JP7432359B2 - 衝撃波式スートブロワおよびその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、衝撃波式スートブロワおよびその運転方法に関する。

従来から、例えばボイラなどの装置に、装置内の機器表面（例えば、過熱器の表面）に付着したダストを除去するために、衝撃波式スートブロワが用いられている（例えば、特許文献１参照）。この衝撃波式スートブロワは、燃料ガスおよび酸化剤ガスを含む混合気を燃焼させて衝撃波を発生させ、この衝撃波を装置の内部空間に放出するように構成されている。この衝撃波により、装置内の機器表面からダストが除去される。

一般的に、衝撃波式スートブロワは、燃料ガスと酸化剤ガスを混合して燃焼させる燃焼室と、燃焼室に供給するための燃料ガスおよび酸化剤ガスの各々を貯留しておく燃料ガス貯留タンクおよび酸化剤貯留タンクを備えており、従来、前記燃焼室へのガス供給は、各貯留タンクに燃料ガスおよび酸化剤ガスをそれぞれ所定の設定圧力値になるまで充填し、その後、各貯留タンク内のガスを所定時間（各貯留タンク内の圧力と燃焼室内の圧力が平衡に達するのに十分な時間）燃焼室へ転送することにより行っている。

特開２００５－１７２４１８号公報

衝撃波式スートブロワにおいて、出力される衝撃波の衝撃力は燃焼室内の圧力によって決まるので、上記のように運転される衝撃波式スートブロワでは、設計上出力可能な衝撃波強度の範囲は主として燃料ガス貯留タンクおよび酸化剤貯留タンクの容積によって決まることになる。その場合、当該スートブロワが設置される設備の規模の変更や運用条件の変更等によって、より低い出力で十分になる場合、ランニングコストの無駄が生じる。

そこで、本発明の目的は、上記の課題を解決するために、動作可能な出力範囲を柔軟に変更可能とすることにより、容易にランニングコストの最適化を図ることができる衝撃波式スートブロワおよびその運転方法を提供することにある。

前記した目的を達成するために、本発明に係る衝撃波式スートブロワは、
燃料ガスと酸化剤ガスとの混合気を燃焼させることにより衝撃波を出力する衝撃波式スートブロワであって、
前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとを混合して燃焼させる燃焼室と、
前記燃焼室で生成した燃焼ガスを吐出することにより衝撃波を出力する吐出ノズルを有するスートブロワ本体と、
前記スートブロワ本体に設けられて、不燃性ガスである押圧ガスによって燃焼開始前に前記吐出ノズルの入口を閉鎖し、燃焼開始後に前記吐出ノズルの入口を開放するように構成された開閉機構と、
前記燃料ガスを供給する燃料供給源と、
前記酸化剤ガスを供給する酸化剤供給源と、
前記燃料供給源と前記燃焼室の間に設けられて前記燃料ガスを貯留する燃料貯留タンクと、
前記酸化剤供給源と前記燃焼室の間に設けられて前記酸化剤ガスを貯留する酸化剤貯留タンクと、
前記開閉機構へ前記押圧ガスを供給する押圧ガス供給源から前記燃料貯留タンクおよび前記酸化剤貯留タンクの少なくとも一方へ前記押圧ガスを出力調整用ガスとして供給する出力調整ガス供給路と、
を備える。

また、本発明に係る衝撃波式スートブロワの運転方法は、
前記燃料供給源から前記燃料貯留タンクへ、前記燃料ガスを所定の設定圧力値になるまで供給する過程と、
前記酸化剤供給源から前記酸化剤貯留タンクへ、前記酸化剤ガスを所定の設定圧力値になるまで供給する過程と、
前記押圧ガス供給源から前記出力調整ガス供給路を介して、前記燃料貯留タンクおよび前記酸化剤貯留タンクの少なくとも一方へ前記押圧ガスを所定の設定圧力値になるまで供給する過程と、
前記燃料貯留タンクへのガス供給および前記酸化剤貯留タンクへのガス供給が完了した後、前記燃料ガス貯留タンクおよび前記酸化剤貯留タンクから、各貯留タンクに貯留されたガスを所定時間前記燃焼室へ供給する過程と、
を備える。

