廃熱ボイラーのハンマリング運転スケジュール制御システム
【課題】廃熱ボイラーの各伝熱面ブロックの汚れ抵抗の大きさに応じた打撃力を伝熱管に加えることができるハンマリング装置の制御システムを提供する。
【解決手段】ハンマリング装置の運転スケジュール制御システムは、次の(イ)〜(ハ)から成るものである。（イ)ボイラー蒸発量とボイラー入口／出口ガス温度に基づいて、ガス流量Gcを算出するガス流量演算手段35と、(ロ)ガス流量と伝熱面ブロックの入口／出口ガス温度に基づいて、該伝熱面ブロックの汚れ抵抗計画値DA,DBと汚れ抵抗計測値Da,Dbを算出する汚れ抵抗演算手段36a,36bと、(ハ)伝熱面ブロックの汚れ抵抗計画値と汚れ抵抗計測値に基づいて、ハンマリング装置の打撃回数R、打撃時間H、又は打撃力Fの少なくとも１つを変更するハンマリング運転スケジュール演算手段37a,37bとを備える。
【解決手段】ハンマリング装置の運転スケジュール制御システムは、次の(イ)〜(ハ)から成るものである。（イ)ボイラー蒸発量とボイラー入口／出口ガス温度に基づいて、ガス流量Gcを算出するガス流量演算手段35と、(ロ)ガス流量と伝熱面ブロックの入口／出口ガス温度に基づいて、該伝熱面ブロックの汚れ抵抗計画値DA,DBと汚れ抵抗計測値Da,Dbを算出する汚れ抵抗演算手段36a,36bと、(ハ)伝熱面ブロックの汚れ抵抗計画値と汚れ抵抗計測値に基づいて、ハンマリング装置の打撃回数R、打撃時間H、又は打撃力Fの少なくとも１つを変更するハンマリング運転スケジュール演算手段37a,37bとを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝熱管に付着・堆積したダストを除去するハンマリング装置を備える廃熱ボイラーに関し、さらに詳しくは、廃熱ボイラーの伝熱管に付着・堆積したダストを環境にやさしく、かつ効果的に除去することができるハンマリング運転スケジュールの制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハンマリング装置（ダスト除去装置）を備える廃熱ボイラーは、例えば、特公昭５９−２８８１３号公報（廃熱ボイラーのダスト付着防止装置）に記載されているように、セメントプラント用廃熱ボイラー等として既に公知のものである。
上記公知の廃熱ボイラーでは、それに流入する排ガス中に多量のダストが含まれており、このダストの伝熱管への付着が汚れ抵抗（Fouling Resistance）となり、ボイラー性能を著しく低下させていた。この排ガス中のダスト含有量は１００〜１３０ｇｒ／Ｎｍ３であり、ダスト粒度は５μｍ以下のものが９５％を占めており、このダストの顕微鏡組織は繊維状であるため伝熱管への付着性が強く、かつ熱伝導率が小さいため僅かの厚さ（数ｍｍ厚さ）の付着・堆積があった場合でも大きな汚れ抵抗となる。
【０００３】
上記特公昭５９−２８８１３号公報（特許文献１）に記載されている廃熱ボイラー４０は、図１６及び図１７に示されるように、吊下げ式蛇管型伝熱管４１のベンド部下端に当板４６を介して配管列ピッチ設定金具４７を垂設しており、連結軸４２に固定する各突片４８の間には、それぞれ前記設定金具４７を挿着し固定する。吊下げ伝熱管４１のガス流れ方向の配管列ピッチの乱れを防止するために、固定軸５１と止め金５２が設けられている。
【０００４】
上記廃熱ボイラー４０において、吊下げ式蛇管型伝熱管４１に付着したダストを除去するために、ハンマー（回転式槌打型ハンマー）４５の衝突エネルギーを中間軸４３を介して連結軸４２に伝達すると（図１６(ｂ)を参照）、この連結軸４２は突片４８、配管列ピッチ設定金具４７、及び当板４６を介して、伝熱管４１のベンド部下端に衝撃エネルギーを伝達して該伝熱管４１を振動させる。これにより、伝熱管４１に付着していたダストが剥離され、ホッパー５３に自然落下してコンベア５５によって排出される。
このように、廃熱ボイラーでは、流入する排ガス中の微粉ダストが伝熱管の表面に付着・堆積して熱伝達を阻害し、ダストによる汚れ抵抗が増大しボイラー性能を著しく低下させるため、ハンマリング装置を設けることにより伝熱管に付着したダストを除去している。
【０００５】
更に、廃熱ボイラーの伝熱面積は、上述のダストの付着による汚れ抵抗を見込んで、例えば、伝熱面がクリーンな状態に対して数倍の伝熱面を有しており、通常のボイラーに比較して伝熱面の余裕度は大きく設定されているため、廃熱ボイラーの設備全体に対して占めるコストの割合は小さくない。
上記のように、廃熱ボイラーが余裕度の大きい伝熱面積を有していても、なおかつ、伝熱面へのダストの付着が進み汚れ抵抗が所定以上に大きくならないよう（ボイラーの性能低下を来たさないよう）、ハンマリング装置を運転して所定の性能を維持する必要がある。
【０００６】
【特許文献１】特公昭５９−２８８１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記従来の廃熱ボイラーに設置されているハンマリング装置では、構造上汚れ抵抗を改善するための操作手順に種々限界がある。
例えば、槌打式ハンマーは一本の回転軸に多数設定されているため、各伝熱面に対して一律に打撃が加えられるので、実際にはそれ程汚れていない状態であっても必要以上に打撃力が加えられる箇所があり、一方で、相当汚れている状態であっても必要な打撃力が加えられない箇所もある。このような打撃力のアンバランスは設備全体の寿命、特に、ハンマリング装置の耐久性に悪影響を及ぼしていた。
【０００８】
そして、ハンマリング装置の耐久性は、打撃回数や打撃力により大きく影響を受けるので、各伝熱面に対して一律に打撃を加えることは、ハンマリング装置の平均的な寿命を短くするばかりでなく、騒音対策用の防音カバーを必要としたり、打撃時の大きな騒音（約１１０ｄＢ）により近隣の民家に多大な迷惑をかけることにもなる。
また、ハンマリング装置のハンマー部が損傷すると伝熱管に加える打撃力が弱くなり、ボイラー性能が低下する。ボイラー性能が著しく低下する場合には、単位時間当たりの打撃回数を増加することもあるが、あまり効果は期待できず、却ってハンマリング装置の損傷を増長することになる。
【０００９】
ここで、伝熱管に付着・堆積したダストにより伝熱面の汚れ抵抗が大きくなる各種要因ついて、図４〜図８を参照しながら説明する。図４〜図８は、それぞれの要因と汚れ抵抗との関係を図式化したものである。
(１) ハンマリング打撃点からの伝熱管の長さと汚れ抵抗との関係
廃熱ボイラーの伝熱管におけるハンマリング打撃点からの伝熱管の長さＬと汚れ抵抗ｆr1との関係は、図４に示されるように、ハンマリング打撃点からの伝熱管の長さＬに反比例して汚れ抵抗ｆr1が小さくなる。このような現象は、衝撃波の振幅の減少により生じるものである。
【００１０】
(２) 管群の長さと汚れ抵抗との関係
廃熱ボイラーにおける管群の長さＬgと汚れ抵抗ｆr2との関係は、図５に示されるように、管群の長さＬgに反比例して汚れ抵抗ｆr2が小さくなる。このような現象は、ボイラーの入口から出口に到るダスト濃度の減少により生じるものである。
(３) ガス温度と汚れ抵抗との関係
廃熱ボイラーに流入するガス温度ｔgと汚れ抵抗ｆr3との関係は、図６に示されるように、流入するガス温度ｔgがｔg1からｔg2に下がるとこれに比例して汚れ抵抗ｆr3も小さくなる。このような現象は、ダスト粒子の結合力の減少により生じるものである。
【００１１】
(４) ガス流れの管群での左右方向の偏流と汚れ抵抗との関係
廃熱ボイラーにおけるガス流れの管群での左右方向の偏流と汚れ抵抗ｆr4との関係は、図７において実線矢印又は点線矢印で示されるように、ボイラー入口／出口ダクトの形状及び管群のダスト付着状態により生じるものである。
(５) ガス流れの管群での上下方向の偏流と汚れ抵抗との関係
廃熱ボイラーにおけるガス流れの管群での上下方向の偏流と汚れ抵抗ｆr5との関係は、図８において実線矢印及び点線矢印で示されるように、ボイラー入口／出口ダクトの形状及び管群のダスト付着状態により生じるものである。
