特許 7358925 ボイラのダスト除去装置及びダスト除去方法

(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】

(24)【登録日】2023-10-02

(45)【発行日】2023-10-11

(54)【発明の名称】ボイラのダスト除去装置及びダスト除去方法

(51)【国際特許分類】

   F23J 3/00 20060101AFI20231003BHJP

   F28G 1/16 20060101ALI20231003BHJP

   F22B 37/48 20060101ALI20231003BHJP

   F22B 37/38 20060101ALI20231003BHJP

   F22B 37/56 20060101ALI20231003BHJP

   B08B 9/045 20060101ALI20231003BHJP

【ＦＩ】

F23J3/00 Z

F28G1/16 Z

F22B37/48 A

F22B37/38 E

F22B37/56 Z

B08B9/045

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019204254

(22)【出願日】2019-11-11

(65)【公開番号】P2021076314

(43)【公開日】2021-05-20

【審査請求日】2022-02-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000004123

【氏名又は名称】ＪＦＥエンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002963

【氏名又は名称】弁理士法人ＭＴＳ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】川崎 翔太

(72)【発明者】

【氏名】北川 尚男

(72)【発明者】

【氏名】武山 陽平

(72)【発明者】

【氏名】山本 裕介

【審査官】礒部 賢

(56)【参考文献】

【文献】特表２００７－５１３３１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１７－５１６０５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１３８２５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０６４４６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２９６１９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２８７２１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国実用新案第２０２００６０１６９６３（ＤＥ，Ｕ１）

【文献】ＪＦＥエンジニアリング株式会社 都市環境本部 戦略技術チーム，廃棄物焼却炉ボイラーのオンラインクリーニングシステム，ＪＥＦＭＡ，日本，日本環境衛生施設工業会，2017年03月，No.65，p.49-52，URL:https://www.jefma.or.jp/jefma/65/pdf/jefma65-10.pdf

【文献】YouTube動画「ＪＦＥボイラクリーニング・システム」，ＪＦＥエンジニアリング株式会社，2019年08月28日，URL:https://www.youtube.com/watch?v=ae4Dlj3QyAI

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２３Ｊ ３／００ － ３／０６

Ｆ２２Ｂ ３７／３８ － ３７／５６

Ｆ２８Ｇ １／１６

Ｆ２８Ｇ ３／１６

Ｆ２８Ｇ ９／００

Ｂ０８Ｂ １／００ － １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ボイラの伝熱室壁面に配設されて伝熱面を形成する伝熱管に付着するダストに液体を吹き付けて除去するためのボイラのダスト除去装置であって、
前記伝熱面に沿って上下動し伝熱室壁面から離れた位置から液体を噴射する噴射ヘッドと、
該噴射ヘッドを伝熱室の天井から中空位置に吊り下げて上下動させると共に前記噴射ヘッドに液体を供給する耐熱ホースと、
該耐熱ホースの先端を回転して前記噴射ヘッドを水平面内で回転させる回転機構と、
前記伝熱面に付着するダストを監視するための、前記噴射ヘッドに搭載された、前記伝熱面を撮影可能なカメラであるダスト監視手段と、
該ダスト監視手段の出力に応じて前記噴射ヘッドからの液体の噴射を制御する噴射制御手段と、
前記伝熱室内における前記噴射ヘッドの水平位置を変えるための位置変更手段と、
を備え、
前記ダスト監視手段であるカメラが、前記噴射ヘッドの回転機構の側面に設けられ、前記噴射ヘッドと共に回転するようにされていることを特徴とするボイラのダスト除去装置。

【請求項2】

前記位置変更手段が、前記伝熱室の天頂部に形成された、前記噴射ヘッドを挿入可能な複数の挿入口であることを特徴とする請求項１に記載のボイラのダスト除去装置。

【請求項3】

ボイラの伝熱室壁面に配設されて伝熱面を形成する伝熱管に付着するダストに液体を吹き付けて除去するためのボイラのダスト除去方法であって、
前記伝熱面に沿って上下動し伝熱室壁面から離れた位置から液体を噴射する噴射ヘッドを耐熱ホースにより伝熱室の天井から中空位置に吊り下げて上下動させると共に、該耐熱ホースにより前記噴射ヘッドに液体を供給し、前記耐熱ホース先端の回転機構により前記噴射ヘッドを水平面内で回転させ、更に、前記伝熱室内における前記噴射ヘッドの水平位置を変更可能とし、更に、前記噴射ヘッドに搭載した前記伝熱面を撮影可能なカメラにより前記伝熱面に付着するダストを監視して、前記噴射ヘッドから噴射される液体を制御すると共に、前記ダスト監視手段であるカメラを、前記噴射ヘッドの回転機構の側面に設け、前記噴射ヘッドと共に回転するようにしたことを特徴とするボイラのダスト除去方法。