この構成によれば、従来から衝撃波式スートブロワの運転に使用されていた不燃性ガスである押圧ガスを利用して、衝撃波式スートブロワの出力を低下させることができる。したがって、設備の規模の変更等によってより低い出力が必要になる場合でも、当該スートブロワを、大幅に仕様変更することなく、容易に適切なランニングコストで使用することが可能になる。

本発明の一実施形態に係る衝撃波式スートブロワにおいて、さらに、前記衝撃波式スートブロワから出力された衝撃力を測定する衝撃力測定器と、前記衝撃力測定器の測定値に基づいて前記燃料貯留タンクおよび前記酸化剤貯留タンクの少なくとも一方への前記押圧ガスの供給量を制御する制御装置とを備えていてもよい。

また、上記実施形態に係る衝撃波式スートブロワの運転方法は、前記衝撃力測定器の測定値に基づいて、前記押圧ガスの供給量を決定する過程を備えていてもよい。

この構成によれば、衝撃波式スートブロワの出力を直接測定してフィードバックできるので、高い精度で各貯留タンクへの押圧ガス供給量を決定することが可能となり、効率的にランニングコストを最適化することができる。

本発明の一実施形態に係る衝撃波式スートブロワにおいて、さらに、前記押圧ガス供給源から前記吐出ノズルへ前記押圧ガスをパージ用ガスとして供給するパージガス供給路を備えていてもよい。この構成によれば、従来から衝撃波式スートブロワの運転に使用されていた安価な押圧ガスをパージに使用することで、パージ専用のコンプレッサ等の機器を別途設けて作動させる必要がなくなるので、さらにランニングコストを抑制することができる。

以上のように、本発明によれば、衝撃波式スートブロワにおいて動作可能な出力範囲を柔軟に変更することが可能となり、容易にランニングコストの最適化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る衝撃波式スートブロワシステムの概略構成を示すブロック図である。 図１の衝撃波式スートブロワシステムに用いられるスートブロワの構造および燃焼開始前までの動作を示す断面図である。 図１の衝撃波式スートブロワシステムに用いられるスートブロワの構造および燃焼開始後の動作を示す断面図である。

以下、本発明に係る実施形態を図面に従って説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

図１に、本発明の一実施形態に係る衝撃波式スートブロワ（以下、単に「スートブロワ」と呼ぶ。）１の概略構成を示す。スートブロワ１は、例えば、廃棄物焼却炉の排熱を熱源として利用するボイラに設置されて、ボイラ内の過熱器などの装置に付着したダストを衝撃波ＳＰによって除去するために用いられる。もっとも、スートブロワ１の用途はこれに限定されない。

スートブロワ１は、燃料ガスＦと酸化剤ガスＯとの混合気を燃焼させ、これによって生じた燃焼ガスＢを吐出することによって衝撃波ＳＰを出力する。本実施形態では、燃料ガスＦとしてメタンガスが、酸化剤ガスＯとして酸素ガスが使用されている。もっとも、燃料ガスＦおよび酸化剤ガスＯはこれらに限定されない。