【００１２】
上記のような各種要因によって大きくなる汚れ抵抗を各伝熱面ブロック（各管群）毎に数値的に把握して、これに応じてハンマリング装置の運転制御を行うことが可能になれば、それぞれの伝熱面ブロックの汚れ抵抗の大きさ（ダストの付着・堆積厚さ）に応じて、必要とする打撃力を加えることができる。
そこで、本発明の課題は、上記従来の問題点を解決するために、廃熱ボイラーの各伝熱面ブロックの汚れ抵抗の大きさに応じて、各伝熱面ブロックの伝熱管に打撃を加えることができるように、ハンマリング装置の運転について工夫することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る廃熱ボイラーは、伝熱面ブロックの汚れ抵抗の大きさに応じて、伝熱面ブロックに対して必要とする適正な打撃エネルギーを加えることによって、ハンマリング装置の耐久性を損なうことなく、環境に優しい効果的なダスト除去を行うことを意図したものである。
【００１４】
以下に、上記課題を解決するために講じた手段を作用と共に説明する。
(１) 本発明に係る廃熱ボイラー（請求項１に対応）は、多数の伝熱管を配列した伝熱面ブロックと、この伝熱面ブロックの各伝熱管に振動を加えて付着したダストを除去するハンマリング装置と、このハンマリング装置の運転を制御するハンマリング運転制御装置とを備える廃熱ボイラーのハンマリング運転スケジュール制御システムを前提として、次の(イ)〜(ニ)から成るものである。
(イ) ボイラー蒸発量とボイラー入口／出口ガス温度に基づいて、ガス流量を算出するガス流量演算手段と、
(ロ) 上記ガス流量と上記伝熱面ブロックの入口／出口ガス温度に基づいて、該伝熱面ブロックの汚れ抵抗計画値と汚れ抵抗計測値を算出する汚れ抵抗演算手段と、
(ハ) 上記伝熱面ブロックの汚れ抵抗計画値と汚れ抵抗計測値に基づいて、上記ハンマリング装置の打撃回数、打撃時間、又は打撃力の少なくとも１つを変更するハンマリング運転スケジュール演算手段とを備えて成り、
(ニ) 上記伝熱面ブロックに対して、その汚れ度合に応じて適正な打撃を加えること。
【００１５】
上記のような構成にすることにより、ガス流量と、伝熱面ブロックのガス入口側とガス出口側のガス温度に基づいて、該伝熱面ブロックの汚れ抵抗計画値と汚れ抵抗計測値を算出することができ、この汚れ抵抗計画値と汚れ抵抗計測値を比較することによって、伝熱面ブロックの汚れ度合を認識することができる。
そして、この伝熱面ブロックの汚れ度合に応じて、ハンマリング装置により伝熱面ブロックに加える打撃回数、打撃時間、又は打撃力を変更することができるので、伝熱面ブロックに対してその汚れ度合に応じて必要とする適正な打撃エネルギーを加えることができる。
【００１６】
(２) 上記(１)における廃熱ボイラーのハンマリング運転スケジュール制御システムにおいて、伝熱面ブロックが複数設けられ、各伝熱面ブロックの入口／出口ガス温度に基づいて、各伝熱面ブロックの汚れ抵抗計画値と汚れ抵抗計測値を算出し、各伝熱面ブロックに対してそれぞれの汚れ度合に応じて適正な打撃を加えることができる。（請求項２に対応）
このような構成によれば、周囲の伝熱面ブロックのガス入口側とガス出口側のガス温度による影響を考慮しながら、各伝熱面ブロックの汚れ抵抗計画値と汚れ抵抗計測値を算出することができるので、より正確な汚れ抵抗計測値を算出することが可能であり、汚れ度合に応じて適正な打撃を加えることができる。
【００１７】
(３) 上記(２)における廃熱ボイラーのハンマリング運転スケジュール制御システムにおいて、複数の伝熱面ブロックそれぞれの汚れ抵抗計画値と汚れ抵抗計測値に基づいて、各伝熱面ブロックにおけるハンマリング装置の打撃回数、打撃時間、又は打撃力の少なくとも１つを変更することができる。（請求項３に対応）
このような構成によれば、周囲の伝熱面ブロックの汚れ度合による影響を考慮しながら、各伝熱面ブロックにおけるハンマリング装置の打撃回数、打撃時間、又は打撃力を変更することができるので、より適正な打撃エネルギーを各伝熱面ブロックに与えることが可能である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の効果を整理すると次ぎのとおりである。
伝熱面ブロックの汚れ抵抗計画値と汚れ抵抗計測値に基づいて、該伝熱面ブロックの汚れ度合を認識することができ、この汚れ度合に応じて該伝熱面ブロックに加えるハンマリング装置の打撃回数、打撃時間、又は打撃力を変更することができるので、ハンマリング装置は、伝熱面ブロックに対してその汚れ度合に応じて必要とする適正な打撃エネルギーを加えることができる。
その結果、ハンマリング装置の耐久性を損なうことなく、装置全体の損傷を最小限にすることが可能であり、騒音を低減して環境に優しい効果的なダスト除去を行うことができる。
【００１９】
また、複数の伝熱面ブロックが配置される場合でも、周囲の伝熱面ブロックのガス入口側とガス出口側のガス温度による影響を考慮しながら、各伝熱面ブロックの汚れ抵抗計画値と汚れ抵抗計測値を算出することが可能であり、さらに、周囲の伝熱面ブロックの汚れ抵抗計画値と汚れ抵抗計測値による影響を考慮しながら、各伝熱面ブロックにおけるハンマリング装置の打撃回数、打撃時間、又は打撃力を変更することができるので、各伝熱面ブロックに対してより適正な打撃エネルギーを与えることが可能である。
その結果、複数の伝熱面ブロックおいて、ハンマリング装置の耐久性を損なうことなく、装置全体の損傷を最小限にすることが可能であり、騒音を低減して環境に優しい効果的なダスト除去を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施例による廃熱ボイラーのハンマリング運転スケジュールの制御システムについて、図１〜図３及び図９〜図１５に基づいて説明する。
〔廃熱ボイラーの伝熱面ブロックとハンマリング装置の構成〕
廃熱ボイラーのボイラー本体内には、多数の伝熱管から構成される複数の伝熱面ブロック（管群）が配置されると共に、それぞれの伝熱面ブロックにはハンマリング装置が組み込まれている。
先ず、本実施例の廃熱ボイラーにおける伝熱面ブロックの基本的な構成について、図１〜図３を参照しながら説明する。図１は廃熱ボイラーの要部の概略正面図、図２は同じく廃熱ボイラーの要部の概略平面図、図３は同じく廃熱ボイラーの要部の概略側面図である。
【００２１】
ボイラー本体２５は、中央部のボイラー外殻壁４ａ〜４ｅと、上部のボイラー外殻壁５ａ〜５ｅと、下部のボイラー外殻壁６ａ〜６ｄにより形成される。このボイラー本体２５の内部空間には、多数の伝熱管（蛇管型伝熱管）１(１ａ,１ｂ)が一定間隔で配列され、伝熱面ブロックＧ(Ｇ-Ａ,Ｇ-Ｂ)を構成している。これらの伝熱管１(１ａ,１ｂ)の各端部は、上部のボイラー外殻壁５ａ〜５ｅの外部で入口管寄せ２又は出口管寄せ３(３ａ,３ｂ)に接続されている。
上記中央部のボイラー外殻壁４ａ〜４ｅで囲まれる中央空間（図３のイ、ロ、ハ、ニで囲まれた空間）には直接排ガスが流れるが、上部のボイラー外殻壁５ａ〜５ｅで囲まれる上部空間（図３のイ、ロ、ホ、ヘで囲まれた空間）には直接排ガスは流れない。また、下部のボイラー外殻壁６ａ〜６ｄで囲まれる下部空間はホッパーを形成している。
【００２２】
上記ボイラー外殻壁５ａ〜５ｅで囲まれる上部空間において、多数の伝熱管１(１ａ,１ｂ)の奇数番目と偶数番目の間には連結軸７(７ａ,７ｂ)が設けられている。これらの連結軸７(７ａ,７ｂ)の両側に位置する各伝熱管１(１ａ,１ｂ)の管部分は、連結金具１７(１７ａ,１７ｂ)を介して隣接する連結軸７(７ａ,７ｂ)に溶接によって結合されている（図１及び図２を参照）。
