特許 6879825 プロテクタ構造体、ショットクリーニング装置及びボイラ

(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】6879825

(24)【登録日】2021年5月7日

(45)【発行日】2021年6月2日

(54)【発明の名称】プロテクタ構造体、ショットクリーニング装置及びボイラ

(51)【国際特許分類】

   F23J 3/00 20060101AFI20210524BHJP

【ＦＩ】

   F23J3/00 A

【請求項の数】5

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2017-100913(P2017-100913)

(22)【出願日】2017年5月22日

(65)【公開番号】特開2018-194279(P2018-194279A)

(43)【公開日】2018年12月6日

【審査請求日】2020年2月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】306022513

【氏名又は名称】日鉄エンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001601

【氏名又は名称】特許業務法人英和特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】川田 一輝

(72)【発明者】

【氏名】龍田 英三

(72)【発明者】

【氏名】板倉 毅

【審査官】 古川 峻弘

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２２１６４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２５８０９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６０−１５４７９４（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２３Ｊ ３／００

Ｆ２８Ｇ １／１２

Ｆ２２Ｂ ３７／１０，３７／５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ボイラの伝熱管群に付着したダストを除去するために当該伝熱管群の上方からショット球を水平方向の速度成分を有して所定の初速度で噴出するショット球噴出ノズルと前記伝熱管群との間に設置するプロテクタ構造体であって、
複数のプロテクタを水平方向に所定間隔をもって配列してなる第１プロテクタ群と、
前記第１プロテクタ群の下方に配置され、複数のプロテクタを水平方向に所定間隔をもって配列してなる第２プロテクタ群と、
鉛直方向に伸びる複数の隔壁とを備え、
前記第１プロテクタ群のプロテクタと前記第２プロテクタ群のプロテクタとは千鳥状に配置され、
前記隔壁は、前記第１プロテクタ群のプロテクタと前記第２プロテクタ群のプロテクタとの間に位置し、
かつ、前記第１プロテクタ群のプロテクタ、前記第２プロテクタ群のプロテクタ及び前記隔壁は、ショット球の進行方向を直線と仮定したときに、いかなる進行方向であってもショット球がいずれかに衝突するように配置されている、プロテクタ構造体。

【請求項2】

ボイラの伝熱管群に付着したダストを除去するために当該伝熱管群の上方からショット球を水平方向の速度成分を有して所定の初速度で噴出するショット球噴出ノズルと前記伝熱管群との間に設置するプロテクタ構造体であって、
複数のプロテクタを水平方向に所定間隔をもって配列してなる第１プロテクタ群と、
前記第１プロテクタ群の下方に配置され、複数のプロテクタを水平方向に所定間隔をもって配列してなる第２プロテクタ群と、
前記第２プロテクタ群の下方に配置され、複数のプロテクタを水平方向に所定間隔をもって配列してなる第３プロテクタ群と、
鉛直方向に伸びる複数の隔壁とを備え、
前記第１プロテクタ群のプロテクタと前記第２プロテクタ群のプロテクタとは千鳥状に配置され、
前記第３プロテクタ群のプロテクタは、前記第１プロテクタ群のプロテクタと水平方向の位置が整合するように配置され、
前記隔壁は、前記第１プロテクタ群のプロテクタと前記第３プロテクタ群のプロテクタとの間に位置し、
かつ、前記第１プロテクタ群のプロテクタ、前記第２プロテクタ群のプロテクタ、前記第３プロテクタ群のプロテクタ及び前記隔壁は、ショット球の進行方向を直線と仮定したときに、いかなる進行方向であってもショット球がいずれかに衝突するように配置されている、プロテクタ構造体。

【請求項3】

前記第１プロテクタ群のプロテクタ間の水平方向の間隔をａ、前記第２プロテクタ群のプロテクタの水平方向の幅をｂとしたとき、０．７≦ａ／ｂ≦１．０である、請求項１又は２に記載のプロテクタ構造体。

