かつ／または除去するために使用され、その結果、スートブロワーは最小量の蒸気を使用するようになされ、エネルギーが節約される。個々のスートブロワーを取り囲む灰堆積物の堆積パターンのマップを作成することも望ましい。マップ内の情報は、効率的な使用のためにスートブロー処理の優先順位を調整するために使用されてもよく、かつ一般的に効果的なスートブロー戦略を開発するために使用されてもよい。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様は、堆積物が形成され得る表面を有する少なくとも１つの熱交換器を有するボイラーを含むボイラーシステムに関する。ボイラーシステムは、高圧流体をボイラーに運搬するためのランスチューブを有する少なくとも１つの引き込み可能なスートブロワーをさらに含む。ランスチューブは、高圧流体が熱交換器の表面に衝突してボイラーシステム内に振動を起こすように構成されている。ボイラーシステムはまた、ボイラーシステムに結合される少なくとも１つの振動測定装置を含み、振動測定装置は、熱交換器の表面または熱交換器の表面上の堆積物に接触する高圧流体によって引き起こされるボイラーシステム内での振動を測定するように構成される。ボイラーシステムの測定された振動は、熱交換器の表面上の堆積物の有無を示す。

【0010】

本発明の別の態様は、ボイラーの少なくとも１つの熱交換器の表面上の堆積物を検出する方法であって、スートブラワーのランスチューブを少なくとも１つの熱交換器の表面に対して移動させるステップと、少なくとも１つの熱交換器の表面にランスチューブから放出される蒸気を衝突させるステップと、を含む方法に関する。この方法は、蒸気を少なくとも１つの熱交換器の表面に衝突させることによって引き起こされるボイラーシステム内の所定の位置での振動を測定するステップと、測定された振動を分析して、その位置における堆積物の存在を検出するステップと、をさらに含む。

【0011】

本発明の別の態様は、ボイラーシステム内の堆積物の位置をマッピングする方法に関する。この方法は、スートブロワーから放出された高圧流体を堆積物に衝突させることによって生成された反作用力に基づいて、熱交換器の表面上の堆積物の位置を特定するステップを含む。続いて、特定された堆積物の位置に基づいて堆積物マップを生成することができる。

【0012】

本発明の別の態様は、ボイラーシステム内の熱交換器の表面から除去された堆積物を検出する方法に関する。この方法は、ボイラーシステムに結合された少なくとも１つの振動測定装置を提供するステップと、熱交換器の表面から堆積物を除去することまたはボイラーシステム内の表面に除去された堆積物が衝突することの少なくとも１つによって引き起こされる振動を検出するステップと、を含み、振動は、振動測定装置によって振動が検出される。この方法は、検出された振動を分析して、堆積物が除去された熱交換器の表面の位置を決定するステップをさらに含む。

【0013】

添付の図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成し、本発明の様々な実施形態を示し、上述した本発明の概略的な説明および以下に示す実施形態の詳細な説明とともに、本発明の実施形態を説明するよう機能する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態によるボイラーシステムの概略図である。

【図2】多数のプラテンを支持するハンガーロッド上に配置された多数の加速度計を示す図１に示されたボイラーシステムの一部の上斜視図の拡大詳細図である。

【図3】熱交換器のチューブ表面の間に配置された２つのスートブローのランスチューブが図示された、図２では明確にするためにプラテンによって図示された２つの熱交換器のチューブ表面の上斜視図である。

【図4】本発明の一実施形態による振動測定装置からの信号を分析して堆積物の存在を識別するプロセスを示すフローチャートである。

【図5】本発明の一実施形態によるボイラーシステムの動作中にボイラーシステム内の異なる位置に配置された振動測定装置から収集されたデータからの例示的な出力記録を示す図である。

【図6】本発明の一実施形態によるボイラーシステムの動作中にスートブロワーに配置された振動測定装置から収集されたデータからの例示的な出力記録を示す。

【発明を実施するための形態】

【0015】

図１は、堆積物２０が形成された複数の熱交換器２２と、１つ以上の振動測定装置１４と、スートブロワー１６と、堆積物検出装置１８と、集積デバイス３０とを含むボイラー１２を有するボイラーシステム１０の概略図である。

【0016】

本発明の目的のために、用語「ボイラー」１２は、燃焼された燃料からの高温ガスと接触する熱交換器において水または他の流体が加熱される密閉容器を意味する。例示的なボイラー１２は回収ボイラーである。加熱または気化した流体は、ボイラーベースの発電、加熱処理などを含む様々な処理または加熱用途での使用のために、ボイラー１２から放出される。「回収ボイラー」との用語には、パルプ化のための化学物質が回収されるとともに事前処理された木材からの（いくつかの他の有機物質の中で特に）リグニンを含む黒液から改質されるパルプ化のクラフトプロセスの一部であるタイプのボイラー１２が含まれる。黒液は燃焼されて熱を発生し、これは通常、従来の蒸気発電施設の場合と同様に処理時にまたは発電時に使用される。回収ボイラーの２つの主な機能は、パルプ化処理で使用される無機調理化学物質を回収すること、および製紙工場用の蒸気をを生成するために黒液の有機部分に化学エネルギーを使用することである。クラフト黒液ボイラーの詳細な説明は米国特許第６，３２３，４４２号および第７，３４１，０６７号に詳細に開示されており、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