このように両側に伝熱管１(１ａ,１ｂ)が固定された各連結軸７(７ａ,７ｂ)は、一対のヒンジ機構２７(２７ａ,２７ｂ)によって、ボイラー本体２５に固定された吊りビーム１６(１６ａ,１６ｂ)に対して、各連結軸７(７ａ,７ｂ)の長手方向へ揺動可能に支持されている。上記ヒンジ機構２７(２７ａ,２７ｂ)は、吊り金具１１(１１ａ,１１ｂ)、ヒンジ部材１２(１２ａ,１２ｂ)、ピン１３(１３ａ,１３ｂ)、吊りロッド１４(１４ａ,１４ｂ)、及びナット１５(１５ａ,１５ｂ)から成っている。
このような構成により、一対の伝熱管１(１ａ,１ｂ)は、それぞれの連結軸７(７ａ,７ｂ)とヒンジ機構２７(２７ａ,２７ｂ)を介して、ボイラー本体２５に対して支持されている。
【００２３】
上記各連結軸７(７ａ,７ｂ)のボイラー外殻壁５ａ,５ｂから突出した部分には、連結軸７(７ａ,７ｂ)の貫通部をガスシールするべローズ８ａ,８ｂが装着されている。また、各連結軸７(７ａ,７ｂ)の突出部分の先端部には、弾性体（例えば、皿バネ等）９ａ,９ｂを介してそれぞれラッピングロッド１０ａ,１０ｂが結合されている。
上記ラッピングロッド１０ａ,１０ｂの外側には、これに対向する位置にエアーノッカー（打撃装置）２０ａ,２０ｂが設けられている。このエアーノッカー２０ａ,２０ｂによりラッピングロッド１０ａ,１０ｂに打撃を加えると、弾性体９ａ,９ｂを介して各連結軸７(７ａ，７ｂ)とこれに結合されている一対の伝熱管１(１ａ，１ｂ)に振動を加えることができる。このとき、弾性体９ａ,９ｂは打撃エネルギーを貯えて、衝撃力を軽減する役割を果たす。
このように、連結軸７、連結金具１７、ヒンジ機構２７、べローズ８ａ,８ｂ、弾性体９ａ,９ｂ、ラッピングロッド１０ａ,１０ｂ、及びエアーノッカー２０ａ,２０ｂは、伝熱管１(１ａ、１ｂ)に振動を加えるハンマリング装置を構成する。
なお、図１及び図３中の符号１８及び１９は、バッフルプレート及びダスト排出装置である。
【００２４】
〔廃熱ボイラー全体の構成〕
次に、本実施例による廃熱ボイラー全体の構成について、図９〜図１１を参照しながら説明する。図９は廃熱ボイラーの模式的な正面図、図１０は同じく廃熱ボイラーの模式的な平面図、図１１は同じく廃熱ボイラーの模式的な側面図である。
廃熱ボイラーの排ガスが流れる内部空間には、ハンマリング装置が組み込まれた伝熱面ブロックＧが配置されている。この伝熱面ブロックＧは、排ガスの流れ方向に沿ってＡ系列とＢ系列の２系列に配置され、各系列にはそれぞれ５個ずつの伝熱面ブロックＧ１〜Ｇ５(Ａ／Ｂ)が配置されている。（なお、(Ａ／Ｂ)は、Ａ系列とＢ系列に同様に配置されていることを表す。）
【００２５】
上記各伝熱面ブロックＧ１〜Ｇ５(Ａ／Ｂ)には、それぞれ多数のハンマリング装置が組み込まれているが、その数は各伝熱面ブロック毎に異なっている。各伝熱面ブロックＧ１〜Ｇ５(Ａ／Ｂ)毎のハンマリング装置の集合体をハンマリング装置ブロックＢ-１〜Ｂ-５(Ａ／Ｂ)という。
最も上流側の伝熱面ブロックＧ１(Ａ／Ｂ)には、それぞれハンマリング装置１４台（ｎ１〜ｎ１４）を有するハンマリング装置ブロックＢ-１(Ａ／Ｂ)が、次の伝熱面ブロックＧ２(Ａ／Ｂ)には、それぞれハンマリング装置１５台（ｎ１５〜ｎ２９）を有するハンマリング装置ブロックＢ-２(Ａ／Ｂ)が、３番目の伝熱面ブロックＧ３(Ａ／Ｂ)には、それぞれハンマリング装置１６台（ｎ３０〜ｎ４５）を有するハンマリング装置ブロックＢ-３(Ａ／Ｂ)が、４番目の伝熱面ブロックＧ４(Ａ／Ｂ)には、それぞれハンマリング装置１７台（ｎ４６〜ｎ６２）を有するハンマリング装置ブロックＢ-４(Ａ／Ｂ)が、最も下流側の伝熱面ブロックＧ５(Ａ／Ｂ)には、それぞれハンマリング装置１８台（ｎ６３〜ｎ８０）を有するハンマリング装置ブロックＢ-５(Ａ／Ｂ)が、それぞれ設けられている。（図９及び図１０を参照）
【００２６】
また、上記各伝熱面ブロックＧ１〜Ｇ５(Ａ／Ｂ)におけるガス入口側とガス出口側の上部、中央部、及び下部のガス温度測定点には、それぞれガス温度検知器ｔ１〜ｔ１８(ａ／ｂ)が設けられている。（なお、(ａ／ｂ)は、Ａ系列とＢ系列に同様に配置されていることを表す。）
【００２７】
〔ハンマリング運転制御装置の構成〕
ハンマリング運転制御装置の構成について、図１２及び図１３を参照しながら説明する。図１２はハンマリング運転制御装置のブロック図、図１３はハンマリング運転動作を説明するブロック図である。
ハンマリング運転制御装置３０は、図１２に示されるように、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、及びタイマー等を有する制御手段３１と、それぞれのハンマリング装置ブロックＢ-１〜Ｂ-５(Ａ／Ｂ)の各エアーノッカー２０ａ,２０ｂを駆動する駆動回路３２ａ〜３２ｅを備えている。この制御手段３１は、キーボード等の操作部や各伝熱面ブロックのガス温度検知器ｔ１〜ｔ１８(ａ／ｂ)からの入力信号を受けると共に、ボイラー蒸気圧力、ボイラー蒸気温度、ボイラー給水温度、ボイラー蒸発量、ボイラー入口ガス温度、ボイラー出口ガス温度、ボイラー入口／出口ガス圧力、及びガス組成に関する入力信号を受けて各種演算を行い、この演算結果に基づいて、ハンマリング装置ブロックの駆動回路３２ａ〜３２ｅや操作空気圧力設定手段３３へ制御信号を出力して、各エアーノッカー２０ａ,２０ｂを適正な（伝熱面ブロックの汚れ抵抗に見合った）打撃回数、打撃時間、及び打撃力で駆動する。
このようにして、各伝熱面ブロックＧ１〜Ｇ５(Ａ／Ｂ)の伝熱管１ａ,１ｂに付着・堆積したダストは、効果的に除去することができる。
【００２８】
上記制御手段３１は、図１３に示されるように、ボイラーガス流量演算手段３５、各伝熱面ブロックの汚れ抵抗演算手段３６ａ,３６ｂ…、及び各ハンマリング装置ブロックの運転スケジュール演算手段３７ａ,３７ｂ…を有している。
このボイラーガス流量演算手段３５は、ボイラー蒸気圧力、ボイラー蒸気温度、ボイラー給水温度、ボイラー蒸発量、ボイラー入口ガス温度、ボイラー出口ガス温度、ボイラー入口／出口ガス圧力、及びガス組成に関する入力信号を受けて、ガス流量Ｇcを算出する。各伝熱面ブロックの汚れ抵抗演算手段３６ａ,３６ｂ…は、ガス流量Ｇc、及び各伝熱面ブロックＧ1(Ａ／Ｂ),Ｇ2(Ａ／Ｂ)…のガス温度に関する入力信号を受けて、それぞれの汚れ抵抗計画値ＤA,ＤB…、及び汚れ抵抗計測値Ｄa,Ｄb…を算出する。
【００２９】
また、上記各ハンマリング装置ブロックＢ-１〜Ｂ-５(Ａ／Ｂ)の運転スケジュール演算手段３７ａ,３７ｂ…は、各伝熱面ブロックの汚れ抵抗計画値ＤA,ＤB…、及び汚れ抵抗計測値Ｄa,Ｄb…に関する入力信号を受けて、各伝熱面ブロック毎の汚れ抵抗計画値ＤA,ＤB…と汚れ抵抗計測値Ｄa,Ｄb…の偏差を算出し、さらにこの偏差に基づいてハンマリング装置ブロックの順次運転間隔Ｔ1、打撃間隔Ｔ2、運転時間Ｔ3、休止時間Ｔ4、及び操作空気圧力Ｐsを算出する。これにより、各ハンマリング装置ブロックの打撃回数Ｒ、打撃時間Ｈ、及び打撃力Ｆが設定される。
【００３０】
〔ハンマリング装置の運転動作〕
次に、本実施例による廃熱ボイラーのハンマリング運転動作について、図１２〜図１５を参照しながら説明する。図１４はハンマリング装置ブロックの運転スケジュール、図１５はハンマリング運転動作のフロー図である。
廃熱ボイラーの運転を開始する前に、各ハンマリング装置ブロックＢ-１〜Ｂ-５(Ａ／Ｂ)の運転スケジュールの初期設定を行う。この初期設定は、これまでの経験に基づいてハンマリング装置ブロック毎に、図１４に示されるような、ハンマリングの順次運転間隔Ｔ1、打撃間隔Ｔ2、運転時間Ｔ3、及び休止時間Ｔ4と共に、操作空気圧力Ｐsを決めることによって、打撃回数Ｒ、打撃時間Ｈ、及び打撃力Ｆの設定を行う。
【００３１】
廃熱ボイラーの運転を開始して定格負荷運転になれば(ステップＳ１)、ボイラー蒸発量とボイラー入口／出口ガス温度から、ボイラーガス流量Ｇcを算出する(ステップＳ２)。 このガス流量Ｇcは、次の式により算出することができる。
【数１】