スートブロワ１は、燃焼室３およびこの燃焼室３と一体のスートブロワ本体５を備えている。スートブロワ本体５には、燃焼室３で生成された燃焼ガスＢを吐出する吐出ノズル７が設けられている。スートブロワ１は、さらに、燃料供給源である燃料タンク９と、酸化剤供給源である酸化剤タンク１１とを備えている。燃料タンク９と燃焼室３との間、つまり燃料タンク９から燃焼室３へ燃料ガスＦを供給する燃料供給路１３の中途には、燃料貯留タンク１５が設けられている。酸化剤タンク１１と燃焼室３との間、つまり酸化剤タンク１１から燃焼室３へ酸化剤ガスＯを供給する酸化剤供給路１７の中途には、酸化剤貯留タンク１９が設けられている。以下の説明では、便宜上、燃料供給路１３のうち、燃料タンク９から燃料貯留タンク１５までの部分を第１燃料供給路１３ａと呼び、燃料貯留タンク１５から燃焼室３までの間の部分を第２燃料供給路１３ｂと呼ぶ。同様に、酸化剤供給路１７のうち、酸化剤タンク１１から酸化剤貯留タンク１９までの部分を第１酸化剤供給路１７ａと呼び、酸化剤貯留タンク１９から燃焼室３までの間の部分を第２酸化剤供給路１７ｂと呼ぶ。

第１燃料供給路１３ａおよび第２燃料供給路１３ｂには、それぞれ、第１燃料供給路開閉弁２１および第２燃料供給路開閉弁２３が設けられており、第１酸化剤供給路１７ａおよび第２酸化剤供給路１７ｂには、それぞれ、第１酸化剤供給路開閉弁２５および第２酸化剤供給路開閉弁２７が設けられている。燃料貯留タンク１５および酸化剤貯留タンク１９には、それぞれ、各貯留タンク１５，１９内の圧力を測定する燃料貯留タンク圧力測定装置２９および酸化剤貯留タンク圧力測定装置３１が設けられている。

ここで、図２Ａ，２Ｂを参照して、スートブロワ１の構造および衝撃波ＳＰを発生させるための動作原理を説明する。スートブロワ本体５と一体に設けられた燃焼室３は、詳細には、スートブロワ本体５の両側部から燃焼ガスＢの吐出方向に直交するように延びる一対のメイン燃焼室３５，３５と、一対のメイン燃焼室３５，３５の間に位置する予備燃焼室３７とを有する。一対のメイン燃焼室３５，３５に、燃料供給路１３および酸化剤供給路１７が接続されている。一対のメイン燃焼室３５，３５の間にはシリンダ３９が設けられている。シリンダ３９内部には、ピストン４１がシリンダ３９の内周壁に摺動可能に設けられている。スートブロワ本体５のピストン４１に対向する部分に、吐出ノズル７の入口を形成する吐出口４３が設けられている。すなわち、ピストン４１は、燃焼ガスＢの吐出方向に移動可能に設けられている。

ピストン４１の後端部（吐出口４３と反対側の端部）に設けられた頭部４１ａがシリンダ３９の内周壁に摺接している。ピストン４１の頭部４１ａとシリンダ３９後部の内壁との間の空間には、ピストン４１を前方へ押圧するための押圧ガスＰが充填されている。押圧ガスＰとしては、不燃性のガス（この例では窒素ガス）が使用される。シリンダ３９内空間の、ピストン４１の頭部４１ａよりも前方の部分が前記予備燃焼室３７を形成している。図２Ａに示す燃焼開始前の状態においては、押圧ガスＰの圧力によってピストン４１が吐出口４３を閉塞している。

予備燃焼室３７には点火装置４５が設けられている。メイン燃焼室３５に導入され、図２Ｂに示すように予備燃焼室３７に流入した燃料ガスＦと酸化剤ガスＯとの混合ガスが点火装置４５によって点火され、予備燃焼室３７において混合気の燃焼が開始されると、予備燃焼室３７内の圧力上昇によってピストン４１が後方へ押し戻され、吐出口４３が開放される。吐出口４３が開いている間、予備燃焼室３７からメイン燃焼室３５全体に混合気の燃焼が広がり、これによって生成された燃焼ガスＢが吐出ノズル７から排出される。この排出された燃焼ガスＢによって衝撃波ＳＰが出力される。

このように、本実施形態では、燃焼室３に設けられたピストン４１と押圧ガスＰが、燃焼開始前に燃焼ガスＢの吐出口４３を閉鎖し、燃焼開始後に前記吐出口４３を開放するように構成された開閉機構４７を構成している。