【請求項4】

請求項１から３のいずれかに記載のプロテクタ構造体と、前記ショット球噴出ノズルとを備えるショットクリーニング装置。

【請求項5】

請求項４に記載のショットクリーニング装置を備えるボイラ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ボイラの伝熱管群に付着したダストを除去するために当該伝熱管群の上方からショット球を所定の初速度をもって噴出するショットクリーニング装置用のプロテクタ構造体に関し、さらにはこのプロテクタ構造体を備えたショットクリーニング装置及びボイラに関する。

【背景技術】

【0002】

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などのダストが到来し、ボイラの伝熱管群にダストが付着するので、ボイラの運転を効率的かつ安全に行うためには、伝熱管群に付着したダスト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群に付着したダストを除去する一手段として、ショットクリーニング装置が使用される。

【0003】

例えば特許文献１には、ショット球を噴出するショット球噴出ノズルと、噴出したショット球が衝突して、衝突後のショット球を分散させる衝突板とを備えたショット球散布装置（ショットクリーニング装置）が開示されている。ところが、特許文献１のショット球噴出ノズルからは、直径１０ｍｍ、質量４ｇ、初速度５０ｍ／ｓでショット球が噴出し、衝突板で分散された後も大きな運動エネルギーを持つため、最初に衝突する伝熱管に変形や急激な減肉を引き起すという問題が生じることがあった。

【0004】

従来、このようなショット球による伝熱管の変形や減肉を抑制するための技術として、特許文献２や特許文献３にみられるように、伝熱管群の上方にダミー管や衝突防止板等のプロテクタ群を設ける技術が知られている。しかし、前述の特許文献１のように水平方向の速度成分を有して高速（所定の初速度）でショット球が噴出される場合、その軌道は直線状となり、少しの隙間があれば、プロテクタにあたらず通過し、伝熱管に直接衝突してしまう。そのため、従来の構造のプロテクタでは、ショット球が水平方向の速度成分をもち斜め方向から侵入する際は、伝熱管への直接衝突を回避できない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第５０７９４６５号公報

【特許文献2】実願昭６２−１５８６３９号（実開平１−６７４４６号）のマイクロフィルム

【特許文献3】特開２００８−１７００９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明が解決しようとする課題は、水平方向の速度成分を有して高速（所定の初速度）で噴出するショット球の直接衝突による伝熱管の変形や減肉を抑制する技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一観点によれば、次の１又は２のプロテクタ構造体が提供される。
１．
ボイラの伝熱管群に付着したダストを除去するために当該伝熱管群の上方からショット球を水平方向の速度成分を有して所定の初速度で噴出するショット球噴出ノズルと前記伝熱管群との間に設置するプロテクタ構造体であって、
複数のプロテクタを水平方向に所定間隔をもって配列してなる第１プロテクタ群と、
前記第１プロテクタ群の下方に配置され、複数のプロテクタを水平方向に所定間隔をもって配列してなる第２プロテクタ群と、
鉛直方向に伸びる複数の隔壁とを備え、
前記第１プロテクタ群のプロテクタと前記第２プロテクタ群のプロテクタとは千鳥状に配置され、
前記隔壁は、前記第１プロテクタ群のプロテクタと前記第２プロテクタ群のプロテクタとの間に位置し、
かつ、前記第１プロテクタ群のプロテクタ、前記第２プロテクタ群のプロテクタ及び前記隔壁は、ショット球の進行方向を直線と仮定したときに、いかなる進行方向であってもショット球がいずれかに衝突するように配置されている、プロテクタ構造体。
２．
ボイラの伝熱管群に付着したダストを除去するために当該伝熱管群の上方からショット球を水平方向の速度成分を有して所定の初速度で噴出するショット球噴出ノズルと前記伝熱管群との間に設置するプロテクタ構造体であって、
複数のプロテクタを水平方向に所定間隔をもって配列してなる第１プロテクタ群と、
前記第１プロテクタ群の下方に配置され、複数のプロテクタを水平方向に所定間隔をもって配列してなる第２プロテクタ群と、
前記第２プロテクタ群の下方に配置され、複数のプロテクタを水平方向に所定間隔をもって配列してなる第３プロテクタ群と、
鉛直方向に伸びる複数の隔壁とを備え、
前記第１プロテクタ群のプロテクタと前記第２プロテクタ群のプロテクタとは千鳥状に配置され、
前記第３プロテクタ群のプロテクタは、前記第１プロテクタ群のプロテクタと水平方向の位置が整合するように配置され、
前記隔壁は、前記第１プロテクタ群のプロテクタと前記第３プロテクタ群のプロテクタとの間に位置し、
かつ、前記第１プロテクタ群のプロテクタ、前記第２プロテクタ群のプロテクタ、前記第３プロテクタ群のプロテクタ及び前記隔壁は、ショット球の進行方向を直線と仮定したときに、いかなる進行方向であってもショット球がいずれかに衝突するように配置されている、プロテクタ構造体。