但し、Ｅ：時間当りのボイラーの蒸気量（Kg／Hr）
ｉｓ：発生蒸気のエンタルピー（Kcal／Kg）
ｉｗ：給水のエンタルピー（Kcal／Kg）
ｉｇ１：ボイラー入口ガスのエンタルピー（Kcal／Ｎｍ３）
ｉｇ２：ボイラー出口ガスのエンタルピー（Kcal／Ｎｍ３）
ηＢ：ボイラー効率
【００３２】
次に、上記算出されたガス流量Ｇcと各伝熱面ブロックの入口／出口ガス温度から、各伝熱面ブロックにおける汚れ抵抗の計画値ＤAと計測値Ｄaを算出する(ステップＳ３)。
上記汚れ抵抗の計画値ＤAは、次の式から算出することができる。
【数２】
但し、ｋ：熱貫流率（Kcal／ｍ２ｈ℃）
αｏ：管外の熱伝達係数（Kcal／ｍ２ｈ℃）
αｉ：管内の熱伝達係数（Kcal／ｍ２ｈ℃）
λ：管の熱伝導率（Kcal／ｍｈ℃）
ｔ：管の厚さ（ｍ）
ＤA(ｆr)：汚れ抵抗の計画値（ｍ２ｈ℃／Kcal）
【００３３】
上記一般式を利用して計測データから運転中の汚れ抵抗の計測値Ｄaを逆算できるが、ここでは詳細な計算方法は省略する。
【００３４】
次に、上記汚れ抵抗の計画値ＤAと計測値Ｄaを比較して(ステップＳ４)、略同じ値であればハンマリング運転スケジュールの初期設定を変更することなく(ステップＳ７)、ハンマリング運転を実行する(ステップＳ９,Ｓ１０)。
上記ステップＳ４において、計画値ＤAと計測値Ｄaが略同じ値でなく、計測値Ｄaが計画値ＤAより大きい場合には(ステップＳ５)、各伝熱面ブロック毎の汚れ抵抗計画値ＤA,ＤB…と汚れ抵抗計測値Ｄa,Ｄb…の偏差に基づいて、ハンマリングの順次運転間隔Ｔ1、打撃間隔Ｔ2、運転時間Ｔ3、休止時間Ｔ4、及び操作空気圧力Ｐsを算出し、ハンマリング装置ブロックの打撃回数Ｒ、打撃時間Ｈ、又は打撃力Ｆを初期設定から増加させて(ステップＳ６)、ハンマリング運転を実行する(ステップＳ９,Ｓ１０)。
【００３５】
また、上記ステップＳ５において、計測値Ｄaが計画値ＤAより大きくない場合（計測値Ｄaが計画値ＤAより小さい場合）には、上記ステップＳ６と同様に、各伝熱面ブロック毎の汚れ抵抗計画値ＤA,ＤB…と汚れ抵抗計測値Ｄa,Ｄb…の偏差に基づいて、ハンマリングの順次運転間隔Ｔ1、打撃間隔Ｔ2、運転時間Ｔ3、休止時間Ｔ4、及び操作空気圧力Ｐsを算出し、ハンマリング装置ブロックの打撃回数Ｒ、打撃時間Ｈ、又は打撃力Ｆを初期設定から減少させて(ステップＳ８)、ハンマリング運転を実行する(ステップＳ９,Ｓ１０)。
【００３６】
上記ハンマリング運転が終了すると(ステップＳ１０)、ハンマリング運転は休止時間Ｔ4の間だけ休止する。このとき、休止時間が終了するか、又は廃熱ボイラーの運転が停止されるまで休止状態で待機する(ステップＳ１１、Ｓ１２)。ステップＳ１１において休止時間が終了すれば、上記ステップ２に戻りこれ以降の動作を繰り返し実行する。また、上記ステップＳ１２においてボイラーの運転が停止されると、このハンマリング運転動作を終了する(ステップＳ１３)。
【００３７】
以上のように、廃熱ボイラーの運転中において、各伝熱面ブロック毎の汚れ抵抗の大きさに対応して、それぞれの伝熱面ブロック毎の打撃回数Ｒ、打撃時間Ｈ、又は打撃力Ｆを変更することができるので、無駄な損傷部品を軽減することができ、省力化及び騒音の小さい設備となり、広義に地球、人、環境に配慮したハンマリングシステムとすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】は、本発明の実施例における廃熱ボイラーの要部の概略正面図である。
【図２】は、同じく実施例における廃熱ボイラーの要部の概略平面図である。
【図３】は、同じく実施例における廃熱ボイラーの要部の概略側面図である。
【図４】は、廃熱ボイラーの伝熱管において、ハンマリング打撃点からの長さと汚れ抵抗との関係を図式化したものである。
【図５】は、同じく廃熱ボイラーの伝熱管において、管群の長さと汚れ抵抗との関係を図式化したものである。
【図６】は、同じく廃熱ボイラーの伝熱管において、ガス温度と汚れ抵抗との関係を図式化したものである。
【図７】は、同じく廃熱ボイラーの伝熱管において、ガス流れの管群の左右方向での偏流と汚れ抵抗との関係を図式化したものである。
【図８】は、同じく廃熱ボイラーの伝熱管において、ガス流れの管群の上下方向での偏流と汚れ抵抗との関係を図式化したものである。
【図９】は、本発明の実施例における廃熱ボイラーの模式的な正面図である。
【図１０】は、本発明の実施例における廃熱ボイラーの模式的な平面図である。
【図１１】は、同じく実施例における廃熱ボイラーの模式的な側面図である。
【図１２】は、同じく実施例による廃熱ボイラーのハンマリング運転制御装置のブロック図である。
【図１３】は、同じく実施例による廃熱ボイラーのハンマリング運転動作を説明するブロック図である。
【図１４】は、同じく実施例によるハンマリング装置ブロックの運転スケジュールである。
【図１５】は、同じく実施例による廃熱ボイラーのハンマリング運転動作のフロー図である。
【図１６】は、従来の廃熱ボイラーの概略図であり、(ａ)は正面図、(ｂ)は側面図である。
【図１７】は、同じく従来の廃熱ボイラーの要部拡大図であり、(ａ)は正面図、(ｂ)は側面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１，１ａ，１ｂ…伝熱管(廃熱ボイラーの)
２…入口管寄せ
３ａ，３ｂ…出口管寄せ ４ａ〜４ｅ…ボイラー外殻壁(中央部)
５ａ〜５ｅ…ボイラー外殻壁(上部) ６ａ〜６ｄ…ボイラー外殻壁(下部)
７，７ａ，７ｂ…連結軸 ８ａ，８ｂ…ベローズ
９ａ，９ｂ…弾性体(皿バネ)
１０ａ，１０ｂ…ラッピングロッド １１，１１ａ，１１ｂ…吊り金具 １２，１２ａ，１２ｂ…ヒンジ部材 １３，１３ａ，１３ｂ…ピン １４，１４ａ，１４ｂ…吊りロッド １５，１５ａ，１５ｂ…ナット １６，１６ａ，１６ｂ…吊りビーム １７，１７ａ，１７ｂ…連結金具 １８…バッフルプレート １９…ダスト排出装置
２０ａ，２０ｂ…エアノッカー(打撃装置) ２５…ボイラー本体
２７，２７ａ，２７ｂ…ヒンジ機構
３０…制御装置
３１…制御手段
３２ａ〜３２ｅ…ハンマリング装置ブロックの駆動回路
３３…操作空気圧力設定手段
３５…ボイラーガス流量演算手段
３６ａ，３６ｂ…汚れ抵抗演算手段
３７ａ，３７ｂ…ハンマリング運転スケジュール演算手段
Ｂ-１〜Ｂ-５…ハンマリング装置ブロック
Ｇ，Ｇ１〜Ｇ５…伝熱面ブロック(管群)
ｎ１〜ｎ８０…ハンマリング装置の数 ｔ１〜ｔ１８…ガス温度検知器
Ｔ１…順次運転間隔 Ｔ２…打撃間隔
Ｔ３…運転時間 Ｔ４…休止時間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝熱管に付着・堆積したダストを除去するハンマリング装置を備える廃熱ボイラーに関し、さらに詳しくは、廃熱ボイラーの伝熱管に付着・堆積したダストを環境にやさしく、かつ効果的に除去することができるハンマリング運転スケジュールの制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハンマリング装置（ダスト除去装置）を備える廃熱ボイラーは、例えば、特公昭５９−２８８１３号公報（廃熱ボイラーのダスト付着防止装置）に記載されているように、セメントプラント用廃熱ボイラー等として既に公知のものである。
上記公知の廃熱ボイラーでは、それに流入する排ガス中に多量のダストが含まれており、このダストの伝熱管への付着が汚れ抵抗（Fouling Resistance）となり、ボイラー性能を著しく低下させていた。この排ガス中のダスト含有量は１００〜１３０ｇｒ／Ｎｍ３であり、ダスト粒度は５μｍ以下のものが９５％を占めており、このダストの顕微鏡組織は繊維状であるため伝熱管への付着性が強く、かつ熱伝導率が小さいため僅かの厚さ（数ｍｍ厚さ）の付着・堆積があった場合でも大きな汚れ抵抗となる。
【０００３】
