特許 7427918 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】

(24)【登録日】2024-01-29

(45)【発行日】2024-02-06

(54)【発明の名称】ボイラ

(51)【国際特許分類】

   F23J 3/00 20060101AFI20240130BHJP

   F22B 37/48 20060101ALI20240130BHJP

   F22G 7/08 20060101ALI20240130BHJP

   F22G 7/12 20060101ALI20240130BHJP

   F28G 7/00 20060101ALI20240130BHJP

【ＦＩ】

F23J3/00 Z

F22B37/48 C

F22G7/08

F22G7/12

F28G7/00 Z

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019201358

(22)【出願日】2019-11-06

(65)【公開番号】P2021076274

(43)【公開日】2021-05-20

【審査請求日】2022-02-17

【前置審査】

(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】100112140

【弁理士】

【氏名又は名称】塩島 利之

(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】古川 峻弘

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－３０４１７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０２７６７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２４３００８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１７０６６１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０６－０３４１０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２３Ｊ ３／００－３／０６

Ｆ２８Ｇ ７／００，１５／００－１５／１０

Ｆ２２Ｇ １／００－７／１４

Ｆ２２Ｂ ３７／００－３７／７８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

廃棄物焼却炉に連設されるボイラであって、
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室と、
排ガスと熱交換して蒸気を過熱する過熱器が配置される対流伝熱室と、を備え、
前記対流伝熱室における排ガスの流れが地面と実質的に垂直であり、
前記放射伝熱室における排ガスの流路の屈曲部に天井部から吊り下げられる吊下げ式の過熱器を配置し、
前記吊下げ式の過熱器の伝熱管は、複数の直管部と、直管部の両端に設けられる複数のベンド部と、送入端部と、送出端部と、を有すると共に、排ガスと直接接触し、
前記吊下げ式の過熱器に振動を与えて前記吊下げ式の過熱器の伝熱管に付着するダストを除去するハンマリング装置を設けるボイラ。

【請求項2】

前記吊下げ式の過熱器は、１～ｎ（ただし、ｎは２以上の整数）次の過熱器のうち、過熱蒸気を発生させるための蒸気温度が最大となるｎ次の過熱器であり、
１～ｎ－１次の過熱器が前記対流伝熱室に配置されることを特徴とする請求項１に記載のボイラ。

【請求項3】

前記吊下げ式の過熱器は、１～ｎ（ただし、ｎは３以上の整数）次の過熱器のうち、過熱蒸気を発生させるための蒸気温度が最大となるｎ次の過熱器と蒸気温度が２番目に高いｎ－１次の過熱器であり、
１～ｎ－２次の過熱器が前記対流伝熱室に配置されることを特徴とする請求項１に記載のボイラ。

【請求項4】

前記放射伝熱室の前記屈曲部は、
排ガスの流れを上向きから下向きに変える第１屈曲部と、
排ガスの流れを下向きから上向きに変える第２屈曲部と、を備え、
前記第１屈曲部に前記吊下げ式の過熱器が配置されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のボイラ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、焼却炉等の炉の廃熱を回収するボイラに関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、家庭ごみ等をはじめとする廃棄物を燃焼させて焼却する焼却炉等の炉の後段には、廃熱を回収するボイラが連設される。ボイラには、例えば、テールエンド型のボイラ（特許文献１参照）と縦型のボイラ（特許文献２参照）が存在する。

【0003】

図４に示すように、テールエンド型のボイラ３１は、放射伝熱室３２と対流伝熱室３３を備える。放射伝熱室３２のケーシングは、水冷壁管から構成される。放射伝熱室３２は、排ガスからの放射熱を受けて蒸気を発生させる。対流伝熱室３３には、排ガスと熱交換して蒸気を過熱する過熱器３４が配置される。過熱器３４は、対流伝熱室３３の天井部から吊り下げられる吊下げ式の過熱器である。対流伝熱室３３における排ガスの流れは、地面と実質的に平行である。過熱器３４が過熱した蒸気は、蒸気タービン３５に送られる。

【0004】

テールエンド型のボイラ３１には、過熱器３４に振動を与えて過熱器３４に付着したダストを除去するハンマリング装置３６が設けられ、吊下げ式の過熱器３４にハンマリング装置３６を適用することで効率的にダストを除去することができるというメリットがある。ただし、対流伝熱室３３における排ガスの流れが地面と実質的に平行である。このため、ボイラ３１の敷地面積が大きくなるというデメリットがある。