【0017】

図２および図３を参照すると、ボイラー１２は一連の熱交換器２２を備える。熱交換器２２は、過熱器バンク、発電バンク、エコノマイザバンク、およびそれらの組み合わせとなるように構成されてもよい。熱交換器２２は、表面４８を有するチューブ（図３）またはプラテン（図２）から形成される。熱交換器２２はそれぞれ、例えば、約２０〜１００本のチューブを含むことができる。熱交換器の表面４８は、上流および／または下流において、以下でより詳細に説明するようにスートブロワー１６が熱交換器の表面４８に対して移動できるようにする通路５０を有する。

【0018】

一実施形態では、ボイラー１２は、頭上ビーム３４およびハンガーロッド３２を含み得るボイラー支持構造で、天井から吊り下げられている。頭上ビーム３４は、Ｉビームを含んでもよい。約３０〜１００のハンガーロッド３２（図２）を、頭上ビーム３４からボイラー１２を吊り下げるために使用してもよい。より具体的には、ハンガーロッド３２は、一端で頭上ビーム３４にボルト連結されるか他の方法で結合されてもよく、かつ、直接熱交換器２２に結合されても、または反対側の端部でヘッダー３６（図２）を介して熱交換器２２に結合されてもよい。ハンガーロッド３２は、典型的には、約１インチ〜約３インチの範囲の直径と、約２フィート〜約２０フィートの範囲の長さとを有する。

【0019】

上述のように、使用中、スラグおよび／または灰堆積物２０が熱交換器２２の表面４８上に形成されることがあり、これはボイラーシステム１０の熱性能を低下させることがある。堆積物２０の量は、熱交換器の表面４８上のさまざまな位置で変化してもよい。

【0020】

ボイラーシステム１０は、熱交換器の表面４８から堆積物２０を洗浄するための１つ以上のスートブロワー１６を含む。例えば、ボイラーシステム１０は、ボイラー１２内において約５〜１５フィート離れた複数のスートブロワー１６を含んでもよい。本発明の目的のために、用語「スートブロワー」１６は、ユーティリティボイラーまたは回収ボイラーなどの大規模な燃焼デバイスの熱交換器の表面４８に対して蒸気、空気、水または他の流体などの高圧流体２４の流れを投射するために使用される装置を意味する。一般的に、スートブロワー１６は、蒸気などの高圧流体２４の供給源（図示せず）と流体連通するランスチューブ２６を含む。図２に示すように、各スートブロワー１６は、ランスチューブ２６を回転させるためのモータ７６を含んでもよい。モータ７６は、典型的には、モータをフード８２に連結する１つ以上のローラ８０によってレール７８から吊り下げられている。レール７８は、以下に詳述するようにランスチューブ２６がボイラー１２に出入りする際に、モータ７６がランスチューブ２６とともに移動できるようにする。フード８２は、モータ７６およびレール７８をカバーし、かう典型的には、スートブロワー１６を外部支持構造８８に結合するための一対のブラケット８４などの少なくとも１つの取り付けポイントを提供する。図面効率のために、図２に図示されるスートブロワー１６のサブセットのみが、モータ７６、レール７８、およびフード８２を含むものとして示されている。なお当然のことながら、本発明の実施形態では、ボイラーシステム１０内のスートブロワー１６のすべてがこれらの付加的な構造を含む。

【0021】

本明細書に記載されるスートブロワー１６は蒸気を利用するが、本発明はこれに限定されず、スートブロワー１６は他の高圧流体２４を使用することもできることに留意されたい。本発明の実施形態では、高圧流体２４は、約１００〜４００ｐｓｉの圧力で供給され得る。各スートブロワー１６はまた、スートブロワー１６のランスチューブ２６の遠位端２９において少なくとも１つのノズル２８を含む。一実施形態では、各スートブロワー１６は、ランスチューブ２６の遠位端２９において１８０°離間された２つのノズル２８を含む。

【0022】

以下でより詳細に説明するように、引き込み可能なスートブロワー１６は、高圧流体２４がノズル２８から放出される際にランスチューブ２６がボイラー１２の内部に出入りする（すなわち、周期的に進退する）ように構成される。スートブロワー１６のランスチューブ２６は、高圧流体２４がノズル２８から放出される間に回転するように構成されてもよい。

【0023】

ボイラーシステム１０はまた、ボイラーシステム１０内の振動を測定するためにボイラーシステム１０に結合された１つ以上の振動測定装置１４を含む。例示的な振動測定デバイス１４は、加速度計、変位測定デバイス、速度測定デバイス、およびそれらの組み合わせを含んでもよい。振動測定装置１４は、ハンガーロッド３２（図２）、（図３に示される）頭上ビーム３４、またはボイラー１２（図１）の外面などのボイラー支持構造上のような、もしくはボイラーの屋根３８、ペントハウス（図示せず）、スートブロワー１６の上など、例えばランスチューブ２６、モータ７６、レール７８、フード８２、ブラケット８４、または外部支持構造８８などのボイラーシステム１０における戦略的位置に取り付けられる。振動測定装置１４は、熱交換器の表面４８の振動またはスートブロワー１６の振動などのボイラーシステム１０の振れ幅および固有振動数の変化などの振動データを収集する。

