JP4215894B2 - 除塵方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、火力発電プラント等における排ガス熱回収用の熱交換器等、煤塵を含む廃ガス用の熱交換器における伝熱管の除塵を行なうための除塵装置を用いての除塵制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
火力発電プラント等において、排ガス熱と熱交換を行なう熱回収器や再加熱器においては、排ガス中の煤塵等による伝熱管の汚れを除去するための除塵装置が装備されている。
【0003】
図6〜図7は熱回収器あるいは再加熱器における除塵装置の2つの例を示す。
図6に示すものは、鋼球散布除塵装置を備えた熱回収器7(あるいは再加熱器8)であり、同図において、1は多数の伝熱管の集合体である伝熱管群、16は排ガスの入口、17は排ガスの出口である。
排ガス13は排ガス入口16から熱回収器内に入り、伝熱管群1を通流する際に水等の熱媒と熱交換を行ない、これを加熱した後、排ガス出口17から外部に排出される。
【0004】
2は前記伝熱管群1の上方に配設された複数の鋼球分散器、010は該分散器2に鋼球011を供給するための鋼球供給管、4は分配器、5は熱回収器7の底部に落下してきた鋼球011を排出するための排出機、6は鋼球011をダスト類から分離するためのロータリセパレータ、3は該ロータリセパレータ6を経た鋼球011を鋼球供給管010の入口まで鉛直方向に搬送する鋼球輸送機である。
【0005】
かかる熱回収器7の稼動時において、排ガス入口16から導入された排ガス13は、伝熱管群1において、伝熱管内を流れる水と熱交換した後、排ガス出口17に送られるが、該排ガス中に含まれたダストは伝熱管群1の伝熱面上に付着し、堆積していく。該ダストの堆積量は運転条件の変化や燃料用の使用炭種の変化等によって左右される。
伝熱管群1は、かかるダストの堆積により、その伝熱性能が低下するとともに、通風圧損が増大して、プラント全体の消費動力が増大する。
【0006】
前記鋼球散布装置は、上記のような堆積ダストを払拭して伝熱管群1の伝熱面に本来の伝熱性能を発揮させ、通風圧損の増大を回避するために設置されたものである。
即ち、該鋼球散布除塵装置においては、前記熱回収器7の、所定の運転時間毎に鋼球分散器2から伝熱管群1の表面に鋼球011を散布して、該伝熱管群1の表面に付着・堆積したダストを叩き落とし、該伝熱面を清浄化する。
散布された鋼球011は、排出機5が開かれるとロータリセパレータ6でダスト類と分離され、鋼球輸送機3で上方に搬送され、鋼球供給管010を経て分配器4に戻される。
【0007】
また、図7に示すものは、スートブロワを使用した除塵装置であり、9は蒸気を圧送するスートブロワ、9aは該スートブロワ9の蒸気出口に接続される蒸気噴出管で、該蒸気噴出管9aの蒸気噴出口は伝熱管群1の上方に位置し、該伝熱管群1に万遍なく蒸気を吹き付け可能に分布されている。
かかる除塵装置においては、スートブロワ9から圧送された蒸気を蒸気噴出管9aから伝熱管群1の表面に噴射し、該表面に堆積したダストを吹き飛ばして除去する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
かかる熱回収器7(あるいは再加熱器8)にあっては、前記のように、伝熱管群1上に堆積したダストを図6に示すような鋼球散布除塵装置、あるいは図7に示すようなスートブロワによる除塵装置によって除去しているが、かかる鋼球散布除塵装置あるいはスートブロワによる除塵装置は、排ガスの排出源であるボイラに使用する微紛炭の炭種、ボイラの容量、負荷、大気条件等を考慮して、それらの容量を余裕を持たせて設けており、従って、これら除塵装置の稼動時には、常時最大能力で以って運転されている。
【0009】
即ち、図6に示すような鋼球散布除塵装置においては、伝熱管群1へのダスト付着量が最大と想定される稼動条件に対応できる最短の時間間隔(頻度)で、その装置の持つ最大鋼球散布能力で鋼球を散布するようになっている。