スートブロワ１は、前記押圧ガスを、スートブロワ本体５の開閉機構４７に供給する押圧ガス供給源である押圧ガスタンク４９を備えている。押圧ガスタンク４９内の押圧ガスＰは、押圧ガス供給路５１を介してスートブロワ本体５へ供給される。スートブロワ１は、さらに、押圧ガスタンク４９から燃料貯留タンク１５および酸化剤貯留タンク１９へ、押圧ガスＰを出力調整用ガスとして供給する出力調整ガス供給路５３を備えている。以下の説明では、押圧ガスタンク４９から燃料貯留タンク１５への供給路を「第１出力調整ガス供給路５３Ａ」と呼び、押圧ガスタンク４９から酸化剤貯留タンク１９への供給路を「第２出力調整ガス供給路５３Ｂ」と呼ぶ。

図示の例では、第１出力調整ガス供給路５３Ａは、押圧ガス供給路５１の中途から分岐し、第１燃料供給路１３ａに接続する通路として設けられている。同様に、第２出力調整ガス供給路５３Ｂは、押圧ガス供給路５１の中途から分岐し、第１酸化剤供給路１７ａに接続する通路として設けられている。もっとも、両出力調整ガス供給路５３Ａ，５３Ｂは、燃料タンク９、酸化剤タンク１１と燃料貯留タンク１５、酸化剤貯留タンク１９をそれぞれ直接接続するように設けられていてもよい。第１出力調整ガス供給路５３Ａおよび第２出力調整ガス供給路５３Ｂには、第１出力調整ガス供給路開閉弁５５および第２出力調整ガス供給路開閉弁５７がそれぞれ設けられている。

このように構成されたスートブロワ１を運転する方法について説明する。まず、各貯留タンク１５，１９の容積を最大限に利用して、当該スートブロワ１において設計された最大域の衝撃力を出力させる場合（以下、「高出力モード」と呼ぶ。）について説明する。最初に、第１燃料供給路開閉弁２１および第１酸化剤供給路開閉弁２５を開いて、燃料貯留タンク１５および酸化剤貯留タンク１９の各々を、それぞれ設定した圧力値に達するまで燃料ガスＦおよび酸化剤ガスＯのみで充填する。次に、第１燃料供給路開閉弁２１および第１酸化剤供給路開閉弁２５を閉じ、第２燃料供給路開閉弁２３および第２酸化剤供給路開閉弁２７を開いて、燃料ガスＦおよび酸化剤ガスＯを燃焼室３へ供給する。燃焼室３への燃料ガスＦおよび酸化剤ガスＯの供給時において、第２燃料供給路開閉弁２３および第２酸化剤供給路開閉弁２７は、所定時間（各貯留タンク１５，１９内の圧力と燃焼室３内の圧力が平衡に達するのに十分な時間）のみ開放されるように設定されている。燃焼室３への燃料ガスＦおよび酸化剤ガスＯの供給が完了した後、スートブロワ本体５によって衝撃波ＳＰが出力される。

次に、押圧ガスＰを利用することによって当該スートブロワ１において設計された最大域を下回る衝撃力を出力させる場合（以下、「低出力モード」と呼ぶ。）について説明する。低出力モードにおいては、燃料ガスＦと酸化剤ガスＯの混合ガスに、不燃性で燃焼に関与しない押圧ガスＰを加えることによって、混合ガスの見かけ上の圧力を維持しながら、燃焼により生じる衝撃力を低減させる。