【0024】

システムはまた、振動測定装置１４のための入力を受け取りかつスートブロワー１６の動作を制御できる集積デバイス３０と任意に通信する堆積物検出装置１８を含む。堆積物検出装置１８は、振動測定装置１４から受信した振動データを読み取るように、かつスートブロワー１６およびランスチューブ２６の動作を方向付けるために集積デバイス３０に命令を提供するように構成されたソフトウェアを含む。

【0025】

スートブロワー１６は、所望の動作特性を回復するために熱交換器の表面４８を洗浄するために周期的に作動される。使用時には、スートブロワー１６のランスチューブ２６が通路５０を通って熱交換器の表面４８に対して移動される。スートブロワー１６は、ノズル２８がボイラー１２の外側に位置する第１の位置とボイラー１２の内側に位置する第２の位置との間で移動するように、ボイラー１２に挿入されかつボイラー１２から引き出される。スートブロワー１６のランスチューブ２６上のノズル２８が第１の位置と第２の位置との間で移動すると、高圧流体２４が第１の位置と第２の位置との間においてノズル２８の経路に沿って所定の半径で放出されるように、ノズル２８は熱交換器の表面４８に隣接して回転する。一実施形態では、第２の位置は最大挿入位置である。スートブロワー１６は、ランスチューブ２６が通路５０を通って移動するとき、熱交換器の表面４８に対してほぼ垂直に移動する。

【0026】

典型的には第１の位置と第２の位置との間の移動であるスートブロワー１６のボイラー１２への移動は、「第１のストローク」または挿入として識別されてもよく、かつ第２の位置と第１の位置との間の移動であるボイラー１２からの移動は、「第２のストローク」または抽出として識別されてもよい。一般的にスートブロー方法は、第１の位置と第２の位置との間でスートブロワー１６の動作全体を使用するが、部分的な動作が、第１または第２のストロークと判断されてもよい。高圧流体は、通常、第１ストロークと第２ストロークの両方の間に使用される。

【0027】

スートブロワー１６が熱伝達面４８に隣接して移動する際に、高圧流体２４はノズル２８の開口を通って放出される。熱交換器の表面４８上に蓄積された堆積物２０に高圧流体２４を衝突させることによって、堆積物２０の少なくとも一部を除去する熱的衝撃および機械的衝撃の両方を生じる。それでもなお、ある程度の量の堆積物２０が残っている。本明細書で使用される「除去された堆積物」との用語は、スートブロー処理によって除去される堆積物の質量を意味しており、「残留堆積物」は、スートブローサイクル後に熱交換器の表面４８上に残る堆積物の質量を意味する。

【0028】

熱交換器の表面４８への高圧流体２４の衝突は、１つ以上の振動測定装置１４によって検出されかつ測定される熱交換器の表面４８の振動とその振れ幅および周波数の変化とを引き起こす。熱交換器の表面４８への高圧流体２４の衝突はまた、１つ以上の振動測定装置１４によって検出されかつ測定される、スートブロワー１６の振動とその振れ幅および周波数の変化とを引き起こす。本発明の目的のために、「振動」との用語は、弾性体または伝達体の周期的な前後運動を意味する。この振動は、通常、平衡状態に復帰する傾向のある力に対する体部の反応を受けて、平衡状態からの体部の変位の結果である。用語「振れ幅」は、その垂直軸に沿って測定された周期的曲線の最大絶対値を意味する。振動の振れ幅が大きければ大きいほど、振動が伝えるエネルギーは大きくなる。「周波数」との用語は、１秒当たりの振動数を意味する。固有振動数は、外力が加わらない状態でシステムが振動する振動数である。

【0029】

堆積物２０の蓄積量が熱交換器表面４８上で変化すると、少なくとも以下の３つの事象、つまり１）特定の熱交換器表面４８の振動の周波数が変化する事象、２）特定のスートブロワー１６の振動の周波数が変化する事象、および３）特定の熱交換器表面４８に対してランスチューブ２６によって供給される高圧流体２４によって加えられる圧力の量が変化する事象、が生じる。熱交換器の表面４８、スートブロワー１６、または熱交換器の表面４８とスートブロワー１６の両方の振動を分析して、残留堆積物の存在を検出することができる。特に、高圧流体２４によって熱交換器の表面４８に伝達される励起エネルギーの量に対する残留堆積物の影響は、熱交換器の表面４８の振動振れ幅または周波数の変化として評価できる。同様に、堆積物２０と接触する高圧流体２４からもたらされるスートブロワー１６のランスチューブ２６によって反応される励起エネルギーの量に対する残留堆積物の影響は、スートブロワー１６で測定された振動振れ幅および／または振動周波数の変化として評価できる。高圧流体２４が堆積物と接触することから生じるボイラーシステム１０におけるエネルギー励起の量は、熱交換器の表面４８上に蓄積される堆積物２０の量の直接的な関数であるかまたは直接比例する。言い換えると、ボイラーシステムで測定された振動振れ幅または周波数の変化によって示されるように、熱交換器の表面４８またはランスチューブ２６におけるエネルギー励起の増加は、その熱交換器の表面４８上の堆積物２０の蓄積の増加を意味する。