【0005】

また、図５に示すように、縦型のボイラ４１も、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室４２と、排ガスと熱交換して蒸気を過熱する過熱器４４ａ，４４ｂ，４４ｃが配置される対流伝熱室４３と、を備える。縦型のボイラ４１では、対流伝熱室４３における排ガスの流れが地面と実質的に垂直である。このため、ボイラ４１の敷地面積を小さくできるというメリットがある。

【0006】

ところで、特許文献２に記載の縦型のボイラにおいて、過熱器４４ａ，４４ｂ，４４ｃは、過熱蒸気を発生させるための蒸気温度が最も低い１次過熱器４４ａと、過熱蒸気を発生させるための蒸気温度が中間の２次過熱器４４ｂと、過熱蒸気を発生させるための蒸気温度が最も高い３次過熱器４４ｃと、から構成される。ここで、管の腐食速度は管内を流れる蒸気温度と管表面の雰囲気温度に依存するため、過熱蒸気を発生させるための蒸気温度が最も高い３次過熱器４４ｃは最も腐食し易い。したがって、３次過熱器４４ｃを１次過熱器４４ａの下流に配置することで、３次過熱器４４ｃが高温になるのを防止し、３次過熱器４４ｃの腐食のリスクを低減している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２００２－３１０５９４号公報

【文献】特開平７－１３９７０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、特許文献２に記載の縦型のボイラにおいては、１次過熱器の下流に３次過熱器を配置するので、３次過熱器が過熱蒸気を発生させるための蒸気温度をあまり高くできないという課題がある。蒸気温度を高くできないと、発電機の発電効率が低下する。

【0009】

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、ボイラの敷地面積を小さくすることができると共に、過熱蒸気を発生させるための蒸気温度を高くして、発電機の発電効率を上げることができるボイラを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、廃棄物焼却炉に連設されるボイラであって、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室と、排ガスと熱交換して蒸気を過熱する過熱器が配置される対流伝熱室と、を備え、前記対流伝熱室における排ガスの流れが地面と実質的に垂直であり、前記放射伝熱室における排ガスの流路の屈曲部に天井部から吊り下げられる吊下げ式の過熱器を配置し、前記吊下げ式の過熱器の伝熱管は、複数の直管部と、直管部の両端に設けられる複数のベンド部と、送入端部と、送出端部と、を有すると共に、排ガスと直接接触し、前記吊下げ式の過熱器に振動を与えて前記吊下げ式の過熱器の伝熱管に付着するダストを除去するハンマリング装置を設けるボイラである。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、ボイラの敷地面積を小さくすることができると共に、過熱蒸気を発生させるための蒸気温度を高くして、発電機の発電効率を上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態のボイラの縦断面図である。

【図2】図１のII部拡大図である。

【図3】図１のIII部拡大図である。

【図4】従来のテールエンド型のボイラの縦断面図である。

【図5】従来の縦型のボイラの縦面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態のボイラを詳細に説明する。ただし、本発明のボイラは種々の形態で具体化することができ、明細書に記載される実施形態に限定されるものではない。本実施形態は、明細書の開示を十分にすることによって、当業者が発明を理解できるようにする意図をもって提供されるものである。

【0014】

図１は、本発明の一実施形態のボイラ１の縦断面図である。ボイラ１は、炉２の後段に連接される。なお、図１には、炉２の一例として火格子式の廃棄物焼却炉を示す。

【0015】

ボイラ１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室３と、排ガスと熱交換して蒸気を過熱する過熱器５ｂ，５ｃが配置される対流伝熱室４と、を備える。放射伝熱室３のケーシングは、水冷壁管から構成される。

【0016】

放射伝熱室３には、排ガス流路を屈曲させる第１屈曲部７と第２屈曲部９が設けられる。第１屈曲部７は、排ガスの流れを上向きから下向きに変える。第２屈曲部９は、排ガスの流れを下向きから上向きに変える。第１屈曲部７と第２屈曲部９とによって、放射伝熱室３には、排ガスが流れる上流側から第１流路６と第２流路８が形成される。炉２から排出される排ガスは、第１流路６を下方から上方へ流れ、第１屈曲部７によって向きを変えられ、第２流路８を上方から下方へ流れ、第２屈曲部９によって向きを変えられ、対流伝熱室４を下方から上方へ（地面と実質的に垂直方向に）流れる。