【0008】

また、本発明の他の観点によれば、前記プロテクタ構造体と前記ショット球噴出ノズルとを備えるショットクリーニング装置、及び前記ショットクリーニング装置を備えるボイラが提供される。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、第１プロテクタ群のプロテクタ、第２プロテクタ群のプロテクタ及び隔壁が、ショット球の進行方向を直線と仮定したときに、いかなる進行方向であってもショット球がいずれかに衝突するように配置されているので、水平方向の速度成分を有して所定の初速度で噴出するショット球の直接衝突による伝熱管の変形や減肉を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施形態のボイラの全体構成図である。

【図2】本発明のプロテクタ構造体の構成例を示す概念図である。

【図3】本発明のプロテクタ構造体の変形例を示す概念図である。

【図4】本発明のプロテクタ構造体の変形例を示す概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

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、本発明の一実施形態のボイラの全体構成図である。同図に示すボイラ１０は、底部側から高温のボイラガス（例えば、燃焼室からの燃焼ガス）を導入して頂部側から排出するケーシング１１を有しており、このケーシング１１内に過熱器１２、蒸発器１３及び節炭器（エコノマイザ）１４が配置されている。過熱器１２、蒸発器１３及び節炭器１４は、伝熱管式の熱交換器構造となっており、伝熱管内に通水される水をボイラガスの熱で加熱して蒸気にする。

【0012】

ボイラガスは、ダスト（例えば飛灰など）を同伴しており、そのダストが過熱器１２、蒸発器１３及び節炭器１４の伝熱管群に付着するとこれらの熱交換効率が低下する。そこで、図１のボイラ１０には、過熱器１２、蒸発器１３及び節炭器１４の伝熱管群に付着したダストを除去するためにショットクリーニング装置２０が設置されている。

【0013】

まず、ショットクリーニング装置２０の基本構成を説明すると、ショット球である鋼球２１は、鋼球タンク２２内に貯留されており、ロータリーフィーダ２３等の切出装置によって定量的に切り出される。ロータリーフィーダ２３で切り出した鋼球２１は、鋼球搬送管２４内に供給され、ブロワ２５から鋼球搬送管２４内に吹き込まれる搬送用流体（例えば高圧空気）によって加速されて鋼球搬送管２４内を流れ、その先端の鋼球噴出ノズル２６から水平方向の速度成分を有して所定の初速度（例えば５０ｍ／ｓ）でボイラ１０内に噴出される。なお、本実施形態において鋼球搬送管２４は途中で分岐しており、分岐点に流路切替弁２７が設けられ、分岐した鋼球搬送管２４の先端にそれぞれ鋼球噴出ノズル２６が設けられている。そして、鋼球噴出ノズル２６から噴出した鋼球２１は、衝突板２８に当たって分散されながらボイラ１０内に噴出される。なお、衝突板２８の鉛直方向との角度は可変である。