上記特公昭５９−２８８１３号公報（特許文献１）に記載されている廃熱ボイラー４０は、図１６及び図１７に示されるように、吊下げ式蛇管型伝熱管４１のベンド部下端に当板４６を介して配管列ピッチ設定金具４７を垂設しており、連結軸４２に固定する各突片４８の間には、それぞれ前記設定金具４７を挿着し固定する。吊下げ伝熱管４１のガス流れ方向の配管列ピッチの乱れを防止するために、固定軸５１と止め金５２が設けられている。
【０００４】
上記廃熱ボイラー４０において、吊下げ式蛇管型伝熱管４１に付着したダストを除去するために、ハンマー（回転式槌打型ハンマー）４５の衝突エネルギーを中間軸４３を介して連結軸４２に伝達すると（図１６(ｂ)を参照）、この連結軸４２は突片４８、配管列ピッチ設定金具４７、及び当板４６を介して、伝熱管４１のベンド部下端に衝撃エネルギーを伝達して該伝熱管４１を振動させる。これにより、伝熱管４１に付着していたダストが剥離され、ホッパー５３に自然落下してコンベア５５によって排出される。
このように、廃熱ボイラーでは、流入する排ガス中の微粉ダストが伝熱管の表面に付着・堆積して熱伝達を阻害し、ダストによる汚れ抵抗が増大しボイラー性能を著しく低下させるため、ハンマリング装置を設けることにより伝熱管に付着したダストを除去している。
【０００５】
更に、廃熱ボイラーの伝熱面積は、上述のダストの付着による汚れ抵抗を見込んで、例えば、伝熱面がクリーンな状態に対して数倍の伝熱面を有しており、通常のボイラーに比較して伝熱面の余裕度は大きく設定されているため、廃熱ボイラーの設備全体に対して占めるコストの割合は小さくない。
上記のように、廃熱ボイラーが余裕度の大きい伝熱面積を有していても、なおかつ、伝熱面へのダストの付着が進み汚れ抵抗が所定以上に大きくならないよう（ボイラーの性能低下を来たさないよう）、ハンマリング装置を運転して所定の性能を維持する必要がある。
【０００６】
【特許文献１】特公昭５９−２８８１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記従来の廃熱ボイラーに設置されているハンマリング装置では、構造上汚れ抵抗を改善するための操作手順に種々限界がある。
例えば、槌打式ハンマーは一本の回転軸に多数設定されているため、各伝熱面に対して一律に打撃が加えられるので、実際にはそれ程汚れていない状態であっても必要以上に打撃力が加えられる箇所があり、一方で、相当汚れている状態であっても必要な打撃力が加えられない箇所もある。このような打撃力のアンバランスは設備全体の寿命、特に、ハンマリング装置の耐久性に悪影響を及ぼしていた。
【０００８】
そして、ハンマリング装置の耐久性は、打撃回数や打撃力により大きく影響を受けるので、各伝熱面に対して一律に打撃を加えることは、ハンマリング装置の平均的な寿命を短くするばかりでなく、騒音対策用の防音カバーを必要としたり、打撃時の大きな騒音（約１１０ｄＢ）により近隣の民家に多大な迷惑をかけることにもなる。
また、ハンマリング装置のハンマー部が損傷すると伝熱管に加える打撃力が弱くなり、ボイラー性能が低下する。ボイラー性能が著しく低下する場合には、単位時間当たりの打撃回数を増加することもあるが、あまり効果は期待できず、却ってハンマリング装置の損傷を増長することになる。
【０００９】
ここで、伝熱管に付着・堆積したダストにより伝熱面の汚れ抵抗が大きくなる各種要因ついて、図４〜図８を参照しながら説明する。図４〜図８は、それぞれの要因と汚れ抵抗との関係を図式化したものである。
(１) ハンマリング打撃点からの伝熱管の長さと汚れ抵抗との関係
廃熱ボイラーの伝熱管におけるハンマリング打撃点からの伝熱管の長さＬと汚れ抵抗ｆr1との関係は、図４に示されるように、ハンマリング打撃点からの伝熱管の長さＬに反比例して汚れ抵抗ｆr1が小さくなる。このような現象は、衝撃波の振幅の減少により生じるものである。
【００１０】
(２) 管群の長さと汚れ抵抗との関係
廃熱ボイラーにおける管群の長さＬgと汚れ抵抗ｆr2との関係は、図５に示されるように、管群の長さＬgに反比例して汚れ抵抗ｆr2が小さくなる。このような現象は、ボイラーの入口から出口に到るダスト濃度の減少により生じるものである。
(３) ガス温度と汚れ抵抗との関係
廃熱ボイラーに流入するガス温度ｔgと汚れ抵抗ｆr3との関係は、図６に示されるように、流入するガス温度ｔgがｔg1からｔg2に下がるとこれに比例して汚れ抵抗ｆr3も小さくなる。このような現象は、ダスト粒子の結合力の減少により生じるものである。
【００１１】
(４) ガス流れの管群での左右方向の偏流と汚れ抵抗との関係
廃熱ボイラーにおけるガス流れの管群での左右方向の偏流と汚れ抵抗ｆr4との関係は、図７において実線矢印又は点線矢印で示されるように、ボイラー入口／出口ダクトの形状及び管群のダスト付着状態により生じるものである。
(５) ガス流れの管群での上下方向の偏流と汚れ抵抗との関係
廃熱ボイラーにおけるガス流れの管群での上下方向の偏流と汚れ抵抗ｆr5との関係は、図８において実線矢印及び点線矢印で示されるように、ボイラー入口／出口ダクトの形状及び管群のダスト付着状態により生じるものである。
【００１２】
上記のような各種要因によって大きくなる汚れ抵抗を各伝熱面ブロック（各管群）毎に数値的に把握して、これに応じてハンマリング装置の運転制御を行うことが可能になれば、それぞれの伝熱面ブロックの汚れ抵抗の大きさ（ダストの付着・堆積厚さ）に応じて、必要とする打撃力を加えることができる。
そこで、本発明の課題は、上記従来の問題点を解決するために、廃熱ボイラーの各伝熱面ブロックの汚れ抵抗の大きさに応じて、各伝熱面ブロックの伝熱管に打撃を加えることができるように、ハンマリング装置の運転について工夫することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る廃熱ボイラーは、伝熱面ブロックの汚れ抵抗の大きさに応じて、伝熱面ブロックに対して必要とする適正な打撃エネルギーを加えることによって、ハンマリング装置の耐久性を損なうことなく、環境に優しい効果的なダスト除去を行うことを意図したものである。
【００１４】
以下に、上記課題を解決するために講じた手段を作用と共に説明する。
(１) 本発明に係る廃熱ボイラー（請求項１に対応）は、多数の伝熱管を配列した伝熱面ブロックと、この伝熱面ブロックの各伝熱管に振動を加えて付着したダストを除去するハンマリング装置と、このハンマリング装置の運転を制御するハンマリング運転制御装置とを備える廃熱ボイラーのハンマリング運転スケジュール制御システムを前提として、次の(イ)〜(ニ)から成るものである。
(イ) ボイラー蒸発量とボイラー入口／出口ガス温度に基づいて、ガス流量を算出するガス流量演算手段と、
(ロ) 上記ガス流量と上記伝熱面ブロックの入口／出口ガス温度に基づいて、該伝熱面ブロックの汚れ抵抗計画値と汚れ抵抗計測値を算出する汚れ抵抗演算手段と、
(ハ) 上記伝熱面ブロックの汚れ抵抗計画値と汚れ抵抗計測値に基づいて、上記ハンマリング装置の打撃回数、打撃時間、又は打撃力の少なくとも１つを変更するハンマリング運転スケジュール演算手段とを備えて成り、
(ニ) 上記伝熱面ブロックに対して、その汚れ度合に応じて適正な打撃を加えること。
【００１５】
上記のような構成にすることにより、ガス流量と、伝熱面ブロックのガス入口側とガス出口側のガス温度に基づいて、該伝熱面ブロックの汚れ抵抗計画値と汚れ抵抗計測値を算出することができ、この汚れ抵抗計画値と汚れ抵抗計測値を比較することによって、伝熱面ブロックの汚れ度合を認識することができる。
そして、この伝熱面ブロックの汚れ度合に応じて、ハンマリング装置により伝熱面ブロックに加える打撃回数、打撃時間、又は打撃力を変更することができるので、伝熱面ブロックに対してその汚れ度合に応じて必要とする適正な打撃エネルギーを加えることができる。
【００１６】