【0017】

放射伝熱室３の第１屈曲部（第２流路８又は第１流路６）には、放射伝熱室３の天井部３ａから吊り下げられる吊下げ式の過熱器５ａが配置される。

【0018】

吊下げ式の過熱器５ａは、１～ｎ（ただし、ｎは２以上の整数）次の過熱器のうち、過熱蒸気を発生させるための蒸気温度が最大となるｎ次の過熱器である。１～ｎ－１次の過熱器５ｂ，５ｃは、対流伝熱室４に配置される。例えばｎ＝３の場合、吊下げ式の過熱器５ａは３次の過熱器であり、１～２次の過熱器５ｂ，５ｃは対流伝熱室４に配置される。

【0019】

なお、吊下げ式の過熱器５ａは、１～ｎ（ただし、ｎは３以上の整数）次の過熱器のうち、過熱蒸気を発生させるための蒸気温度が最大となるｎ次の過熱器と蒸気温度が２番目に高いｎ－１次の過熱器であってもよい。この場合、１～ｎ－２次の過熱器が対流伝熱室４に配置される。例えばｎ＝５の場合、吊下げ式の過熱器は５次の過熱器と４次の過熱器であり、１～３次の過熱器が対流伝熱室４に配置される。

【0020】

図２は、吊下げ式の過熱器５ａの詳細図（図１のII部拡大図）を示す。吊下げ式の過熱器５ａは、図２の紙面に直交する方向に配列される複数の伝熱管１１（伝熱管群）から構成される。各伝熱管１１は、ジグザグ状に曲げられていて、複数の直管部１１ａと、直管部１１ａの両端に設けられる複数のベンド部１１ｂ，１１ｃと、送入端部１１ｄと、送出端部１１ｅと、を有する。直管部１１ａは、地面と実質的に垂直である。送入端部１１ｄと送出端部１１ｅは、放射伝熱室３の天井部３ａを貫通し、ヘッダ１２，１３に接続される。送入端部１１ｄと送出端部１１ｅは、図示しない支持梁に支持される。天井部３ａを開口することで、クレーンを用いて吊下げ式の過熱器５ａを交換可能である。

【0021】

また、各伝熱管１１の直管部１１ａは、直管部連結部材１４で連結される。伝熱管１１群は、紙面と直交方向に延びるパネル連結部材１５，１６によって連結される。パネル連結部材１５，１６は、ハンマリング装置１７（図１参照）による打撃を受ける。ハンマリング装置１７の打撃の方向は、図２の紙面と直交方向である。ハンマリング装置１７は、例えばエアーノッカーである。エアーノッカーは、内部にピストンを有し、エアーの圧力によってピストンがパネル連結部材１５，１６を打撃する。若しくは、エアーノッカーの他にハンマーを打ち付けるハンマー式のハンマリング装置を用いてもよい。

【0022】

パネル連結部材１５，１６がハンマリング装置１７の打撃を受けた場合、打撃はパネル連結部材１５，１６を介して各伝熱管１１に伝達される。各伝熱管１１では、直管部連結部材１４を通して全ての直管部１１ａに力が伝達される。このため、伝熱管１１が振動し、伝熱管１１に付着する灰等のダストが除去される。

【0023】

図３は、対流伝熱室４に配置される１次過熱器５ｂの詳細図（図１のIII部拡大図）を示す。１次過熱器５ｂは、図３の紙面に直交する方向に配列される複数の伝熱管２１（伝熱管群）から構成される。各伝熱管２１は、ジグザグ状に曲げられていて、複数の直管部２１ａと、直管部２１ａの両端に設けられる複数のベンド部２１ｂ，２１ｃと、送入端部２１ｄと、送出端部２１ｅと、を有する。直管部２１ａは、地面と実質的に平行である。送入端部２１ｄと送出端部２１ｅは、対流伝熱室４の壁４ａを貫通し、ヘッダ２２，２３に接続される。

【0024】

１次過熱器５ｂに付着するダストは、例えば伝熱管２１に蒸気を吹き付けるスートブロワ、又は対流伝熱室４内に圧力波を放出する圧力波発生装置によって除去される。なお、２次過熱器５ｃの構成は、過熱蒸気を発生させるための蒸気温度が１次過熱器５ｂよりも高い点を除いて１次過熱器５ｂと略同一であるので、その説明を省略する。