【0014】

以上の基本構成において、鋼球噴出ノズル２６から噴出され、さらに衝突板２８に当たって分散されながらボイラ１０内に噴出される鋼球２１が、ボイラ１０（節炭器１４）の伝熱管群１５に直接衝突することがないように、鋼球噴出ノズル２６と伝熱管群１５との間にプロテクタ構造体４０が設置されている。

【0015】

図２に、プロテクタ構造体４０の構成例を示している。図２のプロテクタ構造体４０は、第１プロテクタ群４１、第２プロテクタ群４２及び第３プロテクタ群４３と複数の隔壁４４とを備えてなる。

【0016】

第１プロテクタ群４１は、複数のプロテクタ４１ａを水平方向に所定間隔（図２の例では一定間隔ａ）をもって配列してなる。第２プロテクタ群４２は、第１プロテクタ群４１の下方に配置され、複数のプロテクタ４２ａを水平方向に所定間隔（図２の例では一定間隔ａ）をもって配列してなる。第３プロテクタ群４３は、第１プロテクタ群４１の下方に配置され、複数のプロテクタ４３ａを水平方向に所定間隔（図２の例では一定間隔ａ）をもって配列してなる。より具体的に説明すると、第１プロテクタ群４１のプロテクタ４１ａと第２プロテクタ群４２のプロテクタ４２ａとは千鳥状に配置され、第３プロテクタ群４３のプロテクタ４３ａは、第１プロテクタ群４１のプロテクタ４１ａと水平方向の位置が整合する（鉛直方向からみると重なる）ように配置されている。

【0017】

また、図２の例において、プロテクタ４１ａ，４２ａ，４３ａは全て同一形状であって、ＳＳ４００などの一般構造用圧延鋼材（ＳＳ材）からなる山形鋼４１ｂ，４２ｂ，４３ｂの両斜辺表面に耐摩耗鋼４１ｃ，４２ｃ，４３ｃを貼り付けた構成を有する。なお、プロテクタ４１ａ，４２ａ，４３ａの形状及び構成はこれに限定されるものではなく、平板、角管、半割管あるいは半割管をひっくり返したような形状であってもよく、異なる大きさや形状の組合せであってよい。ただし、製造のしやすさ、表面への耐摩耗鋼の貼り付けのしやすさ等の点から、プロテクタ４１ａ，４２ａ，４３ａは図２の例のように全て同一形状の山形鋼の両斜辺表面に耐摩耗鋼を貼り付けた構成とすることが好ましい。

【0018】

隔壁４４は、第１プロテクタ群４１のプロテクタ４１ａと第３プロテクタ群４３のプロテクタ４３ａとの間で鉛直方向に伸びるように複数配置されている。そして、これらの隔壁４４、第１プロテクタ群４１のプロテクタ４１ａ、第２プロテクタ群４２のプロテクタ４２ａ及び第３プロテクタ群４３のプロテクタ４３ａは、鋼球噴出ノズル２６から噴出され、さらに衝突板２８に当たって分散されながらボイラ１０内に噴出される鋼球２１の進行方向を直線と仮定したときに、いかなる進行方向であっても鋼球２１がいずれかに衝突するように配置されている。すなわち、プロテクタ構造体４０は、図２に例示しているように、鋼球２１がいかなる進行方向であっても、第１プロテクタ群４１のプロテクタ４１ａ、第２プロテクタ群４２のプロテクタ４２ａ、第３プロテクタ群４３のプロテクタ４３ａ、隔壁４４のいずれかに衝突するように構成されている。これにより、鋼球噴出ノズル２６から噴出され、さらに衝突板２８に当たって分散されながらボイラ１０内に噴出される鋼球２１が、ボイラ１０（節炭器１４）の伝熱管群１５に直接衝突することがなくなり、鋼球２１による伝熱管群１５の変形や減肉を抑制することができる。