また、図7に示すようなスートブロワ9による除塵装置においては、前記熱回収器7等の熱交換器の最大負荷条件に対応できる最短の時間間隔(頻度)で以って除塵動作を行なうようになっている。
【0010】
従って、前記のような除塵方法にあっては、鋼球散布除塵装置あるいはスートブロワによる防塵装置等の除塵装置を、常時最大の除塵能力で持って運転しているため、熱交換器として軽負荷時には過剰な除塵動作を行なうこととなり、除塵のための無駄なエネルギや労力が費やされるとともに、過剰な除塵動作によって機器類の損耗が発生し、またこれらの寿命が短縮されるという不具合を生ずる。
【0011】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、熱交換器の負荷の変化に追従して除塵能力及び除塵頻度を変化可能として、除塵のための無駄なエネルギや労力の発生を回避するとともに、機器類の寿命を延長せしめ得る除塵方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、請求項1記載の発明として、排ガスと水等の熱媒とを熱交換する熱交換器の伝熱管群に堆積したダストを鋼球散布装置、スートブロワ等の除塵装置により除去するにあたり、
前記排ガスの状態及び熱媒の状態の検出値に基づき、前記熱交換器の圧力損失(ΔP)と伝熱係数(U)との比(ΔP/U=F)で定めたダスト付着係数(F)を算出し、該ダスト付着係数(F)に基づき算出した除塵力(M R )により前記除塵装置の運転を制御するようにしたことを特徴とする除塵方法を提案する。
【0014】
然るに、図6〜図7に示す熱回収器、再加熱器等の排ガス熱を利用する熱交換器において、伝熱管群の除塵を行なうにあたっては、除塵作業は伝熱管群へのダストの付着量に応じて行なうのが望ましい。
そこで本発明においては、ダストの付着量を推定する方法として、熱交換器の伝熱管群における圧力損失(ΔP)及び伝熱管群の伝熱係数(U)を、排ガスの圧力、温度、流量、並びに水等の熱媒の温度、流量の検出値に基づき算出し、この圧力損失(ΔP)及び伝熱係数(U)を伝熱管群へのダスト付着量と関係付け、除塵能力あるいは頻度を決めるようにしている。
【0015】
即ち、伝熱管群にダストが付着すれば、図2に示すように、伝熱管10の間を排ガスが通過する面Sが小さくなり、流体抵抗が増して圧力損失(ΔP)が大きくなり、あるいは図3に示すように、面積Sの減少が無くても、伝熱管10の表面にダスト11が付着すれば、伝熱面積が減少し、伝熱係数(U)が減少する。
【0016】
従って、前記圧力損失(ΔP)と伝熱係数(U)との割合、つまり(ΔP/U)によってダストの付着量を推定すれば、図2のような伝熱管10の表面全体にダスト11が付着している場合、及び図3のような伝熱管10の一部にダスト11が付着している場合の双方、即ちあらゆるダストの付着態様を推定することが可能となる。
【0017】
そこで本発明の請求項1記載の発明では、前記圧力損失(ΔP)と伝熱係数(U)との比(F=ΔP/U)をダスト付着係数と定義付け、前記熱交換器における排ガスの入口及び出口圧力、入口及び出口温度、排ガス流量、並びに水等の熱媒の入口及び出口温度、熱媒流量を検出し、この検出値を用いて前記ダスト付着係数(F)を算出し、該ダスト付着係数によって伝熱管群の除塵能力即ち除塵力(MR)あるいは除塵実施の間隔を推定している。
【0018】
従って、かかる発明によれば、伝熱管群の圧力損失および伝熱係数の検出値によってダストの除塵能力(除塵力)あるいは除塵作業の間隔を決定することにより、実際のダスト付着量に応じた除塵能力あるいは除塵の頻度で以て除塵を行なうことができ、従来技術のように常時最大の除塵能力で以て除塵装置を運転する等の過剰な除塵動作を必要としない。