【0025】

また、図１に示す対流伝熱室４には、１次過熱器５ｂと２次過熱器５ｃの他に、図示しないエコノマイザが設けられる。エコノマイザは、排ガスとの熱交換により水を加熱する。エコノマイザにより加熱された温水は、放射伝熱室３の水冷壁管に供給される。排ガスからの放射熱を受けて水冷壁管で生成された蒸気は、１次過熱器５ｂ、２次過熱器５ｃ、吊下げ式の過熱器５ａ（３次過熱器）の順に供給される。１次過熱器５ｂは、放射伝熱室３から供給された蒸気を過熱する。２次過熱器５ｃは、１次過熱器５ｂが過熱した蒸気をさらに過熱する。吊下げ式の過熱器５ａは、２次過熱器５ｃが過熱した蒸気をさらに過熱する。吊下げ式の過熱器５ａが過熱した蒸気は、最高温度に到達し、蒸気タービンに供給される。

【0026】

以上に、本実施形態のボイラの構成を説明した。本実施形態のボイラによれば、テールエンド型のボイラに使用される吊下げ式の過熱器のメリットと縦型のボイラに使用される過熱器のメリットの両方を実現することができるという効果を奏する。

【0027】

すなわち、対流伝熱室４における排ガスの流れが地面と実質的に垂直であるので、ボイラ１の敷地面積を小さくすることができる。また、排ガス温度が高い放射伝熱室３に吊下げ式の過熱器５ａを配置するので、過熱蒸気を発生させるための蒸気温度を高くすることができると共に、吊下げ式の過熱器５ａの伝熱面積を小さくすることができる。さらに、排ガス温度が高い放射伝熱室３に過熱器５ａを配置すると、過熱器５ａが腐食し易くなるが、吊下げ式の過熱器５ａとハンマリング装置１７という効率的なダスト除去手段を採用するので、過熱器５ａの腐食も防止できる。さらに、放射伝熱室３の天井部３ａを開口して、吊下げ式の過熱器５ａを丸ごと交換できるので、交換の容易性に加えて、過熱器５ａの材料コストの低減、メンテナンス費の低減が期待される。

【0028】

吊下げ式の過熱器５ａが１～ｎ（ただし、ｎは２以上の整数）次の過熱器のうち、過熱蒸気を発生させるための蒸気温度が最大となるｎ次の過熱器５ａであり、１～ｎ－１次の過熱器５ｂ，５ｃが対流伝熱室４に配置されるので、１～ｎ－１次の過熱器５ｂ，５ｃの腐食を防止した上で、過熱蒸気の最高到達温度を高くすることができる。このため、発電機の発電効率を上げることができる。

【0029】

また、吊下げ式の過熱器を１～ｎ（ただし、ｎは３以上の整数）次の過熱器のうち、過熱蒸気を発生させるための蒸気温度が最大となるｎ次の過熱器と過熱蒸気を発生させるための蒸気温度が２番目に高いｎ－１次の過熱器とし、１～ｎ－２次の過熱器を対流伝熱室４に配置した場合でも、１～ｎ－２次の過熱器の腐食を防止した上で、過熱蒸気の最高到達温度を高くすることができる。このため、発電機の発電効率を上げることができる。

【0030】

放射伝熱室３が第１屈曲部７と第２屈曲部９を備えるので、対流伝熱室４に到達する排ガス温度を低くすることができ、対流伝熱室４に配置される１次過熱器５ｂ、２次過熱器５ｃの腐食を防止することができる。

【0031】

なお、本発明は上記実施形態に具現化されるのに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で他の実施形態に変更可能である。

【0032】

上記実施形態では、放射伝熱室に排ガスの流路を屈曲させる第１屈曲部と第２屈曲部を設けているが、放射伝熱室に１つのみの屈曲部を設けてもよい。この場合、対流伝熱室における排ガスの流れは、上方から下方になる。

【0033】

上記実施形態では、放射伝熱室に配置される吊下げ式の過熱器をｎ次の加熱器、又はｎ次の過熱器とｎ－１次の過熱器としているが、吊下げ式の過熱器を１次の加熱器及び／又は２次の過熱器としてもよい。

【符号の説明】

【0034】

１…ボイラ
３…放射伝熱室
４…対流伝熱室
７…第１屈曲部（屈曲部）
３ａ…天井部
５ａ…３次過熱器（吊下げ式の過熱器）
５ｂ…１次過熱器（過熱器）
５ｃ…２次過熱器（過熱器）
１７…ハンマリング装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】