【請求項4】

前記噴射ヘッドの水平位置を、前記伝熱室の天頂部に形成された、前記噴射ヘッドの挿入口を変えることにより変更可能としたことを特徴とする請求項３に記載のボイラのダスト除去方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ボイラのダスト除去装置及びダスト除去方法に係り、特に、ボイラ伝熱面の伝熱管に付着したダストを万遍なく除去することが可能な、ボイラのダスト除去装置及びダスト除去方法に関する。

【背景技術】

【0002】

発電設備を有するごみ焼却施設の運営において、発電量・売電量の維持と向上は、ごみの安定処理に次ぐ最重要項目のひとつである。

【0003】

ごみ焼却施設における発電は、焼却炉でのごみの燃焼から得られる高温の排ガスからボイラにて熱回収を行い、所定の温度・圧力の蒸気を発生させてタービン発電機に導入することにより行われている。

【0004】

ボイラは、排ガスからの放射熱を受けて蒸気を発生させる放射伝熱面を備える放射伝熱室、排ガスと伝熱管の対流伝熱面との熱交換により蒸気を発生し更に過熱する対流伝熱室とを備えている。

【0005】

放射伝熱室には、排ガス流路を囲む鋼製側壁の外側に加温水を流通させ放射過熱により蒸気を発生させる放射伝熱管が放射伝熱面として配設されている。

【0006】

対流伝熱室には、排ガス流路内に排ガスと接触して対流伝熱により蒸気を発生させ更に過熱する伝熱管（過熱器とも称する）が対流伝熱面として配設されている。対流伝熱面は、水平方向に伝熱管が複数配設された伝熱管群が高さ方向に複数段配設されて構成されている。

【0007】

又、対流伝熱室には、排ガス流路内に水を加熱して加温水とする伝熱管を有するエコノマイザが配設されることもある。

【0008】

ごみ焼却において発生する排ガス中には、塩素・硫黄・重金属類等を含む小粒径のダストが含まれるが、これらがボイラの放射伝熱面、対流伝熱面に付着すると、その付着ダストが断熱材の役割をするので伝熱効率が低下する。それにより、熱回収効率も低下する。その結果、蒸気発生量が低下し、タービン発電機の発電量が減少する。その他にも、伝熱管同士の間隙が付着ダストにより閉塞し、排ガスの流通に支障が生じることもある。

【0009】

このため、ボイラ伝熱面の伝熱管に付着したダストを定期的に除去する設備が必要となるが、この課題を解決する手段として、出願人は既に特許文献１や特許文献２に開示された水噴射装置や圧力波発生装置を用いたダストの除去方法を提案している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】特開２０１７－１８１００８号公報

【文献】特開２０１７－１８７２６７号公報（図５）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

しかしながら、特許文献１や特許文献２に開示された水噴射装置によるダストの除去方法では、構造上の理由から噴射水が届きにくい場所があり、ダストの除去を十分に行えない領域が残るという課題があった。

【0012】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、ボイラ伝熱面の伝熱管に付着したダストの付着状況を伝熱面の近くで正確に監視して効率的にダストを除去することが可能なボイラのダスト除去装置及びダスト除去方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明は、ボイラの伝熱室壁面に配設されて伝熱面を形成する伝熱管に付着するダストに液体を吹き付けて除去するためのボイラのダスト除去装置であって、前記伝熱面に沿って上下動し伝熱室壁面から離れた位置から液体を噴射する噴射ヘッドと、該噴射ヘッドを伝熱室の天井から中空位置に吊り下げて上下動させると共に前記噴射ヘッドに液体を供給する耐熱ホースと、該耐熱ホースの先端を回転して前記噴射ヘッドを水平面内で回転させる回転機構と、前記伝熱面に付着するダストを監視するための、前記噴射ヘッドに搭載された、前記伝熱面を撮影可能なカメラであるダスト監視手段と、該ダスト監視手段の出力に応じて前記噴射ヘッドからの液体の噴射を制御する噴射制御手段と、前記伝熱室内における前記噴射ヘッドの水平位置を変えるための位置変更手段と、を備え、前記ダスト監視手段であるカメラが、前記噴射ヘッドの回転機構の側面に設けられ、前記噴射ヘッドと共に回転するようにされていることを特徴とするボイラのダスト除去装置により前記課題を解決するものである。