これにより、除塵のための無駄なエネルギや労力の消費が回避されるとともに、かかる無駄な除塵動作が回避されることにより、機器類の寿命が延長される。
【0019】
請求項2記載の発明は、除塵装置として鋼球散布装置を使用したときの除塵方法に係り、前記除塵装置として鋼球散布装置を用い、該鋼球散布装置を前記除塵力に対応する鋼球散布量で運転制御するように構成する。
【0020】
これにより、ダストの付着量に正しく追従した鋼球散布量で以て除塵を行なうことができ、従来技術のように最大除塵能力で運転するものに比べ、鋼球散布装置の駆動能力が低減される。
【0021】
請求項3記載の発明は、除塵装置としてスートブロワを使用する際に好適な除塵方法に係り、請求項1において、前記除塵力に対応する除塵作業の間隔を求め、該間隔にて前記除塵作業を行なうように構成する。
【0022】
これにより、ダスト付着量に適応した除塵頻度で以て除塵作業を行なうことができ、無駄な作業が排除されてプラントの保守作業能率が向上する。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【0024】
図1は本発明の実施形態に係る熱回収器及び再加熱器における除塵制御システムの構成図、図2及び図3は伝熱管へのダスト付着状況を示す説明図、図4はダスト付着係数と鋼球散布量の関係を示す表図、図5はダスト付着係数と除塵間隔との関係を示す表図である。
【0025】
図1において、7は熱回収器、8は再加熱器で、これら両熱交換器には内部に伝熱管群1を備え、双方の伝熱管群1の間は、水、蒸気等の熱媒が流れる熱媒管15で接続されている。
また、前記熱回収器7及び再加熱器8は、それらの排ガス入口管016、016から排ガス13が導かれ、前記伝熱管群1において、熱媒管15から導入された熱媒と熱交換した後、排ガス出口管017、017を通って外部に排出されるようになっている。
【0026】
図2〜図3は、かかる熱回収器7及び再加熱器8内の伝熱管群1を構成する伝熱管10へのダスト11の付着状況を示す。図2の場合は、伝熱管10の全周にダスト11が付着した場合で、この場合は伝熱管10間のガスの通過面積Sがダスト11の付着分だけ減少するので、圧力損失が増大するとともに、伝熱性能が低下する。
図3の場合は、ダスト11が伝熱管10のガス流前部、あるいはガス流後部に付着した場合で、ガスの通路面積Sは減少しないが、伝熱管10表面の伝熱面積が減少し伝熱性能が低下する。
【0027】
そこで、本発明では上記のような2つのケースの何れにも対応可能とすべく、圧力損失及び伝熱係数の2つの要素からダストの付着量を算出することとし、前記熱回収器7及び再加熱器8の2つの熱交換器における排ガス出入口の圧力、温度及び流量、ならびに伝熱管群1への熱媒管15の出入口温度、流量を検出している。
【0028】
すなわち、図1において、熱回収器7の排ガス管には、その入口管016に圧力計21、温度計25及び排ガス流量計測用の排ガス流量計29が設けられ、出口管017に圧力計22及び温度計26が設けられている。
また、再加熱器8の排ガス管にも、前記熱回収器7と同様に、その入口管016に圧力計23、温度計27、及び排ガス流量計測用の流量計30が設けられ、出口管017に圧力計24、温度計28が設けられている。
一方、熱媒管15側には、熱回収器7及び再加熱器8の出入口に4つの温度計31、32、33、34が設けられ、熱媒管15には熱媒流量計12が設けられている。
【0029】
100はコントローラであり、該コントローラ100には前記各排ガス圧力計21、22、23、24からの排ガス圧力の検出値、各排ガス温度計25、26、27、28からの排ガス温度の検出値、各熱媒温度計31、32、33、34からの熱媒温度の検出値が夫々入力されるとともに、熱回収器7の排ガス流量計29からの排ガス流量の検出値、再加熱器8の排ガス流量計30からの排ガス流量の検出値、及び熱媒流量計12からの熱媒流量の検出値が夫々入力されている。