具体的には、最初に、第１燃料供給路開閉弁２１および第１酸化剤供給路開閉弁２５を開いて、燃料貯留タンク１５および酸化剤貯留タンク１９の各々に、それぞれ設定した中間圧力値に達するまで燃料ガスＦおよび酸化剤ガスＯのみを供給する。次に、第１燃料供給路開閉弁２１および第１酸化剤供給路開閉弁２５を閉じ、第１出力調整ガス供給路開閉弁５５および第２出力調整ガス供給路開閉弁５７を開いて、燃料貯留タンク１５および酸化剤貯留タンク１９の各々を、それぞれ設定した最終圧力値に達するまで押圧ガスＰで充填する。なお、各貯留タンク１５，１９へのガス供給は、押圧ガスＰの供給を先に行い、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給をその後に行ってもよい。このようにして各貯留ガスの充填が完了した後の手順は、高出力モードと同様である。

なお、出力調整ガス供給路５３は、燃料ガス側および酸化剤ガス側の両方に設けられている必要はなく、いずれか一方のみに設けられていてもよい。

また、本実施形態に係るスートブロワ１は、スートブロワ１によってダスト除去を行う対象機器の設置領域に設けられて、スートブロワ１から出力された衝撃力を測定する衝撃力測定器６１と、衝撃力測定器６１の測定値に基づいて燃料貯留タンク１５および酸化剤貯留タンク１９への押圧ガスＰの供給量を制御する制御装置６３とを備えている。本実施形態では、当該スートブロワ１が設置された設備の規模やその設備の運転状況等に応じて、高出力モードと低出力モードのいずれを選択するのか、および、低出力モードで運転する場合に出力をどの程度低下させるのか（つまり、押圧ガスＰの供給量）は、衝撃力測定器６１による測定値に基づいて決定する。衝撃力測定器６１としては、例えば圧力センサや歪みゲージを使用することができる。衝撃力測定器６１は、例えば設置領域の壁面や対象機器に取り付けられる。

上記の制御を行う場合、例えば、事前の試験運転によって押圧ガスＰの各貯留タンク１５，１９への供給量と、得られた衝撃力との対応関係をマップや関数として用意しておき、押圧ガスＰの供給量をこのようなマップや関数に基づいて決定する。

なお、スートブロワ１の出力の決定を衝撃力測定器６１による測定値に基づいて行うことは必須ではない。例えば、スートブロワ１をボイラの熱交換器のダスト除去用に使用する場合、押圧ガスＰの供給量をボイラの収熱量との関係に基づいて決定してもよい。

本実施形態では、スートブロワ１は、さらに、吐出ノズル７へパージ用ガスを供給するパージガス供給路６５を備えている。パージガス供給路６５は、スートブロワ１が設置される機器の停止時に、押圧ガス供給源から押圧ガスＰを吐出ノズル７へ供給する。図示の例では、パージガス供給路６５は、押圧ガス供給路５１の中途から分岐する通路として設けられている。パージガス供給路には、図示しない開閉弁が設けられている。

なお、パージガス供給路６５を押圧ガスタンク４９から押圧ガスＰを吐出ノズル７へ供給する通路として構成することは必須ではない。例えば、パージ専用に別途設けたコンプレッサから空気をパージ用ガスとして吐出ノズル７へ供給してもよい。もっとも、一般的に、スートブロワ１が設置される設備の停止中は、常時パージ用ガスを供給することが好ましい。したがって、従来から衝撃波式スートブロワ１の運転に使用されていた安価な押圧ガスＰをパージに使用することにより、パージ専用のコンプレッサ等の機器を別途設けて作動させる必要がなくなるので、さらにランニングコストを抑制することができる。

以上説明した本実施形態に係る衝撃波式スートブロワ１およびその運転方法によれば、従来からスートブロワ１の運転に使用されていた不燃性ガスである押圧ガスＰを利用して、スートブロワの出力を低下させることができる。したがって、設備の規模の変更等によってより低い出力が必要になる場合でも、当該スートブロワ１を大幅に仕様変更することなく、容易に適切なランニングコストで使用することが可能になる。

以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

なお、本発明の範囲には含まれないが、上述した実施形態に係るスートブロワ１において、出力調整ガス供給路５３を備えず、パージガス供給路６５を必須の構成要素として備えていてもよい。このような構成のスートブロワ１によっても、パージ専用のコンプレッサ等の機器を別途設けて作動させる必要がなく、ランニングコストを抑制することができるという効果を得ることができる。