【0014】

本発明は、又、ボイラの伝熱室壁面に配設されて伝熱面を形成する伝熱管に付着するダストに液体を吹き付けて除去するためのボイラのダスト除去方法であって、前記伝熱面に沿って上下動し伝熱室壁面から離れた位置から液体を噴射する噴射ヘッドを耐熱ホースにより伝熱室の天井から中空位置に吊り下げて上下動させると共に、該耐熱ホースにより前記噴射ヘッドに液体を供給し、前記耐熱ホース先端の回転機構により前記噴射ヘッドを水平面内で回転させ、更に、前記伝熱室内における前記噴射ヘッドの水平位置を変更可能とし、更に、前記噴射ヘッドに搭載した前記伝熱面を撮影可能なカメラにより前記伝熱面に付着するダストを監視して、前記噴射ヘッドから噴射される液体を制御すると共に、前記ダスト監視手段であるカメラを、前記噴射ヘッドの回転機構の側面に設け、前記噴射ヘッドと共に回転するようにすることにより、同じく前記課題を解決するものである。

【0015】

ここで、前記噴射ヘッドの水平位置を、前記伝熱室の天頂部に形成された、前記噴射ヘッドの挿入口を変えることにより変更可能とすることができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、簡単な構成で、ボイラ伝熱面の伝熱管に付着したダストの付着状況を伝熱面の近くで正確に監視して効率的にダストを除去することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】 参考形態のボイラ部分の構成を示す断面図

【図2】 参考形態のボイラ上部に配設される水噴射装置の全体構成を示す概略図

【図3】従来例における水噴射の様子を示す第２放射伝熱室の水平断面図

【図4】本発明の実施形態における噴射ヘッド降下可能位置を示す第２放射伝熱室の水平断面図

【図5】本発明の実施形態の変形例における噴射ヘッド降下可能位置を示す第２放射伝熱室の水平断面図

【図6】本発明の実施形態における噴射ヘッドの要部構成を示す斜視図

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に記載した内容により限定されるものではない。また、以下に記載した実施形態における構成要件には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。更に、以下に記載した実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせてもよいし、適宜選択して用いてもよい。

【0023】

まず、本発明が適用される、廃棄物焼却炉と連設されるボイラについて説明する。図１に示す如く、焼却炉１０に連設され、排ガスから熱回収するためのボイラ２０は、焼却炉の燃焼室１２で発生した排ガスの流通路を屈曲せしめる２つの変向部２１、２２により区分され、排ガス流れ方向の上流側から、第１放射伝熱室２６、第２放射伝熱室２８、及び対流伝熱室３０を備えている。焼却炉１０から排ガスを受け入れる第１放射伝熱室２６の入口近傍はガス混合室２４となっている。焼却炉１０から導入される排ガスは、第１放射伝熱室２６の下方から上方へ、第２放射伝熱室２８の上方から下方へ、そして対流伝熱室３０の下方から上方の順に流通される。

【0024】

第１放射伝熱室２６及び第２放射伝熱室２８は、排ガスからの放射熱を受けて蒸気を発生させる伝熱管４２を備えた放射伝熱面をそれぞれ備えている。

【0025】

対流伝熱室３０は、排ガス流れ方向の上流側（図の下側）から、スクリーン管３２、２次過熱器３４、３次過熱器３６、１次過熱器３８、及び必要に応じてエコノマイザ（図示省略）を備えている。２次過熱器３４、３次過熱器３６、１次過熱器３８は、それぞれ、水平方向に配列した複数の伝熱管４２を高さ方向に多段に設けた伝熱管群を備え、伝熱管群が対流伝熱面を構成しており、排ガスとの熱交換により蒸気を発生して更に過熱するようにされている。スクリーン管３２には伝熱管が旗形に備えられ、対流伝熱室３０に導入される排ガスを冷却するようにされている。

【0026】

参考形態においては、第２放射伝熱室２８の放射伝熱面に付着したダストに対し水を噴射して除去する水噴射装置５０が配設されている。水噴射装置５０は、噴射口５３を有し第２放射伝熱室２８内で上昇下降する噴射ヘッド５２と、噴射ヘッド５２に水を供給する耐熱ホース５４と、噴射ヘッド５２を上昇下降させる昇降機構５６（図２参照）を備えている。

【0027】

耐熱ホース５４の上方には、図２に示す如く、噴射ヘッド５２を上方から吊り下げて昇降させるための昇降機構５６と、耐熱ホース５４に上水を送り込むためのポンプユニット５８と、ポンプユニット５８により耐熱ホース５４に送り込まれる上水の量や圧力を制御するための制御盤６０とが備えられると共に、耐熱ホース５４に計装空気及びパージ空気を送り込むようにされている。

【0028】

昇降機構５６には、耐熱ホース５４が渦巻き状に収納されており、耐熱ホース５４の先端に噴射ヘッド５２が備えられている。又、昇降機構５６は、耐熱ホース５４の巻取り装置を備えており、耐熱ホース５４及び噴射ヘッド５２を鉛直上下方向に移動可能とされている。