101は、前記コントローラ100によって作られた制御操作信号により、前記鋼球散布除塵装置あるいはスートブロワ9による除塵装置を運転操作する除塵操作部である。
【0030】
次に、かかる除塵制御システムを用いての除塵方法について説明する。
前記熱回収器7及び再加熱器8の稼動時における、熱回収器7側の排ガス流量G1、排ガス入口圧力P1、出口圧力P2、排ガス入口温度T1、出口温度T2等の検出値、再加熱器8側の排ガス流量G2、排ガス入口圧力P3、出口圧力P4、排ガス入口温度T3、出口温度T4等の検出値は夫々コントローラ100に入力される。
また、熱媒流量計12からの熱媒流量w、熱媒の熱回収器入口温度t1、出口温度t2、熱媒の再加熱器入口温度t3、出口温度t4、等の検出値もそれぞれコントローラ100に入力される。
【0031】
ここで本発明においては、前記熱回収器7、再加熱器8等の熱交換器における排ガスの圧力損失ΔPと伝熱係数Uとの比F=ΔP/Uをダスト付着係数と定義し、前記コントローラ100によって次の手順で必要除塵力あるいは除塵動作間隔を算出する。
【0032】
熱回収器7については、
(1)排ガス出入口間の圧力損失 ΔP1=P1−P2
排ガス量補正圧力損失 ΔPa1=ΔP1×(Gd1/G1)2
伝熱係数 U1=Q1/(tm1×A1)
排ガス量補正伝熱係数 Ua1=U1×(Gd1/G1)2
ここで、tm1は平均温度差であり、
tm1=((T1−t2)−(T2−t1))/ln((T1−t2)/(T2−t1))
Gd1=熱回収器7の排ガス流量設計値
A1=熱回収器の伝熱面積
熱負荷Q1=w×Cp1×(t2−t1)
但し、Cp1=熱回収器の熱媒比熱
【0033】
再加熱器8については、
(2)排ガス出入口間の圧力損失 ΔP2=P3-P4
排ガス量補正圧力損失 ΔPa2=ΔP2×(Gd2/G2)2
伝熱係数 U2=Q2/(tm2×A2)
排ガス量補正伝熱係数 Ua2=U2×(Gd2/G2)2
ここで平均温度差tm2は、
tm2=((T3−t4)−(T4−t3))/ln((T3−t4)/(T4−t3))
Gd2=再加熱器8の排ガス流量設計値
A2=再加熱器の伝熱面積
熱負荷Q2=w×Cp2×(t4−t3)
但し、Cp2=再加熱器の熱媒比熱
【0034】
上記のようにして算出される圧力損失ΔPa1、ΔPa2及び伝熱係数U1、U2から伝熱管群1の伝熱面の汚れの進行度合いを検知し、この度合いに応じたダストの除塵力を与える。
【0035】
則ち、上記(1)〜(2)式により、熱回収器7及び再加熱器8における、
(3)圧力損失比 ΔPr=ΔPa/ΔPd
伝熱係数比 Ur=Ua/Ud
但し、ΔPd=圧力損失設計値
Ud=伝熱係数設計値
ダスト付着係数Fは、
(4) F=ΔPr/Ur
さらに、除塵力MRは、
(5) MR=K×F
但しKは定数。
【0036】
従って、前記コントローラ100においては、前記熱回収器7及び再加熱器8について、排ガスの圧力P、温度T、ガス流量G、熱媒の温度t、流量wの検出値、及びこれらの要素の設計値(添字dで示す)に基づき、上記(4)式によってダスト付着係数Fにより、(5)式にて除塵力MRを算出して、この除塵力MRを除塵操作部101に出力する。
【0037】
かかるダスト付着係数による除塵作業制御は次の方法にて行なう。
(a)定期的に除塵作業を行なう場合。
この場合は、ダスト付着係数Fと必要除塵力MR(鋼球散布除塵装置の場合は鋼球の散布量)との関係を図4に示すようにテーブル化してコントローラ100に設定しておき、該コントローラ100にて熱回収器7あるいは再加熱器8における前記検出値に基づき、(4)式にて算出したダスト付着係数Fに対応する除塵力MRを求め、かかる実際の除塵力MRになるような操作信号(鋼球散布除塵装置の場合は散布量)を除塵操作部101に与える。
【0038】
これにより、排ガス状態及び熱媒状態の検出値に基づき算出したダスト付着係数Fを介して、熱回収器7あるいは再加熱器8の負荷等の運転状態に追従して除塵操作をなすことができ、無駄な除塵作業を行なうのを回避できる。