【0030】

ランスチューブ２６から熱交換器の表面４８および／またはスートブロワー１６に放出される高圧流体２４から伝達されるエネルギーは、熱交換器の表面４８上の堆積物２０の高圧流体の流れに垂直な表面積に比例する。堆積物２０の表面積は、堆積物２０の質量に相互に関連してもよい。ランスチューブ２６と堆積物２０との間で熱交換器の表面４８に伝達されるエネルギーが引き起こすボイラーシステム１０で検出された振動は、熱交換器の表面４８から堆積物２０を除去するためにスートブロワー１６が供給する必要がある高圧流体２４の量を決定するために使用することができる。本発明の態様は、熱交換器の表面４８の堆積物２０に接触するスートブロワー１６から放出された高圧流体２４によってボイラーシステム１０に伝達される力によって生成されるボイラーシステム１０の振動振れ幅および周波数応答の変化を分析することに関する。したがって、堆積物２０の位置および除去を決定するために、エネルギー励起応答の概念が使用される。続いて、測定された振動は、ランスチューブ２６におけるノズル２８から放出される高圧流体２４の量または高圧流体２４の流量などの、高圧流体２４の流れ特性を制御するために使用されてもよい。

【0031】

本発明の一態様は、ボイラーシステム１０の１つ以上の熱交換器の表面４８上に堆積物２０をマッピングする方法に関する。堆積物マップは、一般的に、ボイラー１２内の個々のスートブロワー１６の位置と、ボイラー１２内の個々のスートブロワー１６の経路によって決定される各堆積物２０の蓄積プロファイルとを空間的に表現したものである。堆積物マップは、高圧流体２４を放出しながら、少なくとも１つの熱交換器の表面に対して少なくとも１つのランスチューブを移動させることによって生成してもよい。高圧流体２４は、熱交換器の表面上の堆積物に衝突し、その結果、ボイラーシステム１０上に、堆積物の存在を識別するために測定することができる反作用力が生じる。したがって、ボイラー１２内へ向けて、設定された進出距離で、ランスチューブ２６におけるノズル２８を徐々にかつ同時に平行移動させかつ回転することによって、堆積物２０を熱交換器の表面４８上の複数の位置で検出できる。堆積物が識別された場合、熱交換器の表面４８に対するスートブロワー１６のランスチューブ２６上のノズル２８の位置は、ランスチューブ２６におけるノズル２８の経路に沿って、識別された堆積物２０の位置を決定するために使用されてもよい。各スートブロワー１６のノズル２８の経路に沿って特定された堆積物２０の位置は、各スートブロワー１６の位置に堆積物２０のマップを生成するために使用されてもよい。一実施形態では、反作用力は、スートブロワー１６からの高圧流体２４によって熱交換器の表面４８上の堆積物２０に伝達される力によって発生するかまたは高圧流体２４が熱交換器表面４８上の堆積物２０と接触することによって生じるスートブロワー１６における反作用力によって発生するボイラーシステム１０で測定された振動振れ幅および周波数の変化である。熱交換器の表面上の堆積物を示すボイラーシステム内の他の反作用力を、堆積物マップを生成するために使用してもよい。

【0032】

一実施形態では、マップは、スートブロワー１６と、堆積物２０が検出された識別済みのスートブロワー１６の経路に沿った位置とを特定する表として表すことができる。表はまた、ボイラーシステム１０におけるスートブロワー１６の相対的な位置を特定してもよい。別の実施形態では、マップは、スートブロワー１６の経路に沿った熱交換器の表面４８上の１つまたは複数の堆積物２０の２次元表現である。別の実施形態では、マップは、複数のスートブロワーの経路に沿った熱交換器の表面４８上の１つ以上の堆積物２０の３次元表現である。従来のボイラーは、ボイラー１２の高さおよび幅にわたって配置された数個から数百個のスートブロワー１６のサイズに応じた詳細な堆積物マップ２０を得ることができる。連続的な堆積物マップは、熱交換器の表面４８が汚れるか清浄されたた場合や堆積物２０の相対的な変化が蓄積される場合、あるいは連続したマップ上に位置が示され得る場合に、変更されてもよい。

【0033】

生成されたマップは、堆積物２０が形成されないボイラーシステム１０内の領域と、スートブロワー１６が堆積物を適切に除去する領域と、残留堆積物が残っておりかつ除去するために付加的なスートブロワー１６作動させる必要がある領域と、を識別するのを助けることができる。これらのデータは、エネルギー節約のための蒸気消費を低減するかまたは熱交換器の表面４８の有効性を向上させるような効率的なスートブロー方式を開発するために使用されてもよい。例えば、スートブロワー１６を、定期的に例えば１日に１回、「堆積物２０の位置モード」で動作させることができ、収集された情報を、現在の堆積物マップを更新するために使用できる。このマップは、スートブロワー１６の効果的かつ効率的な使用のためにスートブロワー１６の作動の優先度を調整するために、かつエネルギー節約のための蒸気消費を低減するために、使用されてもよい。