【0019】

なお、このプロテクタ構造体４０の構成を言い換えると、プロテクタ構造体４０を上方からあらゆる方向で投影したときに、鋼球２１の初期サイズより大きい隙間が見られないということである。前記の隙間がちょうど鋼球２１の初期サイズと同じサイズであった場合、鋼球２１が摩耗により小さくなると、その鋼球２１が前記の隙間を通過することが有り得るが、摩耗により小さくなった鋼球２１は質量が小さく運動エネルギーも小さいことから、これが伝熱管群１５に直接衝突したとしても、伝熱管群１５に及ぼす影響は限定的である。したがって、プロテクタ構造体４０は、上方からあらゆる方向より投影したときに鋼球２１の初期サイズより大きい隙間が見られないという条件を満たしていれば、本発明の課題は解決可能である。また、本発明では鋼球２１の進行方向を直線と仮定したが、本発明において鋼球２１は所定の初速度をもって噴出するから、その進行方向を直線と仮定することは妥当である。

【0020】

図２のプロテクタ構造体４０の構成について説明を続けると、図２のプロテクタ構造体４０は、第１プロテクタ群４１の隣接するプロテクタ４１ａ，４１ａ間の水平方向の間隔（間隙の長さ）をａ、第２プロテクタ群４２のプロテクタ４２ａの水平方向の幅をｂとしたとき、０．７≦ａ／ｂ≦１．０の関係を満たすように構成することが好ましい。また、図２のプロテクタ構造体４０では、第３プロテクタ群４３の隣接するプロテクタ４３ａ，４３ａ間の水平方向の間隔（間隙の長さ）もａであり、同様に０．７≦ａ／ｂ≦１．０の関係を満たすように構成することが好ましい。このように０．７≦ａ／ｂ≦１．０の関係を満たすように構成することで、プロテクタ構造体４０におけるボイラガスの流路を十分に確保しつつ、鋼球２１が伝熱管群１５に直接衝突することを防止できる。

【0021】

また、図２のプロテクタ構造体４０において各隔壁４４は、第１プロテクタ群４１のプロテクタ４１ａと第３プロテクタ群４３のプロテクタ４３ａとの間を鉛直方向に完全に仕切るのではなく、鋼球２１が当該隔壁４４を越えて隣接する隔壁４４側に向けて進行できるように鉛直方向に隙間をもって配置している。これにより、鋼球２１がプロテクタ構造体４０全体にわたって均一に分散しやすくなるとともに、ボイラガスの流路も十分に確保される。また、鋼球２１を均一に分散させるとともにボイラガスの流路を均一に確保する点から、第２プロテクタ群４２の鉛直方向の位置は、第１プロテクタ群４１と第３プロテクタ群４３との中間位置とすることが好ましく、さらに、各プロテクタ４１ａ，４２ａ，４３ａ及び各隔壁４４は、プロテクタ構造体４０の鉛直方向中心線に対して線対称となるように配置することが好ましい。

【0022】

以上の構成において、鋼球噴出ノズル２６から噴出され、さらに衝突板２８に当たって分散されながらボイラ１０内に噴出される鋼球２１は、伝熱管群１５に衝突する前に必ずプロテクタ構造体４０に衝突する。したがって鋼球２１の直接衝突による伝熱管群１５の変形や減肉を抑制することができる。さらに、図２のプロテクタ構造体４０によれば前述のとおりボイラガスの流路を十分に確保できるとともに、鋼球２１を均一に分散させる作用効果も得られる。なお、図２のプロテクタ構造体４０による鋼球２１の分散効果について、実機で調査を行った結果、プロテクタ構造体４０の設置による分散性向上がみられた。