上記の方法は、図6に示す鋼球散布除塵装置のように、除塵力(鋼球の散布量)の制御が容易なものに好適である。
【0039】
(b)除塵の頻度を決定する場合。
ある時点で除塵作業を行なったとき、その時点での前記排ガス及び熱媒の状態(圧力、温度、流量等)を前記のようにして検出し、この検出値に基づきコントローラ100において前記ダスト付着係数Fを算出する。
そして、前記ダスト付着係数Fと除塵力MRとしての除塵作業の間隔との関係を図5に示すようにテーブル化して、コントローラ100に設定しておく。
そして、前記と同様な方法で、熱回収器7あるいは再加熱器8の排ガス及び熱媒の状態の検出値に基づき、ダスト付着係数Fを算出し、前記テーブルにより次回の除塵作業時期を決定する。
この方法は、図7に示すスートブロワのように、除塵力の制御が困難なものに好適である。
【0040】
(c)ダスト付着係数Fがある一定値を超えた時に除塵作業を行なう方法。
前記の方法により稼働中におけるダスト付着係数はFを算出する一方、コントローラ100に許容最大ダスト量に基づく許容最大ダスト付着係数Fmxを超えたとき、コントローラ100は除塵操作部101に除塵作業実施を指令する。
この方法は、ダスト付着量が異常に多い場合に用いて好適である。
【0041】
【発明の効果】
以上記載のごとく、本発明によれば、伝熱管群の圧力損失及び伝熱係数の検出値によってダストの除塵能力(除塵力)あるいは除塵作業の間隔を決定することにより、実際のダスト付着量に応じた除塵能力あるいは除塵の頻度で以て除塵を行なうことができ、従来技術のように常時最大の除塵能力で以て除塵装置を運転する等の過剰な除塵動作を必要としない。
これにより、除塵のための無駄なエネルギや労力の消費が回避されてエネルギ効率が向上するとともに、除塵作業能率が向上する。
また、前記のような無駄な除塵動作が回避されることにより、機器類の寿命が延長される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態に係る熱回収器及び再加熱器における除塵制御システムの構成図である。
【図2】 伝熱管群におけるダストの付着状況の説明図(その1)である。
【図3】 図2に対応する説明図(その2)である。
【図4】 上記実施形態におけるダスト付着係数と鋼球散布量との関係を示す表図である。
【図5】 上記実施形態におけるダスト付着係数と除塵間隔との関係を示す表図である。
【図6】 本発明が適用される鋼球散布装置を備えた熱回収器の構成図である。
【図7】 本発明が適用されるスートブロワを備えた熱回収器の構成図である。
【符号の説明】
1 伝熱管群
2 鋼球分散器
4 分配器
7 熱回収器
8 再加熱器
9 スートブロワ
9a 蒸気噴出管
10 伝熱管
11 ダスト
12 流量計(熱媒)
13 排ガス
15 熱媒管
21、22、23、24 排ガス圧力計
25、26、27、28 排ガス温度計
29、30 排ガス流量計
31、32、33、34 熱媒温度計
100 コントローラ
101 除塵制御部
Claims (3)
- 排ガスと水等の熱媒とを熱交換する熱交換器の伝熱管群に堆積したダストを鋼球散布装置、スートブロワ等の除塵装置により除去するにあたり、
前記排ガスの状態及び熱媒の状態の検出値に基づき、前記熱交換器の圧力損失(ΔP)と伝熱係数(U)との比(ΔP/U=F)で定めたダスト付着係数(F)を算出し、該ダスト付着係数(F)に基づき算出した除塵力(M R )により前記除塵装置の運転を制御するようにしたことを特徴とする除塵方法。 - 前記除塵装置として鋼球散布装置を用い、該鋼球散布装置を前記除塵力に対応する鋼球散布量で運転制御するようにした請求項1記載の除塵方法。
- 前記除塵力に対応する除塵作業の間隔を求め、該間隔にて前記除塵作業を行なうようにした請求項1記載の除塵方法。
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