【0034】

図４を参照すると、本発明の実施形態にしたがって振動測定装置１４からの信号を分析するためのプロセス１００を示すフローチャートが示される。分析プロセス１００は、堆積物検出装置１８によって実行され得る一連の動作を含む。

【0035】

ブロック１０２において、熱交換器の表面４８上の残留堆積物を示す事象の存在を決定するための閾値が設定される。閾値は、振動測定装置１４からの信号を比較できる値またはそうした値の範囲である。本発明の実施形態では、振動測定装置１４からの信号の狭い周波数範囲が事象の存在に関して分析される。例えば、閾値は、所定の周波数における振れ幅であってもよく、あるいは計算された二乗平均平方根（ＲＭＳ）の振れ幅であってもよい。例示的な実施形態では、閾値は、予め定められておりかつ履歴データに基づくものとすることができる。履歴データは、始動直後のようにボイラーが清浄であるときに取得されたデータを含んでもよい。別の実施形態では、閾値は、振動測定装置１４からのリアルタイムまたはほぼリアルタイムのデータに基づいて決定される。さらに別の代替案では、閾値は、ボイラーシステムの固有周波数または振れ幅の倍数、特に熱交換面４８またはスートブロワー１６の倍数として設定される。

【0036】

ブロック１０４において、振動測定装置１４からの信号は、事象の発生を確立するために、閾値を超える信号について分析する。振動測定装置１４からの信号は、振動測定装置１４の位置におけるボイラーシステム１０の振動の周波数、振れ幅、または周波数と振れ幅の両方に対応する。事象は、閾値を超える振動測定装置１４からの信号として識別されてもよい。一実施形態では、事象は、統計的分析によって決定されるように、閾値を有意に超える信号である。別の実施形態では、事象は、既定の値またはパーセンテージによって閾値を超える信号である。

【0037】

ブロック１０６において、ノズル２８の位置は、事象の発生時に特定される。一実施形態では、ノズルの位置は、スートブロワー１６のストローク中にイベントの発生の時間を記録し、その時間をノズル２８の位置と相互関連させることによって、特定してもよい。回転および変位測定センサの使用など、事象の発生時にスートブロワー１６のノズル２８の位置を特定する他の方法を用いてもよい。

【0038】

ブロック１０８において、事象の発生時におけるノズルの位置は、潜在的な堆積物の位置として記録される。

【0039】

図４に示す分析プロセス１００は、ボイラーシステム内外へのスートブロワー１６の各ストロークごとに繰り返されてもよい。一実施形態では、第１のストロークで記録された潜在的な堆積物の位置は、第２のストロークで記録された潜在的な堆積物の位置と比較される。第１のストロークで記録された潜在的な堆積物の位置が、第２のストロークで記録された堆積物の潜在的な位置の付近にあるかまたは同じである場合、その位置における堆積物の存在が確認されたと判断されてもよい。いくつかの実施形態では、スートブロワー１６は、途中で、ボイラーシステムへの通り道における同じ螺旋経路に従わなくなる。そのような実施形態では、第１のストロークで記録された堆積物は、第２のストロークに対して記録されないことがある。加えて、挿入中の、放出された高圧流体から生じるスートブロワー１６の力は、抜き取り中のスートブロワー１６の力とは異なってもよい。したがって、第１のストロークで検出され得る堆積物は、第２のストロークにおいて検出されないことがある。

【0040】

図５は、４つのスートブロワー（Ａ，Ｂ，ＣおよびＤ）の動作中のボイラーシステムの対向する位置（位置ＩおよびＩＩ）において２つの振動測定装置１４を用いて収集された例示的なフィールドデータを示す。位置Ｉはスートブロワーの進入ポイントと同じボイラー側にあり、場所ＩＩはボイラーの反対側にある。

【0041】

図５の下側の出力記録は、作動中にスートブロワー１６の回転を駆動するモータの電流を示す。スパイク５３は、モータの回転を開始するのに必要な増大した抵抗によって生じる、領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおけるスートブロワー１６の動作中のモータの電流の変化を反映したものである。スートブロワーＡから収集されたデータを参照すると、約１６４７０秒を始点として、上方向の矢印５２は、熱交換器４８の間の領域Ａにおけるランスチューブ２６の挿入を示し、下方向の矢印５４は、ランスチューブ２６の引き込みを示す。各矢印５２，５４の高さは、ボイラー１２内のランスチューブ２６のノズル２８の相対位置を示す。例えば、最も高さが小さい矢印５２は、ノズル２８が部分的に挿入されたことを示し、下部パネルにおける最も高さが大きい矢印５２は、ノズル２８がボイラー１２に完全に挿入されたことを示す。同様に、最短の高さを有する矢印５４は先端が完全に後退されたことを意味し、最大の高さを有する矢印５４は完全に挿入されたことを示す。