(２) 上記(１)における廃熱ボイラーのハンマリング運転スケジュール制御システムにおいて、伝熱面ブロックが複数設けられ、各伝熱面ブロックの入口／出口ガス温度に基づいて、各伝熱面ブロックの汚れ抵抗計画値と汚れ抵抗計測値を算出し、各伝熱面ブロックに対してそれぞれの汚れ度合に応じて適正な打撃を加えることができる。（請求項２に対応）
このような構成によれば、周囲の伝熱面ブロックのガス入口側とガス出口側のガス温度による影響を考慮しながら、各伝熱面ブロックの汚れ抵抗計画値と汚れ抵抗計測値を算出することができるので、より正確な汚れ抵抗計測値を算出することが可能であり、汚れ度合に応じて適正な打撃を加えることができる。
【００１７】
(３) 上記(２)における廃熱ボイラーのハンマリング運転スケジュール制御システムにおいて、複数の伝熱面ブロックそれぞれの汚れ抵抗計画値と汚れ抵抗計測値に基づいて、各伝熱面ブロックにおけるハンマリング装置の打撃回数、打撃時間、又は打撃力の少なくとも１つを変更することができる。（請求項３に対応）
このような構成によれば、周囲の伝熱面ブロックの汚れ度合による影響を考慮しながら、各伝熱面ブロックにおけるハンマリング装置の打撃回数、打撃時間、又は打撃力を変更することができるので、より適正な打撃エネルギーを各伝熱面ブロックに与えることが可能である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の効果を整理すると次ぎのとおりである。
伝熱面ブロックの汚れ抵抗計画値と汚れ抵抗計測値に基づいて、該伝熱面ブロックの汚れ度合を認識することができ、この汚れ度合に応じて該伝熱面ブロックに加えるハンマリング装置の打撃回数、打撃時間、又は打撃力を変更することができるので、ハンマリング装置は、伝熱面ブロックに対してその汚れ度合に応じて必要とする適正な打撃エネルギーを加えることができる。
その結果、ハンマリング装置の耐久性を損なうことなく、装置全体の損傷を最小限にすることが可能であり、騒音を低減して環境に優しい効果的なダスト除去を行うことができる。
【００１９】
また、複数の伝熱面ブロックが配置される場合でも、周囲の伝熱面ブロックのガス入口側とガス出口側のガス温度による影響を考慮しながら、各伝熱面ブロックの汚れ抵抗計画値と汚れ抵抗計測値を算出することが可能であり、さらに、周囲の伝熱面ブロックの汚れ抵抗計画値と汚れ抵抗計測値による影響を考慮しながら、各伝熱面ブロックにおけるハンマリング装置の打撃回数、打撃時間、又は打撃力を変更することができるので、各伝熱面ブロックに対してより適正な打撃エネルギーを与えることが可能である。
その結果、複数の伝熱面ブロックおいて、ハンマリング装置の耐久性を損なうことなく、装置全体の損傷を最小限にすることが可能であり、騒音を低減して環境に優しい効果的なダスト除去を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施例による廃熱ボイラーのハンマリング運転スケジュールの制御システムについて、図１〜図３及び図９〜図１５に基づいて説明する。
〔廃熱ボイラーの伝熱面ブロックとハンマリング装置の構成〕
廃熱ボイラーのボイラー本体内には、多数の伝熱管から構成される複数の伝熱面ブロック（管群）が配置されると共に、それぞれの伝熱面ブロックにはハンマリング装置が組み込まれている。
先ず、本実施例の廃熱ボイラーにおける伝熱面ブロックの基本的な構成について、図１〜図３を参照しながら説明する。図１は廃熱ボイラーの要部の概略正面図、図２は同じく廃熱ボイラーの要部の概略平面図、図３は同じく廃熱ボイラーの要部の概略側面図である。
【００２１】
ボイラー本体２５は、中央部のボイラー外殻壁４ａ〜４ｅと、上部のボイラー外殻壁５ａ〜５ｅと、下部のボイラー外殻壁６ａ〜６ｄにより形成される。このボイラー本体２５の内部空間には、多数の伝熱管（蛇管型伝熱管）１(１ａ,１ｂ)が一定間隔で配列され、伝熱面ブロックＧ(Ｇ-Ａ,Ｇ-Ｂ)を構成している。これらの伝熱管１(１ａ,１ｂ)の各端部は、上部のボイラー外殻壁５ａ〜５ｅの外部で入口管寄せ２又は出口管寄せ３(３ａ,３ｂ)に接続されている。
上記中央部のボイラー外殻壁４ａ〜４ｅで囲まれる中央空間（図３のイ、ロ、ハ、ニで囲まれた空間）には直接排ガスが流れるが、上部のボイラー外殻壁５ａ〜５ｅで囲まれる上部空間（図３のイ、ロ、ホ、ヘで囲まれた空間）には直接排ガスは流れない。また、下部のボイラー外殻壁６ａ〜６ｄで囲まれる下部空間はホッパーを形成している。
【００２２】
上記ボイラー外殻壁５ａ〜５ｅで囲まれる上部空間において、多数の伝熱管１(１ａ,１ｂ)の奇数番目と偶数番目の間には連結軸７(７ａ,７ｂ)が設けられている。これらの連結軸７(７ａ,７ｂ)の両側に位置する各伝熱管１(１ａ,１ｂ)の管部分は、連結金具１７(１７ａ,１７ｂ)を介して隣接する連結軸７(７ａ,７ｂ)に溶接によって結合されている（図１及び図２を参照）。
このように両側に伝熱管１(１ａ,１ｂ)が固定された各連結軸７(７ａ,７ｂ)は、一対のヒンジ機構２７(２７ａ,２７ｂ)によって、ボイラー本体２５に固定された吊りビーム１６(１６ａ,１６ｂ)に対して、各連結軸７(７ａ,７ｂ)の長手方向へ揺動可能に支持されている。上記ヒンジ機構２７(２７ａ,２７ｂ)は、吊り金具１１(１１ａ,１１ｂ)、ヒンジ部材１２(１２ａ,１２ｂ)、ピン１３(１３ａ,１３ｂ)、吊りロッド１４(１４ａ,１４ｂ)、及びナット１５(１５ａ,１５ｂ)から成っている。
このような構成により、一対の伝熱管１(１ａ,１ｂ)は、それぞれの連結軸７(７ａ,７ｂ)とヒンジ機構２７(２７ａ,２７ｂ)を介して、ボイラー本体２５に対して支持されている。
【００２３】
上記各連結軸７(７ａ,７ｂ)のボイラー外殻壁５ａ,５ｂから突出した部分には、連結軸７(７ａ,７ｂ)の貫通部をガスシールするべローズ８ａ,８ｂが装着されている。また、各連結軸７(７ａ,７ｂ)の突出部分の先端部には、弾性体（例えば、皿バネ等）９ａ,９ｂを介してそれぞれラッピングロッド１０ａ,１０ｂが結合されている。
上記ラッピングロッド１０ａ,１０ｂの外側には、これに対向する位置にエアーノッカー（打撃装置）２０ａ,２０ｂが設けられている。このエアーノッカー２０ａ,２０ｂによりラッピングロッド１０ａ,１０ｂに打撃を加えると、弾性体９ａ,９ｂを介して各連結軸７(７ａ，７ｂ)とこれに結合されている一対の伝熱管１(１ａ，１ｂ)に振動を加えることができる。このとき、弾性体９ａ,９ｂは打撃エネルギーを貯えて、衝撃力を軽減する役割を果たす。
このように、連結軸７、連結金具１７、ヒンジ機構２７、べローズ８ａ,８ｂ、弾性体９ａ,９ｂ、ラッピングロッド１０ａ,１０ｂ、及びエアーノッカー２０ａ,２０ｂは、伝熱管１(１ａ、１ｂ)に振動を加えるハンマリング装置を構成する。
なお、図１及び図３中の符号１８及び１９は、バッフルプレート及びダスト排出装置である。
【００２４】
〔廃熱ボイラー全体の構成〕
次に、本実施例による廃熱ボイラー全体の構成について、図９〜図１１を参照しながら説明する。図９は廃熱ボイラーの模式的な正面図、図１０は同じく廃熱ボイラーの模式的な平面図、図１１は同じく廃熱ボイラーの模式的な側面図である。
廃熱ボイラーの排ガスが流れる内部空間には、ハンマリング装置が組み込まれた伝熱面ブロックＧが配置されている。この伝熱面ブロックＧは、排ガスの流れ方向に沿ってＡ系列とＢ系列の２系列に配置され、各系列にはそれぞれ５個ずつの伝熱面ブロックＧ１〜Ｇ５(Ａ／Ｂ)が配置されている。（なお、(Ａ／Ｂ)は、Ａ系列とＢ系列に同様に配置されていることを表す。）
【００２５】
上記各伝熱面ブロックＧ１〜Ｇ５(Ａ／Ｂ)には、それぞれ多数のハンマリング装置が組み込まれているが、その数は各伝熱面ブロック毎に異なっている。各伝熱面ブロックＧ１〜Ｇ５(Ａ／Ｂ)毎のハンマリング装置の集合体をハンマリング装置ブロックＢ-１〜Ｂ-５(Ａ／Ｂ)という。