１ 衝撃波式スートブロワ
３ 燃焼室
５ スートブロワ本体
７ 吐出ノズル
９ 燃料タンク（燃料供給源）
１１ 酸化剤タンク（酸化剤供給源）
１５ 燃料貯留タンク
１９ 酸化剤貯留タンク
４７ 開閉機構
４９ 押圧ガスタンク（押圧ガス供給源）
５３ 出力調整ガス供給路
６１ 衝撃力測定器
６３ 制御装置
Ｂ 燃焼ガス
Ｆ 燃料ガス
Ｏ 酸化剤ガス
ＳＰ 衝撃波

Claims (5)

1. 燃料ガスと酸化剤ガスとの混合気を燃焼させることにより衝撃波を出力する衝撃波式スートブロワであって、
   前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとを混合して燃焼させる燃焼室と、
   前記燃焼室で生成した燃焼ガスを吐出することにより衝撃波を出力する吐出ノズルを有するスートブロワ本体と、
   前記スートブロワ本体に設けられて、不燃性ガスである押圧ガスによって燃焼開始前に前記吐出ノズルの入口を閉鎖し、燃焼開始後に前記吐出ノズルの入口を開放するように構成された開閉機構と、
   前記燃料ガスを供給する燃料供給源と、
   前記酸化剤ガスを供給する酸化剤供給源と、
   前記燃料供給源と前記燃焼室の間に設けられて前記燃料ガスを貯留する燃料貯留タンクと、
   前記酸化剤供給源と前記燃焼室の間に設けられて前記酸化剤ガスを貯留する酸化剤貯留タンクと、
   前記開閉機構へ前記押圧ガスを供給する押圧ガス供給源から前記燃料貯留タンクおよび前記酸化剤貯留タンクの少なくとも一方へ前記押圧ガスを出力調整用ガスとして供給する出力調整ガス供給路と、
   を備える衝撃波式スートブロワ。
2. 請求項１に記載の衝撃波式スートブロワにおいて、さらに、
   前記衝撃波式スートブロワから出力された衝撃力を測定する衝撃力測定器と、
   前記衝撃力測定器の測定値に基づいて前記燃料貯留タンクおよび前記酸化剤貯留タンクの少なくとも一方への前記押圧ガスの供給量を制御する制御装置と、
   を備える衝撃波式スートブロワ。
3. 請求項１または２に記載の衝撃波式スートブロワにおいて、さらに、
   前記押圧ガス供給源から前記吐出ノズルへ前記押圧ガスをパージ用ガスとして供給するパージガス供給路を備える衝撃波式スートブロワ。
4. 請求項１に記載のスートブロワを運転する方法であって、
   前記燃料供給源から前記燃料貯留タンクへ、前記燃料ガスを所定の設定圧力値になるまで供給する過程と、
   前記酸化剤供給源から前記酸化剤貯留タンクへ、前記酸化剤ガスを所定の設定圧力値になるまで供給する過程と、
   前記押圧ガス供給源から前記出力調整ガス供給路を介して、前記燃料貯留タンクおよび前記酸化剤貯留タンクの少なくとも一方へ前記押圧ガスを所定の設定圧力値になるまで供給する過程と、
   前記燃料貯留タンクへのガス供給および前記酸化剤貯留タンクへのガス供給が完了した後、前記燃料貯留タンクおよび前記酸化剤貯留タンクから、各貯留タンクに貯留されたガスを所定時間前記燃焼室へ供給する過程と、
   を備える衝撃波式スートブロワの運転方法。
5. 請求項４に記載の運転方法において、
   前記衝撃波式スートブロワから出力された衝撃力を測定する衝撃力測定器の測定値に基づいて、前記押圧ガスの前記所定の設定圧力値を決定する過程
   を備える衝撃波式スートブロワの運転方法。

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