【0042】

熱交換器の表面４８上の堆積物２０の除去および／または検出のためにボイラーシステム内をランスチューブが移動する間、振動測定装置１４は、位置ＩおよびＩＩにおいて、熱交換器の表面４８の振れ幅および／または周波数の変化として、熱交換器の表面４８の移動を測定する。

【0043】

振れ幅プロファイルＡ’は、位置Ａでのスートブロワーの動作中に、位置Ｉにおける振動測定装置１４によって収集された大きな周波数範囲にわたるＲＭＳ振れ幅データを示す。いくつかの弱いスパイク６０および強いスパイク６２を除けば、プロファイルデータの振れ幅は概して高さにおいて一定である。一定の高さの振れ幅は、スートブロワー１６からスプレーされる高圧流体２４が熱交換器の表面４８に付着した実質的な堆積物と接触していないことを示しており、これは、スートブロワー１６が堆積物２０を熱交換器４８の表面から完全に除去していることを意味すると判断されてもよい。振れ幅データはまた、スートブロワー１６の挿入中に減少する傾向があり、抽出の間に増加する傾向がある。特定の理論に拘束されることなく、下向きの傾向は、スートブロワー１６が振動測定装置１４から離れる方向に移動していることを示唆しており、上向きの傾向は、スートブロワー１６が振動測定装置１４に向かって移動していることを示唆する。振動測定装置１４によって検出された一定の振れ幅は、リアルタイムまたはほぼリアルタイムの閾値を確立するよう使用されてもよい。閾値を下回る振れ幅信号は、堆積物が熱交換器の表面４８上に蓄積していないことあるいは堆積物２０が効果的に除去されたことを示すことができ、かつ閾値を超える振れ幅信号は、熱交換器の表面４８上に効率的に除去されていない残留堆積物２０が存在することを示すことができる。したがって、一実施形態では、振動データは、熱交換器の表面４８上の堆積物２０の存在を示す閾値よりも大きい振れ幅を識別するために分析される。スパイク６０，６２は閾値よりも大きく、これは熱交換器の表面上に残留する潜在的な堆積物が存在する可能性があることを示している。

【0044】

スパイク６０，６２は、熱交換器２２とスートブロワー１６との間の相互作用またはボイラー１２の発火速度などの、様々な手段によって時折引き起こされる突発的な衝撃音から生じる異常として判断されてもよい。なおノズル２８が共通の位置を通過する間に、所定の期間にわたって繰り返し発生するスパイク６０，６２は、共通の位置において堆積物２０が高く蓄積しているを示してもよい。この場合、スパイク６０，６２は、こうした特定の位置へ向けて洗浄動作を配向する必要があることを示している。特定の位置に堆積物２０がより蓄積しやすいと判断された場合、オペレータは、特定のスートブロワー１６で洗浄プロセスの予定を決め、定期的にこれらの位置を洗浄することができ、それによってボイラーシステム１０の動作効率を改善することができる。

【0045】

図５に示すように、位置ＩＩにおける振動振れ幅プロファイルＡ”および振動測定装置１４を参照すると、振れ幅プロファイルＡ”は、わずかな小さなスパイクを除いて、比較的一定であることがわかる。しかしながら、振れ幅プロファイルＡ”の興味深い態様は、領域ＩＩにおける振動測定装置１４が位置Ａにおけるボイラー１２の反対側に位置することであり、したがって、プロファイルＡ”の形状がプロファイルＡ’の形状とほぼ逆になることである。例えば、振れ幅プロファイルＡ’は凹形であり、一方で振れ幅または周波数プロファイルＡ”は凸形である。振動測定装置１４の位置Ｉが、ボイラー１２のうちスートブロワー１６のための挿入ポイントと同じ側におけるボイラー１２の領域Ａに対応するが、位置ＩＩにおける振動測定装置１４は領域Ａにおけるボイラー１２の反対側に配置されているため、振れ幅プロファイルの形状は異なっている。ボイラー内の位置Ｂ，Ｃ，Ｄにおけるスートブロワー１６およびそれらのそれぞれの振動振れ幅プロファイル（Ｂ’，Ｂ”）、（Ｃ’，Ｃ”）および（Ｄ’，Ｄ”）に関しても同様である。

【0046】

実際には熱交換器２２はいくつかの区画に分割されており、区画はそれぞれ、互いに通信する複数のスートブロワー１６および振動測定装置１４を有する。各区画内の振動測定デバイス１４は、その区画内のすべてのスートブロワー１６と通信する。これは、その区画における複数の振動測定装置１４のうちの少なくとも１つによって振動信号が確実に拾い上げられるようにするのに役立つ。