最も上流側の伝熱面ブロックＧ１(Ａ／Ｂ)には、それぞれハンマリング装置１４台（ｎ１〜ｎ１４）を有するハンマリング装置ブロックＢ-１(Ａ／Ｂ)が、次の伝熱面ブロックＧ２(Ａ／Ｂ)には、それぞれハンマリング装置１５台（ｎ１５〜ｎ２９）を有するハンマリング装置ブロックＢ-２(Ａ／Ｂ)が、３番目の伝熱面ブロックＧ３(Ａ／Ｂ)には、それぞれハンマリング装置１６台（ｎ３０〜ｎ４５）を有するハンマリング装置ブロックＢ-３(Ａ／Ｂ)が、４番目の伝熱面ブロックＧ４(Ａ／Ｂ)には、それぞれハンマリング装置１７台（ｎ４６〜ｎ６２）を有するハンマリング装置ブロックＢ-４(Ａ／Ｂ)が、最も下流側の伝熱面ブロックＧ５(Ａ／Ｂ)には、それぞれハンマリング装置１８台（ｎ６３〜ｎ８０）を有するハンマリング装置ブロックＢ-５(Ａ／Ｂ)が、それぞれ設けられている。（図９及び図１０を参照）
【００２６】
また、上記各伝熱面ブロックＧ１〜Ｇ５(Ａ／Ｂ)におけるガス入口側とガス出口側の上部、中央部、及び下部のガス温度測定点には、それぞれガス温度検知器ｔ１〜ｔ１８(ａ／ｂ)が設けられている。（なお、(ａ／ｂ)は、Ａ系列とＢ系列に同様に配置されていることを表す。）
【００２７】
〔ハンマリング運転制御装置の構成〕
ハンマリング運転制御装置の構成について、図１２及び図１３を参照しながら説明する。図１２はハンマリング運転制御装置のブロック図、図１３はハンマリング運転動作を説明するブロック図である。
ハンマリング運転制御装置３０は、図１２に示されるように、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、及びタイマー等を有する制御手段３１と、それぞれのハンマリング装置ブロックＢ-１〜Ｂ-５(Ａ／Ｂ)の各エアーノッカー２０ａ,２０ｂを駆動する駆動回路３２ａ〜３２ｅを備えている。この制御手段３１は、キーボード等の操作部や各伝熱面ブロックのガス温度検知器ｔ１〜ｔ１８(ａ／ｂ)からの入力信号を受けると共に、ボイラー蒸気圧力、ボイラー蒸気温度、ボイラー給水温度、ボイラー蒸発量、ボイラー入口ガス温度、ボイラー出口ガス温度、ボイラー入口／出口ガス圧力、及びガス組成に関する入力信号を受けて各種演算を行い、この演算結果に基づいて、ハンマリング装置ブロックの駆動回路３２ａ〜３２ｅや操作空気圧力設定手段３３へ制御信号を出力して、各エアーノッカー２０ａ,２０ｂを適正な（伝熱面ブロックの汚れ抵抗に見合った）打撃回数、打撃時間、及び打撃力で駆動する。
このようにして、各伝熱面ブロックＧ１〜Ｇ５(Ａ／Ｂ)の伝熱管１ａ,１ｂに付着・堆積したダストは、効果的に除去することができる。
【００２８】
上記制御手段３１は、図１３に示されるように、ボイラーガス流量演算手段３５、各伝熱面ブロックの汚れ抵抗演算手段３６ａ,３６ｂ…、及び各ハンマリング装置ブロックの運転スケジュール演算手段３７ａ,３７ｂ…を有している。
このボイラーガス流量演算手段３５は、ボイラー蒸気圧力、ボイラー蒸気温度、ボイラー給水温度、ボイラー蒸発量、ボイラー入口ガス温度、ボイラー出口ガス温度、ボイラー入口／出口ガス圧力、及びガス組成に関する入力信号を受けて、ガス流量Ｇcを算出する。各伝熱面ブロックの汚れ抵抗演算手段３６ａ,３６ｂ…は、ガス流量Ｇc、及び各伝熱面ブロックＧ1(Ａ／Ｂ),Ｇ2(Ａ／Ｂ)…のガス温度に関する入力信号を受けて、それぞれの汚れ抵抗計画値ＤA,ＤB…、及び汚れ抵抗計測値Ｄa,Ｄb…を算出する。
【００２９】
また、上記各ハンマリング装置ブロックＢ-１〜Ｂ-５(Ａ／Ｂ)の運転スケジュール演算手段３７ａ,３７ｂ…は、各伝熱面ブロックの汚れ抵抗計画値ＤA,ＤB…、及び汚れ抵抗計測値Ｄa,Ｄb…に関する入力信号を受けて、各伝熱面ブロック毎の汚れ抵抗計画値ＤA,ＤB…と汚れ抵抗計測値Ｄa,Ｄb…の偏差を算出し、さらにこの偏差に基づいてハンマリング装置ブロックの順次運転間隔Ｔ1、打撃間隔Ｔ2、運転時間Ｔ3、休止時間Ｔ4、及び操作空気圧力Ｐsを算出する。これにより、各ハンマリング装置ブロックの打撃回数Ｒ、打撃時間Ｈ、及び打撃力Ｆが設定される。
【００３０】
〔ハンマリング装置の運転動作〕
次に、本実施例による廃熱ボイラーのハンマリング運転動作について、図１２〜図１５を参照しながら説明する。図１４はハンマリング装置ブロックの運転スケジュール、図１５はハンマリング運転動作のフロー図である。
廃熱ボイラーの運転を開始する前に、各ハンマリング装置ブロックＢ-１〜Ｂ-５(Ａ／Ｂ)の運転スケジュールの初期設定を行う。この初期設定は、これまでの経験に基づいてハンマリング装置ブロック毎に、図１４に示されるような、ハンマリングの順次運転間隔Ｔ1、打撃間隔Ｔ2、運転時間Ｔ3、及び休止時間Ｔ4と共に、操作空気圧力Ｐsを決めることによって、打撃回数Ｒ、打撃時間Ｈ、及び打撃力Ｆの設定を行う。
【００３１】
廃熱ボイラーの運転を開始して定格負荷運転になれば(ステップＳ１)、ボイラー蒸発量とボイラー入口／出口ガス温度から、ボイラーガス流量Ｇcを算出する(ステップＳ２)。 このガス流量Ｇcは、次の式により算出することができる。
【数１】
但し、Ｅ：時間当りのボイラーの蒸気量（Kg／Hr）
ｉｓ：発生蒸気のエンタルピー（Kcal／Kg）
ｉｗ：給水のエンタルピー（Kcal／Kg）
ｉｇ１：ボイラー入口ガスのエンタルピー（Kcal／Ｎｍ３）
ｉｇ２：ボイラー出口ガスのエンタルピー（Kcal／Ｎｍ３）
ηＢ：ボイラー効率
【００３２】
次に、上記算出されたガス流量Ｇcと各伝熱面ブロックの入口／出口ガス温度から、各伝熱面ブロックにおける汚れ抵抗の計画値ＤAと計測値Ｄaを算出する(ステップＳ３)。
上記汚れ抵抗の計画値ＤAは、次の式から算出することができる。
【数２】
但し、ｋ：熱貫流率（Kcal／ｍ２ｈ℃）
αｏ：管外の熱伝達係数（Kcal／ｍ２ｈ℃）
αｉ：管内の熱伝達係数（Kcal／ｍ２ｈ℃）
λ：管の熱伝導率（Kcal／ｍｈ℃）
ｔ：管の厚さ（ｍ）
ＤA(ｆr)：汚れ抵抗の計画値（ｍ２ｈ℃／Kcal）
【００３３】
上記一般式を利用して計測データから運転中の汚れ抵抗の計測値Ｄaを逆算できるが、ここでは詳細な計算方法は省略する。
【００３４】
次に、上記汚れ抵抗の計画値ＤAと計測値Ｄaを比較して(ステップＳ４)、略同じ値であればハンマリング運転スケジュールの初期設定を変更することなく(ステップＳ７)、ハンマリング運転を実行する(ステップＳ９,Ｓ１０)。
上記ステップＳ４において、計画値ＤAと計測値Ｄaが略同じ値でなく、計測値Ｄaが計画値ＤAより大きい場合には(ステップＳ５)、各伝熱面ブロック毎の汚れ抵抗計画値ＤA,ＤB…と汚れ抵抗計測値Ｄa,Ｄb…の偏差に基づいて、ハンマリングの順次運転間隔Ｔ1、打撃間隔Ｔ2、運転時間Ｔ3、休止時間Ｔ4、及び操作空気圧力Ｐsを算出し、ハンマリング装置ブロックの打撃回数Ｒ、打撃時間Ｈ、又は打撃力Ｆを初期設定から増加させて(ステップＳ６)、ハンマリング運転を実行する(ステップＳ９,Ｓ１０)。
【００３５】
また、上記ステップＳ５において、計測値Ｄaが計画値ＤAより大きくない場合（計測値Ｄaが計画値ＤAより小さい場合）には、上記ステップＳ６と同様に、各伝熱面ブロック毎の汚れ抵抗計画値ＤA,ＤB…と汚れ抵抗計測値Ｄa,Ｄb…の偏差に基づいて、ハンマリングの順次運転間隔Ｔ1、打撃間隔Ｔ2、運転時間Ｔ3、休止時間Ｔ4、及び操作空気圧力Ｐsを算出し、ハンマリング装置ブロックの打撃回数Ｒ、打撃時間Ｈ、又は打撃力Ｆを初期設定から減少させて(ステップＳ８)、ハンマリング運転を実行する(ステップＳ９,Ｓ１０)。
【００３６】
上記ハンマリング運転が終了すると(ステップＳ１０)、ハンマリング運転は休止時間Ｔ4の間だけ休止する。このとき、休止時間が終了するか、又は廃熱ボイラーの運転が停止されるまで休止状態で待機する(ステップＳ１１、Ｓ１２)。ステップＳ１１において休止時間が終了すれば、上記ステップ２に戻りこれ以降の動作を繰り返し実行する。また、上記ステップＳ１２においてボイラーの運転が停止されると、このハンマリング運転動作を終了する(ステップＳ１３)。