【0023】

このようにプロテクタ構造体４０に衝突して分散された鋼球２１は、プロテクタ構造体４０を通過後自由落下していき、伝熱管群１５に衝突してダストを除去する。ケーシング１１の底部まで落下した鋼球２１とダストは、図１に示すように案内シュート２９を介して鋼球回収装置３０に回収される。そして、鋼球２１とダストは、鋼球回収装置３０において、粉状のダスト、鋼球２１、塊状になっているダストに分離され、鋼球２１は鋼球タンク２２に戻される。粉状のダストは、ダスト粉切出用ロータリバルブ３１を介してダスト輸送管３２内に供給されて回収される。一方、塊状のダストは、塊状物切出用二重弁３３を介してダスト輸送管３２内に供給されて回収される。

【0024】

なお、図２の例においては、鋼球噴出ノズル２６を節炭器１４の上方にのみ設置し、この鋼球噴出ノズル２６と節炭器１４の伝熱管群１５との間にプロテクタ構造体４０を設置したが、蒸発器１３の上方にも鋼球噴出ノズルを設置することができ、この場合、蒸発器１３の上方にもプロテクタ構造体４０を設置するとよい。

【0025】

以下、プロテクタ構造体４０の変形例について説明する。図３（ａ）から（ｆ）は、第１プロテクタ群４１、第２プロテクタ群４２、第３プロテクタ群４３及び複数の隔壁４４の配置の変形例である。いずれの変形例においても、鋼球２１の進行方向を直線と仮定したときに、いかなる進行方向であっても鋼球２１が第１プロテクタ群４１、第２プロテクタ群４２、第３プロテクタ群４３及び隔壁４４いずれかに衝突するように配置されている。なお、図３（ｆ）の例では、隔壁４４は、第１プロテクタ群４１のプロテクタ４１ａと第３プロテクタ群４３のプロテクタ４３ａとの間を完全に仕切るように配置している。この図３（ｆ）の例は、鋼球２１が伝熱管群に直接衝突しないようにする点からは好ましいが、鋼球を均一に分散させるとともに、ボイラガスの流路を十分に確保する点からは、隔壁４４は、他の例のように第１プロテクタ群４１のプロテクタ４１ａと第３プロテクタ群４３のプロテクタ４３ａとの間を完全に仕切るのではなく、鋼球が当該隔壁を越えて隣接する隔壁に向けて進行できるように配置することが好ましい。

【0026】

図４は、第３プロテクタ群を省略して第１プロテクタ群４１、第２プロテクタ群４２及び複数の隔壁４４のみでプロテクタ構造体を構成した例である。このように第３プロテクタ群を省略したとしても、隔壁４４の鉛直方向の長さを大きくすることで、鋼球２１の進行方向がいかなる方向であっても、その鋼球２１が第１プロテクタ群４１、第２プロテクタ群４２及び隔壁４４いずれかに衝突して、伝熱管群には直接衝突しないようにすることができる。ただし、鋼球が伝熱管群に直接衝突しない構成を容易に実現するには、図２及び図３（ａ）から（ｆ）の例のように第３プロテクタ群４３を設けることが好ましい。

【符号の説明】

【0027】

１０ ボイラ
１１ ケーシング
１２ 過熱器
１３ 蒸発器
１４ 節炭器
１５ 伝熱管群
２０ ショットクリーニング装置
２１ 鋼球（ショット球）
２２ 鋼球タンク
２３ ロータリーフィーダ
２４ 鋼球搬送管
２５ ブロワ
２６ 鋼球噴出ノズル（ショット球噴出ノズル）
２７ 流路切替弁
２８ 衝突板
２９ 案内シュート
３０ 鋼球回収装置
３１ ダスト粉切出用ロータリバルブ
３２ ダスト輸送管
３３ 塊状物切出用二重弁
４０ プロテクタ構造体
４１ 第１プロテクタ群
４２ 第２プロテクタ群
４３ 第３プロテクタ群
４４ 隔壁
４１ａ，４２ａ，４３ａ プロテクタ
４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ 山形鋼
４１ｃ，４２ｃ，４３ｃ 耐摩耗鋼

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】