【0047】

図５の別の態様には強いスパイク６４，６６，６８，７０が存在しており、これらスパイク６４，６６，６８，７０は、重要な情報をボイラー１２のオペレータに対して明らかしてもよい。まず、これらのスパイク６４，６６，６８，７０は、恐らく地震あるいはスートブロワー１６に突然何らかの物体が衝突することから生じる異常があったと判断されてもよい。なお、上述したように、スートブロワー１６の動作中に所定の期間にわたって同じ位置でこうしたスパイクが繰り返し発生する場合、スパイクは、これらの特定の位置で堆積物２０が蓄積しているを示している。スパイク６４および６６が高い堆積物２０が蓄積した結果であると仮定すると、堆積物２０を除去するために、その位置において、スートブロワーのランスチューブ２６におけるノズル２８からの流れ特性を増加させるべきである。例えば、スパイク６４および６６に関連する熱交換器の表面４８の位置は、堆積物２０を除去するために、より多くの量の高圧流体２４を必要とすることがあり、あるいは、高圧流体２４は、増加した流量でまたはより大きな力でそれらの位置で熱交換器表面４８に衝突することが必要となることがある。一方で、スパイク６８および７０はそれぞれ、スートブロワー１６のイン・ストロークにおいて一時的にのみ現れ、アウト・ストロークには現れない。これらのデータは、これら２つの位置における潜在的な堆積物が既存のプロトコルによって適切に除去されていることを示唆している。これらのデータはまた、ストローク上のスートブロワー１６の経路が、アウトストロークにおけるスートブロワーの経路とわずかに異なること、および経路内で識別された堆積物が、アウトストローク上で識別できないことも示唆できる。

【0048】

図６は、スートブロワー１６に結合された振動測定装置１４を用いて、特にスートブロワー１６を外部支持構造８８に取り付けるブラケット８４の１つの付近においてスートブロワー１６のフード８２に取り付けられた振動測定装置１４を用いて、収集された例示的なフィールドデータを示す。スパイク９０，９２，９４および９６は、堆積物をシミュレートするために熱交換器の表面に取り付けられた試験プレートの存在を示す。これらのデータは、ランスチューブ２６の挿入ストローク中に得られたものである。

【0049】

図４、図５および図６を参照すると、特定のスートブロワー１６によって供給される周波数または高圧流体出力が、それぞれの振動測定値にしたがって調整され得ることに留意されたい。ボイラーのオペレータは、個々のスートブロワー１６またはスートブロワー１６のグループに関連する領域の熱交換器２２における振動の差異を検討することによって、最も多くの堆積物２０が蓄積したかまたは付着物が発生しているボイラー１２の位置の理解を深めることができる。この情報は、堆積物２０を除去するのに必要な高圧流体２４の量のみを用いて付着物を低減してボイラー１２の効率性を向上させるために、動作周波数または特定のスートブロワー１６に供給される高圧流体出力を確立するために使用されてもよい。この情報は、特定の場所における付着物を減らすべく、ボイラー１２の状態または構成を調節するために使用されてもよい。例えば、この情報は、付着物を減少させるべくボイラー１２のデザインを改善するために、あるいは、付加的なまたは低減された付着物防止機構のためにボイラー１２内の位置を特定するために使用されてもよい。

【0050】

堆積物検出装置１８（図１）は、振動測定装置からの信号を受け取り、かつ１つまたは複数の熱交換器の表面４８上に配置された堆積物２０に基づいてスートブロワーのランスチューブ２６の動作を任意選択的に制御してもよい。堆積物検出装置１８はまた、洗浄を目的としてではなくスートブロワーの過熱を防止する目的で蒸気が使用される場合に、挿入ストロークおよび後退ストロークの洗浄部分の間、および挿入ストロークおよび後退ストロークの冷却部分の間に、熱交換器の表面４８に供給される高圧流体２４の量または熱交換器の表面４８への高圧流体２４の流量を制御する。堆積物検出装置１８は、一般的に処理ユニットおよびメモリ装置を含む。堆積物検出装置１８は、説明されたタスクを実行するようにプログラムされたコンピュータ（図示せず）として実現されてもよい。堆積物検出装置１８はまた、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせを使用して実現されてもよい。メモリは、処理ユニットが本明細書に記載のデータ分析を実行するようにコンピュータが読み込み可能な命令でコード化されてもよい。

【0051】

堆積物検出装置１８は、スートブロワー１６のストロークを開始および停止させるためにスートブロワーのランスチューブ２６に制御信号を提供する集積デバイス３０と通信してもよい。したがって、集積デバイス３０は、スートブロワー１６の各々の使用頻度を制御することができる。集積デバイス３０はまた、個々のスートブロワー１６またはスートブロワー１６のグループがそれらのストロークの特定の位置にある場合を示す信号をデータ取得システム（図示せず）に提供してもよい。例えば、集積デバイス３０は、特定のスートブロワー１６が所定のストロークを開始する場合および特定のスートブロワー１６がそのストロークを終了する場合に、データ取得システムに信号を提供してもよい。さらに、集積デバイス３０は、ストロークの挿入部分および後退部分を示してもよい。データ取得システムは、特定のスートブロワー１６のストロークの開始時および終了時にあるいはその開始時および終了時の付近で振動測定装置１４からの振動測定値を特定するために、特定のスートブロワー１６のストロークの開始および終了を示す信号を利用してもよい。次に、堆積物検出装置１８は、個々のスートブロワー１６または一群のスートブロワー１６に関連する振れ幅または周波数データをコントロールするために、統計的手法を実施してもよい。動的加速度、速度、または変位データなどの振動特性は、スートブロワー１６の動作に適した周波数またはスートブロワー１６の高圧流体２４の出力を選択するために使用することができる。