【００３７】
以上のように、廃熱ボイラーの運転中において、各伝熱面ブロック毎の汚れ抵抗の大きさに対応して、それぞれの伝熱面ブロック毎の打撃回数Ｒ、打撃時間Ｈ、又は打撃力Ｆを変更することができるので、無駄な損傷部品を軽減することができ、省力化及び騒音の小さい設備となり、広義に地球、人、環境に配慮したハンマリングシステムとすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】は、本発明の実施例における廃熱ボイラーの要部の概略正面図である。
【図２】は、同じく実施例における廃熱ボイラーの要部の概略平面図である。
【図３】は、同じく実施例における廃熱ボイラーの要部の概略側面図である。
【図４】は、廃熱ボイラーの伝熱管において、ハンマリング打撃点からの長さと汚れ抵抗との関係を図式化したものである。
【図５】は、同じく廃熱ボイラーの伝熱管において、管群の長さと汚れ抵抗との関係を図式化したものである。
【図６】は、同じく廃熱ボイラーの伝熱管において、ガス温度と汚れ抵抗との関係を図式化したものである。
【図７】は、同じく廃熱ボイラーの伝熱管において、ガス流れの管群の左右方向での偏流と汚れ抵抗との関係を図式化したものである。
【図８】は、同じく廃熱ボイラーの伝熱管において、ガス流れの管群の上下方向での偏流と汚れ抵抗との関係を図式化したものである。
【図９】は、本発明の実施例における廃熱ボイラーの模式的な正面図である。
【図１０】は、本発明の実施例における廃熱ボイラーの模式的な平面図である。
【図１１】は、同じく実施例における廃熱ボイラーの模式的な側面図である。
【図１２】は、同じく実施例による廃熱ボイラーのハンマリング運転制御装置のブロック図である。
【図１３】は、同じく実施例による廃熱ボイラーのハンマリング運転動作を説明するブロック図である。
【図１４】は、同じく実施例によるハンマリング装置ブロックの運転スケジュールである。
【図１５】は、同じく実施例による廃熱ボイラーのハンマリング運転動作のフロー図である。
【図１６】は、従来の廃熱ボイラーの概略図であり、(ａ)は正面図、(ｂ)は側面図である。
【図１７】は、同じく従来の廃熱ボイラーの要部拡大図であり、(ａ)は正面図、(ｂ)は側面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１，１ａ，１ｂ…伝熱管(廃熱ボイラーの)
２…入口管寄せ
３ａ，３ｂ…出口管寄せ ４ａ〜４ｅ…ボイラー外殻壁(中央部)
５ａ〜５ｅ…ボイラー外殻壁(上部) ６ａ〜６ｄ…ボイラー外殻壁(下部)
７，７ａ，７ｂ…連結軸 ８ａ，８ｂ…ベローズ
９ａ，９ｂ…弾性体(皿バネ)
１０ａ，１０ｂ…ラッピングロッド １１，１１ａ，１１ｂ…吊り金具 １２，１２ａ，１２ｂ…ヒンジ部材 １３，１３ａ，１３ｂ…ピン １４，１４ａ，１４ｂ…吊りロッド １５，１５ａ，１５ｂ…ナット １６，１６ａ，１６ｂ…吊りビーム １７，１７ａ，１７ｂ…連結金具 １８…バッフルプレート １９…ダスト排出装置
２０ａ，２０ｂ…エアノッカー(打撃装置) ２５…ボイラー本体
２７，２７ａ，２７ｂ…ヒンジ機構
３０…制御装置
３１…制御手段
３２ａ〜３２ｅ…ハンマリング装置ブロックの駆動回路
３３…操作空気圧力設定手段
３５…ボイラーガス流量演算手段
３６ａ，３６ｂ…汚れ抵抗演算手段
３７ａ，３７ｂ…ハンマリング運転スケジュール演算手段
Ｂ-１〜Ｂ-５…ハンマリング装置ブロック
Ｇ，Ｇ１〜Ｇ５…伝熱面ブロック(管群)
ｎ１〜ｎ８０…ハンマリング装置の数 ｔ１〜ｔ１８…ガス温度検知器
Ｔ１…順次運転間隔 Ｔ２…打撃間隔
Ｔ３…運転時間 Ｔ４…休止時間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の伝熱管を配列した伝熱面ブロックと、この伝熱面ブロックの各伝熱管に振動を加えて付着したダストを除去するハンマリング装置と、このハンマリング装置の運転を制御するハンマリング運転制御装置とを備える廃熱ボイラーのハンマリング運転スケジュール制御システムにおいて、
ボイラー蒸発量とボイラー入口／出口ガス温度に基づいて、ガス流量を算出するガス流量演算手段と、
上記ガス流量と上記伝熱面ブロックの入口／出口ガス温度に基づいて、該伝熱面ブロックの汚れ抵抗計画値と汚れ抵抗計測値を算出する汚れ抵抗演算手段と、
上記伝熱面ブロックの汚れ抵抗計画値と汚れ抵抗計測値に基づいて、上記ハンマリング装置の打撃回数、打撃時間、又は打撃力の少なくとも１つを変更するハンマリング運転スケジュール演算手段とを備えて成り、
上記伝熱面ブロックに対して、その汚れ度合に応じて適正な打撃を加えることを特徴とする廃熱ボイラーのハンマリング運転スケジュール制御システム。
【請求項２】
上記伝熱面ブロックが複数設けられ、各伝熱面ブロックの入口／出口ガス温度に基づいて、各伝熱面ブロックの汚れ抵抗計画値と汚れ抵抗計測値を算出し、各伝熱面ブロックに対してそれぞれの汚れ度合に応じて適正な打撃を加えることを特徴とする請求項１に記載の廃熱ボイラーのハンマリング運転スケジュール制御システム。
【請求項３】
上記複数の伝熱面ブロックそれぞれの汚れ抵抗計画値と汚れ抵抗計測値に基づいて、各伝熱面ブロックにおけるハンマリング装置の打撃回数、打撃時間、又は打撃力の少なくとも１つを変更することを特徴とする請求項２に記載の廃熱ボイラーのハンマリング運転スケジュール制御システム。
【請求項１】
多数の伝熱管を配列した伝熱面ブロックと、この伝熱面ブロックの各伝熱管に振動を加えて付着したダストを除去するハンマリング装置と、このハンマリング装置の運転を制御するハンマリング運転制御装置とを備える廃熱ボイラーのハンマリング運転スケジュール制御システムにおいて、
ボイラー蒸発量とボイラー入口／出口ガス温度に基づいて、ガス流量を算出するガス流量演算手段と、
上記ガス流量と上記伝熱面ブロックの入口／出口ガス温度に基づいて、該伝熱面ブロックの汚れ抵抗計画値と汚れ抵抗計測値を算出する汚れ抵抗演算手段と、
上記伝熱面ブロックの汚れ抵抗計画値と汚れ抵抗計測値に基づいて、上記ハンマリング装置の打撃回数、打撃時間、又は打撃力の少なくとも１つを変更するハンマリング運転スケジュール演算手段とを備えて成り、
上記伝熱面ブロックに対して、その汚れ度合に応じて適正な打撃を加えることを特徴とする廃熱ボイラーのハンマリング運転スケジュール制御システム。
【請求項２】
上記伝熱面ブロックが複数設けられ、各伝熱面ブロックの入口／出口ガス温度に基づいて、各伝熱面ブロックの汚れ抵抗計画値と汚れ抵抗計測値を算出し、各伝熱面ブロックに対してそれぞれの汚れ度合に応じて適正な打撃を加えることを特徴とする請求項１に記載の廃熱ボイラーのハンマリング運転スケジュール制御システム。
【請求項３】
上記複数の伝熱面ブロックそれぞれの汚れ抵抗計画値と汚れ抵抗計測値に基づいて、各伝熱面ブロックにおけるハンマリング装置の打撃回数、打撃時間、又は打撃力の少なくとも１つを変更することを特徴とする請求項２に記載の廃熱ボイラーのハンマリング運転スケジュール制御システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１０−１３９１８６（Ｐ２０１０−１３９１８６Ａ）
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１６９９８（Ｐ２００８−３１６９９８）
【出願日】平成２０年１２月１２日（２００８．１２．１２）
【出願人】（３０８００７５０５）カワサキプラントシステムズ株式会社 (51)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１２日（２００８．１２．１２）
【出願人】（３０８００７５０５）カワサキプラントシステムズ株式会社 (51)
【Ｆターム（参考）】
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