【0029】

水噴射装置５０は、例えば第２放射伝熱室２８の直上に設置される。水噴射装置５０の停止時は、噴射ヘッド５２、耐熱ホース５４は本体に収納されており、運転操作により、操業中のボイラ２０の第２放射伝熱室２８内へ挿入される。噴射ヘッド５２及び耐熱ホース５４は、内部を流れる常温の水により水冷されるため、高温の第２放射伝熱室２８へ挿入しても、変形や損傷を生ずることはない。第２放射伝熱室２８内にて、噴射ヘッド５２先端の噴射口５３より噴射された水は、ボイラ伝熱面上の付着ダストに接触し、蒸発する際の体積膨張により付着ダストを除去する。噴射ヘッド５２が第２放射伝熱室２８の頂部から底部までを下降、上昇することにより、ボイラ水冷壁の付着ダストを万遍なく除去することができる。

【0030】

ここで、従来は、噴射ヘッド５２が第２放射伝熱室２８の天頂部２９の中央に設けられた１つの挿入口６２から第２放射伝熱室２８に挿入するようにされていたため、たとえ噴射ヘッド５２を水平面内で回転して噴射水Ｗを遠心状に噴射しても、第２放射伝熱室２８の水平方向断面は矩形であるため、図３に示す如く、死角が発生して壁面への噴射水Ｗの到達し易さにむらが生じ、ダストの除去の程度にもむらが生じるという課題があった。

【0031】

そこで、本発明の実施形態においては、第２放射伝熱室２８の天頂部２９に複数（実施形態では５個）の挿入口６２を設け、図４に示す如く、噴射ヘッド５２の降下可能位置を第２放射伝熱室２８内で変えることができるようにしている。

【0032】

そして、噴射ヘッド５２を降下させる位置を定期的又は不定期に変更することで、ダスト除去を万遍なく行い、収熱効率の低下を防ぐことができる。又、定期清掃時のダスト除去作業の負荷を低減することも可能である。

【0033】

具体的には、例えば降下位置を順番に変えながら、定期的に機械的な一定のリズム／頻度で噴射水Ｗを噴射して清掃することができる。

【0034】

なお、前記実施形態では、噴射ヘッド５２の降下可能位置を図４に示したように５箇所としたが、降下可能位置の数や配置はこれに限定されず、例えば図５（Ａ）に示す如く、中央を省略して４箇所としたり、あるいは（Ｂ）に示す如く、第２放射伝熱室２８の長辺方向に２箇所とすることも可能である。

【0035】

又、参考形態においては、水噴射を壁へのダストの付着状況にかかわらず定期的に一定のリズム／頻度で行うようにしていたが、例えばマンホールからの監視結果や、天頂部２９に設置した赤外線又は可視光線を検出するカメラ（図示省略）の監視結果に応じて、適切な位置や頻度で水を噴射することも可能である。

【0036】

あるいは図６に示す本発明の実施形態のように、耐熱ホース５４の先端の回転機構７０に、噴射ヘッド５２と共に回転軸７２の回転に合わせて回転するカメラ８０を設け、カメラ８０を回転させながらダストの付着状況を監視することも可能である。

【0037】

具体的には、例えば中央の位置で定期的に機械的な一定のリズム／頻度で清掃しつつ、カメラ８０により監視するダストの付着状況を踏まえて、ダストが付着した箇所の水噴射頻度や水噴射量を高めて集中的に清掃することが可能である。

【0038】

この実施形態によれば、伝熱面の近くでダストの付着状況を正確に監視して効率的にダストを除去することが可能である。

【0039】

前記参考形態及び本発明の実施形態においては、第２放射伝熱室２８の上部にのみ水噴射装置５０が設けられていたが、第１放射伝熱室２６の上部にも同様に水噴射装置を設けることが可能である。

【0040】

又、前記参考形態及び本発明の実施形態においては、水が噴射されていたが、噴射する液体は水に限定されない。噴射ヘッド５２の水平位置を変える方法も、挿入口６２を変えるものに限定されず、例えば噴射ヘッド５２を水平方向に振動又は揺動させることも可能である。

【0041】

前記参考形態及び本発明の実施形態においては、本発明を都市ごみ焼却炉に隣接されたボイラに適用していたが、本発明の適用対象はこれに限定されない。

【符号の説明】

【0042】

１０…焼却炉
１２…燃焼室
２０…ボイラ
２６…第１放射伝熱室
２８…第２放射伝熱室
２９…天頂部
３０…対流伝熱室
４２…伝熱管
５０…水噴射装置
５２…噴射ヘッド
５３…噴射口
５４…耐熱ホース
６２…挿入口
７０…回転機構
８０…カメラ
Ｗ…噴射水

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】