【0052】

データ取得システムは、一般的に、処理ユニットとメモリデバイスとを含む。データ取得システムは、説明されたタスクを実行するようにプログラムされたコンピュータ（図示せず）として実現されてもよい。データ取得システムはまた、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせを使用して実現されてもよい。メモリは、処理ユニットに本明細書に記載されたデータ分析を実行させるコンピュータが読み込み可能な命令でコード化されてもよい。データ取得システムは、スタンドアロン装置であってもよいし、堆積物検出装置１８または集積デバイス３０の一部であってもよい。いくつかの実施形態では、堆積物検出装置１８、集積デバイス３０、およびデータ取得システムは、単一のユニット内で組み合わされる。堆積物検出装置１８および集積デバイス３０の位置および構成は、一般的なコンピューティング技術にしたがってフレキシブルなものであることを理解されたい。

【0053】

その測定された性能に基づいて、個々のスートブロワー１６またはスートブロワー１６のグループに関する周波数または高圧流体２４の使用を選択することによって、スートブロワー１６によって利用される高圧流体２４の量が全体的に低減されて、スートブロワー１６の有効性が向上される。この技術は、ボイラーシステム１０が同じ高圧流体２４の出力に対してより少ない燃料を消費することを可能にするか、または詰まりに起因する（予定された、または予定外の）停止を伴わずに、より長く作動することを可能にするボイラー１２の全体的な効率を改善することができる。

【0054】

再び図２を参照すると、別の実施形態では、熱交換器の表面４８からの堆積物２０の除去を検出するために、振動測定装置１４を使用してもよい。１つ以上の振動測定装置１４は、例えばボイラーのフロア４０において、ハンガーロッド３２において、またはボイラーの屋根３８において、ボイラー１２に結合される。振動測定装置１４は、例えば、加速度計を含んでもよい。堆積物２０が実質的な質量まで大きくなると、堆積物２０は、熱交換器の表面４８から放出されることがある（または剥がれ落ちることがある）。この下落した堆積物８０は一般的にクリンカーと称される。堆積物２０が熱交換器の表面４８から離れると、表面から堆積物の塊を下落させることによって熱交換器の表面の反作用力から生じるように、下落した堆積物８０が落下する位置における熱交換器の表面４８の振動が変化する。このように、ハンガーロッド３２またはボイラー屋根３８に結合された振動測定装置１４が、下落した堆積物８０に起因する振動を検出すると、検出された振動は、剥がれ落ちた堆積物８０が落下した場所を示す。加えて、下落した堆積物８０の落下に応答して振動測定装置１４によって測定された振動が大きいほど、落下した堆積物８０のサイズが大きくなる。

【0055】

代替的に、振動測定装置１４は、堆積物が落下した際に落下した堆積物によって衝撃が与えられるボイラーフロア４０またはボイラーシステム内の他の構造物に落下した堆積物８０が衝突することによって生じるボイラー構成要素の振動を検出してもよい。落下した堆積物８０は妨げられない限りまっすぐ落下する傾向があるので、最も強い振動を検出する振動測定装置１４は、剥がれ落ちた堆積物８０が落下する熱交換器の表面４８の一般的な領域を示す。

【0056】

落下した堆積物８０を検出するこの実施形態は、熱交換器の表面４８上の堆積物２０の蓄積をモニタリングするために、上述の方法とは別にまたは当該方法と組み合わせて使用することができる。例えば、落下した堆積物８０が存在することは、熱交換器の表面４８上の特定の位置が、熱交換器の表面４８上の他の位置よりも早く堆積物２０を蓄積することを示すことを示すか、または特定のスートブロワー１６が他のスートブロワー１６ほど効果的に洗浄していないことを示してもよい。

【0057】

本発明はその特定の実施形態の説明によって例示されており、これら実施形態はかなり詳細に記載されているが、添付の特許請求の範囲をそのような詳細に制限したり限定したりするようには意図されていない。本明細書に記載される様々な特徴は、単独で、または任意の組み合わせで用いてもよい。さらなる利点および変更は当業者であれば容易に理解し得るだろう。したがって、より広範な態様における本発明は、例示されかつ説明された特定の詳細、代表的な装置および方法、ならびに例示的な例に限定されない。それゆえ、本願の装置は、概略的な本発明のコンセプトの範囲または趣旨から逸脱することなく、そうした詳細から形成されてもよい。

【符号の説明】

【0058】

１０ ボイラーシステム
１２ ボイラー
１４ 振動測定装置
１６ スートブロワー
１８ 堆積物検出装置
２０ 堆積物
２２ 熱交換器
２４ 高圧流体
２６ ランスチューブ
２８ ノズル
３０ 集積デバイス
３２ ハンガーロッド
３４ 頭上ビーム
３６ ヘッダー
３８ ボイラー屋根
４０ ボイラーフロア
４８ 熱交換器表面
７６ モーター
７８ レール
８０ 堆積物
８２ フード
８４ ブラケット
８８ 外部支持構造

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】